KR840001992B1 - The supply circuit of the basic polar oxygen partial pressure control current for oxygen sensing element - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 기본적인 막구조형 산소 감지소자의 모식적 단면설명도.1 is a schematic cross-sectional view of a basic membrane structured oxygen sensing element.
제2도는 종래의 산소감지소자용 기준극 산소분압 제어전류의 공급회로도.2 is a supply circuit diagram of a reference electrode oxygen partial pressure control current for a conventional oxygen sensing element.
제3도는 산소감지소자의 공기 과잉율과 출력전압과의 관계를 표시한 도표.3 is a chart showing the relationship between the excess air ratio and the output voltage of the oxygen sensing element.
제4도는 종래의 산소감지소자 출력전압과 기준극 산소분압 제어전류와의 관계를 표시한 도표.4 is a table showing the relationship between the conventional oxygen sensing element output voltage and the reference electrode oxygen partial pressure control current.
제5도는 본 발명의 일실시예에서의 산소감지소자용 기준극 산소분압 제어전류 공급회로의 계통도.5 is a schematic diagram of a reference electrode oxygen partial pressure control current supply circuit for an oxygen sensing element according to an embodiment of the present invention.
제6도는 본 발명의 일실시예에서의 산소감지소자용 기준극 산소분압 제어전류의 공급회로도.6 is a supply circuit diagram of a reference electrode oxygen partial pressure control current for an oxygen sensing element in one embodiment of the present invention.
제7도는 제6도에 표시한 공급회로의 출력전압과 기준극 산소분압 제어전류와의 관계를 표시한 도표.FIG. 7 is a chart showing the relationship between the output voltage of the supply circuit shown in FIG. 6 and the reference electrode oxygen partial pressure control current.
제8도는 제6도에 표시한 공급회로에 의해 제어전류를 공급한 산소감지소자의 안정상태에 있어서의 출력전압과 기준극 산소분압 제어전류와의 관계를 표시한 도표.FIG. 8 is a chart showing the relationship between the output voltage in the stable state of the oxygen sensing element supplied with the control current by the supply circuit shown in FIG. 6 and the reference electrode oxygen partial pressure control current.
제9도는 본 발명의 다른 실시예의 산소감지소자용 기준극 산소분압 제어전류의 공급회로도.9 is a supply circuit diagram of a reference electrode oxygen partial pressure control current for an oxygen sensing element according to another embodiment of the present invention.
제10a, b도는 제9도에 표시한 공급회로에 의해 제어전류를 공급한 산소감지소10A and 10B show an oxygen detector supplied with a control current by the supply circuit shown in FIG.
본 발명은, 산소감지소자용 기준극 산소분압 제어전류의 공급회로에 관한 것으로, 특히 산소이온 전도성 고체전해질의 표면(양면 또는 한쪽면)에 기준극 및 측정극을 착설하여, 외부전원으로부터 공급되는 제어전류(IS)에 의해서 상기 고체전해질 내에서 산소이온의 이동을 생기게 해서 기준극 산소분압을 제어하고, 상기 기준극 산소분압과 측정극 산소분압과의 차에 따른 출력전압(VS)을 발생시키도록 한 산소감지소자에 대하여, 상기 기준극 산소분압 제어전류 IS를 공급하기 위한 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
제1도는 상술한 기준극 산소분압 제어전류(IS)를 공급해서 기준극 산소분압을 제어하도록 한 산소감지소자(10)의 일례를 표시한 모식적 단면도로서, 구조기체로서의 강도를 유지하는 격막체(1) 내에 보온용 전열체(2)를 매설하고, 또한 상기 격막체(1) 위에 전자전도성 기준극(3), 산소이온 전도성 고체전해질(4) 및 전자전도성 측정극(5)을 순차적층하고, 상기 측정극(5)을 중심으로 다공질보호층(6)을 형성함과 동시에, 기준극(3)과 측정극(5)과의 사이에, 상기 고체전해질(4) 내에서 상소이온의 이동을 생기게 해서 기준극 산소분압을 제어하기 위한 제어전류 IS(도시한 방향은 일례)를 공급하는 외부 전원(VC)과 출력전압(VS)을 꺼내는 측정장치(7)를 접속하고, 보온용전열체(2)에H FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the
제2도는 상기 제1도에 표시한 산소감지소자(10)에, 외부전원(VC) 및 가열용외부전원(VH)을 접속한 상태의 종래의 전기회로도의 일례를 표시한 것으로서, 산소감지소자(10)의 부호(E)는 기전력, (R)은 내부저항, (Rh)는 보온용 전열체(2)의 저항을 나타내고 있다. 그리고, 보온용전열체(2)에는 가열용외부전원(VH)이 인가되어서 발열한다. 또, 외부전원(VC)을 전압원으로 하는 기준극 산소분압 제어전류의 공급회로에 있어서, FET(전계효과 트랜지스터)(11)의 드레인(D) 축을 외부전원(VC)에 접속하고, 소오스(S)측을 저항(RS) 및 보호저항(RP)을 개재하여 산소감지소자(10)의 기준극(3)(또는 측정극(5))에 접속되어 있으며, 다른쪽의 측정극(5)(또는 기준극(3))은 접지되어 있다. 이 FET(11)에 있어서의 게이트(G) 소오스(S)간의 전압(VGS)은 소오스전류를(IS)로 하면,FIG. 2 shows an example of a conventional electric circuit diagram in which an external power source V C and a heating external power source V H are connected to the
VGS=-ISㆍRS…………………………[1]V GS = -I S ㆍ R S ... … … … … … … … … … [One]
로 표시되며, 상기 식[1]에 표시되는 소오스전류(IS)와 똑 같은 제어전류(IS)가 산소감지소자(10)의 고체전해질(4) 내를 흘러, 상기 고체전해질(4) 내에서 산소 이온의 이동을 생기게 해서 기준극 산소분압을 제어하고, 기준극 산소분압과 측정극 산소분압과의 차에 상응하는 기전력(E)을 발생하여, 내부 저항(R)에 사용된 출력전압(VS)을 출력한The control current I S , which is the same as the source current I S shown in Equation [1], flows into the solid electrolyte 4 of the
더욱 상세히 설명하면, 예를들면 고체전해질(4) 내에서 기준극(3)으로부터 측정극(5)을 향해서 제어전류(IS)가 흐르도록 외부전원(VC)을 접속하였다고 가정하면, 고체전해질(4) 내에서 측정극(5)으로부터 기준극(3)을 향해서 산소이온의 이동이 생겨, 상기 기준극(3)에의 산소이온의 강제적인 들여 보내기와, 상기 기준극(3)으로부터의 상기 고체전해질(4) 또는 격막체(1)(통기성이 있는 경우)를 개재한 산소분자의 확산과의 균형된 상태에서 기준극 산소분압이 조금 높게(예를들면 10-1atm정도) 유지되고, 측정극(5)이 촉매작용을 갖는 경우에는 제3도에 표시한 바와같이 공기 과잉을 λ<1측(즉 연료가 과잉한 농후한 측)에서 커다란 출력전압(VS)이 발생하고, λ=1 부근에서 출력전압(VS)이 급격히 감소하여, 공기과잉율 λ>1측(즉 공기가 과잉인 희박한측)에서 출력전압(VS)이 적어진다는 특성을 나타낸다.In more detail, for example, it is assumed that an external power source V C is connected such that the control current I S flows from the
반대로, 측정극(5)으로부터 기준극(3)을 향해서 제어전류(Is)가 흐르도록 외부전원(Vc)을 접속하였다고 가정하면, 고체전해질(4) 내에서 기준극(3)으로부터 측정극(5)을 향해서 산소이온의 이동이 생기기 때문에, 기준극 산소분압이 조금 낮게(예를들면 10-20atm정도)유지되어, 제3도의 경우와는 반대로 공기과잉을 λ>1측에서 커다란 출력전압(Vs)을 발생하는 특성을 나타낸다.On the contrary, assuming that the external power source Vc is connected so that the control current Is flows from the
제4도는 상기 한것중, 고체전해질(4) 내에서 기준극(3)으로부터 측정극(5)을 향해서 제어전류(IS)가 흐르도록 한 경우(제3도에 표시한 특성)의 제어전류(Is)와 산소S 4 shows control of the case where the control current I S flows from the
한편, 상기 제2도에 표시한 종래의 회로에 의한 제어전류(IS)는 제4도에 점선으로 표시한 바와같이 일정하며, 각각의 교점이 출력전압(VS)이 된다.On the other hand, the control current I S by the conventional circuit shown in FIG. 2 is constant as indicated by the dotted line in FIG. 4, and each intersection becomes an output voltage V S.
그러나, 종래의 경우에는 상기 제어전류(Is)가 일정하기 때문에, 산소감지소자온도의 변화에 따른 출력전압(VS) (VAL',VBL',VCL' 및 VAR',VBR',VCR')의 불균형이 상당히 커지며, 예를들면 공기과잉을 λ=1을 중심으로 하는 공연비제어를 양호하게 행할 수 없게 된다. 즉, 제4도의 예에 있어서 선(CR)은 소자온도 550℃, λ=0.9의 경우이나 소자온도가 예를들면 650℃로 높아지면 전술한 산소분자의 확산이 증대하기 때문에 제어전류(IS)가 일정한 상태에서는 기준극 산소분압이 저하되고, 출력전압도(VCR')에서 (VBR)로 저하해서 선(BR)의 특성이 되며, 선(CR)에 비해서 출력전압이 상당히 저하한다. 따라서 산소감지소자온도가 상승한 경우에는 제어전류 IS를 증대시켜서 기준극(3)으로서의 산소이온의 들여보내는 양을 증가하고, 기준극산소분압이 저하되지 않도록 할 필요가 있다. 또한, 상기 산소분자의 확산은, 온도가 상승한 경우와 마찬가지로 고체전해질(4)등의 기공율이 증대한 경우에도 증가하여, 제어전류(IS)가 일정한 경우에 출력S S However, in the conventional case, since the control current Is is constant, the output voltage V S (V AL ', V BL ', V CL 'and V AR ', V BR according to the change of the oxygen sensing element temperature). The imbalance of ', V CR ') becomes considerably large, for example, air-fuel ratio control centered on? That is, in the example of FIG. 4, the line CR has the control current I S because the diffusion of the above-mentioned oxygen molecules increases when the device temperature is 550 ° C. and λ = 0.9 or when the device temperature becomes 650 ° C., for example. ) Is constant, the reference electrode oxygen partial pressure decreases, the output voltage is lowered from (V CR ') to (V BR ) and becomes a characteristic of the line BR, and the output voltage is considerably reduced compared to the line CR. . Therefore, when the oxygen sensing element temperature rises, it is necessary to increase the control current I S to increase the amount of oxygen ions serving as the
이와같이, 종래의 경우에는 기준극 산소분압제어전류(IS)가 일정하기 때문에, 산소감지소자온도, 고체전해질의 기공율, 피측정가스 등에 따라서 출력전압(VS)이 크게 변동하고, 예를들면 소정전압(0.55V)을 비교전압으로 해서 공기과잉율 λ>1 또는 λ<1을 판단하는 경우에 그 정밀도가 저하한다는 문제를 지니고 있었다.As described above, in the conventional case, since the reference electrode oxygen partial pressure control current I S is constant, the output voltage V S varies greatly depending on the oxygen sensing element temperature, the porosity of the solid electrolyte, the gas to be measured, and the like. The problem was that the accuracy was lowered when judging the excess air ratio λ> 1 or λ <1 using the predetermined voltage (0.55V) as the comparison voltage.
본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 결점을 해소하고, 사용할때에 있어서의 산소감지소자의 온도가 상당히 변화하는 경우 및 산소감지소자의 고체전해질의 기공율(격막체가 통기성을 지닌 경우에는 그 기공율도 포함한다)에 산란이 있는 경우 등에 있어서도 산소감지소자의 외출력전압(VS)을 공기과잉율 λ>1 및 λ<1의 각각에 있어서 거의 일정한 수준으로 유지할 수가 있고, 특히 소정전압을 비교전압으로 해서 공기과잉을 λ>1 또는 λ<1을 판단할 경우에, 상기 비교 전압과 출력전압(VS)과의 상대위치를 대체로 일정하게 유지할 수가 있고, 판단의 정밀도를 현저하게 향상시키는 것이 가능하며, 산소감지소자의 온도 및 고체전해질의 기공율을 그다지 엄밀히 하지 않아도 양호한 출력전압 특성을 얻을 수 있도록 함에 있다.The object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to significantly reduce the temperature of the oxygen sensing element in use and the porosity of the solid electrolyte of the oxygen sensing element (when the diaphragm body is breathable, Even when there is scattering, the external output voltage V S of the oxygen sensing element can be maintained at a substantially constant level at each of the excess air ratios λ> 1 and λ <1. In the case of determining λ> 1 or λ <1 by the excess of air, the relative position between the comparison voltage and the output voltage V S can be kept substantially constant, and the accuracy of the judgment can be significantly improved. In other words, it is possible to obtain good output voltage characteristics even if the temperature of the oxygen sensing element and the porosity of the solid electrolyte are not very strictly.
본 발명은, 산소감지소자에 대하여 기준극 산소분압제어전류를 공급함에 있어, 상기 산소감지소자의 출력전압(VS)의 변화에 대응해서, 상기S In the present invention, in supplying the reference electrode oxygen partial pressure control current to the oxygen sensing element, the S corresponds to a change in the output voltage V S of the oxygen sensing element.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라서 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
제5도는 본 발명의 실시예에 있어서의 산소감지소자용 기준극 산소분압제어전류의 공급회로를 표시한 계통도로서, 산소감지소자(10) 제1도에 예시의 측정극(5)은 피측정가스(G)와 접촉 가능하며, 보온용전열체(2)(착설되어 있지 않은 산소감지소자(10)라도 된다)에는 가열용 외부전원(VH)이 접속되어서 발열가능하게 되어있다.FIG. 5 is a system diagram showing a supply circuit for the reference electrode oxygen partial pressure control current for the oxygen sensing element in the embodiment of the present invention, and the measuring
또한, 상기 공급회로는 상기 산소감지소자(10)의 출력전압(VS)과 소정전압(VT)을 비교하는 비교부(15)와 상기 산소감지소자(10)의 출력전압(VS)을 정수배하는 연산부(16)와, 상기 비교부(15)로부터의 출력 및 연산부(16)로부터의 출력에 따라서 상기 산소감지소자(10)의 출력전압(VS)에 따른 기준극 산소분압제어전류(IS)를 공급하는 전류제어부(17)를 구비하고 있다. 그리고, 비교부(15)에서는, 소정전압(VT)과 산소감지소자(10)의 출력전압(VS)을 비교하여, 2가(divalent)신호를 변환하여 전류제어부(17)를 제어한다. 여기서, 산소감지소자(10)의 고체전해질(4)내에서 기준극(3)으로부터 측정극(5)을 향해서 제어전류(IS)가 흐르도록해서, 공기과잉을 λ<1로 커다란 출력전압(VS)을 발생한다. 제3도 및 제4도에 표T S S S T S S S S S In addition, the supply circuit includes a
제6도는, 제5도의 구체적인 회로의 일례를 표시한 것으로서, 비교부(15)를 구성하는 연산증폭기(21)의 +입력측에 소정전압(VT)이 입력되고, 그 -입력측에 산소감지소자(10)의 출력전압(VS)이 입력된다. 또, 연산증폭기(21)의 출력측은 다이오우드(D1)를 순방향으로 개재하여, 전류제어부(17)를 구성하는 PNP트랜지스터(Tr)의 베이스에 접속된다. 한편, 연산부(16)를 구성하는 연산증폭기(22)의 +입력측에는 산소감지소자(10)의 출력전압(VS)이 입력되고, 입력측에는 연산증폭기(22)의 출력전압을 저항(R1)과 저항(R2)으로 분압된 전압이 입력된다. 또한 그 출력전압은 전류제어부(17)를 구성하는 연산증폭기(23)의 +입력측에 입력된다. 연산증폭기(23)의 입력측에는 한쪽에 전압(VC)이 인가된 저항(R3)과 트랜지4 C FIG. 6 shows an example of the specific circuit of FIG. 5, in which a predetermined voltage V T is input to the + input side of the
제6도에 표시한 회로구성에 있어서, 산소감지소자(10)의 전열체(2)에는 가열용 외부전원(VH)이 접속되어서 발열가능하게 되어 있다. 또한 전열체(2)를 갖지 않는 산소감지소자(10)에 있어서는, 이와같은 가열용의 부전원(VH)의 접속은 당연히 없다.In the circuit configuration shown in FIG. 6, a heating external power supply V H is connected to the
여기서, 산소감지소자(10)의 출력전압(VS)(소정전압(VT)인 경우, 연산증폭기(21)는 (VT)를 출력하고, 트랜지스터(Tr)를 부동작 상태로 한다. 따라서 이때의 제저전류(Is)는 미소전류(IV)뿐이 된다. 이 미소전류(IV)는,Here, when the output voltage V S of the oxygen sensing element 10 (the predetermined voltage V T ), the
로 표시되어, 제7도에 표시한 바와같이 대체로 일정한 미소전류가 된다.Is indicated, and as shown in FIG. 7, there is a substantially constant small current.
또, 산소감지소자(10)의 출력전압(VS)소정전압(VT)인 경우, 연산증폭기(21)는 OV를 출력하므로 다이오우드(D1)은 부동작이 되며, 트랜지스터(Tr)는 동작상태가 된다. 한편, 연산부(16)의 연산증폭기(22)에 입력된 산소감지소자(10)의 출력전압(VS)은 연산증폭기(22)에 의해서, 다음식과 같이 정수배된다.In addition, when the output voltage V S of the
그리고, 정수배된 전압(μㆍVS)가 전류제어부(17)에 입력된다. 전류제어부(17)를 구성하는 연산증폭기(23)Then, an integer multiple of the voltage μ · V S is input to the
가 되도록 트랜지스터(Tr)를 제어한다.The transistor Tr is controlled to be.
따라서, 산소감지소자(10)의 출력전압(VS)>소정전압(VT)인 경우의 제어전류 IS는,Therefore, the control current I S when the output voltage V S > constant voltage V T of the
로 표시되어, 제7도에 표시한 바와같이, 출력전압(VS)이 소정전압(VT)보다도 커짐에 따라서 제어전류(Is)가 차차 작아지는 특성을 얻는다.Is represented by, as shown in the Figure 7, the output voltage (V S) is obtained the characteristics becomes small gradually the control current (Is) in accordance with the larger than the predetermined voltage (V T).
제8도는 산소감지소자(10)의 안정상태에 있어서의 출력전압(VS)과 기준극 산소분압 제어전류(IS)와의 관계를 나타내는 것으로서, 각 부호(AL),(BL),(CL) 및 (AR),(BR),(CR)은 상기 제4도의 경우와 마찬가지이다.FIG. 8 shows the relationship between the output voltage V S and the reference electrode oxygen partial pressure control current I S in the stable state of the
이 안정상태라 함은, (AL),(BL),(CL)에 있어서는 λ=1.1(제3도 참조)의 상태가 계속된 상태의 제어전류(IS)와 출력전압(VS)과의 관계를 나타내고, (AR),(BR),(CR)에 있어서는 λ=0.9(제3도 참조)의 상태가 계속된 경우의 제어전류(IS)와 출력전압(VS)과의 관계를 나타낸 것이다. 또한, 제4도의 경우와 마찬가지로 고체전해질(4)의 기공율에 의해서도 제어전류(IS)와 출력전압(VS)과의 관계는 변This stable state means that in (AL), (BL), and (CL), the control current (I S ) and the output voltage (V S ) in the state where λ = 1.1 (see FIG. 3) continues. (AR), (BR) and (CR), the relationship between the control current I S and the output voltage V S when the state of λ = 0.9 (see FIG. 3) is continued. It is shown. In addition, as in the case of FIG. 4, the relationship between the control current I S and the output voltage V S also varies depending on the porosity of the solid electrolyte 4.
그리고, 상기 안정상태에서는, 제8도에 실선으로 표시한 산소감지소자의 제어전류(IS)-출력전압(VS)간의 특성곡선(AL),(BL),(CL) 및 (AR),(BR),(CR)과 제6도에 표시한 제어전류공급회로의 제어전류(IS)-출력전압(VS)간의 특성곡선(제8도에 점선으로 표시함)과의 교점이 각각의 산소감지소자의 온도 혹은 기공율등의 변화에 대응한 제어전류(IS) 및 출력전압(VS)이 된다.In the stable state, the characteristic curves AL, BL, CL and AR between the control current I S and the output voltage V S of the oxygen sensing element indicated by solid lines in FIG. 8. The intersection of (BR), (CR) and the characteristic curve between the control current (I S ) and the output voltage (V S ) of the control current supply circuit shown in FIG. The control current I S and the output voltage V S corresponding to changes in the temperature or porosity of each oxygen sensing element are obtained.
따라서, 예를들면 출력전압(VS) 소정전압(VT)의 경우에, 산소 감지소자의 온도가 상승하거나, 혹은 산소 감지소자의 고체전해질(4)의 기공율이 제조시의 불균형에 의해서 큰것이 되거나 하면, 기준극(3)으로부터의 산소분자의 확산이 많아져서 출력전압(VS)이 저하하지만, 제8도에 점선으로 표시한 바와같이 출력전압(VS)의 저하와 함께 제어전류(IS)가 증대하기 때문에, 출력전압(VS)의 저하를 상당히 작게할 수가 있고, 각각의 곡선(AR),(BR),(CR)에 있어서의 출력전압(VAR),(VBR),(VCR)의 값을 상기 종래의 제4도에 표시한 출력전압(VAR'),(VBR'),(VCR')의 값에 비해서 상당히 변동폭이 작은 안정된 것으로 할 수 있다.Therefore, for example, in the case of the output voltage V S and the predetermined voltage V T , the temperature of the oxygen sensing element is increased or the porosity of the solid electrolyte 4 of the oxygen sensing element is large due to unbalance at the time of manufacture. In this case, the diffusion of oxygen molecules from the
또한, 출력전압(VS)(소정전압(VT)인 경우에, 산소감지소자에는 미소전류(IV) 밖에 공급하지 않기 때문에 각각의 곡선(AL), (BL), (CL)에 있어서의 출력전압(VAL),BL CL AL BL CL In addition, in the case of the output voltage V S (predetermined voltage V T ), since only a small current I V is supplied to the oxygen sensing element, the curves AL, BL, and CL correspond to each other. Output voltage (V AL ), BL CL AL BL CL
그러므로, 소정전압(VT)을 기준으로 해서 출력전압(VS)이 그것보다도 큰가 작은가에 따라서 피측정환경이 연료과잉측(농후한측)인가 공기과잉측(희박한측)인가의 판단을 하는 경우의 정밀도를 현저하게 높이는 것이 가능하게 된다.Therefore, by based on the predetermined voltage (V T), the output voltage (V S) are all greater jakeunga the thus-measured environment fuel rich side (rich side) is the excess air side (lean side) is applied in which the determination that It is possible to significantly increase the accuracy of the case.
이와같이, 안정상태 즉, 공기과잉측(예를들면 λ=1.1)혹은 연료과잉측(예를들면 λ=0.9)이 계속되는 경우에 있어서, 산소감지소자의 온도변화 혹은 고체전해질(4)의 기공율의 불균일 등에 의한 출력전압(VS)의 변동폭을 종래의 경우에 비해서 상당히 작게할 수 있으나, 피측정가스가 자동차용 내연기관의 배기가스로서 공연비의 피이드백(feedback)제어를 행함으로서 공기과잉율 λ=1 부근에서의 연소가 상시 유지되도록 제어할 경우에는, 공기과잉율 λ=1을 기준으로 해서 농후(λ<1) 및 희박 (λ>1)상태가 끊임없이 반복된다. 그리고, 예를들면 제3도에 표시한 농후상태에서 희박상태로 옮겨가는 경우에도 출력전압(VS)이 저하하므로, 이 경우에도 제7도에 표시한 특성과 같이, 상기 출력전압(VS)의 저하에 대응해서 제어전류(IS)로 급격히 증대하고, 출력전압(VS)의 저하를 저지하는 방향에 작용함과 동시에, 일시적으로 산소감지소자(10)에 대해서 과대한 제어전류(IS)(제7도의 경우에는 최대 약 120μA)를 공급하게 되어서 산소감지소자(10)를 열화시킬 우려가 생긴다. 따라서, 농후상태에서 희박상태로 옮겨갈때의 출력전압(VS)의 급격한 저하가 그대로 전류제어부(17)의 출S S S Thus, in the case of the steady state, i.e., the excess air side (e.g. λ = 1.1) or the fuel excess side (e.g. λ = 0.9) is continued, the temperature change of the oxygen sensing element or the porosity of the solid electrolyte 4 Although the fluctuation range of the output voltage V S due to unevenness can be made considerably smaller than in the conventional case, the excess air ratio λ is achieved by performing feedback control of the air-fuel ratio as exhaust gas of the internal combustion engine for automobiles. In the case where control is maintained so that combustion in the vicinity of = 1 is always maintained, the rich (λ <1) and lean (λ> 1) states are constantly repeated based on the excess air ratio λ = 1. And, for example, because the third also a rich state in which the output voltage (V S), even when moving to a lean state decreases from the display to, and in this case, as the characteristics shown in the seventh degree, the output voltage (V S In response to the decrease of), the control current I S increases rapidly and acts in the direction of preventing the decrease of the output voltage V S , and at the same time, the excessive control current with respect to the
제9도는 상기 제6도에 표시한 제어전류(IS)의 공급회로의 연산부에 피이크유지부를 마련한 실시예를 표시한 것으로, 제6도와 동일한 부분은 동일부호를 사용하였다. 연산부(16)의 연산증폭기(22)에 입력된 산소감지소자(10)의 출력전압(VS)은 연산증폭기(22)에 의해서 상기 [3]식과 같이 정수배되어 출력(μㆍVS)이 연산증폭기(24)의 +입력단자에 입력된다. 연산증폭기(24), 다이오우드(D2), 콘덴서(C1), 저항(R6)으로 구성된 피이크유지부에서는, 상기 (μㆍVS)가 피이크전압(VP)으로 다음식과 같이 변환된다.FIG. 9 shows an embodiment in which a peak holding unit is provided in the calculation unit of the supply circuit for the control current I S shown in FIG. 6, and the same reference numerals are used for the same parts as in FIG. The output voltage V S of the
(단, Vmax는 VS의 최대치)(Where V max is the maximum value of V S )
이 피이크전압(VP)이 상기 제6도의 (μㆍVS)대신에 전류제어부(17)의 연산증폭기(23)의 +입력단자에 입력되어 다음식에 표시한 (IC)를 결정한다.This peak voltage V P is input to the + input terminal of the
따라서, 출력전압(VS)(소정전압(VT)의 경우에는 [2]식에 의한 미소전류(IV)만이 출력전압(VS) 소정전압(VT)의 경우에는, (IV)와 [7]식에 의한 (IC)가 산소감지소자(10)에 공급된다.Therefore, when the output voltage (V S) (a predetermined voltage (V T) in the case [2] smiling (V S, only the output current-voltage (I V) obtained from the formula given) a predetermined voltage (V T) is, (I V ) And (I C ) by the formula [7] are supplied to the
그러나, 상기 피이크유지부에 있어서의 방전의 시정수는 (R6×C1)로 표시되지만, 예를들면 자동차용 내연기관의 공연비 제어의 경우에는 5~15초 정도가 적당하다. 즉, 제3도에 표시함과 같이 상태가 농후측에서 희박측으로 변화되어서, 산소감지소자(10)의 출력전압(VS)이 급격하게 저하할 경우의 옮겨가는 시간은 0.5초 이하이나, 이 천이 시간은 산소감지소자(10)고체의 차이 혹은 경시변화 등에 의해서도 달라진다. 여기서, 방전의 시정수를 상기 옮겨가는 시간을 고려해서 약간길게 하여 두면, 상태가 농후측에서 희박측으로 변화할 때의 출력전압(VS)의 저하에 기인하는 과대한 제어전류(IC)의 공급을 방지할 수 있다. 한편, 방전의 시정수를 너무 크게하면, 기준극 산소분압이 비교적 단시간 사이에 부족하여 출력전압(VS)이 저하된 경우에, 이것을 보상할 수 없게 된다.However, the time constant of the discharge in the peak holding portion would be displayed as (R 6 × C 1), for example, in the case of the air-fuel ratio control of the internal combustion engine for automobiles, it is suitably about 5 to 15 seconds. That is, the track of time taken for the output voltage (V S) if the sudden decrease in the third degree displayed with status be changed lean side from the rich side, the
제10도는 상기 제9도에 표시한 회로에 의해서 기준극 산소분압 제어전류(IS)가 공급되는 산소감지소자(10)를 사용해서 자동차용 내연기관의 배기가스 중의 산소농도를 검출하여, 공연비의 피이드백 제어를 행하도록 한 경우의 작동상태를 나타내고 있다. 이때의 산소감지소자(10)는, 제3도에 표시한 바와같이, 공기과잉율 λ<1에서 커다란S<><S FIG. 10 shows the oxygen concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine for automobiles by using the
또, 제10도에서의 실선은 피이크전압(VP)(방전의 시정수(R6×C1)에 따라서 감쇠한다)를 나타내나, 실제로는 피이크전압(VP)은 출력전압(VS)을 정수배한 값(상기식[3], 식[6] 참조)에 의하므로 제10도에서는 설명을 쉽게하기 위해서,In addition, the solid line in FIG. 10 shows the peak voltage V P (attenuates according to the time constant R 6 × C 1 of discharge), but the peak voltage V P is actually the output voltage V S. ) Is an integer multiplier (see equation [3] and equation [6] above).
로 치환해서 부분적으로 출력전압(VS)과 겹치도록 하고 있다.It has to be partially overlapped with the output voltage (V S) substituted with.
공기과잉율 λ<1의 경우에는, 출력전압(VS)이 큰값이 되고, 피이크유지부에서 일시적으로 유지되어서 VS=VP'가 되며, 제10도에 A점으로 표시한 바와같은 상태가 되어서 제어전류(ISA)가 산소감지소자(10)에 공급된다. 이어서, 상태가 희박측으로 변화해서 λ>1이 되면, 출력전압(VS)이 급격하게 저하한다. 한편, 상기 유지된 전압(VP')은 피이크유지부의 방전 시정수에 대응해서 제10b도에 실선으로 표시한 바와같이 서서히 저하한다. 그리고, 전압(VP')이 저하함과 동시에 제10a도에 표시한 바와같이 제어전류(IS)는 전류극(ISB)를 향해서 증대한다. 다음에 출력전압(VS)이 제10도의 b점에 이르러서 소정전압(VT)보다도 작아지면, 연산증폭기(21)의 출력이 OV신호가 되기S V S V<S In the case of the excess air ratio λ <1, the output voltage V S becomes a large value and is temporarily held in the peak holding portion to be V S = V P ', as shown by the point A in FIG. The control current I S A is supplied to the
이때, 출력전압(VS)이 소정전압(VT)을 넘을 때까지(제10b도의 점(d)까지)는 제어전류(ISC)(=IW)는 미소상태를 유지한다. 다음에 출력전압(VS)이 소정전압(VT)을 넘으면 재차 제9도에 표시한 연산회로(피이크유지회로)로부터의 제어전류가 공급되어, 제10a도에 표시한 제어전류(ISD)까지 급증하고, 점(D)에서 점(E)까지 전압(VP')이 감쇠하는 동안은 (VP')(VS)이기 때문에 제어전류(ISE)까지 증대한다. 그리고, 점(E)에서는 (VP')=(VS)가 되어, 출력전압(VS)이 다시 상승하는 동안 전압(VP')도 마찬가지로 증대하여, 제어전류(IS)는 전류치(ISE)를 최고로 해서 감소를 계속하고, (F)점을 거쳐서 전술한 (A)점에 상당하는 상태로 되돌아간다. 따라서, 상태가 λ<1에서 λ>1로 변화할 때에 출력전압(VS)이 급격하게 저하되어도 출력전압(VS)은 일시적으로 피이크전압(VP)(VP')로서 유지되어, 피이크유지회로의 방전의 시정수에 따라서 서서히 저하하기 때문에, 산소감지소자(10)에 과대한 제어전류(IS)가 흐르는 것을 방지할 수 있다.At this time, the control current I S C (= I W ) maintains the micro state until the output voltage V S exceeds the predetermined voltage V T (up to the point d in FIG. 10B). Next, when the output voltage V S exceeds the predetermined voltage V T , the control current from the arithmetic circuit (peak holding circuit) shown in FIG. 9 is supplied again, and the control current I S shown in FIG. While the voltage is rapidly increased up to D) and the voltage V P 'from the point D to the point E is attenuated, it is (V P ') (V S ), and thus increases to the control current I S E. At the point E, (V P ') = (V S ), while the output voltage V S rises again, the voltage V P ' similarly increases, so that the control current I S is a current value. The reduction is continued by maximizing (I S E) and returning to the state corresponding to the above-mentioned point (A) via the point (F). Therefore, even when the output voltage V S suddenly decreases when the state changes from λ <1 to λ> 1, the output voltage V S is temporarily maintained as the peak voltage V P (V P ′). Since it gradually falls with the time constant of the discharge of the peak holding circuit, it is possible to prevent excessive control current I S from flowing through the
또한, 상술한 실시예에서는, 공기과잉율 λ<1측에서 커다란 출력전압(VS)을 발생하는 산소감지소자(10)를 예로들어서 설명하였으나, 고체전해질(4) 내에서의 산소>S In addition, in the above-described embodiment, the
또, 소정전압(VT)에 대해서는 제7도에 표시한 바와같이 약 0.55V인 경우를 나타내고 있으나, 이 소정전압(VT)은 적의 변경하는 것도 가능하다. 즉, 이런 종류의 산소감지소자로는, 소자온도가 저하된 경우에 고체전해질(4)의 내부저항(R)이 증대하기 때문에, 상기(내부저항 R)×(제어전류 IS)의 값이 더욱 커져서 외관상의 출력전압(VS)이 한층 증대하게 된다. 이 때문에, 소정전압(VT)도 그것에 맞추어서 증대시키지 않으면 예를들여 제3도에 표시한 특성의 산소감지소자에 있어서 λ>1 측에서의 출력전압(VS)도 소정전압(VT)을 웃돌게 되어 버리는 사태도 생겨서, 양호한 제어를 행할 수 없게 된다. 따라서, 구체적으로 자동차의 경우에, 공전중에는 소정전압(VT)을 높게하고, 주행중에는 소정전압(VT)을 낮게 되도록하며, 또, 내연기관의 부하가 작을 때에는 소정전압(VT)을 높게하고, 부하가 클 때에는 소정전압(VT)을 낮게하도록 자동차의 운전상태에 따라서 변화시키는 것도 바람직하다.Although the case where the predetermined voltage V T is about 0.55 V as shown in Fig. 7, the predetermined voltage V T can be changed as appropriate. That is, in this type of oxygen sensing element, the internal resistance R of the solid electrolyte 4 increases when the element temperature decreases, so that the value of (internal resistance R) x (control current I S ) is increased. more large, appearance of the output voltage (V S) is a further increase. Therefore, if the predetermined voltage V T is not increased in accordance with it, for example, in the oxygen sensing element having the characteristic shown in FIG. 3, the output voltage V S at the lambda> 1 side also exceeds the predetermined voltage V T. A situation arises that it becomes impossible to perform good control. Therefore, specifically in the case of a car, while revolution high, and there while driving, a predetermined voltage (V T) and to a low predetermined voltage (V T), In addition, when the smaller of the internal combustion engine load, a predetermined voltage (V T) when high, the load is large, it is also preferable to change according to the operating state of the vehicle so as to decrease the predetermined voltage (V T).
또한, 상기 실시예에서의 공급회로에서는 출력전압(VS)이 소정전압(VT)보다도 낮은 경우에 출력전압(VS)의 증대에 대해서 제어전류(IS)가 극히 근소하게 감소하고, 출력전압(VS)이 소정전압(VT)을 상회하는 시점에서 제어전류(IS)가 불연속적으로 증S T S S S S In addition, in the supply circuit in the above embodiment, when the output voltage V S is lower than the predetermined voltage V T , the control current I S decreases only slightly with respect to the increase in the output voltage V S , When the output voltage V S exceeds the predetermined voltage V T , the control current I S discontinuously increases S T S S S S
또한, 산소감지소자(10)를 구성하는(격막체 1),(전열체 2), 기준극(3), 산소이온전도성 고체전해질(4), 측정극(5), (보호층 6)등의 소재로서는, 종래 공지의 여러가지 산소감지소자용 재료로부터 적의 선정해서 사용하는 것이 바람직하다.Furthermore, the
이상 상술한 바와같이, 본 발명에 의하면, 산소감지소자의 출력전압(VS)의 변화에 대응해서 기준극 산소분압 제어전류(IS)를 변화시켜, 상기 산소감지소자의 출력전압(VS)에 상응하는 제어전류(IS)를 공급하도록 하였으므로, 사용시에 있어서 산소감지소자의 온도가 상당히 변화할때 혹은 산소감지소자의 고체전해질의 기공율에 상당한 불균일이 있을때, 더욱이는 피측정 가스상태에 따라서 출력전압이 변동을 받기 쉬운때라도, 산소감지소자의 출력전압(VS)을 공기과잉율 λ>1 및 λ<1의 각각에 있어서 대체로 일정한 수준으로 유지할 수 있고, 특히 소정전압을 비교전압으로 해서 공기과잉율 λ>1 또는 λ<1의 판단을 행하고, 공기과잉율 λ>1 인 때에 연료의 비율을 증가하고, λ<1인 때에 공기의 비율을 증가해서 항상 공기과잉율 λ=1 부근에서 공기와 연료와의 연소를 행하게 하도록 한 제어에 있어서, 상기 공기과잉율 λ>1 또는 λ<1의Or more, as described above, according to the present invention, in response to the change in the output voltage (V S) of the oxygen sensing element by changing the reference electrode an oxygen partial pressure of the control current (I S), the output voltage (V S of the oxygen-sensing element Since the control current (I S ) corresponding to) is supplied, when the temperature of the oxygen sensing element changes considerably in use or when there is a significant non-uniformity in the porosity of the solid electrolyte of the oxygen sensing element, Therefore, even when the output voltage is susceptible to fluctuation, the output voltage V S of the oxygen sensing element can be maintained at a substantially constant level at each of the excess air ratios λ> 1 and λ <1, and in particular, the predetermined voltage is compared with the comparison voltage. Then, the excess air ratio λ> 1 or λ <1 is judged and the ratio of fuel is increased when the excess air ratio λ> 1, and the ratio of air is increased when λ <1 is always around the excess air ratio λ = 1. Air and kite In the control to perform a combustion with the excess air ratio λ> 1 or λ <1
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KR1019810000038A KR840001992B1 (en) | 1981-01-08 | 1981-01-08 | The supply circuit of the basic polar oxygen partial pressure control current for oxygen sensing element |
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KR830005585A KR830005585A (en) | 1983-08-20 |
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