空燃比检测设备制造技术

一种空燃比检测设备，使用从端子（ＣＵ）输出的气体检测电压Ｖｓ，判断在空燃比检测设备（１）启动之后，全程空燃比传感器（１０）是否已经达到半激活状态，在所述半激活状态下能基于气体检测信号Ｖｉｃ的变化判断空燃比处于富侧还是贫侧。在判断为传感器达到半激活状态后，将信号Ｖｉｃ与阈值相比较，判断空燃比处于富侧还是贫侧。在设备（１）中，通过第一差动放大电路（５３）获取泵单元（１４）的外泵电极与氧浓度测量单元（２４）的基准电极之间的电势差作为气体检测信号Ｖｉｃ，信号Ｖｉｃ对排气的空燃比的变化的响应度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种空燃比检测设备，用于在宽范围上检测从例如内燃机的燃烧设备排放的排气的空燃比。尤其是，本专利技术涉及一种空燃比检测设备，其在空燃比检测设备启动以后能够对燃烧设备进行准确和快速的空燃比反馈控制。
技术介绍
对于内燃机的空燃比控制，已知一种空燃比检测设备，该设备包括用于检测从内燃机排放的排气的空燃比的气体传感器。用于该用途的已知的气体传感器包括根据排气中氧浓度(根据空燃比是富(rich)还是贫(lean))输出两种电平中的一种的传感器(λ传感器)，以及在保持线性的同时在宽的氧浓度(空燃比)范围上输出传感输出的传感器(称为全程空燃比传感器、线性空燃比传感器等；此后也称为“线性传感器”)。近年来，为了应对需要降低危险气体排放的增强的排放控制，出现了在宽范围上对提供给内燃机的空气-燃料混合物的空燃比进行控制的要求。基于这些，实施了采用线性传感器替代λ传感器，并基于线性传感器的输出进行空燃比反馈控制的技术。顺便提及，任意的上述类型的气体传感器主要采用在固体电解质(electrolyte)的相对表面设置一对电极从而形成单元(cell)的结构。通过由于固体电解质的相对表面所暴露在的气氛(atmosphere)之间的氧浓度差异所产生的电动势，或者通过当电流在电极之间流动时氧离子经过固体电解质的移动，气体传感器检测氧浓度(空燃比)。除非固体电解质加热到一定的温度或更高并且进入所谓的激活状态，否则不会发生这些现象。因此，为了更快地激活气体传感器，并从而在内燃机启动之后基于气体传感器的输出快速地进行空燃比反馈控制，考虑在空燃比检测设备中设置加热器以加热气体传感器。然而，即使在通过加热器加热线性传感器时，在新使用的线性传感器的单元被充分激活并且该传感器产生与线性传感器一样的稳定输出之前，需要从十秒到几十秒的非常长的时间。为了克服这种缺陷，提出了在专利文献1和2中公开的空燃比检测设备，其中使用这种线性传感器，并且在内燃机启动之后能使空燃比反馈控制快速进行。专利文献1和2公开了用于判断线性传感器是否已经进入半激活状态的技术。在内燃机启动之后、线性传感器进入完全激活状态(完全激活状态)之前的阶段，能够基于传感器的输出判断空燃比为富侧空燃比或贫侧空燃比。在这种状态下，根据空燃比，传感器输出线性传感输出。这些公报公开了如下内容在判断为线性传感器的单元已经达到半激活状态时，基于传感输出进行空燃比是富侧空燃比还是贫侧空燃比的判断。专利文献1日本特开平9-170997号公报专利文献2日本特开2004-69547号公报本专利技术要解决的问题从一个不同的方面，除了在专利文献2中公开的具有一个单元的限流型传感器之外，将泵单元和氧浓度测量单元层叠的分层型气体传感器认为是能在宽范围上检测空燃比(氧浓度)的线性传感器。更具体地，设置该分层型气体传感器使得泵和氧浓度测量单元一体地层叠，其中泵和氧浓度测量单元中的每一个由固体电解质层和一对夹着固体电解质层的电极组成。在这种配置中，每个单元的一个电极暴露于可以通过扩散控制部引入排气的测量气室(measurement gas chamber)。对于由多个单元组成的这种线性传感器，已经研究了在内燃机启动之后快速启动空燃比反馈控制的技术。在该技术中，在传感器达到完全激活状态之前的阶段，通过使用传感器的输出进行关于空燃比为富侧空燃比或贫侧空燃比的判断。其具体的例子为在日本特愿2005-264879号中提出的传感器控制设备，在提交本申请时该专利申请尚未公开。在气体传感器达到完全激活状态之前的阶段，传感器控制设备判断包括多个单元的气体传感器(线性传感器)是否已经达到半激活状态。在判断为该气体传感器单元已经达到半激活状态之后，传感器控制设备基于在其中一个单元(例如氧浓度测量单元)的电极之间产生的电压，判断空燃比是处于富侧还是处于贫侧。然而，通过深入的研究，本专利技术的专利技术人发现，在包括多个单元的气体传感器达到半激活状态之后，在氧浓度测量单元的电极之间所产生的电压变化对于空燃比的实际变化具有延迟，传感输出的响应性不令人满意。认为该现象的产生是由于引入测量气室的排气必须通过扩散控制部而引起的，并且由于扩散控制部的存在，在测量气室中气体的替换缓慢进行。因此，在之前的申请中所说明的传感器控制设备能从传感器控制设备启动之后、气体传感器进入完全激活状态之前的阶段开始进行反馈控制。然而考虑到更严格的增强的排放控制标准，为了进行精确的空燃比反馈控制，传感器控制设备对于一旦气体传感器达到半激活状态而产生的传感输出的空燃比的变化必须具有更高的响应性。
技术实现思路
基于上述问题完成了本专利技术，其目的在于提供一种空燃比检测设备，该设备能在气体传感器达到完全激活状态之前的阶段实现对要获得的空燃比的变化响应性高的传感输出。气体传感器包括泵单元和氧浓度测量单元，层叠为使得每个单元的一个电极暴露于通过扩散控制部引入排气的中空测量气室。通过提供包含气体传感器的空燃比检测设备实现了本专利技术的上述目的。气体传感器包括泵单元，其包括夹在外泵电极和内泵电极之间的第一固体电解质层；以及氧浓度测量单元，其包括夹在测量电极和基准电极之间的第二固体电解质层。泵单元和氧浓度测量单元一体地层叠，使得内泵电极和测量电极面向通过扩散控制部引入排气的(中空的)测量气室，并且内泵电极和测量电极保持相同的电势。当气体传感器处于完全激活状态时，向泵单元提供用于将氧气泵入或泵出测量气室的电流，从而在氧浓度测量单元的测量电极和基准电极之间产生恒定的电压。这样，可以基于流过泵单元的电流在宽范围上检测排气的空燃比。空燃比检测设备的特征在于，其包括检测值获取装置，用于在空燃比检测设备启动之后并且气体传感器达到完全激活状态之前的阶段，获取泵单元的外泵电极和氧浓度测量单元的基准电极之间的电势差作为检测值；以及富贫判断装置，用于通过将该检测值与预定的空燃比阈值相比较，来判断排气的空燃比处于富侧还是贫侧。在具有上述结构的气体传感器中，即使在完全激活状态之前的阶段，也在泵单元的电极对之间以及在氧浓度测量单元的电极对之间产生电动势(电压)。倘若气体传感器加热到一定的温度或者更高，电动势正比于每个单元的相对表面的氧浓度的差异。在本专利技术的空燃比检测设备中，由于泵单元的内泵电极和氧浓度测量单元的测量电极二者都面向测量气室，它们暴露于相同的气氛。此外，内泵电极和测量电极保持相同的电势。通过测量泵单元的外泵电极和氧浓度测量单元的基准电极之间的电势差，这种结构能够获得对应于外泵电极和基准电极之间的氧浓度差异的电势(电压)。由于外泵电极位于泵单元不面向通过扩散控制部引入排气的测量气室的一侧，因此存在于传感器外面的排气到达外泵电极比其到达面向测量气室的电极更容易。在某些情况下，为了防止中毒，在外泵电极上设置多孔状电极保护层(porous electrodeprotection layer)。然而，在本专利技术中，即使当设置这种电极保护层时，排气到达外泵电极也比其到达面向测量气室的电极更容易。这是因为当气体传感器处于完全激活状态下，考虑到将氧气泵入或泵出测量气室的结构，将电极保护层的气体渗透性设置得高于扩散控制部的气体渗透性。因此，与基于氧浓度测量单元的电极之间产生的电压检测空燃比的变化的情况相比，基于外泵电极和基准电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空燃比检测设备，其包含气体传感器，所述气体传感器包括：测量气室，排气经由扩散控制部被引入所述测量气室；泵单元，其包括外泵电极、面对所述测量气室的内泵电极、以及夹在所述外泵电极和所述内泵电极之间的第一固体电解质层， 氧浓度测量单元，其包括面对所述测量气室并保持在与所述内泵电极相同的电势的测量电极、基准电极、以及夹在所述测量电极和所述基准电极之间的第二固体电解质层，所述泵单元与所述氧浓度测量单元一体地层叠，以及如下装置：当所述气体传感器处于完全激 活状态时，向所述泵单元提供用于将氧气泵入或泵出所述测量气室的电流，使得在所述氧浓度测量单元的所述测量电极和所述基准电极之间产生恒定的电压，并可基于流过所述泵单元的电流来检测引入所述测量气室的排气的空燃比，所述空燃比检测设备还包括：　 　检测值获取装置，用于在所述空燃比检测设备启动之后并且所述气体传感器达到所述完全激活状态之前的阶段，获取所述泵单元的所述外泵电极和所述氧浓度测量单元的所述基准电极之间的电势差的检测值；以及富贫判断装置，用于通过将所述检测值与预定 的空燃比阈值相比较，来判断排气的所述空燃比处于富侧还是贫侧。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：平岩雅道，川合尊，寺本谕司，森茂树，稻垣浩，
申请(专利权)人：日本特殊陶业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]