專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)定混合氣體組分濃度的裝置的制作方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明是一混合氣體組分濃度的測(cè)定裝置。這一發(fā)明主要涉及的是用于內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料/空氣混合物成分調(diào)節(jié)的探測(cè)器。這類(lèi)探測(cè)器感受內(nèi)燃機(jī)廢氣中的氧氣含量，并由此提供給控制電路一個(gè)輸入信號(hào)，以將混合物成分調(diào)整到預(yù)定值。
本發(fā)明對(duì)象是這樣一個(gè)裝置，它原則上是按美國(guó)汽車(chē)工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(SAE-Paper)920234中介紹的通用氧氣探針那樣設(shè)計(jì)的。
標(biāo)準(zhǔn)中介紹的這類(lèi)探針具有一第一部分體積，在這個(gè)部分體積中，氧氣濃度通過(guò)擴(kuò)散阻抗與廢氣中的氧氣濃度耦合；在第二部分體積中，充滿(mǎn)著帶有基準(zhǔn)氧氣濃度的大氣。對(duì)于兩個(gè)部分體積間的濃度差異，設(shè)于第一與第二部分體積間的能斯脫傳感器給出一個(gè)獨(dú)特的輸出信號(hào)，將輸出信號(hào)與預(yù)先給定值加以比較，便可確定在與廢氣相連的第一部分體積內(nèi)的氧氣濃度與額定值的偏差。氧氣抽吸裝置將取決于已確定偏差量的氣流強(qiáng)度中的氧粒子，而壓入到第一部分體積中或從第一部分體積中抽出，這樣使得那里的氧氣濃度不受通過(guò)擴(kuò)散阻抗與廢氣中氧氣濃度進(jìn)行耦合的影響，而保持恒定不變。
被測(cè)定的參數(shù)，即廢氣中的氧氣濃度可以通過(guò)計(jì)算泵電流Ip確定。
這種類(lèi)型氧氣探針的優(yōu)點(diǎn)在于其近似的線性特性曲線Ip＝f(λ)，它從混合物成分λ緩慢、持續(xù)不斷的變化過(guò)程中得出。然而，如果混合物成分變化較快的話，如通常內(nèi)燃機(jī)混合物調(diào)節(jié)那樣，那么，當(dāng)λ＝1時(shí)在特性曲線上出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。換言之，即在λ＝1附近的探測(cè)器輸出信號(hào)值取決于混合物成分變化的方向。
本發(fā)明的目的在于消除這一滯后效應(yīng)，即在開(kāi)頭提到的那類(lèi)探測(cè)器的說(shuō)明中，其特性曲線沒(méi)有干擾性的滯后效應(yīng)。
這一目的通過(guò)對(duì)氣體混合物中組分濃度的測(cè)定裝置和第一部分體積的說(shuō)明來(lái)完成，在第一部分體積中，組分濃度不受通過(guò)擴(kuò)散阻抗與氣體混合物濃度進(jìn)行耦合的影響而保持恒定不變，其中上述耦合影響由一可控制的組分泵電流通過(guò)一位于第一部分體積與混合氣體之間的、用作抽吸裝置的固體電解質(zhì)予以補(bǔ)償，這樣，上述泵電流的量度即是氣體混合物所要求濃度的量度，而且上述泵電流作為位于第一部分體積與基準(zhǔn)氣體體積之間的能斯脫傳感器的輸出電壓的偏差函數(shù)受一額定值的控制，本裝置對(duì)上述作為抽吸裝置的固體電解質(zhì)兩端可測(cè)電壓的函數(shù)的額定值產(chǎn)生影響。
在有害物質(zhì)轉(zhuǎn)換的基本混合物化學(xué)成分(λ＝1)范圍內(nèi)，這一發(fā)明裝置的使用尤其提高了調(diào)節(jié)參數(shù)總依賴(lài)于調(diào)節(jié)偏差的控制電路的準(zhǔn)確度。
下面借助于實(shí)例和有關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是發(fā)明裝置的實(shí)施例，圖2比較了現(xiàn)有技術(shù)條件下氧氣測(cè)量裝置輸出信號(hào)的特性曲線形狀與本發(fā)明中氧氣測(cè)量裝置輸出信號(hào)的特性曲線形狀。
圖3是圖1所示裝置條件下，基準(zhǔn)電壓為450毫伏，混合物成分在λ＝0.7～1.3之間波動(dòng)時(shí)，抽吸裝置的電解質(zhì)兩端的可測(cè)電壓。
圖4揭示了根據(jù)本發(fā)明對(duì)額定值施加影響的不同途徑。
圖1中的裝置由傳感器1和傳感器的布線2組成。傳感器1具有一第一部分體積3，通過(guò)擴(kuò)散阻抗4-這里是一個(gè)小孔-與廢氣5相連。在第二部分體積6中充滿(mǎn)著基準(zhǔn)大氣，它可以通過(guò)例如與室外空氣相連，或者用其他方式形成。這兩個(gè)部分體積都受到氧離子傳導(dǎo)的電解質(zhì)7的限制，它設(shè)有電極8，9，10和11。由于部分體積3和6中的不同氧氣濃度而出現(xiàn)的能斯脫電壓UN供給第一運(yùn)算放大器12的負(fù)入口，那么預(yù)定的基準(zhǔn)電壓例如450毫伏則供給運(yùn)算放大器的正入口，用基準(zhǔn)電壓來(lái)確定第一部分體積中氧氣濃度的額定值。如果能斯脫電壓UN低于450毫伏，那么，運(yùn)算放大器12的輸出為正，并且驅(qū)動(dòng)正極電流通過(guò)由電極8，9和它們之間的電解質(zhì)組成的泵單元。換言之，即與第一部分體積中氧氣余量相對(duì)應(yīng)的相對(duì)較低的能斯脫電壓使得氧離子(負(fù))從第一部分體積傳送給廢氣。類(lèi)似地，相對(duì)較高的能斯脫電壓使得氧粒子從廢氣流向第一部分體積，從而使第一部分體積中預(yù)先給定的氧氣濃度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。由于這一濃度受通過(guò)擴(kuò)散阻抗4的耦合的干擾，為了維持穩(wěn)定狀態(tài)所必需的泵電流Ip最終是廢氣中氧氣濃度的量度。
如圖1中所介紹的那樣，泵電流Ip可作為測(cè)量電阻13兩端的電壓降由第二運(yùn)算放大器14測(cè)量。
至此所描述的即為現(xiàn)有技術(shù)的裝置，這一裝置提供了如圖2中特性曲線上虛線所示的輸出信號(hào)。λ＝1時(shí)所不希望出現(xiàn)的滯后效應(yīng)與λ＝1時(shí)泵單元的電動(dòng)勢(shì)的EMK的躍躍式變化有關(guān)(參閱附圖3)。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)型式條件下的泵單元與能斯脫傳感器(元件)的耦合，在能斯脫電壓UN上形成躍躍式變化的干擾性寄生耦合，能斯脫電壓UN的改變通過(guò)泵電流予以調(diào)節(jié)，這將使得探測(cè)器在運(yùn)算放大器14測(cè)得的輸出信號(hào)產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的變化。因此，輸出信號(hào)的滯后效應(yīng)也表明了λ的變化，即它并不是當(dāng)前的λ。為了阻止這一現(xiàn)象的發(fā)生，根據(jù)本發(fā)明，泵單元電動(dòng)勢(shì)EMK的一部分在裝置15上寄生耦合上基準(zhǔn)電壓。裝置15可以例如通過(guò)歐姆電阻Rmit16來(lái)實(shí)現(xiàn)。Rmit值以這樣有利的方式選擇，即在泵單元電動(dòng)勢(shì)EMK變化時(shí)，基準(zhǔn)電壓以與能斯脫電壓UN相同的大小變化。這樣，當(dāng)λ＝1時(shí)，在廢氣中的氧氣濃度通路上不會(huì)出現(xiàn)任何干擾性泵電流變化，使得根據(jù)本發(fā)明制造的探測(cè)器的輸出電壓在這一點(diǎn)上是很明確的。
在這一例子中，比較電壓可簡(jiǎn)明地通過(guò)電阻R17和R18來(lái)確定。寄生耦合M定義為M=R17*R18R17+R18Rmit+R17*R18R17+R18,]]>例如，當(dāng)泵單元電動(dòng)勢(shì)EMK變化量為500毫伏，且寄生耦合M＝0.02，Rmit＝980千歐，R17/R18＝20千歐時(shí)，基準(zhǔn)電壓的變化量為10毫伏。
在圖4中介紹了借助于歐姆電阻16進(jìn)行成比例耦合的另一些方法。這些方法是通過(guò)用電容17取代Rmit(圖4a)構(gòu)成積分寄生耦合或通過(guò)由一個(gè)電容和一個(gè)取代Rmit(圖4b)的歐姆電阻組成串聯(lián)電路。
發(fā)明的探測(cè)器不只局限用于氧氣濃度的測(cè)定。通過(guò)可傳導(dǎo)其他氣體組分離子的電解質(zhì)的使用，本發(fā)明也能用來(lái)測(cè)定其他濃度。
權(quán)利要求
1.用于測(cè)定氣體混合物組分濃度的裝置，-具有一第一部分體積，在這一體積中，組分濃度不受通過(guò)擴(kuò)散阻抗與混合氣體濃度進(jìn)行耦合的影響而保持恒定不變，-上述耦合影響可由一可控制的組分泵電流通過(guò)處于第一部分體積和氣體混合物之間用作抽吸裝置的固體電解質(zhì)予以補(bǔ)償，這樣上述泵電流的量度即是氣體混合物中所要濃度的量度，-上述泵電流可作為介于第一部分體積與上述組分基準(zhǔn)濃度范圍之間的能斯脫傳感器(元件)輸出電壓的偏差函數(shù)，其特征是所述裝置對(duì)作為抽吸裝置的固體電解質(zhì)兩端可測(cè)電壓的函數(shù)的上述額定值產(chǎn)生影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，固體電解質(zhì)抽吸裝置兩端的部分可測(cè)電壓在歐姆電阻Rmit兩端耦合到額定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，電解質(zhì)抽吸裝置兩端的部分可測(cè)電壓在電容C兩端耦合到額定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，電解質(zhì)抽吸裝置兩端的部分可測(cè)電壓在由歐姆電阻和電容C組成的串聯(lián)電路兩端耦合到額定值。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征是，耦合裝置是這樣確定的，在抽吸裝置電解質(zhì)兩端的可測(cè)電壓變化時(shí)，基準(zhǔn)電壓以與能斯脫電壓相同的大小變化。
全文摘要
一種測(cè)定混合物組分濃度的裝置，具有一第一部分體積，在這一體積中，組分濃度不受通過(guò)擴(kuò)散阻力與混合氣體中濃度進(jìn)行耦合的影響而保持恒定不變。上述耦合影響由一可控制的組分泵電流通過(guò)處于第一部分體積和氣體混合物之間用作抽吸裝置的固體電解質(zhì)予以補(bǔ)償。泵電流的強(qiáng)度是氣體混合物中所要求濃度的量度。上述泵電流可作為第一部分體積與基準(zhǔn)氣體體積之間的能斯脫傳感器輸出電壓的偏差函數(shù)而受到額定值的控制。這一裝置特征是，可有目的地影響依賴(lài)于抽吸裝置固體電解質(zhì)兩端可測(cè)電壓的額定值。
文檔編號(hào)G01N27/417GK1152353SQ96190402
公開(kāi)日1997年6月18日 申請(qǐng)日期1996年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月3日
發(fā)明者埃里希·榮金格爾 申請(qǐng)人:羅伯特·博施有限公司