JPH01155262A - 酸素濃度センサの温度制御装置 - Google Patents
酸素濃度センサの温度制御装置Info
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- JPH01155262A JPH01155262A JP62316569A JP31656987A JPH01155262A JP H01155262 A JPH01155262 A JP H01155262A JP 62316569 A JP62316569 A JP 62316569A JP 31656987 A JP31656987 A JP 31656987A JP H01155262 A JPH01155262 A JP H01155262A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は内燃エンジンの排気ガス等の気体中の酸素濃度
に比例する出力を発生する酸素濃度センサの温度制御装
置に関する。
に比例する出力を発生する酸素濃度センサの温度制御装
置に関する。
背景技術
内燃エンジンの排気ガス浄化、燃費改善等のために排気
ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサによって検出し、酸
素濃度センサの出力信号に応じてエンジンへの供給混合
気の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置が
公知である。
ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサによって検出し、酸
素濃度センサの出力信号に応じてエンジンへの供給混合
気の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置が
公知である。
近時、かかる空燃比制御装置に用いられる酸素濃度セン
サとして被測定気体中の酸素濃度に比例した出力を発生
するものが開発された。例えば、２つの平板状の酸素イ
オン伝導性固体電解質材各々に電極対を設けて酸素ポン
プ素子及び電池素子を形成し、酸素ポンプ素子及び電池
素子間に気体拡散制限域としての気体滞留室を形成して
その気体滞留室が被測定気体と導入孔を介して連通し、
電池素子の他方の電極面が大気室に面するようにしたセ
ンサが特開昭５９−１９２９５５号公報に開示されてい
る。このような酸素濃度センサにおいては、電池素子の
電極間の発生電圧が基準電圧以上のときにはその電圧差
に応じた電圧を酸素ポンプ素子に供給して酸素ポンプ素
子内において酸素イオンを制限域側電極に向って移動さ
せ、電池素子の電極間の発生電圧が基準電圧以下のとき
にはその電圧差に応じた電圧を酸素ポンプ素子に供給し
て酸素ポンプ素子内において酸素イオンを外側電極に向
って移動させることによりリーン及びリッチ領域の空燃
比において酸素ポンプ素子の電極間を流れる電流値、す
なわちポンプ電流値は気体拡散制限域に供給される気体
中の酸素濃度に比例するのである。
サとして被測定気体中の酸素濃度に比例した出力を発生
するものが開発された。例えば、２つの平板状の酸素イ
オン伝導性固体電解質材各々に電極対を設けて酸素ポン
プ素子及び電池素子を形成し、酸素ポンプ素子及び電池
素子間に気体拡散制限域としての気体滞留室を形成して
その気体滞留室が被測定気体と導入孔を介して連通し、
電池素子の他方の電極面が大気室に面するようにしたセ
ンサが特開昭５９−１９２９５５号公報に開示されてい
る。このような酸素濃度センサにおいては、電池素子の
電極間の発生電圧が基準電圧以上のときにはその電圧差
に応じた電圧を酸素ポンプ素子に供給して酸素ポンプ素
子内において酸素イオンを制限域側電極に向って移動さ
せ、電池素子の電極間の発生電圧が基準電圧以下のとき
にはその電圧差に応じた電圧を酸素ポンプ素子に供給し
て酸素ポンプ素子内において酸素イオンを外側電極に向
って移動させることによりリーン及びリッチ領域の空燃
比において酸素ポンプ素子の電極間を流れる電流値、す
なわちポンプ電流値は気体拡散制限域に供給される気体
中の酸素濃度に比例するのである。
ところで、かかる酸素濃度比例型の酸素濃度センサにお
いては、酸素濃度に比例した出力特性を得るためには固
体電解質材を定常運転時の排気ガス温度より十分高い温
度（例えば、６５０℃以上）に維持して酸素イオンの伝
導性を良好にする必要があり、固体電解質材を加熱する
電流加熱素子が固体電解質材上の適所に配設される。そ
の加熱素子には加熱電流が温度制御装置から供給され、
そして、固体電解質材の十分なるヒートアップを待って
酸素濃度センサの出力を利用して空燃比フィードバック
制御を実行する。
いては、酸素濃度に比例した出力特性を得るためには固
体電解質材を定常運転時の排気ガス温度より十分高い温
度（例えば、６５０℃以上）に維持して酸素イオンの伝
導性を良好にする必要があり、固体電解質材を加熱する
電流加熱素子が固体電解質材上の適所に配設される。そ
の加熱素子には加熱電流が温度制御装置から供給され、
そして、固体電解質材の十分なるヒートアップを待って
酸素濃度センサの出力を利用して空燃比フィードバック
制御を実行する。
温度制御装置としては、電流加熱素子に直列にスイッチ
ング素子を接続しその電流加熱素子及びスイッチング素
子の直列回路に所定の直流電圧を印加し、電流加熱素子
に流れる加熱電流を検出してその加熱電流値に応じたデ
ユーティ比にてスイッチング素子を所定周期でオンオフ
するいわゆるデユーティ制御により所望の大きさの加熱
電流を加熱素子に供給する装置が例えば、特開昭６０−
４８５１８号公報に開示されている。
ング素子を接続しその電流加熱素子及びスイッチング素
子の直列回路に所定の直流電圧を印加し、電流加熱素子
に流れる加熱電流を検出してその加熱電流値に応じたデ
ユーティ比にてスイッチング素子を所定周期でオンオフ
するいわゆるデユーティ制御により所望の大きさの加熱
電流を加熱素子に供給する装置が例えば、特開昭６０−
４８５１８号公報に開示されている。
一方、酸素濃度センサの被ｎ１定気体が内燃エンジンの
排気ガスである場合には、内燃エンジンの高負荷運転時
等の状態においては、排気ガスが高温であり、かかる状
態が継続すれば、酸素濃度センサが過熱して酸素濃度セ
ンサの劣化を招来する恐れがある。そこで、電流加熱素
子の抵抗値の変化によって電流加熱素子の温度を監視し
、該抵抗値が所定閾値を越えたとき直ちに加熱電流を一
時的に停止して冷却することも必要である。該抵抗値の
検出は加熱電流値と該加熱素子の両端電圧とによって知
るのであるが、デユーティ制御によって加熱電流を制御
する場合、電流オフの期間中は該抵抗値を検出すること
はできない。デユーティ制御の繰り返し周期は例えば、
１００ａ＋ｓとかなり短く、なるべく早く該抵抗値を知
らんとする場合には不都合である。
排気ガスである場合には、内燃エンジンの高負荷運転時
等の状態においては、排気ガスが高温であり、かかる状
態が継続すれば、酸素濃度センサが過熱して酸素濃度セ
ンサの劣化を招来する恐れがある。そこで、電流加熱素
子の抵抗値の変化によって電流加熱素子の温度を監視し
、該抵抗値が所定閾値を越えたとき直ちに加熱電流を一
時的に停止して冷却することも必要である。該抵抗値の
検出は加熱電流値と該加熱素子の両端電圧とによって知
るのであるが、デユーティ制御によって加熱電流を制御
する場合、電流オフの期間中は該抵抗値を検出すること
はできない。デユーティ制御の繰り返し周期は例えば、
１００ａ＋ｓとかなり短く、なるべく早く該抵抗値を知
らんとする場合には不都合である。
発明の概要
そこで、本発明の目的はミ酸素濃度センサ中の電流加熱
素子へ供給される加熱電流をデユーティ制御によって制
御しかつ過熱状態を素早く検知し得る酸素濃度センサの
温度制御装置を提供することである。
素子へ供給される加熱電流をデユーティ制御によって制
御しかつ過熱状態を素早く検知し得る酸素濃度センサの
温度制御装置を提供することである。
本発明による酸素濃度センサの温度制御装置は、電流加
熱素子に直列に接続されたスイッチング素子と、電流加
熱素子及びスイッチング素子の直列回路に直流電圧を印
加する電源と、該電流加熱素子に流れる加熱電流を検出
する電流検出手段と、加熱電流の検出値に応じてスイッ
チング素子をオンオフせしめる駆動手段と、微小電流を
電流加熱素子に供給する微小電流供給手段とからなるこ
とを特徴としている。
熱素子に直列に接続されたスイッチング素子と、電流加
熱素子及びスイッチング素子の直列回路に直流電圧を印
加する電源と、該電流加熱素子に流れる加熱電流を検出
する電流検出手段と、加熱電流の検出値に応じてスイッ
チング素子をオンオフせしめる駆動手段と、微小電流を
電流加熱素子に供給する微小電流供給手段とからなるこ
とを特徴としている。
実施例
以乍、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
第１図は本発明による温度制御装置によって温度制御さ
れるべき酸素濃度センサの酸素濃度検出部を示している
。この酸素濃度検出部においては、絶縁層１１を間に挟
んだ酸素イオン伝導性固体電解質材１２が設けられてい
る。酸素イオン伝導性固体電解質材１２内には気体拡散
制限域として気体温留室１３が形成されている。気体滞
留室１３は固体電解質材１２外部から被測定気体の排気
ガスを導入する導入孔１４に連通し、導入孔１４は内燃
エンジンの排気管（図示せず）内において排気ガスが気
体滞留室１３内に流入するように位置される。また酸素
イオン伝導性固体電解質材１２には大気を導入する大気
基準室１５が気体滞留室１３と壁を隔てるように形成さ
れている。気体滞留室１３と大気基準室１５との間の壁
部及び大気基準室１５とは反対側の壁部には電極対１７
ａ。
れるべき酸素濃度センサの酸素濃度検出部を示している
。この酸素濃度検出部においては、絶縁層１１を間に挟
んだ酸素イオン伝導性固体電解質材１２が設けられてい
る。酸素イオン伝導性固体電解質材１２内には気体拡散
制限域として気体温留室１３が形成されている。気体滞
留室１３は固体電解質材１２外部から被測定気体の排気
ガスを導入する導入孔１４に連通し、導入孔１４は内燃
エンジンの排気管（図示せず）内において排気ガスが気
体滞留室１３内に流入するように位置される。また酸素
イオン伝導性固体電解質材１２には大気を導入する大気
基準室１５が気体滞留室１３と壁を隔てるように形成さ
れている。気体滞留室１３と大気基準室１５との間の壁
部及び大気基準室１５とは反対側の壁部には電極対１７
ａ。
１７ｂ、１６ａ、１６ｂが各々形成されている。
固体電解質材１２及び電極対１６ａ、１６ｂが酸素ポン
プ素子１８として作用し、固体電解質材１２及び電極対
１７ａ、１７ｂが電池素子１９として作用し、酸素ポン
プ素子１８と電池素子１９との間に絶縁層１１が位置す
る。また大気基準室１５の外壁面には酸素ポンプ素子１
８及び電池素子１９を加熱するために電流加熱素子（以
下ヒータと称す）２０が設けられている。
プ素子１８として作用し、固体電解質材１２及び電極対
１７ａ、１７ｂが電池素子１９として作用し、酸素ポン
プ素子１８と電池素子１９との間に絶縁層１１が位置す
る。また大気基準室１５の外壁面には酸素ポンプ素子１
８及び電池素子１９を加熱するために電流加熱素子（以
下ヒータと称す）２０が設けられている。
なお、酸素イオン伝導性固体電解質材１２としては、Ｚ
ｒ０２（二酸化ジルコニウム）が用いられ、絶縁層１１
としてはアルミナが用いられ、電極１６ａないし１７ｂ
としてはＰｔ（白金）が用いられる。
ｒ０２（二酸化ジルコニウム）が用いられ、絶縁層１１
としてはアルミナが用いられ、電極１６ａないし１７ｂ
としてはＰｔ（白金）が用いられる。
第２図に示すように酸素ポンプ素子１８の電極１６ｂ及
び電池素子１９の電極１７ｂはアースされている。電池
素子１９の電極１７ａには差動増幅回路２１が接続され
、差動増幅回路２１は電池素子１９の電極１７ａ、１７
ｂ間の電圧と基準電圧源２２の出力電圧との差電圧に応
じた電圧を出力する。基準電圧源２２の出力電圧は理論
空燃比に相当する電圧（０，４５（Ｖ〕）である。差動
増幅回路２１の出力端は制御端を有するスイッチ２３、
そして電流検出抵抗２４を介して酸素ポンプ素子１８の
電極１６ａに接続されている。電流検出抵抗２４の両端
が酸素濃度センサの出力端である。
び電池素子１９の電極１７ｂはアースされている。電池
素子１９の電極１７ａには差動増幅回路２１が接続され
、差動増幅回路２１は電池素子１９の電極１７ａ、１７
ｂ間の電圧と基準電圧源２２の出力電圧との差電圧に応
じた電圧を出力する。基準電圧源２２の出力電圧は理論
空燃比に相当する電圧（０，４５（Ｖ〕）である。差動
増幅回路２１の出力端は制御端を有するスイッチ２３、
そして電流検出抵抗２４を介して酸素ポンプ素子１８の
電極１６ａに接続されている。電流検出抵抗２４の両端
が酸素濃度センサの出力端である。
ヒータ２０には直列に加熱電流（以下ヒータ電流と称す
）検出抵抗３１が接続され、ヒータ２０と抵抗３１との
直列回路にスイッチング素子としてのトランジスタ３２
のコレクタ・エミッタ間を介して電圧Ｖ９が印加される
。ヒータ２０のトランジスタ３２側の一端はヒータ２０
への印加電圧ｖＨ検出用として制御回路３０に接続され
、またヒータ２０の抵抗３１との接続端はヒータ２０に
流れるヒータ電流値１８検出用として制御回路３０に接
続されている。制御回路３０はヒータ２０への印加電圧
ＶＨ及びヒータ電流値ＩＨに応じてスイッチ２３をオン
オフせしめる。またヒータ２０及び抵抗３１の直列回路
には並列に抵抗３３゜３４の直列回路が接続されている
。ヒータ２０及び抵抗３１による分圧電圧と、抵抗３３
．３４による分圧電圧とは演算増幅器３５及び抵抗３６
ないし３９からなる差動増幅回路４０に供給され、差動
増幅回路４０からはその各分圧電圧の差電圧に応じた電
圧が出力される。差動増幅回路４０の出力電圧は抵抗４
１及びコンデンサ４２からなる積分回路４３を介して比
較回路４４に供給される。
）検出抵抗３１が接続され、ヒータ２０と抵抗３１との
直列回路にスイッチング素子としてのトランジスタ３２
のコレクタ・エミッタ間を介して電圧Ｖ９が印加される
。ヒータ２０のトランジスタ３２側の一端はヒータ２０
への印加電圧ｖＨ検出用として制御回路３０に接続され
、またヒータ２０の抵抗３１との接続端はヒータ２０に
流れるヒータ電流値１８検出用として制御回路３０に接
続されている。制御回路３０はヒータ２０への印加電圧
ＶＨ及びヒータ電流値ＩＨに応じてスイッチ２３をオン
オフせしめる。またヒータ２０及び抵抗３１の直列回路
には並列に抵抗３３゜３４の直列回路が接続されている
。ヒータ２０及び抵抗３１による分圧電圧と、抵抗３３
．３４による分圧電圧とは演算増幅器３５及び抵抗３６
ないし３９からなる差動増幅回路４０に供給され、差動
増幅回路４０からはその各分圧電圧の差電圧に応じた電
圧が出力される。差動増幅回路４０の出力電圧は抵抗４
１及びコンデンサ４２からなる積分回路４３を介して比
較回路４４に供給される。
比較回路４４には所定周期Ｔ（例えば、１００＋ｏｓ）
の側波電圧信号を発生する側波発生回路４５が接続され
、その側波電圧信号と積分回路４３の出力電圧とが比較
回路４４において比較される。比較回路４４の出力信号
はトランジスタ３２のベースに供給される。またトラン
ジスタ３２のコレクタ・エミッタ間には微小電流供給手
段として抵抗４６が接続されている。
の側波電圧信号を発生する側波発生回路４５が接続され
、その側波電圧信号と積分回路４３の出力電圧とが比較
回路４４において比較される。比較回路４４の出力信号
はトランジスタ３２のベースに供給される。またトラン
ジスタ３２のコレクタ・エミッタ間には微小電流供給手
段として抵抗４６が接続されている。
かかる構成においては、比較回路４４の出力レベルが高
レベルとなるときトランジスタ３２がオンとなる。トラ
ンジスタ３２のオンにより電圧ＶＢがヒータ２０及び抵
抗３１の直列回路に印加されてヒータ電流が流れ、抵抗
３１の両端電圧がヒータ電流値ＩＨとして差動増幅回路
４ｏに供給される。一方、抵抗３３．３４の直列回路に
もトランジスタ３２のオン時に電圧Ｖｅが印加され、抵
抗３３．３４による分圧電圧が基準電圧Ｖ ｒ １ と
して差動増幅回路４０に供給される。抵抗３１の両端電
圧と基準電圧ｖｒ、との差電圧に応じた電圧が差動増幅
回路４０から積分回路４３に出力される。比較回路４４
が低レベル出力のときにはトランジスタ３２はオフとな
り、このトランジスタ３２のオフ時には抵抗４６を介し
てヒータ２０及び抵抗３１の直列回路と、抵抗３３．３
４の直列回路とに微小電流が流れる。この微小電流によ
り抵抗３１の両端電圧及び基準電圧Ｖ ｒ ＋が得られ
るので差動増幅回路４０からその差電圧に応じた電圧が
積分回路４３に出力される。
レベルとなるときトランジスタ３２がオンとなる。トラ
ンジスタ３２のオンにより電圧ＶＢがヒータ２０及び抵
抗３１の直列回路に印加されてヒータ電流が流れ、抵抗
３１の両端電圧がヒータ電流値ＩＨとして差動増幅回路
４ｏに供給される。一方、抵抗３３．３４の直列回路に
もトランジスタ３２のオン時に電圧Ｖｅが印加され、抵
抗３３．３４による分圧電圧が基準電圧Ｖ ｒ １ と
して差動増幅回路４０に供給される。抵抗３１の両端電
圧と基準電圧ｖｒ、との差電圧に応じた電圧が差動増幅
回路４０から積分回路４３に出力される。比較回路４４
が低レベル出力のときにはトランジスタ３２はオフとな
り、このトランジスタ３２のオフ時には抵抗４６を介し
てヒータ２０及び抵抗３１の直列回路と、抵抗３３．３
４の直列回路とに微小電流が流れる。この微小電流によ
り抵抗３１の両端電圧及び基準電圧Ｖ ｒ ＋が得られ
るので差動増幅回路４０からその差電圧に応じた電圧が
積分回路４３に出力される。
第３図（ａ）に示すように積分回路４３の出力電圧Ｖｃ
を側波電圧信号Ａが越えると、比較回路４４の出力レベ
ルが第３図（ｂ）に示すように高レベルとなる。所定周
期Ｔ毎の高レベル期間、すなわちトランジスタ３２をオ
ンせしめる期間は積分回路４３の出力電圧Ｖｃが上昇す
るほど短くなる。
を側波電圧信号Ａが越えると、比較回路４４の出力レベ
ルが第３図（ｂ）に示すように高レベルとなる。所定周
期Ｔ毎の高レベル期間、すなわちトランジスタ３２をオ
ンせしめる期間は積分回路４３の出力電圧Ｖｃが上昇す
るほど短くなる。
例゛えば、排気ガス温度が上昇した場合にはヒータ２０
の抵抗値が増大するので、抵抗３１の両端電圧は減少す
る。これにより、抵抗３１の両端電圧と基準電圧Ｖ ｒ
１との差電圧は大きくなるので積分回路４３の出力電
圧が上昇して所定周期Ｔ内のトランジスタ３２をオンさ
せる期間が減少してヒータ電流の平均値が減少する。よ
って、ヒータ２０の発熱温度が低下してそのヒータ２０
の抵抗値が減少する。一方、排気ガス温度が低下した場
合にはヒータ２０の抵抗値が減少する。これにより、抵
抗３１の両端電圧と基準電圧Ｖｒｌとの差電圧は小さ（
なるので積分回路４３の出力電圧が低下して所定周期Ｔ
内のトランジスタ３２をオンさせる期間が増大し、ヒー
タ電流の平均値が増加する。よって、ヒータ２０の発熱
温度が上昇してそのヒータ２０の抵抗値が増加する。か
かる動作を繰り返すことによりヒータ２０の抵抗値が所
定値に等しくなるようにヒータ電流がデユーティ制御さ
れる。
の抵抗値が増大するので、抵抗３１の両端電圧は減少す
る。これにより、抵抗３１の両端電圧と基準電圧Ｖ ｒ
１との差電圧は大きくなるので積分回路４３の出力電
圧が上昇して所定周期Ｔ内のトランジスタ３２をオンさ
せる期間が減少してヒータ電流の平均値が減少する。よ
って、ヒータ２０の発熱温度が低下してそのヒータ２０
の抵抗値が減少する。一方、排気ガス温度が低下した場
合にはヒータ２０の抵抗値が減少する。これにより、抵
抗３１の両端電圧と基準電圧Ｖｒｌとの差電圧は小さ（
なるので積分回路４３の出力電圧が低下して所定周期Ｔ
内のトランジスタ３２をオンさせる期間が増大し、ヒー
タ電流の平均値が増加する。よって、ヒータ２０の発熱
温度が上昇してそのヒータ２０の抵抗値が増加する。か
かる動作を繰り返すことによりヒータ２０の抵抗値が所
定値に等しくなるようにヒータ電流がデユーティ制御さ
れる。
なお、比較回路４４の出力レベルが低レベルのとき、す
なわちトランジスタ３２のオフ時には抵抗４６を介して
ヒータ２０及び抵抗３１の直列回路と、抵抗３３．３４
の直列回路とに流れる微小電流はヒータ２０をほとんど
発熱させることがないほど小さい。
なわちトランジスタ３２のオフ時には抵抗４６を介して
ヒータ２０及び抵抗３１の直列回路と、抵抗３３．３４
の直列回路とに流れる微小電流はヒータ２０をほとんど
発熱させることがないほど小さい。
トランジスタ３２のオフ時に微小電流がヒータ２０に供
給されるので、トランジスタ３２のオンオフに無関係に
ヒータ２０への印加電圧Ｖ Ｈｓ及びヒータ電流値１Ｈ
を表わす抵抗３１の両端電圧が制御回路３０に常時供給
される。制御回路３０は印加電圧ｖＨをヒータ電流値■
Ｈで割り算することによりヒータ２０の抵抗値ＲＨを算
出し、その抵抗値Ｒ＋が第１所定値ＲＨＩ以上でかつ第
２所定値ＲＨＯ（ただし、ＲＨＩ’＜ＲＨ２）以下であ
るか否かを判別し、ＲＨＩ≦ＲＨ≦ＲＨ２ならば、固体
電解質材１２の温度は所望の比例出力特性が得られる温
度範囲にあると判断してスイッチ２３をオンせしめる。
給されるので、トランジスタ３２のオンオフに無関係に
ヒータ２０への印加電圧Ｖ Ｈｓ及びヒータ電流値１Ｈ
を表わす抵抗３１の両端電圧が制御回路３０に常時供給
される。制御回路３０は印加電圧ｖＨをヒータ電流値■
Ｈで割り算することによりヒータ２０の抵抗値ＲＨを算
出し、その抵抗値Ｒ＋が第１所定値ＲＨＩ以上でかつ第
２所定値ＲＨＯ（ただし、ＲＨＩ’＜ＲＨ２）以下であ
るか否かを判別し、ＲＨＩ≦ＲＨ≦ＲＨ２ならば、固体
電解質材１２の温度は所望の比例出力特性が得られる温
度範囲にあると判断してスイッチ２３をオンせしめる。
スイッチ２３のオンにより酸素ポンプ素子１８にポンプ
電流が流れる。一方、ＲＨ＜ＲＨＩならば、又はＲＨ＞
ＲＨ２ならば、固体電解質材１２の温度が低過ぎたり、
高過ぎたりで所望の比例出力特性が得られないと判断し
てスイッチ２３をオフせしめ、ポンプ電流の供給が停止
される。
電流が流れる。一方、ＲＨ＜ＲＨＩならば、又はＲＨ＞
ＲＨ２ならば、固体電解質材１２の温度が低過ぎたり、
高過ぎたりで所望の比例出力特性が得られないと判断し
てスイッチ２３をオフせしめ、ポンプ電流の供給が停止
される。
スイッチ２３がオンとなり、酸素ポンプ素子１８へのポ
ンプ電流の供給が開始されると、エンジン（図示せず）
に供給された混合気の空燃比がリーン領域であれば、電
池素子１９の電極１７ａ。
ンプ電流の供給が開始されると、エンジン（図示せず）
に供給された混合気の空燃比がリーン領域であれば、電
池素子１９の電極１７ａ。
１７ｂ間に発生する電圧Ｖｓが基準電圧源２２の出力電
圧Ｖｒ２より低くなるので差動増幅回路２１の出力レベ
ルが正レベルになり、この正レベル電圧が抵抗２４及び
酸素ポンプ素子１８の直列回路に供給される。酸素ポン
プ素子１８には電極１６ａから電極１６ｂに向ってポン
プ電流が流れるので気体滞留室１３内の酸素が電極１６
ｂにてイオン化して酸素ポンプ索子１８内を移動して電
極１６ａから酸素ガスとして放出され、気体滞留室１３
内の酸素が汲み出される。
圧Ｖｒ２より低くなるので差動増幅回路２１の出力レベ
ルが正レベルになり、この正レベル電圧が抵抗２４及び
酸素ポンプ素子１８の直列回路に供給される。酸素ポン
プ素子１８には電極１６ａから電極１６ｂに向ってポン
プ電流が流れるので気体滞留室１３内の酸素が電極１６
ｂにてイオン化して酸素ポンプ索子１８内を移動して電
極１６ａから酸素ガスとして放出され、気体滞留室１３
内の酸素が汲み出される。
気体滞留室１３内の酸素の汲み出しにより気体滞留室１
３内の排気ガスと大気基準室１５内の大気の間に酸素濃
度差が生ずる。この酸素濃度差に応じた電圧Ｖｓが電池
素子１９の電極１７ａ、１７ｂ間に発生し、この電圧Ｖ
ｓは差動増幅回路２１の反転入力端に供給される。差動
増幅回路２１の出力電圧は電圧ｖｓと基準電圧源２２の
出力電圧Ｖｒ２との差電圧に比例した電圧となるのでポ
ンプ電流値１ｐは排気ガス中の酸素濃度に比例し、ポン
プ電流値ＩＰは抵抗２４の両端電圧として出力される。
３内の排気ガスと大気基準室１５内の大気の間に酸素濃
度差が生ずる。この酸素濃度差に応じた電圧Ｖｓが電池
素子１９の電極１７ａ、１７ｂ間に発生し、この電圧Ｖ
ｓは差動増幅回路２１の反転入力端に供給される。差動
増幅回路２１の出力電圧は電圧ｖｓと基準電圧源２２の
出力電圧Ｖｒ２との差電圧に比例した電圧となるのでポ
ンプ電流値１ｐは排気ガス中の酸素濃度に比例し、ポン
プ電流値ＩＰは抵抗２４の両端電圧として出力される。
リッチ領域の空燃比のときには電圧Ｖｓが基準電圧源２
２の出力電圧Ｖｒ２を越える。よって、差動増幅回路２
１の出力レベルが正レベルから負レベルに反転する。こ
の負レベルにより酸素ポンプ素子１８の電極１６ａ、１
６ｂ間に流れるポンプ電流が減少し、電流方向が反転す
る。すなわち、ポンプ電流は電極１６ｂから電極１６ａ
方向に流れるので外部の酸素が電極１６ａにてイオン化
して酸素ポンプ素子１８内を移動して電極１６ｂから酸
素ガスとして気体滞留室１３内に放出され、酸素が気体
滞留室１３内に汲み込まれる。従って、気体滞留室１３
内の酸素濃度が常に一定になるようにポンプ電流を供給
することにより酸素を汲み込んだり、汲み出したりする
のでポンプ電流値ＩＰはリーン及びリッチ領域にて排気
ガス中の酸素濃度に各々比例するのである。このポンプ
電流値ＩＰに応じて空燃比フィードバック制御が行なわ
れる。
２の出力電圧Ｖｒ２を越える。よって、差動増幅回路２
１の出力レベルが正レベルから負レベルに反転する。こ
の負レベルにより酸素ポンプ素子１８の電極１６ａ、１
６ｂ間に流れるポンプ電流が減少し、電流方向が反転す
る。すなわち、ポンプ電流は電極１６ｂから電極１６ａ
方向に流れるので外部の酸素が電極１６ａにてイオン化
して酸素ポンプ素子１８内を移動して電極１６ｂから酸
素ガスとして気体滞留室１３内に放出され、酸素が気体
滞留室１３内に汲み込まれる。従って、気体滞留室１３
内の酸素濃度が常に一定になるようにポンプ電流を供給
することにより酸素を汲み込んだり、汲み出したりする
のでポンプ電流値ＩＰはリーン及びリッチ領域にて排気
ガス中の酸素濃度に各々比例するのである。このポンプ
電流値ＩＰに応じて空燃比フィードバック制御が行なわ
れる。
なお、上記した本発明の実施例においては、微小電流供
給手段として抵抗４６をトランジスタ３２のコレクタ・
エミッタ間に接続して構成したが、これに限らず、例え
ば、第４図に示すようにトランジスタ３２のエミッタと
ヒータ２０との接続ラインに定電流源５０を接続して構
成することもできる。
給手段として抵抗４６をトランジスタ３２のコレクタ・
エミッタ間に接続して構成したが、これに限らず、例え
ば、第４図に示すようにトランジスタ３２のエミッタと
ヒータ２０との接続ラインに定電流源５０を接続して構
成することもできる。
また、本発明は、上記した実施例に限らず、ヒータへの
印加電圧ｖＨ及びヒータ電流値ＩＨをＡ／Ｄ変換して所
定周期毎にヒータ２０の抵抗値ＲＨを算出してその抵抗
値ＲＨと基準値との差に応じてトランジスタ３２をオン
オフせしめるマイクロコンピュータを用いた装置にも適
用できる。
印加電圧ｖＨ及びヒータ電流値ＩＨをＡ／Ｄ変換して所
定周期毎にヒータ２０の抵抗値ＲＨを算出してその抵抗
値ＲＨと基準値との差に応じてトランジスタ３２をオン
オフせしめるマイクロコンピュータを用いた装置にも適
用できる。
発明の効果
以上の如く、本発明の酸素濃度センサの温度制御装置に
おいては、ヒータに微小電流を供給する微小電流供給手
段を有するのでヒータに直列に接続されたスイッチング
素子のオフ時にもヒータに流れるヒータ電流値を検出す
ることができる。よって、そのヒータ電流値からヒータ
の抵抗値を常時判別できるのでスイッチング素子のオフ
時にもポンプ電流の電極間への供給／供給停止の判別を
行なうことができ、酸素濃度センサの劣化を効果的に防
止することができる。
おいては、ヒータに微小電流を供給する微小電流供給手
段を有するのでヒータに直列に接続されたスイッチング
素子のオフ時にもヒータに流れるヒータ電流値を検出す
ることができる。よって、そのヒータ電流値からヒータ
の抵抗値を常時判別できるのでスイッチング素子のオフ
時にもポンプ電流の電極間への供給／供給停止の判別を
行なうことができ、酸素濃度センサの劣化を効果的に防
止することができる。
第１図は本発明の温度制御装置を適用した酸素濃度セン
サの酸素濃度検出部を示す斜視図、第２図は本発明によ
る温度制御装置を示す回路図、第３図は第２図の装置の
動作を示す波形図、第４図は本発明の他の実施例を示す
回路図である。 主要部分の符号の説明 １２・・・・・・固体電解質材 １８・・・・・・酸素ポンプ素子 １９・・・・・・電池素子 ２０・・・・・・ヒータ ２４・・・・・・電流検出抵抗 ４０・・・・・・差動増幅回路 ４３・・・・・・積分回路 出願人 本田技研工業株式会社
サの酸素濃度検出部を示す斜視図、第２図は本発明によ
る温度制御装置を示す回路図、第３図は第２図の装置の
動作を示す波形図、第４図は本発明の他の実施例を示す
回路図である。 主要部分の符号の説明 １２・・・・・・固体電解質材 １８・・・・・・酸素ポンプ素子 １９・・・・・・電池素子 ２０・・・・・・ヒータ ２４・・・・・・電流検出抵抗 ４０・・・・・・差動増幅回路 ４３・・・・・・積分回路 出願人 本田技研工業株式会社
Claims (2)
- （１）酸素イオン伝導性の固体電解質材によって被測定
気体を導入する気体拡散制限域を形成し前記固体電解質
材を挟む電極対間にポンプ電流を供給して酸素イオンを
前記固体電解質材を介して伝導せしめることにより前記
気体拡散制限域内の酸素濃度を調整しつつ前記ポンプ電
流値によって前記被測定気体中の酸素濃度を検出する酸
素濃度センサの温度制御装置であって、前記固体電解質
材を加熱する電流加熱素子と、前記加熱素子に直列に接
続されたスイッチング素子と、前記加熱素子及びスイッ
チング素子の直列回路に直流電圧を印加する電源と、前
記加熱素子に流れる加熱電流を検出する電流検出手段と
、前記加熱電流の検出値に応じて前記スイッチング素子
をオンオフせしめる駆動手段と、微小電流を前記加熱素
子に供給する微小電流供給手段とからなることを特徴と
する酸素濃度センサの温度制御装置。 - （２）前記微小電流供給手段は前記スイッチング素子に
並列に接続された抵抗であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の酸素濃度センサの温度制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62316569A JPH07119740B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | 酸素濃度センサの温度制御装置 |
| US07/284,284 US5011590A (en) | 1987-12-14 | 1988-12-14 | Temperature control device for oxygen concentration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62316569A JPH07119740B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | 酸素濃度センサの温度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01155262A true JPH01155262A (ja) | 1989-06-19 |
| JPH07119740B2 JPH07119740B2 (ja) | 1995-12-20 |
Family
ID=18078557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62316569A Expired - Fee Related JPH07119740B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | 酸素濃度センサの温度制御装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5011590A (ja) |
| JP (1) | JPH07119740B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3056365B2 (ja) * | 1993-12-28 | 2000-06-26 | 三菱電機株式会社 | 酸素濃度センサの制御装置 |
| JP3385893B2 (ja) * | 1997-02-21 | 2003-03-10 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関用空燃比センサのヒータ制御装置 |
| EP2163889A1 (en) * | 1999-02-03 | 2010-03-17 | Denso Corporation | Gas concentration measuring apparatus compensating for error component of output signal |
| US7279133B2 (en) * | 2001-12-20 | 2007-10-09 | Delphi Technologies, Inc. | Planar sensor and a method for measuring the temperature of same |
| US20060199271A1 (en) * | 2005-03-07 | 2006-09-07 | Ming-Ren Lian | Temperature feedback control for solid state gas sensors |
| US8121744B2 (en) * | 2008-06-20 | 2012-02-21 | GM Global Technology Operations LLC | Control system and method for oxygen sensor heater control |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2897333A (en) * | 1955-11-09 | 1959-07-28 | Robertshaw Fulton Controls Co | Temperature control device |
| DE2726458A1 (de) * | 1977-06-11 | 1979-01-04 | Bosch Gmbh Robert | Elektrisch betriebene schnellheizeinrichtung |
| JPS57211543A (en) * | 1981-06-23 | 1982-12-25 | Nissan Motor Co Ltd | Electric current control device for oxygen sensor |
| US4500412A (en) * | 1981-08-07 | 1985-02-19 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Oxygen sensor with heater |
| JPS58124943A (ja) * | 1982-01-21 | 1983-07-25 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | マイクロヒ−タ付き限界電流式酸素センサとそれを用いた限界電流式酸素濃度検出装置 |
| US4505807A (en) * | 1982-02-22 | 1985-03-19 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Oxygen sensor |
| US4708777A (en) * | 1984-02-06 | 1987-11-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Method and apparatus for controlling heater of a gas sensor |
| JPS60235048A (ja) * | 1984-05-07 | 1985-11-21 | Toyota Motor Corp | 酸素センサの抵抗発熱式電気ヒ−タの通電制御方法 |
| US4721084A (en) * | 1985-09-25 | 1988-01-26 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for controlling an oxygen concentration sensor for sensing an oxygen concentration in an exhaust gas of an internal combustion engine |
| JPS6319548A (ja) * | 1986-07-14 | 1988-01-27 | Honda Motor Co Ltd | 酸素濃度検出装置 |
| US4736091A (en) * | 1986-09-10 | 1988-04-05 | Watlow/Winona, Inc. | Integral sensor controller for an electrical heater |
-
1987
- 1987-12-14 JP JP62316569A patent/JPH07119740B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-12-14 US US07/284,284 patent/US5011590A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5011590A (en) | 1991-04-30 |
| JPH07119740B2 (ja) | 1995-12-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |