JPH0219727Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の排気管に設けられかつ電気
ヒータにより加熱されて排気ガスの酸素濃度に比
例する出力を発生する酸素センサの加熱制御装置
に関する。

内燃機関の排気ガスの酸素濃度と空燃比は、理
論空燃比より大きい空燃比すなわち希薄混合気の
領域において良好な相関性をもつているので、こ
の領域における排気ガスの酸素濃度を測定するこ
とにより、排気ガス空燃比を正確に検出すること
ができる。このような領域における排気ガス酸素
濃度を測定するセンサ（以下リーンセンサと称す
る）として、被測定排気ガス側に設けられる通気
性測定電極、既知の酸素濃度を有する基準ガスた
とえば大気の側に設けられる通気性対向電極およ
び両電極間にある固体電解質例えば安定化ジルコ
ニアからなる有底筒状センサがある。このような
リーンセンサにおいて両電極間にある電流を流す
と、電解質を通じて酸素を一方向に移動させるこ
とができるが、通気性測定電極の酸素送出能力よ
り少ない酸素を送入する微細孔の拡散抵抗層でこ
の通気性測定電極を被覆することにより、ある印
加電圧範囲では、その電流をほぼ特定の値に維持
することができる。この電流値は酸素濃度にほぼ
比例して直線的に変化するため、この電流値の変
化から酸素濃度を連続的に検出することができ
る。一方このリーンセンサにおいて、一定の印加
電圧で排気ガスの酸素濃度に比例する電流値を出
力させるためには、リーンセンサの素子温度をほ
ぼ650℃以上に加熱して活性状態に維持する必要
がある。このため筒状センサ素子内２に電気ヒー
タが設けられ、開閉器によつてヒータの通電が制
御される。

第１図は従来のリーンセンサの加熱装置を示
し、１はリーンセンサで、例えばジルコニアから
なる有底円状の酸素イオン伝導固体電解質は、そ
の内面および外面を通気性薄膜電極（図示せず）
で被覆されて、センサ素子２を形成している。両
方の電極は一定電圧の電源に接続されている。セ
ンサ素子２を加熱するため、電気ヒータ３がこの
素子内２に設けられ、ヒータ電磁開閉器４の接点
４ａを介して電源としての蓄電池５に接続されて
いる。ヒータ開閉器４の励磁コイル４ｂは点火ス
イツチ６を介して蓄電池５に接続されている。

さて点火スイツチ６が閉じられると、開閉器４
の励磁コイル４ｂが通電されて接点４ａを閉じる
ので、ヒータ３が給電されてセンサ素子２を加熱
する。この構成では、機関の運転中すなわち点火
スイツチ６が閉じられている間、常にセンサ素子
２が加熱されているので、排気ガス温度が高くな
る機関高負荷運転あるいは高車速時には、センサ
素子が適正温度（650〜800℃）以上に過熱され
て、センサ素子の劣化を招くおそれがある。しか
し短時間の高負荷あるいは高速運転時にもヒータ
の通電をしや断してしまうと、センサ素子の温度
が適正温度以下に低下して、高負荷運転から低負
荷運転への移行直後あるいは高速運転から低速運
転への移行直後では、適正温度にないセンサ素子
のため、排気ガスの空燃比を正確に検知できない
ことになる。

本考案は、センサ素子の過熱を防止して耐久性
を高めると共に、排気ガスの空燃比を安定して検
知できるように、センサ素子を適正温度の範囲に
保持することにある。このため本考案によれば、
機関高負荷状態または高車速状態が設定時間以上
持続するときヒータの給電回路をしや断する開閉
装置を設ける。

本考案の実施例が第２図に示されており、第１
図に対応する部分には同じ符号がつけられてい
る。ヒータ開閉器４の励磁コイル４ｂはリレー開
閉器１０を介して蓄電池５へ接続されている。こ
のリレー開閉器１０は、励磁コイル４ｂにコレク
タ−エミツタ回路を接続されたNPN開閉トラン
ジスタ１１と、このトランジスタ１１のベース−
エミツタ回路にコレクタ−エミツタ回路を接続さ
れたNPNトランジスタ１２と、これらトランジ
スタ１１，１２のベースと定電圧電源の一端１５
との間にそれぞれ挿入されるツエナダイオードと
抵抗とからなる電圧安定化素子１３，１４を含ん
でいる。トランジスタ１１のベースは、電圧安定
化素子１３の抵抗を介して、点火スイツチの開閉
信号出力端１６に接続され、トランジスタ１２の
ベースは、電圧安定化素子１４の抵抗を介して時
間カウンタ１７へ接続されている。この時間カウ
ンタ１７は論理回路１８から与えられるパルス信
号を計数して、特定の計数値すなわち時間を越え
るとオン信号をトランジスタ１２のベースへ与え
るようになつている。論理回路１８はOR回路２
１を含み、その一方の入力端は車速信号出力端２
２に接続されて、例えば120Km／ｈ以上の車速で
オン信号を与えられ、他方の入力端はAND回路
２３の出力端に接続されている。このAND回路
２３の２つの入力端はそれぞれ機関回転数信号出
力端２４と吸気管圧力信号出力端２５に接続され
ている。出力端２４には例えば4000rpm以上の機
関回転数でオン信号が現われ、また出力端２５に
は例えば−100mHg以下の吸気管圧力でオン信号
が現われる。

さて機関が動作開始すると、閉じられている点
火スイツチの開閉信号出力端１６にはオン信号が
与えられるので、開閉トランジスタ１１が導通し
て、ヒータ開閉器４の励磁コイル４ｂを蓄電池５
へ接続するので、接点４ａが閉じてリーンセンサ
１のヒータ３に通電して、センサ素子２を加熱す
る。機関が高負荷状態（機関回転数が4000rpm以
上でかつ吸気管圧力が−100mHg以下）である
か、車速が高い（120Km／ｈ以上）場合、OR回
路２１はオン信号を発生する。時間カウンタ１７
は、OR回路２１の出力が設定時間を超過して持
続すると、オン信号を制御トランジスタ１２のベ
ースへ与えるので、このトランジスタ１２が導通
して、開閉トランジスタ１１を不導通にし、ヒー
タ３の通電をしや断する。

なお、本実施例では酸素センサにリーンセンサ
１を適用したが、理論空燃比を境に起電力がＺ特
性を示す他の酸素センサを用いてもよい。

こうして本考案によれば、高温の排気ガスを生
ずる機関の高負荷状態あるいは高車速の状態が設
定時間以上持続したときにのみ、ヒータ３への通
電がしや断されるので、センサ素子２の過熱が防
止される。一方これらの状態の持続時間が設定時
間以下であれば、センサ素子２の通電が引続き行
なわれるので、センサ素子２が適正温度以下にな
るのを防止され、しかもこの通電による加熱は設
定時間以下すなわち短時間行なわれるだけなの
で、センサ素子の大きい熱容量のためセンサ素子
が過熱されることもない。こうしてセンサ素子の
過熱による劣化を防止しながら、センサ素子の温
度を適正温度の範囲内に保つて、排気ガス中の空
燃比を正確に検知することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のリーンセンサ加熱装置の接続
図、第２図は本考案の実施例の接続図である。 １……リーンセンサ、２……センサ素子、３…
…電気ヒータ、４……ヒータ開閉器、１０……リ
レー開閉器、１６……点火スイツチ開閉信号出力
端、１７……時間カウンタ、１８……論理回路、
２２……車連信号出力端、２４……機関回転数信
号出力端、２５……吸気管圧力信号出力端。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内燃機関の排気系に設置され排ガス中の酸素濃
   度を検出する酸素センサに内蔵されたヒータを制
   御する酸素センサの加熱制御装置であつて、機関
   高負荷状態または高車速状態が設定時間以上持続
   するときヒータの給電回路をしや断する開閉装置
   を設けたことを特徴とする酸素センサの加熱制御
   装置。