JPH0219728Y2 - - 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、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。特に排気温度が高くな
る高車速運転の際この過熱の危険が高い。

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、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、
ヒータの通電を制御する開閉制御装置が、センサ
素子温度、点火スイツチの開閉状態および車速に
関係する信号により制御されて、特定値以下の車
速では第１の特定値以下のセンサ素子温度でヒー
タの給電回路を閉じ、また第１の特定値より高い
温度でヒータの給電回路を開き、特定値以上の車
速ではセンサ素子温度に関係なくヒータの給電回
路を開く。

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。本考案によれば、ヒータの給電を制御する開
閉制御装置１０が設けられ、センサ素子温度信号
入力端１１、点火スイツチ開閉信号入力端１２お
よび車速信号入力端１３をもつている。この開閉
制御装置１０は、点火スイツチ４の励磁コイル４
ｂと直列にコレクタ−エミツタ回路を接続されて
いる励磁開閉NPN開閉トランジスタ１５と、比
較器１６と、コレクタ−エミツタ回路を介して比
較器１６を定電圧電源１７へ接続する電源接続
NPNトランジスタ１８と、この電源接続トラン
ジスタ１８のベースと定電圧電源１７の接地端子
との間にコレクタ−エミツタ回路を接続された制
御NPNトランジスタ１９とを含んでいる。定電
圧電源１７には抵抗Ｒ１およびＲ２からなる分圧
器が接続され、これら抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点は
帰還抵抗Ｒ３を介して比較器１６の出力端に接続
されている。比較器の負入力端はセンサ素子温度
入力端１１に、正の入力端は分圧器抵抗Ｒ１とＲ
２との接続点に接続され、また出力端はトランジ
スタ１５のベースに接続されている。トランジス
タ１８のベースは点火スイツチ開閉信号入力端１
２に、またトランジスタ１９のベースは車速信号
入力端１３に接続されている。なお２１，２２は
それぞれダイオードと抵抗からなる電圧安定化素
子である。

さて機関が運転状態にあり、車速が所定値以下
であると、点火スイツチ開閉信号入力端１２から
オン信号が与えられてトランジスタ１８が導通
し、比較器１６が定電圧を供給されて、動作可能
な状態にある。車速信号入力端１３からはオフ信
号が与えられて、トランジスタ１９は不導通状態
にある。センサ素子温度入力端１１から比較器１
６の負入力端へ与えられるセンサ素子温度に対応
する入力が、抵抗Ｒ２とＲ３とにより決定される
第１の基準電圧Ve例えばセンサ素子２の適正下
限温度Ｔ１（650℃）に相当する電圧より低いと、
比較器１６はオン信号を出力して、トランジスタ
１５を導通させる。したがつてヒータ開閉器４の
励磁コイル４ｂが励磁されてその接点４ａを閉じ
るので、センサ素子２がヒータ３により温度Ｔ１
以上に加熱されて活性状態を保つ。一方センサ素
子温度入力端１１からの入力が、分圧抵抗Ｒ１，
Ｒ２により分圧される第２の特定電圧、例えばセ
ンサ素子２の適正上限温度Ｔ２（800℃）に相当
する電圧より高くなると、比較器１６はオフ信号
を出すので、トランジスタ１５が不導通になり、
ヒータ開閉器４が開いて、ヒータ３の給電を中止
する。こうしてセンサ素子温度が適正温度範囲に
維持される。開閉器４のオンオフとセンサ素子温
度Ｔとのこのような関係が第３図に示されてい
る。

さて車速が所定値以上になると、車速信号入力
端１３からオン信号が与えられるので、制御トラ
ンジスタ１９が導通して、定電圧電源接続トラン
ジスタ１８を不導通にするので、比較器１６は動
作しなくなり、励磁開閉トランジスタ１５も不導
通になり、ヒータ開閉器４が開いて、センサ素子
２の加熱を中止する。今やセンサ素子２は高温の
排気ガスにより加熱されて、活性状態を保つ。

こうして本考案によれば、従来のようにヒータ
に常時通電しないので、蓄電池の電流消費を少な
くし、再充電までの使用時間を長くして、使用効
率を高めることができる。一方センサ素子は適正
温度内に保たれるので、排気ガスの空燃比を正確
に検知することができる。さらに排気ガスが高温
になる高車速状態では、この排気ガスをセンサ素
子の加熱に利用して、ヒータの通電を中止するの
で、センサ素子の過熱を防止すると共に、蓄電池
の電流消費を少なくすることができる。

【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図は本考案実施例の接続図、第３図はセ
ンサ素子温度に関するヒータの開閉を示す線図で
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……開
閉制御装置、１１……センサ素子温度入力端、１
２……点火スイツチ開閉信号入力端、１３……車
速信号入力端。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 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において、ヒータの通電
   を制御する開閉制御装置が、センサ素子温度、点
   火スイツチの開閉状態および車速に関係する信号
   により制御されて、特定値以下の車速では第１の
   特定値以下のセンサ素子温度でヒータの給電回路
   を閉じ、また第１の特定値より高い温度でヒータ
   の給電回路を開き、特定値以上の車速ではセンサ
   素子温度に関係なくヒータの給電回路を開くこと
   を特徴とする、酸素センサの加熱制御装置。