JPH08507376A - 電流複製回路および排気中の酸素モニタリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃機関の排気システム内に設けられた酸素イオン濃度比例センサのうちの検出セル（１１２）とポンピングセル（１０１）との間で酸素拡散を等しくするのに必要なポンピング電流を表示する出力信号を発生するための方法および回路である。ポンピング電流を表示するが、このポンピング電流からアイソレートされた複製電流（ＩＰＲＥＰ）を発生する。この複製電流は、出力信号を発生するように負荷抵抗を通過される。この複製電流はポンピング電流の検出された電流分別個に増幅することを不要にするよう、ポンピング電流ＩＰとアイソレートされた状態でこれと同時に発生される。

Description

【発明の詳細な説明】 電流複製回路および排気中の酸素モニタリング 本発明は、内燃機関の排気システム内に設けられ、内燃機関用の空燃比制御シ ステムに結合された酸素イオン濃度比例センサと共に使用される回路に関する。 酸素イオン濃度比例センサは従来技術では周知である。このセンサはセンサの 本体を形成するよう共通壁で収束する第１素子と第２素子とを含む。本体は内部 に基準ガスチャンバーを構成し、この基準ガスチャンバーは周辺空気源に連通す ると共に、内燃機関の排気システムにガスフロースリットを介して結合された排 気チャンバーに連通している。 本体および壁素子は、酸素イオン導電度を有する固体の電解質材料から形成さ れ、この固体電解質材料は、例えば二酸化ジルコニウムから製造できる。ポンピ ングセルを形成するよう、共通壁の両側に電極が形成されており、検出用セルを 形成するよう本体素子の両側に電極が形成されている。構造全体を約８００℃に 加熱し、酸素センサ全体を附勢するように、本体素子の表面に電気ヒータ素子が 結合されている。 このような状態において、検出セルの電極の両端に一定電圧が印加されている 場合、セルを通って流れるポンピング電流は隣接するガスの酸素濃度に比例する こととなる。作動条件下では隣接するガスの酸素濃度は内燃機関により発生され る排ガス中の酸素量の変化と共に変わり、ポンピングセル電流は検出セル電圧を 一定に維持するように、制御電子回路によって調節される。 このように、この結果生じるポンピングセル電流は、モニタ中の排気内の酸素 濃度を直接表示している。 第１図は、上記従来のＥＧＯセンサと共に使用するための回路を示す。高利得 差動アンプ１０は、負入力端１２と正入力端１４と出力端１６とを含む。負入力 端１２は排ガス酸素センサ（ＥＧＯセンサ）１００内の検出セル１００のターミ ナルＣに接続されている。高利得差動アンプ１０の正入力端１４は較正電圧ＶＣ ＡＬ＋０．４５ボルトのバイアス電圧に結合されているが、出力端１６は導線を 通してＥＧＯセル１００のポンピングセル１０１の入力端ａに結合されている。 １０オームの直列精密形抵抗器２０は一端がポンピングセル１０１のターミナ ルｂに結合されており、他端がＥＧＯセンサ１００内の検出セル１１２のターミ ナルｄに結合されている。抵抗器２０の両端には５０倍の利得を有する差動アン プ３０の２つの入力端３２および３４が結合されており、この差動アンプ３０の 出力端３６はＥＧＯセンサによって検出された酸素量を表示する出力電圧ＥＧＯ outを出力する。この出力電圧はアナログ／デジタルコンバータ４０を介して自 動車の電子エンジン制御システム４２へ送られる。 導線１８を介してＥＧＯセンサ１００のポンピングセル１０１のターミナルａ へ再び結合された高利得差動アンプ１０からの出力端１６は、検出セル１１２か らポンピングセル１０１への電気的フィードバックループを閉じている。このフ ィードバックループは検出セル１１２への必要な酸素拡散を行うための、高利得 差動アンプ１０の出力端１６からのポンピング電流（ＩＰ）を調節することによ り、検出セル電圧（本例では０．４５ボルトに等しい）を維持する。正常に作動 している時、高利得差動アンプ１６はこの高利得差動アンプ１０の２つの入力端 １２および１４にて同一電圧（好ましい実施例の場合ＶＣＡＬ＋０．４５ボルト に等しい）を維持するよう、導線１８を通して必要なポンピング電流を流す。 例えば排気内の酸素量が多すぎる場合（これは内燃機関が過度に燃料希薄状態 で作動している場合に対応する）、検出セル１１２からの電圧は差動アンプ１０ への入力端１２で低下する。差動アンプ１０への第２入力端１４は一定電圧に保 持されているので、第１入力端１２における電圧レベルの低下の結果、出力端１ ６での電圧はより高くなり、導線１８内のポンピング電流は正の方向に増加する 。このことにより、ポンピングセル１０１は検出セル１１２から酸素を除くよう にポンピングし、これにより検出セル１１２の出力端ｃおよび差動アンプ１０の 入力端１２における電圧はＶＣＡＬ＋０．４５ボルトまで低下することとなる。 第１図に示された従来例を続けて参照する。ポンピング電流ＩＰはポンピング セル１０１の端子ｂを出て検出セル１１２の端子ｂを終端している１０オームの 直列精密形抵抗器２０を通って流れる。差動アンプ３０は抵抗器２０の両端に生 じた電圧を５０倍のリニア倍率を乗算する。出力端３６におけるＥＧＯ出力電圧 はアナログ−デジタルコンバータ４０およびエンジン制御システム４２の入力端 でモニタされている。 エンジン排気内の酸素量が較正レベルよりも低下すると、ＥＧＯセンサ１００ の０．４５ボルトバイアス特性を維持するようにポンピングセル１０１から検出 セル１１２へ、より多くの酸素が送り込まれる。排気内の酸素が較正レベルより も高くなると、ポンピングセル１０１は０．４５ボルトバイアスを維持するよう に検出セル１１２から酸素を除く。正方向または負方向のいずれかのポンピング レートはポンピング電流の大きさによって決まる。また、酸素ポンピングの方向 は導線１８を流れるポンピング電流の向きによって制御される。 第１図に示されているような従来技術を示す実施例では、差動アンプ３０の出 力端３６において、ＥＧＯ出力電圧が０ボルトから５ボルトまで変化するものと し、更に検出セル１１２のターミナルｄにおける較正電圧が２．５ボルトに等し いものとすると、０に等しいポンピング電流に対する差動アンプ３０の出力端３ ６からのＥＧＯ出力は２．５ボルトに等しくなる。このような例では、抵抗器２ ０は１０オームの抵抗器であるとし、差動アンプ３０の利得は約５０にセットさ れていると考える。 内燃機関の最も少ない可能な排出量に対応する条件下で作動するには、検出セ ル１１２のターミナルｂにおける入力端（以下ＶＳ−）の電圧に極めて近似すべ きポンピングセル１０１のターミナルｂからの出力電圧（以下ＶＰ−と称す）で ＥＧＯセンサを作動する必要がある。ＶＰ−とＶＳ−との間の電圧低下（理想状 況では０にすべき）を最小にするため、抵抗器２０の抵抗値は極めて小さい値ま で減少しなければならない。従来技術は抵抗器２０の両端における最大電圧は５ ０ミリボルト（０．００５アンペア×１０オーム）よりも低くすべきことを示し ているが、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）が最適に作動するよう、十 分なフルスケールの信号の振れを生じさせるには、この結果生じる抵抗器２０の 両端の小信号電圧を５０倍増幅する必要がある。ＡＤＣは電圧を５〜１０ミリボ ルト程度にしか分解できないので、システムが排気の酸素量の小変化を検出する には、差動アンプ３０の出力端３６における信号をできるだけ大きくしなければ ならない。検出抵抗器２０の両端に生じた電圧を５０倍に増幅することは、ノイ ズおよびエラーを生じやすい。この理由は、差動アンプ３０の入力端３２および ３４におけるノイズと、これら入力ターミナルに存在し得るオフセット電圧とが 、信号と一緒に５０倍増幅されるからである。アンプ１０と３０とを集積化した モノリシック集積回路およびＥＧＯヒータ制御回路では、これら回路の差動アン プ３０の入力端３２および３４から生じたノイズを完全に分離することは不可能 である。従来技術で示された解決法は、差動アンプ３０によりどれだけ多くのノ イズおよびエラーを許容するかということと、検出抵抗器２０の両端の電圧差を 認めることによりどれだけ多くのエラーを許容するかということとの間の妥協を 図ることである。 検出システムの性能低下につながる別の問題は、ポンピング電流がほぼ０であ る領域を中心とする非線形の電流と電圧の特性（ＩＶ曲線）に関連している。こ の作動領域はエンジンが最小排気放出レベル内で制御されている際に生じるので 、この作動領域はクリチカルである。従来技術で使用されているようなポンピン グセルのための電圧駆動方式では、アンプ１０の出力端１６は制御される電圧源 となっている。ポンピングセルがこの非線形領域を通る時、ポンピング電流を若 干変えるには、電圧を急に変化させることが必要である。このため、出力端１６ における電圧を必要なように変えるには、アンプ１０は極めて迅速に作動しなけ ればならない。実際にはこのような出力電圧の変化は、アンプによって駆動され ている信号パス内の内部アンプのノードの一定スルーレートに起因して、かなり の時間がかかる。このような遅延時間の間、ポンピング電流はエラー状態となり 、エンジンの性能は低下する。ポンピングセルを電流出力によりアンプで駆動し 、ポンピングセルおよび検出セルの全負荷効果から結合が外された電流の範囲内 でポンピング電流を複製できれば、エンジン作動曲線のクリチカルな低排気領域 でポンピング電流の複製をより正確にトラッキングすることが可能となる。 従って、本発明の主たる目的は、差動アンプ３０の増幅率だけノイズおよびオ フセット成分を増幅しないようにすることにより、ＥＧＯ出力信号のうちのノイ ズおよび不要なオフセット電圧を低減することにある。 内燃機関の排気システムに設けられた酸素イオン濃度比例センサ内の検出セル の酸素濃度と、ポンピングセルの酸素濃度とを等しくするのに必要なポンピング 電流を表示する出力信号を発生するための方法および回路が提供される。この方 法は、不要なノイズを増幅せずオフセット成分を除くように、ポンピング電流を 表示するが、このポンピング電流からアイソレートされた複製（レプリカ）電流 を発生する工程を含む。この複製電流は必要な値の出力信号を発生するよう十分 な値の抵抗値の負荷を通過する。 この回路は、基準電圧を発生するための較正信号発生器を含む。入力端が検出 セルの出力端および較正電圧に結合されている作動アンプが、検出セルからの出 力電圧と基準電圧とを比較し、比較結果に応答してポンピング電流を表示する出 力電圧を発生する。差動アンプの第１出力はポンピングセルの入力へ送られ、ポ ンピングセルを附勢するためのポンピング電流を発生する。ポンピングセルの出 力は直列検出抵抗器を用いることなく検出セルの入力端および較正手段へ送られ る。複製電流発生器は差動アンプに結合されており、このアンプの第１出力端か らアイソレートされた出力端において、ポンピング電流ＩＰからアイソレートさ れた複製電流を発生するようになっている。複製電流発生器の出力端と較正発生 器との間に直列負荷抵抗が結合されており、負荷を流れる複製電流の流れに応答 してその両端に出力信号を発生し、直列負荷抵抗の両端の出力電圧がポンピング 電流を表示するようになっている。 以下、添付図面を参照して実施例により本発明について説明する。 第１図は、従来のＥＧＯセンサと組み合わせて使用される回路を示す略ブロッ ク図である。 第２図は、ポンピングセルと検出セルとの間で直列検出抵抗器を使用しないよ うにした、本発明の第１の好ましい実施例の略ブロック図を示す。 第３図は、第２図に示された第１の好ましい実施例に従った電流ミラーの簡略 化された略ブロック図を示す。 第４図は、第３図に示された回路に従った電流ミラーの簡略化された略図であ る。 第５図は、本発明に係わるコミューテータ（転流）回路の簡略化された略ブロ ック図を示す。 第６図は、第５図に示されたブロック図に示されたコミューテータ回路の簡略 化された略図を示す。 第２図に、本発明の第１の好ましい実施例が示されている。この図は次の例外 を除けば、第１図に示されたブロック図とほぼ同一である。まず第１の違いは、 第１図における直列検出抵抗器２０が導線２１と置換されており、直列検出抵抗 器を使用しないようになっていることである。このような置換により、ＶＰ−が ほぼＶＳ−に等しくなり、直列抵抗器２０を流れるポンピング電流ＩＰにより誘 導される電圧低下が生じないという点で、エラーの主な発生源がなくなる。第２ の違いは、単一出力端１２を有する高利得差動アンプ１０が、アンプ１０の負入 力端１２に対応する負入力端１１２を有し、従来の差動アンプ１０の正入力端１ ４に対応する正入力端１１４を有する高利得差動アンプ１１０と置換されている ことである。この差動アンプ１１０は、従来の差動アンプ１０の第１出力端１６ に対応する第１出力端１１６も含むが、新しいアンプ１１０は第２出力端１１８ も含む。第１出力端１１６からの出力ポンピング用電流ＩＰは、従来技術で利用 される差動アンプ１０からのポンピング電流ＩＰに等価的であるが、第２出力端 １１８からの出力電流は、第１出力端１１６からの元のポンピング電流の複製（ レプリカ）であるＩＰＲＥＰと表示されている。この複製されたポンピング電流 ＩＰＲＥＰは、ポンピングセル１０１と、検出セル１１２と、高利得差動アンプ １１０とから成るフィードバックループ内で生じるポンピング電流の忠実な複製 である。 第１図の従来技術に示された第２差動アンプ３０はもはや不要であるので、複 製電流ＩＰＲＥＰは、５００オームの抵抗値を有する直列精密形抵抗器１２０を 流れることができる。この直列抵抗器１２０の他端は、ほぼ２．５ボルトとなっ ているＶＣＡＬに接続されている。新しい直列抵抗器１２０は従来の直列抵抗器 ２０よりも５０倍大きい（５００オーム：１０オーム）ので、複製ポンピング電 流ＩＰＲＥＰは従来技術で利用されているような追加的増幅をする必要なく、抵 抗器１２０の両端にＥＧＯ出力電圧を直接発生する。従ってアンプ３０によって 発生されるノイズおよびオフセット成分は、第１図に示された従来例のように増 幅されることはない。 複製ポンピング電流ＩＰＲＥＰが０である時、差動アンプ１１０の出力端１１ ８におけるＥＧＯ出力は、抵抗器１２０がＶＣＡＬに終端されているので、従来 技術のように２．５ボルト（ＶＣＡＬに等しい）となる。このようにデジタル− アナログコンバータ回路およびＥＧＯヒーター制御回路はモノリシック集積回路 により容易に集積化できるが、この理由は、これら回路内で発生されたノイズは 従来技術の解決方法のように増幅されないからである。このように、必要なＥＧ Ｏ機能のすべてを単一モノリシック集積回路に集積化できることは、比較的高価 な排出物制御回路のコストを最小にすることにおおいに役立つ。 本発明の好ましい実施例は、ポンピング電流ＩＰと複製ポンピング電流ＩＰＲ ＥＰをどれだけ良好に一致させるかという精度を必要とする。ＩＰが０よりも大 となるリーンバーン（希薄燃焼）作動領域では、ある程度の電流利得精度が必要 である。ポンピング電流ＩＰがほぼ０となる時の理想的空燃比の近くでは、条件 が最も厳密となる。このような精密条件では、第１出力端１１６におけるポンピ ング電流ＩＰが０に等しくなる際に、差動アンプ１１０の出力端１１８に生じる 複製電流ＩＰＲＥＰとして定義されるオフセット電流エラーを極めて小さくしな ければならない。 第３図には、第２図の差動アンプ１１０の簡略化された略図が示されている。 このアンプは、負入力端１１４と正入力端１１２を有する従来のオペアンプ２１ ０を含む。このオペアンプ２１０の出力はｎｐｎトランジスタ２２１とｐｎｐト ランジスタ２２２から成る電流ステアリング回路２２０に結合されている。トラ ンジスタ２２１および２２２は、極めて小さい値のポンピング電流ＩＰが必要と なる際に、最小で、かつ必要な量の作動バイアス電流が電流複製回路２２０を流 れるようにダイオード２２６および２２７、電流発生器２３１および２３２によ り、更にバイアス電圧ＶＢＩＡＳにより静止的にバイアスされている。負荷へ電 流をソーシングするのに、ポンピング電流ＩＰが必要である場合、オペアンプ２ １０の正入力１１２は負入力１１４よりも若干低く低下する。オペアンプ２１０ は出力２１８を負方向に変化させることにより応答する。この結果、出力端２１ ８の電圧が低下し、これによりソーシング電流ミラー２４０に電流を供給してい るトランジスタ２２１のコレクタを流れる電流が増加する。ソーシング電流ミラ ー２４０とシンキング電流ミラー２５０とを含む電流ミラーは、従来の精密電流 ミラー技術を利用している。 トランジスタ２２１のコレクタ電流は２つのソーシング電流と、ポンピング電 流ＩＰと、複製ポンピング電流ＩＰＲＥＰとに変換される。ポンピングセル１０ １を通って働くポンピング電流ＩＰは、オペアンプ２１０の正入力端をＶＣＡＬ ＋０．０４５ボルトのバイアスオフセット電圧にする。電圧をシンクするのにポ ンピング電圧が必要であれば、トランジスタ２２２のコレクタ電流が増加し、シ ンキング電流ミラー２５０がポンピング電流ＩＰおよび複製ポンピング電流ＩＰ ＲＥＰを発生する。 ある電流ミラー利用法とは異なり、本実施例では、出力電流ＩＰまたはＩＰＲ ＥＰがどのように良好に入力電流に比例しているかは重要ではなく、むしろ複製 されたポンピング電流ＩＰＲＥＰがどのように良好に元のポンピング電流ＩＰを トラッキングしているかが重要である。本実施例は、ソーシング電流ミラー２４ ０の電流利得とシンキング電流ミラー２５０の電流利得とが大きく不一致状態と なることを認めている。この理由は、ポンピング電流が実質的に０に等しくなっ た時に流れる小休止電流を除き、所定時に電流ミラーの一方だけが電流を流すこ とができるからである。しかしながらＩＰおよびＩＰＲＥＰの双方の休止電流が 良好に一致していることが重要である。 本発明の第１の好ましい実施例では、選択的電圧利得または選択的電圧利得と 称される特徴をオプションとして利用できる。理想的な空燃比近くの作動領域で はポンピング電流ＩＰは極めて小さい。このような当該領域において、複製ポン ピング電流ＩＰＲＥＰがポンピング電流ＩＰの増幅された変形電流となる場合、 エンジン排気制御を向上させるため、理想的空燃比を測定する際に、より良好な 精度が得られる。 第４図はＩＰとＩＰＲＥＰの間のいくつかの異なる電流利得を有するデジタル 式に制御された実施例の理想化された略図を示す。ＩＰとＩＰＲＥＰを等しくし たい場合、電子エンジン制御システムへ送られる制御信号により、電流シンクＩ ＣＯＮ２６０をオンにする。電流シンクＩＣＯＮ２６０がオンにされると、抵抗 器２６４の両端に十分な電圧が発生するので、抵抗器２６１およびダイオード２ ６５の両側にて適当に予想されるバイアスに対してトランジスタ２６８がオフに される。これら条件下では最も良好な場合に、数パーセント内に限りＩＰとＩＰ ＲＥＰとが一致できるような十分なデバイス整合エラーが発生し得る。次に、こ のような。不整合エラーの効果をキャンセルするためのコミュテーション（転流 ）方法について説明する。 トランジスタ２６２、２６３および２６４の値は理想的には等しく、トランジ スタ２６６、２６７および２６８も理想的に同一であるので、トランジスタ２６ ６のコレクタ電流（ＩＰ）とトランジスタ２６７のコレクタ電流（ＩＰＲＥＰ） は等しい。従って、ポンピング電流ＩＰは複製ポンピング電流ＩＰＲＥＰに等し くなる。複製ポンピング電流ＩＰＲＥＰをポンピング電流ＩＰの２倍大きくした い場合、デジタル制御により電流シンクＩＣＯＮ２６０をオフにする。このよう にすると、ＩＰＲＥＰはトランジスタ２６６からのコレクタ電流の２倍に等しい トランジスタ２６７および２６８からのコレクタ電流の双方の合計に等しくなる 。当業者であれば、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタまたは双方 の組み合わせを使って、これらの所望する機能を実現できることは明らかであろ う。 部品の温度ドリフトおよび不整合の作用を除くことにより、好ましい実施例の モノリシック集積回路の実現例の作動精度をより高めることができる。この精度 は、固定されたデューティサイクル、例えば好ましい実施例では５０％のデュー ティサイクルで２つの電流レベルＩＰおよびＩＰＲＥＰをコミュテート（転流） することにより、大幅に高めることができる。ＩＰおよびＩＰＲＥＰのこのよう なスイッチングまたは置換は、単一出力における２つの電流を平均化する作用を 有する。このような出力における電流の平均値は、ｔ１をＩＰ１のオン時間とし 、ｔ２とＩＰ２のオン時間とした次の式に従う。 ＩＰ＝（ＩＰ１＊ｔ１＋ＩＰ２＊ｔ２）／（ｔ１＋ｔ２） ＩＰＲＥＰ＝（ＩＰ２＊ｔ１＋ＩＰ１＊ｔ２）／（ｔ１＋ｔ２） 低速クロック信号で達成できる５０％のデューティサイクルで、ｔ１がｔ２に等 しくなれば、２つの電流はＩＰ＝ＩＰＲＥＰ＝（ＩＰ１＋ＩＰ２）／２まで減少 する。このようなコミュテーションは電流、ドリフトおよびオフセットバイアス を解消するので、精度を大幅に改善する。残っているエラーは、クロックの切り 換え過渡現象およびスイッチ自体の電流不整合エラーに関連するものであるので 、 ＭＯＳまたはバイポーラ形ダーリントンスイッチを使用すれば、過渡現象および 電流不整合エラーは無視できるものとなる。 第５図は、上記説明に従ったコミュテータ回路の簡略化された略図を示す。第 ３図におけるトランジスタ２２１の出力は、並列接続されたトランジスタ３１０ および３２０、およびダイオード３０２を通って２対のコミュテーティングスイ ッチ３１１／３１２および３２１／３２２に送られ、これらコミュテーティング スイッチは反転アンプ３０１によって制御されている。これらスイッチは約５０ ０Ｈｚのクロックレートでコミュテートされるので、トランジスタ３１０からの 出力（ＩＰ２として示されている）は、まずスイッチ３１１を通ってＩＰ出力へ スイッチングされ、次にスイッチ３１２を通ってＩＰＲＥＰ出力へスイッチング される。同様にトランジスタ３２０からの出力電流（ＩＰ１として示されている ）は、スイッチ３２１および３２２によりＩＰとＩＰＲＥＰとにコミュテートさ れる。 第６図には、第５図に示された略図のバイポーラトランジスタの実施例が示さ れている。ベース電流としてコミュテータからクロックへエスケープした電流を 減少するため、２つのダーリントン対３６０および３７０としてｐｎｐバイポー ラトランジスタが配置されている。これらエスケープ電流が十分には一致してい ない場合、コミュテータは自己のエラーを提供する。不一致があっても絶対電流 が小さくなるように、ダーリントン対３６０および３７０を使用することにより これらエスケープ電流は十分小さくされる。図６において、５０％のデューティ サイクルとされるクロック電流は、反転アンプ３０１を駆動しデューティサイク ルの一部でダーリントン対３６０がＩＰ１からＩＰ２となるように電流を流し、 一方、デューティサイクルの他の部分でダーリントン対３７０により、電流ＩＰ １が出力ＩＰＲＥＰまで流すようにする。第６図は、ソーシング電流コミュテー タを示しているが、ｎ形トランジスタ（例えばｎチャンネルＭＯＳＦＥＴまたは ｎｐｎトランジスタ）を使用することによりシンキング電流形コミュテータを製 造できることは明らかである。 本明細書で使用した「コミュテーション」なる用語は、２つの信号の相対比を 決定するデューティサイクルに従って、一方の信号（電圧または電流のいずれか ） を他方の信号に置換することを意味するものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年２月２日 【補正内容】 欧州特許出願第１２１９０５号からは、固体電解質の表面に形成され、周辺空 間からアイソレートされた気密チャンバを有する固体電解質を備えた酸素センサ を提供することも知られている。チャンバ内の酸素をイオン化し、これを固体電 解質に通過させるよう、チャンバから酸素をポンプアウトするように固体電解質 にポンピング電流が供給される。検出すべき排気からの酸素はイオン化を行う電 解質を囲む空間へ供給され、固体電解質を通過する。ポンピング電流をもとに酸 素濃度を検出する。しかしながらポンピング電流が抵抗器を通過するようにし、 抵抗器の両端の電圧を検出し、検出された抵抗器の電圧を増幅することによりポ ンピング電圧を検出する。従って、本発明の主たる目的はノイズおよびオフセッ ト成分を差動アンプ３０の増幅率だけ増幅することなくＥＧＯ出力信号のうちの ノイズおよび不要なオフセット電圧を減少することにある。 請求の範囲 １．較正手段により基準電圧を発生する工程と、 入力端が検出セル（１１２）および前記較正手段の出力端に結合されており、 結合セル（１１２）からの出力電圧と前記基準電圧とを比較するための差動アン プ（１１０）によりエラー電圧を検出する工程と、差動アンプ（１１０）の出力 端においてポンピング電流を発生する工程を備えた、 内燃機関の排気システムに設けられた酸素イオン濃度比例センサ（１００）の うちの検出セル（１１２）とポンピングセル（１０１）との間で酸素拡散を等し くするのに必要な、ポンピングセル電流を表示する出力信号を発生するための方 法であって、 ポンピング電流検出用直列抵抗を使用することなく、検出セル（１１２）、ポ ンピングセル（１０１）および差動アンプ（１１０）に結合された電気接続手段 （２１）を通してポンピング電流を循環し、 前記差動アンプに結合された電流複製手段（２２０）によりポンピングセル電 流を表示するが、ポンピングセル電流とアイソレートされている複製電流を発生 し、 出力信号が直列抵抗を通る複製電流の流れに応答し、ポンピング電流を表示す るように電流複製手段の出力端に結合された直列抵抗の両端に出力信号を発生す ることを特徴とする、出力信号を発生するための方法。 ２．複製電流を発生する工程は、電流ミラー（２２０）のアイソレートされた 出力端にてポンピング電流と前記複製電流とを同時に発生する工程を含む、請求 項１記載の方法。 ３．ポンピング電流および複製電流を発生する工程は、ポンピング電流の振幅 が所定の最小レベルよりも低下した際に、ポンピング電流を表示するが、ポンピ ング電流に関して増幅された複製電流を発生し、よって、ポンピング電流が低排 出量動作を表示する前記所定の最小レベルよりも低下した際に、出力信号のため に利得を大きくした制御を行う工程も含む、請求項２記載の方法。 ４．複製電流は振幅および極性がポンピング電流に等しく、前記複製電流に対 してポンピング電流を周期的に置換することにより、前記複製電流を発生する際 のエラーを減少するように、複製電流と前記負荷抵抗を通過するためのポンピン グ電流とをコミュテートすることを含む、請求項１記載の方法。 ５．前記複製電流とポンピング電流とをコミュテートする工程は、コミュテー トサイクルを５０％のデューティサイクルに調節する工程を含む、請求項４記載 の方法。 ６．内燃機関の排気システムに設けられた酸素イオン濃度比例センサ（１００ ）のうちの検出セル（１１２）とポンピングセル（１０１）との間で酸素拡散を 等しくするのに必要な、ポンピングセル電流を表示する出力信号を発生するため の回路であって、 基準電圧を発生するための較正手段と、 検出セル（１１２）からの出力電圧と前記基準電圧とを比較することによりエ ラー電圧を検出し、このエラー電圧に応答して出力端にてポンピング電流を発生 するための、入力端が検出セル（１１２）の出力端および前記較正手段に結合さ れた差動アンプ手段（１１０）と、 ポンピング電流を検出するために直列検出抵抗を使用することなく、ポンピン グ電流を循環するための、検出セル（１１２）、ポンピングセル（１０１）およ び前記差動アンプ手段（１１０）に結合された電気接続手段（２１）と、 前記差動アンプ手段（１１０）に結合されており、前記第１出力端からアイソ レートされた出力端においてポンピング電流を表示するが、ポンピング電流から アイソレートされた複製電流を発生するための電流複製手段（２２０）と、 直列抵抗の両端の出力電圧がポンピング電流を表示するように、内部を通過す る前記複製電流の流れに応答して両端に前記出力信号を発生するための前記電流 複製手段の前記出力端に結合された直列抵抗を備えた、ポンピング電流を表示す る出力信号を発生するための回路。 ７．前記電流複製手段（２２０）は、ポンピング電流に応答して前記複製電流 を発生するための電流ミラー手段を含む、請求項６記載の回路。 ８．前記複製電流は、振幅および極性がポンピング電流に等しい、請求項６記 載の回路。 ９．前記電流複製手段（２２０）は、ポンピング電流が極めて小さい条件下で 前記複製電流の振幅を大きくして、ポンピング電流の測定時の精度を更に高める よう、前記電流複製手段の利得を調節するための手段を含む、請求項６記載の回 路。 10． 前記電流複製手段（２２０）は、前記複製電流の発生時のエラーの作用 を解消するように、前記複製電流とポンピング電流とを周期的に相互に交換する ためのコミュテーション手段を含む、請求項６記載の回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関の排気システムに設けられた酸素イオン濃度比例センサのうちの 検出セルとポンピングセルとの間で酸素拡散を等しくするのに必要な、ポンピン グセル電流を表示する出力信号を発生するための方法であって、 （ａ）ポンピング電流からアイソレートされているが、このポンピング電流を 表示する複製（レプリカ）電流を発生する工程と、 （ｂ）出力信号を発生するよう、既知の値の負荷抵抗値に前記複製電流を通過 させる工程とを備えた、出力信号発生方法。 ２．工程（ａ）は、ポンピング電流を検出するための直列抵抗器を使用するこ となく、前記複製電流を発生するための工程を含む、請求項１記載の方法。 ３．工程（ａ）は、検出セルからの出力電圧と基準電圧との間の差を測定し、 ポンピング電流と、このポンピング電流に応答した複製電流の双方を同時に発生 する工程（ａ１）も含み、前記複製電流はポンピング電流の振幅および極性の双 方を表示する請求項１記載の方法。 ４．工程（ａ１）は、電流ミラーのアイソレートされた出力端でポンピング電 流および前記複製電流を同時に発生する工程も含む、請求項３記載の方法。 ５．工程（ａ１）は、ポンピング電流の振幅が所定の最小レベルよりも低下し た際にポンピング電流を表示するが、ポンピング電流に関して増幅された複製電 流を発生し、ポンピング電流が低排出量動作を表示する前記所定の最小レベルよ りも低下した際に、出力信号に対し大きな利得の制御を行う工程も含む、請求項 ４記載の方法。 ６．工程（ａ）は、 （ａ１）ポンピング電流からアイソレートされているが、ポンピング電流の振 幅および極性に等しい複製電流を発生する工程と、 （ａ２）前記複製電流に対してポンピング電流を周期的に置換することにより 、前記複製電流を発生する際のエラーを減少するよう、前記複製電流と前記負荷 抵抗を通過するためのポンピング電流とをコミュテートする工程を更に含む、請 求項１記載の方法。 ７．工程（ａ２）はコミュテートサイクルを５０％のデューティサイクルまで 調節する工程を更に含む、請求項６記載の方法。 ８．内燃機関の排気システムに設けられた酸素イオン濃度比例センサのうちの 検出セルとポンピングセルとの間で酸素拡散を等しくするのに必要な、ポンピン グセル電流を表示する出力信号を発生するための回路であって、 基準電圧を発生するための較正手段と、 検出セルからの出力電圧と前記基準電圧とを比較することによりエラー電圧を 検出し、このエラー電圧に応答して出力端にてポンピング電流を発生するよう、 入力端が検出セルの出力端および前記較正手段に結合された差動アンプ手段と、 ポンピング電流を検出するために直列検出抵抗を使用することなく、ポンピン グ電流を循環するための、検出セル、ポンピングセルおよび前記差動アンプ手段 に結合された電気接続手段と、 前記差動アンプ手段に結合されており、前記第１出力端からアイソレートされ た出力端においてポンピング電流を表示するが、ポンピング電流からアイソレー トされた複製電流を発生するための電流複製手段と、 直列抵抗の両端の出力電圧がポンピング電流を表示するように、内部を通過す る前記複製電流の流れに応答して両端に前記出力信号を発生するための前記電流 複製手段の前記出力端に結合された直列抵抗を備えた、ポンピング電流を表示す る出力信号を発生するための回路。 ９．前記電流複製手段は、ポンピング電流に応答して前記複製電流を発生する ための電流ミラー手段を含む、請求項８記載の回路。 10． 前記複製電流は、振幅および極性がポンピング電流に等しい、請求項８ 記載の回路。 11． 前記電流複製手段は、ポンピング電流が極めて小さい条件下で前記複製 電流の振幅を大きくして、ポンピング電流の測定時の精度を更に高めるよう、前 記電流複製手段の利得を調節するための手段を含む、請求項８記載の回路。 12． 前記電流複製手段は、前記複製電流の発生時のエラーの作用を解消する ように、前記複製電流とポンピング電流とを周期的に相互に交換するためのコミ ュテーション手段を含む、請求項８記載の回路。