JP2000081414A - Element resistance detecting device for gas concentration sensor - Google Patents

Element resistance detecting device for gas concentration sensor

Info

Publication number
JP2000081414A
JP2000081414A JP11178910A JP17891099A JP2000081414A JP 2000081414 A JP2000081414 A JP 2000081414A JP 11178910 A JP11178910 A JP 11178910A JP 17891099 A JP17891099 A JP 17891099A JP 2000081414 A JP2000081414 A JP 2000081414A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current
resistance
element resistance
voltage
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP11178910A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4206566B2 (en
Inventor
Toshiyuki Suzuki
敏行 鈴木
Hidekazu Kurokawa
英一 黒川
Satoshi Haneda
聡 羽田
Tomoo Kawase
友生 川瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP17891099A priority Critical patent/JP4206566B2/en
Publication of JP2000081414A publication Critical patent/JP2000081414A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4206566B2 publication Critical patent/JP4206566B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect element resistance by use of an element resistance detecting device detecting the element resistance from temporary changes in voltage and current. SOLUTION: An A/F(air/fuel ratio) sensor 10 has a sensor element part using a solid electrolyte and outputs a current signal (element current) matching the concentration of oxygen in exhaust gas with the application of a voltage. During the detection of element resistance, the voltage applied to the sensor element part in order to detect air/fuel ratio is temporarily changed to a voltage for detection of the element resistance at a frequency matching sensor characteristics, and the element resistance value is detected from the changes in voltage and current at that time. The detected value of the element current is inputted to an S/H(sample hold) circuit 30 and a P/H(peak hold) circuit 31. The S/H circuit 30 samples the element current and outputs it sequentially during the detection of the air/fuel ratio. The P/H circuit 31 holds the peak of the element current during the detection of the element resistance. An S/H circuit 32 samples the peak value held by the P/H circuit 31 and holds the value until the next detection of the element resistance.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両用エン
ジンの排出ガス中の酸素濃度など、被検出ガス中の特定
成分の濃度を検出するためのガス濃度センサに適用さ
れ、当該ガス濃度センサの素子抵抗を検出する素子抵抗
検出装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to a gas concentration sensor for detecting the concentration of a specific component in a gas to be detected, for example, the concentration of oxygen in the exhaust gas of a vehicle engine. The present invention relates to an element resistance detecting device for detecting an element resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の車両用エンジンの空燃比制御にお
いては、例えば制御精度を高めるといった要望やリーン
バーン化への要望があり、これらの要望に応えるべく、
エンジンに吸入する混合気の空燃比(排ガス中の酸素濃
度)を広域に且つリニアに検出するリニア式空燃比セン
サ(酸素濃度センサ)が具体化されている。このような
空燃比センサにおいて、その検出精度を維持するために
は同センサを活性状態に保つことが不可欠であり、一般
にはセンサ素子に付設されたヒータを通電制御すること
により当該センサ素子を加熱して活性状態を維持するよ
うにしている。
2. Description of the Related Art In recent years, in air-fuel ratio control of a vehicle engine, there has been a demand for improving control accuracy and a demand for lean burn, for example.
2. Description of the Related Art A linear air-fuel ratio sensor (oxygen concentration sensor) that linearly detects an air-fuel ratio (oxygen concentration in exhaust gas) of an air-fuel mixture to be taken into an engine over a wide area has been embodied. In such an air-fuel ratio sensor, it is indispensable to keep the sensor in an active state in order to maintain the detection accuracy. Generally, the sensor element is heated by energizing a heater attached to the sensor element. To maintain the active state.

【0003】ところで、かかるヒータの通電制御におい
ては、センサ素子の温度(素子温)を検出してその素子
温が所望の活性温度(例えば約700℃)になるように
フィードバック制御を実施する技術が従来より開示され
ている。この場合、センサ素子の抵抗(素子抵抗)が素
子温に対して所定の対応関係を有すること(図13)を
利用して素子抵抗を検出し、その検出された素子抵抗か
ら素子温が導き出される。こうした素子温の検出法によ
れば、センサ素子に温度センサを付設することでコスト
アップを招くなどの問題が回避できる。
[0003] In controlling the energization of the heater, there is a technique for detecting the temperature of the sensor element (element temperature) and performing feedback control so that the element temperature becomes a desired activation temperature (for example, about 700 ° C). Conventionally disclosed. In this case, the element resistance is detected using the fact that the resistance (element resistance) of the sensor element has a predetermined correspondence with the element temperature (FIG. 13), and the element temperature is derived from the detected element resistance. . According to such an element temperature detection method, it is possible to avoid a problem such as an increase in cost caused by attaching a temperature sensor to the sensor element.

【0004】限界電流式の空燃比センサを用いた既存の
空燃比検出装置の構成を、図14を用いて説明する。図
14において、マイクロコンピュータ(マイコン)81
は印加電圧指令値を出力し、その電圧指令値はD/A変
換器82、ローパスフィルタ(LPF)83及びドライ
ブ回路84を介して空燃比センサ85の一方の端子に印
加される。同センサ85の他方の端子には電圧バッファ
86を介して基準電圧Vrefが印加される。また、空
燃比センサ85に電圧を印加した時、同センサ85に流
れる電流(素子電流)は電流検出用抵抗87により検出
され、その検出値がA/D変換器88を介してマイコン
81に取り込まれる。
The configuration of an existing air-fuel ratio detecting device using a limiting current type air-fuel ratio sensor will be described with reference to FIG. In FIG. 14, a microcomputer (microcomputer) 81
Outputs an applied voltage command value, and the voltage command value is applied to one terminal of an air-fuel ratio sensor 85 via a D / A converter 82, a low-pass filter (LPF) 83, and a drive circuit 84. A reference voltage Vref is applied to the other terminal of the sensor 85 via a voltage buffer 86. When a voltage is applied to the air-fuel ratio sensor 85, a current (element current) flowing through the sensor 85 is detected by a current detecting resistor 87, and the detected value is taken into a microcomputer 81 via an A / D converter 88. It is.

【0005】ガス濃度センサの素子抵抗値を検出する手
法としては、特開平9−292364号公報が開示され
ている。これを図15で説明すると、所定の時定数を持
たせた電圧を単発的にガス濃度センサに印加して一定時
間Ts経過後のピーク電流値ΔI(電流変化量)を計測
し、その時の電圧変化量ΔVとピーク電流値ΔIとから
素子抵抗を検出するものであった(素子抵抗=ΔV/Δ
I)。なお、コンデンサと抵抗とを使った一次のLPF
で時定数が作られる。特にジルコニア等の固体電解質を
用いた限界電流式センサの場合、インピーダンス特性が
印加電圧の周波数1kHz以上の領域で安定することを
利用し、その特性に応じた周波数で電圧が印加されるよ
うになっていた。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-292364 discloses a technique for detecting the element resistance value of a gas concentration sensor. This will be described with reference to FIG. 15. A voltage having a predetermined time constant is applied to the gas concentration sensor spontaneously to measure a peak current value ΔI (current change amount) after a lapse of a predetermined time Ts. The element resistance is detected from the change amount ΔV and the peak current value ΔI (element resistance = ΔV / Δ
I). A primary LPF using a capacitor and a resistor
Creates a time constant. In particular, in the case of a limiting current type sensor using a solid electrolyte such as zirconia, a voltage is applied at a frequency corresponding to the characteristic by utilizing the fact that the impedance characteristic is stabilized in a region where the frequency of the applied voltage is 1 kHz or more. I was

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、セ
ンサに電圧を印加して一定時間Ts経過後のピーク電流
値ΔI(電流変化量)を計測することで、正確な素子抵
抗(素子インピーダンス)が検出できる。しかしなが
ら、素子劣化等に対応するセンサ特性によりピーク電流
値ΔIの発生時期が変化すると、正確な素子抵抗が検出
できないという問題が生ずる。
In the above prior art, by applying a voltage to the sensor and measuring a peak current value ΔI (current change amount) after a lapse of a predetermined time Ts, an accurate element resistance (element impedance) is obtained. Can be detected. However, when the generation time of the peak current value ΔI changes due to sensor characteristics corresponding to element deterioration or the like, there occurs a problem that an accurate element resistance cannot be detected.

【0007】この問題を図16を用いて説明する。図1
6において、印加電圧変化(90)に対して正常時の素
子電流変化は符号91のような波形となり、一定時間T
s経過後に電流ピーク値(図のA点)が計測される。こ
うして電流ピーク値が正確に計測できれば、素子抵抗が
正確に検出できる。しかしながら、センサの個体差や電
極劣化等によって素子電流が符号92,93のように変
化すると、ピーク電流値ΔIの発生時期が「A」から
「B」,「C」のように変化する。この場合、Ts時間
経過のタイミング(実際には、A/D変換器88で読み
取るタイミング)で素子電流を計測すると、ピーク電流
値ΔIを「B1」又は「C1」で計測してしまう。つま
り、B,Cのタイミングで計測される実際の電流ピーク
値よりも低い電流値が計測され、正確な素子抵抗が検出
できない。
This problem will be described with reference to FIG. FIG.
6, the change in the element current in the normal state with respect to the change in the applied voltage (90) has a waveform as indicated by reference numeral 91,
After elapse of s, the current peak value (point A in the figure) is measured. If the current peak value can be accurately measured in this manner, the element resistance can be accurately detected. However, when the element current changes as indicated by reference numerals 92 and 93 due to individual differences of sensors, electrode deterioration, and the like, the generation time of the peak current value ΔI changes from “A” to “B” and “C”. In this case, if the element current is measured at the timing when the time Ts elapses (actually, at the timing read by the A / D converter 88), the peak current value ΔI is measured at “B1” or “C1”. That is, a current value lower than the actual current peak value measured at the timings B and C is measured, and an accurate element resistance cannot be detected.

【0008】また、印加電圧を所定の時定数で変化させ
るために使用するコンデンサや抵抗等、回路のバラツキ
によっても素子電流波形は変化し、その時の素子電流の
変化は符号94,95のような波形となる。従って、ピ
ーク電流値の発生時期がやはり「A」から「D」,
「E」のように変化し、先程と同様、正確に素子抵抗が
検出できない。
The element current waveform also changes due to variations in the circuit such as a capacitor and a resistor used to change the applied voltage with a predetermined time constant. It becomes a waveform. Therefore, the generation time of the peak current value also changes from “A” to “D”,
It changes like "E", and the element resistance cannot be detected accurately as before.

【0009】以上のことから素子抵抗を正確に検出する
ためには、電流ピーク値を正確に計測する必要がある。
なお、先述の通り素子抵抗検出時の印加電圧の周波数を
1kHz以上(センサによっては10kHz程度)とす
る場合には、その電流変化を逐次監視して電流ピーク値
を計測すると、マイコンの演算負荷が過度に増加した
り、他の制御へ悪影響を及ぼすおそれがあった。
From the above, in order to accurately detect the element resistance, it is necessary to accurately measure the current peak value.
As described above, when the frequency of the applied voltage at the time of detecting the element resistance is 1 kHz or more (about 10 kHz depending on the sensor), the current change is monitored sequentially and the current peak value is measured. There was a possibility that it would increase excessively or adversely affect other controls.

【0010】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、一時的な電圧変
化と電流変化とから素子抵抗を検出する素子抵抗検出装
置において、素子抵抗を正確に検出することができるガ
ス濃度センサの素子抵抗検出装置を提供することであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an element resistance detecting device for detecting an element resistance from a temporary voltage change and current change. Is to provide an element resistance detecting device of a gas concentration sensor that can accurately detect the element resistance.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の素子抵抗検出装
置ではその前提として、固体電解質を用いた素子部を有
し、電圧の印加に伴い被検出ガス中の特定成分の濃度に
応じた電流信号(素子電流)を出力するガス濃度センサ
に適用され、ガス濃度検出途中の一時的な電圧変化と電
流変化とから前記素子部の抵抗値を検出する。
The element resistance detecting apparatus of the present invention has a premise that an element section using a solid electrolyte is provided, and a current corresponding to a concentration of a specific component in a gas to be detected is applied as a voltage is applied. The present invention is applied to a gas concentration sensor that outputs a signal (element current), and detects a resistance value of the element unit from a temporary voltage change and a current change during gas concentration detection.

【0012】そして、請求項1に記載の発明では、素子
抵抗検出時の電流変化又は電圧変化を監視し、その監視
結果を保持するためのホールド回路を備える。素子抵抗
検出時における電流変化又は電圧変化を監視してホール
ド回路に記憶保持することで、センサ劣化や回路バラツ
キ等の要因により電流変化や電圧変化のピーク値の発生
時期が変動しても、同ピーク値が容易に且つ正確に計測
できる。その結果、素子抵抗が正確に検出できるように
なる。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a hold circuit for monitoring a current change or a voltage change at the time of detecting the element resistance and holding the monitoring result. By monitoring the current change or voltage change at the time of detecting the element resistance and storing it in the hold circuit, even if the occurrence time of the peak value of the current change or voltage change fluctuates due to factors such as sensor deterioration or circuit variation, the same holds true. The peak value can be easily and accurately measured. As a result, the element resistance can be accurately detected.

【0013】上記発明によれば、ホールド回路の採用に
より、マイコンを使用しない回路構成で素子抵抗検出装
置が実現でき、低コスト化や小型化を図ることが可能と
なる。この場合、マイコンの処理能力の限界により印加
電圧の周波数が制限されることもない。また、マイコン
の演算負荷が過度に増加し、他の制御に悪影響が及ぶな
どの不都合も回避される。仮にマイコンを使用した場合
には、前記の如く電流変化又は電圧変化を監視し、その
監視結果を当該マイコンに入力することで、マイコンの
演算負荷を大幅に低減することが可能となる。つまり、
素子抵抗算出に用いる電流値や電圧値は既にホールドさ
れているので、低速なA/D変換器が使用できる。ま
た、A/D変換時間を考慮しなくてもよいため、素子抵
抗の検出時間が短縮でき、ひいてはガス濃度の検出不可
時間が短縮できる。
According to the above invention, by employing the hold circuit, an element resistance detecting device can be realized with a circuit configuration that does not use a microcomputer, and cost reduction and size reduction can be achieved. In this case, the frequency of the applied voltage is not limited by the limit of the processing capability of the microcomputer. In addition, it is possible to avoid such a problem that the operation load of the microcomputer is excessively increased and other controls are adversely affected. If a microcomputer is used, the change in current or voltage is monitored as described above, and the result of the monitoring is input to the microcomputer, whereby the calculation load on the microcomputer can be significantly reduced. That is,
Since the current value and the voltage value used for calculating the element resistance are already held, a low-speed A / D converter can be used. Further, since it is not necessary to consider the A / D conversion time, the detection time of the element resistance can be shortened, and the non-detection time of the gas concentration can be shortened.

【0014】素子抵抗検出時における電流変化と電圧変
化との各データを得るには、前記素子部への印加電圧を
一時的に変化させる手法と、素子部に流れる電流値を一
時的に変化させる手法とが考えられ、具体的には請求項
2,請求項3の構成が適用できる。
In order to obtain the data of the current change and the voltage change at the time of detecting the element resistance, a method of temporarily changing the voltage applied to the element section and a method of temporarily changing the current value flowing through the element section A method is considered, and specifically, the configurations of claims 2 and 3 can be applied.

【0015】請求項2に記載の発明では、ガス濃度検出
のために前記素子部に印加した電圧を、センサ特性に応
じた周波数で素子抵抗検出用の電圧に一時的に切り換
え、その時の電圧変化と電流変化とから前記素子部の抵
抗値を検出する素子抵抗検出装置において、前記ホール
ド回路は、素子抵抗検出時における電流変化のピーク値
を保持するためのピークホールド回路であるとする。
According to the second aspect of the invention, the voltage applied to the element portion for detecting the gas concentration is temporarily switched to a voltage for detecting the element resistance at a frequency corresponding to the sensor characteristic, and the voltage change at that time is performed. In the device resistance detecting device for detecting the resistance value of the element portion from the current and the current change, the hold circuit is a peak hold circuit for holding a peak value of the current change at the time of detecting the device resistance.

【0016】また、請求項3に記載の発明では、ガス濃
度検出時に前記素子部に流れる電流の値を、所定値に一
時的に切り換え、その時の電圧変化と電流変化とから前
記素子部の抵抗値を検出する素子抵抗検出装置におい
て、前記ホールド回路は、素子抵抗検出時の電圧変化を
監視するためのピークホールド回路、若しくはサンプル
ホールド回路であるとする。
According to the third aspect of the present invention, the value of the current flowing through the element section when the gas concentration is detected is temporarily switched to a predetermined value, and the resistance of the element section is determined based on the voltage change and the current change at that time. In the element resistance detecting device for detecting a value, the hold circuit is a peak hold circuit or a sample hold circuit for monitoring a voltage change at the time of detecting the element resistance.

【0017】上記請求項2,3の発明でもやはり、セン
サ劣化や回路バラツキ等の要因等に関係なく、電流変化
又は電圧変化のピーク値が容易に且つ正確に計測でき
る。その結果、一時的な電圧変化と電流変化とから素子
抵抗を検出する素子抵抗検出装置において、素子抵抗を
正確に検出することができる。
Also in the second and third aspects of the present invention, the peak value of the current change or the voltage change can be easily and accurately measured irrespective of factors such as sensor deterioration and circuit variation. As a result, an element resistance can be accurately detected in an element resistance detection device that detects element resistance from temporary voltage changes and current changes.

【0018】特に請求項2の発明では、印加電圧の周波
数を1kHz以上(センサによっては10kHz程度)
で変化させる場合にもその時の電流変化を逐次監視して
電流ピーク値が計測できる。それ故、素子抵抗検出時に
電圧をセンサ特性に応じた周波数で切り換える装置に好
適に採用できる。なお、マイコンを使用しない回路構成
で素子抵抗検出装置を実現すれば、マイコンの処理能力
の限界により印加電圧の周波数が制限されることもな
い。
In particular, in the invention of claim 2, the frequency of the applied voltage is 1 kHz or more (about 10 kHz depending on the sensor).
When the current is changed, the current change at that time can be monitored successively to measure the current peak value. Therefore, the present invention can be suitably applied to a device that switches the voltage at a frequency according to the sensor characteristics when detecting the element resistance. If the element resistance detecting device is realized with a circuit configuration that does not use a microcomputer, the frequency of the applied voltage is not limited by the limit of the processing capability of the microcomputer.

【0019】上記請求項3の発明は、以下の請求項4〜
請求項7での具体化が望ましい。つまり、請求項4に記
載の発明では、素子抵抗検出時に、前記素子部の一方の
端子を一時的に開放状態とした後、素子部へ定電流を流
す定電流源と、前記開放状態での素子部の一方の端子電
圧を保持するホールド回路と、定電流を流した時の端子
電圧の監視結果を保持するホールド回路とを備え、それ
ら各ホールド回路で保持した電圧値の差に基づいて素子
抵抗値を求める。請求項4によれば、定電流源による定
電流の値が素子抵抗検出時における電流変化量となり、
各ホールド回路の出力の差が電圧変化量となる。従っ
て、これら電流変化量と電圧変化量とから素子抵抗値が
算出できる。
The third aspect of the present invention provides the following fourth to fourth aspects.
The embodiment according to claim 7 is desirable. In other words, in the invention according to claim 4, when the element resistance is detected, after one terminal of the element section is temporarily opened, a constant current source for flowing a constant current to the element section is provided. A hold circuit that holds a terminal voltage of one of the element sections; and a hold circuit that holds a result of monitoring the terminal voltage when a constant current flows, and an element is provided based on a difference between the voltage values held by the respective hold circuits. Find the resistance value. According to claim 4, the value of the constant current by the constant current source is the current change amount at the time of detecting the element resistance,
The difference between the outputs of the hold circuits is the amount of voltage change. Therefore, the element resistance value can be calculated from the current change amount and the voltage change amount.

【0020】請求項5に記載の発明では、素子抵抗検出
時に、前記素子部に所定の定電流を流す定電流源と、前
記定電流源による電流変化前の素子部の両端子間電圧を
保持するホールド回路と、電流変化後の素子部の両端子
間電圧の監視結果を保持するホールド回路とを備え、そ
れら各ホールド回路で保持した電圧値の差に基づいて素
子抵抗値を求める。請求項5によれば、定電流を流す前
後の電流値の差が素子抵抗検出時における電流変化量と
なり、各ホールド回路の出力の差が電圧変化量となる。
従って、これら電流変化量と電圧変化量とから素子抵抗
値が算出できる。
According to the fifth aspect of the present invention, a constant current source for supplying a predetermined constant current to the element portion when the element resistance is detected, and a voltage between both terminals of the element portion before the current change by the constant current source is held. And a hold circuit for holding a monitoring result of the voltage between both terminals of the element section after the current change, and obtains an element resistance value based on a difference between the voltage values held by the respective hold circuits. According to the fifth aspect, the difference between the current values before and after the flow of the constant current is the current change amount at the time of detecting the element resistance, and the difference between the outputs of the respective hold circuits is the voltage change amount.
Therefore, the element resistance value can be calculated from the current change amount and the voltage change amount.

【0021】上記請求項5の発明では、請求項6に記載
したように、ガス濃度検出の状態から素子抵抗検出の状
態に切り換える時、切り換え直前に素子部に流れる電流
値と同値の定電流を流し、その後、電流値を所定値分だ
け変化させるのが望ましい。
According to the fifth aspect of the present invention, as described in the sixth aspect, when switching from the gas concentration detection state to the element resistance detection state, the constant current having the same value as the current value flowing through the element section immediately before the switching is applied. After that, it is desirable to change the current value by a predetermined value.

【0022】素子抵抗検出時における電流変化後、その
状態のまま継続して電圧ピーク値を検出する場合には、
その時の電圧変化量から得られる素子抵抗値は素子部の
直流抵抗の値となる(V−I特性上の抵抗支配領域の傾
き)。これに対して、請求項7に記載したように、素子
抵抗検出時における電流変化後、所定の微小時間でのピ
ーク値をホールド回路で記憶保持すれば、素子抵抗値と
して交流インピーダンスが検出できるようになる。
When the voltage peak value is continuously detected after the current change at the time of detecting the element resistance,
The element resistance value obtained from the voltage change amount at that time becomes the value of the DC resistance of the element portion (the slope of the resistance dominant region on the VI characteristic). On the other hand, if the peak value in a predetermined minute time is stored and held in the hold circuit after the current change at the time of detecting the element resistance, the AC impedance can be detected as the element resistance value. become.

【0023】ところで、前記ホールド回路で保持した電
流変化又は電圧変化の監視結果は、素子抵抗の検出毎に
更新する必要があるため、次回の素子抵抗検出前にクリ
アされる。このとき、仮に前記検出値がクリアされると
(0Vが出力されると)、素子抵抗の検出値が一時的に
無くなる。そのため、素子抵抗の検出値を使ったヒータ
制御や自己診断(ダイアグ処理)に悪影響が及ぶ。そこ
で本発明では、下記の請求項8〜請求項11の構成を採
用することで、各種制御への悪影響を抑制することとし
ている。
The monitoring result of the current change or the voltage change held by the hold circuit needs to be updated every time the element resistance is detected, and thus is cleared before the next element resistance detection. At this time, if the detection value is cleared (when 0 V is output), the detection value of the element resistance temporarily disappears. Therefore, there is an adverse effect on heater control and self-diagnosis (diagnosis processing) using the detected value of the element resistance. Therefore, in the present invention, the adverse effects on various controls are suppressed by adopting the configurations of claims 8 to 11 described below.

【0024】請求項8に記載の発明では、前記ホールド
回路で保持した素子抵抗検出時における電流変化又は電
圧変化の監視結果を、次回の素子抵抗の検出時まで保持
するためのサンプルホールド回路を更に備える。この場
合、電流変化又は電圧変化の監視結果がクリアされた後
にもサンプルホールド回路が素子抵抗出力を保持して出
力するため、素子抵抗の検出値が無くて各種制御に悪影
響が及ぶといった既述の問題が回避される。
According to the present invention, the sample and hold circuit for holding the monitoring result of the current change or the voltage change at the time of detecting the element resistance held by the hold circuit until the next detection of the element resistance is further provided. Prepare. In this case, since the sample and hold circuit holds and outputs the element resistance output even after the monitoring result of the current change or the voltage change is cleared, there is no detected value of the element resistance, which adversely affects various controls. The problem is avoided.

【0025】請求項9に記載の発明では、前記ホールド
回路で保持した素子抵抗検出時における電流変化又は電
圧変化の監視結果を取り込むためのローパスフィルタを
備える。この場合、請求項10に記載したように、素子
抵抗検出の直前に前記ホールド回路のホールド値がクリ
アされるのが望ましい。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a low-pass filter for capturing a monitoring result of a current change or a voltage change when detecting the element resistance held by the hold circuit. In this case, it is desirable that the hold value of the hold circuit be cleared immediately before element resistance detection.

【0026】請求項9,10の構成によれば、ホールド
回路のセット/リセットに伴い同回路の出力が変化して
もその出力変化がローパスフィルタによりなまされる。
そのため、ホールド回路の出力を素子電流検出値として
継続的に使うことが可能となる。従って、素子抵抗の検
出値が無くて各種制御に悪影響が及ぶといった既述の問
題が回避される。
According to the ninth and tenth aspects, even if the output of the hold circuit changes due to the setting / resetting of the hold circuit, the change in the output is smoothed by the low-pass filter.
Therefore, it is possible to continuously use the output of the hold circuit as the element current detection value. Therefore, the above-described problem that the detected value of the element resistance is not provided and various controls are adversely affected is avoided.

【0027】請求項11に記載の発明では、前記ホール
ド回路で素子抵抗検出時における電流変化又は電圧変化
を監視する際に、その時の監視結果の使用を一時的に許
可しない旨の信号を出力する。この場合、素子電流検出
値が不確かな時に当該監視結果を各種制御に使わせない
ようにすることができ、各種制御に悪影響が及ぶといっ
た問題が回避される。
According to the eleventh aspect of the present invention, when monitoring the current change or the voltage change at the time of detecting the element resistance in the hold circuit, a signal indicating that the use of the monitoring result at that time is temporarily not permitted is output. . In this case, it is possible to prevent the monitoring result from being used for various controls when the element current detection value is uncertain, thereby avoiding a problem that various controls are adversely affected.

【0028】請求項12に記載の発明では、ガス濃度検
出時の素子電流を取り込むためのガス濃度検出用サンプ
ルホールド回路を備え、前記素子抵抗の検出期間におい
て、ガス濃度検出用サンプルホールド回路は同検出期間
の直前における素子電流の検出値を保持する。本構成に
よれば、素子抵抗検出時にはガス濃度検出のための前回
検出値(素子電流の前回値)を保持したまま素子抵抗検
出値が更新され、また、ガス濃度検出時には素子抵抗検
出のための前回検出値(素子電流の前回値)を保持した
ままガス濃度検出値が更新される。そのため、ガス濃度
検出と素子抵抗検出とが連続的に実施でき、何れか一方
の値を検出する際にも他方の値が適正に管理保持でき
る。また、素子抵抗検出時の素子電流の変化によりガス
濃度検出値が変動するといった不具合が未然に防止され
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a gas concentration detecting sample and hold circuit for taking in an element current at the time of gas concentration detection, and the gas concentration detecting sample and hold circuit is the same during the element resistance detecting period. The detected value of the element current immediately before the detection period is held. According to this configuration, the element resistance detection value is updated while the previous detection value for gas concentration detection (previous value of the element current) is held at the time of element resistance detection, and the element resistance detection value at the time of gas concentration detection is updated. The gas concentration detection value is updated while maintaining the previous detection value (the previous value of the element current). Therefore, the detection of the gas concentration and the detection of the element resistance can be continuously performed, and even when one of the values is detected, the other value can be appropriately managed and held. In addition, a problem that the gas concentration detection value fluctuates due to a change in the element current when the element resistance is detected is prevented beforehand.

【0029】請求項13に記載の発明では、ガス濃度検
出と素子抵抗検出とを所定のタイミングで切り換えて選
択的に実施させるためのタイミング調整回路を備える。
タイミング調整回路で各種タイミングを調整することに
より、多種多様な演算プログラム(割込み処理)が実施
されるマイコンでタイミングを管理する場合と比べ、各
種タイミングのバラツキが削減できる。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a timing adjusting circuit for switching between gas concentration detection and element resistance detection at a predetermined timing to selectively execute the switching.
By adjusting various timings by the timing adjustment circuit, variations in various timings can be reduced as compared with a case where timings are managed by a microcomputer that executes various arithmetic programs (interrupt processing).

【0030】従来より、ガス濃度センサへの印加電圧を
振幅させてその時の電圧変化量と電流変化量とから素子
抵抗を検出する手法が公知であるが、この検出手法に対
し、請求項14に記載の発明では、ガス濃度検出時に前
記素子部に流れる電流の値を、所定値に一時的に切り換
え、その時の電圧変化と電流変化とから前記素子部の抵
抗値を検出する。かかる検出手法においても、素子抵抗
が精度良く検出できる。なお、電流を一時的に切り換え
た時の電圧変化は、上述の如くホールド回路を用いて計
測しても良いし、マイコンを用いて計測しても良い。
Conventionally, a method of oscillating the voltage applied to the gas concentration sensor and detecting the element resistance from the voltage change amount and the current change amount at that time has been known. According to the invention described above, the value of the current flowing through the element unit when the gas concentration is detected is temporarily switched to a predetermined value, and the resistance value of the element unit is detected from the voltage change and the current change at that time. Also in such a detection method, the element resistance can be accurately detected. The voltage change when the current is temporarily switched may be measured using the hold circuit as described above, or may be measured using a microcomputer.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、この
発明を空燃比検出装置に具体化した第1の実施の形態を
図面に従って説明する。本実施の形態における空燃比検
出装置は、自動車に搭載される電子制御ガソリン噴射エ
ンジンに適用されるものであって、同エンジンの空燃比
制御システムにおいては空燃比検出装置による検出結果
に基づいてエンジンへの燃料噴射量を所望の空燃比に制
御する。以下の記載では、空燃比センサを用いた空燃比
(A/F)の検出手順、並びに同センサの交流特性を用
いた素子抵抗検出手順を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention embodied in an air-fuel ratio detecting device will be described below with reference to the drawings. The air-fuel ratio detection device according to the present embodiment is applied to an electronically controlled gasoline injection engine mounted on an automobile. In the air-fuel ratio control system of the engine, the engine is controlled based on the detection result by the air-fuel ratio detection device. Is controlled to a desired air-fuel ratio. In the following description, a procedure for detecting an air-fuel ratio (A / F) using an air-fuel ratio sensor and a procedure for detecting an element resistance using an AC characteristic of the sensor will be described in detail.

【0032】図1は、本実施の形態における空燃比検出
装置の概要を示す構成図である。図1において、空燃比
検出装置は限界電流式の空燃比センサ(以下、A/Fセ
ンサという)10を備える。A/Fセンサ10は、固体
電解質を有するセンサ素子部10a(図2参照)を備
え、エンジンから排出される排ガス中の酸素濃度を検出
する。すなわち、A/Fセンサ10は、センサ素子部1
0aへの電圧印加に伴い、排ガス中の酸素濃度に応じた
限界電流(素子電流)を出力する。
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the air-fuel ratio detecting device according to the present embodiment. In FIG. 1, the air-fuel ratio detecting device includes a limiting current type air-fuel ratio sensor (hereinafter, referred to as an A / F sensor) 10. The A / F sensor 10 includes a sensor element unit 10a having a solid electrolyte (see FIG. 2), and detects an oxygen concentration in exhaust gas discharged from an engine. That is, the A / F sensor 10 includes the sensor element 1
A limit current (element current) corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas is output with the application of the voltage to 0a.

【0033】ここで、センサ素子部10aの構成を図2
を用いて説明する。センサ素子部10aは大別して、固
体電解質11、ガス拡散抵抗層12、大気導入ダクト1
3及びヒータ14からなり、これら各部材を積層して構
成されている。また、各部材の周囲には保護層15が設
けられている。
Here, the configuration of the sensor element section 10a is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. The sensor element portion 10a is roughly divided into a solid electrolyte 11, a gas diffusion resistance layer 12, and an air introduction duct 1.
3 and a heater 14, and each of these members is laminated. Further, a protective layer 15 is provided around each member.

【0034】長方形板状の固体電解質11は部分安定化
ジルコニア製のシートであり、その上面(ガス拡散抵抗
層12側)には白金等からなる多孔質の計測電極16が
スクリーン印刷法等により形成されると共に、下面(大
気導入ダクト13側)には同じく白金等からなる多孔質
の大気側電極17がスクリーン印刷法等により形成され
ている。
The rectangular plate-shaped solid electrolyte 11 is a sheet made of partially stabilized zirconia, and a porous measurement electrode 16 made of platinum or the like is formed on the upper surface (gas diffusion resistance layer 12 side) by a screen printing method or the like. At the same time, on the lower surface (at the side of the air introduction duct 13), a porous air side electrode 17 also made of platinum or the like is formed by a screen printing method or the like.

【0035】ガス拡散抵抗層12は、計測電極16へ排
ガスを導入するための多孔質シートからなるガス透過層
12aと、排ガスの透過を抑制するための緻密層からな
るガス遮蔽層12bとを有する。ガス透過層12a及び
ガス遮蔽層12bは何れも、アルミナ、スピネル、ジル
コニア等のセラミックスをシート成形法等により成形し
たものであるが、ポロシティの平均孔径及び気孔率の違
いによりガス透過率が相違するものとなっている。
The gas diffusion resistance layer 12 has a gas permeable layer 12a made of a porous sheet for introducing exhaust gas to the measurement electrode 16, and a gas shielding layer 12b made of a dense layer for suppressing the transmission of exhaust gas. . Each of the gas permeable layer 12a and the gas shielding layer 12b is formed by molding a ceramic such as alumina, spinel, or zirconia by a sheet molding method or the like. It has become something.

【0036】大気導入ダクト13はアルミナ等の高熱伝
導性セラミックスからなり、同ダクト13により大気室
18が形成されている。この大気導入ダクト13は大気
室18内の大気側電極17に大気を導入する役割をな
す。
The air introduction duct 13 is made of a ceramic having a high thermal conductivity such as alumina, and an air chamber 18 is formed by the duct 13. The air introduction duct 13 plays a role of introducing air to the atmosphere-side electrode 17 in the atmosphere chamber 18.

【0037】大気導入ダクト13の下面にはヒータ14
が取り付けられている。ヒータ14は、バッテリ電源か
らの通電により発熱する発熱体14aと、それを覆う絶
縁シート14bとからなる。但し、図2の構成以外に、
発熱体14aを固体電解質11に埋設したり、発熱体1
4aをガス拡散抵抗層12に埋設したりする構成も可能
である。
A heater 14 is provided on the lower surface of the air introduction duct 13.
Is attached. The heater 14 includes a heating element 14a that generates heat when energized by a battery power supply, and an insulating sheet 14b that covers the heating element 14a. However, in addition to the configuration of FIG.
The heating element 14a may be embedded in the solid electrolyte 11,
A configuration in which 4a is embedded in the gas diffusion resistance layer 12 is also possible.

【0038】なお上記センサ素子部10aにおいて、計
測電極16に達する排ガスは、ガス透過層12aの鉛直
方向(図の上下方向)からは侵入せず、ガス透過層12
aの側方から侵入する。すなわち、ガス透過層12aの
表面はガス遮蔽層12bに被われているため、排ガスは
図の鉛直方向からは侵入できず、その方向と直交する側
面方向から該透過層12aの内部に侵入する。かかる場
合、ガス透過層12aのガス拡散量は、同透過層12a
の左右方向の寸法(実際には、ガス透過層12aの側面
と計測電極16との距離)に依存するが、この寸法が容
易に且つ自在に設定できることから、ガス透過層12a
の孔径がばらついても均一で安定したセンサ出力が得ら
れるようになる。
In the sensor element section 10a, the exhaust gas reaching the measurement electrode 16 does not enter the gas permeable layer 12a in the vertical direction (up and down direction in the figure).
Intrudes from the side of a. That is, since the surface of the gas permeable layer 12a is covered with the gas shielding layer 12b, the exhaust gas cannot enter from the vertical direction in the figure, but enter the inside of the permeable layer 12a from the side surface perpendicular to the direction. In such a case, the gas diffusion amount of the gas permeable layer 12a is
Depends on the left-right dimension (actually, the distance between the side surface of the gas-permeable layer 12a and the measurement electrode 16), but since this dimension can be easily and freely set, the gas-permeable layer 12a
Even if the hole diameter varies, a uniform and stable sensor output can be obtained.

【0039】上記構成のA/Fセンサ10において、セ
ンサ素子部10aは理論空燃比点よりリーン領域では酸
素濃度に応じた限界電流を発生する。この場合、センサ
素子部10a(固体電解質11)は酸素濃度を直線的特
性にて検出し得るものであるが、センサ素子部10aを
活性化するには約600℃以上の高温が必要とされ、且
つ同センサ素子部10aの活性温度範囲が狭いため、エ
ンジンの排ガスのみによる加熱では活性状態を維持でき
ない。そのため、本実施の形態では、ヒータ14(発熱
体14a)の加熱制御によりセンサ素子部10aを活性
温度域で保持する。なお、理論空燃比よりもリッチ側の
領域では、未燃ガスである一酸化炭素(CO)等の濃度
が空燃比に対してほぼリニアに変化し、センサ素子部1
0aはCO等の濃度に応じた限界電流を発生する。
In the A / F sensor 10 having the above configuration, the sensor element 10a generates a limit current corresponding to the oxygen concentration in a lean region from the stoichiometric air-fuel ratio point. In this case, the sensor element portion 10a (solid electrolyte 11) can detect the oxygen concentration with linear characteristics, but a high temperature of about 600 ° C. or more is required to activate the sensor element portion 10a. In addition, since the activation temperature range of the sensor element portion 10a is narrow, the activation state cannot be maintained by heating only the exhaust gas of the engine. Therefore, in the present embodiment, the sensor element section 10a is maintained in the active temperature range by controlling the heating of the heater 14 (the heating element 14a). In the region richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the concentration of unburned gas such as carbon monoxide (CO) changes almost linearly with respect to the air-fuel ratio.
0a generates a limit current corresponding to the concentration of CO or the like.

【0040】A/Fセンサ10の電圧−電流特性につい
て図3を用いて説明する。図3において、電圧軸V(横
軸)に平行な直線部分がセンサ素子部10aに流れる限
界電流を特定するものであって、この限界電流(素子電
流)の増減は空燃比の増減(すなわち、リーン・リッチ
の程度)に対応している。つまり、空燃比がリーン側に
なるほど限界電流は増大し、空燃比がリッチ側になるほ
ど限界電流は減少する。
The voltage-current characteristics of the A / F sensor 10 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, a straight line portion parallel to the voltage axis V (horizontal axis) specifies a limit current flowing through the sensor element unit 10a. Lean-rich). That is, the limit current increases as the air-fuel ratio becomes leaner, and decreases as the air-fuel ratio becomes richer.

【0041】この電圧−電流特性において、電圧軸Vに
平行な直線部分よりも小さい電圧域は抵抗支配領域とな
っており、その抵抗支配領域における一次直線部分の傾
きは、センサ素子部10aにおける固体電解質11の内
部抵抗(これを素子抵抗という)により特定される。こ
の素子抵抗は温度変化に伴い変化し、例えばセンサ素子
部10aの温度が低下すると素子抵抗の増大により上記
傾きが小さくなる。
In this voltage-current characteristic, the voltage region smaller than the linear portion parallel to the voltage axis V is the resistance dominating region, and the slope of the primary linear portion in the resistance dominating region is the solid state in the sensor element portion 10a. It is specified by the internal resistance of the electrolyte 11 (this is called element resistance). The element resistance changes with a change in temperature. For example, when the temperature of the sensor element section 10a decreases, the slope decreases due to an increase in element resistance.

【0042】一方、図1のスイッチ回路21は、前記A
/Fセンサ10への印加電圧を、空燃比検出用の電圧と
素子抵抗検出用の電圧とで切り換えるための回路であっ
て、図の接点a,b,cの何れかに選択的に接続され
る。接点a,b,cにはそれぞれ電源22,23,24
が接続されている。この場合、スイッチ回路21の切り
換え位置に応じて、電源22〜24のうち何れかの電圧
がA/Fセンサ10の印加電圧Vpとなる。
On the other hand, the switch circuit 21 shown in FIG.
A circuit for switching the voltage applied to the / F sensor 10 between a voltage for detecting the air-fuel ratio and a voltage for detecting the element resistance, and is selectively connected to any of the contacts a, b, and c in the figure. You. Power supplies 22, 23, and 24 are connected to contacts a, b, and c, respectively.
Is connected. In this case, any one of the power supplies 22 to 24 becomes the applied voltage Vp of the A / F sensor 10 according to the switching position of the switch circuit 21.

【0043】ここで、空燃比検出時には、スイッチ回路
21の接点aを介して電源22の電圧がA/Fセンサ1
0に印加される。電源22によれば、例えば前記図3の
特性線L1上の電圧、すなわちその時々の空燃比に対応
した電圧が、印加電圧VpとしてA/Fセンサ10に印
加される(但し、空燃比検出時にVp固定とする構成も
可)。
Here, when the air-fuel ratio is detected, the voltage of the power source 22 is changed via the contact a of the switch circuit 21 to the A / F sensor 1.
0 is applied. According to the power supply 22, for example, the voltage on the characteristic line L1 in FIG. 3, that is, the voltage corresponding to the air-fuel ratio at each time is applied to the A / F sensor 10 as the applied voltage Vp (however, when the air-fuel ratio is detected). Vp fixed configuration is also possible).

【0044】また、素子抵抗検出時には、スイッチ回路
21の接点b,cを介して電源23,24の電圧がA/
Fセンサ10に一時的に印加される。電源23,24に
よれば、図4(a)の時刻t2〜t4に見られるよう
に、A/Fセンサ10の印加電圧Vpがそれまでの空燃
比検出用の電圧から正負両側に一時的に変化する。この
場合、A/Fセンサ10の周波数特性に基づき、素子抵
抗検出時における印加電圧Vpの周波数は1kHz以上
として設定される。但し、より安定した特性を得るため
には周波数を3kHz以上とすればよく、周波数を高く
することで、素子抵抗の検出期間、すなわち空燃比の検
出不能となる期間を短縮することが可能となる。
When the element resistance is detected, the voltages of the power supplies 23 and 24 are changed to A / A via the contacts b and c of the switch circuit 21.
It is applied to the F sensor 10 temporarily. According to the power supplies 23 and 24, as seen from time t2 to time t4 in FIG. 4A, the applied voltage Vp of the A / F sensor 10 is temporarily shifted from the previous air-fuel ratio detection voltage to both the positive and negative sides. Change. In this case, based on the frequency characteristics of the A / F sensor 10, the frequency of the applied voltage Vp at the time of detecting the element resistance is set to 1 kHz or more. However, in order to obtain more stable characteristics, the frequency may be set to 3 kHz or more. By increasing the frequency, it is possible to shorten the element resistance detection period, that is, the period during which the air-fuel ratio cannot be detected. .

【0045】スイッチ回路21は、タイミング調整回路
25からの切換信号SG1に応じて切り換え動作され
る。タイミング調整回路25は、空燃比検出の途中に一
時的に印加電圧Vpを切り換えて素子抵抗が検出できる
よう、所定のタイミングでスイッチ回路21に切換信号
SG1を出力する。
The switching circuit 21 performs a switching operation in response to a switching signal SG1 from the timing adjustment circuit 25. The timing adjustment circuit 25 outputs the switching signal SG1 to the switch circuit 21 at a predetermined timing so that the applied voltage Vp is temporarily switched during the detection of the air-fuel ratio to detect the element resistance.

【0046】印加電圧VpはLPF(ローパスフィル
タ)26に入力され、同LPF26で高周波成分が除去
された後、ドライブ回路27に入力される。LPF26
の時定数は、既述したようにセンサ素子(固体電解質1
1)の内部抵抗を測定するのに適した値(例えば4.5
kHz)となっている。そして、ドライブ回路27の出
力は、電圧AFVとしてA/Fセンサ10の一方の端子
に印加される。
The applied voltage Vp is input to an LPF (low-pass filter) 26, from which high-frequency components are removed, and then input to a drive circuit 27. LPF26
The time constant of the sensor element (solid electrolyte 1)
A value suitable for measuring the internal resistance of 1) (for example, 4.5)
kHz). Then, the output of the drive circuit 27 is applied to one terminal of the A / F sensor 10 as a voltage AFV.

【0047】A/Fセンサ10の他方の端子には、電流
検出用抵抗29を介してオペアンプ28の出力端子が接
続される。電流検出用抵抗29はA/Fセンサ10に流
れる素子電流を電圧値に変換して検出し、その検出値
(素子電流の電圧変換値)はサンプルホールド(S/
H)回路30並びにピークホールド(P/H)回路31
に入力される。
The output terminal of the operational amplifier 28 is connected to the other terminal of the A / F sensor 10 via a current detecting resistor 29. The current detection resistor 29 converts the element current flowing through the A / F sensor 10 into a voltage value and detects the voltage. The detected value (the voltage converted value of the element current) is sampled and held (S /
H) Circuit 30 and peak hold (P / H) circuit 31
Is input to

【0048】S/H回路30は、空燃比検出時の素子電
流をサンプルし、タイミング調整回路25から信号SG
2が出力されている期間内(SG2のON期間内)にお
いてサンプル値を逐次更新して出力する。S/H回路3
0の出力は、空燃比の検出値として例えばエンジン制御
用ECU(図示略)に対して出力される。そしてこの空
燃比検出値は、空燃比フィードバック制御等に用いられ
る。
The S / H circuit 30 samples the element current at the time of detecting the air-fuel ratio, and outputs a signal SG from the timing adjustment circuit 25.
The sample value is sequentially updated and output during the period in which 2 is output (in the ON period of SG2). S / H circuit 3
An output of 0 is output as a detected value of the air-fuel ratio to, for example, an engine control ECU (not shown). The detected value of the air-fuel ratio is used for air-fuel ratio feedback control and the like.

【0049】P/H回路31は、タイミング調整回路2
5から信号SG3が出力されている期間内(SG3のO
N期間内)において素子抵抗検出時の素子電流をピーク
ホールドする。なお、ピークホールドした素子電流の検
出値は、信号SG3がOFFされる度にリセットされ
る。
The P / H circuit 31 includes a timing adjustment circuit 2
5 during the period during which the signal SG3 is being output (O of SG3
In the N period), the element current at the time of detecting the element resistance is peak-held. Note that the peak-held element current detection value is reset each time the signal SG3 is turned off.

【0050】P/H回路31にはサンプルホールド(S
/H)回路32が接続されており、このS/H回路32
はタイミング調整回路25から信号SG4が出力されて
いる期間内(SG4のON期間内)においてサンプル値
を逐次更新して出力する。S/H回路32の出力は、素
子抵抗の検出値として例えばエンジン制御用ECUに対
して出力される。そしてこの素子抵抗検出値は、A/F
センサ10の活性判定、活性化制御、異常診断(ダイア
グ処理)等に用いられる。
The P / H circuit 31 has a sample hold (S
/ H) circuit 32 is connected, and the S / H circuit 32
In the period during which the signal SG4 is output from the timing adjustment circuit 25 (in the ON period of SG4), the sample value is sequentially updated and output. The output of the S / H circuit 32 is output as a detected value of the element resistance to, for example, an engine control ECU. The element resistance detection value is A / F
It is used for activity determination of the sensor 10, activation control, abnormality diagnosis (diag processing), and the like.

【0051】因みに、A/Fセンサ10の活性化制御に
おいては、センサ素子部10aの温度(素子温)が所定
の活性温度(例えば700℃)に維持されるよう、素子
温に対して図13の関係にある素子抵抗が目標値に対し
てフィードバック制御される。この素子抵抗(素子温)
のフィードバック制御は、例えば前記ヒータ14への通
電デューティ比を制御することで実現される。
In the activation control of the A / F sensor 10, the temperature of the sensor element 10a (element temperature) is controlled with respect to the element temperature so that the temperature (element temperature) is maintained at a predetermined activation temperature (eg, 700 ° C.). Are controlled by feedback with respect to the target value. This element resistance (element temperature)
The feedback control is realized, for example, by controlling the energization duty ratio to the heater 14.

【0052】次に、上記の如く構成される空燃比検出装
置の作用を図4を参照しながら説明する。図4には、空
燃比検出時において一時的に(例えば128msec毎
に)素子抵抗が検出される様子を示す。なお図4におい
て、(a)は印加電圧Vpの変化を、(b)はLPF2
6の通過後の電圧AFVの変化を、(c)は電流検出用
抵抗29により検出される素子電流の変化を、(d),
(e)は信号SG2,SG3の変化を、(f)はP/H
回路31の出力の変化を、(g)は信号SG4の変化
を、それぞれ示す。
Next, the operation of the air-fuel ratio detecting device configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a state in which the element resistance is temporarily detected (for example, every 128 msec) when the air-fuel ratio is detected. 4A shows a change in the applied voltage Vp, and FIG.
6, (c) shows the change of the element current detected by the current detecting resistor 29, and (d),
(E) shows changes in signals SG2 and SG3, and (f) shows P / H
(G) shows a change in the output of the circuit 31, and (g) shows a change in the signal SG4.

【0053】時刻t1以前は、スイッチ回路21が図1
の接点aに接続されており、A/Fセンサ10には空燃
比検出用の電圧Vpが印加される。そして、その電圧印
加に伴い、空燃比(排ガス中の酸素濃度)に応じて流れ
る素子電流が電流検出用抵抗29により検出される。こ
のとき、信号SG2〜SG4のうち、S/H回路30に
入力される信号SG2だけがONとなっており、S/H
回路30はその時々の素子電流の検出値をサンプルし空
燃比検出値(A/F値)として出力する。
Before time t1, the switch circuit 21 is turned off as shown in FIG.
, And a voltage Vp for detecting the air-fuel ratio is applied to the A / F sensor 10. The element current flowing according to the air-fuel ratio (oxygen concentration in the exhaust gas) with the application of the voltage is detected by the current detection resistor 29. At this time, of the signals SG2 to SG4, only the signal SG2 input to the S / H circuit 30 is ON, and the S / H
The circuit 30 samples the detected value of the element current at each time and outputs it as an air-fuel ratio detected value (A / F value).

【0054】時刻t1では、タイミング調整回路25に
より信号SG2が立ち下げられると共に、信号SG3が
立ち上げられる。信号SG2がON→OFFに切り換え
られた時、S/H回路30は信号切換直前の検出値(A
/F値)を保持する。これにより、A/F出力用の端子
は、時刻t1直前のA/F値出力の状態で保持される。
また時刻t1では、信号SG3がOFF→ONに切り換
えられることで、P/H回路31が素子電流のピークホ
ールドを開始する。
At time t1, the signal SG2 falls by the timing adjustment circuit 25 and the signal SG3 rises. When the signal SG2 is switched from ON to OFF, the S / H circuit 30 detects the detection value (A
/ F value). As a result, the A / F output terminal is held in the state of the A / F value output immediately before time t1.
At time t1, the signal SG3 is switched from OFF to ON, so that the P / H circuit 31 starts the peak hold of the element current.

【0055】その後、時刻t2では、タイミング調整回
路25からの切換信号SG1によりスイッチ回路21が
切り換えられて印加電圧Vpが負側→正側の順に変化す
る(時刻t2〜t4)。このとき、印加電圧VpがLP
F26を通して所定の時定数を持って変化する。すなわ
ち、印加電圧VpがなまされながらAFV波形が変化
し、その電圧印加に伴い素子電流が流れる。時刻t2以
降の素子電流のピーク値はP/H回路31にてホールド
される。
Thereafter, at time t2, the switch circuit 21 is switched by the switching signal SG1 from the timing adjustment circuit 25, and the applied voltage Vp changes in the order of negative side → positive side (time t2 to t4). At this time, the applied voltage Vp is LP
It changes with a predetermined time constant through F26. That is, the AFV waveform changes while the applied voltage Vp is moderated, and the element current flows with the applied voltage. The peak value of the element current after time t2 is held by the P / H circuit 31.

【0056】但し、S/H回路30は、時刻t1直前の
素子電流値をホールドしている。そのため、素子抵抗検
出時において印加電圧の変化に伴い素子電流が変化して
も、素子電流波形に応じてA/F出力が変化することは
ない。
However, the S / H circuit 30 holds the element current value immediately before time t1. Therefore, even when the element current changes with the change of the applied voltage at the time of detecting the element resistance, the A / F output does not change according to the element current waveform.

【0057】信号SG4がONとなる時刻t3では、一
定期間だけ信号SG4が立ち上げられ、前記P/H回路
31でホールドした素子電流のピーク値がS/H回路3
2でサンプルされると共にそのサンプル値で素子抵抗出
力が更新される。そして、この更新された素子抵抗出力
(電流ピーク値)を基に素子抵抗値が検出される(素子
抵抗値=電圧変化量/電流変化量)。また、素子抵抗の
検出値を使って、素子抵抗(素子温)フィードバックに
よるヒータ通電制御等が実施される。
At time t3 when the signal SG4 is turned on, the signal SG4 rises for a certain period, and the peak value of the element current held by the P / H circuit 31 is changed to the S / H circuit 3.
2 and the element resistance output is updated with the sampled value. Then, an element resistance value is detected based on the updated element resistance output (current peak value) (element resistance = voltage change amount / current change amount). Further, using the detected value of the element resistance, heater energization control or the like by element resistance (element temperature) feedback is performed.

【0058】その後、時刻t4では印加電圧Vpが空燃
比検出用の電圧値に戻される。また、時刻t5では、信
号SG2が立ち上げられると共に、信号SG3が立ち下
げられる。従って、S/H回路30による素子電流サン
プルが再開され、その素子電流を基に空燃比が検出され
る。また時刻t5では、P/H回路31のサンプルホー
ルド値がクリアされる。時刻t5以降、次回の素子抵抗
検出時までは、先の検出値(SG4=ONでの検出値)
が素子抵抗出力としてS/H回路32から出力される。
Thereafter, at time t4, the applied voltage Vp is returned to the value for detecting the air-fuel ratio. At time t5, the signal SG2 rises and the signal SG3 falls. Therefore, the element current sampling by the S / H circuit 30 is restarted, and the air-fuel ratio is detected based on the element current. At time t5, the sample / hold value of the P / H circuit 31 is cleared. From time t5 to the next element resistance detection, the previous detection value (detection value when SG4 = ON)
Is output from the S / H circuit 32 as an element resistance output.

【0059】因みに、例えば時間の経過に伴い素子温が
上昇する場合、それに伴い素子抵抗は減少する。そのた
め、素子抵抗検出時におけるVp変化量が一定であれ
ば、素子電流の変化量(P/H回路31のサンプルホー
ルド値)は素子温の上昇に従い大きくなる。
Incidentally, for example, when the element temperature rises with the passage of time, the element resistance decreases accordingly. Therefore, if the amount of change in Vp at the time of detecting the element resistance is constant, the amount of change in the element current (the sample and hold value of the P / H circuit 31) increases as the element temperature increases.

【0060】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。 (イ)素子抵抗検出時の電流変化を監視し、その時のピ
ーク値を保持するためのP/H回路31を設けた。素子
抵抗検出時における素子電流のピーク値をP/H回路3
1により検出することで、センサ劣化や回路バラツキ等
の要因により電流ピーク値の発生時期が変動しても、同
ピーク値が容易に且つ正確に計測できる。また、印加電
圧の周波数を1kHz以上(センサによっては10kH
z程度)とする場合にもその電流変化を逐次監視して電
流ピーク値が計測できる。その結果、素子抵抗検出時に
電圧をセンサ特性に応じた周波数で切り換える素子抵抗
検出装置において、素子抵抗を正確に検出することがで
きる。
According to the above-described embodiment, the following effects can be obtained. (A) A P / H circuit 31 for monitoring a current change at the time of detecting element resistance and holding a peak value at that time is provided. The peak value of the element current at the time of detecting the element resistance is determined by the P / H circuit
By detecting the current value 1, the peak value can be easily and accurately measured even when the generation time of the current peak value fluctuates due to factors such as sensor deterioration and circuit variation. Further, the frequency of the applied voltage is 1 kHz or more (10 kHz depending on the sensor).
Also, in the case of (approximately z), the current peak value can be measured by sequentially monitoring the current change. As a result, the element resistance can be accurately detected in the element resistance detection device that switches the voltage at a frequency according to the sensor characteristics when the element resistance is detected.

【0061】(ロ)マイコンを使用しない回路構成で空
燃比検出装置が実現でき、低コスト化や小型化を図るこ
とができる。この場合、マイコンの処理能力の限界によ
り印加電圧Vpの周波数が制限されることもない。ま
た、マイコンの演算負荷が過度に増加し、他の制御に悪
影響が及ぶなどの不都合も回避される。高い周波数で電
圧Vpを切り換えることにより、空燃比が検出不能とな
る期間(素子抵抗の検出期間)を短縮することが可能と
なる。
(B) An air-fuel ratio detection device can be realized with a circuit configuration that does not use a microcomputer, and cost reduction and size reduction can be achieved. In this case, the frequency of the applied voltage Vp is not limited by the limit of the processing capability of the microcomputer. In addition, it is possible to avoid such a problem that the operation load of the microcomputer is excessively increased and other controls are adversely affected. By switching the voltage Vp at a high frequency, the period during which the air-fuel ratio cannot be detected (the period during which the element resistance is detected) can be reduced.

【0062】(ハ)P/H回路31の後段には同回路3
1で保持したピーク値を取り込み且つ、次回の素子抵抗
の検出時までその値を保持するためのS/H回路32を
設けた。この場合、電流ピーク値のクリア後にもS/H
回路32は当該ピーク値を保持して出力するため、素子
抵抗の検出値が無くて各種制御に悪影響が及ぶといった
問題が回避される。
(C) After the P / H circuit 31, the same circuit 3
An S / H circuit 32 for taking in the peak value held at 1 and holding the value until the next detection of the element resistance is provided. In this case, even after the current peak value is cleared, S / H
Since the circuit 32 holds and outputs the peak value, the problem that the detected value of the element resistance is not provided and various controls are adversely affected is avoided.

【0063】(ニ)素子抵抗検出時には、空燃比検出の
ための前回検出値(素子電流の前回値)をS/H回路3
0で保持したまま素子抵抗出力を更新し、また、空燃比
検出時には、素子抵抗検出のための前回検出値(素子電
流の前回値)をS/H回路32で保持したままA/F出
力を更新した。そのため、空燃比検出と素子抵抗検出と
が連続的に実施でき、何れか一方の値を検出する際にも
他方の値が適正に管理保持できる。また、素子抵抗検出
時の素子電流の変化により空燃比検出値が変動するとい
った不具合が未然に防止される。
(D) When the element resistance is detected, the previous detection value for detecting the air-fuel ratio (the previous value of the element current) is used as the S / H circuit 3
The element resistance output is updated while being held at 0, and at the time of air-fuel ratio detection, the A / F output is held while the S / H circuit 32 holds the previous detection value for element resistance detection (the previous value of the element current). updated. Therefore, the detection of the air-fuel ratio and the detection of the element resistance can be continuously performed, and even when one of the values is detected, the other value can be appropriately managed and held. Further, such a problem that the detected value of the air-fuel ratio fluctuates due to a change in the element current when the element resistance is detected is prevented.

【0064】(ホ)タイミング調整回路25を設け、同
回路25により信号SG1〜SG4の出力のタイミング
を調整するようにした。これにより、多種多様な演算プ
ログラム(割込み処理)が実施されるマイコンでタイミ
ングを管理する場合と比べ、各種タイミングのバラツキ
が削減できる。
(E) The timing adjusting circuit 25 is provided, and the timing of the output of the signals SG1 to SG4 is adjusted by the circuit 25. As a result, variations in various timings can be reduced as compared with a case where timings are managed by a microcomputer that executes various arithmetic programs (interrupt processing).

【0065】(ヘ)LPF26の時定数を、センサ素子
の内部抵抗を測定するのに適した値(例えば4.5kH
z)とした。この場合、A/Fセンサ10への印加電圧
の急激な変化が抑制される。また、素子抵抗検出時にお
ける電圧印加を必要以上に長引かせることもなく、その
電圧印加時間が好適に設定される。
(F) The time constant of the LPF 26 is set to a value suitable for measuring the internal resistance of the sensor element (for example, 4.5 kHz).
z). In this case, a sudden change in the voltage applied to the A / F sensor 10 is suppressed. Further, the voltage application time is appropriately set without prolonging the voltage application at the time of detecting the element resistance more than necessary.

【0066】(ト)上記の如く素子抵抗値が精度良く検
出できれば、その検出結果を用いたA/Fセンサ10の
活性化制御(ヒータ通電制御)や異常診断処理等が精度
良く実現できるようになる。
(G) If the element resistance value can be detected with high accuracy as described above, activation control (heater energization control) of the A / F sensor 10 and abnormality diagnosis processing using the detection result can be realized with high accuracy. Become.

【0067】次に、本発明における第2〜第5の実施の
形態を説明する。但し、以下の各実施の形態の構成にお
いて、上述した第1の実施の形態と同等であるものにつ
いては図面に同一の記号を付すと共にその説明を簡略化
する。そして、以下には第1の実施の形態との相違点を
中心に説明する。
Next, second to fifth embodiments of the present invention will be described. However, in the configurations of the following embodiments, the same components as those of the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description is simplified. The following description focuses on differences from the first embodiment.

【0068】(第2の実施の形態)上記第1の実施の形
態では、前記図1の通りP/H回路31の出力をS/H
回路32に取り込み、素子抵抗検出後には素子抵抗出力
をS/H回路32でホールドしたが、この構成を変更す
る。本実施の形態では、図5に示されるように、P/H
回路31の後段において、前記図1のS/H回路32に
代えてLPF(ローパスフィルタ)41を設ける。こう
した図5の構成において、各種信号の変化を図7のタイ
ムチャートを用いて説明する。図7では(a)〜(g)
が本実施の形態の動作に相当するが、そのうち(a)〜
(d)は前記図4の(a)〜(d)に一致する。
(Second Embodiment) In the first embodiment, the output of the P / H circuit 31 is S / H as shown in FIG.
After the element resistance is detected by the S / H circuit 32 after the element resistance is detected by the S / H circuit 32, the configuration is changed. In the present embodiment, as shown in FIG.
In the subsequent stage of the circuit 31, an LPF (low-pass filter) 41 is provided instead of the S / H circuit 32 of FIG. Changes of various signals in the configuration of FIG. 5 will be described with reference to a time chart of FIG. In FIG. 7, (a) to (g)
Correspond to the operation of the present embodiment, of which (a) to
(D) corresponds to (a) to (d) in FIG.

【0069】図7では、時刻t11で信号SG3が立ち
下げられ、P/H回路31の出力(サンプルホールド
値)がクリアされる。また、時刻t12では信号SG2
が立ち下げられると共に、信号SG3が立ち上げられ
る。これによりその直後の時刻t13で、印加電圧Vp
の変化に伴う素子電流の変化がP/H回路31にて観測
され、そのピーク値がホールドされる。P/H回路31
の出力はLPF41を通過して素子抵抗出力となる。な
お、時刻t14,t15の動作は前記図4の時刻t4,
t5の動作と同じであるため、その説明を省略する。
In FIG. 7, at time t11, the signal SG3 falls, and the output (sample hold value) of the P / H circuit 31 is cleared. At time t12, the signal SG2
Is lowered, and the signal SG3 is raised. As a result, at time t13 immediately after that, the applied voltage Vp
Is observed in the P / H circuit 31 and the peak value is held. P / H circuit 31
Is passed through the LPF 41 to become an element resistance output. The operations at times t14 and t15 correspond to those at times t4 and t4 in FIG.
Since the operation is the same as that at t5, the description is omitted.

【0070】かかる場合、P/H回路31の出力がLP
F41を通過することで、時刻t11以降の出力値の変
化が所定の時定数でなまされ、同出力値の急激な変化が
抑制される。このとき、P/H回路31のリセットに伴
いLPF出力(素子抵抗出力)は僅かに変化するが、そ
の変化量は微少であってその際にも素子抵抗の近似値が
計測できる。
In such a case, the output of the P / H circuit 31 becomes LP
By passing through F41, the change of the output value after time t11 is smoothed by a predetermined time constant, and a rapid change of the output value is suppressed. At this time, the LPF output (element resistance output) slightly changes with the reset of the P / H circuit 31, but the amount of the change is very small, and at this time, an approximate value of the element resistance can be measured.

【0071】本実施の形態によれば、上記第1の実施の
形態と同様に、素子抵抗検出時に電圧をセンサ特性に応
じた周波数で切り換える素子抵抗検出装置(空燃比検出
装置)において、素子抵抗を正確に検出することができ
る。また特に、P/H回路31の後段にLPF41を設
けたため、P/H回路31の出力を素子電流検出値とし
て継続的に使うことが可能となり、素子抵抗の検出値が
無くて各種制御に悪影響が及ぶといった問題が回避され
る。この場合、素子抵抗検出の直前にP/H回路31の
ホールド値がクリアされることで、P/H回路31のリ
セット時間(図7の時刻t11〜t12)を短くし、素
子抵抗出力が「0V」近くに低下するのを防止すること
ができる。
According to the present embodiment, similarly to the first embodiment, in the element resistance detection device (air-fuel ratio detection device) that switches the voltage at a frequency corresponding to the sensor characteristic when detecting the element resistance, Can be accurately detected. In particular, since the LPF 41 is provided at the subsequent stage of the P / H circuit 31, the output of the P / H circuit 31 can be continuously used as the element current detection value, and there is no element resistance detection value, which adversely affects various controls. Is avoided. In this case, the reset value (time t11 to t12 in FIG. 7) of the P / H circuit 31 is shortened by clearing the hold value of the P / H circuit 31 immediately before the element resistance detection, and the element resistance output becomes “ 0V "can be prevented.

【0072】(第3の実施の形態)第3の実施の形態で
は、図6に示されるように、P/H回路31の出力をそ
のまま素子抵抗出力とする。また、タイミング調整回路
25は「使用許可」と「使用不許可」と指示するための
使用許可信号を出力する。この使用許可信号は素子抵抗
出力と共に、図示しないエンジン制御用ECUに対して
出力される。
(Third Embodiment) In the third embodiment, as shown in FIG. 6, the output of the P / H circuit 31 is used as the element resistance output as it is. Further, the timing adjustment circuit 25 outputs a use permission signal for instructing “use permission” and “use non-permission”. This use permission signal is output to an engine control ECU (not shown) together with the element resistance output.

【0073】本実施の形態の動作を図7のタイムチャー
トを用いて説明する。但し、図7では(h)が本実施の
形態特有の作用を示す(それ以外は上記実施の形態に準
ずる)。つまり、P/H回路31の出力をリセットする
よりも若干早い時期(図の時刻t21)に使用許可信号
を立ち下げ、P/H回路31の出力(素子抵抗出力)を
それまでの「使用許可」から「使用不許可」にする。そ
の後、素子抵抗検出用の電圧印加後においてP/H回路
31の出力がほぼ安定する時期(図の時刻t22)に使
用許可信号を立ち上げ、P/H回路31の出力(素子抵
抗出力)を「使用許可」に戻す。
The operation of the present embodiment will be described with reference to the time chart of FIG. However, in FIG. 7, (h) shows an operation unique to the present embodiment (others are the same as in the above embodiment). That is, the use permission signal is lowered slightly earlier than the time at which the output of the P / H circuit 31 is reset (time t21 in the figure), and the output of the P / H circuit 31 (the element resistance output) is set to "use permission". "" To "Disallowed". After that, at the time when the output of the P / H circuit 31 is almost stabilized after the application of the voltage for detecting the element resistance (time t22 in the drawing), the use permission signal is started, and the output of the P / H circuit 31 (the element resistance output) is changed. Return to "Permission".

【0074】本実施の形態によれば、上記第1の実施の
形態と同様に、素子抵抗検出時に電圧をセンサ特性に応
じた周波数で切り換える素子抵抗検出装置(空燃比検出
装置)において、素子抵抗を正確に検出することができ
る。特に本実施の形態では、P/H回路31で素子電流
のピーク値を検出する際に、素子抵抗出力の使用を一時
的に許可しない旨の信号を出力するため、素子電流検出
値が不確かな時に当該出力を各種制御に使わせないよう
にすることができ、各種制御に悪影響が及ぶといった問
題が回避される。
According to the present embodiment, similarly to the first embodiment, the element resistance detecting device (air-fuel ratio detecting device) that switches the voltage at a frequency corresponding to the sensor characteristic when detecting the element resistance is used. Can be accurately detected. Particularly, in the present embodiment, when the peak value of the element current is detected by the P / H circuit 31, a signal indicating that the use of the element resistance output is temporarily not permitted is output, so that the element current detection value is uncertain. Sometimes, the output can be prevented from being used for various controls, thereby avoiding a problem that various controls are adversely affected.

【0075】(第4の実施の形態)上記各実施の形態で
は、素子抵抗検出に際しA/Fセンサの印加電圧を、空
燃比検出用の電圧値から素子抵抗検出用の電圧値に一時
的に切り換えたが、本実施の形態では、素子抵抗検出に
際し、A/Fセンサに流れる電流値を一時的に変化させ
ることとする。
(Fourth Embodiment) In each of the above embodiments, the voltage applied to the A / F sensor when detecting the element resistance is temporarily changed from a voltage value for detecting the air-fuel ratio to a voltage value for detecting the element resistance. However, in the present embodiment, the current value flowing through the A / F sensor is temporarily changed when detecting the element resistance.

【0076】図8は、空燃比検出装置の構成を示す電気
回路図である。図8において、A/Fセンサ10の一方
の端子には、3つの接点a,b,cを持つスイッチ回路
51が接続されている。スイッチ回路51は、A/F検
出の状態と素子抵抗検出の状態とを切り換えるものであ
り、空燃比検出の途中に素子抵抗が検出できるよう、タ
イミング調整回路52により所定のタイミングで切り換
え動作される。
FIG. 8 is an electric circuit diagram showing the configuration of the air-fuel ratio detecting device. 8, a switch circuit 51 having three contacts a, b, and c is connected to one terminal of the A / F sensor 10. The switch circuit 51 switches between the A / F detection state and the element resistance detection state, and is switched at a predetermined timing by the timing adjustment circuit 52 so that the element resistance can be detected during the air-fuel ratio detection. .

【0077】A/F検出時にはスイッチ回路51の接点
がa側に接続される。そして前記図1と同様に、電源2
2及びドライブ回路27を通じて電圧AFVがA/Fセ
ンサ10に印加され、その時の素子電流(A/Fに応じ
た限界電流)が電流検出用抵抗29により検出されてS
/H回路30に取り込まれる。S/H回路30でサンプ
ル&ホールドされた信号は、A/F出力として外部に出
力される。
At the time of A / F detection, the contact of the switch circuit 51 is connected to the a side. Then, as in FIG.
2 and the drive circuit 27, the voltage AFV is applied to the A / F sensor 10, and the element current (limit current according to the A / F) at that time is detected by the current detection resistor 29 and S
/ H circuit 30. The signal sampled and held by the S / H circuit 30 is output to the outside as an A / F output.

【0078】一方、素子抵抗検出時には、スイッチ回路
51の接点がb側又はc側に接続される。接点bは開放
されている。接点cには定電流回路53が接続されてお
り、この定電流回路53は、電流変化により素子抵抗を
検出するための定電流Icstを発生する。
On the other hand, at the time of detecting the element resistance, the contact of the switch circuit 51 is connected to the b side or the c side. The contact b is open. A constant current circuit 53 is connected to the contact c, and the constant current circuit 53 generates a constant current Icst for detecting an element resistance based on a change in current.

【0079】A/Fセンサ10のスイッチ回路51側の
端子には、S/H回路54とP/H回路55とが各々接
続されており、これらS/H回路54とP/H回路55
のセット/リセットのタイミングはタイミング調整回路
52により操作される。S/H回路54は、スイッチ回
路51が接点b側に接続された時、一時的にサンプル状
態となり、サンプル値を逐次更新して出力する。また、
P/H回路55は、スイッチ回路51が接点c側に接続
された時にピーク値をホールドして出力する。S/H回
路54の出力とP/H回路55の出力とは、差動増幅器
56の−入力端子と+入力端子とにそれぞれ入力され、
差動増幅器56は、S/H回路54に保持した電圧とP
/H回路55に保持した電圧との差を演算する。差動増
幅器56の出力は、S/H回路57を介して素子抵抗出
力として外部に出力される。S/H回路57は、次回の
素子抵抗の検出時まで差動増幅器56の前回出力を保持
するよう構成されている。
An S / H circuit 54 and a P / H circuit 55 are connected to the terminal of the A / F sensor 10 on the side of the switch circuit 51, respectively. The S / H circuit 54 and the P / H circuit 55
The set / reset timing is controlled by the timing adjustment circuit 52. When the switch circuit 51 is connected to the contact b side, the S / H circuit 54 temporarily enters a sample state, and sequentially updates and outputs a sample value. Also,
The P / H circuit 55 holds and outputs the peak value when the switch circuit 51 is connected to the contact c side. The output of the S / H circuit 54 and the output of the P / H circuit 55 are input to a negative input terminal and a positive input terminal of a differential amplifier 56, respectively.
The differential amplifier 56 receives the voltage held in the S / H circuit 54 and P
The difference from the voltage held in the / H circuit 55 is calculated. The output of the differential amplifier 56 is output to the outside as an element resistance output via the S / H circuit 57. The S / H circuit 57 is configured to hold the previous output of the differential amplifier 56 until the next detection of the element resistance.

【0080】実際の動作を、図9を用いて説明する。時
刻t31以前は、スイッチ回路51が接点a側に操作さ
れており、A/Fセンサ10には電源22によりA/F
検出用の電圧が印加されている(A/F検出動作)。
The actual operation will be described with reference to FIG. Before time t31, the switch circuit 51 is operated to the contact a side, and the A / F sensor 10
A voltage for detection is applied (A / F detection operation).

【0081】時刻t31〜t32では、スイッチ回路5
1が接点b側に操作されてA/Fセンサ10の一端が開
放状態となり、その状態が所定時間(200μsec程
度)保持される。そして、S/H回路54がホールド
(H)状態からサンプル(S)状態に一時的に切り換え
られ、その時のVpの電圧値がS/H回路54によって
記憶保持される。
At times t31 to t32, the switch circuit 5
1 is operated to the contact b side to open one end of the A / F sensor 10, and the state is maintained for a predetermined time (about 200 μsec). Then, the S / H circuit 54 is temporarily switched from the hold (H) state to the sample (S) state, and the voltage value of Vp at that time is stored and held by the S / H circuit 54.

【0082】また時刻t32では、スイッチ回路51が
接点c側に切り換えられ、A/Fセンサ10に定電流回
路53から定電流Icstが流れる。そして、定電流回
路55による電流変化後、数10μsecが経過する迄
の期間(時刻t32〜t33の期間)で、P/H回路5
5がVpの電圧値をピークホールドし、A/Fセンサ1
0に定電流Icstが流れた時に発生するVp電圧のピ
ーク値が記憶保持される。
At time t32, the switch circuit 51 is switched to the contact c side, and the constant current Icst flows from the constant current circuit 53 to the A / F sensor 10. After the current change by the constant current circuit 55, the P / H circuit 5 is turned on for a period of several tens of microseconds (period t32 to t33).
5 peak-holds the voltage value of Vp, and the A / F sensor 1
The peak value of the Vp voltage generated when the constant current Icst flows to 0 is stored and held.

【0083】本実施の形態では、素子抵抗値として交流
インピーダンスを検出することとしており、電流変化後
の微小時間(数10μsec)でVp電圧のピーク値を
計測する。なお、電流変化後にその状態を比較的長い間
保持する場合には、その時の電圧変化量から得られる素
子抵抗値は素子直流抵抗となり、これはV−I特性上の
抵抗支配領域の傾きに相当する。素子直流抵抗と素子の
交流インピーダンスとは特定の関係を有し、一般には
「素子直流抵抗>交流インピーダンス」の関係があるこ
とが知られている。
In the present embodiment, the AC impedance is detected as the element resistance value, and the peak value of the Vp voltage is measured in a very short time (several tens of μsec) after the current change. When the state is maintained for a relatively long time after the current change, the element resistance value obtained from the voltage change amount at that time becomes the element DC resistance, which corresponds to the slope of the resistance dominant region on the VI characteristic. I do. The element DC resistance and the AC impedance of the element have a specific relationship, and it is generally known that there is a relationship of “element DC resistance> AC impedance”.

【0084】S/H回路54に保持した電圧値とP/H
回路55に保持した電圧値との差が差動増幅器56によ
って演算され、その演算結果がS/H回路57を経て素
子抵抗出力として外部に出力される。その後、時刻t3
4では、スイッチ回路51が接点a側に戻され、通常の
A/F検出が再開される。
The voltage value held in the S / H circuit 54 and the P / H
The difference from the voltage value held in the circuit 55 is calculated by the differential amplifier 56, and the calculation result is output to the outside as an element resistance output via the S / H circuit 57. Then, at time t3
In 4, the switch circuit 51 is returned to the contact a side, and normal A / F detection is restarted.

【0085】かかる場合、素子抵抗出力は、外部に接続
されるマイコン等(図示略)によって素子抵抗(交流イ
ンピーダンス)に変換される。このとき、定電流回路5
3による定電流Icstが素子抵抗検出時における電流
変化量となり、S/H回路54とP/H回路55との出
力の差(差動増幅器56の出力)が電圧変化量となる。
差動増幅器56(S/H回路57)の出力を電圧変化
量ΔVとすれば、定電流Icstは既知の一定値である
から、ΔV値とIcst値と基づいて素子抵抗値が算出
される(素子抵抗値=ΔV/Icst)。
In such a case, the element resistance output is converted into element resistance (AC impedance) by a microcomputer or the like (not shown) connected to the outside. At this time, the constant current circuit 5
3, the constant current Icst becomes the current change amount when the element resistance is detected, and the difference between the outputs of the S / H circuit 54 and the P / H circuit 55 (the output of the differential amplifier 56) becomes the voltage change amount.
Assuming that the output of the differential amplifier 56 (S / H circuit 57) is a voltage change amount ΔV, the constant current Icst is a known constant value, so that the element resistance value is calculated based on the ΔV value and the Icst value ( Element resistance = ΔV / Icst).

【0086】以上第4の実施の形態によれば、素子抵抗
検出時に素子電流を変化させてその時の電圧変化量を計
測する装置において、素子抵抗検出時の電圧変化のピー
ク値をP/H回路55で保持するので、センサ劣化や回
路バラツキ等の要因等に関係なく、電圧変化のピーク値
が容易に且つ正確に計測できる。その結果、素子抵抗を
正確に検出することができる。また、差動増幅器56の
後段にS/H回路57を設けたので、素子抵抗の検出値
が無くて各種制御に悪影響が及ぶといった問題が回避さ
れる。
As described above, according to the fourth embodiment, in a device for measuring the voltage change at the time of detecting the element resistance by changing the element current, the peak value of the voltage change at the time of detecting the element resistance is determined by the P / H circuit. Since it is held at 55, the peak value of the voltage change can be easily and accurately measured regardless of factors such as sensor deterioration and circuit variation. As a result, the element resistance can be accurately detected. Further, since the S / H circuit 57 is provided at the subsequent stage of the differential amplifier 56, the problem that there is no detected value of the element resistance and adversely affects various controls can be avoided.

【0087】(第5の実施の形態)A/Fセンサの素子
抵抗を電流変化によって検出する別の方法を、以下に説
明する。
(Fifth Embodiment) Another method for detecting the element resistance of an A / F sensor by a change in current will be described below.

【0088】図10は、空燃比検出装置の構成を示す電
気回路図である。図10において、A/Fセンサ10の
一方の端子には、2つの接点a,bを持つスイッチ回路
61が接続されている。スイッチ回路61は、A/F検
出の状態と素子抵抗検出の状態とを切り換えるものであ
り、空燃比検出の途中に素子抵抗が検出できるよう、タ
イミング調整回路62により所定のタイミングで切り換
え動作される。
FIG. 10 is an electric circuit diagram showing the configuration of the air-fuel ratio detecting device. In FIG. 10, a switch circuit 61 having two contacts a and b is connected to one terminal of the A / F sensor 10. The switch circuit 61 switches between the A / F detection state and the element resistance detection state, and is switched at a predetermined timing by the timing adjustment circuit 62 so that the element resistance can be detected during the air-fuel ratio detection. .

【0089】A/F検出時にはスイッチ回路61の接点
がa側に接続される。そして前記図1と同様に、電源2
2及びドライブ回路27を通じて電圧AFVがA/Fセ
ンサ10に印加され、その時の素子電流(A/Fに応じ
た限界電流)が電流検出用抵抗29により検出されてS
/H回路30に取り込まれる。S/H回路30でサンプ
ル&ホールドされた信号は、A/F出力として外部に出
力される。
At the time of A / F detection, the contact of the switch circuit 61 is connected to the a side. Then, as in FIG.
2 and the drive circuit 27, the voltage AFV is applied to the A / F sensor 10, and the element current (limit current according to the A / F) at that time is detected by the current detection resistor 29 and S
/ H circuit 30. The signal sampled and held by the S / H circuit 30 is output to the outside as an A / F output.

【0090】一方、素子抵抗検出時には、スイッチ回路
61の接点がb側に接続される。接点bには、S/H回
路30の出力に応じた定電流IL1を流すための定電流
回路63が接続されている。ここで、A/F検出時には
A/Fセンサ10を流れる素子電流IL0がS/H回路
30によりサンプル&ホールドされ、定電流回路63
は、S/H回路30のホールド値を基に自身の定電流I
L1の値を決定する。定電流回路63によれば、素子抵
抗検出の直前での素子電流IL0と同じ値の定電流IL
1がA/Fセンサ10に流れる。
On the other hand, when the element resistance is detected, the contact of the switch circuit 61 is connected to the side b. A constant current circuit 63 for flowing a constant current IL1 corresponding to the output of the S / H circuit 30 is connected to the contact point b. Here, at the time of A / F detection, the element current IL0 flowing through the A / F sensor 10 is sampled and held by the S / H circuit 30, and the constant current circuit 63
Is, based on the hold value of the S / H circuit 30, its own constant current I
Determine the value of L1. According to the constant current circuit 63, the constant current IL having the same value as the element current IL0 immediately before the element resistance detection is performed.
1 flows to the A / F sensor 10.

【0091】また、スイッチ回路61の接点bには、3
つの接点a,b,cを持つスイッチ回路64が接続され
ている。スイッチ回路64は、素子抵抗検出時において
A/Fセンサ10に供給される電流を変更するものであ
り、その接点aは定電流回路65に接続され、接点bは
開放され、接点cは定電流回路66に接続されている。
定電流回路65は、前記定電流IL1と同じ方向に定電
流IL2を流し、定電流回路66は、前記定電流IL1
の逆方向に定電流IL3を流す。
The contact b of the switch circuit 61 has 3
A switch circuit 64 having two contacts a, b, and c is connected. The switch circuit 64 changes the current supplied to the A / F sensor 10 when the element resistance is detected. The contact a is connected to the constant current circuit 65, the contact b is open, and the contact c is a constant current. It is connected to a circuit 66.
The constant current circuit 65 allows the constant current IL2 to flow in the same direction as the constant current IL1.
The constant current IL3 flows in the reverse direction.

【0092】A/Fセンサ10の両端子間には、S/H
回路67とP/H回路68とが接続され、これら各回路
67,68はA/Fセンサ10の両端子電圧を取り込ん
でその値を保持する。S/H回路67の出力とP/H回
路68の出力とは、差動増幅器69の−入力端子と+入
力端子とにそれぞれ入力され、差動増幅器69はS/H
回路67に保持した電圧とP/H回路68に保持した電
圧との差を演算する。差動増幅器69の出力は、S/H
回路70を介して素子抵抗出力として外部に出力され
る。S/H回路70は、次回の素子抵抗の検出時まで差
動増幅器69の前回出力を保持するよう構成されてい
る。
The S / H is connected between both terminals of the A / F sensor 10.
The circuit 67 and the P / H circuit 68 are connected, and these circuits 67 and 68 take in the voltage of both terminals of the A / F sensor 10 and hold the value. The output of the S / H circuit 67 and the output of the P / H circuit 68 are input to a negative input terminal and a positive input terminal of the differential amplifier 69, respectively.
The difference between the voltage held in the circuit 67 and the voltage held in the P / H circuit 68 is calculated. The output of the differential amplifier 69 is S / H
It is output to the outside as an element resistance output via the circuit 70. The S / H circuit 70 is configured to hold the previous output of the differential amplifier 69 until the next detection of the element resistance.

【0093】ここで、素子抵抗の検出時には、図11に
示されるように現在のA/Fに応じた素子電流IL0を
基準として、A/Fセンサ10に流れる素子電流を一時
的に変化させ(図中A)、この時のセンサ端子間の電圧
変化(図中B)を測定する。そして、素子電流の変化量
とセンサ端子間電圧の変化量とからセンサ素子部の交流
インピーダンスを算出する。
Here, when detecting the element resistance, the element current flowing through the A / F sensor 10 is temporarily changed with reference to the current element current IL0 corresponding to the current A / F as shown in FIG. A) in the figure, and the voltage change (B in the figure) between the sensor terminals at this time is measured. Then, the AC impedance of the sensor element unit is calculated from the change amount of the element current and the change amount of the voltage between the sensor terminals.

【0094】次に、実際の動作を図12を用いて説明す
る。A/F検出時は、スイッチ回路61が接点a側に操
作されており、A/Fセンサ10には電源22によりA
/F検出用の電圧が印加されている。このとき、A/F
センサ10にはA/F相当の素子電流IL0が流れてい
る。
Next, the actual operation will be described with reference to FIG. At the time of A / F detection, the switch circuit 61 is operated to the contact a side, and the A / F sensor 10
/ F detection voltage is applied. At this time, A / F
An element current IL0 corresponding to A / F flows through the sensor 10.

【0095】素子抵抗検出直前の時刻t41では、S/
H回路30をサンプル(S)状態からホールド(H)状
態に切り換えることにより、素子抵抗検出中の電圧変動
が外部に出力されないようにする。時刻t42では、ス
イッチ回路61の接点がb側に接続され、素子抵抗の検
出が開始される。なお、素子抵抗検出の開始当初には、
スイッチ回路64は接点bに接続されている。
At time t41 immediately before the detection of the element resistance, S /
By switching the H circuit 30 from the sample (S) state to the hold (H) state, voltage fluctuation during element resistance detection is prevented from being output to the outside. At time t42, the contact of the switch circuit 61 is connected to the b side, and detection of element resistance starts. At the beginning of element resistance detection,
The switch circuit 64 is connected to the contact b.

【0096】A/F検出時における素子電流は「IL
0」であり、素子抵抗検出の開始当初にはその素子電流
IL0と同じ定電流IL1が定電流回路63からA/F
センサ10に供給される(IL1=IL0)。この定電
流IL1の値は、図11で示す「IL0(電流変化時の
基準値)」とも一致する。
The element current at the time of A / F detection is “IL
0 ”at the beginning of the element resistance detection, the constant current IL1 equal to the element current IL0 is supplied from the constant current circuit 63 to the A / F.
It is supplied to the sensor 10 (IL1 = IL0). The value of this constant current IL1 also matches “IL0 (reference value at the time of current change)” shown in FIG.

【0097】時刻t42後、S/H回路67がホールド
(H)状態からサンプル(S)状態に一時的に切り換え
られ、素子電流の変化前のセンサ端子間電圧がS/H回
路67で記憶保持される。
After time t42, the S / H circuit 67 is temporarily switched from the hold (H) state to the sample (S) state, and the voltage between the sensor terminals before the change in the element current is stored and held in the S / H circuit 67. Is done.

【0098】その後、時刻t43では、スイッチ回路6
4の接点がa側に接続されることにより定電流回路65
が選択され、A/Fセンサ10には「IL1+IL2」
の電流が流れる。この時刻t43では、P/H回路68
が一時的にピークホールドの状態となり、IL2分の電
流変化に伴う電圧変化時のピーク値がP/H回路68に
より記憶保持される。なお本実施の形態でも、素子抵抗
値として交流インピーダンスを検出することとし、電流
変化後、数10μsec経過までのピーク値がP/H回
路68により計測される。
Thereafter, at time t43, the switch circuit 6
4 is connected to the a side so that the constant current circuit 65
Is selected, and “IL1 + IL2” is displayed in the A / F sensor 10.
Current flows. At time t43, the P / H circuit 68
Is temporarily in a peak hold state, and the peak value at the time of the voltage change accompanying the current change of IL2 is stored and held by the P / H circuit 68. Also in this embodiment, the AC impedance is detected as the element resistance value, and the peak value until several tens μsec elapses after the current change is measured by the P / H circuit 68.

【0099】また、時刻t44〜t45では、スイッチ
回路64の接点がc側に接続されることにより先程のa
側とは逆向きの電流が流れる。つまり、A/Fセンサ1
0に「IL1−IL3」の電流が流され、次回のA/F
検出のための準備が行われる。更にその後、時刻t46
では、スイッチ回路61が接点a側に戻され、通常のA
/F検出が再開される。またその直後に、S/H回路3
0が元のサンプル状態に戻される。
During the period from time t44 to time t45, the contact of the switch circuit 64 is connected to the side c, so that the a
The current flows in the opposite direction to the side. That is, the A / F sensor 1
0, a current of “IL1-IL3” flows, and the next A / F
Preparation for detection is performed. Further thereafter, at time t46
Then, the switch circuit 61 is returned to the contact a side, and the normal A
/ F detection is restarted. Immediately after that, the S / H circuit 3
0 is returned to the original sample state.

【0100】上記の通り素子電流の変化前後のセンサ端
子間電圧がS/H回路67とP/H回路68とに記憶保
持されると、これら両回路67,68の電圧値の差が差
動増幅器69で差動増幅され、その演算結果が素子抵抗
出力として外部に出力される。素子抵抗出力は、外部に
接続されるマイコン等(図示略)によって素子インピー
ダンスに変換される。
As described above, when the voltage between the sensor terminals before and after the change in the element current is stored and held in the S / H circuit 67 and the P / H circuit 68, the difference between the voltage values of the two circuits 67 and 68 is determined by the differential. The differential amplification is performed by the amplifier 69, and the operation result is output to the outside as an element resistance output. The element resistance output is converted into element impedance by a microcomputer or the like (not shown) connected to the outside.

【0101】かかる場合、定電流回路65の定電流IL
2が素子電流変化量ΔI、S/H回路67とP/H回路
68との出力電圧の差(差動増幅器69の出力)が電圧
変化量ΔVとなり、これらΔI、ΔVから素子抵抗値が
算出される(素子抵抗値=ΔV/ΔI)。
In such a case, the constant current IL of the constant current circuit 65
2 is the element current variation ΔI, and the difference between the output voltages of the S / H circuit 67 and the P / H circuit 68 (the output of the differential amplifier 69) is the voltage variation ΔV, and the element resistance is calculated from these ΔI and ΔV. (Element resistance = ΔV / ΔI).

【0102】以上第5の実施の形態によれば、素子抵抗
検出時に素子電流を変化させてその時の電圧変化量を計
測する装置において、素子抵抗検出時の電圧変化のピー
ク値をP/H回路55で保持するので、センサ劣化や回
路バラツキ等の要因等に関係なく、電圧変化のピーク値
が容易に且つ正確に計測できる。その結果、素子抵抗を
正確に検出することができる。
According to the fifth embodiment, in a device for measuring the voltage change at the time of detecting the element resistance by changing the element current at the time of detecting the element resistance, the peak value of the voltage change at the time of detecting the element resistance is determined by the P / H circuit. Since it is held at 55, the peak value of the voltage change can be easily and accurately measured regardless of factors such as sensor deterioration and circuit variation. As a result, the element resistance can be accurately detected.

【0103】また、差動増幅器69の後段には、その出
力を次回の素子抵抗の検出時まで保持するためのS/H
回路70を設けたので、素子抵抗の検出値が無くて各種
制御に悪影響が及ぶといった問題が回避される。
Further, at the subsequent stage of the differential amplifier 69, an S / H for holding its output until the next detection of the element resistance is provided.
Since the circuit 70 is provided, it is possible to avoid a problem that a detection value of the element resistance is not provided and various controls are adversely affected.

【0104】なお、本発明は、上記以外に次の形態にて
具体化できる。第1〜第3の実施の形態において、信号
SG1〜SG4を出力するためのタイミング調整回路2
5をマイコンにて具体化する。この場合、マイコンを使
うことでコスト高になるものの、既述の通りP/H回路
31で素子抵抗検出時の電流ピーク値を計測すること
で、同ピーク値を誤差無く検出することができる。その
結果、素子抵抗の検出精度が向上する。またこの場合、
センサ特性に応じた周波数で変化する素子電流を細かく
監視する必要がないため、マイコンの演算負荷が大幅に
低減される。また、第4,第5の実施の形態においても
同様に、タイミング調整回路をマイコンにて具体化して
も良い。
The present invention can be embodied in the following forms other than the above. In the first to third embodiments, a timing adjustment circuit 2 for outputting signals SG1 to SG4
5 is embodied by a microcomputer. In this case, although the cost is increased by using the microcomputer, the peak value can be detected without error by measuring the current peak value when the element resistance is detected by the P / H circuit 31 as described above. As a result, the detection accuracy of the element resistance is improved. Also in this case,
Since there is no need to closely monitor the element current that changes at a frequency corresponding to the sensor characteristics, the calculation load on the microcomputer is greatly reduced. Similarly, in the fourth and fifth embodiments, the timing adjustment circuit may be embodied by a microcomputer.

【0105】上記第4,第5の実施の形態において、空
燃比検出装置の構成を以下のように変更する。例えば図
8において、差動増幅器56の後段に、S/H回路57
に代えてLPFを設ける。また図10において、差動増
幅器69の後段に、S/H回路70に代えてLPFを設
ける。本構成によれば、差動増幅器の出力値の変化がL
PFによりなまされ、同出力値を素子電流出力として継
続的に使うことが可能となる。従って、素子抵抗の検出
値が無くて各種制御に悪影響が及ぶといった既述の問題
が回避される。
In the fourth and fifth embodiments, the configuration of the air-fuel ratio detecting device is changed as follows. For example, in FIG. 8, an S / H circuit 57 is provided after the differential amplifier 56.
Is provided instead of the LPF. In FIG. 10, an LPF is provided in a stage subsequent to the differential amplifier 69 instead of the S / H circuit 70. According to this configuration, the change in the output value of the differential amplifier is L
The output value is smoothed by the PF, and the output value can be continuously used as the element current output. Therefore, the above-described problem that the detected value of the element resistance is not provided and various controls are adversely affected is avoided.

【0106】また、上記第4,第5の実施の形態におい
て、素子抵抗検出のための電流変化時など、差動増幅器
56,69の出力が安定しない時期に同出力の使用を一
時的に禁止する。この場合、不確かな素子抵抗出力が各
種制御に使われることはなく、各種制御に悪影響が及ぶ
といった問題が回避される。
In the fourth and fifth embodiments, the use of the differential amplifiers 56 and 69 is temporarily prohibited when the outputs of the differential amplifiers 56 and 69 are not stable, for example, when the current changes for detecting the element resistance. I do. In this case, the uncertain element resistance output is not used for various controls, and the problem that various controls are adversely affected is avoided.

【0107】上記第4,第5の実施の形態では、素子抵
抗検出時における電流変化に対し、単位時間内(数10
μsec)の電圧ピーク値をピークホールド回路(P/
H回路55,68)で記憶保持したが、この構成を変更
する。例えば、素子抵抗検出時における電流変化に対
し、単位時間前後(数10μsec前後)の電圧変化を
サンプルホールド回路で記憶保持する。かかる場合にも
既述の通り、センサ劣化や回路バラツキ等の要因等に関
係なく、電圧変化のピーク値が容易に且つ正確に計測で
き、結果として素子抵抗を正確に検出することができ
る。
In the fourth and fifth embodiments, the current change at the time of detecting the element resistance is not changed within a unit time (Equation 10).
μsec) to the peak hold circuit (P /
Although the data is stored and held by the H circuits 55 and 68), this configuration is changed. For example, a sample and hold circuit stores and holds a voltage change around a unit time (around several tens of μsec) with respect to a current change at the time of element resistance detection. In such a case, as described above, the peak value of the voltage change can be easily and accurately measured regardless of factors such as sensor deterioration and circuit variation, and as a result, the element resistance can be accurately detected.

【0108】上記各実施の形態では、図2に示す積層型
A/Fセンサを用いて空燃比検出装置を具体化したが、
同センサをコップ型A/Fセンサに変更してもよい。ま
た本発明は、A/Fセンサを用いた空燃比検出装置以外
にも適用できる。つまり、NOx,HC,CO等のガス
濃度成分が検出可能なガス濃度センサを用いたガス濃度
検出装置にも適用できる。当該他のガス濃度検出装置に
おいても上記実施の形態と同様の手法を用いることで、
センサ素子部の抵抗値が正確に検出できる。
In each of the above embodiments, the air-fuel ratio detecting device is embodied using the stacked A / F sensor shown in FIG.
The sensor may be changed to a cup type A / F sensor. Further, the present invention can be applied to devices other than the air-fuel ratio detecting device using the A / F sensor. That is, the present invention can be applied to a gas concentration detection device using a gas concentration sensor capable of detecting gas concentration components such as NOx, HC, and CO. By using the same method as the above embodiment also in the other gas concentration detection device,
The resistance value of the sensor element can be accurately detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施の形態における空燃比検出装置の概
要を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an outline of an air-fuel ratio detection device according to a first embodiment.

【図2】A/Fセンサのセンサ素子部の構成を示す断面
図。
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a sensor element unit of the A / F sensor.

【図3】A/Fセンサの電圧−電流特性を示す図。FIG. 3 is a diagram showing voltage-current characteristics of an A / F sensor.

【図4】空燃比検出装置の動作を説明するためのタイム
チャート。
FIG. 4 is a time chart for explaining the operation of the air-fuel ratio detection device.

【図5】第2の実施の形態において空燃比検出装置の構
成の一部を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a part of the configuration of an air-fuel ratio detection device according to a second embodiment.

【図6】第3の実施の形態において空燃比検出装置の構
成の一部を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a part of the configuration of an air-fuel ratio detection device according to a third embodiment.

【図7】第2,第3の実施の形態において空燃比検出装
置の動作を説明するためのタイムチャート。
FIG. 7 is a time chart for explaining the operation of the air-fuel ratio detection device in the second and third embodiments.

【図8】第4の実施の形態において空燃比検出装置の構
成を示す図。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of an air-fuel ratio detection device according to a fourth embodiment.

【図9】第4の実施の形態において空燃比検出装置の動
作を説明するためのタイムチャート。
FIG. 9 is a time chart for explaining an operation of the air-fuel ratio detection device in the fourth embodiment.

【図10】第5の実施の形態において空燃比検出装置の
構成を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an air-fuel ratio detection device according to a fifth embodiment.

【図11】素子抵抗検出時の電流及び電圧変化を示す
図。
FIG. 11 is a diagram showing changes in current and voltage when element resistance is detected.

【図12】第5の実施の形態において空燃比検出装置の
動作を説明するためのタイムチャート。
FIG. 12 is a time chart for explaining the operation of the air-fuel ratio detection device in the fifth embodiment.

【図13】素子抵抗と素子温との関係を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a relationship between element resistance and element temperature.

【図14】従来技術において空燃比検出装置の概要を示
す構成図。
FIG. 14 is a configuration diagram showing an outline of an air-fuel ratio detection device in a conventional technique.

【図15】A/Fセンサの印加電圧と素子電流との推移
を示すタイムチャート。
FIG. 15 is a time chart showing changes in applied voltage and element current of the A / F sensor.

【図16】電流ピーク値の発生時期の変化を説明するた
めのタイムチャート。
FIG. 16 is a time chart for explaining a change in generation time of a current peak value.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…ガス濃度センサとしてのA/Fセンサ(限界電流
式空燃比センサ)、10a…センサ素子部、11…固体
電解質、25…タイミング調整回路、26…LPF、3
0…サンプルホールド(S/H)回路、31…ピークホ
ールド(P/H)回路、32…サンプルホールド(S/
H)回路、41…LPF、51…スイッチ回路、52…
タイミング調整回路、53…定電流回路、54,57…
S/H回路、55…P/H回路、56…差動増幅器、6
1…スイッチ回路、62…タイミング調整回路、63,
65…定電流回路、67,70…S/H回路、68…P
/H回路、69…差動増幅器。
Reference numeral 10: A / F sensor (limit current type air-fuel ratio sensor) as a gas concentration sensor; 10a: sensor element; 11: solid electrolyte; 25: timing adjustment circuit;
0: sample hold (S / H) circuit, 31: peak hold (P / H) circuit, 32: sample hold (S / H)
H) Circuit, 41 ... LPF, 51 ... Switch circuit, 52 ...
Timing adjustment circuit, 53 ... constant current circuit, 54, 57 ...
S / H circuit, 55: P / H circuit, 56: differential amplifier, 6
1: switch circuit, 62: timing adjustment circuit, 63,
65: constant current circuit, 67, 70: S / H circuit, 68: P
/ H circuit, 69 ... differential amplifier.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽田 聡 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 川瀬 友生 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Satoshi Haneda 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Denso Corporation (72) Inventor Tomio Kawase 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Co., Ltd. Inside DENSO

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固体電解質を用いた素子部を有し、電圧の
印加に伴い被検出ガス中の特定成分の濃度に応じた電流
信号を出力するガス濃度センサに適用され、ガス濃度検
出途中の一時的な電圧変化と電流変化とから前記素子部
の抵抗値を検出する素子抵抗検出装置において、 素子抵抗検出時の電流変化又は電圧変化を監視し、その
監視結果を保持するためのホールド回路を備えることを
特徴とするガス濃度センサの素子抵抗検出装置。
The present invention is applied to a gas concentration sensor having an element portion using a solid electrolyte and outputting a current signal corresponding to the concentration of a specific component in a gas to be detected in response to application of a voltage. An element resistance detection device for detecting a resistance value of the element unit from a temporary voltage change and a current change, wherein a hold circuit for monitoring a current change or a voltage change at the time of detecting the element resistance and holding the monitoring result. An element resistance detecting device for a gas concentration sensor, comprising:
【請求項2】ガス濃度検出のために前記素子部に印加し
た電圧を、センサ特性に応じた周波数で素子抵抗検出用
の電圧に一時的に切り換え、その時の電圧変化と電流変
化とから前記素子部の抵抗値を検出する素子抵抗検出装
置であり、 前記ホールド回路は、素子抵抗検出時における電流変化
のピーク値を保持するためのピークホールド回路である
請求項1に記載のガス濃度センサの素子抵抗検出装置。
2. The method according to claim 1, wherein a voltage applied to said element portion for detecting a gas concentration is temporarily switched to a voltage for detecting element resistance at a frequency corresponding to a sensor characteristic, and a voltage change and a current change at that time are applied to said element. 2. The element of the gas concentration sensor according to claim 1, wherein the element is a device resistance detection device that detects a resistance value of the unit, and the hold circuit is a peak hold circuit for holding a peak value of a current change at the time of detection of the device resistance. Resistance detector.
【請求項3】ガス濃度検出時に前記素子部に流れる電流
の値を、所定値に一時的に切り換え、その時の電圧変化
と電流変化とから前記素子部の抵抗値を検出する素子抵
抗検出装置であり、 前記ホールド回路は、素子抵抗検出時の電圧変化を監視
するためのピークホールド回路、若しくはサンプルホー
ルド回路である請求項1に記載のガス濃度センサの素子
抵抗検出装置。
3. An element resistance detecting device for temporarily switching a value of a current flowing through the element portion to a predetermined value when detecting a gas concentration, and detecting a resistance value of the element portion from a voltage change and a current change at that time. The device according to claim 1, wherein the hold circuit is a peak hold circuit or a sample hold circuit for monitoring a voltage change at the time of detecting the element resistance.
【請求項4】請求項3に記載の素子抵抗検出装置におい
て、 素子抵抗検出時に、前記素子部の一方の端子を一時的に
開放状態とした後、素子部へ定電流を流す定電流源と、
前記開放状態での素子部の一方の端子電圧を保持するホ
ールド回路と、定電流を流した時の端子電圧の監視結果
を保持するホールド回路とを備え、それら各ホールド回
路で保持した電圧値の差に基づいて素子抵抗値を求める
ガス濃度センサの素子抵抗検出装置。
4. A constant current source for flowing a constant current to the element section after the one terminal of the element section is temporarily opened when detecting the element resistance. ,
A hold circuit that holds one terminal voltage of the element portion in the open state, and a hold circuit that holds a monitoring result of the terminal voltage when a constant current flows, and a voltage value held by each of the hold circuits. An element resistance detecting device of a gas concentration sensor for obtaining an element resistance value based on a difference.
【請求項5】請求項3に記載の素子抵抗検出装置におい
て、 素子抵抗検出時に、前記素子部に所定の定電流を流す定
電流源と、前記定電流源による電流変化前の素子部の両
端子間電圧を保持するホールド回路と、電流変化後の素
子部の両端子間電圧の監視結果を保持するホールド回路
とを備え、それら各ホールド回路で保持した電圧値の差
に基づいて素子抵抗値を求めるガス濃度センサの素子抵
抗検出装置。
5. The element resistance detecting device according to claim 3, wherein a constant current source for supplying a predetermined constant current to the element portion when detecting the element resistance, and both ends of the element portion before the current is changed by the constant current source. A hold circuit that holds the voltage between the terminals, and a hold circuit that holds the monitoring result of the voltage between both terminals of the element after the current change. Element resistance detection device of a gas concentration sensor for determining
【請求項6】請求項5に記載の素子抵抗検出装置におい
て、 ガス濃度検出の状態から素子抵抗検出の状態に切り換え
る時、切り換え直前に素子部に流れる電流値と同値の定
電流を流し、その後、電流値を所定値分だけ変化させる
ガス濃度センサの素子抵抗検出装置。
6. The element resistance detecting device according to claim 5, wherein when switching from the gas concentration detection state to the element resistance detection state, a constant current having the same value as the current flowing through the element section immediately before the switching is applied. An element resistance detecting device for a gas concentration sensor that changes a current value by a predetermined value.
【請求項7】請求項4〜6の何れかに記載の素子抵抗検
出装置において、 電流変化後の電圧変化を監視するためのホールド回路
は、素子抵抗検出時における電流変化後、所定の微小時
間でのピーク値を記憶保持するガス濃度センサの素子抵
抗検出装置。
7. The device resistance detecting device according to claim 4, wherein the hold circuit for monitoring the voltage change after the current change includes a predetermined minute time after the current change at the time of detecting the element resistance. The element resistance detection device of the gas concentration sensor that stores and holds the peak value at the time.
【請求項8】前記ホールド回路で保持した素子抵抗検出
時における電流変化又は電圧変化の監視結果を、次回の
素子抵抗の検出時まで保持するためのサンプルホールド
回路を更に備える請求項1〜7の何れかに記載のガス濃
度センサの素子抵抗検出装置。
8. A sample and hold circuit according to claim 1, further comprising a sample and hold circuit for holding a monitoring result of a current change or a voltage change at the time of detecting the element resistance held by said hold circuit until the next detection of the element resistance. An element resistance detection device for a gas concentration sensor according to any one of the above.
【請求項9】前記ホールド回路で保持した素子抵抗検出
時における電流変化又は電圧変化の監視結果を取り込む
ためのローパスフィルタを備える請求項1〜7の何れか
に記載のガス濃度センサの素子抵抗検出装置。
9. The gas resistance sensor according to claim 1, further comprising a low-pass filter for capturing a monitoring result of a current change or a voltage change when detecting the element resistance held by the hold circuit. apparatus.
【請求項10】請求項9に記載の素子抵抗検出装置にお
いて、 素子抵抗検出の直前に前記ホールド回路のホールド値が
クリアされるガス濃度センサの素子抵抗検出装置。
10. The device resistance detecting device according to claim 9, wherein a hold value of the hold circuit is cleared immediately before the device resistance detection.
【請求項11】前記ホールド回路で素子抵抗検出時にお
ける電流変化又は電圧変化を監視する際に、その時の監
視結果の使用を一時的に許可しない旨の信号を出力する
請求項1〜10の何れかに記載のガス濃度センサの素子
抵抗検出装置。
11. A method according to claim 1, wherein when the hold circuit monitors a current change or a voltage change at the time of detecting an element resistance, a signal indicating that use of the monitoring result at that time is temporarily not permitted is output. An element resistance detection device for a gas concentration sensor according to any one of claims 1 to 3.
【請求項12】ガス濃度検出時の素子電流を取り込むた
めのガス濃度検出用サンプルホールド回路を備え、前記
素子抵抗の検出期間において、ガス濃度検出用サンプル
ホールド回路は同検出期間の直前における素子電流の検
出値を保持する請求項1〜11の何れかに記載のガス濃
度センサの素子抵抗検出装置。
12. A gas concentration detecting sample and hold circuit for taking in an element current at the time of gas concentration detection, wherein in the element resistance detection period, the gas concentration detection sample and hold circuit operates immediately before the element current detection period. The element resistance detecting device for a gas concentration sensor according to any one of claims 1 to 11, which holds a detection value of:
【請求項13】ガス濃度検出と素子抵抗検出とを所定の
タイミングで切り換えて選択的に実施させるためのタイ
ミング調整回路を備える請求項1〜12の何れかに記載
のガス濃度センサの素子抵抗検出装置。
13. The element resistance detection of the gas concentration sensor according to claim 1, further comprising a timing adjustment circuit for switching between gas concentration detection and element resistance detection at a predetermined timing and selectively performing the operation. apparatus.
【請求項14】固体電解質を用いた素子部を有し、電圧
の印加に伴い被検出ガス中の特定成分の濃度に応じた電
流信号を出力するガス濃度センサに適用され、ガス濃度
検出時に前記素子部に流れる電流の値を、所定値に一時
的に切り換え、その時の電圧変化と電流変化とから前記
素子部の抵抗値を検出することを特徴とするガス濃度セ
ンサの素子抵抗検出装置。
14. A gas concentration sensor which has an element portion using a solid electrolyte and outputs a current signal corresponding to the concentration of a specific component in a gas to be detected in response to application of a voltage, An element resistance detecting device for a gas concentration sensor, wherein a value of a current flowing through an element portion is temporarily switched to a predetermined value, and a resistance value of the element portion is detected from a voltage change and a current change at that time.
JP17891099A 1998-06-29 1999-06-24 Element resistance detector for gas concentration sensor Expired - Lifetime JP4206566B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17891099A JP4206566B2 (en) 1998-06-29 1999-06-24 Element resistance detector for gas concentration sensor

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18288698 1998-06-29
JP10-182886 1998-06-29
JP17891099A JP4206566B2 (en) 1998-06-29 1999-06-24 Element resistance detector for gas concentration sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000081414A true JP2000081414A (en) 2000-03-21
JP4206566B2 JP4206566B2 (en) 2009-01-14

Family

ID=26498944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17891099A Expired - Lifetime JP4206566B2 (en) 1998-06-29 1999-06-24 Element resistance detector for gas concentration sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4206566B2 (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004516453A (en) * 2000-06-16 2004-06-03 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Device for measuring the internal resistance of linear lambda sensors
JP2005274554A (en) * 2004-01-27 2005-10-06 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas detecting system
JP2006343317A (en) * 2005-05-09 2006-12-21 Ngk Spark Plug Co Ltd Element impedance detector
JP2007106608A (en) * 2006-12-11 2007-04-26 Murata Mach Ltd Knockdown rack
JP2007205819A (en) * 2006-01-31 2007-08-16 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas concentration detection system
US7481094B2 (en) 2005-03-31 2009-01-27 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor control unit
US7671600B2 (en) 2006-10-20 2010-03-02 Denso Corporation Gas concentration detection apparatus having function for detecting sensor element activation status
JP2015203599A (en) * 2014-04-11 2015-11-16 株式会社デンソー Element impedance detection device of oxygen concentration sensor
US9529019B2 (en) 2014-02-05 2016-12-27 Denso Corporation Impedance detector for oxygen concentration sensor element
US10443526B2 (en) 2016-09-14 2019-10-15 Denso Corporation Air-fuel ratio sensing device
JP2020118577A (en) * 2019-01-25 2020-08-06 三菱電機株式会社 Device for measuring internal resistance of exhaust gas sensor

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004516453A (en) * 2000-06-16 2004-06-03 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Device for measuring the internal resistance of linear lambda sensors
JP2005274554A (en) * 2004-01-27 2005-10-06 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas detecting system
US7481094B2 (en) 2005-03-31 2009-01-27 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor control unit
JP4508123B2 (en) * 2005-05-09 2010-07-21 日本特殊陶業株式会社 Element impedance detector
JP2006343317A (en) * 2005-05-09 2006-12-21 Ngk Spark Plug Co Ltd Element impedance detector
JP4614210B2 (en) * 2006-01-31 2011-01-19 日本特殊陶業株式会社 Gas concentration detection system
JP2007205819A (en) * 2006-01-31 2007-08-16 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas concentration detection system
US7671600B2 (en) 2006-10-20 2010-03-02 Denso Corporation Gas concentration detection apparatus having function for detecting sensor element activation status
JP4569834B2 (en) * 2006-12-11 2010-10-27 村田機械株式会社 Assembled rack
JP2007106608A (en) * 2006-12-11 2007-04-26 Murata Mach Ltd Knockdown rack
US9529019B2 (en) 2014-02-05 2016-12-27 Denso Corporation Impedance detector for oxygen concentration sensor element
JP2015203599A (en) * 2014-04-11 2015-11-16 株式会社デンソー Element impedance detection device of oxygen concentration sensor
US9869656B2 (en) 2014-04-11 2018-01-16 Denso Corporation Impedance detector for oxygen concentration sensor element
US10443526B2 (en) 2016-09-14 2019-10-15 Denso Corporation Air-fuel ratio sensing device
JP2020118577A (en) * 2019-01-25 2020-08-06 三菱電機株式会社 Device for measuring internal resistance of exhaust gas sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP4206566B2 (en) 2009-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1764613B1 (en) Gas concentration sensing apparatus
EP1324028B1 (en) Method and apparatus for measuring oxygen concentration and nitrogen oxide concentration.
US4543176A (en) Oxygen concentration detector under temperature control
US6120677A (en) Temperature control for all range oxygen sensor
EP1890139B1 (en) NOx sensor system with control circuit unit
US20060102476A1 (en) Sensor impedance measuring apparatus for improving measurement accuracy of gas sensor
EP1239282A2 (en) Gas sensor and method of heating the same
JP2010121951A (en) Gas sensor system and method for controlling gas sensor
JP3677162B2 (en) Gas sensor control circuit unit and gas sensor system using the same
JP4206566B2 (en) Element resistance detector for gas concentration sensor
US9541523B2 (en) Sensor control apparatus and gas detection system
JP2000081413A (en) Gas concentration detecting device
US6397659B1 (en) Method for detecting an element resistance of a gas concentration sensor and gas concentration detection apparatus
JP3645665B2 (en) Temperature control method and apparatus for all-region oxygen sensor
JP4572735B2 (en) Gas concentration detector
JPH0778484B2 (en) Air-fuel ratio sensor temperature controller
JPH11344466A (en) Heater control device of gas concentration sensor
JPH10153576A (en) Air-fuel ratio sensor
EP0974835A1 (en) Gas concentration measuring apparatus producing current signal as a function of gas concentration
US20020189942A1 (en) Gas concentration measuring device
JP3587943B2 (en) Temperature control method and apparatus for full-range air-fuel ratio sensor
JP4404595B2 (en) Control circuit unit for gas sensor
JPH11230932A (en) Device for detecting element temperature of gas concentration sensor
JP3622619B2 (en) Element resistance detector for oxygen concentration sensor
JP2002257783A (en) Gas sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050824

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070402

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080205

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080404

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080520

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080722

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080924

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081007

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4206566

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111031

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121031

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121031

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131031

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term