JP3467808B2

JP3467808B2 - 酸素濃度判定装置

Info

Publication number: JP3467808B2
Application number: JP24705493A
Authority: JP
Inventors: 寿浩鈴村; 磯村　　重則; 康隆中森; 朝道溝口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-12-02
Filing date: 1993-10-01
Publication date: 2003-11-17
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: US5405521A; JPH07225215A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気ガス中の
空燃比即ち酸素濃度等を判定する酸素濃度判定装置に係
り、特に、限界電流式酸素センサを活用して酸素濃度を
判定するに適した酸素濃度判定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の酸素濃度判定装置におい
ては、例えば、特開昭５９ー１６３５５６号公報に示さ
れているように、限界電流式酸素センサの内部抵抗が温
度に応じて変化すること、及び同酸素センサの温度即ち
内部抵抗を特定する電流ー電圧特性が原点を通ることに
着目し、酸素センサを、正電圧により第１期間の間正バ
イアスする一方、負電圧により第２期間の間負バイアス
し、第１及び第２の期間にて、酸素センサを流れる電流
を検出し、第１期間での検出電流に基づき酸素濃度を検
出し、一方、第２期間での検出電流に基づき酸素センサ
の内部抵抗を検出する。そして、この検出内部抵抗がほ
ぼ一定になるように酸素センサを加熱することにより、
酸素センサを活性領域内に維持するように高精度に温度
制御した上で、上述の検出酸素濃度に基づき空燃比を安
定的に判定する。

【０００３】また、特公平１−２８９０５号公報、特公
平１−２５４１９号公報に示されているように、酸素セ
ンサの内部抵抗と温度とが一対一に対応することに着目
し、酸素センサの内部抵抗を検出し、この検出値に応じ
て酸素センサに印加する電圧を計算して、この計算に基
づいて酸素センサに電圧を印加することにより、使用温
度範囲や酸素濃度測定可能範囲の制約を取り除く。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成においては、上述の第２の期間が画一的に繰り返され
るため、空燃比を安定的に判定できる状態にあっても、
常に、第２の期間の経過後でなければ、空燃比を判定し
得ず、同空燃比の判定可能時期が遅延するという不具合
が生ずる。また、上述の第２期間は、酸素センサの温度
低下とは無関係に繰り返し設定されるため、負電圧の酸
素センサに対する印加時期は、酸素センサの温度低下開
始時期と一致するとは限らない。従って、一旦、空燃比
を安定的に判定できる状態になった後に、酸素センサの
温度が、次の負電圧の印加時期までに下がり過ぎると、
酸素センサの温度に対する応答性が遅いために、同負電
圧の印加により上述のような温度制御を行っても、空燃
比を安定的に判定できるようになるまでには長期間を要
することになる。かかる場合、上述の第２の期間が酸素
センサの内部抵抗が安定するに要する時間に設定されて
いるため、空燃比の判定可能時期がより一層遅延する原
因となっている。

【０００５】また、酸素センサの内部抵抗の変化に対応
して酸素センサに印加する電圧を連続的に変化させるた
めに、データ量が膨大となり、また、データ量を減らす
ためにデータの補間を行えば、その分、内部抵抗の検出
精度が悪くなり、更に内部抵抗を検出するための時間も
長時間となる。そこで、本発明は、このようなことに対
処すべく、酸素濃度判定装置において、酸素濃度を判定
できない時間を大幅に短縮し、印加電圧を決定するため
のデータ量を大幅に削減しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決にあた
り、請求項１記載の発明においては、図１にて例示する
ごとく、限界電流式酸素センサと、この酸素センサに電
圧を印加する電圧印加手段１と、前記電圧の印加により
前記酸素センサに流れる電流を検出する電流検出手段２
と、前記検出電流に基づき前記酸素センサの温度を判定
する温度判定手段３とを備え、電圧印加手段１が、前記
酸素センサをバイアスするバイアス手段１ａを有し、ま
た、バイアス手段１ａのバイアスのもとに前記酸素セン
サに流れる電流の変化過程の一時期に同電流の変化終了
値を推測して前記検出電流として温度判定手段３に付与
する電流推測手段５を設けるようにしたことにある。

【０００７】また、請求項２記載の発明においては、限
界電流式酸素センサと、この酸素センサに電圧を印加す
る電圧印加手段と、前記電圧の印加により前記酸素セン
サに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記酸素セ
ンサの内部抵抗を検出する内部抵抗検出手段とを備え、
前記内部抵抗が所定の範囲内にあるとき、その範囲と前
記電流検出手段による検出電流値とにより前記酸素セン
サに印加する印加電圧決定手段を設けるようにしたこと
にある。

【０００８】

【発明の作用・効果】このように本発明を構成したこと
により、請求項１記載の発明においては、電圧印加手段
１のバイアス手段１ａが、前記酸素センサに電圧を印加
すると、電流検出手段２が、前記酸素センサに流れる電
流を検出し、電流推測手段５が、バイアス手段１ａのバ
イアスのもとに前記酸素センサに流れる電流の変化過程
の一時期に同電流の変化終了値を推測し、温度判定手段
３が、同推測電流変化終了値に基づき前記酸素センサの
温度を判定する。

【０００９】これにより、前記酸素センサの温度判定を
行うにあたっては、同酸素センサをバイアスした後同酸
素センサに流れる電流が変化し終える前の一時期に、こ
の時期の電流でもって変化終了電流を推測し、これによ
って前記酸素センサの温度判定を行うようにしたので、
その後の酸素濃度の判定可能時期を逸早く実現できる。

【００１０】

【００１１】

【実施例】

実施例１以下、本発明の第１実施例を図面により説明すると、図
２は、内燃機関１０に適用された本発明に係る酸素濃度
判定装置の一例を示している。酸素濃度判定装置は、限
界電流式酸素センサＳを備えており、この酸素センサＳ
は、内燃機関１０の機関本体１０ａから延出する排気管
１１内に取り付けられている。酸素センサＳは、センサ
本体２０と、断面コ字状のカバー３０とによって構成さ
れており、センサ本体２０は、その基端部にて、排気管
１１の周壁の一部に穿設した取り付け穴部１１ａ内に嵌
着されて、同排気管１１の内部に向け延出している。

【００１２】センサ本体２０は、断面カップ状の拡散抵
抗層２１を有しており、この拡散抵抗層２１は、その開
口端部２１ａにて、排気管１１の取り付け穴部１１ａ内
に嵌着されている。拡散抵抗層２１は、ＺｒＯ₂ 等のプ
ラズマ溶射法等により形成されている。また、センサ本
体２０は、固体電解質層２２を有しており、この固体電
解質層２２は、酸素イオン伝導性酸化物焼結体により断
面カップ状に形成されて、断面カップ状の排気ガス側電
極層２３を介し抵抗拡散層２１の内周壁に一様に嵌着さ
れており、この固体電解質層２２の内表面には、大気側
電極層２４が断面カップ状に一様に固着されている。か
かる場合、排気側電極層２３及び大気側電極層２４は、
共に、白金等の触媒活性の高い貴金属を化学メッキ等に
より十分ポーラスに形成されている。また、排気ガス側
電極層２３の面積及び厚さは、１０〜１００ｍｍ²及び
０．５〜２．０μ 程度となっており、一方、大気側電
極層２４の面積及び厚さは、１０ｍｍ²以上及び０．５
〜２．０μ程度となっている。

【００１３】このように構成したセンサ本体２０は、理
論空燃比点にて濃淡起電力を発生し、理論空燃比点より
リーン領域の酸素濃度に応じた限界電流を発生する。か
かる場合、酸素濃度に対応する限界電流は、排気ガス側
電極層２３の面積、拡散抵抗層２１の厚さ、気孔率及び
平均孔径により決まる。また、このセンサ本体２０は酸
素濃度を直線的特性にて検出し得るものであるが、この
センサ本体２０を活性化するのに約６５０℃以上の高温
が必要とされるとともに、同センサ本体２０の活性温度
範囲が狭いため、内燃機関の排気ガスのみによる加熱で
は活性領域を制御できない。このため、後述するヒータ
２６の加熱制御を活用する。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）
の濃度が空燃比に対してほぼリニアに変化して、これに
応じた限界電流が発生する。

【００１４】ここで、センサ本体２０の温度をパラメー
タとする同センサ本体２０の電圧ー電流特性について説
明すると、この電流ー電圧特性は、酸素センサＳの検出
酸素濃度（空燃比）に比例するセンサ本体２０の固体電
解質層２２への流入電流と同固体電解質層２２への印加
電圧との関係が直線的であることを示す。そして、セン
サ本体２０が温度Ｔ＝Ｔ1 にて活性状態にあるとき、図
３（Ｂ）にて実線により示すごとき特性グラフＬ1 でも
って安定した状態を示す。かかる場合、特性グラフＬ1
の電圧軸Ｖに平行な直線部分がセンサ本体２０の限界電
流を特定する。そして、この限界電流の増減は、空燃比
の減増（即ち、リーン・リッチ）に対応する。また、セ
ンサ本体２０の温度ＴがＴ1よりも低いＴ2にあるとき、
電流ー電圧特性は、図３（Ｂ）の破線により示すごとき
特性グラフＬ2 でもって特定される。かかる場合、特性
グラフＬ2の電圧軸Ｖに平行な直線部分がＴ＝Ｔ2におけ
るセンサ本体２０の限界電流を特定するもので、この限
界電流は、特性グラフＬ1による限界電流とほぼ一致し
ている。

【００１５】そして、特性グラフＬ1 において、センサ
本体２０の固体電解質層２２に正の印加電圧Ｖposを印
加すれば、センサ本体２０に流れる電流が限界電流Ｉpo
s（図３（Ｂ）にて点Ｐ1 参照）となる。また、センサ
本体２０の固体電解質層２２に負の印加電圧Ｖneg を印
加すれば、センサ本体２０に流れる電流が、酸素濃度に
依存せず温度のみに比例する点Ｐ2で特定される負の電
流Ｉnegとなる。従って、このときの電流Ｉneg を活用
してヒータ２６の加熱制御を行うことによりセンサ本体
２０の内部抵抗をほぼ一定にして同センサ本体２０を活
性状態に維持することが可能となる。

【００１６】また、センサ本体２０は、ヒータ２６を有
しており、このヒータ２６は、大気側電極層２４内に収
容されて、その発熱エネルギーにより、大気側電極層２
４、固体電解質層２２、排気ガス側電極層２３及び拡散
抵抗層２１を加熱する。かかる場合、ヒータ２６は、セ
ンサ本体２０を活性化するに十分な発熱容量を有する。
カバー３０は、センサ本体２０を覆蓋して、その開口部
にて、排気管１１の周壁の一部に嵌着されており、この
カバー３０の周壁の一部には、小孔３１が、カバー３０
の外部を同カバー３０の内部と連通させるべく、穿設さ
れている。これにより、カバー３０は、センサ本体２０
の排気ガスとの直接接触を防止しつつ、同センサ本体２
０の保温を確保する。

【００１７】また、酸素濃度判定装置は、図２にて示す
ごとく、バイアス制御回路４０を備えており、このバイ
アス制御回路４０は、正バイアス用直流電源４１、負バ
イアス用直流電源４２及び切り換えスイッチ回路４３に
よって構成されている。直流電源４１は、その負側電極
にて、導線４１ａを介し排気ガス側電極層２３の一端に
接続されており、一方、直流電源４２は、その正側電極
にて、導線４１ａを介し排気ガス側電極層２３の一端に
接続されている。切り換えスイッチ回路４３は、その第
１切り換え状態にて、直流電源４１の正側電極のみを電
流検出回路５０の入力端子５１に接続し、一方、その第
２切り換え状態にて、直流電源４２の負側電極のみを電
流検出回路５０の入力端子５１に接続するようになって
おり、入力端子５１から電流検出回路５０を介しさらに
導線４２ａを介して大気側電極層２４に接続されてい
る。従って、切り換えスイッチ回路４３が第１切り換え
状態にあるとき、直流電源４１が固体電解質層２２を正
バイアスし同固体電解質層２２に電流を正方向に流す。
一方、切り換えスイッチ回路４３が第２切り換え状態に
あるとき、直流電源４２が固体電解質層２２を負バイア
スし同固体電解質層２２に電流を負方向に流す。かかる
場合、各直流電源４１、４２の端子電圧は、上述の印加
電圧Ｖpos及びＶnegにそれぞれ相当する。

【００１８】電流検出回路５０は、センサ本体２０の大
気側電極層２４から切り換えスイッチ回路４３へ流れる
電流又はその逆方向へ流れる電流、つまり、固体電解質
層２２を流れる電流を検出し、Ａ−Ｄ変換器６０に出力
する。このＡ−Ｄ変換器６０は、電流検出回路５０から
の検出電流をディジタル変換してマイクロコンピュータ
７０に出力する。マイクロコンピュータ７０は、コンピ
ュータプログラムを、図４にて示すフローチャートに従
いＡ−Ｄ変換器６０との協働により実行し、この実行中
において、加熱制御回路８０及び燃料噴射制御装置（以
下、ＥＦＩという）９０を駆動制御するに必要な演算処
理を行う。但し、上述のコンピュータプログラムはマイ
クロコンピュータ７０のＲＯＭに予め記憶されている。
また、加熱制御回路８０は、マイクロコンピュータ７０
による制御のもとに、ヒータ２６の加熱制御を行う。な
お、ＥＦＩ９０は、マイクロコンピュータ７０による制
御のもとに、内燃機関１０の排気ガス量、回転数、吸入
空気流量、吸気管負圧や冷却水温等の内燃機関情報に応
じて燃料噴射制御を行う。

【００１９】このように構成した本第１実施例におい
て、内燃機関１０の作動のもとにマイクロコンピュータ
７０が、図４のフローチャートに従いコンピュータプロ
グラムをステップ１００にて実行開始した後、同コンピ
ュータプログラムの実行を繰り返し行っているものとす
る。また、現段階においては、酸素センサＳが活性状態
にあり安定しているものとする。そして、ＥＦＩ９０か
らの内燃機関情報が急変していなければ、センサ本体２
０の温度情報は不要であるとの判断のもとに、ステップ
１１０にて「ＮＯ」との判別が繰り返されている。

【００２０】そして、このような状態においては、マイ
クロコンピュータ７０がコンピュータプログラムを図４
のステップ１１１及びステップ１２３以後に進め、ステ
ップ１１１にて、センサ本体２０に対し正の印加電圧Ｖ
posを印加するに要する正バイアス指令をバイアス制御
回路４０の切り換えスイッチ回路４３に出力する。する
と、この切り換えスイッチ回路４３が、マイクロコンピ
ュータ７０からの正バイアス指令に応答して、第１切り
換え状態となり、直流電源４１の正側電極を電流検出回
路５０の入力端子５１に接続する。このため、直流電源
４１からの電流Ｉpos が、電流検出回路５０、導線４２
ａ、大気側電極２４、固体電解質層２２、排気ガス側電
極２３及び導線４１ａを通り限界電流として流れる。

【００２１】ついで、電流検出回路５０がその流入電流
Ｉposを検出し、Ａ−Ｄ変換器６０が、同検出流入電流
Ｉposをディジタル変換しマイクロコンピュータ７０に
出力する。すると、マイクロコンピュータ７０が、同変
換電流Ｉposをステップ１２３にて入力されて減少終了
電流Ｉposaとセットし、ステップ１２４にて、図５
（Ｂ）にて示す酸素濃度ー限界電流データに基づき減少
終了電流Ｉposa即ち限界電流に応じて酸素濃度即ち空燃
比を判定する。但し、図５（Ｂ）の酸素濃度ー限界電流
データは、温度Ｔ＝Ｔ1 における排気ガス中の酸素濃度
即ち空燃比とセンサ本体２０の限界電流との直線的関係
を特定するデータとしてマイクロコンピュータ７０のＲ
ＯＭに予め記憶されている。このようにして空燃比が判
定されると、マイクロコンピュータ７０が、ステップ１
２５にて、同判定空燃比を考慮してＥＦＩ９０の燃料噴
射制御に要する演算処理をする。このため、ＥＦＩ９０
が、同演算処理に基づき内燃機関１０への燃料噴射制御
を行う。

【００２２】このような状態において、ＥＦＩ９０から
の内燃機関１０の排気ガス量、回転数や吸入空気流量が
急変すると、温度情報が変化したとの判断のもとに、マ
イクロコンピュータ７０が、ステップ１１０にて「ＹＥ
Ｓ」と判別し、ステップ１１２にて、センサ本体２０に
対し負の印加電圧Ｖneg を印加するに要する負バイアス
指令をバイアス制御回路４０の切り換えスイッチ回路４
３に出力する（図５（Ａ）参照）。すると、この切り換
えスイッチ回路４３が、マイクロコンピュータ７０から
の負バイアス指令に応答して、第２切り換え状態とな
り、直流電源４２の負側電極を電流検出回路５０の入力
端子５１に接続する。このため、直流電源４２からの電
流Ｉneg（図５（Ａ）にて図示実線参照）が、導線４１
ａ、センサ本体２０の排気ガス側電極２３、固体電解質
層２２、大気側電極２４、導線４２ａ及び電流検出回路
５０を通り流れ始める。

【００２３】上述のようなステップ１１２での演算処理
後、マイクロコンピュータ７０が、ステップ１１３に
て、所定時間ｔ1 の間、時間待ちする。かかる場合、所
定時間ｔ1は、次のように定められている。電流Ｉneg
が、センサ本体２０への負バイアス時以後、図５（Ａ）
の実線及び破線により示すごとく、指数関数的に増大す
る。従って、従来のように、この電流Ｉnegが飽和する
まで待って電流Ｉnegを検出した場合には、その後の空
燃比の判定時期も遅延することとなる。このため、電流
Ｉnegの飽和を待つことなく同電流Ｉnegの増加過程中の
一時期の値Ｉnegaを活用し、同一時期において、当該電
流Ｉnegの飽和電流Ｉnegsを推測するようにした。これ
により、空燃比の判定時期が早くなることが分かる。そ
こで、センサ本体２０への負バイアス後電流Ｉnegの変
化傾向が比較的に高く維持される時期までの適正な時間
を所定時間ｔ1と選定しマイクロコンピュータ７０のＲ
ＯＭに予め記憶することとした。

【００２４】しかして、ステップ１１３における時間待
ちが終了すると、マイクロコンピュータ７０が、ステッ
プ１１４にて、Ａ−Ｄ変換器６０からの変換電流Ｉneg
を電流Ｉnegaと設定し、ステップ１１５にて、同電流Ｉ
negaに応じて、電流Ｉnegと印加電圧Ｖnegとの関係を表
す過渡現象方程式に基づき飽和電流Ｉnegsを推測する。
かかる場合、上記過渡現象方程式は、センサ本体２０の
負バイアス時期を初期条件として構成されて、マイクロ
コンピュータ７０のＲＯＭに予め記憶されている。然る
後、マイクロコンピュータ７０が、ステップ１１６に
て、推測飽和電流Ｉnegsに応じて推測飽和電流ー温度特
性データに基づきセンサ本体２０の温度を判定する。但
し、上述の推測飽和電流ー温度特性データは、推測飽和
電流｜Ｉnegs｜とセンサ本体２０の温度との間の正比例
的関係を表すデータとしてマイクロコンピュータ７０の
ＲＯＭに予め記憶されている。

【００２５】このようにしてセンサ本体２０の温度が判
定されると、マイクロコンピュータ７０が、ステップ１
１７にて、ステップ１１６での判定温度を温度Ｔ1（特
性グラフＬ1参照）に上昇維持するようにヒータ２６を
加熱制御すべく演算処理をする。このため、加熱制御回
路８０が、同マイクロコンピュータ７０の加熱制御演算
処理に基づきヒータ２６を加熱制御する。これにより、
センサ本体２０の温度が一時的に低下しても逸速く温度
Ｔ1に復帰する。

【００２６】このため、マイクロコンピュータ７０が、
ステップ１２０にて、空燃比の安定な判定可能状態との
判断のもとに「ＹＥＳ」と判別し、コンピュータプログ
ラムをステップ１２１以後に進める。しかして、マイク
ロコンピュータ７０が、ステップ１２１にて、センサ本
体２０に対し正の印加電圧Ｖposを印加するに要する正
バイアス指令をバイアス制御回路４０に出力する。する
と、同バイアス制御回路４０が、上述と同様に直流電源
４１からの印加電圧Ｖposをセンサ本体２０に印加す
る。このことは、上述の所定期間ｔ1の経過直後に印加
電圧Ｖposのセンサ本体２０への印加が行われることを
意味する。このため、直流電源４１からの電流Ｉpos
が、所定期間ｔ1の経過直後から、導線４１ａ、センサ
本体２０の排気ガス側電極２３、固体電解質層２２、大
気側電極２４、導線４２ａ及び電流検出回路５０を通り
限界電流として流れ始める。換言すれば、図５（Ａ）に
て示すように、センサ本体２０を流れていた電流Ｉneg
が、所定期間ｔ1の経過直後に図示実線により示すごと
く反転して立ち上がって電流Ｉposとなり以後指数関数
的に減少し始めることとなる。

【００２７】また、上述のようにステップ１２１におけ
る演算処理が終了すると、マイクロコンピュータ７０
が、次のステップ１２２にて、所定時間（ｔ11−ｔ1）
（図５（Ａ）参照）の間だけ時間待ちをする。但し、ｔ
11は、上述のように電流Ｉnegが流れ始めた時期から、
所定期間ｔ1の経過直後に流れ始めた電流Ｉposが指数関
数的に減少し終える時期までの時間を表す。かかる場
合、所定時間（ｔ11−ｔ1）は、次のような根拠に基づ
き定められている。

【００２８】まず、従来と同様に電流Ｉnegが図５
（Ａ）の図示実線により示すごとく指数関数的に変化し
図示破線により示すごとく飽和する時期に印加電圧Ｖpo
sをセンサ本体２０に印加（図５（Ａ）にて図示破線参
照）して正バイアスする場合と、本発明のように所定期
間ｔ1の経過直後に印加電圧Ｖposをセンサ本体２０に印
加（図５（Ａ）にて図示実線参照）して正バイアスする
場合とを比較してみる。但し、従来の場合の電流Ｉneg
の飽和に要する時間を図５（Ａ）にて示すごとくｔ2に
より表すものとする。

【００２９】かかる場合、印加電圧Ｖposの印加による
電流Ｉposが減少し終える値は、センサ本体２０に固有
の物理現象に基づき、従来の場合及び本第１実施例の場
合のいずれも、ほぼ同じである。従って、従来の場合の
電流Ｉposが指数関数的に減少し終える時期までの時間
を図５（Ａ）にて示すごとくｔ22により表せば、本第１
実施例の場合の電流Ｉposの流れ始めの時期（図５
（Ａ）にて図示実線参照）が、従来の場合の電流Ｉpos
の流れはじめの時期（図５（Ａ）にて図示破線参照）に
比べて時間（ｔ2−ｔ1）だけ早く、これに対応して、本
第１実施例の場合の電流Ｉposが減少し終える時期が、
従来の場合の電流Ｉposが減少し終える時期よりも早く
なる。さらに、本第１実施例の場合の電流Ｉposの流れ
始めの時期は、電流Ｉnegの上昇途中の一時期に相当
し、一方、従来の場合の電流Ｉposの流れ始めの時期
は、電流Ｉnegの上昇終了時期に相当する。このように
すると、従来に比較して、負バイアスの期間に排気ガス
側電極層２３付近に蓄積される酸素濃度が小さくなる。
このため、電流Ｉposの立ち上がりピークレベルが低く
なり、さらに、同電流Ｉpos減少時の時定数が小さくな
り、より一層急激に減少する。この二つの効果の程度
は、負バイアス期間の通電電荷量による。つまり、ｔ1
を短くして電荷量を小さくする程、上記二項目は小さく
なりｔ11が一層短くなる。従って、従来の場合の電流Ｉ
negの流れ始めの時期から電流Ｉposの減少終了時期まで
の時間を図５（Ａ）にて示すごとくｔ22により表すと、
（ｔ22−ｔ11）だけ早くなる。そこで、所定時間（ｔ11
−ｔ1）を設定しマイクロコンピュータ７０のＲＯＭに
予め記憶することとした。

【００３０】しかして、ステップ１２２における時間待
ちが終了すると、マイクロコンピュータ７０が、ステッ
プ１２３にて、Ａ−Ｄ変換器６０からの所定時間ｔ11の
経過直後の変換電流Ｉposを入力されて減少終了電流Ｉp
osaとしてセットし、ステップ１２４にて、前記酸素濃
度ー限界電流データ（図５（Ｂ）参照）に基づき減少終
了電流Ｉposa即ち限界電流に応じて酸素濃度即ち空燃比
を判定する。このようにして空燃比が判定されると、マ
イクロコンピュータ７０が、ステップ１２５にて、同空
燃比を考慮してＥＦＩ９０の燃料噴射制御に要する演算
処理をする。このため、ＥＦＩ９０が、同演算処理に基
づき内燃機関１０への燃料噴射制御を行う。

【００３１】以上説明したように、センサ本体２０の温
度判定を行うにあたっては、センサ本体２０を印加電圧
Ｖnegにより負バイアスした後同センサ本体２０に流れ
る電流Ｉnegが上昇し終える前の一時期（所定時間ｔ1の
経過時）に、この時期の電流Ｉnegaでもって飽和電流Ｉ
negsを推測し、これによってセンサ本体２０の温度判定
を行うようにしたので、その後の空燃比の判定可能時期
を逸早く実現できる。かかる場合、ステップ１１０にて
センサ本体２０の温度情報の変化があったと判別したと
きにのみセンサ本体２０の温度判定を行うようにしたの
で、従来のように定期的に温度判定するのに比べて、空
燃比の判定可能な時期を早く実現でき得る。

【００３２】また、上述のようにステップ１１０にてセ
ンサ本体２０の温度情報の変化があったと判別したとき
にのみ、センサ本体２０の温度判定を行うようにしたの
で、温度情報の変化時期と温度判定時期とが実質的に一
致することとなる。このため、センサ本体２０の温度が
不適正に低下する前に、逸早く、加熱制御回路８０によ
りヒータ２６を加熱制御するようにしたので、センサ本
体２０の温度を温度Ｔ1（図３（Ｂ）参照）に即座に復
帰させ得る。従って、従来のように定期的な温度判定を
行った場合に生じがちなセンサ本体２０の不適正な温度
低下を未然に防止しつつヒータ２６の加熱制御時間をよ
り一層短くすることができ、その結果、その後の空燃比
の判定時期を逸早く実現できる。

【００３３】また、所定時間ｔ1の経過直後にセンサ本
体２０を印加電圧Ｖposにより正バイアスし、この正バ
イアスによりセンサ本体２０に流れる電流Ｉposが減少
し終える時期、即ち、所定時間（ｔ11−ｔ1）の経過時
に、この時期の電流Ｉposaでもって空燃比を判定するよ
うにしたので、従来に比べて空燃比を逸早く判定でき
る。かかる場合、上述のごとく、本第１実施例の場合の
電流Ｉposの立ち上がりピークレベルは、従来の場合の
電流Ｉposの立ち上がりピークレベルに比べて比較的低
く維持され、かつ、本発明の場合の電流Ｉposは、従来
の場合の電流Ｉposに比べて急激に減少して行くので、
空燃比の判定をより一層早く行い得る。また、電流Ｉpo
sが減少し終える値Ｉposaを、Ｉposの減少途中で推定し
て空燃比変化をより早く知るようにしてもよい。

【００３４】なお、前記第１実施例においては、所定時
間ｔ1の経過直後に印加電圧Ｖposによりセンサ本体２０
を正バイアスするようにしたが、これに限らず、所定時
間ｔ1の経過後所定時間ｔ11の経過前に、印加電圧Ｖpos
によりセンサ本体２０を正バイアスするようにして実施
してもよい。

【００３５】変型例１次に、上述の第１実施例の第１変型例について述べる。
上述の第１実施例においては、電流Ｉnegの飽和電流Ｉn
egsを推測するに際して、電流Ｉnegの増加過程中の一時
期の値Ｉnegaを１回だけ測定してＩnegaを検出していた
が、この第１変型例は、電流Ｉnegの増加過程中の一時
期の値Ｉnegaを３回測定して当該電流Ｉnegの飽和電流
Ｉnegsを推測するようにしたことにあり、このようにす
ることにより、より正確に飽和電流Ｉnegsが推測できる
ようになる。

【００３６】図６は図４と同様に、センサ本体２０に印
加する電圧Ｖと、そのときセンサ２０に流れる電流Ｉを
示した図である。図６において、印加電圧ＶをＶposか
らＶnegに切り換えたときに流れる電流Ｉnegは、ピーク
電流値Ｉ₀、飽和電流値（収束電流値）Ｉnegsおよび時
定数Ｔとする、次の数１に示すように指数関数的に変化
する。

【００３７】

【数１】Ｉneg＝Ｉnegs＋（Ｉ₀−Ｉnegs）ｅ^-t/T ここで、ピーク電流値Ｉ₀、飽和電流値（収束電流値）
Ｉnegsおよび時定数Ｔがそれぞれ未知数である場合は、
Ｉnegsを求めるためには、Ｉneg曲線上の３点の検出電
流値、Ｉnega1、Ｉnega2およびＩnega3を検出する必要
がある。そして、この検出した３点の検出電流値、Ｉne
ga1、Ｉnega2およびＩnega3より次の数２の連立方程式
に基づき、その解、即ち、Ｉnegsを求める。

【００３８】

【数２】Ｉnega1＝Ｉnegs＋（Ｉ₀−Ｉnegs）ｅ^-t1a/T Ｉnega2＝Ｉnegs＋（Ｉ₀−Ｉnegs）ｅ^-t1b/T Ｉnega3＝Ｉnegs＋（Ｉ₀−Ｉnegs）ｅ^-t1c/T ここで、Ｉnega1、Ｉnega2およびＩnega3はそれぞれ印
加電圧ＶをＶposからＶnegに切り換えてからｔ1a、ｔ1b
およびｔ1c時間後の電流値Ｉnegの値である。

【００３９】例えば、計算を簡単にするために、ｔ1a＝
０、ｔ1b＝ｔ1c−ｔ1bとすると、これらの値を数２に代
入してＩnegsを求めると、Ｉnegsは次の数３のように求
められる。

【００４０】

【数３】Ｉnegs＝（Ｉnega2²−Ｉnega3・Ｉnega1）／
（２Ｉnega2−Ｉnega3−Ｉnega1）次いで、この第１変型例の動作について、図７のフロー
チャートに基づいて説明する。この第１変型例におい
て、前述の第１実施例と相違するところは、図４のステ
ップ１１３〜ステップ１１５までのステップを図７のス
テップ１１３ａ〜ステップ１１５に代えたことである。
したがって、ステップ１００〜ステップ１１２までのス
テップの説明は前述の第１実施例と同様であるので、そ
の説明は省略する。

【００４１】ステップ１１２での演算処理後、マイクロ
コンピュータ７０が、ステップ１１３ａにて、所定時間
ｔ1aの間、時間待ちする。ステップ１１３ａにおける時
間待ちが終了すると、マイクロコンピュータ７０が、ス
テップ１１４ａにて、電流値を検出し、Ａ−Ｄ変換器６
０からの変換電流Ｉnegを電流Ｉnega1と設定する。その
後、マイクロコンピュータ７０が、ステップ１１３ｂに
て、所定時間ｔ1bの間、時間待ちする。ステップ１１３
ｂにおける時間待ちが終了すると、マイクロコンピュー
タ７０が、ステップ１１４ｂにて、電流値を検出し、Ａ
−Ｄ変換器６０からの変換電流Ｉnegを電流Ｉnega2と設
定する。次いで、マイクロコンピュータ７０が、ステッ
プ１１３ｃにて、所定時間ｔ1cの間、時間待ちする。

【００４２】ステップ１１３ｃにおける時間待ちが終了
すると、マイクロコンピュータ７０が、ステップ１１４
ｃにて、電流値を検出し、Ａ−Ｄ変換器６０からの変換
電流Ｉnegを電流Ｉnega3と設定する。その後、ステップ
１１５にて、数２の連立方程式に基づいて飽和電流Ｉne
gsを演算する。かかる場合、上記数２の連立方程式は、
センサ本体２０の負バイアス時期を初期条件として構成
されて、マイクロコンピュータ７０のＲＯＭに予め記憶
されている。然る後、マイクロコンピュータ７０が、ス
テップ１１６にて、ステップ１１５にて求めた飽和電流
Ｉnegsに応じて飽和電流ー温度特性データに基づきセン
サ本体２０の温度を判定する。以後のステップ１１７〜
ステップ３００までのステップは前述の第１実施例と同
様であるので、その説明は省略する。

【００４３】以上説明したように、この第１変型例にお
いては、電流Ｉnegの増加過程中の一時期の値Ｉnegaを
３回測定して当該電流Ｉnegの飽和電流Ｉnegsを推測す
るようにしたことにあり、このようにすることにより、
より正確に飽和電流Ｉnegsが推測できるようになる。

【００４４】変形例２次に、前述の第１実施例の第２変形例について説明す
る。前述の第１実施例においては、酸素センサＳが活性
状態にあり安定しているものと仮定しての説明であった
が、エンジン始動直後においては、酸素センサＳは未だ
不活性な状態にあり不安定な状態にある。この第２変形
例においては、エンジン始動後、酸素センサＳが活性状
態になり不安定な状態が解消されるまでの処理に関する
ものである。したがって、酸素センサＳが活性状態にな
り安定な状態になってからは、前述の第１実施例と同様
な動作を行なう。図８は第２変形例の動作を説明するフ
ローチャートであり、このフローチャートに従って第２
に変形例を説明する。

【００４５】図８において、ステップ２００において、
このフローチャートの処理を開始する。エンジン始動時
の酸素センサＳは、センサ本体２０に設けられたヒータ
２６を急激に加熱して活性状態にされるため、温度変化
が大きい。そのため、温度検出タイミングは速い周期で
実施する必要があり、ステップ２０２においてエンジン
始動後所定時間ｔ1（例えば３０ｓｅｃ）以上経過した
か否かを判定する。ここで、所定時間ｔ1（例えば３０
ｓｅｃ）を設定する理由は、ヒータ２６の特性により昇
温特性が変化するため、その昇温特性に見合った所定時
間を決定する必要がある。ステップ２０２で「ＮＯ」と
判定された場合は、ステップ２４０に進み、温度検出の
タイミングを判定する。この温度検出のタイミングは、
予め実験により図９のように求められた温度検出周期に
より判定される。

【００４６】このステップ２４０で「ＮＯ」と判定され
た場合は、前述の第１実施例の図４のステップ１１１に
進み、センサ本体２０に対し正の印加電圧Ｖposを印加
するに要する正バイアス指令をバイアス制御回路４０の
切り換えスイッチ回路４３に出力する。以後のステップ
１２３〜ステップ３００までのステップは前述の第１実
施例と同様であるので、その説明は省略する。ステップ
２４０において「ＹＥＳ」と判定された場合は、前述の
第１実施例の図４のステップ１１２に進み、センサ本体
２０に対し負の印加電圧Ｖnegを印加するに要する負バ
イアス指令をバイアス制御回路４０の切り換えスイッチ
回路４３に出力する。以後のステップ１１３〜ステップ
３００までのステップは前述の第１実施例と同様である
ので、その説明は省略する。

【００４７】さて、ステップ２０２において「ＹＥＳ」
と判定された場合は、ステップ２０４に進み、温度検出
を実施していない時間が所定時間ｔ2（例えば５ｓｅ
ｃ）以上経過したか否かを判定する。ここで、所定時間
ｔ2（例えば５ｓｅｃ）を設定する理由は、酸素センサ
Ｓの登載位置、ヒータ能力、運転条件等の諸条件によ
り、酸素センサＳの温度変化の度合いが異なり、所定時
間ｔ2（例えば５ｓｅｃ）以内であれば酸素センサＳの
温度は変化しないためである。ステップ２０４で「ＹＥ
Ｓ」と判定された場合は、前述の第１実施例の図４のス
テップ１１２に進み、センサ本体２０に対し負の印加電
圧Ｖnegを印加するに要する負バイアス指令をバイアス
制御回路４０の切り換えスイッチ回路４３に出力する。
以後のステップ１１３〜ステップ３００までのステップ
は前述の第１実施例と同様であるので、その説明は省略
する。

【００４８】ステップ２０４で「ＮＯ」と判定された場
合は、ステップ２０６に進み、温度検出が実施されてか
ら所定時間ｔ3（例えば７０ｍｓ）以上経過したか否か
を判定する。ここで、所定時間ｔ3（例えば７０ｍｓ）
を設定する理由は、空燃比を４、５回検出するに必要な
時間であり、温度検出を連続して実施して、空燃比がず
れてしまうのを防止するためである。ステップ２０６で
「ＮＯ」と判定された場合は、前述の第１実施例の図４
のステップ１１１に進み、センサ本体２０に対し正の印
加電圧Ｖposを印加するに要する正バイアス指令をバイ
アス制御回路４０の切り換えスイッチ回路４３に出力す
る。以後のステップ１２３〜ステップ３００までのステ
ップは前述の第１実施例と同様であるので、その説明は
省略する。ステップ２０６で「ＹＥＳ」と判定された場
合は、次のステップ２０８に進む。

【００４９】ステップ２０８においては、エンジンがフ
ューエルカット中であるか否かを判定する。ステップ２
０８において「ＹＥＳ」と判定された場合は、空燃比を
検出するがないため、ステップ２１４に進む。ステップ
２０８で「ＮＯ」と判定された場合は、次のステップ２
１０に進む。ステップ２１０においては、吸気管圧力も
しくは吸入空気量の変化量が所定値以上であるか否かを
判定する。ここにおいて、吸気管圧力もしくは吸入空気
量の変化量が所定値以上であるか否かということは、エ
ンジンが過渡的な状態にあるか否かを判断することを意
味する。したがって、エンジンの過渡的な状態が判断で
きるパラメータであれば、吸気管圧力もしくは吸入空気
量に限ることなく、例えばスロットル開度、車速、エン
ジン回転数等を用いても良い。

【００５０】ステップ２１０において「ＹＥＳ」と判定
され、エンジンが過渡的な状態にある場合は、前述の第
１実施例の図４のステップ１１１に進み、センサ本体２
０に対し正の印加電圧Ｖposを印加するに要する正バイ
アス指令をバイアス制御回路４０の切り換えスイッチ回
路４３に出力する。ステップ２１０で「ＮＯ」と判定さ
れた場合は、次のステップ２１２に進む。このステップ
２１２においては、空燃比の変化量が所定値以上である
か否かを判定する。ステップ２１２において「ＹＥＳ」
と判定された場合は、酸素センサの温度が変化した可能
性があるとして、ステップ２１４に進み、温度判定のた
めの負バイアス指令をする。ステップ２１２で「ＮＯ」
と判定された場合は、前述の第１実施例の図４のステッ
プ１１１に進み、センサ本体２０に対し正の印加電圧Ｖ
posを印加するに要する正バイアス指令をバイアス制御
回路４０の切り換えスイッチ回路４３に出力する。以後
のステップ１２３〜ステップ３００までのステップは前
述の第１実施例と同様であるので、その説明は省略す
る。

【００５１】ステップ２１４での演算処理後、次のステ
ップ２１６に進み、負バイアス指令から所定時間ｔ4
（例えば３０ｍｓ）経過したか否かを判定する。この所
定時間ｔ4（例えば３０ｍｓ）は前述の第１実施例にお
ける所定時間ｔ1と同じ時間である。このステップ２１
６で「ＹＥＳ」と判定された場合は、前述の第１実施例
の図４のステップ１１４に進み、Ａ−Ｄ変換器６０から
の変換電流Ｉnegを電流Ｉnegaと設定する。以後のステ
ップ１１５〜ステップ３００までのステップは前述の第
１実施例と同様であるので、その説明は省略する。ステ
ップ２１６で「ＮＯ」と判定された場合は、ステップ２
３０に進み、このステップ２３０において、前述のよう
に吸気管圧力もしくは吸入空気量の変化量が所定値以上
であるか否か、すなわち、エンジンが過渡的な状態にあ
るか否かを判断する。

【００５２】ステップ２３０で「ＮＯ」と判定された場
合は、ステップ２１６に戻り、この処理を繰り返す。ス
テップ２３０で「ＹＥＳ」と判定された場合は次のステ
ップ２３２に進み、このステップ２３２において負バイ
アス指令を中止する。その後、前述の第１実施例の図４
のステップ１１１に進み、正バイアス指令を出す。以後
のステップ１２３〜ステップ３００までのステップは前
述の第１実施例と同様であるので、その説明は省略す
る。以上に説明したように、この第２変形例において
は、エンジン始動後、酸素センサＳが活性状態になり不
安定な状態が解消されてから温度検出がなされるので、
より正確に飽和電流Ｉnegsが推測できるようになる。

【００５３】実施例２次に、本発明の第２実施例について図１０及び図１１を
参照して説明すると、この酸素濃度判定装置は、図１０
にて示すごとく、電圧形成回路４０を備えており、この
電圧形成回路４０は、連動切り換えスイッチ回路４０ａ
と、演算増幅器４０ｂと、演算増幅器４０ｃとによって
構成されている。連動切り換えスイッチ回路４０ａは、
互いに連動して切り換わる電子式双投型切り換えスイッ
チ４１、４２からなるもので、切り換えスイッチ４１の
切り換え接点４１ａ及び切り換えスイッチ４２の切り換
え接点４２ａには、センサ本体２０の大気側電極層２４
及び排気ガス側電極層２３がそれぞれ接続されている。
また、連動切り換えスイッチ回路４０ａは、後述するマ
イクロコンピュータ７０による制御のもとに、切り換え
スイッチ４１の切り換え接点４１ａを固定接点４１ｂに
投入すると同時に切り換えスイッチ４２の切り換え接点
４２ａを固定接点４２ｂに投入し、一方、切り換えスイ
ッチ４１の切り換え接点４１ａを固定接点４１ｃに投入
すると同時に切り換えスイッチ４２の切り換え接点４２
ａを固定接点４２ｃに投入するようになっている。以
下、切り換えスイッチ４１の切り換え接点４１ａを固定
接点４１ｂに投入すると同時に切り換えスイッチ４２の
切り換え接点４２ａを固定接点４２ｂに投入した状態を
連動切り換えスイッチ回路４０ａの左側投入状態とい
い、一方、切り換えスイッチ４１の切り換え接点４１ａ
を固定接点４１ｃに投入すると同時に切り換えスイッチ
４２の切り換え接点４２ａを固定接点４２ｃに投入した
状態を連動切り換えスイッチ回路４０ａの右側投入状態
という。

【００５４】演算増幅器４０ｂは、その非反転入力端子
４３ａにて、切り換えスイッチ４２の固定接点４２ｃ及
び後述する抵抗値制御回路８０の出力端子に接続されて
おり、この演算増幅器４０ｂは、抵抗値制御回路８０の
出力端子に生ずる制御電圧Ｖｒをそのまま出力端子４３
ｂに出力する。但し、この演算増幅器４０ｂのゲインは
「１」である。非反転入力端子４３ａには電流が流れな
いからセンサ本体２０と抵抗値制御回路８０には同じ電
流が流れる。また、演算増幅器４０ｃは、その非反転側
入力端子４４ａにて演算増幅器４０ｂの出力端子４３ｂ
に接続されており、この演算増幅器４０ｃの出力端子４
４ｂは切り換えスイッチ４１の固定接点４１ｃに接続さ
れている。但し、この演算増幅器４０ｃのゲインは
「２」となっている。しかして、演算増幅器４０ｃは演
算増幅器４０ｂの出力制御電圧Ｖｒを２倍の印加電圧２
Ｖｒに増幅し切り換えスイッチ４１の固定接点４１ｃに
印加する。これにより、センサ本体２０に対し連動切り
換えスイッチ回路４０ａを介して制御電圧Ｖｒの印加が
可能となる。このことは、センサ本体２０への印加電圧
と抵抗値制御回路８０の出力制御電圧とが共にＶｒにな
ることを意味する。

【００５５】電流検出回路５０は、その一側電流端子に
て切り換えスイッチ４１の固定接点４１ｂに接続されて
おり、この電流検出回路５０の他側電流端子は直流電源
６０を介して切り換えスイッチ４２の固定接点４２ｂに
接続されている。また、直流電源６０は、連動切り換え
スイッチ回路４０ａ、電流検出回路５０及びセンサ本体
２０の固体電解質層２２を通して図１０にて図示極性の
方向（センサ本体２０を負バイアスする方向に相当す
る）に電流を流すように負の印加電圧Ｖneg を出力す
る。しかして、電流検出回路５０は、印加電圧Ｖneg に
基づきセンサ本体２０を流れる電流（以下、電流Ｉneg
という）を検出する。

【００５６】マイクロコンピュータ７０は、コンピュー
タプログラムを、図１１にて示すフローチャートに従い
電圧形成回路４０及び電流検出回路５０との協働により
実行し、この実行中において、抵抗値制御回路８０及び
燃料噴射制御装置９０（以下、ＥＦＩ９０という）を駆
動制御するに必要な演算処理を行う。但し、上述のコン
ピュータプログラムはマイクロコンピュータ７０のＲＯ
Ｍに予め記憶されている。

【００５７】抵抗値制御回路８０は、抵抗選択回路８０
ａと、直流電源８０ｂと、抵抗値制御部８０ｃとによっ
て構成されており、抵抗選択回路８０ａは、互いに直列
接続した一連の抵抗ｒ1、ｒ2、・・・、ｒnと、これら
各抵抗ｒ1、ｒ2、・・・、ｒnにそれぞれ並列接続した
各常開型電子スイッチｓ1、ｓ2、・・・、ｓn とによっ
て構成されている。抵抗ｒ1 は、その一端にて、残りの
各抵抗ｒ2、・・・、ｒnを通して直流電源８０ｂの正側
電極に接続されており、この抵抗ｒ1 の他端、即ち抵抗
値制御回路８０の出力端子は、切り換えスイッチ４２の
固定接点４２ｃに接続されている。各電子スイッチｓ
1、ｓ2、・・・、ｓn は、抵抗値制御部８０ｃによる制
御のもとに、それぞれ選択的に閉じて各抵抗ｒ1、ｒ2、
・・・、ｒnを短絡する。

【００５８】直流電源８０ｂは直流電圧Ｖｅを出力する
もので、この直流電圧Ｖｅは、両特性グラフＬ1及びＬ2
の図１２にて原点Ｏを通る各傾斜状直線部分を電圧軸Ｖ
の正方向へ直流電圧Ｖｅだけ平行移動して各傾斜直線Ｑ
1、Ｑ2とする役割を果たす。つまり、センサ本体２０へ
の印加電圧と抵抗選択回路８０ａの出力制御電圧が上述
のように共にＶｒと等しくなり、また、それぞれ流れる
電流も等しくなることから、電流と電圧の動作点は、温
度Ｔ1 では傾斜直線Ｑ1上にあり、温度Ｔ2では傾斜直線
Ｑ2上にあることになる。このとき、各傾斜直線Ｑ1、Ｑ
2 の電圧軸に対する切片と勾配はＶｅ及び（１／Ｒin）
である。また、演算増幅器４０ｂの入力抵抗は非常に大
きいため、連動スイッチ切り換え回路４０ａが右側投入
状態にあるとき、演算増幅器４０ｃからの直流電流はセ
ンサ本体２０、抵抗選択回路８０ａ及び直流電源８０ｂ
を通り流れるので、抵抗値制御回路８０ａの出力端子に
生ずる制御電圧Ｖｒは、直流電圧Ｖｅ及び抵抗選択回路
８０ａの選択的な合成抵抗値ｒによって定まる。抵抗値
制御部８０ｃは、マイクロコンピュータ７０による制御
のもとに抵抗選択回路８０ａの合成抵抗値ｒを選択すべ
く各電子スイッチｓ1、ｓ2、・・・、ｓn を制御する。
なお、ＥＦＩ９０は、マイクロコンピュータ７０による
制御のもとに、内燃機関１０の排気ガス量、回転数、吸
入空気流量、吸気管内圧力や冷却水温等の内燃機関情報
に応じて燃料噴射制御を行う。

【００５９】このように構成した本第２実施例におい
て、内燃機関１０の作動のもとにマイクロコンピュータ
７０が、図１１のフローチャートに従いコンピュータプ
ログラムをステップ１００にて実行開始した後、同コン
ピュータプログラムの実行を繰り返し行っているものと
する。また、現段階においては、酸素センサＳがヒータ
２６の加熱状態にあるものとする。そして、ＥＦＩ９０
からの内燃機関１０の排気ガス量、回転数、吸入空気流
量、吸気管内圧力や冷却水温等の内燃機関情報が急変し
ていなければ、センサ本体２０の温度情報は不要である
との判断のもとに、ステップ１１０にて「ＮＯ」との判
別が繰り返されている。

【００６０】そして、このような状態においては、マイ
クロコンピュータ７０がコンピュータプログラムを図１
１のステップ１１１及びステップ１２０以後に進める。
かかる場合、マイクロコンピュータ７０が、ステップ１
１１にて、電流軸Ｉに対する傾斜直線Ｑ1 の勾配を表す
センサ本体２０の現実の内部抵抗Ｒinにほぼ等しくなる
ように抵抗選択回路８０ａの合成抵抗値ｒを決定選択す
る指令を抵抗値制御部８０ｃに出力する。このため、抵
抗値制御部８０ｃが、抵抗選択回路８０ａの合成抵抗値
ｒをセンサ本体２０の現実の内部抵抗Ｒinにほぼ等しく
するように、抵抗選択回路８０ａの各電子スイッチｓ
1、ｓ2、・・・、ｓn を開閉制御する。従って、抵抗選
択回路８０ａがその合成抵抗値ｒを現実の内部抵抗Ｒin
にほぼ等しくするように選択する。

【００６１】ついで、マイクロコンピュータ７０が、ス
テップ１２０にて、連動切り換えスイッチ回路４０ａを
右側投入状態に切り換えるに必要な指令を同連動切り換
えスイッチ回路４０ａに出力する。このため、当該連動
切り換えスイッチ回路４０ａが右側投入状態に切り換わ
る。しかして、演算増幅器４０ｃからの直流電流が、切
り換えスイッチ４１、センサ本体２０、切り換えスイッ
チ４２、抵抗選択回路８０ａ及び直流電源８０ｂを通り
流れると、抵抗選択回路８０ａがその出力端子にて制御
電圧Ｖｒを発生し、演算増幅器４０ｂが同制御電圧Ｖｒ
を出力し、演算増幅器４０ｃが印加電圧２Ｖｒを出力す
る。このため、センサ本体２０には印加電圧２Ｖｒの半
分が印加される。

【００６２】また、上述のように演算増幅器４０ｂが制
御電圧Ｖｒを出力すると、マイクロコンピュータ７０
が、ステップ１３０にて同制御電圧Ｖｒを入力され、ス
テップ１４０にて、次の数４の関係式に基づきステップ
１１１での合成抵抗値ｒ及びステップ１３０での制御電
圧Ｖｒに応じて限界電流Ｉposaを演算する。

【００６３】

【数４】Ｉposa＝（Ｖｒ−Ｖｅ）／ｒ但し、この関係式はマイクロコンピュータ７０のＲＯＭ
に予め記憶されている。ついで、マイクロコンピュータ
７０が、ステップ１５０にて、図５（Ｂ）にて示す酸素
濃度ー限界電流データに基づき限界電流Ｉposaに応じて
酸素濃度即ち空燃比を判定する。かかる場合、図５
（Ｂ）の酸素濃度ー限界電流データは、排気ガス中の酸
素濃度即ち空燃比とセンサ本体２０の限界電流との直線
的関係を特定するデータとしてマイクロコンピュータ７
０のＲＯＭに予め記憶されている。このようにして空燃
比が判定されると、マイクロコンピュータ７０が、ステ
ップ１６０にて、同空燃比を考慮してＥＦＩ９０の燃料
噴射制御に要する演算処理をする。このため、ＥＦＩ９
０が、同演算処理に基づき内燃機関１０への燃料噴射制
御を行う。

【００６４】このような状態において、ＥＦＩ９０から
の内燃機関１０の排気ガス量、回転数、吸入空気流量、
吸気管内圧力や冷却水温等の内燃機関情報が急変する
と、温度情報が変化したとの判断のもとに、マイクロコ
ンピュータ７０が、ステップ１１０にて「ＹＥＳ」と判
別し、ステップ１１２にて、連動切り換えスイッチ回路
４０ａを左側投入状態に切り換えるに必要な指令を同連
動切り換えスイッチ回路４０ａに出力する。このため、
当該連動切り換えスイッチ回路４０ａが左側投入状態に
切り換わる。すると、直流電源６０からの電流Ｉneg が
切り換えスイッチ４２、センサ本体２０及び切り換えス
イッチ４１を通り電流検出回路５０に流入する。上述の
ようなステップ１１２での演算処理後、マイクロコンピ
ュータ７０が、ステップ１１３ａにて、所定時間ｔ1 の
間、時間待ちする。かかる場合、所定時間ｔ1は、次の
ように定められている。電流Ｉnegが、センサ本体２０
への負バイアス時以後、図５（Ａ）の実線及び破線によ
り示すごとく、指数関数的に増大する。従って、従来の
ように、この電流Ｉnegが飽和するまで待って電流Ｉneg
を検出した場合には、その後の空燃比の決定時期も遅延
することとなる。このため、電流Ｉnegの飽和を待つこ
となく同電流Ｉnegの増加過程中の一時期の値Ｉnegaを
活用し、同一時期において、当該電流Ｉnegの飽和電流
Ｉnegs を推測するようにした。これにより、空燃比の
判定時期が早くなることが分かる。そこで、センサ本体
２０への負バイアス後電流Ｉneg の変化傾向が比較的に
高く維持されている時期での適正な時間を所定時間ｔ1
と選定しマイクロコンピュータ７０のＲＯＭに予め記憶
することとした。

【００６５】しかして、ステップ１１３ａにおける時間
待ちが終了すると、マイクロコンピュータ７０が、ステ
ップ１１３ｂにて、電流検出回路５０からの検出電流Ｉ
negを電流Ｉnegaと設定し、ステップ１１３ｃにて、同
電流Ｉnegaに応じて、電流Ｉnegと印加電圧Ｖnegとの関
係を表す過渡現象方程式に基づき飽和電流Ｉnegsを推測
する。かかる場合、上記過渡現象方程式は、センサ本体
２０の負バイアス時期を初期条件として構成されて、マ
イクロコンピュータ７０のＲＯＭに予め記憶されてい
る。然る後、マイクロコンピュータ７０が、ステップ１
１４にて、推測飽和電流Ｉnegsに応じて電流ー温度特性
データに基づきセンサ本体２０の温度を判定する。

【００６６】ついで、マイクロコンピュータ７０が、ス
テップ１１５にて、抵抗選択回路８０ａで選択すべき合
成抵抗値ｒと温度Ｔとの関係を表す抵抗ー温度特性デー
タに基づきステップ１１４での判定温度Ｔに応じて合成
抵抗値ｒを決定し、同決定合成抵抗値ｒを選択する指令
を抵抗値制御部８０ｃに出力する。このため、抵抗値制
御部８０ｃが、抵抗選択回路８０ａの合成抵抗値を決定
合成抵抗値ｒとするように、抵抗選択回路８０ａの各電
子スイッチｓ1、ｓ2、・・・、ｓn を開閉制御する。従
って、抵抗選択回路８０ａがその合成抵抗値を決定合成
抵抗値ｒとするように選択する。但し、抵抗ー温度特性
データは、合成抵抗値ｒとセンサ本体２０の温度Ｔとの
間の関係を反比例的に特定するデータであって、この抵
抗ー温度特性データは、電流ー温度特性データと共にマ
イクロコンピュータ７０のＲＯＭに予め記憶されてい
る。

【００６７】このようにしてステップ１１５での演算処
理が終了すると、マイクロコンピュータ７が、ステップ
１２０にて、連動切り換えスイッチ回路４０ａを右側投
入状態に切り換えるに必要な指令を同連動切り換えスイ
ッチ回路４０ａに出力し、当該連動切り換えスイッチ回
路４０ａを右側投入状態に切り換える。しかして、演算
増幅器４０ｃからの直流電流が、切り換えスイッチ４
１、センサ本体２０、切り換えスイッチ４２、抵抗選択
回路８０ａ及び直流電源８０ｂを通り流れると、抵抗選
択回路８０ａがその出力端子にて制御電圧Ｖｒを発生
し、演算増幅器４０ｂが同制御電圧Ｖｒを出力し、演算
増幅器４０ｃが印加電圧２Ｖｒを出力する。このため、
センサ本体２０には印加電圧２Ｖｒの半分が印加され
る。

【００６８】また、上述のように演算増幅器４０ｂが制
御電圧Ｖｒを出力すると、マイクロコンピュータ７０
が、ステップ１３０にて同制御電圧Ｖｒを入力し、ステ
ップ１４０にて、数４の関係式に基づきステップ１１１
での合成抵抗値ｒ及びステップ１３０での制御電圧Ｖｒ
に応じて限界電流Ｉposaを演算する。ついで、マイクロ
コンピュータ７０が、ステップ１５０にて、の酸素濃度
ー限界電流データに基づき限界電流Ｉposaに応じて酸素
濃度即ち空燃比を判定し、ステップ１６０にて、同空燃
比を考慮してＥＦＩ９０の燃料噴射制御に要する演算処
理をする。このため、ＥＦＩ９０が、同演算処理に基づ
き内燃機関１０への燃料噴射制御を行う。

【００６９】以上説明したように、センサ本体２０の電
流ー電圧特性の原点Ｏを通る傾斜状直線部の傾きが同セ
ンサ本体２０の現実の内部抵抗Ｒinの変動に伴い変化し
ても限界電流がほぼ不変であることに着目して、現実の
温度での電流ー電圧特性で特定されるセンサ本体２０の
現実の内部抵抗Ｒinにほぼ等しくするように合成抵抗値
ｒをステップ１１１或いは各ステップ１１２〜１１５で
の演算処理のもとに抵抗値制御回路８０により作り出
し、この合成抵抗値ｒとの関連にて各ステップ１２０〜
１４０での演算処理のもとに限界電流Ｉposaを求めるよ
うにした。このため、センサ本体２０の温度が低下して
も、その加熱制御を待つまでもなく、現実の温度での電
流ー電圧特性で特定されるセンサ本体２０の限界電流の
算出でもって、逸早く、空燃比の判定可能な時期を実現
できる。かかる場合、ステップ１１０にてセンサ本体２
０の温度情報の変化があったと判別したときにのみセン
サ本体２０の温度判定を行うようにしたので、従来のよ
うに定期的に温度判定するのに比べて、空燃比の判定可
能な時期を多くし得る。

【００７０】また、センサ本体２０の温度判定を行うに
あたっては、センサ本体２０を印加電圧Ｖneg により負
バイアスした後、同センサ本体２０に流れる電流Ｉneg
が上昇し終える前の一時期（所定時間ｔ1の経過時）
に、この時期の電流Ｉnegaでもって飽和電流Ｉnegsを推
測し、これによってセンサ本体２０の温度判定を行うよ
うにしたので、第１実施例と同様に、その後の空燃比の
判定可能時期を逸早く実現できる。

【００７１】実施例３次に、本発明の第３実施例について図１３〜図２０を参
照して説明すると、この第３実施例においては、空燃比
を検出するときに、酸素センサに印加する電圧を酸素セ
ンサの温度変化に関しては酸素センサの温度に応じて連
続的に変化させるのではなく、ある範囲の温度において
一つの印加電圧を決定するようにして、温度が変化して
も空燃比が検出できるようにするものである。図１３
は、この第３実施例のブロック図であり、酸素センサ２
０に電圧印加部４０から電圧を印加し、その時流れる電
流を電流検出部５０で検出する。制御装置（マイクロコ
ンピータ）７０では電流検出部５０で検出した電流値と
他の検出手段により検出した酸素センサ２０の内部抵抗
値から適当な印加電圧を電圧印加部４０に指令する。

【００７２】このように構成した本第３実施例におい
て、制御装置を構成するマイクロコンピュータ７０が図
１４のフローチャートに従いコンピュータプログラムを
ステップ３００にて実行開始した後、同コンピュータプ
ログラムの実行を１０ｍｓ毎に繰り返して行っているも
のとする。まず、ステップ３００にて動作をスタートし
た後、ステップ３０２にて前回の酸素センサ２０の内部
抵抗Ｒin検出から所定時間Ｔ1（例えば３０ｍｓ）以上
たっているかどうかを判定し、所定時間Ｔ1未満だと
「ＮＯ」と判定し、そのまま制御装置の動作を終了させ
る。所定時間Ｔ1以上たっているか、あるいは制御装置
の始動直後では「ＹＥＳ」と判定される。

【００７３】ステップ３０２にて「ＹＥＳ」と判定され
ると、次のステップ３０４に進み、このステップ３０４
にて、排気ガス量、回転数、吸入空気流量、吸気管内圧
力や冷却水温等の内燃機関情報から酸素センサ２０の内
部抵抗Ｒinを検出する必要があるかどうかを判定し、こ
の酸素センサ２０の内部抵抗Ｒinを検出する必要がある
なら「ＹＥＳ」と判定し、次のステップ３２０に進む。
一方、この酸素センサ２０の内部抵抗Ｒinを検出する必
要がないなら「ＮＯ」と判定し、次のステップ３０６に
進む。

【００７４】以上の動作をタイミングチャートに示した
のが図１５である。図１５において、マイクロコンピュ
ータ７０の内部クロックに同期した空燃比を検出する間
隔１０ｍｓと、内部抵抗Ｒinの検出を始めてから次の空
燃比を検出するまでの時間３０ｍｓは以下のように定め
る。即ち、酸素センサ２０に印加する電圧（指令印加電
圧）を、酸素センサ２０内に流れる電流値に応じて図１
５のように変化させる。ここで、指令印加電圧を変化さ
せると酸素センサ２０内に流れる電流は一旦は立ち上が
り、図１５のＡ、Ｂ部に示されるように、指数関数的に
収束するという特性を示すため、空燃比に応じた限界電
流値を精度良く検出するためには、電圧を変化させた時
から次の空燃比を検出するまで、ある程度の時間をおく
必要がある。電流が収束する時間は、主に電圧の変化量
に依存するため、内部抵抗Ｒinの検出を行った後、約２
５ｍｓ（図１５のＡ部）、空燃比を検出した後、約１０
ｍｓ（図１５のＢ部）となる。したがって、次の内部抵
抗Ｒinおよび空燃比の検出をそれぞれ３０ｍｓ後、１０
ｍｓ後とすれば正確な空燃比の検出ができる。

【００７５】以下に、内部抵抗Ｒinおよび空燃比が変化
したときの指令印加電圧Ｖの変化法と、内部抵抗Ｒinお
よび空燃比の検出法について述べる。図１４のフローチ
ャートにおいて、ステップ３０４にて「ＮＯ」と判定さ
れたならステップ３０６に進み、酸素センサ２０の限界
電流値Ｉposaを図１３の電流検出部５０にて検出する。
このステップ３０６にて酸素センサ２０の限界電流値Ｉ
posaを検出した後、ステップ３０８に進む。ステップ３
０８にて、図１６の限界電流値Ｉposaを空燃比に変換す
るグラフに基づいて、ステップ３０６にて検出した限界
電流値Ｉposaから空燃比を求め、その値を次のステップ
３１０にて出力する。次に、ステップ３１２に進み、こ
のステップ３１２において、次の数５の関係式に基づい
て、ステップ３０６にて検出した限界電流値Ｉposaに応
じて指令印加電圧Ｖposを演算する。

【００７６】

【数５】Ｖpos＝ｒＩposa＋Ｖｅ次に、ステップ３１４に進み、このステップ３１４にお
いて、ステップ３１２において求めた指令印加電圧Ｖpo
sを印加するように図１６の電圧印加部２へ指令する。
Ｖposを計算するときに用いられるパラメータｒ、Ｖｅ
の決定法は後述するが、その基本概念を図１７に示す。

【００７７】図１７は酸素センサ特性で、限界電流値が
現れる電圧範囲、即ち、限界電流域にＶposがこなけれ
ば正確な空燃比が検出できない。また、この限界電流域
は限界電流値Ｉposaによって並行移動し、その移動量は
酸素センサ２０の内部抵抗Ｒinによって決まる。それ
故、空燃比を広い範囲で検出しようとすれば、指令印加
電圧Ｖposを限界電流値Ｉposaの値により変化させる必
要があり、その変化させる割合ｒは内部抵抗Ｒinに近い
値であれば良い。また、Ｖpos直線のＶ切片（電圧Ｖ軸
との交点）Ｖｅを理論空燃比（Ｉposa＝０）での限界電
流域の中心付近（０．３〜０．５Ｖ）にセットすれば、
リーン領域（Ｉposa＞０）やリッチ領域（Ｉposa＜０）
においてＶposが限界電流域内に入るための内部抵抗Ｒi
n検出の許容誤差が広がる。

【００７８】ステップ３２０にて内部抵抗Ｒinを検出す
るために酸素センサ２０に印加する電圧Ｖnegを、図１
８（Ａ）により、前回検出した内部抵抗Ｒinの値と限界
電流値Ｉposaとから決定する。ここで、Ｖnegの決定の
理由を以下に説明する。図１８（Ｂ）において、排ガス
がリーンの時の酸素センサ特性１においてはＶ４以下で
は常に抵抗支配領域であるので、Ｖ１〜Ｖ４のどれを使
用（本第３実施例においてはＶnegはセンサ電流が一番
小さくなるＶ４を使用する）しても問題はないが、排ガ
スがリッチの時の酸素センサ特性２、３においては、限
界電流域が負の電圧側に入ってしまい、その位置が酸素
センサ２０の内部抵抗Ｒinにより変化するので、特性２
の時Ｖneg＝Ｖ４とすると、また、特性３の時Ｖneg＝Ｖ
３、Ｖ４とすると、抵抗支配領域の傾きを見ることがで
きず、酸素センサの内部抵抗Ｒinの検出精度が悪化して
しまう。そのため、特性２においてはＶ３を、特性３に
おいてはＶ２をそれぞれ選択できるように図１８（Ａ）
のＺ１〜Ｚ５を適当に決定すればよい。なお、図１８
（Ａ）において、限界電流値Ｉposaの境界を−３ｍＡと
したのは、限界電流値Ｉposa＝０ｍＡ（理論空燃比）付
近の制御特性を安定にさせるためである。

【００７９】以上のように、ステップ３２０にてＶneg
を決定すると、次いでステップ３２２に進み、このステ
ップ３２２において酸素センサにＶnegを印加するよう
に図１３の電圧印加部４０に指令する。次いで、ステッ
プ３２４に進み、このステップ３２４において所定時間
Ｔ2（例えば５ｍｓ）の時間待ちをする。この所定時間
Ｔ2は第１実施例におけるｔ1に相当する。所定時間Ｔ2
時間後、次のステップ３２６に進み、このステップ３２
６にて収束途中の電流値Ｉnegaを検出し、次のステップ
３２８にてひとまず前回印加していた電圧Ｖposを酸素
センサ２０に印加する。この理由は、以後のステップ３
３０〜３１４の処理に時間がかかり、ステップ３１４に
て初めてＶposを酸素センサに印加すると、図１５の酸
素センサ内電流の電流収束波形Ａの収束が遅れ、次の空
燃比検出精度が悪化することを防ぐためで、コンピュー
タの性能や酸素センサの性能等で特に問題のない場合は
このステップ３２８を省略しても良い。

【００８０】次いでステップ３３０に進み、ステップ３
２６にて検出した収束途中の電流値Ｉnegaを用いて酸素
センサ２０の内部抵抗Ｒinを図１９のグラフに基づいて
決定する。このグラフの構成はＩposaとＩnegaの２次元
のグラフをＶpos直線とＶnegの考えられる組み合わせの
数だけの枚数（Ｖpos直線数およびＶneg数に比例してグ
ラフ枚数は多くなる）とする。図１９の酸素センサの内
部抵抗Ｒinのグラフのパラメータの決定は以下の理由に
よる。即ち、前記第１実施例の図５（Ａ）のＩneg波形
は４つのパラメータＶpos、Ｖneg、ＩposおよびＩnegで
決定される。また、酸素センサの内部抵抗Ｒinは図１７
よりＲin＝Ｖneg／Ｉnegの関係があるため、Ｉneg波形
はＶpos、Ｖneg、ＩposおよびＲinの４つのパラメータ
でも決定される。したがって、上記した４つのパラメー
タＶpos、Ｖneg、ＩposおよびＩnegとＩneg波形上の値
Ｉnegaの関係を図１９のようにグラフにとれば、そのグ
ラフによりＶpos、Ｖneg、ＩposおよびＩnegaから酸素
センサ２０の内部抵抗Ｒinが求められる。なお、それぞ
れのパラメータとＲinの関係がある計算式で近似できる
場合は、そのパラメータを省略し、その近似式でＲinを
補正することにより、グラフのデータ量を減らすことも
考えられる。

【００８１】次いで、ステップ３３２に進み、図１９の
グラフにより得られた酸素センサ２０の内部抵抗Ｒinを
このステップ３３２にて出力する。次いで、ステップ３
３４に進み、このステップ３３４において、ステップ３
３０にて決定された酸素センサ２０の内部抵抗Ｒinに基
づいて図１７のＶpos直線のパラメータｒ、Ｖｅを図２
０のように決定する。Ｖpos直線の本数や間隔は内部抵
抗Ｒinの検出精度により決まってくるが、数本あれば良
い。このＶpos直線を内部抵抗Ｒinにより切り換えるこ
とにより、酸素センサ２０の内部抵抗Ｒinが変化しても
Ｖposが限界電流域を外さなくなり、空燃比の検出精度
が保証される。次いで、ステップ３１２に進み、ステッ
プ３３４にて新たに決定されたｒおよびＶｅに基づいて
数５の計算式Ｖpos＝ｒＩpos＋ＶｅよりＶposを計算
し、次のステップ３１４にてこの電圧Ｖposを酸素セン
サ２０に印加するように指令する。

【００８２】上記したように、酸素センサ２０の内部抵
抗Ｒinが変化してもその時の内部抵抗Ｒinを検出し、そ
れに応じて限界電流域を外さない電圧を印加するように
したので、温度が変化しても広い空燃比の範囲で空燃比
の検出ができ、また、正確な空燃比を検出できる。ま
た、負バイアスＶnegを印加してから電流が収束値に達
する前の電流値Ｉnegaを検出することにより、酸素セン
サ２０の内部抵抗Ｒinの検出から次の空燃比の検出まで
に約３０ｍｓ（前記第１実施例の図５（Ａ）のｔ11およ
びｔ22は１００〜２００ｍｓ）と短時間で済み、空燃比
の検出不可能時間が大幅に短縮できる。

【００８３】また、この第３実施例の中で、図２０のよ
うにＶpos直線を決定せず、特公平１−２８９０５号公
報のように、内部抵抗Ｒinの値そのものからＶpos直線
を決定する方法がある。しかしながら、この方法では、
内部抵抗Ｒinは連続的に変化するため、Ｖpos直線も連
続的に変化することとなり、Ｖpos直線の本数は膨大と
なってしまう。すると、図１９におけるＩpos−Ｉnega
グラフの枚数、即ちデータ量も膨大となってしまう。ま
た、データ量を減らすためにデータの補間を行えば、そ
の分、内部抵抗Ｒinの検出精度が悪くなり、更に内部抵
抗Ｒinを検出するための時間も長時間となる。それ故に
図２０のように内部抵抗Ｒinが所定の範囲内にあると
き、その範囲からＶpos直線を決定すると、Ｖpos直線の
本数は数本となり、図１９のグラフのデータ量が特公平
１−２８９０５号公報の方法と比較して大幅に削減でき
る。

【００８４】変形例次に、前記第３実施例の変形例を図２１および図２２を
参照して説明すると、この変形例においては、図２１の
フローチャートのステップ５１２においてＶposをマッ
プを参照して決定する点で前記第３実施例とは相違す
る。即ち、前記第３実施例においては、Ｖposを求める
に際して、数５の計算式Ｖpos＝ｒＩpos＋ＶｅによりＶ
posを計算により求めたが、この変形例においては、図
２２のグラフに基づいてＶposを決定する。なお、図２
２のグラフにおいて、Ｖposの値を酸素センサの内部抵
抗Ｒinについて補間を行えば、内部抵抗Ｒinの検出のた
めのデータ量が多くなるが、内部抵抗の変化に対する応
答性が速くなる。

【００８５】また、本発明の実施にあたっては、内燃機
関１０の排気ガス中の酸素濃度の判定に限ることなく、
各ガス中の酸素濃度の判定にあたり、本発明を適用して
実施いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】特許請求の範囲の記載に対する対応図である。

【図２】本発明の一実施例を示すブロック回路図であ
る。

【図３】（Ａ）は図２の酸素センサのセンサ本体の拡大
断面図であり、（Ｂ）は当該酸素センサので限界電流ー
電圧特性を温度をパラメータとして示すグラフである。

【図４】図２のマイクロコンピュータの作用を示すフロ
ーチャートである。

【図５】（Ａ）は負バイアス及び正バイアス時のセンサ
本体への印加電圧及び同センサ本体を流れる電流の波形
を示すタイムチャートであり、（Ｂ）は酸素濃度と限界
電流との関係を示すグラフである。

【図６】図５と同様な負バイアス及び正バイアス時のセ
ンサ本体への印加電圧及び同センサ本体を流れる電流の
波形を示すタイムチャートである。

【図７】第１実施例の第１変形例におけるマイクロコン
ピュータの作用を示すフローチャートである。

【図８】第１実施例の第２変形例におけるマイクロコン
ピュータの作用を示すフローチャートである。

【図９】エンジン始動後の経過時間と温度検出周期との
関係を示すグラフである。

【図１０】本発明の第２実施例を示すブロック図であ
る。

【図１１】図１０のマイクロコンピュータの作用を示す
フローチャートである。

【図１２】前記第２実施例における電流ー電圧特性と直
流電圧Ｖｅとの関係を説明する図である。

【図１３】第３実施例を示すブロック図である。

【図１４】前記第３施例のマイクロコンピュータの作用
を示すフローチャートである。

【図１５】前記第３実施例のマイクロコンピュータの動
作を示すタイミングチャートである。

【図１６】限界電流値と空燃比との関係を示すグラフで
ある。

【図１７】酸素センサの限界電流ー電圧特性を示すグラ
フであり、空燃比を検出する時に印加する電圧（Ｖpo
s）を決定する方法の概念を示す図である。

【図１８】酸素センサの内部抵抗（Ｒin）を検出する時
に印加する電圧（Ｖneg）を決定するために用いるグラ
フであり、（Ａ）は酸素センサの限界電流、内部抵抗及
び印加電圧の間の関係を示すグラフであり、（Ｂ）は酸
素センサと限界電流と内部抵抗から印加電圧を決定する
ために用いたグラフである。

【図１９】酸素センサの内部抵抗（Ｒin）を検出電流値
（Ｉnega）から推定するために用いるグラフである。

【図２０】検出した酸素センサの内部抵抗（Ｒin）から
印加電圧（Ｖpos）を計算して求めるためのパラメータ
を選択する方法を示した図である。

【図２１】第３実施例の変形例を示すフローチャートで
ある。

【図２２】第３実施例の変形例における酸素センサの内
部抵抗（Ｒin）を検出する時に印加する電圧（Ｖneg）
を決定するために用いるグラフであり、（Ａ）は酸素セ
ンサの限界電流、内部抵抗及び印加電圧の間の関係を示
すグラフであり、（Ｂ）はその印加電圧の位置関係を示
す図である。

【符号の説明】

Ｓ…酸素センサ、２０…センサ本体、４０…バイアス制
御回路、５０…電流検出回路、７０、１５０…マイクロ
コンピュータ、１６０…抵抗値制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者溝口朝道愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (56)参考文献特開平２−2915（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/41 G01N 27/416 G01N 27/419

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】限界電流式酸素センサと、この酸素センサに電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧の印加により前記酸素センサに流れる電流を検
出する電流検出手段と、前記検出電流に基づき前記酸素センサの温度を判定する
温度判定手段とを備え、前記電圧印加手段が、前記酸素センサをバイアスするバ
イアス手段を有し、また、前記バイアス手段のバイアスのもとに前記酸素セ
ンサに流れる電流の変化過程の一時期に同電流の変化終
了値を推測して前記検出電流として前記温度判定手段に
付与する電流推測手段を設けるようにしたことを特徴と
する酸素濃度判定装置。
【請求項２】前記温度判定手段による温度判定タイミ
ングを運転状態に応じて設定することを特徴とする請求
項１に記載の酸素濃度判定装置。
【請求項３】前記運転状態は内燃機関始動後の経過時
間であることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃度判
定装置。
【請求項４】前記温度判定手段は、前記酸素センサの
素子温に基づいて判定タイミングを変えることを特徴と
する請求項１に記載の酸素濃度判定装置。
【請求項５】前記電圧印加手段による印加電圧を運転
状態に基づいて変えることを特徴とする請求項１〜４の
いずれか一つに記載の酸素濃度判定装置。