JPH0137761B2

JPH0137761B2 -

Info

Publication number: JPH0137761B2
Application number: JP54106698A
Authority: JP
Inventors: Rii Andaason Robaato
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1978-09-07
Filing date: 1979-08-23
Publication date: 1989-08-09
Also published as: AU5063379A; US4177770A; JPS5537690A; DE2933120A1; DE2933120C2; AU524775B2; GB2030711A; CA1129003A; GB2030711B

Description

【発明の詳細な説明】（発明の利用分野）本発明は、電気装置内を流れる電流の変動が電
子回路のセンサ信号に対する応答に影響を与えな
いように電子回路が応答するセンサ信号に対する
補償が行われる電気装置用センサ信号補償装置に
関する。本発明は、自動車の電気装置に接続して
用いるのに特に適している。

（従来の技術）自動車の設計において、DC電気エネルギ源と
してバツテリを、DC電源からのエネルギが供給
されるスタータ・モータを、そしてエンジンの正
常動作時においてDC電源を充電するためにオル
タネータ装置を用いることは一般に広く行われて
いる。標準的な基準電位すなわち接地のために、
バツテリの負極と自動車のエンジンブロツクを接
続する導線が提供され、それによつて自動車全体
において共通の、すなわち接地電位が得られる。

近年、電子装置の自動車への応用が増加してい
る。エンジンとか自動車の他の装置に関連した電
子制御装置には、エンジンや自動車の動作のパラ
メータを示すセンサ信号電圧が供給される。いく
つかのこれらのセンサは、必要な制御機能を異た
すデイジタル電子回路によつて使用される非常に
低い電圧の信号を発生する。

このようなセンサの１つが排ガス酸素センサ
（EGOセンサ）であつて、このセンサはエンジン
からの排ガス導管中に装着され、エンジンから排
出される排ガス流中の酸素の部分圧を示す。ミリ
ボルト範囲の信号を出力する。エンジンに供給さ
れた空気と燃料の混合気がリツチならば、EGO
センサはほぼ800ないし900ミリボルトの範囲の電
圧を発生するが、エンジンに供給された混合気が
リーンならば、センサの出力電圧はゼロから100
ミリボルトの範囲である。エンジンに供給された
混合気がリツチからリーンへ、あるいはこの逆に
変化したときに、これら２つの電圧レベル間の急
速な遷移が生じる。

EGOセンサは、通常は市販されているジルコ
ニア型であり、エンジンからの排ガス導管に接続
されており、リード線が出ている。すなわち、排
ガス導管は導体材料で作られ、センサは、エンジ
ンに供給される空燃比を制御する電子装置へ接続
された１本のリード線を有する。センサに対する
基準電位は、EGOセンサの近くの位置において
排ガス導管に電気的にとりつけられた端子であ
る。この端子はセンサに関連した電子回路に接続
されている。

不運なことに、エンジン始動時とかエンジン運
転時には、エンジンブロツクと電気エネルギの
DC電源であるバツテリの負極すなわち電源基準
端子との間を流れる電流が大電流であることがあ
る。たとえば、エンジン始動時にこの電流は40ア
ンペア以上になり、エンジンブロツクとバツテリ
負極の間の小さな抵抗、たとえば0.20オームによ
つて接地導体すなわちバツテリの負極とエンジン
ブロツクを接続するケーブルの両端に800ミリボ
ルトの電圧降下を容易に生じる。バツテリの負極
は、通常、EGOセンサに関連した電子制御装置
に直接に接続され、かつエンジンブロツクとバツ
テリの負極を接続する接地導体には種々の電圧降
下が生じるために、センサ電圧信号は完全に失わ
れるか、センサに関連した電子回路によつて無視
されるか、あるいは電子回路が電圧レベルあるい
は電圧レベル間の遷移を検出できないようなレベ
ルである。

［発明が解決すべき課題］本発明の目的は、電源基準端子及び他方の端子
をもつ電気エネルギ源と、第１及び第２端子をも
つセンサ信号発生装置と、センサ信号電圧に応答
する電子回路と、電源基準端子にセンサ信号発生
装置の第２端子を接続する導電装置と、導電装置
に変動する特性の電流を生じさせる装置とを含む
電気装置において使用され、導電装置を流れる変
動する電流に対して補償されたセンサ信号電圧を
発生する電気装置用センサ補償装置を提供するこ
とである。

本発明による電気装置用センサ信号補償装置
は、この電気装置のために供給電圧として使用で
きる電位差がその間に生じる電源基準電極と他方
の電極を有する電気源からなる。第１と第２の端
子間にセンサ信号電圧を発生するための装置が設
けられ、かつ電子回路が設けられて信号電圧に応
答するようにされる。この電子回路は基準電位と
して電源基準電極における電位を用いる。導電性
装置がセンサ信号発生装置の第１の端子を電源基
準電極へ電気的に接続している。また、電気装置
は前記導電性装置を流れる変動する性質の電流を
生じさせる装置を含む。

上述のような環境で、補償された信号電圧を発
生するための装置を有する。補償された信号電圧
は、上述した第１と第２の端子にセンサ信号が生
じたときに、センサ信号電圧に等しいかあるいは
比例している。補償される信号電圧は電源基準極
の電位を基準とし、センサ信号発生装置の第２の
端子と電源基準極との間の電圧と比べて、導電性
装置を流れる変動する性質の電流の結果導電性装
置の両端に生じる変動性電位差に対して補償され
る。

本発明はEGOセンサを有する自動車用電気装
置において特に有用である。EGOセンサに関連
した電子回路はデイジタル、あるいはマイクロプ
ロセツサ型であり、したがつて、電位基準として
エンジンブロツクとか自動車体よりもむしろ自動
車内の電気エネルギのDC電源であるバツテリの
負極が用いられる。なぜならば、それによつて電
気的雑音による障害を防ぐことができるからであ
る。もちろん、バツテリの負極とエンジンブロツ
クは接地導体で電気的に接続されており、他の多
くの目的のためにはこれらは電気的に等電位の場
所と見なせる。

（実施例）本発明は以下の詳細な説明と添付された図面を
参照することによつてよりよく理解されるであろ
う。

図面を参照すると、自動車用電気装置１０が示
されている。図面では同じ参照番号は同じ部品を
示している。自動車（図示されていない）は、エ
ンジン１２を含み、その主要部分はエンジンブロ
ツクのように導電性材料で作られている。エンジ
ン１２は、自動車の電気エネルギ源であるDCバ
ツテリ２０を充電するため、および正常なエンジ
ン動作の間に種々の装置へ電気エネルギを供給す
るために用いられるオルタネータ１４を含む。

電気装置１０はバツテリ２０の正極端子２４に
ソレノイドスイツチ装置１８を介して接続された
スタータモータ１６を含む。バツテリの負極端子
２６はエンジンブロツク端子３０へ接地導体２８
を介して接続されている。電気装置１０は、ま
た、センサ端子３３に生じるセンサ信号電圧を電
子制御装置２２へ送るリード線３６を有する排ガ
ス酸素（EGO）センサ３４に連動した電子制御
装置２２を含む。

EGOセンサ３４は、固体電解質（たとえばジ
ルコニア）、あるいは可変抵抗型（たとえばチタ
ニア）が多く用いられる。ここでは、EGOセン
サは市販のジルコニア型であるとし、このEGO
センサは、雰囲気中の酸素圧とエンジンから排出
される排ガス流中の酸素圧の対数比に比例した起
電力（EMFと略する）を発生する。EMFはリー
ド線３６と４０の間に生じる電圧であり、リード
線４０は、端子３８においてエンジン１２からの
びている排ガス路３２に導電性を持つように接続
されたセンサ基準リード線である。したがつて
EGOセンサ端子３３と端子３８は、共に、セン
サ信号電圧が生じる第１と第２の端子をそれぞれ
構成している。そしてこの信号はリード線３６と
４０を介して電子制御装置２２へ送られる。

電子制御装置２２は、リード線４２と４４を介
して供給電圧を受け、リード線４４はバツテリ２
０の負極端子（電源基準端子）２６へ接続されて
いる。制御装置２２に対するこの負極端子２６の
接続は特に望ましいものである。なぜならデイジ
タル電子装置が用いられているために、他の場合
に比べて電子装置に対するエンジンからの電気雑
音の影響が少なくなるからである。

接地導体２８を流れる電流がない場合には端子
２６とエンジンブロツク端子３０は等電位である
ことは明らかである。さらに、端子３８とエンジ
ンブロツク端子３０の間には非常に大きな導電性
材の質量が存在するため、エンジンブロツク上を
電流が流れる時にさえこれらの端子間には著しい
電圧降下は生じない。

ここでエンジンを始動させるものとすると、ソ
レノイドスイツチ装置１８が自動車内の、図示さ
れていないイグニツシヨンスイツチによつて駆動
され、端子５４と５６とが接続される。このこと
により、電流Isがバツテリの正極端子２４からリ
ード線５２、ソレノイドスイツチ装置１８、およ
びリード線５８を通つてスタータ１６へ流れる。
それによつてスタータが駆動され、エンジンの始
動を行う。この条件において、バツテリの負極端
子２６への帰環電流は接地導体２８を通つて端子
３０からバツテリの端子２６への方向に流れる。
このエンジンの始動動作の間、接地導体２８を流
れる電流は40アンペア以上になり、端子３０と２
６の間に著しい電圧降下が生じる。この大きな電
流にもかかわらずエンジンとかマニホールドの大
きな質量を有する導電性材料のために端子３０と
３８はほぼ同じ電位であるから、接地導体２８の
両端における電圧降下は図示されている端子４０
と４４の間に生じる電位差Vgにきわめて近い。
この条件における電圧Vgはバツテリ２０の負極
端子２６に関して正である。

自動車のエンジンが動きだしたあとは、ソレノ
イドスイツチ装置１８は作動を停止して、その端
子５４と５６の間の路は開放となる。エンジンの
クランク軸の回転によりオルタネータ１４が駆動
され、リード線５０を経てバツテリの正極端子へ
流れるDC充電電流Icを生じる整流された出力電
圧を発生する。オルタネータ１４はエンジンブロ
ツクに電気的に接続され、バツテリ充電電流のオ
ルタネータへの帰路は接地導体２８であるが、電
流の方向はバツテリ２０の負極端子２６からエン
ジンブロツク端子３０である。その結果、このよ
うな条件における電圧Vgは、電源基準端子２６
の電位に関して負となる。接地導体２８による電
圧降下は、すでに述べたセンサ３４の第１および
第２端子である端子３３と３８の間に生じるセン
サ信号電圧出力に関して実に大きなものとなる。
もし電子制御装置２２がセンサ信号に応答するの
であれば、接地導体２８を流れる変動する性質の
電流によつて生じる電位の変動に対する補償がな
されることが望ましい。

スタータ１６は電動機でありバツテリ２０から
電流の供給を受けて回転し、オルタネータ（交流
発電機）１４は発電機であるのでエンジン１２に
より駆動されて発電し、発生した電流をバツテリ
２０に供給する。従つて、両者の場合、電流の方
向が逆であり、これらの電流が接地導体２８に流
れて生じる電圧降下Vgの方向も逆となり、＋及び
−となる。（但し、電流の大きさは同じとは限ら
ないので、一方がVgであれば他方はVg′の大き
さとなる。）センサの信号電圧（端子３３と３８の間）自体
は極めて小さなもので、例えば、混合気がリツチ
のときは800〜900ミリボルト、リーンのときは
100ミリボルトである。これに対して、接地導体
２８による電圧降下は800ミリボルトであるので、
センサの信号出力電圧に対して、大きいものであ
る。

本発明による補償されたセンサ信号電圧を発生
するための装置において、補償された信号電圧は
端子３３と３８の間に生じるセンサ信号電圧に等
しいかあるいは比例している。そして電子制御装
置２２内の回路に対する電源基準端子でもある電
源基準端子２６の電位を基準としている。したが
つて補償される信号は、接地導体２８を流れる、
変動する振幅と方向を有する電流の結果接地導体
２８の両端に生じる変動する電位差に対して補償
される。

本来であれば接地導体２８に現われる変動した
電位により基準電位が変動し、センサ信号電圧も
接地導体２８の両端に生じるこの変動電圧Vgの
影響を受けたものとなる筈であるが、本発明で
は、センサ信号電圧Vsに等しいか比例した電圧
GVsが得られ、Vgの要素は全く含んでいない。
即ち、Vgの影響を補償又は補正したことになる。

第２図には、電子制御装置２２のより詳細な構
造、特に前述した補償されたセンサ信号電圧の発
生に使用するのに適した部分の回路が示されてい
る。

制御装置２２の回路は端子２４と２６から電気
エネルギが供給される。後者の端子は電源基準端
子である。電子制御装置２２は内部電源６０を含
む。同電源は電源基準端子４４の電位を基準と
し、装置内の種々の電子回路に対して調整された
DC供給電圧を発生する。調整された供給電圧は
リード線６２と４４の間に生じる。リード線６８
と７２は、リード線６２上の調整された電圧をそ
れぞれ差動増幅器６４と６６に接続する。しかし
ながら、これらの増幅器に対する負の供給リード
線は、リード線７０と７４によつて、エンジンの
排気マニホールド上の端子３８に接続されている
リード線４０に接続されている。両増幅器の負入
力端子への供給リード線７０と７４が、電源基準
電位リード線４４ではなくリード線４０と端子３
８へ接続されていることにより、本発明の補償回
路が、正にも負にもなる電圧Vgに応答すること
ができる。

EGOセンサによつて発生された電圧はVsと名
付けられ、第１端子３３と第２端子３８の間の電
位差である。この電圧と電圧Vgとを加えたもの
が入力抵抗６３を介して増幅器６４の正入力端子
に送られる、電源電位リード線４４に関する全電
圧であつて、この増幅器は電圧ホロワとして接続
されている。増幅器６４の出力端子７６はリード
線７８によつてその負の入力端子に接続されてお
り、電圧ホロワの特性を持つことになる。電圧ホ
ロワは電子制御モジユール内の回路に対して高入
力インピーダンス回路として作用し、EGOセン
サ３４に対する負荷を最小にしている。

端子７６に生じる電圧VsとVgを加えたもの
は、この端子と電源電位基準リード線４４との間
に接続された分圧器に送られる。この分圧器は抵
抗８０と８２を含む。抵抗間の接続点８４は差動
増幅器６６の正端子に接続されている。リード線
４０に生じる電圧Vgは入力抵抗９８を介して、
差動増幅器６６の負入力に接続されている端子９
６に送られる。差動増幅器６６の出力端子９０
は、フイルタキヤパシタすなわち高周波ロールオ
フキヤパシタ９４と並列に接続された抵抗９２を
含む負フイードバツク要素によつてその負入力に
接続されている。抵抗９２と９８は差動増幅器６
６の利得を決定し、したがつて端子９０に生じる
出力電圧Voはセンサ電圧信号Vsの、差動増幅器
６６の利得Ｇ倍に等しい。出力電圧Voは、電子
制御装置２２内の、特別には図示されていない回
路で用いられる。

増幅器６４の出力端子は抵抗８０，８２を介し
て電源基準リード線４４に接続されており、従つ
て、増幅器６４の正入力端子にはVs＋Vgが入力
抵抗６３を介して印加される。

増幅器６６は、周知の差動増幅器（入力抵抗、
出力抵抗、帰還抵抗等を含む）であり、差動増幅
器は、直流増幅器の１種で、２つの入力信号の差
に比例した出力を生ずる回路である。従つて、差
動増幅器６６の２つの入力電圧、即ち、端子７６
における入力電圧（Vs＋Vg）と、入力抵抗９８
の入力端における入力電圧Vgとの差Vs＋Vg−
Vg＝Vsに比例した出力Vo＝GVsを生じ、この
場合の比例定数が利得Ｇに相当する。

抵抗９８の値に対する抵抗９２の値の比は全回
路の利得Ｇを決定する。抵抗８０と８２からなる
分圧器は、より高利得の差動増幅器６６に対して
負入力よりもむしろ正入力の補償を行う。出力信
号におけるVgによる影響を消去し、Voが厳密に
Vsの関数（Vo＝Ｇ・Vs）となるために補償回路
の設計では、抵抗８０と８２が R₈₂／R₈₀＋R₈₂＝Ｇ／Ｇ＋１となるような抵抗値R₈₀とR₈₂とを持たねばなら
ない。

第２図のような周知の差動増幅器回路において
は、各部の抵抗を調整することにより、２つの入
力電圧の差と出力電圧の関係は、抵抗８０
（R₈₀）と抵抗８２（R₈₂）の関係として、次のよ
うに表わされることは周知である。

R₈₂／R₈₀（Vs＋Vg−Vg）＝Vo R₈₂／R₈₀Vs＝Vo 従つて、この比例定数R₈₂／R₈₀が利得Ｇになるように調整することによりR₈₂／R₈₀＝Ｇとなる。

従つて、R₈₂＝Ｇ・R₈₀となり式の左辺 R₈₂／R₈₀＋R₈₂＝Ｇ・R₈₀／R₈₀＋Ｇ・R₈₀＝R₈₀G／R₈₀（H
G）＝Ｇ／１＋Ｇとなる。

出力Voは、センサ信号電圧Vsのみの関数であ
り、接地導体２８（導電装置）に生じる変動電圧
Vgの影響が除外されており、電子制御装置２２
は、正しいセンサ信号電圧Vsに応答することが
できる。本発明の電気装置を自動車のエンジン電
子制御装置に用いると、エンジン制御装置では、
例えば、EGOセンサの信号を動作のパラメータ
を示す信号としてエンジンの気筒に供給される混
合気の空燃比を制御しており、EGOセンサの信
号が正確でなければ、正確な空燃比の制御は不可
能となる。

（発明の効果）上述したことから、本発明の電気装置は電気装
置内のセンサによつて発生された電圧Vsに等し
いかまたは比例している補償されたセンサ信号電
圧Voを発生し、かつVsに比例している信号Vo
は、センサ電圧Vsが基準とする端子３８の電位
ではなくて電源基準端子２６の電位を基準とする
において本発明の電気装置は改良されていること
がわかる。したがつて、本発明による改良によつ
て電子制御装置２２内の電子回路は電気装置内の
センサによつて発生された信号に応答し、同時に
装置内において電気装置の電気エネルギ源とセン
サの場所とを接続する導電装置を流れる変動する
特性を持つ電流によつてセンサの場所において生
じる電位の変動に対する補償が行われる。

従つて、電子制御装置２２内の他の電子回路
（図示なし）が、上述の電位の変動に対して補償
されたセンサ信号電圧（Vs又はVo）をエンジン
の動作を表わすパラメータとして使用して、エン
ジンの動作の制御を行う場合は、正確な制御が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従つた改良された電気装置
の概略電気配線図、第２図は第１図の電気装置の
概略電気配線図で第１図でブロツクの形で示され
た電子制御装置に好適に含まれる詳細な回路図を
含む。１０……電気装置、２０……電気源、３４……
センサ（センサ信号電圧発生装置）、２２……電
子制御装置、２８……接地導体（導電装置）、１
４，１６……変動特性電流発生装置、６６……差
動増幅器、８０と８２……分圧器、６４……電圧
ホロワ。

Claims

【特許請求の範囲】１電気装置用センサ信号補償装置であつて、 (イ) 一方の端子が電源基準端子２６となる２つの
端子をもつ電気装置用の直流電源２０と、 (ロ) 第１の端子３３及び第２の端子３８をもち、
センサ信号電圧Vsを発生するセンサ３４と、 (ハ) 上記センサ３４の第２の端子３８と上記電源
基準端子２６に接続され、電気装置に含まれる
機器の運転に伴い変動した電流が流れ両端間に
変動電圧Vgが生じる接続導体２８と、 (ニ) 上記直流電源２０の２つの端子及び上記セン
サの第１及び第２の端子に接続され、補償され
たセンサ信号電圧を発生する制御回路２２とか
らなり、上記制御回路２２は、第１と第２の入力端子をもつ差動増幅器６６
を含み、上記第１の入力端子には上記センサの
第１の端子３３と上記直流電源２０の基準端子
２６との間の電位差に比例した電圧（Vs＋
Vg）が供給され、また上記第２の入力端子に
は上記センサの第２の端子３８と上記電源基準
端子２６との間の電位差Vgに比例した電圧が
供給され、上記差動増幅器６６の出力端子には
上記センサのセンサ信号電圧Vsに比例し、か
つ上記直流電源基準端子２６の電位を基準とし
た補償されたセンサ信号電圧が発生する、電気装置用センサ信号補償装置。２特許請求の範囲第１項の装置であつて、上記
制御回路２２の上記差動増幅器６６の第１の入力
端子に供給される上記センサの第１の端子と上記
直流電源の基準端子２６との間の電位差に比例し
た電圧（Vs＋Vg）は、上記センサの第１の端子
３３と上記直流電源の基準端子２６間に接続され
た分圧器８０，８２を介して供給される電気装置
用センサ信号補償装置。３特許請求の範囲第２項の装置であつて、上記
差動増幅器６６の第１の入力端子に供給される上
記センサの第１の端子３３と上記直流電源基準端
子２６との間の電位差に比例した電圧（Vs＋
Vg）は、上記センサの第１の端子３３から上記
分圧器８０，８２への接続を高入力インピーダン
ス接続を行う電圧フオロワ回路６４を介して供給
される電気装置用センサ信号補償装置。