JPH041493Y2 - - Google Patents

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JPH041493Y2
JPH041493Y2 JP1984199876U JP19987684U JPH041493Y2 JP H041493 Y2 JPH041493 Y2 JP H041493Y2 JP 1984199876 U JP1984199876 U JP 1984199876U JP 19987684 U JP19987684 U JP 19987684U JP H041493 Y2 JPH041493 Y2 JP H041493Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 この考案は、p形金属酸化物半導体とn形金属
酸化物半導体とを組み合せたガス検出装置の改良
に関するもので、自動車エンジン、ボイラー、ス
トーブの空燃比の制御等に適したもので有る。
〔従来技術〕
特公昭57−37824号は、p形とn形の2つの金
属酸化物半導体を組み合せたガス検出装置を開示
している(第4図参照)。図においてECは電源、
nはn形ガス検出片、pはp形ガス検出片、R
1,R2は負荷抵抗、02は差動増幅器、I3は
空燃比コントローラで有る。
しかしながら、2つのガス検出片n,pの抵抗
温度係数等の特性を全温度範囲でマツチさせるこ
とは難しく、ヒータにより加熱温度をコントロー
ルする必要が生じる。またブリツジ回路を用いる
と、ブリツジの検出片n,pの抵抗値への許容幅
が狭く、ガス検出片n,pの温度による抵抗値変
化により、ブリツジ出力がシフトする。
〔考案の課題〕
この考案はn形ガス検出片とp形ガス検出片と
を組み合せ、 (1) センサの温度を検出してヒータにフイードバ
ツクする技術を提供する、 (2) 2つのガス検出片から空燃比λ等の検出目標
を的確に検出する、 (3) 空燃比λが1以上でも1以下でも、 センサの加熱温度を一定にする、ことを課題とす
る。
〔考案の構成と作用〕
この考案のガス検出装置は、n形金属酸化物半
導体を用いたn形ガス検出片と、p形金属酸化物
半導体を用いたp形ガス検出片と、これらのガス
検出片を加熱するためのヒータとを有する、排ガ
ス組成の検出用のガスセンサを用いる。
雰囲気をリーン領域(空燃比λが1以上)、あ
るいはリツチ領域(空燃比λが1未満)、に固定
すると、2つのガス検出片の電気伝導度の積、あ
るいは抵抗値の積や電気伝導度と抵抗値の比、は
ガス検出片の温度の関数となる。即ちn形金属酸
化物半導体の電気伝導度は温度により増加し、空
燃比により減少する。一方p形金属酸化物半導体
の電気伝導度は温度により増加し、空燃比によつ
ても増加する。そこでn形金属酸化物半導体の電
気伝導度とp形金属酸化物半導体の電気伝導度の
積は温度を表す。これはn形金属酸化物半導体と
p形金属酸化物半導体の温度依存性は共通である
が、空燃比依存性は逆で、電気伝導度の積を取る
ことによつて空燃比依存性が打ち消しあい、温度
依存性のみが残るためである。またガス検出片の
電気伝導度の比、あるいは抵抗値の比や電気伝導
度と抵抗値の積は排ガス組成、特に空燃比、の関
数となる。そこで電気伝導度の積等からガス検出
片の温度を検出してヒータをコントロールする。
また電気伝導度の比等から排ガス組成を検出し
て、空燃比をコントロールする。
もし2つのガス検出片のガス感度が等しくない
場合、電気伝導度の積等は排ガス組成の影響を受
ける。その場合は適宜のべき乗回路や平方根回路
を用い、ガス検出片のガス感度を信号処理上一致
させれば、温度のみに依存する信号を取り出すこ
とができる。また2つのガス検出片の抵抗温度係
数が使用温度領域で等しくない場合は、電気伝導
度の比等は加熱温度の影響を受ける。その場合
も、べき乗回路や平方根回路等により、抵抗温度
係数を信号処理上一致させることができる。
空燃比の設定目標がリーン領域からリツチ領域
へ、あるいは当量点(空燃比λが1の点)へ変更
されると、電気伝導度の積等も変化する。このこ
とは当量点からリーン領域への設定目標の変更時
等にも同様で有る。これは当量点付近での抵抗変
化を2つのガス検出片に対し一致させるのが難し
いことによる。そこでこの場合、ヒータへの印加
電力を修正しガス検出片の温度変動を防ぐ。修正
には例えば、 (1) 温度検出手段の信号を増幅あるいは減少させ
て、電気伝導度の積等の変化に応じた補償を行
う、 (2) エンジンの回転数やボイラーへの燃料供給量
からガス検出片の温度を検出して、これらによ
る制御を行う、 ものが有る。
以下に実施例を説明するが、これによつて考案
の範囲を限定するものではない。
〔実施例の構成〕
第1図において、ECは電源、nはn形ガス検
出片でTiO2、SnO2、In2O3等のn形金属酸化物
半導体の焼結体に一対の電極を接続したもの、p
はp形ガス検出片Co1-xMgxO、NiO等のp形金
属酸化物半導体の焼結体に一対の電極を接続した
もので有る。
A1,A2,A3,A4は増幅器で電気伝導度
検出手段の例をなし、ガス検出片n,pの電気伝
導度を検出するために用いる。増幅器A3,A4
の出力σp,σoを用いて、以下の回路を動作させ
る。
Mは乗算IC、A5は演算増幅器、2,4は信
号Sにより動作して閉じるアナログスイツチ、
6,8,10,12は信号Rにより閉じるアナロ
グスイツチで有る。これらのものにより温度検出
手段とガス検出手段とを構成する。なおアナログ
スイツチ2,4,6〜12等は、他の適宜のスイ
ツチ、例えばリレーやFETスイツチ等に代えて
も良い。
アナログスイツチ4を介しての出力を温度検出
手段の出力a、(σo・σpに相当)、とし、アナログ
スイツチ12を介しての信号をガス検出手段の出
力b、(σo/σpに相当)、とする。
R1,R2は分圧抵抗、R3,R4は積分回路
を構成する抵抗とコンデンサで、F1は信号Fに
より動作するアナログスイツチ、Q1は信号Qに
より動作するアナログスイツチで有る。
I1は発振回路、I2は分周回路で発振回路I
1の出力を分周し、信号S,Rを交互にかつ周期
的に所定の間隔で発する。分周回路I2は、信号
SとRとを交互に発する範囲で変更でき、例えば
マルチバイブレータとしても良い。
A6は差動増幅器、14はコンパレータ、1
6,18はフリツプフロツプ回路を構成するノア
素子、R4,C2はコンデンサと抵抗で、CRタ
イマを構成し、Tr1はトランジスタで有る。こ
れらのものによりヒータコントローラを構成す
る。Hはガスセンサのヒータ、EHはヒータ電源、
Tr2はスイツチングトランジスタで有る。
Q2は信号Qにより動作するアナログスイツ
チ、20は比較器、I3は周知の空燃比コントロ
ーラで有る。
またI4はモードセレクタで、例えばリーン領
域での制御時には信号Fを、当量点付近での制御
時には信号Qを発する。
なおこの回路について、共通の機能を有する範
囲、あるいは用いるガス検出片n,pの特性にマ
ツチさせる範囲等で、種々の変更が可能で有る。
〔実施例の動作〕
リーン領域での実施例の動作を述べる。
増幅器A3,A4からは、n形ガス検出片n、
p形ガス検出片pの電気伝導度に対応した出力
σo,σpが得られる。
信号Sにより乗算IC(M)には、信号σo,σp
加えられ、出力信号aはσo・σpに相当する。信号
Rにより乗算IC(M)には、演算増幅器A5の出
力bと信号σpとが加えれる。そして乗算IC(M)
の出力は信号σoに等しい。従つて σo=b・σp となり、信号bはσo/σpに相当する。
信号aは、n形ガス検出片nとp形ガス検出片
pの電気伝導度の積に対応し、これらのガス検出
片n,pのガス感度が等しければ加熱温度のみで
定まる。感度が等しくない時は、一方の信号σo
またはσpをべき乗あるいは平方して積を取れば、
温度のみの信号となる。そして信号aは第2図の
曲線21のように温度とともに増す。
ヒータコントローラへは、アナログスイツチE
1を介してaが加えられる。そして差動増幅器A
6の基準入力と信号aとの差に比例した幅のパル
スをトランジスタTr2へ加え、ヒータHへの電
圧印加のデユーテイ比を第2図の曲線22のよう
に変化させ、センサの温度を一定とする。
即ち発振回路I1からのパルスにより、ノア素
子18が動作しトランジスタTr2がオンする。
同時にトランジスタTr1がオフし、コンデンサ
20への充電が始まる。充電が完了するとコンパ
レータ14の出力がハイとなり、ノア素子18が
ロウに、トランジスタTr2がオフになる。発振
回路I1からのパルスは、差動増幅器A6の出力
とコンデンサ20への充電時定数で定まるパルス
幅に変形されて、トランジスタTr2に加わる。
信号bは、ガス検出片n,pの電気伝導度の比
σo/σpに対応し、これらの温度係数が等しければ
排ガス組成、とりわけ空燃比のみの関数となる。
温度係数の不一致は、信号σoやσpのべき乗、ある
いは平方を用いることにより解消される。信号b
は第2図の曲線23のように、空燃比のみに対応
したものとなり、比較器20を介して空燃比コン
トローラI3を制御する。
実施例の動作の要点を整理すると、n形ガス検
出片nの電気伝導度を増幅器A1で取り出し、p
形ガス検出片pの電気伝導度を増幅器A3で取り
出す。そしてこれらの電気伝導度の積と比を、乗
算IC(M)で取り出す。電気伝導度の積と比を1
つの乗算IC(M)で取り出すため、分周回路I2
の信号S,Rで乗算IC(M)を乗算回路と除算回
路とに使い分け、信号Sで乗算回路とし、信号R
で除算回路とする。乗算回路として用いる場合、
信号Sでアナログスイツチ2,4を閉じ、増幅器
A4,A3の信号を乗算IC(M)に入力して、電
気伝導度の積の出力信号をアナログスイツチ4か
ら取り出す。乗算IC(M)を除算路として用いる
場合、信号Rでアナログスイツチ6,8,10,
12を閉じる。この場合に、増幅器A5に演算増
幅器を用いたので、その2つの入力はイマジナリ
ーシヨートとなり、乗算IC(M)の出力はn形ガ
ス検出片nの電気伝導度σoに一致し、演算増幅器
A5の出力と乗算IC(M)のY入力は σp×Y入力の値=σo となるように定まる。結局Y入力の値は、σo/σp
に一致し、これをアナログスイツチ12から取り
出す。
次に第3図を参照して、モードセレクタI4の
動作時について説明する。空燃比の制御目標がリ
ーン領域から当量点付近に切り替えられると、そ
の出力は信号Fから信号Qに変化する。この時ガ
ス検出片n,pの電気伝導度は例えば曲線31,
32のように変化し、電気伝導度の積や比は曲線
33,34のように変化する。この結果同じ温度
でも電気伝導度の積は変化する。
信号QによりアナログスイツチQ2が閉じ、比
較器20の基準電位が当量点に対応する電圧に引
き上げられる。
つぎにアナログスイツチF1が開いて、アナロ
グスイツチQ1が閉じ、差動増幅器A6への入力
が、空燃比の変更に伴う電気伝導度の積の増加を
補償する分だけ、引き下げられる。この場合に電
気伝導度の積は、空燃比が1以上か1以下かで変
動するので、抵抗R3とコンデンサC1とによ
り、変動分を平滑化する。
このようにモードセレクタI4の信号がQかF
かで、アナログスイツチQ2により、空燃比コン
デンサI3の前段の比較器20の基準電位を変化
させ、空燃比の制御目標を変更する。またモード
セレクタI4の信号で、アナログスイツチF1と
アナログスイツチQ1を切り替えて用い、差動増
幅器A6への入力を変更して、比較器I4を用い
てヒータHに加わる電力パルスのパルス幅を変更
する。
なお空燃比の制御目標が、リーン領域から当量
点かを信号bから検出して(第3図曲線33参
照)、アナログスイツチF1,Q1をコントロー
ルすることもできる。
〔考案の効果〕
ここでこの考案と第3図の従来例とを対比する
と、 (1) 従来例ではガス検出片の温度を安定化させな
いため、抵抗温度係数の差や、温度によりガス
感度の差がそのまま検出誤差となるのに対し、
この考案ではそのような誤差が小さく、 (2) 従来例ではブリツジ回路を用いるため、ガス
検出片の抵抗値には狭い動作許容幅しかないの
に対し、この考案ではそのような制限がない、 点で優れている。またこの考案では空燃比λが1
以上でも1以下でも、センサの温度を一定にし得
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例のガス検出装置の回路図、第2
図、第3図は実施例の特性図、第4図は従来例の
回路図で有る。 n……n形ガス検出片、p……p形ガス検出
片、H……ヒータ、M……乗算IC、A5……演
算増幅器、2,4,6,8,10,12……アナ
ログスイツチ、I1……発振回路、I2……分周
回路、I3……空燃比コントローラ、A6……差
動増幅器、14……コンパレータ、16,18…
…ノア素子、F1,Q1,Q2……アナログスイ
ツチ、I4……モードセレクタ。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 n形金属酸化物半導体を用いたn形ガス検出片
    と、p形金属酸化物半導体を用いたp形ガス検出
    片と、これらのガス検出片を加熱するためのヒー
    タとを有する、排ガス組成の検出用のガスセンサ
    と、 各ガス検出片の電気伝導度に対応する2つの出
    力を発する電気伝導度検出手段と、 電気伝導度検出手段の2つの出力から、2つの
    ガス検出片の電気伝導度の積に対応した出力を発
    する温度検出手段と、 温度検出手段の出力から、ヒータへの印加電力
    をコントロールするヒータコントローラと、 電気伝導度検出手段の2つの出力から、2つの
    ガス検出片の電気伝導度の比に対応した出力を発
    するガス検出手段と、 ガス検出手段の出力ににより動作する空燃比コ
    ントローラと、 空燃比の設定目標に応じた信号を発するモード
    セレクタと、 モードセレクタの信号に応じて、ヒータへの上
    記印加電力を修正する印加電力修正手段、 とを有するガス検出装置。
JP1984199876U 1984-12-27 1984-12-27 Expired JPH041493Y2 (ja)

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