JPH06102241A - Wide ranging air/fuel ratio sensor - Google Patents

Wide ranging air/fuel ratio sensor

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JPH06102241A
JPH06102241A JP4251509A JP25150992A JPH06102241A JP H06102241 A JPH06102241 A JP H06102241A JP 4251509 A JP4251509 A JP 4251509A JP 25150992 A JP25150992 A JP 25150992A JP H06102241 A JPH06102241 A JP H06102241A
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JP
Japan
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heater
applied voltage
sensor
temperature
constant
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Pending
Application number
JP4251509A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasunori Iwakiri
保憲 岩切
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

PURPOSE:To stabilize the temperature of a sensor even when the temperature of a gas to be measured changes significantly by controlling an applied voltage to a heater so as to keep the applied voltage to the heater constant in a low gas temperature range and the resistance of the heater constant in a high gas temperature range. CONSTITUTION:A heater applied voltage adjusting means 4 adjusts an applied voltage to a heater 3. When a gas temperature range judging means 7 determines whether a detection value of a heater current is above a specified value or not, a heater applied voltage control means 8 determines a control value so that the heater applied voltage is kept constant when the heater current is above the specified value or so that a heater resistance is determined from detection values of a current of the heater and the applied voltage to the heater to keep the resistance of the heater constant when the heater current is below the specified value. The results are outputted to the heater applied voltage adjusting means 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は広域空燃比センサ、特
に広域空燃比センサを応用して窒素酸化物濃度を計測す
るものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wide range air-fuel ratio sensor, and more particularly to a wide range air-fuel ratio sensor for measuring nitrogen oxide concentration.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒素酸化物濃度の計測装置として、装置
全体が軽量でかつ可搬性を有するものが提案されている
(特開平2−1543号参照)。
2. Description of the Related Art As a nitrogen oxide concentration measuring device, there has been proposed a device which is light in weight and portable (see Japanese Patent Laid-Open No. 21543/1990).

【0003】これを説明すると、図9で示すように、一
対の広域空燃比センサ(適宜「センサ」でも略称する)
32A,32Bは、それぞれ排気管31に設けられるセ
ンサ本体11A,11Bと、センサ本体11A,11B
への流し込み電流を制御する回路(センサ制御回路)2
5A,25Bからなり、一方のセンサ32Aは一酸化窒
素NOに感応しないタイプのもの、他方のセンサ32B
はNOに感応するタイプのものである。両者を区別する
ため、符号の後にAとBをつけている。
To explain this, as shown in FIG. 9, a pair of wide-range air-fuel ratio sensors (also abbreviated as "sensors" as appropriate).
32A and 32B are sensor bodies 11A and 11B and sensor bodies 11A and 11B, respectively, which are provided in the exhaust pipe 31.
Circuit that controls the current flowing into the sensor (sensor control circuit) 2
5A and 25B, one sensor 32A is a type that is insensitive to nitric oxide NO, the other sensor 32B
Is a type sensitive to NO. In order to distinguish the two, A and B are added after the code.

【0004】マイクロコンピュータからなる演算装置3
5は、センサ制御回路からのセンサ出力IP(A),IP(B)
を入力し、NO濃度XNOを XNO={(IP(B)−α(B))−(γO2(B)/γO2(A))×
(IP(A)−α(A))}/ηNO・γO2(B) ただし、γO2(A);O2に対するセンサ32Aの感度係数 γO2(B);O2に対するセンサ32Bの感度係数 ηNO;NOに対するセンサ32Bの感度係数とO2に対
するセンサ32Bの感度係数の比 α(A);センサ32Aのゼロ出力 α(B);センサ32Bのゼロ出力 により計算する。
Arithmetic unit 3 comprising a microcomputer
Reference numeral 5 denotes sensor outputs IP (A) and IP (B) from the sensor control circuit.
Enter a, the NO concentration X NO X NO = {(I P (B) -α (B)) - (γ O2 (B) / γ O2 (A)) ×
(IP (A)(A) )} / η NO · γ O2 (B) where γ O2 (A) ; the sensitivity coefficient of the sensor 32A for O 2 γ O2 (B) ; for the sensor 32B for O 2 . Sensitivity coefficient η NO ; Ratio of sensitivity coefficient of sensor 32B to NO and sensitivity coefficient of sensor 32B to O 2 α (A) ; Zero output of sensor 32A α (B) ; Zero output of sensor 32B.

【0005】この式がどのようにして得られるかの説明
は省略するが、この式によれば、O2に対する感度係数
γO2(A),γO2(B)とゼロ出力α(A),α(B)をあらかじめ
求めておけば、センサ32A,32Bで実際に測定され
るIP(A),IP(B)を用いて、NO濃度が計算で求められ
ることを示しており、NO濃度のような微量成分(数千
ppm)であっても確実に計測することができるのであ
る。
Although a description of how this formula is obtained is omitted, according to this formula, the sensitivity coefficients γ O2 (A) and γ O2 (B) for O 2 and the zero output α (A) , If α (B) is obtained in advance, it means that the NO concentration can be obtained by calculation using I P (A) and I P (B) actually measured by the sensors 32A and 32B. Even a trace component (several thousands ppm) such as the concentration can be reliably measured.

【0006】このため、センサ感度設定器33A,33
Bで各センサ32A,32Bの感度係数γO2(A),γ
O2(B)が、またゼロ出力設定器34A,34Bで各セン
サ32A,32Bのゼロ出力α(A),α(B)があらかじめ
設定されており、これらの値が演算装置35に入力され
ている。演算されたNO濃度は出力装置36によりアナ
ログ表示器(またはデジタル表示器)に出力される。
For this reason, the sensor sensitivity setters 33A, 33
B, the sensitivity coefficient γ O2 (A) , γ of each sensor 32A, 32B
O2 (B) and the zero outputs α (A) and α (B) of the sensors 32A and 32B are preset by the zero output setters 34A and 34B, and these values are input to the arithmetic unit 35. There is. The calculated NO concentration is output to the analog display (or digital display) by the output device 36.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のセン
サ出力IP(A),IP(B)はセンサ温度(具体的にはセンサ
本体11A,11Bの温度)によって大きく影響される
ため、センサ本体11A,11Bに導かれる排出ガスの
温度が大きく変化しても、センサ温度が安定しているこ
とが望ましく、図10,図11で示したようにヒーター
28A,29Aに定電圧源29A,29Bからの一定の
電圧を加えることによって、センサ本体11A,11B
を適温にまで加熱している。
The sensor outputs IP (A) and IP (B) are greatly affected by the sensor temperature (specifically, the temperatures of the sensor bodies 11A and 11B). It is desirable that the sensor temperature be stable even if the temperature of the exhaust gas guided to the main bodies 11A and 11B changes greatly. As shown in FIGS. 10 and 11, the heaters 28A and 29A have constant voltage sources 29A and 29B. By applying a constant voltage from the sensor main body 11A, 11B
Is heated to an appropriate temperature.

【0008】しかしながら、運転条件に応じて排出ガス
温度が大きく変化する自動車用エンジンでは、排出ガス
がたとえば約500℃以上もの高温になってくると、こ
の高温の排出ガスによりセンサ本体が過熱気味となり、
センサ温度が急上昇する。この場合に、温度補償がなさ
れることはなく、センサ温度の上昇分に対応してセンサ
出力に誤差が生じるのである。
However, in an automobile engine in which the exhaust gas temperature greatly changes depending on operating conditions, when the exhaust gas reaches a high temperature of, for example, about 500 ° C. or higher, the sensor body tends to overheat due to the high temperature exhaust gas. ,
The sensor temperature rises sharply. In this case, temperature compensation is not performed, and an error occurs in the sensor output corresponding to the increase in the sensor temperature.

【0009】そこでこの発明は、被測定ガスの低温域で
はヒーター印加電圧(ヒーターに加わる電圧)が一定に
なるように、また被測定ガスの高温域になるとヒーター
抵抗が一定になるようにヒーター印加電圧を制御するこ
とにより、被測定ガス温度が大きく変化するときでも、
センサ温度を安定させることを目的とする。
Therefore, according to the present invention, the heater is applied so that the heater applied voltage (voltage applied to the heater) becomes constant in the low temperature region of the gas to be measured and the heater resistance becomes constant in the high temperature region of the gas to be measured. By controlling the voltage, even when the measured gas temperature changes significantly,
The purpose is to stabilize the sensor temperature.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明では、図1に示
すように、センサを加熱するヒーター3と、このヒータ
ー3への印加電圧を調整する手段4と、実際のヒーター
電流とヒーター印加電圧をそれぞれ検出する手段5,6
と、前記ヒーター電流の検出値が所定値以上かどうかを
判定する手段7と、この判定結果よりヒーター電流が所
定値以上のときは前記ヒーター印加電圧が一定となるよ
うに、またヒーター電流が所定値を下回るときは前記ヒ
ーター電流とヒーター印加電圧の検出値からヒーター抵
抗を求め、このヒーター抵抗が一定となるように制御量
を決定し、これを前記ヒーター印加電圧調整手段4に出
力する手段8とを設けた。
In the present invention, as shown in FIG. 1, a heater 3 for heating a sensor, a means 4 for adjusting a voltage applied to the heater 3, an actual heater current and a heater applied voltage. 5, 6 for detecting respectively
And means 7 for determining whether or not the detected value of the heater current is a predetermined value or more. Based on the result of the determination, the heater applied voltage becomes constant when the heater current is a predetermined value or more, and the heater current is predetermined. When the value is lower than the value, the heater resistance is obtained from the detected values of the heater current and the heater applied voltage, the control amount is determined so that the heater resistance becomes constant, and the control amount is output to the heater applied voltage adjusting means 4. And.

【0011】[0011]

【作用】ヒーター印加電圧が一定となるように制御した
とき、被測定ガスの低温域(ヒーター電流が所定値以上
になっている)では、センサ温度がほぼ一定値に保たれ
る。
When the heater applied voltage is controlled to be constant, the sensor temperature is maintained at a substantially constant value in the low temperature region of the gas to be measured (heater current is above a predetermined value).

【0012】この場合に、被測定ガスの温度が上昇する
のに応じてヒーター抵抗が徐々に大きくなるため、ヒー
ター電流は下がってくる。
In this case, since the heater resistance gradually increases as the temperature of the gas to be measured rises, the heater current decreases.

【0013】さらに被測定ガス温度が上昇すると、ヒー
ター抵抗の上昇によるヒーター電流の減少の程度に比べ
て、センサ温度の上昇の程度のほうが激しくなり、セン
サ温度が急激に上昇する。つまり、被測定ガスの高温域
になっても、定電圧制御を続けたのでは、センサ温度を
一定値に維持できなくなるのである。
When the temperature of the gas to be measured further rises, the degree of increase in the sensor temperature becomes more severe than the degree of decrease in the heater current due to the increase in the heater resistance, and the sensor temperature rises rapidly. That is, even if the temperature of the gas to be measured becomes high, if the constant voltage control is continued, the sensor temperature cannot be maintained at a constant value.

【0014】これに対して、この発明で被測定ガスの高
温域にあることが、実際のヒーター電流が所定値を下回
ることから判断され、このときは、実際のヒーター抵抗
が求められ、このヒーター抵抗が一定となるように制御
される。被測定ガスの高温域では、高温の被測定ガスに
よってセンサが十分に加熱されるため、高温域ではヒー
ターによる加熱量を減らすことによってセンサ温度の上
昇を抑えるのである。
On the other hand, in the present invention, the fact that the gas to be measured is in the high temperature range is judged from the fact that the actual heater current is below a predetermined value. At this time, the actual heater resistance is determined, and this heater is determined. The resistance is controlled to be constant. In the high temperature region of the gas to be measured, the sensor is sufficiently heated by the high temperature gas to be measured. Therefore, in the high temperature region, the amount of heating by the heater is reduced to suppress an increase in the sensor temperature.

【0015】これにより、自動車用エンジンの排出ガス
のようにガス温度が低温から高温まで大幅に変化する被
測定ガスのときでも、センサ温度の変化が小さく抑えら
れ、センサ出力の精度がすべてのガス温度域にわたって
良好に保たれる。
Thus, even in the case of a gas to be measured whose gas temperature greatly changes from a low temperature to a high temperature, such as exhaust gas from an automobile engine, the change in the sensor temperature can be suppressed to a small level, and the accuracy of the sensor output can be improved for all gases. Good retention over temperature range.

【0016】[0016]

【実施例】図2,図3は広域空燃比センサを窒素酸化物
濃度の計測装置に応用したときのもので、それぞれ図1
0,図11に対応する。図10,図11と同一の部分に
は同一の符号をつけている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIGS. 2 and 3 show a wide-range air-fuel ratio sensor applied to a nitrogen oxide concentration measuring device.
0, corresponding to FIG. The same parts as those in FIGS. 10 and 11 are designated by the same reference numerals.

【0017】センサの基本的な動作原理、基本特性等に
ついては、いずれのセンサも同じであるため、NOに感
応するタイプで概説しておくと、図3において、センサ
本体11Bは、酸素イオン伝導性の固体電解質(たとえ
ばジルコニア)13Bを挾んで一対の電極14B,15
Bを配設したポンピングセル12Bが層状に形成され、
固体電解質13Bの中央に貫通された導入孔17Bを介
して、被測定ガス(排出ガス)が内側電極14Bの近傍
へと導かれる。
Since the basic operating principle and basic characteristics of the sensor are the same for all the sensors, an outline of the type sensitive to NO will be given below. As shown in FIG. A pair of electrodes 14B, 15 sandwiching a solid electrolyte (for example, zirconia) 13B.
The pumping cell 12B in which B is arranged is formed in layers,
The gas to be measured (exhaust gas) is guided to the vicinity of the inner electrode 14B via the introduction hole 17B penetrating the center of the solid electrolyte 13B.

【0018】ポンピングセル12Bは、拡散室16Bに
酸素O2 をくみ出したりくみ入れたりするもので、電流
を実線矢印の方向に流すと、内側電極14Bの側からセ
ル外側にO2 がくみ出され、この逆に破線矢印の方向に
流すと、セル外側の排出ガス中からO2 がくみ入れられ
る。
The pumping cell 12B pumps oxygen O 2 into and out of the diffusion chamber 16B. When a current is passed in the direction of the solid arrow, O 2 is pumped out from the inner electrode 14B side to the outside of the cell. On the contrary, when flowing in the direction of the dashed arrow, O 2 is pumped in from the exhaust gas outside the cell.

【0019】白金で形成される内側電極14Bは、被測
定ガス中の酸素分圧が低い領域ではNOを分解し、この
逆に酸素分圧が高い領域ではNOを分解しなくなる特性
を有する触媒としても作用し、電極14Bの近傍が低い
酸素分圧の平衡状態を保つように、両電極間14B,1
5Bに流し込む電流(この電流値がセンサ出力といわれ
る)IP(B)を制御すると、電極14B近傍の排出ガス中
の各ガス成分(O2 ,CO,H2,HC,NO)の濃度
が増すほどIP(B)が増大する。つまり、センサ出力I
P(B)は各ガス成分濃度に比例する特性を有する。
The inner electrode 14B made of platinum serves as a catalyst having a characteristic of decomposing NO in a region where the oxygen partial pressure in the gas to be measured is low, and conversely, not decomposing NO in a region where the oxygen partial pressure is high. So that the vicinity of the electrode 14B maintains a low oxygen partial pressure equilibrium state between both electrodes 14B, 1
When the current flowed in 5B (this current value referred to as sensor output) controls the I P (B), the gas components in the exhaust gas of the electrode 14B vicinity (O 2, CO, H 2 , HC, NO) concentration of I P (B) increases as it increases. That is, the sensor output I
P (B) has a characteristic proportional to the concentration of each gas component.

【0020】酸素イオン伝導性の固体電解質20Bを挾
んで一対の電極21B,22Bを配設したセンシングセ
ル19Bは、電極14B近傍の酸素分圧を検出するため
のもので、電極14Bに近接して設けられる一方の電極
21Bを基準極,大気導入室23の側に設けられる他方
の電極22Bを測定極とすれば、測定極からは、ネルン
ストの公式にしたがい、電極14B近傍の酸素分圧に応
じた電圧Vsが出力される。
A sensing cell 19B having a pair of electrodes 21B and 22B sandwiching an oxygen ion conductive solid electrolyte 20B is for detecting the oxygen partial pressure in the vicinity of the electrode 14B, and is close to the electrode 14B. If the one electrode 21B provided is the reference electrode and the other electrode 22B provided on the side of the atmosphere introducing chamber 23 is the measurement electrode, the measurement electrode follows the oxygen partial pressure near the electrode 14B according to Nernst's formula. Output voltage Vs is output.

【0021】このため、低い酸素分圧に相当する電圧
(一定値)を基準電圧VEBとして、このVEBと測定極か
らの電圧Vsを比較器としての差動増幅アンプ27Bに
入力し、VEBとVsの差がなくなるようにIP(B)を増減
すると、電極14Bの近傍が低い酸素分圧に保たれる。
Therefore, a voltage (constant value) corresponding to a low oxygen partial pressure is set as a reference voltage V EB , and this V EB and the voltage Vs from the measurement pole are input to a differential amplification amplifier 27B as a comparator, and V When I P (B) is increased or decreased so that there is no difference between EB and Vs, the oxygen partial pressure near the electrode 14B is kept low.

【0022】このようにして制御されるポンピング電流
P(A),IP(B)はセンサ出力として、図9で示したよう
に演算装置35に入力される。
The pumping currents I P (A) and I P (B) controlled in this way are input to the arithmetic unit 35 as sensor outputs as shown in FIG.

【0023】ところで、センサ出力IP(A),IP(B)はセ
ンサ温度によって大きく影響されるため、被測定ガスと
しての排出ガス温度が大きく変化しても、センサ温度が
安定していることが望ましい。
By the way, since the sensor outputs IP (A) and IP (B) are greatly influenced by the sensor temperature, the sensor temperature is stable even if the exhaust gas temperature as the gas to be measured changes greatly. Is desirable.

【0024】この場合に、排出ガスの低温域では、図
2,図3に示したヒーター28A,28Bに一定の電圧
を加え、センサ本体11A,11Bを適温にまで加熱す
ることによって、センサを一定温度に保つことができる
のであるが、排出ガスが高温になると、この高温の排出
ガスによりセンサ温度が急上昇してしまい、その温度上
昇分に対応してセンサ出力に誤差が生じる。
In this case, in the low temperature range of the exhaust gas, a constant voltage is applied to the heaters 28A and 28B shown in FIGS. 2 and 3 to heat the sensor bodies 11A and 11B to a proper temperature, thereby keeping the sensors constant. Although it is possible to maintain the temperature, when the temperature of the exhaust gas becomes high, the sensor temperature suddenly rises due to this high temperature exhaust gas, and an error occurs in the sensor output corresponding to the temperature increase.

【0025】これに対処するため、ヒーター28A,2
8Bと定電圧源29A,29Bの間にヒーター制御部4
1A,41Bを設け、ここで排出ガスの低温域ではヒー
ター印加電圧が一定になるように制御(定電圧制御)
し、また排出ガスの高温域になると、ヒーター抵抗が一
定値となるように制御(定抵抗制御)する。
To deal with this, the heaters 28A, 2
8B and the constant voltage sources 29A, 29B between the heater control unit 4
1A and 41B are provided, and the heater applied voltage is controlled to be constant in the low temperature range of exhaust gas (constant voltage control).
When the exhaust gas reaches a high temperature range, the heater resistance is controlled to a constant value (constant resistance control).

【0026】図4はヒーター制御部41A,41Bの詳
細である。ただし、詳細はいずれも同様であるため、添
え字のA,Bを省略している。
FIG. 4 shows details of the heater control units 41A and 41B. However, since the details are the same, the subscripts A and B are omitted.

【0027】図4において、実際のヒーター印加電圧を
検出するため差動増幅アンプ42が設けられ、またヒー
ター電流を検出する回路43は、ヒーター28と直列に
接続される基準抵抗44とこの抵抗44を流れる電流を
検出するための差動増幅アンプ45とから構成される。
In FIG. 4, a differential amplifier 42 is provided for detecting the actual voltage applied to the heater, and a circuit 43 for detecting the heater current includes a reference resistor 44 connected in series with the heater 28 and this resistor 44. And a differential amplification amplifier 45 for detecting a current flowing through.

【0028】電流検出回路43と差動増幅アンプ42で
それぞれ検出されたヒーター電流とヒーター印加電圧と
はA/D変換器46を介して、マイコンからなる演算処
理部47に入力される。ヒーター抵抗はヒーター印加電
圧とヒーター電流の商として求めることができる。
The heater current and heater applied voltage detected by the current detection circuit 43 and the differential amplification amplifier 42 are input to the arithmetic processing unit 47 including a microcomputer via the A / D converter 46. The heater resistance can be obtained as the quotient of the heater applied voltage and the heater current.

【0029】ヒーター印加電圧調整部48はスイッチン
グ素子としてのトランジスタ49、オペアンプ50、D
/A変換器51から構成される。
The heater applied voltage adjusting section 48 includes a transistor 49 as a switching element, an operational amplifier 50, D
The A / A converter 51 is used.

【0030】このうち、NPN型のトランジスタ49に
は、そのエミッタとコレクタにそれぞれ基準抵抗44と
電圧源29が接続され、ベースにはオペアンプ50が直
列に接続されている。
Of these, the NPN transistor 49 has a reference resistor 44 and a voltage source 29 connected to its emitter and collector, respectively, and an operational amplifier 50 connected in series to its base.

【0031】トランジスタ49はベース電流が流れるか
流れないかによりON,OFFする。ヒーター印加電圧
調整部48の出力(D点の出力波形)を図5に示すと、
これは一定周期AのON−OFFパルスであり、ONデ
ューティ(一定周期のON時間割合でB/Aのこと)が
100%のとき、電源電圧がそのままD点電位になる。
The transistor 49 is turned on and off depending on whether the base current flows or does not flow. The output of the heater applied voltage adjusting unit 48 (output waveform at point D) is shown in FIG.
This is an ON-OFF pulse with a constant cycle A, and when the ON duty (B / A at the ON time ratio of the constant cycle) is 100%, the power supply voltage becomes the point D potential as it is.

【0032】ところが、ONデューティが100%より
小さくなると、図7のようにD点での実効電圧が電源電
圧より低下していく。つまり、ヒーター印加電圧を下げ
たければ、ONデューティを小さくしてやればよい。O
Nデューティを変化させることによって、ヒーター印加
電圧を調整できるのである。
However, when the ON duty becomes smaller than 100%, the effective voltage at point D becomes lower than the power supply voltage as shown in FIG. That is, if the heater applied voltage should be lowered, the ON duty should be reduced. O
The heater applied voltage can be adjusted by changing the N duty.

【0033】ONデューティの信号は演算処理部47か
ら指示される。
The ON-duty signal is instructed from the arithmetic processing section 47.

【0034】図6は、演算処理部47での演算処理を示
す。図において、実際のヒーター電流Iと所定値Isを
比較し、I>Isであれば排出ガス温度が低いため、O
Nデューティを100%にする(図6のステップ2,
3,4)。
FIG. 6 shows the arithmetic processing in the arithmetic processing unit 47. In the figure, the actual heater current I is compared with a predetermined value Is, and if I> Is, the exhaust gas temperature is low, so
N duty is set to 100% (step 2, FIG. 6).
3, 4).

【0035】これに対してI≦Isのときは排出ガス温
度が高いと判断して、ヒーター抵抗が一定になるように
フィードバック制御する。たとえば、実際のヒーター電
流Iとヒーター印加電圧V1からヒーター抵抗R1(=
V1/I)を計算し、これと基準抵抗Rsを比較したと
き、R1>Rsであればヒーター印加電圧を下げなけれ
ばならないので、今回検出したヒーター印加電圧V1か
ら一定値ΔVだけ小さくした値(V1−ΔV)をメモリ
のVに入れ(図6のステップ2,5,7,8,9)、こ
の逆にR1<Rsならヒーター印加電圧を上昇させるた
め、今回検出したヒーター印加電圧V1に一定値ΔVだ
け加算した値(V1+ΔV)をVに入れる(図6のステ
ップ2,5,7,11)。
On the other hand, when I ≦ Is, it is judged that the exhaust gas temperature is high, and feedback control is performed so that the heater resistance becomes constant. For example, from the actual heater current I and the heater applied voltage V1 to the heater resistance R1 (=
V1 / I) is calculated, and when this is compared with the reference resistance Rs, if R1> Rs, the heater applied voltage must be lowered. Therefore, the heater applied voltage V1 detected this time is reduced by a constant value ΔV ( V1−ΔV) is put in V of the memory (steps 2, 5, 7, 8, 9 in FIG. 6), and conversely, if R1 <Rs, the heater applied voltage is increased, so the heater applied voltage V1 detected this time is kept constant. The value (V1 + ΔV) obtained by adding the value ΔV is put into V (steps 2, 5, 7, and 11 in FIG. 6).

【0036】Vに入る値はヒーター印加電圧の目標値で
ある。したがって、ヒーター印加電圧の目標値となるよ
うに、Vの値から図7を内容とするテーブルをルックア
ップしてONデューティを求め、これを出力する(図6
のステップ10,4)。ONデューティからは図示しな
いパルス発生装置でON−OFFパルスが作られ、これ
が電圧調整部48に出力される。
The value that enters V is the target value of the heater applied voltage. Therefore, the ON duty is calculated by looking up the table having the contents of FIG. 7 from the value of V so that the target value of the heater applied voltage is obtained, and this is output (FIG. 6).
Steps 10 and 4). An ON-OFF pulse is generated from the ON duty by a pulse generator (not shown), and this is output to the voltage adjusting unit 48.

【0037】上記の基準抵抗Rsは、ヒーター電流Iが
所定値Isに一致するときのヒーター抵抗に相当する。
The reference resistance Rs corresponds to the heater resistance when the heater current I matches the predetermined value Is.

【0038】なお、R1<Rsよりヒーター印加電圧を
上昇させるといっても、ヒーター印加電圧の目標値(つ
まりV1+ΔV)が基準印加電圧Vmaxを越えること
がないようにしている(図6のステップ13,14)。
Even if the heater applied voltage is increased from R1 <Rs, the target value of the heater applied voltage (that is, V1 + ΔV) does not exceed the reference applied voltage Vmax (step 13 in FIG. 6). , 14).

【0039】このようにして、演算処理部47では、排
出ガス温度が低いとき(I≧Isのとき)の定電圧制御
と、排出ガスが高いとき(I<Isのとき)の定抵抗制
御とを切換えて行うのである。
In this way, the arithmetic processing section 47 performs constant voltage control when the exhaust gas temperature is low (when I ≧ Is) and constant resistance control when the exhaust gas temperature is high (when I <Is). Is switched over.

【0040】ここで、この例の作用を図8を参照しなが
ら説明する。
The operation of this example will be described below with reference to FIG.

【0041】センサ本体に導入される排出ガスの温度が
低いときは、ONデューティが100%となり、定電圧
源29からの電源電圧がそのまま図4のD点に加えられ
るため、ヒーターには一定の電圧が加えられ、これによ
って図8のように、センサ温度がほぼ800℃の付近で
一定値に保たれる。
When the temperature of the exhaust gas introduced into the sensor body is low, the ON duty becomes 100%, and the power supply voltage from the constant voltage source 29 is directly applied to point D in FIG. A voltage is applied, which keeps the sensor temperature at a constant value around 800 ° C., as shown in FIG.

【0042】排出ガスの温度が上昇するのに応じてヒー
ター抵抗R1が徐々に大きくなるため、ヒーター電流I
が下がってくる。さらに排出ガス温度が上昇すると、ヒ
ーター抵抗R1の上昇によるヒーター電流Iの減少の程
度に比べて、センサ温度の上昇の程度のほうが激しくな
り、センサ温度が急激に上昇する。つまり、排出ガス温
度が約500℃以上の領域になっても、定電圧制御を続
けたのでは、センサ温度を一定値に維持できなくなるの
である。
Since the heater resistance R1 gradually increases as the temperature of the exhaust gas rises, the heater current I
Comes down. When the exhaust gas temperature further rises, the degree of increase in the sensor temperature becomes more severe than the degree of decrease in the heater current I due to the increase in the heater resistance R1, and the sensor temperature rises sharply. That is, even if the exhaust gas temperature is in the range of about 500 ° C. or higher, the sensor temperature cannot be maintained at a constant value if the constant voltage control is continued.

【0043】これに対して、この例では、排出ガス温度
が約500℃のときのヒーター電流に相当する所定値I
sを境として、実際のヒーター電流Iがそれ以下になる
と、実際のヒーター抵抗R1が求められ、これが基準抵
抗(一定値)Rsと一致するようにヒーター印加電圧が
制御される。排出ガスが約500℃以上になる高温域で
は、高温の排出ガスによってセンサ本体が十分に加熱さ
れるのであるから、高温になるほどヒーターによる加熱
量を減らしていくことによって、センサ温度の上昇を抑
えるのである。
On the other hand, in this example, the predetermined value I corresponding to the heater current when the exhaust gas temperature is about 500.degree.
When the actual heater current I becomes lower than that at s, the actual heater resistance R1 is obtained, and the heater applied voltage is controlled so that this matches the reference resistance (constant value) Rs. In the high temperature range where the exhaust gas is about 500 ° C. or higher, the sensor body is sufficiently heated by the high temperature exhaust gas. Therefore, the heating amount of the heater is reduced as the temperature becomes higher, so that the rise of the sensor temperature is suppressed. Of.

【0044】これにより、排出ガスが低温から高温まで
大幅に変化するときでも、図8のようにセンサ温度の変
化が小さく抑えられ、センサ出力の精度がすべてのガス
温度域にわたって良好に保たれる。
As a result, even when the exhaust gas changes drastically from a low temperature to a high temperature, the change in the sensor temperature is suppressed to a small level as shown in FIG. 8, and the accuracy of the sensor output is kept good over the entire gas temperature range. .

【0045】[0045]

【発明の効果】この発明は、ヒーター電流の検出値が所
定値以上かどうかを判定し、ヒーター電流が所定値以上
のときはヒーター印加電圧が一定となるように、またヒ
ーター電流が所定値を下回るときはヒーター電流とヒー
ター印加電圧の検出値からヒーター抵抗を求め、このヒ
ーター抵抗が一定となるようにヒーター印加電圧を制御
する構成としたため、自動車用エンジンの排出ガスのよ
うにガス温度が低温から高温まで大幅に変化する被測定
ガスのときでも、センサ温度の変化が小さく抑えられ、
センサ出力の精度をすべてのガス温度域にわたって良好
に保つことができる。
According to the present invention, it is determined whether the detected value of the heater current is a predetermined value or more, and when the heater current is a predetermined value or more, the heater applied voltage becomes constant, and the heater current is set to a predetermined value. When it falls below, the heater resistance is calculated from the detected values of the heater current and the heater applied voltage, and the heater applied voltage is controlled so that this heater resistance is constant, so the gas temperature is low, such as exhaust gas from an automobile engine. Even if the gas to be measured changes drastically from high temperature to high temperature, the change in sensor temperature can be kept small,
The accuracy of the sensor output can be kept good over the entire gas temperature range.

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

【図1】この発明のクレーム対応図である。FIG. 1 is a diagram corresponding to the claims of the present invention.

【図2】一実施例のNOに感応しないタイプの広域空燃
比センサ32Aについてのセンサ本体の構造とセンサ制
御回路の回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram of a sensor control circuit and a sensor control circuit of a wide range air-fuel ratio sensor 32A of a type that is insensitive to NO according to an embodiment.

【図3】一実施例のNOに感応するタイプの広域空燃比
センサ32Bについてのセンサ本体の構造とセンサ制御
回路の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a sensor control structure and a sensor control circuit of a NO-sensitive wide-range air-fuel ratio sensor 32B according to an embodiment.

【図4】ヒーター制御部41A,41Bのブロック図で
ある。
FIG. 4 is a block diagram of heater control units 41A and 41B.

【図5】ヒーター印加電圧調整部48の出力波形図であ
る。
FIG. 5 is an output waveform diagram of a heater applied voltage adjustment unit 48.

【図6】演算処理部47で実行される処理を説明するた
めの流れ図である。
FIG. 6 is a flowchart for explaining a process executed by an arithmetic processing unit 47.

【図7】ONデューティに対する実効出力の特性図であ
る。
FIG. 7 is a characteristic diagram of effective output with respect to ON duty.

【図8】前記実施例の作用を説明するための波形図であ
る。
FIG. 8 is a waveform chart for explaining the operation of the embodiment.

【図9】従来例のシステム図である。FIG. 9 is a system diagram of a conventional example.

【図10】従来例のNOに感応しないタイプの広域空燃
比センサ32Aについてのセンサ本体の構造とセンサ制
御回路の回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram of a sensor control structure and a sensor control circuit of a conventional wide range air-fuel ratio sensor 32A that is insensitive to NO.

【図11】従来例のNOに感応するタイプの広域空燃比
センサ32Bについてのセンサ本体の構造とセンサ制御
回路の回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram of a sensor control structure and a sensor control circuit for a wide range air-fuel ratio sensor 32B of a conventional type that is sensitive to NO.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 ヒーター 4 ヒーター印加電圧調整手段 5 ヒーター電流検出手段 6 ヒーター印加電圧検出手段 7 ガス温度域判定手段 8 ヒーター印加電圧制御手段 11A,11B センサ本体 25A,25B センサ制御回路 28 ヒーター 28A,28B ヒーター 29 定電圧源 29A,29B 定電圧源 32A,32B 広域空燃比センサ 41A,41B ヒーター制御部 42 差動増幅アンプ 43 ヒーター電流検出回路 47 演算処理部 48 ヒーター印加電圧調整部 3 heater 4 heater applied voltage adjusting means 5 heater current detecting means 6 heater applied voltage detecting means 7 gas temperature range determining means 8 heater applied voltage control means 11A, 11B sensor body 25A, 25B sensor control circuit 28 heater 28A, 28B heater 29 fixed Voltage source 29A, 29B Constant voltage source 32A, 32B Wide range air-fuel ratio sensor 41A, 41B Heater control unit 42 Differential amplification amplifier 43 Heater current detection circuit 47 Operation processing unit 48 Heater applied voltage adjustment unit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 センサを加熱するヒーターと、このヒー
ターへの印加電圧を調整する手段と、実際のヒーター電
流とヒーター印加電圧をそれぞれ検出する手段と、前記
ヒーター電流の検出値が所定値以上かどうかを判定する
手段と、この判定結果よりヒーター電流が所定値以上の
ときは前記ヒーター印加電圧が一定となるように、また
ヒーター電流が所定値を下回るときは前記ヒーター電流
とヒーター印加電圧の検出値からヒーター抵抗を求め、
このヒーター抵抗が一定となるように制御量を決定し、
これを前記ヒーター印加電圧調整手段に出力する手段と
を設けたことを特徴とする広域空燃比センサ。
1. A heater for heating a sensor, a means for adjusting an applied voltage to the heater, a means for detecting an actual heater current and a heater applied voltage, respectively, and a detected value of the heater current is a predetermined value or more. A means for determining whether the heater applied voltage is constant when the heater current is equal to or higher than a predetermined value based on the determination result, and the heater current and the heater applied voltage are detected when the heater current is lower than the predetermined value. Calculate the heater resistance from the value,
Determine the control amount so that this heater resistance is constant,
A wide range air-fuel ratio sensor, characterized in that it is provided with means for outputting this to the heater applied voltage adjusting means.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000292411A (en) * 1999-02-03 2000-10-20 Denso Corp Gas concentration detector
US6164125A (en) * 1997-04-23 2000-12-26 Denso Corporation Detection of malfunction in gas concentration detection system
JP2011227722A (en) * 2010-04-20 2011-11-10 Sumitomo Electric Ind Ltd Constant-power control circuit

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