JPH07117526B2 - 酸素濃度検出装置 - Google Patents
酸素濃度検出装置Info
- Publication number
- JPH07117526B2 JPH07117526B2 JP62316568A JP31656887A JPH07117526B2 JP H07117526 B2 JPH07117526 B2 JP H07117526B2 JP 62316568 A JP62316568 A JP 62316568A JP 31656887 A JP31656887 A JP 31656887A JP H07117526 B2 JPH07117526 B2 JP H07117526B2
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は酸素濃度検出装置に関し、特に、酸素イオン伝
導性固体電解質部材に電極対を設けて構成された酸素濃
度検出部の濃度を該検出部を加熱する電流加熱素子の温
度特性のばらつきに拘らず所定温度に維持し得る酸素濃
度検出装置に関する。
導性固体電解質部材に電極対を設けて構成された酸素濃
度検出部の濃度を該検出部を加熱する電流加熱素子の温
度特性のばらつきに拘らず所定温度に維持し得る酸素濃
度検出装置に関する。
背景技術 かかる酸素濃度検出装置として、特開昭57−203940号公
報に示された装置が公知である。この酸素濃度検出装置
においては、酸素濃度の測定精度を向上させる為酸素濃
度検出部を加熱する電流加熱素子（以下、単にヒータ素
子と称する。）とブリッジ回路を構成する基準抵抗の抵
抗値をヒータ素子の温度特性に応じたものとし、ブリッ
ジ回路の電位平衡を保つことにより、ヒータ素子の温度
特性が統一されていなくてもヒータ素子の温度廷いては
酸素濃度検出部の温度を所定の目標温度に維持し得る様
な構成となっている。
報に示された装置が公知である。この酸素濃度検出装置
においては、酸素濃度の測定精度を向上させる為酸素濃
度検出部を加熱する電流加熱素子（以下、単にヒータ素
子と称する。）とブリッジ回路を構成する基準抵抗の抵
抗値をヒータ素子の温度特性に応じたものとし、ブリッ
ジ回路の電位平衡を保つことにより、ヒータ素子の温度
特性が統一されていなくてもヒータ素子の温度廷いては
酸素濃度検出部の温度を所定の目標温度に維持し得る様
な構成となっている。
しかし乍ら、上述の構成においては、ヒータ素子の温度
特性とこれに応じて選択される基準抵抗の抵抗値とは比
例関係にあることを要し、また、製造時に生ずるヒータ
素子の温度特性のばらつきは比較的狭い範囲内で生ずる
ことから、ヒータ素子の温度特性に応じた抵抗値を有す
る抵抗として入手の難しい特注部品を用いなければなら
ないという不都合があった。
特性とこれに応じて選択される基準抵抗の抵抗値とは比
例関係にあることを要し、また、製造時に生ずるヒータ
素子の温度特性のばらつきは比較的狭い範囲内で生ずる
ことから、ヒータ素子の温度特性に応じた抵抗値を有す
る抵抗として入手の難しい特注部品を用いなければなら
ないという不都合があった。
発明の概要 本発明は、上述の事情に鑑み、入手の困難な回路部品を
用いずとも、ヒータ素子の温度特性のばらつきに拘らず
ヒータ素子を所定の目標温度に維持し得る酸素濃度検出
装置を提供することを目的としている。
用いずとも、ヒータ素子の温度特性のばらつきに拘らず
ヒータ素子を所定の目標温度に維持し得る酸素濃度検出
装置を提供することを目的としている。
本発明による酸素濃度検出装置においては、酸素イオン
伝導性固体電解質部材に電極対を設けると共に気体拡散
制限域を設けて酸素濃度検出部を構成し、該検出部を加
熱するヒータ素子の目標温度における抵抗値に対応した
抵抗値を有する補正抵抗器を設け、補正抵抗器に対して
並列接続される基準抵抗器とヒータ素子とからブリッジ
回路を構成し電位平衡保持手段によりヒータ素子への給
電量を制御してブリッジ回路の電位平衡を保持する構成
となっている。
伝導性固体電解質部材に電極対を設けると共に気体拡散
制限域を設けて酸素濃度検出部を構成し、該検出部を加
熱するヒータ素子の目標温度における抵抗値に対応した
抵抗値を有する補正抵抗器を設け、補正抵抗器に対して
並列接続される基準抵抗器とヒータ素子とからブリッジ
回路を構成し電位平衡保持手段によりヒータ素子への給
電量を制御してブリッジ回路の電位平衡を保持する構成
となっている。
実 施 例 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
第１図及び第２図は本発明による酸素濃度検出装置を示
している。本装置において、酸素濃度検出器１は例えば
内燃エンジン排気管内に配設され、酸素濃度検出器１の
入出力がコネクタ２を介してECU（Electronic Control
Unit）３に接続されている。コネクタ２は検出器１側の
コネクタ2aとECU3側のコネクタ2bとからなり、コネクタ
2aは検出器１と共に検出ユニットＵを構成している。検
出器側のコネクタ2aには後に詳述する補正抵抗器４が設
けられている。
している。本装置において、酸素濃度検出器１は例えば
内燃エンジン排気管内に配設され、酸素濃度検出器１の
入出力がコネクタ２を介してECU（Electronic Control
Unit）３に接続されている。コネクタ２は検出器１側の
コネクタ2aとECU3側のコネクタ2bとからなり、コネクタ
2aは検出器１と共に検出ユニットＵを構成している。検
出器側のコネクタ2aには後に詳述する補正抵抗器４が設
けられている。
酸素濃度検出器１の保護ケース５内には第２図に示すよ
うに酸素イオン伝導性固体電解質部材６が設けられてい
る。酸素イオン伝導性固体電解質部材６内には気体拡散
制限域として気体滞留室７が形成されている。気体滞留
室７は固体電解質部材６外部から被測定気体の排気ガス
を導入する導入孔８に連通し、導入孔８は内燃エンジン
の排気管（図示せず）内において排気ガスが気体滞留室
７内に流入し易いように位置される。また酸素イオン伝
導性固体電解質部材１には外気等を導入する参照気体室
９が気体滞留室７と壁を隔てるように形成されている。
気体滞留室７の参照気体室９とは反対側の壁部内には電
極保護孔10が形成されている。気体滞留室７と参照気体
室９との間の壁部及び気体滞留室７と電極保護孔10との
間の壁部には電極対12a,12b,11a,11bが各々形成されて
いる。固体電解質部材６及び電極対11a,11bが酸素ポン
プ素子15として、固体電解質部材１及び電極対12a,12b
が電池素子16として各々作用する。また参照気体室９の
外壁面及び電極保護孔10の外壁面にヒータ素子20が各々
設けられている。ヒータ素子20は電気的に互いに直列に
接続されており、酸素ポンプ素子15及び電池素子16を均
等に加熱すると共に固体電解質部材６内の保温性の向上
を図っている。
うに酸素イオン伝導性固体電解質部材６が設けられてい
る。酸素イオン伝導性固体電解質部材６内には気体拡散
制限域として気体滞留室７が形成されている。気体滞留
室７は固体電解質部材６外部から被測定気体の排気ガス
を導入する導入孔８に連通し、導入孔８は内燃エンジン
の排気管（図示せず）内において排気ガスが気体滞留室
７内に流入し易いように位置される。また酸素イオン伝
導性固体電解質部材１には外気等を導入する参照気体室
９が気体滞留室７と壁を隔てるように形成されている。
気体滞留室７の参照気体室９とは反対側の壁部内には電
極保護孔10が形成されている。気体滞留室７と参照気体
室９との間の壁部及び気体滞留室７と電極保護孔10との
間の壁部には電極対12a,12b,11a,11bが各々形成されて
いる。固体電解質部材６及び電極対11a,11bが酸素ポン
プ素子15として、固体電解質部材１及び電極対12a,12b
が電池素子16として各々作用する。また参照気体室９の
外壁面及び電極保護孔10の外壁面にヒータ素子20が各々
設けられている。ヒータ素子20は電気的に互いに直列に
接続されており、酸素ポンプ素子15及び電池素子16を均
等に加熱すると共に固体電解質部材６内の保温性の向上
を図っている。
酸素イオン伝導性固体電解質部材１としては、ZrO2（二
酸化ジルコニウム）が用いられ、電極11aないし12bとし
てはPt（白金）が用いられる。
酸化ジルコニウム）が用いられ、電極11aないし12bとし
てはPt（白金）が用いられる。
第２図に示す様にECU3は酸素ポンプ素子15及び電池素子
16からなる酸素濃度検出部の温度をヒータ素子20への給
電量を制御することにより所定温度に維持する温度制御
回路3aと、酸素濃度検出部の出力を測定する酸素濃度検
出回路3bとから構成されている。酸素濃度検出回路3bは
吸気２次空気供給路に設けられた電磁弁21に酸素濃度検
出部から得られる排気ガス中の酸素濃度を表わす信号を
供給する。この信号に応じ、電磁弁21は２次空気の供給
量を調整し空燃比を調整するのである。温度制御回路3a
はヒータ素子20と共にブリッジ回路を形成する三つの基
準抵抗器25,26,27、比較器28及び電力増幅器としてのト
ランジスタ29から構成されており、基準抵抗器27はヒー
タ素子20に直列に接続されている。基準抵抗器27とヒー
タ素子20との直列回路には基準抵抗器25及び26からなる
直列回路が並列に接続されている。また、基準抵抗器27
とヒータ素子20とからなる直列回路及び基準抵抗器25,2
6からなる直列回路にはスイッチング素子たるトランジ
スタ29のコレクタ・エミッタ間を介して所定の電圧VBが
印加される。ヒータ素子20及び基準抵抗器27による分圧
電圧V0と、基準抵抗器25,26による分圧電圧V1とは比較
回路28の入力端に各々供給され、分圧電圧V0,V1の比較
の結果としての比較回路28の出力信号がトランジスタ29
のベースに供給される。ところで、本実施例において
は、ヒータ素子20の温度特性に応じた抵抗値を有する補
正抵抗器４がコネクタ2aに設けられており、補正抵抗器
４は基準抵抗器25に並列に接続されている。従って、分
圧電圧V1は結局基準抵抗器25,26と補正抵抗器４とによ
る分圧電圧となる。
16からなる酸素濃度検出部の温度をヒータ素子20への給
電量を制御することにより所定温度に維持する温度制御
回路3aと、酸素濃度検出部の出力を測定する酸素濃度検
出回路3bとから構成されている。酸素濃度検出回路3bは
吸気２次空気供給路に設けられた電磁弁21に酸素濃度検
出部から得られる排気ガス中の酸素濃度を表わす信号を
供給する。この信号に応じ、電磁弁21は２次空気の供給
量を調整し空燃比を調整するのである。温度制御回路3a
はヒータ素子20と共にブリッジ回路を形成する三つの基
準抵抗器25,26,27、比較器28及び電力増幅器としてのト
ランジスタ29から構成されており、基準抵抗器27はヒー
タ素子20に直列に接続されている。基準抵抗器27とヒー
タ素子20との直列回路には基準抵抗器25及び26からなる
直列回路が並列に接続されている。また、基準抵抗器27
とヒータ素子20とからなる直列回路及び基準抵抗器25,2
6からなる直列回路にはスイッチング素子たるトランジ
スタ29のコレクタ・エミッタ間を介して所定の電圧VBが
印加される。ヒータ素子20及び基準抵抗器27による分圧
電圧V0と、基準抵抗器25,26による分圧電圧V1とは比較
回路28の入力端に各々供給され、分圧電圧V0,V1の比較
の結果としての比較回路28の出力信号がトランジスタ29
のベースに供給される。ところで、本実施例において
は、ヒータ素子20の温度特性に応じた抵抗値を有する補
正抵抗器４がコネクタ2aに設けられており、補正抵抗器
４は基準抵抗器25に並列に接続されている。従って、分
圧電圧V1は結局基準抵抗器25,26と補正抵抗器４とによ
る分圧電圧となる。
かかる構成においては、酸素濃度検出部の温度低下に伴
いヒータ素子20の温度が低下してヒータ素子20の抵抗値
RHが所定値以下に下がると分圧電圧V0が分圧電圧V1に対
して上昇し比較回路28の出力レベルが高レベルとなり、
トランジスタ29がオンとなる。トランジスタ29のオンに
より電圧VBがヒータ素子20及び基準抵抗器27の直列回路
に印加され、ヒータ素子20にヒータ電流が流れ、ヒータ
素子20の発熱により酸素濃度検出部の温度が上昇する。
一方、酸素濃度検出部の温度上昇に伴いヒータ素子20の
温度が上昇してヒータ素子20の抵抗値RHが所定値を上回
ると、分圧電圧V0が分圧電圧V1に対して低下し比較回路
28の出力レベルが低レベルとなり、トランジスタ29がオ
フとなる。トランジスタ29のオフによりヒータ素子20へ
の給電が断たれ、ヒート素子20及び酸素濃度検出部の温
度が低下する。かかる動作を繰返すことにより、ヒータ
素子20の抵抗値が所定値に等しくなるようにヒータ電流
が制御される。上述のことから明らかな様に、比較回路
28及びトランジスタ29がヒータ素子20への給電量を制御
することによりブリッジ回路の電位平衡を保持する電位
保持手段として作用する。
いヒータ素子20の温度が低下してヒータ素子20の抵抗値
RHが所定値以下に下がると分圧電圧V0が分圧電圧V1に対
して上昇し比較回路28の出力レベルが高レベルとなり、
トランジスタ29がオンとなる。トランジスタ29のオンに
より電圧VBがヒータ素子20及び基準抵抗器27の直列回路
に印加され、ヒータ素子20にヒータ電流が流れ、ヒータ
素子20の発熱により酸素濃度検出部の温度が上昇する。
一方、酸素濃度検出部の温度上昇に伴いヒータ素子20の
温度が上昇してヒータ素子20の抵抗値RHが所定値を上回
ると、分圧電圧V0が分圧電圧V1に対して低下し比較回路
28の出力レベルが低レベルとなり、トランジスタ29がオ
フとなる。トランジスタ29のオフによりヒータ素子20へ
の給電が断たれ、ヒート素子20及び酸素濃度検出部の温
度が低下する。かかる動作を繰返すことにより、ヒータ
素子20の抵抗値が所定値に等しくなるようにヒータ電流
が制御される。上述のことから明らかな様に、比較回路
28及びトランジスタ29がヒータ素子20への給電量を制御
することによりブリッジ回路の電位平衡を保持する電位
保持手段として作用する。
ところで、ヒータ素子20の温度特性に応じた抵抗値RLを
有する補正抵抗器４は次の如く選択される。先ず、個々
に製造された酸素濃度検出器１毎に所定温度におけるヒ
ータ素子20の抵抗値RHを測定し、ブリッジ回路を構成す
る基準抵抗器25,26,27の抵抗値を決定する際に基準とさ
れた基準ヒータ素子の該所定温度における抵抗値RHSと
の差（RHS−RH）に応じ選択されるのである。ここで、
本発明においては、補正抵抗器４は基準抵抗器25に並列
に接続されている為、上記選択による補正抵抗器４の抵
抗値の変更は基準抵抗器25との並列接続の合成抵抗値を
変更することとなり、また、上記温度制御が目標とする
基準ヒータ素子の目標温度（目標抵抗値）においてブリ
ッジ回路の電位平衡が成立する様に基準抵抗器の抵抗値
が定められているので、ブリッジ回路の電位平衡を保持
することにより、同温で基準ヒータ素子より高い抵抗値
を示すヒータ素子に対しては基準ヒータ素子に対する給
電量よりも少ない給電をなし得、逆に、同温で低い抵抗
値を示すヒータ素子に対しては基準ヒータ素子に対する
給電量よりも多い給電をなし得、常にヒータ素子20の温
度を目標温度に維持できるのである。
有する補正抵抗器４は次の如く選択される。先ず、個々
に製造された酸素濃度検出器１毎に所定温度におけるヒ
ータ素子20の抵抗値RHを測定し、ブリッジ回路を構成す
る基準抵抗器25,26,27の抵抗値を決定する際に基準とさ
れた基準ヒータ素子の該所定温度における抵抗値RHSと
の差（RHS−RH）に応じ選択されるのである。ここで、
本発明においては、補正抵抗器４は基準抵抗器25に並列
に接続されている為、上記選択による補正抵抗器４の抵
抗値の変更は基準抵抗器25との並列接続の合成抵抗値を
変更することとなり、また、上記温度制御が目標とする
基準ヒータ素子の目標温度（目標抵抗値）においてブリ
ッジ回路の電位平衡が成立する様に基準抵抗器の抵抗値
が定められているので、ブリッジ回路の電位平衡を保持
することにより、同温で基準ヒータ素子より高い抵抗値
を示すヒータ素子に対しては基準ヒータ素子に対する給
電量よりも少ない給電をなし得、逆に、同温で低い抵抗
値を示すヒータ素子に対しては基準ヒータ素子に対する
給電量よりも多い給電をなし得、常にヒータ素子20の温
度を目標温度に維持できるのである。
また、従来例として示した特開昭57−203940号公報のガ
スセンサにおいては、ブリッジ回路を構成する基準抵抗
そのものとしてヒータ素子の温度特性と比例関係にある
抵抗値を有した抵抗器を選択しなければならないのに対
し、本発明の場合には補正抵抗器４の変更により基準抵
抗器25との並列の合成抵抗値を変更することととしてい
るので、補正抵抗器４として用意すべき抵抗器の抵抗値
のきざみ幅がヒータ素子の温度特性の差（RHS−RH）に
比して大きなもので済み、JIS規格で定められた入手の
容易な抵抗器で賄えるのである。
スセンサにおいては、ブリッジ回路を構成する基準抵抗
そのものとしてヒータ素子の温度特性と比例関係にある
抵抗値を有した抵抗器を選択しなければならないのに対
し、本発明の場合には補正抵抗器４の変更により基準抵
抗器25との並列の合成抵抗値を変更することととしてい
るので、補正抵抗器４として用意すべき抵抗器の抵抗値
のきざみ幅がヒータ素子の温度特性の差（RHS−RH）に
比して大きなもので済み、JIS規格で定められた入手の
容易な抵抗器で賄えるのである。
発明の効果 以上説明した様に、本発明による酸素濃度検出装置にお
いては、酸素イオン伝導性固体電解質部材に電極対を設
けると共に気体拡散制限域を設けて酸素濃度検出部を構
成し、該検出部を加熱するヒータ素子の目標温度におけ
る抵抗値に対応した抵抗値を有する補正抵抗器を検出ユ
ニットに設け、補正抵抗器に対して並列接続される基準
抵抗器とヒータ素子とからブリッジ回路を構成し電位平
衡保持手段によりヒータ素子への給電量を制御してブリ
ッジ回路の電位平衡を保持する構成となっているので、
入手の容易な抵抗器を用いてヒータ素子の温度特性のば
らつきにも拘らずヒータ素子を目標温度に維持でき、測
定精度の良い酸素濃度検出器を提供できる。また、該補
正抵抗器を検出ユニットに設けているので、個々に製造
された検出ユニット同士の互換性を確保できる。
いては、酸素イオン伝導性固体電解質部材に電極対を設
けると共に気体拡散制限域を設けて酸素濃度検出部を構
成し、該検出部を加熱するヒータ素子の目標温度におけ
る抵抗値に対応した抵抗値を有する補正抵抗器を検出ユ
ニットに設け、補正抵抗器に対して並列接続される基準
抵抗器とヒータ素子とからブリッジ回路を構成し電位平
衡保持手段によりヒータ素子への給電量を制御してブリ
ッジ回路の電位平衡を保持する構成となっているので、
入手の容易な抵抗器を用いてヒータ素子の温度特性のば
らつきにも拘らずヒータ素子を目標温度に維持でき、測
定精度の良い酸素濃度検出器を提供できる。また、該補
正抵抗器を検出ユニットに設けているので、個々に製造
された検出ユニット同士の互換性を確保できる。
第１図は本発明による酸素濃度検出装置を示す概略図、
第２図は本発明による酸素濃度検出装置の回路図であ
る。 主要部分の符号の説明 １……酸素濃度検出器 ２……コネクタ、３……ECU ４……補正抵抗値 ６……酸素イオン伝導性固体電解質部材 15……酸素ポンプ素子 16……電池素子、20……ヒータ素子 25,26,27……基準抵抗器 28……比較器、29……トランジスタ Ｕ……検出ユニット
第２図は本発明による酸素濃度検出装置の回路図であ
る。 主要部分の符号の説明 １……酸素濃度検出器 ２……コネクタ、３……ECU ４……補正抵抗値 ６……酸素イオン伝導性固体電解質部材 15……酸素ポンプ素子 16……電池素子、20……ヒータ素子 25,26,27……基準抵抗器 28……比較器、29……トランジスタ Ｕ……検出ユニット
Claims (1)
- 【請求項１】酸素イオン伝導性の固体電解質部材によっ
て被測定気体を導入する気体拡散制限域を形成し前記固
体電解質部材を挾む電極対間にポンプ電流を供給して酸
素イオンを前記固体電解質部材を介して伝導せしめるこ
とにより前記気体拡散制限域内の酸素濃度を調整しつつ
前記ポンプ電流値によって前記被測定気体中の酸素濃度
を検出する酸素濃度検出部と、前記固体電解質部材を加
熱する電流加熱素子と、前記電流加熱素子の目標温度に
おける抵抗値に対応した抵抗値を有する補正抵抗器とか
らなる検出ユニット、及び 前記補正抵抗器に対して並列接続されかつ前記電流加熱
素子と共にブリッジ回路を構成する基準抵抗器と、前記
電流加熱素子への給電量を制御して前記ブリッジ回路の
電位平衡を保持する電位平衡保持手段からなることを特
徴とする酸素濃度検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62316568A JPH07117526B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | 酸素濃度検出装置 |
| US06/284,285 US4963246A (en) | 1987-12-14 | 1988-12-14 | Oxygen concentration-sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62316568A JPH07117526B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | 酸素濃度検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01155261A JPH01155261A (ja) | 1989-06-19 |
| JPH07117526B2 true JPH07117526B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=18078546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62316568A Expired - Fee Related JPH07117526B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | 酸素濃度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07117526B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02259459A (ja) * | 1989-03-30 | 1990-10-22 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素濃度検出センサ |
| US5182519A (en) * | 1990-10-22 | 1993-01-26 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heater control device for an air-fuel ratio sensor |
| IT1306315B1 (it) * | 1998-07-16 | 2001-06-04 | Magneti Marelli Spa | Dispositivo di controllo di una sonda lineare di ossigeno |
| DE19956823C2 (de) * | 1999-11-25 | 2002-11-28 | Siemens Ag | Ansteuerschaltung und Ansteuerverfahren für einen Gassensor |
-
1987
- 1987-12-14 JP JP62316568A patent/JPH07117526B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01155261A (ja) | 1989-06-19 |
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