JPH08304337A - 酸素センサ用ヒータの通電制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒータ通電によりセンサ素子が活性化するま
での時間を略一定に制御でき、しかも素子温度が過上昇
するのを防止できる制御装置を提供する。 【構成】 固体電解質基板の両面に多孔質電極を設けた
電池素子１２及びポンプ素子１４を備えた空燃比センサ
において、ヒータ３０の通電開始後、電池素子１２に微
少電流ｉCPを流して、そのとき生じる電極間電圧ＶS か
らセンサ素子の活性化を判定する。ヒータ電圧ＶH は、
通電開始時には１２Ｖに設定し、その後電極間電圧ＶS
が所定電圧ＶS1に達するまでの時間が短い場合には、印
加電圧を１１Ｖに低下させる。この結果、センサ素子の
活性化が判定されるまでの時間をセンサのばらつきによ
らず略一定にできる。また活性化判定後は、電極間電圧
ＶSから素子温度の変化状態を監視し、素子温度が変化
している場合には、ヒータ電圧ＶH を増減して、素子温
度を安定化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸素イオン伝導性固体
電解質の両端に多孔質電極を設けたセンサ素子とこのセ
ンサ素子を加熱して活性化させるヒータとを備えた酸素
センサにおいて、このヒータへの通電制御を行なう酸素
センサ用ヒータの通電制御方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば内燃機関の排ガス中の
酸素濃度から内燃機関に供給された燃料混合気の空燃比
を検出する空燃比センサとして、ジルコニア等からなる
板状の固体電解質の両面に多孔質電極を設けたセンサ素
子を用いた酸素センサが知られている。

【０００３】この種の酸素センサは、センサ素子の各電
極側雰囲気中の酸素分圧が異なる場合に、各電極間にそ
の酸素分圧比に応じた起電力が発生し、センサ素子が所
謂電池素子として動作するとか、或は、各電極を利用し
てセンサ素子に電流を流すと、その電流に応じて一方の
電極側（負極）から他方の電極側（正極）に酸素が汲み
出され、センサ素子が所謂ポンプ素子として動作する、
といったことを利用して、周囲雰囲気中の酸素濃度を検
出するのであるが、何れにしても、こうしたセンサ素子
を利用して酸素濃度を検出するには、その素子温度を、
６００℃前後の所定の活性温度まで上昇させて、センサ
素子を活性化させる必要がある。

【０００４】そこで従来、この種の酸素センサには、セ
ンサ素子を加熱するヒータが別途設けられており、ヒー
タを通電してセンサ素子の加熱を開始した後、例えば特
公平６−４３９８６号公報に開示されているように、セ
ンサ素子に微小電流ｉCP（数ｍＡ）を流して両電極間に
生じた電圧を検出し、その検出電圧ＶS が予め設定され
た活性判定電圧ＶSACTまで低下したとき、或はその検出
電圧ＶS が予め設定された活性判定電圧ＶSACTよりも大
きい通過電圧ＶSXを横切ってから所定時間経過したとき
に、センサ素子が活性化したと判定して、酸素濃度の検
出動作を許可するようにしている。

【０００５】つまり、センサ素子に微小電流ｉCPを流し
た場合、その電極間電圧ＶS は、両電極側の酸素分圧比
に応じて生じる起電力をＥＭＦとすると、｛ＶS ＝ｉCP
×Ｒｉ＋ＥＭＦ｝となり、起電力ＥＭＦが予めわかって
おれば、電極間電圧ＶS から、センサ素子の活性化に伴
い低下する内部抵抗Ｒｉを検知できることから、従来で
は、センサ素子に微小電流ｉCPを流してその時生じる電
極間電圧ＶS を検出することにより、センサ素子の活性
化，延いては酸素センサを用いて内燃機関の空燃比等を
正確に検出できるかどうかを判断するようにしているの
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来では、
センサ素子を活性化させる際、ヒータの通電制御は特に
行なっておらず、単に、温度上昇し難いセンサ素子で
も、所望時間内に活性化できるように、ヒータには、正
常な加熱動作を実現可能な範囲内にて高電圧を印加する
ようにしていた。このため、ヒータの通電開始後、セン
サ素子が活性化して酸素濃度を検出できるようになるま
での時間が、ヒータやセンサ素子の温度上昇に関する特
性のばらつきによって、大きく異なるといった問題があ
った。

【０００７】そして、特に、センサ素子が温度上昇し易
い場合（例えば新品のセンサ素子の場合）には、ヒータ
の通電開始後にセンサ素子温度が急上昇するため、単に
活性化までの時間が短くなるだけでなく、センサ素子温
度が高くなりすぎて酸素センサの応答性が速くなりす
ぎ、酸素センサと空燃比制御用ＥＣＵとのマッチングが
ずれてしまい、正確な空燃比制御が行われなくなるとい
った問題もある。

【０００８】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
ので、ヒータやセンサ素子のばらつきに関係なく、ヒー
タ通電開始後、センサ素子が活性化するまでの時間を略
一定に制御でき、しかもセンサ素子の温度が過上昇する
のを防止できる酸素センサ用ヒータの通電制御方法及び
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１に記載の発明は、酸素イオン伝導
性の固体電解質両面に一対の多孔質電極を配設してなる
センサ素子と、該センサ素子近傍に配設され、通電によ
り発熱して前記センサ素子を加熱するヒータと、前記セ
ンサ素子に微小電流を流して、前記多孔質電極間に生じ
る電極間電圧を検出する電圧検出手段と、前記ヒータへ
の通電開始後、前記電圧検出手段にて検出された電極間
電圧が所定の活性判定電圧以下になったときに、前記セ
ンサ素子が活性化した旨を判定する活性化判定手段とを
備えた酸素センサにおいて、前記ヒータの通電制御を行
なう通電制御方法であって、前記ヒータの通電を開始し
てから前記電極間電圧が前記活性判定電圧より高い所定
電圧を通過するのに要した所要時間、又は前記ヒータの
通電開始後に前記電極間電圧が前記活性判定電圧より高
い複数の電圧値間を通過するのに要した所要時間に応じ
て、該所要時間が短いほど前記ヒータへの供給電力が小
さくなるように、その後の前記ヒータの通電条件を決定
することを特徴とする酸素センサ用ヒータの通電制御方
法にある。

【００１０】また請求項２に記載の発明は、酸素イオン
伝導性の固体電解質両面に一対の多孔質電極を配設して
なるセンサ素子と、該センサ素子近傍に配設され、通電
により発熱して前記センサ素子を加熱するヒータと、前
記センサ素子に微小電流を流して、前記多孔質電極間に
生じる電極間電圧を検出する電圧検出手段と、前記ヒー
タへの通電開始後、前記電圧検出手段にて検出された電
極間電圧が所定の活性判定電圧以下になったときに、前
記センサ素子が活性化した旨を判定する活性化判定手段
とを備えた酸素センサに設けられ、前記ヒータの通電制
御を行う通電制御装置であって、前記ヒータを通電して
発熱させる通電手段と、該通電手段が予め設定された初
期通電条件にて前記ヒータへの通電を開始してから、前
記電圧検出手段にて検出された電極間電圧が前記活性判
定電圧より高い所定電圧を通過するのに要した所要時
間、又は、前記通電手段が前記ヒータへの通電を開始し
た後、前記電圧検出手段にて検出された電極間電圧が前
記活性判定電圧より高い複数の電圧値間を通過するのに
要した所要時間、を計時する計時手段と、該計時手段に
て計時された所要時間に応じて、該所要時間が短いほど
前記ヒータへの供給電力が小さくなるように、その後の
前記通電手段による前記ヒータの通電条件を設定するヒ
ータ通電条件設定手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１１】また次に、請求項３に記載の発明は、請求
項２に記載の酸素センサ用ヒータの通電制御装置におい
て、前記通電手段は、前記ヒータ通電時の印加電圧を変
更可能に構成され、前記ヒータ通電条件設定手段は、前
記計時手段にて計時された所要時間に応じて、前記通電
手段からの前記ヒータへの印加電圧を設定することを特
徴とする。

【００１２】また、請求項４に記載の発明は、請求項２
又は請求項３に記載の酸素センサ用ヒータの通電制御装
置において、前記酸素センサは、前記センサ素子の一方
の多孔質電極側を閉塞する閉塞部材と、該閉塞部材によ
り該多孔質電極側に形成された閉塞空間内の酸素の一部
を外部に漏出させる漏出抵抗部とを備え、前記電圧検出
手段による微小電流の通電により、他方の多孔質電極側
から該閉塞空間内に酸素を汲み込んで該閉塞空間を内部
酸素基準源として機能させると共に、更に、前記センサ
素子の前記内部酸素基準源とは反対側の多孔質電極に接
するように形成され、ガス拡散制限層を介して周囲の測
定ガス雰囲気と連通された測定ガス室と、該測定ガス室
に一方の多孔質電極が接し、他方の多孔質電極が周囲の
測定ガス雰囲気に接するように配置され、酸素イオン伝
導性の固体電解質両面に一対の多孔質電極を配設してな
る第２のセンサ素子と、前記活性化判定手段にて前記セ
ンサ素子の活性化が判定されると、その後前記電圧検出
手段により検出される前記センサ素子の電極間電圧が所
定の目標電圧となるように前記第２のセンサ素子の通電
電流を制御し、該通電電流を周囲の測定ガス分雰囲気中
の酸素濃度を表わす検出信号として出力する検出回路
と、を備え、当該通電制御装置は、更に、前記活性化判
定手段にて前記センサ素子の活性化が判定された後、前
記検出回路により制御される前記センサ素子の電極間電
圧の前記目標電圧に対する誤差に応じて、該誤差が予め
設定された許容範囲内となるように、前記ヒータの通電
条件を変化させ、前記センサ素子の温度を安定化させる
安定化手段を備えたことを特徴とする。

【００１３】

【作用及び発明の効果】上記のように構成された請求項
１に記載の酸素センサにおいては、ヒータの通電が開始
されると、センサ素子には電圧検出手段により微小電流
が供給されて、そのときセンサ素子の多孔質電極間に生
じる電極間電圧が検出され、その検出された電極間電圧
がセンサ素子の温度上昇（活性化）に伴い所定の活性判
定電圧まで低下したときに、活性化判定手段にてセンサ
素子の活性化を判定するようにされている。

【００１４】そこで、この酸素センサのヒータを通電制
御するに当たっては、活性化判定手段にてセンサ素子の
活性化が判定されるまでの期間中に、センサ素子の電極
間電圧が活性判定電圧より高い所定電圧を通過するのに
要した所要時間、又はセンサ素子の電極間電圧が活性判
定電圧より高い複数の電圧値間を通過するのに要した所
要時間を検出して、その所要時間が短いほどヒータへの
供給電力が小さくなるように、その後のヒータの通電条
件を決定するようにしている。

【００１５】つまり、請求項１に記載のヒータ通電制御
方法においては、ヒータ通電開始後センサ素子の電極間
電圧が所定電圧に達するまでの所要時間（又はセンサ素
子の電極間電圧が複数の電圧値間を通過するのに要した
所要時間）が長い場合には、センサ素子はヒータ通電に
よって温度上昇し難く、活性化には時間がかかると判断
でき、逆にこの所要時間が短い場合には、センサ素子は
ヒータ通電によって温度上昇し易く、活性化に要する時
間も短いと判断できることから、その所要時間を検出し
て、所要時間が短いほどヒータへの供給電力が小さくな
るように以降の通電条件を決定することにより、センサ
素子の電極間電圧が活性判定電圧に達して活性化判定手
段にてセンサ素子の活性化が判定されるまでの時間を略
一定にできるようにしているのである。

【００１６】この結果、本発明によれば、ヒータ通電開
始後にセンサ素子が活性化して酸素濃度を検出できるよ
うになるまでの酸素センサの起動特性が、センサ素子や
ヒータのばらつきによって大きく変化することがなく、
その起動特性を略一定に安定化させることができる。

【００１７】また上記のように、活性化し易いセンサ素
子ではヒータへの供給電力が小さく、活性化し難いセン
サ素子ではヒータへの供給電力が大きくなるように、ヒ
ータの通電条件が設定されるため、ヒータの通電制御を
実行しない従来の酸素センサのように、活性化し易いセ
ンサ素子において、センサ素子が温度上昇し過ぎて、酸
素センサと空燃比制御用ＥＣＵとのマッチングがずれて
しまい、正確な空燃比制御が行われなくなるとか、逆に
活性化し難いセンサ素子において、濃度を検出できるよ
うになるまでに時間がかかるといったことはなく、セン
サ素子を用いた酸素濃度の検出を、速やかに且つ高精度
に実行することができる。

【００１８】次に、請求項２に記載の通電制御装置は、
上記請求項１に記載の通電制御方法を実現する装置であ
る。そして、この装置においては、まず通電手段が、予
め設定された初期通電条件にてヒータへの通電を開始
し、計時手段が、通電手段がヒータ通電開始してから電
圧検出手段にて検出された電極間電圧が活性判定電圧よ
り高い所定電圧を通過するのに要した所要時間、又は、
通電手段がヒータへの通電を開始した後、電圧検出手段
にて検出された電極間電圧が活性判定電圧より高い複数
の電圧値間を通過するのに要した所要時間、を計時し、
ヒータ通電条件設定手段が、この計時手段にて計時され
た所要時間に応じて、所要時間が短いほどヒータへの供
給電力が小さくなるように、その後の通電手段によるヒ
ータの通電条件を設定する。

【００１９】従って、請求項２に記載の通電制御装置に
よれば、ヒータ通電開始後にセンサ素子が活性化して酸
素濃度を検出できるようになるまでの時間（酸素センサ
の起動特性）を、センサ素子やヒータのばらつきに影響
されることなく、略一定に制御できると共に、センサ素
子の活性化後、素子温度が過上昇して、酸素濃度の検出
精度が低下するといったことを防止できる。

【００２０】次に、請求項３に記載の通電制御装置にお
いては、通電手段が、ヒータ通電時の印加電圧を変更可
能に構成されており、ヒータ通電条件設定手段が、計時
手段にて計時された所要時間に応じて、通電手段からの
ヒータへの印加電圧を設定する。つまり、通電手段から
のヒータへの印加電圧は、計時手段にて計時された所要
時間に応じて、所要時間が短い程低く、逆に所要時間が
長い程高くなるように設定される。従って、本発明によ
れば、ヒータ通電時の通電条件を設定変更するに当たっ
て、ヒータへの印加電圧を切り換えるだけでよく、簡単
な構成にて実現できる。

【００２１】次に、請求項４に記載の通電制御装置は、
電圧検出手段にて微小電流が供給されて多孔質電極間に
生じる電極間電圧が検出されるセンサ素子以外に、この
センサ素子と同様に構成された第２のセンサ素子を備
え、これら各センサ素子の一方の多孔質電極を、ガス拡
散制限層を介して周囲の測定ガス雰囲気と連通された測
定ガス室に接するように配設し、更に、電圧検出手段に
て微小電流が供給されるセンサ素子の測定ガス室とは反
対側の多孔質電極側に閉塞部材を設けて、その多孔質電
極を閉塞し、電圧検出手段にて供給される微小電流によ
り測定ガス室側からその閉塞された多孔質電極側に酸素
を汲み込み、その汲み込まれた酸素の一部を漏出抵抗部
を介して外部に漏出させることにより、その閉塞空間を
内部酸素基準源として機能させ、活性化判定手段にてセ
ンサ素子の活性化が判定されると、検出回路にて、電圧
検出手段により検出されるセンサ素子の電極間電圧が所
定の目標電圧となるように、第２のセンサ素子の通電電
流を制御して、その通電電流を周囲の測定ガス分雰囲気
中の酸素濃度を表わす検出信号として出力するように構
成された酸素センサのヒータを通電制御するための装置
である。

【００２２】そして、この装置においては、通電手段が
ヒータへの通電を開始して、センサ素子が活性化するま
での期間中に、計時手段にて、センサ素子の電極間電圧
が所定電圧に達するまでの所要時間（又は複数の電圧値
間を通過するのに要した所要時間）を計時し、ヒータ通
電条件設定手段により、その計時した所要時間に応じて
通電手段によるヒータの通電条件を設定するだけではな
く、活性化判定手段にてセンサ素子の活性化が判定され
て、検出回路が第２のセンサ素子の通電電流を制御して
酸素濃度を検出する検出動作を開始した後は、安定化手
段が、その検出回路の動作によって目標電圧に制御され
る電極間電圧の制御誤差に応じて、その誤差が予め設定
された許容範囲内となるようにヒータの通電条件を変化
させ、センサ素子の温度を安定化させる。

【００２３】即ち、請求項４の通電制御装置が適用され
る酸素センサは、酸素イオン伝導性の固体電解質両面に
一対の多孔質電極を配設してなるセンサ素子を一対備
え、一方のセンサ素子を電池素子、他方のセンサ素子を
ポンプ素子として動作させ、電池素子の電極間電圧（延
いては起電力ＥＭＦ）が目標電圧となるようにポンプ素
子に流れる電流（ポンプ電流）を制御することにより、
そのポンプ電流から周囲雰囲気中の酸素濃度を検出す
る、前述の特公平６−４３９８６号公報等に開示された
周知に酸素センサであるが、この種の酸素センサにおい
ては、センサ素子の活性化判定後、電池素子の電極間電
圧が目標電圧となるように測定ガス室の酸素分圧が制御
されるため、各センサ素子が活性化温度に達して正常に
動作しておれば、電圧検出手段にて検出される電極間電
圧が略安定して、目標電圧から大きくずれることはな
い。

【００２４】そこで、本発明では、この種の酸素センサ
においては、活性化判定後も、目標電圧に制御される電
極間電圧の制御誤差を監視して、その制御誤差が許容範
囲からずれた場合には、センサ素子の温度が変化したと
判断して、ヒータの通電条件を変化させることにより、
センサ素子の温度、換言すればセンサ素子の活性化状態
を安定化させるのである。

【００２５】このため、本発明によれば、センサ素子の
活性化判定後の酸素濃度の検出期間中に、センサ温度が
低下或は上昇して酸素濃度の検出精度が低下するのを防
止でき、酸素濃度を、安定して、且つ高精度で検出する
ことが可能になる。

【００２６】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面に従って説明
する。図１は本発明が適用された実施例の空燃比センサ
及びその周辺装置を表わす概略構成図、図２は空燃比セ
ンサの一部破断斜視図である。

【００２７】本実施例の空燃比センサ１０は、内燃機関
の排気管に取り付けられ、排気中の酸素濃度から内燃機
関に供給された燃料混合気の空燃比を検出するためのも
のであり、図２に示すように、固体電解質基板１２ａの
両側に多孔質電極１２ｂ，１２ｃを形成したセンサ素子
（電池素子）１２と、同じく固体電解質基板１４ａの両
側に多孔質電極１４ｂ，１４ｃを形成した第２のセンサ
素子（ポンプ素子）１４と、これらの両素子１２，１４
の間に積層されて測定ガス室１６を形成するスペーサ１
８とを備えている。そして、ポンプ素子１４の外側に
は、スペーサ２０により所定間隔を空けて、両素子１
２，１４を加熱するヒータ３０が取り付けられている。

【００２８】ここで、電池素子１２及びポンプ素子１４
は、イットリア−ジルコニア固溶体からなる固体電解質
基板１２ａ，１４ａの各々の両面に、矩形状の多孔質電
極１２ｂ，１２ｃ，１４ｂ，１４ｃを形成したものであ
り、この多孔質電極１２ｂ，１２ｃ，１４ｂ，１４ｃ
は、共素地としてのイットリア−ジルコニア固溶体と残
部白金から形成されている。尚、上記固体電解質基板１
２ａ，１４ａの材料としては、イットリア−ジルコニア
固溶体の他に、カルシア−ジルコニア固溶体が知られて
おり、更に、二酸化セリウム、二酸化トリウム、二酸化
ハフニウムの各固溶体、ペロブスカイト型固溶体、３価
金属酸化物固溶体等が使用できる。

【００２９】次に、ポンプ素子１４の外側は、多孔質電
極１４ｃに対応する中空部２６ａを有したアルミナから
なる絶縁層２６に覆われている。そしてその中空部２６
ａには、多孔質電極１４ｃを覆って外部から保護する、
主にアルミナからなる多孔質の電極保護層２７が形成さ
れている。

【００３０】また、測定ガス室１６は、電池素子１２と
ポンプ素子１４との間に、多孔質電極１２ｃ，１４ｂに
対応した中空部を有するスペーサ１８を挟んで接合する
ことにより形成され、その中空部からなる測定ガス室１
６の内側には、上記多孔質電極１２ｃ，１４ｂが露出し
ている。なお、スペーサ１８の素材としては、アルミ
ナ、スピネル、フォルステライト、ステアタイト、ジル
コニア等が用いられる。

【００３１】また、スペーサ１８には、測定ガス室１６
と外部とを連通する連通孔が複数設けられており、各連
通孔には、アルミナからなる多孔質の充填材を詰めるこ
とによってガス拡散制限層１７が形成され、測定ガスの
測定ガス室１６への流入等の律速が行われる。

【００３２】次に、電池素子１２の外側には、多孔質電
極１２ｂを覆うように固体電解質からなる遮蔽体２４が
貼り付けられており、後述の検出回路５２にて電池素子
１２の多孔質電極１２ｂ側から多孔質電極１２ｃ側へと
微小電流ｉCPを流したときに、多孔質電極１２ｂ側に汲
み込まれた酸素がそのまま排出されないようにされてい
る。また、電池素子１２には、このように多孔質電極１
２ｂ側に汲み込まれた酸素の一部を測定ガス室１６側に
漏出させるための漏出抵抗部１２ｄが形成されている
（図１参照）。この結果、検出回路５２による微小電流
ｉCPの通電により、多孔質電極１２ｂ側は一定の酸素濃
度となり、電池素子１２には、多孔質電極１２ｂ側の酸
素濃度を基準とする測定ガス室１６内の酸素濃度に応じ
た起電力ＥＭＦが発生することになる。

【００３３】また、ヒータ３０の一方の側、即ちポンプ
素子１４側には、発熱パターン３０ａが設けられ、他方
の側には周知のマイグレーション防止パターン３０ｂが
形成されている。？？ 次に図１に基づいて、上記空燃比センサ１０の制御及び
上記各センサ素子１２，１４の活性化判定を行う制御系
の構成について説明する。

【００３４】図１に示すように、電池素子１２及びポン
プ素子１４の測定ガス室１６に接した多孔質電極１２ｃ
及び１４ｂは、抵抗器Ｒ2 を介して接地されており、他
方の多孔質電極１２ｂ及び１４ｃは、夫々検出回路５２
に接続されている。そして検出回路５２内では、電池素
子１２の遮蔽体２４側の多孔質電極１２ｂが、他端に定
電圧ＶCPが印加された抵抗器Ｒ1 に接続されている。抵
抗器Ｒ1 は、電池素子１２に略一定の微小電流ｉCPを供
給するためのものであり、その抵抗値は、抵抗器Ｒ2 及
び電池素子１２の内部抵抗に比べて充分大きな値となっ
ている。

【００３５】また、この抵抗器Ｒ1 の多孔質電極１２ｂ
側端部は、差動増幅器ＡＭＰの−側入力端子に接続され
ている。差動増幅器ＡＭＰの＋側入力端子には、基準電
圧ＶCOが入力されているため、差動増幅器ＡＭＰから
は、基準電圧ＶCOと電池素子１２の多孔質電極１２ｂ側
電圧との差に応じた電圧が出力される。また、この差動
増幅器ＡＭＰの出力は、抵抗器Ｒ3 を介して、ポンプ素
子１４のヒータ３０側の多孔質電極１４ｃに接続されて
いる。この結果、ポンプ素子１４には、差動増幅器ＡＭ
Ｐの出力に応じて、ポンプ電流ｉｐが双方向に流れるこ
とになる。

【００３６】つまり、この検出回路５２は、電池素子１
２に微小電流ｉCPを流して多孔質電極１２ｂに酸素を汲
み込むことにより、多孔質電極１２ｂを内部酸素基準源
として機能させて、電池素子１２の両端に測定ガス室１
６内の酸素濃度に応じた電圧を発生させ、更に、その電
圧（詳しくは抵抗器Ｒ2 の両端電圧を含む）が基準電圧
ＶCOとなるように、差動増幅器ＡＭＰからポンプ素子１
４にポンプ電流ｉｐを供給することにより、測定ガス室
１６内の酸素濃度を一定に保つ制御を行うように構成さ
れているのである。

【００３７】そして、この制御によって生じるポンプ電
流ｉｐは、周囲の測定ガス雰囲気中の酸素濃度に対応す
るため、そのポンプ電流ｉｐを抵抗器Ｒ3 により電圧信
号に変換して、それを排気中の酸素濃度，延いては空燃
比を表わす検出信号として、内燃機関制御を行うマイク
ロコンピュータ等からなる電子制御回路（以下、ＥＣＵ
という）５０に出力する。

【００３８】尚、検出回路５２には、内燃機関の始動と
共に電源供給がなされて、電池素子１２への微小電流ｉ
CPの通電が開始されるが、ポンプ電流ｉｐを制御する差
動増幅器ＡＭＰは、ＥＣＵ５０側からその動作をオン／
オフできるようにされており、ＥＣＵ５０側で空燃比セ
ンサ１０の活性化が判定されるまでは、その動作が停止
される。また、このようにポンプ電流ｉｐを制御して酸
素濃度（空燃比）を検出する検出回路は、上記公報にも
開示されているように従来より周知であるため、これ以
上の説明は省略する。

【００３９】次に、ヒータ３０の発熱パターン３０ａに
は、電圧切換回路５４を介して、ヒータ電圧ＶH が印加
される。この電圧切換回路５４は、本発明の通電手段に
相当し、バッテリ電圧ＶB を受けてヒータ３０に電源供
給を行うためのものであるが、ヒータ３０に印加するヒ
ータ電圧ＶH として、バッテリ電圧ＶB そのままの１２
Ｖ，或はバッテリ電圧ＶB を減圧した１１Ｖ，１０Ｖを
各々出力可能に構成されており、ＥＣＵ５０から出力さ
れる電圧切換指令に応じて、その内のいずれか（１２
Ｖ，１１Ｖ，１０Ｖ）をヒータ電圧ＶH として、発熱パ
ターン３０ａに印加する。

【００４０】また更に、電池素子１２には、多孔質電極
１２ｂ−１２ｃ間の電圧（電極間電圧）ＶS を、ＥＣＵ
５０に入力するバッファ回路ＢＵＦが接続されている。
尚、このバッファ回路ＢＵＦは、抵抗器Ｒ1 と共に本発
明の電圧検出手段を構成している。

【００４１】そして、ＥＣＵ５０は、内燃機関の始動と
共に電圧切換回路５４からヒータ３０の発熱パターン３
０ａにヒータ電圧ＶH を印加させることにより、電池素
子１２及びポンプ素子１４を加熱させ、この加熱によっ
て各センサ素子１２，１４が活性化したかどうかを、バ
ッファ回路ＢＵＦから入力される電池素子１２の電極間
電圧ＶS に基づき判定して、活性化判定後に、空燃比セ
ンサ１０を用いた空燃比の検出並びにその検出結果に基
づく内燃機関の空燃比制御を開始する。

【００４２】そこで次に、ＥＣＵ５０において実行され
る各種制御処理の内、本発明にかかわる主要な処理であ
る、センサ素子活性化のためのヒータ制御、及び活性化
判定後に素子温度を安定化させる安定化制御について、
図３及び図４に示すフローチャートに沿って説明する。

【００４３】図３は、内燃機関の始動と共に起動され、
その後センサ素子１２，１４の活性化を判定するまでの
間実行されるセンサ活性化制御を表わしている。図３に
示す如く、内燃機関が始動されると、まずＳ１１０
（Ｓ：ステップを表わす）にて、電圧切換回路５４から
１２Ｖのヒータ電圧ＶH を出力させて、ヒータ３０の通
電を開始（オン）する。尚、このとき同時に、その後の
ヒータ通電時間を計時する内蔵タイマを起動させる。

【００４４】次に、続くＳ１２０では、この通電によ
り、電池素子１２の温度が上昇して、バッファ回路ＢＵ
Ｆから入力される電極間電圧ＶS が所定電圧ＶS1（例え
ば１．３Ｖ）以下となったか否かを判断することによ
り、電極間電圧ＶS が所定電圧ＶS1以下になるのを待
つ。

【００４５】そして、電極間電圧ＶS が所定電圧ＶS1以
下になると、Ｓ１３０に移行して、ヒータ通電開始時に
起動した内蔵タイマから、ヒータ通電時間を読み込む計
時手段としての処理を実行し、その読み込んだ時間が、
予め設定された判定時間τSよりも長いか否かを判断す
る。

【００４６】次に、Ｓ１３０にて、ヒータ通電時間が判
定時間τS よりも長いと判断されると、ヒータ電圧ＶH
を１２Ｖのまま保持すべく、そのままＳ２１０に移行
し、逆にヒータ通電時間が判定時間τS 以下であると判
断されると、Ｓ１４０にて、所定の加熱時間Ｔ1 経過す
るのを待った後、Ｓ１５０にて、ヒータ電圧ＶH を１１
Ｖに切り換え、Ｓ２１０に移行する。尚、Ｓ１３０から
Ｓ２１０にいたる一連の処理は、本発明のヒータ通電条
件設定手段に相当する。

【００４７】次にＳ２１０では、電池素子１２の電極間
電圧ＶS が、加熱による内部抵抗の低下に伴い、予め設
定された空燃比リッチ域での活性判定電圧である電圧値
ＶR1（例えば０．６Ｖ）から電圧値ＶR2（例えば０．９
Ｖ）までの電圧範囲内（ＶR1＜ＶS ＜ＶR2）に存在する
か否かを判断する。そして、電極間電圧ＶS がこの電圧
範囲内にあれば、Ｓ２２０にて、電極間電圧ＶS がこの
電圧範囲内に入った旨を表わすフラグＦをセットし、続
くＳ２３０にて、電極間電圧ＶS がこの電圧範囲内にあ
る時間が予め設定されたリッチ判定時間Ｔ2 に達したか
どうかを判断する。

【００４８】Ｓ２３０にて、電極間電圧ＶS が上記電圧
範囲内（ＶR1＜ＶS ＜ＶR2）にある時間がリッチ判定時
間Ｔ2 に達したと判断されると、センサ素子１２，１４
は酸素が殆ど存在しない空燃比リッチ域での排気中で活
性化したと判断して、Ｓ２６０に移行し、逆にリッチ判
定時間Ｔ2 に達していないと判断されると、再度Ｓ２１
０に移行する。

【００４９】次にＳ２１０にて、電極間電圧ＶS が上記
電圧範囲内（ＶR1＜ＶS ＜ＶR2）にないと判断される
と、Ｓ２４０に移行して、電極間電圧ＶS が一旦この電
圧範囲内に入った旨を表わすフラグＦがセットされてい
るか否かを判断する。そして、フラグＦがリセット状態
であり、センサ素子１２，１４の加熱後、未だ電極間電
圧ＶS が上記電圧範囲まで低下していなければ、再度Ｓ
２１０に移行する。

【００５０】一方、Ｓ２４０にて、フラグＦがセットさ
れていると判断された場合、つまりヒータ３０の通電開
始後、電極間電圧ＶS が、一旦上記電圧範囲内に入り、
更に低下した場合には、Ｓ２５０に移行して、電極間電
圧ＶS が、予め設定された空燃比リーン域での活性判定
電圧ＶL （例えば０．２Ｖ）以下になったか否かを判断
することにより、電極間電圧ＶS がこの活性判定電圧Ｖ
L 以下になるのを待つ。そして、電極間電圧ＶS がこの
活性判定電圧ＶL 以下になると、センサ素子１２，１４
は酸素が多い空燃比リーン域での排気中で活性化したと
判断して、Ｓ２６０に移行する。

【００５１】そして、最後に、Ｓ２６０では、検出回路
５２内の差動増幅器ＡＭＰをオンして、検出回路５２に
よる空燃比の検出動作を開始させる。尚、上記Ｓ２１０
からＳ２６０に至る一連の処理は、本発明の活性化判定
手段に相当する。次に、図４は、上記センサ活性化制御
処理にて、センサ素子１２，１４が活性化したと判定さ
れて、検出回路５２が空燃比の検出動作を開始した後、
内燃機関の運転が停止されるまでの間、空燃比制御のた
めの各種制御処理と共にＥＣＵ５０において繰返し実行
されるセンサ温度安定化制御処理を表わしている。尚、
この処理は、本発明の安定化手段に相当する。

【００５２】図４に示す如く、この処理が開始される
と、まずＳ３１０にて、電池素子１２の電極間電圧ＶS
の目標電圧に誤差△ＶS を検出する。つまり、検出回路
５２は、この電極間電圧ＶS が所定の目標電圧（例えば
０．４５Ｖ）となるようにポンプ素子１４に流すポンプ
電流ｉｐを制御するため、この制御による制御誤差を、
電極間電圧ＶS の目標電圧からのずれ△ＶS から検出す
るのである。

【００５３】そして、続くＳ３２０では、この検出した
誤差△ＶS が予め設定された許容範囲±ＶX （例えば、
±０．１Ｖ）内にあるか否かを判断し、誤差△ＶS が許
容範囲±ＶX 内にあれば、検出回路５２の動作によって
ポンプ電流ｉｐが正常に制御されたと判断して、Ｓ３３
０に移行し、逆に誤差△ＶS が許容範囲±ＶX 内になけ
れば、検出回路５２はポンプ電流ｉｐをまだ正常に制御
できていないと判断して、再度Ｓ３１０に移行し、Ｓ３
１０及びＳ３２０を繰返し実行することにより、ポンプ
電流ｉｐが正常に制御されるようになるのを待つ。つま
り、このＳ３１０及びＳ３２０の処理は、検出回路５２
によるポンプ電流ｉｐの制御を開始した後、制御が安定
するまでの応答時間が経過するのを待つのである。

【００５４】次に、Ｓ３３０では、現在ヒータ３０に印
加しているヒータ電圧ＶH が１２Ｖであれば時間Ｔ3
を、ヒータ電圧ＶH が１１Ｖであれば時間Ｔ4 （Ｔ4 ＞
Ｔ3 ）を計時することにより、所定時間Ｔ3 又はＴ4 経
過するのを待ち、所定時間Ｔ3又はＴ4 経過すると、Ｓ
３４０にて、ヒータ電圧ＶH を現在よりも更に１Ｖ低い
１１Ｖ又は１０Ｖに変更する。そして、続くＳ３５０で
は、その後更に所定時間Ｔ5 （Ｔ5 ＞Ｔ4，Ｔ3）経過し
たか否かを判断することにより、各センサ素子１２，１
４が変更後のヒータ電圧ＶH に対応した温度となるのを
待ち、続くＳ３６０にて、上記Ｓ３１０と同様、電極間
電圧ＶS の制御誤差△ＶS を検出する。

【００５５】そして、続くＳ３７０では、その検出した
誤差△ＶS が許容範囲±ＶX 内にあるかどうかを判定し
て、誤差△ＶS が許容範囲±ＶX 内にあれば、現在設定
されているヒータ電圧ＶH にてセンサ素子１２，１４を
空燃比を正常に検出可能な温度範囲内に制御できている
と判定して、再度Ｓ３５０に移行し、逆に誤差△ＶSが
許容範囲±ＶX を越えていれば、現在設定されているヒ
ータ電圧ＶH ではセンサ素子１２，１４を空燃比を正常
に検出可能な温度範囲内に制御できていないと判断し
て、３８０に移行する。

【００５６】そして、Ｓ３８０では、ヒータ電圧ＶH が
活性化判定時に設定した初期電圧よりも１Ｖ低い電圧１
１Ｖ又は１０Ｖであれば、ヒータ電圧ＶH を１Ｖ上昇さ
せて、初期電圧１２Ｖ又は１１Ｖに戻し、逆にヒータ電
圧ＶH が活性化判定時に設定した初期電圧１２Ｖ又は１
１Ｖであれば、ヒータ電圧ＶH を１Ｖ低下させて、当該
センサ温度安定化制御を開始した後、Ｓ３４０にて最初
に設定した１１Ｖ又は１０Ｖに戻す、といった手順で、
ヒータ電圧ＶH を１Ｖ増・減させ、再度Ｓ３５０に移行
する。

【００５７】以上説明したように、本実施例では、ま
ず、センサ活性化制御処理において、内燃機関の始動と
同時に、ヒータ３０をヒータ電圧ＶH ＝１２Ｖにて通電
して、各センサ素子１２，１４の加熱を開始し、その
後、センサ素子１２，１４の温度上昇（換言すれば内部
抵抗の低下）に伴い、電池素子１２の電極間電圧ＶS が
所定電圧ＶS1に達するまでのヒータ通電時間を計時し
て、その計時したヒータ通電時間が判定時間τS よりも
長ければヒータ電圧ＶH を１２Ｖのまま保持し、その時
間が判定時間τS 以下であればヒータ電圧ＶH を１１Ｖ
に下げる。

【００５８】この結果、図５に示すように、ヒータ３０
の通電開始（ｔ1 ）後、電池素子１２の電極間電圧ＶS
が所定電圧ＶS1に達するまで（ｔ2′ ）のヒータ通電時
間が判定時間τS よりも長い時間ＴA となる空燃比セン
サＡの場合は、ヒータ電圧ＶH が１２Ｖに保持され、ヒ
ータ３０の通電開始（ｔ1 ）後、電池素子１２の電極間
電圧ＶS が所定電圧ＶS1に達するまで（ｔ2 ）のヒータ
通電時間が判定時間τS よりも短い時間ＴB となる空燃
比センサＢの場合は、その後、所定時間Ｔ1 経過した時
点ｔ3 にて、ヒータ電圧ＶH が１１Ｖに変更される。

【００５９】従って、ヒータ３０の通電により温度上昇
し易い空燃比センサＢにおいて、電極間電圧ＶS が活性
判定電圧（図では空燃比リーン域での活性判定電圧ＶL
）に達して、その活性化が判定されるまでの時間が、
ヒータ電圧ＶH を切り換えない場合に比べて長くなり、
その活性化判定タイミング（ｔ4 ）を、ヒータ３０の通
電により温度上昇し難い空燃比センサＡの活性化判定タ
イミング（ｔ4′ ）に近付けることができる。

【００６０】よって本実施例によれば、空燃比センサ１
０の温度上昇特性によらず、センサ素子１２，１４の活
性化が判定されるまでの時間を略一定に制御することが
でき、内燃機関の始動後、空燃比制御を開始できるまで
の起動特性を、略一定に安定化させることができる。ま
たこのように、活性化し易い空燃比センサＢでは、ヒー
タ電圧ＶH が１２Ｖから１１Ｖに切り換えられるため、
活性化判定後に各センサ素子１２，１４の温度が上昇し
過ぎるといったことも防止できる。

【００６１】また本実施例では、センサ素子１２，１４
の活性化の判定には、空燃比リッチ域での活性判定電圧
ＶR1及びＶR2と、空燃比リーン域での活性判定電圧ＶL
が使用され、電極間電圧ＶS が所定時間Ｔ2 以上、活性
判定電圧ＶR1からＶR2までの電圧範囲内にあれば、空燃
比リッチ域にて内燃機関を運転した際の、酸素が殆ど存
在しない排気中にてセンサ素子１２，１４が活性化した
と判定し、逆に電極間電圧ＶS が活性判定電圧ＶR1から
ＶR2までの電圧範囲を短時間で通過した場合には、電極
間電圧ＶS が活性判定電圧ＶL 以下になるのを待って、
ＶS ≦ＶL となった時点で、センサ素子１２，１４が、
内燃機関を空燃比リーン域にて運転した際の酸素が充分
存在する排気中にて活性化したと判定する。

【００６２】このため、本実施例の空燃比センサ１０
は、内燃機関が、始動後の暖機運転等のために空燃比リ
ッチにて運転されるタイプのものであっても、逆に燃費
及び排気エミッション向上のために始動直後から空燃比
リーンにて運転されるタイプのものであっても、センサ
素子１２，１４の活性化を常に正確に判定することがで
きる。

【００６３】また更に、本実施例では、センサ素子１
２，１４の活性化判定後は、ヒータ電圧ＶH をそのまま
保持するのではなく、所定時間Ｔ3 又はＴ4 経過後に、
ヒータ電圧ＶH を活性化判定時の初期電圧から１Ｖ低下
させ、その後、所定時間Ｔ5 経過する度に、検出回路５
２によるポンプ電流ｉｐの制御結果（つまり誤差△Ｖ
S）から、ポンプ電流ｉｐを正常に制御できているかど
うか、換言すれば、センサ素子１２，１４は空燃比を正
常に検出可能な温度範囲内に制御できているかどうかを
判定して、誤差△ＶS が許容範囲±ＶX を越えると、セ
ンサ素子１２，１４の温度が変化したとして、ヒータ電
圧ＶH を初期電圧とこれより１Ｖ低い電圧値との間で変
化させる。

【００６４】この結果、本実施例によれば、センサ素子
１２，１４の温度は、空燃比を正常に検出可能な温度範
囲内に制御されることになり、内燃機関の運転条件の変
化に伴う排気温度の変化等に影響されることなく、空燃
比を常に正確に検出することが可能になる。

【００６５】なお、センサ素子１２，１４の活性化判定
後、ヒータ電圧ＶH を活性化判定時の初期電圧から１Ｖ
低下させるまでの時間を、初期電圧が１１Ｖであれば所
定時間Ｔ4 とし、初期電圧が１２Ｖであれば時間Ｔ4 よ
りも短い所定時間Ｔ3 としているのは、ヒータ電圧ＶH
が高い程、センサ素子１２，１４の温度が上昇し易くな
るからであり、Ｔ3 ＜Ｔ4 とすることにより、活性化判
定後に素子温度が上昇し過ぎるのを防止しているのであ
る。

【００６６】以上、本発明（請求項１〜請求項４）の一
実施例について説明したが、本発明は、こうした実施例
に限定されることなく、種々の態様をとることができ
る。例えば、上記実施例では、センサ活性化制御処理に
おいて、内燃機関の始動と共にヒータ３０の通電を開始
する際のヒータ電圧ＶH を１２Ｖとし、その後、１１Ｖ
或は１０Ｖへと順次低下するように構成したが、例え
ば、図６に示す如く、ヒータ通電開始時のヒータ電圧Ｖ
H は１１Ｖとし（Ｓ４１０）、その後電極間電圧ＶS が
所定電圧ＶS1になると（Ｓ４２０−ＹＥＳ）、その間の
ヒータ通電時間が判定時間τS1（τS1＜τS ）よりも短
ければ（Ｓ４３０−ＹＥＳ）、所定時間Ｔ11経過後に、
ヒータ電圧ＶH を１０Ｖに変更し（Ｓ４７０，Ｓ４８
０）、逆に電極間電圧が所定電圧ＶS1になるまでのヒー
タ通電時間が判定時間τS2（τS2＞τS ，τS1）以上で
あれば（Ｓ４４０−ＮＯ）、所定時間Ｔ12経過後に、ヒ
ータ電圧ＶH を１２Ｖに変更し（Ｓ４５０，４６０）、
ヒータ通電時間が判定時間τS1からτS2までの範囲内に
あれば、ヒータ電圧ＶH を１１Ｖに保持して、Ｓ２１０
以降の活性化判定動作を実行するようにしてもよい。

【００６７】尚、この場合、センサ温度安定化制御で
は、活性化判定時のヒータ電圧（初期電圧）が１０Ｖで
あれば、電極間電圧ＶS の制御誤差△ＶSが許容範囲±
ＶX を越える度に、ヒータ電圧ＶH を１１Ｖと１０Ｖと
の間で切り換え、初期電圧が１２Ｖであれば、電極間電
圧ＶS の制御誤差△ＶSが許容範囲±ＶX を越える度
に、ヒータ電圧ＶH を１１Ｖと１２Ｖとの間で切り換
え、初期電圧が１１Ｖであれば、電極間電圧ＶS の制御
誤差△ＶSが許容範囲±ＶX を越える度に、ヒータ電圧
ＶH を１０Ｖ，１１Ｖ，１２Ｖと順次切り換えて、ポン
プ電流ｉｐの制御が安定する安定点を検索するようにす
ればよい。

【００６８】また、上記実施例では、センサ活性化制御
処理において、ヒータ３０の通電を開始した後、電極間
電圧ＶS が所定電圧ＶS1に達するまでのヒータ通電時間
を計時し、その計時したヒータ通電時間からその後のヒ
ータ電圧ＶH を保持するか切り換えるかを判定するよう
にしたが、例えば、ヒータ３０の通電開始後、電極間電
圧ＶS が活性判定電圧の内の最も高いリーン域での活性
判定電圧ＶR2よりも大きい任意の２電圧間を通過するの
に要したヒータ通電時間を計時し、その時間から、ヒー
タ電圧ＶH を保持するか切り換えるかを判定するように
してもよい。

【００６９】尚、このように本実施例において、ヒータ
通電時間からその後のヒータ電圧ＶH を設定することに
より、センサ素子１２，１４が活性化するまでの時間を
略一定に制御できるのは、図７に示す如く、ヒータ通電
時間と、電極間電圧ＶS が活性判定電圧ＶSACTに達する
までの時間とが略比例し、ヒータ通電時間からセンサ素
子１２，１４が活性化するまでの時間を予測できるため
である。但し、図７は、ヒータ電圧ＶH を一定（１２
Ｖ）にして、ヒータ３０の通電開始後、電極間電圧ＶS
が所定電圧ＶS1に到達するまでの到達時間と、その後、
大気中にて電極間電圧ＶS が活性判定電圧ＶSACT（＝Ｖ
L ）に達するまでの到達時間とを、実験的に求めた測定
結果を表わす。

【００７０】また次に、上記実施例では、一対のセンサ
素子（電池素子１２及びポンプ素子１４）を備え、電池
素子１２の電極間電圧ＶS が一定となるようにポンプ素
子１４に流れるポンプ電流ｉｐを制御して、内燃機関排
気中の酸素濃度を検出する空燃比センサについて説明し
たが、本発明は、例えば、一方の電極側に大気等の基準
酸素を導入して、その両端電圧から他方の電極側の酸素
濃度を検出するようにした酸素センサであっても、或
は、電極間に限界電流を流して酸素濃度を検出する限界
電流式の酸素センサであっても、上記実施例と同様に適
用して、センサ素子が活性化するまでの時間を安定化さ
せることができる。つまり本発明は、ジルコニア等から
なる固体電解質の両面に多孔質電極を設けたセンサ素子
を備え、それを加熱するヒータを備えた酸素センサであ
れば、どのようなタイプの酸素センサであっても適用し
て、上記と同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の空燃比センサ及びその周辺装置を表
わす概略構成図である。

【図２】 実施例の空燃比センサの一部破断斜視図であ
る。

【図３】 実施例のＥＣＵにおいて実行されるセンサ活
性化制御処理を表わすフローチャートである。

【図４】 同じくセンサ温度安定化制御処理を表わすフ
ローチャートである。

【図５】 実施例センサにおける電池素子の電極間電圧
の変化及びその制御動作を説明するタイムチャートであ
る。

【図６】 センサ活性化制御処理の他の実施例を説明す
るフローチャートである。

【図７】 電極間電圧の所定電圧ＶS1までの到達時間と
活性判定電圧ＶSACTまでの到達時間との関係を表わす説
明図である。

【符号の説明】

１０…空燃比センサ １２…センサ素子（電池素子） １４…第２のセンサ素子（ポンプ素子） １２ａ，１
４ａ…固体電解質基板 １２ｂ，１２ｃ，１４ｂ，１４ｃ…多孔質電極 １２
ｄ…漏出抵抗部 １６…測定ガス室 １７…ガス拡散制限層 １８，
２０…スペーサ ２４…遮蔽体 ２６…絶縁層 ２７…電極保護層
３０…ヒータ ３０ａ…発熱パターン ５０…ＥＣＵ（電子制御回
路） ５２…検出回路 ５４…電圧切換回路 ＡＭＰ…差動増幅器 ＢＵＦ
…バッファ回路 Ｒ1 …抵抗器

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年４月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】即ち、請求項４の通電制御装置が適用され
る酸素センサは、酸素イオン伝導性の固体電解質両面に
一対の多孔質電極を配設してなるセンサ素子を一対備
え、一方のセンサ素子を電池素子、他方のセンサ素子を
ポンプ素子として動作させ、電池素子の電極間電圧（延
いては起電力ＥＭＦ）が目標電圧となるようにポンプ素
子に流れる電流（ポンプ電流）を制御することにより、
そのポンプ電流から周囲雰囲気中の酸素濃度を検出す
る、前述の特公平６−４３９８６号公報等に開示された
周知の酸素センサであるが、この種の酸素センサにおい
ては、センサ素子の活性化判定後、電池素子の電極間電
圧が目標電圧となるように測定ガス室の酸素分圧が制御
されるため、各センサ素子が活性化温度に達して正常に
動作しておれば、電圧検出手段にて検出される電極間電
圧が略安定して、目標電圧から大きくずれることはな
い。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】また、ヒータ３０の一方の側、即ちポンプ
素子１４側には、発熱パターン３０ａが設けられ、他方
の側には周知のマイグレーション防止パターン３０ｂが
形成されている。次に図１に基づいて、上記空燃比セン
サ１０の制御及び上記各センサ素子１２，１４の活性化
判定を行う制御系の構成について説明する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 秀樹 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素イオン伝導性の固体電解質両面に一
   対の多孔質電極を配設してなるセンサ素子と、該センサ
   素子近傍に配設され、通電により発熱して前記センサ素
   子を加熱するヒータと、前記センサ素子に微小電流を流
   して、前記多孔質電極間に生じる電極間電圧を検出する
   電圧検出手段と、前記ヒータへの通電開始後、前記電圧
   検出手段にて検出された電極間電圧が所定の活性判定電
   圧以下になったときに、前記センサ素子が活性化した旨
   を判定する活性化判定手段とを備えた酸素センサにおい
   て、前記ヒータの通電制御を行なう通電制御方法であっ
   て、 前記ヒータの通電を開始してから前記電極間電圧が前記
   活性判定電圧より高い所定電圧を通過するのに要した所
   要時間、又は前記ヒータの通電開始後に前記電極間電圧
   が前記活性判定電圧より高い複数の電圧値間を通過する
   のに要した所要時間に応じて、該所要時間が短いほど前
   記ヒータへの供給電力が小さくなるように、その後の前
   記ヒータの通電条件を決定することを特徴とする酸素セ
   ンサ用ヒータの通電制御方法。
2. 【請求項２】 酸素イオン伝導性の固体電解質両面に一
   対の多孔質電極を配設してなるセンサ素子と、該センサ
   素子近傍に配設され、通電により発熱して前記センサ素
   子を加熱するヒータと、前記センサ素子に微小電流を流
   して、前記多孔質電極間に生じる電極間電圧を検出する
   電圧検出手段と、前記ヒータへの通電開始後、前記電圧
   検出手段にて検出された電極間電圧が所定の活性判定電
   圧以下になったときに、前記センサ素子が活性化した旨
   を判定する活性化判定手段とを備えた酸素センサに設け
   られ、前記ヒータの通電制御を行う通電制御装置であっ
   て、 前記ヒータを通電して発熱させる通電手段と、 該通電手段が予め設定された初期通電条件にて前記ヒー
   タへの通電を開始してから、前記電圧検出手段にて検出
   された電極間電圧が前記活性判定電圧より高い所定電圧
   を通過するのに要した所要時間、又は、前記通電手段が
   前記ヒータへの通電を開始した後、前記電圧検出手段に
   て検出された電極間電圧が前記活性判定電圧より高い複
   数の電圧値間を通過するのに要した所要時間、を計時す
   る計時手段と、 該計時手段にて計時された所要時間に応じて、該所要時
   間が短いほど前記ヒータへの供給電力が小さくなるよう
   に、その後の前記通電手段による前記ヒータの通電条件
   を設定するヒータ通電条件設定手段と、 を備えたことを特徴とする酸素センサ用ヒータの通電制
   御装置。
3. 【請求項３】 前記通電手段は、前記ヒータ通電時の印
   加電圧を変更可能に構成され、前記ヒータ通電条件設定
   手段は、前記計時手段にて計時された所要時間に応じ
   て、前記通電手段からの前記ヒータへの印加電圧を設定
   することを特徴とする請求項２に記載の酸素センサ用ヒ
   ータの通電制御装置。
4. 【請求項４】 前記酸素センサは、 前記センサ素子の一方の多孔質電極側を閉塞する閉塞部
   材と、該閉塞部材により該多孔質電極側に形成された閉
   塞空間内の酸素の一部を外部に漏出させる漏出抵抗部と
   を備え、前記電圧検出手段による微小電流の通電によ
   り、他方の多孔質電極側から該閉塞空間内に酸素を汲み
   込んで該閉塞空間を内部酸素基準源として機能させると
   共に、更に、 前記センサ素子の前記内部酸素基準源とは反対側の多孔
   質電極に接するように形成され、ガス拡散制限層を介し
   て周囲の測定ガス雰囲気と連通された測定ガス室と、 該測定ガス室に一方の多孔質電極が接し、他方の多孔質
   電極が周囲の測定ガス雰囲気に接するように配置され、
   酸素イオン伝導性の固体電解質両面に一対の多孔質電極
   を配設してなる第２のセンサ素子と、 前記活性化判定手段にて前記センサ素子の活性化が判定
   されると、その後前記電圧検出手段により検出される前
   記センサ素子の電極間電圧が所定の目標電圧となるよう
   に前記第２のセンサ素子の通電電流を制御し、該通電電
   流を周囲の測定ガス分雰囲気中の酸素濃度を表わす検出
   信号として出力する検出回路と、 を備え、 前記通電制御装置は、更に、前記活性化判定手段にて前
   記センサ素子の活性化が判定された後、前記検出回路に
   より制御される前記センサ素子の電極間電圧の前記目標
   電圧に対する誤差に応じて、該誤差が予め設定された許
   容範囲内となるように、前記ヒータの通電条件を変化さ
   せ、前記センサ素子の温度を安定化させる安定化手段を
   備えたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の
   酸素センサ用ヒータの通電制御装置。