JPH085604A - 空燃比センサの出力検出方法 - Google Patents

空燃比センサの出力検出方法

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JPH085604A
JPH085604A JP6123486A JP12348694A JPH085604A JP H085604 A JPH085604 A JP H085604A JP 6123486 A JP6123486 A JP 6123486A JP 12348694 A JP12348694 A JP 12348694A JP H085604 A JPH085604 A JP H085604A
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JP
Japan
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output
operational amplifier
voltage
resistor
current
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Pending
Application number
JP6123486A
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English (en)
Inventor
Kanemasa Sato
金正 佐藤
Norio Hasegawa
紀夫 長谷川
Sadayasu Ueno
定寧 上野
Naoki Minami
南  直樹
Shiro Ouchi
四郎 大内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】CNGエンジン用空燃比センサや空燃比センサ
とマイコンを組合せて大気較正しようとした場合にダイ
ナミックレンジが広くなリ出力特性の検出精度が低下す
るという課題があった。従って、空燃比センサの検出精
度の向上を図ることを目的とする。 【構成】セル拡散電流検出抵抗の両端の電圧を演算増幅
器に入力し増幅する時、演算増幅器の負入力側にスイッ
チ回路を設け、演算増幅器の出力が所定値に達した時マ
イコンがこれを検出する。そして、スイッチを動作して
演算増幅器の出力から一定値を引き算できるように構成
することによりセル検出電流のレンジ切り替えが可能で
ある。 【効果】本発明によれば、出力電圧の出力時に適切にレ
ンジ切り替えを行うことによって高精度な出力特性を得
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気ガスの成
分を高精度に検出しエンジン制御信号としてエンジンコ
ントロール回路に供給できる空燃比センサの出力検出方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】広域空燃比センサの検出出力は空燃比セ
ンサに流れる電流値を検出抵抗の電圧降下分で読み取り
これを演算増幅器で増幅して自動車用マイクロコンピュ
ータの処理電圧範囲の5V以下の信号で出力し用いるの
が一般的である。
【0003】しかし、このような出力の取り出し方では
空燃比の検出範囲が例えば、CNG(Commpressed Natu
ral Gas)を使用するエンジン制御等の場合には検出すべ
き空気過剰率λの範囲が例えばλ=0.9〜3.0の様に
広くなり、各空気過剰率に対応した出力電圧値の分解能
が低下すると言う欠点があった。また、自動車のフュエ
ルカット時マイクロコンピュータを用いて空燃比センサ
の信号の大気による補正を行う場合には実際の検出範囲
と補正点の空気過剰率値が大幅に異なるため大気による
出力電圧の補正は可能であっても有効検出範囲以内での
検出精度が低下すると言う欠点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来の広域空
燃比センサでは検出範囲が広くなるとセンサの検出精度
が低下し分解能が低下して高精度なエンジン制御ができ
ないと言う課題があった。また、精度向上を図るべく大
気較正を行う方式を採用しても実際の測定範囲と大気較
正点は離れており、この間をマイクロコンピュータの信
号処理上限電圧5Vの範囲に納めようとした場合には実
際の測定範囲の領域における分解能が著しく低下する課
題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】ジルコニア固体電解質か
らなる隔壁の両側面に電極を有する酸素濃度検出セルに
直列に電流検出抵抗を介し前記電流検出抵抗の両端の電
圧を演算増幅器に入力し、前記電流検出抵抗の電圧降下
が所定値に達した時に演算増幅器の一方の入力値に所定
の電圧を印加し前記電圧降下が所定値以上では演算増幅
器の出力が常に所定値(Highレンジオフセット電圧)を
差し引き、常にマイクロコンピュータの信号処理上限電
圧5Vよりも低い値で出力するとともに、差し引かれた
ことを一時的にマイクロコンピュータに記憶しておきセ
ンサの出力値として出力する時には差し引いた分を足す
ことによって分解能の高い出力電圧の検出が可能であ
る。
【0006】
【作用】空燃比センサが自動車の排気ガス管に取り付け
られ自動車が暖機を終了して動き出すと空燃比センサの
セルは排気ガス濃度に対応した出力電圧を出すことがで
きる。排気ガスが希薄の時は排気ガス中に酸素ガスが存
在する。そこで、外側電極上に着膜された多孔質な拡散
膜(図示せず)を通して排気ガスは外側電極まで達して
いる。このような状態において、ジルコニアセル1の内
側電極から外側電極に向かって電流を流すと外側電極側
付近にあった排気ガス中の酸素ガスがイオン化し、ジル
コニア電解質を通って内側電極に達する。
【0007】即ち、排気ガス側から移送される酸素ガス
は排気ガス濃度に応じて増減し、従ってジルコニア電解
質中を流れる電流も増減する。
【0008】排気ガスが濃い時は排気ガス中に一酸化炭
素(CO),ハイドロカーボン(HC)などが存在する。即
ち、図1においてジルコニアセル1の外側電極から内側
電極に向かって電流を流すと内側電極側にあった大気中
の酸素ガスがイオン化し、ジルコニア電解質を通って外
側電極に達する。そこで外側電極上に着膜された多孔質
な拡散膜(図示せず)を通して排気ガス中のCO,HC
が外側電極付近に達すると排気ガス中のこれらのガスは
酸素と反応してCO2,H2Oなどになる。
【0009】これらの反応は拡散膜を通過し拡散してく
るO2 又はCO,HCなどのガスが拡散膜の微細孔によ
ってその通過速度が律速されるのでジルコニア電解質中
を流れる酸素イオンの流れもほぼ一定となり、ジルコニ
ア電解質中を流れる電流がほぼ一定になることから排気
ガス中のCO,HCなどの濃度に対応する電流が一義的
に決まることによって所定の出力特性を得ることが出来
る。
【0010】また、ジルコニア固体電解質からなる隔壁
の両側面に電極を有する酸素濃度検出セルには直列に電
流検出抵抗Roが挿入され、Roの両端の電圧が演算増
幅器OP3に入力されるようになっており、前記電流検
出抵抗の電圧降下が所定値に達した時に演算増幅器の一
方の入力値に所定の電圧を印加し前記電圧降下が所定値
以上では演算増幅器の出力が常に所定値(ハイレンジオ
フセット電圧)を差し引き、常にマイクロコンピュータ
の信号処理上限電圧5Vよりも低い値で出力するととも
に、差し引かれたことを一時的にマイクロコンピュータ
に記憶しておきセンサの出力値として出力する時には差
し引いた分を足すことによって分解能の高い出力電圧の
検出が可能である図1の電子回路に基づきVoに関する
式を導入すると(1)式のように表すことができる。
【0011】 Vo=R・Rf・V1/R1′・R1−Rf・V2/R1′−R・Rf ・Eo/R′・R2−Rf・Er/R2′−R・Rf・(ic)/R′ +Rf・(ib)+△e・Rf/R′ …(1) ここで (ic),(ib):OP4入力のバイアス電
流 △e :OP4のオフセット入力電圧 1/R=1/R1+1/R2 1/R′=1/R1′+1/R2′+1/Rf+1/R
s R・Rf/R′・R1=G+△G,Rf/R1′=Gと
すると Vo=G(V1−V2)+Rf・Eo/R2−Rf・Er/R2′+△G・V1 Rf・(ib)−R・Rf(ic)/R′+△e・Rf/R′ …(2) ここで +Rf・Eo/R2は零点オフセット電圧を表
し −Rf・Er/R2′はハイレンジオフセット電圧を表
し +△G・V1 は同相分誤差を表し +Rf・(ib)−R・Rf・(ic)は入力バイアス
電流誤差を表し +△e・Rf/R′ は入力オフセット電圧誤差を表す 拡散電流Ipが零の時の零点オフセット電圧2.9V,
Ip=−15mA の時の出力電圧0.5VとしてIp=
11.8mAの点でレンジを切り替えることにするとレ
ンジ切り替え点の電圧は4.8V となる。又、ハイレン
ジオフセット電圧を4Vとすると切り替わった後の電圧
は0.8V となり、拡散電流の増加に伴い出力電圧は単
調に増加することができる。出力電圧の最大値は5Vを
越えない範囲で電流の最大値に見合った範囲で適切に決
めることができる。
【0012】ハイレンジからロウレンジへの切り替わり
は0.8V で切り替わると動作が微妙になることが考え
られるので適切なヒステリシス例えば0.3V を持た
せ、切り替わり電圧を0.5V として動作の安定をはか
ることができる。
【0013】尚マイコンは出力電圧Voを常に監視し、
レンジきり替わりのタイミングがロウレンジからハイレ
ンジへの移行か、ハイレンジからロウレンジの移行かを
判定することとその動作に対応してたとえば4V減算ま
たは加算して出力することである。
【0014】
【実施例】空燃比センサに組み込まれたジルコニア固体
電解質2からなるジルコニアセル1の隔壁の内側,外側
には白金電極が形成され内側電極3は大気に外側電極4
は自動車の排気ガスにそれぞれさらされる。図示しない
がジルコニアセル1の内側にはセラミックヒータが組み
込まれマイコン5により電流供給用のトランジスタ(図
示せず)を制御することによりセル動作部の内部抵抗を
一定値に制御することによってセルの温度を常に500
〜700℃の所定の温度に保持できる。
【0015】ジルコニアセル1の内側電極3にはマイコ
ン5の指令に基づき動作するD−A変換回路6,演算増
幅器Op1,双方向駆動トランジスタTr1,Tr1の
ベース電流制限抵抗R5,R6有する双方向切替スイッ
チTr2、そしてセル電流検出抵抗Roを介して結線さ
れている。このスイッチはセルに流す電流を一端停止
し、セルの内部起電圧の測定,内部抵抗の測定などを行
う時に用いる。D−A変換部は電流の制御精度に応じて
6ビット,8ビットなどと抵抗モジュールの選択が可能
であり任意に精度を向上せしめることができる。
【0016】一方、ジルコニアセル1の外側電極は供給
電圧を分圧抵抗R7,R8で分圧した所定の電圧を入力
とする演算増幅器Op2,双方向駆動トランジスタTr
3を介して結線されている。また、セル電流検出抵抗R
oの両端の電圧V1,V2は抵抗R1′,R1をそれぞ
れ介して演算増幅器Op3の負,正入力にそれぞれ結線
する。
【0017】抵抗Rfは負帰還抵抗を示し、抵抗Rsは
演算増幅器Op3の負入力電圧の設定抵抗である。
【0018】供給電圧の分圧抵抗R7,R8で分圧され
た電圧Eoは電流制限抵抗R14を介して演算増幅器O
p3の正入力電圧として印加する。
【0019】トランジスタTr4にはベース電流制限抵
抗R12を介してマイコンよりレンジ切り替えのための
信号を送ることができる。その信号を受けた信号Erは
トランジスタTr4のコレクタ側の電圧である。なお、
コレクタ側にはTr4の電流保護抵抗R11が挿入され
ている。
【0020】また、演算増幅器の出力Voは電流制限抵
抗R13を介してマイコンに取り込まれる。セル電流検
出抵抗Roの電圧降下が所定値に達し演算増幅器の出力
Voが例えば4.8V 以上になろうとする時、マイコン
はTr4のトランジスタをONして演算増幅器のマイナ
ス側の入力を下げ、出力電圧Voを4V下げ、ハイレン
ジに切り替わることになる。
【0021】出力電圧が低下してきた時は、この逆で実
質的には例えば5.3V(4.8V+0.5V)以下になろ
うとした時にはTr4のトランジスタをOFFとしてロ
ウレンジでの出力が可能である。
【0022】図1のQ部を複数設けることにより3段,
4段にも出力の切り替えが可能になる。このようにして
本発明の実施例によれば、 1)動作出力電圧の範囲が自動車のマイコンを用いた時
の出力電圧5Vに左右されずレンジきり変えによって高
精度な出力特性を得ることができる。
【0023】2)D−A変換器回路によるマイコンから
の入力が6ビット8ビットと任意に選択可能であり電流
の制御精度が向上する。
【0024】3)セルとマイコン電流制御回路部との間
にスイッチ回路を入れることによってスイッチを任意に
制御することによって、任意のタイミングで回路を遮断
しセルの内部状況が把握でき、電流やヒータの温度など
の制御精度が向上できる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば出力電圧の出力時に適切
にレンジ切り替えを行うことによって高精度な出力特性
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電子回路図である。
【図2】出力特性説明のためのグラフである。
【図3】レンジ切り替え説明のためのグラフである。
【符号の説明】
1…ジルコニアセル、2…ジルコニア固体電解質、3…
内側電極、4…外側電極、5…マイコン、6…D−A変
換回路、Op1,Op2,Op3…演算増幅器、Tr
1,Tr3…双方向駆動トランジスタ、Tr2…双方向
切替スイッチ、Tr4…トランジスタ、RO…セル電流
検出抵抗。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 紀夫 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 上野 定寧 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 南 直樹 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地 3 日立オートモティブエンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 大内 四郎 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ジルコニア固体電解質からなる隔壁の両側
    面に電極を有する酸素濃度検出セルに直列に電流検出抵
    抗を介し前記電流検出抵抗の両端の電圧を演算増幅器に
    入力し、前記電流検出抵抗の電圧降下が所定値に達した
    時に演算増幅器の一方の入力値に所定の電圧を印加し前
    記電圧降下が所定値以上では演算増幅器の出力が常に所
    定値が差し引かれ低い値で出力される手段と差し引かれ
    たことを記憶する手段とセンサの出力値として出力する
    時には差し引いた分を足す手段とが備えられたことを特
    徴とする空燃比センサの出力検出方法。
  2. 【請求項2】ジルコニア固体電解質からなる隔壁の両側
    面に電極を有する酸素濃度検出セルに直列に電流検出抵
    抗を介し前記電流検出抵抗の両端の電圧を演算増幅器に
    入力し演算増幅器の出力を空燃比センサの出力として取
    り出す検出方法において電流検出抵抗を介してジルコニ
    ア固体電解質に印加される電流はマイクロコンピュータ
    からの指令に基づくDA変換回路を介して印加されるこ
    とを特徴とする空燃比センサの出力検出方法。
  3. 【請求項3】ジルコニア固体電解質からなる隔壁の両側
    面に電極を有する酸素濃度検出セルに直列に電流検出抵
    抗を介し前記電流検出抵抗の両端の電圧を演算増幅器に
    入力し演算増幅器の出力を空燃比センサの出力として取
    り出す検出方法において電流検出抵抗に対して直列にマ
    イクロコンピュータの指令に基づき前記電流の通電,遮
    断が任意にできるスイッチを介在させたことを特徴とす
    る空燃比センサの出力検出方法。
JP6123486A 1994-06-06 1994-06-06 空燃比センサの出力検出方法 Pending JPH085604A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017207396A (ja) * 2016-05-19 2017-11-24 日本特殊陶業株式会社 ガス濃度検出装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017207396A (ja) * 2016-05-19 2017-11-24 日本特殊陶業株式会社 ガス濃度検出装置

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