JPH11230931A - Air/fuel ratio-detecting device - Google Patents

Air/fuel ratio-detecting device

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JPH11230931A
JPH11230931A JP10033200A JP3320098A JPH11230931A JP H11230931 A JPH11230931 A JP H11230931A JP 10033200 A JP10033200 A JP 10033200A JP 3320098 A JP3320098 A JP 3320098A JP H11230931 A JPH11230931 A JP H11230931A
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air
fuel ratio
exhaust
detection
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千裕 東脇
Akinobu Makino
昭伸 牧野
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智 山本
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晃 立木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air/fuel ratio-detecting device that can accurately detect an air/fuel ratio in each state of a rich region, a theoretical air/fuel ratio, and a lean region. SOLUTION: A detection part 11 has a zirconium solid electrolyte 102, an atmosphere-side electrode 104, an exhaust-side electrode 105, and a diffusion resistor 106. An atmosphere-side application voltage VAF+ is applied to the non-inverted input terminal of an operational amplifier 82, and an exhaust-side application voltage VAF- is applied to the non-inverted input terminal of an operational amplifier 83. The operational amplifiers 82 and 83 are connected to a plus-side power supply VB and ground, respectively, power is supplied, and operation is made with a single power supply. In an A/D conversion part 84, a voltage V1 at the side of an operational amplifier 83 and a voltage V2 at the side of a detection part 101 are A/D-converted and are outputted to a microcomputer 85. The microcomputer 85 calculates a sensor current IP flowing between the electrodes 104 and 105 based on the voltages V1 and V2 and the resistance value of a resistor R1 and then calculates an air/fuel ratio according to the sensor current IP.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は空燃比検出装置に関
するものである。
The present invention relates to an air-fuel ratio detecting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、内燃機関に供給される混合気
の空燃比を目標値に制御するため、内燃機関の排気管に
空燃比検出装置を設け、検出した空燃比に応じて燃料供
給量をフィードバック制御する技術が広く用いられてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to control an air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to an internal combustion engine to a target value, an air-fuel ratio detecting device is provided in an exhaust pipe of the internal combustion engine, and a fuel supply amount is determined in accordance with the detected air-fuel ratio. Is widely used.

【0003】このような空燃比検出装置は、空燃比の検
出部(空燃比センサ)と、当該検出部を駆動する駆動回
路と、当該駆動回路の出力信号を処理することにより空
燃比を求めるためのA/D変換器およびマイクロコンピ
ュータとから構成されており、検出部としてジルコニア
固体電解質を利用したものが一般に使われている。
[0003] Such an air-fuel ratio detecting device is for detecting an air-fuel ratio by detecting an air-fuel ratio detecting unit (air-fuel ratio sensor), a driving circuit for driving the detecting unit, and an output signal of the driving circuit. And a microcomputer using a zirconia solid electrolyte as a detection unit.

【0004】図13は、検出部(空燃比センサ)の一例
の概略構造を示す一部断面図である。検出部101は、
ジルコニア固体電解質102、ヒータ103、電極10
4,105、拡散抵抗体106から構成されている。
FIG. 13 is a partial sectional view showing a schematic structure of an example of a detecting section (air-fuel ratio sensor). The detection unit 101
Zirconia solid electrolyte 102, heater 103, electrode 10
4 and 105 and a diffusion resistor 106.

【0005】コップ型の検出部101は内燃機関の排気
管(図示略)中に配置されている。袋管状のジルコニア
固体電解質102の内部には大気が導入されている。ジ
ルコニア固体電解質102の内部に配置された棒状のヒ
ータ103は、ジルコニア固体電解質102を少なくと
も600℃以上に加熱して酸素イオンの導電性を向上さ
せている。
[0005] A cup-shaped detection unit 101 is arranged in an exhaust pipe (not shown) of an internal combustion engine. Atmosphere is introduced into the inside of the tubular tubular zirconia solid electrolyte 102. The rod-shaped heater 103 disposed inside the zirconia solid electrolyte 102 heats the zirconia solid electrolyte 102 to at least 600 ° C. or higher to improve the conductivity of oxygen ions.

【0006】ジルコニア固体電解質102の大気雰囲気
側には大気側電極104が形成され、排気ガス雰囲気側
には排気側電極105が形成されている。尚、各電極1
04,105は膜厚が数μm〜数十μmの多孔質の白金
材料から形成されている。電極105の表面に形成され
た拡散抵抗体106は、排気ガス雰囲気中から電極10
5へ拡散によって流入する酸素や未撚ガスである一酸化
炭素などの流入を抑制する。尚、拡散抵抗体106はス
ピネルなどをプラズマ溶射することにより多孔質に形成
されており、拡散抵抗率を大きくするため膜厚は数百μ
mに設定されている。
An air electrode 104 is formed on the atmosphere side of the zirconia solid electrolyte 102, and an exhaust electrode 105 is formed on the exhaust gas atmosphere side. Each electrode 1
04 and 105 are formed of a porous platinum material having a film thickness of several μm to several tens μm. The diffusion resistor 106 formed on the surface of the electrode 105
The diffusion of oxygen or untwisted gas such as carbon monoxide, which flows into the diffusion layer 5 by diffusion, is suppressed. The diffusion resistor 106 is made porous by plasma spraying spinel or the like, and has a thickness of several hundred μm to increase the diffusion resistivity.
m.

【0007】図14に、検出部101を駆動するための
従来の駆動回路81を示す。駆動回路81は、オペアン
プ82,83および抵抗R1〜R4から構成されてい
る。オペアンプ82の出力端子は、抵抗R1を介して検
出部101の電極104に接続されると共に、各抵抗R
1,R3を介してオペアンプ82の反転入力端子に接続
されている。また、オペアンプ83の出力端子は抵抗R
2を介して検出部101の電極105に接続されると共
に、各抵抗R2,R4を介してオペアンプ83の反転入
力端子に接続されている。そして、オペアンプ82の非
反転入力端子には大気側印加電圧VAF+が印加され、オ
ペアンプ83の非反転入力端子には排気側印加電圧VAF
-が印加されている。ここで、各オペアンプ82,83
は、プラス側電源VBおよびグランドに接続されて電源
供給がなされ単電源動作を行うようになっている。以
下、各抵抗R1〜R4の抵抗値をそれぞれ「R1」〜
「R4」と表記する。
FIG. 14 shows a conventional driving circuit 81 for driving the detecting section 101. The drive circuit 81 includes operational amplifiers 82 and 83 and resistors R1 to R4. The output terminal of the operational amplifier 82 is connected to the electrode 104 of the detection unit 101 via the resistor R1,
1 and R3 are connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 82. The output terminal of the operational amplifier 83 is a resistor R
2 and connected to the electrode 105 of the detection unit 101 via the respective resistors R2 and R4. The atmosphere-side applied voltage VAF + is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 82, and the exhaust-side applied voltage VAF + is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 83.
-Is applied. Here, the operational amplifiers 82 and 83
Are connected to the positive power supply VB and the ground to supply power and perform a single power supply operation. Hereinafter, the resistance values of the resistors R1 to R4 are referred to as “R1” to “R1”, respectively.
Notated as “R4”.

【0008】検出部101の電極104にはオペアンプ
82から電圧VAF+が印加され、電極105にはオペア
ンプ83から電圧VAF-が印加されるため、各電極10
4,105間には各電圧VAF+,VAF-の差電圧VR(=
VAF+−VAF-)が印加されることになる。
The voltage VAF + is applied to the electrode 104 of the detection unit 101 from the operational amplifier 82, and the voltage VAF− is applied to the electrode 105 from the operational amplifier 83.
4, 105, the difference voltage VR (=
VAF + −VAF−) will be applied.

【0009】空気過剰率λが1より大きいリーン領域
(λ>1)においては、電極105の電圧が電極104
の電圧よりもVRだけ低いため、この励起電圧VRによっ
て排気ガス雰囲気中の残存酸素は拡散抵抗体106を介
して電極105で酸素イオンに変換され、この酸素イオ
ンはジルコニア固体電解質102中を酸素ポンプ作用に
よって電極104側へ移送され、電極104で再び酸化
されて酸素ガスになり大気雰囲気中へ放出される。この
とき、酸素イオンの流れとは逆向きに電極104から電
極105へセンサ電流(ポンプ電流)Ipが流れる。こ
のセンサ電流Ipは、排気ガス雰囲気中から拡散抵抗体
106を介して電極105へ拡散によって流入する酸素
量に対応する。
In a lean region (λ> 1) where the excess air ratio λ is greater than 1, the voltage of the electrode 105 is
, The residual oxygen in the exhaust gas atmosphere is converted into oxygen ions at the electrode 105 via the diffusion resistor 106 by the excitation voltage VR, and the oxygen ions are passed through the zirconia solid electrolyte 102 through an oxygen pump. It is transferred to the electrode 104 side by the action, and is oxidized again by the electrode 104 to become oxygen gas, which is released into the atmosphere. At this time, a sensor current (pump current) Ip flows from the electrode 104 to the electrode 105 in a direction opposite to the flow of the oxygen ions. The sensor current Ip corresponds to the amount of oxygen flowing from the exhaust gas atmosphere into the electrode 105 via the diffusion resistor 106 by diffusion.

【0010】空気過剰率λが1の理論空燃比(λ=1)
においては、拡散抵抗体106を介して電極105へ拡
散で流入する排気ガス中の残存酸素の量と一酸化炭素な
どの残存未燃ガスの量とは化学当量比であり、電極10
5の触媒作用により両者は完全に燃焼する。そのため、
電極105の近傍には酸素がなくなり、各電極104,
105間に電圧が励起されても、ジルコニア固体電解質
102中を移送される酸素イオンはなくなる。従って、
各電極104,105間に流れるセンサ電流Ipは零に
なる(Ip=0)。
The stoichiometric air-fuel ratio when the excess air ratio λ is 1 (λ = 1)
In the above, the amount of residual oxygen in the exhaust gas which diffuses into the electrode 105 via the diffusion resistor 106 and the amount of residual unburned gas such as carbon monoxide are in a chemical equivalent ratio,
Both are completely burned by the catalytic action of 5. for that reason,
Oxygen disappears in the vicinity of the electrode 105, and each electrode 104,
Even if a voltage is excited between 105, no oxygen ions are transferred in the zirconia solid electrolyte 102. Therefore,
The sensor current Ip flowing between the electrodes 104 and 105 becomes zero (Ip = 0).

【0011】空気過剰率λが1より小さいリッチ領域
(λ<1)においては、リーン領域の場合とは逆に、電
極104から電極105へ酸素イオンが流れ、この酸素
イオン流は電極105の近傍の酸素濃度を高めるように
作用し、電極105で再び酸化されて酸素ガスになり、
この酸素ガスは、拡散抵抗体106を介して排気ガス雰
囲気中から電極105へ拡散で流入する一酸化炭素など
の未燃ガスを燃焼させる。従って、ジルコニア固体電解
質102中を電極104側から電極105側へ移送され
る酸素イオンの量は、電極105へ拡散で流入する未燃
ガスの量に対応した値になる。このとき、酸素イオンの
流れとは逆向きに電極105から電極104へセンサ電
流Ipが流れる。
In the rich region (λ <1) where the excess air ratio λ is smaller than 1, oxygen ions flow from the electrode 104 to the electrode 105, as opposed to the lean region. Acts to increase the oxygen concentration of the oxygen, and is oxidized again by the electrode 105 to become oxygen gas.
This oxygen gas burns unburned gas such as carbon monoxide which flows into the electrode 105 from the exhaust gas atmosphere via the diffusion resistor 106 by diffusion. Therefore, the amount of oxygen ions transferred from the electrode 104 side to the electrode 105 side in the zirconia solid electrolyte 102 has a value corresponding to the amount of unburned gas flowing into the electrode 105 by diffusion. At this time, the sensor current Ip flows from the electrode 105 to the electrode 104 in a direction opposite to the flow of the oxygen ions.

【0012】抵抗R1の両端はそれぞれA/D変換器8
4に接続されている。A/D変換器84は、マイクロコ
ンピュータ85の制御に従い、抵抗R1におけるオペア
ンプ82側の電圧V1と検出部101側の電圧V2とを
それぞれA/D変換し、そのA/D変換値をマイクロコ
ンピュータ85に出力する。ここで、A/D変換器84
はプラス側電源VCおよびグランドに接続されて電源供
給がなされている。以下、各電源VB,VCの電圧をそれ
ぞれ「VB」,「VC」と表記する。
Both ends of the resistor R1 are connected to the A / D converter 8 respectively.
4 is connected. The A / D converter 84 A / D converts the voltage V1 on the operational amplifier 82 side and the voltage V2 on the detection unit 101 side of the resistor R1 under the control of the microcomputer 85, and converts the A / D converted value to the microcomputer. 85. Here, the A / D converter 84
Is connected to a positive power supply VC and a ground to supply power. Hereinafter, the voltages of the power supplies VB and VC are referred to as “VB” and “VC”, respectively.

【0013】マイクロコンピュータ85は、CPU,R
OM,RAM,I/O回路を有する周知の構成であり、
式(1)に示すように、抵抗R1の両端の電圧V1,V
2と抵抗R1の抵抗値R1とに基づいて、検出部101
の各電極104,105間に流れるセンサ電流Ipを算
出する。
The microcomputer 85 has a CPU, R
A well-known configuration having OM, RAM, and I / O circuits;
As shown in the equation (1), the voltages V1 and V
2 and the detection unit 101 based on the resistance value R1 of the resistor R1.
The sensor current Ip flowing between the respective electrodes 104 and 105 is calculated.

【0014】 Ip=(V1−V2)/R1 ………(式1) そして、マイクロコンピュータ85は、センサ電流Ip
に基づいて空燃比を算出し、算出した空燃比に応じて内
燃機関への燃料供給量をフィードバック制御することに
より、内燃機関に供給される混合気の空燃比を目標値に
制御する。
Ip = (V1−V2) / R1 (Equation 1) The microcomputer 85 calculates the sensor current Ip
The air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine is controlled to a target value by feedback-controlling the amount of fuel supplied to the internal combustion engine in accordance with the calculated air-fuel ratio.

【0015】ところで、駆動回路81において、抵抗R
2は、オペアンプ83の非反転入力端子が電源VBとシ
ョートした場合、過大な電流がオペアンプ83の非反転
入力端子に流れ込んだり出力端子から流れ出したりして
オペアンプ83が破壊されるのを防止すると共に、静電
気からオペアンプ83の出力端子を保護するために設け
られており、その抵抗値は47Ω程度に設定されてい
る。
In the driving circuit 81, the resistance R
2. When the non-inverting input terminal of the operational amplifier 83 is short-circuited to the power supply VB, an excessive current is prevented from flowing into the non-inverting input terminal of the operational amplifier 83 or flowing out from the output terminal, thereby preventing the operational amplifier 83 from being damaged. , For protecting the output terminal of the operational amplifier 83 from static electricity, and its resistance is set to about 47Ω.

【0016】尚、オペアンプ82については抵抗R1が
設けられているため、その抵抗値を47Ω以上に設定す
ることにより、オペアンプ82の非反転入力端子が電源
VBとショートした場合、過大な電流がオペアンプ82
の非反転入力端子に流れ込んだり出力端子から流れ出し
たりしてオペアンプ82が破壊されるのを防止すると共
に、静電気からオペアンプ82の出力端子を保護するこ
とができる。
Since the resistor R1 is provided for the operational amplifier 82, by setting the resistance value to 47Ω or more, if the non-inverting input terminal of the operational amplifier 82 is short-circuited to the power supply VB, an excessive current will flow. 82
Of the operational amplifier 82 can be prevented from flowing into the non-inverting input terminal or flowing out of the output terminal of the operational amplifier 82, and the output terminal of the operational amplifier 82 can be protected from static electricity.

【0017】また、各抵抗R3,R4は、静電気から各
オペアンプ82,83の出力端子を保護するために設け
られており、その抵抗値は1kΩ程度に設定されてい
る。ここで、オペアンプ82の非反転入力端子に印加さ
れる電圧VAF+が固定の場合、電圧V2は電圧VAF+と等
しくなるため、マイクロコンピュータ85は電圧V2の
値を予め内蔵ROMに記憶しておくことにより認知する
ことが可能であり、A/D変換器84において電圧V2
をA/D変換する必要はない。しかし、オペアンプ82
にオフセット電圧が存在する場合など、電圧V2が電圧
VAF+と等しくならない場合にもセンサ電流Ipを正確
に検出するため、上記のようにA/D変換器84におい
て電圧V2をA/D変換することが望ましい。
The resistors R3 and R4 are provided to protect the output terminals of the operational amplifiers 82 and 83 from static electricity, and have a resistance value of about 1 kΩ. Here, when the voltage VAF + applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 82 is fixed, the voltage V2 becomes equal to the voltage VAF +. Therefore, the microcomputer 85 stores the value of the voltage V2 in the built-in ROM in advance. It is possible to recognize the voltage V2 at the A / D converter 84.
Need not be A / D converted. However, the operational amplifier 82
In order to accurately detect the sensor current Ip even when the voltage V2 is not equal to the voltage VAF +, for example, when an offset voltage is present, the A / D converter 84 A / D converts the voltage V2 as described above. Is desirable.

【0018】ところで、特開昭61−180131号公
報には、図14に示す駆動回路81と類似の回路が開示
されている。同公報の図3に記載の回路において、駆動
回路81と異なるのは、各抵抗R2〜R4が省かれて短
絡されている点と、オペアンプ83の出力端子とオペア
ンプ82の非反転入力端子との間に励起電圧VRの設定
用の電圧源が接続されている点だけである。尚、各抵抗
R2〜R4の作用は上記の通りであり、各抵抗R2〜R
4を省いて短絡した場合でも駆動回路81の基本的な動
作には影響を与えない。また、駆動回路81では各電圧
VAF+,VAF-を各オペアンプ82,83の非反転入力端
子に印加しており、各電圧VAF+,VAF-の差電圧VRが
励起電圧となるため、同公報に記載の電圧源と同様に機
能する。従って、同公報に記載の回路は駆動回路81と
基本的には同じ動作を行う。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-180131 discloses a circuit similar to the drive circuit 81 shown in FIG. 3 differs from the drive circuit 81 in that the resistors R2 to R4 are omitted and short-circuited, and the output terminal of the operational amplifier 83 and the non-inverting input terminal of the operational amplifier 82 are different. The only difference is that a voltage source for setting the excitation voltage VR is connected therebetween. The operation of each of the resistors R2 to R4 is as described above.
4 does not affect the basic operation of the drive circuit 81 even if it is short-circuited. In the driving circuit 81, the voltages VAF + and VAF- are applied to the non-inverting input terminals of the operational amplifiers 82 and 83, and the difference voltage VR between the voltages VAF + and VAF- becomes the excitation voltage. Functions in the same way as the voltage source. Therefore, the circuit described in the publication performs basically the same operation as the drive circuit 81.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】近年、環境保護のため
に排気ガス中の二酸化炭素の削減が要求されると共に、
さらなる低燃費化が要求されている。そのため、内燃機
関を理論空燃比(λ=1)で運転制御するストイキ制御
に加えて、リーン領域(λ>1)で運転制御するリーン
バーン制御を行うことが必須となっている。すなわち、
内燃機関の運転状態に応じてストイキ制御とリーンバー
ン制御とを切り替えて精密に制御することが要求されて
いる。しかし、図14に示す従来の駆動回路81におい
ては、リーンバーン制御を行うために高い領域の空燃比
(例えば25以上)を検出する際に、検出精度が低下す
るという問題がある。
In recent years, it has been required to reduce carbon dioxide in exhaust gas for environmental protection.
Further fuel economy is required. Therefore, in addition to the stoichiometric control for controlling the operation of the internal combustion engine at the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1), it is essential to perform the lean burn control for controlling the operation in the lean region (λ> 1). That is,
There is a demand for precise control by switching between stoichiometric control and lean burn control in accordance with the operating state of the internal combustion engine. However, the conventional drive circuit 81 shown in FIG. 14 has a problem that the detection accuracy is reduced when detecting an air-fuel ratio (for example, 25 or more) in a high region for performing the lean burn control.

【0020】前記したように、リーン領域においては、
電極104から電極105へセンサ電流Ipが流れる。
このとき、オペアンプ83の出力可能な最低電圧をVCE
とする。また、各オペアンプ82,83の非反転入力端
子に印加される電圧VAF+,VAF-は、両方共に可変可能
であるとする。すると、電圧VAF-は式(2)により表
される。
As described above, in the lean region,
A sensor current Ip flows from the electrode 104 to the electrode 105.
At this time, the lowest voltage that can be output from the operational amplifier 83 is VCE
And It is also assumed that the voltages VAF + and VAF- applied to the non-inverting input terminals of the operational amplifiers 82 and 83 are both variable. Then, the voltage VAF- is expressed by equation (2).

【0021】 VAF-≧VCE+Ip・R2 ………(式2) オペアンプ82にオフセット電圧が存在しないとすると
電圧V2は電圧VAF+と等しくなり、検出部101の各
電極104,105間に印加される電圧VRは各電圧VA
F+,VAF-の差電圧であるため、電圧V2は式(3)に
より表される。
VAF− ≧ VCE + Ip · R2 (Expression 2) Assuming that no offset voltage exists in the operational amplifier 82, the voltage V2 becomes equal to the voltage VAF +, and the voltage applied between the electrodes 104 and 105 of the detection unit 101. VR is each voltage VA
Since it is a difference voltage between F + and VAF-, the voltage V2 is represented by the equation (3).

【0022】 V2=VAF+=VAF-+VR ………(式3) また、電圧V1は式(4)により表される。 V1=V2+Ip・R1 ………(式4) 図15に、ヒータ103によりジルコニア固体電解質1
02が700℃に加熱された場合の検出部101におけ
る印加電圧VRとセンサ電流Ipの特性例を示す。
V2 = VAF + = VAF- + VR (Equation 3) The voltage V1 is represented by the following equation (4). V1 = V2 + Ip · R1 (Equation 4) FIG.
2 shows an example of characteristics of the applied voltage VR and the sensor current Ip in the detection unit 101 when 02 is heated to 700 ° C.

【0023】この特性例では、空燃比(A/F)が40
のときのセンサ電流Ipが23mAになる。ここで、I
p=23mA、VCE=1.5V、VR=0.9V、R1
=100Ω、R2=47Ωとして式(2)〜(4)に代
入すると、各電圧V2,V1の値は式(5)(6)に示
すようになる。
In this characteristic example, the air-fuel ratio (A / F) is 40
, The sensor current Ip becomes 23 mA. Where I
p = 23mA, VCE = 1.5V, VR = 0.9V, R1
= 100Ω and R2 = 47Ω, the values of the voltages V2 and V1 are as shown in the expressions (5) and (6).

【0024】 V2≧3.481V ………(式5) V1≧5.781V ………(式6) A/D変換器84はプラス側電源VCおよびグランドに
接続されて電源供給がなされているため、電源電圧VC
を5Vとすると、A/D変換値の最大値は5Vとなる。
よって、電圧V2はA/D変換器84にてA/D変換可
能であるが、電圧V1はA/D変換器84にてA/D変
換することができない。従って、空燃比が40のとき、
マイクロコンピュータ85は当該空燃比を算出すること
ができない。
V2 ≧ 3.481V (Equation 5) V1 ≧ 5.781V (Equation 6) The A / D converter 84 is connected to the plus-side power supply VC and the ground to supply power. Therefore, the power supply voltage VC
Is 5V, the maximum value of the A / D conversion value is 5V.
Therefore, the voltage V2 can be A / D converted by the A / D converter 84, but the voltage V1 cannot be A / D converted by the A / D converter 84. Therefore, when the air-fuel ratio is 40,
The microcomputer 85 cannot calculate the air-fuel ratio.

【0025】ところで、センサ電流Ipの検出可能な最
大値Ip(max)は、式(1)〜(3)から求められる式
(7)により表される。 Ip(max)=(VC−VR−VCE)/(R1+R2)=17.7mA ………(式7) 図15に示す特性の検出部101では、空燃比が30の
ときのセンサ電流Ipが19mAになる。従って、空燃
比が30のとき、マイクロコンピュータ85は当該空燃
比を算出することができない。
Incidentally, the maximum detectable value Ip (max) of the sensor current Ip is expressed by Expression (7) obtained from Expressions (1) to (3). Ip (max) = (VC−VR−VCE) / (R1 + R2) = 17.7 mA (Equation 7) In the detection unit 101 having the characteristic shown in FIG. 15, the sensor current Ip when the air-fuel ratio is 30 is 19 mA. become. Therefore, when the air-fuel ratio is 30, the microcomputer 85 cannot calculate the air-fuel ratio.

【0026】このように、従来の駆動回路81では高い
領域の空燃比を検出することができないため、高い領域
の空燃比におけるリーンバーン制御を行うことは不可能
である。ところで、抵抗R1を100Ωより小さくし、
例えば、56Ωにすれば、式(4)より電圧V1を4.
769VにすることができるためA/D変換器84にて
A/D変換することが可能になり、式(7)よりIp(m
ax)を25.24mAにすることができるため図15に
示す特性の検出部101でも30,40といった高い領
域の空燃比まで検出することが可能になる。しかし、抵
抗R1の抵抗値を小さくすると、各電圧V1,V2の電
位差が小さくなるため、A/D変換器84の変換精度が
低下し、マイクロコンピュータ85の算出する空燃比の
精度も低下することになる。従って、抵抗R1の抵抗値
を小さくすると、高い領域の空燃比におけるリーンバー
ン制御を精密に制御することができない。
As described above, since the conventional drive circuit 81 cannot detect the air-fuel ratio in a high region, it is impossible to perform lean burn control in the air-fuel ratio in a high region. By the way, if the resistance R1 is smaller than 100Ω,
For example, if it is set to 56Ω, the voltage V1 is set to 4.
Since the voltage can be set to 769 V, A / D conversion can be performed by the A / D converter 84. According to the equation (7), Ip (m
Since ax) can be set to 25.24 mA, the detection unit 101 having the characteristics shown in FIG. 15 can also detect an air-fuel ratio in a high region such as 30 or 40. However, when the resistance value of the resistor R1 is reduced, the potential difference between the voltages V1 and V2 is reduced, so that the conversion accuracy of the A / D converter 84 is reduced and the accuracy of the air-fuel ratio calculated by the microcomputer 85 is also reduced. become. Therefore, when the resistance value of the resistor R1 is reduced, the lean burn control in the air-fuel ratio in a high region cannot be precisely controlled.

【0027】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、リッチ領域,理論空燃
比,リーン領域の各状態における空燃比を高精度に検出
可能な空燃比検出装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to detect an air-fuel ratio in each state of a rich region, a stoichiometric air-fuel ratio, and a lean region with high accuracy. It is to provide a device.

【0028】[0028]

【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、ジルコニア固体
電解質と、該ジルコニア固体電解質の大気雰囲気側に形
成された大気側電極と、該ジルコニア固体電解質の排気
雰囲気側に形成された排気側電極と、排気雰囲気から該
排気側電極へ拡散で流入するガスを抑制する拡散抵抗体
とを備えた検出部を設けている。そして、該検出部の大
気側電極および排気側電極に対してそれぞれ電圧を印加
する駆動回路部を備える。また、前記検出部の排気側電
極から流れ出すか又は流れ込む電流を検出し、その電流
値に基づいて空燃比を検出する検出回路部を備える。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 comprises: a zirconia solid electrolyte; an air electrode formed on the air atmosphere side of the zirconia solid electrolyte; A detection unit is provided that includes an exhaust electrode formed on the exhaust atmosphere side of the zirconia solid electrolyte and a diffusion resistor that suppresses gas flowing from the exhaust atmosphere to the exhaust electrode by diffusion. A drive circuit unit is provided for applying a voltage to each of the atmosphere-side electrode and the exhaust-side electrode of the detection unit. Further, a detection circuit is provided for detecting a current flowing out or flowing in from the exhaust-side electrode of the detection unit, and detecting an air-fuel ratio based on the current value.

【0029】従って、本発明によれば、検出部の大気側
電極ではなく、排気側電極から流れ出すか又は流れ込む
電流を検出し、その電流値に基づいて空燃比を検出する
ため、高い領域の空燃比まで高精度に検出することが可
能になり、リッチ領域および理論空燃比からリーン領域
へ空燃比の検出範囲を拡大することができる。
Therefore, according to the present invention, the current flowing out or flowing in from the exhaust side electrode, not from the atmosphere side electrode of the detecting section, is detected, and the air-fuel ratio is detected based on the current value. The fuel ratio can be detected with high accuracy, and the detection range of the air-fuel ratio can be expanded from the rich region and the stoichiometric air-fuel ratio to the lean region.

【0030】ところで、請求項1に記載の空燃比検出装
置における前記駆動回路部は、請求項2に記載の発明の
ように、前記検出部の大気側電極に印加される大気側印
加電圧を生成する大気側電圧生成手段と、前記検出部の
排気側電極に印加される排気側印加電圧を生成する排気
側電圧生成手段と、前記検出部の排気側電極と前記排気
側電圧生成手段との間に接続された電流検出用抵抗とを
備える。また、前記検出回路部は、前記駆動回路部の電
流検出用抵抗の両端の電圧のうち少なくとも前記排気側
電圧生成手段側の電圧を検出する電圧検出手段と、該電
圧検出手段によって検出された電圧から前記電流検出用
抵抗に流れる電流を検出する電流検出手段と、該電流電
圧検出手段によって検出された電流に基づいて空燃比を
算出する空燃比算出手段とを備える。
According to the first aspect of the present invention, the driving circuit in the air-fuel ratio detecting device generates an atmosphere-side applied voltage applied to the atmosphere-side electrode of the detecting section. Between the atmosphere-side voltage generation means, the exhaust-side voltage generation means for generating an exhaust-side applied voltage applied to the exhaust-side electrode of the detection unit, and the exhaust-side voltage generation means for the detection unit. , And a current detection resistor connected to the Further, the detection circuit unit includes a voltage detection unit that detects at least a voltage on the exhaust-side voltage generation unit side of a voltage between both ends of a current detection resistor of the drive circuit unit, and a voltage detected by the voltage detection unit. A current detection means for detecting a current flowing from the current detection resistor to the current detection resistor, and an air-fuel ratio calculation means for calculating an air-fuel ratio based on the current detected by the current-voltage detection means.

【0031】従って、請求項2に記載の発明によれば、
電流検出用抵抗の抵抗値を小さくしなくても高い領域の
空燃比を検出することが可能になるため、電圧検出手段
をA/D変換器にて具体化した場合にそのA/D変換精
度が低下するおそれがなくなり、空燃比算出手段にて算
出される空燃比の精度を高めることができる。
Therefore, according to the second aspect of the present invention,
Since the air-fuel ratio in a high region can be detected without reducing the resistance value of the current detection resistor, the A / D conversion accuracy when the voltage detection means is embodied by an A / D converter. Can be reduced, and the accuracy of the air-fuel ratio calculated by the air-fuel ratio calculation means can be improved.

【0032】次に、請求項3に記載の発明は、請求項2
に記載の空燃比検出装置において、前記大気側電圧生成
手段の生成する大気側印加電圧と、前記排気側電圧生成
手段の生成する排気側印加電圧とが共に固定されてい
る。従って、請求項3に記載の発明によれば、ストイキ
制御に必要な範囲の空燃比を高精度に検出することがで
きる。
Next, a third aspect of the present invention is directed to the second aspect.
In the air-fuel ratio detection device described in (1), both the atmospheric-side applied voltage generated by the atmospheric-side voltage generating means and the exhaust-side applied voltage generated by the exhaust-side voltage generating means are fixed. Therefore, according to the third aspect of the present invention, it is possible to detect the air-fuel ratio in a range necessary for the stoichiometric control with high accuracy.

【0033】ところで、請求項3に記載の空燃比検出装
置における前記駆動回路部は、請求項4に記載の発明の
ように、電圧源とグランドとの間に直列接続された複数
の抵抗から成る抵抗分圧回路を備える。そして、前記大
気側電圧生成手段は、前記抵抗分圧回路によって抵抗分
圧された電圧により大気側印加電圧を生成する。また、
前記排気側電圧生成手段は、前記抵抗分圧回路によって
抵抗分圧された電圧により排気側印加電圧を生成する。
According to a third aspect of the present invention, in the air-fuel ratio detection device, the drive circuit section includes a plurality of resistors connected in series between the voltage source and the ground, as in the fourth aspect of the invention. A resistor voltage dividing circuit is provided. Then, the atmosphere-side voltage generation means generates an atmosphere-side applied voltage based on the voltage divided by the resistance voltage dividing circuit. Also,
The exhaust-side voltage generation means generates an exhaust-side applied voltage based on the voltage divided by the resistance voltage dividing circuit.

【0034】従って、請求項4に記載の発明によれば、
抵抗のみから成る簡単な抵抗分圧回路により得られる電
圧にて、大気側印加電圧および排気側印加電圧を共に生
成することができる。次に、請求項5に記載の発明は、
請求項2に記載の空燃比検出装置において、前記駆動回
路部は、前記検出部の大気側電極と排気側電極との間に
印加される電圧に基づいて、前記大気側電圧生成手段の
生成する大気側印加電圧を制御することにより、前記検
出部の排気側電極から流れ出すか又は流れ込む電流を飽
和させる。そして、前記空燃比算出部は、前記飽和され
た電流値に基づいて空燃比を検出する。
Therefore, according to the fourth aspect of the present invention,
Both the atmosphere-side applied voltage and the exhaust-side applied voltage can be generated by a voltage obtained by a simple resistor voltage dividing circuit consisting of only a resistor. Next, the invention according to claim 5 is:
3. The air-fuel ratio detection device according to claim 2, wherein the drive circuit section generates the air-side voltage generation unit based on a voltage applied between an atmosphere-side electrode and an exhaust-side electrode of the detection section. 4. By controlling the applied voltage on the atmosphere side, the current flowing out or flowing from the exhaust side electrode of the detection unit is saturated. Then, the air-fuel ratio calculation unit detects an air-fuel ratio based on the saturated current value.

【0035】従って、本発明によれば、空燃比に応じて
検出部の大気側電極と排気側電極との間に印加される電
圧を変化させることが可能になり、リーン領域の広範囲
の空燃比を検出することができる。ところで、請求項5
に記載の空燃比検出装置における前記駆動回路部は、請
求項6に記載の発明のように、電圧源とグランドとの間
に直列接続された複数の抵抗から成る抵抗分圧回路と、
前記検出部の大気側電極と排気側電極との間に印加され
る電圧に基づいた可変電圧を生成する可変電圧生成回路
とを備える。そして、前記大気側電圧生成手段は、前記
可変電圧生成回路の生成する可変電圧により大気側印加
電圧を生成する。また、前記排気側電圧生成手段は、前
記抵抗分圧回路によって抵抗分圧された電圧により排気
側印加電圧を生成する。
Therefore, according to the present invention, it is possible to change the voltage applied between the atmosphere-side electrode and the exhaust-side electrode of the detection unit in accordance with the air-fuel ratio, and to cover a wide range of air-fuel ratio in the lean region. Can be detected. By the way, claim 5
The drive circuit unit in the air-fuel ratio detection device according to the invention, as in the invention according to claim 6, a resistance voltage dividing circuit including a plurality of resistors connected in series between a voltage source and a ground,
A variable voltage generation circuit that generates a variable voltage based on a voltage applied between the atmosphere side electrode and the exhaust side electrode of the detection unit. The atmosphere-side voltage generation means generates an atmosphere-side applied voltage based on the variable voltage generated by the variable voltage generation circuit. The exhaust-side voltage generating means generates an exhaust-side applied voltage based on the voltage divided by the resistance voltage dividing circuit.

【0036】従って、請求項6に記載の発明によれば、
排気側印加電圧を固定して大気側印加電圧を可変するこ
とにより、空燃比に応じて検出部の大気側電極と排気側
電極との間に印加される電圧を変化させることが可能に
なり、リーン領域の広範囲の空燃比を検出することがで
きる。
Therefore, according to the sixth aspect of the present invention,
By fixing the applied voltage on the exhaust side and changing the applied voltage on the atmosphere side, it becomes possible to change the voltage applied between the atmosphere side electrode and the exhaust side electrode of the detection unit according to the air-fuel ratio, It is possible to detect a wide range of air-fuel ratio in the lean region.

【0037】また、請求項6に記載の空燃比検出装置
は、請求項7に記載の発明のように、前記大気側電圧生
成手段の生成する大気側印加電圧を一定値以下に抑える
ことにより、前記検出部の大気側電極と排気側電極との
間に印加される電圧を抑制して前記検出部を保護する保
護手段を備える。
Further, the air-fuel ratio detecting device according to the sixth aspect of the present invention is such that the atmospheric-side applied voltage generated by the atmospheric-side voltage generating means is suppressed to a certain value or less, as in the seventh aspect of the present invention. A protection unit is provided for protecting the detection unit by suppressing a voltage applied between the atmosphere-side electrode and the exhaust-side electrode of the detection unit.

【0038】従って、請求項7に記載の発明によれば、
検出部の電極間に異常な電圧が印加されるのを回避し
て、検出部の劣化や破壊を防止することができる。次
に、請求項8に記載の発明は、請求項2に記載の空燃比
検出装置において、前記駆動回路部は、前記検出部の大
気側電極と排気側電極との間に印加される電圧に基づい
て、前記大気側電圧生成手段の生成する大気側印加電圧
と、前記排気側電圧生成手段の生成する排気側印加電圧
とを共に可変することにより、前記検出部の排気側電極
から流れ出すか又は流れ込む電流を飽和させる。そし
て、前記空燃比算出部は、前記飽和された電流値に基づ
いて空燃比を検出する。
Therefore, according to the seventh aspect of the present invention,
By preventing an abnormal voltage from being applied between the electrodes of the detection unit, it is possible to prevent deterioration and destruction of the detection unit. Next, according to an eighth aspect of the present invention, in the air-fuel ratio detection device according to the second aspect, the drive circuit unit is configured to reduce a voltage applied between an atmosphere-side electrode and an exhaust-side electrode of the detection unit. Based on this, by changing both the atmosphere-side applied voltage generated by the atmosphere-side voltage generation unit and the exhaust-side applied voltage generated by the exhaust-side voltage generation unit, the air flows out from the exhaust-side electrode of the detection unit or Saturate the flowing current. Then, the air-fuel ratio calculation unit detects an air-fuel ratio based on the saturated current value.

【0039】従って、本発明によれば、排気側印加電圧
と大気側印加電圧とを共に可変することにより、空燃比
に応じて検出部の大気側電極と排気側電極との間に印加
される電圧を変化させることが可能になり、リーン領域
の広範囲の空燃比を検出することができる。
Therefore, according to the present invention, by changing both the applied voltage on the exhaust side and the applied voltage on the atmosphere side, the applied voltage is applied between the atmosphere side electrode and the exhaust side electrode of the detection unit in accordance with the air-fuel ratio. The voltage can be changed, and an air-fuel ratio in a wide range in a lean region can be detected.

【0040】次に、請求項9に記載の発明は、請求項1
〜8のいずれか1項に記載の空燃比検出装置において、
前記検出部の大気側電極と排気側電極との間の交流的な
内部抵抗を検出し、その内部抵抗が一定になるように前
記検出部のジルコニア固体電解質の温度を一定に制御す
る。
Next, the invention according to claim 9 is based on claim 1
The air-fuel ratio detection device according to any one of claims 1 to 8,
An AC internal resistance between the atmosphere-side electrode and the exhaust-side electrode of the detection unit is detected, and the temperature of the zirconia solid electrolyte of the detection unit is controlled to be constant so that the internal resistance is constant.

【0041】従って、本発明によれば、ジルコニア固体
電解質の温度を常に一定に保ち、検出部の各電極間に印
加される電圧に対して排気側電極から流れ出すか又は流
れ込む電流の特性変動を防止することが可能になり、空
燃比の検出精度をさらに高めることができる。
Therefore, according to the present invention, the temperature of the zirconia solid electrolyte is always kept constant, and the characteristic variation of the current flowing out or flowing from the exhaust side electrode with respect to the voltage applied between the electrodes of the detecting section is prevented. And the detection accuracy of the air-fuel ratio can be further improved.

【0042】ところで、請求項9に記載の空燃比検出装
置は、請求項10に記載の発明のように、前記検出部の
ジルコニア固体電解質を加熱するヒータを備え、前記内
部抵抗が一定になるように該ヒータの作動を制御する。
また、請求項10に記載の空燃比検出装置は、請求項1
1に記載の発明のように、前記排気側電圧生成手段の生
成する排気側印加電圧を変化させ、その電圧の変化量
と、その電圧の変化によって生じた前記検出部の排気側
電極から流れ出すか又は流れ込む電流の変化量とに基づ
いて前記内部抵抗を検出する。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an air-fuel ratio detecting device including a heater for heating the zirconia solid electrolyte of the detecting portion so that the internal resistance is constant. Then, the operation of the heater is controlled.
Further, the air-fuel ratio detecting device according to claim 10 is the first embodiment.
As in the invention described in Item 1, the exhaust-side applied voltage generated by the exhaust-side voltage generating means is changed, and the amount of change in the voltage and whether the voltage flows out of the exhaust-side electrode of the detection unit caused by the change in the voltage. Alternatively, the internal resistance is detected based on the amount of change in the flowing current.

【0043】また、請求項10に記載の空燃比検出装置
は、請求項12に記載の発明のように、前記大気側電圧
生成手段の生成する大気側印加電圧を変化させ、その電
圧の変化量と、その電圧の変化によって生じた前記検出
部の排気側電極から流れ出すか又は流れ込む電流の変化
量とに基づいて前記内部抵抗を検出する。
According to a tenth aspect of the present invention, in the air-fuel ratio detecting device, the atmospheric-side applied voltage generated by the atmospheric-side voltage generating means is changed, and the amount of change in the voltage is changed. The internal resistance is detected on the basis of a change in the current flowing or flowing from the exhaust-side electrode of the detection unit caused by the change in the voltage.

【0044】尚、以下に述べる発明の実施の形態におい
て、特許請求の範囲または課題を解決するための手段に
記載の「検出回路部」はA/D変換器84およびマイク
ロコンピュータ85から構成され、同じく「大気側電圧
生成手段」はオペアンプ82から構成され、同じく「排
気側電圧生成手段」はオペアンプ83から構成され、同
じく「電圧検出手段」はA/D変換器84から構成さ
れ、同じく「電流検出手段」はマイクロコンピュータ8
5におけるS102の処理に相当し、同じく「空燃比算
出手段」はマイクロコンピュータ85におけるS103
の処理に相当し、同じく「電圧源」は電源VCに相当
し、同じく「可変電圧生成回路」はD/A変換器32か
ら構成され、同じく「保護手段」はダイオードD1から
構成される。
In the embodiments of the invention described below, the “detection circuit section” described in the claims or for solving the problems is constituted by an A / D converter 84 and a microcomputer 85. Similarly, the "atmosphere side voltage generation means" is configured by an operational amplifier 82, the "exhaust side voltage generation means" is configured by an operational amplifier 83, the "voltage detection means" is also configured by an A / D converter 84, and the "current The detecting means is a microcomputer 8
5 corresponds to the process of S102, and the “air-fuel ratio calculating means”
Similarly, the "voltage source" corresponds to the power supply VC, the "variable voltage generation circuit" is similarly configured by the D / A converter 32, and the "protection means" is similarly configured by the diode D1.

【0045】[0045]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した各実施
形態を図面と共に説明する。尚、各実施形態において、
図13〜図15に示した従来の形態と同じ構成部材につ
いては符号を等しくしてその詳細な説明を省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each embodiment,
The same components as those of the conventional embodiment shown in FIGS. 13 to 15 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0046】(第1実施形態)以下、本発明を具体化し
た第1実施形態を図面と共に説明する。図2に、本実施
形態の空燃比検出装置を用いた自動車用内燃機関の制御
装置の全体構成を示す。
(First Embodiment) Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows the overall configuration of a control device for an internal combustion engine for a vehicle using the air-fuel ratio detection device of the present embodiment.

【0047】制御装置11は、入力バッファ12、出力
バッファ13、駆動回路14、A/D変換器84、マイ
クロコンピュータ85から構成されている。内燃機関の
回転数を検出する回転センサからの回転数検出信号N
E,自動車の車速を検出する車速センサからの車速検出
信号SPD,スタータスイッチが操作されたか否かに対
応するスタータスイッチ操作検出信号STAなどのディ
ジタル信号は、入力バッファ12にてノイズ除去および
波形整形が施されて0Vまたは5Vの信号に変換され、
マイクロコンピュータ85に入力される。
The control device 11 comprises an input buffer 12, an output buffer 13, a drive circuit 14, an A / D converter 84, and a microcomputer 85. A rotation speed detection signal N from a rotation sensor for detecting the rotation speed of the internal combustion engine
E, a digital signal such as a vehicle speed detection signal SPD from a vehicle speed sensor for detecting a vehicle speed of the automobile, and a starter switch operation detection signal STA corresponding to whether or not a starter switch has been operated; Is converted to a signal of 0 V or 5 V,
It is input to the microcomputer 85.

【0048】また、内燃機関の吸入空気量を検出する空
気量センサからの吸入空気量検出信号VG,スロットル
開度を検出するスロットル開度センサからのスロットル
開度検出信号VTA,内燃機関の冷却水温を検出する冷
却水温センサからの水温検出信号THWなどのアナログ
信号は、A/D変換器84にてA/D変換され、マイク
ロコンピュータ85に入力される。
Also, an intake air amount detection signal VG from an air amount sensor for detecting an intake air amount of the internal combustion engine, a throttle opening detection signal VTA from a throttle opening sensor for detecting a throttle opening, a cooling water temperature of the internal combustion engine. An analog signal such as a water temperature detection signal THW from a cooling water temperature sensor for detecting the temperature is converted from analog to digital by an A / D converter 84 and input to a microcomputer 85.

【0049】駆動回路14は検出部101を駆動し、駆
動回路14から出力される各電圧V1,V2はA/D変
換器84にてA/D変換され、マイクロコンピュータ8
5に入力される。マイクロコンピュータ85は、入力バ
ッファ12およびA/D変換器84から入力された各種
信号に基づいて、インジェクタから内燃機関へ供給され
る燃料噴射量の制御信号INJ,点火時期の制御信号I
GT,アイドル回転制御用バルブの制御信号ISC,検
出部101のヒータ103を制御するための制御信号H
Tなどを生成する。マイクロコンピュータ85の生成し
たこれらの制御信号は、出力バッファ13を介して制御
装置11の外部へ出力される。
The drive circuit 14 drives the detection unit 101, and the voltages V1 and V2 output from the drive circuit 14 are A / D-converted by the A / D converter 84, and the microcomputer 8
5 is input. The microcomputer 85, based on various signals input from the input buffer 12 and the A / D converter 84, controls the fuel injection amount control signal INJ supplied from the injector to the internal combustion engine and the ignition timing control signal IJ.
GT, a control signal ISC for the idle rotation control valve, and a control signal H for controlling the heater 103 of the detection unit 101.
T or the like is generated. These control signals generated by the microcomputer 85 are output to the outside of the control device 11 via the output buffer 13.

【0050】図1に、駆動回路14の内部構成を示す。
本実施形態の駆動回路14において、従来の駆動回路8
1と異なるのは以下の点である。 (1−1)オペアンプ82の出力端子は、抵抗R2を介
して検出部101の電極104(大気雰囲気側)に接続
されると共に、各抵抗R2,R3を介してオペアンプ8
2の反転入力端子に接続されている。
FIG. 1 shows the internal configuration of the drive circuit 14.
In the drive circuit 14 of the present embodiment, the conventional drive circuit 8
The difference from 1 is as follows. (1-1) The output terminal of the operational amplifier 82 is connected to the electrode 104 (atmosphere side) of the detecting unit 101 via the resistor R2, and the operational amplifier 8 is connected via the resistors R2 and R3.
2 inverting input terminals.

【0051】(1−2)オペアンプ83の出力端子は抵
抗R1を介して検出部101の電極105(排気ガス雰
囲気側)に接続されると共に、各抵抗R1,R4を介し
てオペアンプ83の反転入力端子に接続されている。 (1−3)A/D変換器84は、抵抗R1におけるオペ
アンプ83側の電圧V1と検出部101側の電圧V2と
をそれぞれA/D変換し、そのA/D変換値をマイクロ
コンピュータ85に出力する。
(1-2) The output terminal of the operational amplifier 83 is connected to the electrode 105 (exhaust gas atmosphere side) of the detection unit 101 via the resistor R1, and the inverted input of the operational amplifier 83 via the resistors R1 and R4. Connected to terminal. (1-3) The A / D converter 84 A / D converts the voltage V1 on the operational amplifier 83 side and the voltage V2 on the detection unit 101 side in the resistor R1, and outputs the A / D converted value to the microcomputer 85. Output.

【0052】次に、本実施形態の駆動回路14の作用に
ついて説明する。前記したように、リーン領域において
は、電極104から電極105へセンサ電流Ipが流れ
る。このとき、オペアンプ83の出力可能な最低電圧を
VCEとする。また、各オペアンプ82,83の非反転入
力端子に印加される電圧VAF+,VAF-は、両方共に可変
可能であるとする。すると、電圧V1は式(8)により
表される。
Next, the operation of the drive circuit 14 of the present embodiment will be described. As described above, in the lean region, the sensor current Ip flows from the electrode 104 to the electrode 105. At this time, the minimum output voltage of the operational amplifier 83 is VCE. It is also assumed that the voltages VAF + and VAF- applied to the non-inverting input terminals of the operational amplifiers 82 and 83 are both variable. Then, the voltage V1 is represented by Expression (8).

【0053】 V1≧VCE ………(式8) オペアンプ83にオフセット電圧が存在しないとすると
電圧V2は電圧VAF-と等しくなり、電圧V2は式
(9)により表される。 V2=VAF-=V1+Ip・R1 ………(式9) 検出部101の各電極104,105間に印加される電
圧VRは各電圧VAF+,VAF-の差電圧であるため、電圧
VAF+は式(10)により表される。
V1 ≧ VCE (Equation 8) Assuming that there is no offset voltage in the operational amplifier 83, the voltage V2 becomes equal to the voltage VAF−, and the voltage V2 is expressed by Expression (9). V2 = VAF− = V1 + Ip · R1 (Equation 9) Since the voltage VR applied between the electrodes 104 and 105 of the detection unit 101 is a difference voltage between the respective voltages VAF + and VAF−, the voltage VAF + is expressed by the following equation. 10).

【0054】 VAF+=VAF-+VR ………(式10) オペアンプ82の出力電圧VOPは式(11)により表さ
れる。 VOP=VAF++Ip・R2 ………(式11) 前記した駆動回路81の場合と同様に、Ip=23m
A、VCE=1.5V、VR=0.9V、R1=100
Ω、R2=47Ωとして式(8)〜(11)に代入する
と、各電圧V2,V1,VAF+,VOPの値は式(12)
〜(15)に示すようになる。
VAF + = VAF− + VR (Expression 10) The output voltage VOP of the operational amplifier 82 is expressed by Expression (11). VOP = VAF ++ Ip.R2 (Equation 11) As in the case of the driving circuit 81, Ip = 23 m
A, VCE = 1.5V, VR = 0.9V, R1 = 100
Substituting into equations (8) to (11) assuming that Ω and R2 = 47Ω, the values of the voltages V2, V1, VAF +, and VOP are calculated by equation (12)
To (15).

【0055】 V1≧1.5V ………(式12) V2=VAF-≧3.8V ………(式13) VAF+≧4.7V ………(式14) VOP≧5.781V ………(式15) また、センサ電流Ipの検出可能な最大値Ip(max)
は、式(8)〜(11)から求められる式(16)によ
り表される。
V1 ≧ 1.5V (Expression 12) V2 = VAF− ≧ 3.8V (Expression 13) VAF + ≧ 4.7V (Expression 14) VOP ≧ 5.781V (Expression 14) (Equation 15) Further, the maximum detectable value Ip (max) of the sensor current Ip
Is represented by Expression (16) obtained from Expressions (8) to (11).

【0056】 Ip(max)=(VC−VR−VCE)/R1=26mA ………(式16) 従って、式(13)(14)を満足するように各電圧V
AF+,VAF-を設定することにより、各電圧V1,V2を
共に5V以下にすることができる。A/D変換器84は
プラス側電源VCおよびグランドに接続されて電源供給
がなされているため、電源電圧VCを5Vとすると、A
/D変換値の最大値は5Vとなる。よって、式(12)
(13)より、各電圧V1,V2はA/D変換器84に
てA/D変換可能になる。
Ip (max) = (VC−VR−VCE) / R1 = 26 mA (Equation 16) Accordingly, each voltage V is set so as to satisfy the equations (13) and (14).
By setting AF + and VAF-, each of the voltages V1 and V2 can be reduced to 5 V or less. The A / D converter 84 is connected to the positive power supply VC and the ground to supply power.
The maximum value of the / D conversion value is 5V. Therefore, equation (12)
From (13), the voltages V1 and V2 can be A / D converted by the A / D converter 84.

【0057】図15に示す特性の検出部101では、空
燃比が40のときのセンサ電流Ipが23mAになる。
従って、式(16)より、空燃比が40のときも、マイ
クロコンピュータ85は当該空燃比を算出することがで
きる。尚、式(15)より、オペアンプ82の出力電圧
VOPは5Vを越えるが、各オペアンプ82,83の電源
VBを車載バッテリから供給するようにすれば、車載バ
ッテリの電圧は14Vであることから、オペアンプ82
の出力電圧VOPの最大値は14Vになり何ら問題とはな
らない。
In the detecting section 101 having the characteristics shown in FIG. 15, the sensor current Ip when the air-fuel ratio is 40 becomes 23 mA.
Therefore, even when the air-fuel ratio is 40, the microcomputer 85 can calculate the air-fuel ratio from Expression (16). From equation (15), the output voltage VOP of the operational amplifier 82 exceeds 5 V. However, if the power supply VB of each of the operational amplifiers 82 and 83 is supplied from the vehicle-mounted battery, the voltage of the vehicle-mounted battery is 14 V. Operational amplifier 82
The maximum value of the output voltage VOP is 14 V, which is not a problem.

【0058】次に、本実施形態においてマイクロコンピ
ュータ85が実行する処理の詳細を、図3に示すフロー
チャートを用いて説明する。イグニッションスイッチが
オンされて車載バッテリから電源が供給されることによ
りマイクロコンピュータ85が起動すると、内蔵ROM
に記録されている制御プログラムに従い、コンピュータ
による各種演算処理によって、以下の各ステップの処理
を実行する。
Next, the details of the processing executed by the microcomputer 85 in this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. When the microcomputer 85 is started by turning on the ignition switch and being supplied with power from the vehicle battery, the built-in ROM
In accordance with the control program recorded in the computer, the computer executes the following steps by various types of arithmetic processing.

【0059】まず、ステップ(以下、Sという)101
において、抵抗R1の両端の電圧V1,V2のA/D変
換をA/D変換器84に実行させ、そのA/D変換値を
受け取る。次に、S102において、前記式(1)に示
すように、駆動回路14から出力される各電圧V1,V
2と抵抗R1の抵抗値とに基づいて、検出部101の各
電極104,105間に流れるセンサ電流Ipを算出す
る。
First, step (hereinafter referred to as S) 101
, The A / D converter 84 performs A / D conversion of the voltages V1 and V2 across the resistor R1, and receives the A / D converted value. Next, in S102, as shown in the above equation (1), the voltages V1 and V output from the drive circuit 14 are output.
The sensor current Ip flowing between the electrodes 104 and 105 of the detection unit 101 is calculated based on 2 and the resistance value of the resistor R1.

【0060】次に、S103において、予め内蔵ROM
に記録されているデータテーブルを用いたテーブル補間
により、センサ電流Ipに対応した空燃比(A/F)を
算出する。ここで、センサ電流Ipと空燃比とは完全に
リニアな直線関係にはならないため、予め何点かのセン
サ電流Ipに対応する空燃比を求めてデータテーブルを
作成しておく必要がある。
Next, in S103, the internal ROM
The air-fuel ratio (A / F) corresponding to the sensor current Ip is calculated by table interpolation using the data table recorded in (1). Here, since the sensor current Ip and the air-fuel ratio do not have a completely linear linear relationship, it is necessary to create a data table in advance by obtaining the air-fuel ratio corresponding to some sensor currents Ip.

【0061】次に、S101へ戻るが、本実施形態では
このS101からS103のルーチンを8msのタイミ
ングで繰り返し行う。そして、マイクロコンピュータ8
5は、算出した空燃比に応じて燃料噴射量をフィードバ
ック制御して燃料噴射量制御信号INJを生成すること
により、内燃機関に供給される混合気の空燃比を目標値
に制御する。
Next, returning to S101, in this embodiment, the routine from S101 to S103 is repeated at a timing of 8 ms. And the microcomputer 8
5 controls the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine to a target value by feedback-controlling the fuel injection amount according to the calculated air-fuel ratio to generate a fuel injection amount control signal INJ.

【0062】このように、本実施形態の駆動回路14に
よれば、高い領域の空燃比を検出することが可能になる
ため、内燃機関の制御装置11は高い領域の空燃比にお
けるリーンバーン制御を行うことができる。そして、抵
抗R1の抵抗値を小さくする必要がないため、高い領域
の空燃比を検出する際にも、A/D変換器84の変換精
度が低下するおそれはなく、マイクロコンピュータ85
の算出する空燃比の精度を高めることができる。従っ
て、検出精度を低下させることなく、リッチ領域および
理論空燃比からリーン領域へ空燃比の検出領域を拡大す
ることができる。
As described above, according to the drive circuit 14 of the present embodiment, it is possible to detect the air-fuel ratio in a high range, and the control device 11 of the internal combustion engine performs lean burn control in the air-fuel ratio in a high range. It can be carried out. Since the resistance value of the resistor R1 does not need to be reduced, the conversion accuracy of the A / D converter 84 does not decrease even when detecting the air-fuel ratio in a high region.
The accuracy of the air-fuel ratio calculated by can be improved. Therefore, the detection range of the air-fuel ratio can be expanded from the rich region and the stoichiometric air-fuel ratio to the lean region without lowering the detection accuracy.

【0063】ここで、オペアンプ83の非反転入力端子
に印加される電圧VAF-が固定の場合、電圧V2は電圧
VAF-と等しくなるため、マイクロコンピュータ85は
電圧V2の値を予め内蔵ROMに記憶しておくことによ
り認知することが可能であり、A/D変換器84におい
て電圧V2をA/D変換する必要はない。しかし、オペ
アンプ83にオフセット電圧が存在する場合など、電圧
V2が電圧VAF-と等しくならない場合にもセンサ電流
Ipを正確に検出するため、上記のようにA/D変換器
84において電圧V2をA/D変換することが望まし
い。但し、電圧V2が電圧VAF-と等しい条件が満足さ
れるならば、A/D変換器84における電圧V2のA/
D変換を省くことも可能である。
Here, when the voltage VAF- applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 83 is fixed, the voltage V2 becomes equal to the voltage VAF-, so that the microcomputer 85 stores the value of the voltage V2 in the built-in ROM in advance. By doing so, it is possible to recognize it, and it is not necessary for the A / D converter 84 to A / D convert the voltage V2. However, in order to accurately detect the sensor current Ip even when the voltage V2 is not equal to the voltage VAF-, for example, when an offset voltage is present in the operational amplifier 83, the voltage V2 is set to A in the A / D converter 84 as described above. / D conversion is desirable. However, if the condition that the voltage V2 is equal to the voltage VAF- is satisfied, the A / D of the voltage V2 in the A / D converter 84
It is also possible to omit the D conversion.

【0064】(第2実施形態)以下、第1実施形態をよ
り具体化した第2実施形態を図面と共に説明する。尚、
本実施形態において、第1実施形態と同じ構成部材につ
いては符号を等しくしてその詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment, which is a more specific version of the first embodiment, will be described with reference to the drawings. still,
In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment have the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

【0065】図4に、本実施形態の駆動回路21の内部
構成を示す。駆動回路21において、図1に示す第1実
施形態の駆動回路14と異なるのは、電源VCとグラン
ドとの間に直列接続された各抵抗R5〜R7による抵抗
分圧によって各電圧VAF+,VAF-を生成している点であ
る。
FIG. 4 shows the internal configuration of the drive circuit 21 of the present embodiment. The drive circuit 21 differs from the drive circuit 14 of the first embodiment shown in FIG. 1 in that the voltages VAF +, VAF- are divided by the resistors R5 to R7 connected in series between the power supply VC and the ground. Is generated.

【0066】次に、本実施形態の駆動回路21の作用に
ついて説明する。本実施形態は、リーンバーン制御を行
わず、ストイキ制御のみを行う場合に適用したものであ
る。ストイキ制御時には、例えば、空燃比(A/F)が
13から18の間でほぼ制御されるため、図15に示す
特性の検出部101では、センサ電流Ipを−10mA
以上10mA以下の範囲(−10mA≦Ip≦10m
A)で検出できれば十分である。また、図15の点線
(a)に示すように、印加電圧VRも一定値(=0.4
V)に設定すればよい。尚、リーン領域においてセンサ
電流Ipが電極104から電極105へ流れる場合にセ
ンサ電流Ipは正の値をとり、リッチ領域においてセン
サ電流Ipが電極105から電極104へ流れる場合に
センサ電流Ipは負の値をとる。
Next, the operation of the drive circuit 21 of the present embodiment will be described. This embodiment is applied to a case where only stoichiometric control is performed without performing lean burn control. At the time of the stoichiometric control, for example, since the air-fuel ratio (A / F) is substantially controlled between 13 and 18, the detection unit 101 having the characteristic shown in FIG.
Range of 10 mA or less (-10 mA ≦ Ip ≦ 10 m
It suffices to be able to detect in A). Further, as shown by the dotted line (a) in FIG. 15, the applied voltage VR is also constant (= 0.4
V). The sensor current Ip takes a positive value when the sensor current Ip flows from the electrode 104 to the electrode 105 in the lean region, and becomes negative when the sensor current Ip flows from the electrode 105 to the electrode 104 in the rich region. Take a value.

【0067】センサ電流Ipのとる範囲が−10mA以
上10mA以下であるため、リッチ領域におけるセンサ
電流の絶対値IpRとリーン領域におけるセンサ電流の
絶対値IpLとが等しくなるように電圧VAF-を設定す
る。ここで、電圧V1の最大値をV1(max)とすると、
センサ電流IpRの最大値IpR(max)は式(17)によ
り表される。また、センサ電流IpLの最大値IpL(ma
x)は式(18)により表される。
Since the range of the sensor current Ip is -10 mA or more and 10 mA or less, the voltage VAF- is set so that the absolute value IpR of the sensor current in the rich region is equal to the absolute value IpL of the sensor current in the lean region. . Here, assuming that the maximum value of the voltage V1 is V1 (max),
The maximum value IpR (max) of the sensor current IpR is represented by Expression (17). Also, the maximum value IpL of the sensor current IpL (ma
x) is represented by equation (18).

【0068】 IpR(max)=(V1(max)−VAF-)/R1 ………(17) IpL(max)=(VAF-−VCE)/R1 ………(18) ここで、電源電圧VCを5Vとすると最大値V1(max)は
5Vになる。そこで、IpR(max)=IpL(max)、V1(m
ax)=5V、VCE=1.5V、R1=100Ωとして式
(17)(18)に代入すると、各電圧VAF-,VAF+は
式(19)(20)に示すようになる。そのため、Ip
R(max)およびIpL(max)は式(21)に示すようにな
る。
IpR (max) = (V1 (max) −VAF −) / R1 (17) IpL (max) = (VAF−−VCE) / R1 (18) Here, the power supply voltage VC Is 5V, the maximum value V1 (max) becomes 5V. Therefore, IpR (max) = IpL (max), V1 (m
ax) = 5V, VCE = 1.5V, and R1 = 100Ω and substituted into equations (17) and (18), the voltages VAF- and VAF + become as shown in equations (19) and (20). Therefore, Ip
R (max) and IpL (max) are as shown in equation (21).

【0069】 VAF-=3.25V ………(19) VAF+=VAF-+VR=3.65V ………(20) IpR(max)=IpL(max)=17.5mA ………(21) 従って、式(19)(20)を満足するように各抵抗R
5〜R7の抵抗値を設定することにより、図15に示す
特性の検出部101を用いてストイキ制御を行うことが
できる。
VAF− = 3.25 V (19) VAF + = VAF− + VR = 3.65 V (20) IpR (max) = IpL (max) = 17.5 mA (21) , And each resistance R so as to satisfy the equations (19) and (20).
By setting the resistance values of R5 to R7, stoichiometric control can be performed using the detection unit 101 having the characteristics shown in FIG.

【0070】尚、本実施形態においてマイクロコンピュ
ータ85が実行する処理は、第1実施形態と同じである
ため説明を省略する。このように、本実施形態の駆動回
路21によれば、各抵抗R5〜R7による簡単な抵抗分
圧回路を用いて各電圧VAF+,VAF-を生成することによ
り、ストイキ制御に必要な範囲の空燃比を高精度に検出
することができる。
The processing executed by the microcomputer 85 in this embodiment is the same as that in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. As described above, according to the drive circuit 21 of the present embodiment, the voltages VAF + and VAF- are generated by using the simple resistor voltage dividing circuits including the resistors R5 to R7, so that the space necessary for the stoichiometric control is obtained. The fuel ratio can be detected with high accuracy.

【0071】また、第1実施形態の駆動回路14に各抵
抗R5〜R7による抵抗分圧回路を接続するだけで本実
施形態の駆動回路21を作成することができる。そのた
め、駆動回路14においてオペアンプ82,83および
抵抗R1〜R4が実装されるプリント基板を駆動回路2
1に流用することが可能になり、各駆動回路14,21
にてプリント基板を共通化することができる。そして、
本実施形態においてマイクロコンピュータ85が実行す
る処理は第1実施形態と同じであるため、マイクロコン
ピュータ85の制御プログラムについても、本実施形態
と第1実施形態とで共通化することができる。従って、
本実施形態によれば、第1実施形態とプリント基板およ
び制御プログラム(ソフトウェア)を共通化することが
可能になるため、コストダウンを図ることができる。
Further, the drive circuit 21 according to the present embodiment can be formed only by connecting the resistor voltage dividing circuit including the resistors R5 to R7 to the drive circuit 14 according to the first embodiment. Therefore, the printed circuit board on which the operational amplifiers 82 and 83 and the resistors R1 to R4 are mounted in the drive circuit 14 is
1 can be used, and the driving circuits 14 and 21 can be used.
The printed circuit board can be shared. And
In the present embodiment, the processing executed by the microcomputer 85 is the same as that of the first embodiment. Therefore, the control program of the microcomputer 85 can be shared between the present embodiment and the first embodiment. Therefore,
According to the present embodiment, the printed circuit board and the control program (software) can be shared with the first embodiment, so that the cost can be reduced.

【0072】(第3実施形態)以下、第1実施形態をよ
り具体化した第3実施形態を図面と共に説明する。尚、
本実施形態において、第1実施形態と同じ構成部材につ
いては符号を等しくしてその詳細な説明を省略する。
(Third Embodiment) Hereinafter, a third embodiment which is a more specific version of the first embodiment will be described with reference to the drawings. still,
In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment have the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

【0073】図5に、本実施形態の駆動回路31の内部
構成を示す。駆動回路31において、図1に示す第1実
施形態の駆動回路14と異なるのは以下の点である。 (3−1)駆動回路31は、オペアンプ82,83およ
び抵抗R1〜R4に加えて、抵抗R8〜R10、ダイオ
ードD1、D/A変換器32から構成されている。
FIG. 5 shows the internal configuration of the drive circuit 31 of this embodiment. The drive circuit 31 differs from the drive circuit 14 of the first embodiment shown in FIG. 1 in the following points. (3-1) The drive circuit 31 includes resistors R8 to R10, a diode D1, and a D / A converter 32 in addition to the operational amplifiers 82 and 83 and the resistors R1 to R4.

【0074】(3−2)D/A変換器32は、マイクロ
コンピュータ85の制御に従い、D/A変換値としての
電圧VAF+を生成する。ここで、D/A変換器32はプ
ラス側電源VCおよびグランドに接続されて電源供給が
なされている。 (3−3)オペアンプ82の非反転入力端子には、D/
A変換器32から抵抗R10を介して電圧VAF+が印加
されている。尚、抵抗R10は静電気からオペアンプ8
2の非反転入力端子を保護するために設けられている。
(3-2) The D / A converter 32 generates a voltage VAF + as a D / A conversion value under the control of the microcomputer 85. Here, the D / A converter 32 is connected to the positive power supply VC and the ground to supply power. (3-3) The non-inverting input terminal of the operational amplifier 82 has D /
The voltage VAF + is applied from the A converter 32 via the resistor R10. The resistor R10 is connected to the operational amplifier 8 from static electricity.
It is provided to protect two non-inverting input terminals.

【0075】(3−4)オペアンプ83の非反転入力端
子には、電源VCとグランドとの間に直列接続された各
抵抗R8,R9による抵抗分圧によって生成された電圧
VAF-が印加されている。また、オペアンプ83の非反
転入力端子はダイオードD1のカソードに接続され、ダ
イオードD1のアノードはオペアンプ82の非反転入力
端子に接続されている。
(3-4) The voltage VAF- generated by the voltage division of the resistors R8 and R9 connected in series between the power supply VC and the ground is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 83. I have. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 83 is connected to the cathode of the diode D1, and the anode of the diode D1 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier.

【0076】次に、本実施形態の駆動回路31の作用に
ついて説明する。図15に示す特性の検出部101を用
いた場合、12から40までの広範囲の空燃比(A/
F)に対応するセンサ電流Ipを飽和電流値にて検出し
ようとすると、図15の点線(b)に示すように、空燃
比に応じて印加電圧VRを変化させなければならない。
そこで、本実施形態においては、各抵抗R8,R9によ
る抵抗分圧によって電圧VAF-を固定すると共に、D/
A変換器32によって電圧VAF+を可変することによ
り、空燃比に応じて印加電圧VRを変化させるようにし
ている。
Next, the operation of the drive circuit 31 of the present embodiment will be described. When the detection unit 101 having the characteristics shown in FIG. 15 is used, a wide range of air-fuel ratios (A / A
In order to detect the sensor current Ip corresponding to F) with a saturation current value, the applied voltage VR must be changed according to the air-fuel ratio as shown by the dotted line (b) in FIG.
Therefore, in the present embodiment, the voltage VAF- is fixed by the voltage division of the resistors R8 and R9, and the voltage VAF- is fixed.
By changing the voltage VAF + by the A converter 32, the applied voltage VR is changed according to the air-fuel ratio.

【0077】図15に示す特性の検出部101では、1
2から40の範囲の空燃比に対応するセンサ電流Ipを
飽和電流値にて検出する場合、センサ電流Ipを−10
mA以上25mA以下の範囲(−10mA≦Ip≦25
mA)で検出する必要がある。
In the characteristic detecting section 101 shown in FIG.
When the sensor current Ip corresponding to the air-fuel ratio in the range of 2 to 40 is detected by the saturation current value, the sensor current Ip is set to −10.
mA to 25 mA or less (−10 mA ≦ Ip ≦ 25
mA).

【0078】前記式(17)(18)より、式(22)
が求められる。 IpR(max)+IpL(max)=(V1(max)−VCE)/R1 ………(22) ここで、IpR(max)=10mA、IpL(max)=25m
A、V1(max)=5V、VCE=1.5Vとして式(2
2)に代入すると、抵抗R1は式(23)に示すように
なる。
From equations (17) and (18), equation (22)
Is required. IpR (max) + IpL (max) = (V1 (max) −VCE) / R1 (22) where IpR (max) = 10 mA, IpL (max) = 25 m
A, V1 (max) = 5V, VCE = 1.5V, and equation (2)
Substituting into 2), the resistance R1 becomes as shown in equation (23).

【0079】 R1=(V1(max)−VCE)/(IpR(max)+IpL(max))=100Ω ………(23) そこで、IpR(max)=10mA、IpL(max)=25m
A、V1(max)=5V、VCE=1.5V、R1=100
Ωとして式(17)(18)に代入すると、電圧VAF-
は式(24)に示すようになる。
R1 = (V1 (max) −VCE) / (IpR (max) + IpL (max)) = 100Ω (23) Then, IpR (max) = 10 mA, IpL (max) = 25 m
A, V1 (max) = 5V, VCE = 1.5V, R1 = 100
Substituting into Equations (17) and (18) as Ω, the voltage VAF-
Is as shown in Expression (24).

【0080】 VAF-=4.0V ………(24) 但し、式(24)にて求めた電圧VAF-により必要な印
加電圧VRが得られるか否かを確認する必要がある。D
/A変換器32はプラス側電源VCおよびグランドに接
続されて電源供給がなされているため、電源電圧VCを
5Vとすると、D/A変換値の最大値は5Vとなる。こ
こで、図15の点線(b)より印加電圧VRの最大値VR
(max)を0.9Vとすると、式(24)より電圧VAF-は
4.0Vであるため、前記式(10)より電圧VAF+の
最大値は4.9Vとなり、D/A変換器32の出力の最
大値である5Vより小さいため何ら問題とはならない。
VAF− = 4.0 V (24) However, it is necessary to confirm whether or not the required applied voltage VR can be obtained from the voltage VAF− obtained by the equation (24). D
Since the / A converter 32 is connected to the positive power supply VC and the ground and is supplied with power, if the power supply voltage VC is 5V, the maximum value of the D / A conversion value is 5V. Here, from the dotted line (b) in FIG. 15, the maximum value VR of the applied voltage VR is obtained.
Assuming that (max) is 0.9 V, the voltage VAF- is 4.0 V from the equation (24). Therefore, the maximum value of the voltage VAF + is 4.9 V according to the equation (10), and the D / A converter 32 There is no problem because it is smaller than 5 V which is the maximum value of the output.

【0081】しかし、式(24)にて求めた電圧VAF-
により必要な印加電圧VRが得られない場合には、抵抗
R1および電圧VAF-を再設定する。すなわち、前記式
(16)より求められる式(25)に各値VC,VR(ma
x),VCE,IpL(max)を代入して抵抗R1を求める。
However, the voltage VAF-
If the required applied voltage VR cannot be obtained from the above, the resistor R1 and the voltage VAF- are reset. That is, the values VC, VR (ma) are added to the equation (25) obtained from the equation (16).
x), VCE, and IpL (max) are substituted to determine the resistance R1.

【0082】 R1=(VC−VR(max)−VCE)/IpL(max) ………(25) また、電源電圧VCを5VとするとD/A変換器32の
出力の最大値(すなわち、電圧VAF+の最大値)は5V
となるため、VAF+=5Vと必要な印加電圧VRの値とを
前記式(10)に代入して電圧VAF-を求める。
R1 = (VC−VR (max) −VCE) / IpL (max) (25) When the power supply voltage VC is 5 V, the maximum value of the output of the D / A converter 32 (that is, the voltage The maximum value of VAF +) is 5V
Therefore, the voltage VAF- is obtained by substituting VAF + = 5 V and the value of the required applied voltage VR into the above equation (10).

【0083】従って、求めた電圧VAF-が得られるよう
に各抵抗R8,R9の抵抗値を設定することにより、図
15に示す特性の検出部101を用いて、12から40
の範囲の空燃比に対応するセンサ電流Ipを飽和電流値
にて検出することができる。次に、本実施形態において
マイクロコンピュータ85が実行する処理の詳細を、図
6に示すフローチャートを用いて説明する。
Therefore, by setting the resistance values of the resistors R8 and R9 so that the obtained voltage VAF- is obtained, the detection unit 101 having the characteristic shown in FIG.
The sensor current Ip corresponding to the air-fuel ratio in the range can be detected by the saturation current value. Next, details of processing executed by the microcomputer 85 in the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

【0084】図6に示すS101〜S103の各ステッ
プについては、図3に示すそれと同じである。そして、
S103に続くS104において、予め内蔵ROMに記
録されている検出部101における印加電圧VRとセン
サ電流Ipの特性データ(図15の点線(b))に基づ
き、S102にて算出したセンサ電流Ipに対応する印
加電圧VRを算出する。
Steps S101 to S103 shown in FIG. 6 are the same as those shown in FIG. And
In S104 subsequent to S103, the sensor current Ip calculated in S102 based on the characteristic data (dotted line (b) in FIG. 15) of the applied voltage VR and the sensor current Ip in the detection unit 101 recorded in the internal ROM in advance. The applied voltage VR to be applied is calculated.

【0085】次に、S105において、算出した印加電
圧VRと電圧VAF-(=V2)とを前記式(10)に代入
して電圧VAF+を算出し、その電圧VAF+をD/A変換器
32から生成させる。次に、S101へ戻るが、本実施
形態ではこのS101からS105のルーチンを8ms
のタイミングで繰り返し行う。
Next, in S105, the calculated applied voltage VR and the voltage VAF- (= V2) are substituted into the above equation (10) to calculate the voltage VAF +, and the voltage VAF + is output from the D / A converter 32. Generate. Next, the process returns to S101. In this embodiment, the routine from S101 to S105 is performed for 8 ms.
It repeats at the timing of.

【0086】このように、本実施形態の駆動回路31に
よれば、各抵抗R8,R9による簡単な抵抗分圧回路を
用いて固定した電圧VAF-を生成すると共に、D/A変
換器32によって電圧VAF+を可変することにより、空
燃比に応じて印加電圧VRを変化させることが可能にな
り、リーン領域の広範囲の空燃比を検出することができ
る。
As described above, according to the drive circuit 31 of the present embodiment, the fixed voltage VAF− is generated by using the simple resistor voltage dividing circuit including the resistors R8 and R9, and the D / A converter 32 generates the fixed voltage VAF−. By varying the voltage VAF +, the applied voltage VR can be changed according to the air-fuel ratio, and a wide range of air-fuel ratio in the lean region can be detected.

【0087】尚、電圧VAF-を生成するD/A変換器を
加え、各電圧VAF+,VAF-を共に可変することにより印
加電圧VRを可変するようにしてもよいが、その場合は
D/A変換器が2つ必要となりコストが増大することに
なる。ところで、ダイオードD1は検出部101を保護
するために設けられている。すなわち、センサ電流Ip
が飽和電流値にならない領域で検出部101を使用する
と、検出部101が劣化したり破壊されたりする。その
ため、図15に示す特性の検出部101を用いた場合に
は、印加電圧VRを±1V以内にする必要がある。しか
し、D/A変換器32またはマイクロコンピュータ85
が異常な動作を起こした場合や、D/A変換器32とマ
イクロコンピュータ85とを接続する配線に異常が生じ
た場合などには、異常に高いか又は低い電圧VAF+が生
成されることがあり、印加電圧VRが±1Vを越えるこ
とがある。
A D / A converter for generating the voltage VAF- may be added to vary the applied voltage VR by varying both the voltages VAF + and VAF-. In this case, the D / A Two converters are required and the cost increases. Incidentally, the diode D1 is provided to protect the detection unit 101. That is, the sensor current Ip
If the detection unit 101 is used in a region where does not reach the saturation current value, the detection unit 101 is deteriorated or destroyed. Therefore, when the detection unit 101 having the characteristics shown in FIG. 15 is used, the applied voltage VR needs to be within ± 1 V. However, the D / A converter 32 or the microcomputer 85
Abnormally operates, or when an abnormality occurs in the wiring connecting the D / A converter 32 and the microcomputer 85, an abnormally high or low voltage VAF + may be generated. , The applied voltage VR may exceed ± 1V.

【0088】例えば、生成された電圧VAF+が電圧VAF-
よりも低い場合(VAF+<VAF-)、電圧VAF+は式(2
5)により表される。 VAF+=VAF-−VF ………(式25) そのため、印加電圧VR(=VAF+−VAF-)はしきい値
電圧VFと等しくなり、通常、しきい値電圧VFは1V以
下であるため、印加電圧VRを±1V以内におさめるこ
とができる。従って、ダイオードD1によって各オペア
ンプ82,83の非反転入力端子間をクランプすること
により、電圧VAF+が電圧VAF-よりも低い場合に印加電
圧VRが異常に高くなるか又は低くなるかして検出部1
01に劣化や破壊が起こるのを回避することができる。
For example, the generated voltage VAF + is
Lower than VAF + (VAF + <VAF-), the voltage VAF + is calculated by the equation (2)
5). VAF + = VAF−−VF (Equation 25) Therefore, the applied voltage VR (= VAF + −VAF−) becomes equal to the threshold voltage VF. Usually, the threshold voltage VF is 1 V or less. The voltage VR can be kept within ± 1V. Therefore, by clamping the non-inverting input terminals of the operational amplifiers 82 and 83 with the diode D1, the detection unit determines whether the applied voltage VR becomes abnormally high or low when the voltage VAF + is lower than the voltage VAF-. 1
01 can be prevented from being degraded or destroyed.

【0089】また、生成された電圧VAF+が異常に高い
場合、検出部101に劣化や破壊が起こらない印加電圧
VRの最大値VR(max)を1Vとし、電源電圧VCを5Vと
してD/A変換器32の出力の最大値(すなわち、電圧
VAF+の最大値)を5Vとすると、前記式(10)より
電圧VAF-を4V以上に設定しておけば、前記最大値VR
(max)を1V以下におさめることができる。ここで、前
記式(24)より電圧VAF-は4.0Vであるため、実
用上、最大値VR(max)を1V以下にすることができる。
従って、前記最大値VR(max)および電圧VAF+の最大値
に応じて電圧VAF-を最適に設定することにより、電圧
VAF+が異常に高い場合に印加電圧VRが異常に高くなる
か又は低くなるかして検出部101に劣化や破壊が起こ
るのを回避することができる。
When the generated voltage VAF + is abnormally high, the maximum value VR (max) of the applied voltage VR that does not cause deterioration or destruction in the detection unit 101 is set to 1 V, and the power supply voltage VC is set to 5 V, and the D / A conversion is performed. Assuming that the maximum value of the output of the detector 32 (that is, the maximum value of the voltage VAF +) is 5 V, if the voltage VAF- is set to 4 V or more according to the equation (10), the maximum value VR is obtained.
(max) can be reduced to 1 V or less. Here, since the voltage VAF- is 4.0 V from the equation (24), the maximum value VR (max) can be set to 1 V or less in practical use.
Therefore, by optimally setting the voltage VAF- according to the maximum value VR (max) and the maximum value of the voltage VAF +, whether the applied voltage VR becomes abnormally high or low when the voltage VAF + is abnormally high. As a result, it is possible to prevent the detection unit 101 from being deteriorated or destroyed.

【0090】(第4実施形態)以下、第3実施形態を一
部変更した第4実施形態を図面と共に説明する。尚、本
実施形態において、第3実施形態と同じ構成部材につい
ては符号を等しくしてその詳細な説明を省略する。
(Fourth Embodiment) Hereinafter, a fourth embodiment in which the third embodiment is partially modified will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, the same components as those in the third embodiment have the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

【0091】図7に、本実施形態の駆動回路41の内部
構成を示す。駆動回路41において、図5に示す第3実
施形態の駆動回路31と異なるのは以下の点である。 (4−1)駆動回路41は、オペアンプ82,83、抵
抗R1〜R4,R8〜R10、ダイオードD1、D/A
変換器32に加えて、抵抗R11〜R14、コンデンサ
C1、トランジスタTr1,Tr2から構成されてい
る。
FIG. 7 shows the internal configuration of the drive circuit 41 of this embodiment. The drive circuit 41 differs from the drive circuit 31 of the third embodiment shown in FIG. 5 in the following points. (4-1) The drive circuit 41 includes operational amplifiers 82 and 83, resistors R1 to R4, R8 to R10, diodes D1, and D / A.
In addition to the converter 32, it comprises resistors R11 to R14, a capacitor C1, and transistors Tr1 and Tr2.

【0092】(4−2)オペアンプ83の非反転入力端
子とグランドとの間に、コンデンサC1が接続されてい
る。 (4−3)直列に接続されたPNPトランジスタTr1
および抵抗R11が抵抗R8と並列に接続され、直列に
接続されたNPNトランジスタTr2および抵抗R12
が抵抗R9と並列に接続されている。各トランジスタT
r1,Tr2はそれぞれ各抵抗R13,R14を介して
マイクロコンピュータ85に接続され、各トランジスタ
Tr1,Tr2のオン・オフはマイクロコンピュータ8
5によって制御される。尚、各抵抗R13,R14は静
電気から各トランジスタTr1,Tr2を保護するため
に設けられている。
(4-2) The capacitor C1 is connected between the non-inverting input terminal of the operational amplifier 83 and the ground. (4-3) PNP transistor Tr1 connected in series
And a resistor R11 connected in parallel with the resistor R8, and an NPN transistor Tr2 and a resistor R12 connected in series.
Are connected in parallel with the resistor R9. Each transistor T
r1 and Tr2 are connected to a microcomputer 85 via resistors R13 and R14, respectively.
5. The resistors R13 and R14 are provided to protect the transistors Tr1 and Tr2 from static electricity.

【0093】次に、本実施形態の駆動回路41の作用に
ついて説明する。検出部101において、ジルコニア固
体電解質102の温度が変化すると、印加電圧VRに対
するセンサ電流Ipの特性が変動するため、空燃比の検
出精度が低下するという問題がある。ジルコニア固体電
解質102の温度を一定に保つには、検出部101の交
流的な内部抵抗を検出し、当該内部抵抗が一定値になる
ようにヒータ103をオン・オフ制御すればよい。
Next, the operation of the drive circuit 41 of the present embodiment will be described. When the temperature of the zirconia solid electrolyte 102 changes in the detection unit 101, the characteristic of the sensor current Ip with respect to the applied voltage VR fluctuates, and thus there is a problem that the detection accuracy of the air-fuel ratio decreases. In order to keep the temperature of the zirconia solid electrolyte 102 constant, the AC internal resistance of the detection unit 101 may be detected, and the heater 103 may be turned on and off so that the internal resistance becomes a constant value.

【0094】駆動回路41において、空燃比を検出する
ためにセンサ電流Ipを検出する際には各トランジスタ
Tr1,Tr2を共にオフさせる。すると、駆動回路4
1は第3実施形態の駆動回路31と同じ構成となり、オ
ペアンプ83の非反転入力端子には各抵抗R8,R9に
よる抵抗分圧によって生成された電圧VAF-が印加さ
れ、オペアンプ82の非反転入力端子にはD/A変換器
32から抵抗R10を介して電圧VAF+が印加される。
従って、駆動回路41においても、駆動回路31と同様
に、各抵抗R8,R9による簡単な抵抗分圧回路を用い
て固定した電圧VAF-を生成すると共に、D/A変換器
32によって電圧VAF+を可変することにより、空燃比
に応じて印加電圧VRを変化させることが可能になり、
リーン領域の広範囲の空燃比を検出することができる。
In the drive circuit 41, when detecting the sensor current Ip for detecting the air-fuel ratio, both the transistors Tr1 and Tr2 are turned off. Then, the driving circuit 4
Reference numeral 1 denotes the same configuration as the drive circuit 31 of the third embodiment. A voltage VAF- generated by resistance division by the resistors R8 and R9 is applied to a non-inverting input terminal of an operational amplifier 83. The voltage VAF + is applied to the terminal from the D / A converter 32 via the resistor R10.
Therefore, in the drive circuit 41, similarly to the drive circuit 31, the fixed voltage VAF- is generated by using a simple resistor voltage dividing circuit including the resistors R8 and R9, and the voltage VAF + is generated by the D / A converter 32. By varying, it becomes possible to change the applied voltage VR in accordance with the air-fuel ratio,
It is possible to detect a wide range of air-fuel ratio in the lean region.

【0095】尚、本実施形態において、空燃比を検出す
る際にマイクロコンピュータ85が実行する処理は、第
3実施形態と同じであるため説明を省略する。次に、本
実施形態において、検出部101の交流的な内部抵抗を
検出する際にマイクロコンピュータ85が実行する処理
の詳細を、図8に示すフローチャートを用いて説明す
る。
In this embodiment, the processing executed by the microcomputer 85 when detecting the air-fuel ratio is the same as that in the third embodiment, and a description thereof will be omitted. Next, in the present embodiment, details of the processing executed by the microcomputer 85 when detecting the AC internal resistance of the detection unit 101 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

【0096】図9に、検出部101の交流的な内部抵抗
を検出する際における、各トランジスタTr1,Tr2
のオン・オフ状態および各電圧VAF-(=V2),V1
の時間変位を示す。尚、オペアンプ83にオフセット電
圧が存在しないとしているため、電圧VAF-は電圧V2
と等しくなる。
FIG. 9 shows that each of the transistors Tr1 and Tr2 when detecting the AC internal resistance of the detecting unit 101.
ON / OFF state and each voltage VAF-(= V2), V1
Shows the time displacement of. Since the operational amplifier 83 has no offset voltage, the voltage VAF- is equal to the voltage V2.
Becomes equal to

【0097】図8に示すように、まず、S201におい
て、抵抗R1の両端の電圧V1,V2のA/D変換をA
/D変換器84に実行させ、そのA/D変換値を受け取
る。このとき、各トランジスタTr1,Tr2は共にオ
フさせておく。図9に示すように、ここで検出した電圧
V1の電圧値を電圧V10と表記し、電圧V2の電圧値
を電圧V20と表記する。また、このときに流れるセン
サ電流Ip(以下、「I0」と表記する)は、式(2
6)により表される。
As shown in FIG. 8, first, in S201, A / D conversion of the voltages V1 and V2 across the resistor R1 is performed by A / D conversion.
The A / D converter 84 executes the A / D conversion and receives the A / D converted value. At this time, the transistors Tr1 and Tr2 are both turned off. As shown in FIG. 9, the voltage value of the voltage V1 detected here is expressed as a voltage V10, and the voltage value of the voltage V2 is expressed as a voltage V20. Further, the sensor current Ip flowing at this time (hereinafter, described as “I0”) is expressed by the following equation (2).
6).

【0098】 Ip=I0=(V20−V10)/R1 ………(式26) 次に、S202において、トランジスタTr2をオンさ
せると共に、マイクロコンピュータ85の内蔵カウンタ
のカウンタ値をクリアする。次に、S203において、
S202にて内蔵カウンタのカウンタ値をクリアしてか
ら135μs経過したか否かを判定し、135μs経過
した時点でS204へ移行する。
Ip = I0 = (V20−V10) / R1 (Equation 26) Next, in S202, the transistor Tr2 is turned on, and the counter value of the built-in counter of the microcomputer 85 is cleared. Next, in S203,
In S202, it is determined whether 135 μs has elapsed since the count value of the built-in counter was cleared, and the process proceeds to S204 when 135 μs has elapsed.

【0099】S204において、抵抗R1の両端の電圧
V1,V2のA/D変換をA/D変換器84に実行さ
せ、そのA/D変換値を受け取る。このとき、トランジ
スタTr1はオフ、トランジスタTr2はオンされてい
るため、各抵抗R9,R12が並列に接続される。その
結果、電圧VAF-は各抵抗R8,R9,R12の直並列
回路により算出される電圧値となり、その電圧値は、図
9に示すように、前記電圧V20より低い電圧V21に
なる。また、電圧VAF-の低下に伴い、電圧V1の電圧
値も低下して前記電圧V10より低い電圧V11にな
る。従って、リッチ領域の場合と同様に、電極105か
ら電極104へセンサ電流Ipが流れる。このときに流
れるセンサ電流Ip(以下、「I1」と表記する)は、
式(27)により表される。
In S204, the A / D converter 84 executes A / D conversion of the voltages V1 and V2 across the resistor R1, and receives the A / D converted value. At this time, since the transistor Tr1 is off and the transistor Tr2 is on, the resistors R9 and R12 are connected in parallel. As a result, the voltage VAF- becomes a voltage value calculated by the series-parallel circuit of the resistors R8, R9, and R12, and the voltage value becomes a voltage V21 lower than the voltage V20 as shown in FIG. Further, as the voltage VAF- decreases, the voltage value of the voltage V1 also decreases to a voltage V11 lower than the voltage V10. Therefore, the sensor current Ip flows from the electrode 105 to the electrode 104 as in the case of the rich region. The sensor current Ip flowing at this time (hereinafter referred to as “I1”) is
It is represented by equation (27).

【0100】 Ip=I1=(V21−V11)/R1 ………(式27) 式(26)(27)より、電圧VAF-の変化に伴うセン
サ電流Ipの変化量ΔIは式(28)により表される。
また、電圧VAF-の変化量ΔVは式(29)により表さ
れる。
Ip = I1 = (V21−V11) / R1 (Expression 27) From Expressions (26) and (27), the amount of change ΔI of the sensor current Ip due to the change in the voltage VAF− is calculated by Expression (28). expressed.
Further, the change amount ΔV of the voltage VAF− is expressed by Expression (29).

【0101】 ΔI=I1−I0 ………(式28) ΔV=V21−V20 ………(式29) 式(28)(29)より、検出部101の交流的な内部
抵抗Zは式(30)により表される。
ΔI = I1−I0 (Expression 28) ΔV = V21−V20 (Expression 29) From Expressions (28) and (29), the AC internal resistance Z of the detection unit 101 is expressed by Expression (30). ).

【0102】 Z=ΔV/ΔI ………(式30) 従って、内部抵抗Zが一定値になるように、検出部10
1のヒータ103をオン・オフ制御するための制御信号
HTを生成する。次に、S205において、S202に
て内蔵カウンタのカウンタ値をクリアしてから200μ
s経過したか否かを判定し、200μs経過した時点で
S206へ移行する。
Z = ΔV / ΔI (Equation 30) Accordingly, the detection unit 10 is set so that the internal resistance Z becomes a constant value.
A control signal HT for on / off control of one heater 103 is generated. Next, in S205, after the counter value of the built-in counter is cleared in S202, 200 μm
It is determined whether or not s has elapsed, and the process proceeds to S206 when 200 μs has elapsed.

【0103】次に、S206において、トランジスタT
r1をオン、トランジスタTr2をオフさせると共に、
内蔵カウンタのカウンタ値をクリアする。このとき、各
抵抗R8,R11が並列に接続され、電圧VAF-は各抵
抗R8,R9,R11の直並列回路により算出される電
圧値となり、その電圧値は、図9に示すように、前記電
圧V20より高い電圧V22になる。また、電圧VAF-
の上昇に伴い、電圧V1の電圧値も上昇して前記電圧V
10より高い電圧V12になる。
Next, in S206, the transistor T
While turning on r1 and turning off the transistor Tr2,
Clear the counter value of the built-in counter. At this time, the resistors R8 and R11 are connected in parallel, and the voltage VAF- is a voltage value calculated by a series-parallel circuit of the resistors R8, R9 and R11. The voltage value is, as shown in FIG. The voltage V22 is higher than the voltage V20. The voltage VAF-
Increases, the voltage value of the voltage V1 also increases,
The voltage becomes higher than V10.

【0104】次に、S207において、S202にて内
蔵カウンタのカウンタ値をクリアしてから200μs経
過したか否かを判定し、200μs経過した時点でS2
06へ移行する。次に、S208において、トランジス
タTr1をオフさせる。
Next, in S207, it is determined whether or not 200 μs has elapsed since the counter value of the built-in counter was cleared in S202.
Shift to 06. Next, in S208, the transistor Tr1 is turned off.

【0105】このとき、S206にて各電圧VAF-,V
1はそれぞれ各電圧V22,V12と高い電圧値にされ
ているため、センサ電流Ipは速やかに元の電流値I0
に復帰する。すなわち、S204にて各電圧VAF-,V
1はそれぞれ各電圧V21,V11と低い電圧値にされ
ているため、S206にて各トランジスタTr1,Tr
2を共にオフさせたとしても、センサ電流Ipは元の電
流値I0にすぐには復帰しない。そこで、S204にて
一旦低下させた各電圧VAF-,V1をS206にて上昇
させて逆方向に振ることにより、センサ電流Ipを速や
かに元の電流値I0に復帰させることができる。
At this time, in steps S206, the voltages VAF-, VAF
1 has a high voltage value of each of the voltages V22 and V12, so that the sensor current Ip quickly returns to the original current value I0.
Return to. That is, in S204, the voltages VAF-, V
1 is set to a voltage value as low as each of the voltages V21 and V11.
Even if both are turned off, the sensor current Ip does not immediately return to the original current value I0. Thus, the sensor current Ip can be quickly returned to the original current value I0 by increasing each of the voltages VAF- and V1 once decreased in S204 and oscillating them in the opposite direction in S206.

【0106】次に、S201へ戻るが、本実施形態では
このS201からS208のルーチンを128msのタ
イミングで繰り返し行う。尚、S201からのルーチン
を開始するタイミングは、図6に示すS101からのル
ーチンを開始するタイミングの中間のタイミングに設定
する。すなわち、図6に示すS101からのルーチンは
8msのタイミングで繰り返されるため、S201から
のルーチンを開始するタイミングは、S101からのル
ーチンを開始してから4ms後に設定する。これは、S
201からのルーチンにより各電圧VAF-,V1が変化
してから安定化するまでにある程度の時間を要するため
であり、各電圧VAF-,V1が安定化した後にS101
からのルーチンを行うことでセンサ電流Ipを正確に検
出することができる。
Next, returning to S201, in the present embodiment, the routine from S201 to S208 is repeated at a timing of 128 ms. The timing to start the routine from S201 is set to an intermediate timing of the timing to start the routine from S101 shown in FIG. That is, since the routine from S101 shown in FIG. 6 is repeated at a timing of 8 ms, the timing to start the routine from S201 is set 4 ms after the start of the routine from S101. This is S
This is because it takes a certain amount of time for each voltage VAF-, V1 to change and stabilize according to the routine from 201. After each voltage VAF-, V1 is stabilized, S101 is executed.
, The sensor current Ip can be accurately detected.

【0107】ところで、コンデンサC1は、図9に示す
ように、各電圧VAF-,V1の波形の立ち下がりを鈍ら
せるために設けられている。すなわち、コンデンサC1
を省いた場合には、各電圧VAF-,V1の波形にオーバ
ーシュートやリンギングが生じ、そのオーバーシュート
やリンギングにより各電圧V21,V11の電圧値が変
動するおそれがある。そこで、コンデンサC1を設ける
ことにより、各抵抗R8,R9,R12およびコンデン
サC1により規定される時定数によって各電圧VAF-,
V1の波形の立ち下がりを鈍らせ、オーバーシュートや
リンギングの発生を防止して、各電圧V21,V11を
安定化することができる。
As shown in FIG. 9, the capacitor C1 is provided to slow down the falling of the waveforms of the voltages VAF- and V1. That is, the capacitor C1
Is omitted, overshoot and ringing occur in the waveforms of the voltages VAF- and V1, and the voltage values of the voltages V21 and V11 may fluctuate due to the overshoot and ringing. Therefore, by providing the capacitor C1, each of the voltages VAF-, VAF-,
The voltage V21 and V11 can be stabilized by slowing down the fall of the waveform of V1 and preventing the occurrence of overshoot and ringing.

【0108】このように、本実施形態の駆動回路41に
よれば、検出部101の交流的な内部抵抗Zを検出し、
当該内部抵抗Zが一定値になるようにヒータ103をオ
ン・オフ制御することにより、ジルコニア固体電解質1
02の温度を常に一定に保ち、印加電圧VRに対するセ
ンサ電流Ipの特性変動を防止することが可能になる。
そのため、第3実施形態の駆動回路31の効果に加え
て、マイクロコンピュータ85の算出する空燃比の精度
をさらに高めることができる。
As described above, according to the drive circuit 41 of the present embodiment, the AC internal resistance Z of the detection unit 101 is detected,
The zirconia solid electrolyte 1 is controlled by turning on and off the heater 103 so that the internal resistance Z becomes a constant value.
02 can be kept constant, and the characteristic fluctuation of the sensor current Ip with respect to the applied voltage VR can be prevented.
Therefore, in addition to the effect of the drive circuit 31 of the third embodiment, the accuracy of the air-fuel ratio calculated by the microcomputer 85 can be further improved.

【0109】尚、本実施形態においては、トランジスタ
Tr1をオフ、トランジスタTr2をオンさせて各電圧
VAF-,V1を低下させ、リッチ領域の場合と同様に電
極105から電極104へセンサ電流Ipを流すことに
より、前記変化量ΔI,ΔVを求めている。しかし、本
実施形態とは逆に、トランジスタTr1をオン、トラン
ジスタTr2をオフさせて各電圧VAF-,V1を上昇さ
せ、リーン領域の場合と同様に電極104から電極10
5へセンサ電流Ipを流すことにより、前記変化量Δ
I,ΔVを求めるようにしてもよい。
In the present embodiment, the transistor Tr1 is turned off and the transistor Tr2 is turned on to lower the voltages VAF- and V1, and the sensor current Ip flows from the electrode 105 to the electrode 104 as in the rich region. Thus, the change amounts ΔI and ΔV are obtained. However, contrary to the present embodiment, the transistors Tr1 are turned on and the transistor Tr2 is turned off to increase the voltages VAF- and V1.
5, the change amount Δ
I and ΔV may be obtained.

【0110】但し、前記のように、センサ電流Ipの検
出範囲には制限がある。そのため、リーン領域に対応す
る空燃比を検出する際に、リーン領域の場合と同様に電
極105から電極104へセンサ電流Ipを流すと、セ
ンサ電流Ipが検出範囲を越えるおそれがある。また、
リッチ領域に対応する空燃比を検出する際に、リッチ領
域の場合と同様に電極104から電極105へセンサ電
流Ipを流すと、センサ電流Ipが検出範囲を越えるお
それがある。
However, as described above, the detection range of the sensor current Ip is limited. Therefore, when the sensor current Ip flows from the electrode 105 to the electrode 104 as in the lean region when detecting the air-fuel ratio corresponding to the lean region, the sensor current Ip may exceed the detection range. Also,
When detecting the air-fuel ratio corresponding to the rich region, if the sensor current Ip flows from the electrode 104 to the electrode 105 as in the rich region, the sensor current Ip may exceed the detection range.

【0111】従って、リーン領域に対応する空燃比を検
出する際には、本実施形態のように、リッチ領域の場合
と同じ方向にセンサ電流Ipを流すことにより、前記変
化量ΔI,ΔVを求めるのが望ましい。また、リッチ領
域に対応する空燃比を検出する際には、リーン領域の場
合と同じ方向にセンサ電流Ipを流すことにより、前記
変化量ΔI,ΔVを求めるのが望ましい。
Therefore, when detecting the air-fuel ratio corresponding to the lean region, the change amounts ΔI, ΔV are obtained by flowing the sensor current Ip in the same direction as in the rich region as in the present embodiment. It is desirable. Further, when detecting the air-fuel ratio corresponding to the rich region, it is desirable to obtain the change amounts ΔI, ΔV by flowing the sensor current Ip in the same direction as in the lean region.

【0112】ところで、第3実施形態の駆動回路31に
おいて、D/A変換器32により電圧VAF+を可変させ
たときの抵抗R1の両端の電圧と抵抗R2の検出部10
1側の電圧を検出することにより、前記変化量ΔI,Δ
Vを求めるようにしてもよい。
By the way, in the drive circuit 31 of the third embodiment, when the voltage VAF + is varied by the D / A converter 32, the voltage at both ends of the resistor R1 and the detecting section 10 of the resistor R2 are detected.
By detecting the voltage on one side, the change amounts ΔI, Δ
V may be obtained.

【0113】但し、この場合には、抵抗R2の検出部1
01側の電圧を検出するA/D変換器を追加する必要が
あり、コストが増大することになる。また、この場合、
マイクロコンピュータ85は、D/A変換器32により
電圧VAF+を可変させたときの抵抗R2の検出部101
側の電圧値の変化量ΔVを予め内蔵ROMに記憶してお
くことにより認知することも可能であり、このようにす
れば、抵抗R2の検出部101側の電圧を検出するA/
D変換器を追加する必要はない。しかし、D/A変換器
32の出力に誤差が存在する場合や、オペアンプ82に
オフセット電圧が存在する場合などを考慮すると、前記
変化量ΔI,ΔVを正確に求めるには、抵抗R2の検出
部101側の電圧をA/D変換器にて検出するのが望ま
しい。
However, in this case, the detection unit 1 of the resistor R2
It is necessary to add an A / D converter for detecting the voltage on the 01 side, which increases the cost. Also, in this case,
The microcomputer 85 detects the resistance R2 when the voltage VAF + is varied by the D / A converter 32.
It is also possible to recognize by storing the amount of change ΔV of the voltage value of the resistor R2 in advance in the built-in ROM.
There is no need to add a D converter. However, considering the case where there is an error in the output of the D / A converter 32, the case where an offset voltage exists in the operational amplifier 82, and the like, in order to accurately obtain the change amounts ΔI and ΔV, the detection unit of the resistor R2 It is desirable that the voltage on the 101 side be detected by an A / D converter.

【0114】尚、検出部101の交流的な内部抵抗を検
出し、当該内部抵抗が一定値になるようにヒータ103
を制御する技術については、特開昭59−214756
号公報に開示されている。しかし、同公報に記載の技術
は、酸素センサ(本実施形態の検出部101に相当す
る)の出力側に所定周波数のバイアス電圧を抵抗を介し
て印加し、酸素センサの合成出力電圧の振幅レベルを検
出し、当該振幅レベルに基づいてヒータの作動を制御す
るというものであり、本実施形態とは全く異なるもので
ある。
Incidentally, the AC internal resistance of the detecting section 101 is detected, and the heater 103 is set so that the internal resistance becomes a constant value.
The technology for controlling the pressure is disclosed in JP-A-59-214756.
No. 6,086,045. However, according to the technique described in the publication, a bias voltage of a predetermined frequency is applied to the output side of an oxygen sensor (corresponding to the detection unit 101 of the present embodiment) via a resistor, and the amplitude level of the combined output voltage of the oxygen sensor is Is detected and the operation of the heater is controlled based on the amplitude level, which is completely different from the present embodiment.

【0115】(第5実施形態)以下、第2実施形態を一
部変更した第5実施形態を図面と共に説明する。尚、本
実施形態において、第2,第4実施形態と同じ構成部材
については符号を等しくしてその詳細な説明を省略す
る。
(Fifth Embodiment) A fifth embodiment in which the second embodiment is partially modified will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, the same components as those in the second and fourth embodiments have the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

【0116】図10に、本実施形態の駆動回路51の内
部構成を示す。駆動回路51においては、第2実施形態
の駆動回路21と同様に、各抵抗R5〜R7による抵抗
分圧回路を用いて電圧VAF+を生成すると共に、第4実
施形態の駆動回路41と同様に、抵抗R8,R9,R1
1〜R14、コンデンサC1、トランジスタTr1,T
r2を備えており、空燃比を検出するためにセンサ電流
Ipを検出する際には、各トランジスタTr1,Tr2
を共にオフさせ、各抵抗R8,R9による抵抗分圧回路
を用いて電圧VAF-を生成する。そして、駆動回路51
において、検出部101の交流的な内部抵抗を検出する
際には、第4実施形態と同様に、図8および図9にて説
明したように各トランジスタTr1,Tr2をオン・オ
フ制御する。
FIG. 10 shows the internal configuration of the drive circuit 51 of this embodiment. In the drive circuit 51, similarly to the drive circuit 21 of the second embodiment, the voltage VAF + is generated using a resistor voltage dividing circuit including the resistors R5 to R7, and similarly to the drive circuit 41 of the fourth embodiment, Resistance R8, R9, R1
1 to R14, capacitor C1, transistors Tr1, T
r2, and when detecting the sensor current Ip to detect the air-fuel ratio, each of the transistors Tr1, Tr2
Are turned off, and a voltage VAF- is generated using a resistor voltage dividing circuit formed by the resistors R8 and R9. Then, the driving circuit 51
In detecting the AC internal resistance of the detection unit 101, the on / off control of the transistors Tr1 and Tr2 is performed as described with reference to FIGS. 8 and 9 as in the fourth embodiment.

【0117】従って、本実施形態の駆動回路51によれ
ば、第2実施形態の駆動回路21の効果に加えて、第4
実施形態の駆動回路41と同様に、ヒータ103をオン
・オフ制御してジルコニア固体電解質102の温度を常
に一定に保つことにより、マイクロコンピュータ85の
算出する空燃比の精度をさらに高めることができる。
Therefore, according to the drive circuit 51 of the present embodiment, in addition to the effects of the drive circuit 21 of the second embodiment, the fourth
Similarly to the drive circuit 41 of the embodiment, the accuracy of the air-fuel ratio calculated by the microcomputer 85 can be further improved by controlling the heater 103 on / off to keep the temperature of the zirconia solid electrolyte 102 constant.

【0118】(第6実施形態)以下、第5実施形態を一
部変更した第6実施形態を図面と共に説明する。尚、本
実施形態において、第5実施形態と同じ構成部材につい
ては符号を等しくしてその詳細な説明を省略する。
(Sixth Embodiment) Hereinafter, a sixth embodiment in which the fifth embodiment is partially modified will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the same components as those in the fifth embodiment have the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

【0119】図11に、本実施形態の駆動回路61の内
部構成を示す。駆動回路61においては、各抵抗R5〜
R7による抵抗分圧回路を用いて各電圧VAF+,VAF-を
生成し、電圧VAF-については、オペアンプ62から構
成されるボルテージホロワから抵抗R15を介してオペ
アンプ83の非反転入力端子に印加している。また、駆
動回路61は、第5実施形態の駆動回路51と同様に、
R11〜R14、コンデンサC1、トランジスタTr
1,Tr2を備えており、検出部101の交流的な内部
抵抗を検出する際には、図8および図9にて説明したよ
うに各トランジスタTr1,Tr2をオン・オフ制御す
る。
FIG. 11 shows the internal configuration of the drive circuit 61 of this embodiment. In the drive circuit 61, each resistor R5
Each of the voltages VAF + and VAF- is generated by using a resistor voltage dividing circuit by R7, and the voltage VAF- is applied from the voltage follower including the operational amplifier 62 to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 83 via the resistor R15. ing. The drive circuit 61 is similar to the drive circuit 51 of the fifth embodiment,
R11 to R14, capacitor C1, transistor Tr
1 and Tr2, and when detecting the AC internal resistance of the detection unit 101, the transistors Tr1 and Tr2 are turned on and off as described with reference to FIGS.

【0120】ところで、第5実施形態の駆動回路51に
おいて、電圧VAF+については各抵抗R5〜R7による
抵抗分圧回路を用いてを生成し、電圧VAF-については
各抵抗R8,R9による抵抗分圧回路を用いて生成して
いる。そのため、各電圧VAF+,VAF-を正確に設定する
には各抵抗R5〜R8の抵抗値を正確に設定する必要が
あり、各抵抗R5〜R8の抵抗値に誤差が存在する場合
には、各電圧VAF+,VAF-を正確に設定することができ
ずセンサ電流Ipの検出精度が低下するという欠点があ
る。
In the driving circuit 51 of the fifth embodiment, the voltage VAF + is generated by using a resistor voltage dividing circuit composed of the resistors R5 to R7, and the voltage VAF− is divided by the resistor R8 and R9. It is generated using a circuit. Therefore, in order to accurately set the voltages VAF + and VAF-, it is necessary to set the resistance values of the resistors R5 to R8 accurately. If there is an error in the resistance values of the resistors R5 to R8, Voltages VAF + and VAF- cannot be set accurately, and the detection accuracy of sensor current Ip is reduced.

【0121】それに対して、本実施形態の駆動回路61
においては、各抵抗R5〜R7による抵抗分圧回路を用
いて各電圧VAF+,VAF-を生成しているため、各電圧V
AF+,VAF-を正確に設定することが可能になり、センサ
電流Ipの検出精度を向上させることができる。但し、
各トランジスタTr1,Tr2のオン・オフ制御時に各
抵抗R5〜R7が影響を及ぼすのを防止するために、オ
ペアンプ62から構成されるボルテージホロワを設ける
必要があり、第5実施形態の駆動回路51に比べてコス
トが増大することになる。尚、抵抗R15は静電気から
オペアンプ83の非反転入力端子を保護するために設け
られている。
On the other hand, the driving circuit 61 of the present embodiment
Since the voltages VAF + and VAF- are generated using a resistor voltage dividing circuit including the resistors R5 to R7,
AF + and VAF- can be set accurately, and the detection accuracy of the sensor current Ip can be improved. However,
In order to prevent the resistances R5 to R7 from affecting each other during the on / off control of each of the transistors Tr1 and Tr2, it is necessary to provide a voltage follower composed of an operational amplifier 62. The cost will increase compared to. The resistor R15 is provided to protect the non-inverting input terminal of the operational amplifier 83 from static electricity.

【0122】ところで、本発明は上記各実施形態に限定
されるものではなく、以下のように変更してもよく、そ
の場合でも、上記各実施形態と同様の作用および効果を
得ることができる。 [1]センサ電流Ipに対して各オペアンプ82,83
の出力電流の供給能力が不足する場合には、各オペアン
プ82,83の出力端子に、プッシュプル構成のトラン
ジスタによる電流増幅回路を接続し、その電流増幅回路
にて各オペアンプ82,83の出力電流を必要なレベル
まで増幅すればよい。
The present invention is not limited to the above embodiments, but may be modified as follows. Even in such a case, the same operation and effect as those of the above embodiments can be obtained. [1] Each operational amplifier 82, 83 with respect to the sensor current Ip
If the output current supply capability of the amplifiers is insufficient, a current amplifier circuit composed of a push-pull transistor is connected to the output terminal of each of the operational amplifiers 82 and 83, and the output current of each of the operational amplifiers 82 and 83 is May be amplified to a required level.

【0123】[2]検出部101のジルコニア固体電解
質102の形状については、袋管状のものだけでなく、
電極104に大気を導入できる形状であればどのような
形状でもよく、例えば、図12に示すように平板状にし
てもよい。尚、図12に示す検出部101において、図
13に示すものと同じ構成部材については符号を等しく
してある。
[2] The shape of the zirconia solid electrolyte 102 of the detection unit 101 is not limited to a tubular shape,
Any shape may be used as long as air can be introduced into the electrode 104, and for example, a flat plate shape as shown in FIG. In the detection unit 101 shown in FIG. 12, the same components as those shown in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals.

【0124】図12において、平板状のジルコニア固体
電解質102には、通路111および拡散室112が設
けられている。通路111の内壁におけるジルコニア固
体電解質102には電極104が形成され、拡散室11
2の内壁におけるジルコニア固体電解質102には電極
105が形成されている。また、拡散室112には外部
と連通する1個の孔が設けられており、この孔により拡
散抵抗体106が構成されている。そして、大気は通路
111を介して電極104へ導入され、排気ガス中の残
存酸素や未燃ガスは拡散抵抗体106から拡散室112
を介して電極105へ拡散で流入する。また、ジルコニ
ア固体電解質102にはアルミナから成る絶縁層113
が固着され、その絶縁層113内には線状のヒータ10
3が配置されている。そして、ヒータ103は、絶縁層
113を介してジルコニア固体電解質102を加熱して
酸素イオンの導電性を向上させる。
In FIG. 12, a passage 111 and a diffusion chamber 112 are provided in a flat zirconia solid electrolyte 102. An electrode 104 is formed on the zirconia solid electrolyte 102 on the inner wall of the passage 111, and the diffusion chamber 11
An electrode 105 is formed on the zirconia solid electrolyte 102 on the inner wall 2. Further, the diffusion chamber 112 is provided with one hole communicating with the outside, and the hole constitutes the diffusion resistor 106. Then, the atmosphere is introduced into the electrode 104 through the passage 111, and the residual oxygen and unburned gas in the exhaust gas are transferred from the diffusion resistor 106 to the diffusion chamber 112.
And flows into the electrode 105 by diffusion. The zirconia solid electrolyte 102 has an insulating layer 113 made of alumina.
Is fixed, and a linear heater 10 is provided in the insulating layer 113.
3 are arranged. Then, the heater 103 heats the zirconia solid electrolyte 102 via the insulating layer 113 to improve the conductivity of oxygen ions.

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

【図1】本発明を具体化した第1実施形態の駆動回路を
示す回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a drive circuit according to a first embodiment of the invention.

【図2】本発明を具体化した第1〜第6実施形態の空燃
比検出装置を用いた自動車用内燃機関の制御装置を示す
ブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a control device of an internal combustion engine for a vehicle using the air-fuel ratio detection device according to the first to sixth embodiments of the present invention;

【図3】第1,第2、第5,第6実施形態におけるマイ
クロコンピュータの処理内容を説明するためのフローチ
ャート。
FIG. 3 is a flowchart for explaining processing contents of a microcomputer according to the first, second, fifth, and sixth embodiments.

【図4】第2実施形態の駆動回路を示す回路図。FIG. 4 is a circuit diagram showing a drive circuit according to a second embodiment.

【図5】第3実施形態の駆動回路を示す回路図。FIG. 5 is a circuit diagram showing a drive circuit according to a third embodiment.

【図6】第3,第4実施形態におけるマイクロコンピュ
ータの処理内容を説明するためのフローチャート。
FIG. 6 is a flowchart for explaining processing contents of a microcomputer according to the third and fourth embodiments.

【図7】第4実施形態の駆動回路を示す回路図。FIG. 7 is a circuit diagram showing a drive circuit according to a fourth embodiment.

【図8】第4,第5,第6実施形態におけるマイクロコ
ンピュータの処理内容を説明するためのフローチャー
ト。
FIG. 8 is a flowchart for explaining processing contents of a microcomputer according to the fourth, fifth, and sixth embodiments.

【図9】第4,第5,第6実施形態の動作を説明するた
めのタイミングチャート。
FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation of the fourth, fifth, and sixth embodiments.

【図10】第5実施形態の駆動回路を示す回路図。FIG. 10 is a circuit diagram showing a drive circuit according to a fifth embodiment.

【図11】第6実施形態の駆動回路を示す回路図。FIG. 11 is a circuit diagram showing a drive circuit according to a sixth embodiment.

【図12】検出部の概略構造を示す一部断面図。FIG. 12 is a partial cross-sectional view illustrating a schematic structure of a detection unit.

【図13】検出部の概略構造を示す一部断面図。FIG. 13 is a partial cross-sectional view illustrating a schematic structure of a detection unit.

【図14】従来の駆動回路を示す回路図。FIG. 14 is a circuit diagram showing a conventional driving circuit.

【図15】検出部の特性図。FIG. 15 is a characteristic diagram of the detection unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

14,21,31,41,51,61…駆動回路 3
2…D/A変換器 82,83…オペアンプ 84…A/D変換器 85…マイクロコンピュータ 101…検出部 102…ジルコニア固体電解質 103…ヒータ
104…大気側電極 105…排気側電極 106…拡散抵抗体 D1…
ダイオード R1〜R15…抵抗 Tr1,Tr2…トランジスタ
14, 21, 31, 41, 51, 61 ... drive circuit 3
2 D / A converters 82 and 83 Operational amplifier 84 A / D converter 85 Microcomputer 101 Detection unit 102 Zirconia solid electrolyte 103 Heater
104 ... atmosphere side electrode 105 ... exhaust side electrode 106 ... diffusion resistor D1 ...
Diodes R1 to R15: resistors Tr1, Tr2: transistors

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 立木 晃 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Akira Tachiki 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside DENSO Corporation

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ジルコニア固体電解質と、該ジルコニア
固体電解質の大気雰囲気側に形成された大気側電極と、
該ジルコニア固体電解質の排気雰囲気側に形成された排
気側電極と、排気雰囲気から該排気側電極へ拡散で流入
するガスを抑制する拡散抵抗体とを備えた検出部と、 該検出部の大気側電極および排気側電極に対してそれぞ
れ電圧を印加する駆動回路部と、 前記検出部の排気側電極から流れ出すか又は流れ込む電
流を検出し、その電流値に基づいて空燃比を検出する検
出回路部とを備えたことを特徴とする空燃比検出装置。
1. A zirconia solid electrolyte, an atmosphere-side electrode formed on the atmosphere side of the zirconia solid electrolyte,
An exhaust-side electrode formed on the exhaust atmosphere side of the zirconia solid electrolyte; a detection unit including a diffusion resistor for suppressing gas flowing from the exhaust atmosphere to the exhaust-side electrode by diffusion; A drive circuit unit that applies a voltage to each of the electrode and the exhaust-side electrode, and a detection circuit unit that detects a current flowing out or flowing from the exhaust-side electrode of the detection unit, and detects an air-fuel ratio based on the current value. An air-fuel ratio detection device comprising:
【請求項2】 請求項1に記載の空燃比検出装置におい
て、 前記駆動回路部は、 前記検出部の大気側電極に印加される大気側印加電圧を
生成する大気側電圧生成手段と、 前記検出部の排気側電極に印加される排気側印加電圧を
生成する排気側電圧生成手段と、 前記検出部の排気側電極と前記排気側電圧生成手段との
間に接続された電流検出用抵抗とを備え、 前記検出回路部は、 前記駆動回路部の電流検出用抵抗の両端の電圧のうち少
なくとも前記排気側電圧生成手段側の電圧を検出する電
圧検出手段と、 該電圧検出手段によって検出された電圧から前記電流検
出用抵抗に流れる電流を検出する電流検出手段と、 該電流電圧検出手段によって検出された電流に基づいて
空燃比を算出する空燃比算出手段とを備えたことを特徴
とする空燃比検出装置。
2. The air-fuel ratio detection device according to claim 1, wherein the drive circuit unit is configured to generate an atmosphere-side voltage applied to an atmosphere-side electrode of the detection unit. Exhaust-side voltage generation means for generating an exhaust-side applied voltage applied to the exhaust-side electrode of the unit; and a current-detecting resistor connected between the exhaust-side electrode of the detection unit and the exhaust-side voltage generation means. The detection circuit unit includes: a voltage detection unit that detects at least a voltage on the exhaust-side voltage generation unit side of a voltage across a current detection resistor of the drive circuit unit; and a voltage detected by the voltage detection unit. A current detection means for detecting a current flowing from the current detection resistor to the current detection resistor; and an air-fuel ratio calculation means for calculating an air-fuel ratio based on the current detected by the current-voltage detection means. Inspection Apparatus.
【請求項3】 請求項2に記載の空燃比検出装置におい
て、 前記大気側電圧生成手段の生成する大気側印加電圧と、
前記排気側電圧生成手段の生成する排気側印加電圧とが
共に固定されていることを特徴とする空燃比検出装置。
3. The air-fuel ratio detecting device according to claim 2, wherein an atmospheric-side applied voltage generated by the atmospheric-side voltage generating means,
An air-fuel ratio detecting device, wherein an exhaust-side applied voltage generated by the exhaust-side voltage generating means is fixed together.
【請求項4】 請求項3に記載の空燃比検出装置におい
て、 前記駆動回路部は、電圧源とグランドとの間に直列接続
された複数の抵抗から成る抵抗分圧回路を備え、 前記大気側電圧生成手段は、前記抵抗分圧回路によって
抵抗分圧された電圧により大気側印加電圧を生成し、 前記排気側電圧生成手段は、前記抵抗分圧回路によって
抵抗分圧された電圧により排気側印加電圧を生成するこ
とを特徴とする空燃比検出装置。
4. The air-fuel ratio detection device according to claim 3, wherein the drive circuit unit includes a resistance voltage dividing circuit including a plurality of resistors connected in series between a voltage source and a ground, and the air side. The voltage generating means generates an atmosphere-side applied voltage by the voltage divided by the resistance voltage dividing circuit, and the exhaust-side voltage generating means: applies the exhaust-side voltage by the voltage divided by the resistance voltage dividing circuit. An air-fuel ratio detection device for generating a voltage.
【請求項5】 請求項2に記載の空燃比検出装置におい
て、 前記駆動回路部は、前記検出部の大気側電極と排気側電
極との間に印加される電圧に基づいて、前記大気側電圧
生成手段の生成する大気側印加電圧を制御することによ
り、前記検出部の排気側電極から流れ出すか又は流れ込
む電流を飽和させ、 前記空燃比算出部は、前記飽和された電流値に基づいて
空燃比を検出することを特徴とする空燃比検出装置。
5. The air-fuel ratio detection device according to claim 2, wherein the drive circuit unit is configured to control the air-side voltage based on a voltage applied between an air-side electrode and an exhaust-side electrode of the detection unit. By controlling the atmosphere-side applied voltage generated by the generation unit, the current flowing out or flowing out of the exhaust-side electrode of the detection unit is saturated. An air-fuel ratio detecting device, characterized by detecting the following.
【請求項6】 請求項5に記載の空燃比検出装置におい
て、 前記駆動回路部は、電圧源とグランドとの間に直列接続
された複数の抵抗から成る抵抗分圧回路と、 前記検出部の大気側電極と排気側電極との間に印加され
る電圧に基づいた可変電圧を生成する可変電圧生成回路
とを備え、 前記大気側電圧生成手段は、前記可変電圧生成回路の生
成する可変電圧により大気側印加電圧を生成し、 前記排気側電圧生成手段は、前記抵抗分圧回路によって
抵抗分圧された電圧により排気側印加電圧を生成するこ
とを特徴とする空燃比検出装置。
6. The air-fuel ratio detection device according to claim 5, wherein the drive circuit unit includes a resistance voltage dividing circuit including a plurality of resistors connected in series between a voltage source and a ground; A variable voltage generation circuit that generates a variable voltage based on a voltage applied between the atmosphere-side electrode and the exhaust-side electrode, wherein the atmosphere-side voltage generation unit uses a variable voltage generated by the variable voltage generation circuit. An air-fuel ratio detecting device, wherein an air-side applied voltage is generated, and the exhaust-side voltage generating means generates an exhaust-side applied voltage by a voltage divided by the resistance voltage dividing circuit.
【請求項7】 請求項6に記載の空燃比検出装置におい
て、 前記大気側電圧生成手段の生成する大気側印加電圧を一
定値以下に抑えることにより、前記検出部の大気側電極
と排気側電極との間に印加される電圧を抑制して前記検
出部を保護する保護手段を備えたことを特徴とする空燃
比検出装置。
7. The air-fuel ratio detecting device according to claim 6, wherein the atmospheric-side applied voltage generated by the atmospheric-side voltage generating means is suppressed to a certain value or less, so that an atmospheric-side electrode and an exhaust-side electrode of the detecting unit are provided. An air-fuel ratio detection device, comprising: protection means for suppressing a voltage applied between the detection portion and the protection portion to protect the detection portion.
【請求項8】 請求項2に記載の空燃比検出装置におい
て、 前記駆動回路部は、前記検出部の大気側電極と排気側電
極との間に印加される電圧に基づいて、前記大気側電圧
生成手段の生成する大気側印加電圧と、前記排気側電圧
生成手段の生成する排気側印加電圧とを共に可変するこ
とにより、前記検出部の排気側電極から流れ出すか又は
流れ込む電流を飽和させ、 前記空燃比算出部は、前記飽和された電流値に基づいて
空燃比を検出することを特徴とする空燃比検出装置。
8. The air-fuel ratio detection device according to claim 2, wherein the drive circuit unit is configured to control the air-side voltage based on a voltage applied between an air-side electrode and an exhaust-side electrode of the detection unit. By changing both the atmosphere-side applied voltage generated by the generating unit and the exhaust-side applied voltage generated by the exhaust-side voltage generating unit, the current flowing out or flowing from the exhaust-side electrode of the detection unit is saturated, An air-fuel ratio detection device, wherein the air-fuel ratio calculation unit detects an air-fuel ratio based on the saturated current value.
【請求項9】 請求項1〜8のいずれか1項に記載の空
燃比検出装置において、 前記検出部の大気側電極と排気側電極との間の交流的な
内部抵抗を検出し、その内部抵抗が一定になるように前
記検出部のジルコニア固体電解質の温度を一定に制御す
ることを特徴とする空燃比検出装置。
9. The air-fuel ratio detection device according to claim 1, wherein an AC internal resistance between an atmosphere-side electrode and an exhaust-side electrode of the detection unit is detected, and the inside thereof is detected. An air-fuel ratio detecting device, wherein the temperature of the zirconia solid electrolyte of the detecting section is controlled to be constant so that the resistance becomes constant.
【請求項10】 請求項9に記載の空燃比検出装置にお
いて、 前記検出部のジルコニア固体電解質を加熱するヒータを
備え、前記内部抵抗が一定になるように該ヒータの作動
を制御することを特徴とする空燃比検出装置。
10. The air-fuel ratio detection device according to claim 9, further comprising a heater for heating the zirconia solid electrolyte of the detection unit, wherein the operation of the heater is controlled so that the internal resistance becomes constant. Air-fuel ratio detecting device.
【請求項11】 請求項10に記載の空燃比検出装置に
おいて、 前記排気側電圧生成手段の生成する排気側印加電圧を変
化させ、その電圧の変化量と、その電圧の変化によって
生じた前記検出部の排気側電極から流れ出すか又は流れ
込む電流の変化量とに基づいて前記内部抵抗を検出する
ことを特徴とする空燃比検出装置。
11. The air-fuel ratio detecting device according to claim 10, wherein an exhaust-side applied voltage generated by the exhaust-side voltage generating means is changed, and the amount of change in the voltage and the detection caused by the change in the voltage are changed. The internal resistance is detected based on a change amount of a current flowing out or flowing in from an exhaust side electrode of the unit.
【請求項12】 請求項10に記載の空燃比検出装置に
おいて、 前記大気側電圧生成手段の生成する大気側印加電圧を変
化させ、その電圧の変化量と、その電圧の変化によって
生じた前記検出部の排気側電極から流れ出すか又は流れ
込む電流の変化量とに基づいて前記内部抵抗を検出する
ことを特徴とする空燃比検出装置。
12. The air-fuel ratio detecting device according to claim 10, wherein the atmospheric-side applied voltage generated by the atmospheric-side voltage generating means is changed, and the amount of change in the voltage and the detection caused by the change in the voltage are changed. The internal resistance is detected based on a change amount of a current flowing out or flowing in from an exhaust side electrode of the unit.
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