JPH1137971A - ガス濃度検出装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】広域なガス濃度検出範囲が要求される際にも、
ガス濃度を精度良く検出する。 【解決手段】Ａ／Ｆセンサ３０は、電圧の印加に伴い空
燃比（ガス濃度）に対応した電流信号を出力し、同セン
サ３０への印加電圧はバイアス制御回路１０により可変
に制御される。センサ電流Ｉｐは、電圧フォロア１７を
介して電圧信号として取り出された後、所定の入力電圧
範囲（０〜５Ｖ）を有するＡ／Ｄ変換器４１に出力され
る。センサ電流検出回路１５は２つの電流検出抵抗１５
ａ，１５ｂを備える。ＣＰＵ２１は、センサ電流検出回
路１５による抵抗値を可変に設定すべく、センサ電流Ｉ
ｐに応じてスイッチ回路１８を切替え操作する。具体的
には、ストイキ近傍領域では、電流検出抵抗１５ａ及び
１５ｂにより検出されるＡ／Ｆ値を電圧フォロア１７を
介して出力し、それ以外の空燃比領域では電流検出抵抗
１５ａにより検出されるＡ／Ｆ値を電圧フォロア１７を
介して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧印加時に被検
出ガスのガス濃度に対応した電流信号を出力するガス濃
度センサを用いたガス濃度検出装置とその製造方法に係
り、例えば車両用エンジンの空燃比フィードバック制御
システムに適用される空燃比検出装置として具体化され
るものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車への応用をはじめとするガス濃度
検出装置において、ガス濃度センサを用いた同検出装置
が提案されており、その一例として空燃比センサを用い
た空燃比検出装置が知られている。

【０００３】つまり、近年の車載用エンジンの空燃比制
御においては、例えば制御精度を高めるといった要望や
リーンバーン化への要望があり、これらの要望に対応す
べく、エンジンに吸入される混合気の空燃比（排ガス中
の酸素濃度）を広域に且つリニアに検出するリニア式空
燃比センサ、及び同センサを用いた空燃比検出装置が具
体化されている。このような空燃比センサとして例えば
限界電流式空燃比センサでは、周知のようにその限界電
流の検出域がその時の空燃比（酸素濃度）に応じてシフ
トする。

【０００４】限界電流式空燃比センサは、図３のＶ−Ｉ
特性図に示すような出力特性を有する。同図に示すよう
に、限界電流検出域はＶ軸に平行な直線部分からなり、
その領域は空燃比がリーン側に移行するほど正電圧側に
シフトし、空燃比がリッチ側に移行するほど負電圧側に
シフトする。そのため、空燃比が変化する際に印加電圧
が一定値に固定されていると、上記限界電流検出域（Ｖ
軸に平行な直線部分）を用いた正確な空燃比検出を行う
ことができない。そこで、従来一般の空燃比検出装置で
は、その時々の空燃比、すなわちセンサ電流に応じてセ
ンサの印加電圧を可変に制御するようにしていた（例え
ば、特開昭６１−２３７０４７号公報、特開昭６１−２
８０５６０号公報等）。この場合、図３中の印加電圧特
性線Ｌｘに基づいて印加電圧が制御され、こうした印加
電圧の制御により常に所望のセンサ電流（限界電流）が
検出されるようになっていた。

【０００５】従来一般に具体化されている空燃比検出装
置の回路構成を図２２に示す。同図において、空燃比セ
ンサ８１の一方の端子８２には、基準電圧回路８４にて
生成される基準電圧Ｖａが印加され、他方の端子８３に
はＤ／Ａ変換器８７から出力される指令電圧Ｖｂが印加
される。この指令電圧Ｖｂは図示しないＣＰＵにより、
その時々の空燃比に応じて可変に制御されるようになっ
ている。この回路構成について簡単に説明すると、基準
電圧回路８４にて生成される一定の基準電圧Ｖａは増幅
回路８５により電流増幅される。そして、空燃比センサ
８１の一方の端子８２には、基準電圧回路８４からの基
準電圧Ｖａと同一の電圧Ｖａが印加される。また、Ｄ／
Ａ変換器８７から出力される指令電圧Ｖｂは増幅回路８
６により電流増幅される。そして、空燃比センサ８１の
他方の端子８３には、指令電圧Ｖｂと同一の電圧Ｖｂが
印加される。

【０００６】空燃比センサ８１には空燃比に応じたセン
サ電流が流れ、一定の基準電圧Ｖａであるセンサ端子電
圧に対し、センサ電流を検出するための電流検出抵抗８
８の起電圧ＶｃとしてＡ／Ｆ値が検出される。この場
合、その起電圧Ｖｃが電圧フォロワ８９を介して出力さ
れる。図２３は、空燃比毎の出力電圧（Ａ／Ｆ値）の特
性を示すグラフである。同図によれば、空燃比がリーン
側に移行すると起電圧Ｖｃが基準電圧Ｖａよりも正側に
シフトし、空燃比がリッチ側に移行すると起電圧Ｖｃが
基準電圧Ｖａよりも負側にシフトする。こうして検出さ
れたＶｃ信号（Ａ／Ｆ値）は、電圧フォロア８９から外
部のＡ／Ｄ変換器９０に送信される。そして、このＡ／
Ｄ変換器９０にてＡ／Ｄ変換された後、Ａ／Ｆ値がエン
ジン制御用のＣＰＵ９１にて空燃比Ｆ／Ｂ制御に使用さ
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記構成の空
燃比検出装置において、電圧信号（Ａ／Ｆ値）を入力す
るＡ／Ｄ変換器９０は、その入力電圧範囲が例えば「０
〜５Ｖ」といった所定範囲に制限されている。例えば８
ｂｉｔのＡ／Ｄ変換器であれば、「０〜５Ｖ」の入力電
圧範囲が２５６分割されてＡ／Ｆ値が読み取られる。具
体的には、理論空燃比（ストイキＡ／Ｆ＝１４．７）を
目標空燃比としたストイキ制御を実施すべく、空燃比検
出範囲をストイキ近傍領域（Ａ／Ｆ＝１２〜１８）に設
定した場合、前記図２２の電流検出抵抗８８により「０
〜５Ｖ」の範囲で起電圧Ｖｃが出力される。このとき、
単位Ａ／Ｆ当たり（Ａ／Ｆの間隔が「１」毎）の電圧値
の幅が「０．８３３Ｖ」となると共に、単位Ａ／Ｆ当た
りに４２分割した精度でＡ／Ｆ値が検出される。

【０００８】これに対し、例えばリーンバーン制御を実
現すべく空燃比検出範囲をＡ／Ｆ＝１２〜２５に拡張し
た場合において、この空燃比検出範囲を同じく「０〜５
Ｖ」の範囲内で出力する際には、単位Ａ／Ｆ当たりの電
圧値の幅が「０．３８４Ｖ」になると共に、単位Ａ／Ｆ
当たりに１９分割した精度でＡ／Ｆ値が検出される。す
なわちこれは、上記リーンバーン制御時における空燃比
の検出精度がストイキ制御時における空燃比の検出精度
に比べて低下することを意味する（単位Ａ／Ｆ当たりの
電圧値の幅が大きいほど、空燃比の検出精度が高い）。
その結果、例えばストイキ制御とリーンバーン制御とが
併用される空燃比制御システムにおいては、リーンバー
ン制御時における空燃比の検出精度を確保することのた
めに、ストイキ近傍での空燃比の検出精度が低下してし
まうという問題を招く。

【０００９】なお、上記の通りセンサの検出精度が低下
するといった問題は、空燃比検出装置に限らず、被検出
ガスのガス濃度に対応した電流信号を出力するガス濃度
センサを用い、当該センサの検出結果からガス濃度を検
出する構成のガス濃度検出装置全般において見い出され
ることであった。

【００１０】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、広域なガス濃度
検出範囲が要求される際にも、ガス濃度を精度良く検出
することができるガス濃度検出装置を提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のガス濃度検出装置ではその前提として、電
圧印加時に被検出ガスのガス濃度に対応した電流信号を
出力するガス濃度センサを用い、該センサから出力され
る電流信号を電圧信号に変換して、その変換後の電圧信
号を所定の電圧範囲で読取り可能な信号処理装置に出力
する。具体的には、ガス濃度の検出値が電圧信号にて出
力される場合、Ａ／Ｄ変換器等の信号処理装置ではそれ
自身の読取り可能な所定の電圧範囲（例えば、０〜５
Ｖ）内にて電圧信号（ガス濃度信号）が読み取られる。

【００１２】この場合、ガス濃度の検出精度を確保する
には、信号処理装置に対して出力される電圧信号が前記
「０〜５Ｖ」の範囲内で保持されなければならない。ま
た、信号処理装置への電圧信号の電圧範囲を規制した上
で、如何なるガス濃度においても最良の検出精度を得る
ようにする必要がある。

【００１３】そこで、請求項１に記載の発明ではその特
徴として、ガス濃度センサに流れる電流の値を検出する
電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗により検出された電
流値をガス濃度に応じた電圧信号として出力する電圧信
号出力手段と、前記ガス濃度センサに流れる電流の値を
取り込み、該取り込んだ電流値に応じて前記電流検出抵
抗の抵抗値を可変に設定する抵抗値可変設定手段とを備
える。

【００１４】上記構成によれば、電流検出抵抗の抵抗値
を可変に設定することで、常に信号処理装置が読取り可
能な電圧範囲、すなわち例えば「０〜５Ｖ」の電圧範囲
にてガス濃度が検出される。このとき、上記電圧範囲で
ガス濃度を検出するという制約の中で、最良の精度を得
ることが可能となる。つまり、ガス濃度センサによる計
測値（センサ電流）が如何なる領域のものであっても、
その検出精度が維持できる。その結果、広域なガス濃度
検出範囲が要求される際にも、ガス濃度を精度良く検出
することができる。

【００１５】実際には、請求項２に記載したように、前
記電流検出抵抗をその抵抗値が既知の複数の抵抗にて構
成し、前記抵抗値可変設定手段は、前記ガス濃度センサ
の電流値に応じて前記電圧信号出力手段に接続される抵
抗を適宜選択して切り替える。この場合、抵抗値の切替
えは、例えば各電流検出抵抗の接続点を開閉するスイッ
チ回路にて実施すればよく、その動作を簡易な構成にて
実現することができる。

【００１６】また、請求項３に記載したように、検出さ
れた被検出ガスのガス濃度が大きくなるほど、電流検出
抵抗の抵抗値を小さい値に設定するのが望ましい。すな
わち、ガス濃度の増加に伴い電流値の絶対値が大きくな
る装置において、センサによる電流信号の絶対値が大き
くなるほど、電流検出抵抗の抵抗値を小さい値に設定す
る。空燃比検出装置に適用される事例においては、セン
サによる検出結果がストイキ（理論空燃比）から離れる
ほど、電流検出抵抗の抵抗値を小さい値に設定する。例
えば図５，図９，図２１に示すように、ストイキに相当
する、センサ電流Ｉｐ＝０ｍＡから離れるほど（Ｉｐ値
が正側又は負側に大きくなるほど）、電流検出抵抗
（Ω）を小さくするとよい。これにより、広域な空燃比
検出範囲が要求される際にも、空燃比の検出精度が維持
できる。その結果、ストイキ制御とリーンバーン制御と
が併用される空燃比制御システムにおいて、リーンバー
ン制御時における空燃比の検出精度を確保しつつ、スト
イキ近傍での空燃比の検出精度を向上させることができ
る。

【００１７】請求項４に記載の発明では、前記抵抗値可
変設定手段は、特にガス濃度の検出精度が要求されるガ
ス濃度点を基準に複数の検出領域を区分し、各領域毎に
抵抗値を切り替える。この場合、例えばストイキ制御時
或いはリーンバーン制御時の目標空燃比（Ａ／Ｆ＝１
４．７，２２等）を基準として複数の空燃比領域（目標
空燃比をほぼ中心とする空燃比領域）を設け、各領域毎
に電流検出抵抗の値を切り替える。かかる場合、検出精
度が要求される各々のガス濃度点（空燃比点）でその要
求通りの検出精度が確保できる。

【００１８】請求項５に記載の発明では、ガス濃度に対
応した電圧信号を出力する外部装置に対し、前記抵抗値
可変設定手段による抵抗値切り替えの旨を送信する。例
えばガス濃度検出装置としての空燃比検出装置と、外部
装置としてのエンジン制御ＥＣＵとを備える制御システ
ムにおいて、抵抗値切り替えの旨がエンジン制御ＥＣＵ
にて認識できることから、前記抵抗値の切り替えに伴い
空燃比検出装置からの出力電圧が同一でも実際の空燃比
が異なる場合に、エンジン制御ＥＣＵによる空燃比検出
を正確に実施することができる。

【００１９】また、請求項６に記載の発明では、ガス濃
度センサに流れる電流の値を検出し、異なる電圧レベル
の複数の検出信号を出力するための電流検出抵抗と、前
記電流検出抵抗により検出された電流値をガス濃度に応
じた電圧信号として出力する電圧信号出力手段と、前記
ガス濃度センサに流れる電流の値を取り込み、該取り込
んだ電流値に応じて前記電流検出抵抗による複数の検出
信号のうち、いずれを採用するかを取捨選択する検出信
号選択手段とを備える。

【００２０】上記請求項６の構成によれば、請求項１の
発明と同様に、広域なガス濃度検出範囲が要求される際
にも、ガス濃度を精度良く検出することができる。例え
ばストイキ制御とリーンバーン制御とが併用される空燃
比制御システムに適用される場合、リーンバーン制御時
における空燃比の検出精度を確保しつつ、ストイキ近傍
での空燃比の検出精度を向上させることができる。

【００２１】この場合、請求項７に記載したように、検
出された被検出ガスのガス濃度が大きくなるほど、前記
電流検出抵抗による複数の検出信号のうち、抵抗値の小
さい電気抵抗による検出信号を選択するようにするのが
望ましい。すなわち、ガス濃度の増加に伴い電流値の絶
対値が大きくなる装置において、センサによる電流信号
の絶対値が大きくなるほど、小さい抵抗値による検出信
号を選択する。例えば空燃比検出装置への適用時には、
検出された被検出ガスの空燃比がストイキから離れるほ
ど、前記電流検出抵抗による複数の検出信号のうち、抵
抗値の小さい電気抵抗による検出信号を選択する。

【００２２】請求項８に記載の発明では、前記信号処理
装置で読取り可能な所定の電圧範囲にて、前記変換後の
電圧信号を制限するための電圧ガード手段を備える。こ
の場合、ガス濃度検出装置から出力される電圧信号が常
に信号処理装置で読取り可能な所定の電圧範囲内の信号
となり、信号処理装置に過電圧が入力されることが未然
に防止できる。

【００２３】請求項９に記載の発明では、ガス濃度セン
サに流れる電流の値を検出する電流検出抵抗と、前記電
流検出抵抗により検出された電流値をガス濃度に応じた
電圧信号として出力する電圧信号出力手段と、前記電流
検出抵抗の切り替え条件を判定する条件判定手段と、前
記切り替え条件の判定結果に応じて電流検出抵抗の抵抗
値を可変に設定する抵抗値可変設定手段とを備える。

【００２４】請求項９の発明によれば、上記請求項１の
発明と同様に、広域なガス濃度検出範囲が要求される際
にも、ガス濃度を精度良く検出することができる。例え
ばストイキ制御とリーンバーン制御とが併用される空燃
比制御システムに適用される場合、リーンバーン制御時
における空燃比の検出精度を確保しつつ、ストイキ近傍
での空燃比の検出精度を向上させることができる。

【００２５】なお請求項９の発明では、センサ電流値に
応じて抵抗値を設定する前記請求項１の発明とは異な
り、任意の条件にて抵抗値変更の要否が判定される。一
例として、前記条件判定手段は、内燃機関のリーンバー
ンが実施されているかどうかにより条件判定を行う（請
求項１０）。

【００２６】請求項１１に記載の発明では、前記抵抗値
可変設定手段は、前記電流検出抵抗の抵抗値を切り替え
るためのスイッチ回路を備え、センサ電流が流れる経路
にではなく前記電圧信号出力手段の入力側に、前記スイ
ッチ回路が設けられる。この場合、スイッチ回路が持つ
抵抗成分により電流信号に誤差が生じ、ガス濃度の検出
精度が悪化するといった不具合が回避される。

【００２７】ところで、近年では排ガス規制の強化等に
伴い、ガス濃度出力（空燃比出力）の更なる高精度化が
要求されている。こうした要求に応えるには、ガス濃度
検出装置の個体差に起因する出力のバラツキを低減する
必要がある。

【００２８】そこで、請求項１２に記載の発明では、請
求項１〜請求項１１のいずれかに記載のガス濃度検出装
置の製造に際し、電圧信号出力手段による出力電圧を監
視しつつ、ガス濃度センサに印加される基準電圧を生成
するための複数の分圧抵抗をトリミングして出力電圧を
調整することとしている。請求項１２の発明によれば、
ガス濃度出力の誤差（装置の個体差）が大幅に低減で
き、ガス濃度の検出精度をより一層高めることが可能と
なる。

【００２９】請求項１３におけるガス濃度検出装置の製
造方法においても、電圧信号出力手段による出力電圧を
監視しつつ、基準電圧を生成するための複数の分圧抵抗
をトリミングして出力電圧を調整することで、ガス濃度
検出装置の個体差に起因する出力のバラツキが低減さ
れ、高精度なガス濃度検出装置が提供できる。

【００３０】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、本発明を空燃比検出装置に
具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。

【００３１】本実施の形態における空燃比検出装置は、
自動車に搭載される電子制御ガソリン噴射エンジンの空
燃比フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御システムに適用され
るものであって、エンジンから排出される排ガス成分に
基づいて空燃比を検出する。空燃比Ｆ／Ｂ制御を司るエ
ンジン制御ＥＣＵは、ストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．７）を
目標空燃比とするストイキ制御と、リーン領域の所定の
リーン空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝２２）を目標空燃比と
するリーンバーン制御とをエンジン運転状態に応じて選
択的に実施する。

【００３２】また本実施の形態の装置では、電圧の印加
に伴い空燃比に対応した電流信号（限界電流）を出力す
る、限界電流式空燃比センサ（以下、Ａ／Ｆセンサとい
う）を用い、同センサに印加される電圧をバイアス制御
回路により制御する。このＡ／Ｆセンサにより検出され
た限界電流は電圧信号として取り出されると共に、所定
の入力電圧範囲（本実施の形態では、０〜５Ｖ）を有す
るＡ／Ｄ変換器（信号処理装置）にてＡ／Ｄ変換された
後、エンジン制御ＥＣＵ内のＣＰＵに対して出力され
る。また特に本実施の形態の装置では、如何なる空燃比
域でも空燃比を高精度に検出すべく、バイアス制御回路
内に設けた電流検出抵抗の抵抗値を可変に設定する構成
を有し、具体的にはストイキ近傍領域とそれ以外の空燃
比領域とで電流検出抵抗の抵抗値を適宜切り替えるよう
にしている。以下にその詳細を説明する。

【００３３】先ずは図２を用いて、Ａ／Ｆセンサ３０の
概略を説明する。図２において、Ａ／Ｆセンサ３０はエ
ンジン排気管３９の内方に向けて突設されており、同セ
ンサ３０は大別して、カバー３１、センサ本体３２及び
ヒータ３３から構成されている。カバー３１は断面コ字
状をなし、その周壁にはカバー内外を連通する多数の小
孔３１ａが形成されている。センサ本体３２は空燃比リ
ーン領域における酸素濃度、若しくは空燃比リッチ領域
における未燃ガス（ＣＯ，ＨＣ，Ｈ2 等）濃度に対応す
る限界電流を発生する。

【００３４】センサ本体３２の構成について詳述する。
センサ本体３２において、断面コップ状に形成された固
体電解質層３４の外表面には、排気ガス側電極層３６が
固着され、内表面には大気側電極層３７が固着されてい
る。また、排気ガス側電極層３６の外側には、プラズマ
溶射法等により拡散抵抗層３５が形成されている。固体
電解質層３４は、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｂｉ
2 Ｏ3 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を
安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体
からなり、拡散抵抗層３５は、アルミナ、マグネシャ、
ケイ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質から
なる。排気ガス側電極層３６及び大気側電極層３７は共
に、白金等の触媒活性の高い貴金属からなりその表面に
は多孔質の化学メッキ等が施されている。なお、排気ガ
ス側電極層３６の面積及び厚さは、１０〜１００ｍｍ^2
（平方ミリメートル）及び０．５〜２．０μｍ程度とな
っており、一方、大気側電極層３７の面積及び厚さは、
１０ｍｍ^2（平方ミリメートル）以上及び０．５〜２．
０μｍ程度となっている。

【００３５】ヒータ３３は大気側電極層３７にて形成さ
れる内部空間に収容されており、その発熱エネルギによ
りセンサ本体３２（大気側電極層３７、固体電極質層３
４、排気ガス側電極層３６及び拡散抵抗層３５）を加熱
する。ヒータ３３は、センサ本体３２を活性化するに十
分な発熱容量を有している。

【００３６】上記構成のＡ／Ｆセンサ３０において、セ
ンサ本体３２はストイキ点（理論空燃比点）よりリーン
領域では酸素濃度に応じた限界電流を発生する。この場
合、酸素濃度に対応する限界電流は、排気ガス側電極層
３６の面積、拡散抵抗層３５の厚さ、気孔率及び平均孔
径により決定される。また、センサ本体３２は酸素濃度
を直線的特性にて検出し得るものであるが、このセンサ
本体３２を活性化するには素子温を約６００℃以上の高
温に保持する必要がある。そのため、本実施の形態で
は、ヒータ３３の加熱制御によりセンサ本体３２を活性
化温度域にまで加熱するようにしている。なお、ストイ
キよりもリッチ側の領域では、未燃ガスである一酸化炭
素（ＣＯ）等の濃度が空燃比に対してほぼリニアに変化
し、センサ本体３２はＣＯ等の濃度に応じた限界電流を
発生する。

【００３７】センサ本体３２の電圧−電流特性（Ｖ−Ｉ
特性）について図３を用いて説明する。図３によれば、
Ａ／Ｆセンサ３０の検出Ａ／Ｆに比例するセンサ本体３
２の固体電解質層３４への流入電流と、同固体電解質層
３４への印加電圧とがリニアな特性を有することが分か
る。かかる場合、電圧軸Ｖに平行な直線部分がセンサ本
体３２の限界電流を特定する限界電流検出域であって、
この限界電流（センサ電流）の増減はＡ／Ｆの増減（す
なわち、リーン・リッチの程度）に対応している。つま
り、Ａ／Ｆがリーン側になるほど限界電流は増大し、Ａ
／Ｆがリッチ側になるほど限界電流は減少する。

【００３８】このＶ−Ｉ特性において電圧軸Ｖに平行な
直線部分（限界電流検出域）よりも小さい電圧域は抵抗
支配域となっており、その抵抗支配域における一次直線
部分の傾きは、センサ本体３２における固体電解質層３
４の内部抵抗（素子抵抗）により特定される。この素子
抵抗は温度変化に伴い変化し、センサ本体３２の温度が
低下すると素子抵抗の増大により上記傾きが小さくな
る。

【００３９】また、図３のＶ−Ｉ特性では、極リッチ領
域と極リーン領域との間に「センサ電流検出範囲」が設
定され、その内側に空燃比検出範囲としての「ダイナミ
ックレンジ」が設定されている。本実施の形態の空燃比
制御システムでは、リーンバーン制御が実施されること
から、ダイナミックレンジがＡ／Ｆ＝１２〜２５の範囲
で設定されている。

【００４０】図１は、本実施の形態における空燃比検出
装置の概要を示す回路図である。同図において、バイア
ス制御回路１０はＡ／Ｆセンサ３０の印加電圧を制御す
るための回路であり、下記の構成を有する。つまり、バ
イアス制御回路１０は基準電圧回路１１を備える。この
基準電圧回路１１は、定電圧Ｖｃｃを分圧抵抗１２，１
３により分圧して一定の基準電圧Ｖａ（本実施の形態で
は２．５Ｖ）を生成する。

【００４１】増幅回路１４内の増幅器１４ａの非反転入
力端子には、基準電圧Ｖａに保持される基準電圧回路１
１の分圧点が接続され、同増幅器１４ａの出力端子に
は、センサ電流検出回路１５を介してＡ／Ｆセンサ３０
の一方の端子２５が接続されている。端子２５は、Ａ／
Ｆセンサ３０の大気側電極層３７に接続される端子であ
り、同端子２５には常に基準電圧回路１１の基準電圧Ｖ
ａと同じ電圧Ｖａ（＝２．５Ｖ）が印加される。また、
端子２５は増幅器１４ａの反転入力端子に接続されると
共に、この端子２５の電圧ＶａはＡ／Ｄ変換器２２に取
り込まれるようになっている。

【００４２】センサ電流検出回路１５は、その時々の空
燃比に応じたセンサ電流Ｉｐを検出するものであり、増
幅器１４ａの出力端子とＡ／Ｆセンサ３０の端子２５と
の間に直列接続される２つの電流検出抵抗１５ａ，１５
ｂを備える。これら電流検出抵抗１５ａ，１５ｂの接続
点（図のＣ点）の電圧ＶｃはＡ／Ｄ変換器２２に取り込
まれるようになっている。

【００４３】バイアス制御用のＣＰＵ２１は、電流検出
抵抗１５ａの両端電圧をＡ／Ｄ変換器２２を介して取り
込み、この両端電圧のＡ／Ｄ変換データからその時のセ
ンサ電流（限界電流）Ｉｐを検知する。そして、その時
のセンサ電流Ｉｐに応じてＡ／Ｆセンサ３０に印加する
ための電圧指令値を演算する。具体的には、図３に示す
印加電圧特性線Ｌｘを用い、その時のセンサ電流Ｉｐに
応じた印加電圧を決定する。ＣＰＵ２１により演算され
た電圧指令値はＤ／Ａ変換器２３にて指令電圧Ｖｂに変
換され、Ｄ／Ａ変換後の指令電圧Ｖｂが増幅回路１６に
入力される。

【００４４】増幅回路１６内の増幅器１６ａの非反転入
力端子にはＤ／Ａ変換器２３が接続されている。また、
増幅器１６ａの出力端子には同増幅器１６ａの反転入力
端子が接続されると共に、Ａ／Ｆセンサ３０の他方の端
子２６が接続されている。端子２６は、Ａ／Ｆセンサ３
０の排気ガス側電極層３６に接続される端子であり、同
端子２６にはＤ／Ａ変換器２３の出力である指令電圧Ｖ
ｂと同じ電圧Ｖｂが印加される。

【００４５】従って、空燃比検出時において、上記構成
のバイアス制御回路１０は、Ａ／Ｆセンサ３０の一方の
端子２５に常時、基準電圧Ｖａを印加すると共に、他方
の端子２６に指令電圧Ｖｂを印加する。このとき、Ｄ／
Ａ変換器２３を経由してＡ／Ｆセンサ３０の他方の端子
２６に印加される指令電圧Ｖｂが前記基準電圧Ｖａより
も低ければ（Ｖｂ＜Ｖａであれば）、当該Ａ／Ｆセンサ
３０が正バイアスされる。また、同じくＡ／Ｆセンサ３
０の他方の端子２６に印加される指令電圧Ｖｂが前記基
準電圧Ｖａよりも高ければ（Ｖｂ＞Ｖａであれば）、当
該Ａ／Ｆセンサ３０が負バイアスされる。かかる場合、
電圧の印加に伴って流れるセンサ電流Ｉｐは、電流検出
抵抗１５ａの両端電位差（Ｖｃ−Ｖａ）として検出さ
れ、Ａ／Ｄ変換器２２を介してＣＰＵ２１に入力され
る。

【００４６】また、上記バイアス制御回路１０には電圧
フォロア１７が設けられ、この電圧フォロア１７は、電
流検出回路１５を流れるセンサ電流Ｉｐを電圧信号とし
て取り込むと共に、当該取り込んだ電圧信号を外部のエ
ンジン制御ＥＣＵ４０に出力する。電圧フォロア１７の
非反転入力端子には、スイッチ回路１８の切替え位置に
応じて図の点Ｃ又は点Ｄが接続されるようになってい
る。なお、点Ｃは電流検出抵抗１５ａ，１５ｂの接続点
であり、点Ｄは増幅器１４ａの出力端子と電流検出抵抗
１５ｂとの接続点である。

【００４７】この場合、スイッチ回路１８が図示の如く
電圧Ｖｃ側に操作されると、点Ｃの電圧Ｖｃが電圧フォ
ロア１７の入力電圧Ｖｆとなる。つまり、電流検出抵抗
１５ａ，１５ｂを介して流れるセンサ電流Ｉｐが電流検
出抵抗１５ａの抵抗分のみにより検出されることとな
り、このＩｐ相当の電圧Ｖｃがスイッチ回路１８を介し
て電圧フォロア１７に入力される。

【００４８】また、スイッチ回路１８が図示の位置から
電圧Ｖｄ側に切替えられると、点Ｄの電圧Ｖｄが電圧フ
ォロア１７の入力電圧Ｖｆとなる。つまり、電流検出抵
抗１５ａ及び１５ｂの抵抗分によりセンサ電流Ｉｐが検
出されることとなり、このＩｐ相当の電圧Ｖｄがスイッ
チ回路１８を介して電圧フォロア１７に入力される。こ
うしたスイッチ回路１８の切替え動作はＣＰＵ２１によ
り操作され、この切替えの情報はエンジン制御ＥＣＵ４
０に対しても出力される。なお本実施の形態では、電圧
フォロア１７が請求項記載の電圧信号出力手段に相当
し、ＣＰＵ２１及びスイッチ回路１８が抵抗値可変設定
手段に相当する。

【００４９】また、前記電圧フォロア１７の電圧出力
は、エンジン制御ＥＣＵ４０内のＡ／Ｄ変換器４１を介
してＣＰＵ４２に入力される。ＣＰＵ４２は、Ａ／Ｄ変
換器４１を介して入力されるＡ／Ｆ値（電圧値）とバイ
アス制御回路１０の基準電圧Ｖａとの差に基づき、実際
の空燃比を検出する。本実施の形態のＡ／Ｄ変換器４１
においては、その電源電圧が「５Ｖ」の定電圧Ｖｃｃと
なっており（図示略）、Ａ／Ｄ変換器４１にて読取り可
能な入力電圧範囲が「０〜５Ｖ」に規定されている。こ
の場合、Ａ／Ｄ変換器４１が８ｂｉｔで構成されていれ
ば、「０〜５Ｖ」の入力電圧範囲が２５６分割されてダ
イナミックレンジ内のＡ／Ｆ値が読み取られることにな
る。

【００５０】エンジン制御ＥＣＵ４０による空燃比Ｆ／
Ｂ制御については、本案の要旨ではなく且つその制御内
容が周知であるため、ここではその詳細な説明を省略す
るが、簡単に述べると、エンジン制御ＥＣＵ４０は、Ａ
／Ｆセンサ３０による空燃比の検出結果（電圧信号）を
取り込み、その検出結果に基づいて現代制御或いはＰＩ
Ｄ制御といった制御アルゴリズムに則って空燃比をＦ／
Ｂ制御する。そして、その時々の空燃比が目標空燃比に
一致するよう、インジェクタ（図示略）からエンジンの
各気筒に噴射供給される燃料量を制御する。このとき、
例えばエンジンが低負荷状態であればリーンバーン制御
を実施し、中高負荷状態であれば通常のストイキ制御を
実施する。

【００５１】次に、前記スイッチ回路１８の切替え動作
について、実際の具体値を示しながら説明する。ここで
は、 ・ダイナミックレンジ内のストイキ近傍領域（Ａ／Ｆ＝
１２．８〜１８）と、 ・それ以外の空燃比領域（Ａ／Ｆ＝１２〜１２．８，１
８〜２５）との２つの領域について空燃比の検出法を個
々に説明する。なお本実施の形態の装置では、上記Ａ／
Ｆ＝１２．８〜１８のストイキ近傍領域がストイキ制御
時に必要となる空燃比検出範囲に相当し、上記Ａ／Ｆ＝
１８〜２５の空燃比領域がリーンバーン制御時に必要と
なる空燃比検出範囲に相当する。

【００５２】またここで、基準電圧Ｖａを「２．５
Ｖ」、Ａ／Ｆ＝１８の時のセンサ電流Ｉｐを「７ｍ
Ａ」、Ａ／Ｆ＝２５の時のセンサ電流Ｉｐを「２２ｍ
Ａ」とする（図３のＶ−Ｉ特性参照）。また、電流検出
抵抗１５ａの抵抗値Ｒ１を「１１３Ω」、電流検出抵抗
１５ｂの抵抗値Ｒ２を「２４４Ω」とする。

【００５３】先ずストイキ近傍領域（Ａ／Ｆ＝１２．８
〜１８）内において、図１の点Ｃ及び点Ｄの電圧Ｖｃ，
Ｖｄの電圧が最大となる空燃比はＡ／Ｆ＝１８であり、
このＡ／Ｆ＝１８の時の電圧Ｖｃ，Ｖｄは、 Ｖｃ＝３．２９１Ｖ、 Ｖｄ＝４．９９９Ｖ となる。因みに、電圧Ｖｃは、センサ電流Ｉｐと電流検
出抵抗１５ａの抵抗値Ｒ１との積に基準電圧Ｖａを加算
して求められ（Ｖｃ＝Ｉｐ・Ｒ１＋Ｖａ）、電圧Ｖｄ
は、センサ電流Ｉｐと電流検出抵抗１５ａ，１５ｂの抵
抗値Ｒ１＋Ｒ２との積に基準電圧Ｖａを加算して求めら
れる（Ｖｄ＝Ｉｐ・（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｖａ）。

【００５４】上記電圧Ｖｃ，Ｖｄの値は、いずれもエン
ジン制御ＥＣＵ４０内のＡ／Ｄ変換器４１で扱うことが
できる電圧範囲内（０〜５Ｖ）であるため、どちらの値
もＡ／Ｄ変換器４１にて読み取ることができる。但し、
先にも記載した通り空燃比の検出精度を確保するには、
単位Ａ／Ｆ当たりの電圧値の幅を極力大きくするのが望
ましい。

【００５５】そこで、電圧Ｖｃと電圧Ｖｄとについて、
ストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．７）を基準にして単位Ａ／Ｆ
当たりの電圧値の幅を算出すれば、電圧Ｖｃでは、 （３．２９１Ｖ−２．５Ｖ）／（１８−１４．７） という演算式から、単位Ａ／Ｆ当たりの電圧値の幅が
「０．２３９Ｖ」として求められる。また、電圧Ｖｄで
は、 （４．９９９Ｖ−２．５Ｖ）／（１８−１４．７） という演算式から、単位Ａ／Ｆ当たりの電圧値の幅が
「０．７５７Ｖ」として求められる。かかる場合、後者
の方が単位Ａ／Ｆ当たりの電圧値の幅が大きいことは、
電圧Ｖｄの方が電圧Ｖｃよりも検出精度が良いことを意
味し、このことはストイキ近傍領域（Ａ／Ｆ＝１２．８
〜１８）内であれば何れのＡ／Ｆについても同様の傾向
を呈する。つまり、ストイキ近傍領域では、Ｖｄ値を電
圧フォロア１７の入力電圧Ｖｆとすることで、所望の空
燃比の検出精度が確保できるようになる。

【００５６】この出力電圧特性を図４を用いて説明す
る。電流検出抵抗の値を「Ｒ１」とした場合（電圧Ｖｃ
を出力する場合）と、電流検出抵抗の値を「Ｒ１＋Ｒ
２」とした場合（電圧Ｖｄを出力する場合）とについ
て、Ａ／Ｆ＝１８の時の単位Ａ／Ｆ当たりの電圧値の幅
を比較すれば、後者の方が大きく空燃比の検出精度が向
上することが分かる。

【００５７】一方、ストイキ近傍領域以外の空燃比領域
（Ａ／Ｆ＝１２〜１２．８，１８〜２５）内において、
図１の点Ｃ及び点Ｄの電圧Ｖｃ，Ｖｄの電圧が最大とな
る空燃比はＡ／Ｆ＝２５（Ｉｐ＝２２ｍＡ）であり、こ
のＡ／Ｆ＝２５の時の電圧Ｖｃ，Ｖｄは、 Ｖｃ＝４．９８６Ｖ、 Ｖｄ＝１０．３５４Ｖ となる（Ｖｃ＝Ｉｐ・Ｒ１＋Ｖａ，Ｖｄ＝Ｉｐ・（Ｒ１
＋Ｒ２）＋Ｖａ）。

【００５８】この場合、前記Ａ／Ｄ変換器４１の入力電
圧範囲が「０〜５Ｖ」であるため、電圧Ｖｃは読み取る
ことができるのに対し、電圧Ｖｄは読み取ることができ
ない。従って、ストイキ近傍領域以外の空燃比領域（Ａ
／Ｆ＝１２〜１２．８，１８〜２５）では、Ｖｃ値を電
圧フォロア１７の入力電圧Ｖｆとする。つまり、図４の
出力電圧特性に示すように、電流検出抵抗の値を「Ｒ
１」（電流検出抵抗１５ａの値）とし、これにより最大
「２５」の空燃比を検出する。

【００５９】図５は、センサ電流Ｉｐ（ｍＡ）と、該Ｉ
ｐ値に応じた電流検出抵抗の値（Ω）との好適な関係を
示すグラフである。因みに同図において、Ａ／Ｆ＝１２
の時にはＩｐ＝−１１ｍＡ、Ａ／Ｆ＝１２．８の時には
Ｉｐ＝−７ｍＡ、Ａ／Ｆ＝１８の時にはＩｐ＝７ｍＡ、
Ａ／Ｆ＝２５の時にはＩｐ＝２２ｍＡとなる。同図によ
れば、 ・−７ｍＡ≦Ｉｐ≦７ｍＡの場合（Ａ／Ｆ＝１２．８〜
１８の場合）、電流検出抵抗が「Ｒ１＋Ｒ２」の値に相
当する「３５７Ω」に、 ・−１１ｍＡ≦Ｉｐ＜−７ｍＡ，７ｍＡ＜Ｉｐ≦２２ｍ
Ａの場合（Ａ／Ｆ＝１２〜１２．８，１８〜２５の場
合）、電流検出抵抗が「Ｒ１」の値に相当する「１１３
Ω」に、それぞれ設定されるとよいことが分かる。

【００６０】次に、上記の如く構成される空燃比検出装
置の作用を説明する。図６は、ＣＰＵ２１により実行さ
れる空燃比検出ルーチンを示すフローチャートであり、
ＣＰＵ２１は所定周期（例えば４ｍｓ間隔）でこのルー
チンを繰り返し実行する。

【００６１】ＣＰＵ２１は、先ずステップ１０１〜１０
３でその時々の空燃比に応じて流れるセンサ電流Ｉｐを
検出する。詳細には、ＣＰＵ２１は、ステップ１０１で
電流検出抵抗１５ａの一方の端子電圧ＶａをＡ／Ｄ変換
器２２を介して読み込み、続くステップ１０２で電流検
出抵抗１５ａの他方の端子電圧ＶｃをＡ／Ｄ変換器２２
を介して読み込む。その後、ＣＰＵ２１は、ステップ１
０３で前記Ａ／Ｄ変換器２２を介して読み込んだ電圧Ｖ
ａ，Ｖｃに基づき、現在のセンサ電流Ｉｐを、 Ｉｐ＝（Ｖｃ−Ｖａ）／Ｒ１ という演算式を用いて算出する（但し、Ｒ１は電流検出
抵抗１５ａの抵抗値）。

【００６２】その後、ＣＰＵ２１は、ステップ１０４で
図３に示す印加電圧特性線Ｌｘを用い前記算出したセン
サ電流Ｉｐに対応する目標印加電圧を求める（マップ演
算する）。さらに、ＣＰＵ２１は、ステップ１０５で前
記求めた目標印加電圧を電圧指令値（指令電圧Ｖｂ）と
してＤ／Ａ変換器２３を介してバイアス制御回路１０に
出力する。

【００６３】また、ＣＰＵ２１は、ステップ１０６でそ
の時のセンサ電流Ｉｐが「−７ｍＡ〜７ｍＡ」の範囲内
にあるか否かを判別する。なお、Ｉｐ＝−７ｍＡ，７ｍ
Ａはその時の空燃比がストイキ近傍領域（Ａ／Ｆ＝１
２．８〜１８）にあるか否かを判別するためのしきい値
であって、ステップ１０６が肯定判別されることは、そ
の時の空燃比がストイキ近傍領域にあることを意味す
る。

【００６４】ステップ１０６が肯定判別された場合（−
７ｍＡ≦Ｉｐ≦７ｍＡの場合）、ＣＰＵ２１は、ステッ
プ１０７でスイッチ回路１８を電圧Ｖｄ側に接続させ
る。これにより、電圧フォロア１７の入力電圧Ｖｆが電
圧Ｖｄとなり、このＶｄ値がＡ／Ｆ出力としてエンジン
制御ＥＣＵ４０内のＡ／Ｄ変換器４１に出力される。こ
のとき、センサ電流検出回路１５により検出されるＡ／
Ｆ出力は、電流検出抵抗１５ａ，１５ｂの両抵抗値の和
「Ｒ１＋Ｒ２」に従い検出されるものとなる。

【００６５】また、ステップ１０６が否定判別された場
合、ＣＰＵ２１は、ステップ１０８でスイッチ回路１８
を電圧Ｖｃ側に接続させる。これにより、電圧フォロア
１７の入力電圧Ｖｆが電圧Ｖｃとなり、このＶｃ値がＡ
／Ｆ出力としてエンジン制御ＥＣＵ４０内のＡ／Ｄ変換
器４１に出力される。このとき、センサ電流検出回路１
５により検出されるＡ／Ｆ出力は、一方の電流検出抵抗
１５ａの抵抗値「Ｒ１」に従い検出されるものとなる。

【００６６】また一方で、本実施の形態における空燃比
検出装置では、当該装置の個体差をなくすべく、その製
造過程において、以下の手順にて出力値が調整される。
要するに、バイアス制御回路１０の空燃比出力信号（電
圧フォロア１７の出力信号）は、以下の要因により検出
誤差を生じる。つまり、前記図１の構成において、
（１）基準電圧回路１１における分圧抵抗１２，１３の
公差、（２）オペアンプ１４ａ，１７のオフセット誤
差、（３）センサ電流検出回路１５の公差、などが検出
誤差の要因として挙げられる。

【００６７】以下には、出力電圧調整の手順について、
図７及び図８を用いて説明する。なおここで、前記基準
電圧回路１１内の分圧抵抗１２，１３で決まるＡ／Ｆセ
ンサ３０の基準電圧Ｖａを「２．５Ｖ」、センサ電流検
出回路１５内の抵抗値を「３５７Ω」、Ａ／Ｆ＝１８の
時のセンサ電流を「７ｍＡ」、Ａ／Ｆ＝１７の時のセン
サ電流を「４．８８ｍＡ」としている。この場合、Ａ／
Ｆ＝１８の時の出力電圧は、 ３５７Ω・７ｍＡ＋２．５Ｖ＝４．９９９Ｖ となる。また、Ａ／Ｆ＝１７の時の出力電圧は、 ３５７Ω・４．８８ｍＡ＋２．５Ｖ＝４．２４２Ｖ となる。従って、単位Ａ／Ｆ当たり（１Ａ／Ｆ当たり）
の電圧値の幅は「０．７５７Ｖ（＝４．９９９−４．２
４２）」となる。

【００６８】上記（１）〜（３）の誤差（バラツキ）を
より具体的に示すと、先ずは、分圧抵抗１２，１３が±
１％程度の公差を有するため、基準電圧Ｖａが２．５Ｖ
の１％の範囲（すなわち、±２５ｍＶ）でばらつく（上
記（１））。

【００６９】また、オペアンプ１４ａ，１７が±２０ｍ
Ｖ程度のオフセット電圧Ｖｏｆｆを有するため、オペア
ンプ１４ａ，１７の各々において＋側端子と−側端子と
の間で誤差が生じる（上記（２））。２つのオペアンプ
１４ａ，１７の誤差（オフセット電圧Ｖｏｆｆ）の合計
は、±４０ｍＶ程度となる。

【００７０】またさらに、センサ電流検出回路１５にお
いても、電流検出抵抗１５ａ，１５ｂが±１％程度の誤
差を有する。そのため、センサ電流が０ｍＡとなるスト
イキ以外で、センサ電流と電流検出抵抗１５ａ，１５ｂ
の誤差分とに応じた電圧誤差が生じる。例えばＡ／Ｆ＝
１７の場合、その誤差は、 ４．８８ｍＡ・３５７Ω・０．０１＝１７．４ｍＶ となる（上記（３））。

【００７１】以上、（１）〜（３）の誤差を合計する
と、Ａ／Ｆ＝１７の時に最大で、 ２５ｍＶ＋４０ｍＶ＋１７．４ｍＶ＝８２．４ｍＶ となる。

【００７２】すなわち、図７に示すように、上記（１）
〜（３）の要因により、空燃比と出力電圧との関係が実
線の理想特性に対し、２点鎖線で示すようなバラツキを
含むものとなる。Ａ／Ｆ＝１７の場合、理想の出力電圧
に対して最大で±８２．４ｍＶの誤差を生じる。この出
力電圧の誤差をＡ／Ｆ誤差に換算すると、 ８２．４ｍＶ／０．７５７Ｖ＝０．１１ となる。

【００７３】そこで本実施の形態では、図８に示すバイ
アス制御回路１０において、基準電圧回路１１内の分圧
抵抗１２，１３を適宜トリミングし、それにより、上記
誤差による装置の個体差を解消することとしている。な
お図８は、前記図１に示すバイアス制御回路１０と同一
の構成を有するものであるが、便宜上、センサ電流検出
回路１５など、その構成の一部を簡略化して示す。

【００７４】詳細には、バイアス制御回路１０の端子１
００に定電流源１０１を接続し、定電流源１０１にてあ
る一定の電流値を流す。例えばＡ／Ｆ＝１７に相当する
「４．８８ｍＡ」の電流値を流す。そして、バイアス制
御回路１０の出力電圧（図８のＺ点の電位）を測定す
る。このとき、Ｚ点で測定される出力電圧と、Ａ／Ｆ＝
１７の時の出力電圧の理想値「４．２４２Ｖ」とのズレ
量に応じて分圧抵抗１２，１３をトリミングする。

【００７５】つまり、仮にＺ点で計測される出力電圧が
理想値「４．２４２Ｖ」に対して高い値であれば、分圧
抵抗１２をトリミングする。分圧抵抗１２をトリミング
してその抵抗値を大きくすれば、基準電圧回路１１で生
成される基準電圧Ｖａが減少する。Ｚ点の出力電圧は基
準電圧Ｖａに比例して減少するため、分圧抵抗１２のト
リミングによりＺ点の出力電圧が理想値に近づく。こう
した手順により、理想値に対して誤差のない出力電圧が
得られるようになる。

【００７６】また、Ｚ点の出力電圧がＡ／Ｆ＝１７での
理想値「４．２４２Ｖ」に対して低い値であれば、分圧
抵抗１３をトリミングする。分圧抵抗１３をトリミング
してその抵抗値を大きくすれば、基準電圧回路１１で生
成される基準電圧Ｖａは増大する。これにより、Ｚ点の
出力電圧が理想値に近づき、誤差のない出力電圧が得ら
れるようになる。なお、分圧抵抗１２，１３のトリミン
グとしては、厚膜抵抗をトリミングする手法や、チップ
上で可能な薄膜抵抗をトリミングする手法等が適応でき
る。

【００７７】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
の効果が得られる。 （ａ）本実施の形態では、センサ電流Ｉｐに対応する電
圧信号を電圧フォロア１７を介してＡ／Ｄ変換器４１に
出力する空燃比検出装置において、電圧フォロア１７に
電圧信号を送るためのセンサ電流検出回路１５の抵抗値
をセンサ電流Ｉｐに応じて可変に設定するようにした。
上記構成によれば、常にＡ／Ｄ変換器４１が読取り可能
な電圧範囲、すなわち「０〜５Ｖ」の電圧範囲にて空燃
比が検出される。また、上記電圧範囲で空燃比を検出す
るという制約の中で、高い検出精度が得られる。それに
より、広域な空燃比検出範囲が要求される際にも、空燃
比を精度良く検出することができる。その結果、ストイ
キ制御とリーンバーン制御とが併用される空燃比制御シ
ステムにおいて、リーンバーン制御時における空燃比の
検出精度を確保しつつ、ストイキ近傍での空燃比の検出
精度を向上させることができる。

【００７８】（ｂ）また本実施の形態では、電流検出抵
抗１５ａ，１５ｂをその抵抗値が既知の複数の抵抗にて
構成し、電圧フォロア１７の入力端子に接続される抵抗
をセンサ電流Ｉｐに応じて適宜切り替えるようにした。
この場合、スイッチ回路１８にて抵抗値の切替えを行う
ことにより、その切替え動作を簡易な構成にて実現する
ことができる。

【００７９】（ｃ）さらに、ストイキ制御時或いはリー
ンバーン制御時の目標空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７，２
２）を基準として複数の空燃比領域（目標空燃比をほぼ
中心とする空燃比領域）を区分し、各領域毎に電流検出
抵抗の抵抗値を切替えるようにした。これにより、特に
空燃比の検出精度が要求される各々の空燃比点（目標空
燃比付近）でその要求通りの検出精度を確保することが
できる。

【００８０】（ｄ）また上記構成の空燃比検出装置を用
いた空燃比制御システムでは、制御パラメータとしての
Ａ／Ｆ値の検出精度が高められるため、精度の高い空燃
比Ｆ／Ｂ制御が実現でき、エミッションや燃費が低減さ
れる等の優れた効果が得られる。

【００８１】（ｅ）センサ電流検出回路１５の抵抗値を
切り替えるためのスイッチ回路１８を、センサ電流が流
れる経路にではなく電圧フォロア１７の入力側に設け
た。この場合、スイッチ回路１８が持つ抵抗成分により
電流信号に誤差が生じ、空燃比の検出精度が悪化すると
いった不具合が回避される。

【００８２】（ｆ）また、空燃比検出装置の作製に際
し、電圧フォロア１７の出力電圧を監視しつつ、基準電
圧生成のための分圧抵抗を適宜トリミングして出力電圧
を調整するようにした。これにより、空燃比検出装置
（バイアス制御回路１０）の個体差に起因する出力のバ
ラツキが大幅に低減でき、空燃比の検出精度がより一層
高められる。

【００８３】次に、本発明における第２〜第６の実施の
形態を説明する。但し、以下の各実施の形態の構成にお
いて、上述した第１の実施の形態と同等であるものにつ
いては同一の番号を付すと共にその説明を簡略化する。
そして、以下には第１の実施の形態との相違点を中心に
説明する。

【００８４】（第２の実施の形態）本発明における第２
の実施の形態について、図９〜図１２を用いて説明す
る。図９は、本実施の形態における空燃比検出装置の概
要を示す回路図であり、同図の構成は基本的に前記第１
の実施の形態における図１と同様であるため、以下には
その相違点のみを記載する。

【００８５】センサ電流検出回路５１は、増幅器１４ａ
の出力端子とＡ／Ｆセンサ３０の端子２５との間にて直
列接続される３つの電流検出抵抗５１ａ，５１ｂ，５１
ｃを備える。また、センサ電流Ｉｐを電圧信号として取
り込む電圧フォロア１７の非反転入力端子には、スイッ
チ回路５２の切替え位置に応じて図の点Ｃ、点Ｄ又は点
Ｅが接続されるようになっている。なお、点Ｃは電流検
出抵抗５１ａ，５１ｂの接続点であり、点Ｄは電流検出
抵抗５１ｂ，５１ｃの接続点であり、点Ｅは増幅器１４
ａの出力端子と電流検出抵抗５１ｃとの接続点である。

【００８６】この場合、スイッチ回路５２が図示の如く
電圧Ｖｃ側に操作されると、点Ｃの電圧Ｖｃが電圧フォ
ロア１７の入力電圧Ｖｆとなる。つまり、センサ電流検
出回路５１を流れるセンサ電流Ｉｐが電流検出抵抗５１
ａの抵抗分のみにより検出されることとなり、このＩｐ
相当の電圧Ｖｃがスイッチ回路５２を介して電圧フォロ
ア１７に入力される。

【００８７】また、スイッチ回路５２が図示の位置から
電圧Ｖｄ側に切替えられると、点Ｄの電圧Ｖｄが電圧フ
ォロア１７の入力電圧Ｖｆとなる。つまり、電流検出抵
抗５１ａ及び５１ｂの抵抗分によりセンサ電流Ｉｐが検
出されることとなり、このＩｐ相当の電圧Ｖｄがスイッ
チ回路５２を介して電圧フォロア１７に入力される。

【００８８】さらに、スイッチ回路５２が図示の位置か
ら電圧Ｖｅ側に切替えられると、点Ｅの電圧Ｖｅが電圧
フォロア１７の入力電圧Ｖｆとなる。つまり、電流検出
抵抗５１ａ、５１ｂ及び５１ｃの抵抗分によりセンサ電
流Ｉｐが検出されることとなり、このＩｐ相当の電圧Ｖ
ｅがスイッチ回路５２を介して電圧フォロア１７に入力
される。こうしたスイッチ回路５２の切替え動作は、第
１の実施の形態と同様にＣＰＵ２１により操作され、こ
の切替えの情報はエンジン制御ＥＣＵ４０に対しても出
力される。

【００８９】次に、前記スイッチ回路５２の切替え動作
について、実際の具体値を示しながら説明する。ここで
は、 ・ダイナミックレンジ内のストイキ近傍領域である第１
の空燃比領域（Ａ／Ｆ＝１２．８〜１８）と、 ・第１の空燃比領域の外側領域である第２の空燃比領域
（Ａ／Ｆ＝１２〜１２．８，１８〜２２）と、 ・第２の空燃比領域の外側領域である第３の空燃比領域
（Ａ／Ｆ＝２２〜２５）と の３つの領域について空燃比の検出法を個々に説明す
る。なお本実施の形態では、基準電圧Ｖａを「２．５
Ｖ」、Ａ／Ｆ＝１８の時のセンサ電流Ｉｐを「７ｍ
Ａ」、Ａ／Ｆ＝２２の時のセンサ電流Ｉｐを「１５．５
ｍＡ」、Ａ／Ｆ＝２５の時のセンサ電流Ｉｐを「２２ｍ
Ａ」とする（図３のＶ−Ｉ特性参照）。また、電流検出
抵抗５１ａの抵抗値Ｒ１１を「１１３Ω」、電流検出抵
抗５１ｂの抵抗値Ｒ１２を「４８Ω」、電流検出抵抗５
１ｃの抵抗値Ｒ１３を「１９６Ω」とする。

【００９０】先ず第１の空燃比領域（Ａ／Ｆ＝１２．８
〜１８）内において、図９の点Ｃ、点Ｄ及び点Ｅの電圧
Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅの電圧が最大となる空燃比はＡ／Ｆ＝
１８であり、このＡ／Ｆ＝１８の時の電圧Ｖｃ，Ｖｄ，
Ｖｅは、 Ｖｃ＝３．２９１Ｖ、 Ｖｄ＝３．６２７Ｖ、 Ｖｅ＝４．９９９Ｖ となる。因みに、電圧Ｖｃは、センサ電流Ｉｐと電流検
出抵抗５１ａの抵抗値Ｒ１１との積に基準電圧Ｖａを加
算して求められ（Ｖｃ＝Ｉｐ・Ｒ１１＋Ｖａ）、電圧Ｖ
ｄは、センサ電流Ｉｐと電流検出抵抗５１ａ，５１ｂの
抵抗値Ｒ１１＋Ｒ１２との積に基準電圧Ｖａを加算して
求められる（Ｖｄ＝Ｉｐ・（Ｒ１１＋Ｒ１２）＋Ｖ
ａ）。また、電圧Ｖｅは、センサ電流Ｉｐと電流検出抵
抗５１ａ，５１ｂ，５１ｃの抵抗値Ｒ１１＋Ｒ１２＋Ｒ
１３との積に基準電圧Ｖａを加算して求められる（Ｖｅ
＝Ｉｐ・（Ｒ１１＋Ｒ１２＋Ｒ１３）＋Ｖａ）。

【００９１】上記電圧Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅの値は、いずれ
もエンジン制御ＥＣＵ４０内のＡ／Ｄ変換器４１で扱う
ことができる電圧範囲内（０〜５Ｖ）であるため、どの
値もＡ／Ｄ変換器４１にて読み取ることができる。但
し、先にも記載した通り空燃比の検出精度を確保するに
は、単位Ａ／Ｆ当たりの電圧値の幅を極力大きくするの
が望ましい。

【００９２】そこで、電圧Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅについて、
ストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．７）を基準にして単位Ａ／Ｆ
当たりの電圧値の幅を算出すれば、電圧Ｖｃでは、 （３．２９１Ｖ−２．５Ｖ）／（１８−１４．７） という演算式から、単位Ａ／Ｆ当たりの電圧値の幅が
「０．２３９Ｖ」として求められる。また、電圧Ｖｄで
は、 （３．６２７Ｖ−２．５Ｖ）／（１８−１４．７） という演算式から、単位Ａ／Ｆ当たりの電圧値の幅が
「０．３４１Ｖ」として求められる。また、電圧Ｖｅで
は、 （４．９９９Ｖ−２．５Ｖ）／（１８−１４．７） という演算式から、単位Ａ／Ｆ当たりの電圧値の幅が
「０．７５７Ｖ」として求められる。かかる場合、電圧
Ｖｅの単位Ａ／Ｆ当たりの電圧値の幅が最も大きいた
め、この電圧Ｖｅが最も検出精度が良いと言える。この
ことは、ストイキ近傍領域（Ａ／Ｆ＝１２．８〜１８）
内であれば何れのＡ／Ｆ値についても同様の傾向を呈す
る。つまり、ストイキ近傍領域では、Ｖｅ値を電圧フォ
ロア１７の入力電圧Ｖｆとすることで、所望の空燃比の
検出精度が確保できるようになる。

【００９３】この出力電圧特性を図１０を用いて説明す
る。 （イ）電流検出抵抗の値を「Ｒ１１」とした場合（電圧
Ｖｃを出力する場合）、（ロ）電流検出抵抗の値を「Ｒ
１１＋Ｒ１２」とした場合（電圧Ｖｄを出力する場
合）、（ハ）電流検出抵抗の値を「Ｒ１１＋Ｒ１２＋Ｒ
１３」とした場合（電圧Ｖｄを出力する場合）につい
て、Ａ／Ｆ＝１８の時の単位Ａ／Ｆ当たりの電圧値の幅
を比較すれば、前記（ハ）が最も大きく空燃比の検出精
度が向上することが分かる。

【００９４】一方、第２の空燃比領域（Ａ／Ｆ＝１２〜
１２．８，１８〜２２）内において、図９の点Ｃ、点Ｄ
及び点Ｅの電圧Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅの電圧が最大となる空
燃比はＡ／Ｆ＝２２であり、このＡ／Ｆ＝２２の時の電
圧Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅは、 Ｖｃ＝４．２５１Ｖ、 Ｖｄ＝４．９９６Ｖ、 Ｖｅ＝８．０３４Ｖ となる。この場合、エンジン制御ＥＣＵ４０におけるＡ
／Ｄ変換器４１の入力電圧範囲が「０〜５Ｖ」であるた
め、電圧Ｖｅを除く電圧Ｖｃ，Ｖｄが読み取ることので
きる値となるが、この電圧Ｖｃ，Ｖｄを比較した場合、
電圧Ｖｄの方が精度良く空燃比を検出できることになる
（その理由は、上記Ａ／Ｆ＝１８の時と同様）。従っ
て、第２の空燃比領域（Ａ／Ｆ＝１２〜１２．８，１８
〜２２）では、Ｖｄ値を電圧フォロア１７の入力電圧Ｖ
ｆとする。つまり、図１０の出力電圧特性に示すよう
に、電流検出抵抗の値は「Ｒ１１＋Ｒ１２」（電流検出
抵抗５１ａと５１ｂの加算値）であればよい。

【００９５】さらに、第３の空燃比領域（Ａ／Ｆ＝２２
〜２５）内において、図９の点Ｃ、点Ｄ及び点Ｅの電圧
Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅの電圧が最大となる空燃比はＡ／Ｆ＝
２５であり、このＡ／Ｆ＝２５の時の電圧Ｖｃ，Ｖｄ，
Ｖｅは、 Ｖｃ＝４．９８６Ｖ、 Ｖｄ＝６．０４２Ｖ、 Ｖｅ＝１０．３５４Ｖ となる。この場合、Ａ／Ｄ変換器４１の入力電圧範囲が
「０〜５Ｖ」であるため、電圧Ｖｃは読み取ることがで
きるのに対し、電圧Ｖｄ，Ｖｅは読み取ることができな
い。従って、第３の空燃比領域（Ａ／Ｆ＝２２〜２５）
では、Ｖｃ値を電圧フォロア１７の入力電圧Ｖｆとす
る。つまり、図１０の出力電圧特性に示すように、電流
検出抵抗の値は「Ｒ１」（電流検出抵抗５１ａの値）で
あればよい。

【００９６】図１１は、センサ電流Ｉｐ（ｍＡ）と、該
Ｉｐ値に応じた電流検出抵抗の値（Ω）との好適な関係
を示すグラフである。因みに同図において、Ａ／Ｆ＝１
２の時にはＩｐ＝−１１ｍＡ、Ａ／Ｆ＝１２．８の時に
はＩｐ＝−７ｍＡ、Ａ／Ｆ＝１８の時にはＩｐ＝７ｍ
Ａ、Ａ／Ｆ＝２２の時にはＩｐ＝１５．５ｍＡ、Ａ／Ｆ
＝２５の時にはＩｐ＝２２ｍＡとなる。同図によれば、 ・−７ｍＡ≦Ｉｐ≦７ｍＡの場合（Ａ／Ｆ＝１２．８〜
１８の場合）、電流検出抵抗が「Ｒ１１＋Ｒ１２＋Ｒ１
３」の値に相当する「３５７Ω」に、 ・−１１ｍＡ≦Ｉｐ＜−７ｍＡ，７ｍＡ＜Ｉｐ≦１５．
５ｍＡの場合（Ａ／Ｆ＝１２〜１２．８，１８〜２２の
場合）、電流検出抵抗が「Ｒ１１＋Ｒ１２」の値に相当
する「１６１Ω」に、 ・１５．５ｍＡ＜Ｉｐ≦２２ｍＡの場合（Ａ／Ｆ＝２２
〜２５の場合）、電流検出抵抗が「Ｒ１１」の値に相当
する「１１３Ω」に、それぞれ設定されるとよいことが
分かる。

【００９７】次に、上記の如く構成される空燃比検出装
置の作用を説明する。図１２は、ＣＰＵ２１により実行
される空燃比検出ルーチンを示すフローチャートであ
り、ＣＰＵ２１は所定周期（例えば４ｍｓ間隔）でこの
ルーチンを繰り返し実行する。

【００９８】ＣＰＵ２１は、先ずステップ１０１〜１０
５で前記図６のルーチンと同様に、その時々の空燃比に
応じて流れるセンサ電流Ｉｐを検出すると共に、センサ
電流Ｉｐに対応する印加電圧をバイアス制御回路１０に
出力する。但し、本実施の形態では、ステップ１０３’
において、 Ｉｐ＝（Ｖｃ−Ｖａ）／Ｒ１１ という演算式からセンサ電流Ｉｐが算出される（Ｒ１１
は電流検出抵抗５１ａの抵抗値）。

【００９９】その後、ＣＰＵ２１は、ステップ１０６で
その時のセンサ電流Ｉｐが「−７ｍＡ〜７ｍＡ」の範囲
内にあるか否かを判別する。なお、Ｉｐ＝−７ｍＡ，７
ｍＡはその時の空燃比が前記第１の空燃比領域（Ａ／Ｆ
＝１２．８〜１８）にあるか否かを判別するためのしき
い値であって、ステップ１０６が肯定判別されること
は、その時の空燃比が第１の空燃比領域にあることを意
味する。

【０１００】ステップ１０６が肯定判別された場合（−
７ｍＡ≦Ｉｐ≦７ｍＡの場合）、ＣＰＵ２１は、ステッ
プ１１１でスイッチ回路５２を電圧Ｖｅ側に接続させ
る。これにより、電圧フォロア１７の入力電圧Ｖｆが電
圧Ｖｅとなり、このＶｅ値がＡ／Ｆ出力としてエンジン
制御ＥＣＵ４０内のＡ／Ｄ変換器４１に出力される。こ
のとき、センサ電流検出回路５１により検出されるＡ／
Ｆ出力は、電流検出抵抗５１ａ，５１ｂ，５１ｃの各抵
抗値の総和「Ｒ１１＋Ｒ１２＋Ｒ１３」により検出され
るものとなる。

【０１０１】また、ステップ１０６が否定判別された場
合、ＣＰＵ２１は、ステップ１１２でその時のセンサ電
流Ｉｐが「１５．５ｍＡ以下」、若しくは「−７ｍＡ未
満」の範囲内にあるか否かを判別する。なおここで、Ｉ
ｐ＝１５．５ｍＡはその時の空燃比が前記第２の空燃比
領域（Ａ／Ｆ＝１８〜２２）にあるか否かを判別するた
めのしきい値であって、ステップ１１２が肯定判別され
ることは、その時の空燃比が第２の空燃比領域にあるこ
とを意味する。

【０１０２】そして、ステップ１１２が肯定判別された
場合（７ｍＡ＜Ｉｐ≦１５．５ｍＡ、又はＩｐ＜−７ｍ
Ａの場合）、ＣＰＵ２１は、ステップ１１３でスイッチ
回路５２を電圧Ｖｄ側に接続させる。これにより、電圧
フォロア１７の入力電圧Ｖｆが電圧Ｖｄとなり、このＶ
ｄ値がＡ／Ｆ出力としてエンジン制御ＥＣＵ４０内のＡ
／Ｄ変換器４１に出力される。このとき、センサ電流検
出回路５１により検出されるＡ／Ｆ出力は、電流検出抵
抗５１ａ，５１ｂの両抵抗値の和「Ｒ１１＋Ｒ１２」に
より検出されるものとなる。

【０１０３】また、ステップ１１２が否定判別された場
合、ＣＰＵ２１は、ステップ１１４でスイッチ回路５２
を電圧Ｖｃ側に接続させる。これにより、電圧フォロア
１７の入力電圧Ｖｆが電圧Ｖｃとなり、このＶｃ値がＡ
／Ｆ出力としてエンジン制御ＥＣＵ４０内のＡ／Ｄ変換
器４１に出力される。このとき、センサ電流検出回路５
１により検出されるＡ／Ｆ出力は、電流検出抵抗５１ａ
の抵抗値「Ｒ１１」により検出されるものとなる。

【０１０４】以上詳述した本実施の形態によれば、上記
第１の実施の形態と同様に、空燃比検出装置の出力電圧
を、Ａ／Ｄ変換器４１が読み取り可能な電圧範囲で規制
しつつ、空燃比の高い検出精度が得られる。従って、広
域な空燃比検出範囲が要求される際にも、空燃比を精度
良く検出することができる等の効果が得られる。その結
果、ストイキ制御とリーンバーン制御とが併用される空
燃比制御システムにおいて、リーンバーン制御時におけ
る空燃比の検出精度を確保しつつ、ストイキ近傍での空
燃比の検出精度を向上させることができる。

【０１０５】また特に、本実施の形態では、センサ電流
検出回路５１を３つの電流検出抵抗５１ａ，５１ｂ，５
１ｃにて構成したため、２つの電流検出抵抗にて構成し
ていた第１の実施の形態に比べて、より一層精密な空燃
比検出が可能となる。なお本実施の形態においても、検
出精度が要求される空燃比点（例えば目標空燃比）をほ
ぼ中心とする複数の空燃比領域毎に抵抗値を切替えてい
るため、要求通りの空燃比検出が可能となる。

【０１０６】因みに、センサ電流検出回路の電流検出抵
抗を４つ以上設けると共に、抵抗値を切替えるための空
燃比領域を更に細分化してもよい。この場合、空燃比の
検出精度がより一層向上する。

【０１０７】（第３の実施の形態）本発明における第３
の実施の形態について、図１３を用いて説明する。図１
３は、本実施の形態における空燃比検出装置の概要を示
す回路図であり、同図の構成は基本的に前記第１の実施
の形態における図１と同様であるため、以下にはその相
違点のみを記載する。

【０１０８】図１３の構成では、センサ電流検出回路６
１とスイッチ回路６２とが増幅器１４ａの出力端子とＡ
／Ｆセンサ３０の端子２５との間に直列に接続されてい
る。センサ電流検出回路６１は、並列接続された２つの
電流検出抵抗６１ａ，６１ｂを備える。センサ電流Ｉｐ
を電圧信号として取り込む電圧フォロア１７の非反転入
力端子には、増幅器１４ａの出力端子とスイッチ回路６
２との間の点Ｆが接続されている。図の点Ｆの電圧Ｖｆ
は、Ａ／Ｄ変換器２２にも取り込まれる。

【０１０９】この場合、スイッチ回路６２が図示の如く
電圧Ｖｃ側に操作されると、電圧Ｖｃが電圧フォロア１
７の入力電圧Ｖｆとなる。つまり、空燃比に応じたセン
サ電流Ｉｐが電流検出抵抗６１ａにより検出されること
となり、このＩｐ相当の電圧Ｖｃが図の点Ｆを介して電
圧フォロア１７に入力される。また、スイッチ回路６２
が図示の位置から電圧Ｖｄ側に切替えられると、電圧Ｖ
ｄが電圧フォロア１７の入力電圧Ｖｆとなる。つまり、
電流検出抵抗６１ｂによりセンサ電流Ｉｐが検出される
こととなり、このＩｐ相当の電圧Ｖｄが図の点Ｆを介し
て電圧フォロア１７に入力される。

【０１１０】次に、前記スイッチ回路６２の切替え動作
について、実際の具体値を示しながら説明する。ここで
は、 ・ダイナミックレンジ内のストイキ近傍領域（Ａ／Ｆ＝
１２．８〜１８）と、 ・ストイキ近傍領域以外の空燃比領域（Ａ／Ｆ＝１２〜
１２．８，１８〜２５）と、の２つの領域について空燃
比の検出法を個々に説明する。なお本実施の形態では、
基準電圧Ｖａを「２．５Ｖ」、Ａ／Ｆ＝１８の時のセン
サ電流Ｉｐを「７ｍＡ」、Ａ／Ｆ＝２５の時のセンサ電
流Ｉｐを「２２ｍＡ」とする（図３のＶ−Ｉ特性参
照）。また、電流検出抵抗６１ａの抵抗値Ｒ２１を「１
１３Ω」、電流検出抵抗６１ｂの抵抗値Ｒ２２を「３５
７Ω」とする。

【０１１１】先ずストイキ近傍領域（Ａ／Ｆ＝１２．８
〜１８）内において、電圧Ｖｃ又は電圧Ｖｄが最大とな
る空燃比はＡ／Ｆ＝１８であり、このＡ／Ｆ＝１８の時
の電圧Ｖｃ，Ｖｄは、 Ｖｃ＝３．２９１Ｖ、 Ｖｄ＝４．９９９Ｖ となる。因みに、電圧Ｖｃは、センサ電流Ｉｐと電流検
出抵抗６１ａの抵抗値Ｒ２１との積に基準電圧Ｖａを加
算して求められ（Ｖｃ＝Ｉｐ・Ｒ２１＋Ｖａ）、電圧Ｖ
ｄは、センサ電流Ｉｐと電流検出抵抗６１ｂの抵抗値Ｒ
２２との積に基準電圧Ｖａを加算して求められる（Ｖｄ
＝Ｉｐ・Ｒ２２＋Ｖａ）。

【０１１２】上記電圧Ｖｃ，Ｖｄの値は、いずれもエン
ジン制御ＥＣＵ４０内のＡ／Ｄ変換器４１で扱うことが
できる電圧範囲内（０〜５Ｖ）であるため、どちらの値
もＡ／Ｄ変換器４１にて読み取ることができる。但し、
先にも記載した通り空燃比の検出精度を確保するには、
単位Ａ／Ｆ当たりの電圧値の幅を極力大きくするのが望
ましい。かかる場合、既述の通り電圧Ｖｄの方が電圧Ｖ
ｃよりも単位Ａ／Ｆ当たりの電圧値の幅が大きいため、
電圧Ｖｄの方が検出精度が良いと言える。このことは、
ストイキ近傍領域（Ａ／Ｆ＝１２．８〜１８）内であれ
ば何れのＡ／Ｆ値についても同様の傾向を呈する。つま
り、ストイキ近傍領域では、Ｖｄ値を電圧フォロア１７
の入力電圧Ｖｆとすることで、所望の空燃比の検出精度
が確保できるようになる（前記図４，図５を参照のこ
と）。電流検出抵抗の値は「Ｒ２２＝３５７Ω」（電流
検出抵抗６１ｂの値）であればよい。

【０１１３】一方、ストイキ近傍領域以外の空燃比領域
（Ａ／Ｆ＝１２〜１２．８，１８〜２５）内において、
電圧Ｖｃ又は電圧Ｖｄが最大となる空燃比はＡ／Ｆ＝２
５であり、このＡ／Ｆ＝２５の時の電圧Ｖｃ，Ｖｄは、 Ｖｃ＝４．９８６Ｖ、 Ｖｄ＝１０．３５４Ｖ となる。この場合、前記Ａ／Ｄ変換器４１の入力電圧範
囲が０〜５Ｖであるため、電圧Ｖｃは読み取ることがで
きるのに対し、電圧Ｖｄは読み取ることができない。従
って、同空燃比領域（Ａ／Ｆ＝１２〜１２．８，１８〜
２５）では、Ｖｃ値を電圧フォロア１７の入力電圧Ｖｆ
とする。つまり、電流検出抵抗の値は「Ｒ２１＝１１３
Ω」（電流検出抵抗６１ａの値）であればよい。

【０１１４】上記構成の空燃比検出装置では、基本的に
前記第１の実施の形態における図６のルーチンに従い空
燃比検出処理が実施される（主たる構成は、図６に準ず
るため、ここでは図示を省略する）。但し、図６との相
違点を挙げれば、本実施の形態では、センサ電流Ｉｐの
算出に際し（図６のステップ１０３）、次式が用いられ
る。

【０１１５】Ｉｐ＝（Ｖｆ−Ｖａ）／Ｒ２１ 又は、 Ｉｐ＝（Ｖｆ−Ｖａ）／Ｒ２２ つまり、センサ電流Ｉｐは、電圧Ｖｆと電圧Ｖａとの電
位差、並びに電流検出抵抗６１ａ（又は６１ｂ）の抵抗
値Ｒ２１（又はＲ２２）を用いて算出される。

【０１１６】以上詳述した本実施の形態では、上記第
１，第２の実施の形態と異なり、センサ電流検出回路６
１内の電流検出抵抗６１ａ，６１ｂを並列接続して構成
した。しかし、既述の実施の形態と同様に、広域な空燃
比検出範囲が要求される際にも、空燃比を精度良く検出
する等の効果が得られる。その結果、ストイキ制御とリ
ーンバーン制御とが併用される空燃比制御システムにお
いて、リーンバーン制御時における空燃比の検出精度を
確保しつつ、ストイキ近傍での空燃比の検出精度を向上
させることができる。

【０１１７】因みに、この第３の実施の形態の別例とし
て、センサ電流検出回路６１に互いに抵抗値が異なり且
つ各々が並列接続される電流検出抵抗を３つ以上設ける
と共に、電流検出抵抗の抵抗値を切替えるための空燃比
領域を更に細分化して具体化することも考えられる。こ
の場合、空燃比の検出精度がより一層向上する。

【０１１８】（第４の実施の形態）本発明における第４
の実施の形態について、図１４を用いて説明する。図１
４は、本実施の形態における空燃比検出装置の概要を示
す回路図であり、同図の構成は基本的に前記第１の実施
の形態における図１と同様であるため、以下にはその相
違点のみを記載する。

【０１１９】上記第１〜第３の実施の形態における空燃
比検出装置では、バイアス制御回路１０内にスイッチ回
路を設け、ＣＰＵ２１がその時々のセンサ電流Ｉｐに応
じてスイッチ回路を切り替えて電流検出抵抗の抵抗値を
可変に設定していた。そして、この切替え動作により空
燃比の検出精度を確保していた。これに対し、本実施の
形態の装置では、Ａ／Ｆセンサ３０に流れる電流の値
を、異なる電圧レベルの複数の検出信号（Ａ／Ｆ値）と
して出力させる。そして、複数の検出信号のうち、いず
れを採用するかをセンサ電流Ｉｐに応じてエンジン制御
ＥＣＵ４０内にて取捨選択させるようにしている。

【０１２０】図１４において、増幅器１４ａの出力端子
とＡ／Ｆセンサ３０の端子２５との間にはセンサ電流検
出回路１５が設けられている。図の点Ｃ，点Ｄにはそれ
ぞれ、電圧フォロア７１，７２の入力端子が接続されて
おり、これら電圧フォロア７１，７２には点Ｃ，点Ｄの
電圧Ｖｃ，Ｖｄが入力される。電圧フォロア７１，７２
の出力端子には、電圧ガード手段としてのクランプ回路
７３，７４を介してエンジン制御ＥＣＵ４０内のＡ／Ｄ
変換器４１が接続されている。クランプ回路７３は、定
電圧Ｖｃｃとグランドとの間に接続された一対のダイオ
ード７３ａ，７３ｂからなり、クランプ回路７４は、同
様に定電圧Ｖｃｃとグランドとの間に接続された一対の
ダイオード７４ａ，７４ｂからなる。これらクランプ回
路７３，７４は、電圧フォロア７１，７２の出力を定電
圧Ｖｃｃでガードする。

【０１２１】上記構成では、既述の実施の形態とは異な
り、スイッチ回路の切替え操作が不要であって、電圧Ｖ
ｃ，Ｖｄは常時、電圧フォロア７１，７２を介してエン
ジン制御ＥＣＵ４０に出力される。つまり、電流検出抵
抗１５ａ，１５ｂを流れるセンサ電流Ｉｐは、２つのＡ
／Ｆ信号（電圧Ｖｃ，Ｖｄ）として出力される。因み
に、前記第１の実施の形態と同様に、電流検出抵抗１５
ａの抵抗値Ｒ１は「１１３Ω」であり、電流検出抵抗１
５ｂの抵抗値Ｒ２は「２４４Ω」である。

【０１２２】かかる場合、エンジン制御ＥＣＵ４０は、
その時々の空燃比（センサ電流Ｉｐ）に応じて前記２つ
のＡ／Ｆ信号を択一的に選択する。具体的には、センサ
電流Ｉｐが「−７ｍＡ〜７ｍＡ」の場合、すなわちその
時の空燃比がストイキ近傍領域（Ａ／Ｆ＝１２．８〜１
８）にある場合、電圧ＶｄによりＡ／Ｆ値が検出され
る。また、センサ電流Ｉｐが「−７ｍＡ〜７ｍＡ以外」
の場合、すなわちその時の空燃比がストイキ近傍領域以
外の空燃比領域（Ａ／Ｆ＝１２〜１２．８，１８〜２
５）にある場合、電圧ＶｃによりＡ／Ｆ値が検出される
（詳細は、前記図４の特性図を参照のこと）。

【０１２３】以上第４の実施の形態では、上記各実施の
形態と同様に、広域な空燃比検出範囲が要求される際に
も、空燃比を精度良く検出することができ、本発明の目
的が達せられる。なお本実施の形態では、エンジン制御
ＥＣＵ４０が請求項記載の検出信号選択手段に相当す
る。この場合、センサ電流Ｉｐがストイキから離れるほ
ど、前記複数の検出信号（Ｖｃ，Ｖｄ）のうち、抵抗値
の小さい電気抵抗による検出信号を選択するとよい（電
流検出抵抗を３つ以上の抵抗体で構成する場合も同
様）。

【０１２４】また本実施の形態では、Ａ／Ｄ変換器４１
で読取り可能な所定の電圧範囲、すなわち０〜５Ｖの電
圧範囲にて電圧フォロア７１，７２の出力電圧を制限す
るためのクランプ回路７３，７４を設けた。この場合、
電圧フォロア７１，７２の出力電圧が常にＡ／Ｄ変換器
４１で読取り可能な電圧信号となり、Ａ／Ｄ変換器４１
に過電圧が入力されることが未然に防止できる。但し、
実施の形態としては、クランプ回路７１又は７２を省略
して具体化することも可能である。

【０１２５】（第５の実施の形態）次に、第５の実施の
形態について、図１５〜図１７を用いて説明する。本実
施の形態では、空燃比検出装置においてセンサ電流検出
回路の抵抗値を切り替えた際にその旨をエンジン制御Ｅ
ＣＵ４０に対して送信することを特徴とする。そしてこ
れにより、空燃比が異なっても出力電圧が同一となる場
合に、エンジン制御ＥＣＵ４０により正確な空燃比検出
が行えるようにしている。

【０１２６】図１５は、本実施の形態における空燃比検
出装置の概要を示す回路図である。図１５では、前記図
１との相違点として、エンジン制御ＥＣＵ４０にデジタ
ルポート４３が設けられ、このデジタルポート４３とＣ
ＰＵ２１とが信号線４４により接続されている。デジタ
ルポート４３は、ＣＰＵ２１から送信されるレンジ信号
に応じて「０」又は「１」の何れかの状態で保持され
る。

【０１２７】図１６は、ＣＰＵ２１により実施される空
燃比検出ルーチンの一部を示すものであって、前記図６
の処理の一部を変更したものである。図１６において、
ＣＰＵ２１は、ステップ１０６〜１０８において、セン
サ電流Ｉｐに応じてスイッチ回路１８を操作する。つま
り、Ｉｐ＝−７ｍＡ〜７ｍＡの場合、ＣＰＵ２１は、ス
イッチ回路１８を電圧Ｖｄ側に接続させ（ステップ１０
７）、Ｉｐ＜−７ｍＡ又はＩｐ＞７ｍＡの場合、スイッ
チ回路１８を電圧Ｖｃ側に接続させる（ステップ１０
８）。

【０１２８】スイッチ回路１８が電圧Ｖｄ側に接続され
る場合、ＣＰＵ２１は、ステップ２０１でレンジ信号を
「０」にクリアする。また、スイッチ回路１８が電圧Ｖ
ｃ側に接続される場合、ＣＰＵ２１は、ステップ２０２
でレンジ信号に「１」をセットする。

【０１２９】エンジン制御ＥＣＵ４０は、レンジ信号が
「０」か「１」かをデジタルポート４３の状態から判断
する。そして、レンジ信号＝０であれば、エンジン制御
ＥＣＵ４０は、ストイキ近傍領域（Ａ／Ｆ＝１２．８〜
１８）での空燃比検出が行われているとみなし、レンジ
信号＝１であれば、ストイキ近傍領域以外での空燃比検
出が行われているとみなす。

【０１３０】図１７は、本実施の形態における作用をよ
り具体的に示すタイムチャートであり、同図では、空燃
比がリッチ値（例えば、Ａ／Ｆ＝１３）からリーン値
（例えば、Ａ／Ｆ＝２５）に移行する際において、セン
サ電流Ｉｐ，Ａ／Ｆ出力電圧，レンジ信号の推移を示
す。なお、図の時刻ｔ１では空燃比がストイキに達し、
時刻ｔ２では空燃比が「１８」に達する。

【０１３１】時刻ｔ２以前は、Ｉｐ＝−７ｍＡ〜７ｍＡ
であるために、レンジ信号が「０」のまま保持される。
また、時刻ｔ２では、センサ電流ＩｐがＡ／Ｆ＝１８相
当の「７ｍＡ」になるため、レンジ信号が「１」に切り
替えられる。エンジン制御ＥＣＵ４０は、レンジ信号か
らスイッチ回路１８が操作されたことを検知する。これ
により、センサ出力電圧が同一値であっても、ストイキ
近傍領域とそれ以外の領域とで２通りのＡ／Ｆ値が検知
できる。

【０１３２】以上第５の実施の形態によれば、エンジン
制御ＥＣＵ４０による空燃比（Ａ／Ｆ値）の判定が正確
に実施できるようになる。その結果、エンジン制御ＥＣ
Ｕ４０は空燃比を正確に把握し、その空燃比に従い高精
度な空燃比制御が実施できる。

【０１３３】この第５の実施の形態の別例として、３つ
以上の電流検出抵抗を切り替える構成も考えられる。例
えば３つの電流検出抵抗を切り替える場合、センサ出力
電圧が同一値であっても、エンジン制御ＥＣＵ４０は、
レンジ信号に応じて空燃比領域毎に３通りのＡ／Ｆ値を
検知する。

【０１３４】（第６の実施の形態）次に、第６の実施の
形態を説明する。本実施の形態では、エンジン制御ＥＣ
Ｕ４０によりスイッチ回路１８の切り替えの指令を出
し、その指令を受けてＣＰＵ２１がスイッチ回路１８の
切り替え操作を実施する。

【０１３５】図１８は、エンジン制御ＥＣＵ４０により
実施されるタイマ割込みルーチンを示すフローチャート
である。図１８において、エンジン制御ＥＣＵ４０は、
先ずステップ３０１でリーン制御条件が成立するか否か
を判別する。このリーン制御条件とは、例えば、 ・Ａ／Ｆセンサ３０が活性状態にあること、 ・エンジンが定常運転されていること、 などを含む。

【０１３６】リーン制御条件が成立する場合、エンジン
制御ＥＣＵ４０はステップ３０２に進み、レンジ信号を
「１」とする。また、リーン制御条件が不成立の場合、
エンジン制御ＥＣＵ４０はステップ３０３に進み、レン
ジ信号を「０」とする。

【０１３７】一方、ＣＰＵ２１は、エンジン制御ＥＣＵ
４０にて操作されたレンジ信号に応じてスイッチ回路１
８の切り替えを行う。つまり、図１９に示す空燃比検出
ルーチンにおいて、ＣＰＵ２１は、ステップ４０１でレ
ンジ信号が「０」であるか否かを判別する。レンジ信号
＝０であれば、ＣＰＵ２１は、ステップ１０７でスイッ
チ回路１８を電圧Ｖｄ側に接続させる。このとき、スト
イキ近傍領域での空燃比検出が行われる。また、レンジ
信号＝１であれば、ＣＰＵ２１は、ステップ１０８でス
イッチ回路１８を電圧Ｖｃ側に接続させる。このとき、
リーンバーン領域での空燃比検出が行われる。

【０１３８】以上第６の実施の形態によれば、上記各実
施の形態と同様に、広域な空燃比検出範囲が要求される
際にも、空燃比を精度良く検出することができ、本発明
の目的が達せられる。なお本実施の形態では、図１８の
ステップ３０１が請求項記載の条件判定手段に相当し、
同処理のリーン制御条件が「電流検出抵抗の切り替え条
件」に相当する。本実施の形態においても、電流検出抵
抗を３つ以上設けて具体化することが可能である。

【０１３９】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて実現できる。上記各実施の形態では、エン
ジンの空燃比制御に際して、ストイキ制御か或いはリー
ン制御かに応じて電流検出抵抗の抵抗値を可変に設定し
ていたが、この構成を変更する。例えば空燃比制御の途
中に大気検出を実施しその検出結果からセンサ劣化を判
定する時に、電流検出抵抗の抵抗値を可変に設定する。
大気検出時には、空燃比が極リーンになり、センサ電流
Ｉｐが例えば「３６ｍＡ」になる。このとき、既述の各
実施の形態と同様に、Ａ／Ｄ変換器４１の処理範囲（０
〜５Ｖ）で空燃比を検出するには、電流検出抵抗の抵抗
値を「６９Ω」とする。抵抗値＝６９Ωとすることで、
例えば図１の電圧フォロア１７の入力電圧Ｖｆが、 Ｖｆ＝３６ｍＡ・６９Ω＋２．５Ｖ ＝４．９８４Ｖ となり、Ａ／Ｄ変換器４１が読み取り可能な電圧値とな
る。具体的には、エンジン制御ＥＣＵ４０が図２０の処
理を実施する。

【０１４０】つまり、図２０において、エンジン制御Ｅ
ＣＵ４０は、ステップ５０１で今現在、燃料カット（Ｆ
／Ｃ）中であるか否かを判別し、ＮＯであればステップ
５０２に進み、空燃比制御用の抵抗値により空燃比検出
を行う旨をＣＰＵ２１に対して指令する。このとき、Ｃ
ＰＵ２１は、エンジン制御ＥＣＵ４０からの指令を受け
てスイッチ回路の切り替え操作を実施する。

【０１４１】また、ステップ５０１がＹＥＳであれば、
エンジン制御ＥＣＵ４０はステップ５０３に進み、大気
検出用の抵抗値により空燃比検出を行う旨をＣＰＵ２１
に対して指令する。このとき、ＣＰＵ２１は、エンジン
制御ＥＣＵ４０からの指令を受けてスイッチ回路の切り
替え操作を実施する。その後、エンジン制御ＥＣＵ４０
は、ステップ５０４で大気検出を行い、続くステップ５
０５で前記検出した大気空燃比からＡ／Ｆセンサ３０の
劣化判定を実施する。一例として、予め分かっている大
気検出時のセンサ電流（判定値Ｉｔｈ）と、ステップ５
０４で検出されたセンサ電流Ｉｐとを比較し、Ｉｔｈ
値，Ｉｐ値が大きく相違すれば、センサ劣化の旨を判定
する。例えばＩｐ＜Ｉｔｈであれば、Ａ／Ｆセンサ３０
の電極やカバー３１の小孔３１ａが目詰まりしている、
或いは電極が剥がれているとして、センサ劣化の旨が判
定される。

【０１４２】以上の通り大気検出時においても、本発明
が有効に適用される。つまり、空燃比制御時及び大気検
出時の何れにおいても、高精度に空燃比（センサ電流Ｉ
ｐ）が検出できる。また、大気検出を行う装置におい
て、空燃比フィードバックの制御性に悪影響を及ぼすこ
ともない。

【０１４３】センサ電流検出回路の電流検出抵抗とし
て、その抵抗値を任意に変更可能な可変抵抗を用いる。
この場合、図２１の特性線Ｌ１に示すように、センサ電
流Ｉｐに応じて電流検出抵抗の抵抗値（Ω）を変化させ
ればよい。因みに図２１において、破線で示す特性線Ｌ
２は、前記図１１にて示す特性線と同じものであり、複
数の電流検出抵抗を切替える際には、その切替え点を特
性線Ｌ１上に設定すればよいことが分かる。従って、上
述したように、Ａ／Ｆ＝１８（Ｉｐ＝７ｍＡ），２２
（Ｉｐ＝１５．５ｍＡ）などのような抵抗切替え点以外
にも、図２１のＬ１線上において抵抗切替え点を任意に
設定してもよい。

【０１４４】上記各実施の形態では、基準電圧回路１１
にて生成される基準電圧Ｖａを「２．５Ｖ」としていた
が、この値を変更してもよい。例えば基準電圧Ｖａを
「２．５Ｖ」よりも小さくした場合には、前記図５，図
９，図２１に示す特性線が全体に図の右方にシフトする
ことになる。

【０１４５】また近年では、エンジンの気筒内（燃焼室
内）に直接燃料を噴射する、いわゆる直噴式エンジンが
具現化されつつあり、こうした直噴式エンジンでは、極
リーン領域（Ａ／Ｆ＝４０近傍）での空燃比制御が可能
となる。そこで、極リーン領域でのリーンバーン制御を
適用する空燃比制御システムにおいて、ダイナミックレ
ンジ（空燃比検出範囲）をＡ／Ｆ＝１２〜４０とし、こ
のダイナミックレンジ内で電流検出抵抗の抵抗値を可変
に設定する。なおこうした極リーン領域でのリーンバー
ン制御では、その目標空燃比が例えばＡ／Ｆ＝３７付近
に設定される。

【０１４６】具体的には、基準電圧Ｖａ（前記図１参
照）を「２．５Ｖ」、Ａ／Ｆ＝４０の時のセンサ電流Ｉ
ｐを「２８ｍＡ」とした場合、電流検出抵抗の抵抗値は
「８９Ω」とすればよい。すなわち、例えば図１に示す
電圧フォロア１７の入力電圧Ｖｆを、抵抗値＝８９Ωの
電流検出抵抗にて検出される電圧値とすればよい。かか
る場合、電圧フォロア１７の入力電圧Ｖｆは、 Ｖｆ＝２８ｍＡ・８９Ω＋２．５Ｖ ＝４．９９２Ｖ となり、Ａ／Ｄ変換器４１が読取り可能な電圧値とな
る。従って、例えば第１の実施の形態と同様に、電流検
出抵抗を切替える空燃比点を例えばＡ／Ｆ＝１２．８，
１８とすると共に、それに加えてＡ／Ｆ＝２５とする場
合、 ・Ａ／Ｆ＝１２．８〜１８では、電流検出抵抗の抵抗値
を「３５７Ω」に、 ・Ａ／Ｆ＝１２〜１２．８，１８〜２５では、電流検出
抵抗の抵抗値を「１１３Ω」に、 ・Ａ／Ｆ＝２５〜４０では、電流検出抵抗の抵抗値を
「８９Ω」に、すればよい。また上記のような極リーン
領域での制御は、前記第４の実施の形態のように、各空
燃比領域毎の複数の電圧信号をエンジン制御ＥＣＵ４０
に出力するような態様にも適用できる。

【０１４７】また、上記各実施の形態では、スイッチ回
路１８の切り替え操作をＣＰＵ２１により実施していた
が、これを変更する。例えば、Ａ／Ｆの必要精度に応じ
てエンジン制御ＥＣＵ４０内のＣＰＵ４２によりスイッ
チ回路１８の切り替え操作を実施する。

【０１４８】上記第１の実施の形態では、前記図８にお
いて定電流源１０１により定電流（所定の空燃比に相当
する理想のセンサ電流）を流してその時の電圧フォロア
１７の出力電圧から当該電圧値の調整を行ったが、図８
のように定電流源１０１を接続するのではなく、実際の
Ａ／Ｆセンサ３０を接続し、その状態で出力電圧の調整
を行うようにしてもよい。この場合、Ａ／Ｆセンサ３０
のバラツキ（個体差）も低減され、更なる高精度化が可
能となる。

【０１４９】また、上述した出力電圧の調整法（前記図
７，８で説明した方法）は、センサ電流検出回路の抵抗
値を可変に設定する装置のみに適用されるものではな
く、それ以外の空燃比検出装置にも広く適用できる。要
は、センサ電流を電圧値に変換して出力する空燃比検出
装置において、基準電圧を生成するための分圧抵抗をト
リミングして出力電圧を調整するものであればよい。こ
の出力電圧の調整法によれば、今後、リーンバーンシス
テムや直噴エンジンの導入や排ガス規制の強化等が行わ
れても、精度の良い空燃比制御装置が提供できるように
なる。

【０１５０】上記各実施の形態では、Ａ／Ｆセンサ３０
への印加電圧をバイアス制御回路１０にて可変に制御す
る構成を採用していたが、Ａ／Ｆセンサ３０への印加電
圧を固定値としてもよい。例えば図１に示す構成におい
て、ＣＰＵ２１、Ａ／Ｄ変換器２２及びＤ／Ａ変換器２
３を省略し、スイッチ回路１８の切替え操作をエンジン
制御ＥＣＵ４０により実施する（この場合、エンジン制
御ＥＣＵ４０が請求項記載の抵抗値可変設定手段に相当
する）。

【０１５１】上記各実施の形態では、Ａ／Ｆセンサ３０
の大気側電極層３７に接続される端子２５側にのみ、セ
ンサ電流検出回路を設けていたが、これを変更してもよ
い。例えば、Ａ／Ｆセンサ３０の外気ガス側電極層３６
に接続される端子２６側にセンサ電流検出回路を設けた
り、端子２５，２６の両側にセンサ電流検出回路を設け
たりしてもよい。要は、センサ電流Ｉｐが流れる電気経
路の途中にセンサ電流検出回路を設け、センサ電流検出
回路の電流検出抵抗にて異なる電圧レベルのＡ／Ｆ信号
が得られる構成であればよい。

【０１５２】上記各実施の形態では、１セル式の限界電
流式空燃比センサにて本発明を具体化して例示したが、
これを変更してもよい。例えば２セル式の空燃比センサ
にて具体化してもよい。こうした２セル式の空燃比セン
サでは、センサに供給されるポンピング電流に応じて空
燃比が検出される。また、コップ型のＡ／Ｆセンサに代
えて、積層型のＡ／Ｆセンサに具体化してもよい。

【０１５３】また、本発明は、空燃比センサを用いた空
燃比検出装置以外にも適用できる。つまり、ＮＯx ，Ｈ
Ｃ，ＣＯ等のガス濃度成分が検出可能なガス濃度センサ
を用いたガス濃度検出装置に適用できる。当該他のガス
濃度検出装置においても、上記各実施の形態と同様の手
法を用いることで、広域なガス濃度検出範囲が要求され
る際にガス濃度の検出精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における空燃比検出装置の概
要を示す回路図。

【図２】Ａ／Ｆセンサの概略構成を示す断面図。

【図３】Ａ／ＦセンサのＶ−Ｉ特性を示すグラフ。

【図４】空燃比毎の出力電圧特性を示すグラフ。

【図５】第１の実施の形態において、センサ電流と電流
検出抵抗との関係を示すグラフ。

【図６】第１の実施の形態において、空燃比検出ルーチ
ンを示すフローチャート。

【図７】空燃比検出装置の出力電圧の誤差を示すグラ
フ。

【図８】空燃比検出装置の出力電圧を調整するための装
置を示す図。

【図９】第２の実施の形態において、空燃比検出装置の
概要を示す回路図。

【図１０】第２の実施の形態において、空燃比毎の出力
電圧特性を示すグラフ。

【図１１】第２の実施の形態において、センサ電流と電
流検出抵抗との関係を示すグラフ。

【図１２】第２の実施の形態において、空燃比検出ルー
チンを示すフローチャート。

【図１３】第３の実施の形態において、空燃比検出装置
の概要を示す回路図。

【図１４】第４の実施の形態において、空燃比検出装置
の概要を示す回路図。

【図１５】第５の実施の形態において、空燃比検出装置
の概要を示す回路図。

【図１６】第５の実施の形態において、空燃比検出ルー
チンの一部を示すフローチャート。

【図１７】第５の実施の形態において、その作用を説明
するためのタイムチャート。

【図１８】第６の実施の形態において、エンジン制御Ｅ
ＣＵによるタイマ割込みルーチンを示すフローチャー
ト。

【図１９】第６の実施の形態において、空燃比検出ルー
チンの一部を示すフローチャート。

【図２０】他の実施の形態において、センサ劣化判定の
処理を示すフローチャート。

【図２１】他の実施の形態において、センサ電流と電流
検出抵抗との関係を示すグラフ。

【図２２】従来技術において、空燃比検出装置の概要を
示す回路図。

【図２３】空燃比毎の出力電圧特性を示すグラフ。

【符号の説明】

１５…センサ電流検出回路、１５ａ，１５ｂ…電流検出
抵抗、１７…電圧信号出力手段を構成する電圧フォロ
ア、１８…抵抗値可変設定手段を構成するスイッチ回
路、２１…抵抗値可変設定手段を構成するＣＰＵ、３０
…ガス濃度センサとしてのＡ／Ｆセンサ（限界電流式空
燃比センサ）、４０…検出信号選択手段，条件判定手段
を構成するエンジン制御ＥＣＵ、４１…信号処理装置を
構成するＡ／Ｄ変換器、５１，６１…センサ電流検出回
路、５１ａ，５１ｂ，６１ａ，６１ｂ…電流検出抵抗、
５２，６２…スイッチ回路、７１，７２…電圧信号出力
手段を構成する電圧フォロア、７３，７４…電圧ガード
手段を構成するクランプ回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川瀬 友生 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 長谷田 哲志 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電圧印加時に被検出ガスのガス濃度に対応
   した電流信号を出力するガス濃度センサを用い、該セン
   サから出力される電流信号を電圧信号に変換して、その
   変換後の電圧信号を所定の電圧範囲で読取り可能な信号
   処理装置に出力するガス濃度検出装置であって、 前記ガス濃度センサに流れる電流の値を検出する電流検
   出抵抗と、 前記電流検出抵抗により検出された電流値をガス濃度に
   応じた電圧信号として出力する電圧信号出力手段と、 前記ガス濃度センサに流れる電流の値を取り込み、該取
   り込んだ電流値に応じて前記電流検出抵抗の抵抗値を可
   変に設定する抵抗値可変設定手段とを備えることを特徴
   とするガス濃度検出装置。
2. 【請求項２】前記電流検出抵抗をその抵抗値が既知の複
   数の抵抗にて構成し、 前記抵抗値可変設定手段は、前記ガス濃度センサの電流
   値に応じて前記電圧信号出力手段に接続される抵抗を適
   宜選択して切り替える請求項１に記載のガス濃度検出装
   置。
3. 【請求項３】前記抵抗値可変設定手段は、検出された被
   検出ガスのガス濃度が大きくなるほど、前記電流検出抵
   抗の抵抗値を小さい値に設定する請求項１又は請求項２
   に記載のガス濃度検出装置。
4. 【請求項４】前記抵抗値可変設定手段は、特にガス濃度
   の検出精度が要求されるガス濃度点を基準に複数の検出
   領域を区分し、各領域毎に抵抗値を切り替える請求項１
   〜請求項３のいずれかに記載のガス濃度検出装置。
5. 【請求項５】ガス濃度に対応した電圧信号を出力する外
   部装置に対し、前記抵抗値可変設定手段による抵抗値切
   り替えの旨を送信する請求項１〜請求項４のいずれかに
   記載のガス濃度検出装置。
6. 【請求項６】電圧印加時に被検出ガスのガス濃度に対応
   した電流信号を出力するガス濃度センサを用い、該セン
   サから出力される電流信号を電圧信号に変換して、その
   変換後の電圧信号を所定の電圧範囲で読取り可能な信号
   処理装置に出力するガス濃度検出装置であって、 前記ガス濃度センサに流れる電流の値を検出し、異なる
   電圧レベルの複数の検出信号を出力するための電流検出
   抵抗と、 前記電流検出抵抗により検出された電流値をガス濃度に
   応じた電圧信号として出力する電圧信号出力手段と、 前記ガス濃度センサに流れる電流の値を取り込み、該取
   り込んだ電流値に応じて前記電流検出抵抗による複数の
   検出信号のうち、いずれを採用するかを取捨選択する検
   出信号選択手段とを備えることを特徴とするガス濃度検
   出装置。
7. 【請求項７】請求項６に記載のガス濃度検出装置におい
   て、 前記検出信号選択手段は、検出された被検出ガスのガス
   濃度が大きくなるほど、前記電流検出抵抗による複数の
   検出信号のうち、抵抗値の小さい電気抵抗による検出信
   号を選択するガス濃度検出装置。
8. 【請求項８】請求項６又は請求項７に記載のガス濃度検
   出装置において、 前記信号処理装置で読取り可能な所定の電圧範囲にて、
   前記変換後の電圧信号を制限するための電圧ガード手段
   を備えるガス濃度検出装置。
9. 【請求項９】電圧印加時に被検出ガスのガス濃度に対応
   した電流信号を出力するガス濃度センサを用い、該セン
   サから出力される電流信号を電圧信号に変換して、その
   変換後の電圧信号を所定の電圧範囲で読取り可能な信号
   処理装置に出力するガス濃度検出装置であって、 前記ガス濃度センサに流れる電流の値を検出する電流検
   出抵抗と、 前記電流検出抵抗により検出された電流値をガス濃度に
   応じた電圧信号として出力する電圧信号出力手段と、 前記電流検出抵抗の切り替え条件を判定する条件判定手
   段と、 前記切り替え条件の判定結果に応じて電流検出抵抗の抵
   抗値を可変に設定する抵抗値可変設定手段とを備えるこ
   とを特徴とするガス濃度検出装置。
10. 【請求項１０】請求項９に記載のガス濃度検出装置にお
    いて、 空燃比リーン領域でのリーンバーンを実施する内燃機関
    に適用され、前記条件判定手段は、前記内燃機関のリー
    ンバーンが実施されているかどうかにより条件判定を行
    うガス濃度検出装置。
11. 【請求項１１】前記抵抗値可変設定手段は、前記電流検
    出抵抗の抵抗値を切り替えるためのスイッチ回路を備
    え、 センサ電流が流れる経路にではなく前記電圧信号出力手
    段の入力側に、前記スイッチ回路が設けられる請求項１
    〜請求項１０のいずれかに記載のガス濃度検出装置。
12. 【請求項１２】請求項１〜請求項１１のいずれかに記載
    のガス濃度検出装置を製造するための製造方法であっ
    て、 前記電圧信号出力手段による出力電圧を監視しつつ、前
    記ガス濃度センサに印加される基準電圧を生成するため
    の複数の分圧抵抗をトリミングして出力電圧を調整する
    ガス濃度検出装置の製造方法。
13. 【請求項１３】電圧印加時に被検出ガスのガス濃度に対
    応した電流信号を出力するガス濃度センサを用い、該セ
    ンサから出力される電流信号を電圧信号に変換して、そ
    の変換後の電圧信号を所定の電圧範囲で読取り可能な信
    号処理装置に出力するガス濃度検出装置の製造方法であ
    って、 前記電圧信号出力手段による出力電圧を監視しつつ、前
    記ガス濃度センサに印加される基準電圧を生成するため
    の複数の分圧抵抗をトリミングして出力電圧を調整する
    ことを特徴とするガス濃度検出装置の製造方法。