JPS5883241A - 酸素濃度センサ内蔵ヒ−タの制御装置 - Google Patents

酸素濃度センサ内蔵ヒ−タの制御装置

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JPS5883241A
JPS5883241A JP56181006A JP18100681A JPS5883241A JP S5883241 A JPS5883241 A JP S5883241A JP 56181006 A JP56181006 A JP 56181006A JP 18100681 A JP18100681 A JP 18100681A JP S5883241 A JPS5883241 A JP S5883241A
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JP
Japan
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heater
electric power
sensor element
oxygen concentration
power
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Application number
JP56181006A
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English (en)
Inventor
Hiromasa Kubo
博雅 久保
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4067Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte

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  • Pathology (AREA)
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関の空燃比制御に使用される酸素濃度
センサにおいて、機関の排気経路に設置されたセンサ素
子を加熱して該センサ素子の活性化を促進するためのヒ
ータの発熱量をセンサ素子が必要とする熱量に応じて適
切に制御する酸素濃度センサ内蔵ヒータの制御装置に関
するものである。
ヒータ内蔵酸素濃度センサの代表的な例(特公昭55−
33547)を第1図および第2図に示す。図中、■は
酸素濃度検知用センサ素子、2はセラミックヒータ、3
はその発熱部である印刷抵抗体、4は温度補償素子(サ
ーミスタ)、5はリード線、6はセラミック絶縁管、7
は充填材、8は封止材、9はホルダ、10は保護ルーパ
、11は酸素濃度センサが取付けられる機関の排気マニ
ホールドである。
第1図の例は、雰囲気の酸素分圧と温度に依存して電気
抵抗値か変化する二酸化チタン等の金属酸化物の焼結体
からなるセンサ素子1をセラミックヒータ2によって囲
まれた絶縁管6の先端凹部に配置し、排気ガス中の酸素
濃度をセンサ素子1の抵抗変化により検知するもので、
雰囲気温度にのみ依存して電気抵抗値が変化する温度補
償素子4をセンサ素子1に隣接して配置し、この温度補
償素子4をセンサ素子1と直列に接続して、センサ素子
の温度依存性を補償している。
第2図の例は、センサ素子1として内外両面にそれぞれ
白金電極(図示せず)が設けられたるつぼ形の酸化ジル
コニウム焼結体を用い、その内面が接する大気中の酸素
分圧とその外面が接する排気ガス中の酸素分圧との比に
応じてセンサ素子1に発生する起電力により排気ガス中
の酸素濃度を検知するもので、センサ素子1はその内側
に位置するセラミックヒータ2により加熱されるように
なっている。
従来、第1図、第2図のいずれの酸素濃度センサにおい
ても内蔵ヒータへの電力の供給は第3図に示すような回
路構成によって行なわれ、機関始動時にスタータスイッ
チ12がONになると、空燃比制御装置の制御回路13
からの信号によってヒータスイッチI4かONになり、
機関始動時ばかりでなく暖機後もヒータ2に電源15か
ら一定の加熱用電力が供給されていた。
第4図は酸素濃度センサのヒータに供給される電力によ
ってセンサ素子温度か変化する様子を示す図、第5図は
この時のセンサ出力特性を示す図である。これらの図に
見られるように、センサ素子は5W程度の小電力でも5
分位で出カ一定の定常状態となるが、実際にはそれをは
るかに上回る電力(たとえば15W)をヒータに供給し
てセンサ出力の立ち上がりを早めている。
しかし、このような従来の構成では、排気温度の上昇に
よりセンサ素子かヒータによる加熱をそれほど必要とし
なくなった機関暖機後も機関始動時と同様に大電力がヒ
ータに供給されるため、電力を無用に消費し、機関によ
り駆動されるオルタネータの負荷を増大させて燃費悪化
の一因になるとともに、ヒータの寿命にも悪影響を与え
ていた。
本発明は上記の点にかんがみ、機関始動時には機関運転
中センサ素子を定常状態に維持するための必要最小限の
電力を上回る電力をヒータに供給し、所定時間の経過ま
たはセンサ素子の温度か所定温度に達したことを検知し
て、上記ヒータへの供給電力を機関運転中センサ素子を
定常状態に維持できるだけのより小さい電力に切替える
ようにスイッチ素子を作動させる制御回路を設けて、酸
素濃度センサ内蔵ヒータの電力消費の低減とヒータの長
寿命化を図ったものである。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第6図は本発明の一実施例を示す概要図である。
本例は急速加熱用電源16と常時加熱用電源17を別に
設けた場合で、急速加熱用電源16はパワートランジス
タ1βとダイオード20を介して酸素濃度センサ内蔵ヒ
ータ2に接続され、常時加熱用電源17はパワートラン
ジスタ19とダイオード21を介して酸素濃度センサ内
蔵ヒータ2に接続されるようになっており、パワートラ
ンジスタ18.19は電源切替用のスイッチ素子として
作用する。
制御回路22は、本例では演算処理部(CPU )23
、メモリ24、I10ユニット25を主体とするマイク
ロコンピュータで構成されており、イグニッションスイ
ッチ26、スタータスイッチ27、機関回転数センサ2
8からの信号を入力して演算処理し、I10ユニット2
5の出カポ−) Pr 、 Pzに抵抗29.30を介
して接続されたパワートランジスタ18.19(7)ベ
ースにON、OFF信号を与える。
演算処理部23はメモリ24に記憶されたプログラムに
従って次のような制御を行なう。第7図のフローチャー
トを参照して説明すると、(31)でイグニッションス
イッチ26の状態を、(32)でスタータスイッチ27
の状態を、(33)で機関回転数をそれぞれチェックす
る。イグニッションスイッチ26かONの状態でもスタ
ータスイッチ27かOFFのときは、(34)のように
I10ユニット25の出力ボートP、、P2をOFFレ
ベルとする。したがってパワートランジスタ18.19
もOFFで、ヒータ2には電−力が供給されない。スタ
ータスイッチ27がONになり、機関回転数が設定値(
本例では10rpm)を越えると、(35)でI10ユ
ニット25の出力ポートP1をONレベル、P2をOF
Fレベルとする。この時、パワートランジスタ18はO
N1パワートランジスタ19はOFFになるため、ヒー
タ2には急速加熱用電源16から電圧V+か印加される
。これにより、センサ素子を大電力(たとえば15W)
で加熱して、センサ素子かできるだけ早(定常状態とな
るようにヒータ2の抵抗値および電圧■lを設定してお
(機関始動後、つまりスタータスイッチ27がONにな
り、機関回転数か設定値を越えた時点からの経過時間を
(36) 、 (37)のディジタルクロックにより計
測し、所定時間(たとえば3分)経過後、(38)で1
/10ユニツト25の出カポ−h Pr をOFFレベ
ル。
出カポ−) P2をONレベルとする。これにより、パ
ワートランジスタ18かOFF、パワートランジスタ】
9がONとなり、ヒータ2には常時加熱用電源17から
電圧■2が印加される。この時、センサ素子は第4,5
図の曲線(3)で示すように既に所定温V2はヒータ消
費電力が機関運転中センサ素子を定常状態に維持できる
だけのより低い値(たとえば5W)となるように設定し
て、不必要な電力消費を抑える。
(39) 、 (40)は、機関回転数が設定値以下に
なった時、■/10ユニット25の出力ポートP、 、
 P2をOFFレベルにもどすステップである。
以上のプログラムは、酸素濃度センサの出力に基づいて
空燃比制御を行なう電子制御燃料噴射装置の制御プログ
ラムの一部に組み込むことかできる。
第8図は本発明の他の実施例を示す概要図である。本例
は、加熱用電源41と酸素濃度センサ内蔵ヒータ2の間
に設けたパワートランジスタ42を制御回路22のI/
10ユニット25に内蔵した発振器からの信号によって
周期的にON、OFF動作させ、通電時間のデユーティ
比を変えることにより、一つの電源で加熱用電力の大小
切替を行なうものである。第9図はその動作説明図で、
制御回路22のメモリ24に組み込まれた前記実施例と
同様なプログラムにおいて、I10ユニット25の出力
ポートPから送出する信号を、機開始動時にはトランジ
スタ42かデユーティA、すなわち電圧Vで1.時間通
電、t2時間非通電のパターンで作動し、ヒータへノ印
加電圧が前記実施例のVI相当の平均電圧になるように
設定し、所定時間経過後はトランジスタ42が通電時間
tlをデユーティAより短くしたデユーティBで作動し
、ヒータ印加電圧が前記実施例の■2相当の平均電圧に
なるように設定する。このようにしても前記実施例と同
様の作用効果が得られ、コスト的には本実施例の方が有
利である。
上記各実施例では、機関始動後センサ素子か定常状態と
なるまでの時間を設定し、所定時間の経過を検知して加
熱用電力を小電力に切替えているか、酸素濃度センサの
素子温度が所定温度に達したことを温度センサにより直
接検知して加熱用電力の切替を行なってもよい。
以上説明したように本発明によれば、酸素濃度センサの
素子温度、排気温度ともに低い機開始動時にはセンサ素
子を大電力で急速に加熱し、排気温度が十分高くなった
機関暖機後はセンサ素子を定常状態に維持できる程度に
ヒータ消費電力を下げ、不必要な電力消費とヒータの過
度の温度上昇を抑えることができるので、空燃比制御に
必要な酸素濃度センサの出力特性を損うことなく機関運
転中のオルタネータの負荷を軽減して燃費を改善できる
とともに、ヒータの長寿命化が図れるという効果かある
【図面の簡単な説明】
第1図は酸素濃度センサの一例を示す図で、(a)は−
布切断した側面図、(b)はルーバを除いた端面図、第
2図は酸素濃度センサの他の例を示す側断面図、第3図
は従来の酸素濃度センサ内蔵ヒータ制御装置の概要図、
第4図はヒータ供給電力によってセンサ素子温度か変化
する様子を示す図、第5図はこの時のセンサ出力特性を
示す図、第6図は本発明の一実施例を示す概要図、第7
図は本発明の一実施例における制御プログラムのフロー
チャート、第8図は本発明の他の実施例を示す概要図、
第9図はその動作説明図である。 1:酸素濃度検知用センサ素子 2:ヒータ 16、17.41 :加熱用電源 18、19.42 :スイッチ素子であるパワートラン
ジスタ 22:制御回路 代理人弁理士 中村純之助 1F8図 オ9図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)内燃機関の排気経路内に設置された酸素濃度検知
    用センサ素子を加熱して該センサ素子の活性化を促進す
    るためのヒータを内蔵した酸素濃度センサにおいて、上
    記ヒータを加熱用電源に接続するスイッチ素子と、機関
    始動時には機関運転中センサ素子を定常状態に維持する
    ための必要最小限の電力を上回る電力を上記ヒータに供
    給し、所定時間の経過またはセンサ素子の温度か所定温
    度に達したことを検知して、上記ヒータへの供給電力を
    機関運転中センサ素子を定常状態に維持できるだけのよ
    り小さい電力に切替えるように上記スイッチ素子を作動
    させる制御回路とを具備したことを特徴とする酸素濃度
    センサ内蔵ヒータの制御装置。
  2. (2)前記ヒータへ電力を供給する加熱用電源か一つで
    、かつ電源からの供給電力のON、OFFをデユーティ
    比の変化で制御するようにしたことを特徴とする特許請
    求の範囲(1)項記載の酸素濃度センサ内蔵ヒータの制
    御装置。
JP56181006A 1981-11-13 1981-11-13 酸素濃度センサ内蔵ヒ−タの制御装置 Pending JPS5883241A (ja)

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