JPS60169751A - 酸素センサのヒ−タ制御装置 - Google Patents
酸素センサのヒ−タ制御装置Info
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- JPS60169751A JPS60169751A JP59024757A JP2475784A JPS60169751A JP S60169751 A JPS60169751 A JP S60169751A JP 59024757 A JP59024757 A JP 59024757A JP 2475784 A JP2475784 A JP 2475784A JP S60169751 A JPS60169751 A JP S60169751A
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は、エンジンの空燃比制御装置に用いられる酸素
センサのヒータ制御装置に関する。
センサのヒータ制御装置に関する。
（従来技術）
近時、エンジンの吸入混合気の空燃比を精度よく目標値
に制御するために、排気系に酸素センサを設けて、空燃
比と相関関係をもつ排気中の酸素濃度に応じて燃料供給
量をフィードバック制御している。
に制御するために、排気系に酸素センサを設けて、空燃
比と相関関係をもつ排気中の酸素濃度に応じて燃料供給
量をフィードバック制御している。
このような酸素センサでは素子部を加熱するヒータが設
けられており、このようなものとしては、例えば特開［
５６−５４３４６号公報に記載されたものが知られてい
る。この装置は、排気温度をエンジン負荷の瞬時値より
推定しヒータに供給する電流を該エンジン負荷に応じて
２段階に制御して、酸素センサの温度が負荷によって大
きく変動しないようにしている。しかしながら、エンジ
ン負荷の瞬時値は、実際にはそのときの排気温度と流速
を表わすものではなく、その−次遅れ信号がそのときの
排気温度と流速に略近似したものとなる。したがって、
上述した従来の装置では酸素センサの温度を運転状態に
対応して精密に制御することが困難であった。
けられており、このようなものとしては、例えば特開［
５６−５４３４６号公報に記載されたものが知られてい
る。この装置は、排気温度をエンジン負荷の瞬時値より
推定しヒータに供給する電流を該エンジン負荷に応じて
２段階に制御して、酸素センサの温度が負荷によって大
きく変動しないようにしている。しかしながら、エンジ
ン負荷の瞬時値は、実際にはそのときの排気温度と流速
を表わすものではなく、その−次遅れ信号がそのときの
排気温度と流速に略近似したものとなる。したがって、
上述した従来の装置では酸素センサの温度を運転状態に
対応して精密に制御することが困難であった。
そこで、本発明の出願人は先に「酸素センサのヒータ制
御装置」 （特願昭５７−１９８２１５号参照）を出願
しており、第１図のように示される。第１図において、
１は酸素センサであり、酸素センサ１は酸素濃度に応し
て起電力を発生する一種の酸素濃淡電池の原理を応用し
たもので、起電力を表わす電源２と内部抵抗３および後
述するヒータ４により示される。すなわち、酸素センサ
１は、酸素イオン伝導性の固体電解室を挾さんで、一方
に基準電極、他方に酸素電極を有している。これらの各
電極間には排気中の酸素濃度に応じて Ｅ＝ （ＲＴ／４Ｆ＞ ・Ａｎ （Ｐａ／Ｐｂ）但し、
Ｒ：気体定数、 Ｔ：絶対温度、 Ｆ：ファラディ定数、 Ｐａ：基準電極の酸素分圧、 Ｐｂ：酸素電極の酸素分圧（排気ガ スの有する酸素分圧）、 なるネルンストの式によって表わされる起電力Ｅが発生
する。この起電力Ｅは、所定の空燃比を境として希薄側
から過濃側に切り換わったとき、プラス側へ大きく急変
化する。これらの基準電極、酸素電極および固体電解質
は全体として排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出
用素子部５（以下、素子部という）を構成しており、こ
の素子部５により検出された酸素濃度は酸素センサ１の
出力Ｖｓとして空燃比制御手段６に出力されている。こ
の出力Ｖｓは酸素センサ１の温度が変化すると、急変化
する空燃比の値が変化する。そこで、酸素センサ１の温
度を調整するようにヒータ４が設けられており、ヒータ
４は素子部５の近傍に配設され該素子部５を加熱してそ
の活性状態（詳しくは固体電解質の活性状態）を適切に
維持している。ヒータ４にはヒータ制御手段７からヒー
タ電圧ｖｈが供給されており、ヒータ制御手段７はエン
ジン状態検出手段８からの信号に基づいてヒータ４に供
給する電圧ｖｈを制御している。エンジン状態検出手段
８は排気温度と相関関係をもつエンジンの運転状態を検
出しており、水温センサ９とエアフローメータ１０によ
り構成されている。
御装置」 （特願昭５７−１９８２１５号参照）を出願
しており、第１図のように示される。第１図において、
１は酸素センサであり、酸素センサ１は酸素濃度に応し
て起電力を発生する一種の酸素濃淡電池の原理を応用し
たもので、起電力を表わす電源２と内部抵抗３および後
述するヒータ４により示される。すなわち、酸素センサ
１は、酸素イオン伝導性の固体電解室を挾さんで、一方
に基準電極、他方に酸素電極を有している。これらの各
電極間には排気中の酸素濃度に応じて Ｅ＝ （ＲＴ／４Ｆ＞ ・Ａｎ （Ｐａ／Ｐｂ）但し、
Ｒ：気体定数、 Ｔ：絶対温度、 Ｆ：ファラディ定数、 Ｐａ：基準電極の酸素分圧、 Ｐｂ：酸素電極の酸素分圧（排気ガ スの有する酸素分圧）、 なるネルンストの式によって表わされる起電力Ｅが発生
する。この起電力Ｅは、所定の空燃比を境として希薄側
から過濃側に切り換わったとき、プラス側へ大きく急変
化する。これらの基準電極、酸素電極および固体電解質
は全体として排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出
用素子部５（以下、素子部という）を構成しており、こ
の素子部５により検出された酸素濃度は酸素センサ１の
出力Ｖｓとして空燃比制御手段６に出力されている。こ
の出力Ｖｓは酸素センサ１の温度が変化すると、急変化
する空燃比の値が変化する。そこで、酸素センサ１の温
度を調整するようにヒータ４が設けられており、ヒータ
４は素子部５の近傍に配設され該素子部５を加熱してそ
の活性状態（詳しくは固体電解質の活性状態）を適切に
維持している。ヒータ４にはヒータ制御手段７からヒー
タ電圧ｖｈが供給されており、ヒータ制御手段７はエン
ジン状態検出手段８からの信号に基づいてヒータ４に供
給する電圧ｖｈを制御している。エンジン状態検出手段
８は排気温度と相関関係をもつエンジンの運転状態を検
出しており、水温センサ９とエアフローメータ１０によ
り構成されている。
水温センサ９は冷却水温Ｔｗを検出しており、エアフロ
ーメーク１０は吸入空気量Ｑａを検出している。これら
の信号ＴＷ％ Ｑａはヒータ制御手段７に入力されてお
り、ヒータ制御手段７は一次遅れ回路１１、比較Ｗｌｒ
１２．１３．１４、オアゲートＯＲＩ、トランジスタＱ
ｌ、Ｑ２および抵抗Ｒ１〜Ｒ４により構成されている。
ーメーク１０は吸入空気量Ｑａを検出している。これら
の信号ＴＷ％ Ｑａはヒータ制御手段７に入力されてお
り、ヒータ制御手段７は一次遅れ回路１１、比較Ｗｌｒ
１２．１３．１４、オアゲートＯＲＩ、トランジスタＱ
ｌ、Ｑ２および抵抗Ｒ１〜Ｒ４により構成されている。
−次遅れ回路１１は抵抗Ｒ５とコンデンサＣ１により構
成され、吸入空気量Ｑａを平均化してその一次遅れ信号
Ｑａを比較器１２．１３の各マイナス端子に出力する。
成され、吸入空気量Ｑａを平均化してその一次遅れ信号
Ｑａを比較器１２．１３の各マイナス端子に出力する。
比較器１２．１３の各プラス端子には基準値■□、ｖ２
（但し、Ｖ ｒ 〈Ｖ２ ）がそれぞれ入力されてお
り、これらの基準値Ｖ ｌ 、Ｖ２は一次遅れ信号Ｑａ
の所定値にそれぞれ対応した値に設定される。したがっ
て、比較器１２はＱａ＜Ｖ、のとき（Ｈ）となりＱａ＞
Ｖ、のとき〔Ｌ〕となる信号Ｓ、を出力し、比較器１３
は５１＜Ｖ２のとき（Ｈ）となりＱａ〉■２のとき（Ｌ
〕となる信号Ｓ２を出力する。一方、前記比較器１４の
マイナス端子には水温信号Ｔｗが、プラス端子には基準
値ｖ３がそれぞれ入力されており、基準値ｖ３は所定水
温（例えば、’ｌ’ ｗ ＝７０℃）に対応した値に設
定される。したがって、比較器１４は７ｗ＜Ｖ３のとき
（Ｈ）となりＴｗ〉■、のとき（Ｌ）となる信号ｓ３を
出力する。
（但し、Ｖ ｒ 〈Ｖ２ ）がそれぞれ入力されてお
り、これらの基準値Ｖ ｌ 、Ｖ２は一次遅れ信号Ｑａ
の所定値にそれぞれ対応した値に設定される。したがっ
て、比較器１２はＱａ＜Ｖ、のとき（Ｈ）となりＱａ＞
Ｖ、のとき〔Ｌ〕となる信号Ｓ、を出力し、比較器１３
は５１＜Ｖ２のとき（Ｈ）となりＱａ〉■２のとき（Ｌ
〕となる信号Ｓ２を出力する。一方、前記比較器１４の
マイナス端子には水温信号Ｔｗが、プラス端子には基準
値ｖ３がそれぞれ入力されており、基準値ｖ３は所定水
温（例えば、’ｌ’ ｗ ＝７０℃）に対応した値に設
定される。したがって、比較器１４は７ｗ＜Ｖ３のとき
（Ｈ）となりＴｗ〉■、のとき（Ｌ）となる信号ｓ３を
出力する。
信号ＳＩは抵抗Ｒ１を介してトランジスタＱ１のベース
に供給され、信号ｓ２、ｓ３はオアゲ−）ＯＲ１＃よび
抵抗Ｒ２の直列回路を介してトランジスタＱ２のベース
に供給される。したかって、ヒータ制御手段７は信号ｓ
１〜Ｓ、のレベルに応してトランジスタＱｌ、Ｑ２を０
Ｎ１０ＦＦＬ、暖機後（Ｖ、’＜７ｗ）の条件下で次の
表で示すようにヒータ電圧ｖｈを３段階に但し、ｖｈ、
＞ｖｈ、２ ＞ｖｈ３゜ 暖機前（Ｔｗ＜Ｖ３）はＱａの値に応じて条件Ｉまたは
■を選択する。
に供給され、信号ｓ２、ｓ３はオアゲ−）ＯＲ１＃よび
抵抗Ｒ２の直列回路を介してトランジスタＱ２のベース
に供給される。したかって、ヒータ制御手段７は信号ｓ
１〜Ｓ、のレベルに応してトランジスタＱｌ、Ｑ２を０
Ｎ１０ＦＦＬ、暖機後（Ｖ、’＜７ｗ）の条件下で次の
表で示すようにヒータ電圧ｖｈを３段階に但し、ｖｈ、
＞ｖｈ、２ ＞ｖｈ３゜ 暖機前（Ｔｗ＜Ｖ３）はＱａの値に応じて条件Ｉまたは
■を選択する。
これにより、排気温度や流速と相関性の良い一次遅れ信
号Ｑａに基づいて条件■〜■が択一的に選択され、ヒー
タ電圧ｖｈが３段階に調整されて酸素センサ１の温度が
適切に制御される。
号Ｑａに基づいて条件■〜■が択一的に選択され、ヒー
タ電圧ｖｈが３段階に調整されて酸素センサ１の温度が
適切に制御される。
ソシ゛ζ、このように適温に調整された酸素センサ１の
出力信号Ｖｓに基づいて空燃比制御手段６が図示しない
燃料供給手段（例えば、インジェクタ）の供給する燃料
供給量を制御して空燃比を目標空燃比に制御している。
出力信号Ｖｓに基づいて空燃比制御手段６が図示しない
燃料供給手段（例えば、インジェクタ）の供給する燃料
供給量を制御して空燃比を目標空燃比に制御している。
しかしながら、このような先願の酸素センサのヒータ制
御装置にあっては、吸入空気量と冷却水温に基づいて排
気温度を推定し、ヒータ電圧ｖｈを制御する構成となっ
ていたため、空燃比を理論空燃比以外、例えば理論空燃
比より希薄（リーン）な空燃比（以下、リーン空燃比と
いう）に幅広く制御する場合、第２図に示すように空燃
比の値により排気温度に差異が生じることから酸素セン
サの温度を精度よく所定温度に制御することが困難とな
るおそれがある。
御装置にあっては、吸入空気量と冷却水温に基づいて排
気温度を推定し、ヒータ電圧ｖｈを制御する構成となっ
ていたため、空燃比を理論空燃比以外、例えば理論空燃
比より希薄（リーン）な空燃比（以下、リーン空燃比と
いう）に幅広く制御する場合、第２図に示すように空燃
比の値により排気温度に差異が生じることから酸素セン
サの温度を精度よく所定温度に制御することが困難とな
るおそれがある。
したがって、酸素センサの活性状態が損なわれて空燃比
判断が不正確となり、空燃比制御の精度が低下するとい
う不具合の発生が予想される。
判断が不正確となり、空燃比制御の精度が低下するとい
う不具合の発生が予想される。
（発明の目的）
そこで本発明は、酸素センサの出力に基づいて空燃比を
検出し、現空燃比に応じてヒータへの供給電圧を補正す
ることにより、ヒータの発熱量を適切に制御して酸素セ
ンサの温度を雷に所定温度に維持し、空燃比制御の精度
を向上させることを目的としている。
検出し、現空燃比に応じてヒータへの供給電圧を補正す
ることにより、ヒータの発熱量を適切に制御して酸素セ
ンサの温度を雷に所定温度に維持し、空燃比制御の精度
を向上させることを目的としている。
（発明の構成）
本発明による酸素センサのヒータ制御装置は、その全体
構成図を第３図に示すように、エンジンの排気中の酸素
濃度を検出する酸素濃度検出用素子部と、供給される電
力により発熱して該素子部を加熱するヒータと、を有す
る酸素センサ２１．５１と、エンジンの運転状態を検出
するエンジン状態検出手段８と、酸素センサの出力Ｖｓ
に基づいて空燃比を検出する空燃比検出手段４１と、運
転状態および空燃比に基づいて前記素子部が所定温度と
なるようにヒータに供給する電力を制御するヒータ制御
手段４５と、を備えており、酸素センサ２１．５１の温
度を常に所定温度に制御するものである。
構成図を第３図に示すように、エンジンの排気中の酸素
濃度を検出する酸素濃度検出用素子部と、供給される電
力により発熱して該素子部を加熱するヒータと、を有す
る酸素センサ２１．５１と、エンジンの運転状態を検出
するエンジン状態検出手段８と、酸素センサの出力Ｖｓ
に基づいて空燃比を検出する空燃比検出手段４１と、運
転状態および空燃比に基づいて前記素子部が所定温度と
なるようにヒータに供給する電力を制御するヒータ制御
手段４５と、を備えており、酸素センサ２１．５１の温
度を常に所定温度に制御するものである。
（実施例）
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第４〜６図は本発明の第１実施例を示す図であり、本実
施例の説明にあたり第１図に示した先願例と同一構成部
分は同−ｔｆ号を付しその説明を省略する。
施例の説明にあたり第１図に示した先願例と同一構成部
分は同−ｔｆ号を付しその説明を省略する。
まず、構成を説明すると、第４図において、２１は先願
例と同様に酸素濃淡電池の原理に基づく酸素センサであ
る。この酸素センサ２１は素子部２２とヒータ詔により
構成されており、素子部２２はさらにセンサ部２４とポ
ンプ部５に区分される。
例と同様に酸素濃淡電池の原理に基づく酸素センサであ
る。この酸素センサ２１は素子部２２とヒータ詔により
構成されており、素子部２２はさらにセンサ部２４とポ
ンプ部５に区分される。
すなわち、２６．２７はそれぞれ平板状の第１、第２固
体電解質であり、これらの第１、第２固体電解質２Ｇ、
２７は所定間隔Ｌ（例えば、Ｌ＝０゜１１ＩＩＩｎ）を
隔てて略平行に配設されている。また、これらの第１、
第２固体電解質ル、２７の間には支持体２８が介設され
ており、この支持体側は第１、第２固体電解質２６．２
７と共に間隙部２９を画成している。間隙部２９に臨む
第１固体電解質２６の一面には酸素電極３ｏが設けられ
ており、他面には酸素電極３ｏと対向する位置に基準電
極３１が設けられている。そして、これらの各電極３ｏ
、３１にはセンサリード線３２．３３がそれぞれ接続さ
れている。一方、間隙部２９に臨む第２固体電解質２７
の一面には酸素電極３ｏと対向する位置にカソード電極
３４が設けられており、他面にはアノード電極３５が設
けられている。そして、これらの各電極３４．３５には
ポンプリード線３６．３７がそれぞれ接続されている。
体電解質であり、これらの第１、第２固体電解質２Ｇ、
２７は所定間隔Ｌ（例えば、Ｌ＝０゜１１ＩＩＩｎ）を
隔てて略平行に配設されている。また、これらの第１、
第２固体電解質ル、２７の間には支持体２８が介設され
ており、この支持体側は第１、第２固体電解質２６．２
７と共に間隙部２９を画成している。間隙部２９に臨む
第１固体電解質２６の一面には酸素電極３ｏが設けられ
ており、他面には酸素電極３ｏと対向する位置に基準電
極３１が設けられている。そして、これらの各電極３ｏ
、３１にはセンサリード線３２．３３がそれぞれ接続さ
れている。一方、間隙部２９に臨む第２固体電解質２７
の一面には酸素電極３ｏと対向する位置にカソード電極
３４が設けられており、他面にはアノード電極３５が設
けられている。そして、これらの各電極３４．３５には
ポンプリード線３６．３７がそれぞれ接続されている。
上記第１固体電解質２６、酸素電極３０および基準電極
３１はセンサ部あを構成し、第２固体電解質２７、カソ
ード電極３４およびアノード電極３５はポンプ部怒を構
成している。
３１はセンサ部あを構成し、第２固体電解質２７、カソ
ード電極３４およびアノード電極３５はポンプ部怒を構
成している。
ポンプ部あのアノード電極３５には後述する電流供給回
路から流し込み電流（以下、ポンプ電流ｌｐという）が
供給されており、このポンプ電流ｔｐは第２固体電解質
２７内をアノード電極３５からカソード電極３４に向け
て流れる。このとき、ポンプ電流Ｉｐの値に応じてカソ
ード電極３４からアノード電極３５に向けて第２固体電
解質２７内を酸素イオンが移動する。したがって、図中
矢印ＧＡＳで示すように排気を導くと、ポンプ電流１ｐ
により間隙部２９の酸素分子がイオンの形で外部に排出
される。この場合、間隔りが極めて狭いため、外部から
間隙部２９に流入する酸素分子の量が制限される。この
ため、間隙部２９の内外部において所定の酸素分圧比が
発生し、センサ部Ｕの出力電圧Ｖｓがポンプ電流１ｐの
値に応じた空燃比で急変する。上記センサ部２４および
ポンプ部５は全体として前述した素子部２２を構成して
おり、この素子部２２により検出された酸素濃度は酸素
センサ２１の出力Ｖｓとして外部に取り出される。
路から流し込み電流（以下、ポンプ電流ｌｐという）が
供給されており、このポンプ電流ｔｐは第２固体電解質
２７内をアノード電極３５からカソード電極３４に向け
て流れる。このとき、ポンプ電流Ｉｐの値に応じてカソ
ード電極３４からアノード電極３５に向けて第２固体電
解質２７内を酸素イオンが移動する。したがって、図中
矢印ＧＡＳで示すように排気を導くと、ポンプ電流１ｐ
により間隙部２９の酸素分子がイオンの形で外部に排出
される。この場合、間隔りが極めて狭いため、外部から
間隙部２９に流入する酸素分子の量が制限される。この
ため、間隙部２９の内外部において所定の酸素分圧比が
発生し、センサ部Ｕの出力電圧Ｖｓがポンプ電流１ｐの
値に応じた空燃比で急変する。上記センサ部２４および
ポンプ部５は全体として前述した素子部２２を構成して
おり、この素子部２２により検出された酸素濃度は酸素
センサ２１の出力Ｖｓとして外部に取り出される。
一方、素子部２２の側方には絶縁性を有するアルミナ基
板３８が所定間隔を隔てて略平行に配設されており、こ
のアルミナ基板３Ｂ内には第１、第２固体電解質２６．
２７の活性を保つように適温に加熱するヒータ詔が内蔵
されている。ヒータ詔にはヒータリード線３９．４０を
介して後述するヒーク電圧ｖｈが供給される。
板３８が所定間隔を隔てて略平行に配設されており、こ
のアルミナ基板３Ｂ内には第１、第２固体電解質２６．
２７の活性を保つように適温に加熱するヒータ詔が内蔵
されている。ヒータ詔にはヒータリード線３９．４０を
介して後述するヒーク電圧ｖｈが供給される。
第５図は上記酸素センサ２１のヒータ制御装置を示す回
路図である。第５図において、４１は空燃比検出手段で
あり、空燃比検出手段４１は酸素センサ２１の素子部２
２とリード線３２．３３．３６．３７を介して接続され
る。この空燃比検出手段４１は、第６図に詳細を示すよ
うに電流供給回路４２および電流値検出回路４３により
構成されており、素子部２２の出力Ｖｓに基づいて空燃
比を検出している。すなわち、電流供給回路４２はオペ
アンプＯＰ１、トランジスタＱ３、抵抗Ｒ６および基準
電ｔＲ４４により構成されており、センサ部出力Ｖｓが
目標電圧Ｖａとなるようにポンプ部塾にポンプ電流１ｐ
を供給している。この目標電圧Ｖａはセンサ部出力Ｖｓ
の急変する空燃比（以下、切り換り空燃比という）にお
ける急変電圧の路中闇値であり、基準電源４４により設
定される。
路図である。第５図において、４１は空燃比検出手段で
あり、空燃比検出手段４１は酸素センサ２１の素子部２
２とリード線３２．３３．３６．３７を介して接続され
る。この空燃比検出手段４１は、第６図に詳細を示すよ
うに電流供給回路４２および電流値検出回路４３により
構成されており、素子部２２の出力Ｖｓに基づいて空燃
比を検出している。すなわち、電流供給回路４２はオペ
アンプＯＰ１、トランジスタＱ３、抵抗Ｒ６および基準
電ｔＲ４４により構成されており、センサ部出力Ｖｓが
目標電圧Ｖａとなるようにポンプ部塾にポンプ電流１ｐ
を供給している。この目標電圧Ｖａはセンサ部出力Ｖｓ
の急変する空燃比（以下、切り換り空燃比という）にお
ける急変電圧の路中闇値であり、基準電源４４により設
定される。
ここで、目標電圧Ｖａが固定的であるのは、センサ部２
４自体にはポンプ電流１ｐが供給されず、該センサ部Ｕ
の内部抵抗に対してポンプ電流Ｉｐによる電圧降下分が
出力電圧Ｖｓに上乗せされないからである。これは、従
来のような単一体の酸素センサと異なり、本実施例では
、素子部２２を出力電圧■３のみを取り出ずセンサ部Ｕ
と、ポンプ電流Ｉｐが供給されるポンプ部２５と、に分
割しているためである。したがって、センサ部出力Ｖｓ
の急変電圧の中間値は切り換り空燃比の大きさに拘わら
す略目標電圧Ｖａ程度となる。そして、この切り換り空
燃比はポンプ電流Ｉｐの大きさに応じて変化する。
４自体にはポンプ電流１ｐが供給されず、該センサ部Ｕ
の内部抵抗に対してポンプ電流Ｉｐによる電圧降下分が
出力電圧Ｖｓに上乗せされないからである。これは、従
来のような単一体の酸素センサと異なり、本実施例では
、素子部２２を出力電圧■３のみを取り出ずセンサ部Ｕ
と、ポンプ電流Ｉｐが供給されるポンプ部２５と、に分
割しているためである。したがって、センサ部出力Ｖｓ
の急変電圧の中間値は切り換り空燃比の大きさに拘わら
す略目標電圧Ｖａ程度となる。そして、この切り換り空
燃比はポンプ電流Ｉｐの大きさに応じて変化する。
ポンプ電流１ｐの値は電流値検出回路４３により検出さ
れており、電流値検出回路４３はオペアンプＯＰ２、Ｏ
Ｆ２、抵抗Ｒ７、Ｒ８およびコンデンサＣ２により構成
されている。そして、電流値検出回路４３はポンプ電流
Ｉｐの値を抵抗Ｒ７の両端間の電圧降下として検出し電
圧信号Ｖｉを出力している。
れており、電流値検出回路４３はオペアンプＯＰ２、Ｏ
Ｆ２、抵抗Ｒ７、Ｒ８およびコンデンサＣ２により構成
されている。そして、電流値検出回路４３はポンプ電流
Ｉｐの値を抵抗Ｒ７の両端間の電圧降下として検出し電
圧信号Ｖｉを出力している。
再び第５図において、上記電圧信号Ｖｉはヒータ制御手
段４５に入力されており、ヒータ制御手段４５は先願例
に対して比較器４６、オアゲートＯＲ２、ＯＲ３、トラ
ンジスタＱ４および抵抗Ｒ９、ＲＩＯが新たに追加され
て構成されている。比較器４６のプラス端子には現空燃
比を表わす電圧信号Ｖｉが、マイナス端子には基準値Ｖ
−がそれぞれ入力されており、基準値Ｖ−＋は所定空燃
比（例えば、理論空燃比）に対応した値に設定される。
段４５に入力されており、ヒータ制御手段４５は先願例
に対して比較器４６、オアゲートＯＲ２、ＯＲ３、トラ
ンジスタＱ４および抵抗Ｒ９、ＲＩＯが新たに追加され
て構成されている。比較器４６のプラス端子には現空燃
比を表わす電圧信号Ｖｉが、マイナス端子には基準値Ｖ
−がそれぞれ入力されており、基準値Ｖ−＋は所定空燃
比（例えば、理論空燃比）に対応した値に設定される。
したがって、比較器４６はＶｔ＞Ｖ−、のとき（Ｈ）と
なりＶｉ＜Ｖ−４のとき〔Ｌ〕となる信号Ｓ−４を出力
する。この信号ｓ２は信号Ｓ、と共にオアゲートＯＲ３
および抵抗Ｒ９の直列回路を介しトランジスタＱ４のベ
ースに供給され、また信号Ｓ、 、Ｓ３はオアゲートＯ
Ｒ２および抵抗Ｒ１の直列回路を介してトランジスタＱ
ｌのベースに供給される。したがって、ヒータ制御手段
４５は信号Ｓ１〜Ｓ′４のレベルに応じてトランジスタ
Ｑｌ−Ｑ２、Ｑ４を０Ｎ１０ Ｆ Ｆ Ｌ、暖機後の条
件下で別表１に示すようにヒータ電圧ｖｈを６段階に制
御する。ごのヒータ電圧ｖｈは素子部２２が所定温度と
なるように設定される。なお、第５図中ＶＤｏは直流電
圧を示し、この直流電圧■。。は通常は１５Ｖ程度に設
定されるが、例えば始動時にリーン空燃比で運転するよ
うな場合にはヒータ電圧ｖｈを高めとして素子部２２の
活性化を促進するため、１５Ｖ以上の高電圧に設定され
る。そして、ヒータ電圧ｖｈはヒータ２３に供給されて
おり、ヒータ詔は供給電圧ｖｈの大きさに応じて発熱し
素子部２２を加熱する。なお、ヒータ２３の発熱量制御
は供給電圧ｖｈの制御に限ることはない。要は、ヒータ
２３への供給電力を制御すればよく、例えばヒータ２３
への供給電流を制御するようにしてもよい。
なりＶｉ＜Ｖ−４のとき〔Ｌ〕となる信号Ｓ−４を出力
する。この信号ｓ２は信号Ｓ、と共にオアゲートＯＲ３
および抵抗Ｒ９の直列回路を介しトランジスタＱ４のベ
ースに供給され、また信号Ｓ、 、Ｓ３はオアゲートＯ
Ｒ２および抵抗Ｒ１の直列回路を介してトランジスタＱ
ｌのベースに供給される。したがって、ヒータ制御手段
４５は信号Ｓ１〜Ｓ′４のレベルに応じてトランジスタ
Ｑｌ−Ｑ２、Ｑ４を０Ｎ１０ Ｆ Ｆ Ｌ、暖機後の条
件下で別表１に示すようにヒータ電圧ｖｈを６段階に制
御する。ごのヒータ電圧ｖｈは素子部２２が所定温度と
なるように設定される。なお、第５図中ＶＤｏは直流電
圧を示し、この直流電圧■。。は通常は１５Ｖ程度に設
定されるが、例えば始動時にリーン空燃比で運転するよ
うな場合にはヒータ電圧ｖｈを高めとして素子部２２の
活性化を促進するため、１５Ｖ以上の高電圧に設定され
る。そして、ヒータ電圧ｖｈはヒータ２３に供給されて
おり、ヒータ詔は供給電圧ｖｈの大きさに応じて発熱し
素子部２２を加熱する。なお、ヒータ２３の発熱量制御
は供給電圧ｖｈの制御に限ることはない。要は、ヒータ
２３への供給電力を制御すればよく、例えばヒータ２３
への供給電流を制御するようにしてもよい。
一方、エンジンへの燃料の供給は空燃比制御手段４７に
より行われており、空燃比制御手段４７は運転条件に応
じて目標空燃比を設定するとともに、現空燃比を表わす
電流値検出回路４３の出力Ｖｉに基づいて図示しない燃
料供給手段（例えば、インジェクタ）の供給する燃料噴
射量を制御して空燃比を目標空燃比に制御している。
より行われており、空燃比制御手段４７は運転条件に応
じて目標空燃比を設定するとともに、現空燃比を表わす
電流値検出回路４３の出力Ｖｉに基づいて図示しない燃
料供給手段（例えば、インジェクタ）の供給する燃料噴
射量を制御して空燃比を目標空燃比に制御している。
次に作用を説明する。
一般に、排気温度は空燃比によっても変化しており、理
論空燃比近傍を頂点としてその前後で低下する。詳しく
は、Ａ／Ｆ＝１２．５において゛排気温度が最大となる
。これは、この空燃比付近では最も点火しやすく、燃焼
速度も大きいためである。したがって、近時、試みられ
ているリーン空燃比への制御では、空燃比の値に基づく
補正をしなければ酸素センサの温度をより精密に所定温
度に維持することが困難となる。
論空燃比近傍を頂点としてその前後で低下する。詳しく
は、Ａ／Ｆ＝１２．５において゛排気温度が最大となる
。これは、この空燃比付近では最も点火しやすく、燃焼
速度も大きいためである。したがって、近時、試みられ
ているリーン空燃比への制御では、空燃比の値に基づく
補正をしなければ酸素センサの温度をより精密に所定温
度に維持することが困難となる。
そこで本実施例では、酸素センサの出力に基づいて現空
燃比を検出し、この検出結果に対応してヒータへの供給
電圧を適切に補正している。
燃比を検出し、この検出結果に対応してヒータへの供給
電圧を適切に補正している。
すなわち、空燃比検出手段４１により素子部出力Ｖｓを
目標電圧Ｖａとして設定し、該出力Ｖｓがこの目標電圧
Ｖａとなるようにポンプ電流ｒｐを供給すると、このポ
ンプ電流Ｉｐは第７図に示すように空燃比に応じて変化
する。したがって、ポンプ電流■ｐの値を電圧信号Ｖｉ
として検出することにより、現空燃比が検出される。そ
して、この現空燃比を表わす電圧信号Ｖｉに基づいてヒ
ータ制御手段４５によりヒータ電圧ｖｈが補正される。
目標電圧Ｖａとして設定し、該出力Ｖｓがこの目標電圧
Ｖａとなるようにポンプ電流ｒｐを供給すると、このポ
ンプ電流Ｉｐは第７図に示すように空燃比に応じて変化
する。したがって、ポンプ電流■ｐの値を電圧信号Ｖｉ
として検出することにより、現空燃比が検出される。そ
して、この現空燃比を表わす電圧信号Ｖｉに基づいてヒ
ータ制御手段４５によりヒータ電圧ｖｈが補正される。
この補正は、別表１に示すように先願例同様の区分によ
る３つの条件■〜■のそれぞれ毎に現空燃比の値に応じ
て行われる。例えば、条件１において現空燃比が所定空
燃比よりリーンであるときにはヒータ電圧ｖｈが高（な
り（ｖｈ＝ｖｈ、＞ 、一方すンチ（過濃）であるとき
にはヒータ電圧ｖｈが低くなる（ｖｈ＝Ｖｈ２）。この
ような補正は条件■、■においても同様に行われる。し
たがって、空燃比の変化に拘わらず素子部２２の温度を
所定温度に精度よく制御することができ、その活性状態
を適切に維持することができる。その結果、酸素センサ
２１の耐久性を向上させることができるとともに、空燃
比判断を正確なものとして、空燃比制御の精度を向上さ
せることができる。
る３つの条件■〜■のそれぞれ毎に現空燃比の値に応じ
て行われる。例えば、条件１において現空燃比が所定空
燃比よりリーンであるときにはヒータ電圧ｖｈが高（な
り（ｖｈ＝ｖｈ、＞ 、一方すンチ（過濃）であるとき
にはヒータ電圧ｖｈが低くなる（ｖｈ＝Ｖｈ２）。この
ような補正は条件■、■においても同様に行われる。し
たがって、空燃比の変化に拘わらず素子部２２の温度を
所定温度に精度よく制御することができ、その活性状態
を適切に維持することができる。その結果、酸素センサ
２１の耐久性を向上させることができるとともに、空燃
比判断を正確なものとして、空燃比制御の精度を向上さ
せることができる。
なお、上記実施例ではエンジンの運転状態を表わすもの
として吸入空気量および冷却水温を用いているが、これ
以外、例えばエンジン回転数、２車速、燃料供給量ある
いはスロットル開度等を用いるようにしてもよい。
として吸入空気量および冷却水温を用いているが、これ
以外、例えばエンジン回転数、２車速、燃料供給量ある
いはスロットル開度等を用いるようにしてもよい。
また、ヒータへの供給電圧を吸入空気量に応じて３段階
に、冷却水温に応じて２段階に、さらに空燃比に応じて
２段階に切換制御しているが、これに限らず、例えばこ
れ以上の多段切換制御あるいは連続的に制御するように
してもよい−０さらに、現空燃比を表わす電圧信号■ｉ
の一次遅れ信号Ｖｉを用いて上記切換制御を行うように
してもよい。そのようにすれば、酸素センサの温度をよ
り一層楕密に所定温度に制御することができる。
に、冷却水温に応じて２段階に、さらに空燃比に応じて
２段階に切換制御しているが、これに限らず、例えばこ
れ以上の多段切換制御あるいは連続的に制御するように
してもよい−０さらに、現空燃比を表わす電圧信号■ｉ
の一次遅れ信号Ｖｉを用いて上記切換制御を行うように
してもよい。そのようにすれば、酸素センサの温度をよ
り一層楕密に所定温度に制御することができる。
第８図は本発明の第２実施例を示す図であり、本実施例
は酸素センサの構造を変更したものである。
は酸素センサの構造を変更したものである。
第８図において、５１ば先願例と同様の原理に基づく酸
素センサである。５２はアルミナ基板であり、アルミナ
基板５２上には基準電極５３が設けられている。基準電
極５３は酸素イオン伝導性の固体電解室５４で包持され
ており、この筒体電解室５４を挾さんで基準電極５３と
対向する位置に酸素電極５５が積層されている。そして
、これらアルミナ基板５２、基準電極５３、固体電解室
５４および酸素電極５５ば多孔質保護層５６によって被
覆されており、アルミナ基板５２内には固体電解質５４
の活性を保つように適温に加熱するヒータ５７が内蔵さ
れている。上記基準電極５３、固体電解質５４、酸素電
極５５および多孔質保護層５６は全体として素子部５８
を構成しており、この素子部５８により検出された酸素
濃度は酸素センサ５１の出力Ｖｓとして外部に取り出さ
れる。そして、この出力Ｖｓを目標電圧Ｖａとして設定
し、素子部出力Ｖｓがこの目標電圧Ｖａとなるように流
し込み電流Ｉｓを供給すると、この流し込み電流Ｉｓは
排気中の酸素濃度に対応した値となり現空燃比が検出さ
れる。なお、ヒータ制御装置については第１実施例と同
様である。
素センサである。５２はアルミナ基板であり、アルミナ
基板５２上には基準電極５３が設けられている。基準電
極５３は酸素イオン伝導性の固体電解室５４で包持され
ており、この筒体電解室５４を挾さんで基準電極５３と
対向する位置に酸素電極５５が積層されている。そして
、これらアルミナ基板５２、基準電極５３、固体電解室
５４および酸素電極５５ば多孔質保護層５６によって被
覆されており、アルミナ基板５２内には固体電解質５４
の活性を保つように適温に加熱するヒータ５７が内蔵さ
れている。上記基準電極５３、固体電解質５４、酸素電
極５５および多孔質保護層５６は全体として素子部５８
を構成しており、この素子部５８により検出された酸素
濃度は酸素センサ５１の出力Ｖｓとして外部に取り出さ
れる。そして、この出力Ｖｓを目標電圧Ｖａとして設定
し、素子部出力Ｖｓがこの目標電圧Ｖａとなるように流
し込み電流Ｉｓを供給すると、この流し込み電流Ｉｓは
排気中の酸素濃度に対応した値となり現空燃比が検出さ
れる。なお、ヒータ制御装置については第１実施例と同
様である。
したがって、本実施例においても第１実施例と同様に酸
素センサ５１の温度を所定温度に精度よく制御すること
ができる。
素センサ５１の温度を所定温度に精度よく制御すること
ができる。
（効果）
本発明によれば、空燃比の変化に拘わらず酸素センサの
温度を所定温度に精度よく制御することができ、活性状
態を常に適切に維持して空燃比を正確に検出することが
できる。その結果、空燃比制御の精度を向上させること
ができる。
温度を所定温度に精度よく制御することができ、活性状
態を常に適切に維持して空燃比を正確に検出することが
できる。その結果、空燃比制御の精度を向上させること
ができる。
第１．２図は先願の酸素センサのヒータ制御装置を示す
図であり、第１図はその構成図、第２図はその空燃比と
排気温度との関係を示す図、第３図は本発明の全体構成
図、第４〜７図は本発明の第１実施例を示す図であり、
第４図はその酸素センサの断面図、第５図はそのヒータ
制御装置の回路図、第６図はその空燃比検出手段の回路
図、第７図はそのポンプ電流と空燃比との関係を示す図
、第８図は本発明の第２実施例を示すその酸素センサの
断面図である。 ８−−−−−一エンジン状態検出手段、２１．５１−−
−−−一酸素センサ、 ２２．５Ｂ−一一−−酸素濃度検出用素子部、２３．５
７−−−−・−ヒータ、 ４１−−−−−一空燃比検出手段、 ４５−−一一−−ヒータ制御手段。 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 有我軍一部 別表１ □ 第３図 第４図 ２
図であり、第１図はその構成図、第２図はその空燃比と
排気温度との関係を示す図、第３図は本発明の全体構成
図、第４〜７図は本発明の第１実施例を示す図であり、
第４図はその酸素センサの断面図、第５図はそのヒータ
制御装置の回路図、第６図はその空燃比検出手段の回路
図、第７図はそのポンプ電流と空燃比との関係を示す図
、第８図は本発明の第２実施例を示すその酸素センサの
断面図である。 ８−−−−−一エンジン状態検出手段、２１．５１−−
−−−一酸素センサ、 ２２．５Ｂ−一一−−酸素濃度検出用素子部、２３．５
７−−−−・−ヒータ、 ４１−−−−−一空燃比検出手段、 ４５−−一一−−ヒータ制御手段。 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 有我軍一部 別表１ □ 第３図 第４図 ２
Claims (1)
- エンジンの排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出用
素子部と、供給される電力により発熱して該素子部を加
熱するヒータと、を有する酸素センサと、エンジンの運
転状態を検出するエンジン状態検出手段と、酸素センサ
の出力に基づいて空燃比を検出する空燃比検出手段と、
運転状態および空燃比に基づいて前記素子部が所定温度
となるようにヒータに供給する電力を制御するヒータ制
御手段と、を備えたことを特徴とする酸素センサのヒー
タ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59024757A JPS60169751A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | 酸素センサのヒ−タ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59024757A JPS60169751A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | 酸素センサのヒ−タ制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60169751A true JPS60169751A (ja) | 1985-09-03 |
Family
ID=12147015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59024757A Pending JPS60169751A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | 酸素センサのヒ−タ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60169751A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3840247A1 (de) * | 1987-12-01 | 1989-06-15 | Mitsubishi Electric Corp | Messvorrichtung fuer das luft-kraftstoff-mischungsverhaeltnis fuer eine brennkraftmaschine |
| US8012429B2 (en) | 2001-05-07 | 2011-09-06 | Kyoritsu Chemical-Check Lab., Corp. | Simplified analyzer |
-
1984
- 1984-02-13 JP JP59024757A patent/JPS60169751A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3840247A1 (de) * | 1987-12-01 | 1989-06-15 | Mitsubishi Electric Corp | Messvorrichtung fuer das luft-kraftstoff-mischungsverhaeltnis fuer eine brennkraftmaschine |
| US8012429B2 (en) | 2001-05-07 | 2011-09-06 | Kyoritsu Chemical-Check Lab., Corp. | Simplified analyzer |
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