JPS60263846A - 車載内燃機関の空燃比検知装置 - Google Patents

車載内燃機関の空燃比検知装置

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JPS60263846A
JPS60263846A JP12021384A JP12021384A JPS60263846A JP S60263846 A JPS60263846 A JP S60263846A JP 12021384 A JP12021384 A JP 12021384A JP 12021384 A JP12021384 A JP 12021384A JP S60263846 A JPS60263846 A JP S60263846A
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heating resistor
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Akio Takami
高見 昭雄
Toshitaka Matsuura
松浦 利孝
Toshiyuki Ishihara
石原 敏幸
Teppei Okawa
哲平 大川
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Nippon Tokushu Togyo KK
Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
Nippon Tokushu Togyo KK
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/122Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits

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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】 (技術分野) 本発明は、金属酸化物半導体ガス検出素子を用いた車載
型内燃機関の空燃比検知装置、より詳しくは同一基板に
ガス検出検出素子と、これを加熱するための金属質発熱
抵抗体とを備えたセンサプローブを用い、且つ上記発熱
抵抗体用電源とする発電機レギュレータの出力電圧によ
って充電される車載バッテリーの電圧を、上記発熱抵抗
体に直列接続する抵抗によって分割し7該分割電圧を上
記ガス検出素子に印加するようにした車載型内燃機関の
空燃比検知装置に関する。
(従来技術) 従来より被測定ガス中の特定ガスの存在、あるいは、そ
の濃度を検出するためのガス検出素子にSnO2,Zn
O,Ti01 、Coo等の金属酸化物半導体を用い、
ガスが接触した場合にその電気抵抗が変化といった特性
を利用してガスを検出するものがあり、この種のガスセ
ンサにおいては、上記ガス検出素子の活性を高めるため
、あるいはY5れを取り除くためにガス検出素子加熱用
のヒータが備えられることが多い。しかし一方では上記
ガス検出素子に所定電圧を印加し、その抵抗変化を比較
用直列抵抗の両端に生じる電圧変化によりて検出するこ
とが行われているが、それにはヒータ用電源回路とは別
の電源回路を必要とした。
更に、以上のような抵抗変化を検・出するガス検出素子
を使う場合のもう一つの問題として、ガス検出素子自身
の抵抗値に温度依存性を有する点が挙げられる。即ち測
定された抵抗値にはガス濃度によるものと、温度による
ものとゐ(混在しており、広い温度範囲で使用する場合
、検出精度を悪くする。このため、ガス検出素子に加え
て抵抗値の温度依存性が類似する温度補償用抵抗素子を
使用し、温度依存性を小さくすることがなされているが
、おのずとコストは高くなる。そこで近年、電源回路を
少なくすると共に更には上記温度依存性の補償に有利と
なるように、分圧抵抗を用いてヒータに印加される電源
を分圧し、ガス検出素子用の電源とすることが考えられ
ている。第9図は車載内燃機関の空燃比検知装置に適用
した従来の回路の例であるが、この場合には、ハソテリ
電圧がレギュレーク出力の変動により変化することによ
リセンサの出力VOも変化するのに対し、コンパレーク
Cの基準電圧Vsは一定のため、コンパレータCの出力
をフィードバック回路に入れエンジン排ガスを制御する
と、第7図の(d)のようにバッテリBATの電圧に応
じて制御空燃比はシフl〜する。
3元触媒を効率よく作動させるためにはλを1±0.0
05におさめることが望ましいのに対し、この場合には
1±0.008であり不充分である。
なお、上記第9図において、SPはセンサープローブを
示し、R工は一つの基板に設けた例えばチタニアのガス
検出素子、RHは同一基板もしくは担体中に上記ガス検
出素子に接近して設けたヒータ用の金属質発熱抵抗体、
R1は上記発熱抵抗体と直列の電圧分割用抵抗を示し、
ここでは上記基板中の比較的温度変化の少ない部分に設
けられたものを示す。Sはスイッチングトランジスタで
ある。
(発明の目的) 本発明の目的は、簡単な回路構成によって、且つ特別に
温度補償用素子を設けることなく全運転範囲で精度のよ
い空燃比の検出ができるヒータ付センサプローブを用い
た車載内燃機関の空燃比検知装置の提供にある。
(発明の構成) かかる目的を達するための本発明は、セラミック材から
なる基板もしくは担体に、ガス成分によって抵抗値が変
化する金属酸化物半導体ガス検出素子と、該ガス検出素
子を加熱するための金属質発熱抵抗体とを少なくとも設
けてなるガスセンサプローグを用いると共に、上記発熱
抵抗体と直列に抵抗を接続して該発熱抵抗体に印加され
る電源電圧を分割し、該分割した電圧を上記ガス検出素
子と抵抗との直列回路に印加し、該直列回路の接続点電
圧を出力電圧として、コンパレータの一方の入力端子に
入力するようにした車載内燃機関の空燃比検知装置にお
いて、上記コンパレータの他方の入力端子に入力する基
準電圧を、上記発熱抵抗体用電源電圧である発電機レギ
ュレータの出力電圧に依存する電圧を発生する。基準電
圧発生回路によって与えることを特徴とする、車載内燃
機関の空燃比検知装置である。
[実施例] 以下に本発明を実施例を挙げて図面と共に説明する。
第5図は本実施例のヒータ付きガスセンサープローブの
破断面図を示す。同図において、1は後により詳細に説
明するようにガス検出素子およびヒータ等を担持したセ
ラミック板状担体、3はセラミック担体を把持すると共
に、本センサープローブを内燃機関排ガス管に取り付け
るための筒状に形成された主体金具、5は主体金具3の
排ガスに触れる側の先端部3aに取り付けられ、セラミ
ック担体1のガス検出部を保護するためのプロテクタを
示し、プロテクタにはガスの通り孔5a・・・が設けら
れている。主体金具3の周囲には排ガス管取り付は用の
雄ねじ部3bが刻設されており、中空部にはスペーサ7
、充填粉末9およびガラスシール11を介してセラミッ
ク担体1が把持されている。ここでガラスシール11は
セラミック担体1の各端子1aないしlcもあわせ固定
するためのものである。そして各端子1aないしICは
出力取り出し用リード線13aないし13cに夫々ろう
付けによって接続され、検出信号および電源電圧を滑部
へ入・出力するようされている。15は主体金具3にろ
う付けによって固定された外筒17内に嵌入され、加締
17aにより固定されたシリコンゴム栓であって、上記
端子1aないしlcと出力取り出し用リード線13aな
いし13cとの接続部を絶縁保護すると共にセンサー内
への水や油の浸入を防止するとためのものである。
次にセラミック担体1を、第6図に示す。例えばアルミ
ナのグリーンシート21上にはヒータとなる、例えば白
金のヒータパターン25(RH)と電圧分割用抵抗の白
金パターン31(R,)で形成され、上記ヒータパター
ン25.、 (RH)とこれに続く電圧分割用抵抗パタ
ーン31(R,)との直列回路の両端は接続用パターン
35aと接続用パターン35bに至っており、またヒー
タパターン25と電圧分割抵抗パターン31との間から
分岐して他端が後述する感ガス体の一方の電極とされる
分割電圧取出し回路パターン29、および一端が感ガス
体の他方の電極とされ他端は第3の接続端部を形成する
パターン35cに至る出力取り出し回路パターン27と
が形成され、上記接続端部35aないし35c4に、例
えば短い白金線からなる各端子1aないしICが配設さ
れ、ついで開口37が打抜きによって設けられているグ
リーンシート23が上から被せられ、熱圧着されたのち
焼結一体化されである。次いでチタニアの感ガス41 
(R工)をペースト塗布後焼き付けする方法で形成して
、セラミック担体が完成され、主体金具3の中空部にス
ペーサー7にて第6図へのロー口の部分が把持される如
くして固定される。
第1図は本実施例装置の回路を示し、R,はヒータ抵抗
(21)、R,は電圧分割抵抗(31)、R□はガス検
出素子(41)、R2はガス検出素子R−rと直列の比
鮪抵抗、BATは図示しないが発電機のレギュレータ出
力端子に接続されて充電される車載バッテリを示す。R
,、Rrは上記ハソテリに接続された直列抵抗であり、
中間接続点はコンパレータCの一方の入力端に基準電圧
として入力され、本発明における基準電圧発生回路をな
すものである。
第9図の従来の回路においては、別の定電圧電源より基
準電圧を、第7図(d)に示すように取っていたものを
同じBAT電源より基準電圧を取ることにより比較レベ
ルは第7図の(a)のように変化する。このため従来よ
り問題とされた変動は少なくなり制御空燃比λは、第8
図(a)のようにλ−1±0.005となり従来(d’
)に比較してズレが半減した。
次に第2の実施例を第2図に示す。第2図においては、
基準電圧発生回路を直列抵抗R,,R。
に更にツェナーダイオードD1 を挿入して構成してお
り、基準電圧特性を第7図の(b)のように変えたもの
を示す。このようにすると制御空燃比λを第8図の(b
)のように、より理想的に狭く押さえることができた。
第3の実施例を第3図に示す。図のように基準電圧回路
を発熱抵抗体用電源に一方の極が接続されたツェナーダ
イオードD、と、一端が上記ツェナーダイオードの他方
の極に接続されると共に、他端が定電圧源の電圧分割用
抵抗直列回路R1,。
R1,の分割点に接続された抵抗回路R,,R?とで構
成し、たものであり、発生基準電圧特性を第7図の(C
)のようにした。この回路により実施例1及び2と同じ
ようにフィードバック制御を行わせたところ、制御空燃
比べは第8図の(C,)となり(b)とほぼ同じであっ
たが(b)は下限がIIVまでしか制御できなかったの
に対し、本実施例においてはIOVまで制御させること
ができた。
上記第3の実施例においてRIo、R11からなる直列
回路は定電圧源に接続したが、これをバッテリBATに
接続してもよい。また第4図に示すようにツェナーダイ
オードと抵抗との直列回路を多段に構成して発生基準電
圧の特性を調整することもできる。
なお、ここでフィードバンク制御は2I!、EFI制御
の3元触媒車を使用し、制御空燃比ばラムダスキャンメ
ーターで測定した。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図は、本発明の車載内燃機関の空
燃比検知装置の第1〜第3の実施例の回路を示す。第4
図は本発明の他の実施例を示す。 第5図は上記各実施例におけるセンサプローブの要部破
断面側面図、第6図は上記各実施例におけるセラミック
担体の正面図、第7図は上記実施例及び従来の装置にお
けるバッテリ電圧変動による基準電圧変化の模様を示す
図。第8図は上記実施例及び従来の装置における各種運
転条件下でのハソテリー電圧変動に対する制御空燃比特
性を示す図である。第9図は車載内燃機関の空燃比検知
装置に適用した従来の回路の例を示す。 R□・・・・・・ヒータ抵抗、RT・・・・・・ガス検
出素子抵抗、R1・・・・・・電圧分割用抵抗、R2・
・・・・・直列抵抗、SP・・・・・・ センサプロー
ブ、BAT・・・・・・バッテリー、1・・・・・・ゼ
ラミソク板状担体、13a、 1.3b、l 3 c−
・−・−・リード線、25 (R1,、l)・・・・・
・ヒータ回路、31(R1)・・・・・・電圧分割用抵
抗、27・・・・・・出力取出し回路、29・・・・・
・分割電圧取出し回路、41 (R工)・・・・・・ガ
ス検出素子筒 1 図 1j!3 図 第4図 第7図 第8図 バッテリー電圧(V) 第9図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) セラミック材からなる基板もしくは担体に、ガ
    ス成分によって抵抗値が変化する金属酸化物半導体ガス
    検出素子と、該ガス検出素子を加熱するための金属質発
    熱抵抗体とを少なくとも設けてなるガスセンサプローブ
    を用いると共に、上記発熱抵抗体と直列に抵抗を接続し
    て該発熱抵抗体に印加される電源電圧を分割し、該分割
    した電圧を上記ガス検出素子と抵抗との直列回路に印加
    し、該直列回路の接続点電圧を出力電圧として、コンパ
    レータの一方の入力端子に入力するようにした車載内燃
    機関の空燃比検知装置において、上記コンパレータの他
    方の入力端子に入力する基準電圧を、上記発熱抵抗体用
    電源電圧である発電機レギプレークの出力電圧に依存す
    る電圧を発生する基準電圧発生回路によってり、えるこ
    とを特徴とする車載内燃機関の空燃比検知装置。
  2. (2) 基準電圧発生回路が、抵抗の直列回路からなる
    特許請求の範囲(11記載のガス検出装置。
  3. (3)基準電圧発生回路が、ツェナーダイオードと、こ
    れに直列接続された抵抗とからなる、特許請求の範囲(
    1)記載のガス検出装置。
  4. (4)基準電圧発生回路が、発熱抵抗体用電源に一方の
    極が接続されたツェナーダイオードと一端が上記ツェナ
    ーダイオードの他方の極に接続されると共に、他端が上
    記ヒータ用電源または定電圧源の電圧分割用抵抗直列回
    路の分割点に接続された抵抗回路とからなる特許請求の
    範囲(1)のガス検出装置。
JP12021384A 1984-06-12 1984-06-12 車載内燃機関の空燃比検知装置 Granted JPS60263846A (ja)

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JPH053544B2 JPH053544B2 (ja) 1993-01-18

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0569669U (ja) * 1992-09-18 1993-09-21 日本特殊陶業株式会社 センサの検出部構造

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS529493A (en) * 1975-07-11 1977-01-25 Omron Tateisi Electronics Co Gas sensing device
JPS5610244A (en) * 1979-07-04 1981-02-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Temperature sensor controlling device

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