JPS62110146A - 空燃比センサの特性補正回路 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は空燃比センサの特性補正回路に関し、１ｈに空
燃比センサを構成する酸素ポンプ素子に流れるポンプ電
流を所定割合で増減する特性補正回路に関する。

し従来の技術］ 従来、内燃機関等の各種燃焼機器に供給される混合機の
空燃比を排気組成、特に酸素濃度により検出する空燃比
センサが知られている。この種の空燃比センサに使用さ
れる酸素ポンプ素子は、酸素イオンの移送量と該酸素ポ
ンプ素子に流れるポンプ電流とが比例関係にあることか
ら種々の構成ににって空燃比の測定が可能である。例え
ば、酸素ポンプ素子を単独に用い排ガス中の酸素を全て
移送するのに必要なポンプ電流値から排ガスの空燃比を
検出するもの、また、酸素濃淡電池と組み合わけた構成
として該電源出力電圧が一定となるポンプ電流値からあ
るいは一定ポンプ電流値における該電池出力電圧から空
燃比を検出するもの等である。

［発明か解決しようとする問題点］ しかし、上記した従来の空燃比センサにあっても未だに
充分’ＬＺ　ものではなく、以下のごとき問題点を有し
ていた。

ずなわら、従来の空燃比センサにあってはポンプ電流値
から酸素ポンプ素子の酸素イオン移送量及び空燃比を直
接１１Ｆ定する構成であるために、このポンプ電流値と
酸素イオン移送量及び空燃比との関係にずれが生じるも
のは仝て空燃比センナとしては不良品と判断され、聞棄
せざるを１ｑないのである。このため、従来の空燃比セ
ンサの生産にあたっては厳しいサンプリング検査が不可
欠であり、製造コストが高くなっていた。また、このた
めに個々の空燃比センサに応じてポンプ電流値と酸素イ
オン移送量および空燃比との関係を推定するポンプ電流
制御手段を設３１することとすれば、個々の空燃比セン
サ毎にポンプ電流１り御手段を変更けねばならず一層の
高コスト化、作業の複雑化をＪＺ＜ことになる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、空燃比セン
サの酸素ポンプ素子に流れるポンプ電流と酸素イオン移
送量及び空燃比との関係にずれが生じている場合にあっ
ても、その酸素ポンプ素子を右動に利用可能とする空燃
比センサの特性補正回路を捉供することをその目的とし
ている。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために本発明の構成した手段は、
第１図の基本的構成図に示すごとくポンプ電流制御手段
Ｃ１からのポンプ電流を入力して該ポンプ電流に比例し
た量の酸素イオンを移送する酸素ポンプ素子Ｃ２を僅え
る空燃比セン１ノに用いられ、前記ポンプ電流制御手段
Ｃ１と前記酸素ポンプ素子Ｃ２との特性の相違を補正す
る空燃比セン量すの特性補正回路であって、前記ポンプ
電流を所定割合で増減し、該増減したポンプ電流を前記
酸素ポンプ素子Ｃ２に供給するよう前記ポンプ電流制御
手段Ｃ１と前記酸素ポンプ素子Ｃ２とに直列に接続され
ることを特徴とする空燃比センサの特性補正回路Ｃ３を
その要旨としている。

［作用１ 本発明における特す４補正回路Ｃ３とは次のような作用
のものでおる。

ポンプ電流制御手段Ｃ１は、酸素ポンプ素子Ｃ２に対し
てポンプ電流を流すものであり、このポンプ電流の値か
ら現在の酸素ポンプ素子Ｃ２か実行している酸素イオン
の移送量及び空燃比を推定することができる。例えば、
ポンプ電流１１ならば酸素イオン移送量が０１あるいは
空燃比がＡ１のごとくポンプ電流１１に１対１に対応し
て酸素イオン移送量及び空燃比を推定するのである。す
なわら、この推定には空燃比センサの特性上ポンプ電流
と酸素イオン移送量及び空燃比との間に所定の関係か）
１″１４足されていることが必要である。しかし、空燃
比セン１ノ′の形態または素子のばらつき等の種々の原
因で上記関係にずれが発生することがおる。例えば、酸
素ポンプ素子Ｃ２が酸素イオンの移送を実行する拡ｒｌ
ｉ室へ排ガスの拡散侵入が行へわれやづいか否か、いわ
ゆる拡散制限効果が高いか否か等により、前記拡散室内
の酸素濃度を所定（ｌｌ′１に保つためのポンプ電流値
は変動することになる。従って、この関係のずれとは、
ポンプ電流１１に対する酸素イオン移送量が０１”（−
Ｋ・０１）、空燃比かＡ１　’−（＝に−Ａ１　）のど
とくある割合にで発生することはそのずれの発生要因か
ら容易に推定される。そこで、特性補正回路Ｃ３を上記
酸素ポンプ素子Ｃ２と直列に接続し、割合にのポンプ電
流を補償づるのである。

以下、本発明をより具体的に説明するために実施例を挙
げて詳述する。

［実施例］ 第２図は第１の実施例の特性補正回路を酸素ポンプ素子
に接続したところを示す概略電気回路図である。本実施
例は酸素ポンプ素子自体の性能が高く同一ポンプ電流下
にあける酸素イオン移送量が多いとき、必るいは拡散制
限効果が低く同一酸素イオン移送量であっても拡散質の
酸素を必要以上に移送する場合に利用されるものを示し
ている。

Ｖなわら、ポンプ電流制御手段としてのコントローラ１
０から供給されるポンプ電流１ｐＯを一部吸収し、酸素
ポンプ素子としてのポンプセル２０に供給される電流値
を所定υｍ”、　　ＩＪで減少した電流１１）１とする
のである。

図示のように、本実施例では同一・構造の！Ｉｈ性捕正
回路３０．４０をポンプセル２０を介してそれぞれ逆方
向に接続している。各特性補正回路３０゜４０は、オペ
レーショナルアンプ（以下、オペアンプという）ＯＰｌ
、ＯＰ２を抵抗器Ｒ２及びｎＲ２を用いて増幅率ｎの反
転増幅回路として作動させ、その非反転入力端子（以下
、十端子という）にはポンプセル２０を基準電位として
±Ｉｔ）ＩＲｌ［Ｖ］、反転、入力嫡子（以下、一端子
という）にハ＋　（Ｉｐｌ＋Ｉ＋）２）　Ｒ１［Ｖ］　
（７）電圧カ印加すレる。従って、抵抗器ｍＲ１に流れ
る電流Ｉｐ２は次式により表現される。

ｍＲ１１１）２ −Ｒ１１ｐｌ十ｎ　（（Ｉｐｌ十Ｉｏ２）Ｒ１＋ＩＤｌ
Ｒ１）−（２ｎ＋　１　＞　Ｒ１１Ｄ１＋ｎ　ＩＤ２Ｒ
１−’−１ｐ２＝　（（２ｎ−＋　１　＞／　（ｍ−ｎ
））　−１ｐｔただしオペアンプに流れ込む方向を正と
している。

すなわち、第２図に示すごとく、コントローラ１０から
の電流１ｐＯは特性補正回路３０によってＩＤ２だ４ノ
吸収されてポンプセル２０に供給される。

そして、ポンプセル２０を流れる電流１ｐｌは再度特性
補正回路４０によって電流１ｐ２を加えられコントロー
ラ２０に電流ＩｏＯとなって戻されるのである。

このように構成される特性補正回路３０．４０を使用す
れば、ポンプセル２０に供給される電流Ｉｐｌとコント
ローラ１０より供給される電流ＩｐＯとはどのような関
係にも補正することが可能であり、従来特性のずれが発
生するとして廃棄じざるを冑なかった空燃比センサを有
効に利用することができるのである。しかも上述したＩ
Ｄ２とＩｐｌとの関係式より明らかなようにこの特性補
正回路３０．４０４ごて吸収、供給される電流は単に各
抵抗値の選択で任意に調節することができるため畠精度
にかつ簡単に特性補正回路３０，４０を設ｈ１すること
ができるのである。

なお、第２図はポンプセル２０がその入力、出力端子と
も接地レベルでなく、いわゆる浮いた状態の空燃比セン
サに適用した電気回路図であり、仮にその出力端子側が
接地レベルであれば第３図に示すごとく特性補正回路３
０のみを接続してち上述と同様の作用・効果を秦するこ
とは明らかである。

第４図は第２の実施例の特性補正回路を接続した電気回
路図である。図から容易にわかるように、本実施例では
前述の実施例の特性補正回路３０゜４０をポンプセル１
０に対して逆に接続したのみである。このように簡単な
接続の変更によって本実施例では ＩＤ２−（（２ｎ＋１　）／　（ｒｒｌｎ＞）・ｌｐｌ
の電流をコントローラ１０からの供給電流１ｐＯに加樟
してポンプセル２０に流すことができるのである。

すなわら、本実施例の特性補正回路の接続によれば同一
ポンプ電流１ｐＯに対丈るポンプセル２０の酸素イオン
移送量が正常の空燃比センサーのそれに比べて不足して
いる場合に、その不足分の電流Ｉｐ２を流すことができ
るのである。

なお、この場合においてもポンプセル２０の一方端か接
地レベルならば前述第３図のようにその入力側のみの特
性補正回路を使用するのみで目的を達成できる。

以上、ポンプ電流１１）０を任意に吸収、供給すること
でポンプセル２０の１１性ずれを補正することかできる
電気回路の動作原理について説明したか、第２図〜第４
図から明らかなごとくこれらの特性補正回路は全て同一
の電気回路を正・逆に接続するのみで全ての空燃比セン
１ノの特性ザれを補正することかできる。また、各空燃
比センサに適合するポンプ電流ＩｐＯの吸収、供給の電
流値１１）２Ｇ、１前述の関係式から明らかなように単
なる抵抗比によって決定されている。これは、温度変化
に対して電気的に安定している抵抗器によってのみ電気
回路の特性が決定されることを意味しており、温１ｑ依
存性の低い安定した電気回路か実現できるのＣ必る。ま
た、単位となる電気回路を用意するに際してＲ２＞＞Ｒ
１として設計するならば、単位となる電気回路への漏れ
電流か小さな、ずなわら入力インピーダンスの大きな電
気回路とすることができ、空燃比センサに与える影＜４
ｇを極めて小さくすることができるのである。

次に、上記のごとき動作をなす特性補正回路を実際に内
燃機関に搭載する空燃比セン１ノに接続する例について
第５図に基づき説明する。

図において５０は内燃機関の運転状態を制御するコンピ
ュータであり、空燃比センサ６０からの検出信号に基づ
き燃料噴射量のフィードバック制御等を実行する。この
コンピュータ５０からはポンプ電流や各種の制御信号が
出力され、空燃比センサ６０との接続部であるコネクタ
７０に入力されている。コネクタ７０には空燃比センサ
６０を稼動させるために必要なヒータ電源８０も接続さ
れており、空燃比センサ６０のインターフェイス的役割
を果たしている。通常ではこのコネクタ７０には特殊な
電気回路は何ら含まれておらず、コンピュータ５０から
のポンプ電流、制御信号やヒータ電源８０からのヒータ
電流は直接空燃比セン１ノロ　０に供給されている。こ
のため空燃比セン１ノー６０には厳格なサンプリング検
査により選別されたコンピュータ５０との規格適合品し
か使用できないのである。しかし、前）ホした実施例の
特性補正回路をコネクタ７０に内蔵すれば、規格適合品
以外の空燃比センサ６０でも使用することができるので
ある。しかもこの場合、特性補正回路のオペアンプの電
源はヒータ電源８０から容易に１１にとができ、また簡
単なハイブリットＩＣ化によりそのコネクタ７０への内
臓は］ンパク］〜に達成できるのである。

［発明の効果］ 以上実施例を挙げて詳述したように、本発明の空燃比セ
ンサの特性補正回路は ポンプ電流制御手段からのポンプ電流を入力して該ポン
プ電流に比例した量の酸素イオンを移送する酸素ポンプ
素子を備える空燃比センサに用いられ、前記ポンプ電流
制御手段と前記酸素ポンプ素子との特性の相違を補正す
る空燃比センサの特性補正回路であって、 前記ポンプ電流を所定割合で増減し、該増減したポンプ
電流を前記酸素ポンプ素子に供給するよう前記ポンプ電
流制御手段と前記酸素ポンプ素子とに直列に接続される
ことを特徴とするものである。

従って、製造された全ての空燃比センサを有効に利用す
ることが可能となり、空燃比センサの製造工程を極めて
簡易化し、低コスト等を達成することができるのである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図は第１の実施例
の電気回路図、第３図はその実施例の簡略溝成の電気回
路図、第４図は第２の実施例の電気回路図、第５図は実
際の空燃比セン畳ナヘの適用例を示ず説明図である。 Ｃ１・・・ポンプ電流制御手段 Ｃ２・・・酸素ポンプ素子 Ｃ３，３０，４０・・・特性補正回路 ＯＰ１．ＯＰ２・・・オペアンプ １０・・・コントローラ ２０・・・ポンプレル ５０・・・コンピュータ ６０・・・空燃比センサ ７０・・・コネクタ ８０・・・ヒータ電源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ポンプ電流制御手段からのポンプ電流を入力して該ポン
   プ電流に比例した量の酸素イオンを移送する酸素ポンプ
   素子を備える空燃比センサに用いられ、前記ポンプ電流
   制御手段と前記酸素ポンプ素子との特性の相違を補正す
   る空燃比センサの特性補正回路であって、 前記ポンプ電流を所定割合で増減し、該増減したポンプ
   電流を前記酸素ポンプ素子に供給するよう前記ポンプ電
   流制御手段と前記酸素ポンプ素子とに直列に接続される
   ことを特徴とする空燃比センサの特性補正回路。