JPS63140955A - ヒ−タ付酸素センサのヒ−タ制御装置 - Google Patents
ヒ−タ付酸素センサのヒ−タ制御装置Info
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- JPS63140955A JPS63140955A JP61286780A JP28678086A JPS63140955A JP S63140955 A JPS63140955 A JP S63140955A JP 61286780 A JP61286780 A JP 61286780A JP 28678086 A JP28678086 A JP 28678086A JP S63140955 A JPS63140955 A JP S63140955A
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- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 34
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 33
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
- F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
- F02D41/1456—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen
Landscapes
- 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】
（産業上の利用分野ン
本発明は、内燃機関の排気系に取付けられて該機関に供
給される混合気の空燃比と密接な関係にある排気中の酸
素濃度を検出する酸素センサに関し、特に内蔵のヒータ
を制御してセンサ素子温度を一定に保つヒータ付酸素セ
ンサのヒータ制御装置に関する。
給される混合気の空燃比と密接な関係にある排気中の酸
素濃度を検出する酸素センサに関し、特に内蔵のヒータ
を制御してセンサ素子温度を一定に保つヒータ付酸素セ
ンサのヒータ制御装置に関する。
〈従来の技術〉
従来のこの種の酸素センサとしては、第７図に示すよう
に、末端部が閉塞されたジルコニア（ＺｒＯ２）チュー
ブ１１によりセンサ素子を構成し、その内面及び外面に
白金電極１２．１３を装着し、ジルコニアチューブ１１
内の大気（酸素濃度一定）とその外側に轟かれる排気と
の酸素濃度の比により、ジルコニアチューブ１１に起動
力を発生させ、電極１２、１３間の電圧に基づいて排気
中の酸素濃度を検出するようにしたものがよく知られて
おり、このものでは、排気温度が低いときの酸素センサ
の作動特性及び酸素分圧−電圧応答特性を向上させるた
め、ジルコニアチューブ１１内に棒状のセラミックヒー
タ１４を組込んでいる（実開昭６０−１１８９５１号公
報等参照）。
に、末端部が閉塞されたジルコニア（ＺｒＯ２）チュー
ブ１１によりセンサ素子を構成し、その内面及び外面に
白金電極１２．１３を装着し、ジルコニアチューブ１１
内の大気（酸素濃度一定）とその外側に轟かれる排気と
の酸素濃度の比により、ジルコニアチューブ１１に起動
力を発生させ、電極１２、１３間の電圧に基づいて排気
中の酸素濃度を検出するようにしたものがよく知られて
おり、このものでは、排気温度が低いときの酸素センサ
の作動特性及び酸素分圧−電圧応答特性を向上させるた
め、ジルコニアチューブ１１内に棒状のセラミックヒー
タ１４を組込んでいる（実開昭６０−１１８９５１号公
報等参照）。
〈発明が解決しようとする問題点〉
ところで、空燃比（λ）変化に対する酸素センナの出力
電圧特性は例えば第８図のようであって、リンチ・リー
ンの判定のみならず、リーン領域の制御のためにも用い
られるが、リーン領域での出力電圧特性には第９図に示
すように温度依存性があるため、センサ素子温度を考慮
しない場合には、空燃比の検出精度に問題がある。
電圧特性は例えば第８図のようであって、リンチ・リー
ンの判定のみならず、リーン領域の制御のためにも用い
られるが、リーン領域での出力電圧特性には第９図に示
すように温度依存性があるため、センサ素子温度を考慮
しない場合には、空燃比の検出精度に問題がある。
酸素センサの内部抵抗を測定してセンサ素子温度を知る
方法は従来からある。これは、第１０図に示すように、
酸素センサ（起電力Ｅｏ、内部抵抗Ｒｉ）の出力電圧■
。（−Ｅｏ）を測定した後、スイッチＳＷをＯＮにして
負荷抵抗Ｒ１を接続し、２〜１０秒後の出力電圧Ｖ、を
測定して、次式により酸素センサの内部抵抗Ｒｉを計算
するものである。
方法は従来からある。これは、第１０図に示すように、
酸素センサ（起電力Ｅｏ、内部抵抗Ｒｉ）の出力電圧■
。（−Ｅｏ）を測定した後、スイッチＳＷをＯＮにして
負荷抵抗Ｒ１を接続し、２〜１０秒後の出力電圧Ｖ、を
測定して、次式により酸素センサの内部抵抗Ｒｉを計算
するものである。
■。
しかし、これは直流抵抗測定法であるため、内部抵抗測
定時、空燃比を一定にし、なおかつ２〜１０秒の時間が
必要であることから、実際にはあまり使われておらず、
空燃比フィードバック制御に入る前の酸素センサの活性
判断に使われている程度である。
定時、空燃比を一定にし、なおかつ２〜１０秒の時間が
必要であることから、実際にはあまり使われておらず、
空燃比フィードバック制御に入る前の酸素センサの活性
判断に使われている程度である。
また、実開昭６１ ９１１５７号公報Ｇこ示されている
ように、セラミックヒータに供給される電流を検出し、
これに基づいてヒータへの印加電圧を制御することも提
案されている。これはセラミックヒータの抵抗値が温度
に依存して変化することから、ヒータに供給される電流
によって温度を知り、これに基づいて制御するものであ
る。
ように、セラミックヒータに供給される電流を検出し、
これに基づいてヒータへの印加電圧を制御することも提
案されている。これはセラミックヒータの抵抗値が温度
に依存して変化することから、ヒータに供給される電流
によって温度を知り、これに基づいて制御するものであ
る。
しかし、ヒータの温度とセンサ素子の温度とは必ずしも
一義的な関係とはならず、その差の分、制御性に問題が
あった。
一義的な関係とはならず、その差の分、制御性に問題が
あった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、空燃比フィ
ードバック制御中においでも酸素センサの内部抵抗を知
ることができ、これによりセンサ素子温度を知って、ヒ
ータ加熱を最適に制御し、センサ素子温度の安定化を図
ることができるヒータ付酸素センサのヒータ制御装置を
提供することを目的とする。
ードバック制御中においでも酸素センサの内部抵抗を知
ることができ、これによりセンサ素子温度を知って、ヒ
ータ加熱を最適に制御し、センサ素子温度の安定化を図
ることができるヒータ付酸素センサのヒータ制御装置を
提供することを目的とする。
く問題点を解決するための手段）
このため、本発明は、第１図に示すように、酸素センサ
のセンサ素子に交流を印加する交流印加手段と、センサ
素子の交流内部抵抗を計測する交流内部抵抗計測手段と
、計測された交流内部抵抗に応じてヒータへの印加電圧
を制御するヒータ制御手段とを設けて、ヒータ付酸素セ
ンサのヒータ制御装置を構成したものである。
のセンサ素子に交流を印加する交流印加手段と、センサ
素子の交流内部抵抗を計測する交流内部抵抗計測手段と
、計測された交流内部抵抗に応じてヒータへの印加電圧
を制御するヒータ制御手段とを設けて、ヒータ付酸素セ
ンサのヒータ制御装置を構成したものである。
〈作用〉
すなわち、交流を用い、交流的に酸素センサの内部抵抗
を測定し、その値よりセンサ素子温度を知り、これに基
づいてヒータによる加熱を制御することで、センサ素子
温度の安定化を図るのである。
を測定し、その値よりセンサ素子温度を知り、これに基
づいてヒータによる加熱を制御することで、センサ素子
温度の安定化を図るのである。
〈実施例〉
以下に本発明の詳細な説明する。
第２図は交流抵抗測定回路を示したもので、酸素センサ
１０に対し、交流印加手段としての交流電源（発振器）
２０を抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１を介して接続しであ
る。交流電源２０は、例えばＶＰ−Ｐ＝ １００ｍＶ、
ｆ ＝ １００ＫＨｚ とする。
１０に対し、交流印加手段としての交流電源（発振器）
２０を抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１を介して接続しであ
る。交流電源２０は、例えばＶＰ−Ｐ＝ １００ｍＶ、
ｆ ＝ １００ＫＨｚ とする。
こうして、交流電源２０と抵抗Ｒ０との間からアンプ２
１を介して電圧出力（Ｖ）を取出し、また抵抗Ｒ１とコ
ンデンサＣ１との間からアンプ２２を介して電流出力（
りを取出す。
１を介して電圧出力（Ｖ）を取出し、また抵抗Ｒ１とコ
ンデンサＣ１との間からアンプ２２を介して電流出力（
りを取出す。
これらの電圧出力（ｖ）及び電流出力（１）はコントロ
ールユニット３０へ入力され、後述するように交流内部
抵抗（インピーダンス抵抗骨）Ｒ−Ｖ／Ｉが演算される
。
ールユニット３０へ入力され、後述するように交流内部
抵抗（インピーダンス抵抗骨）Ｒ−Ｖ／Ｉが演算される
。
ここで、酸素センサのインピーダンスは、バルク分（セ
ンサ素子であるシルコニ了チューブのインピーダンス分
）２Ｉと電極分（白金電極のインピーダンス分）２２と
に分離でき、等価回路は第３図に示す如くとなる。そし
て、バルク容■Ｃ６と電極容量Ｃ５とを比べると、ＣＢ
＞＞Ｃ，の関係があり、周波数を上げるとＣＳの抵抗が
小さくなり、バルク分であるＲＥ、Ｃ１１のインピーダ
ンスを測定できる。このことから、バルク分のみの交流
内部抵抗を測定できる。これとセンサ素子温度Ｔの逆数
との関係は第４図に示す如くである。そして、バルク抵
抗は電極抵抗に比べて耐久劣化がなく、常に正確な温度
を知ることができる。
ンサ素子であるシルコニ了チューブのインピーダンス分
）２Ｉと電極分（白金電極のインピーダンス分）２２と
に分離でき、等価回路は第３図に示す如くとなる。そし
て、バルク容■Ｃ６と電極容量Ｃ５とを比べると、ＣＢ
＞＞Ｃ，の関係があり、周波数を上げるとＣＳの抵抗が
小さくなり、バルク分であるＲＥ、Ｃ１１のインピーダ
ンスを測定できる。このことから、バルク分のみの交流
内部抵抗を測定できる。これとセンサ素子温度Ｔの逆数
との関係は第４図に示す如くである。そして、バルク抵
抗は電極抵抗に比べて耐久劣化がなく、常に正確な温度
を知ることができる。
コントロールユニ、ト３０においては、内蔵のマイクロ
コンピュータにより、第５図のフローチャートに従って
演算処理する。
コンピュータにより、第５図のフローチャートに従って
演算処理する。
ステップ１ （図にはＳｌと記しである。以下同様）で
は電圧出力■と電流出力！とを読込み、次のステップ２
で交流内部抵抗（インピーダンス抵抗成分）Ｒ＝Ｖ／Ｉ
を演算する。この部分が交流内部抵抗計測手段に相当す
る。この交流内部抵抗Ｒはセンサ素子温度の上昇に伴っ
て小さくなる。
は電圧出力■と電流出力！とを読込み、次のステップ２
で交流内部抵抗（インピーダンス抵抗成分）Ｒ＝Ｖ／Ｉ
を演算する。この部分が交流内部抵抗計測手段に相当す
る。この交流内部抵抗Ｒはセンサ素子温度の上昇に伴っ
て小さくなる。
ステップ３では計測された交流内部抵抗Ｒを設定温度に
対応する設定値Ｒ０と比較し、Ｒ＞ Ｒ。
対応する設定値Ｒ０と比較し、Ｒ＞ Ｒ。
のときはステップ４に進んでヒータ印加電圧■。ｕＬを
所定量上げ、Ｒ＜Ｒｏのときはステップ５に進んでヒー
タ印加電圧Ｖ。ｕＬを所定量下げる。この部分がヒータ
制御手段に相当する。
所定量上げ、Ｒ＜Ｒｏのときはステップ５に進んでヒー
タ印加電圧Ｖ。ｕＬを所定量下げる。この部分がヒータ
制御手段に相当する。
第６図はヒータ制御回路を示したもので、バッテリから
トランジスタ４０を介してヒータ１４に通電するように
しである。そして、コントロールユニット３０からのヒ
ータ印加電圧■。工、（デジタル出力）をＤ／Ａ変換器
４１によりアナログ電圧に変換し、これをコンパレータ
４２にて三角波発生器４３からの三角波と比較して、Ｖ
ｏ ｕ Ｌに対応したデユーティ信号を得、このデユ
ーティ信号でトランジスタ４０をオン・オフして、■。
トランジスタ４０を介してヒータ１４に通電するように
しである。そして、コントロールユニット３０からのヒ
ータ印加電圧■。工、（デジタル出力）をＤ／Ａ変換器
４１によりアナログ電圧に変換し、これをコンパレータ
４２にて三角波発生器４３からの三角波と比較して、Ｖ
ｏ ｕ Ｌに対応したデユーティ信号を得、このデユ
ーティ信号でトランジスタ４０をオン・オフして、■。
１に対応した平均電圧をヒータ１４に印加する。
尚、以−ヒではジルコニアチューブ型酸素センサについ
て説明したが、チタニア（ＴｉＯ□）を用いた酸素セン
サにも適用できることは勿論である。
て説明したが、チタニア（ＴｉＯ□）を用いた酸素セン
サにも適用できることは勿論である。
〈発明の効果〉
以上説明したように本発明によれば、空燃比フィードバ
ック制御中でも直接センサ素子温度を知ってヒータを制
御することができ、これによりセンサ素子温度の安定化
を図って制？ｆｆｌ１精度を向上させることができる。
ック制御中でも直接センサ素子温度を知ってヒータを制
御することができ、これによりセンサ素子温度の安定化
を図って制？ｆｆｌ１精度を向上させることができる。
第１図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示す交流抵抗測定回路の回路図、第
３図は酸素センサの等価回路図、第４図は温度と内部抵
抗との関係を示す図、第５図は制御内容を示すフローチ
ャー１・、第６図はヒータ制御回路の回路図、第７図は
酸素センサの従来例を示す断面図、第８図及び第９図は
酸素センサの出力電圧特性図、第１０図は直流抵抗測定
法を示す図である。 １０・・・酸素センサ １１・・・ジルコニアチュー
ブ１２、１３・・・白金電極 １４・・・セラミック
ヒータ２０・・・交’／Ａ Ｎ ａ ３０・・・コ
ントロールユニット特許出願人 日本電子機器株式会社 代理人 弁理士 笹 島 冨二雄 第１図 第２図 第３図 第４図 １／Ｔ 第５図 第６図 ムｎ 第７図 第８図 第９図
本発明の一実施例を示す交流抵抗測定回路の回路図、第
３図は酸素センサの等価回路図、第４図は温度と内部抵
抗との関係を示す図、第５図は制御内容を示すフローチ
ャー１・、第６図はヒータ制御回路の回路図、第７図は
酸素センサの従来例を示す断面図、第８図及び第９図は
酸素センサの出力電圧特性図、第１０図は直流抵抗測定
法を示す図である。 １０・・・酸素センサ １１・・・ジルコニアチュー
ブ１２、１３・・・白金電極 １４・・・セラミック
ヒータ２０・・・交’／Ａ Ｎ ａ ３０・・・コ
ントロールユニット特許出願人 日本電子機器株式会社 代理人 弁理士 笹 島 冨二雄 第１図 第２図 第３図 第４図 １／Ｔ 第５図 第６図 ムｎ 第７図 第８図 第９図
Claims (1)
- 内燃機関の排気系に取付けられて排気中に臨むセンサ素
子の近傍にセンサ素子加熱用のヒータを配設してなるヒ
ータ付酸素センサにおいて、前記センサ素子に交流を印
加する交流印加手段と、前記センサ素子の交流内部抵抗
を計測する交流内部抵抗計測手段と、計測された交流内
部抵抗に応じて前記ヒータへの印加電圧を制御するヒー
タ制御手段とを設けたことを特徴とするヒータ付酸素セ
ンサのヒータ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61286780A JPS63140955A (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | ヒ−タ付酸素センサのヒ−タ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61286780A JPS63140955A (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | ヒ−タ付酸素センサのヒ−タ制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63140955A true JPS63140955A (ja) | 1988-06-13 |
Family
ID=17708955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61286780A Pending JPS63140955A (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | ヒ−タ付酸素センサのヒ−タ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63140955A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5852228A (en) * | 1996-07-10 | 1998-12-22 | Denso Corporation | Apparatus and method for controlling oxygen sensor heating |
| JP2006329924A (ja) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | Fujitsu Ten Ltd | 酸素センサ素子インピーダンス検出装置 |
| JP2006343306A (ja) * | 2004-11-15 | 2006-12-21 | Denso Corp | ガス濃度検出装置 |
-
1986
- 1986-12-03 JP JP61286780A patent/JPS63140955A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5852228A (en) * | 1996-07-10 | 1998-12-22 | Denso Corporation | Apparatus and method for controlling oxygen sensor heating |
| US5974857A (en) * | 1996-07-10 | 1999-11-02 | Denso Corporation | Apparatus and method for controlling oxygen sensor heating |
| JP2006343306A (ja) * | 2004-11-15 | 2006-12-21 | Denso Corp | ガス濃度検出装置 |
| JP2006329924A (ja) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | Fujitsu Ten Ltd | 酸素センサ素子インピーダンス検出装置 |
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