JPH09229901A - 酸素濃度判定装置 - Google Patents
酸素濃度判定装置Info
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- JPH09229901A JPH09229901A JP8176402A JP17640296A JPH09229901A JP H09229901 A JPH09229901 A JP H09229901A JP 8176402 A JP8176402 A JP 8176402A JP 17640296 A JP17640296 A JP 17640296A JP H09229901 A JPH09229901 A JP H09229901A
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- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
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- 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
- F02D41/1493—Details
- F02D41/1496—Measurement of the conductivity of a sensor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸素センサＳの内部抵抗検出から限界電流検
出への切替えを短時間で良好に実施できること。 【解決手段】 酸素センサＳに限界電流測定用の所望の
正の電圧を印加して、限界電流を検出した後、酸素セン
サＳに温度測定用の負の電圧を短時間印加して、酸素セ
ンサの内部抵抗を検出する。その後、酸素センサＳへの
印加電圧を限界電流測定用の所望の正の電圧に戻すに際
し、この所望の正の電圧より高い電圧を一時的に酸素セ
ンサＳに印加することにより、酸素センサＳの静電容量
成分による電荷の放電、充電を急速に完了させて、電圧
切替え時の限界電流への収束時間を短縮して、限界電流
検出不能時間を短縮することができる。以上の制御をマ
イクロコンピュータ７０により実行する。
出への切替えを短時間で良好に実施できること。 【解決手段】 酸素センサＳに限界電流測定用の所望の
正の電圧を印加して、限界電流を検出した後、酸素セン
サＳに温度測定用の負の電圧を短時間印加して、酸素セ
ンサの内部抵抗を検出する。その後、酸素センサＳへの
印加電圧を限界電流測定用の所望の正の電圧に戻すに際
し、この所望の正の電圧より高い電圧を一時的に酸素セ
ンサＳに印加することにより、酸素センサＳの静電容量
成分による電荷の放電、充電を急速に完了させて、電圧
切替え時の限界電流への収束時間を短縮して、限界電流
検出不能時間を短縮することができる。以上の制御をマ
イクロコンピュータ７０により実行する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気ガス
中の空燃比、即ち酸素濃度を判定する酸素濃度判定装置
に関する。
中の空燃比、即ち酸素濃度を判定する酸素濃度判定装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のものにおいては、例え
ば、米国特許第５４０５５２１号明細書に示されるよう
に、限界電流式酸素センサの内部抵抗が素子温度に応じ
て変化すること、及び酸素センサの内部抵抗を特定する
電流−電圧特性が原点を通ることに着目し、図１
（ａ）、（ｃ）の軌跡１で示すごとく酸素センサを、限
界電流領域の中央付近の正電圧（限界電流測定用電圧）
により第１の期間の間、正バイアスする一方、負電圧
（測温電圧）により第２の期間、負バイアスし、第１、
第２の期間にて酸素センサに流れる電流を検出し、第１
の期間での検出電流に基づき酸素濃度を検出し、第２の
期間での検出電流と電圧とに基づき酸素センサの内部抵
抗を演算して素子温度を検出するものがある。
ば、米国特許第５４０５５２１号明細書に示されるよう
に、限界電流式酸素センサの内部抵抗が素子温度に応じ
て変化すること、及び酸素センサの内部抵抗を特定する
電流−電圧特性が原点を通ることに着目し、図１
（ａ）、（ｃ）の軌跡１で示すごとく酸素センサを、限
界電流領域の中央付近の正電圧（限界電流測定用電圧）
により第１の期間の間、正バイアスする一方、負電圧
（測温電圧）により第２の期間、負バイアスし、第１、
第２の期間にて酸素センサに流れる電流を検出し、第１
の期間での検出電流に基づき酸素濃度を検出し、第２の
期間での検出電流と電圧とに基づき酸素センサの内部抵
抗を演算して素子温度を検出するものがある。
【０００３】ところで、酸素センサに対し正側から負側
に、及び負側から正側に、バイアス電圧を切替える時、
酸素センサに限界電流が流れていた時に酸素センサ自体
に誘起されていた起電力が放出されるため、図１（ｂ）
の軌跡１で示すごとく検出電流に正、負のピークが発生
しその後安定状態に収束するという特徴がある。したが
って、検出電流が負のピークから安定状態に収束するま
では温度を判定できず、また検出電流が正のピークから
安定状態に収束するまでは限界電流を検出できず、それ
らの間は酸素濃度が検出できないことになるため、酸素
濃度の検出可能期間が十分にとれない。そこで、上述し
た従来のものでは、検出電流が負のピークから安定状態
に収束する途中の電流を検出することにより収束電流を
予測して温度を判定するための期間を短縮するようにし
てある。
に、及び負側から正側に、バイアス電圧を切替える時、
酸素センサに限界電流が流れていた時に酸素センサ自体
に誘起されていた起電力が放出されるため、図１（ｂ）
の軌跡１で示すごとく検出電流に正、負のピークが発生
しその後安定状態に収束するという特徴がある。したが
って、検出電流が負のピークから安定状態に収束するま
では温度を判定できず、また検出電流が正のピークから
安定状態に収束するまでは限界電流を検出できず、それ
らの間は酸素濃度が検出できないことになるため、酸素
濃度の検出可能期間が十分にとれない。そこで、上述し
た従来のものでは、検出電流が負のピークから安定状態
に収束する途中の電流を検出することにより収束電流を
予測して温度を判定するための期間を短縮するようにし
てある。
【０００４】なお、上述の説明では、測温用電圧が限界
電流測定用電圧より低い例であるが、測温用電圧を限界
電流測定用電圧より高くする構成も可能である。
電流測定用電圧より低い例であるが、測温用電圧を限界
電流測定用電圧より高くする構成も可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来のものでは、酸素センサに対する供給電圧を、測温電
圧から限界電流測定用電圧に、切替える時の酸素濃度検
出不可能時間の短縮については十分考慮されていない。
そこで、本発明は測温電圧から限界電流測定用電圧に酸
素センサに供給される電圧を切替える時の酸素濃度検出
不可能時間の短縮を良好に行うことを目的とする。
来のものでは、酸素センサに対する供給電圧を、測温電
圧から限界電流測定用電圧に、切替える時の酸素濃度検
出不可能時間の短縮については十分考慮されていない。
そこで、本発明は測温電圧から限界電流測定用電圧に酸
素センサに供給される電圧を切替える時の酸素濃度検出
不可能時間の短縮を良好に行うことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、酸素セ
ンサに対する供給電圧を限界電流測定用電圧より低い／
高い測温用電圧から限界電流測定用電圧に切替える際、
短時間限界電流測定用電圧より高い／低い電圧を供給し
た後に限界電流測定用電圧に戻すことにより、検出電流
がピークから限界電流に安定するまでの時間を短くする
ことができて、測温用電圧から限界電流測定用電圧に酸
素センサに供給される電圧を切替える時の酸素濃度検出
時間の短縮を良好に行うことができるという優れた効果
がある。
ンサに対する供給電圧を限界電流測定用電圧より低い／
高い測温用電圧から限界電流測定用電圧に切替える際、
短時間限界電流測定用電圧より高い／低い電圧を供給し
た後に限界電流測定用電圧に戻すことにより、検出電流
がピークから限界電流に安定するまでの時間を短くする
ことができて、測温用電圧から限界電流測定用電圧に酸
素センサに供給される電圧を切替える時の酸素濃度検出
時間の短縮を良好に行うことができるという優れた効果
がある。
【０００７】また、酸素センサの限界電流を検出してい
る時に酸素センサに供給される電圧を、酸素センサに発
生する起電力が所定値以下となるまで減少させ、その値
まで減少した時に、酸素センサに測温電圧を短時間供給
することにより、検出電流が負のピークから安定状態に
なるまでの時間も短縮することができて、酸素濃度の検
出不可能時間をより一層短縮することができる。
る時に酸素センサに供給される電圧を、酸素センサに発
生する起電力が所定値以下となるまで減少させ、その値
まで減少した時に、酸素センサに測温電圧を短時間供給
することにより、検出電流が負のピークから安定状態に
なるまでの時間も短縮することができて、酸素濃度の検
出不可能時間をより一層短縮することができる。
【０００８】なお、酸素センサとしては、限界電流式の
ものに限らず、ポンピング電流から酸素濃度を検出する
積層型の酸素濃度センサを用いるようにしてもよい。
ものに限らず、ポンピング電流から酸素濃度を検出する
積層型の酸素濃度センサを用いるようにしてもよい。
【０００９】
〔第１実施例〕以下、本発明の第１実施例を図面により
説明すると、図２は、自動車に搭載される内燃機関１０
に適用された酸素濃度判定装置の一例を示している。酸
素濃度判定装置は、限界電流式酸素センサＳを備えてお
り、この酸素センサＳは、内燃機関１０の機関本体１０
ａから延出する排気管１１内に取り付けられている。酸
素センサＳは、センサ本体２０と、断面コ字状のカバー
３０とによって構成されており、センサ本体２０は、そ
の基端部にて、排気管１１の周壁の一部に穿設した取り
付け穴部１１ａ内に嵌着されて、同排気管１１の内部に
向け延出している。
説明すると、図２は、自動車に搭載される内燃機関１０
に適用された酸素濃度判定装置の一例を示している。酸
素濃度判定装置は、限界電流式酸素センサＳを備えてお
り、この酸素センサＳは、内燃機関１０の機関本体１０
ａから延出する排気管１１内に取り付けられている。酸
素センサＳは、センサ本体２０と、断面コ字状のカバー
３０とによって構成されており、センサ本体２０は、そ
の基端部にて、排気管１１の周壁の一部に穿設した取り
付け穴部１１ａ内に嵌着されて、同排気管１１の内部に
向け延出している。
【００１０】センサ本体２０は、断面カップ状の拡散抵
抗層２１を有しており、この拡散抵抗層２１は、その開
口端部２１ａにて、排気管１１の取り付け穴部１１ａ内
に嵌着されている。拡散抵抗層２１は、ＺｒＯ2 等のプ
ラズマ溶射法等により形成されている。また、センサ本
体２０は、固体電解質層２２を有しており、この固体電
解質層２２は、酸素イオン伝導性酸化物焼結体により断
面カップ状に形成されて、断面カップ状の排気ガス側電
極層２３を介し抵抗拡散層２１の内周壁に一様に嵌着さ
れており、この固体電解質層２２の内表面には、大気側
電極層２４が断面カップ状に一様に固着されている。か
かる場合、排気側電極層２３及び大気側電極層２４は、
共に、白金等の触媒活性の高い貴金属を化学メッキ等に
より十分ポーラスに形成されている。また、排気ガス側
電極層２３の面積及び厚さは、１０〜１００ｍｍ2及び
０．５〜２．０μ程度となっており、一方、大気側電極
層２４の面積及び厚さは、１０ｍｍ2以上及び０．５〜
２．０μ程度となっている。
抗層２１を有しており、この拡散抵抗層２１は、その開
口端部２１ａにて、排気管１１の取り付け穴部１１ａ内
に嵌着されている。拡散抵抗層２１は、ＺｒＯ2 等のプ
ラズマ溶射法等により形成されている。また、センサ本
体２０は、固体電解質層２２を有しており、この固体電
解質層２２は、酸素イオン伝導性酸化物焼結体により断
面カップ状に形成されて、断面カップ状の排気ガス側電
極層２３を介し抵抗拡散層２１の内周壁に一様に嵌着さ
れており、この固体電解質層２２の内表面には、大気側
電極層２４が断面カップ状に一様に固着されている。か
かる場合、排気側電極層２３及び大気側電極層２４は、
共に、白金等の触媒活性の高い貴金属を化学メッキ等に
より十分ポーラスに形成されている。また、排気ガス側
電極層２３の面積及び厚さは、１０〜１００ｍｍ2及び
０．５〜２．０μ程度となっており、一方、大気側電極
層２４の面積及び厚さは、１０ｍｍ2以上及び０．５〜
２．０μ程度となっている。
【００１１】このように構成したセンサ本体２０は、理
論空燃比点にて濃淡起電力を発生し、理論空燃比点より
リーン領域の酸素濃度に応じた限界電流を発生する。か
かる場合、酸素濃度に対応する限界電流は、排気ガス側
電極層２３の面積、拡散抵抗層２１の厚さ、気孔率及び
平均孔径により決まる。また、このセンサ本体２０は酸
素濃度を直線的特性にて検出し得るものであるが、この
センサ本体２０を活性化するのに約６５０℃以上の高温
が必要とされるとともに、同センサ本体２０の活性温度
範囲が狭いため、内燃機関の排気ガスのみによる加熱で
は活性領域を制御できない。このため、後述するヒータ
２６の加熱制御を活用する。なお、理論空燃比よりもリ
ッチ側の領域では、未燃ガスである一酸化炭素（ＣＯ）
の濃度が空燃比に対してほぼリニアに変化して、これに
応じた限界電流が発生する。
論空燃比点にて濃淡起電力を発生し、理論空燃比点より
リーン領域の酸素濃度に応じた限界電流を発生する。か
かる場合、酸素濃度に対応する限界電流は、排気ガス側
電極層２３の面積、拡散抵抗層２１の厚さ、気孔率及び
平均孔径により決まる。また、このセンサ本体２０は酸
素濃度を直線的特性にて検出し得るものであるが、この
センサ本体２０を活性化するのに約６５０℃以上の高温
が必要とされるとともに、同センサ本体２０の活性温度
範囲が狭いため、内燃機関の排気ガスのみによる加熱で
は活性領域を制御できない。このため、後述するヒータ
２６の加熱制御を活用する。なお、理論空燃比よりもリ
ッチ側の領域では、未燃ガスである一酸化炭素（ＣＯ）
の濃度が空燃比に対してほぼリニアに変化して、これに
応じた限界電流が発生する。
【００１２】ここで、図３（Ａ）、（Ｂ）においてセン
サ本体２０の温度をパラメータとする同センサ本体２０
の電圧ー電流特性について説明すると、この電圧ー電流
特性は、酸素センサＳの検出酸素濃度（空燃比）に比例
するセンサ本体２０の固体電解質層２２への流入電流と
同固体電解質層２２への印加電圧との関係が直線的であ
ることを示す。そして、センサ本体２０が温度Ｔ＝Ｔ1
にて活性状態にあるとき、図３（Ｂ）にて実線により示
すごとき特性グラフＬ1 でもって安定した状態を示す。
かかる場合、特性グラフＬ1 の電圧軸Ｖに平行な直線部
分がセンサ本体２０の限界電流を特定する。そして、こ
の限界電流の増減は、空燃比の減増（即ち、リーン・リ
ッチ）に対応する。また、センサ本体２０の温度ＴがＴ
1よりも低いＴ2にあるとき、電流ー電圧特性は、図３
（Ｂ）の破線により示すごとき特性グラフＬ2 でもって
特定される。かかる場合、特性グラフＬ2の電圧軸Ｖに
平行な直線部分がＴ＝Ｔ2におけるセンサ本体２０の限
界電流を特定するもので、この限界電流は、特性グラフ
Ｌ1 による限界電流とほぼ一致している。
サ本体２０の温度をパラメータとする同センサ本体２０
の電圧ー電流特性について説明すると、この電圧ー電流
特性は、酸素センサＳの検出酸素濃度（空燃比）に比例
するセンサ本体２０の固体電解質層２２への流入電流と
同固体電解質層２２への印加電圧との関係が直線的であ
ることを示す。そして、センサ本体２０が温度Ｔ＝Ｔ1
にて活性状態にあるとき、図３（Ｂ）にて実線により示
すごとき特性グラフＬ1 でもって安定した状態を示す。
かかる場合、特性グラフＬ1 の電圧軸Ｖに平行な直線部
分がセンサ本体２０の限界電流を特定する。そして、こ
の限界電流の増減は、空燃比の減増（即ち、リーン・リ
ッチ）に対応する。また、センサ本体２０の温度ＴがＴ
1よりも低いＴ2にあるとき、電流ー電圧特性は、図３
（Ｂ）の破線により示すごとき特性グラフＬ2 でもって
特定される。かかる場合、特性グラフＬ2の電圧軸Ｖに
平行な直線部分がＴ＝Ｔ2におけるセンサ本体２０の限
界電流を特定するもので、この限界電流は、特性グラフ
Ｌ1 による限界電流とほぼ一致している。
【００１３】そして、特性グラフＬ1 において、センサ
本体２０の固体電解質層２２に正の所望値の電圧Ｖpos
を印加すれば、センサ本体２０に流れる電流が限界電流
Ｉpo（図３（Ｂ）にて点Ｐ1 参照）となる。ここで、正
の所望値の電圧Ｖposは、限界電流Ｉposが流れている図
３（Ｂ）の直線部分の中央付近の位置に対応する値に設
定するのが好ましい。すなわち、図３（Ｂ）に示すごと
く、限界電流Ｉpos（酸素濃度）とセンサ本体２０の温
度（素子温）とに応じて、限界電流Ｉposが流れている
図３（Ｂ）の直線部分の中央付近の位置が変化するた
め、正の所望値の電圧Ｖposは、限界電流Ｉpos（酸素濃
度）とセンサ本体２０の温度（素子温）とに応じて、限
界電流Ｉposが流れている図３（Ｂ）の直線部分の中央
付近の位置になるように設定するのが好ましい。
本体２０の固体電解質層２２に正の所望値の電圧Ｖpos
を印加すれば、センサ本体２０に流れる電流が限界電流
Ｉpo（図３（Ｂ）にて点Ｐ1 参照）となる。ここで、正
の所望値の電圧Ｖposは、限界電流Ｉposが流れている図
３（Ｂ）の直線部分の中央付近の位置に対応する値に設
定するのが好ましい。すなわち、図３（Ｂ）に示すごと
く、限界電流Ｉpos（酸素濃度）とセンサ本体２０の温
度（素子温）とに応じて、限界電流Ｉposが流れている
図３（Ｂ）の直線部分の中央付近の位置が変化するた
め、正の所望値の電圧Ｖposは、限界電流Ｉpos（酸素濃
度）とセンサ本体２０の温度（素子温）とに応じて、限
界電流Ｉposが流れている図３（Ｂ）の直線部分の中央
付近の位置になるように設定するのが好ましい。
【００１４】また、センサ本体２０の固体電解質層２２
に負の印加電圧Ｖneg を印加すれば、センサ本体２０に
流れる電流が、酸素濃度に依存せず温度のみに比例する
点Ｐ2で特定される負の温度電流Ｉnegとなる。また、セ
ンサ本体２０は、ヒータ２６を有しており、このヒータ
２６は、大気側電極層２４内に収容されて、その発熱エ
ネルギーにより、大気側電極層２４、固体電解質層２
２、排気ガス側電極層２３及び拡散抵抗層２１を加熱す
る。かかる場合、ヒータ２６は、センサ本体２０を活性
化するに十分な発熱容量を有する。カバー３０は、セン
サ本体２０を覆蓋して、その開口部にて、排気管１１の
周壁の一部に嵌着されており、このカバー３０の周壁の
一部には、小孔３１が、カバー３０の外部を同カバー３
０の内部と連通させるべく、穿設されている。これによ
り、カバー３０は、センサ本体２０の排気ガスとの直接
接触を防止しつつ、同センサ本体２０の保温を確保す
る。
に負の印加電圧Ｖneg を印加すれば、センサ本体２０に
流れる電流が、酸素濃度に依存せず温度のみに比例する
点Ｐ2で特定される負の温度電流Ｉnegとなる。また、セ
ンサ本体２０は、ヒータ２６を有しており、このヒータ
２６は、大気側電極層２４内に収容されて、その発熱エ
ネルギーにより、大気側電極層２４、固体電解質層２
２、排気ガス側電極層２３及び拡散抵抗層２１を加熱す
る。かかる場合、ヒータ２６は、センサ本体２０を活性
化するに十分な発熱容量を有する。カバー３０は、セン
サ本体２０を覆蓋して、その開口部にて、排気管１１の
周壁の一部に嵌着されており、このカバー３０の周壁の
一部には、小孔３１が、カバー３０の外部を同カバー３
０の内部と連通させるべく、穿設されている。これによ
り、カバー３０は、センサ本体２０の排気ガスとの直接
接触を防止しつつ、同センサ本体２０の保温を確保す
る。
【００１５】また、酸素濃度判定装置は、図２にて示す
ごとく、バイアス制御回路４０を備えており、このバイ
アス制御回路４０は、正バイアス用直流電源４１、負バ
イアス用直流電源４２及び切り換えスイッチ回路４３に
よって構成されている。直流電源４１は、その負側電極
にて、導線４１ａを介し排気ガス側電極層２３の一端に
接続されており、一方、直流電源４２は、その正側電極
にて、導線４１ａを介し排気ガス側電極層２３の一端に
接続されている。切り換えスイッチ回路４３は、その第
１切り換え状態にて、直流電源４１の正側電極のみを電
流検出回路５０の入力端子５１に接続し、一方、その第
２切り換え状態にて、直流電源４２の負側電極のみを電
流検出回路５０の入力端子５１に接続するようになって
おり、入力端子５１から電流検出回路５０及び半導体ス
イッチ５５を介しさらに導線４２ａを介して大気側電極
層２４に接続されている。
ごとく、バイアス制御回路４０を備えており、このバイ
アス制御回路４０は、正バイアス用直流電源４１、負バ
イアス用直流電源４２及び切り換えスイッチ回路４３に
よって構成されている。直流電源４１は、その負側電極
にて、導線４１ａを介し排気ガス側電極層２３の一端に
接続されており、一方、直流電源４２は、その正側電極
にて、導線４１ａを介し排気ガス側電極層２３の一端に
接続されている。切り換えスイッチ回路４３は、その第
１切り換え状態にて、直流電源４１の正側電極のみを電
流検出回路５０の入力端子５１に接続し、一方、その第
２切り換え状態にて、直流電源４２の負側電極のみを電
流検出回路５０の入力端子５１に接続するようになって
おり、入力端子５１から電流検出回路５０及び半導体ス
イッチ５５を介しさらに導線４２ａを介して大気側電極
層２４に接続されている。
【００１６】従って、半導体スイッチ５５が導通状態で
かつ切り換えスイッチ回路４３が第１切り換え状態にあ
るとき、直流電源４１が固体電解質層２２を正バイアス
し同固体電解質層２２に電流を正方向に流す。一方、半
導体スイッチ５５が導通状態でかつ切り換えスイッチ回
路４３が第２切り換え状態にあるとき、直流電源４２が
固体電解質層２２を負バイアスし同固体電解質層２２に
電流を負方向に流す。かかる場合、各直流電源４１、４
２の端子電圧は、上述の印加電圧Ｖpos及びＶneg にそ
れぞれ相当する。ここで、切り換えスイッチ回路４３の
切り換え状態はマイクロコンピュータ７０からのバイア
ス指令Ｖｒに応じて制御できるようにしてあると共に、
その正バイアス時の印加電圧はマイクロコンピュータ７
０からのバイアス指令Ｖｒに応じて可変制御できるよう
にしてある。
かつ切り換えスイッチ回路４３が第１切り換え状態にあ
るとき、直流電源４１が固体電解質層２２を正バイアス
し同固体電解質層２２に電流を正方向に流す。一方、半
導体スイッチ５５が導通状態でかつ切り換えスイッチ回
路４３が第２切り換え状態にあるとき、直流電源４２が
固体電解質層２２を負バイアスし同固体電解質層２２に
電流を負方向に流す。かかる場合、各直流電源４１、４
２の端子電圧は、上述の印加電圧Ｖpos及びＶneg にそ
れぞれ相当する。ここで、切り換えスイッチ回路４３の
切り換え状態はマイクロコンピュータ７０からのバイア
ス指令Ｖｒに応じて制御できるようにしてあると共に、
その正バイアス時の印加電圧はマイクロコンピュータ７
０からのバイアス指令Ｖｒに応じて可変制御できるよう
にしてある。
【００１７】電流検出回路５０は、センサ本体２０の大
気側電極層２４から切り換えスイッチ回路４３へ流れる
電流又はその逆方向へ流れる電流、つまり、固体電解質
層２２を流れる電流を、図示せぬ電流検出抵抗により検
出し、Ａ−Ｄ変換器６０に出力する。このＡ−Ｄ変換器
６０は、電流検出回路５０からの検出電流、ヒータ２６
の印加電圧Ｖｎ及びヒータ２６に流れる電流Ｉｎをディ
ジタル変換してマイクロコンピュータ７０に出力する。
マイクロコンピュータ７０は、図示せぬＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ等により構成されていて、コンピュータプロ
グラムを、Ａ−Ｄ変換器６０との協働により実行し、こ
の実行中において、バイアス制御回路４０、ヒータ制御
回路８０及び燃料噴射制御装置（以下、ＥＦＩという）
９０を駆動制御するに必要な演算処理を行う。但し、上
述のコンピュータプログラムはマイクロコンピュータ７
０のＲＯＭに予め記憶されている。
気側電極層２４から切り換えスイッチ回路４３へ流れる
電流又はその逆方向へ流れる電流、つまり、固体電解質
層２２を流れる電流を、図示せぬ電流検出抵抗により検
出し、Ａ−Ｄ変換器６０に出力する。このＡ−Ｄ変換器
６０は、電流検出回路５０からの検出電流、ヒータ２６
の印加電圧Ｖｎ及びヒータ２６に流れる電流Ｉｎをディ
ジタル変換してマイクロコンピュータ７０に出力する。
マイクロコンピュータ７０は、図示せぬＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ等により構成されていて、コンピュータプロ
グラムを、Ａ−Ｄ変換器６０との協働により実行し、こ
の実行中において、バイアス制御回路４０、ヒータ制御
回路８０及び燃料噴射制御装置（以下、ＥＦＩという）
９０を駆動制御するに必要な演算処理を行う。但し、上
述のコンピュータプログラムはマイクロコンピュータ７
０のＲＯＭに予め記憶されている。
【００１８】半導体スイッチ５５は、マイクロコンピュ
ータ７０からの信号により通常は導通状態にあって、各
直流電源４１、４２からセンサ本体２０への正負のバイ
アス電圧を供給する。そして、酸素センサＳに限界電流
Ｉposが流れている時に、センサ本体２０に発生する起
電力を検出するために、マイクロコンピュータ７０から
の瞬断信号により半導体スイッチ５５が周期的に瞬断状
態になって、正バイアス用直流電源４１からセンサ本体
２０へのバイアス電圧の供給を周期的に瞬断する。
ータ７０からの信号により通常は導通状態にあって、各
直流電源４１、４２からセンサ本体２０への正負のバイ
アス電圧を供給する。そして、酸素センサＳに限界電流
Ｉposが流れている時に、センサ本体２０に発生する起
電力を検出するために、マイクロコンピュータ７０から
の瞬断信号により半導体スイッチ５５が周期的に瞬断状
態になって、正バイアス用直流電源４１からセンサ本体
２０へのバイアス電圧の供給を周期的に瞬断する。
【００１９】また、ヒータ制御回路８０は、マイクロコ
ンピュータ７０による制御のもとに、酸素センサＳの素
子温やヒータ２６の温度に応じて、電源をなすバッテリ
ー８１よりヒータ２６に供給される電力をオン、オフ並
びに、デューティ制御することによりヒータ２６の加熱
制御を行う。また、ヒータ２６に流れる電流Ｉｎは電流
検出抵抗８２により検出されて、Ａ−Ｄ変換器６０に供
給される。なお、ＥＦＩ９０は、マイクロコンピュータ
７０による制御のもとに、内燃機関１０の排気ガス量
（空燃比）、回転数、吸入空気流量、吸気管負圧や冷却
水温等の内燃機関情報に応じて燃料噴射制御を行う。
ンピュータ７０による制御のもとに、酸素センサＳの素
子温やヒータ２６の温度に応じて、電源をなすバッテリ
ー８１よりヒータ２６に供給される電力をオン、オフ並
びに、デューティ制御することによりヒータ２６の加熱
制御を行う。また、ヒータ２６に流れる電流Ｉｎは電流
検出抵抗８２により検出されて、Ａ−Ｄ変換器６０に供
給される。なお、ＥＦＩ９０は、マイクロコンピュータ
７０による制御のもとに、内燃機関１０の排気ガス量
（空燃比）、回転数、吸入空気流量、吸気管負圧や冷却
水温等の内燃機関情報に応じて燃料噴射制御を行う。
【００２０】図４はバイアス制御回路４０部分の具体電
気回路構成を示すもので、基準電圧回路４４は定電圧Ｖ
ｃｃを各分圧抵抗４４ａ、４４ｂにより分圧して一定の
基準電圧Ｖａを作成する。第１電圧供給回路４５は基準
電圧回路４４の基準電圧Ｖａと同じ電圧Ｖａを酸素セン
サＳの一方の端子（大気側電極層２４に接続される導線
４２ａ）に供給するためのもので、負側入力端子が各分
圧抵抗４４ａ、４４ｂの分圧点に接続され正側入力端子
が半導体スイッチ５５を介して酸素センサＳの一方の端
子に接続された演算増幅器４５ａと、演算増幅器４５ａ
の出力端子に一端が接続された抵抗４５ｂと、この抵抗
４５ｂの他端にそれぞれベースが接続されたＮＰＮトラ
ンジスタ４５ｃ及びＰＮＰトランジスタ４５ｄとにより
構成されている。
気回路構成を示すもので、基準電圧回路４４は定電圧Ｖ
ｃｃを各分圧抵抗４４ａ、４４ｂにより分圧して一定の
基準電圧Ｖａを作成する。第１電圧供給回路４５は基準
電圧回路４４の基準電圧Ｖａと同じ電圧Ｖａを酸素セン
サＳの一方の端子（大気側電極層２４に接続される導線
４２ａ）に供給するためのもので、負側入力端子が各分
圧抵抗４４ａ、４４ｂの分圧点に接続され正側入力端子
が半導体スイッチ５５を介して酸素センサＳの一方の端
子に接続された演算増幅器４５ａと、演算増幅器４５ａ
の出力端子に一端が接続された抵抗４５ｂと、この抵抗
４５ｂの他端にそれぞれベースが接続されたＮＰＮトラ
ンジスタ４５ｃ及びＰＮＰトランジスタ４５ｄとにより
構成されている。
【００２１】そして、ＮＰＮトランジスタ４５ｃのコレ
クタは定電圧Ｖｃｃに接続されエミッタは電流検出回路
５０を構成する電流検出抵抗５０ａ及び半導体スイッチ
５５を介して酸素センサＳの一方の端子に接続され、Ｐ
ＮＰトランジスタ４５ｄのエミッタはＮＰＮトランジス
タ４５ｃのエミッタに接続されコレクタはアースされて
いる。
クタは定電圧Ｖｃｃに接続されエミッタは電流検出回路
５０を構成する電流検出抵抗５０ａ及び半導体スイッチ
５５を介して酸素センサＳの一方の端子に接続され、Ｐ
ＮＰトランジスタ４５ｄのエミッタはＮＰＮトランジス
タ４５ｃのエミッタに接続されコレクタはアースされて
いる。
【００２２】Ｄ−Ａ変換器４６はマイクロコンピュータ
７０からのバイアス指令信号（ディジタル信号）Ｖｒを
アナログ信号電圧Ｖｃに変換する。第２電圧供給回路４
７はＤ−Ａ変換器４６の出力電圧Ｖｃと同じ電圧Ｖｃを
酸素センサＳの他方の端子（排気ガス側電極層２３に接
続される導線４１ａ）に供給するためのもので、負側入
力端子がＤ−Ａ変換器４６の出力に接続され正側入力端
子が酸素センサＳの他方の端子に接続された演算増幅器
４７ａと、演算増幅器４７ａの出力端子に一端が接続さ
れた抵抗４７ｂと、この抵抗４７ｂの他端にそれぞれベ
ースが接続されたＮＰＮトランジスタ４７ｃ及びＰＮＰ
トランジスタ４７ｄとにより構成されている。
７０からのバイアス指令信号（ディジタル信号）Ｖｒを
アナログ信号電圧Ｖｃに変換する。第２電圧供給回路４
７はＤ−Ａ変換器４６の出力電圧Ｖｃと同じ電圧Ｖｃを
酸素センサＳの他方の端子（排気ガス側電極層２３に接
続される導線４１ａ）に供給するためのもので、負側入
力端子がＤ−Ａ変換器４６の出力に接続され正側入力端
子が酸素センサＳの他方の端子に接続された演算増幅器
４７ａと、演算増幅器４７ａの出力端子に一端が接続さ
れた抵抗４７ｂと、この抵抗４７ｂの他端にそれぞれベ
ースが接続されたＮＰＮトランジスタ４７ｃ及びＰＮＰ
トランジスタ４７ｄとにより構成されている。
【００２３】そして、ＮＰＮトランジスタ４７ｃのコレ
クタは定電圧Ｖｃｃに接続されエミッタは抵抗４７ｅを
介して酸素センサＳの他方の端子に接続され、ＰＮＰト
ランジスタ４７ｄのエミッタはＮＰＮトランジスタ４７
ｃのエミッタに接続されコレクタはアースされている。
これにより、半導体スイッチ５５が導通状態の時には、
酸素センサＳの一方の端子には常時一定電圧Ｖａが供給
され、この一定電圧Ｖａより低い電圧に相当するバイア
ス指令信号Ｖｒをマイクロコンピュータ７０からＤ−Ａ
変換器４６に供給することにより、酸素センサＳの他方
の端子には一定電圧Ｖａより低い電圧Ｖｃが供給され
て、酸素センサＳはＶａ−Ｖｃ（Ｖａ＞Ｖｃ）の電圧に
より正バイアスされ、また、一定電圧Ｖａより高い電圧
に相当するバイアス指令信号Ｖｒをマイクロコンピュー
タ７０からＤ−Ａ変換器４６に供給することにより、酸
素センサＳの他方の端子には一定電圧Ｖａより高い電圧
Ｖｃが供給されて、酸素センサＳはＶａ−Ｖｃ（Ｖａ＞
Ｖｃ）の電圧により負バイアスされることになる。この
ようにして、酸素センサＳのバイアス電圧はマイクロコ
ンピュータ７０からＤ−Ａ変換器４６に供給されるバイ
アス指令Ｖｒに基づいて正負の任意の値に制御すること
が可能となる。
クタは定電圧Ｖｃｃに接続されエミッタは抵抗４７ｅを
介して酸素センサＳの他方の端子に接続され、ＰＮＰト
ランジスタ４７ｄのエミッタはＮＰＮトランジスタ４７
ｃのエミッタに接続されコレクタはアースされている。
これにより、半導体スイッチ５５が導通状態の時には、
酸素センサＳの一方の端子には常時一定電圧Ｖａが供給
され、この一定電圧Ｖａより低い電圧に相当するバイア
ス指令信号Ｖｒをマイクロコンピュータ７０からＤ−Ａ
変換器４６に供給することにより、酸素センサＳの他方
の端子には一定電圧Ｖａより低い電圧Ｖｃが供給され
て、酸素センサＳはＶａ−Ｖｃ（Ｖａ＞Ｖｃ）の電圧に
より正バイアスされ、また、一定電圧Ｖａより高い電圧
に相当するバイアス指令信号Ｖｒをマイクロコンピュー
タ７０からＤ−Ａ変換器４６に供給することにより、酸
素センサＳの他方の端子には一定電圧Ｖａより高い電圧
Ｖｃが供給されて、酸素センサＳはＶａ−Ｖｃ（Ｖａ＞
Ｖｃ）の電圧により負バイアスされることになる。この
ようにして、酸素センサＳのバイアス電圧はマイクロコ
ンピュータ７０からＤ−Ａ変換器４６に供給されるバイ
アス指令Ｖｒに基づいて正負の任意の値に制御すること
が可能となる。
【００２４】そして、電流検出抵抗５０ａの両端の電圧
差（Ｖｂ−Ｖａ）が電流検出回路５０からの検出電流と
してＡ−Ｄ変換器６０に入力され、酸素センサＳの両端
の電圧差（Ｖａ−Ｖｃ）が酸素センサＳの誘導電圧とし
てＡ−Ｄ変換器６０に入力される。このように構成した
本第１実施例において、イグニッションスイッチ（図示
せぬ）がＯＮされることによりマイクロコンピュータ７
０にて実施される酸素濃度（空燃比）判定、素子温度検
出ルーチンに関して、図５〜図９のフローチャートを用
いて説明する。
差（Ｖｂ−Ｖａ）が電流検出回路５０からの検出電流と
してＡ−Ｄ変換器６０に入力され、酸素センサＳの両端
の電圧差（Ｖａ−Ｖｃ）が酸素センサＳの誘導電圧とし
てＡ−Ｄ変換器６０に入力される。このように構成した
本第１実施例において、イグニッションスイッチ（図示
せぬ）がＯＮされることによりマイクロコンピュータ７
０にて実施される酸素濃度（空燃比）判定、素子温度検
出ルーチンに関して、図５〜図９のフローチャートを用
いて説明する。
【００２５】図５は２ms毎にマイクロコンピュータ７０
にて実行される全体の制御フローを示すもので、ステッ
プ１００で温度判定タイミングフラグＸＴＭＰＴＭが０
か否かを判断する。ここで温度判定タイミングフラグＸ
ＴＭＰＴＭはイグニッションスイッチがＯＮされた直後
に１に初期設定されるものである。そして、ステップ１
００で温度判定タイミングフラグＸＴＭＰＴＭが０と判
断されるとステップ２００の空燃比（Ａ／Ｆ）検出ルー
チンでセンサ電流検出回路５０により検出した酸素セン
サＳの限界電流に基づき空燃比を検出した後、ステップ
３００に進む。また、ステップ１００で温度判定タイミ
ングフラグＸＴＭＰＴＭが０でないと判断されるとステ
ップ２００をバイパスしてステップ３００に進む。
にて実行される全体の制御フローを示すもので、ステッ
プ１００で温度判定タイミングフラグＸＴＭＰＴＭが０
か否かを判断する。ここで温度判定タイミングフラグＸ
ＴＭＰＴＭはイグニッションスイッチがＯＮされた直後
に１に初期設定されるものである。そして、ステップ１
００で温度判定タイミングフラグＸＴＭＰＴＭが０と判
断されるとステップ２００の空燃比（Ａ／Ｆ）検出ルー
チンでセンサ電流検出回路５０により検出した酸素セン
サＳの限界電流に基づき空燃比を検出した後、ステップ
３００に進む。また、ステップ１００で温度判定タイミ
ングフラグＸＴＭＰＴＭが０でないと判断されるとステ
ップ２００をバイパスしてステップ３００に進む。
【００２６】ステップ３００では、酸素センサＳの温度
検出タイミング周期を決定した後、ステップ４００に進
み、ステップ３００で決定された温度検出タイミング周
期に基づき、酸素センサＳに印加される電圧を徐々に変
化させたり、酸素センサＳの起電力を検出した後、ステ
ップ５００に進んで、酸素センサＳの温度を判定する。
検出タイミング周期を決定した後、ステップ４００に進
み、ステップ３００で決定された温度検出タイミング周
期に基づき、酸素センサＳに印加される電圧を徐々に変
化させたり、酸素センサＳの起電力を検出した後、ステ
ップ５００に進んで、酸素センサＳの温度を判定する。
【００２７】図６は図５のＡ／Ｆ検出ルーチン（ステッ
プ２００）の詳細を示すもので、まず、ステップ２０１
でセンサ電流検出回路５０により検出されている酸素セ
ンサＳの限界電流Ｉposを、Ａ−Ｄ変換器６０を介して
取り込んで検出した後、ステップ２０２で限界電流Ｉpo
sに基づき酸素濃度に対応する内燃機関の空燃比（Ａ／
Ｆ）をＲＯＭに予め記憶された特性により判定した後、
ステップ２０３に進む。
プ２００）の詳細を示すもので、まず、ステップ２０１
でセンサ電流検出回路５０により検出されている酸素セ
ンサＳの限界電流Ｉposを、Ａ−Ｄ変換器６０を介して
取り込んで検出した後、ステップ２０２で限界電流Ｉpo
sに基づき酸素濃度に対応する内燃機関の空燃比（Ａ／
Ｆ）をＲＯＭに予め記憶された特性により判定した後、
ステップ２０３に進む。
【００２８】ステップ２０３ではステップ２０２にて判
定された空燃比またはステップ２０１にて検出された限
界電流Ｉposと素子内部抵抗ＺＤＣ（ステップ５００に
て決定される）とから、図１０に示すようなＲＯＭに予
め記憶された特性に基づき所望値の正バイアス電圧（限
界電流測定用電圧）Ｖposを算出する（限界電流Ｉposが
大きい程、すなわち空燃比が薄い程、所望の正バイアス
電圧Ｖposが大きくなり、素子内部抵抗ＺＤＣが大きい
程、すなわち素子温が低い程、所望値の正バイアス電圧
Ｖposが大きくなるように、例えば２００ｍＶ〜９００
ｍＶの範囲で設定されている）。ここで、素子内部抵抗
（素子直流インピーダンス）ＺＤＣと素子温との関係は
図１１に示すように、素子温が小さくなる程、素子内部
抵抗ＺＤＣが飛躍的に大きくなる関係にある。
定された空燃比またはステップ２０１にて検出された限
界電流Ｉposと素子内部抵抗ＺＤＣ（ステップ５００に
て決定される）とから、図１０に示すようなＲＯＭに予
め記憶された特性に基づき所望値の正バイアス電圧（限
界電流測定用電圧）Ｖposを算出する（限界電流Ｉposが
大きい程、すなわち空燃比が薄い程、所望の正バイアス
電圧Ｖposが大きくなり、素子内部抵抗ＺＤＣが大きい
程、すなわち素子温が低い程、所望値の正バイアス電圧
Ｖposが大きくなるように、例えば２００ｍＶ〜９００
ｍＶの範囲で設定されている）。ここで、素子内部抵抗
（素子直流インピーダンス）ＺＤＣと素子温との関係は
図１１に示すように、素子温が小さくなる程、素子内部
抵抗ＺＤＣが飛躍的に大きくなる関係にある。
【００２９】図７は図５の温度検出タイミング判定ルー
チン（ステップ３００）の詳細を示すもので、まず、ス
テップ３０１で温度検出タイミングカウント値ＣＺＤＣ
を１減算する。ここで、温度検出タイミングカウント値
ＣＺＤＣはイグニッションスイッチがＯＮされた直後に
５０、すなわち１００msに初期設定されるものである。
次のステップ３０２では温度検出タイミングカウント値
ＣＺＤＣが０か否かが判断される。ステップ３０２で温
度検出タイミングカウント値ＣＺＤＣが０と判断される
と温度検出タイミングであるためステップ３０３に進ん
で温度検出期間中フラグＸＴＭＰを１にセットした後ス
テップ３０４に進み、ステップ３０２で温度検出タイミ
ングカウント値ＣＺＤＣが０でないと判断されると温度
検出タイミングでないため、以後なにもしないで温度検
出タイミングルーチンを抜ける。
チン（ステップ３００）の詳細を示すもので、まず、ス
テップ３０１で温度検出タイミングカウント値ＣＺＤＣ
を１減算する。ここで、温度検出タイミングカウント値
ＣＺＤＣはイグニッションスイッチがＯＮされた直後に
５０、すなわち１００msに初期設定されるものである。
次のステップ３０２では温度検出タイミングカウント値
ＣＺＤＣが０か否かが判断される。ステップ３０２で温
度検出タイミングカウント値ＣＺＤＣが０と判断される
と温度検出タイミングであるためステップ３０３に進ん
で温度検出期間中フラグＸＴＭＰを１にセットした後ス
テップ３０４に進み、ステップ３０２で温度検出タイミ
ングカウント値ＣＺＤＣが０でないと判断されると温度
検出タイミングでないため、以後なにもしないで温度検
出タイミングルーチンを抜ける。
【００３０】また、ステップ３０４では素子内部抵抗Ｚ
ＤＣが第１の所定値ＺＤＣ１（例えば、酸素センサＳが
十分活性化している温度である７００°Ｃに対応する３
０Ω）より大きいか判断する。ステップ３０４で素子内
部抵抗ＺＤＣが第１の所定値ＺＤＣ１より大きいと判断
されると、ステップ３０５に進み、ステップ３０４で素
子内部抵抗ＺＤＣが第１の所定値ＺＤＣ１より大きくな
いと判断されると、酸素センサＳが十分活性化している
ことになるため、ステップ３０６に進んで、温度検出タ
イミングカウント値ＣＺＤＣを５００、すなわち１秒の
比較的長い時間に設定した後、温度検出タイミングルー
チンを抜ける。
ＤＣが第１の所定値ＺＤＣ１（例えば、酸素センサＳが
十分活性化している温度である７００°Ｃに対応する３
０Ω）より大きいか判断する。ステップ３０４で素子内
部抵抗ＺＤＣが第１の所定値ＺＤＣ１より大きいと判断
されると、ステップ３０５に進み、ステップ３０４で素
子内部抵抗ＺＤＣが第１の所定値ＺＤＣ１より大きくな
いと判断されると、酸素センサＳが十分活性化している
ことになるため、ステップ３０６に進んで、温度検出タ
イミングカウント値ＣＺＤＣを５００、すなわち１秒の
比較的長い時間に設定した後、温度検出タイミングルー
チンを抜ける。
【００３１】そして、ステップ３０５では素子内部抵抗
ＺＤＣが第１の所定値ＺＤＣ１より大きい第２の所定値
ＺＤＣ２（例えば、酸素センサＳがある程度、活性化し
ている温度である６００°Ｃに対応する９０Ω）より大
きいか判断する。ステップ３０５でで素子内部抵抗ＺＤ
Ｃが第２の所定値ＺＤＣ２より大きいと判断されると、
酸素センサＳが活性化していないことになるため、ステ
ップ３０８に進んで常時正バイアス印加フラグＸＴＭＰ
ＴＭＯを１にセットした後、ステップ３１０に進む。こ
こで、常時正バイアス印加フラグＸＴＭＰＴＭＯはイグ
ニッションスイッチがＯＮされた直後に１に初期設定さ
れるものである。
ＺＤＣが第１の所定値ＺＤＣ１より大きい第２の所定値
ＺＤＣ２（例えば、酸素センサＳがある程度、活性化し
ている温度である６００°Ｃに対応する９０Ω）より大
きいか判断する。ステップ３０５でで素子内部抵抗ＺＤ
Ｃが第２の所定値ＺＤＣ２より大きいと判断されると、
酸素センサＳが活性化していないことになるため、ステ
ップ３０８に進んで常時正バイアス印加フラグＸＴＭＰ
ＴＭＯを１にセットした後、ステップ３１０に進む。こ
こで、常時正バイアス印加フラグＸＴＭＰＴＭＯはイグ
ニッションスイッチがＯＮされた直後に１に初期設定さ
れるものである。
【００３２】また、ステップ３０５で素子内部抵抗ＺＤ
Ｃが第２の所定値ＺＤＣ２より大きくないと判断される
と、酸素センサＳがある程度、活性化していることにな
るため、ステップ３０９に進んで、常時正バイアス印加
フラグＸＴＭＰＴＭＯを０にリセットした後、ステップ
３１０に進む。ステップ３１０では温度検出タイミング
カウント値ＣＺＤＣを５０、すなわち１００msの比較的
短い時間に設定した後、温度検出タイミングルーチンを
抜ける。
Ｃが第２の所定値ＺＤＣ２より大きくないと判断される
と、酸素センサＳがある程度、活性化していることにな
るため、ステップ３０９に進んで、常時正バイアス印加
フラグＸＴＭＰＴＭＯを０にリセットした後、ステップ
３１０に進む。ステップ３１０では温度検出タイミング
カウント値ＣＺＤＣを５０、すなわち１００msの比較的
短い時間に設定した後、温度検出タイミングルーチンを
抜ける。
【００３３】図８は図５の徐変及び起電力判定ルーチン
（ステップ４００）の詳細を示すもので、まず、ステッ
プ４０１で温度検出期間中フラグＸＴＭＰが１か否かを
判断する。ステップ４０１で温度検出期間中フラグＸＴ
ＭＰが１でないと判断するとステップ４０２に進んで常
時正バイアス印加フラグＸＴＭＰＴＭＯが１か否かを判
断する。ステップ４０２で常時正バイアス印加フラグＸ
ＴＭＰＴＭＯが１でないと判断するとステップ４０３に
進み、ステップ４０２で常時正バイアス印加フラグＸＴ
ＭＰＴＭＯが１であると判断するとなにもしないで徐変
及び起電力判定ルーチンを抜ける。
（ステップ４００）の詳細を示すもので、まず、ステッ
プ４０１で温度検出期間中フラグＸＴＭＰが１か否かを
判断する。ステップ４０１で温度検出期間中フラグＸＴ
ＭＰが１でないと判断するとステップ４０２に進んで常
時正バイアス印加フラグＸＴＭＰＴＭＯが１か否かを判
断する。ステップ４０２で常時正バイアス印加フラグＸ
ＴＭＰＴＭＯが１でないと判断するとステップ４０３に
進み、ステップ４０２で常時正バイアス印加フラグＸＴ
ＭＰＴＭＯが１であると判断するとなにもしないで徐変
及び起電力判定ルーチンを抜ける。
【００３４】ステップ４０３では酸素センサＳに供給さ
れている電圧Ｖｒが正の所望値の電圧Ｖposと等しいか
判断する。ステップ４０３で酸素センサＳに供給されて
いる電圧Ｖｒが正の所望値の電圧Ｖposと等しいと判断
された時にはなにもしないで徐変及び起電力判定ルーチ
ンを抜ける。ステップ４０３で酸素センサＳに供給され
ている電圧Ｖｒが正の所望値の電圧Ｖposと等しくない
と判断された時にはステップ４０４に進んで電圧Ｖｒと
所望値の電圧Ｖposとの差に応じた電圧を電圧Ｖｒに加
算して、次回の供給電圧Ｖｒが所望値の電圧Ｖposとな
るように補正した後、徐変及び起電力判定ルーチンを抜
ける。
れている電圧Ｖｒが正の所望値の電圧Ｖposと等しいか
判断する。ステップ４０３で酸素センサＳに供給されて
いる電圧Ｖｒが正の所望値の電圧Ｖposと等しいと判断
された時にはなにもしないで徐変及び起電力判定ルーチ
ンを抜ける。ステップ４０３で酸素センサＳに供給され
ている電圧Ｖｒが正の所望値の電圧Ｖposと等しくない
と判断された時にはステップ４０４に進んで電圧Ｖｒと
所望値の電圧Ｖposとの差に応じた電圧を電圧Ｖｒに加
算して、次回の供給電圧Ｖｒが所望値の電圧Ｖposとな
るように補正した後、徐変及び起電力判定ルーチンを抜
ける。
【００３５】ステップ４０１で温度検出期間中フラグＸ
ＴＭＰが１であると判断するとステップ４１８に進んで
温度判定タイミングフラグＸＴＭＰＴＭが１か否かを判
断する。ステップ４１８で温度判定タイミングフラグＸ
ＴＭＰＴＭが１であると判断すると温度判定タイミング
であるため何もしないで徐変及び起電力判定ルーチンを
抜け、温度判定タイミングフラグＸＴＭＰＴＭが１でな
いと判断すると温度判定タイミングでないためステップ
４０５に進んで常時正バイアス印加フラグＸＴＭＰＴＭ
Ｏが１か否かを判断する。ステップ４０５で常時正バイ
アス印加フラグＸＴＭＰＴＭＯが１でないと判断すると
ステップ４０６に進んで、温度判定後フラグＸＡＦＴＭ
Ｐが１か否かを判断する。ここで、温度判定後フラグＸ
ＡＦＴＭＰはイグニッションスイッチがＯＮされた直後
に０に初期設定されるものである。ステップ４０６で温
度判定後フラグＸＡＦＴＭＰが１でないと判断されると
ステップ４０７に進んで、酸素センサＳに供給されてい
る電圧Ｖｒより微少な所定電圧ＫＶｒ（例えば、０．０
１Ｖ）減算して次回の酸素センサ供給電圧Ｖｒとした
後、ステップ４０８に進んで電圧瞬断カウント値ＣＰＯ
ＥＮに１を加算した後、ステップ４０９に進む。
ＴＭＰが１であると判断するとステップ４１８に進んで
温度判定タイミングフラグＸＴＭＰＴＭが１か否かを判
断する。ステップ４１８で温度判定タイミングフラグＸ
ＴＭＰＴＭが１であると判断すると温度判定タイミング
であるため何もしないで徐変及び起電力判定ルーチンを
抜け、温度判定タイミングフラグＸＴＭＰＴＭが１でな
いと判断すると温度判定タイミングでないためステップ
４０５に進んで常時正バイアス印加フラグＸＴＭＰＴＭ
Ｏが１か否かを判断する。ステップ４０５で常時正バイ
アス印加フラグＸＴＭＰＴＭＯが１でないと判断すると
ステップ４０６に進んで、温度判定後フラグＸＡＦＴＭ
Ｐが１か否かを判断する。ここで、温度判定後フラグＸ
ＡＦＴＭＰはイグニッションスイッチがＯＮされた直後
に０に初期設定されるものである。ステップ４０６で温
度判定後フラグＸＡＦＴＭＰが１でないと判断されると
ステップ４０７に進んで、酸素センサＳに供給されてい
る電圧Ｖｒより微少な所定電圧ＫＶｒ（例えば、０．０
１Ｖ）減算して次回の酸素センサ供給電圧Ｖｒとした
後、ステップ４０８に進んで電圧瞬断カウント値ＣＰＯ
ＥＮに１を加算した後、ステップ４０９に進む。
【００３６】ステップ４０９では電圧瞬断カウント値Ｃ
ＰＯＥＮが電圧瞬断設定値ＫＣＰＯＥＮ（例えば、４＝
８ms）以上か否かを判断する。ステップ４０９で電圧瞬
断カウント値ＣＰＯＥＮが電圧瞬断設定値ＫＣＰＯＥＮ
以上でないと判断されると、徐変及び起電力判定ルーチ
ンを抜ける。ステップ４０９で電圧瞬断カウント値ＣＰ
ＯＥＮが電圧瞬断設定値ＫＣＰＯＥＮ以上であると判断
されると、ステップ４１０に進んで電圧瞬断カウント値
ＣＰＯＥＮを０にリセットした後、ステップ４１１の起
電力検出ルーチンに進む。
ＰＯＥＮが電圧瞬断設定値ＫＣＰＯＥＮ（例えば、４＝
８ms）以上か否かを判断する。ステップ４０９で電圧瞬
断カウント値ＣＰＯＥＮが電圧瞬断設定値ＫＣＰＯＥＮ
以上でないと判断されると、徐変及び起電力判定ルーチ
ンを抜ける。ステップ４０９で電圧瞬断カウント値ＣＰ
ＯＥＮが電圧瞬断設定値ＫＣＰＯＥＮ以上であると判断
されると、ステップ４１０に進んで電圧瞬断カウント値
ＣＰＯＥＮを０にリセットした後、ステップ４１１の起
電力検出ルーチンに進む。
【００３７】ステップ４１１の起電力検出ルーチンは図
１２に示すように、まず、ステップ１２１で半導体スイ
ッチ５５を遮断する指令を出力し、次のステップ１２２
で半導体スイッチ５５の遮断により酸素センサＳに発生
する起電力を検出した後、ステップ１２３に進んで、半
導体スイッチ５５を導通する指令を出力する。この起電
力検出ルーチンにより、酸素センサＳに限界電流Ｉpos
が流れている時に、半導体スイッチ５５を瞬断して、そ
の時に酸素センサＳに図１３に示すごとく誘起される起
電力Ｖｅ（酸素センサＳに限界電流Ｉposが流れている
時に酸素センサＳに誘起されている起電力Ｖｅと同じ
値）を検出することになる。
１２に示すように、まず、ステップ１２１で半導体スイ
ッチ５５を遮断する指令を出力し、次のステップ１２２
で半導体スイッチ５５の遮断により酸素センサＳに発生
する起電力を検出した後、ステップ１２３に進んで、半
導体スイッチ５５を導通する指令を出力する。この起電
力検出ルーチンにより、酸素センサＳに限界電流Ｉpos
が流れている時に、半導体スイッチ５５を瞬断して、そ
の時に酸素センサＳに図１３に示すごとく誘起される起
電力Ｖｅ（酸素センサＳに限界電流Ｉposが流れている
時に酸素センサＳに誘起されている起電力Ｖｅと同じ
値）を検出することになる。
【００３８】次のステップ４１２では起電力Ｖｅが微少
設定起電力ＫＶｅ（例えば、０．０２Ｖ）以下か否かを
判断する。ステップ４１２で起電力Ｖｅが微少設定起電
力ＫＶｅ以下であると判断されると、酸素センサＳに印
加されている電圧が限界電流領域内の低電圧側の端付近
の値であるため、ステップ４１３に進んで温度判定タイ
ミングフラグＸＴＭＰＴＭを１に設定した後、徐変及び
起電力判定ルーチンを抜ける。ここで、温度判定タイミ
ングフラグＸＴＭＰＴＭはイグニッションスイッチがＯ
Ｎされた直後に１に初期設定されるものである。ステッ
プ４１２で起電力Ｖｅが微少設定起電力ＫＶｅ以下でな
いと判断されると、徐変及び起電力判定ルーチンを抜け
る。また、ステップ４０５で常時正バイアス印加フラグ
ＸＴＭＰＴＭＯが１であると判断されるとステップ４１
３に進む。
設定起電力ＫＶｅ（例えば、０．０２Ｖ）以下か否かを
判断する。ステップ４１２で起電力Ｖｅが微少設定起電
力ＫＶｅ以下であると判断されると、酸素センサＳに印
加されている電圧が限界電流領域内の低電圧側の端付近
の値であるため、ステップ４１３に進んで温度判定タイ
ミングフラグＸＴＭＰＴＭを１に設定した後、徐変及び
起電力判定ルーチンを抜ける。ここで、温度判定タイミ
ングフラグＸＴＭＰＴＭはイグニッションスイッチがＯ
Ｎされた直後に１に初期設定されるものである。ステッ
プ４１２で起電力Ｖｅが微少設定起電力ＫＶｅ以下でな
いと判断されると、徐変及び起電力判定ルーチンを抜け
る。また、ステップ４０５で常時正バイアス印加フラグ
ＸＴＭＰＴＭＯが１であると判断されるとステップ４１
３に進む。
【００３９】また、ステップ４０６で温度判定後フラグ
ＸＡＦＴＭＰが１であると判断されるとステップ４１４
に進んで、酸素センサＳに供給されている電圧Ｖｒに微
少な所定電圧ＫＶｒ（例えば、０．０１Ｖ）を加算して
次回の酸素センサ供給電圧Ｖｒとした後、ステップ４１
５に進む。ステップ４１５では酸素センサＳに供給され
ている電圧Ｖｒが正の所望値の電圧Ｖpos以上か否か判
断する。ステップ４１５で酸素センサＳに供給されてい
る電圧Ｖｒが正の所望値の電圧Ｖposより大きくないと
判断された時には徐変及び起電力判定ルーチンを抜け
る。ステップ４１５で酸素センサＳに供給されている電
圧Ｖｒが正の所望値の電圧Ｖposより大きいと判断され
た時にはステップ４１６に進んで温度検出期間中フラグ
ＸＴＭＰを０にリセットした後、ステップ４１７に進ん
で温度判定後フラグＸＡＦＴＭＰを０にリセットして徐
変及び起電力判定ルーチンを抜ける。
ＸＡＦＴＭＰが１であると判断されるとステップ４１４
に進んで、酸素センサＳに供給されている電圧Ｖｒに微
少な所定電圧ＫＶｒ（例えば、０．０１Ｖ）を加算して
次回の酸素センサ供給電圧Ｖｒとした後、ステップ４１
５に進む。ステップ４１５では酸素センサＳに供給され
ている電圧Ｖｒが正の所望値の電圧Ｖpos以上か否か判
断する。ステップ４１５で酸素センサＳに供給されてい
る電圧Ｖｒが正の所望値の電圧Ｖposより大きくないと
判断された時には徐変及び起電力判定ルーチンを抜け
る。ステップ４１５で酸素センサＳに供給されている電
圧Ｖｒが正の所望値の電圧Ｖposより大きいと判断され
た時にはステップ４１６に進んで温度検出期間中フラグ
ＸＴＭＰを０にリセットした後、ステップ４１７に進ん
で温度判定後フラグＸＡＦＴＭＰを０にリセットして徐
変及び起電力判定ルーチンを抜ける。
【００４０】図９は図５の温度判定ルーチン（ステップ
５００）の詳細を示すもので、まず、ステップ５０１で
温度判定タイミングフラグＸＴＭＰＴＭが１か否かを判
断する。ステップ５０１で温度判定タイミングフラグＸ
ＴＭＰＴＭが１でないと判断されると何もしないで温度
判定ルーチンを抜け、ステップ５０１で温度判定タイミ
ングフラグＸＴＭＰＴＭが１であると判断されると、ス
テップ５１０に進んで温度検出ルーチンに入ってから初
回の演算が終了したことを示す温度初回演算終了フラグ
ＣＴＭＰＯが０か否かを判定する。
５００）の詳細を示すもので、まず、ステップ５０１で
温度判定タイミングフラグＸＴＭＰＴＭが１か否かを判
断する。ステップ５０１で温度判定タイミングフラグＸ
ＴＭＰＴＭが１でないと判断されると何もしないで温度
判定ルーチンを抜け、ステップ５０１で温度判定タイミ
ングフラグＸＴＭＰＴＭが１であると判断されると、ス
テップ５１０に進んで温度検出ルーチンに入ってから初
回の演算が終了したことを示す温度初回演算終了フラグ
ＣＴＭＰＯが０か否かを判定する。
【００４１】ステップ５１０で温度初回演算終了フラグ
ＣＴＭＰＯが０でないと判定すると温度検出ルーチンに
入ってから初回の演算が終了しているためステップ５２
０に進み、温度初回演算終了フラグＣＴＭＰＯが０であ
ると判定すると温度検出ルーチンに入ってから初回の演
算が終了していないためステップ５０２に進んで現在酸
素センサＳに供給されている電圧Ｖｒを測温直前電圧Ｖ
ｐとして記憶すると共に、温度初回演算終了フラグＣＴ
ＭＰＯを１にセットし、さらに温度検出が終了したこと
を示す温度検出終了フラグＦＰＶを０にリセットした後
ステップ５２０に進む。
ＣＴＭＰＯが０でないと判定すると温度検出ルーチンに
入ってから初回の演算が終了しているためステップ５２
０に進み、温度初回演算終了フラグＣＴＭＰＯが０であ
ると判定すると温度検出ルーチンに入ってから初回の演
算が終了していないためステップ５０２に進んで現在酸
素センサＳに供給されている電圧Ｖｒを測温直前電圧Ｖ
ｐとして記憶すると共に、温度初回演算終了フラグＣＴ
ＭＰＯを１にセットし、さらに温度検出が終了したこと
を示す温度検出終了フラグＦＰＶを０にリセットした後
ステップ５２０に進む。
【００４２】ステップ５２０では温度検出終了フラグＦ
ＰＶが０か否かを判断し、温度検出終了フラグＦＰＶが
０でないと判断するとステップ５３０に進み、温度検出
終了フラグＦＰＶが０であると判断するとステップ５０
３に進む。ステップ５０３では、酸素センサＳに供給す
る電圧を負の測温用電圧Ｖneg（例えば−３００ｍＶ）
に設定すると共に測温カウント値ＣＴＭＰに１を加算し
た後、ステップ５０５に進む。
ＰＶが０か否かを判断し、温度検出終了フラグＦＰＶが
０でないと判断するとステップ５３０に進み、温度検出
終了フラグＦＰＶが０であると判断するとステップ５０
３に進む。ステップ５０３では、酸素センサＳに供給す
る電圧を負の測温用電圧Ｖneg（例えば−３００ｍＶ）
に設定すると共に測温カウント値ＣＴＭＰに１を加算し
た後、ステップ５０５に進む。
【００４３】ステップ５０５では測温カウント値ＣＴＭ
Ｐが測温設定値ＫＣＴＭＰ（例えば、２＝４ms）以上か
否かを判断するもので、測温カウント値ＣＴＭＰが測温
設定値ＫＣＴＭＰ以上でないと判断するとそのまま温度
判定ルーチンを抜ける。ステップ５０５で測温カウント
値ＣＴＭＰが測温設定値ＫＣＴＭＰ以上であると判断す
るとステップ５０６に進んで、センサ電流検出回路５０
により検出されている酸素センサＳの温度電流Ｉ
negを、Ａ−Ｄ変換器６０を介して取り込んで検出する
と共に、図１３のセンサ電圧−電流特性に基づき、温度
電流Ｉnegと測温電圧Ｖnegとを用いて、酸素センサＳの
内部抵抗ＺＤＣを、ＺＤＣ＝Ｖneg／Ｉnegにより演算し
て検出し、さらに、温度検出終了フラグＦＰＶを１にセ
ットすると共に正電圧印加カウント値ＣＰＶを０にリセ
ットする。
Ｐが測温設定値ＫＣＴＭＰ（例えば、２＝４ms）以上か
否かを判断するもので、測温カウント値ＣＴＭＰが測温
設定値ＫＣＴＭＰ以上でないと判断するとそのまま温度
判定ルーチンを抜ける。ステップ５０５で測温カウント
値ＣＴＭＰが測温設定値ＫＣＴＭＰ以上であると判断す
るとステップ５０６に進んで、センサ電流検出回路５０
により検出されている酸素センサＳの温度電流Ｉ
negを、Ａ−Ｄ変換器６０を介して取り込んで検出する
と共に、図１３のセンサ電圧−電流特性に基づき、温度
電流Ｉnegと測温電圧Ｖnegとを用いて、酸素センサＳの
内部抵抗ＺＤＣを、ＺＤＣ＝Ｖneg／Ｉnegにより演算し
て検出し、さらに、温度検出終了フラグＦＰＶを１にセ
ットすると共に正電圧印加カウント値ＣＰＶを０にリセ
ットする。
【００４４】次のステップ５３０では正電圧印加カウン
ト値ＣＰＶに１を加算すると共に、酸素センサＳに供給
する電圧Ｖｒを、ステップ５０２にて記憶されている測
温直前電圧Ｖｐに予め定められた正の電圧Ｖｐｌｕｓを
加算した電圧とした後、ステップ５４０に進む。ステッ
プ５４０では正電圧印加カウント値ＣＰＶが所定値ＫＣ
ＰＶ（例えば、１＝２ms）以上か否かを判断するもの
で、正電圧印加カウント値ＣＰＶが所定値ＫＣＰＶ以上
でないと判断するとそのまま温度判定ルーチンを抜け、
正電圧印加カウント値ＣＰＶが所定値ＫＣＰＶ以上であ
ると判断するとステップ５０８に進む。
ト値ＣＰＶに１を加算すると共に、酸素センサＳに供給
する電圧Ｖｒを、ステップ５０２にて記憶されている測
温直前電圧Ｖｐに予め定められた正の電圧Ｖｐｌｕｓを
加算した電圧とした後、ステップ５４０に進む。ステッ
プ５４０では正電圧印加カウント値ＣＰＶが所定値ＫＣ
ＰＶ（例えば、１＝２ms）以上か否かを判断するもの
で、正電圧印加カウント値ＣＰＶが所定値ＫＣＰＶ以上
でないと判断するとそのまま温度判定ルーチンを抜け、
正電圧印加カウント値ＣＰＶが所定値ＫＣＰＶ以上であ
ると判断するとステップ５０８に進む。
【００４５】ステップ５０８では酸素センサＳに供給す
る電圧Ｖｒをステップ５０２にて記憶されている測温直
前電圧Ｖｐに設定した後、ステップ５０９に進んで温度
判定タイミングフラグＸＴＭＰＴＭを０にリセットし、
また温度判定後フラグＸＡＦＴＭＰを１にセットし、さ
らに測温カウント値ＣＴＭＰを０にリセットすると共に
温度初回演算終了フラグＣＴＭＰＯを０にリセットす
る。
る電圧Ｖｒをステップ５０２にて記憶されている測温直
前電圧Ｖｐに設定した後、ステップ５０９に進んで温度
判定タイミングフラグＸＴＭＰＴＭを０にリセットし、
また温度判定後フラグＸＡＦＴＭＰを１にセットし、さ
らに測温カウント値ＣＴＭＰを０にリセットすると共に
温度初回演算終了フラグＣＴＭＰＯを０にリセットす
る。
【００４６】以上の実施例によると、イグニッションス
イッチがＯＮされると、最初は酸素センサＳが活性化さ
れていないため、酸素センサＳには常時、負の測温用電
圧Ｖneg が供給されて比較的短い１００ms毎の周期にて
酸素センサＳの内部抵抗ＺＤＣが検出され、この内部抵
抗ＺＤＣに基づいてヒータ制御回路８０によりヒータ２
６の電力制御がなされ、酸素センサＳの早期活性化が図
られる。
イッチがＯＮされると、最初は酸素センサＳが活性化さ
れていないため、酸素センサＳには常時、負の測温用電
圧Ｖneg が供給されて比較的短い１００ms毎の周期にて
酸素センサＳの内部抵抗ＺＤＣが検出され、この内部抵
抗ＺＤＣに基づいてヒータ制御回路８０によりヒータ２
６の電力制御がなされ、酸素センサＳの早期活性化が図
られる。
【００４７】そして、酸素センサＳがある程度、活性化
している素子温度６００°Ｃになると、酸素センサＳに
は正の所望値の限界電流測定用電圧Ｖpos が供給され、
２ms毎の周期にて酸素センサＳの限界電流Ｉpos 、すな
わち内燃機関の空燃比（排気ガス中の酸素濃度）が検出
され、その間に比較的短い１００ms毎の温度検出周期に
て、図１４（ａ）に示すごとく、酸素センサＳの供給電
圧が正の所望値の電圧Ｖposから２ms毎に０．０１Ｖず
つ徐々に低下し、その間、８ms毎に酸素センサＳの供給
電圧が瞬断されて、この瞬断中において酸素センサＳに
誘起される起電力Ｖｅが検出される。
している素子温度６００°Ｃになると、酸素センサＳに
は正の所望値の限界電流測定用電圧Ｖpos が供給され、
２ms毎の周期にて酸素センサＳの限界電流Ｉpos 、すな
わち内燃機関の空燃比（排気ガス中の酸素濃度）が検出
され、その間に比較的短い１００ms毎の温度検出周期に
て、図１４（ａ）に示すごとく、酸素センサＳの供給電
圧が正の所望値の電圧Ｖposから２ms毎に０．０１Ｖず
つ徐々に低下し、その間、８ms毎に酸素センサＳの供給
電圧が瞬断されて、この瞬断中において酸素センサＳに
誘起される起電力Ｖｅが検出される。
【００４８】そしてこの起電力が０．０２Ｖの微少設定
電圧以下になると、酸素センサＳに負の測温用電圧Ｖne
gが供給されて、その４ms後に酸素センサＳの内部抵抗
ＺＤＣ、すなわち素子温度を検出した後、測温用電圧Ｖ
negを供給する直前に酸素センサＳに供給されている測
温直前電圧Ｖｐに正の電圧Ｖｐｌｕｓを加算した電圧
を、２msの短時間酸素センサＳに供給した後、測温直前
電圧Ｖｐから２ms毎に０．０１Ｖずつ徐々に正の所望の
限界電流測定用電圧Ｖposになるまで酸素センサＳに供
給される電圧を増大する。そして、このような酸素セン
サＳに供給される電圧の制御に伴って、酸素センサＳに
は図１４（ｂ）に記載されるごとき電流が流れ、その間
も２ms毎の周期にて、ほぼ連続的に酸素センサＳの限界
電流Ｉpos、すなわち内燃機関の空燃比が検出され、ま
た、１００msの比較的短い周期毎に素子の内部抵抗ＺＤ
Ｃ、すなわち素子温度が検出される。ここで、２ms毎の
周期にて空燃比が検出できないのは、素子温度検出時の
８msの間のみである。
電圧以下になると、酸素センサＳに負の測温用電圧Ｖne
gが供給されて、その４ms後に酸素センサＳの内部抵抗
ＺＤＣ、すなわち素子温度を検出した後、測温用電圧Ｖ
negを供給する直前に酸素センサＳに供給されている測
温直前電圧Ｖｐに正の電圧Ｖｐｌｕｓを加算した電圧
を、２msの短時間酸素センサＳに供給した後、測温直前
電圧Ｖｐから２ms毎に０．０１Ｖずつ徐々に正の所望の
限界電流測定用電圧Ｖposになるまで酸素センサＳに供
給される電圧を増大する。そして、このような酸素セン
サＳに供給される電圧の制御に伴って、酸素センサＳに
は図１４（ｂ）に記載されるごとき電流が流れ、その間
も２ms毎の周期にて、ほぼ連続的に酸素センサＳの限界
電流Ｉpos、すなわち内燃機関の空燃比が検出され、ま
た、１００msの比較的短い周期毎に素子の内部抵抗ＺＤ
Ｃ、すなわち素子温度が検出される。ここで、２ms毎の
周期にて空燃比が検出できないのは、素子温度検出時の
８msの間のみである。
【００４９】また、酸素センサＳが十分、活性化してい
る素子温度７００°Ｃになると、素子の温度変化が少な
くなるため、温度検出周期が１００ms毎から１秒毎の比
較的長い周期に変更され、前述と同様にして２ms毎の周
期にてほぼ連続的に空燃比が検出される。このように、
温度検出周期を長くすることにより、空燃比の検出機会
をより増やすことができる。
る素子温度７００°Ｃになると、素子の温度変化が少な
くなるため、温度検出周期が１００ms毎から１秒毎の比
較的長い周期に変更され、前述と同様にして２ms毎の周
期にてほぼ連続的に空燃比が検出される。このように、
温度検出周期を長くすることにより、空燃比の検出機会
をより増やすことができる。
【００５０】なお、酸素センサＳの電気的等価回路は図
１５のごとく表すことができる。図１５において、Ｒ0
は抵抗支配領域（酸素センサＳの電極端子間に印加する
電圧Ｖｒに比例して酸素センサＳの両電極間に電流が流
れる領域）での内部抵抗に対応しており、Ｒ2は過電圧
領域（酸素センサＳの電極端子間に印加する電圧Ｖｒに
よらず酸素センサＳの両電極間に略一定の限界電流が流
れる領域）における電解質と電極との界面に存在する抵
抗を表し、Ｃ1は同様に界面の静電容量を表す。したが
って、限界電流を測定している時に内部抵抗を測定する
ために、過電圧領域から抵抗支配領域に切替える時、及
び内部抵抗を測定した後、限界電流を測定するために、
抵抗支配領域から過電圧領域に切替える時には、界面の
静電容量Ｃ1 に蓄えられる電荷の影響により、図１６に
示すごとく、センサ電流は正、負の各ピークが発生して
から所定時間後に安定値に収束することになる。
１５のごとく表すことができる。図１５において、Ｒ0
は抵抗支配領域（酸素センサＳの電極端子間に印加する
電圧Ｖｒに比例して酸素センサＳの両電極間に電流が流
れる領域）での内部抵抗に対応しており、Ｒ2は過電圧
領域（酸素センサＳの電極端子間に印加する電圧Ｖｒに
よらず酸素センサＳの両電極間に略一定の限界電流が流
れる領域）における電解質と電極との界面に存在する抵
抗を表し、Ｃ1は同様に界面の静電容量を表す。したが
って、限界電流を測定している時に内部抵抗を測定する
ために、過電圧領域から抵抗支配領域に切替える時、及
び内部抵抗を測定した後、限界電流を測定するために、
抵抗支配領域から過電圧領域に切替える時には、界面の
静電容量Ｃ1 に蓄えられる電荷の影響により、図１６に
示すごとく、センサ電流は正、負の各ピークが発生して
から所定時間後に安定値に収束することになる。
【００５１】ここで、電圧切替え時の各ピーク値は、図
８のフローで述べたごとく、酸素センサＳへの印加電圧
を徐減及び徐増し、電圧切替え時に酸素センサＳに誘導
させ起電力を所定値以下に小さくすることによって小さ
くすることが可能であり、これによって、センサ電流の
安定時間を短縮することが可能である。それに加えて、
図９のフローで述べたごとく、抵抗支配領域から過電圧
領域に切替える時に、測温直前電圧Ｖｐに所定の正の電
圧Ｖｐｌｕｓを加算した電圧を短時間酸素センサＳに供
給することにより、界面の静電容量Ｃ1 における電荷の
放電、充電が短時間で急速に終了されることにより、セ
ンサ電流の安定時間をより短縮することができる。そし
て、所定の正の電圧Ｖｐｌｕｓとしては０．２〜０．８
Ｖのうちの任意の一定値でよいが、検出限界電流値に応
じて変化する値としてもよい。また、測温直前電圧Ｖｐ
に所定の正の電圧Ｖｐｌｕｓを加算した電圧を酸素セン
サＳに短時間印加する時間は、１〜２ms程度がよい。し
かして、この時間と所定の正の電圧Ｖｐｌｕｓとは、一
方を大きくすると他方は小さくできるという関係にあ
り、両者のバランスをとることにより、検出不可能時間
の短縮化を有効に達成することができる。
８のフローで述べたごとく、酸素センサＳへの印加電圧
を徐減及び徐増し、電圧切替え時に酸素センサＳに誘導
させ起電力を所定値以下に小さくすることによって小さ
くすることが可能であり、これによって、センサ電流の
安定時間を短縮することが可能である。それに加えて、
図９のフローで述べたごとく、抵抗支配領域から過電圧
領域に切替える時に、測温直前電圧Ｖｐに所定の正の電
圧Ｖｐｌｕｓを加算した電圧を短時間酸素センサＳに供
給することにより、界面の静電容量Ｃ1 における電荷の
放電、充電が短時間で急速に終了されることにより、セ
ンサ電流の安定時間をより短縮することができる。そし
て、所定の正の電圧Ｖｐｌｕｓとしては０．２〜０．８
Ｖのうちの任意の一定値でよいが、検出限界電流値に応
じて変化する値としてもよい。また、測温直前電圧Ｖｐ
に所定の正の電圧Ｖｐｌｕｓを加算した電圧を酸素セン
サＳに短時間印加する時間は、１〜２ms程度がよい。し
かして、この時間と所定の正の電圧Ｖｐｌｕｓとは、一
方を大きくすると他方は小さくできるという関係にあ
り、両者のバランスをとることにより、検出不可能時間
の短縮化を有効に達成することができる。
【００５２】ここで、図１６は図９のフロー中からステ
ップ５３０、５４０を省略した比較例の場合のセンサ電
流、電圧特性であり、抵抗支配領域から過電圧領域に切
替えた時にセンサ電流が安定状態に収束するまで５ms以
上の時間を有するのに対し、本実施例では図１７および
図１の軌跡２で示すごとく、所定の正の電圧Ｖｐｌｕｓ
の加算を終了したのと略同時にセンサ電流が収束値に安
定しており、センサ電流が収束値に安定するまでに要す
る時間を比較例に対し半分以下に低減することができ
た。
ップ５３０、５４０を省略した比較例の場合のセンサ電
流、電圧特性であり、抵抗支配領域から過電圧領域に切
替えた時にセンサ電流が安定状態に収束するまで５ms以
上の時間を有するのに対し、本実施例では図１７および
図１の軌跡２で示すごとく、所定の正の電圧Ｖｐｌｕｓ
の加算を終了したのと略同時にセンサ電流が収束値に安
定しており、センサ電流が収束値に安定するまでに要す
る時間を比較例に対し半分以下に低減することができ
た。
【００５３】〔他の実施例〕なお、上述した実施例にお
いては、酸素センサＳに測温用電圧として図９のステッ
プ５０３にて負の一定電圧を供給するようにしたが、測
温電圧供給直前の電圧から所定電圧を減算した電圧を測
温用電圧として酸素センサＳに供給するようにしてもよ
い。
いては、酸素センサＳに測温用電圧として図９のステッ
プ５０３にて負の一定電圧を供給するようにしたが、測
温電圧供給直前の電圧から所定電圧を減算した電圧を測
温用電圧として酸素センサＳに供給するようにしてもよ
い。
【００５４】また、上述した実施例においては、測温用
電圧を限界電流測定用電圧より低い電圧としたが、逆に
高い電圧としてもよく、この場合には測温用電圧から限
界電流測定用電圧に切替える際、所定の正の電圧の代わ
りに所定の負の電圧を短時間加算するようにすればよ
い。また、上述した実施例においては、酸素センサＳへ
の印加電圧を図８の徐変及び起電力ルーチンにて徐減及
び徐増し、電圧切替え時に酸素センサＳに誘導させ起電
力を所定値以下に小さくすることによってピーク電圧を
小さくすることにより、検出不可能時間を短縮するよう
にしたが、このような図８の徐変及び起電力ルーチンを
省略して、米国特許第５４０５５２１号明細書に記載さ
れるごとく、収束途中の電流を検出することにより収束
電流を予測するものに本発明を適用するようにしてもよ
い。
電圧を限界電流測定用電圧より低い電圧としたが、逆に
高い電圧としてもよく、この場合には測温用電圧から限
界電流測定用電圧に切替える際、所定の正の電圧の代わ
りに所定の負の電圧を短時間加算するようにすればよ
い。また、上述した実施例においては、酸素センサＳへ
の印加電圧を図８の徐変及び起電力ルーチンにて徐減及
び徐増し、電圧切替え時に酸素センサＳに誘導させ起電
力を所定値以下に小さくすることによってピーク電圧を
小さくすることにより、検出不可能時間を短縮するよう
にしたが、このような図８の徐変及び起電力ルーチンを
省略して、米国特許第５４０５５２１号明細書に記載さ
れるごとく、収束途中の電流を検出することにより収束
電流を予測するものに本発明を適用するようにしてもよ
い。
【００５５】また、上述した実施例においては、図９の
ステップ５０６において、図１３のセンサ電圧−電流特
性に基づき、酸素センサＳに測温用電圧を供給している
時の温度電流Ｉnegと測温用電圧Ｖnegとを用いて、酸素
センサＳの内部抵抗ＺＤＣを、ＺＤＣ＝Ｖneg／Ｉnegに
より演算して検出するようにしたが、さらに、測温用電
圧印加直前の限界電流測定用電圧Ｖposと測温用電圧印
加直前の限界電流Ｉposとを用いて、ＺＤＣ＝（Ｖpos−
Ｖneg）／（Ｉpos−Ｉneg）により酸素センサＳの内部
抵抗ＺＤＣ演算して検出するようにしてもよい。このよ
うにすることにより、図８の徐変及び起電力ルーチンを
省略することもできる。
ステップ５０６において、図１３のセンサ電圧−電流特
性に基づき、酸素センサＳに測温用電圧を供給している
時の温度電流Ｉnegと測温用電圧Ｖnegとを用いて、酸素
センサＳの内部抵抗ＺＤＣを、ＺＤＣ＝Ｖneg／Ｉnegに
より演算して検出するようにしたが、さらに、測温用電
圧印加直前の限界電流測定用電圧Ｖposと測温用電圧印
加直前の限界電流Ｉposとを用いて、ＺＤＣ＝（Ｖpos−
Ｖneg）／（Ｉpos−Ｉneg）により酸素センサＳの内部
抵抗ＺＤＣ演算して検出するようにしてもよい。このよ
うにすることにより、図８の徐変及び起電力ルーチンを
省略することもできる。
【００５６】〔実施例と発明との対応〕なお、バイアス
制御回路４０、ステップ２０３が本発明の限界電流測定
用電圧供給手段に相当し、バイアス制御回路４０、ステ
ップ５０３が本発明の測温電圧供給手段に相当し、ステ
ップ５０８、５３０、５４０が本発明の電圧切替え制御
手段に相当し、ステップ２０１が本発明の限界電流検出
手段に相当し、ステップ５０６が本発明の素子温度検出
手段および内部抵抗検出手段に相当し、ステップ４０７
〜４１２が本発明の電圧低減手段に相当し、ステップ３
０１、３０３〜３１０が本発明の周期決定手段に相当す
る。
制御回路４０、ステップ２０３が本発明の限界電流測定
用電圧供給手段に相当し、バイアス制御回路４０、ステ
ップ５０３が本発明の測温電圧供給手段に相当し、ステ
ップ５０８、５３０、５４０が本発明の電圧切替え制御
手段に相当し、ステップ２０１が本発明の限界電流検出
手段に相当し、ステップ５０６が本発明の素子温度検出
手段および内部抵抗検出手段に相当し、ステップ４０７
〜４１２が本発明の電圧低減手段に相当し、ステップ３
０１、３０３〜３１０が本発明の周期決定手段に相当す
る。
【００５７】〔酸素センサの第２の実施の形態〕次に、
酸素センサ（Ａ／Ｆセンサ）の第２実施の形態を説明す
る。但し、本実施の形態の構成において、上述したＡ／
Ｆセンサの第１の実施の形態と同等であるものについて
はその説明を簡略化する。そして、以下にはＡ／Ｆセン
サの第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
酸素センサ（Ａ／Ｆセンサ）の第２実施の形態を説明す
る。但し、本実施の形態の構成において、上述したＡ／
Ｆセンサの第１の実施の形態と同等であるものについて
はその説明を簡略化する。そして、以下にはＡ／Ｆセン
サの第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５８】つまり、上記Ａ／Ｆセンサの第１の実施の
形態ではコップ型Ａ／ＦセンサＳを用いて空燃比検出装
置を構成し、同センサ３０への電圧の印加に伴い流れる
限界電流からＡ／Ｆを検出するようにしていたが、本Ａ
／Ｆセンサの実施の形態では、同Ａ／ＦセンサＳに代え
て積層型Ａ／ＦセンサＳＡを用いて空燃比検出装置を構
成する。以下、積層型Ａ／Ｆセンサの構成及びその特性
を図面を用いて説明する。
形態ではコップ型Ａ／ＦセンサＳを用いて空燃比検出装
置を構成し、同センサ３０への電圧の印加に伴い流れる
限界電流からＡ／Ｆを検出するようにしていたが、本Ａ
／Ｆセンサの実施の形態では、同Ａ／ＦセンサＳに代え
て積層型Ａ／ＦセンサＳＡを用いて空燃比検出装置を構
成する。以下、積層型Ａ／Ｆセンサの構成及びその特性
を図面を用いて説明する。
【００５９】図１８は積層型Ａ／ＦセンサＳＡの構成を
示す断面図である。積層型Ａ／ＦセンサＳＡは、ジルコ
ニアからなる２層の固体電解質層６１，６２を有してお
り、これら各々は一般にポンピングセル（固体電解質層
６１），センシングセル（固体電解質層６２）と称され
る。固体電解質層６１の下方には酸素濃度判定室として
の拡散ギャップ６３が設けられ、他方、固体電解質層６
２の下方には大気圧室としての空気ダクト６４が設けら
れている。固体電解質層６１にはピンホール６５が形成
されており、このピンホール６５を介して排気ガスが拡
散ギャップ６３内に導入されるようになっている。な
お、図中の符号６６はセンサＳＡを加熱するためのヒー
タである。
示す断面図である。積層型Ａ／ＦセンサＳＡは、ジルコ
ニアからなる２層の固体電解質層６１，６２を有してお
り、これら各々は一般にポンピングセル（固体電解質層
６１），センシングセル（固体電解質層６２）と称され
る。固体電解質層６１の下方には酸素濃度判定室として
の拡散ギャップ６３が設けられ、他方、固体電解質層６
２の下方には大気圧室としての空気ダクト６４が設けら
れている。固体電解質層６１にはピンホール６５が形成
されており、このピンホール６５を介して排気ガスが拡
散ギャップ６３内に導入されるようになっている。な
お、図中の符号６６はセンサＳＡを加熱するためのヒー
タである。
【００６０】固体電解質層６１（ポンピングセル）の上
下面には白金電極６７，６８が取り付けられ、固体電解
質層６２（センシングセル）の上下面には白金電極６
９，７４が取り付けられている。電極６７には端子７１
が、電極６８，６９には端子７２が、電極７４には端子
７３が、それぞれ接続されている。この積層型Ａ／Ｆセ
ンサＳＡの動作原理を以下に説明する。図１９は端子７
２，７３間に発生するセンサ起電力Ｖｓの特性を示すグ
ラフである。このとき、センサ起電力Ｖｓは下記の
（１）式に示すように拡散ギャップ６３内の酸素濃度Ｐ
ｖと空気ダクト６４内の酸素濃度（大気中の酸素濃度に
等しい）Ｐｏとにより決定される。
下面には白金電極６７，６８が取り付けられ、固体電解
質層６２（センシングセル）の上下面には白金電極６
９，７４が取り付けられている。電極６７には端子７１
が、電極６８，６９には端子７２が、電極７４には端子
７３が、それぞれ接続されている。この積層型Ａ／Ｆセ
ンサＳＡの動作原理を以下に説明する。図１９は端子７
２，７３間に発生するセンサ起電力Ｖｓの特性を示すグ
ラフである。このとき、センサ起電力Ｖｓは下記の
（１）式に示すように拡散ギャップ６３内の酸素濃度Ｐ
ｖと空気ダクト６４内の酸素濃度（大気中の酸素濃度に
等しい）Ｐｏとにより決定される。
【００６１】
【数１】Ｖｓ＝（ＲＴ／４Ｆ）・ｌｎ（Ｐｏ／Ｐｖ） 但し、同式において、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｆ
はファラデーの定数である。また、拡散ギャップ６３内
の酸素濃度Ｐｖは、通常は排気ガスの酸素濃度ＰＡに等
しくなっている。従って、Ａ／Ｆがリッチになり排気ガ
ス中の酸素濃度ＰＡが減少すると拡散ギャップ６３内の
酸素濃度Ｐｖも減少し、センサ起電力Ｖｓは増加する。
逆にリーンになると拡散ギャップ６３内の酸素濃度Ｐｖ
は増加するためセンサ起電力Ｖｓは減少する。そして、
このセンサ起電力Ｖｓは端子７３にて検出される。
はファラデーの定数である。また、拡散ギャップ６３内
の酸素濃度Ｐｖは、通常は排気ガスの酸素濃度ＰＡに等
しくなっている。従って、Ａ／Ｆがリッチになり排気ガ
ス中の酸素濃度ＰＡが減少すると拡散ギャップ６３内の
酸素濃度Ｐｖも減少し、センサ起電力Ｖｓは増加する。
逆にリーンになると拡散ギャップ６３内の酸素濃度Ｐｖ
は増加するためセンサ起電力Ｖｓは減少する。そして、
このセンサ起電力Ｖｓは端子７３にて検出される。
【００６２】また、端子７１に電圧Ｖｐを印加し、ポン
ピング電流Ｉｐを流すことにより、固体電解質層６１内
を酸素イオンが通過し、拡散ギャップ６３内の酸素濃度
Ｐｖを自由に制御することができる。以上の原理によ
り、センサ起電力Ｖｓを検出し、その値が一定となるよ
うに端子７１への印加電圧Ｖｐを制御すれば、ポンピン
グ電流Ｉｐから排気ガスの酸素濃度、即ちＡ／Ｆを検出
することができる。
ピング電流Ｉｐを流すことにより、固体電解質層６１内
を酸素イオンが通過し、拡散ギャップ６３内の酸素濃度
Ｐｖを自由に制御することができる。以上の原理によ
り、センサ起電力Ｖｓを検出し、その値が一定となるよ
うに端子７１への印加電圧Ｖｐを制御すれば、ポンピン
グ電流Ｉｐから排気ガスの酸素濃度、即ちＡ／Ｆを検出
することができる。
【００６３】つまり、センサ起電力Ｖｓを一定に制御す
るには、拡散ギャップ６３内の酸素濃度Ｐｖを常に一定
の酸素濃度Ｐｖｏにしなければならず、そのためには、
排気ガス中の酸素濃度ＰＡとＰｖｏの差分に相当する酸
素量を供給する必要がある。このとき、ＰＡとＰｖｏの
差分に相当する酸素供給量はポンピング電流Ｉｐの大き
さにより決定される。従って、ポンピング電流Ｉｐから
排気ガス中の酸素濃度（Ａ／Ｆ）が検出できる。そし
て、図１９に示すように、Ａ／Ｆ＝１４．７（ストイ
キ，但しエンジンにより若干異なる）の時のセンサ起電
力Ｖｓを所定値（Ｖｓ＝０．４５Ｖ）になるように制御
すれば、ポンピング電流ＩｐとＡ／Ｆの特性は、図２０
に示すようにＡ／Ｆ＝１４．７でＩｐ＝０ｍＡとなる特
性が得られる。図２０の特性図では、Ａ／Ｆがリーンに
なれば正側のポンピング電流Ｉｐが流れ、Ａ／Ｆがリッ
チになれば負側のポンピング電流Ｉｐが流れるようにな
っている。
るには、拡散ギャップ６３内の酸素濃度Ｐｖを常に一定
の酸素濃度Ｐｖｏにしなければならず、そのためには、
排気ガス中の酸素濃度ＰＡとＰｖｏの差分に相当する酸
素量を供給する必要がある。このとき、ＰＡとＰｖｏの
差分に相当する酸素供給量はポンピング電流Ｉｐの大き
さにより決定される。従って、ポンピング電流Ｉｐから
排気ガス中の酸素濃度（Ａ／Ｆ）が検出できる。そし
て、図１９に示すように、Ａ／Ｆ＝１４．７（ストイ
キ，但しエンジンにより若干異なる）の時のセンサ起電
力Ｖｓを所定値（Ｖｓ＝０．４５Ｖ）になるように制御
すれば、ポンピング電流ＩｐとＡ／Ｆの特性は、図２０
に示すようにＡ／Ｆ＝１４．７でＩｐ＝０ｍＡとなる特
性が得られる。図２０の特性図では、Ａ／Ｆがリーンに
なれば正側のポンピング電流Ｉｐが流れ、Ａ／Ｆがリッ
チになれば負側のポンピング電流Ｉｐが流れるようにな
っている。
【００６４】図２１は、本実施の形態におけるバイアス
制御回路４０の構成を示す電気回路図である。以下には
コップ型センサを使った実施の形態と相違する部分のみ
を説明する。積層型Ａ／ＦセンサＳＡからは素子印加電
圧用の端子７１，７２（前記図４の端子４１ａ，４２ａ
に相当）以外にもう一つ別の起電力検出用の端子７３が
設けられいる。かかる場合、端子７３からセンサ起電力
Ｖｓを検出し、オペアンプ７５で同センサ起電力Ｖｓと
基準電圧Ｖｓｏとを比較する共にその比較結果を増幅し
て出力する。また、増幅した信号を第２電圧供給回路４
７に入力し、Ｄ−Ａ変換器４６からの信号との差をと
る。つまり、コップ型センサを使用した第１の実施の形
態と比較すれば、第２の電圧供給回路４７がボルテージ
フォロア回路から差動増幅回路に変更されている。ま
た、図４のものに対し、半導体スイッチ５５が省略さ
れ、それに伴って図８の徐変及び起電力ルーチンを用い
るとこなく、Ａ／Ｆと素子抵抗とが検出される。
制御回路４０の構成を示す電気回路図である。以下には
コップ型センサを使った実施の形態と相違する部分のみ
を説明する。積層型Ａ／ＦセンサＳＡからは素子印加電
圧用の端子７１，７２（前記図４の端子４１ａ，４２ａ
に相当）以外にもう一つ別の起電力検出用の端子７３が
設けられいる。かかる場合、端子７３からセンサ起電力
Ｖｓを検出し、オペアンプ７５で同センサ起電力Ｖｓと
基準電圧Ｖｓｏとを比較する共にその比較結果を増幅し
て出力する。また、増幅した信号を第２電圧供給回路４
７に入力し、Ｄ−Ａ変換器４６からの信号との差をと
る。つまり、コップ型センサを使用した第１の実施の形
態と比較すれば、第２の電圧供給回路４７がボルテージ
フォロア回路から差動増幅回路に変更されている。ま
た、図４のものに対し、半導体スイッチ５５が省略さ
れ、それに伴って図８の徐変及び起電力ルーチンを用い
るとこなく、Ａ／Ｆと素子抵抗とが検出される。
【００６５】この回路において、オペアンプ７５での比
較用基準電圧Ｖｓｏは以下の通りに調整される。つま
り、本実施の形態では、Ａ／Ｆ＝１４．７の場合にＩｐ
＝０ｍＡとなるように調整される。換言すれば、Ａ／Ｆ
＝１４．７では、端子７１の電圧は端子７２と同じ電圧
Ｖａにならなければならず、Ｄ−Ａ変換器４６の出力で
Ａ／Ｆを検出するときの電圧をＶｐとすると、オペアン
プ７５の出力Ｖｘが（Ｖｐ−Ｖａ）になるように比較用
基準電圧Ｖｓｏが調整される。
較用基準電圧Ｖｓｏは以下の通りに調整される。つま
り、本実施の形態では、Ａ／Ｆ＝１４．７の場合にＩｐ
＝０ｍＡとなるように調整される。換言すれば、Ａ／Ｆ
＝１４．７では、端子７１の電圧は端子７２と同じ電圧
Ｖａにならなければならず、Ｄ−Ａ変換器４６の出力で
Ａ／Ｆを検出するときの電圧をＶｐとすると、オペアン
プ７５の出力Ｖｘが（Ｖｐ−Ｖａ）になるように比較用
基準電圧Ｖｓｏが調整される。
【００６６】この回路を構成することにより、排気ガス
がリッチになると、端子７３のセンサ起電力Ｖｓが増加
し、オペアンプ７５の出力は増加する。すると、第２の
電圧供給回路４７の出力Ｖｃは減少し、端子７１に印加
される電圧は減少する。これにより、ポンピング電流Ｉ
ｐは前記図１８で示している方向と逆の方向に流れ（マ
イナスのポンピング電流Ｉｐが流れる）、酸素が拡散ギ
ャップ６３内に供給される。逆にリーンになると、プラ
スのポンピング電流Ｉｐが流れる共に、拡散ギャップ６
３内の酸素がくみ出される。
がリッチになると、端子７３のセンサ起電力Ｖｓが増加
し、オペアンプ７５の出力は増加する。すると、第２の
電圧供給回路４７の出力Ｖｃは減少し、端子７１に印加
される電圧は減少する。これにより、ポンピング電流Ｉ
ｐは前記図１８で示している方向と逆の方向に流れ（マ
イナスのポンピング電流Ｉｐが流れる）、酸素が拡散ギ
ャップ６３内に供給される。逆にリーンになると、プラ
スのポンピング電流Ｉｐが流れる共に、拡散ギャップ６
３内の酸素がくみ出される。
【００６７】そして、上記の如く構成される本実施の形
態の空燃比検出装置では、前記第１の実施の形態と同様
の手順で積層型Ａ／ＦセンサＳＡの素子温度が検出でき
る。さらに、素子温度検出後に、測温用電圧から電流測
定用電圧に切替える際、第１の実施の形態と同様に、短
時間測温用電圧と反対向きの電圧を供給した後に電流測
定用電圧に戻すことにより、酸素濃度検出不可能時間の
短縮を良好に行うことができる。
態の空燃比検出装置では、前記第１の実施の形態と同様
の手順で積層型Ａ／ＦセンサＳＡの素子温度が検出でき
る。さらに、素子温度検出後に、測温用電圧から電流測
定用電圧に切替える際、第１の実施の形態と同様に、短
時間測温用電圧と反対向きの電圧を供給した後に電流測
定用電圧に戻すことにより、酸素濃度検出不可能時間の
短縮を良好に行うことができる。
【図１】（ａ）はセンサ印加電圧を示す波形図であり、
（ｂ）はセンサ電流を示す波形図であり、（ｃ）は酸素
センサの電圧−電流特性図である。
（ｂ）はセンサ電流を示す波形図であり、（ｃ）は酸素
センサの電圧−電流特性図である。
【図２】本発明の第１実施例を示すブロック回路図であ
る。
る。
【図３】（Ａ）は図２の酸素センサ本体の拡大断面図で
あり、（Ｂ）は酸素センサの電圧−電流特性を温度をパ
ラメータとして示す特性図である。
あり、（Ｂ）は酸素センサの電圧−電流特性を温度をパ
ラメータとして示す特性図である。
【図４】上記第１実施例におけるバイアス制御回路の具
体電気回路図である。
体電気回路図である。
【図５】図２のマイクロコンピュータの作用を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図６】図２のマイクロコンピュータの作用を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図７】図２のマイクロコンピュータの作用を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図８】図２のマイクロコンピュータの作用を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図９】図２のマイクロコンピュータの作用を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図１０】素子直流インピーダンス、限界電流と所望電
圧との関係を示す特性図である。
圧との関係を示す特性図である。
【図１１】素子温と素子直流インピーダンスとの関係を
示す特性図である。
示す特性図である。
【図１２】図２のマイクロコンピュータの作用を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図１３】本発明の第１実施例の作用説明に供する酸素
センサの電圧−電流特性図である。
センサの電圧−電流特性図である。
【図１４】上記第１実施例の作用説明に供するタイムチ
ャートである。
ャートである。
【図１５】酸素センサの等価電気回路図である。
【図１６】比較例のセンサ電流、電圧波形図である。
【図１７】上記第１実施例のセンサ電流、電圧波形図で
ある。
ある。
【図１８】第２の実施の形態にて用いられる積層型Ａ／
Ｆセンサの断面図である。
Ｆセンサの断面図である。
【図１９】積層型Ａ／ＦセンサのＡ／Ｆと起電力との関
係を示す特性図である。
係を示す特性図である。
【図２０】積層型Ａ／ＦセンサのＡ／Ｆとポンピング電
流との関係を示す特性図である。
流との関係を示す特性図である。
【図２１】積層型Ａ／Ｆセンサにおけるバイアス制御回
路の構成を示す電気回路図である。
路の構成を示す電気回路図である。
Ｓ 酸素センサ ２０ センサ本体 ２６ ヒータ ４０ バイアス制御回路 ５０ センサ電流検出回路 ７０ マイクロコンピュータ ８０ ヒータ制御回路
Claims (6)
- 【請求項１】 限界電流式酸素センサと、 前記酸素センサに限界電流を測定するための限界電流測
定用電圧を供給する限界電流測定用電圧供給手段と、 前記限界電流測定用電圧より低い／高い測温用電圧を前
記酸素センサに供給する測温用電圧供給手段と、 前記酸素センサに対する供給電圧を前記測温用電圧から
前記限界電流測定用電圧に切替える際、短時間前記限界
電流測定用電圧より高い／低い電圧を供給した後に前記
限界電流測定用電圧に戻す電圧切替え制御手段と、 前記限界電流測定用電圧が前記酸素センサに供給されい
てる時に前記酸素センサに流れる限界電流を検出する限
界電流検出手段と、 前記測温用電圧が前記酸素センサに供給されている時に
前記酸素センサに流れる電流に基づき前記酸素センサの
素子温度を検出する素子温度検出手段とを備える酸素濃
度判定装置。 - 【請求項２】 前記限界電流を検出している時に前記限
界電流測定用電圧を、所望値より、前記限界電流の発生
限界近傍で前記酸素センサに発生する起電力が所定値以
下となるまで徐々に減少させる電圧低減手段を備え、 前記測温用電圧供給手段は、前記限界電流発生限界近傍
の所定値まで前記酸素センサに供給される電圧が減少す
ると前記酸素センサに前記測温電圧を短時間供給するも
のである請求項１記載の酸素濃度判定装置。 - 【請求項３】 前記素子温度検出手段は、酸素センサＳ
に測温用電圧Ｖnegを供給している時の温度電流Ｉnegと
測温用電圧Ｖnegとを用いて、酸素センサＳの内部抵抗
ＺＤＣを、ＺＤＣ＝Ｖneg／Ｉnegにより演算する内部抵
抗検出手段を含む請求項１または２記載の酸素濃度判定
装置。 - 【請求項４】 前記素子温度検出手段は、酸素センサＳ
に測温用電圧Ｖnegを供給している時の温度電流Ｉnegと
測温用電圧Ｖnegと測温用電圧印加直前の限界電流測定
用電圧Ｖposと測温用電圧印加直前の限界電流Ｉposとを
用いて、酸素センサＳの内部抵抗ＺＤＣを、ＺＤＣ＝
（Ｖpos−Ｖneg）／（Ｉpos−Ｉneg）により演算する内
部抵抗検出手段を含む請求項１記載の酸素濃度判定装
置。 - 【請求項５】 前記限界電流検出手段による限界電流の
検出を、前記素子温度検出手段による温度検出より短い
周期で繰り返して実行させる周期決定手段を備える請求
項１〜４のうちいずれか１つに記載の酸素濃度判定装
置。 - 【請求項６】 電圧の印加に伴い被検出ガス中の酸素濃
度に応じた電流を出力する酸素センサと、 前記酸素センサに電流を測定するための電流測定用電圧
を供給する電流測定用電圧供給手段と、 前記電流測定用電圧より低い／高い測温用電圧を前記酸
素センサに供給する測温用電圧供給手段と、 前記酸素センサに対する供給電圧を前記測温用電圧から
前記電流測定用電圧に切替える際、短時間前記電流測定
用電圧より高い／低い電圧を供給した後に前記電流測定
用電圧に戻す電圧切替え制御手段と、 前記電流測定用電圧が前記酸素センサに供給されいてる
時に前記酸素センサに流れる電流を検出する電流検出手
段と、 前記測温用電圧が前記酸素センサに供給されている時に
前記酸素センサに流れる電流に基づき前記酸素センサの
素子温度を検出する素子温度検出手段とを備える酸素濃
度判定装置。
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