JPS5812544B2 - ハイキガスセンサノ タメノ ケンシユツソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は一般にガス・センサ作動装置に係わり特にセ
ンサがその正常動作温度にある時を決定するために燃料
噴射装置と組合せられた排気ガス・センサ作動装置に関
する。

内燃機関に供給される燃料混合物の空気一燃料比を制御
するための出力信号を発生するように酸素ガス・センサ
が内燃機関の排気系に配置されている好ましい実施形態
においては、センサは、適切に動作するためには或る温
度以上になければならない。

酸素ガス・センサがこの温度より低い時には、センサの
動作は正常でなくなり、その結果内燃機関は満足に動作
しなくなる。

内燃機関の排気系内の酸素ガス・センサがその正常動作
温度より低い温度にある時には（これは例えば冷態起動
後や長い空転状態中に起り得る）、そのインピーダンス
は非常に高くなる。

しかしながら、センサがその正常動作温度にある時には
、そのインピーダンスは低い値に減少する。

内燃機関の冷態動作中排気ガス・センサの出力を制御す
るために幾つかの従来型の制御装置が使用されている。

１つの制御装置によれば、機関の冷媒温度が予め定めら
れた温度レベルよりも低い時に排気ガス・センサの出力
を不能もしくは無効にしている。

この装置においては、機関の冷媒温度が充分に高くなる
時には、排気ガス温度もまた充分に高くなって、排気ガ
ス・センサをその正常動作温度まで加熱するものに仮定
している。

別の装置は厳密に時間信号に基礎を置くものである。

即ち、点火キーのターン・オンからタイミング即ち時限
回路が起動されて予め定められた時間の終時には、排気
ガス・センサがその正常の動作温度になると言う仮定の
上に立脚している。

この装置の欠点は、時間が任意的な値であって、全ての
機関動作を包摂できないと言う点に在る。

特に上述の２つのどの装置においても、内燃機関が充分
に長い時間中空転状態で働かされる場合には、センサの
動作温度は減少することになるが、どの装置も減少する
センサ温度を検出することができない。

これに対し、本発明による装置は、排気ガス・センサの
動作中電圧変動に応答する。

電圧変動がない場合には排気ガス・センサは本装置によ
って冷状態にあると決定さ扛、そして排気ガスセンサに
応答する制御回路は燃料調整系を制御することを禁止さ
れる。

よって、本発明の主たる目的は、内燃機関のための燃料
調整系と関連して用いられる排気ガス・センサの動作を
モニタし、該排気ガス・センサがその正常の動作温度に
ある時にのみ燃料調整系を該排気ガス・センサで制御す
ることを可能にする装置を提供するととにある。

上述の、ならびにその他の本発明の目的や特徴は添附図
面に示す具体例についての以下の説明で指摘されるであ
ろう。

しかしながら図示の具体例は単なる説明の為の例示に過
ぎず、本発明を制限する意図に解釈すべきでないことを
明記しておく。

図を参照するに、第１図には燃料調整係１２，１３と関
連して設けられている排気ガス・センサ１０がその正常
の動作温度にある時を検出するための装置がブロック・
ダイヤグラムで示されている。

装置の出力（第２図において回路点Ｃ）には、センサ１
０がその正常の動作温度にある時にのみ該センサをして
燃料調整系１２，１３を制御せしめたるための信号が現
れる。

内燃機関のための燃料調整系と組合せて用いられる第１
図の装置は、排気ガス・センサ１０、排気ガス・センサ
増幅器回路１４、記憶装置１６、放電装置１８、温度レ
ベル基準装置２０および比較器２２から構成される。

比較器の出力は、燃料調整系における排気ガス・センサ
制御回路１２を制御する電気信号である。

排気ガス・センサ１０は、その好ましい具体例において
、内燃機関の排気ガス中の酸素の存在を感知するための
酸素ガス・センサとすることができる。

酸素ガス・センサ１０は正常の動作温度で動作している
時、酸素ガスが存在しない場合予め定められた閾値レベ
ルよりも大きな第１の電圧信号を発生し、且つまた酸素
ガスが存在する場合にには予め定められた閾値レベルよ
りも小さい第２の電圧信号を発生する。

酸素ガス・センサの１つの特性は、正常の動作温度より
も低い温度では、センサの内部インピーダンスが極めて
高い点にある。

センサの温度がその正常の動作温度に上昇すると、セン
サの内部インピーダンスは約１００ＭΩ程の極めて高い
値から１０００ないし２０００Ω程度の低い動作インピ
ーダンスに降下する。

内燃機関の排気系においては、センサの正常の動作温度
は３１５℃ないし３７０℃程度であり、温度がこのレベ
ル以下になると、酸素ガス・センサの制御動作電圧は、
燃料制御系で使用できなくなる。

正常動作温度で、またはそれ以上の温度で動作している
酸素ガス・センサは、酸素ガスが存在しない場合に閾値
レベルより高い信号を発生する。

典型的な例として、第１の電圧信号レベルは約８００ｍ
Ｖである。

酸素が存在する時には排気酸素ガス・センサは約７５ｍ
Ｖの第２の電圧信号を発生する。

第１図の制御系を略示する第２図を参照するに、セ７サ
１０の出力はＰＮＰ型トランジスタ２６のベース・リー
ド２４に接続される。

該トランジスタ２６のエミツタ・リード２８は、抵抗器
３０を介して電源（Ａ＋）に電気的に接続されている。

先に指摘したように、センサ１０の温度がその正常動作
温度よりも低い時にはセンサの内部インピーダンスは非
常に高い。

この高いインピーダンスは、トランジスタ２６からの非
常に小さいベース電流と結合してトランジスタ２６のエ
ミツタ・リード２８に、ほぼ電源電圧（Ａ＋）に等しい
電圧信号を発生する。

センサ１０の温度が高くなると、その内部インピーダン
スは減少し、トランジスタ２６のエミツタ電圧も同様に
減少する。

トランジスタ２６のエミツタ・リード２８は別の抵抗器
３２を経て比較器３６の反転入カ３４に電気的に接続さ
れている。

さらにまたコンデンサ３８が該反転入力３４および大地
間に電気的に接続されておって、抵抗器３２と共にフィ
ルタ回路を形成する。

比較器３６の非反転入力４０には基準電圧点４１が電気
的に接続されており、そしてこの回路点４１に現れる基
準電圧は電源（Ａ＋）と大地との間に接続された分圧器
４２によって発生される。

この基準電圧は、センサ１０の２つの電圧信号レベルの
中間の電圧レベルに等しくそして既述の予め定められた
閾値レベル電圧である。

第２図の回路点（Ａ）における比較器３６の出力信号は
、第３図の波形（Ａ）で示すような波形の信号４４であ
る。

この信号４４は、高電圧レベルと低電圧レベルとの間で
切換るほぼ矩形の波形を有している。

センサ１０がその正常動作温度以下にある時の比較器３
６の出力信号は、低レベルにある。

比較器３６の電圧出力信号４４が高電圧レベルにある時
には比較器３６の反転入力３４への入力は、回路点４１
に現れて非反転入力４０に加えられる基準電圧よりも低
い。

比較器３６の出力信号４４は、抵抗器４６およびコンデ
ンサ４８から成る記憶装置１６に加えられる。

比較器３６の出力が高い時にはコンデンサ４８は抵抗器
４６を介して比較器３６の出力まで充電し始める。

抵抗器４６とコンデンザ４８との間の接続点５０は放電
装置１８および比較器２２の反転入力５２に接続されて
いる。

記憶レベル放電装置１８は第２図に図示するように、定
電流源５４およびトランジスタ５６から構成される。

定電流源５４は１対の抵抗器５７および５８ならびに電
源（Ａ＋）と大地間に電気的に接続されたダイオード５
９を含む直列回路から成る。

ダイオード５９のアノードは、好ましい具体例において
ＮＰＮ型トランジスタとすることができるトランジスタ
５６のベース・リード６０に電気的に接続されている。

トランジスタ５６のコレクタ・リード６２はコンデンサ
４８および比較器２２の反転入力５２に電気的に接続さ
れている。

トランジスタ５６のエミツタ・リード６４は、抵抗器６
６を介して接地されている。

定電流源５４は予め定められた大きさの電流をトランジ
スタ５６のベース・リード６０に供給してコンデンサ４
８の放電を制御する。

コンデンサ４８の放電のための時定数はエミツタ抵抗器
６６の大きさならびに定電流源５４により供給されるベ
ース電流量により決定される。

比較器２２の反転入力５２はコンデンザ４８に電気的に
接続されており、そしてその非反転入力６８には電源（
Ａ＋）および大地間に接続された分圧器２０１から発生
される温度基準電圧信号（ｖｔｈ） が供給される。

分圧器２０１により発生される電圧信号（ｖｔｈ）の値
は、センサ１０の正常動作温度に等価もしくは比例する
電圧である。

比較器２２の出力は、反転入力５２における電圧レベル
が温度基準電圧信号（ｖｔｈ） のレベルを越えるま
で通常高いレベルの電圧信号６９である。

この通常高いレベルの出力電圧信号６９は適当な抵抗器
７０および隔離ダイオード７２を介して、酸素ガス・セ
ンサ１０で制御される制御回路１２に供給される。

比較器２２の出力から得られる高電圧信号６９の機能は
、排気ガス・センサ制御回路１２の動作をクランプする
即ち制限することである。

記憶装置１６および放電装置１８は相まって、非対称積
分器に類似した仕方で動作する。

このような動作において、コンデンサ４８の充電速度お
よび該コンデンサの放電速度は互いに異なる。

好ましい具体例においては、コンデンサ４８の放電速度
は該コンデンサの充電速度よりもかなり大きい。

第３図を参照するに、３つの電圧波形Ａ，ＢおよびＣは
、第２図の回路点Ａ，ＢおよびＣにおける信号に対応す
る。

電圧波形Ａは第１比較器３６の出力電圧信号４４であり
２つの電圧レベルを有する矩形波である。

波形Ａのパルス幅７４の時間長は酸素ガス・センサ１０
の出力の関数である。

電圧波形（Ｂ）は記憶装置１６の充電を示すもので、放
電装置１８のトランジスタ５６のコレクタで採られたも
のである。

図から解るように、第１比較器３６の出力信号４４が高
い時には、コンデンサ４８の充電速度は、比較器３６の
出力電圧信号が低レベルの時の該コンデンサの放電速度
にほぼ匹敵する。

斯様にして、第３図に示すように、波形Ｂ即ちコンデン
サ４８の電圧は温度基準電圧信号の値（ｖｔｈ）と交錯
する。

電圧波形Ｃは、第２比較器２２の出力信号６９の波形で
あって、コンデンサ４８の電圧が温度基準電圧信号の値
（ｖｔｈ）を越える時に、比較器２２の出力信号６９が
高電圧信号もしくは不能化信号から低電圧信号即ち可能
化信号に切換ることを示している。

先に述べたように、燃料調整系に用いられる典型的な酸
素ガス・センサの出力は燃料分に富む燃料混合物から生
ずる排気ガスの存在下で８０、ＯｍＶ程度であり、そし
て燃料分の薄い燃料混合物から生ずる排気ガスの存在下
では約７５ｍＶのレベルまで降下する。

センサの温度が正常の動作温度以下に落ちると、第１比
較器３６の出力信号４４は低レベルに還移され、コンデ
ンサ４８は放電装置１８を介して放電することができ、
それにより第２比較器２２の出力信号６９は実際に高レ
ベル信号即ちクランプ信号までドライブされる。

用いられる比較器の１例として、ナショナル・セミコン
ダクタ・コーポレーション（ＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉ
ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）社のＬ
Ｍ２ ９ ０ １型比較器を挙げることができる。

正常の動作温度において、センサ１０の電圧出力がその
第１の電圧信号レベル即ち通常８００ｍＶにある時には
、トランジスタ２６のエミッタも高信号レベルにある。

この高信号レベルによって、比較器３６からの出力は低
電圧レベルになり、比較器２２の出力信号は高電圧レベ
ルになる。

以上、排気ガス・センサ１０がその正常の動作温度にあ
る時を検出するための検出装置について図示し且つ説明
した。

センサの温度がその正常の動作温度以下の時には検出装
置の出力から電圧信号が発生されてこの信号が、燃料噴
射電子制御装置に適用される排気ガス・センサ制御回路
１２の動作を制御するのに利用されるのである。

本発明の実施の態様を列挙すれば次の通りである。

（１）特許請求の範囲に記載の検出装置において、前記
排気ガス・センザ１０が内燃機関の排気ガス中の酸素の
存在を感知するためのセンサであり、しかもその高い動
作温度において燃料分に富む混合物を表わす酸素の不在
下で前記第１の電圧信号を発生しそして薄い燃料混合物
を表わす酸素の存在下で前記第２の電圧信号を発生する
ことを特徴とする検出装置。

（２）前項（１）に記載の検出装置において、正常の動
作温度は３５０℃程度でありそして温度基準信号手段２
０からの閾電圧レベルは前記排気ガス・センサ増幅器回
路１４の前記高電圧レベルと低電圧レベルとの中間にあ
ることを特徴とする検出装置。

（３）特許請求の範囲に記載の検出装置において、前記
記憶手段１６が、１端を排気ガス・センサ増幅器回路１
４の出力に電気的に接続された抵抗器４６と、該抵抗器
４６の他端および基準電圧レベル（大地）間に電気的に
接続されたコンデンサ４８とから構成され、前記抵抗器
４６で前記コンデンサ４８への充電電流を制御してそれ
により前記コンデンサ４８の充電速度を調節することを
特徴とする検出装置。

（４）特許請求の範囲に記載の検出装置において、前記
放電手段１８が、定電流源５４と、該定電流源に電気的
に接続されたベース６０、前記記憶手段１６に電気的に
接続された入力回路６２および基準電圧レベル（大地）
に電気的に接続された出力回路６４を有するトランジス
タ５６とを含み、前記定電流源５４は前記トランジスタ
５６の前記入一出力回路６０，６２を介して前記記憶手
段１６の放電速度を制御するために前記トランジスタ５
６に充分なベース電流を供給することを特徴とする検出
装置。

（５）前項（３）および（４）に記載の検出装置におい
て、前記記憶手段１６の充電速度がその放電速度よりも
実質的に大きいことを特徴とする検出装置。

（６）特許請求の範囲ならびに前項（１）および（２）
に記載の検出装置において、低い動作不能な温度におけ
る前記排気ガス・センサ１０の内部インピーダンスが約
１００ＭΩで正常動作温度における該センサ１０の内部
インピーダンスが約１０００Ωであることを特徴とする
検出装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関のための燃料調整系と組合せられた排
気ガス・センサの動作を監視するための本発明による装
置のブロック・ダイヤグラム、第２図は第１図の装置の
主要部の電気回路図、そして第３図は第２図の回路点Ａ
，ＢおよびＣにおける電圧波形を示すダイヤグラムであ
る。 １０・・・・・・排気ガスセンサ、１２・・・・・・排
気ガスセンサ制御回路、１３・・・・・・燃料噴射電子
制御装置、１４・・・・・・増巾器回路、１６・・・・
・・センサ電圧レベル記憶装置、１８・・・・・・放電
装置、２０・・・・・・温度レベル基準信号源、２２・
・・・・・比較器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関のための燃料調整系と関連して用いられる
   排気ガス・センサがその正常動作温度にある時を検出し
   て燃料調整系の制御回路に動作可能化信号を与えるため
   のもので、しかも前記排気ガス・センサが排気ガス内の
   予め定められた成分ガスの不在に応答して第１の電圧信
   号を発生し且つ前記排気ガス内の予め定められた成分ガ
   スの存在に応答して第２の電圧信号を発生するように高
   温度で動作可能であって、さらに前記排気ガス・センサ
   は、その低い動作不能な温度では高インピーダンスを呈
   しそして高い動作可能な温度では低インピーダンスを呈
   するように温度に対して逆に変動する内部インピーダン
   スを有する型式の検出装置において、前記排気ガス・セ
   ンサ１０に電気的に接続された排気ガス・センサ増幅器
   回路１４を設け、ここで該増幅器回路１４の出力信号は
   、前記センサの内部インピーダンスが前記排気ガス・セ
   ンサ１０の低温度に対応して高い時に第１の電圧レベル
   にあり、そして該増幅器回路１４は前記排気ガス・セン
   サ１０からの前記第１電圧信号および第２の電圧信号に
   応答して該第１および第２電圧レベル間でその出力信号
   を切換るように適応されており、さらに前記増幅器回路
   １４からの前記第１電圧レベルに電気的に応答して予め
   定められた充電速度で前記排気ガス・センサ１０の温度
   を表わす電圧を記憶するための記憶手段１６と、該記憶
   手段１６に電気的に接続されて前記増幅回路１４からの
   前記第２電圧レベルに応答し予め定められた放電速度で
   前記記憶手段１６を放電するように動作可能である放電
   装置１８と、前記排気ガス・センサ１０の正常動作温度
   を表わす閾電圧レベル（ｖｔｈ） を発生するための
   温度基準信号手段２０と、１つの入力が前記記憶手段１
   ６に電気的に接続されかつ他の入力が前記温度基準信号
   手段２０に電気的に接続されて前記記憶手段１６の電圧
   レベルが前記閾電圧レベル（ｖｔｈ） よりも大きい
   時に前記可能化信号を出力に発生する比較器２２とを備
   えていることを特徴とするガス・センサのための検出装
   置。