JP2004156916A

JP2004156916A - Oxygen sensor

Info

Publication number: JP2004156916A
Application number: JP2002320087A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Sakai; 祥一堺; Futoshi Ichiyanagi; 太一柳
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2004-06-03

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the accuracy in detecting the oxygen concentration by stably detecting the oxygen concentration in a measured gas. <P>SOLUTION: This oxygen sensor comprises a detecting element 1 for detecting the oxygen concentration in the measured gas, a power source part 3 for applying the pumping voltage V0 for pseudo reference pole to the detecting element 1, a detector 4 for detecting the internal resistance Ri of the detecting element 1, and an adjusting circuit 5 for variably adjusting the pumping voltage V0 from the power source part 3 in accordance with the internal resistance Ri detected by the detector 4. The adjusting circuit 5 is composed of a correction voltage setting unit 6, a target voltage part 7 and a differential amplifier 8, and the generation of the variation in output voltage Vs (detecting signal of oxygen concentration) from an output terminal 2 is prevented by applying the adjusted pumping voltage V0 from the power source part 3 to the detecting element 1 in accordance with the internal resistance Ri of the detecting element 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用エンジン等の空燃比（燃料と吸入空気との混合比）を排気ガス中の酸素濃度として検出するのに好適に用いられる酸素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジン等の内燃機関では、例えば排気管の途中に酸素センサを設け、排気ガス中に残留した酸素の濃度を酸素センサにより検出する構成としている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特表平１０−５０９２４２号公報
【０００４】
この種の従来技術による酸素センサは、排気ガス中の酸素濃度を検出する検出素子と、該検出素子にポンピング電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記検出素子から出力される検出信号が、予め決められた基準電圧（例えば、４５０ｍＶ）に対して高い電圧値か、低い電圧値かを比較することにより、排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）に対しリッチ（過濃）状態であるか、リーン（希薄）状態であるかを判別する構成としている。
【０００５】
そして、自動車用エンジンの制御装置は、酸素センサから出力される酸素濃度の検出信号がリッチ状態であるか、リーン状態であるかに応じて燃料噴射量をフィードバック制御し、燃料と空気との混合比（空燃比Ａ／Ｆ）を、例えば理論空燃比またはリーン空燃比（Ａ／Ｆ≧１５）等に近付けることによって、エンジンの燃焼効率や燃料消費量（燃費）等を向上させるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術による酸素センサは、酸素濃度の検出素子が高温の排気ガス等にさらされるから、検出素子の素子温度が排気温度に影響されて変動すると、検出素子の内部抵抗が素子温度の変動により変化してしまう。
【０００７】
このため、従来技術の酸素センサは、検出素子の内部抵抗の変化によって酸素濃度の検出信号にバラツキが生じることがあり、排気ガス中に残留した酸素の濃度測定（空燃比がリッチであるか、リーンであるかの判定）を安定して行うのが難しいという問題がある。
【０００８】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、被測定ガス中の酸素濃度を安定して検出することができ、検出精度を向上できるようにした酸素センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、被測定ガス中の酸素濃度を検出する検出素子と、例えば疑似参照極用のポンピング電圧を該検出素子に印加する電圧印加手段とを備え、前記検出素子から出力される検出信号を基準電圧と比較することにより前記被測定ガスの空燃比がリッチであるかリーンであるかを判別してなる酸素センサに適用される。
【００１０】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記検出素子の内部抵抗を検出する抵抗検出手段と、該抵抗検出手段で検出した内部抵抗に従って前記電圧印加手段の印加電圧を可変に調整する印加電圧調整手段とを備える構成としたことにある。
【００１１】
このように構成することにより、検出素子の内部抵抗が素子温度の変動により変化しても、抵抗検出手段を用いて検出素子の内部抵抗をモニタ（監視）することができ、印加電圧調整手段は、このときの内部抵抗に従って調整された電圧（例えば、ポンピング電圧）を検出素子に印加することにより、酸素濃度の検出信号にバラツキが生じるのを防止できる。
【００１２】
このため、素子温度の変動による内部抵抗の変化分を、印加電圧の調整により相殺して検出信号のバラツキを吸収することができ、被測定ガスの空燃比がリッチ状態にあるか、リーン状態にあるかを安定して判別できると共に、酸素濃度の検出精度を向上することができる。
【００１３】
また、請求項２の発明が採用する構成の特徴は、前記検出素子の内部抵抗を検出する抵抗検出手段と、該抵抗検出手段で検出した内部抵抗に従って前記基準電圧の電圧レベルを可変に調整する基準電圧調整手段とを備える構成としたことにある。
【００１４】
この場合にも、抵抗検出手段を用いて検出素子の内部抵抗をモニタ（監視）することができ、基準電圧調整手段は、このときの内部抵抗に従って基準電圧の電圧レベル（スライスレベル）を可変に調整することにより、素子温度の変動による内部抵抗の変化分を吸収することができる。従って、被測定ガスの空燃比がリッチ状態にあるか、リーン状態にあるかを安定して判別でき、酸素濃度の検出精度を向上することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による酸素センサを、自動車用エンジン等に適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００１６】
ここで、図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は酸素センサの主要部となる検出素子で、該検出素子１は、例えばジルコニア等の材料からなる酸素イオン伝導性の固体電解質（図示せず）と、この固体電解質の表面等に形成された複数の電極（図示せず）を含んで構成されるものである。
【００１７】
そして、検出素子１は、被測定ガス（排気ガス）の酸素濃度に対応した起電力Ｅを発生すると共に、内部抵抗Ｒｉを有し、後述の電源部３から流込み電流としてのポンピング電流Ｉ０が供給されるときには、出力端子２から下記の数１式による検出信号としての出力電圧Ｖｓを出力するものである。
【００１８】
【数１】
Ｖｓ＝Ｅ＋（Ｒｉ ×Ｉ０）
【００１９】
この場合、検出素子１からの出力電圧Ｖｓは、図５中に示す特性線のように排気ガス中の酸素濃度に応じて変動する。即ち、空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比となる状態（Ａ／Ｆ＝１４，７）を、図５に示す空燃比（λ＝１）として定義すると、このときの出力電圧Ｖｓは、基準電圧Ｖｓａ（例えば、Ｖｓａ＝４５０ｍＶ）となる。
【００２０】
そして、空燃比λがリッチ状態（例えば、Ａ／Ｆ＜１４，７）のときには、出力電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｓａよりも高い電圧値となり、空燃比λがリーン状態（例えば、Ａ／Ｆ≧１５）となったときには、出力電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｓａよりも高い電圧値をとるものである。
【００２１】
また、検出素子１には、前述した固体電解質を活性化するためのヒータ（図示せず）が付設されている。そして、このヒータは、外部からヒータ電源（図示せず）により電圧を印加されると、検出素子１を予め決められた温度まで加熱するものである。
【００２２】
しかし、検出素子１は、例えば自動車用エンジンの排気管（図示せず）に取付けられ、高温の排気ガス等にさらされる。このため、検出素子１の素子温度は排気温度に影響されて変動し、検出素子１の内部抵抗Ｒｉは、図４に示す特性線の如く素子温度の変動により変化するものである。
【００２３】
３は検出素子１に直流電圧を印加する電圧印加手段としての電源部で、該電源部３は、図１に示すように受け抵抗と呼ばれる調整抵抗Ｒ０を介して検出素子１に接続されている。そして、電源部３は、後述の調整回路５により可変に調整される直流電圧Ｖ０（例えば、疑似参照極用のポンピング電圧Ｖ０）を、調整抵抗Ｒ０を介して検出素子１に印加するものである。
【００２４】
そして、検出素子１には、電源部３からのポンピング電圧Ｖ０によりポンピング電流Ｉ０が供給され、これにより検出素子１からは、出力端子２において上記の数１式による出力電圧Ｖｓが出力される。なお、このポンピング電圧Ｖ０は、例えば２〜３Ｖ程度であり、調整抵抗Ｒ０は検出素子１の内部抵抗Ｒｉよりも十分に大きい抵抗値を有するものである。
【００２５】
４は検出素子１の内部抵抗Ｒｉを検出する抵抗検出手段としての検出器で、該検出器４は、図１に示すように検出素子１の両端に、例えば２〜３ｋＨｚの交流電圧（５０ｍＶ程度）を印加して検出素子１の内部抵抗Ｒｉを検出するものである。これにより、検出素子１の内部抵抗Ｒｉは、例えば２００〜３００Ω（オーム）程度の抵抗値として検出される。
【００２６】
５は内部抵抗Ｒｉの検出値に従って電源部３によるポンピング電圧Ｖ０を可変に調整する印加電圧調整手段としての調整回路で、該調整回路５は、後述の補正電圧設定器６、目標電圧部７および差動増幅器８等によって構成されるものである。
【００２７】
６は内部抵抗Ｒｉの検出器４に接続された補正電圧設定器で、該補正電圧設定器６は、検出器４で検出した検出素子１の内部抵抗Ｒｉに従って図２に示す特性線から補正電圧ＶＲを演算して求めるものである。そして、補正電圧設定器６による補正電圧ＶＲは、図２に示す特性線の如く検出素子１の内部抵抗Ｒｉが増加するに応じて漸次減少する電圧値として可変に設定されている。
【００２８】
ここで、検出素子１は、その素子温度が図４に示す特性線の如く目標素子温度（例えば、７５０℃）となるときに、内部抵抗Ｒｉが本来の抵抗値Ｒｉａ（Ｒｉ＝Ｒｉａ）となる。そして、補正電圧設定器６による補正電圧ＶＲは、例えば検出素子１の内部抵抗Ｒｉが抵抗値Ｒｉａのときに、図２に示す如く電圧値ＶＲａに設定され、これは後述の目標電圧値ＶＲａと等しい電圧値となるものである。
【００２９】
７は目標電圧値ＶＲａを設定する目標電圧部で、該目標電圧部７は、前述の如く検出素子１が本来の抵抗値Ｒｉａとなったときに、前記設定器６による電圧値ＶＲａを目標電圧値ＶＲａとして設定し、この目標電圧値ＶＲａを後述の差動増幅器８に出力するものである。
【００３０】
８は電源部３によるポンピング電圧Ｖ０を可変に設定する差動増幅器で、該差動増幅器８は、その反転入力端子が目標電圧部７に接続され、非反転入力端子が補正電圧設定器６に接続されている。そして、差動増幅器８は、その出力端子が電源部３に接続され、この電源部３から図３に示す特性線に沿ったポンピング電圧Ｖ０を可変に出力させるものである。
【００３１】
即ち、差動増幅器８は、目標電圧部７からの目標電圧値ＶＲａと補正電圧設定器６からの補正電圧ＶＲとを比較し、その比較結果に応じた出力信号を電源部３に出力することにより、この電源部３からは、図３に示す特性線に沿ったポンピング電圧Ｖ０が可変に出力される。
【００３２】
この場合、電源部３からのポンピング電圧Ｖ０は、図３に示す特性線の如く補正電圧設定器６の補正電圧ＶＲに対応して比例的増減する電圧値として可変に設定されている。そして、差動増幅器８は、補正電圧設定器６による補正電圧ＶＲが図３中に示すように、例えば目標電圧値ＶＲａと一致するときに、電源部３からのポンピング電圧Ｖ０を本来の基準となる電圧値Ｖ０ａとして出力させる。
【００３３】
本実施の形態による酸素センサは上述の如き構成を有するもので、次に、その検出動作について説明する。
【００３４】
まず、当該酸素センサの検出素子１は、例えば自動車用エンジンの排気管等に取付けられ、排気管内を流れる排気ガス中のの酸素濃度に対応した起電力Ｅを発生する。
【００３５】
そして、検出素子１は、図１に示すように内部抵抗Ｒｉを有し、電源部３からポンピング電流Ｉ０が供給されると、上記数１の式による出力電圧Ｖｓを、酸素濃度の検出信号として図５中に実線で示す特性線９の如く出力するものである。
【００３６】
この場合、検出素子１からの出力電圧Ｖｓは、空燃比（λ）が理論空燃比となる状態（λ＝１）では、基準電圧Ｖｓａ（例えば、Ｖｓａ＝４５０ｍＶ）となり、空燃比λがリッチ状態のときには、出力電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｓａよりも高い電圧値となる。
【００３７】
また、空燃比λがリーン状態となったときには、出力電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｓａよりも低い電圧値となる。これにより、当該酸素センサは、検出素子１からの出力電圧Ｖｓを基準電圧Ｖｓａと比較することによって、排気ガス中の酸素濃度がリッチ状態であるか、リーン状態であるかを判別することができる。
【００３８】
ところで、このような酸素濃度の検出素子１は、高温の排気ガス等にさらされているので、検出素子１の素子温度が排気ガスの温度等に影響されて変動することがあり、これによって、検出素子１の内部抵抗Ｒｉが図４に示す特性線の如く変化してしまう。
【００３９】
そして、上記数１の式による出力電圧Ｖｓは、検出素子１の内部抵抗Ｒｉが本来の抵抗値Ｒｉａよりも減少すると、図５中に一点鎖線で示す特性線１０の如く減少方向にオフセットされ、検出素子１の内部抵抗Ｒｉが本来の抵抗値Ｒｉａよりも増加すると、図５中に二点鎖線で示す特性線１１の如く増加方向にオフセットされてしまう。
【００４０】
このため、酸素濃度の検出信号である出力電圧Ｖｓが、図５中に実線で示す本来の特性線９から一点鎖線で示す特性線１０（または二点鎖線で示す特性線１１）に変動すると、理論空燃比（λ＝１）の基準点から出力電圧Ｖｓの特性がずれてしまい、排気ガス中の酸素濃度がリッチ状態か、リーン状態であるかを正確に判定することが難しくなる。
【００４１】
そこで、本実施の形態によれば、検出素子１の内部抵抗Ｒｉを、図１に示す交流式の検出器４で検出し、該検出器４で検出した検出素子１の内部抵抗Ｒｉに基づき、図２に示す特性線の如く内部抵抗Ｒｉが増加するに応じて漸次減少する補正電圧ＶＲを、補正電圧設定器６により可変に設定する構成としている。
【００４２】
そして、検出素子１が本来の抵抗値Ｒｉａとなったときに補正電圧設定器６から出力される電圧値ＶＲａを、目標電圧部７に予め目標電圧値ＶＲａとして設定しておき、この目標電圧値ＶＲａと補正電圧設定器６による補正電圧ＶＲを差動増幅器８で比較し、その比較結果に応じた出力信号を差動増幅器８から電源部３に出力して、この電源部３から図３に示す特性線に沿ったポンピング電圧Ｖ０を可変に出力する構成としている。
【００４３】
このため、検出素子１の内部抵抗Ｒｉが本来の抵抗値Ｒｉａよりも増加して、例えば抵抗値Ｒｉｂとなったときには、補正電圧設定器６による補正電圧ＶＲを図２に示す特性線に沿って、目標電圧値ＶＲａよりも低い電圧値ＶＲｂに補正することができ、このときに電源部３からのポンピング電圧Ｖ０を図３に示す特性線に沿って、本来の電圧値Ｖ０ａよりも低い電圧値Ｖ０ｂまで下げることができる。
【００４４】
この結果、検出素子１に供給されるポンピング電流Ｉ０は、ポンピング電圧Ｖ０の減少に伴って低下するので、上記数１の式による出力電圧Ｖｓを自動的に下げることができ、この出力電圧Ｖｓを図５中に二点鎖線で例示した特性線１１から、実線で示す特性線９の位置に戻すように補正することができる。
【００４５】
また、検出素子１の内部抵抗Ｒｉが本来の抵抗値Ｒｉａよりも減少して、例えば抵抗値Ｒｉｃとなったときには、補正電圧設定器６による補正電圧ＶＲを図２に示す特性線に沿って、目標電圧値ＶＲａよりも高い電圧値ＶＲｃに補正することができ、このときに電源部３からのポンピング電圧Ｖ０を図３に示す特性線に沿って、本来の電圧値Ｖ０ａよりも高い電圧値Ｖ０ｃまで上げることができる。
【００４６】
この結果、検出素子１に供給されるポンピング電流Ｉ０は、ポンピング電圧Ｖ０の増加に伴って上昇するので、上記数１の式による出力電圧Ｖｓを自動的に上げることができ、この出力電圧Ｖｓを図５中に一点鎖線で例示した特性線１０から実線で示す特性線９の位置に戻すように補正することができる。
【００４７】
かくして、本実施の形態によれば、検出素子１の素子温度が変動することによる内部抵抗Ｒｉの変化を、ポンピング電圧Ｖ０の調整によって相殺し、出力電圧Ｖｓ（酸素濃度の検出信号）のバラツキを吸収することができる。
【００４８】
従って、検出素子１からの出力電圧Ｖｓを図５中に実線で示す特性線９の如く常に安定して出力でき、酸素濃度の検出精度を向上することができると共に、排気ガス中の酸素濃度がリッチ状態にあるか、リーン状態にあるかを正確に判別することができる。
【００４９】
また、検出素子１の素子温度に従って前記ヒータへの通電量を制御し、これによって出力電圧Ｖｓのバラツキを補正する方法があるが、この場合に比較して、本実施の形態による酸素センサは、ポンピング電圧Ｖ０の調整により出力電圧Ｖｓのバラツキを吸収できるので、補正処理を短時間で行うことができ、過渡応答性等を確実に向上することができる。
【００５０】
次に、図６ないし図９は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、検出素子の内部抵抗に従って基準電圧の電圧レベル（スライスレベル）を可変に調整する構成したことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５１】
図中、２１は酸素センサの主要部となる検出素子で、該検出素子２１は、第１の実施の形態で述べた検出素子１とほぼ同様に、酸素イオン伝導性の固体電解質と、この固体電解質の表面等に形成された複数の電極（いずれも図示せず）を含んで構成されている。
【００５２】
しかし、この場合の検出素子２１は、図６に示すようにネルンストセル２２とポンプセル２３とを有し、その具体的構成は従来技術（例えば、前述した特許文献１）による酸素センサの検出素子とほぼ同様のものである。そして、検出素子２１のネルンストセル２２は、被測定ガス（排気ガス）の酸素濃度に対応した起電力Ｅを発生すると共に、内部抵抗Ｒｉを有している。
【００５３】
そして、検出素子２１のネルンストセル２２は、後述の直流電源２４からポンピング電流Ｉ０が供給されるときに、第１の実施の形態で述べた検出素子１とほぼ同様に、上記の数１式による出力電圧Ｖｓを出力端子２から出力し、この出力電圧Ｖｓは、図９中に示す特性線の如く排気ガス中の酸素濃度（空燃比λ）に応じて変動するものである。
【００５４】
また、検出素子２１には、前述した固体電解質を活性化するためのヒータ（図示せず）が付設されている。そして、このヒータは、外部からヒータ電源（図示せず）により電圧を印加されると、検出素子２１を予め決められた温度まで加熱するものである。
【００５５】
２４は検出素子２１に直流電圧を印加する電圧印加手段としての直流電源で、該直流電源２４は、図６に示すように受け抵抗と呼ばれる調整抵抗Ｒ０を介して検出素子２１に接続されている。そして、直流電源２４は、例えば２〜３Ｖ程度の予め決められた直流電圧Ｖ０（疑似参照極用のポンピング電圧Ｖ０）を、調整抵抗Ｒ０を介して検出素子２１に印加するものである。
【００５６】
２５は検出素子２１の内部抵抗Ｒｉを検出する抵抗検出手段としての検出器を示し、該検出器２５は、第１の実施の形態で述べた検出器４と同様に構成され、検出素子２１のネルンストセル２２に交流電圧を印加してネルンストセル２２の内部抵抗Ｒｉを検出するものである。
【００５７】
２６は内部抵抗Ｒｉの検出値に従って後述の基準電源Ｖｓｘを可変に調整する基準電圧調整手段としての調整回路で、該調整回路２６は、後述の補正電圧設定器２７、目標電圧部２８および差動増幅器２９等により構成されるものである。
【００５８】
２７は内部抵抗Ｒｉの検出器２５に接続された補正電圧設定器で、該補正電圧設定器２７は、第１の実施の形態で述べた補正電圧設定器６と同様に構成され、検出器２５で検出したネルンストセル２２の内部抵抗Ｒｉに従って、前述した図２に示す特性線から補正電圧ＶＲを演算して求めるものである。
【００５９】
２８は目標電圧値ＶＲａを設定する目標電圧部で、該目標電圧部２８も、第１の実施の形態で述べた目標電圧部７と同様に構成され、目標電圧値ＶＲａを後述の差動増幅器２９に出力するものである。そして、この目標電圧値ＶＲａは、ネルンストセル２２が本来の抵抗値Ｒｉａとなったときに、前記設定器２７によって設定される電圧値ＶＲａ（図２参照）に等しい電圧である。
【００６０】
２９は図７に示す調整電圧Ｖｔを可変に設定する差動増幅器で、該差動増幅器２９は、図６に示す如く非反転入力端子が目標電圧部２８に接続され、反転入力端子が補正電圧設定器２７に接続されている。そして、差動増幅器２９は、その出力端子が調整抵抗Ｒｔを介して後述する他の差動増幅器３２に接続され、図７に示す特性線に沿った調整電圧Ｖｔを可変に出力するものである。
【００６１】
即ち、差動増幅器２９は、目標電圧部２８からの目標電圧値ＶＲａと補正電圧設定器２７からの補正電圧ＶＲとを比較し、その比較結果に応じた出力信号を調整電圧Ｖｔとして出力する。この調整電圧Ｖｔは、図７に示す特性線の如く補正電圧設定器２７からの補正電圧ＶＲが増加するに応じて漸次減少する電圧値として可変に設定されるものである。
【００６２】
そして、差動増幅器２９は、補正電圧設定器２７による補正電圧ＶＲが図７中に示すように、例えば目標電圧値ＶＲａと一致するときに、出力側の調整電圧Ｖｔを本来の基準となる電圧値Ｖｔａとして出力し、補正電圧ＶＲが目標電圧値ＶＲａよりも低い電圧値（例えば、電圧値ＶＲｂ）、または高い電圧値（例えば、電圧値ＶＲｃ）になると、調整電圧Ｖｔを電圧値Ｖｔｂに増大、または電圧値Ｖｔｃに減少させる。
【００６３】
また、この場合の調整電圧Ｖｔは、調整抵抗Ｒｔにより図８に示す特性線の如く基準電圧Ｖｓｘとして電圧調整される。この基準電圧Ｖｓｘは、検出素子２１から図９に示す如く出力される出力電圧Ｖｓと比較され、排気ガス中の酸素濃度がリッチ状態であるか、リーン状態であるかを判別する上での基準となるもので、このために調整電圧Ｖｔを、調整抵抗Ｒｔにより図８に示す特性線の如く基準電圧Ｖｓｘとして電圧調整している。
【００６４】
この結果、出力電圧Ｖｓが内部抵抗Ｒｉの影響で図９中に示す特性線９，１０，１１の如く上，下に変動しても、これに対応して基準電圧Ｖｓｘの電圧レベル（スライスレベル）が可変に調整され、これによって、排気ガス中の酸素濃度がリッチ状態であるか、リーン状態であるかを後述の如く正確に判別することが可能となるものである。
【００６５】
そして、この基準電圧Ｖｓｘは、調整電圧Ｖｔが本来の基準となる電圧値Ｖｔａときに、本来の基準電圧である電圧値Ｖｓａとして出力される。また、調整電圧Ｖｔが本来の電圧値Ｖｔａよりも高い電圧値（例えば、電圧値Ｖｔｂ）のときには、基準電圧Ｖｓｘが電圧値Ｖｓｂに設定され、調整電圧Ｖｔが本来の電圧値Ｖｔａよりも低い、例えば電圧値Ｖｔｃに減少したときに、基準電圧Ｖｓｘは、本来の電圧値Ｖｓａよりも低い電圧値Ｖｓｃに設定されるものである。
【００６６】
３０は検出素子２１のネルンストセル２２、ポンプセル２３間から出力される参照電圧Ｖｒｅｆの入力端子で、該入力端子３０は、抵抗Ｒｆを介して接続点３１に接続され、この接続点３１は、後述する差動増幅器３２の非反転入力端子に接続されている。
【００６７】
そして、この接続点３１は、図６に示す如く差動増幅器２９の出力端子にも調整抵抗Ｒｔを介して接続されている。これにより、差動増幅器３２の非反転入力端子には、入力端子３０からの参照電圧Ｖｒｅｆに対して前記調整電圧Ｖｔが加算された電圧信号が入力されるものである。
【００６８】
３２は図６に示す端子３３，３４間で空燃比信号を出力させるための差動増幅器で、該差動増幅器３２は、非反転入力端子が接続点３１に接続され、反転入力端子が図６に示す出力電圧Ｖｓの出力端子２（調整抵抗Ｒ０とネルンストセル２２との間に位置する出力端子２）側に接続されている。
【００６９】
また、差動増幅器３２の出力端子は、ポンプセル２３の低圧側に他の抵抗Ｒｐを介して接続され、この抵抗Ｒｐの両端に接続された端子３３，３４間には、空燃比信号をポンプ電流として検出する電流検出器（図示せず）が設けられるものである。
【００７０】
そして、差動増幅器３２は、接続点３１の電圧（例えば、基準電圧Ｖｓｘと参照電圧Ｖｒｅｆとを加算した電圧）と出力端子２からの出力電圧Ｖｓとを比較し、その比較結果に応じた信号を空燃比検出用の信号として端子３３，３４側に出力するものである。
【００７１】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様に、交流式の検出器２５を用いて検出素子２１におけるネルンストセル２２の内部抵抗Ｒｉを検出すると、補正電圧設定器２７により内部抵抗Ｒｉに基づいた補正電圧ＶＲを、図２に例示した特性線に沿って可変に設定する。
【００７２】
そして、目標電圧部２８からの目標電圧値ＶＲａと補正電圧設定器２７による補正電圧ＶＲとを差動増幅器２９で比較し、その比較結果に応じた出力信号を図７に示す特性線に沿った調整電圧Ｖｔとして差動増幅器２９から出力する。次に、この調整電圧Ｖｔを調整抵抗Ｒｔにより、図８に示す特性線の如く基準電圧Ｖｓｘとして電圧調整する。
【００７３】
これより基準電圧Ｖｓｘを、検出素子２１の内部抵抗Ｒｉが本来の抵抗値Ｒｉａのときには、補正電圧ＶＲの本来の電圧値ＶＲａ、調整電圧Ｖｔの本来の電圧値Ｖｔａに従って本来の基準電圧である電圧値Ｖｓａに設定することができ、この場合の電圧値Ｖｓａを基準電圧Ｖｓｘの電圧レベル（スライスレベル）として用いることができる。
【００７４】
そして、検出素子２１から図９中に実線で示す特性線９の如く本来の出力電圧Ｖｓが出力されるときには、この出力電圧Ｖｓを基準電圧Ｖｓｘの電圧値Ｖｓａと比較することによって、排気ガス中の酸素濃度がリッチ状態であるか、リーン状態であるかを正確に判別することができる。
【００７５】
一方、検出素子２１の内部抵抗Ｒｉが本来の抵抗値Ｒｉａよりも増加して、例えば抵抗値Ｒｉｂとなったときには、出力電圧Ｖｓが図９中に実線で示す特性線９から二点鎖線で例示した特性線１１の如く上方にオフセットされて変動する。しかし、この場合には、補正電圧設定器２７により補正電圧ＶＲを図２に例示した特性線に沿って、目標電圧値ＶＲａよりも低い電圧値ＶＲｂに補正することができる。
【００７６】
そして、差動増幅器２９では、補正電圧設定器２７からの補正電圧ＶＲが目標電圧値ＶＲａよりも低い電圧値ＶＲｂになると、調整電圧Ｖｔを図７に示す特性線に沿って電圧値Ｖｔｂに増大でき、このときの調整電圧Ｖｔ（例えば、電圧値Ｖｔｂ）に従って、基準電圧Ｖｓｘを図８に示す特性線の如く電圧値Ｖｓｂに設定することができる。
【００７７】
このため、検出素子２１の内部抵抗Ｒｉが増加して、出力電圧Ｖｓが図９中に実線で示す特性線９から二点鎖線で示す特性線１１のように変動した場合でも、このときの出力電圧Ｖｓを基準電圧Ｖｓｘの電圧値Ｖｓｂと比較することにより、この電圧値Ｖｓｂをスライスレベルとして排気ガス中の酸素濃度がリッチ状態であるか、リーン状態であるかを、図９中に二点鎖線で示す特性線１１から空燃比λが１以上であるか、否かとして正確に判別することができる。
【００７８】
また、検出素子２１の内部抵抗Ｒｉが本来の抵抗値Ｒｉａよりも減少して、例えば抵抗値Ｒｉｃとなったときには、出力電圧Ｖｓが図９中に実線で示す特性線９から一点鎖線で例示した特性線１０のように下向きにオフセットされて変動する。しかし、この場合には、補正電圧設定器２７により補正電圧ＶＲを図２に例示した特性線に沿って、目標電圧値ＶＲａよりも高い電圧値ＶＲｃに補正することができる。
【００７９】
そして、差動増幅器２９では、補正電圧設定器２７からの補正電圧ＶＲが目標電圧値ＶＲａよりも高い電圧値ＶＲｃになると、調整電圧Ｖｔを図７に示す特性線に沿って電圧値Ｖｔｃに低下させることができ、このときの調整電圧Ｖｔ（例えば、電圧値Ｖｔｃ）に従って、基準電圧Ｖｓｘを図８に示す特性線の如く電圧値Ｖｓｃに設定することができる。
【００８０】
このため、検出素子２１の内部抵抗Ｒｉが減少して、出力電圧Ｖｓが図９中に実線で示す特性線９から一点鎖線で示す特性線１０のように変動した場合でも、このときの出力電圧Ｖｓを基準電圧Ｖｓｘの電圧値Ｖｓｃと比較することにより、この電圧値Ｖｓｃをスライスレベルとして排気ガス中の酸素濃度がリッチ状態であるか、リーン状態であるかを、空燃比（λ＝１）を判定基準として図９中の特性線１０から正確に判別することができる。
【００８１】
従って、本実施の形態によれば、検出素子２１の素子温度が変動することによる内部抵抗Ｒｉの変化で出力電圧Ｖｓ（酸素濃度の検出信号）が変動するのを、基準電圧Ｖｓｘのスライスレベルを調整することにより吸収することができ、酸素濃度の検出精度を向上することができる。
【００８２】
また、図６中の差動増幅器３２には、可変に電圧調整される基準電圧Ｖｓｘが参照電圧Ｖｒｅｆと共に非反転入力端子側に入力されるので、差動増幅器３２からの出力信号を、内部抵抗Ｒｉの変化分を相殺した信号として出力でき、例えば端子３３，３４間で安定した空燃比信号（ポンプ電流）を検出することができる。
【００８３】
次に、図１０ないし図１２は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、検出素子の内部抵抗に従って基準電圧のスライスレベルを可変に調整することにより、空燃比の判別制御を安定して実行できるように構成したことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００８４】
図中、４１は酸素センサの主要部となる検出素子で、該検出素子４１は、第１の実施の形態で述べた検出素子１とほぼ同様に構成され、排気ガスの酸素濃度に対応した起電力Ｅを発生すると共に、内部抵抗Ｒｉを有している。そして、検出素子４１は、出力端子２から上記の数１式による出力電圧Ｖｓを出力し、この出力電圧Ｖｓは、図９中に例示した特性線の如く排気ガス中の酸素濃度（空燃比λ）に応じて変動するものである。
【００８５】
また、検出素子４１には、前述した固体電解質を活性化するためのヒータ（図示せず）が付設されている。そして、このヒータは、外部からヒータ電源（図示せず）により電圧を印加されると、検出素子４１を予め決められた温度まで加熱するものである。
【００８６】
４２は検出素子４１に直流電圧を印加する電圧印加手段としての直流電源で、該直流電源４２は、図１０に示すように受け抵抗と呼ばれる調整抵抗Ｒ０を介して検出素子４１に接続されている。そして、直流電源４２は、例えば２〜３Ｖ程度の予め決められた直流電圧Ｖ０（疑似参照極用のポンピング電圧Ｖ０）を、調整抵抗Ｒ０を介して検出素子４１に印加するものである。
【００８７】
４３は検出素子４１の内部抵抗Ｒｉを検出する抵抗検出手段としての検出器を示し、該検出器４３は、第１の実施の形態で述べた検出器４と同様に構成され、検出素子４１の両端に交流電圧を印加して検出素子４１の内部抵抗Ｒｉを検出するものである。
【００８８】
４４は内部抵抗Ｒｉの検出値に従って空燃比λの判定制御等を行う基準電圧調整手段としての制御装置を示し、該制御装置４４は、例えばマイクロコンピュータ等によって構成され、その入力側が検出器４３等に接続されると共に、出力側は端子４５等に接続されている。
【００８９】
また、制御装置４４は、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部４４Ａを有し、この記憶部４４Ａ内には、図２に例示した内部抵抗Ｒｉに対する補正電圧ＶＲの演算用マップ、図１１に示す補正電圧ＶＲに対する基準電圧Ｖｓｘの算定マップおよび図１２に示すプログラム等が更新可能に格納されている。
【００９０】
そして、制御装置４４は、図１２に示すプログラムに従って検出素子４１の内部抵抗Ｒｉにより基準電圧Ｖｓｘを可変に調整する基準電圧調整処理、この基準電圧Ｖｓｘに基づいた空燃比の判定処理等を行うものである。
【００９１】
即ち、制御装置４４は、処理動作がスタートすると、ステップ１で検出器４３から検出素子４１の内部抵抗Ｒｉを読込み、ステップ２では、このときの内部抵抗Ｒｉに従った補正電圧ＶＲを、図２に例示した特性線により演算して求める。
【００９２】
次に、ステップ３では、このときの補正電圧ＶＲに対応した基準電圧Ｖｓｘを、図１１に示す特性マップから読出す。この場合の基準電圧Ｖｓｘは、図１１に示す特性線の如く補正電圧ＶＲが増加するに応じて漸次減少する電圧値として設定され、前記第２の実施の形態で述べたように出力電圧Ｖｓが内部抵抗Ｒｉの影響で図９中に示す特性線９，１０，１１の如く上，下に変動しても、これに対応して基準電圧Ｖｓｘの電圧レベル（スライスレベル）が可変に調整されるものである。
【００９３】
そして、次なるステップ４では、検出素子４１からの出力電圧Ｖｓを基準電圧Ｖｓｘ（例えば、電圧値Ｖｓａ，Ｖｓｂ，Ｖｓｃ）と比較し、この電圧値Ｖｓａ，ＶｓｂまたはＶｓｃをスライスレベルとして排気ガス中の酸素濃度（空燃比λ）がリッチ状態であるか、リーン状態であるかを判定する。
【００９４】
次に、このときの判定信号は、図１０に示す端子４５側から外部に出力され、例えば自動車用エンジンの空燃比制御等に用いられる。そして、その後はステップ５でリターンし、ステップ１以降の処理を続行する。
【００９５】
かくして、このように構成される本実施の形態では、前記第２の実施の形態とほぼ同様に、出力電圧Ｖｓが内部抵抗Ｒｉの影響で図９中に示す特性線９，１０，１１の如く上，下に変動しても、これに対応して基準電圧Ｖｓｘのスライスレベル（例えば、電圧値Ｖｓａ，Ｖｓｂ，Ｖｓｃ）を可変に調整することによって、排気ガス中の酸素濃度がリッチ状態であるか、リーン状態であるかを正確に判別することができる。
【００９６】
なお、前記第２の実施の形態では、ネルンストセル２２およびポンプセル２３からなる検出素子２１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、第１の実施の形態で述べた検出素子１についても、例えば図６に示す調整回路２６を用いて基準電圧Ｖｓｘを可変に調整する構成としてもよい。
【００９７】
また、これとは逆に、第２の実施の形態で述べた検出素子２１に対しても、例えば図１に示す調整回路５を用いて印加電圧（ポンピング電圧Ｖ０）を可変に調整する構成としてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による酸素センサを示す電気回路図である。
【図２】検出素子の内部抵抗と補正電圧との関係を示す特性線図である。
【図３】補正電圧とポンピング電圧との関係を示す特性線図である。
【図４】検出素子の素子温度と内部抵抗との関係を示す特性線図である。
【図５】酸素センサの出力電圧と空燃比との関係を示す特性線図である。
【図６】第２の実施の形態による酸素センサを示す電気回路図である。
【図７】補正電圧と調整電圧との関係を示す特性線図である。
【図８】調整電圧と基準電圧との関係を示す特性線図である。
【図９】酸素センサの出力電圧と空燃比との関係を示す特性線図である。
【図１０】第３の実施の形態による酸素センサを示す電気回路図である。
【図１１】補正電圧と基準電圧との関係を示す特性線図である。
【図１２】図１０中の制御装置による基準電圧調整処理等を示す流れ図である。
【符号の説明】
１，２１，４１検出素子
２出力端子
３電源部（電圧印加手段）
４，２５，４３検出器（内部抵抗検出手段）
５調整回路（印加電圧調整手段）
６，２７補正電圧設定器
７，２８目標電圧部
８，２９差動増幅器
２２ネルンストセル
２３ポンプセル
２４，４２直流電源（電圧印加手段）
２６調整回路（基準電圧調整手段）
４４制御装置（基準電圧調整手段）
Ｒｉ内部抵抗
Ｖ０ポンピング電圧（印加電圧）
Ｖｓｘ，Ｖｓａ，Ｖｓｂ，Ｖｓｃ基準電圧[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxygen sensor suitably used for detecting, for example, an air-fuel ratio (mixing ratio between fuel and intake air) of an automobile engine or the like as an oxygen concentration in exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
Generally, in an internal combustion engine such as an automobile engine, an oxygen sensor is provided in an exhaust pipe, for example, and the concentration of oxygen remaining in exhaust gas is detected by the oxygen sensor (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 10-509242
[0004]
An oxygen sensor according to the related art of this type includes a detection element for detecting an oxygen concentration in exhaust gas, and voltage applying means for applying a pumping voltage to the detection element, and a detection signal output from the detection element includes: By comparing a high voltage value or a low voltage value with respect to a predetermined reference voltage (for example, 450 mV), the oxygen concentration in the exhaust gas is changed with respect to the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.7). It is configured to determine whether the state is a rich (excessive) state or a lean (lean) state.
[0005]
The control device for the automobile engine performs feedback control of the fuel injection amount according to whether the oxygen concentration detection signal output from the oxygen sensor is in a rich state or a lean state, and mixes fuel and air. By bringing the ratio (air-fuel ratio A / F) close to, for example, a stoichiometric air-fuel ratio or a lean air-fuel ratio (A / F ≧ 15), the combustion efficiency and fuel consumption (fuel consumption) of the engine are improved.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-described oxygen sensor according to the related art, since the detection element of the oxygen concentration is exposed to high-temperature exhaust gas or the like, if the element temperature of the detection element fluctuates due to the exhaust temperature, the internal resistance of the detection element becomes the element temperature. Changes due to fluctuations in
[0007]
Therefore, in the oxygen sensor of the related art, the detection signal of the oxygen concentration may vary due to a change in the internal resistance of the detection element, and the measurement of the concentration of the oxygen remaining in the exhaust gas (whether the air-fuel ratio is rich or not) There is a problem that it is difficult to stably perform the determination as to whether the vehicle is lean.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and an object of the present invention is to provide an oxygen sensor capable of stably detecting the oxygen concentration in a gas to be measured and improving detection accuracy. To provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the present invention includes a detecting element for detecting an oxygen concentration in a gas to be measured, and a voltage applying unit for applying a pumping voltage for a pseudo reference electrode to the detecting element, for example. The present invention is applied to an oxygen sensor which determines whether the air-fuel ratio of the gas to be measured is rich or lean by comparing a detection signal output from the detection element with a reference voltage.
[0010]
The first aspect of the present invention is characterized in that a resistance detecting means for detecting an internal resistance of the detecting element and a voltage applied to the voltage applying means are variably adjusted according to the internal resistance detected by the resistance detecting means. And an applied voltage adjusting means.
[0011]
With this configuration, even if the internal resistance of the detecting element changes due to the fluctuation of the element temperature, the internal resistance of the detecting element can be monitored (monitored) using the resistance detecting means. By applying a voltage (for example, a pumping voltage) adjusted according to the internal resistance at this time to the detection element, it is possible to prevent the detection signal of the oxygen concentration from being varied.
[0012]
For this reason, the change in the internal resistance due to the fluctuation of the element temperature can be offset by adjusting the applied voltage to absorb the variation of the detection signal, and the air-fuel ratio of the gas to be measured is in a rich state or a lean state. It is possible to stably determine whether or not there is, and to improve the detection accuracy of the oxygen concentration.
[0013]
The invention according to claim 2 is characterized in that a resistance detecting means for detecting an internal resistance of the detecting element and a voltage level of the reference voltage are variably adjusted according to the internal resistance detected by the resistance detecting means. And a reference voltage adjusting means.
[0014]
Also in this case, the internal resistance of the detecting element can be monitored (monitored) by using the resistance detecting means, and the reference voltage adjusting means variably changes the voltage level (slice level) of the reference voltage according to the internal resistance at this time. By adjusting, it is possible to absorb a change in internal resistance due to a change in element temperature. Therefore, it is possible to stably determine whether the air-fuel ratio of the gas to be measured is in a rich state or a lean state, and the detection accuracy of the oxygen concentration can be improved.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an oxygen sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, taking as an example a case where the oxygen sensor is applied to an automobile engine or the like.
[0016]
Here, FIG. 1 to FIG. 5 show a first embodiment of the present invention. In the drawing, reference numeral 1 denotes a detection element which is a main part of an oxygen sensor. The detection element 1 is provided on an oxygen ion conductive solid electrolyte (not shown) made of a material such as zirconia, and on a surface of the solid electrolyte. It is configured to include a plurality of formed electrodes (not shown).
[0017]
The detecting element 1 generates an electromotive force E corresponding to the oxygen concentration of the gas to be measured (exhaust gas), has an internal resistance Ri, and receives a pumping current I0 as a flowing current from a power supply unit 3 described later. When supplied, the output terminal 2 outputs an output voltage Vs as a detection signal by the following equation (1).
[0018]
(Equation 1)
Vs = E + (Ri × I0)
[0019]
In this case, the output voltage Vs from the detection element 1 fluctuates according to the oxygen concentration in the exhaust gas as shown by the characteristic line in FIG. That is, if the state where the air-fuel ratio (A / F) becomes the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.7) is defined as the air-fuel ratio (λ = 1) shown in FIG. 5, the output voltage Vs at this time is: The reference voltage becomes Vsa (for example, Vsa = 450 mV).
[0020]
When the air-fuel ratio λ is in a rich state (for example, A / F <14, 7), the output voltage Vs has a voltage value higher than the reference voltage Vsa, and the air-fuel ratio λ is in a lean state (for example, A / F ≧ 15). ), The output voltage Vs takes a voltage value higher than the reference voltage Vsa.
[0021]
Further, the detection element 1 is provided with a heater (not shown) for activating the solid electrolyte described above. When a voltage is applied from the outside by a heater power supply (not shown), the heater heats the detecting element 1 to a predetermined temperature.
[0022]
However, the detection element 1 is attached to, for example, an exhaust pipe (not shown) of an automobile engine and is exposed to high-temperature exhaust gas or the like. For this reason, the element temperature of the detection element 1 fluctuates under the influence of the exhaust gas temperature, and the internal resistance Ri of the detection element 1 fluctuates due to the fluctuation of the element temperature as shown by the characteristic line in FIG.
[0023]
Reference numeral 3 denotes a power supply unit serving as a voltage application unit for applying a DC voltage to the detection element 1. The power supply unit 3 is connected to the detection element 1 via an adjustment resistor R0 called a receiving resistor as shown in FIG. . The power supply unit 3 applies a DC voltage V0 (for example, a pumping voltage V0 for a pseudo reference electrode) variably adjusted by an adjustment circuit 5 described later to the detection element 1 via an adjustment resistor R0. .
[0024]
Then, a pumping current I0 is supplied to the detection element 1 by the pumping voltage V0 from the power supply unit 3, whereby the output voltage 2 of the above equation (1) is output from the detection element 1 at the output terminal 2. The pumping voltage V0 is, for example, about 2 to 3 V, and the adjustment resistor R0 has a sufficiently larger resistance value than the internal resistance Ri of the detection element 1.
[0025]
Reference numeral 4 denotes a detector as a resistance detecting means for detecting the internal resistance Ri of the detecting element 1. The detector 4 has, for example, an AC voltage of about 2 to 3 kHz (about 50 mV) at both ends of the detecting element 1 as shown in FIG. ) Is applied to detect the internal resistance Ri of the detection element 1. Thereby, the internal resistance Ri of the detection element 1 is detected as a resistance value of, for example, about 200 to 300 Ω (ohm).
[0026]
Reference numeral 5 denotes an adjustment circuit as applied voltage adjustment means for variably adjusting the pumping voltage V0 by the power supply unit 3 according to the detected value of the internal resistance Ri. The adjustment circuit 5 includes a correction voltage setter 6, a target voltage unit 7, It comprises a differential amplifier 8 and the like.
[0027]
6 is a correction voltage setting device connected to the detector 4 of the internal resistance Ri. The correction voltage setting device 6 calculates the correction voltage from the characteristic line shown in FIG. 2 according to the internal resistance Ri of the detection element 1 detected by the detector 4. It is obtained by calculating VR. The correction voltage VR by the correction voltage setter 6 is variably set as a voltage value that gradually decreases as the internal resistance Ri of the detection element 1 increases, as shown by the characteristic line in FIG.
[0028]
Here, when the element temperature of the detection element 1 reaches the target element temperature (for example, 750 ° C.) as shown by the characteristic line shown in FIG. 4, the internal resistance Ri becomes the original resistance value Ria (Ri = Ria). . Then, for example, when the internal resistance Ri of the detecting element 1 is the resistance value Ria, the correction voltage VR by the correction voltage setting device 6 is set to the voltage value VRa as shown in FIG. They have the same voltage value.
[0029]
Reference numeral 7 denotes a target voltage unit for setting a target voltage value VRa. The target voltage unit 7 sets the voltage value VRa by the setting unit 6 to the target voltage when the detection element 1 has the original resistance value Ria as described above. This is set as a value VRa, and this target voltage value VRa is output to a differential amplifier 8 described later.
[0030]
Reference numeral 8 denotes a differential amplifier for variably setting a pumping voltage V0 from the power supply unit 3. The differential amplifier 8 has an inverting input terminal connected to the target voltage unit 7 and a non-inverting input terminal connected to the correction voltage setting unit 6. It is connected. The output terminal of the differential amplifier 8 is connected to the power supply unit 3, and the pumping voltage V0 along the characteristic line shown in FIG. 3 is variably output from the power supply unit 3.
[0031]
That is, the differential amplifier 8 compares the target voltage value VRa from the target voltage unit 7 with the correction voltage VR from the correction voltage setting unit 6, and outputs an output signal corresponding to the comparison result to the power supply unit 3. Thus, the power supply unit 3 variably outputs the pumping voltage V0 along the characteristic line shown in FIG.
[0032]
In this case, the pumping voltage V0 from the power supply unit 3 is variably set as a voltage value that increases and decreases in proportion to the correction voltage VR of the correction voltage setting unit 6, as shown by the characteristic line in FIG. Then, as shown in FIG. 3, the differential amplifier 8 sets the pumping voltage V0 from the power supply unit 3 to the original reference when the correction voltage VR by the correction voltage setter 6 matches the target voltage value VRa, for example. Is output as the following voltage value V0a.
[0033]
The oxygen sensor according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, the detection operation will be described.
[0034]
First, the detection element 1 of the oxygen sensor is attached to, for example, an exhaust pipe of an automobile engine, and generates an electromotive force E corresponding to an oxygen concentration in exhaust gas flowing through the exhaust pipe.
[0035]
The detection element 1 has an internal resistance Ri as shown in FIG. 1, and when the pumping current I0 is supplied from the power supply section 3, the output voltage Vs according to the above equation 1 is used as a detection signal of the oxygen concentration. This is output as a characteristic line 9 shown by a solid line in FIG.
[0036]
In this case, the output voltage Vs from the detection element 1 becomes the reference voltage Vsa (for example, Vsa = 450 mV) when the air-fuel ratio (λ) becomes the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1), and the air-fuel ratio λ becomes rich. In this case, the output voltage Vs has a higher voltage value than the reference voltage Vsa.
[0037]
When the air-fuel ratio λ is in a lean state, the output voltage Vs has a voltage value lower than the reference voltage Vsa. Thus, the oxygen sensor can determine whether the oxygen concentration in the exhaust gas is in a rich state or a lean state by comparing the output voltage Vs from the detection element 1 with the reference voltage Vsa. .
[0038]
Incidentally, since the detection element 1 having such an oxygen concentration is exposed to high-temperature exhaust gas or the like, the element temperature of the detection element 1 may fluctuate due to the temperature of the exhaust gas or the like. The internal resistance Ri of the detection element 1 changes as shown by the characteristic line in FIG.
[0039]
Then, when the internal resistance Ri of the detecting element 1 decreases from the original resistance value Ria, the output voltage Vs according to the above equation 1 is offset in a decreasing direction as shown by a characteristic line 10 shown by a dashed line in FIG. If the internal resistance Ri of the detection element 1 increases beyond the original resistance value Ria, it is offset in the increasing direction as shown by a characteristic line 11 shown by a two-dot chain line in FIG.
[0040]
For this reason, when the output voltage Vs, which is the detection signal of the oxygen concentration, changes from the original characteristic line 9 shown by the solid line in FIG. 5 to the characteristic line 10 shown by the dashed line (or the characteristic line 11 shown by the two-dot chain line), The characteristic of the output voltage Vs deviates from the reference point of the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1), making it difficult to accurately determine whether the oxygen concentration in the exhaust gas is rich or lean.
[0041]
Therefore, according to the present embodiment, the internal resistance Ri of the detection element 1 is detected by the AC type detector 4 shown in FIG. 1, and based on the internal resistance Ri of the detection element 1 detected by the detector 4, As shown in the characteristic line of FIG. 2, the correction voltage VR that gradually decreases as the internal resistance Ri increases is variably set by the correction voltage setter 6.
[0042]
Then, the voltage value VRa output from the correction voltage setting device 6 when the detection element 1 becomes the original resistance value Ria is set in the target voltage section 7 in advance as the target voltage value VRa. VRa and the correction voltage VR by the correction voltage setting unit 6 are compared by the differential amplifier 8, and an output signal corresponding to the comparison result is output from the differential amplifier 8 to the power supply unit 3. The pumping voltage V0 along the characteristic line shown is variably output.
[0043]
For this reason, when the internal resistance Ri of the detection element 1 increases from the original resistance value Ria and becomes, for example, the resistance value Rib, the correction voltage VR by the correction voltage setting unit 6 is changed along the characteristic line shown in FIG. Can be corrected to a voltage value VRb lower than the target voltage value VRa. At this time, the pumping voltage V0 from the power supply unit 3 is reduced along the characteristic line shown in FIG. V0b.
[0044]
As a result, the pumping current I0 supplied to the detection element 1 decreases as the pumping voltage V0 decreases, so that the output voltage Vs according to the equation (1) can be automatically reduced, and this output voltage Vs is reduced. From the characteristic line 11 exemplified by the two-dot chain line in FIG. 5, it can be corrected so as to return to the position of the characteristic line 9 indicated by the solid line.
[0045]
When the internal resistance Ri of the detection element 1 decreases from the original resistance Ria and becomes, for example, the resistance Ric, the correction voltage VR by the correction voltage setting unit 6 is changed along the characteristic line shown in FIG. The voltage value VRc can be corrected to a voltage value VRc higher than the target voltage value VRa. At this time, the pumping voltage V0 from the power supply unit 3 is changed along the characteristic line shown in FIG. 3 to a voltage value V0c higher than the original voltage value V0a. Can be raised up.
[0046]
As a result, the pumping current I0 supplied to the detecting element 1 increases with the increase of the pumping voltage V0, so that the output voltage Vs according to the above equation (1) can be automatically increased. Correction can be made so that the position returns to the position of the characteristic line 9 indicated by the solid line from the characteristic line 10 exemplified by the alternate long and short dash line in FIG.
[0047]
Thus, according to the present embodiment, the change in the internal resistance Ri due to the fluctuation in the element temperature of the detection element 1 is offset by the adjustment of the pumping voltage V0, and the variation in the output voltage Vs (the detection signal of the oxygen concentration) is reduced. Can be absorbed.
[0048]
Therefore, the output voltage Vs from the detection element 1 can be always output stably as shown by a characteristic line 9 shown by a solid line in FIG. 5, and the detection accuracy of the oxygen concentration can be improved. It is possible to accurately determine whether the vehicle is in the rich state or the lean state.
[0049]
In addition, there is a method of controlling the amount of power to the heater according to the element temperature of the detection element 1 and thereby correcting the variation of the output voltage Vs. In comparison with this case, the oxygen sensor according to the present embodiment is Since the variation in the output voltage Vs can be absorbed by adjusting the pumping voltage V0, the correction process can be performed in a short time, and the transient response and the like can be reliably improved.
[0050]
Next, FIGS. 6 to 9 show a second embodiment of the present invention, which is characterized in that the voltage level (slice level) of the reference voltage is variably adjusted according to the internal resistance of the detection element. I did it. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0051]
In the figure, reference numeral 21 denotes a detection element which is a main part of the oxygen sensor. The detection element 21 is substantially the same as the detection element 1 described in the first embodiment, and has an oxygen ion conductive solid electrolyte and a solid electrolyte. It is configured to include a plurality of electrodes (all not shown) formed on the surface of the electrolyte or the like.
[0052]
However, the detection element 21 in this case has a Nernst cell 22 and a pump cell 23 as shown in FIG. 6, and its specific configuration is the same as that of the detection element of the oxygen sensor according to the related art (for example, Patent Document 1 described above). It is almost the same. The Nernst cell 22 of the detection element 21 generates an electromotive force E corresponding to the oxygen concentration of the gas to be measured (exhaust gas) and has an internal resistance Ri.
[0053]
The Nernst cell 22 of the detection element 21 is provided by the above equation (1) in a manner similar to the detection element 1 described in the first embodiment when a pumping current I0 is supplied from a DC power supply 24 described later. An output voltage Vs is output from the output terminal 2, and this output voltage Vs fluctuates according to the oxygen concentration (air-fuel ratio λ) in the exhaust gas as shown by the characteristic line in FIG.
[0054]
The detection element 21 is provided with a heater (not shown) for activating the above-described solid electrolyte. When a voltage is applied from the outside by a heater power supply (not shown), the heater heats the detecting element 21 to a predetermined temperature.
[0055]
Reference numeral 24 denotes a DC power supply as a voltage applying means for applying a DC voltage to the detection element 21. The DC power supply 24 is connected to the detection element 21 via an adjustment resistor R0 called a receiving resistor as shown in FIG. . The DC power supply 24 applies a predetermined DC voltage V0 (pumping voltage V0 for a pseudo reference electrode) of, for example, about 2 to 3 V to the detection element 21 via the adjustment resistor R0.
[0056]
Reference numeral 25 denotes a detector as a resistance detecting means for detecting the internal resistance Ri of the detection element 21. The detector 25 is configured in the same manner as the detector 4 described in the first embodiment. An AC voltage is applied to the Nernst cell 22 to detect the internal resistance Ri of the Nernst cell 22.
[0057]
Reference numeral 26 denotes an adjustment circuit as reference voltage adjustment means for variably adjusting a reference power supply Vsx, which will be described later, in accordance with the detected value of the internal resistance Ri. The adjustment circuit 26 includes a correction voltage setter 27, a target voltage unit 28, and a differential voltage It comprises an amplifier 29 and the like.
[0058]
Reference numeral 27 denotes a correction voltage setting device connected to the detector 25 having the internal resistance Ri. The correction voltage setting device 27 has the same configuration as the correction voltage setting device 6 described in the first embodiment. The correction voltage VR is calculated from the characteristic line shown in FIG.
[0059]
Reference numeral 28 denotes a target voltage section for setting a target voltage value VRa. The target voltage section 28 is also configured in the same manner as the target voltage section 7 described in the first embodiment. 29. The target voltage value VRa is a voltage equal to the voltage value VRa (see FIG. 2) set by the setting unit 27 when the Nernst cell 22 becomes the original resistance value Ria.
[0060]
Reference numeral 29 denotes a differential amplifier for variably setting the adjustment voltage Vt shown in FIG. 7. The differential amplifier 29 has a non-inverting input terminal connected to the target voltage section 28 and an inverting input terminal connecting to the correction voltage as shown in FIG. It is connected to the setting device 27. The output terminal of the differential amplifier 29 is connected to another differential amplifier 32, which will be described later, via an adjustment resistor Rt, and variably outputs an adjustment voltage Vt along a characteristic line shown in FIG. .
[0061]
That is, the differential amplifier 29 compares the target voltage value VRa from the target voltage unit 28 with the correction voltage VR from the correction voltage setting unit 27, and outputs an output signal corresponding to the comparison result as the adjustment voltage Vt. The adjustment voltage Vt is variably set as a voltage value that gradually decreases as the correction voltage VR from the correction voltage setter 27 increases, as shown by the characteristic line in FIG.
[0062]
Then, as shown in FIG. 7, when the correction voltage VR 1 by the correction voltage setting unit 27 matches the target voltage value VRa, for example, the differential amplifier 29 sets the output-side adjustment voltage Vt to a voltage serving as an original reference. The adjustment voltage Vt is output as the value Vta, and when the correction voltage VR becomes a voltage value (for example, the voltage value VRb) lower than the target voltage value VRa (for example, the voltage value VRc), the adjustment voltage Vt is increased to the voltage value Vtb. Or the voltage value Vtc.
[0063]
Further, the adjustment voltage Vt in this case is adjusted as a reference voltage Vsx as shown by a characteristic line in FIG. 8 by the adjustment resistor Rt. This reference voltage Vsx is compared with the output voltage Vs output from the detection element 21 as shown in FIG. 9 to determine whether the oxygen concentration in the exhaust gas is rich or lean. For this purpose, the adjustment voltage Vt is adjusted as the reference voltage Vsx as shown by the characteristic line in FIG. 8 by the adjustment resistor Rt.
[0064]
As a result, even if the output voltage Vs fluctuates upward and downward as shown by the characteristic lines 9, 10, and 11 in FIG. 9 due to the effect of the internal resistance Ri, the voltage level (slice level) of the reference voltage Vsx is correspondingly changed. ) Is variably adjusted, so that it is possible to accurately determine whether the oxygen concentration in the exhaust gas is rich or lean as described later.
[0065]
The reference voltage Vsx is output as the voltage value Vsa which is the original reference voltage when the adjustment voltage Vt is the voltage value Vta which is the original reference. When the adjustment voltage Vt is higher than the original voltage value Vta (for example, the voltage value Vtb), the reference voltage Vsx is set to the voltage value Vsb, and the adjustment voltage Vt is lower than the original voltage value Vta. For example, when the voltage value decreases to the voltage value Vtc, the reference voltage Vsx is set to a voltage value Vsc lower than the original voltage value Vsa.
[0066]
Reference numeral 30 denotes an input terminal of a reference voltage Vref output between the Nernst cell 22 and the pump cell 23 of the detecting element 21. The input terminal 30 is connected to a connection point 31 via a resistor Rf. Connected to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 32.
[0067]
The connection point 31 is also connected to the output terminal of the differential amplifier 29 via the adjustment resistor Rt as shown in FIG. As a result, a voltage signal obtained by adding the adjustment voltage Vt to the reference voltage Vref from the input terminal 30 is input to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 32.
[0068]
Reference numeral 32 denotes a differential amplifier for outputting an air-fuel ratio signal between the terminals 33 and 34 shown in FIG. 6. The differential amplifier 32 has a non-inverting input terminal connected to the connection point 31 and an inverting input terminal having an inverting input terminal. Is connected to the output terminal 2 (output terminal 2 located between the adjustment resistor R0 and the Nernst cell 22) of the output voltage Vs shown in FIG.
[0069]
The output terminal of the differential amplifier 32 is connected to the low voltage side of the pump cell 23 via another resistor Rp, and an air-fuel ratio signal is supplied between terminals 33 and 34 connected to both ends of the resistor Rp. And a current detector (not shown) for detecting the current.
[0070]
Then, the differential amplifier 32 compares the voltage at the connection point 31 (for example, a voltage obtained by adding the reference voltage Vsx and the reference voltage Vref) with the output voltage Vs from the output terminal 2, and outputs a signal corresponding to the comparison result. Is output to the terminals 33 and 34 as a signal for detecting the air-fuel ratio.
[0071]
Thus, in the present embodiment configured as described above, similarly to the first embodiment, when the internal resistance Ri of the Nernst cell 22 in the detection element 21 is detected using the AC detector 25, The correction voltage VR based on the internal resistance Ri is set variably by the correction voltage setting unit 27 along the characteristic line illustrated in FIG.
[0072]
Then, the differential amplifier 29 compares the target voltage value VRa from the target voltage unit 28 with the correction voltage VR from the correction voltage setting unit 27, and outputs an output signal corresponding to the comparison result along the characteristic line shown in FIG. It is output from the differential amplifier 29 as the adjustment voltage Vt. Next, the adjustment voltage Vt is adjusted by the adjustment resistor Rt as the reference voltage Vsx as shown by the characteristic line in FIG.
[0073]
Accordingly, when the internal resistance Ri of the detection element 21 is the original resistance value Ria, the reference voltage Vsx is changed to the original reference voltage according to the original voltage value VRa of the correction voltage VR and the original voltage value Vta of the adjustment voltage Vt. It can be set to the value Vsa, and the voltage value Vsa in this case can be used as the voltage level (slice level) of the reference voltage Vsx.
[0074]
Then, when the original output voltage Vs is output from the detection element 21 as indicated by a characteristic line 9 shown by a solid line in FIG. 9, this output voltage Vs is compared with the voltage value Vsa of the reference voltage Vsx to determine whether the exhaust gas It can be accurately determined whether the oxygen concentration is rich or lean.
[0075]
On the other hand, when the internal resistance Ri of the detection element 21 increases from the original resistance value Ria and becomes, for example, the resistance value Rib, the output voltage Vs is illustrated by a two-dot chain line from the characteristic line 9 shown by a solid line in FIG. It fluctuates while being offset upward as indicated by the characteristic line 11. However, in this case, the correction voltage setter 27 can correct the correction voltage VR to a voltage value VRb lower than the target voltage value VRa along the characteristic line illustrated in FIG.
[0076]
Then, in the differential amplifier 29, when the correction voltage VR from the correction voltage setter 27 becomes a voltage value VRb lower than the target voltage value VRa, the adjustment voltage Vt increases to the voltage value Vtb along the characteristic line shown in FIG. The reference voltage Vsx can be set to the voltage value Vsb as shown by the characteristic line in FIG. 8 according to the adjustment voltage Vt (for example, the voltage value Vtb) at this time.
[0077]
For this reason, even when the internal resistance Ri of the detection element 21 increases and the output voltage Vs fluctuates from the characteristic line 9 shown by the solid line to the characteristic line 11 shown by the two-dot chain line in FIG. By comparing the voltage Vs with the voltage value Vsb of the reference voltage Vsx, this voltage value Vsb is used as a slice level to determine whether the oxygen concentration in the exhaust gas is in a rich state or a lean state in FIG. From the characteristic line 11 indicated by the chain line, it can be accurately determined whether or not the air-fuel ratio λ is 1 or more.
[0078]
Further, when the internal resistance Ri of the detection element 21 decreases from the original resistance value Ria and becomes, for example, the resistance value Ric, the output voltage Vs is illustrated by a dashed line from the characteristic line 9 shown by a solid line in FIG. It fluctuates by being offset downward like the characteristic line 10. However, in this case, the correction voltage VR can be corrected by the correction voltage setting device 27 to a voltage value VRc higher than the target voltage value VRa along the characteristic line illustrated in FIG.
[0079]
Then, in the differential amplifier 29, when the correction voltage VR from the correction voltage setter 27 becomes a voltage value VRc higher than the target voltage value VRa, the adjustment voltage Vt decreases to the voltage value Vtc along the characteristic line shown in FIG. The reference voltage Vsx can be set to the voltage value Vsc as shown by the characteristic line in FIG. 8 according to the adjustment voltage Vt (for example, the voltage value Vtc) at this time.
[0080]
For this reason, even when the internal resistance Ri of the detecting element 21 decreases and the output voltage Vs fluctuates from the characteristic line 9 indicated by the solid line to the characteristic line 10 indicated by the one-dot chain line in FIG. By comparing Vs with the voltage value Vsc of the reference voltage Vsx, this voltage value Vsc is used as a slice level to determine whether the oxygen concentration in the exhaust gas is in a rich state or a lean state in the air-fuel ratio (λ = 1). Can be accurately determined from the characteristic line 10 in FIG.
[0081]
Therefore, according to the present embodiment, the change in the internal resistance Ri due to the change in the element temperature of the detection element 21 causes the change in the output voltage Vs (the detection signal of the oxygen concentration) to be caused by the change in the slice level of the reference voltage Vsx. It can be absorbed by adjusting, and the detection accuracy of the oxygen concentration can be improved.
[0082]
Further, since the reference voltage Vsx variably adjusted in voltage is input to the non-inverting input terminal side together with the reference voltage Vref, the output signal from the differential amplifier 32 is supplied to the differential amplifier 32 in FIG. The output can be output as a signal in which the change in Ri is canceled out. For example, a stable air-fuel ratio signal (pump current) can be detected between the terminals 33 and 34.
[0083]
Next, FIGS. 10 to 12 show a third embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that the air-fuel ratio is adjusted by variably adjusting the slice level of the reference voltage according to the internal resistance of the detecting element. In such a manner that the discrimination control can be stably executed. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0084]
In the figure, reference numeral 41 denotes a detection element which is a main part of the oxygen sensor. The detection element 41 has substantially the same configuration as the detection element 1 described in the first embodiment, and corresponds to the oxygen concentration of the exhaust gas. It generates power E and has an internal resistance Ri. Then, the detecting element 41 outputs an output voltage Vs from the output terminal 2 according to the above equation (1). The output voltage Vs is determined by the oxygen concentration (air-fuel ratio λ) in the exhaust gas as shown by the characteristic line in FIG. ).
[0085]
The detection element 41 is provided with a heater (not shown) for activating the solid electrolyte described above. When a voltage is applied from the outside by a heater power supply (not shown), the heater heats the detecting element 41 to a predetermined temperature.
[0086]
Reference numeral 42 denotes a DC power supply as a voltage applying means for applying a DC voltage to the detection element 41. The DC power supply 42 is connected to the detection element 41 via an adjustment resistor R0 called a receiving resistor as shown in FIG. . The DC power supply 42 applies, for example, a predetermined DC voltage V0 (pumping voltage V0 for a pseudo reference electrode) of about 2 to 3 V to the detection element 41 via the adjustment resistor R0.
[0087]
Reference numeral 43 denotes a detector as resistance detecting means for detecting the internal resistance Ri of the detection element 41. The detector 43 is configured in the same manner as the detector 4 described in the first embodiment. The AC voltage is applied to both ends to detect the internal resistance Ri of the detection element 41.
[0088]
Reference numeral 44 denotes a control device as reference voltage adjusting means for performing determination control of the air-fuel ratio λ in accordance with the detected value of the internal resistance Ri. The control device 44 is constituted by, for example, a microcomputer or the like. And the output side is connected to a terminal 45 or the like.
[0089]
The control device 44 has a storage unit 44A such as a RAM and a ROM. The storage unit 44A has a map for calculating the correction voltage VR with respect to the internal resistance Ri illustrated in FIG. A calculation map of the reference voltage Vsx with respect to the voltage VR, a program shown in FIG. 12, and the like are stored in an updatable manner.
[0090]
The control device 44 performs a reference voltage adjustment process of variably adjusting the reference voltage Vsx by the internal resistance Ri of the detection element 41 according to the program shown in FIG. 12, a process of determining an air-fuel ratio based on the reference voltage Vsx, and the like. It is.
[0091]
That is, when the processing operation starts, the control device 44 reads the internal resistance Ri of the detection element 41 from the detector 43 in step 1 and, in step 2, outputs the correction voltage VR according to the internal resistance Ri at this time in FIG. Is calculated by the characteristic line illustrated in FIG.
[0092]
Next, in step 3, the reference voltage Vsx corresponding to the correction voltage VR at this time is read from the characteristic map shown in FIG. In this case, the reference voltage Vsx is set as a voltage value that gradually decreases as the correction voltage VR increases as shown by the characteristic line in FIG. 11, and as described in the second embodiment, the output voltage Vs The voltage level (slice level) of the reference voltage Vsx is variably adjusted correspondingly even if it fluctuates upward or downward as shown by characteristic lines 9, 10, and 11 in FIG. 9 due to the influence of the internal resistance Ri. Things.
[0093]
Then, in the next step 4, the output voltage Vs from the detection element 41 is compared with a reference voltage Vsx (for example, voltage values Vsa, Vsb, Vsc), and this voltage value Vsa, Vsb or Vsc is set as a slice level in the exhaust gas. It is determined whether the oxygen concentration (air-fuel ratio λ) is rich or lean.
[0094]
Next, the determination signal at this time is output from the terminal 45 side shown in FIG. 10 to the outside, and is used for air-fuel ratio control of an automobile engine, for example. Then, the process returns in step 5 and continues the processing in step 1 and subsequent steps.
[0095]
Thus, in the present embodiment configured as described above, the output voltage Vs is affected by the internal resistance Ri as shown by the characteristic lines 9, 10, and 11 in FIG. 9, almost in the same manner as in the second embodiment. Even if it fluctuates upward or downward, the slice level of the reference voltage Vsx (for example, the voltage values Vsa, Vsb, Vsc) is variably adjusted, so that the oxygen concentration in the exhaust gas is in a rich state. It can be accurately determined whether the vehicle is in the lean state.
[0096]
In the second embodiment, the detection element 21 including the Nernst cell 22 and the pump cell 23 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the detection element 1 described in the first embodiment may be configured to variably adjust the reference voltage Vsx using, for example, the adjustment circuit 26 shown in FIG. .
[0097]
On the contrary, the detection element 21 described in the second embodiment is also configured to variably adjust the applied voltage (pumping voltage V0) by using, for example, the adjustment circuit 5 shown in FIG. Is also good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing an oxygen sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram illustrating a relationship between an internal resistance of a detection element and a correction voltage.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a correction voltage and a pumping voltage.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between an element temperature of a detection element and an internal resistance.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between an output voltage of an oxygen sensor and an air-fuel ratio.
FIG. 6 is an electric circuit diagram showing an oxygen sensor according to a second embodiment.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between a correction voltage and an adjustment voltage.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between an adjustment voltage and a reference voltage.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a relationship between an output voltage of an oxygen sensor and an air-fuel ratio.
FIG. 10 is an electric circuit diagram showing an oxygen sensor according to a third embodiment.
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a relationship between a correction voltage and a reference voltage.
12 is a flowchart showing reference voltage adjustment processing and the like by the control device in FIG. 10;
[Explanation of symbols]
1,21,41 detecting element
2 Output terminal
3 Power supply unit (voltage application means)
4, 25, 43 detector (internal resistance detecting means)
5 Adjustment circuit (applied voltage adjustment means)
6,27 Correction voltage setting device
7,28 Target voltage section
8,29 Differential amplifier
22 Nernst cell
23 pump cell
24, 42 DC power supply (voltage applying means)
26 Adjustment circuit (reference voltage adjustment means)
44 control device (reference voltage adjusting means)
Ri internal resistance
V0 Pumping voltage (applied voltage)
Vsx, Vsa, Vsb, Vsc Reference voltage

Claims

A detection element for detecting an oxygen concentration in the gas to be measured, and voltage applying means for applying a voltage to the detection element, wherein the detection signal output from the detection element is compared with a reference voltage to generate the gas to be measured. In an oxygen sensor that determines whether the air-fuel ratio of the air is rich or lean,
Resistance detecting means for detecting an internal resistance of the detecting element, and an applied voltage adjusting means for variably adjusting an applied voltage of the voltage applying means in accordance with the internal resistance detected by the resistance detecting means, Oxygen sensor.

A detection element for detecting an oxygen concentration in the gas to be measured, and voltage applying means for applying a voltage to the detection element, wherein the detection signal output from the detection element is compared with a reference voltage to generate the gas to be measured. In an oxygen sensor that determines whether the air-fuel ratio of the air is rich or lean,
A resistance detecting means for detecting an internal resistance of the detecting element, and a reference voltage adjusting means for variably adjusting a voltage level of the reference voltage according to the internal resistance detected by the resistance detecting means. Oxygen sensor.