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JP3292124B2 - Element impedance detecting device of oxygen concentration sensor and oxygen concentration detecting device - Google Patents

Element impedance detecting device of oxygen concentration sensor and oxygen concentration detecting device

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Publication number
JP3292124B2
JP3292124B2 JP00706198A JP706198A JP3292124B2 JP 3292124 B2 JP3292124 B2 JP 3292124B2 JP 00706198 A JP00706198 A JP 00706198A JP 706198 A JP706198 A JP 706198A JP 3292124 B2 JP3292124 B2 JP 3292124B2
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JP
Japan
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voltage
oxygen concentration
output
air
fuel ratio
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP00706198A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11201935A (en
Inventor
隆芳 本多
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP00706198A priority Critical patent/JP3292124B2/en
Priority to US09/226,221 priority patent/US6242928B1/en
Publication of JPH11201935A publication Critical patent/JPH11201935A/en
Priority to US09/733,073 priority patent/US6467954B2/en
Application granted granted Critical
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車載用エン
ジンの排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度
センサに係るものであり、特に、酸素濃度センサの素子
インピーダンス(交流インピーダンス)を検出する酸素
濃度センサの素子インピーダンス検出装置と、酸素濃度
センサの素子インピーダンスを検出する機能を有した酸
素濃度検出装置とに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxygen concentration sensor for detecting, for example, an oxygen concentration in exhaust gas of a vehicle-mounted engine, and more particularly, to detecting an element impedance (AC impedance) of the oxygen concentration sensor. The present invention relates to an element impedance detection device for an oxygen concentration sensor and an oxygen concentration detection device having a function of detecting the element impedance of the oxygen concentration sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の車載用エンジンの空燃比制御にお
いては、例えば制御精度を高めるといった要望やリーン
バーン化への要望があり、これらの要望に対応すべく、
エンジンに吸入される混合気の空燃比(排気ガス中の酸
素濃度)を広域に且つリニアに検出するリニア式空燃比
センサ(酸素濃度センサ)が提供されている。
2. Description of the Related Art In recent years, in air-fuel ratio control of an on-vehicle engine, there has been a demand for improving control accuracy and a demand for lean burn, for example.
2. Description of the Related Art A linear air-fuel ratio sensor (oxygen concentration sensor) for linearly detecting an air-fuel ratio (oxygen concentration in exhaust gas) of an air-fuel mixture taken into an engine over a wide area is provided.

【0003】そして、このような空燃比センサにおい
て、その検出精度を維持するためには、同センサを活性
状態に保つ必要があり、一般には、センサに付設された
ヒータを通電制御することにより当該センサの素子(セ
ンサ素子)を加熱して活性状態を維持するようにしてい
る。
In order to maintain the detection accuracy of such an air-fuel ratio sensor, it is necessary to keep the sensor in an active state. Generally, the air-fuel ratio sensor is controlled by energizing a heater attached to the sensor. The sensor element (sensor element) is heated to maintain the active state.

【0004】ところで、こうしたヒータの通電制御にお
いては、センサ素子の温度(素子温)を検出してその素
子温が所望の活性化温度(例えば約700℃)となるよ
うにフィードバック制御を実施する技術が従来より開示
されている。この場合、その時々の素子温を検出するた
めには、素子に温度センサを付設してその検出結果から
導き出すことも考えられるが、それではセンサが大型化
したりコスト高となってしまう。
[0004] Incidentally, in such a heater energization control, a technique of detecting the temperature (element temperature) of a sensor element and performing feedback control so that the element temperature becomes a desired activation temperature (for example, about 700 ° C). Is conventionally disclosed. In this case, in order to detect the temperature of the element at that time, it is conceivable to attach a temperature sensor to the element and derive it from the result of the detection. However, this would increase the size of the sensor and increase the cost.

【0005】このため、センサ素子のインピーダンス
(素子インピーダンス)が素子温に対して所定の対応関
係を有することを利用して素子インピーダンスを検出
し、その検出した素子インピーダンスから素子温を導き
出すことが提案されている。尚、素子インピーダンスの
検出結果は、例えばセンサの劣化度合を判定すること等
にも用いられる。
For this reason, it has been proposed to detect the element impedance by utilizing the fact that the impedance of the sensor element (element impedance) has a predetermined correspondence with the element temperature, and to derive the element temperature from the detected element impedance. Have been. The detection result of the element impedance is also used for determining the degree of deterioration of the sensor, for example.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者は、
空燃比センサの素子インピーダンスを検出する機能を有
した空燃比検出装置(酸素濃度検出装置)として、以下
に述べるような構成及び方法を考えた。
Therefore, the present inventor has proposed:
As an air-fuel ratio detecting device (oxygen concentration detecting device) having a function of detecting the element impedance of the air-fuel ratio sensor, the following configuration and method were considered.

【0007】まず図10に示すように、この空燃比検出
装置100は、A/DコンバータとD/Aコンバータと
を内蔵したマイクロコンピュータ(以下、マイコンとい
う)102を備えており、そのマイコン102の2つの
端子DAC1,DAC2は、D/Aコンバータの出力端
子であり、他の2つの端子ch11,ch12は、A/
Dコンバータの入力端子である。
First, as shown in FIG. 10, the air-fuel ratio detecting apparatus 100 includes a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer) 102 having an A / D converter and a D / A converter built therein. Two terminals DAC1 and DAC2 are output terminals of the D / A converter, and the other two terminals ch11 and ch12 are
This is an input terminal of the D converter.

【0008】そして、当該装置100には、マイコン1
02の端子DAC1から出力される電圧Vpを入力して
そのまま出力するバッファとしての出力回路106と、
出力回路106の出力を積分する抵抗器R1及びコンデ
ンサC1からなるローパスフィルタ108と、ローパス
フィルタ108の出力が非反転入力端子(+)に入力さ
れ、反転入力端子(−)が抵抗器R2を介して空燃比セ
ンサAFSの一方の端子(この例では、プラス側端子)
に接続された演算増幅器OP1と、空燃比センサAFS
の上記プラス側端子と演算増幅器OP1の出力端子との
間に接続された電流検出用のシャント抵抗器R3と、マ
イコン102の端子DAC2から出力される電圧Vmを
入力してそのまま空燃比センサAFSの他方の端子(こ
の例では、マイナス側端子)に出力するバッファとして
の出力回路104とが設けられている。
The device 100 includes a microcomputer 1
An output circuit 106 as a buffer that inputs the voltage Vp output from the terminal DAC1
A low-pass filter 108 composed of a resistor R1 and a capacitor C1 for integrating the output of the output circuit 106, the output of the low-pass filter 108 is input to a non-inverting input terminal (+), and the inverting input terminal (-) is connected via a resistor R2. One terminal of the air-fuel ratio sensor AFS (the positive terminal in this example)
Operational amplifier OP1 connected to the air-fuel ratio sensor AFS
And the voltage Vm output from the terminal DAC2 of the microcomputer 102 are input to the shunt resistor R3 for current detection connected between the above-mentioned plus terminal and the output terminal of the operational amplifier OP1. An output circuit 104 as a buffer for outputting to the other terminal (in this example, a negative terminal) is provided.

【0009】そして更に、当該装置100には、非反転
入力端子が空燃比センサAFSの上記プラス側端子に接
続され、反転入力端子と出力端子とが共通接続された演
算増幅器OP2と、演算増幅器OP2の出力を抵抗器R
4を介し入力して、そのままマイコン102の端子ch
11へ出力する入力回路110と、非反転入力端子が演
算増幅器OP1の出力端子に接続され、反転入力端子と
出力端子とが共通接続された演算増幅器OP3と、演算
増幅器OP3の出力を抵抗器R5を介し入力して、その
ままマイコン102の端子ch12へ出力する入力回路
112とが設けられている。
Further, in the apparatus 100, an operational amplifier OP2 having a non-inverting input terminal connected to the plus side terminal of the air-fuel ratio sensor AFS, and an inverting input terminal and an output terminal commonly connected, and an operational amplifier OP2. Output of resistor R
4 through the terminal ch of the microcomputer 102 as it is.
11, an operational amplifier OP3 having a non-inverting input terminal connected to the output terminal of the operational amplifier OP1, and an inverting input terminal and an output terminal connected in common, and an output of the operational amplifier OP3 connected to a resistor R5. , And an input circuit 112 for outputting the signal to the terminal ch12 of the microcomputer 102 as it is.

【0010】このように構成された空燃比検出装置10
0では、ローパスフィルタ108から出力される電圧V
oと同じ電圧Voが、演算増幅器OP1によって空燃比
センサAFSのプラス側端子に印加される。つまり、演
算増幅器OP1は、ローパスフィルタ108の出力電圧
Voと空燃比センサAFSのプラス側端子の電圧とが一
致するように、自己の出力電圧を変化させるからであ
る。
[0010] The air-fuel ratio detecting device 10 constructed as described above.
0, the voltage V output from the low-pass filter 108
The same voltage Vo as the voltage o is applied to the positive terminal of the air-fuel ratio sensor AFS by the operational amplifier OP1. That is, the operational amplifier OP1 changes its own output voltage so that the output voltage Vo of the low-pass filter 108 matches the voltage of the positive terminal of the air-fuel ratio sensor AFS.

【0011】そして、マイコン102の端子DAC1か
ら出力される電圧Vpが変化しない定常時には、その電
圧Vpがローパスフィルタ108から上記電圧Voとし
て出力される。また、空燃比センサAFSのマイナス側
端子には、マイコン102の端子DAC2から出力され
る電圧Vmが、出力回路104を介して印加される。
When the voltage Vp output from the terminal DAC1 of the microcomputer 102 does not change in a steady state, the voltage Vp is output from the low-pass filter 108 as the voltage Vo. The voltage Vm output from the terminal DAC2 of the microcomputer 102 is applied to the negative terminal of the air-fuel ratio sensor AFS via the output circuit 104.

【0012】よって、定常時には、マイコン102の端
子DAC1,DAC2から夫々出力される電圧Vp,V
mの差圧(Vp−Vm)が、空燃比センサAFSの両端
に、混合気の空燃比(排気ガス中の酸素濃度)を検出す
るための電圧として印加される。例えば、電圧Vpが
3.3Vであり、電圧Vmが3.0Vであれば、空燃比
センサAFSには0.3Vが印加される。そして、その
電圧の印加に伴い、空燃比センサAFSには、その時の
排気ガス中の酸素濃度に応じた電流が流れることとな
る。
Therefore, in the steady state, the voltages Vp and V output from the terminals DAC1 and DAC2 of the microcomputer 102, respectively.
The differential pressure of m (Vp-Vm) is applied to both ends of the air-fuel ratio sensor AFS as a voltage for detecting the air-fuel ratio (oxygen concentration in exhaust gas) of the air-fuel mixture. For example, if the voltage Vp is 3.3 V and the voltage Vm is 3.0 V, 0.3 V is applied to the air-fuel ratio sensor AFS. Then, with the application of the voltage, a current flows through the air-fuel ratio sensor AFS according to the oxygen concentration in the exhaust gas at that time.

【0013】すると、空燃比センサAFSに流れる電流
(センサ電流)Iと同じ電流がシャント抵抗器R3に流
れるため、シャント抵抗器R3の両端電位差は、センサ
電流Iに比例した値となる。更に、空燃比センサAFS
のプラス側端子に印加される電圧(即ち、シャント抵抗
器R3の空燃比センサAFS側の電圧)Voと同じ電圧
Voが、演算増幅器OP2及び入力回路110によって
マイコン102の端子ch11に入力され、また、シャ
ント抵抗器R3の空燃比センサAFSとは反対側の電圧
(即ち、演算増幅器OP1の出力電圧)と同じ電圧Vi
が、演算増幅器OP3及び入力回路112によってマイ
コン102の端子ch12に入力される。
Then, the same current as the current (sensor current) I flowing to the air-fuel ratio sensor AFS flows to the shunt resistor R3, and the potential difference between both ends of the shunt resistor R3 becomes a value proportional to the sensor current I. Further, the air-fuel ratio sensor AFS
(Ie, the voltage on the air-fuel ratio sensor AFS side of the shunt resistor R3) Vo applied to the plus terminal of the microcomputer 102 is input to the terminal ch11 of the microcomputer 102 by the operational amplifier OP2 and the input circuit 110. , The same voltage Vi as the voltage on the opposite side of the shunt resistor R3 from the air-fuel ratio sensor AFS (that is, the output voltage of the operational amplifier OP1).
Is input to the terminal ch12 of the microcomputer 102 by the operational amplifier OP3 and the input circuit 112.

【0014】このため、マイコン102は、端子ch1
2に入力される電圧Viと端子ch11に入力される電
圧Voとを内部のA/Dコンバータによりデジタル変換
して検出し、その両電圧Vi,Voの差(Vi−Vo)
をシャント抵抗器R3の抵抗値(以下、シャント抵抗値
という)で割ることにより、センサ電流Iを検出する。
そして更に、その検出したセンサ電流Iから混合気の空
燃比(排気ガス中の酸素濃度)を求める。
For this reason, the microcomputer 102 is connected to the terminal ch1
2 and the voltage Vo input to the terminal ch11 are detected by digital conversion by an internal A / D converter, and the difference (Vi-Vo) between the two voltages Vi and Vo is detected.
Is divided by the resistance value of the shunt resistor R3 (hereinafter referred to as the shunt resistance value) to detect the sensor current I.
Further, the air-fuel ratio (oxygen concentration in the exhaust gas) of the air-fuel mixture is obtained from the detected sensor current I.

【0015】一方、この空燃比検出装置100におい
て、マイコン102は、空燃比を検出するべく空燃比セ
ンサAFSに印加している電圧を、図11に示す如く所
定時間T1毎に変化させて、空燃比センサAFSの素子
インピーダンスを検出する。尚、この例では、マイコン
102が端子DAC1の出力電圧Vpを変化させること
で、空燃比センサAFSへの印加電圧を変化させるよう
にしており、図11は、上記電圧Vpの変化状態を、マ
イコン102の端子ch11に入力される電圧(つま
り、空燃比センサAFSのプラス側端子に印加される電
圧)Voの波形として表している。また、図11(b)
は、図11(a)にて楕円で囲んだ部分を拡大して表す
ものである。
On the other hand, in the air-fuel ratio detecting device 100, the microcomputer 102 changes the voltage applied to the air-fuel ratio sensor AFS to detect the air-fuel ratio at every predetermined time T1 as shown in FIG. The element impedance of the fuel ratio sensor AFS is detected. In this example, the microcomputer 102 changes the voltage applied to the air-fuel ratio sensor AFS by changing the output voltage Vp of the terminal DAC1, and FIG. The waveform of the voltage Vo input to the terminal ch11 of 102 (that is, the voltage applied to the positive terminal of the air-fuel ratio sensor AFS) Vo is shown. FIG. 11 (b)
Is an enlarged view of a portion surrounded by an ellipse in FIG.

【0016】具体的に説明すると、マイコン102は、
下記の(1)〜(7)の手順により、空燃比センサAF
Sの素子インピーダンスを検出する。(1)図11に示
すように、まず時刻t1 で、端子ch11に入力される
電圧Voを検出する。尚、以下、この時刻t1 で検出さ
れた電圧Voを「Vo(t1 )」と記す。
More specifically, the microcomputer 102
According to the following procedures (1) to (7), the air-fuel ratio sensor AF
The element impedance of S is detected. (1) As shown in FIG. 11, first, at time t1, the voltage Vo input to the terminal ch11 is detected. Hereinafter, the voltage Vo detected at the time t1 is referred to as "Vo (t1)".

【0017】(2)更に、時刻t1 直後の時刻t2 で、
端子ch12に入力される電圧Viを検出する。尚、以
下、この時刻t2 で検出された電圧Viを「Vi(t2
)」と記す。 (3)そして更に、時刻t2 直後の時刻t3 で、内部の
D/Aコンバータに指令を与えることにより、端子DA
C1の出力電圧Vpを空燃比検出用の通常電圧よりも所
定電圧△Vaだけ低い電圧に変化させる。
(2) Further, at time t2 immediately after time t1,
The voltage Vi input to the terminal ch12 is detected. Hereinafter, the voltage Vi detected at the time t2 is referred to as “Vi (t2
) ". (3) Further, at time t3 immediately after time t2, a command is given to the internal D / A converter, so that the terminal DA
The output voltage Vp of C1 is changed to a voltage lower than the normal voltage for detecting the air-fuel ratio by a predetermined voltage ΔVa.

【0018】(4)次に、時刻t3 から予め定められた
所定時間T2が経過した時刻t4 で、端子ch12に入
力される電圧Viを検出する。尚、以下、この時刻t4
で検出された電圧Viを「Vi(t4 )」と記す。また、
上記所定時間T2は、時刻t3 からセンサ電流Iの変化
分△Iがピークになると予想される時間に設定されてい
る。
(4) Next, at time t4 when a predetermined time T2 has elapsed from time t3, the voltage Vi input to the terminal ch12 is detected. Hereinafter, at time t4
Is referred to as "Vi (t4)". Also,
The predetermined time T2 is set to a time at which the change ΔI in the sensor current I is expected to peak from time t3.

【0019】(5)更に、時刻t4 直後の時刻t5 で、
端子ch11に入力される電圧Voを検出する。尚、以
下、この時刻t5 で検出された電圧Voを「Vo(t5
)」と記す。そして、シャント抵抗値をRS とすると、
下記の式1により、空燃比センサAFSの素子インピー
ダンスZを算出する。
(5) Further, at time t5 immediately after time t4,
The voltage Vo input to the terminal ch11 is detected. Hereinafter, the voltage Vo detected at the time t5 is referred to as "Vo (t5
) ". If the shunt resistance value is Rs,
The element impedance Z of the air-fuel ratio sensor AFS is calculated by the following equation 1.

【0020】[0020]

【数1】 (Equation 1)

【0021】尚、上記式1においては、{Vo(t1)−
Vo(t5)}が印加電圧の変化分△Vであり、それ以外
の部分が、センサ電流Iの変化分△Iの逆数(1/△
I)である。また、式1における{Vo(t1)−Vo(t
5)}は、既知の△Vaに置き換えることも可能である。
In the above equation (1), ΔVo (t1) −
Vo (t5)} is the variation of the applied voltage △ V, and the other part is the reciprocal (1 / △) of the variation of the sensor current I △ I.
I). Also, ΔVo (t1) −Vo (t
5)} can be replaced with a known △ Va.

【0022】(6)その後、時刻t3 から予め定められ
た所定時間T3が経過した時刻t6で、端子DAC1の
出力電圧Vpを通常電圧よりも所定電圧△Vbだけ高い
電圧に変化させる。 (7)そして、時刻t6 から予め定められた所定時間T
4が経過した時刻t7で、端子DAC1の出力電圧Vp
を通常電圧に戻す。
(6) Thereafter, at time t6 when a predetermined time T3 has elapsed from time t3, the output voltage Vp of the terminal DAC1 is changed to a voltage higher by a predetermined voltage ΔVb than the normal voltage. (7) A predetermined time T from time t6
4 at time t7, the output voltage Vp of the terminal DAC1.
To the normal voltage.

【0023】つまり、この空燃比検出装置100では、
式1からも分かるように、空燃比センサAFSへの印加
電圧を変化させる前のセンサ電流「{Vi(t2)−Vo
(t1)}/RS 」と、印加電圧を変化させてから所定時
間T2が経過した時のセンサ電流「{Vi(t4)−Vo
(t5)}/RS 」との差に基づき、素子インピーダンス
Zを算出している。
That is, in the air-fuel ratio detecting device 100,
As can be seen from Equation 1, the sensor current “ΔVi (t2) −Vo before changing the voltage applied to the air-fuel ratio sensor AFS.
(t1)} / RS ”and the sensor current“ {Vi (t4) −Vo when a predetermined time T2 has elapsed since the applied voltage was changed.
(t5)} / RS ”, and the element impedance Z is calculated.

【0024】尚、素子インピーダンスZの検出が終了し
た時刻t6 において、端子DAC1の出力電圧Vpを通
常電圧よりも正側に変化させているのは、センサ電流の
収束を早めるためである。即ち、空燃比センサAFSへ
の印加電圧を再び通常電圧に復帰させる際に、その電圧
を直接、元の通常電圧に切り換えるようにすると、空燃
比センサAFSの素子が有する容量成分に蓄えられた電
荷の影響により、センサ電流は電圧の復帰直後において
ピーク電流を発生し、結果として元の電流値に収束する
までの時間が長くなる。そこで、この例では、印加電圧
を元の通常電圧に復帰させる際に、先の電圧変化時とは
逆方向の電圧を短時間印加して、素子の容量成分におけ
る電荷の放電を短時間で終了させ、センサ電流の安定時
間を短縮化するようにしている。よって、空燃比センサ
AFSの素子内を移動する電荷量が正負いずれの変化時
にも略同一量となるように電圧波形を設定すれば、より
効果的である。
The reason why the output voltage Vp of the terminal DAC1 is changed to the positive side from the normal voltage at the time t6 when the detection of the element impedance Z is completed is to speed up the convergence of the sensor current. That is, when the voltage applied to the air-fuel ratio sensor AFS is returned to the normal voltage again, if the voltage is directly switched to the original normal voltage, the electric charge stored in the capacitance component of the element of the air-fuel ratio sensor AFS is obtained. , The sensor current generates a peak current immediately after the return of the voltage, and as a result, the time required to converge to the original current value becomes longer. Therefore, in this example, when the applied voltage is returned to the original normal voltage, a voltage in a direction opposite to the previous voltage change is applied for a short time, and the discharge of the electric charge in the capacitance component of the element is completed in a short time. Thus, the stabilization time of the sensor current is shortened. Therefore, it is more effective if the voltage waveform is set so that the amount of charge moving in the element of the air-fuel ratio sensor AFS becomes substantially the same regardless of whether the amount of charge is positive or negative.

【0025】ここで、上記のような空燃比検出装置10
0においては、マイコン102に内蔵されるD/Aコン
バータとして、回路構成が小規模で且つ安価な図12の
如きD/Aコンバータ(以下、簡易D/Aコンバータと
いう)120を用いると、空燃比センサAFSの素子イ
ンピーダンスを正確に検出することができないことが分
かった。尚、図12は、D/Aコンバータの出力端子が
4つの場合(即ち、4チャンネルの場合)の構成を示し
ている。
Here, the air-fuel ratio detecting device 10 as described above
At 0, when a D / A converter (hereinafter referred to as a simple D / A converter) 120 having a small circuit configuration and an inexpensive structure as shown in FIG. It has been found that the element impedance of the sensor AFS cannot be accurately detected. FIG. 12 shows a configuration in the case where the number of output terminals of the D / A converter is four (that is, in the case of four channels).

【0026】即ち、まず図12に示すように、この種の
簡易D/Aコンバータ120は、各出力端子DAC1〜
DAC4から出力すべき電圧(アナログ出力)を示すデ
ジタル値がマイコン102内のCPUによって夫々セッ
トされる4つの目標値レジスタ(DAC1目標値レジス
タ〜DAC4目標値レジスタ)からなるレジスタ群12
2と、入力されるデジタル値に応じた電圧を出力するD
/A変換処理部124と、D/A変換処理部124の出
力電圧を保持して、その保持した電圧を自己に対応する
出力端子DAC1〜DAC4から出力する4つの出力保
持回路(DAC1出力保持回路〜DAC4出力保持回
路)からなる出力部126と、レジスタ群122の各目
標値レジスタにセットされたデジタル値をD/A変換処
理部124に所定時間(例えば12μs)毎に順次切り
替えて入力させる第1切替部128と、D/A変換処理
部124の出力電圧を、上記第1切替部128の切替タ
イミングと同期したタイミングで、出力部126の各出
力保持回路に順次切り替えて入力させる第2切替部12
9とを備えている。
That is, as shown in FIG. 12, a simple D / A converter 120 of this type includes output terminals DAC1 to DAC1.
A register group 12 composed of four target value registers (DAC1 target value register to DAC4 target value register) in which a digital value indicating a voltage (analog output) to be output from the DAC 4 is set by the CPU in the microcomputer 102, respectively.
2 and D that outputs a voltage corresponding to the input digital value
/ A conversion processing unit 124 and four output holding circuits (DAC1 output holding circuits) that hold the output voltages of the D / A conversion processing unit 124 and output the held voltages from their corresponding output terminals DAC1 to DAC4. DADAC4 output holding circuit) and a digital value set in each target value register of the register group 122 are sequentially switched and input to the D / A conversion processing unit 124 at predetermined time intervals (for example, 12 μs). The second switching in which the output voltages of the first switching unit 128 and the D / A conversion processing unit 124 are sequentially switched and input to each output holding circuit of the output unit 126 at a timing synchronized with the switching timing of the first switching unit 128. Part 12
9 is provided.

【0027】そして、この簡易D/Aコンバータ120
では、レジスタ群122のうちで出力端子DAC1に対
応するDAC1目標値レジスタにセットされたデジタル
値が、第1切替部128によってD/A変換処理部12
4に入力されると、D/A変換処理部124の出力電圧
が、第2切替部129により、出力部126のうちで出
力端子DAC1に対応するDAC1出力保持回路に入力
される。また同様に、レジスタ群122のうちで出力端
子DAC2に対応するDAC2目標値レジスタにセット
されたデジタル値が、第1切替部128によってD/A
変換処理部124に入力されると、D/A変換処理部1
24の出力電圧が、第2切替部129により、出力部1
26のうちで出力端子DAC2に対応するDAC2出力
保持回路に入力される。そして、こうした切替動作が、
各出力端子DAC1〜DAC4について順次行われる。
The simple D / A converter 120
In the register group 122, the digital value set in the DAC1 target value register corresponding to the output terminal DAC1 in the register group 122 is transmitted to the D / A conversion processing unit 12 by the first switching unit 128.
4, the output voltage of the D / A conversion processing unit 124 is input by the second switching unit 129 to the DAC1 output holding circuit corresponding to the output terminal DAC1 in the output unit 126. Similarly, in the register group 122, the digital value set in the DAC2 target value register corresponding to the output terminal DAC2 is supplied to the D / A by the first switching unit 128.
When input to the conversion processing unit 124, the D / A conversion processing unit 1
24 is output by the second switching unit 129 to the output unit 1
26, the signal is input to a DAC2 output holding circuit corresponding to the output terminal DAC2. And such a switching operation,
The processing is sequentially performed for each of the output terminals DAC1 to DAC4.

【0028】よって、このような簡易D/Aコンバータ
120では、マイコン102内のCPUが、所望の目標
値レジスタのデジタル値を書き換えることにより、その
目標値レジスタに対応する出力端子の電圧を任意に変化
させることができる。しかし、デジタル値の書き換えを
行ってからそれに対応する出力端子の電圧が変化するま
での応答時間には、予測不能なバラツキが生じてしま
う。これは、CPUによるデジタル値の書き換えタイミ
ングと、第1切替部128及び第2切替部129の切替
動作とが非同期であるからである。例えば、第1切替部
128及び第2切替部129の切替動作が12μs毎に
行われる場合には、上記応答時間のバラツキは0μs〜
48μs程度となる。
Therefore, in such a simple D / A converter 120, the CPU in the microcomputer 102 rewrites the digital value of the desired target value register to arbitrarily change the voltage of the output terminal corresponding to the target value register. Can be changed. However, an unpredictable variation occurs in the response time from the rewriting of the digital value to the change in the voltage of the output terminal corresponding to the rewriting of the digital value. This is because the rewriting timing of the digital value by the CPU and the switching operation of the first switching unit 128 and the second switching unit 129 are asynchronous. For example, when the switching operation of the first switching unit 128 and the second switching unit 129 is performed every 12 μs, the variation of the response time is 0 μs to
It is about 48 μs.

【0029】このため、前述した空燃比検出装置100
に図12の如き簡易D/Aコンバータ120を用いた場
合には、マイコン102内のCPUが、前述の時刻t3
で、端子DAC1の出力電圧Vpを変化させるべくその
端子DAC1に対応する目標値レジスタのデジタル値を
書き換えても、端子DAC1の出力電圧Vpが実際に変
化するまでには、図13(b)に示すように、予測不能
な遅延時間Tdが生じてしまう。尚、図13(a)は、
図11(b)と同様に遅延時間Tdが無い場合を表して
おり、図13(b)と比較するために併記している。
For this reason, the above-described air-fuel ratio detecting device 100
When the simple D / A converter 120 as shown in FIG. 12 is used, the CPU in the microcomputer 102 operates at the time t3.
Therefore, even if the digital value of the target value register corresponding to the terminal DAC1 is rewritten to change the output voltage Vp of the terminal DAC1, the output voltage Vp of the terminal DAC1 is not changed until the output voltage Vp of the terminal DAC1 actually changes as shown in FIG. As shown, an unpredictable delay time Td occurs. In addition, FIG.
FIG. 11B shows a case where there is no delay time Td as in FIG. 11B, which is also shown for comparison with FIG. 13B.

【0030】そして、こうした遅延時間Tdが生じる
と、図13(b)に示すように、時刻t3 から前述の所
定時間T2が経過した時刻t4 で端子ch12に入力さ
れる電圧Viを検出しても、その検出電圧Vi(t4 )
は、本来検出したい値(即ち、センサ電流Iの変化分△
Iがピークに達した時の値)ではなくなり、その結果、
空燃比センサAFSの素子インピーダンスZを正確に検
出することができなくなってしまうのである。
When such a delay time Td occurs, as shown in FIG. 13B, even if the voltage Vi input to the terminal ch12 is detected at time t4 when the above-mentioned predetermined time T2 has elapsed from time t3. , Its detection voltage Vi (t4)
Is the value to be detected originally (that is, the variation of the sensor current I)
Value when I reaches its peak), and as a result,
This makes it impossible to accurately detect the element impedance Z of the air-fuel ratio sensor AFS.

【0031】また、図13(b)に示すように、マイコ
ン102内のCPUが、前述の時刻t7 で端子DAC1
の出力電圧Vpを通常電圧に戻そうとしてから、実際に
端子DAC1の出力電圧Vpが通常電圧へ戻るまでに遅
れが生じると、センサ電流の安定化が遅れて、通常の空
燃比検出に影響を及ぼしてしまう虞もある。
As shown in FIG. 13 (b), the CPU in the microcomputer 102 operates the terminal DAC1 at time t7.
If the delay occurs after the output voltage Vp of the terminal DAC1 returns to the normal voltage until the output voltage Vp of the terminal DAC1 returns to the normal voltage, the stabilization of the sensor current is delayed, and the normal air-fuel ratio detection is affected. There is also a possibility that it will affect.

【0032】尚、D/Aコンバータのチャンネル数(出
力端子数)が1つのみであれば、上記のような遅延時間
Tdは生じないが、一般に、この種の空燃比検出装置1
00の主要部を成すマイコン102は、エンジン制御等
の他の制御を行うために空燃比センサAFS以外の対象
物に対しても可変の電圧を出力しなければならない場合
が多く、このため多チャンネルのD/Aコンバータが必
要となる。
If the number of channels (the number of output terminals) of the D / A converter is only one, the above-described delay time Td does not occur.
In many cases, the microcomputer 102, which forms the main part of 00, must output a variable voltage to an object other than the air-fuel ratio sensor AFS in order to perform other control such as engine control. D / A converter is required.

【0033】一方、D/Aコンバータとして、図12に
示したD/A変換処理部124を各出力端子毎に夫々独
立して備えたような構成のもの(所謂ラダー方式のD/
Aコンバータ)を用いれば、多チャンネルであっても、
上記のような遅延時間Tdを生じることなく出力電圧を
変化させることができる。
On the other hand, a D / A converter having a configuration in which the D / A conversion processing section 124 shown in FIG. 12 is provided independently for each output terminal (a so-called ladder type D / A converter) is used.
A converter), even if there are multiple channels,
The output voltage can be changed without generating the delay time Td as described above.

【0034】しかしながら、そのようなラダー方式のD
/Aコンバータを用いると、回路構成が大規模になって
しまうと共に、コストアップを招いてしまう。そして、
上記各問題は、D/Aコンバータがマイコン102に内
蔵されている場合に限るものではなく、D/Aコンバー
タをマイコン102の外部に設けた場合についても全く
同様である。
However, such a ladder type D
When the / A converter is used, the circuit configuration becomes large-scale and the cost is increased. And
The above-described problems are not limited to the case where the D / A converter is built in the microcomputer 102, and the same applies to the case where the D / A converter is provided outside the microcomputer 102.

【0035】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
のであり、簡単な構成であるにも拘らず酸素濃度センサ
の素子インピーダンスを正確に検出することができる酸
素濃度センサの素子インピーダンス検出装置と、酸素濃
度検出装置とを提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of such a problem, and has an element impedance detecting device for an oxygen concentration sensor capable of accurately detecting the element impedance of an oxygen concentration sensor despite its simple configuration. It is an object to provide an oxygen concentration detecting device.

【0036】[0036]

【課題を解決するための手段、及び発明の効果】上記目
的を達成するためになされた請求項1に記載の酸素濃度
センサの素子インピーダンス検出装置では、酸素濃度セ
ンサへ被検出ガス中の酸素濃度を検出するための電圧
(以下、酸素濃度検出用電圧という)を印加する電圧印
加手段の出力電圧を、印加電圧変更手段が、酸素濃度セ
ンサの素子インピーダンスを検出するために変化させる
のであるが、この印加電圧変更手段が電圧印加手段の出
力電圧を変化させる動作を行う前に、第1の電流検出手
段が、酸素濃度センサに流れる電流を検出する。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a device for detecting an element impedance of an oxygen concentration sensor, comprising the steps of: The voltage applied by the voltage application means for applying a voltage for detecting the voltage (hereinafter referred to as oxygen concentration detection voltage) is changed by the applied voltage changing means in order to detect the element impedance of the oxygen concentration sensor. Before the applied voltage changing means performs the operation of changing the output voltage of the voltage applying means, the first current detecting means detects a current flowing through the oxygen concentration sensor.

【0037】そして、印加電圧変更手段が電圧印加手段
の出力電圧を変化させる動作を行ってから予め定められ
た所定時間が経過した時に、第2の電流検出手段が、酸
素濃度センサに流れる電流を検出する。そして更に、イ
ンピーダンス算出手段が、第1の電流検出手段により検
出された電流と、第2の電流検出手段により検出された
電流との差に基づいて、酸素濃度センサの素子インピー
ダンスを算出する。
When a predetermined time has passed since the application voltage changing means performed the operation of changing the output voltage of the voltage application means, the second current detection means detects the current flowing through the oxygen concentration sensor. To detect. Further, the impedance calculating means calculates the element impedance of the oxygen concentration sensor based on the difference between the current detected by the first current detecting means and the current detected by the second current detecting means.

【0038】つまり、図10の空燃比検出装置100と
同様に、酸素濃度センサへの印加電圧を変化させる前の
センサ電流と、印加電圧を変化させてから所定時間が経
過した時のセンサ電流との差に基づき、素子インピーダ
ンスを算出している。ここで特に、請求項1に記載の素
子インピーダンス検出装置において、電圧印加手段は、
入力部に入力される電圧を酸素濃度センサに出力する出
力回路と、予め定められた一定電圧Vcを出力回路の入
力部に出力用抵抗器を介して出力する定電圧回路と、出
力用抵抗器から出力回路の入力部に至る信号経路と前記
一定電圧Vcとは異なる設定電圧Vsとの間に直列に接
続されたスイッチング素子と分圧用抵抗器とからなる電
圧切替回路と、を備えている。
That is, similarly to the air-fuel ratio detection device 100 shown in FIG. 10, the sensor current before changing the applied voltage to the oxygen concentration sensor and the sensor current when a predetermined time has elapsed after changing the applied voltage. The element impedance is calculated based on the difference. Here, in particular, in the element impedance detection device according to claim 1, the voltage application unit includes:
An output circuit that outputs a voltage input to the input unit to the oxygen concentration sensor, a constant voltage circuit that outputs a predetermined constant voltage Vc to an input unit of the output circuit via an output resistor, and an output resistor And a voltage switching circuit composed of a switching element and a voltage-dividing resistor connected in series between a signal path extending from the control circuit to the input portion of the output circuit and a set voltage Vs different from the constant voltage Vc.

【0039】よって、電圧切替回路のスイッチング素子
がオフ状態ならば、定電圧回路からの一定電圧Vcが、
出力回路から酸素濃度センサへ出力され、また、前記ス
イッチング素子がオン状態ならば、前記設定電圧Vsと
前記一定電圧Vcとの差圧を分圧用抵抗器と出力用抵抗
器とで分圧した電圧Vbが、出力回路から酸素濃度セン
サへ出力されることとなる。
Therefore, if the switching element of the voltage switching circuit is in the off state, the constant voltage Vc from the constant voltage circuit becomes
A voltage that is output from the output circuit to the oxygen concentration sensor and, when the switching element is in the ON state, a voltage obtained by dividing the differential pressure between the set voltage Vs and the constant voltage Vc by a voltage dividing resistor and an output resistor. Vb is output from the output circuit to the oxygen concentration sensor.

【0040】そこで、印加電圧変更手段は、電圧切替回
路のスイッチング素子をオン或いはオフさせることによ
り、電圧印加手段の出力電圧(即ち、酸素濃度センサへ
の印加電圧)を変化させる。例えば、定電圧回路からの
一定電圧Vcを酸素濃度検出用電圧として酸素濃度セン
サへ印加するようにした場合には、前記スイッチング素
子をオフ状態からオンさせることにより、酸素濃度セン
サへの印加電圧を上記分圧電圧Vbに変化させることが
できる。また逆に、上記分圧電圧Vbを酸素濃度検出用
電圧として酸素濃度センサへ印加するようにした場合に
は、前記スイッチング素子をオン状態からオフさせるこ
とで、酸素濃度センサへの印加電圧を上記一定電圧Vc
に変化させることができる。
Therefore, the applied voltage changing means changes the output voltage of the voltage applying means (that is, the applied voltage to the oxygen concentration sensor) by turning on or off the switching element of the voltage switching circuit. For example, when the constant voltage Vc from the constant voltage circuit is applied to the oxygen concentration sensor as the oxygen concentration detection voltage, the switching element is turned on from the off state to reduce the voltage applied to the oxygen concentration sensor. It can be changed to the divided voltage Vb. Conversely, when the divided voltage Vb is applied to the oxygen concentration sensor as the oxygen concentration detection voltage, the switching element is turned off from the on state, so that the voltage applied to the oxygen concentration sensor is reduced. Constant voltage Vc
Can be changed to

【0041】そして、このような請求項1に記載の素子
インピーダンス検出装置によれば、印加電圧変更手段が
電圧印加手段の出力電圧を変化させる動作(即ち、上記
スイッチング素子をオン或いはオフさせる動作)を行え
ば、電圧印加手段の出力電圧が即座に変化するため、第
2の電流検出手段は、酸素濃度センサへの印加電圧が変
化してから所定時間が経過した時のセンサ電流を確実に
検出することができる。よって、この素子インピーダン
ス検出装置によれば、簡単な構成であるにも拘らず、酸
素濃度センサへの印加電圧を遅れなく変化させて、同セ
ンサの素子インピーダンスを正確に検出することができ
るようになる。
According to the element impedance detecting device of the first aspect, the applied voltage changing means changes the output voltage of the voltage applying means (ie, the operation of turning on or off the switching element). Is performed, the output voltage of the voltage application means changes immediately, so that the second current detection means reliably detects the sensor current when a predetermined time has elapsed since the change in the voltage applied to the oxygen concentration sensor. can do. Therefore, according to the element impedance detection device, the voltage applied to the oxygen concentration sensor can be changed without delay, and the element impedance of the sensor can be accurately detected despite its simple configuration. Become.

【0042】次に、請求項2に記載の酸素濃度センサの
素子インピーダンス検出装置では、上記請求項1に記載
の装置において、電圧印加手段が、前記電圧切替回路を
2つ備えている。そして、印加電圧変更手段が、各電圧
切替回路のスイッチング素子をオン/オフさせることに
より、電圧印加手段の出力電圧を正負両側に変化させ
る。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the device for detecting the element impedance of the oxygen concentration sensor according to the first aspect, wherein the voltage applying means includes two of the voltage switching circuits. Then, the applied voltage changing means turns on / off the switching element of each voltage switching circuit, thereby changing the output voltage of the voltage applying means to both positive and negative sides.

【0043】よって、この請求項2に記載の素子インピ
ーダンス検出装置によれば、図10の空燃比検出装置1
00について図11を用いて説明したように、酸素濃度
センサの素子インピーダンスを検出した後のセンサ電流
を、早期に安定させることができる。
Therefore, according to the element impedance detecting device of the second aspect, the air-fuel ratio detecting device 1 of FIG.
As described with reference to FIG. 11 for 00, the sensor current after detecting the element impedance of the oxygen concentration sensor can be stabilized early.

【0044】ところで、請求項2に記載の素子インピー
ダンス検出装置において、例えば、2つの電圧切替回路
が接続される設定電圧Vsを同じ電圧とした場合には、
電圧印加手段の出力電圧を、以下の(A)〜(C)の如
く3種類に切り替えることができる。尚、ここでは、一
方の電圧切替回路を構成するスイッチング素子と分圧用
抵抗器とを、夫々、SaとRaとし、他方の電圧切替回
路を構成するスイッチング素子と分圧用抵抗器とを、夫
々、SbとRbとする。
By the way, in the element impedance detecting device according to the second aspect, for example, when the set voltage Vs to which the two voltage switching circuits are connected is the same voltage,
The output voltage of the voltage applying means can be switched among three types as shown in the following (A) to (C). Note that, here, the switching element and the voltage-dividing resistor constituting one voltage switching circuit are Sa and Ra, respectively, and the switching element and the voltage-dividing resistor constituting the other voltage switching circuit are respectively represented by: Sb and Rb.

【0045】(A)両スイッチング素子Sa,Sbを共
にオフさせれば、定電圧回路からの一定電圧Vcが、出
力回路から酸素濃度センサへ出力される。 (B)両スイッチング素子Sa,Sbのうちの一方だけ
(例えばSaの方とする)をオンさせれば、設定電圧V
sと一定電圧Vcとの差圧を分圧用抵抗器Raと出力用
抵抗器とで分圧した電圧Vb1 が、出力回路から酸素濃
度センサへ出力される。
(A) If both the switching elements Sa and Sb are turned off, the constant voltage Vc from the constant voltage circuit is output from the output circuit to the oxygen concentration sensor. (B) If only one of the switching elements Sa and Sb (for example, Sa) is turned on, the set voltage V
A voltage Vb1 obtained by dividing the differential pressure between s and the constant voltage Vc by the voltage dividing resistor Ra and the output resistor is output from the output circuit to the oxygen concentration sensor.

【0046】(C)両スイッチング素子Sa,Sbを共
にオンさせれば、設定電圧Vsと一定電圧Vcとの差圧
を両分圧用抵抗器Ra,Rbの合成抵抗と出力用抵抗器
とで分圧した電圧Vb2 が、出力回路から酸素濃度セン
サへ出力される。よって、この場合には、各スイッチン
グ素子Sa,Sbを通常時には上記(B)のように駆動
して、上記分圧電圧Vb1 を酸素濃度検出用電圧として
酸素濃度センサへ印加するようにし、酸素濃度センサの
素子インピーダンスを検出する際には、各スイッチング
素子Sa,Sbのオン/オフ状態を、(B)→(A)→
(C)の順、或いは(B)→(C)→(A)の順に切り
替えることにより、電圧印加手段の出力電圧を酸素濃度
検出用電圧から正負両側に変化させることができる。
(C) If both the switching elements Sa and Sb are turned on, the differential pressure between the set voltage Vs and the fixed voltage Vc is divided by the combined resistance of the two voltage dividing resistors Ra and Rb and the output resistor. The compressed voltage Vb2 is output from the output circuit to the oxygen concentration sensor. Therefore, in this case, each of the switching elements Sa and Sb is normally driven as in the above (B), and the divided voltage Vb1 is applied to the oxygen concentration sensor as the oxygen concentration detection voltage. When detecting the element impedance of the sensor, the on / off state of each switching element Sa, Sb is changed from (B) → (A) →
By switching in the order of (C) or in the order of (B) → (C) → (A), the output voltage of the voltage applying unit can be changed from the oxygen concentration detection voltage to both positive and negative sides.

【0047】但し、この場合には、酸素濃度センサの素
子インピーダンスを検出しない期間において、両スイッ
チング素子Sa,Sbの何れか一方をオンさせておかな
ければならず、消費電力が増加するという点で不利な面
もある。そこで、請求項3に記載の酸素濃度センサの素
子インピーダンス検出装置では、上記請求項2に記載の
装置において、まず、電圧印加手段の定電圧回路が、酸
素濃度検出用電圧(被検出ガス中の酸素濃度を検出する
ための電圧)を前記一定電圧Vcとして出力する。
However, in this case, one of the two switching elements Sa and Sb must be turned on during a period in which the element impedance of the oxygen concentration sensor is not detected, and power consumption increases. There are also disadvantages. Therefore, in the device impedance detecting device of the oxygen concentration sensor according to the third aspect, in the device according to the second aspect, first, the constant voltage circuit of the voltage applying means includes an oxygen concentration detecting voltage (a voltage in the gas to be detected). A voltage for detecting the oxygen concentration) is output as the constant voltage Vc.

【0048】そして、前記2つの電圧切替回路のうちの
一方の電圧切替回路が接続される設定電圧Vsが、前記
一定電圧Vcよりも高い電圧に設定されており、他方の
電圧切替回路が接続される設定電圧Vsが、前記一定電
圧Vcよりも低い電圧に設定されている。そして更に、
印加電圧変更手段は、一定電圧Vcよりも高い電圧に接
続された電圧切替回路のスイッチング素子をオンさせる
ことにより、電圧印加手段の出力電圧を一定電圧Vcか
ら正側に変化させ、また、一定電圧Vcよりも低い電圧
に接続された電圧切替回路のスイッチング素子をオンさ
せることにより、電圧印加手段の出力電圧を一定電圧V
cから負側に変化させる。
The set voltage Vs to which one of the two voltage switching circuits is connected is set to a voltage higher than the constant voltage Vc, and the other voltage switching circuit is connected. The set voltage Vs is set to a voltage lower than the constant voltage Vc. And furthermore
The applied voltage changing means changes the output voltage of the voltage applying means from the constant voltage Vc to the positive side by turning on a switching element of the voltage switching circuit connected to a voltage higher than the constant voltage Vc. By turning on the switching element of the voltage switching circuit connected to a voltage lower than Vc, the output voltage of the voltage
Change from c to the negative side.

【0049】このような請求項3に記載の素子インピー
ダンス検出装置によれば、2つのスイッチング素子を切
り替えて順次オンさせることにより、電圧印加手段の出
力電圧を酸素濃度検出用電圧(一定電圧Vc)から正負
両側に変化させることができる。そして、酸素濃度セン
サの素子インピーダンスを検出しない期間においては、
両スイッチング素子を共にオフさせておけば良いため、
消費電力の増大を招くことがない。
According to the element impedance detecting device of the third aspect, by switching the two switching elements and sequentially turning them on, the output voltage of the voltage applying means is changed to the oxygen concentration detection voltage (constant voltage Vc). Can be changed to both positive and negative sides. Then, during a period in which the element impedance of the oxygen concentration sensor is not detected,
Since it is only necessary to turn off both switching elements,
There is no increase in power consumption.

【0050】一方、請求項4に記載の酸素濃度検出装置
では、第1電圧印加手段が、酸素濃度センサの一方の端
子に第1電圧を印加し、第2電圧印加手段が、酸素濃度
センサの他方の端子に第1電圧とは異なる第2電圧を印
加する。つまり、酸素濃度センサの両端には、第1電圧
と第2電圧との差圧が、酸素濃度検出用電圧として印加
される。
On the other hand, in the oxygen concentration detecting device according to the fourth aspect, the first voltage applying means applies the first voltage to one terminal of the oxygen concentration sensor, and the second voltage applying means applies the first voltage to the oxygen concentration sensor. A second voltage different from the first voltage is applied to the other terminal. That is, a differential pressure between the first voltage and the second voltage is applied to both ends of the oxygen concentration sensor as an oxygen concentration detection voltage.

【0051】そして、印加電圧変更手段が、第1電圧印
加手段の出力電圧を、酸素濃度センサの素子インピーダ
ンスを検出するために変化させるのであるが、この印加
電圧変更手段が第1電圧印加手段の出力電圧を変化させ
る動作を行う前に、第1の電流検出手段が、酸素濃度セ
ンサに流れる電流を検出する。そして更に、酸素濃度算
出手段が、第1の電流検出手段により検出された電流に
基づき、被検出ガス中の酸素濃度を算出する。
The applied voltage changing means changes the output voltage of the first voltage applying means in order to detect the element impedance of the oxygen concentration sensor. Before performing the operation of changing the output voltage, the first current detecting means detects a current flowing through the oxygen concentration sensor. Further, the oxygen concentration calculating means calculates the oxygen concentration in the detected gas based on the current detected by the first current detecting means.

【0052】また、印加電圧変更手段が第1電圧印加手
段の出力電圧を変化させる動作を行ってから予め定めら
れた所定時間が経過した時に、第2の電流検出手段が、
酸素濃度センサに流れる電流を検出する。そして、イン
ピーダンス算出手段が、第1の電流検出手段により検出
された電流と、第2の電流検出手段により検出された電
流との差に基づき、酸素濃度センサの素子インピーダン
スを算出する。
Further, when a predetermined time has passed since the applied voltage changing means performed the operation of changing the output voltage of the first voltage applying means, the second current detecting means is provided with:
The current flowing to the oxygen concentration sensor is detected. Then, the impedance calculating means calculates the element impedance of the oxygen concentration sensor based on the difference between the current detected by the first current detecting means and the current detected by the second current detecting means.

【0053】つまり、この酸素濃度検出装置では、酸素
濃度センサに第1電圧と第2電圧との差圧を印加してい
る通常時のセンサ電流に基づき、被検出ガス中の酸素濃
度を算出し、また、図10の空燃比検出装置100と同
様に、酸素濃度センサへの印加電圧を変化させる前のセ
ンサ電流と、印加電圧を変化させてから所定時間が経過
した時のセンサ電流との差に基づき、素子インピーダン
スを算出している。
That is, in this oxygen concentration detecting device, the oxygen concentration in the gas to be detected is calculated based on the sensor current at the time of normal application of the differential pressure between the first voltage and the second voltage to the oxygen concentration sensor. Further, similarly to the air-fuel ratio detection device 100 of FIG. 10, the difference between the sensor current before changing the applied voltage to the oxygen concentration sensor and the sensor current when a predetermined time has elapsed after changing the applied voltage. The element impedance is calculated based on.

【0054】ここで特に、請求項4に記載の酸素濃度検
出装置において、第1電圧印加手段は、前述した請求項
1の素子インピーダンス検出装置と同様に、入力部に入
力される電圧を酸素濃度センサに出力する出力回路と、
予め定められた一定電圧を出力回路の入力部に出力用抵
抗器を介して出力する定電圧回路と、出力用抵抗器から
出力回路の入力部に至る信号経路と前記一定電圧とは異
なる設定電圧との間に直列に接続されたスイッチング素
子と分圧用抵抗器とからなる電圧切替回路と、を備えて
いる。そして、印加電圧変更手段は、電圧切替回路のス
イッチング素子をオン或いはオフさせることにより、第
1電圧印加手段の出力電圧を変化させる。
In this case, in particular, in the oxygen concentration detecting device according to the fourth aspect, the first voltage applying means converts the voltage input to the input section into the oxygen concentration as in the element impedance detecting device according to the first aspect. An output circuit for outputting to the sensor,
A constant voltage circuit that outputs a predetermined constant voltage to an input section of the output circuit via an output resistor; a signal path from the output resistor to the input section of the output circuit; and a set voltage different from the constant voltage. And a voltage switching circuit composed of a switching element and a voltage-dividing resistor connected in series. Then, the applied voltage changing unit changes the output voltage of the first voltage applying unit by turning on or off the switching element of the voltage switching circuit.

【0055】よって、この請求項4に記載の酸素濃度検
出装置によれば、請求項1の素子インピーダンス検出装
置と同様に、印加電圧変更手段が第1電圧印加手段の出
力電圧を変化させる動作(即ち、上記スイッチング素子
をオン或いはオフさせる動作)を行えば、第1電圧印加
手段の出力電圧が即座に変化するため、第2の電流検出
手段は、酸素濃度センサへの印加電圧が変化してから所
定時間が経過した時のセンサ電流を確実に検出すること
ができる。よって、この酸素濃度検出装置によれば、簡
単な構成であるにも拘らず、酸素濃度センサへの印加電
圧を遅れなく変化させて、同センサの素子インピーダン
スを正確に検出することができるようになり、延いて
は、酸素濃度センサを活性状態に維持するためのヒータ
制御や、センサの劣化度合の判定を正確に行うことがで
きるようになる。
Thus, according to the oxygen concentration detecting device of the fourth aspect, similarly to the element impedance detecting device of the first aspect, the operation of the applied voltage changing means changing the output voltage of the first voltage applying means ( That is, if the switching element is turned on or off), the output voltage of the first voltage applying means changes immediately. Therefore, the second current detecting means changes the applied voltage to the oxygen concentration sensor. , It is possible to reliably detect the sensor current when a predetermined time has elapsed. Therefore, according to this oxygen concentration detection device, the element impedance of the oxygen concentration sensor can be accurately detected by changing the applied voltage to the oxygen concentration sensor without delay despite its simple configuration. In other words, heater control for maintaining the oxygen concentration sensor in the active state and determination of the degree of deterioration of the sensor can be accurately performed.

【0056】次に、請求項5に記載の酸素濃度検出装置
では、請求項4の酸素濃度検出装置において、所定の電
源電圧と接地電位との間に順次直列に接続された3つの
電圧生成用抵抗器を備えおり、この3つの電圧生成用抵
抗器が、前記電源電圧を分圧することにより前記第1電
圧と前記第2電圧とを生成する。
Next, in the oxygen concentration detecting device according to the fifth aspect, in the oxygen concentration detecting device according to the fourth aspect, three voltage generation devices connected in series between a predetermined power supply voltage and a ground potential are sequentially connected. A resistor is provided, and the three voltage generating resistors generate the first voltage and the second voltage by dividing the power supply voltage.

【0057】そして、第1電圧印加手段の定電圧回路
は、前記電圧生成用抵抗器により生成される第1電圧を
入力して、その第1電圧を前記一定電圧として出力し、
印加電圧変更手段は、前記電圧切替回路のスイッチング
素子をオンさせることにより、第1電圧印加手段の出力
電圧を第1電圧から変化させる。
The constant voltage circuit of the first voltage applying means receives the first voltage generated by the voltage generating resistor, and outputs the first voltage as the constant voltage.
The applied voltage changing means changes the output voltage of the first voltage applying means from the first voltage by turning on a switching element of the voltage switching circuit.

【0058】また更に、第2電圧印加手段は、前記電圧
生成用抵抗器により生成される第2電圧を入力して、そ
の第2電圧を酸素濃度センサの他方の端子に出力する。
このような請求項5に記載の酸素濃度検出装置によれ
ば、酸素濃度センサの各端子に出力する第1電圧と第2
電圧の生成源が、直列に接続された3つの抵抗器(電圧
生成用抵抗器)であるため、例えば当該装置の周囲温度
が変化しても、酸素濃度センサに対して予め設定された
酸素濃度検出用電圧を安定して印加することができ、延
いては、被検出ガス中の酸素濃度を正確に検出すること
ができるようになる。つまり、各電圧生成用抵抗器の抵
抗値は温度変化に対して同じ傾向に変化するため、各抵
抗値の比率は大きく変化せず、その結果、酸素濃度セン
サの各端子に出力される第1電圧と第2電圧とが変動し
ないからである。
Further, the second voltage applying means receives the second voltage generated by the voltage generating resistor and outputs the second voltage to the other terminal of the oxygen concentration sensor.
According to the oxygen concentration detecting device of the fifth aspect, the first voltage output to each terminal of the oxygen concentration sensor and the second voltage
Since the voltage generation source is three resistors (voltage generation resistors) connected in series, for example, even if the ambient temperature of the device changes, the oxygen concentration set in advance for the oxygen concentration sensor The detection voltage can be stably applied, and the oxygen concentration in the gas to be detected can be accurately detected. That is, since the resistance value of each voltage generating resistor changes in the same tendency with respect to the temperature change, the ratio of each resistance value does not largely change, and as a result, the first signal output to each terminal of the oxygen concentration sensor is changed. This is because the voltage and the second voltage do not change.

【0059】次に、請求項6に記載の酸素濃度検出装置
では、請求項5の酸素濃度検出装置において、第1電圧
印加手段が、前記電圧切替回路を2つ備えている。そし
て、その2つの電圧切替回路のうちの一方の電圧切替回
路が接続される設定電圧が、前記第1電圧よりも高い電
圧に設定されており、他方の電圧切替回路が接続される
設定電圧が、前記第1電圧よりも低い電圧に設定されて
いる。そして更に、印加電圧変更手段は、各電圧切替回
路のスイッチング素子をオン/オフさせることにより、
第1電圧印加手段の出力電圧を第1電圧から正負両側に
変化させる。
Next, in the oxygen concentration detecting device according to a sixth aspect, in the oxygen concentration detecting device according to the fifth aspect, the first voltage applying means includes two of the voltage switching circuits. The set voltage to which one of the two voltage switch circuits is connected is set to a voltage higher than the first voltage, and the set voltage to which the other voltage switch circuit is connected is , Is set to a voltage lower than the first voltage. Further, the applied voltage changing means turns on / off the switching element of each voltage switching circuit,
The output voltage of the first voltage applying means is changed from the first voltage to both positive and negative sides.

【0060】このような請求項6に記載の酸素濃度検出
装置によれば、前述した請求項2の素子インピーダンス
検出装置と同様に、酸素濃度センサの素子インピーダン
スを検出した後のセンサ電流を早期に安定させることが
できる。また、前述した請求項3の素子インピーダンス
検出装置と同様に、2つのスイッチング素子を切り替え
て順次オンさせることにより、第1電圧印加手段の出力
電圧を第1電圧から正負両側に変化させることができ、
酸素濃度センサの素子インピーダンスを検出しない期間
においては両スイッチング素子を共にオフさせておけば
良いため、消費電力の増大を招くことがない。
According to the oxygen concentration detecting device of the sixth aspect, similarly to the device impedance detecting device of the second aspect, the sensor current after detecting the element impedance of the oxygen concentration sensor can be quickly changed. Can be stabilized. Further, similarly to the above-described element impedance detecting device of the third aspect, by switching two switching elements and sequentially turning them on, the output voltage of the first voltage applying means can be changed from the first voltage to both positive and negative sides. ,
During a period in which the element impedance of the oxygen concentration sensor is not detected, both switching elements may be turned off, so that power consumption does not increase.

【0061】一方、請求項7に記載の酸素濃度検出装置
では、請求項4の酸素濃度検出装置において、第2電圧
印加手段は、その出力電圧が任意に変更可能に構成され
ている、よって、このような請求項7に記載の酸素濃度
検出装置によれば、酸素濃度センサに印加する酸素濃度
検出用電圧を任意に変化させて、酸素濃度センサの動作
領域を最適化することができるようになる。
On the other hand, in the oxygen concentration detecting device according to claim 7, in the oxygen concentration detecting device according to claim 4, the second voltage applying means is configured so that its output voltage can be arbitrarily changed. According to the oxygen concentration detecting device of the seventh aspect, the operating region of the oxygen concentration sensor can be optimized by arbitrarily changing the oxygen concentration detecting voltage applied to the oxygen concentration sensor. Become.

【0062】尚、酸素濃度検出用電圧を変化させる場合
には、素子インピーダンスを検出する際のような素早い
応答性が要求されないため、第2電圧印加手段は、図1
2に示したような簡易D/Aコンバータを主要部として
構成することができる。次に、請求項8に記載の酸素濃
度検出装置では、上記請求項7の酸素濃度検出装置にお
いて、第1電圧印加手段が、前記電圧切替回路を2つ備
えており、印加電圧変更手段が、各電圧切替回路のスイ
ッチング素子をオン/オフさせることにより、第1電圧
印加手段の出力電圧を正負両側に変化させる。
When the oxygen concentration detecting voltage is changed, the second voltage applying means is not required to be as quick as in detecting the element impedance.
2 can be configured as a main part. Next, in the oxygen concentration detecting device according to claim 8, in the oxygen concentration detecting device according to claim 7, the first voltage applying unit includes the two voltage switching circuits, and the applied voltage changing unit includes By turning on / off the switching element of each voltage switching circuit, the output voltage of the first voltage applying means is changed to both positive and negative sides.

【0063】この請求項8に記載の酸素濃度検出装置に
よれば、前述した請求項2の素子インピーダンス検出装
置と同様に、酸素濃度センサの素子インピーダンスを検
出した後のセンサ電流を、早期に安定させることができ
るようになる。そして更に、請求項9に記載の酸素濃度
検出装置では、上記請求項8の酸素濃度検出装置におい
て、まず、第1電圧印加手段の定電圧回路が、前記第1
電圧を前記一定電圧として出力する。
According to the oxygen concentration detecting device of the eighth aspect, the sensor current after detecting the element impedance of the oxygen concentration sensor can be stabilized early, as in the element impedance detecting device of the second aspect. Will be able to do that. Further, in the oxygen concentration detecting device according to the ninth aspect, in the oxygen concentration detecting device according to the eighth aspect, first, the constant voltage circuit of the first voltage applying means includes the first voltage applying means.
A voltage is output as the constant voltage.

【0064】そして、前記2つの電圧切替回路のうちの
一方の電圧切替回路が接続される設定電圧が、前記第1
電圧よりも高い電圧に設定されており、他方の電圧切替
回路が接続される設定電圧が、前記第1電圧よりも低い
電圧に設定されている。そして更に、印加電圧変更手段
は、第1電圧よりも高い電圧に接続された電圧切替回路
のスイッチング素子をオンさせることにより、第1電圧
印加手段の出力電圧を第1電圧から正側に変化させ、ま
た、第1電圧よりも低い電圧に接続された電圧切替回路
のスイッチング素子をオンさせることにより、第1電圧
印加手段の出力電圧を第1電圧から負側に変化させる。
The set voltage to which one of the two voltage switching circuits is connected is the first voltage switching circuit.
The voltage is set higher than the voltage, and the set voltage to which the other voltage switching circuit is connected is set to a voltage lower than the first voltage. Further, the applied voltage changing means changes the output voltage of the first voltage applying means from the first voltage to the positive side by turning on a switching element of a voltage switching circuit connected to a voltage higher than the first voltage. Further, by turning on the switching element of the voltage switching circuit connected to a voltage lower than the first voltage, the output voltage of the first voltage applying means is changed from the first voltage to the negative side.

【0065】この請求項9に記載の酸素濃度検出装置に
よれば、前述した請求項3の素子インピーダンス検出装
置と同様に、2つのスイッチング素子を切り替えて順次
オンさせることにより、第1電圧印加手段の出力電圧を
第1電圧から正負両側に変化させることができ、酸素濃
度センサの素子インピーダンスを検出しない期間におい
ては両スイッチング素子を共にオフさせておけば良いた
め、消費電力の増大を招くことがない。
According to the oxygen concentration detecting device of the ninth aspect, similar to the device impedance detecting device of the third aspect, the first voltage application means is switched by sequentially switching on two switching elements. Can be changed from the first voltage to both positive and negative sides, and both switching elements may be turned off during a period in which the element impedance of the oxygen concentration sensor is not detected, which may increase power consumption. Absent.

【0066】[0066]

【発明の実施の形態】以下、本発明が適用された実施形
態の空燃比検出装置について、図面を用いて説明する。
尚、本実施形態の空燃比検出装置は、自動車に搭載され
る電子制御ガソリン噴射エンジンに用いられるものであ
り、同エンジンの空燃比制御システムにおいては、空燃
比検出装置による検出結果に基づいてエンジンへの燃料
噴射量を所望の空燃比に制御する。そして、以下の記載
では、空燃比センサを用いた空燃比の検出と、同センサ
の素子インピーダンス(交流インピーダンス)の検出と
を行うための構成及び処理について詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An air-fuel ratio detecting device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The air-fuel ratio detection device of the present embodiment is used for an electronically controlled gasoline injection engine mounted on an automobile. In the air-fuel ratio control system of the engine, the engine is controlled based on the detection result by the air-fuel ratio detection device. Is controlled to a desired air-fuel ratio. In the following description, a configuration and processing for detecting the air-fuel ratio using the air-fuel ratio sensor and detecting the element impedance (AC impedance) of the sensor will be described in detail.

【0067】まず図1は、第1実施形態の空燃比検出装
置1の構成を表す回路図である。尚、図1において、前
述した図10の空燃比検出装置100と同じ部材につい
ては、同一の符号を付している。図1に示すように、空
燃比検出装置1には、酸素濃度センサとしての限界電流
式空燃比センサAFSが接続されており、この空燃比セ
ンサAFSは、図示しないエンジンの本体から伸びた排
気管10(図2参照)に取り付けられている。そして、
空燃比センサAFSには、電圧の印加に伴って排気ガス
中の酸素濃度に比例した電流が流れる。
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of the air-fuel ratio detecting device 1 according to the first embodiment. In FIG. 1, the same members as those of the air-fuel ratio detection device 100 of FIG. 10 described above are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 1, a limiting current type air-fuel ratio sensor AFS as an oxygen concentration sensor is connected to the air-fuel ratio detection device 1, and the air-fuel ratio sensor AFS is an exhaust pipe extending from an engine body (not shown). 10 (see FIG. 2). And
A current proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas flows through the air-fuel ratio sensor AFS with the application of the voltage.

【0068】ここで、図2は、空燃比センサAFSの構
成を示す断面図である。図2に示すように、空燃比セン
サAFSは、前記排気管10の内部に向けて突設されて
おり、同センサAFSは大別して、カバー21,センサ
本体22,及びヒータ23から構成されている。そし
て、カバー21は断面コ字状をなし、その周壁にはカバ
ー内外を連通する多数の小孔21aが形成されている。
また、センサ本体22は、空撚比リーン領域における酸
素濃度、若しくは空燃比リッチ領域における未燃ガス
(CO,HC,H2 等)濃度に対応する限界電流を発生
する。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the air-fuel ratio sensor AFS. As shown in FIG. 2, the air-fuel ratio sensor AFS protrudes toward the inside of the exhaust pipe 10. The sensor AFS is roughly divided into a cover 21, a sensor body 22, and a heater 23. . The cover 21 has a U-shaped cross section, and a plurality of small holes 21a communicating with the inside and outside of the cover are formed in the peripheral wall.
The sensor body 22 generates a limit current corresponding to the oxygen concentration in the air-twist ratio lean region or the unburned gas (CO, HC, H2, etc.) concentration in the air-fuel ratio rich region.

【0069】センサ本体22の構成について詳述する
と、まず、センサ本体22において、断面カップ状に形
成された固体電解質層24の外表面には、排気ガス側電
極層26が固着され、内表面には大気側電極層27が固
着されている。また、排気ガス側電極層26の外側に
は、プラズマ溶射法等により拡散抵抗層25が形成され
ている。
The structure of the sensor main body 22 will be described in detail. First, in the sensor main body 22, the exhaust gas side electrode layer 26 is fixed to the outer surface of the solid electrolyte layer 24 formed in a cup-shaped cross section, Has an atmosphere-side electrode layer 27 fixed thereto. A diffusion resistance layer 25 is formed outside the exhaust gas side electrode layer 26 by a plasma spraying method or the like.

【0070】固体電解質層24は、ZrO2 ,HfO2
,ThO2 ,Bi2O3等にCaO,MgO,Y2O3,
Yb2O3等を安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性
酸化物焼結体からなり、拡散抵抗層25は、アルミナ,
マグネシャ,ケイ石質,スピネル,ムライト等の耐熱性
無機物質からなる。また、排気ガス側電極層26及び大
気側電極層27は共に、白金等の触媒活性の高い貴金属
からなり、その表面には多孔質の化学メッキ等が施され
ている。尚、排気ガス側電極層26の面積及び厚さは、
10〜100平方ミリメートル及び0.5〜2.0マイ
クロメートル程度となっており、大気側電極層27の面
積及び厚さは、10平方ミリメートル以上及び0.5〜
2.0マイクロメートル程度となっている。
The solid electrolyte layer 24 is made of ZrO 2, HfO 2
, ThO2, Bi2O3, etc. to CaO, MgO, Y2O3,
The diffusion resistance layer 25 is made of an oxygen ion conductive oxide sintered body in which Yb2O3 or the like is dissolved as a stabilizer.
It consists of heat-resistant inorganic substances such as magnesia, siliceous, spinel, and mullite. Both the exhaust gas side electrode layer 26 and the atmosphere side electrode layer 27 are made of a noble metal having high catalytic activity such as platinum, and the surfaces thereof are subjected to porous chemical plating or the like. The area and thickness of the exhaust gas side electrode layer 26 are as follows:
10 to 100 square millimeters and about 0.5 to 2.0 micrometers. The area and thickness of the atmosphere-side electrode layer 27 are 10 square millimeters or more and 0.5 to 2.0 millimeters.
It is about 2.0 micrometers.

【0071】一方、ヒータ23は、大気側電極層27内
に収容されており、その発熱エネルギによりセンサ本体
22(大気側電極層27,固体電解質層24,排気ガス
側電極層26,及び拡散抵抗層25)を加熱する。尚、
ヒータ23は、センサ本体22を活性化するのに十分な
発熱容量を有している。
On the other hand, the heater 23 is accommodated in the atmosphere-side electrode layer 27, and the heat generated by the heater 23 causes the sensor body 22 (the atmosphere-side electrode layer 27, the solid electrolyte layer 24, the exhaust gas-side electrode layer 26, and the diffusion resistance). Heat layer 25). still,
The heater 23 has a heat generating capacity sufficient to activate the sensor main body 22.

【0072】そして、上記構成の空燃比センサAFSに
おいて、センサ本体22は、理論空燃比点よりリーン領
域では酸素濃度に応じた限界電流を発生する。この場
合、酸素濃度に対応する限界電流は、排気ガス側電極層
26の面積,拡散抵抗層25の厚さ,気孔率,及び平均
孔径により決定される。
In the air-fuel ratio sensor AFS having the above configuration, the sensor main body 22 generates a limit current corresponding to the oxygen concentration in a lean region from the stoichiometric air-fuel ratio point. In this case, the limit current corresponding to the oxygen concentration is determined by the area of the exhaust gas side electrode layer 26, the thickness of the diffusion resistance layer 25, the porosity, and the average pore diameter.

【0073】また、センサ本体22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2
2を活性化するのに約600℃以上の高温が必要とされ
ると共に、同センサ本体22の活性温度範囲が狭いた
め、エンジン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。そのため、本実施形態では、ヒータ23
の加熱制御によりセンサ本体22を活性化温度域にまで
加熱する。尚、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)等の濃度が空燃比に
対してほぼリニアに変化し、センサ本体22はCO等の
濃度に応じた限界電流を発生する。
The sensor body 22 is capable of detecting the oxygen concentration with a linear characteristic.
A high temperature of about 600 ° C. or more is required to activate the fuel cell 2, and the active temperature range of the sensor main body 22 is narrow. Therefore, the active area cannot be controlled by heating only the exhaust gas of the engine. Therefore, in the present embodiment, the heater 23
By the heating control described above, the sensor body 22 is heated to the activation temperature range. In the region richer than the stoichiometric air-fuel ratio,
The concentration of unburned gas such as carbon monoxide (CO) changes almost linearly with the air-fuel ratio, and the sensor body 22 generates a limiting current according to the concentration of CO and the like.

【0074】センサ本体22の電圧−電流特性について
図3を用いて説明する。図3に示すように、この空燃比
センサAFSでは、検出空燃比(A/F)に応じたセン
サ本体22の固体電解質層24への流入電流と、同固体
電解質層24への印加電圧とがリニアな特性を有するこ
とが分かる。この場合、電圧軸Vに並行な直線部分がセ
ンサ本体22の限界電流を特定するものであって、この
限界電流(センサ電流)の増減は空燃比の増減(即ち、
リーン・リッチ)に対応してる。つまり、空燃比がリー
ン側になるほど限界電流は増大し、空燃比がリッチ側に
なるほど限界電流は減少する。
The voltage-current characteristics of the sensor body 22 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, in the air-fuel ratio sensor AFS, a current flowing into the solid electrolyte layer 24 of the sensor body 22 according to the detected air-fuel ratio (A / F) and a voltage applied to the solid electrolyte layer 24 are different. It turns out that it has a linear characteristic. In this case, the straight line parallel to the voltage axis V specifies the limit current of the sensor body 22, and the increase / decrease of this limit current (sensor current) depends on the increase / decrease of the air-fuel ratio (ie,
Lean rich). That is, the limit current increases as the air-fuel ratio becomes leaner, and decreases as the air-fuel ratio becomes richer.

【0075】また、図3の電圧−電流特性において、電
圧軸Vに並行な直線部分よりも小さい電圧域は抵抗支配
域となっており、その抵抗支配域における一次直線部分
の傾きは、センサ本体22における固体電解質層24の
内部インピーダンス(これを素子インピーダンスとい
う)により特定される。そして、この素子インピーダン
スは温度変化に伴い変化するため、センサ本体22の温
度が低下すると素子インピーダンスの増大により上記傾
きが小さくなる。
In the voltage-current characteristics of FIG. 3, the voltage range smaller than the linear portion parallel to the voltage axis V is the resistance dominant region, and the slope of the primary linear portion in the resistance dominant region is the sensor main body. It is specified by the internal impedance of the solid electrolyte layer 24 at 22 (this is called element impedance). Since the element impedance changes with a change in temperature, when the temperature of the sensor main body 22 decreases, the slope decreases due to an increase in the element impedance.

【0076】次に、上記のような空燃比センサAFSが
接続された空燃比検出装置1は、図1に示すように、A
/Dコンバータを内蔵したマイコン2を備えており、そ
のマイコン2の2つの端子ch11,ch12は、図1
0の空燃比検出装置100と同様に、A/Dコンバータ
の入力端子である。一方、マイコン2の他の2つの端子
PB20,PB21は、通常の出力ポートの端子であ
る。
Next, the air-fuel ratio detecting device 1 to which the above-described air-fuel ratio sensor AFS is connected, as shown in FIG.
1 includes a microcomputer 2 having a built-in A / D converter.
The input terminal of the A / D converter as in the case of the air-fuel ratio detection device 100 of 0. On the other hand, the other two terminals PB20 and PB21 of the microcomputer 2 are terminals of a normal output port.

【0077】更に、この空燃比検出装置1は、図10の
空燃比検出装置100と同様に、反転入力端子が抵抗器
R2を介して空燃比センサAFSのプラス側端子(即
ち、図2の大気側電極層27に接続された端子)AF+
に接続された演算増幅器OP1と、空燃比センサAFS
のプラス側端子AF+と演算増幅器OP1の出力端子と
の間に接続されたシャント抵抗器R3と、非反転入力端
子が空燃比センサAFSのプラス側端子AF+に接続さ
れ、反転入力端子と出力端子とが共通接続された演算増
幅器OP2と、演算増幅器OP2の出力を抵抗器R4を
介し入力して、そのままマイコン2の端子ch11へ出
力する入力回路4と、非反転入力端子が演算増幅器OP
1の出力端子に接続され、反転入力端子と出力端子とが
共通接続された演算増幅器OP3と、演算増幅器OP3
の出力を抵抗器R5を介し入力して、そのままマイコン
2の端子ch12へ出力する入力回路6とを備えてい
る。
Further, in the air-fuel ratio detecting device 1, similarly to the air-fuel ratio detecting device 100 of FIG. 10, the inverting input terminal is connected to the plus side terminal of the air-fuel ratio sensor AFS via the resistor R 2 (that is, the atmospheric air of FIG. 2). Terminal connected to the side electrode layer 27) AF +
Operational amplifier OP1 connected to the air-fuel ratio sensor AFS
A shunt resistor R3 connected between the plus side terminal AF + of the operational amplifier OP1 and the non-inverting input terminal is connected to the plus side terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS. Are commonly connected, an input circuit 4 that inputs the output of the operational amplifier OP2 via a resistor R4 and outputs the output to a terminal ch11 of the microcomputer 2 as it is, and a non-inverting input terminal is an operational amplifier OP
An operational amplifier OP3 connected to the output terminal of the first operational amplifier 1 and having an inverting input terminal and an output terminal commonly connected to each other;
And an input circuit 6 for inputting the output of the microcomputer 2 via the resistor R5 and outputting the output to the terminal ch12 of the microcomputer 2 as it is.

【0078】尚、上記両入力回路4,6は、図10の入
力回路110,112に相当するものである。そして、
入力回路4は、図1の点線内に示すように、反転入力端
子と出力端子とが共通接続されたバッファとしての演算
増幅器OP6と、その演算増幅器OP6の出力端子と接
地電位(GND:0V)との間に接続されたプルダウン
用の抵抗器R18と、一端が演算増幅器OP6の出力端
子に接続された抵抗器R19と、一端が抵抗器R19の
演算増幅器OP6とは反対側の端部に接続された抵抗器
R20と、アノードが抵抗器R19と抵抗器R20との
接続点に接続され、カソードが電源電圧VCC(本実施形
態では5V)に接続された過電圧保護用のダイオードD
1と、抵抗器R20の抵抗器R19とは反対側の端部と
接地電位との間に接続されたノイズ除去用のコンデンサ
C4とを備えている。更に、この入力回路4では、演算
増幅器OP6の非反転入力端子が抵抗器R4を介して演
算増幅器OP2の出力端子に接続され、抵抗器R20と
コンデンサC4との接続点がマイコン2の端子ch11
に接続されている。そして、入力回路6も、入力回路4
と全く同じ回路構成である。
The input circuits 4 and 6 correspond to the input circuits 110 and 112 in FIG. And
As shown in a dotted line in FIG. 1, the input circuit 4 includes an operational amplifier OP6 as a buffer having an inverting input terminal and an output terminal commonly connected, and an output terminal of the operational amplifier OP6 and a ground potential (GND: 0 V). , A resistor R18 having one end connected to the output terminal of the operational amplifier OP6, and one end connected to an end of the resistor R19 opposite to the operational amplifier OP6. Resistor R20, an anode is connected to a connection point between the resistor R19 and the resistor R20, and a cathode is connected to a power supply voltage VCC (5V in the present embodiment).
1 and a noise removing capacitor C4 connected between the end of the resistor R20 opposite to the resistor R19 and the ground potential. Further, in the input circuit 4, the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP6 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP2 via the resistor R4, and the connection point between the resistor R20 and the capacitor C4 is connected to the terminal ch11 of the microcomputer 2.
It is connected to the. And the input circuit 6 is also the input circuit 4
The circuit configuration is exactly the same.

【0079】また、本第1実施形態の空燃比検出装置1
においても、図10の空燃比検出装置100と同様に、
演算増幅器OP1の非反転入力端子と接地電位との間に
コンデンサC1が接続されており、このコンデンサC1
は、後述する抵抗器R15,R16,R17と共にロー
パスフィルタを成す。
Further, the air-fuel ratio detecting device 1 of the first embodiment
In the same manner as in the air-fuel ratio detection device 100 of FIG.
A capacitor C1 is connected between the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 and the ground potential.
Constitutes a low-pass filter together with resistors R15, R16 and R17 to be described later.

【0080】ここで特に、本第1実施形態の空燃比検出
装置1は、電源電圧VCC(=5V)と接地電位(=0
V)との間に順次直列に接続されて、電源電圧VCCを分
圧することにより第1電圧V1と第2電圧V2とを生成
する3つの電圧生成用抵抗器としての抵抗器R10,R
11,R12を備えている。尚、本実施形態において、
各抵抗器R10,R11,R12の抵抗値は、夫々、
2.21kΩ,390Ω,3.9kΩに設定されてい
る。よって、抵抗器R10と抵抗器R11との接続点に
生じる第1電圧V1は3.3Vであり、抵抗器R11と
抵抗器R12との接続点に生じる第2電圧V2は3.0
Vである。
Here, in particular, the air-fuel ratio detecting device 1 of the first embodiment has a power supply voltage VCC (= 5 V) and a ground potential (= 0).
V), three resistors R10, R as three voltage generating resistors for generating a first voltage V1 and a second voltage V2 by dividing the power supply voltage VCC.
11 and R12. In this embodiment,
The resistance values of the resistors R10, R11, R12 are respectively
It is set to 2.21 kΩ, 390 Ω, and 3.9 kΩ. Therefore, the first voltage V1 generated at the connection point between the resistor R10 and the resistor R11 is 3.3V, and the second voltage V2 generated at the connection point between the resistor R11 and the resistor R12 is 3.0.
V.

【0081】そして、空燃比検出装置1は、非反転入力
端子が上記抵抗器R10と抵抗器R11との接続点に接
続され、反転入力端子と出力端子とが共通接続されて、
その出力端子から上記第1電圧V1(=3.3V)を出
力する定電圧回路としての演算増幅器OP5と、この演
算増幅器OP5の出力端子と演算増幅器OP1の非反転
入力端子との間に接続された出力用抵抗器としての抵抗
器R15と、エミッタが接地電位(<V1)に接続さ
れ、ベースがマイコン2の端子PB21に接続されたス
イッチング素子としてのNPN形のトランジスタTr1
と、一端がトランジスタTr1のコレクタに接続され、
他端が抵抗器R15から演算増幅器OP1の非反転入力
端子に至る信号経路に接続された分圧用抵抗器としての
抵抗器R16と、エミッタが電源電圧VCC(>V1)に
接続され、ベースがマイコン2の端子PB20に接続さ
れたスイッチング素子としてのPNP形のトランジスタ
Tr2と、一端がトランジスタTr2のコレクタに接続
され、他端が抵抗器R15から演算増幅器OP1の非反
転入力端子に至る信号経路に接続された分圧用抵抗器と
しての抵抗器R17とを備えている。
In the air-fuel ratio detecting device 1, the non-inverting input terminal is connected to the connection point between the resistors R10 and R11, and the inverting input terminal and the output terminal are commonly connected.
An operational amplifier OP5 as a constant voltage circuit that outputs the first voltage V1 (= 3.3 V) from its output terminal, and is connected between an output terminal of the operational amplifier OP5 and a non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1. A resistor R15 as an output resistor, an NPN transistor Tr1 as a switching element having an emitter connected to the ground potential (<V1) and a base connected to the terminal PB21 of the microcomputer 2.
And one end is connected to the collector of the transistor Tr1,
The other end is connected to a signal path from the resistor R15 to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 as a resistor R16 as a voltage dividing resistor, the emitter is connected to the power supply voltage VCC (> V1), and the base is connected to the microcomputer. PNP transistor Tr2 as a switching element connected to the second terminal PB20, and one end connected to the collector of the transistor Tr2, and the other end connected to a signal path from the resistor R15 to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1. And a resistor R17 as a voltage dividing resistor.

【0082】そして更に、空燃比検出装置1は、非反転
入力端子が上記抵抗器R11と抵抗器R12との接続点
に接続され、出力端子が抵抗器R13を介して空燃比セ
ンサAFSのマイナス側端子(即ち、図2の排気ガス側
電極層26に接続された端子)AF−に接続され、反転
入力端子が抵抗器R14を介して空燃比センサAFSの
上記マイナス側端子AF−に接続された演算増幅器OP
4を備えている。
Further, in the air-fuel ratio detecting device 1, the non-inverting input terminal is connected to the connection point between the resistors R11 and R12, and the output terminal is connected to the negative side of the air-fuel ratio sensor AFS via the resistor R13. The terminal (that is, the terminal connected to the exhaust gas side electrode layer 26 in FIG. 2) AF−, and the inverting input terminal is connected to the above-mentioned minus side terminal AF− of the air-fuel ratio sensor AFS via a resistor R14. Operational amplifier OP
4 is provided.

【0083】また、空燃比検出装置1は、演算増幅器O
P4の非反転入力端子と接地電位との間に接続されたノ
イズ除去用のコンデンサC2と、演算増幅器OP5の非
反転入力端子と接地電位との間に接続されたノイズ除去
用のコンデンサC3と、抵抗器R13から空燃比センサ
AFSのマイナス側端子AF−に至る信号経路と接地電
位との間に接続されたコンデンサC5と、シャント抵抗
器R3から空燃比センサAFSのプラス側端子AF+に
至る信号経路にアノードが接続され、カソードがバッテ
リ電圧VB (通常12V)に接続されたダイオードD2
と、シャント抵抗器R3から空燃比センサAFSのプラ
ス側端子AF+に至る信号経路にカソードが接続され、
アノードが接地電位に接続されたダイオードD3とを備
えている。尚、上記コンデンサC5と2つのダイオード
D2,D3は、当該空燃比検出装置1と空燃比センサA
FSとを結ぶ信号線から当該装置1の内部に高電圧のサ
ージや静電気が侵入することを防止するために設けられ
ている。
The air-fuel ratio detecting device 1 has an operational amplifier O
A noise removing capacitor C2 connected between the non-inverting input terminal of P4 and the ground potential, a noise removing capacitor C3 connected between the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP5 and the ground potential, A capacitor C5 connected between the signal path from the resistor R13 to the negative terminal AF- of the air-fuel ratio sensor AFS and the ground potential, and a signal path from the shunt resistor R3 to the positive terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS. Is connected to a diode D2 having an anode connected to the battery voltage VB (normally 12 V).
And a cathode connected to a signal path from the shunt resistor R3 to the positive terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS,
A diode D3 whose anode is connected to the ground potential. The capacitor C5 and the two diodes D2 and D3 are connected to the air-fuel ratio detection device 1 and the air-fuel ratio sensor A.
It is provided to prevent a high voltage surge or static electricity from entering the inside of the device 1 from a signal line connecting the FS.

【0084】以上のように構成された空燃比検出装置1
においては、演算増幅器OP1,抵抗器R2,及びシャ
ント抵抗器R3からなる出力回路が、その入力部として
の演算増幅器OP1の非反転入力端子に入力される電圧
Voを、空燃比センサAFSのプラス側端子AF+に出
力する。
The air-fuel ratio detecting device 1 configured as described above
In the above, the output circuit composed of the operational amplifier OP1, the resistor R2, and the shunt resistor R3 converts the voltage Vo input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 as its input part into the positive side of the air-fuel ratio sensor AFS. Output to terminal AF +.

【0085】よって、2つのトランジスタTr1,Tr
2が共にオフ状態ならば、演算増幅器OP5から出力さ
れる第1電圧V1(=3.3V)が演算増幅器OP1の
非反転入力端子に入力されるため、空燃比センサAFS
のプラス側端子AF+には、その第1電圧V1が印加さ
れる。
Therefore, the two transistors Tr1, Tr
2 are both in the OFF state, the first voltage V1 (= 3.3 V) output from the operational amplifier OP5 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1, so that the air-fuel ratio sensor AFS
The first voltage V1 is applied to the plus side terminal AF +.

【0086】また、2つのトランジスタTr1,Tr2
のうちでトランジスタTr1だけがオン状態ならば、第
1電圧V1と接地電位との差圧(即ち、第1電圧V1)
を抵抗器R15と抵抗器R16とで分圧した電圧(V1
−△Va)が演算増幅器OP1の非反転入力端子に入力
されるため、空燃比センサAFSのプラス側端子AF+
には、第1電圧V1よりも△Vaだけ低い上記分圧電圧
(V1−△Va)が印加される。
The two transistors Tr1 and Tr2
If only the transistor Tr1 is in the ON state, the differential pressure between the first voltage V1 and the ground potential (that is, the first voltage V1)
Is divided by a resistor R15 and a resistor R16 (V1
−ΔVa) is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1, so that the positive terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS
Is applied with the divided voltage (V1−ΔVa) lower than the first voltage V1 by ΔVa.

【0087】逆に、2つのトランジスタTr1,Tr2
のうちでトランジスタTr2だけがオン状態ならば、電
源電圧VCCと第1電圧V1との差圧(VCC−V1)を抵
抗器R17と抵抗器R15とで分圧した電圧(V1+△
Vb)が演算増幅器OP1の非反転入力端子に入力され
るため、空燃比センサAFSのプラス側端子AF+に
は、第1電圧V1よりも△Vbだけ高い上記分圧電圧
(V1+△Vb)が印加される。
On the contrary, the two transistors Tr1 and Tr2
If only the transistor Tr2 is in the ON state, the voltage (V1 + △) obtained by dividing the differential pressure (VCC-V1) between the power supply voltage VCC and the first voltage V1 by the resistors R17 and R15.
Vb) is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1, so that the divided voltage (V1 + ΔVb) higher by ΔVb than the first voltage V1 is applied to the plus terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS. Is done.

【0088】尚、本実施形態では、各抵抗器R15,R
16,R17の抵抗値が、夫々、200Ω,3.09k
Ω,1.5kΩに設定されている。よって、上記分圧電
圧(V1−△Va)は3.1Vとなり、また、上記分圧
電圧(V1+△Vb)は3.5Vとなる。つまり、上記
△Vaと△Vbは共に0.2Vである。
In this embodiment, each resistor R15, R
The resistance values of R16 and R17 are 200Ω and 3.09k, respectively.
Ω and 1.5 kΩ. Therefore, the divided voltage (V1− △ Va) becomes 3.1V, and the divided voltage (V1 + △ Vb) becomes 3.5V. That is, both ΔVa and ΔVb are 0.2V.

【0089】一方、空燃比センサAFSのマイナス側端
子AF−には、演算増幅器OP4及び抵抗器R13,R
14からなる回路部分によって、演算増幅器OP4の非
反転入力端子に入力される第2電圧V2(=3.0V)
が常時印加される。よって、2つのトランジスタTr
1,Tr2が共にオフ状態である通常時には、3つの抵
抗器R10,R11,R12により生成された第1電圧
V1と第2電圧V2との差圧(V1−V2=0.3V)
が、空燃比センサAFSの両端に、混合気の空燃比(排
気ガス中の酸素濃度)を検出するための電圧(酸素濃度
検出用電圧)として印加される。そして、その電圧の印
加に伴い、空燃比センサAFSには、その時の排気ガス
中の酸素濃度に応じた電流が流れることとなる。
On the other hand, the operational amplifier OP4 and the resistors R13 and R13 are connected to the negative terminal AF− of the air-fuel ratio sensor AFS.
14, the second voltage V2 (= 3.0 V) input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP4
Is always applied. Therefore, two transistors Tr
Normally, when both Tr1 and Tr2 are off, the differential pressure between the first voltage V1 and the second voltage V2 generated by the three resistors R10, R11, R12 (V1-V2 = 0.3V).
Is applied to both ends of the air-fuel ratio sensor AFS as a voltage (oxygen concentration detection voltage) for detecting the air-fuel ratio (oxygen concentration in exhaust gas) of the air-fuel mixture. Then, with the application of the voltage, a current flows through the air-fuel ratio sensor AFS according to the oxygen concentration in the exhaust gas at that time.

【0090】また、本実施形態の空燃比検出装置1にお
いても、図10の空燃比検出装置100と同様に、空燃
比センサAFSに流れる電流(センサ電流)Iと同じ電
流がシャント抵抗器R3に流れるため、シャント抵抗器
R3の両端電位差は、センサ電流Iに比例した値とな
る。更に、空燃比センサAFSのプラス側端子AF+に
印加される電圧(即ち、シャント抵抗器R3の空燃比セ
ンサAFS側の電圧)Voと同じ電圧Voが、演算増幅
器OP2及び入力回路4によってマイコン2の端子ch
11に入力され、また、シャント抵抗器R3の空燃比セ
ンサAFSとは反対側の電圧(即ち、演算増幅器OP1
の出力電圧)と同じ電圧Viが、演算増幅器OP3及び
入力回路6によってマイコン2の端子ch12に入力さ
れる。
Also, in the air-fuel ratio detection device 1 of this embodiment, the same current as the current (sensor current) I flowing to the air-fuel ratio sensor AFS is supplied to the shunt resistor R3, as in the air-fuel ratio detection device 100 of FIG. Therefore, the potential difference between both ends of the shunt resistor R3 has a value proportional to the sensor current I. Further, the same voltage Vo as the voltage Vo applied to the plus terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS (that is, the voltage of the shunt resistor R3 on the air-fuel ratio sensor AFS side) Vo is supplied to the microcomputer 2 by the operational amplifier OP2 and the input circuit 4. Terminal ch
11 and the voltage on the opposite side of the shunt resistor R3 from the air-fuel ratio sensor AFS (ie, the operational amplifier OP1).
(The output voltage of the microcomputer 2) is input to the terminal ch12 of the microcomputer 2 by the operational amplifier OP3 and the input circuit 6.

【0091】このため、本実施形態の空燃比検出装置1
では、マイコン2が図4に示す検出処理を定期的に実行
することにより、空燃比センサAFSに流れるセンサ電
流Iを検出して混合気の空燃比(排気ガス中の酸素濃
度)を求めると共に、空燃比センサAFSの素子インピ
ーダンスを図11(b)に示した手順と同様の手順で検
出する。尚、本実施形態では、図11(b)に示した各
時間T1,T2,T3,T4に相当する時間が、夫々、
128ms,135μs,200μs,200μsに設
定されている。
For this reason, the air-fuel ratio detecting device 1 of this embodiment
Then, the microcomputer 2 periodically executes the detection process shown in FIG. 4 to detect the sensor current I flowing through the air-fuel ratio sensor AFS to obtain the air-fuel ratio (oxygen concentration in the exhaust gas) of the air-fuel mixture. The element impedance of the air-fuel ratio sensor AFS is detected by a procedure similar to the procedure shown in FIG. In the present embodiment, the times corresponding to the times T1, T2, T3, and T4 shown in FIG.
They are set to 128 ms, 135 μs, 200 μs, and 200 μs.

【0092】そこで以下、空燃比検出装置1のマイコン
2で実行される検出処理について、図4のフローチャー
トに沿って説明する。尚、図4の検出処理は、4ms毎
に実行される。また、マイコン2の端子PB20,PB
21の初期出力レベルは、2つのトランジスタTr1,
Tr2が共にオフするように、端子PB20がハイレベ
ル(5V)となっており、端子PB21がロウレベル
(0V)となっている。
The detection process executed by the microcomputer 2 of the air-fuel ratio detection device 1 will be described below with reference to the flowchart of FIG. Note that the detection processing in FIG. 4 is executed every 4 ms. The terminals PB20 and PB20 of the microcomputer 2
21 has an initial output level of two transistors Tr1 and Tr2.
The terminal PB20 is at a high level (5V) and the terminal PB21 is at a low level (0V) so that both Tr2s are turned off.

【0093】図4に示すように、マイコン2が検出処理
の実行を開始すると、まずステップ(以下、単に「S」
と記す)110にて、端子ch11に入力される電圧V
oを検出し、その検出した電圧Voを前述のVo(t1 )
として記憶する。次にS120にて、端子ch12に入
力される電圧Viを検出し、その検出した電圧Viを前
述のVi(t2 )として記憶する。
As shown in FIG. 4, when the microcomputer 2 starts executing the detection processing, first, a step (hereinafter simply referred to as “S”) is performed.
At 110, the voltage V input to the terminal ch11
o, and the detected voltage Vo is applied to the aforementioned Vo (t1).
To be stored. Next, in S120, the voltage Vi input to the terminal ch12 is detected, and the detected voltage Vi is stored as the above-mentioned Vi (t2).

【0094】そして、続くS130にて、S120で検
出した電圧Vi(t2 )とS110で検出した電圧Vo
(t1 )との差(Vi(t2 )−Vo(t1 ))を、シャント
抵抗値(シャント抵抗器R3の抵抗値)RS で割ること
により、センサ電流Iの電流値(限界電流値)を算出
し、更に、その電流値と予めマイコン2内のROMに記
憶されている特性マップとを用いて、混合気の空燃比
(排気ガス中の酸素濃度)を算出する。
Then, at S130, the voltage Vi (t2) detected at S120 and the voltage Vo detected at S110 are output.
The current value (limit current value) of the sensor current I is calculated by dividing the difference (Vi (t2) -Vo (t1)) from (t1) by the shunt resistance value (resistance value of the shunt resistor R3) RS. Further, the air-fuel ratio (oxygen concentration in the exhaust gas) of the air-fuel mixture is calculated using the current value and a characteristic map stored in the ROM in the microcomputer 2 in advance.

【0095】次に、S140にて、マイコン2内のRA
Mに設定されているカウンタCTの値が、素子インピー
ダンスの検出周期である所定時間T1(=128ms)
に相当する「31」であるか否かを判定し、カウンタC
Tの値が「31」でなければ、続くS150にて、カウ
ンタCTの値を1インクリメントした後、当該検出処理
を終了する。
Next, at S140, the RA
The value of the counter CT set to M is equal to a predetermined time T1 (= 128 ms) which is a detection cycle of the element impedance.
Is determined to be “31” corresponding to
If the value of T is not "31", the value of the counter CT is incremented by 1 in the following S150, and the detection process is terminated.

【0096】一方、上記S140でカウンタCTの値が
「31」であると判定した場合には、素子インピーダン
スの検出タイミングが到来したと判断して、S160に
移行し、S120で検出した電圧Vi(t2 )が予め定め
られた基準電圧よりも大きいか否かを判定する。尚、こ
の基準電圧は、図3に示す空燃比センサAFSのダイナ
ミックレンジ(電流検出可能領域)内における所定値
(例えば中央値)の電流がシャント抵抗器R3に流れた
場合の演算増幅器OP1の出力電圧Viに設定されてい
る。
On the other hand, if it is determined in step S140 that the value of the counter CT is "31", it is determined that the detection timing of the element impedance has arrived, and the flow shifts to step S160, where the voltage Vi ( It is determined whether or not t2) is greater than a predetermined reference voltage. The reference voltage is the output of the operational amplifier OP1 when a current of a predetermined value (for example, a central value) within the dynamic range (current detectable region) of the air-fuel ratio sensor AFS shown in FIG. 3 flows through the shunt resistor R3. The voltage is set to Vi.

【0097】そして、S160で上記電圧Vi(t2 )が
基準電圧よりも大きいと判定した場合(つまり、現在の
センサ電流Iがダイナミックレンジ内の上記所定値より
も大きい場合)には、続くS170にて、図5(a)の
時刻t3 に示すように、端子PB21の出力レベルをロ
ウレベルからハイレベルにしてトランジスタTr1をオ
ンさせ、その後、S190に移行する。すると、図5
(a)の時刻t3 に示すように、空燃比センサAFSの
プラス側端子AF+に印加される電圧Voが、第1電圧
V1よりも前述した△Va(=0.2V)だけ低い電圧
(=3.1V)に変化し、それに伴い、端子ch12へ
の入力電圧(演算増幅器OP1の出力電圧)Vi及びセ
ンサ電流Iも負側に変化することとなる。
If it is determined in step S160 that the voltage Vi (t2) is higher than the reference voltage (that is, if the current sensor current I is higher than the predetermined value within the dynamic range), the process proceeds to step S170. Then, as shown at time t3 in FIG. 5A, the output level of the terminal PB21 is changed from the low level to the high level to turn on the transistor Tr1, and thereafter, the process proceeds to S190. Then, FIG.
As shown at time t3 in (a), the voltage Vo applied to the plus terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS is a voltage (= 3) lower than the first voltage V1 by ΔVa (= 0.2 V) described above. .1V), and accordingly, the input voltage Vi to the terminal ch12 (the output voltage of the operational amplifier OP1) Vi and the sensor current I also change to the negative side.

【0098】また、S160で上記電圧Vi(t2 )が基
準電圧よりも大きくないと判定した場合(つまり、現在
のセンサ電流Iがダイナミックレンジ内の上記所定値よ
りも大きくない場合)には、S180に移行して、図5
(b)の時刻t3 に示すように、端子PB20の出力レ
ベルをハイレベルからロウレベルにしてトランジスタT
r2をオンさせ、その後、S190に進む。すると、図
5(b)の時刻t3 に示すように、空燃比センサAFS
のプラス側端子AF+に印加される電圧Voが、第1電
圧V1よりも前述した△Vb(=0.2V)だけ高い電
圧(=3.5V)に変化し、それに伴い、端子ch12
への入力電圧Vi及びセンサ電流Iも正側に変化するこ
ととなる。
If it is determined in step S160 that the voltage Vi (t2) is not higher than the reference voltage (that is, if the current sensor current I is not higher than the predetermined value within the dynamic range), the process proceeds to step S180. Figure 5
As shown at time t3 in (b), the output level of the terminal PB20 is changed from high to low,
r2 is turned on, and then the process proceeds to S190. Then, as shown at time t3 in FIG. 5B, the air-fuel ratio sensor AFS
Changes to a voltage (= 3.5 V) higher than the first voltage V1 by the above-mentioned ΔVb (= 0.2 V), and accordingly, the terminal ch12
The input voltage Vi and the sensor current I also change to the positive side.

【0099】S190では、上記S170或いは上記S
180の処理を行ってから、センサ電流Iの変化分△I
がピークになると予想される時間T2(=135μs)
が経過したか否かを判定し、その時間T2が経過するま
で待機する。そして、上記時間T2が経過したと判定す
ると、S200に進んで、端子ch12に入力される電
圧Viを検出し、その検出した電圧Viを前述のVi
(t4 )として記憶する。そして更に、続くS210に
て、端子ch11に入力される電圧Voを検出し、その
検出した電圧Voを前述のVo(t5 )として記憶する。
In S190, the above S170 or the above S
180, the change in the sensor current I ΔI
Is expected to peak, T2 (= 135 μs)
It is determined whether or not has elapsed, and it waits until the time T2 has elapsed. When it is determined that the time T2 has elapsed, the process proceeds to S200, where the voltage Vi input to the terminal ch12 is detected, and the detected voltage Vi is referred to as the aforementioned Vi.
(t4). Further, in S210, the voltage Vo input to the terminal ch11 is detected, and the detected voltage Vo is stored as Vo (t5).

【0100】そして、続くS220にて、上記S11
0,S120,S200,及びS210で今回検出した
Vo(t1 ),Vi(t2 ),Vi(t4 ),及びVo(t5 )
と、シャント抵抗値RS とから、前述の式1を用いて空
燃比センサAFSの素子インピーダンスZを算出する。
Then, in the subsequent S220, the above S11
0, Vo (t1), Vi (t2), Vi (t4) and Vo (t5) detected this time in S120, S200 and S210.
Then, the element impedance Z of the air-fuel ratio sensor AFS is calculated from the shunt resistance value RS and the above equation (1).

【0101】尚、このS220で算出した素子インピー
ダンスZは、少なくとも空燃比センサAFSに設けられ
たヒータ23の加熱制御に用いられる。即ち、マイコン
2は、図示しない加熱制御処理を実行することにより、
上記S220で算出した素子インピーダンスZと、空燃
比センサAFSが十分に活性化していると思われる目標
素子インピーダンスとの差を無くすために必要なヒータ
23への通電量を求め、その通電量に応じて、ヒータ2
3への通電電流を図示しないヒータ駆動回路を介してデ
ューティ制御する。
Note that the element impedance Z calculated in S220 is used at least for heating control of the heater 23 provided in the air-fuel ratio sensor AFS. That is, the microcomputer 2 executes a heating control process (not shown),
The amount of power to the heater 23 necessary to eliminate the difference between the element impedance Z calculated in S220 and the target element impedance which is considered to be sufficient for activation of the air-fuel ratio sensor AFS is determined. And heater 2
The duty control of the current supplied to 3 is performed via a heater drive circuit (not shown).

【0102】次に、マイコン2は、続くS230にて、
上記S170或いは上記S180の処理を行ってから、
所定時間T3(=200μs)が経過したか否かを判定
し、その時間T3が経過するまで待機する。そして、上
記時間T3が経過したと判定すると、S240に進ん
で、S160の場合と全く同様に、S120で検出した
電圧Vi(t2 )が上記基準電圧よりも大きいか否かを判
定する。
Next, in the following S230, the microcomputer 2
After performing the processing of S170 or S180,
It is determined whether or not a predetermined time T3 (= 200 μs) has elapsed, and the process waits until the time T3 has elapsed. When it is determined that the time T3 has elapsed, the process proceeds to S240, and it is determined whether or not the voltage Vi (t2) detected in S120 is higher than the reference voltage, just as in S160.

【0103】そして、S240で上記電圧Vi(t2 )が
基準電圧よりも大きいと判定した場合には、続くS25
0にて、図5(a)の時刻t6 に示すように、端子PB
21の出力レベルをハイレベルからロウレベルに戻して
トランジスタTr1をオフさせると共に、端子PB20
の出力レベルをハイレベルからロウレベルにしてトラン
ジスタTr2をオンさせ、その後、S270に移行す
る。すると、図5(a)の時刻t6 に示すように、空燃
比センサAFSのプラス側端子AF+に印加される電圧
Voが、第1電圧V1よりも前述した△Vb(=0.2
V)だけ高い電圧(=3.5V)に変化し、それに伴
い、端子ch12への入力電圧Vi及びセンサ電流Iも
正側に変化することとなる。
If it is determined in step S240 that the voltage Vi (t2) is higher than the reference voltage, the process proceeds to step S25.
0, as shown at time t6 in FIG.
21 from the high level to the low level to turn off the transistor Tr1,
The output level is changed from the high level to the low level to turn on the transistor Tr2. Thereafter, the flow shifts to S270. Then, as shown at time t6 in FIG. 5A, the voltage Vo applied to the plus side terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS is higher than the first voltage V1 by ΔVb (= 0.2
V), the input voltage Vi to the terminal ch12 and the sensor current I also change to the positive side.

【0104】また、S240で上記電圧Vi(t2 )が基
準電圧よりも大きくないと判定した場合には、S260
に移行して、図5(b)の時刻t6 に示すように、端子
PB20の出力レベルをロウレベルからハイレベルに戻
してトランジスタTr2をオフさせると共に、端子PB
21の出力レベルをロウレベルからハイレベルにしてト
ランジスタTr1をオンさせ、その後、S270に進
む。すると、図5(b)の時刻t6 に示すように、空燃
比センサAFSのプラス側端子AF+に印加される電圧
Voが、第1電圧V1よりも前述した△Va(=0.2
V)だけ低い電圧(=3.1V)に変化し、それに伴
い、端子ch12への入力電圧Vi及びセンサ電流Iも
負側に変化することとなる。
If it is determined in step S240 that the voltage Vi (t2) is not higher than the reference voltage, the process proceeds to step S260.
Then, as shown at time t6 in FIG. 5 (b), the output level of the terminal PB20 is returned from the low level to the high level to turn off the transistor Tr2, and the terminal PB20 is turned off.
The output level of the transistor 21 is changed from the low level to the high level to turn on the transistor Tr1, and thereafter, the process proceeds to S270. Then, as shown at time t6 in FIG. 5B, the voltage Vo applied to the plus terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS is higher than the first voltage V1 by ΔVa (= 0.2
V), the input voltage Vi to the terminal ch12 and the sensor current I also change to the negative side.

【0105】S270では、上記S250或いは上記S
260の処理を行ってから所定時間T4(=200μ
s)が経過したか否かを判定し、その時間T4が経過す
るまで待機する。そして、上記時間T4が経過したと判
定すると、S280に進んで、図5(a),(b)の時
刻t7 に示すように、端子PB21の出力レベルを初期
のロウレベルにしてトランジスタTr1をオフさせると
共に、端子PB20の出力レベルを初期のハイレベルに
してトランジスタTr2をオフさせる。すると、図5
(a),(b)の時刻t7 に示すように、空燃比センサ
AFSのプラス側端子AF+に印加される電圧Voが元
の第1電圧V1に戻ると共に、端子ch12への入力電
圧Vi及びセンサ電流Iも元の状態に復帰することとな
る。
In S270, the above-mentioned S250 or the above-mentioned S
A predetermined time T4 (= 200 μ
It is determined whether or not s) has elapsed, and the process waits until the time T4 has elapsed. When it is determined that the time T4 has elapsed, the process proceeds to S280, where the output level of the terminal PB21 is set to the initial low level and the transistor Tr1 is turned off, as shown at time t7 in FIGS. 5A and 5B. At the same time, the output level of the terminal PB20 is set to the initial high level to turn off the transistor Tr2. Then, FIG.
As shown at time t7 in (a) and (b), the voltage Vo applied to the plus terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS returns to the original first voltage V1, and the input voltage Vi to the terminal ch12 and the sensor The current I also returns to the original state.

【0106】そして最後に、続くS290にて、カウン
タCTの値を「0」にリセットし、その後、当該検出処
理を終了する。つまり、図4の検出処理では、S14
0,S150,及びS290の処理により、素子インピ
ーダンスの検出周期である所定時間T1(=128m
s)の計時を行い、その所定時間T1が経過したと判定
する毎に(S140:YES)、印加電圧変更手段とし
てのS160〜S180,S230〜S280の処理に
より、2つのトランジスタTr1,Tr2をオン/オフ
させて、空燃比センサAFSのプラス側端子AF+に印
加される電圧Voを、図5(a)或いは図5(b)に示
した如く第1電圧V1から正負両側に変化させている。
At last, at S290, the value of the counter CT is reset to "0", and thereafter, the detection processing is terminated. That is, in the detection processing of FIG.
By the processing of 0, S150, and S290, the predetermined time T1 (= 128 m
s), and every time it is determined that the predetermined time T1 has elapsed (S140: YES), the two transistors Tr1 and Tr2 are turned on by the processing of S160 to S180 and S230 to S280 as the applied voltage changing means. / Off, and the voltage Vo applied to the plus side terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS is changed from the first voltage V1 to both positive and negative sides as shown in FIG. 5A or 5B.

【0107】そして、第1の電流検出手段としてのS1
10及びS120の処理により、S170或いはS18
0の処理で上記プラス側端子AF+への印加電圧Voを
変化させる前に、空燃比センサAFSに流れるセンサ電
流Iをシャント抵抗器R3の両端の各電圧Vi(t2 ),
Vo(t1 )として検出し、また、第2の電流検出手段と
してのS190〜S210の処理により、S170或い
はS180の処理で上記プラス側端子AF+への印加電
圧Voを変化させてから所定時間T2(=135μs)
が経過した時に(S190:YES)、空燃比センサA
FSに流れるセンサ電流Iをシャント抵抗器R3の両端
の各電圧Vi(t4 ),Vo(t5 )として検出している。
Then, S1 as the first current detecting means
10 and S120, S170 or S18
Before changing the voltage Vo applied to the plus side terminal AF + in the process of 0, the sensor current I flowing through the air-fuel ratio sensor AFS is changed to each voltage Vi (t2), both ends of the shunt resistor R3,
It is detected as Vo (t1), and the predetermined time T2 (after the change of the voltage Vo applied to the plus side terminal AF + in the processing of S170 or S180 by the processing of S190 to S210 as the second current detection means. = 135 μs)
Has elapsed (S190: YES), the air-fuel ratio sensor A
The sensor current I flowing through the FS is detected as voltages Vi (t4) and Vo (t5) across the shunt resistor R3.

【0108】そして更に、インピーダンス算出手段とし
てのS220の処理により、S110,S120,S2
00,及びS210で検出したVo(t1 ),Vi(t2
),Vi(t4 ),及びVo(t5 )から求められるセンサ
電流Iの差、即ち、空燃比センサAFSへの印加電圧を
変化させる前のセンサ電流「{Vi(t2)−Vo(t1)}
/RS 」と、印加電圧を変化させてから所定時間T2が
経過した時のセンサ電流「{Vi(t4)−Vo(t5)}/
RS 」との差に基づいて、空燃比センサAFSの素子イ
ンピーダンスZを算出している。
Further, by the processing of S220 as the impedance calculating means, S110, S120, S2
00 and Vo (t1) and Vi (t2) detected in S210.
), Vi (t4) and Vo (t5), ie, the sensor current "{Vi (t2) -Vo (t1)} before changing the voltage applied to the air-fuel ratio sensor AFS.
/ RS ”and the sensor current“ {Vi (t4) −Vo (t5)} / when a predetermined time T2 has elapsed since the applied voltage was changed.
The element impedance Z of the air-fuel ratio sensor AFS is calculated on the basis of the difference from "RS".

【0109】また、酸素濃度算出手段としてのS130
の処理により、S110及びS120の処理でセンサ電
流Iとして検出した電圧Vi(t2 ),Vo(t1 )から、
空燃比センサAFSの限界電流値を算出して、その電流
値に基づき混合気の空燃比(排気ガス中の酸素濃度)を
算出している。
S130 as oxygen concentration calculating means
From the voltages Vi (t2) and Vo (t1) detected as the sensor current I in the processing of S110 and S120,
The limit current value of the air-fuel ratio sensor AFS is calculated, and the air-fuel ratio (oxygen concentration in exhaust gas) of the air-fuel mixture is calculated based on the current value.

【0110】尚、本第1実施形態では、図1における抵
抗器R10〜R12,R15〜R17,R2と、シャン
ト抵抗器R3と、演算増幅器OP1,OP5と、トラン
ジスタTr1,Tr2とからなる回路部分が、第1電圧
印加手段に相当し、図1における演算増幅器OP4と、
抵抗器R13,R14とからなる回路部分が、第2電圧
印加手段に相当している。また、上記第1電圧印加手段
に相当する回路部分と上記第2電圧印加手段に相当する
回路部分とを合わせた回路部分が、請求項1に記載の電
圧印加手段に相当している。そして、トランジスタTr
1と抵抗器R16とからなる回路部分と、トランジスタ
Tr2と抵抗器R17とからなる回路部分とが、夫々、
電圧切替回路に相当している。
In the first embodiment, a circuit portion including the resistors R10 to R12, R15 to R17, and R2, the shunt resistor R3, the operational amplifiers OP1 and OP5, and the transistors Tr1 and Tr2 in FIG. Corresponds to a first voltage applying means, and includes an operational amplifier OP4 in FIG.
A circuit portion including the resistors R13 and R14 corresponds to a second voltage applying unit. Further, a circuit portion obtained by combining a circuit portion corresponding to the first voltage applying device and a circuit portion corresponding to the second voltage applying device corresponds to the voltage applying device according to the first aspect. And the transistor Tr
1 and a resistor R16, and a circuit portion including a transistor Tr2 and a resistor R17, respectively.
It corresponds to a voltage switching circuit.

【0111】以上詳述した本第1実施形態の空燃比検出
装置1によれば、マイコン2がトランジスタTr1,T
r2をオン/オフさせる動作を行えば、空燃比センサA
FSのプラス側端子AF+への印加電圧が即座に変化す
るため、その印加電圧が変化してから所定時間T2が経
過した時のセンサ電流Iを確実に検出することができ
る。よって、この空燃比検出装置1によれば、簡単な構
成であるにも拘らず、空燃比センサAFSへの印加電圧
を遅れなく変化させて、同センサAFSの素子インピー
ダンスを正確に検出できるようになり、延いては、空燃
比センサAFSを活性状態に維持するためのヒータ23
のフィードバック制御や、空燃比センサAFSの劣化度
合の判定を正確に行うことができるようになる。
According to the air-fuel ratio detection device 1 of the first embodiment described in detail above, the microcomputer 2 includes the transistors Tr1 and T
If the operation of turning on / off r2 is performed, the air-fuel ratio sensor A
Since the voltage applied to the plus side terminal AF + of the FS changes immediately, the sensor current I when a predetermined time T2 has elapsed since the change in the applied voltage can be reliably detected. Therefore, according to the air-fuel ratio detection device 1, the voltage applied to the air-fuel ratio sensor AFS can be changed without delay to accurately detect the element impedance of the air-fuel ratio sensor AFS despite its simple configuration. The heater 23 for maintaining the air-fuel ratio sensor AFS in the active state
And the determination of the degree of deterioration of the air-fuel ratio sensor AFS can be accurately performed.

【0112】また、本第1実施形態の空燃比検出装置1
では、2つのトランジスタTr1,Tr2をオン/オフ
させることにより、空燃比センサAFSへの印加電圧を
正負両側に変化させるようにしている。よって、図10
の空燃比検出装置100について図11を用いて説明し
たように、印加電圧を元の電圧に復帰させる際に空燃比
センサAFSが有する容量成分(固体電解質層24の粒
子の界面における粒界容量や、電極界面容量)における
電荷の放電を短時間で終了させることができ、その結
果、空燃比センサAFSの素子インピーダンスを検出し
た後のセンサ電流を、早期に安定させることができる。
The air-fuel ratio detecting device 1 of the first embodiment
By turning on / off the two transistors Tr1 and Tr2, the voltage applied to the air-fuel ratio sensor AFS is changed to both positive and negative sides. Therefore, FIG.
As described with reference to FIG. 11 for the air-fuel ratio detection device 100, when the applied voltage is restored to the original voltage, the capacitance component (the grain boundary capacitance at the interface of the particles of the solid electrolyte layer 24) of the air-fuel ratio sensor AFS. Discharge at the electrode interface capacitance) in a short time, and as a result, the sensor current after detecting the element impedance of the air-fuel ratio sensor AFS can be stabilized at an early stage.

【0113】しかも、本第1実施形態の空燃比検出装置
1では、トランジスタTr2のエミッタを演算増幅器O
P5から出力される第1電圧V1よりも高い電源電圧V
CCに接続すると共に、トランジスタTr1のエミッタを
上記第1電圧V1よりも低い接地電位に接続するように
している。そして、トランジスタTr2をオンさせるこ
とにより、空燃比センサAFSのプラス側端子AF+へ
の印加電圧を第1電圧V1よりも正側に変化させ、ま
た、トランジスタTr1をオンさせることにより、空燃
比センサAFSのプラス側端子AF+への印加電圧を第
1電圧V1よりも負側に変化させるようにしている。
Further, in the air-fuel ratio detecting device 1 of the first embodiment, the emitter of the transistor Tr2 is connected to the operational amplifier O
Power supply voltage V higher than first voltage V1 output from P5
In addition to the connection to CC, the emitter of the transistor Tr1 is connected to a ground potential lower than the first voltage V1. Then, by turning on the transistor Tr2, the voltage applied to the plus side terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS is changed to a positive side from the first voltage V1, and by turning on the transistor Tr1, the air-fuel ratio sensor AFS is turned on. The voltage applied to the plus side terminal AF + is changed to a more negative side than the first voltage V1.

【0114】よって、本第1実施形態の空燃比検出装置
1によれば、2つのトランジスタTr1,Tr2を、図
5に示したように切り替えて順次オンさせることによ
り、空燃比センサAFSのプラス側端子AF+への印加
電圧を正負両側に変化させることができ、素子インピー
ダンスの検出を行わない期間においては、両トランジス
タTr1,Tr2を共にオフさせておけば良いため、消
費電力の増大を招くことがない。
Therefore, according to the air-fuel ratio detection device 1 of the first embodiment, the two transistors Tr1 and Tr2 are switched on and turned on sequentially as shown in FIG. The voltage applied to the terminal AF + can be changed to both positive and negative sides, and during the period in which the element impedance is not detected, both the transistors Tr1 and Tr2 may be turned off, which may increase power consumption. Absent.

【0115】この特徴について具体的に説明すると、例
えば、トランジスタTr2をトランジスタTr1と同じ
NPN形のトランジスタに変更すると共に、そのトラン
ジスタTr2のエミッタをトランジスタTr1と同様に
接地電位に接続するようにしても、空燃比センサAFS
のプラス側端子AF+への印加電圧を、以下の(a)〜
(c)の如く3種類に切り替えることができる。
This feature will be described in detail. For example, the transistor Tr2 may be changed to the same NPN transistor as the transistor Tr1, and the emitter of the transistor Tr2 may be connected to the ground potential similarly to the transistor Tr1. , Air-fuel ratio sensor AFS
Are applied to the plus side terminal AF + of
As shown in (c), three types can be switched.

【0116】(a)両トランジスタTr1,Tr2を共
にオフさせれば、演算増幅器OP5からの第1電圧V1
が、空燃比センサAFSのプラス側端子AF+に出力さ
れる。 (b)両トランジスタTr1,Tr2の一方だけ(例え
ばTr1の方とする)をオンさせれば、第1電圧V1と
接地電位との差圧(即ち、第1電圧V1)を抵抗器R1
5と抵抗器R16とで分圧した電圧が、空燃比センサA
FSのプラス側端子AF+に出力される。
(A) If both transistors Tr1 and Tr2 are turned off, the first voltage V1 from the operational amplifier OP5
Is output to the plus terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS. (B) If only one of the transistors Tr1 and Tr2 (for example, Tr1) is turned on, the differential pressure between the first voltage V1 and the ground potential (that is, the first voltage V1) is applied to the resistor R1.
5 and the resistor R16, the voltage divided by the air-fuel ratio sensor A
Output to the plus side terminal AF + of the FS.

【0117】(c)両トランジスタTr1,Tr2を共
にオンさせれば、第1電圧V1を抵抗器R15と2つの
抵抗器R16,R17の合成抵抗とで分圧した電圧が、
空燃比センサAFSのプラス側端子AF+に出力され
る。よって、この場合には、各トランジスタTr1,T
r2を通常時には上記(b)のように駆動し、空燃比セ
ンサAFSの素子インピーダンスを検出する際には、各
トランジスタTr1,Tr2のオン/オフ状態を、
(b)→(a)→(c)の順、或いは(b)→(c)→
(a)の順に切り替えることで、空燃比センサAFSの
プラス側端子AF+への印加電圧を通常時の電圧から正
負両側に変化させることができる。尚、このことは、ト
ランジスタTr1をトランジスタTr2と同じPNP形
のトランジスタに変更すると共に、そのトランジスタT
r1のエミッタをトランジスタTr2と同様に電源電圧
VCCに接続するようにした場合でも同様である。
(C) If both transistors Tr1 and Tr2 are turned on, the voltage obtained by dividing the first voltage V1 by the resistor R15 and the combined resistance of the two resistors R16 and R17 becomes
It is output to the plus terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS. Therefore, in this case, each transistor Tr1, T
r2 is normally driven as in (b) above, and when detecting the element impedance of the air-fuel ratio sensor AFS, the on / off state of each of the transistors Tr1 and Tr2 is
(B) → (a) → (c), or (b) → (c) →
By switching in the order of (a), the voltage applied to the plus terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS can be changed from the normal voltage to both positive and negative sides. This means that the transistor Tr1 is changed to the same PNP transistor as the transistor Tr2, and the transistor T1
The same applies to the case where the emitter of r1 is connected to the power supply voltage VCC as in the case of the transistor Tr2.

【0118】ところが、上記のように変更すると、素子
インピーダンスの検出を行わない期間において、両トラ
ンジスタTr1,Tr2の何れか一方をオンさせておか
なければならず、消費電力が増加するという点で不利な
面もある。これに対して、本第1実施形態の空燃比検出
装置1によれば、消費電力の増大を解消することができ
るのである。
However, when the above change is made, one of the two transistors Tr1 and Tr2 must be turned on during a period in which the element impedance is not detected, which is disadvantageous in that power consumption increases. There are also aspects. On the other hand, according to the air-fuel ratio detection device 1 of the first embodiment, an increase in power consumption can be eliminated.

【0119】また、本第1実施形態の空燃比検出装置1
においては、空燃比を検出するために空燃比センサAF
Sの各端子へ夫々出力する第1電圧V1(=3.3V)
と第2電圧V2(=3.0V)との生成源が、電源電圧
VCCと接地電位との間に順次直列に接続された3つの抵
抗器R10,R11,R12である。
Further, the air-fuel ratio detecting device 1 of the first embodiment
In order to detect the air-fuel ratio, the air-fuel ratio sensor AF
First voltage V1 (= 3.3 V) output to each terminal of S
And the second voltage V2 (= 3.0 V) are three resistors R10, R11 and R12 connected in series between the power supply voltage VCC and the ground potential.

【0120】このため、当該空燃比検出装置1の周囲温
度が変化しても、空燃比センサAFSに対して予め設定
された酸素濃度検出用電圧(=0.3V)を安定して印
加することができ、延いては、空燃比を正確に検出する
ことができるようになる。つまり、上記各抵抗器R10
〜R12の抵抗値は温度変化に対して同じ傾向に変化す
るため、各抵抗値の比率は大きく変化せず、その結果、
空燃比センサAFSの各端子に出力される第1電圧V1
と第2電圧V2とが変動しないからである。
For this reason, even if the ambient temperature of the air-fuel ratio detecting device 1 changes, it is necessary to stably apply the preset oxygen concentration detecting voltage (= 0.3 V) to the air-fuel ratio sensor AFS. Therefore, the air-fuel ratio can be accurately detected. That is, each of the resistors R10
Since the resistance values of R12 to R12 change in the same tendency with respect to the temperature change, the ratio of each resistance value does not largely change.
First voltage V1 output to each terminal of air-fuel ratio sensor AFS
And the second voltage V2 does not change.

【0121】一方更に、本第1実施形態の空燃比検出装
置1では、図5に示したように、空燃比検出時のセンサ
電流がダイナミックレンジ内の所定値よりも大きい場合
には(S160:YES)、空燃比センサAFSへの印
加電圧を負側(即ち、小さくなる方)へ変化させて(S
170)、その印加電圧の変化に伴う電流変化から素子
インピーダンスを算出し、逆に、空燃比検出時のセンサ
電流が上記所定値よりも大きくない場合には(S16
0:NO)、空燃比センサAFSへの印加電圧を正側
(即ち、大きくなる方)へ変化させて(S180)、そ
の印加電圧の変化に伴う電流変化から素子インピーダン
スを算出するようにしている。
On the other hand, in the air-fuel ratio detecting device 1 of the first embodiment, as shown in FIG. 5, when the sensor current at the time of detecting the air-fuel ratio is larger than a predetermined value within the dynamic range (S160: YES), the voltage applied to the air-fuel ratio sensor AFS is changed to a negative side (that is, a smaller value) (S
170), the element impedance is calculated from the current change accompanying the change in the applied voltage, and conversely, if the sensor current at the time of detecting the air-fuel ratio is not larger than the predetermined value (S16)
0: NO), the voltage applied to the air-fuel ratio sensor AFS is changed to the positive side (that is, the voltage increases) (S180), and the element impedance is calculated from the current change accompanying the change in the applied voltage. .

【0122】このため、素子インピーダンスを検出する
際に、印加電圧をダイナミックレンジから外れる方向に
変化させてしまうことを確実に防止して、センサ電流を
ダイナミックレンジから外れることなく検出することが
でき、その結果、素子インピーダンスを正確に検出する
ことができるようになる。
For this reason, when detecting the element impedance, it is possible to reliably prevent the applied voltage from changing in the direction out of the dynamic range, and to detect the sensor current without departing from the dynamic range. As a result, the element impedance can be accurately detected.

【0123】ところで、上記第1実施形態の空燃比検出
装置1は、空燃比センサAFSが1つだけ接続されたも
のであったが、一般に2系統の排気管を有するエンジン
(V型6気筒エンジンやV型8気筒エンジン等)の場合
には、各排気管毎に空燃比センサAFSが取り付けられ
る。よって、このように空燃比センサAFSを2つ備え
るエンジンの場合には、図1に示したマイコン2以外の
回路部分を、各空燃比センサAFS毎に対応して2組設
けるように構成することが考えられる。
The air-fuel ratio detecting device 1 of the first embodiment has only one air-fuel ratio sensor AFS connected. However, in general, an engine (V-type six-cylinder engine) having two exhaust pipes is generally used. Or a V-type eight-cylinder engine), an air-fuel ratio sensor AFS is attached to each exhaust pipe. Therefore, in the case of an engine having two air-fuel ratio sensors AFS, two sets of circuit parts other than the microcomputer 2 shown in FIG. 1 are provided for each air-fuel ratio sensor AFS. Can be considered.

【0124】但し、そのように構成すると、回路規模が
図1に示したものに対してほぼ2倍になってしまう。そ
こで次に、第2実施形態として、2つの空燃比センサA
FSに接続される空燃比検出装置の好適な構成例を図6
に示す。
However, with such a configuration, the circuit scale becomes almost twice as large as that shown in FIG. Then, next, as a second embodiment, two air-fuel ratio sensors A
FIG. 6 shows a preferred configuration example of the air-fuel ratio detection device connected to the FS.
Shown in

【0125】尚、図6は、第2実施形態の空燃比検出装
置31の構成を表す回路図であるが、図6において、図
1の空燃比検出装置1と同じ部材及び電圧信号について
は、同一の符号を付している。また、図6において、図
1の空燃比検出装置1と同様の役割で且つ図1の空燃比
検出装置1に対して追加された部材及び電圧信号につい
ては、図1で用いた符号に「’」を追記した符号を付し
ている。よって、ここでは、各部材及び電圧信号の詳細
な説明は省略する。
FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of the air-fuel ratio detection device 31 of the second embodiment. In FIG. 6, the same members and voltage signals as those of the air-fuel ratio detection device 1 of FIG. The same reference numerals are given. Also, in FIG. 6, members and voltage signals that have the same role as the air-fuel ratio detection device 1 of FIG. 1 and are added to the air-fuel ratio detection device 1 of FIG. Are added. Therefore, a detailed description of each member and the voltage signal is omitted here.

【0126】図6に示すように、本第2実施形態の空燃
比検出装置31は、図1に示したマイコン2以外の回路
部分のうちで、図6にて点線で囲んだ部分以外の回路部
分を、各空燃比センサAFS,AFS’毎に対応して2
組備えている。そして、上記点線で囲んだ回路部分は、
各空燃比センサAFS,AFS’毎に係る回路について
共通化するようにしている。尚、マイコン2の端子ch
21,ch22は、前述した端子ch11,ch12と
同様に、A/Dコンバータの入力端子である。
As shown in FIG. 6, the air-fuel ratio detecting device 31 according to the second embodiment is a circuit other than the microcomputer 2 shown in FIG. Portion is set to 2 corresponding to each of the air-fuel ratio sensors AFS and AFS '.
Has a pair. And the circuit part enclosed by the dotted line is
Circuits for each of the air-fuel ratio sensors AFS and AFS 'are shared. The terminal ch of the microcomputer 2
Reference numerals 21 and 22 are input terminals of the A / D converter, similarly to the terminals ch11 and ch12 described above.

【0127】よって、この第2実施形態の空燃比検出装
置31によれば、回路構成の小型化と低コスト化とを図
ることができる。次に、第3実施形態の空燃比検出装置
について、図7〜図9を用い説明する。まず図7は、第
3実施形態の空燃比検出装置41の構成を表す回路図で
ある。尚、図7において、図1の空燃比検出装置1と同
じ部材及び電圧信号については、同一の符号を付してい
るため、詳細な説明は省略する。
Therefore, according to the air-fuel ratio detecting device 31 of the second embodiment, it is possible to reduce the size and cost of the circuit configuration. Next, an air-fuel ratio detection device according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. First, FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration of the air-fuel ratio detection device 41 according to the third embodiment. Note that, in FIG. 7, the same members and voltage signals as those of the air-fuel ratio detection device 1 of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

【0128】図7に示すように、本第3実施形態の空燃
比検出装置41は、第1実施形態の空燃比検出装置1
(図1)に対して、下記の〜の4点が異なってい
る。 :マイコン2の内部には、A/Dコンバータだけはで
なく、図12に示したような簡易D/Aコンバータが備
えられている。そして、マイコン2の端子DAC1,D
AC2は、その簡易D/Aコンバータの出力端子であ
る。
As shown in FIG. 7, the air-fuel ratio detecting device 41 of the third embodiment is different from the air-fuel ratio detecting device 1 of the first embodiment.
The following four points are different from (FIG. 1). : Inside the microcomputer 2, not only the A / D converter but also a simple D / A converter as shown in FIG. The terminals DAC1 and D of the microcomputer 2
AC2 is an output terminal of the simple D / A converter.

【0129】:空燃比センサAFSの接続状態が逆に
なっている。つまり、空燃比センサAFSのマイナス側
端子AF−が、抵抗器R2とシャント抵抗器R3との接
続点に接続されており、また、空燃比センサAFSのプ
ラス側端子AF+が、抵抗器R13と抵抗器R14との
接続点に接続されている。
The connection state of the air-fuel ratio sensor AFS is reversed. That is, the negative terminal AF− of the air-fuel ratio sensor AFS is connected to the connection point between the resistor R2 and the shunt resistor R3, and the positive terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS is connected to the resistor R13 and the resistor R13. It is connected to the connection point with the device R14.

【0130】:3つの抵抗器R10,R11,R12
が削除されている。そして、演算増幅器OP4の非反転
入力端子が、抵抗器R21を介してマイコン2の端子D
AC1に接続されており、また、演算増幅器OP5の非
反転入力端子が、抵抗器R22を介してマイコン2の端
子DAC2に接続されている。
: Three resistors R10, R11, R12
Has been removed. The non-inverting input terminal of the operational amplifier OP4 is connected to the terminal D of the microcomputer 2 via the resistor R21.
The non-inverting input terminal of the operational amplifier OP5 is connected to the terminal DAC2 of the microcomputer 2 via the resistor R22.

【0131】そして、マイコン2は、内蔵の簡易D/A
コンバータにより、端子DAC2から3.0Vを常時出
力し、また、端子DAC1から3.0Vよりも高い電圧
(通常3.3V)を可変で出力する。尚、本第3実施形
態では、上記端子DAC2から出力される3.0V固定
の電圧が第1電圧に相当し、また、上記端子DAC1か
ら出力される3.0Vよりも高い電圧が第2電圧に相当
している。
The microcomputer 2 has a built-in simple D / A
The converter always outputs 3.0 V from the terminal DAC 2, and variably outputs a voltage higher than 3.0 V (normally 3.3 V) from the terminal DAC 1. In the third embodiment, the fixed voltage of 3.0 V output from the terminal DAC2 corresponds to the first voltage, and the voltage higher than 3.0V output from the terminal DAC1 is the second voltage. Is equivalent to

【0132】:マイコン2は、図4の検出処理に代え
て、図8に示す検出処理を実行する。そして、図8に示
すように、本第3実施形態で実行される検出処理では、
図4の検出処理に対して、S155の処理が追加されて
いる点のみ異なっている。即ち、本第3実施形態で実行
される検出処理においては、S150でカウンタCTの
値を1インクリメントした後、S155に進む。そし
て、このS155にて、S130で今回算出した空燃比
から空燃比センサAFSへの最適な印加電圧を決定し、
その決定した印加電圧に応じて、端子DAC1から出力
する電圧の出力値を変更する。
The microcomputer 2 executes the detection processing shown in FIG. 8 instead of the detection processing of FIG. Then, as shown in FIG. 8, in the detection processing executed in the third embodiment,
The only difference is that the process of S155 is added to the detection process of FIG. That is, in the detection process executed in the third embodiment, after the value of the counter CT is incremented by 1 in S150, the process proceeds to S155. Then, in S155, the optimum applied voltage to the air-fuel ratio sensor AFS is determined from the air-fuel ratio calculated this time in S130,
The output value of the voltage output from the terminal DAC1 is changed according to the determined applied voltage.

【0133】つまり、図3における特性線L1(即ち、
空燃比センサAFSの各検出空燃比における限界電流域
のほぼ中心を結んだ線)において、今回算出した空燃比
に対応する印加電圧を、次回から印加する最適な印加電
圧とし、その印加電圧に端子DAC2の出力電圧(3.
0V)を足した電圧を、端子DAC1からの出力値とし
て設定する。すると、マイコン2内の簡易D/Aコンバ
ータが有する所定の最大遅れ時間以内に、端子DAC1
の出力電圧が上記設定した出力値に変化することとな
る。
That is, the characteristic line L1 in FIG.
In the line that connects the center of the limit current range in each detected air-fuel ratio of the air-fuel ratio sensor AFS), the applied voltage corresponding to the air-fuel ratio calculated this time is set as the optimum applied voltage to be applied from the next time, and the applied voltage is The output voltage of DAC2 (3.
0V) is set as the output value from the terminal DAC1. Then, within a predetermined maximum delay time of the simple D / A converter in the microcomputer 2, the terminal DAC1
Will change to the output value set above.

【0134】そして、上記S155の処理を行った後、
当該検出処理を終了する。このような本第3実施形態の
空燃比検出装置41において、2つのトランジスタTr
1,Tr2が共にオフ状態である通常時には、マイコン
2の端子DAC2から出力される電圧(3.0V)が空
燃比センサAFSのマイナス側端子AF−に印加される
と共に、マイコン2の端子DAC1から出力される電圧
(>3.0V)が空燃比センサAFSのプラス側端子A
F+に印加される。
After performing the processing of S155,
The detection processing ends. In the air-fuel ratio detection device 41 according to the third embodiment, the two transistors Tr
In a normal state in which both the first and Tr2 are off, the voltage (3.0 V) output from the terminal DAC2 of the microcomputer 2 is applied to the minus terminal AF− of the air-fuel ratio sensor AFS, and the terminal DAC1 of the microcomputer 2 The output voltage (> 3.0 V) is applied to the positive terminal A of the air-fuel ratio sensor AFS.
Applied to F +.

【0135】そして、この空燃比検出装置41によって
も、マイコン2がトランジスタTr1,Tr2をオン/
オフさせる動作を行えば、空燃比センサAFSのマイナ
ス側端子AF−への印加電圧が即座に変化するため、そ
の印加電圧が変化してから所定時間T2が経過した時の
センサ電流Iを確実に検出して、空燃比センサAFSの
素子インピーダンスを正確に検出することができる。
Also, with this air-fuel ratio detecting device 41, the microcomputer 2 turns on / off the transistors Tr1 and Tr2.
If the operation of turning off is performed, the applied voltage to the minus side terminal AF− of the air-fuel ratio sensor AFS changes immediately, so that the sensor current I when a predetermined time T2 has elapsed since the change of the applied voltage is surely obtained. By detecting, the element impedance of the air-fuel ratio sensor AFS can be accurately detected.

【0136】そして特に、本第3実施形態の空燃比検出
装置41によれば、図9に示すように、空燃比センサA
FSのプラス側端子AF+に印加する電圧を簡易D/A
コンバータにより変更可能であるため、図8のS155
の処理により、空燃比センサAFSのプラス側端子AF
+に印加する電圧、延いては、空燃比センサAFSの両
端に印加する電圧を任意に変化させて、空燃比センサA
FSの動作領域を最適化することができる。
Particularly, according to the air-fuel ratio detecting device 41 of the third embodiment, as shown in FIG.
The voltage applied to the plus side terminal AF + of the FS is a simple D / A
Since it can be changed by the converter, S155 in FIG.
Processing, the plus side terminal AF of the air-fuel ratio sensor AFS
+, And the voltage applied to both ends of the air-fuel ratio sensor AFS is arbitrarily changed, and the air-fuel ratio sensor A
The operation area of the FS can be optimized.

【0137】尚、空燃比検出用の印加電圧を変化させる
場合には、素子インピーダンスを検出する場合の様に素
早い応答性を必要としないため、空燃比センサAFSの
プラス側端子AF+に印加する電圧を簡易D/Aコンバ
ータによって変化させるように構成しても問題は無い。
When the applied voltage for detecting the air-fuel ratio is changed, quick response is not required as in the case where the element impedance is detected. Therefore, the voltage applied to the plus terminal AF + of the air-fuel ratio sensor AFS is not required. Is changed by the simple D / A converter, there is no problem.

【0138】一方、本第3実施形態では、マイコン2内
の簡易D/Aコンバータと、演算増幅器OP4と、抵抗
器R13,R14,R21とからなる部分が、第2電圧
印加手段に相当している。また、本第3実施形態におい
ては、第1実施形態に対して空燃比センサAFSの接続
状態が逆になっているため、前述のS160で電圧Vi
(t2 )が基準電圧よりも大きいと判定した場合には、セ
ンサ電流がダイナミックレンジ内の所定値よりも大きく
ないということになる。しかし、この場合には、S17
0の処理によりトランジスタTr1がオンされて、空燃
比センサAFSのマイナス側端子AF−への印加電圧が
負側へ変化するため、結局、第1実施形態の場合と同様
に、空燃比センサAFSへの印加電圧が正側(即ち、大
きくなる方)へ変化することとなる。同様に、前述のS
160で電圧Vi(t2 )が基準電圧よりも大きくないと
判定した場合には、センサ電流がダイナミックレンジ内
の所定値よりも大きいということになる。しかし、この
場合には、S180の処理によりトランジスタTr2が
オンされて、空燃比センサAFSのマイナス側端子AF
−への印加電圧が正側へ変化するため、結局、第1実施
形態の場合と同様に、空燃比センサAFSへの印加電圧
が負側(即ち、小さくなる方)へ変化することとなる。
よって、本第3実施形態の空燃比検出装置41によって
も、第1実施形態の空燃比検出装置1と同様に、素子イ
ンピーダンスを検出する際に、センサ電流をダイナミッ
クレンジから外れることなく検出することができる。
On the other hand, in the third embodiment, the portion including the simple D / A converter in the microcomputer 2, the operational amplifier OP4, and the resistors R13, R14, R21 corresponds to the second voltage applying means. I have. Further, in the third embodiment, since the connection state of the air-fuel ratio sensor AFS is opposite to that of the first embodiment, the voltage Vi is determined in S160 described above.
If it is determined that (t2) is larger than the reference voltage, it means that the sensor current is not larger than a predetermined value within the dynamic range. However, in this case, S17
In the process of 0, the transistor Tr1 is turned on, and the voltage applied to the negative terminal AF- of the air-fuel ratio sensor AFS changes to the negative side. As a result, similarly to the first embodiment, the transistor Tr1 is turned on. Is changed to the positive side (that is, to the larger side). Similarly, the aforementioned S
If it is determined at 160 that the voltage Vi (t2) is not higher than the reference voltage, it means that the sensor current is higher than a predetermined value within the dynamic range. However, in this case, the transistor Tr2 is turned on by the processing of S180, and the negative terminal AF of the air-fuel ratio sensor AFS is turned on.
Since the applied voltage to the negative side changes to the positive side, the applied voltage to the air-fuel ratio sensor AFS eventually changes to the negative side (that is, the smaller one), as in the first embodiment.
Therefore, similarly to the air-fuel ratio detection device 1 of the first embodiment, the air-fuel ratio detection device 41 of the third embodiment can detect the sensor current without deviating from the dynamic range when detecting the element impedance. Can be.

【0139】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は、上記各実施形態に限定されるものでは
なく、種々の態様を採ることができる。例えば、上記第
1及び第2実施形態の空燃比検出装置1,31では、素
子インピーダンスの検出を行う際に、空燃比センサAF
Sのプラス側端子AF+への印加電圧を変化させるよう
にしたが、マイナス側端子AF−への印加電圧を変化さ
せるように構成しても良い。
As described above, one embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to each of the above embodiments, and can adopt various aspects. For example, in the air-fuel ratio detection devices 1 and 31 of the first and second embodiments, when detecting the element impedance, the air-fuel ratio sensor AF
Although the voltage applied to the positive terminal AF + of S is changed, the voltage applied to the negative terminal AF- may be changed.

【0140】同様に、上記第3実施形態の空燃比検出装
置41では、素子インピーダンスの検出を行う際に、空
燃比センサAFSのマイナス側端子AF−への印加電圧
を変化させるようにしたが、プラス側端子AF+への印
加電圧を変化させるように構成しても良い。尚、この場
合には、空燃比センサAFSのマイナス側端子AF−へ
の印加電圧を簡易D/Aコンバータで変更するように構
成すれば良い。
Similarly, in the air-fuel ratio detecting device 41 of the third embodiment, when detecting the element impedance, the voltage applied to the minus terminal AF- of the air-fuel ratio sensor AFS is changed. The configuration may be such that the voltage applied to the plus side terminal AF + is changed. In this case, the voltage applied to the minus side terminal AF- of the air-fuel ratio sensor AFS may be changed by a simple D / A converter.

【0141】また、上記第3実施形態の空燃比検出装置
41では、マイコン2の端子DAC2から出力される固
定電圧(=3.0V)を演算増幅器OP5の非反転入力
端子に入力させるようにしたが、演算増幅器OP5の非
反転入力端子には、マイコン2の端子DAC2からでは
なく、例えば抵抗器による分圧によって生成した固定電
圧を入力させるように構成しても良い。
In the air-fuel ratio detecting device 41 of the third embodiment, the fixed voltage (= 3.0 V) output from the terminal DAC2 of the microcomputer 2 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP5. However, the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP5 may be configured to input a fixed voltage generated by voltage division by a resistor, for example, instead of the terminal DAC2 of the microcomputer 2.

【0142】一方、上記各実施形態の空燃比検出装置
1,31,41では、電圧切替回路としてのトランジス
タTr1及び抵抗器R16と、トランジスタTr2及び
抵抗器R17とを2つ設けて、空燃比センサAFSへの
印加電圧を正負両側に変化させるようにしたが、そのう
ちの一方だけを設けて、トランジスタをオン或いはオフ
させることにより、空燃比センサへの印加電圧を正側だ
け或いは負側だけに変化させるようにしても良い。
On the other hand, in the air-fuel ratio detecting devices 1, 31, and 41 of each of the above embodiments, two transistors Tr1 and R16 and two transistors Tr2 and R17 as voltage switching circuits are provided. The voltage applied to the AFS is changed to both positive and negative sides. By providing only one of them and turning on or off the transistor, the voltage applied to the air-fuel ratio sensor is changed only to the positive side or only the negative side. You may make it do.

【0143】また、上記各実施形態において、トランジ
スタTr1と抵抗器R16との接続順と、トランジスタ
Tr2と抵抗器R17との接続順は、図1,図6,図7
に示したものに限るものではなく、上記各図に示した状
態と逆にしても良い。但し、前述した各実施形態の接続
順にすれば、各トランジスタTr1,Tr2をマイコン
2からの信号によって確実且つ簡単にオン/オフさせる
ことができるという点で有利である。
In each of the above embodiments, the order of connection between the transistor Tr1 and the resistor R16 and the order of connection between the transistor Tr2 and the resistor R17 are shown in FIGS.
However, the present invention is not limited to the one shown in FIG. However, the connection order of the above-described embodiments is advantageous in that the transistors Tr1 and Tr2 can be turned on / off reliably and easily by a signal from the microcomputer 2.

【0144】一方更に、上記各実施形態の空燃比検出装
置1,31,41は、酸素濃度センサとして、図2に示
したコップ型の空燃比センサAFSを用い、同センサA
FSに流れる限界電流から空燃比を検出するものであっ
たが、本発明は、酸素濃度センサとして、所謂ポンピン
グセルとセンシングセルとを成す2層の固体電解質層を
備えた積層型空燃比センサを用いた場合にも、同様に適
用することができる。
On the other hand, the air-fuel ratio detection devices 1, 31, 41 of the above embodiments use the cup-type air-fuel ratio sensor AFS shown in FIG.
Although the air-fuel ratio is detected from the limit current flowing through the FS, the present invention provides a stacked air-fuel ratio sensor having two solid electrolyte layers forming a so-called pumping cell and a sensing cell as an oxygen concentration sensor. The same can be applied when used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 第1実施形態の空燃比検出装置の構成を表す
回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of an air-fuel ratio detection device according to a first embodiment.

【図2】 空燃比センサの構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an air-fuel ratio sensor.

【図3】 空燃比センサの電圧−電流特性を示すグラフ
である。
FIG. 3 is a graph showing voltage-current characteristics of an air-fuel ratio sensor.

【図4】 第1実施形態の空燃比検出装置に備えられた
マイコンが実行する検出処理を表すフローチャートであ
る。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a detection process executed by a microcomputer provided in the air-fuel ratio detection device according to the first embodiment.

【図5】 図4の検出処理の作用を説明するタイムチャ
ートである。
FIG. 5 is a time chart for explaining the operation of the detection processing of FIG. 4;

【図6】 第2実施形態の空燃比検出装置の構成を表す
回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration of an air-fuel ratio detection device according to a second embodiment.

【図7】 第3実施形態の空燃比検出装置の構成を表す
回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration of an air-fuel ratio detection device according to a third embodiment.

【図8】 第3実施形態の空燃比検出装置に備えられた
マイコンが実行する検出処理を表すフローチャートチャ
ートである。
FIG. 8 is a flowchart illustrating a detection process executed by a microcomputer provided in the air-fuel ratio detection device according to the third embodiment.

【図9】 第3実施形態の空燃比検出装置の作用を説明
するタイムチャートである。
FIG. 9 is a time chart illustrating the operation of the air-fuel ratio detection device according to the third embodiment.

【図10】 本発明が解決しようとする課題を有した空
燃比検出装置の構成を表す回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration of an air-fuel ratio detection device having a problem to be solved by the present invention.

【図11】 空燃比センサの素子インピーダンスを検出
するための手順を表すタイムチャートである。
FIG. 11 is a time chart illustrating a procedure for detecting an element impedance of the air-fuel ratio sensor.

【図12】 回路構成が小規模で且つ安価なD/Aコン
バータ(簡易D/Aコンバータ)の構成を表す概略構成
図である。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a small-scale and inexpensive D / A converter (simple D / A converter) having a small circuit configuration.

【図13】 本発明が解決しようとする課題を説明する
ためのタイムチャートである。
FIG. 13 is a time chart for explaining a problem to be solved by the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,31,41…空燃比検出装置 2…マイコン(マ
イクロコンピュータ) 4,6…入力回路 10…排気管 AFS…空燃比
センサ AF+…プラス側端子 AF−…マイナス側端子 Tr1,Tr2…トランジスタ R3…シャント抵抗
器 R10〜R12…電圧生成用抵抗器 R15…出力用
抵抗器 R16,R17…分圧用抵抗器 OP1〜OP6…演
算増幅器
1, 31, 41 Air-fuel ratio detection device 2 Microcomputer (microcomputer) 4, 6 Input circuit 10 Exhaust pipe AFS Air-fuel ratio sensor AF + Plus terminal AF- Minus terminal Tr1, Tr2 Transistor R3 Shunt resistors R10 to R12: resistor for voltage generation R15: resistor for output R16, R17: resistor for voltage division OP1 to OP6: operational amplifier

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−300716(JP,A) 特開 平10−232220(JP,A) 特開 平10−26599(JP,A) 特開 平8−15216(JP,A) 特開 平7−72113(JP,A) 特開 昭59−230154(JP,A) 特開 昭59−18449(JP,A) 特開 昭57−192856(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/41 G01N 27/419 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-10-300716 (JP, A) JP-A-10-232220 (JP, A) JP-A 10-26599 (JP, A) JP-A 8- 15216 (JP, A) JP-A-7-72113 (JP, A) JP-A-59-230154 (JP, A) JP-A-59-18449 (JP, A) JP-A-57-192856 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 27/41 G01N 27/419

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電圧の印加に伴い被検出ガス中の酸素濃
度に応じた電流が流れる酸素濃度センサへ前記被検出ガ
ス中の酸素濃度を検出するための電圧を印加する電圧印
加手段の出力電圧を、前記酸素濃度センサの素子インピ
ーダンスを検出するために変化させる印加電圧変更手段
と、 該印加電圧変更手段が前記電圧印加手段の出力電圧を変
化させる動作を行う前に、前記酸素濃度センサに流れる
電流を検出する第1の電流検出手段と、 前記印加電圧変更手段が前記電圧印加手段の出力電圧を
変化させる動作を行ってから予め定められた所定時間が
経過した時に、前記酸素濃度センサに流れる電流を検出
する第2の電流検出手段と、 前記第1の電流検出手段により検出された電流と前記第
2の電流検出手段により検出された電流との差に基づ
き、前記酸素濃度センサの素子インピーダンスを算出す
るインピーダンス算出手段と、 を備えた酸素濃度センサの素子インピーダンス検出装置
において、 前記電圧印加手段は、入力部に入力される電圧を前記酸
素濃度センサに出力する出力回路と、予め定められた一
定電圧を前記出力回路の入力部に出力用抵抗器を介して
出力する定電圧回路と、前記出力用抵抗器から前記出力
回路の入力部に至る信号経路と前記一定電圧とは異なる
設定電圧との間に直列に接続されたスイッチング素子と
分圧用抵抗器とからなる電圧切替回路とを備え、 前記印加電圧変更手段は、前記電圧切替回路のスイッチ
ング素子をオン或いはオフさせることにより、前記電圧
印加手段の出力電圧を変化させるよう構成されているこ
と、 を特徴とする酸素濃度センサの素子インピーダンス検出
装置。
1. An output voltage of a voltage applying means for applying a voltage for detecting the oxygen concentration in a gas to be detected to an oxygen concentration sensor in which a current corresponding to the oxygen concentration in the gas to be detected flows with the application of a voltage. And voltage applied to the oxygen concentration sensor to change the output voltage of the oxygen concentration sensor. The applied voltage changing means changes the output voltage of the oxygen concentration sensor. First current detecting means for detecting a current; and flowing to the oxygen concentration sensor when a predetermined time has elapsed after the applied voltage changing means has performed an operation of changing the output voltage of the voltage applying means. A second current detecting means for detecting a current; and a difference between a current detected by the first current detecting means and a current detected by the second current detecting means. An impedance calculating means for calculating an element impedance of the oxygen concentration sensor, wherein the voltage applying means outputs a voltage input to an input unit to the oxygen concentration sensor. An output circuit, a constant voltage circuit that outputs a predetermined constant voltage to an input section of the output circuit via an output resistor, a signal path from the output resistor to an input section of the output circuit, and A voltage switching circuit including a switching element and a voltage dividing resistor connected in series between a constant voltage and a set voltage different from the constant voltage, wherein the applied voltage changing unit turns on or turns off the switching element of the voltage switching circuit. Being turned off to change the output voltage of the voltage applying means. Child impedance detector.
【請求項2】 請求項1に記載の酸素濃度センサの素子
インピーダンス検出装置において、 前記電圧印加手段は、前記電圧切替回路を2つ備えてお
り、 前記印加電圧変更手段は、前記各電圧切替回路のスイッ
チング素子をオン/オフさせることにより、前記電圧印
加手段の出力電圧を正負両側に変化させるよう構成され
ていること、 を特徴とする酸素濃度センサの素子インピーダンス検出
装置。
2. The element impedance detection device for an oxygen concentration sensor according to claim 1, wherein the voltage applying unit includes two of the voltage switching circuits, and the applied voltage changing unit includes the voltage switching circuits. An element impedance detection device for an oxygen concentration sensor, characterized in that the switching element is turned on / off to change the output voltage of the voltage applying means to both positive and negative sides.
【請求項3】 請求項2に記載の酸素濃度センサの素子
インピーダンス検出装置において、 前記電圧印加手段の定電圧回路は、前記被検出ガス中の
酸素濃度を検出するための電圧を前記一定電圧として出
力するよう構成されており、 前記2つの電圧切替回路のうちの一方の電圧切替回路が
接続される前記設定電圧は前記一定電圧よりも高い電圧
であると共に、他方の電圧切替回路が接続される前記設
定電圧は前記一定電圧よりも低い電圧であり、 更に、前記印加電圧変更手段は、前記一定電圧よりも高
い電圧に接続された電圧切替回路のスイッチング素子を
オンさせることにより前記電圧印加手段の出力電圧を正
側に変化させ、前記一定電圧よりも低い電圧に接続され
た電圧切替回路のスイッチング素子をオンさせることに
より前記電圧印加手段の出力電圧を負側に変化させるよ
う構成されていること、を特徴とする酸素濃度センサの
素子インピーダンス検出装置。
3. The element impedance detecting device for an oxygen concentration sensor according to claim 2, wherein the constant voltage circuit of the voltage applying means sets a voltage for detecting an oxygen concentration in the gas to be detected as the constant voltage. And the setting voltage to which one of the two voltage switching circuits is connected is higher than the fixed voltage, and the other voltage switching circuit is connected to the setting voltage. The set voltage is a voltage lower than the fixed voltage.Further, the applied voltage changing means turns on a switching element of a voltage switching circuit connected to a voltage higher than the fixed voltage, thereby turning on the voltage applying means. The voltage is applied by changing an output voltage to a positive side and turning on a switching element of a voltage switching circuit connected to a voltage lower than the constant voltage. A device for detecting an element impedance of the oxygen concentration sensor, wherein the output voltage of the means is changed to a negative side.
【請求項4】 電圧の印加に伴い被検出ガス中の酸素濃
度に応じた電流が流れる酸素濃度センサの一方の端子に
第1電圧を印加する第1電圧印加手段と、 前記酸素濃度センサの他方の端子に前記第1電圧とは異
なる第2電圧を印加する第2電圧印加手段と、 前記第1電圧印加手段の出力電圧を、前記酸素濃度セン
サの素子インピーダンスを検出するために変化させる印
加電圧変更手段と、 該印加電圧変更手段が前記第1電圧印加手段の出力電圧
を変化させる動作を行う前に、前記酸素濃度センサに流
れる電流を検出する第1の電流検出手段と、 該第1の電流検出手段により検出された電流に基づき、
前記被検出ガス中の酸素濃度を算出する酸素濃度算出手
段と、 前記印加電圧変更手段が前記第1電圧印加手段の出力電
圧を変化させる動作を行ってから予め定められた所定時
間が経過した時に、前記酸素濃度センサに流れる電流を
検出する第2の電流検出手段と、 前記第1の電流検出手段により検出された電流と前記第
2の電流検出手段により検出された電流との差に基づ
き、前記酸素濃度センサの素子インピーダンスを算出す
るインピーダンス算出手段と、 を備えた酸素濃度検出装置において、 前記第1電圧印加手段は、入力部に入力される電圧を前
記酸素濃度センサに出力する出力回路と、予め定められ
た一定電圧を前記出力回路の入力部に出力用抵抗器を介
して出力する定電圧回路と、前記出力用抵抗器から前記
出力回路の入力部に至る信号経路と前記一定電圧とは異
なる設定電圧との間に直列に接続されたスイッチング素
子と分圧用抵抗器とからなる電圧切替回路とを備えてお
り、 前記印加電圧変更手段は、前記電圧切替回路のスイッチ
ング素子をオン或いはオフさせることにより、前記第1
電圧印加手段の出力電圧を変化させるよう構成されてい
ること、 を特徴とする酸素濃度検出装置。
4. A first voltage applying means for applying a first voltage to one terminal of an oxygen concentration sensor through which a current according to an oxygen concentration in a gas to be detected flows with application of a voltage, and the other of the oxygen concentration sensor A second voltage applying means for applying a second voltage different from the first voltage to a terminal of the first voltage applying means, and an applied voltage for changing an output voltage of the first voltage applying means to detect an element impedance of the oxygen concentration sensor. Changing means; first current detecting means for detecting a current flowing through the oxygen concentration sensor before the applied voltage changing means performs an operation of changing the output voltage of the first voltage applying means; Based on the current detected by the current detecting means,
Oxygen concentration calculating means for calculating the oxygen concentration in the gas to be detected; and when a predetermined time has elapsed after the applied voltage changing means has performed an operation of changing the output voltage of the first voltage applying means. A second current detecting means for detecting a current flowing through the oxygen concentration sensor, and a difference between a current detected by the first current detecting means and a current detected by the second current detecting means, An oxygen concentration detection device comprising: an impedance calculation unit that calculates an element impedance of the oxygen concentration sensor. The oxygen concentration detection device further comprises: an output circuit that outputs a voltage input to an input unit to the oxygen concentration sensor. A constant voltage circuit that outputs a predetermined constant voltage to an input section of the output circuit via an output resistor; and from the output resistor to an input section of the output circuit. A voltage switching circuit comprising a switching element and a voltage-dividing resistor connected in series between a signal path to reach and a set voltage different from the constant voltage, and the applied voltage changing unit includes the voltage switch. By turning on or off the switching element of the circuit, the first
An oxygen concentration detecting device, characterized in that it is configured to change the output voltage of the voltage applying means.
【請求項5】 請求項4に記載の酸素濃度検出装置にお
いて、 所定の電源電圧と接地電位との間に順次直列に接続され
て、前記電源電圧を分圧することにより前記第1電圧と
前記第2電圧とを生成する3つの電圧生成用抵抗器を備
え、 前記第1電圧印加手段の定電圧回路は、前記電圧生成用
抵抗器により生成される前記第1電圧を入力し、該第1
電圧を前記一定電圧として出力するよう構成されている
と共に、 前記印加電圧変更手段は、前記電圧切替回路のスイッチ
ング素子をオンさせることにより、前記第1電圧印加手
段の出力電圧を変化させるよう構成されており、 更に、前記第2電圧印加手段は、前記電圧生成用抵抗器
により生成される前記第2電圧を入力し、該第2電圧を
前記酸素濃度センサの他方の端子に出力するよう構成さ
れていること、 を特徴とする酸素濃度検出装置。
5. The oxygen concentration detecting device according to claim 4, wherein the first voltage and the second voltage are sequentially connected in series between a predetermined power supply voltage and a ground potential to divide the power supply voltage. The voltage generating means includes three voltage generating resistors for generating two voltages, wherein the constant voltage circuit of the first voltage applying means receives the first voltage generated by the voltage generating resistor and receives the first voltage.
A voltage is output as the constant voltage, and the applied voltage changing unit is configured to change an output voltage of the first voltage applying unit by turning on a switching element of the voltage switching circuit. Further, the second voltage applying means is configured to input the second voltage generated by the voltage generating resistor, and output the second voltage to the other terminal of the oxygen concentration sensor. An oxygen concentration detection device, characterized in that:
【請求項6】 請求項5に記載の酸素濃度検出装置にお
いて、 前記第1電圧印加手段は、前記電圧切替回路を2つ備え
ており、当該2つの電圧切替回路のうちの一方の電圧切
替回路が接続される前記設定電圧は前記第1電圧よりも
高い電圧であると共に、他方の電圧切替回路が接続され
る前記設定電圧は前記第1電圧よりも低い電圧であり、 更に、前記印加電圧変更手段は、前記各電圧切替回路の
スイッチング素子をオン/オフさせることにより、前記
第1電圧印加手段の出力電圧を正負両側に変化させるよ
う構成されていること、 を特徴とする酸素濃度検出装置。
6. The oxygen concentration detecting device according to claim 5, wherein the first voltage applying means includes two of the voltage switching circuits, and one of the two voltage switching circuits. The set voltage to which is connected is higher than the first voltage, and the set voltage to which the other voltage switching circuit is connected is lower than the first voltage. The means is configured to change an output voltage of the first voltage applying means to both positive and negative sides by turning on / off a switching element of each of the voltage switching circuits.
【請求項7】 請求項4に記載の酸素濃度検出装置にお
いて、 前記第2電圧印加手段は、その出力電圧が任意に変更可
能に構成されていること、 を特徴とする酸素濃度検出装置。
7. The oxygen concentration detecting device according to claim 4, wherein the output voltage of the second voltage applying means is arbitrarily changeable.
【請求項8】 請求項7に記載の酸素濃度検出装置にお
いて、 前記第1電圧印加手段は、前記電圧切替回路を2つ備え
ており、 前記印加電圧変更手段は、前記各電圧切替回路のスイッ
チング素子をオン/オフさせることにより、前記第1電
圧印加手段の出力電圧を正負両側に変化させるよう構成
されていること、 を特徴とする酸素濃度検出装置。
8. The oxygen concentration detecting device according to claim 7, wherein the first voltage applying means includes two of the voltage switching circuits, and the applied voltage changing means switches the voltage switching circuits. An oxygen concentration detecting device, characterized in that an output voltage of the first voltage applying means is changed to both positive and negative sides by turning on / off an element.
【請求項9】 請求項8に記載の酸素濃度検出装置にお
いて、 前記第1電圧印加手段の定電圧回路は、前記第1電圧を
前記一定電圧として出力するよう構成されており、 前記2つの電圧切替回路のうちの一方の電圧切替回路が
接続される前記設定電圧は前記第1電圧よりも高い電圧
であると共に、他方の電圧切替回路が接続される前記設
定電圧は前記第1電圧よりも低い電圧であり、 更に、前記印加電圧変更手段は、前記第1電圧よりも高
い電圧に接続された電圧切替回路のスイッチング素子を
オンさせることにより前記第1電圧印加手段の出力電圧
を正側に変化させ、前記第1電圧よりも低い電圧に接続
された電圧切替回路のスイッチング素子をオンさせるこ
とにより前記第1電圧印加手段の出力電圧を負側に変化
させるよう構成されていること、 を特徴とする酸素濃度検出装置。
9. The oxygen concentration detecting device according to claim 8, wherein the constant voltage circuit of the first voltage applying means is configured to output the first voltage as the constant voltage, and the two voltages The setting voltage to which one of the switching circuits is connected is higher than the first voltage, and the setting voltage to which the other voltage switching circuit is connected is lower than the first voltage. And the applied voltage changing means changes the output voltage of the first voltage applying means to a positive side by turning on a switching element of a voltage switching circuit connected to a voltage higher than the first voltage. And turning on a switching element of a voltage switching circuit connected to a voltage lower than the first voltage to change the output voltage of the first voltage applying means to a negative side. An oxygen concentration detecting device, characterized in that:
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