JP3487161B2 - ガス濃度センサ用制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、車載用内
燃機関の排気ガス中のガス濃度を検出するためのガス濃
度センサに対し、ガス濃度に対応する電流範囲を越えた
電流が流れるような過大な電圧が印加されることを抑止
し、ガス濃度センサの劣化を防止できるガス濃度センサ
用制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車への応用を始めとして、ガ
ス濃度を検出するガス濃度センサを用いたガス濃度セン
サ用制御装置が提案されている。ガス濃度として例え
ば、酸素濃度を検出する酸素濃度センサに関連する先行
技術文献としては、特開昭５３−１１６８９６号公報に
て開示されたものが知られている。このものには、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信号
を出力することができる酸素濃度センサ（酸素濃度測定
用の測定センサ）が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、酸素濃度セ
ンサを含むガス濃度センサに印加される電圧はこのガス
濃度センサを流れるセンサ電流に応じて可変制御され
る。このとき、何らかの原因によりガス濃度センサに正
側または負側の過大な電圧が印加されると、そのときの
ガス濃度に対応する電流範囲を越えたセンサ電流が過剰
に流れることでガス濃度センサが劣化するという不具合
があった。

【０００４】そこで、この発明はかかる不具合を解決す
るためになされたもので、ガス濃度センサに対して過大
な電圧が印加されることを抑止し、ガス濃度センサの劣
化を防止できるガス濃度センサ用制御装置の提供を課題
としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１のガス濃度セン
サ用制御装置によれば、電圧印加手段にてガス濃度セン
サに対して印加される電圧が、電圧判定手段にて所定の
電圧範囲内にあるかが判定され、電圧判定手段にてガス
濃度センサに対して印加される電圧が所定の電圧範囲を
外れたときには保護手段によりガス濃度センサの両端子
が同電位にされる。これにより、ガス濃度センサに印加
される電圧が常時、適切な電圧範囲内にあるかを知るこ
とができると共に、ガス濃度センサに印加される電圧が
適切な電圧範囲を外れたときにはガス濃度センサの両端
子が同電位にされることで、センサ素子に過電流が流れ
ることがないためガス濃度センサの劣化が防止される。

【０００６】請求項２のガス濃度センサ用制御装置で
は、電圧判定手段にてガス濃度センサの印加電圧が所定
の電圧範囲を外れたと判定されたときには、保護手段に
よりガス濃度センサの両端子のうち何れか一方の端子が
他方の端子に接続される。これにより、ガス濃度センサ
に印加される電圧が適切な電圧範囲を外れたときにはガ
ス濃度センサの両端子が同電位にされることで、センサ
素子に過電流が流れることがないためガス濃度センサの
劣化が防止される。

【０００７】請求項３のガス濃度センサ用制御装置で
は、電圧判定手段にてガス濃度センサの印加電圧が所定
の電圧範囲を外れたと判定されたときには、保護手段に
よりガス濃度センサの両端子のうち何れか一方の端子が
開放される。これにより、ガス濃度センサに印加される
電圧が適切な電圧範囲を外れたときにはガス濃度センサ
の両端子が同電位にされることで、センサ素子に過電流
が流れることがないためガス濃度センサの劣化が防止さ
れる。

【０００８】請求項４のガス濃度センサ用制御装置で
は、演算手段によって所定の周期でメモリ内に格納され
た値が比較値と比較され、所定範囲を外れているときに
は、メモリ内の値が所定値に更新される。これにより、
ガス濃度センサには適切な電圧が印加され、センサ素子
に過電流が流れることがないためガス濃度センサの劣化
が防止される。

【０００９】請求項５のガス濃度センサ用制御装置で
は、演算手段によって予め設定された比較値が現在のガ
ス濃度に対応する比較値となるように変更される。即
ち、ガス濃度検出範囲が広いときには比較値がガス濃度
に応じて変更される。これにより、ガス濃度センサには
適切な電圧が印加され、センサ素子に過電流が流れるこ
とがないためガス濃度センサの劣化が防止される。

【００１０】請求項６のガス濃度センサ用制御装置によ
れば、演算手段にて算出されたガス濃度センサに対する
印加電圧が、演算手段の出力が確定しない期間または演
算手段で構成部品の断線や短絡が検出されたときには、
保護手段によりガス濃度センサの両端子が同電位にされ
る。このような不定時には、ガス濃度センサの両端子が
同電位にされることで、センサ素子に過電流が流れるこ
とがないためガス濃度センサの劣化が防止される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。なお、以下の実施例ではガス濃
度を検出するガス濃度センサとして具体的な、酸素濃度
を検出する酸素濃度センサを用いた酸素濃度センサ用制
御装置について述べる。

【００１２】〈実施例１〉 図１は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる酸素濃
度センサ用制御装置が適用された空燃比検出装置の構成
を示す概略図である。なお、本実施例における空燃比検
出装置は、自動車に搭載される内燃機関（ガソリンエン
ジン）の電子制御燃料噴射システムに採用され、この空
燃比検出装置による検出結果に基づき内燃機関に供給す
る燃料噴射量を増減し所望の空燃比に制御する。以下、
空燃比センサを用いた空燃比（Ａ／Ｆ）の検出手順及び
空燃比センサの印加電圧制御手順について詳細に説明す
る。

【００１３】図１において、空燃比検出装置は酸素濃度
センサとしての限界電流式空燃比センサ（以下、『Ａ／
Ｆセンサ』と記す）３０を備え、このＡ／Ｆセンサ３０
は、内燃機関１０の下流側に接続された排気通路１２に
配設されている。Ａ／Ｆセンサ３０からは、マイクロコ
ンピュータ（以下、『マイコン』と記す）２０から指令
される電圧の印加に伴い、排気ガス中の酸素濃度に応じ
たリニアな空燃比検出信号が出力される。マイコン２０
は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置として
のＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、各種デー
タを格納するＲＡＭ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ等
により構成され、所定の制御プログラムに従って後述の
バイアス制御回路４０及びヒータ制御回路７０が制御さ
れる。

【００１４】図２は、Ａ／Ｆセンサ３０の概略構成を示
す断面図である。図２において、Ａ／Ｆセンサ３０は排
気通路１２の内部に向けて突設されており、Ａ／Ｆセン
サ３０は主として、カバー３３、センサ本体３２及びヒ
ータ３１から構成されている。カバー３３は断面Ｕ字状
であって、その周壁にはカバー３３の内外を連通する多
数の小孔３３ａが形成されている。センサ素子部として
のセンサ本体３２は、空燃比リーン領域における酸素濃
度、または空燃比リッチ領域における未燃ガスとして一
酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、水素（Ｈ₂ ）等
のガス濃度に対応する限界電流を発生する。

【００１５】次に、センサ本体３２の構成について詳述
する。センサ本体３２において、断面コップ状に形成さ
れた固体電解質層３４の外表面には、排気ガス側電極層
３６が固着され、内表面には大気側電極層３７が固着さ
れている。また、排気ガス側電極層３６の外側には、プ
ラズマ溶射法等により拡散抵抗層３５が形成されてい
る。固体電解質層３４は、ＺｒＯ₂ 、ＨｆＯ₂ 、ＴｈＯ
₂ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｙｂ₂
Ｏ₃ 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３５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。排気ガス側電極層３６及び大気側電極層３
７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。なお、
排気ガス側電極層３６の面積は１０〜１００ｍｍ² 、厚
さは０．５〜２．０μｍ程度となっており、一方、大気
側電極層３７の面積は１０ｍｍ² 以上、厚さは０．５〜
２．０μｍ程度となっている。

【００１６】ヒータ３１は大気側電極層３７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３２（大
気側電極層３７、固体電極質層３４、排気ガス側電極層
３６及び拡散抵抗層３５）を加熱する。ヒータ３１はセ
ンサ本体３２を活性化するに十分な発熱容量を有してい
る。

【００１７】上記構成のＡ／Ｆセンサ３０において、セ
ンサ本体３２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３６の面積、拡
散抵抗層３５の厚さ、気孔率及び平均孔径により決定さ
れる。また、センサ本体３２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３２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、このセンサ本体３２の活性温度範囲が狭いため、内
燃機関１０の排気ガスのみによる加熱では素子温を活性
領域に制御できない。このため、本実施例では、ヒータ
３１への供給電力をデューティ比制御することにより、
センサ本体３２を活性温度域にまで加熱するようにして
いる。なお、理論空燃比よりもリッチ側の領域では、未
燃ガスである一酸化炭素（ＣＯ）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３２は一酸化炭素
（ＣＯ）等の濃度に応じた限界電流を発生する。

【００１８】次に、Ａ／Ｆセンサ３０の電圧−電流特性
（Ｖ−Ｉ特性）について図３のテーブルを参照して説明
する。

【００１９】図３によれば、Ａ／Ｆセンサ３０の検出Ａ
／Ｆに比例するセンサ本体３２の固体電解質層３４への
流入電流と印加電圧とがリニアな特性を有することが分
かる。電圧軸Ｖに平行な直線部分がセンサ本体３２の限
界電流を特定する限界電流検出域であって、この限界電
流（センサ電流）の増減はＡ／Ｆの増減（即ち、リーン
・リッチ）に対応している。つまり、Ａ／Ｆがリーン側
になるほど限界電流は増大し、Ａ／Ｆがリッチ側になる
ほど限界電流は減少する。

【００２０】また、図３の電圧−電流特性において、電
圧軸Ｖに平行な直線部分（限界電流検出域）よりも小さ
い電圧域は抵抗支配域となっており、この抵抗支配域に
おける一次直線部分の傾きは、センサ本体３２における
固体電解質層３４の内部抵抗である素子抵抗（素子イン
ピーダンス）ＺＤＣにより特定される。この素子抵抗Ｚ
ＤＣは温度変化に伴い変化し、センサ本体３２の温度が
低下すると素子抵抗ＺＤＣの増大によりその傾きが小さ
くなる。

【００２１】一方、図１において、Ａ／Ｆセンサ３０に
電圧を印加するためのバイアス指令信号（ディジタル信
号）Ｖｒはマイコン２０からＤ／Ａ変換器２１に入力さ
れ、このＤ／Ａ変換器２１にてアナログ信号Ｖｂに変換
されバイアス制御回路４０に入力される。このバイアス
制御回路４０からはＡ／Ｆの検出電圧または素子抵抗の
検出電圧の何れかがＡ／Ｆセンサ３０に印加される。即
ち、バイアス制御回路４０からＡ／Ｆセンサ３０に対し
て、Ａ／Ｆ検出時には、図３に示す特性線Ｌ１を用いて
このときのＡ／Ｆに対応する所定の電圧Ｖｐが印加さ
れ、素子抵抗検出時には所定の周波数信号よりなる単発
的かつ所定の時定数を持つ電圧が印加される。

【００２２】また、バイアス制御回路４０は、Ａ／Ｆセ
ンサ３０への電圧の印加に伴い流れる電流値を電流検出
回路５０にて検出し、この電流検出回路５０にて検出さ
れた電流値のアナログ信号はＡ／Ｄ変換器２３を介して
マイコン２０に入力される。更に、バイアス制御回路４
０は、Ａ／Ｆセンサ３０に印加される電圧異常を過電圧
検出回路６０にて検出する。このバイアス制御回路４０
の詳細な電気的構成については後述する。Ａ／Ｆセンサ
３０に付設されたヒータ３１は、ヒータ制御回路７０に
よりその作動が制御される。つまり、ヒータ制御回路７
０にて、Ａ／Ｆセンサ３０の素子温やヒータ温度に応じ
てバッテリ電源（図示略）からヒータ３１に供給される
電力がデューティ比制御され、ヒータ３１の加熱制御が
実行される。

【００２３】次に、バイアス制御回路４０の電気的構成
について図４の回路図に基づいて説明する。

【００２４】図４において、バイアス制御回路４０は大
別して、基準電圧回路４４と、第１の電圧供給回路４５
と、第２の電圧供給回路４７と、電流検出回路５０と、
過電圧検出回路６０とを有する。基準電圧回路４４に
て、定電圧Ｖccが分圧抵抗４４ａ，４４ｂにより分圧さ
れ一定の基準電圧Ｖａが生成される。

【００２５】第１の電圧供給回路４５は電圧フォロア回
路にて構成され、第１の電圧供給回路４５から基準電圧
回路４４の基準電圧Ｖａと同じ電圧ＶａがＡ／Ｆセンサ
３０の一方の端子４２に供給される。より具体的には、
正側入力端子が各分圧抵抗４４ａ，４４ｂの分圧点に接
続されると共に負側入力端子がＡ／Ｆセンサ３０の一方
の端子４２に接続された演算増幅器４５ａと、この演算
増幅器４５ａの出力端子に一端が接続された抵抗４５ｂ
と、この抵抗４５ｂの他端にそれぞれベースが接続され
たＮＰＮトランジスタ４５ｃ及びＰＮＰトランジスタ４
５ｄとにより構成されている。ＮＰＮトランジスタ４５
ｃのコレクタは定電圧Ｖccに接続され、エミッタは電流
検出回路５０を構成する電流検出抵抗５０ａを介してＡ
／Ｆセンサ３０の一方の端子４２に接続されている。ま
た、ＰＮＰトランジスタ４５ｄのエミッタはＮＰＮトラ
ンジスタ４５ｃのエミッタに接続され、コレクタはアー
スされている。

【００２６】第２の電圧供給回路４７も同様に電圧フォ
ロア回路にて構成され、Ｄ／Ａ変換器２１の出力電圧Ｖ
ｂと同じ電圧ＶｂがＡ／Ｆセンサ３０の他方の端子４１
に供給される。より具体的には、正側入力端子がＤ／Ａ
変換器２１の出力に後述の切換スイッチＳＷを介して接
続されると共に負側入力端子がＡ／Ｆセンサ３０の他方
の端子４１に接続された演算増幅器４７ａと、この演算
増幅器４７ａの出力端子に一端が接続された抵抗４７ｂ
と、この抵抗４７ｂの他端にそれぞれベースが接続され
たＮＰＮトランジスタ４７ｃ及びＰＮＰトランジスタ４
７ｄとにより構成されている。ＮＰＮトランジスタ４７
ｃのコレクタは定電圧Ｖccに接続され、エミッタは抵抗
４７ｅを介してＡ／Ｆセンサ３０の他方の端子４１に接
続されている。また、ＰＮＰトランジスタ４７ｄのエミ
ッタはＮＰＮトランジスタ４７ｃのエミッタに接続さ
れ、コレクタはアースされている。

【００２７】このような構成により、Ａ／Ｆセンサ３０
の一方の端子４２には常時、基準電圧Ｖａが供給され
る。そして、Ｄ／Ａ変換器２１を経由してＡ／Ｆセンサ
３０の他方の端子４１に基準電圧Ｖａよりも低い電圧Ｖ
ｂが印加されると、Ａ／Ｆセンサ３０が正バイアスされ
る。また、Ｄ／Ａ変換器２１を経由してＡ／Ｆセンサ３
０の他方の端子４１に基準電圧Ｖａよりも高い電圧Ｖｂ
が印加されると、Ａ／Ｆセンサ３０が負バイアスされ
る。

【００２８】そして、電圧の印加に伴って流れるセンサ
電流（限界電流）は、電流検出抵抗５０ａの両端電位差
として検出され、Ａ／Ｄ変換器２３を介してマイコン２
０に入力される。また、Ａ／Ｆセンサ３０の一方の端子
４２と電流検出回路５０との間には、出力バッファ５１
が接続されており、この出力バッファ５１からＡ／Ｆセ
ンサ３０で検出されたＡ／Ｆ（空燃比）が電圧信号とし
て直接取出せるようになっている。

【００２９】更に、Ｄ／Ａ変換器２１の出力電圧Ｖｂ
は、過電圧検出回路６０の比較器６１の負側入力端子及
び比較器６２の正側入力端子にそれぞれ入力される。一
方、比較器６１の正側入力端子には高電圧側の比較電圧
ＶthＨが入力され、比較器６２の負側入力端子には低電
圧側の比較電圧ＶthＬが入力されている。そして、比較
器６１及び比較器６２の両出力はＯＲゲート６３の入力
端子にそれぞれ入力される。このＯＲゲート６３からの
出力によってＤ／Ａ変換器２１と第２の電圧供給回路４
７の演算増幅器４７ａの正側入力端子との間に設けられ
た切換スイッチＳＷが切換えられる。

【００３０】次に、上述のように構成された空燃比検出
装置の作用について説明する。

【００３１】Ｄ／Ａ変換器２１の出力電圧Ｖｂが比較電
圧ＶthＨと比較電圧ＶthＬとの間の正常電圧域にあると
きには、切換スイッチＳＷは図４に示す切換位置にあ
り、Ｄ／Ａ変換器２１と第２の電圧供給回路４７の演算
増幅器４７ａの正側入力端子との間が接続状態とされ
る。一方、Ｄ／Ａ変換器２１の出力電圧Ｖｂが比較電圧
ＶthＨと比較電圧ＶthＬとの間を外れ異常電圧域となる
と過電圧検出回路６０のＯＲゲート６３からの出力によ
り切換スイッチＳＷが切換えられＤ／Ａ変換器２１と第
２の電圧供給回路４７の演算増幅器４７ａの正側入力端
子との間が開放状態とされると共に、第２の電圧供給回
路４７の演算増幅器４７ａの正側入力端子と第１の電圧
供給回路４５の演算増幅器４５ａの正側入力端子とが接
続状態とされ、Ａ／Ｆセンサ３０の両端子４１，４２が
同電位とされることで、Ａ／Ｆセンサ３０が保護され
る。

【００３２】ところで、上記実施例では、過電圧検出回
路６０の比較器６１の負側入力端子及び比較器６２の正
側入力端子に入力される電圧を、バイアス制御回路４０
の切換スイッチＳＷのＤ／Ａ変換器２１側のＡ点の入力
電圧Ｖｂとしているが、バイアス制御回路４０の第２の
電圧供給回路４７の演算増幅器４７ａの出力端子側のＢ
点（図４参照）の電圧としてもよく、更に、バイアス制
御回路４０のＡ／Ｆセンサ３０の端子４１側のＣ点（図
４参照）に印加される電圧Ｖｂとしてもよい。

【００３３】ここで、図４に示すように、バイアス制御
回路４０のＡ点からの電圧を過電圧検出回路６０に入力
した場合には、マイコン２０の暴走や初期化処理のとき
の不定によるマイコン２０の出力異常やＤ／Ａ変換器２
１の出力異常からＡ／Ｆセンサ３０が保護される。ま
た、バイアス制御回路４０のＢ点からの電圧を過電圧検
出回路６０に入力した場合には、上述の効果に加えて、
第２の電圧供給回路４７の演算増幅器４７ａの出力異常
からＡ／Ｆセンサ３０が保護される。更に、バイアス制
御回路４０のＣ点からの電圧を過電圧検出回路６０に入
力した場合には、上述の効果に加えて、第２の電圧供給
回路４７の演算増幅器４７ａの出力異常やＦ／Ｂ（フィ
ードバック）制御系の出力異常及びセンサラインに重畳
したノイズ等による過電圧からＡ／Ｆセンサ３０が保護
される。

【００３４】このように、本実施例の酸素濃度センサ用
制御装置は、電圧の印加に伴い排ガス中のＡ／Ｆ（酸素
濃度）に応じた電流信号を出力するＡ／Ｆセンサ３０に
対して電圧を印加するマイコン（マイクロコンピュー
タ）２０、Ｄ／Ａ変換器２１、バイアス制御回路４０に
て構成される電圧印加手段と、前記電圧印加手段にてＡ
／Ｆセンサ３０に印加される電圧が所定の電圧範囲内に
あるかを判定する過電圧検出回路６０にて構成される電
圧判定手段と、過電圧検出回路６０にて構成される電圧
判定手段にてＡ／Ｆセンサ３０に印加される電圧が所定
の電圧範囲を外れたと判定されたときには、Ａ／Ｆセン
サ３０の両端子４１，４２を同電位にする切換スイッチ
ＳＷにて構成される保護手段とを具備するものである。
つまり、電圧印加手段としてのマイコン２０、Ｄ／Ａ変
換器２１、バイアス制御回路４０にてＡ／Ｆセンサ３０
に対して印加される電圧が、電圧判定手段としての過電
圧検出回路６０にて高電圧側の比較電圧ＶthＨと低電圧
側の比較電圧ＶthＬとの間にあるかが判定される。そし
て、電圧判定手段としての過電圧検出回路６０にてＡ／
Ｆセンサ３０に対して印加される電圧が高電圧側の比較
電圧ＶthＨと低電圧側の比較電圧ＶthＬとの間を外れた
ときには保護手段としての切換スイッチＳＷによりＡ／
Ｆセンサ３０の両端子４１，４２が同電位にされる。こ
のため、Ａ／Ｆセンサ３０に印加される電圧が常時、適
切な電圧範囲内にあるかを知ることができ、Ａ／Ｆセン
サ３０に印加される電圧が適切な電圧範囲を外れたとき
にはＡ／Ｆセンサ３０の両端子４１，４２が同電位にさ
れることで、センサ素子に過電流が流れることがないた
めＡ／Ｆセンサ３０の劣化が防止される。

【００３５】そして、本実施例の酸素濃度センサ用制御
装置は、電圧の印加に伴い排ガス中のＡ／Ｆ（酸素濃
度）に応じた電流信号を出力するＡ／Ｆセンサ３０に対
して印加する電圧を算出するマイコン（マイクロコンピ
ュータ）２０にて構成される演算手段と、マイコン２０
の出力が確定しない期間またはマイコン２０が構成部品
の断線や短絡を検出したときには、Ａ／Ｆセンサ３０の
両端子４１，４２を同電位にする切換スイッチＳＷにて
構成される保護手段とを具備するものである。つまり、
演算手段としてのマイコン２０にて電圧の印加に伴い排
ガス中のＡ／Ｆ（酸素濃度）に応じた電流信号を出力す
るＡ／Ｆセンサ３０に対して算出された印加電圧が、マ
イコン２０の出力が確定しない期間またはマイコン２０
で構成部品の断線または短絡が検出されたときには、保
護手段としての切換スイッチＳＷによりＡ／Ｆセンサ３
０の両端子４１，４２が同電位にされる。

【００３６】このような不定時としては、マイコン２０
のリセット解除後でＤ／Ａ変換器２１の出力が確定され
るまでの期間、またはＤ／Ａ変換器２１の出力電圧が異
常であるとき、またはバイアス制御回路４０内の配線等
の断線や短絡が検出されたとき等である。このような不
定時には、Ａ／Ｆセンサ３０の両端子４１，４２が同電
位にされることで、センサ素子に過電流が流れることが
ないためＡ／Ｆセンサ３０の劣化が防止される。

【００３７】更に、本実施例の酸素濃度センサ用制御装
置は、切換スイッチＳＷにて構成される保護手段が、過
電圧検出回路６０にて構成される電圧判定手段にてＡ／
Ｆセンサ３０に印加される電圧が所定の電圧範囲を外れ
たと判定されたときには、Ａ／Ｆセンサ３０の両端子４
１，４２のうち一方の端子４１を他方の端子４２に接続
するものである。つまり、電圧判定手段としての過電圧
検出回路６０にてＡ／Ｆセンサ３０の印加電圧が高電圧
側の比較電圧ＶthＨと低電圧側の比較電圧ＶthＬとの間
を外れたと判定されたときには、保護手段としての切換
スイッチＳＷによりＡ／Ｆセンサ３０の両端子４１，４
２のうち一方の端子４１が他方の端子４２に接続され
る。このため、Ａ／Ｆセンサ３０に印加される電圧が適
切な電圧範囲を外れたときにはＡ／Ｆセンサ３０の両端
子４１，４２が同電位にされることで、センサ素子に過
電流が流れることがないためＡ／Ｆセンサ３０の劣化が
防止される。

【００３８】図５は本発明の実施の形態の第１実施例に
かかる酸素濃度センサ用制御装置が適用された空燃比検
出装置のバイアス制御回路４０の変形例における電気的
構成を示す回路図である。なお、上述の実施例と同様の
構成または相当部分からなるものについては同一符号及
び同一記号を付し、その詳細な説明を省略する。

【００３９】本実施例のバイアス制御回路４０の過電圧
検出回路６０′では、比較器６１の正側入力端子に入力
される高電圧側の比較電圧ＶthＨを、定電圧Ｖccが分圧
抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 にて分圧された２段階の電圧とし
ている。そして、マイコン２０にて切換スイッチＳＷ２
を制御することで比較器６１の正側入力端子に２段階の
電圧のうち何れかの比較電圧が入力される。このような
構成とすることで、Ａ／Ｆに対応した複数の異常電圧に
対処することができ、Ａ／Ｆセンサ３０に印加される電
圧が適切な電圧範囲を外れたときにはＡ／Ｆセンサ３０
の両端子４１，４２が同電位にされることで、センサ素
子に過電流が流れることがないためＡ／Ｆセンサ３０の
劣化が防止される。ここで、分圧抵抗の数及び切換スイ
ッチの端子数を増やすことで、より多段切換も可能であ
り、更に細かい比較電圧の設定が可能となる。また、比
較電圧の複数の設定は比較器６２の負側入力端子に設け
てもよい。

【００４０】図６は本発明の実施の形態の第１実施例に
かかる酸素濃度センサ用制御装置が適用された空燃比検
出装置のバイアス制御回路４０の他の変形例における電
気的構成を示す回路図である。なお、上述の実施例と同
様の構成または相当部分からなるものについては同一符
号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略する。

【００４１】本実施例のバイアス制御回路４０の過電圧
検出回路６０″では、比較器６１の正側入力端子にＤ／
Ａ変換器６４が接続されており、マイコン２０にてＤ／
Ａ変換器６４を介して高電圧側の比較電圧ＶthＨが任意
に設定でき、また、比較器６２の負側入力端子にＤ／Ａ
変換器６５が接続されており、マイコン２０にてＤ／Ａ
変換器６５を介して低電圧側の比較電圧ＶthＬが任意に
設定できる。このような構成とすることで、Ａ／Ｆに対
応した複数の異常電圧に対処することができ、Ａ／Ｆセ
ンサ３０に印加される電圧が適切な電圧範囲を外れたと
きにはＡ／Ｆセンサ３０の両端子４１，４２が同電位に
されることで、センサ素子に過電流が流れることがない
ためＡ／Ｆセンサ３０の劣化が防止される。

【００４２】〈実施例２〉 図７は本発明の実施の形態の第２実施例にかかるＡ／Ｆ
センサ用制御装置が適用された空燃比検出装置における
バイアス制御回路の電気的構成を示す回路図である。な
お、本実施例のバイアス制御回路４０で上述の実施例と
同様の構成または相当部分からなるものについては同一
符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略する。
また、本実施例の空燃比検出装置の概略構成は図１と同
様であり詳細な説明を省略する。

【００４３】上述の実施例の図４ではＤ／Ａ変換器２１
と第２の電圧供給回路４７の演算増幅器４７ａの正側入
力端子との間に切換スイッチＳＷが設けられていたが、
本実施例のバイアス制御回路４０では、切換スイッチＳ
Ｗを省いてＡ／Ｆセンサ３０の端子４１側にＯＮ／ＯＦ
ＦスイッチＳＷ３が設けられ、図４と同様の過電圧検出
回路６０のＯＲゲート６３からの出力によりＯＮ／ＯＦ
ＦスイッチＳＷ３がＯＮ（接続）／ＯＦＦ（開放）され
る。

【００４４】本実施例におけるバイアス制御回路４０で
は、Ｄ／Ａ変換器２１からの出力電圧Ｖｂが高電圧側の
比較電圧ＶthＨと低電圧側の比較電圧ＶthＬとの間を外
れて異常となったときには、ＯＮ／ＯＦＦスイッチＳＷ
３がＯＦＦとされることで、Ａ／Ｆセンサ３０の両端子
４１，４２が同電位とされる。

【００４５】このように、本実施例の酸素濃度センサ用
制御装置は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチＳＷ３にて構成され
る保護手段が、過電圧検出回路６０にて構成される電圧
判定手段にてＡ／Ｆセンサ３０に印加される電圧が所定
の電圧範囲を外れたと判定されたときには、Ａ／Ｆセン
サ３０の両端子４１，４２のうち端子４１を開放するも
のである。つまり、電圧判定手段としての過電圧検出回
路６０にてＡ／Ｆセンサ３０の印加電圧が高電圧側の比
較電圧ＶthＨと低電圧側の比較電圧ＶthＬとの間を外れ
たと判定されたときには、保護手段としてのＯＮ／ＯＦ
ＦスイッチＳＷ３によりＡ／Ｆセンサ３０の両端子４
１，４２のうち端子４１が開放される。このため、Ａ／
Ｆセンサ３０に印加される電圧が適切な電圧範囲を外れ
たときにはＡ／Ｆセンサ３０の両端子４１，４２が同電
位にされることで、センサ素子に過電流が流れることが
ないためＡ／Ｆセンサ３０の劣化が防止される。

【００４６】ところで、上記実施例では、ＯＮ／ＯＦＦ
スイッチＳＷ３をＡ／Ｆセンサ３０の端子４１側に設け
ているが、本発明を実施する場合には、これに限定され
るものではなく、ＯＮ／ＯＦＦスイッチＳＷ３をＡ／Ｆ
センサ３０の端子４２側に設け、異常検出時には基準電
圧Ｖａ側を開放するようにしてもよい。

【００４７】〈実施例３〉 図８は本発明の実施の形態の第３実施例にかかるＡ／Ｆ
センサ用制御装置が適用された空燃比検出装置で使用さ
れているマイコン２０によるＡ／Ｆセンサ３０に対する
印加電圧設定の処理手順を示すフローチャートである。
また、図９は図８を説明するためのＡ／Ｆセンサ３０の
電圧−電流特性を示すテーブルである。なお、本実施例
の空燃比検出装置の概略構成は図１から過電圧検出回路
６０を省いたものと同様であり詳細な説明を省略する。

【００４８】図８において、ステップＳ１０１で、電圧
の印加に伴ってＡ／Ｆセンサ３０を流れるセンサ電流Ｉ
ｐが、上述の実施例の図４に示すように、電流検出回路
５０の電流検出抵抗５０ａの両端電位差として検出さ
れ、Ａ／Ｄ変換器２３を介して読込まれる。次にステッ
プＳ１０２に移行して、ステップＳ１０１で読込まれた
センサ電流ＩｐからＡ／Ｆセンサ３０に印加すべき印加
電圧Ｖｐが算出されＲＡＭに格納される。次にステップ
Ｓ１０３に移行して、ステップＳ１０２でＲＡＭに格納
された印加電圧Ｖｐが予めＲＯＭに格納された例えば、
図９の電圧−電流特性に示すように、Ａ／Ｆ＝１８のセ
ンサ電流に対応する印加電圧範囲よりやや大きく設定さ
れている上限判定電圧ＶthＨ未満であるかが判定され
る。ステップＳ１０３の判定条件が成立せず、印加電圧
Ｖｐが上限判定電圧ＶthＨ以上であるときには、印加電
圧Ｖｐが異常であるとしてステップＳ１０４に移行し、
Ａ／Ｆセンサ３０を保護するため予めＲＯＭに格納され
た上限の制限電圧Ｖ１が印加電圧ＶｐとしてＲＡＭに格
納される。

【００４９】一方、ステップＳ１０３の判定条件が成立
するときには、ステップＳ１０５に移行し、ステップＳ
１０２でＲＡＭに格納された印加電圧Ｖｐが予めＲＯＭ
に格納された例えば、図９の電圧−電流特性に示すよう
に、Ａ／Ｆ＝１２のセンサ電流に対応する印加電圧範囲
よりやや小さく設定されている下限判定電圧ＶthＬより
大きいかが判定される。ステップＳ１０５の判定条件が
成立せず、印加電圧Ｖｐが下限判定電圧ＶthＬ以下であ
るときには、印加電圧Ｖｐが異常であるとしてステップ
Ｓ１０６に移行し、Ａ／Ｆセンサ３０を保護するため予
めＲＯＭに格納された下限の制限電圧Ｖ２が印加電圧Ｖ
ｐとしてＲＡＭに格納される。ステップＳ１０４または
ステップＳ１０６の処理ののち、また、ステップＳ１０
５の判定条件が成立し、元々の印加電圧Ｖｐが正常値で
あるときには、ステップＳ１０７に移行し、Ａ／Ｆセン
サ３０のセンサ素子にＲＡＭに格納された電圧Ｖｐが印
加され、本ルーチンを終了する。

【００５０】このように、本実施例の酸素濃度センサ用
制御装置は、Ａ／Ｆセンサ３０に印加される電圧を一時
的に格納するＲＡＭ（メモリ）を有するマイコン（マイ
クロコンピュータ）２０にて構成される演算手段を備
え、演算手段としてのマイコン２０が所定の周期で算出
され格納されたＲＡＭ内の印加電圧Ｖｐを予め設定され
ＲＯＭ内に格納された比較値としての上限判定電圧Ｖth
Ｈ、下限判定電圧ＶthＬと比較し、所定範囲を外れてい
るときには、強制的にＲＡＭ内の印加電圧Ｖｐを所定値
としての上限の制限電圧Ｖ１、下限の制限電圧Ｖ２に更
新するものである。即ち、マイコン２０によって所定の
周期毎に算出され格納されたＲＡＭの印加電圧Ｖｐが上
限判定電圧ＶthＨ、下限判定電圧ＶthＬと比較され、印
加電圧Ｖｐが異常であると判定されると、所定値として
の上限の制限電圧Ｖ１、下限の制限電圧Ｖ２に更新され
る。このため、Ａ／Ｆセンサ３０には適切な電圧が印加
され、Ａ／Ｆセンサ３０はセンサ素子に過電流が流れな
いため劣化が防止される。

【００５１】図１０は本発明の実施の形態の第３実施例
にかかるＡ／Ｆセンサ用制御装置が適用された空燃比検
出装置で使用されているマイコン２０によるＡ／Ｆセン
サ３０に対する印加電圧設定の他の処理手順を示すフロ
ーチャートである。また、図１１は図１０を説明するた
めのＡ／Ｆセンサ３０の電圧−電流特性を示すテーブル
である。

【００５２】図１０において、ステップＳ２０１で、電
圧の印加に伴ってＡ／Ｆセンサ３０を流れるセンサ電流
Ｉｐが、上述の実施例の図４に示すように、電流検出回
路５０の電流検出抵抗５０ａの両端電位差として検出さ
れ、Ａ／Ｄ変換器２３を介して読込まれる。次にステッ
プＳ２０２に移行して、ステップＳ２０１で読込まれた
センサ電流ＩｐからＡ／Ｆセンサ３０に対する現在の印
加電圧Ｖｐが算出されＲＡＭに格納される。次にステッ
プＳ２０３に移行して、Ａ／Ｆの検出タイミングで読込
まれたセンサ電流に基づきフューエルカット中であるか
が判定される。ステップＳ２０３の判定条件が成立し、
フューエルカット中であるときにはステップＳ２０４に
移行し、ステップＳ２０２でＲＡＭに格納された印加電
圧Ｖｐが予めＲＯＭに格納された例えば、図１１の電圧
−電流特性に示すように、大気（フューエルカット中）
のセンサ電流に対応する印加電圧範囲よりやや大きく設
定されている上限判定電圧ＶthＨ２未満であるかが判定
される。ステップＳ２０４の判定条件が成立せず、印加
電圧Ｖｐが上限判定電圧ＶthＨ２以上であるときには、
印加電圧Ｖｐが異常であるとしてステップＳ２０５に移
行し、Ａ／Ｆセンサ３０を保護するため予めＲＯＭに格
納された上限の制限電圧Ｖ３が印加電圧ＶｐとしてＲＡ
Ｍに格納される。

【００５３】一方、ステップＳ２０３の判定条件が成立
せず、フューエルカット中でないときにはステップＳ２
０６に移行し、ステップＳ２０２でＲＡＭに格納された
印加電圧Ｖｐが予めＲＯＭに格納された例えば、図１１
の電圧−電流特性に示すように、Ａ／Ｆ＝１８のセンサ
電流に対応する印加電圧範囲よりやや大きく設定されて
いる上限判定電圧ＶthＨ１未満であるかが判定される。
ステップＳ２０６の判定条件が成立せず、印加電圧Ｖｐ
が上限判定電圧ＶthＨ１以上であるときには、印加電圧
Ｖｐが異常であるとしてステップＳ２０７に移行し、Ａ
／Ｆセンサ３０を保護するため予めＲＯＭに格納された
上限の制限電圧Ｖ１が印加電圧ＶｐとしてＲＡＭに格納
される。

【００５４】一方、ステップＳ２０６の判定条件が成立
し、印加電圧Ｖｐが上限判定電圧ＶthＨ１未満であると
きにはステップＳ２０８に移行し、ステップＳ２０２で
ＲＡＭに格納された印加電圧Ｖｐが予めＲＯＭに格納さ
れた例えば、図１１の電圧−電流特性に示すように、Ａ
／Ｆ＝１２のセンサ電流に対応する印加電圧範囲よりや
や小さく設定されている下限判定電圧ＶthＬより大きい
かが判定される。ステップＳ２０８の判定条件が成立せ
ず、印加電圧Ｖｐが下限判定電圧ＶthＬ以下であるとき
には、印加電圧Ｖｐが異常であるとしてステップＳ２０
９に移行し、Ａ／Ｆセンサ３０を保護するため予めＲＯ
Ｍに格納された下限の制限電圧Ｖ２が印加電圧Ｖｐとし
てＲＡＭに格納される。ステップＳ２０５またはステッ
プＳ２０７またはステップＳ２０９の処理ののち、ま
た、ステップＳ２０４またはステップＳ２０８の判定条
件が成立し、元々の印加電圧Ｖｐが正常値であるときに
は、ステップＳ２１０に移行し、Ａ／Ｆセンサ３０のセ
ンサ素子にＲＡＭに格納された電圧Ｖｐが印加され、本
ルーチンを終了する。

【００５５】このように、本実施例の酸素濃度センサ用
制御装置は、マイコン（マイクロコンピュータ）２０に
て構成される演算手段が、予め設定された比較値をＡ／
Ｆ（空燃比）に応じて変更するものである。即ち、マイ
コン２０によって予め設定された比較値が現在のＡ／Ｆ
に対応する比較値となるように変更される。このため、
Ａ／Ｆ検出範囲が広いような、例えば、フューエルカッ
ト中の大気雰囲気のときにはセンサ素子の印加電圧範囲
も広いため比較値も広げる必要があるが、比較値が予め
複数設定されＡ／Ｆに応じて変更され判定されること
で、Ａ／Ｆセンサ３０には適切な電圧が印加され、Ａ／
Ｆセンサ３０はセンサ素子に過電流が流れないため劣化
が防止される。また、Ａ／Ｆ検出範囲が広いシステムで
あっても的確に対応することができる。

【００５６】ところで、上記実施例では、Ａ／Ｆ（空燃
比）を酸素濃度に応じた電流信号として検出するＡ／Ｆ
センサ３０用制御装置について述べたが、このＡ／Ｆセ
ンサ３０としては１セル式の限界電流式酸素濃度センサ
に限らず２セル式の酸素濃度センサでもよい。また、コ
ップ型の酸素濃度センサに限らず積層型の酸素濃度セン
サでもよい

【００５７】また、上記実施例では、ガス濃度センサ用
制御装置に用いるガス濃度センサとして、酸素濃度を検
出するＡ／Ｆセンサ３０について述べたが、その他のガ
ス濃度センサとして、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯx
）濃度を検出するＮＯx 濃度センサ１００について、
図１２を参照して説明する。なお、図１２は、ＮＯx 濃
度センサ１００の先端部の要部構成を示す断面模式図で
あり、このＮＯx 濃度センサ１００は所定の筒状ハウジ
ング内に収容され、図１に示すＡ／Ｆセンサ３０と同
様、内燃機関１０の下流側に接続された排気通路１２に
配設される。

【００５８】図１２において、ＮＯx 濃度センサ１００
は、主として、固体電解質ＳＥA と一対の電極１２１，
１２２からなる酸素ポンプセル１２０、固体電解質ＳＥ
B と一対の電極１５１，１５２からなる酸素検知セル１
５０及び固体電解質ＳＥB と一対の電極１６１，１６２
からなるＮＯx 検知セル１６０にて構成されている。そ
して、固体電解質ＳＥA と固体電解質ＳＥB との間に
は、アルミナ（酸化アルミニウム）等からなるスペーサ
１３０が介設され、このスペーサ１３０に設けられた抜
穴により第一の内部空間１３１、第二の内部空間１３２
が形成されている。また、固体電解質ＳＥB の裏面側に
はアルミナ等からなるスペーサ１４０が介設され、この
スペーサ１４０には長手方向の端縁まで延設された抜穴
により基準酸素濃度ガスである大気が導入される大気通
路１４１が形成され、更に、各セルを加熱するためのヒ
ータ１７０が積層されている。

【００５９】酸素ポンプセル１２０は、第一の内部空間
１３１内の酸素濃度を所定濃度に保持するためのもの
で、シート状に形成された酸素イオン導電性の固体電解
質ＳＥA と、その両面の対向位置にスクリーン印刷等に
より形成された一対の電極１２１，１２２からなる。酸
素イオン導電性の固体電解質ＳＥA としては例えば、イ
ットリア添加ジルコニア等が用いられる。

【００６０】固体電解質ＳＥA 及び一対の電極１２１，
１２２を貫通して、所定の径寸法のピンホール１１１が
形成されている。このピンホール１１１の径寸法は、こ
れを通過して第一の内部空間１３１に導入される排気ガ
スの拡散速度が所定の速度となるように適宜設定され
る。また、排気ガス側の電極１２１及びピンホール１１
１を被覆して、多孔質アルミナ等からなる多孔質保護層
１１３が形成されており、電極１２１の被毒やピンホー
ル１１１が排気ガスに含まれる煤等で目詰まりするのが
防止される。

【００６１】酸素検知セル１５０は第一の内部空間１３
１内の酸素濃度を検出するもので、ジルコニア等からな
るシート状の固体電解質ＳＥB と、その両面の対向位置
にスクリーン印刷等により形成された一対の電極１５
１，１５２からなる。一対の電極１５１，１５２のう
ち、電極１５１は例えば、多孔質Ｐｔ（白金）電極から
なり大気通路１４１に露出して形成され、この電極１５
１と固体電解質ＳＥB を挟んで対向する電極１５２は第
一の内部空間１３１に露出して形成されている。この電
極１５２は酸素ポンプセル１２０の電極１２２と同様、
ＮＯx の還元に対して不活性であり、酸素の還元に対し
て活性であるように電極活性が調整されている。

【００６２】ＮＯx 検知セル１６０はＮＯx の還元分解
により生じる酸素量からＮＯx 濃度を検出するもので、
酸素検知セル１５０と共通の固体電解質ＳＥB と、その
両面の対向位置にスクリーン印刷等により形成された一
対の電極１６１，１６２からなる。固体電解質ＳＥB に
隣接するスペーサ１３０の抜穴にて設けられた第一の内
部空間１３１と第二の内部空間１３２との間には絞りと
しての連通孔１１２が形成されており、第一の内部空間
１３１内の被測定ガスが所定の拡散速度で第二の内部空
間１３２内に導入される。

【００６３】一対の電極１６１，１６２のうち、電極１
６１は例えば、多孔質Ｐｔ電極からなり大気通路１４１
に露出して形成され、この電極１６１と固体電解質ＳＥ
B を挟んで対向する電極１６２は第二の内部空間１３２
に露出して形成されている。この電極１６２はＮＯx の
還元に対して活性である例えば、多孔質Ｐｔ電極からな
る。このため、第二の内部空間１３２に導入される被測
定ガス中のＮＯx は、電極１６２にて還元分解され酸素
と窒素とが生成される。

【００６４】更に、ヒータ１７０はアルミナ等からなる
ヒータシート１７３面にヒータ電極１７１が形成されて
いる。ヒータ電極１７１としては、通常、Ｐｔ電極が用
いられ、その上面にはアルミナ等からなる絶縁層１７２
が形成されている。ヒータ電極１７１や各電極のリード
部には図示しないリードが接続されセンサ基部の端子に
接続されている。

【００６５】上述のように構成されたＮＯx 濃度センサ
１００の作動について以下に説明する。被測定ガスであ
る排気ガスは、ピンホール１１１を通って第一の内部空
間１３１に導入される。酸素検知セル１５０では、第一
の内部空間１３１に面する電極１５２と大気が導入され
る大気通路１４１に面する電極１５１との酸素濃度差に
基づき、ネルンストの式で表される起電力が発生され
る。この起電力の大きさを測定することで、第一の内部
空間１３１内の酸素濃度を知ることができる。

【００６６】酸素ポンプセル１２０では、一対の電極１
２１，１２２間に電圧が印加され第一の内部空間１３１
内の酸素が出し入れされることにより、第一の内部空間
１３１内の酸素濃度が所定の低濃度に制御される。例え
ば、排気ガス側の電極１２１が（＋）極となるように所
定の電圧が印加されると、第一の内部空間１３１側の電
極１２２上で酸素が還元され酸素イオンとなり、ポンピ
ング作用により電極１２１側に排出される。一対の電極
１２１，１２２間への通電量は、酸素検知セル１５０の
一対の電極１５１，１５２間に発生する起電力が所定の
一定値となるようにフィードバック制御され、第一の内
部空間１３１内の酸素濃度が一定とされる。ここで、第
一の内部空間１３１に面する電極１２２，１５２は酸素
の還元に対しては活性であるが、ＮＯx の還元に対して
は不活性であるので、第一の内部空間１３１内では、Ｎ
Ｏx の分解は起こらず、従って、酸素ポンプセル１２０
の作動により第一の内部空間１３１内のＮＯx 量が変化
することはない。

【００６７】酸素ポンプセル１２０及び酸素検知セル１
５０により一定の低酸素濃度となった排気ガスは、連通
孔１１２を通って第二の内部空間１３２内に導入され
る。第二の内部空間１３２に面するＮＯx 検知セル１６
０は、ＮＯx に対して活性であるので、電極１６１が
（＋）極となるように一対の電極１６１，１６２間に所
定の電圧が印加されると、電極１６２上でＮＯx が還元
分解され、ＮＯx 分子内の酸素原子による酸素イオン電
流が流れる。この電流値が測定されることで排気ガス中
に含まれるＮＯx 濃度を検出することができる。

【００６８】上述の構成からなるＮＯx 濃度センサ１０
０における酸素ポンプセル１２０の一対の電極１２１，
１２２間、酸素検知セル１５０の一対の電極１５１，１
５２間、ＮＯx 検知セル１６０の電極１６１，１６２間
の各電圧にはそれぞれ適切な設定電圧が存在し、その電
圧を越えて過大な電圧が印加されると各セルの劣化を招
き、結果的として、ＮＯx 濃度センサ１００が不良にな
ってしまう。つまり、Ａ／Ｆセンサ３０と同様、ＮＯx
濃度センサ１００においても電圧の印加に伴って流れる
センサ電流（限界電流）からＮＯx 濃度を検出するので
あるが、ＮＯx濃度センサ１００に過電流が流れること
のないよう適切な所定範囲の電圧を印加することが必要
条件となる。そして、ＮＯx 濃度センサ１００に印加さ
れる電圧が適切な電圧範囲を外れたときには、例えば、
ＮＯx 濃度センサ１００の両端子が同電位にされること
で、センサ素子に過電流が流れることがないためＮＯx
濃度センサ１００の劣化が防止される。

【００６９】このように、ガス濃度センサ用制御装置に
用いるガス濃度センサとして、酸素濃度を検出するＡ／
Ｆセンサ３０、窒素酸化物（ＮＯx ）濃度を検出するＮ
Ｏx濃度センサ１００について述べたが、本発明を実施
する場合には、これらに限定されるものではなく、その
他、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等のガス濃
度を検出するガス濃度センサを用いたガス濃度センサ用
制御装置にも同様に応用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の実施の形態の第１実施例乃至
第３実施例にかかるＡ／Ｆセンサ用制御装置が適用され
た空燃比検出装置の構成を示す概略図である。

【図２】 図２は図１におけるＡ／Ｆセンサの概略構成
を示す断面図である。

【図３】 図３は本発明の実施の形態の第１実施例乃至
第３実施例にかかるＡ／Ｆセンサ用制御装置が適用され
た空燃比検出装置で使用されているＡ／Ｆセンサの電圧
−電流特性を示すテーブルである。

【図４】 図４は本発明の実施の形態の第１実施例にか
かるＡ／Ｆセンサ用制御装置が適用された空燃比検出装
置におけるバイアス制御回路の電気的構成を示す回路図
である。

【図５】 図５は本発明の実施の形態の第１実施例にか
かるＡ／Ｆセンサ用制御装置が適用された空燃比検出装
置におけるバイアス制御回路の変形例における電気的構
成を示す回路図である。

【図６】 図６は本発明の実施の形態の第１実施例にか
かるＡ／Ｆセンサ用制御装置が適用された空燃比検出装
置におけるバイアス制御回路の他の変形例における電気
的構成を示す回路図である。

【図７】 図７は本発明の実施の形態の第２実施例にか
かるＡ／Ｆセンサ用制御装置が適用された空燃比検出装
置におけるバイアス制御回路の電気的構成を示す回路図
である。

【図８】 図８は本発明の実施の形態の第３実施例にか
かるＡ／Ｆセンサ用制御装置が適用された空燃比検出装
置で使用されているマイコンによるＡ／Ｆセンサの印加
電圧設定の処理手順を示すフローチャートである。

【図９】 図９は図８を説明するためのＡ／Ｆセンサの
電圧−電流特性を示すテーブルである。

【図１０】 図１０は本発明の実施の形態の第３実施例
にかかるＡ／Ｆセンサ用制御装置が適用された空燃比検
出装置で使用されているマイコンによるＡ／Ｆセンサの
印加電圧設定の他の処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図１１】 図１１は図１０を説明するためのＡ／Ｆセ
ンサの電圧−電流特性を示すテーブルである。

【図１２】 図１２はＮＯx 濃度センサの要部構成を示
す断面模式図である。

【符号の説明】

１０ 内燃機関 ２０ マイクロコンピュータ（マイコン） ３０ Ａ／Ｆセンサ（酸素濃度センサ） ３１ ヒータ ４０ バイアス制御回路 ５０ 電流検出回路 ６０ 過電圧検出回路 ７０ ヒータ制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷田 哲志 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式 会社デンソー内 (56)参考文献 特開 昭63−279160（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−95855（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/41 G01N 27/416 G01N 27/419

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧の印加に伴い被検出ガス中のガス濃
   度に応じた電流信号を出力するガス濃度センサに対して
   電圧を印加する電圧印加手段と、 前記電圧印加手段にて前記ガス濃度センサに印加される
   電圧が所定の電圧範囲内にあるかを判定する電圧判定手
   段と、 前記電圧判定手段にて前記ガス濃度センサに印加される
   電圧が所定の電圧範囲を外れたと判定されたときには、
   前記ガス濃度センサの両端子を同電位にする保護手段と
   を具備することを特徴とするガス濃度センサ用制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記保護手段は、前記電圧判定手段にて
   前記ガス濃度センサに印加される電圧が所定の電圧範囲
   を外れたと判定されたときには、前記ガス濃度センサの
   両端子のうち何れか一方の端子を他方の端子に接続する
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス濃度センサ用制
   御装置。
3. 【請求項３】 前記保護手段は、前記電圧判定手段にて
   前記ガス濃度センサに印加される電圧が所定の電圧範囲
   を外れたと判定されたときには、前記ガス濃度センサの
   両端子のうち何れか一方の端子を開放することを特徴と
   する請求項１に記載のガス濃度センサ用制御装置。
4. 【請求項４】 前記ガス濃度センサに印加される電圧を
   一時的に格納するメモリを有する演算手段を備え、 前記演算手段は、所定の周期で前記メモリ内の値を予め
   設定された比較値と比較し、所定範囲を外れているとき
   には、強制的に前記メモリ内の値を所定値に更新するこ
   とを特徴とする請求項１に記載のガス濃度センサ用制御
   装置。
5. 【請求項５】 前記演算手段は、前記予め設定された比
   較値をガス濃度に応じて変更することを特徴とする請求
   項４に記載のガス濃度センサ用制御装置。
6. 【請求項６】 電圧の印加に伴い被検出ガス中のガス濃
   度に応じた電流信号を出力するガス濃度センサに対して
   印加する電圧を算出する演算手段と、 前記演算手段の出力が確定しない期間または前記演算手
   段が構成部品の断線や短絡を検出したときには、前記ガ
   ス濃度センサの両端子を同電位にする保護手段とを具備
   することを特徴とするガス濃度センサ用制御装置。