專利名稱：A/f傳感器的電流檢測電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于檢測車輛的發(fā)動機等內燃機中的空燃比的傳感器(以下稱為A/F傳感器)中的電流檢測電路。
背景技術：
A/F傳感器是監(jiān)視排出氣體中的空氣對燃料的比(空燃比)、即A/F值的傳感器。這種傳感器被用來檢測車輛等的排出氣體中的空氣和燃料的比，以檢測出的值為依據，將供給發(fā)動機的燃料的比例調整到優(yōu)選值。圖1所示為一般的A/F傳感器中的傳感器電流與A/F值的關系。該A/F傳感器特性是傳感器兩端電壓設為0.4V時測定的情況。另外，在理論(ストイキ)狀態(tài)傳感器電流為0，在過濃(リツチ)狀態(tài)傳感器電流為負，在過稀(リ—ン)狀態(tài)為正那樣進行電路調整。
如圖所示，A/F值和傳感器電流大致成比例關系，因此通過在電路上檢測出傳感器電流，可以求出A/F值。另外，為了得到傳感器特性，必須激活A/F傳感器，因此，傳感器的元件溫度一般設在550℃以上。在檢測傳感器的元件溫度時，使用圖2所示的傳感器的導納—溫度特性。由于在傳感器上導納—溫度特性是固有的，所以通過測定元件導納值Ad1、并將該測定值與預先測定的導納—溫度特性曲線進行比較，檢測出當時的元件溫度T1。進而，導納Ad是阻抗Z的倒數。
綜上所述，在A/F傳感器的處理電路中，希望具有為了求出A/F值，監(jiān)測傳感器的電流值的功能(功能1)，以及為了求出傳感器的元件溫度，檢測傳感器的導納值的功能(功能2)這2種功能。
圖3所示為具備上述2種功能的以往的傳感器檢測電路。圖中，1是具有+(正)端子2和負端子3的兩端子A/F傳感器，如圖所示，可以與阻抗Z和電動勢E的串聯電路等效。這兩個端子2、3與ECU(電子控制單元)內的A/F傳感器電路4連接。A/F傳感器電路4，如圖所示，由運算放大器5、6，分流電阻Ra、Rb構成。
運算放大器5的輸出端子，經分流電阻Ra連接到傳感器1的+(正)側端子2，傳感器1的+側端子2與運算放大器5的+側輸入端子連接。另外，運算放大器5的-側輸入端子與可變電壓V1的可變電源7連接，運算放大器6的-側輸入端子與電壓V2的電壓固定電源連接。運算放大器5、6動作使得傳感器1的+、-端子2、3的電壓值分別設為可變電源7的電壓V1、固定電源8的電壓V2。另外，運算放大器5、6連接到+B電源和地線之間。
9是具備用于監(jiān)測分流電阻Ra的兩端電壓用的端子AD1和AD2的AD換流器(コンバ—タ)。由該換流器9檢測出的電壓值，被送至圖中未示的微型計算機中，在那里進行規(guī)定的處理，計算出傳感器電流及導納值。
以下，說明上述傳感器電流檢測電路4的工作，使以往裝置的缺點明確。首先，為了簡單地說明，將AD換流器9的允許電壓范圍設定為0～5V，傳感器電流檢測時的電壓V1設定為3.3V，電壓V2設定為2.9V。
在上述電路中，上述功能1，在電壓V1設為恒定的(例如3.3V)情況下，通過測定傳感器電流＝(AD2-AD1)/R來實現。另外，功能2，可以通過使電壓V1變動(ΔV)，根據那時的電流變化量(Δ1)求出導納來實現。另外，此時的傳感器1的導納Z用下式求出
導納＝ΔI/ΔV (1)實際的電壓掃描波形V1、V2在圖4中表示。
波形V1由在ΔV＝0.2V的掃描期間b以及在電壓V1＝3.3V的恒定電壓期間a反復構成的，期間b和期間a的長度為幾百mS。元件導納如前所述，可以通過求出作為電壓掃描時的期間b中的傳感器內阻抗引起的電流變化量ΔI，根據上述式子(1)得出。另外，這時，由AD換流器9的端子AD2檢測出的電壓，在峰值處上升到B電壓為止。
一方面，作為功能1的傳感器電流的監(jiān)測，在V1＝3.3V恒定的期間a中實行。此時，AD換流器9的端子AD2的電壓，被固定為A電壓。作為一個例子，求出以下條件下的AD換流器9的端子AD1、AD2的電壓。
<條件1>
A/F＝18時的傳感器電流為4(mA)，假設控制目標元件溫度700℃時的元件導納Ad為Ad＝0.04(1/Ω)，進而分流電阻Ra＝100Ω。
在這種情況下，傳感器電流檢測時(期間a)的端子AD2的A電壓成為A電壓＝3.3V+100Ω×4mA＝3.7V另一方面，計算元件導納時(期間b)的AD電壓的峰值B成為B電壓＝A電壓(3.7V)+100Ω×(0.2V/(1/0.04[1/Ω]))＝4.5V通常的AD換流器9的輸入電壓允許范圍是0～5V，由于上述的A電壓和B電壓都在這個范圍之內，所以在使用條件1的傳感器的限制中，不會產生問題。但是，如果由于傳感器的設計改變，A/F傳感器的特性變化，上述B電壓有時會超過AD換流器的輸入允許范圍5V。以下說明這種情況的示例。
<條件2>
A/F＝18時的傳感器電流與條件1相同，是4[mA]，但是由于傳感器的設計改變，對控制目標元件溫度700℃的元件導納＝0.08[1/Ω]的情況進行考察。
求出在此時AD換流器9的端子AD2的A電壓。
首先，在檢測傳感器電流時(期間a)，成為
A電壓＝3.3V+100Ω×4mA＝3.7V然后，在計算元件導納時(期間b)，成為B電壓＝A電壓(3.7V)+100Ω×(0.2V/(1/0.08[1/Ω]))＝5.3V超過了AD換流器9的輸入電壓范圍，其結果是，端子AD2的電壓停留在5V。
這樣，如果A/F傳感器的特性變化，有時電壓掃描時的AD2電壓超出該換流器的輸入電壓范圍，B電壓停留在5V。在這種情況下，就不能正確地計算出元件導納。為解決這種問題，通常將分流電阻Ra的阻值降低到一半50Ω，使得電壓掃描時的B電壓不停留于換流器的最大允許值。
但是，由于采取了將分流電阻Ra的阻值降低到50Ω的這種對策，A點電壓從3.7V減少到3.5V，動態(tài)范圍也成為一半。結果存在傳感器電流的檢測精度降低為二分之一的缺點。
如上所述，以往的A/F傳感器的電流檢測電路，當使用具有與電路設計時設定的特性的A/F傳感器不同的傳感器時，存在很難保證高傳感電流檢測精度地檢測出正確的導納的缺點。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種即使是具有不同特性的A/F傳感器，也可以在保證實際耐用的傳感器電流檢測精度的同時，可以正確地測定元件導納的傳感器電流檢測電路。
為達到上述目的，本發(fā)明的第一A/F傳感器的電流檢測電路，具備用于產生對A/F傳感器施加的電壓的運算放大器；連接在該運算放大器及所述A/F傳感器之間的電流測定用的第1電阻；在上述運算放大器和上述第1電阻之間連接一方端子的、被相互串聯連接的分壓用的第2、第3電阻；設置于所述運算放大器和所述第1電阻之間的第1輸出端子；設置于所述第1電阻和所述A/F傳感器之間的第2輸出端子；以及設置于所述分壓用的第2、第3電阻之間的第3輸出端子。
根據所述本發(fā)明的第一A/F傳感器的電流檢測電路，第3測定端子上的電壓，根據第2以及第3電阻的分壓比，與第1測定端子的電壓相比降低了。例如，當第2、第3電阻的電阻比為1∶1時，第3輸出端子的電壓為第1輸出端子電壓的一半。通常，來自這些輸出端子的信號，經AD換流器輸入到微機等內，經過規(guī)定的運算處理，檢測出傳感器電流。因此，即使在采用具有不同特性的A/F傳感器檢測元件導納時第1輸出端子的輸出增大的情況下，通過使用第3輸出端子代替第1輸出端子，也可以將輸出電壓控制在AD換流器的輸入電壓范圍內。由此，可以提供一種對A/F傳感器的交換能夠充分適應的、適應性高的A/F傳感器的電流檢測電路。
為解決上述問題，本發(fā)明的第二A/F傳感器的電流檢測電路中，具備用于產生對傳感器施加的電壓的運算放大器；連接在該運算放大器和所述A/F傳感器之間的，被串聯連接的電流測定用的第1、第2電阻；設置于所述運算放大器和所述第1電阻之間的第1輸出端子；設置于所述第1和第2電阻之間的第2輸出端子；以及設置于所述第2電阻和所述A/F傳感器之間的第3輸出端子。
根據所述本發(fā)明的第二A/F傳感器的電流檢測電路，與所述第1發(fā)明的情況相同，使用第2輸出端子代替第1輸出端子檢測元件導納，即使使用有其他特性的A/F傳感器的情況下，也可以將輸出電壓控制在AD換流器的輸入電壓范圍內。由此，可以提供一種對A/F傳感器的交換能夠充分適應的、適應性高的A/F傳感器的電流檢測電路。


圖1是展示一般的A/F傳感器特性的圖示。
圖2是展示A/F傳感器的一般的導納—元件溫度特性的圖示。
圖3是展示以往的傳感器電流的檢測電路的圖示。
圖4是圖3所示電路工作說明用的波形圖。
圖5是展示本發(fā)明的第1實施方案中A/F傳感器的電流檢測電路的圖示。
圖6是展示本發(fā)明的第2實施方案中A/F傳感器的電流檢測電路的圖示。
具體實施方案以下參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。
圖5是展示本發(fā)明第1實施方案中A/F傳感器的電流檢測電路的圖示。進而，在以下圖中，與圖3所示相同的參照符號，由于表示的是相同、或類似的構成要素，不再重復進行說明。
在圖5所示的實施方案中，具有在運算放大器5的輸出端子和分流電阻Ra之間，追加了串聯連接的分壓用電阻R1、R2，并將電阻R1、R2的連接點連接到AD換流器9的輸入端子AD3的結構。各電阻的電阻比為1∶1。在本實施方案中，檢測傳感器電流值時，使用AD換流器9中的輸入端子AD1和AD2；另一方面，在檢測元件導納時，使用AD換流器9的輸入端子AD1和AD3?；蛘撸部梢栽跈z測元件導納時，也使用輸入端子AD1和AD2，當輸入端子AD2的電壓值停留在5V時，使用輸入端子AD1和AD3。
這樣，一方面可以與以往一樣地檢測出傳感器的電流值，另一方面，在檢測元件導納時，即使AD換流器9的輸入端子AD2停留在電壓5V時，由于輸入端子AD3的電壓是其一半，所以可以將AD換流器的輸入電壓范圍控持在5V之內，不會產生問題的。
以以往的例子的說明部分為例，對于<條件2>的情況進行說明。在上述<條件2>的情況下，在以往的示例電路中，當A/F＝18時，傳感器電流與<條件1>的情況相同，為4mA，在AD換流器9的輸入端子AD2的電壓為5.3V，但是在本實施方案中，在AD換流器9的輸入端子AD3上施加的電壓為2.65V，充分控持在AD換流器9的輸入電壓范圍內，不會產生問題。進而，由于即使在這種情況下，也可以得到圖4的A點電壓3.7V，沒有由于動態(tài)范圍的減少導致的傳感器電流檢測精度的惡化。
圖6是本發(fā)明第2實施方案的電路圖。在本實施方案中，使用2個電阻R3和R4代替圖3中所示的以往的電路的電阻Ra。電阻R3和電阻R4的電阻值，設為以往電阻Ra的一半，即R3＝R4＝Ra/2。
如果考慮上述<條件2>的情況，在檢測傳感器電流值時，使用AD換流器9的輸入端子AD1和AD2，得到4mA的傳感器電流。另一方面，在檢測元件導納時，使用AD換流器9的輸入端子AD1和AD4。雖然輸入端子AD2的電壓在電壓掃描時為5.3V，但是，輸入端子AD4的電壓為(5.3V-3.3V)/2+3.3V＝4.3V，控制在AD換流器9的輸入電壓范圍內，不會產生問題。另外，因為即使在這種情況下也可以得到圖4的A點電壓3.7V，所以不會由于動態(tài)范圍的減小，而使傳感器電流檢測精度惡化。
進而，即使在本電路中，輸入電壓AD2的電壓在5V以下時，在元件導納的測定中使用輸入端子AD1和AD2，由于使用了不同特性的A/F傳感器，特性發(fā)生改變，在輸入端子AD2的電壓值超過5V時，也可以使用端子AD1和AD4進行元件導納的測定。
如以上展示實施方案說明的那樣，在本發(fā)明的傳感器電流檢測電路中，即使在由于A/F傳感器的設計改變導致其特性變化的情況下，也可以不使電流檢測精度劣化，并能正確地檢測出元件導納。由此，本發(fā)明可以提供一種對于A/F傳感器的特性變化可以適應范圍大的傳感器檢測電路。
權利要求
1.一種空燃比傳感器的電流檢測電路，具備用于產生施加給空燃比傳感器的電壓的運算放大器；連接在該運算放大器和上述空燃比傳感器之間的電流測定用的第1電阻；在上述運算放大器和上述第1電阻之間連接一方端子的互相串聯連接的分壓用的第2、第3電阻；設置于上述運算放大器和上述第1電阻之間的第1輸出端子；設置于上述第1電阻和上述空燃比傳感器之間的第2輸出端子；以及設置于上述分壓用的第2、第3電阻之間的第3輸出端子。
2.根據權利要求1所述的空燃比傳感器的電流檢測電路，其特征在于上述第2、第3電阻具有1∶1的電阻比。
3.根據權利要求1所述的空燃比傳感器的電流檢測電路，其特征在于上述第1和第2輸出端子被用于檢測上述空燃比傳感器的電流值；以及上述第2和第3輸出端子被用于檢測上述空燃比傳感器的元件導納。
4.根據權利要求3所述的空燃比傳感器的電流檢測電路，其特征在于上述空燃比傳感器的元件導納，在上述第1輸出端子電壓沒有超過規(guī)定的值的情況下，基于上述第1和第2輸出端子之間被檢測出。
5.根據權利要求4所述的空燃比傳感器的電流檢測電路，其特征在于上述規(guī)定的值，是測定上述第1、第2及第3輸出端子電壓的AD換流器的輸入電壓范圍內的值。
6.根據權利要求3所述的空燃比傳感器的電流檢測電路，其特征在于上述第2、第3電阻具有1∶1的電阻比。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種能夠應對特性不同的A/F傳感器的改變、適應性高的A/F傳感器的電流檢測電路。為達此目的，在本發(fā)明的空燃比傳感器的電流檢測電路，具備用于產生施加給空燃比傳感器的電壓的運算放大器；連接在該運算放大器和上述空燃比傳感器之間的電流測定用的第1電阻；在上述運算放大器和上述第1電阻之間連接一方端子的互相串聯連接的分壓用的第2、第3電阻；設置于上述運算放大器和上述第1電阻之間的第1輸出端子；設置于上述第1電阻和上述空燃比傳感器之間的第2輸出端子；以及設置于上述分壓用的第2、第3電阻之間的第3輸出端子。
文檔編號G01N27/41GK1651923SQ20051005342
公開日2005年8月10日 申請日期2003年2月18日 優(yōu)先權日2002年2月18日
發(fā)明者福田照久, 森口広, 服部一孝, 池田慎治 申請人:富士通天株式會社, 豐田自動車株式會社