(57)【要約】【課題】Ａ／Ｄ変換器がデジタル変換可能な範囲を超える電圧を出力するリニア式酸素濃度センサを用いた場合であっても、差動増幅器の出力電圧をデジタル変換可能な酸素濃度センサの検出回路を提供する。【解決手段】酸素濃度センサの検出回路１では、オペアンプ１２から出力される電圧が、反転入力端子（−）と出力端子とが抵抗素子２９を介して電気的に接続されることによって、非反転入力端子（＋）と反転入力端子（−）とがイマジナリーショートとなることにより、所定電圧だけ降圧されシフトされて出力される。【選択図】図１
2015179003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排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端子に接続された電流検出抵抗器と、
前記電流検出抵抗器の前記酸素濃度センサが接続されている前記端部とは反対側の端部の電圧が検知電圧として第１の入力端子に入力されると共に所定の基準電圧が第２の入力端子に入力され、前記検知電圧と前記基準電圧との差に応じた電圧を出力端子からＡ／Ｄ変換器に出力する差動増幅器と、
を備える酸素濃度センサの検出回路であって、
前記差動増幅器から前記Ａ／Ｄ変換器に出力される電圧は、前記第２の入力端子と前記出力端子とが抵抗素子を介して接続されることによって、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子とがイマジナリーショートとなることにより、所定電圧だけ降圧されシフトされて出力されることを特徴とする酸素濃度センサの検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素濃度センサの検出回路にし、特に、車両のエンジンの排出ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の排出ガス規制に伴い、エンジンの空燃比を精密に制御することが求められている。このため、酸素濃度センサを利用して排出ガス中の酸素濃度を精度高く検出することが要求されている。
【０００３】
かかる状況下で、エンジンの空燃比制御のために用いられる酸素濃度センサとしては、広い濃度範囲にわたり酸素濃度に比例した信号を出力可能なリニア式酸素濃度センサが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−９６７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、リニア式酸素濃度センサを用いた検出回路は、排出ガス中の酸素濃度に対応した検知電流を電流検出抵抗器に流し、電流検出抵抗器のリニア式酸素濃度センサが接続されている端部とは反対側の端部の電圧と基準電圧との差に応じた電圧を差動増幅器で差動増幅することによって、検知電流に対応した出力電圧を得るものである。そして、このようにして得られた出力電圧は例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）に入力されてＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換され、ＣＰＵがＡ／Ｄ変換値に基づいてエンジンの空燃比を制御する。ここで、一般に、Ａ／Ｄ変換器がデジタル変換可能な出力電圧の範囲は、０〜５Ｖの範囲内とされている場合が多い。なお、以下、接続とは、電気的な接続を意味する。
【０００６】
また、近年、車両の排出ガス規制の強化に伴い、より一層のきめ細やかなエンジンの空燃比制御が要求されるようになっている。このため、酸素濃度の検出範囲が拡大されたリニア式酸素濃度センサや酸素濃度の検出精度を向上させるために分解能を高めたリニア式酸素濃度センサが提供される様になってきた。
【０００７】
しかしながら、このようなリニア式酸素濃度センサを用いた検出回路によれば、差動増幅器の出力電圧がＡ／Ｄ変換器がデジタル変換可能な出力電圧の範囲を超えてしまうために、正確な酸素濃度の検出ができない事態も考えられる。
【０００８】
本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、Ａ／Ｄ変換器がデジタル変換可能な範囲を超える電圧を出力するリニア式酸素濃度センサを用いた場合であっても、差動増幅器の出力電圧をデジタル変換可能な酸素濃度センサの検出回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の目的を達成するべく、本発明は、排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端子に接続された電流検出抵抗器と、前記電流検出抵抗器の前記酸素濃度センサが接続されている前記端部とは反対側の端部の電圧が検知電圧として第１の入力端
子に入力されると共に所定の基準電圧が第２の入力端子に入力され、前記検知電圧と前記基準電圧との差に応じた電圧を出力端子からＡ／Ｄ変換器に出力する差動増幅器と、を備える酸素濃度センサの検出回路であって、前記差動増幅器から前記Ａ／Ｄ変換器に出力される電圧は、前記第２の入力端子と前記出力端子とが抵抗素子を介して接続されることによって、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子とがイマジナリーショートとなることにより、所定電圧だけ降圧されシフトされて出力されることを第１の局面とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上の本発明の第１の局面にかかる酸素濃度センサの検出回路によれば、差動増幅器から出力される電圧が、第２の入力端子と出力端子とが抵抗素子を介して電気的に接続されることによって、第１の入力端子と第２の入力端子とがイマジナリーショートとなることにより、所定電圧だけ降圧されシフトされて出力されるものであるため、Ａ／Ｄ変換器がデジタル変換可能な範囲を超える電圧を出力するようなリニア式酸素濃度センサを用いた場合であっても、差動増幅器の出力電圧を確実にそのＡ／Ｄ変換器でデジタル変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態における酸素濃度センサの検出回路の構成を示す回路図である。
【図２】図２は、図１に示す酸素濃度センサの検出回路に付加される回路の一例の構成を示す回路図である。
【図３】図３は、図１に示す酸素濃度センサの検出回路に付加される回路の他の例の構成を示す回路図である。
【図４】図４は、図３に示す回路が付加された場合の図１に示すオペアンプの入力電圧及び出力電圧を示す波形図であり、図４（ａ）は図２に示すフォトＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）回路がオフであるときのオペアンプの入力電圧及び出力電圧を示す波形図であり、図４（ｂ）は図２に示すフォトＭＯＳ回路がオンであるときのオペアンプの入力電圧及び出力電圧を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における酸素濃度センサの検出回路につき、詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態における酸素濃度センサの検出回路の構成を示す回路図である。図２は、図１に示す酸素濃度センサの検出回路に付加される回路の一例の構成を示す回路図である。図３は、図１に示す酸素濃度センサの検出回路に付加される回路の他の例の構成を示す回路図である。また、図４は、図３に示す回路が付加された場合の図１に示すオペアンプの入力電圧及び出力電圧を示す波形図であり、図４（ａ）は図２に示すフォトＭＯＳ回路がオフであるときのオペアンプの入力電圧及び出力電圧を示す波形図であり、図４（ｂ）は図２に示すフォトＭＯＳ回路がオンであるときのオペアンプの入力電圧及び出力電圧を示す波形図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態における酸素濃度センサの検出回路１は、図示を省略する車両に搭載され、酸素濃度センサ２によって検出された車両の図示を省略するエンジンの排出ガス中の酸素濃度に対応した検知電流をそれに対応した出力電圧に変換し、そのアナログ形態の出力電圧をＡ／Ｄ変換器を内蔵するＣＰＵ３に入力する。Ａ／Ｄ変換器は、酸素濃度センサの検出回路１の出力電圧をＡ／Ｄ変換する。なお、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換器は、ＣＰＵ３に内蔵されるものとして説明するが、このように内蔵されずに酸素濃度センサの検出回路１内に配設されていてもよく、この場合には、酸素濃度センサの検出回路１から出力される出力信号はデジタル形態となり、ＣＰＵ３に入力されることにな
る。
【００１５】
ここで、酸素濃度センサ２は、典型的には排出ガス中の酸素濃度に比例した電流を出力するリニア式酸素濃度センサによって構成されている。また、ＣＰＵ３が備えるＡ／Ｄ変換器がＡ／Ｄ変換可能な出力電圧の範囲は一例として０〜５Ｖ程度の範囲内であるとする。また、ＣＰＵ３は、Ａ／Ｄ変換器から出力されたＡ／Ｄ変換値に基づいて車両のエンジンの空燃比を制御する。
【００１６】
また、酸素濃度センサの検出回路１は、電流検出抵抗器１１と、オペアンプ（差動増幅器）１２と、を備えている。
【００１７】
電流検出抵抗器１１は抵抗素子によって構成されている。電流検出抵抗器１１の一方の端部は、排出ガス中の酸素濃度に応じた検知電流が流れる酸素濃度センサ２の端子に接続される一方で、電流検出抵抗器１１の他方の端部は、オペアンプ１２の非反転入力端子（＋）に接続されている。酸素濃度センサ２と電流検出抵抗器１１とを接続する信号線Ｌ１には抵抗素子２１の一方の端部が接続され、抵抗素子２１の他方の端部は接地されている。電流検出抵抗器１１とオペアンプ１２の非反転入力端子（＋）とを接続する信号線Ｌ２にはコンデンサ２２の一方の端部が接続され、コンデンサ２２の他方の端部は接地されている。
【００１８】
オペアンプ１２の非反転入力端子（＋）には、電流検出抵抗器１１の他方の端部が接続され、電流検出抵抗器１１の他方の端部の電圧が検知電圧として入力される。オペアンプ１２の反転入力端子（−）は、抵抗素子２３を介して電源回路２４に接続されている。電源回路２４は、電源２５からの電力を利用して抵抗素子２３を介してオペアンプ１２の反転入力端子（＋）に所定の基準電圧を入力する。オペアンプ１２の出力端子は、検知電圧と基準電圧との差に応じた電圧を作動増幅して、その作動増幅した電圧をＣＰＵ３に出力する。なお、抵抗素子２３の電源回路２４側の端部は、抵抗素子２３の電源回路２４側の端部を正電位に維持するために、電解コンデンサ２６の正極側に接続されている。
【００１９】
オペアンプ１２の出力端子とＣＰＵ３とを接続する信号線Ｌ３には、ダイオード２７、２８が接続されている。ダイオード２７のアノード側は信号線Ｌ３に接続され、ダイオード２７のカソード側は電源電圧ＶＣＣに接続されている。ダイオード２８のカソード側は信号線Ｌ３に接続され、ダイオード２８のアノード側は接地されている。
【００２０】
オペアンプ１２における反転入力端子（−）と出力端子とは抵抗素子２９を介して接続されている。これにより、オペアンプ１２の非反転入力端子（＋）と反転入力端子（−）とがイマジナリーショート（仮想ショート）となることによって、オペアンプ１２の出力端子から出力される電圧は所定電圧だけ降圧されシフトされる。シフトされる電圧の大きさは、抵抗素子２９の抵抗値を調節することによって調整自在である。
【００２１】
また、抵抗素子２９に対して並列に図２に示すようなフォトＭＯＳ回路３１を接続し、フォトＭＯＳ回路３１をオン／オフすることによってオペアンプ１２の非反転入力端子（＋）の出力端子から出力される電圧を所定電圧だけ降圧させない／させるを切り替えてもよい。このような構成によれば、フォトＭＯＳ回路３１がオフであるときには、図４（ａ）に示すように、オペアンプ１２の非反転入力端子（＋）への入力電圧Ｗ１と出力端子からの出力電圧Ｗ２とは、抵抗素子２９の抵抗値に応じて、出力電圧Ｗ２が所定電圧（この場合は１Ｖ）だけ降圧されシフトされた関係になる。一方で、フォトＭＯＳ回路３１がオンであるときには、図４（ｂ）に示すように、オペアンプ１２の非反転入力端子（＋）への入力電圧Ｗ１と出力端子からの出力電圧Ｗ２とは、出力電圧Ｗ２が降圧されシフトされないため実質同じ波形になる。
【００２２】
具体的には、酸素濃度センサ２の出力電圧範囲が０〜８Ｖであるときに抵抗素子２９の抵抗値を適宜設定したとすれば、ＣＰＵ３が、電源３２を制御することによって、ダイオード３１ａを発光させ、フォトＭＯＳ３１ｂをオンすることにより、フォトＭＯＳ回路３１をオンした際に、オペアンプ１２の出力電圧がＡ／Ｄ変換器がデジタル変換可能な範囲（例えば０〜５Ｖ）を超えていた場合（例えば６．５Ｖ）、ＣＰＵ３のポート電圧はＡ／Ｄ変換器がデジタル変換可能な上限電圧（例えば５Ｖ）に張り付く。そこで、この場合に、ＣＰＵ３は、ポート電圧が上限電圧に張り付いたことを検知し、フォトＭＯＳ回路３１をオフする。
【００２３】
この結果、オペアンプ１２の出力電圧（例えば６．５Ｖ）がオペアンプ１２の非反転入力端子（＋）と反転入力端子（−）とのイマジナリーショートによって所定電圧（例えば３Ｖ）降圧されてシフトされることによって、ＣＰＵ３のポート電圧はＡ／Ｄ変換器がデジタル変換可能な範囲内の電圧（例えば３．５Ｖ）になる。以後、ＣＰＵ３は、ポート電圧（例えば３．５Ｖ）にオペアンプ１２の出力電圧のシフト量（例えば３Ｖ）を加算する。これにより、ＣＰＵ３は、オペアンプ１２の出力電圧がＡ／Ｄ変換器のデジタル変換可能な範囲を超えている場合であっても、分解能を悪化させずにオペアンプ１２の出力電圧（例えば６．５Ｖ）を読み込むことができる。なお、図１の電源２５及び図２の電源３２は、共通化されていてもよい。なお、フォトＭＯＳ回路３１においては、フォトＭＯＳ３１ｂに代えて、その他の光電気的スイッチング素子を用いてもよい。また、フォトＭＯＳ回路３１の代わりに、光を介在しない電気的スイッチング素子であるバイポーラトランジスタやＦＥＴを用いた切り替え回路を設けてもよい。
【００２４】
また、図３に示すように、オペアンプ１２の電源回路において負電位を生成し、生成した負電位によってオペアンプ１２の駆動電圧の負側を確実に負の電圧にすることによって、オペアンプ１２の出力の下限値が確実に０Ｖになるようにしてもよい。すなわち、この場合、オペアンプ１２の駆動電圧の負側は、ダイオード４１を介して電解コンデンサ４２の負極に接続され、確実に負電位に設定されている。また、ダイオード４１のアノード側とオペアンプ１２の負極とを接続する電力線Ｌ１０には、ノイズ除去用のコンデンサ４３と負電位を維持するための電解コンデンサ４４とが接続されている。併せて、信号線Ｌ１０にはダイオード４５のアノード側が接続されている。
【００２５】
電解コンデンサ４２の正極は、接続点Ｐ２において、スイッチング素子４８、４９を介して、電源４６と接地電位とを接続する電力線Ｌ１１に接続されている。電力線Ｌ１１の接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間には、抵抗素子４７とスイッチング素子４８とが正側から順に直列に接続されている。電力線Ｌ１１の接続点Ｐ２と接地電位との間には、スイッチング素子４９と抵抗素子５０とが正側から順に直列に接続されている。スイッチング素子４８、４９のゲート端子には、抵抗素子５１を介してＣＰＵ３が接続されている。
【００２６】
このような構成では、ＣＰＵ３が、スイッチング素子４８、４９を適宜オン／オフすることによって電源４６からの電力を利用して電解コンデンサ４２を充電することにより、電解コンデンサ４２の負極に接続されているオペアンプ１２の駆動電圧の負側を負電位に設定する。併せて、電解コンデンサ４４が、オペアンプ１２の駆動電圧の負側を負電位に維持する。これにより、オペアンプ１２の出力の下限値を確実に０Ｖにすることができる。なお、図１の電源２５及び図３の電源４６は、共通化されていてもよい。
【００２７】
以上の説明から明らかなように、本実施形態における酸素濃度センサの検出回路１では、オペアンプ１２から出力される電圧が、反転入力端子（−）と出力端子とが抵抗素子２９を介して電気的に接続されることによって、非反転入力端子（＋）と反転入力端子（−）とがイマジナリーショートとなることにより、所定電圧だけ降圧されシフトされて出力
される。これにより、ＣＰＵ３が備えるＡ／Ｄ変換器がデジタル変換可能な範囲を超える電圧を出力するようなリニア式酸素濃度センサを用いた場合であっても、オペアンプ１２の出力電圧を確実にそのＡ／Ｄ変換器でデジタル変換することができる。
【００２８】
なお、本発明は、部材の種類、形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように、本発明は、Ａ／Ｄ変換器がデジタル変換可能な範囲を超える電圧を出力するリニア式酸素濃度センサを用いた場合であっても差動増幅器の出力電圧をデジタル変換可能な酸素濃度センサの検出回路を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から車両に広く適用され得るものと期待される。
【符号の説明】
【００３０】
１…酸素濃度センサの検出回路
２…酸素濃度センサ
３…ＣＰＵ
１１…電流検出抵抗器
１２…オペアンプ
２１、２３、２９、４７、５０、５１…抵抗素子
２４…電源回路
２５、３２、４６…電源
２６、４２、４４…電解コンデンサ
２７、２８、３１ａ、４１、４５…ダイオード
３１…フォトＭＯＳ回路
３１ｂ…フォトＭＯＳ
４３…コンデンサ
４８、４９…スイッチング素子
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…信号線
Ｌ１０、Ｌ１１…電力線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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