DE19647144A1

DE19647144A1 - Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses

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Publication number: DE19647144A1
Application number: DE19647144A
Authority: DE
Inventors: Syuichi Nakano; Tomio Sugiyama; Shinichiro Imamura; Hiromi Sano
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: US5811660A; DE19647144B4; JP3752749B2; JPH09196891A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Element zum Er fassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses, das vorzugsweise zum Erfassen der Konzentration einer besonderen Gaskompo nente in einem Abgasdurchgang einer Brennkraftmaschine oder dergleichen verwendet wird.

Emissionsgas, das von einem Kraftfahrzeug abgegeben wird, ist in jüngster Zeit stark beschränkt worden und dies wird noch strenger erforderlich werden, um die Menge von gefährlichen Komponenten zu verringern. Demgemäß wird eine Verbesserung eines Abgasreinigungswirkungsgrads weiter er forderlich werden. Bezüglich eines Verfahrens zum Verbes sern des Reinigungswirkungsgrads des Abgases muß das Luft/Kraftstoffverhältnis eines Kraftstoffgemischs genau gesteuert werden, bevor es in eine Brennkraftmaschine ein gebracht wird.

Um ein ideales oder theoretisches Luft/Kraftstoffver hältnis zu verwirklichen, ist es üblich, ein Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses in dem Abgas durchgang der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs anzu bringen, Genauer gesagt kann die Kraftstoffmenge, die der Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeführt wird, in Über einstimmung mit dem Erfassungsergebnis des Elements zum Er fassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses, das in den Ab gasdurchgang eingebaut ist, fein rückkopplungsgesteuert werden.

Bezüglich eines Elements zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses im Stand der Technik ist ein Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses be kannt, das einen Sauerstoffionen leitenden festen Elektro lyten verwendet. Dieses Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses ist das Sauerstoffkonzentra tionserfassungselement, welches eine Pumpzelle, die Pump elektroden aufweist, eine Sensorzelle, die Sensorelektroden aufweist, und eine Gaskammer aufweist, die zwischen diesen zwei Zellen definiert ist. Zahlreiche Gaslöcher sind zum Einbringen eines Teils eines erfaßten Gases in die Gaskam mer auf der Pumpelektrode geöffnet oder vorgesehen. Im all gemeinen ist es bei einem solchen Gaskonzentrationserfas sungselement normalerweise erforderlich, eine zweckmäßige Gasdiffusionseinrichtung vorzusehen. Ein Vorsehen von Gas löchern auf der Pumpelektrode ist wirkungsvoll, um das er faßte Gas zu diffundieren, und deshalb können die Gaslöcher selbst als die Gasdiffusionseinrichtung dienen. Alternativ ist es ebenso möglich, eine als die Gasdiffusionseinrich tung dienende poröse Schicht auf der Pumpzelle vorzusehen. Die Sensorzelle und die Pumpzelle bestehen aus einem festen Elektrolyten aus Zirkondioxid.

Bei dem zuvor beschriebenen Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses kann das Luft/Kraftstoffver hältnis des erfaßten Gases durch Erfassen der Sauer stoffkonzentration in dem erfaßten Gas gemessen werden. Ge nauer gesagt diffundiert ein Teil des erfaßten Gases durch die Gasdiffusionseinrichtung in die Gaskammer. In diesem Fall wird die Spannung, die zwischen den Pumpelektroden an gelegt ist, durch Überwachen der elektromotorischen Kraft, die auf die Sensorzelle wirkt, gesteuert, so daß die Sauer stoffkonzentration des erfaßten Gases in der Gaskammer ein konstanter Wert wird.

Durch dieses Steuern bewirkt die Pumpzelle aufgrund ih rer Sauerstoffpumpfunktion einen Pumpstrom. Die Höhe des Pumpstroms hängt von der Sauerstoffkonzentration des erfaß ten Gases ab. Demgemäß ist es durch Messen des Pumpstroms möglich, die Sauerstoffkonzentration des erfaßten Gases zu messen.

Um ein hochgenaues und schnell reagierendes Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses zu verwirkli chen, ist es zwingend erforderlich, jede Dispersion in der Diffusion des erfaßten Gases zu beseitigen und jede uner wünschte abgestufte Verteilung in der Konzentration des er faßten Gases entlang der Oberfläche der Sensorelektrode zu verhindern.

Weiterhin ist es wichtig, um eine bevorzugte Diffusion des erfaßten Gases zu verwirklichen, den Strömungswider stand durch die Gasdiffusionseinrichtung zu verringern. Um den Strömungswiderstand in der Gasdiffusionseinrichtung zu verringern, ist es im allgemeinen bevorzugt, die Gaslöcher anstelle eines Anwendens der porösen Schicht vorzusehen.

Aus dem zuvor beschriebenen Grund sind die Elemente zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses im Stand der Technik meist von dem Typ, der zahlreiche Gaslöcher auf weist, die auf den Pumpelektroden vorgesehen sind.

Jedoch kann das Element zum Erfassen eines Luft/Kraft stoffverhältnisses im Stand der Technik, das zahlreiche Gaslöcher aufweist, kein Sensorausgangssignal erzielen, das ein gutes Verhalten bezüglich der Änderung einer Sauer stoffkonzentration des erfaßten Gases aufweist.

Weiterhin erfordert ein Ausbilden zahlreicher Gaslöcher auf den Pumpelektroden zwingend, den Durchmesser jedes Gas lochs verringern, was zu einem zeitaufwendigen genauen Ver arbeitungsvorgang bei der Herstellung des Elements zum Er fassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses führt.

Weiterhin wird der Strömungswiderstand im allgemeinen mit einem Verringern eines Durchmessers jedes Gaslochs er höht. Es benötigt eine bemerkenswert lange Zeit, daß das erfaßte Gas in die Gaskammer diffundiert, was zu einer Ver schlechterung der Empfindlichkeit in dem Verhalten des Ele ments zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses führt.

Weiterhin wird, wenn das Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses lediglich ein einziges als die Gasdiffusionseinrichtung dienendes Gasloch aufweist, das erfaßte Gas in radiale Richtungen um dieses einzige Gasloch herum diffundiert und daher gibt es die Möglichkeit, daß das erfaßte Gas eine unerwünschte abgestufte Verteilung in seiner Konzentration zwischen der nahen Seite und der fer nen Seite der Projektionsabbildung dieses einzigen Gaslochs verursacht.

Im Hinblick auf die vorhergehenden Ausführungen ist, wie es in Fig. 23 gezeigt ist, ein Element zum Erfassen ei nes Luft/Kraftstoffverhältnisses bekannt, das lediglich ein einziges Gasloch aufweist. Gemäß diesem Stand der Technik stimmt die Mitte einer Gaslochprojektionsabbildung 80, die auf die Oberfläche einer Sensorzelle 92 projiziert ist, mit dem Schwerpunkt 921 einer Sensorelektrode 920 überein und wird die Sensorelektrode 920 nicht von der Gaslochprojek tionsabbildung 80 überlappt. (Vergleiche die ungeprüfte Ja panische Patentanmeldung Nr. 63-61945).

Gemäß diesem Element zum Erfassen eines Luft/Kraft stoffverhältnisses eines Typs mit einem einzigen Gasloch im Stand der Technik wird das erfaßte Gas in radiale Richtun gen um die Gaslochprojektionsabbildung 80 herum diffundiert und erreicht dann den Bereich der Sensorelektrode 920. Die ser Aufbau kann wirkungsvoll sein, um die zuvor beschrie bene abgestufte Verteilung in der Konzentration des erfaß ten Gases mindestens in dem Bereich der Sensorelektrode 920 zu beseitigen, was verhindert, daß als Reaktion auf die Än derung des Luft/Kraftstoffverhältnisses des erfaßten Gases irgendein Überschwingen in dem Ausgangssignal bei einem Übergangsverhalten verursacht wird.

Jedoch weist dieses Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses im Stand der Technik einen Nachteil in seiner Reaktionsgeschwindigkeit auf, da die Sensorelektrode 920 mit einem vorbestimmten Abstand weit von der Gaslochprojektionsabbildung 80 entfernt ist. Um ei ne solche Verschlechterung von Verhaltenscharakteristiken zu vermeiden, ist es möglich, die Abmessung der Sensorelek trode 920 zu verringern, aber eine solche Verringerung der Abmessung wird zu einer unerwünschten Abnahme des Sensor ausgangssignals und einer Erhöhung des Widerstands der Sen sorzelle 92 führen.

Im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Probleme, die im Stand der Technik verursacht werden, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung demgemäß darin, ein Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses zu schaffen, das eine hervorragende Genauigkeit und ein hervorragendes Verhalten aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Ele ments zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses nach Anspruch 1 oder 5 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffver hältnisses auf: eine Pumpzelle, die auf sich mindestens ein Paar von Pumpelektroden aufweist; eine Sensorzelle, die auf sich mindestens ein Paar von Sensorelektroden aufweist; und eine Gaskammer, die zwei Oberflächen aufweist, die durch die Pumpzelle und die Sensorzelle definiert sind. Zwei bis fünf Gaslöcher, die mit der Gaskammer in Verbindung stehen, sind zum Einbringen eines erfaßten Gases in die Gaskammer vorgesehen. Die Gaslöcher sind in ihrer Abmessung im we sentlichen miteinander identisch. Die Gaslöcher bilden ihre Projektionsabbildungen auf einer Oberfläche der Sensorzelle aus, welche auf sich eine Sensorelektrode aufweist und der Gaskammer gegenüberliegt, wenn die Gaslöcher senkrecht zu der Oberfläche der Sensorzelle projiziert werden. Weiterhin ist die Sensorelektrode durch eine gedachte Linie, die den Schwerpunkt der Sensorelektrode und die Mitte der Projekti onsabbildung jedes Gaslochs verbindet, in eine Mehrzahl von ähnlichen Unterbereichen teilbar.

Gemäß den Merkmalen von bevorzugten Ausführungsbeispie len der vorliegenden Erfindung erfüllen die Unterbereiche der Sensorelektrode die folgende Beziehung:

S/s 1.25

wobei S die Fläche des größten Unterbereichs bezeichnet und s die Fläche des kleinsten Unterbereichs bezeichnet.

Weiterhin ist es bevorzugt daß mindestens ein Teil der Projektionsabbildung jedes Gaslochs innerhalb des Bereichs der Sensorelektrode ausgebildet ist. Ansonsten ist die Pro jektionsabbildung jedes Gaslochs vollständig innerhalb des Bereichs der Sensorelektrode ausgebildet.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffver hältnisses auf: eine Pumpzelle, die auf sich mindestens ein Paar von Pumpelektroden aufweist; eine Sensorzelle, die auf sich mindestens ein Paar von Sensorelektroden aufweist; und eine Gaskammer, die zwei Oberflächen aufweist, die durch die Pumpzelle und die Sensorzelle definiert sind. Zwei bis fünf Gaslöcher, die mit der Gaskammer in Verbindung stehen, sind zum Einbringen eines erfaßten Gases in die Gaskammer vorgesehen. Die Gaslöcher sind in ihrer Abmessung im we sentlichen miteinander identisch. Die Gaslöcher bilden ihre Projektionsabbildungen auf einer Oberfläche der Sensorzelle aus, welche auf sich eine Sensorelektrode aufweist und der Gaskammer gegenüberliegt, wenn die Gaslöcher senkrecht zu der Oberfläche der Sensorzelle projiziert werden. Diese Gaslöcher definieren eine maximale bzw. übergeordnete Ge staltung, wenn die Mitten der Gaslöcher miteinander verbun den werden. Die maximale Gestaltung weist den Schwerpunkt auf, dessen Projektionsabbildung auf der Sensorelektrode ausgebildet ist, wenn die maximale Gestaltung senkrecht zu der Oberfläche der Sensorzelle projiziert wird. Weiterhin erfüllen die Gaslöcher und die Sensorelektrode zusammen die folgende Beziehung:

0 m 0.1 M

wobei m den Versatzwert von der Projektionsabbildung des Schwerpunkts der maximalen Gestaltung zu dem Schwer punkt der Sensorelektrode bezeichnet, während M den klein sten Abstand von dem Schwerpunkt der Sensorelektrode zu dem Umfang der Sensorelektrode bezeichnet, der sich auf der gleichen Seite wie die Projektionsabbildung des Schwer punkts der maximalen Gestaltung befindet.

Gemäß den Merkmalen der bevorzugten Ausführungsbeispie le der vorliegenden Erfindung ist die Gesamtzahl der Gaslö cher entweder drei, vier oder fünf und ist der Abstand zwi schen beliebig ausgewählten benachbarten zwei Gaslöchern der gleiche wie der Abstand zwischen irgendwelchen anderen benachbarten zwei Gaslöchern. Weiterhin erfüllen die Gaslö cher zusammen die folgende Beziehung:

0.9L ln 1.1L

wobei ln den Abstand zwischen irgendwelchen benachbar ten zwei Gaslöchern bezeichnet und L den Mittelwert aller Abstände zwischen benachbarten zwei Gaslöchern bezeichnet.

Weiterhin ist es bevorzugt, daß die Gaslöcher zusammen die folgende Beziehung erfüllen:

0.88R r_n 1.12R

wobei r_n den Durchmesser irgendeines der Gaslöcher be zeichnet, während R den Mittelwert aller Durchmesser der Gaslöcher bezeichnet.

Auf die gleiche Weise wie bei dem Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem ersten Aspekt ist es bevorzugt, daß mindestens ein Teil der Projektions abbildung jedes Gaslochs innerhalb des Bereichs der Sensor elektrode ausgebildet ist. Alternativ ist die Projektions abbildung jedes Gaslochs vollständig innerhalb des Bereichs der Sensorelektrode ausgebildet.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des zerleg ten Zustands eines Elements zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht einer Sensorzelle des Elements zum Erfassen eines Luft/Kraft stoffverhältnisses gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 3 eine Ansicht der positionellen Beziehung zwischen der Abbildung eines auf die Oberfläche der Sensorzelle projizierten Gaslochs und einer auf der Oberfläche der Sensorzelle ausgebildeten Sensorelektrode gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des zusam mengesetzten Zustands des Elements zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnis ses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine entlang einer Linie A-A in Fig. 4 genommene Querschnittsansicht;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines Gesamtauf baus eines Luft/Kraftstoffverhältnisde tektors gemäß dem ersten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 einen Graph der die Beziehung zwischen der Anschlußspannung des Elements um Er fassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses und des Sensorausgangssignals darstellen den Vs-i-Charakteristiken gemäß dem er sten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verglichen mit einem Ver gleichsbeispiel;

Fig. 8 einen Graph der Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration des erfaßten Ga ses und dem Sensorausgangssignal gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung verglichen mit einem Vergleichsbeispiel;

Fig. 9A bis 9D Draufsichten verschiedener Abänderungen von an einem zwei Gaslöcher aufweisenden Element zum Erfassen eines Luft/Kraft stoffverhältnisses anwendbaren Sensorzel len gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10A bis 10C Draufsichten verschiedener Abänderungen von an einem vier Gaslöcher aufweisenden Element zum Erfassen eines Luft/Kraft stoffverhältnisses anwendbaren Sensorzel len gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11A und 11B Draufsichten verschiedener Abänderungen von an einem drei Gaslöcher aufweisenden Element zum Erfassen eines Luft/Kraft stoffverhältnisses anwendbaren Sensorzel len gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12A und 12E Draufsichten verschiedener an einem fünf Gaslöcher aufweisenden Element zum Erfas sen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses anwendbaren Sensorzellen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung;

Fig. 13A eine Draufsicht eines sich innerhalb des Bereichs von Pumpelektroden befindende Gaslöcher aufweisenden Elements zum Er fassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13B eine entlang einer Linie B-B in Fig. 13A genommene Querschnittsansicht;

Fig. 14A eine Draufsicht eines sich außerhalb des Bereichs von Pumpelektroden befindende Gaslöcher aufweisenden Elements zum Er fassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14B eine entlang einer Linie C-C in Fig. 14A genommene Querschnittsansicht;

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht des zerleg ten Zustands eines sich außerhalb des Be reichs einer Sensorelektrode befindende Gaslochprojektionsabbildungen aufweisen den Elements zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung;

Fig. 16 eine Querschnittsansicht eines eine auf den Innenseiten einer Gaskammer in einer nicht gegenüberliegenden Beziehung ange ordnete Pumpzelle und Sensorzelle aufwei senden Elements zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung;

Fig. 17 eine perspektivische Ansicht des zerleg ten Zustands des Elements zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses in Fig. 16;

Fig. 18 eine Querschnittsansicht eines eine auf den Innenseiten einer Gaskammer in einer nicht gegenüberliegenden Beziehung ange ordnete Pumpzelle und Sensorzelle aufwei senden Elements zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung;

Fig. 19 eine perspektivische Ansicht des zerleg ten Zustands des Elements zum Erfassen des Luft/Kraftstoffverhältnisses in Fig. 18;

Fig. 20 eine Draufsicht einer Sensorzelle eines in einer Linie ausgerichtete vier Gaslö cher aufweisenden Elements zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der 15 vorliegenden Erfindung;

Fig. 21 eine Draufsicht einer Sensorzelle eines drei Gaslöcher aufweisenden Elements zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnis ses gemäß einem fünften Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem der Schwerpunkt und ihre Projek tionsabbildung nicht überlappt sind;

Fig. 22 eine Draufsicht einer Sensorzelle eines drei Gaslöcher aufweisenden Elements zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnis ses gemäß einem sechsten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem die Abstände irgendwelcher zwei Gaslöcher nicht miteinander identisch sind; und

Fig. 23 eine Draufsicht einer Sensorzelle eines Elements zum Erfassen eines Luft/Kraft stoffverhältnisses im Stand der Technik.

Es folgt die Beschreibung von bevorzugten Ausführungs beispielen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, wobei identische Teile durchgän gig durch die Darstellungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Ein Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhält nisses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 beschrieben. Das Element zum Erfassen eines Luft/Kraft stoffverhältnisses gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise zum Erfassen der Konzentration von O₂, NO_x, HC und anderen Gasen verwendet werden.

Wie es in den Fig. 1, 2, 4 und 5 gezeigt ist, weist ein Element 1 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnis ses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegender Erfindung eine Pumpzelle 11, die Pumpelektroden 110 auf weist, die auf gegenüberliegenden Oberflächen von ihr vor gesehen sind, eine Sensorzelle 12, die Sensorelektroden 120 aufweist, die auf gegenüberliegenden Oberflächen von ihr vorgesehen sind, und eine erste Gaskammer 130 auf, die wi schen dieser Pumpzelle 11 und Sensorzelle 12 definiert ist. Die Pumpelektrode 110 weist zwei Gaslöcher 2 auf, die sym metrisch angeordnet sind und die gleiche Fläche und Gestal tung (zum Beispiel den gleichen Durchmesser in dem Fall ei nes kreisförmigen Lochs) aufweisen. Diese Gaslöcher 2 wei sen die Funktion eines Einbringens des zu erfassenden Gases in die erste Gaskammer 130 auf.

Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Sensorelektrode 120 durch eine gedachte gerade Linie, die durch den Schwer punkt 121 der Sensorelektrode 120 und die Mitte 200 (vergleiche Fig. 3) jeder Gaslochprojektionsabbildung 20 geht, in zwei Unterbereiche 21 und 22 geteilt, die im we sentlichen die gleiche oder eine ähnliche Fläche und Ge staltung aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Gaslochprojektionsabbildung 20 durch ein zu der Oberfläche der Sensorzelle 12 senkrechtes oder vertikales Projizieren des Gaslochs 2 ausgebildet. Genauer gesagt ist jedes Gas loch 2 ein kreisförmiges Loch, das den gleichen Durchmesser von 0.2 mm aufweist, während die Fläche jedes Unterbereichs 21 oder 22 4 mm² beträgt.

Gemäß den Untersuchungen der Erfinder ist es bevorzugt, daß sich der Durchmesser jedes Gaslochs 2 irgendwo in dem Bereich von 0.05 bis 0.6 mm befindet und sich die Fläche jedes Unterbereichs 21 oder 22 irgendwo in dem Bereich von 2 bis 10 mm² befindet. Weiterhin befindet sich die Summe aller Gaslöcher 2 irgendwo in dem Bereich von 0.007 bis 0.6 mm².

Die Pumpzelle 11 weist eine Schicht eines festen Elek trolyten aus Zirkondioxid auf jeder der gegenüberliegenden Oberflächen auf, auf welchen die Pumpelektrode 110 ausge bildet ist, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Jede Pumpelek trode 110 weist hauptsächlich ein wärmebeständigen leitfä higes Material, wie zum Beispiel Platin, auf, das eine Elektrodentätigkeit aufweist. Auf eine ähnliche Weise weist die Sensorzelle 12 eine Schicht eines festen Elektrolyten aus Zirkondioxid auf jeder der gegenüberliegenden Oberflä chen auf, auf welcher die Sensorelektrode 120 ausgebildet ist, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Jede Sensorelektrode 120 weist hauptsächlich ein wärmebeständiges leitfähiges Mate rial auf.

Wie es in den Fig. 1, 4 und 5 gezeigt ist, befindet sich in dem zuvor beschriebenen Element 1 zum Erfassen ei nes Luft/Kraftstoffverhältnisses ein Abstandshalter 13 zwi schen der Pumpzelle 11 und der Sensorzelle 12. Der Ab standshalter 13 besteht aus Keramik, die eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dieser Abstandshalter 13 weist eine rechteckige Öffnung auf, die die erste Gaskammer 130 definiert; in welche Gas eingebracht werden kann, um dessen Konzentration zu erfassen.

Ein aus Keramik bestehender Kanal 14 ist an dem unteren Teil der Sensorzelle 12 vorgesehen. Dieser Kanal 14 defi niert eine zweite Gaskammer 140, in welche Referenzgas ein gebracht wird. Eine Erwärmungsvorrichtung 15, die eine Mehrzahl von Erwärmungselementen 150 aufweist, ist unter dem Kanal 14 vorgesehen.

Weiterhin ist das Element 1 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses in einen Luft/Kraftstoffver hältnisdetektor 7 eingebaut, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, um die Konzentration der beabsichtigten Komponente, die in dem zu erfassenden Gas enthalten ist, zu erfassen.

Das Element 1 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffver hältnisses ist fest in einem Gehäuse untergebracht und ist mittels eines Keramikisolators 73 befestigt. Wie es in den Fig. 1 und 4 gezeigt ist, sind, um das Sensorausgangs signal aus dem Element 1 zum Erfassen eines Luft/Kraft stoffverhältnisses aus zugeben, Anschlußleiter 74 an leitfä hige wärmebeständige metallische Bahnen 119 und 129 punkt geschweißt, die auf der Oberfläche des Elements 1 zum Er fassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses angebracht sind.

Als ein weiteres Verfahren zum Ausgeben des Sensoraus gangssignals ist es möglich, Sensorausgangssignalelektroden ausschließlich an dem Ende des Elements 1 zum Erfassen ei nes Luft/Kraftstoffverhältnisses vorzusehen und die Metall blechanschlüsse, die an den distalen Enden der Anschlußlei ter 74 angeordnet sind, in einen presspassenden Kontakt mit diesen Sensorausgangssignalelektroden zu bringen.

Als nächstes werden zwei Gaslöcher 2 detaillierter be schrieben.

Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, ist jedes Gasloch 2 auf der Pumpelektrode 110 an einem vorbestimmten Abschnitt ge öffnet, an dem die Gaslochprojektionsabbildung 20, die auf die Sensorzelle 12 projiziert ist, genau mit dem Ende der Sensorelektrode 120 überlappt. Genauer gesagt stimmt der Umfang oder die Außenlinie der Sensorelektrode 120 genau mit der Mitte 200 der kreisförmigen Gaslochprojektionsab bildung 20 überein. Anders ausgedrückt befindet sich eine Hälfte (das heißt, ein schattierter Abschnitt) der kreis förmigen Gaslochprojektionsabbildung 20 innerhalb des Be reichs der Sensorelektrode 120.

Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, stimmt der Schwerpunkt 121 der Sensorelektrode 120 mit dem Mittelpunkt zwischen den Mitten 200 von zwei kreisförmigen Gaslochprojektionsab bildungen 20 überein.

Als nächstes wird der Betrieb und die Funktionsweise des zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Gemäß dem Aufbau des Elements 1 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem ersten Ausführungs beispiel befinden sich zwei Gaslöcher 2 an den bestimmten Positionen auf den Pumpelektroden 110, wie es vorhergehend beschrieben worden ist.

Deshalb ist es möglich, diese Gaslöcher 2 so auszubil den, daß sie einen verhältnismäßig großen Durchmesser auf weisen. Anders ausgedrückt wird es leicht sein, eine zweck mäßige Herstellungsgenauigkeit bei dem Ausbilden dieser zwei Gaslöcher 2 sicherzustellen. Demgemäß ist es möglich, die Gaslöcher 2 gleichförmig auszubilden.

Daher kann die Menge von erfaßtem Gas, das durch das Gasloch 2 diffundiert, abgeglichen werden. Es ist möglich, jede unerwünschte abgestufte Verteilung in der Konzentra tion des erfaßten Gases entlang der Oberfläche der Sensor elektrode 120 zu beseitigen.

Weiterhin sind die Gaslochprojektionsabbildungen 20 gleichförmig oder symmetrisch bezüglich der Sensorelektrode 120 angeordnet. Es ist möglich, jede unerwünschte abge stufte Verteilung in der Konzentration des erfaßten Gases entlang der Oberfläche der Sensorelektrode 120 zu beseiti gen.

Demgemäß ist das Element 1 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem ersten Ausführungs beispiel hochgenau.

Weiterhin kann auch dann, wenn die Konzentration einer bestimmten Komponente (zum Beispiel Sauerstoff) in dem er faßten Gas plötzlich geändert wird, das Element zum Erfas sen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses im Stand der Technik eine solche plötzliche Änderung nicht erfassen, solange diese Änderung nicht in dem gesamten Bereich der Sensor elektrode auftritt.

Anders ausgedrückt ist es für das Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses, das die Neigung eines Verursachens der unerwünschten abgestuften Verteilung in der Konzentration des erfaßten Gases aufweist, schwierig, die zuvor beschriebene plötzliche Änderung der Gaskonzen tration zu erfassen.

Jedoch verhindert das Element 1 zum Erfassen des Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß der vorliegenden Erfin dung wirkungsvoll die unerwünschte abgestufte Verteilung in der Konzentration des erfaßten Gases entlang der Oberfläche der Sensorelektrode 120. Deshalb kann die Konzentration der betrachteten Komponente in dem erfaßten Gas genau erfaßt werden. Demgemäß besitzt das Element 1 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem ersten Ausführungs beispiel ein hervorragendes Verhalten.

Fig. 7 zeigt die Vs-i-Charakteristiken, die die Bezie hung zwischen der Anschlußspannung des Elements 1 zum Er fassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses und dem Sensor ausgangssignal darstellen, gemäß dem ersten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung verglichen mit einem Ver gleichsbeispiel C1. Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration des erfaßten Gases und dem Aus gangssignal gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung verglichen mit einem Vergleichsbeispiel C2.

Das Vergleichsbeispiel C1, das bei diesem Vergleich verwendet wird, ist ein Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses, das die gleiche Gestaltung wie das Element 1 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffver hältnisses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufweist. Gaslöcher des Vergleichsbeispiels C1, die mittels einer Na delpreßmaschine auf den Pumpelektroden ausgebildet sind, weisen jeweils den Durchmesser von 30 µm auf und der Ab stand zwischen zwei Gaslöchern beträgt 0.5 mm.

Weiterhin ist das Vergleichsbeispiel C2 ein Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses, das die glei che Gestaltung wie das Element 1 zum Erfassen eines. Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem ersten Ausführungs beispiel aufweist. Dieses Vergleichsbeispiel C2 weist le diglich ein einziges Gasloch auf, das auf den Pumpelektro den an der Position vorgesehen ist, die deren Schwerpunkt entspricht.

In Fig. 7 bezeichnet "Vs" die Anschlußspannung dem Sen sorzelle 12, während "i" den Pumpzellenstrom bezeichnet, welcher das Sensorausgangssignal ist. Der Erfassungsab schnitt des Elements wird in einer Atmosphäre aus Stick stoffgas, das Sauerstoff mit einer Konzentration von 7.5% enthält, auf 600°C erwärmt. Die Beziehung zwischen dem Pumpzellenstrom i und der Sensorzellenanschlußspannung Vs wird überwacht, während die Spannung, die an die Anschlüsse der Pumpzelle angelegt wird, allmählich geändert wird.

Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, zeigt das Element zum Er fassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß der vorlie genden Erfindung eine ideale Wellenform, gemäß welcher sich die Sensorzellenanschlußspannung Vs als Reaktion auf eine kleine Änderung des Pumpzellenstrom i steil ändert, da das Element 1 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß der vorliegenden Erfindung die ideale Verteilung ei ner Sauerstoffkonzentration verwirklicht, die gleichförmig entlang der Oberfläche der Sensorzellenelektrode verteilt ist.

Andererseits zeigt, gemäß dem Vergleichsbeispiel C1, die Sensorzellenanschlußspannung Vs aufgrund einer unebenen oder unregelmäßigen Verteilung der Sauerstoffkonzentration entlang der Oberfläche der Sensorzellenelektrode eine ge dämpfte Änderung in Übereinstimmung mit der Änderung des Pumpzellenstroms i.

Fig. 8 zeigt die steile Änderung der Sauerstoffkonzen tration in dem erfaßten Gas und die Änderung des Sensoraus gangssignals als Vergleich zwischen der vorliegenden Erfin dung und dem Vergleichsbeispiel C2. In diesem Fall wird die Sensorzellenanschlußspannung Vs unter Verwendung einer Hochgeschwindigkeitsanalogschaltung an einem konstanten Wert von 0.45 V gehalten, um die Spannung zu steuern, die an die Pumpzelle angelegt wird. Der Pumpzellenstrom i (das heißt, das Sensorausgangssignal) wird bei dem Übergang er faßt, bei dem die Sauerstoffkonzentration des erfaßten Ga ses auf eine stufenartige Weise steil von 7.5% zu 0% ver ringert wird.

Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, beginnt die Sauer stoffkonzentration zu dem Zeitpunkt t0, sich von 7,5% zu 0% zu verringern. Gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht das Sensorausgangssignal zu einem Zeitpunkt t1 schnell 0. Andererseits wird das Sensorausgangssignal gemäß dem Ver gleichsbeispiel C2 zu einem Zeitpunkt L2 (t1 < t.2) 0. An ders ausgedrückt kann die vorliegende Erfindung verglichen mit dem Vergleichsbeispiel C2 der Änderung der Sauer stoffkonzentration schnell folgen. Demgemäß ermöglicht es die vorliegende Erfindung, ein Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses zu schaffen, das ein hervorra gendes Verhalten aufweist.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung einer Abänderung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 9 bis 12 zeigen verschiedene Abänderungen der Gestaltung der Sensorelektrode 120 und der Stelle der Gaslochprojektionsabbildungen 20 gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Zuerst ist es, wie es in den Fig. 9A bis 9D gezeigt ist, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bevorzugt, daß die Sensorelektrode 120 eine abge flachte rechteckige oder symmetrische quadratische Gestal tung aufweist. Zwei Gaslochprojektionsabbildungen 20 sind symmetrisch ausgebildet, wie es in der Darstellung gezeigt ist.

Die Sensorelektrode 120 ist durch eine gedachte gerade Linie, die durch den Schwerpunkt 121 der Sensorelektrode 120 und die Mitte 200 (vergleiche Fig. 3) jeder Gaslochpro jektionsabbildung 20 geht, in zwei Unterbereiche 21 und 22 geteilt, die im wesentlichen die gleiche Fläche und Gestal tung aufweisen. Wie es vorhergehend beschrieben worden ist, ist die Gaslochprojektionsabbildung 20 durch zu der Sensor zelle 12 senkrechtes oder vertikales Projizieren des Gas lochs 2 ausgebildet. Der Schwerpunkt 121 der Sensorelek trode 120 stimmt mit dem Mittelpunkt zwischen Mitten 200 von zwei kreisförmigen Gaslochprojektionsabbildungen 20 überein.

Weiterhin ist es, wie es in den Fig. 10A bis 10C ge zeigt ist, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung ebenso bevorzugt, daß die Sensorelektrode 120 eine quadratische oder rechteckige (wobei eine Hälfte der langen Seite einer kurzen Seite ist) Gestaltung auf weist. Eine Gesamtmenge von vier Gaslochprojektionsabbil dungen 20 ist symmetrisch ausgebildet, wie es in der Dar stellung gezeigt ist.

Die Sensorelektrode 120 ist durch zwei gedachte gerade Linien, die durch den Schwerpunkt 121 der Sensorelektrode 120 und die Mitte 200 (vergleiche Fig. 3) jeder Gaslochpro jektionsabbildung 20 gehen, in vier Unterbereiche 21, 22, 23 und 24 geteilt, die im wesentlichen die gleiche Fläche und Gestaltung aufweisen. Der Schwerpunkt 121 der Sensor elektrode 120 stimmt mit dem Mittelpunkt zwischen den Mit ten 200 von gegenüberliegenden zwei kreisförmigen Gasloch projektionsabbildungen 20 überein.

Weiterhin ist es, wie es in den Fig. 11A und 11B ge zeigt ist, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung ebenso bevorzugt, daß die Sensorelektrode 120 eine kreisförmige Gestaltung oder eine Gestaltung eines rechtwinkligen Dreiecks aufweist. Eine Gesamtmenge von drei Gaslochprojektionsabbildungen 20 ist symmetrisch ausgebil det, wie es in der Darstellung gezeigt ist.

Die Sensorelektrode 120 ist durch drei gedachte gerade Linien, von denen jede den Schwerpunkt 121 der Sensorelek trode 120 mit der Mitte 200 (vergleiche Fig. 3) jeder Gas lochprojektionsabbildung 20 verbindet, in drei Unterberei che 21, 22 und 23 geteilt, die alle im wesentlichen die gleiche Fläche und Gestaltung aufweisen. Der Abstand von dem Schwerpunkt 121 der Sensorelektrode 120 zu der Mitte 200 einer kreisförmigen Gaslochprojektionsabbildung 20 ist mit dem Abstand von dem Schwerpunkt 121 zu der Mitte 200 irgendeiner anderen kreisförmigen Gaslochprojektionsabbil dung 20 identisch.

Weiterhin ist es, wie es in den Fig. 12A und 12B ge zeigt ist, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dem vorlie genden Erfindung ebenso bevorzugt, daß die Sensorelektrode 120 eine kreisförmige Gestaltung oder eine Gestaltung eines rechtwinkligen Pentagons aufweist. Eine Gesamtmenge von fünf Gaslochprojektionsabbildungen 20 ist symmetrisch aus gebildet, wie es in der Darstellung gezeigt ist.

Die Sensorelektrode 120 ist durch fünf gedachte gerade Linien, von denen jede den Schwerpunkt 121 der Sensorelek trode 120 mit der Mitte 200 (vergleiche Fig. 3) jeder Gas lochprojektionsabbildung 20 verbindet, in fünf Unterberei che 21, 22, 23, 24 und 25 geteilt, von denen jeder im we sentlichen die gleiche Fläche und Gestaltung aufweist. Der Abstand von dem Schwerpunkt 121 der Sensorelektrode 120 zu der Mitte 200 einer kreisförmigen Gaslochprojektionsabbil dung 20 ist mit dem Abstand von dem Schwerpunkt 121 zu der Mitte 200 jeder anderen kreisförmigen Gaslochprojektions abbildung 20 identisch.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Obgleich die Gaslochprojektionsabbildungen 20, die in dem ersten Ausführungsbeispiel offenbart sind, sich genau auf dem Umfang oder der Außenlinie der Sensorelektrode 120 befinden, ist es ebenso möglich, diese Gaslochprojektions abbildungen 20 innerhalb oder außerhalb des Umfangs oder der Außenlinie der Sensorelektrode 120 anzuordnen.

Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung, wie es in den Fig. 13A bis 15 gezeigt ist, offen bart andere Elemente zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffver hältnisses, die Gaslochprojektionsabbildungen aufweisen, die an verschiedenen Abschnitten angeordnet sind.

Ein Element 31 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffver hältnisses, das in den Fig. 13A und 13B gezeigt ist, weist Gaslöcher 2 auf, die innerhalb des Bereichs von Pump elektroden 110 einer Pumpzelle 11 ausgebildet sind: so daß sie sich vollständig innerhalb des Umfangs oder der Außen linie der Pumpelektrode 110 befinden. Die Gaslöcher 2 bil den, wenn sie senkrecht oder vertikal zu der Oberfläche der Sensorzelle 12 projiziert werden, ihre gesamten Projek tionsabbildungen innerhalb des Bereichs einer Sensorelek trode 120 aus. Das Element 31 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses weist eine erste Gaskammer 130 und eine zweite Gaskammer 140 auf, die durch einen Trenn wandabschnitt 13a eines Abstandshalters 13 getrennt oder isoliert sind. Ein anderer Aufbau des Elements 31 zum Er fassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses ist im wesentli chen der gleiche wie der des Elements 1 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem ersten Ausführungs beispiel.

Ein Element 32 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffver hältnisses, das in den Fig. 14A und 14B gezeigt ist, weist Gaslöcher 2 auf, die direkt auf der Pumpzelle 11 aus gebildet sind. Anders ausgedrückt befinden sich die Gaslö cher 2 außerhalb des Bereichs der Pumpelektrode 110. Ein anderer Aufbau des Elements 32 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses ist im wesentlichen der glei che wie der des Elements 1 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem ersten Ausführungs beispiel.

Ein Element 33 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffver hältnisses, das in Fig. 15 gezeigt ist, weist Gaslöcher 2 auf, deren Projektionsabbildungen außerhalb des Bereichs der Sensorelektrode 120 ausgebildet sind, wenn sie senk recht oder vertikal zu der Oberfläche der Sensorzelle 12 projiziert werden.

Ein anderer Aufbau dieses Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen der gleiche wie der des Elements 1 zum Erfas sen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses des ersten Ausfüh rungsbeispiels. Somit bringt dieses Ausführungsbeispiel im wesentlichen den gleichen Effekt und die gleiche Funktion wie das erste Ausführungsbeispiel hervor.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines dritter Auf führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung, wie es in den Fig. 16 bis 19 gezeigt ist, offen bart Elemente 41 und 42 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoff verhältnisses, die eine Pumpzelle 11 und eine Sensorzelle 12 aufweisen, die auf den gegenüberliegenden Wänden einer Gaskammer 430 vorgesehen sind.

Genauer gesagt weist das Element 41 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses, das in den Fig. 16 und 17 gezeigt ist, einen inneren Hohlraum, der als Gaskammer 430 dient, eine Sensorzelle 12, die die untere Oberfläche der Gaskammer 430 bildet, eine Pumpzelle 11, die eine Seiten oberfläche der Gaskammer 430 bildet und Abstandshalter 431 und 43 auf, die andere innere Oberflächen der Gaskammer 430 bilden.

Zwei Gaslöcher 2, die beide einen Teil eines erfaßten Gases in die Gaskammer 430 einbringen, sind auf dem Ab standshalter 431 vorgesehen, welcher der Sensorzelle 12 ge genüberliegt.

Die Gaslöcher 2 bilden, wenn sie senkrecht oder verti kal zu der Oberfläche der Sensorzelle 12 projiziert werden, ihre Projektionsabbildungen 20 auf der Oberfläche der Sen sorelektrode 120 aus. Die Sensorelektrode 120 ist durch ei ne gedachte Linie, die durch die Mitte 200 (vergleiche Fig.3) jeder Gaslochprojektionsbildung 20 und den Schwerpunkt der Sensorelektrode 120 geht, in zwei Unterbereiche ge teilt, die im wesentlichen die gleiche Fläche und Gestal tung aufweisen.

Ein anderer Aufbau des Elements 41 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses ist im wesentlichen der glei che wie der des Elements 1 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem ersten Ausführungs beispiel. Somit bringt dieses Ausführungsbeispiel im we sentlichen den gleichen Effekt und die gleiche Funktion wie das erste Ausführungsbeispiel hervor.

Das Element 42 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffver hältnisses, das in den Fig. 18 und 19 gezeigt ist, weist einen inneren Hohlraum, der als Gaskammer 430 dient, eine Sensorzelle 12, die die untere Oberfläche der Gaskammer 430 bildet, zwei getrennte Pumpzellen 11, die gegenüberliegende Seitenoberflächen der Gaskammer 430 bilden, und Abstands halter 431, 432 und 433 auf, die andere innere Oberflächen der Gaskammer 430 bilden.

Ein anderer Aufbau des Elements 42 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses ist im wesentlichen der glei che wie der des zuvor beschriebenen Elements 41 zum Erfas sen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses. Somit bringt dieses Ausführungsbeispiel im wesentlichen den gleichen Effekt und die gleiche Funktion wie das erste Ausführungsbeispiel her vor.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines vierten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 20 zeigt ein Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem vierten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung, welches eine Gesamt menge von vier in einer Linie ausgerichteten Gaslöchern aufweist, von denen jedes einen Teil eines erfaßten Gases in seine Gaskammer einbringt. Obgleich es in der Darstel lung nicht gezeigt ist, weist das Element zum Erfassen ei nes Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem vierten Ausfüh rungsbeispiel auf die gleiche Weise wie das erste Ausfüh rungsbeispiel eine Pumpzelle, die Pumpelektroden aufweist, die auf gegenüberliegenden Oberflächen von ihr vorgesehen sind, eine Sensorzelle 12, die Sensorelektroden 120 auf weist, die auf gegenüberliegenden Oberflächen von ihr vor gesehen sind, und eine Gaskammer auf, die sich zwischen diesen Zellen befindet und zwei gegenüberliegende Oberflä chen aufweist, die durch diese Zellen definiert sind.

Die in einer Linie ausgerichteten vier Gaslöcher, die auf der Pumpzelle oder Pumpelektrode ausgebildet sind, bil den, wenn sie senkrecht oder vertikal zu der Oberfläche der Sensorelektrode 120 projiziert werden, ihre Projektionsab bildungen a, b, c und d aus, die im wesentlichen die glei che kreisförmige Fläche aufweisen und entlang einer geraden Linie angeordnet sind, wie es in Fig. 20 gezeigt ist.

Das Bezugszeichen 51 bezeichnet die Projektionsabbil dung des Schwerpunkts der vier Gaslöcher die ausgebildet wird, wenn er auf die Sensorelektrode 120 projiziert wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel stimmt die Projektionsab bildung 51 des Schwerpunkts der vier Gaslöcher mit dem Schwerpunkt 121 der Sensorelektrode 120 überein.

In Fig. 20 bezeichnet l₁ den Abstand zwischen zwei Gas löchern, die Projektionsabbildungen a und c ausbilden, be zeichnet l₂ den Abstand zwischen zwei Gaslöchern, die die Projektionsabbildungen c und d ausbilden, und bezeichnet l₃ den Abstand zwischen zwei Gaslöchern, die die Projektions abbildungen d und b ausbilden. Gemäß dem vierten Ausfüh rungsbeispiel ist l₁ = l₂ = l₃ = 3 mm. Jedes kreisförmige Gasloch weist den Durchmesser von 0.1 mm auf.

Ein anderer Aufbau dieses Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen der gleiche wie der des Elements 1 zum Erfas sen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Somit bringt dieses Ausführungsbei spiel im wesentlichen den gleichen Effekt und die gleiche Funktion wie das erste Ausführungsbeispiel hervor.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines fünften Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 21 zeigt ein Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses, das drei Gaslöcher aufweist, von denen jedes einen Teil eines erfaßten Gases in seine Gaskammer einbringt. Wie es in Fig. 21 gezeigt ist bilden Gaslöcher, die auf der Pumpzelle oder Pumpelektrode (nicht gezeigt) ausgebildet sind, wenn sie senkrecht oder vertikal zu der Oberfläche der Sensorelektrode 120 projiziert wer den, ihre Projektionsabbildungen a, b und c aus, von denen jede im wesentlichen die gleiche kreisförmige Fläche auf weist und an einem Eckpunkt eines Dreiecks angeordnet ist.

Das Bezugszeichen 51 bezeichnet die Projektionsbild dung des Schwerpunkts des Dreiecks, das durch die drei Gas löcher definiert ist, das ausgebildet wird, wenn er auf die Sensorelektrode 120 projiziert wird. Gemäß diesem Ausfüh rungsbeispiel ist die Projektionsabbildung 51 des Schwer punkts des zuvor definierten Dreiecks von dem Schwerpunkt 121 der Sensorelektrode 12 um den Abstand m versetzt.

In Fig. 21 bezeichnet M den kleinsten Abstand von dem Schwerpunkt 121 zu dem Umfang oder der Außenlinie 125 der Sensorelektrode 120, welcher, bzw. welche sich bezüglich des Schwerpunkts 121 auf der gleichen Seite wie die Projek tionsabbildung 51 befindet.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist m = 0.1 mm und ist M = 1.5 mm und im allgemeinen ist die Beziehung m 0.1 M erfüllt.

Ein anderer Aufbau dieses Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der des Elements 1 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem ersten Ausführungs beispiel.

Mit dem zuvor beschriebenen Aufbau ist es möglich, jede unerwünschte stufenartige Verteilung in der Konzentration des erfaßten Gases entlang der Oberfläche der Sensorelek trode 120 zu beseitigen. Somit bringt dieses Ausführungs beispiel den gleichen Effekt und die gleiche Funktion wie das erste Ausführungsbeispiel hervor.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 22 zeigt ein Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses, das drei Gaslöcher aufweist, von denen jedes einen Teil eines erfaßten Gases in seine Gaskammer einbringt. Wie es in Fig. 22 gezeigt ist, bilden Gaslöcher, die auf der Pumpzelle oder Pumpelektrode (nicht gezeigt) ausgebildet sind, wenn sie senkrecht oder vertikal zu der Oberfläche der Sensorelektrode 120 projiziert wer den, ihre Projektionsabbildungen a, b und c aus, von denen jede im wesentlichen die gleiche kreisförmige Fläche auf weist und an einem Eckpunkt eines Dreiecks angeordnet ist.

In Fig. 22 bezeichnet l₁ den Abstand zwischen zwei Gas löchern, die Projektionsabbildungen a und b ausbilden, be zeichnet l₂ den Abstand zwischen zwei Gaslöchern, die Pro jektionsabbildungen b und c ausbilden und bezeichnet l₃ den Abstand zwischen zwei Gaslöchern, die Projektionsabbildun gen c und a ausbilden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist l₁ = 2.3 mm, ist l₂ = 2.5 mm und ist l₃ = 2.6 mm. Der mitt lere Abstand L beträgt in diesem Fall 2.467 mm. Im allge meinen befinden sich Abstände l₁, l₂ und l₃ irgendwo inner halb des Bereichs von 0.9L bis 1.1L.

Ein anderer Aufbau des sechsten Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen der gleiche wie der des Elements 1 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses gemäß dem er sten Ausführungsbeispiel. Somit bringt dieses Ausführungs beispiel im wesentlichen den gleichen Effekt und die glei che Funktion wie das erste Ausführungsbeispiel hervor.

Im Hinblick auf eine Dispersion zwischen Gaslöchern de finieren die Erfinder der vorliegenden Erfindung den bevor zugten Bereich dieser Gaslöcher durch die folgende Bezie hung:

0.88R r_n 1.12R

wobei r_n den Durchmesser von irgendeinem der Gaslöcher bezeichnet, während R den Mittelwert aller Durchmesser der Gaslöcher bezeichnet.

Wie es aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, schafft die vorliegende Erfindung ein Element zum Er fassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses, das eine hervor ragende Genauigkeit und ein hervorragendes Verhalten auf weist.

Ein in der vorhergehenden Beschreibung offenbartes Ele ment zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses weist eine Pumpzelle, die auf sich mindestens ein Paar von Pump elektroden aufweist, eine Sensorzelle, die auf sich minde stens ein Paar von Sensorelektroden aufweist, und eine Gas kammer auf, die zwei Oberflächen aufweist, die durch die Pumpzelle und die Sensorzelle definiert sind. Zwei bis fünf Gaslöcher, die den gleichen Durchmesser aufweisen und mit der Gaskammer in Verbindung stehen sind zum Einbringen von erfaßtem Gas in die Gaskammer vorgesehen. Die Gaslöcher bilden ihre Projektionsabbildungen auf einer Oberfläche der Sensorzelle aus, welche auf sich eine Sensorelektrode auf weist und der Gaskammer gegenüberliegt, wenn die Gaslöcher senkrecht zu der Oberfläche der Sensorzelle projiziert wer den. Weiterhin ist die Sensorelektrode durch eine gedachte Linie, die den Schwerpunkt der Sensorelektrode und die Mitte der Projektionsabbildung jedes Gaslochs verbindet, in eine Mehrzahl von ähnlichen Unterbereichen teilbar.

Claims

1. Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnis ses, das aufweist:
eine Pumpzelle (11), die auf sich mindestens ein Paar von Pumpelektroden (110) aufweist;
eine Sensorzelle (12), die auf sich mindestens ein Paar von Sensorelektroden (120) aufweist;
eine Gaskammer (130), die zwei Oberflächen aufweist, die durch die Pumpzelle (11) und die Sensorzelle (12) definiert sind; und
zwei bis fünf Gaslöcher (2), die mit der Gaskammer (130) in Verbindung stehen, zum Einbringen von erfaßtem Gas in die Gaskammer (130), wobei die Gaslöcher (2) in ihrer Abmessung im wesentlichen miteinander identisch sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gaslöcher (2) ihre Projektionsabbildungen (20) auf einer Oberfläche der Sensorzelle (12) ausbilden, welche auf sich eine Sensorelektrode (120) aufweist und der Gaskammer (130) gegenüberliegt, wenn die Gaslöcher (2) senkrecht zu der Oberfläche der Sensorzelle (12) proji ziert werden; und
die Sensorelektrode (120) durch eine gedachte Linien die den Schwerpunkt (121) der Sensorelektrode (120) und die Mitte (200) der Projektionsabbildung (20) jedes Gaslochs (2) verbindet, in eine Mehrzahl von ähnlichen Unterbereichen (21, 22; 21 bis 23; 21 bis 24; 21 bis 25) teilbar ist.

2. Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unter bereiche (21, 22; 21 bis 23; 21 bis 24; 21 bis 25) der Sensorelektrode (120) die folgende Beziehung erfüllen: S/s 1.25wobei S die Fläche des größten Unterbereichs bezeichnet und s die Fläche des kleinsten Unterbereichs bezeich net.

3. Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Projektionsabbiidung (20) jedes Gaslochs (2) innerhalb des Bereichs der Sensorelektrode (120) ausgebildet ist.

4. Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsabbildung (20) jedes Gaslochs (2) vollstän dig innerhalb des Bereichs der Sensorelektrode (120) ausgebildet ist.

5. Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnis ses, das aufweist:
eine Pumpzelle (11), die auf sich mindesten ein Paar voll Pumpelektroden (110) aufweist;
eine Sensorzelle (12), die auf sich mindestens ein Paar von Sensorelektroden (120) aufweist;
eine Gaskammer (130), die zwei Oberflächen aufweist, die durch die Pumpzelle (11) und die Sensorzelle (12) definiert sind; und
zwei bis fünf Gaslöcher (2), die mit der Gaskammer (130) in Verbindung stehen, zum Einbringen von erfaßtem Gas in die Gaskammer (130), wobei die Gaslöcher (2) in ihrer Abmessung im wesentlichen miteinander identisch sind, bei der
die Gaslöcher (2) ihre Projektionsabbildungen (20, a bis d) auf einer Oberfläche der Sensorzelle (12) aus bilden, welche auf sich eine Sensorelektrode (120) auf weist und der Gaskammer (130) gegenüberliegt, wenn die Gaslöcher (2) senkrecht zu der Oberfläche der Sensor zelle (12) projiziert werden;
die Gaslöcher (2) zusammen eine maximale Gestaltung de finieren, wenn die Mitten der Gaslöcher (2) miteinander verbunden sind;
die maximale Gestaltung den Schwerpunkt aufweist, des sen Projektionsabbildung (51) auf der Sensorelektrode (120) ausgebildet ist, wenn die maximale Gestaltung senkrecht zu der Oberfläche der Sensorzelle (12) proji ziert wird; und
die Gaslöcher (2) und die Sensorelektrode (120) zusam men die folgende Beziehung erfüllen: 0 m 0.1Mwobei m den Versatzwert von der Projektionsabbiidung (51) des Schwerpunkts der maximalen Gestaltung zu dem Schwerpunkt (121) der Sensorelektrode (120) bezeichnet, während M den kleinsten Abstand von dem Schwerpunkt (121) der Sensorelektrode (120) zu dem Umfang der Sen sorelektrode (120) bezeichnet, der sich auf der glei chen Seite wie die Projektionsabbildung (51) des Schwerpunkts der maximalen Gestaltung befindet.

6. Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ge samtmenge von Gaslöchern (2) entweder drei, vier oder fünf ist und der Abstand zwischen beliebig ausgewählten benachbarten zwei Gaslöchern (2) der gleiche wie der Abstand zwischen irgendwelchen anderen benachbarten zwei Gaslöchern (2) ist.

7. Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge der Gaslöcher (2) entweder drei, vier oder fünf ist und die Gaslöcher (2) zusammen die folgende Beziehung erfüllen: 0.9L ln 1.1Lwobei ln den Abstand zwischen irgendwelchen benachbar ten zwei Gaslöchern (2) bezeichnet und L den Mittelwert aller Abstände zwischen benachbarten zwei Gaslöchern (2) bezeichnet.

8. Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß die Gaslöcher (2) zusammen die folgende Bezie hung erfüllen: 0.88R r_n 1.12Rwobei r_n den Durchmesser von irgendeinem der Gaslöcher (2) bezeichnet, während R den Mittelwert aller Durch messer der Gaslöcher (2) bezeichnet.

9. Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses nach einem der Ansprüche 5 bis 8 dadurch gekennzeich net, daß mindestens ein Teil der Projektionsabbildung jedes Gaslochs (2) innerhalb des Bereichs der Sensor elektrode (120) ausgebildet ist.

10. Element zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß die Projektionsabbildung jedes Gaslochs (2) vollständig innerhalb des Bereichs der Sensorelektrode (120) ausgebildet ist.