DE69021819T2

DE69021819T2 - Luft/Kraftstoffverhältnisfühler.

Info

Publication number: DE69021819T2
Application number: DE69021819T
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Hayakawa; Tessyo Yamada
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1989-10-13
Filing date: 1990-10-12
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2010-10-13
Also published as: EP0422665B1; EP0422665A3; JPH03128451A; JP2744088B2; DE69021819D1; US5174885A; EP0422665A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luft/Kraftstoffverhältnisfühler, wie er in der DE-A-3 632 456 und DE-A-3 703 707 gezeigt und beschrieben ist.
Solche Luft/Kraftstoffverhältnisfühler, die die Sauerstoffkonzentration in den ausgestoßenen Auspuffgasen messen, sind normalerweise in einem Motor eingebaut, um den Kraftstoffverbrauch und den Abgasausstoß zu verbessern, und enthalten eine elektrochemische Pumpenzelle (Sauerstoffpumpenzelle; Ip) und eine elektrochemische Fühlerzelle (Sauerstoffkonzentrationszelle; Vs), die sich einander gegenüberliegen, mit einer Gasdiffusionskammer dazwischen, und einem Gasdiffusionsloch, das die Gasdiffusionskammer mit der Außenseite verbindet.
In letzter Zeit sind verschiedene Versuche gemacht worden, um die Wirksamkeit des Fühlers in einer Atmosphäre, die im wesentlichen keine Oxide enthält, wie z. B. trockene N&sub2;-0&sub2;- Luft, zu verbessern.
In dem Dokument JP-A-61-147 155 ist ein verbesserter Fühler offenbart, der einen stabilen Grenzstrom in der Ip-Vs-Beziehung zeigt. Das Haupt-Kennzeichen des Fühlers ist, daß die Größen der Elektrode auf der Seite der Gasdiffusionskammer und der Diffusionskammer jeweils innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs aneinander angepaßt sind.
In dem Dokument JP-A-61-221 644 wird noch ein weiterer verbesserter Fühler vorgeschlagen, der zwei Elektroden identischer Größe hat und ein schnelles Ansprechverhalten aufweist.
Die zuvor erwähnten Fühler haben jedoch immer noch einige Probleme. Obwohl der dem Dokument JP-A-61-147 155 entsprechende Fühler einen stabilen Grenzstrom sogar in trockener Luft hat, weist er kein ausreichend schnelles Ansprechverhalten auf. Der dem Dokument JP-A-61-221 644 entsprechende Fühler weist nur in einer neutrale Oxide, wie z. B. H&sub2;O und CO&sub2;, enthaltenden Atmosphäre einen stabilen Grenzstrom auf, jedoch nicht in trockener Luft, die im wesentlichen keine Oxide enthält.
Ziel der Erfindung ist es deshalb, einen Luft/Kraftstoffverhältnisfühler mit einem schnellen Ansprechverhalten zu schaffen, der sogar in einer Atmosphäre, die im wesentlichen keine Oxide enthält, einen stabilen Grenzstrom aufweist.
Dieses zuvor erwähnte Ziel wird durch einen Luft/Kraftstoffverhältnisfühler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Verbesserungen des Gegenstandes des Anspruchs 1.
Die Erfindung wird am besten verstanden, wenn man die nachfolgende ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführung und die dazu gehörenden Zeichnungen heranzieht, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen und in denen:
Fig. 1 eine vereinfachte Zeichnung ist, die die Grundkonstruktion eines erfindungsgemäßen Luft/Kraftstoffverhältnisfühlers zeigt;
Fig. 2 und 3 Zeichnungen sind, die Wirksamkeitsdiagramme enthalten, die das Prinzip der Erfindung erklären;
Fig. 4 und 5 Diagramme sind, die die Probleme zeigen, die ein herkömmlicher Luft/Kraftstoffverhältnisfühler aufweisen kann;
Fig. 6 eine perspektivische, teilweise ausgebrochene Zeichnung ist, die eine konkrete Ausführung eines Luft/Kraftstoffverhältnisfühlers entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 eine Explosionsdarstellung ist, die veranschaulicht, wie die Teile der Fig. 6 zusammengesetzt werden;
Fig. 8A bis 8G Ansichten sind, die die Formen der in den Versuchen zur Bewertung der Wirksamkeit des Luft/Kraftstoffverhältnisfühlers aus Fig. 6 verwendeten Elektroden zeigen;
Fig. 9 ein Diagramm ist, das die Ip-Änderung in Abhängigkeit von a/b × 100 zeigt;
Fig. 10A ein Diagramm ist, das den Wechsel des Luft/Kraftstoffverhältnisses zwischen fett und mager zeigt;
Fig. 10B ein Diagramm ist, das die Ansprechzeit in Abhängigkeit von a/b × 100 zeigt; und
Fig. 11 ein Diagramm ist, das die Vp-Spannung in Abhängigkeit von der Dauer zeigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend im einzelnen erläutert, mit ausführlicher Bezugnahme auf die Zeichnungen. Da viele Abwandlungen möglich sind, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen, ist nicht beabsichtigt, mit der nachfolgenden Ausführungsform die Erfindung auf diese Ausführungsform zu beschränken, vielmehr ist nur beabsichtigt, die Erfindung besser erläutern zu können.
In einem Luft/Kraftstoffverhältnisfühler gemäß der vorliegenden Erfindung, so wie er in vereinfachter Form in Fig. 1 dargestellt ist, wird die Fläche eines genau vorgegebenen Bereichs auf einer inneren Elektrode 4 der elektrochemischen Fühlerzelle (auf die nachfolgend als die Vs-Elektrode Bezug genommen wird) beeinflußt. Der Luft/Kraftstoffverhältnisfühler zeigt dabei nicht nur ein schnelles Ansprechverhalten, sondern auch einen stabilen Grenzstrom, sogar in einer Atmosphäre, die im wesentlichen keine Oxide enthält. In Fig. 1 ist die innere Elektrode der elektrochemischen Pumpenzelle (auf die nachfolgend als die Ip-Elektrode Bezug genommen wird), die der Vs-Elektrode gegenüberliegt, als die Vs-Elektrode überlappend dargestellt, um so leicht ihre Größen vergleichen zu können.
Innerhalb des durch den folgenden Ausdruck dargestellten Wertebereichs erhält man sowohl einen stabilen Grenzstrom als auch ein schnelles Ansprechverhalten:
0 < a/b ≤ 0,1 ...................(1),
in dem
"a" eine Fläche eines Bereichs A der inneren Vs-Elektrode 4 bezeichnet. Der innere Bereich A ist die Fläche der inneren Elektrode 4, die einen Bereich C überlappt, d. h. eine Fläche, die sich bis in eine Entfernung von weniger als 0,5 mm von einem inneren Ende einer Gasdiffusionsleitung 40, 42 erstreckt. "b" bezeichnet die Fläche eines Bereichs B auf der Vs-Elektrode 4 und ist die gesamte Fläche der inneren Elektrode 4 abzüglich der Fläche "a". Der Bereich D ist das Komplement des Bereichs C innerhalb der Gasdiffusionskammer.
Die Grundlage für die Bestimmung des oben angegebenen Wertebereichs wird nun ausführlich erläutert.

1. Grenzstrom

Fig. 2 und 3 zeigen die elektromotorische Kraft und den Sauerstoff-Partialdruck, dargestellt in Abhängigkeit von der Position auf der Elektrode des Luft/Kraftstoffverhältnisfühlers, der in einer Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in Fig. 1 gezeigt ist. Hier zeigt F2 die in einer üblichen Atmosphäre, die Oxide wie z. B. CO&sub2; und H&sub2;O enthält, gemessenen Ergebnisse, und F4 diejenigen in einer trockenen, im wesentlichen keine Oxide enthaltenden Luft, wie z. B. N&sub2;-0&sub2;.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, hat in der üblichen Atmosphäre die Kurve des Sauerstoff-Partialdrucks F2 ihren niedrigsten Wert, 10&supmin;¹&sup8; atm, an der entferntesten Position vom Ende des Gasdiffusionslochs, d. h. dem Zentrum der Elektrode. Der niedrigste Sauerstoff-Partialdruck reicht noch aus, um die elektromotorische Kraft zu erzeugen. Der niedrigere Sauerstoff-Partialdruck erzeugt die größere elektromotorische Kraft, soweit der Partialdruck größer als ein gewisser Wert ist. Die größte elektromotorische Kraft wird somit im Zentrum der Elektrode erzeugt, wie es deutlich an der Kurve der elektromotorischen Kraft F2 in Fig. 2 zu sehen ist.
Wenn Oxide, wie z. B. H&sub2;O oder C0&sub2;, in einer Atmosphäre vorhanden sind, werden sie durch die Ip-Elektrode zerlegt, um sich als H&sub2; oder CO&sub2; in der Atmosphäre auszubreiten, und die folgenden Reaktionen finden auf der Vs-Elektrode oder der Ip- Elektrode statt:
H&sub2; + 1/2 O&sub2; H&sub2;O ...............(2)
CO + 1/2 O&sub2; C0&sub2; ...............(3)
Die Sauerstoffkonzentration auf der Vs-Elektrode wird wegen dieser Reaktionen relativ konstant gehalten. Der Sauerstoff- Partialdruck zeigt somit einen relativ hohen Wert, sogar im Zentrum der Elektrode.
Anderseits, in trockener Luft, hat die Kurve des Sauerstoff- Partialdrucks F4 in dem vom Ende des Gasdiffusionslochs entferntesten Bereich Werte kleiner als 10&supmin;²¹ atm, d. h., einem Bereich A, wie in Fig. 3 gezeigt. Dieser Bereich mit dem Sauerstoff-Partialdruck kleiner als 10&supmin;²¹ wird für Elektronen leitend und folglich wird darin keine elektromotorische Kraft erzeugt.
Da die trockene Luft im wesentlichen keine Oxide enthält, finden die zuvor erwähnten Reaktionen (2) und (3) nicht statt und folglich stellt sich ein großes Sauerstoffkonzentrations-Gefälle auf der Vs-Elektrode ein. Wenn die Sauerstoffkonzentration extrem niedrig ist, wird der Trockenelektrolyt für Elektronen wie auch für Ionen leitend. In einem solchen Fall kann eine Hysterese in der Ip-Vs-Beziehung stattfinden, wie in Fig. 4 gezeigt, oder der Ip-Strom kann sich in Abhängigkeit von der Zeit drastisch ändern, wie in Fig. 5 gezeigt ist.
In dem Luft/Kraftstoffverhältnisfühler dieser Erfindung befindet sich die Vs-Elektrode nahe des Zentrums des Fühlers, und der Quotient a/b ist auf den durch den Ausdruck (1) angegebenen Wertebereich begrenzt. Die Sauerstoffkonzentration wird somit relativ konstant aufrechterhalten. Dadurch sind eine große elektromotorische Kraft ebenso wie ein stabiler Grenzstrom erhältlich.

2. Ansprechverhalten

Allgemein wird im hier angesprochenen Fachgebiet angenommen, daß das Ansprechverhalten eines Luft/Kraftstoffverhältnisfühlers verbessert wird, wenn dieselbe Größe für die Vs- und die IP-Elektrode in dem Fühler benutzt wird. Mit einem solchen Fühler erhält man jedoch keinen stabilen Grenzstrom. Um die Ziele dieser Erfindung zu erreichen, wurde die Fläche der inneren Vs-Elektrode nach und nach verkleinert, um die optimalen Bedingungen sowohl für einen stabilen Grenzstrom als auch ein schnelles Ansprechverhalten zu finden. Als optimale Bedingung hat sich der von dem Ausdruck (1) angegebene Wertebereich ergeben.
Im Hinblick auf die Konstruktion eines konkreten Fühlers, gemäß den oben beschriebenen Prinzipien der vorliegenden Erfindung, ist die Fig. 6 eine perspektivische Ansicht mit teilweisem Ausbruch, die einen die Erfindung verkörpernden Luft/Kraftstoffverhältnisfühler 1 zeigt und ist Fig. 7 eine Explosionsdarstellung, die veranschaulicht, wie die Teile des Fühlers 1 zusammengesetzt sind.
Wie in Fig. 6 und 7 gezeigt, umfaßt der Luft/Kraftstoffverhältnisfühler 1 eine elektrochemische Fühlerzelle 8 (Sauerstoffkonzentrations-Zelle), die auf beiden Seiten einer Trockenelektrolytschicht 3 poröse Elektroden 4 und 6 hat, eine elektrochemische Pumpenzelle 16 (Sauerstoff-Pumpenzelle) mit porösen Elektroden 12 und 14 beidseits einer Trockenelektrolytschicht 10 und obere unter untere Zwischenlagen 20 und 22, um zwischen den Zellen 8 und 16 eine Gasdiffusionskammer zu bilden. Heizmittel 28 und 30 sind außen an der elektrochemischen Fühlerzelle 8 und der elektrochemischen Pumpenzelle 16 jeweils über Zwischenlagen 24 und 26 angebracht.
Die rechteckigen porösen Elektroden 12 und 14 sind auf beiden Seiten der Trockenelektrolytschicht 10 befestigt, die aus einer festen Lösung aus Yttriumoxid-Zirkoniumoxid besteht, um die elektrochemische Pumpenzelle 16 zu bilden. Die porösen Elektroden 12 und 14 sind aus einer gewichtsmäßig 16% ausmachenden festen Lösung aus Yttriumoxid-Zirkoniumoxid und Platin hergestellt.
Die elektrochemische Pumpenzelle 16 ist von einer Isolierung 34 aus Aluminiumoxid bedeckt, die ein Loch 32 für die poröse Elektrode 14 hat. Die poröse Elektrode 14 ist von einer porösen Schicht 36 aus Aluminiumoxid bedeckt und paßt in das Loch 32.
Die elektrochemische Fühlerzelle 8 ist im wesentlichen auf dieselbe Art und Weise wie die elektrochemische Pumpenzelle 16 aufgebaut. D. h., die porösen Elektroden 4 und 6, die aus einer gewichtsmäßig 16% ausmachenden festen Lösung aus Yttriumoxid-Zirkoniumoxid und Platin hergestellt sind, sind beidseits der Trockenelektrolytschicht 3 befestigt, die aus einer festen Lösung aus Yttriumoxid-Zirkoniumoxid besteht.
Wie in Fig. 1 dargestellt, hat die innere Elektrode 4 die Form einer Säule mit einem Flansch am oberen Ende und in der Mitte und ist so angeordnet, daß sie dem Zentrum der porösen Elektrode 12 gegenüberliegt. Die Fläche und Größe der Elektrode 4 ist entsprechend dem durch den Ausdruck (1) angegebenen Wertebereich festgelegt, wie oben im einzelnen erläutert wurde.
Eine aus einem Trockenelektrolyt bestehende Schutzschicht 38 ist auf der äußeren Elektrode 6 der elektrochemischen Fühlerzelle 8 befestigt. Die Schutzschicht 38 bewahrt die äußere Elektrode 6 vor direktem Kontakt mit der Atmosphäre, wodurch es möglich ist, die Elektrode 6 als eine innere Referenz- Sauerstoffquelle R zu benutzen.
Die U-förmige Zwischenlage 20 und die konkave Zwischenlage 22 sind aus Aluminiumoxid und haben eine Dicke von 60 um. Die Zwischenlagen 20 und 22 sind zwischen der elektrochemischen Pumpenzelle 16 und der elektrochemischen Fühlerzelle 8 angeordnet, um die Gasdiffusionskammer 18 zu bilden. Gasdiffusionslöcher 40 und 42 sind auf jeder Seite der Gasdiffusionskammer 18 ausgebildet, um die Kammer 18 mit der Atmosphäre zu verbinden, und sind mit porösen Füllern 44 und 46 aus Aluminiumoxid gefüllt.
Exothermische Schablonen 50 und 52 sind auf einer Seite der Heizmittel 28 und 30 und Migration verhindernde Schablonen 54 und 56 sind auf der jeweils anderen Seite angebracht.
Das Herstellungsverfahren des Luft/Kraftstoffverhältnisfühlers 1 wird nun mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Die Trockenelektrolytschichten 3 und 10 der elektrochemischen Fühlerzelle 8 und der elektrochemischen Pumpenzelle 16 werden jeweils folgendermaßen hergestellt: Yttriumoxid-Zirkoniumoxid- Pulver wird mit einem PVB-Bindemittel und einem organischen Lösemittel gemischt, um eine pastenähnliche Mischung zu erhalten. Ein dünner Film der Mischung wird dann durch die Dr.- Blade-Methode hergestellt.
Die porösen Elektroden 4, 6 und 12, 14 der elektrochemischen Fühlerzelle 8 und der elektrochemischen Pumpenzelle 16 werden jeweils wie folgt hergestellt: Zirkoniumoxid-Pulver und Yttriumoxid-Pulver werden gemischt, gesintert, pulverisiert und dann getrocknet, um ein Yttriumoxid-Zirkoniumoxid-Ausgangsmaterial zu bilden. 16% Gewichtsanteile Yttriumoxid-Zirkoniumoxid und Platinpulver mit der wirksamen Oberfläche von 10m²/g oder weniger (vorzugsweise 4 bis 6 m²/g) werden mit einem Zellulose- oder PVB-Bindemittel und einem organischen Lösemittel, z. B. Butyl-Carbitol, gemischt, um eine breiartige Mischung zu erhalten. Die Mischung wird dann mittels eines Siebdruckverfahrens auf beide Seiten der Trockenelektrolytschicht 3 oder 10 aufgedruckt.
Die Trockenelektrolytschichten 3, 10 mit den porösen Elektroden 4 und 6, 12 und 14, die Isolierung 34, die Schutzschicht 38 und andere Teile werden mittels Druck miteinander verbunden und bei 1.500 ºC eine Stunde lang gesintert. Der die elektrochemische Fühlerzelle 8 und die elektrochemischen Pumpenzelle 16 enthaltende Luft/Kraftstoffverhältnisfühler 1 ist dann fertig.
Konkrete Versuche zur Bewertung der Wirksamkeit eines Luft/Kraftstoffverhältnisfühlers 1 in der oben beschriebenen Ausführung werden nun beschrieben.

Versuchserebnisse:

Es wurden Vs-Elektroden (Elektroden der elektrochemischen Fühlerzelle) in verschiedenen Formen, wie in den Fig. 8A bis 8G zu sehen ist, hergestellt und einzeln in den Luft/Kraftstoffverhältnisfühler 1 eingebaut. Die mit Nr. 1 bis Nr. 3 bezeichneten Zahlenwerte sind Beispielswerte der Erfindung und die mit Nr. 4 bis Nr. 7 bezeichneten sind Referenzwerte. Tabelle 1 zeigt die Tiefe x der Gasdiffusionslöcher 40 und 42 und den Quotienten a/b in den Beispielen und den Referenzen. Tabelle 1 Beispiele Referenzen
Der Grenzstrom wurde für die oben angegebenen Beispiele und Referenzen gemessen.
Die Luft/Kraftstoffverhältnisfühler 1 der Beispiele und der Referenzen waren jeweils einer trockenen N&sub2;-O&sub2;-Luft bei 450 ºC ausgesetzt. Die Spannung der Vs-Elektrode wurde auf einem konstanten Wert von 450 mv gehalten und die Änderung des Pumpenstroms Ip gemessen. Die Ip-Änderung wird wie folgt ausgedrückt
(Ip - Ip&sub0;) / Ip&sub0; × 100 [%],
worin Ip einen Pumpenstrom nach 1 Stunde und Ip&sub0; den anfänglichen Pumpenstrom bedeutet.
Fig. 9 zeigt die Ergebnisse der Messungen. Die Ip-Änderung ist in Abhängigkeit von a/b × 100 [%] dargestellt. Der Unterschied der beiden Kurven zeigt die Änderung des Ip-Stroms. In den Luft/Kraftstoffverhältnisfühlern 1 der Beispiele Nr. 1 bis Nr. 3 und der Referenz Nr. 4, mit einem a/b-Wert von 10% oder kleiner, war die Änderung des Ip-Stroms klein und die erhaltenen Grenzströme waren stabil. Andererseits war in den Fühlern 1 der Referenzen Nr. 5 bis Nr. 7 die Änderung des Ip-Stroms groß und die erhaltenen Grenzströme waren instabil.
Auch das Ansprechverhalten der Beispiele und der Referenzen wurde bewertet. Um dies durchzuführen, wurden die Luft/Kraftstoffverhältnisfühler 1 der Beispiele und der Referenzen den von einem Propanbrenner ausgestoßenen Abgasen ausgesetzt. Das Luft-Kraftstoffverhältnis wurde zwischen fett (λ = 1,2) und mager (λ = 0,8) verändert, wie in Fig. 10A dargestellt ist, und das Ansprechverhalten des Fühlers 1 wurde bewertet. Die Ansprechzeit TLS von mager zu fett oder TRS von fett zu mager ist eine Zeitspanne zwischen der Ausgabe eines "fett"- oder "mager"-Signals und eines Zeitpunkts, an dem die abgreifbare Spannung 50% des vollen Wertes erreicht. Die Ergebnisse sind in Fig. 10B dargestellt.
Die Beispiele Nr. 1 bis Nr. 3 und die Referenzen Nr. 5 bis Nr. 7 zeigten ein schnelles Ansprechverhalten. Dagegen hat die Referenz Nr. 4 ein langsameres Ansprechverhalten.
Wie deutlich aus den Ergebnissen der zuvor erwähnten Versuche hervorgeht, zeigte jedes der Beispiele Nr. 1 bis Nr. 3 sowohl einen stabilen Grenzstrom als auch ein schnelles Ansprechverhalten. Andererseits zeigten Nr. 4 bis Nr. 7 entweder einen stabilen Grenzstrom oder ein schnelles Ansprechverhalten, nicht aber beides.
Die Nicht-Schwärzungs-Charakteristiken wurden durch Messung der Pumpenspannung Vp in den Luft/Kraftstoffverhältnisfühlern 1 der Beispiele Nr. 1 und Nr. 2 und der Referenz Nr. 7 ermittelt. Schwärzung ist ein Phänomen, bei dem der Trockenelektrolyt wegen verringerter Sauerstoffkonzentration beschädigt und schwarz wird. Fig. 11 zeigt das Ergebnis dieses Versuchs. In den Beispielen Nr. 1 und Nr. 2 verflachte sich die Vp-Spannung auf annähernd 1,7 und stieg nicht weiter an; folglich trat keine Schwärzung ein. Andererseits stieg bei der Referenz Nr. 7 die Vp-Spannung über 2 V und die Schwärzung trat ein. Die Luft/Kraftstoffverhältnisfühler 1 der Beispiele zeigten auch günstige Anti-Schwärzungs-Charakteristiken.
Wie zuvor beschrieben weist der Luft/Kraftstoffverhältnisfühler dieser Erfindung sowohl einen stabilen Grenzstrom als auch ein schnelles Ansprechverhalten auf. Das wird durch die Begrenzung des Quotienten aus der Fläche a eines Bereichs A und der Fläche b eines Bereichs B auf der inneren Elektrode eines elektrochemischen Fühlers innerhalb eines genau angegebenen Bereichs, 0 < a/b ≤ 0,01, erreicht. Hier entspricht der Bereich A einem Bereich C innerhalb einer Entfernung von 0,5 mm vom Ende des Gasdiffusionslochs, bis auf die 0,5 mm-Entfernungslinie auf der inneren Elektrode einer elektrochemischen Pumpenzelle, und der Bereich B entspricht einem Bereich D oder dem Komplement des Bereichs C auf der inneren Elektrode der elektrochemischen Pumpenzelle.
Weshalb, nachdem somit die vorliegende Erfindung beschrieben ist, folgendes beansprucht wird:

Claims

1. Ein Luft/Kraftstoffverhältnisfühler mit

a) einer elektrochemischen Pumpenzelle (16) mit porösen inneren und äußeren Elektroden (12, 14) beidseits einer Trockenelektrolytschicht (10),

b) einer elektrochemischen Fühlerzelle (8) mit porösen inneren und äußeren Elektroden (4, 6) beidseits einer Trockenelektrolytschicht (3), wobei sich die innere Elektrode (4) der elektrochemischen Fühlerzelle (8) und die innere Elektrode (12) der elektrochemischen Pumpenzelle (16) beidseits einer Gasdiffusionskammer (18) gegenüberliegen,

c) einer Gasdiffusionsleitung (40, 42), die die Gasdiffusionskammer (18) mit einer Atmosphäre verbindet,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) eine Fläche "a" der inneren Elektrode (4) der elektrochemische Fühlerzelle (8) mit einer Fläche "b" auf der inneren Elektrode (4) der elektrochemische Fühlerzelle (8) einen Quotienten bildet, der im Wertebereich 0 < a/b ≤ 0,1 liegt,

e) worin "a" die gesamte Fläche der inneren Elektrode (4) der elektrochemischen Fühlerzelle (8) ist, die sich bis auf eine Entfernung von weniger als 0,5 mm vom inneren Ende des Gasdiffusionsverbindung (40, 42) erstreckt und

f) die Fläche b die gesamte Fläche der inneren Elektrode (4) der elektrochemischen Fühlerzelle (8) minus der Fläche "a" ist.

2. Luft/Kraftstoffverhältnisfühler nach Anspruch 1, bei dem

a) die Gasdiffusionskammer (18) länglich ist, wobei ihre Länge größer als ihre Breite ist,

b) die Leitung (40, 42) mit der Gasdiffusionskammer (18) in einem mittleren Abschnitt von dieser in Verbindung steht, und

c) die innere Elektrode (4) der elektrochemische Fühlerzelle (8) länglich ist, wobei ihre Länge größer als ihre Breite ist, und innerhalb der Gasiffusionskammer (18) angeordnet ist und mit deren Längsachsen fluchtet.

3. Luft/Kraftstoffverhältnisfühler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem:

a) die Gasdiffusionskammer (18) rechteckig ist und

b) die innere Elektrode (4) der elektrochemische Fühlerzelle (8) erste Vorsprünge auf beiden Seiten ihrer Länge, ungefähr in deren Mitte, hat.

4. Luft/Kraftstoffverhältnisfühler nach Anspruch 3, bei dem:

die innere Elektrode (4) der elektrochemischen Fühlerzelle (8) zweite Vorsprünge auf beiden Seiten ihrer Länge und an einem ihrer Enden hat.

5. Luft/Kraftstoffverhältnisfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem:

die innere Elektrode (4) der elektrochemischen Fühlerzelle (8) im wesentlichen rechteckig ist.

6. Luft/Kraftstoffverhältnisfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem:

die Gasdiffusionskammer (18) durch Zwischenlagen (20, 22) gebildet ist, die zwischen der elektrochemischen Fühlerzelle (8) und der Pumpenzelle (16) angeordnet sind.

7. Luft/Kraftstoffverhältnisfühler nach Anspruch 6, bei dem:

die Zwischenlagen (20, 22) aus einem aus der von Aluminiumoxid, Spinell, Forsterit, Steatit und Zirkoniumoxid gebildeten Gruppe ausgewählten Material bestehen.

8. Luft/Kraftstoffverhäitnisfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem:

für schnelles Ansprechen die Gasdiffusionskammer eine Länge zwischen 20 und 100 um hat.

9. Luft/Kraftstoffverhältnisfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem:

die Trockenelektrolytschicht (10) der elektrochemischen Pumpenzelle (16) und die Trockenelektrolytschicht (3) der Fühlerzelle (8) aus einer festen Lösung bestehen, die aus der von Yttrium (III)-oxid (Y&sub2;O&sub3;)-Zirkonium (IV) Oxid (ZrO&sub2;), Calciumoxid (CaO)-Zirkonium (IV)-oxid (ZrO&sub2;), Zer (IV)-oxid (CeO&sub2;), Thorium (IV)-oxid (ThO&sub2;), Hafnium (IV)-oxid (HfO&sub2;), Perowskit (CaTiO&sub3;) und Oxiden von dreiwertigen Metallen gebildeten Gruppe ausgewählt ist.

10. Luft/Kraftstoffverhältnisfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit:

einer Schutzschicht (36, 38), die jede der porösen äußeren Elektroden (6, 14) bedeckt.

11. Luft/Kraftstoffverhältnisfühler nach Anspruch 10, bei dem:

die Schutzschicht (36, 38) ein aus der von Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), Spinell, Zirkonium (IV)-oxid und Mullit gebildeten Gruppe ausgewähltes Material enthält.