JP3752749B2 - 空燃比検出素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は，自動車用内燃機関等において使用される空燃比検出素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年，自動車排出ガスの規制が厳しくなっており，一層の排出ガス浄化効率の向上が求められている。上記排出ガスの浄化効率の向上対策の一つとして，自動車用内燃機関における空燃比を，より効率的に制御することが挙げられる。
上記空燃比の効率的な制御には，例えば，高精度，高応答性の空燃比検出素子を自動車用内燃機関の排気経路等に取付けることにより達成できる。即ち，上記空燃比検出素子の検出値を元に，常に最適な空燃比にて内燃機関が燃焼するよう，燃焼制御を行うことができる。
【０００３】
ところで，上記空燃比検出素子としては，従来，酸素イオン伝導性固体電解質を用いた空燃比検出素子が使用されている。
上記空燃比検出素子は，後述の図４，図５に示すごとく，ポンプ電極を有するポンプセルと，センサ電極を有するセンサセルと，両者により少なくともその二面を覆われてなる室とよりなる酸素濃度検出素子の一種である。
【０００４】
上記ポンプ電極には，上記室に被測定ガスを導入するための連通孔が設けてある。そして，上記室に対し，被測定ガスを導入するガス拡散手段が設けてある。上記ガス拡散手段としては，上記ポンプセルに多孔質層を設けること，又は上記ポンプ電極に連通孔を設けることが挙げられる。
また，上記センサセル及びポンプセルは，ジルコニア固体電解質よりなる。
【０００５】
上記空燃比検出素子において，空燃比は，被測定ガス中における酸素濃度を検出することにより測定することができる。
まず，上記ガス拡散手段を経て，上記室に被測定ガスが拡散する。この時，上記室における被測定ガスの酸素濃度が一定となるよう，センサセルに発生する起電力をモニタしつつ，ポンプ電極の間に電圧を印加する。
【０００６】
これにより，ポンプセルにて酸素ポンプ作用が発生し，ポンプ電流が発生する。上記ポンプ電流の大きさは，被測定ガス中の酸素濃度に依存する。よって，上記ポンプ電流を測定することにより，被測定ガス中の酸素濃度の測定を行うことができる。
【０００７】
ところで，上記空燃比検出素子における，高精度，高応答性の実現には，被測定ガスの拡散にばらつきがなく，センサ電極において被測定ガスの濃度分布が発生しないことが必要である。
また，上記ガス拡散手段における被測定ガスの拡散に当たって，通気抵抗が小さいことが必要である。
【０００８】
上記ガス拡散手段における通気抵抗を小さくするためには，ガス拡散手段として，多孔質層よりも連通孔を採用したほうがよい。
以上により，従来，ポンプ電極に多数の連通孔を設けた空燃比検出素子が用いられていた。
【０００９】
しかしながら，上記多数の連通孔を有する空燃比検出素子は，被測定ガス中の酸素濃度の変動と連動する明確なセンサ出力が得られないという問題が生じている。
更に，多数の連通孔をポンプ電極上に設けるためには，ひとつひとつの連通孔の径を小さくせねばならず，加工に手間がかかる。
更に，径の小さな連通孔では通気抵抗が過大となり，必要以上にガス拡散時間を要するという理由により，特に単独の連通孔を有する構成の空燃比検出素子と比較して，高速応答性に劣るおそれがあった。
【００１０】
また，上記の空燃比検出素子とは異なり，ガス拡散手段として，唯一つの連通孔を有する空燃比検出素子においては，上記連通孔を中心として被測定ガスが拡散することとなる。このため，上記連通孔をセンサ電極に対し投影した連通孔投影像の近傍と遠方との間にて，被測定ガスの濃度分布が発生するおそれがあった。
【００１１】
そこで，従来，図２３に示すごとく，ポンプ電極に連通孔を唯一設けた空燃比検出素子のセンサセル９２において，連通孔投影像８０の中心と，センサ電極９２０の重心９２１とが一致すると共に，センサ電極９２０を上記連通孔投影像８０と重ならないよう設けた空燃比検出素子がある（特開昭６３−６１９４５号）。
【００１２】
上記空燃比検出素子においては，連通孔より拡散した被測定ガスが連通孔投影像８０を中心として拡散した結果，センサ電極９２０に到達する。このため，少なくともセンサ電極９２０で，被測定ガスの濃度分布の発生の低減により被測定ガスの空燃比変動時の過渡応答出力のオーバシュートを解消することができる。
【００１３】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記空燃比検出素子では連通孔投影像８０から離れた位置にセンサ電極９２０を構成させているので応答性が悪化する問題がある。
また，応答性の悪化を防ごうとしてセンサ電極９２０を小さくするとセンサ出力が小さくなったり，センサセル９２の抵抗の増大などにつながる。
また，これらを解消しようとすれば，センサ作動温度をより高温に設定する必要が生じ，素子加熱用ヒータの電力が増大するため，ヒータそのもの及び素子の熱劣化の問題が生じるおそれがある。
【００１４】
本発明は，かかる問題点に鑑み，高精度かつ高応答性を有する空燃比検出素子を提供しようとするものである。
【００１５】
本発明は，ポンプ電極を有するポンプセルと，センサ電極を有するセンサセルと，両者により少なくともその二面を覆われてなる室とよりなる空燃比検出素子において，
上記室には被測定ガスを導入するための同一の径を有する３〜５個の連通孔を設けてあり，
また，上記３〜５個の連通孔は，センサセルの，上記室に面すると共にセンサ電極が形成された面上に，連通孔投影像が形成されるように構成されてなり，
更に，上記３〜５個の連通孔の中心を結ぶ直線により囲まれた最大形状の図形の重心を，上記センサ電極に投影することにより得られた重心投影像と，上記センサ電極の重心とが重なるような位置に，上記３〜５個の連通孔が設けてあり，
更に，上記連通孔投影像の中心と上記センサセルの上記室に面する面上のセンサ電極の重心とを通る各直線を想定した時，この各直線により上記センサ電極が複数に分割された分割面が形成され，
該分割面の面積がそれぞれ同等となるよう構成されていることを特徴とする空燃比検出素子にある（請求項１）。
【００１６】
本発明の作用につき以下に説明する。
本発明の空燃比検出素子においては，同一の径を有する３〜５個の連通孔を特定の位置に設けてある。
これにより，電圧−電流特性の限界電流特性を明確に得ることができ，ばらつきのないセンサ出力を得ることができる。
仮に連通孔の大きさが異なる場合には，被測定ガスの拡散状態が連通孔ごとに異なるため，センサ電極の表面に，被測定ガスの濃度分布が発生するおそれがある。
【００１７】
また，本発明の空燃比検出素子は３〜５個の連通孔を設けてある。
連通孔の数が２個より少ない場合，即ち連通孔が１個である場合は（図２３参照），従来技術において述べたごとく，空燃比検出素子の応答性が悪くなるおそれがある。
また，５個より多い場合には，連通孔の被測定ガスのセンサ電極への導入を制限するというガス拡散抵抗作用の機能が弱まるため，明確な限界電流を得ることができなくなるおそれがある。
上記３〜５個の連通孔を設けることにより，センサ出力の応答性と連通孔のガス拡散抵抗作用と両立させることができ，優れた空燃比検出素子を得ることができる。
【００１８】
また，上記特定の位置とは，上記連通孔投影像の中心と上記センサセルの上記室に面する面上のセンサ電極の重心とを通る各直線を想定した時，この各直線により上記センサ電極が複数に分割された分割面が形成され，該分割面の面積がそれぞれ同等となる位置を示している。
【００１９】
これにより，上記連通孔の径を比較的大きくすることができ，該連通孔の形成に当たって，容易に高い加工精度を確保することができる。従って，容易に大きさの揃った連通孔を形成することができる。
仮に連通孔の大きさが異なる場合には，被測定ガスの拡散状態が連通孔ごとに異なるため，センサ電極の表面に，被測定ガスの濃度分布が発生するおそれがある。
【００２０】
また，上記特定の位置に連通孔を設けることにより，上記センサ電極に対して，上記連通孔投影像は均等に分布することができる。従って，上記同様，連通孔より拡散した被測定ガスがセンサ電極において濃度分布を発生することを防止することができる。
従って，高精度な空燃比検出素子を得ることができる。
【００２１】
また，被測定ガス中の酸素濃度が急激に変化した場合には，その急激な変化がセンサ電極全体において発生しなければ，酸素濃度の変化を空燃比検出素子が検知することはできない。
即ち，センサ電極において被測定ガスの濃度分布が発生するような空燃比検出素子は，上記急激な変動に伴う被測定ガスの中の酸素濃度の分布の変動を検知し難い。
【００２２】
これに対して，本発明の空燃比検出素子は，センサ電極における被測定ガスの濃度分布が発生し難く，よって被測定ガス中の酸素濃度の変動を精度よく捉えることができる。
従って，高応答性を有する空燃比検出素子を得ることができる。
【００２４】
なお，請求項２の発明のように，上記複数の分割面において，面積が最大である分割面の面積を最大分割面面積Ｓ，面積が最小である分割面の面積を最小分割面面積ｓとすると，Ｓ／ｓ≦１．２５であることが好ましい。
これにより，各連通孔投影像をセンサ電極に対し，ほぼ均等に分布させることができ，センサ電極における被測定ガスの濃度分布の発生を防止することができる。
【００２５】
上記Ｓ／ｓが１．２５より大きい場合には，連通孔の分布にばらつきが発生し，センサ電極において被測定ガスの濃度分布が発生するおそれがある。
【００２６】
次に，上記連通孔投影像の一部分は，少なくともセンサ電極上に存在することが好ましい。
これにより，センサ電極と連通孔とを最近接に配置できるため，被測定ガス濃度に変化が生じた時，瞬時にセンサ電極がこれを検知できる。即ち，空燃比検出素子の高速応答性を実現することができる。
【００２７】
次に，上記連通孔投影像は，その全体がセンサ電極上に存在することが好ましい。
これにより，上記効果に加え，センサ電極上のガス交換を高効率に行なうことが可能となるため，本案の構成に於いて最高速の応答性を実現できる。
【００２８】
次に，上記連通孔は同一形状であることが好ましい。
これにより，各連通孔における被測定ガスの拡散状態がほぼ等しくなるため，室において被測定ガスの濃度分布が発生し難くなる。よって，高精度である空燃比検出素子を得ることができる。
なお，上記『同一』とは，例えば空燃比検出素子の製造に当たって不可避である製造誤差等より生じる多少のばらつきを含んだ表現であり，厳密に各連通孔の形状等が等しいということを示すものではない。また，他の『同一』という表現も同様である。
【００２９】
次に，上記連通孔は円形であることが好ましい。
これにより，連通孔内のガス拡散を円滑に行なうことができ，均一なガス拡散抵抗が得られる。
なお，上記連通孔の形状は，例えば，角形，楕円形等各種の形状をとることができる。
【００３０】
次に，上記連通孔の径（直径を意味するものとして使用する。）は０．０５〜０．６ｍｍであることが好ましい。
これにより，空燃比検出素子において，高い応答性と検出精度を確保することができる。
上記径が０．０５ｍｍ未満である場合には，被測定ガスの拡散に時間がかかりすぎ，空燃比検出素子の応答性を低下させるおそれがある。
また，被測定ガスの拡散量が少なくなるため，空燃比検出素子のセンサ出力が小さくなる。この結果，酸素濃度の微小な変化を検知できなくなり，検出精度が低下するおそれがある。
【００３１】
一方，上記径が０．６ｍｍよりも大きい場合には，ポンプセルのポンピング能力を超える酸素が室内に拡散し，室内の酸素濃度を一定に保つことが困難となり正常なセンサ出力が得られなくなる。
【００３２】
次に，上記連通孔投影像は上記連通孔との形状と同じであることが好ましい。
これにより，連通孔を設置した面とセンサ電極とは平行な位置関係となり，上記連通孔を介して測定ガスが流入又は排出される時，室内のガス濃度をすばやく一定とすることができる。
【００３３】
なお，上記連通孔投影像の中心と，該センサ電極における重心との間の距離は，互いに等しいことが好ましい。
例えば，上記センサ電極の形状が点対称であり，その対称中心が重心であるような場合には，センサ電極に対して，上記連通孔が均等に分布することとなる（後述の図２，図９〜図１２参照）。
従って，一層効果的にセンサ電極における被測定ガスの濃度分布の発生することを防止することができる。
【００３４】
次に，上記分割面の面積は，２〜１０ｍｍ2 であることが好ましい。
上記面積が２ｍｍ2 未満である場合には，センサ電極の面積が小さく，よって空燃比検出素子のセンサ出力が小さくなる。この結果，空燃比検出素子が酸素濃度の微小な変化を検知できなくなり，空燃比の検出精度が悪化するおそれがある。
【００３５】
一方，上記面積が１０ｍｍ2 より大きい場合には，各連通孔より拡散した被測定ガスが分割面を満たすに要する時間が長くなるおそれがある。この場合には，空燃比検出素子の応答性が低下するおそれがある。
【００３６】
次に，上記全連通孔の合計面積は，０．００７〜０．６ｍｍ2 であることが好ましい。
上記合計面積が０．００７ｍｍ2 未満である場合には，被測定ガスの拡散量が少なく，空燃比検出素子のセンサ出力が小さくなる。この結果，酸素濃度の微小な変化を検知できなくなり，検出精度が低下するおそれがある。
【００３７】
一方，上記合計面積が０．６ｍｍ2 よりも大きい場合には，被測定ガスの拡散量が増大するため，空燃比検出素子のセンサ出力が過剰に大きくなるおそれがある。この場合には，固体電解質が部分的に還元され体積変化が生じ，その結果亀裂等が発生し，空燃比検出素子の耐久性が衰えるおそれがある。
【００３９】
また，本発明の空燃比検出素子においては，同一の径を有する３〜５個の連通孔を特定の位置に設けてある。
これにより，上記のように，電圧−電流特性の限界電流特性を明確に得ることができ，ばらつきのないセンサ出力を得ることができる。
また，上記３〜５個の連通孔を設けることにより，センサ出力の応答性と連通孔のガス拡散抵抗作用と両立させることができ，優れた空燃比検出素子を得ることができる。
【００４０】
また，上記特定の位置とは，連通孔の中心を結ぶ直線により囲まれた最大形状の図形の重心を，上記センサ電極に投影することにより得られた重心投影像と，上記センサ電極の重心とが重なるような位置である。
【００４１】
これにより，上記連通孔を比較的大きくすることができ，該連通孔の形成に当たって，加工精度を確保することが容易である。従って，同一の径を有する連通孔を容易に形成することができる。
【００４２】
また，センサ電極に対して，上記連通孔投影像は均等に分布しているため，上記同様，連通孔より拡散した被測定ガスがセンサ電極において濃度分布を発生するということを防止することができる。
従って，高精度である空燃比検出素子を得ることができる。
また，センサ電極における被測定ガスの濃度分布が発生し難く，よって被測定ガス中の酸素濃度の変動を精度よく捉えることができる。
従って，高応答性を有する空燃比検出素子を得ることができる。
【００４３】
以上のように，本発明によれば，高精度かつ高応答性を有する空燃比検出素子を提供することができる。
【００４４】
次に，請求項３の発明のように，隣接する各連通孔間の距離ｌｎは互いに等しいことが好ましい。
これにより，センサ電極に対して，上記連通孔は均等に分布することとなり，従って，一層効果的にセンサ電極における被測定ガスの濃度分布の発生を防止することができる。
【００４５】
次に，請求項４の発明のように，隣接する各連通孔間の距離をｌｎ，各連通孔間の平均距離をＬとすると，０．９Ｌ≦ｌｎ≦１．１Ｌであることが好ましい。
これにより，センサ電極における被測定ガスの濃度分布の発生を防止することができる。
なお，各連通孔間の距離ｌｎが０．９Ｌ未満である場合，また１．１Ｌよりも大きい場合には，センサ電極雰囲気中の被測定ガスの濃度分布も大となってしまい，電圧−電流特性が劣化してしまうという問題が生じるおそれがある。
【００４６】
次に，請求項５の発明のように，上記重心投影像と上記センサ電極の重心との間の距離をｍ，上記センサ電極の重心から上記重心投影像のずれ方向におけるセンサ電極縁との最短距離をＭとすると，ｍ≦０．１Ｍであることが好ましい。
これにより，センサ電極における被測定ガスの濃度分布の発生を防止することができる。
なお，上記ｍが０．１Ｍより大きい場合には，センサ電極雰囲気中の被測定ガスの濃度分布も大となってしまい，電圧−電流特性が劣化してしまうおそれがある。
【００４７】
次に，請求項６の発明のように，上記連通孔の径をｒｎ，上記３〜５個の連通孔の平均径をＲとすると，０．８８Ｒ≦ｒｎ≦１．１２Ｒであることが好ましい。
これにより，センサ電極における被測定ガスの能濃度分布の発生を防止することができる。
上記ｒｎが０．８８Ｒより小さい場合には，被測定ガスの拡散に時間がかかりすぎ，空燃比検出素子の応答性を低下させるおそれがある。
また，被測定ガスの拡散量が少なくなるため，空燃比検出素子のセンサ出力が小さくなる。この結果，酸素濃度の微小な変化を検知できなくなり，検出精度が低下するおそれがある。
【００４８】
一方，上記径ｒｎが１．１２Ｒｎよりも大きい場合には，ポンプセルのポンピング能力を超える酸素が室内に拡散し，室内の酸素濃度を一定に保つことが困難となり正常なセンサ出力が得られなくなる。
【００４９】
次に，請求項７の発明のように，上記連通孔投影像の一部分は，少なくともセンサ電極上に存在することが好ましい。
これにより，被測定ガス濃度に変化が生じた時，瞬時にセンサ電極がこれを検知できる。即ち，空燃比検出素子の高速応答性を実現することができる。
【００５０】
次に，請求項８の発明のように，上記連通孔投影像は，その全体がセンサ電極上に存在することが好ましい。
これにより，上記効果に加え，センサ電極上のガス交換を高効率に行なうことが可能となるため，本案の構成に於いて最高速の応答性を実現できる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかる空燃比検出素子につき，図１〜図６を用いて説明する。
図１，図２，図４，図５に示すごとく，本例の空燃比検出素子１は，ポンプ電極１１０を有するポンプセル１１と，センサ電極１２０を有するセンサセル１２と，両者によりその二面を覆われてなる室１３０とよりなり，上記ポンプ電極１１０には上記室１３０に被測定ガスを導入するための２個の同一の径の連通孔２が設けてある。
【００５２】
図２に示すごとく，上記センサ電極１２０においては，該センサ電極１２０に対し上記連通孔２を投影した連通孔投影像２０の中心２００と，該センサ電極１２０における重心１２１とを通る各直線により２つに分割された分割面２１，２２を有する。そして，上記分割面２１，２２の面積はそれぞれ等しい。なお，上記連通孔２の径は共に０．２ｍｍ，また上記分割面２１，２２の面積は４ｍｍ2 である。
【００５３】
図５に示すごとく，上記ポンプセル１１は，ジルコニア固体電解質よりなるシートの両面に，白金等の電極活性を有する耐熱性導電材料を主成分とするポンプ電極１１０を設けることにより形成されている。
上記センサセル１２も，同様に，ジルコニア固体電解質よりなるシートの両面に耐熱性導電材料を主成分とするポンプ電極１２０を設けることにより形成されている。
【００５４】
図１，図４，図５に示すごとく，上記空燃比検出素子１において，上記ポンプセル１１とセンサセル１２との間には，スペーサ１３が設けてある。上記スペーサ１３は，高熱伝導性セラミックより構成されており，被測定ガスが拡散可能となる室１３０を有している。
上記センサセル１２の下方には，基準ガスを導入するためのガス室１４０を形成するためのセラミック製のダクト１４が，該ダクト１４の下方には，発熱体１５０を有するヒータ１５が設けてある。
【００５５】
また，図６に示すごとく，上記空燃比検出素子１は，空燃比検出器７に取付けられ，使用される。
上記空燃比検出素子１は，ハウジング７２に対し，セラミック製碍子７３を介して収納固定されている。上記空燃比検出器７における，空燃比検出素子１からのセンサ出力の取出しは，図１，図４に示すごとく，該空燃比検出素子１に埋めこまれた導電性耐熱金属線１１９，１２９にリードワイヤー７４をスポット溶接することにより行うことができる。
【００５６】
なお，上記センサ出力の取出しは，空燃比検出素子の端部にセンサ出力取出し用の電極を設け，リードワイヤ先端に設置したセンサ出力取出し金具を取出し電極に押圧することによっても，行うことができる。
【００５７】
次に，上記２つの連通孔２について説明する。
図３に示すごとく，上記連通孔投影像２０がセンサ電極１２０に対しオーバーラップするよう，連通孔２はポンプ電極１１０に対して設けられている。即ち，上記連通孔投影像２０の径とセンサ電極１２０の輪郭線とが一致している。そして，上記連通孔投影像２０の半分（斜線を付した部分）はセンサ電極１２０と重なっている。
なお，図２に示すごとく，上記２つの連通孔投影像２０の中心２００と，重心１２１との間の距離は等しい。
【００５８】
次に，本例における作用効果につき説明する。
本例の空燃比検出素子１においては，２個の連通孔２を，ポンプ電極１１０の特定の位置に設けてある。
そのため，上記連通孔２の径を比較的大径とすることができ，該連通孔２の形成に当たって，加工精度を確保することが容易である。従って，径の揃った連通孔２を形成することができる。
よって，各連通孔２から拡散する被測定ガスの量はほぼ等しくなるため，センサ電極１２０において，被測定ガスの濃度分布が発生することを防止することができる。
【００５９】
また，センサ電極１２０に対して，上記連通孔投影像２０は均等に分布しているため，上記同様，センサ電極１２０において被測定ガスの濃度分布が発生することを防止することができる。
従って，本例の空燃比検出素子１は，高精度である。
【００６０】
また，被測定ガス中の酸素濃度が急激に変化した場合，その急激な変化が同様にセンサ電極１２０全体において発生しなければ，空燃比検出素子１は，その変化を検知することができない。
このため，センサ電極において被測定ガスの濃度分布が発生するような空燃比検出素子においては，上記急激な変動に伴う被測定ガスの濃度分布の変動を検知し難い。
【００６１】
これに対して，本例の空燃比検出素子１は，センサ電極１２０における被測定ガスの濃度分布が発生し難いため，被測定ガス中の酸素濃度の変動を精度よく捉えることができる。
従って，本例の空燃比検出素子１は，高応答性を有する。
【００６２】
実施形態例２
本例は，図７，図８に示すごとく，本発明にかかる空燃比検出素子を，比較例Ｃ１，Ｃ２と共に，センサセル端子間電圧とセンサ出力電流の関係及び被測定ガス中の酸素濃度の急激な変動とセンサ出力電流の変動との関係について測定した結果につき，説明するものである。
【００６３】
まず，本発明にかかる空燃比検出素子は，実施形態例１に示す空燃比検出素子である。比較例Ｃ１は，実施形態例１に示す空燃比検出素子と同形状であって，その連通孔はニードルプレス機によって径３０μｍの連通孔が隣接する他の連通孔と互いに０．５ｍｍの間隔となるよう，ポンプ電極に形成されている。
また，比較例Ｃ２は，実施形態例１に示す空燃比検出素子と同形状であって，その連通孔はポンプ電極の重心に唯１個設けてある。
【００６４】
まず，本発明と比較例Ｃ１とにかかる空燃比検出素子における，センサセル端子間電圧Ｖｓとセンサ出力であるところのポンプセル電流ｉの関係を示すＶｓ−ｉ特性について，窒素希釈７．５％酸素ガス雰囲気中（窒素ガス中に７．５％濃度の酸素が含まれる雰囲気のことを示す。）にて素子検出部を６００℃に加熱し，ポンプセル電極間の印加電圧を走引し，その時ポンプセルに流れる電流ｉとセンサセル端子間電圧Ｖｓをモニタするという方法を用いて測定し，以上の測定結果を図７に示した。
【００６５】
図７に示すごとく，本発明にかかる空燃比検出素子については，センサセル電極上の酸素濃度分布が均一なため，センサ出力即ちポンプセル電流ｉの変化にともない急峻にセンサセル端子間電圧Ｖｓが変化する理想的な波形を示すことがわかった。
一方，比較例Ｃ１については，センサセル電極上の酸素濃度分布が不均一なためセンサ出力ｉの変化にともない緩慢にセンサセル端子間電圧Ｖｓが変化する理想的でない波形を示すことがわかった。
【００６６】
次に，本発明と比較例Ｃ２とにかかる空燃比検出素子における，被測定ガス中の酸素濃度の急激な変動とセンサ出力の変動との関係について，センサセル端子間電圧Ｖｓを０．４５Ｖ一定となるようポンプセル印加電圧を高速なアナログ回路を用いて制御し，被測定ガスの酸素濃度を７．５％から０％へステップ状に変化させた時のセンサ出力，即ちポンプセル電流ｉを検出するという方法を用いて測定し，以上の測定結果を図８に示した。
【００６７】
図８に示すごとく，本発明は酸素濃度が減少しはじめる時刻ｔ０よりｔ１ｍｓにて，センサ出力が０となった。一方，比較例Ｃ２は，時刻ｔ０よりｔ２ｍｓ経過後，センサ出力が０となった。即ち，比較例Ｃ２は被測定ガスにおける酸素濃度の急激な変動に対して敏感に追従するセンサ出力を得ることができなかった。このため，本発明の空燃比検出素子は，高応答性という点において，比較例Ｃ２よりも優れていることが分かった。
【００６８】
実施形態例３
本例は，図９〜図１２に示すごとく，本発明にかかる，各種の形状のセンサ電極１２０と，該センサ電極１２０における連通孔投影像２０の分布について示すものである。
まず，図９（Ａ）〜（Ｄ）に，長方形，又は偏平な対称形のセンサ電極１２０，２つの連通孔を有する空燃比検出素子のセンサセル１２を示す。
上記空燃比検出素子においては，同図に示す位置に連通孔投影像２０が形成されるよう，図示しないポンプ電極を有するポンプセルに２つの連通孔が設けてある。
【００６９】
そして，上記センサ電極１２０は，上記連通孔投影像２０の中心２００と，センサ電極１２の重心１２１との間を結んだ直線により分割された，各種形状の分割面２１，２２を有する。
更に，上記各連通孔投影像２０における中心２００と重心１２１との間の距離は全て等しい。
【００７０】
次に，図１０（Ａ）〜（Ｃ）に，正方形又は長方形（ただし，長辺≦２×短辺である）であるセンサ電極１２０，４つの連通孔を有する空燃比検出素子のセンサセル１２を示す。
そして，上記センサ電極１２０は，上記連通孔投影像２０の中心２００と，センサ電極１２の重心１２１との間を結んだ直線により分割された，各種形状の分割面２１，２２，２３，２４を有する。
更に，上記各連通孔投影像２０における中心２００と重心１２１との間の距離は全て等しい。
【００７１】
次に，図１１（Ａ），（Ｂ）に，円形又は三角形であるセンサ電極１２０，３つの連通孔を有する空燃比センサ素子のセンサセル１２を示す。
そして，上記センサ電極１２０は，上記連通孔投影像２０の中心２００と，センサ電極１２の重心１２１との間を結んだ直線により分割された，各種形状の分割面２１，２２，２３を有する。
更に，上記各連通孔投影像２０における中心２００と重心１２１との間の距離は全て等しい。
【００７２】
次に，図１２（Ａ），（Ｂ）に，円形又は五角形であるセンサ電極１２０，５つの連通孔を有する空燃比センサ素子のセンサセル１２を示す。
そして，上記センサ電極１２０は，上記連通孔投影像２０の中心２００と，センサ電極１２の重心１２１との間を結んだ直線により分割された，各種形状の分割面２１，２２，２３，２４，２５を有する。
【００７３】
更に，上記各連通孔投影像２０における中心２００と重心１２１との間の距離は全て等しい。
その他は，実施形態例１と同様である。
また，本例においても，実施形態例１と同様の作用効果を有する。
【００７４】
なお，上記図９〜図１２に示したセンサセル１２では，殆どの連通孔投影像２０がセンサ電極１２０の端部に位置しているが，上記連通孔投影像２０はセンサ電極１２０の端部よりも内側に位置させることもできる。
【００７５】
実施形態例４
本例は，図１３〜図１５に示すごとく，連通孔を様々な位置に設けた空燃比検出素子について示すものである。
まず，図１３に示す空燃比検出素子３１は，連通孔２の形成する連通孔投影像の全体が，センサ電極１２０の上にある。なお，上記空燃比検出素子３１は，ガス室１４０が隔壁板１３に対し形成された構造を有している。その他は実施形態例１と同様である。
【００７６】
次に，図１４に示す空燃比検出素子３２は，連通孔２がポンプセル１１に設けてある。ただし，上記連通孔２はポンプ電極１１０の上には設けられていない。その他は実施形態例１と同様である。
次に，図１５に示す空燃比検出素子３３は，連通孔２の形成する連通孔投影像２０がセンサセル１２上には存在するが，センサ電極１２０の上には存在しない構造を有している。その他は実施形態例１と同様である。
また，本例の空燃比検出素子３１，３２，３３においても，実施形態例１と同様の作用効果を有する。
【００７７】
実施形態例５
本例は，図１６〜図１９に示すごとく，ポンプセル１１とセンサセル１２とが室４３０において対向する位置にない空燃比検出素子４１，４２である。
図１６，図１７に示す空燃比検出素子４１は，その底面をセンサセル１２が，一方の側面をポンプセル１１が，他の面をスペーサ４３１，４３とにより構成された室４３０を有する。
【００７８】
そして，上記センサセル１２と対向する面を構成するスペーサ４３１には，上記室４３０と被測定ガス室とを連通するための２個の連通孔２が設けてある。
上記室４３０に面するセンサ電極１２０の面上には，上記連通孔２の連通孔投影像２０が形成されている。上記連通孔投影像２０の中心と上記室４３０に面するセンサ電極１２０の重心２１とを通る各直線を想定した時，この各直線により上記センサ電極は２つに分割された分割面を形成する。そして，上記分割面の面積はそれぞれ同等である。
【００７９】
なお，図１８，図１９に示す空燃比検出素子４２は，その底面をセンサセル１２が，二つの側面をポンプセル１１が，他の面をスペーサ４３１，４３２，４３３とにより構成された室４３０を有する。その他は，上述の空燃比検出素子４１と同様である。
その他は，実施形態例１と同様である。
また，本例の空燃比検出素子４１，４２は，実施形態例１と同様の作用効果を有する。
【００８０】
実施形態例６
本例は，図２０に示すごとく，４個の連通孔を有する空燃比検出素子について説明するものである。
本例の空燃比検出素子は，実施形態例１と同様に，ポンプ電極を有するポンプセルと，センサ電極１２０を有するセンサセル１２と，両者により少なくともその二面を覆われてなる室とよりなる（図示略）。
そして，図２０に示すごとく，上記室には被測定ガスを導入するための同一の径を有し，かつ一直線上に並ぶように４個の連通孔を設けてある。
【００８１】
そして，図２０に示すごとく，上記４個の連通孔は，センサ電極１２０が形成された面上に，連通孔投影像ａ〜ｄが形成されるように構成されてなる。
更に，上記４個の連通孔の中心を結ぶ直線の重心を，上記センサ電極１２に投影することにより得られた重心投影像５１と，上記センサ電極１２の重心１２１とが重なるよう構成されてなる。
【００８２】
また，上記連通孔投影像ａを形成する連通孔と，ｃを形成する連通孔との間の距離をｌ１，上記連通孔投影像ｃ及びｄをそれぞれ形成する連通孔間の距離をｌ２，同じく連通孔投影像ｄ及びｂを形成する連通孔間の距離をｌ３とすると，ｌ１＝ｌ２＝ｌ３＝３ｍｍである。
また，上記各連通孔の径ｒｎはすべて等しくｒｎ＝０．１ｍｍである。
その他は実施形態例１と同様である。
また，本例の空燃比検出素子は実施形態例と同様の作用効果を有する。
【００８３】
実施形態例７
本例は，図２１に示すごとく３個の連通孔を有する空燃比検出素子について説明するものである。
本例の空燃比検出素子における室には被測定ガスを導入するための同一の径を有する３個の連通孔が設けてある。
そして，上記３個の連通孔は，図２１に示すごとく，センサ電極１２０が形成された面上に，連通孔投影像ａ〜ｃが形成されるよう構成されてなる。
【００８４】
上記３個の連通孔の中心を結ぶことにより得られた三角形の重心を上記センサ電極に投影した重心投影像５１と，上記センサ電極１２０の重心１２１との距離をｍとする。また，上記重心１２１から上記重心投影像５１のずれ方向におけるセンサ電極縁１２５との最短距離をＭとする。
上記ｍは０．１ｍｍ，上記Ｍは１．５ｍｍで，両者の間にはｍ≦０．１Ｍの関係が成立する。
その他は実施形態例１と同様である。
【００８５】
本例の空燃比検出素子においては，上記重心投影像５１と重心１２１との間に，上述した関係が成立する。これにより，センサ電極１２０における被測定ガスの濃度分布の発生を防止することができる。
その他は実施形態例１と同様である。
【００８６】
実施形態例８
本例は，図２２に示すごとく３個の連通孔を有する空燃比検出素子について説明するものである。
本例の空燃比検出素子における室には被測定ガスを導入するための同一の径を有する３個の連通孔が設けてある。
そして，上記３個の連通孔は，図２２に示すごとく，センサ電極１２０が形成された面上に，連通孔投影像ａ〜ｃが形成されるよう構成されてなる。
【００８７】
上記連通孔投影像ａを形成する連通孔と，ｂを形成する連通孔との間の距離をｌ１，上記連通孔投影像ｂ及びｃをそれぞれ形成する連通孔間の距離をｌ２，同じく連通孔投影像ｃ及びａを形成する連通孔間の距離をｌ３とすると，ｌ１＝２．３ｍｍ，ｌ２＝２．５ｍｍ，ｌ３＝２．６ｍｍとなり，これらの間の平均距離Ｌは２．４６７ｍｍである。従って，上記ｌ１〜ｌ３は，０．９Ｌ〜１．１Ｌの範囲内にある。
その他は，実施形態例１と同様である
また，本例の空燃比検出素子は実施形態例１と同様の作用効果を有する。
【００８８】
【発明の効果】
上記のごとく，本発明によれば，高精度かつ高応答性を有する空燃比検出素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，空燃比検出素子の斜視展開図。
【図２】実施形態例１における，センサセルの平面図。
【図３】実施形態例１における，連通孔投影像とセンサ電極との位置関係を示す説明図。
【図４】実施形態例１における，空燃比検出素子の斜視図。
【図５】図３におけるＡ−Ａ矢視断面図。
【図６】実施形態例１における，空燃比検出器の断面図。
【図７】実施形態例２における，本発明と比較例とにかかる空燃比検出素子の端子間電圧とセンサ出力の関係を示すＶｓ−ｉ特性を示す線図。
【図８】実施形態例２における，本発明と比較例とにかかる空燃比検出素子の被測定ガス中の酸素濃度の急激な変動とセンサ出力の変動の関係を示す線図。
【図９】実施形態例３における，２つの連通孔を有する空燃比検出素子におけるセンサセルの平面図。
【図１０】実施形態例３における，４つの連通孔を有する空燃比検出素子におけるセンサセルの平面図。
【図１１】実施形態例３における，３つの連通孔を有する空燃比検出素子におけるセンサセルの平面図。
【図１２】実施形態例３における，５つの連通孔を有する空燃比検出素子におけるセンサセルの平面図。
【図１３】実施形態例４における，ポンプ電極の上に連通孔を有している（ａ）ポンプセルの平面図，（ｂ）空燃比検出素子の断面図。
【図１４】実施形態例４における，ポンプ電極の上に連通孔を有していない（ａ）ポンプセルの平面図，（ｂ）空燃比検出素子の断面図。
【図１５】実施形態例４における，センサ電極の上に連通孔投影像を有していない空燃比検出素子における斜視展開図。
【図１６】実施形態例５における，ポンプセルとセンサセルとが室において対向する位置にない空燃比検出素子の断面図。
【図１７】実施形態例５における，ポンプセルとセンサセルとが室において対向する位置にない空燃比検出素子の斜視展開図。
【図１８】実施形態例５における，ポンプセルとセンサセルとが室において対向する位置にない他の空燃比検出素子の断面図。
【図１９】実施形態例５における，ポンプセルとセンサセルとが室において対向する位置にない他の空燃比検出素子の斜視展開図。
【図２０】実施形態例６における，４つの連通孔を有する空燃比検出素子におけるセンサセルの平面図。
【図２１】実施形態例７における，重心投影像と重心との位置が重なっていない，３つの連通孔を有する空燃比検出素子におけるセンサセルの平面図。
【図２２】実施形態例８における，各連通孔間の距離がそれぞれ異なる，４つの連通孔を有する空燃比検出素子におけるセンサセルの平面図。
【図２３】従来例における，空燃比検出素子のセンサセルの平面図。
【符号の説明】
１．．．空燃比検出素子，
１１．．．ポンプセル，
１１０．．．ポンプ電極，
１２．．．センサセル，
１２０．．．センサ電極，
１２１．．．重心，
１３０．．．室，
２．．．連通孔，
２０．．．連通孔投影像，
２００．．．中心，
２１，２２，２３，２４，２５．．．分割面，
【技術分野】
本発明は，自動車用内燃機関等において使用される空燃比検出素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年，自動車排出ガスの規制が厳しくなっており，一層の排出ガス浄化効率の向上が求められている。上記排出ガスの浄化効率の向上対策の一つとして，自動車用内燃機関における空燃比を，より効率的に制御することが挙げられる。
上記空燃比の効率的な制御には，例えば，高精度，高応答性の空燃比検出素子を自動車用内燃機関の排気経路等に取付けることにより達成できる。即ち，上記空燃比検出素子の検出値を元に，常に最適な空燃比にて内燃機関が燃焼するよう，燃焼制御を行うことができる。
【０００３】
ところで，上記空燃比検出素子としては，従来，酸素イオン伝導性固体電解質を用いた空燃比検出素子が使用されている。
上記空燃比検出素子は，後述の図４，図５に示すごとく，ポンプ電極を有するポンプセルと，センサ電極を有するセンサセルと，両者により少なくともその二面を覆われてなる室とよりなる酸素濃度検出素子の一種である。
【０００４】
上記ポンプ電極には，上記室に被測定ガスを導入するための連通孔が設けてある。そして，上記室に対し，被測定ガスを導入するガス拡散手段が設けてある。上記ガス拡散手段としては，上記ポンプセルに多孔質層を設けること，又は上記ポンプ電極に連通孔を設けることが挙げられる。
また，上記センサセル及びポンプセルは，ジルコニア固体電解質よりなる。
【０００５】
上記空燃比検出素子において，空燃比は，被測定ガス中における酸素濃度を検出することにより測定することができる。
まず，上記ガス拡散手段を経て，上記室に被測定ガスが拡散する。この時，上記室における被測定ガスの酸素濃度が一定となるよう，センサセルに発生する起電力をモニタしつつ，ポンプ電極の間に電圧を印加する。
【０００６】
これにより，ポンプセルにて酸素ポンプ作用が発生し，ポンプ電流が発生する。上記ポンプ電流の大きさは，被測定ガス中の酸素濃度に依存する。よって，上記ポンプ電流を測定することにより，被測定ガス中の酸素濃度の測定を行うことができる。
【０００７】
ところで，上記空燃比検出素子における，高精度，高応答性の実現には，被測定ガスの拡散にばらつきがなく，センサ電極において被測定ガスの濃度分布が発生しないことが必要である。
また，上記ガス拡散手段における被測定ガスの拡散に当たって，通気抵抗が小さいことが必要である。
【０００８】
上記ガス拡散手段における通気抵抗を小さくするためには，ガス拡散手段として，多孔質層よりも連通孔を採用したほうがよい。
以上により，従来，ポンプ電極に多数の連通孔を設けた空燃比検出素子が用いられていた。
【０００９】
しかしながら，上記多数の連通孔を有する空燃比検出素子は，被測定ガス中の酸素濃度の変動と連動する明確なセンサ出力が得られないという問題が生じている。
更に，多数の連通孔をポンプ電極上に設けるためには，ひとつひとつの連通孔の径を小さくせねばならず，加工に手間がかかる。
更に，径の小さな連通孔では通気抵抗が過大となり，必要以上にガス拡散時間を要するという理由により，特に単独の連通孔を有する構成の空燃比検出素子と比較して，高速応答性に劣るおそれがあった。
【００１０】
また，上記の空燃比検出素子とは異なり，ガス拡散手段として，唯一つの連通孔を有する空燃比検出素子においては，上記連通孔を中心として被測定ガスが拡散することとなる。このため，上記連通孔をセンサ電極に対し投影した連通孔投影像の近傍と遠方との間にて，被測定ガスの濃度分布が発生するおそれがあった。
【００１１】
そこで，従来，図２３に示すごとく，ポンプ電極に連通孔を唯一設けた空燃比検出素子のセンサセル９２において，連通孔投影像８０の中心と，センサ電極９２０の重心９２１とが一致すると共に，センサ電極９２０を上記連通孔投影像８０と重ならないよう設けた空燃比検出素子がある（特開昭６３−６１９４５号）。
【００１２】
上記空燃比検出素子においては，連通孔より拡散した被測定ガスが連通孔投影像８０を中心として拡散した結果，センサ電極９２０に到達する。このため，少なくともセンサ電極９２０で，被測定ガスの濃度分布の発生の低減により被測定ガスの空燃比変動時の過渡応答出力のオーバシュートを解消することができる。
【００１３】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記空燃比検出素子では連通孔投影像８０から離れた位置にセンサ電極９２０を構成させているので応答性が悪化する問題がある。
また，応答性の悪化を防ごうとしてセンサ電極９２０を小さくするとセンサ出力が小さくなったり，センサセル９２の抵抗の増大などにつながる。
また，これらを解消しようとすれば，センサ作動温度をより高温に設定する必要が生じ，素子加熱用ヒータの電力が増大するため，ヒータそのもの及び素子の熱劣化の問題が生じるおそれがある。
【００１４】
本発明は，かかる問題点に鑑み，高精度かつ高応答性を有する空燃比検出素子を提供しようとするものである。
【００１５】
本発明は，ポンプ電極を有するポンプセルと，センサ電極を有するセンサセルと，両者により少なくともその二面を覆われてなる室とよりなる空燃比検出素子において，
上記室には被測定ガスを導入するための同一の径を有する３〜５個の連通孔を設けてあり，
また，上記３〜５個の連通孔は，センサセルの，上記室に面すると共にセンサ電極が形成された面上に，連通孔投影像が形成されるように構成されてなり，
更に，上記３〜５個の連通孔の中心を結ぶ直線により囲まれた最大形状の図形の重心を，上記センサ電極に投影することにより得られた重心投影像と，上記センサ電極の重心とが重なるような位置に，上記３〜５個の連通孔が設けてあり，
更に，上記連通孔投影像の中心と上記センサセルの上記室に面する面上のセンサ電極の重心とを通る各直線を想定した時，この各直線により上記センサ電極が複数に分割された分割面が形成され，
該分割面の面積がそれぞれ同等となるよう構成されていることを特徴とする空燃比検出素子にある（請求項１）。
【００１６】
本発明の作用につき以下に説明する。
本発明の空燃比検出素子においては，同一の径を有する３〜５個の連通孔を特定の位置に設けてある。
これにより，電圧−電流特性の限界電流特性を明確に得ることができ，ばらつきのないセンサ出力を得ることができる。
仮に連通孔の大きさが異なる場合には，被測定ガスの拡散状態が連通孔ごとに異なるため，センサ電極の表面に，被測定ガスの濃度分布が発生するおそれがある。
【００１７】
また，本発明の空燃比検出素子は３〜５個の連通孔を設けてある。
連通孔の数が２個より少ない場合，即ち連通孔が１個である場合は（図２３参照），従来技術において述べたごとく，空燃比検出素子の応答性が悪くなるおそれがある。
また，５個より多い場合には，連通孔の被測定ガスのセンサ電極への導入を制限するというガス拡散抵抗作用の機能が弱まるため，明確な限界電流を得ることができなくなるおそれがある。
上記３〜５個の連通孔を設けることにより，センサ出力の応答性と連通孔のガス拡散抵抗作用と両立させることができ，優れた空燃比検出素子を得ることができる。
【００１８】
また，上記特定の位置とは，上記連通孔投影像の中心と上記センサセルの上記室に面する面上のセンサ電極の重心とを通る各直線を想定した時，この各直線により上記センサ電極が複数に分割された分割面が形成され，該分割面の面積がそれぞれ同等となる位置を示している。
【００１９】
これにより，上記連通孔の径を比較的大きくすることができ，該連通孔の形成に当たって，容易に高い加工精度を確保することができる。従って，容易に大きさの揃った連通孔を形成することができる。
仮に連通孔の大きさが異なる場合には，被測定ガスの拡散状態が連通孔ごとに異なるため，センサ電極の表面に，被測定ガスの濃度分布が発生するおそれがある。
【００２０】
また，上記特定の位置に連通孔を設けることにより，上記センサ電極に対して，上記連通孔投影像は均等に分布することができる。従って，上記同様，連通孔より拡散した被測定ガスがセンサ電極において濃度分布を発生することを防止することができる。
従って，高精度な空燃比検出素子を得ることができる。
【００２１】
また，被測定ガス中の酸素濃度が急激に変化した場合には，その急激な変化がセンサ電極全体において発生しなければ，酸素濃度の変化を空燃比検出素子が検知することはできない。
即ち，センサ電極において被測定ガスの濃度分布が発生するような空燃比検出素子は，上記急激な変動に伴う被測定ガスの中の酸素濃度の分布の変動を検知し難い。
【００２２】
これに対して，本発明の空燃比検出素子は，センサ電極における被測定ガスの濃度分布が発生し難く，よって被測定ガス中の酸素濃度の変動を精度よく捉えることができる。
従って，高応答性を有する空燃比検出素子を得ることができる。
【００２４】
なお，請求項２の発明のように，上記複数の分割面において，面積が最大である分割面の面積を最大分割面面積Ｓ，面積が最小である分割面の面積を最小分割面面積ｓとすると，Ｓ／ｓ≦１．２５であることが好ましい。
これにより，各連通孔投影像をセンサ電極に対し，ほぼ均等に分布させることができ，センサ電極における被測定ガスの濃度分布の発生を防止することができる。
【００２５】
上記Ｓ／ｓが１．２５より大きい場合には，連通孔の分布にばらつきが発生し，センサ電極において被測定ガスの濃度分布が発生するおそれがある。
【００２６】
次に，上記連通孔投影像の一部分は，少なくともセンサ電極上に存在することが好ましい。
これにより，センサ電極と連通孔とを最近接に配置できるため，被測定ガス濃度に変化が生じた時，瞬時にセンサ電極がこれを検知できる。即ち，空燃比検出素子の高速応答性を実現することができる。
【００２７】
次に，上記連通孔投影像は，その全体がセンサ電極上に存在することが好ましい。
これにより，上記効果に加え，センサ電極上のガス交換を高効率に行なうことが可能となるため，本案の構成に於いて最高速の応答性を実現できる。
【００２８】
次に，上記連通孔は同一形状であることが好ましい。
これにより，各連通孔における被測定ガスの拡散状態がほぼ等しくなるため，室において被測定ガスの濃度分布が発生し難くなる。よって，高精度である空燃比検出素子を得ることができる。
なお，上記『同一』とは，例えば空燃比検出素子の製造に当たって不可避である製造誤差等より生じる多少のばらつきを含んだ表現であり，厳密に各連通孔の形状等が等しいということを示すものではない。また，他の『同一』という表現も同様である。
【００２９】
次に，上記連通孔は円形であることが好ましい。
これにより，連通孔内のガス拡散を円滑に行なうことができ，均一なガス拡散抵抗が得られる。
なお，上記連通孔の形状は，例えば，角形，楕円形等各種の形状をとることができる。
【００３０】
次に，上記連通孔の径（直径を意味するものとして使用する。）は０．０５〜０．６ｍｍであることが好ましい。
これにより，空燃比検出素子において，高い応答性と検出精度を確保することができる。
上記径が０．０５ｍｍ未満である場合には，被測定ガスの拡散に時間がかかりすぎ，空燃比検出素子の応答性を低下させるおそれがある。
また，被測定ガスの拡散量が少なくなるため，空燃比検出素子のセンサ出力が小さくなる。この結果，酸素濃度の微小な変化を検知できなくなり，検出精度が低下するおそれがある。
【００３１】
一方，上記径が０．６ｍｍよりも大きい場合には，ポンプセルのポンピング能力を超える酸素が室内に拡散し，室内の酸素濃度を一定に保つことが困難となり正常なセンサ出力が得られなくなる。
【００３２】
次に，上記連通孔投影像は上記連通孔との形状と同じであることが好ましい。
これにより，連通孔を設置した面とセンサ電極とは平行な位置関係となり，上記連通孔を介して測定ガスが流入又は排出される時，室内のガス濃度をすばやく一定とすることができる。
【００３３】
なお，上記連通孔投影像の中心と，該センサ電極における重心との間の距離は，互いに等しいことが好ましい。
例えば，上記センサ電極の形状が点対称であり，その対称中心が重心であるような場合には，センサ電極に対して，上記連通孔が均等に分布することとなる（後述の図２，図９〜図１２参照）。
従って，一層効果的にセンサ電極における被測定ガスの濃度分布の発生することを防止することができる。
【００３４】
次に，上記分割面の面積は，２〜１０ｍｍ2 であることが好ましい。
上記面積が２ｍｍ2 未満である場合には，センサ電極の面積が小さく，よって空燃比検出素子のセンサ出力が小さくなる。この結果，空燃比検出素子が酸素濃度の微小な変化を検知できなくなり，空燃比の検出精度が悪化するおそれがある。
【００３５】
一方，上記面積が１０ｍｍ2 より大きい場合には，各連通孔より拡散した被測定ガスが分割面を満たすに要する時間が長くなるおそれがある。この場合には，空燃比検出素子の応答性が低下するおそれがある。
【００３６】
次に，上記全連通孔の合計面積は，０．００７〜０．６ｍｍ2 であることが好ましい。
上記合計面積が０．００７ｍｍ2 未満である場合には，被測定ガスの拡散量が少なく，空燃比検出素子のセンサ出力が小さくなる。この結果，酸素濃度の微小な変化を検知できなくなり，検出精度が低下するおそれがある。
【００３７】
一方，上記合計面積が０．６ｍｍ2 よりも大きい場合には，被測定ガスの拡散量が増大するため，空燃比検出素子のセンサ出力が過剰に大きくなるおそれがある。この場合には，固体電解質が部分的に還元され体積変化が生じ，その結果亀裂等が発生し，空燃比検出素子の耐久性が衰えるおそれがある。
【００３９】
また，本発明の空燃比検出素子においては，同一の径を有する３〜５個の連通孔を特定の位置に設けてある。
これにより，上記のように，電圧−電流特性の限界電流特性を明確に得ることができ，ばらつきのないセンサ出力を得ることができる。
また，上記３〜５個の連通孔を設けることにより，センサ出力の応答性と連通孔のガス拡散抵抗作用と両立させることができ，優れた空燃比検出素子を得ることができる。
【００４０】
また，上記特定の位置とは，連通孔の中心を結ぶ直線により囲まれた最大形状の図形の重心を，上記センサ電極に投影することにより得られた重心投影像と，上記センサ電極の重心とが重なるような位置である。
【００４１】
これにより，上記連通孔を比較的大きくすることができ，該連通孔の形成に当たって，加工精度を確保することが容易である。従って，同一の径を有する連通孔を容易に形成することができる。
【００４２】
また，センサ電極に対して，上記連通孔投影像は均等に分布しているため，上記同様，連通孔より拡散した被測定ガスがセンサ電極において濃度分布を発生するということを防止することができる。
従って，高精度である空燃比検出素子を得ることができる。
また，センサ電極における被測定ガスの濃度分布が発生し難く，よって被測定ガス中の酸素濃度の変動を精度よく捉えることができる。
従って，高応答性を有する空燃比検出素子を得ることができる。
【００４３】
以上のように，本発明によれば，高精度かつ高応答性を有する空燃比検出素子を提供することができる。
【００４４】
次に，請求項３の発明のように，隣接する各連通孔間の距離ｌｎは互いに等しいことが好ましい。
これにより，センサ電極に対して，上記連通孔は均等に分布することとなり，従って，一層効果的にセンサ電極における被測定ガスの濃度分布の発生を防止することができる。
【００４５】
次に，請求項４の発明のように，隣接する各連通孔間の距離をｌｎ，各連通孔間の平均距離をＬとすると，０．９Ｌ≦ｌｎ≦１．１Ｌであることが好ましい。
これにより，センサ電極における被測定ガスの濃度分布の発生を防止することができる。
なお，各連通孔間の距離ｌｎが０．９Ｌ未満である場合，また１．１Ｌよりも大きい場合には，センサ電極雰囲気中の被測定ガスの濃度分布も大となってしまい，電圧−電流特性が劣化してしまうという問題が生じるおそれがある。
【００４６】
次に，請求項５の発明のように，上記重心投影像と上記センサ電極の重心との間の距離をｍ，上記センサ電極の重心から上記重心投影像のずれ方向におけるセンサ電極縁との最短距離をＭとすると，ｍ≦０．１Ｍであることが好ましい。
これにより，センサ電極における被測定ガスの濃度分布の発生を防止することができる。
なお，上記ｍが０．１Ｍより大きい場合には，センサ電極雰囲気中の被測定ガスの濃度分布も大となってしまい，電圧−電流特性が劣化してしまうおそれがある。
【００４７】
次に，請求項６の発明のように，上記連通孔の径をｒｎ，上記３〜５個の連通孔の平均径をＲとすると，０．８８Ｒ≦ｒｎ≦１．１２Ｒであることが好ましい。
これにより，センサ電極における被測定ガスの能濃度分布の発生を防止することができる。
上記ｒｎが０．８８Ｒより小さい場合には，被測定ガスの拡散に時間がかかりすぎ，空燃比検出素子の応答性を低下させるおそれがある。
また，被測定ガスの拡散量が少なくなるため，空燃比検出素子のセンサ出力が小さくなる。この結果，酸素濃度の微小な変化を検知できなくなり，検出精度が低下するおそれがある。
【００４８】
一方，上記径ｒｎが１．１２Ｒｎよりも大きい場合には，ポンプセルのポンピング能力を超える酸素が室内に拡散し，室内の酸素濃度を一定に保つことが困難となり正常なセンサ出力が得られなくなる。
【００４９】
次に，請求項７の発明のように，上記連通孔投影像の一部分は，少なくともセンサ電極上に存在することが好ましい。
これにより，被測定ガス濃度に変化が生じた時，瞬時にセンサ電極がこれを検知できる。即ち，空燃比検出素子の高速応答性を実現することができる。
【００５０】
次に，請求項８の発明のように，上記連通孔投影像は，その全体がセンサ電極上に存在することが好ましい。
これにより，上記効果に加え，センサ電極上のガス交換を高効率に行なうことが可能となるため，本案の構成に於いて最高速の応答性を実現できる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかる空燃比検出素子につき，図１〜図６を用いて説明する。
図１，図２，図４，図５に示すごとく，本例の空燃比検出素子１は，ポンプ電極１１０を有するポンプセル１１と，センサ電極１２０を有するセンサセル１２と，両者によりその二面を覆われてなる室１３０とよりなり，上記ポンプ電極１１０には上記室１３０に被測定ガスを導入するための２個の同一の径の連通孔２が設けてある。
【００５２】
図２に示すごとく，上記センサ電極１２０においては，該センサ電極１２０に対し上記連通孔２を投影した連通孔投影像２０の中心２００と，該センサ電極１２０における重心１２１とを通る各直線により２つに分割された分割面２１，２２を有する。そして，上記分割面２１，２２の面積はそれぞれ等しい。なお，上記連通孔２の径は共に０．２ｍｍ，また上記分割面２１，２２の面積は４ｍｍ2 である。
【００５３】
図５に示すごとく，上記ポンプセル１１は，ジルコニア固体電解質よりなるシートの両面に，白金等の電極活性を有する耐熱性導電材料を主成分とするポンプ電極１１０を設けることにより形成されている。
上記センサセル１２も，同様に，ジルコニア固体電解質よりなるシートの両面に耐熱性導電材料を主成分とするポンプ電極１２０を設けることにより形成されている。
【００５４】
図１，図４，図５に示すごとく，上記空燃比検出素子１において，上記ポンプセル１１とセンサセル１２との間には，スペーサ１３が設けてある。上記スペーサ１３は，高熱伝導性セラミックより構成されており，被測定ガスが拡散可能となる室１３０を有している。
上記センサセル１２の下方には，基準ガスを導入するためのガス室１４０を形成するためのセラミック製のダクト１４が，該ダクト１４の下方には，発熱体１５０を有するヒータ１５が設けてある。
【００５５】
また，図６に示すごとく，上記空燃比検出素子１は，空燃比検出器７に取付けられ，使用される。
上記空燃比検出素子１は，ハウジング７２に対し，セラミック製碍子７３を介して収納固定されている。上記空燃比検出器７における，空燃比検出素子１からのセンサ出力の取出しは，図１，図４に示すごとく，該空燃比検出素子１に埋めこまれた導電性耐熱金属線１１９，１２９にリードワイヤー７４をスポット溶接することにより行うことができる。
【００５６】
なお，上記センサ出力の取出しは，空燃比検出素子の端部にセンサ出力取出し用の電極を設け，リードワイヤ先端に設置したセンサ出力取出し金具を取出し電極に押圧することによっても，行うことができる。
【００５７】
次に，上記２つの連通孔２について説明する。
図３に示すごとく，上記連通孔投影像２０がセンサ電極１２０に対しオーバーラップするよう，連通孔２はポンプ電極１１０に対して設けられている。即ち，上記連通孔投影像２０の径とセンサ電極１２０の輪郭線とが一致している。そして，上記連通孔投影像２０の半分（斜線を付した部分）はセンサ電極１２０と重なっている。
なお，図２に示すごとく，上記２つの連通孔投影像２０の中心２００と，重心１２１との間の距離は等しい。
【００５８】
次に，本例における作用効果につき説明する。
本例の空燃比検出素子１においては，２個の連通孔２を，ポンプ電極１１０の特定の位置に設けてある。
そのため，上記連通孔２の径を比較的大径とすることができ，該連通孔２の形成に当たって，加工精度を確保することが容易である。従って，径の揃った連通孔２を形成することができる。
よって，各連通孔２から拡散する被測定ガスの量はほぼ等しくなるため，センサ電極１２０において，被測定ガスの濃度分布が発生することを防止することができる。
【００５９】
また，センサ電極１２０に対して，上記連通孔投影像２０は均等に分布しているため，上記同様，センサ電極１２０において被測定ガスの濃度分布が発生することを防止することができる。
従って，本例の空燃比検出素子１は，高精度である。
【００６０】
また，被測定ガス中の酸素濃度が急激に変化した場合，その急激な変化が同様にセンサ電極１２０全体において発生しなければ，空燃比検出素子１は，その変化を検知することができない。
このため，センサ電極において被測定ガスの濃度分布が発生するような空燃比検出素子においては，上記急激な変動に伴う被測定ガスの濃度分布の変動を検知し難い。
【００６１】
これに対して，本例の空燃比検出素子１は，センサ電極１２０における被測定ガスの濃度分布が発生し難いため，被測定ガス中の酸素濃度の変動を精度よく捉えることができる。
従って，本例の空燃比検出素子１は，高応答性を有する。
【００６２】
実施形態例２
本例は，図７，図８に示すごとく，本発明にかかる空燃比検出素子を，比較例Ｃ１，Ｃ２と共に，センサセル端子間電圧とセンサ出力電流の関係及び被測定ガス中の酸素濃度の急激な変動とセンサ出力電流の変動との関係について測定した結果につき，説明するものである。
【００６３】
まず，本発明にかかる空燃比検出素子は，実施形態例１に示す空燃比検出素子である。比較例Ｃ１は，実施形態例１に示す空燃比検出素子と同形状であって，その連通孔はニードルプレス機によって径３０μｍの連通孔が隣接する他の連通孔と互いに０．５ｍｍの間隔となるよう，ポンプ電極に形成されている。
また，比較例Ｃ２は，実施形態例１に示す空燃比検出素子と同形状であって，その連通孔はポンプ電極の重心に唯１個設けてある。
【００６４】
まず，本発明と比較例Ｃ１とにかかる空燃比検出素子における，センサセル端子間電圧Ｖｓとセンサ出力であるところのポンプセル電流ｉの関係を示すＶｓ−ｉ特性について，窒素希釈７．５％酸素ガス雰囲気中（窒素ガス中に７．５％濃度の酸素が含まれる雰囲気のことを示す。）にて素子検出部を６００℃に加熱し，ポンプセル電極間の印加電圧を走引し，その時ポンプセルに流れる電流ｉとセンサセル端子間電圧Ｖｓをモニタするという方法を用いて測定し，以上の測定結果を図７に示した。
【００６５】
図７に示すごとく，本発明にかかる空燃比検出素子については，センサセル電極上の酸素濃度分布が均一なため，センサ出力即ちポンプセル電流ｉの変化にともない急峻にセンサセル端子間電圧Ｖｓが変化する理想的な波形を示すことがわかった。
一方，比較例Ｃ１については，センサセル電極上の酸素濃度分布が不均一なためセンサ出力ｉの変化にともない緩慢にセンサセル端子間電圧Ｖｓが変化する理想的でない波形を示すことがわかった。
【００６６】
次に，本発明と比較例Ｃ２とにかかる空燃比検出素子における，被測定ガス中の酸素濃度の急激な変動とセンサ出力の変動との関係について，センサセル端子間電圧Ｖｓを０．４５Ｖ一定となるようポンプセル印加電圧を高速なアナログ回路を用いて制御し，被測定ガスの酸素濃度を７．５％から０％へステップ状に変化させた時のセンサ出力，即ちポンプセル電流ｉを検出するという方法を用いて測定し，以上の測定結果を図８に示した。
【００６７】
図８に示すごとく，本発明は酸素濃度が減少しはじめる時刻ｔ０よりｔ１ｍｓにて，センサ出力が０となった。一方，比較例Ｃ２は，時刻ｔ０よりｔ２ｍｓ経過後，センサ出力が０となった。即ち，比較例Ｃ２は被測定ガスにおける酸素濃度の急激な変動に対して敏感に追従するセンサ出力を得ることができなかった。このため，本発明の空燃比検出素子は，高応答性という点において，比較例Ｃ２よりも優れていることが分かった。
【００６８】
実施形態例３
本例は，図９〜図１２に示すごとく，本発明にかかる，各種の形状のセンサ電極１２０と，該センサ電極１２０における連通孔投影像２０の分布について示すものである。
まず，図９（Ａ）〜（Ｄ）に，長方形，又は偏平な対称形のセンサ電極１２０，２つの連通孔を有する空燃比検出素子のセンサセル１２を示す。
上記空燃比検出素子においては，同図に示す位置に連通孔投影像２０が形成されるよう，図示しないポンプ電極を有するポンプセルに２つの連通孔が設けてある。
【００６９】
そして，上記センサ電極１２０は，上記連通孔投影像２０の中心２００と，センサ電極１２の重心１２１との間を結んだ直線により分割された，各種形状の分割面２１，２２を有する。
更に，上記各連通孔投影像２０における中心２００と重心１２１との間の距離は全て等しい。
【００７０】
次に，図１０（Ａ）〜（Ｃ）に，正方形又は長方形（ただし，長辺≦２×短辺である）であるセンサ電極１２０，４つの連通孔を有する空燃比検出素子のセンサセル１２を示す。
そして，上記センサ電極１２０は，上記連通孔投影像２０の中心２００と，センサ電極１２の重心１２１との間を結んだ直線により分割された，各種形状の分割面２１，２２，２３，２４を有する。
更に，上記各連通孔投影像２０における中心２００と重心１２１との間の距離は全て等しい。
【００７１】
次に，図１１（Ａ），（Ｂ）に，円形又は三角形であるセンサ電極１２０，３つの連通孔を有する空燃比センサ素子のセンサセル１２を示す。
そして，上記センサ電極１２０は，上記連通孔投影像２０の中心２００と，センサ電極１２の重心１２１との間を結んだ直線により分割された，各種形状の分割面２１，２２，２３を有する。
更に，上記各連通孔投影像２０における中心２００と重心１２１との間の距離は全て等しい。
【００７２】
次に，図１２（Ａ），（Ｂ）に，円形又は五角形であるセンサ電極１２０，５つの連通孔を有する空燃比センサ素子のセンサセル１２を示す。
そして，上記センサ電極１２０は，上記連通孔投影像２０の中心２００と，センサ電極１２の重心１２１との間を結んだ直線により分割された，各種形状の分割面２１，２２，２３，２４，２５を有する。
【００７３】
更に，上記各連通孔投影像２０における中心２００と重心１２１との間の距離は全て等しい。
その他は，実施形態例１と同様である。
また，本例においても，実施形態例１と同様の作用効果を有する。
【００７４】
なお，上記図９〜図１２に示したセンサセル１２では，殆どの連通孔投影像２０がセンサ電極１２０の端部に位置しているが，上記連通孔投影像２０はセンサ電極１２０の端部よりも内側に位置させることもできる。
【００７５】
実施形態例４
本例は，図１３〜図１５に示すごとく，連通孔を様々な位置に設けた空燃比検出素子について示すものである。
まず，図１３に示す空燃比検出素子３１は，連通孔２の形成する連通孔投影像の全体が，センサ電極１２０の上にある。なお，上記空燃比検出素子３１は，ガス室１４０が隔壁板１３に対し形成された構造を有している。その他は実施形態例１と同様である。
【００７６】
次に，図１４に示す空燃比検出素子３２は，連通孔２がポンプセル１１に設けてある。ただし，上記連通孔２はポンプ電極１１０の上には設けられていない。その他は実施形態例１と同様である。
次に，図１５に示す空燃比検出素子３３は，連通孔２の形成する連通孔投影像２０がセンサセル１２上には存在するが，センサ電極１２０の上には存在しない構造を有している。その他は実施形態例１と同様である。
また，本例の空燃比検出素子３１，３２，３３においても，実施形態例１と同様の作用効果を有する。
【００７７】
実施形態例５
本例は，図１６〜図１９に示すごとく，ポンプセル１１とセンサセル１２とが室４３０において対向する位置にない空燃比検出素子４１，４２である。
図１６，図１７に示す空燃比検出素子４１は，その底面をセンサセル１２が，一方の側面をポンプセル１１が，他の面をスペーサ４３１，４３とにより構成された室４３０を有する。
【００７８】
そして，上記センサセル１２と対向する面を構成するスペーサ４３１には，上記室４３０と被測定ガス室とを連通するための２個の連通孔２が設けてある。
上記室４３０に面するセンサ電極１２０の面上には，上記連通孔２の連通孔投影像２０が形成されている。上記連通孔投影像２０の中心と上記室４３０に面するセンサ電極１２０の重心２１とを通る各直線を想定した時，この各直線により上記センサ電極は２つに分割された分割面を形成する。そして，上記分割面の面積はそれぞれ同等である。
【００７９】
なお，図１８，図１９に示す空燃比検出素子４２は，その底面をセンサセル１２が，二つの側面をポンプセル１１が，他の面をスペーサ４３１，４３２，４３３とにより構成された室４３０を有する。その他は，上述の空燃比検出素子４１と同様である。
その他は，実施形態例１と同様である。
また，本例の空燃比検出素子４１，４２は，実施形態例１と同様の作用効果を有する。
【００８０】
実施形態例６
本例は，図２０に示すごとく，４個の連通孔を有する空燃比検出素子について説明するものである。
本例の空燃比検出素子は，実施形態例１と同様に，ポンプ電極を有するポンプセルと，センサ電極１２０を有するセンサセル１２と，両者により少なくともその二面を覆われてなる室とよりなる（図示略）。
そして，図２０に示すごとく，上記室には被測定ガスを導入するための同一の径を有し，かつ一直線上に並ぶように４個の連通孔を設けてある。
【００８１】
そして，図２０に示すごとく，上記４個の連通孔は，センサ電極１２０が形成された面上に，連通孔投影像ａ〜ｄが形成されるように構成されてなる。
更に，上記４個の連通孔の中心を結ぶ直線の重心を，上記センサ電極１２に投影することにより得られた重心投影像５１と，上記センサ電極１２の重心１２１とが重なるよう構成されてなる。
【００８２】
また，上記連通孔投影像ａを形成する連通孔と，ｃを形成する連通孔との間の距離をｌ１，上記連通孔投影像ｃ及びｄをそれぞれ形成する連通孔間の距離をｌ２，同じく連通孔投影像ｄ及びｂを形成する連通孔間の距離をｌ３とすると，ｌ１＝ｌ２＝ｌ３＝３ｍｍである。
また，上記各連通孔の径ｒｎはすべて等しくｒｎ＝０．１ｍｍである。
その他は実施形態例１と同様である。
また，本例の空燃比検出素子は実施形態例と同様の作用効果を有する。
【００８３】
実施形態例７
本例は，図２１に示すごとく３個の連通孔を有する空燃比検出素子について説明するものである。
本例の空燃比検出素子における室には被測定ガスを導入するための同一の径を有する３個の連通孔が設けてある。
そして，上記３個の連通孔は，図２１に示すごとく，センサ電極１２０が形成された面上に，連通孔投影像ａ〜ｃが形成されるよう構成されてなる。
【００８４】
上記３個の連通孔の中心を結ぶことにより得られた三角形の重心を上記センサ電極に投影した重心投影像５１と，上記センサ電極１２０の重心１２１との距離をｍとする。また，上記重心１２１から上記重心投影像５１のずれ方向におけるセンサ電極縁１２５との最短距離をＭとする。
上記ｍは０．１ｍｍ，上記Ｍは１．５ｍｍで，両者の間にはｍ≦０．１Ｍの関係が成立する。
その他は実施形態例１と同様である。
【００８５】
本例の空燃比検出素子においては，上記重心投影像５１と重心１２１との間に，上述した関係が成立する。これにより，センサ電極１２０における被測定ガスの濃度分布の発生を防止することができる。
その他は実施形態例１と同様である。
【００８６】
実施形態例８
本例は，図２２に示すごとく３個の連通孔を有する空燃比検出素子について説明するものである。
本例の空燃比検出素子における室には被測定ガスを導入するための同一の径を有する３個の連通孔が設けてある。
そして，上記３個の連通孔は，図２２に示すごとく，センサ電極１２０が形成された面上に，連通孔投影像ａ〜ｃが形成されるよう構成されてなる。
【００８７】
上記連通孔投影像ａを形成する連通孔と，ｂを形成する連通孔との間の距離をｌ１，上記連通孔投影像ｂ及びｃをそれぞれ形成する連通孔間の距離をｌ２，同じく連通孔投影像ｃ及びａを形成する連通孔間の距離をｌ３とすると，ｌ１＝２．３ｍｍ，ｌ２＝２．５ｍｍ，ｌ３＝２．６ｍｍとなり，これらの間の平均距離Ｌは２．４６７ｍｍである。従って，上記ｌ１〜ｌ３は，０．９Ｌ〜１．１Ｌの範囲内にある。
その他は，実施形態例１と同様である
また，本例の空燃比検出素子は実施形態例１と同様の作用効果を有する。
【００８８】
【発明の効果】
上記のごとく，本発明によれば，高精度かつ高応答性を有する空燃比検出素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，空燃比検出素子の斜視展開図。
【図２】実施形態例１における，センサセルの平面図。
【図３】実施形態例１における，連通孔投影像とセンサ電極との位置関係を示す説明図。
【図４】実施形態例１における，空燃比検出素子の斜視図。
【図５】図３におけるＡ−Ａ矢視断面図。
【図６】実施形態例１における，空燃比検出器の断面図。
【図７】実施形態例２における，本発明と比較例とにかかる空燃比検出素子の端子間電圧とセンサ出力の関係を示すＶｓ−ｉ特性を示す線図。
【図８】実施形態例２における，本発明と比較例とにかかる空燃比検出素子の被測定ガス中の酸素濃度の急激な変動とセンサ出力の変動の関係を示す線図。
【図９】実施形態例３における，２つの連通孔を有する空燃比検出素子におけるセンサセルの平面図。
【図１０】実施形態例３における，４つの連通孔を有する空燃比検出素子におけるセンサセルの平面図。
【図１１】実施形態例３における，３つの連通孔を有する空燃比検出素子におけるセンサセルの平面図。
【図１２】実施形態例３における，５つの連通孔を有する空燃比検出素子におけるセンサセルの平面図。
【図１３】実施形態例４における，ポンプ電極の上に連通孔を有している（ａ）ポンプセルの平面図，（ｂ）空燃比検出素子の断面図。
【図１４】実施形態例４における，ポンプ電極の上に連通孔を有していない（ａ）ポンプセルの平面図，（ｂ）空燃比検出素子の断面図。
【図１５】実施形態例４における，センサ電極の上に連通孔投影像を有していない空燃比検出素子における斜視展開図。
【図１６】実施形態例５における，ポンプセルとセンサセルとが室において対向する位置にない空燃比検出素子の断面図。
【図１７】実施形態例５における，ポンプセルとセンサセルとが室において対向する位置にない空燃比検出素子の斜視展開図。
【図１８】実施形態例５における，ポンプセルとセンサセルとが室において対向する位置にない他の空燃比検出素子の断面図。
【図１９】実施形態例５における，ポンプセルとセンサセルとが室において対向する位置にない他の空燃比検出素子の斜視展開図。
【図２０】実施形態例６における，４つの連通孔を有する空燃比検出素子におけるセンサセルの平面図。
【図２１】実施形態例７における，重心投影像と重心との位置が重なっていない，３つの連通孔を有する空燃比検出素子におけるセンサセルの平面図。
【図２２】実施形態例８における，各連通孔間の距離がそれぞれ異なる，４つの連通孔を有する空燃比検出素子におけるセンサセルの平面図。
【図２３】従来例における，空燃比検出素子のセンサセルの平面図。
【符号の説明】
１．．．空燃比検出素子，
１１．．．ポンプセル，
１１０．．．ポンプ電極，
１２．．．センサセル，
１２０．．．センサ電極，
１２１．．．重心，
１３０．．．室，
２．．．連通孔，
２０．．．連通孔投影像，
２００．．．中心，
２１，２２，２３，２４，２５．．．分割面，
Claims (8)
- ポンプ電極を有するポンプセルと，センサ電極を有するセンサセルと，両者により少なくともその二面を覆われてなる室とよりなる空燃比検出素子において，
上記室には被測定ガスを導入するための同一の径を有する３〜５個の連通孔を設けてあり，
また，上記３〜５個の連通孔は，センサセルの，上記室に面すると共にセンサ電極が形成された面上に，連通孔投影像が形成されるように構成されてなり，
更に，上記３〜５個の連通孔の中心を結ぶ直線により囲まれた最大形状の図形の重心を，上記センサ電極に投影することにより得られた重心投影像と，上記センサ電極の重心とが重なるような位置に，上記３〜５個の連通孔が設けてあり，
更に，上記連通孔投影像の中心と上記センサセルの上記室に面する面上のセンサ電極の重心とを通る各直線を想定した時，この各直線により上記センサ電極が複数に分割された分割面が形成され，
該分割面の面積がそれぞれ同等となるよう構成されていることを特徴とする空燃比検出素子。 - 請求項１において，上記複数の分割面において，面積が最大である分割面の面積を最大分割面面積Ｓ，面積が最小である分割面の面積を最小分割面面積ｓとすると，Ｓ／ｓ≦１．２５であることを特徴とする空燃比検出素子。
- 請求項１において，隣接する各連通孔間の距離は互いに等しいことを特徴とする空燃比検出素子。
- 請求項１において，隣接する各連通孔間の距離をｌｎ，各連通孔間の平均距離をＬとすると，０．９Ｌ≦ｌｎ≦１．１Ｌであることを特徴とする空燃比検出素子。
- 請求項１〜４のいずれか一項において，上記重心投影像と上記センサ電極の重心との間の距離をｍ，上記センサ電極の重心から上記重心投影像のずれ方向におけるセンサ電極縁との最短距離をＭとすると，ｍ≦０．１Ｍであることを特徴とする空燃比検出素子。
- 請求項１〜５のいずれか一項において，上記連通孔の径をｒｎ，上記３〜５個の連通孔の平均径をＲとすると，０．８８Ｒ≦ｒｎ≦１．１２Ｒであることを特徴とする空燃比検出素子。
- 請求項１〜６のいずれか一項において，上記連通孔投影像の一部分は，少なくともセンサ電極上に存在することを特徴とする空燃比検出素子。
- 請求項１〜６のいずれか一項において，上記連通孔投影像は，その全体がセンサ電極上に存在することを特徴とする空燃比検出素子。
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