JPS60128349A - 空燃比検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［分野］ この発明は、内燃機関、燃Ｓｍｅｌｔなどの燃焼装置の
排気ガス中の酸素濃度もしくは空燃比を測定もしくは制
御するための検知装置に関する。

〔従来技術］ 従来よりイオン伝導性固体電解質（例えば安定化ジルコ
ニア）に多孔質電極層（例えば白金製多孔質層）を被着
して構成された酸素センサを用い、排気ガスの酸素分圧
と空気の酸素分圧との差によって生じる起電力の変化に
よりて理論空燃比付近の燃焼状態ζ検知することにより
、例えば自動車の機関を理論空燃比で運転するように制
御することは一般に知られている。

ところで上記酸素センサは空気と解料との臘量比率であ
る運転空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比１４．７である時
は大きな変化出力が得られるが他の運転空燃比域での変
化はほとんどなく、理論空燃比以外の空燃比で機関を、
運転する場合には上記酸素センサの出力を利゛用するこ
とができない。

特開昭５８−１５３１５５号において、板状の酸素イオ
ン導電性固体電解質の先側の両面に電極層を設けた素子
を、２枚間隔をおいて平行状に配して上記先側に間隙部
を設けて該画素子を固定し、一方の素子を酸素ポンプ素
子、他方の素子を周囲−囲気と前記間隙部との１東部度
差によって作動する酸素濃淡電池素子とした酸素１１度
検知装置を提案している。かかる酸素濃度検知装置は応
答性はよいが、出力信号に対応する理論空燃比数１４．
７よりひくい燃料過濃域で作動させると燃料希薄域にお
ける場合と同じ向きの出力を発生する特性をもつことが
判った。すなわち出力に蛤して２つの空燃比が対応する
ようにケるため空燃比制御が燃料過濃域・あるいは燃料
希薄域のいずれ夕あるかシよつ−リしている場合等にし
か適用できないという問題点があった。

［発明の目的］ 本発明の第１目的は内燃機関等の燃焼装置の運転空燃比
（Ａ’／　Ｆ　）が燃料過濃域から燃料＠薄酸までの全
域または一部区域において正しく検知できる空燃比検知
装置の提供であり、第２の目的は、全燃比のフィードバ
ック制御を行う場合において□精度よくかつ容易なフィ
ードバック制御ができる利点を有する空燃比検知装置を
提供することである。

［発明の構成〕 本発明の空燃比検知装置は、酸素イオン伝導性固体電解
質の両側面に多孔性電極を設けた固体電解質酸素濃淡電
池素子、固体電解質酸素ポンプ素子および固体電解質酸
素センサ素子とを備え、該酸素濃淡電池素子をｉポンプ
素子の一方側に微　゛小間隙を介して対向配設し、前記
酸素センサ素子を前記酸素ポンプ素子の他方側に対向配
設すｇとともに画素子の間に外気と連通ずる空気室を形
成し、上記酸素濃淡電池素子の起電力または上記酸素ポ
ンプ素子のポンプ電流のいずれかによって与えられる空
燃比によって決まる出力信号を得るようにし、この出力
信号と、上記酸素センサ素子の発生する起電力とにより
空燃比を検知するようにすることを構成とする。

［発明の効！＄！］ 本発明の空燃比検知装置は、上記構成によりつぎの効果
を秦する。

１つのセンサプローグな用いて空燃比（Ａ／Ｆ）を燃料
ｍｌ域から燃料希薄域までの全域もしくは一部区域にお
いて正しく検知することができる。

［実施例Ｊ つぎに本発明を図に示す一実施例に基づき説明する。

１は内燃ｔｊＡｗＪの排気管、２は該排気管１内に配設
された空燃比検知装置である。空燃比検知装置２は、厚
さが約０．５Ｉ１ｍの平板状のイオン伝導性固体電解質
（例えば安定化ジルコニア）　３の両側面にそれぞれ厚
膜技術を用いて約２０μの厚さの多孔質白金電極［４お
よび５を設けて構成された固体電解質酸素ポンプ素子６
と、該酸素ポンプ素子６と同様の平板状のイオン伝導性
固体電解質１の両側面にそれぞれ前記多孔質白金電極＠
４および５と同様に厚膜技術を用いて多孔質白金電極層
８および９を設けて構成された固体電解質！Ｉ素濃淡電
池素子１０と、前記酸素ポンプ素子６と同様の平板状の
イオン伝導性固体電解質１１の両側面に￥れぞれ多孔質
白金電極ｌ！１２および１３を設けて構成された固体電
解質酸素センサ素子１４とを備え、上記酸素ポンプ素子
６と上記酸素濃淡電池素子１０とは０．１１１程度の間
隔寸法の微小間＠ａを形成して排気管１の内部で対向′
装置させるため足元部を耐熱性で絶縁性のスペーサ（充
填接着剤でよい）１５を介して互いに固定されている。

上記酸素ポンプ素子６と酸素センサ素子１４とは外気に
連通する空気室すを形成するように多孔質白金電極層５
．１２を対高、させ、そして足元部をのぞく周辺に耐熱
性のスベ□　−サ１Ｇを配して、気密的に固定されてい
る。スペーサ１５．１ｉにより互いに固定された酸秦ポ
ンプ素子６、ｌｌ塞−淡電池素子１０およびｌＩ！素セ
ンサ素子１４の足元部の外辺部にはねじ部１１を有した
支持台１８が２、耐熱性で絶縁性である接着部＠１９に
より取付けられている。排気管１に設けられた空燃比検
知装置２のセンサ取付用ねじｓ２０に前記支持台１Ｂの
ねじ部１７をねじ込むこ゛とにより空燃比検知装置２が
排気管１に取付られている。

ここで上記空燃比検知装置２を製造するのに、スペーサ
１６をセラミックとし、そのグリーンシートと、電極材
ペーストを塗布した酸素ポンプ素子６用と酸素濃淡電池
素子１０用とのそれぞれのグリーンシートとを重ね合せ
て圧着したのち一体に焼結させて、まず酸素ポンプ素子
６と酸素濃淡電池素子１０とを含む全体として板体状の
部材を製作１次にこれと板状の焼結した酸素センサ素子
１４とを耐熱性セラミック質接着剤で接着することによ
って製造することは最も有利である。

２１は、付属する電子制御装置の例であり、上記酸素濃
淡電池素子１０の多孔質白金電極Ｉ５８，９間に発生す
る起電力ｅ１を抵抗（Ｒ１）を介して演算増幅器（Ａ）
の反転入力端子に印加し、上記演算増幅器（Ａ）の非反
転入力端子に印加されている基準電圧（Ｖｒ　）と上記
起電力ｅ１との差異に比例した上記演算増幅器（Ａ）の
出力によりトランジスタ（Ｔｒ）を駆動して上記酸素ポ
ンプ素子６の多孔質白金電極１ｌＩ４．５問に流すポン
プ電流１ｐを制御する機能を備えている。すなわち、上
記起電力ｅ１を一定値の基準電圧（Ｖｒ　）に保つのに
必要な上記ポンプ電流Ｉｌｌを供給する作用をする。

また直流電源（Ｂ）から供給される上記ポンプ電流１ｐ
に対応した出力信号を出力端子２２に得るために抵抗（
Ｒｏ）を備えている。（Ｃ）はコンデンサである。また
酸素センサ素子１４から排気管１内と大気とによる酸素
１１ｒ１１の差に応じて生ずる起電力ｅ２を検知するた
めの出力端子２３を備えてい゛る。

第３図および第４図は上記第１図および第２図に示した
空燃比検知装置２の特性図である。

第３図には起電力ｅ２を示したもので、理論空燃比１４
．７より小さい範囲の空燃比域（燃料過濃域）では一定
の起電力を発生し、そして理論空燃比１４．７付近で急
激に低減し、理論空燃比１４．７より大きい範囲の空燃
比域（燃料希薄域）では、はとんど起電力は発生しない
。第４！は基準電圧（Ｖｒ　）を例えば６０ｇｍ　Ｖ一
定にしたもので、起電力ｅ１を６０１ｖにすると理論空
燃比１４．７より小さい範囲の空燃比域（燃料過濃域）
で上記ポンプ電流１ｐは空燃比の増大に対して減少い理
論空燃比１４．１より大きい範囲の空燃比域（燃料希薄
域）では上記ポンプ電流ＩＰは空燃比の増大に対して増
大する。

この実施例は第３図および第４図に示すごとき特性を利
用するものである。

起電力ｅ２を検知する出力端子２３については、最大起
電力と最小起電力との中間に任意の基準点であるＰ点を
設定し、電圧がＰ点より大きい時（燃料過濃域）とＰ点
より小さい時（燃料希薄域）を感知させるようにする。

そこで上記機関が燃料過濃域で運転された場合は、上記
酸素センサ素子１４の起電力ｅ２はＰ点より大きく、こ
の＊Ｓとこの時の酸素ポンプ素子６のポンプ電流ｉｐに
対応した出力信号を検知することにより運転空燃比（Ａ
／Ｆ）の数値が測定できる。また上記機関が燃料希薄域
で運転された場合は、上記Ｉｌ素センサ素子１４の起電
力ｅ２はＰ点より小さく、この情報とこの時の酸素ポン
ス素子６のポンプ電流１ｐに対応した出力信号を検知す
ることにより運転空燃比（Ａ／Ｆ）の数値が測定できる
。上記構成により燃料過激域および燃料希薄域の広い範
囲においても上記Ｉｌ関の空燃比の数値を正確に測定す
ることが可能な空燃比検知装置を御ることができるので
ある。

このことを利用すれば希望の空燃比を設定すれば排気管
１に取付けられた空燃比検知装Ｂ２により現状の空燃比
を検知し、そのフィードバックにより連続して希望の空
燃比を制御することができる。

上記のように燃料希薄域においてポンプ電流Ｉｐが空燃
比に比例して変化することについては例えば前記特開昭
５８−１５３１５５号に記載されている。

すなわち微小間隙ａ内に導入された排気ガスの酸素分圧
を上記酸素ポンプ素子６の作用により変更することによ
り排気管１内を流れる排気ガスの酸素分圧と差異をもた
せ、この酸素分圧の差異に応じて発生する上記酸素濃淡
電池素子１０の起電力ｅ１が一定となるように上記酸素
ポンプ素子６に供給されるポンプ電流１９を制御する時
、このポンプ電流１ｐは上記排気ガス中の酸素濃度に比
例して変化することが判明したのである。なお燃焼過濃
域の酸素汲み出しモードにおいて上記のような動作をす
る理由はＣＯガスに感応するためと思われる。

上記実施例では酸素ポンプ素子θのポンプ電流Ｉｐの向
きは微小間１ａから酸素を汲み出す方向（Ｉｐ＞Ｏ）に
流したが、逆に空気室すから酸素を押し込む方向（Ｉｐ
＜０）に流しても酸素濃淡電池素子１０の出力を一定と
するポンプ電流ＩＥＩは第５図に示すように空燃比に対
応して第５図に示す如く変化するので、そのようにした
ときの特性を利用してもよい。

また酸素ポンプ素子６のポンプ電流Ｉｐ　（微小間隙ａ
からの酸素の汲み出しの場合と押し込みの場合との両方
を含む）を一定に制御したときの酸素濃淡電池素子１０
の発生起電力ｅ１も空燃比に対応して変化するのでその
ようにしたときの特性を利用することもできる。

特に酸素押し込みポンプ電流ＩＩ）を一定とし、この値
を種々の値に切換えるとき酸素濃淡電池素子１０の出力
ｅｌ　（ｅｌ＜　Ｏ）の空燃比に対する変化特性は第６
図に示す如（なることが明らかとなったが、件のように
燃料過濃域で急峻な出力変化を生じ、かつこの急峻な変
化を示す理論空燃比の値が酸素押し込みポンプ電流ＩＩ
）の設定値によって変化することを利用して、燃料過濃
域における精度のよいフィードバックｌｉ制御を行うこ
ともできる。゛すなわち、例えば内燃機関の空燃比のフ
ィードバック制御に用いる場合に、空燃比の制御目標値
を燃料過濃域に設定すべき運転条件では上記第６図に示
した特性すなわち酸素押し込みポンプ電流■ｐを一定（
Ｉｐ＜Ｏ）のモードで燃料希薄域に設定すべき運転条件
では第５図に示した特性すなわち酸素濃淡電池素子１０
の出力ｅ１を一定（ｅｌ＜　０）のモードでそれぞれフ
ィードバック制御するように随時幀繁にモードを切換え
ながら全運転範囲で連続的に空燃比のフィードバック制
御を行わしめることもできる。また空燃比を理論燃比１
４．７に制ｔｉｌすることを要する場合は、！Ｉ素セン
サ素子１４の起電力ｅ２を直接フィードバック制御信号
として利用して空燃比制御を行うようにすることも自由
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の空燃比検知装置の一実施例を示す構成
図、第２図は第１図の１−１線に沿う断面図、第３図は
空燃比と起電力ｅ２の変化を示す特性図、第４図は酸素
濃淡電池素子の起電力ｅ１を一定とする酸素ポンプ素子
の汲み出しポンプＴＲ流Ｉｐの空燃比に対する変化を示
す特性図、第５図は酸素濃淡電池素子の″起電力ｅ１を
一定とする酸素ｉ１ｚンブ素子の押し込みポンプ電流ｔ
ｐの空燃比に対する変化を示す特性図、第６図は酸素４
ｔンプ素子の押し込みポンプ電流Ｉｐを一定にしたとき
の酸素濃淡電池素子の起電力ｅ１の空燃比に対する変４
ヒを示す特性図である。 図中　１・・・排気管　６・・・固体電解質酸素」ζン
ブ素子　１０・・・固体電解質酸素濃淡電池素子　１４
・・・固体電解質酸素センサ素子　ａ・・・微小間隙　
ｂ・・・空気室 代理人　石黒健二 Ａ 第２図 第３図 空坑比（Ａ／Ｆ） 當ｔＮ：毘（Ａ／Ｆ）、。 手続補正書 昭和６０年１月１４日 ２、発明の名称　空燃比検知装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　名古屋市瑞穂４高辻町１４番１８号氏　名　日
本特殊陶業株式会社 （４５４）代表者　小　川　修　次（他１名）４、代理
人〒４６５電話０５２−７７３−２４４９６、補正の対
象　明ｍ書全文および図面７、補正の内容 １）明細書を別紙の通り全文補正する。 明細書 １、発明の名称 空燃比検知装置 ２、特許請求の範囲 １）酸素イオン伝導性固体電解質の両側面に多孔性電極
を設けた固体電解質酸素濃淡電池素子、固体電解質酸素
ポンプ素子および固体電解質酸素センサ東予とを備え、
該酸素ｌ淡電池素子をＳ素ポンプ素子の一方側に微小間
隙を介して対向配設し、前記酸素センサ素子を前記酸素
ポンプ素子の他方側に対向配設するとともに画素子の間
に外気上記酸素濃淡電池素子の起電力または上町酸素ポ
ンプ素子のポンプ電流のいずれかによって与えられる空
燃比によって決まる出力信号を得るようにし、この出力
信号と、上記酸素センサ素子の発生する起電力とにより
空燃比を検知するようにした空燃比検知装置。　″ ３、発明の詳細な説明 り分野］ この発明は、内燃機関、燃焼機器などの燃焼装置の排気
ガス中の酸素濃度もしくは空燃比を測定もしくは１ＩＩ
ｌＩ御するための検知装置に関する。 ［従来技術］ 従来よりイオン伝導性固体電解質（例えば安定化ジルコ
ニア）に多孔質電極層（例えば白金製多孔質層）を被着
して構成された酸素センサを用い、排気ガスの酸素分圧
と空気の酸素分圧との差ににっで生じる起電力の変化に
よって理論空燃比付近の燃焼状態を検知することにより
、例えば自動車の機関を理論空燃比で運転するように制
御１゛ることは一般に知られている。 ところで上記酸素センサは空気と燃料との重量比率であ
る運転空燃比（Ａ／Ｆ’）が理論空燃比１４．１である
時は大きな変化出力が得られるが他の運転空燃比域での
変化はほとんどなく、理論空燃比以外の空燃比で機関を
運転する場合には上記酸素センサの出力を利用すること
ができない。 特開昭５８−１５３１５５号において、板状の酸素イオ
ン導電性固体電解質の先側の両面に電極層を設けた素子
を、２枚−隅をむいて平行状に配して上記先側に間隙部
を設けて該画素子を固定し、一方の素子を酸素ポンプ素
子、他方の素子を周囲雰囲気と前記間隙部とのｉ！素濃
度差によって作動する酸素濃淡電池素子とした酸素Ｉ！
！麿検知装置を提案している。かかる酸素濃度検知装置
は応谷性はよいが、出力信号に対応する理論空燃比数１
４．７よりひくい燃料過濃域で作動させると燃料希薄域
にお【ノる場合と同じ向きの出力を発生する特性をもつ
ことが判った。すなわち出力に対して２つの空燃比が対
応するようになるため空燃比制御が燃料過濃域、あるい
は燃料希薄域のいずれであるかはり゛きすしている場合
等にしか適用できないという問題点があった。また、こ
の検知装置では理論空燃比またはその近傍の空燃比の検
知または制御を精麿よくまたは応答性よく行わせること
が困難であるという問題も見出された。 ［発明の目的］ 本発明の第１目的は内燃機関等の燃焼装置の運転空燃比
（Ａ／Ｆ）が燃料過濃域から燃料希薄域までの全域また
は一部区域において正しくかつ応答性よく検知できる空
燃比検知装置の提供であり、第２の目的は、上記空燃比
範囲で空燃比のフィードバック制御を行う場合において
精度よくかつ容易なフィードバック制御ができる利点を
有する空燃比検知装置を提供することである。 ［発明の構成］ 本発明の空燃比検知装置は、酸素イオン伝導性固体電解
質の両側面に多孔性電極を設けた固体電解質酸素濃淡電
池素子、固体電解質酸素ポンプ素子および固体電解質酸
素センサ素子とを備え、該酸素濃淡電池素子を酸素ポン
プ素子の一方側に微小間隙を介して対向配設し、前記酸
素センサ素子を前記酸素ポンプ素子の他方側卜対向配設
するとともに画素子の間に外気と連通−する空気室を形
成し、上記酸素濃淡電池素子の起電力または上記酸素ポ
ンプ素子のポンプ電流のいずれかによって与えられる空
燃比によって決まる出力信号を得るようにし、この出力
信号と、上記酸素センサ素子の発生する起電力とにより
空燃比を検知するようにすることを構成とする。 ［発明の効果］ 本発明の空燃比検知装置は、上記構成によりっぎの効果
を奏する。 １つのセンサプローグを用いて空燃比（Ａ／、Ｆ）・を
燃料過濃域から燃料希薄域までの全域もしくは一部区域
において正しく検知することができ葛゛。 ［実施例］ つぎに本発明を図に示す一実施一に基づき説明する。 １は内燃機関の排気管、２は該排気ｌｉ内に配設された
空燃比検知装置である。空燃比検知装＠２は、厚さが約
０．５龍の平板状のイオン伝導性固体電解質（例えば安
定化ジルコニア）　３の両側面にそれぞれ厚膜技術を用
いて約２０μの厚さの多孔質白金電極＠４および５を設
けて構成された固体電解質酸素ポンプ素子６と、該酸素
ポンプ素子６と同様の平板状のイオン伝導性固体電解質
１の両側゛　面にそれぞれ前記多孔質白金電極層４およ
び５と同様に厚膜技術を用いて多孔質白金電極層８およ
び９を設けて構成された固体電解質酸素濃淡電池素子１
０と、前記酸素ポンプ素子６と同様の平板状のイオン伝
導性固体電解質１１の両側面にそれぞれ多孔質白金電極
１１１２および１３を設けて構成された固体電解質ｉ！
素センサ素子１４とを備え、上記酸素ポンプ素子６と上
記酸素濃淡電池素子１０とは０．１１程度の間隔寸法の
微小間隙ａを形成して排気管１の内部で対向配置させる
ため足元部を耐熱性で絶縁性のスペーサ（充填接着剤で
よい）１５を介して互いに固定されている。上記酸素ポ
ンプ素子６と酸素センサ素子１４とは外気に連通ずる空
気室すを形成するように多孔質白金電極層５．１２を対
向させ、そして１足元部をのぞく周辺に耐熱性のスペー
サ１６を配して、気密的に固定されている。スペーサ１
５．１６により互いに固定されたＷＩ素水ポンプ素子６
酸素濃淡電池素子１Ｏおよび酸素センサ素子１４の足元
部の外辺部にはねじ部１７を有した支持台１８が、耐熱
性で絶縁性である接着部材１９により取付けられている
。排気管１に設けられた空燃比検知装置２の４センサ取
付用ねじ部２０に前記支持台１８のねじ部１１をねじ込
むことにより空燃比検知装置２が排気管１に取付られて
０る。 ここで上記空燃比検知装＠２を製造するのに、スペーサ
１６をセラミックとし、そのグリーンシートと、電極材
ペーストを塗布した酸素ポンプ素子６用と酸素センサ素
子１４用とのそれぞれのグリーンシートとを上記スベ＝
す用のグリーンシートを挾んで重ね合せて圧着したのち
一体に焼結させで、まず酸素ポンプ素子６と酸素センサ
素子１４とを含む全体として板体状の中空部材を製作し
、次にこれと板状の焼結した酸ｊｆｉｌ淡電池素電池素
子を耐熱性セラミック質接着剤１５で接着することによ
って製造することは最も有利である。 ２１は、付ａする電子制御１ｉ１ｉ置の例であり、上記
酸素濃淡電池素子１０の多孔質白金電極層８．９間に発
生する起電力ｅ１を抵抗（Ｒ１）を介して演算増幅器（
Ａ）の反転入力端子に印加し、上記演算増幅器（Ａ＞の
非反転入力端子に印加されている基準電圧（Ｖｒ　）と
上記起電力ｅ１との差異に比例した上記演算増幅器（Ａ
）の出力によりトランジスタ（Ｔｒ）を駆動して上記酸
素ポンプ素子６の多孔質白金電極層４．５問に流すポン
プ電流Ｉｐを制御する機能を備えている。すなわち、上
記起電力ｅ１を一定値の基準電圧（Ｖｒ　）に保つのに
必要な上記ポンプ電流Ｉｐを供給する作用をする。 また直流電源（Ｂ）から供給される上記ポンプ電流ｉｐ
に対応した出力信号を出力端子２２に得るために抵抗（
ＲＯ）を備えている。（Ｃ）はコンデンサである。また
酸素センサ素子１４から排気管１内と大気とによる酸素
濃度の差に応じて生ずる起電力ｅ２を検知するための出
力端子２３を備えている。 第３図および第４図は上記第１図および第２図に示した
空燃比検知＠誼２の特性図である。 第３図には起電力ｅ２を示したもので、理論空燃比１４
．７より小さい範囲の空燃比域（燃料過濃域）では一定
の起電力暫発生いそして理論空燃比１４．７付近で急激
に低減し、理論空燃比１４．７より大きい範囲の空燃比
域（燃料希薄域）では、はとんど起電力は発生しない。 第４図は基準電圧（Ｖｒ　）を例えば６０ｍ　Ｖ一定に
したもので、起電ノ）ｅｌを６０ｍＶにすると理論空燃
比１４．７より小さい範囲の空燃比域（燃料過激域）で
上記ポンプ電流１ｐは空燃比の増大に対して減少し、理
論空燃比１４．７より大きい範囲の空燃比域（燃料希薄
域）では上記ポンプ電流ＩＩ）は空燃比のｉ大に対して
増大する。 この実施例は第３図および第４図に示すごとき特性を利
用するものである。 起電力ｅ２を検知する出力端子２３については、最大起
電力と最小起電力との中間に任意の基準点で　。 あるＰ点を設定し、電圧がＰ点より大き＆）時（燃料過
濃域）とＰ点より小さい時（燃料希薄域）を□感知させ
るようにする。そこで上記機関が燃料過濃域で運転され
た場合は、上記酸素センサ素子１４の起電力ｅ２はＰ点
より大きく、この情報とこの時の酸素ポンプ素子６のポ
ンプ電流ＩＩ）に対応した出力信号を検知することによ
り運転空燃比（Ａ／Ｆ）の数値が測定できる。また上記
機関が燃料希薄域で運転された場合は、上記酸素センサ
素子１４の起電力ｅ２はＰ点より小さく、この情報とこ
の時の酸素ポンプ素子６のポンプ電流Ｉｐに対応した出
力信号を検知することにより運転空燃比（Ａ／−Ｆ）の
数値が測定できる。上記構成により燃料過濃域および燃
料希薄域の広い範囲においても上記ｌｌｌ＄Ｉｌの空燃
比の数値を正確に測定することが可能な空燃比検知装置
を得ることができるのである。 このことを利用すれば希望の空燃比を設定すれｉｆ排気
管１に取付けられた空燃比検知装置２により現・状の空
燃比を検知し、そのフィードバックにより連続して希望
の空燃比を制御することができる。。 上記のように燃料希薄域においてポンプ電流■ｐが空燃
比に比例して変化することについては例えば前記特開昭
５８−１５３１５５号に記載されている。 すなわち微小間隙ａ内に導入された排気ガスの酸素分圧
を上記酸素ポンプ素子６の作用により変更することによ
り排気管１内を流れる排気ガスの酸素分圧と差異をもた
せ、この酸素分圧の差異に応じて発生する上記酸素濃淡
電池素子１０の起電力ｅ１が一定となるように上記酸素
ポンプ素子６に供給されるポンプ電流１ｐを制御する時
、このポンプ電流１ｐは上記排気ガス中の酸素１１Ｈ１
ｋに比例して変化することが判明したのである。なお燃
焼過濃域の酸素汲み出しモードにおいて上記のような動
作をする理由はＣＯガスに感応するためと思われる。　
・ 上記実施例では酸素ポンプ素子６のポンプ電流Ｉｌｌの
向きは微小間隙ａから酸素を汲み出す方向（Ｉｐ＞０）
に流したが、逆に空気ｘｂから酸素を押し込む方向（Ｉ
ｐ＜Ｏ）に流しても酸素濃淡電池素子１０の出力を一定
とするポンプ電流Ｉｆ）は第５図に示すように空燃比に
対応して第５図に示す如く変化するので、そのようにし
たときの特性を利用してもよい。 また酸素ポンプ素子６のポンプ電流Ｉｐ（微小間隙ａか
らの酸素の汲み出しの場合と押し込みの場合との両方を
含む）を一定に制御したときの酸素濃淡電池素子１０の
発生起電力ｅ１も空燃比に対応して変化するのでそのよ
うにしたときの特性を利用することもできる。 特に１１１素押し込みポンプ電流ＩＩ）を一定とし、こ
の値を種々の値に切換えるとき酸素濃淡電池素子１Ｏの
出力ｅｌ　（ｅｌ＜　ｏ）の空燃比に対する変化特性は
第６図に示す如くなることが明らかとなったが、このよ
うに燃料過濃域で急峻な出力変化を生じ、かつこの急峻
な変化を示す理論空燃比の値が　゛酸素押し込みポンプ
電流１．Ｅ）の設定値によりて変化することを利用して
、燃料過濃域における応答性と精度のよいフィードバッ
ク制御を行うこともできる。すなわち、例えば内燃機関
の空燃比のフィードバック制御に用いる場合に、空燃比
の制御目標値を燃料過激域に設定すべき運転条件では上
記第６図に示した特性すなわち酸素押し込みポンプ電流
Ｉｆ）を一定（ｉｐ＜０）のモードで燃料希薄域に設定
すべき運転条件では第５図に示した特性すなわち酸素濃
淡電池素子１Ｏの出力ｅ１を一定（ｅｌ＜　０）のモー
ドでそれぞれフィードバック制御するように随時頻繁に
モードを切換えながら全運転範囲で連続的に空燃比のフ
ィードバック制御を行わしめることもできる。また空燃
比を理論燃比１４．７に制御することを要する場合は、
酸素センサ素子１４の起電力ｅ２を直接フィードバック
制御信号として利用して空燃比制御を行うようにするこ
なお上記実施例では各素子を加熱するためのヒーターは
特に設けていない場合を示したが、そのようなヒーター
を適当な方法で設けてもよいことは言うまでもない。 ４、図面の簡単な説明 第１図は本発明の空燃比検知装置の一実施例を示す構成
図、第２図は第１図のｌ−１１に沿う断面図、第３図は
空燃比と起電力ｅ２の変化を示す特性図、第４図は酸素
濃淡電池素子の起電力ｅ１を一定とするＩｌ！素ポンプ
素子の汲み出しポンプ電流Ｉｐの空燃比に対する変化を
示す特性図、第５図は酸素濃淡電池素子の起電力ｅ１を
一定とする酸素ポンプ素子の押し込みポンプ電流ＩＩ）
の空燃比に対する変化を示す特性図、第６図は酸素ポン
プ素子の押し込みポンプ電流ｉｐを一定にしたときの酸
素濃淡電池素子の起電力ｅ１の空燃比に対する変化を示
す特性図である。 図中　１・・・排気管　６・・・固体電解質酸素ポンプ
素子　１０・・・固体電解質酸素濃淡電池素子　１４・
・・固体電解質酸素センサ素子　ａ・・・微小間隙　ｂ
・・・空気室　′ 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）１ＪＩイオン伝導性固体頃解質の両側面に多孔性電
   極を設けた固体電解質酸素濃淡電池素子、固体電解質酸
   素ポンプ素子および固体電解質酸素センサ素子とを備え
   、該酸素ｌ！淡電池素子を酸素ポンプ素子の一方側に微
   小間隙を介して対向配設し、前記ＩＩ素センサ素子を前
   記酸素ポンプ素子の他方側に対向配設するとともに画素
   子の間に外気と連通する空気室を形成し、 上記酸素濃淡電池素子の起電力または上記酸素ポンプ素
   子のポンプ電流のいずれかによりて与え゛られる空燃比
   によりて決まる出力信号を得るようにし、この出力信号
   と、上記酸素センサ素子の発生する起電力とにより空燃
   比を検知するようにした空燃比検知装置。