JPS60128353A - 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、ガス燃焼Ｉ器などの燃焼装置の
排気ガス中の駿ＪＩＩｊｊ［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］ 従来より酸素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・て生じる起電力の変
化にょ°て理シ燃比付近の燃焼状態を検知するこにより
、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燃料との重量比率であ
る運転空燃率（Ａ／Ｆ）が理論空燃比およそ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−
での炭化はほとんどなく、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、他方の素子を周囲雰囲気と前記間隙部との酸素！廉
差によって作動する酸素濃淡電池素子とした酸素濃度検
知装置が提案されている。かかる酸素濃度検知装置は応
答性はよ低い燃料過濃域で作動させると燃料面！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１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つきり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］ パ本発明の第１目的は内燃機関等の燃焼装置の運までの
全域または任意の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、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＠置は、Ｑイオン伝導性固体電解質
６両側面に多孔性電極を設けた固体電解質の両側面にそ
れぞれ２組の多孔性電極を設けた固体電解質−素瀧淡電
池素子とを備え、該酸素濃淡電池素子と、酸素ポンプ索
子とを小間隙を介して対向配設し、前記酸素濃淡電池素
子の小間隙の側と反対側に外気と連通ずる空気室を形成
し、前記酸素電池素子の一組の多孔性電極の起電力また
は前記酸素ポンプ素子の多孔性電極のポンプ電流のいず
れかにより与えられる出力信号により空燃比を検知する
ようにしたことを構成とする。

［発明の効果］ 本発明の空燃比検知装置は、上記構成により次の効果を
奏する。　□ 空燃比（Ａ／Ｆ）を燃料過濃域から一燃料希薄酸までの
全域において上記酸門ポンプ素子、または酸素ｗｉ′ｉ
ｌｘ池素子の多孔性電極への電圧または電流の方向（正
または負）を切換えることムく空燃比と対応した正しい
検知信″号を得ることができ、任意の値の空燃比制御が
可能となる検知装置が得られる ［実施例］ つぎに本発明を図に示す実施例に基づき説明する。

第１図、第２図および第゛３図は本発明の一実施例を示
す。

１、よ燃料＊＊ｒあｓｗｍ機工排、管１’ｆｔｔ該排気
管１内に配設された空燃比検知装置の検知柱部分である
。空燃比検知栓２は、厚さが約０．５１１１Ｉｌ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
厚さの多孔性電極である多孔質白金電極！Ｉ４．５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
７の両側面に前記多孔黄白金電極１４．５ｉ同様に厚膜
技術を用いてそれぞれ２組の多孔質白金電極Ｂ８．９お
よび１０．１１を設けて構成された固体電解質酸素ポン
プ素子１２とを備え、酸素濃淡電池素子１２に設けられ
た１組め多孔質白金電極層゛８．９はイオン伝導性固体
電解質７の中央部６両側面に設けられており、もう１組
の多孔質白金電極層１０．１１は、多孔質白金電極層８
．９の外周部に接触しないよう間隙を有して設けられて
いる。前記酸素ポンプ素子６と前記酸素濃淡電池素子１
２とは０．１ｕＰｉ！度の間隔寸法の小間隙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
性で絶縁性めスペーサ（充填接着剤でよい）１３を介し
て互いに固定されている。前記酸素濃淡電池素子１２の
他μりには多孔質白金電極層８および１０を外気に連通
すべく金属やセラミックなどの耐熱性で気密な部材によ
り空気室すを形成するように室壁１４が設けられている
。

酸素ポンプ素子６、酸素濃淡電池素子１２および室壁１
４の足元部の外辺部にはねじ部１５を有した支持台１６
が、耐熱性で絶縁性である接着部材１７により取付けら
れており、排気管１に設けられた空燃比検知柱部２の検
知柱部取付用ねじ部１８に前記支持台１６のねじ部１５
をねじ込むことにより空燃比検知柱部２が排気管１に取
付られている。

１９は、電子制御装置部分の例で前記酸素ポンプ素子６
の多孔質白金電極層４．５は、小間隙ａから排気管１内
に酸素を汲み出すそれぞれ値の異なった定電流（Ｅｌ　
）　＜　（Ｅ２　）＜　（Ｅ３　）と独立して導通する
切換手段である定電流切換スイッチ２０に接続されてお
り、定電流切換スイッチ２０は定電流源（Ｅｌ）、（Ｅ
２）、（Ｅ３）に対流し、Ｖｌ　、Ｖ２　、Ｖ３の３ス
テツプに分割され、ｖｌと定電流源（Ｅｌ　）　、Ｖ２
　ト定Ｋｉ流１１ｉ　（Ｅ２　）、■３と定電流源（Ｅ
３）とにそれぞれ導通されている。前記酸素濃淡電池素
子１２の−組の多孔質白金電極層８．９は、多孔質白金
電極層８．９の間に発生する起電力ｅを検知するため出
力端子２１を備え、他方の−組の多孔質白金電極層ｉｏ
、　ｉｉは空気室すより小間隙ａに酸素を汲み入れる定
電流源（Ｅ４）と接続されている。なお定電流源（Ｅ２
）と定電流源（Ｅ４）と・の酸素汲み出し能力および酸
素汲み込み能力はほぼ同じであるとする。

第４図〜第６図は前記第１図、第２図および第３図に示
した空燃比検知装置の特性図である。

排気管１に取付けられた空燃比検知部２の酸素ポンプ素
子６の多孔質白金電極層４．５に定電流切換スイッチ２
０をｖｌに設定して定電流源（Ｅｌ）を接続すると、酸
素濃淡電池素子１２の−組の多孔質白金電極＠ｉｏ、１
２が空気室すより小間隙ａ′に酸素を汲み込む能力より
、酸素ポンプ素子６の多孔質白金電極層４．５が小間隙
ａより排気管１内へ酸素を汲み出す能力の方が小さいた
め酸素濃淡電池素子１２の−組め多孔質白金電極層８．
９の間で発生する起電力ｅを検知する出力端子２１では
第４図に示す如く燃料過濃域の値（イ′）にて起電力ｅ
が急激に低減する特性が得られる。定電流切換スイッチ
２０をＶ２に設定し、酸素ポンプ素子６の多孔質白金電
極ｌ！４．５と定電流源（Ｅ２）とを接続すると、酸素
濃淡電池素子１２の多孔質白金電極Ｈ１０，１１が空気
室すより小間隙ａＥ＠素を汲み込む能力と、酸素ポンプ
素子６の多孔質白金電極層４．５が小間隙ａより排気管
１内へ酸素を汲み出す能力とがほぼ釣り合うため、出力
端子２１では第５図に示す如く排□気管１内の排気ガス
中の酸素濃度の分岐点である理論空燃比１４．７付近で
起電力ｅが急激に低減する特性が得られる。定電流切換
スイッチ２０をｖ３に設定し、酸素ポンプ素子６の多孔
質白金電極＠４．５と定電流源（Ｅ３）とを接続すると
、酸素濃淡電池素子１２の多孔質白金電極層１Ｏ１１１
が空気室すより小−隙ａに酸素を汲み込む能力より、酸
素ポンプ素子６の多孔質白金電極層４．５が小間隙ａよ
り排気管１内へ酸素を汲み出す能力の方が大きいため出
力端子２１では第６図に示す如く燃料ｉｗＩ域の値（八
′）にて起電力ｅが急激に低減する特性が得られる。

この実施例は第４図〜第６図に示す如き特性を利用する
もめである。

すなわち起電力ｅの急な変化を利用するもめで、たとえ
ば空燃比制御を行う場合、定電流切換スイッチ２０を■
１に設定することで第４図の特性を出力端子２１で得ら
れ、空燃比イ′の近傍の値にて起電力ｅが急激に変化す
るのを利用し、定電流切換スイッチ２０をＶｌに設定マ
ることにより空燃比イ′の近傍の値にて前記機関を制御
することが可能となる。以下同様にして、理論空燃比の
近傍および空燃比ハ′の近傍で前記機関を制御すること
が可能となる。

上記機関の空燃比を制御する場合は、起電力ｅを検知す
る出力端子２１に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
時と電圧がＰ点より小さい時とを検知するようにする。

上記実施例では多数の異った値を有する定電流Ｉｔ（Ｅ
ｌ）、（Ｅｌ）、（Ｒ３）を用い、切換スイッチ２０を
切換えることにより上記機関の空燃比の制御を行ったが
、定電流源の数および値は上記実施例に限定されるもの
ではなく、また定電流の値が連続または連続的に可変可
能な定電流源を用いることにより空燃比の全領域を木目
細かく制御、あるいμ測定をすることができる。

第７図に本発明の空燃比検出装置の電子制御装置部分１
９の他の実施例を示す。

上記酸素濃淡電池素子１２の多孔質白金電極ｌ！８．９
問に発生する起電力ｅ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１　（
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ｅとの差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（■「）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ｅを一定値（Ｖ「）に保つのに必要な上記ポ
ンプ電流、１ｐ′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。また酸素濃淡電池素子１２の多孔質白金電極層
１０．１１問には、空気室すより小間隙ａ内に酸素を一
定値汲み込むべく定電流源　−（Ｒ６）が接続されてい
る。（Ｃ）はコンデン妊である。

第８図は上記第７図に示した空燃比検出装置の特性図で
ある。

第８図は基準電圧（Ｖｒ　）を一定電圧に定めて起電力
ｅを一定□（ｅ　＞　Ｏ）に保ったもので酸素ポンプ素
子６の多孔質白金電極ｌＩＩ′４．５問に生ずるポンプ
電流ＩＩ）は理論空燃比１４．７より小さい範囲の字燃
比埠、（燃料過濃域）から理論空燃比１４．１より大き
い範囲の空燃比域（燃料ｆｈ簿域）へと空燃比の増大に
対応して漸次増大する。この他の実施例は第８図に示す
特性を利用するものである。

すなわち第８図に示したご何き酸素ポンプ素子６のポン
プ電流！ｐに対応ψた空燃比出力信号を出力端子２２で
竺知することにより、燃料過濃域および燃料希薄域にお
いて上記機関の空燃比の数値を正確に測定することや任
意の値で空燃比制御することが可能となるのである。

本発明の空燃比検知柱部２の形状は上記構造に限定され
るものではなく、種々変更可能なものである。また酸素
ポンプ素子６の多孔質白金電極層４．５およびｌ素濃淡
電池素子１２の一組の多孔質白金電極！！８．９と他の
一組の多孔質白金電極層１０．１１の酸素の汲み入れ、
汲み出し方向、電流切換手段、空燃比検出手段などの電
子制御ｌｌｌＡｍ部１９は上記構造に限定されるもので
はなく、種々設定可能なものである。

本発明′は上記構成よりなる空燃比検出手段の緒特性を
単独、もしくは複―利用して、全運転範囲で運転空燃比
の測定またはフィードバック制御を行うものである。

【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図は第
２図の卜］線に沿う断面図、第４図〜第６図は酸素濃淡
電池素子の一方の多孔質白金電極層の汲み入れ一流を一
定にし、酸素ポンプ素子の汲み出し用定電流の値を切換
えたときの酸素濃淡電池素子の他方の多孔質白金電極層
の起。 電力ｅの空燃比に対する変化を示す第１実施例の特性図
、第７図は本発明の空燃比検知！置の他の実施例を示す
構成図−１第８図は酸素Ｓ淡電池挙子の一方の多孔質白
金電極層の汲み入れ電流を一定にし、酸素Ｓ淡電池素子
の他方の多孔質白金電極層の起電力ｅを一定とする酸素
ポンプ素子の汲み出しポンプ電流■ｐの空燃比に対する
変化を示す他の実施例の特性図である。 図中　１・・・排気管　６・・・固体電解質酸素ポンプ
素子　１２・・・固体電解質酸素濃淡電池素子　ａ・・
・小間隙　ｂ・・・空気字 代理人、石黒健二　− 第１図 第２し ２ 第３図 第４図 第、５図 １４．７　、 空燃比（Ａ／Ｆ） 第６図 第８図 宇部Ｘｘ、（Ａ／Ｆ） 第７図 手続補正書 昭和５９年１１月１３日 特許庁長官　殿 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　名古屋市瑞穂区高辻町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 明細書の発明の詳細な説明の欄。 別　紙 １、発明の詳細な説明の欄 第１４ページ第１行目の後に次の文を追加する。 ［また、上記実施例ではＳ東ｌＩ淡電池素子に設けた２
組の電極は、それぞれ他と切りはなして設けた場合を示
したが酸素濃淡電子素子の一方の面側の電極（８と１０
、または９と１１）を共通として設けてもよい。」 手続補正書 昭和５９年１２月２６日 特許庁長官　殿 １、事件の表示　昭和５８年特許願第２３７６２４号　
適２、発明の名称　空燃比検知ｆｉ置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　名古屋市瑞穂区高辻町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　明細書全文および図面１、補正の内容　。 １）明細書を別紙の通り全文補正する。 ２）図面の第１図、第７図を別紙のものと差、’Ｑ明細
箋 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ポンプ素子と、酸素イオン伝導
性固体電解質の両側面にそれぞれ２組の多孔性電極を設
けた固体電解質酸素濃淡電池素子とを備え、該酸素濃淡
電池素子と酸素ポンプ素子とを小間隙を介して対向配設
するとともに上置）間隙は周囲被測定ガスと連通ずるよ
うにし、前記酸素濃淡電池素子の小間隙の側と反対側に
外気と連通ずる空気室を形成し、 ・前記酸素濃淡電池素子の一組の多孔性電極の起電力ま
たは他方の一組の多孔性電極のポンプ電流、あるいは前
記酸素ポンプ素子の多孔性電極のポンプ電流のいずれか
により与えられる出力信号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 ［分野］ この発明は、内燃機関、ガス燃＊ｉ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制
御するための検知装置に関する。 ［従来技術］　、 従来より酸素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
化によって理論空燃比付近の燃焼状態を悴知するこにに
す、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燃料との重量比率であ
る運転空燃率（−Ａ／Ｆ）が理論空燃比およそ１４．１
である時は大きな変化出力が、！Ｒ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声利
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′）素子を周囲雰囲気と前記間隙部との酸素、
Ｓ度差によって作動する酸素濃淡電池素子とじへ酸素１
１度検知装置が提案されている。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
１４．１より低い燃料過濃域工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。すなわち出力に対して２つの空燃比が対応
するようになす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っきりしｙ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ＩＭ圏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
たは任意の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、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−
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ポンプ
素子と、Ｉ！素ビイオン伝導性固体電解質両側面にそれ
ぞれ２組の多孔性電極を設けた固体電解質酸素濃淡電池
素子とを備え、該酸素濃淡電池素子と酸素ポンプ素子と
を小間隙を介して対向配設するとともに上記小間隙は周
囲被測定ガスと連通ずるようにし、前記酸素濃淡電池素
子の小ｌｉｌ隙の側と反対側に外気と連通する空気室を
形成し、前記酸素電池素子の一組の多孔性電極の起電力
または他方の一組の多孔性電極のポンプ電流、あるいは
前記酸素ポンプ素子の多孔性電極のポンプ電流のいずれ
かにより与えられる出力信号により空燃比を検知するよ
うにしたことを構成とする。 ［発明の効果］ 本発明の空燃比検知装置は、上記構成により次の効果を
秦する。 空燃比（Ａ／Ｆ）を燃料過濃域がら燃料希薄域までの全
域において上記ｉａｉポンプ素子、またはｒａｍｓ淡電
池素電池素子性電極への電圧または電流の方向（正また
は負）を切換えることなく空燃比と対応した正しい検知
信号を得ることができ、任意の値の空燃比制御が可能と
なる検知装置が得られる 〔実施例〕 つぎに本発明を図に示す実施例に基づき説明する。 第１図、第２図および第３図は本発明の一実施例を示す
。 １は燃料装置である内燃機関の排気管、２は該排気管１
内に配設された空燃比検知装Ｈｆ）検知柱部分である。 空燃比検知柱２は、厚さが約Ｑ、　５１１１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
の多孔性電極である多孔質白金電極層４．５を設けそ構
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同体電解質７の
両側面に前記参孔質白金電極ＷＪ４．５と同様に厚膜技
術を用いてそれぞれシ組の多孔質白金電極層８．９およ
び１０．１１を設けて構成された固体電解質１素濃淡電
池素子１２とを備え、酸素濃淡電池素子１２に設けられ
た１組の多孔質白金電極層８．９はイオン伝導性固体電
解質７の中央部の両側面に設けられており、もう１組の
多孔質白金電極１ｉ１１０．１１は、多孔質白金電極層
８．９の外周部に接触しないよう間隙を有して設けられ
ている。前記酸素ポンプ索子６と前記酸素濃淡電池素子
１２とは０．１−程度もしくはそれ以下の間隔寸法の小
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
）１３を介して互いに同定されている。前記酸素濃淡電
池素子１２の他側には多孔質白金電極層８および１゜を
大気に連通すべく金属やセラミックなどの耐熱性で気密
な部材により空気室すを形成するように室壁１４が設け
られている。 ―素ポンプ素子６、酸素濃淡電池素子１２および室壁１
４の足元部の外辺部にはねじ部１５を有した支持台１６
が、耐熱性で絶縁性である接Ｉｔ部材１７により取付け
られており、排気管１に設けられた検知検品取付用ねじ
部１８に前記支持台１６のねじ部１５をねじ込むことに
より空燃比検知性部２が排気管１に取付られている。 １９は、電子制御装胃部分の例で前記酸素ポンプ素子６
の多孔質白金電極層４．５は、小間隙ａから排気管１内
に酸素を汲み出すそれぞれ値の異なつた定電流（Ｅｌ　
）　＜、（Ｅｌ　）　＜　（Ｅ３　）と独立して導通す
る切換手段である定電流切換スイッチ２０に接続されて
おり、定電流切換スイッチ２０は定電流源（Ｅｌ）、（
Ｅｌ）、（Ｅ３）に対応して、Ｖｌ　、Ｖ２　、Ｖ３の
３ステツプに分割され、■１、！：定１１１１　（Ｅｌ
　＞、Ｖ２　、！ｌ：定電流源（Ｅｌ）、■３と定電流
１１（Ｅ３）とにそれぞれ導通されている。前記酸素濃
淡電池素子１２の一組の多孔質白金電極層８．９は、多
孔質白金電極Ｉｉ８．９の間に発生する起電力ｅを検知
するため出力端子２１を備え、他方の一組の多孔′−白
金電極層１Ｏ１１１は空気室すより小間隙ａに酸素を汲
み入れる定電流源（Ｅ４）と接続されている。なお定電
流源（Ｅｌ）と定電流源（Ｅ４）との酸素汲み出し能ノ
コおよびｌ！素汲み込み能力はほぼ同じであるとする。 第４図〜第６図は前記第１図、第２図および第３図に示
した空燃比検知装置の特性図である。 排気１ｉ１に取付けられた空燃比検知部２の酸素ポンプ
素子Ｇの多孔質白金電極ｌ１４．５に定電流切換スイッ
チ２０をｖｌに設定して定電流源（Ｅｌ）を接続すると
、酸素濃淡電池素子１２の一組の多孔質白金電極ｌ９１
Ｇ、１２が空気室すより小間隙ａに酸素を汲み込む能力
より、酸素ポンプ素子６の多孔質白金電極ｌＩ４．５が
小間隙ａより排気管１内へ酸素を汲み出す一力の方が小
さいため酸素濃淡電池素子１２の一組の多孔質白金電極
ｌ１８．９の間で発生する起電力ｅを検知する出力端子
２１では第４図に示す如く燃料過濃域の値（イ′）にて
起電力ｅが急激に低減する特性が得られる。定電流切換
スイッチ２０を■２に設定し、酸素ポンプ素子６の多孔
質白金電極層４．５と定電流源（Ｅｌ）とを接続すると
、酸素濃淡電池素子１２の多孔質白金電極む能力と、酸
素ポンプ素子６の多孔質白金電極！！４．５が小間隙ａ
より排気管１内へ酸素を汲み出す能力とがほぼ釣り合う
ため、出力端子２１では第５図に示す如く排気管１内の
排気ガス中の酸素濃液の分岐点である理論空燃比１４．
７付近で起電力ｅが急激に低減する特性が得られる。定
電流切換スイッチ２０を■３に設定し、酸素ポンプ素子
６の多孔質白金電極１１ｉ４．５と定電流源（Ｅ３）と
を接続すると、酸素濃淡電池素子１２の多孔質白金電極
＠ｉｏ、１１が空気室すより小間隙ａ＆−酸素を汲み込
む能力より、ａ素ポンプ素子６の多孔質白金電極＠４．
５が小間隙ａより排気管１内へ酸素を汲み出す能力の方
が大きいため出力端子２１では第６図に示す如く燃料希
薄域の値（八′）にて起電力ｅが急激に低減する特性が
得られる。 この実施例は第４図〜第６図に示す如き特性を利用する
ものである。 すなわち起電力ｅの急な変化を利用するもので、たとえ
ば空燃比制御を行う場合、定電流切換スイッチ２Ｏを■
１に設定することで第４図の特性を出力端子２１で得ら
れ、空燃比イ′の近傍の値にて起電力ｅが急激に変化す
るのを利用し、定電流切換スイッチ２０をｖｌに設定す
ることにより空燃比イの近傍の値にて前記機関を制御す
ることが可能となる。以下同様にして、理論空燃比の近
傍および空燃比ハ′メ近傍で前記機関を制御することが
可能となる。 上記機関の空燃比を制御する場合は、起電力ｅを検知す
る出力端子２１に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
時と電圧がＰ点より小さい時とを検知するようにする。 上記実施例では多数の異った値を有する定電流源（Ｅｌ
）、（Ｅｌ）、（Ｅ３）を用い、切換スイッチ２０を切
換えることにより上記機関の空燃比の制御を行ったが、
定電流源の数および値は上記一実施例に限定されるもの
ではなく、また定電流°の値が連続または不連続的に可
変可能な定電流源を用いることにより空燃比の全領域を
木目細かく制御あるいは測定をすることができる。 第７図に本発明の空燃比検出装置の電子制御装一部分１
９の他の実施例を示す。 上記酸素濃淡電池素子１２の多孔質白金電極１９８、９
間に発生する起電力ｅ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（■「）
と上記起電力ｅとの差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間に流すポン
プ電流ｌｐを制御する機能を備えている。すなわち、上
記起電力ｅを一定値（Ｖｒ　）に保つのに必要な上記ポ
ンプ電流１ｐ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。また酸素濃淡電池素子１２の多孔質白金電極層１０
．１１問には、空気室すより小間隙ａ内に酸素を一定値
汲み込むべく定電流源（Ｅ６）が接続されている。（Ｃ
）はコンデンサである。 第８図は上記第７図に示した空燃比検出＠置の特性図で
ある。 第ザは基準電圧（Ｖｒ　）を一定電圧に定めて起電力ｅ
を一定（＋３　＞　０）に保ったもので酸素ポンプ素子
６の多孔質白金電極層４．５間に生ずるポンプ電流ＩＩ
）は理論空燃比１４．７より小さい範囲の空燃比域（燃
料過濃域）から理論空燃比１４．７より大きい範囲の空
燃比域（燃料希薄域）へと空燃比の増大に対応して漸次
増大する。この他の実施例は第８図に示すごとき特性を
利用するものである。 すなわち第８図に示したごとき酸素ポンプ素子６のポン
プ電流ｉｐに対応した空燃比出力信号を出力端子２２で
検知することにより、燃料過濃域および燃料希薄域にお
いて上記機関の空−比の数値を正確に測定することや任
意の値で空燃比制御することが可能となるのである。 本発明の空燃比検知柱部２の形状は上記構造に限定され
るものではなく、種々変更可能なものである。すなわち
、上記実施例の検知柱部２は、酸素ポンプ素子６と酸素
濃淡電池素子１２とを小間隙ａを介して対向配設するの
に酸素ポンプ素子６および酸素濃淡電池素子１２の足元
部にのみスペーサ１３を設けてｍ索ポンプ素子６と酸素
濃淡電池素子１２を互いに固定し１、しかして上記小間
隙は三方向にまたがる解放された孔で周囲被測定ガスと
連通ずるようにして応答性の優れたものとなしたが、そ
のような構造に限られず、素子間に小間隙を保持し、か
つ応答性の低減が実際上問題とならない限り、例えば上
記スペーサ１３を素子の先側の縁部にも設けて小間隙の
間隙寸法の規定を容易とするとともに上記スペーサ１３
と酸素ポンプ素子６および酸素濃淡電池素子１２ににっ
て形成した小さい孔によって上記小間隙ａと周囲被測定
ガスとが連通されるように構成することもでき、また更
に上記孔を多孔質材の連通孔でおきかえ゛Ｃ形成Ｊ−る
ようにすることもぐきる。 また上記実施例では酸素濃淡電池素子１２に設けた２組
の多孔質白金電極層８．９および１０．１１はそれぞれ
他と切り離して設けるようにした場合を示したが、ｉ１
素濃淡電池素子の一方の側の面上の気孔質白金電極層（
例えば９と１１）のみを切り離して設け、他方の面上の
多孔質白金電極層（８と１０）を共通電極となして設番
ノることもできる。 またｉ１１素ポンプ素子６の多孔質白金電極層４．５お
よび酸素濃淡電池素子１２の一組の多孔質白金電極層８
．９と他の一組の多孔質白金電極層１ｏ１１１の酸素の
汲み入れ、汲み出し方向、電流切換手段、空燃比検出手
段などの電子制御装置部１９は上記構造に限定されるも
のではなく、種々設定可能なものである。 本発明は上記構成よりなる空燃比検出装置の緒特性を単
独、もしくは複数利用して、全運転範囲で運転空燃比の
測定またはフィードバック制御を行うものである。 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図は第
２図の１．−１線に沿う断面図、第４図〜第６図は酸素
濃淡電池素子の一方の多孔質白金電極層の汲み入れ電流
を一定にし、酸素ポンプ素子の汲み出し用定電流の値を
切換えたときの酸素濃淡電池素子の他方の多孔質白金電
極層の起電力ｅの空燃比に対する変化を示す第１実施例
の特性図、第７図は本発明の空燃比検知装置の他の実施
例を示す構成図、第８図は酸素濃淡電池素子の一方の多
孔質白金電極層の汲み入れ電流を一定にし、酸素濃淡電
池素子の他方の多孔質白金電極層の起電力ｅを一定とす
る酸素ポンプ素子の汲み出しポンプ電流１ｐの空燃比に
対する変化を示す他の実施例の特性図である。 図中　１・・・排気管　６・・・固体電解質酸素ポンプ
素子　１２・・・固体電解質酸素濃淡電池素子　ａ・・
・小間隙　ｂ・・・空気室 代理人　石黒健二 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）酸素イオン伝導性固体亨解質の両側面に多照性電極
   を設けた固体電解質Ｉ素ポンプ素子と、酸素イオン伝２
   導性固体電解質の両側面にそれぞれ２、組の多孔性電極
   を設けた同体電解質。酸素濃淡電池素子とを備え、該酸
   素−淡電池素子と酸素ポンプ素子とを小間隙を介、して
   対向配設し、前記酸素濃淡電池素子の小間隙の側と反対
   側に外気と連通ずる空気室を形成し、　。 前記酸素濃淡電池素子の一組の多孔性電極の起電力また
   は他方の一組の多孔性電極のポンプ電流、あるいは前記
   酸素ポンプ素子セ多孔性電極のポンプ電流のいずれかに
   より与えられる出力信号により空燃比を検知するように
   、した空燃比検知装置。