JPS60183548A - 空燃比検出装置 - 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】 骸術分野 この発明は、空気と燃料との混合気の燃焼による排気カ
ス中の酸素濃度により混合気の空燃比を検出する空燃比
検出装置に関し、特に内燃機関における吸入混合気の空
燃比を検出するのに適した空燃比検出装置に関する。

従来技術 一般に、内燃機関においては、吸入混合気の空燃比を高
精度に目標値に制御するために、空燃比と相関関係をも
つ排気カス中の酸素濃度を検出することにより混合気の
空燃比を検出して、燃料供給量をフィードバック制御す
るようにしている。

従来、このような空燃比検出装置に使用されている酸素
センサとして、例えば特開昭５７−７６４５０号公報に
記載されているようなものがあり、このような酸素セン
サを第１図を参照して説明する。

この酸素センサ１は、酸素濃度に応して起電力を発生す
る一神のｆ農淡電池のＤＩ（理を応用したものであり、
酸素イオン伝導性の固体電解質２の両面に、白金を主成
分とする基準電極ろと、金と白金の合金からなる酸素電
極４とを周内１させて形成して、その」、い′（１８電
極乙を多孔質保護層（コーティング）＜’Ｉ）５によっ
て被覆し、酸素電極４を酸素の流入、拡散を制限する多
孔質保護層（コーティング層）６によって被ＲＩＬだも
のである。

この酸素センサ１にあっては、被測定カス、例えは４１
１気カス中において、基準電極３に所定の大きさの流し
込め電流Ｔｓを供給すると、電流［Ｓの大きさに応した
−）ｉ（の酸素イオン○′−が電流Ｉｓと逆の方向に固
体電解質２を通して移動するので、基イ（＋３電極乙に
基準酸素分圧１’　ａが発生し、このどき酸素電極４に
被ａｌｌ定カスの有する酸素分圧による酸素分圧Ｐｈか
発生している。

そＡしによって、基準電極乙と酸素電極４との間には、
酸素分圧Ｐａ、Ｐｂに基づいて、Ｅ　＝ＲＴ／４　１”
　−ρ　ｎ　（Ｐ　ａ　／　Ｐ　ｂ　）　−−１４，１
但し・、Ｒ：気体定数、　］”：絶列対度１・゛：ファ
ラテイ定数 なるイ、ルンストの式によって表わされる起電力Ｅか発
生し、この起電力Ｅは被４１す定カスの酸素濃度により
変化するので、これを酸素センサ１の出力Ｖｓとして外
部に取出すことかできる。

この出力Ｖｓの変化を各流し込み電流値ことに示したの
か第２図である。なお、この場合、被４１す定カスとし
て内燃機関のＪ１気カスを用いて才ｊす。

その酸素濃度は内燃機関に供給される混合気の空燃比（
当量比λ、但しλ＝現空燃比／理論空燃比）に換算して
示しである。

しかしなから、この酸素センサ１の出力Ｖｓは、流し込
み主流Ｉｓを固定した場合、出力Ｖ　ｓの変化する空燃
比の幅か小さいので、広範囲にＵ：る空燃比の検出をす
ることは伽しい。

そこで、この酸素センサ１の出力Ｖ　Ｓ　＆　Ｉ」４ｆ
７！　％圧Ｖａ（例えば、切り換わり空燃比において急
変する酸素センサ出力Ｖｓの」−眼と下限の略中間値）
として設定し、酸素センサ出力■ＳがこのＬ１標値Ｖａ
となるように流し込み電流Ｉｓを供給すると、この流し
込み電流Ｉｓの値は、第６図に示すように現在の空燃比
に応して連続的に変化する。

したかつて、その酸素センサ１への流し込み電流Ｉｓの
値を検出することによって実際の空燃比を広範囲に検出
することかできる。

もつとも、このような空燃比検出装置にあっては、第６
図から分るように、流し込み電流Ｉｓの値が、理論空燃
比（λ＝１）を最小値としてり一ン側に移行する時のみ
ならず、リンチ側に移行する時にも増加する。

これは、リンチ域では、排気カス中に酸素か殆んとない
ことから、固体電解質中の酸素イオンがリッチ空燃比に
対応した平衡状態にならすに酸素分子となってυ１気中
に一方的に拡散流出しているためで、排気かリンチ側に
移行する程酸素イオンの移動量か多くなり、流し込み電
流Ｉｓの値が増加する。

したかつて、理論空燃比付近では、同一の流し込み電流
Ｉｓの値に対して空燃比が２値存在することになり、単
に流し込み電流Ｉｓの値からだけては、リッチ域からリ
ーン」或まＣの広範囲に亘る空燃比（酸素濃度）を検出
することかてきないという問題はある。

しかし、例えはリーン域た（づに沼１」シてみると、こ
の場合には流し込み電流の値と空燃比とか一義的に対応
することになるので、理論空燃比（λ＝１）からリーン
」或の間を広範囲に検出する目的には用いることかでき
る１゜ ところで、このようにリーン域あるいは更にリンチ域ま
で含めた広範囲に江る空燃比にて運転される自動車用内
燃機関にあっては、市街地走行等特定の運転域では特に
損気の、４１化率を高める必要かある。

そのために、三元触媒を使用してＪＪＩ気を４化する内
燃機関においては、三元触媒の浄化効率を高くするため
に空燃比を理論空燃比に制御する必要があり、このよう
な理論空燃比制御による運転１時には、特にλ＝１の点
を高１１″ｉ度に検出することか望まれる。

ところか、−１−記の空燃比検出装＋１”Ｊ’、におっ
ては、流し込み電流の値から広範囲にわたる空燃比（酸
素濃度）を連続的に検出することはできるか、個々の空
燃比の検出精度は、第２図で示したような流し込み電流
を同定して出力型ｉｆ、　Ｖ　ｓの変化かＪら空燃比を
検出する方法に比べてむしろ低くなり、例えば４１す字
余のゲインの変動やセロ点のオフセラ１〜等によって空
燃比の検出結果か影響を受け、誤差を生しる惧れがある
。

したかつて、この空燃比検出装置を三元触媒を用いた理
論空燃比制御にも使用した場合には、λ−１の点につい
て必要な検出精度か得られない恐れがある。

また、この空燃比検出装置においては、酸素の拡散を制
限する多孔質層を通過する酸素を流し込み電流の値とし
て得るため、応答性かやや遅くなり、その結果、理論空
燃比（λ＝１）に制御する場合に三元触媒の浄化率か低
下する恐Ａしがある。

止ゴα この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、広範
囲の空燃比を高精度に検出でき、しかも理論空燃比を他
の空燃比よりも高精度に且つ応答性良く検出できるよう
にすることを１」的とする１、購−−−戎− そのため、この発明による空燃比検出装置は、空気と燃
料との混合気の燃焼による１１１気カスか、カスの拡散
を制限する手段を介して導入されるカス導入部と、酸素
イオン伝導性の固体電解質を挾んで対向する前記カス導
入部のカス及び所定酸素濃度のカスに晒される電極を有
し、両電極間酸素分圧比に応した電圧を出力する酸素分
圧比検出部と、酸素イオン伝導性の固体電解質を挟んで
対向する電極を有し、両電極間に供給される電流量に応
じて前記カス導入部の酸素分圧を制御する酸素分圧制御
部とによって構成した酸素センサを使用し、この酸素セ
ンサの酸素分圧比検出部の出力か予め定めた目標値と一
致するように酸素分圧制御部に電流を供給して、その酸
素分圧制御部の両′散極間の電圧を上記混合気の空燃比
を示す検出出力として取出すようにしたものである。

実施例 以下、この発明の実施例を添伺図面の第４図以降を参照
して説明する。

第４図及び第５図は、この発明を実施した空燃比検出装
置を構成する酸素センサの一例を示す縦断面図及び分量
′斜視図である。

この酸素センサ１１は、アルミナからなる基板１２上に
、溝１３．を形成した人気導入板１３を積層し、この大
気導入板１３上に平板状の酸素イオン伝導性の第１の固
体電解質１４を積層して、これ等の人気導入板１ろの満
１ろａ及び第１の固体電解質１４によって、所定酸素濃
度のカスである大気が導入される大気導入部１５を形成
している。

そして、その第１の固体電解質１４上に、厚さＬ　（［
−＝　０．　］＋ｎ＋ｎ程度）のスペーサ板１６を積層
し、このスペーサ板１６」二に平板状の第２の固体電解
質１７を積層して、これ等の第１の固体電解質１４、ス
ペーサ板１６及び第２の固体電解質１７によって、排気
カスが導入されるカスの拡散を制限する手段を兼ねた幅
りの隙間であるガス導入部１８を形成している。

そして、第１の固体電解質１４の両面に、大気導入部１
５の所定のカスである大気に晒される電極であるセンサ
アノ−１く２０及びカス導入部１８の排気ガスに晒され
る電極であるセンサカソード２１を対向して設け、これ
等のセンサアノード２０とセンサカソード２１との間の
酸素分圧比。

すなわち大気導入部１５とカス導入部１８との間の酸素
分圧比に応した電圧を出力する酸素分圧比検出部（以下
［センサセルＳＣＪ　と（η；す）を構成している。

また、第２の固体電解質１７の両面に、カス導入部１８
の排気カスに晒される電極であるポンプカソード２２及
び排気カスに直接晒される電極であるボ゛ンブアノード
２３を対向して設（づ、これ等のポンプカッ−１く２２
とポンプアノ〜１〜２３の間に供給される電流量に応じ
てカス導入部１８の酸素分圧を制御する酸素分圧制御部
（以下「ポンプセルＰＣＪと称す）を構成している。

なお、基板１２の人気導入板１３側表面には、第１の固
体電解質１４及び第２の固体’ｔ％　Ｍ質１７の活性を
保つために、これ等を加熱するヒータ２５を印刷形成し
である。

また、センサアノード２０．センサカソード２１には夫
々リード線２６．２７を、ポンプカソード２２．ポンプ
アノード２３には夫々リード線２８．２Ｂを、ヒータ２
５にはリード線３０゜３１を接続しである。

さらに、第１．第２の固体電解質１４．１７としては、
例えばＺ　ｒ　Ｏ２１Ｈｒ　０２　ｒ　Ｔ　ｈ　０２　
＋Ｂｉ２Ｏ３等の酸化物にＣ２ｏ、Ｍｇｏ、ｙ２　ｏ２
１’ＹＢ、２０３等を固溶させた焼結体を用い、各電極
２０〜２４は白金又は金を主成分とする。

さらにまた、この実施例では、大気導入部１Ｓとカス導
入部１８との間の隔壁の全体を第１の固体電解質１４で
、またカス導入部１８と排気ガス雰囲気との間の隔壁の
全体を第２の固体電解質１７で形成しているが、電極２
０〜２４に対応する部分のみを固体電解質で形成しても
よい。

第６図は、この酸素センサを用いた空燃比検出回路の一
例を示す回路図である。

この空燃比検出回路において、差動アンプ６６は、酸素
センサ１１のセンサセルＳＣのセンサカソード２１に列
するセンサアノード２０の電位ＶＳと、電源ろ４からの
目標電圧（目標値）Ｖａとの差（Ｖ　ａ　−Ｖ　ｓ　）
を検出して、その差′電圧Δ■を出力する。

ポンプ電流供給回路３５は、電流供給手段であり、差動
アンプろ６からの差電圧Δ■を積分する負係数積分回路
３６及びこの負係数積分回路６６からの積分出力ｖｂを
電流に変換するＶ−１変換回路ろ７からなり、差動アン
プろろからの差電圧へＶに応じた大きさ及び方向のポン
プｍ流■ｐを酸素センサ１１のポンプセルＩ）Ｃのポン
プアノード２６に供給して、差動アンプろろからの差電
圧Δ■がΔＶ＝０　（Ｖ’５＝Ｖａ）になるように制御
する。

その負係数積分回路６６は、抵抗ろ８．：Ｊンテンサ３
９及びオペアンプ４０からなり、差動アンプ３′５から
の差電圧へＶを入力して、この差電圧Δ■を積分した積
分出力Ｖｂ　（Ｖｂ＝−ＫＳΔ■ｄｔ、に；正の定数）
を出力する。

また、Ｖ−Ｔ変換回路６７ば、オペアンプ４１゜抵抗４
１及び差動アンプ４３からなり、負係数積分回路３日か
らの積分出力ｖｂと、ボ゛ンブアノード２３に供給する
ポンプ電流ｉｐに応した抵抗４１の両端電圧を検出する
差動アンプ４３の出力とに応して、オペアンプ４１から
積分出力Ｖ　ｂ　１．１ｍ応したポンプ電流１．　ｐを
供給する。

そし、て、ＭＷセセン１１のポンプカソード２２に対す
るポンプアノ−１〜２３の電位Ｖｐを、バッファアンプ
４４を介して空燃比（酸素濃度）検出出力■ｐとして出
力している。

つまり２この空燃比検出回路においては、ボ′ンプカソ
ー１；２２を接地するためのリード糸ちシ２８と。

ポンプアノード２６をバッファアンプ４４に接続するた
めのリード線２日及びバッファアンプ４４及びその出力
を取出すための（Ｍ号・線とによって。

酸素センサ１１の酸素分圧制御部であるポンプセルＰ　
Ｃのポンプカソード２２とポンプアノード２３との間の
電圧を混合気の空燃比を示す検出出力としてを取出す手
段を構成しＣいる、１なお、バッファアンプ４４は省略
することができ、この場合には酸素センサ１１のポンプ
カソード２２及びポンプアノード２３に接続する６４号
線かこの電圧を取出す手段を構成する。

次に、このように構成したこの実施例の作用について説
明する。

ます、空燃比検出回路のポンプ１１１流供給回路６５は
、ガス導入部１８の酸素濃度（酸素分圧）か所定酸素濃
度になるように、すなわちセンサセルＳＣのセンサアノ
−１く２０とセンサカッ−１−２１との間の電位Ｖｓか
目標電圧Ｖａと一致するように、ポンプセルＩ）　Ｃの
ポンプアノー１〜２ろにポンプｍ流ＩＰを供給している
。。

つまり、カス導入部１８の酸素濃度が所定酸素濃度より
も低いときには、第４図に示すように、ポンプセルＰＣ
のポンプ′カッ−１−２２からポンプアノード２６に向
って（矢示ｉ　Ｒ方向に）流れるポンプ電流Ｌｐを供給
して、ポンプアノ−１〜２３からボ°ンブカソート２２
に酸素イオンを移動させ、カス導入部１８の酸素濃度を
所定酸素濃度に制御する。

また、ガス導入部１８の酸素濃度が所定酸素濃度よりも
高いときには、第４図に示すように、ポンプセルＩ）　
Ｃのボンフ゛アノード２６からポンプカソード２２に向
って（矢示Ｔ　Ｌ方向に）流れるポンプ電流Ｔｐを供給
して、ポンプカソード２２からポンプアノード２６に酸
素イオンを移動させ、カス導入部１８の酸素濃度を所定
酸素濃度に制御する。

この場合、目標電圧Ｖａは、センサアノ−１へ２０に発
生する電位Ｖｓに対応する値であｈばどのような値でも
よいが、電位Ｖｓを精度よく目標値に保つためには、好
ましくはカス導入部１８の酸素濃度の変化に対して電位
Ｖｓの変化の傾きが最も大きくなるところ、つまり酸素
濃度の変化に対して電位Ｖｓが急変する電圧値の上限と
下限の中間値に設定するのがよい。

そこで、ｌ」標電圧Ｖａを例えばＶ　ａ　＝５００ｍ　
Ｖに設定したとすると、ポンプ電流供給回路６５は、セ
ンサアノ−１−２０とセンサカソード２１との間の電位
Ｖｓが、　Ｖ　ｓ　＝５００ｍ　Ｖになるようにポンプ
アノード電極２６にポンプ電流Ｔｐを供給する。

したがって、大気導入部１５の酸素分圧をＰ　Ｃ。

カス導入部１８の酸素分圧を１〕１３どすると、酸素分
圧比Ｐ　Ｂ　／　Ｐ　Ｃは、温度を１００ＯＫとしたと
き、前述したネルンストの式（（、ｉ、＋式）より、Ｐ
　Ｂ　／　））　Ｃ＝　Ｉ　Ｏ−”’となり、ＰＣ＊０
．２０６ａｊｍであるので、ＰＢ＊　０　、　２０６　
Ｘ　Ｉ　０−１ｕａｔ＋＋１となる。

ここで、被測定カス、例えば排気カス中の酸素分圧をＰ
　Ａとすると、カスの拡散を制限する手段を兼ねた隙間
であるカス導入部１８に人ってくる０２の量Ｑは、拡散
係数をＩ）とすると、Ｑ＝Ｄ　（ＰＡ−ＰＢ） であり、ＰＢ＝−０であるので、 Ｑ＝ｉ＝Ｄ−ＰＡ となる。

この０２の量Ｑと同等の量の０２を、ポ″ンブ電流１　
ｐによって第２の固体電解質１７を移動させて、カス導
入部１８の酸素を濃度を所定酸素濃度に維持するので、 Ｉ　ｐ　ｃ　Ｑ Ｔ　ｐ＝に、・Ｉ〕八・・・・・・１、のとなる。但し
、に１は定数である。

つまり、ポンプ電流ｉ　ｐの値は、被ａｌ’ｌ定カス中
の酸素分圧に比例したものとなる。

なお、この場合、空燃比（Δ／ド）のリーン（λ〉１）
側では、カス導入部１８から排気カス中に酸素分子をポ
ンピングすることになるので、上の（？）式はそのまま
皮・当する。

これに対して、空燃比のリッチ（λ〈１）側では、損気
カス中の酸素分子の量が極めて少なく、その酸素分圧１
）　Ａは、約１０−”〜ｔ　ｏ−′ｂ（平衡酸素分圧）
になる。

このとき排気カス中には二酸化炭素分子ＣＯ２が多く存
在している。

そして、この排気カス中の酸素分圧がｉ　ｏ　”’〜１
０−″′のところ螢、ガス導入部１８の酸素分圧を０．
２０６Ｘ］Ｏ”″に維持するために、排気カス雰囲気か
らカス導入部１８に、すなわちポンプアノード２３から
ポンプカソード２２に酸素分ｊ゛・を移動させる方向の
ポンプ電流ｉ　ｐを供給している。

したかつて、特にポンプアノ−（〜２３の表面において
は、 ＣＯ２＋２Ｂ−−）’ＣＯ＋０２− の反応が生し、その０２−が第２の固体電解質１７内を
移動してカス導入部１８に移入する。。

それによって、特にポンプカソード２２の表面では、 ２Ｃ○十０２→２ＧＯ。

の反応か生じ、ボンピンクによって移動させた０２か消
費される。

つまり、リッチ側では、上記の反応により消費されるｏ
２の量をポンプ電流によって旧っていることになる。

そして、上記の反応は、カス導入部１８内に拡散してく
るＣＯの歌に比例する１、すなわち、カス導入部１８内
では、十記の反応によ−ＪてＣＯも消管さＪし、００分
圧は１１１８セロになってくるので、カス導入部１８に
人ってくるＣＯの量Ｑ　ＣＯは、排気カス中の（゛０分
圧をｉ）ＣＯ、拡散係数をＩ〕′　とすると、 Ｑｃｏ＝Ｄ’　（Ｐｃ　ｏ−０） ＝１）’　・Ｐｃ。

どなる３゜ したかつで、リッチ側てカス導入部１８内の酸素分圧を
０．２０６ＸＩＯ”“に維持するのに必要な０．・の！
１１、すなわちポンプ”′電流によって４１１気カス雰
囲気からボンピングする０２の量は、損気カス中のＣＯ
の濃度に比例し７た値となる。

リッチ側では、このＧＯ（あるいはＣ○＋Ｉ　ＣＨの濃
度が空燃比と良い相関関係にあるので、ポンプ電流ｉｐ
はリッチ側でも空燃比に対して連続的に変化する。

ここで、第２の固体電解質１７．ポンプカッ−１へ２２
及びポンプアノー１”　２３からなるポンプセルｌ）　
Ｃについて考えてみると、このポンプセルＰＣの等価回
路は、第７図に示すように、自己起電力Ｅ　１１と内部
抵抗１りｒ）とに分けることかできる、。

したかつて、ボンフ゛セル１〕（二のポンプ′カッ−１
’２２に対するポンプアノード２ろの電位（空燃比検出
出力Ｂ’ｐは、 Ｖｐ＝ト：ＪＴ＋ｌｐ・１＜［］Ａ１）となる。

ところで、この自己！起電力１にＰは、前述したように
損気カス中の酸素分圧を１］Ａ、カス導入部１８の酸素
分圧を１〕１３とすると、１’＋ｉ＋述したイ・ルンス
トの式より、 ）−’：　ｐ　＝　ＲＴ　／　ノＩ　Ｆ　−１２ｒｌ　
（Ｐ　Δ　／　Ｆ）　１３　）　−ｔｌりで表わされる
。

そして、目標電圧Ｖａを５００ｍＶに設定したときには
、前述したように、カス導入部１８の酸素分圧Ｐ　１１
は、約１０−１パに維持さＡ１ている（　１）　Ｉｌ　
＝］０−”）。

一方、排気カス中の酸素分圧（平衡酸素分圧）１）　Ａ
は、理論空燃比（λ＝１）ヲ境にして、リッチ側では約
１０−′。ａｂｍに、リーン側では約１０−”ａ　＋：
　ｍになる。

それによって、自己起電力ＥＰは、前述した（シ式から
分るように、空燃比（当量比λ１に対して第８図に示す
ように変化する。

一力、温度か一定であれば、内部抵抗Ｒｐはリンチ側、
リーン側のいすオしでも略一定であり、ポンプ′１１１
流１Ｐは前述したようにリッチ側からり一ン側までの空
燃比に比例した値となるので、前述した（４）式におけ
るＩｐ−Ｒｐは、空燃比（当量比λ）に列して第Ｓ図に
示すように変化する。

したがって、ポンプセルＰ　Ｃのポンプ”カソード２２
とポンプアノード２ろとの間の電位である空燃比検出出
力Ｖ　１１は、前述した＋ｐ＋式より、自己起電力ＴＥ
　ｐとポンプ′電流■Ｐによる内部抵抗Ｒｐ、の′電圧
降干分（１ｒ］・１＜Ｐ）とを加えたものであるので、
空燃比（当量比λ）に対して第１０図に示すように変化
する。

このように、空燃比検出出力であるポンプセルＰＣの両
電極間電位Ｖｐは、理論空燃比（λ＝１）でオン・オフ
的に急変し、他の空燃比では連続的に変化する。

つまり、空燃比検出出力■ｌ）は、理論空燃比（λ＝］
Ｊ（＝Ｊ近では自己起電力１’：　ｐによって支配され
、他の空燃比ではポンプ電流１　ｐによって支配される
。

そのため、理論空燃比（λ＝　１　）　（＝Ｊ近での応
答性は、自己起電力Ｅｐの応答性によって決まり、この
自己起電力Ｅｐは、前述した・（２＋式から分るように
損気カス中の酸素分圧Ｐ八によって決まるので、用気カ
ス中の空燃比の変化に刻して極めて速く追従する。

したかつて、空燃比検出出力■ｐの理論空燃比（λ＝　
］　）　（Ｎｌ近における応答性は極めて速い、。

このように、この空燃比検出装置ｖｉ、にあっては、リ
ンチ域からリーン域まで広範囲に［にる空燃比を検出で
き、しかも理論空燃比（λ＝１）を他の空燃比よりも高
精度に且つ応答性良く検出できる。

それによって、この空燃比検出装置を二元触媒と組合せ
て使用することによって、損気カスの浄化率が高くなる
。

第１１図は、この発明に使用する酸素センサのの例を示
釘縦ル１面図である。

この酸素センサ５１は、第１の固体電解質１４と第：２
の固体電解τｉ：１１との間に貫通孔５２ａを穿、没し
たスペーサ板５２を１大んで（責ｊ曽して、カス導入部
１８を形成すると共に、このカス導入部１８１、′−，
第２の固体電解質１７とポンプカッ−１−２２及びポン
プアノー（・２３とに穿設し、たカスの拡散を制限する
手段である小孔５３を介して、排気カスを導入するよっ
にしたものである１、なお、その他の構成は、前記実施
例と同様である。

この酸素センサ５１を使用した場合でも、前記実施例と
同様な空燃比検出回路を使用することによって、第１０
図に示したような空燃比検出出力ＶＰ登得ることかでき
る。

第１２図及び第１３図は、この発明に使用する酸素セン
サの更１；他の実施例を示す横１チ而図及び分解斜視図
である。

この酸素センサ６１は、人気導入板１３」二に酸素イオ
ン伝導性の固体電解質６２を積層して、所定のカスであ
る大気か導入される大気導入部１５を形成し、その固体
電解質６２自に四角形の貫通孔６ろａを穿設したスペー
サ板６ろを、このスペーサ板６３１−に隔壁板６４を夫
々積層して、カス導入部１８を形成し、このカス導入部
１８に、隔壁板６４に穿設したカスの拡散を制限する手
段である小孔６５を介して被測定カスを導入する。

そして、固体電解質６２の両面に、人気導入部１５の人
気に晒される共通電極Ｓ６と、カス導入部１８の被ｄ１
す定カスに晒されるセンサ電極Ｓ７及びポンプ電極６８
を設置プ、固体電解質６２と共通電極６６及びセンサ電
極６７どによって酸素分圧比検出部（センサセルＳＣ）
を構成し、固体電解質６２と共通型（セロ６及びポンプ
電極６８とによって酸素分圧制御部（ポンプセル１）Ｃ
）を構成している。

なお、これ等の共通電極６６、センサ電極６７゜ポンプ
電極６８には、夫々リー１−線７０，７Ｌ７２を接続し
である、。

この酸素センサ６１を使用した場合でも、例えは前記実
施例の空燃比検出回路を使用することによって、第１０
図に示したような検出出力ＶＰを４！？’−ＪＪＬ、る
　。

なお、この酸素センサ６１において、共通電極６６とセ
ンサ電極６７及びポ′ンブ電極６８とを反対に設けＣも
よく、また共通電極６６をセンサ電ｔｒｉ　６７とポン
プ電極６８とに各々対向する２個の電（セに分割しても
よい。

この酸素センサ６１は、第４図及び第５図に示しまた酸
素センサ１１よりも耐久性が向」ニする。

すなわち、前述した酸素センサ１１にあっては、空燃比
かリッチ側のどきに酸素７農度が低い排気ガス中からカ
ス導入部１８に酸素イオンを移入するため、第２の固体
電解質６２自体の酸素分子か僅ながら分解してカス導入
部１８に移入される現象が起こり、リッチ側での使用状
態が極めて長期間に亘るときには第１の固体？ｉ　丁η
′質１７が劣化する恐ｊしがある。

これに対して、この実施例の酸素センサ６１にあっては
、大気導入部１５の酸素分子をカス導入部１８に移入す
るので、リッチ側において固体電解質６２自体の酸素分
子が分解するようなことかないので、耐久性が著しく向
１−する９゜なお、−に記実施例においては、所定酸素
濃度のカスとして大気を使用する酸素センサにいて述べ
たが、これに限るものではなく、例えはキャフレーショ
ンカスとして予め酸素濃度を所定値に調整したものを用
いてもよい。

さらに、酸素センサとしては、ヒ記実施例のようにカス
の拡散を制限する手段を隙間や小孔として形成したもの
でなく、他にも多孔質体などを用いることかでき、例７
．は」二記各実施例におけるカス導入部に多孔質体を充
填したものであってもよい。

さらにまた、この発明による空燃比検出装置は、車両用
、定置プランＩ−用、産業用、あるいは船舶用等の各種
内燃機関の空燃比の検出、あるいは溶鉱炉等における燃
焼カスの空燃比検出等にも使用できる。

（１ 以−に説明したように、この発明による空燃比倹吊装置
は、酸素センサの排気カスが拡散を制限されて導入され
るカス導入部の酸素分圧を制御するために、固体電解質
に電流を供給するための′ｒＩｉ極間の電圧を取出し、
この電圧を空燃比検出出力とするので、広範囲に亘って
空燃比を検出でき、しかも理論空燃比（＝ｊ近を他の空
燃比よりも高精度に且つ応答性良く検出することができ
るので、三元触媒と組合せた場合の排気浄化率が向」―
する、。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の酸素センサの一例を示す模式的断面図
、 第２図は、同じくそのセンサ出力と空燃比との関係を示
す線図、 第３図は、同じくその流し込み電流と空燃比との関係を
示す線図、 第４図及び第５図は、この発明の実施例におけるａ素セ
ンサの一例を示す縦断面図及び分解斜視図、 第６図は、同じく空燃比検出回路の一例を示す回路図、 第７図は、その酸素センサのポンプセルの等節回路を示
す回路図、 第８図は、同じくポンプセルの自己起電力と空燃比との
関係を示す線図、 第９図は、同じくポンプセルの内部抵抗による電圧と空
燃比との関係を示す線区、 第１０図は、同じくポンプセルの電極間電圧（空燃比検
出出力）と空燃比との関係を示す線図、 第１１図は、この発明に使用する酸素センサの他の例を
示す縦断面図、 第１２図及び第１６図は、この発明に使用する酸素セン
サの更に他の例を示す横断面図及び分解斜視図である。 １１．５１．６１・・酸素センサ １４・・第１の固体電解質　１５・・大気導入部１７・
・・第２の固体電解質　１８・・カス導入部２０・・・
センサアノ−１〜　２１・・・センサカソード２２・・
・ポンプカソード　２６・・・ポンブアノー１へＳＣ・
・・センサセル（酸素分圧比検出部）１）　Ｃ・・・ポ
ンプセル（酸素分圧制御部）３３・・・差動アンプ　３
４°”電源 ３５・・・ポンプ電流供給回路 ４３・・・バンファアンプ　５３．６５・・・小孔６２
・・・固体電解質　６６・・・共通電極６７・・・セン
サ電極　６８・・・ポンプ電極第１図　第２図 空燃比（当量比λ） 第４図 ■ 第５図 ３ 第６図 □ ζ℃域−Ｂ　１１７ 藁−ノ 第１１図 第１２図 ２り　１２　１５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　空気と燃料との混合気の燃焼による排気ガスが、ガ
   スの拡散を制限する手段を介して導入されるガス導入部
   と、酸素イオン伝導性の固体電解質を挟んで対向する前
   記ガス導入部のカス及び所定酸素濃度のガスに晒される
   電極を有し、両電極間の酸素分圧比に応じた電圧を出力
   する酸素分圧比検出部と、酸素イオン伝導性の固体電解
   質を挾んで対向する電極を有し、両電極間に供給される
   電流量に応じて前記カス導入部の酸素分圧を制御する酸
   素分圧制御部とからなる酸素センサと、該酸素センサの
   酸素分圧比検出部の出力電圧が予め設定した目標値と一
   致するように前記酸素分圧制御部に電流を供給する電流
   供給手段と、前記酸素センサの酸素分圧制御部の両電極
   間の電圧を前記混合気の空燃比を示す検出出力として取
   出す手段とを設けたことを特徴とする空燃比検出装置。