JPS60195447A - 酸素濃度検出装置 - 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】 援権分駅 この発明は、空気と燃料との混合気の燃焼による排気ガ
ス等の被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出
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酸素濃度検出装置に関する。

Ｗ米孜生 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
つ排気ガ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、燃料供給鼠をフィードバック制御す
るようにしている。

従来、このような酸素濃度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５８−１５８５５３号公
報に記載されているようなものかある。

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、酸素濃度に応じて起電力を発生す
る一種の濃淡電池の原理を応用したものであり、縦断面
形状が略Ｕ字状の円筒状の酸素イオン伝導性の固体電解
質２の内周面及び外周面に、夫々内側電極３及び外側電
極４を形成して、その内側電極３を多孔質保護層（コー
ティング層）５によって被１νし、外側電極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によって被覆したものである。

この酸素センサ１によって排気ガス中の酸素濃度を検出
する場合には、内部に大気を導入すると共に外周面を排
気カスに晒す。

そして、この状態で内側電極６と外側？ｌ１ｔ４４との
間の電圧を検出すると、内側電極乙の酸素分圧Ｐａ（大
気の酸素分圧）と外側型（４１４の被測定カスによる酸
素分圧ｐｂとの比に基づいて、Ｅ＝＝ＲＴ／　４　Ｆ−
ｅｎ　（Ｐ　ａ／　Ｐ　ｂ）　−・−’Ｔ：但し、Ｒ：
気体定数、１゛：絶対温度 Ｆ：ファラテイ定数 なるネルンストの式によって表わされる起電力！・：が
発生している。

そして、この起電力Ｅは、排気ガス中の酸素濃度を燃焼
混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）に換算して示すと、例えば第
２図に線ａで示すように、理論空燃比（１４，６）を境
としてリーン（希薄）側からリッチ（過濃）側又はその
逆に変化したときに大きく急変化するので、この起電力
Ｅを検出することによって理論空燃比を検出することが
できる。

また、この酸素センサ１の内側型ｔ４ｉ　３と外側型（
耐４との間に定電圧を印加すると、外側電極４　ｈ＜多
孔質保護層６で被覆されているので、固体電解質２に排
気カス中の酸素濃度に応じた限界電流Ｉ＝３− が発生する。

この限界電流Ｉは、第２図に、ｌｂで示すように、空燃
比に比例した値となるので、この限界電流を検出するこ
とによって理論空燃比からリーン域の空燃比を検出する
ことができる。

このようにして、この酸素センサ１を用いて、理論空燃
比及びリーン域の空燃比を検出することができる。

ところで、三元触媒を使用して排気を浄化する内燃機関
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、理論空燃比を高
応答性で検出しなければならない。

しかしながら、この酸素センサにあっては、外側電極を
ガスの拡散を制限する多孔質層で被覆して、その外側電
極面の酸素濃度によって理論空燃比を検出しているので
、排気ガスの酸素濃度変化が外側電極に到達するまでに
時間がかかり、排気ガスの酸素濃度が変化しても直ちに
外側電極面の酸素濃度は変化しない。

４− そのため、理論空燃比を検出する時の応答慴か遅くなっ
て三元触媒の浄化率が低下するという不都合が生しる。

［吟 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酸素
濃度検出装置を提供することを目的とする。

構成 そのため、この発明による酸素濃度検出装置は、ガスの
拡散を制限する手段を介して被測定ガスが導入されるガ
ス導入部と、大気が導入される大気導入部と、酸素イオ
ン伝導性の固体電解質を挟んで対向する前記大気導入部
の大気に晒される第１電極及び前記ガス導入部のガスに
晒される第２の電極を有し、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挟んで対向する前記被測定ガスに晒
される第１の電極及び前記ガス導入部のガスに晒される
第２の電極を有し、両電極間に供給される電流量に応じ
て前記ガス導入部の酸素分圧を制御する酸素分圧制御部
とによって酸素センサを構成し、この酸素センサの酸素
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して、この電
流値を検出することにより広範囲の酸素濃度を連続的に
検出すると共に、この酸素分圧制御部への電流の供給を
遮断した状態で、酸素分圧比検出部の大気に晒される第
１の電極と酸素分圧制御部の被測定カスに晒される第１
の電極との間の電圧を検出することによって、特定の酸
素濃度を高精度に且つ応答性良く検出することもできる
ようにしたものである。

′Ａ施例 以下、この発明の実施例を添付図面の第３図以降を参照
して説明する。

第６図及び第４図は、この発明を実施した酸素濃度検出
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
解斜視図である。

この酸素センサ１１は、アルミナからなる基板１２上に
、溝１３ａを形成した大気導入板１３を積層し、この大
気導入板１３１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、これ等の大気導入板１３の溝
１３ａ及び第１の固体電解質１４によって、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　（Ｔ
−＝Ｏ，１ｍｍ程度）のスペーサ板１６を積層し、この
スペーサ板１６上に平板状の第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１
６及び第２の固体電解質１７によって、排気カスが導入
されるガ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の大気に晒される第１の電極であるセンサアノード２
０及びガス導入部１８の排気カスに晒される第２の電極
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７− センサカソー１・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
じた電圧を出力する酸素分圧比検出部（以下［センサセ
ルＳＣＪと称す）を構成している。

また、第２の固体電解質１７の両面に、ガス導入部１８
の排気ガスに晒される第２の電極であるポンプカソード
２２及び排気ガスに直接的される第１の電極であるポン
プアノード２３を対向して設け、これ等のポンプカッ−
１−２２とポンプアノード２３の間に供給される電流量
に応じてガス導入部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の大気導入板１３側表面には、第１の固
体電解質１４及び第２の固体電解質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２Ｅ）、２７を、ポンプカッ＝８− 一ド２２．ポンプアノード２３には夫々リート線２８．
２９を、ヒータ２５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ＺｒＯ２、ｌ−１ｒ０２　、Ｔｈ○２゜Ｂｉ２Ｏ
３等の酸化物にＣ２０＋　Ｍ　ｇ　Ｏｒ　Ｙ　２０２　
＋ＹＢ２０３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１５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
、またガス導入部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。

また、各電極２０〜２４は、耐久性を増すために薄い保
護層で被覆してもよい。

第５図は、この酸素センサを使用した酸素濃度検出回路
の一例を示すブロック回路図である。

広範囲酸素濃度検出回路３２は第１の検出手段であり、
差動アンプ６３．正電源３４．ポンプ電流供給回路３５
．抵抗３６及び差動アンプ３７からなる。

その差動アンプ３３は、酸素センサ１１のセンサセルＳ
Ｃのセンサカソード２１に対するセンサアノード２０の
電位Ｖｓ、すなわちガス導入部１８と大気導入部１５と
の間の酸素分圧比に応じた電位Ｖｓと、正電源３４から
の目標電圧Ｖａとの差（Ｖｓ−Ｖａ）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、差動アンプ３３からの差電
圧ΔＶに応じて後述するスイッチ回路４１を介して酸素
センサ１１のポンプセルＰＣに供給するポンプ電流ＴＰ
の大きさ及び方向を制御し、Ｖｓ＝Ｖａになるように制
御する。

そして、このポンプ電流供給回路６５からポンプセルＰ
Ｃに供給されるポンプ電流Ｉｐを抵抗３６で電圧に変換
し、この抵抗３６の両端間電圧を差動アンプ３７で検出
して、検出出力Ｖｉとして出力する。

一方、差動アンプ３８は第２の検出手段であり、酸素セ
ンサ１１のセンサセルＳＣのセンサアノード２０とポン
プセルＰＣのポンプアノード２３との間の電圧を検出し
て、検出出力Ｖｐとして出力する。

検出出力選択指示回路４０は、検出を必要とする酸素濃
度又は空燃比の範囲に応じて選択指示信号Ｓａを、ハイ
レベル゛１１″又はローレベル゛Ｉ、″にする。例えば
、広範囲の空燃比（酸素濃度）を検出すべきときにはＨ
″にし、理論空燃比（特定の酸素濃度）を検出すべきと
きにはＩ４′にする。

スイッチ回路４１は、検出出力選択指示回路４０からの
選択指示信号Ｓａが　Ｈ”のときにオン状態になって広
範囲酸素濃度検出回路３２からポンプセルＰＣのポンプ
アノード２３への電流の給電路を形成し、選択指示信号
Ｓａがｔ−”のときにはオフ状態になってその給電路を
遮断する。

また、スイッチ回路４２は、検出出力選択指示回路４０
からの選択指示信号Ｓａが”　Ｈ”のときに端子ａ側に
切換わって、広範囲酸素濃度検出回１１− ｖ？！３２からの検出出力Ｖｉを端子Ｃから酸素濃度を
示す検出出力Ｖｃとして出力し、選択指示信号Ｓａが’
　１．、　″のときに端子す側に切換わって、差動アン
プ３８からの検出出力ｖｐを端子Ｃから酸素濃度を示す
検出出力Ｖｃとして出力する。

つまり、これ等の検出出力選択指示回路４０及びスイッ
チ回路４１．４２によって選択手段を構成している。

この酸素濃度検出回路におけるポンプ電流供給回路３５
の一例を第６図に示しである。

このポンプ電流供給回路３５は、差動アンプ３３からの
差電圧ΔＶを積分する負係数積分回路４５及びこの負係
数積分回路４５からの積分出力ｖｂを電流に変換するＶ
−Ｔ変換回路４６からなる。

その負係数積分回路４５は、抵抗４７．コンデンサ４８
及びオペアンプ４日からなり、差動アンプ３３からの差
電圧へ■を入力して、この差電圧へ■を積分した積分出
力Ｖｂ　（Ｖｂ＝−ＫＳΔ■ｄｔ、に；正の定数）を出
力する。

１２− また、Ｖ−Ｉ変換回路４６は、オペアンプ５０゜抵抗５
１及び差動アンプ５２からなり、負係数積分回路４５か
らの積分出力ｖｂと、ポンプアノード２３に供給するポ
ンプ電流１ｐに応じた抵抗５１の両端電圧を検出する差
動アンプ５２の出力とに応じて、オペアンプ５０から積
分出力ｖｂに応じた大きさ及び方向のポンプ電流Ｉｐを
供給する。

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、この酸素濃度検出装置によって広範囲の空燃比を
検出する場合には、検出出力選択指示回路４０から出力
される選択指示信号Ｓａが’　Ｉ−１’になって、スイ
ッチ回路４１がオン状態になると共に、スイッチ回路４
２が端子ａ側に切換わる。

したがって、このときには、広範囲酸素濃度検出回路３
２の電流供給回路３５が、ガス導入部１８の酸素濃度（
酸素分圧）が所定酸素濃度になるように、すなわちセン
サセルＳＣのセンサアノード２０とセンサカソード２１
との間の電位Ｖｓが［１標電圧Ｖａと一致するように、
ポンプセルＰＣのポンプアノード２３にポンプ電流１ｐ
を供給する。

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３図に示すように、ポンプセルＰＣ
のポンプカソード２２からポンプアノード２３に向って
（矢示ＩＲ力方向）流れるポンプ電流１ｐを供給して、
ポンプアノード２３からポンプカソード２２に酸素イオ
ン（マイナスイオン）を移動させ、ガス導入部１８の酸
素濃度を所定酸素濃度に制御する。

また、カス導入部１８の酸素濃度が所定酸素濃度よりも
高いときには、第３図に示すように、ポンプセルＰＣの
ポンプアノード２３がらポンプカソード２２に向って（
矢示ＴＬ力方向）流れるポンプｆｆ１ｆｆｌＴｐを供給
して、ポンプカソード２２がらポンプアノード２３に酸
素イオンを移動させ。

ガス導入部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、センサアノード２０に発生
する電位Ｖｓに対応する値であれ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
しくはガス導入部１８の酸素濃度の変化に対して電位Ｖ
ｓ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、目標電圧Ｖａを例えばＶ　ａ　＝５００ｒｎ　
Ｖに設定したとすると、ポンプ電流供給回路３５は、セ
ンサアノード２０とセンサカソード２１との間の電位Ｖ
ｓか、Ｖｓ＝５００ｍＶになるようにポンプセルＰＣに
ポンプ電流ＩＰを供給する。

このとき、大気導入部１５の酸素分圧をＰｃ。

ガス導入部１８の酸素分圧をＰｙとすると、酸素分圧比
Ｐ　ｙ　／　Ｐ　ｃは、温度を１０００　Ｋとしたとき
、前述したネルンストの式（０式）より、Ｐ　ｙ　／　
Ｐ　ｃ　＝　］、　Ｑ　”となり、Ｐｃ中０．２０６ａ
ｔｍであるので、ｐｙ＋０．２０６Ｘ１０−”ａｔｍと
なる。

ここで、被測定ガス中の酸素分圧をＰｘとする１５− と、カスの拡散を制限する手段を兼ねた隙間であるガス
導入部１８に入ってくる０２の量Ｑは、拡散係数をＤと
すると、 Ｑ　＝Ｄ　（Ｐｘ−Ｐｙ） であり、Ｐｙ＋Ｏであるので、 Ｑ＝、Ｄ−Ｐｘ となる。

この０２の量Ｑと同等の量の０２を、ポンプ電流Ｉｐに
よって第２の固体電解質１７を移動させて、ガス導入部
１８の酸素濃度を所定酸素濃度に維持するので、 １、ｐ６ｅＱ Ｉｐ伏に１　・Ｐｘ・・・・・■ となる。但し、Ｋ１は定数である。

つまり、ポンプ電流Ｉｐの値は、被測定ガス中の酸素分
圧に比例したものとなる。

なお、空気と燃料との混合気を燃焼させた時の排気ガス
中の酸素分圧（酸素濃度）によって空燃比を検出する場
合、空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（λ＝１）よりリー
ン側では、ガス導入部１８１６− から排気カス中に酸素分子をボンピンクすることになる
ので、上の■式はそのまま妥当し、酸素分圧と空燃比と
は良い相関関係にあるので、ポンプ電流ｒｐは空燃比に
対応して連続的に変化することになる。

ところが、理論空燃比よりリッチ側では、排気ガス中の
酸素分子の量が極めて少なく、その酸素分圧ＰＡは、約
１０−′。〜ｌ（Ｉ”（平衡酸素分圧）になる。このと
き、排気ガス中には二酸化炭素分子ＣＯ２が多く存在し
ている。

そして、排気ガス中の酸素分圧が］　Ｏ−”〜１０−″
′のどころを、ガス導入部１８の酸素分圧を０．２０６
　Ｘｔｏ”に維持するために、排気ガス雰囲気からガス
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に酸素分子を移動させる方向のポンプ電流
１ｐを供給している。

したがって、特にポンプアノード２３の表面においては
、 ＣＯ２＋２ｅ　−＋ｃｏ＋ｏ″− の反応が生じ、その○″−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Ｊｙによって、特にポンプカソード２２の表面では、 ２ＣＯ＋０２→２Ｃ０２ の反応が生じ、ボンピングによって移動させた０２か消
費さ、ｆする。

つまり、リッチ側では、上記の反応により消費される０
２の量をポンプ電流によってＲ１つていることになる。

そして、」二記の反応は、カス導入部１８内に拡散して
くるＣＯの量に比例する。すなわち、カス導入部１８内
では、」二記の反応によってＣＯも消費され、６０分圧
は弊ゼロになってくるので、ガス導入部１８に入ってく
るＣＯの量Ｑｃｏは、排気カス中のＣＯ分圧をＰｃ　ｏ
、拡散係数をＤ′　とすると、 Ｑｃｏ＝Ｄ’　ＣＰｃｏ　０） ＝Ｄ’　・Ｐｃ。

となる。

したがって、リッチ側でガス導入部１８内の酸素分圧を
０．２０６ＸＩＯ−”０に維持するのに必要な０２の量
、すなわちポンプ電流によって損気ガス雰囲気からポン
ピングする０２の量は、Ｍ１気カス中のＣＯの濃度に比
例した値となる。

リッチ側で（ま、このＣＯ（あるいはＣＯ＋Ｉ　Ｃ）の
濃度が空燃比と良い相関関係にあるので、ポンプ電流１
ｐはリッチ側でも空燃比に対して連続的に変化する。

したがって、このポンプ電流Ｔ　ｐ、を抵抗３６で電圧
に変換して、差動アンプ３７で検出して得られる検出出
力Ｖｉは、リッチ域からリーン域の広範な空燃比（当量
比λ）に対して第７図に示すように変化する。

それによって、この広範囲酸素濃度検出回路３２から出
力される検出出力Ｖｉを選択したときには、リッチ域か
らリーン域まで広範囲に亘る空燃比を高精度に検出でき
る。

ところで、この広範囲空燃比検出回路己２は、ガスの拡
散を制限する隙間であるガス導入部１８に入ってくる０
２又はＣＯの量をポンプ電流１１１１９− として検出しているので、排気カス中の酸素濃度の変化
に対する応答性が比較的遅くなり、三元触媒と相合せた
ときには理論空燃比の検出の応答性が必ずしも充分でな
い。

そこで、理論空燃比を検出するときには、検出出力選択
指示回路４０が選択指示信号ＳａをＬ”にして、スイッ
チ回路４１をオフ状態にすると共に、スイッチ回路４２
を端子す側に切換える。

それによって、広範囲酸素濃度検出回路３２からのポン
プ電流１ｐが酸素センサ１１のポンプセルＰＣに供給さ
れなくなると共に、差動アンプ３８からの検出出力Ｖｐ
が酸素濃度検出出力Ｖｃとして出力される。

このとき、酸素センサ１１のセンサアノード２０は大気
導入部１５の大気に晒され、ポンプアノード２″５は被
測定ガスである排気ガスに晒されており、センサカッ−
１〜２１とポンプカソード２２は第５図に示すように電
気的に共通接続されているので、ポンプセルＰＣとセン
サＳＣが直列に２０− 接続された形になり、両市１４２０．２３間には、大気
及び排気ガスの酸素分圧比に応じて前述したネルンスト
の式（０式）でＥとして導かれる電圧Ｖｐが発生し、こ
の電圧Ｖｐは第８図に示すように理論空燃比（λ＝１）
を境にして急変する。

なお、酸素センサ１１のスペーサ板１６を固体電解質で
形成すれば、センサカソード２１とポンプカソード２２
を必ずしも共通接続しなくてもよＩｔ’。

そして、このとき、酸素センサ１１のセンサアノード２
０及びポンプアノード２３は、ガスの拡散を制限する部
分を介することなく人気及び１ｊ）、気ガスに直接晒さ
れているので（ただし、応答性を阻害しない程度に電極
表面を薄い保護層で覆っても差しつかえない）、両電極
２０．２３間の電圧（酸素濃度検出出力）Ｖｐは損気ガ
スの酸素濃度の変化に対して高応答性で変化する。

したがって、理論空燃比を検出するときには、この検出
出力ｖｐを酸素濃度検出出力Ｖｃとして選択することに
よって、理論空燃比を応答性良く検出できる。

このように、この酸素濃度検出装置にあっては広範囲の
空燃比を検出するときには酸素センサのポンプセルＰＣ
に供給する電流の検出出方を酸素濃度（空燃比）検出出
力として選択し、理論空燃比を検出するときにはセンサ
セルのセンサアノードとポンプセルのポンプアノードと
の間の電圧の検出出力を酸素濃度（空燃比）検出出力と
じて選択する。

それによって、リッチからリーンまての広範囲に■る空
燃比を高精度に検出できると共に、理論空燃比を高精度
で旧っ高応答性良く検出でき、三元触媒と組合せて使用
したときにその浄化率を向上させることができる。

第９図は、この発明に使用する酸素センサの他の例を示
す縦断面図である。

この酸素センサ６１は、第１の固体電解質１４と第２の
固体電解質１７との間に窓孔６２．を穿設したスペーサ
板６２を挟んで積層して、カス導入部１８を形成すると
共に、このカス導入部１８に、第２の固体電解質１７と
ポンプカソード２２及びポンプアノード２３を貫通して
設けたカスの拡散を制限する手段である小孔６３を介し
て、損気ガスを導入するようにしたものである。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６１を使用した場合でも、前記実施例と
同様な酸素濃度検出回路を使用して排気ガスの酸素濃度
を測定することによって、第７図及び第８図に示したよ
うな空燃比に対応する検出出力Ｖｉ及び■１１を得るこ
とができる。

なお、前記実施例の酸素センサでは、製造性等を考慮し
てポンプセル、センサセル等を縦に積層した構造とした
か、勿論これに限られるものではなく、例えばガス導入
部を共通にして各セルを横に並べて配置することにより
極薄型の形状としたり、また、ポンプカソード、センサ
カソードは一つの電極で共用化するなど、種々の形状変
更が可能である。

また、この発明による酸素濃度検出装置は、車両用、定
置プラン１へ川、産業用、あるいは船舶用２３− 笠の各種内燃機関や溶鉱炉等における燃焼混合気の空燃
比検出に適しているが、単にカス中の酸素濃度を検出す
るたけにも使用できることは勿論である。

効−果 以上説明したように、この発明による酸素濃度検出装置
は、酸素センサのカスの拡散を制限する手段を介して被
測定ガスが導入されるカス導入部の酸素分圧を所定値に
制御するための酸素分圧制御部に供給する電流の電流値
を検出すると共に、その電流を遮断した状態で大気が導
入される大気導入部とカス導入部との酸素分圧比を検出
する酸素分圧比検出部の大気に晒される電極と酸素分圧
制御部の排気カスに直接的に晒される電極との間の電圧
を検出し、これら２つの検出出力を必要に応じて選択し
て酸素濃度を示す検出出力とするようにしたので、この
酸素濃度検出装ｆｉによって空気と燃料との混合気の燃
焼による排気カスをＩ１１定すれば、空燃比を広範囲に
亘って連続的に検出でき、しかも理論空燃比を高精度に
且つ応答性良く＝２４− 検出することができるので、三元触媒と組合せた場合の
排気浄化率を向上させることができる。

【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、同しくその検出出力と空燃比との関係を示す
線図、 第６図及び第４図は、この発明の実施例における酸素セ
ンサの一例を示す縦断面図及び分解斜視図、 第５図は、同じく酸素濃度検出回路の一例を示す回路図
、 第６図は、同しくそのポンプ電流供給回路の一例を示す
回路図、 第７図は、同じくその広範囲酸素濃度検出回路から出力
される検出出力Ｖｉと空燃比との関係を示す線図、 第８図は、同じくその差動アンプ６８から出力される検
出出力Ｖｐと空燃比どの関係を示す線図、 第９図は、この発明に使用する酸素センサの他の例を示
す縦断面図である。 １１．６１・・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・・・ガス導入部２０・・
センサアノード（第１の電極）２１・・センサカソード
（第２の電極）２２・・・ポンプカソード（第２の電極
）２３・・・ポンプアノード（第１の電極）ＳＣ・・セ
ンサセル（酸素分圧比検出部）ＰＣ・・・ポンプセル（
酸素分圧制御部）６２・・・広範囲酸素濃度検出回路（
第１の検出手段）３５・・・ポンプ電流供給回路 ３８・・・差動アンプ（第２の検出手段）４０・・・検
出出力選択指示回路 ４１．４２・・・スイッチ回路 ２７− 第１図 第２図 リンチ側□空燃比（Ａ／Ｆ）−−リ−／＠第８図 空燃比（当量比：λ） 第９図 １ １ｚ　ＩＪＣＩ ２８９−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　カスの拡散を制限する手段を介して被測定カスが導
   入されるガス導入部と、大気が導入される大気導入部と
   、酸素イオン伝導性の固体電解質を挟んで対向する前記
   大気導入部の大気に晒される第１電極及びガス導入部の
   ガスに晒される第２の電極を有し、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挟んで対向する前記被測定ガ
   スに晒される第１の電極及び前記ガス導入部のガスに晒
   される第２の電極を有し、両電極間に供給される電流量
   に応じて前記ガ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し、該供給電流
   値を検出する第１の検出手段と、 前記酸素センサの酸素分圧制御部への電流の供給を遮断
   した状態で酸素分圧比検出部の第１の電極と酸素分圧制
   御部の第１の電極との間の電圧を検出する第２の検出手
   段と、 前記第１の検出手段の検出出力及び第２の検出手段の検
   出出力のいずれか一方に前記被測定ガスの酸素濃度を示
   す出力として選択する検出出力選択手段とを設けたこと
   を特徴とする酸素濃度検出装置。