JPH0436341B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、空気と燃料との混合気の燃焼によ
る排気ガ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
給量をフイードバツ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、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３と、金と白金
の合金からなる酸素電極４とを対向させて形成し
て、その基準電極３を多孔質保護層（コーテイン
グ層）５によつて被覆し、酸素電極４を酸素の流
入，拡散を制限する多孔質保護層（コーテイング
層）６によつて被覆したものである。

この酸素センサ１にあつては、被測定ガス、例
えば排気ガス中において、基準電極３に所定の大
きさの流し込み電流Isを供給すると、電流Isの大
きさに応じた量の酸素イオンO^2-が電流Isと逆の
方向に固体電解質２を通じて移動するので、基準
電極３に基準酸素分圧Paが発生し、このとき酸
素電極４に被測定ガスの有する酸素分圧による酸
素分圧Pbが発生している。

それによつて、基準電極３と酸素電極４との間
には、酸素分圧Pa，Pbに基づいて、 Ｅ＝RT／4F・ln（Pa／Pb） …… 但し、Ｒ：気体定数，Ｔ：絶対温度，Ｆ：フア
ラデイ定数 なるネルンストの式によつて表わされる起電力Ｅ
が発生し、この起電力Ｅは被測定ガスの酸素濃度
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ができる。

この出力Vsの変化を各流し込み電流値ごとに
示したのが第２図である。なお、この場合、被測
定ガスとして内燃機関の排気ガスを用いており、
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）に換算して示してある。

しかしながら、この酸素センサ１の出力Vsは、
流し込み電流Isを固定した場合、出力Vsの変化
する空燃比の幅が小さいので、広範囲に亘る空燃
比の検出をすることは難しい。

そこで、この酸素センサ１の出力Vsを目標電
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の上限と下限の略中間値）
として設定し、酸素センサ出力Vsがこの目標値
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３図に示すように
現在の空燃比に応じて連続的に変化する。

したがつて、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つて実際の空燃比を
広範囲に検出することができる。

もつとも、このような空燃比検出装置にあつて
は、第３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）を最小値としてリーン
側に移行する時のみならず、リツチ側に移行する
時にも増加する。

これは、リツチ域では、排気ガス中に酸素が殆
んどないことから、固体電解質中の酸素イオンが
リツチ空燃比に対応した平衡状態にならずに酸素
分子となつて排気中に一方的に拡散流出している
ためで、排気がリツチ側に移行する程酸素イオン
の移動量が多くなり、流し込み電流Isの値が増加
する。

したがつて、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の値からだけで
は、リツチ域からリーン域までの広範囲に亘る空
燃比（酸素濃度）を検出することができないとい
う問題はある。

しかし、例えばリーン域だけに着目してみる
と、この場合には流し込み電流の値と空燃比とが
一義的に対応することになるので、理論空燃比
（λ＝１）からリーン域の間を広範囲に検出する
目的には用いるこができる。

ところで、このようにリーン域あるいは更にリ
ツチ域まで含めた広範囲に亘る空燃比にて運転さ
れる自動車用内燃機関にあつては、市街地走行等
特定の運転域では特に排気の浄化率を高める必要
がある。

そのために、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、このような理論空燃比制御による運転時
には、特にλ＝１の点を高精度に検出することが
望まれる。

ところが、上記の空燃比検出装置にあつては、
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が、
個々の空燃比の検出精度は、第２図で示したよう
な流し込み電流を固定して出力電圧Vsの変化か
ら空燃比を検出する方法に比べてむしろ低くな
り、例えば測定系のゲインの変動やゼロ点のオフ
セツト等によつて空燃比の検出結果が影響を受
け、誤差を生じる惧れがある。

したがつて、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が得られない恐
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、応答性がやや遅くな
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が低下する恐れがある。

目 的 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目的とする。

構 成 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ガス及び所定酸素
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
分圧制御部とによつ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が
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電
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付図面の第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、
これ等の大気導入板１３の溝１３ａ及び第１の固
体電解質１４によつて、所定酸素濃度のガスであ
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（Ｌ＝0.1mm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１
４，スペーサ板１６及び第２の固体電解質１７に
よつて、排気ガスが導入されるガスの拡散を制限
する手段を兼ねた幅Ｌの隙間であるガス導入部１
８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１５の所定のガスである大気に晒される電
極であるセンサアノード２０及びガス導入部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２
０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とガス導入部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SC」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電極であるポンプ
カソード２２及び排気ガスに直接晒される電極で
あるポンプアノード２３を対向して設け、これ等
のポンプカソード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PC」と称す）を構成している。

なお、基板１２の大気導入部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２
５を印刷形成してある。

また、センサアノード２０，センサカソード２
１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２
８，２９を、ヒータ２５にはリード線３０，３１
を接続してある。

さらに、第１，第２の固体電解質１４，１７と
しては、例えばZrO₂，HrO₂，ThO₂，Bi₂O₃等の
酸化物にC₂O，MgO，Y₂O₂，YB₂O₃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
とガス導入部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１
７で形成しているが、電極２０〜２４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３３
は、酸素センサ１１のセンサセルSC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と、電源３４からの目標電圧（目標値）Vaと
の差（Va−Vs）を検出して、その差電圧ΔV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３３からの差電圧ΔVを積分する
負係数積分回路３６及びこの負係数積分回路３６
からの積分出力Vbを電流に変換するＶ−Ｉ変換
回路３７からなり、差動アンプ３３からの差電圧
ΔVに応じた大きさ及び方向のポンプ電流Ipを酸
素センサ１１のポンプセルPCのポンプアノード
２３に供給して、差動アンプ３３からの差電圧
ΔVがΔV＝０（Vs＝Va）になるように制御する。

その負係数積分回路３６は、抵抗３８，コンデ
ンサ３９及びオペアンプ４０からなり、差動アン
プ３３からの差電圧ΔVを入力して、この差電圧
ΔVを積分した積分出力Vb（Vb＝−K∫ΔVdt，
Ｋ；正の定数）を出力する。

また、Ｖ−Ｉ変換回路３７は、オペアンプ４
１，抵抗４１及び差動アンプ４３からなり、負係
数積分回路３６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Ipに応じた抵抗
４１の両端電圧を検出する差動アンプ４３の出力
とに応じて、オペアンプ４１から積分出力Vbに
応じたポンプ電流Ipを供給する。

そして、酸素センサ１１のポンプカソード２２
に対するポンプアノード２３の電位Vpを、バツ
フアアンプ４４を介して空燃比（酸素濃度）検出
出力Vpとして出力している。

つまり、この空燃比検出回路においては、ポン
プカソード２２を接地するためのリード線２８
と、ポンプアノード２３をバツフアアンプ４４に
接続するためのリード線２９及びバツフアアンプ
４４及びその出力を取出すための信号線とによつ
て、酸素センサ１１の酸素分圧制御部であるポン
プセンサPC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ている。

なお、バツフアアンプ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に接続する信号線
が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。

まず、空燃比検出回路のポンプ電流供給回路３
５は、ガス導入部１８の酸素濃度（酸素分圧）が
所定の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２
１との間の電位Vsが目標電圧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Ipを供給している。

つまり、ガス導入部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のポンプカソード２２からポンプ
アノード２３に向つて（矢示IR方向に）流れる
ポンプ電流Ip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、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PCのポンプアノード２３からポンプカ
ソード２２に向つて（矢示IL方向に）流れるポ
ンプ電流Ipを供給して、ポンプカソード２２から
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２
０に発生する電位位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、目標電圧Vaを例えばVa＝500mV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Vsが、Vs＝500mVになるようにポンプアノ
ード電極２３にポンプ電流Ipを供給する。

したがつて、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PBとすると、酸素
分圧比PB／PCは、温度を1000Kとしたとき、前
述したネルンストの式（式）より、 PB／PC＝10^-10となり、PC≒0.206atmである
ので、PB≒0.206×10^-10atmとなる。

ここで、被測定ガス、例えば排気ガス中の酸素
分圧をPAとすると、ガ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に入つてくる
O₂の量Ｑは、拡散係数をＤとすると、 Ｑ＝Ｄ（PA−PB） であり、PB≒０であるので、 Ｑ≒Ｄ・PA となる。

このO₂の量Ｑと同等の量のO₂を、ポンプ電流
Ipによつて第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、 Ip∝Ｑ Ip∝K₁・PA …… 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、この場合、空燃比（Ａ／Ｆ）のリーン
（λ＞１）側では、ガス導入部１８から排気ガス
中に酸素分子をポンピングすることになるので、
上の式はそのまま妥当する。

これに対して、空燃比のリツチ（λ＜１）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^-2 ₀〜10^-25（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、この排気ガス中の酸素分圧が10^-20〜
10^-25のところを、ガス導入部１８の酸素分圧を
0.206×10^-10に維持するために、排気ガス雰囲気
からのガス導入部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Ipを供給している。

したがつて、特にポンプアノード２３の表面に
おいては、 CO₂＋2e^-→CO＋C^2- の反応が生じ、そのO^2-が第２の固体電解質１７
内を移動してガス導入部１８に移入する。

それによつて、特にポンプカソード２２の表面
では、 2CO＋O₂→2CO₂ の反応が生じ、ポンピングによつて移動させた
O₂が消費される。

つまり、リツチ側では、上記の反応により消費
されるO₂の量をポンプ電流によつて計つている
ことになる。

そして、上記の反応は、ガス導入部１８内に拡
散してくるCOの量に比例する。すなわち、ガス
導入部１８内では、上記の反応によつてCOも消
費され、CO分圧は略ゼロになつてくるので、ガ
ス導入部１８に入つてくるCOの量Qcoは、排気
ガス中のCO分圧をPco，拡散係数をD′とすると、 Qco＝D′（Pco−０） ＝D′・Pco となる。

したがつて、リツチ側でガス導入部１８内の酸
素分圧を0.206×10^-10に維持するのに必要なO₂の
量、すなわちポンプ電流によつて排気ガス雰囲気
からポンピングするO₂の量は、排気ガス中のCO
の濃度に比例した値となる。

リツチ側では、このCO（あるいはCO＋HC）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はリツ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，ポンプカソー
ド２２及びポンプアノード２３からなるポンプセ
ルPC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
Epと内部抵抗Rpとに分けることができる。

したがつて、ポンプセルＣのポンプカソード２
２に対するポンプアノード２３の電位（空燃比検
出出力）Vpは、 Vp＝Ep＋Ip・Rp …… となる。

ところで、この自己起電力Epは、前述したよ
うに排気ガス中の酸素分圧をPA，ガス導入部１
８の酸素分圧をPBとすると、前述したヌルンス
トの式より、 Ep＝RT／4F・ln（PA／PB） … 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、ガス導入部１８の酸素分
圧PBは、約10^-10に維持されている。（PB＝
10^-10）。

一方、排気ガス中の酸素分圧（平衡酸素分圧）
PAは、理論空燃比（λ＝１）を境にして、リツ
チ側では約10^-20atmにリーン側では約10^-2atmに
なる。

それによつて、自己起電力Epは、前述した
式から分るように、空燃比（当量比λ）に対して
第８図に示すように変化する。

一方、温度が一定であれば、内部抵抗Rpはリ
ツチ側，リーン側のいずれも略一定であり、ポン
プ電流Ipは前述したようにリツチ側からリーン側
までの空燃比に比例した値となるので、前述した
式におけるIp・Rpは、空燃比（当量比λ）に
対して第９図に示すように変化する。

したがつて、ポンプセルPCのポンプカソード
２２とポンプアノード２３との間の電位である空
燃比検出出力Vpは、前述した式より、自己起
電力Epとポンプ電流Ipによる内部抵抗Rpの電圧
降下分（Ip・Rp）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Vpは、理論空燃比
（λ＝１）付近では自己起電力Epによつて支配さ
れ、他の空燃比ではポンプ電流Ipによつて支配さ
れる。

そのため、理論空燃比（λ＝１）付近での応答
性は、自己起電力Epの応答性によつて決まり、
この自己起電力Epは、前述した式から分るよ
うに排気ガス中の酸素分圧PAによつて決まるの
で、排気ガス中の空燃比の変化に対して極めて速
く追従する。

したがつて、空燃比検出出力Vpの理論空燃比
（λ＝１）付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にあつては、
リツチ域からリーン域まで広範囲に亘る空燃比を
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。

それによつて、この空燃比検出装置を三元触媒
と組合せて使用することによつて、排気ガスの浄
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
の例を示す縦断面図である。

この酸素センサ５１は、第１の固体電解質１４
と第２の固体電解質１７との間に貫通孔５２ａを
穿設したスペーサ板５２を挟んで積層して、ガス
導入部１８を形成すると共に、このガス導入部１
８に、第２の固体電解質１７とボンプカソード２
２及びポンプアノード２３とに穿設したガスの拡
散を制限する手段である小孔５３を介して、排気
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
よつて、第１０図に示したような空燃比検出出力
Vpを得ることができる。

第１２図及び第１３図は、この発明に使用する
酸素センサの更に他の実施例を示す横断面図及び
分解斜視図である。

この酸素センサ６１は、大気導入板１３上に酸
素イオン伝導性の固体電解質６２を積層して、所
定のガスである大気が導入される大気導入部１５
を形成し、その固体電解質６２上に四角形の貫通
孔６３ａを穿設したスペーサ板６３を、このスペ
ーサ板６３上に隔壁板６４を夫々積層して、ガス
導入部１８を形成し、このガス導入部１８に、隔
壁板６４に穿設したガスの拡散を制限する手段で
ある小孔６５を介して被測定ガスを導入する。

そして、固体電解質６２の両面に、大気導入部
１５の大気に晒される共通電極６６と、ガス導入
部１８の被測定ガスに晒されるセンサ電極６７及
びポンプ電極６８を設け、固体電解質６２と共通
電極６６及びセンサ電極６７とによつて酸素分圧
比検出部（センサセルSC）を構成し、固体電解
質６２と共通電極６６及びポンプ電極６８とによ
つて酸素分圧制御部（ポンプセルPC）を構成し
ている。

なお、これ等の共通電極６６，センサ電極６
７，ポンプ電極６８には、夫々リード線７０，７
１，７２を接続してある。

この酸素センサ６１を使用した場合でも、例え
ば前記実施例の空燃比検出回路を使用することに
よつて、第１０図に示したような検出出力Vpを
得られる。

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及びポンプ電極６８とを反
対に設けてもよく、また共通電極６６をセンサ電
極６７とポンプ電極６８とに各々対向する２個の
電極に分割してもよい。

この酸素センサ６１は、第４図及び第５図に示
した酸素センサ１１よりも耐久性が向上する。

すなわち、前述した酸素センサ１１にあつて
は、空燃比がリツチ側のときに酸素濃度が低い排
気ガス中からガス導入部１８に酸素イオンを移動
するため、第２の固体電解質１７自体の酸素分子
が僅ながら分解してガス導入部１８に移入される
現象が起こり、リツチ側での使用状態が極めて長
期間に亘るときには第１の固体電解質１７が劣化
する恐れがある。

これに対して、この実施例の酸素センサ６１に
あつては、大気導入部１５の酸素分子をガス導入
部１８に移入するので、リツ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が
ないので、耐久性が著しく向上する。

なお、上記実施例においては、所定酸素濃度の
ガ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、例えばキヤブレ
ーシヨンガ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、上記実施例のよ
うにガ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
いることができ、例えば上記実施例におけるガス
導入部に多孔質体を充填したものであつてもよ
い。

さらにまた、この発明による空燃比検出装置
は、車両用，定置プラント用，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ガスの空燃比検出等にも
使用できる。

効 果 以上説明したように、この発明による空燃比検
出装置は、酸素センサの排気ガスが拡散を制限さ
れて導入されるガ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電極
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、広範囲に亘つて空燃比を検出でき、し
かも理論空燃比付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上する。

【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酸素セ
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
価回路を示す回路図、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図、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１３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…ガス導入部、２０…センサアノ
ード、２１…センサカソード、２２…ポンプカソ
ード、２３…ポンプアノード、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）、３３…差動アンプ、３４…電源、３
５…ポンプ電流供給回路、４３…バツフアアン
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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ガス及び所定
   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。