JPH0452895B2 - - Google Patents
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- JPH0452895B2 JPH0452895B2 JP58238262A JP23826283A JPH0452895B2 JP H0452895 B2 JPH0452895 B2 JP H0452895B2 JP 58238262 A JP58238262 A JP 58238262A JP 23826283 A JP23826283 A JP 23826283A JP H0452895 B2 JPH0452895 B2 JP H0452895B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、内燃機関、ガス燃焼機器などの燃
焼装置の排気ガス中の酸素濃度、若しくは空燃比
を測定、若しくは制御するための検知装置に関す
る。
焼装置の排気ガス中の酸素濃度、若しくは空燃比
を測定、若しくは制御するための検知装置に関す
る。
［従来の技術］
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）を披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の差によつて生じる起
電力の変化によつ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することは一般に
知られている。
定化ジルコニア）に多孔質電極層（例えば白金製
多孔質層）を披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の差によつて生じる起
電力の変化によつ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比（Ａ／Ｆ）が理論空燃
比14.7である時は大きな出力変化が得られるが、
他の運転空燃比域での変化は殆ど無く、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。
重量比率である運転空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃
比14.7である時は大きな出力変化が得られるが、
他の運転空燃比域での変化は殆ど無く、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号公報において、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〓部を設けて該両素子を固定し、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〓部との酸素濃度差によつて作動す
る酸素濃淡電池素子とした酸素濃度検知装置を提
案している。かかる酸素濃度検知装置は応答性は
良いが、出力信号に対応する理論空燃比14.7より
低い燃料過濃域で作動させると燃料稀薄域におけ
る場合と同じ向きの出力を発生する特性を持つこ
とが判つた。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
濃域あるいは燃料稀薄域のいずれかであるかはつ
きりしている場合にしか適用できないという問題
点が見い出された。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
御を精度良くまたは応答性良く行わせることが困
難であるという問題も見い出された。
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〓部を設けて該両素子を固定し、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〓部との酸素濃度差によつて作動す
る酸素濃淡電池素子とした酸素濃度検知装置を提
案している。かかる酸素濃度検知装置は応答性は
良いが、出力信号に対応する理論空燃比14.7より
低い燃料過濃域で作動させると燃料稀薄域におけ
る場合と同じ向きの出力を発生する特性を持つこ
とが判つた。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
濃域あるいは燃料稀薄域のいずれかであるかはつ
きりしている場合にしか適用できないという問題
点が見い出された。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
御を精度良くまたは応答性良く行わせることが困
難であるという問題も見い出された。
［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稀薄
域迄の全域において、正しくかつ応答良く検知で
きる空燃比検知装置の提供であり、第２の目的
は、上記の空燃比範囲で空燃比のフイードバツク
制御を行う場合において精度良く、且つ容易なフ
イードバツ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。
運転空燃比（Ａ／Ｆ）が燃料過濃域から燃料稀薄
域迄の全域において、正しくかつ応答良く検知で
きる空燃比検知装置の提供であり、第２の目的
は、上記の空燃比範囲で空燃比のフイードバツク
制御を行う場合において精度良く、且つ容易なフ
イードバツ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］
上記目的を達成する為、本発明は、以下の構成
を採用した。
を採用した。
１ 酸素イオン伝導性固体電解質の両端面に多孔
性電極を設けた固体電解質酸素濃淡電池素子お
よび固体電解質酸素ポンプ素子を備え、その少
なくとも一方の片側面の該多孔性電極の部分を
除く部分に電気絶縁性素地を設け、前記酸素濃
淡電池素子または酸素ポンプ素子の前記電気絶
縁性素地の表面に、理論空燃比を境に電気的性
質が大きく変化する金属酸化物半導体を設け、
前記酸素濃淡電池素子と前記酸素ポンプ素子と
を小間〓を介して対向配置してなる空燃比検知
栓部と、前記金属酸化物半導体からの出力信号
により、燃料過濃域か燃科料薄域かの検出を行
う第１検出手段と、前記酸素濃淡電池素子の起
電力を一定するよう、前記酸素ポンプ素子にポ
ンプ電流を供給制御するポンプ電流制御手段
と、該ポンプ電流制御手段によつて制御された
ポンプ電流の大きさを検出するポンプ電流検出
手段と、該ポンプ電流検出手段による検出ポン
プ電流値および前記第１検出手段の検出結果を
勘案して空燃比を求める空燃比検出手段とを具
備する。
性電極を設けた固体電解質酸素濃淡電池素子お
よび固体電解質酸素ポンプ素子を備え、その少
なくとも一方の片側面の該多孔性電極の部分を
除く部分に電気絶縁性素地を設け、前記酸素濃
淡電池素子または酸素ポンプ素子の前記電気絶
縁性素地の表面に、理論空燃比を境に電気的性
質が大きく変化する金属酸化物半導体を設け、
前記酸素濃淡電池素子と前記酸素ポンプ素子と
を小間〓を介して対向配置してなる空燃比検知
栓部と、前記金属酸化物半導体からの出力信号
により、燃料過濃域か燃科料薄域かの検出を行
う第１検出手段と、前記酸素濃淡電池素子の起
電力を一定するよう、前記酸素ポンプ素子にポ
ンプ電流を供給制御するポンプ電流制御手段
と、該ポンプ電流制御手段によつて制御された
ポンプ電流の大きさを検出するポンプ電流検出
手段と、該ポンプ電流検出手段による検出ポン
プ電流値および前記第１検出手段の検出結果を
勘案して空燃比を求める空燃比検出手段とを具
備する。
２ 酸素イオン伝導性固体電解質の両端面に多孔
性電極を設けた固体電解質酸素濃淡素子および
固体電解質酸素ポンプ素子を備え、その少なく
とも一方の片側面の該多孔性電極の部分を除く
部分に電気絶縁性素地を設け、前記算素濃淡電
池素子または酸素ポンプ素子の前記電気絶縁性
素地の表面に、理論空燃比を境に電気的性質が
大きく変化する金属酸化物半導体を設け、前記
酸素濃淡電池素子と前記酸素ポンプ素子とを小
間〓を介して対向配置してなる空燃比検知栓部
と、前記金属酸化物半導体からの出力信号によ
り、燃料過濃域か燃料稀薄域かの検出を行う第
１検出手段と、前記酸素ポンプ素子に一定のポ
ンプ電流を供給する一定ポンプ電流供給手段
と、前記酸素濃淡電池素子の起電力を検出する
起電力検出手段と、該起電力検出手段による検
出起電力値および前記第１検出手段の検出結果
を勘案して空燃比を求める空燃比検出手段とを
具備する。
性電極を設けた固体電解質酸素濃淡素子および
固体電解質酸素ポンプ素子を備え、その少なく
とも一方の片側面の該多孔性電極の部分を除く
部分に電気絶縁性素地を設け、前記算素濃淡電
池素子または酸素ポンプ素子の前記電気絶縁性
素地の表面に、理論空燃比を境に電気的性質が
大きく変化する金属酸化物半導体を設け、前記
酸素濃淡電池素子と前記酸素ポンプ素子とを小
間〓を介して対向配置してなる空燃比検知栓部
と、前記金属酸化物半導体からの出力信号によ
り、燃料過濃域か燃料稀薄域かの検出を行う第
１検出手段と、前記酸素ポンプ素子に一定のポ
ンプ電流を供給する一定ポンプ電流供給手段
と、前記酸素濃淡電池素子の起電力を検出する
起電力検出手段と、該起電力検出手段による検
出起電力値および前記第１検出手段の検出結果
を勘案して空燃比を求める空燃比検出手段とを
具備する。
［発明の効果］
本発明の空燃比検知装置は、空燃比（Ａ／Ｆ）
を燃料過濃域から燃料稀薄域までの全域におい
て、正しくかつ応答良く検知することができる。
を燃料過濃域から燃料稀薄域までの全域におい
て、正しくかつ応答良く検知することができる。
［実施例］
次に、本発明を図に示す一実施例に基づき説明
する。
する。
第１図〜第６図は本発明の実施例を示す。
１は燃焼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置の検知栓
部分である。３は空燃比検知栓部分２の固体電解
質酸素ポンプ素子で、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層４およ
び５を設けた厚さ約0.5mm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）６と、
イオン伝導性固体電解６の片側面、例えば多孔質
白金電極層５の設けられた側の面に取付けられた
多孔質白金電極層５の部分を塞がないように多孔
質白金電極５の形状に適応した開口である窓部ａ
を有する厚さが約0.25mmの平板状で熱伝導性に優
れ、電気絶縁性の部材（例えばアルミナやスピネ
ルなど）よりなる高熱伝導性電気絶縁性素地７
（素地は形成された板であつても印刷された膜で
あつても良い）と、高熱伝導性電気絶縁性素地７
のイオン伝導性固体電解質６の側の面とは反対側
の面の窓部ａの外周部で、窓部ａの外周絶縁部と
高熱伝導静電気絶縁性素地７の外周縁部とにそれ
ぞれ間〓を有するように設けられた電熱ヒータ８
を内接し、外部と遮断するように設けられた高熱
伝導性電気絶縁性素地７と同様の多孔質白金電極
層５を開口する窓部ｂを有した平板状の高熱電動
性電気絶縁性素地９とにより構成されている。
排気管１内に配設された空燃比検知装置の検知栓
部分である。３は空燃比検知栓部分２の固体電解
質酸素ポンプ素子で、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層４およ
び５を設けた厚さ約0.5mm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）６と、
イオン伝導性固体電解６の片側面、例えば多孔質
白金電極層５の設けられた側の面に取付けられた
多孔質白金電極層５の部分を塞がないように多孔
質白金電極５の形状に適応した開口である窓部ａ
を有する厚さが約0.25mmの平板状で熱伝導性に優
れ、電気絶縁性の部材（例えばアルミナやスピネ
ルなど）よりなる高熱伝導性電気絶縁性素地７
（素地は形成された板であつても印刷された膜で
あつても良い）と、高熱伝導性電気絶縁性素地７
のイオン伝導性固体電解質６の側の面とは反対側
の面の窓部ａの外周部で、窓部ａの外周絶縁部と
高熱伝導静電気絶縁性素地７の外周縁部とにそれ
ぞれ間〓を有するように設けられた電熱ヒータ８
を内接し、外部と遮断するように設けられた高熱
伝導性電気絶縁性素地７と同様の多孔質白金電極
層５を開口する窓部ｂを有した平板状の高熱電動
性電気絶縁性素地９とにより構成されている。
１０は空燃比検知栓部分２の固体電解質酸素濃
淡電池素子で、両側面に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１１および１２を設けて構成された前記イオ
ン伝導性固体電解質６と同様の平板状のイオン伝
導性固体電解質１３と、前記高熱伝導性電気絶縁
性素地７と同様にイオン伝導性固体電解質１３の
片側面である多孔質白金電極質層１１の設けられ
た側の面に取付けられた多孔質白金電極層１１の
部分を開口する窓部ｃを有した高熱伝導性電化絶
縁性素地１４と、前記電熱ヒータ８と同様に高熱
伝導性電気絶縁性素地１４のイオン伝導性固体電
解質１３の側の面とは反対の面で窓部ｃの外周部
に設けられた電熱ヒータ１５と、電熱ヒータ１５
の設けられた高熱伝導性電気絶縁性素地１４の面
で、電熱ヒータ１５を内設し、外部と遮断するよ
う設けられた高熱伝導性電気絶縁性素地１４と同
様、多孔質白金電極層１１を開口する窓部ｄを有
した平板状の高熱伝導性電気絶縁性素地１６と、
高熱伝導性電気絶縁性素地１６の電熱ヒータ１５
を内設した側の面とは反対側の面の窓部ｄの上部
で厚膜技術を用いて約50μ程の厚さに設けられた
金属酸化物半導体（例えばチタニヤエレメント）
１７とから構成されている。尚、前記酸素ポンプ
素子３および酸素濃淡電池素子１０に設けられた
各電気素子４，５，８，１１，１２，１５，１７
には外部に導通すべく夫々にリード線１８が厚膜
技術により設けてある。
淡電池素子で、両側面に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１１および１２を設けて構成された前記イオ
ン伝導性固体電解質６と同様の平板状のイオン伝
導性固体電解質１３と、前記高熱伝導性電気絶縁
性素地７と同様にイオン伝導性固体電解質１３の
片側面である多孔質白金電極質層１１の設けられ
た側の面に取付けられた多孔質白金電極層１１の
部分を開口する窓部ｃを有した高熱伝導性電化絶
縁性素地１４と、前記電熱ヒータ８と同様に高熱
伝導性電気絶縁性素地１４のイオン伝導性固体電
解質１３の側の面とは反対の面で窓部ｃの外周部
に設けられた電熱ヒータ１５と、電熱ヒータ１５
の設けられた高熱伝導性電気絶縁性素地１４の面
で、電熱ヒータ１５を内設し、外部と遮断するよ
う設けられた高熱伝導性電気絶縁性素地１４と同
様、多孔質白金電極層１１を開口する窓部ｄを有
した平板状の高熱伝導性電気絶縁性素地１６と、
高熱伝導性電気絶縁性素地１６の電熱ヒータ１５
を内設した側の面とは反対側の面の窓部ｄの上部
で厚膜技術を用いて約50μ程の厚さに設けられた
金属酸化物半導体（例えばチタニヤエレメント）
１７とから構成されている。尚、前記酸素ポンプ
素子３および酸素濃淡電池素子１０に設けられた
各電気素子４，５，８，１１，１２，１５，１７
には外部に導通すべく夫々にリード線１８が厚膜
技術により設けてある。
前記酸素ポンプ素子３の多孔質白金電極層４側
の面と前記酸素濃淡素子１０の多孔質白金電極層
１２側の面を0.1mm〜0.05mm程度の間隔寸法の小
間〓ｆ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１９
（充填接着剤で良い）を介して互いに固定されて
いる。スペーサ１９により互いに固定された酸素
ポンプ素子３および酸素濃淡電池素子１０の足元
部の外周部にねじ部２０を有した支持台２１が、
耐熱性で絶縁性である接着部材２２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栓
部分２の取付用ねじ部２３に前記支持台２１のね
じ部２０をねじ込むことにより空燃比検知栓部分
２が排気管１に取付けられている。
の面と前記酸素濃淡素子１０の多孔質白金電極層
１２側の面を0.1mm〜0.05mm程度の間隔寸法の小
間〓ｆ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１９
（充填接着剤で良い）を介して互いに固定されて
いる。スペーサ１９により互いに固定された酸素
ポンプ素子３および酸素濃淡電池素子１０の足元
部の外周部にねじ部２０を有した支持台２１が、
耐熱性で絶縁性である接着部材２２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栓
部分２の取付用ねじ部２３に前記支持台２１のね
じ部２０をねじ込むことにより空燃比検知栓部分
２が排気管１に取付けられている。
ここで、上記空燃比検知栓部分２を製造するの
に、第６図に示したように、平板状のイオン伝導
性固体電解質である例えばジルコニア固体電解質
グリーンシートの両側面に多孔質白金電極層とそ
のリード線を厚膜技術を用いてそれぞれ所定のパ
ターンでプリントし、その一方側面で高熱伝導性
電気絶縁性素地である、例えば平板状で窓部を有
したスピネル質の２枚のグリーンシートの間に、
電熱ヒータとする白金質の抵抗体およびそのリー
ド線を挟んで積層圧着後一体焼結することにより
得たセラミツク積層構造の酸素ポンプ素子３と、
第５図に示したように、酸素ポンプ素子３と同様
の過程により形成された素子の高熱伝導性電気絶
縁性素地の表面に、例えばチタニアなどの金属酸
化物半導体用のリード線を厚膜技術を用いて所定
のパターンでプリントし焼結された酸素濃淡電池
素子１０（金属酸化物の厚膜は上記素子を焼結
後、雰囲気焼成して形成する）とをシークネスゲ
ージを挟んで重ね合わせにした状態でその足元部
をスペーサ（耐熱セラミツク質接着剤）１９によ
り接着固定することは有利である。
に、第６図に示したように、平板状のイオン伝導
性固体電解質である例えばジルコニア固体電解質
グリーンシートの両側面に多孔質白金電極層とそ
のリード線を厚膜技術を用いてそれぞれ所定のパ
ターンでプリントし、その一方側面で高熱伝導性
電気絶縁性素地である、例えば平板状で窓部を有
したスピネル質の２枚のグリーンシートの間に、
電熱ヒータとする白金質の抵抗体およびそのリー
ド線を挟んで積層圧着後一体焼結することにより
得たセラミツク積層構造の酸素ポンプ素子３と、
第５図に示したように、酸素ポンプ素子３と同様
の過程により形成された素子の高熱伝導性電気絶
縁性素地の表面に、例えばチタニアなどの金属酸
化物半導体用のリード線を厚膜技術を用いて所定
のパターンでプリントし焼結された酸素濃淡電池
素子１０（金属酸化物の厚膜は上記素子を焼結
後、雰囲気焼成して形成する）とをシークネスゲ
ージを挟んで重ね合わせにした状態でその足元部
をスペーサ（耐熱セラミツク質接着剤）１９によ
り接着固定することは有利である。
２４は、付属する電子制御装置部分の例（ポン
プ電流制御手段に相当）であり、上記酸素濃淡電
池素子１０の多孔質白金電極層１１，１２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Vr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３
の多孔白金電極層４，５間に流すポンプ電流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。Ｃはコン
デンサである。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
２５に得るために抵抗Ｒ０を備えている（ポンプ
電流検出手段に相当）。また、酸素濃淡電池素子
１０は排気管１内で酸素濃度の差に応じて生ずる
金属酸化物半導体１７の抵抗値の変化を検知する
ための出力端子２６を備えており、排気管１内で
金属酸化物半導体１７と多孔質白金電極層４，５
および１１，１２を加熱する電熱ヒータ８，１５
には、それぞれ加熱用の電源２７および２８がリ
ード線１８，１８を介して接続されている。
プ電流制御手段に相当）であり、上記酸素濃淡電
池素子１０の多孔質白金電極層１１，１２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Vr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３
の多孔白金電極層４，５間に流すポンプ電流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。Ｃはコン
デンサである。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
２５に得るために抵抗Ｒ０を備えている（ポンプ
電流検出手段に相当）。また、酸素濃淡電池素子
１０は排気管１内で酸素濃度の差に応じて生ずる
金属酸化物半導体１７の抵抗値の変化を検知する
ための出力端子２６を備えており、排気管１内で
金属酸化物半導体１７と多孔質白金電極層４，５
および１１，１２を加熱する電熱ヒータ８，１５
には、それぞれ加熱用の電源２７および２８がリ
ード線１８，１８を介して接続されている。
第７図および第８図は上記第１図〜第６図に示
した空燃比検知装置の特性図である。
した空燃比検知装置の特性図である。
第７図には出力端子２６にて金属酸化物半導体
１７の抵抗値の変化を測定した結果を示したもの
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）では小さな抵抗値を示し、そして
理論空燃比14.7付近で急激に増大し、理論空燃比
17より大きい範囲の空燃比域（燃料稀薄域）では
大きな抵抗値を示す。第８図の特性ａは基準電圧
Vrを例えば20ｍＶ一定にしたもので、起電力ｅ
を20ｍＶにするべく理論空燃比14.7より小さい範
囲の空燃比域（燃料過濃域）で上記汲み出し方向
のポンプ電流Ipは空燃比の増大に対して減少し、
理論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（燃料稀薄域）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。
１７の抵抗値の変化を測定した結果を示したもの
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）では小さな抵抗値を示し、そして
理論空燃比14.7付近で急激に増大し、理論空燃比
17より大きい範囲の空燃比域（燃料稀薄域）では
大きな抵抗値を示す。第８図の特性ａは基準電圧
Vrを例えば20ｍＶ一定にしたもので、起電力ｅ
を20ｍＶにするべく理論空燃比14.7より小さい範
囲の空燃比域（燃料過濃域）で上記汲み出し方向
のポンプ電流Ipは空燃比の増大に対して減少し、
理論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（燃料稀薄域）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７図および第８図に示すごと
き特性を利用するものである。
き特性を利用するものである。
抵抗値の変化を検値する出力端子２６について
は、最大抵抗値と最小抵抗値との中間に任意の基
準点であるＰ点を設定し、抵抗値がＰ点より小さ
い時（燃料過濃域）とＰ点より大きい時（燃料
域）を感知させるようにする（第１検出手段に相
当）。
は、最大抵抗値と最小抵抗値との中間に任意の基
準点であるＰ点を設定し、抵抗値がＰ点より小さ
い時（燃料過濃域）とＰ点より大きい時（燃料
域）を感知させるようにする（第１検出手段に相
当）。
そこで、上記機関が燃料過濃域で運転された場
合は、上記金属酸化物半導体１７の抵抗値はＰ点
より小さく、この情報と、この酸素ポンプ素子３
のポンプ電流Ipに対応した出力信号を検知するこ
とにより燃料過濃域でのきめ細かな制御または測
定ができる（空燃比検出手段に相当）。
合は、上記金属酸化物半導体１７の抵抗値はＰ点
より小さく、この情報と、この酸素ポンプ素子３
のポンプ電流Ipに対応した出力信号を検知するこ
とにより燃料過濃域でのきめ細かな制御または測
定ができる（空燃比検出手段に相当）。
また、上記機関が燃料稀薄域で運転された場合
は、上記金属酸化物半導体１７の抵抗値はＰ点よ
り大きく、この情報と、この時の酸素ポンプ素子
３のポンプ電流Ipに対応した出力信号を検知する
ことにより燃料稀薄域でのきめ細かな制御または
測定ができる（空燃比検出手段に相当）。
は、上記金属酸化物半導体１７の抵抗値はＰ点よ
り大きく、この情報と、この時の酸素ポンプ素子
３のポンプ電流Ipに対応した出力信号を検知する
ことにより燃料稀薄域でのきめ細かな制御または
測定ができる（空燃比検出手段に相当）。
また、上記機関を理論空燃比14.7にて制御する
場合は、抵抗値を検知する出力端子２６では理論
空燃比14.7付近で抵抗値が急激に低減する特性を
利用し、直接または間接的なフイードバツク制御
信号として用いて空燃比制御を行う（空燃非検出
手段に相当）。
場合は、抵抗値を検知する出力端子２６では理論
空燃比14.7付近で抵抗値が急激に低減する特性を
利用し、直接または間接的なフイードバツク制御
信号として用いて空燃比制御を行う（空燃非検出
手段に相当）。
上記構成により燃料過濃域、理論空燃比点、お
よび燃料稀薄域の全範囲において、上記聞かの空
燃比を正確にかつ応答良く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。ま
た、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栓部
分２により現状の空燃比を速やかに検知し、その
フイードバツ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。
よび燃料稀薄域の全範囲において、上記聞かの空
燃比を正確にかつ応答良く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。ま
た、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栓部
分２により現状の空燃比を速やかに検知し、その
フイードバツ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、燃料稀薄域において、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号公報に記載
されている。即ち、小間隙ｆ内に導入された排気
ガスの酸素濃度分圧を上記酸素ポンプ素子３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ｅが一定となるように上記酸素ポン
プ素子３に供給される汲み出しポンプ電流Ipを制
御する時、このポンプ電流Ip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。尚、燃料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。
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号公報に記載
されている。即ち、小間隙ｆ内に導入された排気
ガスの酸素濃度分圧を上記酸素ポンプ素子３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ｅが一定となるように上記酸素ポン
プ素子３に供給される汲み出しポンプ電流Ipを制
御する時、このポンプ電流Ip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。尚、燃料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。
第９図に空燃比検知栓部分２の他の実施例を示
す。
す。
本実施例では、電熱ヒータ８および１５を内設
する高熱電動性電気絶縁性素地７，９および１
４，１６外周部が、各々のイオン伝導性固体電解
質６および１３をなす部分から張り出して形成さ
れたものである。このことにより、高熱伝導性電
気絶縁性素地７，９および１４，１６の各面積が
増大するため、高熱伝導性電気絶縁性素地７，９
および１４，１６に設けられる電熱ヒータ８，１
５と金属酸化物半導体１７および各リード線１８
の設置が容易となる。
する高熱電動性電気絶縁性素地７，９および１
４，１６外周部が、各々のイオン伝導性固体電解
質６および１３をなす部分から張り出して形成さ
れたものである。このことにより、高熱伝導性電
気絶縁性素地７，９および１４，１６の各面積が
増大するため、高熱伝導性電気絶縁性素地７，９
および１４，１６に設けられる電熱ヒータ８，１
５と金属酸化物半導体１７および各リード線１８
の設置が容易となる。
上記実施例では、酸素ポンプ素子または酸素濃
淡電池素子のいずれかの表面に配設され、且つ表
面に金属酸化物半導体を維持するための高熱伝導
性電気絶縁性素地の内部にヒータを埋設した場合
を示したが、被措定ガスの温度が常に十分高く
て、特に加熱しなくても各素子および金属酸化物
半導体が活性化されるような場合には、ヒータを
省力しうる。
淡電池素子のいずれかの表面に配設され、且つ表
面に金属酸化物半導体を維持するための高熱伝導
性電気絶縁性素地の内部にヒータを埋設した場合
を示したが、被措定ガスの温度が常に十分高く
て、特に加熱しなくても各素子および金属酸化物
半導体が活性化されるような場合には、ヒータを
省力しうる。
上記実施例では、金属酸化物半導体１７の抵抗
値を用いて、燃料過濃域と燃料稀薄域との判断基
準としたが、他に第１０図に示す如く、直列抵抗
と組合わせた金属酸化物半導体１７を通過した電
圧の比率（印加電圧の％）の変化の特性を利用し
ても良い（第１検出手段に相当）。
値を用いて、燃料過濃域と燃料稀薄域との判断基
準としたが、他に第１０図に示す如く、直列抵抗
と組合わせた金属酸化物半導体１７を通過した電
圧の比率（印加電圧の％）の変化の特性を利用し
ても良い（第１検出手段に相当）。
酸素ポンプ素子３のポンプ電流Ipの向きは小間
〓ｆから酸素を汲み出す方向（IP〓０）に流し
たが、逆に排気管１内の排気ガス中から酸素を汲
み込む方向（Ip∠０）に流しても酸素濃淡電池素
子の出力を一定とするポンプ電流Ipは第１図に示
す如く、空燃比に対応して変化するので、そのよ
うにした時の特性を利用しても良い。
〓ｆから酸素を汲み出す方向（IP〓０）に流し
たが、逆に排気管１内の排気ガス中から酸素を汲
み込む方向（Ip∠０）に流しても酸素濃淡電池素
子の出力を一定とするポンプ電流Ipは第１図に示
す如く、空燃比に対応して変化するので、そのよ
うにした時の特性を利用しても良い。
また、第８図の特性ｂに示すように、酸素ポン
プ素子３のポンプ電流Ip（小間〓ｆからの酸素の
汲み出しの場合と汲み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１
０の発生起電力ｅ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（一定ポンプ電流供給手段に相当）。
プ素子３のポンプ電流Ip（小間〓ｆからの酸素の
汲み出しの場合と汲み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１
０の発生起電力ｅ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（一定ポンプ電流供給手段に相当）。
本発明は、上記空燃比検知栓部分２より得られ
る諸特性などを単独、もしくは複数利用してそれ
ぞれフイードバツク制御するように必要に応じて
随時頻繁にモード切換えながら全運転範囲内で連
続的に空燃比のフイードバツク制御を行わしめる
ものである。
る諸特性などを単独、もしくは複数利用してそれ
ぞれフイードバツク制御するように必要に応じて
随時頻繁にモード切換えながら全運転範囲内で連
続的に空燃比のフイードバツク制御を行わしめる
ものである。
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−線に沿う断面
図、第３図は第２図の−線に沿う断面図、第
４図は第２図の−線に沿う断面図、第５図は
酸素濃淡電池素子の分解図、第６図は酸素ポンプ
素子の分解図、第７図は空燃比と金属酸化物半導
体の抵抗値との変化を示す特性図、第８図は酸素
濃淡電池素子の起電力ｅを一定とする酸素ポンプ
素子の汲み出しポンプ電流Ipの空燃比に対する変
化、およびポンプ電流を一定とする酸素濃淡電池
素子の起電力ｅの空燃比に対する変化を示す特性
図、第９図は空燃比検知部の他の実施例を示す断
面図、第１０図は空燃比と印加電圧の％との変化
を示す特性図、第１１は酸素濃淡電池素子の起電
力ｅを一定とする酸素ポンプ素子の押し込みポン
プ電流Ipの空燃比に対する変化を示す特性図であ
る。 図中、２……空燃比検知栓部分、３……固体電
解質酸素ポンプ素子、４，５……多孔質白金電極
層（多孔性電極）、６……イオン伝導性固体電解
質（酸素イオン伝導性固体電解質）、７，９，１
４，１６……高熱伝導性電気絶縁性素地（電気絶
縁性素地）、１０……固体電解質酸素濃淡電池素
子、１７……金属酸化物半導体、２４……電子制
御装置（ポンプ電流制御手段）、ｅ……起電力、
ｆ……小間〓、Ip……ポンプ電流。
す構成図、第２図は第１図の−線に沿う断面
図、第３図は第２図の−線に沿う断面図、第
４図は第２図の−線に沿う断面図、第５図は
酸素濃淡電池素子の分解図、第６図は酸素ポンプ
素子の分解図、第７図は空燃比と金属酸化物半導
体の抵抗値との変化を示す特性図、第８図は酸素
濃淡電池素子の起電力ｅを一定とする酸素ポンプ
素子の汲み出しポンプ電流Ipの空燃比に対する変
化、およびポンプ電流を一定とする酸素濃淡電池
素子の起電力ｅの空燃比に対する変化を示す特性
図、第９図は空燃比検知部の他の実施例を示す断
面図、第１０図は空燃比と印加電圧の％との変化
を示す特性図、第１１は酸素濃淡電池素子の起電
力ｅを一定とする酸素ポンプ素子の押し込みポン
プ電流Ipの空燃比に対する変化を示す特性図であ
る。 図中、２……空燃比検知栓部分、３……固体電
解質酸素ポンプ素子、４，５……多孔質白金電極
層（多孔性電極）、６……イオン伝導性固体電解
質（酸素イオン伝導性固体電解質）、７，９，１
４，１６……高熱伝導性電気絶縁性素地（電気絶
縁性素地）、１０……固体電解質酸素濃淡電池素
子、１７……金属酸化物半導体、２４……電子制
御装置（ポンプ電流制御手段）、ｅ……起電力、
ｆ……小間〓、Ip……ポンプ電流。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸素イオン伝導性固体電解質の両端面に多孔
性電極を設けた固体電解質酸素濃淡電池素子およ
び固体電解質酸素ポンプ素子を備え、 その少なくとも一方の片側面の該多孔性電極の
部分を除く部分に電気絶縁性素地を設け、 前記酸素濃淡電池素子または酸素ポンプ素子の
前記電気絶縁性素地の表面に、理論空燃比を境に
電気的性質が大きく変化する金属酸化物半導体を
設け、 前記酸素濃淡電池素子と前記酸素ポンプ素子と
を小間〓を介して対向配置してなる空燃比検知栓
部と、 前記金属酸化物半導体からの出力信号により、
燃料過濃域か燃料稀薄域かの検出を行う第１検出
手段と、 前記酸素濃淡電池素子の起電力を一定とするよ
う、前記酸素ポンプ素子にポンプ電流を供給制御
するポンプ電流制御手段と、 該ポンプ電流制御手段によつて制御されたポン
プ電流の大きさを検出するポンプ電流検出手段
と、 該ポンプ電流検出手段による検出ポンプ電流値
および前記第１検出手段の検出結果を勘案して空
燃比を求める空燃比検出手段と を具備する空燃比検知装置。 ２ 酸素イオン伝導性固体電解質の両端面に多孔
性電極を設けた固体電解質酸素濃淡電池素子およ
び固体電解質酸素ポンプ素子を備え、 その少なくとも一方の片側面の該多孔性電極の
部分を除く部分に電気絶縁性素地を設け、 前記酸素濃淡電池素子または酸素ポンプ素子の
前記電気絶縁性素地の表面に、理論空燃比を境に
電気的性質が大きく変化する金属酸化物半導体を
設け、 前記酸素濃淡電池素子と前記酸素ポンプ素子と
を小間〓を介して対向配置してなる空燃比検知栓
部と、 前記金属酸化物半導体からの出力信号により、
燃料過濃域か燃料稀薄域かの検出を行う第１検出
手段と、 前記酸素ポンプ素子に一定のポンプ電流を供給
する一定ポンプ電流供給手段と、 前記酸素濃淡電池素子の起電力を検出する起電
力検出手段と、 該起電力検出手段による検出起電力値および前
記第１検出手段の検出結果を勘案して空燃比を求
める空燃比検出手段と を具備する空燃比検知装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58238262A JPS60129659A (ja) | 1983-12-17 | 1983-12-17 | 空燃比検知装置 |
| EP84308782A EP0147989A3 (en) | 1983-12-17 | 1984-12-14 | Air/fuel ratio detector |
| US06/682,220 USH427H (en) | 1983-12-17 | 1984-12-17 | Air/fuel ratio detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58238262A JPS60129659A (ja) | 1983-12-17 | 1983-12-17 | 空燃比検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60129659A JPS60129659A (ja) | 1985-07-10 |
| JPH0452895B2 true JPH0452895B2 (ja) | 1992-08-25 |
Family
ID=17027563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58238262A Granted JPS60129659A (ja) | 1983-12-17 | 1983-12-17 | 空燃比検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60129659A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07113454B2 (ja) * | 1991-01-24 | 1995-12-06 | 東芝ホームテクノ株式会社 | 燃焼器の制御装置 |
-
1983
- 1983-12-17 JP JP58238262A patent/JPS60129659A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60129659A (ja) | 1985-07-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |