JPS60129659A - 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】 ［〃野］ この発明は、内鴬機関、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
して轡成された酸素センサを用い、排気ガスの酸素分用
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。

ところで上記酸轡セ１ンサは空気と燃料との重量比１率
である運転中、警比（Ａ／Ｆ）が理障空燃比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域
での変化はほどんとなく、理論空燃比以外の空燃比で機
関を運転する場合には１．　ｉｉ［！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
を段（プで該画素子を固定し、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Ｉ
Ｉ度差ににって作動Ｊ−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ｉ１１廉検知
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１４．７より低い燃料過濃域で作動させると燃料希薄
域にお【〕る場合と同じ向きの出力を発生する特性をも
っことが判った。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］ 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１ＩｉｌＩ域から燃料希薄域までの
全域または一部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Ｍ度に＜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。

［発明の構成コ 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に該多孔性電極の部分を間口する
窓を有し、且つ内部に電熱ヒータを内蔵した高熱伝導性
素地を設け、前記酸素濃淡電池素子または酸素ポンプ素
子の前記高熱伝導性素地側面に金属酸化物半導体を設（
〕、前記酸素８Ｉ淡電池素子と前記酸素ポンプ素子とを
小間隙を介して対向配回し、前記金属酸化物半導体によ
り与えられ本電気□性質の変化と、前記酸素濃淡電池素
子の起電力または前記酸素ポンプ素子のポンプ電流のい
ずれかによって与えられる出力信号とにＪ：り空燃比を
検知するＪ：うにしたことを４ｉ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Ｊ、りつぎの効
□果を秦する。　□ １つのセン号ブロータを用いて空燃比（△／［）を−判
過濃域から燃料希薄域までの全域もしくは一部区域にお
いて正しく゛検知することができる。

［実庸例］ つぎに本発明を図に示す一実施例に基づぎ説明する。　
・ 第１図〜第６図は本発明の実施例を示ｊ。

′１は燃焼装置である内燃機関の排気管、２は該排気管
１］輻に配設された空燃比検知装置の検知枠部分である
。３は空燃比検知極部分２の固体電解５− 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（
）た厚さが約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
固体電解質６の片側面、例えば多孔質白金電極層５の設
（）られた側の面に、気密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層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（ｉ
、’２５１ｍの平板状で熱伝導性に優れ、電気絶縁性の
蔀材（例えばアルミナやスピネルなど）よりなる高熱伝
導性素地７と、高熱伝導性素地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で窓部ａの外周部で窓部
ａの外周縁部と高熱伝導性素地７の外周縁部に□間隙を
有するよう設けられＩＣ電熱ヒータ８と、電熱ヒータ８
が設けられた高熱伝導性素地７の面で電熱ヒータ８を内
設し、外部と連断するよう設けられた高熱伝導性素地７
と同様の多孔質白金電極層５を開口する窓部１）を有し
た平板状め高熱伝６− 導性素地９とにＪ：り構成されている。１０は空燃比検
知枠部分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１１Ｊ５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
質白金電極層１１の設けられた側の面に取付（プられた
多孔質白金電極層１１の部分を開口Ｊ８窓部Ｃを有した
高熱伝導性素地１４と、前記電熱ヒータ８ど同様に高熱
伝導性素地１４のイオン伝導性固体電解質１３の側の面
とは反対側の面で窓部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【）られた高熱伝導性素地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
性素地１６と、高熱伝導性素地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はどの厚さに設けられた金属酸化物
半導体（例えばチタニアエレメント）１７とから構成さ
れている。なお前記酸素ポンプ素子３および酸素濃淡電
池素子１ｏｌＬ：設けられた各電気索子（４，５，８，
１１，１２，１５，１７）には外部に導通すべくそれぞ
れにリード線素子１８が厚膜技術により設けである。

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
記酸素濃淡電池素子１Ｏの多孔質白金電極層１２側の面
を０．１ｍｍ程度の間隔寸法の小間隙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（充填接着剤でよい）１９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おにび酸素濃淡電池素子１０の足元部
の外辺部にはねじ部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枠部分２のセンサ取付
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枠部分２が排気管１に取付られて
いる。

ここで上記空燃比検知枠部分２を製造するのに、平板状
ク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
のリード線素子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１．その一方側面で高熱伝導性素地で
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素子をはさんで積層圧着後一体焼結
することにより得たセラミック積層構造の酸素ポンプ素
子３と、酸素ポンプ素子３と同様の過程より形成された
素子の多孔質白金電極層を有しない面に、・例えばチタ
ニアなどの金属酸化物半導体用のリード線素子を厚膜技
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
はさ９− んで重ね合わせにした状態でその足元部をスペーサ（耐
熱性はラミック質接着剤）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であり、上記酸
素濃淡電池素子１０の多孔質白金電極＠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）と上
記起電力ｅ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
ンプ索子３の多孔質白金電極層４．５間に流すポンプ電
流Ｔｐ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ＩＩ）を供給する作用をする。直流電源（
Ｂ）から供給される上記ポンプ電流Ｉ１１に対応した出
力信号を出力端子２５に得るために：抵抗（Ｒｏ）を備
えている。（Ｃ）はコンデンサである。また酸素濃淡電
池素子１０が排気管１１０− 内で酸素部面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、刊気管１内で金属酸化物半導体１７ど多孔質白金
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が導
通されている。

第７図および第８図は−に記第１図〜第６図に示した空
燃比検知装置の特性図である。

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１４．１より大きい範囲の空燃比域（燃料希
薄域）では、大ぎな抵抗値を示す。第８図は基準電圧（
Ｖｒ　）を例えば２０ｍ　Ｖ　一定にしたもので、起電
力ｅを２０ｍ　Ｖ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１１域）で上記汲み出し方
向のポンプ電流ｔｐは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＠Ｖ
ｉｌｆｆｌ　）では上記ポンプ電流１ｐ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Ｊ：び第８図に示Ｊごとぎ特性を
利用するものである。

抵抗値の変化を検知する出力端子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Ｊ：り小さい時（燃料過濃域）
とＰ点より大ぎい時（燃料希薄域）を感知さゼるように
する。そこで」−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、この時の酸素ポンプ素子３のポンプ電
流ｆｐに対応した出力信号を検知することにより燃料過
濃域での木目細かな制御または測定かできる。また上記
機関が燃料希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ｌｐに対応した出
力信号を検知することにより燃料希薄域での木目細かな
制御またはｉ１＋１１定ができる。

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、直接フ
ィードバック制御信号として空燃比制御を行なう。上記
構成により燃料過濃域および燃料希薄域の広い範囲にお
いても上記機関の空燃比の数値を正確に測定することが
可能な空燃比検知装置を得ることができるのである。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枠部分２により現状の空燃比
を検知し、そのフィードバッ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。

上記のように燃料希薄域においてポンプ電流■ｐ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号に記載されている。

すなわち小間隙「内に導入された排気ガスの酸素分圧を
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け
、この酸素分圧の差異に応じ１３− て発生する上記酸素濃淡電池素子１（）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Ｉ０を制御する時、このポンプ電流ＩＩ
）は、Ｆ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。なお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図に空燃比検知枠部分２の他の実施例を示す。

゛本実施例では電熱ヒータ８および１５を内設する高熱
伝導性素地１．９おＪ：び１４．１６の外周部が、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
外方に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、高熱伝導性素地１．９おＪ：
び１４．１６に設けられる電熱ヒータ８．１５と金属酸
化物半導体１７および各リード線素子１８の設置が容易
となる。

１４− 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ｒ３＋希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相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。

酸素ポンプ素子３のポンプ電流Ｉｐの向きは小間隙ｆか
ら酸素を汲み出す方向ｕｐ＞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（、Ｉｌ）
＜９）に流しても酸素濃淡電池素子１０の出力を一定と
するポンプ電流Ｉ１１は第１１図に示す如（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
してもよい。

また酸素ポンプ素子３のポンプ電流ＩＩ）　（小間隙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１０
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。

本発明は上記空燃比検知枠部２より得られる緒特性など
を中独、もしくは複数利用してそれぞれフィードバック
制御するように必要に応じＣ必要に応じ随時頻繁にモー
ドを切換えながら全運転範囲で連続的に空燃比のフィー
ドバック制御を行わしめるものである。

【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Ｉ−Ｉ線に沿う断面図、第３図は第
２図のＩＩ−ＩＩ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ＩＩ）の空燃比に対する
変化を示す特性図、第９図は空燃比検知部分の他の実施
例を示す断面図、第１０図は空燃比と印加電圧の％との
変（ヒを示す特性図、第１１図は酸素濃淡電池素子の起
電力ｅを一定とづる酸素ポンプ素子の押し込みポンプ電
流１１１の空燃比に対する変化を示す特性図である。 図中　１・・・排気管　３・・・固体電解質酸素ポンプ
素子　１０・・・固体電解質酸素濃淡電池素子　ａｌｂ
、ｃ、ｄ・・・窓部　ｆ・・・小間隙代理人　石黒健ニ ＝１７− 第７図 □　第８図　□ 完爆よｗ（Ａ／Ｆ） 第９図 第１０図 舎・）Ｉにトド（Δ／Ｆ） ＺＥ　＞ｋＸ：　ＬＬ１％　Ｍ／　ｌ　／手続補正用 昭和５９年５月２１日 特許庁長官　殿 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　月「□修　次 ４、代　埋　人　〒４６５電話０５２−７７３−２４／
１９Ｇ、補正の対象 明細書全文 別　藤 明細書 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ｍ
県ポンプ素子を備え、その少なくど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隙を介して
対向配置し、 前記金属酸化物半導体により与えられる電気性質の変化
と、前記酸素濃淡電池素子の起電力または前記酸素ポン
プ素子のポンプ電流のいずれかによって与えられる出力
信号とにより空燃比を検知＝１− 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、ガス燃焼機器などの燃焼４ｉ！
′置の排気ガス中の酸断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１ 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。 ど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
は大きな変化出力が得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２− 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ｍｉ
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
知装置を提案している。かかる酸素濃度検知装置は応答
性はよいが、出力信のに対応する理論空燃比数１４．７
より低い燃料過ｉｌｉ賊で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っことが
判った。ず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瀧域、あるいは燃料
希薄域のいずれであるかはっ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］ ３− 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
（Δ／Ｆ）が燃料過濃域から燃料希薄域までの全域また
は一部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装置は、酸素イオン伝導性固体電解
質の両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、前記酸素濃淡電池索子または酸
素ポンプ素子の前記電気絶縁性素地の表面に金属酸化物
半導体を設【フ１．前記酸素濃淡電池素子と前記酸素ポ
ンプ素子とを小間隙を介して対向配置し、前記金属酸化
物半導体により与えられる電気性質の変化と、前記酸素
濃淡電池素子の起電力または前記酸素ポンプ素子のポン
プ電流のいずれかにＪ：つで与えられる出力信号とによ
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、上記構成によりつぎの効果
を奏する。 １つのレンサブローブを用いて空燃比（Ａ／Ｆ）を燃料
過濃域から燃料希薄域までの全域もしくは一部区域にお
いて正しく検知することができる。 ［実施例］ つぎに本発明を図に示す一実施例に基づき説明する。 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枠部分である。、
３は空燃比検知枠部分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（′Ｊだ厚さが約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質６の片側
面、例えば多孔質白金電極層５の設（すられた側の面に
取（１り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層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０．２５１１１１１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１ど、
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
６９側の面と４よ反対側の面の窓部ａの外周部で、窓部
ａの外周縁部と高熱伝導性電気絶縁性素地７の外周縁部
とにそれぞれ間隙を有するよ、う設番プられに電熱ヒー
タ８と、電熱ヒータ８が設【ノられた高熱伝導性電気絶
縁性素地７９面で電熱ヒータ８を内設し、外部ζ遮断す
るよう設けられた高熱伝導性電気絶縁性素地１と同様の
多孔質白金電極層５を間口する窓部すを有した平板状の
高熱伝導性電気絶縁性素地９とにより構成さ６− れている。１０は空燃比検知枠部分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１１６
半び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１ｐ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層１１の
設けられた側９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気絶縁性
素地１４ど、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
々は反対側の面で窓部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を内股し、外部
と遮断烹るよう設けられた高熱伝導性電気絶縁性素地１
４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１６９７− 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はどの厚さに設け
られｔこ金属酸化物半導体（例えばチタニアエレメント
）１７とから構成されている。なお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
通ずべくそれぞれにリード線１８が厚膜技術により設け
である。 前記酸素ポンプ素子３の多孔質白金電極層４側の而と前
記酸素濃淡電池素子１０の多孔質白金電極層１２側の面
をＯ，１ｍｍＰｉ！度の間隔寸法の小間隙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（充填接着剤でよい）１９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１Ｏの足
元部の外辺部にはねじ部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枠部分２の取付用
ねじ部２３に前記支持台２１のねじ部２０をすし込むこ
とにより空燃比検知枠部分２が排気管１に取付られてい
る。 ここで上記空燃比検知枠部分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
な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
はさんで積層圧着後一体焼結することにより得たセラミ
ック積層１ｉ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はさ
んで重ね合わせにした状態でその足元部をスペーサ（耐
熱性セラミック質接着剤）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であり、上記酸
素′ｍ淡Ｎｌｔ！！素子１Ｏの多孔質白金電極層１１．
１２問に発生する起電力ｅを抵抗（Ｒ１）を介してｉ等
地幅器（Ａ）の反転入力端子に印加肱上記−鼻増ｉ器（
Ａ）の非反転入力端子に印加されているｉ準電圧（Ｖｒ
’）と上記起電力ｅ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の多孔質白金電極層４．５間に
流すポンプ電流ｒ６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ｊ、ｘ、疲な上記ポンプ電流■０を供給する作用を
する。直流電源（Ｂ）から供給される上記ポンプ電流１
に対応した出力信号を出力端子２５に得るた１Ｏ− めに抵抗（Ｒｏ）を備えている。（Ｃ）はコンデンサで
ある。また酸素濃淡電池素子１Ｏが排気管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に拳
よ、それぞれ加熱用の電源２７および２８が導通されて
いる。 第７図および第８薗は上記第１図〜第６図に示した空燃
比検知装置の特性図である。 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１４．７より大きい範囲の空燃比域（燃料希
簿域）では、大きな抵抗値を示す。第８図は基準電圧（
■「）を例えば２’（１１１１Ｖ　一定にしたもので、
起電力ｅを２０１１１■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１１− 部域）で」−記汲み出し方向のポンプ電流１＋］は空燃
比の増大に銅して減少し、理論空燃比１４．７より大き
い範囲の空燃比域（燃料希薄域）では上記ポンプ電流１
ｐ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。 抵抗値の変化を検知する出力端子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Ｍ単点である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（燃料希薄域）を感知させるようにす
る。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、この時の酸素ポンプ素子３のポンプ電流Ｉ
ｔ１に対応した出力信号を検知することにより燃料過濃
域での木目細かな制御または測定ができる。また上記機
関が燃料希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希薄域での木目細かな制
御または測定かできる。 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、直接フ
ィードバック制御信号として空燃比制御を行なう。上記
構成により燃料過ｌＩ域および燃１！！ｌ希薄域の広い
範囲においても上記機関の空燃比の数値を正確に測定す
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。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枠部分２により現状
の空燃比を検知し、そのフィードバックにより連続して
希望の空燃比を制御することができる。 上記のように燃料希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号に記載されている。 すなわち小間隙ｆ内に導入された排気ガスの酸素分圧を
上記酸素ポンプ素子３の作用により変更することににり
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
池索子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Ｉｔ１は上記排気ガス中の酸素Ｉ
Ｎ麿に比例して変化することが判明したのである。なお
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ガスに感応す企ためと思われる。 第９図に空燃比検知枠部分２の他の実施例を示す。 本実施例では電熱ヒータ８および１５を内設すφ高熱伝
導性電気絶縁性素地７．９および（４，１６の外周部が
、各々のイオン伝導性固体電解質６および１３をなす部
分から外方に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の各面積が増杢するため、高熱伝導性電気絶縁性素
地７．９および１４、１４− １６に設けられる電熱ヒータ８．１５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ｍ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、被測定ガスの温度
が常に充分に高くて、特に加熱しなくても各素子おＪ：
び金属酸化物半導体が活性化されるような場合には、ヒ
ータを省略しつる。 上記実施例では金属酸化物半導体１７の抵抗値を用いて
燃料過濃域と燃料部Ｍｂｌｉ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。 酸素ポンプ素子３のポンプ電流ＩＩ）の向きは小間隙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（Ｉｔ
ｌ＜０）に流しても酸素濃淡電１５− ？ｌ！！素子１０の出力を一定とするポンプ電流１ｐは
第１１図に示す如く空燃比に対応して変化するので、そ
のようにしたときの特性を利用してもよい。 また酸素ポンプ素子３のポンプ電流Ｉｐ　（小間隙ｆか
らのＭ索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１０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。 本発明は上記空燃比検知枠部２より得られる緒特性など
を単独、もしくは複数利用してそれぞれフィードバック
制御するように必要に応じて随時頻繁にモードを切換え
ながら全運転範囲で連続的に空燃比のフィードバック制
御を行わしめるものである。 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Ｉ−Ｉ線に沿う断面図、第３図は第
２図のＸ−Ｖ線に沿う断面図、第４図は第２図のｌ１ｒ
−ＩＩ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
変化を示す特性図、第９図は空燃比検知部分の他の実施
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押し込みポンプ電流
ＴＩ）の空燃比に対する変化を示す特性図である。 図中　１・・・排気管　３・・・固体電解質酸素ポンプ
素子　７．９．１４．１６・・・高熱伝導性電気絶縁性
素地　１０・・・固体電解質酸素濃淡電池索子　１７・
・・金属酸化物半導体　ｆ・・・小間隙 代理人　石黒健二 手続補正書 昭和５９年１１月５日 ２、発明の名称 空燃比検知ｖｉ置 ３、　＠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１４１に１８号氏　名　
日本特殊陶業株式会社 （４５４’）代表者　小川修法 ４、代理人〒４６５電話０５２”　７７３−２４’４９
１− ５１１　諸＆ 明細書 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、その少なくとも一芳の片側面の該
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金属酸化物半導体を設け、前記酸素
１淡電池素子と前記酸素ポンプ素子とを小間隙を介して
対向配置し、 前記金属−化物半導体により与えられる電気性質の変化
と、前記酸素濃淡°電池素子の起電力または前記酸素ポ
ンプ素子のポンプ電流のいずれかによって与えられる出
力信号とにより空燃比を検知するようにした空燃比検知
Ｂ　ｉｔ！。 ３、発明の詳細な説明 ［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。 し従来技術］ 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１
ｌｉｌＪ　ｍ−Ｊ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
は大きな変化出力が得られるが他の運転空燃比域での変
化ばほとんどな（、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【）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ｍ
度差によって作動する酸素濃淡電池素子とした酸素濃度
検知装置を提案している。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．
７より低い燃料過濃域で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ぎすしている場合等にしか適
用できないという問題点が見出された。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
制御を制度よくまたは応答性よく行わせることが困難で
あるという問題も見出された。 ［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、理論空燃比および燃料希
薄域の全域または一部区域において正しくかつ応答よ≦
検知できる空燃比検知装置の提供であり、第２の目的は
、したがって上記の空燃比範囲で空燃、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
ドバック制御がで今る利点、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
素子および固体寓解質準累ポンプ素子を備え、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−４＝ の前記電気絶縁性素地の表面に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
隙を介して対内配置し、前記金属酸化物事導体により与
えられる電気性質の変化と、前記酸素濃淡電池素子の起
電力または前記酸素ポンプ素子のポンプ電流のいずれか
によって与えられる出力信号と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、上記構成によりつぎの効果
を奏する。 １つのセンザブローブを用いて空燃比（Ａ／Ｆ）を燃料
過濃域から燃料＃Ｊ薄域までの全域もしくは一部区域に
おいて正しく検知することができる。 ［実施例コ つぎに本発明を図に示す一実旋例に基づき説明する。 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５− 排気管１内に配設された空燃比検知装詔の検知枠部分で
ある。３は空燃比検知枠部分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【プた厚さが約
ｏ、　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質
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Ｍ５の形状に適応した開口であ
る窓部ａを有する厚さが約０．２５ｎ＋ｍ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（素地
は成形された板であっても印刷された膜であってもよい
）１と、高熱伝導性電気絶縁性素地１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の外周縁部と高熱伝導性電気絶縁性素地７の外
周縁部とにそれぞれ間隙を有するよう設けられた電熱ヒ
ータ８と、電熱ヒータ８が設けられた高熱伝導性電気絶
縁性素地７０面で電熱ヒータ８を内設し、外部と遮断す
るよう設（Ｊ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を間口する窓部すを有した平板状
の高熱伝導性電気絶縁性素地９とにより構成されている
。１０は空燃比検知枠部分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気絶縁性素地１４
と、前記電熱ヒータ８と同様に高熱伝１３ｆ！Ｉ電気絶
縁性索地１４のイオン伝導性固体電解質１３の側の面と
は反対側の面で窓部Ｃの外周部に設けられた電熱ヒータ
１５と、電熱ヒータ１５の設げ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を間口する窓部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１Ｇの電熱ヒータ１５を内股した側の面
とは反対側の面の窓部ｄの上部で厚膜技術を用いて約５
０μはどの厚さに設けられた金属酸化物半導体（例えば
ヂタニアエレメント）１７とから構成されている。、な
お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それぞれにリード線１８
が厚膜技術により設けである。 前記酸゛素ポンプ累子３の多孔質白金電極層４側の面と
前記酸素濃淡電池素子１０の多孔質白金電極層１２側の
面を０．１關〜０．０５ｍｍ程度の間隔寸法の小間隙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（充填接着剤でよい）１９
を介して互いに固定されてい８− る。スペーサ１９により亙いに固定された酸素ポンプ水
子３および酸素濃淡電池素子１０の足元部の外辺部には
ねじ部２０を右した支持台２１が、゛耐熱性で絶縁性で
ある接着部材２２により取付【プられている。 排気管１に設けられた゛空燃比検知枠部分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
により空燃比検知枠部分２が排気管１に取付られている
。 ここで上記空燃比検知枠部分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両地である、例えば平板状で窓部
な有したスピネル質の２枚のグリーンシートの間に、電
熱ヒータどする白金質の抵抗体およびモのリード線をは
さんで積層圧着後一体焼結することにより得たセラミッ
ク＠層構造の酸素ポンプ素子３と、第９− ５図に示したように、酸素ポンプ素子３と同様の過程に
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
、例えばヂ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
ゲージをはさんで重ね合わせにした状態でその足元部を
スペーサ（ｉｆ熱性セラミック質接着剤）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、上記演算増幅器ＣＡ＞の
非反転入ノコ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
Ｓ累ポンプ索子３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。直流
電源（Ｂ）から供給される上記ポンプ電流Ｉｌｌに対応
した出力信号を出力端子２５に得るために抵抗（Ｒｏ）
を備えている。（Ｃ）はコンデンサである。また酸素濃
淡電池素子１０が排気管１内で酸素濃麿の差に応じて生
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８．１１）には、それぞれ加
熱用の電源２７おＪ：び２８が導通されている。 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。 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（燃石過ｍ域）では小さな抵抗値を
示し、イして理論空燃比１４．７付近で急激に増大し、
理論空燃比１４．７より大きい範囲の空燃比域（燃料希
薄域）では、大きな抵抗値を示す。第８図は基準電圧（
Ｖｒ　）を例えば２０ｍ　Ｖ　一定にしたもので、起電
力ｅを２０ｍ　Ｖ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Ｉ１１は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（！料希薄
域）では上記ポンプ電流Ｉ１１．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図に示すこと杢特性を利
用するものである。 抵抗値の変化を検知する出力端子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邸るＰＱ
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（燃料希薄域）を感知させるようにず
や。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、この時の酸素ポンプ素子３のポンプ電流１
ｐに対応１２− した出力信号を検知づることにｊ：り燃料過濃域での木
目細かな制御または測定ができる。また上記機関が燃料
希薄域で、運転された場合は、上記金属酸化物半導体１
７の抵抗値は［）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、流すに対応した出力信
号を検知することによ、り燃料希薄域での木目細かな制
御または測定がで、きる。 ・また１−記機関を理ｆｉｉ１空燃比１４．７にく制御
する場合は、抵抗値を検知する出〃嘲了２６では理論空
燃比１４．７（−１近で低粋値が急激に低減する特性を
！す用し、直接または間接的なフィードバック１制御信
号とし、て用いて空燃比ｆｉ制御を行なう。上記格成に
より燃料過淵域理諭空燃比点および燃料希薄域の全範囲
においてト記機関の空燃比を正確にかつ応答性よく測定
することが可能な空燃比検知装置を得ることがｒぎるの
であや。またこのことを利用すれば希望の空燃比を設定
、°づれば排気管１に取付けられた空燃比検知枠部分２
により現状の空燃比をすみやかに検知し、そのフィード
バックにより連続し１３− 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ｒ；希薄域においてポンプ電流ｌｐ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号に記載されている。 すなわら小間隙ｆ内に導入された排気ガスの酸素分圧を
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
１ノ１気管１内を流れる排気ガスの酸素分圧と差賃をも
たせ、この酸素分圧の差異に応じて発生する」−記酸素
濃淡電池素子１０の起電力Ｃが一定となるにうに上記酸
素ポンプ索子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ｖ１気ガス中の
酸素８Ｍ麿に比例して変化することが判明したのである
。なお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ガスに感応覆るためと思わ
れる。 第９図に空燃比検知枠部分２の他の実施例を示す。 本実施例では電熱ヒータ８および１５を内股する高熱伝
導性電気絶縁性素地７．９および１４．１６の外周部が
、各々のイオン伝導性固体電解質６おｊ、び１３をなづ
部分から外力に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　ａ３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【ノられる電熱ヒ
ータ８．１５と金属酸化物半導体１７および各リード線
１８の設置が容易どなる、７上記実施例では酸系ポンプ
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、月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、被測定ガスの温庶が常に充分に高くて、特に
加熱しなくても各素子および金属酸化物４′導体が活性
化されるｊ；うな場合には、ヒータ゛を省略しうる。 上記実施例では金属酸化物半導体１７の抵抗値を用いて
燃料過濃域と燃判希Ｎ域との判断基準とｔノだが、他に
第１０図に示づ如く直列抵抗と相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。 酸素ポンプ素子３のボンレ電流Ｉ１１の向きは小間隙ｆ
から酸素を汲み出す方向（’Ｉ　ｐ　＞’　Ｏ）に流し
たが、逆に排気管１内の゛ｉ１気゛ガス中から酸素を汲
み込む方向ｕｐ＜０）に流しても酸素８１淡電池素子１
０の出力を一定とするポンプ電流Ｉｔ）は第６図に示す
如く空燃比に対応して変化するので、そのようにしたと
きの特性番利用してもよい。 また酸素ポンプ素子３のポンプ電流１ｐ　（小間隙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゛御したとぎの酸素濃淡電池素子１０
の発生起電力。も空燃比に蘂応して変化するのでそのよ
うに′したときの特性を利用本発明は上記空燃比検知枠
部２より得られる緒特性などを°単独、もしくは複数利
用してそれぞれフィードバック制御するように必要に応
じて随時頻繁にモードを切換えながら全運転範囲で連続
的１６− に空燃比のフィードバック制御を行わしめるものである
。 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１’−’Ｉ線に沿う断面図、第３
図は第２図のＦ−Ｉ線に沿う断面図、第４図は第２図の
側」■線に沿う断面図、第５図は酸素濃淡電池菓子の分
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ｍ１ｌＨｔｓ物半導体の抵抗値どの氷化を示す特
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１ｐの空燃比に
対する変化を示す特性図、第９図は空燃比検知部分の他
の実施例を示す断面図、第１０図は空燃比と印加電圧の
％との変化を示す特行図、第１１図は酸素濃淡電池素子
の起電力０を一定とする酸素ポンプ素子８押し込みポン
プ電流Ｉ′ｐの空燃比に対する変化を示す特性図である
。 図中　１・・・排気管　３・・・固体電解質酸素ボン１
７− プ素子　７．９．１４．１６・・・高熱伝導性電気絶縁
性素地　１０・・・固体電解質酸素ｉＩｉ！淡電池素電
池素子・・・金属酸化物半導体　ｆ・・・小間隙 代即人　石黒健二 １８−

Claims (1)

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−一けた固体電解質−素晴淡電池素子およｑ固体電解
   質ｌ索ポンＹ素子を備え、その、少なくとも方の片側面
   ト該多孔性電極の部分を開口する窓を有し、１つ内部に
   電熱ヒータを内蔵した高熱隼導性素坤を設け、前記準素
   淵淡電池素子または酸素ポンス轡子の前昼己高熱伝導性
   素貌側面に金属酸化物半導体を設け、前記酸素濃淡電池
   家子午前記酸素ボン／素子とを小間隙を介駿て対向、配
   置）　、・ 、前記金属酸化物半導体により与えられる電気性震の変
   化と、前記酸素濃埼電池幕子９起電力または前記酸素ポ
   ンプ素子のポンプ電流のいずれかによって与えられるｊ
   す信号とににり空燃比を検知するようにした空燃比検知
   装置。