JPS6029066B2 - 空燃比制御信号発生装置 - Google Patents
空燃比制御信号発生装置Info
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- JPS6029066B2 JPS6029066B2 JP54095575A JP9557579A JPS6029066B2 JP S6029066 B2 JPS6029066 B2 JP S6029066B2 JP 54095575 A JP54095575 A JP 54095575A JP 9557579 A JP9557579 A JP 9557579A JP S6029066 B2 JPS6029066 B2 JP S6029066B2
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- electrode layer
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- diaphragm
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- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1473—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
- F02D41/1475—Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
- F02D41/1476—Biasing of the sensor
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- G—PHYSICS
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- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、雰囲気温度に大きく左右されることなく空
燃比（空気と燃料との比）のフィードバック制御を可能
にする空燃比制御信号発生装置に関する。
燃比（空気と燃料との比）のフィードバック制御を可能
にする空燃比制御信号発生装置に関する。
自動車用エンジン等の燃焼装置においては、大気浄化の
ための排出ガス規制が設定されているが、この排出ガス
規制に適合させるための一手段として三元触媒方式があ
る。
ための排出ガス規制が設定されているが、この排出ガス
規制に適合させるための一手段として三元触媒方式があ
る。
この三元触媒方式は、一酸化炭素および炭化水素の酸化
と窒素酸化物の還元とを触媒の助けにより同時におこな
わせ、排出ガス中の有毒ガス三成分を無害な二酸化炭素
、水蒸気および窒素に変換して清浄化をはかろうとする
ものである。このときに使用される三元触媒は、空気と
燃料との混合気が理論空燃比であるときに最も有効には
たらくため、三元触媒方式では混合気を常に理論空燃比
に保持しておくことが重要である。
と窒素酸化物の還元とを触媒の助けにより同時におこな
わせ、排出ガス中の有毒ガス三成分を無害な二酸化炭素
、水蒸気および窒素に変換して清浄化をはかろうとする
ものである。このときに使用される三元触媒は、空気と
燃料との混合気が理論空燃比であるときに最も有効には
たらくため、三元触媒方式では混合気を常に理論空燃比
に保持しておくことが重要である。
そこで、混合気を理論空燃比に保持するための一手段と
して、理論空燃比を境に起電力が急激に変化する酸素セ
ンサ素子の信号を入力源とする空燃比制御装置がある。
第１図は現在広く実用化されている酸素センサ素子の模
式的断面図であって、一端を閉塞した酸素イオン伝導性
固体電解質管１の外表面に、排出ガスＥと接触可能にし
た測定側電極層２を設けると共に、固体電解質管１の内
表面に、大気Ｇと接触可能にした基準側電極層３を設け
た構造をなすものである。
して、理論空燃比を境に起電力が急激に変化する酸素セ
ンサ素子の信号を入力源とする空燃比制御装置がある。
第１図は現在広く実用化されている酸素センサ素子の模
式的断面図であって、一端を閉塞した酸素イオン伝導性
固体電解質管１の外表面に、排出ガスＥと接触可能にし
た測定側電極層２を設けると共に、固体電解質管１の内
表面に、大気Ｇと接触可能にした基準側電極層３を設け
た構造をなすものである。
この場合、一般的には固体電解質管１にはＣａ０やＹ２
０３などで安定化したＺｒ０２暁給体が用いられ、電極
層２，３には白金が用いられる。一方、排出ガスＥ中の
酸素濃度は、ほぼエンジン等の燃焼装置の空燃比によっ
て決まり、第２図に破線で示すように空燃比の対して徐
々に変化する特性を示す。
０３などで安定化したＺｒ０２暁給体が用いられ、電極
層２，３には白金が用いられる。一方、排出ガスＥ中の
酸素濃度は、ほぼエンジン等の燃焼装置の空燃比によっ
て決まり、第２図に破線で示すように空燃比の対して徐
々に変化する特性を示す。
しかし、酸素センサ素子の表面においては、電極層２の
触媒作用によって電極表面部の排出ガスに酸素反応を生
じ、その結果理論空燃比よりリッチ側では酸素濃度がほ
とんど零になる。そのため、酸素センサ素子の出力電圧
は理論空燃比を境に急激に変化し、第２図に実線で示す
ような特性（温度６００ｑ○）を示す。そこで、従来の
空燃比制御装置では、前記酸素センサ素子の出力電圧特
性を利用し、理論空燃比に相当する一定の比較電圧（た
とえば第２図の場合に５００Ｖ）と酸素センサ素子の出
力電圧とを比較器により比較し、出力電圧が比較電圧よ
りも高いときには燃料過剰側（リッチ側）の濃い混合器
であると判定して混合気を薄くするための指令を出し、
出力電圧が比較電圧よりも低いときには空気過剰側（リ
ーン側）の薄い混合気であると判定して混合気を濃くす
るための指令を出すことによって、混合気が常に理論空
燃比にあるようにフィードバック制御していた。
触媒作用によって電極表面部の排出ガスに酸素反応を生
じ、その結果理論空燃比よりリッチ側では酸素濃度がほ
とんど零になる。そのため、酸素センサ素子の出力電圧
は理論空燃比を境に急激に変化し、第２図に実線で示す
ような特性（温度６００ｑ○）を示す。そこで、従来の
空燃比制御装置では、前記酸素センサ素子の出力電圧特
性を利用し、理論空燃比に相当する一定の比較電圧（た
とえば第２図の場合に５００Ｖ）と酸素センサ素子の出
力電圧とを比較器により比較し、出力電圧が比較電圧よ
りも高いときには燃料過剰側（リッチ側）の濃い混合器
であると判定して混合気を薄くするための指令を出し、
出力電圧が比較電圧よりも低いときには空気過剰側（リ
ーン側）の薄い混合気であると判定して混合気を濃くす
るための指令を出すことによって、混合気が常に理論空
燃比にあるようにフィードバック制御していた。
さらに進んで、前記一端閉塞型の固体電解質管１を用い
た酸素センサ素子では基準酸素分圧として大気を導入し
なければならないこと、小型化が困難であること、破損
を生じやすいことなどの欠点を有するため、第３図およ
び第４図に示すような積層型の酸素センサ素子も開発さ
れている。
た酸素センサ素子では基準酸素分圧として大気を導入し
なければならないこと、小型化が困難であること、破損
を生じやすいことなどの欠点を有するため、第３図およ
び第４図に示すような積層型の酸素センサ素子も開発さ
れている。
これは、基板として強度を保持する隔膜層５上に、基準
側電極層６、酸素イオン伝導性固体電解質層７および測
定側電極層８を順次穣層し、前記固体電解質層７で測定
側電極層８から基準側電極層６へ向けて（第３図の場合
）、あるいは基準側電極層６から測定側電極層８へ向け
て（第４図の場合）酸素イオンの移動を生じさせる電流
１（１）または１（ロ）を流す直流電源９を接続すると
共に、両電極層６，８間に生ずる出力電圧Ｖ（１）また
はＶ（０）を測定するようにした構成をなすものである
。そして、第３図に示す酸素センサ素子では、直流電源
９からの電流１（１）によって、測定側電極層８に存在
する酸素イオンとして固体電解質層７内を移動して基準
側電極層６に到達し、再び酸素となって基準側電極層６
に蓄積される。
側電極層６、酸素イオン伝導性固体電解質層７および測
定側電極層８を順次穣層し、前記固体電解質層７で測定
側電極層８から基準側電極層６へ向けて（第３図の場合
）、あるいは基準側電極層６から測定側電極層８へ向け
て（第４図の場合）酸素イオンの移動を生じさせる電流
１（１）または１（ロ）を流す直流電源９を接続すると
共に、両電極層６，８間に生ずる出力電圧Ｖ（１）また
はＶ（０）を測定するようにした構成をなすものである
。そして、第３図に示す酸素センサ素子では、直流電源
９からの電流１（１）によって、測定側電極層８に存在
する酸素イオンとして固体電解質層７内を移動して基準
側電極層６に到達し、再び酸素となって基準側電極層６
に蓄積される。
この蓄積された酸素量が多くなって酸素分圧が高くなり
、これが一定値以上になると前記固体電解質層７中の気
孔を通って外部に放出され、基準側電極層６に蓄積され
る酸素分圧はほぼ一定した値に保持される。そして、た
とえば６００ｑｏにおいて電流１（１）＝３仏Ａとした
ときにその他の条件にもよるが上記基準酸素分圧は１び
〜１ぴａｔｍ程度となり、空燃比と出力電圧Ｖ（１）と
の関係は第５図に実線で示すようになる。また、第４図
に示す酸素センサ素子では、直流電源９からの電流１（
Ｄ）によって、基準側電極層６に存在する酸素が酸素イ
オンとして固体電解質層７を移動して測定側電極層８に
到達し、外部に放出される。そして、基準側電極層６に
おける酸素分圧が低くなりすぎると前記固体電解質層７
中の気孔を通って被測定ガスが吸込まれ、基準側電極層
６における酸素分圧はほぼ一定した値に保持される。そ
して、たとえば６００ｑｏにおいて電流１（１）＝３〃
Ａとしたときにその他の条件にもよるが上記基準酸素分
圧は１０‐２ｏ〜１０‐２もｔｍ程度となり、空燃比と
出力電圧Ｖ（０）との関係は第５図に破線で示すように
なる。第６図は前記酸素センサ素子の固体電解質層７の
抵抗Ｒと酸素センサ素子温度との関係を示すもので、素
子温度が低くなるにつれて抵抗Ｒが増大している。
、これが一定値以上になると前記固体電解質層７中の気
孔を通って外部に放出され、基準側電極層６に蓄積され
る酸素分圧はほぼ一定した値に保持される。そして、た
とえば６００ｑｏにおいて電流１（１）＝３仏Ａとした
ときにその他の条件にもよるが上記基準酸素分圧は１び
〜１ぴａｔｍ程度となり、空燃比と出力電圧Ｖ（１）と
の関係は第５図に実線で示すようになる。また、第４図
に示す酸素センサ素子では、直流電源９からの電流１（
Ｄ）によって、基準側電極層６に存在する酸素が酸素イ
オンとして固体電解質層７を移動して測定側電極層８に
到達し、外部に放出される。そして、基準側電極層６に
おける酸素分圧が低くなりすぎると前記固体電解質層７
中の気孔を通って被測定ガスが吸込まれ、基準側電極層
６における酸素分圧はほぼ一定した値に保持される。そ
して、たとえば６００ｑｏにおいて電流１（１）＝３〃
Ａとしたときにその他の条件にもよるが上記基準酸素分
圧は１０‐２ｏ〜１０‐２もｔｍ程度となり、空燃比と
出力電圧Ｖ（０）との関係は第５図に破線で示すように
なる。第６図は前記酸素センサ素子の固体電解質層７の
抵抗Ｒと酸素センサ素子温度との関係を示すもので、素
子温度が低くなるにつれて抵抗Ｒが増大している。
ところで、第３図および第４図に示す酸素センサ素子で
は、基準側電極層６と測定側電極層８との間で直流電源
９および出力電圧測定手段を接続するようにしているた
め、定電流１（１）または１（ロ）を流すことにより固
体電解質層７（抵抗Ｒ（Ｔ））の両端に生ずる電圧１（
１）×Ｒ（Ｔ）または１（０）×Ｒ（Ｔ）が酸素センサ
素子自体の起電力に加算された出力電圧Ｖ（１）または
Ｖ（ロ）として測定されることになり、したがって出力
電圧Ｖ（１）またはＶ（０）は温度によって大きく変動
することになって第７図および第８図に示す如く温度が
低いほど出力電圧が上昇した特性を示すようになる。
は、基準側電極層６と測定側電極層８との間で直流電源
９および出力電圧測定手段を接続するようにしているた
め、定電流１（１）または１（ロ）を流すことにより固
体電解質層７（抵抗Ｒ（Ｔ））の両端に生ずる電圧１（
１）×Ｒ（Ｔ）または１（０）×Ｒ（Ｔ）が酸素センサ
素子自体の起電力に加算された出力電圧Ｖ（１）または
Ｖ（ロ）として測定されることになり、したがって出力
電圧Ｖ（１）またはＶ（０）は温度によって大きく変動
することになって第７図および第８図に示す如く温度が
低いほど出力電圧が上昇した特性を示すようになる。
このため、空燃比制御装置において比較電圧Ｖｃを０．
５Ｖの一定電圧に設定したとすると、酸素センサ素子温
度が４５０ｏｏ以下の場合に出力電圧Ｖ（１），Ｖ（０
）が比較電圧Ｖｃよりも低くならないので、空燃比のフ
ィードバック制御が不可能になる。
５Ｖの一定電圧に設定したとすると、酸素センサ素子温
度が４５０ｏｏ以下の場合に出力電圧Ｖ（１），Ｖ（０
）が比較電圧Ｖｃよりも低くならないので、空燃比のフ
ィードバック制御が不可能になる。
換言すれば、酸素センサ素子の温度がかなり高く、たと
えば５５０ｑｏ以上にならないと安定した空燃比のフィ
ードバック制御ができなくなるという問題を有していた
。この発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し
、酸素センサ素子温度が低い場合においても前記温度に
左右されることなく安定した空燃比制御信号を発生して
良好な空燃比のフィードバック制御をおこなうことがで
きるようにした空燃比制御信号発生装置を提供すること
にある。
えば５５０ｑｏ以上にならないと安定した空燃比のフィ
ードバック制御ができなくなるという問題を有していた
。この発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し
、酸素センサ素子温度が低い場合においても前記温度に
左右されることなく安定した空燃比制御信号を発生して
良好な空燃比のフィードバック制御をおこなうことがで
きるようにした空燃比制御信号発生装置を提供すること
にある。
この発明は、それぞれに隔膜層、基準側電極層、酸素イ
オン伝導性固体電解質層および測定側電極層を順次積層
した二組の酸素センサ素子の前記両基準側電極層の間も
しくは両側定側電極層の間のいずれか一方を電気的に導
通させて制御電圧の取り出しを可能にすると共に、前記
両固体電解質層内で各々反対方向の酸素イオンの移動を
生じさせる定電圧電源を接続し、前記制御電圧と比較電
圧を比較回路に入力して両電圧の大小に対応した空燃比
制御信号を発生させるようにしたことを特徴としている
。
オン伝導性固体電解質層および測定側電極層を順次積層
した二組の酸素センサ素子の前記両基準側電極層の間も
しくは両側定側電極層の間のいずれか一方を電気的に導
通させて制御電圧の取り出しを可能にすると共に、前記
両固体電解質層内で各々反対方向の酸素イオンの移動を
生じさせる定電圧電源を接続し、前記制御電圧と比較電
圧を比較回路に入力して両電圧の大小に対応した空燃比
制御信号を発生させるようにしたことを特徴としている
。
以下、この発明の実施例を図面に基いて詳細に説明する
。
。
第９図はこの発明の一実施例を示すもので、第１隔膜層
と第ロ隅膜層とを共通の一体物よりなりかつ構造基体と
しての強度を保持する隔膜層１１から形成し、前記隔膜
層１１の片面側に第１基準側電極層１２Ａ、多孔性の酸
素イオン伝導性固体電解質層１３Ａおよび第１測定側電
極層１４Ａを順次薄層して第１酸素センサ素子を形成す
ると共に、隅膜層１１の反対面側に第ロ基準側電極層１
２Ｂ、多孔性の酸素イオン伝導性第０固体電解質層１３
Ｂおよび第ロ測定側電極層１４Ｂを順次積層して第ロ酸
素センサ素子を形成している。
と第ロ隅膜層とを共通の一体物よりなりかつ構造基体と
しての強度を保持する隔膜層１１から形成し、前記隔膜
層１１の片面側に第１基準側電極層１２Ａ、多孔性の酸
素イオン伝導性固体電解質層１３Ａおよび第１測定側電
極層１４Ａを順次薄層して第１酸素センサ素子を形成す
ると共に、隅膜層１１の反対面側に第ロ基準側電極層１
２Ｂ、多孔性の酸素イオン伝導性第０固体電解質層１３
Ｂおよび第ロ測定側電極層１４Ｂを順次積層して第ロ酸
素センサ素子を形成している。
そして、前記第１基準側電極層１２Ａと第□基準側電極
層１２Ｂとの間を電気的に導通させて制御電圧Ｖｓの取
り出しを可能にすると共に、残りの第ロ測定側電極層１
４Ｂと第１測定側電極層１４Ａとの間に抵抗Ｒ，を介し
て定電圧電源ＶＢを接続する。したがって、両固体電解
質層１３Ｂ，１３Ａ内を電流ｌｓが流れ、第１酸素セン
サ素子側では、第１測定側電極層１４Ａから第１基準側
電極層１２Ａへ向けて第１団体電解質層１３Ａ内で酸素
イオンの移動を生ずると共に、第０酸素センサ素子側で
は、前記とは反対に第０基準側電極層１２Ｂから第ロ測
定側電極層１４Ｂへ向けて第０固体電解質層１３Ｂ内で
酸素イオンの移動を生じ、それぞれに前記第３図および
第４図をもとに説明したと同様の出力電圧特性を得るこ
とができる。さらに、前記制御電圧Ｖｓを比較回路の比
較器１５のプラス側に入力すると共に、一定の電圧値を
有する比較電圧Ｖｃを比較器１５のマイナス側に入力す
る。また、比較器１５の出力側は抵抗Ｒ２を介してスイ
ッチングトランジスタ１６のベースに入力し、トランジ
スタ１６のコレクタ側を抵抗Ｒ３を介して定電圧電源Ｖ
Ｅに接続すると共に、ベース側を抵抗Ｒ４を介して接地
しかつ制御信号Ｓの取り出しを可能にしている。そこで
、たとえばリッチ雰囲気にあるときには制御電圧Ｖｓの
方が比較電圧Ｖｃよりも大きくなって比較器１５より出
力が発生し、スイッチングトランジスタ１６が作動して
一定電圧の空燃比制御信号Ｓが送出され、空燃比をリー
ン側に移動させる指令を出して理論空燃比に近づけるよ
うにする。
層１２Ｂとの間を電気的に導通させて制御電圧Ｖｓの取
り出しを可能にすると共に、残りの第ロ測定側電極層１
４Ｂと第１測定側電極層１４Ａとの間に抵抗Ｒ，を介し
て定電圧電源ＶＢを接続する。したがって、両固体電解
質層１３Ｂ，１３Ａ内を電流ｌｓが流れ、第１酸素セン
サ素子側では、第１測定側電極層１４Ａから第１基準側
電極層１２Ａへ向けて第１団体電解質層１３Ａ内で酸素
イオンの移動を生ずると共に、第０酸素センサ素子側で
は、前記とは反対に第０基準側電極層１２Ｂから第ロ測
定側電極層１４Ｂへ向けて第０固体電解質層１３Ｂ内で
酸素イオンの移動を生じ、それぞれに前記第３図および
第４図をもとに説明したと同様の出力電圧特性を得るこ
とができる。さらに、前記制御電圧Ｖｓを比較回路の比
較器１５のプラス側に入力すると共に、一定の電圧値を
有する比較電圧Ｖｃを比較器１５のマイナス側に入力す
る。また、比較器１５の出力側は抵抗Ｒ２を介してスイ
ッチングトランジスタ１６のベースに入力し、トランジ
スタ１６のコレクタ側を抵抗Ｒ３を介して定電圧電源Ｖ
Ｅに接続すると共に、ベース側を抵抗Ｒ４を介して接地
しかつ制御信号Ｓの取り出しを可能にしている。そこで
、たとえばリッチ雰囲気にあるときには制御電圧Ｖｓの
方が比較電圧Ｖｃよりも大きくなって比較器１５より出
力が発生し、スイッチングトランジスタ１６が作動して
一定電圧の空燃比制御信号Ｓが送出され、空燃比をリー
ン側に移動させる指令を出して理論空燃比に近づけるよ
うにする。
このとき、たとえば定電圧電源ＶＥを１２Ｖ、抵抗Ｒ３
，Ｒ４を各々１１ＫＱ，ＩＫＱとすれば、定電圧ＩＶの
制御信号Ｓが送出される。これをさらに第１０図に示す
等価回路をもとにして説明すると、第１酸素センサ素子
と第０酸素センサ素子とは直列に接続されていることか
ら、両酸素センサ素子には同じ電流ｌｓが流れ、定電圧
電源の電圧をＶｓ、第１酸素センサ素子の内部抵抗をＲ
（１）、第Ｄ酸素センサ素子の内部抵抗をＲ（ロ）とし
、さらに第１および第Ｄ酸素センサ素子の起電力をそれ
ぞれＥ（１）およびＥ（Ｄ）とすると、電流ｌｓは、，
Ｓ＝ＶＢ−の（１）十Ｅ（ロ）） ………｛１）
Ｒ（１）十Ｒ（０）で表わされる。
，Ｒ４を各々１１ＫＱ，ＩＫＱとすれば、定電圧ＩＶの
制御信号Ｓが送出される。これをさらに第１０図に示す
等価回路をもとにして説明すると、第１酸素センサ素子
と第０酸素センサ素子とは直列に接続されていることか
ら、両酸素センサ素子には同じ電流ｌｓが流れ、定電圧
電源の電圧をＶｓ、第１酸素センサ素子の内部抵抗をＲ
（１）、第Ｄ酸素センサ素子の内部抵抗をＲ（ロ）とし
、さらに第１および第Ｄ酸素センサ素子の起電力をそれ
ぞれＥ（１）およびＥ（Ｄ）とすると、電流ｌｓは、，
Ｓ＝ＶＢ−の（１）十Ｅ（ロ）） ………｛１）
Ｒ（１）十Ｒ（０）で表わされる。
なお、この実施例では原理的に影響がないため抵抗Ｒ，
の存在を無視して話を進める。また、雰囲気が理論空燃
比よりもリッチ側あるいはリーン側の場合に両酸素セン
サ素子に発生する起電力Ｅ（１），Ｅ（ロ）は、酸素セ
ンサ素子の温度により多少変動するが、おおよそ次のよ
うになる。
の存在を無視して話を進める。また、雰囲気が理論空燃
比よりもリッチ側あるいはリーン側の場合に両酸素セン
サ素子に発生する起電力Ｅ（１），Ｅ（ロ）は、酸素セ
ンサ素子の温度により多少変動するが、おおよそ次のよ
うになる。
したがって、酸素センサ素子に流れる電流ｌｓは、雰囲
気がリッチ側であろうとりーン側であるうと両酸素セン
サ素子の起電力の和が同じであるため、酸素センサ素子
温度が変動しない限りは前記式ｍに示すように一定であ
り、それぞれの酸素センサ素子の基準側電極層における
酸素分圧が雰囲気の変動によってほとんど変化しないと
いう利点を有することがわかる。
気がリッチ側であろうとりーン側であるうと両酸素セン
サ素子の起電力の和が同じであるため、酸素センサ素子
温度が変動しない限りは前記式ｍに示すように一定であ
り、それぞれの酸素センサ素子の基準側電極層における
酸素分圧が雰囲気の変動によってほとんど変化しないと
いう利点を有することがわかる。
また、両酸素センサ素子の内部抵抗Ｒ（１），Ｒ（ロ）
は温度によって変化するが、たとえば使用中に酸素セン
サ素子の温度が変動したときでも構造的に見てＲ（１）
＝Ｒ（ロ）＝Ｒ（Ｔ）の関係は維持されるため、前記式
（１）は、ＩＳ＝Ｖ８−の（１）十Ｅ（０））
………■恋（Ｔ）の形で表わされる。
は温度によって変化するが、たとえば使用中に酸素セン
サ素子の温度が変動したときでも構造的に見てＲ（１）
＝Ｒ（ロ）＝Ｒ（Ｔ）の関係は維持されるため、前記式
（１）は、ＩＳ＝Ｖ８−の（１）十Ｅ（０））
………■恋（Ｔ）の形で表わされる。
ところで、酸素センサ素子の内部抵抗Ｒ（Ｔ）は、第６
図に示すような温度依存性をもつことから、前記式【２
）より電流ｌｓも素子温度の変化にしたがって変化する
ことがわかる。
図に示すような温度依存性をもつことから、前記式【２
）より電流ｌｓも素子温度の変化にしたがって変化する
ことがわかる。
すなわち、素子温度が低く、固体電解質層内の気孔を通
って拡散するガス量が少ないときは、各々の酸素センサ
素子に流れる電流ｌｓは小さくなる。また、素子温度が
高く、固体電解質層内の気孔を通って拡散するガス量が
多いときは、各々の酸素センサ素子に流れる電流ｌｓは
大きくなる。そこで、定電圧電源ＶＢを５．０Ｖとした
場合において酸素センサ素子に流れる電流ｌｓと酸素セ
ンサ素子温度との関係を第１１図に示す。一方、空燃比
フィードバック制御用の制御電圧Ｖｓは、第１０図から
明らかなように、Ｖｓ＝Ｅ（１）十Ｒ（１）・ｌｓ で表わされ、前記のようにＲ（１）＝Ｒ（Ｔ），ｌｓを
代入すればＶｓ＝Ｅ（１）十Ｒ（Ｔ）．ＶＢ伍（１）十
Ｅ（ロ））駅（Ｔ）＝Ｅ（・）十ＶＢ−の。
って拡散するガス量が少ないときは、各々の酸素センサ
素子に流れる電流ｌｓは小さくなる。また、素子温度が
高く、固体電解質層内の気孔を通って拡散するガス量が
多いときは、各々の酸素センサ素子に流れる電流ｌｓは
大きくなる。そこで、定電圧電源ＶＢを５．０Ｖとした
場合において酸素センサ素子に流れる電流ｌｓと酸素セ
ンサ素子温度との関係を第１１図に示す。一方、空燃比
フィードバック制御用の制御電圧Ｖｓは、第１０図から
明らかなように、Ｖｓ＝Ｅ（１）十Ｒ（１）・ｌｓ で表わされ、前記のようにＲ（１）＝Ｒ（Ｔ），ｌｓを
代入すればＶｓ＝Ｅ（１）十Ｒ（Ｔ）．ＶＢ伍（１）十
Ｅ（ロ））駅（Ｔ）＝Ｅ（・）十ＶＢ−の。
書十Ｅ（□刀＝学＋Ｅ（１苧皿 ‐‐‐‐‐…‐‘３
’で表わされる。
’で表わされる。
そこで、上記式脚に示すように、制御電圧Ｖｓは酸素セ
ンサ素子の抵抗Ｒ（Ｔ）に無関係であるため、第７図を
もとに説明した酸素センサ素子温度と出力電圧との関係
に左右されることがなくなり、酸素センサ素子の起電力
Ｅ（１），Ｅ（０）の温度依存性を別とすれば酸素セン
サ素子温度にはほとんど影響されず、雰囲気の変動すな
わちリッチ側からリーン側へあるいはその反対側への変
動だけにより制御電圧Ｖｓが変化することになる。
ンサ素子の抵抗Ｒ（Ｔ）に無関係であるため、第７図を
もとに説明した酸素センサ素子温度と出力電圧との関係
に左右されることがなくなり、酸素センサ素子の起電力
Ｅ（１），Ｅ（０）の温度依存性を別とすれば酸素セン
サ素子温度にはほとんど影響されず、雰囲気の変動すな
わちリッチ側からリーン側へあるいはその反対側への変
動だけにより制御電圧Ｖｓが変化することになる。
そして、このよううな制御電圧Ｖｓの特性は空燃此フィ
ードバック用の制御信号として理想的なものである。第
１２図は定電圧電源Ｖｓの電圧を０．５Ｖとした場合の
制御電圧Ｖｓと酸素センサ素子温度との関係を示すもの
で、第９図に示す電流の方向とした場合にリッチ側雰囲
気では第１酸素センサ素子の起電力Ｅ（１）が約１．肌
となり、第ロ酸素センサ素子の起電力Ｅ（０）が約０．
１Ｖとなるため、これを式‘３｝に代入すれば制御電圧
Ｖｓが約３Ｖとなる。
ードバック用の制御信号として理想的なものである。第
１２図は定電圧電源Ｖｓの電圧を０．５Ｖとした場合の
制御電圧Ｖｓと酸素センサ素子温度との関係を示すもの
で、第９図に示す電流の方向とした場合にリッチ側雰囲
気では第１酸素センサ素子の起電力Ｅ（１）が約１．肌
となり、第ロ酸素センサ素子の起電力Ｅ（０）が約０．
１Ｖとなるため、これを式‘３｝に代入すれば制御電圧
Ｖｓが約３Ｖとなる。
また、リーン側雰囲気では同様にして制御電圧Ｖｓが約
２Ｖとなる。そこで、比較電圧Ｖｃを２．５Ｖとすれば
、リッチ側雰囲気で比較器１ ５が出力を発生してトラ
ンジスタ１６を動作させ、前述の条件では定電圧ＩＶの
制御信号Ｓが送出され、空燃比をリーン側に移動させて
理論空燃比付近に保持しうるようなフィードバック制御
をおこなう。また、リーン側雰囲気では比較器１５が出
力を発生しないためトランジスタ１６が不動作状態とな
り、定電圧ＯＶの制御信号Ｓが送出され、空燃比をリッ
チ側に移動させて理論空燃比付近に保持しうるようなフ
ィードバック制御をおこなつｏ第１３図はこの発明の他
の実施例を示すもので、第１隔膜層と第０隔腰層とを共
通の一体物よりなる隔膜層１１から形成する場合に、隔
膜層１１を電子伝導性の金言付丸榛体として第９図の両
基準側電極層１２Ａ，１２Ｂを兼備させ、さらに第９図
の両固体電解質層１３Ａ，１３Ｂを共通の一体物よりな
る固体電解質層１３から形成してこれを隔膜層１１の周
囲に積層し、この固体電解質層１３の表面に相互に絶縁
状態で両側定側電極層１４Ａ，１４Ｂを積層した構造を
なすものである。そして、両側定側電極層ＩＡ，１４Ｂ
間に定電圧電源Ｖ８を接続することによって第９図の場
合と全く同機に良好な空燃比のフィードバック制御をお
こなう二値の制御信号を送出させることができる。この
とき、隔膜層１１としては白金を用いるのが好適であり
、性能上は第１および第０酸素センサ素子を備えている
ものの極めて小型化したものとすることができる。第１
４図はさらに他の実施例を示すもので、構造基体として
の強度を保持する隔膜層１１の同一面側で第１および第
０酸素センサ素子を積層し、第１、第ロ基準側電極層１
２Ａ，１２Ｂ間を電気的に導通させて比較器１５のプラ
ス側に入力したものである。
２Ｖとなる。そこで、比較電圧Ｖｃを２．５Ｖとすれば
、リッチ側雰囲気で比較器１ ５が出力を発生してトラ
ンジスタ１６を動作させ、前述の条件では定電圧ＩＶの
制御信号Ｓが送出され、空燃比をリーン側に移動させて
理論空燃比付近に保持しうるようなフィードバック制御
をおこなう。また、リーン側雰囲気では比較器１５が出
力を発生しないためトランジスタ１６が不動作状態とな
り、定電圧ＯＶの制御信号Ｓが送出され、空燃比をリッ
チ側に移動させて理論空燃比付近に保持しうるようなフ
ィードバック制御をおこなつｏ第１３図はこの発明の他
の実施例を示すもので、第１隔膜層と第０隔腰層とを共
通の一体物よりなる隔膜層１１から形成する場合に、隔
膜層１１を電子伝導性の金言付丸榛体として第９図の両
基準側電極層１２Ａ，１２Ｂを兼備させ、さらに第９図
の両固体電解質層１３Ａ，１３Ｂを共通の一体物よりな
る固体電解質層１３から形成してこれを隔膜層１１の周
囲に積層し、この固体電解質層１３の表面に相互に絶縁
状態で両側定側電極層１４Ａ，１４Ｂを積層した構造を
なすものである。そして、両側定側電極層ＩＡ，１４Ｂ
間に定電圧電源Ｖ８を接続することによって第９図の場
合と全く同機に良好な空燃比のフィードバック制御をお
こなう二値の制御信号を送出させることができる。この
とき、隔膜層１１としては白金を用いるのが好適であり
、性能上は第１および第０酸素センサ素子を備えている
ものの極めて小型化したものとすることができる。第１
４図はさらに他の実施例を示すもので、構造基体として
の強度を保持する隔膜層１１の同一面側で第１および第
０酸素センサ素子を積層し、第１、第ロ基準側電極層１
２Ａ，１２Ｂ間を電気的に導通させて比較器１５のプラ
ス側に入力したものである。
この場合にも、第１５図に示すようにリッチ側雰囲気で
制御電圧Ｖｓが比較電圧Ｖｃよりも大きくなり、前記と
同一条件の比較回路とすればＩＶの制御信号Ｓが送出さ
れ、リーン側雰囲気でＯＶの制御信号Ｓが送出される。
第１６図はさらに他の実施例を示すもので、隔膜層１１
の同一面側で第１および第０酸素センサ素子を積層し、
こんどは第１、第０測定側電極層１４Ａ，１４Ｂ間を電
気的に導通させて比較器１５のマイナス側に入力し、両
基準側電極層１２Ａ，１２Ｂ間に定電圧電源ＶＢを接続
し、基準電圧Ｖｃを比較器１５のプラス側に入力した場
合である。
制御電圧Ｖｓが比較電圧Ｖｃよりも大きくなり、前記と
同一条件の比較回路とすればＩＶの制御信号Ｓが送出さ
れ、リーン側雰囲気でＯＶの制御信号Ｓが送出される。
第１６図はさらに他の実施例を示すもので、隔膜層１１
の同一面側で第１および第０酸素センサ素子を積層し、
こんどは第１、第０測定側電極層１４Ａ，１４Ｂ間を電
気的に導通させて比較器１５のマイナス側に入力し、両
基準側電極層１２Ａ，１２Ｂ間に定電圧電源ＶＢを接続
し、基準電圧Ｖｃを比較器１５のプラス側に入力した場
合である。
このとき、第１、第ロ固体電解質層１３Ａ，１３Ｂ内に
おける酸素イオンの移動は第１４図の場合と反対方向に
なるため、第１７図に示すように、リーン側雰囲気で前
記と同じ条件の場合に制御電圧Ｖｓが約３Ｖとなり、リ
ッチ側雰囲気で制御電圧Ｖｓが約２Ｖとなる。そのため
、制御電圧Ｖｓを比較器１５のマイナス側に入力し、比
較電圧Ｖｃをプラス側に入力すれば、その後の空燃比制
御系統を前記と同じものとすることができる。第１８図
はさらに他の実施例を示すもので、第１４図の場合に両
基準側電極層１２Ａ，１２Ｂを別々に形成してリード線
により電気的に導通させているが、この実施例では両基
準側電極層１２Ａ，１２Ｂを共通の一体物よりなる基準
側電極層１２から形成している。したがって、隔膜層１
１が導電体であってもよく、さらには隔膜層１１と基準
側電極層１２とが同一物体からなるものであってもよい
。第１９図はさらに他の実施例を示すもので、第１４図
で別々に形成していた両固体電解質層１３Ａ，１３Ｂを
共通の一体物よりなる固体電解質層１３から形成した場
合を示している。
おける酸素イオンの移動は第１４図の場合と反対方向に
なるため、第１７図に示すように、リーン側雰囲気で前
記と同じ条件の場合に制御電圧Ｖｓが約３Ｖとなり、リ
ッチ側雰囲気で制御電圧Ｖｓが約２Ｖとなる。そのため
、制御電圧Ｖｓを比較器１５のマイナス側に入力し、比
較電圧Ｖｃをプラス側に入力すれば、その後の空燃比制
御系統を前記と同じものとすることができる。第１８図
はさらに他の実施例を示すもので、第１４図の場合に両
基準側電極層１２Ａ，１２Ｂを別々に形成してリード線
により電気的に導通させているが、この実施例では両基
準側電極層１２Ａ，１２Ｂを共通の一体物よりなる基準
側電極層１２から形成している。したがって、隔膜層１
１が導電体であってもよく、さらには隔膜層１１と基準
側電極層１２とが同一物体からなるものであってもよい
。第１９図はさらに他の実施例を示すもので、第１４図
で別々に形成していた両固体電解質層１３Ａ，１３Ｂを
共通の一体物よりなる固体電解質層１３から形成した場
合を示している。
第２０図はさらに他の実施例を示すもので、第１８図で
別々に形成していた両固体電解質層１３Ａ，１３Ｂを共
通の一体物よりなる固体電解質層１３から形成した場合
を示しており、この際にも隔膜層１１が導電体から形成
されてもよい。
別々に形成していた両固体電解質層１３Ａ，１３Ｂを共
通の一体物よりなる固体電解質層１３から形成した場合
を示しており、この際にも隔膜層１１が導電体から形成
されてもよい。
第２１図はさらに他の実施例を示すもので、第１６図の
場合に両側定側電極層１４Ａ，１４Ｂを別々に形成して
リード線により電気的に導通させているが、この実施例
では両側定側電極層１４Ａ，１４Ｂを共通の一体物より
なる測定側電極層１４から形成している。この場合にも
測定側電極層１４より取り出される制御電圧Ｖｓは比較
器１５のマイナス側に入力される。第２２図はさらに他
の実施例を示すもので、第２１図で別々に形成していた
両固体電解質層１３Ａ，１３Ｂを共通の一体物よりなる
固体電解質層１３から形成した場合を示している。
場合に両側定側電極層１４Ａ，１４Ｂを別々に形成して
リード線により電気的に導通させているが、この実施例
では両側定側電極層１４Ａ，１４Ｂを共通の一体物より
なる測定側電極層１４から形成している。この場合にも
測定側電極層１４より取り出される制御電圧Ｖｓは比較
器１５のマイナス側に入力される。第２２図はさらに他
の実施例を示すもので、第２１図で別々に形成していた
両固体電解質層１３Ａ，１３Ｂを共通の一体物よりなる
固体電解質層１３から形成した場合を示している。
第２３図はさらに他の実施例を示すもので、第１固体電
解質層１３Ａと第ロ固体電解質層１３Ｂとを共通の一体
物よりなりかつ構造基体としての強度を保持する固体電
解質層１３から形成し、この固体電解質層１３に第１測
定側電極層１４Ａ、第１基準側電極層１２Ａおよび第１
隔膜層１１Ａを糠層して第１酸素センサ素子を形成する
と共に、第０測定側電極層１４Ｂ、第ロ基準側電極層１
２Ｂおよび第０隔膜層１１Ｂを積属して第ロ酸素センサ
素子を形成し、両基準側電極層１２Ａ，１２Ｂの間の電
気的に接続して制御電圧Ｖｓの取り出しをおこない、両
側定側電極層１４Ａ，１４Ｂ間に定電圧電源Ｖ８を接続
した構造をなしている。
解質層１３Ａと第ロ固体電解質層１３Ｂとを共通の一体
物よりなりかつ構造基体としての強度を保持する固体電
解質層１３から形成し、この固体電解質層１３に第１測
定側電極層１４Ａ、第１基準側電極層１２Ａおよび第１
隔膜層１１Ａを糠層して第１酸素センサ素子を形成する
と共に、第０測定側電極層１４Ｂ、第ロ基準側電極層１
２Ｂおよび第０隔膜層１１Ｂを積属して第ロ酸素センサ
素子を形成し、両基準側電極層１２Ａ，１２Ｂの間の電
気的に接続して制御電圧Ｖｓの取り出しをおこない、両
側定側電極層１４Ａ，１４Ｂ間に定電圧電源Ｖ８を接続
した構造をなしている。
このとき、固体電解質層１３に構造基体としての強度を
保持させているため、必要な厚さを有していてガス不透
過性である場合には、両隔膜層１１Ａ，１１Ｂを多孔性
でガス透過性のものにし、両基準側電極層１２Ａ，１２
Ｂの界面における酸素分圧が安定した状態に維持されう
るようにしておく。当然のことながら、この場合にも両
隔膜層１１Ａ，１１Ｂのガス透過性の程度を適当に調整
しておく必要があることはいうまでもない。第２４図は
さらに他の実施例を示すもので、第２３図の場合に別々
に形成していた両基準側電極層１２Ａ，１２８を共通の
一体物よりなる基準側電極層１２から形成し、さらに第
２３図の場合に別々に形成していた両隔膜層１１Ａ，１
１Ｂを共通の一体物よりなる隔膜層１１から形成したも
のを示している。第２５図はさらに他の実施例を示すも
ので、第２３図の場合には両基準側電極層１２Ａ，１２
Ｂを導通させていたが、この実施例では両側定側電極層
１４Ａ，１４Ｂを電気的に導通させてこの部分より制御
電圧Ｖｓを取り出し、比較器１５のマイナス側に入力し
た場合を示している。
保持させているため、必要な厚さを有していてガス不透
過性である場合には、両隔膜層１１Ａ，１１Ｂを多孔性
でガス透過性のものにし、両基準側電極層１２Ａ，１２
Ｂの界面における酸素分圧が安定した状態に維持されう
るようにしておく。当然のことながら、この場合にも両
隔膜層１１Ａ，１１Ｂのガス透過性の程度を適当に調整
しておく必要があることはいうまでもない。第２４図は
さらに他の実施例を示すもので、第２３図の場合に別々
に形成していた両基準側電極層１２Ａ，１２８を共通の
一体物よりなる基準側電極層１２から形成し、さらに第
２３図の場合に別々に形成していた両隔膜層１１Ａ，１
１Ｂを共通の一体物よりなる隔膜層１１から形成したも
のを示している。第２５図はさらに他の実施例を示すも
ので、第２３図の場合には両基準側電極層１２Ａ，１２
Ｂを導通させていたが、この実施例では両側定側電極層
１４Ａ，１４Ｂを電気的に導通させてこの部分より制御
電圧Ｖｓを取り出し、比較器１５のマイナス側に入力し
た場合を示している。
もちろん、このときにも制御電圧Ｖｓを比較器１５のプ
ラス側に入力してもよいが、制御信号Ｓのもつ意味合い
は反対となる。第２６図はさらに他の実施例を示すもの
で、第２５図の場合に別々に形成していた両側定側電極
層１４Ａ，１４Ｂを共通の一体物よりなる測定側電極層
１４から形成し、さらに第２５図の場合に別々に形成し
ていた両隔膜層１１Ａ，１１Ｂを共通の一体物よりなる
隅膜層１１から形成した場合を示している。
ラス側に入力してもよいが、制御信号Ｓのもつ意味合い
は反対となる。第２６図はさらに他の実施例を示すもの
で、第２５図の場合に別々に形成していた両側定側電極
層１４Ａ，１４Ｂを共通の一体物よりなる測定側電極層
１４から形成し、さらに第２５図の場合に別々に形成し
ていた両隔膜層１１Ａ，１１Ｂを共通の一体物よりなる
隅膜層１１から形成した場合を示している。
上述した各実施例に示すものにおいて、測定側電極層１
４，１４Ａ，１４Ｂおよび基準側電極層１２，１２Ａ，
１２Ｂの素材としては、触媒作用のないＡｕ，Ａｇおよ
びＳＩＣ、あるいはＴｉ０２，Ｃｏｏ，いＣの３などの
酸化物半導体、あるいは触媒作用のあるＲｕ，Ｐｄ，Ｒ
ｈ，０ｓ，ｌｒ，Ｐｔ等の白金族元素の単体もしくはこ
れらの合金、さらには白金族元素と卑金属元素との合金
などを用いることができる。
４，１４Ａ，１４Ｂおよび基準側電極層１２，１２Ａ，
１２Ｂの素材としては、触媒作用のないＡｕ，Ａｇおよ
びＳＩＣ、あるいはＴｉ０２，Ｃｏｏ，いＣの３などの
酸化物半導体、あるいは触媒作用のあるＲｕ，Ｐｄ，Ｒ
ｈ，０ｓ，ｌｒ，Ｐｔ等の白金族元素の単体もしくはこ
れらの合金、さらには白金族元素と卑金属元素との合金
などを用いることができる。
そして、このような電極素材を固体電解質層や隔腰層表
面に形成するに際しては、スパッタリングやイオンプレ
ーティングなどの物理的な蒸着法、めつきなどの如き電
気化学的な方法、あるいはペーストを用いた印刷焼成法
などを採用することができる。また、酸素イオン伝導性
固体電解質層１３，１３Ａ，１ ３Ｂの素材としては、
Ｃａ○，Ｙ２Ｑ，Ｓの，Ｍｇ○，Ｔｈｏ２，Ｗ０３，Ｔ
ａ２０５などで安定化したＺの２、あるいはＮＱＱ，Ｓ
の，Ｗ０３，Ｔａ２０５，Ｙ２０３などで安定化したＢ
ｉ２０３、さらにはＴｈｏ２‐Ｙ２０３，Ｃａ○−Ｙ２
０３などの既知のものを用いることができる。
面に形成するに際しては、スパッタリングやイオンプレ
ーティングなどの物理的な蒸着法、めつきなどの如き電
気化学的な方法、あるいはペーストを用いた印刷焼成法
などを採用することができる。また、酸素イオン伝導性
固体電解質層１３，１３Ａ，１ ３Ｂの素材としては、
Ｃａ○，Ｙ２Ｑ，Ｓの，Ｍｇ○，Ｔｈｏ２，Ｗ０３，Ｔ
ａ２０５などで安定化したＺの２、あるいはＮＱＱ，Ｓ
の，Ｗ０３，Ｔａ２０５，Ｙ２０３などで安定化したＢ
ｉ２０３、さらにはＴｈｏ２‐Ｙ２０３，Ｃａ○−Ｙ２
０３などの既知のものを用いることができる。
そして、この固体電解質素材を第２３図ないし第２６図
に示すような構造基体として使用する場合には、粉末を
用いた圧粉成形糠結体や、グリーンシートの暁結体など
を探用することができる。また、第９図ないし第２２図
に示すように構造基体として隔膜層１１を使用する場合
の固体電解質層の形成に際しては、スパッタリングやイ
オンプレーティングなどの物理的な蒸着法、めつきなど
の電気化学的な方法、あるいはペーストを用いた印刷焼
成法などを採用することができる。さらに、構造基体と
して隅膜層を用いる場合において、該隔膜層１１には電
気的絶縁材料や基準側電極層１２が共通の場合に導電体
材料などを用いることができ、具体的には電気的絶縁材
料としてアルミナ、ムライト、スピネル、フオルステラ
ィトなどのち密なあるいは若干多孔性のものを使用でき
、導電体材料として鋼、白金などの合金あるいは単体金
属、さらにはサーメツトの如きセラミックスと金属との
混合体などを使用することができる。
に示すような構造基体として使用する場合には、粉末を
用いた圧粉成形糠結体や、グリーンシートの暁結体など
を探用することができる。また、第９図ないし第２２図
に示すように構造基体として隔膜層１１を使用する場合
の固体電解質層の形成に際しては、スパッタリングやイ
オンプレーティングなどの物理的な蒸着法、めつきなど
の電気化学的な方法、あるいはペーストを用いた印刷焼
成法などを採用することができる。さらに、構造基体と
して隅膜層を用いる場合において、該隔膜層１１には電
気的絶縁材料や基準側電極層１２が共通の場合に導電体
材料などを用いることができ、具体的には電気的絶縁材
料としてアルミナ、ムライト、スピネル、フオルステラ
ィトなどのち密なあるいは若干多孔性のものを使用でき
、導電体材料として鋼、白金などの合金あるいは単体金
属、さらにはサーメツトの如きセラミックスと金属との
混合体などを使用することができる。
そして、隔膜層１１の成形体としては、粉末を用いた圧
粉成形競結体やグリーンシートの暁結体、あるいは通常
の切削加工成形体など従来既知の手段によるものを採用
できる。また、団体電解質層１３を構造体とする場合に
は上記素材を用いた印刷法、蒸着法あるし、は溶射法な
どを採用することができる。さらに、少なくとも測定側
電極層１４，１４Ａ，１４Ｂあるいは酸素センサ素子の
全体を多孔質保護層で被覆しておくのも好ましく、この
場合には、力ルシウムジルコネート（Ｃａ○−Ｚｒ０２
）、アルミナ（ＡＩ２０３）、スピネルなどを素材とし
て、浸債焼成法あるいはプラズマ溶射法などにより付着
させるのがよい。
粉成形競結体やグリーンシートの暁結体、あるいは通常
の切削加工成形体など従来既知の手段によるものを採用
できる。また、団体電解質層１３を構造体とする場合に
は上記素材を用いた印刷法、蒸着法あるし、は溶射法な
どを採用することができる。さらに、少なくとも測定側
電極層１４，１４Ａ，１４Ｂあるいは酸素センサ素子の
全体を多孔質保護層で被覆しておくのも好ましく、この
場合には、力ルシウムジルコネート（Ｃａ○−Ｚｒ０２
）、アルミナ（ＡＩ２０３）、スピネルなどを素材とし
て、浸債焼成法あるいはプラズマ溶射法などにより付着
させるのがよい。
以上のように、この発明によれば、二組の酸素センサ素
子の両基準側電極層の間もしくは両側定側電極層の間の
いずれか一方を電気的に導通させて制御電圧の取り出し
をおこなうと共に、両固体電解質層内で各々反対方向の
酸素イオンの移動を生じさせる定電圧電源を接続し、上
記制御電圧と比較電圧とを比較回路に入力して両電圧の
大小に対応した空燃比制御信号を発生させるようにした
から、たとえ酸素センサ素子温度の大幅な変動によって
固体電解質層の抵抗が大きく変化したときでもリッチ側
あるいはリーン側雰囲気においてそれぞれ一定した制御
電圧を発生させることができるため、この制御電圧を比
較電圧と比較することによって前記温度に左右されるこ
となく安定した空燃比制御信号を送出することができ、
良好な空燃比のフィードバック制御を可能にするという
非常にすぐれた効果を有する。
子の両基準側電極層の間もしくは両側定側電極層の間の
いずれか一方を電気的に導通させて制御電圧の取り出し
をおこなうと共に、両固体電解質層内で各々反対方向の
酸素イオンの移動を生じさせる定電圧電源を接続し、上
記制御電圧と比較電圧とを比較回路に入力して両電圧の
大小に対応した空燃比制御信号を発生させるようにした
から、たとえ酸素センサ素子温度の大幅な変動によって
固体電解質層の抵抗が大きく変化したときでもリッチ側
あるいはリーン側雰囲気においてそれぞれ一定した制御
電圧を発生させることができるため、この制御電圧を比
較電圧と比較することによって前記温度に左右されるこ
となく安定した空燃比制御信号を送出することができ、
良好な空燃比のフィードバック制御を可能にするという
非常にすぐれた効果を有する。
第１図は従来の固体電解質層を用いた酸素センサ素子の
模式的断面図、第２図は第１図に示す酸素セソサ素子の
出力電圧および排出ガス中の酸素濃度と空燃比との関係
を示すグラフ、第３図および第４図は共に積層型酸素セ
ンサ素子の模式的断面図、第５図は積層型酸素センサ素
子の出力電圧と空燃比との関係を示すグラフ、第６図は
固体電解質層の抵抗と酸素センサ素子温度との関係を示
すグラフ、第７図は積層型酸素センサ素子の出力電圧と
酸素センサ素子温度との関係を示すグラフ、第８図は酸
素センサ素子温度と出力電圧と空燃比との関係を示すグ
ラフ、第９図はこの発明の一実施例における空燃比制御
信号発生装置の都分模式的説明図、第１０図は第９図の
等価回路を示す説明図、第１１図は第９図および第１０
図における酸素センサ素子に流れる電流と酸素センサ素
子温度との関係を示すグラフ、第１２図は制御電圧と酸
素センサ素子温度との関係を示すグラフ、第１３図ａ，
ｂはこの発明の他の実施例における空燃此制御信号発生
装置の部分模式的説明図および酸素センサ素子部分の断
面模式的説明図、第１４図はこの発明のさらに他の実施
例における空燃比制御信号発生装置の部分模式的説明図
、第１５図は第１４図の装置における制御電圧と酸素セ
ンサ素子温度との関係を示すグラフ、第１６図はこの発
明のさらに他の実施例における空燃比制御信号発生装置
の部分模式的説明図、第１７図は第１６図の装置におけ
る制御電圧と酸素センサ素子温度との関係を示すグラフ
、第１８図ないし第２６図はともにこの発明の各実施例
における空燃比制御信号発生装置の部分模式的説明図で
ある。 １１，１１Ａ，１１８・・・隔膜層、１２，１２Ａ，１
２Ｂ・・・基準側電極層、１３，１３Ａ，１３Ｂ・・・
酸素イオン伝導性固体電解質層、１４，１４Ａ，１４８
・・・測定側電極層、１５・・・比較器。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第９図 第７図 第８図 第１０図 第１３図（抄 第１１図 第１２図 第は函俗） 第１４図 第１５図 第１６図 第１７図 第１８図 第１９図 第２０図 第２１図 第２５図 第２６図 第２２図 第２３図 第２４図
模式的断面図、第２図は第１図に示す酸素セソサ素子の
出力電圧および排出ガス中の酸素濃度と空燃比との関係
を示すグラフ、第３図および第４図は共に積層型酸素セ
ンサ素子の模式的断面図、第５図は積層型酸素センサ素
子の出力電圧と空燃比との関係を示すグラフ、第６図は
固体電解質層の抵抗と酸素センサ素子温度との関係を示
すグラフ、第７図は積層型酸素センサ素子の出力電圧と
酸素センサ素子温度との関係を示すグラフ、第８図は酸
素センサ素子温度と出力電圧と空燃比との関係を示すグ
ラフ、第９図はこの発明の一実施例における空燃比制御
信号発生装置の都分模式的説明図、第１０図は第９図の
等価回路を示す説明図、第１１図は第９図および第１０
図における酸素センサ素子に流れる電流と酸素センサ素
子温度との関係を示すグラフ、第１２図は制御電圧と酸
素センサ素子温度との関係を示すグラフ、第１３図ａ，
ｂはこの発明の他の実施例における空燃此制御信号発生
装置の部分模式的説明図および酸素センサ素子部分の断
面模式的説明図、第１４図はこの発明のさらに他の実施
例における空燃比制御信号発生装置の部分模式的説明図
、第１５図は第１４図の装置における制御電圧と酸素セ
ンサ素子温度との関係を示すグラフ、第１６図はこの発
明のさらに他の実施例における空燃比制御信号発生装置
の部分模式的説明図、第１７図は第１６図の装置におけ
る制御電圧と酸素センサ素子温度との関係を示すグラフ
、第１８図ないし第２６図はともにこの発明の各実施例
における空燃比制御信号発生装置の部分模式的説明図で
ある。 １１，１１Ａ，１１８・・・隔膜層、１２，１２Ａ，１
２Ｂ・・・基準側電極層、１３，１３Ａ，１３Ｂ・・・
酸素イオン伝導性固体電解質層、１４，１４Ａ，１４８
・・・測定側電極層、１５・・・比較器。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第９図 第７図 第８図 第１０図 第１３図（抄 第１１図 第１２図 第は函俗） 第１４図 第１５図 第１６図 第１７図 第１８図 第１９図 第２０図 第２１図 第２５図 第２６図 第２２図 第２３図 第２４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第I隔膜層、第I基準側電極層、酸素イオン伝導性第
I固体電解質層および第I測定側電極層を順次積層し且つ
第I隔膜層および第I固体電解質層の少なくともいずれか
を多孔性とした第I酸素センサ素子と、第II隔膜層、第
II基準側電極層、酸素イオン伝導性第II固体電解質層お
よび第II測定側電極層を順次積層し且つ第II隔膜層およ
び第II固体電解質層の少なくともいずれかを多孔性とし
た第II酸素センサ素子とをそなえ、前記第I基準側電極
層と第II基準側電極層との間および第I測定側電極層と
第II測定側電極層との間のいずれか一方を電気的に導通
させて制御電圧の取り出しを可能にすると共に、前記導
通させない電極層間に前記第I固体電解質層および第II
固体電解質層のうちの一方において基準側電極層から測
定側電極層へ向けて酸素イオンの移動を生じさせかつ他
方において測定側電極層から基準側電極層へ向けて酸素
イオンの移動を生じさせる定電圧電源を接続し、前記制
御電圧と比較電圧とを入力して両電圧の大小に対応した
空燃比制御信号を発生する比較回路をそなえたことを特
徴とする空燃比制御信号発生装置。 ２ 第I隔膜層と第II隔膜層とを共通の一体物よりなり
かつ構造基体としての強度を保持する隔膜層から形成し
、前記隔膜層の片面側で第I酸素センサ素子を積層する
と共に反対面側で第II酸素センサ素子を積層し、第I基
準側電極層と第II基準側電極層との間を電気的に導通さ
せた特許請求の範囲第１項記載の空燃比制御信号発生装
置。 ３ 隔膜層を電子伝導性棒体より形成して第I基準側電
極層および第II基準側電極層を兼備させると共に、第I
固体電解質層と第II固体電解質層とを共通の一体物より
なる固体電解質層から形成して該固体電解質層を前記隔
膜層の周囲に積層した特許請求の範囲第２項記載の空燃
比制御信号発生装置。 ４ 第I隔膜層と第II隔膜層とを共通の一体物よりなり
かつ構造基体としての強度を保持する隔膜層から形成し
、前記隔膜層の同一面側で第I酸素センサ素子および第
II酸素センサ素子を積層し第I基準側電極層と第II基準
側電極層との間を電気的に導通させた特許請求の範囲第
１項記載の空燃比制御信号発生装置。 ５ 第I隔膜層と第II隔膜層とを共通の一体物よりなり
かつ構造基体としての強度を保持する隔膜層から形成し
、前記隔膜層の同一面側で第I酸素センサ素子および第
II酸素センサ素子を積層し、第I測定側電極層と第II測
定側電極層との間を電気的に導通させた特許請求の範囲
第１項記載の空燃比制御信号発生装置。 ６ 第I基準側電極層と第II基準側電極層とを共通の一
体物よりなる基準側電極層から形成した特許請求の範囲
第４項記載の空燃比制御信号発生装置。 ７ 第I固体電解質層と第II固体電解質層とを共通の一
体物よりなる固体電解質層から形成した特許請求の範囲
第４項記載の空燃比制御信号発生装置。 ８ 第I固体電解質層と第II固体電解質層とを共通の一
体物よりなる固体電解質層から形成した特許請求の範囲
第６項記載の空燃比制御信号発生装置。 ９ 第I測定側電極層と第II測定側電極層とを共通の一
体物よりなる測定側電極層から形成した特許請求の範囲
第５項記載の空燃比制御信号発生装置。 １０ 第I固体電解質層と第II固体電解質層とを共通の
一体物よりなる固体電解質層から形成した特許請求の範
囲第９項記載の空燃比制御信号発生装置。 １１ 第I固体電解質層と第II固体電解質層とを共通の
一体物よりなりかつ構造基体としての強度を保持する固
体電解質層から形成し、前記固体電解質層に第I酸素セ
ンサ素子および第II酸素センサ素子を形成して、第I基
準側電極層と第II基準側電極層との間を電気的に導通さ
せた特許請求の範囲第１項記載の空燃比制御信号発生装
置。 １２ 第I基準側電極層と第II基準側電極層とを共通の
一体物よりなる基準側電極層から形成すると共に、第I
隔膜層と第II隔膜層とを共通の一体物よりなる隔膜層か
ら形成した特許請求の範囲第１１項記載の空燃比制御信
号発生装置。 １３ 第I固体電解質層と第II固体電解質層とを共通の
一体物よりなりかつ構造基体としての強度を保持する固
体電解質層から形成し、前記固体電解質層に第I酸素セ
ンサ素子および第II酸素センサ素子を形成して、第I測
定側電極層と第II測定側電極層との間を電気的に導通さ
せた特許請求の範囲第１項記載の空燃比制御信号発生装
置。 １４ 第I測定側電極層と第II測定側電極層とを共通の
一体物よりなる測定側電極層から形成すると共に、第I
隔膜層と第II隔膜層とを共通の体物よりなる隔膜層から
形成した特許請求の範囲第１３項記載の空燃比制御信号
発生装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54095575A JPS6029066B2 (ja) | 1979-07-28 | 1979-07-28 | 空燃比制御信号発生装置 |
| GB8024443A GB2057140B (en) | 1979-07-28 | 1980-07-25 | Device for producing control signal for feed-back control of air/fuel mixing ratio |
| US06/172,228 US4306957A (en) | 1979-07-28 | 1980-07-25 | Device for producing control signal for feedback control of air/fuel ratio |
| DE3028274A DE3028274C2 (de) | 1979-07-28 | 1980-07-25 | Einrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals für die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Luft-Kraftstoff-Gemisches für eine Brennkraftmaschine |
| FR8016503A FR2462707A1 (fr) | 1979-07-28 | 1980-07-25 | Dispositif de production d'un signal pour le reglage par reaction du rapport d'un melange air/carburant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54095575A JPS6029066B2 (ja) | 1979-07-28 | 1979-07-28 | 空燃比制御信号発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5621053A JPS5621053A (en) | 1981-02-27 |
| JPS6029066B2 true JPS6029066B2 (ja) | 1985-07-08 |
Family
ID=14141381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54095575A Expired JPS6029066B2 (ja) | 1979-07-28 | 1979-07-28 | 空燃比制御信号発生装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4306957A (ja) |
| JP (1) | JPS6029066B2 (ja) |
| DE (1) | DE3028274C2 (ja) |
| FR (1) | FR2462707A1 (ja) |
| GB (1) | GB2057140B (ja) |
Families Citing this family (42)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6042367Y2 (ja) * | 1979-09-28 | 1985-12-26 | 日産自動車株式会社 | 空燃比制御装置 |
| DE3010632A1 (de) * | 1980-03-20 | 1981-10-01 | Bosch Gmbh Robert | Polarographischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehalts in gasen |
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| DE3115404A1 (de) * | 1981-04-16 | 1982-11-11 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung und kalibrierung von grenzstromsonden |
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| JPS57200844A (en) * | 1981-06-04 | 1982-12-09 | Ngk Insulators Ltd | Oxygen concentration detector |
| JPS57200849A (en) * | 1981-06-04 | 1982-12-09 | Ngk Insulators Ltd | Detector for oxygen concentration |
| JPS5943348A (ja) * | 1982-09-03 | 1984-03-10 | Hitachi Ltd | 空燃比センサ |
| JPS5965758A (ja) * | 1982-10-08 | 1984-04-14 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学的装置 |
| JPS59170723A (ja) * | 1983-03-18 | 1984-09-27 | Hitachi Ltd | 空燃比センサ |
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| US4487680A (en) * | 1983-04-18 | 1984-12-11 | Ford Motor Company | Planar ZrO2 oxygen pumping sensor |
| WO1986003587A1 (en) * | 1983-04-18 | 1986-06-19 | Logothetis Eleftherios M | PLANAR ZrO2 OXYGEN PUMPING SENSOR |
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-
1979
- 1979-07-28 JP JP54095575A patent/JPS6029066B2/ja not_active Expired
-
1980
- 1980-07-25 GB GB8024443A patent/GB2057140B/en not_active Expired
- 1980-07-25 DE DE3028274A patent/DE3028274C2/de not_active Expired
- 1980-07-25 FR FR8016503A patent/FR2462707A1/fr active Granted
- 1980-07-25 US US06/172,228 patent/US4306957A/en not_active Expired - Lifetime
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