JPS63149551A - 空燃比センサ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、酸素ポンプ素子と酸素ガス検出素子と該画素
子を加熱する２枚の加熱素子とから構成される空燃比セ
ンサに関する。

［従来の技術］ 従来より、例えば、内燃機関等の燃焼機器において、燃
費やエミッションの改善を図り最適な条件で運転するた
めに、空燃比センサにより排気中の酸素濃度を検出し、
燃ｆｉｌｆｉ器中で燃焼される混合気を理論空燃比近傍
に制御することが行われている。

上記のような空燃比センサとして、第５図に示すような
酸素イオン伝導性固体電解質を用いた板状酸素ポンプ素
子Ａと板状酸素ガス検出素子〈酸素濃淡電池素子）Ｂと
を間隙を介して対向させ、この間隙をガス拡散制限部に
より１εｌ囲披測定ガスと連通ずる測定ガス室Ｃとする
ものがある（例えば、特開昭５８−１５３１５５）。

この空燃比センサにおいては、上記板状酸素ガス検出素
子Ａにより検出される上記測定ガス室Ｃ内の酸素ガス濃
度を所定とするように、上記板状酸素ポンプ素子Ａを用
いて上記測定ガス室Ｃ内と周囲被測定ガスとの間で酸素
を輸送し、該輸送に必要なポンプ電流より、周囲被測定
ガスの空燃比を求める。

また、この空燃比センサは、測定時の温度調節、温度補
償を目的として、発熱抵抗体を備えた加熱素子り、Ｅを
有している。この加熱素子り、Ｅは酸素ガス検出素子Ａ
、酸素ポンプ素子Ｂの外側の電極と同じ形状の孔Ｆと鎖
孔Ｆの周囲を囲むように発熱抵抗体Ｇとを有し、通電に
より発熱抵抗体Ｇが発熱する。そして、酸素ガス検出素
子Ａと酸素ポンプ素子Ｂとを両側から加熱する。

このように、両側から空燃比センサを加熱すると、空燃
比センサの両面が同じ様に膨張するために、空燃比セン
サが表裏面の熱膨張率差のために反ることはない。

［発明が解決しようとする問題点］ 第５１Ｊに示ず従来の空燃比センサでは、加熱素子り、
　　Ｅが酸素ポンプ素子Ａ、Ｍ素ガス検出素子Ｂに密着
しており、酸素ポンプ素子Ａ、酸素ガス検出素子Ｂの外
側電極の周縁部近傍は発熱抵抗体Ｇからの伝熱によって
十分加熱される。しかし、電極の中心部は加熱されず、
電極面に温度むらが生じ、良好な温度調節が行えない場
合があった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記問題点を解決することを目的とし、次の
ような構成を採用した。

即ち、本発明の要旨とするところは、 板状酸素ポンプ素子と、 板状酸素ガス検出素子と、 上記酸素ポンプ素子と上記酸素ガス検出素子とを間隙を
介して対向することにより形成され、かつガス拡散制限
部を介して周囲被測定ガスと連通する測定ガス室とを有
し、 上記板状酸素ポンプ素子を用いて上記測定ガス室内と周
囲被測定ガスとの間で酸素を輸送すると共に、上記板状
酸素ガス検出素子を用いて上記測定ガス室内の酸素ガス
濃度を検出することにより、周囲被測定ガスの空燃比を
測定する空燃比センサにおいて、 上記酸素ポンプ素子の上記測定ガス室に接しない面と間
隙を介して対向し、該酸素ポンプ素子を加熱する第１の
板状加熱素子と、 上記酸素ガス検出素子の測定ガス室に接しない面に該酸
素ガス検出素子を加熱する第２の板状加熱素子とを備え
たことを特徴とする空燃比センサにある。

ここで、板状酸素ポンプ素子としては、前述の特開昭５
８−１５３１５５に記載されるように、板状の酸素イオ
ン伝導性固体電解質の両面に多孔質電極を設けた素子を
用いればよい。

この酸素ポンプ素子は、酸素イオン伝導性固体電解質が
適当な温度条件（例えば固体電解質がジルコニアの場合
４００℃以上）にあると、上記一対の多孔質電極間に電
圧をがけることにより固体電解質中を酸素イオンが移動
する性質を利用するものである。

即ち、この酸素ポンプ素子の一対の電極間に電圧を加え
ると、電極電位の低い方から高い方へ、酸素イオンが移
動するために、電極電位の低い側では酸素ガス分圧が減
り、逆にｘｉ電位の高い側では酸素ガス分圧が増加する
。また、上記固体電解質の荷電担体は酸素イオンである
ために、上記電極間に流れる電流量を調節することによ
り、酸素イオンの移動量を調節することができるのであ
る。

上記酸素イオン伝導性固体電解質としては、ジルコニア
とイツトリアあるいはカルシアとの固溶体が代表的なら
のである。その他にも二酸化セリウム、二酸化トリウム
、二酸化ハフニウムの各固溶体、ペロブスカイト型酸化
物固溶体、３価金属酸化物固溶体等が酸素イオン導電性
固体電解質として使用可能である。

電極は、ＰＬ、Ｒｕ、　　Ｐｄ、　　Ｒｈ、　　Ｉ　ｒ
、　　Ａｇ、Ａｕ等の耐熱性に優れる金属をフレーム溶
射、化学メッキ、蒸着あるいは上記金属のペーストをプ
リント印刷焼結する等の方法により、形成すればよい。

本発明に使用される板状酸素ガス検出素子として、例え
ば、前述の特開昭５８−１５３１５５に・記載されるよ
うに、板状の酸素イオン伝導性固体電解質の両面に多孔
質電極を設けた酸素濃淡電池素子を用いることができる
。この素子は、電解質板の表裏面１ｍの酸素ガス分圧差
に応じた起電力、即ち、測定ガス室と周囲非測定ガスと
の間の酸素ガス分圧差に応じた起電力を出力する。そし
て、この起電力から測定ガス室内の酸素ガス分圧を検出
できる。

あるいは、内部基準を有する酸素濃淡電池素子を酸素ガ
ス検出素子として使用することもできる。

内部基準を有する酸素濃淡電池素子とは、上述の酸素濃
淡電池素子の外側電極を遮蔽体によって覆い、該酸素濃
淡電池素子に所定の電圧を加えることによって外側電極
に酸素を輸送蓄積し、この蓄積されたＭ素を酸素ガス検
出の基準酸素源とするものである。このように基準酸素
源を設ける酸素濃淡電池素子は酸素基準源と測定ガス室
内の酸素ガス分圧差に応じた起電力を出力する。そして
、この起電力から測定ガス室内の酸素ガス分圧を検出で
きる。

さらに、周囲の酸素ガス分圧、即ち、測定ガス室内の酸
素ガス分圧に応じて導電率の変化する酸素ガス検出素子
を使用することもできる。この酸素ガス検出素子には遷
移金属酸化物を用いればよい、これらは金属元素と酸素
の比が整数ではない非化学電輪的化合物となりやすいも
のである。この非化学電輪のために、これらの酸化物は
周囲の酸素分圧によって導電率が変化し易くなるのであ
る。中でもＴｉＯ２、Ｃｏｏ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ１Ｎｂ
２０ｓ、Ｃｒ２Ｏ３は、酸素分圧の変化に対する導電率
変化が大きいこと、耐久性に優れること等の点から好ま
しい、そして、この導電率変化から測定ガス室内の酸素
ガス分圧を測定できる。

本発明の測定ガス室は、例えば、アルミナ、スピネル、
フォルステライト、ステアタイト、ジルコニア等からな
る層状中間部材としてのスペーサを板状酸素ポンプ素子
と板状酸素ガス検出素子との間に挟むことによって、偏
平な閉鎖状の室として設けられる。そしてガス拡散制限
部としてこのスペーサの一部に測定ガス雰囲気を測定ガ
ス室とを連通させる孔を設ける。このガス拡散制限部は
、上記スペーサの一部あるいは全部を多孔質体で置き換
えたり、スペーサ（厚膜コートを含む）に孔を設けたり
、更には、スペーサを板状酸素ポンプ素子と板状酸素ガ
ス検出素子の端子側にのみ設けて板状酸素ポンプ素子と
板状酸素ガス検出素子との間に空隙を形成し、この空隙
を測定ガス室と一体のガス拡散制限間隙として設けるこ
とができる。

また上記空隙の全体に、電気絶縁性であることが望まし
い多孔質材を配してもよい。

本発明に使用される加熱素子は、例えば、アルミナ、ス
ピネル、フォルステライト、ステアタイト、ジルコニア
等の電気絶縁性無機質板状体からなり、その一方の面に
発熱抵抗体が波型に配設されている素子を使用すればよ
い、尚、発熱抵抗体は白金、金等の耐熱金属のペースト
を使用してプリント印刷にて形成すればよい。

本発明の空燃比センサは例えば以下の方法によって製造
することができる。

先ず、酸素ポンプ素子と酸素ガス検出素子とを上記のよ
うに測定ガス室、ガス拡散制限部を形成するよう組み立
てる。

次いで、一方の板状加熱素子（第１の板状加熱素子）を
上記ｉ’ｉ！素ポンプ素子の測定ガス室に接しない面と
間隙を介して対向するよう固定する。該間隙は耐熱性無
機質板状体等からなるスペーサを加熱素子と酸素ポンプ
素子との間に設けることによって形成すればよい、この
間隙は余り狭いと酸素ポンプ素子の外側電極に周囲雰囲
気が十分到達しないので、５０μｍ以上が好ましい、又
、逆にこの間隙が余り広いと酸素ポンプ素子が加熱素子
により加熱され難くなるので、２００μｍ以下が好まし
い。

更に、他方の板状加熱素子（第２の板状加熱素子）を上
記酸素ガス検出素子の測定ガス室に接しない面に固定す
る。上記酸素ガス検出素子として上述した酸素濃淡電池
素子を用いる場合には、この板状加熱素子と酸素ガス検
出素子との間は上述した酸素ポンプ素子の場合と同様に
５０〜２００μｍが好ましい、しかし、酸素ガス検出素
子として上述した内部基準を有する酸素濃淡電池素子あ
るいは酸素ガス分圧によって導電率が変化するガス検出
素子を用いた場合には、測定ガス室に接しない面に周囲
雰囲気を導入する必要がないので、板状加熱素子と酸素
ガス検出素子との間の間隙は無くてもよい。

［作用］ 本発明において、第１の板状加熱素子は輻射熱によって
、間隙を介して対向する酸素ポンプ素子は電極及び電極
近傍をその対向する位置に設けられた発熱体で加熱する
。

又、第２の板状加熱素子は、酸素ガス検出素子酸素ガス
検出素子のＭ、極及び電極近傍を、間隙のある場合には
輻射熱によって、あるいは間隙のない場合には熱伝導に
よって、ｔＦｉ等の対向する位置に設けられた発熱体で
加熱する。

そのため、電極の周縁部と電極の中央部との間に温度む
らは生じることはない。

［実施例］ 本発明の実施例を図を用いて説明する０本発明はこれに
限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲の種
々の態様のものが含まれる。

本発明の第１実施例の空燃比センサＳ１の構成を第１図
の分解斜視図、第２図の断面図を用いて説明する。

本空燃比センサは、酸素イオン伝導性固体電解質を用い
た酸素ポンプ素子１０と、酸素ガス検出素子である同じ
く酸素イオン伝導性固体電解質を用いた酸素濃淡電池素
子２０と、該画素子を加熱する２枚の加熱素子３０．４
０とから構成される空燃比センサＳ１である。又、本実
施例では、板状酸素ポンプ素子１０と板状酸素濃淡電池
素子２０との間に空隙５０を形成し、この空隙５０を測
定ガス室と一体のガス拡散制限間隙としている。

さらに、加熱素子３０．４０と酸素ポンプ素子１０、酸
素濃淡電池素子２０と間にも間隙５２．５４が設けられ
ている。

酸素ポンプ素子１０の主体は厚さＱ、７ｍＸｍＸ中ｍ　
Ｘ長さ３５ｍの酸素イオン導電性固体電解質焼結板状体
１０ａである。酸素ポンプ素子１０の先側には、その表
裏面の相対する位置でかつ先側の三方の端縁から少し控
えた位置に耐熱金属層よりなる電極１０ｂ、ｌｏｃが方
形状に設けられている。一方の方形電極１０ｂの元側方
向の二つの角の内の一つより耐熱金ＲＭよりなる引出し
線１０ｄが、板状体１０ａの元側へまっすぐに伸びる帯
形状に設けられている。同様に他方の方形電極１０ｃの
元側方向の二つの角の内、電極１．ＯＣと反対側の角よ
り引出し線１０ｅが板状体１０ａの元側へまっすぐに伸
びる帯形状に設けられている。

引出し線１０ｅは元側で板状体１０ａの表裏を貫通して
いるスルーホール１０ｆを通じて、その反対面の取り出
し部１０ｇに；気的に接続されている。引出し線１０ｄ
は元側で取り出し部１０ｈを形成し、その結果、同一面
に二つの電極ｔａｂ、１０ｃの収り出し部Ｌｏｇ、１０
ｈが配設されることになる。

酸素濃淡電池素子２０も酸素ポンプ素子１０と同様に主
体は厚さ０．７ｍＸ中４１１Ｉｌ×長さ３５■の酸素イ
オン導電固体電解質焼結板状体２０ａからなる。酸素濃
淡電池素子２０の先側には、その表裏面の相対する位置
でかつ先側の三方の端縁から少し控えた位置に耐熱金属
層よりなる電極２０ｂ、２０ｃが方形状に設けられてい
る。一方の方形？１ｌｔｉ２０ｂの元側方向の二つの角
の内の一つより耐熱金属層よりなる引出し線２０ｄが、
板状体２０ａの元側へまっすぐに伸びる帯形状に設けら
れている。同様に他方の方形電極２０ｃの元側方向の二
つの角の内、電極２０ｃと反対側の角より引出し線２０
ｅが板状体２０ａの元側へまっすぐに伸びる帯形状に設
けられている。引出し線２０ｅは元側で板状体２０ａの
表裏を貫通しているスルーポール２Ｏｆを通じて、その
反対面の取り出し部２０ｇに電気的に接続されている。

引出し線２０ｄは元側で取り出し部２０ｈを形成し、そ
の結果、同一面に二つの電極２０ｂ、２０ｃの取り出し
部２０ｇ、２０ｈが配設されることになる。

加熱素子３０．４０の構造は全く同じなのでまとめて説
明する。加熱素子３０．４０の主体は厚さ０．　８ａＸ
ｒｌ１４ｍＸ長さ３０ｍの電気絶縁性焼結板状体３０ａ
、４０ａである。加熱素子３０．４０の一方の面の先側
に耐熱金属層よりなる抵抗発熱体３０ｂ、４０ｂが略Ｕ
字形の波形状に設けられている。抵抗発熱体３０ｂ、４
０ｂの二つの端部の各々から耐熱金属層よりなる引出し
線３０Ｃ１３０ｄ、４０ｃ、４０ｄが、板状体３０ａ、
４０ａの元側へまっすぐに伸びる帯形状に設けられてい
る。引出し線３０ｃ、３０ｄ、４０ｃ、４０ｄは元側で
板状体３０ａ、４０ａの表裏を貫通しているスルーポー
ル３０ｅ、３３ｆ、４０ｅ、４０ｆを通じて、その反対
面の取り出し部３０ｇ、３０ｈ、４０ｇ、４０ｈに電気
的に接続されている。

上記酸素ポンプ素子ｌＯ１酸素濃淡電池素子２０、加熱
素子３０．４０の取り出し部ＬＯｇ、１０ｈ、２０ｇ、
２０ｈ、３０ｇ、３０ｈ、４０ｇ、４０ｈには、リード
線として白金線６０ａ−ｈが接続されている。

上記酸素ポンプ素子１０と酸素濃淡電池素子２０との間
の空隙５０は厚さ１００μｍのスペーサ７０によって形
成され、酸素ポンプ素子１０あるいは酸素濃淡電池素子
２０と加熱素子３０．４０との間の空隙５２．５４は厚
さ０゜８ａＩｍ×長さ４膳Ｘ　１１４　ｗｍのスペーサ
７２．７４によって形成される。さらに、加熱素子３０
．４０の取り出し部３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂは
厚さ０．　８ｗ＊×長さ４ｗ１ｌ×中４ｍの被覆材８０
．８２によって覆われている。

本実施例の空燃比センサＳ１は、以下のようにして製造
される。

先ず、酸素ポンプ素子１０、酸素濃淡電池素子２０を以
下の工程（１）−〇〜（１）−［株］にて製造し、この
素子１０．２０を張り合わせて測定ガス室及びガス拡散
制限部である空隙５０を形成する。

（１）−の　ＺｒＯ２（９４モル％）とＹａＣ）ｓ（６
モル％）を、湿式にて４０時間混合粉砕する。

（１）−〇　この混合粉砕物を乾燥後、１３００℃で２
時間仮焼する。

（１）−■　この仮焼物を、湿式にて４０時間粉砕し、
固体電解質原料粉末を得る。

（１）−の　固体電解質原料粉末に、有機バインダー、
メチルエチルケトン、トルエン等を添加し、泥漿とする
。

（１）−〇　この泥漿からドクターブレード法により、
０．８−厚のグリーンシートを得る。

（１）−〇　白金黒とスポンジ状白金とを２：　１の割
合に混合物に、溶剤、粘結材をくわえ、を極用ペースト
を得る。

（１）−■　（１）−〇にて得たグリーンシート上に、
（１）−〇にて得た電極用ペーストをスクリーン印刷で
第１図のような電極、引出し線、収り出し部の各パター
ンな３０μｍ厚に形成した。

（１）−〇　上記電極ペーストを印刷したグリーンシー
トを各素子の形状に切断して後、各素子のグリーンシー
トの上記収り出し部のパターンに３Ｉｌ。

φの白金線の端部を置き、さらに、（１）−■で得たグ
リーンシートの１片をかぶせｆｔ［圧着した。

（１）−〇　上記各素子のグリーンシートは３００℃、
６時間で樹脂抜きを行った後、大気中雰囲気中、１５０
０℃、４時間の条件で焼成した。このようにして酸素ポ
ンプ素子１０．酸素濃淡電池素子２０は製造される。

（１）−［相］　上記のように製造された各素子１０．
２０の対向する電極１０ｃ、２Ｏｃ間の隙間が１００μ
ｍとなるよう、上記素子１０．２０を耐熱セメントにて
固着張り合わせする。この張り合わせに用いた耐熱セメ
ントが、上述したスペーサ７０となる。そして、この耐
熱セメントによって形成される空隙５０が測定ガス室お
よびガス拡散制限部となる。

次いで、加熱素子３０．４０を、下記（２）−■〜（２
）−■にて製造し、（１）−［相］で組み立てられた横
遺体に張り合わせる。

（２）−■　ＡＱ２０３に、ＭｇＯ，ＣａＯ１５ｉｆ２
等を８重呈％添加した原料粉末から、上記（１）−■、
（１）−〇と同様にして、０．９閤厚のグリーンシート
を作成した。

（２）−〇　上記（１）−〇と同様に、（２）−〇で作
成したグリーンシート上に上記＜１）−〇で作成した電
極用ペーストを用いてスクリーン印刷により、第１図の
ような抵抗発熱体、引出し線、取り出し部の各パターン
を厚み３０μｍに形成する。

（２）−■　上記（１）−〇、（１）−〇と同様にして
、上記電極ペーストを印刷したグリーンシートを加熱素
子の形状に切断して後、加熱素子のグリーンシートの上
記取り出し部パターンに３１ｍ１φの白金線の端部を置
き、さらに、上記（１）−〇で得たグリーンシートの１
片をかぶせ積層圧着した。そして、この加熱素子のグリ
ーンシートは３００℃、６時間で樹脂抜きを行った後、
大気中雰囲気中、１５００℃、４時間の粂件で焼成した
。

（２）−〇　（１）−［相］で得られた横遺体の両側に
（２）−〇で得られた加熱素子３０．４０を、加熱素子
３Ｏ１４０と上記構造体との間隔が８０μｍとなるよう
、１枚ずつ耐熱セメントにて張り合わせする。

上記のような工程によって本実施例の空燃比センサＳ１
を製造する。

このようにして製造された本実施例の空燃比センサＳ１
は加熱素子３０．４０の抵抗発熱体が酸素ポンプ素子１
０、酸素濃淡電池素子２０の外側電極と対向している。

そして、酸素ポンプ素子１０、酸素濃淡電池素子２０の
加熱は全面に渡る輻射による。そのため、本実施例の空
燃比センサＳ１は、第５図に示される従来の空燃比セン
サのように電極の周縁部のみ加熱されるというような温
度むらは生じない。

又、加熱素子３０．４０を２つ用いているために、空燃
比センサＳ１を所望の温度とするために必要な加熱素子
１つ当りの発熱量は、加熱素子が１つであるものに比べ
て半分でよい、その結果、発熱素子１つ当りの消費電力
は少なくてよく、加熱素子３０．４０の寿命が伸びる。

更に、本実゛施例のように、酸素濃度検出素子として酸
素濃淡電池素子２０を用いた場合には、酸素濃淡電池素
子２０に対する酸素吸着がより防止され、酸素吸着によ
る空燃比センサＳ１の性能劣化が防止される。そして、
酸素濃淡電池素子２０の表面間の温度差によって生じる
起電力の発生を防止できる。

又、本実施例の空燃比センサＳ１は、ジルコニア製固体
電解質を用いた酸素ポンプ素子１０．酸素濃淡電池素子
２０とアルミナを用いた加熱素子３０．４０とは、使用
時に高温の排ガスに直接さらされず比較的低温状態にあ
る各々の素子の端部近傍で接合されている。そのため、
酸素ポンプ素子１０及び酸素濃淡電池素子２０と加熱素
子３０．４０との接合部は使用時に高温とならないので
、ジルコニアとアルミナとの熱膨張率が大きく異なるに
もかかわらず、接合部の剥離等は生じない。

即ち、本実施例の空燃比センサＳ１は、従来のセンサの
ように応力緩和層等の熱膨張率差を緩和する工夫を用い
なくても、各素子間の熱膨張率差によって破損すること
はない、そして、応力と緩和するための特別の工夫を必
要としないために、製造がより容易である。

本実施例の空燃比センサＳｌに対して、以下の実験を行
った。その結果、本実施例の空燃比センサＳ１は酸素濃
淡電池素子２０の２つの電極の温度差によって生じる起
電力が十分少なく、又、耐久性に優れており、内燃機関
用の空燃比センサとして優れていることが確認された。

大気中で、本実施例の空燃比センサＳ１の加熱素子３０
．４０に各々１３Ｖの電圧を印加し、酸素濃淡電池素子
２０に発生する電圧を加熱素子３０に対向する電極をプ
ラスとして測定したところ０、　５ｍＶであり、又酸素
濃淡電池素子２０の出力を５０ｍＶとするために必要な
ポンプ電流は８０ｍＡであった。一方、酸素濃淡電池素
子２０側の加熱素子４０のみに１３Ｖの電圧を印加した
場合には、酸素濃淡電池素子２０に発生する電圧は一１
３ｓ＋Ｖであり、又、酸素ポンプ素子１０が低温である
ため酸素濃淡電池素子の出力を５０ｍＶとするために必
要なポンプ電流を流すことができなかった。さらに、比
較例として、酸素ポンプ素子１０の側にだけ加熱素子を
有する空燃比センサについても同様に、加熱素子に１３
Ｖ印加して酸素濃淡電池素子２０に発生ずる電圧を測定
したところ、１０１ｖであった。又、酸素濃淡電池素子
２０の出力を５０ｍＶとするために必要なポンプ電流は
７０＋＊Ａであった。

さらに、耐久試験として、本空燃比センサＳ１の加熱素
子３０．４０に各々１３Ｖ印加し、酸素濃淡電池素子２
０出力が４０ｍＶとなるように、酸素ポンプ素子１０の
ポンプ電流を制御した状態で、７００時間大気圧中に放
置した。その結果、耐久試験前のポンプ電流８０−Ａが
８２■Ａとなった。比較例として、酸素ポンプ素子１０
の側にだけ加熱素子を有する空燃比センサについても、
同様の耐久試験を行ったところ、耐久試験前に７０ｍＡ
であったポンプ電流が８５＋＊Ａとなった。

本発明の第２実施例の空燃比センサＳ２の構成を第３図
の断面図を用いて説明する。

本発明は、本実施例のように酸素ガス検出素子と加熱素
子との間に間隙を必要としない空燃比センサにも適用で
きる。

本空燃比センサは、酸素イオン伝導性固体電解質を用い
た酸素ポンプ素子１１０と、酸素ガス検出素子である内
部基準酸素源を有する酸素濃淡電池素子１２０と、該画
素子１１０．１２０を加熱する２枚の加熱素子１３０．
１４０とがら構成される空燃比センサＳ２である。又、
本実施例では、口字状のスペーサ１５０を、酸素ポンプ
素子１１０と酸素濃淡電池素子１２０との間に挟むこと
によって、偏平な閉鎖状の測定ガス室１６０を設ける。

そしてガス拡散制限部としてこのスペーサ１５０の一部
を測定ガス雰囲気と測定ガス室１６０とを連通させる多
孔質部１７０とする。

酸素ポンプ索子１１０、加熱素子１３０，１４０は、第
１実施例と同様であるので説明を省略する。

内部基準を有する酸素濃淡電池素子１２０は、酸素濃淡
電池素子１２０の外側電極１２０ｂを遮蔽体１８０で覆
うことによって、電極１２０ｂに酸素濃淡電池素子１２
０に電圧を印加して輸送した酸素ガスを蓄える点が、異
なる以外は第１実施例の酸素濃淡電池素子２０と同様の
構造である。

本実施例の空燃比センサＳ２は、第１実施例と同様の材
料、方法を用いて製造されるが、酸素濃淡電池素子１２
０と加熱素子１４０との間の間隙はなくてもよい。

本実施例の空燃比センサＳ２は、第１実施例の空燃比セ
ンサＳ１と異なり内部基準酸素源を有する酸素濃淡電池
素子１２０を用いている。そのため、第１実施例の効果
に加えて、周囲測定ガス雰囲気中の酸素ガス分圧が変動
しても安定して測定ガス室内の酸素ガス分圧を検出する
ことができるという効果を有する。さらに酸素ガス検出
素子である酸素濃淡電池素子１２０と加熱素子１４０が
非常に接近しているので酸素ガス検出素子をより加熱し
やすい。

本発明の第３実施例の空燃比センサＳ３の構成を第４図
の断面図を用いて説明する。

本発明は、本実施例のように酸素ガス検出素子と加熱素
子との間に間隙を必要としない空燃比センサにも適用で
きる。

本宅燃比センサは、酸素イオン伝導性固体Ｔ４解質を用
いた酸素ポンプ素子２１０と、測定ガス室内の酸素ガス
分圧に応じて導電率の変化する酸素ガス検出素子２２０
と、該画素子２１０，２２０を加熱する２枚の加熱素子
２３０．２４０とから構成される空燃比センサＳ３であ
る。又、本実施例では、口字状のスペーサ２５０を、酸
素ポンプ素子２２０と酸素ガス検出素子２２０との間に
挟むことによって、偏平な閉鎖状の測定ガス室２６０を
設ける。そしてガス拡散制限部としてこのスペーサ２５
０の一部に一測定ガス雰囲気を測定ガス室２６０とを連
通させる孔２７０を設ける。

酸素ポンプ素子２１０、加熱素子２３０，２４０は、第
２実施例と同様であるので説明を省略する。

上記酸素ガス検出素子２２０は、加熱素子２３０．２４
０の主体と同じ電気絶縁性焼結板状体２２０ａ上の一方
の面に、図示されない一対の電極、引出し線、取り出し
部を設け、この一対のＴ４ｆｉに渡るように遷移金属酸
化Ｔｈ２８０を載置焼結したものである。そして、本実
施例では遷移金属酸化物２８０の導電率変化から測定ガ
ス室２６０内の酸素ガス分圧を測定する。

本実施例の空燃比センサＳ３は、酸素ガス検出素子２２
０を除いて第１実施例と同様の材料、方法を用いてｖＪ
造されるが、酸素ガス検出２２０と加熱素子２４０との
間の間隙は必要ない。

本実施例の空燃比センサＳ３は、第１実施例の空燃比セ
ンサＳ１と異なり測定ガス室２６０内の酸素ガス分圧に
応じて導電率の変化する酸素ガス検出素子２２０を用い
ている。そのため、第１実施例の効果に加えて、周囲測
定ガス雰囲気中の酸素ガス分圧が変動しても安定して測
定ガス室内の酸素ガス分圧を検出することができるとい
う効果を有する。さらに酸素ガス検出素子２２０と加熱
素子２４０が非常に接近しているので酸素ガス検出素子
２２０をより加熱しやすい。

［発明の効果Ｊ 本発明の空燃比センサでは、酸素ポンプ素子は間隙を介
して対向する加熱素子の全面に渡る輻射によって加熱さ
れ、また酸素ガス検出素子も加熱素子の全面にわたる発
熱によって加熱される。そのため、従来の空燃比センサ
のようにｔｉの周縁部のみ加熱され、′ｒｈｉ内に温度
むらが生じることはない。

その結果、空燃比センサの温度調節が良好に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の分解斜視図、第２図はそ
の断面図、 第３図は本発明の第２実施例の断面図、第４図は本発明
の第３実施例の断面図、第５図は従来の空燃比センサを
説明する斜視図である。 Ｓｌ、Ｓ２、Ｓ３・・・空燃比センサ １０．１１０．２１０・・・酸素ポンプ素子２０．１２
０・・・酸素濃淡電池素子 （酸素ガス検出素子） ３０、４０、１３０、１４０、２３０、２４０・・・加
熱素子 ５０・・・空隙 （測定ガス室、ガス拡散制限間隙） ７０．７２．７４．１５０．２５０ ・・・スペーサ ８０、　８２　・　・　・　ン皮覆材 １６０．２６０・・・測定ガス室 ７０・・・多孔質部（ガス拡散制限部）２２０・・・酸
素ガス検出素子 ２７０・・・孔（ガス拡散制限部） ２８０・・・遷移金属酸化物

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　板状酸素ポンプ素子と、 板状酸素ガス検出素子と、 上記酸素ポンプ素子と上記酸素ガス検出素子とを間隙を
   介して対向することにより形成され、かつガス拡散制限
   部を介して周囲被測定ガスと連通する測定ガス室とを有
   し、 上記板状酸素ポンプ素子を用いて上記測定ガス室内と周
   囲被測定ガスとの間で酸素を輸送すると共に、上記板状
   酸素ガス検出素子を用いて上記測定ガス室内の酸素ガス
   濃度を検出することにより、周囲被測定ガスの空燃比を
   測定する空燃比センサにおいて、 上記酸素ポンプ素子の上記測定ガス室に接しない面と間
   隙を介して対向し、該酸素ポンプ素子を加熱する第１の
   板状加熱素子と、 上記酸素ガス検出素子の測定ガス室に接しない面に該酸
   素ガス検出素子を加熱する第２の板状加熱素子とを備え
   たことを特徴とする空燃比センサ。 ２　上記酸素ポンプ素子と上記第１の加熱素子とが、５
   ０〜２００μの間隙を介して対向する特許請求の範囲第
   １項記載の空熱比センサ。