JPH0658339B2 - 酸素濃度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はエンジン排気ガス等の気体中の酸素濃度を検出
する酸素濃度検出装置に関する。

背景技術 内燃エンジンの排気ガス浄化、燃費改善等を目的とし
て、排気ガス中の酸素濃度を検出し、この検出結果に応
じてエンジンへの供給混合気の空燃比を目標空燃比にフ
ィードバック制御する空燃比制御装置がある。

このような空燃比制御装置に用いられる酸素濃度検出装
置として被測定気体中の酸素濃度に比例した出力を発生
するものがある。例えば、平板状の酸素イオン伝導性固
体電解質部材の両主面に電極対を設けて固体電解質部材
の一方の電極面が気体滞留室の一部をなしてその気体滞
留室が被測定気体と導入孔を介して連通するようにした
限界電流方式の酸素濃度検出装置が特開昭５２−７２２
８６号公報に開示されている。この酸素濃度検出装置に
おいては、酸素イオン伝導性固体電解質部材と電極対と
が酸素ポンプ素子として作用して間隙室側電極が負極に
なるように電極間に電流を供給すると、負極面側にて気
体滞留室内気体中の酸素ガスがイオン化して固体電解質
部材内を正極面側に移動し正極面から酸素ガスとして放
出される。このときの電極間に流れ得る限界電流値は印
加電圧に拘らずほぼ一定となりかつ被測定気体中の酸素
濃度に比例するのでその限界電流値を検出すれば被測定
気体中の酸素濃度を測定することができる。しかしなが
ら、かかる酸素濃度検出装置を用いて空燃比を制御する
場合に排気ガス中の酸素濃度からは混合気の空燃比が理
論空燃比よりリーンの範囲でしか酸素濃度に比例した出
力が得られないので目標空燃比をリッチ領域に設定した
空燃比制御は不可能であった。また空燃比がリーン及び
リッチ領域にて排気ガス中の酸素濃度に比例した出力が
得られる酸素濃度検出装置としては２つの平板状の酸素
イオン伝導性固体電解質部材各々に電極対を設けて２つ
の固体電解質部材の一方の電極面各々が気体滞留室の一
部をなしてその気体滞留室が被測定気体と導入孔を介し
て連通し一方の固体電解質部材の他方の電極面が大気室
に面するようにした装置が特開昭５９−１９２９５５号
に開示されている。この酸素濃度検出装置においては一
方の酸素イオン伝導性固体電解質部材と電極対とが酸素
濃度比検出電池素子として作用し他方の酸素イオン伝導
性固体電解質材と電極対とが酸素ポンプ素子として作用
するようになっている。酸素濃度比検出電池素子の電極
間の発生電圧が基準電圧以上のとき酸素ポンプ素子内を
酸素イオンが気体滞留室側電極に向って移動するように
電流を供給し、酸素濃度比検出電池素子の電極間の発生
電圧が基準電圧以下のとき酸素ポンプ素子内を酸素イオ
ンが気体滞留室側とは反対側の電極に向って移動するよ
うに電流を供給することによりリーン及びリッチ領域の
空燃比において電流値は酸素濃度に比例するのである。
しかしながら、かかる酸素濃度検出装置においては、リ
ッチ側とリーン側とでは酸素濃度検出特性が異なり、広
領域において直線性の良好な酸素濃度検出出力が得られ
ないのでリッチ側又はリーン側の酸素濃度検出出力を補
正しなければならず空燃比制御が複雑になるという問題
点があった。

発明の概要 そこで、本発明の目的は空燃比のリーン及びリッチ領域
に渡って良好な直線性にて酸素濃度検出出力を得ること
ができる酸素濃度検出装置を提供することである。

本発明の酸素濃度検出装置は各々が酸素イオン伝導性固
体電解質壁部を有する第１及び第２気体滞留室を形成す
る基体と、基体内において第１気体滞留室の電解質壁部
の内外壁面上にこれを挟んで対向するが如く設けられた
２つの第１電極対と、基体内において第２気体滞留室の
電解質壁部の内外壁面上にこれを挟んで対向するが如く
設けられた２つの第２電極対と、２つの第１電極対のう
ち外壁面上に設けられた２つの電極の一方及び２つの第
２電極対のうち外壁面上に設けられた２つの電極の一方
を基準酸素源に露出させる基準酸素部と、２つの第１電
極対のうち外壁面上に設けられた２つの電極の他方及び
２つの第２電極対のうち外壁面上に設けられた２つの電
極の他方を外部に露出させる外部露出部と、基体の外壁
面上に設けられた１対のヒータ素子と、第１気体滞留室
と外部とを連通せしめる第１気体拡散制限手段と、第１
気体滞留室と第２奇態滞留室とを連通せしめる第２気体
拡散制限手段とを含むことを特徴としている。

実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図及び第２図は本発明による酸素濃度検出装置を用
いた空燃比制御装置を示している。本装置においては、
ほぼ立方体状の酸素イオン伝導性固体電解質部材１が設
けられている。酸素イオン伝導性固体電解質部材１内に
は第１及び第２気体滞留室２，３が形成されている。第
１気体滞留室２は固体電解質部材１外部から被測定気体
の排気ガスを導入する導入孔４に連通し、導入孔４は内
燃エンジンの排気管（図示せず）内において排気ガスが
第１気体滞留室２内に流入し易いように位置される。第
１気体滞留室２と第２気体滞留室３との間の壁部には連
通孔５が形成され、第２気体滞留室３内に排気ガスが導
入孔４、第１気体滞留室３、そして連通孔５を介して導
入されるようになっている。また酸素イオン伝導性固体
電解質部材１には外気等を導入する参照気体室６が第１
及び第２気体滞留室２，３と壁を隔てるように形成され
ている。後述するように参照気体室６内の気体と第１及
び気体滞留室２，３内の排気ガスとの酸素濃度差を得る
ための基準酸素部として参照気体室６は形成されてい
る。第１及び第２気体滞留室２，３の参照気体室６とは
反対側の壁部内には後述の２つの電極１１ａ，１３ａを
外部に露出させる外部露出部として作用する電極保護孔
７が形成されている。第１気体滞留室２と参照気体室６
との間の壁部及び第１気体滞留室２と電極保護孔７との
間の壁部には電極対１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが
各々形成され、また第２気体滞留室３と参照気体室６と
の間の壁部及び第２気体滞留室３と電極保護孔７との間
の壁部には電極対１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂが各
々形成されている。固体電解質部材１及び電極対１１
ａ，１１ｂが第１酸素ポンプ素子１５として、固体電解
質部材１及び電極対１２ａ，１２ｂが第１電池素子１６
として各々作用する。また固体電解質部材１及び電極対
１３ａ，１３ｂが第２酸素ポンプ素子１７として、固体
電解質部材１及び電極対１４ａ，１４ｂが第２電池素子
１８として各々作用する。また参照気体室６の外壁面及
び電極保護孔７の外壁面にヒータ素子１９，２０が各々
設けられている。ヒータ素子１９，２０は電気的に互い
に並列に接続されており、第１及び第２酸素ポンプ素子
１５，１７並びに第１及び第２電池素子１６，１８を均
等に加熱すると共に固体電解質部材１内の保温性の向上
を図っている。なお、酸素イオン伝導性固体電解質部材
１は複数の断片から一体に形成される。また第１及び第
２気体滞留室の壁部を全て酸素イオン伝導性固体電解質
から形成する必要はなく、少なくとも電極対を設ける部
分だけがその固体電解質からなれば良い。

酸素イオン伝導性固体電解質部材１としては、ＺｒＯ_２
（二酸化ジルコニウム）が用いられ、電極１１ａないし
１４ｂとしてはＰｔ（白金）が用いられる。

第１及び第２酸素ポンプ素子１５，１７並びに第１及び
第２電池素子１６，１８には電流供給回路２１が接続さ
れている。第２図に示すように電流供給回路２１は差動
増幅回路２２，２３，電流検出抵抗２４，２５，基準電
圧源２６，２７及び切替回路２８，２９からなる。第１
酸素ポンプ素子１５の外側電極１１ａは切替回路２８の
スイッチ２８ａ、電流検出抵抗２４を介して差動増幅回
路２２の出力端に接続され、内側電極１１ｂは切替回路
２９のスイッチ２９ａを介してアースされるようになっ
ている。第１電池素子１６の外側電極１２ａは差動増幅
回路２２の反転入力端に接続され、内側電極１２ｂは切
替回路２９のスイッチ２９ｂを介してアースされるよう
になっている。同様に第２酸素ポンプ素子１７の外側電
極１３ａは切替回路２８のスイッチ２８ｂ、電流検出抵
抗２５を介して差動増幅回路２３の出力端に接続され、
内側電極１３ｂは切替回路２９のスイッチ２９ａを介し
てアースされるようになっている。第２電池素子１８の
外側電極１４ａは差動増幅回路２３の反転入力端子に接
続され、内側電極１４ｂは切替回路２９のスイッチ２９
ｂを介してアースされるようになっている。差動増幅回
路２２の非反転入力端には基準電圧源２６が接続され、
差動増幅回路２３の非反転入力端には基準電圧源２７が
接続されている。基準電圧源２６，２７の出力電圧は理
論空燃比に相当する電圧（例えば、０．４Ｖ）である。
電流検出抵抗２４の両端間が第１センサの出力をなし、
電流検出抵抗２５の両端間が第２センサの出力をなして
いる。電流検出抵抗２４，２５の両端電圧は差動入力の
Ａ／Ｄ変換器３１を介して空燃比制御回路３２に供給さ
れ、電流検出抵抗２４，２５を流れるポンプ電流値Ｉ_Ｐ
(1) 、Ｉ_Ｐ(2) 、が空燃比制御回路３２に読み込まれ
る。空燃比制御回路３２はマイクロコンピュータからな
る。空燃比制御回路３２にはエンジン回転数、吸気管内
絶対圧、冷却水温等を検出する複数の運転パラメータ検
出センサ（図示せず）が接続されると共に、また駆動回
路３３を介して電磁弁３４が接続されている。電磁弁３
４はエンジン気化器絞り弁下流の吸気マニホールド内に
連通する吸気２次空気供給通路（図示せず）に設けられ
ている。また空燃比制御回路３２は切替回路２８，２９
のスイッチ切替動作を制御し、空燃比制御回路３２から
の指令に応じて駆動回路３０が切替回路２８，２９を駆
動する。なお、差動増幅回路２２，２３には正負の電源
電圧が供給される。

一方、ヒータ素子１９，２０には電流がヒータ電流供給
回路３５から供給されてヒータ素子１９，２０が発熱し
て酸素ポンプ素子１５，１７及び電池素子１６，１８を
排気ガスより高い適温に加熱する。

かかる構成においては、排気管内の排気ガスが導入管４
から第１気体滞留室２内に流入し拡散する。また第１気
体滞留室２内の排気ガスは連通孔５から第２気体滞留室
３内に流入し拡散する。

切替回路２８，２９において、第２図の如くスイッチ２
８ａが電極１１ａを電流検出抵抗２４に接続し、スイッ
チ２８ｂが電極１３ａの接続ラインを開放し、スイッチ
２９ａが電極１１ｂをアースしかつ電極１３ｂの接続ラ
インを開放し、またスイッチ２９ｂが電極１２ｂをアー
スしかつ電極１４ｂの接続ラインを開放する選択位置に
されると、第１センサの選択状態になる。

この第１センサの選択状態には、先ず、エンジン供給混
合気の空燃比がリーン領域のときには差動増幅回路２２
の出力レベルが正レベルになり、この正レベル電圧が抵
抗２４及び第１酸素ポンプ素子１５の直列回路に供給さ
れる。よって、第１酸素ポンプ素子１５の電極１１ａ，
１１ｂ間にポンプ電流が流れる。このポンプ電流は電極
１１ａから電極１１ｂに向って流れるので第１気体滞留
室２内の酸素が電極１１ｂにてイオン化して第１酸素ポ
ンプ素子１５内を移動して電極１１ａから酸素ガスとし
て放出され、第１気体滞留室２内の酸素が汲み出され
る。

第１気体滞留室２内の酸素の汲み出しにより第１気体滞
留室２内の排気ガスと参照気体室６内の気体の間に酸素
濃度差が生ずる。この酸素濃度差によって電池素子１６
の電極１２ａ，１２ｂ間に電圧Ｖ_Ｓが発生する。この電
圧Ｖ_Ｓは差動増幅回路２２の反転入力端に供給される。
差動増幅回路２２の出力電圧は電圧Ｖ_Ｓと基準電圧源２
６の出力電圧Ｖｒ₁ との差電圧に比例した電圧となるの
でポンプ電流値は排気ガス中の酸素濃度に比例する。

リッチ領域の空燃比のときには電圧Ｖ_Ｓが基準電圧源２
６の出力電圧Ｖｒ₁を越える。よって、差動増幅回路２
２の出力レベルが正レベルから負レベルに反転する。こ
の低レベルにより第１酸素ポンプ素子１５の電極１１
ａ，１１ｂ間に流れるポンプ電流が減少し、電流方向が
反転する。すなわち、ポンプ電流は電極１１ｂから電極
１１ａ方向に流れるので外部の酸素が電極１１ａにてイ
オン化して第１酸素ポンプ素子１５内を移動して電極１
１ｂから酸素ガスとして第１気体滞留室２内に放出さ
れ、酸素が第１気体滞留室２内に汲み込まれる。従っ
て、第１気体滞留室２内の酸素濃度が常に一定になるよ
うにポンプ電流を供給することにより酸素を汲み込んだ
り、汲み出したりするのでポンプ電流値Ｉ_Ｐ及び差動増
幅回路２２の出力電圧はリーン及びリッチ領域にて排気
ガス中の酸素濃度に各々比例するのである。第３図の実
線ａはそのポンプ電流値Ｉ_Ｐを示している。

ポンプ電流値Ｉ_Ｐは電荷をｅ、導入孔４による排気ガス
に対する拡散係数をσ_Ｏ、排気ガス中の酸素濃度をＰ_Ｏ
exh 、第１気体滞留室２内の酸素濃度をＰ_ＯＶとする
と、次式の如くで表わすことができる。

Ｉ_Ｐ＝４ｅσ_Ｏ（Ｐ_Ｏexh −Ｐ_ＯＶ）……（１） ここで、拡散係数σ_Ｏは導入孔４の面積をＡ、ボルツマ
ン定数をｋ、絶対温度をＴ、導入孔４の長さをｌ、拡散
定数をＤとすると、次式の如く表わすことができる。

σ_Ｏ＝Ｄ・Ａ／ｋＴｌ ……（２） 次に、スイッチ２８ａが電極１１ａの接続ラインを開放
し、スイッチ２８ｂが電極１３ａを電流検出抵抗２５に
接続し、スイッチ２９ａが電極１３ｂをアースしかつ電
極１１ｂの接続ラインを開放し、またスイッチ２９ｂが
電極１４ｂをアースしかつ電極１２ｂの接続ラインを開
放する選択位置にされると、第２センサの選択状態とな
る。

この第２センサの選択状態には上記した第１センサの選
択状態と同様の動作により第２気体滞留室３内の酸素濃
度が常に一定になるようにポンプ電流が第２酸素ポンプ
素子１７の電極１３ａ，１３ｂ間に供給されて酸素が汲
み込まれたり、汲み出されたりするのでポンプ電流値Ｉ
_Ｐ及び差動増幅回路２３の出力電圧はリーン及びリッチ
領域にて排気ガス中の酸素濃度に各々比例するのであ
る。この第２センサ選択状態のポンプ電流値Ｉ_Ｐは上記
した式（１）において拡散係数σ_Ｏを導入孔４及び連通
孔５によるものとし、またＰ_ＯＶを第２気体滞留室３内
の酸素濃度とすることにより表わされる。ポンプ電流値
Ｉ_Ｐの大きさは第４図に示すように空燃比のリーン及び
リッチ領域において拡散係数σ_Ｏの大きさに反比例する
拡散抵抗が大きくなるほど小さくなることが明らかにな
っている。よって、第２センサ選択状態には第１センサ
選択状態よりも拡散抵抗が大となるので第３図の破線ｂ
の如くポンプ電流値Ｉ_Ｐの大きさはリーン及びリッチ領
域において小さくなり、連通孔５の大きさ及び長さを調
整することにより第３図に示すように第２センサ選択状
態におけるリップ領域のポンプ電流値特性が第１センサ
選択状態におけるリーン領域のポンプ電流値特性にＩ_Ｐ
＝０にて直線的に連続するのである。また差動増幅回路
２２，２３の出力電圧特性も０〔Ｖ〕にて直線的に連続
するのである。また差動増幅回路２２、２３の出力電圧
特性も０〔Ｖ〕にて直線的に連続したものになる。

このように直線的に連続した出力特性を得るために空燃
比制御回路３２は次の如く動作する。空燃比制御回路３
２は第５図に示すように先ず、第１及び第２センサの選
択状態を表わすフラグＦ_Ｓが“１”であるか否かを判別
する（ステップ５１）。Ｆ_Ｓ＝０の場合、第１センサ選
択状態にあるのでＡ／Ｄ変換器３１から出力される第１
センサのポンプ電流値Ｉ_Ｐ(1) を読み込んでそのポンプ
電流値Ｉ_Ｐ(1) に対応する酸素濃度検出出力値Ｌ_Ｏ２が
差動増幅回路２２の出力電圧Ｖ_Ｓ１の０〔Ｖ〕に対応す
る基準値Ｌref0以上であるか否かを判別する（ステップ
５２）。Ｌ_Ｏ２≧Ｌref0（Ｖ_Ｓ１≧０）ならば、リーン
領域であるので第１センサ選択状態が継続され、Ｌ_Ｏ２
＜Ｌref0（Ｖ_Ｓ１＜０）ならば、リッチ領域であるので
第２センサ選択指令を駆動回路３０に対して発生し（ス
テップ５３）、第２センサが選択されたことを表わすた
めにフラグＦ_Ｓに“１”がセットされる（ステップ５
４）。一方、Ｆ_Ｓ＝１の場合、第２センサ選択状態にあ
るのでＡ／Ｄ変換器３１から出力される第２センサのポ
ンプ電流値Ｉ_Ｐ(2) を読み込んでそのポンプ電流値Ｉ_Ｐ
(2) に対応する酸素濃度検出出力値Ｌ_Ｏ２が差動増幅回
路２３の出力電圧Ｖ_{Ｓ ２}の０〔Ｖ〕に対応する基準値Ｌ
ref0以下であるか否かを判別する（ステップ５５）。Ｌ
_Ｏ２≦Ｌref0（Ｖ_Ｓ２≦０）ならば、リッチ領域である
ので２センサ選択状態が継続され、Ｌ_Ｏ２＞Ｌref0（Ｖ
_Ｓ２＞０）ならば、リーン領域であるので第１センサ選
択指令を駆動回路３０に対して発生し（ステップ５
６）、第１センサが選択されたことを表わすためにフラ
グＦ_Ｓに“０”がセットされる（ステップ５７）。駆動
回路３０は第１センサ選択指令に応じてスイッチ２８
ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂを上記した第１センサ選択
位置に駆動し、その駆動状態は第２センサ選択指令が空
燃比制御回路３２から供給されるまで維持される。また
第２センサ選択指令に応じてスイッチ２８ａ，２８ｂ，
２９ａ，２９ｂを上記した第２センサ選択位置に駆動
し、その駆動状態は第１センサ選択指令が空燃比制御回
路３２から供給されるまで維持される。このように第１
又は第２センサを選択すると、空燃比制御回路３２はＡ
／Ｄ変換器３１から出力される第１又は第２センサの酸
素濃度検出出力値Ｌ_Ｏ２が目標空燃比に対応する目標値
Ｌref より大であるか否かを判別する（ステップ５
８）。Ｌ_Ｏ２≦Ｌref ならば、供給混合気の空燃比がリ
ッチであるので駆動回路３３に対して電磁弁３４の開弁
駆動指令を発生し（ステップ５９）、Ｌ_Ｏ２＞Ｌref な
らば、供給混合気の空燃比がリーンであるので駆動回路
３３に対して電磁弁３４の開弁駆動停止指令を発生する
（ステップ６０）。駆動回路３３は開弁駆動指令に応じ
て電磁弁３４を開弁駆動して２次空気をエンジン吸気マ
ニホールド内に供給することにより空燃比をリーン化さ
せ、開弁駆動停止指令に応じて電磁弁３４の開弁駆動を
停止して空燃比をリッチ化させる。かかる動作を所定周
期毎に繰り返し実行することにより供給混合気の空燃比
を目標空燃比に制御するのである。なお、ステップ５
２，５５においては基準値Ｌref0、すなわち電圧
Ｖ_Ｓ１、Ｖ_Ｓ２の判別基準電圧が共に０〔Ｖ〕に設定さ
れているが、ヒステリシスを持たせるために電圧Ｖ_Ｓ１
の判別基準電圧を０〔Ｖ〕より若干小さく設定し、Ｖ
_Ｓ２の判別基準電圧を０〔Ｖ〕より若干大きく設定して
も良い。

第６図は第１図及び第２図示した本発明による酸素濃度
検出装置を用いた空燃比制御回路３２の他の動作フロー
を示している。この場合、空燃比制御回路３２は、先
ず、エンジンが過渡運転状態であるか否かを複数の運転
パラメータ検出センサの出力レベルに応じて判別する
（ステップ６１）。加速等の過渡運転状態には応答性の
向上のために第１センサ選択指令を駆動回路３０に対し
て発生し（ステップ６２）、第１センサが選択されたこ
とを表わすためにフラグＦ_Ｓに“０”がセットされる
（ステップ６３）。次いで、Ａ／Ｄ変換器３１から出力
される第１センサのポンプ電流値Ｉ_Ｐ(1) を読み込んで
そのポンプ電流値Ｉ_Ｐ(1) に対応する酸素濃度検出出力
値Ｌ_Ｏ２が上限値Ｌ_Ｈより大であるか、又は下限値Ｌ_Ｌ
より小であるか否かを判別する（ステップ６４，６
５）。Ｌ_Ｌ≦Ｌ_Ｏ２≦Ｌ_Ｈならば、供給混合器の空燃比
が超リーン、又超リッチでもないので第１センサの酸素
濃度検出出力値Ｌ_Ｏ２が理論空燃比より小なるリッチ目
標空燃比に対応する目標値Ｌref1より大であるか否かを
判別する（ステップ６６）。Ｌ_Ｏ２≦Ｌref1ならば、供
給混合気の空燃比がリッチ目標空燃比よりリッチである
ので駆動回路３３に対して電磁弁３４の開弁駆動指令を
発生し（ステップ６７）、Ｌ_Ｏ２＞Ｌref1ならば、供給
混合気の空燃比がリッチ目標空燃比よりリーンであるの
で駆動回路３３に対して電磁弁３４の開弁駆動停止指令
を発生する（ステップ６８）。

一方、過渡運転状態ではないときにはエンジンが定常運
転状態であるか否かを複数の運転パラメータ検出センサ
の出力レベルに応じて判別する（ステップ６９）。定常
運転状態には排気浄化性能の向上のために精密な空燃比
制御が望ましいので第２センサ選択指令を駆動回路３０
に対して発生し（ステップ７０）、第２センサが選択さ
れたことを表わすためにフラグＦ_Ｓに“１”がセットさ
れる（ステップ７１）。上記したステップ６４，６５に
おいてＬ_Ｏ２＜Ｌ_Ｌ、又はＬ_Ｏ２＞Ｌ_Ｈならば、超リー
ン又は超リッチであるのでブラックニング現象の発生を
防止するためにステップ７０を実行して第２センサを選
択する。次いで、Ａ／Ｄ変換器３１から出力される第２
センサのポンプ電流値Ｉ_Ｐ(2) を読み込んでそのポンプ
電流値Ｉ_Ｐ(2) に対応する酸素濃度検出出力値Ｌ_Ｏ２が
理論空燃比より大なるリーン目標空燃比に対応する目標
値Ｌref2より大であるか否かを判別する（ステップ７
２）。Ｌ_Ｏ２≦Ｌref2ならば、供給混合気の空燃比がリ
ーン目標空燃比よりリッチであるので駆動回路３３に対
して電磁弁３４の開弁駆動指令を発生し（ステップ６
７）、Ｌ_Ｏ２＞Ｌref2ならば、供給混合気の空燃比がリ
ーン目標空燃比よりリーンであるので駆動回路３３に対
して電磁弁３４の開弁駆動停止指令を発生する（ステッ
プ６８）。

定常運転状態でないときにはフラグＦ_Ｓが“０”である
か否かを判別する（ステップ７３。Ｆ_Ｓ＝０ならば、ス
テップ６４を実行し、Ｆ_Ｓ＝１ならば、ステップ７２を
実行する。

かかる動作を所定周期毎に繰り返し実行することにより
供給混合気の空燃比を過渡運転状態にはリッチ目標空燃
比に制御し、定常運転状態にはリーン目標空燃比に制御
するのである。

かかる本発明による酸素濃度検出装置においては、第７
図に示すように導入孔４及び連通孔５による拡散抵抗が
小さくなるほど空燃比のリッチ及びリーン領域において
応答性が良くなるので過渡運転状態に拡散抵抗の小なる
第１センサを選択することにより良好な運転性を確保す
ることができる。

また第８図に示すように拡散抵抗が大なるほど空燃比の
リッチ及びリーン領域において酸素濃度検出誤差が小さ
くなる。これは拡散抵抗の大なるほど排気ガス温度、排
気ガスの脈動及び排気ガス流量による影響が小さくなる
からである。よって、定常運転状態に拡散抵抗の大なる
第２センサを選択することにより供給混合気の空燃比を
高精度で目標空燃比に制御することができ、排気浄化性
能の向上を図ることができる。

また第９図に示すように所定の運転状態において空燃比
が超リーンのときに拡散抵抗が小なるとポンプ電流がブ
ラックニング現象発生領域の値になる。これは空燃比が
超リッチのときにも同様である。よって、空燃比が超リ
ーン及び超リッチのときには拡散抵抗の大なる第２セン
サを選択することによりブラックニング現象の発生を回
避することができ、酸素ポンプ素子及び電池素子の急速
な劣化を防止することができる。

上記した本発明の実施例においては、第１気体拡散制御
手段として導入孔４が、また第２気体拡散制限手段とし
て連通孔５が用いられているが、これに限らず、第１０
図に示すように第１気体滞留室２内の２つの第１電極対
間にギャップを形成しても良く、またアルミナ（Ａｌ_２
Ｏ_３）等の多孔質体を導入孔４及び連通孔５に充填し多
孔質拡散層を形成しても良く、更には基体を多孔質材に
よって形成しても良いのである。

また、上記した本発明の実施例においては、第１及び第
２センサの出力に応じて２次空気を供給することにより
供給混合気の空燃比を目標空燃比に制御しているが、こ
れに限らず、第１又は第２センサの出力に応じて燃料供
給量を調整することにより空燃比を制御しても良い。

発明の効果 以上の如く、本発明の酸素濃度検出装置においては、流
入する排気ガス等の被測定気体に対する拡散抵抗が異な
りかつ連通孔等の第２気体拡散制御手段によって互いに
連通する第１及び第２気体滞留室を有して第１及び第２
気体滞留室各々の電解質壁部の内外壁面上にこれを挟ん
で対向するが如く第１及び第２電極対を設けたので拡散
抵抗を調整することによりリーン及びリッチの広い領域
において被測定気体中の酸素濃度に比例したリニアリテ
ィの良好な酸素濃度検出出力特性を得ることができる。
よって、酸素濃度検出出力を補正する必要がなく空燃比
制御が容易となり、空燃比制御精度の向上が図れるので
ある。

また本発明の酸素濃度検出装置においては、１対のヒー
タ素子を基体の外壁面上に設けることにより上記したよ
うに第１及び第２酸素ポンプ素子並びに第１及び第２電
池素子を均等に加熱することができ、基体内の保温性を
良好なものにすることができる。また一対のヒータ素子
を設けて加熱面積を単一のヒータ素子の場合の２倍にす
れば、単位面積当りの発熱量の減少させることができる
のでヒータ素子への電流供給量の減少によるヒータ素子
の耐久性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明による酸素濃度検出装置の実施例
を示す平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＩｂ−Ｉ
ｂ部分の断面図、第２図は空燃比制御装置を含む電流供
給回路を示す回路図、第３図は第１図の装置の出力特性
を示す図、第４図は拡散抵抗とポンプ電流値との関係を
示す特性図、第５及び第６図は空燃比制御回路の動作を
示すフロー図、第７図ないし第９図は拡散抵抗に係わる
各種関係を示す図、第１０図は本発明の他の実施例を示
す断面図である。 主要部分の符号の説明 １……酸素イオン伝導性固体電解質部材 ２，３……気体滞留室 ４……導入孔 ５……連通孔 ６……気体参照室 １５，１７……酸素ポンプ素子 １６，１８……電池素子 １９，２０……ヒータ素子 ２１……電流供給回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各々が酸素イオン伝導性固体電解質壁部を
   有する第１及び第２気体滞留室を形成する基体と、前記
   基体内において前記第１気体滞留室の電解質壁部の内外
   壁面上にこれを挟んで対向するが如く設けられた２つの
   第１電極対と、前記基体内において前記第２気体滞留室
   の電解質壁部の内外壁面上にこれを挟んで対向するが如
   く設けられた２つの第２電極対と、前記２つの第１電極
   対のうち外壁面上に設けられた２つの電極の一方及び前
   記２つの第２電極対のうち外壁面上に設けられた２つの
   電極の一方を基準酸素源に露出させる基準酸素部と、前
   記２つの第１電極対のうち外壁面上に設けられた２つの
   電極の他方及び前記２つの第２電極対のうち外壁面上に
   設けられた２つの電極の他方を外部に露出させる外部露
   出部と、前記基体の外壁面上に設けられた１対のヒータ
   素子と、前記第１気体滞留室と外部とを連通せしめる第
   １気体拡散制限手段と、前記第１気体滞留室と前記第２
   気体滞留室とを連通せしめる第２気体拡散制限手段とを
   含むことを特徴とする酸素濃度検出装置。
2. 【請求項２】前記１対のヒータ素子は前記基体を挟んで
   対向するが如く設けられていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の酸素濃度検出装置。