(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雰囲気内の酸素濃度を検出して雰囲気信号を生成する酸素濃度検出手段と、酸素濃度検出手段に交流電圧信号を印加するための電源手段と、前記雰囲気信号に所定の演算を実行して、ガス雰囲気中の空気と燃料との混合比率である空燃比データを生成する空燃比演算手段とを有し、前記酸素濃度検出手段は、雰囲気ガスの酸化状態又は還元状態を検知する限界電流式酸素センサーであって、雰囲気ガス中に置かれた状態で前記交流電圧信号を印加された際に、酸化状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号として酸化雰囲気信号を生成し、還元状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号として還元雰囲気信号を生成するように構成され、焼結炉内のガス雰囲気下における空燃比を求める空燃比検出装置に用いられる空燃比検出方法であって、
前記雰囲気信号を積分して前記空燃比データを生成する際に、当該雰囲気信号を構成する前記酸化雰囲気信号及び前記還元雰囲気信号を各々の所定の限界電流領域で積分すると共に、当該酸化雰囲気信号の当該積分領域での積分値と当該還元雰囲気信号の当該積分領域での積分値との差に基づいて前記空燃比データを算出する、
ことを特徴とする空燃比検出方法。
【請求項２】
雰囲気内の酸素濃度を検出して雰囲気信号を生成する酸素濃度検出手段と、酸素濃度検出手段に交流電圧信号を印加するための電源手段と、前記雰囲気信号に所定の演算を実行して、ガス雰囲気中の空気と燃料との混合比率である空燃比データを生成する空燃比演算手段とを有し、前記酸素濃度検出手段は、雰囲気ガスの酸化状態又は還元状態を検知する限界電流式酸素センサーであって、雰囲気ガス中に置かれた状態で前記交流電圧信号を印加された際に、酸化状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号として酸化雰囲気信号を生成し、還元状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号として還元雰囲気信号を生成するように構成され、焼結炉内のガス雰囲気下における空燃比を求める空燃比検出装置に用いられる空燃比検出方法であって、
前記電源手段が生成する前記交流電圧信号として正弦波電圧信号を用いて前記雰囲気信号から前記空燃比データを生成する際に、当該正弦波電圧信号に依って生成される前記酸化雰囲気信号を所定の第１タイミングでサンプリングし、当該第１タイミングから１／２周期遅れた位相関係を有する第２タイミングで前記還元雰囲気信号をサンプリングすると共に、当該前記酸化雰囲気信号のサンプリング値と還元雰囲気信号のサンプリング値との差に基づいて前記空燃比データを算出する、
ことを特徴とする空燃比検出方法。
【請求項３】
前記第１サンプリング及び前記第２サンプリングは、所定の限界電流領域内の前記雰囲気信号に対して実行される、
ことを特徴とする請求項２に記載の空燃比検出方法。
【請求項４】
雰囲気内の酸素濃度を検出して雰囲気信号を生成する酸素濃度検出手段と、酸素濃度検出手段に交流電圧信号を印加するための電源手段と、前記雰囲気信号に所定の演算を実行して、ガス雰囲気中の空気と燃料との混合比率である空燃比データを生成する空燃比演算手段とを有し、前記酸素濃度検出手段は、雰囲気ガスの酸化状態又は還元状態を検知する限界電流式酸素センサーであって、雰囲気ガス中に置かれた状態で前記交流電圧信号を印加された際に、酸化状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号として酸化雰囲気信号を生成し、還元状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号として還元雰囲気信号を生成するように構成され、焼結炉内のガス雰囲気下における空燃比を求める空燃比検出装置に用いられる空燃比検出方法であって、
前記電源手段が生成する前記交流電圧信号として交流電圧信号を用いて前記雰囲気信号から前記空燃比データを生成する場合であって、長時間の還元雰囲気下での前記空燃比データの測定に続いて酸化雰囲気下で前記空燃比データの測定を行う際に、前記酸化雰囲気信号を生成するために印加される当該交流電圧信号の最大電圧値に比べて、前記還元雰囲気信号を生成するために印加される当該交流電圧信号の最大電圧値を小さくする、
ことを特徴とする空燃比検出方法。
【請求項５】
雰囲気内の酸素濃度を検出して雰囲気信号を生成する酸素濃度検出手段と、酸素濃度検出手段に交流電圧信号を印加するための電源手段と、前記雰囲気信号に所定の演算を実行して、ガス雰囲気中の空気と燃料との混合比率である空燃比データを生成する空燃比演算手段とを有し、前記酸素濃度検出手段は、雰囲気ガスの酸化状態又は還元状態を検知する限界電流式酸素センサーであって、雰囲気ガス中に置かれた状態で前記交流電圧信号を印加された際に、酸化状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号として酸化雰囲気信号を生成し、還元状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号として還元雰囲気信号を生成するように構成され、焼結炉内のガス雰囲気下における空燃比を求める空燃比検出装置に用いられる空燃比検出方法であって、
前記雰囲気信号を積分して前記空燃比データを生成する際に、酸化雰囲気状態では、所定の限界電流領域内の前記酸化雰囲気信号を前記空燃比データとして出力し、還元雰囲気状態では、所定の限界電流領域内の前記還元雰囲気信号を前記空燃比データとして出力する、
ことを特徴とする空燃比検出方法。
【請求項６】
雰囲気内の酸素濃度を検出して雰囲気信号を生成する酸素濃度検出手段と、酸素濃度検出手段に交流電圧信号を印加するための電源手段と、前記雰囲気信号に所定の演算を実行して、ガス雰囲気中の空気と燃料との混合比率である空燃比データを生成する空燃比演算手段とを有し、前記酸素濃度検出手段は、雰囲気ガスの酸化状態又は還元状態を検知する限界電流式酸素センサーであって、雰囲気ガス中に置かれた状態で前記交流電圧信号を印加された際に、酸化状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号として酸化雰囲気信号を生成し、還元状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号として還元雰囲気信号を生成するように構成され、焼結炉内のガス雰囲気下における空燃比を求める空燃比検出装置に用いられる空燃比検出方法であって、
前記雰囲気信号の限界電流領域に基づく方形波電圧信号を前記電源手段が生成する前記交流電圧信号として用いて前記空燃比データを生成する、
ことを特徴とする空燃比検出方法。
【請求項７】
前記方形波電圧信号を用いて前記雰囲気信号から前記空燃比データを生成する場合であって、前記酸化雰囲気信号を生成するために印加される当該方形波電圧信号の最大電圧値に比べて、前記還元雰囲気信号を生成するために印加される当該方形波電圧信号の最大電圧値を小さくする、
ことを特徴とする請求項６記載の空燃比検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空燃比を検出するための装置に関し、特に、陶磁器焼成用の焼結炉等の炉内で燃焼されるガス雰囲気下における空燃比を求めるための空燃比検出装置、及びこれに用いられる空燃比検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の空燃比検出装置、及びこれに用いられる空燃比検出方法としては、特願平６−５７２４４号公報に開示されたようなものがある。
【０００３】
図７は、従来の空燃比検出装置に用いられる空燃比検出方法を説明するためのグラフであって、同図（ａ）は限界電流式酸素センサーに印加される交流電圧、同図（ｂ）は限界電流式酸素センサーが検出した酸素濃度信号、同図（ｃ）は空燃比演算手段が出力する演算出力信号（則ち、空燃比信号）を示すグラフである。
【０００４】
すなわち、従来の空燃比検出装置、及びこれに用いられる空燃比検出方法は、雰囲気内の酸素濃度を検出する限界電流式酸素センサーと、限界電流式酸素センサーに交流電圧を印加するための電源手段と、限界電流式酸素センサーが検出した酸素濃度に係る出力波形に所定の演算を実行して、ガス雰囲気中の空気と燃料との混合比率である空燃比を求める空燃比演算手段とを有していた。
【０００５】
電源手段が印加する交流電圧の振幅は、図７（ａ）に示すように、プラス側とマイナス側で均等に設定されていた。この様な交流電圧が印加された状態で、前述の空燃比演算手段は、図７（ｂ）に示すように、所定の演算として、限界電流式酸素センサーからの出力波形全体を積分し、プラス側の積分値（図７（ｂ）に示す斜線部の正の部分）とマイナス側の積分値（図７（ｂ）に示す斜線部の負の部分）との差を算出することに依って、図７（ｃ）に示すような空燃比を求めていた。
【０００６】
このようにプラス側とマイナス側で均等に設定されている交流電圧が印加されている場合、限界電流式酸素センサーは、雰囲気内に置かれた初期には高い出力安定性を有するため、酸化雰囲気下での出力波形と還元雰囲気下での出力波形とでは極性を明確に反転させることができた。
【０００７】
これにより、従来の空燃比検出装置、及びこれに用いられる空燃比検出方法は、焼結炉内で燃焼されるガス雰囲気の空燃比を求めることと同時に、雰囲気内に置かれた初期には、このガス雰囲気が酸化雰囲気なのか還元雰囲気なのかも判定することができた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の空燃比検出装置、及びこれに用いられる空燃比検出方法では、限界電流式酸素センサーの電流電圧特性における立ち上がり領域（所謂、抵抗支配領域）を含む出力全域を用いて前述の出力波形を生成して空燃比を演算しているため、限界電流式酸素センサー内の電極と固体電解質との界面に発生する界面電気抵抗に変動が発生してこの抵抗支配領域における出力波形が変化した場合、出力全域における出力波形にもこの変化の影響が発生してしまうという技術的課題があった。
【０００９】
更にこの界面電気抵抗の変動に起因して、算出された空燃比に十分な再現性を得ることが難しいという技術的課題もあった。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点を解決することを課題としており、特に、雰囲気信号に所定の演算を実行して、酸化雰囲気信号と還元雰囲気信号との比率に基づいて、ガス雰囲気中の空気と燃料との混合比率である空燃比データを生成する空燃比演算手段と、雰囲気ガスの酸化状態又は還元状態を検知する限界電流式酸素センサーであって、雰囲気ガス中に置かれた状態で交流電圧信号を印加された際に、酸化状態下の雰囲気ガスにあっては雰囲気信号として酸化雰囲気信号を生成し、還元状態下の雰囲気ガスにあっては雰囲気信号として還元雰囲気信号を生成する酸素濃度検出手段と、酸素濃度検出手段に交流電圧信号を印加するための電源手段とを設けることに依り、限界電流式酸素センサーの界面電気抵抗の変動に左右されずに、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比を再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できる空燃比検出装置、及びこれに用いられる空燃比検出方法を提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、雰囲気内の酸素濃度を検出して雰囲気信号１２ａを生成する酸素濃度検出手段１２と、酸素濃度検出手段１２に交流電圧信号１４ａを印加するための電源手段１４と、前記雰囲気信号１２ａに所定の演算を実行して、ガス雰囲気中の空気と燃料との混合比率である空燃比データ１６ａを生成する空燃比演算手段１６とを有し、前記酸素濃度検出手段１２は、雰囲気ガスの酸化状態又は還元状態を検知する限界電流式酸素センサー１３であって、雰囲気ガス中に置かれた状態で前記交流電圧信号１４ａを印加された際に、酸化状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号１２ａとして酸化雰囲気信号１２ｂを生成し、還元状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号１２ａとして還元雰囲気信号１２ｃを生成するように構成され、焼結炉内のガス雰囲気下における空燃比を求めるための空燃比検出装置１０に用いられる空燃比検出方法であって、前記雰囲気信号１２ａを積分して前記空燃比データ１６ａを生成する際に、当該雰囲気信号１２ａを構成する前記酸化雰囲気信号１２ｂ及び前記還元雰囲気信号１２ｃを各々の所定の限界電流領域で積分すると共に、当該酸化雰囲気信号１２ｂの当該積分領域での積分値と当該還元雰囲気信号１２ｃの当該積分領域での積分値との差に基づいて前記空燃比データ１６ａを算出する、ことを特徴とする空燃比検出方法である。
【００２２】
請求項１に記載の発明に依れば、電源手段１４が所定の交流電圧信号１４ａを印加することに依り、限界電流式酸素センサー１３の電流電圧特性における立ち上がり領域（抵抗支配領域）を除く所定の限界電流領域を用いて、酸化雰囲気信号１２ｂ及び前記還元雰囲気信号１２ｃが生成され、空燃比演算手段１６が、抵抗支配領域の影響を回避するように、所定の限界電流領域内の酸化雰囲気信号１２ｂの積分値と還元雰囲気信号１２ｃの積分値との差演算を実行して空気中の酸素の濃度及び燃料としての水素の濃度を算出することに依り、限界電流式酸素センサー１３内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データ１６ａを再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、雰囲気内の酸素濃度を検出して雰囲気信号１２ａを生成する酸素濃度検出手段１２と、酸素濃度検出手段１２に交流電圧信号１４ａを印加するための電源手段１４と、前記雰囲気信号１２ａに所定の演算を実行して、ガス雰囲気中の空気と燃料との混合比率である空燃比データ１６ａを生成する空燃比演算手段１６とを有し、前記酸素濃度検出手段１２は、雰囲気ガスの酸化状態又は還元状態を検知する限界電流式酸素センサー１３であって、雰囲気ガス中に置かれた状態で前記交流電圧信号１４ａを印加された際に、酸化状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号１２ａとして酸化雰囲気信号１２ｂを生成し、還元状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号１２ａとして還元雰囲気信号１２ｃを生成するように構成され、焼結炉内のガス雰囲気下における空燃比を求めるための空燃比検出装置１０に用いられる空燃比検出方法であって、
前記電源手段１４が生成する前記交流電圧信号１４ａとして正弦波電圧信号を用いて前記雰囲気信号１２ａから前記空燃比データ１６ａを生成する際に、当該正弦波電圧信号に依って生成される前記酸化雰囲気信号１２ｂを所定の第１タイミングでサンプリングし、当該第１タイミングから１／２周期遅れた位相関係を有する第２タイミングで前記還元雰囲気信号１２ｃをサンプリングすると共に、当該前記酸化雰囲気信号１２ｂのサンプリング値と還元雰囲気信号１２ｃのサンプリング値との差に基づいて前記空燃比データ１６ａを算出する、
ことを特徴とする空燃比検出方法である。
【００２４】
請求項２に記載の発明に依れば、電源手段１４が正弦波電圧信号を印加することに依り、限界電流式酸素センサー１３の電流電圧特性における立ち上がり領域（抵抗支配領域）を除く所定の領域を用いた雰囲気信号１２ａが生成され、空燃比演算手段１６が、抵抗支配領域の影響を回避するように、第１タイミングでサンプリングした酸化雰囲気信号１２ｂのサンプリング値と第２タイミングでサンプリングした還元雰囲気信号１２ｃのサンプリング値との差演算を実行して空気中の酸素の濃度及び燃料としての水素の濃度を算出することに依り、限界電流式酸素センサー１３内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データ１６ａを再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の空燃比検出方法において、
前記第１サンプリング及び前記第２サンプリングは、所定の限界電流領域内の前記雰囲気信号１２ａに対して実行される、
ことを特徴とする空燃比検出方法である。
【００２６】
請求項３に記載の発明に依れば、電源手段１４が所定の交流電圧信号１４ａを印加することに依り、限界電流式酸素センサー１３の電流電圧特性における立ち上がり領域（抵抗支配領域）を除く所定の限界電流領域を用いた雰囲気信号１２ａが生成され、空燃比演算手段１６が、抵抗支配領域の影響を回避するように、第１タイミングでサンプリングした所定の限界電流領域内の酸化雰囲気信号１２ｂのサンプリング値と第２タイミングでサンプリングした所定の限界電流領域内の還元雰囲気信号１２ｃのサンプリング値との差演算を実行して空気中の酸素の濃度及び燃料としての水素の濃度を算出することに依り、限界電流式酸素センサー１３内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データ１６ａを再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【００２７】
請求項４に記載の発明は、雰囲気内の酸素濃度を検出して雰囲気信号１２ａを生成する酸素濃度検出手段１２と、酸素濃度検出手段１２に交流電圧信号１４ａを印加するための電源手段１４と、前記雰囲気信号１２ａに所定の演算を実行して、ガス雰囲気中の空気と燃料との混合比率である空燃比データ１６ａを生成する空燃比演算手段１６とを有し、前記酸素濃度検出手段１２は、雰囲気ガスの酸化状態又は還元状態を検知する限界電流式酸素センサー１３であって、雰囲気ガス中に置かれた状態で前記交流電圧信号１４ａを印加された際に、酸化状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号１２ａとして酸化雰囲気信号１２ｂを生成し、還元状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号１２ａとして還元雰囲気信号１２ｃを生成するように構成され、焼結炉内のガス雰囲気下における空燃比を求めるための空燃比検出装置１０に用いられる空燃比検出方法であって、
前記電源手段１４が生成する前記交流電圧信号１４ａとして交流電圧信号１４ａを用いて前記雰囲気信号１２ａから前記空燃比データ１６ａを生成する場合であって、長時間の還元雰囲気下での前記空燃比データ１６ａの測定に続いて酸化雰囲気下で前記空燃比データ１６ａの測定を行う際に、前記酸化雰囲気信号１２ｂを生成するために印加される当該交流電圧信号１４ａの最大電圧値に比べて、前記還元雰囲気信号１２ｃを生成するために印加される当該交流電圧信号１４ａの最大電圧値を小さくする、
ことを特徴とする空燃比検出方法である。
【００２８】
請求項４に記載の発明に依れば、還元雰囲気下での長時間測定の影響によって界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データ１６ａを再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【００２９】
請求項５に記載の発明は、雰囲気内の酸素濃度を検出して雰囲気信号１２ａを生成する酸素濃度検出手段１２と、酸素濃度検出手段１２に交流電圧信号１４ａを印加するための電源手段１４と、前記雰囲気信号１２ａに所定の演算を実行して、ガス雰囲気中の空気と燃料との混合比率である空燃比データ１６ａを生成する空燃比演算手段１６とを有し、前記酸素濃度検出手段１２は、雰囲気ガスの酸化状態又は還元状態を検知する限界電流式酸素センサー１３であって、雰囲気ガス中に置かれた状態で前記交流電圧信号１４ａを印加された際に、酸化状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号１２ａとして酸化雰囲気信号１２ｂを生成し、還元状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号１２ａとして還元雰囲気信号１２ｃを生成するように構成され、焼結炉内のガス雰囲気下における空燃比を求めるための空燃比検出装置１０に用いられる空燃比検出方法であって、
前記雰囲気信号１２ａを積分して前記空燃比データ１６ａを生成する際に、酸化雰囲気状態では、所定の限界電流領域内の前記酸化雰囲気信号１２ｂを前記空燃比データ１６ａとして出力し、還元雰囲気状態では、所定の限界電流領域内の前記還元雰囲気信号１２ｃを前記空燃比データ１６ａとして出力する、
ことを特徴とする空燃比検出方法である。
【００３０】
請求項５に記載の発明に依れば、逆極性の信号成分を含まないように、所定の限界電流領域内の酸化雰囲気信号１２ｂと還元雰囲気信号１２ｃとを各々分離して別個に出力することに依り、信号の直線性が向上し、更に、限界電流式酸素センサー１３内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データ１６ａ（則ち、空気中の酸素の濃度及び燃料としての水素の濃度）を再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、雰囲気内の酸素濃度を検出して雰囲気信号１２ａを生成する酸素濃度検出手段１２と、酸素濃度検出手段１２に交流電圧信号１４ａを印加するための電源手段１４と、前記雰囲気信号１２ａに所定の演算を実行して、ガス雰囲気中の空気と燃料との混合比率である空燃比データ１６ａを生成する空燃比演算手段１６とを有し、前記酸素濃度検出手段１２は、雰囲気ガスの酸化状態又は還元状態を検知する限界電流式酸素センサー１３であって、雰囲気ガス中に置かれた状態で前記交流電圧信号１４ａを印加された際に、酸化状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号１２ａとして酸化雰囲気信号１２ｂを生成し、還元状態下の雰囲気ガスにあっては前記雰囲気信号１２ａとして還元雰囲気信号１２ｃを生成するように構成され、焼結炉内のガス雰囲気下における空燃比を求めるための空燃比検出装置１０に用いられる空燃比検出方法であって、
前記雰囲気信号１２ａの限界電流領域に基づく方形波電圧信号を前記電源手段１４が生成する前記交流電圧信号１４ａとして用いて前記空燃比データ１６ａを生成する、
ことを特徴とする空燃比検出方法である。
【００３２】
請求項６に記載の発明に依れば、電源手段が方形波電圧信号を印加することに依り、所定の限界電流領域外の（具体的には、抵抗支配領域）における酸化雰囲気信号又は還元雰囲気信号も一定時間保持することに依り、限界電流式酸素センサー内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることなく、空燃比データの安定性を向上できるようになる。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の空燃比検出方法において、
前記方形波電圧信号を用いて前記雰囲気信号１２ａから前記空燃比データ１６ａを生成する場合であって、前記酸化雰囲気信号１２ｂを生成するために印加される当該方形波電圧信号の最大電圧値に比べて、前記還元雰囲気信号１２ｃを生成するために印加される当該方形波電圧信号の最大電圧値を小さくする、
ことを特徴とする空燃比検出方法である。
【００３３】
請求項７に記載の発明に依れば、請求項６記載の発明の効果に加えて、電源手段１４が方形波電圧信号を印加することに依り、所定の限界電流領域外の（具体的には、領域抵抗支配領域）における酸化雰囲気信号１２ｂ又は還元雰囲気信号１２ｃも一定時間保持することに依り、限界電流式酸素センサー１３内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることなく、空燃比データ１６ａの安定性を向上でき、更に、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データ１６ａを再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の各種実施形態を説明する。
【００３５】
図１は、本発明の空燃比検出装置１０の実施形態を説明するための機能ブロック図である。
【００３６】
本空燃比検出装置１０は、陶磁器焼成用の焼結炉内で燃焼される酸素ガスと水素ガスとの混合ガス雰囲気下における酸素ガスと水素ガスとの空燃比を求める機能を有し、図１に示すように、酸素濃度検出手段１２と電源手段１４と空燃比演算手段１６とを有する。
【００３７】
酸素濃度検出手段１２は、混合ガス雰囲気内の酸素濃度（具体的には、空気中の酸素の濃度、単位は［％］）を検出して雰囲気信号１２ａを生成する酸素センサーであって、固体電解質薄膜の両面にガス透過性電極を設け、この電極間に電圧を印加してそのときの混合ガス雰囲気中の酸素濃度に比例した電流が雰囲気信号１２ａとして出力されるように構成されている。
【００３８】
また、ヒータ加熱電圧信号１４ｂに応じて、限界電流式酸素センサー１３を所定の動作温度（具体的には、７００℃程度が望ましい）に保持するための内蔵ヒータ１２２が、限界電流式酸素センサー１３に設けられている。
【００３９】
雰囲気ガス中に置かれた状態で、酸素濃度検出手段１２に交流電圧を印加すると、混合ガス雰囲気中の酸素ガス濃度（則ち、空気中の酸素の濃度）及び水素ガス濃度（則ち、燃料としての水素の濃度、単位は［％］）の各々に対応して、極性の異なる直流成分（単位は［ｍＶ］）を発生する。
【００４０】
具体的には、酸化状態下の雰囲気ガスにあっては雰囲気信号１２ａとして酸化雰囲気信号１２ｂ（直流成分）を生成し、還元状態下の雰囲気ガスにあっては雰囲気信号１２ａとして還元雰囲気信号１２ｃ（直流成分）を生成する。
【００４１】
この直流成分の極性が正（則ち、プラス側）の場合は酸化雰囲気信号１２ｂが検出され、極性が負（則ち、マイナス側）の場合は還元雰囲気信号１２ｃが検出されるので、この極性によって、混合ガス雰囲気の酸化状態又は還元状態を検知することができる。
【００４２】
また限界電流式酸素センサー１３は、空気中の酸素の濃度と燃料としての水素の濃度との比率に基づいて、酸化雰囲気信号１２ｂ又は還元雰囲気信号１２ｃを生成するように構成されている。
【００４３】
これにより、空燃比データ１６ａ（則ち、空気中の酸素の濃度及び燃料としての水素の濃度）を再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【００４４】
このような酸素濃度検出手段１２は、焼成路の内部に先端部を挿入したガス導入管を通って導入された混合ガス雰囲気と接触するように構成されている。
【００４５】
電源手段１４は、酸素濃度検出手段１２に交流電圧信号１４ａを印加する機能を有し、酸素濃度検出手段１２に接続されている。
【００４６】
交流電圧信号１４ａの具体的な周波数は、限界電流式酸素センサー１３の応答速度によって決定されるが、１［Ｈｚ］〜１０［Ｈｚ］程度が望ましい。またこのときの交流電圧信号１４ａの具体的な大きさは、±０．６程度が望ましい。なお、交流電圧信号１４ａの周波数や電圧値は、酸素濃度検出手段１２の構造や応答速度等を考慮して最適化することが望ましい。
【００４７】
また電源手段１４は、限界電流式酸素センサー１３を所定の動作温度（具体的には、７００℃）に保持するためのヒータ加熱電圧信号１４ｂを、限界電流式酸素センサー１３に設けられた内蔵ヒータ１２２に印加するための内蔵ヒータ電源部１４４を有している。
【００４８】
これにより、内蔵ヒータ電源部１４４がヒータ加熱電圧信号１４ｂを印加することに依り、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データ１６ａ（則ち、酸化雰囲気信号１２ｂ及び還元雰囲気信号１２ｃ）を再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【００４９】
空燃比演算手段１６は、雰囲気信号１２ａに所定の演算を実行して、ガス雰囲気中の空気と燃料との混合比率である空燃比データ１６ａを生成する機能を有し、酸素濃度検出手段１２に接続されている。
【００５０】
雰囲気信号１２ａを増幅するための増幅回路、雰囲気信号１２ａに所定の演算（具体的には、積分演算や差演算）を実行するための積分回路や差動増幅回路、雰囲気信号１２ａから酸化雰囲気信号１２ｂや還元雰囲気信号１２ｃを検出するための分離回路（具体的には、逆平行に接続された２本のダイオード素子から構成されている整流回路）、等を中心にして構成されている。
【００５１】
なお、空燃比演算手段１６は、雰囲気信号１２ａをＡ／Ｄ変換回路によってディジタル信号に変換して、このディジタル変換された雰囲気信号１２ａに対して前述の演算をディジタル的に実行して、空燃比データ１６ａを生成することの可能である。このようなディジタル演算を実行する場合の空燃比演算手段１６は、ＣＰＵ，ＲＡＭ、ペリフェラルインタフェース等をを中心にして構成されているマイクロコンピュータを用いることが望ましい。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態に依れば、電源手段１４が所定の交流電圧信号１４ａを印加することに依り、限界電流式酸素センサー１３の電流電圧特性における立ち上がり領域（抵抗支配領域）を除く出力領域を用いた雰囲気信号１２ａが生成され、空燃比演算手段１６が、抵抗支配領域の影響を回避するような所定の演算を実行して酸化雰囲気信号１２ｂ及び還元雰囲気信号１２ｃを算出することに依り、限界電流式酸素センサー１３内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることのなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データ１６ａ（則ち、酸化雰囲気信号１２ｂ及び還元雰囲気信号１２ｃ）を再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【００５３】
以下、図１の空燃比検出装置１０に用いられる空燃比検出方法の各種実施形態を説明する。
【００５４】
図２は、図１の空燃比検出装置１０に用いられる空燃比検出方法の第１実施形態を説明するためのグラフであって、同図（ａ）は限界電流式酸素センサー１３に印加される交流電圧信号１４ａ、同図（ｂ）は限界電流式酸素センサー１３が出力する雰囲気信号１２ａ（則ち、酸化雰囲気信号１２ｂ及び還元雰囲気信号１２ｃ）、同図（ｃ）は空燃比演算手段１６が出力する演算出力（則ち、空燃比データ１６ａ）を示すグラフである。なお、空燃比検出装置１０の実施形態において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００５５】
本空燃比検出方法は、雰囲気信号１２ａを積分して空燃比データ１６ａを生成する際の信号処理方法であって、第１工程と、この第１工程に続く第２工程とを有する。
【００５６】
電源手段１４が印加する交流電圧信号１４ａの振幅は、図２（ａ）に示すように、プラス側とマイナス側で均等（則ち、±０．５Ｖ）に設定されている。
【００５７】
この様な交流電圧信号１４ａが印加された状態で生成される雰囲気信号１２ａを積分して空燃比データ１６ａを生成する際に、空燃比演算手段１６が、第１工程と、この第１工程に続く第２工程とを有する演算（具体的には、積分演算と差演算）を実行する。
【００５８】
第１工程は、図２（ｂ）に示すように、雰囲気信号１２ａを積分して空燃比データ１６ａを生成する際に、雰囲気信号１２ａを構成する酸化雰囲気信号１２ｂ及び還元雰囲気信号１２ｃを各々の所定の限界電流領域で積分する工程である。
【００５９】
具体的には、酸化雰囲気信号１２ｂ（則ち、プラス側）の所定の限界電流領域を０．３Ｖ〜０．８Ｖに設定し、還元雰囲気信号１２ｃ（則ち、マイナス側）の所定の限界電流領域を０．１Ｖ〜０．７Ｖに設定して、限界電流式酸素センサー１３の電流電圧特性における立ち上がり領域（抵抗支配領域）を除く所定の限界電流領域を用いて、積分演算を実行している。
【００６０】
但し、図２（ｂ）では、酸化雰囲気信号１２ｂ（プラス側）の所定の限界電流領域を０．３Ｖに設定し、還元雰囲気信号１２ｃ（マイナス側）の所定の限界電流領域を０．７Ｖに設定した例を示している。
【００６１】
この第１工程に続く第２工程は、雰囲気信号１２ａを積分して空燃比データ１６ａを生成する際に、酸化雰囲気信号１２ｂ（単位は［ｍＶ］）の積分領域（０．３Ｖ〜０．８Ｖ）での積分値Ａと還元雰囲気信号１２ｃ（単位は［ｍＶ］）の積分領域（０．１Ｖ〜０．７Ｖ）での積分値Ｂとの差（則ち、Ａ−Ｂ）に基づいて、図２（ｃ）に示すような空燃比データ１６ａ（単位は［ｍＶＤＣ］）を算出する工程である。
【００６２】
以上説明したように、空燃比検出方法の第１実施形態に依れば、電源手段１４が所定の交流電圧信号１４ａを印加することに依り、限界電流式酸素センサー１３の電流電圧特性における立ち上がり領域（抵抗支配領域）を除く所定の限界電流領域を用いて、酸化雰囲気信号１２ｂ及び還元雰囲気信号１２ｃが生成され、空燃比演算手段１６が、抵抗支配領域の影響を回避するように、所定の限界電流領域内の酸化雰囲気信号１２ｂの積分値と還元雰囲気信号１２ｃの積分値との差演算を実行して空気中の酸素の濃度及び燃料としての水素の濃度を算出することに依り、限界電流式酸素センサー１３内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることのなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データ１６ａを再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【００６３】
次に、空燃比検出方法の第２実施形態を説明する。
【００６４】
図３は、図１の空燃比検出装置１０に用いられる空燃比検出方法の第２実施形態を説明するためのグラフであって、同図（ａ）は限界電流式酸素センサー１３に印加される交流電圧信号１４ａ、同図（ｂ）は限界電流式酸素センサー１３が出力する雰囲気信号１２ａ（則ち、酸化雰囲気信号１２ｂ及び還元雰囲気信号１２ｃ）、同図（ｃ）は空燃比演算手段１６が出力する演算出力（則ち、空燃比データ１６ａ）を示すグラフである。なお、空燃比検出方法の第１実施形態において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００６５】
本空燃比検出方法は、雰囲気信号１２ａを積分して空燃比データ１６ａを生成する際の信号処理方法であって、第１工程と、この第１工程に続く第２工程とを有する。
【００６６】
電源手段１４が印加する交流電圧信号１４ａ（正弦波電圧信号）の振幅は、図３（ａ）に示すように、プラス側とマイナス側で均等（則ち、±０．５Ｖ）に設定されている。
【００６７】
この様な正弦波電圧信号が印加された状態で生成される雰囲気信号１２ａから空燃比データ１６ａを生成する際に、空燃比演算手段１６が、第１工程と、この第１工程に続く第２工程とを有する演算（具体的には、サンプリング演算と差演算）を実行する。
【００６８】
第１工程は、図３（ｂ）に示すように、電源手段１４が生成する交流電圧信号１４ａとして正弦波電圧信号を用いて雰囲気信号１２ａから空燃比データ１６ａを生成する際に、正弦波電圧信号に依って生成される酸化雰囲気信号１２ｂ（単位は［ｍＶ］）を所定の第１タイミング（具体的には、９０度の位相）でサンプリングし、第１タイミングから１／２周期（則ち、１８０度）遅れた位相関係を有する第２タイミング（具体的には、２７０度）で還元雰囲気信号１２ｃ（単位は［ｍＶ］）をサンプリングする工程である。
【００６９】
第１サンプリング及び第２サンプリングは、所定の限界電流領域内の雰囲気信号１２ａに対して実行される。
【００７０】
具体的には、交流電圧信号１４ａ±０．６Ｖの限界電流領域（酸化状態でプラス側、還元状態でマイナス側）の出力値のみを演算の対象としている。
【００７１】
この第１工程に続く第２工程は、酸化雰囲気信号１２ｂのサンプリング値Ａと還元雰囲気信号１２ｃのサンプリング値Ｂとの差（則ち、Ａ−Ｂ）に基づいて、図３（ｃ）に示すような空燃比データ１６ａ（単位は［ｍＶＤＣ］）を算出する工程である。
【００７２】
以上説明したように、空燃比検出方法の第２実施形態に依れば、電源手段１４が正弦波電圧信号を印加することに依り、限界電流式酸素センサー１３の電流電圧特性における立ち上がり領域（抵抗支配領域）を除く所定の領域を用いた雰囲気信号１２ａが生成され、空燃比演算手段１６が、抵抗支配領域の影響を回避するように、第１タイミングでサンプリングした酸化雰囲気信号１２ｂのサンプリング値と第２タイミングでサンプリングした還元雰囲気信号１２ｃと差演算を実行して空気中の酸素の濃度及び燃料としての水素の濃度を算出することに依り、限界電流式酸素センサー１３内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることのなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データ１６ａを再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【００７３】
更に、積分回路が不要となるため、限界電流式酸素センサー１３の持つ固有の応答速度で高速に空燃比データ１６ａを算出できるようになる。
【００７４】
次に、空燃比検出方法の第３実施形態を説明する。
【００７５】
図４は、図１の空燃比検出装置１０に用いられる空燃比検出方法の第３実施形態を説明するためのグラフであって、同図（ａ）は限界電流式酸素センサー１３に印加される交流電圧信号１４ａ、同図（ｂ）は限界電流式酸素センサー１３が出力する雰囲気信号１２ａ（則ち、酸化雰囲気信号１２ｂ及び還元雰囲気信号１２ｃ）、同図（ｃ）は空燃比演算手段１６が出力する演算出力（則ち、空燃比データ１６ａ）を示すグラフである。なお、空燃比検出方法の第１実施形態又は第２実施形態において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００７６】
本空燃比検出方法は、電源手段１４が生成する交流電圧信号１４ａとして交流電圧信号１４ａを用いて雰囲気信号１２ａから空燃比データ１６ａを生成する場合であって、長時間の還元雰囲気下での空燃比データ１６ａの測定に続いて酸化雰囲気下で空燃比データ１６ａの測定を行う際の信号処理方法である。
【００７７】
第１工程は、図４（ａ）に示すように、電源手段１４が生成する交流電圧信号１４ａとして交流電圧信号１４ａを用いて雰囲気信号１２ａから空燃比データ１６ａを生成する場合であって、長時間の還元雰囲気下での空燃比データ１６ａの測定に続いて酸化雰囲気下で空燃比データ１６ａの測定を行う際に、酸化雰囲気信号１２ｂを生成するために印加される交流電圧信号１４ａの最大電圧値に比べて、還元雰囲気信号１２ｃを生成するために印加される交流電圧信号１４ａの最大電圧値を小さくする工程である。
【００７８】
具体的には、酸化雰囲気信号１２ｂ（プラス側）を生成するために印加される交流電圧信号１４ａの最大電圧値を０．６Ｖ、還元雰囲気信号１２ｃを生成するために印加される交流電圧信号１４ａの最大電圧値を０．３Ｖに設定している。
【００７９】
また本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、交流電圧信号１４ａに依って生成される酸化雰囲気信号１２ｂ（単位は［ｍＶ］）を所定の第１タイミング（具体的には、９０度の位相）でサンプリングし、第１タイミングから１／２周期（則ち、１８０度）遅れた位相関係を有する第２タイミング（具体的には、２７０度）で還元雰囲気信号１２ｃ（単位は［ｍＶ］）をサンプリングする第２工程を有する。
【００８０】
更に、第２工程に続いて、酸化雰囲気信号１２ｂのサンプリング値Ａと還元雰囲気信号１２ｃのサンプリング値Ｂとの差（則ち、Ａ−Ｂ）に基づいて、図４（ｃ）に示すような空燃比データ１６ａ（単位は［ｍＶＤＣ］）を算出する第３工程を有する。
【００８１】
以上説明したように、空燃比検出方法の第３実施形態に依れば、還元雰囲気下での長時間測定の影響によって界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることのなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データ１６ａを再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【００８２】
次に、空燃比検出方法の第４実施形態を説明する。
【００８３】
図５は、図１の空燃比検出装置１０に用いられる空燃比検出方法の第４実施形態を説明するためのグラフであって、同図（ａ）は限界電流式酸素センサー１３に印加される交流電圧信号１４ａ、同図（ｂ）は限界電流式酸素センサー１３が出力する雰囲気信号１２ａ（則ち、酸化雰囲気信号１２ｂ及び還元雰囲気信号１２ｃ）、同図（ｃ）は空燃比演算手段１６が出力する演算出力（則ち、空燃比データ１６ａ）を示すグラフである。なお、空燃比検出方法の第１実施形態乃至第３実施形態において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００８４】
第１工程は、図５（ａ）に示すように、電源手段１４が生成する交流電圧信号１４ａとして交流電圧信号１４ａを用いて雰囲気信号１２ａから空燃比データ１６ａを生成する場合であって、長時間の還元雰囲気下での空燃比データ１６ａの測定に続いて酸化雰囲気下で空燃比データ１６ａの測定を行う際に、酸化雰囲気信号１２ｂを生成するために印加される交流電圧信号１４ａの最大電圧値に比べて、還元雰囲気信号１２ｃを生成するために印加される交流電圧信号１４ａの最大電圧値を小さくする工程である。
【００８５】
具体的には、酸化雰囲気信号１２ｂ（プラス側）を生成するために印加される交流電圧信号１４ａの最大電圧値を０．６Ｖ、還元雰囲気信号１２ｃを生成するために印加される交流電圧信号１４ａの最大電圧値を０．３Ｖに設定している。また本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、雰囲気信号１２ａを積分して空燃比データ１６ａを生成する際に、酸化雰囲気状態では、所定の限界電流領域内の酸化雰囲気信号１２ｂを空燃比データ１６ａとして出力し、還元雰囲気状態では、所定の限界電流領域内の還元雰囲気信号１２ｃを空燃比データ１６ａとして出力する第２工程を有する。
【００８６】
酸化雰囲気信号１２ｂと還元雰囲気信号１２ｃとを分離して検出することは、限界電流領域と逆極性の出力とを基準として、一定値以上の出力が出力されていれば、逆極性が限界電流極性であると判断するようなコンパレータ回路を付加することによって実現できる。
【００８７】
第２工程においては、図５（ｂ）に示すように、交流電圧信号１４ａに依って生成される酸化雰囲気信号１２ｂ（単位は［ｍＶ］）を所定の第１タイミング（具体的には、９０度の位相）で酸化雰囲気信号１２ｂをサンプリングし、第１タイミングから１／２周期（則ち、１８０度）遅れた位相関係を有する第２タイミング（具体的には、２７０度）で還元雰囲気信号１２ｃ（単位は［ｍＶ］）をサンプリングしているる。
【００８８】
この第２工程に続く第３工程は、酸化雰囲気信号１２ｂのサンプリング値Ａと還元雰囲気信号１２ｃのサンプリング値Ｂとに基づいて、図５（ｃ）に示すような空燃比データ１６ａ（単位は［ｍＶＤＣ］）を算出する工程である。
【００８９】
以上説明したように、空燃比検出方法の第４実施形態に依れば、所定の限界電流領域内の酸化雰囲気信号１２ｂと還元雰囲気信号１２ｃとを各々分離して別個に出力することに依り、安定な限界電流領域内における酸化雰囲気信号１２ｂ及び還元雰囲気信号１２ｃを検出でき、その結果、信号の直線性が向上する。
【００９０】
更に、限界電流式酸素センサー１３内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることのなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データ１６ａ（則ち、空気中の酸素の濃度及び燃料としての水素の濃度）を再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【００９１】
次に、空燃比検出方法の第５実施形態を説明する。
【００９２】
図６は、図１の空燃比検出装置１０に用いられる空燃比検出方法の第５実施形態を説明するためのグラフであって、同図（ａ）は限界電流式酸素センサー１３に印加される交流電圧信号１４ａ、同図（ｂ）は限界電流式酸素センサー１３が出力する雰囲気信号１２ａ（則ち、酸化雰囲気信号１２ｂ及び還元雰囲気信号１２ｃ）、同図（ｃ）は空燃比演算手段１６が出力する演算出力（則ち、空燃比データ１６ａ）を示すグラフである。なお、空燃比検出方法の第１実施形態乃至第４実施形態において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００９３】
本空燃比検出方法の第１工程は、雰囲気信号１２ａの限界電流領域に基づく方形波電圧信号（具体的には、図６（ａ）に示すように、周波数１［Ｈｚ］、電圧値±０．５［Ｖ］）を電源手段１４が生成する交流電圧信号１４ａとして用いて空燃比データ１６ａを生成する工程である。
【００９４】
本実施形態では、酸化雰囲気信号１２ｂを生成するために印加される方形波電圧信号の最大電圧値に比べて、還元雰囲気信号１２ｃを生成するために印加される方形波電圧信号の最大電圧値を小さくしている。
【００９５】
具体的には、図６（ａ）に示すように、酸化雰囲気信号１２ｂ（プラス側）を生成するために印加される方形波電圧信号の最大電圧値を０．６Ｖ、還元雰囲気信号１２ｃを生成するために印加される方形波電圧信号の最大電圧値を０．３Ｖに設定している。
【００９６】
この第１工程に続く第２工程は、図６（ｂ）に示すように、酸化雰囲気信号１２ｂ（単位は［ｍＶ］）を所定の第１タイミング（具体的には、方形波電圧信号の立ち下がりのタイミング）でサンプリングし、第１タイミングから１／２周期遅れた位相関係を有する第２タイミング（具体的には、方形波電圧信号の立ち下がりのタイミングから１８０度遅れた方形波電圧信号の立ち上がりのタイミング）で還元雰囲気信号１２ｃ（単位は［ｍＶ］）をサンプリングする工程である。
【００９７】
更に、この第２工程に続く第３工程は、酸化雰囲気信号１２ｂのサンプリング値Ａと還元雰囲気信号１２ｃのサンプリング値Ｂとに基づいて、図６（ｃ）に示すような空燃比データ１６ａ（単位は［ｍＶＤＣ］）を算出する工程である。
【００９８】
請求項１２に記載の発明に依れば、請求項１１に記載の効果に加えて、電源手段１４が方形波電圧信号を印加することに依り、所定の限界電流領域外の（具体的には、領域抵抗支配領域）における酸化雰囲気信号１２ｂ又は還元雰囲気信号１２ｃも一定時間保持することに依り、限界電流式酸素センサー１３内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることのなく、空燃比データ１６ａの安定性を向上でき、更に、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データ１６ａを再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【０１０４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明に依れば、電源手段が所定の交流電圧信号を印加することに依り、限界電流式酸素センサーの電流電圧特性における立ち上がり領域（抵抗支配領域）を除く所定の限界電流領域を用いて、酸化雰囲気信号及び還元雰囲気信号が生成され、空燃比演算手段が、抵抗支配領域の影響を回避するように、所定の限界電流領域内の酸化雰囲気信号の積分値と還元雰囲気信号の積分値との差演算を実行して空気中の酸素の濃度及び燃料としての水素の濃度を算出することに依り、限界電流式酸素センサー内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データを再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【０１０５】
請求項２に記載の発明に依れば、電源手段が正弦波電圧信号を印加することに依り、限界電流式酸素センサーの電流電圧特性における立ち上がり領域（抵抗支配領域）を除く所定の領域を用いた雰囲気信号が生成され、空燃比演算手段が、抵抗支配領域の影響を回避するように、第１タイミングでサンプリングした酸化雰囲気信号のサンプリング値と第２タイミングでサンプリングした還元雰囲気信号と差演算を実行して空気中の酸素の濃度及び燃料としての水素の濃度を算出することに依り、限界電流式酸素センサー内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データを再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【０１０６】
請求項３に記載の発明に依れば、請求項２に記載の効果に加えて、電源手段が所定の交流電圧信号を印加することに依り、限界電流式酸素センサーの電流電圧特性における立ち上がり領域（抵抗支配領域）を除く所定の限界電流領域を用いた雰囲気信号が生成され、空燃比演算手段が、抵抗支配領域の影響を回避するように、第１タイミングでサンプリングした所定の限界電流領域内の酸化雰囲気信号のサンプリング値と第２タイミングでサンプリングした所定の限界電流領域内の還元雰囲気信号と差演算を実行して空気中の酸素の濃度及び燃料としての水素の濃度を算出することに依り、限界電流式酸素センサー内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データを再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【０１０７】
請求項４に記載の発明に依れば、還元雰囲気下での長時間測定の影響によって界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データを再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【０１０８】
請求項５に記載の発明に依れば、逆極性の信号成分を含まないように、所定の限界電流領域内の酸化雰囲気信号と還元雰囲気信号とを各々分離して別個に出力することに依り、信号の直線性が向上し、更に、限界電流式酸素センサー内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることなく、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データ（則ち、空気中の酸素の濃度及び燃料としての水素の濃度）を再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【０１０９】
請求項６に記載の発明に依れば、電源手段が方形波電圧信号を印加することに依り、所定の限界電流領域外の（具体的には、領域抵抗支配領域）における酸化雰囲気信号又は還元雰囲気信号も一定時間保持することに依り、限界電流式酸素センサー内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることなく、空燃比データの安定性を向上できるようになる。
【０１１０】
請求項７に記載の発明に依れば、請求項６に記載の効果に加えて、電源手段が方形波電圧信号を印加することに依り、所定の限界電流領域外の（具体的には、領域抵抗支配領域）における酸化雰囲気信号又は還元雰囲気信号も一定時間保持することに依り、限界電流式酸素センサー内の電極と固体電解質との界面において界面電気抵抗に変動が発生しても、この変動に左右されることなく、空燃比データの安定性を向上でき、更に、空気過剰雰囲気から燃料過剰雰囲気にわたる広範囲の雰囲気下における空燃比データを再現性良く、高精度で且つ安定性良く計測できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空燃比検出装置の実施形態を説明するための機能ブロック図である。
【図２】図１の空燃比検出装置に用いられる空燃比検出方法の第１実施形態を説明するためのグラフであって、同図（ａ）は限界電流式酸素センサーに印加される交流電圧信号、同図（ｂ）は限界電流式酸素センサーが出力する雰囲気信号（則ち、酸化雰囲気信号及び還元雰囲気信号）、同図（ｃ）は空燃比演算手段が出力する演算出力（則ち、空燃比データ）を示すグラフである。
【図３】図１の空燃比検出装置に用いられる空燃比検出方法の第２実施形態を説明するためのグラフであって、同図（ａ）は限界電流式酸素センサーに印加される交流電圧信号、同図（ｂ）は限界電流式酸素センサーが出力する雰囲気信号（則ち、酸化雰囲気信号及び還元雰囲気信号）、同図（ｃ）は空燃比演算手段が出力する演算出力（則ち、空燃比データ）を示すグラフである。
【図４】図１の空燃比検出装置に用いられる空燃比検出方法の第３実施形態を説明するためのグラフであって、同図（ａ）は限界電流式酸素センサーに印加される交流電圧信号、同図（ｂ）は限界電流式酸素センサーが出力する雰囲気信号（則ち、酸化雰囲気信号及び還元雰囲気信号）、同図（ｃ）は空燃比演算手段が出力する演算出力（則ち、空燃比データ）を示すグラフである。
【図５】図１の空燃比検出装置に用いられる空燃比検出方法の第４実施形態を説明するためのグラフであって、同図（ａ）は限界電流式酸素センサーに印加される交流電圧信号、同図（ｂ）は限界電流式酸素センサーが出力する雰囲気信号（則ち、酸化雰囲気信号及び還元雰囲気信号）、同図（ｃ）は空燃比演算手段が出力する演算出力（則ち、空燃比データ）を示すグラフである。
【図６】図１の空燃比検出装置に用いられる空燃比検出方法の第５実施形態を説明するためのグラフであって、同図（ａ）は限界電流式酸素センサーに印加される交流電圧信号、同図（ｂ）は限界電流式酸素センサーが出力する雰囲気信号（則ち、酸化雰囲気信号及び還元雰囲気信号）、同図（ｃ）は空燃比演算手段が出力する演算出力（則ち、空燃比データ）を示すグラフである。
【図７】従来の空燃比検出装置に用いられる空燃比検出方法の第５実施形態を説明するためのグラフであって、同図（ａ）は限界電流式酸素センサーに印加される交流電圧信号、同図（ｂ）は限界電流式酸素センサーが出力する雰囲気信号（則ち、酸化雰囲気信号及び還元雰囲気信号）、同図（ｃ）は空燃比演算手段が出力する演算出力（則ち、空燃比データ）を示すグラフである。
【符号の説明】
１０    空燃比検出装置
１２    酸素濃度検出手段
１２ａ    雰囲気信号
１２ｂ    酸化雰囲気信号
１２ｃ    還元雰囲気信号
１２２    内蔵ヒータ
１３    限界電流式酸素センサー
１４    電源手段
１４ａ    交流電圧信号
１４ｂ    ヒータ加熱電圧信号
１４４    内蔵ヒータ電源部
１６    空燃比演算手段
１６ａ    空燃比データ
【図１】
0003690546.tif 000002
【図２】
0003690546.tif 000003
【図３】
0003690546.tif 000004
【図４】
0003690546.tif 000005
【図５】
0003690546.tif 000006
【図６】
0003690546.tif 000007
【図７】
0003690546.tif 000008