(57)【要約】【課題】空燃比の算出精度を向上させる。【解決手段】空燃比検出装置１００は、第１固体電解質体６１と、第１固体電解質体６１の一方の面に配置されているガス検出電極６２と、第１固体電解質体６１の他方の面に配置されている第１基準電極６３と、ガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に流れる電流に応じて被測定ガスの酸素分圧を算出するＥＣＵ３０とを備えている。空燃比検出装置１００は、第２固体電解質体７１と、第２固体電解質体７１を挟み込む第２基準電極７２及びモニタ電極９１と、モニタ電極９１が配置される基準大気室９５を区画する第３隔壁体９３と、第２基準電極７２及びモニタ電極９１間の起電力を測定する電圧測定装置９７とを備えている。ＥＣＵ３０は、電圧測定装置９７が算出した起電力を加味して被測定ガスの酸素分圧を算出する。【選択図】図２
2019020164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１固体電解質体と、前記第１固体電解質体の一方の面に配置されているとともに被測定ガスに晒されるガス検出電極と、前記第１固体電解質体の他方の面に配置されているとともに被測定ガスに晒されない基準電極と、前記ガス検出電極及び前記基準電極間に電圧を印加する電源部と、前記ガス検出電極及び前記基準電極間に流れる電流に応じて被測定ガスの酸素分圧を算出する空燃比算出部とを備えた空燃比検出装置であって、
前記第１固体電解質体よりも前記基準電極側に配置されている第２固体電解質体と、
前記第２固体電解質体を挟み込む一対の電極と、
前記第２固体電解質体に対して前記第１固体電解質体とは反対側に配置され、前記一対の電極のうちの一つが配置される基準大気室を区画する隔壁と、
前記一対の電極間の起電力を測定する起電力測定部とを備え、
前記空燃比算出部は、前記起電力測定部が測定した起電力を加味して被測定ガスの酸素分圧を算出する空燃比検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空燃比検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された空燃比検出装置は、第１固体電解質層の両面に電極を有した空燃比検出部を備えている。第１固体電解質層の一方の面の電極は、被測定ガスである排気に晒されている。第１固体電解質層の他方の面の電極は、隔壁で区画された大気室内に配置されている。これら両面の電極間に電圧を印加すると、排気中の酸素分圧と大気室の酸素分圧との差に応じた量の電流が両電極間に流れる。この電流値に基づいて排気中の酸素分圧が算出される。
【０００３】
また、特許文献１に開示された空燃比検出装置は、大気室の酸素分圧を一定の分圧に調節するための酸素供給排出部を備えている。酸素供給排出部は、第２固体電解質層の両面に電極を備えている。第２固体電解質層の一方の面の電極は、大気室内に配置されている。第２固体電解質層の両面の電極間には電圧が印加されて電流が流れる。このときの電流値は、第１固体電解質層の両面の電極間を流れる電流値と一致するように制御される。これにより、第１固体電解質層を通過する酸素量と同量の酸素量が第２固体電解質層を通過し、大気室の酸素分圧がほぼ一定に維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−７２４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された空燃比検出装置のようにして酸素供給排出部に流れる電流値を制御したとしても、第１固体電解質層と第２固体電解質層とを通過する酸素量が厳密には一致しない場合がある。こうした僅かな誤差が長期に亘って積み重なると、大気室の酸素分圧と実際の大気の酸素分圧との間に無視できない差が生じる虞がある。この結果、被測定ガスの酸素分圧の算出精度が悪化し、空燃比の算出精度が悪化する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための空燃比検出装置は、第１固体電解質体と、前記第１固体電解質体の一方の面に配置されているとともに被測定ガスに晒されるガス検出電極と、前記第１固体電解質体の他方の面に配置されているとともに被測定ガスに晒されない基準電極と、前記ガス検出電極及び前記基準電極間に電圧を印加する電源部と、前記ガス検出電極及び前記基準電極間に流れる電流に応じて被測定ガスの酸素分圧を算出する空燃比算出部とを備えている。また、空燃比検出装置は、前記第１固体電解質体よりも前記基準電極側に配置されている第２固体電解質体と、前記第２固体電解質体を挟み込む一対の電極と、前記第２固体電解質体に対して前記第１固体電解質体とは反対側に配置され、前記一対の電極のうちの一つが配置される基準大気室を区画する隔壁と、前記一対の電極間の起電力を測定する起電力測定部とを備え、前記空燃比算出部は、前記起電力測定部が測定した起電力を加味して被測定ガスの酸素分圧を算出する。
【０００７】
上記構成において、第２固体電解質体を挟み込む一対の電極間の起電力は、基準電極近くの酸素分圧と基準大気室の酸素分圧との差を反映する。したがって、仮に基準電極近くの酸素分圧と大気の酸素分圧とに差があったとしても、基準大気室の酸素分圧を大気の酸素分圧に保っておけば、その差に起因した被測定ガスの酸素分圧のずれを加味した上で、被測定ガスの酸素分圧を算出できる。したがって、被測定ガスの酸素分圧の算出精度の悪化を抑制することができ、その結果、空燃比の算出精度も向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】空燃比検出装置が適用された内燃機関の概略図。
【図２】空燃比検出装置の断面図。
【図３】空燃比センサの出力特性を表した図。
【図４】空燃比算出処理の処理手順を表したフローチャート。
【図５】空燃比検出装置の変更例を表した断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、内燃機関に搭載されている空燃比検出装置の一実施形態を、図面を参照して説明する。まず、内燃機関Ｅの概略構成について説明する。図１に示すように、内燃機関Ｅは、外部から吸気を導入するための吸気通路１１を備えている。吸気通路１１には、燃料と吸気との混合気を燃焼させる気筒１０が接続されている。気筒１０には、排気を外部に排出するための排気通路２１が接続されている。
【００１０】
吸気通路１１には、吸気通路１１に導入される空気を濾過するエアクリーナ１２が設けられている。吸気通路１１におけるエアクリーナ１２よりも下流側には、通路面積を可変とするスロットルバルブ１３が設けられている。吸気通路１１におけるエアクリーナ１２とスロットルバルブ１３との間には、吸気通路１１に導入された空気の流量を検出するエアフロメータ１４が設けられている。エアフロメータ１４は、検出した空気の流量値を、内燃機関Ｅの制御装置である電子制御ユニット３０（以下、ＥＣＵ３０と略記する。）に出力する。吸気通路１１におけるスロットルバルブ１３よりも下流側には、燃料を噴射するインジェクタ１５が設けられている。
【００１１】
排気通路２１には、排気中の成分を浄化する触媒２２が設けられている。排気通路２１における触媒２２よりも上流側には、空燃比センサ５０が設けられている。空燃比センサ５０は、ＥＣＵ３０とともに空燃比検出装置１００を構成している。空燃比センサ５０は、排気通路２１における触媒２２よりも上流部分の酸素分圧に対応する電流値を検出し、その電流値をＥＣＵ３０に出力する。ＥＣＵ３０は、空燃比センサ５０から入力された電流値に基づいて、気筒１０に供給された混合気の空燃比を算出する。
【００１２】
ＥＣＵ３０には、エアフロメータ１４、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ、機関回転速度を検出する回転速度センサ等の各種センサの検出値が入力される。ＥＣＵ３０は、各種センサの検出値から把握される内燃機関Ｅの状況に応じて、スロットルバルブ１３やインジェクタ１５等を制御して空燃比制御を行う。
【００１３】
つぎに、空燃比検出装置１００の具体的な構成について説明する。
図２に示すように、空燃比センサ５０は、長方形板状のヒータ支持板５１を備えている。なお、本実施形態では、ヒータ支持板５１の面方向に直交する方向を上下方向として説明する。
【００１４】
ヒータ支持板５１の内部には、空燃比センサ５０の温度を調整するヒータ５２が埋設されている。ヒータ５２は電熱線であり、ヒータ用電源からの給電により発熱する。ヒータ５２は、空燃比センサ５０の温度がおよそ６５０〜７５０℃になるように加熱制御されている。
【００１５】
ヒータ支持板５１の上面には全体として長方形板状をなす第１隔壁体５３が固定されている。第１隔壁体５３は、例えばアルミナ製である。第１隔壁体５３は、材料密度が高く、気体が通過不能となっている。第１隔壁体５３には、四角形状の貫通孔５３ａが上下方向に貫通している。第１隔壁体５３において、貫通孔５３ａを囲む壁部のうちの一部（図２において左側の部分）は空燃比センサ５０の外側に開放されている。この開放された部分には、当該開放された部分に整合する四角柱状の拡散抵抗体５４が嵌め込まれている。上下方向における拡散抵抗体５４の寸法は、第１隔壁体５３の厚みと同じになっている。拡散抵抗体５４は、例えばアルミナ製である。拡散抵抗体５４は、第１隔壁体５３よりも材料密度が低く、気体が通過可能になっている。
【００１６】
第１隔壁体５３及び拡散抵抗体５４の上面には、長方形板状の第１固体電解質体６１が固定されている。第１固体電解質体６１は、酸素イオン伝導性のある電解質体である。第１固体電解質体６１の酸素イオン伝導性は、ヒータ５２による加熱によって第１固体電解質体６１の温度が高くなるほど高まる。第１固体電解質体６１の下面、第１隔壁体５３の貫通孔５３ａの内面、及びヒータ支持板５１の上面によって被測定ガス室５８が区画されている。被測定ガス室５８には、拡散抵抗体５４を介して、被測定ガスである排気が流入する。なお、拡散抵抗体５４の外面の一部は空燃比センサ５０の外面の一部を構成しており、排気は拡散抵抗体５４を介して被測定ガス室５８に流入する。そして、拡散抵抗体５４を通過する際に排気の流速が低下する。そのため、排気通路２１を通過する排気の流速に脈動が生じても、被測定ガス室５８に流入する排気の流入速度はほぼ一定になる。
【００１７】
第１固体電解質体６１の下面には、板状のガス検出電極６２が固定されている。ガス検出電極６２は、被測定ガス室５８内に配置されており、被測定ガス室５８内の排気に晒されている。第１固体電解質体６１の上面には、板状の第１基準電極６３が固定されている。第１基準電極６３の厚み及び寸法は、ガス検出電極６２の厚み及び寸法と一致している。空燃比センサ５０を上側から平面視したとき、第１基準電極６３は、ガス検出電極６２と重なっている。第１固体電解質体６１と、第１固体電解質体６１を挟み込むガス検出電極６２及び第１基準電極６３は、排気中の酸素分圧を検出するセンサセル６０として機能する。
【００１８】
第１固体電解質体６１の上面には、全体として長方形板状をなす第２隔壁体５５が固定されている。第２隔壁体５５は、第１隔壁体５３と同一材料でできている。第２隔壁体５５には、四角形状の貫通孔５５ａが上下方向に貫通している。
【００１９】
第２隔壁体５５の上面には、長方形板状の第２固体電解質体７１が固定されている。第２固体電解質体７１の厚み及び縦横の寸法は、第１固体電解質体６１の厚み及び縦横の寸法と一致している。第２固体電解質体７１は、第１固体電解質体６１と同一材料でできている。第２固体電解質体７１の下面、第２隔壁体５５の貫通孔５５ａの内面、及び第１固体電解質体６１の上面によって基準ガス室５９が区画されている。基準ガス室５９は、密閉されている。基準ガス室５９には、予め大気が取り込まれている。基準ガス室５９内のガスは、被測定ガス室５８内の酸素分圧を算出するための基準ガスとなる。なお、第１基準電極６３は、基準ガス室５９内に配置されており、基準ガス室５９内の基準ガスに晒されている。
【００２０】
第２固体電解質体７１の下面には、板状の第２基準電極７２が固定されている。第２基準電極７２の厚み及び寸法は、第１基準電極６３の厚み及び寸法と一致している。第２基準電極７２は、基準ガス室５９内に配置されており、基準ガス室５９内の基準ガスに晒されている。
【００２１】
第２固体電解質体７１の上面には、板状の酸素電極７３が固定されている。酸素電極７３の厚み及び寸法は、第２基準電極７２の厚み及び寸法と一致している。空燃比センサ５０を上側から平面視したとき、酸素電極７３は、第２基準電極７２と重なっている。空燃比センサ５０の外部には排気が流通しているため、酸素電極７３は、排気に晒されている。第２固体電解質体７１と、第２固体電解質体７１を挟み込む第２基準電極７２及び酸素電極７３は、基準ガス室５９に酸素を供給したり、基準ガス室５９から酸素を排出したりする酸素供給排出セル７０として機能する。
【００２２】
第２固体電解質体７１の上面において、酸素電極７３が固定されている箇所とは異なる箇所には、板状のモニタ電極９１が固定されている。モニタ電極９１の寸法は、酸素電極７３の寸法よりも小さくなっている。モニタ電極９１の厚みは、酸素電極７３の厚みと一致している。本実施形態では、モニタ電極９１と第２基準電極７２とが第２固体電解質体７１を挟む一対の電極である。
【００２３】
第２固体電解質体７１の上面には、モニタ電極９１を覆うように設けられた第３隔壁体９３が固定されている。第３隔壁体９３は、第１隔壁体５３と同一材料でできている。第３隔壁体９３は、第２固体電解質体７１の上面から立ち上がるとともにモニタ電極９１の周囲を囲うように設けられた立壁部９３ａと、立壁部９３ａの上端面に固定されている平板状の水平壁部９３ｂと、を備えている。立壁部９３ａの内面、水平壁部９３ｂの下面、及び第２固体電解質体７１の上面によって、排気通路２１から隔離された基準大気室９５が区画されている。図示は省略するが、基準大気室９５は、車両の外部と連通しており、外部の大気が基準大気室９５に取り込まれるようになっている。なお、モニタ電極９１は、基準大気室９５内に配置されており、基準大気室９５の大気に晒されている。
【００２４】
ガス検出電極６２及び第１基準電極６３には、これらの間に一定の電圧を印加する電源部である第１電源８１が接続されている。第１電源８１の正極は第１基準電極６３側に接続され、第１電源８１の負極はガス検出電極６２側に接続されている。つまり、第１基準電極６３側からガス検出電極６２側に電流が流れた場合、電流値は正となる。一方、ガス検出電極６２側から第１基準電極６３側に電流が流れた場合、電流値は負となる。なお、図２において、電流値Ａ１が流れる方向は、正の電流値が流れる方向に一致している。第１電源８１は、ＥＣＵ３０によって制御されている。
【００２５】
第１基準電極６３と第１電源８１との間には、電流測定装置８３が接続されている。電流測定装置８３は、第１電源８１によってガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に電圧が印加された際に、ガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に流れる電流値を測定する電流測定部である。電流測定装置８３が測定した電流値は、ＥＣＵ３０に入力される。
【００２６】
第２基準電極７２及び酸素電極７３には、これらの間に電圧を印加する第２電源８２が接続されている。第２電源８２の正極は第２基準電極７２側に接続され、第２電源８２の負極は酸素電極７３側に接続されている。つまり、第２基準電極７２側から酸素電極７３側に電流が流れた場合、電流値は正となる。一方、酸素電極７３側から第２基準電極７２側に電流が流れた場合、電流値は負となる。なお、図２において、電流値Ａ２が流れる方向は、正の電流値が流れる方向に一致している。第２電源８２は、第２基準電極７２及び酸素電極７３に印加する電圧を可変制御する。第２電源８２による電圧の印加及び、そのときの電圧の大きさは、ＥＣＵ３０によって制御されている。
【００２７】
第２基準電極７２及びモニタ電極９１には、電圧測定装置９７が接続されている。電圧測定装置９７は、第２基準電極７２とモニタ電極９１との間に生じる起電力（電圧）を測定する起電力測定部である。電圧測定装置９７が測定した起電力はＥＣＵ３０に入力される。
【００２８】
ＥＣＵ３０は、被測定ガス室５８の排気中の酸素分圧を算出するとともに、その酸素分圧に基づいて、気筒１０に供給された混合気の空燃比を算出する空燃比算出部として機能する。ここで、排気中の酸素分圧の算出原理について説明する。
【００２９】
ＥＣＵ３０は、第１電源８１によってガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に電圧を印加した際にガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に流れる電流値Ａ１に基づいて排気中の酸素分圧を算出する。例えば気筒１０に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンの場合、第１固体電解質体６１を通じて被測定ガス室５８の排気中から基準ガス室５９に酸素が取り込まれる。このとき、第１電源８１の負極側であるガス検出電極６２側から第１電源８１の正極側である第１基準電極６３側に向かって酸素イオンが移動する。そして、第１電源８１の正極側である第１基準電極６３側から第１電源８１の負極側であるガス検出電極６２側に向かって電流が流れる。つまり、電流測定装置８３が測定する電流値Ａ１は正となる。
【００３０】
一方、気筒１０に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合には、第１固体電解質体６１を通じて被測定ガス室５８の排気中に基準ガス室５９から酸素が持ち出される。このとき、第１電源８１の正極側である第１基準電極６３側から第１電源８１の負極側であるガス検出電極６２側に向かって酸素イオンが移動する。そして、第１電源８１の負極側であるガス検出電極６２側から第１電源８１の正極側である第１基準電極６３側に向かって電流が流れる。つまり、電流測定装置８３が測定する電流値Ａ１は負となる。
【００３１】
図３の実線は、基準ガス室５９の酸素分圧が大気の酸素分圧である状態（以下、基準状態と記す）における、各空燃比に対する電圧−電流特性を示している。各空燃比において、電圧−電流特性には、電圧を増加させても電流値が変化しない限界電流領域が存在する。この限界電流領域での電流値である限界電流値は、排気中の酸素分圧（混合気の空燃比）とともに大きくなる。つまり、限界電流値と排気中の酸素分圧とは１対１の関係にある。したがって、限界電流値を測定することで、その限界電流値に基づいて、排気中の酸素分圧を算出することができる。なお、排気中の酸素分圧を算出する際に、実際に第１電源８１がガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に印加する電圧は、一定の印加電圧Ｖｐである。この印加電圧Ｖｐは、各空燃比での限界電流領域が互いに重なり合っている領域内の電圧である。この印加電圧Ｖｐを印加することにより、混合気の空燃比が如何なる値であっても、限界電流を通電可能である。
【００３２】
ここで、空燃比センサ５０の使用に伴って、基準ガス室５９の酸素分圧は、大気の酸素分圧とは異なった分圧になる場合がある。この場合、各空燃比に対する電圧−電流特性は、基準ガス室５９の酸素分圧が大気の酸素分圧である場合のものとは異なるものとなる。図３の２点鎖線は、例えば混合気の空燃比が１７である場合において、基準ガス室５９の酸素分圧が大気の酸素分圧とは異なっている場合の電圧−電流特性の例を示している。基準ガス室５９の酸素分圧が大気の酸素分圧とは異なっていることに伴って電圧−電流特性が変化すると、所定の印加電圧Ｖｐをガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に印加した際、基準状態で検出されるはずの限界電流値Ｉｐ１とは異なる電流値Ｉｐ２が検出される。したがって、基準ガス室５９の酸素分圧が大気の酸素分圧とは異なっているにも拘らず、基準ガス室５９の酸素分圧が大気の酸素分圧であるとの前提のもとで算出を行うと、排気中の酸素分圧の算出精度が悪化する。そこで、本実施形態のＥＣＵ３０は、基準ガス室５９の酸素分圧と大気の酸素分圧との差（以下、基準ガス室５９における酸素分圧差と記す）を加味して排気中の酸素分圧を算出する。
【００３３】
ＥＣＵ３０は、基準ガス室５９における酸素分圧差を、電圧測定装置９７で測定される起電力から把握する。ここで、電圧測定装置９７で測定される起電力は、以下に説明するとおり、基準ガス室５９と基準大気室９５とにおける酸素分圧の差を反映している。例えば基準ガス室５９と基準大気室９５との酸素分圧に差がある場合、基準ガス室５９に配置されている第２基準電極７２と、基準大気室９５に配置されているモニタ電極９１とのうち、酸素分圧が高い側に配置されている電極では酸素分子が電子を受け取って酸素イオンとなる。一方、酸素分圧が低い側に配置されている電極では酸素イオンが電子を乖離して酸素分子に戻る。こうして両電極に電位差が生じることで、第２基準電極７２とモニタ電極９１との間に起電力が生じる。この起電力が電圧測定装置９７で測定される。
【００３４】
つづいて、ＥＣＵ３０が行う第２電源８２の制御について説明する。ここで、特許文献１に開示されている空燃比検出装置の手法に倣えば、基準ガス室５９の酸素分圧が一定に維持されるように第２電源８２を制御することになる。これに対して、本実施形態では、常に一定量の酸素が基準ガス室５９に取り込まれるように第２電源８２を制御する。具体的には、ＥＣＵ３０は、ガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に流れる電流値Ａ１と、第２基準電極７２及び酸素電極７３の間に流れる電流値Ａ２との和が予め設定された正の値の一定値となるように第２電源８２を制御している。このようにして第２電源８２を制御することにより、常に一定量の酸素が基準ガス室５９に取り込まれる。
【００３５】
例えば電流値Ａ１が大きな正の値である場合、つまり、第１固体電解質体６１を通じて被測定ガス室５８の排気中から基準ガス室５９に取り込まれる酸素の量が多い場合、ＥＣＵ３０は、電流値Ａ２が小さな正の値となるように第２電源８２を制御する。この場合、第２基準電極７２側から酸素電極７３側に少量の電流が流れる。そして、比較的少量の酸素が第２固体電解質体７１を通じて空燃比センサ５０の外部の排気中から基準ガス室５９に取り込まれる。
【００３６】
一方、電流値Ａ１が小さな正の値である場合、つまり、第１固体電解質体６１を通じて被測定ガス室５８の排気中から基準ガス室５９に取り込まれる酸素の量が少ない場合、ＥＣＵ３０は、電流値Ａ２が大きな正の値となるように第２電源８２を制御する。この場合、第２基準電極７２側から酸素電極７３側に多量の電流が流れる。そして、多量の酸素が第２固体電解質体７１を通じて空燃比センサ５０の外部の排気中から基準ガス室５９に取り込まれる。また、電流値Ａ１が負の値である場合、つまり、第１固体電解質体６１を通じて基準ガス室から被測定ガス室５８の排気中に酸素が持ち出される場合、ＥＣＵ３０は、電流値Ａ２が大きな正の値となるように第２電源８２を制御する。この場合、第２基準電極７２側から酸素電極７３側に多量の電流が流れる。そして、多量の酸素が第２固体電解質体７１を通じて空燃比センサ５０の外部の排気中から基準ガス室５９に取り込まれる。
【００３７】
つぎに、ＥＣＵ３０が実行する空燃比算出処理について図４を用いて説明する。ＥＣＵ３０はイグニッションスイッチがオンにされると、所定周期毎に空燃比算出処理を実行する。なお、ＥＣＵ３０は、イグニッションスイッチがオンにされた時点で、第１電源８１を通じて所定の印加電圧Ｖｐをガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に印加する。また、ＥＣＵ３０は、イグニッションスイッチがオンにされた時点で、第２電源８２を上述のように制御する。
【００３８】
図４に示すように、ＥＣＵ３０は、空燃比算出処理が開始されると、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０において、ＥＣＵ３０は、電流測定装置８３で測定された電流値Ａ１を取得する。そして、ＥＣＵ３０は、ステップＳ３０において、電圧測定装置９７で測定された起電力Ｖを取得する。この後、ＥＣＵ３０は、ステップＳ４０に処理を進める。
【００３９】
ステップＳ４０において、ＥＣＵ３０は、自身に予め記憶されている起電力マップを参照する。起電力マップには、第２基準電極７２とモニタ電極９１との間に生じる起電力と、基準ガス室５９における酸素分圧差と、の関係が規定されている。上記起電力と、基準ガス室５９における酸素分圧差とは１対１の関係にある。起電力が０の場合、基準ガス室５９における酸素分圧差は０である。起電力が大きいほど、基準ガス室５９における酸素分圧差は大きくなる。ＥＣＵ３０は、起電力マップから、電圧測定装置９７で測定された起電力Ｖに対応する、基準ガス室５９における酸素分圧差Ｃを読み取る。そして、ＥＣＵ３０は、ステップＳ５０に処理を進める。
【００４０】
ステップＳ５０において、ＥＣＵ３０は、電流測定装置８３で測定された電流値Ａ１が、基準ガス室５９における酸素分圧差に応じて基準状態で検出されるべき電流値からずれてしまった量ＡＺを算出する。ＡＺはつぎの式（１）によって算出される。
【００４１】
ＡＺ＝Ａ１×Ｃ／大気の酸素分圧                ・・・式（１）
この後、ＥＣＵ３０は、ステップＳ６０において、電流測定装置８３で測定された電流値Ａ１をつぎの式（２）によって補正する。
【００４２】
Ａ１ｍ＝Ａ１＋ＡＺ                              ・・・式（２）
ここで、Ａ１ｍは補正後の電流値である。この後、ＥＣＵ３０は、ステップＳ７０に処理を進める。
【００４３】
ステップＳ７０において、ＥＣＵ３０は、自身に予め記憶されている電流マップを参照する。電流マップには、基準状態において所定の印加電圧Ｖｐを印加した際にガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間を流れる電流値と、排気中の酸素分圧と、の関係が規定されている。上記電流値と排気中の酸素分圧とは１対１の関係にある。ＥＣＵ３０は、電流マップから、補正後の電流値Ａ１ｍに対応する、排気中の酸素分圧を読み取る。この後、ＥＣＵ３０は、ステップＳ８０に処理を進める。
【００４４】
ステップＳ８０において、ＥＣＵ３０は、排気中の酸素分圧に基づいて、気筒１０に供給される混合気の空燃比を算出する。こうしてＥＣＵ３０は一連の処理を終了する。
つぎに、本実施形態の空燃比検出装置の効果について説明する。
【００４５】
（１）基準ガス室５９における酸素分圧が大気の酸素分圧とは異なっている場合、ガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に流れる電流値が、基準ガス室５９の酸素分圧が大気の酸素分圧であるとした場合に検出されるべき電流値とは異なってしまう。このような電流値を用いて排気中の酸素分圧を算出すると、当然不適当な酸素分圧を算出してしまうことになる。
【００４６】
これに対して本実施形態では、第２固体電解質体７１を挟んで基準ガス室５９とは反対側に基準大気室９５を設けている。そして、基準ガス室５９に第２基準電極７２を配置するとともに、基準大気室９５にモニタ電極９１を配置し、これらの第２基準電極７２及びモニタ電極９１の間の起電力を測定している。こうして第２基準電極７２とモニタ電極９１との間に生じる起電力を測定することで、基準ガス室５９における酸素分圧差を把握することができるようになる。ＥＣＵ３０は、この酸素分圧差に基づいてガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に流れる電流値Ａ１を補正し、補正した電流値Ａ１ｍから排気中の酸素分圧を算出する。したがって、仮に基準ガス室５９における酸素分圧が大気の酸素分圧とは異なっていても、基準ガス室５９における酸素分圧差に起因した電流値のずれを加味して排気中の酸素分圧を算出できる。そのため、酸素分圧の算出精度の悪化を抑制することができ、その結果、気筒１０に供給される混合比の空燃比の算出精度が向上する。
【００４７】
（２）本実施形態では、ガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に流れる電流値Ａ１と、第２基準電極７２及び酸素電極７３の間に流れる電流値Ａ２との和が予め設定された正の値の一定値となるように第２電源８２を制御している。このようにして第２電源８２を制御することにより、常に一定量の酸素が基準ガス室５９に取り込まれる。この場合、基準ガス室５９内の酸素が不足することは考えにくい。
【００４８】
一方、第２電源８２の制御方法次第では、基準ガス室５９の酸素分圧が０になる場合がある。基準ガス室５９の酸素分圧が０になると、基準ガス室５９から被測定ガス室５８への酸素の持ち出しができなくなる。そのため、気筒１０に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチであれば、第１電源８１によってガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に電圧を印加しても、基準ガス室５９から被測定ガス室５８への酸素の移動が不能になる。この場合、ガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に電流が流れない。ここで、基準ガス室５９の酸素分圧が０になっている状態で例えば特許文献１に開示されている空燃比検出装置の手法に倣って第２電源８２を制御した場合、ガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に流れる電流値Ａ１が０であれば、第２基準電極７２及び酸素電極７３の間に流れる電流値Ａ２も０となる。電流値Ａ２が０であれば、第２固体電解質体７１を通じて空燃比センサ５０の外部の排気中から基準ガス室５９に酸素が取り込まれることがないため、基準ガス室５９の酸素分圧は０の状態が維持されてしまう。この結果、電流値Ａ１もまた０の状態が維持されてしまい、排気中の酸素分圧を適切に算出することができない。
【００４９】
これに対して、本実施形態によれば、常に一定量の酸素が基準ガス室５９に取り込まれるため、基準ガス室５９の酸素分圧が０になる事態を回避できる。そのため、排気中の酸素分圧を適切に算出でき、気筒１０に供給される混合気の空燃比の算出精度が向上する。
【００５０】
（３）上記（２）に記したようにして常に一定量の酸素を基準ガス室５９に取り込むように第２電源８２を制御した場合、基準ガス室５９の酸素分圧が０になる事態を回避できるとしても、基準ガス室５９の酸素分圧が大気の酸素分圧よりも多くなる酸素過剰な状況を招く虞がある。しかし、本実施形態では、基準ガス室５９における酸素分圧差に基づいて、ガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に流れる電流値Ａ１を補正し、補正後の電流値Ａ１ｍに基づいて排気中の酸素分圧を算出している。したがって、基準ガス室５９における酸素分圧が酸素過剰な状況になっても排気中の酸素分圧の算出精度が悪化することを抑制できる。つまり、本実施形態においては、基準ガス室５９が酸欠状態となって排気中の酸素分圧の算出精度が悪化することもなく、かつ、基準ガス室５９が酸素過剰となって排気中の酸素分圧の算出精度が悪化することもない。この結果、気筒１０に供給される混合気の空燃比の算出精度が向上する。
【００５１】
なお、基準ガス室５９は密閉されているとはいえ、例えば第１固体電解質体６１と第２隔壁体５５との間の僅かな隙間から気体が進入し得る。したがって、内燃機関Ｅの停止時のように空燃比検出装置１００が動作していない場合に、基準ガス室５９内は大気と僅かずつガス交換して、基準ガス室５９内の酸素分圧が大気の酸素分圧に近づいていく。
【００５２】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・空燃比センサ５０を構成している各種部材の形状や配置は、空燃比センサが上記実施形態と同様に機能することを条件として、適宜変更可能である。例えば、ガス検出電極６２と第１基準電極６３の形状や大きさ、水平方向の位置を互いに異なるものとしてもよい。第２基準電極７２と酸素電極７３についても同様である。第１固体電解質体６１、第２固体電解質体７１、ヒータ支持板５１、第１隔壁体５３、第２隔壁体５５は例えば正方形等、長方形以外の形状にしてもよい。基準ガス室５９は被測定ガス室５８及び排気通路２１から隔離されていればよく、密閉構造とすることなく外部の大気と連通させてもよい。第３隔壁体９３は、大気と連通している基準大気室９５であって基準ガス室５９、被測定ガス室５８、及び排気通路２１から隔離されている基準大気室９５を区画できる形状であれば、どのような形状でもよい。
【００５３】
・基準ガス室５９を廃止してもよい。基準ガス室５９を廃止した場合の空燃比検出装置の例を図５に示す。この空燃比検出装置１００ａの空燃比センサ５０ａでは、基準ガス室を廃止し、かつ、第１基準電極と第２基準電極とを共通化している。すなわち、第１固体電解質体６１の上面には、共通基準電極１６３が固定されている。また、第１固体電解質体６１の上面には、第２固体電解質体１７１が固定されている。第２固体電解質体１７１の下面には、上側に凹んだ凹部１７１ａが形成されている。この凹部１７１ａに共通基準電極１６３が配置されている。共通基準電極１６３及びガス検出電極６２には、第１電源８１が接続されている。また、共通基準電極１６３と第１電源８１との間には、電流測定装置８３が接続されている。また、共通基準電極１６３及び酸素電極７３には、第２電源８２が接続されている。また、共通基準電極１６３及びモニタ電極９１には、電圧測定装置９７が接続されている。なお、空燃比検出装置１００ａにおいては、共通基準電極１６３とモニタ電極９１とが、第２固体電解質体７１を挟み込む一対の電極となる。また、空燃比検出装置１００ａにおいては、第１固体電解質体６１、ガス検出電極６２、及び共通基準電極１６３がセンサセルを構成し、第２固体電解質体７１、共通基準電極１６３、及び酸素電極７３が酸素供給排出セルを構成する。
【００５４】
・被測定ガス室５８を廃止し、ガス検出電極６２を拡散抵抗体５４で覆う構成としてもよい。この場合、拡散抵抗体５４を通過した排気が直にガス検出電極６２に供給される。
・ガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に流れる電流値Ａ１の補正方法は、起電力マップ、及び、上記式（１）、式（２）を用いた補正方法に限定されるものではなく、電圧測定装置９７で測定された起電力Ｖに応じて電流値Ａ１を適正に補正できる方法であれば、どのようは方法であってもよい。
【００５５】
・上記実施形態では、電流値Ａ１に対して補正を行い、補正後の電流値Ａ１ｍに基づいて酸素分圧を算出した。しかし、電流値Ａ１に基づいてまず酸素分圧を算出し、その後、その酸素分圧を起電力Ｖに基づいて補正してもよい。
【００５６】
・ガス検出電極６２及び第１基準電極６３に対する第１電源８１の接続構造を、上記実施形態の接続構造から反転させてもよい。つまり、第１電源８１の正極をガス検出電極６２側に接続し、第１電源８１の負極を第１基準電極６３側に接続する。この場合、第２基準電極７２及び酸素電極７３に対する第２電源８２の接続構造を上記実施形態の接続構造から反転させ、つまり、第２電源８２の正極を酸素電極７３側に接続し、第２電源８２の負極を第２基準電極７２側に接続し、その上で電流値Ａ１と電流値Ａ２との和が予め設定された負の値の一定値になるように第２電源８２を制御すれば、上記実施形態と同様、常に一定量の酸素が基準ガス室５９に取り込むことができる。
【００５７】
・第２電源８２の制御に関して、ガス検出電極６２及び第１基準電極６３の間に流れる電流値Ａ１と、第２基準電極７２及び酸素電極７３の間に流れる電流値Ａ２との和が０となるように第２電源８２を制御してもよい。
【００５８】
・第２電源８２の制御に関して、常に一定の電圧を第２基準電極７２及び酸素電極７３の間に印加してもよいし、常に一定の電流を第２基準電極７２及び酸素電極７３の間に流してもよい。この場合、一般的な内燃機関Ｅの運転領域において基準ガス室５９内の酸素分圧が過度に低下しないような十分な電圧、電流を設定すればよい。
【符号の説明】
【００５９】
３０…ＥＣＵ（空燃比算出部）、６１…第１固体電解質体、６２…ガス検出電極、６３…第１基準電極、８１…第１電源（電源部）、７１…第２固体電解質体、７２…第２基準電極、９１…モニタ電極、９３…第３隔壁体（隔壁）、９５…基準大気室、９７…電圧測定装置（起電力測定部）、１００，１００ａ…空燃比検出装置、１６３…共通基準電極、１７１…第２固体電解質体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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