JPH05126793A - 酸素濃度検出器 - Google Patents
酸素濃度検出器Info
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- JPH05126793A JPH05126793A JP4116292A JP11629292A JPH05126793A JP H05126793 A JPH05126793 A JP H05126793A JP 4116292 A JP4116292 A JP 4116292A JP 11629292 A JP11629292 A JP 11629292A JP H05126793 A JPH05126793 A JP H05126793A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 測定ガスの急激な圧力変動を受けても安定な
センサ出力が可能な酸素濃度検出器を提供する。 【構成】 一対の固体電解質２０、２１および２３から
なるチャンバ１００を有する酸素濃度検出器１の素子２
であって、この固体電解質２０の両面には、チャンバ１
００内の酸素イオンを測定ガス側へ輸送するポンプ電極
２６、２７が形成されているとともに、測定ガスのチャ
ンバ部１００内への流入を制限する拡散孔２５が形成さ
れており、固体電解質２１の両面には、チャンバ部１０
０と測定ガス側との酸素分圧差により生ずる濃淡起電力
を検出するセンサ電極２８、２９が両面に形成されてい
る。そして、この酸素濃度検出器１の拡散孔２５の長
さ、直径およびチャンバ２５の容積を特定の関係とする
ことにより、測定ガスの急激な圧力変動に対しても安定
したセンサ出力を得ることのできる酸素濃度検出器とし
たことを特徴とする。
センサ出力が可能な酸素濃度検出器を提供する。 【構成】 一対の固体電解質２０、２１および２３から
なるチャンバ１００を有する酸素濃度検出器１の素子２
であって、この固体電解質２０の両面には、チャンバ１
００内の酸素イオンを測定ガス側へ輸送するポンプ電極
２６、２７が形成されているとともに、測定ガスのチャ
ンバ部１００内への流入を制限する拡散孔２５が形成さ
れており、固体電解質２１の両面には、チャンバ部１０
０と測定ガス側との酸素分圧差により生ずる濃淡起電力
を検出するセンサ電極２８、２９が両面に形成されてい
る。そして、この酸素濃度検出器１の拡散孔２５の長
さ、直径およびチャンバ２５の容積を特定の関係とする
ことにより、測定ガスの急激な圧力変動に対しても安定
したセンサ出力を得ることのできる酸素濃度検出器とし
たことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、測定ガスの急激な圧力
変動が生じても、安定した酸素濃度を検出することので
きる酸素濃度検出器に関するものである。
変動が生じても、安定した酸素濃度を検出することので
きる酸素濃度検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の酸素濃度検出器としては、例え
ば、特開昭５６−１３０６４９号公報に開示されている
ように、両端が開口されるとともに、一部にピンホ−ル
形状の拡散孔が形成された閉鎖管の開口端を固体電解質
体によって閉鎖し、この閉鎖管と固体電解質体によって
チャンバ部を形成し、一方側の固体電解質体の相対する
両面にポンプ電極を形成するとともに、他方の固体電解
質体の相対する両面にセンサ電極を形成した構成が知ら
れている。
ば、特開昭５６−１３０６４９号公報に開示されている
ように、両端が開口されるとともに、一部にピンホ−ル
形状の拡散孔が形成された閉鎖管の開口端を固体電解質
体によって閉鎖し、この閉鎖管と固体電解質体によって
チャンバ部を形成し、一方側の固体電解質体の相対する
両面にポンプ電極を形成するとともに、他方の固体電解
質体の相対する両面にセンサ電極を形成した構成が知ら
れている。
【０００３】上記構成とすることによって、チャンバ部
内とチャンバ部外である測定ガス側との酸素分圧差を拡
散孔によって生じせしめ、この酸素分圧差による酸素濃
淡起電力をセンサ電極によって検出する。そして、測定
ガス中の酸素濃度の変化に伴い、チャンバ部内とチャン
バ部外との酸素分圧差が変化しても、酸素濃淡起電力が
一定になるように、ポンプ電極への印加電圧を制御する
ことによって、この印加電圧に対応する発生電流量によ
り、測定ガスの酸素濃度を検出する。また、同様の作用
を有する酸素濃度検出器が特開昭５８−１５３１５５号
公報および特開昭６０−３９５４８号公報にも開示され
ている。
内とチャンバ部外である測定ガス側との酸素分圧差を拡
散孔によって生じせしめ、この酸素分圧差による酸素濃
淡起電力をセンサ電極によって検出する。そして、測定
ガス中の酸素濃度の変化に伴い、チャンバ部内とチャン
バ部外との酸素分圧差が変化しても、酸素濃淡起電力が
一定になるように、ポンプ電極への印加電圧を制御する
ことによって、この印加電圧に対応する発生電流量によ
り、測定ガスの酸素濃度を検出する。また、同様の作用
を有する酸素濃度検出器が特開昭５８−１５３１５５号
公報および特開昭６０−３９５４８号公報にも開示され
ている。
【０００４】ここで、図１４および図１５に上記構造を
有する酸素濃度検出器の外部圧力変化に対するセンサ出
力の状態を示す。従来構造を有する酸素濃度検出器で
は、図１４に示す如く、例えば、内燃機関の排気管中に
生じるような徐々に変化する圧力変化である静的な圧力
変化に対しては、上記のような酸素濃度検出器には圧力
依存性がないことから、圧力変動の大きい使用条件で正
確な酸素濃度を検出するのには有効であった。
有する酸素濃度検出器の外部圧力変化に対するセンサ出
力の状態を示す。従来構造を有する酸素濃度検出器で
は、図１４に示す如く、例えば、内燃機関の排気管中に
生じるような徐々に変化する圧力変化である静的な圧力
変化に対しては、上記のような酸素濃度検出器には圧力
依存性がないことから、圧力変動の大きい使用条件で正
確な酸素濃度を検出するのには有効であった。
【０００５】しかし、拡散孔であるピンホールを有する
酸素濃度検出器では、図１５に示す如く、例えば、内燃
機関等の吸気管中などにみられるような急激な圧力変化
である動的な圧力変化が生じる場所に酸素濃度検出器を
設置した場合には、酸素濃度検出器の出力が大きく変化
してしまい、正確な酸素濃度の検出ができないという問
題が生じてしまった。
酸素濃度検出器では、図１５に示す如く、例えば、内燃
機関等の吸気管中などにみられるような急激な圧力変化
である動的な圧力変化が生じる場所に酸素濃度検出器を
設置した場合には、酸素濃度検出器の出力が大きく変化
してしまい、正確な酸素濃度の検出ができないという問
題が生じてしまった。
【０００６】そのため、例えば図１６に示す如く、従来
の酸素濃度検出器では、エンジン回転数の変化に伴う圧
力の急激な変化を受けるため、エンジン回転数に影響さ
れない安定したセンサ出力が不可能になり、正確な酸素
濃度の検出が出来なくなってしまい、従来の酸素濃度検
出器を内燃機関の吸気管に設置し、酸素濃度の検出を行
うことは出来なかった。
の酸素濃度検出器では、エンジン回転数の変化に伴う圧
力の急激な変化を受けるため、エンジン回転数に影響さ
れない安定したセンサ出力が不可能になり、正確な酸素
濃度の検出が出来なくなってしまい、従来の酸素濃度検
出器を内燃機関の吸気管に設置し、酸素濃度の検出を行
うことは出来なかった。
【０００７】しかし、今日より一層の排ガス規制の必要
性が高まりとともに、内燃機関の燃費の向上が要求され
てきており、そのため吸入空気量とＥＧＲガスとの混入
量を酸素濃度検出器によって制御し、最適なＥＧＲ率に
調整する必要が高まってきており、酸素濃度検出器の吸
気管への取り付けの必要性が要求されてきている。
性が高まりとともに、内燃機関の燃費の向上が要求され
てきており、そのため吸入空気量とＥＧＲガスとの混入
量を酸素濃度検出器によって制御し、最適なＥＧＲ率に
調整する必要が高まってきており、酸素濃度検出器の吸
気管への取り付けの必要性が要求されてきている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
静的な圧力変動はもとより、例えば内燃機関の吸気管の
ような動的な圧力変動の生じる場所に設置したとして
も、正確な酸素濃度を検出することのできる酸素濃度検
出器を提供することを目的とする。
静的な圧力変動はもとより、例えば内燃機関の吸気管の
ような動的な圧力変動の生じる場所に設置したとして
も、正確な酸素濃度を検出することのできる酸素濃度検
出器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記問題点
の原因を追求した結果、従来の酸素濃度検出器の動的な
圧力変動によるセンサ出力の変化は、以下の原因によっ
て生じることを見出した。
の原因を追求した結果、従来の酸素濃度検出器の動的な
圧力変動によるセンサ出力の変化は、以下の原因によっ
て生じることを見出した。
【００１０】つまり、従来の酸素濃度検出器では、通常
の場合、測定ガスから拡散孔を介してチャンバ部内に流
入する測定ガスの流入量とポンプ電極によるチャンバ部
内からチャンバ部外への酸素イオンの輸送量とが平衡に
保たれている。しかし、測定ガスの圧力が急激に高くな
った場合、測定ガスとチャンバ部内との圧力差によっ
て、測定ガスから拡散孔を介してチャンバ内に流入する
測定ガスの流入量が必要以上に多くなり、チャンバ内部
の酸素分圧が実際の測定ガスの酸素分圧より高くなって
しまう。そのため、チャンバ内部と測定ガスとの酸素分
圧が平衡となるまで、センサ出力が実際の測定ガスの酸
素濃度より高い値を出力してしまう。
の場合、測定ガスから拡散孔を介してチャンバ部内に流
入する測定ガスの流入量とポンプ電極によるチャンバ部
内からチャンバ部外への酸素イオンの輸送量とが平衡に
保たれている。しかし、測定ガスの圧力が急激に高くな
った場合、測定ガスとチャンバ部内との圧力差によっ
て、測定ガスから拡散孔を介してチャンバ内に流入する
測定ガスの流入量が必要以上に多くなり、チャンバ内部
の酸素分圧が実際の測定ガスの酸素分圧より高くなって
しまう。そのため、チャンバ内部と測定ガスとの酸素分
圧が平衡となるまで、センサ出力が実際の測定ガスの酸
素濃度より高い値を出力してしまう。
【００１１】そこで、我々はチャンバ部外の測定ガスと
チャンバ部内とを連通させる拡散孔の断面積および長さ
とチャンバ部の大きさとを特定することによって、測定
ガスの動的な圧力変動にチャンバ内の圧力が十分追従す
る酸素濃度検出器とすればよいことに着目し、本発明で
は、拡散孔の断面積をＳ（ｍｍ2 ）、前記拡散孔の長さ
をｌ（ｍｍ）、前記チャンバ部容積をＶ（ｍｍ3 ）とし
た時、 １≦Ｓ／（ｌ・Ｖ）≦５ の関係を有する酸素濃度検出器を提供するものである。
チャンバ部内とを連通させる拡散孔の断面積および長さ
とチャンバ部の大きさとを特定することによって、測定
ガスの動的な圧力変動にチャンバ内の圧力が十分追従す
る酸素濃度検出器とすればよいことに着目し、本発明で
は、拡散孔の断面積をＳ（ｍｍ2 ）、前記拡散孔の長さ
をｌ（ｍｍ）、前記チャンバ部容積をＶ（ｍｍ3 ）とし
た時、 １≦Ｓ／（ｌ・Ｖ）≦５ の関係を有する酸素濃度検出器を提供するものである。
【００１２】
【作用】本発明の酸素濃度検出器では、酸素濃度検出器
の拡散孔の断面積を大きくし、長さを短くするととも
に、チャンバ部の容積を狭くすることによって、測定ガ
スの圧力が急激に変化したとしても、チャンバ部内の圧
力もまた測定ガスの圧力に追従して変化させることがで
きる。そのため、チャンバ部外の圧力とチャンバ部内と
の圧力差が生じ難いために、測定ガスの拡散孔を介して
のチャンバ部内への流入量が測定ガスの動的な変動に影
響することがなく常に一定とすることができるので、セ
ンサ出力を安定に保たせることができ、測定ガスの急激
な動的圧力変動に対しても影響されない酸素濃度検出器
を得ることができる。
の拡散孔の断面積を大きくし、長さを短くするととも
に、チャンバ部の容積を狭くすることによって、測定ガ
スの圧力が急激に変化したとしても、チャンバ部内の圧
力もまた測定ガスの圧力に追従して変化させることがで
きる。そのため、チャンバ部外の圧力とチャンバ部内と
の圧力差が生じ難いために、測定ガスの拡散孔を介して
のチャンバ部内への流入量が測定ガスの動的な変動に影
響することがなく常に一定とすることができるので、セ
ンサ出力を安定に保たせることができ、測定ガスの急激
な動的圧力変動に対しても影響されない酸素濃度検出器
を得ることができる。
【００１３】
【実施例】図１は、内燃機関の吸気管内に取り付けられ
ることによって、吸入空気とＥＧＲガスとの混合ガスで
ある測定ガスの中の酸素濃度を検出し、ＥＧＲ率を高精
度に検出することのできる酸素濃度検出器１の構成図で
ある。
ることによって、吸入空気とＥＧＲガスとの混合ガスで
ある測定ガスの中の酸素濃度を検出し、ＥＧＲ率を高精
度に検出することのできる酸素濃度検出器１の構成図で
ある。
【００１４】２は、直方体形状をなす素子であり、測定
ガスに曝されるセンサ部２ａとリ−ド取り出し部２ｂと
からなる。そして、このリード取り出し部２ｂ側をハウ
ジング３の中空部３ａに挿入するとともに、この中空部
３ａにおいて、耐熱性の無機接着材４およびこの無機接
着材４の大気側にさらに耐熱性のガラス５により、素子
２をハウジング３の中空部３ａに気密に固定する。
ガスに曝されるセンサ部２ａとリ−ド取り出し部２ｂと
からなる。そして、このリード取り出し部２ｂ側をハウ
ジング３の中空部３ａに挿入するとともに、この中空部
３ａにおいて、耐熱性の無機接着材４およびこの無機接
着材４の大気側にさらに耐熱性のガラス５により、素子
２をハウジング３の中空部３ａに気密に固定する。
【００１５】また、素子２のリード取り出し部２ｂから
導出される２本１組のリード線６、７は、円筒状のコネ
クタ８に固定されている接続ピン８ａ、８ｂを介して、
酸素濃度検出器１のリード取り出し部１ａまで導出され
ている。そして、このリード取り出し部１ａにおいて、
リード線６およびリード線７は、印加電圧制御手段であ
る印加電圧制御装置１０およびバッテリー１１に接続さ
れている。
導出される２本１組のリード線６、７は、円筒状のコネ
クタ８に固定されている接続ピン８ａ、８ｂを介して、
酸素濃度検出器１のリード取り出し部１ａまで導出され
ている。そして、このリード取り出し部１ａにおいて、
リード線６およびリード線７は、印加電圧制御手段であ
る印加電圧制御装置１０およびバッテリー１１に接続さ
れている。
【００１６】また、素子２の測定ガスに直接曝されてい
るセンサ部２ａの周囲には、この測定ガスからの保護の
ために、ハウジング３と溶接固定されるとともに、測定
ガスと素子２が直接接触可能とするための連通孔１２ａ
が無数に形成された保護カバー１２が形成されている。
るセンサ部２ａの周囲には、この測定ガスからの保護の
ために、ハウジング３と溶接固定されるとともに、測定
ガスと素子２が直接接触可能とするための連通孔１２ａ
が無数に形成された保護カバー１２が形成されている。
【００１７】図２は、図１の素子２のセンサ部２ａの構
成断面図を示す。素子２は、例えば、ジルコニア（Ｚｎ
Ｏ2 ）とイットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）とを主成分とする酸素
イオン導電性固体電解質体２０、２１および２２によっ
て囲まれた容積１ｍｍ3 のチャンバ部１００により構成
されている。
成断面図を示す。素子２は、例えば、ジルコニア（Ｚｎ
Ｏ2 ）とイットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）とを主成分とする酸素
イオン導電性固体電解質体２０、２１および２２によっ
て囲まれた容積１ｍｍ3 のチャンバ部１００により構成
されている。
【００１８】固体電解質体２０には、直径約０．７ｍｍ
長さ０．２５ｍｍの拡散孔２５が形成されるとともに、
白金ペーストよりなる相対向するポンプ電極２６、２７
が、ポンプ電極２６が測定ガス側に、ポンプ電極２７が
チャンバ部１００側に曝されているように、この固体電
解質体２０の両面に形成されている。
長さ０．２５ｍｍの拡散孔２５が形成されるとともに、
白金ペーストよりなる相対向するポンプ電極２６、２７
が、ポンプ電極２６が測定ガス側に、ポンプ電極２７が
チャンバ部１００側に曝されているように、この固体電
解質体２０の両面に形成されている。
【００１９】固体電解質体２１には、相対向するセンサ
電極２８およびセンサ電極２９が固体電解質体２１の両
面に形成され、センサ電極２８がチャンバ部１００内に
曝されている。また、センサ電極２９側には、スペーサ
３０を介して、発熱体３１が形成されている。そして、
固体電解質体２１とスペーサ３０および発熱体３１によ
り、測定ガスに連通される基準室１０１が形成されてい
る。
電極２８およびセンサ電極２９が固体電解質体２１の両
面に形成され、センサ電極２８がチャンバ部１００内に
曝されている。また、センサ電極２９側には、スペーサ
３０を介して、発熱体３１が形成されている。そして、
固体電解質体２１とスペーサ３０および発熱体３１によ
り、測定ガスに連通される基準室１０１が形成されてい
る。
【００２０】また、固体電解質体２０と２２および固体
電解質体２１と２２との間には、絶縁シート２３および
２４が介在されており、この絶縁シート２３、２４によ
って、ポンプ電極２６、２７への電圧印加によるセンサ
電極２８、２９の濃淡起電力の間に生ずる電気的な影響
を防止している。
電解質体２１と２２との間には、絶縁シート２３および
２４が介在されており、この絶縁シート２３、２４によ
って、ポンプ電極２６、２７への電圧印加によるセンサ
電極２８、２９の濃淡起電力の間に生ずる電気的な影響
を防止している。
【００２１】発熱体３１は、アルミナ等からなるシート
３１ａおよび３１ｂによって、白金よりなり、波形状を
有する発熱線３１ｃを挟持しており、この発熱線３１ｃ
への電圧の印加によって、発熱体３１が発熱し、固体電
解質体２０、２１および２２を所定の温度に維持できる
構成となっている。
３１ａおよび３１ｂによって、白金よりなり、波形状を
有する発熱線３１ｃを挟持しており、この発熱線３１ｃ
への電圧の印加によって、発熱体３１が発熱し、固体電
解質体２０、２１および２２を所定の温度に維持できる
構成となっている。
【００２２】また、この酸素濃度検出器１は、ポンプ電
極２６、２７間において、電圧の印加が可能なように、
リード線６、印加電圧制御装置１０を介して、バッテリ
ー１２に接続されている。また、センサ電極２８、２９
間には、リード線７を介して、印加電圧制御装置に電気
的に接続されており、チャンバ部１００内と測定ガスと
の酸素分圧差によって生じる酸素濃淡起電力が印加電圧
制御装置１０に入力可能となっている。
極２６、２７間において、電圧の印加が可能なように、
リード線６、印加電圧制御装置１０を介して、バッテリ
ー１２に接続されている。また、センサ電極２８、２９
間には、リード線７を介して、印加電圧制御装置に電気
的に接続されており、チャンバ部１００内と測定ガスと
の酸素分圧差によって生じる酸素濃淡起電力が印加電圧
制御装置１０に入力可能となっている。
【００２３】図３は、第１実施例の素子２の分解斜視図
を示す。この図３に従って、素子２の製法を詳細に述べ
る。まず、焼成前のジルコニアおよびイットリアを主成
分とするグリーンシートである焼成前の酸素イオン導電
性の固体電解質体２０および２１の両面に、相対向する
ように白金電極を所定形状に印刷形成することによっ
て、ポンプ電極２６および２７、センサ電極２８および
２９を形成する。それぞれの電極形状は、図３に示す如
く素子２のセンサ部２ａに相当する箇所においては、チ
ャンバ部１００のほぼ一面に相当する面積の検出部２６
ａ、２７ａ、２８ａ、および２９ａを有しており、セン
サ部２ａとリード取り出し部２ｂとの間に相当する箇所
には、各電極のリード部２６ｂ、２７ｂ、２８ｂ、およ
び２９ｂとしてリード状に形成され、さらに素子２のリ
ード取り出し部２ｂに相当する箇所には、取り出し部２
６ｃ、２７ｃ、２８ｃ、および２９ｃとして、取り出し
易いように所定面積の電極が形成されている。
を示す。この図３に従って、素子２の製法を詳細に述べ
る。まず、焼成前のジルコニアおよびイットリアを主成
分とするグリーンシートである焼成前の酸素イオン導電
性の固体電解質体２０および２１の両面に、相対向する
ように白金電極を所定形状に印刷形成することによっ
て、ポンプ電極２６および２７、センサ電極２８および
２９を形成する。それぞれの電極形状は、図３に示す如
く素子２のセンサ部２ａに相当する箇所においては、チ
ャンバ部１００のほぼ一面に相当する面積の検出部２６
ａ、２７ａ、２８ａ、および２９ａを有しており、セン
サ部２ａとリード取り出し部２ｂとの間に相当する箇所
には、各電極のリード部２６ｂ、２７ｂ、２８ｂ、およ
び２９ｂとしてリード状に形成され、さらに素子２のリ
ード取り出し部２ｂに相当する箇所には、取り出し部２
６ｃ、２７ｃ、２８ｃ、および２９ｃとして、取り出し
易いように所定面積の電極が形成されている。
【００２４】また、焼成前の固体電解質体２０および２
１の素子２のリード取り出し部２ｂに相当する箇所に
は、互いに重ならない位置関係にスルーホール３２およ
び３３が形成されており、焼成前の固体電解質体２０の
ポンプ電極２７をスルーホール３２を介することによっ
てポンプ電極２６と同じ面に導出させ、ポンプ電極２７
の取り出し部２７ｃをポンプ電極２６の取り出し部２６
ｃと同一面上に位置させている。同様に、焼成前の固体
電解質体２１のセンサ電極２８においてもスルーホール
３３を介してセンサ電極２９と同じ面に導出させ、セン
サ電極２８の取り出し部２８ｃをセンサ電極２９の取り
出し部２９ｃと同一面上に位置させている。
１の素子２のリード取り出し部２ｂに相当する箇所に
は、互いに重ならない位置関係にスルーホール３２およ
び３３が形成されており、焼成前の固体電解質体２０の
ポンプ電極２７をスルーホール３２を介することによっ
てポンプ電極２６と同じ面に導出させ、ポンプ電極２７
の取り出し部２７ｃをポンプ電極２６の取り出し部２６
ｃと同一面上に位置させている。同様に、焼成前の固体
電解質体２１のセンサ電極２８においてもスルーホール
３３を介してセンサ電極２９と同じ面に導出させ、セン
サ電極２８の取り出し部２８ｃをセンサ電極２９の取り
出し部２９ｃと同一面上に位置させている。
【００２５】また、ジルコニア（ＺｎＯ2 ）とイットリ
ア（Ｙ2Ｏ3 ）を主成分とするグリーンシートである焼
成前の固体電解質体２２の両面には、アルミナ（Ａｌ2
Ｏ3 ）よりなる絶縁層２３が印刷形成されている。
ア（Ｙ2Ｏ3 ）を主成分とするグリーンシートである焼
成前の固体電解質体２２の両面には、アルミナ（Ａｌ2
Ｏ3 ）よりなる絶縁層２３が印刷形成されている。
【００２６】また、焼成前の固体電解質体２１のセンサ
電極２９側には、素子２のセンサ部２ａに相当する側が
コの字状に形成された、ジルコニア（ＺｎＯ2 ）とイッ
トリア（Ｙ2 Ｏ3 ）を主成分とするグリーンシートより
なるスペーサ３０が重ねられている。
電極２９側には、素子２のセンサ部２ａに相当する側が
コの字状に形成された、ジルコニア（ＺｎＯ2 ）とイッ
トリア（Ｙ2 Ｏ3 ）を主成分とするグリーンシートより
なるスペーサ３０が重ねられている。
【００２７】そして、両面にポンプ電極２６、２７が形
成された焼成前の固体電解質体２０、両面に絶縁層が形
成されている焼成前の固体電解質２２、両面にセンサ電
極が形成されている固体電解質体を順次重ねる。そし
て、焼成前の固体電解質体２２および絶縁層２３、２４
には、素子２のセンサ部２ａに相当する箇所において、
チャンバ部１００を形成するための四角状の穴が形成さ
れている。
成された焼成前の固体電解質体２０、両面に絶縁層が形
成されている焼成前の固体電解質２２、両面にセンサ電
極が形成されている固体電解質体を順次重ねる。そし
て、焼成前の固体電解質体２２および絶縁層２３、２４
には、素子２のセンサ部２ａに相当する箇所において、
チャンバ部１００を形成するための四角状の穴が形成さ
れている。
【００２８】上述のように、順次積層された焼成前の素
子２を圧着によって、積層した素子同士を固定した後、
焼成してグリーンシートを固体電解質体とする。得られ
た第１実施例の酸素濃度検出器１のチャンバ部１００の
容積は約１ｍｍ3 であった。
子２を圧着によって、積層した素子同士を固定した後、
焼成してグリーンシートを固体電解質体とする。得られ
た第１実施例の酸素濃度検出器１のチャンバ部１００の
容積は約１ｍｍ3 であった。
【００２９】また、素子２の焼成後には、ドリル等によ
り直径０．７ｍｍで長さ０．２５ｍｍの拡散孔２５を形
成した。また、発熱体３１は、アルミナを主成分とする
２枚の絶縁材料のグリーンシート３１ａ、３１ｂの間
に、例えば白金等よりなる導電性のペーストよりなる発
熱線３１ｃおよびこの発熱線３１ｃの取り出し部におい
て接続される白金よりなる金属線３２を挟む。この発熱
線３１ｃは、センサ部２ａに対応する箇所においては、
波形状に形成するとともに、リード取り出し部２ｂに相
当する箇所においては、取り出し易いように所定の面積
を有する。
り直径０．７ｍｍで長さ０．２５ｍｍの拡散孔２５を形
成した。また、発熱体３１は、アルミナを主成分とする
２枚の絶縁材料のグリーンシート３１ａ、３１ｂの間
に、例えば白金等よりなる導電性のペーストよりなる発
熱線３１ｃおよびこの発熱線３１ｃの取り出し部におい
て接続される白金よりなる金属線３２を挟む。この発熱
線３１ｃは、センサ部２ａに対応する箇所においては、
波形状に形成するとともに、リード取り出し部２ｂに相
当する箇所においては、取り出し易いように所定の面積
を有する。
【００３０】その後、この積層体を焼成することによっ
て、発熱体３１を得る。そして、焼成して得られた素子
２のスペーサ３０の固体電解質体２１に対向する面側に
おいて、発熱体３１を無機接着材によって接合する。
て、発熱体３１を得る。そして、焼成して得られた素子
２のスペーサ３０の固体電解質体２１に対向する面側に
おいて、発熱体３１を無機接着材によって接合する。
【００３１】次にこの酸素濃度検出器１の作動を図２、
図５及び図６を用いて説明する。はじめに、酸素濃度検
出器１のポンプ電極２６、２７間に印加電圧制御装置１
０およびバッテリー１１によって、電圧を印加すると、
電流が流れることにより、チャンバ部１００内の酸素イ
オンがチャンバ部１００の外側である測定ガス側に輸送
される。
図５及び図６を用いて説明する。はじめに、酸素濃度検
出器１のポンプ電極２６、２７間に印加電圧制御装置１
０およびバッテリー１１によって、電圧を印加すると、
電流が流れることにより、チャンバ部１００内の酸素イ
オンがチャンバ部１００の外側である測定ガス側に輸送
される。
【００３２】この輸送に対して、所定の大きさを有する
拡散孔２５より、測定ガスがチャンバ部１００にポンプ
電流に輸送される酸素イオンに相当する測定ガス分のみ
が流入される。そのため、チャンバ部１００内の酸素分
圧が減少し、センサ電極２８、２９間にチャンバ部１０
０の内側と外側との酸素分圧差に起因する酸素濃淡起電
力が発生する。
拡散孔２５より、測定ガスがチャンバ部１００にポンプ
電流に輸送される酸素イオンに相当する測定ガス分のみ
が流入される。そのため、チャンバ部１００内の酸素分
圧が減少し、センサ電極２８、２９間にチャンバ部１０
０の内側と外側との酸素分圧差に起因する酸素濃淡起電
力が発生する。
【００３３】図４は、酸素濃度が１０％（図４のＡ）、
１５％（図４のＢ）および２０％（図４のＣ）における
センサ電極２８、２９間に発生する濃淡起電力であるセ
ンサ起電力とポンプ電極２６、２７間への印加電圧値に
よるポンプ電流値との関係を示したものである。
１５％（図４のＢ）および２０％（図４のＣ）における
センサ電極２８、２９間に発生する濃淡起電力であるセ
ンサ起電力とポンプ電極２６、２７間への印加電圧値に
よるポンプ電流値との関係を示したものである。
【００３４】図４からもあきらかなように、測定ガスの
酸素濃度が変化するにしたがい、濃淡起電力に対するポ
ンプ電流の値が変化していることがうかがえる。特に、
濃淡起電力を例えば、４０ｍｖに一定に維持するために
は、測定ガスの酸素濃度が１０％、１５％および２０％
と変化するにしたがい、ポンプ電流値が３０、５０およ
び７０ｍＡと酸素濃度に比例したポンプ電流値となり、
この電流値に対応した印加電圧が必要となることがわか
る。
酸素濃度が変化するにしたがい、濃淡起電力に対するポ
ンプ電流の値が変化していることがうかがえる。特に、
濃淡起電力を例えば、４０ｍｖに一定に維持するために
は、測定ガスの酸素濃度が１０％、１５％および２０％
と変化するにしたがい、ポンプ電流値が３０、５０およ
び７０ｍＡと酸素濃度に比例したポンプ電流値となり、
この電流値に対応した印加電圧が必要となることがわか
る。
【００３５】以上より、センサ電極２８、２９間に発生
する濃淡起電力が一定になるように、ポンプ電極２６、
２７間への印加電圧を制御することにより、この印加電
圧によるポンプ電流値が酸素濃度に起因する酸素分圧差
に比例するため、ポンプ電流値をセンサ出力として、測
定ガスの酸素濃度を検出することができることがわか
る。
する濃淡起電力が一定になるように、ポンプ電極２６、
２７間への印加電圧を制御することにより、この印加電
圧によるポンプ電流値が酸素濃度に起因する酸素分圧差
に比例するため、ポンプ電流値をセンサ出力として、測
定ガスの酸素濃度を検出することができることがわか
る。
【００３６】これを図５に示す。この図５は、酸素濃淡
起電力を４０ｍＶに一定に保たせるために、ポンプ電極
２６、２７間の印加電圧値を制御した時の酸素濃度とポ
ンプ電流値であるセンサ出力との関係を示しており、こ
の図５からもあきらかなように、酸素濃淡起電力を一定
にすることによって、酸素濃度に比例したセンサ出力が
得られることがわかる。
起電力を４０ｍＶに一定に保たせるために、ポンプ電極
２６、２７間の印加電圧値を制御した時の酸素濃度とポ
ンプ電流値であるセンサ出力との関係を示しており、こ
の図５からもあきらかなように、酸素濃淡起電力を一定
にすることによって、酸素濃度に比例したセンサ出力が
得られることがわかる。
【００３７】次に、本発明の特徴部分である拡散孔２５
とチャンバ部１００の大きさの最適化について、図６な
いし図７を用いて詳細に説明する。はじめに、本発明者
らは、測定ガスの圧力が急激に変化した場合の出力信号
の変化の原因を追求した結果、測定ガスの圧力が急激に
変化することによって、拡散孔２５を介して、チャンバ
部１００内の圧力をも急激に変化させてしまうために、
チャンバ部１００と測定ガスとの酸素分圧差が急激に変
化してしまい酸素濃淡起電力もまた急に変動してしまう
ことを見出した。
とチャンバ部１００の大きさの最適化について、図６な
いし図７を用いて詳細に説明する。はじめに、本発明者
らは、測定ガスの圧力が急激に変化した場合の出力信号
の変化の原因を追求した結果、測定ガスの圧力が急激に
変化することによって、拡散孔２５を介して、チャンバ
部１００内の圧力をも急激に変化させてしまうために、
チャンバ部１００と測定ガスとの酸素分圧差が急激に変
化してしまい酸素濃淡起電力もまた急に変動してしまう
ことを見出した。
【００３８】そこで、発明者らは、たとえ測定ガスの急
激な圧力変動が生じたとしても、チャンバ部１００内の
圧力変動に影響されない酸素濃度検出器を得るために、
拡散孔の長さｌ（ｍｍ）、拡散孔の断面積（ｍｍ2 ）お
よびチャンバ部１００の容積（ｍｍ3 ）に着目して検討
を行った。
激な圧力変動が生じたとしても、チャンバ部１００内の
圧力変動に影響されない酸素濃度検出器を得るために、
拡散孔の長さｌ（ｍｍ）、拡散孔の断面積（ｍｍ2 ）お
よびチャンバ部１００の容積（ｍｍ3 ）に着目して検討
を行った。
【００３９】図６は、拡散孔の長さｌ（ｍｍ）、拡散孔
の断面積Ｓ（ｍｍ2 ）およびチャンバ部１００の容積Ｖ
（ｍｍ3 ）として、Ｓ／（ｌ・Ｖ）（ｍｍ-2）から得ら
れる数値（以下、この値を固有特性値と称す）と急激な
圧力変動（例えば、エンジン回転数３２００ｒｐｍにお
いて、２０ｍＨｇの圧力差の圧力変動が１分間に１００
生じる圧力変動）における印加起電力が正常な場合から
のシフト度合いとの関係を示す。ここで、このシフト度
合いとは、エンジン停止状態におけるセンサ出力からの
エンジン運転状態のセンサ出力のシフト度合いを示す。
の断面積Ｓ（ｍｍ2 ）およびチャンバ部１００の容積Ｖ
（ｍｍ3 ）として、Ｓ／（ｌ・Ｖ）（ｍｍ-2）から得ら
れる数値（以下、この値を固有特性値と称す）と急激な
圧力変動（例えば、エンジン回転数３２００ｒｐｍにお
いて、２０ｍＨｇの圧力差の圧力変動が１分間に１００
生じる圧力変動）における印加起電力が正常な場合から
のシフト度合いとの関係を示す。ここで、このシフト度
合いとは、エンジン停止状態におけるセンサ出力からの
エンジン運転状態のセンサ出力のシフト度合いを示す。
【００４０】図６よりあきらかなように、従来の固有特
性値である１．０ｍｍ-2以下のものでは、ポンプ電流値
のシフト度合いが非常に大きくなってしまい、測定ガス
の急激な圧力変動である動的圧力変化に対して影響が大
きくなってしまうことが容易にわかる。
性値である１．０ｍｍ-2以下のものでは、ポンプ電流値
のシフト度合いが非常に大きくなってしまい、測定ガス
の急激な圧力変動である動的圧力変化に対して影響が大
きくなってしまうことが容易にわかる。
【００４１】図７は、酸素濃度が２１％の時の各固有特
性値１．５ｍｍ-2（図７のＤ）、５ｍｍ-2（図７のＥ）
および６ｍｍ-2（図７のＦ）におけるセンサ電極２８、
２９間に生ずる濃淡起電力とセンサ出力との関係を示
す。
性値１．５ｍｍ-2（図７のＤ）、５ｍｍ-2（図７のＥ）
および６ｍｍ-2（図７のＦ）におけるセンサ電極２８、
２９間に生ずる濃淡起電力とセンサ出力との関係を示
す。
【００４２】図７よりあきらかなように、固有特性値が
５ｍｍ-2より大きくなってしまうと、濃淡起電力が非常
に小さくなってしまい、酸素濃度の正確な検出ができな
くなってしまことが容易にわかる。
５ｍｍ-2より大きくなってしまうと、濃淡起電力が非常
に小さくなってしまい、酸素濃度の正確な検出ができな
くなってしまことが容易にわかる。
【００４３】以上より、固有特性値であるＳ／（ｌ・
Ｖ）（ｍｍ-2）の値が、１ｍｍ-2以上５ｍｍ-2以下であ
る場合に、測定ガスの動的圧力変動の影響を受けず正確
な酸素濃度の検出を行うことが可能であることをはじめ
て見出した。
Ｖ）（ｍｍ-2）の値が、１ｍｍ-2以上５ｍｍ-2以下であ
る場合に、測定ガスの動的圧力変動の影響を受けず正確
な酸素濃度の検出を行うことが可能であることをはじめ
て見出した。
【００４４】次に、固有特性値が１〜５の範囲内である
１．５４を有する第１実施例の酸素濃度検出器１の特性
を図８ないし図９に示した。図８は、酸素濃度の変化と
センサ出力との関係を示したものであり、図８よりあき
らかなように、本発明の酸素濃度検出器１においても従
来の酸素濃度検出器同様、固有特性値を従来の酸素濃度
検出器より大きくしたとしても、印加電圧値によるセン
サ出力が酸素濃度に比例し、静的な圧力変動等において
正確な酸素濃度を検出することができる。
１．５４を有する第１実施例の酸素濃度検出器１の特性
を図８ないし図９に示した。図８は、酸素濃度の変化と
センサ出力との関係を示したものであり、図８よりあき
らかなように、本発明の酸素濃度検出器１においても従
来の酸素濃度検出器同様、固有特性値を従来の酸素濃度
検出器より大きくしたとしても、印加電圧値によるセン
サ出力が酸素濃度に比例し、静的な圧力変動等において
正確な酸素濃度を検出することができる。
【００４５】また、第１実施例の酸素濃度検出器１で
は、従来の酸素濃度検出器と比べてチャンバ部１００の
容積を小さくし、拡散孔２５の長さを短くかつ拡散孔２
５の断面積を大きくしたので、測定ガスがチャンバ部に
流入しやすくなることから、センサ出力を大きくするこ
とができ、さらには応答性も例えば、従来８００ｍｓｅ
ｃであったものを１００ｍｓｅｃに短縮させることがで
きた。
は、従来の酸素濃度検出器と比べてチャンバ部１００の
容積を小さくし、拡散孔２５の長さを短くかつ拡散孔２
５の断面積を大きくしたので、測定ガスがチャンバ部に
流入しやすくなることから、センサ出力を大きくするこ
とができ、さらには応答性も例えば、従来８００ｍｓｅ
ｃであったものを１００ｍｓｅｃに短縮させることがで
きた。
【００４６】図９には、第１実施例の酸素濃度検出器１
と固有特性値が７．５×１０-3である従来の酸素濃度検
出器における、エンジン回転数とセンサ出力との関係を
示す。
と固有特性値が７．５×１０-3である従来の酸素濃度検
出器における、エンジン回転数とセンサ出力との関係を
示す。
【００４７】図９よりあきらかなように、従来の酸素濃
度検出器では、エンジン回転数の変化にともなう吸入空
気とＥＧＲとの混合気の動的圧力変動の影響を直接受け
てしまい、そのためセンサ出力が変動してしまい正確な
酸素濃度の検出ができなかった。しかし、第１実施例の
酸素濃度検出器１では、拡散孔の長さ、断面積およびチ
ャンバ部容積を所定の関係式で特定することによって、
混合気の動的圧力変動を酸素濃度検出器１が受けてもほ
とんどセンサ出力の変動には影響を受けないという優れ
た効果を得ることができる。
度検出器では、エンジン回転数の変化にともなう吸入空
気とＥＧＲとの混合気の動的圧力変動の影響を直接受け
てしまい、そのためセンサ出力が変動してしまい正確な
酸素濃度の検出ができなかった。しかし、第１実施例の
酸素濃度検出器１では、拡散孔の長さ、断面積およびチ
ャンバ部容積を所定の関係式で特定することによって、
混合気の動的圧力変動を酸素濃度検出器１が受けてもほ
とんどセンサ出力の変動には影響を受けないという優れ
た効果を得ることができる。
【００４８】次に本発明の第２実施例を図１０を用いて
説明する。第２実施例では、前記実施例の素子は、直方
体形状をなしたが、第２実施例では、チップ形状とし
た。
説明する。第２実施例では、前記実施例の素子は、直方
体形状をなしたが、第２実施例では、チップ形状とし
た。
【００４９】この酸素濃度検出器５０では、相対向する
一対の固体電解質体５１、５２の間に、四角形状の穴が
形成されたスペーサ５３を介在させることによって、固
体電解質５１、５２およびスペーサ５３に囲まれた１ｍ
ｍ3 の容積を有するチャンバ部１１０を形成する。
一対の固体電解質体５１、５２の間に、四角形状の穴が
形成されたスペーサ５３を介在させることによって、固
体電解質５１、５２およびスペーサ５３に囲まれた１ｍ
ｍ3 の容積を有するチャンバ部１１０を形成する。
【００５０】固体電解質５１には、直径０．７ｍｍ、長
さ０．２５ｍｍの拡散孔５４およびこの固体電解質５１
の両面にポンプ電極５５、５６が形成されている。ま
た、固体電解質５２の両面には、センサ電極５７、５８
が形成されている。
さ０．２５ｍｍの拡散孔５４およびこの固体電解質５１
の両面にポンプ電極５５、５６が形成されている。ま
た、固体電解質５２の両面には、センサ電極５７、５８
が形成されている。
【００５１】各電極５５、５６、５７および５８には、
リード線６０、６１、６２および６３が電気的に導通さ
れている。この第２実施例の酸素濃度検出器は、前記第
１実施例と同一の作用、効果を有する。
リード線６０、６１、６２および６３が電気的に導通さ
れている。この第２実施例の酸素濃度検出器は、前記第
１実施例と同一の作用、効果を有する。
【００５２】図１１に第３実施例の酸素濃度検出器２０
０を示す、第３実施例の酸素濃度検出器２００には、チ
ャンバ室２０５にいく程、断面積が連続的に小さくなる
拡散孔２１０を有する。
０を示す、第３実施例の酸素濃度検出器２００には、チ
ャンバ室２０５にいく程、断面積が連続的に小さくなる
拡散孔２１０を有する。
【００５３】このように、半径が変化する拡散孔２１０
の場合における、本願発明の拡散孔の断面積Ｓ、拡散孔
の長さＬは、本願発明におけるＳ／Ｌの値が、測定ガス
がどれだけチャンバ室に入りやすいかを数値として示す
ことができればよいので、次のように、定めることがで
きる。
の場合における、本願発明の拡散孔の断面積Ｓ、拡散孔
の長さＬは、本願発明におけるＳ／Ｌの値が、測定ガス
がどれだけチャンバ室に入りやすいかを数値として示す
ことができればよいので、次のように、定めることがで
きる。
【００５４】即ち、図１１において、拡散孔の最大断面
積をＳ１、最少断面積をＳ２とした場合、本願発明のＳ
は、 Ｓ＝（Ｓ１＋Ｓ２）／２ で表される。
積をＳ１、最少断面積をＳ２とした場合、本願発明のＳ
は、 Ｓ＝（Ｓ１＋Ｓ２）／２ で表される。
【００５５】そして、第３実施例の酸素濃度検出器２０
０を １≦Ｓ／（Ｌ・Ｖ）≦５ を満足するようにすれば、前記第１実施例と同一の作
用、効果を有する酸素濃度検出器を得ることができる。
０を １≦Ｓ／（Ｌ・Ｖ）≦５ を満足するようにすれば、前記第１実施例と同一の作
用、効果を有する酸素濃度検出器を得ることができる。
【００５６】図１２に第４実施例の酸素濃度検出器３０
０を示す。第４実施例の酸素濃度検出器３００では、拡
散孔３１０の断面積Ｓ３が長さＬ１、拡散孔３１０の断
面積Ｓ４が長さＬ２である場合には、次のように本願発
明のＳ／（Ｌ・Ｖ）を定めることができる。
０を示す。第４実施例の酸素濃度検出器３００では、拡
散孔３１０の断面積Ｓ３が長さＬ１、拡散孔３１０の断
面積Ｓ４が長さＬ２である場合には、次のように本願発
明のＳ／（Ｌ・Ｖ）を定めることができる。
【００５７】即ち、 Ｓ＝（Ｓ３・Ｌ１＋Ｓ４・Ｌ２）／（Ｌ１＋Ｌ２） であるので、 Ｓ／（Ｌ・Ｖ）＝（Ｓ３・Ｌ１＋Ｓ４・Ｌ２）／〔（Ｌ１＋Ｌ2 ）2 ・Ｖ〕 で表される。
【００５８】そして、第４実施例の酸素濃度検出器３０
０を １≦Ｓ／（Ｌ・Ｖ）≦５ を満足するようにすれば、前記第１実施例と同一の作
用、効果を有する酸素濃度検出器を得ることができる。
０を １≦Ｓ／（Ｌ・Ｖ）≦５ を満足するようにすれば、前記第１実施例と同一の作
用、効果を有する酸素濃度検出器を得ることができる。
【００５９】図１３に第５実施例の酸素濃度検出器４０
０を示す。第５実施例の酸素濃度検出器４００では、こ
の酸素濃度検出器４００の拡散孔として、長さＬ３、断
面積Ｓ５の拡散孔４１０、長さＬ４、断面積Ｓ６の拡散
孔４２０・・・、及び長さＬｉ、断面積Ｓｉの拡散孔４
３０が形成されている。
０を示す。第５実施例の酸素濃度検出器４００では、こ
の酸素濃度検出器４００の拡散孔として、長さＬ３、断
面積Ｓ５の拡散孔４１０、長さＬ４、断面積Ｓ６の拡散
孔４２０・・・、及び長さＬｉ、断面積Ｓｉの拡散孔４
３０が形成されている。
【００６０】このように、複数の拡散孔４１０、４２０
及び４３０が形成されている場合には、次のように本願
発明のＳ／（Ｌ・Ｖ）を求めることができる。即ち、そ
れぞれのＳｉ／（Ｌｉ・Ｖｉ）（ここでｉは、整数）の
総和が本願発明のＳ／（Ｌ・Ｖ）の値とすることができ
る。
及び４３０が形成されている場合には、次のように本願
発明のＳ／（Ｌ・Ｖ）を求めることができる。即ち、そ
れぞれのＳｉ／（Ｌｉ・Ｖｉ）（ここでｉは、整数）の
総和が本願発明のＳ／（Ｌ・Ｖ）の値とすることができ
る。
【００６１】そして、第５実施例の酸素濃度検出器４０
０を １≦Ｓ／（Ｌ・Ｖ）≦５ を満足するようにすれば、前記第１実施例と同一の作
用、効果を有する酸素濃度検出器を得ることができる。
０を １≦Ｓ／（Ｌ・Ｖ）≦５ を満足するようにすれば、前記第１実施例と同一の作
用、効果を有する酸素濃度検出器を得ることができる。
【００６２】本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、以下の構成を有してもよい。つまり、前記第１
実施例においては、拡散孔の形成された固体電解質体に
ポンプ電極を、この固体電解質体に対向する固体電解質
体にセンサ電極を形成したがポンプ電極とセンサ電極と
の位置関係はこれに限られるものではなく、例えば拡散
孔が形成された固体電解質体側にセンサ電極を形成して
もよい。
はなく、以下の構成を有してもよい。つまり、前記第１
実施例においては、拡散孔の形成された固体電解質体に
ポンプ電極を、この固体電解質体に対向する固体電解質
体にセンサ電極を形成したがポンプ電極とセンサ電極と
の位置関係はこれに限られるものではなく、例えば拡散
孔が形成された固体電解質体側にセンサ電極を形成して
もよい。
【００６３】前記第１実施例においては、拡散孔を固体
電解質体に形成したが、本発明はこれに限られるもので
はなく、チャンバ部と測定ガスとを連通すれば、どこに
形成されていてもよい。
電解質体に形成したが、本発明はこれに限られるもので
はなく、チャンバ部と測定ガスとを連通すれば、どこに
形成されていてもよい。
【００６４】前記実施例においては、発熱体はセンサ電
極側に形成されたが、発熱体の取り付け位置はこれに限
られるものではなく、例えばポンプ電極側に形成されて
もよい。
極側に形成されたが、発熱体の取り付け位置はこれに限
られるものではなく、例えばポンプ電極側に形成されて
もよい。
【００６５】さらに、前記実施例では、発熱体と素子と
をそれぞれ別に焼成したが、固体電解質体にスクリーン
印刷等で発熱体を形成し、素子と発熱体とを一体焼成し
てもよい。
をそれぞれ別に焼成したが、固体電解質体にスクリーン
印刷等で発熱体を形成し、素子と発熱体とを一体焼成し
てもよい。
【００６６】また、同一の固体電解質体の両面にポンプ
電極とセンサ電極を形成してもよい。この場合、ポンプ
電極とセンサ電極とが同一固体電解質体に形成されてい
るため、ポンプ電極にかかる印加電圧によって、センサ
電極に発生する濃淡起電力値が影響されやすいため、両
電極間に絶縁シート等を介在させてもよい。
電極とセンサ電極を形成してもよい。この場合、ポンプ
電極とセンサ電極とが同一固体電解質体に形成されてい
るため、ポンプ電極にかかる印加電圧によって、センサ
電極に発生する濃淡起電力値が影響されやすいため、両
電極間に絶縁シート等を介在させてもよい。
【００６７】さらにまた、固体電解質体に相対向する電
極を両面に形成し、この電極にポンプ電極とセンサ電極
との両方を兼ねるようにしてもよい。つまり、所定時間
だけ電極に電圧を印加し、電圧を流し電極をポンプ電極
として用いた後、電圧の印加をやめチャンバ部と測定ガ
ス間に生じる濃淡起電力を検出しセンサ電極として用い
る。この作用を交互に行うことにより、相対向する電極
を１ヶ所のみに形成してだけで、測定ガスの酸素濃度を
随時検出できるようにしてもよい。
極を両面に形成し、この電極にポンプ電極とセンサ電極
との両方を兼ねるようにしてもよい。つまり、所定時間
だけ電極に電圧を印加し、電圧を流し電極をポンプ電極
として用いた後、電圧の印加をやめチャンバ部と測定ガ
ス間に生じる濃淡起電力を検出しセンサ電極として用い
る。この作用を交互に行うことにより、相対向する電極
を１ヶ所のみに形成してだけで、測定ガスの酸素濃度を
随時検出できるようにしてもよい。
【００６８】
【発明の効果】本発明のように、酸素濃度検出器の拡散
孔の大きさとチャンバ部の容積の大きさを特定すること
によって、チャンバ部外部の急激な動的圧力変動に対し
ても酸素濃度に対する正確な出力を得ることができ、強
いては、内燃機関の燃費の向上をも実現可能とする酸素
濃度検出器を提供することができた。
孔の大きさとチャンバ部の容積の大きさを特定すること
によって、チャンバ部外部の急激な動的圧力変動に対し
ても酸素濃度に対する正確な出力を得ることができ、強
いては、内燃機関の燃費の向上をも実現可能とする酸素
濃度検出器を提供することができた。
【図１】本発明の第１実施例の酸素濃度検出器を示す構
成図である。
成図である。
【図２】本発明の第１実施例の酸素濃度検出器の素子を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施例の酸素濃度検出器の素子の
分解斜視図である。
分解斜視図である。
【図４】第１実施例の酸素濃度検出器の各酸素濃度に対
する濃淡起電力と印加電圧値との関係を示す関係図であ
る。
する濃淡起電力と印加電圧値との関係を示す関係図であ
る。
【図５】第１実施例の酸素濃度検出器の濃淡起電力を一
定とした時の酸素濃度と印加電圧値との関係を示す関係
図である。
定とした時の酸素濃度と印加電圧値との関係を示す関係
図である。
【図６】固有特性値とセンサ出力のシフト度合いとの関
係を示す関係図である。
係を示す関係図である。
【図７】各固有特性値における酸素濃淡起電力と印加電
圧値との関係を示す関係図である。
圧値との関係を示す関係図である。
【図８】本発明の第１実施例の酸素濃度検出器の特性を
示す特性図である。
示す特性図である。
【図９】本発明の第１実施例の酸素濃度検出器と従来の
酸素濃度検出器との特性を示す特性図である。
酸素濃度検出器との特性を示す特性図である。
【図１０】本発明の第２の実施例を示す構成図である。
【図１１】本発明の第３の実施例を示す構成図である。
【図１２】本発明の第４の実施例を示す構成図である。
【図１３】本発明の第５の実施例を示す構成図である。
【図１４】従来の酸素濃度検出器の特性を示す特性図で
ある。
ある。
【図１５】従来の酸素濃度検出器の特性を示す特性図で
ある。
ある。
【図１６】従来の酸素濃度検出器の特性を示す特性図で
ある。
ある。
１ 酸素濃度検出器 ２ 素子 １０ 印加電圧制御手段 ２０ 固体電解質体 ２５ 拡散孔 ２６，２７ ポンプ電極 ２８，２９ センサ電極 １００，１１０ チャンバ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中條 芳樹 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 測定ガスに曝されるとともに、両面に相
対向する電極が形成された酸素イオン導電性の固体電解
質体とともに形成される箱体形状のチャンバ部を有する
素子と、 前記測定ガスの前記チャンバ部への流入を制限する拡散
孔とからなる酸素濃度検出器であって、 前記拡散孔の断面積をＳ（ｍｍ2 ）、前記拡散孔の長さ
をＬ（ｍｍ）、前記チャンバの容積をＶ（ｍｍ3 ）とし
た時、 １≦Ｓ／（Ｌ・Ｖ）≦５ の関係を有することを特徴とする酸素濃度検出器。 - 【請求項２】 前記固体電解質体に形成された前記電極
は、電圧を印加することによって、前記チャンバ部の酸
素イオンを前記測定ガス側に輸送するポンプ手段と、前
記チャンバ部と前記測定ガスとの酸素分圧差によって生
じる濃淡起電力を検出するセンサ手段とからなることを
特徴とする請求項１記載の酸素濃度検出器。 - 【請求項３】 測定ガスに曝されるとともに、少なくと
も一面が酸素イオン導電性の固体電解質体によりなる箱
体形状のチャンバを有した素子と、 前記素子の前記チャンバと前記測定ガスとを連通させる
とともに、前記測定ガスの前記チャンバ内への流入を制
限する拡散孔と、 前記固体電解質体の両面の対応する面に形成され、電圧
を印加することによって、前記チャンバ内の酸素イオン
を前記測定ガス側へ輸送するポンプ電極と、 前記固体電解質体の対応する両面に形成され、前記チャ
ンバ内と前記測定ガス側との酸素濃度差を、酸素濃淡起
電力として検出する、センサ電極と、 前記センサ電極より得られた酸素濃淡起電力を略一定に
保つように、前記ポンプ電極に印加する電圧値を制御す
る印加電圧制御手段とからなる酸素濃度検出器であっ
て、 前記拡散孔の断面積をＳ（ｍｍ2 ）、前記拡散孔の長さ
をＬ（ｍｍ）、前記チャンバの容積をＶ（ｍｍ3 ）とし
た時、 １≦Ｓ／（Ｌ・Ｖ）≦５ の関係を有することを特徴とする酸素濃度検出器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4116292A JP2989961B2 (ja) | 1991-05-27 | 1992-05-08 | 吸気管内用酸素濃度検出器 |
| EP92108837A EP0516038B1 (en) | 1991-05-27 | 1992-05-26 | Oxygen concentration sensor |
| US07/888,107 US5298147A (en) | 1991-05-27 | 1992-05-26 | Oxygen concentration sensor |
| DE69224933T DE69224933T2 (de) | 1991-05-27 | 1992-05-26 | Sensor zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes |
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP12127891 | 1991-05-27 | ||
| JP3-121278 | 1991-05-27 | ||
| JP4116292A JP2989961B2 (ja) | 1991-05-27 | 1992-05-08 | 吸気管内用酸素濃度検出器 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05126793A true JPH05126793A (ja) | 1993-05-21 |
| JP2989961B2 JP2989961B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
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| DE (1) | DE69224933T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0755765A (ja) * | 1993-08-12 | 1995-03-03 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 薄膜積層空燃比センサ |
| JP2019203844A (ja) * | 2018-05-25 | 2019-11-28 | 日本特殊陶業株式会社 | センサ素子及びガスセンサ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE4333230B4 (de) * | 1993-09-30 | 2004-03-25 | Robert Bosch Gmbh | Elektrochemischer Meßfühler zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Gasen |
| DE4343089A1 (de) * | 1993-12-17 | 1995-06-29 | Bosch Gmbh Robert | Planares Sensorelement auf Festelektrolytbasis |
| JP4008056B2 (ja) * | 1995-07-18 | 2007-11-14 | 株式会社デンソー | セラミック積層体の製造方法 |
| JP3671100B2 (ja) * | 1996-02-23 | 2005-07-13 | 日本碍子株式会社 | 酸化物センサ |
| DE19700700C2 (de) * | 1997-01-13 | 2000-01-20 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement und Verfahren zu dessen Herstellung |
| DE19803532A1 (de) * | 1998-01-30 | 1999-08-05 | Bosch Gmbh Robert | Elektrochemischer Meßfühler |
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| DE10222791B4 (de) * | 2002-05-23 | 2004-07-01 | Robert Bosch Gmbh | Heizeinrichtung |
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| JPS6039548A (ja) * | 1983-08-12 | 1985-03-01 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 機関の空燃比センサ |
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1992
- 1992-05-08 JP JP4116292A patent/JP2989961B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1992-05-26 DE DE69224933T patent/DE69224933T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-05-26 EP EP92108837A patent/EP0516038B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-05-26 US US07/888,107 patent/US5298147A/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH0755765A (ja) * | 1993-08-12 | 1995-03-03 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 薄膜積層空燃比センサ |
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|---|---|
| DE69224933D1 (de) | 1998-05-07 |
| JP2989961B2 (ja) | 1999-12-13 |
| DE69224933T2 (de) | 1998-08-27 |
| US5298147A (en) | 1994-03-29 |
| EP0516038A2 (en) | 1992-12-02 |
| EP0516038A3 (en) | 1993-12-15 |
| EP0516038B1 (en) | 1998-04-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990907 |
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