JPH0542623B2 - - Google Patents
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- JPH0542623B2 JPH0542623B2 JP57141068A JP14106882A JPH0542623B2 JP H0542623 B2 JPH0542623 B2 JP H0542623B2 JP 57141068 A JP57141068 A JP 57141068A JP 14106882 A JP14106882 A JP 14106882A JP H0542623 B2 JPH0542623 B2 JP H0542623B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4067—Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte
Landscapes
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に適用さ
れる酸素ポンプ方式のリーンセンサに関する。
れる酸素ポンプ方式のリーンセンサに関する。
内燃機関の空燃比は、通常、理論空撚比よりも
空気過剰側、いわゆるリーン側になるように制御
されている。その空燃比を検出する手段として、
燃焼排ガス中に含まれた希薄酸素量を検出し、こ
れに基づいて空燃比を検出するいわゆるリーンセ
ンサが一般に広く採用されている。酸素（O2）
ポンプ方式のリーンセンサはそれらの１種類であ
り、このO2ポンプ現象を利用したものにあつて
も、各種構造のものが考案されている。それらの
一例として、ガス拡散孔における拡散律速に基づ
いた限界電流特性を利用したリーンセンサが知ら
れている。
空気過剰側、いわゆるリーン側になるように制御
されている。その空燃比を検出する手段として、
燃焼排ガス中に含まれた希薄酸素量を検出し、こ
れに基づいて空燃比を検出するいわゆるリーンセ
ンサが一般に広く採用されている。酸素（O2）
ポンプ方式のリーンセンサはそれらの１種類であ
り、このO2ポンプ現象を利用したものにあつて
も、各種構造のものが考案されている。それらの
一例として、ガス拡散孔における拡散律速に基づ
いた限界電流特性を利用したリーンセンサが知ら
れている。
この限界電流特性を利用したものにあつては、
第１図に示す如く、酸素濃度に対する限界電流
IPLの特性が、測定時の検出ガス温度によつて大
幅に変化することが知られている。その原因は、
ガス拡散孔における酸素の拡散定数や、酸素基準
室内の酸素分圧分布、酸素イオン伝導性固体電解
質（以下、単に固体電解質と称する）のインピー
ダンス等が温度によつて変化するという、いわゆ
る温度依存性を有しているからである。しかも、
600℃以下の低温においては、限界電流IPLが酸素
濃度に比例しなくなつてしまい、さらに低温にな
ると限界電流値すら存在しなくなつてしまうとい
うことがあつた。これは、固体電解質のインピー
ダンスが、低温になるにつれて指数関数的に増大
するという特性に起因するものである。
第１図に示す如く、酸素濃度に対する限界電流
IPLの特性が、測定時の検出ガス温度によつて大
幅に変化することが知られている。その原因は、
ガス拡散孔における酸素の拡散定数や、酸素基準
室内の酸素分圧分布、酸素イオン伝導性固体電解
質（以下、単に固体電解質と称する）のインピー
ダンス等が温度によつて変化するという、いわゆ
る温度依存性を有しているからである。しかも、
600℃以下の低温においては、限界電流IPLが酸素
濃度に比例しなくなつてしまい、さらに低温にな
ると限界電流値すら存在しなくなつてしまうとい
うことがあつた。これは、固体電解質のインピー
ダンスが、低温になるにつれて指数関数的に増大
するという特性に起因するものである。
これらのことから、限界特性を利用したリーン
センサをそのまま、空燃比センサとして実用する
ことができなかつた。そのうえ、600℃以下の低
温では、検出値の温度補償を行つてもリーンセン
サとして適用することは困難であつた。
センサをそのまま、空燃比センサとして実用する
ことができなかつた。そのうえ、600℃以下の低
温では、検出値の温度補償を行つてもリーンセン
サとして適用することは困難であつた。
従来、上述した温度上の欠点を解消すべきリー
ンセンサとしては例えば特開昭56−130649号公報
に記載されているものがあり、このリーンセンサ
は、検出部近傍に加熱器と温度センサを配置し
て、検出部をほぼ一定温度に加熱制御するもので
ある。また、同様に検出部をヒータ加熱する装置
としては例えば特開昭52−72286号公報、特開昭
55−166040号公報、特開昭56−54345号公報に記
載されているものがある。
ンセンサとしては例えば特開昭56−130649号公報
に記載されているものがあり、このリーンセンサ
は、検出部近傍に加熱器と温度センサを配置し
て、検出部をほぼ一定温度に加熱制御するもので
ある。また、同様に検出部をヒータ加熱する装置
としては例えば特開昭52−72286号公報、特開昭
55−166040号公報、特開昭56−54345号公報に記
載されているものがある。
上記従来の装置のうち、特開昭56−130649号公
報、特開昭56−130649号公報に記載されたもの
は、加熱器が傍熱形であることから、検出部を十
分加熱するには熱効率が悪く、しかも温度センサ
が必要になり構成が複雑になるという問題があつ
た。また、特開昭52−72286号公報、特開昭55−
166040号公報に記載されている装置は、固体電解
質の一側面に加熱器を配置したものであるが、固
体電解質を挟んで設けられた電極間の温度差（温
度勾配）が大きくなつてしまい、特性上好ましく
ないという問題があつた。
報、特開昭56−130649号公報に記載されたもの
は、加熱器が傍熱形であることから、検出部を十
分加熱するには熱効率が悪く、しかも温度センサ
が必要になり構成が複雑になるという問題があつ
た。また、特開昭52−72286号公報、特開昭55−
166040号公報に記載されている装置は、固体電解
質の一側面に加熱器を配置したものであるが、固
体電解質を挟んで設けられた電極間の温度差（温
度勾配）が大きくなつてしまい、特性上好ましく
ないという問題があつた。
本発明の目的は、検出部に温度勾配を発生させ
ることなく、広範囲にわたつて高精度に空燃比を
検出することができるリーンセンサを提供するこ
とにある。
ることなく、広範囲にわたつて高精度に空燃比を
検出することができるリーンセンサを提供するこ
とにある。
上記目的は、内部に発熱素子が埋設され、両面
に白金電極が設けられた酸素イオン伝導性を有す
る固体電解質の酸素検出部材と、内部に発熱素子
が埋設された多孔質の第一ガス拡散部材と、前記
酸素検出部材と前記第一ガス拡散部材とに挟まれ
た第二ガス拡散部材とを備え、前記第二ガス拡散
部材は前記第一ガス拡散部材側に第一酸素基準
室、前記酸素検出部材側に第二酸素基準室を形成
し、前記第一酸素基準室と前記第二酸素基準室と
を連通する拡散孔を設けることによつて達成され
る。
に白金電極が設けられた酸素イオン伝導性を有す
る固体電解質の酸素検出部材と、内部に発熱素子
が埋設された多孔質の第一ガス拡散部材と、前記
酸素検出部材と前記第一ガス拡散部材とに挟まれ
た第二ガス拡散部材とを備え、前記第二ガス拡散
部材は前記第一ガス拡散部材側に第一酸素基準
室、前記酸素検出部材側に第二酸素基準室を形成
し、前記第一酸素基準室と前記第二酸素基準室と
を連通する拡散孔を設けることによつて達成され
る。
酸素検出部材と第一のガス拡散部材の双方の内
部に発熱素子を埋設していることから、センサ全
体を均一に加熱制御することができる。また、第
二のガス拡散部材に第一酸素基準室と第二酸素基
準室とを設け、それらを拡散孔で連通しているた
め、検出されたガスが多孔質のガス拡散部材を経
て一端、第一酸素基準室内に拡散された後に拡散
孔を介して第二酸素基準室へ拡散させているの
で、検出されたガスの酸素温度に対するリーンセ
ンサの限界電流特性が向上することになる。
部に発熱素子を埋設していることから、センサ全
体を均一に加熱制御することができる。また、第
二のガス拡散部材に第一酸素基準室と第二酸素基
準室とを設け、それらを拡散孔で連通しているた
め、検出されたガスが多孔質のガス拡散部材を経
て一端、第一酸素基準室内に拡散された後に拡散
孔を介して第二酸素基準室へ拡散させているの
で、検出されたガスの酸素温度に対するリーンセ
ンサの限界電流特性が向上することになる。
以下、本発明を図示実施例に基づいて説明す
る。
る。
第２図ａ，ｂに、本発明に係る固体電解質の酸
素検出部材の製造工程の一実施例が示されてい
る。
素検出部材の製造工程の一実施例が示されてい
る。
第２図ａにおいて、１及び２はジルココアの粉
末とポリビニルブチラール等から成るグリーンシ
ート状の固体電解質である。図示されたように、
少なくとも一方の固体電解質の表面に、印刷又は
溶射等の方法によつて、発熱素子としてのヒータ
３が形成されている。このように形成されたグリ
ーンシートを、圧着して高温にて焼成すると、ポ
リビニルブチラール等のバインダが除去され、固
体電解質１，２の体積は若干収縮される。また、
焼成したことによつて、第２図ｂに示されたよう
に、固体電解質１，２間の境界面は、完全に気密
状態に固着され、ヒータ３の埋設された固体電解
質の酸素検出部材４が形成される。
末とポリビニルブチラール等から成るグリーンシ
ート状の固体電解質である。図示されたように、
少なくとも一方の固体電解質の表面に、印刷又は
溶射等の方法によつて、発熱素子としてのヒータ
３が形成されている。このように形成されたグリ
ーンシートを、圧着して高温にて焼成すると、ポ
リビニルブチラール等のバインダが除去され、固
体電解質１，２の体積は若干収縮される。また、
焼成したことによつて、第２図ｂに示されたよう
に、固体電解質１，２間の境界面は、完全に気密
状態に固着され、ヒータ３の埋設された固体電解
質の酸素検出部材４が形成される。
このように形成された酸素検出部材４の平面図
が第３図に示されている。なお、図示のように、
ヒータ３は酸素濃度検出に関与する固体電解質の
有効断面積を十分大きなものとするように、その
寸法形状が設定されている。また、ヒータ３の両
端は露出されており、パラレルボンダ法等によつ
て、パワーアンプ等のヒータ電源に接続されるよ
うになつている。
が第３図に示されている。なお、図示のように、
ヒータ３は酸素濃度検出に関与する固体電解質の
有効断面積を十分大きなものとするように、その
寸法形状が設定されている。また、ヒータ３の両
端は露出されており、パラレルボンダ法等によつ
て、パワーアンプ等のヒータ電源に接続されるよ
うになつている。
第４図に、上記した埋設ヒータを有する酸素検
出素子を適用して形成した本発明の実施例を示
す。第４図において、白金電極５，６は、スパツ
タ法又は電子ビーム法、蒸着法等によつて、ヒー
タ３ａが埋設された酸素検出部材４の両面に形成
されている。ガス拡散部材１１は、Pt−Si系のア
モルフアスインサート材、又はガラスフリツト等
によつて酸素検出部材４に接着されている。ま
た、ガス拡散部材１１は上下対称に形成され、中
央部にガス拡散孔７が穿設されていて、その上に
ヒータ３ｂの埋設された多孔質のガス拡散部材１
０が固着されている。
出素子を適用して形成した本発明の実施例を示
す。第４図において、白金電極５，６は、スパツ
タ法又は電子ビーム法、蒸着法等によつて、ヒー
タ３ａが埋設された酸素検出部材４の両面に形成
されている。ガス拡散部材１１は、Pt−Si系のア
モルフアスインサート材、又はガラスフリツト等
によつて酸素検出部材４に接着されている。ま
た、ガス拡散部材１１は上下対称に形成され、中
央部にガス拡散孔７が穿設されていて、その上に
ヒータ３ｂの埋設された多孔質のガス拡散部材１
０が固着されている。
次にこの実施例における作用効果について説明
する。リーンセンサの限界電流特性をガス拡散孔
７の形状によつて律速させるように形成し、ガス
拡散部材１０の多孔質を通気性が十分大きくなる
ように形成すれば、検出ガスはガス拡散部材１０
を介して、酸素基準室９ｂ内に拡散された後に、
拡散孔７を介して酸素基準室９ａ内に拡散される
ようになる。従つて、検出ガス中に含まれる汚損
物質は、ガス拡散部材１０によつて除去されるこ
とから、汚損物質付着による拡散孔７の形状変化
を防ぐことができ、耐久性が極めて向上されるの
である。
する。リーンセンサの限界電流特性をガス拡散孔
７の形状によつて律速させるように形成し、ガス
拡散部材１０の多孔質を通気性が十分大きくなる
ように形成すれば、検出ガスはガス拡散部材１０
を介して、酸素基準室９ｂ内に拡散された後に、
拡散孔７を介して酸素基準室９ａ内に拡散される
ようになる。従つて、検出ガス中に含まれる汚損
物質は、ガス拡散部材１０によつて除去されるこ
とから、汚損物質付着による拡散孔７の形状変化
を防ぐことができ、耐久性が極めて向上されるの
である。
また、酸素基準室９ｂ内で拡散された検出ガス
は拡散孔７を介してさらに酸素基準室９ａ内に拡
散されるので検出精度の向上も図ることができ
る。
は拡散孔７を介してさらに酸素基準室９ａ内に拡
散されるので検出精度の向上も図ることができ
る。
また、酸素検出部材４をガス拡散部材１０の両
方にそれぞれヒータ３ａ，３ｂを埋設しているた
め、センサ全体を均一に加熱制御することができ
る。
方にそれぞれヒータ３ａ，３ｂを埋設しているた
め、センサ全体を均一に加熱制御することができ
る。
なお、上記した実施例のリーンセンサを、適当
なカバー部材によつて全体を囲むようにして、高
流速の燃焼排ガスとの熱的結合を低減させれば、
さらに加熱エネルギを低減させることができるの
は言うまでもない。
なカバー部材によつて全体を囲むようにして、高
流速の燃焼排ガスとの熱的結合を低減させれば、
さらに加熱エネルギを低減させることができるの
は言うまでもない。
ここで、本発明に係る温度制御手段について、
第５図に示された一実施例を用いて説明する。第
４図に示した実施例のヒータ３ａ，３ｂからなる
ヒータ３は被加熱部材の酸素検出部材又はガス拡
散部材を形成する固体電解質と、ほぼ同一の熱膨
張係数を有する材料で、且つ電気抵抗が大きく温
度に依存する材料、例えば白金等の材料で形成す
るのが好ましい。
第５図に示された一実施例を用いて説明する。第
４図に示した実施例のヒータ３ａ，３ｂからなる
ヒータ３は被加熱部材の酸素検出部材又はガス拡
散部材を形成する固体電解質と、ほぼ同一の熱膨
張係数を有する材料で、且つ電気抵抗が大きく温
度に依存する材料、例えば白金等の材料で形成す
るのが好ましい。
このようなヒータ３を第５図に示されたよう
に、ブリツジ回路１２の一辺とする回路を構成
し、このブリツジ回路１２の偏差をパワーアンプ
１３で増幅し、その出力をブリツジ回路１２の励
起電圧へフイードバツク制御すると、ヒータ３は
定抵抗即定温度に制御される。この設定温度はヒ
ータ３の対辺の可変抵抗１４によつて設定可能と
なつており、例えば700℃〜900℃に設定される。
なお、ブリツジ回路１２のヒータ３以外の抵抗は
全て温度依存性のないものが選定されている。
に、ブリツジ回路１２の一辺とする回路を構成
し、このブリツジ回路１２の偏差をパワーアンプ
１３で増幅し、その出力をブリツジ回路１２の励
起電圧へフイードバツク制御すると、ヒータ３は
定抵抗即定温度に制御される。この設定温度はヒ
ータ３の対辺の可変抵抗１４によつて設定可能と
なつており、例えば700℃〜900℃に設定される。
なお、ブリツジ回路１２のヒータ３以外の抵抗は
全て温度依存性のないものが選定されている。
従つて、本実施例によれば、ヒータ３に温度セ
ンサとしての機能が含まれることから、別に温度
センサを設ける必要がなく、しかも被加熱部材の
温度を精度よく検出できることから、高精度な加
熱制御を行わせることができる。
ンサとしての機能が含まれることから、別に温度
センサを設ける必要がなく、しかも被加熱部材の
温度を精度よく検出できることから、高精度な加
熱制御を行わせることができる。
なお、上記設定温度は対象とする検出ガス温度
によつて決定されるものであり、エンジンの種類
やリーンセンサの取付場所によつて変わることは
言うまでもない。また、加熱制御手段は第５図の
実施例に限られるものではなく、要はヒータ３を
温度センサとして兼用して、加熱制御する手段で
あれば適用可能である。
によつて決定されるものであり、エンジンの種類
やリーンセンサの取付場所によつて変わることは
言うまでもない。また、加熱制御手段は第５図の
実施例に限られるものではなく、要はヒータ３を
温度センサとして兼用して、加熱制御する手段で
あれば適用可能である。
本発明によれば、センサ全体を均一加熱制御を
することができるとともに、多孔質のガス拡散ガ
ス部材と、２つの基準室によつて検出ガスを検出
しているため、高精度の検出が可能となる。特に
汚損物質が含まれている内燃機関の排ガスを検出
する際に効果がある。
することができるとともに、多孔質のガス拡散ガ
ス部材と、２つの基準室によつて検出ガスを検出
しているため、高精度の検出が可能となる。特に
汚損物質が含まれている内燃機関の排ガスを検出
する際に効果がある。
第１図は従来例の酸素濃度と限界電流の関係を
説明するための線図、第２図ａ，ｂは本発明に係
る酸素検出部材の一実施例の製造工程図、第３図
は本発明に係る酸素検出部材の平面図、第４図は
本発明の実施例を示すリーンセンサの断面図、第
５図は本発明に用いる温度制御手段の回路構成図
である。 ３……ヒータ（発熱素子）、４……酸素検出部
材、８，１０，１１……ガス拡散部材。
説明するための線図、第２図ａ，ｂは本発明に係
る酸素検出部材の一実施例の製造工程図、第３図
は本発明に係る酸素検出部材の平面図、第４図は
本発明の実施例を示すリーンセンサの断面図、第
５図は本発明に用いる温度制御手段の回路構成図
である。 ３……ヒータ（発熱素子）、４……酸素検出部
材、８，１０，１１……ガス拡散部材。
Claims (1)
- １ 内部に発熱素子が埋設され、両面に白金電極
が設けられた酸素イオン伝導性を有する固体電解
質の酸素検出部材と、内部に発熱素子が埋設され
た多孔質の第一ガス拡散部材と、前記酸素検出部
材と前記第一ガス拡散部材とに挾まれた第二ガス
拡散部材とを備え、前記第二ガス拡散部材は前記
第一ガス拡散部材側に第一酸素基準室、前記酸素
検出部材側に第二酸素基準室が形成されていると
ともに前記第一酸素基準室と前記第二酸素基準室
とを連通する拡散孔が設けられていることを特徴
とするリーンセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57141068A JPS5931444A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | リ−ンセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57141068A JPS5931444A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | リ−ンセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5931444A JPS5931444A (ja) | 1984-02-20 |
| JPH0542623B2 true JPH0542623B2 (ja) | 1993-06-29 |
Family
ID=15283487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57141068A Granted JPS5931444A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | リ−ンセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5931444A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62206441A (ja) * | 1986-03-06 | 1987-09-10 | Fuji Electric Co Ltd | 限界電流型ガスセンサ |
| DE19746516C2 (de) * | 1997-10-22 | 2001-09-27 | Bosch Gmbh Robert | Planares Sensorelement |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51136483A (en) * | 1975-05-22 | 1976-11-25 | Nissan Motor Co Ltd | Oxygen sensor |
| JPS5269690A (en) * | 1975-12-05 | 1977-06-09 | Westinghouse Electric Corp | Partil pressure measuring apparatus for specified gages in sighted environments |
| JPS5272286A (en) * | 1975-12-12 | 1977-06-16 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Oxygen concentration analyzer |
| JPS55116248A (en) * | 1979-02-23 | 1980-09-06 | Bosch Gmbh Robert | Electrochemical feeler for measuring oxygen content of gas |
| JPS55154450A (en) * | 1979-05-19 | 1980-12-02 | Nissan Motor Co Ltd | Air-fuel-ratio detector |
-
1982
- 1982-08-16 JP JP57141068A patent/JPS5931444A/ja active Granted
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51136483A (en) * | 1975-05-22 | 1976-11-25 | Nissan Motor Co Ltd | Oxygen sensor |
| JPS5269690A (en) * | 1975-12-05 | 1977-06-09 | Westinghouse Electric Corp | Partil pressure measuring apparatus for specified gages in sighted environments |
| JPS5272286A (en) * | 1975-12-12 | 1977-06-16 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Oxygen concentration analyzer |
| JPS55116248A (en) * | 1979-02-23 | 1980-09-06 | Bosch Gmbh Robert | Electrochemical feeler for measuring oxygen content of gas |
| JPS55154450A (en) * | 1979-05-19 | 1980-12-02 | Nissan Motor Co Ltd | Air-fuel-ratio detector |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5931444A (ja) | 1984-02-20 |
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