JPH05852Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、酸素センサに関し、特に内燃機関の
排気管に装着して該機関に供給される混合気の空
燃比と密接な関係にある排気中の酸素濃度を測定
し、空燃比フイードバツク制御におけるフイード
バツク信号の提供などに用いるものに関する。

〈従来の技術〉 従来、この種の酸素センサとして、酸素濃度の
高い領域（空燃比リーン領域）から低い領域（空
燃比リツチ領域）まで広範囲に測定できるもの
が、例えばSAEpaper 850378において示されて
ある。

かかる酸素センサとしては例えば第２図に示す
ようなものがある（特願昭60−167440号参照）。

図において、酸素センサは、例えば白金で構成
された加熱ヒータ４１を埋設したアルミナ等から
なる基板４２上に、一対の白金からなる測定電極
４３，４４を並設し、これら測定電極４３，４４
上に酸素濃度に応じて抵抗値が変化するチタニア
或いは酸化コバルト等の酸化物半導体４５を積層
して形成される酸素濃度検出部４６を有する。ま
た、ジルコニア等からなる酸素イオン伝導性の固
体電解質４７の両面に一対の白金からなるポンプ
電極４８，４９を設けて形成される酸素ポンプ部
５０を有している。

そして、該酸素ポンプ部５０を、熱伝導性の良
好な例えばアルミナで枠状に形成した所定厚さの
スペーサ５１を介して酸素濃度検出部４６の上方
に積層して、酸素濃度検出部４６と酸素ポンプ部
５０との間に閉塞された間〓部５２が設けられ、
かつ、この間〓部５２に機関排気を導入するため
の導入孔５３が酸素ポンプ部５０の固体電解質４
７に形成されている。尚、前記スペーサ５１の外
周にはガラス製の接着剤５５が充填され、間〓部
５２の密閉性を確保すると共に、基板４２と固体
電解質４７とを接着固定するようにしてある。

かかる構成によれば、間〓部５２内の酸素量の
変化に応じて酸化物半導体４５の抵抗値が変化す
ることから、この抵抗値変化に基づいて間〓部５
２内の雰囲気を検出し、この検出結果に応じて間
〓部５２内の雰囲気を一定（例えば理論空燃比）
に保つように酸素ポンプ部５０に流す電流量を制
御し、その時の電流量から排気中の酸素濃度が検
出できる。

例えば、排気中の酸素濃度の高いリーン領域で
の空燃比を検出する場合には、外側のポンプ電極
４８を陽極、間〓部５２側のポンプ電極４９を陰
極にして電圧を印加する。すると、電流に比例し
た酸素（酸素イオンO^2-）が間〓部５２内から外
側に汲み出される。そして、印加電圧が所定値以
上になると、流れる電流は限界値に達し、この限
界電流値を測定することにより排気中の酸素濃
度、言い換えれば空燃比を検出できる。逆に、ポ
ンプ電極４８を陰極、ポンプ電極４９を陽極にし
て間〓部５２内に酸素を汲み入れるようにすれ
ば、排気中の酸素濃度の低い空燃比リツチ領域で
の検出ができる。

このようにして、上記内燃機関用酸素センサ
は、広範囲な酸素濃度領域で測定することがで
き、広域空燃比センサーとも呼ばれるものであ
る。

〈考案が解決しようとする問題点〉 ところで、かかる内燃機関用酸素センサにおい
ては、間〓部５２の容積Ｖを極力小さくすること
により、例えば空燃比リーン領域で導入される酸
素量を減少させ、この酸素を酸素ポンプ部５０に
より汲み出す（空燃比リツチ側では汲み入れる）
時間を短縮して、応答性の向上及びオーバーシユ
ートの防止を図ることができる（第３図参照）。

しかしながら、応答性向上のため基板４２と固
体電解質４７との間隔即ち間〓部５２のギヤツプ
間隔ｄを所定値以上に小さくして容積Ｖの減少を
図ると、基板４２と固体電解質４７との接着強度
が低下し（第４図参照）、温度サイクルや振動等
によつて剥離が発生する惧れがある。また、間〓
部５２の断面積Ｓ（Ｖ＝Ｓ×ｄ）を小さくするこ
とによつて、間〓部５２の容積低減を図ると、ポ
ンプ電極４９の有効面積が減少して電極の電流密
度が上昇し、電極の耐久性劣化及びポンプ能力不
足が発生する惧れがある。

本考案は上記問題点に鑑みなされたものであ
り、基板と固体電解質との接着強度の確保し、か
つ、ポンプ電極の電流密度の上昇を防止しつつ、
間〓部の容積減少を可能とし、内燃機関用酸素セ
ンサの応答性を向上させることを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 そのため本考案では、酸素濃度検出部と酸素ポ
ンプ部との間にスペーサによつて形成される閉塞
された間〓部に、耐熱性かつ非導電性の材料によ
つて所定酸素拡散速度が得られる粒径に形成した
粉末を充填するようにした。

〈作用〉 このように粉末を充填させると、スペーサによ
つて形成される閉塞された間〓部の容積が、充填
された粉末の分だけ減少する。また、粉末の粒径
が所定酸素拡散速度が得られるように形成される
ため、粉末充填による酸素拡散速度の遅延は回避
される。

〈実施例〉 以下に本考案の一実施例を図面に基づいて説明
する。尚、従来例と同一要素には同一符号を付し
て説明を省略する。

第１図に示すように、酸素ポンプ部５０を所定
厚さに形成された枠状のスペーサ５１を介して酸
素濃度検出部４６の上方に積層して設けられる酸
素濃度検出部４６と酸素ポンプ部５０との間の閉
塞された間〓部５２内に、耐熱性・非導電性であ
るセラミツク粉末（γ−Ａ₂O₃担体）60を充填
してある。

このセラミツク粉末６０は、ガンマアルミナ
（γ−Ａ₂O₃）に硝酸、ベーマイト及び水から
なるアルミナゾルをボールミル等で混合・粉砕し
て粒径を所定値（３〜20μm）に調整し、その後
スリツプ状にしたものを酸素ポンプ部５０を積層
する前のスペーサ５１内周壁によつて囲まれる凹
部分に滴下して乾燥させて形成する。そして、感
想後に酸素ポンプ部５０を積層させて接着する。
前記粒径の所定値３〜20μmは、間〓部５２にセ
ラミツク粉末６０を充填したときに、酸素の拡散
速度に影響を与えない程度の大きさである。尚、
酸素ポンプ部５０積層後に導入孔５３から前記ス
リツプ状粉末を挿入するようにしても良い。

かかる内燃機関用酸素センサによると、セラミ
ツク粉末６０を充填しない場合に比べ、セラミツ
ク粉末６０の体積分だけ閉塞された間〓部５２の
体積が減少する。このため、例えば空燃比リーン
領域で導入される酸素が減少し、この酸素を酸素
ポンプ部５０により汲み出す（空燃比リツチ側で
は汲み入れる）時間（ポンピング時間）が短縮さ
れて、酸素センサの応答性が向上すると共に、こ
れに伴つてオーバーシユートの防止を図ることが
できる。

また、セラミツク粉末６０の粒径が、所望の酸
素拡散速度を得られるように調整されるため、セ
ラミツク粉末６０を間〓部５２内に充填すること
によつて導入孔５３から間〓部５２内に導入され
た機関排気が酸化物半導体４５まで到達するのに
要する時間が長くなることはない。

〈考案の効果〉 以上説明したように、本考案によると、耐熱性
かつ非導電性の材料によつて所定酸素拡散速度が
得られる粒径に形成した粉末を、酸素濃度検出部
と酸素ポンプ部との間に形成された閉塞された間
〓部内に充填させたことにより、間〓部の容積を
前記粉末の体積分減少させることができ、内燃機
関用酸素センサの応答性を向上及びオーバーシユ
ートの防止を図ることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す断面図、第２図
は従来例を示す断面図、第３図は測定電極出力及
び空燃比と時間との関係を示すグラフ、第４図は
応答速度とギヤツプ間隔との関係を示すグラフで
ある。 ４２……多孔性基板、４３，４４……測定電
極、４５……酸化物半導体、４６……酸素濃度検
出部、４７……固体電解質、４８，４９……ポン
プ電極、５０……酸素ポンプ部、５１……スペー
サ、５２……間〓部、５３……導入孔、６０……
セラミツク粉末。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 加熱ヒータを装着した基板上に一対の測定電極
   を並設し、該一対の測定電極上に酸素濃度に応じ
   て抵抗値が変化する酸化物半導体を積層して酸素
   濃度検出部を形成すると共に、酸素イオン伝導性
   の固定電解質の両面に一対のポンプ電極を設けて
   形成される酸素ポンプ部を、前記基板と酸素イオ
   ン伝導性の固体電解質のとの間に介装される所定
   厚さの枠状のスペーサを介して前記酸素濃度検出
   部上方に設け、かつ酸素濃度検出部と酸素ポンプ
   部との間に前記スペーサによつて形成される閉塞
   された間〓部に機関排気を導入する導入孔を有し
   てなる内燃機関用酸素センサにおいて、 耐熱性かつ非導電性の材料によつて所定酸素拡
   散速度が得られる粒径に形成した粉末を前記間〓
   部内に充填したことを特徴とする内燃機関用酸素
   センサ。