JPH068551Y2 - 内燃機関用酸素センサ - 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、空燃比フィードバック
制御におけるフィードバック信号の提供に用いるものに
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（空燃比リッチ領
域）まで広範囲に測定できるものが本出願人により先に
提案されている（例えば特願昭６０−２１９２１３号，
特開昭６２−８０５５２号公報）。

このような酸素センサの一例を第７図及び第８図に示し
説明する。

例えばアルミナ基板１上に、一対の白金からなる測定電
極２，３を並設し、これら測定電極２，３上に酸素濃度
に応じて抵抗率が変化するチタニア等の酸化物半導体４
を積層して形成される酸素濃度検出部５を設け、更に、
この酸素濃度検出部５の上方に、アルミナからなる第１
スペーサ部材６Ａとジルコニアからなる第２スペーサ部
材６Ｂで構成したスペーサ６を介して酸素ポンプ部７を
設けてある。該酸素ポンプ部７はジルコニア板８の両面
に一対の白金からなるポンプ電極９，10を設けると共
に、この酸素ポンプ部７と酸素濃度検出部５との間に形
成された間隙部12に排気を導入する導入孔11を設けてあ
る。そして、これらによりセンサ素子部14を構成してい
る。13は基板１内に設けた白金のヒータである。

そして、アルミナ基板１と同時焼成した第１スペーサ部
材６Ａとジルコニア板８と同時焼成した第２スペーサ部
材６Ｂの互いの接合面を研削し、すり合わせによって密
着させて間隙部12の密閉性を確保している。また、セン
サ素子部14より基端側には、枠状のスペーサ６を設ける
ことによって必然的に形成される空間部15に接着剤16を
充填してアルミナ基板１とジルコニア板８とを接着固定
している。

かかる構成によれば、間隙部12内の酸素量の変化に応じ
た酸化物半導体４の抵抗値の変化に基づいて間隙部12内
の雰囲気を検出し、この検出結果に応じて間隙部12内の
雰囲気を一定（理論空燃比）に保つように酸素ポンプ部
７に流す電流量を制御し、その時の電流量から排気中の
酸素濃度を検出する。

例えば、排気中の酸素濃度の高いリーン領域での空燃比
検出では、外側のポンプ電極９を陽極、間隙部12側のポ
ンプ電極10を陰極として電流を流す。すると、電流に比
例した酸素（酸素イオンＯ^２−）が間隙部12から外側に
汲み出される。この電力はある限界値を有し、この限界
値は排気中の酸素濃度に比例しているため、この電界電
流値を測定することによりリーン領域での空燃比を検出
できる。

逆に、ポンプ電極９を陰極，ポンプ電極10を陽極にして
酸素を間隙部12内に汲み入れるようにすれば、リッチ領
域での空燃比を検出できる。従って、このような酸素セ
ンサは、広範囲な空燃比領域で測定することができる。

〈考案が解決しようとする問題点〉 ところで、かかる酸素センサにおいては、間隙部12の容
積を小さくすることにより、ヒータ13の加熱効率が高ま
り、また、導入される酸素量が減少して酸素ポンプ部７
による酸素の汲み入れ、汲み出し時間が短縮されて応答
性が向上することから、基板１とジルコニア板８との間
隔、即ちスペーサ６の厚さを薄く（100μｍ以下）する
傾向にある。このため、基端側における接着剤16を充填
する空間部15の間隔ｄもこれに伴って小さくなってしま
い、接着剤16を十分に充填できず接着強度が低下し、温
度サイクル等によってアルミナ基板１とジルコニア板８
が剥離し易いという問題を有している。

本考案は下記の実情に鑑みてなされたもので、スペーサ
により決まる間隙部の間隔よりも大きく接着剤充填空間
部を形成することにより、従来の問題点を解決した内燃
機関用酸素センサを提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 このため本考案では、酸素濃度検出部及び酸素ポンプ等
を備えたセンサ素子部における基板側と固体電解質側と
の互いの接合面をすり合わせによる密着面となし、かつ
センサ素子部より基端側の基板と固体電解質との間に形
成される空間部に接着剤を充填して両者を接着固定する
ようにした内燃機関用酸素センサにおいて、前記接着剤
充填用の空間部の間隔を、酸素濃度検出部と酸素ポンプ
部との間に形成される間隙部の間隔より大きくする構成
とした。

〈作用〉 これにより、接着剤を充分に充填することができるの
で、基板側と固体電解質側との接合状態が良好となり、
温度サイクル等による両者の剥離を防止できるようにな
る。

〈実施例〉 以下、本考案の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１実施例を示す第１図〜第３図において、白金の加熱
ヒータ21を埋設した例えばアルミナからなる基板22上
に、一対の白金からなる測定電極23,24を並設し、これ
ら測定電極23,24上にチタニア等の酸化物半導体25を積
層して形成される酸素濃度検出部26の上方に、アルミナ
の第１スペーサ部材27Aとジルコニアの第２スペーサ部
材27Bからなるスペーサ27を介して酸素ポンプ部28を配
置してある。該酸素ポンプ部28は固体電解質例えばジル
コニア板29の両面に一対の白金からなるポンプ電極30,3
1を有し、かつ酸素ポンプ28と酸素濃度検出部26との間
の間隙部32に排気を導入する導入孔33を有している。ま
た、第１スペーサ部材27Aと第２スペーサ27Bの互いの接
合面は、すり合わせによって密着面をなし間隙部32の密
閉度を確保している。このように構成されたセンサ素子
部34は従来と同様の構成である。

そして、前記センサ素子部34より基端側において、接着
剤35が充填されるジルコニア板29と基板22との間に形成
される空間部36の間隔ｄを、センサ素子部34の間隙部32
の間隔よりも大きく形成してある。37は接着剤充填用の
孔を示す。

次に、本実施例における前記空間部36の形成工程を第３
図(A)〜(D)に基づいて説明する。

まず、ジルコニアのグリーンシートの先端部と中間部に
それぞれ円形と長方形の孔を設けて第２スペーサ部材27
Bを形成し(A)、次に、同じくジルコニアのグリーンシー
トの下面側にポンプ電極31及びその引出し線を印刷し、
中間部に長方形の孔を設けて酸素ポンプ部28のジルコニ
ア板29の一部を形成し(B)、更に、同じくジルコニアの
グリーンシートの上面側にポンプ電極30及びその引出し
線を印刷し、中間部に接着剤充填用の孔37を設けて酸素
ポンプ部28のジルコニア板29の残部を形成する(C)。そ
して、これらを順次第３図(D)のように積層して同時焼
成する。このようにして形成したジルコニア板29側と従
来と同様に形成したアルミナ基板22側とを第１図のよう
に接合して酸素センサを構成することにより、間隙部32
の間隔よりも大きい間隔を有する接着剤充填用の空間部
36を形成する。

このように、接着剤充填用の空間部36を大きくとること
によって、充分な接着剤充填量を確保でき、ジルコニア
板29側とアルミナ基板22側の接合が良好になり、温度サ
イクル等に基づく両者が剥離するのを防止することがで
きて酸素センサの寿命を向上できる。

また、第４図(A),(B)に示す第２実施例のものは、第３
図に示す各グリーンシート全ての中間部に長方形の孔を
形成し、これを順次積層して同時焼成したものであり、
接着剤充填用の孔41がジルコニア板29上面に開放された
形状である。

上記各実施例は焼成前のグリーンシートの段階で接着剤
充填用の空間部を形成する例を示したが、第５図及び第
６図に示す第３及び第４実施例のものは、各グリーンシ
ートを積層し焼成した後に前記空間部を形成する例を示
す。

第５図のものは、同時焼成したジルコニア板29と第２ス
ペーサ部材27Bの中間部を、円弧状に研削して接着剤充
填用の空間部42と孔37とを形成したものである。

また、第６図のものは、ジルコニア板29と第２スペーサ
部材27Bの中間部を、側面を貫通するように研削して接
着剤充填用の空間部43を形成したものである。尚、この
場合はジルコニア板29の下側に配置されるポンプ電極31
の引出し線は、空間部43より先端側にスルーホール39を
形成してジルコニア板29の上面側に持ち来すようにす
る。

これら第２〜第４実施例のものも、第１実施例のものと
同様にジルコニア板29側とアルミナ基板22側を良好に接
合固定することができるものである。

尚、本実施例では、いずれもジルコニア板側に接着剤充
填用空間部の間隔を広げるようにしたが、アルミナ基板
側に広げるようにしてもよいことは言うまでもない。

〈考案の効果〉 以上述べたように本考案によれば、互いに重ね合わせた
固体電解質側と基板側とを接合固定するために用いる接
着剤を充填する空間部の間隔を、排気導入用の間隙部の
間隔より大きくしたので、接着剤充填量を充分に確保で
き、両者を良好に接合できる。従って、固体電解質側と
基板側の剥離を防止でき、酸素センサの耐久性を向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例の断面図、第２図は同上実
施例のセンサ素子部の断面図、第３図(A)〜(D)は同上実
施例の接着剤充填用空間部の形成工程を説明するための
図、第４図(A),(B)は本考案の第２実施例の要部を示す
図、第５図(A),(B)は本考案の第３実施例の要部を示す
図、第６図(A),(B)は本考案の第４実施例の要部を示す
図、第７図は従来例のセンサ素子部を示す断面図、第８
図は従来例の断面図を示す。 22……アルミナ基板、26……酸素濃度検出部、27……ス
ペーサ、28……酸素ポンプ部、29……ジルコニア板、3
0,31……ポンプ電極、32……間隙部、33……排気導入
孔、34……センサ素子部、35……接着剤、36,41,42,43
……空間部、37……孔

フロントページの続き (72)考案者 木村 信司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−80552（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】酸素イオン伝導性の固体電解質の両面に一
   対のポンプ電極を設けた酸素ポンプ部を、基板上に設け
   た酸素濃度検出部の上方に、前記固体電解質及び基板の
   少なくとも一方に同時焼成される枠状スペーサ部材を介
   して配置し、かつ酸素濃度検出部と酸素ポンプ部との間
   に形成される間隙部へ排気を導入する導入孔を設けてな
   るセンサ素子部を有し、該センサ素子部のスペーサ部材
   を介した基板側と固体電解質側との互いの接合面をすり
   合わせによる密着面とし、かつセンサ素子部より基端側
   の基板と固体電解質との間に設けた空間部に接着剤を充
   填して基板側と固体電解質側とを接合固定する構成の内
   燃機関用酸素センサにおいて、前記接着剤充填用の空間
   部の間隔を、酸素濃度検出部と酸素ポンプ部との間に形
   成される間隙部の間隔よりも大きく形成したことを特徴
   とする内燃機関用酸素センサ。