JPH07111411B2 - 内燃機関用酸素センサ - Google Patents
内燃機関用酸素センサInfo
- Publication number
- JPH07111411B2 JPH07111411B2 JP2153900A JP15390090A JPH07111411B2 JP H07111411 B2 JPH07111411 B2 JP H07111411B2 JP 2153900 A JP2153900 A JP 2153900A JP 15390090 A JP15390090 A JP 15390090A JP H07111411 B2 JPH07111411 B2 JP H07111411B2
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- JP
- Japan
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- layer
- platinum
- oxygen sensor
- internal combustion
- combustion engine
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- Expired - Lifetime
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は内燃機関用酸素センサに関し、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
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
用いる酸素センサに関するものである。
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
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
用いる酸素センサに関するものである。
〈従来の技術〉 従来、この種の酸素センサとしては、例えば、第２図に
示すようなセンサ部構造を有したものがある（特開昭58
−204365号公報，実開昭59−31054号公報等参照）。
示すようなセンサ部構造を有したものがある（特開昭58
−204365号公報，実開昭59−31054号公報等参照）。
即ち、先端部を閉塞した酸化ジルコニウム(ZrO2)を主成
分とするセラミック管（セラミック基材）１の内表面と
外表面の各一部に白金（Pt）ペーストを塗布した後、セ
ラミック管１を焼成することで、起電力取り出し用の電
極2,3を形成してある。セラミック管１の外表面には、
更に白金を蒸着して白金触媒層４を形成し、その上から
アルミン酸マグネシウム若しくはスピネル（Al2O3・Mg
O）を溶射して、白金触媒層４を保護するための保護層
６を形成してある。
分とするセラミック管（セラミック基材）１の内表面と
外表面の各一部に白金（Pt）ペーストを塗布した後、セ
ラミック管１を焼成することで、起電力取り出し用の電
極2,3を形成してある。セラミック管１の外表面には、
更に白金を蒸着して白金触媒層４を形成し、その上から
アルミン酸マグネシウム若しくはスピネル（Al2O3・Mg
O）を溶射して、白金触媒層４を保護するための保護層
６を形成してある。
かかる構成において、セラミック管１の内側空洞に基準
気体として大気が導かれるようにする一方、セラミック
管１の外側を機関排気通路に臨ませて機関排気と接触さ
せ、内表面に接触する大気中の酸素濃度と外表面に接触
する排気中の酸素濃度との比に応じた電圧を電極2,3間
に発生させることにより、排気中の酸素濃度を検出する
ものである。
気体として大気が導かれるようにする一方、セラミック
管１の外側を機関排気通路に臨ませて機関排気と接触さ
せ、内表面に接触する大気中の酸素濃度と外表面に接触
する排気中の酸素濃度との比に応じた電圧を電極2,3間
に発生させることにより、排気中の酸素濃度を検出する
ものである。
尚、白金触媒層４は、一酸化炭素COや炭化水素HCと酸素
O2との2CO＋O2＝2CO2,4HC＋5O2＝2H2O＋4CO2なる酸化反
応を促進し、濃混合気で燃焼させたときにその部分に残
存する低濃度のO2をCOやHCと良好に反応させてO2濃度を
ゼロ近くにし、セラミック管１内外のO2濃度比を大きく
して、大きな起電力を発生させる。一方、希薄混合気で
燃焼させたときには、排気中に高濃度のO2と低濃度のC
O,HCがあるため、CO,HCとO2とが反応してもまだO2が余
り、セラミック管１内外のO2濃度比は小さく殆ど電圧は
発生しない。
O2との2CO＋O2＝2CO2,4HC＋5O2＝2H2O＋4CO2なる酸化反
応を促進し、濃混合気で燃焼させたときにその部分に残
存する低濃度のO2をCOやHCと良好に反応させてO2濃度を
ゼロ近くにし、セラミック管１内外のO2濃度比を大きく
して、大きな起電力を発生させる。一方、希薄混合気で
燃焼させたときには、排気中に高濃度のO2と低濃度のC
O,HCがあるため、CO,HCとO2とが反応してもまだO2が余
り、セラミック管１内外のO2濃度比は小さく殆ど電圧は
発生しない。
従って従来の酸素センサにおいては、第３図に示すよう
に、混合気を理論燃焼比で燃焼させたときの排気中の酸
素濃度比により起電力が急変する特性を持たせている。
に、混合気を理論燃焼比で燃焼させたときの排気中の酸
素濃度比により起電力が急変する特性を持たせている。
かかる特性を有した酸素センサを用いて内燃機関の空燃
比フィードバック制御を行う場合、次のように行われて
いる。即ち、酸素センサの出力電圧と所定の基準電圧
（スライスレベル）とを比較して機関吸入混合気の空燃
比が理論空燃比に対してリッチかリーンかを判定し、例
えば空燃比がリーン（リッチ）の場合には、機関運転状
態に応じて理論空燃比を得るべく設定された燃料供給量
を補正するための空燃比フィードバック補正係数LMBDA
を所定の積分分（Ｉ分）ずつ徐々に上げて（下げて）い
き、燃料噴射量Tiを増量（減量）することで空燃比を理
論空燃比に制御する。
比フィードバック制御を行う場合、次のように行われて
いる。即ち、酸素センサの出力電圧と所定の基準電圧
（スライスレベル）とを比較して機関吸入混合気の空燃
比が理論空燃比に対してリッチかリーンかを判定し、例
えば空燃比がリーン（リッチ）の場合には、機関運転状
態に応じて理論空燃比を得るべく設定された燃料供給量
を補正するための空燃比フィードバック補正係数LMBDA
を所定の積分分（Ｉ分）ずつ徐々に上げて（下げて）い
き、燃料噴射量Tiを増量（減量）することで空燃比を理
論空燃比に制御する。
〈発明が解決しようとする課題〉 ところでPt−ZrO2における「ぬれ性」はPt−Al2O3・MgO
における「ぬれ性」と比較して低い。これは、Al2O3・M
gOの活性が高いためである。もって、酸素センサは使用
期間の長いものでは、白金触媒層４における白金粒子が
該白金となじみの良い保護層６に移動して、白金粒子と
セラミック管１の主成分である酸化ジルコニウムとの接
触面積の低下を来す。
における「ぬれ性」と比較して低い。これは、Al2O3・M
gOの活性が高いためである。もって、酸素センサは使用
期間の長いものでは、白金触媒層４における白金粒子が
該白金となじみの良い保護層６に移動して、白金粒子と
セラミック管１の主成分である酸化ジルコニウムとの接
触面積の低下を来す。
よって酸素センサの内部抵抗が増加してセンサの出力電
圧が第４図に示すように低下して、空燃比制御精度を悪
化させることになり、酸素センサの寿命を短くする要因
となっていた。
圧が第４図に示すように低下して、空燃比制御精度を悪
化させることになり、酸素センサの寿命を短くする要因
となっていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、白金
層の白金の移動を防止して、安定した出力を確保すると
共に、耐久性の向上した内燃機関用酸素センサを提供す
ることを目的としている。
層の白金の移動を防止して、安定した出力を確保すると
共に、耐久性の向上した内燃機関用酸素センサを提供す
ることを目的としている。
〈課題を解決するための手段〉 このため、本発明では、酸素イオン伝導性固体電解物質
の内外表面に電極を形成し、外表面側電極を覆う白金触
媒層と、該白金触媒層を覆うガス透過性セラミック保護
層と、を設け、大気に接触させた内表面側電極と機関排
気に接触させた外表面側電極との間に発生する起電力に
より機関排気の酸素濃度を検出するようにした内燃機関
用酸素センサにおいて、前記白金触媒層と、前記ガス透
過性セラミック保護層と、の間に、前記白金触媒層の白
金が前記ガス透過性セラミック保護層側へ移動するのを
防止するガス透過性白金移動防止層を設けるようにし
た。
の内外表面に電極を形成し、外表面側電極を覆う白金触
媒層と、該白金触媒層を覆うガス透過性セラミック保護
層と、を設け、大気に接触させた内表面側電極と機関排
気に接触させた外表面側電極との間に発生する起電力に
より機関排気の酸素濃度を検出するようにした内燃機関
用酸素センサにおいて、前記白金触媒層と、前記ガス透
過性セラミック保護層と、の間に、前記白金触媒層の白
金が前記ガス透過性セラミック保護層側へ移動するのを
防止するガス透過性白金移動防止層を設けるようにし
た。
なお、前記ガス透過性セラミック保護層は、アルミン酸
マグネシウム層で形成するのが好ましい、そして、前記
ガス透過性白金移動防止層は、酸化ジルコニウム層或い
はジルコニウム層で形成するのが好ましい。
マグネシウム層で形成するのが好ましい、そして、前記
ガス透過性白金移動防止層は、酸化ジルコニウム層或い
はジルコニウム層で形成するのが好ましい。
〈作用〉 上記の構成では、白金触媒層と、ガス透過性セラミック
保護層〔例えばアルミン酸マグネシウム（若しくはスピ
ネル）の保護層〕と、の間に、ガス透過性白金移動防止
層、例えば、酸化ジルコニウムの層やジルコニウムの層
が設けられるので、白金触媒層の白金がガス透過性セラ
ミック保護層と直接的に接触することが防止され、もっ
て、白金触媒層の白金はガス透過性セラミック保護層に
移動することが防止される。
保護層〔例えばアルミン酸マグネシウム（若しくはスピ
ネル）の保護層〕と、の間に、ガス透過性白金移動防止
層、例えば、酸化ジルコニウムの層やジルコニウムの層
が設けられるので、白金触媒層の白金がガス透過性セラ
ミック保護層と直接的に接触することが防止され、もっ
て、白金触媒層の白金はガス透過性セラミック保護層に
移動することが防止される。
従って白金粒子と酸素イオン伝導性固体電解物質（例え
ば酸化ジルコニウム）、延いては外側電極との接触面積
は初期の状態を維持することができ、酸素センサの内部
抵抗の増加を防止できる。
ば酸化ジルコニウム）、延いては外側電極との接触面積
は初期の状態を維持することができ、酸素センサの内部
抵抗の増加を防止できる。
〈実施例〉 以下の本発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。
尚、従来例の同一要素には同一符号を付してある。
尚、従来例の同一要素には同一符号を付してある。
図において酸化ジルコニウム(ZrO2)を主成分とする閉塞
先端部を有するセラミック基材酸素イオン伝導性固体電
解物質）としてのセラミック管１の内表面と外表面の各
一部に、それぞれ白金からなる起電力取り出し用の内側
電極２及び外側電極３を形成してあり、更に、セラミッ
ク管１の外表面には、白金を蒸着して白金触媒層４を形
成してある。
先端部を有するセラミック基材酸素イオン伝導性固体電
解物質）としてのセラミック管１の内表面と外表面の各
一部に、それぞれ白金からなる起電力取り出し用の内側
電極２及び外側電極３を形成してあり、更に、セラミッ
ク管１の外表面には、白金を蒸着して白金触媒層４を形
成してある。
この白金触媒層４の外表面には、本発明に係る構成とし
て、スパッタリングまたは蒸着により酸化ジルコニウム
(ZrO2)の層５を、１μ以上50μ以下の応答性に影響を与
えない膜厚で形成している。当該酸化ジルコニウムの層
５が、本発明のガス透過性白金移動防止装置に相当す
る。
て、スパッタリングまたは蒸着により酸化ジルコニウム
(ZrO2)の層５を、１μ以上50μ以下の応答性に影響を与
えない膜厚で形成している。当該酸化ジルコニウムの層
５が、本発明のガス透過性白金移動防止装置に相当す
る。
そして、この酸化ジルコニウム(ZrO2)の層５の外表面に
アルミン酸マグネシウム若しくはスピネル（Al2O3・Mg
O）を溶射して、前記白金触媒層４を保護するための保
護層６を形成してある。当該保護層６が、本発明のガス
透過性セラミック保護層に相当する。
アルミン酸マグネシウム若しくはスピネル（Al2O3・Mg
O）を溶射して、前記白金触媒層４を保護するための保
護層６を形成してある。当該保護層６が、本発明のガス
透過性セラミック保護層に相当する。
尚、、酸化ジルコニウム(ZrO2)の層５を形成する変わり
に、スパッタリング等によりジルコニウム（Zr）の層
を、１μ以上50μ以下の応答性に影響を与えない膜厚で
形成しても良い。
に、スパッタリング等によりジルコニウム（Zr）の層
を、１μ以上50μ以下の応答性に影響を与えない膜厚で
形成しても良い。
かかる構成によれば、白金触媒層４の白金がアルミン酸
マグネシウム若しくはスピネルの保護層６と直接的に接
触することが防止され、もって、白金触媒層４の白金は
アルミン酸マグネシウム若しくはスピネルの保護層６に
移動するとが防止される。
マグネシウム若しくはスピネルの保護層６と直接的に接
触することが防止され、もって、白金触媒層４の白金は
アルミン酸マグネシウム若しくはスピネルの保護層６に
移動するとが防止される。
従って、セラミック管１と白金触媒層４との間に剥離が
発生することも防止でき、白金粒子と酸化ジルコニウム
との接触面積は初期の状態を維持することができ、酸素
センサの内部抵抗の増加を防止できる。
発生することも防止でき、白金粒子と酸化ジルコニウム
との接触面積は初期の状態を維持することができ、酸素
センサの内部抵抗の増加を防止できる。
よって、酸化センサの安定した出力を確保することが可
能となり、耐久性の向上した内燃機関用酸素センサを得
ることが可能となる。
能となり、耐久性の向上した内燃機関用酸素センサを得
ることが可能となる。
〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明に係る内燃機関用酸素セン
サによれば、白金触媒層の白金がガス透過性セラミック
保護層に移動することが防止され、安定した出力を確保
することが可能となり、空燃比フィードバック制御を行
う際も安定した制御が可能となり、また耐久性も向上す
るという効果がある。
サによれば、白金触媒層の白金がガス透過性セラミック
保護層に移動することが防止され、安定した出力を確保
することが可能となり、空燃比フィードバック制御を行
う際も安定した制御が可能となり、また耐久性も向上す
るという効果がある。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は従来
例を示す断面図、第３図は酸素センサの出力特性を示す
グラフ、第４図は従来例の問題点を示す出力特性を示す
グラフである。 １……セラミック管、2,3……電極 ４……白金触媒層、５……酸化ジルコニウムの層 ６……保護層
例を示す断面図、第３図は酸素センサの出力特性を示す
グラフ、第４図は従来例の問題点を示す出力特性を示す
グラフである。 １……セラミック管、2,3……電極 ４……白金触媒層、５……酸化ジルコニウムの層 ６……保護層
Claims (3)
- 【請求項１】酸素イオン伝導性固体電解物質の内外表面
に電極を形成し、外表面側電極を覆う白金触媒層と、該
白金触媒層を覆うガス透過性セラミック保護層と、を設
け、大気に接触させた内表面側電極と機関排気に接触さ
せた外表面側電極との間に発生する起電力により機関排
気の酸素濃度を検出するようにした内燃機関用酸素セン
サにおいて、 前記白金触媒層と、前記ガス透過性セラミック保護層
と、の間に、前記白金触媒層の白金が前記ガス透過性セ
ラミック保護層側へ移動するのを防止するガス透過性白
金移動防止層を設けたことを特徴とする内燃機関用酸素
センサ。 - 【請求項２】前記ガス透過性セラミック保護層が、アル
ミン酸マグネシウム層で形成されたことを特徴とする請
求項１に記載の内燃機関用酸素センサ。 - 【請求項３】前記ガス透過性白金移動防止層が、酸化ジ
ルコニウム層或いはジルコニウム層で形成されたことを
特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関用
酸素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2153900A JPH07111411B2 (ja) | 1990-06-14 | 1990-06-14 | 内燃機関用酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2153900A JPH07111411B2 (ja) | 1990-06-14 | 1990-06-14 | 内燃機関用酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0447261A JPH0447261A (ja) | 1992-02-17 |
| JPH07111411B2 true JPH07111411B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=15572565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2153900A Expired - Lifetime JPH07111411B2 (ja) | 1990-06-14 | 1990-06-14 | 内燃機関用酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07111411B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0694844A (ja) * | 1992-09-16 | 1994-04-08 | Tsuuden:Kk | 遠隔型管内液体検出方法 |
-
1990
- 1990-06-14 JP JP2153900A patent/JPH07111411B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0447261A (ja) | 1992-02-17 |
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