JPH07119735B2 - 内燃機関用酸素センサの素子構造 - Google Patents
内燃機関用酸素センサの素子構造Info
- Publication number
- JPH07119735B2 JPH07119735B2 JP2096258A JP9625890A JPH07119735B2 JP H07119735 B2 JPH07119735 B2 JP H07119735B2 JP 2096258 A JP2096258 A JP 2096258A JP 9625890 A JP9625890 A JP 9625890A JP H07119735 B2 JPH07119735 B2 JP H07119735B2
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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の素子構造に関し、特
に内燃機関の排気通路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の素子構造に関する。
に内燃機関の排気通路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の素子構造に関する。
〈従来の技術〉 従来、この種の酸素センサとしては、例えば第４図に示
すような素子構造を有したものがある（特開昭58−2043
65号公報等参照）。
すような素子構造を有したものがある（特開昭58−2043
65号公報等参照）。
即ち、酸素イオン導電性を有する固体電解質である酸化
ジルコニウム（ZrO2）を主成分とする基材により先端部
を閉塞したセラミック管21を形成し、該セラミック管21
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21を焼成することで起電力取り出
し用の白金電極22,23を形成している。セラミック管21
の外表面には更に白金を蒸着若しくはスパッタリング、
メッキ等により白金触媒層24を形成し、その上からマグ
ネシウムスピネル等の酸化金属を溶射して白金触媒層24
を保護するための保護層25を形成してある。
ジルコニウム（ZrO2）を主成分とする基材により先端部
を閉塞したセラミック管21を形成し、該セラミック管21
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21を焼成することで起電力取り出
し用の白金電極22,23を形成している。セラミック管21
の外表面には更に白金を蒸着若しくはスパッタリング、
メッキ等により白金触媒層24を形成し、その上からマグ
ネシウムスピネル等の酸化金属を溶射して白金触媒層24
を保護するための保護層25を形成してある。
かかる構成において、セラミック管21の内側空洞に基準
気体としての大気が導かれるようにする一方、セラミッ
ク管21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
触する排気中酸素濃度との比に応じた電圧を白金電極2
2,23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。
気体としての大気が導かれるようにする一方、セラミッ
ク管21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
触する排気中酸素濃度との比に応じた電圧を白金電極2
2,23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24は、一酸化炭素COや炭化水素HCと酸素
O2とのCO＋1/2O2→CO2、HC＋O2→H2O＋CO2なる酸化反応
を促進し、理論空燃比に対してリッチな混合気で燃焼さ
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濃度を零近くにし、セラミック管21内
外の濃度比を大きくして大きな起電力を発生させる。
O2とのCO＋1/2O2→CO2、HC＋O2→H2O＋CO2なる酸化反応
を促進し、理論空燃比に対してリッチな混合気で燃焼さ
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濃度を零近くにし、セラミック管21内
外の濃度比を大きくして大きな起電力を発生させる。
一方、理論空燃比よりリーンな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CO,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21内外のO2濃度比は小さく殆ど電圧は発生しない。
には、排気中に高濃度のO2と低濃度のCO,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21内外のO2濃度比は小さく殆ど電圧は発生しない。
したがって、かかる素子構造を有する酸素センサにおい
ては第３図に点線で示すように、混合気を理論空燃比で
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
変するストイチ性を持たせている。
ては第３図に点線で示すように、混合気を理論空燃比で
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
変するストイチ性を持たせている。
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、第
５図に示すように例えば空燃比がリーン（リッチ）の場
合には、機関運転状態に大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LAMBDAを所定の積分分（Ｉ分）ずつ徐々に
上げて（下げて）いき、燃料供給量を増量（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、第
５図に示すように例えば空燃比がリーン（リッチ）の場
合には、機関運転状態に大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LAMBDAを所定の積分分（Ｉ分）ずつ徐々に
上げて（下げて）いき、燃料供給量を増量（減量）する
ことで空燃比を理論空燃比に制御する。
また、酸素センサからの出力電圧が理論空燃比近傍で急
変するものであって理論空燃比に対するリッチ・リーン
の判定しか行えない特性であるため、空燃比がリッチか
らリーン又はリーンからリッチへ反転する時には、空燃
比フィードバック補正係数LAMBDAを前記積分分より十分
大きな所定の比例分（Ｐ分）だけ変化させて制御応答性
を高めるようにしている。
変するものであって理論空燃比に対するリッチ・リーン
の判定しか行えない特性であるため、空燃比がリッチか
らリーン又はリーンからリッチへ反転する時には、空燃
比フィードバック補正係数LAMBDAを前記積分分より十分
大きな所定の比例分（Ｐ分）だけ変化させて制御応答性
を高めるようにしている。
このように、酸素センサによって検出される空燃比のリ
ッチ・リーンに基づいて空燃比フィードバック補正係数
LAMBDAを設定し、実際の空燃比を理論空燃比に近づける
制御すれば、第３図に示すように理論空燃比は三元触媒
が有効に働く空燃比であるため、排気性状を良好に保つ
ことができる。
ッチ・リーンに基づいて空燃比フィードバック補正係数
LAMBDAを設定し、実際の空燃比を理論空燃比に近づける
制御すれば、第３図に示すように理論空燃比は三元触媒
が有効に働く空燃比であるため、排気性状を良好に保つ
ことができる。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、従来の上記酸素センサの素子構造は以下
の理由により空燃比の制御バラツキを生じることがあ
る。
の理由により空燃比の制御バラツキを生じることがあ
る。
前述したように、白金電極は基材としてのセラミック管
と一体に高温下（約1500℃）で焼成されるため酸化膜
（PtO）を生じ、そのために電極自体の酸化機能は弱く
単体（白金触媒層無し）では空燃比がかなりリーン側に
ずれて制御される特性となる（第６図ａ参照）。一方、
白金触媒層は酸化機能が強いため単体では理論空燃比よ
りややリッチ側に制御される理想的な特性である（第６
図ｂ参照）。なお、白金触媒層は、基材外表面上に蒸着
法によりPt粒を析出させた層のことである。このため、
夫々の析出させたPt粒は電気的な繋がりがある。この電
気的な繋がりにより白金触媒層のみでもセンサ出力を取
り出すことができる。
と一体に高温下（約1500℃）で焼成されるため酸化膜
（PtO）を生じ、そのために電極自体の酸化機能は弱く
単体（白金触媒層無し）では空燃比がかなりリーン側に
ずれて制御される特性となる（第６図ａ参照）。一方、
白金触媒層は酸化機能が強いため単体では理論空燃比よ
りややリッチ側に制御される理想的な特性である（第６
図ｂ参照）。なお、白金触媒層は、基材外表面上に蒸着
法によりPt粒を析出させた層のことである。このため、
夫々の析出させたPt粒は電気的な繋がりがある。この電
気的な繋がりにより白金触媒層のみでもセンサ出力を取
り出すことができる。
このため、白金電極上に白金触媒層があり酸素センサ構
造では両者の特性の中間の特性を有するが（第６図ｃ参
照）、白金触媒層の微妙な触媒能力の違いにより、電極
のリッチ側にずれる傾向が出たり出なかったりして空燃
比制御特性にバラツキを生じることとなる。また、低温
で白金触媒層が劣化した場合電極の特性傾向が相対的に
強まり空燃比がリーン側にずれてしまう。
造では両者の特性の中間の特性を有するが（第６図ｃ参
照）、白金触媒層の微妙な触媒能力の違いにより、電極
のリッチ側にずれる傾向が出たり出なかったりして空燃
比制御特性にバラツキを生じることとなる。また、低温
で白金触媒層が劣化した場合電極の特性傾向が相対的に
強まり空燃比がリーン側にずれてしまう。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、白金電極により空燃比制御に与える影響を可及的に
回避し、白金触媒層のみの特性で空燃比制御が行われる
構造とすることにより上記問題点を解決した内燃機関用
酸素センサの素子構造を提供することを目的とする。
で、白金電極により空燃比制御に与える影響を可及的に
回避し、白金触媒層のみの特性で空燃比制御が行われる
構造とすることにより上記問題点を解決した内燃機関用
酸素センサの素子構造を提供することを目的とする。
〈課題を解決するための手段〉 このため本発明に係る酸素センサの素子構造は、酸素イ
オン導電性を有する固体電解質からなる基材の内外表面
の各一部に白金電極を被覆し基材と一体に高温下で焼成
すると共に機関の排気と触媒する外表面に白金触媒層を
形成し、大気に接触させた内表面側の電極との間に酸素
濃度差に応じて発生する起電力により排気中酸素濃度を
検出する内燃機関用酸素センサの素子構造において、基
材の外表面側に形成する白金触媒層は、排気と接触する
基材外表面の大部分を覆うように形成する一方、基材の
外表面側に形成する白金電極は、大部分が基材の排気と
非接触の基端部外表面に位置し、かつ、一部が前記白金
触媒層の内側に接触するように形成した。
オン導電性を有する固体電解質からなる基材の内外表面
の各一部に白金電極を被覆し基材と一体に高温下で焼成
すると共に機関の排気と触媒する外表面に白金触媒層を
形成し、大気に接触させた内表面側の電極との間に酸素
濃度差に応じて発生する起電力により排気中酸素濃度を
検出する内燃機関用酸素センサの素子構造において、基
材の外表面側に形成する白金触媒層は、排気と接触する
基材外表面の大部分を覆うように形成する一方、基材の
外表面側に形成する白金電極は、大部分が基材の排気と
非接触の基端部外表面に位置し、かつ、一部が前記白金
触媒層の内側に接触するように形成した。
〈作用〉 白金電極は、大部分が基材の排気と非接触の基端部外表
面に位置するように形成されるため、排気との接触によ
る白金電極のリーン側への空燃比制御傾向は除去され、
一方、白金触媒層は排気と接触する基材外表面の大部分
を覆うように形成されるため若干リッチ側の理論空燃比
近傍に保持制御する特性が安定して得られ、該白金触媒
層と接触する白金電極から起電力（出力）が取出され
る。
面に位置するように形成されるため、排気との接触によ
る白金電極のリーン側への空燃比制御傾向は除去され、
一方、白金触媒層は排気と接触する基材外表面の大部分
を覆うように形成されるため若干リッチ側の理論空燃比
近傍に保持制御する特性が安定して得られ、該白金触媒
層と接触する白金電極から起電力（出力）が取出され
る。
〈実施例〉 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
一実施例に係る酸素センサ素子を示す第１図（Ａ），
（Ｂ）において、製造行程でまず酸化ジルコニウムを主
成分とする生渇き状のセラミック管１の内表面には従来
同様の大きさに白金ペーストを塗布するが、外表面には
排気通路側の基端位置は従来同様であるのに対し、排気
通路側の先端位置は白金触媒層を従来同様に形成した場
合、大部分が基材の排気と非接触の基端部外表面に位置
し、かつ、一部が前記白金触媒層の内側に接触するよう
に塗布し、以て起電力を取出せるが排気とは殆ど有効に
接触せず空燃比制御に影響を与えない制度の小部分で白
金触媒層に接触するように形成する。
（Ｂ）において、製造行程でまず酸化ジルコニウムを主
成分とする生渇き状のセラミック管１の内表面には従来
同様の大きさに白金ペーストを塗布するが、外表面には
排気通路側の基端位置は従来同様であるのに対し、排気
通路側の先端位置は白金触媒層を従来同様に形成した場
合、大部分が基材の排気と非接触の基端部外表面に位置
し、かつ、一部が前記白金触媒層の内側に接触するよう
に塗布し、以て起電力を取出せるが排気とは殆ど有効に
接触せず空燃比制御に影響を与えない制度の小部分で白
金触媒層に接触するように形成する。
このようにして白金電極を塗布した後、1500℃程度の高
温下で焼成する。これにより、白金ペースト塗布部分に
起電力取り出し用の白金電極2,3が形成される。
温下で焼成する。これにより、白金ペースト塗布部分に
起電力取り出し用の白金電極2,3が形成される。
次に、外表面に白金を蒸着若しくはスパッタリング，メ
ッキ等により従来と同様排気と十分有効に接触できる大
きさを有した部分に白金触媒層４を形成し、その上から
マグネシウムスピネル等の酸化金属を溶射して保護層５
を形成する。
ッキ等により従来と同様排気と十分有効に接触できる大
きさを有した部分に白金触媒層４を形成し、その上から
マグネシウムスピネル等の酸化金属を溶射して保護層５
を形成する。
このようにして製造された素子構造を有する酸素センサ
によれば第２図に示すように、外表面側の白金電極３は
排気と殆ど有効に接触しない大きさに形成されるため空
燃比制御には影響せず（図示ａ）、白金触媒層４単体で
の空燃比制御特性（図示ｂ）がそのまま素子全体の空燃
比制御特性（図示ｃ）に一致する。
によれば第２図に示すように、外表面側の白金電極３は
排気と殆ど有効に接触しない大きさに形成されるため空
燃比制御には影響せず（図示ａ）、白金触媒層４単体で
の空燃比制御特性（図示ｂ）がそのまま素子全体の空燃
比制御特性（図示ｃ）に一致する。
したがって、制御空燃比をバラツキなく理論空燃比近傍
に保持することができ、低温で白金触媒層４が劣化した
場合の制御空燃比のリーン化も防止できる。
に保持することができ、低温で白金触媒層４が劣化した
場合の制御空燃比のリーン化も防止できる。
〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、白金電極を排気と
は殆ど有効に接触せず、起電力を取出せる程度に白金触
媒層と接触する大きさに形成したため、排気との接触に
よる白金電極のリーン側への空燃比制御傾向が除去さ
れ、白金触媒層のみが排気と十分有効に接触して理論空
燃比近傍に保持制御する特性が安定して得られ、空燃比
制御性能が向上し、引いては排気浄化性能が向上する。
は殆ど有効に接触せず、起電力を取出せる程度に白金触
媒層と接触する大きさに形成したため、排気との接触に
よる白金電極のリーン側への空燃比制御傾向が除去さ
れ、白金触媒層のみが排気と十分有効に接触して理論空
燃比近傍に保持制御する特性が安定して得られ、空燃比
制御性能が向上し、引いては排気浄化性能が向上する。
第１図（Ａ）は本発明に係る酸素センサ素子の外表面を
示す正面図、同図（Ｂ）は同じく縦断面図、第２図は同
上酸素センサ素子の各部分単体及び素子全体での空燃比
制御特性を比較して示す線図、第３図は三元触媒の転化
率と空燃比との関係を示す線図、第４図は従来の酸素セ
ンサ素子の縦断面図、第５図は酸素センサを用いた空燃
比フィードバック制御を示すタイムチャート、第６図は
同上の酸素センサ素子の各部分単体及び素子全体での空
燃比制御特性を比較して示す線図である。 １……セラミック管、2,3……白金電極、５……白金触
媒層
示す正面図、同図（Ｂ）は同じく縦断面図、第２図は同
上酸素センサ素子の各部分単体及び素子全体での空燃比
制御特性を比較して示す線図、第３図は三元触媒の転化
率と空燃比との関係を示す線図、第４図は従来の酸素セ
ンサ素子の縦断面図、第５図は酸素センサを用いた空燃
比フィードバック制御を示すタイムチャート、第６図は
同上の酸素センサ素子の各部分単体及び素子全体での空
燃比制御特性を比較して示す線図である。 １……セラミック管、2,3……白金電極、５……白金触
媒層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 俊文 群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１ 日本電 子機器株式会社内 (72)発明者 小坂 哲三 群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１ 日本電 子機器株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−29191（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】酸素イオン導電性を有する固体電解質から
なる基材の内外表面の各一部に白金電極を被膜し基材と
一体に高温下で焼成すると共に、機関の排気と接触する
外表面に白金触媒層を形成し、大気に接触させた内表面
側の電極との間に酸素濃度差に応じて発生する起電力に
より排気中酸素濃度を検出する酸素センサの素子構造に
おいて、 基材の外表面側に形成する白金触媒層は、排気と接触す
る基材外表面の大部分を覆うように形成する一方、 基材の外表面側に形成する白金電極は、大部分が基材の
排気と非接触の基端部外表面に位置し、かつ、一部が前
記白金触媒層の内側に接触するように形成したことを特
徴とする内燃機関用酸素センサの素子構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2096258A JPH07119735B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | 内燃機関用酸素センサの素子構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2096258A JPH07119735B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | 内燃機関用酸素センサの素子構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03295461A JPH03295461A (ja) | 1991-12-26 |
| JPH07119735B2 true JPH07119735B2 (ja) | 1995-12-20 |
Family
ID=14160168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2096258A Expired - Lifetime JPH07119735B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | 内燃機関用酸素センサの素子構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07119735B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5329191A (en) * | 1976-08-31 | 1978-03-18 | Toyota Motor Co Ltd | Oxygen sensor and method of producing same |
-
1990
- 1990-04-13 JP JP2096258A patent/JPH07119735B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03295461A (ja) | 1991-12-26 |
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