JPH0754313B2 - 酸素濃度検出器 - Google Patents
酸素濃度検出器Info
- Publication number
- JPH0754313B2 JPH0754313B2 JP59193265A JP19326584A JPH0754313B2 JP H0754313 B2 JPH0754313 B2 JP H0754313B2 JP 59193265 A JP59193265 A JP 59193265A JP 19326584 A JP19326584 A JP 19326584A JP H0754313 B2 JPH0754313 B2 JP H0754313B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heater
- lead
- solid electrolyte
- flange
- peripheral side
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- 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
- G01N27/416—Systems
-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体電解質を用いて酸素濃度の検出を行う酸
素濃度検出器に係り、特に燃焼ガス中の酸素濃度を検出
し自動車の運転状態に応じて空気と燃料の混合割合を適
正制御するに好適な酸素濃度検出器に関する。
素濃度検出器に係り、特に燃焼ガス中の酸素濃度を検出
し自動車の運転状態に応じて空気と燃料の混合割合を適
正制御するに好適な酸素濃度検出器に関する。
酸素濃度検出器（以下「O2センサ」という。）は、ジル
コニアなどの固体電解質の隔壁を介して隔離した基準ガ
ス側と排気ガス側との間に発生する起電力を取出し、エ
ンジンへ供給する空気と燃料の混合割合を空燃比14.7付
近で制御する論理空燃比センサとして使用されている。
その後、O2センサの精度向上をはかるため、袋管状電解
質の内部に棒状ヒータを差し込み常時加熱する方式が提
案されリードも３端子になってやや複雑化してきた。さ
らに近年、例えば特開昭58-100746号に見られるように
陰極側の電極上に形成される拡散層を400μｍ〜500μｍ
として両電極間に強制的に電流を流して、電解質を流れ
る酸素イオンのポンピング電流を出力として取出し、基
準ガス側に対する被検ガス側の酸素濃度の希薄度を検出
するいわゆるリーンO2センサが提案されている。
コニアなどの固体電解質の隔壁を介して隔離した基準ガ
ス側と排気ガス側との間に発生する起電力を取出し、エ
ンジンへ供給する空気と燃料の混合割合を空燃比14.7付
近で制御する論理空燃比センサとして使用されている。
その後、O2センサの精度向上をはかるため、袋管状電解
質の内部に棒状ヒータを差し込み常時加熱する方式が提
案されリードも３端子になってやや複雑化してきた。さ
らに近年、例えば特開昭58-100746号に見られるように
陰極側の電極上に形成される拡散層を400μｍ〜500μｍ
として両電極間に強制的に電流を流して、電解質を流れ
る酸素イオンのポンピング電流を出力として取出し、基
準ガス側に対する被検ガス側の酸素濃度の希薄度を検出
するいわゆるリーンO2センサが提案されている。
リーンO2センサのリード引出構造はヒータの２端子の他
にポンピング電流を供給するリードは陰極側が電圧降下
を避けるため接地できないのでさらに２端子必要とな
り、少なくとも４端子が必要になる。この種のO2セン
サ、またはリーンO2センサ用のヒータは電極引出部にNi
メッキが施され、ニッケルのリード線が銀ろうで固定さ
れる。ところが、このろう付部は酸化雰囲気中では接着
部が酸化腐蝕し、自然剥離を引きおこすという問題があ
る。一方、ヒータをリーンO2センサアッセンブリに内蔵
して、自動車の排気管に取付けて用いる場合夏期高速走
行後のアイドル時にリーンO2センサの栓体、表面温度は
500℃の高温になることが知られている。従ってこのよ
うな高温の酸化雰囲気中ではヒータリード接合部を栓体
の先端から離間させてヒータリード接合部の温度が200
℃以下となるよう、ヒータの長さを長くすることが必要
であった。このように棒ヒータが長くなると棒ヒータに
は長さ50mmに対して0.2〜0.3mmの曲りが生じ、ジルコニ
ア素子の内孔に挿入した場合に一方に偏る。このため素
子側の温度分布が悪くなり、平均温度が低下して酸素イ
オンの流れが悪くなり出力が低下する要因になる。ま
た、長い棒ヒータでは組立の際に曲りが大きく、折れや
すいという問題もあった。
にポンピング電流を供給するリードは陰極側が電圧降下
を避けるため接地できないのでさらに２端子必要とな
り、少なくとも４端子が必要になる。この種のO2セン
サ、またはリーンO2センサ用のヒータは電極引出部にNi
メッキが施され、ニッケルのリード線が銀ろうで固定さ
れる。ところが、このろう付部は酸化雰囲気中では接着
部が酸化腐蝕し、自然剥離を引きおこすという問題があ
る。一方、ヒータをリーンO2センサアッセンブリに内蔵
して、自動車の排気管に取付けて用いる場合夏期高速走
行後のアイドル時にリーンO2センサの栓体、表面温度は
500℃の高温になることが知られている。従ってこのよ
うな高温の酸化雰囲気中ではヒータリード接合部を栓体
の先端から離間させてヒータリード接合部の温度が200
℃以下となるよう、ヒータの長さを長くすることが必要
であった。このように棒ヒータが長くなると棒ヒータに
は長さ50mmに対して0.2〜0.3mmの曲りが生じ、ジルコニ
ア素子の内孔に挿入した場合に一方に偏る。このため素
子側の温度分布が悪くなり、平均温度が低下して酸素イ
オンの流れが悪くなり出力が低下する要因になる。ま
た、長い棒ヒータでは組立の際に曲りが大きく、折れや
すいという問題もあった。
本発明の目的は、高温環境下での使用されても耐久性が
ある酸素濃度検出器を提供することにある。
ある酸素濃度検出器を提供することにある。
上記目的は、一方が開口され、他方が閉鎖された袋管状
の固体電解質と、該固体電解質の内周側に配置された棒
状のヒータと、該ヒータの前記固体電解質の開口側端部
に配置され、前記ヒータを前記固体電解質の内周側に支
持するアルミナのフランジ部と、前記ヒータに電力を供
給するヒータリードと、前記固体電解質の外周側に形成
された外側電極と、前記固体電極質の内周側に形成され
た内側電極とを備え、前記フランジ部と前記ヒータとは
無機質の結合部材を介して結合され、前記フランジの外
周に前記内側電極と中継リードに導通された金属パイプ
との電気的接続をする白金の電極引出部を形成し、前記
ヒータと前記ヒータリードとの結合部をガラスによって
包囲したことによって達成される。
の固体電解質と、該固体電解質の内周側に配置された棒
状のヒータと、該ヒータの前記固体電解質の開口側端部
に配置され、前記ヒータを前記固体電解質の内周側に支
持するアルミナのフランジ部と、前記ヒータに電力を供
給するヒータリードと、前記固体電解質の外周側に形成
された外側電極と、前記固体電極質の内周側に形成され
た内側電極とを備え、前記フランジ部と前記ヒータとは
無機質の結合部材を介して結合され、前記フランジの外
周に前記内側電極と中継リードに導通された金属パイプ
との電気的接続をする白金の電極引出部を形成し、前記
ヒータと前記ヒータリードとの結合部をガラスによって
包囲したことによって達成される。
ヒータを固体電解質の内周側に支持する部材をアルミナ
のフランジ部によって構成しているため、高温環境下に
おいてもフランジ部材の変形を抑えることができる。ま
た、内側電極と金属パイプとをアルミナのフランジ部の
外周に形成された白金の電極引出部によって接続してい
るため、高温環境下で使用しても酸化されることがなく
劣化を防ぐことができる。ヒータとヒータリードとの結
合部であるヒータリード引出部をガラスで包囲したた
め、そのリード引出部の耐熱性が向上する。
のフランジ部によって構成しているため、高温環境下に
おいてもフランジ部材の変形を抑えることができる。ま
た、内側電極と金属パイプとをアルミナのフランジ部の
外周に形成された白金の電極引出部によって接続してい
るため、高温環境下で使用しても酸化されることがなく
劣化を防ぐことができる。ヒータとヒータリードとの結
合部であるヒータリード引出部をガラスで包囲したた
め、そのリード引出部の耐熱性が向上する。
以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。
る。
第３図に示すように袋管状に固体電解質、例えばジルコ
ニア電解質の素子１の内周側には２段に穴が形成され、
その小径の内壁面には先端部に向って白金の多孔質な内
側電極1aが着膜形成されている。この電極1aは２段目の
径が大きくなる段差部まで引出されている。一方、素子
１の外周側にも先端部に八巻状に多孔質の外側検出電極
1bが形成され、素子１の上方にリードが引出される。外
側検出電極1bには酸素ガスの拡散抵抗となるプラズマ溶
射によって形成されたマグネシャスピネルの保護膜（図
示せず）が約400〜500μｍの厚さで着膜される。尚、白
金のリード引出部も素子の栓体３への固定用フランジ部
1cの上部まで50〜60μｍの保護膜が絶縁を目的として着
膜されている。素子１の内側にはヒータアッセンブリ４
が挿入されている。ヒータの最高温度部により素子１の
外側検出電極部1bが効率よく加熱されるようにヒータア
ッセンブリ４は位置決めされる。ヒータリード9,9′は
絶縁管11を介して引出される。アルミナ絶縁管11の外周
にはフランジ付の金属パイプ12が嵌合され、フランジ部
下面をヒータフランジ10の外周に形成された白金電極と
接合して導通をとる。さらに金属フランジ12′の上面に
はコイルバネ13が嵌合され、ヒータアッセンブリ４を素
子１の内周段部を介して素子１の閉鎖端側に押圧支持す
る。コイルバネ13の他端はステアタイトの絶縁体14に接
し、絶縁体14は金属ケース15により保持される。金属ケ
ース15の下端はフランジ状に形成され、ステアタイトの
絶縁体33を介し、外周カバー24により保持される。アル
ミナ粉体16が栓体３と絶縁体33を介して素子１間に封入
加圧されそれらの間で固定される。この場合、金属ケー
ス15のフランジ下面は素子１の外側電極1cと電気的に導
通される。栓体３と素子１間には気密保持のための金属
パッキング34が挿入される。一方、栓体３の排気ガス側
には数個のガス導入孔を有する保護管35が栓体３に固定
される。金属パイプ12の他端には中継リード20が溶接さ
れ、金属ケース15の他端には中継リード21が溶接され
る。これらのリード20,21はヒータリード9,9′と共にイ
ンシュレータ22を介して絶縁被覆リード23a,23b,23c,23
dにそれぞれ接続され外部に引出される。外周カバー24
の下端フランジ部24は粉体16に押し当てられるとともに
フランジ部上面に金属リング25が配置されて栓体の上端
部で加締固定される。一方、外周カバー24の上方からは
リード線を出し端部にインシュレータ26,27を入れて加
締め、その下方のシンシュレータ22の外周部も同様に加
締める。
ニア電解質の素子１の内周側には２段に穴が形成され、
その小径の内壁面には先端部に向って白金の多孔質な内
側電極1aが着膜形成されている。この電極1aは２段目の
径が大きくなる段差部まで引出されている。一方、素子
１の外周側にも先端部に八巻状に多孔質の外側検出電極
1bが形成され、素子１の上方にリードが引出される。外
側検出電極1bには酸素ガスの拡散抵抗となるプラズマ溶
射によって形成されたマグネシャスピネルの保護膜（図
示せず）が約400〜500μｍの厚さで着膜される。尚、白
金のリード引出部も素子の栓体３への固定用フランジ部
1cの上部まで50〜60μｍの保護膜が絶縁を目的として着
膜されている。素子１の内側にはヒータアッセンブリ４
が挿入されている。ヒータの最高温度部により素子１の
外側検出電極部1bが効率よく加熱されるようにヒータア
ッセンブリ４は位置決めされる。ヒータリード9,9′は
絶縁管11を介して引出される。アルミナ絶縁管11の外周
にはフランジ付の金属パイプ12が嵌合され、フランジ部
下面をヒータフランジ10の外周に形成された白金電極と
接合して導通をとる。さらに金属フランジ12′の上面に
はコイルバネ13が嵌合され、ヒータアッセンブリ４を素
子１の内周段部を介して素子１の閉鎖端側に押圧支持す
る。コイルバネ13の他端はステアタイトの絶縁体14に接
し、絶縁体14は金属ケース15により保持される。金属ケ
ース15の下端はフランジ状に形成され、ステアタイトの
絶縁体33を介し、外周カバー24により保持される。アル
ミナ粉体16が栓体３と絶縁体33を介して素子１間に封入
加圧されそれらの間で固定される。この場合、金属ケー
ス15のフランジ下面は素子１の外側電極1cと電気的に導
通される。栓体３と素子１間には気密保持のための金属
パッキング34が挿入される。一方、栓体３の排気ガス側
には数個のガス導入孔を有する保護管35が栓体３に固定
される。金属パイプ12の他端には中継リード20が溶接さ
れ、金属ケース15の他端には中継リード21が溶接され
る。これらのリード20,21はヒータリード9,9′と共にイ
ンシュレータ22を介して絶縁被覆リード23a,23b,23c,23
dにそれぞれ接続され外部に引出される。外周カバー24
の下端フランジ部24は粉体16に押し当てられるとともに
フランジ部上面に金属リング25が配置されて栓体の上端
部で加締固定される。一方、外周カバー24の上方からは
リード線を出し端部にインシュレータ26,27を入れて加
締め、その下方のシンシュレータ22の外周部も同様に加
締める。
ヒータ５は第２図（ｂ）に示されるようにセラミック芯
棒６の外周に第２図（ａ）に示されるタングステンのヒ
ータパタン７が印刷されたアルミナグリンシート８を巻
付けて構成される。リード引出しは芯棒６の先端部に別
途印刷されたリード引出部2bと、グリンシート８を重合
した時に両者のリード引出部2a,2bが互いに重り合うよ
うに配置して形成される。ヒータのタングステンのリー
ド部2bには予めNiメッキが施され、リード9,9′が銀ロ
ー9aにより固定される。ヒータを支持するためのアルミ
ナフランジ部10は中空状に別途成形され、ヒータ５のリ
ード接合部を囲うようにしてヒータの一端に位置決めさ
れる。ヒータ５と接続されたヒータリード部を含み、ヒ
ータフランジに形成された中空部にガラス粉30が充填さ
れ、焼付けしてヒータをヒータフランジに一体的に固定
しヒータアッセンブリ４が構成されるには基準ガス導入
用の溝32が形成される。ガラス焼付と同時にフランジ部
10の下面から上面に向って一部白金電極引出31を印刷し
て内側引出電極を形成する。このようにして構成された
リーンO2センサを排気ガス管（図示しない）に取り付
け、ヒータに直流14Vを印加し、電解質には0.5〜1.0Vを
印加して酸素イオンのポンピング電流を流すと排気ガス
中の酸素濃度を応じて１〜4mAの電流出力を得ることが
できる。
棒６の外周に第２図（ａ）に示されるタングステンのヒ
ータパタン７が印刷されたアルミナグリンシート８を巻
付けて構成される。リード引出しは芯棒６の先端部に別
途印刷されたリード引出部2bと、グリンシート８を重合
した時に両者のリード引出部2a,2bが互いに重り合うよ
うに配置して形成される。ヒータのタングステンのリー
ド部2bには予めNiメッキが施され、リード9,9′が銀ロ
ー9aにより固定される。ヒータを支持するためのアルミ
ナフランジ部10は中空状に別途成形され、ヒータ５のリ
ード接合部を囲うようにしてヒータの一端に位置決めさ
れる。ヒータ５と接続されたヒータリード部を含み、ヒ
ータフランジに形成された中空部にガラス粉30が充填さ
れ、焼付けしてヒータをヒータフランジに一体的に固定
しヒータアッセンブリ４が構成されるには基準ガス導入
用の溝32が形成される。ガラス焼付と同時にフランジ部
10の下面から上面に向って一部白金電極引出31を印刷し
て内側引出電極を形成する。このようにして構成された
リーンO2センサを排気ガス管（図示しない）に取り付
け、ヒータに直流14Vを印加し、電解質には0.5〜1.0Vを
印加して酸素イオンのポンピング電流を流すと排気ガス
中の酸素濃度を応じて１〜4mAの電流出力を得ることが
できる。
本発明の一実施例によればヒータの長さを従来にして比
して1/2以下にでき、センサ全体が小型にできる。ま
た、棒ヒータの曲りが少なくなるので電解質の温度分布
を一様にでき、出力特性が安定する。さらにまたヒータ
の曲がりが減少し製品間のばらつきを少なくできる。ヒ
ータの長さが短くできるのでヒータに供給されるパワー
も従来に比して少なくでき省エネルギーが達成される。
ヒータのリード引出部をガラスで包囲することにより第
４図に示すようにリード引出部の耐熱性が向上し、セン
サの耐久性が向上する。
して1/2以下にでき、センサ全体が小型にできる。ま
た、棒ヒータの曲りが少なくなるので電解質の温度分布
を一様にでき、出力特性が安定する。さらにまたヒータ
の曲がりが減少し製品間のばらつきを少なくできる。ヒ
ータの長さが短くできるのでヒータに供給されるパワー
も従来に比して少なくでき省エネルギーが達成される。
ヒータのリード引出部をガラスで包囲することにより第
４図に示すようにリード引出部の耐熱性が向上し、セン
サの耐久性が向上する。
ヒータフランジ10の外周の一部に白金ペーストを塗布し
て内側電極に圧接し引出す構成にしているので、第１図
の32のような切付きをつけることによって基準ガスの導
入ができヒータ形状は小形にできる利点を有する。
て内側電極に圧接し引出す構成にしているので、第１図
の32のような切付きをつけることによって基準ガスの導
入ができヒータ形状は小形にできる利点を有する。
本発明によれば、高温環境下で使用したとしても、劣化
することなく、耐久性を向上させることができる。
することなく、耐久性を向上させることができる。
第１図（ａ），（ｂ）は本発明のヒータの構造の一実施
例を示す図、第２図（ａ）はグリンシートに印刷するヒ
ータのパターン図、（ｂ）はグリンシートを巻付けるヒ
ータの芯棒を示す。第３図は本発明によるヒータを組込
んだリーンO2センサの一実施例を示す構造図、第４図は
ヒータのリード接合部の耐久性を示すグラフである。 １……素子、1a……内側電極、1b……外側検出電極、３
……栓体、４……ヒータアッセンブリ、５……ヒータ、
9,9′……リード、10……ヒータフランジ部、30……ガ
ラス粉、31……白金電極引出、32……溝。
例を示す図、第２図（ａ）はグリンシートに印刷するヒ
ータのパターン図、（ｂ）はグリンシートを巻付けるヒ
ータの芯棒を示す。第３図は本発明によるヒータを組込
んだリーンO2センサの一実施例を示す構造図、第４図は
ヒータのリード接合部の耐久性を示すグラフである。 １……素子、1a……内側電極、1b……外側検出電極、３
……栓体、４……ヒータアッセンブリ、５……ヒータ、
9,9′……リード、10……ヒータフランジ部、30……ガ
ラス粉、31……白金電極引出、32……溝。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−46548（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−91357（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−63752（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−100746（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−77058（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】一方が開口され、他方が閉鎖された袋管状
の固体電解質と、該固体電解質の内周側に配置された棒
状のヒータと、該ヒータの前記固体電解質の開口側端部
に配置され、前記ヒータを前記固体電解質の内周側に支
持するアルミナのフランジ部と、前記ヒータに電力を供
給するヒータリードと、前記固体電解質の外周側に形成
された外側電極と、前記固体電解質の内周側に形成され
た白金の内側電極とを備え、前記フランジ部と前記ヒー
タとは無機質の結合部材を介して結合され、前記フラン
ジの外周に前記内側電極と中継リードに導通された金属
パイプとの電気的接続をする白金の電極引出部を形成
し、前記ヒータと前記ヒータリードとの結合部をガラス
によって包囲したことを特徴とする酸素濃度検出器。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59193265A JPH0754313B2 (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 酸素濃度検出器 |
| KR1019850006520A KR920004532B1 (ko) | 1984-09-14 | 1985-09-06 | 산소농도검출기 |
| DE8585111569T DE3578856D1 (de) | 1984-09-14 | 1985-09-13 | Sauerstoffkonzentrationsfuehler. |
| EP85111569A EP0177795B1 (en) | 1984-09-14 | 1985-09-13 | Apparatus for sensing oxygen concentration |
| US06/776,663 US4657660A (en) | 1984-09-14 | 1985-09-16 | Apparatus for sensing oxygen concentration |
| CN198585106959A CN85106959A (zh) | 1984-09-14 | 1985-09-18 | 测定氧气浓度的装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59193265A JPH0754313B2 (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 酸素濃度検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6171348A JPS6171348A (ja) | 1986-04-12 |
| JPH0754313B2 true JPH0754313B2 (ja) | 1995-06-07 |
Family
ID=16305063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59193265A Expired - Lifetime JPH0754313B2 (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 酸素濃度検出器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4657660A (ja) |
| EP (1) | EP0177795B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0754313B2 (ja) |
| KR (1) | KR920004532B1 (ja) |
| CN (1) | CN85106959A (ja) |
| DE (1) | DE3578856D1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0648408Y2 (ja) * | 1986-03-05 | 1994-12-12 | 日本碍子株式会社 | 加熱器付酸素センサ |
| JPS62289756A (ja) * | 1986-06-10 | 1987-12-16 | Japan Electronic Control Syst Co Ltd | 酸素センサにおけるヒ−タ用リ−ド線の取付構造 |
| US4900412A (en) * | 1988-08-24 | 1990-02-13 | General Motors Corporation | Heated solid electrolyte oxygen sensor having unique heater element |
| DE19500147A1 (de) * | 1995-01-04 | 1996-07-11 | Bosch Gmbh Robert | Elektrochemischer Meßfühler |
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| DE102008043219A1 (de) * | 2008-10-28 | 2010-04-29 | Robert Bosch Gmbh | Gassensor |
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