JPS5885151A - 空燃比測定センサ - Google Patents

空燃比測定センサ

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JPS5885151A
JPS5885151A JP56184166A JP18416681A JPS5885151A JP S5885151 A JPS5885151 A JP S5885151A JP 56184166 A JP56184166 A JP 56184166A JP 18416681 A JP18416681 A JP 18416681A JP S5885151 A JPS5885151 A JP S5885151A
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JP
Japan
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air
fuel ratio
sensor
sintered body
solid electrolyte
Prior art date
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Pending
Application number
JP56184166A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsumasa Yamada
哲正 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Tokushu Togyo KK
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Nippon Tokushu Togyo KK
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Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd, Nippon Tokushu Togyo KK filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication of JPS5885151A publication Critical patent/JPS5885151A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4075Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は排ガスなどの被測定ガス中の酸素濃度がら空燃
比を測定するための空燃比測定センサに関する。
自動車用エンジンの燃費改善および排ガス浄化のため、
吸入温合気の空燃比を理論空燃比(空気過剰率λ=1)
より高いり一ン側で運転する方法が提案され、空気過剰
率λ≧1における空燃比を正確に一測定できるセンサが
求められている。これに応えるものとして特開昭55−
62349号公報において、測定側電極層と、酸素イオ
ン伝導性固体電解′lt−と、基準電極層と、隔暎層と
を順次積−した酸素濃淡電池に、前記電極−間に理論空
燃比以外の空燃比に対して起電力が変化しなくなる臨界
1d流値より小さい値の直流電流を流して前記電極−間
に生ずる起電力により空燃比を測定する方法が提案さ′
れている。しかしこの空燃比測定方法は空気過−j率ム
≧1内のχ=1に近い領域において該スと前記起電力と
の関係が直線的でないため、空燃比測定に不便があった
。又、栓体内に組付けて空燃比測定枠として用いようと
する際。
構造が複雑になるという欠点があった。本出願人は、こ
のような欠点を改善するものとして、奔孔質のベレット
状酸素イオン伝導性固体電解質焼結体内に、一定間隔で
2本の耐熱金属線を埋設した構造の空燃比測定センサを
特願昭56−′18301として出願した。この空燃比
測定センサは、空気過剰率ム≧1内の広いλの領域にお
いて、被測定ガスの空燃比と電極間の電気的特性とが直
線的に変化するよう設定でき、これにより理論空燃比以
上のり−ン領域で被測定ガスの空燃比を正確。
且つ宕易1cill定することを可能とするものである
、しかし、このような構造のセンサにおいて、多孔質の
酸素イオン伝導性固体電解質焼結体は2例えばCab、
 YIO,を添加したZrO,などよりなるセラミック
体であり、これとこれに埋設した金属材料からなる電極
線との間の接触が充分とはいえず、そのため電極間反応
が円滑に進行しない場合り出すためには、上記接触部分
の構造について更に改善の余地があった。
本発明者は種々検討の結果、前記金属材料よりなる電極
線を特定の高導電性セラミック材料で被膜して多孔質の
酸素イオン伝導性固体電解質焼結体内に埋設した接触部
構造とすることにより、電極反応なよ均一層円滑充分に
進め得て、被測定ガスの空気過剰率(空燃比)の変化に
対応した電気特性のより一層大きな変化をとり出せるセ
ンサが得られることを見出した。即ち本発明は、ベレッ
ト形状をした多孔質の酸素イオン伝導性固体電解質焼結
体内にペロプスカイト型の酸化物を被覆状に介在せしめ
た2本の耐熱金属線を′tIcFjAとして埋設してな
る空燃比測定センサを要旨とするものである。
次に本発明を図に示す一実施例[4いて説明する。第1
.2図は本発明の空燃比測定センサを示す。この空燃比
測定センサ(11は、多孔質でそのサイズは例えば直径
D = 3.0霧、厚さH=1.9鱈の円盤状をした酸
素イオン伝導性固体電解質焼結体(2)内に、電極とな
る直径0.4鱈の耐熱性の白金製金属線(3)、(4)
の一端部を2mの間隔で並列して埋設してなる。
該白金製金属線(3)、(4)は白金の他にRu、 P
d 。
Ph、 Irなど他の触媒金属およびAu、Agなと触
媒作用のない耐熱金属を用いることができ、また金属線
(3)、(4)は中間部が固体電解質焼結体(2)中に
埋設された構造であってもよい。白金製金属線(3)。
(4)の表向には高導゛−材料であるペロプスカイト型
酸化物の皮膜(3a)、 (4a)が介在的に設けられ
る。
このペロプスカイト型酸化物としてここでは。
Laq−xcaxCro* (x = 0.05 )で
示される混合電導材料を用いた。なおこの発明において
高導電性ペロプスカイト型酸化物としては、 LaCo
0.−m 。
LaCr0a −m * La、−xsrxcoo、 
、 La、−xsrxcrOs、L@m−1caxco
os、 La、 −xcaxcrOs などを用いるこ
とができる(但しXはO< x≦0.1)、、このうち
り、の一部なCaまたはSrに置換したものは電子電導
性とともによくイオン電導性をも呈し好適である。又そ
の皮膜を形成させるには、例えばLambs −C&C
@’a 、 CT@O@を混合して、300℃で2時間
仮焼し、粉砕したものに前記酸素イオン伝導性固体電解
質と同一の有機バインダーを加え、水を加えてスラリー
状となしこの中にA1j記tt=となる白金製金属線(
3)、 (4)を浸漬して、その表向を被覆することに
よって行うことができる、7酸素イオン伝導性固体電解
質焼結体(2)は1例えばY2O,で安定化したZr0
1をみかけ気孔を5〜40%の範囲に形成したもので、
材料はCab、 MgOなどで安定化したZrO2、T
he、など他の酸素イオン伝導性固体電解質材料が使用
でき、これら材料の形状は多角形板1球、柱状、その他
の形をしたベレット状のもので良い。
この空燃比測定センサ(1)は、例えば次のようにして
製造することができる。即ち、第3図に示す如(、スリ
ット(51)、  (52)付置筒形の下金型(5)内
に、酸素イオン伝導性固体電解質のZrO,粉末とYt
o、粉末との混合物を仮焼し粉砕したのち造粒した40
メツシユ〜150メツシユの粉末(I場を充填すると共
に前記スリブ) (51) 、 (52)から前記ペロ
プスカイト型酸化物の皮膜(3a)、 (4m)をえば
1400℃〜1600℃の大気中で60分間焼結する。
かくして、電極となる白金製金属線(3)、(4)は、
その埋設表面に高電子導電性の皮膜(3a)、(4a)
が介在的に−設けられてなることにより、埋設された酸
素イオン伝導性固体電解質焼結体(2)、及び該焼結体
(2)内に介在する多数の気孔と接触面積がより拡大さ
れて接触し、電極間反応がより一層円滑に進行してその
結果被測定ガスの空気過剰率(空燃比)の変化に対応し
た電気特性の変化(出力変化)を大出力でとりだしつる
ものである。
即ち本発明はこの電極となる金属線の酸素イオン伝導性
固体電解質焼結体における埋設部分にベロプスカイ)型
酸化物の被膜を介在させた点に大きな特徴を有するもの
である。
第4図は交熱比測定センサの特性を測定する一方法を説
明する概略図である。この方法によって本発明の空燃比
測定センサ、及び比較としてペロプスカイト型の酸化物
で被覆しない耐熱金属線を電極として用いる他は本発明
と同一構造の空燃比測定センサについて、被測定ガスの
温度ならびに酸素イオン伝導性固体電解質焼結体の組成
(ZrO2に添加された10sの量)を変化させた場合
のλを1から2.5に変更したとき、電気出力変化量を
比較した。
即ち、第4図において空燃比測定センサ(1)(本発明
品及び比較量)を550℃、650℃、及び750℃に
保った排気管(E)内の被測定ガス中に配置し、可変抵
抗(R)を介して両日金製金属線(3)、(4)間に1
2ボルトの直流電圧を印加し、空燃比測定センサ(1)
に流れる電流CI)を一定にして、排気管(E)内の被
測定ガスの空気過94j率人(空燃比)をλ=1からλ
=2.5に変化させたときの空燃比測定センサ(1)に
おける電圧降下値△讐を測定したところ1次の第1表の
ような結果を得た。この結果から明らかなように1本発
明の空燃比測定センサの方が、比較例のものに較べて電
圧降下置Δ量の変化値がより大きく表われ、空気過剰率
ム≧1における空燃比測定センサとして優れた特性を有
する。
つぎに前記空燃比測定センサ(1)を用いた空燃比測定
方法を第5図および第6図に示す一実施例に基づき説明
する。
第5図は本発明の空燃比測定センサを用いた被測定ガス
の空燃比測定枠の一例を示す2同図においてR1,&は
所定の抵抗値を有する抵抗5(7)は被測定ガスの空燃
比変化に対してはほとんど抵抗値が変化せず、温度変化
に対しては空燃比測定センサ(11と同様の抵抗値変化
(または電圧降下率)を呈する温度補償素子(サーミス
タ)である。温度補償素子(7)としては、緻密2焼結
したチタニア、F・、Cr、CO,Mllなど遷移金属
の酸化物をA1m’s −Mgo、 8101などの絶
縁物により希釈し所定の抵抗値およびB定数としたもの
などを用いることができる。前記抵抗R+ 、 ’B−
aと、空燃比測定センサ(!)および温度補償素子(7
)とは12ポルFの直流ttAvE対してブリッジ回路
を構成するよう接続される。(8)は抵抗R,と空燃比
測定センサ(11との中間点(転)の電圧vl と、抵
抗R2と温度補償素子(7)との中間点ら)との電圧V
、とを入力し。
■、とV、との差から に対応して変る電圧降下量を測
定するための測定回路である。空燃比測定センサ(11
と温度補償素子(7)とは、第6図に示す如く。
管形状の絶縁体(II)の先端凹所0に並列して固着剤
αjで固着され、該絶縁体は通気孔o4付金属製保護管
aツが先端佃に固着された筒状取n金具口e内に気密状
態を保つよう公知の技術を採用して固着されて空燃比測
定柱間を形成するようtこされである。
この空燃比測定柱間は排気管に取付けられ、空燃比測定
センサi1)および温度?a償素子(7)は被測定ガス
と挾触して同一の温度変化をし、空燃比測定センサ(1
)の温度変化tこ対する金属線(3)、(4)間の電圧
降下値の変化を温度補償することができる。
また被測定ガス中の空燃比または空気過剰率)に対応す
る空燃比測定センサ(11の金嘱線(31、+4)間の
電圧降下値は、該センサ(1)の電圧降下量の変化が印
加されている直流電圧に対して適当に小さくなるよう設
定することにより定電流下の特性に近いもの、即ち電圧
変化率の大きい特性とすることができ、且つ電流皺を適
当に大きくとることによよりム≧1においてスに対して
ほぼ直線的な電圧変化をする特性を得ることができる。
以上の如く1本発明は多孔質の酸素イオン伝導性固体電
解質焼結体内にペロプスカイト型の酸化物で被覆した2
本の電極となる耐熱金属線を一定間隔で埋設し、電極と
、該焼結体と、焼結体内の連通気孔とを充分接触させた
構造体として空燃比測定センナを形成しているので、電
極反応が極めて円滑に進行してより大きな電極間特性の
変化が得られて空気過剰率λ≧1内の広いスの領域にお
いて被測定ガスの空燃比と電極間の電気的特性とが直線
的に変化するよう設定でき、これにより理論空燃比以上
のり一ン領域で被測定ガスの空燃比がより精密、且つ容
易に測定可能となり、しかも堅牢であり、さらにセンサ
自体が小型であるため出力および応答の立上りが早く、
併せてセンサ自体、ならびに空燃比測定栓となす際の製
造が容易で低コストとなる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の空燃比測定センサの部分破断平面図、
第2図は第1図におけるX−Y線における縦断面図、第
3図は該センサの製造工程説明図。 蛤4図は該センサの特性測定法を説明するa略図。 第5図は該センサを用いた空燃比測定方法をご用(する
空燃比測定装置の概略図、第6図は上記センサを組み込
んだ空燃比測定栓の断面図である。 1・・・空燃比測定センサ 2・・・酸素イオン伝導性固体電解質焼結体3.4・・
・白金製金属線 3a、−4a・・・ペロプスカイト型酸化物皮膜5・・
・下金型 6・・・上金型 7・・・温度補償素子 代理人 弁理士 定立 勉 第1図       第2図 第S図 第4図 手続上0正書(自発) 昭和57年 3月4日 昭和564特軒願第184166号 2、 発明の名称 空燃比測定センサ 3、 補正をする者 4、代理人〒460 5、 補正の対象 (1)明細書第7頁第15行目に[・・・・・・変更し
たとき、電気出力・・・・・・jとあるを「・・・・・
・変更したときの電気用カニ・・・・・」と補正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ベレット形状をした多孔質の酸素イオン伝導性固体
    電解質焼結体内に、ペロプヌカイト型の酸化物を被覆状
    に介在せしめた2本のm熱金属線を電極として埋設して
    なることを特徴とする空燃比測定センナ。
JP56184166A 1981-11-17 1981-11-17 空燃比測定センサ Pending JPS5885151A (ja)

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JP56184166A JPS5885151A (ja) 1981-11-17 1981-11-17 空燃比測定センサ

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