JPS5892946A - ガス成分検出器 - Google Patents

ガス成分検出器

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JPS5892946A
JPS5892946A JP19247781A JP19247781A JPS5892946A JP S5892946 A JPS5892946 A JP S5892946A JP 19247781 A JP19247781 A JP 19247781A JP 19247781 A JP19247781 A JP 19247781A JP S5892946 A JPS5892946 A JP S5892946A
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JP
Japan
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temperature
gas component
fuel ratio
detecting element
detector
Prior art date
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Pending
Application number
JP19247781A
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English (en)
Inventor
Minoru Oota
実 太田
Tomio Kawakami
川上 富男
Tamotsu Hattori
服部 有
Masatoshi Onoda
真稔 小野田
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.)
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
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Filing date
Publication date
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Priority to US06/354,794 priority patent/US4453397A/en
Publication of JPS5892946A publication Critical patent/JPS5892946A/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
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • GPHYSICS
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    • G01N27/122Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits

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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】 本発明はガス成分検出器、特に内燃機関の排気ガス中の
酸素濃度を検出し空燃比を測定するためのガス成分検出
器に関するものである。
近年、排気ガス中の有害成分を低減させるため、また燃
費を向上させる等の目的で内燃機間管理論空燃比よりも
薄−空燃比で運転させる、いわゆる希薄燃焼方式が提案
されて−る。この方式にお−て轄薄−飯域での空燃比を
精確に検出する手段が必要である。
この聰の手段としてれ、特公昭86−6608号、特開
昭61!−868968に記載の検知装置がある。これ
等は、素子として一酸化コバルト(OoO)もしくは−
酸化コバルトと酸化マグネシウム(MgO)との合金を
用−1−酸化コバルトが四三酸化コパル)(00104
)へ変化するのを防止するとともに温度補償のため、素
子tある一定の温度、例えば900℃に加熱保持して使
用する構成となっている。
これ等装置の検出原理は、第11IK示すようにCoo
等よりなる素子の電気抵抗値が空燃比が薄くなるにつれ
て低下するのを利用するものである。
しかしながら、OoO等は金属鹸化物半導体であシ、電
気抵抗値は温度によっても大きく変化すゐ0例えば第1
図に示すように温度toから温度$1へ素子の温度が低
下すると、温度“t・のとき空燃比18での電気抵抗値
凰・が温tL* lではlLlと高くな夛、この値は温
度t・のと古の空燃比纜は16に相当し空燃比て約3変
化してしまうことに&る。このため自動車等の如く非常
に広い温度範囲でかつ温度変化の大11−場合には精i
1t’を空燃比の検出が困離である。また、ヒータを用
−た場合でも、大11一温度変化の雰囲気下で所定温度
に保持するに祉その制御回路が複雑で高価にならざるを
得ない。
本発明社、上記の@題を解決して広一温度範囲で精SK
空燃比を検出できるガス成分検出器1m供することを目
的とするもので、ガス成分検出素子と温度検出素子加熱
手段との構成によシ、温度制御なしもしくは簡単′Ik
illl!lII御で精確な空燃比の検出を可能とする
ものである。
以下、本発@を実施例により説明する。先ず第S図にお
−て、lはアルミナよりなる板状の基体で、後記するガ
ス成分検出素子および電極を保持するとともに、内部に
温度検出素子と電極およびヒータが埋設しである。また
上端には6本のり−ドI[6を有している。この基体1
社排気ガスを導入する孔?lTh有する耐熱性金属より
なる保護カバー7およびこれと結合した耐熱性金属のパ
イプ8の内部に収納されている。保護カバー7とパイプ
8の結合部には排気管Kl定するための7ランジ9が取
付けである。基体lはパイプ8内において、アル之す等
の焼結体よりなる保持部材10により支持されている。
基体1の上部、リード線6およびこれに接続したステン
レス等の耐熱性金属よシなるサブリード線11tj無機
接着剤1mによりパイプ8内に固定されている。パイプ
8にはパイプ18が、パイプ18には更にパイプ14m
結合されており、これ等の内部に設置したアルミナ等よ
りなる絶縁管1it、7ツ素ゴム等よ〉なるブツシュ1
6、シリコ1ンゴム等の耐熱性ゴム部材lIFに上記サ
ブリード!11#挿通され、外部に導出されたサブリー
ド線11tjカバ一部材18により被覆されて−る。
次K、基体lの部分opsiw*ならびにその製造方法
K”)−で第8図な−し第す図により説明する。゛ lax xbStea基体lを構成すべきアルミナグリ
ーンシーシである。一方のグリーンシーシl&にはその
中央に1対の白金、白金−ロジウム等の耐熱金属よりな
る膜状の電極4m、4bが互1/AK離間してスクリー
ン印刷される。またこの電極*a、ahFiグリーンシ
ー)11&の貫通孔111、Ilmの内向にも形成され
て−る。更にグリーンシー)1&に#iその外周部に沿
って白金、白金−ロジウム、タングステン、モリブデン
−マンlン等の金属よりなる膜状のヒータ6aがスクリ
ーン印刷され、またこのヒータ51は貫通孔11B、1
14の内面にも及んで−る。一方グリーンシート1bK
は上記と同様のヒータ5bが、外周部および−vLカ上
勢電1[i 4 a % 4 bと対応する位置に印刷
される。また、グリーンシー)1c6cax対の白金、
白金−ロジウム等の耐熱金属よりなる膜状の電極5as
abが互−に−間してスクリーン印刷される。さらに醸
化、セリウム(C・0倉 )よ#J″Ikる膜状温度検
出素子8が印刷される。  。
そして上記グリーンシー)11、Ib、Ic社重ね合さ
れる。この際、グリーンシー)!N%lbの端部間には
、シー)1%の貫通孔112゜118.114と対応す
る位置にリード線6b。
6e、6mの一端が、またグリーンシー) 1 b。
1.6の端部間にはシー)lbの貫通孔11&とシー)
10の貫通孔116と対応する位置にリード線6d16
・の一端がそれぞれセットされる。
そして重ね合せたシー)1%% 1に+、let加熱し
つつ加圧接着後、電気炉で。1600℃〜1600℃、
約す時間焼成する。これKよりシー)1aSlb110
祉焼結して一体化し、内部Kjii状電極6a。
sb、膜状温度検出素子8、膜状ヒータ6bが、表面に
膜状電@6*S4bと膜状ヒータ58が形成される。同
時にリード!!6&、6bs6as6d、6eもシー)
18% lbs 10間に焼結時の収縮作用により強固
に固着される。
次にMgO1NiOt園溶させたペースト状のに示すよ
うに、tli*a、ib上にガス成分検出素子g*、電
極@a、Bb上に温度検出素子3が形成され、この素子
sit基体基体忙中設されている。
このようにして製作したガス成分検出素子3と、温度補
償素子8との抵抗一温度特性を電気炉中で昇温しつつ測
定した結果管筒6図に示す。C@o。
特性は6bO℃〜950℃で良く一致している。
第7図は上記ガス威分検出器の検出回路例を示すもので
、ガス成分検出!!5−b−らの出力電圧管j&珊して
内燃機関の吸気系の燃料制御装置に信号管送る。1中1
9は電源、IOは制御囲路で、これは検出器からの電気
信号を所定値と比較して制御信号管出すものである。図
示のようにガス成分検出素子露と温度検出素子3と紘直
列に接続され、端子6e(リード線)に祉ガス成分検出
素子露と温度検出素子8の電気抵抗値に応じた出力電圧
が発生する。また、ヒータ6、a、5bは端子5m(リ
ード線)で並列に接続され接地されている。ここで温度
検出素子8は基体lの中に埋設されて−るので、温度検
出素子8の電気抵抗値は排気ガスのガス成分によらず温
度のみによシはば決まシ、かつガス成分検出素子3と温
度検出素子3とは第654に示したように電気抵抗値の
温度依存性はほぼ同じである。従って、第8図に示すよ
うに温&が例えば700℃、フ70℃、860℃と変化
しても、ガス成分検出素子2(図中a)と温度検出素子
8(図中b)の電気抵抗値の交点社同−空燃比(17゜
8)てほとんど変化せず、従って端子6eに発生する出
力電圧も変化せず、温度変化にかかわらず精密に空燃比
を検出できる。
また、ガス成分検出−子急と温度検出素子8との電気抵
抗値の温度依存性は、第6図より約650’−950℃
と非常に広い温度範囲であるので、ヒータ6m−,5b
はある一定電圧を印加するか、もしくkisoo℃土l
暴O″CK単純な0N−OFF制御て充分である。
ガス成分検出素子の組成として酸化コパルF(Cod)
、酸化!ダネシウム(MgO)固溶体、温度検出素子と
して酸化ニオブ(Nbm Os  )を10七ルー添加
したジルコニア(Z r Os )を用い、第9図およ
び第1O図に示すように、基体l上に電*IaS4as
 会すを形成し、電極Bm。
4 bf[K温度検出素子3、電極4に一4a間にガス
成分検出素子8を形成し、温度検出素子8の表面をガス
シールするために緻密構造にしたアルミナ膜101で被
覆した。又、基体l内にヒータhbを形成した。製造方
法社、先の実施例とほぼ同じであるが温度検出素子8と
その表面をII&覆したアルえす*1O1tj同時Km
威し、アルミナ膜1olk緻密に焼結する。
1111図に示すようにこの実施例によって得られたガ
ス威分検出素子愈と温度検出素子3との電気抵抗値を示
すが、両者の電気抵抗値の温度依存性状良く一致して−
た。
なお、本発明にお―て、画素子8.3の材料は前述した
ごとくであるが、要するに画素子の電気抵抗値の温度依
存性(抵抗温度係数)が同一もしくは同等である材料を
用−れdよい。故に、前述の材料における量的割合ある
いは第8成分の添加は、その条件を満足するように設定
すればよい。
以上述べたごとく、本発明によれば、比較的広一温度範
囲で正確に空燃比を検出でき、その実用上の効果は大き
い。
【図面の簡単な説明】
第1図社従来の検出器における空燃比と電気抵抗値との
関係を示す図、第8図は本発明の一実施例を示す縦断面
図、第3図社第1図の要部の正向図、第4図社第8図の
ムーム断面図、第6図は第8図に示す要部の分解斜視図
、116図は本発明実施例における温度と電気抵抗値の
関係を示す図、第7図は検出回路例を示す図、第8図は
本発明実施例における空燃比と電気抵抗値の関係を示す
図、第9図は本発明の他の実施例における要部を示す図
、第1O図轄第9WJのムーム断面図、第11図辻本発
明の他の実施例における温度と電気抵抗値の関係を示す
図である0 1−・基体、S−ガス成分検出素子、8・一温度検出素
子、6m、6b−・・七−タ。 代理人弁理士 岡 部   隆 Ill  ■ 1に3 面 第 4 図 @5図 @6[1 i度 (°C) 晶1!L各(1ひK) 1i7図 q @ 8 図 空 ガ&rヒ fi9  図 第11図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 検出ガス中のガス成分に応じた電気抵抗値を示すOoO
    −MgO系もしく社(3oO−NiO−M g O系よ
    りなる膜状ガス成分検出素子と、この素子の示す電気抵
    抗値を取出す電極と、温度に応じた電気信号を示し主成
    分がC・Osもしく社!rO,よりなる膜状温度検出素
    子と、この素子の示す電気抵抗値を取出す電極と、前記
    雨検出素子を加熱する加熱手段とを有し、これらを耐熱
    電気絶縁材より成る基体に設け、前記膜状温度検出素子
    を、耐熱電気絶縁材よ!11にるガス不浸透性の腰で被
    覆もしくは前記基体内Kll設したこと全特徴とするガ
    ス成分検出器。
JP19247781A 1981-08-17 1981-11-30 ガス成分検出器 Pending JPS5892946A (ja)

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JP19247781A JPS5892946A (ja) 1981-11-30 1981-11-30 ガス成分検出器
US06/354,794 US4453397A (en) 1981-08-17 1982-03-04 Gas detecting sensor

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