JPS59136651A - 自動車用空燃比計 - Google Patents
自動車用空燃比計Info
- Publication number
- JPS59136651A JPS59136651A JP58011142A JP1114283A JPS59136651A JP S59136651 A JPS59136651 A JP S59136651A JP 58011142 A JP58011142 A JP 58011142A JP 1114283 A JP1114283 A JP 1114283A JP S59136651 A JPS59136651 A JP S59136651A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air
- fuel ratio
- anode
- cathode
- porous
- 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.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、自動車用の空燃比針に関する。自動車の燃
費向上の１つの方策としてリーンノく一ン方式のエンジ
ンが考えられており、このために空燃比をリーン領域の
所定値に制御するセンサが必要とされる。従来この種の
センサとしては、１９７８年５ｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａ
ｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ Ｉｎｃ、発
行の５ｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔ、ｉｖｅ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ Ａ、７８０２１２「Ａ Ｚｉｒｃ
ｏｎｉａ−Ｂａｓｅｄ Ｌｅａｎ Ａｉｒ−Ｆｕｅｌ
Ｒａｔｉ。
費向上の１つの方策としてリーンノく一ン方式のエンジ
ンが考えられており、このために空燃比をリーン領域の
所定値に制御するセンサが必要とされる。従来この種の
センサとしては、１９７８年５ｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａ
ｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ Ｉｎｃ、発
行の５ｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔ、ｉｖｅ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ Ａ、７８０２１２「Ａ Ｚｉｒｃ
ｏｎｉａ−Ｂａｓｅｄ Ｌｅａｎ Ａｉｒ−Ｆｕｅｌ
Ｒａｔｉ。
５ｅｎｓｏｒ ｊ および５ｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａ
ｕｔｏｍｏｔ ｉｖｅ Ｅｎｇ−ｉｎｅｅｒｓ Ａ、７
６０３１２１ｃｏｏ ５ｅｎｓｏｒｓ ｆｏｒ Ｍｅａ
ｓｕｒｅ−ｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ
Ｅｘｈａｕｓｔ ｆｒｏｍ Ｌｅａｎ−ＢｕｒｎＥｎｇ
ｉｎｅｓ ｊならびに特開昭５０−４６３９４号公報、
特開昭５１−７２４９１号公報、特開昭５３−２８４９
０号公報、特開昭５５−６２３４９号公報などが報告さ
れている。
ｕｔｏｍｏｔ ｉｖｅ Ｅｎｇ−ｉｎｅｅｒｓ Ａ、７
６０３１２１ｃｏｏ ５ｅｎｓｏｒｓ ｆｏｒ Ｍｅａ
ｓｕｒｅ−ｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ
Ｅｘｈａｕｓｔ ｆｒｏｍ Ｌｅａｎ−ＢｕｒｎＥｎｇ
ｉｎｅｓ ｊならびに特開昭５０−４６３９４号公報、
特開昭５１−７２４９１号公報、特開昭５３−２８４９
０号公報、特開昭５５−６２３４９号公報などが報告さ
れている。
上記５ｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅ
ｎｇｉｎｅｅｒｓ Ａ７８０２１２には、酸素イオン導
電性固体電解質ジルコニア管を用いた、空気を基準極と
する酸素濃淡電池のものが記載されている。しかし、理
論空燃比以上の酸素分圧を電池方式でとり出す方式にお
いては、酸素分圧変化に対応する出方変化が小さいため
制御性に欠ける。
ｎｇｉｎｅｅｒｓ Ａ７８０２１２には、酸素イオン導
電性固体電解質ジルコニア管を用いた、空気を基準極と
する酸素濃淡電池のものが記載されている。しかし、理
論空燃比以上の酸素分圧を電池方式でとり出す方式にお
いては、酸素分圧変化に対応する出方変化が小さいため
制御性に欠ける。
また５ｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅ
ｎｇｉｎｅｅｒｓ Ａ７６０３１２Ｉこおいては、Ｃ
ｏＯのような酸化物半導体が、それをとり囲む周囲の気
体中の酸素分圧によってその固有抵抗を変化させる原理
が述べられ−Ｃいる。しかしＣｏＯの熱的な結晶変態の
問題、熱的耐久性の問題があり、実用的でない。
ｎｇｉｎｅｅｒｓ Ａ７６０３１２Ｉこおいては、Ｃ
ｏＯのような酸化物半導体が、それをとり囲む周囲の気
体中の酸素分圧によってその固有抵抗を変化させる原理
が述べられ−Ｃいる。しかしＣｏＯの熱的な結晶変態の
問題、熱的耐久性の問題があり、実用的でない。
特開昭５０−４６３９４号公報では、Ａ／Ｆが理論空燃
比１４．７以下のリッチ側で測定するため、測定側電極
として、金、銀のような非触媒電極を用いる形式の酸素
センナが記載されている。しかし電極材料の融点が十分
でなく、自動車排ガス中のような高温高流速体中におい
ては、実用上問題がある。
比１４．７以下のリッチ側で測定するため、測定側電極
として、金、銀のような非触媒電極を用いる形式の酸素
センナが記載されている。しかし電極材料の融点が十分
でなく、自動車排ガス中のような高温高流速体中におい
ては、実用上問題がある。
特開昭５１−７２４９１号公報では、固体電解質ジルコ
ニアを用いた酸素濃淡電池において、ジルコ−ニア管の
外側に白金電極、ジルコニア多孔質層の薄層を交互に数
層重ねて、１７００ ’Ｃで焼成すると、起電力出力が
理論空燃、比でステップ状に変化せず、はぼ供給される
混合気の濃度に応じて直線的に変化することを開示して
いる しかしこの方式においては、白金電極、ジルコニア多孔
質膜を交互に数層重ねるために、製造プロセスが冗長と
なり、コスト的に不利と考えられる。
ニアを用いた酸素濃淡電池において、ジルコ−ニア管の
外側に白金電極、ジルコニア多孔質層の薄層を交互に数
層重ねて、１７００ ’Ｃで焼成すると、起電力出力が
理論空燃、比でステップ状に変化せず、はぼ供給される
混合気の濃度に応じて直線的に変化することを開示して
いる しかしこの方式においては、白金電極、ジルコニア多孔
質膜を交互に数層重ねるために、製造プロセスが冗長と
なり、コスト的に不利と考えられる。
特開昭５３−２８４９０号公報においては、固体電解質
の２電極の一方を白金とし、他方を非触媒性電極の金を
用いることにより酸素濃淡電池出力を得ているが、金材
料は、自動車排出ガスの最高温度９００°Ｃを考慮する
と、耐熱的に問題があると考えられる。
の２電極の一方を白金とし、他方を非触媒性電極の金を
用いることにより酸素濃淡電池出力を得ているが、金材
料は、自動車排出ガスの最高温度９００°Ｃを考慮する
と、耐熱的に問題があると考えられる。
特開昭５５−６２３４９号公報においては、多孔質ジル
コニア固体電解質膜に定電流を印加し、出力電圧が空燃
比により直線的に変化することを開示している。空燃比
針は主としてリーン領域を対象とするものであるが、リ
ッチ領域も測定できることが制御領域の拡大の上から好
ましい。しかし本公報において、リッチ領域を測定する
ためには、電流の極性を反転させなければならず、且つ
特性がリーン領域のものと対称であるという不便を有す
る。
コニア固体電解質膜に定電流を印加し、出力電圧が空燃
比により直線的に変化することを開示している。空燃比
針は主としてリーン領域を対象とするものであるが、リ
ッチ領域も測定できることが制御領域の拡大の上から好
ましい。しかし本公報において、リッチ領域を測定する
ためには、電流の極性を反転させなければならず、且つ
特性がリーン領域のものと対称であるという不便を有す
る。
本発明は、上述の欠点を除去して、当量点を中心とする
リッチとり−ンの領域において、安定に使用可能な、実
用的な空燃比針を提供することを目的とする。
リッチとり−ンの領域において、安定に使用可能な、実
用的な空燃比針を提供することを目的とする。
第１図において、自動車排出ガスは多孔質保護膜１、多
孔質陽極２、多孔質固体電解質３の細孔を拡散して、基
板４上に設けた陰極５に到着する。
孔質陽極２、多孔質固体電解質３の細孔を拡散して、基
板４上に設けた陰極５に到着する。
この際上記の各厚膜、就中多孔質保護膜１と多孔質固体
電解質３は、排出ガス拡散の障壁をなし、全反応速度は
拡散律速の状態となる。陰極５に到達したガスのうち０
０２． Ｈ２Ｏ，０２などは、ここで電気化学的に還元
を受けて酸素イオンを生成し、このイオンは定電圧電源
６より与えられる電圧により多孔質固体電解質３の結晶
部分を陽極２に向かつて移動し、電解電流を生起させる
。この電流値は、電流計７で読み取られる。陽極２に到
達した酸素イオンは、ここで電気化学的に酸化され、０
２分子となる。
電解質３は、排出ガス拡散の障壁をなし、全反応速度は
拡散律速の状態となる。陰極５に到達したガスのうち０
０２． Ｈ２Ｏ，０２などは、ここで電気化学的に還元
を受けて酸素イオンを生成し、このイオンは定電圧電源
６より与えられる電圧により多孔質固体電解質３の結晶
部分を陽極２に向かつて移動し、電解電流を生起させる
。この電流値は、電流計７で読み取られる。陽極２に到
達した酸素イオンは、ここで電気化学的に酸化され、０
２分子となる。
第３図は、酸素濃度１ヂ、温度６００°Ｃ１保護膜１の
ない状態における電流・電圧特性を示す。
ない状態における電流・電圧特性を示す。
特性ＡＤは、拡散律速のない状態における仮想の電流・
電圧特性である。本発明においては、既述のように多孔
質固体電解質膜の細孔を拡散障壁として用いているので
、電流・電圧特性はＡＢの如く変化し、拡散律速の存在
しないＡＤに比べ電解電流は少ない。ＢＯの部分は、ジ
ルコニア固体電解質の電子電導に起因する領域である。
電圧特性である。本発明においては、既述のように多孔
質固体電解質膜の細孔を拡散障壁として用いているので
、電流・電圧特性はＡＢの如く変化し、拡散律速の存在
しないＡＤに比べ電解電流は少ない。ＢＯの部分は、ジ
ルコニア固体電解質の電子電導に起因する領域である。
この図から明らかなように、設定電位としては０．５〜
２．Ｏｖの値が適当である。このことは第４図の検量線
においても示されている。実験条件は第３図の場合と同
じである。第４図においては（設定）電位が０．５Ｖ、
ＩＶ’、２Ｖに設定されたとき、酸素濃度が１係と５チ
の範囲（こおいて、電解電流は酸素濃度依存性を示す。
２．Ｏｖの値が適当である。このことは第４図の検量線
においても示されている。実験条件は第３図の場合と同
じである。第４図においては（設定）電位が０．５Ｖ、
ＩＶ’、２Ｖに設定されたとき、酸素濃度が１係と５チ
の範囲（こおいて、電解電流は酸素濃度依存性を示す。
空燃比針の必要とされる制御領域は、１４．６（当量点
）より約１８の範囲であり、これは酸素濃度で約５チに
相当する０ 次に実施例を示す。第２図に示すように白金ペーストを
用いて基板上ζこ陰極層及びリード厚膜層を印刷し、１
，３００°Ｃで約２ｈｒ空気中で焼成して、白金陰極（
この図では見えない）、白金リード２１．２２．２３を
約１０μ厚に焼付けた。次にジルコニアペーストを用い
て固体電解質層を陰極上に印刷し、１４００°Ｃで約４
ｈｒ空気中で焼成し、多孔質固体電解質膜２５（膜厚的
５０μ〜１００μ）を生成せしめた。引続いて、白金ペ
ーストを用いて陽極層を印刷し１３００°Ｃで２ｈｒ焼
成して白金陽極２６を約１０μ厚に焼付けた。さらに、
す〜ド２３．２４間に跨るようにしてサーミスタ２７を
設けた。電極づけのあと、マグネシアスピネルをプラズ
マ溶射法ｌこより基板表面に溶射して、セラミック保護
膜を得た。なお、図を見易くするため、この膜は図示し
てない。最後に白金触媒を担持せしめた。これは塩化白
金酸（Ｈ４Ｆ ｔｏ ｌａ・６Ｈ２０）の２係水溶液に
試料を浸漬し、乾燥後空気中において約８００℃で焼成
することにより行った。
）より約１８の範囲であり、これは酸素濃度で約５チに
相当する０ 次に実施例を示す。第２図に示すように白金ペーストを
用いて基板上ζこ陰極層及びリード厚膜層を印刷し、１
，３００°Ｃで約２ｈｒ空気中で焼成して、白金陰極（
この図では見えない）、白金リード２１．２２．２３を
約１０μ厚に焼付けた。次にジルコニアペーストを用い
て固体電解質層を陰極上に印刷し、１４００°Ｃで約４
ｈｒ空気中で焼成し、多孔質固体電解質膜２５（膜厚的
５０μ〜１００μ）を生成せしめた。引続いて、白金ペ
ーストを用いて陽極層を印刷し１３００°Ｃで２ｈｒ焼
成して白金陽極２６を約１０μ厚に焼付けた。さらに、
す〜ド２３．２４間に跨るようにしてサーミスタ２７を
設けた。電極づけのあと、マグネシアスピネルをプラズ
マ溶射法ｌこより基板表面に溶射して、セラミック保護
膜を得た。なお、図を見易くするため、この膜は図示し
てない。最後に白金触媒を担持せしめた。これは塩化白
金酸（Ｈ４Ｆ ｔｏ ｌａ・６Ｈ２０）の２係水溶液に
試料を浸漬し、乾燥後空気中において約８００℃で焼成
することにより行った。
以上の如くにして得られたエレメントを、金属ハウジン
グに実装してエンジン実機テストを行なった。得られた
結果を第５図に示す。空燃比のリッチ、リーン領域にお
いて、電解電流は連続的に変化するので、電流値の大小
によって空燃比を判定することができる。
グに実装してエンジン実機テストを行なった。得られた
結果を第５図に示す。空燃比のリッチ、リーン領域にお
いて、電解電流は連続的に変化するので、電流値の大小
によって空燃比を判定することができる。
このように多孔質固体電解質厚膜をガス拡散の透過膜と
し、且つ酸素イオン導電用電解質として使用し、さらに
電極の極性を適当にして電解による酸素濃度の蓄積を抑
止しつつ、定電位を印加して排出ガスによる限界拡散電
流を測定することにより、自動車、排出ガスの空燃比を
広い領域において安定に測定することが可能となり、同
時に厚膜構造の採用により小型化、量産性、向上も容易
となるので空燃比針として、実用性の高い自動車用セン
サを得ることができる。
し、且つ酸素イオン導電用電解質として使用し、さらに
電極の極性を適当にして電解による酸素濃度の蓄積を抑
止しつつ、定電位を印加して排出ガスによる限界拡散電
流を測定することにより、自動車、排出ガスの空燃比を
広い領域において安定に測定することが可能となり、同
時に厚膜構造の採用により小型化、量産性、向上も容易
となるので空燃比針として、実用性の高い自動車用セン
サを得ることができる。
第１図は空燃比針のエレメントの概略構成図、第２図は
エレメントの上面図、第３図は電流電圧特性線図、第４
図は酸素濃度依存性を示す線図、第５図は実装センサの
出力特性線図である。 １．２１・・基板、２・・・陰極、３．２５・・・多孔
質固体電解質、４，２６・・・陽極、２１，２２．２３
・・リード厚膜、８・・・保護膜。 −ＶＳ 区 １ ２ ５ ４ セル電Ｆｆ（Ｖ） 寸４ 区 、ｓｌθ 甘５ 区 ＩＩ ｒ２ ｒ３ ｔｄ ｔ、ｆ ｚＡ
１７ ｔＢ７大へＬこ
エレメントの上面図、第３図は電流電圧特性線図、第４
図は酸素濃度依存性を示す線図、第５図は実装センサの
出力特性線図である。 １．２１・・基板、２・・・陰極、３．２５・・・多孔
質固体電解質、４，２６・・・陽極、２１，２２．２３
・・リード厚膜、８・・・保護膜。 −ＶＳ 区 １ ２ ５ ４ セル電Ｆｆ（Ｖ） 寸４ 区 、ｓｌθ 甘５ 区 ＩＩ ｒ２ ｒ３ ｔｄ ｔ、ｆ ｚＡ
１７ ｔＢ７大へＬこ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）陰極と、多孔質酸素イオン導電性固体電解質膜と、
陽極と、多孔質保護膜とを絶縁性基体上に順次積層し、
且つ該陰極と陽極の間に定電位を印加して限界拡散電流
を測定することにより、自動車排ガスの空燃比を検知す
ることを特徴とする自動車用空燃比針。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものｔこおいて、陰極
と、陽極とを多孔質白金電極厚膜により構成したことを
特徴とする自動車用空燃比針。 ３）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、多孔質
酸素イオン導電性固体電解質膜をイツトリア（Ｙ２０３
）で安定化したジルコニア（ＺｒＯｚ）で構成したこと
を特徴とする自動車用空燃比針。 ４）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、多孔質
保護膜をセラミック材料で構成したことを特徴とする自
動車用空燃比針。 ５）特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記
載のものにおいて、陰極と陽極間に印加する定電位が０
．５〜２．ＯＶであることを特徴とする自動車用空燃比
針。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58011142A JPS59136651A (ja) | 1983-01-25 | 1983-01-25 | 自動車用空燃比計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58011142A JPS59136651A (ja) | 1983-01-25 | 1983-01-25 | 自動車用空燃比計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59136651A true JPS59136651A (ja) | 1984-08-06 |
Family
ID=11769767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58011142A Pending JPS59136651A (ja) | 1983-01-25 | 1983-01-25 | 自動車用空燃比計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59136651A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0216442A (ja) * | 1988-07-04 | 1990-01-19 | Mitsubishi Motors Corp | 酸素センサ |
| JPH02126150A (ja) * | 1988-11-04 | 1990-05-15 | Fujikura Ltd | 酸素センサ |
-
1983
- 1983-01-25 JP JP58011142A patent/JPS59136651A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0216442A (ja) * | 1988-07-04 | 1990-01-19 | Mitsubishi Motors Corp | 酸素センサ |
| JPH02126150A (ja) * | 1988-11-04 | 1990-05-15 | Fujikura Ltd | 酸素センサ |
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