JPS59192955A - 空燃比センサ - Google Patents
空燃比センサInfo
- Publication number
- JPS59192955A JPS59192955A JP59043097A JP4309784A JPS59192955A JP S59192955 A JPS59192955 A JP S59192955A JP 59043097 A JP59043097 A JP 59043097A JP 4309784 A JP4309784 A JP 4309784A JP S59192955 A JPS59192955 A JP S59192955A
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- Japan
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- air
- oxygen
- fuel ratio
- chamber
- solid electrolyte
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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
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
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- General Health & Medical Sciences (AREA)
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- Pathology (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
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】
この発明は内燃機関の排気ガス中の空燃比を測定するた
めの空燃比センサに関するものである。
めの空燃比センサに関するものである。
従来、空燃比検知素子としてジルコニア酸素濃淡電池セ
ンサが使用されていた。このセンサは理論空燃比点で出
力電圧が階段状に変化することによって理論空燃比での
燃焼状態を検出する。たとえば自動車用内燃機関を理論
空燃比で運転するように制御するシステムに用いられて
いる。しかし上記の酸素センサではリッチ雰囲気におい
て起電力の変化が殆んどなく、シたがってリッチ側にお
ける空燃比を厳密に測定することは不可能で、このため
ほぼ一定のリッチ雰囲気に保持するために吸気系側に種
々の装置を設けてオープン制御を行なっていた。ところ
がこのような制御方式では空燃比制御がコスト高になる
上、高精度の制御が行なえない欠点があった。
ンサが使用されていた。このセンサは理論空燃比点で出
力電圧が階段状に変化することによって理論空燃比での
燃焼状態を検出する。たとえば自動車用内燃機関を理論
空燃比で運転するように制御するシステムに用いられて
いる。しかし上記の酸素センサではリッチ雰囲気におい
て起電力の変化が殆んどなく、シたがってリッチ側にお
ける空燃比を厳密に測定することは不可能で、このため
ほぼ一定のリッチ雰囲気に保持するために吸気系側に種
々の装置を設けてオープン制御を行なっていた。ところ
がこのような制御方式では空燃比制御がコスト高になる
上、高精度の制御が行なえない欠点があった。
また従来、空燃比全域を検出するセンサとして、特公昭
５Ｂ−，９４０７７号公報並びに特公昭５７−４９８６
０号公報に記載されているようなセンサが提案されてい
るが、いずれも技術的に困難で実用段階に至っていない
。上記の特公昭５８−８４０７７号公報には空燃比が理
論空燃比点よりもリッチ側での空燃比を測定するために
ジルコニア管の排気ガス中に位置する測定側電極として
Ａｕ 、 Ａｇのような非触媒電極を用いる形式の酸素
センサが記載されているが、上記の電極でも触媒作用が
あり、ガス吸着現象が生じ出力電圧の再現性が悪くさら
に高温高速のガス中での耐久性が悪く実用できないセン
サであった。また特公昭５７−４９８６０ 号公報には
リッチおよびリーン側の空燃比が測定しうる方法が記載
されているが使用電流値力≦極めて低く、電気的な処理
に注意が必要であり、製作も技術的に難しく高温高速の
ガス中での耐久性、応答性が悪いなどの欠点かあ・つた
。
５Ｂ−，９４０７７号公報並びに特公昭５７−４９８６
０号公報に記載されているようなセンサが提案されてい
るが、いずれも技術的に困難で実用段階に至っていない
。上記の特公昭５８−８４０７７号公報には空燃比が理
論空燃比点よりもリッチ側での空燃比を測定するために
ジルコニア管の排気ガス中に位置する測定側電極として
Ａｕ 、 Ａｇのような非触媒電極を用いる形式の酸素
センサが記載されているが、上記の電極でも触媒作用が
あり、ガス吸着現象が生じ出力電圧の再現性が悪くさら
に高温高速のガス中での耐久性が悪く実用できないセン
サであった。また特公昭５７−４９８６０ 号公報には
リッチおよびリーン側の空燃比が測定しうる方法が記載
されているが使用電流値力≦極めて低く、電気的な処理
に注意が必要であり、製作も技術的に難しく高温高速の
ガス中での耐久性、応答性が悪いなどの欠点かあ・つた
。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、比較的安価で実用性に優れ、理論
空燃比点ばかりでなくリッチ側やリーン側の空燃比を測
定し得るセン・夕を提供することを目的としている。ま
たこの発明は自動車用機関の燃焼効率の向上および排気
ガスの無害化を良好にするためのりツチバーンエンジン
、リーンバーンエンジンの空燃比をクローズド制御する
ための排気ガス中の空燃比を測定するセンサを提供する
ことを目的としている。
めになされたもので、比較的安価で実用性に優れ、理論
空燃比点ばかりでなくリッチ側やリーン側の空燃比を測
定し得るセン・夕を提供することを目的としている。ま
たこの発明は自動車用機関の燃焼効率の向上および排気
ガスの無害化を良好にするためのりツチバーンエンジン
、リーンバーンエンジンの空燃比をクローズド制御する
ための排気ガス中の空燃比を測定するセンサを提供する
ことを目的としている。
この発明による空燃比センサの特徴は、被測定ガスが供
給される室を介して対向する酸素ポンプと酸素濃淡電池
から構成したセンサの酸素供給源ζして空気中の酸素を
利用したもので、この結果被測定ガス中の可燃性ガス濃
度と酸素濃度を変化させるのに十分な量°の酸素を供給
すること力５できる。このことは被測定ガスの化学当量
点を酸素不足状態の側に移動することができること【ど
なり、これは理論空燃比点よりリッチ側での空燃比をも
検出できることを意味している。
給される室を介して対向する酸素ポンプと酸素濃淡電池
から構成したセンサの酸素供給源ζして空気中の酸素を
利用したもので、この結果被測定ガス中の可燃性ガス濃
度と酸素濃度を変化させるのに十分な量°の酸素を供給
すること力５できる。このことは被測定ガスの化学当量
点を酸素不足状態の側に移動することができること【ど
なり、これは理論空燃比点よりリッチ側での空燃比をも
検出できることを意味している。
以下この発明の実施例を第１図につ０て説明する。
〔実施例１〕
Ｙ２Ｏ８１０重量％で安定したＺｒＯ□焼結体より５Ｘ
２０ Ｘ Ｏ，５ｍｍの板を２枚切出し、この板の両
面）こ３×４胴の大きさにＰｔを約２０００人魚着し、
その後厚さ１μになるように電気メッキして第２図に示
す電極付き固体電解質板１２ａ （１２ｂ）を製作した
。次に５Ｘ２０Ｘ１．５ｍｍの板を２枚切出し、上記固
体電解質板１２ａ （１２ｂ）と接着したときに空気側
と通じる孔を形成するようなくぼみを設けた第８図に示
す固体電解質板１１ａ （ｌｌｂ）を製作した。さらに
５Ｘ５Ｘ１．５ｍｍの板を切出し、空間室を形成するた
めに４Ｘ４．の穴をあけ、かつ拡散細孔１４となる０、
０７ｍｍの孔をあけた＠４図に示すスペーサ１８を製
作した。上記の各部材は第１図に示すように排気管１内
に保持部８を介して組立て、その接着剤にＮａＯ−Ｓ
ｉ０２−Ａ４０Ｂ系の１０００°Ｃで軟化点を示すガラ
スフリット２を塗布して接合した後、炉中で１１５０°
Ｃに加熱し結合した。
２０ Ｘ Ｏ，５ｍｍの板を２枚切出し、この板の両
面）こ３×４胴の大きさにＰｔを約２０００人魚着し、
その後厚さ１μになるように電気メッキして第２図に示
す電極付き固体電解質板１２ａ （１２ｂ）を製作した
。次に５Ｘ２０Ｘ１．５ｍｍの板を２枚切出し、上記固
体電解質板１２ａ （１２ｂ）と接着したときに空気側
と通じる孔を形成するようなくぼみを設けた第８図に示
す固体電解質板１１ａ （ｌｌｂ）を製作した。さらに
５Ｘ５Ｘ１．５ｍｍの板を切出し、空間室を形成するた
めに４Ｘ４．の穴をあけ、かつ拡散細孔１４となる０、
０７ｍｍの孔をあけた＠４図に示すスペーサ１８を製
作した。上記の各部材は第１図に示すように排気管１内
に保持部８を介して組立て、その接着剤にＮａＯ−Ｓ
ｉ０２−Ａ４０Ｂ系の１０００°Ｃで軟化点を示すガラ
スフリット２を塗布して接合した後、炉中で１１５０°
Ｃに加熱し結合した。
次に上記のように構成したセンサの機能を第１図につい
て説明する。図において、酸素量制御供給手段としての
ジルコニア固体電解質酸素ポンプを固体電解質板１１ａ
、 １２ａで構成している。また化学当量点検出手段
としてのジルコニア固体電解質酸素濃淡電池を固体電解
質板１１ｂ、 １２ｂで構成している。そして被測定ガ
スを導入して測定するための拡散細孔１４を備えた空間
室Ｂをスペーサ１３が形成している。上記酸素ポンプの
電極１５ａ。
て説明する。図において、酸素量制御供給手段としての
ジルコニア固体電解質酸素ポンプを固体電解質板１１ａ
、 １２ａで構成している。また化学当量点検出手段
としてのジルコニア固体電解質酸素濃淡電池を固体電解
質板１１ｂ、 １２ｂで構成している。そして被測定ガ
スを導入して測定するための拡散細孔１４を備えた空間
室Ｂをスペーサ１３が形成している。上記酸素ポンプの
電極１５ａ。
１５ｂに電圧を印加されると空気側に開放されている基
準空気室Ａの酸素が空間室Ｂ内に移動する。
準空気室Ａの酸素が空間室Ｂ内に移動する。
また上記酸素濃淡電池は基準ガスとして空気を利用でき
るように空気側に開放されている空気室Ａ′中の酸素濃
度と上記空間室Ｂ中の酸素濃度に応じて電圧を発生する
。この電圧は公知のネルンストの式で示される。
るように空気側に開放されている空気室Ａ′中の酸素濃
度と上記空間室Ｂ中の酸素濃度に応じて電圧を発生する
。この電圧は公知のネルンストの式で示される。
Ｆ・・・ファラデ一定数
ＰＯ２・ 基準ガス中の酸素分圧
ＰＯ貴・・・被測定ガス中の酸素分圧
ところで、空燃比が理論空燃比点よりリッチ側では被測
定ガス中の酸素濃度が極めて低く可燃性ガスが急増する
ためジルコニア固体電解質酸素濃淡電池では、その出力
電圧が理論空燃比点よりリッチ側で階段状に変化しその
現象を利用して理論空燃比点を検出する手段として使用
されることは公知である。一方、この発明においても酸
素濃淡電池は上記と同様の動作を行なうが、酸素ポンプ
によって上記空間室Ｂ内の被測定ガス中に酸素が導入さ
れるためにこの被測定ガス中の酸素と可燃性ガスの化学
当量点が上記空間室Ｂ外の被測定ガスの理論空燃比点よ
りも実質的にリッチ側に移動し、この移動量は導入され
た酸素量によって自由に制御できるので、第６，７図に
示すようにリッチ側の任意の空燃比を検出することがで
きる。
定ガス中の酸素濃度が極めて低く可燃性ガスが急増する
ためジルコニア固体電解質酸素濃淡電池では、その出力
電圧が理論空燃比点よりリッチ側で階段状に変化しその
現象を利用して理論空燃比点を検出する手段として使用
されることは公知である。一方、この発明においても酸
素濃淡電池は上記と同様の動作を行なうが、酸素ポンプ
によって上記空間室Ｂ内の被測定ガス中に酸素が導入さ
れるためにこの被測定ガス中の酸素と可燃性ガスの化学
当量点が上記空間室Ｂ外の被測定ガスの理論空燃比点よ
りも実質的にリッチ側に移動し、この移動量は導入され
た酸素量によって自由に制御できるので、第６，７図に
示すようにリッチ側の任意の空燃比を検出することがで
きる。
〔実施例２〕
Ｙ２Ｏ８１０重量％で安定化したＺｒＯ２焼結体より５
Ｘ２０Ｘ０．５ｍｍの板を２枚切出し、この板の両面に
８×４Ｍの大きさにＰｔを約２０００人類着し、その後
厚さ１μになるように電気メッキして電極付き固体電解
質板１２ａ 、 １２ｂを製作した。次に５Ｘ２０Ｘ１
．５ｍｍの板を２枚切出し上記固体電解質板１２ａ 、
１２ｂと接着したときに空気側と通じる孔を形成する
ようなくぼみを設けた固体電解質板１１ａ。
Ｘ２０Ｘ０．５ｍｍの板を２枚切出し、この板の両面に
８×４Ｍの大きさにＰｔを約２０００人類着し、その後
厚さ１μになるように電気メッキして電極付き固体電解
質板１２ａ 、 １２ｂを製作した。次に５Ｘ２０Ｘ１
．５ｍｍの板を２枚切出し上記固体電解質板１２ａ 、
１２ｂと接着したときに空気側と通じる孔を形成する
ようなくぼみを設けた固体電解質板１１ａ。
１１ｂを製作した。さらに間隙室Ｃを設けるためにスペ
ーサ４として５Ｘ５ＸＯ８０７５ｍｍの板を切出した。
ーサ４として５Ｘ５ＸＯ８０７５ｍｍの板を切出した。
上記の各部材は第５図に示すように組立て、その接着部
にＮａ０−８ｊ０２−Ａｌ＋Ｏａ系の１０００°Ｃで軟
化点を示すがガラスフリットを塗布した後、炉中で１１
６０°Ｃに加熱し接合した。このように構成したセンサ
の機能においては間隙室Ｃが実施例１の拡散細孔１４を
備えた空間室Ｂと同等の作用が得られ、出力特性も同様
であった。
にＮａ０−８ｊ０２−Ａｌ＋Ｏａ系の１０００°Ｃで軟
化点を示すがガラスフリットを塗布した後、炉中で１１
６０°Ｃに加熱し接合した。このように構成したセンサ
の機能においては間隙室Ｃが実施例１の拡散細孔１４を
備えた空間室Ｂと同等の作用が得られ、出力特性も同様
であった。
〔実施例３〕
実施例１にて製作したセンサにおいて、固体電解質酸素
ポンプを使用し空間室Ｂ内の酸素を排出し、固体電解質
酸素濃淡電池の出力電圧が１０１００Ｏになるように、
即ち空間室Ｂと基準空気室Ａ′との酸素分圧が設定値と
なるように空燃比に対応してポンプ電流を変え測定した
ところ、８００’Ｃ排気ガス温中で第８図に示すような
特性が確認された。この特性からリーン時において空燃
比を測定するにはポンプ電流を測ればよい。また実施例
２にて製作したセンサでも同様の特性が得られた。
ポンプを使用し空間室Ｂ内の酸素を排出し、固体電解質
酸素濃淡電池の出力電圧が１０１００Ｏになるように、
即ち空間室Ｂと基準空気室Ａ′との酸素分圧が設定値と
なるように空燃比に対応してポンプ電流を変え測定した
ところ、８００’Ｃ排気ガス温中で第８図に示すような
特性が確認された。この特性からリーン時において空燃
比を測定するにはポンプ電流を測ればよい。また実施例
２にて製作したセンサでも同様の特性が得られた。
なお、第７図にリッチ時におけるポンプ電流と空燃比と
の関係の特性図を示している。
の関係の特性図を示している。
以上のようにこの発明によれば、所定量の酸素を供給す
る酸素量制御供給手段と、化学当量点検出手段とを備え
、両手段が任意量の被測定ガスを導入して測定するため
の間隙室または拡散細孔を備えた空間室を形成したこと
により、内燃機関の排気ガス中の酸素濃度と空燃比が計
測できる小型で安価な空燃比センサとなり、基準として
の理論空燃比を検出し、酸素濃度と空燃比の補正力Ｓで
きるので、正確かつ安定にリッチ、リーンの任意の空燃
比が測定できる。またこの発明のセンサは自動車用機関
の他、工業用バーナおよび暖房燃焼装置な８にも広く適
用できる効果がある。
る酸素量制御供給手段と、化学当量点検出手段とを備え
、両手段が任意量の被測定ガスを導入して測定するため
の間隙室または拡散細孔を備えた空間室を形成したこと
により、内燃機関の排気ガス中の酸素濃度と空燃比が計
測できる小型で安価な空燃比センサとなり、基準として
の理論空燃比を検出し、酸素濃度と空燃比の補正力Ｓで
きるので、正確かつ安定にリッチ、リーンの任意の空燃
比が測定できる。またこの発明のセンサは自動車用機関
の他、工業用バーナおよび暖房燃焼装置な８にも広く適
用できる効果がある。
第１図はこの発明の空燃比センサの断面図、第２図は電
極付き固体電解質板の斜視図、第８図は固体電解質板の
斜視図、第４図はスペーサの斜視図、第５図は空燃比セ
ンサの他の実施例を示す断面図、第６図はポンプ電流を
流したときの電池電圧の変化を示す特性図、第７図は化
学当量点変化をポンプ電流と空燃比で表わした特性図、
第８図はリーン時におけるポンプ電流と空燃比の関係を
示す特性図である。 ２・・・ガラスフリット接合部、４・・・スペーサ、１
１ａ 、 ｌｌｂ・・・固体電解質板、１２ａ 、 １
２ｂ・・・電極付き固体電解質板、１８・・・スペーサ
、１４・・・拡散細孔、１５ａ 、 １５ｂ・・・ポン
プ部電極、１６ａ 、 １６ｂ・・・電池部電極、Ａ、
Ａ′・・・基準空気室、Ｂ・・・空間室、Ｃ・・・間隙
室、 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 第１図 １ 第４図 １ 第５図 第６図 ４井矢〃・・ス渥ノ斐Ｂ ００ ’ｃ Ｄ７！、ポンプ ８点 ボンア屹清− ０７ｎＡのときの出／７変ずと
京、第７図 第８図 」
極付き固体電解質板の斜視図、第８図は固体電解質板の
斜視図、第４図はスペーサの斜視図、第５図は空燃比セ
ンサの他の実施例を示す断面図、第６図はポンプ電流を
流したときの電池電圧の変化を示す特性図、第７図は化
学当量点変化をポンプ電流と空燃比で表わした特性図、
第８図はリーン時におけるポンプ電流と空燃比の関係を
示す特性図である。 ２・・・ガラスフリット接合部、４・・・スペーサ、１
１ａ 、 ｌｌｂ・・・固体電解質板、１２ａ 、 １
２ｂ・・・電極付き固体電解質板、１８・・・スペーサ
、１４・・・拡散細孔、１５ａ 、 １５ｂ・・・ポン
プ部電極、１６ａ 、 １６ｂ・・・電池部電極、Ａ、
Ａ′・・・基準空気室、Ｂ・・・空間室、Ｃ・・・間隙
室、 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 第１図 １ 第４図 １ 第５図 第６図 ４井矢〃・・ス渥ノ斐Ｂ ００ ’ｃ Ｄ７！、ポンプ ８点 ボンア屹清− ０７ｎＡのときの出／７変ずと
京、第７図 第８図 」
Claims (1)
- 固体電解質板の両側面に電極を設けてそれぞれ構成され
た固体電解質酸素ポンプおよび固体電解質酸素濃淡電池
、該酸素ポンプと酸素濃淡電池を間隙室または空間室を
介して対向配置し、該室に被測定ガスを導入するように
構成するとともに、上記酸素ポンプと酸素濃淡電池の少
なくとも一方の上記室と反対側の側面に大気と連通ずる
空気室を形成したことを特徴とする空燃比センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59043097A JPS59192955A (ja) | 1984-03-06 | 1984-03-06 | 空燃比センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59043097A JPS59192955A (ja) | 1984-03-06 | 1984-03-06 | 空燃比センサ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58066022A Division JPS59190652A (ja) | 1983-04-12 | 1983-04-12 | リツチバ−ンセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59192955A true JPS59192955A (ja) | 1984-11-01 |
| JPH038706B2 JPH038706B2 (ja) | 1991-02-06 |
Family
ID=12654329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59043097A Granted JPS59192955A (ja) | 1984-03-06 | 1984-03-06 | 空燃比センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59192955A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6014161A (ja) * | 1983-07-06 | 1985-01-24 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比センサ |
| JPS60128352A (ja) * | 1983-12-15 | 1985-07-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比検知装置 |
| JPS61102955U (ja) * | 1984-12-12 | 1986-07-01 | ||
| JPS627063U (ja) * | 1985-06-27 | 1987-01-16 | ||
| DE3627227A1 (de) * | 1985-08-10 | 1987-02-19 | Honda Motor Co Ltd | Sauerstoffkonzentrations-detektoranordnung |
| JPS62100657A (ja) * | 1985-10-26 | 1987-05-11 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学的装置 |
| JPS62179655A (ja) * | 1986-02-01 | 1987-08-06 | Ngk Insulators Ltd | 空燃比検出方法及び装置 |
| DE3710155A1 (de) * | 1986-03-27 | 1987-10-08 | Honda Motor Co Ltd | Verfahren zur abnormalitaetsdetektion fuer einen sauerstoffkonzentrationssensor |
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| DE3714543A1 (de) * | 1986-04-30 | 1987-11-05 | Honda Motor Co Ltd | Verfahren zum regeln des luft/kraftstoffverhaeltnisses fuer eine brennkraftmaschine |
| JPS6375553A (ja) * | 1986-09-18 | 1988-04-05 | Honda Motor Co Ltd | 空燃比検出装置 |
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-
1984
- 1984-03-06 JP JP59043097A patent/JPS59192955A/ja active Granted
Patent Citations (1)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH038706B2 (ja) | 1991-02-06 |
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