JPS5931444A - リ−ンセンサ - Google Patents

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、内燃ト戊関の空気圧制（財）装置に滴１１１
される酸湘ポンプ方〒（、のリーンセンサに関する。

内燃機関の空燃比（Ｊ、西宮、理論空燃比よりも空勿過
刺側、いわゆるリーン仰１になるように制御されている
。その空燃比を検出する手段とレーし、燃・）克排ｔｒ
ス中に陰贅れた希薄ド素閘を検出１２、こｈに埜いて空
・ｊ熱化を検出するいわゆるリーンセンサが一般に広く
採用されている。酸素（０２）ポンプ方式のリーンし／
すはそれらの１種類であり、この０２ポンプ現象を利用
したものｒこあっても、各神構１青のものが考案されて
いる。それらの−例と１、で、ガス拡散［（、における
拡散律速に基いた限界ｔｌｊ流特性を利ＩＩＩ　ｌ　、
、　；ケリーン七ンザが知られている。

この限ＷＹｉ流′侍１／１．を利１１１シたものにあっ
ては、第１図に示す如ぐ、酸素濃度に対する限界′ｔｌ
（流Ｉｐｔの特１ｆ（：が、４１１１定時の検出ガス温
度によって大幅に変化することが知られている。その原
因は、ガス拡散孔にむける酸素の拡散定数や、酸素基準
室内の酸素分圧分布、酸素イオン伝導性固体１Ｋ　）＋
’Ｆ質（以下、車に同体電解質と称する）のインビータ
゛ンス等が温１ａ−（ζよって変化するという、いわゆ
る温間依存性を有］７ているからである。しかも、６０
０Ｃ以下の低温においては、限Ｗ電流ＩＰＬが酸素濃度
に比例１７なくなってし−まい、さらに低温になると限
界”Ｆｌ’ｉ’流値すら存在（７１〈なって１〜丑うと
いうことがあった。これは、固体′電解質のインピーダ
ンスが、低温になるにつれて指数関数的に増大するとい
う特性に起因するものである。

これらのことから、限界！特性を利用（７，乞り−／セ
ンザをその−１−１、空燃比センサとして実用すること
ができなかった。そのうえ、６ｏｏｃ以下の低温で（パ
よ、検出値の輻１ｗ補（ｌ′ｉを行ってもリーンセンサ
として部用することは困ｋｌ＃であった、。

従・ｋ、１−述１７に温度トの欠点を解消すべく、神（
市の女寸策をｌイＩＩＬｋリーンセンザが１ノを案され
ている。

例えｔ−ｆ’、　　リーンセンサの検出部近傍に加熱器
と温朋センサを配置（７て、検出部を略一定温ｊ相にｉ
ｒｎ熱制省１ｊさせるもの（特開昭５６−１３０ｆｉ４
９゛号公報）が提案されている。しかし、このものにあ
っては、加熱器が傍熱形であることがら、検出部を十分
加熱するには熱効率が悪＜、１．、、′／ｊ・も温度セ
ンサが必要になり構成が複雑になるという欠点があった
。

その仙、上述と同様に検出部全ヒータで加熱する（−１
４成のものと（７て、特開昭５２−７２２８６月公報、
特開昭５５−ｔ６ｓｎ４ｏ−ｔｇ公報、特開昭５６−５
４３４５号公報に記載されたものが提案さり、でいる。

１．汐・し、前者のものにあって１・よ上述のものと同
一の欠点を有１．ており、後二者のものｉｔ固体電Ｗｆ
　’Ｒの一側面に加熱器を配置したものであるが、固体
電解′ｔグを挾んで設けられた１１（極間の温度差（温
間勾配）が犬きくなって１−２寸い、特性ｌ−好ましく
ないなどの火山、が、６つだ、。

本発明の目的は、リーンセンサの温１ａ−（／＜存在を
有するト１゛４成部＋４を均一に目、つ有効に加熱させ
ることができ、検出ｊＪス温ｊ隻の広範囲にわたって高
梢ＩＷで空燃１しを１６テ出できる０２ポンプ方式のリ
ーンセンサを隔世することＶＣある。

本発明は、酸伝イオン伝導性を廟する同定１１５１１Ｐ
ｒ質の酸素（・ｌ’ｇ出部（Ａと、該酸素検出部材の一
方の面に並列させて設けられるガス拡散部材と、の少な
くとも一方の部（オに埋設させて発熱素子を設けだもの
とすることにより、それらの部材を均一に目９つ有効に
加熱１．ようとするものである。さらには、前記発熱素
子の１［（抗帥を検出１２、核抵抗値を所定飴に一致さ
せるように前記発熱素子に１挟給する電力を制御する手
段を設けたものとすることにより、Ａｆ前記各部材の温
度を精度よく制御するとともに部品数を低減さ一１Ｌよ
うとするものである。

以下本発明を図示実ｌｈ４例に基いて説、明する。

第２図（ａ）、　（ｂ）に、本発明に係る固体′ｒＩ′
ｉ′１１１ｆ（）１ノ丁の１’１９素検出部材の製侍二
１７程の一実１ｒｆｌｊ例が示されている。

第２図（ａ）において′、１及び２はシルコニどの粉末
２ポリビニルブチラール等から成るグリーンノート状の
同体電解質である。図示さ−ｈ、たように、少なくとも
一方の同体電解質の表面に、印刷又は溶射等の方法によ
って、発熱素子と［７てのじ一タ３が形成されている、
このように形成されたグリーンシー　１・を、圧楕して
高ｒＵＡにて・ｊ尭１戊すると、ポリビニルブチラール
等のバインダが除去され、同体電解質１，２の体積は若
干１１ｙ縮される。捷だ、焼成１２だことによって、第
２図（］〕）に示されたように、固体′市１１＋’ｇ　
’ｌノｆ１，２間のｉ＃Ｗ面は、完全に気密状態に固着
され、ヒー　タ３の曲設された同体電解ノｕの酸素検出
部材４が形成さｔする。

このように形成された酸−Ｊ＝　＋　・＝　Ｈ’１部材
４の平向図が第３図に示されている　なお、ｊ゛／ｌ示
のように、ヒータ３は酸素濃度検出に関与する固体〒Ｉ
ｉ：　ｆｉｌｌ：　’ｔ’ｉの有効断面積を十分大きな
ものとするように、その寸法形状が設定されている。ま
た、ヒータ３の両端は露出さＪ’Ｌ、−Ｃおり、パラレ
ルボンダ法等によって、パワー了／ゾ等のヒータ電源に
接続されるようになっている。

第４図（・こ、−１−記した埋設ヒータを有するＣ閥素
検出素子を適用して形成（また、本発明第１実１ｌｉｉ
ｉ例のリーンセンサが示されている。図において、５と
６　＆：ｊ白金白金極であり、スパッタ法又は電子ビー
１、法、蒸着法等によって、酸素検出部材４０両面に形
成されている。８はカス拡散部材であり、図において下
面に酸素基準室９としての四部が形１１ｖ、され、−°
また中央部にガス拡散孔７が穿設されている。

このガス拡散部）オ８は前記酸素検出部１第４Ｆに、Ｐ
　ｔ　−Ｓｉ系のアモルファスインサート材、又はガラ
スフリット等によって接着されている。なお、前記白金
筒棒５，６には電流計Ａを介して１．直流。

電圧１（（ｊｉｌ）えげ、１〜１．５Ｖの定電、圧）が
印加されている。

このように１）ｔ１成されることから、ガス拡散孔７を
通して酸素基準室９内に拡散された酸素酸に対応した限
界１ｂ：流１ｐ＋、が励起される。このＩＰＬにより希
薄燃焼領１或における空燃用を検出しているのである。

また、ヒータ３は「ヅ１示されてないヒータ′市源によ
って発熱駄が刺部ｊされている。

従一つで、本実施例によれ１１−ｒ、１・１ｙ素検出部
（オの温度を制（ｉｌＩｌするヒータが埋設″された構
成となっていることから、酸素検出部材を内接的に高温
に加熱することができる。

また、酸素基準室９の空隙部分は数Ｉ　Ｑ　、ｕ　ｍで
あるから、ガス拡散部材８全体も少ない温度落差で、は
ぼ均一に加熱することができる。

なお、本第１実姉例のガス拡散部材９に換えて、第５図
に示された第２実Ｍ＋：　ｆ＋１１のように、多孔質に
形５２された固体霜解質等からなるカス拡散部材１ｏを
１商用１７ても、回（１〜の効用をｑｈることかできる
。

さらに、本発明の曲の第３．Ｉｌλ４．第５実％＋ｊ例
が、それぞれ第６図〜第８図に示されている。

第６図第３実皓例が第５図第２実姉例と異なる点は、酸
素検出部材４に埋設されていたヒータ３命、多孔質のガ
ス拡散部材１０内に埋設したことにある。この／／ス拡
散部材１　（ｌ内にヒータ３を形成する方法Ｑ工、第２
図に示したと同様であり、まず１９素険出部材４と６．
る倣細粒子ジルコニアのダリー／／−トの両面に、白金
１ｈ；極５，６を印１＋：ｌＩ等（Ｃ１：つて形成シ２
、次に相−１（、ｆζｌ子ジルコニアのグリーン／−）
−（固ず本′山）ら’ｒ’ｌイ丁）の表面にヒータ３を
・自１ｆ１１１１等によ−γＣｊｔ−′ＩＪ’７１．、
たものを、前６己白金′］扛極５の１＝　ｉ−ｃ　＋ｌ
　；ｊコ、さらに、その−トに同−ｔ＋１−ｈ　刊：ｒ
ジル」・ニアのグリーンノートを・１Ｆねて、全鉢合”
、　ｉｌ−：’１ｆｆＬだ後焼ＩＪＶ、ｌ、て形ＩＪｖ
さＪｌている。焼成ｆこのガス拡散部） 材１０は通気１′＋：をｆＴ　Ｌ−１ｉものと々す、ｊ
Ｔり索検出部材４は勿吉性ケ有［だものとなっている。

従って、本第３実柿例に」、つてイ１、ｒＩ’ｌｌ記第
１〜２実％ｊ’Ｈｉ　ｆｌｌと略同−の効毀を（Ｎるこ
とができる。

第７図の第４実ｈｊＱ例のものけ、酸素検出部材４と〕
ガス拡散部（第１０の両方に、（−ｆＬぞれヒータ３ａ
、３ｂを狸設置２女ことを特徴とするものであり、本実
殉例によ、ｔ］ば、前記第１〜第３実施例に比べて、−
１−全１４．：を均一に加熱刺部１することかできる。

第８図の第５実姉例のものは、第４図の第１実ツノＩ１
１例のカス拡散部１オ８の形状を、上下対称に形成（７
だガス＋ν側々部層１１とし、ぞの］−にビータ３ａの
埋設された多孔ｒＢ　４／）ガス拡散部材１０を固着１
゜た構成のものである。

この第５実殉例によ／’Ｌげ、前＾己−Ａ４実ｈ（観測
の効呆に１１１１えて、次に［ｒｋべる効堅がイけられ
る。即ち、リーンセンサ”の限Ｗ電流特内をガス拡散孔
７の形状しくよって律速させるように形１Ｊ７１７、ガ
ス拡散部月１０、の多孔質を通気性が十分大＾くなるよ
うに形成すれば、検出ガスはガス拡散部（オＩＯをヂ１
゛１゜−Ｃｚｎ＋２素槌ｌ′［ｌＫ宰９ｂ内に拡散され
た澤に、Ｉ！）、数比７を介して酸素基準室９ａ内に拡
散されるようになる。従って、検出ガス中に含−ｆ　！
上る汚損′吻貿は、ガス拡（ＩＩ１部利１Ｏによって除
去されることから、汚損物質例、音によるｔ＋／、　ｉ
ｆケ孔７の形状変化を防ぐことができ、酬久件が極めて
向１−さｔするのである。

なお、ト記した各実施例の１１−ンヒンサを、適当なカ
バ一部材によって全体を囲むようにして、高流速の燃焼
排ガスとの熱的結合を低減させれば、さらに加熱エネル
ギを低減させることができるの（・−１ｂ°う１でもな
い。

ここで、本発明に係る温度制御手段について、第９１ツ
Ｉｔ／Ｃ示さｔｌ、；／’′ｒ、−実ｈｉｄ例ｋ　用イ
テ１ｆＧｌ明スル。

前記名実ｊ（１１１例のヒータ３は、被加熱部材の酸素
＋ケ出部材又はガス拡散部祠を形成する固体１１ζ解！
直と、は１ｆ′回−の熱膨張係数を有する材料で、１］
つ′ポ勿抵抗が犬さく温度に依存する材料、例えば白金
等の祠料で形成するのが好”ましい。

この上うなヒータ３を第９図に示されたように、ブリッ
ジ回路１２の一辺とする回路を構成し、このブリッジ回
路１２の偏差をパワー−ｒメゾ１３で増幅し、その出力
をブリッジ回路１′２の励起電圧へフィードバンク制御
すると、ヒータ３は定抵抗即定温ＩＷに１ｌｔｌｌ　Ｍ
ｉｌｌされる。この設定温度はヒータ３の対辺の可変抵
抗１４によって設定可能となってレリ、例えば７００Ｃ
〜９００Ｃに設定される。

なお、ブリッジ回路１２のヒータ３以外の抵抗は全て温
度依存性のないものが選定されている。

従って、本実施例によれば、ヒータ３に温度センサとし
てのＭｆｉＭが含まれることから、別に温１史セ／ザを
設ける必要がなく、シかも岐加熱部材の温ＩＷを精度よ
く検出できることから、高時１象な加熱ｔｂ制御を行わ
伊ることができる。

なお、ヒ記設定幅出゛は利束とする輸出ガス温度によ−
って決定されるものであり、エン゛ンンの陣１１ｊ’ｉ
やリーンセンサの取付場所によって変わることは言うま
でもない。また、加熱ｔ１ｉ１１山１手段は第９図の実
１ｆ＆例に限られるものではなく、汐はヒータ３をｆＫ
　ＩＩＪ：センサと１７で兼用（７て、加熱制御卸する
手段であれは適用可能である。

１２）、ト説明したように、本発明によれ”’ｌ”　、
ｆＩａ度依存性を侍する構成部材を１・′、１−にＩ］
、つ有効に加熱することができ、内燃機関〇陣転状）市
に応にて広範囲で食出する琲カスであつ−Ｃも、高梢１
ψ・高信頼１史で′イと頻出を杉７出すること・へ−Ｃ
きるという効県がある。。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の酸素濃度と限界１１イ流の１↓１１係
を説明するだめの線区、第２図（ａ）、　（ｂ）は本発
明に係る酸素検出部材の−゛実施例の製造］二程図、第
３図は本発明に係る酸素検出部（」の平面図、第４図〜
第８図ｔよぞ７１それ本発明の第１〜第５実旋例の断面
図、第９図は本発明の温度制御１手段の一実施例の回路
構成図である。 ３・・・ヒ−タ（発熱性−ｒ口、４・・・酸素検出部材
、８．１０．１１・・・ガス拡散部（詞、。 代理人　−叶理士　高橋明Ｆ、、−，１４，！・４゛マ
：ハ 茅１　図 占 ρ　　　　ｚ　　　　　４　　　　ど　　　　θ酸素濃
度（２） め２圀 鰻３０ ＄５　目 与６　　　ら　　ピ〕 めｑ　口 茅　９　目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸素イオ／（ｔ：導性をｔｊする固体電解質のｈｅ
   素検出部材を備えて形成される酸素ポンプ方式のり一／
   セッサにかいて、、　Ａｆｔ記酸素検出部月部層該部材
   内部に埋設された発熱素子を具えたものであることを％
   徴とするり一ンセ／ザ。 ２、　酸素イオン師尋性を有する［＾１体電解質の酸素
   検出部材と、該酸素検出部材の一方の面ＶＣ並列に設け
   られるガス拡散部制とを倫を−て形１ｊ、５される酸素
   ポンプ方式のリーンセンサＣでおいて、前記酸素検出部
   拐と前記ガス拡散部材の少なくとも一力の部材は、当該
   部材内部に埋設された発熱素子を具えだものであること
   を特徴とするリーンセンサ。 ３　特許請求の範囲第１頃又は第２項記載の発明におい
   て、前記発熱素子が埋設された酸素検出部材又はガス拡
   散部材は、２枚の固体電解）ｖｔｔｊＪ−ンノート部材
   の少なくとも一方の表面に発熱素子を形成し〜た後、核
   発熱素子を挾んで前記２枚のグリーン／〜トを市ねて焼
   成させることにより形成さ７″Ｌだものであることを特
   徴とするリーンセンサノ。 ４、　酸素イオン伝導性を有する固体電ｐｖｒ　ｑｑの
   酸素検出部拐と、核酸素検出部拐の一ノｊの面に並列に
   設けられるガス拡散６財」と、前記酸素検出部材と前記
   ／ｆス（１１：敗部４Ｊの少４：　＜　ノー＜、一方の
   部層内ｇ＋＋に埋設された発熱素子と、をｆｌｉ！ｉλ
   で形成さり、　Ａ二ｃ賓素ボンゾ方式のり一ン十ンザ（
   ・（：す、・いて、前記発熱素子の低抗値を検ＩＪ”、
   　１．、、該抵抗ｆｌＩ！］を所定値に一致きせるよう
   に前記発熱素子に供給する６力を制側１する手段を設け
   たことを憤徴とするリーンセンサ。