JPS5994051A - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
- Publication number
- JPS5994051A JPS5994051A JP57204280A JP20428082A JPS5994051A JP S5994051 A JPS5994051 A JP S5994051A JP 57204280 A JP57204280 A JP 57204280A JP 20428082 A JP20428082 A JP 20428082A JP S5994051 A JPS5994051 A JP S5994051A
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- JP
- Japan
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- oxygen
- fuel ratio
- electrodes
- sensor
- air
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- Pending
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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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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (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】
本発明は、たとえば内燃機関排気ガスの無害化および燃
費節減の向上を目的とした内燃機関の混合気の空燃比を
フィードバック制御するために使用される排気ガス中の
酸素濃度を検出する酸素センサに関する。
費節減の向上を目的とした内燃機関の混合気の空燃比を
フィードバック制御するために使用される排気ガス中の
酸素濃度を検出する酸素センサに関する。
内燃機関の排気ガス中に設けられ、混合気の空燃比をフ
ィードバック制御するための酸素センサとしては、一般
に理論空燃比を境として出力電圧がスイッチング的に変
化する出力特性を示す電気抵抗変化型理論空燃比センサ
（以下、理論空燃比センサという）が用いられており、
この出力によって空燃比を理論空燃比になるように制御
している。前記理論空燃比センサは排気ガス中の酸素濃
度に応答して比較的安定な出力を発生するが、理論空燃
比に対する検出しかできないことから、フィードバック
制御においては理論空燃比に制御することしかできない
という制限を有している。
ィードバック制御するための酸素センサとしては、一般
に理論空燃比を境として出力電圧がスイッチング的に変
化する出力特性を示す電気抵抗変化型理論空燃比センサ
（以下、理論空燃比センサという）が用いられており、
この出力によって空燃比を理論空燃比になるように制御
している。前記理論空燃比センサは排気ガス中の酸素濃
度に応答して比較的安定な出力を発生するが、理論空燃
比に対する検出しかできないことから、フィードバック
制御においては理論空燃比に制御することしかできない
という制限を有している。
前記欠点を改良すべく酸素濃度が上昇するＩＪ−ン空燃
比を比例的に検出できる＊素センサ（以下、リーン空燃
比センサという）が−案されている。
比を比例的に検出できる＊素センサ（以下、リーン空燃
比センサという）が−案されている。
前記リーン空燃比センサは、第１図に示すごとくジルコ
ニア（Ｚｒ０２）などの固体電解質からなる２板の円板
（１）および（２）の間に円環状のスペーサ（８）を介
して中空部が構成され、さらに前記各円板（１）、（２
）のそれぞれの両面に白金（Ｐｔ）電極（以下、電極と
いう） （４ａ）、（４ｂ）、（４０）、（４ｄ）が蒸
着され、しかも各電極（４ａ）、（４ｂ）、（４Ｃ）、
（４ｄ）および円板（１）、（２）はその中央部に細孔
（５＆）、（５ｂ）が設けられて構成されている。
ニア（Ｚｒ０２）などの固体電解質からなる２板の円板
（１）および（２）の間に円環状のスペーサ（８）を介
して中空部が構成され、さらに前記各円板（１）、（２
）のそれぞれの両面に白金（Ｐｔ）電極（以下、電極と
いう） （４ａ）、（４ｂ）、（４０）、（４ｄ）が蒸
着され、しかも各電極（４ａ）、（４ｂ）、（４Ｃ）、
（４ｄ）および円板（１）、（２）はその中央部に細孔
（５＆）、（５ｂ）が設けられて構成されている。
今、電極（４ｃ）、（４ｄ）の両端に直流電圧（ｖＰ）
を抵抗（ＲＬ）を介して印加するとジルコニア円板（２
）が固体電解質酸素ポンプとして作用し、酸素ガスが内
部（中空部）から外部（被測定ガス側）へ放出する。
を抵抗（ＲＬ）を介して印加するとジルコニア円板（２
）が固体電解質酸素ポンプとして作用し、酸素ガスが内
部（中空部）から外部（被測定ガス側）へ放出する。
中空部から酸素ガスが放出されると電極（４ａ） 、（
４ｂ）の両端に酸素濃度差による起電力が生じる。それ
と同時に細孔（５ＩＬ）、（５ｂ）を通って被測定ガス
が中空部に拡散する。そのとき、起電力（ｖ８）を一定
にするように電極（４ｃ） 、（４ｄ）間を流れる電流
（ＩＰ）を制御すれば、恒温中で前記電流（ＩＰ）は第
２図に示すごとく酸素濃度に比例する値を呈するため、
酸素センサとして利用可能である。
４ｂ）の両端に酸素濃度差による起電力が生じる。それ
と同時に細孔（５ＩＬ）、（５ｂ）を通って被測定ガス
が中空部に拡散する。そのとき、起電力（ｖ８）を一定
にするように電極（４ｃ） 、（４ｄ）間を流れる電流
（ＩＰ）を制御すれば、恒温中で前記電流（ＩＰ）は第
２図に示すごとく酸素濃度に比例する値を呈するため、
酸素センサとして利用可能である。
前記リーン空燃比センサはＮ２ガスまたは００２ガス中
の酸素濃度に対しては直線性のよい特性を示す。しかし
可燃性ガス存在下では白金電極を使用しているため酸素
濃度が可燃性ガス濃度と同量近くあるばあいには円筒内
部が等量点になるときおよび被計測ガスが等量点のとき
にリーン空燃比センサの感度が不安定になり問題を生じ
ることが判明している。
の酸素濃度に対しては直線性のよい特性を示す。しかし
可燃性ガス存在下では白金電極を使用しているため酸素
濃度が可燃性ガス濃度と同量近くあるばあいには円筒内
部が等量点になるときおよび被計測ガスが等量点のとき
にリーン空燃比センサの感度が不安定になり問題を生じ
ることが判明している。
本発明者らは前記欠点を解消するため固体電解質で構成
されておりかつ間中空部および拡散細孔を有し、閉中空
部内の酸素を排気ガス中にくみだす酸素ポンプとして働
く電極対および閉中空部内の酸素濃度と前記排気ガスの
酸素濃度の差を検出する電極対を有しているリーン空燃
比センサに電気抵抗変化型理論空燃比センサが一体に焼
成されてなり、前記各電極が白金電極よりも触媒能力の
低い金めつきされた白金電極からなることを特徴とする
内燃機関の空燃比検出用酸素センサについて鋭意研究し
た結果、内燃機関の空燃比のフィードバック制御にあた
り、機関の運転モードによって適宜選択組合せ使用して
空燃比をフィードバック制御し、リーン空燃比または理
論空燃比に、すなわち広範囲な空燃比にフィードバック
制御することを可能にし、しかも基準酸素ガスを必要と
せず、検出部に対する取付構造も簡素化しうる本発明に
到達した。
されておりかつ間中空部および拡散細孔を有し、閉中空
部内の酸素を排気ガス中にくみだす酸素ポンプとして働
く電極対および閉中空部内の酸素濃度と前記排気ガスの
酸素濃度の差を検出する電極対を有しているリーン空燃
比センサに電気抵抗変化型理論空燃比センサが一体に焼
成されてなり、前記各電極が白金電極よりも触媒能力の
低い金めつきされた白金電極からなることを特徴とする
内燃機関の空燃比検出用酸素センサについて鋭意研究し
た結果、内燃機関の空燃比のフィードバック制御にあた
り、機関の運転モードによって適宜選択組合せ使用して
空燃比をフィードバック制御し、リーン空燃比または理
論空燃比に、すなわち広範囲な空燃比にフィードバック
制御することを可能にし、しかも基準酸素ガスを必要と
せず、検出部に対する取付構造も簡素化しうる本発明に
到達した。
以下、本発明の酸素センサを実施例にもとづいて説明す
る。
る。
第３図において（６）はＹ２Ｏ３１０％（重量％、以下
同様）を含有するジルコニア（Ｚ ｒ Ｏ２）からなる
安定化固体電解質の性質を有するセラミック焼結体であ
り、間中空部（閉塞室（Ａ））を形成している。そのセ
ラミック焼結体（６）における前記閉塞室（Ａ）を構成
するたがいに対向する部分にはそれぞれ電極（７ａ）、
（７ｂ）および電極（’７Ｃ） 、（７ａ＞が設けられ
ている。前記電極（７ａ）、（７ｂ）、（７ｃ）、（７
ｄ）は触媒作用を低下させるべく、たとえば白金の上面
に金めつきをほどこしたものが使用されている。（８−
）、（８ｂ）、 （８ｃ）、（８ｄ）は多孔質セラミ
ックからなる電極保護層であり、前記各電極の上面を覆
っている。それら電極保護層、電極、セラミック焼結体
には細孔（５ａ）、（５ｂ）が設けられており、また図
示されていないが第１図と同様に電極（７Ｑ）、（７ｄ
）の両端には抵抗を介して電圧が印加され、その電圧に
よる電流は電極（７ａ） 、（７ｂ）に誘起する起電力
が一定になるように制御される。（９）は前記セラミッ
ク焼結体（６）の外面に保持された理論空燃比センサで
上面には多孔質セラミックからなる電極保護層（８ｅ）
が設けられている。αＱは前記セラミック焼結体（６〕
の外面に保持された温度センサであり、その上面は多孔
質セラミックからなる保護層（８ｆ）で覆われている。
同様）を含有するジルコニア（Ｚ ｒ Ｏ２）からなる
安定化固体電解質の性質を有するセラミック焼結体であ
り、間中空部（閉塞室（Ａ））を形成している。そのセ
ラミック焼結体（６）における前記閉塞室（Ａ）を構成
するたがいに対向する部分にはそれぞれ電極（７ａ）、
（７ｂ）および電極（’７Ｃ） 、（７ａ＞が設けられ
ている。前記電極（７ａ）、（７ｂ）、（７ｃ）、（７
ｄ）は触媒作用を低下させるべく、たとえば白金の上面
に金めつきをほどこしたものが使用されている。（８−
）、（８ｂ）、 （８ｃ）、（８ｄ）は多孔質セラミ
ックからなる電極保護層であり、前記各電極の上面を覆
っている。それら電極保護層、電極、セラミック焼結体
には細孔（５ａ）、（５ｂ）が設けられており、また図
示されていないが第１図と同様に電極（７Ｑ）、（７ｄ
）の両端には抵抗を介して電圧が印加され、その電圧に
よる電流は電極（７ａ） 、（７ｂ）に誘起する起電力
が一定になるように制御される。（９）は前記セラミッ
ク焼結体（６）の外面に保持された理論空燃比センサで
上面には多孔質セラミックからなる電極保護層（８ｅ）
が設けられている。αＱは前記セラミック焼結体（６〕
の外面に保持された温度センサであり、その上面は多孔
質セラミックからなる保護層（８ｆ）で覆われている。
前記のごとき本発明の酸素センサの製造過程についてさ
らに詳述すれば、まずＹ２Ｏ３１０％を含有する安定化
ジルコニアからなる、たとえば厚さ０．５ｍｍの薄板の
焼結体を構成し、それから所定寸法の長方形を２枚切出
し、第６図の閉塞室法）を構成すべき部分の中央部に超
音波加工により、たとえば０、Ｑ７ｍｍの孔をあけたの
ちこの２枚の薄板の両面に前記孔を中心として白金を蒸
着させ、さらに金めつぎを行なって電極を構成する。一
方の薄板の外側（排気ガスが接する面）にはＴｉＯ２粉
末と適切な樹脂および溶剤を混練したベインｂを塗布し
、乾燥させ、焼成して理論空燃比センサを作製し、他方
の薄板の外側（排気ガスに接する面）には温度センサを
取付ける。また、たとえば外形が前記長方形をなし、か
つ前記閉塞室（蜀を構成するための所定寸法の孔を有す
るスペーサを厚さｌｌｎｍの板状の前記焼結体から切出
して構成し、そのスペーサの両面にＮ＆０−８ｉｎ２−
Ａｊ２０３系の１０００００の軟化点を示すガラスフリ
ットを塗布したのち、このスペーサの両面に前記電極、
各センサ付の２枚の薄板を重ね合せ、炉中にて１１５０
００に加熱して接合し、一体化させたセンサを構成する
。それら各電極、各センサの上面にＷ肉０．（マグネシ
ウムスピネル）を溶射し保護層を形成する。
らに詳述すれば、まずＹ２Ｏ３１０％を含有する安定化
ジルコニアからなる、たとえば厚さ０．５ｍｍの薄板の
焼結体を構成し、それから所定寸法の長方形を２枚切出
し、第６図の閉塞室法）を構成すべき部分の中央部に超
音波加工により、たとえば０、Ｑ７ｍｍの孔をあけたの
ちこの２枚の薄板の両面に前記孔を中心として白金を蒸
着させ、さらに金めつぎを行なって電極を構成する。一
方の薄板の外側（排気ガスが接する面）にはＴｉＯ２粉
末と適切な樹脂および溶剤を混練したベインｂを塗布し
、乾燥させ、焼成して理論空燃比センサを作製し、他方
の薄板の外側（排気ガスに接する面）には温度センサを
取付ける。また、たとえば外形が前記長方形をなし、か
つ前記閉塞室（蜀を構成するための所定寸法の孔を有す
るスペーサを厚さｌｌｎｍの板状の前記焼結体から切出
して構成し、そのスペーサの両面にＮ＆０−８ｉｎ２−
Ａｊ２０３系の１０００００の軟化点を示すガラスフリ
ットを塗布したのち、このスペーサの両面に前記電極、
各センサ付の２枚の薄板を重ね合せ、炉中にて１１５０
００に加熱して接合し、一体化させたセンサを構成する
。それら各電極、各センサの上面にＷ肉０．（マグネシ
ウムスピネル）を溶射し保護層を形成する。
次に前記のごとく構成された本発明の酸素センサの機能
について説明する。
について説明する。
第３図に示す閉塞室体）において、図示されていないが
、第１図と同様に電極（７ｃ） 、（７ｄ）の両端に抵
抗を介して電圧が印加されるとセラミック固体電解質酸
素ポンプとして働き、酸素ガスが内部（閉塞室（Ａ））
から外部（排気ガス側）へ放出される。すると内部と外
部との間に酸素濃度差が生じ、電極（７ａ）、（７ｂ）
間がセラミック固体電解質酸素濃淡電池として働き、酸
素濃度差により生じた起電力が生じると同時に細孔（５
ａ） 、（５ｂ）を通じて内部に被測定ガスが拡散する
。そのとき起電力を１５ｍＶ（一定）にだもつように電
極（７Ｑ）、（７ａ）の両端に抵抗を介して電圧を印加
すると、恒ｉ （８００町）中では印加電圧による電流
（工Ｐ）と排気ガス中の酸素濃度との間に第４図（ａ）
に示すごとく比例する関係を有する。第４図（ｂ）は比
較のために白金電極（７ａ）、（７ｂ）、（７Ｃ）、（
７ｄ）に金めつきをほどこさず、触媒作用を有するもの
で測定したばあいの前記の関係である。（９）はＴｌＯ
２理論空燃比センサであり、その変化特性は第５図に示
すごとく、理論空燃比（ｃ）で階段状に変化する。また
温度センサα０）を用いて酸素センサの存在する位置の
温度を測定することができ、多孔質セラミック（８ａ）
、（８ｂ）、（８０）、（８ｄ）、（８ｅ）、（８ｆ）
により各電極、各センサを保護している。
、第１図と同様に電極（７ｃ） 、（７ｄ）の両端に抵
抗を介して電圧が印加されるとセラミック固体電解質酸
素ポンプとして働き、酸素ガスが内部（閉塞室（Ａ））
から外部（排気ガス側）へ放出される。すると内部と外
部との間に酸素濃度差が生じ、電極（７ａ）、（７ｂ）
間がセラミック固体電解質酸素濃淡電池として働き、酸
素濃度差により生じた起電力が生じると同時に細孔（５
ａ） 、（５ｂ）を通じて内部に被測定ガスが拡散する
。そのとき起電力を１５ｍＶ（一定）にだもつように電
極（７Ｑ）、（７ａ）の両端に抵抗を介して電圧を印加
すると、恒ｉ （８００町）中では印加電圧による電流
（工Ｐ）と排気ガス中の酸素濃度との間に第４図（ａ）
に示すごとく比例する関係を有する。第４図（ｂ）は比
較のために白金電極（７ａ）、（７ｂ）、（７Ｃ）、（
７ｄ）に金めつきをほどこさず、触媒作用を有するもの
で測定したばあいの前記の関係である。（９）はＴｌＯ
２理論空燃比センサであり、その変化特性は第５図に示
すごとく、理論空燃比（ｃ）で階段状に変化する。また
温度センサα０）を用いて酸素センサの存在する位置の
温度を測定することができ、多孔質セラミック（８ａ）
、（８ｂ）、（８０）、（８ｄ）、（８ｅ）、（８ｆ）
により各電極、各センサを保護している。
以上説明したごとく本発明によればリーン空燃比センサ
と理論空燃比センサとを一体化したために、内燃機関の
排気ガス中の酸素濃度が計測できる小型で安価な取付個
所の制約の少ない基準酸素ガスが不要なセンサの実用が
可能となり、基準として理論空燃比を検出し、酸素濃度
と空燃比の補正を行なうことができるので正確かつ安定
にリッチ、リーンの任意の制御を行なうことができる。
と理論空燃比センサとを一体化したために、内燃機関の
排気ガス中の酸素濃度が計測できる小型で安価な取付個
所の制約の少ない基準酸素ガスが不要なセンサの実用が
可能となり、基準として理論空燃比を検出し、酸素濃度
と空燃比の補正を行なうことができるので正確かつ安定
にリッチ、リーンの任意の制御を行なうことができる。
それゆえ酸素濃度を基準にすると空燃比検出に誤りを生
じるばあいでも、たとえば失火時の未燃焼ガスの存在下
でも理論空燃比センサで通常のばあいと同様に制御する
ことができる。
じるばあいでも、たとえば失火時の未燃焼ガスの存在下
でも理論空燃比センサで通常のばあいと同様に制御する
ことができる。
以上本発明を実施例にもとづき説明したが本発明はかか
る実施例のみに限定されるものではなく、本発明の思想
を逸脱しない限り種々の変更や修正が可能である。
る実施例のみに限定されるものではなく、本発明の思想
を逸脱しない限り種々の変更や修正が可能である。
第１図はリーン空燃比センサの一つの断面図、第２図は
リーン空燃比センサによるＮ２ガス中の酸素濃度を計測
したばあいの特性を示すグラフ、第６図は本発明の実施
例の一つである酸素センサの断面図、第４図は本発明の
実施例の一つである酸素センサまたは比較例の一つであ
る酸素センサによる排気ガス中の酸素濃度を計測したば
あいの特性を示すグラフ、第５図は理論空燃比センサの
特性を示すグラフである。 （図面の主要符号） （５ａ）、（５ｂ） ：拡散細孔 （６）：セラミック焼結体 （７ａ）、（７ｂ）、（７Ｃ）、（７（１） ：白金−
金めつき電極（９） ： Ｔｉｅ２理論空燃比センサα
Ｏ）：温度センサ （Ａ）：閉 塞 室 代理人 葛野信−（ほか１名） 第１図 第２図 ０．０＋ ０．１ １ １０ Ｑ２（７，） 第３図
リーン空燃比センサによるＮ２ガス中の酸素濃度を計測
したばあいの特性を示すグラフ、第６図は本発明の実施
例の一つである酸素センサの断面図、第４図は本発明の
実施例の一つである酸素センサまたは比較例の一つであ
る酸素センサによる排気ガス中の酸素濃度を計測したば
あいの特性を示すグラフ、第５図は理論空燃比センサの
特性を示すグラフである。 （図面の主要符号） （５ａ）、（５ｂ） ：拡散細孔 （６）：セラミック焼結体 （７ａ）、（７ｂ）、（７Ｃ）、（７（１） ：白金−
金めつき電極（９） ： Ｔｉｅ２理論空燃比センサα
Ｏ）：温度センサ （Ａ）：閉 塞 室 代理人 葛野信−（ほか１名） 第１図 第２図 ０．０＋ ０．１ １ １０ Ｑ２（７，） 第３図
Claims (3)
- （１）固体電解質で構成されておりかつ閉中空部および
拡散細孔を有し、閉中空部内の酸素を排気ガス中にくみ
だす酸素ポンプとして働く電極対および閉中空部内の酸
素濃度と前記排気ガスの酸素濃度の差を・検出する電極
対を有しているリーン空燃比センサに電気抵抗変化型理
論空燃比センサが一体に焼成されてなり、前記各電極が
白金電極よりも触媒能力の低い金めつきされた白金電極
からなることを特徴とする内燃機関の空燃比検出用酸素
センサ。 - （２）温度センサを一体に焼成したことを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の酸素センサ。 - （３）前記電気抵抗変化型理論空燃比センサがＴｉＯ２
からなる特許請求の範囲第（１ン項記載の酸素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57204280A JPS5994051A (ja) | 1982-11-19 | 1982-11-19 | 酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57204280A JPS5994051A (ja) | 1982-11-19 | 1982-11-19 | 酸素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5994051A true JPS5994051A (ja) | 1984-05-30 |
Family
ID=16487862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57204280A Pending JPS5994051A (ja) | 1982-11-19 | 1982-11-19 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5994051A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60216251A (ja) * | 1984-04-11 | 1985-10-29 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比センサ |
| JPS61155751A (ja) * | 1984-12-28 | 1986-07-15 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 空燃比センサおよび装置 |
| JPS6267250U (ja) * | 1985-10-17 | 1987-04-27 | ||
| JPH03108655A (ja) * | 1990-08-03 | 1991-05-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素センサ |
Citations (3)
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| JPS5625408U (ja) * | 1980-04-30 | 1981-03-09 | ||
| JPS5664125A (en) * | 1979-10-26 | 1981-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Closed loop fuel injection method |
| JPS5728248A (en) * | 1980-07-25 | 1982-02-15 | Mitsubishi Electric Corp | Oxygen sensor |
-
1982
- 1982-11-19 JP JP57204280A patent/JPS5994051A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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| JPH0410983B2 (ja) * | 1984-04-11 | 1992-02-27 | ||
| JPS61155751A (ja) * | 1984-12-28 | 1986-07-15 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 空燃比センサおよび装置 |
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