JPS60236056A - 空燃比センサ - Google Patents
空燃比センサInfo
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- JPS60236056A JPS60236056A JP59093629A JP9362984A JPS60236056A JP S60236056 A JPS60236056 A JP S60236056A JP 59093629 A JP59093629 A JP 59093629A JP 9362984 A JP9362984 A JP 9362984A JP S60236056 A JPS60236056 A JP S60236056A
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- air
- electrode
- fuel ratio
- 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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- Pathology (AREA)
- 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】
（産業上の利用性￥ｆ）
この発明は、燃焼排カス中のＭ；４［度を４１一定する
ことによって空気と燃ネ゛Ｉとの比を検知するのに使用
される空燃比センサに関するものである。
ことによって空気と燃ネ゛Ｉとの比を検知するのに使用
される空燃比センサに関するものである。
（従来技術）
従来、この種の空燃比センサとしては、例えば第１図に
示す構成（特開昭５８−１５３１５５号公報記載）のも
のがあった。この空燃比センサ１は、一方の酸素イオン
伝導性固体電解質２の表裏両面に第１電８！ｉ３および
第２電極４を設けてこれを酸素センサセル５にすると共
に、他方の酸素イオン伝導性固体電解質６の表裏両面に
第３電Ｎ７および第４電極８を設けてこれを酸素ボンプ
セルタにし、この酸素センサセル５と１１ポンプセル２
とをカス拡散制御空間１０を隔てた状態にして絶縁層１
１により固定した構成を有するものである。
示す構成（特開昭５８−１５３１５５号公報記載）のも
のがあった。この空燃比センサ１は、一方の酸素イオン
伝導性固体電解質２の表裏両面に第１電８！ｉ３および
第２電極４を設けてこれを酸素センサセル５にすると共
に、他方の酸素イオン伝導性固体電解質６の表裏両面に
第３電Ｎ７および第４電極８を設けてこれを酸素ボンプ
セルタにし、この酸素センサセル５と１１ポンプセル２
とをカス拡散制御空間１０を隔てた状態にして絶縁層１
１により固定した構成を有するものである。
このような空燃比センサ１において、酸素ポンプセル２
を作動させないときには、酸素センサセル５の第１電＆
３と第２電極４とにおける酸素分圧差に対応して当量比
（空気過剰率）入＝１で起電力が急激に変化する特性が
得られる。
を作動させないときには、酸素センサセル５の第１電＆
３と第２電極４とにおける酸素分圧差に対応して当量比
（空気過剰率）入＝１で起電力が急激に変化する特性が
得られる。
一方、酸素ポンプセル２を作動させ、例えば第３′Ｉｌ
ｔ極７から第４電極８に向けてポンプ電流を流したとき
には酸素イオン伝導性固体電解質６を通してガス拡散制
御空間１０内に酸素が供給され、したがって被測定ガス
が酸素不足のリッチ状態であっても酸素過剰の状態とな
るため上記起電力特性はリンチ側にシフトした状態とな
り、反対に第４電８１８から第３電極７に向けてポンプ
電流を流したときには酸素イオン伝導性固体電解質６を
通してガス拡散制御空間１０内の酸素が消費され、した
がって、被測定ガスが酸素過剰のリーン状態であっても
酸素不足の状態となるため上記起電力特性はリーン側に
シフトした状態となる。
ｔ極７から第４電極８に向けてポンプ電流を流したとき
には酸素イオン伝導性固体電解質６を通してガス拡散制
御空間１０内に酸素が供給され、したがって被測定ガス
が酸素不足のリッチ状態であっても酸素過剰の状態とな
るため上記起電力特性はリンチ側にシフトした状態とな
り、反対に第４電８１８から第３電極７に向けてポンプ
電流を流したときには酸素イオン伝導性固体電解質６を
通してガス拡散制御空間１０内の酸素が消費され、した
がって、被測定ガスが酸素過剰のリーン状態であっても
酸素不足の状態となるため上記起電力特性はリーン側に
シフトした状態となる。
また、このような空燃比センサにおいて、酸素センサセ
ル５の起電力が一定となるようにポンプ電波を制御した
ときには、前記ポンプ電流と由１１−比との関係は第２
図に示すような特＋１となる。
ル５の起電力が一定となるようにポンプ電波を制御した
ときには、前記ポンプ電流と由１１−比との関係は第２
図に示すような特＋１となる。
したがって、第２図の場合には、あるポンプ電が仁イ的
に対してリッチ側（入くｌ側）およυリーン側（入〉１
側）の両方の空燃比が対応することとなるためリッチ側
であるかリーン側であるかのｒす別回路が必要であった
。
に対してリッチ側（入くｌ側）およυリーン側（入〉１
側）の両方の空燃比が対応することとなるためリッチ側
であるかリーン側であるかのｒす別回路が必要であった
。
（発明の目的）
この発明は、−上述した従来の問題点に着１−１シてな
されたもので、リッチ側からり−ン側までの広い範囲の
空燃比を判別回路を用いることなく検出することが可能
である空燃比センサを提供することを目的としている。
されたもので、リッチ側からり−ン側までの広い範囲の
空燃比を判別回路を用いることなく検出することが可能
である空燃比センサを提供することを目的としている。
（発明の構成）
この発明による空燃比センサは、酸素製電の変化に対応
して電気抵抗が変化する遷移金属酸化物に前記電気抵抗
の変化を取り出す第１電極および第２電極を設けた酸素
センサセルをガス囲繞体で囲んで前記酸素センサセルと
ガス囲繞体との間でカス拡散制御空間を形成し、前記ガ
ス囲繞体の少なくとも一部を酸素イオン伝導性固体電解
質から形成して前記酸素イオン伝導性固体電解質と共に
酸素ポンプセルを構成する第３電極および第４電極を設
け、前記ガス拡散制御空間を被測定雰囲気と連通させた
ことを特徴としている。
して電気抵抗が変化する遷移金属酸化物に前記電気抵抗
の変化を取り出す第１電極および第２電極を設けた酸素
センサセルをガス囲繞体で囲んで前記酸素センサセルと
ガス囲繞体との間でカス拡散制御空間を形成し、前記ガ
ス囲繞体の少なくとも一部を酸素イオン伝導性固体電解
質から形成して前記酸素イオン伝導性固体電解質と共に
酸素ポンプセルを構成する第３電極および第４電極を設
け、前記ガス拡散制御空間を被測定雰囲気と連通させた
ことを特徴としている。
この発明による空燃比センサを構成する遷移金属酸化物
、前記遷移金属酸化物の電気抵抗変化を取り出す第１電
極および第２電極、ガス囲繞体、酸素イオン伝導性固体
電解質、前記固体電解質と共に酸素ポンプセルを構成す
る第３電極および第４電極の材質および形成手段はこの
発明において特に限定されず、従来既知の材料および形
成方法等の中から適宜選んで採用することができる。
、前記遷移金属酸化物の電気抵抗変化を取り出す第１電
極および第２電極、ガス囲繞体、酸素イオン伝導性固体
電解質、前記固体電解質と共に酸素ポンプセルを構成す
る第３電極および第４電極の材質および形成手段はこの
発明において特に限定されず、従来既知の材料および形
成方法等の中から適宜選んで採用することができる。
（実施例）
第３図はこの発明の一実施例を示す図であって、この空
燃比センサ２１は、平板状の絶縁基板２２の片面（第３
図左側面）に、酸素濃度の変化に対応して電気抵抗が変
化する遷移金属醇化物２３を積層すると共に、前記遷移
金属酸化物２３の電気抵抗の変化を取り出す第１電極２
４および第２電極２５を設けて酸素センサセル２６を形
成し、この酸素センサセル２６の絶縁系板２２のド端を
絶縁保持体２７で支持させると共に、前記酸素センサセ
ル２６の表面をガス囲繞体としての４１板状酸素イオン
伝導性固体電解質２８で囲むようにして固体電解質２８
の下端を前記絶縁保持体２７に固定して前記酸素センサ
セル２６と固体電解質（ガス囲繞体）２８との間でガス
拡散制御空間３０を形成し、前記固体電解質２８の両面
に第３電極３１と第４電極３２とを設けて酸素ポンプセ
ル３３を形成させ、前記ガス拡散制御空間３０を前記絶
縁基板２２と固体電解質２８との間のスリット状開口部
３４を介して被測定雰囲気と連通させた構成を有するも
のである。
燃比センサ２１は、平板状の絶縁基板２２の片面（第３
図左側面）に、酸素濃度の変化に対応して電気抵抗が変
化する遷移金属醇化物２３を積層すると共に、前記遷移
金属酸化物２３の電気抵抗の変化を取り出す第１電極２
４および第２電極２５を設けて酸素センサセル２６を形
成し、この酸素センサセル２６の絶縁系板２２のド端を
絶縁保持体２７で支持させると共に、前記酸素センサセ
ル２６の表面をガス囲繞体としての４１板状酸素イオン
伝導性固体電解質２８で囲むようにして固体電解質２８
の下端を前記絶縁保持体２７に固定して前記酸素センサ
セル２６と固体電解質（ガス囲繞体）２８との間でガス
拡散制御空間３０を形成し、前記固体電解質２８の両面
に第３電極３１と第４電極３２とを設けて酸素ポンプセ
ル３３を形成させ、前記ガス拡散制御空間３０を前記絶
縁基板２２と固体電解質２８との間のスリット状開口部
３４を介して被測定雰囲気と連通させた構成を有するも
のである。
また、第４図に示す空燃比センサ４１は、第３図に示す
酸素センサ２１において、絶縁基板２２の反対面側に発
熱体３５および保ｍ層３６を形成すると共に、ガス囲繞
体としての固体電解質２８と絶縁ノ１（板２２の各々下
半分の部分の間にスペーサ３７を介在させてガス拡散制
御空間３０が形成されるようにした構成を有するもので
ある。そして、第５図は第４図の空燃比センサ４１の斜
視図である。
酸素センサ２１において、絶縁基板２２の反対面側に発
熱体３５および保ｍ層３６を形成すると共に、ガス囲繞
体としての固体電解質２８と絶縁ノ１（板２２の各々下
半分の部分の間にスペーサ３７を介在させてガス拡散制
御空間３０が形成されるようにした構成を有するもので
ある。そして、第５図は第４図の空燃比センサ４１の斜
視図である。
上記第４図および第５図に示す空燃比センサ４１の製造
の一例を第６図により説明すると、例えば５モル％Ｙ、
Ｏ，−９５モル％Ｚｒｏ２よりなる固体電解質シートを
所定の大きさに切り出して板状の固体電解質２８を用意
し、この固体電解質２８の表面に白金ペーストを用いて
第４電極３２を積層すると共に、裏面に白金ペーストを
用いて第３電極３１を積層したのち、所定間隔で二本の
白金リード線１３１，１３２の先端をのせた例えばアル
ミナシートよりなるスペーサ３７と前記積層体とを重ね
合わせ、固体１［解質２８に形成した前記白金リード線
１３１，１３２と同じ間隔の貫通孔２８ａ、２８ｂ内に
白金ペーストを落して、焼成後にｐｉＳ４？Ｉｌｔ極３
２の延長部３２ａとり−ド線１３２とが貫通孔２８ａを
介して電気的に接続しうるようにするとともに第３電極
３１の延長部３１ａとリード１！１３１とが貫通孔２８
ｂを介して電気的に接続しうるようにしたのち、積層体
を焼成して酸素ポンプセル３３をイＩＩる。
の一例を第６図により説明すると、例えば５モル％Ｙ、
Ｏ，−９５モル％Ｚｒｏ２よりなる固体電解質シートを
所定の大きさに切り出して板状の固体電解質２８を用意
し、この固体電解質２８の表面に白金ペーストを用いて
第４電極３２を積層すると共に、裏面に白金ペーストを
用いて第３電極３１を積層したのち、所定間隔で二本の
白金リード線１３１，１３２の先端をのせた例えばアル
ミナシートよりなるスペーサ３７と前記積層体とを重ね
合わせ、固体１［解質２８に形成した前記白金リード線
１３１，１３２と同じ間隔の貫通孔２８ａ、２８ｂ内に
白金ペーストを落して、焼成後にｐｉＳ４？Ｉｌｔ極３
２の延長部３２ａとり−ド線１３２とが貫通孔２８ａを
介して電気的に接続しうるようにするとともに第３電極
３１の延長部３１ａとリード１！１３１とが貫通孔２８
ｂを介して電気的に接続しうるようにしたのち、積層体
を焼成して酸素ポンプセル３３をイＩＩる。
一方、例えばアルミナシートよりなる絶縁基板２２の表
面に白金線よりなる第１７１Σ８１２４と第２電極２５
とを所定間隔でのせ、前記スペーサ３７とは反対の約半
分弱の部分にチタニア（Ｔ ｉ ０７ ）ペース）・を
用いて遷移金属酸化物２３を積層し、前記絶縁ノ、（板
２２の裏面に発熱体３５を設けると共に、４本の白金リ
ート線１２４．１２５，１３４，１３５の先端をのせた
アルミナシートよりなる保ＦＪＪ層３６を４ｈ層する。
面に白金線よりなる第１７１Σ８１２４と第２電極２５
とを所定間隔でのせ、前記スペーサ３７とは反対の約半
分弱の部分にチタニア（Ｔ ｉ ０７ ）ペース）・を
用いて遷移金属酸化物２３を積層し、前記絶縁ノ、（板
２２の裏面に発熱体３５を設けると共に、４本の白金リ
ート線１２４．１２５，１３４，１３５の先端をのせた
アルミナシートよりなる保ＦＪＪ層３６を４ｈ層する。
このとき、リード線１３４，１３５は発熱体３５の各端
部と各々接続し、リート線１２４，１２５は絶縁基板２
２に設けた貫通孔ｚｚａ、ｚｚｂに落した白金ペースト
を介して各々第１電極２４および第２電極２５と焼成後
に電気的に接続しうるようにして、上記積層体を焼成す
ることにより発熱体３５を備えた酸素センサセル２６を
得たのち、前記酸素ポンプセル３３の部分と酸素センサ
セル２６の部分とを接着することによって空燃比センサ
４１を得る。
部と各々接続し、リート線１２４，１２５は絶縁基板２
２に設けた貫通孔ｚｚａ、ｚｚｂに落した白金ペースト
を介して各々第１電極２４および第２電極２５と焼成後
に電気的に接続しうるようにして、上記積層体を焼成す
ることにより発熱体３５を備えた酸素センサセル２６を
得たのち、前記酸素ポンプセル３３の部分と酸素センサ
セル２６の部分とを接着することによって空燃比センサ
４１を得る。
第７図は第４図にツバす空燃比センサ４１の結線の一例
を示す図であって、酸素センサセル２６側の第ｔｉ［板
２４と第２電極２５の間にリード線１２４．１２５を介
して抵抗計３８を接続するとともに、酸素ポンプセル３
３側の第３電極３１と第４電８ｉ３２との間にリード線
１３１，１３２を介してポンプ電源３夕を接続する。
を示す図であって、酸素センサセル２６側の第ｔｉ［板
２４と第２電極２５の間にリード線１２４．１２５を介
して抵抗計３８を接続するとともに、酸素ポンプセル３
３側の第３電極３１と第４電８ｉ３２との間にリード線
１３１，１３２を介してポンプ電源３夕を接続する。
そこで、ポンプ電源３２からポンプ電流を流さないとき
には、ガス拡散制御空間３０に流入した被７１１１１定
カス中の酸素濃度に応じて前記遷移金属酸化物２３の抵
抗値が変化して第８図の曲線Ａに示すような当量比（空
気過剰率）入＝１イづ近で急激に抵抗（ｉｔＩが変化す
る特性が抵抗計３８によって測定される。
には、ガス拡散制御空間３０に流入した被７１１１１定
カス中の酸素濃度に応じて前記遷移金属酸化物２３の抵
抗値が変化して第８図の曲線Ａに示すような当量比（空
気過剰率）入＝１イづ近で急激に抵抗（ｉｔＩが変化す
る特性が抵抗計３８によって測定される。
一方、ポンプ電源３２よりポンプ電流を１ 方向に流し
たときには、固体電解質２８内で第３電極３１から第４
電極３２の方向に酸素イオンが流れて第３電極３１の近
傍で酸素が消費される。したがって、リーン雰囲気であ
ってもガス拡散制御空間３０内の酸素が不足の状ＩＥと
なるため、遷移金属酸化物２３近傍の酸素間は被測定カ
ス中の酸素量よりも少なくなり、それゆえｔ５８図に示
す曲線Ａがリーン側にずれた曲Ｖｊ、Ｈに示す抵抗値変
化特性となり、リーン側での空燃比制御に適する空燃比
センサとなる。
たときには、固体電解質２８内で第３電極３１から第４
電極３２の方向に酸素イオンが流れて第３電極３１の近
傍で酸素が消費される。したがって、リーン雰囲気であ
ってもガス拡散制御空間３０内の酸素が不足の状ＩＥと
なるため、遷移金属酸化物２３近傍の酸素間は被測定カ
ス中の酸素量よりも少なくなり、それゆえｔ５８図に示
す曲線Ａがリーン側にずれた曲Ｖｊ、Ｈに示す抵抗値変
化特性となり、リーン側での空燃比制御に適する空燃比
センサとなる。
他方、ポンプ電源３２よりポンプ電流をｉ一方向に流し
たときには、前記とは反対に固体電解質２８内で第４電
極３２から第３電極３１の方向に酸素イオンが流れて第
３電極３１近傍で酸素過剰の状態となる。したがって、
リッチ雰囲気であっても遷移金属酸化物２３近傍の酸素
基は被測定カス中の酸素量よりも多くなるため、第８図
に示す曲ｖｊ、Ａがリッチ側にずれた曲線Ｃに示す抵抗
イｌＩ′１変化特性となり、リッチ側での空燃比制御に
適する空燃比センサとなる。
たときには、前記とは反対に固体電解質２８内で第４電
極３２から第３電極３１の方向に酸素イオンが流れて第
３電極３１近傍で酸素過剰の状態となる。したがって、
リッチ雰囲気であっても遷移金属酸化物２３近傍の酸素
基は被測定カス中の酸素量よりも多くなるため、第８図
に示す曲ｖｊ、Ａがリッチ側にずれた曲線Ｃに示す抵抗
イｌＩ′１変化特性となり、リッチ側での空燃比制御に
適する空燃比センサとなる。
また、上記の空燃比センサ４１を使用する他の例として
は、遷移金属酸化物２３の抵抗値が一定となるようなポ
ンプ電流をめることによって空燃比を検出することも可
能であり、この場合には第９図に示すような特性となる
。
は、遷移金属酸化物２３の抵抗値が一定となるようなポ
ンプ電流をめることによって空燃比を検出することも可
能であり、この場合には第９図に示すような特性となる
。
第１０図は−１−記したポンプ電流をめることによって
空燃比を検出する方式とした場合の空燃比制御回路の一
例を示す図であって、差動増幅器５１の一力には基へ１
８電圧発生回路５２から基準電圧を入力すると共に、差
動増幅器５１の他方には前記遷移金属酸化物２３の抵抗
イブ１変化を温度補償用抵抗（被測定ガス中の酸素濃度
によって抵抗（／ｉが変化しないように例えば緻密層で
被Ｙａシたもの）５３と直列に接続して電圧Ｖを印加す
ることにより電圧変化に転換した電圧を人力する。また
、差動増幅器５１の出力は第４電極３２に接続され、第
３電極３１はポンプ電流の変化として端子Ｐを紅て例え
ばエンジンの空燃比制御回路に入力される。
空燃比を検出する方式とした場合の空燃比制御回路の一
例を示す図であって、差動増幅器５１の一力には基へ１
８電圧発生回路５２から基準電圧を入力すると共に、差
動増幅器５１の他方には前記遷移金属酸化物２３の抵抗
イブ１変化を温度補償用抵抗（被測定ガス中の酸素濃度
によって抵抗（／ｉが変化しないように例えば緻密層で
被Ｙａシたもの）５３と直列に接続して電圧Ｖを印加す
ることにより電圧変化に転換した電圧を人力する。また
、差動増幅器５１の出力は第４電極３２に接続され、第
３電極３１はポンプ電流の変化として端子Ｐを紅て例え
ばエンジンの空燃比制御回路に入力される。
このような回路構成において、例えば被測定ガス中の酸
素濃度が高く（すなわち空気過剰のり−ン雰囲気）なっ
て第８図に示すように遷移金属醇化物２３の抵抗値が大
きくなると、差動増幅器５１の一方に人力されるｉＩｔ
圧は温度補償用抵抗５３との分圧となるため低くなって
ノ１（準電圧よりも小さくなり、この結果差動増幅器５
１の出力がｊＦ側に大となり、第４電８１３２から第３
電極３１へと流れるポンプ電流が太きくなる０反対に、
被測定ガス中の酸素濃度が低く（すなわち燃料過剰のリ
ッチ雰囲気）なって第８図に示すように遷移金属酸化物
２３の抵抗値が小さくなると、差動増幅器５１の一方に
入力される電圧は前記とは反対に高くなって基準電圧よ
りも大きくなり、差動増幅器５１の出力が反転して第３
′＠極３１から第４電極３２へと波れるポンプ″Ｉｒ！
、流が大きくなり、第９図に示したような特性が得られ
、このポンプ７Ｆ流によって自動車エンジンの燃焼制御
を行う。
素濃度が高く（すなわち空気過剰のり−ン雰囲気）なっ
て第８図に示すように遷移金属醇化物２３の抵抗値が大
きくなると、差動増幅器５１の一方に人力されるｉＩｔ
圧は温度補償用抵抗５３との分圧となるため低くなって
ノ１（準電圧よりも小さくなり、この結果差動増幅器５
１の出力がｊＦ側に大となり、第４電８１３２から第３
電極３１へと流れるポンプ電流が太きくなる０反対に、
被測定ガス中の酸素濃度が低く（すなわち燃料過剰のリ
ッチ雰囲気）なって第８図に示すように遷移金属酸化物
２３の抵抗値が小さくなると、差動増幅器５１の一方に
入力される電圧は前記とは反対に高くなって基準電圧よ
りも大きくなり、差動増幅器５１の出力が反転して第３
′＠極３１から第４電極３２へと波れるポンプ″Ｉｒ！
、流が大きくなり、第９図に示したような特性が得られ
、このポンプ７Ｆ流によって自動車エンジンの燃焼制御
を行う。
第１１図はこの発明のさらに他の実施例を示す図であっ
て、この空燃比センサ６１は、平板状の絶縁基板２２の
」二面に、酸素濃度の変化に対応して電気抵抗が変化す
る遷移金属酸化物２３を積層すると共に、前記遷移金属
酸化物２３の電気抵抗の変化を取り出す第１電極２４お
よび第２電極２５を設けて酸素センサセル２６を形成し
、この酸素センサセル２６をガス囲繞体としてのキャッ
プ状酸素イオン伝導性固体電解質２８で囲んだ状態とし
て、前記酸素センサセル２６と固体電解質（ガス囲繞体
）２８との間でガス拡散制御空間３０を形成し、前記固
体電解質２８の中央部分に前記ガス拡散制御空間３０を
被測定雰囲気と連通させる小孔状開口部３４を設けると
共に、前記間［１部３４のすわりでかつ前記固体電解質
２８の両面に環状の第３電極３１と第４電極３２とを設
けて酸素ポンプセル３３を形成させた構成を有するもの
であり、このような構成としたときにも第３図および第
４図に示す空燃比センサ２１．４１と同様の作用効果を
得ることができる。
て、この空燃比センサ６１は、平板状の絶縁基板２２の
」二面に、酸素濃度の変化に対応して電気抵抗が変化す
る遷移金属酸化物２３を積層すると共に、前記遷移金属
酸化物２３の電気抵抗の変化を取り出す第１電極２４お
よび第２電極２５を設けて酸素センサセル２６を形成し
、この酸素センサセル２６をガス囲繞体としてのキャッ
プ状酸素イオン伝導性固体電解質２８で囲んだ状態とし
て、前記酸素センサセル２６と固体電解質（ガス囲繞体
）２８との間でガス拡散制御空間３０を形成し、前記固
体電解質２８の中央部分に前記ガス拡散制御空間３０を
被測定雰囲気と連通させる小孔状開口部３４を設けると
共に、前記間［１部３４のすわりでかつ前記固体電解質
２８の両面に環状の第３電極３１と第４電極３２とを設
けて酸素ポンプセル３３を形成させた構成を有するもの
であり、このような構成としたときにも第３図および第
４図に示す空燃比センサ２１．４１と同様の作用効果を
得ることができる。
第１２図に示す空燃比センサ８１は、第１１図に示す空
燃比センサ６１において、酸素センサセル２６を囲むガ
ス囲繞体８８を平板状の酸素イオン伝導性固体電解質８
８ａと外周部分を形成する緻密質隔壁８８ｂとから形成
し、緻密質隔壁８８ｂに前記ガス拡散制御空間３０を被
測定′ｌｆ囲気と連通させる開口部８４を設けたもので
ある。
燃比センサ６１において、酸素センサセル２６を囲むガ
ス囲繞体８８を平板状の酸素イオン伝導性固体電解質８
８ａと外周部分を形成する緻密質隔壁８８ｂとから形成
し、緻密質隔壁８８ｂに前記ガス拡散制御空間３０を被
測定′ｌｆ囲気と連通させる開口部８４を設けたもので
ある。
第１３図はこの発明のさらに他の実施例を小才図であっ
て、図に示す空燃比センサ２１は、酸素ポンプセル３３
を構成する第４電極３２を密閉枠２２で取り囲み、密閉
枠９２の内部を外気と連通させた大気室２３に形成した
場合を示している。
て、図に示す空燃比センサ２１は、酸素ポンプセル３３
を構成する第４電極３２を密閉枠２２で取り囲み、密閉
枠９２の内部を外気と連通させた大気室２３に形成した
場合を示している。
ここで、第３図に示す構造の空燃比センサ２１において
は、リッチ雰囲気のときに第３電極３１から第４電極３
２に向けてポンプ電流を疏すと、雰囲気中の酸素が不足
しているため、前記雰囲気中のＣＯから酸素を分解して
固体電解質２８を介してガス拡散制御空間３０に酸素を
送り込むので、第４電極３２の表面に炭素が信性して電
極を劣化させることとなるが、第１３図に示す空燃比セ
ンサ２１では第４電極３２が常に大気と接触しているた
め、リッチ雰囲気であっても電極劣化の心配がまったく
ないものとなる。
は、リッチ雰囲気のときに第３電極３１から第４電極３
２に向けてポンプ電流を疏すと、雰囲気中の酸素が不足
しているため、前記雰囲気中のＣＯから酸素を分解して
固体電解質２８を介してガス拡散制御空間３０に酸素を
送り込むので、第４電極３２の表面に炭素が信性して電
極を劣化させることとなるが、第１３図に示す空燃比セ
ンサ２１では第４電極３２が常に大気と接触しているた
め、リッチ雰囲気であっても電極劣化の心配がまったく
ないものとなる。
第１４図は第１３図に示す空燃比センサ２１において、
絶縁保持体２７の代わりに第４図の空燃比センサ４１と
同様にスペーサ３７を用いた場合の斜視図であり、第１
５図は第１４図に示す空燃比センサ２１の分解斜視図で
あって、この空燃比センサ２１を製造するに際しては前
述の第６図をもとに説明した要領で行えばよく、固体電
解質２８に例えば緻密質セラミックスからなる密閉枠２
２を固着する工程を加えればよい。
絶縁保持体２７の代わりに第４図の空燃比センサ４１と
同様にスペーサ３７を用いた場合の斜視図であり、第１
５図は第１４図に示す空燃比センサ２１の分解斜視図で
あって、この空燃比センサ２１を製造するに際しては前
述の第６図をもとに説明した要領で行えばよく、固体電
解質２８に例えば緻密質セラミックスからなる密閉枠２
２を固着する工程を加えればよい。
第１６図はこの発明のさらに他の実施例を示す図であっ
て、この空燃比センサ１０１は、第１３図に小す空燃比
センサ２１の開「１部３４に多孔質保護層１０２を設け
た場合を示している。
て、この空燃比センサ１０１は、第１３図に小す空燃比
センサ２１の開「１部３４に多孔質保護層１０２を設け
た場合を示している。
第１７図はこの発明のさらに他の実施例を示す図であっ
て、この空燃比センサ１２１は、酸素ボンブヤル３３を
構成する固体電解質２８を構造基体として用い、この固
体電解質２８の上面にガス囲繞体１２８を設けてガス囲
繞体１２８内にガス拡散制御空間３０を形成し、前記ガ
ス囲繞体１２８の中央部分に、前記ガス拡散制御空間３
０を被測定雰囲気と連通ずる開１１部３４を設けると共
に、この開口部３４のまわりでかつガス拡１１に制御空
間３０内に環状の遷移金属酸化物２３と第１電極２４お
よび第２電極２５を設けて酸素センサセル２６を構成し
たものである。
て、この空燃比センサ１２１は、酸素ボンブヤル３３を
構成する固体電解質２８を構造基体として用い、この固
体電解質２８の上面にガス囲繞体１２８を設けてガス囲
繞体１２８内にガス拡散制御空間３０を形成し、前記ガ
ス囲繞体１２８の中央部分に、前記ガス拡散制御空間３
０を被測定雰囲気と連通ずる開１１部３４を設けると共
に、この開口部３４のまわりでかつガス拡１１に制御空
間３０内に環状の遷移金属酸化物２３と第１電極２４お
よび第２電極２５を設けて酸素センサセル２６を構成し
たものである。
第１８図はこの発明のさらに他の実施例を示す図であっ
て、図に示す空燃比センサ１４１は、第１７図に示す空
燃比センサ１２１におけるカス拡散制御空間３０に相当
する部分を多数の微少空間が連通した多孔質体１４２か
ら形成し、遷移金属酸化物２３が前記多孔質体１４２と
接触する以外の部分を緻密層１４３で被覆して遷移金属
酸化物２３に被測定ガスが直接触れないようにした構成
を有するものである。また、第１９図に小す空燃比セン
サ１５１は、第１８図に示す遷移金属酸化物２３を第２
電極３１と同じ固体電解質２８の表面に設けて前記第２
電極３１で囲むようにした構成を有するものである。
て、図に示す空燃比センサ１４１は、第１７図に示す空
燃比センサ１２１におけるカス拡散制御空間３０に相当
する部分を多数の微少空間が連通した多孔質体１４２か
ら形成し、遷移金属酸化物２３が前記多孔質体１４２と
接触する以外の部分を緻密層１４３で被覆して遷移金属
酸化物２３に被測定ガスが直接触れないようにした構成
を有するものである。また、第１９図に小す空燃比セン
サ１５１は、第１８図に示す遷移金属酸化物２３を第２
電極３１と同じ固体電解質２８の表面に設けて前記第２
電極３１で囲むようにした構成を有するものである。
第２０図はこの発明のさらに他の実施例を小す図であっ
て、図に示す空燃比センサ１６１は第３図にｉｆ’ｚシ
た空燃比センサ２１の変形であり、絶縁ノ１（板２２の
両面に各々第１．第２遷移金属酸化物２３ａ、２３ｂを
形成し、それぞれに第１電極２４ａ 、２４ｂおよび第
２電極２５ａ、２５ｂを設けて、酸素ポンプセル３３と
対向する側を酸素センサセル２６にすると共にその反対
側を温度補償用セル１６２にし、温度補償用セル１６２
の抵抗値が被測定雰囲気中の酸素濃度に影響されないよ
うに緻密層１６３を被覆した構成を有し、酸素センサセ
ル２６側の第２電８ｉ２５ａに定電圧源（Ｖｏ）１６４
を接続すると共に温度補償用セル１６２側の＆１２電極
２５ｂを接地し、酸素センサセル２６側および温度補償
用セル１６２側の両第１電極２４ａ、２４ｂを接続して
この接続部分を電圧計１６５に接続して使用する。
て、図に示す空燃比センサ１６１は第３図にｉｆ’ｚシ
た空燃比センサ２１の変形であり、絶縁ノ１（板２２の
両面に各々第１．第２遷移金属酸化物２３ａ、２３ｂを
形成し、それぞれに第１電極２４ａ 、２４ｂおよび第
２電極２５ａ、２５ｂを設けて、酸素ポンプセル３３と
対向する側を酸素センサセル２６にすると共にその反対
側を温度補償用セル１６２にし、温度補償用セル１６２
の抵抗値が被測定雰囲気中の酸素濃度に影響されないよ
うに緻密層１６３を被覆した構成を有し、酸素センサセ
ル２６側の第２電８ｉ２５ａに定電圧源（Ｖｏ）１６４
を接続すると共に温度補償用セル１６２側の＆１２電極
２５ｂを接地し、酸素センサセル２６側および温度補償
用セル１６２側の両第１電極２４ａ、２４ｂを接続して
この接続部分を電圧計１６５に接続して使用する。
第２１図は第２０図の等価回路であり、ＲＩＯは酸素セ
ンサ２６側の第１Ｂ移金属酸化物２３ａの抵抗値、Ｒ１
１は温度補償用セル１６２側の第２遷移金属酸化物２３
ｂの抵抗イ＋ｔ４を示す。そして、前記第１遷移金属醇
化物２３ａの４１１１．抗仙Ｒ３゜は被測定雰囲気中の
酸素濃度変化に対１もして第８図に示したような特性で
変化するか、この抵抗値ＲＩＯは雰囲気温度によって第
２２図に小すように変化する。そのため、正確な空燃比
の検出が困難となる。一方、第２８移金属醇化物２３ｂ
の抵抗値１（１１も雰囲気温度変化に対しては第１遷移
金属酸化物２３ａとほぼ同様に変化するので、この実施
例の回路構成とした場合にはで急激に変化する特性とな
り、両抵抗＆ｉ Ｒ、。。
ンサ２６側の第１Ｂ移金属酸化物２３ａの抵抗値、Ｒ１
１は温度補償用セル１６２側の第２遷移金属酸化物２３
ｂの抵抗イ＋ｔ４を示す。そして、前記第１遷移金属醇
化物２３ａの４１１１．抗仙Ｒ３゜は被測定雰囲気中の
酸素濃度変化に対１もして第８図に示したような特性で
変化するか、この抵抗値ＲＩＯは雰囲気温度によって第
２２図に小すように変化する。そのため、正確な空燃比
の検出が困難となる。一方、第２８移金属醇化物２３ｂ
の抵抗値１（１１も雰囲気温度変化に対しては第１遷移
金属酸化物２３ａとほぼ同様に変化するので、この実施
例の回路構成とした場合にはで急激に変化する特性とな
り、両抵抗＆ｉ Ｒ、。。
Ｒ１１の温度特性の差にもとずくこぐわずかな影素ポン
プセル２６の作動状況によって異なり、反流は当量比の
変化に対して第９図に示したように変化し、このポンプ
電流により当量比を検出することができ、温度により影
響を受けない空燃比センサとして作動する。
プセル２６の作動状況によって異なり、反流は当量比の
変化に対して第９図に示したように変化し、このポンプ
電流により当量比を検出することができ、温度により影
響を受けない空燃比センサとして作動する。
（発明の効果）
以１．説明してきたように、この発明による空燃比セン
サは、酸素濃度の変化に対応して電気抵抗が変化する遷
移金属酸化物に前記電気抵抗の変化を取り出す第１電極
および第２電極を設けた酸素センサセルをガス囲繞体で
囲んで前記酸素センサセルとカス囲繞体との間でガス拡
散制御空間を形成し、前記ガス囲繞体の少なくとも一部
を酸素イオン伝導性固体電解質から形成して前記酸素イ
オン伝導性固体電解質と共に酸素ポンプセルを構成する
第３電極および第４電極を設け、前記ガス拡散制御空間
を被測足算囲気と連通させる構成としたから、リッチ側
からリーン側までの広い範囲の空燃比を従来のようにリ
ッチ側であるかリーン側であるかの判別回路を用いるこ
となく検出することかできるという非常に優れた効果を
もたらすものである。
サは、酸素濃度の変化に対応して電気抵抗が変化する遷
移金属酸化物に前記電気抵抗の変化を取り出す第１電極
および第２電極を設けた酸素センサセルをガス囲繞体で
囲んで前記酸素センサセルとカス囲繞体との間でガス拡
散制御空間を形成し、前記ガス囲繞体の少なくとも一部
を酸素イオン伝導性固体電解質から形成して前記酸素イ
オン伝導性固体電解質と共に酸素ポンプセルを構成する
第３電極および第４電極を設け、前記ガス拡散制御空間
を被測足算囲気と連通させる構成としたから、リッチ側
からリーン側までの広い範囲の空燃比を従来のようにリ
ッチ側であるかリーン側であるかの判別回路を用いるこ
となく検出することかできるという非常に優れた効果を
もたらすものである。
第１図は従来の空燃比センサの模式的断面図、第２図は
第１図の空燃比センサの当量比−ポンプ電流関係図、第
３図および第４図はこの発明の各実施例による空燃比セ
ンサの模式的断面図、第５図および第６図は第４図に示
す空燃比センサの各々斜視図および分解説明図、第７図
は第４図に示す空燃比センサの結線の一例を示す説明図
、第８図および第９図は第４図の空燃比センサの出力特
性を示す説明図、第１Ｏ図は空燃比制御回路の一例を示
す説明図、第１１図ないし第１３図はこの発明のさらに
他の実施例による空燃比センサの模式的断面図、第１４
図および第１５図は第１３図に示す空燃比センサの各々
斜視図および分解説明図、第１６図ないし第２０図はこ
の発明のさらに他の実施例による空燃比センサの模式的
断面図、第２１図は第２０図に示す空燃比センサの結線
における等価回路図、第２２図は遷移金属酸化物の温度
による抵抗値変化を示す説明図、第２３図は第２１図の
回路における電圧比変化を示す説明図である。 ２１．４１，６１，８１，９１，１０１゜１２１．１４
１，１５１，１６１・・・空燃比センサ ２２・・・絶縁ス（板 ２３．２３ａ、２３ｂ・・・遷移金属酸化物２４．２４
ａ、２４ｂ−＆ｉｌ電極 ２５．２５ａ、２５ｂ・−・）９２電極２６・・・酸素
センサセル ２８・・・酸素イオン伝導性固体電解質（カス囲繞体） ３０・・・ガス拡散制御空間 ３１・・・第３電極 ３２・・・第４電極 ３３・・・酸素ポンプセル ３４ 、８４・・・開「１部 ３５・・・発熱体 ８８．１２８・・・カス囲繞体 ２３・・・大気室 １４２・・・多孔質体（ガス拡散制御空間）１６２・・
・温度補償用セル 特４１出願人 １１産自動車株式会社 代理人ブｒ理士 小 塩 豊 １ 第３図 第４図 第１０図 第１１図 ！ 、几ｊ／″″ 第１４図 第２１図 第２３図 手続補正書 昭和５９年１１月２６日 特許庁長官 清、賀 学 殿 ２、発明の名称 空燃比センサ ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 氏名（名称） （３９ｉ１１） 日産自動車株式会社４
、代理人 住所（居所）〒１０４東京都中央区銀座二丁目８番９号
木挽館銀座ビル 電話０３（５１３７）２７８１番（代
表）６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄、図面の第１Ｏ図８、補
正の内容 別紙のとおり １、明細書第１４頁第１５行の「Ｃ○から酸素を分解し
て」をｒｃｏ 、ＣＯ７、Ｈ２Ｏ等から酸素を分解して
」に補正する。 ２、図面の第１Ｏ図の別紙のとおり補正する。 以 １− 代理人弁理士 小 塩 豊
第１図の空燃比センサの当量比−ポンプ電流関係図、第
３図および第４図はこの発明の各実施例による空燃比セ
ンサの模式的断面図、第５図および第６図は第４図に示
す空燃比センサの各々斜視図および分解説明図、第７図
は第４図に示す空燃比センサの結線の一例を示す説明図
、第８図および第９図は第４図の空燃比センサの出力特
性を示す説明図、第１Ｏ図は空燃比制御回路の一例を示
す説明図、第１１図ないし第１３図はこの発明のさらに
他の実施例による空燃比センサの模式的断面図、第１４
図および第１５図は第１３図に示す空燃比センサの各々
斜視図および分解説明図、第１６図ないし第２０図はこ
の発明のさらに他の実施例による空燃比センサの模式的
断面図、第２１図は第２０図に示す空燃比センサの結線
における等価回路図、第２２図は遷移金属酸化物の温度
による抵抗値変化を示す説明図、第２３図は第２１図の
回路における電圧比変化を示す説明図である。 ２１．４１，６１，８１，９１，１０１゜１２１．１４
１，１５１，１６１・・・空燃比センサ ２２・・・絶縁ス（板 ２３．２３ａ、２３ｂ・・・遷移金属酸化物２４．２４
ａ、２４ｂ−＆ｉｌ電極 ２５．２５ａ、２５ｂ・−・）９２電極２６・・・酸素
センサセル ２８・・・酸素イオン伝導性固体電解質（カス囲繞体） ３０・・・ガス拡散制御空間 ３１・・・第３電極 ３２・・・第４電極 ３３・・・酸素ポンプセル ３４ 、８４・・・開「１部 ３５・・・発熱体 ８８．１２８・・・カス囲繞体 ２３・・・大気室 １４２・・・多孔質体（ガス拡散制御空間）１６２・・
・温度補償用セル 特４１出願人 １１産自動車株式会社 代理人ブｒ理士 小 塩 豊 １ 第３図 第４図 第１０図 第１１図 ！ 、几ｊ／″″ 第１４図 第２１図 第２３図 手続補正書 昭和５９年１１月２６日 特許庁長官 清、賀 学 殿 ２、発明の名称 空燃比センサ ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 氏名（名称） （３９ｉ１１） 日産自動車株式会社４
、代理人 住所（居所）〒１０４東京都中央区銀座二丁目８番９号
木挽館銀座ビル 電話０３（５１３７）２７８１番（代
表）６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄、図面の第１Ｏ図８、補
正の内容 別紙のとおり １、明細書第１４頁第１５行の「Ｃ○から酸素を分解し
て」をｒｃｏ 、ＣＯ７、Ｈ２Ｏ等から酸素を分解して
」に補正する。 ２、図面の第１Ｏ図の別紙のとおり補正する。 以 １− 代理人弁理士 小 塩 豊
Claims (3)
- （１）酸素濃度の変化に対応して電気抵抗が変化する遷
移金属酸化物に前記電気抵抗の変化を取り出す第１電極
および第２電極を設けた酸素センサセルをガス囲繞体で
囲んで前記酸素センサセルとガス囲繞体との間でガス拡
散制御空間を形成し、前記ガス囲繞体の少なくとも一部
を酸素イオン伝導性固体電解質から形成して前記酸素イ
オン伝導性固体電解質と共に酸素ポンプセルを構成する
第３電極および第４電極を設け、前記ガス拡散制御空間
を被測定雰囲気と連通させたことを特徴とする空燃比セ
ンサ。 - （２）酸素イオン伝導性固体電解質に設けた第３電極を
ガス拡散制御空間に接触させると共に第４電極を大気と
接触させるようにした特許請求の範囲第（１）項記載の
空燃比センサ。 - （３）遷移金属酸化物を被測定雰囲気に接触可能な第１
遷移金属酸化物と被Ａ１１１定雰囲気に接触不可能な第
２遷移金属酸化物とから形成し、前記１＋１４遷移金属
酸化物の電気抵抗比変化を取り出すようにした特許請求
の範囲第（１）項または第（２Ｅ／ｉのいずれかに記載
の空燃比センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59093629A JPS60236056A (ja) | 1984-05-09 | 1984-05-09 | 空燃比センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59093629A JPS60236056A (ja) | 1984-05-09 | 1984-05-09 | 空燃比センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60236056A true JPS60236056A (ja) | 1985-11-22 |
Family
ID=14087616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59093629A Pending JPS60236056A (ja) | 1984-05-09 | 1984-05-09 | 空燃比センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60236056A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62218851A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-26 | Japan Electronic Control Syst Co Ltd | 内燃機関用酸素センサ |
| JPS62249046A (ja) * | 1986-04-22 | 1987-10-30 | Japan Electronic Control Syst Co Ltd | 内燃機関用酸素センサ |
| JPS6311847A (ja) * | 1986-07-01 | 1988-01-19 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比検出素子及びその製造方法 |
| US4772376A (en) * | 1986-03-11 | 1988-09-20 | Nissan Motor Co., Ltd. | Air/fuel ratio sensor having oxygen sensor cell and oxygen pump cell |
| EP0709668A3 (en) * | 1994-10-24 | 1997-09-10 | Ngk Insulators Ltd | Method and apparatus for measuring the concentration of the components of a gas |
-
1984
- 1984-05-09 JP JP59093629A patent/JPS60236056A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4772376A (en) * | 1986-03-11 | 1988-09-20 | Nissan Motor Co., Ltd. | Air/fuel ratio sensor having oxygen sensor cell and oxygen pump cell |
| JPS62218851A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-26 | Japan Electronic Control Syst Co Ltd | 内燃機関用酸素センサ |
| JPS62249046A (ja) * | 1986-04-22 | 1987-10-30 | Japan Electronic Control Syst Co Ltd | 内燃機関用酸素センサ |
| JPS6311847A (ja) * | 1986-07-01 | 1988-01-19 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比検出素子及びその製造方法 |
| EP0709668A3 (en) * | 1994-10-24 | 1997-09-10 | Ngk Insulators Ltd | Method and apparatus for measuring the concentration of the components of a gas |
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