JPS6091251A - 空燃比センサ - Google Patents
空燃比センサInfo
- Publication number
- JPS6091251A JPS6091251A JP58199060A JP19906083A JPS6091251A JP S6091251 A JPS6091251 A JP S6091251A JP 58199060 A JP58199060 A JP 58199060A JP 19906083 A JP19906083 A JP 19906083A JP S6091251 A JPS6091251 A JP S6091251A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air
- fuel ratio
- electrodes
- ratio sensor
- diffusion
- 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
Links
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
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (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】
〔発明の利用分野〕
本発明は燃焼機関へ供給される空気と燃料の割合即ち空
燃比を検出する空燃比センサに係バ特に自動車エンジン
の空燃比をリーン領域まで制御するに好適な空燃比セン
サに関する。
燃比を検出する空燃比センサに係バ特に自動車エンジン
の空燃比をリーン領域まで制御するに好適な空燃比セン
サに関する。
自動車エンジンの燃料消費と排気ガスを改善するため、
供給混合気の空燃比を所副理論空燃比からリーン空燃比
まで広範囲に制御する方法が従来から種々提案されてお
シ、リーン領域までの空燃比を正確迅速に検出できる空
燃比センサが要求されている。
供給混合気の空燃比を所副理論空燃比からリーン空燃比
まで広範囲に制御する方法が従来から種々提案されてお
シ、リーン領域までの空燃比を正確迅速に検出できる空
燃比センサが要求されている。
この目的を達成する方法としての従来の提案の一つとし
て、例えば、特開昭５５−１１６２４８号に示されたよ
うに隔膜層、基準電極層、酸素イオン伝導性固体電解質
層および測定電極層を順次積層し、前記固体電解質層ま
たは隔膜層のいずれか一方を焼成後ガス透過性体とした
ものがある。
て、例えば、特開昭５５−１１６２４８号に示されたよ
うに隔膜層、基準電極層、酸素イオン伝導性固体電解質
層および測定電極層を順次積層し、前記固体電解質層ま
たは隔膜層のいずれか一方を焼成後ガス透過性体とした
ものがある。
この従来方式ではガス透過性体の微孔群を通る酸素分子
の拡散律速を利用しているため、焼成抜気孔率、気孔容
積およびその分布などを一定にする必要がある。しかる
にこれらの諸元は未焼成原料粉末の配合成分、粒径分布
、充填率、結合剤、分散剤、溶剤、脱気、乾燥および焼
成条件など幾多の要因が微妙に影響し、所望の拡散律速
のガス透過性体とすることが容易でガく、とくに大量生
産時に均質なものを得ることが困難であるという欠点が
あった。
の拡散律速を利用しているため、焼成抜気孔率、気孔容
積およびその分布などを一定にする必要がある。しかる
にこれらの諸元は未焼成原料粉末の配合成分、粒径分布
、充填率、結合剤、分散剤、溶剤、脱気、乾燥および焼
成条件など幾多の要因が微妙に影響し、所望の拡散律速
のガス透過性体とすることが容易でガく、とくに大量生
産時に均質なものを得ることが困難であるという欠点が
あった。
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、自動車エンジン用として要求される低消
費電力、高応答性、均質性、高信頼性を備えたり一ン領
域まで検出できる小型軽量で量産可能な空燃比センサを
提供するにある。
するところは、自動車エンジン用として要求される低消
費電力、高応答性、均質性、高信頼性を備えたり一ン領
域まで検出できる小型軽量で量産可能な空燃比センサを
提供するにある。
本発明は酸素イオン伝導性固体電解質の両面に電子伝導
性でしかも酸素分子の吸着解離能を有する一対の電極を
備え、この一対の電極のうちの一方の電極を囲むように
ガス拡散孔を有する基準空間室を形成し、前記電極の面
積を５〜１０平方瓢、前記拡散孔の長さを０．１〜２閣
、この拡散孔の通気面積を０．００２〜０．１３平方■
とし、さらにこの拡散孔の長さをｌｒｒｒｍとしたとき
拡散孔面積と前記電極面積の比が（５〜？）７Ｘ１０−
３になるようにし、さらにまた基準空間室の深さを０．
０６ｍｍ以下になるようにして空燃比センサを構成する
ことによシ、所期の目的を達成するようになしたもので
ある。
性でしかも酸素分子の吸着解離能を有する一対の電極を
備え、この一対の電極のうちの一方の電極を囲むように
ガス拡散孔を有する基準空間室を形成し、前記電極の面
積を５〜１０平方瓢、前記拡散孔の長さを０．１〜２閣
、この拡散孔の通気面積を０．００２〜０．１３平方■
とし、さらにこの拡散孔の長さをｌｒｒｒｍとしたとき
拡散孔面積と前記電極面積の比が（５〜？）７Ｘ１０−
３になるようにし、さらにまた基準空間室の深さを０．
０６ｍｍ以下になるようにして空燃比センサを構成する
ことによシ、所期の目的を達成するようになしたもので
ある。
以下本発明に係る空燃比センサの一実施例を図面を参照
して説明する。
して説明する。
第１図、第２図および第３図に本発明の一実施例を示す
。第１図はその基本的な構成を示し酸素イオン伝導性固
体電解質体１の両面に酸素分子の吸着解離能を有する一
対の電子伝導性電極２および３が配設されておシ、この
一対の電極２，３のうちの一方の電極２を囲む遮へい体
４が設けられている。この遮へい体４の一部には拡散孔
５が形成されておシ、また前記電極３よシ前記電極２へ
電流を供給する電源６とこの電流を測定するための電流
計７が設けられている。前記電極２を囲む遮へい体４の
内部には空間８が形成されており、また該遮へい体４中
には発熱層９が埋設されている。
。第１図はその基本的な構成を示し酸素イオン伝導性固
体電解質体１の両面に酸素分子の吸着解離能を有する一
対の電子伝導性電極２および３が配設されておシ、この
一対の電極２，３のうちの一方の電極２を囲む遮へい体
４が設けられている。この遮へい体４の一部には拡散孔
５が形成されておシ、また前記電極３よシ前記電極２へ
電流を供給する電源６とこの電流を測定するための電流
計７が設けられている。前記電極２を囲む遮へい体４の
内部には空間８が形成されており、また該遮へい体４中
には発熱層９が埋設されている。
第２図は第１図の電極３側よシ見た平面図であシ、第３
図は第１図の構成部材の分解斜視図である。両図に示す
ようにセンサ素子全体は短冊形の各部材よシなシ、長手
方向の一端には検出部、他端にはリード引出部が形成さ
れている。前記固体電解質体１および前記遮へい体４を
構成する部材４ａ、４ｂのうち４ａにはそれぞれリード
引出し用のスルーホール１０ａ、１０ｂが形成されてお
シ、導体ペースト好ましくは白金ペーストによシ前記固
体電解質体１の前記電極３側の面に引出されるようにな
っている。この固体電解質体ｌおよび前記遮へい体４を
構成する部材４ａ、４ｂはいずれも、イツトリア６ｍｏ
ｔ％とジルコニア９４ｍｒｓ ／ ｔｔＬ ム？Ｒム
Ａ：Ａｍ ｆｉ ＩＪＬ ｌ ４ ｆｆｉ ン！ｅ！：
ｃ Ｍ ｆｉ散剤、結合剤、可そ剤、溶剤をそれぞれ配
合し、グリーンシートに成形してなっている。前記を極
２．３および発熱層９には白金ペーストを、この発熱層
９の上下に設けられた絶縁層９ ａ ＋ ９ ｂにはア
ルミナ粉末ペーストを、また焼成後基準空間８を形成す
る部材８ａにはエチル七ルローズなどの有機バインダを
ペースト状としてそれぞれ用いている。
図は第１図の構成部材の分解斜視図である。両図に示す
ようにセンサ素子全体は短冊形の各部材よシなシ、長手
方向の一端には検出部、他端にはリード引出部が形成さ
れている。前記固体電解質体１および前記遮へい体４を
構成する部材４ａ、４ｂのうち４ａにはそれぞれリード
引出し用のスルーホール１０ａ、１０ｂが形成されてお
シ、導体ペースト好ましくは白金ペーストによシ前記固
体電解質体１の前記電極３側の面に引出されるようにな
っている。この固体電解質体ｌおよび前記遮へい体４を
構成する部材４ａ、４ｂはいずれも、イツトリア６ｍｏ
ｔ％とジルコニア９４ｍｒｓ ／ ｔｔＬ ム？Ｒム
Ａ：Ａｍ ｆｉ ＩＪＬ ｌ ４ ｆｆｉ ン！ｅ！：
ｃ Ｍ ｆｉ散剤、結合剤、可そ剤、溶剤をそれぞれ配
合し、グリーンシートに成形してなっている。前記を極
２．３および発熱層９には白金ペーストを、この発熱層
９の上下に設けられた絶縁層９ ａ ＋ ９ ｂにはア
ルミナ粉末ペーストを、また焼成後基準空間８を形成す
る部材８ａにはエチル七ルローズなどの有機バインダを
ペースト状としてそれぞれ用いている。
前記固体電解質体重には前記電極３，２および前記部材
８ａが順次スクリー印刷によって形成されている。この
固体電解質体１に平行して前記遮へい体４を構成する部
材４ｂには前記絶ＲＮ９ｂ。
８ａが順次スクリー印刷によって形成されている。この
固体電解質体１に平行して前記遮へい体４を構成する部
材４ｂには前記絶ＲＮ９ｂ。
発熱層９および絶縁層９ａが順次スクリーン印刷によっ
て形成されておシ、このように各層がスクリーン印刷さ
れた前記固体電解質体ｌと前記遮へい体４を構成する部
材４ａとは積層され、上下両方向から加圧圧着され一体
化されている。該部材４ａ、絶縁層９ａ、９ｂおよび部
材４ｂにはそれぞれ拡散孔５ａ、５ｂ、５ｃ、 ５ｄが
形成されてかね、？れらの獄紳矛１５９〜５ｄ卦よγｇ
前Ｐスル−ホール１０ａ、１０ｂｌｄ各部材ごとに形成
されているが、拡散孔５８〜５ｄは圧着後さらにリーマ
仕上げをすることが望ましい。上記の如く各部材を圧着
一体化したのち脱脂乾燥後所定温度、例えば１ｓｏｏｃ
で本焼成して、有機バインダよシなる前記部材８ａを前
記拡散孔５３〜５ｄよシ散出して所望の基準空間８を形
成する。前記スルーボール１０ａ、１０ｂには前述のよ
うに焼成前にあらかじめ白金ペーストが充填されておシ
、焼成後向金線を溶着して引出しリード線（図示せず）
を形成するようになっている。あるいは焼成前に白金リ
ード線を前記スルーホール１０ａ、１０ｂに埋込み白金
ペーストで接着して焼成してもよい。
て形成されておシ、このように各層がスクリーン印刷さ
れた前記固体電解質体ｌと前記遮へい体４を構成する部
材４ａとは積層され、上下両方向から加圧圧着され一体
化されている。該部材４ａ、絶縁層９ａ、９ｂおよび部
材４ｂにはそれぞれ拡散孔５ａ、５ｂ、５ｃ、 ５ｄが
形成されてかね、？れらの獄紳矛１５９〜５ｄ卦よγｇ
前Ｐスル−ホール１０ａ、１０ｂｌｄ各部材ごとに形成
されているが、拡散孔５８〜５ｄは圧着後さらにリーマ
仕上げをすることが望ましい。上記の如く各部材を圧着
一体化したのち脱脂乾燥後所定温度、例えば１ｓｏｏｃ
で本焼成して、有機バインダよシなる前記部材８ａを前
記拡散孔５３〜５ｄよシ散出して所望の基準空間８を形
成する。前記スルーボール１０ａ、１０ｂには前述のよ
うに焼成前にあらかじめ白金ペーストが充填されておシ
、焼成後向金線を溶着して引出しリード線（図示せず）
を形成するようになっている。あるいは焼成前に白金リ
ード線を前記スルーホール１０ａ、１０ｂに埋込み白金
ペーストで接着して焼成してもよい。
なお必要によっては焼成後前記拡散孔５をレーザ加工な
どによって、さらに精密仕上げしてもよい。
どによって、さらに精密仕上げしてもよい。
上記のように構成された本発明の一実施例につき以下に
その機能を説明する。上記の構造体を測定対象ガス中に
さらすと、を極２に吸着した酸素分子は前記電源６によ
って流れる電流によってイオン化し、固体電解質体ｌ中
を移送され電極３で再び酸素分子として解離する。その
結果遮へい体４で囲まれた空間８の酸素分圧Ｐ’ｏ２が
低下して周囲ガス中の酸素分圧Ｐ’ｏ ２との間に分圧
差を生じ、周囲ガス中の酸素分子が拡散孔５を通じて空
間８内へ拡散する。こ＼で固体電解質１を流れる電流を
■、拡散孔の断面積を８１その長さをｔ、酸素分子の拡
散係数をＤ１ホルツマン定数をｋとし、空間８の容積が
拡散孔５よりも充分大きく、電源６からの電流工が充分
である場合、空間８内の酸素分子は殆んどイオンとして
排出されるので、Ｐ’０２＜ Ｐ ０２となシ、このと
きの電流Ｉｔ、は次式（１）％式％ 従ってこの電流ＩＬを測定することにより、被測定ガス
中の酸素分圧Ｐｏ２が判シ、自動車エンジンの供給混合
気の空燃比を知ることができる。
その機能を説明する。上記の構造体を測定対象ガス中に
さらすと、を極２に吸着した酸素分子は前記電源６によ
って流れる電流によってイオン化し、固体電解質体ｌ中
を移送され電極３で再び酸素分子として解離する。その
結果遮へい体４で囲まれた空間８の酸素分圧Ｐ’ｏ２が
低下して周囲ガス中の酸素分圧Ｐ’ｏ ２との間に分圧
差を生じ、周囲ガス中の酸素分子が拡散孔５を通じて空
間８内へ拡散する。こ＼で固体電解質１を流れる電流を
■、拡散孔の断面積を８１その長さをｔ、酸素分子の拡
散係数をＤ１ホルツマン定数をｋとし、空間８の容積が
拡散孔５よりも充分大きく、電源６からの電流工が充分
である場合、空間８内の酸素分子は殆んどイオンとして
排出されるので、Ｐ’０２＜ Ｐ ０２となシ、このと
きの電流Ｉｔ、は次式（１）％式％ 従ってこの電流ＩＬを測定することにより、被測定ガス
中の酸素分圧Ｐｏ２が判シ、自動車エンジンの供給混合
気の空燃比を知ることができる。
こ＼で自動車エンジンは広範囲な運転条件で使用される
ため、例えば排気ガスの温度も１５０Ｃから８００Ｃの
範囲で変動し、排ガス中の酸素分圧Ｐｏ２に応じた信号
として前記電流Ｉｂを得るためには少くとも固体電解質
体１と電極２．゛３近傍を例えば８００Ｃの一定温贋に
制御する必要がある。そのために遮へい体４中に発熱層
９を埋設して加熱するようにしであるが、加熱電力とし
ては自動車エンジンの燃料消費量抑止の面からＩＯＷ以
内が要求されておシ、この電力で５ｏｏｃに加熱制御す
るためには電極２．３の面積は１〇−以内が限界である
。他方実用耐久性の面から下限値は５−程度である。電
極の単位面積当シに流し得る電流ｉは電極の材料・形成
方法などによっても異るが、実用的かつ量産的な白金ペ
ーストをイツトリア安定化ジルコニアのグリーンシート
上に印刷し同時焼成する方法の場合には、１ ｍ Ａ
／ ｍａ程度である。この値は溶剤配合、印刷膜厚、乾
燥温度、焼成温度などの降件によｐ数１０％程度変動す
ることは避けられない。そこでこの変動をなくすため、
ｔｍ２，３間に流す電流ＩＬを前記電流値の半分になる
ように、拡散孔５を流れる酸素分子流速を制限する必要
がある。こ＼で電極面積をＡ−とすると所望の電流Ｉ１
．は次式（２）となる。
ため、例えば排気ガスの温度も１５０Ｃから８００Ｃの
範囲で変動し、排ガス中の酸素分圧Ｐｏ２に応じた信号
として前記電流Ｉｂを得るためには少くとも固体電解質
体１と電極２．゛３近傍を例えば８００Ｃの一定温贋に
制御する必要がある。そのために遮へい体４中に発熱層
９を埋設して加熱するようにしであるが、加熱電力とし
ては自動車エンジンの燃料消費量抑止の面からＩＯＷ以
内が要求されておシ、この電力で５ｏｏｃに加熱制御す
るためには電極２．３の面積は１〇−以内が限界である
。他方実用耐久性の面から下限値は５−程度である。電
極の単位面積当シに流し得る電流ｉは電極の材料・形成
方法などによっても異るが、実用的かつ量産的な白金ペ
ーストをイツトリア安定化ジルコニアのグリーンシート
上に印刷し同時焼成する方法の場合には、１ ｍ Ａ
／ ｍａ程度である。この値は溶剤配合、印刷膜厚、乾
燥温度、焼成温度などの降件によｐ数１０％程度変動す
ることは避けられない。そこでこの変動をなくすため、
ｔｍ２，３間に流す電流ＩＬを前記電流値の半分になる
ように、拡散孔５を流れる酸素分子流速を制限する必要
がある。こ＼で電極面積をＡ−とすると所望の電流Ｉ１
．は次式（２）となる。
ＩＬ ＝０．５ ｊＡ＝ｏ、０５Ａ ・・・・・・・・
・（２）また供給混合気の空燃比計測範囲を２３までと
すると、排気ガス中の残存酸素ガス濃度は１０チ程度と
なシ、従ってＰｏ２＝０．１ａｔｍであシ、さらにセン
サ検出部温度は前述のように８００Ｃに制御することと
してＴ＝１．０７３’にである。このほか酸素分子の拡
散係数Ｄ＝ １９５．３ （ｒｔｎｉ／ Ｓ ） 、ホ
よシ、拡散孔の長さをｔｔｒａｎとしたとき、拡散孔面
積Ｓと電極面積Ａの比を下記の式（３）の如くすれば所
望の電流ＩＬが得られる。
・（２）また供給混合気の空燃比計測範囲を２３までと
すると、排気ガス中の残存酸素ガス濃度は１０チ程度と
なシ、従ってＰｏ２＝０．１ａｔｍであシ、さらにセン
サ検出部温度は前述のように８００Ｃに制御することと
してＴ＝１．０７３’にである。このほか酸素分子の拡
散係数Ｄ＝ １９５．３ （ｒｔｎｉ／ Ｓ ） 、ホ
よシ、拡散孔の長さをｔｔｒａｎとしたとき、拡散孔面
積Ｓと電極面積Ａの比を下記の式（３）の如くすれば所
望の電流ＩＬが得られる。
以下に本発明の具体的な一実施例による空燃比センサの
実験結果について説明する。
実験結果について説明する。
第４図にこの実験に使用した空燃比センサを示す。固体
電解質体１および遮へい体４ａは厚さ０．２ｍｍ、長さ
５０關、検出細巾５．２圏、端子細巾１０．０■とし、
電極面の巾２．．８■、長さ３，６咽、表面積１０−１
基準空間８の深さｈを４０μｍとし、一方向径ｄ＝０．
１２ｍφ、外径２咽φで長さを０−２ ＋ ０．４１１
．０ ＋ ２．、Ｏｍｍとした４種類（Ｄ ７ ／ｌ／
ミナ管を遮へい体４ａの下部に固定しである。この空燃
比センサの実験装置を１０チ酸素含有窒素ガス雰囲気中
に５ｏｏｃ加熱状態でさらし、電源６の電圧を遂次増大
して限界電流Ｉｈを測定した第５図にその結果を示すよ
うに、電極面積Ａ−１０−に対する所望の限界電流Ｉｈ
＝５ｍＡを与える拡散孔の長さｔは０．２ｍｍとめられ
た。拡散孔）面積Ｓは−ｄ”〜０．０１１３−なの−７
’Ｓ／Ａ＝０．００１１３〜０．００５７ Ｘｏ、２と
なり、前記式（３）の関係にほぼ近いことが判る。従っ
て特性安定化のために限界電流を１！Ｌ極許容電流の１
／２にする条件はＳ／Ａ＝ （５〜７ ） ＡＸ １０
’−３７＞ＥＪ当Ｔ８る。
電解質体１および遮へい体４ａは厚さ０．２ｍｍ、長さ
５０關、検出細巾５．２圏、端子細巾１０．０■とし、
電極面の巾２．．８■、長さ３，６咽、表面積１０−１
基準空間８の深さｈを４０μｍとし、一方向径ｄ＝０．
１２ｍφ、外径２咽φで長さを０−２ ＋ ０．４１１
．０ ＋ ２．、Ｏｍｍとした４種類（Ｄ ７ ／ｌ／
ミナ管を遮へい体４ａの下部に固定しである。この空燃
比センサの実験装置を１０チ酸素含有窒素ガス雰囲気中
に５ｏｏｃ加熱状態でさらし、電源６の電圧を遂次増大
して限界電流Ｉｈを測定した第５図にその結果を示すよ
うに、電極面積Ａ−１０−に対する所望の限界電流Ｉｈ
＝５ｍＡを与える拡散孔の長さｔは０．２ｍｍとめられ
た。拡散孔）面積Ｓは−ｄ”〜０．０１１３−なの−７
’Ｓ／Ａ＝０．００１１３〜０．００５７ Ｘｏ、２と
なり、前記式（３）の関係にほぼ近いことが判る。従っ
て特性安定化のために限界電流を１！Ｌ極許容電流の１
／２にする条件はＳ／Ａ＝ （５〜７ ） ＡＸ １０
’−３７＞ＥＪ当Ｔ８る。
次に第４図における′電極面積Ａ＝１０ｍｉ、拡散孔径
ｄ＝０．１２ｍｍ、拡散孔長さｔ ＝ ０．２ ａｍを
それぞれ一定とし、基準空間５の深さｈを変えたものを
試作し、８００ｃに電熱加熱した状態で雰囲気ガスの酸
素含有量を１０．５％と９．５％に変化さ蕃たときの９
５チ応答時間Ｉ、 ｍ ｇを測定した。その結果は第６
図に示すように基準空間の深さｈに対して応答時間りは
ほぼ比例的に増大している１、自動車エンジンの供給混
合気を、排気ガス規制値を満足させ、さらに燃料消費量
を改善するためには、自動車エンジンの拡散面の運転条
件に応じて適切、な空燃比に制御する必要があることは
前述の通シであるが、七〈に加速減速などの過渡運転状
態においても所望の空燃比に制御することが必要であシ
、そのためには空燃比の応答時間は少くとも５０ ｒｎ
ｓ以内であることが要求される。このことより第６図
に示すように基準空間の深さｈは６０μｍ以内が望まし
い。一方応答時間りは一般に下記の式（４）で与えられ
る。
ｄ＝０．１２ｍｍ、拡散孔長さｔ ＝ ０．２ ａｍを
それぞれ一定とし、基準空間５の深さｈを変えたものを
試作し、８００ｃに電熱加熱した状態で雰囲気ガスの酸
素含有量を１０．５％と９．５％に変化さ蕃たときの９
５チ応答時間Ｉ、 ｍ ｇを測定した。その結果は第６
図に示すように基準空間の深さｈに対して応答時間りは
ほぼ比例的に増大している１、自動車エンジンの供給混
合気を、排気ガス規制値を満足させ、さらに燃料消費量
を改善するためには、自動車エンジンの拡散面の運転条
件に応じて適切、な空燃比に制御する必要があることは
前述の通シであるが、七〈に加速減速などの過渡運転状
態においても所望の空燃比に制御することが必要であシ
、そのためには空燃比の応答時間は少くとも５０ ｒｎ
ｓ以内であることが要求される。このことより第６図
に示すように基準空間の深さｈは６０μｍ以内が望まし
い。一方応答時間りは一般に下記の式（４）で与えられ
る。
Ｌは基準空間の深さｈのみに依存する。
以上の結果、実用上望ましい寸法諸元としては下記のよ
うになる。
うになる。
電極面積 Ａ＝５〜１０ｍＪ
拡散孔長さ ｔ＝ ０．１〜２． Ｏｒｍ拡散孔面積
Ｓ＝０．００２〜０．１３ ｖｒｔｌ拡散孔面積と電極
面積の比Ｓ／Ａ＝ （５〜７）ｔＸ １０−３ 基準室深さ ｈ≦６０μｍ 上記の構成寸法諸元により、自動車エンジン用として好
適な小型＠量で、消費電力は１０ｗ以内応答性は５０ｍ
５以内、空燃比は１４．７〜２３の広範囲に亘って検出
できる空燃比センサを得ることができる。
Ｓ＝０．００２〜０．１３ ｖｒｔｌ拡散孔面積と電極
面積の比Ｓ／Ａ＝ （５〜７）ｔＸ １０−３ 基準室深さ ｈ≦６０μｍ 上記の構成寸法諸元により、自動車エンジン用として好
適な小型＠量で、消費電力は１０ｗ以内応答性は５０ｍ
５以内、空燃比は１４．７〜２３の広範囲に亘って検出
できる空燃比センサを得ることができる。
なお上記実施例では拡散孔が１ケの場合について説明し
たが、拡散孔が複数個であっても拡散孔の実効面積が上
記降件内にあれば同様の効果が得られることは勿論であ
る。
たが、拡散孔が複数個であっても拡散孔の実効面積が上
記降件内にあれば同様の効果が得られることは勿論であ
る。
上記のように本発明によれば、自動車エンジン用空燃比
センサを酸素イオン伝導性固体電解質の両面に電極を備
え、その一方の電極を囲むようにガス拡散孔を有する基
準空間室が形成され、しかもこれらの構成寸炊鰭テシ協
正Ｆ％λｒｈｒｙ士出冷したものであるから、小型軽量
で消費電力の少い応答性の高い、しかも′広範囲に空燃
比を検出できる空燃比センサを均一かつ大量に生産でき
るようになったので、その効果は犬である。
センサを酸素イオン伝導性固体電解質の両面に電極を備
え、その一方の電極を囲むようにガス拡散孔を有する基
準空間室が形成され、しかもこれらの構成寸炊鰭テシ協
正Ｆ％λｒｈｒｙ士出冷したものであるから、小型軽量
で消費電力の少い応答性の高い、しかも′広範囲に空燃
比を検出できる空燃比センサを均一かつ大量に生産でき
るようになったので、その効果は犬である。
第１図は本発明に係る空燃比センサの一実施例の基本構
成を示す説明図、第２図は第１図の平面図、第３図は第
１図の構成部材の分解斜視図、第４図は本発明の実験に
用いた一実施例の縦断面図、第５図、第６図は本発明の
一実施例の特性を示すグラフでそれぞれ拡散孔の長さｔ
と電流ＩＬとの関係、および基準空間の深さｈと応答時
間りとの関係を示している。 １・・・固体電解質体、２，３・・・電極、４・・・遮
へい体、５・・・拡散孔、６・・・電源、７・・・′電
流計、８・・・基準空第１図 第４０ 第５囚 ＩＣｒｒＬｒｒＬ） ノＬ（）ｔｍン
成を示す説明図、第２図は第１図の平面図、第３図は第
１図の構成部材の分解斜視図、第４図は本発明の実験に
用いた一実施例の縦断面図、第５図、第６図は本発明の
一実施例の特性を示すグラフでそれぞれ拡散孔の長さｔ
と電流ＩＬとの関係、および基準空間の深さｈと応答時
間りとの関係を示している。 １・・・固体電解質体、２，３・・・電極、４・・・遮
へい体、５・・・拡散孔、６・・・電源、７・・・′電
流計、８・・・基準空第１図 第４０ 第５囚 ＩＣｒｒＬｒｒＬ） ノＬ（）ｔｍン
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、内燃機関へ供給される空気と燃料の割合、即ち空燃
比を検出する空燃比センサにおいて、酸素イオン伝導性
固体電解質と、この固体電解質の両面に設けられた電子
伝導性でかつ酸素分子の吸着解離能を有する一対の電極
と、この一対の！極の一方を囲み内側に基準空間室を形
成する遮へい体と、この遮へい体に設けられたガス拡散
孔および発熱層とよシなシ、前記電極の面積は５〜１０
平方園、前記拡散孔の長さは０．１〜２ｔｒｔｘ、拡散
孔通気匍積は０．００２〜０．１３平方叫であることを
特徴とする空燃比センサ。 ２、前記拡散孔の長さをｔｗｎとしたとき、拡散孔面積
と電極面積の比は（５〜７）ｔ×ＩＱ−３対１であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空燃比セン
サ。 ３、前記基準空間室の深さは０．０６ｍ以下であるン−
Ｌ＋ 愼−Ｂ喘８ Ｌ、 −Ｊ−２，ル早愉を古山しｄ
シｎ）銘開白Ｔ １ ηヲ咄 ４しｌｒ←檗２項記載の
空燃比センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58199060A JPS6091251A (ja) | 1983-10-26 | 1983-10-26 | 空燃比センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58199060A JPS6091251A (ja) | 1983-10-26 | 1983-10-26 | 空燃比センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6091251A true JPS6091251A (ja) | 1985-05-22 |
Family
ID=16401435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58199060A Pending JPS6091251A (ja) | 1983-10-26 | 1983-10-26 | 空燃比センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6091251A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62126766U (ja) * | 1986-02-01 | 1987-08-11 | ||
| JPS62126765U (ja) * | 1986-02-01 | 1987-08-11 | ||
| JPS6378263U (ja) * | 1986-11-08 | 1988-05-24 | ||
| JPS6378262U (ja) * | 1986-11-08 | 1988-05-24 | ||
| JP2008008665A (ja) * | 2006-06-27 | 2008-01-17 | Fujikura Ltd | 限界電流式酸素センサ |
| JP2008008666A (ja) * | 2006-06-27 | 2008-01-17 | Fujikura Ltd | 限界電流式酸素センサ及びこれを用いた酸素濃度の検知測定方法 |
| EP2042862A1 (en) * | 2006-06-27 | 2009-04-01 | Fujikura, Ltd. | Limiting current type oxygen sensor and method of sensing and measuring oxygen concentrations using the same |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5269690A (en) * | 1975-12-05 | 1977-06-09 | Westinghouse Electric Corp | Partil pressure measuring apparatus for specified gages in sighted environments |
| JPS5272286A (en) * | 1975-12-12 | 1977-06-16 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Oxygen concentration analyzer |
| JPS57178152A (en) * | 1981-04-27 | 1982-11-02 | Nippon Denso Co Ltd | Detector of oxygen concentration |
| JPS57184963A (en) * | 1981-05-11 | 1982-11-13 | Toyota Motor Corp | Lean sensor |
-
1983
- 1983-10-26 JP JP58199060A patent/JPS6091251A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5269690A (en) * | 1975-12-05 | 1977-06-09 | Westinghouse Electric Corp | Partil pressure measuring apparatus for specified gages in sighted environments |
| JPS5272286A (en) * | 1975-12-12 | 1977-06-16 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Oxygen concentration analyzer |
| JPS57178152A (en) * | 1981-04-27 | 1982-11-02 | Nippon Denso Co Ltd | Detector of oxygen concentration |
| JPS57184963A (en) * | 1981-05-11 | 1982-11-13 | Toyota Motor Corp | Lean sensor |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62126766U (ja) * | 1986-02-01 | 1987-08-11 | ||
| JPS62126765U (ja) * | 1986-02-01 | 1987-08-11 | ||
| JPS6378263U (ja) * | 1986-11-08 | 1988-05-24 | ||
| JPS6378262U (ja) * | 1986-11-08 | 1988-05-24 | ||
| JP2008008665A (ja) * | 2006-06-27 | 2008-01-17 | Fujikura Ltd | 限界電流式酸素センサ |
| JP2008008666A (ja) * | 2006-06-27 | 2008-01-17 | Fujikura Ltd | 限界電流式酸素センサ及びこれを用いた酸素濃度の検知測定方法 |
| EP2042862A1 (en) * | 2006-06-27 | 2009-04-01 | Fujikura, Ltd. | Limiting current type oxygen sensor and method of sensing and measuring oxygen concentrations using the same |
| US8052862B2 (en) | 2006-06-27 | 2011-11-08 | Fujikura Ltd. | Limiting current type oxygen sensor and method of sensing and measuring oxygen concentrations using the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4574627A (en) | Air-fuel ratio detector and method of measuring air-fuel ratio | |
| US4272329A (en) | Steady state mode oxygen sensor and method | |
| EP1074834B1 (en) | Method and apparatus for measuring NOx gas concentration | |
| US4272330A (en) | Transient mode oxygen sensor and method | |
| US8246800B2 (en) | Gas sensor | |
| US5098549A (en) | Sensor element for limiting current sensors for determining the λ value of gas mixtures | |
| JP3626775B2 (ja) | ガス混合物中の酸素含量を測定するためのセンサーおよび内燃機関に供給された燃料／空気混合物の組成を調節する方法 | |
| US6214208B1 (en) | Method and apparatus for measuring NOx gas concentration | |
| JPS6151555A (ja) | 電気化学的装置 | |
| JPH0473551B2 (ja) | ||
| US7045047B2 (en) | Gas sensor element | |
| JPH10267893A (ja) | ガスセンサ | |
| CN104897763B (zh) | 一种氮氧传感器以及测量尾气中NOx含量的方法 | |
| JPH06502015A (ja) | 混合ガスのλ値の検出のための限界電流センサ用センサ素子 | |
| EP0310063A3 (en) | Sensor for measurement of air/fuel ratio | |
| WO1996018890A1 (de) | Verfahren zur messung der konzentration eines gases in einem gasgemisch sowie elektrochemischer sensor zur bestimmung der gaskonzentration | |
| JPH09318597A (ja) | ガスセンサ | |
| JPS6091251A (ja) | 空燃比センサ | |
| JPS62100657A (ja) | 電気化学的装置 | |
| GB2200460A (en) | Solid electrolyte oxygen concentration detector | |
| US4795544A (en) | Electrochemical gas sensor | |
| US4740288A (en) | Oxygen-sensing element | |
| US20030062904A1 (en) | Error minimizing structure of gas sensor | |
| JP2786288B2 (ja) | 電気化学的測定センサ | |
| JPH0536212Y2 (ja) |