JPS6183956A - 空燃比センサ - Google Patents
空燃比センサInfo
- Publication number
- JPS6183956A JPS6183956A JP59206772A JP20677284A JPS6183956A JP S6183956 A JPS6183956 A JP S6183956A JP 59206772 A JP59206772 A JP 59206772A JP 20677284 A JP20677284 A JP 20677284A JP S6183956 A JPS6183956 A JP S6183956A
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- Japan
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- air
- fuel ratio
- ratio sensor
- electrode
- solid electrolyte
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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
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts
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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】
［産業上の利用分野１
本発明は固体電解質を利用した燃焼ガスのり一ンとリッ
チとを判別する空燃比センサに関する。
チとを判別する空燃比センサに関する。
［従来の技術］
自動車のエレクトロニクス化の目的において、エンジン
自身を電子制御することによって排ガスによる大気汚染
を抑制し、さらには燃費を向上させることはきわめて大
きなウェイトをしめている。
自身を電子制御することによって排ガスによる大気汚染
を抑制し、さらには燃費を向上させることはきわめて大
きなウェイトをしめている。
これらを実行するためには、エンジンを極めて狭い空燃
比の所で制御する必要があり空燃比の大小（いわゆるリ
ーン、リッチ）を正確に検知するセンサが要求される。
比の所で制御する必要があり空燃比の大小（いわゆるリ
ーン、リッチ）を正確に検知するセンサが要求される。
普通、燃焼するガスの空燃比は、排ガス（燃焼後の排出
ガス）中の酸素ガス分圧が、リー′＞（空燃比が理論空
燃比より大きい状態）とリッチ（空燃比が理論空燃比よ
り小さい状態）との間で変化する際に、大きく変化する
ことを利用して０２センサにより検出されている。この
目的に合うｏ２センサとして、大気極を用いるジルコニ
ア固体電解質による素子、チタニア等の酸素分圧により
抵抗が変化する素子、素子に一定電圧を印加しり一ンと
リッチとの間での電圧変化を検出するもの等がある。
ガス）中の酸素ガス分圧が、リー′＞（空燃比が理論空
燃比より大きい状態）とリッチ（空燃比が理論空燃比よ
り小さい状態）との間で変化する際に、大きく変化する
ことを利用して０２センサにより検出されている。この
目的に合うｏ２センサとして、大気極を用いるジルコニ
ア固体電解質による素子、チタニア等の酸素分圧により
抵抗が変化する素子、素子に一定電圧を印加しり一ンと
リッチとの間での電圧変化を検出するもの等がある。
［発明が解決しようとする問題点１
しかし、上述の大気極を用いるジルコニア固体電Ｆ／ｉ
’質を用いる素子では大気導入経路を必要とするため構
造が複雑になるという問題点が、またチタニア等の抵抗
が変化する素子及びリーンとリッチとの間での電圧変化
を利用する素子等では、一定電圧印加用の回路が必要と
なるという問題点があった。
’質を用いる素子では大気導入経路を必要とするため構
造が複雑になるという問題点が、またチタニア等の抵抗
が変化する素子及びリーンとリッチとの間での電圧変化
を利用する素子等では、一定電圧印加用の回路が必要と
なるという問題点があった。
［問題点を解決するための手段］
上記問題点を解決するための手段として本発明は次のよ
うな構成を持った。即ち、 本発明の空燃比センサは、 酸素イオン伝導性の固体電解質からなる部材と、該部材
の表裏面に付設された酸素ガス透過性であり、かつ表面
と裏面とでは酸化反応の触媒作用の強さの異なる電極材
料からなる２つの電極と、を備えたことを特徴とする。
うな構成を持った。即ち、 本発明の空燃比センサは、 酸素イオン伝導性の固体電解質からなる部材と、該部材
の表裏面に付設された酸素ガス透過性であり、かつ表面
と裏面とでは酸化反応の触媒作用の強さの異なる電極材
料からなる２つの電極と、を備えたことを特徴とする。
［作用１
酸素イオン伝導性の固体電解質は適当な温度条件（例え
ば固体電解質がジルコニアの場合４００℃以上）におい
て、固体電解質表面の酸素ガス分圧の高い所から、Ｍ素
ガス分圧の低い所へと固体電解質中を酸素イオンが移動
するものであり、固体電解質に酸素ガス透過性の電極を
つけることにより電極間の酸素ガス分圧の差を電圧（起
電力）として取り出すことができる。
ば固体電解質がジルコニアの場合４００℃以上）におい
て、固体電解質表面の酸素ガス分圧の高い所から、Ｍ素
ガス分圧の低い所へと固体電解質中を酸素イオンが移動
するものであり、固体電解質に酸素ガス透過性の電極を
つけることにより電極間の酸素ガス分圧の差を電圧（起
電力）として取り出すことができる。
ここで、上記電極の一方を酸化反応の触媒作用の強いも
のに、他方を触媒作用の弱いものとすると、測定される
排ガス中に未燃焼の炭化水素や一酸化炭素がある状態（
いわゆるリッチ）では、触媒作用の強い電極において、
酸化反応が促進されて、酸素が消費されることにより、
酸素ガス分圧がほとんど０に近くなるが、他方の触媒作
用の弱い電極においては、酸素ガス分圧が上記排ガスと
ほとんど変らない。このため、触媒作用の弱い電極側か
ら、触媒作用の強い電極側に酸素イオンが移動し、電圧
が出力される。逆に未燃焼の炭化水素や一酸化炭素がな
いか、あるいは少ない状態（いわゆるリーン）には、触
媒作用の強い電極においても酸素はほとんど消費されな
いので、どちらの電極においても酸素ガス分圧は変らな
いので、電圧は出力されない。
のに、他方を触媒作用の弱いものとすると、測定される
排ガス中に未燃焼の炭化水素や一酸化炭素がある状態（
いわゆるリッチ）では、触媒作用の強い電極において、
酸化反応が促進されて、酸素が消費されることにより、
酸素ガス分圧がほとんど０に近くなるが、他方の触媒作
用の弱い電極においては、酸素ガス分圧が上記排ガスと
ほとんど変らない。このため、触媒作用の弱い電極側か
ら、触媒作用の強い電極側に酸素イオンが移動し、電圧
が出力される。逆に未燃焼の炭化水素や一酸化炭素がな
いか、あるいは少ない状態（いわゆるリーン）には、触
媒作用の強い電極においても酸素はほとんど消費されな
いので、どちらの電極においても酸素ガス分圧は変らな
いので、電圧は出力されない。
上記固体電解質板１を形成している固体電解質は酸素イ
穿ン伝導性の性質を有するものであればよく、ジルコニ
アとイツトリアあるいはカルシア等との固溶体の他に二
酸化セリウム、二酸化トリウム、酸化ハフニウムの各固
溶体、ペロブスカイト型酸化物固溶体、３価金属酸化物
固溶体等が使用可能である。
穿ン伝導性の性質を有するものであればよく、ジルコニ
アとイツトリアあるいはカルシア等との固溶体の他に二
酸化セリウム、二酸化トリウム、酸化ハフニウムの各固
溶体、ペロブスカイト型酸化物固溶体、３価金属酸化物
固溶体等が使用可能である。
また固体電解質板１の表裏面に形成されるカソード２と
７ノード３は、カソード２として触媒性の強い電極材料
と、アノード３として触媒性の弱い電極材料とを組み合
わせて用いればよ（、カソード２としてＰｔあるいはＰ
ｔ＋Ｒｈ（１〜１５％）が、アノード３として△’ｊ、
Ａｇ、Ｐｔ＋Ａｕ（１〜５％）、Ｐｔ ＋Ｒｕ （１〜
１５％）、触媒被毒したＰｔ１半導電性金属酸化物を添
加したｐｔ、あるいはカソードがＰｔ ＋Ｒｈ （１
〜１５％）の時にはｐｔ等を適当に組み合わせて用いれ
ばよい。
７ノード３は、カソード２として触媒性の強い電極材料
と、アノード３として触媒性の弱い電極材料とを組み合
わせて用いればよ（、カソード２としてＰｔあるいはＰ
ｔ＋Ｒｈ（１〜１５％）が、アノード３として△’ｊ、
Ａｇ、Ｐｔ＋Ａｕ（１〜５％）、Ｐｔ ＋Ｒｕ （１〜
１５％）、触媒被毒したＰｔ１半導電性金属酸化物を添
加したｐｔ、あるいはカソードがＰｔ ＋Ｒｈ （１
〜１５％）の時にはｐｔ等を適当に組み合わせて用いれ
ばよい。
電極は、上述の電極材料の０末を主成分としてペースト
化したものを電極形成すべき所定位置に厚膜技術を用い
て印刷後焼結して耐熱金属のＳ電層として形成してもよ
く、またフレーム溶射あるいは化学メッキもしくは蒸着
などの薄膜技術の方法を用いて、耐熱金属の導電層を形
成することができるが、その場合には電極２．３上に重
ねてアルミナ、スピネル、ジルコニア、ムライト等の多
孔質保護層を厚膜技術を用いて形成することがより好ま
しい。
化したものを電極形成すべき所定位置に厚膜技術を用い
て印刷後焼結して耐熱金属のＳ電層として形成してもよ
く、またフレーム溶射あるいは化学メッキもしくは蒸着
などの薄膜技術の方法を用いて、耐熱金属の導電層を形
成することができるが、その場合には電極２．３上に重
ねてアルミナ、スピネル、ジルコニア、ムライト等の多
孔質保護層を厚膜技術を用いて形成することがより好ま
しい。
又、その際に触媒作用の強いＰｔやＲｈを分散させたア
ルミナ、スピネル、ジルコニア、ムライト等をカソード
２側の保護層として、用いるとカソード２の触媒作用が
さらに強くなり、カソード２側の固体電解質板１の表面
の酸素ガス分圧をより減少させることができカソード２
側とアノード３側との間の酸素ガス分圧の差を大きくで
き好ましい。
ルミナ、スピネル、ジルコニア、ムライト等をカソード
２側の保護層として、用いるとカソード２の触媒作用が
さらに強くなり、カソード２側の固体電解質板１の表面
の酸素ガス分圧をより減少させることができカソード２
側とアノード３側との間の酸素ガス分圧の差を大きくで
き好ましい。
さらに、カソード２の材料として触媒作用の弱い例えば
ＡＩＪを用い、保ｒ！！！層に上述の触媒作用の強いｐ
ｔやＲｈを分散させたアルミナ等を用いると、保護層の
厚さによって触媒作用の強さが容易に調節でき好ましい
。
ＡＩＪを用い、保ｒ！！！層に上述の触媒作用の強いｐ
ｔやＲｈを分散させたアルミナ等を用いると、保護層の
厚さによって触媒作用の強さが容易に調節でき好ましい
。
又、空燃比センサに近接してヒータを設けると測定ガス
温度が低い場合にも、安定して出力が得られるようにな
り好ましい。
温度が低い場合にも、安定して出力が得られるようにな
り好ましい。
［実施例］
本発明の空燃比センサを実施例を挙げて図面と共に説明
する。第１図は一実施例としての空燃比センサの断面図
及び第２図は該空燃比センサの斜視図である。
する。第１図は一実施例としての空燃比センサの断面図
及び第２図は該空燃比センサの斜視図である。
図において１は酸素イオン導電性の固体電解質からなる
部材に相当する厚さ約Ｑ、５ｍｍの長方形の固体電解質
板１であり、該固体電解質板１の表面に触媒作用の強い
電極材料を用いた厚さ約２０μの電極（カソード）２と
該固体電解質板１の裏面に触媒作用の弱い電極材料を用
いた厚さ約２０μの電極（アノード）３とが夫々付設さ
れており、−短辺の中央付近から導出する出力端子２ａ
１３ａより電極２．３間に生じた起電力を取りだすこと
ができる。
部材に相当する厚さ約Ｑ、５ｍｍの長方形の固体電解質
板１であり、該固体電解質板１の表面に触媒作用の強い
電極材料を用いた厚さ約２０μの電極（カソード）２と
該固体電解質板１の裏面に触媒作用の弱い電極材料を用
いた厚さ約２０μの電極（アノード）３とが夫々付設さ
れており、−短辺の中央付近から導出する出力端子２ａ
１３ａより電極２．３間に生じた起電力を取りだすこと
ができる。
本実施例の空燃比センサは、固体電解質（本実施例では
Ｚｒ ０２−Ｙ２０ｓ系）の所定の大きさに切断された
グリーンシートに、カソード及び出力端子を厚膜技術を
用いて印刷後焼成し、次いでアノード及び出力端子を厚
膜技術を用いて印刷後焼き付けて製造される。尚、必要
に応じて電極の１部として保護層を厚膜技術を用いて形
成される。
Ｚｒ ０２−Ｙ２０ｓ系）の所定の大きさに切断された
グリーンシートに、カソード及び出力端子を厚膜技術を
用いて印刷後焼成し、次いでアノード及び出力端子を厚
膜技術を用いて印刷後焼き付けて製造される。尚、必要
に応じて電極の１部として保護層を厚膜技術を用いて形
成される。
この空燃比センサは素子１枚毎に製作してもよいが、一
般に生産性を考慮して、焼結前の固体電解質の大型の生
のセラミックシートに電極用等の金属ペーストを多数同
時にプリント印刷し、その後、素子毎に切り扱き焼成す
る方法を採用するのが有利である。
般に生産性を考慮して、焼結前の固体電解質の大型の生
のセラミックシートに電極用等の金属ペーストを多数同
時にプリント印刷し、その後、素子毎に切り扱き焼成す
る方法を採用するのが有利である。
次に固体電解質としてＹ２Ｏ３を固溶させたＺｒｏｚを
用いて、種々の電極材料について、空燃比と起電力との
関係について実験した結果を第１ ・表に、又、上記と
同材質の固体電解質を用い、カソード２としてＰｔをア
ノード３としてＡｕを用いた空燃比センサの空燃比と起
電力との関係について実験した結果を第３図に、該空燃
化センサのガス塩と起電力との関係について実験した結
果を第２表と第４図に示す。尚、空燃比と起電力との関
係の実験はガス塩を６００℃として行なった。
用いて、種々の電極材料について、空燃比と起電力との
関係について実験した結果を第１ ・表に、又、上記と
同材質の固体電解質を用い、カソード２としてＰｔをア
ノード３としてＡｕを用いた空燃比センサの空燃比と起
電力との関係について実験した結果を第３図に、該空燃
化センサのガス塩と起電力との関係について実験した結
果を第２表と第４図に示す。尚、空燃比と起電力との関
係の実験はガス塩を６００℃として行なった。
第１表及び第３図から、明らかなようにカソード２に触
媒作用の強い電極を、アノード３に触媒作用の弱い電極
を用いることにより、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）
付近を境として、リーン側では、はぼ出力はＯであり（
±１０１１１Ｖまでの起電力は雑音と考えてよい）、リ
ッチ側では大きな出力゛（例えばカソード２にＰｔ、ア
ノード３にＡ１」を用いたものでは５００ｍ Ｖ）があ
る。又、第２表及び第４図の如く、３００℃においても
リッチ側では約５０ｍＶの出力があり、これは、リーン
とリッチとの判別が極めて容易であることを意味する。
媒作用の強い電極を、アノード３に触媒作用の弱い電極
を用いることにより、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）
付近を境として、リーン側では、はぼ出力はＯであり（
±１０１１１Ｖまでの起電力は雑音と考えてよい）、リ
ッチ側では大きな出力゛（例えばカソード２にＰｔ、ア
ノード３にＡ１」を用いたものでは５００ｍ Ｖ）があ
る。又、第２表及び第４図の如く、３００℃においても
リッチ側では約５０ｍＶの出力があり、これは、リーン
とリッチとの判別が極めて容易であることを意味する。
又、電極の保ｙｉ層のみに、及び電極と保護層との両者
に触媒作用の強弱をもたせたものも同様の効果がある。
に触媒作用の強弱をもたせたものも同様の効果がある。
［発明の効果］
本発明は酸素イオン伝導性の固体電解質板の部材に、触
媒作用の強さの異なる２つの電極を設けることにより、
極めて簡単、な構造で排ガスより燃焼するガスのリーン
、リッチを判別することが可能なため、省資源、省エネ
ルギーにも貢献することができる。
媒作用の強さの異なる２つの電極を設けることにより、
極めて簡単、な構造で排ガスより燃焼するガスのリーン
、リッチを判別することが可能なため、省資源、省エネ
ルギーにも貢献することができる。
第１図は本発明の一実施例の空燃比センサの断面図、第
２図は一実施例の空燃比センサの斜視図、第３図は一実
施例の空燃比センサの空燃比と起電力との関係図、第４
図は一実施例の空燃比センサの温度と起電力との関係図
である。 １・・・部材（固体電解質板） ２・・・電極（カソード） ３・・・電極（アノード）
２図は一実施例の空燃比センサの斜視図、第３図は一実
施例の空燃比センサの空燃比と起電力との関係図、第４
図は一実施例の空燃比センサの温度と起電力との関係図
である。 １・・・部材（固体電解質板） ２・・・電極（カソード） ３・・・電極（アノード）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸素イオン伝導性の固体電解質からなる部材と、 該部材の表裏面に付設された酸素ガス透過性であり、か
つ表面と裏面とでは酸化反応の触媒作用の強さの異なる
電極材料からなる２つの電極と、を備えたことを特徴と
する空燃比センサ。 ２ 電極が部材に接する導電層と、導電層を保護する保
護層との２層からなる特許請求の範囲第１項記載の空燃
比センサ。 ３ 電極の保護層のみに触媒作用をもたせたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載又は第２項記載の空燃
比センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59206772A JPS6183956A (ja) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | 空燃比センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59206772A JPS6183956A (ja) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | 空燃比センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6183956A true JPS6183956A (ja) | 1986-04-28 |
Family
ID=16528832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59206772A Pending JPS6183956A (ja) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | 空燃比センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6183956A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6136170A (en) * | 1996-12-29 | 2000-10-24 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Exhaust gas sensor and system thereof |
| JP2008265323A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-11-06 | Fujifilm Corp | 熱転写シートおよび画像形成方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57197460A (en) * | 1981-03-02 | 1982-12-03 | Babcock & Wilcox Co | Sensor for combustible |
| JPS5899747A (ja) * | 1981-12-09 | 1983-06-14 | Hitachi Ltd | ガス検知素子 |
| JPS59135361A (ja) * | 1983-01-25 | 1984-08-03 | Fuji Heavy Ind Ltd | 酸素センサ |
-
1984
- 1984-10-01 JP JP59206772A patent/JPS6183956A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57197460A (en) * | 1981-03-02 | 1982-12-03 | Babcock & Wilcox Co | Sensor for combustible |
| JPS5899747A (ja) * | 1981-12-09 | 1983-06-14 | Hitachi Ltd | ガス検知素子 |
| JPS59135361A (ja) * | 1983-01-25 | 1984-08-03 | Fuji Heavy Ind Ltd | 酸素センサ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6136170A (en) * | 1996-12-29 | 2000-10-24 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Exhaust gas sensor and system thereof |
| JP2008265323A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-11-06 | Fujifilm Corp | 熱転写シートおよび画像形成方法 |
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