JPS6228651A

JPS6228651A - 酸素センサ

Info

Publication number: JPS6228651A
Application number: JP60167440A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Inoue; 靖秀井上; Masao Ishitani; 誠男石谷; Toshibumi Ito; 俊文伊藤; Koichi Kojima; 浩一小島; Tadao Suwa; 諏訪　忠男
Original assignee: Japan Electronic Control Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1985-07-31
Publication date: 1987-02-06

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】〈産業上の利用分野〉本発明は、酸素センサに関し、特に内燃機関の排気管に
装着して該機関に供給される混合気の空燃比と密接な関
係にある排気中の酸素濃度を測定し、空燃ルフィードバ
ック制御におけるフィードバック信号の提供に用いるも
のに関する。

（従来の技術）従来、この種の酸素センサとして、酸素濃度の高い領域
（空燃比リーン領域）から低い領域（空燃比リッチ領域
）まで広範囲に測定できる例えばＳ　Ａ　Ｅ　ｐａｐｅ
ｒ　８５０３７８において示されているものがある。

これは第４図に示すように、例えばアルミナ等からなる
基板１上に先端側が閉塞する千面略コ字型のジルコニア
からなる平板２を設けて大気が４人される大気室３を形
成し、前記平板２上に酸素濃度検出部４を設けである。

該酸素濃度検出部４は、ジルコニア等の固体電解質５の
大気室３側に白金からなる基準電極６を設け、反大気室
３側に同じく白金からなる測定電極７を設けて構成され
る。更に、この酸素濃度検出部４の上方にスペーサ８を
介して酸素ポンプ部９が設けられる。前記酸素ポンプ部
９は、ジルコニア等の固体電解質１０の両面に白金から
なるポンプ電極１１．１２を設けると共に、該酸素ポン
プ部９と酸素濃度検出部４との間に形成された間隙部１
４に排気を導入する導入孔１３を設けて構成される。

そして、大気室３内の大気（酸素濃度路一定）と間隙部
１４内の排気の酸素濃度の比によって基準電極６と測定
電極７との間に電位差が生じ、この電位差に基づいて間
隙部１４内の雰囲気を検出する。

また、酸素ポンプ部９は、ポンプ電極１１と１２の極性
を逆にすることにより、固体電解質１０を介して酸素（
酸素イオン０２−）を間隙部１４から外側に汲み出した
り、外側から間隙部１４内に汲み入れたりする。

従って、間隙部１４内の雰囲気を一定（理論空燃比）に
するために酸素ポンプ部９のポンプ作用で調整し、その
ときにポンプ電極１１．１２間に流す電流値を測定する
ことにより排気中の酸素濃度を検出する。

例えば、排気中の酸素濃度の高いリーン領域での空燃比
を検出する場合には、外側のポンプ電極１１を陽極１間
隙部１４例のポンプ電極１２を陰極にして電圧を印加す
る。すると、電流に比例した酸素（酸素イオン０２−）
が間隙部１４内から外側に汲み出される。そして、印加
電圧が所定値以上になると、流れる電流は限界値に達し
、この限界電流値は排気中の酸素濃度に比例しており、
この限界電流値を測定することにより排気中の酸素濃度
、言い換えれば空燃比を検出できる。逆に、ポンプ電極
１１を陰極、ポンプ電極１２を陽極にして間隙部１４内
に酸素を汲み入れるようにすれば、排気中の酸素濃度の
低い空燃比リッチ領域での検出ができる。

このようにして、上記酸素センサは、広範囲な酸素濃度
領域で測定することができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところで、かかる酸素センサでは、排気温度が低いとき
のセンサの動作特性及び酸素分圧−電圧応答特性を向上
させるために、基板１内に白金のヒータ１５を埋設して
固体電解質５，１０を加熱するようにしているが、従来
構造では、基板１と酸素濃度検出部４との間に大気室３
用の空間が存在するため、基板１から酸素濃度検出部４
及び酸素ポンプ９までの距離が長く、ヒータ１５による
加熱効率が悪く、固体電解質５，１０が温まり難いとい
う問題点があった。

そこで、本発明では上記の実情に鑑みて、酸素ポンプ部
及び酸素濃度検出部とヒータとの距離を短くすることに
より、ヒータの加熱効率を高め、排気低温時の酸素セン
サの性能を向上させることを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉このため本発明では、加熱ヒータを装着した基板上に一
対の測定電極を並設し、該一対の電極上に酸素濃度に応
じて抵抗率が変化する酸化物半導体を積層して酸素濃度
検出部を形成する。また、酸素イオン伝導性固体電解質
の両面に一対のポンプ電極を設けて形成される酸素ポン
プ部を枠状のスペーサを介して前記酸素濃度検出部上方
に設け、かつ酸素濃度検出部と酸素ポンプ部との間に形
成される間隙部に排気を導入する導入孔を前記固体電解
質に形成する構成とした。

〈作用〉上記構成によれば、従来構造のように、基板と酸素濃度
検出部との間に大気室用の空間を形成する必要がなくな
るので、酸素濃度検出部及び酸素ポンプ部をヒータに近
づけることができる。

〈実施例〉以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図は、本発明の第１実施例を示すもので
ある。

図において、後述する酸素濃度検出部４６及び酸素ポン
プ部５０等が形成されるセンサ素子部２１は、その中間
部で２つのワッシャ２２．２３及びガラス層２４を介し
てホルダ２５によって保持されている。前記ホルダ２５
先端側外周には、スリンｔ−２６ａを有するプロテクタ
２６がセンサ素子部２１先端部を覆うようにして嵌合し
、またホルダ２５基端側外周は、円筒状のアウタキャッ
プ２７に嵌合保持されている。

センサ素子部２１の基端部は、ガラス層２日を介して円
筒状のインナキャップ２９によって保持されており、セ
ンサ素子部２１の測定電極４３．４４．ポンプ電極４８
．４９及びヒータ４１に接続する６本の電極端半部３０
がそれぞれリードプレート３１を介してり一ドハーネス
３２と電気的に接続されている。尚、３３はリードプレ
ート３１とリードハーネス３２の接続部３４を保護する
グロメット、３５はガスケットホルダである。

次に、本実施例の特徴であるセンサ素子部２１の構成を
第１図に示し説明する。

図において、センサ素子部２１は、例えば白金で構成さ
れた加熱ヒータ４１を埋設したアルミナ等からなる多孔
性基板４２上に、一対の白金からなる測定電極４３．４
４を並設し、これら測定電極４３．４４上に酸素濃度に
応じて抵抗率が変化するチタニア或いは酸化コバルト等
の酸化物半導体４５を積層して形成される酸素濃度検出
部４６を有する。また、ジルコニア等からなる酸素イオ
ン伝導性の固体電解質４７の両面に一対の白金からなる
ポンプ電極４８゜４９を設けて形成される酸素ポンプ部
５０を有している。そして、該酸素ポンプ５０を、熱伝
導性の良好な例えばアルミナで枠上に形成したスペーサ
５１を介して酸素濃度検出部４６の上方に積層して、酸
素濃度検出部４６と酸素ポンプ部５０との間に密閉され
た間隙部５２が設けられ、かつこの間隙部５２に排気を
導入するための導入孔５３が酸素ポンプ部５０の固体電
解質４７に形成されている。

かかる構成によれば、間隙部５２内の酸素量の変化に応
じて酸化物半導体４５の抵抗率が変化することから、こ
の抵抗率変化に基づいて間隙部５２内の雰囲気を検出し
、この検出結果に応じて間隙部５２内の雰囲気を一定に
保つよう酸素ポンプ部５０に流す電流量を制御し、その
時の電流量から排気中の酸素濃度が検出できる。

そして、このような酸化物半導体４５を用いたことによ
り酸素濃度検出部４６の一側に大気室３を設ける必要が
なくなり、基板４２上に直接酸素濃度検出部４６を設け
ることができる。このため、加熱ヒータ４１と酸素濃度
検出部４６及び酸素ポンプ部５０との距離が近（なり、
また、酸素濃度検出部４６と酸素ポンプ部５０との間の
スペーサ５１を熱伝導性の良好な材料で構成したので、
酸化物半導体４６及び固体電解質４７が温まり易くなっ
て、排気低温時における酸素センサの応答性が向上する
。また、ヒータ４１の加熱効率も良好となり、省電力に
もなる。

上記実施例では、加熱ヒータ４１を基板４２内に埋設し
て設けたが、第３図の第２実施例では、酸素濃度検出部
４６と同一平面となるよう基板４２上に加熱ヒータ４１
を設けたので、より一層加熱ヒータ４１の加熱効率を高
めることができると共に、基板４２を薄くでき、小型で
構造も筒素化できる。

〈発明の効果〉以上述べたように本発明によれば、酸素濃度検出部を固
体電解質に代えて酸化物半導体を用い大気室を不要とし
たので、酸素ポンプ部及び酸素濃度検出部を加熱ヒータ
に近づけることができ、加熱ヒータの加熱効率を向上で
きる６従って、酸素センサの排気低温時の応答性を向上
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す要部断面図、第２図は
同上実施例の全体構成を示す断面図、第３図は本発明の
別の実施例を示す要部断面図、第４図は従来例の断面図
を示す。４１・・・加熱ヒータ　　４２・・・基板　　４３．４
４・・・測定電極　　４５・・・酸化物半導体　　４６
・・・酸素濃度検出部　　４７・・・固体電解質　　４
８．４９・・・ポンプ電極５０・・・酸素ポンプ部　　
５１・・・スペーサ　　５２・・・間隙部　　５３・・
・導入孔

Claims

【特許請求の範囲】

加熱ヒータを装着した基板上に一対の測定電極を並設し
、該一対の測定電極上に酸素濃度に応じて抵抗率が変化
する酸化物半導体を積層して酸素濃度検出部を形成する
と共に、酸素イオン伝導性固体電解質の両面に一対のポ
ンプ電極を設けて形成される酸素ポンプ部を枠状のスペ
ーサを介して前記酸素濃度検出部上方に設け、かつ酸素
濃度検出部と酸素ポンプ部との間に形成される間隙部に
排気を導入する導入孔を前記固体電解質に形成する構成
としたことを特徴とする酸素センサ。