JPS6316258A - 内燃機関の酸素センサ - Google Patents
内燃機関の酸素センサInfo
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- 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
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- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
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- G01N27/4072—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure characterized by the diffusion barrier
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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】
〈産業上の利用分野ン
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、空燃比フィードバック
制御におけるフィードバック信号の提供等に用いるもの
に関する。
着して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、空燃比フィードバック
制御におけるフィードバック信号の提供等に用いるもの
に関する。
〈従来の技術〉
この種の酸素センサとしては、例えば実開昭６０−１６
３３５４号公報に開示された膜構造酸素センサがある。
３３５４号公報に開示された膜構造酸素センサがある。
かかる膜構造酸素センサの一例を第５図及び第６図に示
す。
す。
これは、アルミナ等の絶縁材からなる基板ｌ上に、白金
からなる内側電極２．ジルコニアからなる酸素イオン伝
導性の固体電解質層３及び白金からなる外側電極４を順
次積層し、更に、固体電解質層３及び外側電極４を多孔
質のアルミナを主成分とする保護層５で覆うようにしで
ある。
からなる内側電極２．ジルコニアからなる酸素イオン伝
導性の固体電解質層３及び白金からなる外側電極４を順
次積層し、更に、固体電解質層３及び外側電極４を多孔
質のアルミナを主成分とする保護層５で覆うようにしで
ある。
尚、６は基板１内に埋設される加熱ヒータ、２ａ、４ａ
は電極２．４のリード線接続部を示す。
は電極２．４のリード線接続部を示す。
ところで、かかる膜構造酸素センサを、内燃機関の空燃
比制御用に使用されるジルコニアチューブタイプのもの
と同様の出力特性、即ち理論空燃比を境にしてリッチ側
で出力大、リーン側で出力車となるようにして使用する
ためには、第６図のように内側電極２を陽極、外側電極
４を陰極となるように外部電源７を接続して電流を強制
的に流し、内側電極２部分を酸素が十分に存在する状態
にしておく必要がある。
比制御用に使用されるジルコニアチューブタイプのもの
と同様の出力特性、即ち理論空燃比を境にしてリッチ側
で出力大、リーン側で出力車となるようにして使用する
ためには、第６図のように内側電極２を陽極、外側電極
４を陰極となるように外部電源７を接続して電流を強制
的に流し、内側電極２部分を酸素が十分に存在する状態
にしておく必要がある。
この場合、第７図に示すように、外側電極４側では、
ｚ０２＋２ｅ→０ｌ−
ＣＯｔ ＋２ ｅ−ＣＯ＋Ｏ”−
の反応により酸素イオン（０２−）が生成し、これが固
体電解質層３を伝導し、内側電極２側で０”−−’Ｉ／
ＡＯ，＋２８− の反応によって酸素ガス（０２）が生成される。
体電解質層３を伝導し、内側電極２側で０”−−’Ｉ／
ＡＯ，＋２８− の反応によって酸素ガス（０２）が生成される。
この状態にして内側電極２側と排気に接触する外側電極
４側との酸素酸濃度差に基づき両電極２゜４間に発生す
る電位差Ｖｓから排気中の酸素濃度を検出する。
４側との酸素酸濃度差に基づき両電極２゜４間に発生す
る電位差Ｖｓから排気中の酸素濃度を検出する。
〈発明が解決しようとする問題点〉
ところが、前述のように内側電極２部分に十分な酸素ガ
スを存在させる場合、第７図Ａ部のように固体電解質層
３の気孔３ａが大きい部位では、酸素ガスが拡散し易く
あまりガス圧が高くならないが、Ｂ部或いは０部のよう
に気孔３ａが小さい部位や気孔のない部分では、酸素ガ
スが拡散しずらくガス圧が過剰に高まる。
スを存在させる場合、第７図Ａ部のように固体電解質層
３の気孔３ａが大きい部位では、酸素ガスが拡散し易く
あまりガス圧が高くならないが、Ｂ部或いは０部のよう
に気孔３ａが小さい部位や気孔のない部分では、酸素ガ
スが拡散しずらくガス圧が過剰に高まる。
このような酸素ガス圧の高い部分では、内側電極２と固
体電解質層３及び内側電極２と基＋７ｉ １とのそれぞ
れの境界面に酸素ガス圧による大きな応力が作用し、基
板１より強度的に弱い固体電解質層３側に、第６図に示
すような剥離８や亀裂９が発生して出力特性の不良を生
じるという問題点があった。
体電解質層３及び内側電極２と基＋７ｉ １とのそれぞ
れの境界面に酸素ガス圧による大きな応力が作用し、基
板１より強度的に弱い固体電解質層３側に、第６図に示
すような剥離８や亀裂９が発生して出力特性の不良を生
じるという問題点があった。
本発明は上記の実情に鑑みてなされたもので、酸素ガス
圧の高まりを防止して固体電解質層における剥離及び亀
裂の発生しない信頼性の高い酸素センサを提供すること
を目的とする。
圧の高まりを防止して固体電解質層における剥離及び亀
裂の発生しない信頼性の高い酸素センサを提供すること
を目的とする。
く問題点を解決するための手段〉
このため本発明は、基板と基板側電極との間に空洞部を
形成し、この空洞部を連通孔を介して外部に連通させる
構成とした。
形成し、この空洞部を連通孔を介して外部に連通させる
構成とした。
く作用〉
上記の構成によれば、基板側電極、即ち内側電橋側の酸
素ガスが、空洞部の存在により拡散し易くなるため、電
極と固体電解質層との境界面でガス圧が異常に高（なる
のを防止できるようになる。
素ガスが、空洞部の存在により拡散し易くなるため、電
極と固体電解質層との境界面でガス圧が異常に高（なる
のを防止できるようになる。
〈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実施例を示す第１図において、基板１１上にジルコ
ニアからなる酸素イオン伝導性の固体電解質層１２を、
その一部に空洞部１３を設けて積層する。
ニアからなる酸素イオン伝導性の固体電解質層１２を、
その一部に空洞部１３を設けて積層する。
該空洞部１３の基板側の面には白金からなる内側電極１
４を設け、反基板側の面には同じく白金からなる外側電
極１５を設ける。外側電極１５をアルミナを主成分とす
る多孔質の保護層１６で覆っている。そして、前記固体
電解質層１２には、前記空洞部１３を外部に連通させる
連通孔１７を形成しである。尚、基板１１には白金から
なる加熱ヒータ１８が絶８ｉｎ＋９で覆われて埋設され
ている。
４を設け、反基板側の面には同じく白金からなる外側電
極１５を設ける。外側電極１５をアルミナを主成分とす
る多孔質の保護層１６で覆っている。そして、前記固体
電解質層１２には、前記空洞部１３を外部に連通させる
連通孔１７を形成しである。尚、基板１１には白金から
なる加熱ヒータ１８が絶８ｉｎ＋９で覆われて埋設され
ている。
次にかかる酸素センサの製造工程について第２図に基づ
いて説明する。
いて説明する。
まず、−面に絶縁シー）１９Ａを設けた固体電解質のグ
リーンシートＩＩＡ上に、白金の加熱ヒータ１８、−面
に絶縁シー）１９Ｂを設けた固体電解質のグリーンシー
ト１１Ｂ、空洞部形成用の例えばポリエチレン、ポリプ
ロピレン等からなる樹脂フィルム２０．内側電極１４．
連通孔１７を設けた固体電解質層１２形成用のグリーン
シート１２Ａ、外側電極１５及び多孔質の保護層１６形
成用の絶縁シート１６Ａを順次印刷・積層する。尚、前
記絶縁シー１−１９Ａ、 １９Ｂはアルミナを主成分と
した同一材料を用い、また固体電解質のグリーンシート
ＩＩＡ、 １１．Ｂ、 １２Ａも同一材料を使用する。
リーンシートＩＩＡ上に、白金の加熱ヒータ１８、−面
に絶縁シー）１９Ｂを設けた固体電解質のグリーンシー
ト１１Ｂ、空洞部形成用の例えばポリエチレン、ポリプ
ロピレン等からなる樹脂フィルム２０．内側電極１４．
連通孔１７を設けた固体電解質層１２形成用のグリーン
シート１２Ａ、外側電極１５及び多孔質の保護層１６形
成用の絶縁シート１６Ａを順次印刷・積層する。尚、前
記絶縁シー１−１９Ａ、 １９Ｂはアルミナを主成分と
した同一材料を用い、また固体電解質のグリーンシート
ＩＩＡ、 １１．Ｂ、 １２Ａも同一材料を使用する。
２１は各電極１４．１５及び加熱ヒータ１８に接続する
リード線を示す。
リード線を示す。
そして、かかる積層体を同時焼成して一体化する。この
焼成時に樹脂フィルム２０が蒸発することによって空洞
部１３が形成される。
焼成時に樹脂フィルム２０が蒸発することによって空洞
部１３が形成される。
かかる構成によれば、内側電極１４と固体電解質１２と
の境界面に存在する酸素ガスは空洞部１３側へ拡散し、
連通孔１７を介して外部へ逃げる。従って、前記境界面
における酸素ガスのガス圧が過剰に高くなるのを防止で
き、固体電解質層１２の亀裂や、内側電極１４との剥離
の発生を防止でき、酸素センサの耐久性を向上できる。
の境界面に存在する酸素ガスは空洞部１３側へ拡散し、
連通孔１７を介して外部へ逃げる。従って、前記境界面
における酸素ガスのガス圧が過剰に高くなるのを防止で
き、固体電解質層１２の亀裂や、内側電極１４との剥離
の発生を防止でき、酸素センサの耐久性を向上できる。
また、基板１１と固体電解質層１２とを同一材料で形成
しであるので、結合強度が高い。更には、酸素ガスの拡
散能を固体電解質層１２の気孔率に依存している従来構
造では、気孔率分布の調整が難しく拡散能のばらつきが
大きかったが、本実施例では機械加工による連通孔１７
によるため、そのばらつきが小さく信転性が高い。
しであるので、結合強度が高い。更には、酸素ガスの拡
散能を固体電解質層１２の気孔率に依存している従来構
造では、気孔率分布の調整が難しく拡散能のばらつきが
大きかったが、本実施例では機械加工による連通孔１７
によるため、そのばらつきが小さく信転性が高い。
次に、第３図に第２実施例を示す。
このものは、１枚の固体電解質のグリーンシートｌＩＡ
と２枚の絶縁シート１９Ａ、１９Ｂ及び加熱ヒータ１８
で基板１１’ を形成したもので、第１実施例の効果に
加えて基板１１゛ の肉厚を薄（でき、よりコンパクト
に形成できる。
と２枚の絶縁シート１９Ａ、１９Ｂ及び加熱ヒータ１８
で基板１１’ を形成したもので、第１実施例の効果に
加えて基板１１゛ の肉厚を薄（でき、よりコンパクト
に形成できる。
その製造工程は第１実施例と同様に、第４図に示すよう
に、各部材を順次積層して同時焼成して一体化する。
に、各部材を順次積層して同時焼成して一体化する。
尚、第３図及び第４図中、第１実施例と同一部分には同
一符号を付しである。
一符号を付しである。
〈発明の効果〉
以上述べたように本発明によれば、内側電極と基板との
間に外部と連通孔を介して連通させた空洞部を設けて酸
素ガスを拡散し易くしたので、内側電極と固体電解質層
との境界面でのガス圧の上昇を防止でき、内側電極と固
体電解質層との剥な及び固体電解質層の割れの発生を防
止できる。従って、酸素センサの耐久性を大巾に向上で
きる。
間に外部と連通孔を介して連通させた空洞部を設けて酸
素ガスを拡散し易くしたので、内側電極と固体電解質層
との境界面でのガス圧の上昇を防止でき、内側電極と固
体電解質層との剥な及び固体電解質層の割れの発生を防
止できる。従って、酸素センサの耐久性を大巾に向上で
きる。
第１図は本発明の第１実施例の要部断面図、第２図は同
上第１実施例の！！！！造工程全工程するための図、第
３図は第２実施例の要部断面図、第４図は同上第２実施
例の製造工程を説明するための図、第５図は従来例の要
部平面図、第６図は同上の要部断面図、第７図は同上の
要部拡大図を示す。 １１・・・基板 １２・・・固体電解質層 １３・
・・空洞部１４・・・内側電極 １５・・・外側電極
１６・・・保護層１７・・・連通孔 特許出願人 日本電子ａ器株式会社 代理人 弁理士 笹 島 冨二誰 第１図 第５図 第６図
上第１実施例の！！！！造工程全工程するための図、第
３図は第２実施例の要部断面図、第４図は同上第２実施
例の製造工程を説明するための図、第５図は従来例の要
部平面図、第６図は同上の要部断面図、第７図は同上の
要部拡大図を示す。 １１・・・基板 １２・・・固体電解質層 １３・
・・空洞部１４・・・内側電極 １５・・・外側電極
１６・・・保護層１７・・・連通孔 特許出願人 日本電子ａ器株式会社 代理人 弁理士 笹 島 冨二誰 第１図 第５図 第６図
Claims (1)
- 両面に電極を設けた酸素イオン伝導性の固体電解質を基
板上に積層し、基板側電極を陽極、反基板側電極を陰極
として外部電源を接続してなり、両電極間に発生する電
位差に基づいて排気中の酸素濃度を検出するようにした
内燃機関の酸素センサにおいて、前記基板側電極と基板
との間に空洞部を形成すると共に、該空洞部を外部に連
通孔を介して連通させたことを特徴とする内燃機関の酸
素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61159577A JPS6316258A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | 内燃機関の酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61159577A JPS6316258A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | 内燃機関の酸素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6316258A true JPS6316258A (ja) | 1988-01-23 |
Family
ID=15696750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61159577A Pending JPS6316258A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | 内燃機関の酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6316258A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5006221A (en) * | 1988-03-01 | 1991-04-09 | Japan Electronic Control Systems Co., Ltd. | Oxygen concentration-detecting apparatus |
| JPH04124456U (ja) * | 1991-04-26 | 1992-11-12 | 京セラ株式会社 | 酸素センサ |
| JP2001124723A (ja) * | 1999-10-26 | 2001-05-11 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ヒータ付き酸素センサ及びその製造方法 |
| JP2001272371A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-10-05 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 積層型ガスセンサ素子及びそれを備えるガスセンサ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60200157A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-09 | Hitachi Ltd | ガス組成検出装置 |
-
1986
- 1986-07-09 JP JP61159577A patent/JPS6316258A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60200157A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-09 | Hitachi Ltd | ガス組成検出装置 |
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| JP2001272371A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-10-05 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 積層型ガスセンサ素子及びそれを備えるガスセンサ |
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