JPH0241578Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、排気管を流れるガス雰囲気中の酸素
濃度を検出するとともに、ガス背圧をとり出すた
めのポートを備えた限界電流式酸素濃度検出器に
関するものである。

〔従来技術〕

自動車等の内燃機関の空燃比制御や排気ガス浄
化のために、またボイラーの燃焼状態制御のため
に酸素濃度検出器が使用されている。この酸素濃
度検出器には種々のものが知られているが、その
うちの一つとして限界電流式酸素濃度検出器が開
発されている。この限界電流式酸素濃度検出器は
酸素イオン透過性固体電解質の両面に電極を設け
て素子本体となし、この素子本体の両電極間に一
定の電圧を印加してやると一方の電極（陰極）側
から他方の電極（陽極）側に酸素イオンが透過す
るので、その際少くとも一方の電極から入る（ま
たは出る）酸素イオン量を制限してやると被測定
ガス中の酸素濃度に応じて両電極間に限界電流が
流れることを利用したものである。この酸素濃度
検出器は、酸素濃淡電池式のものが理論空燃比
（Ａ／Ｆ＝14.6）附近の酸素濃度しか鋭敏に検出
できないのに対し、よりリーン側の雰囲気でも測
定できることから、リーンセンサとも呼ばれてい
る。

ディーゼル機関においても酸素濃度検出器（酸
素センサ）を用いて排気ガス中の酸素濃度を検出
し、そのセンサからの信号を受けて空燃比を制御
することが行われている。しかしながら、ディー
ゼル機関の場合には、スス（煤）や未燃焼炭化水
素などからなる微粒子状物が排気ガスとともに排
出されてくるため、排気系にセラミツクフイルタ
などを内蔵する排気浄化装置が配置されている。
このセラミツクフイルタの排出物捕捉能力が飽和
状態になると、当然のことながら排気ガスの排出
量が低下し、機関の出力に影響を与えるため、排
気管中の背圧を背圧センサによつて測定し、その
センサからの信号にもとづいてフイルタの交換ま
たは排気浄化装置の再生を行つている。

この背圧センサを備えたディーゼル機関におい
ては、背圧センサへの背圧の導入は、排気管に背
圧センシングポート部を設け、このポート部より
圧力導入管を介して行つているが、この背圧セン
シングポート部は酸素センサとは全く別個に設け
られていた。しかも、このポート部は前記した排
出物の付着による目詰りや、背圧センサ部への排
出物の進入を防ぐために、排出物を燃焼除去する
ためのヒータをポート部に設ける必要があつた。

しかしながら、このようにポート部にヒータを
設けた場合、１ ポート部の構造が複雑になる、
２ ヒータ通電のため電力を消費し、バツテリに
負担がかかる、３ ポート部のヒータに通電のた
めのリード線と通電制御装置が必要となり、装置
が複雑となるとともに信頼性が低下する、などの
問題を生ずる。

〔考案の目的〕

本考案は、上記従来の問題を解決するためのも
ので、酸素濃度検出器としてリーンセンサを用い
ることによつて、構造が簡単で消費電力が少くて
すむなどの利点を有する背圧センシングポート付
酸素濃度検出器を提供することを目的とする。

〔考案の構成〕

本考案の背圧センシングポート付限界電流式酸
素濃度検出器は、ジルコニア等からなる筒状に形
成した酸素イオン透過性固体電解質の内外表面に
白金等からなる通気性薄膜状電極を形成し、該電
極の少くとも陰電極面側に多孔質セラミツクコー
テイング層などのガス拡散層を設けて素子本体と
なし、この素子本体に素子本体を加熱するための
手段と素子本体内に背圧検出用ポートとを設けた
ことを特徴とする。

酸素濃淡電池式酸素センサの場合には、被測定
ガスとしての排気ガスと標準酸素ガスとしての大
気が、混合しあうことなく固体電解質のそれぞれ
の面に接するように、通常固体電解質セルは一端
が閉止された筒状体に形成されているが、リーン
センサの場合には標準酸素ガスが不要であるた
め、固体電解質セルの形状は特別問題とされな
い。そのため、本考案では固体電解質セルを円筒
状となし、その内部に背圧検出用ポートを設けた
ものである。

また、リーンセンサは、好ましく作動させるた
めには固体電解質セルを600〜700℃程度に保つ必
要があるが、ディーゼル機関のように排気ガス温
度の低いものにあつてはヒータ等で加熱する必要
がある。

ヒータ（発熱体）としては、通常セラミツクヒ
ータが用いられるが、直接ニクロム線や貴金属発
熱体などで加熱するようにしてもよい。ヒータは
筒状固体電解質セルの内側でもまた外側に設けて
もよいが、背圧検出用ポートをも有効に加熱でき
る位置に設けることが必要である。

固体電解質セルの内外表面に設ける電極は特に
限定されないが、筒状体の外側に陰極、内側に陽
極を設けると、ポート部に酸素が供給される形と
なるため好ましい。

背圧検出用ポートは、固体電解質セル自体で形
成してもよいし、また固体電解質セルの内部に耐
熱性セラミツクなどからなるパイプを配置するこ
とによつて設けてもよい。

〔実施例〕

以下本考案を実施例により説明する。

第１図は、本考案の背圧検出用ポート付酸素濃
度検出器の代表的な実施例を示す断面図である。
図中、、１は安定化ジルコニアからなる円筒状の
酸素イオン透過性固体電解質で、その内面および
外面には白金からなる通気性薄膜状の陽極２およ
び陰極３がそれぞれ形成されており、これら電極
２および３にはリード線２ａ，３ａが接続され両
電間に直流電圧が印加されるようになつている。
また、陰極３面上にはガス拡散抵抗層として多孔
質セラミツク層４がプラズマ溶射などによつて形
成されている。

このようにして形成したセンサ素子（素子本
体）を加熱するために、センサ素子内に背圧ポー
トを兼ねた管状のセラミツクヒータ５を装着す
る。セラミツクヒータ５の装着は、図示したよう
にセンサ素子の上部内径を大きくして段部を形成
しておき、この段部に当接する段部を外周に有す
る絶縁ブッシュ６にセラミツクヒータ５を貫通さ
せ、この絶縁ブツシユ６をセンサ素子内に挿入固
定する。セラミツクヒータ５へはリード線５ｂ，
５ｃによつて給電する。

センサ素子は多数の穴７ａを有するケーシング
７内に収容され、排気通路例えば排気管８壁を貫
通して該管内に突出するように取付ける。

使用に際しては、このように取付けたセンサ素
子の両電極間に電圧を印加してやるとリーンセン
サとして働き、陰極３より陽極２側へ固体電解質
１内を酸素は酸素イオンとなつて透過し、そのと
き両電極間に電流が流れる。この酸素透過量と電
流は、印加電圧の増加にしたがつて増加するが、
陰極３表面に設けられている多孔質セラミツク層
４によつて陰極３側から入る酸素量が制限されて
いるため、電圧を増加させても電流は増加せず
ほゞ一定となる。この増加しなくなる限界電流値
は酸素濃度にほぼ比例して直線的に変化するた
め、この電流値の変化から酸素濃度を連続的に検
出することができる。このような状態にするに
は、センサ素子を650℃程度に加熱保持する必要
がある。そのため、セラミツクヒータ５で加熱す
るが、このセラミツクヒータ５はセンサ素子の温
度650℃よりも高い温度となつているため、ヒー
タ５内の空気孔５ａを例えば圧力導入管（図示せ
ず）を介して圧力センサに接続して、背圧検出用
ポートとして使用したとき、空気孔５ａの詰りの
原因となる付着物や背圧センサ部へ流れようとす
る排出物はセラミツクヒータ５の熱によつて焼失
するため、常に背圧を正確に検出することができ
る。

第２図は、本考案の他の実施例を示す断面図
で、センサ素子の外周にセラミツクヒータ５を設
けた例であり、センサ素子が背圧検出用ポートの
一部を構成している。図中、第１図と同一部品に
同一符号を付して説明を省略する。なお、９は空
気孔９ａを有する絶縁体よりなる背圧センシング
ポート管である。本例の如き構造とした場合、背
圧センシングポートの一部を構成するセンサ素子
の先端部には、リーンセンサの作用によつて酸素
がリツチな状態となるため、ポートの詰りなどが
より効果的に除去できるなどの利点を有する。

〔考案の効果〕

本考案は上記の如くリーンセンサ素子と背圧検
出用ポートを一体にしたため、従来別々に取りつ
けていたのを一つとすることができ、またセンサ
素子の出力を得るための加熱電力と背圧検出用ポ
ートの詰りなどを防止するために要していた加熱
電力とを一つにすることができるため消費電力を
著しく減少させることができる。更にまた、リー
ンセンサ素子によつて得られる酸素ガスをポート
の付着物などの酸化除去に利用することができる
など多くの優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す断面図、第２
図は本考案の他の実施例を示す断面図、である。 図中、１……固体電解質、２，３……電極、４
……多孔質セラミツク層、５……セラミツクヒー
タ、６……絶縁ブツシユ、７……ケーシング、８
……排気管、９……背圧センシングポート管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 筒状に形成した酸素イオン透過性固体電解質の
   内外表面に電極を形成し、該電極の少くとも陰電
   極面にガス拡散層を設けてなる素子本体と、素子
   本体を加熱するための加熱手段と、素子本体内に
   設けた背圧検出用ポートとからなることを特徴と
   する、排出ガス中の酸素濃度を検出するために排
   気管に設けられる限界電流式酸素濃度検出器。