JPH0411823B2 - - Google Patents
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- JPH0411823B2 JPH0411823B2 JP58066022A JP6602283A JPH0411823B2 JP H0411823 B2 JPH0411823 B2 JP H0411823B2 JP 58066022 A JP58066022 A JP 58066022A JP 6602283 A JP6602283 A JP 6602283A JP H0411823 B2 JPH0411823 B2 JP H0411823B2
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- Japan
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- oxygen
- air
- fuel ratio
- gas
- solid electrolyte
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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
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は内燃機関の排気ガス中の空燃比を測
定するための空燃比センサに関するものである。
定するための空燃比センサに関するものである。
従来、空燃比検知素子としてジルコニア酸素濃
淡電池センサが使用されていた。このセンサは理
論空燃比点で出力電圧が段階状に変化することに
よつて理論空燃比での燃焼状態を検出する。たと
えば自動車用内燃機関を理論空燃比で運転するよ
うに制御するシステムに用いられている。しかし
上記の酸素センサではリツチ雰囲気において起電
力の変化が殆んどなく、したがつてリツチ側にお
ける空燃比は厳密に測定することは不可能で、こ
のためほぼ一定のリツチ雰囲気に保持するために
吸気系側に種々の装置を設けてオープン制御を行
なつていた。ところがこのような制御方式では空
燃比制御がコスト高になる上、高精度の制御が行
なえない欠点があつた。
淡電池センサが使用されていた。このセンサは理
論空燃比点で出力電圧が段階状に変化することに
よつて理論空燃比での燃焼状態を検出する。たと
えば自動車用内燃機関を理論空燃比で運転するよ
うに制御するシステムに用いられている。しかし
上記の酸素センサではリツチ雰囲気において起電
力の変化が殆んどなく、したがつてリツチ側にお
ける空燃比は厳密に測定することは不可能で、こ
のためほぼ一定のリツチ雰囲気に保持するために
吸気系側に種々の装置を設けてオープン制御を行
なつていた。ところがこのような制御方式では空
燃比制御がコスト高になる上、高精度の制御が行
なえない欠点があつた。
また従来、空燃比全域を検出するセンサとし
て、特公昭53−34077号公報並びに特公昭57−
49860号公報に記載されているようなセンサが提
案されているが、いずれも技術的に困難で実用段
階に至つていない。上記の特公昭53−34077号公
報には空燃比が理論空燃比点よりもリツチ側での
空燃比を測定するためにジルコニア管の排気ガス
中に位置する測定側電極としてAu，Agのような
非触媒電極を用いる形式の酸素センサが記載され
ているが、上記の電極でも触媒作用があり、ガス
吸着現象が生じ出力電圧の再現性が悪くさらに高
温高速のガス中での耐久性が悪く実用できないセ
ンサであつた。また特公昭57−49860号公報には
リツチおよびリーン側の空燃比が測定しうる方法
が記載されているが使用電流値が極めて低く、電
気的な処理に注意が必要であり、製作も技術的に
難しく高温高速のガス中での耐久性、応答性が悪
いなどの欠点があつた。
て、特公昭53−34077号公報並びに特公昭57−
49860号公報に記載されているようなセンサが提
案されているが、いずれも技術的に困難で実用段
階に至つていない。上記の特公昭53−34077号公
報には空燃比が理論空燃比点よりもリツチ側での
空燃比を測定するためにジルコニア管の排気ガス
中に位置する測定側電極としてAu，Agのような
非触媒電極を用いる形式の酸素センサが記載され
ているが、上記の電極でも触媒作用があり、ガス
吸着現象が生じ出力電圧の再現性が悪くさらに高
温高速のガス中での耐久性が悪く実用できないセ
ンサであつた。また特公昭57−49860号公報には
リツチおよびリーン側の空燃比が測定しうる方法
が記載されているが使用電流値が極めて低く、電
気的な処理に注意が必要であり、製作も技術的に
難しく高温高速のガス中での耐久性、応答性が悪
いなどの欠点があつた。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、比較的安価で実用
性に優れ、理論空燃比点ばかりでなくリツチ側や
リーン側の空燃比を測定し得るセンサを提供する
ことを目的としている。またこの発明は自動車用
機関の燃焼効率の向上および排気ガスの無害化を
良好にするためのリツチバーンエンジン、リーン
バーンエンジンの空燃比をクローズド制御するた
めの排気ガス中の空燃比を測定するセンサを提供
することを目的としている。
去するためになされたもので、比較的安価で実用
性に優れ、理論空燃比点ばかりでなくリツチ側や
リーン側の空燃比を測定し得るセンサを提供する
ことを目的としている。またこの発明は自動車用
機関の燃焼効率の向上および排気ガスの無害化を
良好にするためのリツチバーンエンジン、リーン
バーンエンジンの空燃比をクローズド制御するた
めの排気ガス中の空燃比を測定するセンサを提供
することを目的としている。
この発明による空燃比センサの特徴は、酸素供
給源として空気中の酸素を利用したもので、この
結果被測定ガス中の可燃性ガス濃度と酸素濃度を
変化させるのに十分な量の供給することができ
る。このことは被測定ガスの化学当量点を酸素不
足状態の側に移動することができることになり、
これは理論空燃比点よりリツチ側での空燃比を検
出できることを意味している。
給源として空気中の酸素を利用したもので、この
結果被測定ガス中の可燃性ガス濃度と酸素濃度を
変化させるのに十分な量の供給することができ
る。このことは被測定ガスの化学当量点を酸素不
足状態の側に移動することができることになり、
これは理論空燃比点よりリツチ側での空燃比を検
出できることを意味している。
以下この発明の実施例を第１図について説明す
る。
る。
実施例 １
Y2O310重量％で安定したZrO2焼結体より５×
20×0.5mmの板を２枚切出し、この板の両面に３
×４mmの大きさにPtを約2000Å蒸着し、その後
厚さ1μになるように電気メツキして第２図に示
す電極付き固体電解質板１２ａ，１２ｂを製作し
た。次に５×20×1.5mmの板を２枚切出し、上記
固体電解質板１２ａ，１２ｂと接着したときに空
気側と通じる孔を形成するようなくぼみを設けた
第３図に示す固体電解質板１１ａ，１１ｂを製作
した。さらに５×５×1.5mmの板を切出し、空間
室を形成するために４×４mmの穴をあけ、かつ拡
散細孔１４となる0.07mmの孔をあけた第４図に示
すスペーサ１３を製作した。上記の各部材は第１
図に示すように排気管１内に保持部３を介して組
立て、その接着部にNaO−SiO2−Al2O3系の1000
℃の軟化点を示すガラスフリツト２を塗布して接
合した後、炉中で1150℃に加熱し結合した。
20×0.5mmの板を２枚切出し、この板の両面に３
×４mmの大きさにPtを約2000Å蒸着し、その後
厚さ1μになるように電気メツキして第２図に示
す電極付き固体電解質板１２ａ，１２ｂを製作し
た。次に５×20×1.5mmの板を２枚切出し、上記
固体電解質板１２ａ，１２ｂと接着したときに空
気側と通じる孔を形成するようなくぼみを設けた
第３図に示す固体電解質板１１ａ，１１ｂを製作
した。さらに５×５×1.5mmの板を切出し、空間
室を形成するために４×４mmの穴をあけ、かつ拡
散細孔１４となる0.07mmの孔をあけた第４図に示
すスペーサ１３を製作した。上記の各部材は第１
図に示すように排気管１内に保持部３を介して組
立て、その接着部にNaO−SiO2−Al2O3系の1000
℃の軟化点を示すガラスフリツト２を塗布して接
合した後、炉中で1150℃に加熱し結合した。
次に上記のように構成したセンサの機能を第１
図について説明する。図において、酸素量制御供
給手段としてのジルコニア固体電解質酸素ポンプ
を固体電解質板１１ａ，１２ａで構成している。
また化学当量点検出手段としてのジルコニア固体
電解質酸素濃淡電池を固体電解質板１１ｂ，１２
ｂで構成している。そして被測定ガスを導入して
測定するための拡散細孔１４を備えた空間室Ｂを
スペーサ１３が形成している。上記酸素ポンプの
電極１５ａ，１５ｂに電圧を印加されると空気側
に開放されている基準空気室Ａの酸素が空間室Ｂ
内に移動する。また上記酸素濃淡電池は基準ガス
として空気を利用でるように空気側に開放されて
いる空気室A′中の酸素濃度と上記空間室Ｂ中の
酸素濃度に応じて電圧を発生する。この電圧は公
知のネルンストの式で示される。
図について説明する。図において、酸素量制御供
給手段としてのジルコニア固体電解質酸素ポンプ
を固体電解質板１１ａ，１２ａで構成している。
また化学当量点検出手段としてのジルコニア固体
電解質酸素濃淡電池を固体電解質板１１ｂ，１２
ｂで構成している。そして被測定ガスを導入して
測定するための拡散細孔１４を備えた空間室Ｂを
スペーサ１３が形成している。上記酸素ポンプの
電極１５ａ，１５ｂに電圧を印加されると空気側
に開放されている基準空気室Ａの酸素が空間室Ｂ
内に移動する。また上記酸素濃淡電池は基準ガス
として空気を利用でるように空気側に開放されて
いる空気室A′中の酸素濃度と上記空間室Ｂ中の
酸素濃度に応じて電圧を発生する。この電圧は公
知のネルンストの式で示される。
Ｅ＝RT／4FlnPO″2／PO2
Ｒ……気体定数
Ｔ……絶対温度
Ｆ……フアラデー定数
PO2……基準ガス中の酸素分圧
PO″2……被測定ガス中の酸素分圧
ところで、空燃比が理論空燃比点よりリツチ側
では被測定ガス中の酸素濃度が極めて低く可燃性
ガスが急増するためジルコニア固体電解質酸素濃
淡電池では、その出力電圧が理論空燃比点よりリ
ツチ側で段階状に変化しその現象を利用して理論
空燃比点を検出する手段として使用されることは
公知である。一方、この発明においても酸素濃淡
電池は上記と同様の動作を行なうが、酸素ポンプ
によつて上記空間室Ｂ内の被測定ガス中に酸素が
導入されるためにこの被測定ガス中の酸素と可燃
性ガスの化学当量が上記空間室Ｂ外の被測定ガス
の理論空燃比点よりも実質的にリツチ側に移動
し、この移動量は導入された酸素量によつて自由
に制御できるので、第６，７図に示すようにリツ
チ側の任意の空燃比を検出することができる。
では被測定ガス中の酸素濃度が極めて低く可燃性
ガスが急増するためジルコニア固体電解質酸素濃
淡電池では、その出力電圧が理論空燃比点よりリ
ツチ側で段階状に変化しその現象を利用して理論
空燃比点を検出する手段として使用されることは
公知である。一方、この発明においても酸素濃淡
電池は上記と同様の動作を行なうが、酸素ポンプ
によつて上記空間室Ｂ内の被測定ガス中に酸素が
導入されるためにこの被測定ガス中の酸素と可燃
性ガスの化学当量が上記空間室Ｂ外の被測定ガス
の理論空燃比点よりも実質的にリツチ側に移動
し、この移動量は導入された酸素量によつて自由
に制御できるので、第６，７図に示すようにリツ
チ側の任意の空燃比を検出することができる。
実施例 ２
Y2O310重量％で安定化したZrO2焼結体より５
×20×0.5mmの板を２枚切出し、この板の両面に
３×４mmの大きさにPtを約2000Å蒸着し、その
後厚さ1μになるように電気メツキして電極付き
固体電解質板１２ａ，１２ｂを製作した。次に５
×20×1.5mmの板を２枚切出し上記固体電解質板
１２ａ，１２ｂと接着したときに空気側と通じる
孔を形成するようなくぼみを設けた固体電解質板
１１ａ，１１ｂを製作した。さらに間〓室Ｃを設
けるためにスペーサ４として５×５×0.075mmの
板を切出した。上記の各部材は第５図に示すよう
に組立て、その接着部にNaO−SiO2−Al2O3系の
1000℃で軟化点を示すガラスフリツトを塗布した
後、炉中で1150℃に加熱し接合した。このように
構成したセンサの機能においては間〓室Ｃが実施
例１の拡散細孔１４を備えた空間室Ｂと同等の作
用が得られ、出力特性も同様であつた。
×20×0.5mmの板を２枚切出し、この板の両面に
３×４mmの大きさにPtを約2000Å蒸着し、その
後厚さ1μになるように電気メツキして電極付き
固体電解質板１２ａ，１２ｂを製作した。次に５
×20×1.5mmの板を２枚切出し上記固体電解質板
１２ａ，１２ｂと接着したときに空気側と通じる
孔を形成するようなくぼみを設けた固体電解質板
１１ａ，１１ｂを製作した。さらに間〓室Ｃを設
けるためにスペーサ４として５×５×0.075mmの
板を切出した。上記の各部材は第５図に示すよう
に組立て、その接着部にNaO−SiO2−Al2O3系の
1000℃で軟化点を示すガラスフリツトを塗布した
後、炉中で1150℃に加熱し接合した。このように
構成したセンサの機能においては間〓室Ｃが実施
例１の拡散細孔１４を備えた空間室Ｂと同等の作
用が得られ、出力特性も同様であつた。
実施例 ３
実施例１にて製作したセンサにおいて、固体電
解質酸素ポンプを使用し空間質Ｂ内の酸素を排出
し、固体電解質酸素濃淡電池の出力電圧が100ｍ
Ｖになるように、即ち、空間室Ｂと基準空気室
A′との酸素分圧が設定値になるように空燃比に
対応してポンプ電流を変え測定したところ、800
℃排気ガス温中で第８図に示すような特性が確認
された。この特性からリーン時において空燃比を
測定するにはポンプ電流を測ればよい。また実施
例２にて製作したセンサでも同様の特性が得られ
た。
解質酸素ポンプを使用し空間質Ｂ内の酸素を排出
し、固体電解質酸素濃淡電池の出力電圧が100ｍ
Ｖになるように、即ち、空間室Ｂと基準空気室
A′との酸素分圧が設定値になるように空燃比に
対応してポンプ電流を変え測定したところ、800
℃排気ガス温中で第８図に示すような特性が確認
された。この特性からリーン時において空燃比を
測定するにはポンプ電流を測ればよい。また実施
例２にて製作したセンサでも同様の特性が得られ
た。
以上のようにこの発明によれば、所定量の酸素
を供給する酸素量制御供給手段と、化学当量点検
出手段とを備え、両手段が任意量の被測定ガスを
導入して測定するための間〓室または拡散細孔を
備えた空間室を形成したことにより、内燃機関の
排気ガス中の酸素濃度と空燃比が計測できる小型
で安価な空燃比センサとなり、基準としての理論
空燃比を検出し、酸素濃度と空燃比の補正ができ
るので、正確かつ安定にリツチ、リーンの任意の
空燃比が測定できる。またこの発明のセンサは自
動車用機関の他、工業用バーナおよび房用燃焼装
置などにも広く適用できる効果がある。
を供給する酸素量制御供給手段と、化学当量点検
出手段とを備え、両手段が任意量の被測定ガスを
導入して測定するための間〓室または拡散細孔を
備えた空間室を形成したことにより、内燃機関の
排気ガス中の酸素濃度と空燃比が計測できる小型
で安価な空燃比センサとなり、基準としての理論
空燃比を検出し、酸素濃度と空燃比の補正ができ
るので、正確かつ安定にリツチ、リーンの任意の
空燃比が測定できる。またこの発明のセンサは自
動車用機関の他、工業用バーナおよび房用燃焼装
置などにも広く適用できる効果がある。
第１図はこの発明の空燃比センサの断面図、第
２図は電極付き固体電解質板の斜視図、第３図は
固体電解質板の斜視図、第４図はスペーサの斜視
図、第５図は空燃比センサの他の実施例を示す断
面図、第６図はポンプ電流を流したときの電池電
圧の変化を示す特性図、第７図は化学当量変化を
ポンプ電流と空燃比で表わした特性図、第８図は
リーン時におけるポンプ電流と空燃比の関係を示
す特性図である。 ２……ガラスフリツト接合部、４……スペー
サ、１１ａ，１１ｂ……固体電解質板、１２ａ，
１２ｂ……電極付き固体電解質板、１３……スペ
ーサ、１４……拡散細孔、１５ａ，１５ｂ……ポ
ンプ部電極、１６ａ，１６ｂ……電池部電極、
Ａ，A′……基準空気室、Ｂ……空間室、Ｃ……
間〓室。なお、図中、同一符号は同一又は相当部
分を示す。
２図は電極付き固体電解質板の斜視図、第３図は
固体電解質板の斜視図、第４図はスペーサの斜視
図、第５図は空燃比センサの他の実施例を示す断
面図、第６図はポンプ電流を流したときの電池電
圧の変化を示す特性図、第７図は化学当量変化を
ポンプ電流と空燃比で表わした特性図、第８図は
リーン時におけるポンプ電流と空燃比の関係を示
す特性図である。 ２……ガラスフリツト接合部、４……スペー
サ、１１ａ，１１ｂ……固体電解質板、１２ａ，
１２ｂ……電極付き固体電解質板、１３……スペ
ーサ、１４……拡散細孔、１５ａ，１５ｂ……ポ
ンプ部電極、１６ａ，１６ｂ……電池部電極、
Ａ，A′……基準空気室、Ｂ……空間室、Ｃ……
間〓室。なお、図中、同一符号は同一又は相当部
分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 所定量の酸素を供給する固体電解質酸素ポン
プからなる酸素量制御供給手段と、基準ガスとし
て空気を使用する固体電解質酸素濃淡電池からな
る化学当量点検手段とを備え、上記両手段により
任意量の被測定ガスを導入して測定するための間
隔室または拡散細孔を備えた空間室を形成し、こ
の間隔室または空間室内の被測定ガス中の酸素分
圧と上記化学当量点検出手段の基準ガス中の酸素
分圧との比率が所定値となるように上記酸素量制
御供給手段の制御電流値により上記固体電解質酸
素ポンプで供給する酸素量を制御し、そのときの
上記酸素量制御供給手段の制御量に対応した出力
信号により上記室外の被測定ガスの空燃比を測定
することを特徴とする空燃比センサ。 ２ 酸素量制御供給手段は、酸素源として空気中
の酸素を使用す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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58066022A JPS59190652A (ja) | 1983-04-12 | 1983-04-12 | リツチバ−ンセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58066022A JPS59190652A (ja) | 1983-04-12 | 1983-04-12 | リツチバ−ンセンサ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59043097A Division JPS59192955A (ja) | 1984-03-06 | 1984-03-06 | 空燃比センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59190652A JPS59190652A (ja) | 1984-10-29 |
| JPH0411823B2 true JPH0411823B2 (ja) | 1992-03-02 |
Family
ID=13303879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58066022A Granted JPS59190652A (ja) | 1983-04-12 | 1983-04-12 | リツチバ−ンセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59190652A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH061258B2 (ja) * | 1984-01-05 | 1994-01-05 | 日産自動車株式会社 | 空燃比検出装置 |
| JPH03138560A (ja) * | 1989-10-25 | 1991-06-12 | Ngk Insulators Ltd | 加熱型空燃比検出器 |
| JP2788511B2 (ja) * | 1989-11-15 | 1998-08-20 | 日本碍子株式会社 | 酸素濃度検出器の処理方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59163558A (ja) * | 1983-03-09 | 1984-09-14 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学的装置 |
-
1983
- 1983-04-12 JP JP58066022A patent/JPS59190652A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59190652A (ja) | 1984-10-29 |
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