JPH0583863B2 - - Google Patents
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- JPH0583863B2 JPH0583863B2 JP58194136A JP19413683A JPH0583863B2 JP H0583863 B2 JPH0583863 B2 JP H0583863B2 JP 58194136 A JP58194136 A JP 58194136A JP 19413683 A JP19413683 A JP 19413683A JP H0583863 B2 JPH0583863 B2 JP H0583863B2
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- Japan
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- sensor
- oxygen
- fuel ratio
- diffusion chamber
- electrode
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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
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
-
- 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
- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
- 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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- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は自動車の排ガス成分から理論空燃比を
検出するエンジン制御用空燃比センサに係り、特
に、拡散室内の酸素濃度を制御し、これを基準に
発生する起電力から理論空燃比を検出するに好適
なエンジン制御用空燃比センサに関する。
検出するエンジン制御用空燃比センサに係り、特
に、拡散室内の酸素濃度を制御し、これを基準に
発生する起電力から理論空燃比を検出するに好適
なエンジン制御用空燃比センサに関する。
自動車の排ガス成分より理論空燃比（空気過剰
率λ＝１）を検出するのに、触媒作用を有する白
金電極とジルコニア固体電解質より成る酸素セン
サが用いられている。これらは、２つの白金電極
の一方が排ガスに、他方を大気に接触するように
し、排ガス中の酸素分圧と大気中の酸素分圧差よ
り起電力を発生させる大気基準法によりλ＝１を
検出するものである。しかし、大気基準法ゆえ袋
管状の複雑かつ大型な構造となり、これに伴いコ
ストも高い。
率λ＝１）を検出するのに、触媒作用を有する白
金電極とジルコニア固体電解質より成る酸素セン
サが用いられている。これらは、２つの白金電極
の一方が排ガスに、他方を大気に接触するように
し、排ガス中の酸素分圧と大気中の酸素分圧差よ
り起電力を発生させる大気基準法によりλ＝１を
検出するものである。しかし、大気基準法ゆえ袋
管状の複雑かつ大型な構造となり、これに伴いコ
ストも高い。
そこで、センサの小型化、コスト低減を図る手
段として、センサ全体を排ガス中にさらすように
し２つの電極の一方を非触媒性の金を、一方を白
金電極とする構造の酸素センサが提案されたが、
センサの使用環境のかこくさから金電極の耐久性
（信頼性）が得られず実現性に問題があつた。
段として、センサ全体を排ガス中にさらすように
し２つの電極の一方を非触媒性の金を、一方を白
金電極とする構造の酸素センサが提案されたが、
センサの使用環境のかこくさから金電極の耐久性
（信頼性）が得られず実現性に問題があつた。
この様なことから、電極材料には従来の白金を
用い、センサ全体を排ガス中にさらすことによる
出力特性の減少を改善する方法として酸素ポンプ
現象を利用する以下に述べる酸素センサが考えら
れている。
用い、センサ全体を排ガス中にさらすことによる
出力特性の減少を改善する方法として酸素ポンプ
現象を利用する以下に述べる酸素センサが考えら
れている。
先ず、酸素ポンプ現象を利用した酸素センサと
して、ジルコニア固体電解質と任意の空間を有す
る酸素基準室とこれに酸素が拡散流入するための
拡散孔により構成されたセンサが特開昭52−
69690で提案されている。このものはセンサに電
圧を印加し酸素基準室内の酸素を引く抜くことに
より酸素基準室内の酸素量の減少に伴い逆に拡散
孔を介して流入する酸素量からセンサ雰囲気中の
酸素濃度を検出するセンサで、λ＝１を検出する
概念は何ら示されていない。
して、ジルコニア固体電解質と任意の空間を有す
る酸素基準室とこれに酸素が拡散流入するための
拡散孔により構成されたセンサが特開昭52−
69690で提案されている。このものはセンサに電
圧を印加し酸素基準室内の酸素を引く抜くことに
より酸素基準室内の酸素量の減少に伴い逆に拡散
孔を介して流入する酸素量からセンサ雰囲気中の
酸素濃度を検出するセンサで、λ＝１を検出する
概念は何ら示されていない。
次に、２個のジルコニア固体電解質セルを積層
し、この間に酸素基準室及び酸素基準室内の酸素
を排出する排出孔を設けた構造の酸素センサで、
酸素基準室内の酸素濃度を制御し、これを基準と
して雰囲気中の酸素濃度を検出する特開昭55−
30681が提案されている。しかし、このものもλ
＝１を検出する概念は何ら述べられておらず、ま
た、積層型となる故にセンサ構造も複雑となる。
し、この間に酸素基準室及び酸素基準室内の酸素
を排出する排出孔を設けた構造の酸素センサで、
酸素基準室内の酸素濃度を制御し、これを基準と
して雰囲気中の酸素濃度を検出する特開昭55−
30681が提案されている。しかし、このものもλ
＝１を検出する概念は何ら述べられておらず、ま
た、積層型となる故にセンサ構造も複雑となる。
同様に、２個のセルを有した酸素センサで、一
方のセルで酸素をポンピングさせ、一方のセルで
発生する起電力のステツプ状の急変点から雰囲気
中の酸素濃度を検出する酸素センサが特開昭57−
111441に提案されている。これも前述同様λ＝１
の検出概念は何ら示しておらず、また積層型構造
故複雑である。
方のセルで酸素をポンピングさせ、一方のセルで
発生する起電力のステツプ状の急変点から雰囲気
中の酸素濃度を検出する酸素センサが特開昭57−
111441に提案されている。これも前述同様λ＝１
の検出概念は何ら示しておらず、また積層型構造
故複雑である。
次に、白金電極とジルコニア固体電解質とから
なるセルを２個用い、一方のセルを酸素ポンプ制
御用とし、他方を検出セルとする特開昭51−
035964、55−154450がある。これらは２個のセル
を積層し中央に位置する基準電極近傍の酸素分圧
をポンプセルに印加する電圧、あるいは電流で注
入、引き抜く制御を行い、このときの検出セルの
起電力よりλを測定するものである。この方法に
よると積層型である故構造が複雑となり、また基
準電極部が気密構造となるため酸素注入時では内
圧上昇により電極のはく離や素子破壊を生じるこ
とが考えられ、更に気相領域の表面積が減少し、
触媒活性度が低下するので、λ＝１でのステツプ
状の出力特性が得にくいことが考えられる。ま
た、後者のポンプセルのジルコニア固体電解質は
ポーラスな焼結体とするため、その製造プロセス
の管理の困難さから生産性も劣ると思われる。
なるセルを２個用い、一方のセルを酸素ポンプ制
御用とし、他方を検出セルとする特開昭51−
035964、55−154450がある。これらは２個のセル
を積層し中央に位置する基準電極近傍の酸素分圧
をポンプセルに印加する電圧、あるいは電流で注
入、引き抜く制御を行い、このときの検出セルの
起電力よりλを測定するものである。この方法に
よると積層型である故構造が複雑となり、また基
準電極部が気密構造となるため酸素注入時では内
圧上昇により電極のはく離や素子破壊を生じるこ
とが考えられ、更に気相領域の表面積が減少し、
触媒活性度が低下するので、λ＝１でのステツプ
状の出力特性が得にくいことが考えられる。ま
た、後者のポンプセルのジルコニア固体電解質は
ポーラスな焼結体とするため、その製造プロセス
の管理の困難さから生産性も劣ると思われる。
次に、単一セルで酸素ポンプ、出力検出を兼ね
て行う酸素センサが特開昭54−164191、特開昭55
−156856に提案されている。これらは基板上に単
一セルを配置し、セルに電圧あるいは電流を印加
し、基板側に接する電極近傍への酸素分圧を注入
あるいは引き抜きにより増減制御し、このときの
セルの起電力からλ＝１を検出するものである。
この方法でも基準電極界面が気密構造であるため
上記した如く酸素注入時では内圧上昇による電極
のはく離や素子破壊を生じ、また、気相領域の表
面積が減少し触媒活性度が低下するので、λ＝１
でのステツプ状の出力が得にくいことが考えられ
る。
て行う酸素センサが特開昭54−164191、特開昭55
−156856に提案されている。これらは基板上に単
一セルを配置し、セルに電圧あるいは電流を印加
し、基板側に接する電極近傍への酸素分圧を注入
あるいは引き抜きにより増減制御し、このときの
セルの起電力からλ＝１を検出するものである。
この方法でも基準電極界面が気密構造であるため
上記した如く酸素注入時では内圧上昇による電極
のはく離や素子破壊を生じ、また、気相領域の表
面積が減少し触媒活性度が低下するので、λ＝１
でのステツプ状の出力が得にくいことが考えられ
る。
本発明の目的は、空燃比の検出精度を向上で
き、かつ信頼性の高いエンジン制御用空燃比セン
サを提供することにある。
き、かつ信頼性の高いエンジン制御用空燃比セン
サを提供することにある。
上記目的はジルコニア固体電解質と、その両面
に形成した一対の電極と、その一方の電極を囲む
ように前記電解質上に設けたカバーと、前記カバ
ーと前記固体電解質との間に設けられた拡散室
と、前記拡散室と被測定雰囲気を連通するガス拡
散孔とを有し、前記拡散室内の電極を陽極として
拡散室内の酸素濃度を制御し、この酸素濃度を基
準として両電極間の端子電圧から理論空燃比を検
出するエンジン制御用空燃比センサにおいて、前
記ガス拡散孔はその横断面積が前記電極面積の1/
１００以下の溝状の形状を有するとともに、前記カ
バーと前記固体電解質との間に設けられており、
前記拡散室及び前記ガス拡散孔は有機バインダを
焼却することによつて形成されていることによつ
て達成される。
に形成した一対の電極と、その一方の電極を囲む
ように前記電解質上に設けたカバーと、前記カバ
ーと前記固体電解質との間に設けられた拡散室
と、前記拡散室と被測定雰囲気を連通するガス拡
散孔とを有し、前記拡散室内の電極を陽極として
拡散室内の酸素濃度を制御し、この酸素濃度を基
準として両電極間の端子電圧から理論空燃比を検
出するエンジン制御用空燃比センサにおいて、前
記ガス拡散孔はその横断面積が前記電極面積の1/
１００以下の溝状の形状を有するとともに、前記カ
バーと前記固体電解質との間に設けられており、
前記拡散室及び前記ガス拡散孔は有機バインダを
焼却することによつて形成されていることによつ
て達成される。
本発明となるエンジン制御用空燃比センサの具
体的一実施例を以下に示す。
体的一実施例を以下に示す。
第１図は本発明となるエンジン制御用空燃比セ
ンサの原理構造を示す図である。
ンサの原理構造を示す図である。
図において、１はジルコニア固体電解質（以下
ZrO2と略記する）、２は白金電極でセンサの陽極
部、３は白金電極でセンサの陰極部、４は拡散
室、５はガス拡散孔でセンサを構成し６は定電流
源である。
ZrO2と略記する）、２は白金電極でセンサの陽極
部、３は白金電極でセンサの陰極部、４は拡散
室、５はガス拡散孔でセンサを構成し６は定電流
源である。
ここでの動作は次のとおりである。
今、定電流源６を無視すれば白金電極２，３間
に発生するセンサの起電力Ｅは陰極部の三層界面
の酸素分圧をP1、拡散室４内の酸素分圧をP2と
するとネルンストの式で次のように表わされる。
に発生するセンサの起電力Ｅは陰極部の三層界面
の酸素分圧をP1、拡散室４内の酸素分圧をP2と
するとネルンストの式で次のように表わされる。
Ｅ＝RT／4F・InP2／P1 ……(1)
ここで、Ｆはフアラデイ定数、Ｔは絶対温度、
Ｒは気体定数である。
Ｒは気体定数である。
しかし、本発明センサは全体が排ガス中にさら
されるため、P1、P2とも同値であるから起電力
Ｅは零となる。したがつて、この状態でλを検出
するには拡散室４内の酸素濃度を制御する必要が
ある。その制御には定電流源６を用いる。白金電
極２の陽極側から白金電極３の陰極側へ定電流IP
を印加すると白金電極３の陰極部とZrO21との三
相界面に存在する酸素（以下O2と略記する）は
イオン化され陽極側へ移動し、再び白金電極２に
より酸化されO2となる。すなわち、陰極界面の
O2は電流励起により拡散室へ注入されることと
なる。このとき注入されるO2量は定電流IP値によ
つて決定されるものである。
されるため、P1、P2とも同値であるから起電力
Ｅは零となる。したがつて、この状態でλを検出
するには拡散室４内の酸素濃度を制御する必要が
ある。その制御には定電流源６を用いる。白金電
極２の陽極側から白金電極３の陰極側へ定電流IP
を印加すると白金電極３の陰極部とZrO21との三
相界面に存在する酸素（以下O2と略記する）は
イオン化され陽極側へ移動し、再び白金電極２に
より酸化されO2となる。すなわち、陰極界面の
O2は電流励起により拡散室へ注入されることと
なる。このとき注入されるO2量は定電流IP値によ
つて決定されるものである。
ガス拡散孔５を介し拡散室４に流入するO2と
一酸化炭素（以下COと略記する）注入されるO2
とから拡散室４内では一般に知られる次のような
反応を示す。
一酸化炭素（以下COと略記する）注入されるO2
とから拡散室４内では一般に知られる次のような
反応を示す。
CO＋１／２O2〓CO2 ……(2)
自動車の排ガス中のCO、O2量は空気過剰率λ
が１より小さいリツチ領域ではCOが大、O2が
少、また、λが１より大きいリーン領域ではCO
が少、O2が大となる。
が１より小さいリツチ領域ではCOが大、O2が
少、また、λが１より大きいリーン領域ではCO
が少、O2が大となる。
したがつて、リツチ領域で(2)式に示す反応を行
うにはO2が不足であるため、定電流IPにより拡散
室４へ陰極よりO2を多量に注入する必要がある。
よつて、陽極部では高酸素濃度、陰極部では白金
電極の触媒作用により陰極界面のO2は欠乏状態
に近くなり起電力Ｅは高い電圧値となる。
うにはO2が不足であるため、定電流IPにより拡散
室４へ陰極よりO2を多量に注入する必要がある。
よつて、陽極部では高酸素濃度、陰極部では白金
電極の触媒作用により陰極界面のO2は欠乏状態
に近くなり起電力Ｅは高い電圧値となる。
逆に、リーン領域ではO2が過剰でCOが少ない
ため(2)式の反応に必要なO2の消費量も少量で済
むためこのとき拡散室４内の酸素濃度と陰極界面
の酸素濃度差が小さく、(1)式での起電力Ｅはほぼ
零となる。
ため(2)式の反応に必要なO2の消費量も少量で済
むためこのとき拡散室４内の酸素濃度と陰極界面
の酸素濃度差が小さく、(1)式での起電力Ｅはほぼ
零となる。
このように、陰極部よりO2を拡散室４に注入
し拡散室４内での(2)式の反応によりステツプ状の
起電力を得ることで排ガス中のガス成分よりλ＝
１を検出することができる。
し拡散室４内での(2)式の反応によりステツプ状の
起電力を得ることで排ガス中のガス成分よりλ＝
１を検出することができる。
第２図は本発明のエンジン制御用空燃比センサ
の出力特性を示すものである。前述した如く拡散
室４へ注入されるO2量は定電流値IPに比例するも
のである。したがつて、IP量を大きくするとこれ
に伴い陰極部の三相界面のO2が欠乏する状態が
リーン側で起ることから、空気過剰率λ＝１より
もリーン領域側にシフトしたところでステツプ状
の起電力を発生するようになる。したがつて、こ
の急変点のずれを防止するに必要な最適IP値を選
択する必要がある。
の出力特性を示すものである。前述した如く拡散
室４へ注入されるO2量は定電流値IPに比例するも
のである。したがつて、IP量を大きくするとこれ
に伴い陰極部の三相界面のO2が欠乏する状態が
リーン側で起ることから、空気過剰率λ＝１より
もリーン領域側にシフトしたところでステツプ状
の起電力を発生するようになる。したがつて、こ
の急変点のずれを防止するに必要な最適IP値を選
択する必要がある。
第３図は本発明センサの温度特性の一例を示す
図である。図中Tpnp１、Tpnp２の大小関係は
Tpnp１＜Tpnp２であり、Tpnp１の低温側で出力
電圧が高くなるのは電極、ZrO2電解質系のイン
ピーダンスが低温ほど大きくなるため、電流IPと
のオーム損過電圧等の影響で電圧降下分も大きく
なるためである。この防止には電流IPを小さくす
ることが必要である。
図である。図中Tpnp１、Tpnp２の大小関係は
Tpnp１＜Tpnp２であり、Tpnp１の低温側で出力
電圧が高くなるのは電極、ZrO2電解質系のイン
ピーダンスが低温ほど大きくなるため、電流IPと
のオーム損過電圧等の影響で電圧降下分も大きく
なるためである。この防止には電流IPを小さくす
ることが必要である。
第４図は定電流IP量を変えたときの出力特性を
比較したものである。図中電流IP3とIP4の大小関
係はIP3＞IP4である。定電流量がIP3であるとき、
空気過剰率λ全域で良好な特性が得られるもの
の、電流量IP4とするとλが小さくなるに従い出
力が低下する現象となる。これは、リツチ領域で
の排ガス中のCOの量が増大し拡散室へのCO拡散
量も増大することにより、(2)式での反応を起すに
必要なO2注入量が不足するため陰極、陽極間三
相界面部の酸素濃度差が接近し起電力が低下する
ためである。
比較したものである。図中電流IP3とIP4の大小関
係はIP3＞IP4である。定電流量がIP3であるとき、
空気過剰率λ全域で良好な特性が得られるもの
の、電流量IP4とするとλが小さくなるに従い出
力が低下する現象となる。これは、リツチ領域で
の排ガス中のCOの量が増大し拡散室へのCO拡散
量も増大することにより、(2)式での反応を起すに
必要なO2注入量が不足するため陰極、陽極間三
相界面部の酸素濃度差が接近し起電力が低下する
ためである。
以上述べたように、本発明のセンサでは出力急
変点、すなわちλ＝１より検出λ値のずれの問題
やリツチ領域でCO拡散量の増加による出力低下
の問題が定電流値やガス拡散孔の大きさなどに依
存すること、陰極部より拡散室にO2注入し酸素
濃度を制御するため、拡散室の内圧上昇による素
子の劣化、破壊の問題にガス拡散孔の形状が関係
する。
変点、すなわちλ＝１より検出λ値のずれの問題
やリツチ領域でCO拡散量の増加による出力低下
の問題が定電流値やガス拡散孔の大きさなどに依
存すること、陰極部より拡散室にO2注入し酸素
濃度を制御するため、拡散室の内圧上昇による素
子の劣化、破壊の問題にガス拡散孔の形状が関係
する。
そこで、ガス拡散孔の径を変えたセンサS1，S2
を試作し上記項目について実験的に確認した。そ
の結果を第５図に示す。
を試作し上記項目について実験的に確認した。そ
の結果を第５図に示す。
先ず、励起電流による検出λ値のずれは電流値
が大きくなるにつれて徐々に大きくなる。この原
因は第２図で説明したように電流量が大きくなる
と拡散室へのO2注入量が多くなり陰極部三相界
面での酸素欠乏状態がλ＝１よりリーン側で起る
ため、センサの起電力がステツプ状に変化するλ
値もリーン側にシフトするためである。従つて、
検出λ値のずれ幅を最小にするには定電流量はで
きるだけ小さくする必要がある。このように、IP
値を小さくできることは第３図で示した低温程イ
ンピーダンスが増加することによる電圧降下の増
大を防止でき対策にもなる。また、IP値を小さく
できることはガス拡散孔の径をも小さくでき、セ
ンサの小型化につながる。しかし、励起電流IPを
極端に小さくすると第４図で述べたようにリツチ
領域でCOの拡散量増加による出力低下の問題が
生じる。図中破線部分はこの領域での特性を示す
が、図中明らかな如くセンサのガス拡散孔径が
φ0.12mmのセンサS1、φ0.03mmのセンサS2を比較す
ると、ガス拡散孔径の小さいS2の方がより高精度
にλ＝１を検出できるのが分る。
が大きくなるにつれて徐々に大きくなる。この原
因は第２図で説明したように電流量が大きくなる
と拡散室へのO2注入量が多くなり陰極部三相界
面での酸素欠乏状態がλ＝１よりリーン側で起る
ため、センサの起電力がステツプ状に変化するλ
値もリーン側にシフトするためである。従つて、
検出λ値のずれ幅を最小にするには定電流量はで
きるだけ小さくする必要がある。このように、IP
値を小さくできることは第３図で示した低温程イ
ンピーダンスが増加することによる電圧降下の増
大を防止でき対策にもなる。また、IP値を小さく
できることはガス拡散孔の径をも小さくでき、セ
ンサの小型化につながる。しかし、励起電流IPを
極端に小さくすると第４図で述べたようにリツチ
領域でCOの拡散量増加による出力低下の問題が
生じる。図中破線部分はこの領域での特性を示す
が、図中明らかな如くセンサのガス拡散孔径が
φ0.12mmのセンサS1、φ0.03mmのセンサS2を比較す
ると、ガス拡散孔径の小さいS2の方がより高精度
にλ＝１を検出できるのが分る。
また、ガス拡散孔径を小さくすることにより、
前述した拡散室の内圧上昇での素子の劣化、破壊
等の問題についてセンサS2で確認したところこの
センサでの積層体最大応力σは充分小さく問題な
いことが判つた。
前述した拡散室の内圧上昇での素子の劣化、破壊
等の問題についてセンサS2で確認したところこの
センサでの積層体最大応力σは充分小さく問題な
いことが判つた。
以上の事よりガス拡散孔径の最適値はガス拡散
孔の長さにもよるが、おおむね電極面積の約1/10
０以下で実用的に有効な特性が得られることが実
験的に確認できた。
孔の長さにもよるが、おおむね電極面積の約1/10
０以下で実用的に有効な特性が得られることが実
験的に確認できた。
第６図、第７図は本発明のエンジン制御用空燃
比センサの製作方法を示す図である。
比センサの製作方法を示す図である。
前述した如くガス拡散孔５の穴径は微小孔とな
るためドリルやポンチ類で穴をあけることは困難
である。従つて、第６図ｂに示すようにガス拡散
孔５はセンサセルの横溝に配するような構造のも
のとした。
るためドリルやポンチ類で穴をあけることは困難
である。従つて、第６図ｂに示すようにガス拡散
孔５はセンサセルの横溝に配するような構造のも
のとした。
第６図でのセンサを実際製作するプロセスを第
７図で簡単に説明する。
７図で簡単に説明する。
先ずジルコニア、グリーンシート１０の両面に
厚さ約10μｍの電極を形成するため白金ペースト
２０，３０を印刷する。次に白金電極２０の両端
部に炭素入り有機バインダ７０を印刷し、その外
側にはグリーンシート１０と接着良好なセラミツ
クス６０，６０′を印刷する。なお、このセラミ
ツクス６０，６０′はジルコニア、グリーンシー
ト１０と同一の材料でも良い。そして、拡散孔及
び拡散室を形成するため再度有機バインダ７０を
６０′と２０の上に印刷し、その上にグリーンシ
ート状のカバー部材１０′を積層し約200℃の温度
で熱圧着させる。熱圧着後の昇温中に有機バイン
ダ７０は焼却され、ガス拡散孔、拡散室の空間が
できる。そして、1500℃の本焼成を行うことで第
６図ａ，ｂに示すエンジン制御用空燃比センサが
製作される。
厚さ約10μｍの電極を形成するため白金ペースト
２０，３０を印刷する。次に白金電極２０の両端
部に炭素入り有機バインダ７０を印刷し、その外
側にはグリーンシート１０と接着良好なセラミツ
クス６０，６０′を印刷する。なお、このセラミ
ツクス６０，６０′はジルコニア、グリーンシー
ト１０と同一の材料でも良い。そして、拡散孔及
び拡散室を形成するため再度有機バインダ７０を
６０′と２０の上に印刷し、その上にグリーンシ
ート状のカバー部材１０′を積層し約200℃の温度
で熱圧着させる。熱圧着後の昇温中に有機バイン
ダ７０は焼却され、ガス拡散孔、拡散室の空間が
できる。そして、1500℃の本焼成を行うことで第
６図ａ，ｂに示すエンジン制御用空燃比センサが
製作される。
第６図、第７図で製作したエンジン制御用空燃
比センサの出力特性を第８図に、応答特性を第９
図に示す。この結果、出力特性は空気過剰率λ＝
１でステツプ状の出力を示し、また、ヒステリシ
ス特性も小さくできた。ダイナミツタ特性である
応答性についても現酸素センサと同等の特性を得
ることができた。
比センサの出力特性を第８図に、応答特性を第９
図に示す。この結果、出力特性は空気過剰率λ＝
１でステツプ状の出力を示し、また、ヒステリシ
ス特性も小さくできた。ダイナミツタ特性である
応答性についても現酸素センサと同等の特性を得
ることができた。
ポンプ現象を利用した空燃比センサは、本発明
センサも含め低温側で動作しない欠点が有る。そ
こで使用時にはセンサを動作可能な温度に加熱す
る必要がある。
センサも含め低温側で動作しない欠点が有る。そ
こで使用時にはセンサを動作可能な温度に加熱す
る必要がある。
第１０図はヒータを内臓した構造のエンジン制
御用空燃比センサの一例を示したものである。ヒ
ータは厚膜プロセス技術で作り、少なくともセン
サを500℃以上に加熱可能にする必要がある。ま
た、ZrO2との絶縁をとるため、ヒータの両面に
は例えばアルミナ等の絶縁層を設ける必要があ
る。
御用空燃比センサの一例を示したものである。ヒ
ータは厚膜プロセス技術で作り、少なくともセン
サを500℃以上に加熱可能にする必要がある。ま
た、ZrO2との絶縁をとるため、ヒータの両面に
は例えばアルミナ等の絶縁層を設ける必要があ
る。
次に、われわれはガス拡散孔の大きさが理論空
燃比の検出精度に及ぼす影響の検討を行つた。第
１１図にこの結果を示す。図において、横軸は電
極面積とガス拡散孔横断面積の比、縦軸はリツチ
領域で出力の低下を起さない試作サンプルの検出
λ値を示したものである。電極面積を３〜200mm2、
拡散室の深さを0.002〜３mm、ガス拡散孔の長さ
を0.1〜７mmの範囲内で変化されたサンプルを数
十種類試作した。これらのサンプルの検出λ値は
図中の斜線内に分布することが分つた。なお、ガ
ス拡散孔の短いサンプルほど検出λ値のリーン側
へのシフト量が大きい傾向があつた。これは、ガ
ス拡散孔を介して拡散室内に拡散流入するCOの
量が多いことによるものと思われる。図から理解
できるように、検出λ値のずれが数％以内のサン
プルを得るための面積比は少なくとも100倍以上
にする必要がある。
燃比の検出精度に及ぼす影響の検討を行つた。第
１１図にこの結果を示す。図において、横軸は電
極面積とガス拡散孔横断面積の比、縦軸はリツチ
領域で出力の低下を起さない試作サンプルの検出
λ値を示したものである。電極面積を３〜200mm2、
拡散室の深さを0.002〜３mm、ガス拡散孔の長さ
を0.1〜７mmの範囲内で変化されたサンプルを数
十種類試作した。これらのサンプルの検出λ値は
図中の斜線内に分布することが分つた。なお、ガ
ス拡散孔の短いサンプルほど検出λ値のリーン側
へのシフト量が大きい傾向があつた。これは、ガ
ス拡散孔を介して拡散室内に拡散流入するCOの
量が多いことによるものと思われる。図から理解
できるように、検出λ値のずれが数％以内のサン
プルを得るための面積比は少なくとも100倍以上
にする必要がある。
本発明によれば、空燃比の検出精度向上と、内
圧による素子の劣化や破壊の防止を図ることがで
きる。
圧による素子の劣化や破壊の防止を図ることがで
きる。
第１図は本発明となるエンジン制御用空燃比セ
ンサの原理構造を示す図、第２図は本発明センサ
出力特性の定電流の依存性を示す図、第３図は本
発明センサの温度影響を示す図、第４図は本発明
センサの定電流量の大小による出力影響を示す
図、第５図は本発明の試作センサの実験結果を示
す図、第６図は試作センサのガス拡散孔の形状を
示す図、第７図は本発明センサの製作プロセスを
説明するための図、第８図は試作サンプルの静特
性を示す図、第９図は試作サンプルの動特性を示
す図、第１０図は実用化型のヒータ内臓のエンジ
ン制御用空燃比センサの原理構造図、第１１図は
ガス拡散孔の大きさの説明図である。 １……固体電解質、２，３……電極、５……ガ
ス拡散孔、６……定電流源。
ンサの原理構造を示す図、第２図は本発明センサ
出力特性の定電流の依存性を示す図、第３図は本
発明センサの温度影響を示す図、第４図は本発明
センサの定電流量の大小による出力影響を示す
図、第５図は本発明の試作センサの実験結果を示
す図、第６図は試作センサのガス拡散孔の形状を
示す図、第７図は本発明センサの製作プロセスを
説明するための図、第８図は試作サンプルの静特
性を示す図、第９図は試作サンプルの動特性を示
す図、第１０図は実用化型のヒータ内臓のエンジ
ン制御用空燃比センサの原理構造図、第１１図は
ガス拡散孔の大きさの説明図である。 １……固体電解質、２，３……電極、５……ガ
ス拡散孔、６……定電流源。
Claims (1)
- １ ジルコニア固体電解質と、その両面に形成し
た一対の電極と、その一方の電極を囲むように前
記電解質上に設けたカバーと、前記カバーと前記
固体電解質との間に設けられた拡散室と、前記拡
散室と被測定雰囲気を連通するガス拡散孔とを有
し、前記拡散室内の電極を陽極として拡散室内の
酸素濃度を制御し、この酸素濃度を基準として両
電極間の端子電圧から理論空燃比を検出するエン
ジン制御用空燃比センサにおいて、前記ガス拡散
孔はその横断面積が前記電極の面積の1/100以下
の溝状の形状を有するとともに、前記カバーと前
記固体電解質との間に設けられており、前記拡散
室及び前記ガス拡散孔は有機バインダを焼却する
ことによつて形成されていることを特徴とするエ
ンジン制御用空燃比センサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58194136A JPS6086457A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | エンジン制御用空燃比センサ |
| KR1019840006314A KR850003262A (ko) | 1983-10-19 | 1984-10-12 | 엔진제어용 공연비센서 |
| CA000465779A CA1248198A (en) | 1983-10-19 | 1984-10-18 | Air-fuel ratio sensor used to control an internal combustion engine |
| DE8484112572T DE3478058D1 (en) | 1983-10-19 | 1984-10-18 | Method of operating an air-fuel ratio sensor |
| EP19840112572 EP0140295B1 (en) | 1983-10-19 | 1984-10-18 | Method of operating an air-fuel ratio sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58194136A JPS6086457A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | エンジン制御用空燃比センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6086457A JPS6086457A (ja) | 1985-05-16 |
| JPH0583863B2 true JPH0583863B2 (ja) | 1993-11-29 |
Family
ID=16319503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58194136A Granted JPS6086457A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | エンジン制御用空燃比センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0140295B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6086457A (ja) |
| CA (1) | CA1248198A (ja) |
| DE (1) | DE3478058D1 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0612354B2 (ja) * | 1983-11-28 | 1994-02-16 | 株式会社日立製作所 | 酸素濃度測定装置の製造方法 |
| JPS62129753A (ja) * | 1985-11-29 | 1987-06-12 | Yokogawa Electric Corp | 固体電解質を用いた分析装置 |
| US4762605A (en) * | 1986-02-01 | 1988-08-09 | Fuji Electric Co., Ltd. | Oxygen sensor |
| JPH0643986B2 (ja) * | 1986-02-17 | 1994-06-08 | 日本特殊陶業株式会社 | 空燃比センサの活性化検出装置 |
| JPH0697222B2 (ja) * | 1986-02-17 | 1994-11-30 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
| JPS62197759A (ja) * | 1986-02-25 | 1987-09-01 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比センサの活性化検出装置 |
| JPS62293149A (ja) * | 1986-06-12 | 1987-12-19 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比検出装置 |
| DE3728289C1 (de) * | 1987-08-25 | 1988-08-04 | Bosch Gmbh Robert | Nach dem polarographischen Messprinzip arbeitende Grenzstromsonde |
| FR2620868B1 (fr) * | 1987-09-22 | 1994-03-25 | Thomson Csf | Procede de realisation de microcavites et application a un capteur electrochimique ainsi qu'a un chomatographe en phase gazeuse |
| DE3841611A1 (de) * | 1988-12-10 | 1990-06-13 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement fuer grenzstromsensoren zur bestimmung des (lambda)-wertes von gasgemischen |
| US5100742A (en) * | 1990-03-08 | 1992-03-31 | Gte Laboratories Incorporated | Method and device for gaseous fuel cell operation |
| DE4333230B4 (de) * | 1993-09-30 | 2004-03-25 | Robert Bosch Gmbh | Elektrochemischer Meßfühler zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Gasen |
| DE4408021A1 (de) * | 1994-03-10 | 1995-09-14 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zur Erfassung des Sauerstoffgehalts in Gasen |
| JP5440724B1 (ja) * | 2013-02-18 | 2014-03-12 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| DE202013103647U1 (de) | 2013-08-12 | 2013-09-02 | Aspect Imaging Ltd. | Ein System zum Online-Messen und Steuern von O2-Fraktion, CO-Fraktion und CO2-Fraktion |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1071709A (en) * | 1975-12-05 | 1980-02-12 | Arnold O. Isenberg | Gas analysis apparatus |
| JPS5530681A (en) * | 1978-08-28 | 1980-03-04 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Detector for oxygen meter of solid electrolyte |
| JPS55154450A (en) * | 1979-05-19 | 1980-12-02 | Nissan Motor Co Ltd | Air-fuel-ratio detector |
| DE2923483A1 (de) * | 1979-06-09 | 1980-12-11 | Bosch Gmbh Robert | Polarographischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehaltes in gasen, insbesondere in abgasen von verbrennungsmotoren |
| JPS6029066B2 (ja) * | 1979-07-28 | 1985-07-08 | 日産自動車株式会社 | 空燃比制御信号発生装置 |
| US4272330A (en) * | 1980-03-03 | 1981-06-09 | Ford Motor Company | Transient mode oxygen sensor and method |
| JPS56122950A (en) * | 1980-03-03 | 1981-09-26 | Nissan Motor Co Ltd | Supplying circuit for controlling current for oxygen partial pressure on reference pole for oxygen sensor element |
| FR2494445A1 (fr) * | 1980-11-17 | 1982-05-21 | Socapex | Capteur electrochimique des concentrations d'especes dans un melange fluide et systeme de regulation de la richesse d'un melange air-carburant mettant en oeuvre un tel capteur |
| JPS5797439A (en) * | 1980-12-09 | 1982-06-17 | Toray Ind Inc | Oxygen sensor |
| JPS584986A (ja) * | 1981-07-01 | 1983-01-12 | Nec Corp | 分波光検出器 |
-
1983
- 1983-10-19 JP JP58194136A patent/JPS6086457A/ja active Granted
-
1984
- 1984-10-18 EP EP19840112572 patent/EP0140295B1/en not_active Expired
- 1984-10-18 DE DE8484112572T patent/DE3478058D1/de not_active Expired
- 1984-10-18 CA CA000465779A patent/CA1248198A/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3478058D1 (en) | 1989-06-08 |
| JPS6086457A (ja) | 1985-05-16 |
| EP0140295B1 (en) | 1989-05-03 |
| EP0140295A2 (en) | 1985-05-08 |
| CA1248198A (en) | 1989-01-03 |
| EP0140295A3 (en) | 1985-06-05 |
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