JPS6024445A - 空燃比検出器 - Google Patents

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、内燃機関等における空気と燃料との比、すな
わち空燃比を検出するための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からの排ガス中の＃Ｒ索濃度を検出
して、その検出値にもとづいて内ｍ機関に送る空気量お
よび燃料供給量をコントロールし、もって排ガス中の有
害成分量を低減させることは現在性われているう し２５≧シて現在自動車等の内燃機関等で実用化すして
いる鐵素端度を検出するための９！迩比検出器（酸素セ
ン？）は、酸素濃淡電池の原理を利用した奄のであり、
このものはその特性上理論空燃比（ｌｙ’Ｐミニ４６）
の検出は可能であるが。

それ以外の領域すなわち理論空燃比よシも高い値のり一
ン領域あるいは逆に低い値のリッチ領域での空燃比の検
出は不可能である。また、酸素イオン透過性固体電解質
セルの両面に通気性薄膜状電極を設轢、仁の両電極間に
電圧を印加すると、陰極側から陽極側に酸素イオンが透
過し、それに伴なって両電極間に電流が流れるが酸素イ
オン透過麓を制限してやると、印加電圧を増太さきて屯
ある値以上は電流が増加しな一現象を利用して酸素濃度
を検出する限界電流式＃水センサが開発され、リーン領
域での空燃比を検出することが検討されている。この限
界電流式酸素センナはリーン領域の空燃比しか検出でき
な−ことからリーンセンナとも呼ばれておシ、リッチ領
域での空燃比の検出ははとんど不可能であるう しかしながら、列えば自動車の場合１通常走行時はよ）
燃料の希薄なり一ン領域での遵伝が好ましいが、登板時
などの高出力を必要とする時にはリッチ領域側での運転
が好ましいことから、リッチ領域からリーン領域までの
空燃比を検出できる検出器が望まれていた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来の要望に応えるためのもので、一つ
の検出器でリッチ領域からり一ン領域までの空燃比を検
出で籾る全燃比検出器を提供せんとする吃のである。

〔発明の構成〕

本発明の空燃比検出器は、一端を閉端部となし該閉端部
にガス拡散孔またはガス拡散層を設けた筒状体に、該筒
状体内を閉＠部側と非閉端部側とに分割するように酸素
イオン透過性固体電解質を設け、＃固体電解質の両面に
表裏で一対となる通気性薄膜状電極を２対設け、そのう
ちの一対の電極は直流定電流源に接続して酸素ボンダを
構成し、賜う一方の一対の′電極は定醒圧源に接続して
限界゛醒流式酸菓センサを傳成さ亡るか、前記固体゛電
解質とは別に筒状体内の閉端部側に第２の酸素イオン透
過性固体Ｉｔ屏質を設け、該Ｍ２の固体＊Ｓ質の両面に
前記２対のうちのもう一方の対の電極を設けて限界電流
式酸系センチを構成せしめたことを特徴とするう本発明
において筒状体は、材質的には特に限定されないが、好
ましくは耐熱性セラミック等の無機質材料で作られたも
のが用いられる。この時状体は一端が閉止されておシ、
この閉端部にはガス拡散孔またはガス拡散層が設けられ
る。

ガス拡散孔の形成は、形成されたセラミック藺状体にレ
ーザーと一ム等によルあけてもよいし。

また成形の４糸などの消失性物質を入れておき。

セラミックの焼成と同時に設ける４！、常法にしたがっ
て行ってよい。ガス拡散層の形成は、筒状体の開口端に
セラミックフィルタを接合するとか、ｔたは目の粗いセ
ラミック多孔体上にプラズマ躊射などによって多孔質セ
ラミックコーティング層を形成するなどの方法によって
設ける。

この拡散孔または拡散層は、閉端部近くの筒状体＃壁に
設けてもよい。このガス拡散孔、拡散層はり一ンセンナ
に設けるものと同じ目的で設けら九るつ 筒状体は円筒体のｔまか、角筒体であってもよい。

検出器が高ａ雰囲気中で使用されないときは。

筒状体に加熱手段を設けて固体電解質を加熱するように
する。加熱手段としては筒状体の外周にニクロム線のよ
うな発熱体を配置して吃よいが、好ましくは筒状体内に
発熱体を埋設して。

筒状体自体をセラミックヒータとするとよい。

発熱体は、固体電解質が配置される附近に設ける。

酸素イオン透過性固体電ｌ！Ｉ實は、との櫨の空燃比検
出器または酸素センサに用いられるものがそのまま使用
される。すなわち、酸化ジルコニウムに酸化イツトリウ
ムなどを添カロしだも（１）で、好ましくは平板状に形
成する。

固体゛電解質の表面に設けられるＷ極は、白金等によシ
常法にしたがって通気性＃膜状に形成する。この電極は
、板状の固体電解質の両１酊に表層両面の電極で対にな
るようにして２対設ける。電極は固体電解質の表裏両面
のそれぞれ対応する部位に対応する面積となるように設
ける。

これらの対になった１１１ｔ＃ｉのうち一対のものは酸
素ポンプとして使用し、他方の対の電極は電圧を印加し
て限界電流式酸系センｔ（以Ｆ　ＩＪ　−ンセンサとい
う）として用いる。

従来のり一ンセンナでは第１図に実ｍＡで示すように理
論空燃比で出力電流がほぼゼロになるためそれ以上のり
−ン領域の値し力為検出できない。その理由は排ガス中
の酸素磯度が理論空燃比ではｙゼロになる丸めである。

本発明の空燃比検出器は、酸素ポンプを用いて、拡散孔
（または拡散層）と＃ｃｌの同体電解質との間の空間に
入っている排ガスなどの被検ガスに一定量の酸素を大気
側から流し込むことによって、リーンセンサの出力電流
がゼロになる空燃比をリッチ領域側にずらすことができ
。

しかも酸素ポンプセルに流す電流を増減することによっ
てリーンセンチの出力電流がゼロになる空燃比を第１図
に破ｍＢで示すように任意に変化させることができるの
で、空燃比検出範囲を任意に設定することが可能となる
。

なお１本発明においてリーンセンサは後の実施例で説明
するように、第１の固体電解質によって酸素ポンプとと
もに構成させる必要はなく、第２の固体電解質を別に設
けてこの固体電解質によってセンサを構成してもよい。

この第２の固体゛畦屏質は閉端部に設けてもよく、また
固体電解質に拡散孔を設けてもよい。但し、＠２の固体
＊ｍ質と第１の固体を解質との間の空間内に被検ガスが
入シ得るように設けなければならない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面にしたがって説明するが１
本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

第２図は、本発明検出器の代表的な実施例（第１実施列
）を示す断面図で１図中１は円管状のセラミック筒状体
、２はこの筒状体１の閉端部ｆに設けられたガス拡散孔
を示し、３は円板状の同体電解質、　４ａ、４ｂ、５ａ
、５ｂはそれぞれ電極を示す。

電極は、例えば第３図に示すように円板状の固体電解ｌ
ｘ３の両表面に半円状に設ける。

検出器の拡散孔２［の１を極４ｍ、４ｂに排ガスなどの
被検ガスが接触するようにし１反対側の′ぽ極５ａ、５
ｂに大気が接するようにする。電惚は、少くとも被検ガ
スと接する側の電極４ａ、４ｂを触媒活性電極とする必
要がある。

電極は、第２図に示すように、電極４ａと５ａとで一つ
の対としてリードＩＩａ６ｍを介して直流定電流電Ｉ２
＠７に接続して酸素ポンプを構成し、一方電Ｏｉ、４ｂ
と５ｂとをもう一つの対としてリード線６ｂによって直
流定電圧ｍ源８および電流測定装置９に接続してリーン
センサを構成させる。

なお１図中１０はヒータを示す。ヒータｌＯは。

通常のセラミックヒータと同様にして筒状体１内に設け
るとよい。ヒータｌＯは図示しないリード線によって電
源に接続されて２す、素子の特性上必要があれば通電し
て刀口熱する。例えばリーン状態の排ガスなどのように
温度が低く、＃子が所定の作動温度に達しない場合など
である。

上記構成の検出器は、従来のピンホールｐ　リーンセン
チに酸素ポンプを組み込んだ形となっている。

この空燃比検出器によれば、拡散孔２力為ら検出器内に
入ってきた被検ガスには、酸素ポンプによって常に一定
量の酸素が大気側の電極５ａ力為ら電４４ａへと流し込
まれるため、被検ガスはＩＪ−ン状・悪となる。そのた
め％被検ガスが力ｈシにリッチ状態であって吃り一ン状
態となシ、１）−ン七ンテによって拡散孔２と固体電解
質３との間の空間内のガスの空燃比を検出することがで
きる。被検ガス側へ流し込む酸素量を予じめ知っておけ
ば、この検出器で検出する空燃比は第１図に示した破ａ
Ｂで示されるため、従来の１ノ一ン七ン丈の検出値であ
る実１人との直の差を補正してやれば５本来の空燃比を
めることができる。

次に本発明の他の実施例を第４図ないし第６図に示す。

第４図に示す第２実施列は、固体電解質３ａと３ｂを２
個設け、固体電解質３ａで酸素ポンプを構成し、固体電
解質３ｂでリーンセンナを構成した例である。

第５図に示す第３実施例は、第２実施列でガス拡散孔を
閉端部を兼ねた固体′醒屏質３ｂに設けたのに対し、筒
状体１の側壁に設けた列である。

第６図に示す第４実施列は、前記第１実施例における拡
散孔の代シにガス拡散ノー２′を設けた検出器の例でめ
る。

〔効　果〕

本発明の空燃比検出器は、上記の如ぐ離水ポンプを用い
て被検ガスの酸素倉有瞳を増力Ｕさ止てリーンセンナで
測定するようにしているため。

リッチ領域ふらリーン領域まで巾広い範囲の空燃比を連
続的に、しかも一つの検出器で検知できる。その結果１
例えば自動車の通常定行時は燃費を良くするためにリー
ンバーンとし、登板特等高出力を必要とする時はりツチ
バーンとする等、よシ効率的なエンジン制御が可能、七
なるなど種々の幼果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、空燃比と出力電流との関係を示すグラフ、 第２図は本発明の一実施例を示す断面図。 第３図は固体′シＳ買上に設ける−極の配置の一列を示
す平面図。 第４図ないし＃ｃ６図は本発明の他の実施例を示す断面
図である。 図中。 １・・・筒状体　２・・・拡散孔 ２’−゛・拡散層　３，３ａ、３ｂ・・・固体電解質４
ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ−・−電　極 ６ａ、６ｂ・・・リード線　７・・・電流源８・・・電
圧源　９・・・電流測定装置特許出願人　トヨタ自動車
株式会社 才ＩＷＪ 矛２　図 才４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一端を閉端部となし該閉端部にガス鉱紋孔またはガス拡
   散層を設けた筒状体に、該筒状体内を閉端部側と非閉端
   部側とに分割するように酸素イオン透過性固体電Ｊｓ質
   を設け、該固体畦解質の両面に表裏で一対となる電極を
   ２対設け。 そのうちの一対の電極は直流成源に接続して酸素ボンフ
   ０を構成し、４う一方の一対の電極は電８Ｅ源に接続し
   て限界電流式酸素センナを構成さする矛、＃記固絆ｊ！
   解質とは別に浦、犬体内の閉端部側にｇ２の酸素イオン
   透過性固体電Ｓ質を設け、該第２の固体′電解質の両面
   に前記２対の電極のうちのもう一方の対の電極を設けて
   限界電流式酸素センチを構成せしめたことを％黴とする
   空燃比検出器。