JPS6086457A - エンジン制御用空燃比センサ - Google Patents
エンジン制御用空燃比センサInfo
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- JPS6086457A JPS6086457A JP58194136A JP19413683A JPS6086457A JP S6086457 A JPS6086457 A JP S6086457A JP 58194136 A JP58194136 A JP 58194136A JP 19413683 A JP19413683 A JP 19413683A JP S6086457 A JPS6086457 A JP S6086457A
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- sensor
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- oxygen
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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
- 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
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- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
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- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
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- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
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】
〔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シ、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。
エンジン制御用空燃比センサに係シ、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シ理論空燃比（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
ニア固体電解質よシ成る酸素センサが用いられている。
）を検出するのに、触媒作用を有する白金電極とジルコ
ニア固体電解質よシ成る酸素センサが用いられている。
これは、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
素分圧差よシ起電力を発生させる大気基準法によシ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シ、これに伴いコストも高
い。
に接触するようにし、排ガス中の酸素分圧と大気中の酸
素分圧差よシ起電力を発生させる大気基準法によシ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シ、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
素センナが提案されたが、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
があった。
、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
素センナが提案されたが、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
があった。
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Ｋ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。
ンサ全体を排ガス中にさらすことＫ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シ構成され
たセンナが特開昭５２−６９６９０で提案されている。
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シ構成され
たセンナが特開昭５２−６９６９０で提案されている。
このものはセンナに電圧を印加し酸素基準室内の酸素を
引き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ナ雰囲気中
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。
引き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ナ雰囲気中
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ナで、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。
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ナで、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
で酸素をボンピングさせ、一方のセルで発生スる起′ａ
力のステップ状の急変点カムら雰囲気中の酸素濃度を検
出する酸素センサカニ特開８侶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、また積層型溝、造故複雑である。
で酸素をボンピングさせ、一方のセルで発生スる起′ａ
力のステップ状の急変点カムら雰囲気中の酸素濃度を検
出する酸素センサカニ特開８侶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、また積層型溝、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め為らなるセ
ルを２個用い、一方のセルを酸素」（ンプｆｌｉｌＪ御
用とし、他方を検出セルとする特開昭５１−０３５９６
４．５５−１５４４５０ 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。
ルを２個用い、一方のセルを酸素」（ンプｆｌｉｌＪ御
用とし、他方を検出セルとする特開昭５１−０３５９６
４．５５−１５４４５０ 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。
この方法によると績ｌ９７Ｊ型である故構造力；複雑と
なシ、また基準電極部が気密構造となるため酸素注入時
では内圧上昇によシミ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でのステップ状の出力特性
が得に＜吟ことが考エラれる。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。
なシ、また基準電極部が気密構造となるため酸素注入時
では内圧上昇によシミ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でのステップ状の出力特性
が得に＜吟ことが考エラれる。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、単一セルで酸素ボン六出力検出を兼ねて行う酸素
センサが特開昭５４−１６４１９１ 、特開昭５５−１
５６８５６ 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
きによシ増減制御し、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
でのステップ状の出力が得にくいことが考えられる。
センサが特開昭５４−１６４１９１ 、特開昭５５−１
５６８５６ 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
きによシ増減制御し、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
でのステップ状の出力が得にくいことが考えられる。
本発明の目的は大気基準型酸素センナの小型化低コスト
化を図るため、空燃比測定基準用拡散室を有する小型な
センサ構造とし、全体を排ガス中にさらし拡散室内の酸
素濃度を酸素ポンプ現象を利用して制御することによ多
発生する起電力から空燃比を検出可能としたことで上記
問題を解消するエンジン制御用空燃比センサを提供する
にある。
化を図るため、空燃比測定基準用拡散室を有する小型な
センサ構造とし、全体を排ガス中にさらし拡散室内の酸
素濃度を酸素ポンプ現象を利用して制御することによ多
発生する起電力から空燃比を検出可能としたことで上記
問題を解消するエンジン制御用空燃比センサを提供する
にある。
現在の酸素センサは大気と排ガス中の酸素濃度差で発生
するステップ状の起電力の急変点から理論空燃比を検出
する大気基準型のもので大型でし、かも構造が複雑とな
ることからコストも高く、この小型化、低コスト化が望
まれている。
するステップ状の起電力の急変点から理論空燃比を検出
する大気基準型のもので大型でし、かも構造が複雑とな
ることからコストも高く、この小型化、低コスト化が望
まれている。
これに対処するため、白金電極を設けたジルコニア固体
電解質と拡散室とガス拡散孔よ構成るセンサ構造とし、
これらを厚膜プロセスなどで製作することで小型化、低
コスト化を図９、更に〜センサ全体を排ガス中にさらす
ようにしたことによる起電力の低下を補うため、センサ
に定電流を印加することで拡散室内に排ガス中の酸素を
注入補充しここでの酸素濃度を制御させることによシ、
これを基準として発生する起電力から理論空燃比を検出
可能とした。
電解質と拡散室とガス拡散孔よ構成るセンサ構造とし、
これらを厚膜プロセスなどで製作することで小型化、低
コスト化を図９、更に〜センサ全体を排ガス中にさらす
ようにしたことによる起電力の低下を補うため、センサ
に定電流を印加することで拡散室内に排ガス中の酸素を
注入補充しここでの酸素濃度を制御させることによシ、
これを基準として発生する起電力から理論空燃比を検出
可能とした。
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。
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。
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Ｚ ｒ
０２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。
０２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シである。
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は陰極部の三相界面の酸素分圧ｔ−
Ｐ ｔ 、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。
るセンサの起電力Ｅは陰極部の三相界面の酸素分圧ｔ−
Ｐ ｔ 、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。
ここで、Ｆはフγラデイ定数、Ｔは絶対温度。
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、ＰＩ ｓ Ｐｇ とも同値であるから起電力Ｅは零
となる。したがって、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ｚｒｏｇｌとの三相界面に存在する酸素（以下０２
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によシ酸化され０２となる。すなわち、陰極界面
の０２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０２量は定電流Ｉｐ値によって決
定されるものである。
め、ＰＩ ｓ Ｐｇ とも同値であるから起電力Ｅは零
となる。したがって、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ｚｒｏｇｌとの三相界面に存在する酸素（以下０２
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によシ酸化され０２となる。すなわち、陰極界面
の０２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０２量は定電流Ｉｐ値によって決
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０２と一１１２
化炭素（以下ＣＯと略記する）注入される０２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。
化炭素（以下ＣＯと略記する）注入される０２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。
１ 。
ＣＯ＋ Ｏｘ、 Ｃ０２・・・・・・・・・（２）自動
車の排ガス中のＣＯ，Ｏｘ量は空気過剰率λが１よシ小
さいリッチ領域ではＣＯが犬、０２が少、また、λが１
よシ大きいり一ン領域ではＣＯが少、０３が犬となる。
車の排ガス中のＣＯ，Ｏｘ量は空気過剰率λが１よシ小
さいリッチ領域ではＣＯが犬、０２が少、また、λが１
よシ大きいり一ン領域ではＣＯが少、０３が犬となる。
したがって、リッチ領域で（２）式に示す反応を行うに
は０２が不足であるため、定電流Ｉｐによシ拡散室４へ
陰極よシ０２を多量に注入する必要がある。よって、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
よシ陰極界面の０２は欠乏状態に近くなシ起電力Ｅは高
い電圧値となる。
は０２が不足であるため、定電流Ｉｐによシ拡散室４へ
陰極よシ０２を多量に注入する必要がある。よって、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
よシ陰極界面の０２は欠乏状態に近くなシ起電力Ｅは高
い電圧値となる。
逆に、リーン領域では０２が過剰でＣＯが少ないため（
２）式の反応に必要な０２の消費量も少量で済むためこ
のときの拡散室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。
２）式の反応に必要な０２の消費量も少量で済むためこ
のときの拡散室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０２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ップ状の起電力を得
ることで排ガス中のガス成分よシλ＝１を検出すること
ができる。
４内での（２）式の反応によりステップ状の起電力を得
ることで排ガス中のガス成分よシ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０２量は定電流値Ｉｐ量に比例するものである。した
がって、Ｉｐ量を大きくするとこれに伴い陰極部の三相
界面の０２が欠乏する状態かり一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
ろでステップ状の起電力を発生するようになる。したが
って、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。
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０２量は定電流値Ｉｐ量に比例するものである。した
がって、Ｉｐ量を大きくするとこれに伴い陰極部の三相
界面の０２が欠乏する状態かり一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
ろでステップ状の起電力を発生するようになる。したが
って、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Ｔ、□１．Ｔ、ｌｌ１ｐ２の大小関係はＴ、ｍ、
１ （Ｔ、、ｐ２でめシ、Ｔ、、、 １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
ダンスが低温はど大きくなるため、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
。
。図中Ｔ、□１．Ｔ、ｌｌ１ｐ２の大小関係はＴ、ｍ、
１ （Ｔ、、ｐ２でめシ、Ｔ、、、 １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
ダンスが低温はど大きくなるため、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゛痘流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ＩｐｓとＩｐ量の大小関係は
ＩＦ５＞ＩＦ５である。定電流量がＩｐ量であるとき、
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が小さくなるに領域での排カス中の
ＣＯＯ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０２注大量が
不足するため陰極。
したものである。図中電流ＩｐｓとＩｐ量の大小関係は
ＩＦ５＞ＩＦ５である。定電流量がＩｐ量であるとき、
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が小さくなるに領域での排カス中の
ＣＯＯ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０２注大量が
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。
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ッチ領域で
Ｃｏ拡散量の増加による出力低下の問題が定電流値やカ
ス拡散孔の大きさなどに依存すること、陰極部よシ拡散
室に０２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、破壊の問題にカス拡散孔の形状
が関係する。
なわちλ＝１より検出λ値のずれの問題やリッチ領域で
Ｃｏ拡散量の増加による出力低下の問題が定電流値やカ
ス拡散孔の大きさなどに依存すること、陰極部よシ拡散
室に０２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、破壊の問題にカス拡散孔の形状
が関係する。
そこで、ガス拡散孔の径を変えたセンサ５ＩＳＳ２を試
作し上記項目について実験的に確認した。
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０２注入
量が多くな夛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ップ状
に変化するλ値もリーン側にシフトするためである。従
って、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ｋＩＰ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
たようにリッチ領域でＣＯの拡散微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／すのガス拡散孔径がφ０．
１２ｍｍのセンサＳ１．φ０．０３■のセンサＳ２を比
較すると、カス拡散孔径の小さいＳ２の方がよｐ高精度
にλ＝１を検出できるのが分る。
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０２注入
量が多くな夛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ップ状
に変化するλ値もリーン側にシフトするためである。従
って、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ｋＩＰ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
たようにリッチ領域でＣＯの拡散微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／すのガス拡散孔径がφ０．
１２ｍｍのセンサＳ１．φ０．０３■のセンサＳ２を比
較すると、カス拡散孔径の小さいＳ２の方がよｐ高精度
にλ＝１を検出できるのが分る。
また、カス拡散孔径を小さくすることによシ、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った。
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った。
以上の事よシガス拡散孔径の最適値はカス拡散 一孔の
長さにもよるが、おおむね電極面積の約１／１００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。
長さにもよるが、おおむね電極面積の約１／１００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。
の製作方法を示す図である。
前述した如くカス拡散孔５の穴径は微小孔となるためド
リルやポンチ類で穴’に４けることは困難である。従っ
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。
リルやポンチ類で穴’に４けることは困難である。従っ
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。
単に説明する。
先スジルコニへグリーンシート１００両面に厚さ約１０
μｍの電極を形成するため白金ペース）２０．３０ｉ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全印刷し、その外側にはグリーンシートＩＯと
接着良好なセラミックス６０．６０’を印刷する。なお
、このセラミックス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
一部材１０’ｅ積層し約２０００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、１５００Ｃ
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。
μｍの電極を形成するため白金ペース）２０．３０ｉ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全印刷し、その外側にはグリーンシートＩＯと
接着良好なセラミックス６０．６０’を印刷する。なお
、このセラミックス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
一部材１０’ｅ積層し約２０００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、１５００Ｃ
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ｆｔ第９図に示す。こ
の結果、出力特性は空気過剰率λ＝１でステップ状の出
力を示し、また、ヒステリシス特性も小さくできた。ダ
イナミッ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。
の出力特性を第８図に、応答特性ｆｔ第９図に示す。こ
の結果、出力特性は空気過剰率λ＝１でステップ状の出
力を示し、また、ヒステリシス特性も小さくできた。ダ
イナミッ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
會め低温側で動作しない欠点が有る。そこで使用時琲に
はセンサを動作可能な温度に加熱する必要がある。
會め低温側で動作しない欠点が有る。そこで使用時琲に
はセンサを動作可能な温度に加熱する必要がある。
第１０図はヒータ全内蔵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ｋ ５００ ｔ：’
以上に加熱可能にする必要がある。
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ｋ ５００ ｔ：’
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。
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
出精度に及ばず影響の、険討を行った。第１１図にこの
結果を示す。図において、横軸は電極面積とカス拡散孔
横断面積の比、縦軸はリッ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３〜２００ＴＴｒ！ｎ２、拡散室の深さを０．００
２〜３＋＋ｏ＋＋ｂ カス拡散孔の長さを０．１〜７ｍ
の範１引内で変化させたサンプルを数十種類試作した。
出精度に及ばず影響の、険討を行った。第１１図にこの
結果を示す。図において、横軸は電極面積とカス拡散孔
横断面積の比、縦軸はリッ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３〜２００ＴＴｒ！ｎ２、拡散室の深さを０．００
２〜３＋＋ｏ＋＋ｂ カス拡散孔の長さを０．１〜７ｍ
の範１引内で変化させ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イロす
ること力玉分った。なお、カス拡散孔の短いサンプルは
ど検出λ値のり一ン側へのシフト駄が大きい傾向があっ
た。これは、カス拡散孔を介して拡散室内に拡散流入す
るＣＯの欧が多いことによるものと思われる。１力）ら
理解できるように、検出λ値のずれが数チ以Ｐ」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。
ること力玉分った。なお、カス拡散孔の短いサンプルは
ど検出λ値のり一ン側へのシフト駄が大きい傾向があっ
た。これは、カス拡散孔を介して拡散室内に拡散流入す
るＣＯの欧が多いことによるものと思われる。１力）ら
理解できるように、検出λ値のずれが数チ以Ｐ」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。
本発明によれば以下に示す効果がある。
Ｄ） 理論空燃比検出点の基準酸素濃度を制御する拡散
室を設けたことによハセンサ全体を排ガス中にさら丁セ
ンチ構造が実現でさ、これを厚膜プロセスで製作できる
ことから小型化、イ氏コスト化が図れる効果がある。
室を設けたことによハセンサ全体を排ガス中にさら丁セ
ンチ構造が実現でさ、これを厚膜プロセスで製作できる
ことから小型化、イ氏コスト化が図れる効果がある。
（２）基準酸素濃度を制御するのに小さな定゛亀流で行
なえることから、理論空燃比検出点のずれをなくし、ま
たリッチ領域での起電力低下全防止することができると
ともにシルコニγ系のインピータ【ンスによる電圧降下
の影響を小さくできる効果がある。
なえることから、理論空燃比検出点のずれをなくし、ま
たリッチ領域での起電力低下全防止することができると
ともにシルコニγ系のインピータ【ンスによる電圧降下
の影響を小さくできる効果がある。
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
る出力形＃を示す図、第５図は本発明の試作センナの実
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ＩＪＪ特性を示す図、第１
０図は実用化型のヒータ内蔵のエンジン制御用空燃比セ
ンサの原理構造図、第１１図はカ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、光１図 晧２０ 空碓剥キ弓Ｎ も３図 空気過多（１−＋入 名４−図 空気過半１卑入 噌５図 励と電栽１Ｐ も６図 （（１１） （ｂ） も′１図 も８図 率９図 時間しくｍｓ） も１０図
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
る出力形＃を示す図、第５図は本発明の試作センナの実
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ＩＪＪ特性を示す図、第１
０図は実用化型のヒータ内蔵のエンジン制御用空燃比セ
ンサの原理構造図、第１１図はカ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、光１図 晧２０ 空碓剥キ弓Ｎ も３図 空気過多（１−＋入 名４−図 空気過半１卑入 噌５図 励と電栽１Ｐ も６図 （（１１） （ｂ） も′１図 も８図 率９図 時間しくｍｓ） も１０図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ジルコニア固体電解質、その両面に形成した一体の
電極、前記一方の電極を囲むように前記固体電解質上に
設けたカバー、前記カッく−と前記固体電解質間の拡散
室、前記拡散室と被測定雰囲気を連通ずるガス拡散孔を
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ことを特徴とするエ
ンジン制御用空燃比センサ。 ２、特許請求の範囲の第１項記載において、定電流励起
法によって拡散室内陽極部の酸素濃度を制御することを
特徴とするエンジン制御用空燃比センサ。 ３、％許請求の範囲の第２項記載において、ガス拡散孔
の横断面積が陰極面積の少なくとも１００分の１以下で
あることを特徴とするエンジン制御用空燃比センサ。 ４、特許請求の範囲の第３項記載において、ガス拡散孔
がカバーと固体電解質問に存在し、溝状の形状を有する
ことを特徴とするエンジン制御用空燃比センサ。 ５、特許請求の範囲の第４項記載において、ガス拡散孔
及び拡散室が有機バインダ焼却法によって形成されたこ
とを特徴とするエンジン制御用空燃比センサ。 ６、特許請求の範囲の第５項記載において、ヒータを内
蔵す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 |
| DE8484112572T DE3478058D1 (en) | 1983-10-19 | 1984-10-18 | Method of operating an air-fuel ratio sensor |
| CA000465779A CA1248198A (en) | 1983-10-19 | 1984-10-18 | Air-fuel ratio sensor used to control an internal combustion engine |
| 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 true JPS6086457A (ja) | 1985-05-16 |
| JPH0583863B2 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) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62129753A (ja) * | 1985-11-29 | 1987-06-12 | Yokogawa Electric Corp | 固体電解質を用いた分析装置 |
| JPS62190461A (ja) * | 1986-02-17 | 1987-08-20 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比センサの活性化検出装置 |
| JPS62190459A (ja) * | 1986-02-17 | 1987-08-20 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 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 |
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| 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 |
| DE3702838A1 (de) * | 1986-02-01 | 1987-08-13 | Fuji Electric Co Ltd | Sauerstoffsensor und verfahren zu seiner herstellung |
| 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 |
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| 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 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1071709A (en) * | 1975-12-05 | 1980-02-12 | Arnold O. Isenberg | Gas analysis apparatus |
| 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 |
| 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 |
| US4272330A (en) * | 1980-03-03 | 1981-06-09 | Ford Motor Company | Transient mode oxygen sensor and method |
| 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 |
-
1983
- 1983-10-19 JP JP58194136A patent/JPS6086457A/ja active Granted
-
1984
- 1984-10-18 DE DE8484112572T patent/DE3478058D1/de not_active Expired
- 1984-10-18 EP EP19840112572 patent/EP0140295B1/en not_active Expired
- 1984-10-18 CA CA000465779A patent/CA1248198A/en not_active Expired
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0140295A2 (en) | 1985-05-08 |
| EP0140295A3 (en) | 1985-06-05 |
| CA1248198A (en) | 1989-01-03 |
| EP0140295B1 (en) | 1989-05-03 |
| DE3478058D1 (en) | 1989-06-08 |
| JPH0583863B2 (ja) | 1993-11-29 |
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