JPS58148946A - 空燃比検出器 - Google Patents
空燃比検出器Info
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- JPS58148946A JPS58148946A JP57031525A JP3152582A JPS58148946A JP S58148946 A JPS58148946 A JP S58148946A JP 57031525 A JP57031525 A JP 57031525A JP 3152582 A JP3152582 A JP 3152582A JP S58148946 A JPS58148946 A JP S58148946A
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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】
この発明は空燃比検出器に係り、特に理論空燃比以外の
領域における空燃比の検出が可能な空燃比検出器に関す
る。
領域における空燃比の検出が可能な空燃比検出器に関す
る。
従来の空燃比検出器としては、例えば特開昭５０−５６
２９２号公報、実開昭５２−４６７９２号公報等にも記
載されているような酸化チタンであるチタニア（Ｔｉ０
２）センサがある。
２９２号公報、実開昭５２−４６７９２号公報等にも記
載されているような酸化チタンであるチタニア（Ｔｉ０
２）センサがある。
これは、車両のエンジンから排出される排気ガス中の酸
素濃度を検出し、その結果をフィードバックする空燃比
制御システムに用いられるもので、特に理論空燃比付近
（二制御し、三元触媒を有効に働かせて排気浄化するた
めのシステムに用いられている。
素濃度を検出し、その結果をフィードバックする空燃比
制御システムに用いられるもので、特に理論空燃比付近
（二制御し、三元触媒を有効に働かせて排気浄化するた
めのシステムに用いられている。
チタニア（Ｔｉ０２）は酸素分圧により電気抵抗が変化
する特性を有しており、チタニアセンサはこの特性を利
用したもので、一般に白金などの触媒を担持させた第１
図に示すようなチタニア焼結体１に１対の電極材２を埋
め込み、この電極間の抵抗値を計測するように構成され
ている。
する特性を有しており、チタニアセンサはこの特性を利
用したもので、一般に白金などの触媒を担持させた第１
図に示すようなチタニア焼結体１に１対の電極材２を埋
め込み、この電極間の抵抗値を計測するように構成され
ている。
このチタニアセンサの特性を第２図に示すが、この特性
にみられるように、理論空燃比を堺（二急激な抵抗変化
を示し、いわば理論空燃比検知センサというべぎもので
ある。
にみられるように、理論空燃比を堺（二急激な抵抗変化
を示し、いわば理論空燃比検知センサというべぎもので
ある。
したがって、このような従来の空燃比検出器では理論空
燃比しか検出できないため、三元触媒を用いた］非気浄
化ンステムだけＣ二しか適用出来ず、燃費性能の向ヒが
期待出来る希薄燃焼エンジンのフィードバック用センサ
としては用いることが出来ないという問題点があった。
燃比しか検出できないため、三元触媒を用いた］非気浄
化ンステムだけＣ二しか適用出来ず、燃費性能の向ヒが
期待出来る希薄燃焼エンジンのフィードバック用センサ
としては用いることが出来ないという問題点があった。
この発明は、このような従来の問題点に看目してなされ
たもので、チタニア（Ｔｉ０２）などの遷移金属酸化物
の表面に酸素イオン伝導性固体電解質を電極間に挾んで
設け、多孔性によるガス拡散層としての機能と、固体電
解質に電極を介して電流を流すことによる酸素イオンポ
ンプとしての機能を合せもたせることにより、遷移金属
酸化物の酸素分圧をコントロールして、リーン及びリッ
チ空燃比の検出を口■能にした空燃比検出器を提供する
ものである。
たもので、チタニア（Ｔｉ０２）などの遷移金属酸化物
の表面に酸素イオン伝導性固体電解質を電極間に挾んで
設け、多孔性によるガス拡散層としての機能と、固体電
解質に電極を介して電流を流すことによる酸素イオンポ
ンプとしての機能を合せもたせることにより、遷移金属
酸化物の酸素分圧をコントロールして、リーン及びリッ
チ空燃比の検出を口■能にした空燃比検出器を提供する
ものである。
以丁、この発明の実施例を図面の第６図以降に基づいて
説明する。
説明する。
第６図は、この発明の一実旌例を示す模式的断面図であ
る。
る。
まず、この空燃比検出器の構成を説明すると、１１はア
ルミナ（Ａ４２０３）の絶縁基板、１２．１３はチタニ
ア（Ｔｉ０２）１４の抵抗変化を取り出すための白金電
極、１５はアルミナ（Ａ７２０３）を用いた多孔性の電
気的絶縁層、１６．１７は酸素イオン伝導体であるＺｒ
０２−ＣａＯの多孔性固体電解′直１８に強制的に電流
を流すために設けた 多孔性白金電極、１９は各素材を
保護するための多孔性保護層である。 なお、１０は電
極１６．１７間に電流を流すための電源である。
ルミナ（Ａ４２０３）の絶縁基板、１２．１３はチタニ
ア（Ｔｉ０２）１４の抵抗変化を取り出すための白金電
極、１５はアルミナ（Ａ７２０３）を用いた多孔性の電
気的絶縁層、１６．１７は酸素イオン伝導体であるＺｒ
０２−ＣａＯの多孔性固体電解′直１８に強制的に電流
を流すために設けた 多孔性白金電極、１９は各素材を
保護するための多孔性保護層である。 なお、１０は電
極１６．１７間に電流を流すための電源である。
次にこの実物例の作用を説明する。
（１）電極１６，１７間に磁流を流さない場合第４図に
矢示Ａで示す排ガスは、多孔性保護層１９．多孔性白金
電極１７．１６及び多孔性固体電解質１８．電気絶縁層
１５の各細孔を通ってチタニア１４に到達する。
矢示Ａで示す排ガスは、多孔性保護層１９．多孔性白金
電極１７．１６及び多孔性固体電解質１８．電気絶縁層
１５の各細孔を通ってチタニア１４に到達する。
したがって、第２図に示したチタニアセンサの特性と同
様に、排ガスの空燃比に応じてλ＝１（理論空燃比）に
て急激に変化する特性となる。
様に、排ガスの空燃比に応じてλ＝１（理論空燃比）に
て急激に変化する特性となる。
（１１）電源１０によって電極１７から電極１６へ電流
を流した場合 第４図の固体電解質１８内で、矢印で示すように酸素イ
オン０２−が電極１６から電極１７へ移動する。
を流した場合 第４図の固体電解質１８内で、矢印で示すように酸素イ
オン０２−が電極１６から電極１７へ移動する。
そのため、電極１６付近の酸素濃＋Ｗが低くなり、固体
電解・１１８の細孔を通して排ガスの酸素分子が拡散し
て移動する。
電解・１１８の細孔を通して排ガスの酸素分子が拡散し
て移動する。
排ガスの酸素分子の拡＠速度とこの素子に流す電流値に
よるが、電極１６付近の酸素分圧を排気ガス中の酸素分
圧崎より低くすることかり能となり、チタニア１４の抵
抗変化点がみかけ１−リーン側に移動したような特性を
示し、リーン空燃比を検出するセンサとして用いること
ができる。
よるが、電極１６付近の酸素分圧を排気ガス中の酸素分
圧崎より低くすることかり能となり、チタニア１４の抵
抗変化点がみかけ１−リーン側に移動したような特性を
示し、リーン空燃比を検出するセンサとして用いること
ができる。
この１子を電極１２．１３間の抵抗値でみると、第５図
（二示す特性が得られる。
（二示す特性が得られる。
（ｉｉｉ） 電＃１０によって電極１６から電極１７
へ電流を流した場合 固体電解質１８内で、酸素イオンは第４図の矢印と逆の
方向、すなわち電極１７から電極１６へ移動する。
へ電流を流した場合 固体電解質１８内で、酸素イオンは第４図の矢印と逆の
方向、すなわち電極１７から電極１６へ移動する。
したがって、特性もまた第６図に示すよう（二（１１）
の場合と逆になり、リッチ側の空燃比を検出するセンサ
として用いることができる。
の場合と逆になり、リッチ側の空燃比を検出するセンサ
として用いることができる。
この発明の他の実施例の製造工程を第７図（ａ）〜（ｊ
）に示す。
）に示す。
この実物例は、チタニア検知素子の抵抗値の温度依存性
が大きいことから、これを補償するための補償用サーミ
スタを直列に配置し、この信号を処理する電子回路との
整合性を高めたものである。
が大きいことから、これを補償するための補償用サーミ
スタを直列に配置し、この信号を処理する電子回路との
整合性を高めたものである。
まずｆａ１図に示すように絶縁体（Ａ＃Ｏａ）のグリー
ンノート２０ａｈに白金ペーストをスクリーン印刷して
電極２１．２２８を形成する。
ンノート２０ａｈに白金ペーストをスクリーン印刷して
電極２１．２２８を形成する。
次に、（ｂ）図（二示すようにチ、タニアのペーストで
補償用サーミスタ２６を形成し、リード線２１Ｌ。
補償用サーミスタ２６を形成し、リード線２１Ｌ。
２２Ｌを取り付け、これ（二（Ｃ１図に示す絶縁グリー
ンノート２０ｂを（ｄ１図に示すように圧着する。
ンノート２０ｂを（ｄ１図に示すように圧着する。
この絶縁ノート上に白金電極２２ｂ 、２４をスクリー
ン印刷し、また電極２２ａと２２ｂを電気的に結合する
ために図で左側の端面に磁極２２Ｃを印刷する。
ン印刷し、また電極２２ａと２２ｂを電気的に結合する
ために図で左側の端面に磁極２２Ｃを印刷する。
さらに、この磁極２２ｂと２４間及びそのＦ面に（ｅｌ
〜（ｉ）図に示すように、白金を分散したペースト状の
チタニア２５２次にペースト状の多孔性絶縁アルミナ２
６．ペースト状の白金２７．ペースト状の酸素イオン伝
導体である多孔性固体電解質２８、ペースト状の白金２
９を次々にスクリーン印刷し、リード線２７Ｌ、２４Ｌ
、２９Ｌを取りつける。 そして８００℃付近で仮焼成
し、１２００℃〜１４５０°Ｃ付近で本焼成を行う。
〜（ｉ）図に示すように、白金を分散したペースト状の
チタニア２５２次にペースト状の多孔性絶縁アルミナ２
６．ペースト状の白金２７．ペースト状の酸素イオン伝
導体である多孔性固体電解質２８、ペースト状の白金２
９を次々にスクリーン印刷し、リード線２７Ｌ、２４Ｌ
、２９Ｌを取りつける。 そして８００℃付近で仮焼成
し、１２００℃〜１４５０°Ｃ付近で本焼成を行う。
最後に（Ｊ）図に示すようにアルミナマグ木ンアをプラ
ズマ溶射し、保護１−６０を形成する。
ズマ溶射し、保護１−６０を形成する。
この素子（空燃比検出器）をモデル的に示したものが第
８図であり、２６が温度補償用のサーミスタで、２５が
検知部のチタニアである。
８図であり、２６が温度補償用のサーミスタで、２５が
検知部のチタニアである。
この検知部であるチタニア２５の酸素分圧をコントロー
ルするものが、白金２７．２９と多孔性固体電解１２８
で構成され、重席を流すこと（二より排ガスの空燃比を
シフトする役割をしている。
ルするものが、白金２７．２９と多孔性固体電解１２８
で構成され、重席を流すこと（二より排ガスの空燃比を
シフトする役割をしている。
次に、チタニア素子と固体電解質の内部抵抗およびガス
の拡散係数が温度に大きく依存するため、内部に発熱体
を用いた実施例の製造工程を第９図（ａ）〜（Ｊ）に示
す。
の拡散係数が温度に大きく依存するため、内部に発熱体
を用いた実施例の製造工程を第９図（ａ）〜（Ｊ）に示
す。
この実施例も基本的には第７図に示した実施例←と同じ
であるが、異なるのは、ｆｂ）図イニ示すように絶縁体
グリーンシート２０ａヒに新た（−白金ペーストにより
抵抗発熱部６１をスクリーン印刷で形成した点である。
であるが、異なるのは、ｆｂ）図イニ示すように絶縁体
グリーンシート２０ａヒに新た（−白金ペーストにより
抵抗発熱部６１をスクリーン印刷で形成した点である。
これをモデル的に示した図が第１０図である。
また、これらの各実施例では検知素子をチタニアで構成
したが、その他酸化セリウム、酸化ニオブ等を用いても
よい。
したが、その他酸化セリウム、酸化ニオブ等を用いても
よい。
以ヒ説明してきたように、この発明による空燃比検出器
は、空燃比制御のため、白金電極を用いて酸素イオン伝
導体である多孔性固体電解質に通電可能な構造としたた
め、リッチおよびリーン空燃比の検出が可能となる。
は、空燃比制御のため、白金電極を用いて酸素イオン伝
導体である多孔性固体電解質に通電可能な構造としたた
め、リッチおよびリーン空燃比の検出が可能となる。
したがって、これを用いた空燃比フィードバックシステ
ムが可能となり、希薄燃焼あるいは過濃燃焼エンジンを
簡潔に構成することができ、動力１生能の良い低燃費の
エンジンができるという効果が得られる。
ムが可能となり、希薄燃焼あるいは過濃燃焼エンジンを
簡潔に構成することができ、動力１生能の良い低燃費の
エンジンができるという効果が得られる。
さらに、第７図〜第１０図（１示した実施例のように温
ｌｆ補償サーミスタや発熱部を設けることにより、素子
の出力を受ける信号処理部の訃素化や排気温度が低い場
合でも検出可能となるという効果がイけられる。
ｌｆ補償サーミスタや発熱部を設けることにより、素子
の出力を受ける信号処理部の訃素化や排気温度が低い場
合でも検出可能となるという効果がイけられる。
第１図は、ｆ羊来の空燃比検出器の一例を示すチタニア
センサの外観図、 第２図は、同じくその特性を示す曲線図である。 第６図は、この発明の一実施例を示す空燃比検出器の模
式的断面図、 第４図は、同じくその一部拡大断面図、＄５図及び第６
図は同じくその夫々異なる使用状態における特性を示す
曲線図である。 第７図（ａｌ〜（Ｊ）は、この発明の他の実施例の製造
工程を順に示す説明図、 第８図は、同じくその完成した素ｆをモデル的に示した
等価回路図である。 第９図（ａ）〜（Ｊ）は、この発明のさら【＝他の実施
例の製造工程を示す説明図、 第１０図は、同じくその完成した素子をモデル的に示し
た等価回路図である。 １０・・電源 １１・・・絶縁基板１２．１３
・・・白金電極 １４・・・チタニア１５１．絶縁層
１６．１７・・・多孔性白金電極１８・・・多孔性
固体電解質 １９・・多孔性保護層 ２０ ａ、２０ ｂ ・絶縁基板 （り°゛リーンシー
ト２１．２２ ａ、２２ ｂ、２４・・・白金電極２６
補償用サーミスタ ２５・・・チタニア２６・・・
多孔性絶縁アルミナ ２７．２９・・・白金３１・・・
抵抗発熱部 第１図 第２図 り・・ノ４ 人″１ リーン 第３５！ＩＩ 第４図
センサの外観図、 第２図は、同じくその特性を示す曲線図である。 第６図は、この発明の一実施例を示す空燃比検出器の模
式的断面図、 第４図は、同じくその一部拡大断面図、＄５図及び第６
図は同じくその夫々異なる使用状態における特性を示す
曲線図である。 第７図（ａｌ〜（Ｊ）は、この発明の他の実施例の製造
工程を順に示す説明図、 第８図は、同じくその完成した素ｆをモデル的に示した
等価回路図である。 第９図（ａ）〜（Ｊ）は、この発明のさら【＝他の実施
例の製造工程を示す説明図、 第１０図は、同じくその完成した素子をモデル的に示し
た等価回路図である。 １０・・電源 １１・・・絶縁基板１２．１３
・・・白金電極 １４・・・チタニア１５１．絶縁層
１６．１７・・・多孔性白金電極１８・・・多孔性
固体電解質 １９・・多孔性保護層 ２０ ａ、２０ ｂ ・絶縁基板 （り°゛リーンシー
ト２１．２２ ａ、２２ ｂ、２４・・・白金電極２６
補償用サーミスタ ２５・・・チタニア２６・・・
多孔性絶縁アルミナ ２７．２９・・・白金３１・・・
抵抗発熱部 第１図 第２図 り・・ノ４ 人″１ リーン 第３５！ＩＩ 第４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸素分圧の変化を遷移金属酸化物の電気抵抗の変化
により検知する一対の電極を有する素子のトに別途第ｌ
電極と第２電極を形成し、この第１電極と第２電極間に
多孔性の酸素イオン伝導性固体電解質を設けたことを特
徴とする空燃比検出器。 ２ 遷移金１萬酸比物が、酸化チタン１．酸化セリウム
、酸化ニオブのいずれかであることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の空燃比検出器。 ６ 遷移会１萬酸化物、同体電解質、及び第１．第２電
極が、それぞれ粉体ペースト状の素材を基板１−にスフ
Ｊｌ−ン印刷後焼成することにより膜状に形成されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
載の空燃比検出器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57031525A JPS58148946A (ja) | 1982-02-27 | 1982-02-27 | 空燃比検出器 |
| US06/467,879 US4416763A (en) | 1982-02-27 | 1983-02-18 | Air/fuel ratio detecting device for use in exhaust gas of IC engine |
| DE3305706A DE3305706C2 (de) | 1982-02-27 | 1983-02-18 | Auf den Partialdruck von Sauerstoff ansprechender Fühler für das Luft-/Treibstoffverhältnis in der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57031525A JPS58148946A (ja) | 1982-02-27 | 1982-02-27 | 空燃比検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58148946A true JPS58148946A (ja) | 1983-09-05 |
Family
ID=12333600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57031525A Pending JPS58148946A (ja) | 1982-02-27 | 1982-02-27 | 空燃比検出器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JPS58148946A (ja) |
| DE (1) | DE3305706C2 (ja) |
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