JPS60188840A - 酸素濃度検出装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は固体電解質体を利用した酸素濃度検出装置に係
シ、特にセル中の酸素イオンボンピングに影響を与える
ことなく低温で安定的に動作することのできる酸素１度
検出装置に関する。

〔発明の背景〕

一般に、０２センサは理論空燃点１点を検出するストイ
キオメトリツク（ＳｔＯｉＣｋｉｏｍｅｔｒｉｃ　）Ｃ
以下ストイクと称する）セルばかりでなく稀薄領域をリ
ニアに検出するり一ンセルさらにストイク点よシ濃い領
域を検出するりッチセルの開発が行なわれている。スト
イクセルは検出点の温度依存性が微少であるが、至燃比
をリニアに検出するリーンセルやリッチセルの場合には
温度依存性が高いため、セル温度をある温度に安定化制
御を行なわないと、望燃比制御の制御精度が悪くなると
いう欠点を有している。すなわち、ｏ２センザに用いら
れ工いるジルコニアは３５０ｔ：”以上でないと安定し
て作動゛しないとｂう性質をゼしておシ、自動車の一動
時の排ガスの０２濃度を検出する場合、排ガス温度が３
５０Ｃ以下の低温であるため正常に作動しない。そこで
、このリーンセルやリッチセルを加熱して一定温度以上
に制御することが考えられている。すなわち、固体電解
質体を用いた酸素では、例えば特開昭５７−１９２８５
２号に示される如く、固体電解質体の内部抵抗を対向′
成極間の定鑞流による゛威圧降下を測ることにょってめ
・に内部抵抗に基光てヒータによるヤヒータをホイート
ストンブリッジの１辺に組込ん〔発明の目的〕 〔発明の概要〕 〔発明の実ＩＪ＆例〕 五が従続されてｈる。このストイクセ閃００−砺３４に
はターミナル５５が接続されている。

のターミナル５５には端子５７と抵抗Ｒ５と、帰還増幅
器７２の一方の入力１．・Ｍ子が接続され、接続されて
いる。この基ｉ４シ圧源７５には負帰還増幅器７２の他
方の入力端子が接続されておシ、この負帰還増幅器７２
の出力端子にはパワトランジスタ７８のベースが接続さ
れている。このパワトランジスタ７８のベースが接続さ
れている。このパワトランジスタ７８のコレクタはバッ
テリ７９が接続されてｂる。

図中太線で示した６０．６４はヒータ４０の加熱電流岐
路を、６１は２つのセル２０．３０の陽極２４，３１と
ヒータ４０の加熱電流岐路上にあって、セル温度を検出
する温度検出用岐路の端子６２を結ぶアース側の母線で
ある。なお、この岐路に流れ込む′［α流しベルは微少
で母線６１での４圧降下は制御精度には影響を与えない
。

またヒータ４０は抵抗Ｒ２，Ｒ，３，几４とによってホ
イートストンブリッジ７４を構成している。

このホイートストンブリッジ７４は、ヒータ４０を８０
０Ｃに加熱した状態で、ヒータ４０の抵抗値Ｒ，Ｈが一
定となるようにパワトランジスタ７８によって加熱電流
を供給する。

さらに負帰還増幅器７１はリーンセル２０の一極対に所
定の酸素濃度差を生ずるように酸素イオン流量を制御す
るもので、この時電極対には一定の酸素ａ淡醒池による
起電力Ｅが兄生する。酸素イオン流による電流工、を読
めば、これが稀薄城における酸素濃度信号となシ、この
酸素濃度信号は端子５６から電圧としてとシだせる。７
３は電圧Ｅの基準電圧源である。

また、負帰還増幅器７２はストイクセル３０の電極対に
所定の酸素イオン覗流工、を流し、基準極周辺に大気に
ほぼ近い酸素濃度の雰囲気を作シ、被検ガスとの酸素濃
度走を端子５７からとシ出す。

７５は電流■、の基準電圧源である。

このようにリーンセル２０とストイクセル３０のそれぞ
れの基準極２４．３１側を共通とするとともに、ヒータ
４０を含むセル品λ度検出抵抗の一方端子６２と結んで
共通電位とすることによシ、引出導体を一本化している
。この回路構成によシ、ヒータ電流の回帰線６４におけ
るヒータ電流変動がアース側基準電位に影響を与えない
、いわゆる一点アース構成となる。

さらに、３素子からの引出導体数も１本化でき、コスト
の信頼性の面で効果がある。

第２図には、２つのセル２０．３０とヒータ４０の積層
構造が示されている。図中２２．３２はそれぞれリーン
セル２０、ストイクセル３０の基準極の周辺を仕切る隔
壁で拡散孔２３．３３がそれぞれ設けられている。酸素
イオン流はり一ンセル２０の場合が外部の被検ガス側に
、ストイクセル３０の場合が内部の拡散室内にそれぞれ
発生させる。リーンセル２０は゛４極間に酸素濃度差に
よる電池の起電力Ｅが一定になるようＫｃｄ素イオン流
工、を制御すれば、この工、は被検ガス中の酸素濃度に
対応した値となる。また、ストイクセル３０は拡散室内
に大気中酸素濃度にほぼ近い酸素ガスを基準ガスとして
被検ガス中から捕集しておきこれを基準に被検ガス中の
酸素濃度を計量するものである。従って制御回路は定゛
シ流■、を流し、電池の起電力がステップ状に急変する
点がストイク点に対応する。なお図中２４．３４はそれ
ぞれリーンセル２０、ストイクセル３０の測定値でこれ
らは同じ被検ガス中に露出して、前者は理論堕燃比よシ
稀薄領域、後者は理論空燃比点を検出する。

第３図は第２図の櫃層体のうぢヒータ４０の平面図であ
る。図中ハツチングされたヒータ４０は発熱体４０１１
とこの発熱体４０１のリード引出部４２．４３と、発熱
体４０１の引出端子４６゜４７とからなる。なお、リー
ンおよびストイクの両セルの平均温度と良い対応関係を
示す第１１．Ａ図示セル温度検出点６２．６３は第３図
のパターンの場合４０２．４０３近傍にあることが試作
実験によシ確認された。なお、４４．４５はセル温度検
出用リード引出部、４８．４９は該引出端子である。ま
た、引出端子４８は第１図図示ターミナル５２に、引出
端子４９は第１図図示ターミナル５３に、引出端子４７
は第１図図示ターミナル５０に、引出端子４６はターミ
ナル５１にそれぞれ対応している。

本実施例は第３図に示すように、単に発熱体のｔＬ’１
度検出分してこれを定温度制御するのではなく、セルの
平均温度に動的・静的に最もよく対応する点の温度を実
験的にめ、これを定一度制御することによシ、２つの効
果が得られる。七の１つは第４図に示す如く、リーンセ
ル２０の被検ガス温度による出力ｌ「４性の依存性を実
施例により±２〜３％程度までにその制御精度を上げる
ことができる。

第４図における各特性のリーンセル２０周辺の被検ガス
温度はＡが９００Ｃ，Ｂが８００Ｃ，Ｃが７００Ｃ，Ｄ
が６００Ｃである。なおこのデータはヒータを加熱しな
い場合を示す。他の１つの効果は固体電解質体と電極に
加わる温度サイクルによる劣化を抑制できる点である。

すなわち、被検ガスがエンジンの排気ガスのような場合
、排気温度と流量の大巾な変動に対して、セル温度を安
定化制御することによシ、固体電解質体内部の粒界抵抗
の増加や、固体電解質体と成極の剥離による出力特性の
変化を著しく低減できる。また寒冷地における低温始動
時の安定化時間を短縮できる個性を高めることができる
ため、セルの検出精度は低温始動時の安定化時間を迅速
化できる。またセルとヒータからなる素子から引出す導
体の極数をはかることができる。

さらに本実施例によれば、セル湯度とセル電極の回帰線
を共通化して、ヒータ加熱電流の変動に

【図面の簡単な説明】

倹ガス温度による出力特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、酸素イオン導成性を有する固体電解質体と該固体電
   解質体表面に対向して配置された測定電極と基準成極対
   からなる少なくとも１つ以上のセルと、前記セルの温度
   を動作域まで加熱するヒータと、前記セル温度を安冗化
   するだめの前記ヒータ電流をｔＵＩＪ御する手段とから
   なる酸素濃度検出装置において、セル温度に相当する”
   ４気抵抗を示すヒータの位置からセル温度検出用岐路を
   引き出すようにしたことを特徴とする酸素濃度検出装置
   。