FR2462706A1 - Dispositif de production d'un signal pour le reglage par reaction du rapport d'un melange air/carburant - Google Patents
Dispositif de production d'un signal pour le reglage par reaction du rapport d'un melange air/carburant Download PDFInfo
- Publication number
- FR2462706A1 FR2462706A1 FR8016502A FR8016502A FR2462706A1 FR 2462706 A1 FR2462706 A1 FR 2462706A1 FR 8016502 A FR8016502 A FR 8016502A FR 8016502 A FR8016502 A FR 8016502A FR 2462706 A1 FR2462706 A1 FR 2462706A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- layer
- solid electrolyte
- cell
- oxygen
- electrode layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1473—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
- F02D41/1475—Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
- F02D41/1476—Biasing of the sensor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1477—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
- F02D41/1479—Using a comparator with variable reference
-
- 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
- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
- F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
- F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE PRODUCTION D'UN SIGNAL POUR LE REGLAGE PAR REACTION DU RAPPORT D'UN MELANGE AIRCARBURANT FOURNI A UN MOYEN DE COMBUSTION. SELON L'INVENTION, IL COMPREND UN ELEMENT SENSIBLE A L'OXYGENE 40 DISPOSE DANS DES GAZ DE COMBUSTION ET QUI COMPREND DEUX CELLULES DE CONCENTRATION D'OXYGENE, CHACUNE ETANT CONSTITUEE D'UNE COUCHE 46A, 46B D'UN ELECTROLYTE SOLIDE CONDUCTEUR DE L'ION OXYGENE, D'UNE COUCHE 48A, 48B FORMANT ELECTRODE DE MESURE, D'UNE COUCHE 44A, 44B FORMANT ELECTRODE DE REFERENCE; UN MOYEN D'ALIMENTATION EN COURANT CONTINU 50A, 50B; UN CIRCUIT PRODUCTEUR DE SIGNAUX 60 AYANT UN MOYEN DE COMPARAISON 62 DE LA TENSION V PRODUITE ENTRE LES COUCHES FORMANT ELECTRODES DE REFERENCE ET DE MESURE DE LA PREMIERE CELLULE ET DE LA TENSION V PRODUITE ENTRE LES COUCHES FORMANT ELECTRODES DE REFERENCE ET DE MESURE DE LA SECONDE CELLULE, ET UN MOYEN GENERATEUR DE SIGNAUX 64, R, R PRODUISANT UN SIGNAL DE REGLAGE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A L'INDUSTRIE AUTOMOBILE.
Description
La présente invention se rapporte à un dispositif de production d'un
signal pour le réglage par réaction du rapport air/carburant d'un mélange air-carburant amené à un moyen de combustion, comme les chambres de combustion d'un moteur à combustion interne, en se basant sur la concentration en oxygène dans les gaz d'échappement à la
sortie du moyen de combustion.
Dans les moteurs à combustion interne récents, en particulier les moteurs automobiles, s'est développée une tendance marquée à contrôler minutieusement le rapport de mélange air/carburant afin d'améliorer les efficacités des moteurs et de réduire l'émission de composants nocifs des gaz d'échappement. Dans de nombreux cas, il est souhaitable d'alimenter un moteur en un mélange air/ carburant stoechiométrique, et accomplissement du réglage par réaction du rapport de mélange air/carburant a déjà été mis en pratique, avec pour but le maintien d'un rapport air/carburant stoechiométrique en utilisant un capteur des gaz d'échappement produisant un signal de réaction indiquant la composition d'un mélange air-carburant
réellement fourni au moteur.
Par exemple, dans un système d'un moteur automobile utilisant un catalyseur appelé à trois voies, pouvant catalyser à la fois la réduction des oxydes d'azote et l'oxydation de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures non brulés contenus dans les gaz d'échappement, il est assez important de toujours alimenter le moteur en un mélange air- carburant exactement stoechiométrique, parce que ce catalyseur présente totalement sa capacité dans un gaz d'échappement produit par combustion d'un mélange air-carburant stoechiométrique. En conséquence, dans ce système il devient indispensable d'accomplir un réglage
par réaction du rapport de mélange air/carburant.
Habituellement, les systèmes traditionnels de réglage du rapport air/carburant par réaction ayant pour but un rapport air/carburant stoechiométrique, utilisent un capteur d'oxygène fonctionnant sur le principe d'une cellule de concentration comme capteur des gaz d'échappement pour produire un signal de réaction. Ce type de capteur d'oxygène présente une couche d'un électrolyte solide conducteur de l'ion oxygène, comme de la zirconie stabilisée à la calcia, qui a la forme d'un tube fermé à une extrémité, une couche formant électrode de mesure formée de façon poreuse sur le cOté externe du tube de l'électrolyte solide et une couche formant électrode de référence formée sur le côté interne du tube. Quand il y a une différence de la pression partielle d'oxygène entre le côté électrode de référence et le côté électrode de mesure de la couche de l'électrolyte solide, ce capteur produit une force électromotrice entre les deux couches. Comme capteur des gaz d'échappement, la couche formant électrode de mesure est exposée aux gaz d'échappement d'un moteur tandis que la couche formant électrode de référence à l'intérieur, est exposée à l'air atmosphérique utilisé
comme source de pression partielle d'oxygène de référence.
Dans cet état, la grandeur d'une force électromotrice produite par ce capteur d'oxygène présente un changement important et brusque entre un niveau élevé au maximum
et un niveau bas au minimum lors de la Xésence d'un change-
ment du rapport air-carburant d'un mélange amené au
moteur en passant par le rapport air/carburant stoechio-
métrique. En conséquence, il est possible de produire un signal de réglage du taux d'alimentation en carburant en se basant sur les résultats de la comparaison du signal à la sortie du capteur d'oxygène avec une tension de référence qui est établie au milieu entre les niveaux
haut et bas du signal à la sortie du capteur.
Cependant, ce type de capteur d'oxygène présente des inconvénients comme une dépendance importante de sa caractéristique de sortie avec la température, la nécessité d'utiliser un gaz de référence tel que de l'air, la difficulté pour réduire la dimension et l'insuffisance
de résistance mécanique.
Pour éliminer ces inconvénients, le brevet U.S. No. 012 763 déposé le 16 Février 1979 révèle un capteur d'oxygène avancé, du type à cellule de concentration ayant une couche plabe d'un électrolyte solide, avec des couches formant électrodes de référence et de mesure formées respectivement sur ses deux cOtés opposés, et une couche formant blindage ou de protection formée du cOté de la couche de l'électrolyte solide o se trouve l'électrode de référence afin de couvrir totalement cette dernière. Soit la couche de blindage ou la couche de l'électrolyte solide est rigide et suffisamment épaisse pour servir de substrat, et chacune des trois couches
restantes peut être formée en une couche mince en pellicule.
Dans ce capteur, n'est utilisé aucun gaz de référence.
A la place, une alimentation en courant ontinu est reliée à ce capteur afin de forcer un courant à s'écouler à travers la couche de l'électrolyte solide entre les couches formant électrodes de référence et de mesure, afin de provoquer ainsi une migration des ions oxygène à travers la couche de l'électrolyte solide dans une direction choisie, et, en conséquence, d'établir une pression partielle d'oxygène de référence à l'interface entre la couche de l'électrolyte solide et la couche formant électrode de référence. (les particularités de ce capteur d'oxygène
seront décrites ci-après).
Quand il est disposé dans des gaz d'échappement d'un
moteur, ce capteur d'oxygène avancé présente une caracté-
ristique de sortie qui est généralement semblable à celle d'un capteur d'oxygène traditionnel ayant un électrolyte solide tubulaire. En conséquence, ce capteur d'oxygène est utilisable comme dispositif pour produire un signal de réaction dans un système de réglage du rapport air/ carburant ayant pour but un rapport air/carburant stoechiométrique. Par ailleurs, ce capteur présente les avantages de l'inutilité d'un gaz de référence, de la possibilité d'être de petite dimension et de présenter
une bonne résistance aux chocs et aux vibrations. Cepen-
dant, la caractéristique de sortie de ce capteur d'oxygène
?452706
- 4
est également affectée de façon importante par la tempéra-
ture. En particulier, si la température du capteur est inférieure à environ 500WC, sa caractéristique de sortie change et il devient difficile d'effectuer une comparaison entre une tension de référence à un niveau approprié et la sortie du capteur. Cela pose un inconvénient important dans des systèmes pratiques de réglage du
rapport air/carburant pour des moteurs automobiles.
La présente invention a pour objet un dispositif de production d'un signal dé réglage par réaction du rapport air/carburant d'un mélange aircarburant fourni à un moyen de combustion, tel que les chambres de combustion
d'un moteur à combustion interne, lequel dispositif compor-
te un élément perfectionné sensible à l'oxygène à disposer dans des gaz de combustion à la sortie d'un moyen de combustion et peut produire un signal de réglage du rapport air/carburant selonqulunrappatair-cartuzant réel du mélange air-carburant s'écarte d'un rapport air/carburant stoechiométrique, avec une bonne stabilité et sans être influencé par la température de l'élément même si cette
température est considérablement faible.
Un dispositif selon l'invention comprend un élément sensible à l'oxygène qui doit être disposé d3mrdes gaz de combustion s'échappant d'un moyen de combustion et il comprend des première et seconde cellules de concentration chacune étant constituée d'une couche d'un électrolyte solide conducteur de l'ion oxygène, d'une couche formant électrode de mesure formée d'un coté de la couche de l'électrolyte solide, d'une couche formant électrode de
référence formée de l'autre cfté de la couche de l'électro-
lyte solide et d'une couche de blindage ou de protection formée du coté de la couche de l'électrolyte solide o
se trouve l'électrode de référence de façon que macro-
scopiquement, la couche formant électrode de référence soit totalement blindée de l'atmosphère environnantepar la couche formant blindage et la couche del'-électrolyte solide, au moins l'une des deux, la couche formant blindage ou la couche d'électrolyte solide, ayant une
structure microscopiquement poreuse et perméable auxgaz.
Le dispositif comprend de plus un moyen d'alimentation en courant continu pour forcer un premier courant continu d'une intensité prédéterminée à s'écouler dans la couche
de l'électrolyte solideci la première cellule de concentra-
tion, de la couche formant électrode de référence vers la couche formant électrode de mesure et un second courant continu à une intensité prédéterminée à s'écouler à travers la couche de l'électrolyte solide de la seconde cellule de concentration, de la couche formant électrode de mesure vers la couche formant électrode de référence, et un
circuit producteur de signaux ayant un moyen de comparai-
son pour effectuer une comparaison entre une première tension de sortie produite entre les couches formant électrodes de référenceet i mesure de la première cellule et une seconde tension de sortie développée entre les couches formant électrodes de référence et de mesure de la seconde cellule afin d'examiner laquelle des première et seconde tensions de sortie est supérieure à l'autres et un moyen générateur de signaux pour prodire un signal de réglage du rapport air/carburant qui varie selon une relation haute-basse entre les première et seconde
tensions de sortie examinées par le moyen de comparaison.
L'écoulement d'un courant continu dans chaque cellule provoque la migration des ions oxygène à travers la couche de l'électrolyte solide entre les couches formant électrodes de référence et de mesure dans une direction inverse à la direction de l'écoulement de courant. En conséquence,
dans la première cellule, une pression d'oxygène de réfé-
rence d'une grandeur relativement élevée peut être maintenue du côté électrode de référence tandis que dans la seconde cellule une pression partielle d'oxygène de référence d'une grandeur relativement faible peut être maintenue du côté électrode de référence. Par conséquent, dans un gaz de combustion produit par un mélange air-carburant riche en carburant, la première tension de sortie devient supérieure à la seconde, mais dans un gaz de combustion produit par un mélange pauvre contenant de l'air en excès, la première tension de sortie devient inférieure à la seconde. A uxrapport air/carburant stoechiométrique, chacune des première et seconde tensions de sortie présente
un changement brusque entre un niveau haut et un niveau bas.
Comme les caractéristiques de sortie des première et seconde cellules sont influencées de façon analogue par la température de l'élément sensible à l'oxygène, une relation haute-basse entre la première tension de sortie et la seconde tension de sortie reste inchangée même si la température de l'élément varie considérablement. Par conséquent, ce dispositif peut produire un signal de réglage pour le réglage par réaction du rapport air/carburant avec pour but un rapport air/carburant stoechiométrique, avec une bonne stabilité et une bonne précision même
si la température des gaz de combustion est considérable-
ment faible.
En principe, les première et seconde cellules à concentration d'oxygène dans l'élément sensible à l'oxygène peuvent être séparées l'une de l'autre, mais dans la pratique il est préférable de les réunir en un seul élément en réunissant soit les couches de blindage ou les couches de l'électrolyte solide des deux cellules en une seule couche rendue rigide et suffisamment épaisse pour servir d'organe structural de base ou substrat de tout l'élément. L'élément sensible à l'oxygène peut être conçu sous une grande variété de formes comme cela sera
illustré dans la description des modes de réalisation
préférés.
Par exemple, le moyen générateur de signaux selon la présente invention peut être constitué d'une combinaison d'un diviseur de tension auquel est appliquée une tension constante de source etdCui transistor de commutation dont la base est reliée à la borne de sortie du moyen de comparaison. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaltront plus clairement au cours de la description
explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique et en coupe d'un capteur d'oxygène traditionnel; - la figure 2 est un graphique montrant la dépendance de la concentration en oxygène d's des gaz d'échappement évacués d'un moteur et la tension de sortie du capteur
d'oxygène de la figure 1 disposé dans les gaz d'échappe-
ment, sur le rapport air/carburant d'un mélange air-
carburant fourni au moteur; - les figures 3 et 4 montrent schématiquement et en coupe une construction fondamentale d'un élément sensible à l'oxygène récemment développé pour expliquer le principe de la fonction de l'élément
- la figure 5 est un graphique montrant les caracté-
ristiques de sortie de l'élément sensible à l'oxygène des figures 3 et 4 dans les gaz d'échappement d'un moteur; - la figure 6 est un graphique montrant la dépendance de la résistance électrique d'une couche d'électrolyte solide dans l'élément sensible à l'oxygène des figures 3 et 4, sur la température; - les figures 7 et 8 sont des graphiques montrant la dépendance de la-tension de sortie de l'élément sensible à l'oxygène des figures 3 et 4 dans les gaz d'échappement d'un moteursur la température de l'élément; - la figure 9 est une illustration schématique et partiellement en coupe d'un dispositif producteur de signaux de réglage selon un mode de réalisation de la présente invention; et - les figures 10 à 13 montrent, chacune selon une vue semblable à la figure 9, quatre dispositifs conçus de façon
différente selon la présente invention, respectivement.
Avant une description détaillée des modes de
réalisation préférés de la présente invention, on décrira rapidement un capteur d'oxygène populaire et traditionnel, et ensuite un élément capteur d'oxygène avancé selon la demande de brevet U.S. No. 012 763 sera décrit quelque
peu en détail.
La figure1 montre la construction d'un capteur d'oxygène traditionnel couramment utilisé dans des systèmes d'échappement d'automobile pour détecter le rapport
air/carburant de mélangesair-carburant fournis au moteur.
Ce capteur d'oxygène présente une couche 10 d'un électrolyte solide conducteur de l'ion oxygène comme ZrO2 stabilisée par CaO ou Y203, et qui a la forme d'un tube fermé à une extrémité. Sur le ct'té externe du tube 10 se trouve une
couche 12 formant électrode de mesure mince et microscopique-
ment poreuse qui est exposée àdas gaz d'échappement E quand le capteur est fixé à un tuyau d'échappement 16 d'un moteur automobile. Sur le coté interne du tube 10 est formée une couche 14 formant électrode de référence mince et microscopiquement poreuse qui est isolée des gaz d'échappement et exposée à l'air atmosphérique A utilisé
comme source de pression partielle d'oxygène de référence.
Habituellement, on utilise du platine comme matériau
pour les couches 12 et 14.
La concentration en oxygène dans les gaz d'échappe-
ment E dépend principalement du rapport air/carburant d'un mélange aircarburant soumis à une combustion dans le moteur, et comme cela est représenté par la courbe 02
sur la figure 2, elle augmente graduellement avec l'augmen-
tation du rapport air/carburant. Cependant,une force électromotrice produite dans la couche d'électrolyte solide comme tension de sortie V du capteur d'oxygène de la figure 1 dans les gaz d'échappement n'est pas proportionnelle
à la concentration en oxygène dans les gaz d'échappement.
Tandis qu'un mélange riche en carburant est fourni au moteur, une concentration locale en oxygène à la surface de la couche 12 formant électrode de mesure devient presque nulle parce qu'il se produit des réactions d'oxydation de CO, HC (hydrocarbures non brDlés), et autres, contenus dans les gaz d'échappementpà la surface de la couche
formant électrode 12 qui est faite en un matériau catalyti-
que tel que du platine, une grande différence de pression partielle d'oxygène est donc prduite entre les cotés
externe et interne de la couche d 'électrolyte solide 10.
Par conséquent, la tension V à la sortie du capteur d'oxygène reste pratiquement constamment à un niveau élevé au maximum tant que le rapport air/carburant est en dessous d'un mélange stoechiométrique (environ 14,7 pour un mélange air-essence) comme cela est représenté par la courbe V de la figure 2. Quand un mélange pauvre est fourni au moteur, la différence de pression partielle d'oxygène entre l'air A et les gaz d'échappement E devient très faible, ainsi la tension V à la sortie du capteur reste pratiquement constamment à un niveau faible au minimum. Par conséquent, la tension à la sortie de ce capteur d'oxygène dans les gaz d'échappement E présente un changement important et abrupte comme on peut le voir sur la figure 2 quand le
rapport air/carburant change en passant par la stoechio-
métrie. En d'autres termes, dans des gaz d'échappement E, ce capteur d'oxygène présente une caractéristique de sortie
dutjpe par tout ou rien par rapport au rapport air/carburant.
La tension V à la sortie de ce capteur d'oxygène est affectée par la température du capteur, et la courbe caractéristique V de la figure 2 représente des données
expérimentales obtenues à une température constante de 600WC.
Dans des systèmes traditionnels de réglage du rapport air/carburant utilisant un capteur d'oxygène du type illustré sur la figure 1 pour maintenir un rapport air/ carburant stoechiométrique, on utilise la tension à la sortie du capteur d'oxygène comme signal de réaction puis on la compare à une tension fixe de référence qui correspond au rapport air/carburant stoechiométrique (par exemple 500 mV dans le cas de la caractéristique de sortie du capteur de la figure 2). Quand la tension de sortie est supérieure à la tension de référence, on juge qu'un mélange riche en carburant est fourni au moteur et en conséquence,
un signal de réglage tendant à diminuer letaux d'alimenta-
tion en carburant est produit. Quand la tension à la sortie du capteur est en dessous de la tension de référence, on juge qu'un mélange pauvre (contenant de l'air en excès) est fourni au moteur, et un signal de réglage est produit
par augmenter le taux d'alimentation en carburant. Cependant,-
dans la pratique, ce capteur d'oxygène présente des inconvénients sur plusieurs points de vue comme on l'a
mentionné précédemment.
La figure 3 montre une construction fondamentale d'un élément avancé sensible à l'oxygène 20 révélé dans la demande de brevet U.S. No. 012 763 et un. dispositif détectant le rapport air/carburant utilisant le meme élément. Cet élément sensible à l'oxygène 20 présente une
couche de blindage 22 faite en un matériau électrochimique-
ment inactif et résistant à la chaleur, et suffisamment épaisse pour servir d'organe structural de base ou substrat de l'élément 20. Une couche 24 formant électrode de référence, une couche 26 d'un électrolyte solide conducteur de l'ion oxygène et une couche 28 formant électrode de mesure sont formées sur la couche 22 les unes sur les autres afin que la couche 24 formant électrode de référence soit prise en sandwich entre la couche de blindage 22 et la couche de l'électrolyte solide 26 et macroscopiquement,
soit totalement protégée de l'atmosphère environnant,.
La couche 28 formant électrode de mesure sur le coté externe de la couche 26 de l'électrolyte solide est faite pour avoir une structure microscopiquement poreuse et perméable aux gaz, et au moins l'une des deux couches, la couche d'électrolyte solide 26 ou la couche de blindage 22, habituellement la premère, est faite pour avoir une
structure microscopiquement poreuse et perméable aux gaz.
On comprendra que la couche de l'électrolyte solide 26 et les deux couches formant électrodes 24 et 28 constituent une cellule de concentration d'oxygène qui produit une force électromotrice quand il y a une différence de pression partielle d'oxygène entre le cZté électrode de référence et le coté électrode de mesure de la couche d'électrolyte solide 26. Dans cet élément 20, il n'est pas prévu d'introduire un certain gaz de référence vers la surface de la couche formant électrode de référence 24. Au contraire, une alimentation en courant continu 30 est reliée aux couches formant électrodes de référence et de mesure 24 et 28 afin de forcer un courant continu à s'écouler dans la couche de l'électrolyte solide 26 entre les deux couches formant électrodes 24 et 28 dans une direction choisie. Dans le cas de la figure 3, l'alimentation en courant continu 30 est reliée aux couches formant électrodes de référence et de mesure 24 et 28 de façon qu'un courant I1 traverse la couche de l'électrolyte solide 26 de la couche 24 formant électrode de référence vers la couche 28 formant électrode de mesure. Par conséquent, quand cet élément 20 est disposé dans un gaz contenant de l'oxygène, il se produit une ionisation des molécules d'oxygène sur la couche 28 formant électrode de mesure,et les ions oxygène formés émigrent à travers la couche de l'électrolyte
solide 26 vers la couche formant électrode de référence 24.
Les ions oxygène arrivés sur la couche formant électrode de référence 24 sont convertis en molécules d'oxygène, il y a donc une tendance à une accumulation d'oxygène sur le ctté de la couche de l'électrolyte solide 26 o se trouve l'électrode de référence, avec une augmentation résultante de la pression partielle d'oxygène de ce côté. Cependant, l'oxygène accumulé continue à s'écouler à travers la couche poreuse de l'électrolyte solide 26. Par conséquent, une pression partielle d'oxygène presque constante s'établit à l'interface entre la couche formant électrode de référence 24 et la couche de l'électrolyte solide 26 après écoulement d'une courte période de temps. Alors, la cellule de concentration dans l'élément 20 produit une force électromotrice indiquant une pression partielle d'oxygène sur la couche formant électrode de mesure 28 par rapport à la pression d'oxygène presque constante établie sur la couche formant électrode de référence 24. La tension de sortie V1atbu6 ào et fbr électromotrice peut ttre mesurée entre les couches formant électrodes de référence
et de mesure 24 et 28.
Quand cet élément 20 est disposé dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne avec l'alimentation en courant continu à une intensité appropriée à la façon représentée sur la figure 3, la tension de sortie V1 devient soit considérablement élevée ou très faible selon que le moteur est alimenté en un mélange riche ou un mélange pauvre. Quand un mélange riche est amené au moteur, l'alimentation en oxygène vers la couche formant électrode de référence 24 par migration des ions oxygène vers elle, produit un effet considérable en comparaison à la faiblesse de la diffusion de l'oxygène gazeux vers l'intérieur, qui-est contenu dans les
gaz d'échappement,à travers la couche poreuse de l'électroly-
te solide 26. La grandeur d'une pression partielle d'oxygène de référence constante établie du cité électrode de référence dépend de divers facteurs comme la température des gaz d'échappement, l'intensité du courant continu I1 et l'épaisseur et la structure de la couche de l'électrolyte solide 26. Par exemple, une pression partielle d'oxygène de référence de 100 - 102 atm est établie si la température des gaz d'échappement est de 6000C et que l'intensité du courant est de 3 pA, tandis que la pression partielle d'oxygène dans les gaz d'échappement est de 10-2 _ 10o3atm., En conséquence, quand un mélange riche est amené au moteur, la tension de sortie V1 reste à un niveau considérablement élevé comme cela est représenté parla courbe V, ( trait plein) sur la figure 5. Cependant, quand un mélange pauvre est amené au moteur, l'effet de la migration des ions
oxygène vers l'électrode de référence 24 devient relative-
ment faible en comparaison à la diffusion d'une quantité
?452706
accrue d'oxygène gazeux vers l'intérieur, à travers la couche 26 de l'électrolyte solide. En conséquence, la différence entre la pression partielle d'oxygène de référence du coté électrode de référence et lapression partielle d'oxygène dans les gaz d'échappement devient très faible, et la tension de sortie V1 reste à un niveau
très faible comme cela est représenté sur la figure 5.
En conséquence, il se produit un changement brusque et rapide du niveau de la tension de sortie V1 quand le rapport air/carburant d'un mélange fourni au moteur change en passant par le rapport stoechiométrique. Par conséquent, le dispositif de la figure 3 peut remplir la même fonction que le capteur d'oxygène traditionnel de la figure 1 dans
des gaz de combustion.
La figure 4 montre un autre cas o l'alimentation en courant continu 30 est reliée aux couches formant électrodes de référence et de mesure 24 et 28 de l'élément sensible à l'oxygène 20 afin qu'un courant continu I2 passe par la couche 26 de l'électrolyte solide> de la couche formant électrode de mesure 28 vers la couche formant électrode de référence24. Dans ce cas, les molécules d'oxygène diffusées vers la couche formant électrode de référence 24 sont ionisées sur cette couche formant électrode 24, et les ions oxygène formés émigrent vers
l'extérieur à travers la couche 26 de l'électrolyte solide.
Sur la couche formant électrode de mesure 28, les ions oxygène sont convertis en oxygène gazeux qui est libéré vers l'atmosphère gazeuse extérieure. Par conséquent,
il y a une tendance à un abaissement de la pression partiel-
le d'oxygène du côté de la couche de l'électrolyte solide 26 o se trouve l'électrode de référence. Equilibréepar une diffusion des molécules d'oxygène vers l'intérieur, à travers la couche de l'électrolyte solide, une pression partielle d'oxygène presque constante et relativement faible s'établit bienttt à l'interface entre la couche
formant électrode de référence 24 et la couche de l'électro-
lyte solide 26. Dans des gaz d'échappement évacués d'un moteur à combustion interne fonctionnant avec un mélange pauvre, la grandeur de la pression partielle d'oxygène de référence ainsi établie devient de 10-20 10Zatm, par exemple, quand la température des gaz d'échappement est de 6000C et que l'intensité du courant continu I2 est de 3 aA. En conséquence, la tension V2 à la sortie de l'élément 20 reste dans ce cas à un niveau considérablement élevé comme cela est représenté par la courbe V2 (pointillés) sur la figure 5. Quand un mélange riche est fourni au moteur, la tension de sortie V2 reste à un niveau très faible comme celaest représenté sur la figure 5 parce que l'ionisation de l'oxygène sur la couche 24 formant électrode de référence devient insignifiante en raison d'une forte diminutioncde la quantité d'oxygène gazeux se diffusant vers l'intérieur à travers la couche de l'électrolyte solide 26. Par conséquent, également dans ce cas, il se produit un changement brusque et important du niveau de la tension de sortie V2 quand le rapport air/ carburant d'un mélange fourni au moteur change en passant
par le rapport stoechiométrique.
Aussi bien dans le cas de la figure 3 que dans celui de la figure 4, il est souhaitable que l'alimentation en courant continu 30 soit d'un type à courant constant afin que le courant Il ou 12 forcé à s'écouler à travers la couche de l'électrolyte solide 26 entre les deux couches
formant électrodes 24 et 28 soit un courant constant.
Dans le dispositif de la figure 3 ou de la figure 4, l'alimentation en courant continu 30 et un instrument de mesure de tension (non représenté) sont tous deux reliés entre les couches formant électrodes de référence et de mesure 24 et 28. En conséquence, la tension V1 ou V2 à la sortie de l'élément sensible à l'oxygène 20 devient la somme d'une force électromotrice produite par l'élément 20 et d'une tension produite dans la couche de l'électrolyte
solide 26, qui a une résistance électrique R, par l'écoule-
ment du courant constant Il ou 12, c'est-à-dire une tension exprimée par Il x R ou I2 x R. La résistance R de la couche de l'électrolyte solide 26 dépend de façon importante de la température de l'élément 20 comme cela est illustré à titre d'exemple, sur la figure 6: la résistance R augmente fortement avec l'abaissement de la température de l'élément 20. Par conséquent, la tension de sortie
V1 ou V2 est affectée de façon importante par la tempéra-
ture de l'élément 20. Comme on peut le voir sur les figures 7 et 8, il y a une tendance à l'augmentation de la tension de sortie V1 ou V2 avec l'abaissement de la température, et cette tendance devient très forte si la température est en dessous d'un certain niveau, par exemple en dessous
d'environ 5500C.
En accomplissant le réglage par réaction d'un rapport air/carburant dans un moteur à combustion interneen utilisant le dispositif de la figure 3 ou de la figure 4, il est naturel de comparer la tension de sortie V1 ou V2 à une tension de référence fixe Vr de 0,5 volt si une caractéristique normale de sortie du dispositif de la
figure 3 ou 4 est telle qu'illustrée sur la figure 5.
Les figures 7 et 8 montrent que si la température de l'élément sensible à l'oxygène 20 est en dessous de 4500C, la tension de sortie V1 ou V2 reste au-dessus de la tension de référence Vr, qu'un mélange riche ou pauvre soit -amené au moteur, ce qui signifie que le réglage par
réaction du rapport air/carburant devient impossible.
En d'autres termes, un fonctionnement stable d'un système de réglage du rapport air/carburant par réaction contenant le dispositif de la figure 5 ou de la figure 4 est difficile si la température de l'élément 20 ou des gaz
d'échappement est par exemple en dessous d'environ 5500C.
Comme on l'a mentionné ci-dessus, la présente invention permet de résoudre ce problème, tout en utilisant de la meilleure façon les caractéristiques essentielles de
l'élément sensible à l'oxygène avancé.
La figure 9 montre un dispositif producteur d'un signal de réglage du rapport air/carburant selon un mode de réalisation de la présente invention. Essentiellement, ce
246-2706
dispositif est constitué d'un élément sensible à l'oxygène , d'un groupe d'alimentations en tension continue
A et 50B, et d'un circuit producteur de signaux 60.
L'élément sensible à l'oxygène 40 présente une couche de blindage 42 qui est rigide et suffisamment épaisse pour servir de substrat de cet élément 40. D'un côté de la couche de blindage 42, sont forméesles unes sur les autres1une première couche 44A formant électrode de référence, une première couche 46A d'un électrolyte solide conducteur de l'ion oxygène et une première couche 48A
formant électrode de mesure, de façon que macroscopique-
mentla couche 44A formant électrode de référence soit totalement protégée de l'atmosphère l'environnant par la couche de blindage 42 et la couche de l'électrolyte solide 46A. Chacune des trois couches 44A, 46A et 48A est une couche en pellicule mince, et la couche 48A formant électrode de mesure et la couche de l'électrolyte solide 46A sont toutes deux microscopiquement poreuses et perméables aux gaz. Sur le clté opposé de la couche de blindage 42, sont formées les unes sur les autres, généralement symétriquement aux couches correspondantes 44A, 46A et 48A de l'autre coté, une seconde couche 44B formant électrode de référence, une seconde couche 46B d'électrolyte solide conducteur de l'ion oxygène et-une
seconde couche 48B formant électrode de mesure. Macroscopi-
quement, la seconde couche 44B formant électrode de référence est totalement protégée de l'atmosphère l'ermîronnant, et la seconde couche formant électrode de mesure 48B et la seconde couche de l'électrolyte solide 46B sont microscopiquement poreuses et perméables aux gaz. Ainsi, cet élément 40 peut ttre considéré comme une combinaison de deux groupes de cellules de concentration d'oxygène: en effet, l'une est constituée de la première couche d'électrolyte solide 46A, des premières couches formant électrodes de référence et de mesure 44A, 48A et de la couche de blindage 42; et l'autre est constituée de la seconde couche de l'électrolyte solide 46B, des secondes couches formant électrodes de référence et de mesure 44B et 48B et de la couche de blindage 42
utilisée par les deux cellules en commun.
Une première source d'alimentation en courant continu A, de préférence du type à courant constant, est reliée aux couches formant électrodes de référence et de mesure 44A et 48A de la première cellule afin de forcer un courant continu Il d'une intensité prédéterminée à s'écouler dans la première couche de l'électrolyte solide 46A, de la couche formant électrode de référence 44A à la couche formant électrode de mesure 48A. Une seconde alimentation en courant continu 50B, de préférence du type à courant constant, est reliée aux couches formant électrodes 44B et 48B de la seconde cellule afin de forcer un courant continu I2 à une intensité prédéterminée à s'écouler à travers la seconde couche de l'électrolyte solide 46B de la couche formant électrode de mesure 48B à la couche formant électrode de référence 44B. En conséquence, quand l'élément sensible à l'oxygène 40 est disposé dans un gaz contenant de l'oxygène tel que les gaz d'échappement d'un moteur, il se produit une ionisation de l'oxygène sur la première couche formant électrode de mesure 48A et les ions oxygène formés émigrent à travers la première couche d'électrolyte solide 46A vers la première couche formant électrode de référence 44A, tandis que dans la cellule sur le cété opposé, les ions oxygène émigrent à travers la seconde couche d'électrolyte solide 46B de la couche formant électrode de référence 44B
vers la couche formant électrode de mesure 48B.
Le circuit 60 contient un comparateur 62 et un transistor de commutation 64. La borne d'entrée positive de ce comparateur 62 est reliée à la première couche formant électrode de référence 44A de l'élément sensible à l'oxygène 40 pour recevoir la tensionde sortie VlÈb la première cellule de concentration, et la borne d'entrée négative du comparateur est reliée à la seconde couche formant électrode de mesure 48B pour recevoir une tension de sortie V2 de la seconde cellule de concentration. La borne de sortie du comparateur 62 est reliée à la base
du transistor de commutation 64 par une résistance R1.
Une tension de source Vc est appliquée au collecteur du transistor 64 par une résistance R2, et l'émetteur de ce transistor 64 est mis à la masse à travers une résistance R3. Quand le transistor 64 est conducteur, les résistances R2 et R3 constituent un diviseur de tension. A une borne de sortie du diviseur de tension, du côté émetteur,
est reliée une borne de sortie 66 du circuit 60.
Dans le dispositif de la figure 9, la première cellule de concentration (comprenant la première couche de l'électrolyte solide 46A) correspond à l'élément 20 de
la figure 3 et la seconde cellule de concentration (compre-
nant la seconde couche de l'électrolyte solide 46B) correspond à l'élément 20 de la figure 4. Quand l'élément sensible à l'oxygène 40 de la figure 9 est disposé dans des gaz d'échappement d'un moteur à essence, la première cellule de concentration présente une caractéristique de sortie telle que celle représentée par la courbe V1 sur la figure 5 tandis que la seconde cellule présente une caractéristique de sortie telle que oelle représentée par la courbe V2 sur la figure 5. Si un mélange riche est amené au moteur, la tension V1 à la sortie de la première cellule devient bien supérieure à la tension V2 à la sortie de la seconde cellule, ce qui signifie que le comparateur 62 reçoit une plus forte entrée à sa borne positive qu'à sa borne négative. En conséquence, le comparateur 62 produit une tension de sortie qui est appliquée à la base du transistor de commutation 64 et ce dernier devient conducteur et produit, à la borne
de sortie 66, un signal de réglage S à une tension pré-
c déterminée. Par exemple, si la tension de source Vc est de 12 V, si la résistance R2 est de 11 k ohms et la résistance R3 est de 1 k ohm, l'amplitude du signal de réglage Sc devient de 1 V. Ce signal S est appliqué à un moyen régulateur de l'alimentation en carburant (non représenté) pour diminuer le taux d'alimentation en carburant jusqu'à ce que le rapport air/carburant stoechiométrique soit réalisé. Si un mélange pauvre est fourni au moteur, la tension Vi à la sortie de la première cellule devient bien inférieure à la tension V2 à la sortie de la seconde cellule, ce qui signifie que le comparateur 62 reçoit une plus forte entrée à sa borne
d'entrée négative qu'à sa borne d'entrée positive.
En conséquence, le comparateur 62 arrête de produire un
signal de sortie et le transistor 64 devient non oenducteur.
Par conséquent, le signal de réglage Sc à la borne de sortie 66 devient un signal à 0 volt, ce qui force le moyen régulateur de l'alimentation en carburant à augmenter le taux d'alimentation en carburant jusqu'à ce que le rapport
air/carburant stoechiométrique soit réalisé.
Les deux tensions de sortie V1 et V2 dépendent de la température de l'élément sensible à l'oxygène 40, et tandis que la température baisse, ces deux tensions de sortie V1 et V2 augmentent de même. En conséquence, la relation haute-basse entre les deux tensions de sortie V1 et V2 reste inchangée même si la température n'atteint
que 4500C, par exemple, pour provoquer une forte augmenta-
tion du niveau maximum de chaque tension de sortie V1' V2, comme on le comprendra en se référant aux figures 7 et 8. Dans un système de réglage par réaction comprenant le dispositif producteur de signaux de la figure 9, il est inutile d'utiliser une tension de référence fixe correspondant à la tension de référence Vr des figures 7 et 8. Ainsi, en utilisant le dispositif de la figure 9, il devient possible d'accomplir de façon stable le réglage d'un rapport air/carburant par réaction, avec pour but un rapport stoechiométrique, sans influence défavorable due aux changements de la température de l'élément sensible 40
ou des gaz d'échappement o est disposé l'élément 40.
La figure 10 montre un autre mode de réalisation de la présente invention. Un élément sensible à l'oxygène 41 dans ce dispositif producteur de signaux est semblable,
par son principe, à l'élément 40 de la figure 9 mais est-
différent par l'agencement des-deux cellules de concentra-
tion d'oxygène. La combinaison de la première couche formant électrode de référence 44A, de la première couche de l'électrolyte 46A et de la première couche formant électrode de mesure 48A est formée afin d'occuper une
partie limitée de la surface de le couche de blindage 42.
Espacée de cette combinaison, mais du même coté de la couche de blindage 42, est formée la combinaison de la seconde couche formant électrode de référence 44B, de la seconde couche de l'électrolyte solide 46B et de la seconde couche formant électrode de mesure 48B, de façon analogue à la
première combinaison des trois couches 44A, 46A et 48A.
La couche de blindage 42 est commune aux deux cellules
de concentration et sert également cd substrat de tout -
l'élément 41.
A d'autres points de vue, le dispositif de lafigure est construit de façon identique à celui de la figure 9. La première alimentation en courant continu 50A est reliée à la première cellule de l'élément sensible à 1' oxygène 41 afin de forcer un courant continu et ccrstait I1 à s'écouler dans la première couche de l'électrolyte solide 46A, de la première couche formant électrode de référence 44A vers la première couche formant électrode de mesure 48A. La seconde-alimentation en courant continu B est reliée à la seconde cellule afin de forcer un courant constant I2 à traverser la couche de l'électrolyte solide 46B de la couche formant électrode de mesure-48B vers la couche formant électrode de référence 44B. La tension V1 à la sortie de la première cellule et la tension V2 à la sortie de la seconde cellule sont appliquées respectivement aux bornes d'entrée positive et négative
du comparateur 62 du circuit producteur de signaux 60.
Par conséquent, la fonction du dispositif de la figure 10 avec l'élément sensible à l'oxygène 41 disposé dans des gaz de combustion, est identique à celle du dispositif de
la figure 9.
La figure 11 montre un dispositif producteur de
signaux qui est presque identique à celui de la figure 10.
Comme seule modification, l'élément sensible à l'oxygène 43 de ce dispositif présente une seule couche d'électrolyte solide 46C qui peut ttre considérée comme la réunion des première et seconde couches d'électrolyte solide 46A et 46B de l'élément 41 de la figure 10. En effet, une partie de la couche d'électrolyte solide 46C entre les premières couches formant électrodes de référence et de mesure 44A'et 48A est utilisée pour constituer la première cellule de concentration et une autre partie entre les secondes couches formant électrodes de référence et de mesure 44B et 48B est utilisée pour constituer la seconde cellule. Bien entendu, les première et seconde couches formant électrodes de référence 44A et 44B sont espacées l'une de l'autre et les première et seconde couches formant électrodes de mesure 48A et 48B sont espacées l'une de l'autre. On comprendra que le dispositif de la figure 11 fonctionne d'une façon identique à ceux des figures 9 et 10. La figure 12 montre un autre mode de réalisation de l'invention. Un élément 45 sensible à l'oxygène dans ce dispositif production de signaux, présente une seule couche d'électrolyte solide 46 qui a la forme d'une plaque rigide, suffisamment épaisse pour servir également d'organe structural de base ou substrat de cet élément 45. D'un coté de cette couche d'électrolyte solide 46 sont formées, à une certaine distance entre îles, une première couche mince formant électrode de référence 44A et une seconde couche mince formant électrode de référence 44B. Du même cité de la couche 46 de l'électrolyte solide sont formées une première couche de blindage 42A afin de couvrir totalement la première électrode de référence 44A,et une seconde couche de blindage 42B afin de couvrir totalement la seconde couche formant électrode de référence 44B. Sur le coté opposé de la couche d'électrolyte solide 46, est formée une première couche formant électrode de mesure 48A afin d'occuper une zone limitée, et elle se trouve généralement opposée à la première couche formant électrode de référence 44A. Du même ctté, est formée la seconde couche formant électrode de mesure 48B afin d'être espacée de la première couche formant électrode de mesure 48A, et de se trouver généralement opposée à la seconde couche formant électrode de référence 44B. Dans ce cas également, la couche de l'électrolyte solide 46 peut être microscopiquement poreuse. Alternativement, cette couche de l'électrolyte solide 46 peut avoir une structure serrée, dense et pratiquement imperméable aux gaz, à condition que dans ce cas, les première et seconde couches de blindage 42A et 42B soient microscopiquement poreuses et perméables aux gaz. 1uand la couche de l'électrolyte solide 46 est imperméable aux gaz mais que les couches de blindage 42A et 42B sont perméables aux gaz, les couches formant électrodes de référence 44A et 44B sont également perméables aux gaz. Ainsi, l'élément sensible à l'oxygène 45 se compose également de deux groupes
de cellules de concentration d'oxygène.
A part la différence décrite de conception de l'élément sensible à l'oxygène 45, le dispositif de la figure 12 est construit de façon identique à celui de la figure 9 et par conséquent il présente la même
fonction que lui.
La figure 13 montre une modification de l'élément sensible à l'oxygène 45 de la figure 12. L'élément senable à l'oxygène 47 de la figure 13 est obtenu en réunissant les première et seconde couches de blindage 42A et 42B de la figure 12 en une seule couche de blindage 42C qui couvre les première et seconde couches formant électrodes de référence 44A et 44B. Quand la couche de l'électrolyte solide 46 a une structure imperméable aux
gaz, cette couche de blindage 42C a une structure microsco-
piquement poreuse et perméable aux gaz. A d'autres points de vue, le dispositif de la figure 13 est identique à
celui de la figure 12 par sa construction et sa fonction.
Pour chacun des éléments sensibles à l'oxygène
des figures 9 à 13, il est possible de prévoir un revête-
ment poreux protecteur couvrant les prem!ère et seconde couches formant électrodes de mesure 48A, 48B, si on le souhaite, en même temps que les surfaces externes de la ou des couches d'électrolyte solide ou même sur toutes
les surfaces externes de l'élément.
Le matériau pour chaque couche d'électrolyte solide 46, 46A, 46B, 46C peut ttre choisi dans des matériaux d'électrolyte solide conducteurs de l'ion oxygène utilisés pour des capteurs traditionnels d'oxygène du type à cellule de concentration. On peut en citer comme exemples, ZrO2 stabilisée par CaO, Y203, SrO, MgO, ThO2, WO3 ou Ta2O5; Bi203 stabilisée par Nb205, SrO, W03, Ta2O5 ou Yf203;et Y203 stabilisée par ThO2 ou CaO. Dans le cas o l'on utilise la couche de l'électrolyte solide 46 comme substrat de l'élément sensible à l'oxygène comme sur les figures 12 et 13, cette couche 46 peut par exemple être produite par frittage d'un matériau pulvérulent moulé à la presse ou frittage d'une feuille appelée verte obtenue par moulage ou extrusion d'une composition a l'état humide contenant un matériau d'un électrolyte solide pulvérulent comme composant principal. Si la couche de blindage 42 est utilisée comme substrat de l'élément sensible à l'oxygène, chaque couche d'électrolyte solide 46A, 46B, 46C peut être formée en une couche en pellicule mince par une technique de dép!t physique comme une pulvérisation ou un plcage d'ions ou par une technique électrochimique représentée par le placage ou par un procédé comprenant les étapes d'imprimer une pâte contenant un matériau d'un électrolyte solide en poudre sur le substrat puis de cuire le substrat o est appliquée la pâte. Chaque couche de blindage 42, 42A, 42B, 42C est habituellement formée en une céramique électriquement isolante comme de l'alumine, de la mullite, du spinelle ou de la forstérite. Si elle doit servir de substrat de l'élément sensible à l'oxygène, la couche de blindage 42 est produite, par exemple, par frittage soit d'une feuille verte ou d'un matériau en poudre formé à la presse ou par usinage d'un corps en un matériau choisi. Si la couche de l'électrolyte solide 46 est utilisée comme substrat, chaque couche de blindage 42A, 42B, 42C peut Ltre formée en une couche en pellicule relativement mince, par exemple par une technique de dépôt physique, par pulvérisation au plasma ou par les étapes d'imprimer une pâte contenant une céramique en poudre sur le substrat
puis de fritter la couche o est imprimée la pâte.
Chacune des couches-formant électrodes de référence et de mesure 44A, 44B, 48A, 48B est faite en un matériau électroniquement conducteur choisi parmi des matériaux d'électrode pour des capteurs d'oxygène à électrolyte solide traditionnels. On peut citer comme exemples des métaux du groupe platine qui présentent une action
catalytique sur les réactions d'oxydation des hydro-
carbures, de l'oxyde de carbone et autres comme Pt, Pd, Ru, Rh, Os et Ir, y compris les alliages de ces métaux du groupe platine et les alliages d'un métal du groupe platine avec un métal de base, et certains autres métaux et oxydes semi-conducteurs comme Au, Ag, SiC, TiO2,
CoO et LaCrO3 qui ne catalysent pas les réactions d'oxyda-
tion ci-dessus. Chaque couche formant électrode est formée sur une couche de blindage ou une couche d'un électrolyte solide sous forme d'une couche en pellicub relativement mince, par exemple, par une technique de dépôt physique comme une pulvérisation ou un placage d'ions ou parume technique électrochimique représentée par le placage, ou
par impression d'une pàte contenant un matériau pulvéru-
lent d'électrode, suivie d'une cuisson de la couche de blindage et/ou de la couche de l'électrolyte solide o
est appliquée la pâte.
Pour le revêtement poreux et protecteur ci-dessus mentionné, on peut utiliser un matériau électriquement
24 6270 6
isolant et résistant à la chaleur tel que de l'alumine, du spinelle, de la mullite ou du zirconate de calcium (CaO-ZrO2). Le revêtement poreux et protecteur peut 'tre produit, par exemple, par pulvérisation au plasma ou par les étapes consistant à immerger l'élément capteur d'oxygène dans une boue d'un matériau pulvérulent choisi, à sécher la boue adhérant à l'élément puis à cuire
l'élément ainsi traité.
Bien entendu, l'invention n'estnullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques cs moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises
en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée.
Claims (10)
1. Dispositif de production d'un signal pour le réglage par réaction du rapport air/carbumnt d5EmmM-a-o '-ebnrimt fourni à un moyen de combustion caractérisé en ce qu'il comprend: un élément sensible à l'oxygène (40, 41, 43, 45, 47) qui doit ttre disposé dans des gaz de combustion à l'échappement du moyen de combustion et qui comprend des première et seconde cellules à concentration d'oxygène, chacune étant constituée d'une couche (46, 46A, 46B, 46C) d'un électrolyte solide conducteur de l'ion oxygène, d'une couche formant électrode de mesure (48A, 48B) formée d'un cfté de ladite couche de l'électrolyte solide, d'une couche formant électrode de référence (44A, 44B) formée de l'autre côté de ladite couche de l'électrolyte solide et d'une couche de blindage (42, 42A, 42B, 42C) formée du ctté de ladite couche de l'électrolyte solide o se trouve ladite couche formant électrode de référence de façon que macroscopiquement ladite couche formant électrode de référence soit totalement protégée de l'atmosphère l'environnant par ladite couche de blindage et ladite couche de l'électrolyte solide, au moins l'une desdites couches de l'électrolyte solide ou de blindage de chaque cellule de concentration ayant une structure microscopiquement poreuse et perméable aux gaz; un moyen d'alimentation en courant continu (50A, B) pour forcer un premier courant continu (I1) d'une intensité prédéterminée, à traverser la couche de l'électrolyte solide de ladite première cellulede sa couche formant électrode de référence (44A) à sa couche formant électrode de mesure (48A) et un second courant continu (I2) d'une intensité prédéterminée à traverser la couche de l'électrolyte solide de ladite seconde cellule, de sa -couche formant électrode de mesure (48B) à sa couche formant électrode de référence (44B); et un circuit (60) producteur de signaux ayant-un moyen de comparaison (62) pour effectuer une comparaison entre une première tension de sortie (V1) produite entre les couches formant électrodes de référenceetde mesure de ladite première cellule et une seconde tension de sortie (V2) produite entre les couches formant électrodes de référence et de mesure de ladite seconde cellule afin d'examiner laquelle desdites première et seconde tensions de sortie est supérieure à l'autre, et un moyen générateur de signaux (64, R2, R3) poir produire un signal de réglage qui varie selon une relation hautebasse entre lesdites première et seconde tensions de sortie (V1, V2) examinées
par ledit moyen de comparaison.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de blindage de la première cellule précitée et la couche de blindage de la seconde cellule précitée sont réunies en une seule couche de blindage (42) configurée et dimensionnée afin de servir d'organe structural de base de l'élément sensible à l'oxygène
précité (40).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche formant électrode de référence (44A) de la première cellule précitée se trouve d'un côté de la seule couche de blindage précitée tandis que la couche formant électrode de référence (44B) de la seconde cellule précitée se trouve sur le cbté opposé de ladite seule couche de blindage (42), ainsi lesdites première et secondecellules sont agencées généralement symétriquement par rapport à un plan médian de ladite seule couche de
blindage.
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche formant électrode de référence (44A) de la première cellule précitée et la couche formant électrode de référence (44B) de la seconde cellule précitée se trouvent du même côté de la seule couche de blindage (42) précitée, ainsi lesdites première et seconde cellules sont agencées généralement symétriquement par rapport à un plan perpendiculaire à ladite seule couche
de blindage.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche de l'électrolyte solide précitée de la première cellule précitée et la couche de l'électroly- te solide précitée de la seconde cellule précitée sont
réunies en une seule couche d'électrolyte solide (46, 46C).
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de l'électrolyte solide de la première cellule.précitée et la couche de l'électrolyte solide de la seconde cellule précitée sont réunies en une seule couche d'électrolyte solide (46) configurée. et dimensionnée, afin de servir d'organe structural de
base de l'élément sensible à l'oxygène précité (45).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche de blindages la première cellule précitée et la couche de blindage de la seconde cellule précitée sont réunies en une seule couche deblindage
(42C).
8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des premier- et second courants continus
(I, I2) précités est un courant constant.
9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen générateur de signaux précité du
circuit (60) précité comprend un transistor-de commuta-
tion (64) dont la base est électriquement reliée au moyen de comparaison (62) précité, ainsi la tension à la sortie dudit moyen de comparaison est appliquée à la
base dudit transistor quand une tension prédétermi-
née parmi les première et seconde tensions ce sortie (V1,
V2) précitées est supérieure à l'autre.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen générateur de signaux précité- comprend un diviseur de tension (R2, R3) auquel est appliquée une tension de source (Vc) quand le transistor de commutation (64) précité est à l'état conducteur, le signal de réglage étant basé sur une tension à une borne de sortie dudit
diviseur de tension.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54095574A JPS6029065B2 (ja) | 1979-07-28 | 1979-07-28 | 空燃比制御信号発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2462706A1 true FR2462706A1 (fr) | 1981-02-13 |
| FR2462706B1 FR2462706B1 (fr) | 1984-06-22 |
Family
ID=14141352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8016502A Granted FR2462706A1 (fr) | 1979-07-28 | 1980-07-25 | Dispositif de production d'un signal pour le reglage par reaction du rapport d'un melange air/carburant |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4302312A (fr) |
| JP (1) | JPS6029065B2 (fr) |
| DE (1) | DE3028599C2 (fr) |
| FR (1) | FR2462706A1 (fr) |
| GB (1) | GB2056083B (fr) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JPS57192848A (en) * | 1981-05-25 | 1982-11-27 | Ngk Insulators Ltd | Regulator for oxygen concentration |
| JPS57192856A (en) * | 1981-05-25 | 1982-11-27 | Ngk Insulators Ltd | Oxygen concentration detector |
| JPS57200850A (en) * | 1981-06-04 | 1982-12-09 | Ngk Insulators Ltd | Detector for oxygen concentration |
| JPS5819553A (ja) * | 1981-07-27 | 1983-02-04 | Nippon Denso Co Ltd | 多機能酸素濃度検出器 |
| US4377460A (en) * | 1981-10-19 | 1983-03-22 | Westinghouse Electric Corp. | Solid electrolyte gas sensing apparatus |
| NL8105116A (nl) * | 1981-11-12 | 1983-06-01 | Philips Nv | Sensor voor het bepalen van het zuurstofgehalte in een fluidum. |
| JPS5930059A (ja) * | 1982-08-13 | 1984-02-17 | Hitachi Ltd | 空気−燃料比センサ |
| JPS59184854A (ja) * | 1983-04-06 | 1984-10-20 | Hitachi Ltd | 酸素センサ |
| WO1986003587A1 (fr) * | 1983-04-18 | 1986-06-19 | Logothetis Eleftherios M | DETECTEUR PLANAIRE EN ZrO2 POUR POMPAGE D'OXYGENE |
| US4487680A (en) * | 1983-04-18 | 1984-12-11 | Ford Motor Company | Planar ZrO2 oxygen pumping sensor |
| DE3482745D1 (de) * | 1983-11-18 | 1990-08-23 | Ngk Insulators Ltd | Elektrochemische vorrichtung mit einem messfuehlelement. |
| JPS61155751A (ja) * | 1984-12-28 | 1986-07-15 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 空燃比センサおよび装置 |
| DE3578216D1 (de) * | 1985-10-01 | 1990-07-19 | Honda Motor Co Ltd | Verfahren und vorrichtung fuer die bestimmung von sauerstoff in gasen. |
| DE3543753A1 (de) * | 1985-12-11 | 1987-06-19 | Draegerwerk Ag | Verfahren zur erzeugung einer sensitiven phase in einer festen ionenleiter enthaltenden festkoerperkette sowie ionenleiter hierzu |
| US4740288A (en) * | 1987-03-02 | 1988-04-26 | Stemcor Corporation | Oxygen-sensing element |
| US4925609A (en) * | 1987-03-02 | 1990-05-15 | Stemcor Corporation | Oxygen-sensing element |
| US5089113A (en) * | 1988-07-22 | 1992-02-18 | Ford Motor Company | Measurement and control of exhaust gas recirculation with an oxygen pumping device |
| US5360528A (en) * | 1992-07-20 | 1994-11-01 | General Motors Corporation | Wide range oxygen sensor |
| US6746584B1 (en) * | 1999-12-15 | 2004-06-08 | Delphi Technologies, Inc. | Oxygen sensing device |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3915830A (en) * | 1974-06-12 | 1975-10-28 | Westinghouse Electric Corp | Solid electrolyte electrochemical cell with self contained reference |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS584986B2 (ja) * | 1978-06-16 | 1983-01-28 | 日産自動車株式会社 | 酸素濃度測定装置 |
| JPS5562349A (en) * | 1978-11-02 | 1980-05-10 | Nissan Motor Co Ltd | Measuring method for air fuel ratio |
| JPS55156855A (en) * | 1979-05-25 | 1980-12-06 | Nissan Motor Co Ltd | Air fuel ratio measuring device |
| JPS562548A (en) * | 1979-06-22 | 1981-01-12 | Nissan Motor Co Ltd | Controller for air fuel ratio of internal combustion engine |
-
1979
- 1979-07-28 JP JP54095574A patent/JPS6029065B2/ja not_active Expired
-
1980
- 1980-07-25 GB GB8024444A patent/GB2056083B/en not_active Expired
- 1980-07-25 US US06/172,227 patent/US4302312A/en not_active Expired - Lifetime
- 1980-07-25 FR FR8016502A patent/FR2462706A1/fr active Granted
- 1980-07-28 DE DE3028599A patent/DE3028599C2/de not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3915830A (en) * | 1974-06-12 | 1975-10-28 | Westinghouse Electric Corp | Solid electrolyte electrochemical cell with self contained reference |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2056083B (en) | 1983-07-27 |
| US4302312A (en) | 1981-11-24 |
| JPS5621052A (en) | 1981-02-27 |
| GB2056083A (en) | 1981-03-11 |
| JPS6029065B2 (ja) | 1985-07-08 |
| DE3028599C2 (de) | 1986-10-16 |
| FR2462706B1 (fr) | 1984-06-22 |
| DE3028599A1 (de) | 1981-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2462707A1 (fr) | Dispositif de production d'un signal pour le reglage par reaction du rapport d'un melange air/carburant | |
| FR2462706A1 (fr) | Dispositif de production d'un signal pour le reglage par reaction du rapport d'un melange air/carburant | |
| EP0052542B1 (fr) | Capteur électrochimique des concentrations d'espèces dans un mélange fluide, et système de régulation de la richesse d'un mélange air-carburant mettant en oeuvre un tel capteur | |
| US6554984B2 (en) | Method of manufacturing a gas sensor | |
| FR2472749A1 (fr) | Procede de production d'un element detectant l'oxygene en electrolyte solide de structure feuilletee du type a cellule de concentration | |
| FR2489887A1 (fr) | Systeme pour le reglage par contre-reaction du rapport air/carburant dans un moteur a combustion interne, avec un moyen pour controler le courant fourni a un capteur d'oxygene | |
| FR2459885A1 (fr) | Systeme pour une commande a retro-action du rapport air/carburant dans un moteur a combustion interne | |
| FR2817965A1 (fr) | Element de detection de gaz et detecteur de gaz | |
| FR2744218A1 (fr) | Detecteur de rapport air-carburant | |
| US6562212B2 (en) | Gas sensor element | |
| FR2764986A1 (fr) | Capteur electrochimique d'oxyde d'azote a electrolyte solide | |
| FR2467988A1 (fr) | Systeme de controle, par contre-reaction, du rapport air/carburant dans un moteur a combustion interne, avec un moyen pour controler l'alimentation en courant vers un capteur d'oxygene | |
| FR2467297A1 (fr) | Systeme de controle, par contre-reaction, du rapport air/carburant dans un moteur a combustion interne avec sous-systeme pour controler l'alimentation en courant vers un capteur d'oxygene | |
| FR2459888A1 (fr) | Systeme pour une commande a retro-action du rapport air/carburant d'un melange air-carburant dans un systeme d'admission de moteur a combustion interne | |
| FR2744220A1 (fr) | Dispositif de detection de la concentration en oxygene et son procede de fabrication | |
| EP0310063A2 (fr) | Détecteur pour la mesure du rapport air/carburant | |
| EP1004877B1 (fr) | Capteur de gaz, méthode de sa fabrication et système utilisant ce capteur de gaz | |
| US6153072A (en) | Gas sensor, gas sensor system using the same, and method of manufacturing a gas sensor | |
| US4265930A (en) | Process for producing oxygen sensing element | |
| FR2817966A1 (fr) | Detecteur de gaz multicouches et systeme associe de detection de concentration de gaz | |
| FR2466624A1 (fr) | Systeme de reglage par contre-reaction, du rapport air/carburant d'un moteur a combustion interne ayant un moyen pour alimenter un capteur d'oxygene en courant regle | |
| FR2488692A1 (fr) | Procede de production d'un element captant l'oxygene a electrolyte solide de structure feuilletee avec electrode externe deposee en phase vapeur | |
| FR2830326A1 (fr) | Element de detection de concentration de gaz | |
| FR2493990A1 (fr) | Element capteur d'oxygene ayant une couche mince de zirconia stabilisee frittee sur son substrat | |
| WO1998034102A1 (fr) | Dispositif de mesure de la teneur d'un milieu gazeux en oxygene |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |