JPS6039809Y2 - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
- Publication number
- JPS6039809Y2 JPS6039809Y2 JP1979070582U JP7058279U JPS6039809Y2 JP S6039809 Y2 JPS6039809 Y2 JP S6039809Y2 JP 1979070582 U JP1979070582 U JP 1979070582U JP 7058279 U JP7058279 U JP 7058279U JP S6039809 Y2 JPS6039809 Y2 JP S6039809Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- detection part
- exhaust gas
- solid electrolyte
- thermal shock
- zirconia solid
- 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.)
- Expired
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-
- 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
- G01N27/4077—Means for protecting the electrolyte or the electrodes
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Description
【考案の詳細な説明】
本考案は主として内燃機関等より排出される排ガス中の
酸素分圧を測定する酸素センサの耐熱衝撃性の改良に関
するものである。
酸素分圧を測定する酸素センサの耐熱衝撃性の改良に関
するものである。
内燃機関等より排出される排ガスの浄化システムに用い
られる排ガス中の酸素分圧を測定する酸素センサとして
は、第１図に示すような一端が閉じられた管状形状を有
するジルコニア固体電解質１の内外両面に電極２，３を
付与し、その検出部４を排ガス５中に挿入して外面電極
３を排ガスに接触させ、内面電極２を基準ガス、例えば
大気に接触させて酸素濃淡電池の原理により排ガス５中
の酸素分圧を測定する酸素センサが知られている。
られる排ガス中の酸素分圧を測定する酸素センサとして
は、第１図に示すような一端が閉じられた管状形状を有
するジルコニア固体電解質１の内外両面に電極２，３を
付与し、その検出部４を排ガス５中に挿入して外面電極
３を排ガスに接触させ、内面電極２を基準ガス、例えば
大気に接触させて酸素濃淡電池の原理により排ガス５中
の酸素分圧を測定する酸素センサが知られている。
このような酸素センサにおいては、排ガス５中に挿入さ
れる検出部４は排ガス５による加熱、冷却の熱衝撃を受
けるものであり、その熱衝撃が大きい場合にはジルコニ
ア固体電解質１が破損するという重大な欠点があるもの
であった。
れる検出部４は排ガス５による加熱、冷却の熱衝撃を受
けるものであり、その熱衝撃が大きい場合にはジルコニ
ア固体電解質１が破損するという重大な欠点があるもの
であった。
このため、検出部４の熱衝撃を少しでも緩和するために
検出部４の外周に、円孔又はスリット状の多数の開口６
を有する金属製の保護カバー７が設置されているのが一
般的である。
検出部４の外周に、円孔又はスリット状の多数の開口６
を有する金属製の保護カバー７が設置されているのが一
般的である。
しかしながら保護カバー７を用いても最も苛酷な排ガス
条件下においては検出部４の受ける熱衝撃は最大毎秒５
０°Ｃにもおよび熱衝撃によるジルコニア固体電解質の
破損を完全に防止することはできないものであった。
条件下においては検出部４の受ける熱衝撃は最大毎秒５
０°Ｃにもおよび熱衝撃によるジルコニア固体電解質の
破損を完全に防止することはできないものであった。
本考案の酸素センサは、従来のこれらの酸素センサの欠
点を改良した最も苛酷な排ガス条件に晒しても熱衝撃に
よって固体電解質が破損することのほとんどない耐熱衝
撃性に優れた酸素センサであり、一端が閉じた管状形状
を有するジルコニア固体電解質の内外両面にそれぞれ電
極を付与し、内面の電極部を基準ガスに接触させるとと
もに外面の電極部を排ガスに接触させて、酸素濃淡電池
の原理により排ガス中の酸素分圧を測定する酸素センサ
において、排ガス中に挿入されるジルコニア固体電解質
の検出部の外表面積と該部の体積との比率が１０ａ＋！
／ｃＩ１以上であり、かつ該検出部の外径がいずれの部
分においても６ｗｎ以下である酸素センサである。
点を改良した最も苛酷な排ガス条件に晒しても熱衝撃に
よって固体電解質が破損することのほとんどない耐熱衝
撃性に優れた酸素センサであり、一端が閉じた管状形状
を有するジルコニア固体電解質の内外両面にそれぞれ電
極を付与し、内面の電極部を基準ガスに接触させるとと
もに外面の電極部を排ガスに接触させて、酸素濃淡電池
の原理により排ガス中の酸素分圧を測定する酸素センサ
において、排ガス中に挿入されるジルコニア固体電解質
の検出部の外表面積と該部の体積との比率が１０ａ＋！
／ｃＩ１以上であり、かつ該検出部の外径がいずれの部
分においても６ｗｎ以下である酸素センサである。
すなわち、本考案は固体電解質の熱衝撃破壊現象を詳し
く検討腰検出部の形状、受熱面積、熱容量と検出部が熱
衝撃を受けたときの加熱、冷却速度、温度分布等による
検出部の破損との関係等を詳細に調べた結果、従来はと
んど考慮の払われていなかった固体電解質検出部の受熱
面積、熱容量および形状が検出部の破損率と密接な関係
を持つことを見出したことに基づくものである。
く検討腰検出部の形状、受熱面積、熱容量と検出部が熱
衝撃を受けたときの加熱、冷却速度、温度分布等による
検出部の破損との関係等を詳細に調べた結果、従来はと
んど考慮の払われていなかった固体電解質検出部の受熱
面積、熱容量および形状が検出部の破損率と密接な関係
を持つことを見出したことに基づくものである。
換言すれば従来検出部の昇温又は冷却速度が大であるほ
ど熱衝撃は大であり、破損しやすいとの考え方が一般的
であったが、この考え方は検出部の表面のみに対しては
適用できるが、検出部全体としては昇温又は冷却速度が
大で表面の温度変化に追随しやすい方が破損しにくいこ
と、このためには検出部の受熱面積に対する検出部の体
積の比率が重要であり、最も苛酷な排ガス条件下でも破
損しないためには上記比率が一定値以上であることが必
要であることを究明した。
ど熱衝撃は大であり、破損しやすいとの考え方が一般的
であったが、この考え方は検出部の表面のみに対しては
適用できるが、検出部全体としては昇温又は冷却速度が
大で表面の温度変化に追随しやすい方が破損しにくいこ
と、このためには検出部の受熱面積に対する検出部の体
積の比率が重要であり、最も苛酷な排ガス条件下でも破
損しないためには上記比率が一定値以上であることが必
要であることを究明した。
更にこのような形状の酸素センサにおいては耐熱衝撃性
におよぼす形状の効果が大であることも究明した。
におよぼす形状の効果が大であることも究明した。
次に、本考案の数値限定の理由を具体例にもとづ′いて
説明する。
説明する。
市販ジルコニア固体電解質の内、曲げ強度が約１７００
ｋａ／ａｒｔの比較的高強度のジルコニア固体電解質Ａ
および曲げ強度が約１２００ｋｇ／ｃｔｌの比較的低強
度のジルコニア固体電解質Ｂの２種のジルコニア固体電
解質を用い、第１表に示す検出部形状を有する５渇の酸
素センサを試作し、内燃機関の排気管に装着して排ガス
により毎秒約５０００の熱衝撃を１０サイクル与えて、
固体電解質の破損率を比較測定した。
ｋａ／ａｒｔの比較的高強度のジルコニア固体電解質Ａ
および曲げ強度が約１２００ｋｇ／ｃｔｌの比較的低強
度のジルコニア固体電解質Ｂの２種のジルコニア固体電
解質を用い、第１表に示す検出部形状を有する５渇の酸
素センサを試作し、内燃機関の排気管に装着して排ガス
により毎秒約５０００の熱衝撃を１０サイクル与えて、
固体電解質の破損率を比較測定した。
検出部の固体電解質の破損率は第１表に示すとおりであ
った。
った。
第１表より明らかなように、検出部の表面積と体積の比
率と破損率の関係をグラフに示せば固体電解質Ａについ
ては第４図、固体電解質Ｂについては第５図に示すとお
りであり、検出部の表面積と体積の比率および検出部の
外径と、破損率との間には、相関関係のあることが判明
した。
率と破損率の関係をグラフに示せば固体電解質Ａについ
ては第４図、固体電解質Ｂについては第５図に示すとお
りであり、検出部の表面積と体積の比率および検出部の
外径と、破損率との間には、相関関係のあることが判明
した。
すなわち、本考案の数値限定の理由を説明すれば、第４
図および第５図より明らかなとおり検出部の表面積と体
積の比率が１０ｃＪ／−未満の場合には、ジルコニア固
体電解質の種類、検出部の外径寸法の如何にかかわらす
、熱衝撃による破損率を実質上零にすることはできない
ものであり、そのため検出部の表面積と体積の比率は１
０ｃ＋Ｉ！／ｃＪ以上が必要である。
図および第５図より明らかなとおり検出部の表面積と体
積の比率が１０ｃＪ／−未満の場合には、ジルコニア固
体電解質の種類、検出部の外径寸法の如何にかかわらす
、熱衝撃による破損率を実質上零にすることはできない
ものであり、そのため検出部の表面積と体積の比率は１
０ｃ＋Ｉ！／ｃＪ以上が必要である。
又該比率が１０ｃｙ＃／ｃｒ１以上の場合にも破損率を
実質上零にするためには、検出部の外径が６ｗＩｔ以下
であることが必要である。
実質上零にするためには、検出部の外径が６ｗＩｔ以下
であることが必要である。
このように、検出部の表面積と体積の比率および検出部
の外径が耐熱衝撃性と明確な相関を持つ理由は、検出部
の表面積すなわち受熱面積が相対的に大であるほど検出
部の温度変化速度は大でありかつ検出部のジルコニア固
体電解質の体積すなわち熱容量が相対的に小であるほど
検出部の温度変化速度が大になり、検出部全体の温度変
化速度が大であれば、検出部の温度分布による歪の応力
が少なくなって熱衝撃による破損を起しにくいものと考
えられ、これに形状因子としての外径寸法が寄与して熱
衝撃破損を起す限界値が定まるものと考えられる。
の外径が耐熱衝撃性と明確な相関を持つ理由は、検出部
の表面積すなわち受熱面積が相対的に大であるほど検出
部の温度変化速度は大でありかつ検出部のジルコニア固
体電解質の体積すなわち熱容量が相対的に小であるほど
検出部の温度変化速度が大になり、検出部全体の温度変
化速度が大であれば、検出部の温度分布による歪の応力
が少なくなって熱衝撃による破損を起しにくいものと考
えられ、これに形状因子としての外径寸法が寄与して熱
衝撃破損を起す限界値が定まるものと考えられる。
なお、本考案において、検出部と称する部分は、第２図
および第３図に示すとおり電極を付与したジルコニア固
体電解質４の排ガスに挿入される部分で、かつ保護カバ
ー７に設けられた円孔およびルーバー状の開口６の最も
排気管壁に近い開口位置よりも先の部分、すなわち第２
図および第３図において破線を施した部分より先端部を
いう。
および第３図に示すとおり電極を付与したジルコニア固
体電解質４の排ガスに挿入される部分で、かつ保護カバ
ー７に設けられた円孔およびルーバー状の開口６の最も
排気管壁に近い開口位置よりも先の部分、すなわち第２
図および第３図において破線を施した部分より先端部を
いう。
なお、破線より内側の排気管壁に近い部分では保護カバ
ーに開口６が存在しないので排気の流速がゆるやかにな
るため熱衝撃が少なくほとんど破損しない。
ーに開口６が存在しないので排気の流速がゆるやかにな
るため熱衝撃が少なくほとんど破損しない。
従って除外して考えるものとする。以上詳述したとおり
本考案のジルコニア固体電解質の検出部の外表面積と該
部の体積との比率が１０Ｃｒｉ／ｄ以上でかつ該検出部
の外径が６咽以下である酸素センサは、内燃機関の排ガ
スによる最も苛酷な条件下による熱衝撃に対してもほと
んど破損を起さないものであり、長期間安定して使用で
きるものであって、産業上極めて有益なものである。
本考案のジルコニア固体電解質の検出部の外表面積と該
部の体積との比率が１０Ｃｒｉ／ｄ以上でかつ該検出部
の外径が６咽以下である酸素センサは、内燃機関の排ガ
スによる最も苛酷な条件下による熱衝撃に対してもほと
んど破損を起さないものであり、長期間安定して使用で
きるものであって、産業上極めて有益なものである。
第１図は酸素センサの一具体例の断面構造を示す説明図
、第２図および第３図は酸素センサの検出部を説明する
ための要部一部断面説明図、第４図および第５図はジル
コニア固体電解質の検出部の表面積と体積の比率および
外径と、熱衝撃による破損率との関係を示す説明図であ
る。 １・・・・・・ジルコニア固体電解質、２，３・・・・
・・電極、４・・・・・・検出部、５・・・・・・排ガ
ス、６・・・・・・開口、７・・・・・・保護カバー
、第２図および第３図は酸素センサの検出部を説明する
ための要部一部断面説明図、第４図および第５図はジル
コニア固体電解質の検出部の表面積と体積の比率および
外径と、熱衝撃による破損率との関係を示す説明図であ
る。 １・・・・・・ジルコニア固体電解質、２，３・・・・
・・電極、４・・・・・・検出部、５・・・・・・排ガ
ス、６・・・・・・開口、７・・・・・・保護カバー
Claims (1)
- 一端が閉じた管状形状を有するジルコニア固体電解質の
内外両面にそれぞれ電極を付与し、内面の電極部を基準
ガスに接触させるとともに外面の電極部を排ガスに接触
させて、酸素濃淡電池の原理により排ガス中の酸素分圧
を測定する酸素センサにおいて、排ガス中に挿入される
ジルコニア固体電解質の検出部の外表面積と該部の体積
との比率がｌＯｃ！１！／Ｃ７１以上であり、かつ該検
出部の外径がいずれの部分においても６ｗｎ以下である
ことを特徴とする酸素センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1979070582U JPS6039809Y2 (ja) | 1979-05-28 | 1979-05-28 | 酸素センサ |
| DE19803020078 DE3020078C2 (de) | 1979-05-28 | 1980-05-27 | Sauerstoffdetektor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1979070582U JPS6039809Y2 (ja) | 1979-05-28 | 1979-05-28 | 酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55170660U JPS55170660U (ja) | 1980-12-08 |
| JPS6039809Y2 true JPS6039809Y2 (ja) | 1985-11-29 |
Family
ID=13435687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1979070582U Expired JPS6039809Y2 (ja) | 1979-05-28 | 1979-05-28 | 酸素センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6039809Y2 (ja) |
| DE (1) | DE3020078C2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2514664B2 (ja) * | 1987-08-11 | 1996-07-10 | 日本特殊陶業株式会社 | 酸素センサ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5266430A (en) * | 1975-11-28 | 1977-06-01 | Xerox Corp | Transfer sheet and ink image fixing method using same |
| US4076608A (en) * | 1976-11-04 | 1978-02-28 | Nissan Motor Company, Limited | Oxygen sensor |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2504207C3 (de) * | 1975-02-01 | 1981-12-24 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Elektrochemischer Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungsmotoren |
| JPS523440U (ja) * | 1975-06-24 | 1977-01-11 |
-
1979
- 1979-05-28 JP JP1979070582U patent/JPS6039809Y2/ja not_active Expired
-
1980
- 1980-05-27 DE DE19803020078 patent/DE3020078C2/de not_active Expired
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5266430A (en) * | 1975-11-28 | 1977-06-01 | Xerox Corp | Transfer sheet and ink image fixing method using same |
| US4076608A (en) * | 1976-11-04 | 1978-02-28 | Nissan Motor Company, Limited | Oxygen sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3020078A1 (de) | 1980-12-04 |
| DE3020078C2 (de) | 1982-05-19 |
| JPS55170660U (ja) | 1980-12-08 |
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