JPS6110761A - 空燃比検知センサ - Google Patents

空燃比検知センサ

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Publication number
JPS6110761A
JPS6110761A JP59130146A JP13014684A JPS6110761A JP S6110761 A JPS6110761 A JP S6110761A JP 59130146 A JP59130146 A JP 59130146A JP 13014684 A JP13014684 A JP 13014684A JP S6110761 A JPS6110761 A JP S6110761A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
protector
sensor
measured
narrow gap
Prior art date
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Pending
Application number
JP59130146A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsumasa Yamada
哲正 山田
Takao Kojima
孝夫 小島
Hiroyuki Ishiguro
石黒 宏之
Yutaka Nakayama
豊 中山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Tokushu Togyo KK
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Nippon Tokushu Togyo KK
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Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd, Nippon Tokushu Togyo KK filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
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Priority to US06/734,602 priority patent/US4624770A/en
Priority to DE8518535U priority patent/DE8518535U1/de
Priority to DE19853522867 priority patent/DE3522867A1/de
Publication of JPS6110761A publication Critical patent/JPS6110761A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4077Means for protecting the electrolyte or the electrodes

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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) ガスセンサ、なかでも空燃比検知のため、内燃機関など
の排気ガス雰囲気下で多用されつつある酸素センサの改
良に関してこの明細書で述べる技術内容は、被測定ガス
流によるセンサ本体の冷却を伴う不利なく、応答性の改
善を目指した開発研究の成果を提案するところにあり、
非限定的な意味で一般に液体又は気体燃料の燃焼とくに
自動車の燃料供給に関連した技術を含む産業分野に位置
づ、けられる。
(従来の技術) 特開昭58−153155号公報には、酸素イオン導電
性固体電解質板状体の先側面に電極層を設けた素子の対
を、平行に狭隙を介し対設し、それぞれ酸素ポンプ素子
と酸素濃淡電池素子とする酸素センサが開発さているが
、これを例えば内燃機関の排気ガス雰囲気中にて実用す
る際にははげしい気流の影響を強く受けるところ、これ
についての防護対策に触れられていない。
(発明が解決しようとす′る問題点) 被測定ガス環境に依存する気流の影響に対しては、一般
に多数の導入穴をあけた多孔筒状のプロテクタをかりに
用いたとしても該導入穴から浸入するガス流による素子
の抜熱冷却を防ぐことが困雛であり、とくに応答性をよ
り良好にしようとすると抜熱作用も不所望に増強されて
しまうところに問題点があった。
(問題点を解決するための手段) センサ本体の冷却を伴う不利なしに応答性の改善を図る
目的に対しては、 (a)上記素子つiリセンブ本体につき、ガス流が直接
に当たらない配置とすること、 (b)  センサ本体からはなれてガス流の周回流を導
く導入穴をプロテクタに開設すること、(C)  そし
てセンサ本体には直面しない位置での導入穴の開度を拡
げること が、とくに有利であって、(a)  はガス流による抜
熱作用を抑制し、(b)  は抜熱防止の下での応答性
の向上、そして(c)  は応答性の改善1と役立つこ
とが見出された。
第1図はこの発明に従う空燃比検知センサを示し、1は
センサ本体、2は取付は金具、3はプロテクタである。
センサ本体1は酸素イオン導電体の両面に電極を構成し
その一方の電極を狭隙G内にて被測定ガス雰囲気と接触
させる配置にして該狭隙により拡散制限が行われる固体
電解質酸素ポンプ4を用いることが前提であり、ここに
特開昭58−153155号公報の開示にしたがって上
記狭隙を形成するよう向い合わせたいま一つの同様な構
造の素子を以て該狭隙部と周囲雰囲気との酸素濃度比の
測定に役立つ電池5に充てた素子対とし、さらに図示の
ように固体電解質酸素ポンプ4の背後に沿わせて配置し
たヒーター6を含むものとすることが好ましい。
センサ本体1は上記狭隙Gの先側と反対の元側にて、締
結用ねじ7を設けた取付は金具2の内部で、耐熱性無機
質接着剤たとえばりん酸アルミ系セメントによる充てん
層8、ガラスシール9によって固着する。
酸素ポンプ4および電池5は、ともに例えば安定化ジル
コニア磁器の両面に酸素の拡散抵抗性をもつ金属酸化物
を含む多孔質金属質膜よりなるかまたは、酸素の拡散抵
抗性をもつ多孔質耐火材料による被覆を有する電極をそ
なえる。
狭隙Gの先側と反対のセンサ本体1の元側は図のような
接続用導線10とともにガラスシール9に埋設合体し、
取付は金具2に固着した継管11の内部にかしめ止めす
る耐熱ゴム例えばシリコーンゴムよりなる封塞栓12に
よる防水シールの下に接続用導線lOを外部に引出す。
取付は金具7の締結用ねじ7の端部に、被測定ガス環境
と、該ガスの導入穴13を介して連通してセンサ本体1
を包囲するキャップ状のプロテクタ3をかぶせる。
導入穴13には、狭隙Gの先側からセンサ本体1に対し
離れて旋回流をプロテクタ3内に導く、偏向片14を設
ける。
偏向片I4は、プレス加工でのいわゆる押抜きによる切
曲げ又は切起し加工によって、通常円筒状をなすプロテ
クタ3の内周に対し接線方向で内向きに突出するように
形成する。ここに偏向片14は単列又は複列に配置し得
るが複列にするときはセンサ本体1の先側つまりこれを
含んでプロテクタ3の軸心と直交する平面から隔たるが
より遅い配列αの偏向片14の切曲げ又は切り起し角度
に対し、センサ本体1の先側からプロテクタ3の端部の
方へより遠く離れる配列βの偏向片14のそれを、より
大きくすることがのぞましい。
切起し角度は、偏向片14の導入穴13と対向する面の
、プロテクタ3の内周面との交点における該内周面の接
線に対する交角θ(第1図A−A断面図参照)で定義し
、配列αにつき0〜45°、配列βにつき30〜90°
として、α〈βの関係とする。
偏向片14は、たとえば内径10mm程度のプロテクタ
3に対し半径はぼ2mmの半円形の導入穴13を、プロ
テクタ3の母線方向に沿う向きにて、弦を限界するもの
として、配列α1千ついて2〜4こ程度、また配列βに
ついては4〜8こ程度を何れもプロテクタ3の円周に沿
う等間隔で配列αとβとにおける導入穴13の開口縁が
オーバーラツプしないように配置するのが好ましい。ち
なみにこの場合プロテクタ3の全長は、幅はぼ4mmと
したセンサ本体1の取付は金具2上の突出高さのほぼ2
倍、図示の例では20mm程度が好ましい。
(作  用) 上記の構成において被測定ガス環境へ設置し、たとえば
酸素ポンプ4の狭隙に面する電極に負、反対面の電極で
正となる電圧を印加することにより、固体電解質内を酸
素イオンが移動して狭隙Gから汲み出され、被測定ガス
環境との間に酸素濃度の差が生じる。
この濃度差によって電池5に起電力を生じ、この起電力
は、狭隙Gの3方の開口端から流入拡散する酸素量と酸
素ポンプ4により上記のように汲み出される酸素量とが
平衡に達したとき一定値に収斂するのでこの平衡が維持
される酸素ポンプ4の電流調節にて、はぼ一定温度下に
その電流値は被測定ガス環境の酸素濃度とほぼ比例する
ことから、その酸素濃度を求めることができる。
なお電池5の代わりに、たとえばその電極を省略した形
の断熱性耐火材料を狭隙Gの形成に用いた酸素ポンプ4
のみを素子に用いる酸素濃度の検出は、たとえば酸素ポ
ンプ4に十分高い一定の電圧を印加しその時にポンプに
流れる電流すなわち狭隙を介して汲み出される酸素量が
被測定ガス環境中の酸素濃度に依存することを利用して
、酸素濃度を測定するようにすればよい。
何れにしてもプロテクタ3の導入穴13を通して流入す
る被測定ガスの気流が激しいと、それによる抜熱作用に
て一定温度の前提が崩れるわけであるが、この導入穴1
3の上述配置と、偏向片の適切な配置をもってプロテク
タ3内に旋回流動を生じさせることにより、被測定ガス
の甚だしい気流による、センサ本体1に不所望な抜熱作
用が有効に回避されしかも応答性の向上に著しい寄与を
呈する。
(実施例) 第1図に従い内径10mm、肉厚0.3mmの薄肉をな
すキャップ状のプロテクタ3に配列αのみ4こ何れも半
径2mmの半円形をなして開口する導入13を円周上等
間隔配置にて、切曲げ角度θを45°とした例(No、
 1 )、導入穴13が狭隙Gの先側を含んでプロテク
タ3の軸心と直交する平面の開口下縁を揃えた配列α′
とβとも半径2mmの円形打抜き孔とし、偏向片をもた
ない参考例(No、2 )と、センサ本体1をその狭隙
Gの先側と対応する位置に至る高さで取囲む偏向配列α
9とこ、れを上下に挾む配列βv 、rvの導入穴13
に、何れも切曲げ又は切起し角度θ:25°の偏向片1
4を設けた参考例(No、3 )およびNo、 2の配
列αを廃し、βのみとした参考例(No、4 )とを比
較して、次の条件に従う性能を対比した結果を表1にま
とめて示した。なお上記各側の導入穴配列を第2図(a
)  〜(c)  に示した。
試験条件 温度計測:電池5の電極表面に0.32mmφのクロメ
ルアルメル熱電対を接着してそ れによる熱起電力により、電池5の 表面温度を試験中測定した。
応答性: 2000ccガソリン噴射エンジンの排気管
に装着して排ガス平均温度450 ℃の運転中、ヒーター出力14(15袈)で一定とし、
吸入混合気の空燃比に つき、空気過剰率λを1.1 から°1.3に変更した
ときにおける応答時間を 調べた。
なおガス流速に由来した指示のばらつきについてはエン
ジン暖機状態の700〜11000rp 、約600A
/mir+低流速時のセンサ出力をベースとし、排ガス
流1 カ約3000 j2 /min (!: す63
000〜4000rpm相当の高流速時のセンサ出力と
の差を比較し、調べた。
表  1 (表中、小は、0〜0.3八/F、やや大は、05〜L
 A/F、大は、IA/F<  の誤差) この結果から明らかなように参考例No、2. No、
3 では、応答性につき参考例No、4 に比べてすぐ
れていて実用可能範囲であるが、センサ本体1の温度低
下が800 ℃以下ではげしく、指示のばらつきも大き
くて不具合であるに反し、実施例のNo、 lでは、セ
ンサ本体1の抜熱が少なくして、しかも応答性の改善が
みられる。
第3図には酸素濃度の測定に適合する被測定ガス温度に
対するセンサ本体1の温度の関係を、第1図の例(No
、’l)における場合と、第2図(b)  の(NO,
3)の例の場合を曲線(イ)と(ロ)にて比較したが、
図に破線で示した直線で示される安定測定領域を曲線(
ロ)は下まわっているので、被測定ガス温度がほぼ40
0 ℃以下のとき、安定な測定が困難となり、測定可能
範囲が狭く実用に適合し難い。
なお上記したところのほか第4図(a)  に示すよう
に、配列α、βにまたがる長スリツト状の導入穴13を
、センサ本体1から離れる程切曲げによる穴の幅が大き
くなる偏向片14てプロテクタ3内に周回流を導(場合
、また、同図(b)  のよう(ご配′91Jβについ
てのみ単純な円形孔とする変形の場合、さらに同図(c
)  のように配列βについて半円形偏向片付の導入穴
の数を8こに増した変形のばあし)いも、実施例1にお
けると同等の機能力(発(軍され碍た。
(発明の効果) 被測定ガス雰囲気の激しいガス流動の丁番こセンサ本体
の不所望な抜熱冷却を免れつつ応答性の改善を導くこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
第X図は断面図、 第2図は要部の外観正面図、 第3図は被測定ガス温度に対するセンサ本体温度の関係
グラフ、 第4図は変形実施例の外観正面図である。 G・・挾隙       1・・・センサ本体2・・・
取付は金具    3・・・プロテクタ13・・・導入
穴      14・・・偏向片。 第2図 (a)      (b> (C) オ皮唄11定力゛′スfIL崖びの 第4図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 1. 酸素イオン導電体の両面にそれぞれ形成された電
    極のうち、一方の電極を、狭隙内に浸入する被測定ガス
    と接触させる配置とし、該狭隙をもってする拡散制限に
    供した固体電解質酸素ポンプを用いるセンサ本体と、上
    記狭隙の先側と反対のセンサ本体の元側を保持固定する
    取付け金具とをそなえる空燃比検知センサであって、 被測定ガス環境と該ガスの導入穴を介し連 通してセンサ本体を包囲するキャップ状のプロテクタを
    取付け金具にかぶせ、該導入穴は上記狭隙の先側からセ
    ンサ本体に対し離れて旋回流をプロテクタ内に導く偏向
    片を有することを特徴とする、空燃比検知センサ。
  2. 2. 偏向片が切曲げ又は切起し加工によるものである
    、1記載のセンサ。
  3. 3. 導入穴の配列が、互い違いの複列である1又は2
    に記載のセンサ。
JP59130146A 1984-06-26 1984-06-26 空燃比検知センサ Pending JPS6110761A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59130146A JPS6110761A (ja) 1984-06-26 1984-06-26 空燃比検知センサ
US06/734,602 US4624770A (en) 1984-06-26 1985-05-16 Air-fuel ratio sensor
DE8518535U DE8518535U1 (de) 1984-06-26 1985-06-26 Sensor für die Bestimmung des Verhältnisses Luft/Brennstoff
DE19853522867 DE3522867A1 (de) 1984-06-26 1985-06-26 Sensor fuer die bestimmung des verhaeltnisses luft/brennstoff

Applications Claiming Priority (1)

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JP59130146A JPS6110761A (ja) 1984-06-26 1984-06-26 空燃比検知センサ

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JPS6110761A true JPS6110761A (ja) 1986-01-18

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ID=15027068

Family Applications (1)

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JP59130146A Pending JPS6110761A (ja) 1984-06-26 1984-06-26 空燃比検知センサ

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JP (1) JPS6110761A (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5727165B2 (ja) * 1973-08-10 1982-06-09
JPS58153155A (ja) * 1982-03-09 1983-09-12 Ngk Spark Plug Co Ltd 酸素センサ
JPS59130145A (ja) * 1982-10-04 1984-07-26 黎 維槍 乾燥食品の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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