JPS63180848A - 空燃比測定器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、排ガス中に含まれる酸素濃度あるいは未燃ガ
ス濃度がら空燃比を検出するセンサに係従来の測定器に
おける遮蔽部材は、特公告５３−３９４９に記載のよう
に先端に１個の開孔と、側壁に内側面に対して接続方向
に設けた複数個の開孔を具備するとなっていた。この公
知技術は、熱の均一拡散による熱ストレスの軽減と、排
気ガスに渦巻運動を与えて、排気ガス中の固体粒子（通
常硫黄、リン、鉛など）がジルコニア検出素子を直撃し
ないようにするもので、測定器の寿命を長くする効果が
ある。この効果は、酸素濃淡電池の起電力特性を利用す
る従来の０２センサのみならず、外側電極表面に緻密で
厚いガス拡散抵抗体を有する限界電流測定式の空燃比セ
ンサにも適用されうるものであるが、該空燃比測定器は
前記拡散抵抗体の為に応答性を考慮しなければならない
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、起電力タイプの０２センサを対象とし
ている為、検出素子外側電極を保護するについて配慮が
されておらず、緻密で（平均細孔径約４００人）厚い（
４００〜５００μ）拡散抵抗体を有する限界電流式空燃
比測定器にそのまま使用するには、応答性について問題
があった。

本発明の目的は、応答性も含め拡散昆抵体を有する限界
電流式空燃比測定器に最適な、検出素子保護フードを提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、検出素子外側電極と、保護フード側壁に設
ける排気ガス取入れ用開孔との位置を重ならないように
することと、前記開孔面積を１個当り０　、５　ｍＴｎ
２以上１．１ｍｍｚｍｍ上することにより達成される。

〔作用〕

保護フード側壁に設けた複数個の開孔より流入する　気
ガスは、外側電極部より離れた拡散抵抗層を直撃するた
め、電極へのダメージは渦巻状の流れで入って来る従来
技術の保護フードと同等である。しかし開孔面積を大き
くすると前記ダメ−゛）し、は急激に大、きくなるので
、応答性とのかねあし、′−１・〜０．。がは応答性２
、外側電極耐久性を両立させるものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を説明する。第１図は本発明の
保護フードを備えた空燃比測定器の断面図を示すもので
、検出素子１は、内側に加熱用セラミックヒータ２を配
置しており、ネジ山を有するハウジング３に収納されて
いる。ヒータ２にはセラミック製のヒータフランジ５が
無機接着剤で固定されている。スプリング６はヒータを
加圧固定しており、ガイトウ７はハウジング３に加締ら
れでいる。保護フード４は検出素子１を完全に囲むよう
に、ハウジング３に加締られている。第２図は、検出素
子１の詳細外形図を示すもので、排気ガスにさらされる
外側電極１ｃは、ある適当な面積を有するように、適当
な巾を有するリング状に形成される。この外側電極に接
続してリード電極１８が帯状に形成され、リード電極の
表面には、−一を行なっている。前記外側電極、リード
電極は、電極が不要なジルコニア固体電解質１ａの表面
をマスキングし、化学白金メッキ等により同時に形成さ
れる。その後高融点ガラスペーストを、リード電極表面
に塗布、乾燥、焼付けを行なってガラス絶縁層１ｆが形
成される。一方第３図等に示す内側電極１ｂは、前記化
学白金メッキにより内側表面全面に、外側電極、リード
電極と同時に形成される。拡散抵抗体１ｄは、プラズマ
溶射により約４５０μの厚さに形成される。拡散抵抗体
の材料は、従来のＯＸセンサの電極保護膜に用いられて
いるマグネシアスピネル（ＭｇＯＡ　Ｑ　ｘｉｓ）であ
るが、その粒子径は２５μ以下で、従来の１７２以下の
を使用している。逆にプラズマ溶射の電力は約４０ＫＷ
と従来の２倍であり、拡散抵抗体は従来の保護膜に比較
し緻密な膜となっている。ちなみに、水銀ポロシメータ
による平均細孔径の測定では、従来の保護膜が１０００
人程度４のに対して、拡散抵抗体では約４００人と１７
２以下であった。この緻密さと、膜厚が従来より４〜１
０倍と厚いことが、保護フードの構造にも大きな影響を
与えることになった。

第３図は本発明の保護フード４と検出素子１との位置関
係を示す拡大図である。検出素子の外側電極１ｃの位置
と、保護フード４の側壁に設けられた開孔４ａは、排気
ガスが前記外側電極ＩＣを直撃しないようにずらした位
置に設けられている。

又開孔４ａは６０″ピツチの等間隔で外側電極１ｃをは
さみ計１２ケ設けられているセラミックヒータ２は、外
側電極部の検出素子を約２０Ωになるよう７００℃前後
に加熱するもので、図示していない温調回路によって制
御されるものである。

７００℃一定態熱も従来の０２．センサの使用とは異な
る条件であり、この加熱は排ガス中に含まれる鉛化合物
の検出素子表面への付着軽減に大きな効果があることが
、耐久試験で確認された。

第４図は１８００ｃｃのＥＧＩ仕様エンジンの排気管集
合部にセンサを取付け、回転数１３０Ｏｒｐｍ　ｔ　ト
ルク３ｋｇ−ｍで空燃比をＡ　／　Ｆ　＝　１４＃１６
へとステップ的に変化（エアフローセンサの信号で実験
的に急変させた）させた時の出力変化を示す曲線である
。Ｏｚセンサの保護フードは従来のルーバ状のもので縦
長のスリット状で、排気ガスは渦巻状に流入し、検出素
子を直撃しない構造のものである。空燃比センサの保護
フードは第３図に示す構造のもので、側壁開孔４ａはφ
０．８、開孔断面積０　、５　ｍｍ！である。図３から
、従来構造のｏ２センサの応答時定数は、Ａ／Ｆ１４　
（リッチ）→１６（リーン）で４１０ｍ５．Ａ／Ｆ１６
→１４で９０　ｍ　ｓと大きな差異があり、１周期の平
均として２５０　ｍ　ｓであった。これに対して空燃比
センサの場合は、公知の如くセンサ駆動回路（図示なし
）により酸素イオンを空燃比に応じた量だけボンピング
するという作動上の相違により、リッチ→リーン、リー
ン→リッチへの空燃比のステップ変化に対してあまり差
がなかった。すなわちＡ／Ｆ１４→１６で２７０ｍ５．
Ａ／Ｆ１６−＋１４で２３０　ｍ　ｓ　１周期の平均で
は２５０　ｍ　ｓと０２センサの場合と同等であった。

この応答時定数と、保護フード側壁に設けた開孔の断面
積（開孔径）との実験結果を第５図に示す。この結果か
ら、応答性を損なわない為には１ヶ当りの開孔断面積を
０　、５　ｍｍ２以上（φ０．８以上）にする必要があ
ることがわかった。この応答時間は開孔断面積が０　、
８　ｍｍ２以上となると飽和し、保護フードなしく直径
ωの点）の場合と同じとなる。従って開孔断面積の上限
は耐久性能から決められることになる。我々の耐久試験
結果からは、開孔断面積を１　、１　ｍｆｆ１２以上（
φ１．２以上）とすると、従来の０２センサ保護フード
より悪くなることがわかった。以上の結果より、保護フ
ード側壁の開孔断面積は１個当り０．５ｍ、ｚ以上１　
、１　ｍｍ２以下が応答性と耐久性から適当であること
がわかった。

第６図は本発明の他の実施例であり、ジルコニア素子閉
塞端部に対向する位置の保護フードに、底面開孔を１個
追加して設けたものである。第６図の構造での、応答性
、耐久性に関する実験結果は、すでに述べた第３図の構
造のものと変りなかった。

［発明の効果〕 本発明によれば、限界電流方式空燃比センサ用の保護フ
ードを、簡単な構造で提供出来、更に信頼性と応答性を
両立出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は限界電流式空燃比センサ断面図、第２図は検出
素子外形図、第３図は本発明の一実施例を示す断面図、
第４図はセンサ出力の時間に対する変化を示す出力特性
図、第５図は保護フード側壁開孔の断面積と応答時間の
関係を示す実験データ図、第６図は本発明の他の実施例
を示す断面図である。 １・・・検出素子、１ｃ・・・外側電極、１ａ・・・拡
散抵抗体、２・・・ヒータ、３・・・ハウジング、４・
・・保護フード、４ａ・・・側壁開孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有底円筒管形のジルコニア固体電解質の対向する表
   面に、触媒性の導電性金属電極が被覆され、かつ外側の
   被測定ガスにさらされる電極表面上にガス拡散抵抗体を
   有する検出素子と、前記ジルコニア固体電解質管の内側
   に位置するヒータと、該検出素子を保護する保護フード
   を備えた限界電流式空燃比測定器において、前記保護フ
   ードは、前記ジルコニア素子の外側表面を完全に囲むと
   共に、外側電極部を直撃しない側壁の位置に該外側電極
   をはさんで複数個の開孔を具備したことを特徴とする空
   燃比測定器。 ２、請求の範囲第１項において、側壁開孔の大きさが、
   ０．５ｍｍ＾２以上１．１ｍｍ＾２以下であることを特
   徴とする空燃比測定器。 ３、請求の範囲第１項において、前記遮蔽部材は、前記
   ジルコニア素子の外側表面を完全に囲むと共に前記ジル
   コニア素子閉塞端部に対向する位置に１個の開孔と、外
   側電極部を直撃しない側壁の位置に該外側電極をはさん
   で複数個の開孔を具備したことを特徴とする空燃比測定
   器。 ４、請求の範囲第３項において、側壁開孔の大きさが、
   ０．５ｍｍ＾２以上１．０ｍｍ＾２以下であることを特
   徴とする空燃比測定器。