[其他]氧濃度測量裝置及其制造方法

在審

• 申請號: 101985000001228
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN1003541B
• 公開（公告）日: 1989-03-08
• 發明（設計）人: 鈴木清光;三木政之;笹山隆生;鈴木敏孝;上野定寧
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 王申;王憲模

一種氧濃度測量裝置具有在一個薄片固體電解質的每一側面上形成的兩個電極，其中一個電極曝露在有一擴散孔的擴散室中，擴散室的深度非常小而擴散孔是從擴散室向側面延伸的狹縫形狀，從而使該氧濃度測量裝置獲得良好的響應特性，另外還公開說明了該裝置的制造方法。

本發明涉及一種測量氧濃度的裝置，特別是一種用來從內燃機排出的廢氣中測量氧濃度的測量裝置。本發明還涉及該測量裝置的制造方法。

具有空氣/燃油混合比（空燃比）控制器的現代內燃機使用一個適于測量廢氣中氧濃度的空燃比傳感器。

從參考圖1可以看到，典型的空燃比控制器有一個適于接收來自傳感器的各種有關發動機運行（的）信息的控制裝置5，而這些信息是由諸如空燃比傳感器1、氣流傳感器2、水溫傳感器3，以及曲軸位置傳感器4等傳感器提供的?？刂蒲b置5應這些信息而控制各器件的運用，比如噴油嘴6，點火線圈7，怠速控制閥8，排氣再循環控制閥9以及輸油泵10等器件。

為了減少有害的廢氣污染，組裝在這種空燃比控制器中的空燃比傳感器僅能測量理論空氣燃油混合比，且控制空燃比保持理論配比標準。圖2表示氧氣和一氧化碳及燃燒效率如何相對于空燃比而變化。在常規空燃比控制器中是使其控制達到維持理論空燃比（A/F＝14.7λ＝1、λ為空氣過剩率）的程度，除了在加速過程中需要特別大的功率而供給比理論空燃比濃度大的混合比情況時例外。

另一方面，眾所周知由圖2可見通過理論配比標準變稀一側可得到最大燃燒效率。由此，控制內燃機的空燃比使其按理論空燃比變稀一側的配比運行。這種控制就需要一個空燃比傳感器，即一種能準確檢測空燃比的氧濃度測量裝置。

已知的氧濃度測量裝置中，利用了表征為氧離子導電固體電解質的氧泵現象對廢氣污染中的氧濃度進行測量。例如，兩份公開號分別為：69690/1977，72286/1977的日本專利公布了大致如圖3所示的氧濃度測量裝置。

更準確地說，該氧濃度測量裝置是由下面一些器件組成的：氧化鋯的氧離子導電固體電解質11，分別在固體電解質兩側形成的第一、第二電極12和13，圍繞第一電極12的蓋件14，氣體擴散孔15以及氣體擴散室。在工作過程中，兩電極之間加一電壓E以便將第一電極12作為陰極，同時通過電流表18測量固體電解質中的氧離子流量。

在上述類型氧濃度測量裝置的實際使用過程中，將由電解質11，電極12、13，蓋件14及氣體擴散孔15組成的傳感頭曝露在被測熱燃燒氣體中（溫度為600到1000℃），加在電極12和13之間的電壓逐漸增加。此電壓的增加造成電極12與13間的電流相應地增加;但是當此電壓增加到一定值時，電流也增加到飽和值且保持恒定。圖3a示出了電流與電壓之間的關系。

這一點可被認為是一種“氧泵”現象造成的。在此現象中，通過擴散孔15進入擴散室16的氧被第一電極12還原成氧離子，這些氧離子被傳送通過固體電解質11后到達第二電極13時又被氧化成氧分子。電流的飽和可以認為是由于擴散孔15的限制所致。換句話說，提供給第一電極12還原成氧離子的氧（氣）受到擴散孔15的限制。

根據這樣的結構，當電壓E近似為1伏時，電流Ip實質上按被測氣體中氧濃度的比例變化，從下面的公式（1）就會理解。

　　　　I_F＝4FDS/RTlPO₂……（1）

式中F代表法拉第常數，D代表氧氣擴散常數，T代表絕對溫度，S代表氣體擴散孔的橫截面積，l代表氣體擴散孔的長度，PO₂代表氧氣的分壓強。

如果用Vr代表了擴散室內部的容積，則該傳感器的反應特性近似下式（2）所列的公式：

　　　　τ＝Vrl/DS……（2）

然而，圖3所示的常規氧濃度測量裝置有下面的缺點。

蓋件14是通過像濾光玻璃、陶瓷、膠或類似的粘結料粘接而被固定在氧化鋯固體電解質上的。因此，由于熱沖擊使蓋件14容易從固體電解質11上脫落，從而導致了傳感器性能的緩慢變化。