[其他]氧浓度测量装置及其制造方法

说明书

一种氧浓度测量装置具有在一个薄片固体电解质的每一侧面上形成的两个电极，其中一个电极曝露在有一扩散孔的扩散室中，扩散室的深度非常小而扩散孔是从扩散室向侧面延伸的狭缝形状，从而使该氧浓度测量装置获得良好的响应特性，另外还公开说明了该装置的制造方法。

本发明涉及一种测量氧浓度的装置，特别是一种用来从内燃机排出的废气中测量氧浓度的测量装置。本发明还涉及该测量装置的制造方法。

具有空气/燃油混合比（空燃比）控制器的现代内燃机使用一个适于测量废气中氧浓度的空燃比传感器。

从参考图1可以看到，典型的空燃比控制器有一个适于接收来自传感器的各种有关发动机运行（的）信息的控制装置5，而这些信息是由诸如空燃比传感器1、气流传感器2、水温传感器3，以及曲轴位置传感器4等传感器提供的。控制装置5应这些信息而控制各器件的运用，比如喷油嘴6，点火线圈7，怠速控制阀8，排气再循环控制阀9以及输油泵10等器件。

为了减少有害的废气污染，组装在这种空燃比控制器中的空燃比传感器仅能测量理论空气燃油混合比，且控制空燃比保持理论配比标准。图2表示氧气和一氧化碳及燃烧效率如何相对于空燃比而变化。在常规空燃比控制器中是使其控制达到维持理论空燃比（A/F＝14.7λ＝1、λ为空气过剩率）的程度，除了在加速过程中需要特别大的功率而供给比理论空燃比浓度大的混合比情况时例外。

另一方面，众所周知由图2可见通过理论配比标准变稀一侧可得到最大燃烧效率。由此，控制内燃机的空燃比使其按理论空燃比变稀一侧的配比运行。这种控制就需要一个空燃比传感器，即一种能准确检测空燃比的氧浓度测量装置。

已知的氧浓度测量装置中，利用了表征为氧离子导电固体电解质的氧泵现象对废气污染中的氧浓度进行测量。例如，两份公开号分别为：69690/1977，72286/1977的日本专利公布了大致如图3所示的氧浓度测量装置。

更准确地说，该氧浓度测量装置是由下面一些器件组成的：氧化锆的氧离子导电固体电解质11，分别在固体电解质两侧形成的第一、第二电极12和13，围绕第一电极12的盖件14，气体扩散孔15以及气体扩散室。在工作过程中，两电极之间加一电压E以便将第一电极12作为阴极，同时通过电流表18测量固体电解质中的氧离子流量。

在上述类型氧浓度测量装置的实际使用过程中，将由电解质11，电极12、13，盖件14及气体扩散孔15组成的传感头曝露在被测热燃烧气体中（温度为600到1000℃），加在电极12和13之间的电压逐渐增加。此电压的增加造成电极12与13间的电流相应地增加;但是当此电压增加到一定值时，电流也增加到饱和值且保持恒定。图3a示出了电流与电压之间的关系。

这一点可被认为是一种“氧泵”现象造成的。在此现象中，通过扩散孔15进入扩散室16的氧被第一电极12还原成氧离子，这些氧离子被传送通过固体电解质11后到达第二电极13时又被氧化成氧分子。电流的饱和可以认为是由于扩散孔15的限制所致。换句话说，提供给第一电极12还原成氧离子的氧（气）受到扩散孔15的限制。

根据这样的结构，当电压E近似为1伏时，电流Ip实质上按被测气体中氧浓度的比例变化，从下面的公式（1）就会理解。

　　　　I_F＝4FDS/RTlPO₂……（1）

式中F代表法拉第常数，D代表氧气扩散常数，T代表绝对温度，S代表气体扩散孔的横截面积，l代表气体扩散孔的长度，PO₂代表氧气的分压强。

如果用Vr代表了扩散室内部的容积，则该传感器的反应特性近似下式（2）所列的公式：

　　　　τ＝Vrl/DS……（2）

然而，图3所示的常规氧浓度测量装置有下面的缺点。

盖件14是通过像滤光玻璃、陶瓷、胶或类似的粘结料粘接而被固定在氧化锆固体电解质上的。因此，由于热冲击使盖件14容易从固体电解质11上脱落，从而导致了传感器性能的缓慢变化。