[其他]氧气浓度检测器

说明书

本发明涉及一种用于量测氧气浓度的检测器，尤其是涉及一种用于内燃机控制上的测量范围很广的检测器，这类检测器的量测范围很宽，从欠油状态到过油状态均可适用。

在先有技术中，理想配比检测器（检测理论空气-燃料比λ＝1）或欠油检测器（只检测低浓度时的空气-燃料比）的氧气扩散层是用氧化镁尖晶石粉进行等离子喷雾淀积形成的，其厚度在50μm至450μm之间。此氧气扩散层具有如下特性：根据水银孔率计的测量结果，其孔隙比约为5～10%，微气孔平均直径约为20～50nm。然而，为了提高汽车发动机的燃烧效率，就有必要在一个较大的范围内控制空气-燃料比，这一范围从过油状态至欠油状态，在过油状态下，浓度高，而在欠油状态下，浓度低。

此外，为了量测过油情况下的氧气浓度，对扩散的阻力也应该比上述先有技术氧气扩散阻尼层的扩散阻力大。

也就是说，为了控制过油状态下的空气-燃料比，有必要采用较密的扩散层，以控制未燃层汽油中粒子的扩散速度。

然而，这一扩散层也不应该含有缩短探测器使用寿命的因素。但是，由于提高扩散层的密度，将导致废气中的杂层堵塞扩散层中的气孔，并延缓氧气到达反应电极的时间，导致响应速度降低，这一过程将引起探测器使用寿命的降低，因此迄今为止，试图通过改变单一扩散层的孔隙比或厚度来满足上述全部要求是不可能的。

以这一观点出发，在专利号为JP-A-53-13980和JP-A-53-116896的两个专利申请中，提出了这样的建议，构造具有不同密度的双层结构的扩散层。

在上述第一个专利申请中，靠近电极的扩散层中的第一层，是用氧化铝进行等离子喷雾积淀法形成的，其厚度为30μm，密度较高;而位于外侧的第二层，是采用同一方法形成的，但其厚度为80μm，且密度较低。在上述第二个专利申请中，第一层是由氧化镁尖晶石形成的，厚度为300μm，密度较低;第二层厚度为2mm，密度较高。

在先有技术中，对扩散层厚度或密度与耐热性之间的关系，以及扩散层的实用性和响应特性考虑不足。第一个专利申请存在的问题是：由于冷热交替，在外侧密度较低但相对较厚的那一层上出现裂缝。而第二个专利申请存在的问题是：外侧密度较高且较厚的那一层难以形成，并且该层由于阻力太大并且响应特性很差，以致失去实用意义。

本发明的目的是提供一种用于量测氧气浓度的探测器，这种探测器的气体扩散层具有最佳的气体扩散功能。

上述目标通过采用以下方法予以实现：构造双层结构的扩散层，其中一层是用氧化镁尖晶石进行等离子喷雾积淀的传统方法形成的，其密度较低，且相对较厚;而另一层是用溶胶复盖法形成的，密度极高，但相对较薄。

对于最佳选择来说，应采用等离子喷雾积淀法来形成靠近电极的第一层，其厚度在10至500μm之间;用溶胶复盖法形成外侧的第二层，其厚度在0.01至20μm之间。

按照这种方式所构造的探测器，其扩散层中有一层是采用溶胶复盖法形成的，虽然这一层很薄，但由于它具有很小的孔隙比，所以仍能令人满意地就现控制扩散速度的功能。同样由于这一层很薄，所以扩散阻尼层的全部厚度就能保持很少，并且由固态电解层与扩散阻尼层之间热膨胀系数的区别产生的热应变也就很少，从而降低了裂缝产生的可能性。

图1是按照本发明设计的用于量测氧气浓度的探测器的剖面图;

图2是示意图，表示根据本发明所得到的输出特性;

图3是示意图，用于说明空气-燃料比和废气中气体成分的关系;

图4是示意图，用于说明极限电流型控制空气-燃料比的原理;

图5是示意图，用于说明极限电流和空气-燃料比之间的关系;

图6是具有单一气体扩散阻尼层的检测元件的剖面图;

图7是示意图，用于说明先有技术中的气体扩散阻尼层;

图8是示意图，用于说明本发明中的气体扩散阻尼层;

图9是采用扫描式电子显微镜所得到的氧化镁尖晶石熔化喷射层的表面的图象;

图10是采用扫描式电子显微镜所得到的采用溶胶复盖法形成的SiO₂高密层的剖面图象。