寬域空燃比感知器的製作方法

2023-10-24 03:57:37

專利名稱：寬域空燃比感知器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種感知器，特別涉及一種寬域空燃比感知器。
背景技術：
理論上Ikg汽油完全燃燒，需要14. 7kg空氣，亦即空燃比為14. 7。將現行空燃比除以理論空燃比，定義為λ (Lambda)，所述λ =現行的空燃比/理論的空燃比，λ =1吋，gp代表空燃比=14. 7 ； λ >1吋，即代表為稀油(lean);而λ〈I吋，即代表為濃油(rich)。通常含氧感知器用於λ =1的汽車系統，四線空燃比感知器用於λ >1的汽車系統，而寬域空燃比感知器則可用於含蓋λ〈I至λ >1的汽車系統。常見的寬域空燃比感知器，如McGRAW-HILL所出版的汽車電子學手冊(Automotive Electronics Handbook, editor : Ronald K. Jurgen)第六章的廢氣感知器(Exhaust Gas Sensors),請配合參閱圖I所示,常見的寬域空燃比感知器9在泵層91設有第一、ニ電極911、912，而感測層92則設有第三、四電極921、922，再配合空氣通道層93與加熱器94，當廢氣由上方單ー小孔95進入擴散間隙96吋，感測層92就由空氣通道97內與擴散間隙96內的氧分壓差產生ー電動勢，再與閉迴路控制器的基準電壓作比對，來施加電壓給泵層91產生極限電流Ip，這樣由極限電流IP的大小與方向，就可以得知廢氣中的氧含量與空燃比。由於常見的寬域空燃比感知器必須設有第一、ニ電極911、912與第三、四電極921、922，而且彼此都必須使用昂貴的白金當觸媒，這樣就使其無法再降低成本。尤其，當擴散間隙96內填充的是多孔性擴散體時,於稀油時氧氣過多,泵層91將氧往外打時，電第二電極912的氧分壓會低於第三電極921，而使空燃比的偵測失準。又由日常生活經驗中得知，當金屬制罐頭只開設單一小孔時，空氣進入與液體流出會彼此互相干擾，而影響彼此進出。因此罐頭通常會開設兩個洞，以便於ー進ー出。由於常見的寬域空燃比感知器9的廢氣進出只經由單ー小孔95，因而在擴散間隙96內很難實時達成廢氣置換，以致所測得的空燃比並非真實反映現況，也難以達到高精度與高應答性。
發明內容為了彌補以上不足，本實用新型提供了一種寬域空燃比感知器，該寬域空燃比感知器可以精確與快速量測引擎濃油或稀油燃燒廢氣中的含氧量與空燃比。本實用新型為了解決其技術問題所採用的技術方案是一種寬域空燃比感知器，包括保護層、泵層、空氣通道層、感測層、氣體擴散層和加熱層，所述保護層、泵層、空氣通道層、感測層、氣體擴散層和加熱層依次層疊組合，其中該泵層朝向保護層的ー側表面設有第一電極；該空氣通道層設有一空氣通道；該感測層朝向空氣通道的ー側表面設有第二電極，感測層另ー側表面對應於第一電極與第二電極位置設有共享的第三電極；該氣體擴散層朝向第三電極的ー側設有貫通狀量測室，量測室朝向加熱層的另ー側設有多孔性擴散體，以接觸於廢氣，使廢氣透過多孔性擴散體進入量測室內，再接觸於第三電極表面。作為本實用新型的進ー步改進，該保護層對應於第一電極設有ー窗ロ，在窗ロ內設有多孔性保護體。作為本實用新型的進ー步改進，其中該泵層與空氣通道層的空氣通道之間設有一絕緣層。作為本實用新型的進ー步改進，所述第一、ニ、三電極分別與第一、ニ、三導電墊電連接的結構為所述保護層上設有第一、ニ、三穿孔，泵層設有第四、五穿孔，絕緣層上設有第六、七穿孔，空氣通道層上設有第八、九穿孔，感測層上設有第十穿孔，所述第一電極經由第一穿孔與第一導電墊電連接，第二電極經由第八、六、四、ニ穿孔與第二導電墊電連接，第三電極經由第十、九、七、五、三穿孔與第三導電墊電連接。作為本實用新型的進ー步改進，其中該氣體擴散層的多孔性擴散體具有複數外側邊，用來曝露在外而接觸廢氣。作為本實用新型的進ー步改進，其中該氣體擴散層與加熱層對應於多孔性擴散體
的側壁上分別構成有凹階部。作為本實用新型的進ー步改進，其中該氣體擴散層的量測室內設有多孔性陶瓷。作為本實用新型的進ー步改進，所述保護層為不透氣的陶瓷蓋。作為本實用新型的進ー步改進，所述加熱層包括絕緣層、絕緣蓋和電熱線，所述電熱線夾置於絕緣層和絕緣蓋之間，絕緣蓋上設有與電熱線兩極對應的第十一穿孔和第十二穿孔，絕緣蓋外側設有第四、五導電墊，所述電熱線一端經由第十一穿孔電性連接於第四導電墊，電熱線另一端經由第十二穿孔電性連接於第五導電墊。本實用新型的有益技術效果是實用新型的第一、ニ、三電極都是整體結構，其可以避免常見結構因為採用兩段式的電極而產生氧分壓差，又可以減少白金觸媒電極的數量，降低了成本，而氣體擴散層朝向第三電極的ー側設有貫通狀量測室，在量測室朝向加熱層的另一側設有多孔性擴散體，使廢氣能夠多方向透過多孔性擴散體的各外側邊順利進出於量測室，以精確與快速量測引擎濃油或稀油燃燒廢氣中的含氧量與空燃比。

圖I為常見寬域空燃比感知器的結構圖；圖2為本實用新型的實施例一的第一立體圖；圖3為本實用新型的實施例一的第二立體圖；圖4為本實用新型的實施例一的分解狀態示意圖；圖5為本實用新型的實施例一的結構圖；圖6為圖5中A-A向剖視圖；圖7為本實用新型的實施例一的廢氣進出示意圖；圖8為本實用新型的實施例ニ的結構圖。
具體實施方式
實施例一一種寬域空燃比感知器，包括依序層疊組合的保護層I、泵層2、空氣通道層3、感測層4、氣體擴散層5及加熱層6，其中該保護層I為不透氣陶瓷蓋，在保護層I前段位置設有ー窗ロ 11，在窗ロ 11內設有多孔性保護體12，並且後段設有第一、ニ、三穿孔13、14、15和與之對應的第一、ニ、三導電墊 16、17、18 ；該泵層2為固態電解質層，其前段朝向保護層I的窗ロ 11的ー側表面設有第一電極22，其通過第一穿孔13電性連接於第一導電墊16，並且泵層2後段設有兩個第四、五穿孔 24,25 ；該空氣通道層3為固態電解質層，其設有一空氣通道31作為參考空氣的入口，在空氣通道層3後段設有第六、七穿孔32、33，並且在泵層2與空氣信道層3的空氣信道31之間設有一絕緣層23，其用來阻絕第一電極22與第二電極42間的自發性電動勢的幹擾，絕緣層上設有第六、七穿孔21、41 ；該感測層4為固態電解質層，其朝向空氣通道31的ー側表面設有第二電極42，其通過第二、四、六穿孔14、24、32電性連接於第二導電墊17，在感測層4之相對另ー側表面對應於第一電極22與第二電極42位置設有彼此共享之第三電極 43，感測層後段上設有第十穿孔44，並且第三電極43經由第三、五、七、九、十穿孔15、25、41、33、44電性連接於第三導電墊18 ；該氣體擴散層5設有陶瓷本體51，其朝向第三電極43的一側設有貫通狀量測室52，氣體擴散層5位於量測室52相對另ー側設有多孔性擴散體53，多孔性擴散體53的三個外側邊55接觸廢氣；該加熱層6為絕緣層61與絕緣蓋62夾置結合電熱線63，並且電熱線63 —端經由第十一穿孔64電性連接於第四導電墊65，電熱線63另一端有第十二穿孔67電性連接於第五導電墊68。當實際生產時，將保護層I、泵層2、空氣通道層3、感測層4、氣體擴散層5及加熱層6等構件生胚以熱壓方式壓合，使氣體擴散層5的多孔性擴散體53的三個外側邊55曝露在外用於接觸廢氣，並且氣體擴散層5與加熱層6對應於多孔性擴散體53分別構成有第一、ニ凹階部56、66，然後經由高溫燒結一體製成寬域空燃比感知器。本實用新型的寬域空燃比感知器工作時，將加熱層6的第四導電墊65通以12 14V電壓，電熱線63會發熱，使泵層2、空氣通道層3及感測層4之固態電解質層達到工作溫度。當引擎廢氣經由多孔性擴散體53的外側邊55進入到量測室52內時，新鮮空氣則由空氣通道31進入，使空氣中的氧分子經由第二電極42的觸媒作用，而變成氧離子，再經由感測層的固態電解質層流至第三電極43，用來放出電子而產生電動勢，此時如果電壓高於O. 45V,則表不量測室52內的氧分壓偏低,亦即廢氣屬於濃油，則電子控制單兀(ECU)會輸出一正電壓，通過第三導電墊18及第三、五、七、九、十穿孔15、25、41、33、44至第三電極43，而負電壓則供給第一電極22;此時由引擎燃燒廢氣中的ニ氧化碳或水蒸氣分解氧分子經由窗ロ 11及多孔性保護體12進入，用來使第一電極22獲得電子而變成氧離子，再流經泵層和感測層的固態電解質層，而流至第三電極43，以放出電子成為氧分子，使量測室52內的氧分壓提高，直至感測層4的輸出電壓達到O. 45V。反之，如果電壓低於O. 45V，則表示量測室52內的氧分壓偏高,亦即廢氣屬於稀油,則電子控制單兀(ECU)會輸出ー負電壓,通過第三導電墊18及第三、五、七、九、十穿孔15、25、41、33、44至第三電極43，而正電壓則供給第一電極22，此時的量測室52中的氧分子在第三電極43獲得電子，而變成氧離子，再流經感測層和泵層的固態電解質層至第一電極22，以放出電子成為氧分子，然後排至外部廢氣中，使量測室52內的氧分壓降低，直至感測層4的輸出電壓達到O. 45V。[0033]前述第一電極22與第三電極43間的泵氧量，即廢氣中的氧分子流經氣體擴散層5的量，是通過測得的極限電流大小與方向，即可得知廢氣中的氧含量與空燃比。本實用新型的寬域空燃比感知器工作時，氣體擴散層5的多孔性擴散體53共有三個方向的外側邊55可讓廢氣進出，當引擎廢氣由一外側邊進入時，原殘存氣體可由另外的兩外側邊迅速排出，因而能夠測得實時準確的空燃比。實施例ニ 在實施例一的氣體擴散層5的量測室52內設置有多孔性陶瓷54，這就使廢氣進入量測室52時，是經由多孔性陶瓷54分散後，再與第三電極43相接觸。綜上所述，本實用新型能夠解決常見的技術不足與缺失，其關鍵技術在於，寬域空燃比感知器的第一電極22與第二電極42為共享第三電極43，可以避免常見的分成兩電極時的氧分壓差，又可以降低白金觸媒電極的數量與成本，並且廢氣能夠多方向透過多孔性·擴散體53的各外側邊55順利進出於量測室，以精確與快速量測引擎濃油或稀油燃燒廢氣中的含氧量與空燃比。
權利要求1.一種寬域空燃比感知器，其特徵為包括依次層疊組合的保護層、泵層、空氣通道層、感測層、氣體擴散層和加熱層，其中泵層、空氣通道層、感測層均為固態電解質層，保護層ー側設有第一、ニ、三導電墊，泵層朝向保護層的ー側表面設有第一電極；空氣通道層設有一空氣通道；感測層朝向空氣通道的ー側表面設有第二電極，感測層另ー側表面設有與第一電極與第二電極位置對應於的第三電極；所述第一、ニ、三電極分別與第一、ニ、三導電墊電連接，氣體擴散層朝向第三電極的ー側設有貫通狀量測室，量測室朝向加熱層的另ー側設有多孔性擴散體，所述加熱層內設有發熱裝置。
2.根據權利要求I所述的寬域空燃比感知器，其特徵為 其中該保護層上設有一與第一電極位置對應的窗ロ，在窗口內設有多孔性保護體。
3.根據權利要求I所述的寬域空燃比感知器，其特徵為其中該泵層與空氣通道層的空氣通道之間設有ー絕緣層。
4.根據權利要求3所述的寬域空燃比感知器，其特徵為所述第一、ニ、三電極分別與第一、ニ、三導電墊電連接的結構為所述保護層上設有第一、ニ、三穿孔，泵層設有第四、五穿孔，絕緣層上設有第六、七穿孔，空氣通道層上設有第八、九穿孔，感測層上設有第十穿孔，所述第一電極經由第一穿孔與第一導電墊電連接，第二電極經由第八、六、四、ニ穿孔與第二導電墊電連接，第三電極經由第十、九、七、五、三穿孔與第三導電墊電連接。
5.根據權利要求I所述的寬域空燃比感知器，其特徵為其中該氣體擴散層的多孔性擴散體具有複數外側邊。
6.根據權利要求I所述的寬域空燃比感知器，其特徵為其中該氣體擴散層與加熱層對應於多孔性擴散體的側壁上分別構成有第一、ニ凹階部。
7.根據權利要求I所述的寬域空燃比感知器，其特徵為其中該氣體擴散層的量測室內設有多孔性陶瓷。
8.根據權利要求I所述的寬域空燃比感知器，其特徵為所述保護層為不透氣的陶瓷至JHL ο
9.根據權利要求I所述的寬域空燃比感知器，其特徵為所述加熱層包括絕緣層、絕緣蓋和電熱線，所述電熱線夾置於絕緣層和絕緣蓋之間，絕緣蓋上設有與電熱線兩極對應的第十一穿孔和第十二穿孔，絕緣蓋外側設有第四、五導電墊，所述電熱線一端經由第十一穿孔電性連接於第四導電墊，電熱線另一端經由第十二穿孔電性連接於第五導電墊。
專利摘要本實用新型公開了一種寬域空燃比感知器，包括依次層疊組合的保護層、泵層、空氣通道層、感測層、氣體擴散層和加熱層，其中泵層、空氣通道層、感測層均為固態電解質層，保護層一側設有第一、二、三導電墊，泵層朝向保護層的一側表面設有第一電極；空氣通道層設有一空氣通道；感測層朝向空氣通道的一側表面設有第二電極，感測層另一側表面設有與第一電極與第二電極位置對應於的第三電極；所述第一、二、三電極分別與第一、二、三導電墊電連接，氣體擴散層朝向第三電極的一側設有貫通狀量測室，量測室朝向加熱層的另一側設有多孔性擴散體，所述加熱層內設有發熱裝置，本實用新型能精確與快速量測引擎濃油或稀油燃燒廢氣中的含氧量與空燃比。
文檔編號G01N27/409GK202649165SQ201220294038
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者黃建南, 傅榮順 申請人:崑山星陶汽車電子有限公司