专利名称：宽域空燃比感知器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种感知器，特别涉及一种宽域空燃比感知器。
背景技术：
理论上Ikg汽油完全燃烧，需要14. 7kg空气，亦即空燃比为14. 7。将现行空燃比除以理论空燃比，定义为λ (Lambda)，所述λ =现行的空燃比/理论的空燃比，λ =1吋，gp代表空燃比=14. 7 ； λ >1吋，即代表为稀油(lean);而λ〈I吋，即代表为浓油(rich)。通常含氧感知器用于λ =1的汽车系统，四线空燃比感知器用于λ >1的汽车系统，而宽域空燃比感知器则可用于含盖λ〈I至λ >1的汽车系统。常见的宽域空燃比感知器，如McGRAW-HILL所出版的汽车电子学手册(Automotive Electronics Handbook, editor : Ronald K. Jurgen)第六章的废气感知器(Exhaust Gas Sensors),请配合參阅图I所示,常见的宽域空燃比感知器9在泵层91设有第一、ニ电极911、912，而感测层92则设有第三、四电极921、922，再配合空气通道层93与加热器94，当废气由上方单ー小孔95进入扩散间隙96吋，感测层92就由空气通道97内与扩散间隙96内的氧分压差产生ー电动势，再与闭回路控制器的基准电压作比对，来施加电压给泵层91产生极限电流Ip，这样由极限电流IP的大小与方向，就可以得知废气中的氧含量与空燃比。由于常见的宽域空燃比感知器必须设有第一、ニ电极911、912与第三、四电极921、922，而且彼此都必须使用昂贵的白金当触媒，这样就使其无法再降低成本。尤其，当扩散间隙96内填充的是多孔性扩散体时,于稀油时氧气过多,泵层91将氧往外打时，电第二电极912的氧分压会低于第三电极921，而使空燃比的侦测失准。又由日常生活经验中得知，当金属制罐头只开设单一小孔时，空气进入与液体流出会彼此互相干扰，而影响彼此进出。因此罐头通常会开设两个洞，以便于ー进ー出。由于常见的宽域空燃比感知器9的废气进出只经由单ー小孔95，因而在扩散间隙96内很难实时达成废气置換，以致所测得的空燃比并非真实反映现况，也难以达到高精度与高应答性。
发明内容为了弥补以上不足，本实用新型提供了一种宽域空燃比感知器，该宽域空燃比感知器可以精确与快速量测引擎浓油或稀油燃烧废气中的含氧量与空燃比。本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是一种宽域空燃比感知器，包括保护层、泵层、空气通道层、感测层、气体扩散层和加热层，所述保护层、泵层、空气通道层、感测层、气体扩散层和加热层依次层叠组合，其中该泵层朝向保护层的ー侧表面设有第一电极；该空气通道层设有一空气通道；该感测层朝向空气通道的ー侧表面设有第二电极，感测层另ー侧表面对应于第一电极与第二电极位置设有共享的第三电极；该气体扩散层朝向第三电极的ー侧设有贯通状量测室，量测室朝向加热层的另ー侧设有多孔性扩散体，以接触于废气，使废气透过多孔性扩散体进入量测室内，再接触于第三电极表面。作为本实用新型的进ー步改进，该保护层对应于第一电极设有ー窗ロ，在窗ロ内设有多孔性保护体。作为本实用新型的进ー步改进，其中该泵层与空气通道层的空气通道之间设有一绝缘层。作为本实用新型的进ー步改进，所述第一、ニ、三电极分别与第一、ニ、三导电垫电连接的结构为所述保护层上设有第一、ニ、三穿孔，泵层设有第四、五穿孔，绝缘层上设有第六、七穿孔，空气通道层上设有第八、九穿孔，感测层上设有第十穿孔，所述第一电极经由第一穿孔与第一导电垫电连接，第二电极经由第八、六、四、ニ穿孔与第二导电垫电连接，第三电极经由第十、九、七、五、三穿孔与第三导电垫电连接。作为本实用新型的进ー步改进，其中该气体扩散层的多孔性扩散体具有复数外侧边，用来曝露在外而接触废气。作为本实用新型的进ー步改进，其中该气体扩散层与加热层对应于多孔性扩散体
的侧壁上分别构成有凹阶部。作为本实用新型的进ー步改进，其中该气体扩散层的量测室内设有多孔性陶瓷。作为本实用新型的进ー步改进，所述保护层为不透气的陶瓷盖。作为本实用新型的进ー步改进，所述加热层包括绝缘层、绝缘盖和电热线，所述电热线夹置于绝缘层和绝缘盖之间，绝缘盖上设有与电热线两极对应的第十一穿孔和第十二穿孔，绝缘盖外侧设有第四、五导电垫，所述电热线一端经由第十一穿孔电性连接于第四导电垫，电热线另一端经由第十二穿孔电性连接于第五导电垫。本实用新型的有益技术效果是实用新型的第一、ニ、三电极都是整体结构，其可以避免常见结构因为采用两段式的电极而产生氧分压差，又可以减少白金触媒电极的数量，降低了成本，而气体扩散层朝向第三电极的ー侧设有贯通状量测室，在量测室朝向加热层的另一侧设有多孔性扩散体，使废气能够多方向透过多孔性扩散体的各外侧边顺利进出于量测室，以精确与快速量测引擎浓油或稀油燃烧废气中的含氧量与空燃比。
图I为常见宽域空燃比感知器的结构图；图2为本实用新型的实施例一的第一立体图；图3为本实用新型的实施例一的第二立体图；图4为本实用新型的实施例一的分解状态示意图；图5为本实用新型的实施例一的结构图；图6为图5中A-A向剖视图；图7为本实用新型的实施例一的废气进出示意图；图8为本实用新型的实施例ニ的结构图。
具体实施方式
实施例一一种宽域空燃比感知器，包括依序层叠组合的保护层I、泵层2、空气通道层3、感测层4、气体扩散层5及加热层6，其中该保护层I为不透气陶瓷盖，在保护层I前段位置设有ー窗ロ 11，在窗ロ 11内设有多孔性保护体12，并且后段设有第一、ニ、三穿孔13、14、15和与之对应的第一、ニ、三导电垫 16、17、18 ；该泵层2为固态电解质层，其前段朝向保护层I的窗ロ 11的ー侧表面设有第一电极22，其通过第一穿孔13电性连接于第一导电垫16，并且泵层2后段设有两个第四、五穿孔 24,25 ；该空气通道层3为固态电解质层，其设有一空气通道31作为參考空气的入口，在空气通道层3后段设有第六、七穿孔32、33，并且在泵层2与空气信道层3的空气信道31之间设有一绝缘层23，其用来阻绝第一电极22与第二电极42间的自发性电动势的干扰，绝缘层上设有第六、七穿孔21、41 ；该感测层4为固态电解质层，其朝向空气通道31的ー侧表面设有第二电极42，其通过第二、四、六穿孔14、24、32电性连接于第二导电垫17，在感测层4之相对另ー侧表面对应于第一电极22与第二电极42位置设有彼此共享之第三电极 43，感测层后段上设有第十穿孔44，并且第三电极43经由第三、五、七、九、十穿孔15、25、41、33、44电性连接于第三导电垫18 ；该气体扩散层5设有陶瓷本体51，其朝向第三电极43的一侧设有贯通状量测室52，气体扩散层5位于量测室52相对另ー侧设有多孔性扩散体53，多孔性扩散体53的三个外侧边55接触废气；该加热层6为绝缘层61与绝缘盖62夹置结合电热线63，并且电热线63 —端经由第十一穿孔64电性连接于第四导电垫65，电热线63另一端有第十二穿孔67电性连接于第五导电垫68。当实际生产时，将保护层I、泵层2、空气通道层3、感测层4、气体扩散层5及加热层6等构件生胚以热压方式压合，使气体扩散层5的多孔性扩散体53的三个外侧边55曝露在外用于接触废气，并且气体扩散层5与加热层6对应于多孔性扩散体53分别构成有第一、ニ凹阶部56、66，然后经由高温烧结一体制成宽域空燃比感知器。本实用新型的宽域空燃比感知器工作时，将加热层6的第四导电垫65通以12 14V电压，电热线63会发热，使泵层2、空气通道层3及感测层4之固态电解质层达到工作温度。当引擎废气经由多孔性扩散体53的外侧边55进入到量测室52内时，新鮮空气则由空气通道31进入，使空气中的氧分子经由第二电极42的触媒作用，而变成氧离子，再经由感测层的固态电解质层流至第三电极43，用来放出电子而产生电动势，此时如果电压高于O. 45V,则表不量测室52内的氧分压偏低,亦即废气属于浓油，则电子控制单兀(ECU)会输出一正电压，通过第三导电垫18及第三、五、七、九、十穿孔15、25、41、33、44至第三电极43，而负电压则供给第一电极22;此时由引擎燃烧废气中的ニ氧化碳或水蒸气分解氧分子经由窗ロ 11及多孔性保护体12进入，用来使第一电极22获得电子而变成氧离子，再流经泵层和感测层的固态电解质层，而流至第三电极43，以放出电子成为氧分子，使量测室52内的氧分压提高，直至感测层4的输出电压达到O. 45V。反之，如果电压低于O. 45V，则表示量测室52内的氧分压偏高,亦即废气属于稀油,则电子控制单兀(ECU)会输出ー负电压,通过第三导电垫18及第三、五、七、九、十穿孔15、25、41、33、44至第三电极43，而正电压则供给第一电极22，此时的量测室52中的氧分子在第三电极43获得电子，而变成氧离子，再流经感测层和泵层的固态电解质层至第一电极22，以放出电子成为氧分子，然后排至外部废气中，使量测室52内的氧分压降低，直至感测层4的输出电压达到O. 45V。[0033]前述第一电极22与第三电极43间的泵氧量，即废气中的氧分子流经气体扩散层5的量，是通过测得的极限电流大小与方向，即可得知废气中的氧含量与空燃比。本实用新型的宽域空燃比感知器工作时，气体扩散层5的多孔性扩散体53共有三个方向的外侧边55可让废气进出，当引擎废气由一外侧边进入时，原残存气体可由另外的两外侧边迅速排出，因而能够测得实时准确的空燃比。实施例ニ 在实施例一的气体扩散层5的量测室52内设置有多孔性陶瓷54，这就使废气进入量测室52时，是经由多孔性陶瓷54分散后，再与第三电极43相接触。综上所述，本实用新型能够解决常见的技术不足与缺失，其关键技术在于，宽域空燃比感知器的第一电极22与第二电极42为共享第三电极43，可以避免常见的分成两电极时的氧分压差，又可以降低白金触媒电极的数量与成本，并且废气能够多方向透过多孔性·扩散体53的各外侧边55顺利进出于量测室，以精确与快速量测引擎浓油或稀油燃烧废气中的含氧量与空燃比。
权利要求1.一种宽域空燃比感知器，其特征为包括依次层叠组合的保护层、泵层、空气通道层、感测层、气体扩散层和加热层，其中泵层、空气通道层、感测层均为固态电解质层，保护层ー侧设有第一、ニ、三导电垫，泵层朝向保护层的ー侧表面设有第一电极；空气通道层设有一空气通道；感测层朝向空气通道的ー侧表面设有第二电极，感测层另ー侧表面设有与第一电极与第二电极位置对应于的第三电极；所述第一、ニ、三电极分别与第一、ニ、三导电垫电连接，气体扩散层朝向第三电极的ー侧设有贯通状量测室，量测室朝向加热层的另ー侧设有多孔性扩散体，所述加热层内设有发热装置。
2.根据权利要求I所述的宽域空燃比感知器，其特征为 其中该保护层上设有一与第一电极位置对应的窗ロ，在窗口内设有多孔性保护体。
3.根据权利要求I所述的宽域空燃比感知器，其特征为其中该泵层与空气通道层的空气通道之间设有ー绝缘层。
4.根据权利要求3所述的宽域空燃比感知器，其特征为所述第一、ニ、三电极分别与第一、ニ、三导电垫电连接的结构为所述保护层上设有第一、ニ、三穿孔，泵层设有第四、五穿孔，绝缘层上设有第六、七穿孔，空气通道层上设有第八、九穿孔，感测层上设有第十穿孔，所述第一电极经由第一穿孔与第一导电垫电连接，第二电极经由第八、六、四、ニ穿孔与第二导电垫电连接，第三电极经由第十、九、七、五、三穿孔与第三导电垫电连接。
5.根据权利要求I所述的宽域空燃比感知器，其特征为其中该气体扩散层的多孔性扩散体具有复数外侧边。
6.根据权利要求I所述的宽域空燃比感知器，其特征为其中该气体扩散层与加热层对应于多孔性扩散体的侧壁上分别构成有第一、ニ凹阶部。
7.根据权利要求I所述的宽域空燃比感知器，其特征为其中该气体扩散层的量测室内设有多孔性陶瓷。
8.根据权利要求I所述的宽域空燃比感知器，其特征为所述保护层为不透气的陶瓷至JHL ο
9.根据权利要求I所述的宽域空燃比感知器，其特征为所述加热层包括绝缘层、绝缘盖和电热线，所述电热线夹置于绝缘层和绝缘盖之间，绝缘盖上设有与电热线两极对应的第十一穿孔和第十二穿孔，绝缘盖外侧设有第四、五导电垫，所述电热线一端经由第十一穿孔电性连接于第四导电垫，电热线另一端经由第十二穿孔电性连接于第五导电垫。
专利摘要本实用新型公开了一种宽域空燃比感知器，包括依次层叠组合的保护层、泵层、空气通道层、感测层、气体扩散层和加热层，其中泵层、空气通道层、感测层均为固态电解质层，保护层一侧设有第一、二、三导电垫，泵层朝向保护层的一侧表面设有第一电极；空气通道层设有一空气通道；感测层朝向空气通道的一侧表面设有第二电极，感测层另一侧表面设有与第一电极与第二电极位置对应于的第三电极；所述第一、二、三电极分别与第一、二、三导电垫电连接，气体扩散层朝向第三电极的一侧设有贯通状量测室，量测室朝向加热层的另一侧设有多孔性扩散体，所述加热层内设有发热装置，本实用新型能精确与快速量测引擎浓油或稀油燃烧废气中的含氧量与空燃比。
文档编号G01N27/409GK202649165SQ201220294038
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者黄建南, 傅荣顺 申请人:昆山星陶汽车电子有限公司