專利名稱：寬域空燃比感知器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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(shù)：
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(xiàn)行空燃比除以理論空燃比，定義為λ (Lambda)，所述λ =現(xiàn)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)。通常含氧感知器用于λ =1的汽車(chē)系統(tǒng)，四線空燃比感知器用于λ >1的汽車(chē)系統(tǒng)，而寬域空燃比感知器則可用于含蓋λ〈I至λ >1的汽車(chē)系統(tǒng)。常見(jiàn)的寬域空燃比感知器，如McGRAW-HILL所出版的汽車(chē)電子學(xué)手冊(cè)(Automotive Electronics Handbook, editor : Ronald K. Jurgen)第六章的廢氣感知器(Exhaust Gas Sensors),請(qǐng)配合參閱圖I所示,常見(jiàn)的寬域空燃比感知器9在泵層91設(shè)有第一、ニ電極911、912，而感測(cè)層92則設(shè)有第三、四電極921、922，再配合空氣通道層93與加熱器94，當(dāng)廢氣由上方單ー小孔95進(jìn)入擴(kuò)散間隙96吋，感測(cè)層92就由空氣通道97內(nèi)與擴(kuò)散間隙96內(nèi)的氧分壓差產(chǎn)生ー電動(dòng)勢(shì)，再與閉回路控制器的基準(zhǔn)電壓作比對(duì)，來(lái)施加電壓給泵層91產(chǎn)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。由于常見(jiàn)的寬域空燃比感知器必須設(shè)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(dāng)觸媒，這樣就使其無(wú)法再降低成本。尤其，當(dāng)擴(kuò)散間隙96內(nèi)填充的是多孔性擴(kuò)散體時(shí),于稀油時(shí)氧氣過(guò)多,泵層91將氧往外打時(shí)，電第二電極912的氧分壓會(huì)低于第三電極921，而使空燃比的偵測(cè)失準(zhǔn)。又由日常生活經(jīng)驗(yàn)中得知，當(dāng)金屬制罐頭只開(kāi)設(shè)單一小孔時(shí)，空氣進(jìn)入與液體流出會(huì)彼此互相干擾，而影響彼此進(jìn)出。因此罐頭通常會(huì)開(kāi)設(shè)兩個(gè)洞，以便于ー進(jìn)ー出。由于常見(jiàn)的寬域空燃比感知器9的廢氣進(jìn)出只經(jīng)由單ー小孔95，因而在擴(kuò)散間隙96內(nèi)很難實(shí)時(shí)達(dá)成廢氣置換，以致所測(cè)得的空燃比并非真實(shí)反映現(xiàn)況，也難以達(dá)到高精度與高應(yīng)答性。
發(fā)明內(nèi)容為了彌補(bǔ)以上不足，本實(shí)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(cè)引擎濃油或稀油燃燒廢氣中的含氧量與空燃比。本實(shí)用新型為了解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種寬域空燃比感知器，包括保護(hù)層、泵層、空氣通道層、感測(cè)層、氣體擴(kuò)散層和加熱層，所述保護(hù)層、泵層、空氣通道層、感測(cè)層、氣體擴(kuò)散層和加熱層依次層疊組合，其中該泵層朝向保護(hù)層的ー側(cè)表面設(shè)有第一電極；該空氣通道層設(shè)有一空氣通道；該感測(cè)層朝向空氣通道的ー側(cè)表面設(shè)有第二電極，感測(cè)層另ー側(cè)表面對(duì)應(yīng)于第一電極與第二電極位置設(shè)有共享的第三電極；該氣體擴(kuò)散層朝向第三電極的ー側(cè)設(shè)有貫通狀量測(cè)室，量測(cè)室朝向加熱層的另ー側(cè)設(shè)有多孔性擴(kuò)散體，以接觸于廢氣，使廢氣透過(guò)多孔性擴(kuò)散體進(jìn)入量測(cè)室內(nèi)，再接觸于第三電極表面。作為本實(shí)用新型的進(jìn)ー步改進(jìn)，該保護(hù)層對(duì)應(yīng)于第一電極設(shè)有ー窗ロ，在窗ロ內(nèi)設(shè)有多孔性保護(hù)體。作為本實(shí)用新型的進(jìn)ー步改進(jìn)，其中該泵層與空氣通道層的空氣通道之間設(shè)有一絕緣層。作為本實(shí)用新型的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述第一、ニ、三電極分別與第一、ニ、三導(dǎo)電墊電連接的結(jié)構(gòu)為所述保護(hù)層上設(shè)有第一、ニ、三穿孔，泵層設(shè)有第四、五穿孔，絕緣層上設(shè)有第六、七穿孔，空氣通道層上設(shè)有第八、九穿孔，感測(cè)層上設(shè)有第十穿孔，所述第一電極經(jīng)由第一穿孔與第一導(dǎo)電墊電連接，第二電極經(jīng)由第八、六、四、ニ穿孔與第二導(dǎo)電墊電連接，第三電極經(jīng)由第十、九、七、五、三穿孔與第三導(dǎo)電墊電連接。作為本實(shí)用新型的進(jìn)ー步改進(jìn)，其中該氣體擴(kuò)散層的多孔性擴(kuò)散體具有復(fù)數(shù)外側(cè)邊，用來(lái)曝露在外而接觸廢氣。作為本實(shí)用新型的進(jìn)ー步改進(jìn)，其中該氣體擴(kuò)散層與加熱層對(duì)應(yīng)于多孔性擴(kuò)散體
的側(cè)壁上分別構(gòu)成有凹階部。作為本實(shí)用新型的進(jìn)ー步改進(jìn)，其中該氣體擴(kuò)散層的量測(cè)室內(nèi)設(shè)有多孔性陶瓷。作為本實(shí)用新型的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述保護(hù)層為不透氣的陶瓷蓋。作為本實(shí)用新型的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述加熱層包括絕緣層、絕緣蓋和電熱線，所述電熱線夾置于絕緣層和絕緣蓋之間，絕緣蓋上設(shè)有與電熱線兩極對(duì)應(yīng)的第十一穿孔和第十二穿孔，絕緣蓋外側(cè)設(shè)有第四、五導(dǎo)電墊，所述電熱線一端經(jīng)由第十一穿孔電性連接于第四導(dǎo)電墊，電熱線另一端經(jīng)由第十二穿孔電性連接于第五導(dǎo)電墊。本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果是實(shí)用新型的第一、ニ、三電極都是整體結(jié)構(gòu)，其可以避免常見(jiàn)結(jié)構(gòu)因?yàn)椴捎脙啥问降碾姌O而產(chǎn)生氧分壓差，又可以減少白金觸媒電極的數(shù)量，降低了成本，而氣體擴(kuò)散層朝向第三電極的ー側(cè)設(shè)有貫通狀量測(cè)室，在量測(cè)室朝向加熱層的另一側(cè)設(shè)有多孔性擴(kuò)散體，使廢氣能夠多方向透過(guò)多孔性擴(kuò)散體的各外側(cè)邊順利進(jìn)出于量測(cè)室，以精確與快速量測(cè)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(jiàn)寬域空燃比感知器的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例一的第一立體圖；圖3為本實(shí)用新型的實(shí)施例一的第二立體圖；圖4為本實(shí)用新型的實(shí)施例一的分解狀態(tài)示意圖；圖5為本實(shí)用新型的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)圖；圖6為圖5中A-A向剖視圖；圖7為本實(shí)用新型的實(shí)施例一的廢氣進(jìn)出示意圖；圖8為本實(shí)用新型的實(shí)施例ニ的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一一種寬域空燃比感知器，包括依序?qū)盈B組合的保護(hù)層I、泵層2、空氣通道層3、感測(cè)層4、氣體擴(kuò)散層5及加熱層6，其中該保護(hù)層I為不透氣陶瓷蓋，在保護(hù)層I前段位置設(shè)有ー窗ロ 11，在窗ロ 11內(nèi)設(shè)有多孔性保護(hù)體12，并且后段設(shè)有第一、ニ、三穿孔13、14、15和與之對(duì)應(yīng)的第一、ニ、三導(dǎo)電墊 16、17、18 ；該泵層2為固態(tài)電解質(zhì)層，其前段朝向保護(hù)層I的窗ロ 11的ー側(cè)表面設(shè)有第一電極22，其通過(guò)第一穿孔13電性連接于第一導(dǎo)電墊16，并且泵層2后段設(shè)有兩個(gè)第四、五穿孔 24,25 ；該空氣通道層3為固態(tài)電解質(zhì)層，其設(shè)有一空氣通道31作為參考空氣的入口，在空氣通道層3后段設(shè)有第六、七穿孔32、33，并且在泵層2與空氣信道層3的空氣信道31之間設(shè)有一絕緣層23，其用來(lái)阻絕第一電極22與第二電極42間的自發(fā)性電動(dòng)勢(shì)的干擾，絕緣層上設(shè)有第六、七穿孔21、41 ；該感測(cè)層4為固態(tài)電解質(zhì)層，其朝向空氣通道31的ー側(cè)表面設(shè)有第二電極42，其通過(guò)第二、四、六穿孔14、24、32電性連接于第二導(dǎo)電墊17，在感測(cè)層4之相對(duì)另ー側(cè)表面對(duì)應(yīng)于第一電極22與第二電極42位置設(shè)有彼此共享之第三電極 43，感測(cè)層后段上設(shè)有第十穿孔44，并且第三電極43經(jīng)由第三、五、七、九、十穿孔15、25、41、33、44電性連接于第三導(dǎo)電墊18 ；該氣體擴(kuò)散層5設(shè)有陶瓷本體51，其朝向第三電極43的一側(cè)設(shè)有貫通狀量測(cè)室52，氣體擴(kuò)散層5位于量測(cè)室52相對(duì)另ー側(cè)設(shè)有多孔性擴(kuò)散體53，多孔性擴(kuò)散體53的三個(gè)外側(cè)邊55接觸廢氣；該加熱層6為絕緣層61與絕緣蓋62夾置結(jié)合電熱線63，并且電熱線63 —端經(jīng)由第十一穿孔64電性連接于第四導(dǎo)電墊65，電熱線63另一端有第十二穿孔67電性連接于第五導(dǎo)電墊68。當(dāng)實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，將保護(hù)層I、泵層2、空氣通道層3、感測(cè)層4、氣體擴(kuò)散層5及加熱層6等構(gòu)件生胚以熱壓方式壓合，使氣體擴(kuò)散層5的多孔性擴(kuò)散體53的三個(gè)外側(cè)邊55曝露在外用于接觸廢氣，并且氣體擴(kuò)散層5與加熱層6對(duì)應(yīng)于多孔性擴(kuò)散體53分別構(gòu)成有第一、ニ凹階部56、66，然后經(jīng)由高溫?zé)Y(jié)一體制成寬域空燃比感知器。本實(shí)用新型的寬域空燃比感知器工作時(shí)，將加熱層6的第四導(dǎo)電墊65通以12 14V電壓，電熱線63會(huì)發(fā)熱，使泵層2、空氣通道層3及感測(cè)層4之固態(tài)電解質(zhì)層達(dá)到工作溫度。當(dāng)引擎廢氣經(jīng)由多孔性擴(kuò)散體53的外側(cè)邊55進(jìn)入到量測(cè)室52內(nèi)時(shí)，新鮮空氣則由空氣通道31進(jìn)入，使空氣中的氧分子經(jīng)由第二電極42的觸媒作用，而變成氧離子，再經(jīng)由感測(cè)層的固態(tài)電解質(zhì)層流至第三電極43，用來(lái)放出電子而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)如果電壓高于O. 45V,則表不量測(cè)室52內(nèi)的氧分壓偏低,亦即廢氣屬于濃油，則電子控制單兀(ECU)會(huì)輸出一正電壓，通過(guò)第三導(dǎo)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(fù)電壓則供給第一電極22;此時(shí)由引擎燃燒廢氣中的ニ氧化碳或水蒸氣分解氧分子經(jīng)由窗ロ 11及多孔性保護(hù)體12進(jìn)入，用來(lái)使第一電極22獲得電子而變成氧離子，再流經(jīng)泵層和感測(cè)層的固態(tài)電解質(zhì)層，而流至第三電極43，以放出電子成為氧分子，使量測(cè)室52內(nèi)的氧分壓提高，直至感測(cè)層4的輸出電壓達(dá)到O. 45V。反之，如果電壓低于O. 45V，則表示量測(cè)室52內(nèi)的氧分壓偏高,亦即廢氣屬于稀油,則電子控制單兀(ECU)會(huì)輸出ー負(fù)電壓,通過(guò)第三導(dǎo)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(shí)的量測(cè)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(jīng)感測(cè)層和泵層的固態(tài)電解質(zhì)層至第一電極22，以放出電子成為氧分子，然后排至外部廢氣中，使量測(cè)室52內(nèi)的氧分壓降低，直至感測(cè)層4的輸出電壓達(dá)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(jīng)氣體擴(kuò)散層5的量，是通過(guò)測(cè)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(shí)用新型的寬域空燃比感知器工作時(shí)，氣體擴(kuò)散層5的多孔性擴(kuò)散體53共有三個(gè)方向的外側(cè)邊55可讓廢氣進(jìn)出，當(dāng)引擎廢氣由一外側(cè)邊進(jìn)入時(shí)，原殘存氣體可由另外的兩外側(cè)邊迅速排出，因而能夠測(cè)得實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的空燃比。實(shí)施例ニ 在實(shí)施例一的氣體擴(kuò)散層5的量測(cè)室52內(nèi)設(shè)置有多孔性陶瓷54，這就使廢氣進(jìn)入量測(cè)室52時(shí)，是經(jīng)由多孔性陶瓷54分散后，再與第三電極43相接觸。綜上所述，本實(shí)用新型能夠解決常見(jiàn)的技術(shù)不足與缺失，其關(guān)鍵技術(shù)在于，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(jiàn)的分成兩電極時(shí)的氧分壓差，又可以降低白金觸媒電極的數(shù)量與成本，并且廢氣能夠多方向透過(guò)多孔性·擴(kuò)散體53的各外側(cè)邊55順利進(jìn)出于量測(cè)室，以精確與快速量測(cè)引擎濃油或稀油燃燒廢氣中的含氧量與空燃比。
權(quán)利要求1.一種寬域空燃比感知器，其特征為包括依次層疊組合的保護(hù)層、泵層、空氣通道層、感測(cè)層、氣體擴(kuò)散層和加熱層，其中泵層、空氣通道層、感測(cè)層均為固態(tài)電解質(zhì)層，保護(hù)層ー側(cè)設(shè)有第一、ニ、三導(dǎo)電墊，泵層朝向保護(hù)層的ー側(cè)表面設(shè)有第一電極；空氣通道層設(shè)有一空氣通道；感測(cè)層朝向空氣通道的ー側(cè)表面設(shè)有第二電極，感測(cè)層另ー側(cè)表面設(shè)有與第一電極與第二電極位置對(duì)應(yīng)于的第三電極；所述第一、ニ、三電極分別與第一、ニ、三導(dǎo)電墊電連接，氣體擴(kuò)散層朝向第三電極的ー側(cè)設(shè)有貫通狀量測(cè)室，量測(cè)室朝向加熱層的另ー側(cè)設(shè)有多孔性擴(kuò)散體，所述加熱層內(nèi)設(shè)有發(fā)熱裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬域空燃比感知器，其特征為 其中該保護(hù)層上設(shè)有一與第一電極位置對(duì)應(yīng)的窗ロ，在窗口內(nèi)設(shè)有多孔性保護(hù)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬域空燃比感知器，其特征為其中該泵層與空氣通道層的空氣通道之間設(shè)有ー絕緣層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬域空燃比感知器，其特征為所述第一、ニ、三電極分別與第一、ニ、三導(dǎo)電墊電連接的結(jié)構(gòu)為所述保護(hù)層上設(shè)有第一、ニ、三穿孔，泵層設(shè)有第四、五穿孔，絕緣層上設(shè)有第六、七穿孔，空氣通道層上設(shè)有第八、九穿孔，感測(cè)層上設(shè)有第十穿孔，所述第一電極經(jīng)由第一穿孔與第一導(dǎo)電墊電連接，第二電極經(jīng)由第八、六、四、ニ穿孔與第二導(dǎo)電墊電連接，第三電極經(jīng)由第十、九、七、五、三穿孔與第三導(dǎo)電墊電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬域空燃比感知器，其特征為其中該氣體擴(kuò)散層的多孔性擴(kuò)散體具有復(fù)數(shù)外側(cè)邊。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬域空燃比感知器，其特征為其中該氣體擴(kuò)散層與加熱層對(duì)應(yīng)于多孔性擴(kuò)散體的側(cè)壁上分別構(gòu)成有第一、ニ凹階部。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬域空燃比感知器，其特征為其中該氣體擴(kuò)散層的量測(cè)室內(nèi)設(shè)有多孔性陶瓷。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬域空燃比感知器，其特征為所述保護(hù)層為不透氣的陶瓷至JHL ο
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬域空燃比感知器，其特征為所述加熱層包括絕緣層、絕緣蓋和電熱線，所述電熱線夾置于絕緣層和絕緣蓋之間，絕緣蓋上設(shè)有與電熱線兩極對(duì)應(yīng)的第十一穿孔和第十二穿孔，絕緣蓋外側(cè)設(shè)有第四、五導(dǎo)電墊，所述電熱線一端經(jīng)由第十一穿孔電性連接于第四導(dǎo)電墊，電熱線另一端經(jīng)由第十二穿孔電性連接于第五導(dǎo)電墊。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種寬域空燃比感知器，包括依次層疊組合的保護(hù)層、泵層、空氣通道層、感測(cè)層、氣體擴(kuò)散層和加熱層，其中泵層、空氣通道層、感測(cè)層均為固態(tài)電解質(zhì)層，保護(hù)層一側(cè)設(shè)有第一、二、三導(dǎo)電墊，泵層朝向保護(hù)層的一側(cè)表面設(shè)有第一電極；空氣通道層設(shè)有一空氣通道；感測(cè)層朝向空氣通道的一側(cè)表面設(shè)有第二電極，感測(cè)層另一側(cè)表面設(shè)有與第一電極與第二電極位置對(duì)應(yīng)于的第三電極；所述第一、二、三電極分別與第一、二、三導(dǎo)電墊電連接，氣體擴(kuò)散層朝向第三電極的一側(cè)設(shè)有貫通狀量測(cè)室，量測(cè)室朝向加熱層的另一側(cè)設(shè)有多孔性擴(kuò)散體，所述加熱層內(nèi)設(shè)有發(fā)熱裝置，本實(shí)用新型能精確與快速量測(cè)引擎濃油或稀油燃燒廢氣中的含氧量與空燃比。
文檔編號(hào)G01N27/409GK202649165SQ201220294038
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者黃建南, 傅榮順 申請(qǐng)人:昆山星陶汽車(chē)電子有限公司