专利名称：双用型气体感知器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双用型气体感知器，尤指一种适用于内燃机引擎废气检测空燃比感知器与含氧感知器。
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，定义为入(Lambda)，如下式所示A=-现行空燃比/理论空燃比X = I时，即代表空燃比=14. 7 ； A > I时，即代表为稀油(lean);而X < I 时，即代表为浓油(rich)。传统喷油引擎控制在入=1±0. 005的理论空燃比，利用含氧感知器在此范围有极明显的电压变化特性，以作回馈控制。然而含氧感知器在稀油段的电压变化并不明显，因此无法侦测在稀油段的空燃比。近年来为了降低油耗量，新车已采用稀油燃烧引擎，搭配稀油空燃比感知器，其在稀油段有极限电流，由极限电流的大小可以得知空燃比。现有含氧感知器与稀油空燃比感知器在架构上极为类似，均是利用氧化锆为氧离子的良好导体，以及一对白金电极当触媒，让氧气由一侧变成氧离子流经氧化锆，再变成氧气至另一侧。含氧感知器是利用内部空气通道侧与外部废气侧的氧分压差，氧离子由内至外流动时产生电动势，由电压大小可得知废气的含氧量。而稀油空燃比感知器则是反向加电压，让氧气由废气侧泵至内部空气通道侧，利用多孔性扩散层限制氧气量，以产生极限电流，再由电流大小得知空燃比。现有含氧感知器为了能快速反应废气的含氧量，因此多孔性保护层的开口面积大，厚度薄，让废气容易进入。其在不同氧气压力下的电压特性如附图9所示，稀油至浓油0. 2 0. 6V反应时间快；而其电流电压特性如附图10所示，无水平的极限电流。而稀油空燃比感知器则将多孔性扩散层开口面积变小，路径加长，限制废气进入，市售品的在不同氧气压力下的电压特性如附图11所示，0. 2 0. 6V反应时间慢，甚至无法达到0. 6V ;而其电流电压特性如第十二图所示，具有水平的极限电流。现有含氧感知器与稀油空燃比感知器两者无法互相替代使用，而且含氧感知器与稀油空燃比感知器同为四线式加热型，从外观上无法明确分辨，并且故障时更无法测试其功能，以致造成修车业者极大的困扰，因此有必要设计出含氧感知器与空燃比感知器两用的气体感知器。
发明内容为了克服上述缺陷，本实用新型提供了一种双用型气体感知器，能够兼具含氧感知器的电压特性与稀油空燃比感知器的极限电流特性，可适用于传统喷油引擎与新型稀油燃烧引擎。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双用型气体感知器，由气体遮蔽层、气体扩散阻碍层、扩散阻碍层、间隔层、固态电解质层、空气通道层和电热层依次层叠组合形成，所述间隔层上设有一贯通孔，所述扩散阻碍层设置于该贯通孔内；所述固态电解质层具有两个相对的的第一表面和第二表面，在该第一表面上设有第一电极，该第二表面上设有第二电极；所述空气通道层上设有一空气通道，该空气通道连通于所述固态电解质层的第二电极；所述气体扩散阻碍层和扩散阻碍层均为多孔性陶瓷。作为本实用新型的进一步改进，所述气体遮蔽层与间隔层彼此局部层叠结合，且二者分别具有彼此相对的第一凹阶部和第二凹阶部以夹置结合所述气体扩散阻碍层。作为本实用新型的进一步改进，所述扩散阻碍层的孔隙率大于所述气体扩散阻碍层的孔隙率。作为本实用新型的进一步改进，所述扩散阻碍层的上下侧面分别接触所述气体扩散阻碍层和固态电解质层的第一电极。作为本实用新型的进一步改进，所述气体遮蔽层上设有第一、二导电垫和第一、二穿孔。作为本实用新型的进一步改进，所述间隔层上设有两相对的第三、四穿孔。作为本实用新型的进一步改进，所述固态电解质层上设有第五穿孔和第三导电垫。作为本实用新型的进一步改进，所述电热层包括绝缘层、绝缘基层和电热线，所述电热线夹置于所述绝缘层和绝缘基层之间。作为本实用新型的进一步改进，所述绝缘基层上设有第六、七穿孔和第四、五导电垫。本实用新型的有益效果是能够兼具含氧感知器的电压特性与稀油空燃比感知器的极限电流特性，可适用于传统喷油引擎与新型稀油燃烧引擎。

图I为本实用新型较佳实施例立体结构示意图；图2为图I另一视角立体结构示意图；图3为图I分解结构示意图；图4为图I剖视图；图5为图4中A-A剖视图；图6为图5使用状态结构示意图；图7为本实用新型较佳实施例的在不同氧气压力下的电压特性图；图8为本实用新型较佳实施例的电流电压图；图9为现有含氧感知器的在不同氧气压力下的电压特性图；图10为现有含氧感知器的电流电压图；图11为现有稀油空燃比感知器的在不同氧气压力下的电压特性图；图12为现有稀油空燃比感知器的电流电压图。结合附图，作以下说明I—气体遮蔽层 2—气体扩散阻碍层3—扩散阻碍层 4—间隔层[0035]5-固态电解质层6-空气通道层7——电热层41——贯通孔55-第一表面56-第二表面51——第一电极52——第二电极61——第一通道15——第一凹阶部42——第二凹阶部11——第一导电垫12——第二导电垫13——第一穿孔14——第二穿孔43——第三穿孔44——第四穿孔53——第五穿孔54——第三导电垫71——绝缘层72——绝缘基层73——电热线76——第六穿孔77——第七穿孔74——第四导电垫75——第五导电垫
具体实施方式
结合附图，对本实用新型作详细说明，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。在不离本实用新型的精神范畴，熟悉此本行业技艺人员所作的各种简易变化与修饰，均仍应属于本实用新型专利申请的保护范围之内。首先，请参阅图I至图5，本双用型气体感知器兼具有含氧感知器的电压特性与稀油空燃比感知器的极限电流特性，可用于传统喷油引擎与新型稀油燃烧引擎。如图中所示，该双用型气体感知器由一气体遮蔽层I、一气体扩散阻碍层2、一扩散阻碍体3、一间隔层4、一固态电解质层5及其一第一电极51与一第二电极52、一空气通道层6及一电热层7依次层叠组合形成，其中气体遮蔽层I为不透气陶瓷盖，在气体遮蔽层I上设有第一、二导电垫11、12与第一、二穿孔13、14。气体扩散阻碍层2与扩散阻碍体3均为多孔性陶瓷，并且扩散阻碍体3设置于间隔层4的贯通孔41内，通过调整多孔性陶瓷的厚度，可以调整扩散路径截面积，并且极限电流的大小与扩散路径截面积大小成正比。而调整贯通孔41的大小，可以调整扩散路径长度，并且极限电流的大小与扩散路径长度的大小成反比。间隔层4设有一贯通孔41，以朝向气体扩散阻碍层2与固态电解质层5的第一电极51，并且间隔层4上设有两相对的第三、四穿孔43、44。固态电解质层5设为氧化错体,其第一表面55上设有第一电极51,以及于相对于第一表面的第二表面56上设有第二电极52,再配合第五穿孔53与第三导电垫54,第一电极51与第二电极52的面积影响泵氧能力。当氧气流经气体扩散阻碍层2与扩散阻碍体3的流量小于泵氧能力时，即会产生极限电流现象。空气信道层6设有一空气通道61,而且相通于固态电解质层5的第二电极52,以作为含氧感知器的参考空气或稀油空燃比感知器的泵氧出口。电热层7以绝缘层71与绝缘基层72夹置结合电热线73，并且配合有第四、五导电垫74、75与第六、七穿孔76、77。[0056]在实际制造生产时，将气体遮蔽层I、气体扩散阻碍层2、扩散阻碍体3、间隔层4、固态电解质层5、空气通道层6及电热层7等生胚以热压方式压合后，经高温烧结一体制成双用型气体感知器。本实用新型主要将扩散阻碍体3设置于间隔层4的贯通孔41内，并且气体扩散阻碍层2只有复数外侧边21曝露于待测废气中，因此待测废气透过气体扩散阻碍层2的外侧边21朝内进入，如附图6中的箭头所示，再经由扩散阻碍体3抵达固态电解质层5的第一电极51表面，而能够快速反应得到含氧感知器的电压特性与稀油空燃比感知器的极限电流特性，可适用于传统喷油引擎与新型稀油燃烧引擎。在图I至图5所示的较佳实施例中，气体感知器的气体遮蔽层I与间隔层4彼此局部层迭热压结合，并且两者彼此各受压形成一相对第一、二凹阶部15、42，以夹置固定结合气体扩散阻碍层2。进一步，该扩散阻碍体3的孔隙率系大于气体扩散阻碍层2的孔隙率，使废气容易通过，并且扩散阻碍体3两端相对接触气体扩散阻碍层2与固态电解质层5的第一电极51,以传导扩散废气。继续说明本实用新型的气体感知器的组合结构，如图I至图6所示，气体扩散阻碍层2与扩散阻碍体3分别采用氧化铝粉添加石墨粉、黏结剂、有机溶剂，以制成薄带使用，而且添加不同比例或不同粒径的石墨粉或碳粉，即可得到不同透氧性的多孔性陶瓷。因此本实用新型能够预先调整设定气体扩散阻碍层2与扩散阻碍体3的厚度，以及贯通孔41的大小，使有足够的氧气流经多孔性陶瓷，供感知氧气量快速反应。又可搭配合适面积的第一电极51与第二电极52，使泵氧能力大于扩散量，而有极限电流供侦测感知稀油空燃比。在此特举出本实用新型的一种制作实施例，将气体扩散阻碍层2的多孔性陶瓷采用200 iim厚度，且含20% Iiim粒径石墨粉的氧化铝薄带，间隔层4的外部宽4. 7mm，贯通孔41的宽2. 5mm,长8. 5mm ;而第一电极51的宽2. 5mm,长8. 5mm ;第二电极52的宽I. 8mm,长7. 65mm。将气体遮蔽层I、气体阻碍扩散层2、扩散阻碍体3、间隔层4、固态电解质层5、空气通道层6及电热层7等生胚以热压方式压合后，经1475°C烧结而成一体的感知器组件，而电热线73烧结后，其室温电阻为2欧姆。本实用新型实施例所制作的气体感知器进行组装测试时，其在不同氧气压力下的电压特性如图7所示，符合一般含氧感知器的要求。而测试其极限电流时，如图8所示可符合一般稀油空燃比感知器的要求。
权利要求1.一种双用型气体感知器，其特征在于其由气体遮蔽层(I)、气体扩散阻碍层(2)、扩散阻碍层(3)、间隔层(4)、固态电解质层(5)、空气通道层(6)和电热层(7)依次层叠组合形成，所述间隔层上设有一贯通孔(41)，所述扩散阻碍层设置于该贯通孔内；所述固态电解质层具有两个相对的的第一表面(55)和第二表面(56),在该第一表面上设有第一电极(51)，该第二表面上设有第二电极(52);所述空气通道层上设有一空气通道(61)，该空气通道连通于所述固态电解质层的第二电极；所述气体扩散阻碍层和扩散阻碍层均为多孔性陶瓷。
2.根据权利要求I所述的双用型气体感知器，其特征在于所述气体遮蔽层与间隔层彼此局部层叠结合，且二者分别具有彼此相対的第一凹阶部(15)和第二凹阶部(42)以夹置结合所述气体扩散阻碍层。
3.根据权利要求I所述的双用型气体感知器，其特征在于所述扩散阻碍层的孔隙率大于所述气体扩散阻碍层的孔隙率。
4.根据权利要求I所述的双用型气体感知器，其特征在于所述扩散阻碍层的上下侧面分别接触所述气体扩散阻碍层和固态电解质层的第一电极。
5.根据权利要求I所述的双用型气体感知器，其特征在于所述气体遮蔽层上设有第一、ニ导电垫(11、12)和第一、ニ穿孔(13、14)。
6.根据权利要求I所述的双用型气体感知器，其特征在于所述间隔层上设有两相对的第三、四穿孔(43、44)。
7.根据权利要求I所述的双用型气体感知器，其特征在于所述固态电解质层上设有第五穿孔(53)和第三导电垫(54)。
8.根据权利要求I所述的双用型气体感知器，其特征在于所述电热层包括绝缘层(71)、绝缘基层(72)和电热线(73)，所述电热线夹置于所述绝缘层和绝缘基层之间。
9.根据权利要求8所述的双用型气体感知器，其特征在于所述绝缘基层上设有第六、七穿孔(76,77)和第四、五导电垫(74,75) o
专利摘要本实用新型公开了一种双用型气体感知器，兼具有含氧感知器的电压特性与稀油空燃比感知器的极限电流特性，可用于传统喷油引擎与新型稀油燃烧引擎。该气体感知器由一气体遮蔽层、一气体扩散阻碍层、一扩散阻碍体、一间隔层、一固态电解质层及其第一与第二电极、一空气通道层及一电热层依次层叠组合，将气体扩散阻碍层与扩散阻碍体均设为多孔性陶瓷，并且扩散阻碍体设置于间隔层的贯通孔内，以朝向气体扩散阻碍层与固态电解质层的第一电极，而气体扩散阻碍层只有外侧边曝露于待测废气中，使待测废气通过气体扩散阻碍层的外侧边朝内进入，再经由扩散阻碍体抵达固态电解质层的第一电极表面，从而得到快速反应的电压特性与极限电流特性。
文档编号G01N27/00GK202583104SQ20122013766
公开日2012年12月5日 申请日期2012年4月1日 优先权日2012年4月1日
发明者苏正元, 傅荣顺, 周志强, 林鼎钧 申请人:昆山星陶汽车电子有限公司