JP2009281727A - Oxygen sensor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば内燃機関からの排ガス中に含まれる酸素ガスの濃度を測定し、上記内燃機関の空燃比制御に利用される酸素センサ素子に関する。 The present invention relates to an oxygen sensor element that measures the concentration of oxygen gas contained in, for example, exhaust gas from an internal combustion engine and is used for air-fuel ratio control of the internal combustion engine.
従来、内燃機関の排気系統に設置して、該内燃機関の空燃比制御に利用する酸素センサ素子として、下記特許文献1に示すものが知られている。これは、図9に示すごとく、内部に基準ガス室92が設けてあるコップ型の固体電解質体93と、該固体電解質体93の外側面に設けられ、被測定ガス(排気ガス)と接触する測定電極94と、固体電解質体93の内側面に設けられ、基準ガス(大気)と接触する基準電極95とを備えている。そして、固体電解質体93を保護するための保護層96が形成されている。
Conventionally, as an oxygen sensor element that is installed in an exhaust system of an internal combustion engine and is used for air-fuel ratio control of the internal combustion engine, an oxygen sensor element shown in
また、基準ガス室92にヒータ97が設けられ、使用時には、このヒータ97によって固体電解質体93が熱せられる。高温状態にて、基準ガスと被測定ガスとの間の酸素濃度差に対応した電位差が、固体電解質体93の各電極94、95間に生じ、この電位差から被測定ガス中の酸素濃度が求められる。そして、測定された酸素濃度に基づいて、内燃機関の空燃比制御が行われる。
In addition, a
しかしながら、上記保護層96は通気性を必要とするためアルミナ等のセラミック多孔体から構成されており、空気中の揮発性有機物(Volatile Organic Compounds:VOC)が付着しやすいという問題がある。揮発性有機物が付着すると、排ガス中の酸素濃度を測定する際、測定電極94周辺で酸素分子が揮発性有機物と化合するため、排ガス中の酸素濃度が実際の値よりも低く(即ち、リッチ側に)検知されてしまう場合がある。その結果、リーン側へフィードバック制御がかけられ、空燃比の制御ポイントがリーン側にずれてしまうおそれがある。
However, since the
空気中の揮発性有機物は、エンジン停止中に保護層96に付着しやすい。エンジンを始動すると、酸素センサが測定を開始し、上述したように固体電解質体93がヒータ97によって加熱される。この温度上昇に伴って、保護層96に付着した揮発性有機物が徐々に揮発する。しかし、完全に揮発するまでにある程度の時間がかかり、その間は排ガス中の酸素濃度が実際の値よりも低く検知されるため、空燃比の制御ポイントがリーン側にずれてしまう。
Volatile organic substances in the air tend to adhere to the
特に従来の酸素センサ素子91は、固体電解質体93の、被検出ガスに接触する部分を全て保護層96で被覆していたため、付着する揮発性有機物の量が多く、揮発性有機物が完全に揮発するまでに時間がかかっていた。その結果、空燃比の制御ポイントがリーン側にずれた状態から、正常(ストイキ)に戻るまで時間がかかるという問題があった。
In particular, in the conventional
また、図10に示すごとく、従来から積層型の酸素センサ素子91aが知られているが、この場合でも、固体電解質体93aの、被検出ガスに接触する部分を全て保護層96aで被覆していたため、付着する揮発性有機物の量が多く、図9に示すコップ型の酸素センサ素子91と同様の問題が生じていた。
Further, as shown in FIG. 10, a laminated
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、酸素濃度の測定開始後、空燃比の制御が正常になるまでの時間を短くできる酸素センサ素子を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide an oxygen sensor element that can shorten the time until the control of the air-fuel ratio becomes normal after the measurement of the oxygen concentration starts.
第1の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を基準ガス中の酸素濃度との差に基づいて検出する酸素センサ素子であって、
先端側が閉じられ基端側が開口した筒状に形成されるとともに、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体と、
該固体電解質体の先端部を含む領域の内面に形成され、上記基準ガスに曝される基準電極と、
上記固体電解質体の上記先端部を含む領域の外面に形成され、上記被測定ガスに曝される測定電極と、
上記固体電解質体の上記先端部を含む領域において、上記測定電極の外面の少なくとも一部を被覆するとともに上記被測定ガスを透過するセラミック多孔体からなる保護層と、
上記固体電解質体の外面に、上記保護層よりも基端側に形成され、上記被測定ガスを透過しない緻密な緻密層と、
を備えることを特徴とする酸素センサ素子にある(請求項1)。
A first invention is an oxygen sensor element that detects an oxygen concentration in a gas to be measured based on a difference from an oxygen concentration in a reference gas,
A solid electrolyte body that is formed in a cylindrical shape with the distal end closed and the proximal end opened, and having oxygen ion conductivity,
A reference electrode formed on the inner surface of the region including the tip of the solid electrolyte body and exposed to the reference gas;
A measurement electrode formed on the outer surface of the region including the tip of the solid electrolyte body and exposed to the gas to be measured;
In the region including the tip of the solid electrolyte body, a protective layer made of a ceramic porous body that covers at least a part of the outer surface of the measurement electrode and transmits the gas to be measured;
A dense layer formed on the outer surface of the solid electrolyte body on the base end side of the protective layer and does not transmit the gas to be measured;
An oxygen sensor element comprising: (Claim 1).
次に、第1の発明の作用効果につき説明する。
第1の発明では、固体電解質体が保護層と緻密層とによって被覆されている。緻密層は被測定ガスを透過しないため、保護層よりも揮発性有機物が付着しにくい。これにより、従来のように固体電解質体を全て保護層で被覆した場合と比較して(図9参照)、酸素センサ素子に付着する揮発性有機物の量を減らすことが可能となる。
Next, the function and effect of the first invention will be described.
In the first invention, the solid electrolyte body is covered with the protective layer and the dense layer. Since the dense layer does not transmit the gas to be measured, volatile organic substances are less likely to adhere than the protective layer. This makes it possible to reduce the amount of volatile organic substances adhering to the oxygen sensor element as compared to the case where the solid electrolyte body is entirely covered with a protective layer as in the conventional case (see FIG. 9).
その結果、酸素濃度の測定開始時において、ヒータの加熱によって固体電解質体が温度上昇するに伴い、保護層に付着した揮発性有機物が短時間で揮発するようになる。特に第1の発明では、固体電解質体の先端部付近にのみ保護層が形成されており、この先端部付近はヒータによって加熱しやすい部分であるため、揮発性有機物の揮発時間が短くてすむ。
そのため、酸素濃度の測定開始後、正確に酸素濃度を測定できる状態に短時間ででき、空燃比の制御を正常に行えるまでの時間を短くできる。
As a result, at the start of measurement of the oxygen concentration, as the temperature of the solid electrolyte increases due to the heating of the heater, the volatile organic substances attached to the protective layer volatilize in a short time. Particularly in the first invention, the protective layer is formed only in the vicinity of the tip of the solid electrolyte body, and the vicinity of the tip is a portion that is easily heated by the heater.
For this reason, after the start of the measurement of the oxygen concentration, it is possible to achieve a state in which the oxygen concentration can be accurately measured in a short time, and the time until the air-fuel ratio can be controlled normally can be shortened.
また、酸素センサ素子の機能上は、測定電極へ被測定ガスが到達すればよいため、測定電極の外面の少なくとも一部を被覆する部分に保護層を形成し、それよりも基端側に緻密層を形成しても、酸素センサ素子の機能を損なうことはない。 In addition, since the gas to be measured only needs to reach the measurement electrode in terms of the function of the oxygen sensor element, a protective layer is formed on a portion covering at least a part of the outer surface of the measurement electrode, and the proximal side is more dense than that. Even if the layer is formed, the function of the oxygen sensor element is not impaired.
以上のごとく、第1の発明によれば、酸素濃度の測定開始後、空燃比の制御が正常になるまでの時間を短くできる酸素センサ素子を提供することができる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide an oxygen sensor element that can shorten the time until the air-fuel ratio control becomes normal after the oxygen concentration measurement is started.
また、第2の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を基準ガス中の酸素濃度との差に基づいて検出する酸素センサ素子であって、
酸素イオン伝導性を有する固体電解質体と、
該固体電解質体の一方の主面に形成され、上記基準ガスに曝される基準電極と、
上記固体電解質体の他方の主面に形成され、上記被測定ガスに曝される測定電極と、
上記測定電極の外面の少なくとも一部を被覆するとともに上記被測定ガスを透過するセラミック多孔体からなる保護層と、
上記固体電解質体の上記他方の主面に、上記保護層よりも基端側に形成され、上記被測定ガスを透過しない緻密な緻密層と、
を備えることを特徴とする酸素センサ素子にある(請求項2)。
The second invention is an oxygen sensor element for detecting an oxygen concentration in a gas to be measured based on a difference from an oxygen concentration in a reference gas,
A solid electrolyte body having oxygen ion conductivity;
A reference electrode formed on one main surface of the solid electrolyte body and exposed to the reference gas;
A measurement electrode formed on the other main surface of the solid electrolyte body and exposed to the gas to be measured;
A protective layer made of a ceramic porous body that covers at least a part of the outer surface of the measurement electrode and transmits the gas to be measured;
A dense dense layer formed on the other main surface of the solid electrolyte body on the base end side of the protective layer and does not transmit the gas to be measured;
An oxygen sensor element comprising: (Claim 2).
次に、第2の発明の作用効果につき説明する。
第2の発明では、固体電解質体が板状に形成されており、その一方の主面に基準電極が形成され、他方の主面に測定電極が形成されている。そして、固体電解質体の他方の主面が、保護層と緻密層とによって被覆されている。緻密層は被測定ガスを透過しないため、保護層よりも揮発性有機物が付着しにくい。これにより、従来のように固体電解質体の他方の主面を全て保護層で被覆した場合と比較して(図10参照)、酸素センサ素子に付着する揮発性有機物の量を減らすことが可能となる。
Next, the function and effect of the second invention will be described.
In the second invention, the solid electrolyte body is formed in a plate shape, the reference electrode is formed on one main surface, and the measurement electrode is formed on the other main surface. The other main surface of the solid electrolyte body is covered with a protective layer and a dense layer. Since the dense layer does not transmit the gas to be measured, volatile organic substances are less likely to adhere than the protective layer. This makes it possible to reduce the amount of volatile organic substances adhering to the oxygen sensor element as compared to the case where the other main surface of the solid electrolyte body is entirely covered with a protective layer as in the prior art (see FIG. 10). Become.
その結果、酸素濃度の測定開始時において、ヒータの加熱によって固体電解質体が温度上昇するに伴い、保護層に付着した揮発性有機物が短時間で揮発するようになる。
そのため、酸素濃度の測定開始後、正確に酸素濃度を測定できる状態に短時間ででき、空燃比の制御を正常に行えるまでの時間を短くできる。
As a result, at the start of measurement of the oxygen concentration, as the temperature of the solid electrolyte increases due to the heating of the heater, the volatile organic substances attached to the protective layer volatilize in a short time.
Therefore, after the measurement of the oxygen concentration is started, the oxygen concentration can be accurately measured in a short time, and the time until the air-fuel ratio can be normally controlled can be shortened.
以上のごとく、第2の発明によれば、酸素濃度の測定開始後、空燃比の制御が正常になるまでの時間を短くできる酸素センサ素子を提供することができる。 As described above, according to the second aspect of the present invention, it is possible to provide an oxygen sensor element that can shorten the time until the control of the air-fuel ratio becomes normal after the oxygen concentration measurement is started.
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明(請求項1)において、上記酸素センサ素子のうち上記被測定ガスと接触する部分の長手方向長さをLとし、上記保護層の長手方向長さをL1とした場合、
0.2≦L1/L≦0.5
を満たすことが好ましい(請求項3)。
この場合には、酸素濃度を測定しやすくできるとともに、揮発性有機物の揮発時間を短くできる。すなわち、L1/Lが0.2未満の場合は、ガス透過性を有する保護層の面積が小さくなるため、酸素濃度の測定精度を充分確保することが困難となる。また、L1/Lが0.5を超える場合は、保護層の面積が大きくなるため、保護層に付着する揮発性有機物が多くなる。そのため、酸素濃度の測定開始後、揮発性有機物が揮発するまでの時間が長くなり、酸素濃度を正確に測定できるまでの時間が長くなる。
A preferred embodiment of the present invention described above will be described.
In the present invention (Claim 1), when the longitudinal length of the oxygen sensor element in contact with the gas to be measured is L and the longitudinal length of the protective layer is L1,
0.2 ≦ L1 / L ≦ 0.5
It is preferable to satisfy (Claim 3).
In this case, the oxygen concentration can be easily measured and the volatilization time of the volatile organic substance can be shortened. That is, when L1 / L is less than 0.2, the area of the protective layer having gas permeability is small, so that it is difficult to ensure sufficient measurement accuracy of the oxygen concentration. In addition, when L1 / L exceeds 0.5, the area of the protective layer increases, so that the volatile organic matter attached to the protective layer increases. Therefore, after the measurement of the oxygen concentration starts, the time until the volatile organic material volatilizes becomes long, and the time until the oxygen concentration can be measured accurately becomes long.
また、上記酸素センサ素子は、車両の排気ガスの酸素濃度を測定するために用いられ、上記車両のエンジンと、上記排気ガスの排気口との間のガス排出経路上であって、上記排気ガス中の有害物質を分解する三元触媒よりも下流側に配置されるリア用酸素センサ素子であることが好ましい(請求項4)。
この場合には、本発明の酸素センサ素子の作用効果を充分に発揮することができる。すなわち、リア用酸素センサ素子は、三元触媒の下流側に配置されているため、浄化された排ガスを測定している。そのため、三元触媒の上流に配置されるセンサ(例えばA/Fセンサ)よりも酸素濃度を高精度に測定することが要求される。このようなリア用酸素センサ素子には、本発明のように、使用開始後に測定精度を短時間で上げられる酸素センサ素子を用いることが好ましい。
The oxygen sensor element is used to measure the oxygen concentration of the exhaust gas of the vehicle, and is on a gas discharge path between the engine of the vehicle and the exhaust port of the exhaust gas, and the exhaust gas Preferably, the rear oxygen sensor element is disposed downstream of the three-way catalyst for decomposing harmful substances therein.
In this case, the effect of the oxygen sensor element of the present invention can be sufficiently exhibited. That is, since the rear oxygen sensor element is arranged on the downstream side of the three-way catalyst, the purified exhaust gas is measured. Therefore, it is required to measure the oxygen concentration with higher accuracy than a sensor (for example, an A / F sensor) arranged upstream of the three-way catalyst. As such a rear oxygen sensor element, it is preferable to use an oxygen sensor element that can increase the measurement accuracy in a short time after the start of use, as in the present invention.
また、上記緻密層はガラス質材料からなることが好ましい(請求項5)。
ガラス質材料は緻密であり、空気中の揮発性有機物が付着しにくいため、本発明の緻密層として好適に用いることができる。また、ガラス質材料の成分を調整することにより、固体電解質体との熱膨張率を合わせることができるため、製造工程中に熱膨張率の差による割れ等の問題が生じにくい。
The dense layer is preferably made of a glassy material.
Since the vitreous material is dense and volatile organic substances in the air hardly adhere to it, it can be suitably used as the dense layer of the present invention. Moreover, since the coefficient of thermal expansion with the solid electrolyte body can be adjusted by adjusting the components of the glassy material, problems such as cracking due to the difference in the coefficient of thermal expansion are less likely to occur during the manufacturing process.
(実施例1)
本発明の実施例にかかる酸素センサ素子につき、図1〜図5を用いて説明する。
本例の酸素センサ素子1は、被測定ガス中の酸素濃度を基準ガス中の酸素濃度との差に基づいて検出する。図1、図2に示すごとく、本例の酸素センサ素子1は、先端側が閉じられ基端側が開口した筒状に形成されるとともに、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体15を備える。そして、固体電解質体15の先端部159を含む領域の内面160に、基準ガスに曝される基準電極12が形成されている。固体電解質体15の先端部159を含む領域の外面150に、被測定ガスに曝される測定電極11が形成されている。
Example 1
An oxygen sensor element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The
また、固体電解質体15の先端部159を含む領域において、測定電極11の外面を被覆するとともに被測定ガスを透過するセラミック多孔体からなる保護層14が形成されている。固体電解質体15の外面150における、保護層14よりも基端側には、被測定ガスを透過しない緻密な緻密層17が形成されている。
Further, in a region including the
保護層14は、測定電極11に接触する第1保護層14aと、その第1保護層14aの外面に形成された第2保護層14bとからなる。本例では、第1保護層14aはMgAl2O4スピネルを主成分とし、厚さ50〜400μm、気孔率約20%としている。また、第2保護層14bはAl2O3又はTiO2を主成分とし、厚さ20〜100μm、気孔率2〜10%である。
The
また、緻密層17はガラス質材料からなり、本例ではSiO2、B2O3、MgOを主成分としたガラス質材料を使用している。
The
また、本例の酸素センサ素子1は、図1、図2に示すごとく、酸素センサ素子1のうち被測定ガスと接触する部分の長手方向長さをLとし、保護層14の長手方向長さをL1とした場合、0.2≦L1/L≦0.5を満たしている。
In addition, as shown in FIGS. 1 and 2, the
次に、図2に示すごとく、固体電解質体15の外面150には測定電極11と共にリード部111及びターミナル部112が設けてある。
また、本例の固体電解質体15は部分安定化ジルコニアよりなる。基準電極12、測定電極11、リード部111,121、ターミナル部112,122はいずれも白金よりなる。
Next, as shown in FIG. 2, the
The
リード部111は測定電極11で得られたセンサ出力を取り出して、ターミナル部112に伝達する部分である。また、ターミナル部112は、センサ出力を酸素センサ素子1の外部へ取り出すために、図4に示すごとく、酸素センサ3に設けた金属端子383と接続する部分である。
The
一方、基準電極12はメッキ、ペースト印刷等により形成され、図3に示すごとく、リード部121、ターミナル部122を設けることにより出力を取り出す構成とされている。
なお、図3(b)に示すごとく、基準電極12のリード部121と、測定電極11のリード部111とは、各々2本形成されている。
On the other hand, the
As shown in FIG. 3B, two
また、図1に示すごとく、基準ガス室16にヒータ2が挿入配置されている。本例のヒータ2は先端に発熱部(図示しない)を有しており、この発熱部を中心に発熱する。つまり、本例の酸素センサ素子1は、固体電解質体15の先端が特に加熱される構造になっている。
ヒータ2により加熱された状態にて、基準ガスと被測定ガスとの酸素濃度差に対応した電位差が固体電解質体15の各電極11,12間に生じ、この電位差により被測定ガスの酸素濃度が求められる。
As shown in FIG. 1, the
In the state heated by the
次に、測定電極11、基準電極12、リード部111,121、ターミナル部112,122、保護層14、緻密層17の形成方法について説明する。
固体電解質体15の外面150に、貴金属化合物であるジベンジリデンPtを含むペーストを用いて、パッド印刷等で印刷部を形成する。この印刷部の形状は、得ようとする測定電極11、基準電極12、リード部111,121、ターミナル部112,122の形状と同様の形状である。この印刷部に対して熱処理を施し、Pt核形成部を得る。
その後、上記Pt核形成部に対し無電解メッキを施し、測定電極11、基準電極12、リード部111,121、ターミナル部112,122を形成する。
Next, a method for forming the
A printing part is formed on the
Thereafter, electroless plating is performed on the Pt nucleation portion to form the
その後、緻密層17となる部分をマスキングし、固体電解質体15の先端部159を含む領域にプラズマ溶射法を用いて第1保護層14a、第2保護層14bをこの順に形成する。例えば、第1保護層14aはMgAl2O4スピネルを主成分とし、厚さ50〜400μm、気孔率約20%に形成する。また、第2保護層14bはAl2O3又はTiO2を主成分とし、厚さ20〜100μm、気孔率2〜10%に形成する。
Thereafter, the portion that becomes the
次に、緻密層17となる部分を保護していたマスクを除去し、代わりに保護層14をマスキングする。そして緻密層17となる部分に、SiO2、B2O3、MgOを主成分とするガラス質組成物のペーストを塗布する。その後、このペーストを焼成することにより、緻密層17を形成する。また、図1に示すごとく、緻密層17の外面171と、第2保護層14bの外面141とが面一となるように、緻密層17の厚さが調整されている。
Next, the mask protecting the portion that becomes the
次に、本例の酸素センサ素子1を用いた酸素センサ3の構造を説明する。
図4に示すように、上記酸素センサ3はハウジング30と該ハウジング30にシール固定された酸素センサ素子1とよりなる。また、上記酸素センサ素子1の基準ガス室16にはヒータ2が挿入配置されている。
Next, the structure of the
As shown in FIG. 4, the
上記ハウジング30の下方には、被測定ガス室310を形成し、酸素センサ素子1を保護するための二重の被測定ガス側カバー311,312が設けてある。
上記ハウジング30の上方には、三段の大気側カバー321,322,323が設けてある。
上記被測定ガス室310の内部は被測定ガスが流通し、上記大気側カバーの内部は大気が流通した状態にある。酸素センサ3は、被測定ガスと大気とが混じらないように構成されている。
Below the
Above the
The gas to be measured circulates in the
上記大気側カバー322,323の上端には、リード線371,381,391が挿入された弾性絶縁部材35が設けてある。上記リード線381,391は、酸素センサ素子1からの出力を取り出して酸素センサ3の外部に送るものである。
また、上記リード線371は、ヒータ2に通電するためのものである。
An elastic insulating member 35 into which lead
The
上記リード線391,381の下端には接続端子382,392が設けてあり、該接続端子382,392は、金属端子383,393と導通している。
また、上記金属端子383,393は、それぞれ酸素センサ素子1のターミナル部112,122(図2参照)に対し接触固定されている。
The
次に、図5に示すごとく、本例の酸素センサ素子1は、車両の排気ガスの酸素濃度を測定するために用いられ、車両のエンジン4と、排気ガスの排気口との間のガス排出経路8上であって、排気ガス中の有害物質を分解する三元触媒5よりも下流側に配置されるリア用酸素センサ素子1’である。
Next, as shown in FIG. 5, the
図5に示すごとく、三元触媒5の上流にはA/Fセンサ6が取り付けられており、このA/Fセンサ6により、排気ガス中の酸素濃度を低精度で測定する。A/Fセンサ6による酸素濃度測定値は制御部7に送信され、この測定値に基づいてエンジン4の空燃比を制御する。また、三元触媒5の下流に設けられたリア用酸素センサ素子1’により、排気ガス中の酸素濃度を高精度に測定する。A/Fセンサ6の酸素濃度測定値は精度が低いため、リア用酸素センサ素子1’による測定値を使って、A/Fセンサ6の測定値を補正している。
As shown in FIG. 5, an A /
次に、本例の酸素センサ素子1の作用効果について説明する。
本例の酸素センサ素子1は、図1に示すごとく、固体電解質体15が保護層14と緻密層17とによって被覆されている。緻密層17は被測定ガスを透過しないため、保護層14よりも揮発性有機物が付着しにくい。これにより、従来のように固体電解質体15を全て保護層14で被覆した場合と比較して(図9参照)、付着する揮発性有機物の量を減らすことが可能となる。
Next, the effect of the
In the
その結果、酸素濃度の測定開始時において、ヒータ2の加熱によって固体電解質体15が温度上昇するに伴い、保護層14に付着した揮発性有機物が短時間で揮発するようになる。特に本例では、固体電解質体15の先端部付近にのみ保護層14が形成されており、この先端部付近はヒータ2によって加熱しやすい部分であるため、揮発性有機物の揮発時間が短くてすむ。
そのため、酸素濃度の測定開始後、正確に酸素濃度を測定できる状態に短時間ででき、空燃比の制御を正常に行えるまでの時間を短くできる。
より詳しくは、図9に示す従来の酸素センサ素子では、上記時間が約1000秒かかっていたが、本例の酸素センサ素子1を用いることにより、この時間を約200秒に短縮できる。
As a result, at the start of the measurement of the oxygen concentration, as the temperature of the
For this reason, after the start of the measurement of the oxygen concentration, it is possible to achieve a state in which the oxygen concentration can be accurately measured in a short time, and the time until the air-fuel ratio can be controlled normally can be shortened.
More specifically, the conventional oxygen sensor element shown in FIG. 9 takes about 1000 seconds, but by using the
また、図1に示すごとく、酸素センサ素子1のうち被測定ガスと接触する部分の長手方向長さLと、保護層14の長手方向長さL1とは、0.2≦L1/L≦0.5の関係を満たしている。
この場合には、酸素濃度を測定しやすくできるとともに、揮発性有機物の揮発時間を短くできる。すなわち、L1/Lが0.2未満の場合は、ガス透過性を有する保護層14の面積が小さくなるため、酸素濃度を測定しにくくなる。また、L1/Lが0.5を超える場合は、保護層14の面積が大きくなるため、保護層14に付着する揮発性有機物が多くなる。そのため、酸素濃度の測定開始後、揮発性有機物が揮発するまでの時間が長くなり、酸素濃度を正確に測定できるまでの時間が長くなる。
Further, as shown in FIG. 1, the longitudinal length L of the
In this case, the oxygen concentration can be easily measured and the volatilization time of the volatile organic substance can be shortened. That is, when L1 / L is less than 0.2, the area of the
また、図5に示すごとく、本例の酸素センサ素子1は、車両のエンジン4と、排気ガスの排気口との間のガス排出経路8上であって、排気ガス中の有害物質を分解する三元触媒5よりも下流側に配置されるリア用酸素センサ素子1’である。
この場合には、本発明の酸素センサ素子1の作用効果を充分に発揮することができる。すなわち、リア用酸素センサ素子1’は、三元触媒5の下流側に配置されているため、浄化された排ガスを測定している。そのため、三元触媒5の上流に配置されるセンサ(A/Fセンサ6)よりも酸素濃度を高精度に測定することが要求される。このようなリア用酸素センサ素子1’には、本発明のように、使用開始後に測定精度を短時間で上げられる酸素センサ素子1を用いることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 5, the
In this case, the effect of the
また、本例の酸素センサ素子1は、緻密層17がガラス質材料から構成される。
ガラス質材料は緻密であり、空気中の揮発性有機物が付着しにくいため、本発明の緻密層17として好適に用いることができる。また、ガラス質材料の成分を調整することにより、固体電解質体15との熱膨張率を合わせることができるため、製造工程中に熱膨張率の差による割れ等の問題が生じにくい。
In the
Since the vitreous material is dense and volatile organic substances in the air hardly adhere to it, it can be suitably used as the
以上のごとく、本例によれば、酸素濃度の測定開始後、空燃比の制御が正常になるまでの時間を短くできる酸素センサ素子1を提供することができる。
As described above, according to this example, it is possible to provide the
(実施例2)
本例は、図6〜図8に示すごとく、酸素センサ素子1aを積層型にした例である。図示するごとく、本例の酸素センサ素子1aは、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体15aを備える。また、固体電解質体15aの一方の主面153に、基準ガスに曝される基準電極12aが形成される。固体電解質体15aの他方の主面154に、被測定ガスに曝される測定電極11aが形成される。
(Example 2)
In this example, as shown in FIGS. 6 to 8, the oxygen sensor element 1a is a laminated type. As illustrated, the oxygen sensor element 1a of the present example includes a
また、測定電極11aの外面の少なくとも一部を被覆するとともに被測定ガスを透過するセラミック多孔体からなる保護層14cを備える。固体電解質体15aの他方の主面154に、保護層14cよりも基端152側に、被測定ガスを透過しない緻密な緻密層17aが形成されている。
In addition, a
本例の酸素センサ素子1aは複数のセラミック板を積層した構造をしており、固体電解質体15aの一方の主面153側に、基準ガス室16aを形成するための、アルミナからなる基準ガス室形成層161が積層されている。この基準ガス室16aに、基準ガス(大気)が導入される。
The oxygen sensor element 1a of this example has a structure in which a plurality of ceramic plates are laminated, and a reference gas chamber made of alumina for forming a
また、固体電解質体15aの他方の主面154には、リード線111aおよびターミナル部112aが形成されている。また、固体電解質体15aの一方の主面153には、リード線(図示しない)が形成されている。このリード線と接続されたターミナル部122aが主面154に形成されている。これら2個のターミナル部112a,122aから、各電極11a,12aのセンサ出力を取り出せるようになっている。
なお、本例の固体電解質体15aはジルコニアから構成され、基準電極12a、測定電極11a、リード線111a、ターミナル部112a,122aは白金から構成される。
A lead wire 111a and a
The
また、図7に示すごとく、酸素センサ素子1aは、基準ガス室形成層161における、固体電解質体15aと反対側の面に、ヒータ2を積層してなる。このヒータ2は、通電により発熱する発熱体2aと、該発熱体2aを一方の主面に形成したヒータ基板2bとからなる。このヒータ2によって、固体電解質体15aが加熱される。
As shown in FIG. 7, the oxygen sensor element 1a is formed by laminating the
図6に示すごとく、酸素センサ素子1aの、被測定ガスと露出する部分の長手方向長さをLとし、保護層14cの長手方向長さをL1とした場合、0.2≦L1/L≦0.5を満たしている。
As shown in FIG. 6, when the longitudinal length of the oxygen sensor element 1a exposed to the gas to be measured is L and the longitudinal length of the
一方、酸素センサ3aは、図8に示すごとく筒型のハウジング30aを備え、該ハウジング30aの内側に、絶縁碍子40を介して上記酸素センサ素子1aが配設されている。また、ハウジング30aの先端側(図面下方)に、被測定ガス側カバー311a,312aが設けてある。酸素センサ3aの基端側(図面上方)にはリード線381a,381b,391a,391bが設けられ、酸素センサ素子1aのターミナル部112a,122aおよびヒータ電極(図示しない)に各々接続されている。
その他、実施例1と同様の構成を有する。
On the other hand, the
In addition, the configuration is the same as that of the first embodiment.
実施例2の作用効果につき説明する。
図6、図7に示すごとく、本例では、固体電解質体15aの主面154が、保護層14cと緻密層17aとによって被覆されている。緻密層17aは被測定ガスを透過しないため、保護層14cよりも揮発性有機物が付着しにくい。これにより、従来のように固体電解質体15aの他方の主面を全て保護層14cで被覆した場合と比較して(図10参照)、酸素センサ素子1aに付着する揮発性有機物の量を減らすことが可能となる。
The effect of Example 2 is demonstrated.
As shown in FIGS. 6 and 7, in this example, the
その結果、酸素濃度の測定開始時において、ヒータ2の加熱によって固体電解質体15aが温度上昇するに伴い、保護層14cに付着した揮発性有機物が短時間で揮発するようになる。
そのため、酸素濃度の測定開始後、正確に酸素濃度を測定できる状態に短時間ででき、空燃比の制御を正常に行えるまでの時間を短くできる。
As a result, at the start of measurement of the oxygen concentration, as the temperature of the
For this reason, after the start of the measurement of the oxygen concentration, it is possible to achieve a state in which the oxygen concentration can be accurately measured in a short time, and the time until the air-fuel ratio can be controlled normally can be shortened.
以上のごとく、第2の発明によれば、酸素濃度の測定開始後、空燃比の制御が正常になるまでの時間を短くできる酸素センサ素子1aを提供することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
As described above, according to the second invention, it is possible to provide the oxygen sensor element 1a that can shorten the time until the control of the air-fuel ratio becomes normal after the oxygen concentration measurement is started.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
1 酸素センサ素子
11 測定電極
12 基準電極
14 保護層
14a 第1保護層
14b 第2保護層
15 固体電解質体
159 先端部
17 緻密層
2 ヒータ
3 酸素センサ
5 三元触媒
DESCRIPTION OF
Claims (5)
先端側が閉じられ基端側が開口した筒状に形成されるとともに、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体と、
該固体電解質体の先端部を含む領域の内面に形成され、上記基準ガスに曝される基準電極と、
上記固体電解質体の上記先端部を含む領域の外面に形成され、上記被測定ガスに曝される測定電極と、
上記固体電解質体の上記先端部を含む領域において、上記測定電極の外面の少なくとも一部を被覆するとともに上記被測定ガスを透過するセラミック多孔体からなる保護層と、
上記固体電解質体の外面に、上記保護層よりも基端側に形成され、上記被測定ガスを透過しない緻密な緻密層と、
を備えることを特徴とする酸素センサ素子。 An oxygen sensor element that detects an oxygen concentration in a measurement gas based on a difference from an oxygen concentration in a reference gas,
A solid electrolyte body that is formed in a cylindrical shape with the distal end closed and the proximal end opened, and having oxygen ion conductivity,
A reference electrode formed on the inner surface of the region including the tip of the solid electrolyte body and exposed to the reference gas;
A measurement electrode formed on the outer surface of the region including the tip of the solid electrolyte body and exposed to the gas to be measured;
In the region including the tip of the solid electrolyte body, a protective layer made of a ceramic porous body that covers at least a part of the outer surface of the measurement electrode and transmits the gas to be measured;
A dense layer formed on the outer surface of the solid electrolyte body on the base end side of the protective layer and does not transmit the gas to be measured;
An oxygen sensor element comprising:
酸素イオン伝導性を有する固体電解質体と、
該固体電解質体の一方の主面に形成され、上記基準ガスに曝される基準電極と、
上記固体電解質体の他方の主面に形成され、上記被測定ガスに曝される測定電極と、
上記測定電極の外面の少なくとも一部を被覆するとともに上記被測定ガスを透過するセラミック多孔体からなる保護層と、
上記固体電解質体の上記他方の主面に、上記保護層よりも基端側に形成され、上記被測定ガスを透過しない緻密な緻密層と、
を備えることを特徴とする酸素センサ素子。 An oxygen sensor element that detects an oxygen concentration in a measurement gas based on a difference from an oxygen concentration in a reference gas,
A solid electrolyte body having oxygen ion conductivity;
A reference electrode formed on one main surface of the solid electrolyte body and exposed to the reference gas;
A measurement electrode formed on the other main surface of the solid electrolyte body and exposed to the gas to be measured;
A protective layer made of a ceramic porous body that covers at least a part of the outer surface of the measurement electrode and transmits the gas to be measured;
A dense dense layer formed on the other main surface of the solid electrolyte body on the base end side of the protective layer and does not transmit the gas to be measured;
An oxygen sensor element comprising:
0.2≦L1/L≦0.5
を満たすことを特徴とする酸素センサ素子。 In Claim 1 or Claim 2, when the longitudinal direction length of the portion in contact with the gas to be measured in the oxygen sensor element is L and the longitudinal length of the protective layer is L1,
0.2 ≦ L1 / L ≦ 0.5
An oxygen sensor element characterized by satisfying
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