JP2010145133A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上流電極における固体電解質体の主成分の含有量を、下流電極における固体電解質体の主成分の含有量よりも、多くする。あるいは、上流電極における気孔率を、下流電極における気孔率よりも、小さくする。
【選択図】図3
Description
A.第1実施例:
B.変形例:
A1.装置構成:
図1は、本発明の一実施例としてのガスセンサ200を示す断面図である。このガスセンサ200は、図示しない内燃機関(エンジン)の排気管に固定されて、窒素酸化物(NOx)の濃度を測定する(以下、ガスセンサ200のことを「NOxセンサ200」とも呼ぶ)。図1は、NOxセンサ200の長手方向D1と平行な断面を示している。以下、図1における下方向(下側)をNOxセンサ200の先端方向(先端側)FWDと呼び、図1における上方向(上側)をNOxセンサ200の後端方向(後端側)BWDと呼ぶ。
以下に示す表1は、第1内部電極11cに関する、電極の活性と電極の耐久性(剥がれ)との評価結果と、電解質の主成分の含有量との関係を示している。
A評価:オフセットの変化割合が±2ppm(parts per million)以下
B評価:オフセットの変化割合が±2〜3ppmの範囲内
C評価:オフセットの変化割合が±3〜5ppmの範囲内
D評価:オフセットの変化割合が±5ppmよりも大きい
(R1)境界の全体に亘って、電極11cが第1固体電解質層11aから剥がれていない。
(R2)境界の一部分において、電極11cが第1固体電解質層11aから剥がれている。
(R3)境界の全体に亘って、電極11cが第1固体電解質層11aから剥がれている。
A評価: 電圧の変化割合が10%以下、かつ、観察結果が第1結果R1である
B評価: 電圧の変化割合が10〜20%の範囲内であり、かつ、観察結果が第2結果R2である
C評価: 電圧の変化割合が20〜100%の範囲内であり、かつ、観察結果が第2結果R2である
D評価: 電圧の変化割合が100%よりも大きく、かつ、観察結果が第3結果R3である
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上述の各実施例において、NOxセンサ素子10の構成としては、図2〜図6に示す構成に限らず、他の種々の構成を採用可能である。例えば、図3に示す実施例において、第1拡散抵抗体15aが、NOxセンサ素子10の先端部分(先端部14a3)に配置されていてもよい。この場合も、第1固体電解質層11aと第1内部電極11cとの積層方向に沿って見たときに、第1検出室16における第1拡散抵抗体15aと下流電極11cDとの間は、上流電極11cUによって仕切られていることが好ましい。ただし、図3、図8に示す実施例のように、壁(例えば、絶縁層14a)によって区切られた複数の多孔質部材を用いて第1拡散抵抗体15aを形成すれば、局所的にNOxセンサ素子の強度が過剰に下がることを防止できる。また、被測定ガスGMの入口を大きくすることができる。また、図2に示す実施例において、検知電極12bが、第1検出室16の代わりに第2検出室18に露出していてもよい。また、発熱中心(図6)が上流電極11cUよりも下流電極11cDに近い位置に配置されてもよい。また、重畳部分11v(図3)が、側壁SWと接触してもよい。また、下流電極11cDが上流電極11cUに重なっていなくてもよい。例えば、上流電極11cUと下流電極11cDとの間が、別の導電部材によって、導通されてもよい。また、第1内部電極11cが、3以上の電極に分割されていてもよい。
上述の各実施例において、電極の導電材料としては、白金に限らず、他の種々の導電材料を採用可能である。例えば、金や銀を採用してもよい。また、他の部材の材料としても、種々の材料を採用可能である。
上述の各実施例において、ガスセンサ(ガスセンサ素子)としては、図2に示すNOxセンサに限らず、他の種々のセンサ(素子)を採用可能である。例えば、第1酸素ポンプセルと酸素濃度検出セルとを備える空燃比センサ(酸素センサ)を採用してもよい。このような空燃比センサの構成としては、図2に示すガスセンサ素子10から、第2検出室18と第2酸素ポンプセル13とを省略した構成を採用可能である。
10e…先端
11…第1酸素ポンプセル
11a…第1固体電解質層
11b…外側第1ポンプ電極
11c…内側第1ポンプ電極
11e…保護層
11v…重なり部
11cU…上流電極
11cD…下流電極
11aW…内壁(表面)
12…酸素濃度検出セル
12a…第3固体電解質層
12b…検知電極
12c…基準電極
12aW…内壁
13…第2酸素ポンプセル
13a…第2固体電解質層
13b…内側第2ポンプ電極
13c…対極第2ポンプ電極
14a、14b、14c、14d、14e…絶縁層
14a1…第1側壁部
14a2…第2側壁部
14a3…先端部
15a…第1拡散抵抗体
15a1…第1入口拡散抵抗体
15a2…第2入口拡散抵抗体
15b…第2拡散抵抗体
16…第1検出室
17…基準酸素室
18…第2検出室
50…ヒータ
106…セラミックスリーブ
110…接続端子
138…主体金具
139…ねじ部
140…後端部
142…外部プロテクタ
143…内部プロテクタ
144…外筒
146…リード線
150…グロメット
151…セラミックホルダ
152…棚部
153…滑石リング(粉末充填層)
154…貫通孔
157…パッキン
158…金属ホルダ
160…保持部
161…リード線挿通孔
166…絶縁コンタクト部材
167…鍔部
168…コンタクト挿通孔
169…保持部材
200…ガスセンサ
200A…ガスセンサ
BL…空気ブロワ
GM…被測定ガス
GN…被測定ガス
PP…ピーク位置
FP…ガス流路
GP…ギャップ
ES…評価システム
CU…制御部
SW…側壁
PG1…第1経路
PG2…第2経路
Claims (8)
- 拡散抵抗部を介して外部から被検出ガスが導入される検出室と、
固体電解質体および前記固体電解質体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極のうちの一方の電極である内部電極が前記検出室内に配置され、前記検出室に導入された前記被検出ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う酸素ポンプセルと、
を備えたガスセンサにおいて、
前記内部電極は、下流電極と、前記下流電極と導通するとともに前記下流電極よりも前記検出室における前記被検出ガスのガス流の上流側に配置された上流電極とを、含み、
前記上流電極と前記下流電極とのそれぞれは、前記固体電解質体の主成分と導電材料とを含み、
前記上流電極における前記固体電解質体の主成分の含有量は、前記下流電極における前記固体電解質体の主成分の含有量よりも、多い、
ことを特徴とする、ガスセンサ。 - 請求項1に記載のガスセンサであって、さらに、
前記ガスセンサを加熱するヒータを備え、
前記ヒータによる発熱中心が、前記下流電極よりも前記上流電極に近い位置に配置されている、
ガスセンサ。 - 請求項1または請求項2に記載のガスセンサであって、
前記下流電極の一部と前記上流電極の一部とが重なる重なり部を有する、
ガスセンサ。 - 請求項3に記載のガスセンサであって、
前記重なり部では、前記上流電極が前記固体電解質体に接すると共に、前記下流電極が前記上流電極上に、重なっている、
ガスセンサ。 - 請求項3または請求項4に記載のガスセンサであって、
前記固体電解質体から立設し、前記検出室を形成する側壁を備え、
前記重なり部は、前記側壁から離れた位置に、形成されている、
ガスセンサ。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のガスセンサであって、
前記固体電解質体と前記内部電極との積層方向に沿って見たときに、前記検出室における前記拡散抵抗部と前記下流電極との間は、前記上流電極によって仕切られている、
ガスセンサ。 - 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のガスセンサであって、
前記上流電極における前記導電材料の含有量を100wt%としたときに前記固体電解質体の主成分の含有量は、20wt%以上であり、
前記下流電極における前記導電材料の含有量を100wt%としたときに前記固体電解質体の主成分の含有量は、15wt%以下である、
ガスセンサ。 - 拡散抵抗部を介して外部から被検出ガスが導入される検出室と、
固体電解質体および前記固体電解質体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極のうちの一方の電極である内部電極が前記検出室内に配置され、前記検出室に導入された前記被検出ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う酸素ポンプセルと、
を備えたガスセンサにおいて、
前記内部電極は、下流電極と、前記下流電極と導通するとともに前記下流電極よりも前記検出室における前記被検出ガスのガス流の上流側に配置された上流電極とを、含み、
前記上流電極と前記下流電極とのそれぞれは、前記固体電解質体の主成分と導電材料とを含み、
前記上流電極における気孔率は、前記下流電極における気孔率よりも小さい、
ことを特徴とする、ガスセンサ。
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