JP2569888B2 - ガス濃度検出器 - Google Patents
ガス濃度検出器Info
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- JP2569888B2 JP2569888B2 JP2096930A JP9693090A JP2569888B2 JP 2569888 B2 JP2569888 B2 JP 2569888B2 JP 2096930 A JP2096930 A JP 2096930A JP 9693090 A JP9693090 A JP 9693090A JP 2569888 B2 JP2569888 B2 JP 2569888B2
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- gas
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- sintered body
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，たとえば，自動車用内燃機関の排気系にお
いて酸素濃度を検出して空燃比フィードバックを行う酸
素センサのようなガス濃度検出器に関する。
いて酸素濃度を検出して空燃比フィードバックを行う酸
素センサのようなガス濃度検出器に関する。
〔従来の技術〕 自動車の排気系に用いられる酸素センサの一つとし
て，感ガス層へ侵入する検出ガスの酸素濃度を電極間抵
抗値の変化として検出するタイプのものがある。たとえ
ば，特開昭61−231448号を参照。
て，感ガス層へ侵入する検出ガスの酸素濃度を電極間抵
抗値の変化として検出するタイプのものがある。たとえ
ば，特開昭61−231448号を参照。
この種の酸素センサを，第５図の縦断面図にて示す。
符号100で示す酸素センサは，セラミック材料からな
る絶縁基板102上に白金からなる電極104a,bが設けられ
ており，電極104a,bを覆うようにチタニア（TiO2）焼結
体からなる感ガス層106が設けられている。そして，感
ガス層106の上には，同じくチタニア焼結体からなるト
ラップ層108が設けられている。なお，符号110は，絶縁
基板102に内蔵されたヒータであり，電極104a,b間の抵
抗値が温度により変化するのを防止する。
る絶縁基板102上に白金からなる電極104a,bが設けられ
ており，電極104a,bを覆うようにチタニア（TiO2）焼結
体からなる感ガス層106が設けられている。そして，感
ガス層106の上には，同じくチタニア焼結体からなるト
ラップ層108が設けられている。なお，符号110は，絶縁
基板102に内蔵されたヒータであり，電極104a,b間の抵
抗値が温度により変化するのを防止する。
この酸素センサ100は，内燃機関の排気系に取付けら
れ，排気ガスがトラップ層108を介して感ガス層106へ侵
入する。このとき，排気ガスは鉛等の被毒物質を，トラ
ップ層108に吸着された後，感ガス層106の電気抵抗を変
化させる。この結果電極104a,bの出力値は酸素濃度に応
じた値となる。
れ，排気ガスがトラップ層108を介して感ガス層106へ侵
入する。このとき，排気ガスは鉛等の被毒物質を，トラ
ップ層108に吸着された後，感ガス層106の電気抵抗を変
化させる。この結果電極104a,bの出力値は酸素濃度に応
じた値となる。
この種の酸素センサにおいては，被毒物質が感ガス層
へ侵入すると感ガス層、白金電極の電気的特性に変化を
起こす。このため、トラップ層における被毒物質の捕捉
率は極力高めることが必要である。この捕捉率は，トラ
ップ層の焼結体を構成するセラミック粒子の粒径が小さ
い程高く，粒径が大きい程低い傾向がある。しかし反
面、粒径を小さくすると、セラミック粒子から郭定され
る３次元流路の断面が小さくなり、感ガス層へのガス流
れが律速され、応答性が低下する。従って従来の方法で
は，粒径を小さくして被毒物質の捕捉率を高めようとす
ると，感ガス層の感度が低下する問題があった。
へ侵入すると感ガス層、白金電極の電気的特性に変化を
起こす。このため、トラップ層における被毒物質の捕捉
率は極力高めることが必要である。この捕捉率は，トラ
ップ層の焼結体を構成するセラミック粒子の粒径が小さ
い程高く，粒径が大きい程低い傾向がある。しかし反
面、粒径を小さくすると、セラミック粒子から郭定され
る３次元流路の断面が小さくなり、感ガス層へのガス流
れが律速され、応答性が低下する。従って従来の方法で
は，粒径を小さくして被毒物質の捕捉率を高めようとす
ると，感ガス層の感度が低下する問題があった。
これに対し、本発明者は鋭意、実験、研究を重ねた結
果、次の知見を得た。まず、捕捉率を高める方法とし
て、従来の方法がセラミック粒子の粒径を小さくし、粒
子間で被毒物質を捕捉していたため、捕捉率を向上させ
ることが３次元流路の断面縮小と結びついていることに
着目した。そこで粒子の表面で被毒物質の捕捉すること
により、セラミック粒子から郭定される３次元粒路の通
路を確保できないかと考えた。
果、次の知見を得た。まず、捕捉率を高める方法とし
て、従来の方法がセラミック粒子の粒径を小さくし、粒
子間で被毒物質を捕捉していたため、捕捉率を向上させ
ることが３次元流路の断面縮小と結びついていることに
着目した。そこで粒子の表面で被毒物質の捕捉すること
により、セラミック粒子から郭定される３次元粒路の通
路を確保できないかと考えた。
したがって，本発明は，粒子自体に被毒物質の捕捉能
力を持たせ、３次元流路の流路断面を確保することを課
題とする。
力を持たせ、３次元流路の流路断面を確保することを課
題とする。
この課題を達成するための本発明の構成は，以下の通
りである。
りである。
本発明の係るガス濃度検出器は，電極を覆うようにセ
ラミック焼結体の感ガス層が形成され，この感ガス層の
表面はセラミック焼結体のトラップ層で覆われている。
そして，このトラップ層は，粒径が所定値以下の小さい
粒子を凝集した粗大粒子からなるセラミック焼結体で構
成されている。
ラミック焼結体の感ガス層が形成され，この感ガス層の
表面はセラミック焼結体のトラップ層で覆われている。
そして，このトラップ層は，粒径が所定値以下の小さい
粒子を凝集した粗大粒子からなるセラミック焼結体で構
成されている。
このガス濃度検出器は，被毒物質の捕捉率を維持した
まま流路断面を確保している。すなわちトラップ層を構
成するセラミック焼結体粒子の粒径とガス拡散の律速度
および被毒物質の捕捉率には，第２図および、第３図に
示す関係があり，粒径が所定値以下で律速度および捕捉
率が急激に大きくなることが判明している。本発明のガ
ス濃度検出器においては，トラップ層の粒子を粒径が所
定値以下の小さい粒子を凝集した粗大粒子としたこと
で，ガス拡散に対しては，略同程度の粒径を有する均質
物質からなる粒子と等価に作用し，ガス拡散の律速度は
急激に大きくなることがなく，また捕捉率に対しては粒
径の小さい粒子が働き，捕捉率は高く保たれる。
まま流路断面を確保している。すなわちトラップ層を構
成するセラミック焼結体粒子の粒径とガス拡散の律速度
および被毒物質の捕捉率には，第２図および、第３図に
示す関係があり，粒径が所定値以下で律速度および捕捉
率が急激に大きくなることが判明している。本発明のガ
ス濃度検出器においては，トラップ層の粒子を粒径が所
定値以下の小さい粒子を凝集した粗大粒子としたこと
で，ガス拡散に対しては，略同程度の粒径を有する均質
物質からなる粒子と等価に作用し，ガス拡散の律速度は
急激に大きくなることがなく，また捕捉率に対しては粒
径の小さい粒子が働き，捕捉率は高く保たれる。
〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を添付図面を参照して説明
する。
する。
第１図は、この発明の一実施例を示す断面図である。
符号200で示す酸素センサは，セラミック材料からな
る絶縁基板202上に白金からなる電極204a,bが印刷され
ており、電極204a,bを覆うようにチタニア（TiO2）焼結
体からなる感ガス層206が設けられている。この焼結体
は、粒径数μｍ程度の単一粒子のチタニア（TiO2）粉末
に有機バインダ及び貴金属触媒として白金ブラックを混
合して作ったチタニアペーストを厚さ200μｍ塗布し、1
200℃で焼成したものである。そして感ガス層206の上に
は，同じくチタニア（TiO2）焼結体からなるトラップ層
208が設けられている。この焼結体は粒径0.1〜２μｍ程
度の微粒子からなるチタニア（TiO2）粉末をアルミナ製
坩堝に入れて、1300℃で焼成する事により前記チタニア
（TiO2）粉末を凝集させ、その後ふるいで分けられた２
次粒径10〜40μｍのチタニア（TiO2）粉末を、感ガス層
と同一の方法でペースト状にし、厚さ400μｍ塗布し、1
100℃で焼成したものである。なお，符号210は，絶縁基
板202に内蔵されたヒータであり，電極204a,b間の抵抗
値が温度により変化するのを防止する。
る絶縁基板202上に白金からなる電極204a,bが印刷され
ており、電極204a,bを覆うようにチタニア（TiO2）焼結
体からなる感ガス層206が設けられている。この焼結体
は、粒径数μｍ程度の単一粒子のチタニア（TiO2）粉末
に有機バインダ及び貴金属触媒として白金ブラックを混
合して作ったチタニアペーストを厚さ200μｍ塗布し、1
200℃で焼成したものである。そして感ガス層206の上に
は，同じくチタニア（TiO2）焼結体からなるトラップ層
208が設けられている。この焼結体は粒径0.1〜２μｍ程
度の微粒子からなるチタニア（TiO2）粉末をアルミナ製
坩堝に入れて、1300℃で焼成する事により前記チタニア
（TiO2）粉末を凝集させ、その後ふるいで分けられた２
次粒径10〜40μｍのチタニア（TiO2）粉末を、感ガス層
と同一の方法でペースト状にし、厚さ400μｍ塗布し、1
100℃で焼成したものである。なお，符号210は，絶縁基
板202に内蔵されたヒータであり，電極204a,b間の抵抗
値が温度により変化するのを防止する。
この酸素センサ200は，内燃機関の排気系に取付けら
れ，排気ガスは排気中の鉛等の被毒物質をトラップ層20
8に吸着させた後、感ガス層206へ侵入する。そして、電
極204a,b間の抵抗値を酸素濃度に応じた値に変化させ
る。
れ，排気ガスは排気中の鉛等の被毒物質をトラップ層20
8に吸着させた後、感ガス層206へ侵入する。そして、電
極204a,b間の抵抗値を酸素濃度に応じた値に変化させ
る。
以下本実施例の効果を示す。比較サンプルとして、感
ガス層上にトラップ層として前記感ガス層と同一の粒径
数μｍ程度の単一粒子のチタニア（TiO2）粉末に有機バ
インダを混合して作ったチタニアペーストを厚さ400μ
ｍ塗布し、1100℃で焼成した従来どおりの酸素センサ
と、トラップ層を設けない酸素センサを用意する。
ガス層上にトラップ層として前記感ガス層と同一の粒径
数μｍ程度の単一粒子のチタニア（TiO2）粉末に有機バ
インダを混合して作ったチタニアペーストを厚さ400μ
ｍ塗布し、1100℃で焼成した従来どおりの酸素センサ
と、トラップ層を設けない酸素センサを用意する。
上記３種類のサンプルをエンジンの排気管に取付け、
有鉛ガソリンを使ってエンジン実機耐久試験を行い、そ
の試験初期および試験後に測定する酸化雰囲気中から還
元雰囲気中へのガス切り替えに伴う応答速度から鉛被毒
の影響を判定することとする。
有鉛ガソリンを使ってエンジン実機耐久試験を行い、そ
の試験初期および試験後に測定する酸化雰囲気中から還
元雰囲気中へのガス切り替えに伴う応答速度から鉛被毒
の影響を判定することとする。
エンジン実機耐久試験は次のとおりである。
運転条件：スロットル開度50％ （一定） エンジン回転数4000rpm 排気温600℃ 耐久時間:500時間 また、酸化雰囲気および還元雰囲気のガス組成は次の
とおりである。
とおりである。
酸化雰囲気 N2:90％ （流量１/min） Air:10％（インジェクタ注入） 還元雰囲気 N2:98％ （流量１/min） H2:2％（インジェクタ注入） 上記条件のもとに行った試験結果を第４図に示す。
この結果より、従来どおりの酸素センサは耐久性は良
いが、初期の応答性が悪いという結果が、またトラップ
層を設けない酸素センサは初期の応答性が良いが、耐久
性が悪いという結果がでた。それに比べて本考案のもの
は、初期の応答性も、耐久性も非常に良いという結果が
でた。
いが、初期の応答性が悪いという結果が、またトラップ
層を設けない酸素センサは初期の応答性が良いが、耐久
性が悪いという結果がでた。それに比べて本考案のもの
は、初期の応答性も、耐久性も非常に良いという結果が
でた。
本実施例においては２次粒径を10〜40μｍとしたが、
この粒径が余りに大きすぎると気孔径が大きくなりすぎ
てトラップ能力が急激に低下する。ここで最適な２次粒
径を確認するため、２次粒径を50〜80μｍとして同様の
実験を行ってみたが必ずしも良好な結果は得られなかっ
た。よって２次粒径は40μｍ以下が望ましいことが判明
した。逆に２次粒径の最小値は第２図からわかるよう
に、ガス拡散を律速しないためには10μｍ程度が望まし
い。
この粒径が余りに大きすぎると気孔径が大きくなりすぎ
てトラップ能力が急激に低下する。ここで最適な２次粒
径を確認するため、２次粒径を50〜80μｍとして同様の
実験を行ってみたが必ずしも良好な結果は得られなかっ
た。よって２次粒径は40μｍ以下が望ましいことが判明
した。逆に２次粒径の最小値は第２図からわかるよう
に、ガス拡散を律速しないためには10μｍ程度が望まし
い。
また、１次粒径は第３図からわかるように、十分なト
ラップ能力を得るためには３μｍ以下であることが望ま
しい。
ラップ能力を得るためには３μｍ以下であることが望ま
しい。
なお、本実施例において、トラップ層の材質として感
ガス層と同一のチタニアを使用したが、他の酸化物でも
高温安定性の良い物であれば何でもよく、例えばアルミ
ナ等が考えられる。
ガス層と同一のチタニアを使用したが、他の酸化物でも
高温安定性の良い物であれば何でもよく、例えばアルミ
ナ等が考えられる。
〔発明の効果〕 上述したように，本発明に係るガス濃度検出器によれ
ば，トラップ層を粒径が所定値以下の小さい粒子を凝集
した粗大粒子で構成したので,3次元流路の流路断面を維
持しつつ，被毒物質の捕捉率を高めて，被毒物質が感ガ
ス層へ侵入するのを防止することが可能となった。
ば，トラップ層を粒径が所定値以下の小さい粒子を凝集
した粗大粒子で構成したので,3次元流路の流路断面を維
持しつつ，被毒物質の捕捉率を高めて，被毒物質が感ガ
ス層へ侵入するのを防止することが可能となった。
これにより、ガス濃度検出器の応答性を確保しつつ、
耐久性を向上させることができた。
耐久性を向上させることができた。
第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、 第２図トラップ層を構成する焼結体粒子の粒径とガス拡
散の律速度の関係、 第３図トラップ層を構成する焼結体粒子の粒径と被毒物
質の吸着率の関係、 第４図本実施例の効果を示す試験結果、 第５図は従来の酸素センサの断面図である。 100,200……酸素センサ、 102,202……絶縁基板、 104a,b,204a,b……電極、 106,206……感ガス層、 108,208……トラップ層、 110,210……ヒータ。
散の律速度の関係、 第３図トラップ層を構成する焼結体粒子の粒径と被毒物
質の吸着率の関係、 第４図本実施例の効果を示す試験結果、 第５図は従来の酸素センサの断面図である。 100,200……酸素センサ、 102,202……絶縁基板、 104a,b,204a,b……電極、 106,206……感ガス層、 108,208……トラップ層、 110,210……ヒータ。
Claims (1)
- 【請求項１】電極を覆うようにセラミック焼結体の感ガ
ス層を形成し，該感ガス層の表面をセラミック焼結体の
トラップ層で覆い，該トラップ層から前記感ガス層へ侵
入するガス濃度を電極からの出力により検出するように
したガス濃度検出器において， 前記トラップ層を，粒径が所定値以下の小さい粒子を凝
集した粗大粒子からなるセラミック焼結体で構成したこ
とを特徴とするガス濃度検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2096930A JP2569888B2 (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | ガス濃度検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2096930A JP2569888B2 (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | ガス濃度検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03293552A JPH03293552A (ja) | 1991-12-25 |
| JP2569888B2 true JP2569888B2 (ja) | 1997-01-08 |
Family
ID=14178066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2096930A Expired - Lifetime JP2569888B2 (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | ガス濃度検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2569888B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4641832B2 (ja) * | 2005-03-15 | 2011-03-02 | 富士電機システムズ株式会社 | 薄膜ガスセンサ |
| JP4589376B2 (ja) * | 2007-01-16 | 2010-12-01 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
| EP1950558B1 (en) | 2007-01-16 | 2019-04-03 | NGK Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor |
| US20190025271A1 (en) * | 2017-07-21 | 2019-01-24 | Apple Inc. | Chemically robust miniature gas sensors |
-
1990
- 1990-04-12 JP JP2096930A patent/JP2569888B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03293552A (ja) | 1991-12-25 |
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