JP3074882B2 - Method for manufacturing nitrogen oxide sensor element - Google Patents

Method for manufacturing nitrogen oxide sensor element

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JP3074882B2
JP3074882B2 JP03345461A JP34546191A JP3074882B2 JP 3074882 B2 JP3074882 B2 JP 3074882B2 JP 03345461 A JP03345461 A JP 03345461A JP 34546191 A JP34546191 A JP 34546191A JP 3074882 B2 JP3074882 B2 JP 3074882B2
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nitrogen oxide
sensor element
phthalocyanine
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敏和 竹田
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裕一郎 原
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジン等の
内燃機関の排気ガス流路内に設けられ、排気ガス中のN
X (窒素酸化物)濃度を検出するための窒素酸化物セ
ンサ素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is provided in an exhaust gas flow path of an internal combustion engine such as a diesel engine, and is provided with N in the exhaust gas.
The present invention relates to a nitrogen oxide sensor element for detecting OX (nitrogen oxide) concentration.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関
の排気ガス中のNOX (窒素酸化物)濃度を検出するた
めの窒素酸化物センサとしてはジルコニア(ZrO2
を使用した固体電解形酸素センサが用いられている。一
般的な固体電解形酸素センサとしては、ジルコニア(Z
rO2 )に、アルカリ土類金属、希土類元素などの物質
を固有化させて焼結した安定ジルコニアを素子とするも
のであり、高温において酸素イオン導電体となり、固体
電解質と呼ばれる焼結体である。そして、排気と標準空
気中の酸素の濃度差を起電力として検知し、排気ガス中
の酸素濃度を検出するものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, zirconia (ZrO 2 ) has been used as a nitrogen oxide sensor for detecting NO x (nitrogen oxide) concentration in exhaust gas of an internal combustion engine such as a diesel engine.
A solid-electrolyte oxygen sensor using the same is used. As a general solid electrolytic oxygen sensor, zirconia (Z
An element made of stable zirconia obtained by sintering a material such as an alkaline earth metal or a rare earth element into rO 2 ), which becomes an oxygen ion conductor at a high temperature, and is a sintered body called a solid electrolyte. . Then, the concentration difference between oxygen in the exhaust gas and the standard air is detected as an electromotive force, and the oxygen concentration in the exhaust gas is detected.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した固
体電解形酸素センサはガソリンエンジンの排気ガスの検
出には最適であるが、これをディーゼルエンジンに使用
した場合、NOX (窒素酸化物)の検出感度は低くく、
また、その回復時間が長くなってしまうと言った欠点が
あった。そのため、最近では、P−型半導体の一種であ
る金属フタロシアニンを利用した窒素酸化物センサ素子
も提案されているが、結晶構造状態の安定度により、そ
の感度や回復時間等が非常に異なり、再現性が取れにく
い等の解決すべき問題があり、まだ実用化には至ってい
ない。
[SUMMARY OF THE INVENTION Incidentally, although the solid electrolyte type oxygen sensor described above is optimal for detection of the exhaust gas of a gasoline engine, when using this diesel engine, NO X in (nitrogen oxides) The detection sensitivity is low,
In addition, there is a disadvantage that the recovery time becomes longer. Therefore, recently, a nitrogen oxide sensor element using metal phthalocyanine, which is a kind of P-type semiconductor, has been proposed. However, the sensitivity and recovery time are very different depending on the stability of the crystal structure state, and the reproduction is difficult. There are problems to be solved, such as difficulty in obtaining the properties, and it has not yet been put to practical use.

【0004】そこで、本発明は上記の問題点を有効に解
決するために案出されたものであり、その目的は上述し
たP−型半導体の金属フタロシアニンを利用し、NOX
濃度の測定が正確かつ再現性良く行うことができる窒素
酸化物センサ素子の製造方法を提供することにある。
Accordingly, the present invention has been devised in order to effectively solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to use the above-mentioned metal phthalocyanine of a P-type semiconductor to obtain NO X
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nitrogen oxide sensor element capable of measuring a concentration accurately and with good reproducibility.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガ
ス流路内に設けられ、排気ガス中のNOX (窒素酸化
物)濃度を検出するためのNOX センサ素子において、
絶縁性の面状ヒータの表面にフタロシアニンを蒸着して
フタロシアニン薄膜を形成し、該フタロシアニン薄膜に
650〜700nmの波長のレーザ光を波線状に照射し
て安定化させた波線状のNOX 吸着層を形成し、その
後、該NOX 吸着層に、電気抵抗を検出する検出部を接
続して形成したものである。
To accomplish the above object In order to achieve the above, provided in the exhaust gas passage of an internal combustion engine such as a diesel engine, detecting the NO X (nitrogen oxides) concentration in the exhaust gas in NO X sensor element for,
And phthalocyanine was deposited on the surface of the insulating plane heater to form a phthalocyanine thin film, wavy of the NO X adsorbing layer stabilized by irradiating wave line shape laser beam having a wavelength of 650~700nm to the phthalocyanine thin film it is formed and then, to the NO X adsorbing layer, and is formed by connecting a detector for detecting the electrical resistance.

【0006】[0006]

【作用】本発明は以上のような構成のため、NOX 吸着
層に、排気ガス中のNOX ガス分子が接触すると、これ
がドーピングされて電気伝導度が変化することになり、
この電気伝導度を検出することによって、排気ガス中の
NOX ガス濃度を測定することができる。また、フタロ
シアニンが安定化状態にあるのでNOX の吸着率が向上
してNOX ガス濃度の検出精度が向上すると共に、回復
時間が短縮されて再現性が良くなり、常に感度の良い状
態の窒素酸化物センサ素子を得ることがで
[Action] For the present invention the above-described structure, the NO X adsorbing layer, the NO X gas molecules in the exhaust gas contacts, which results in the electric conductivity is doped is changed,
By detecting the electrical conductivity, it is possible to measure the NO X gas concentration in the exhaust gas. Further, while phthalocyanine improved detection accuracy of the NO X gas concentration with enhanced adsorption rate of the NO X because the regulation, the better the reproducibility recovery time is shortened, always good condition sensitive nitrogen Oxide sensor element can be obtained

【0007】きる。[0007]

【実施例】以下、本発明の好適一実施例を添付図面に基
づいて詳述する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0008】図1(B)は本発明に係る窒素酸化物セン
サ素子1の一実施例を示したものである。図示するよう
に、この窒素酸化物センサ素子1はヒータ電源5が接続
された面状ヒータ2の上面にレーザ光を照射して安定化
されたフタロシアニンからなる波線状のNOX ガス吸着
層3が形成されており、そのNOX ガス吸着層3の両端
に電気抵抗値を測定する検出部4を接続したものであ
る。
FIG. 1B shows an embodiment of the nitrogen oxide sensor element 1 according to the present invention. As shown in the figure, the nitrogen oxide sensor element 1 has a wavy NO X gas adsorption layer 3 made of phthalocyanine stabilized by irradiating a laser beam onto the upper surface of a planar heater 2 to which a heater power supply 5 is connected. it is formed, which are connected a detection unit 4 for measuring the electrical resistance across the NO X gas adsorption layer 3.

【0009】この窒素酸化物センサ素子1の製造方法
は、まず、図1(A)に示すように、セラミック系絶縁
性物質を粉末化し、波線状に形成したヒータ線6を囲む
ようにしてプラズマ焼結やホットプレスによって焼結
し、面状ヒータ2を作製する。次に、この面状ヒータ2
の上面にp−型の半導体であるフタロシアニン(C32
168 )または他の金属フタロシアニン薄膜7を蒸着
した後、図1(B)に示すように、このフタロシアニン
薄膜7に650〜700nmの波長のレーザ光を波線状
に照射してフタロシアニン薄膜7を安定化し、レーザ光
を照射していない部分のフタロシアニン薄膜7を取り除
いて波線状のNOX ガス吸着層3を形成する。尚、この
NOX ガス吸着層3は熱伝導率を考慮して、予め面状ヒ
ータ2に埋め込まれたヒータ線6に沿うように形成す
る。また、フタロシアニンの安定化はフォトケミカルバ
ーニング(PHB)現象を利用する。このフォトケミカ
ルバーニング現象とは材料の吸収スペクトルに照射光と
同一波長のホールが生じる光化学的あるいは光物理的過
程であり、系が低温に保たれるかぎり、このホールが長
期に渡って保持される現象である。そして、フタロシア
ニンの吸収スペクトルは約680nmの安定状態と、約
650nmの準安定状態があり、この波長のレーザ光を
照射させると分子構造中の水素原子対が図3に示すよう
に、90゜回転し、安定化状態に移行させるものであ
る。すなわち、分子構造中の水素原子対を90゜回転さ
せた柱状構造の方がNO2 ガスの分散が良くなって感度
が高くなる。また、650〜700nmの波長のレーザ
光を発振するレーザ発振器としては例えば、GAP・Z
nO/GAPの発振器材料を用いることによる。このG
AP・ZnO/GAPの発振器材料はGAP・ZnO
(ガリウムリンと酸化亜鉛混合物)とGAP(ガリウム
リン)からなるものであり、その間に700nmの高波
長のレーザが生ずるのを利用する。すなわち、現在68
0nmの波長をレーザを出す発振器材料がはっきりと見
つからないため、本実施例ではGAP・ZnO/GAP
の発振器材料から発振する700nmの高波長のレーザ
光を利用している。
In the method of manufacturing the nitrogen oxide sensor element 1, first, as shown in FIG. 1A, a ceramic insulating material is powdered and plasma sintered so as to surround the wavy heater wire 6. Then, the sheet heater 2 is manufactured by sintering by hot pressing. Next, this planar heater 2
Phthalocyanine (C 32 H) which is a p-type semiconductor
After vapor deposition of 16 N 8 ) or another metal phthalocyanine thin film 7, as shown in FIG. 1B, the phthalocyanine thin film 7 is irradiated with a laser beam having a wavelength of 650 to 700 nm in a wavy manner to form the phthalocyanine thin film 7. After stabilization, the phthalocyanine thin film 7 not irradiated with the laser beam is removed to form a wavy NO X gas adsorption layer 3. Note that the NO X gas adsorption layer 3 in consideration of the thermal conductivity, is formed along the heater wire 6 embedded in advance in the planar heater 2. The stabilization of phthalocyanine utilizes the photochemical burning (PHB) phenomenon. This photochemical burning phenomenon is a photochemical or photophysical process in which a hole of the same wavelength as the irradiation light is generated in the absorption spectrum of a material, and this hole is retained for a long time as long as the system is kept at a low temperature. It is a phenomenon. The absorption spectrum of phthalocyanine has a stable state of about 680 nm and a metastable state of about 650 nm. When a laser beam of this wavelength is irradiated, hydrogen atom pairs in the molecular structure are rotated by 90 ° as shown in FIG. Then, it is shifted to a stabilized state. That is, the columnar structure in which the hydrogen atom pairs in the molecular structure are rotated by 90 ° has better dispersion of NO 2 gas and higher sensitivity. Further, as a laser oscillator that oscillates a laser beam having a wavelength of 650 to 700 nm, for example, GAP · Z
By using an oscillator material of nO / GAP. This G
The oscillator material of AP-ZnO / GAP is GAP-ZnO
(A mixture of gallium phosphide and zinc oxide) and GAP (gallium phosphide), in which a laser having a high wavelength of 700 nm is generated. That is, 68
In this embodiment, GAP · ZnO / GAP is used because an oscillator material that emits a laser beam having a wavelength of 0 nm cannot be clearly found.
The laser light of a high wavelength of 700 nm oscillated from the above oscillator material is used.

【0010】そして、図2に示すように、以上にように
して形成した窒素酸化物センサ素子1を保持台7に固定
し、排気ガス流路8内に設けられて多数の排気ガス通気
孔9が形成された保護カバー10内に設置して使用され
ることになる。
Then, as shown in FIG. 2, the nitrogen oxide sensor element 1 formed as described above is fixed to a holding table 7 and provided in an exhaust gas flow path 8 to form a large number of exhaust gas vent holes 9. Will be installed and used in the protective cover 10 on which is formed.

【0011】以上にように形成された窒素酸化物センサ
素子1はNOX 吸着層に、排気ガス中のNOX ガス分子
が接触すると、これがドーピングされて電気伝導率が変
化することになり、この電気伝導率を検出することによ
って、排気ガス中のNOX ガス濃度を測定することにな
る。そして、測定後は吸着したNOX をヒータ5によっ
て加熱することで脱NOX し、再生することができる。
また、NOX 吸着層3を構成するフタロシアニンは安定
化されているため、長期に渡って安定状態が維持される
なため、NOX ガス濃度に対する検出感度が向上すると
共に、回復時間が短縮されて再現性が良くなり、常に感
度の良い状態を維持することができる。
[0011] Nitrogen oxide sensor element 1 formed as above is in the NO X adsorbing layer, the NO X gas molecules in the exhaust gas contacts, which will be doped electrical conductivity changes, the by detecting the electrical conductivity, it will measure the NO X gas concentration in the exhaust gas. Then, after the measurement, the adsorbed NO X is heated by the heater 5 to remove NO X and can be regenerated.
Further, since the phthalocyanine constituting the NO X adsorption layer 3 is stabilized, a stable state is not maintained for a long time, so that the detection sensitivity to the NO X gas concentration is improved and the recovery time is shortened. Reproducibility is improved, and a state of good sensitivity can be always maintained.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、NOX
着層を構成するフタロシアニンは安定化されているた
め、NOX ガス濃度に対する検出感度が向上すると共
に、回復時間が短縮されて再現性が良くなり、長期に渡
って感度の良い状態を維持することができる等といった
優れた効果を発揮する。
According to the above summary the present invention, since the phthalocyanine constituting the NO X adsorbing layer is stabilized, thereby improving the detection sensitivity for NO X gas concentration, reproducible recovery time is shortened It has excellent effects such as maintaining good sensitivity over a long period of time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】NOX センサの取付け状態を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view showing an attached state of a NO X sensor.

【図3】フタロシアニンの構造式及び酸素原子対を示す
構造図である。
FIG. 3 is a structural diagram showing a structural formula of phthalocyanine and oxygen atom pairs.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 窒素酸化物センサ素子 2 面状ヒータ 3 NOX 吸着層 4 検出部 7 フタロシアニン薄膜 8 排気ガス流路 G 排気ガス1 nitrogen oxide sensor element 2 planar heater 3 NO X adsorbing layer 4 detector 7 phthalocyanine thin film 8 exhaust gas channel G exhaust gas

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 裕一郎 神奈川県藤沢市土棚8番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭53−113596(JP,A) 特開 昭56−122943(JP,A) 特開 昭59−142581(JP,A) 特開 平4−216449(JP,A) 特開 昭58−141246(JP,A) 特開 平5−45316(JP,A) 特開 平5−45317(JP,A) 特表 昭62−502987(JP,A) 特表 平4−501461(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/12 CA(STN)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Yuichiro Hara 8 Tsurana, Fujisawa City, Kanagawa Prefecture Isuzu Central Research Laboratory Co., Ltd. (56) References JP-A-53-113596 (JP, A) JP-A-56- 122943 (JP, A) JP-A-59-142581 (JP, A) JP-A-4-216449 (JP, A) JP-A-58-141246 (JP, A) JP-A-5-45316 (JP, A) JP-A-5-45317 (JP, A) JP-T-62-502987 (JP, A) JP-T-Hei 4-501461 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 27/12 CA (STN)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気
ガス流路内に設けられ、排気ガス中のNOX (窒素酸化
物)濃度を検出するための窒素酸化物センサ素子におい
て、絶縁性の面状ヒータの表面にフタロシアニンを蒸着
してフタロシアニン薄膜を形成し、該フタロシアニン薄
膜に650〜700nmの波長のレーザ光を波線状に照
射して安定化させた波線状のNOx 吸着層を形成し、そ
の後、該NOX 吸着層に、電気抵抗を検出する検出部を
接続して形成したことを特徴とする窒素酸化物センサ素
子の製造方法。
1. A nitrogen oxide sensor element provided in an exhaust gas passage of an internal combustion engine such as a diesel engine for detecting the concentration of NO x (nitrogen oxide) in the exhaust gas. by depositing phthalocyanine on the surface of the heater to form a phthalocyanine thin film, forming a wavy of the NO x adsorbing layer the laser beam was stabilized by irradiating the wavy wavelength of 650~700nm to the phthalocyanine thin film, then , wherein the NO X adsorbent layer, the manufacturing method of the nitrogen oxide sensor element, characterized in that formed by connecting a detector for detecting the electrical resistance.
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