JP4283686B2 - Gas sensor element and control method and manufacturing method of gas sensor element. - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用内燃機関の排気系等に使用され、被測定ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度等の検出に利用されるガスセンサ素子とガスセンサ素子の制御方法および製造方法に関する。 The present invention relates to a gas sensor element used for an exhaust system of an internal combustion engine for automobiles and the like and used for detecting a nitrogen oxide (NOx) concentration in a gas to be measured, and a control method and a manufacturing method of the gas sensor element.
自動車用内燃機関から排出される排気ガス等を原因とする大気汚染は、現代社会において大きな問題となっており、排気ガス中の有害物質に対する浄化基準法規が年々厳しくなっている。排ガス中の有害成分を低減する手段としては、例えば、エンジンの燃焼制御により有害成分の発生を抑制するシステムや、触媒コンバータを用いて有害成分を浄化するシステムがあり、排気ガス中の有害成分である窒素酸化物(NOx)濃度を検出し、検出結果をこれらシステムにフィードバックすれば、より効率よく排ガス浄化を行うことができると考えられる。このような背景から、排気ガス中のNOx濃度を精度よく検出可能なガスセンサ素子が求められており、これまでに種々の構成のものが提案されている(例えば、特許文献1)。
ところで、従来よく知られたガスセンサ素子として、酸素イオン導電性の固体電解質を用いた積層型のガスセンサ素子が挙げられる。これを図12に示すと、ガスセンサ素子1は、固体電解質体51と固体電解質体52の間に形成される内部空間7を有し、この内部空間7に多孔質保護層12、ピンホール11を通じて被測定ガスである排ガスが導入されるようになっている。内部空間7は、第1内部空間7aと第2内部空間7bとに区画されており、第1内部空間7a側に、固体電解質体52とその上下面の電極2b、2aからなる酸素ポンプセル2が配置されている。酸素ポンプセル2に電圧を印加することで、第1内部空間7a内にある酸素を素子外部へポンピングあるいは第1内部空間7a内へ素子外部の酸素をポンピングすることができる。
By the way, as a well-known gas sensor element, there is a laminated type gas sensor element using an oxygen ion conductive solid electrolyte. As shown in FIG. 12, the
第1内部空間7a側には、また、固体電解質体51とその上下面の電極3a、3bからなり第1内部空間7a内の酸素濃度を検知可能な酸素モニタセル3が設けられる。酸素ポンプセル2は、この酸素モニタセル3により検出される第1内部空間7a内の酸素濃度が一定となるようにフィードバック制御される。一方、第2内部空間7b側には、固体電解質体51とその上下面の電極4a、4bからなるセンサセル4が設けられ、NOxが分解することにより生成される酸素イオンを測定するように構成されている。
On the first
上述したごとく、第1内部空間7a内の酸素濃度は一定に制御されているので、第2内部空間7b内の酸素濃度も一定となる。従って、センサセル4を移動する酸素イオンの量、すなわちセンサセル4における酸素イオン電流の大きさがNOx濃度に対応する。これにより、排ガス中の酸素濃度の増減にかかわらず、正確なNOxを濃度を測定することができる。なお、図中、61、62はスペーサ、81は基準ガス空間、9はヒータである。
As described above, since the oxygen concentration in the first
ここで、上記構成のガスセンサ素子1において、NOx濃度を検出するセンサセル4の第2内部空間7b側の電極4aには、NOxの還元・分解を促進するために、金属成分としてロジウム(Rh)を含有するサーメット電極が好適に用いられる。
Here, in the
しかしながら、本発明者等が上記構成のガスセンサ素子1の耐久試験を行ったところ、長期間作動させる間に、徐々にセンサセル4の電極4aのNOx分解活性が低下することが判明した。そのため、センサセル4における酸素イオン電流がNOx濃度を正確に反映したものとはならず、検出精度が悪化するという問題があった。
However, when the present inventors conducted an endurance test of the
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みなされたもので、センサセル4の電極4aのNOx分解活性を維持し、長期に渡り、正確にNOx等の特定ガス成分濃度を検出することができるガス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 can maintain the NOx decomposition activity of the
本発明請求項1のガスセンサ素子は、所定の拡散抵抗の下に被測定ガスが導入される内部空間と、
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、これら一対の電極への通電により上記内部空間に酸素を導入または排出して上記内部空間内の酸素濃度を調整する酸素ポンプセルと、
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス成分濃度を検出するセンサセルとを有する。また、
上記特定ガス成分濃度測定時には上記内部空間の酸素濃度を低濃度に維持し、上記特定ガス成分濃度測定時を除く特定のタイミングで上記内部空間に酸素を導入して、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝すことにより、上記センサセルの上記内部空間に面する電極の活性を回復させる制御を行う制御手段を設ける。
具体的には、上記被測定ガスが内燃機関の排気ガスである時、上記制御手段は、排気ガスがリーン状態の時に、上記酸素ポンプセルおよび上記センサセルのうち少なくとも一方の作動を停止することにより、上記内部空間に酸素を導入し、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝す制御を行う。
請求項2の発明では、上記ガスセンサ素子が素子加熱用のヒータを有しており、上記制御手段は、具体的には、上記被測定ガスを内燃機関の排気ガスとして、内燃機関の停止時に上記ヒータに通電した状態で、上記酸素ポンプセルおよび上記センサセルのうち少なくとも一方の作動を停止することにより、上記内部空間に酸素を導入し、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝す制御を行う。
The gas sensor element according to
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, the electrode has a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space, and oxygen is introduced into the internal space by energizing the pair of electrodes or An oxygen pump cell that discharges and adjusts the oxygen concentration in the internal space;
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, there is a sensor cell having a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space and detecting the concentration of a specific gas component in the gas to be measured . Also,
During the measurement of the specific gas component concentration, the oxygen concentration in the internal space is maintained at a low concentration, and oxygen is introduced into the internal space at a specific timing except during the measurement of the specific gas component concentration, and the internal space of the sensor cell is introduced. Control means is provided for performing control to restore the activity of the electrode facing the internal space of the sensor cell by exposing the facing electrode to an oxidizing atmosphere.
Specifically, when the gas to be measured is exhaust gas of an internal combustion engine, the control means stops the operation of at least one of the oxygen pump cell and the sensor cell when the exhaust gas is in a lean state. Control is performed such that oxygen is introduced into the internal space, and the electrode facing the internal space of the sensor cell is exposed to an oxidizing atmosphere.
In the invention of
上記センサセル電極の活性の低下は、電極中に含まれる金属成分の凝集による表面積減少によるものと考えられる。本発明の制御手段は、上記センサセル電極を酸化雰囲気に曝す制御を行い、金属成分の一部を酸化させる。この酸化による体積膨張で、金属成分の凝集が解消され、表面積が増加するので、上記センサセル電極の活性が回復するものと考えられる。よって、長期に渡って高い検出精度を維持することができる。 The decrease in the activity of the sensor cell electrode is considered to be due to a decrease in surface area due to aggregation of metal components contained in the electrode. The control means of the present invention performs control to expose the sensor cell electrode to an oxidizing atmosphere, and oxidizes a part of the metal component. It is considered that the activity of the sensor cell electrode is recovered because the volume expansion due to oxidation eliminates aggregation of metal components and increases the surface area. Therefore, high detection accuracy can be maintained over a long period of time.
請求項3の発明では、所定の拡散抵抗の下に被測定ガスが導入される内部空間と、
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、これら一対の電極への通電により上記内部空間に酸素を導入または排出して上記内部空間内の酸素濃度を調整する酸素ポンプセルと、
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス成分濃度を検出するセンサセルとを有するガスセンサ素子に、
上記特定ガス成分濃度測定時には上記内部空間の酸素濃度を低濃度に維持し、上記特定ガス成分濃度測定時を除く特定のタイミングで上記内部空間に酸素を導入して、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝すことにより、上記センサセルの上記内部空間に面する電極の活性を回復させる制御を行う制御手段を設ける。
上記制御手段は、上記酸素ポンプセルおよび上記センサセルのうち少なくとも一方を、上記内部空間側に酸素がポンピングされるように直流電流を流すことにより、上記内部空間に酸素を導入し、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝す制御を行う。
In the invention of
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, the electrode has a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space, and oxygen is introduced into the internal space by energizing the pair of electrodes or An oxygen pump cell that discharges and adjusts the oxygen concentration in the internal space;
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, there is a sensor cell having a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space and detecting the concentration of a specific gas component in the gas to be measured For gas sensor element,
During the measurement of the specific gas component concentration, the oxygen concentration in the internal space is maintained at a low concentration, and oxygen is introduced into the internal space at a specific timing except during the measurement of the specific gas component concentration, and the internal space of the sensor cell is introduced. Control means is provided for performing control to restore the activity of the electrode facing the internal space of the sensor cell by exposing the facing electrode to an oxidizing atmosphere.
The control means introduces oxygen into the internal space by flowing a direct current through at least one of the oxygen pump cell and the sensor cell so that oxygen is pumped to the internal space side, and Control is performed to expose the electrode facing the space to an oxidizing atmosphere.
上記酸素ポンプセルまたは上記センサセルへの電圧印加の向きを制御することにより、上記内部空間に酸素を導入することができる。よって、上記センサセル電極を酸化雰囲気に曝して、活性を回復させる同様の効果が得られる。By controlling the direction of voltage application to the oxygen pump cell or the sensor cell, oxygen can be introduced into the internal space. Therefore, the same effect of recovering the activity by exposing the sensor cell electrode to an oxidizing atmosphere can be obtained.
請求項4の発明では、上記センサセルの上記内部空間に面する電極をロジウムを含有するサーメット電極とする。
In the invention of
上記センサセルの上記内部空間に面する電極の活性の低下は、例えばNOx等の検出に使用されるロジウムを含む電極において、特に生じやすい。よって、上記センサセル電極がロジウムを含有するサーメット電極であるガスセンサ素子に、本発明の制御手段を設けると効果的であり、高性能で耐久性の高いガスセンサ素子が実現できる。The decrease in the activity of the electrode facing the internal space of the sensor cell is particularly likely to occur, for example, in an electrode containing rhodium used for detecting NOx or the like. Therefore, it is effective to provide the control means of the present invention in the gas sensor element in which the sensor cell electrode is a cermet electrode containing rhodium, and a high-performance and highly durable gas sensor element can be realized.
請求項5の発明では、請求項1ないし4のいずれかの構成において、酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、上記内部空間の酸素濃度を検出する酸素モニタセルを設ける。上記被測定ガスを内燃機関の排気ガスとする請求項1または2の構成では、この時、上記制御手段は、排気ガスがリーン状態の時または内燃機関の停止時にヒータ通電状態で、上記酸素ポンプセル、センサセルおよび酸素モニタセルのうち少なくとも一つの作動を停止することにより、上記内部空間に酸素を導入することができる。よって、上記センサセル電極を酸化雰囲気に曝して、活性を回復させる同様の効果が得られる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the structure of any one of the first to fourth aspects, a pair of electrodes provided on the surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte body so that one electrode faces the internal space is provided. a, Ru provided an oxygen monitor cell for detecting the oxygen concentration in the internal space. 3. The oxygen pump cell according to
請求項3の構成においても、この時、上記制御手段は、上記酸素ポンプセル、センサセルおよび酸素モニタセルのうち少なくとも一つを、上記内部空間に酸素を導入するように作動させることにより、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝す制御を行い、活性を回復させる同様の効果が得られる。 Also in the configuration of
上記酸素モニタセルを有する構成においては、上記酸素ポンプセル、センサセルおよび酸素モニタセルのいずれかを用いて、上記内部空間に酸素を導入することができ、上記センサセル電極を酸化雰囲気に曝して、活性を回復させる同様の効果が得られる。 In the configuration having the oxygen monitor cell, oxygen can be introduced into the internal space using any one of the oxygen pump cell, sensor cell, and oxygen monitor cell, and the sensor cell electrode is exposed to an oxidizing atmosphere to restore activity. Similar effects can be obtained.
請求項6の発明では、上記制御手段は、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝す制御を、ガスセンサ素子の温度が400℃以上の状態で行う。上記センサセル電極の活性を回復させる処理を、ガスセンサ素子の温度が高い状態で行うと、金属成分の酸化が促進されるので、より効果的である。 According to a sixth aspect of the present invention, the control means performs the control of exposing the electrode facing the internal space of the sensor cell to an oxidizing atmosphere in a state where the temperature of the gas sensor element is 400 ° C. or higher. When the treatment for restoring the activity of the sensor cell electrode is performed in a state where the temperature of the gas sensor element is high, the oxidation of the metal component is promoted, which is more effective.
請求項7の発明では、上記特定ガス成分を窒素酸化物とする。本発明は、窒素酸化物濃度を検出するためのガスセンサ素子に好適に適用される。特に、上記センサセルの上記内部空間に面する電極がロジウムを含む電極である時、上記制御手段を設けることで、排気ガス等の被測定ガス中の窒素酸化物濃度を、長期間、高精度に検出することができる。
In the invention of
本発明請求項8はガスセンサ素子の制御方法の発明であり、所定の拡散抵抗の下に被測定ガスが導入される内部空間と、
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、これら一対の電極への通電により上記内部空間に酸素を導入または排出して上記内部空間内の酸素濃度を調整する酸素ポンプセルと、
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス成分濃度を検出するセンサセルとを有するガスセンサ素子を用い、
上記特定ガス成分濃度測定時には上記内部空間の酸素濃度を低濃度に維持し、上記特定ガス成分濃度測定時を除く特定のタイミングで、かつ上記被測定ガスとしての内燃機関の排気ガスがリーン状態の時に、上記酸素ポンプセルおよび上記センサセルのうち少なくとも一方の作動を停止することにより、上記内部空間に酸素を導入して、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝すことにより、上記センサセルの上記内部空間に面する電極の活性を回復させる制御を行う。
請求項9の発明では、上記ガスセンサ素子が素子加熱用のヒータを有しており、かつ内燃機関の排気ガスを上記被測定ガスとして、
上記特定ガス成分濃度測定時には上記内部空間の酸素濃度を低濃度に維持し、上記特定ガス成分濃度測定時を除く特定のタイミングとして、内燃機関の停止時に上記ヒータに通電した状態で、上記酸素ポンプセルおよび上記センサセルのうち少なくとも一方の作動を停止することにより、上記内部空間に酸素を導入して、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝すことにより、上記センサセルの上記内部空間に面する電極の活性を回復させる制御を行う。
請求項10の制御方法では、上記ガスセンサ素子を用い、
上記特定ガス成分濃度測定時には上記内部空間の酸素濃度を低濃度に維持し、上記特定ガス成分濃度測定時を除く特定のタイミングで、上記酸素ポンプセルおよび上記センサセルのうち少なくとも一方を、上記内部空間側に酸素がポンピングされるように直流電流を流すことにより、上記内部空間に酸素を導入して、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝すことにより、上記センサセルの上記内部空間に面する電極の活性を回復させる制御を行う。
Claim 8 of the present invention is an invention of a gas sensor element control method, wherein an internal space into which a gas to be measured is introduced under a predetermined diffusion resistance,
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, the electrode has a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space, and oxygen is introduced into the internal space by energizing the pair of electrodes or An oxygen pump cell that discharges and adjusts the oxygen concentration in the internal space;
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, there is a sensor cell having a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space and detecting the concentration of a specific gas component in the gas to be measured Using gas sensor element,
At the time of measuring the specific gas component concentration, the oxygen concentration in the internal space is maintained at a low concentration, and the exhaust gas of the internal combustion engine as the measured gas is in a lean state at a specific timing except at the time of measuring the specific gas component concentration. Sometimes , by stopping the operation of at least one of the oxygen pump cell and the sensor cell, oxygen is introduced into the internal space, and the electrode facing the internal space of the sensor cell is exposed to an oxidizing atmosphere, thereby the sensor cell The control of recovering the activity of the electrode facing the internal space is performed.
In the invention of
When the specific gas component concentration is measured, the oxygen concentration of the internal space is maintained at a low concentration, and the oxygen pump cell is in a state where the heater is energized when the internal combustion engine is stopped as a specific timing excluding the specific gas component concentration measurement. And by stopping the operation of at least one of the sensor cells, oxygen is introduced into the internal space, and an electrode facing the internal space of the sensor cell is exposed to an oxidizing atmosphere, so that the internal space of the sensor cell is exposed to the internal space. Control to restore the activity of the facing electrode.
In the control method of claim 10, the gas sensor element is used,
At the time of the specific gas component concentration measurement, the oxygen concentration in the internal space is maintained at a low concentration, and at a specific timing excluding the specific gas component concentration measurement, at least one of the oxygen pump cell and the sensor cell is connected to the internal space side. By introducing a direct current so that oxygen is pumped into the internal space, oxygen is introduced into the internal space, and an electrode facing the internal space of the sensor cell is exposed to an oxidizing atmosphere, whereby the internal space of the sensor cell is exposed to the internal space. Control to restore the activity of the facing electrode.
上記センサセル電極の活性の低下は、電極中に含まれる金属成分の凝集による表面積減少によるものと考えられる。そこで、このような構成のガスセンサ素子に対しては、請求項8、9の制御方法により、上記センサセル電極を酸化雰囲気に曝し、金属成分の一部を酸化させる。活性が回復するのは、酸化による体積膨張で金属成分の凝集が解消され、表面積が増加するためと考えられ、本制御方法によって、長期に渡って高い検出精度を維持することができる。
請求項10の制御方法では、上記酸素ポンプセルまたは上記センサセルへの電圧印加の向きを制御することにより、上記内部空間に酸素を導入することができる。よって、上記センサセル電極を酸化雰囲気に曝して、活性を回復させる同様の効果が得られる。
The decrease in the activity of the sensor cell electrode is considered to be due to a decrease in surface area due to aggregation of metal components contained in the electrode. Therefore, for the gas sensor element having such a configuration, the sensor cell electrode is exposed to an oxidizing atmosphere by a control method according to
In the control method of claim 10 , oxygen can be introduced into the internal space by controlling the direction of voltage application to the oxygen pump cell or the sensor cell. Therefore, the same effect of recovering the activity by exposing the sensor cell electrode to an oxidizing atmosphere can be obtained.
請求項11の発明では、上記センサセルの上記内部空間に面する電極をロジウムを含有するサーメット電極とする。 In an eleventh aspect of the invention, the electrode facing the internal space of the sensor cell is a cermet electrode containing rhodium.
上記センサセルの上記内部空間に面する電極の活性の低下は、例えばNOx等の検出に使用されるロジウムを含む電極において、特に生じやすい。よって、上記センサセル電極がロジウムを含有するサーメット電極であるガスセンサ素子に、本発明の制御方法を適用すると効果的に性能を向上させ、耐久性を高めることができる。 The decrease in the activity of the electrode facing the internal space of the sensor cell is particularly likely to occur, for example, in an electrode containing rhodium used for detecting NOx or the like. Therefore, when the control method of the present invention is applied to a gas sensor element in which the sensor cell electrode is a cermet electrode containing rhodium, performance can be effectively improved and durability can be increased.
請求項12の制御方法では、上記ガスセンサ素子が、酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、上記内部空間の酸素濃度を検出する酸素モニタセルを備えるものとする。
The control method according to
ガスセンサ素子が酸素モニタセルを有すると、上記酸素モニタセルの信号により、上記酸素ポンプセルの印加電圧を制御し、上記内部空間の酸素濃度を一定に制御することができる。この酸素モニタセルを有する構成においても、上記内部空間に酸素を導入し、上記センサセル電極を酸化雰囲気に曝す制御方法を適用することにより、上記センサセル電極中の金属成分の凝集を解消して、活性を回復する同様の効果が得られる。 If the gas sensor element has an oxygen monitor cell, the applied voltage of the oxygen pump cell can be controlled by the signal of the oxygen monitor cell, and the oxygen concentration in the internal space can be controlled to be constant. Even in the configuration having this oxygen monitor cell, by applying oxygen to the internal space and applying a control method in which the sensor cell electrode is exposed to an oxidizing atmosphere, aggregation of metal components in the sensor cell electrode is eliminated, and activity is increased. A similar effect can be obtained.
以下、本発明の第1の実施の形態を図面により説明する。図1は本発明のガスセンサ素子1の先端部の模式的な断面図、図2は本発明のガスセンサ素子1の先端部の模式的な分解展開図である。図1では上半部に素子の軸方向断面図、下半部にそのA−A線断面図を示している。本発明のガスセンサ素子1は、被測定ガス存在空間に配設されて被測定ガス中の特定ガス成分、ここでは、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度を検出するために用いられる。測定する際には素子全体を図略の筒状ケースに収容して、被測定ガス存在空間となる内燃機関の排気管壁に固定し、図示する先端部をカバー体で保護した状態で排気管内に挿通配置する。ガスセンサ素子1の後端部はカバー体で保護されて基準酸素濃度ガスとなる大気中に配置される。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the distal end portion of the
図1、図2において、ガスセンサ素子1は、酸素ポンプセル2を構成するためのシート状の固体電解質体51と、酸素モニタセル3、センサセル4を構成するための固体電解質体52と、内部空間7を形成するためのスペーサ61と、基準ガス空間81、82を形成するためのシート状のスペーサ62、63、64と、これらを加熱するためのヒータ9とを有し、ヒータ9の上方に、スペーサ62、固体電解質体51、スペーサ61、固体電解質体52、スペーサ63、64をこの順に積層して構成される。
1 and 2, the
内部空間7は、ガスセンサ素子1の先端部が配置される被測定ガス存在空間より被測定ガスが導入される室であり、図2に示すように、固体電解質体51、52間に位置するスペーサ61に設けた抜き穴61a、61bにて形成される。これら抜き穴61aと抜き穴61bは絞り部61cによって連結されており、内部空間7は、この絞り部61cを境として、ガスセンサ素子1の先端側(図1および図2の左側)から順に、抜き穴61aからなる第1内部空間7aと、抜き穴62bからなる第2内部空間7bが区画形成されている。
The
第1内部空間7aは、固体電解質体52の先端部を貫通するピンホール11を介して、被測定ガス存在空間と連通している。このピンホール11は拡散抵抗手段として機能するもので、ピンホール11の大きさは、これを通過して第1内部空間7aおよび第2内部空間7bに導入される被測定ガスの拡散速度が所定の速度となるように、適宜設定される。
The first
また、固体電解質体52には、被測定ガス存在空間側から、ピンホール11を被覆するように多孔質アルミナ等よりなる多孔質保護層12が形成してあり、内部空間7内に位置する電極の被毒や、ピンホール11の目詰まりを防止している。
Further, a porous
基準ガス空間81、82は、一定の酸素濃度をもつ基準酸素濃度ガスとしての大気が導入される室である。基準ガス空間81は、固体電解質体51の下方に積層したスペーサ62に設けた抜き穴62a(図2)にて、基準ガス空間82は、固体電解質体52の上方に積層したスペーサ63に設けた抜き穴63aにて形成される。この抜き穴62a、63aは、ガスセンサ素子1の長手方向に延びる溝状の通路部62b、63bを介してそれぞれ大気が存在する外部空間に連通し、該通路部62b、63bを通して基準ガス空間81、82に大気が導入される。
The
なお、内部空間7、基準ガス空間81、82を構成するスペーサ61、62、63、64はアルミナ等の絶縁材料よりなる。また、酸素ポンプセル2、酸素モニタセル3、センサセル4を構成するための固体電解質体51、52は、ジルコニアやセリア等の酸素イオン導電性を有する固体状の電解質からなる。
The
図1のように、酸素ポンプセル2は、固体電解質体51と、固体電解質体51を挟むように対向配置された一対の電極2a、2bとからなり、内部空間7内に酸素を導入または内部空間7から酸素を排出して内部空間7内の酸素濃度を調整する。一対の電極2a、2bのうち、一方の電極2aは、内部空間7のガス流れの上流側に位置する第1内部空間7aに面するように、固体電解質体51の上面に接して設けられ、他方の電極2bは、基準ガス空間81に面するように固体電解質体51の下面に接して設けられている。
As shown in FIG. 1, the
センサセル4は、固体電解質体52と、固体電解質体52を挟むように対向配置された一対の電極4a、4bとからなり、被測定ガス中の特定ガス成分濃度、例えば、NOx濃度を検出する。一対の電極4a、4bのうち、一方の電極4aは、内部空間7のガス流れの下流側に位置する第2内部空間7bに面するように、固体電解質体52の下面に接して設けられ、他方の電極4bは、基準ガス空間82に面するように固体電解質体52の上面に接して設けられている。
The
酸素モニタセル3は、固体電解質体52と、固体電解質体52を挟むように対向配置された一対の電極3a、3bとからなり、内部空間7内の酸素濃度を検出する。一対の電極3a、3bのうち、一方の電極3aは、第2内部空間7bに面するように、固体電解質体52の下面に接して設けられ、他方の電極3bは、基準ガス空間82に面するように固体電解質体52の上面に接して設けられている。また、酸素モニタセル3の電極3a、3bとセンサセル4の電極4a、4bが、被測定ガスの導入方向に対しほぼ同等位置にあると、第2内部空間7bに面する電極3a、電極4a近傍の酸素濃度がほぼ等しくなるため、好ましい。
The
ここで、酸素ポンプセル2および酸素モニタセル3の一方の電極2a、3aには、被測定ガス中のNOxの分解を抑制するために、NOxの分解活性の低い電極を用いるとよい。具体的には、主金属成分として白金(Pt)と金(Au)を含有する多孔質サーメット電極が好適に用いられる。この際、金属成分中のAuの含有量は、通常、1〜10重量%程度とすることが望ましい。なお、多孔質サーメット電極は、金属合金粉末とジルコニア、アルミナ等のセラミックスをペースト化し、焼成して得られる。
Here, as one of the
また、センサセル4の一方の電極4aには、被測定ガス中のNOxを分解するために、NOxの分解活性の高い電極を用いるとよい。具体的には、主金属成分として白金(Pt)とロジウム(Rh)を含有する多孔質サーメット電極が好適に用いられる。この際、金属成分中のRhの含有量は、10〜50重量%程度とすることが好ましい。酸素ポンプセル2、酸素モニタセル3およびセンサセル4の他方の電極2b、3b、4bには、例えば、Pt多孔質サーメット電極が好適に用いられる。
Moreover, in order to decompose | disassemble NOx in to-be-measured gas, it is good to use an electrode with high decomposition activity of NOx for one
図2に示すように、酸素ポンプセル2、酸素モニタセル3、センサセル4の電極には、これら各電極2a、2b、3a、3b、4a、4bから電気信号を取り出すためのリード2c、2d、3c、3d、4c、4dが一体に形成されている。ここで、固体電解質体51、52の上下表面には、電極形成部以外の部位、特にリード2c、2d、3c、3d、4c、4dの形成部位において、これらリード2c、2d、3c、3d、4c、4dとの間に、アルミナ等の絶縁層(図略)を形成しておくことが好ましい。
As shown in FIG. 2, the electrodes of the
ヒータ9は、アルミナ等の絶縁材料からなるヒータシート13の上面に、通電により発熱するヒータ電極14をパターニング形成し、このヒータ電極14の上面(スペーサ62側の面)に、絶縁のためのアルミナ層15を形成してなる。ヒータ電極14には、通常、Ptとアルミナ等のセラミックスとのサーメット電極が用いられる。このヒータ9は、ヒータ電極14を外部からの給電により発熱させ、上記各セル2、3、4を活性化温度まで加熱するものである。
The
また、図2に示すように、ヒータ電極14および各セル2、3、4の電極2a、2b、3a、3b、4a、4bは、それぞれ、上記リード2c、2d、3c、3d、4c、4dと、固体電解質体51、52、スペーサ61、62、63、64、アルミナ層15およびヒータシート13に形成されたスルーホールSHを通して、センサ基部の端子(パッド電極)Pまで接続されている。そして、この端子Pには図示を略すコネクタを介して圧着やろう付け等によりリード線が接続され、外部回路と各セル2、3、4およびヒータ9との信号のやり取りが可能となっている。
As shown in FIG. 2, the
上記構成のガスセンサ素子1の製造方法について説明する。まず、固体電解質体51、52用のジルコニア等からなる生シートと、スペーサ61、62、63、64、ヒータシート13およびアルミナ層15となるアルミナ生シートを作製する。これら生シートは、ドクターブレード法や押出成形法等により、シート形状に成形することができる。次いで、固体電解質体51、52用の生シートと、スペーサ64用の生シートと、ヒータシート13用の生シートの所定位置に、電極2a、2b、3a、3b、4a、4b、ヒータ電極14、リード部2c、2d、3c、3d、4c、4d、端子Pを、スクリーン印刷等により形成する。そして、各シートを上記図1の順序で積層し、大気中で焼成することにより素子の一体化がなされる。
A method for manufacturing the
次に、上記構成のガスセンサ素子1の動作原理を説明する。図1において、被測定ガスである排ガスは、多孔質保護層12、ピンホール11を通過して第1内部空間7aに導入される。導入されるガス量は、多孔質保護層12、ピンホール11の拡散抵抗により決定される。さらに、導入されたガスは、絞り部61cを介して第1内部空間7aと連通する第2内部空間7bに導入される。
Next, the operation principle of the
酸素ポンプセル2の一対の電極2a、2bに、基準ガス空間81側の電極2bが+極となるように電圧を印加すると、第1内部空間7a側の電極2a上で被測定ガス中の酸素が還元されて酸素イオンとなり、ポンピング作用により電極2b側へ排出される。逆に、第1内部空間7a側の電極2aが+極となるように電圧を印加すると、基準ガス空間81側の電極2b上で酸素が還元されて酸素イオンとなり、ポンピング作用により電極2a側へ導入される。この酸素ポンプ作用により、内部空間7の酸素濃度を制御することができる。
When a voltage is applied to the pair of
一方、酸素モニタセル3の一対の電極3a、3bに、基準ガス空間82側の電極3bが+極となるように所定の電圧(例えば、0.40V)を印加すると、第2内部空間7b側の電極3a上で被測定ガス中の酸素が還元されて酸素イオンとなり、ポンピング作用により電極3b側へ排出される。ここで電極3aは、特定ガス成分であるNOxの分解に不活性なPt−Auサーメット電極であるため、電極3a、3b間に流れる酸素イオン電流は、多孔質保護層12、ピンホール11、第1内部空間7a等を通過して、第2内部空間7b内の電極3aに到達する酸素量に依存し、NOx量には依存しない。従って、電極3a、3b間を流れる電流値が所定の一定値(例えば、0.2μA)になるように、酸素ポンプセル2の電極2a、2b間の印加電圧を制御すれば、第2内部空間7bの酸素濃度を一定に制御できる。
On the other hand, when a predetermined voltage (for example, 0.40 V) is applied to the pair of
センサセル4の一対の電極4a、4bには、基準ガス空間82側の電極4bが+極となるように所定の電圧(例えば、0.40V)を印加する。ここで電極4aは、特定ガス成分であるNOxの分解に活性なPt−Rhサーメット電極であるため、第2内部空間7b側の電極4a上で被測定ガス中の酸素およびNOxが還元されて酸素イオンとなり、ポンピング作用により電極4b側へ排出される。この時、上述したように本実施の形態では、酸素モニタセル3の一対の電極3a、3b間の電流値が所定の一定値(例えば、0.2μA)となるように、酸素ポンプセル2を制御しているので、被測定ガス中にNOxが存在しなければ、センサセル4の電極4a、4b間の電流値も一定値(例えば、0.2μA)に制御される。一方、被測定ガス中にNOxが存在すると、NOx濃度に応じて電流値が増加するため、これにより被測定ガス中のNOx濃度が検出可能となる。
A predetermined voltage (for example, 0.40 V) is applied to the pair of
図3(a)はセンサセル4の電流−電圧特性を示したものである。これは、NO:1000ppmおよび500ppm、O2 :100ppm、N2 :バランスガスの条件下で、酸素ポンプセル2の印加電圧を電極2bが+極となるように0.3V、酸素モニタセル3を停止状態(酸素モニタセル3電流が0)として測定した。図3(a)に示すように、センサセル4にはNOの分解で生じた酸素イオン電流が流れ、電流−電圧特性はNOx濃度に応じた限界電流(電流値が飽和する状態)を示す。従って、センサセル4の作動電圧をセンサセル電流が限界電流となる電圧(本実施の形態では0.4V)とし、この時のセンサセル電流値(限界電流値)を測定することによりNOx濃度を測定することができる。
FIG. 3A shows the current-voltage characteristics of the
ところが、上記ガスセンサ素子1をエンジン排気管に設置して、走行距離10万kmの耐久試験を実施したところ、センサセル4の電流−電圧特性が変化することが判明した。図3(b)は耐久後のセンサセル電流−電圧特性を示したものである。耐久前の図3(a)と比較すると、電流増加領域(限界電流域より低電圧側の領域)の抵抗値が大きくなり、センサセル4の電極4aのNOx分解活性が低下していることが分かった。そのため、限界電流に到達する印加電圧が大きくなり、センサセル4の作動電圧0.4Vでは限界電流領域から外れてしまう。その結果、図4にNOx濃度とセンサ出力の関係を示すように、耐久前に比べて、耐久後のNOx感度が小さくなり、検出精度が悪化した。なお、図4の測定は、NO:0〜1000ppm、O2 :5%、N2 :バランスガスの条件下で測定した。
However, when the
一方、酸素ポンプセル2、酸素モニタセル3、センサセル4の作動を停止し(各セルの電流が0の状態)、ヒータ9のみ通電状態で、耐久後のガスセンサ素子1を空気中に曝すと、センサセル4の電極4aのNOx分解活性が回復することが見出された。上記10万km耐久後のガスセンサ素子1を、10分間、空気中に曝した後のセンサセル電流−電圧特性を図3(c)に示す。また、空気中に曝したガスセンサ素子1のセンサ出力特性(空気中酸化処理後)を上記図4中に示した。図に明らかなように、図3(c)の電流−電圧特性は耐久前の図3(a)とほぼ同様であり、図4のセンサ出力も耐久前と同程度に回復している。
On the other hand, when the operation of the
上記の現象は、センサセル4の電極4aを構成する金属成分の凝集による表面積減少と、酸化による表面積増加によるものと考えられる。すなわち、耐久中においては、第2内部空間7b内は、低酸素濃度雰囲気にあり、次第に電極4aの金属成分が凝集する。それに伴い、電極表面積が減少するため、電極4aのNOx分解活性が低下する。これに対し、分解活性が低下したセンサセル4の電極4aを高酸素濃度雰囲気(電極4a近傍で酸素濃度1%以上となることが望ましい)に曝すと、センサセル4の電極4aに含まれるRhが酸化ロジウム(Rh2 O3 )となり、体積膨張する。これにより、金属成分の凝集が解消され、表面積が増加して電極4aのNOx分解活性が回復するものと考えられる。なお、上記効果を得るためには、通常、センサセル4の電極4aに含まれる全Rh原子の1%以上が酸化されることが望ましい。ただし、Rh2 O3 が多くなると、電極4aによるNOx分解活性が低下するので、好ましくは、電極4aに含有されるRh原子のうちRh2 O3 として存在するものが5%以下となるようにするとよい。
The above phenomenon is considered to be due to a decrease in surface area due to aggregation of metal components constituting the
そこで、本発明では、酸素ポンプセル2、酸素モニタセル3、センサセル4の作動を制御する制御手段を設けて、NOx濃度測定時には、上述したように、内部空間7の酸素濃度を低濃度に維持する制御を行い、NOx濃度測定時を除く特定のタイミングで内部空間7内に酸素を導入して、センサセル4の電極4aのNOx分解活性を回復させる制御を行う。具体的には、例えばエンジンを停止した直後のタイミングで、あるいは定期的に(一定時間または走行距離毎に)NOx濃度測定に支障のないタイミングで回復処理を行うことで、電極4aのNOx分解活性を維持することができる。
Therefore, in the present invention, a control means for controlling the operation of the
より具体的には、センサセル4の電極4aのNOx分解活性を回復させる第1の方法として、内燃機関の排気管内に酸素が多い状態の時に、酸素ポンプセル2、酸素モニタセル3、センサセル4のうち少なくとも一つの作動を停止する。例えば、エンジン停止時や被測定ガスである内燃機関の排気ガスがリーン状態の時に、上記制御を行うと、内部空間7内に高酸素濃度の排気ガスが導入されるので、センサセル4の電極4aを酸化雰囲気に曝すことができる。好ましくは、酸素ポンプセル2、酸素モニタセル3、センサセル4を全て停止させるが、酸素ポンプセル2、酸素モニタセル3、センサセル4のいずれかが作動している状態でも、内部空間7内に酸素が残存している状態となるように制御すれば、上記効果が得られる。また、素子温度が低いとRhが十分酸化されないので、ヒータ9に通電した状態で上記回復制御を行うことが好ましい。好適には、素子温度(センサセル4の電極4aの温度)が400℃以上、1000℃以下となるようにするとよい。好ましくは、素子温度を600℃以上、800℃以下とする。
More specifically, as a first method for recovering the NOx decomposition activity of the
上記第1の方法により、10時間毎にエンジンを停止し、エンジン停止後もヒータ9のみ5分間通電してセンサセル4の電極4aの回復制御を行い(酸素ポンプセル2、酸素モニタセル3、センサセル4の作動は停止)、その後エンジンを再始動して、合計10万km走行する耐久試験を行った。その結果、図5に示すように、耐久後においてもNOx感度に変化がなく、高い検出精度を維持できることが分かった。これは、エンジン停止後にガスセンサ素子1が高酸素濃度雰囲気に曝された状態で、ヒータ9のみ通電することで、前述の理由により電極4aのNOx分解活性が維持されているためと考えられる。なお、ここでは、10時間毎に5分間の回復処理を行っているが、回復処理の間隔や処理時間は任意に設定することができる。
According to the first method, the engine is stopped every 10 hours, and even after the engine is stopped, only the
制御手段としては、例えば、マイコンを使用したNOxセンサ素子用ECU(図示を略す)が用いられる。このECUによる制御フローチャートの一例を図6に示す。ECUでは、まず、ステップ101において車両のイグニッションスイッチがONしているか否かを判断し、イグニッションスイッチがOFFであればステップ102へ進む。ステップ102においては、イグニッションスイッチがONからOFFとなったばかりかどうかを判断し、ステップ102が肯定判定された場合には、ステップ103へ進んで、その時点から5分間のタイマを起動する。 As the control means, for example, an NOx sensor element ECU (not shown) using a microcomputer is used. An example of a control flowchart by the ECU is shown in FIG. The ECU first determines in step 101 whether or not the ignition switch of the vehicle is ON. If the ignition switch is OFF, the ECU proceeds to step 102. In step 102, it is determined whether or not the ignition switch has just been turned from ON to OFF. If the determination in step 102 is affirmative, the routine proceeds to step 103, where a timer for 5 minutes is started.
ステップ104では、タイマ起動後、5分間経過しているか否かを判断し、5分間経過していなければ、ステップ105へ進んで、ヒータ9の通電を維持したまま、酸素ポンプセル2、酸素モニタセル3、センサセル4の印加電圧を遮断する。その後、ステップ101へ戻って以下のステップを繰り返し、ステップ104で、タイマ起動後、5分間経過したのが確認された時点で、ステップ106へ進む。ステップ106では、酸素ポンプセル2、酸素モニタセル3、センサセル4に加えて、ヒータ9もOFFし、回復処理を終了する。ステップ101において車両のイグニッションスイッチがONしている場合は、ステップ107へ進んで、ヒータ9、酸素ポンプセル2、酸素モニタセル3、センサセル4を通常動作させ、NOx濃度を検出する動作を行う。
In step 104, it is determined whether or not 5 minutes have elapsed since the timer was started. If 5 minutes have not elapsed, the process proceeds to step 105, and the
センサセルの電極4aのNOx分解活性を回復する第2の方法として、酸素ポンプセル2、酸素モニタセル3、センサセル4のうち少なくとも一つを、内部空間7内に酸素が導入されるように作動させることもできる。例えば、酸素ポンプセル2に第1内部空間7a側の電極2aが+極となるように電圧を印加すると、第1内部空間7a側へ酸素がポンピングされるので、センサセル4の電極4aを酸化雰囲気に曝すことができる。この場合も、ヒータ9に通電した状態で回復処理を行うことが好ましい。
As a second method for recovering the NOx decomposition activity of the
上記第2の方法の効果を確認するために、以下の試験を実施した。前記10万km耐久試験において、ガスセンサ素子1を連続作動し、1時間毎に1分間、第1内部空間7aに酸素を送り込むように酸素ポンプセル2に電流を流した。(本実施例では、第1内部空間7a側の電極2aが+極となるように0.5Vの電圧を印加した。その結果、上記第1の方法による場合と同様の効果が得られることを確認した。
In order to confirm the effect of the second method, the following test was performed. In the 100,000 km endurance test, the
この制御を行う際の、酸素ポンプセル2の印加電圧のタイミングチャートを図7に示す。制御手段となるNOxセンサ素子用ECU内に、イベントタイマを設け、図示するように、1時間経過毎に、1分間だけ酸素ポンプセル2の印加電圧を反転させる制御を行えばよい。
FIG. 7 shows a timing chart of the voltage applied to the
上記第2の方法の効果を確認するための他の例として、以下の試験を実施した。前記10万km耐久試験において、ガスセンサ素子1を連続作動し、1時間毎に1分間、第2内部空間7bに酸素を送り込むようにセンサセル4に電流を流した。(本実施例では、第2内部空間7b側の電極4aが+極となるように0.5Vの電圧を印加した。このように、酸素ポンプセル2の代わりに、センサセル4を用いて内部空間7内へ酸素を導入するようにしても、上記第1の方法による場合と同様の効果が得られることを確認した。
As another example for confirming the effect of the second method, the following test was performed. In the 100,000 km endurance test, the
この制御を行う際の、センサセル4の印加電圧のタイミングチャートを図8に示す。制御手段となるNOxセンサ素子用ECU内に、イベントタイマを設け、図示するように、1時間経過毎に、1分間だけセンサセル4の印加電圧を反転させる制御を行えばよい。
FIG. 8 shows a timing chart of the applied voltage of the
図9(a)、(b)は、他の動作原理を示した図であり、本発明方法を適用したガスセンサ素子1の第2の実施の形態として説明する。ガスセンサ素子1の構成は上記第1の実施の形態と同じである。上記第1の実施の形態では、酸素モニタセル3の電極3a、3b間の電流値が一定になるように酸素ポンプセル2の電極2a、2b間の印加電圧を制御したが、ここでは、予め求められた酸素ポンプセル印加電圧と酸素ポンプセル電流の関係から、酸素ポンプセル電流が限界電流となるように、酸素濃度に応じた電圧を印加することにより、第1内部空間7a内の酸素濃度を所定の低酸素濃度に制御する。
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing another operation principle, and will be described as a second embodiment of the
ただし、この方法で内部空間7内の酸素濃度を制御すると、上記第1の実施の形態のような酸素モニタセル3の検出値に基づいた制御に比べて、第2内部空間7b内の酸素濃度が変動しやすく、従って、センサセル4の電極4a、4b間に流れる電流をそのままセンサ信号とすると、NOxの検出精度が悪化する。そこで、本実施の形態では、電流差検出回路を設けて、酸素モニタセル3の電極3a、3b間に流れる電流とセンサセル4の電極4a、4b間に流れる電流との差をセンサ信号とする。このようにすると、第2内部空間7b内における酸素濃度変動の影響をなくし、被測定ガス中の酸素濃度に依存しないセンサ出力を得ることができ、精度よくNOx濃度を検出できる。
However, when the oxygen concentration in the
この構成のガスセンサ素子1においても、上述したように、特定のタイミングでセンサセル4の電極4aのNOx分解活性を回復する処理を行うことで、長期間、高いNOx検出精度を維持できる。
Also in the
前述の各実施の形態では、第2内部空間7bの酸素濃度を酸素モニタセル3に流れる電流値により検出したが、酸素モニタセル3に発生する起電力により検出することも可能である。これを第3の実施の形態として、図10に基づいて説明する。本実施の形態では、酸素モニタセル3、センサセル4を有する基本構成は上記第1の実施の形態と同様であるが、その配置が異なっており、さらに、第2の酸素ポンプセル20を設置している。また、基準ガス空間82を設けず、基準ガス空間81のみとしている。
In each of the above-described embodiments, the oxygen concentration in the second
図10において、酸素ポンプセル2は固体電解質体52の上下面に設けた電極2a、2bを有し、第1内部空間7aに面する一方の電極2aは、固体電解質体52の下面に、他方の電極2bは、固体電解質体52の上面に被測定ガス存在空間に面して設けられる。酸素モニタセル3は、一方の電極3aが固体電解質体51の上面に、第1内部空間7aに面するように設けられ、他方の電極3bは、固体電解質体51の下面に、基準ガス空間81に面して設けられる。センサセル4は、第2内部空間7bに面する一方の電極4aが、固体電解質体51の上面に、他方の電極4bは、固体電解質体51の下面に基準ガス空間81に面して設けられる。なお、電極4bは、酸素モニタセル3の電極3bと共通電極としてある。
In FIG. 10, the
第2の酸素ポンプセル20は、固体電解質体52とその表面に設けた一対の電極20a、2bからなる。一方の電極20aは、第2内部空間7bに面するように、固体電解質体52の下面に設けられ、他方の電極2bは、酸素ポンプセル2と共通電極としてある。第2の酸素ポンプセル20は、酸素ポンプセル2で排出されずに第2内部空間7bに導入される被測定ガス中の残留酸素を、被測定ガス存在空間に排出する機能を有する。
The second
この場合の作動を図10に基づいて説明する。上記構成において、酸素モニタセル3の電極3aは第1内部空間7aに面し、電極3bは大気が導入される基準ガス空間81に面している。これら電極3a、3b間には、両電極の接する第1内部空間7aと基準ガス空間81の酸素濃度の違いにより、ネルンストの式に基づいた起電力が発生する。基準ガス空間81の酸素濃度は一定であるので、電極3a、3b間に発生する起電力は、第1内部空間7aの酸素濃度を反映することになる。従って、電極3a、3b間に発生する起電力が所定の一定値(例えば、0.20V)となるように、酸素ポンプセル2の電極2a、2b間の印加電圧を制御すれば、第2内部空間7bへ流れ込む酸素濃度を一定に制御できる。さらに、本実施の形態では、固体電解質体52と電極20a、2bにより第2の酸素ポンプセル20が形成してあり、酸素ポンプセル2で排出できずに第2内部空間7bに流入した酸素を外部に排気する。これにより、第2内部空間7b内の酸素濃度はほぼ0となり、センサセル4により、高精度なNOx濃度測定が可能になる。
The operation in this case will be described with reference to FIG. In the above configuration, the
この構成のガスセンサ素子1においても、本発明により特定のタイミングでセンサセル4の電極4aのNOx分解活性を回復する処理を行うことで、長期間、高い精度でNOx濃度を検出できる。
Also in the
上記各実施の形態では、通常の方法で製造したガスセンサ素子1について、長期使用により検出精度が低下した時に、これを回復する制御方法について説明したが、製造方法を変更することで、検出精度の低下を抑制し、回復制御を不要とすることができる。この製造方法は、固体電解質体用のジルコニア等からなる生シートと、スペーサ、ヒータシートおよびアルミナ層となるアルミナ生シートを成形し、電極、ヒータ電極、リード部、端子を印刷した後、積層して大気中で焼成する工程までは、上述した方法と同様に行い、その後、一体化した素子を高温の酸化雰囲気に曝す酸化処理を行う。酸化処理温度は、400〜1000℃がよく、より好ましくは600〜900℃がよい。1000℃以上ではRh2 O3 よりも金属Rhが安定となるため、上記の析出現象が期待できず、また、400℃以下では析出速度が遅くなり、効果が得られない。酸化雰囲気は、通常、酸素濃度1%以上、酸化処理時間は1時間以上とするのがよい。
In each of the above-described embodiments, the control method for recovering the
この製造方法による作用効果について説明する。Rhは高温の酸化雰囲気下でRh2 O3 になる。センサセル4の内部空間側の電極4aはPt−Rh電極であり、酸化雰囲気に曝すことにより内部のRhがRh2 O3 として徐々に表面に析出し、表面のRh濃度が高くなる。NOx分解活性成分であるRhの電極表面濃度が高くなる。また、析出したRhは酸素ポンプセル2の電極2a等から飛散した不活性物質(Au)による被毒を受けていないため、センサセル4のNOx分解活性が格段に向上する。
The effect by this manufacturing method is demonstrated. Rh becomes Rh2 O3 in a high temperature oxidizing atmosphere. The
図11は、焼成工程後、900℃、空気中で10時間の処理を行なったガスセンサ素子1をエンジン排気管に設置して、走行距離10万kmの耐久試験を実施した結果である。図に明らかなように、耐久前後での感度変化はほとんどないことが分かる。このように、焼成工程後に酸化処理を行って製造したガスセンサ素子1は、長期に渡り高いNOx分解活性を維持することができるので、回復制御の必要がない。従って、回復制御用の装置が不要になり、簡易な構成で高い効果が得られる。
FIG. 11 shows a result of performing an endurance test with a traveling distance of 100,000 km by installing the
上記製造方法において、センサセル4の内部空間側のPt−Rh電極4aは、酸化雰囲気に曝されることにより内部のRhがRh2 O3 として徐々に表面に析出し、表面のRh濃度が高くなる。ただし、表面がRh2 O3 で覆われるに従い、Rhの析出速度は減少する。そこで、酸化雰囲気と還元雰囲気に交互に曝すようにしてもよい。すなわち、酸化処理の後、一旦、還元雰囲気に曝し、表面のRh2 O3 を金属Rhに還元する。その後、再度酸化雰囲気に曝すことで、Rhの析出をさらに促進することができる。この方法において、Rh2 O3 を金属Rhに還元する具体的な方法としては、還元雰囲気をH2 等の可燃性ガスを導入することにより形成してもよいし、あるいは、センサセル4に内部空間側の電極4aが負極となるように電圧を印加して電気的に還元してもよい。
In the above manufacturing method, when the Pt-
本製造方法は、上記各実施の形態のガスセンサ素子1構成のいずれにも好適に適用することができる。
This manufacturing method can be suitably applied to any of the
1 ガスセンサ素子
11 ピンホール
12 多孔質保護層
2 酸素ポンプセル
21、22 一対の電極
3 酸素モニタセル(モニタセル)
4 センサセル
41、42 一対の電極
51、52 固体電解質体
61、62、63、64 スペーサ
7 内部空間
7a 第1内部空間
7b 第2内部空間
81、82 基準ガス空間
9 ヒータ
P 端子
DESCRIPTION OF
4 sensor cell 41, 42 pair of
Claims (12)
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、これら一対の電極への通電により上記内部空間に酸素を導入または排出して上記内部空間内の酸素濃度を調整する酸素ポンプセルと、
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス成分濃度を検出するセンサセルとを有するガスセンサ素子であって、
上記特定ガス成分濃度測定時には上記内部空間の酸素濃度を低濃度に維持し、上記特定ガス成分濃度測定時を除く特定のタイミングで上記内部空間に酸素を導入して、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝すことにより、上記センサセルの上記内部空間に面する電極の活性を回復させる制御を行う制御手段を設け、
上記被測定ガスを内燃機関の排気ガスとして、上記制御手段は、排気ガスがリーン状態の時に、上記酸素ポンプセルおよび上記センサセルのうち少なくとも一方の作動を停止することにより、上記内部空間に酸素を導入することを特徴とするガスセンサ素子。 An internal space into which the gas to be measured is introduced under a predetermined diffusion resistance;
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, the electrode has a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space, and oxygen is introduced into the internal space by energizing the pair of electrodes or An oxygen pump cell that discharges and adjusts the oxygen concentration in the internal space;
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, there is a sensor cell having a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space and detecting the concentration of a specific gas component in the gas to be measured A gas sensor element,
During the measurement of the specific gas component concentration, the oxygen concentration in the internal space is maintained at a low concentration, and oxygen is introduced into the internal space at a specific timing except during the measurement of the specific gas component concentration, and the internal space of the sensor cell is introduced. Providing a control means for performing control to recover the activity of the electrode facing the internal space of the sensor cell by exposing the facing electrode to an oxidizing atmosphere;
Using the gas to be measured as exhaust gas of the internal combustion engine, the control means introduces oxygen into the internal space by stopping the operation of at least one of the oxygen pump cell and the sensor cell when the exhaust gas is in a lean state. A gas sensor element characterized by comprising:
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、これら一対の電極への通電により上記内部空間に酸素を導入または排出して上記内部空間内の酸素濃度を調整する酸素ポンプセルと、
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス成分濃度を検出するセンサセルと、
素子加熱用のヒータとを有するガスセンサ素子であって、
上記特定ガス成分濃度測定時には上記内部空間の酸素濃度を低濃度に維持し、上記特定ガス成分濃度測定時を除く特定のタイミングで上記内部空間に酸素を導入して、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝すことにより、上記センサセルの上記内部空間に面する電極の活性を回復させる制御を行う制御手段を設け、
上記被測定ガスを内燃機関の排気ガスとして、上記制御手段は、内燃機関の停止時に上記ヒータに通電した状態で、上記酸素ポンプセルおよび上記センサセルのうち少なくとも一方の作動を停止することにより、上記内部空間に酸素を導入することを特徴とするガスセンサ素子。 An internal space into which the gas to be measured is introduced under a predetermined diffusion resistance;
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, the electrode has a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space, and oxygen is introduced into the internal space by energizing the pair of electrodes or An oxygen pump cell that discharges and adjusts the oxygen concentration in the internal space;
A sensor cell that has a pair of electrodes provided on the surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte body so that one electrode faces the internal space, and detects a specific gas component concentration in the gas to be measured ;
A gas sensor element having a heater for heating the element,
During the measurement of the specific gas component concentration, the oxygen concentration in the internal space is maintained at a low concentration, and oxygen is introduced into the internal space at a specific timing except during the measurement of the specific gas component concentration, and the internal space of the sensor cell is introduced. Providing a control means for performing control to recover the activity of the electrode facing the internal space of the sensor cell by exposing the facing electrode to an oxidizing atmosphere;
By using the gas to be measured as exhaust gas of the internal combustion engine, the control means stops the operation of at least one of the oxygen pump cell and the sensor cell while energizing the heater when the internal combustion engine is stopped. A gas sensor element, wherein oxygen is introduced into a space.
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、これら一対の電極への通電により上記内部空間に酸素を導入または排出して上記内部空間内の酸素濃度を調整する酸素ポンプセルと、
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス成分濃度を検出するセンサセルとを有するガスセンサ素子であって、
上記特定ガス成分濃度測定時には上記内部空間の酸素濃度を低濃度に維持し、上記特定ガス成分濃度測定時を除く特定のタイミングで上記内部空間に酸素を導入して、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝すことにより、上記センサセルの上記内部空間に面する電極の活性を回復させる制御を行う制御手段を設け、
上記制御手段は、上記酸素ポンプセルおよび上記センサセルのうち少なくとも一方を、上記内部空間側に酸素がポンピングされるように直流電流を流すことにより、上記内部空間に酸素を導入することを特徴とするガスセンサ素子。 An internal space into which the gas to be measured is introduced under a predetermined diffusion resistance;
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, the electrode has a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space, and oxygen is introduced into the internal space by energizing the pair of electrodes or An oxygen pump cell that discharges and adjusts the oxygen concentration in the internal space;
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, there is a sensor cell having a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space and detecting the concentration of a specific gas component in the gas to be measured A gas sensor element,
During the measurement of the specific gas component concentration, the oxygen concentration in the internal space is maintained at a low concentration, and oxygen is introduced into the internal space at a specific timing except during the measurement of the specific gas component concentration, and the internal space of the sensor cell is introduced. Providing a control means for performing control to recover the activity of the electrode facing the internal space of the sensor cell by exposing the facing electrode to an oxidizing atmosphere;
The control means introduces oxygen into the internal space by flowing a direct current through at least one of the oxygen pump cell and the sensor cell so that oxygen is pumped to the internal space side. element.
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、これら一対の電極への通電により上記内部空間に酸素を導入または排出して上記内部空間内の酸素濃度を調整する酸素ポンプセルと、
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス成分濃度を検出するセンサセルとを有するガスセンサ素子を用い、
上記特定ガス成分濃度測定時には上記内部空間の酸素濃度を低濃度に維持し、上記特定ガス成分濃度測定時を除く特定のタイミングで、かつ上記被測定ガスとしての内燃機関の排気ガスがリーン状態の時に、上記酸素ポンプセルおよび上記センサセルのうち少なくとも一方の作動を停止することにより、上記内部空間に酸素を導入して、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝すことにより、上記センサセルの上記内部空間に面する電極の活性を回復させることを特徴とするガスセンサ素子の制御方法。 An internal space into which the gas to be measured is introduced under a predetermined diffusion resistance;
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, the electrode has a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space, and oxygen is introduced into the internal space by energizing the pair of electrodes or An oxygen pump cell that discharges and adjusts the oxygen concentration in the internal space;
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, there is a sensor cell having a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space and detecting the concentration of a specific gas component in the gas to be measured Using gas sensor element,
At the time of measuring the specific gas component concentration, the oxygen concentration in the internal space is maintained at a low concentration, and the exhaust gas of the internal combustion engine as the measured gas is in a lean state at a specific timing except at the time of measuring the specific gas component concentration. Sometimes , by stopping the operation of at least one of the oxygen pump cell and the sensor cell, oxygen is introduced into the internal space, and the electrode facing the internal space of the sensor cell is exposed to an oxidizing atmosphere, thereby the sensor cell A method for controlling a gas sensor element, comprising: recovering the activity of an electrode facing the internal space.
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、これら一対の電極への通電により上記内部空間に酸素を導入または排出して上記内部空間内の酸素濃度を調整する酸素ポンプセルと、
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス成分濃度を検出するセンサセルと、
素子加熱用のヒータとを有するガスセンサ素子を用い、かつ内燃機関の排気ガスを上記被測定ガスとして、
上記特定ガス成分濃度測定時には上記内部空間の酸素濃度を低濃度に維持し、上記特定ガス成分濃度測定時を除く特定のタイミングとして、内燃機関の停止時に上記ヒータに通電した状態で、上記酸素ポンプセルおよび上記センサセルのうち少なくとも一方の作動を停止することにより、上記内部空間に酸素を導入して、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝すことにより、上記センサセルの上記内部空間に面する電極の活性を回復させることを特徴とするガスセンサ素子の制御方法。 An internal space into which the gas to be measured is introduced under a predetermined diffusion resistance;
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, the electrode has a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space, and oxygen is introduced into the internal space by energizing the pair of electrodes or An oxygen pump cell that discharges and adjusts the oxygen concentration in the internal space;
A sensor cell that has a pair of electrodes provided on the surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte body so that one electrode faces the internal space, and detects a specific gas component concentration in the gas to be measured ;
Using a gas sensor element having a heater for heating the element, and using the exhaust gas of the internal combustion engine as the measured gas,
When the specific gas component concentration is measured, the oxygen concentration of the internal space is maintained at a low concentration, and the oxygen pump cell is in a state where the heater is energized when the internal combustion engine is stopped as a specific timing excluding the specific gas component concentration measurement. And by stopping the operation of at least one of the sensor cells, oxygen is introduced into the internal space, and an electrode facing the internal space of the sensor cell is exposed to an oxidizing atmosphere, so that the internal space of the sensor cell is exposed to the internal space. A method for controlling a gas sensor element, wherein the activity of the facing electrode is restored.
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、これら一対の電極への通電により上記内部空間に酸素を導入または排出して上記内部空間内の酸素濃度を調整する酸素ポンプセルと、
酸素イオン導電性の固体電解質体の表面に、一方の電極が上記内部空間に面するように設けられた一対の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス成分濃度を検出するセンサセルとを有するガスセンサ素子を用い、
上記特定ガス成分濃度測定時には上記内部空間の酸素濃度を低濃度に維持し、上記特定ガス成分濃度測定時を除く特定のタイミングで、上記酸素ポンプセルおよび上記センサセルのうち少なくとも一方を、上記内部空間側に酸素がポンピングされるように直流電流を流すことにより、上記内部空間に酸素を導入して、上記センサセルの上記内部空間に面する電極を酸化雰囲気に曝すことにより、上記センサセルの上記内部空間に面する電極の活性を回復させることを特徴とするガスセンサ素子の制御方法。 An internal space into which the gas to be measured is introduced under a predetermined diffusion resistance;
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, the electrode has a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space, and oxygen is introduced into the internal space by energizing the pair of electrodes or An oxygen pump cell that discharges and adjusts the oxygen concentration in the internal space;
On the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body, there is a sensor cell having a pair of electrodes provided so that one electrode faces the internal space and detecting the concentration of a specific gas component in the gas to be measured Using gas sensor element,
At the time of the specific gas component concentration measurement, the oxygen concentration in the internal space is maintained at a low concentration, and at a specific timing excluding the specific gas component concentration measurement, at least one of the oxygen pump cell and the sensor cell is connected to the internal space side. By introducing a direct current so that oxygen is pumped into the internal space, oxygen is introduced into the internal space, and an electrode facing the internal space of the sensor cell is exposed to an oxidizing atmosphere, whereby the internal space of the sensor cell is A method for controlling a gas sensor element, wherein the activity of the facing electrode is restored .
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4872565B2 (en) * | 2006-01-23 | 2012-02-08 | 株式会社デンソー | Gas sensor element |
US8168053B2 (en) | 2006-01-23 | 2012-05-01 | Denso Corporation | Gas sensing member used for gas sensor and method of manufacturing the member |
DE102008043763A1 (en) | 2007-11-16 | 2009-08-13 | DENSO CORPORATION, Kariya-shi | Connecting material and method for producing a ceramic joint body |
JP5093672B2 (en) * | 2008-04-15 | 2012-12-12 | トヨタ自動車株式会社 | NOx sensor deterioration determination control device and deterioration recovery control device |
JP5350670B2 (en) * | 2008-04-28 | 2013-11-27 | 日本特殊陶業株式会社 | Control device for water vapor sensor for fuel cell, water vapor sensor for fuel cell, and fuel cell system |
JP5559960B2 (en) * | 2008-05-28 | 2014-07-23 | トヨタ自動車株式会社 | NOx sensor and its degradation suppression recovery control device |
DE102009038097A1 (en) * | 2009-08-19 | 2011-03-03 | Beru Ag | Gas sensor for measuring oxygen concentration of gases, has substrate layers, heating element and oxygen-sensitive function layer for measuring oxygen concentration by measuring temperature |
JP2011149732A (en) * | 2010-01-19 | 2011-08-04 | Toyota Motor Corp | METHOD FOR MANUFACTURING NOx SENSOR |
JP5229508B2 (en) * | 2010-06-10 | 2013-07-03 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Oxygen partial pressure control apparatus and solid electrolyte recovery method for oxygen partial pressure control |
JP6558109B2 (en) * | 2014-07-25 | 2019-08-14 | 株式会社デンソー | Gas concentration detector |
JP6117752B2 (en) * | 2014-09-01 | 2017-04-19 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | Gas concentration detector |
JP6048463B2 (en) * | 2014-09-01 | 2016-12-21 | トヨタ自動車株式会社 | Gas concentration detector |
JP6187439B2 (en) * | 2014-12-03 | 2017-08-30 | トヨタ自動車株式会社 | Gas detector |
JP6488224B2 (en) * | 2015-01-08 | 2019-03-20 | 株式会社デンソー | NOx detection sensor |
WO2016111345A1 (en) * | 2015-01-08 | 2016-07-14 | 株式会社デンソー | NOx SENSOR |
JP5938133B1 (en) * | 2015-11-17 | 2016-06-22 | 日本碍子株式会社 | Detection electrode of gas sensor, gas sensor, and method of manufacturing gas sensor |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2885336B2 (en) * | 1994-04-21 | 1999-04-19 | 日本碍子株式会社 | Method and apparatus for measuring NOx concentration in gas to be measured |
JP3050781B2 (en) * | 1995-10-20 | 2000-06-12 | 日本碍子株式会社 | Method and apparatus for measuring predetermined gas component in gas to be measured |
JP3488591B2 (en) * | 1996-03-28 | 2004-01-19 | 日本碍子株式会社 | Oxide sensor |
JPH09274006A (en) * | 1996-04-05 | 1997-10-21 | Honda Motor Co Ltd | Method and apparatus for degradation suppression and control of air-fuel ratio sensor |
JP3623066B2 (en) * | 1997-02-12 | 2005-02-23 | 日本碍子株式会社 | Gas sensor |
JP2001141696A (en) * | 1999-11-18 | 2001-05-25 | Nippon Soken Inc | Gas-detecting apparatus |
JP3866881B2 (en) * | 1999-06-28 | 2007-01-10 | 日本碍子株式会社 | Gas sensor and method for preventing deterioration of gas sensor |
JP4003879B2 (en) * | 2003-02-13 | 2007-11-07 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | Method for manufacturing gas sensor element and gas sensor element |
-
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