JP5982293B2 - Gas sensor element, gas sensor and exhaust gas purification device - Google Patents

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Description

本発明は、ガスセンサ素子、ガスセンサ及び排ガス浄化装置に関する。   The present invention relates to a gas sensor element, a gas sensor, and an exhaust gas purification device.

従来、自動車エンジン等の内燃機関から排気される排ガスを浄化するため、内燃機関の下流側に排ガス浄化装置が設けられている。排ガス浄化装置は、例えば、排ガスを浄化するための三元触媒と、センサ出力により排ガス中の空気過剰率(λ)を検出するガスセンサとを有している。排ガス浄化装置は、三元触媒を通過した後の排ガスの空気過剰率(λ)を内燃機関の制御部にフィードバックし、三元触媒が有効に機能するように内燃機関の運転条件を制御することにより排ガスを浄化している。   Conventionally, in order to purify exhaust gas exhausted from an internal combustion engine such as an automobile engine, an exhaust gas purification device is provided on the downstream side of the internal combustion engine. The exhaust gas purification apparatus includes, for example, a three-way catalyst for purifying exhaust gas and a gas sensor that detects an excess air ratio (λ) in the exhaust gas based on sensor output. The exhaust gas purification device feeds back the excess air ratio (λ) of the exhaust gas after passing through the three-way catalyst to the control unit of the internal combustion engine, and controls the operating conditions of the internal combustion engine so that the three-way catalyst functions effectively The exhaust gas is purified by

具体的には、排ガス中に含まれるNOxは、一般に、空気過剰率λが1以下のリッチ領域から空気過剰率λが1であるストイキまでの間においてはほとんど排出されず、空気過剰率λが1より大きいリーン領域において主に排出される。そのため、正確にストイキ(λ=1)を検出できるガスセンサを用い、検出される空気過剰率λがリーン領域に入らないように内燃機関を制御することにより、NOxの排出抑制が行われている。   Specifically, NOx contained in the exhaust gas is generally hardly exhausted from the rich region where the excess air ratio λ is 1 or less to the stoichiometric where the excess air ratio λ is 1, and the excess air ratio λ is It is mainly discharged in lean areas greater than one. Therefore, NOx emissions are suppressed by using a gas sensor that can accurately detect stoichiometry (λ = 1) and controlling the internal combustion engine so that the detected excess air ratio λ does not enter the lean region.

上記ガスセンサとしては、酸化物イオン伝導性の固体電解質体とPt(白金)電極とからなるガスセンサ素子を有するものが知られている。また、特許文献1には、上記ガスセンサ素子において、被測定ガス検出側のPt電極の表面のみに、Ba(バリウム)、Al(アルミニウム)、Ce(セリウム)、Cr(クロム)、Fe(鉄)及びCo(コバルト)からなる元素のうちから選択された少なくとも1種の金属が添加され、かつ、Ptと上記添加金属とが直接結合してなるガスセンサ素子が提案されている。   As the gas sensor, one having a gas sensor element composed of an oxide ion conductive solid electrolyte body and a Pt (platinum) electrode is known. Patent Document 1 discloses that in the above gas sensor element, only Ba (barium), Al (aluminum), Ce (cerium), Cr (chromium), Fe (iron) is provided on the surface of the Pt electrode on the measurement gas detection side. In addition, a gas sensor element is proposed in which at least one metal selected from the elements consisting of Co and cobalt (Co) is added, and Pt and the added metal are directly bonded.

特許第3534149号公報Japanese Patent No. 3534149

しかしながら、特許文献1のガスセンサ素子は以下の点で改良すべき点がある。
すなわち、上記ガスセンサ素子は、被測定ガス検出側のPt電極の表面において、Ptと特定の異種元素とを結合させており、Ptと異種元素とは強い相互作用を有している。そのため、このガスセンサ素子を用いたガスセンサは、Hに対しては従来のガスセンサと同等のセンサ出力を発生することができる。しかし、Ba、Crを結合させた場合、COに対して低いセンサ出力を発生する。また、Ba、Cr、Fe、Ceを結合させた場合、パラフィン系炭化水素に対して低いセンサ出力を発生する。
However, the gas sensor element of Patent Document 1 has the following points to be improved.
That is, the gas sensor element combines Pt and a specific different element on the surface of the Pt electrode on the gas to be measured side, and Pt and the different element have a strong interaction. Therefore, a gas sensor using this gas sensor element can generate a sensor output equivalent to a conventional gas sensor for H 2 . However, when Ba and Cr are combined, a low sensor output is generated with respect to CO. Also, when Ba, Cr, Fe, and Ce are combined, a low sensor output is generated for paraffinic hydrocarbons.

このような特性を示す上記ガスセンサ素子は、CO、パラフィン系炭化水素に対するPtの触媒性能(酸化性能)が著しく低下する。そのため、リッチ領域において電極がOを消費できなくなる。その結果、リッチ領域のセンサ出力が大きく低下し、空気過剰率対センサ出力の特性における曲線(以下、適宜、λ曲線という)も、リッチ領域でセンサ出力が緩やかに変化する形状を呈するようになる。それ故、ガスセンサ素子は、制御に使用できるセンサ出力範囲が狭くなり、NOxの低減に有用なリッチ側の空気過剰率を精度良く検出することが困難となる。 In the gas sensor element exhibiting such characteristics, the catalytic performance (oxidation performance) of Pt with respect to CO and paraffinic hydrocarbons is significantly reduced. Therefore, the electrode cannot consume O 2 in the rich region. As a result, the sensor output in the rich region is greatly reduced, and the curve of the excess air ratio vs. sensor output characteristic (hereinafter, referred to as λ curve as appropriate) also exhibits a shape in which the sensor output gradually changes in the rich region. . Therefore, the gas sensor element has a narrow sensor output range that can be used for control, and it is difficult to accurately detect the rich air excess ratio useful for NOx reduction.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、リッチ領域の空気過剰率を精度良く検出することが可能なガスセンサ素子及びこれを用いたガスセンサを提供しようとするものである。また、このガスセンサを用いた排ガス浄化装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a gas sensor element capable of accurately detecting an excess air ratio in a rich region and a gas sensor using the same. The present invention also aims to provide an exhaust gas purification device using this gas sensor.

本発明の一の態様は、酸化物イオン伝導性の固体電解質体(2)と、
該固体電解質体(2)の一方の面に設けられ、被測定ガスを接触させるための被測定ガス側電極(3)と、
上記固体電解質体(2)の他方の面に設けられ、基準ガスを接触させるための基準ガス側電極(4)とを有し、被測定ガスが理論空燃比に対してリーン状態にあるかリッチ状態にあるかの判別を行うガスセンサに用いられるガスセンサ素子(1)であって、
上記被測定ガス側電極(3)の、上記固体電解質体(2)を介して上記基準ガス電極(4)の表面の反対側に位置する表面(300)は、上記被測定ガス側電極(3)を構成する電極材料の触媒性能を抑制するための電極被覆部(5)が、上記被測定ガス側電極(3)の表面(300)を部分的に覆うと共に、該表面(300)全体にわたって間欠的に設けられており、
上記電極被覆部(5)は、Ba、Sr、Cs、Rb、K、Na及びLaから選択される少なくとも一種以上の元素を含有する化合物からなり、
化合物は、上記被測定ガス側電極(3)を構成する電極材料と化学的に結合することなく存在していることを特徴とするガスセンサ素子(1)にある(請求項1)。
One aspect of the present invention is an oxide ion conductive solid electrolyte body (2),
A measured gas side electrode (3) provided on one surface of the solid electrolyte body (2) for contacting the measured gas;
A reference gas side electrode (4) provided on the other surface of the solid electrolyte body (2) for contacting a reference gas, wherein the gas to be measured is lean or rich with respect to the stoichiometric air-fuel ratio; A gas sensor element (1) used in a gas sensor for determining whether or not a state is present,
On the surface (300) of the measured gas side electrode ( 3) located on the opposite side of the surface of the reference gas electrode (4) via the solid electrolyte body (2), the measured gas side electrode ( The electrode covering portion (5) for suppressing the catalytic performance of the electrode material constituting 3) partially covers the surface (300) of the measured gas side electrode (3) and the entire surface (300). Are provided intermittently,
The electrode covering portion (5) is composed of a compound containing at least one element selected from Ba, Sr, Cs, Rb, K, Na and La,
The compound is present in the gas sensor element (1), wherein the compound exists without being chemically bonded to the electrode material constituting the gas side electrode (3) to be measured (Claim 1).

本発明の他の態様は、上記ガスセンサ素子を有することを特徴とするガスセンサにある(請求項4)。   Another aspect of the present invention is a gas sensor having the gas sensor element (claim 4).

本発明のさらに他の態様は、排ガスを浄化するための触媒と、
上記ガスセンサ素子を有するガスセンサとを備え、
上記触媒に使用される車両一台当たりの貴金属の総量が5.0g以下であることを特徴とする排ガス浄化装置にある(請求項5)。
Still another aspect of the present invention provides a catalyst for purifying exhaust gas,
A gas sensor having the gas sensor element,
The total amount of noble metal per vehicle used for the catalyst is 5.0 g or less.

上記ガスセンサ素子において、被測定ガス側電極の表面上には、Ba(バリウム)、Sr(ストロンチウム)、Cs(セシウム)、Rb(ルビジウム)、K(カリウム)、Na(ナトリウム)及びLa(ランタン)から選択される少なくとも一種以上の元素を含有する化合物からなる電極被覆部が設けられている。そして、電極被覆部を構成する上記化合物は、被測定ガス側電極を構成する電極材料と化学的に結合することなく存在している。そのため、上記ガスセンサ素子のλ曲線は、リッチ領域のセンサ出力が大きく低下することなく、かつ、リッチ領域にてセンサ出力が急峻に変化する形状を呈するようになる。これは以下の原理によるものと推察される。   In the gas sensor element, Ba (barium), Sr (strontium), Cs (cesium), Rb (rubidium), K (potassium), Na (sodium), and La (lanthanum) are formed on the surface of the gas side electrode to be measured. An electrode covering portion made of a compound containing at least one element selected from is provided. And the said compound which comprises an electrode coating | coated part exists, without chemically couple | bonding with the electrode material which comprises a to-be-measured gas side electrode. For this reason, the λ curve of the gas sensor element has a shape in which the sensor output in the rich region does not significantly decrease and the sensor output changes abruptly in the rich region. This is presumed to be due to the following principle.

すなわち、電極被覆部を構成する上記化合物は、被測定ガス側電極を構成する上記電極材料(例えば、Pt(白金)等)と化学的に結合することなく、接触するような状態であることにより、上記電極材料とOとの結合性を高め、弱リッチ領域〜リーン領域において上記電極材料を酸化させる作用を有する。酸化された状態の上記電極材料は、酸化されていない状態と比較して触媒性能が適度に抑制される。特に、パラフィン系炭化水素に対する酸化性能(浄化性能)が適度に低下する。そのため、弱リッチ領域において(リッチ領域にもかかわらず)、被測定ガス側電極上において本来消費されるはずであったOが余り、この余ったOを検出することによってセンサ出力が低下する。 That is, the compound constituting the electrode covering portion is in a state where it is in contact with the electrode material (for example, Pt (platinum)) constituting the measurement gas side electrode without being chemically bonded. increase the binding property between the electrode material and O 2, it has the effect of oxidizing the electrode material in the weak-rich region-lean region. In the oxidized electrode material, the catalyst performance is moderately suppressed as compared with the non-oxidized state. In particular, the oxidation performance (purification performance) for paraffinic hydrocarbons is moderately reduced. Therefore, in the weak-rich region (despite rich region), the remainder is O 2 was supposed consumed originally on the measured gas side electrode, the sensor output decreases by detecting the excess O 2 .

一方、リッチ領域では、酸化された状態の上記電極材料が元の状態(酸化されていない状態)に戻る還元反応が進行する。そのため、上記電極材料は、本来有する触媒性能(特にパラフィン系炭化水素に対する酸化性能(浄化性能))を発揮するようになり、通常のセンサ出力を示す。これにより、リッチ領域のセンサ出力が大きく低下することなく、かつ、リッチ領域にてセンサ出力が急峻に変化する形状のλ曲線を有するガスセンサ素子が得られるものと推察される。   On the other hand, in the rich region, the reduction reaction proceeds to return the oxidized electrode material to the original state (non-oxidized state). For this reason, the above-mentioned electrode material exhibits its inherent catalytic performance (particularly oxidation performance (purification performance) for paraffinic hydrocarbons) and exhibits normal sensor output. Accordingly, it is presumed that a gas sensor element having a λ curve having a shape in which the sensor output changes sharply in the rich region without significantly decreasing the sensor output in the rich region can be obtained.

そして、従来知られるように、Pt等からなる被測定ガス側電極を用いたガスセンサ素子は、空気過剰率λが1のときにセンサ出力が急峻に変化するλ曲線を有している。これに対し、上記ガスセンサ素子は、リッチ領域のセンサ出力を従来のガスセンサ素子とほぼ同等に維持したまま、センサ出力が急峻に変化するときの空気過剰率(以下、適宜、λ点という)をリッチ側にシフトさせることができる。また、上記化合物に含有する上記元素の選択により、上記電極材料の触媒性能の抑制度合いを変化させ、λ点のリッチ側へのシフト量を制御することもできる。よって、制御に使用できるセンサ出力範囲が広くなり、NOxの低減に有用なリッチ領域の空気過剰率を精度良く検出することができる。   As is conventionally known, a gas sensor element using a measured gas side electrode made of Pt or the like has a λ curve in which the sensor output changes sharply when the excess air ratio λ is 1. On the other hand, the gas sensor element has a rich excess air ratio (hereinafter referred to as λ point as appropriate) when the sensor output changes sharply while maintaining the sensor output in the rich region almost equal to that of the conventional gas sensor element. Can be shifted to the side. Further, by selecting the element contained in the compound, the degree of suppression of the catalyst performance of the electrode material can be changed, and the shift amount of the λ point to the rich side can be controlled. Therefore, the sensor output range that can be used for the control is widened, and the excess air ratio in the rich region useful for NOx reduction can be detected with high accuracy.

また、上記ガスセンサ素子において、上記電極材料からなる被測定ガス側電極の表面上には、上記化合物からなる電極被覆部が被測定ガス側電極の表面全体にわたって均一かつ間欠的に設けられている。そのため、上記ガスセンサ素子のガス応答性を十分に確保することができると共に、λ点をリッチ側にシフトさせるという上述の効果を有効に発揮することができる。   In the gas sensor element, an electrode covering portion made of the compound is uniformly and intermittently provided on the surface of the measured gas side electrode made of the electrode material over the entire surface of the measured gas side electrode. Therefore, the gas responsiveness of the gas sensor element can be sufficiently secured, and the above-described effect of shifting the λ point to the rich side can be effectively exhibited.

すなわち、電極被覆部を構成する上記化合物は、被測定ガス側電極を構成する上記電極材料と接触している箇所において、該電極材料の触媒性能を抑制する効果を発揮する。そのため、電極被覆部(上記化合物)と被測定ガス側電極(上記電極材料)との接点が多いほど、また被測定ガス側電極表面上に電極被覆部が均一に存在するほど、被測定ガス側電極を構成する上記電極材料の触媒性能を抑制する効果を発揮することができる。したがって、電極被覆部が被測定ガス側電極表面上において偏在している場合には、上記電極材料の触媒性能を抑制する効果を安定して発揮することができず、センサ出力が不安定となるおそれがある。一方、被測定ガス側電極表面全体を電極被覆部が覆ってしまうと、被測定ガス側電極への被測定ガスの拡散が阻害され、ガス応答性の低下を招くおそれがある。   That is, the compound that constitutes the electrode covering portion exhibits an effect of suppressing the catalytic performance of the electrode material at a location where it is in contact with the electrode material that constitutes the measurement gas side electrode. Therefore, the more contact points between the electrode covering portion (the compound) and the measured gas side electrode (the electrode material), and the more uniformly the electrode covering portion is present on the measured gas side electrode surface, the measured gas side The effect which suppresses the catalyst performance of the said electrode material which comprises an electrode can be exhibited. Therefore, when the electrode covering portion is unevenly distributed on the measured gas side electrode surface, the effect of suppressing the catalytic performance of the electrode material cannot be stably exhibited, and the sensor output becomes unstable. There is a fear. On the other hand, if the electrode covering portion covers the entire surface of the measured gas side electrode, the diffusion of the measured gas to the measured gas side electrode may be hindered, leading to a decrease in gas responsiveness.

そこで、上記ガスセンサ素子では、上記化合物からなる電極被覆部を、上記電極材料からなる被測定ガス側電極の表面全体にわたって偏在させることなく均一に、かつ表面全体を覆わない程度に間欠的に存在させている。これにより、上記ガスセンサ素子のガス応答性を低下させることなく、ガス応答性を十分に確保しながら、λ点を安定してリッチ側にシフトさせることができる。   Therefore, in the gas sensor element, the electrode covering portion made of the compound is made to exist uniformly without being unevenly distributed over the entire surface of the gas side electrode to be measured made of the electrode material, and so as not to cover the entire surface. ing. This makes it possible to stably shift the λ point to the rich side while ensuring sufficient gas responsiveness without reducing the gas responsiveness of the gas sensor element.

このように、リッチ領域の空気過剰率を精度良く検出することが可能なガスセンサ素子及びこれを用いたガスセンサを提供することができる。   Thus, it is possible to provide a gas sensor element capable of accurately detecting the excess air ratio in the rich region and a gas sensor using the gas sensor element.

また、従来のガスセンサを用いた排ガス浄化装置は、排ガスを浄化する触媒に使用される貴金属量を低減させると、ストイキ(λ=1)近傍からでもNOxが排出されることが判明している。この現象は、特に耐久劣化後において顕著である。
一方、上記排ガス浄化装置は、上記ガスセンサ素子を有するガスセンサを用いている。そのため、NOxが排出されにくいリッチ領域にて内燃機関等の運転を制御することが可能となる。触媒に使用される車両一台当たりの貴金属の総量が5.0g以下に低減された場合であっても、NOx排出量を抑制することができる。これにより、上記排ガス浄化装置は、貴金属量の低減とNOx排出量の低減とを両立することができる。
Further, it has been found that an exhaust gas purification apparatus using a conventional gas sensor emits NOx even from the vicinity of stoichiometric (λ = 1) when the amount of noble metal used for a catalyst for purifying exhaust gas is reduced. This phenomenon is particularly noticeable after deterioration of durability.
On the other hand, the exhaust gas purification apparatus uses a gas sensor having the gas sensor element. Therefore, it is possible to control the operation of the internal combustion engine or the like in a rich region where NOx is difficult to be discharged. Even when the total amount of precious metals per vehicle used for the catalyst is reduced to 5.0 g or less, the NOx emission amount can be suppressed. Thereby, the exhaust gas purification apparatus can achieve both a reduction in the amount of noble metal and a reduction in the NOx emission amount.

実施例1における、ガスセンサ素子を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a gas sensor element in Example 1. 実施例1における、ガスセンサ素子の構造を示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows the structure of the gas sensor element in Example 1. FIG. 実施例1における、ガスセンサ素子の一部を拡大して示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which expands and shows a part of gas sensor element in Example 1. FIG. 実施例1における、ガスセンサの構造を示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows the structure of the gas sensor in Example 1. FIG. 実施例1における、排ガス浄化装置の構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the structure of the exhaust gas purification apparatus in Example 1. FIG. 実施例1における、空燃比A/Fとセンサ出力との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the air fuel ratio A / F and sensor output in Example 1. FIG. 実施例1における、電極被覆率とλ点リッチ側シフト量及び応答時間との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the electrode coverage, the (lambda) point rich side shift amount, and response time in Example 1. FIG. 実施例1における、試料1及び比較試料のPt4f軌道の結合エネルギーのスペクトルを示す図。The figure which shows the spectrum of the binding energy of the Pt4f orbit of the sample 1 and a comparative sample in Example 1. FIG. 実施例1における、(a)試料1及び比較試料のX線回折パターンを示す図(b)試料1及び比較試料のX線回折パターンの一部を拡大して示す図。(A) The example which shows the X-ray-diffraction pattern of the sample 1 and a comparative sample in Example 1. (b) The figure which expands and shows a part of X-ray-diffraction pattern of the sample 1 and a comparative sample. 実施例2における、ガスセンサ素子の別例を示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows another example of the gas sensor element in Example 2. FIG.

上記ガスセンサ素子について説明する。
上記ガスセンサ素子において、電極被覆部を構成する上記化合物は、被測定ガス側電極を構成する電極材料と化学的に結合することなく存在している。
ここで、上記化合物と上記電極材料とが化学的に結合していない状態とは、上記化合物と上記電極材料とが単に接触しているような状態等であり、例えば、上記電極材料として用いられるPt等の元素の化学的状態がその元素単独で存在している場合と同じ状態であることを意味する。
The gas sensor element will be described.
In the gas sensor element, the compound constituting the electrode covering portion exists without being chemically bonded to the electrode material constituting the measurement gas side electrode.
Here, the state in which the compound and the electrode material are not chemically bonded is a state in which the compound and the electrode material are simply in contact with each other, for example, used as the electrode material. It means that the chemical state of an element such as Pt is the same as when the element exists alone.

また、上記被測定ガス側電極の表面上には、上記化合物からなる電極被覆部が上記被測定ガス側電極の表面全体にわたって間欠的に設けられている。
ここで、電極被覆部が被測定ガス側電極の表面全体にわたって設けられているとは、電極被覆部が被測定ガス側電極の表面全体にわたって万遍なく、つまり偏在することなく均一に存在することをいう。また、電極被覆部が間欠的に設けられているとは、電極被覆部が被測定ガス側電極の表面全体を覆うことなく、少なくとも一部に間欠的な部分を設けて存在することをいう。
Further, on the surface of the measured gas side electrode, an electrode covering portion made of the compound is intermittently provided over the entire surface of the measured gas side electrode.
Here, the electrode covering portion being provided over the entire surface of the gas side electrode to be measured means that the electrode covering portion is present uniformly over the entire surface of the gas side electrode to be measured, that is, without being unevenly distributed. Say. Further, that the electrode covering portion is provided intermittently means that the electrode covering portion does not cover the entire surface of the measured gas side electrode but is provided with an intermittent portion at least partially.

また、上記電極被覆部を構成する上記化合物は、上記元素の炭酸塩、酸化物及び複合酸化物から選択される少なくとも一種以上を含有する構成とすることができる(請求項2)。
この場合には、リッチ領域のセンサ出力が大きく低下することなく、かつ、リッチ領域にてセンサ出力が急峻に変化する形状のλ曲線を有する(λ点をリッチ側にシフトさせた)ガスセンサ素子を得やすくなる。また、上記化合物に含有する上記元素の炭酸塩、酸化物及び複合酸化物の選択により、λ点のリッチ側へのシフト量を制御することもできる。
Moreover, the said compound which comprises the said electrode coating | coated part can be set as the structure containing at least 1 or more types selected from the carbonate, oxide, and complex oxide of the said element (Claim 2).
In this case, the gas sensor element having a λ curve (the λ point is shifted to the rich side) having a shape in which the sensor output does not sharply decrease in the rich region and the sensor output sharply changes in the rich region. It becomes easy to obtain. In addition, the shift amount of the λ point to the rich side can be controlled by selecting the carbonate, oxide and composite oxide of the element contained in the compound.

上記電極被覆部を構成する上記化合物としては、例えば、Ba、Srの炭酸塩、Cs、Rb、K、Naの炭酸塩、酸化物、複合酸化物、Laの炭酸塩、酸化物等が挙げられる。具体的には、例えば、BaCO、SrCO、CsCO、RbCO、KCO、NaCO、La等が挙げられる。 Examples of the compound constituting the electrode covering portion include Ba, Sr carbonate, Cs, Rb, K, Na carbonate, oxide, composite oxide, La carbonate, oxide, and the like. . Specifically, for example, BaCO 3, SrCO 3, Cs 2 CO 3, Rb 2 CO 3, K 2 CO 3, Na 2 CO 3, La 2 O 3 and the like.

また、上記電極被覆部は、Baを含有する化合物(以下、適宜、Ba化合物という)又はSrを含有する化合物(以下、適宜、Sr化合物という)からなることが好ましい。また、Ba化合物は、Baの炭酸塩(BaCO)を含有することが好ましく、Sr化合物は、Srの炭酸塩(SrCO)を含有することが好ましい。
この場合には、λ点のリッチ側へのシフト量を好適な範囲に制御することができる。さらに、いずれの化合物(炭酸塩)も熱分解温度が1100℃以上であることから、高い耐熱性を得ることができる。
The electrode covering portion is preferably made of a compound containing Ba (hereinafter referred to as a Ba compound as appropriate) or a compound containing Sr (hereinafter referred to as a Sr compound as appropriate). The Ba compound preferably contains Ba carbonate (BaCO 3 ), and the Sr compound preferably contains Sr carbonate (SrCO 3 ).
In this case, the shift amount of the λ point to the rich side can be controlled within a suitable range. Furthermore, since any compound (carbonate) has a thermal decomposition temperature of 1100 ° C. or higher, high heat resistance can be obtained.

また、上記被測定ガス側電極の表面のうち上記電極被覆部によって被覆されている部分の割合である電極被覆率は、10〜90%であることが好ましい(請求項3)。
この場合には、上記ガスセンサ素子のガス応答性を十分に確保しながら、λ点をリッチ側にシフトさせるという効果を十分に得ることができる。
また、上述の効果をより十分に得るため、上記電極被覆率を30〜80%とすることがより好ましい。
Moreover, it is preferable that the electrode coverage which is a ratio of the part coat | covered with the said electrode coating | coated part among the surfaces of the said to-be-measured gas side electrode is 10 to 90%.
In this case, it is possible to sufficiently obtain the effect of shifting the λ point to the rich side while sufficiently ensuring the gas responsiveness of the gas sensor element.
Moreover, in order to acquire the above-mentioned effect more fully, it is more preferable that the electrode coverage is 30 to 80%.

上記電極被覆率が10%未満の場合には、電極被覆部を構成する上記化合物によって被測定ガス側電極を構成する上記電極材料の触媒性能を抑制するという効果を安定して発揮することが困難となり、センサ出力が不安定となるおそれがある。
一方、上記電極被覆率が90%を超える場合には、電極被覆部によって被測定ガス側電極への被測定ガスの拡散が阻害され、ガス応答性の低下を招くおそれがある。すなわち、ガス応答性を十分に確保することができないおそれがある。
なお、上記電極被覆率は、X線光電子分光法(XPS)による分析装置を用いて、被測定ガス側電極の表面を分析することにより求めることができる。
When the electrode coverage is less than 10%, it is difficult to stably exhibit the effect of suppressing the catalytic performance of the electrode material constituting the measured gas side electrode by the compound constituting the electrode covering portion. Thus, the sensor output may become unstable.
On the other hand, when the electrode coverage exceeds 90%, diffusion of the gas to be measured to the gas to be measured side electrode is hindered by the electrode covering portion, which may cause a decrease in gas responsiveness. That is, there is a possibility that sufficient gas responsiveness cannot be ensured.
In addition, the said electrode coverage can be calculated | required by analyzing the surface of the to-be-measured gas side electrode using the analyzer by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

また、上記電極被覆部を構成する上記化合物は、粒子状とすることができる。この場合には、上記被測定ガス側電極を構成する上記電極材料と粒子状の上記化合物とが直接接触しやすくなる。そのため、リッチ領域のセンサ出力をほぼ従来と同等に維持したまま、λ点をリッチ側へシフトさせることができるという効果を確実なものとすることができる。さらに、上記電極材料を粒子状とした場合には、粒子状の上記電極材料と粒子状の上記化合物とが直接接触しやすくなる。そのため、上記効果をより確実なものとすることができる。   Moreover, the said compound which comprises the said electrode coating | coated part can be made into a particulate form. In this case, the electrode material constituting the measured gas side electrode and the particulate compound are easily brought into direct contact. Therefore, the effect that the λ point can be shifted to the rich side while maintaining the sensor output in the rich region substantially the same as in the past can be ensured. Furthermore, when the electrode material is particulate, the particulate electrode material and the particulate compound are easily in direct contact. Therefore, the above effect can be made more reliable.

また、粒子状の上記化合物における平均粒子径としては、耐熱性、ガス拡散性、粒子状の上記電極材料との接触性等の観点から、好ましくは、0.01〜0.5μm、より好ましくは、0.02〜0.2μmの範囲内とすることができる。
また、粒子状の上記電極材料における平均粒子径としては、耐熱性、電気伝導性、ガス拡散性等の観点から、好ましくは0.01〜2μm、より好ましくは0.02〜1μmの範囲内とすることができる。
The average particle diameter of the particulate compound is preferably 0.01 to 0.5 μm, more preferably from the viewpoint of heat resistance, gas diffusibility, contact property with the particulate electrode material, and the like. , 0.02 to 0.2 μm.
In addition, the average particle diameter in the particulate electrode material is preferably 0.01 to 2 μm, more preferably 0.02 to 1 μm, from the viewpoints of heat resistance, electrical conductivity, gas diffusibility, and the like. can do.

なお、上記平均粒子径は、走査型電子顕微鏡にて被測定ガス側電極の断面写真を撮影し、任意の10点について測定した上記化合物又は上記電極材料の直径又は円相当直径の平均値である。ここで、上記にいう「円相当直径」は、粒子の輪郭が略円形ではなく、いびつな形をしている場合に適用する概念であり、粒子の輪郭の内側の面積と同じ面積を有する円の直径である。   The average particle diameter is an average value of the diameter or equivalent circle diameter of the compound or the electrode material measured for any 10 points by taking a cross-sectional photograph of the gas-side electrode to be measured with a scanning electron microscope. . Here, the above-mentioned “equivalent circle diameter” is a concept applied when the particle outline is not a substantially circular shape but an irregular shape, and a circle having the same area as the inner area of the particle outline. Is the diameter.

上記電極被覆部の厚みは、例えば、10μm程度以下とすることができ、好ましくは3μm程度以下とすることができる。この場合には、電極被覆部を構成する上記化合物によって被測定ガス側電極を構成する上記電極材料の触媒性能を抑制するという効果を十分に得ることができる。   The thickness of the electrode covering portion can be, for example, about 10 μm or less, preferably about 3 μm or less. In this case, it is possible to sufficiently obtain the effect of suppressing the catalytic performance of the electrode material constituting the measurement gas side electrode by the compound constituting the electrode covering portion.

上記被測定ガス側電極を構成する上記電極材料としては、例えば、Pt、Pd、Au、これらの合金等を用いることができる。
また、上記電極材料は、Ptであることが好ましい。この場合には、パラフィン系炭化水素に対する酸化性能(浄化性能)を十分に得ることができる。
For example, Pt, Pd, Au, alloys thereof, or the like can be used as the electrode material constituting the measurement gas side electrode.
The electrode material is preferably Pt. In this case, sufficient oxidation performance (purification performance) for paraffinic hydrocarbons can be obtained.

上記固体電解質体の形状は、例えば、有底筒状、板状等とすることができる。また、上記固体電解質体の材質は、酸化物イオン伝導性を有していれば、特に限定されるものではない。上記固体電解質体の材質としては、例えば、ZrO系セラミックス等が挙げられる。また、上記固体電解質体の厚みは、0.2〜3mm程度とすることができる。
上記被測定ガスとしては、例えば、窒素酸化物ガス、Oガス、水蒸気、炭化水素ガス、COガス、Hガス、これらの組合せによるガス等が挙げられる。上記基準ガスとしては、例えば、空気、酸素ガス等を用いることができる。
The shape of the solid electrolyte body may be, for example, a bottomed cylindrical shape or a plate shape. The material of the solid electrolyte body is not particularly limited as long as it has oxide ion conductivity. Examples of the material of the solid electrolyte body include ZrO 2 ceramics. Moreover, the thickness of the said solid electrolyte body can be about 0.2-3 mm.
Examples of the gas to be measured include nitrogen oxide gas, O 2 gas, water vapor, hydrocarbon gas, CO gas, H 2 gas, and a combination of these gases. For example, air or oxygen gas can be used as the reference gas.

次に、上記ガスセンサについて説明する。
上記ガスセンサは、上記ガスセンサ素子を有している。具体的には、上記ガスセンサは、上記ガスセンサ素子と、このガスセンサ素子を加熱し活性化させるためのヒータとを有する構成とすることができる。
Next, the gas sensor will be described.
The gas sensor has the gas sensor element. Specifically, the gas sensor can be configured to include the gas sensor element and a heater for heating and activating the gas sensor element.

上記ガスセンサは、例えば、自動車用エンジン等の内燃機関の排気系等に設置され、排ガスの検出に適用することができる。具体的には、例えば、内燃機関等から排気される排ガスを浄化するための三元触媒等の触媒と、触媒の下流側に設置され、排ガスの空気過剰率に基づいて信号を出力するガスセンサとを備えた排ガス浄化装置におけるガスセンサとして好適に用いることができる。   The gas sensor is installed, for example, in an exhaust system of an internal combustion engine such as an automobile engine, and can be applied to detection of exhaust gas. Specifically, for example, a catalyst such as a three-way catalyst for purifying exhaust gas exhausted from an internal combustion engine or the like, and a gas sensor installed downstream of the catalyst and outputting a signal based on the excess air ratio of the exhaust gas It can be suitably used as a gas sensor in an exhaust gas purification apparatus equipped with

次に、上記排ガス浄化装置について説明する。
上記排ガス浄化装置は、排ガスを浄化するための触媒と、上記ガスセンサ素子を有するガスセンサとを備えている。上記排ガス浄化装置は、例えば、自動車用エンジン等の内燃機関の排気系等に設けられ、内燃機関等から排気される排ガスを浄化する。
Next, the exhaust gas purification apparatus will be described.
The exhaust gas purification device includes a catalyst for purifying exhaust gas and a gas sensor having the gas sensor element. The exhaust gas purification device is provided, for example, in an exhaust system of an internal combustion engine such as an automobile engine, and purifies exhaust gas exhausted from the internal combustion engine.

上記触媒に使用される貴金属としては、例えば、Pt、Pd、Rh等が挙げられる。これらの触媒は、例えば、セラミックス製のハニカム構造体等からなる担体に担持させることができる。
上記排ガス浄化装置において、触媒に使用される車両一台当たりの貴金属の総量は、コスト削減等の観点から、好ましくは5.0g以下とすることができる。ここで、上記貴金属の総量とは、車両一台当たりに使用されるハニカム構造体等からなる担体に担持されている貴金属の総質量(g)のことである。
Examples of the noble metal used in the catalyst include Pt, Pd, Rh and the like. These catalysts can be supported on a carrier made of, for example, a ceramic honeycomb structure.
In the exhaust gas purification apparatus, the total amount of precious metal per vehicle used for the catalyst can be preferably 5.0 g or less from the viewpoint of cost reduction and the like. Here, the total amount of the noble metal is the total mass (g) of the noble metal supported on the carrier made of a honeycomb structure or the like used per vehicle.

上記排ガス浄化装置は、この装置が有するガスセンサのセンサ出力値がある規定値を超えた場合または下回った場合に、センサ出力値が規定値に近づくように内燃機関の運転条件を制御する構成とすることができる。また、上記制御の指標となる規定値を出力する際の空気過剰率の値は、NOx排出量の低減効果が得やすくなる等の観点から、好ましくは0.9863以上0.9983以下、より好ましくは0.9880以上0.9966以下、さらに好ましくは0.9897以上0.9932以下とすることができる。   The exhaust gas purification apparatus is configured to control the operating conditions of the internal combustion engine so that the sensor output value approaches the specified value when the sensor output value of the gas sensor of the apparatus exceeds or falls below a specified value. be able to. In addition, the value of the excess air ratio when outputting the specified value as an index for the control is preferably 0.9863 or more and 0.9983 or less, more preferably from the viewpoint of easily obtaining the NOx emission reduction effect. May be 0.9880 or more and 0.9966 or less, more preferably 0.9897 or more and 0.9932 or less.

(実施例1)
上記ガスセンサ素子、上記ガスセンサ及び上記排ガス浄化装置にかかる実施例について、図を用いて説明する。
Example 1
Embodiments of the gas sensor element, the gas sensor, and the exhaust gas purification device will be described with reference to the drawings.

まず、本例のガスセンサ素子について説明する。
図1〜図3に示すように、本例のガスセンサ素子1は、酸化物イオン伝導性の固体電解質体2と、固体電解質体2の一方の面に設けられ、被測定ガスを接触させるための被測定ガス側電極3と、固体電解質体2の他方の面に設けられ、基準ガスを接触させるための基準ガス側電極4とを有する。
First, the gas sensor element of this example will be described.
As shown in FIGS. 1 to 3, the gas sensor element 1 of this example is provided on one surface of an oxide ion conductive solid electrolyte body 2 and the solid electrolyte body 2 for contacting a gas to be measured. A gas side electrode 3 to be measured and a reference gas side electrode 4 provided on the other surface of the solid electrolyte body 2 for contacting a reference gas are provided.

同図に示すように、被測定ガス側電極3の表面300上には、Ba、Sr、Cs、Rb、K、Na及びLaから選択される少なくとも一種以上の元素を含有する化合物からなる電極被覆部5が被測定ガス側電極3の表面300全体にわたって間欠的に設けられている。電極被覆部5を構成する化合物は、被測定ガス側電極3を構成する電極材料と化学的に結合することなく存在している。
以下、これを詳説する。
As shown in the figure, an electrode coating made of a compound containing at least one element selected from Ba, Sr, Cs, Rb, K, Na and La is formed on the surface 300 of the measured gas side electrode 3. The part 5 is provided intermittently over the entire surface 300 of the measured gas side electrode 3. The compound constituting the electrode covering portion 5 exists without being chemically bonded to the electrode material constituting the measured gas side electrode 3.
This will be described in detail below.

図1〜図3に示すように、ガスセンサ素子1は、後述する図4に示すガスセンサ7に内蔵され、後述する図5に示す自動車エンジンの排気系に設けられる排ガス浄化装置8に用いられる。
図1、図2に示すように、ガスセンサ素子1において、固体電解質体2は、一方が閉塞されており、内部に大気を導入して基準ガス室100となる有底円筒状に形成されている(いわゆるコップ型)。固体電解質体2の外側面のうち、固体電解質体2の最先端から基端部側に向かって長さLの範囲が、被測定ガスの接触面とされる。本例の固体電解質体2は、ZrOセラミックスからなる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the gas sensor element 1 is incorporated in a gas sensor 7 shown in FIG. 4 described later, and is used in an exhaust gas purification device 8 provided in an exhaust system of an automobile engine shown in FIG. 5 described later.
As shown in FIGS. 1 and 2, in the gas sensor element 1, one side of the solid electrolyte body 2 is closed, and is formed in a bottomed cylindrical shape that serves as a reference gas chamber 100 by introducing the atmosphere into the interior. (So-called cup type). Of the outer surface of the solid electrolyte body 2, the range of the length L from the most distal end of the solid electrolyte body 2 toward the base end side is the contact surface of the gas to be measured. The solid electrolyte body 2 of this example is made of ZrO 2 ceramics.

同図に示すごとく、被測定ガス側電極3は、固体電解質体2の外側面に設けられており、基準ガス側電極4は、基準ガス室100と対面する内側面に設けられている。本例の被測定ガス側電極3及び基準ガス側電極4は、Ptからなる。また、被測定ガス側電極3、基準ガス側電極4には、ガスセンサ素子1に電圧を印加するため、電気的に導通したリード電極101、端子電極102がそれぞれ接続されている。図1には、固体電解質体2の外側面において、被測定ガス側電極3に一端が接続するリード電極101と、リード電極101の他端に接続する端子電極102とが記載されている。
図2に示すように、被測定ガス側電極3は、多孔質の保護層6で覆われている。この保護層6はスピネル型酸化物であるMgAlを主成分としており、被測定ガスである排ガス中の有害成分のトラップ効果を向上させる等の役割がある。
As shown in the figure, the gas side electrode 3 to be measured is provided on the outer side surface of the solid electrolyte body 2, and the reference gas side electrode 4 is provided on the inner side surface facing the reference gas chamber 100. The measured gas side electrode 3 and the reference gas side electrode 4 of this example are made of Pt. In addition, an electrically conductive lead electrode 101 and terminal electrode 102 are connected to the measured gas side electrode 3 and the reference gas side electrode 4 in order to apply a voltage to the gas sensor element 1. FIG. 1 shows a lead electrode 101 having one end connected to the measured gas side electrode 3 and a terminal electrode 102 connected to the other end of the lead electrode 101 on the outer surface of the solid electrolyte body 2.
As shown in FIG. 2, the measured gas side electrode 3 is covered with a porous protective layer 6. This protective layer 6 is mainly composed of MgAl 2 O 4 that is a spinel oxide, and has a role of improving the trap effect of harmful components in the exhaust gas that is the gas to be measured.

図3に示すように、被測定ガス側電極3の表面300上には、電極被覆部5が設けられている。すなわち、電極被覆部5は、被測定ガス側電極3と保護層6との間に設けられている。なお、図3は、図2において点線で囲んだ部分を拡大して示したものである。
また、電極被覆部5は、被測定ガス側電極3の表面300全体にわたって万遍なく、つまり偏在することなく均一に設けられている。また、電極被覆部5は、被測定ガス側電極3の表面300全体を覆うことなく、間欠的に設けられている。本例では、複数の電極被覆部5が被測定ガス側電極3の表面300全体に均一に分散された状態で存在している。被測定ガス側電極3の表面300のうち電極被覆部5によって被覆されている部分の割合である電極被覆率は、10〜90%とすることができる。
As shown in FIG. 3, the electrode covering portion 5 is provided on the surface 300 of the measured gas side electrode 3. That is, the electrode covering portion 5 is provided between the measured gas side electrode 3 and the protective layer 6. FIG. 3 is an enlarged view of a portion surrounded by a dotted line in FIG.
Further, the electrode covering portion 5 is provided uniformly over the entire surface 300 of the measured gas side electrode 3, that is, without being unevenly distributed. Further, the electrode covering portion 5 is provided intermittently without covering the entire surface 300 of the measured gas side electrode 3. In this example, the plurality of electrode covering portions 5 are present in a state of being uniformly dispersed over the entire surface 300 of the measured gas side electrode 3. The electrode coverage, which is the ratio of the portion of the surface 300 of the measured gas side electrode 3 that is covered with the electrode covering portion 5, can be 10 to 90%.

また、電極被覆部5は、Ba、Sr、Cs、Rb、K、Na及びLaから選択される少なくとも一種以上の元素を含有する化合物からなる。この化合物は、上記元素(Ba、Sr、Cs、Rb、K、Na及びLa)の炭酸塩、酸化物及び複合酸化物から選択される少なくとも一種以上を含有する。また、電極被覆部5を構成する化合物は、被測定ガス側電極3を構成する電極材料(Pt)と化学的に結合することなく存在している。具体的には、電極被覆部5を構成する化合物が被測定ガス側電極3を構成する電極材料(Pt)と接触するような状態にあり、電極材料であるPtの化学的状態がPt単独で存在している場合と同じ状態である。   The electrode covering portion 5 is made of a compound containing at least one element selected from Ba, Sr, Cs, Rb, K, Na, and La. This compound contains at least one or more selected from carbonates, oxides and composite oxides of the above elements (Ba, Sr, Cs, Rb, K, Na and La). Moreover, the compound which comprises the electrode coating | coated part 5 exists without chemically couple | bonding with the electrode material (Pt) which comprises the to-be-measured gas side electrode 3. FIG. Specifically, the compound constituting the electrode covering portion 5 is in contact with the electrode material (Pt) constituting the measured gas side electrode 3, and the chemical state of Pt as the electrode material is Pt alone. It is the same state as it exists.

次に、本例のガスセンサ7について説明する。
図4に示すように、ガスセンサ7は、ハウジング103と、ハウジング103に挿入されたガスセンサ素子1とを有する。ハウジング103の先端側には、ガスセンサ素子1の先端部を保護するための二重の被測定ガス側カバー104が設けられており、その内部は被測定ガス室105とされている。一方、ハウジング103の基端側には、二重の大気側カバー106、107が設けられている。
Next, the gas sensor 7 of this example will be described.
As shown in FIG. 4, the gas sensor 7 includes a housing 103 and a gas sensor element 1 inserted into the housing 103. A double measured gas side cover 104 is provided at the front end side of the housing 103 to protect the front end portion of the gas sensor element 1, and the inside thereof is a measured gas chamber 105. On the other hand, double atmosphere side covers 106 and 107 are provided on the base end side of the housing 103.

同図に示すように、ガスセンサ素子1の基準ガス室100には、棒状のセラミック製のヒータ108が挿入配置されている。ヒータ108は、固体電解質体2の内側面と先端部で接触しており、さらに所望のクリアランスを確保した状態で挿入配置されている。大気側カバー106、107の基端側には、リード線109、110、111を挿入した弾性絶縁部材112が設けられている。リード線109、110によってガスセンサ素子1に電圧が印加され、ガスセンサ素子1のセンサ出力が外部へ取り出される。また、リード線111は、ヒータ108に対し通電し、これを発熱させるためのものである。   As shown in the figure, a rod-shaped ceramic heater 108 is inserted into the reference gas chamber 100 of the gas sensor element 1. The heater 108 is in contact with the inner surface of the solid electrolyte body 2 at the tip, and is inserted and arranged in a state in which a desired clearance is secured. An elastic insulating member 112 into which lead wires 109, 110, 111 are inserted is provided on the base end side of the atmosphere side covers 106, 107. A voltage is applied to the gas sensor element 1 by the lead wires 109 and 110, and the sensor output of the gas sensor element 1 is taken out to the outside. The lead wire 111 is for energizing the heater 108 to generate heat.

同図に示すように、リード線109、110の先端側には、接続端子113、114が設けられている。接続端子113、114により、ガスセンサ素子1に固定したターミナル115、116との電気的導通が確保される。なお、ターミナル115は、ガスセンサ素子1における端子電極102に対して接触固定されている。また、ターミナル116は、ガスセンサ素子1における端子電極(固体電解質体の内側面、図示略)に対して接触固定されている。   As shown in the figure, connection terminals 113 and 114 are provided on the leading ends of the lead wires 109 and 110. The connection terminals 113 and 114 ensure electrical continuity with the terminals 115 and 116 fixed to the gas sensor element 1. The terminal 115 is fixed in contact with the terminal electrode 102 in the gas sensor element 1. Further, the terminal 116 is fixed in contact with a terminal electrode (the inner surface of the solid electrolyte body, not shown) in the gas sensor element 1.

次に、本例の排ガス浄化装置8について説明する。
図5に示すように、排ガス浄化装置8は、排ガスを浄化するための触媒81と、ガスセンサ素子1を有するガスセンサ7とを備えている。そして、触媒81に使用される車両一台当たりの貴金属の総量は、5.0g以下である。なお、触媒81は三元触媒であり、ハニカム構造を有するセラミックス製の担体に担持された状態で排気経路に配置されている。
Next, the exhaust gas purification device 8 of this example will be described.
As shown in FIG. 5, the exhaust gas purification device 8 includes a catalyst 81 for purifying the exhaust gas and a gas sensor 7 having the gas sensor element 1. The total amount of precious metal per vehicle used for the catalyst 81 is 5.0 g or less. The catalyst 81 is a three-way catalyst, and is arranged in the exhaust path while being supported on a ceramic carrier having a honeycomb structure.

同図に示すように、排ガス浄化装置8は、具体的には、自動車エンジンEの排気系に設けられている。排ガス浄化装置8は、排ガスを浄化するための触媒81と、触媒81の上流側の排気管82に設けられた上流側の酸素センサ83と、触媒81の下流側の排気管84に設けられた下流側のガスセンサ7とを有する。なお、酸素センサ83は、A/Fセンサであり、自動車エンジンEから排出された排気濃度を触媒81の上流側にて測定するために配設されたものである。また、ガスセンサ7は、上述した構成を有する。   As shown in the figure, the exhaust gas purification device 8 is specifically provided in the exhaust system of the automobile engine E. The exhaust gas purification device 8 is provided in a catalyst 81 for purifying exhaust gas, an upstream oxygen sensor 83 provided in an exhaust pipe 82 upstream of the catalyst 81, and an exhaust pipe 84 downstream of the catalyst 81. A gas sensor 7 on the downstream side. The oxygen sensor 83 is an A / F sensor, and is disposed to measure the exhaust gas concentration discharged from the automobile engine E on the upstream side of the catalyst 81. The gas sensor 7 has the above-described configuration.

また、排ガス浄化装置8は、センサ出力値がある規定値を超えた場合又は下回った場合に、センサ出力値が規定値に近づくようにその検出結果を自動車エンジンEの制御部85にフィードバックするよう構成されている。
以下、具体的な実験例を用いて、さらに詳細に説明する。
Further, when the sensor output value exceeds or falls below a specified value, the exhaust gas purification device 8 feeds back the detection result to the control unit 85 of the automobile engine E so that the sensor output value approaches the specified value. It is configured.
Hereinafter, a more detailed description will be given using specific experimental examples.

(試料の作製)
まず、図1に示す形状を有するZrO系セラミックスからなるコップ型の固体電解質体を製作した。固体電解質体の厚みは0.1〜3mmである。そして、固体電解質体の外側面に、ジベンジリデンPtをPt含有量で0.0002質量%含むペーストをパッド印刷により塗布し、印刷部を形成した。なお、印刷部の形状は、図1に示した被測定ガス側電極、リード電極、端子電極と同形状である。
(Sample preparation)
First, a cup-type solid electrolyte body made of ZrO 2 ceramics having the shape shown in FIG. 1 was manufactured. The thickness of the solid electrolyte body is 0.1 to 3 mm. And the paste which contains 0.0002 mass% of dibenzylidene Pt by Pt content was apply | coated to the outer surface of a solid electrolyte body by pad printing, and the printing part was formed. The printed portion has the same shape as the measured gas side electrode, lead electrode, and terminal electrode shown in FIG.

次いで、この印刷部に対して40℃で熱処理した後、Pt錯体を含むメッキ液を用いて50℃で無電解メッキを施した。これにより、固体電解質体の外側面に、被測定ガス側電極、リード電極、端子電極を形成した。また、上記パッド印刷に代えてディスペンサーを用いた以外は同様にして、固体電解質体の内側面に、基準ガス側電極、リード電極、端子電極を形成した。なお、形成した被測定ガス側電極、基準ガス側電極、リード電極、端子電極はいずれもPtからなり、厚みは1.0μm程度である。   Next, the printed part was heat treated at 40 ° C., and then electroless plating was performed at 50 ° C. using a plating solution containing a Pt complex. Thereby, the gas side electrode, the lead electrode, and the terminal electrode to be measured were formed on the outer surface of the solid electrolyte body. Similarly, a reference gas side electrode, a lead electrode, and a terminal electrode were formed on the inner surface of the solid electrolyte body, except that a dispenser was used instead of the pad printing. The measured gas side electrode, the reference gas side electrode, the lead electrode, and the terminal electrode are all made of Pt and have a thickness of about 1.0 μm.

次いで、固体電解質体の外側面における被測定ガス側電極を1.5質量%の硝酸バリウム水溶液中に浸漬し、真空ポンプで減圧しながら10分間保持した。そして、合成空気雰囲気中、1000℃で1時間熱処理し、Baの酸化物(BaO、BaO)を被測定ガス側電極の表面に析出させた。 Next, the gas side electrode to be measured on the outer surface of the solid electrolyte body was immersed in a 1.5 mass% barium nitrate aqueous solution and held for 10 minutes while reducing the pressure with a vacuum pump. Then, in synthetic air atmosphere, and heat-treated for 1 hour at 1000 ° C., oxide of Ba (BaO, BaO 2) was deposited on the surface of the measured gas side electrode.

次いで、CO:10%、O:5%、N:85%の気流中、600℃にて1時間熱処理し、被測定ガス側電極上のBaの酸化物(BaO、BaO)を炭酸塩化し、Baの炭酸塩(BaCO)とした。これにより、Baの炭酸塩(BaCO)からなり、厚みが0.5μm程度である電極被覆部を被測定ガス側電極の表面に形成した。電極被覆率は、約10%である(後述の試料2〜7も同様)。以上により、試料1のガスセンサ素子を得た。 Next, heat treatment was performed at 600 ° C. for 1 hour in a stream of CO 2 : 10%, O 2 : 5%, N 2 : 85%, and Ba oxide (BaO, BaO 2 ) on the gas side electrode to be measured. Carbonated to Ba carbonate (BaCO 3 ). As a result, an electrode covering portion made of Ba carbonate (BaCO 3 ) and having a thickness of about 0.5 μm was formed on the surface of the measurement gas side electrode. The electrode coverage is about 10% (the same applies to samples 2 to 7 described later). Thus, a gas sensor element of Sample 1 was obtained.

また、上記試料1の作製において、硝酸バリウムを硝酸ストロンチウムに変更したこと以外は同様にして、Srの炭酸塩(SrCO)を被測定ガス側電極の表面に析出させた。これにより、Srの炭酸塩(SrCO)からなり、厚みが0.5μm程度である電極被覆部を被測定ガス側電極の表面に形成した。以上により、試料2のガスセンサ素子を得た。 Further, Sr carbonate (SrCO 3 ) was deposited on the surface of the gas side electrode to be measured except that barium nitrate was changed to strontium nitrate. As a result, an electrode covering portion made of Sr carbonate (SrCO 3 ) and having a thickness of about 0.5 μm was formed on the surface of the measured gas side electrode. Thus, a gas sensor element of Sample 2 was obtained.

また、上記試料1の作製において、硝酸バリウムを硝酸ナトリウムに変更したこと以外は同様にして、Naの炭酸塩(NaCO)を被測定ガス側電極の表面に析出させた。これにより、Naの炭酸塩(NaCO)からなり、厚みが0.5μm程度である電極被覆部を被測定ガス側電極の表面に形成した。以上により、試料3のガスセンサ素子を得た。 Further, in the preparation of Sample 1, Na carbonate (Na 2 CO 3 ) was deposited on the surface of the gas side electrode to be measured in the same manner except that barium nitrate was changed to sodium nitrate. As a result, an electrode covering portion made of Na carbonate (Na 2 CO 3 ) and having a thickness of about 0.5 μm was formed on the surface of the measured gas side electrode. Thus, a gas sensor element of Sample 3 was obtained.

また、上記試料1の作製において、硝酸バリウムを硝酸カリウムに変更したこと以外は同様にして、Kの炭酸塩(KCO)を被測定ガス側電極の表面に析出させた。これにより、Kの炭酸塩(KCO)からなり、厚みが0.5μm程度である電極被覆部を被測定ガス側電極の表面に形成した。以上により、試料4のガスセンサ素子を得た。 Further, in the production of Sample 1, K carbonate (K 2 CO 3 ) was deposited on the surface of the gas side electrode to be measured except that barium nitrate was changed to potassium nitrate. As a result, an electrode covering portion made of K carbonate (K 2 CO 3 ) and having a thickness of about 0.5 μm was formed on the surface of the gas side electrode to be measured. Thus, a gas sensor element of Sample 4 was obtained.

また、上記試料1の作製において、硝酸バリウムを硝酸ルビジウムに変更したこと以外は同様にして、Rbの炭酸塩(RbCO)を被測定ガス側電極の表面に析出させた。これにより、Rbの炭酸塩(RbCO)からなり、厚みが0.5μm程度である電極被覆部を被測定ガス側電極の表面に形成した。以上により、試料5のガスセンサ素子を得た。 Further, in the production of Sample 1, Rb carbonate (Rb 2 CO 3 ) was precipitated on the surface of the gas side electrode to be measured except that barium nitrate was changed to rubidium nitrate. As a result, an electrode covering portion made of Rb carbonate (Rb 2 CO 3 ) and having a thickness of about 0.5 μm was formed on the surface of the measurement gas side electrode. Thus, a gas sensor element of Sample 5 was obtained.

また、上記試料1の作製において、硝酸バリウムを硝酸セシウムに変更したこと以外は同様にして、Csの炭酸塩(CsCO)を被測定ガス側電極の表面に析出させた。これにより、Csの炭酸塩(CsCO)からなり、厚みが0.5μm程度である電極被覆部を被測定ガス側電極の表面に形成した。以上により、試料6のガスセンサ素子を得た。 Further, in the preparation of Sample 1, Cs carbonate (Cs 2 CO 3 ) was deposited on the surface of the gas to be measured electrode in the same manner except that barium nitrate was changed to cesium nitrate. As a result, an electrode covering portion made of Cs carbonate (Cs 2 CO 3 ) and having a thickness of about 0.5 μm was formed on the surface of the measurement gas side electrode. Thus, a gas sensor element of Sample 6 was obtained.

また、上記試料1の作製において、固体電解質体の外側面における被測定ガス側電極を1.5質量%の硝酸ランタン水溶液中に浸漬し、真空ポンプで減圧しながら10分間保持した。そして、合成空気雰囲気中、1000℃で1時間熱処理し、Laの酸化物(La)を被測定ガス側電極の表面に析出させた。これにより、Laの酸化物(La)からなり、厚みが0.5μm程度である電極被覆部を被測定ガス側電極の表面に形成した。以上により、試料7のガスセンサ素子を得た。 Further, in the preparation of Sample 1, the measurement gas side electrode on the outer surface of the solid electrolyte body was immersed in a 1.5% by mass lanthanum nitrate aqueous solution and held for 10 minutes while reducing the pressure with a vacuum pump. Then, in synthetic air atmosphere, and heat-treated for 1 hour at 1000 ° C., oxide of La and (La 2 O 3) is deposited on the surface of the measured gas side electrode. As a result, an electrode covering portion made of La oxide (La 2 O 3 ) and having a thickness of about 0.5 μm was formed on the surface of the gas side electrode to be measured. Thus, a gas sensor element of Sample 7 was obtained.

また、上記試料1の作製において、被測定ガス側電極の表面に電極被覆部を形成しなかったこと以外は同様にして、比較試料のガスセンサ素子を得た。   Further, a gas sensor element of a comparative sample was obtained in the same manner as in the preparation of Sample 1 except that the electrode covering portion was not formed on the surface of the gas side electrode to be measured.

(空気過剰率λ対センサ出力の特性)
まず、各試料のガスセンサ素子における固体電解質体の内部に加熱用のヒータを取り付け、各評価用ガスセンサを構成した。
次いで、各評価用ガスセンサにおけるヒータをガスセンサ素子の表面温度が600℃となるように加熱した。この加熱したガスセンサ素子の被測定ガス側電極に対し、NとCとをN:3000cc/分、C:12cc/分という条件で共に流量を固定して供給した。なお、各評価用ガスセンサ素子の基準ガス側電極は、大気解放し、空気を供給した。
(Excess air ratio λ vs. sensor output characteristics)
First, a heater for heating was attached to the inside of the solid electrolyte body in the gas sensor element of each sample to constitute each evaluation gas sensor.
Subsequently, the heater in each gas sensor for evaluation was heated so that the surface temperature of the gas sensor element was 600 ° C. N 2 and C 3 H 8 were supplied at a fixed flow rate to N 2 : 3000 cc / min and C 3 H 8 : 12 cc / min to the gas side electrode to be measured of the heated gas sensor element. The reference gas side electrode of each evaluation gas sensor element was released to the atmosphere and supplied with air.

次いで、各評価用ガスセンサ素子に対し、N、C及びOからなる混合ガスの空燃比A/Fがリッチ領域からリーン領域に変化するよう制御してOを供給した。そして、その際の基準ガス側電極と被測定ガス側電極の起電力(V)を連続的に測定した。
その測定結果を図6に示す。同図において、横軸は空燃比A/F、縦軸はセンサ出力(V)である。ここで、空燃比A/F=空気過剰率λ×理論空燃比であることから、同図の空燃比A/F対センサ出力の特性における曲線は、空気過剰率λ対センサ出力の特性における曲線(上述のλ曲線)とみなすことができる。
Subsequently, O 2 was supplied to each gas sensor element for evaluation in such a manner that the air-fuel ratio A / F of the mixed gas composed of N 2 , C 3 H 8 and O 2 was changed from the rich region to the lean region. And the electromotive force (V) of the reference | standard gas side electrode and the to-be-measured gas side electrode in that case was measured continuously.
The measurement results are shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the air-fuel ratio A / F, and the vertical axis represents the sensor output (V). Here, since the air-fuel ratio A / F = the excess air ratio λ × theoretical air-fuel ratio, the curve of the air-fuel ratio A / F vs. sensor output characteristic in FIG. (The above-mentioned λ curve).

試料1〜7のガスセンサ素子における被測定ガス側電極の表面上には、図3に示すように、各化合物(BaCO、SrCO、CsCO、RbCO、KCO、NaCO、La)により構成された電極被覆部が被測定ガス側電極の表面全体にわたって間欠的に設けられている。そのため、図6に示すように、各ガスセンサ素子のλ曲線は、リッチ領域のセンサ出力が大きく低下することなく、かつ、リッチ領域にてセンサ出力が急峻に変化する形状を呈する。これは以下の原理によるものと推察される。 As shown in FIG. 3, each compound (BaCO 3 , SrCO 3 , Cs 2 CO 3 , Rb 2 CO 3 , K 2 CO 3 , An electrode covering portion composed of Na 2 CO 3 , La 2 O 3 ) is intermittently provided over the entire surface of the gas to be measured electrode. Therefore, as shown in FIG. 6, the λ curve of each gas sensor element has a shape in which the sensor output in the rich region does not greatly decrease and the sensor output changes sharply in the rich region. This is presumed to be due to the following principle.

すなわち、電極被覆部を構成する化合物(BaCO、SrCO、CsCO、RbCO、KCO、NaCO、La)は、被測定ガス側電極を構成する電極材料であるPtと化学的に結合することなく、接触するような状態であることにより、PtとOとの結合性を高め、弱リッチ領域〜リーン領域においてPtを酸化させる作用を有する。酸化された状態のPtは、酸化されていない状態と比較して触媒性能が適度に抑制される。特に、パラフィン系炭化水素であるCに対する酸化性能(浄化性能)が適度に低下する。そのため、弱リッチ領域において(リッチ領域にもかかわらず)、被測定ガス側電極上において本来消費されるはずであったOが余り、この余ったOを検出することによってセンサ出力が低下する。つまり、センサ出力が急激に変化するλ点が比較試料のガスセンサ素子に比べてリッチ側にシフトする。 That is, the compounds constituting the electrode covering portion (BaCO 3 , SrCO 3 , Cs 2 CO 3 , Rb 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , La 2 O 3 ) constitute the measured gas side electrode. Pt, which is in contact with Pt, which is an electrode material that does not chemically bond, enhances the bonding between Pt and O 2 and has the effect of oxidizing Pt in the weak rich region to the lean region . Oxidized Pt has moderately suppressed catalyst performance compared to the unoxidized state. In particular, the oxidation performance (purification performance) for C 3 H 8 which is a paraffinic hydrocarbon is moderately lowered. Therefore, in the weak-rich region (despite rich region), the remainder is O 2 was supposed consumed originally on the measured gas side electrode, the sensor output decreases by detecting the excess O 2 . That is, the λ point at which the sensor output changes rapidly shifts to the rich side as compared with the gas sensor element of the comparative sample.

一方、リッチ領域では、酸化された状態のPtが元の状態(酸化されていない状態)に戻る還元反応が進行する。そのため、Ptは、本来有する触媒性能(特にパラフィン系炭化水素であるCに対する酸化性能(浄化性能))を発揮するようになり、通常のセンサ出力を示す。
以上により、試料1〜7のガスセンサ素子のλ曲線は、リッチ領域のセンサ出力が大きく低下することなく、かつ、リッチ領域にてセンサ出力が急峻に変化する形状を呈するものと推察される。
On the other hand, in the rich region, the reduction reaction in which the oxidized Pt returns to the original state (non-oxidized state) proceeds. Therefore, Pt comes to exhibit the original catalyst performance (particularly oxidation performance (purification performance) for C 3 H 8 which is a paraffinic hydrocarbon), and shows a normal sensor output.
From the above, it is presumed that the λ curves of the gas sensor elements of Samples 1 to 7 have a shape in which the sensor output in the rich region does not significantly decrease and the sensor output changes sharply in the rich region.

このように、試料1〜7のガスセンサ素子は、リッチ領域のセンサ出力を比較試料のガスセンサ素子とほぼ同等に維持したまま、λ点をリッチ側にシフトさせることができるといえる。
また、図6に示すように、各試料によって、つまり電極被覆部を構成する化合物の種類によってλ点のリッチ側へのシフト量が異なる。よって、電極被覆部を構成する化合物の選択により、λ点のリッチ側へのシフト量を制御することができるといえる。
Thus, it can be said that the gas sensor elements of Samples 1 to 7 can shift the λ point to the rich side while maintaining the sensor output of the rich region substantially equal to the gas sensor element of the comparative sample.
Further, as shown in FIG. 6, the amount of shift of the λ point to the rich side varies depending on each sample, that is, depending on the type of compound constituting the electrode covering portion. Therefore, it can be said that the shift amount of the λ point to the rich side can be controlled by selecting the compound constituting the electrode covering portion.

次に、試料1のガスセンサ素子(電極被覆部を構成する化合物:BaCO)を用いて、電極被覆率(被測定ガス側電極の表面のうち電極被覆部によって被覆されている部分の割合)を変化させた場合のセンサ出力0.6Vにおけるλ点リッチ側シフト量及びガス応答性を調べた。 Next, using the gas sensor element of sample 1 (compound composing the electrode covering portion: BaCO 3 ), the electrode coverage (the ratio of the portion covered by the electrode covering portion of the surface of the gas side electrode to be measured) is calculated. The λ point rich side shift amount and gas responsiveness at a sensor output of 0.6 V when changed were examined.

なお、電極被覆率は、XPS(X線光電子分光法)による分析装置(ESCALAB250、サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製)を用いて、被測定ガス側電極の表面を分析することにより求めた。具体的には、XPS分析により算出した表面組成比からPtとBaとの比率を求め、電極被覆率(%)=Baの組成比/(Baの組成比+Ptの組成比)の式から求めた。なお、XPS分析では、X線源としてMgのKα線を使用した。   In addition, the electrode coverage was calculated | required by analyzing the surface of the to-be-measured gas side electrode using the analyzer (ESCALAB250, the product made by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.) by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). Specifically, the ratio of Pt and Ba was determined from the surface composition ratio calculated by XPS analysis, and was determined from the formula of electrode coverage (%) = Ba composition ratio / (Ba composition ratio + Pt composition ratio). . In XPS analysis, Mg Kα ray was used as the X-ray source.

また、λ点リッチ側シフト量は、センサ出力0.6Vにおいてλ点が基準点からリッチ側にシフトした量(λ点における空燃比A/Fの値の差)をλ点リッチ側シフト量として求めた。なお、基準点は、比較試料1のガスセンサ素子のλ点(空燃比A/F=14.594)とした。   Further, the λ point rich side shift amount is the amount by which the λ point is shifted from the reference point to the rich side at the sensor output 0.6 V (the difference in the air-fuel ratio A / F value at the λ point) as the λ point rich side shift amount. Asked. The reference point was the λ point (air-fuel ratio A / F = 14.594) of the gas sensor element of comparative sample 1.

また、ガス応答性は、以下に示す方法により評価した。すなわち、まず、ガスセンサ(ガスセンサ素子)に対して、N及びCOをN:3000cc/分、CO:0.6cc/分の条件で共に流量を固定して供給し、センサ出力が安定するまで(100秒間)保持した。次いで、Oを1.2cc/分の条件で流量を固定して供給した。そして、O供給開始時点を計測開始点(0秒)とし、O供給開始後、センサ出力が低下して0.6Vに達するまでの時間をガス応答時間として測定した。ここで、ガスセンサ素子の素子表面温度は、600℃に制御した。 Gas responsiveness was evaluated by the following method. That is, first, N 2 and CO are supplied to the gas sensor (gas sensor element) at a fixed flow rate under the conditions of N 2 : 3000 cc / min and CO: 0.6 cc / min until the sensor output is stabilized. Hold for (100 seconds). Next, O 2 was supplied at a fixed flow rate under the condition of 1.2 cc / min. Then, the O 2 supply start time was taken as the measurement start point (0 second), and the time from the start of O 2 supply until the sensor output decreased to reach 0.6 V was measured as the gas response time. Here, the element surface temperature of the gas sensor element was controlled to 600 ° C.

その結果を図7に示す。同図において、横軸は電極被覆率(%)、縦軸はλ点リッチ側シフト量及び応答時間(秒)である。
同図によれば、電極被覆率が10%以上になると、λ点をリッチ側にシフトさせる効果が発現しはじめ、電極被覆率が高くなると共にλ点リッチ側シフト量も大きくなることがわかる。また、電極被覆率が30%以上になると、λ点リッチ側シフト量の増加は緩やかになることがわかる。
一方、電極被覆率が80%を超えると、電極被覆率が高くなると共に応答時間が長くなり、ガス応答性の低下が見られるようになることがわかる。また、電極被覆率が90%を超えると、応答時間が急激に長くなり、ガス応答性の低下が顕著となることがわかる。
The result is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the electrode coverage (%), and the vertical axis represents the λ point rich side shift amount and the response time (seconds).
According to the figure, it can be seen that when the electrode coverage is 10% or more, the effect of shifting the λ point to the rich side starts to appear, and the electrode coverage increases and the λ point rich side shift amount also increases. It can also be seen that when the electrode coverage is 30% or more, the increase in the λ point rich side shift amount becomes moderate.
On the other hand, when the electrode coverage exceeds 80%, the electrode coverage increases and the response time becomes longer, and the gas responsiveness is lowered. Further, it can be seen that when the electrode coverage exceeds 90%, the response time becomes abruptly long and the gas responsiveness is significantly lowered.

以上の結果から、電極被覆率は、ガスセンサ素子のガス応答性を十分に確保しながら、λ点をリッチ側にシフトさせるという効果を十分に得るために、10〜90%であることが好ましく、30〜80%であることがより好ましいといえる。   From the above results, the electrode coverage is preferably 10 to 90% in order to sufficiently obtain the effect of shifting the λ point to the rich side while sufficiently ensuring the gas responsiveness of the gas sensor element. It can be said that it is more preferable that it is 30 to 80%.

次に、試料1のガスセンサ素子(電極被覆部を構成する化合物:BaCO)を用いて、電極被覆部を構成する化合物(BaCO)が被測定ガス側電極を構成する電極材料(Pt)と化学的に結合することなく存在していることを調べた。
具体的には、被測定ガス側電極の表面をXPSによる分析装置(ESCALAB250、サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製)を用いて分析し、Ptの4f軌道の結合エネルギーを測定した。なお、XPS分析では、X線源としてMgのKα線を使用した。また、比較として、電極被覆部を設けていない比較試料のガスセンサ素子についても同様の測定を行った。
Next, using the gas sensor element of the sample 1 (compound composing the electrode coating part: BaCO 3 ), the compound (BaCO 3 ) composing the electrode coating part and the electrode material (Pt) composing the measured gas side electrode and The existence was confirmed without chemical bonding.
Specifically, the surface of the measured gas side electrode was analyzed using an XPS analyzer (ESCALAB 250, manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.), and the binding energy of the 4t orbit of Pt was measured. In XPS analysis, Mg Kα ray was used as the X-ray source. For comparison, the same measurement was performed on a gas sensor element of a comparative sample in which no electrode covering portion was provided.

その結果を図8に示す。同図は、試料1及び比較試料の被測定ガス側電極の表面におけるPtの4f軌道の結合エネルギーのスペクトルを示したものである。
同図によれば、試料1は、被測定ガス側電極の表面上に電極被覆部を設けているが、電極被覆部を設けていない(被測定ガス側電極を構成する電極材料Ptが他の化合物等と結合しておらず0価である)比較試料とスペクトルのピーク位置が一致していることがわかる。
以上の結果から、試料1は、電極被覆部を構成する化合物(BaCO)が被測定ガス側電極を構成する電極材料(Pt)と化学的に結合していないことがいえる。
The result is shown in FIG. This figure shows the spectrum of the binding energy of the 4f orbit of Pt on the surface of the gas side electrode of the sample 1 and the comparative sample.
According to the figure, the sample 1 is provided with an electrode covering portion on the surface of the gas side electrode to be measured, but is not provided with an electrode covering portion (the electrode material Pt constituting the gas side electrode to be measured is other It can be seen that the peak positions of the comparative sample and the spectrum are in agreement with each other.
From the above results, it can be said that in the sample 1, the compound (BaCO 3 ) constituting the electrode covering portion is not chemically bonded to the electrode material (Pt) constituting the measurement gas side electrode.

次に、上記と同様に、試料1のガスセンサ素子(電極被覆部を構成する化合物:BaCO)を用いて、電極被覆部を構成する化合物(BaCO)が被測定ガス側電極を構成する電極材料(Pt)と化学的に結合することなく存在していることを調べた。
具体的には、被測定ガス側電極の表面について、X線回折装置(XRD−6100、株式会社島津製作所製)を用いてX線回折パターンを測定した。なお、X線源としてCuのKα線を使用し、薄膜法(入射角1°)、2θ:20〜70°の条件で測定した。また、比較として、電極被覆部を設けていない比較試料のガスセンサ素子についても同様の測定を行った。
Next, in the same manner as described above, using the gas sensor element of sample 1 (compound constituting the electrode covering portion: BaCO 3 ), the compound (BaCO 3 ) constituting the electrode covering portion constitutes the gas to be measured electrode. The presence of the material (Pt) without chemical bonding was examined.
Specifically, an X-ray diffraction pattern was measured on the surface of the gas side electrode to be measured using an X-ray diffractometer (XRD-6100, manufactured by Shimadzu Corporation). In addition, the Kα ray of Cu was used as the X-ray source, and measurement was performed under the conditions of a thin film method (incident angle 1 °) and 2θ: 20 to 70 °. For comparison, the same measurement was performed on a gas sensor element of a comparative sample in which no electrode covering portion was provided.

その結果を図9に示す。図9(a)は、試料1及び比較試料の被測定ガス側電極の表面におけるX線回折パターンを示したものである。図9(b)は、回折ピーク位置(図9(a)において点線で囲んだ部分)を拡大して示したものである。
同図によれば、試料1は、被測定ガス側電極の表面上に電極被覆部を設けているが、電極被覆部を設けていない(被測定ガス側電極を構成する電極材料がPt単独である)比較試料と回折ピーク位置が一致していることがわかる。これは、被測定ガス側電極を構成する電極材料Ptの結晶が全く変化していないことを示している。
以上の結果から、試料1は、電極被覆部を構成する化合物(BaCO)が被測定ガス側電極を構成する電極材料(Pt)と化学的に結合していないことがいえる。
The result is shown in FIG. FIG. 9A shows the X-ray diffraction patterns on the surfaces of the measured gas side electrodes of the sample 1 and the comparative sample. FIG. 9B is an enlarged view of the diffraction peak position (portion surrounded by a dotted line in FIG. 9A).
According to the figure, the sample 1 is provided with an electrode covering portion on the surface of the measured gas side electrode, but not provided with an electrode covering portion (the electrode material constituting the measured gas side electrode is Pt alone. It can be seen that the comparison sample and the diffraction peak position coincide. This indicates that the crystal of the electrode material Pt constituting the measured gas side electrode has not changed at all.
From the above results, it can be said that in the sample 1, the compound (BaCO 3 ) constituting the electrode covering portion is not chemically bonded to the electrode material (Pt) constituting the measurement gas side electrode.

(実施例2)
上述の実施例1では、図1〜図4等に示すように、コップ型のガスセンサ素子1、このガスセンサ素子1を有するガスセンサ7について説明した。これらに対し、図10に示すように、積層型のガスセンサ素子1であっても、少なくとも被測定ガス側電極3及び電極被覆部(図示略)の構成を実施例1と同様の構成とすることによって、実施例1と同様の作用効果を奏することができる。
(Example 2)
In the above-described first embodiment, the cup-type gas sensor element 1 and the gas sensor 7 having the gas sensor element 1 have been described as shown in FIGS. On the other hand, as shown in FIG. 10, even in the laminated gas sensor element 1, at least the configuration of the gas side electrode 3 to be measured and the electrode covering portion (not shown) is the same as that of the first embodiment. Thus, the same effects as those of the first embodiment can be achieved.

なお、本例のガスセンサ素子1は、同図に示すごとく、平板状の固体電解質体2の一方の面に設けられた被測定ガス側電極3と、他方の面に設けられた基準ガス側電極4とを有している。また、基準ガス室117を構成するスペーサ118の背面に一体的に発熱体119を内蔵したヒータ120が設けられている。また、被測定ガス側電極3は、二層構造の第1保護層121及び第2保護層122によって覆われている。そして、被測定ガス側電極3の表面300上には、電極被覆部(図示略)が設けられている。   The gas sensor element 1 of this example includes a measured gas side electrode 3 provided on one surface of a flat solid electrolyte body 2 and a reference gas side electrode provided on the other surface, as shown in FIG. 4. In addition, a heater 120 that integrally includes a heating element 119 is provided on the back surface of the spacer 118 that constitutes the reference gas chamber 117. Further, the measured gas side electrode 3 is covered with a first protective layer 121 and a second protective layer 122 having a two-layer structure. An electrode covering portion (not shown) is provided on the surface 300 of the measured gas side electrode 3.

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。   As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said Example, A various change is possible within the range which does not impair the meaning of this invention.

1 ガスセンサ素子
2 固体電解質体
3 被測定ガス側電極
300 表面(被測定ガス側電極の表面)
4 基準ガス側電極
5 電極被覆部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas sensor element 2 Solid electrolyte body 3 Gas side electrode 300 to be measured 300 Surface (surface of gas side electrode to be measured)
4 Reference gas side electrode 5 Electrode covering part

Claims (5)

酸化物イオン伝導性の固体電解質体(2)と、
該固体電解質体(2)の一方の面に設けられ、被測定ガスを接触させるための被測定ガス側電極(3)と、
上記固体電解質体(2)の他方の面に設けられ、基準ガスを接触させるための基準ガス側電極(4)とを有し、被測定ガスが理論空燃比に対してリーン状態にあるかリッチ状態にあるかの判別を行うガスセンサに用いられるガスセンサ素子(1)であって、
上記被測定ガス側電極(3)の、上記固体電解質体(2)を介して上記基準ガス電極(4)の表面の反対側に位置する表面(300)は、上記被測定ガス側電極(3)を構成する電極材料の触媒性能を抑制するための電極被覆部(5)が、上記被測定ガス側電極(3)の表面(300)を部分的に覆うと共に、該表面(300)全体にわたって間欠的に設けられており、
上記電極被覆部(5)は、Ba、Sr、Cs、Rb、K、Na及びLaから選択される少なくとも一種以上の元素を含有する化合物からなり、
化合物は、上記被測定ガス側電極(3)を構成する電極材料と化学的に結合することなく存在していることを特徴とするガスセンサ素子(1)。
An oxide ion conductive solid electrolyte body (2);
A measured gas side electrode (3) provided on one surface of the solid electrolyte body (2) for contacting the measured gas;
A reference gas side electrode (4) provided on the other surface of the solid electrolyte body (2) for contacting a reference gas, wherein the gas to be measured is lean or rich with respect to the stoichiometric air-fuel ratio; A gas sensor element (1) used in a gas sensor for determining whether or not a state is present,
On the surface (300) of the measured gas side electrode ( 3) located on the opposite side of the surface of the reference gas electrode (4) via the solid electrolyte body (2), the measured gas side electrode ( The electrode covering portion (5) for suppressing the catalytic performance of the electrode material constituting 3) partially covers the surface (300) of the measured gas side electrode (3) and the entire surface (300). Are provided intermittently,
The electrode covering portion (5) is composed of a compound containing at least one element selected from Ba, Sr, Cs, Rb, K, Na and La,
The gas sensor element (1), wherein the compound is present without being chemically bonded to the electrode material constituting the measured gas side electrode (3).
請求項1に記載のガスセンサ素子(1)において、上記電極被覆部(5)を構成する上記化合物は、上記元素の炭酸塩、酸化物及び複合酸化物から選択される少なくとも一種以上を含有することを特徴とするガスセンサ素子(1)。   2. The gas sensor element (1) according to claim 1, wherein the compound constituting the electrode covering portion (5) contains at least one selected from carbonates, oxides, and composite oxides of the elements. The gas sensor element (1) characterized by these. 請求項1又は2に記載のガスセンサ素子(1)において、上記被測定ガス側電極(3)の表面(300)のうち上記電極被覆部(5)によって被覆されている部分の割合である電極被覆率は、10〜90%であることを特徴とするガスセンサ素子(1)。   The gas sensor element (1) according to claim 1 or 2, wherein the electrode coating is a ratio of a portion of the surface (300) of the measured gas side electrode (3) covered by the electrode coating portion (5). The gas sensor element (1), wherein the rate is 10 to 90%. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ素子(1)を有することを特徴とするガスセンサ(7)。   A gas sensor (7) comprising the gas sensor element (1) according to any one of claims 1 to 3. 排ガスを浄化するための触媒(81)と、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ素子(1)を有するガスセンサ(7)とを備え、
上記触媒(81)に使用される車両一台当たりの貴金属の総量が5.0g以下であることを特徴とする排ガス浄化装置(8)。
A catalyst (81) for purifying exhaust gas;
A gas sensor (7) comprising the gas sensor element (1) according to any one of claims 1 to 3,
The exhaust gas purification device (8), wherein the total amount of precious metals per vehicle used for the catalyst (81) is 5.0 g or less.
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