JPH0110590Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、例えば三元触媒を使用したフイード
バツク方式の排気ガス浄化システムに採用される
ガス検出器に関するものである。

自動車排気ガス中の有害成分を減少し、または
除去するためにはエンジンに吸入される吸入空気
量と燃料との比、いわゆる空燃比を精度よく制御
する必要がある。特に、三元触媒を用いて有害成
分を同時に減少するためには空燃比を理輪空燃比
に非常に近い範囲に制御しなければならない。そ
のためには、この空燃比を精度よく制御し、且つ
耐久性のある検出器が必要である。従来、この種
の検出器としては酸化ジルコニウム等の酸素濃度
検出素子、ならびに酸素分圧に依存した電気抵抗
変化をしめす金属酸化物を用いたガス検出素子が
公知である。

金属酸化物、特に、遷移金属酸化物の焼結体を
用いたガス検出素子は酸化ジルコニウム等の固体
電解質を用いて酸素濃淡電池として作用させ起電
力の変化を検出する酸素濃度検出素子に較べ、ガ
ス検出素子への電極の取付けが容易であり、形状
に任意性等があることから製作が簡単になりコス
トが安い利点がある。しかし、従来のガス検出素
子は、酸素濃度検出素子に較べてガス成分の濃度
変化に対する応答時間がかなり遅い。

応答時間は、新規なガスがガス検出素子内部を
古いガスを追い出しながら浸透する時間と、離間
した一対の電極間に介在するガス検出素子の構成
金属酸化物粒子、あるいは粒子同しの瘉着点にガ
スが吸着し、その金属酸化物粒子の酸化還元によ
り、それに伴う自由電子の増減をもたらすまでの
時間の和である。例えば、TiO₂のｎ型半導体金
属酸化物よりなるガス検出素子は、理論空燃比よ
り濃い側の還元雰囲気で低抵抗、薄い側の酸化雰
囲気で高抵抗になる。そして、薄い側の状態から
薄い側の状態へ空燃比を切り換えた時の応答時間
と薄い側の状態から濃い側の状態へ空燃比を切り
換えた時の応答時間を比較すると、濃い側から濃
い側へ空燃比を切り換えた時の方が速くなつてい
る。これは薄い側から濃い側へ空燃比を切り換え
た場合、薄い側の高抵抗部分の表面の一部がガス
に触れて低抵抗に変化すれば全体の抵抗は急激に
変化するが、空燃比を濃い側から薄い側へ切り換
えた場合、濃い側の時の低抵抗が高抵抗に変化す
るにはガス検出素子内部までガスが浸透して高抵
抗に変わつた時はじめて全体の抵抗は急激に変化
する。このことから、ガス検出素子内部へのガス
浸透時間を短縮することが有用になつてくる。

本考案は上記の点に鑑み、ガス浸透距離を短く
するとともに、直接的なガス成分の検出が可能な
ガス成分検出器を提供することを目的とするもの
である。

以下本考案を図に示す実施例について説明す
る。第１図および第２図において、１はガス検出
素子で、薄い円板状の形状を有しており、２つの
貫通孔１ａが設けてある。この孔１ａの形成方法
は、シートの間に金属線を挟み、圧縮成形後、金
属線を引抜き、焼成する。このガス検出素子１
は、検出ガスのガス成分に応じた電気抵抗値を示
すTiO₂の焼結体より構成してある。このガス検
出素子には一対のPtよりなる電極２（直径0.2mm）
の端部が埋設されており、互いに離間している。
この一対の電極２はガス検出素子１が示す電気抵
抗値を取出すためのものである。３は保持体で、
アルミナ等の耐熱電気絶縁性の金属酸化物から構
成されている。この保持体３の素子部端面には球
状のくりぬき部３ａが形成してあり、ガス検出素
子１の約1/3が収納してある。これはガス検出素
子１が排ガス中でたおれないようにするものであ
る。ガス検出素子１に埋設されている一対の電極
２は、保持体３の軸方向に設けられた貫通穴３ｂ
に挿入されている。保持体３に設けられた貫通孔
３ｃには、つば部５のローレツト部５ｂを有する
導電金属製のリード線５が挿入されており、電極
２とリード線５とは導電ガラス（例：銅ガラス）
６によつて電気的に接続導通している。導電ガラ
ス６によつて電極２とリード線５の接続部の貫通
穴３ｃの底部には直角平面部３ｄを有し、この直
角平面部３ｄに図示のごとく電極２の端部に曲げ
固定されてガス検出素子１の浮き上りを防止して
いる。なお、直角平面部３ｄを作るために貫通穴
３ｃは途中で径が細くなつている。これにより、
一体成形で形を作る際に、型が抜きやすくなる。
７は排気管等に取付けるためのネジ部７ａを有す
る耐熱性金属よりなるハウジングで、保持体３の
外周に固定してある。保持体３下部のテーパ部３
ｅに耐熱性金属のワツシヤ８および排気ガスが通
過できる穴る９ａを有する耐熱性金属よりなる保
護カバー９を挿入し、さらに上部テーパ部３ｆに
アスベスト１０、ワツシヤ１１および比較的軟ら
かい金属（例えば：銅）のリング１２を挿入して
ハウジング７の上部７ｂをかしめることによつて
保持体３とハウジング７とは固定される。

次にガス検出素子の製造例の一例を説明する。
1200℃で仮焼したTiO₂（ルチル型）をボールミル
等によつて粉砕し、粒子径を比較的細かく例えば
平均粒径0.1〜10μ好ましくは0.1〜3μに揃える。
これを有機バインダー溶液（有機溶剤、バインダ
ー、可塑剤より成る）とともにニーダーで混練し
てスラリーを形成する。次にドクターブレード法
を使用して0.1mm位のシートを２枚作成し、電極
はシート重ね合せ間に挿入する。そしてこれを一
体型で圧縮成形、焼成を行つてガス検出素子を得
る。

次に、上記構成においてガス検出素子１の貫通
孔１ａと素子１の側方との間の寸法ａ（寸法ａ＞
ｂ＞ｃなので、ａが厚みｔに相当する）と応答時
間との関係を検討した。その結果を第３図に示
す。この第３図において、自動車内燃機関から排
出される温度500℃の排気ガス中にガス検出素子
１を置き、空燃比Ａ／Ｆを13から16に切り換えた
時、切り換え信号からＡ／F13時の低抵抗がＡ／
F16時の高抵抗に変化するまでの時間は線Ａで示
してある。また、Ａ／F16からＡ／F13に切り換
えた時に、Ａ／F16時の高抵抗がＡ／F13の低抵
抗に変化するまでの時間は線Ｂで示してある。更
に、線ＡとＢとを加算した時間を線Ｃで示す。こ
の第３図から明らかなごとくガス検出素子１のう
ち一対の電極２間部分の厚みが薄くなるに従つて
応答時間は速くなる。また、厚みが0.6mmを超え
ると線ＡのようにＡ／F13→16に切り換えた時の
応答時間が急に遅くなり、反面線ＢのようにＡ／
F16→13に切り換えた時は0.6mmを超えても応答時
間は略一定である。なお、ガス検出素子１はあま
り薄くすると強度が低下したりあるいは電極２と
の接触不良による電極２のぐらつき等で問題が生
ずるため、下限は、0.1mmがよい。

本考案者によれば、ガス検出素子１のうち一対
の電極２間部分の厚みを0.1〜0.6mmにすると、例
えばPt等の触媒を担持した際、ガス検出素子１
の内部まで十分に担持されることがわかつた。

なお、上記貫通穴１ａの形成方法は、金属線の
かわりにポリウレタン等の可燃物を入れて焼成し
貫通穴を設けてもよい。

なお、ガス検出素子１を構成する焼結体の材質
はTiO₂以外にZnO、NiO、SnO₂等でも勿論よい。

以上述べたように本考案においては、ガス検出
素子のうち離間する一対の電極間部分に、貫通孔
を設けて該部分におけるガス浸透距離に関係する
厚みを0.1〜0.6mmにしたから、検出ガスのガス成
分の濃度変化によるガス検出素子の電気抵抗値変
化の応答時間が速くなる。これに関連して、ガス
成分の濃度が濃い側から薄い側に移行した際の電
気抵抗値変化の応答時間と、その逆に濃度が移行
した際の電気抵抗値変化の応答時間との差が少な
くなり、従つてあらかじめ設定したガス成分の濃
度から実際に検出したガス成分の濃度のずれが少
なくなつて、制御精度が向上する。

また、貫通孔の存在によつて検出ガスは該貫通
孔中に入つてガス検出素子内に浸透するため、例
えば貫通孔が２個の場合は厚み方向において素子
の側面も含めて６ケ所よりガスが浸透することに
なる。これに対し、厚み方向においては素子の両
側面の２ケ所しかガスが浸透しない。

従つて、貫通孔を設けることによつて、該貫通
孔の無い場合よりガス浸透時間を短縮でき、故に
この点からもガス成分の濃度変化に対する応答時
間を早くできる。

また、貫通孔を設ければよいため、ガス検出素
子全体の厚さを薄くする必要がなく、従つて本考
案では一対の電極を保持している部分の厚みを厚
くして電極の保持強度を向上することができる。

更に、本考案は、一対の電極と一対のリード線
とを挿通する一対の貫通孔を有する耐熱電気絶縁
性金属酸化物よりなる保持体と、これの外周に設
けられ取付部を有した金属ハウジングと、このハ
ウジングに設けられ保持体の一部およびガス検出
素子を覆う多数の穴付き金属保護カバーとを備え
ているから、検出ガスが流れる通路の壁にハウジ
ングを直接取付けてガス検出素子を検出ガス中に
直接に晒すことができ、従つてガス検出素子によ
るガス成分の濃度変化を直接的に検出できる結
果、応答性を向上できる。

更に、本考案では、多数の穴付き保護管を具備
しているから、ガス検出素子を検出ガスの流れか
ら保護でき、従つてガス検出素子の検出ガス流れ
による転倒防止を図ることができるので、耐久性
の向上を期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案ガス検出器の一実施例の全体構
成を示す断面図、第２図は第１図のガス検出素子
を示す断面図、第３図は本考案の効果を説明する
ための図で、ガス検出素子の厚みと応答時間との
関係を示す特性図である。 １……ガス検出素子、２……電極、３……保持
体、３ｂ，３ｃ……貫通孔、５……リード線、７
……ハウジング、９……保護管、９ａ……穴。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 検出ガス中の相対的な雰囲気に応じた電気抵抗
   値を示す金属酸化物の焼結体よりなるガス検出素
   子と、一端が前記ガス検出素子中に埋設され互い
   に離間していて前記ガス検出素子が示す電気抵抗
   値を取出す一対の電極と、この一対の電極に電気
   的に接続された一対のリード線と、このリード線
   および前記電極を挿通する一対の貫通孔を有した
   耐熱電気絶縁性金属酸化物よりなる保持体と、こ
   の保持体の外周囲に固定され取付部を有した金属
   ハウジングと、このハウジングに設けられ前記保
   持体の一部ならびに前記ガス検出素子を覆う多数
   の穴付き金属保護カバーとを具備し、前記ガス検
   出素子のうち前記一対の電極間部分に、貫通孔を
   設けて該部分におけるガス浸透距離に関係する厚
   みを0.1〜0.6mmとしたガス検出器。