JPH03103759A - 内燃機関の失火検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明１上　内燃機関の排気成分に基づき内燃機関の失
火を検出する失火検出器に関する。

［従来の技術］ 内燃機凰　特に車両用内燃機関において、ＣＯ，口Ｃ，
ＮＯｘ等の排気中の有害成分の低減　それら有害成分を
除去する三元触媒コンパータの劣化防止，出力特性の安
定｛１．　　或は燃費低減等のために１上　燃料混合気
の燃焼状態の監視及び制御が重要であり、こうした意味
から内燃機関の失火を検出する検出器が必要となってき
ている。しかし従来で１上　内燃機関の失火を検出する
検出器はなく、例えば内燃機関の回転変動或はトルク変
動から失火を検出するとか、三元触媒コンバータの温度
から失火を検出するといったことが行われていたこのた
め従来で１大　内燃機関の失火状態を正確且つ迅速に検
知することはできず、失火状態（二対応した緻密な制御
を実行することができなかつ九一方従来より、排気成分
からディーゼルエンジンのスモークを検出するセンサと
して、抵抗器に触媒を設け、触媒の温度変化に伴い生ず
る抵抗器の抵抗変化から排気中のＣ　Ｏ　；１度を検出
する抵抗式のガスセンサが提案されている（特開昭５５
−１０６３４９号，５５−１０６３５０号公報等）．こ
のセンサ１社　排気中のＣＯ成分が触媒で燃焼する際に
生ずる温度上昇を抵抗変化として検出することによりＣ
ｏａ１度を検出するものであるが、検出されるＣ　Ｏ　
Ｉ上Ｈ　Ｃ，　　Ｎ　Ｏ　ｘ等と共に内燃機関の失火状
態に応じて増加するため、このセンサを用いれば内燃機
関の失火状態を検出することが可能となる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが上記提案のセンサで１上　触媒にγ−アルミナ
を担体としてｐｔ或はＰｔ／Ｒｈを担持させた貴金属触
媒を用いているため、触媒の熱劣化が著しく、長時間安
定した検出特性を維持できないといった問題がある。つ
まり内燃機関の失火により未燃ガスが増加すると、触媒
反応によって触媒温度が上昇するが、貴金属触媒は熱劣
化が著しいため、長時間使用していると触媒として機能
しなくなり、内燃機関の失火状態を検出することができ
なくなってしまうのである。

そこで本発明｛よ　こうした問題を解決し、耐久性に優
札　内燃機関の失火を高感度で検出できる失火検出器を
提供することを目的としてなされた［課題を解決するた
めの手段］ 即ち、上記目的を達するためになされた本発明１よ　セ
ラミック基板に一対の金属抵抗体を形成し、該金属抵抗
体の一方に感ガス性の金属酸化物を主成分とする触媒層
を積層してなることを特徴とする内燃機関の失火検出器
を要旨としている．［作用］ このように構成された本発明の失火検出器において｛上
　触媒層が感ガス性の金属酸化物を主成分として形成さ
れているので、失火により流出した未燃ガス（Ｃｏ，Ｈ
Ｃ等）が触媒層に触れると、触媒層が自らの酸素イオン
を放出して、その表面で未燃ガスを燃焼させる。このた
め触媒層が積層された金属抵抗体の温度｛上　触媒層で
の未燃ガスの燃焼により上昇し、その抵抗値が増加する
。

一方触媒層が積層されない側の金属抵抗体の温度｛友　
排気温度に応じて変化するため、こうした抵抗値の増加
はなく、むしろ失火による排気温度の低下に伴い、抵抗
値がわずかに低下する。

このため各金属抵抗体の抵抗値を比較モニタすることに
よって失火の有無及びその程度を検知することが可能と
なる。

また感ガス性の金属酸化物（．ｔ．従来から内燃機関の
排気中の酸素濃度を検出する酸素センサに使用されてお
り、熱劣化はないので、未燃ガスの燃焼によって触媒温
度が１　０００℃程度まで上界しても問題なく機能する
．つまり本発明の失火検出器を長時間使用しても触媒の
熱劣化により失火の検出精度が低下することはない。

尚、感ガス性の金属酸化物を触媒として機能させるに（
友　触媒層を所定温度（例えば６００℃）以上にする必
要があるが、本発明の失火検出器は内燃機関の排気に晒
されるため、触媒層は排気によって加熱されることとな
り、問題なく機能する。

またたとえ排気によって加熱できないとしても、触媒層
の下には金属抵抗体があり、金属抵抗体の抵抗値を検出
するに（．ｔ．それを通電して電流値を検出する必要が
あるので、この通電によって金属抵抗体を加熱すること
で、触媒層の温度を所定温度以上にしておくこともでき
る。

ここで金属抵抗体として１社　耐熱性の導電体であれｌ
ｆ，　　特に限定はないが、通常、タングステン、モリ
ブデン、金或は白金族を主成分としたものが用いられる
。

また触媒層を形成する感ガス性の金属酸化物として１よ
　反応させるガス成分に応じてその物質を選択すればよ
いが、通常用いられるものとして、Ｔｉ０２、Ｃ　ｅ　
０２、Ｃ　ｏ　Ｏ％Ｚ　ｎ　Ｏ，　　Ｎ　ｂ　２０５、
Ｃｒ２０３、ＮｉＯ等の遷移金属酸化物が挙げら札本発
明においてもこれらの内の何れか１つまたは２つ以上の
組合せの物質を用いればよい。

次に触媒層は排気に晒さ札　鉛等の排気中の有害物質に
被毒することもあるので、触媒層にコート層を積層し、
触媒層を保護するようにしてもよい。尚このコート層と
して｛友　鉛等の有害物質を吸着捕獲し、有毒物質が触
媒層に達することを防止することができればよく、その
材質は熱的に安定な材質であれば何でもよいが、例え１
ヱ　アルミナ、マグネシアスビネル、ジルコニア等を用
いることができる。

また触媒層の触媒活性を向上する目的で、感ガス性金属
酸化物に、白色　ロジウ八　パラジウム等の貴金属触媒
を添加担持してもよい。但しこの場合に（友　貴金属触
媒の熱劣化に伴い、失火の検出特性が若干低下する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する．尚本発
明は以下１二説明する実施例に限定されるものではなく
、その要旨を逸脱しない範囲の種々の態様のものが含ま
れる。また図において失火検出器各部の寸法は説明上実
際の寸法とは異なる。

まず第１図（よ　セラミック基板としてアルミナを主成
分とした基板を使用し、一対の金属抵抗体として白金を
主成分とする印刷抵抗体を使用し、触媒層として多孔質
のチタニア焼結体を使用した実施例の失火検出器を表す
一部破断斜視図である．図に示すように　本実施例の失
火検出器１においては、凹状に形成されたセラミック基
板３の一対の突出部３ａ，３ｂの表面に一対の抵抗パタ
ーン５ａ，５ｂが形成さ札　その胴部３Ｃに各抵抗パタ
ーン５ａ，５ｂの電極パターン７ａ，７ｂ及び共通電極
パターン７ｃが形成されており、その上部にセラミック
積層板９が積層されている。

セラミック積層板９　１；Ｊｌ，　　セラミック基板３
とほぼ同形状で、セラミック基板３の一方の突出部３ａ
を取り除いた形状に形成されており、各電極バターン７
ａ〜７Ｃの端部に接続された白金リード線１１ａ〜ｌｌ
ｃを挟んで、セラミック基板３の一方の突出部３ａを除
いた部分を覆うように積層されている。

またセラミック基板３の突出部３ａに（よ　抵抗パター
ン５ａが形成されているが、この部分に１よ剥離防止用
の球形造粒粒子１３を介して、触媒層１５が積層されて
いる。

次に上記のように構成された失火検出器１の作成手順に
ついて、第２図を用いて説明する。

■　まず、アルミナ９２ｗｔ％、マグネシア３ｗｔ％、
及び焼結助剤（シリカ、カルシア等）５ｗｔ％をポット
ミルにて２０時間混合し、その混合物に有機バインダー
としてポリビニールブチラール１２ｗｔ％、フタル酸ジ
ブチル４ｗｔ％表添加し、溶剤としてメチルエチルケト
ン、　トルエン等を加え、更にボットミルで１５時間混
合してスラリーとし、ドクターブレード法でシート化す
るといった手順でセラミック基板３及びセラミック積層
体９となるグリーンシ一トを作成する。

尚セラミック基板３用グリーンシ一ト１上　厚みを０．
　　４ｍｍとし、各部の寸法を、第２図（ａ）に示す如
く、縦Ｌｌ：　４７帆　横Ｌ２：　６咀　突出部３ａ，
３ｂの横幅し３：　　２，　　５一　突出部３　ａ，３
ｂの縦幅Ｌ４：７ｍｍとした　またセラミック積層板９
用グリーンシ一ト１よ　厚みｔ　０．２　６　ｍｍとし
、それ以外の寸法はセラミック基板３用グリーンシ一ト
と同様にした　但し、既述したようにセラミック積層板
９に｛表　セラミック基板３における突出部３ａとの対
応部分がないので、グリーンシ一ト１二おいてもその部
分は取り除いて作成する．■　次に、白金黒とスポンジ
状白金とを２：１の比率に調合し，他に上記■で用いた
グリーンシ−トの材料混合物を１０ｗｔ％添加し、プチ
ルカルビドール、エトセル等の溶剤を加えて、抵抗パタ
ン５ａ，５ｂ及び電極パターン７８〜７ｃ用のペースト
を作成する。

■　そして第２図（ａ）に示す如く、上記■で作成した
ペーストを用いて、厚膜印刷により、セラミック基板３
用グリーンシ一ト上に抵抗パターン５ａ，５ｂ及び電極
パターン７８〜７ｃを形成する。尚このとき抵抗パター
ン５ａ、ｓｂ（３　　抵抗値が等しくなるよう、左右対
称に形成する。

■　このよう１ニセラミック基板３用グリーンシト上に
抵抗パターン５ａ，５ｂ及び電極パターン７８〜７ｃが
形成されると、今度は第２図（ｂ）に示す如く、各電極
パターン７８〜７ｃの端部に直径０．　　２ｍｍの白金
リード線１１ａ　〜ｌｌｃｔ夫々接続し、その上から上
記■で作成したセラミック積層体９用のグリーンシ一ト
を積層熱圧着して第２図（Ｃ）の如くセラミック積層体
を形成する。

尚セラミック積層体９のグリーンシ一トには、セラミッ
ク基板３の突出部３ａとの対応部分が形成されていない
ので、セラミック基板３用グリーンシ一トの突出部３８
表面には抵抗パターン５ａが露出している。

■　また次に第２図（ｃ）に示す如く，以上のように形
成されたセラミック積層体の露出部分（即ち、抵抗パタ
ーン５ａが形成されたセラミック基板３用グリーンシ一
トの突出部３ａ）１二、上記■で作成したグリーンシ一
トと同一の材料からなる直径５〜５００Ｊｉｍ（好まし
くは１３０〜１８０μｍ）の球形造粒粒子１３を分散付
着させる。

■　そしてその後、上記セラミック積層体を、１　５０
０℃の大気とほぼ同一雰囲気中で、２時間焼成すること
により、セラミック基板３及びセラミック積層体９が一
体となったセラミック焼結体を作成する。尚この焼成に
よって、セラミック基板３の突出部３８表面に１友　球
形造粒粒子１３による凹凸が形成される。

■　次に抵抗パターン５ａが形成されたセラミック基板
３の突出部３８表面に多孔質のチタニアを主成分とする
触媒層１５を形成する。即ち、大気中１２００℃で１時
間仮焼した平均粒径１．２μｍのチタニア粉末１００ｆ
ｉ量部に対して、３重量部のエチルセルロースを添加し
、これらをプチ力ルビトール（２−（２−ブトキシエト
キシ）エタノールの商品名）中で混合することにより、
３００ボイズの粘度にペースト化した触媒層ペーストを
、厚膜印刷技術でセラミック基板３の突出部３ａｌ二印
刷し、これを大気中１２００゜Ｃで１時間焼成すること
により、触媒層１５を形成する。

次に上記のように作成した本実施例の失火検出器１の動
作を確認するため、排気量２０００ｃｃ、６気筒エンジ
ンの排気マニホールドに失火検出器１を取り付け、エン
ジンを３　０　０　０　ｒ．ｐ．ｍ．で定常運転させ、
点火装置表操作して失火を発生させることにより、触媒
層１５が設けられた突出部３ａの温度　触媒層１５を備
えていない突出部３ｂの温度　及びその時の排気温度を
測定した　尚突出部３ａ，３ｂの温度（よ　これら各部
の裏面に熱電対をつけて測定した　また測定の際　排気
によって触媒層１５を活性温度６００℃以上にすること
ができなかったので、触媒層１５の加熱のために、白金
リード線１１ａ−１１ｂ間に一定電圧を印加して、各抵
抗パターン５ａ，５ｂを発熱させＬこの結果　第３図に
示す如く、エンジンの失火率（＝失火数／必要点火数）
が増加するのに対応して排気温度が低下し、その温度低
下に応じて触媒層１５を備えていない突出部３ｂの温度
も低下するのに対し、触媒層１５を備えた突出部３ａで
は逆に温度が上昇することが確認された　これ１山失火
率の増加に伴い排気中の未燃ガス（Ｃｏ，ＨＣ）が増加
し、触媒層１５表面での未燃ガスの燃焼温度が増加する
ためである。

また次に各抵抗パターン５ａ，５ｂの温度変化に対する
抵抗変化を、白金リード線１１ａ〜１１Ｃを介して測定
した　その結果各抵抗パターン５ａ、５ｂの抵抗値はほ
ぼ等しく、第４図に示す如く、温度変化に対して一定に
変化することが確認された 従って、本実施例の失火検出器１を用いて内燃機関の失
火を検出する際に１友　第５図に示す如き検出回路を用
いればよい。

即ち、本実施例の失火検出器１において（上　内燃機関
に失火が発生していなけれｌｆ．　　突出部３　ａ，３
ｂの温度が等しいので、砥抗パターン５ａ，５ｂの抵抗
値も等しくなり、逆に失火が発生すると、突出部３ａ，
３ｂに温度差が生ずるので抵抗パターン５ａ，５ｂの抵
抗値にも脩差が生じ、しかも突出部３ａ，３ｂの温度差
は失火率に応じて大きくなるので、抵抗パターン５ａ，
５ｂの抵抗値の差も失火率に応じて大きくなる。このた
め、検出回路を、第５図に示す如く，′Ｒ極パターン７
ａを介して抵抗パターン５ａの一端に接続される白金リ
ード線１１ａを接地し、電極パターン７ｂを介して抵抗
パターン５ｂの一端に接続される白金リード線１１ｂ側
から電源電圧＋Ｂを印加し、その時共通電極パターン７
ｃを介して各抵抗パターン５ａ、５ｂの他端に接続され
る白金リード線１１Ｃに生ずる電圧Ｖｓと分圧抵抗Ｒｌ
，Ｒ２（但し，Ｒ　１　＝Ｒ　２）で決定される基準電
圧との偏差舎差動増幅器Ａを用いて検出するようにすれ
ｌ！　　その出力電圧から、内燃機関の失火及び失火率
を簡単に検知することが可能となる。

このように本実施例の失火検出器１を用いれ］Ｌ内燃機
関の失火状態を簡単に検知することができるようになる
のであるが、次に本実施例の失火検出器１の効果を確認
するため，本実施例の失火検出器１と従来技術で説明し
た触媒に貴金属触媒を使用したガスセンサとの耐久試験
を以下のように行つ翫 まず上記失火検出器１と同様に、第２図（ｃ）に示す触
媒層１５を形成する前のセラミック焼結体を作成し、そ
の突出部３　ａ　ＩＱ　　Ｐ　ｔ　／　Ｒ　ｈを担持ｉ
３〜１０ｗｔ％の割合でγ−アルミナに担持させた触媒
層を形成することで，触媒に貴金属触媒を備えた従来の
ガスセンサを作成し氏 そしてこの従来センサと失火検出器１とを夫々上述の６
気筒エンジンの排気マニホールドに取り付け、エンジン
を３　０　０　Ｏ　ｒ．ｐ．ｍ．で定常運転させ、点火
装置を操作して失火を発生させることにより、各センサ
の失火検出特性を測定しｔ４　　尚この測定１．ｔ．前
述の第５図における電源電圧十Ｂとして１４ｖの一定電
圧を使用し、その時白金リード線１１Ｃ一白金リード線
１１ａ（アース）間に生ずる電圧Ｖｓを検出することに
より行った また次に上記各センサを、車両用エンジンに取り付けて
１０万マイルの実車走行を行ない、その耐久後の各セン
サの失火検出特性を上記と同様に行つｔ４ この結果、第６図に示す如く，失火検出器１の失火検出
特性は、耐久後も新品のときと大きな変化は見られず、
内燃機関の失火を高感度で良好に検出することができる
のに対し、触媒に貴金属触媒を使用した従来センサで１
友　新品のときには失火検出器と同様に内燃機関の失火
を検出することができるものの、耐久後は失火率の変化
に対して検出電圧Ｖｓは変化せず、内燃機関の失火を全
く検出できなくなることがねかっ乙　これは排気中の未
燃ガスとの触媒反応によって貴金属触媒が熱劣化し、耐
久後は触媒として全く機能していないためである。

このように本実施例の失火検出器１１二よれば、チタニ
アにより触媒層１５を形成しているので、内燃機関の失
火状態を高感度で検出できるだけでなく、触媒層１５が
熱劣化せず、長期間安定した失火検出特性が得られるよ
うになる。

ここで上記実施例で（飄　セラミック積層板９がセラミ
ック基板３と同様に形成され，気密質となるが、このセ
ラミック積層板９１友　　触媒層１５と同様に多孔質に
形成してもよい．この場合、抵抗パターン５ａ，５ｂの
熱容量が等しくなって、失火検出精度をより向上するこ
とが可能となる。

［発明の効果］ 以上詳述したように　本発明の内燃機関の失火検出器に
おいて１上　セラミック基板上に金属抵抗体及び触媒層
が一体形成されているため、失火に伴う触媒層の温度変
化を抵抗変化として高感度で検出することができ，内燃
機関の失火状態を高感度で検出できる。また触媒層が、
感ガス性の金属酸化物を主成分として形成されているた
め、触媒層が熱劣化することはなく、長期耐久性に優ね
長時間安定した検出特性を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の失火検出器を表す一部判断斜視は　第
２図は失火検出器の製造工程は　第３図は内燃ｔｌ！開
の失火率に対する失火検出器各部の温度変化を表す線は
　第４図は失火検出器の温度変化に対する抵抗値変化を
表す線は　第５図は失火検出器を用いて失火検出を行な
う際に使用する検出回路の一例を表す電気回路は　第６
図は実施例の失火検出器と従来センサとの耐久試験結果
を表す線は　である。 １・・・失火検出器 ３・・・セラミック基板 ５ａ，５ｂ・・・抵抗パターン ７８〜７Ｃ・・・電極パターン ９・・・セラミック積層板 １１８〜ｌｌｃ・・・白金リード線 １５・・・触媒層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミック基板に一対の金属抵抗体を形成し、該金属抵
   抗体の一方に感ガス性の金属酸化物を主成分とする触媒
   層を積層してなることを特徴とする内燃機関の失火検出
   器。