JPH04164244A - 内燃機関の酸素センサ - 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〉 本発明は、内燃機関の排気系に取付けられ、排気中の酸
素濃度を介してこれと密接な関係にある機関吸入混合気
の空燃比を検出する酸素センサに関する。

〈従来の技術〉 従来、この種の酸素センサとしては、例えば第１５図に
示すようなセンサ部構造を有したものがある（実開昭６
１−８９１６０号公報等参照）。

第１５図に示すものについて説明すると、先端部を閉塞
した円筒状の酸化ジルコニウムに代表される酸素イオン
導電性の濃淡電池用固体電解質１の内外表面の各一部に
白金電極２，３を形成し、その外側に白金を蒸着して酸
化触媒層４を形成し、更にその上からマグネシウムスピ
ネルを溶射して、保護層５を形成しである。

ここにおいて、固体電解質ｌの内側に基準空気として大
気か導かれるようにする一方、固体電解質■の外側を機
関排気通路に臨ませて排気と接触させ、内表面に接触す
る大気中の酸素濃度と外表面に接触する排気中の酸素濃
度との比に応じた電圧を白金電極２，３間に発生させる
ことにより、排気中の酸素濃度を検出しようとするもの
である。

また、例えば実開昭６１−１４９８６６号公報等に記載
されているような、検出素子としてチタニア（酸化チタ
ン）を使用したものもあり、そのセンサ部構造は例えば
第７図（Ａ）、　　（Ｂ）に示すようになっている。

即ち、基板１１として用いるアルミナ＜Ａ１２ｏ３）の
グリーンシート−側に、電極１２．１．３として用いる
白金（Ｐｔ）を所定間隔をあけて塗布し、これらを約１
５００°Ｃて焼成する。更に、電極１２．１３を包覆す
るようにチタニア（ＴｉＯ２）を塗布して約１３００°
Ｃて焼成し、多孔性のチタニア層１４を形成する。

尚、アルミナ製基板１１の厚さは１．　ｍｍ程度、チタ
ニア層１４の厚さは１０〜１００μｍ程度である。また
、基板ｌｌ上に積層されるアルミナ製の基板１５は、基
板１１との積層境界部に電極１２．１３を挟持して保護
するものである。

かかる構成の酸素センサによると、電極１２．１３間に
介在するチタニア層１４の電気抵抗値か被検出気体中の
酸素濃度によって変化するので、その抵抗値変化を電圧
変化として取り出すことによって酸素濃度を検出てきる
ものである。

〈発明か解決しようとする課題〉 しかしながら、このような従来の酸素センサにあっては
次のような問題点かある。

即ち、オイルミス１〜やパツキンが溶解して燃焼した場
合に珪素か発生することかあるが、該珪素はマグネシウ
ムスピネルの保護層５に付着して目詰まりを起こして応
答性を悪化させたり、また白金電極３か被毒して、第８
図に示すように、り一ン側で図示破線の如く起電力か上
昇して検出精度が悪化するという問題点がある。

また、チタニアを使用した酸素センサにおいても同様に
検出精度が悪化するという問題点かある。

また、このような現象は燃料として、ガソリンにアルコ
ール（主にメタノール）を混入したものを使用する場合
に多くみられ、それは、燃料中のメタノールが配管のコ
ーティングやパツキンに含まれる珪素を溶解するためと
考えられる。

そこで、本発明は、このような従来の実情に鑑み、保護
層或いはチタニア層が目詰まりしたり、電極が被毒した
りすることのない酸素センサを提供することを目的とす
る。

〈課題を解決するだめの手段〉 上記の目的達成のため、本発明では、酸素イオン導電性
を存する濃淡電池用固体電解質の両面にそれぞれ電極を
形成し、一方の面を基準空気側に配し、他方の面を機関
の排気中に配して、排気中の酸素濃度を介して機関に吸
入される混合気の空燃比を検出する内燃機関の酸素セン
サにおいて、前記固体電解質の排気側の面に、白金から
なる酸化触媒層を形成し、その外側に二酸化珪素とアル
カリ金属酸化物とよりなる珪素吸着用の吸着層を形成し
、更にその外側にスピネルの保護層を設ける構成とした
。

また、アルミナ製基板の一側に所定間隔をあけて一対の
電極を装着すると共に、該−・対の電極を包覆するよう
にチタニア層を装着してなり、前記一対の電極間に介在
するチタニア層の電気抵抗変化に基づき被検出気体中の
酸素濃度を検出するようにした酸素センサにおいて、前
記電極の外側に二酸化珪素とアルカリ金属酸化物とより
なる珪素吸着用の吸着層を形成し、更にその外側にチタ
ニア層を設ける構成としてもよい。

〈作用〉 二酸化珪素とアルカリ金属酸化物とよりなる混合物にあ
っては、珪素を選択的に吸着する能力が高いことが実験
により確認されており、上記の構成では、スピネルの保
護層或いはチタニア層に珪素が付着しても、保護層内側
或いはチタニア層内側に二酸化珪素とアルカリ金属酸化
物とよりなる珪素吸着用の吸着層か形成される構成であ
るので、珪素か選択的に吸着され、スピネルの保護層或
いはチタニア層が目詰まりを起こすことが無（、また電
極の被毒をも回避することが可能となる。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図に基ろいて説明する。

尚、従来例と同一部分には、同一符号を付しである。

第１図に示す第１実施例にあっては、先端部を閉塞した
円筒状の酸化ジルコニウムに代表される酸素イオン導電
性の濃淡電池用固体電解質ｌの内外表面の各一部に白金
電極２，３を形成し、その外側に白金を蒸着して酸化触
媒層４を形成し、更にその上から本発明に係る構成とし
て二酸化珪素（ＳｉＯ□）とアルカリ金属酸化物である
カルシア（ＣａＯ□）とよりなる吸着層６をその厚み２
０〜１００μｍの範囲で形成し、その外側にマグネシウ
ムスピネルを溶射して、保護層７で覆っである。

ここで珪素の吸着性能を判断するための実験について第
２図〜第４図を参照しつつ説明する。

第２図に示すように反応管２１中に被検査物質を入れ、
入口２２より珪素Ｓｉ、酸素０２１　アルゴンＡｒを含
んだ気体を流入させ、反応管２１から流出した気体をガ
スクロマトグラフィー２３を用いて分析を行う。そして
、次式で定義されるＳｉ減少率（吸着性）Ｒを求める。

尚、実験における環境温度は７００°Ｃである。

各種被検査物質によるＳｉ減少率Ｒは第３図に示すよう
になり、二酸化珪素（ＳｉＯ□）とアルカリ金属酸化物
とよりなる混合物が吸着性能が高く、特に二酸化珪素（
Ｓｉ０２）とカルシア（ＣａＯ□）とよりなる混合物は
、アルミナ（，１２０３）が約５％のＳｉ減少率である
のに対し、約３０％の減少率を示し、最も高い吸着性能
を示す。

さらに吸着性能を確認するために、二酸化珪素と（Ｓｉ
Ｏ□）カルシア（ＣａＯ□）とよりなる混合物において
、二酸化珪素（ＳｉＯ□）の重量割合を変化させた場合
の吸着性能の変化を第４図に示す。これによると、二酸
化珪素が４０〜８０ｗｔ％の範囲にある場合が、最も高
い吸着性能を有することか判る。

従って、排気中に含まれ保護層７を通過してくる珪素は
吸着層６に吸着されることになり、もってマグネシウム
スピネルの保護層７に付着することは無く、従って保護
層７が目詰まりを起こして応答性か悪化することも無く
、また吸着層６の下に形成される白金電極３に珪素が侵
入することがなく、白金電極３の被毒を回避することが
できる。

もって、酸素センサの劣化を防止することか可能となる
。

また、第５図に示す本発明に係る第２実施例にあっては
、基板１１として用いるアルミナ（Ａ／２０３）のグリ
ーンシート−側に、電極１２．１３として用いる白金（
Ｐｔ）を所定間隔をあけて塗布し、これらを約１５００
°Ｃで焼成する。

そして、前記電極１２．１３の外側に二酸化珪素と（Ｓ
ｉＯ□）カルシア（ＣａＯ□）とよりなる珪素吸着用の
吸着層１６をその厚み２０〜１００μｍの範囲で形成し
、更にその外側に該吸着層１６を包覆するようにチタニ
ア（ＴｉＯ２）を塗布して約１３００℃で焼成し、多孔
性のチタニア層１７を形成する。

本第２実施例にあっても、排気中に含まれチタニア層１
７を通過してくる珪素は吸着層１６に吸着されることに
なり、もってチタニア層１７に付着することは無く、従
ってチタニア層１７が目詰まりを起こして応答性が悪化
することも無く、また吸着層１６の下に形成される白金
電極１２．１３に珪素が侵入することがなく、白金電極
１２．１３の被毒をも回避することができる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、白金からなる酸
化触媒層の外側に二酸化珪素とアルカリ金属酸化物とよ
りなる珪素吸着用の吸着層を形成し、更にその外側にス
ピネルの保護層を設ける構成としたり、或いはチタニア
層の内側に前記吸着層番設ける構成としたので、保護層
或いはチタニア層が目詰まりを生じ難くなり、また珪素
か吸着されるので電極の被毒をも回避することかできる
。

これにより、酸素センサの劣化を防止することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２図はＳ
ｉ減少率に係る実験装置概要図、第３図は各種被検査物
質によるＳｉ減少率を示す図、第４図は二酸化珪素の重
量割合によるＳｉ減少率を示す図、第５図は本発明の第
２実施例を示す断面図、第６図及び第７図（Ａ）、（Ｂ
）は従来例を示す断面図、第８図は起電力特性を示す図
である。 １・・・固体電解質　　２．　３．１２．１３・・・白
金電極４・・・酸化触媒層　　６，１６・・・吸着層　
　７・・・保護層　　１１・・・基板　　１７・・・チ
タニア層特許出願人　日本電子機器株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　富士雄 両　＋＠−Ｃｒ−〆 Ｓｉ　０２濃ｌ　（ｗｔ　’１０） 筒７図（Ａ） 第７図（Ｂ） １２ゝ■Ｈ〒＝＝７丁エト平〒■］■■戸■］；巨；憂
巨；；面１工１３゜ 第５図 １ら １’４１５ 第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素イオン導電性を有する濃淡電池用固体電解質
   の両面にそれぞれ電極を形成し、一方の面を基準空気側
   に配し、他方の面を機関の排気中に配して、排気中の酸
   素濃度を介して機関に吸入される混合気の空燃比を検出
   する内燃機関の酸素センサにおいて、前記固体電解質の
   排気側の面に、白金からなる酸化触媒層を形成し、その
   外側に二酸化珪素とアルカリ金属酸化物とよりなる珪素
   吸着用の吸着層を形成し、更にその外側にスピネルの保
   護層を設けたことを特徴とする内燃機関の酸素センサ。
2. （２）アルミナ製基板の一側に所定間隔をあけて一対の
   電極を装着すると共に、該一対の電極を包覆するように
   チタニア層を装着してなり、前記一対の電極間に介在す
   るチタニア層の電気抵抗変化に基づき被検出気体中の酸
   素濃度を検出するようにした酸素センサにおいて、前記
   電極の外側に二酸化珪素とアルカリ金属酸化物とよりな
   る珪素吸着用の吸着層を形成し、更にその外側にチタニ
   ア層を設けたことを特徴とする内燃機関の酸素センサ。