JPH0690176B2 - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
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- JPH0690176B2 JPH0690176B2 JP61028954A JP2895486A JPH0690176B2 JP H0690176 B2 JPH0690176 B2 JP H0690176B2 JP 61028954 A JP61028954 A JP 61028954A JP 2895486 A JP2895486 A JP 2895486A JP H0690176 B2 JPH0690176 B2 JP H0690176B2
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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、特にその空燃比制御装置において
排気中の酸素濃度を検出するため等に使用される酸素セ
ンサに関する。
排気中の酸素濃度を検出するため等に使用される酸素セ
ンサに関する。
＜従来の技術＞ この種の酸素センサとしては、例えば、第５図に示すよ
うなセンサ部構造を有したものがある。（特開昭58−20
4365号公報，実開昭59−31054号公報参照）。
うなセンサ部構造を有したものがある。（特開昭58−20
4365号公報，実開昭59−31054号公報参照）。
第５図に示す酸素センサについて説明すると、先端部を
閉塞した酸化ジルコニウム（ZrO2）を主成分とするセラ
ミック管１の内表面と外表面の各一部には、白金（Pt）
ペーストを塗布した後、セラミック管１を焼成すること
で、起電力取り出し用の白金電極2,3を形成してある。
セラミック管１の外表面には、更に白金を蒸着して触媒
層４を形成し、その上からマグネシウムスピネル等の金
属酸化物を溶射して、保護層５を形成してある。
閉塞した酸化ジルコニウム（ZrO2）を主成分とするセラ
ミック管１の内表面と外表面の各一部には、白金（Pt）
ペーストを塗布した後、セラミック管１を焼成すること
で、起電力取り出し用の白金電極2,3を形成してある。
セラミック管１の外表面には、更に白金を蒸着して触媒
層４を形成し、その上からマグネシウムスピネル等の金
属酸化物を溶射して、保護層５を形成してある。
ここにおいて、セラミック管１の内側に基準気体として
大気が導かれるようにする一方、セラミック管１の外側
を機関排気通路に臨ませて被検出気体である排気と接触
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
出するのである。
大気が導かれるようにする一方、セラミック管１の外側
を機関排気通路に臨ませて被検出気体である排気と接触
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
出するのである。
尚、触媒層４は、CO＋1/2O2→CO2の反応を促進し、濃混
合気で燃焼させたときに、その部分に残存する低濃度の
O2をCOと良好に反応させてO2濃度をゼロにし、セラミッ
ク管１内外のO2濃度比を大きくして大きな起電力を発生
させる。一方、希薄混合気で燃焼させたときには、排気
中に高濃度のO2と低濃度のCOがあるため、COとO2とが反
応してもまだO2が余り、セラミック管１内外のO2濃度比
は小さく殆ど電圧は発生しない。
合気で燃焼させたときに、その部分に残存する低濃度の
O2をCOと良好に反応させてO2濃度をゼロにし、セラミッ
ク管１内外のO2濃度比を大きくして大きな起電力を発生
させる。一方、希薄混合気で燃焼させたときには、排気
中に高濃度のO2と低濃度のCOがあるため、COとO2とが反
応してもまだO2が余り、セラミック管１内外のO2濃度比
は小さく殆ど電圧は発生しない。
＜発明が解決しようとする問題点＞ かかるセンサ部構造を有した酸素センサを備えた内燃機
関において、鉛を多く含んだ有鉛ガソリン等を使用した
場合、排気中に含まれる鉛成分が保護層５を浸透して触
媒層４表面を覆うという、いわゆる鉛被毒を生じる。こ
の被毒が進むと、排気中の酸素濃度が理論空燃比より小
に転換した時に、前記した触媒層４によるCOとO2との反
応が十分に促進されず、第７図の被線で示すように起電
力の立ち上がりに遅れを生じ、以て酸素センサからの信
号に基づく空燃比のリーンからリッチへの切換制御に応
答遅れを生じ、空燃比の平均値がリッチ側へ偏り、機関
の燃費，出力，排気エミッション等に悪影響を与えると
いう問題点があった。尚、第７図中実線は正常状態の特
性を示す。
関において、鉛を多く含んだ有鉛ガソリン等を使用した
場合、排気中に含まれる鉛成分が保護層５を浸透して触
媒層４表面を覆うという、いわゆる鉛被毒を生じる。こ
の被毒が進むと、排気中の酸素濃度が理論空燃比より小
に転換した時に、前記した触媒層４によるCOとO2との反
応が十分に促進されず、第７図の被線で示すように起電
力の立ち上がりに遅れを生じ、以て酸素センサからの信
号に基づく空燃比のリーンからリッチへの切換制御に応
答遅れを生じ、空燃比の平均値がリッチ側へ偏り、機関
の燃費，出力，排気エミッション等に悪影響を与えると
いう問題点があった。尚、第７図中実線は正常状態の特
性を示す。
そこで、かかる鉛被毒対策として、従来第６図に示すよ
うに、保護層５の上に更に比表面積の大きいγ−アルミ
ナやδ−アルミナ等の多孔性セラミックス材を用い気孔
容積が0.01〜0.08cc/gで膜厚が20μ〜60μ程度の鉛トラ
ップ層６を設けるようにし、γ−アルミナやδ−アルミ
ナで鉛をトラップさせて鉛被毒を制御し酸素センサの寿
命の向上を図っている。
うに、保護層５の上に更に比表面積の大きいγ−アルミ
ナやδ−アルミナ等の多孔性セラミックス材を用い気孔
容積が0.01〜0.08cc/gで膜厚が20μ〜60μ程度の鉛トラ
ップ層６を設けるようにし、γ−アルミナやδ−アルミ
ナで鉛をトラップさせて鉛被毒を制御し酸素センサの寿
命の向上を図っている。
ところで、第３図に示すように上述の鉛トラップ層６の
膜厚を厚くすればするほど鉛に対するトラップ効果は大
きくなるが、従来の鉛トラップ層構造では気孔容積が小
さいため膜厚を厚くすると、排気の触媒層４への到達速
度が遅くなり応答性が低下するという不具合があった。
膜厚を厚くすればするほど鉛に対するトラップ効果は大
きくなるが、従来の鉛トラップ層構造では気孔容積が小
さいため膜厚を厚くすると、排気の触媒層４への到達速
度が遅くなり応答性が低下するという不具合があった。
そこで、本発明は上記の実情に鑑みてなされたもので、
応答性能を損なうことなく鉛被毒効果を高めることので
きる鉛トラップ層構造とすることにより、耐久性の更に
良好な酸素センサを提供することを目的とする。
応答性能を損なうことなく鉛被毒効果を高めることので
きる鉛トラップ層構造とすることにより、耐久性の更に
良好な酸素センサを提供することを目的とする。
＜問題点を解決するための手段＞ このため本発明では、鉛トラップ層を、多孔性セラミッ
クス材により気孔容積が0.3cc/g以上5cc/g以下かつ厚さ
が200μ以上1000μ以下に形成して構成した。
クス材により気孔容積が0.3cc/g以上5cc/g以下かつ厚さ
が200μ以上1000μ以下に形成して構成した。
＜作用＞ 上記の構成によれば、鉛トラップ層が厚くて鉛成分のト
ラップ量を増大させることができ触媒層の鉛被毒を制御
できると共に、気孔容積が大きく排気が触媒層へ速やか
に到達するので応答性が低下することはなくなる。
ラップ量を増大させることができ触媒層の鉛被毒を制御
できると共に、気孔容積が大きく排気が触媒層へ速やか
に到達するので応答性が低下することはなくなる。
＜実施例＞ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１実施例を示す第１図において、第５図に示すと同様
に、閉塞端部を有する酸化ジルコニウム（ZrO2）を主成
分とするセラミック管11の内外表面にそれぞれ白金電極
12,13を設け、外表面側の白金電極13上に白金を蒸着し
て触媒層14を形成し、更にマグネシウムスピネル等の金
属酸化物を溶射して保護層15を形成し、この保護層15上
に鉛トラップ層16を形成することは従来と同様である。
に、閉塞端部を有する酸化ジルコニウム（ZrO2）を主成
分とするセラミック管11の内外表面にそれぞれ白金電極
12,13を設け、外表面側の白金電極13上に白金を蒸着し
て触媒層14を形成し、更にマグネシウムスピネル等の金
属酸化物を溶射して保護層15を形成し、この保護層15上
に鉛トラップ層16を形成することは従来と同様である。
そして、本発明では、前記鉛トラップ層16を、比表面積
の大きい多孔性セラミックス材により、気孔容積を従来
よりも大きい0.3cc/g以上5cc/g以下とし、かつ厚さを20
0μ以上1000μ以下としている。
の大きい多孔性セラミックス材により、気孔容積を従来
よりも大きい0.3cc/g以上5cc/g以下とし、かつ厚さを20
0μ以上1000μ以下としている。
例えば、本実施例では、比表面積100m2/g以上のγ−ア
ルミナペレットをボールミルで粒径４〜10μに粉砕し、
これに10〜40％のアルミナゾルを加えてペースト状に
し、保護層15上に200μ〜400μの厚さに塗布した後、50
0〜700℃で焼成することによって鉛トラップ層16を形成
してある。
ルミナペレットをボールミルで粒径４〜10μに粉砕し、
これに10〜40％のアルミナゾルを加えてペースト状に
し、保護層15上に200μ〜400μの厚さに塗布した後、50
0〜700℃で焼成することによって鉛トラップ層16を形成
してある。
かかる構成によれば、排気中に含まれる鉛成分は鉛トラ
ップ層16のγ−アルミナで吸着され、その吸着能力は従
来よりも一層良好となる。一方、気孔容積が大きいため
排気が触媒層14に速やかに到達するので反応速度が低下
することはない。従って、酸素センサの耐久性を向上さ
せることができる。
ップ層16のγ−アルミナで吸着され、その吸着能力は従
来よりも一層良好となる。一方、気孔容積が大きいため
排気が触媒層14に速やかに到達するので反応速度が低下
することはない。従って、酸素センサの耐久性を向上さ
せることができる。
第３図は鉛トラップ層16の厚さ変化に伴う使用時間とλ
（空気過剰率）のリッチ側への偏りとの関係の実験デー
タを示し、第４図は気孔容積を変えた時の鉛トラップ層
16の厚さと空燃比制御周波数（反応速度）との関係の実
験データを示すもので、これら第３図及び第４図からも
明らかなように鉛トラップ層16の厚さを200μ以上でか
つ気孔容積を0.3cc/g以上にすると効果が大であること
がわかる。また、鉛トラップ層16の気孔容積が5cc/gを
超えると鉛の吸着性能に悪影響が出始め、鉛トラップ層
16の厚さが1000μを超えると反応速度に悪影響をおよぼ
し、また鉛トラップ層16が剥離しやすくなることが確認
されている。
（空気過剰率）のリッチ側への偏りとの関係の実験デー
タを示し、第４図は気孔容積を変えた時の鉛トラップ層
16の厚さと空燃比制御周波数（反応速度）との関係の実
験データを示すもので、これら第３図及び第４図からも
明らかなように鉛トラップ層16の厚さを200μ以上でか
つ気孔容積を0.3cc/g以上にすると効果が大であること
がわかる。また、鉛トラップ層16の気孔容積が5cc/gを
超えると鉛の吸着性能に悪影響が出始め、鉛トラップ層
16の厚さが1000μを超えると反応速度に悪影響をおよぼ
し、また鉛トラップ層16が剥離しやすくなることが確認
されている。
第２図は第２実施例を示し、このものは鉛トラップ層16
の下層部16aを触媒、例えば白金をγ−アルミナに担持
させた触媒担持層とし、上層部16bは単にγ−アルミナ
だけの層としたものである。
の下層部16aを触媒、例えば白金をγ−アルミナに担持
させた触媒担持層とし、上層部16bは単にγ−アルミナ
だけの層としたものである。
この場合は、例えば比表面積100m2/g以上γ−アルミナ
ペレットをボールミルで粒径４−10μに粉砕し、10〜40
％のアルミナゾルを加えてペースト状にし、このペース
トの一部に塩化白金酸を加えたもの（白金として0.2〜
2.0wt％）を10〜50μの厚さで保護層15上に塗布して500
〜700℃で焼成する。この焼成処理後、塩化白金酸を加
えない残りのペーストをその上に200〜400μの厚さで塗
布し、500〜700℃で焼成することにより、下層部16aに
触媒担持層を有する鉛トラップ層16を形成する。
ペレットをボールミルで粒径４−10μに粉砕し、10〜40
％のアルミナゾルを加えてペースト状にし、このペース
トの一部に塩化白金酸を加えたもの（白金として0.2〜
2.0wt％）を10〜50μの厚さで保護層15上に塗布して500
〜700℃で焼成する。この焼成処理後、塩化白金酸を加
えない残りのペーストをその上に200〜400μの厚さで塗
布し、500〜700℃で焼成することにより、下層部16aに
触媒担持層を有する鉛トラップ層16を形成する。
かかる第２実施例によれば、第１実施例と同様の効果に
加えて、触媒層14が被毒しその酸化作用が低下しても鉛
トラップ層16の下層部16aの触媒担持層によって触媒層1
4の触媒機能を補うことができ、一層酸素センサの耐久
性を向上させることができる。
加えて、触媒層14が被毒しその酸化作用が低下しても鉛
トラップ層16の下層部16aの触媒担持層によって触媒層1
4の触媒機能を補うことができ、一層酸素センサの耐久
性を向上させることができる。
また、以上の実施例では下層部16a,鉛トラップ層16とも
にγ−アルミナを用いた酸素センサを示したが、δ−ア
ルミナを使えば高温でも安定な酸素センサが得られる。
にγ−アルミナを用いた酸素センサを示したが、δ−ア
ルミナを使えば高温でも安定な酸素センサが得られる。
（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、鉛トラップ層を、そ
の気孔容積を0.3cc/g以上5cc/g以下とし、かつ200μ以
上1000μ以下の厚さにして形成したので、反応速度を低
下させることなく触媒層の鉛被毒の制御作用をより一層
高めることができ、燃費，出力，排気エミッション特性
を改善できることは勿論、酸素センサの耐久性を一層向
上させることができる。
の気孔容積を0.3cc/g以上5cc/g以下とし、かつ200μ以
上1000μ以下の厚さにして形成したので、反応速度を低
下させることなく触媒層の鉛被毒の制御作用をより一層
高めることができ、燃費，出力，排気エミッション特性
を改善できることは勿論、酸素センサの耐久性を一層向
上させることができる。
第１図は本発明の第１実施例を示す要部断面図、第２図
は本発明の第２実施例を示す要部断面図、第３図は鉛ト
ラップ層厚さを変化させたときのリッチ側への偏り度合
と使用時間との関係を示す図、第４図は気孔容積を変化
させたときの鉛トラップ層厚さと反応速度との関係を示
す図、第５図は本発明を適用する酸素センサの従来のセ
ンサ部を示す断面図、第６図は鉛トラップ層を設けた従
来例を示す要部断面図、第７図は正常時と鉛被毒時の出
力電圧状態を示す図である。 11……セラミック管、12……内表面側白金電極、13……
外表面側白金電極、14……触媒層、15……保護層、16…
…鉛トラップ層
は本発明の第２実施例を示す要部断面図、第３図は鉛ト
ラップ層厚さを変化させたときのリッチ側への偏り度合
と使用時間との関係を示す図、第４図は気孔容積を変化
させたときの鉛トラップ層厚さと反応速度との関係を示
す図、第５図は本発明を適用する酸素センサの従来のセ
ンサ部を示す断面図、第６図は鉛トラップ層を設けた従
来例を示す要部断面図、第７図は正常時と鉛被毒時の出
力電圧状態を示す図である。 11……セラミック管、12……内表面側白金電極、13……
外表面側白金電極、14……触媒層、15……保護層、16…
…鉛トラップ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 諏訪 忠男 群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１ 日本電 子機器株式会社内 (72)発明者 木村 信司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 根本 好一 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−73085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−20423（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−134157（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】閉塞端部を有するセラミック管の内外表面
に白金電極を設け、外表面側の白金電極上に、触媒層，
保護層及び鉛トラップ層を順次積層し、大気に接触させ
た内表面側電極と内燃機関の排気に接触させた外表面側
電極との間に発生する起電力により排気中の酸素濃度を
検出するようにした酸素センサにおいて、前記鉛トラッ
プ層を、多孔性セラミックス材により気孔容積が0.3cc/
g以上5cc/g以下かつ200μ以上1000μ以下の厚さにして
形成したことを特徴とする酸素センサ。 - 【請求項２】鉛トラップ層は、その下層部が多孔性セラ
ミックス材に触媒を担持させた触媒担持層である特許請
求の範囲第１項記載の酸素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61028954A JPH0690176B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | 酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61028954A JPH0690176B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | 酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62187245A JPS62187245A (ja) | 1987-08-15 |
| JPH0690176B2 true JPH0690176B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=12262807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61028954A Expired - Fee Related JPH0690176B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0690176B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0283442A (ja) * | 1988-09-21 | 1990-03-23 | Japan Electron Control Syst Co Ltd | 内燃機関用酸素センサ |
| US5593558A (en) * | 1994-06-09 | 1997-01-14 | Nippondenso Co., Ltd. | Oxygen concentration detector |
| DE10260849B4 (de) * | 2002-12-23 | 2017-05-24 | Robert Bosch Gmbh | Meßfühler |
| JP5075937B2 (ja) | 2010-03-31 | 2012-11-21 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ素子及びその製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5273085A (en) * | 1975-12-15 | 1977-06-18 | Nippon Soken | Oxygen concentration detector |
| JPS5520423A (en) * | 1978-08-01 | 1980-02-13 | Toyota Motor Corp | Oxygen sensor element |
| JPS60134157U (ja) * | 1984-02-20 | 1985-09-06 | 日本電子機器株式会社 | 内燃機関用酸素センサ |
-
1986
- 1986-02-14 JP JP61028954A patent/JPH0690176B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62187245A (ja) | 1987-08-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |