JPH1096707A

JPH1096707A - 酸素センサ

Info

Publication number: JPH1096707A
Application number: JP9085908A
Authority: JP
Inventors: Takao Kojima; 孝夫小島; Koichi Takahashi; 浩一高橋; Takafumi Itano; 隆文板野
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンの始動から短時間で正確に測定を開
始できる酸素センサを提供する。【解決手段】ヒータ素子６０と接している多孔質保護
層７０が、ヒータ素子６０により直接加熱されるため、
短時間で高熱に達する。そして、エンジン始動直後の排
気ガス中のＨ₂、ＣＯ等が、加熱された多孔質保護層７
０を介して多孔質測定電極１５に達するため、該多孔質
保護層７０中にてＨ₂Ｏ、ＣＯ₂へ酸化され、酸素セン
サ１００がＨ₂、ＣＯによってλズレしなくなる。この
ため、エンジン始動直後から酸素濃度を正確に測定する
ことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気ガ
ス中に含まれる酸素の濃度を検出する酸素センサに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンに供給する混合気の空燃比を目
標値に制御し、排気ガス中のＣＯ、ＮＯx 、ＨＣを軽減
するために、排気系に酸素センサを設け、空燃比と相関
関係を持つ排気中の酸素濃度に応じて、燃料供給量をフ
ィードバック制御することが知られている。酸素センサ
は、酸素イオン伝導性固体電解質体の板状素子の両面に
多孔質の電極を配設し、一方の電極を排気ガス中に晒す
と共に、他方の電極を基準となる大気中に晒し、この大
気と排気ガス中の酸素濃度差によって両電極間に生じる
電圧に基づき酸素濃度を測定している。

【０００３】上記フィードバック制御による排気ガス中
の有害成分の削減は、エンジンの暖気が完了した後に開
始している。即ち、上記酸素センサは、所定温度以上に
加熱して酸素イオン伝導性固体電解質体の活性を高めた
後でなければ、動作し得ないからである。このため、酸
素センサに加熱用のヒータを配設し、エンジン始動後に
可能な限り早く（１０秒以下が望ましい）動作を開始さ
せている。

【０００４】ここで、上記酸素センサによるフィードバ
ック制御を開始する以前には、エンジンを停止させない
ように空燃比をリッチ側に制御しているため、相対的に
高い濃度のＣＯ、ＨＣが排出されている。この高濃度の
有害成分の排出を短時間で完了させるため、極力早い時
点から酸素センサが動作し得るようにする技術が種々提
案されている。この技術の一つとして、特開昭６０−１
２８３４８号公報にて、酸素センサ加熱用のヒータに比
較的大きな電流を流し得るように構成することで、短時
間で加熱を完了させる酸素センサが提案されている。

【０００５】この技術について、図１０を参照して説明
する。酸素センサは、板状固体電解質体１１０の両面に
電極１１４、１１５を配設し、一方の電極１１４をスリ
ット１１３中の大気に晒し、他方の電極１１５を多孔質
層１１９を介して排気ガス中に晒し、両電極１１４、１
１５間に発生する電位から排気ガスの酸素濃度を測定す
る。ここで、板状固体電解質体１１０に、多孔質層１１
９を介在させてヒータ板１６０を取り付けることで、ヒ
ータ配線１３３と板状固体電解質体１１０との間に高い
絶縁性を保つ。これにより、ヒータ配線１３３に大きな
電流を流すことを可能ならしめ、短時間で板状固体電解
質体１１０を加熱、活性化させるように構成されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加熱に
より板状固体電解質体の活性を短時間で高め酸素センサ
を動作可能にしても、エンジン始動直後は、正確に酸素
濃度が測定し得ないことが判明した。この原因を本発明
者は、酸素センサの所謂「λズレ」にあるとの知見を得
た。このλズレについて、図８を参照して説明する。図
８において、縦軸に酸素センサ出力を、横軸に酸素濃度
を取り、横軸の中央をλ（ストイキ）に、右側をリーン
に、左側をリッチにしてある。図８（Ａ）は、酸素セン
サが適正に動作している際の出力特性を示している。図
中に示すように、酸素センサは、ストイキ雰囲気にてス
テップ状に出力が反転する。ここで、排気ガス中に水素
が多く含まれると、図８（Ｂ）に示すように、出力特性
がリーン側にシフトする。これは、酸素と水素の拡散程
度が異なる事が原因と考えられる。また、排気ガス中に
ＣＯが含まれると、図８（Ｃ）に示すように、リーン状
態での出力が高まっている。

【０００７】ここで、エンジンの始動直後は、気筒内で
の燃焼が完全には行い得ないので、上述したように比較
的高濃度のＨＣ、Ｈ₂、ＣＯが排出されている。このた
め、酸素センサが動作を開始しても、λズレにより酸素
濃度を正確に測定し得ず、空燃比を適切に制御すること
ができなかった。また、燃料組成により、このＨＣ、Ｈ
₂、ＣＯ濃度も変化する上に、排気ガス温度、圧力等に
よっても変化する。そのため、酸素センサのλズレの程
度が変動する。

【０００８】また、現在、自動車用のエンジンは、燃焼
効率を高めるためストイキになるよう一般に空燃比が制
御されているが、耕運機、或いは、船外機等の小さなエ
ンジンでは、高出力を得られるようにリッチ側で空燃比
が制御されることがある。ここで、大気浄化のため、係
る小型エンジンにも排気ガス中の有害成分を最小に抑え
ることが求められている。このため、リッチ側で空燃比
が制御されるエンジンに、酸素センサを用いて空燃比を
制御することが検討されているが、リッチ雰囲気中で用
いると酸素センサに耐久性の問題が発生した。

【０００９】即ち、酸素センサは、電極として多孔質の
白金を用いるため、リッチ雰囲気中で用いると、排気ガ
ス中のＣＯが、炭素として白金電極と反応し、白金電極
に所謂体積膨張を生ぜしめ、電極が、板状固体電解質体
から剥離するという問題が発生した。

【００１０】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、エンジ
ンの始動から短時間で正確に測定を開始できる酸素セン
サを提供することにある。

【００１１】また、本発明は、上述した課題を解決する
ためになされたものであり、その目的とするところは、
空燃比がリッチ側で制御される際にも長期に渡って安定
して動作し得る酸素センサを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の酸素センサでは、基板と、両面に電極を
配設した板状固体電解質体と、多孔質層と、ヒータ配線
を配設して成る前記電極よりも広い面積を有するヒータ
板と、を積層した酸素センサであって、前記板状固体電
解質体の一方の電極と基板との間に基準となる酸素を導
入して該電極を基準酸素にさらし、前記板状固体電解質
体の他方の電極と、前記ヒータ板との間に前記多孔質層
を介在させ、該多孔質層を介して当該他の電極を測定ガ
ス中にさらしたことを技術的特徴とする。

【００１３】また、請求項２では、基板と、両面に電極
を配設した板状固体電解質体と、多孔質層と、ヒータ配
線を配設して成る前記電極よりも広い面積を有するヒー
タ板と、を積層した酸素センサであって、前記板状固体
電解質体の一方の電極と基板との間に空洞部を形成し、
該空洞部に大気を導入して該電極を大気にさらし、前記
板状固体電解質体の他方の電極と、前記ヒータ板との間
に前記多孔質層を介在させ、該多孔質層を介して当該他
の電極を測定ガス中にさらしたことを技術的特徴とす
る。

【００１４】更に、請求項３では請求項１乃至２におい
て、前記基板と前記板状固体電解質体と前記ヒータ板と
が主として同質の材料からなり、かつ、セラミックス多
孔質層を積層後、一体焼成された事を技術的特徴とす
る。

【００１５】更に、請求項４では請求項１乃至３におい
て、前記多孔質層としてＺｒＯ₂を用い、その厚みを５
０〜５００μｍとしたことを技術的特徴とする。

【００１６】更に、請求項５では請求項１乃至４におい
て、前記多孔質層に、０．０５〜１５mol%の触媒貴金属
を含有させたことを技術的特徴とする。

【００１７】請求項１あるいは２の発明では、ヒータ板
と接している多孔質層が、電極よりも広い面積を有する
ヒータ板により直接加熱されるため、短時間で高熱に達
する。そして、エンジン始動直後の排気ガス中のＨ₂、
ＣＯ等が、加熱された多孔質層の断面から積層面に平行
に拡散して測定用の電極に達するため、該多孔質層中に
て燃焼が促進されＨ₂Ｏ、ＣＯ₂へ酸化され、未燃焼の
Ｈ₂、ＣＯが削減されるため、酸素センサのλズレがな
くなる。このため、エンジン始動直後から酸素濃度の測
定を正確に開始することが可能となる。また、基準とな
る酸素源としては固体電解質体の両電極間に電圧を加え
排ガス中の酸素を導入する方式と、大気と連通する空洞
を設ける方式とがある。

【００１８】また、エンジン始動時の酸素センサ制御開
始以前の状態で、排気ガス中のＣＯはセンサ電極近傍に
於いて、酸素センサが加熱されたときに炭素となって、
電極を構成する多孔質の白金と結合し、所謂体積膨張を
発生させる。しかしながら、該白金電極は、広い面積を
有するヒータ板に多孔質層を介して押さえ付けられてい
るので、体積膨張しなくなる。このため、ＣＯを多く含
むリッチ雰囲気中で用いることが可能となる。

【００１９】請求項３の発明ではセンサを構成する基
板、ヒータ板により多孔質層を強固に押さえ込む方法と
して構成される積層体を主成分が同一となる同種材質と
し、一体焼結する事により確実となる。その際固体電解
質体としては使用中での熱応力に対し安定なＹ₂Ｏ₃２
〜８mol%入りＺｒＯ₂が良い。

【００２０】請求項４の発明では、多孔質層の厚みを５
０〜５００μｍとしてあるため、板状固体電解質体をヒ
ータ板にて短時間で温め得ると共に、排気ガスを容易に
通過させ酸素センサの高い応答性を実現できる。

【００２１】請求項５の発明では、多孔質層に触媒貴金
属を含有させてある。このため、排気ガス中のＨ₂、Ｃ
Ｏ等を、該多孔質層中の触媒貴金属にてＨ₂Ｏ、ＣＯ₂
へ酸化してから電極側に通すため、酸素センサにＨ₂、
ＣＯによるλズレを発生させない。ここで、触媒貴金属
の含有率が０．０５mol%未満では触媒効果が低く、エン
ジン回転数によりフィードバック値λがばらつく。他
方、１５mol%を越えると、含有した貴金属に吸着したＣ
Ｏにより貴金属が体積膨張し保護層中にキレ、クラック
等を生じ易くする。このため、多孔質層に０．０５〜１
５mol%の触媒貴金属を含有させる。ここで、触媒貴金属
としては、パラジウム、白金、ロジウム等が挙げられ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施態
様について図を参照して説明する。図１は本発明の一実
施態様に係る酸素センサ１００を示している。酸素セン
サ１００は、センサ素子５０と、ヒータ素子６０とから
成り、該ヒータ素子６０は、多孔質層７０を介してセン
サ素子５０に取り付けられている。このヒータ素子６０
は、ジルコニア（部分安定化ジルコニアを含む）、マグ
ネシア、アルミナ等のセラミックから成り内部に発熱体
（ヒータ配線）が配設され、図示しないコントローラに
よって電流が印加され、該センサ素子５０の温度を設定
値（約８００°Ｃ）に維持する。

【００２３】図２は、図１のＡ−Ａ断面を示している。
センサ素子５０は、酸素イオン伝導性固体電解材料であ
る安定化または部分安定化ジルコニア（Ｙ₂Ｏ₃の添加
されたＺｒＯ₂の磁器）により形成された板状固体電解
質体１０の表面と裏面とに、白金にＡｌ₂Ｏ₃を２０％
混入して成る多孔質基準電極１４及び多孔質測定電極１
５を配設して成る。多孔質基準電極１４は、スペーサ
（接合）部材１１に形成されたスリット１３を臨み、該
スリット１３内に満たされる大気中に晒される。多孔質
測定電極１５は、多孔質層７０に覆われ、該多孔質層７
０を介して排気ガスに晒される。ヒータ素子６０は、該
多孔質層７０を介してセンサ素子５０を加熱するよう配
設されている。

【００２４】本実施態様の酸素センサの構成について、
該酸素センサの展開図である図３を参照して更に詳細に
説明する。空所を形成する上記スリット１３は、板状固
体電解質体１０と同様な固体電解質体材料から成る空所
形成用のスペーサ（接合）部材１１、及び、第１の支持
部材１２にて構成されている。スペーサ（接合）部材１
１に穿設された該スリット１３は、基部１３ａ側から大
気を導入するため長手方向へ延在するように形成されて
いる。

【００２５】更に、上記多孔質測定電極１５と板状固体
電解質体１０との間には、Ａｌ₂Ｏ₃から成る絶縁膜１
６が設けらている。また、測定電極１５の下面には、触
媒貴金属として白金が３mol%添加された多孔質のジルコ
ニアＺｒＯ₂からなる多孔質層１７（図２に示す多孔質
層７０の一部を形成する）が設けられている。

【００２６】また、基準電極１４は、リード部１４ａか
ら、スルーホール１４ｂを介して端部１５ｂと導通が取
られ、φ０．２mmの白金線１８（Ｒｈ１３ｗｔ％混入）
へ接続され、また、測定電極１５は、リード部１５ａか
ら白金線１８へ接続され、外部との接続が取られてい
る。この白金線１８を固定するための固定板１９（触媒
貴金属として白金が３mol%添加された多孔質のジルコニ
アＺｒＯ₂から構成され、図２に示す多孔質層７０の一
部を形成する）は、Ａｌ₂Ｏ₃から成る第２の絶縁膜２
０を備え、板状固体電解質体１０との間に該白金線１８
を挟持している。

【００２７】次に、上記センサ素子５０を加熱すると共
に、前記多孔質層を前記測定電極に押し付け該測定電極
の剥離を防止し、更に多孔質層及び測定電極を外部から
保護する為のヒータ素子６０の構成について述べる。白
金にＡｌ₂Ｏ₃を１０重量％添加してなる発熱体３３
を、電気絶縁性の高いＡｌ₂Ｏ₃から主として成る絶縁
層３１、３２で挟持させた積層体を構成する。この積層
体を、Ｙ₂Ｏ₃を５mol%添加したＺｒＯ₂の磁器等の固
体電解質体材料から成る平板状の第２の支持部材３０
と、同じく固体電解質体材料から成る第１の被覆層３４
との間に挟持させる。

【００２８】発熱体３３は、後方へ延在するリード部３
３ａを介し、φ０．２mmの白金線（Ｒｈ１３ｗｔ％混
入）３６によって外部と接続される。この白金線３６
は、固体電解質体の材料から成るそり防止層３６を備え
た第２の被覆層３５によって、第２の支持部３０との間
に挟持される。該酸素センサ１００は、幅４mm、長さ３
２mmに形成されている。又、スリット１３を設けず、電
極１４、１５により排気ガス中より保護層１７、１９を
介してＯ₂をポンピングさせ、外孔質電極１４内に酸素
を供給して基準となる酸素源を生成する事もできる（こ
れを基準生成と呼ぶ）。

【００２９】図４（Ａ）は、該酸素センサ１００が酸素
センサ装置に取り付けられた状態を示す一部切り欠き側
面図であり、図４（Ｂ）は、キャップ８４を外した状態
での図４のＢ矢視図である。該酸素センサ１００は、上
記基準生成を用いたものであり、ガラス質部８２を介し
てホルダ８０に固定される。酸素センサ１００の先端部
側には、排気ガスを通過させるための通孔８６の穿設さ
れたキャップ８４が配設されている。酸素センサ１００
のヒータ素子６０への給電は、リード線８８により行わ
れ、また、酸素センサ１００によって検出された酸素濃
度に対応する電位は、リード線８９を介して図示しない
エンジン制御ユニット側へ送られる。このキャップ８４
が、エンジンから三元素触媒まで送られる排気管内に突
出するように、該酸素センサ装置は取り付けられる。更
に、ホルダ８０によりシリコンゴムグロメット９０を狭
圧し、酸素センサ１００の防水及び飛石対策がなされ
る。

【００３０】次に、この酸素センサ１００の動作につい
て図１及び２を参照して説明する。説明を簡単にするた
め、素子の説明には図４の基準生成のタイプの素子では
なく大気を導入するタイプの素子を用いる。酸素センサ
１００は、スリット１３に満たされる大気側の多孔質基
準電極１４と排ガス側の多孔質測定電極１５との間に、
酸素濃度差に応じた電圧を発生する。ここで、エンジン
が始動されると、発熱体３３に大電流が流され、短時間
で板状固体電解質体１０を加熱して、活性を高める。こ
こで、本実施態様では、ヒータ素子６０と、センサ素子
５０との間に、比較的高い絶縁性を有するジルコニアか
ら成る多孔質層を介在させてあるため、センサ素子５０
側に漏電することなく、発熱体３３に大電流を流して、
短時間で板状固体電解質体１０を加熱し、センサ素子５
０を動作可能な状態にすることができる。

【００３１】ここで、エンジン始動直後の、気筒が十分
に暖気されていない間は、排気ガス中にＨ₂、ＣＯ等の
未燃焼ガスが含まれる。係る排気ガスは、相対的に薄い
多孔質層７０を通過してから、排ガス濃度測定側の多孔
質測定電極１５に到達する。該多孔質層７０は、ヒータ
素子６０に直接触れており、ヒータ素子６０にて高い温
度まで加熱されている。また、この多孔質層７０には触
媒貴金属（白金）が含有されている。このため、排気ガ
ス中のＨ₂、ＣＯ等の未燃焼ガスは、該多孔質層７０を
通過する際にＨ₂Ｏ、ＣＯ₂へ酸化されるので、図８
（Ｂ）、図８（Ｃ）のようなλズレを生じさせることが
ない。

【００３２】ここで、本実施態様の多孔質層７０の厚み
について試験を行った結果について、図５の図表を参照
して説明する。この実施態様では、多孔質層は気孔率２
０％程度のジルコニア質材料からなる。種々の厚みの多
孔質層を持つ酸素センサについて、追従性（追従周波
数）と、ヒータに通電を開始してから酸素センサが測定
可能になるまでの暖気時間とを測定した。

【００３３】追従性の試験においては、４気筒２リット
ルのエンジンを用い、２０００rpmの固定下で、酸素セ
ンサを該エンジンから１m 離して配設し、空燃比０．９
と１．１との雰囲気中に晒し、この０．９と１．１との
雰囲気を０．５Hzで切り換え、図９に示すように、空燃
比を０．９へ切り替えてから、酸素センサ出力が５００
m Ｖになるまでの時間（１）と、空燃比を１．１へ切り
替えてから、酸素センサ出力が３５０m Ｖに達するまで
の時間（２）とを求め、（時間（１）＋時間（２）を算
出して、これを追従周波数とした。

【００３４】ここで番号〔ハ〕に示す５０μｍの厚み以
上あれば、必要とされる０．８Hz以上の追従周波数を得
られることが明らかになった。厚みが厚いほど、該多孔
質層７０を介して排気ガスが通過し易くなり、追従周波
数は高まるが、厚みを５０μｍ以上とすることで、必要
な追従性が得られることが分かった。なおここで、ヒー
タへの印可電圧は、１０Ｖととした。

【００３５】測定開始時間の試験においては、プロパン
バーナを用いて、ガス温度をエンジン始動直後の排気ガ
ス温度に相当する３５０°Ｃに保つと共に、ヒータ素子
６０に１４Ｖの電圧を印加した。ここで、多孔質層７０
の厚みが大きくなるほど、センサ素子５０への熱伝導性
が下がり、測定開始までの時間が長くなるが、番号
〔ト〕に示す５００μｍの厚みまでなら、必要とされる
７．０秒の範囲内に納まることが分かった。以上の実験
結果から、多孔質層７０の厚みは、５０〜５００μｍが
望ましく、１００〜３００μｍが最適な値であることが
判明した。

【００３６】なお、図５中で、サンプルの最下段に[比]
として設けてある欄は、図１０に示す従来技術の酸素セ
ンサを用いた測定値である。この従来技術の酸素センサ
は、多孔質層の厚みは３００μｍであるが、ヒータ素子
は、本実施態様と反対側、即ち、排ガス側電極１５の反
対側に取り付けられている。この従来技術の酸素センサ
では、測定を開始するまでに９．３秒必要となってい
る。本例でのヒータ常温抵抗値は、全て１０Ω±０．２
Ωであった。

【００３７】次に、多孔質層７０の厚みと多孔質層中
（保護層１７、保護層１９）の白金（触媒貴金属）の含
有率について試験を行った結果について、図６に示す図
表を参照して説明する。ここでは、酸素センサのλず
れを測定した。λズレの試験においては、追従性試験と
同様、４気筒２リットルエンジンを用い、各種センサで
のフィードバック制御を１０００rpm 、２０００rpm 下
で、かつ、センサ素子のヒータへの印加電圧を６Ｖとし
た状態での各λと差を求めた。λの値はλ測定器（分析
用）を酸素センサの取り付け位置下流３０cmに取り付た
読み取り値である。ここで、印加電圧６Ｖは、１０Ｖ印
加時での１０００rpm 時の約３秒迄に於ける素子温度に
相当する温度を安定に継続し得る電圧である。図６中
で、番号の最下段に〔比〕として設けてある欄は、図１
０に示す従来技術に係る酸素センサにおける値である。

【００３８】ここで、多孔質層７０中の白金（触媒貴金
属）の含有率が０．０５mol%以上になると１０００rpm
、２０００rpm の各λは、１．０００近傍に制御され
ているが、０．０２mol%未満では１．００３（１０００
rpm 時）以上となり好ましくない。又、１０００rpm 、
２０００rpm でのλ差は、０．０５mol%以上の時、０．
００１未満となり、非常に安定なλ制御となることが判
る。即ち、エンジンの回転数に依らず一定値となること
が判った。。以上の試験結果より、多孔質層７０中の白
金（触媒貴金属）の含有率は、０. ０５mol%以上が望ま
しいことが判明した。

【００３９】更に、図６中のサンプルを用い、λ≒０.
８５近傍でのリッチ雰囲気下で耐カーボン特性試験を行
った結果について図７に示す。各資料は、５本ずつ１０
０hrs とし、ヒータへの印加電圧は６Ｖとした。また、
エンジンとしてはＶ形６気筒３リッターエンジンを用
い、１５００rpm の一定条件での一日５時間の運転を２
０日間続けた。図７の図表中で、コートの剥離として示
すのは、５本中で障害の発生した本数を示している。番
号〔１５〕では、図２に示す酸素センサの保護層１９に
クラックが入り、また、保護層１７にも僅かにクラック
が入った。更に、番号〔２０〕では、保護層１７と保護
層１９との間にクラックが入ると共に、保護層１９側へ
クラックが入った。

【００４０】図７に示すように、白金（触媒貴金属）の
含有量が１５mol%を越えると、保護層にクラックが発生
し易くなる。また、番号〔１５〕に見られるように、耐
久性のλも１．０００から離れてくる傾向がある。以上
の試験結果から、多孔質層７０中の白金（触媒貴金属）
の含有率は、１５mol%以下が望ましいことが判明した。
なお、図６及び図７に示す試験では、触媒貴金属として
白金を用いたが、白金の代わりに、パラジウム、ロジウ
ム等を用いても同様な傾向を示す。

【００４１】なお、上記実施態様では、センサ素子とヒ
ータ素子とを一体焼成することにより強固にこれらを接
合したが、センサ素子とヒータ素子とを別々に焼成し、
ガラス等により接合することも可能である。なお、気孔
率は１０〜３０％が好ましく１５〜２５％がより好まし
い。また、多孔質層の気孔率を変化（小さく）させ、拡
散限界方式センサとして広範囲の酸素濃度に対応させる
事もできる。その際は、気孔率は１５％以下が望まし
い。

【００４２】

【効果】以上記述したように請求項１或いは２の酸素セ
ンサでは、ヒータ板と接している多孔質層が、ヒータ板
によって直接加熱されるため、短時間で高熱に達する。
そして、エンジン始動直後の排気ガス中のＨ₂、ＣＯ等
が、加熱された多孔質層を介して測定用の電極に達する
ため、該多孔質層中にてＨ₂Ｏ、ＣＯ₂へ酸化され、酸
素センサがＨ₂、ＣＯによってλズレしなくなる。この
ため、エンジン始動直後から酸素濃度を正確に測定する
ことができる。

【００４３】また、広い面積を有するヒータ板に多孔質
層を介して白金電極が押さえ付けられているので、排気
ガス中のＣＯにて白金電極が体積膨張することを抑えら
れる。このため、酸素センサをＣＯを多く含むリッチ雰
囲気中で用いることができる。請求項２の酸素センサで
はセンサ素子とヒータ素子を主として同質の材料を用
い、また、一体焼成することにより電極のはく離が生じ
ない、より強固な酸素センサとすることができる。

【００４４】請求項４の酸素センサでは、多孔質層の厚
みを５０〜５００μｍととすることで、板状固体電解質
体をヒータ板にて短時間で温め得ると共に、排気ガスを
容易に通過させ酸素センサの高い応答性を実現できる。

【００４５】請求項５の酸素センサでは、多孔質層に触
媒貴金属を含有させてある。このため、排気ガス中のＨ
₂、ＣＯ等を、該多孔質層中の触媒貴金属にてＨ₂Ｏ、
ＣＯ₂へ酸化してから電極側に通すため、酸素センサに
Ｈ₂、ＣＯによるλズレを発生させない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係る酸素センサ構成を示
す斜視図である。

【図２】図１に示す酸素センサのＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１に示す酸素センサの展開図である。

【図４】図４（Ａ）は酸素センサの一部切り欠き側面図
であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の酸素センサからキャ
ップを外した状態のＢ矢視図である。

【図５】図５は、酸素センサの多孔質層厚と、追従周波
数及び測定開始時間との関係を示す図表である。

【図６】図６は、多孔質層の厚みと、多孔質層中の白金
含有量との関係を示す図表である。

【図７】図７は、酸素センサの耐久試験を行った結果を
示す図表である。

【図８】図８（Ａ）は、酸素センサの出力特性を示すグ
ラフであって、正規の出力状態を、図８（Ｂ）は、水素
によりλズレの生じた酸素センサの出力特性のグラフで
あり、図８（Ｃ）は、一酸化炭素により変移した酸素セ
ンサの出力特性のグラフである。

【図９】追従性試験の条件を示す説明図である。

【図１０】従来技術に係る酸素センサの縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１０板状固体電解質体１３スリット１４多孔質基準電極１５多孔質測定電極５０センサ素子６０ヒータ素子７０多孔質層１００酸素センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、両面に電極を配設した板状固体
電解質体と、多孔質層と、ヒータ配線を配設して成る前
記電極よりも広い面積を有するヒータ板と、を積層した
酸素センサであって、前記板状固体電解質体の一方の電極と基板との間に基準
となる酸素を導入して該電極を基準酸素にさらし、前記板状固体電解質体の他方の電極と、前記ヒータ板と
の間に前記多孔質層を介在させ、該多孔質層を介して当
該他の電極を測定ガス中にさらしたことを特徴とする酸
素センサ。
【請求項２】基板と、両面に電極を配設した板状固体
電解質体と、多孔質層と、ヒータ配線を配設して成る前
記電極よりも広い面積を有するヒータ板と、を積層した
酸素センサであって、前記板状固体電解質体の一方の電極と基板との間に空洞
部を形成し、該空洞部に大気を導入して該電極を大気に
さらし、前記板状固体電解質体の他方の電極と、前記ヒータ板と
の間に前記多孔質層を介在させ、該多孔質層を介して当
該他の電極を測定ガス中にさらしたことを特徴とする酸
素センサ。
【請求項３】前記基板と前記板状固体電解質体と前記
ヒータ板とが主として同質の材料からなり、かつ、セラ
ミックス多孔質層を積層後、一体焼成された事を特徴と
する請求項１乃至２の酸素センサ。
【請求項４】前記多孔質層としてＺｒＯ₂を用い、そ
の厚みを５０〜５００μｍとしたことを特徴とする請求
項１乃至３の酸素センサ。
【請求項５】前記多孔質層に、０．０５〜１５mol%の
触媒貴金属を含有させたことを特徴とする請求項１乃至
４のいずれかに記載の酸素センサ。