JPS6066154A - 酸素センサ素子 - Google Patents
酸素センサ素子Info
- Publication number
- JPS6066154A JPS6066154A JP58174863A JP17486383A JPS6066154A JP S6066154 A JPS6066154 A JP S6066154A JP 58174863 A JP58174863 A JP 58174863A JP 17486383 A JP17486383 A JP 17486383A JP S6066154 A JPS6066154 A JP S6066154A
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- JP
- Japan
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- layer
- alumina
- phase
- electrode
- catalyst
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- Granted
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
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。
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）
本発明は自動車等の排気ガス浄化システムにおいて排気
ガス中の残存酸素濃度を検出するために用いる酸素濃度
検出器の酸素センサ素子に関するものである。
ガス中の残存酸素濃度を検出するために用いる酸素濃度
検出器の酸素センサ素子に関するものである。
（従来技術）
従来、自動車用エンジン等の内燃機関又はボイラー等の
排気系に酸素濃度検出器を装着し、排気ガス中の酸素濃
度を検出して空燃比を制御することが行われている。こ
の酸素濃度検出器に使用されるセンサ素子は、例えば一
端が閉鎖された筒状の酸素イオン導電性同体電解質の内
外両面に電極を形成したものが使用される。又、排気ガ
ス中の未燃焼の炭化水素や一酸化炭素を素子表面で燃焼
させて素子温度を高めて作動性能を向上させるために白
金、ロジウム等の触媒金属を担持したアルミナ等の酸化
物層を外側電極上に設けたシ、更に排気ガス中の鉛や燐
等の被毒物質による腐食や表向の細孔の閉基から上記触
媒金践や外側電極を保護するためにアルミナ、ジルコニ
ア等の耐火性無機質よりなる保護層を触媒相の上または
外側電極の上に設けることも行われている。従来の触媒
付酸素センナの触媒相に使、用するアルミナ（Ａｂｏｓ
）としテハ他の形態のものよりも多孔質であるなどの理
由から結晶形態がγ−ＡＩ、０．であるものが用いられ
ていた。
排気系に酸素濃度検出器を装着し、排気ガス中の酸素濃
度を検出して空燃比を制御することが行われている。こ
の酸素濃度検出器に使用されるセンサ素子は、例えば一
端が閉鎖された筒状の酸素イオン導電性同体電解質の内
外両面に電極を形成したものが使用される。又、排気ガ
ス中の未燃焼の炭化水素や一酸化炭素を素子表面で燃焼
させて素子温度を高めて作動性能を向上させるために白
金、ロジウム等の触媒金属を担持したアルミナ等の酸化
物層を外側電極上に設けたシ、更に排気ガス中の鉛や燐
等の被毒物質による腐食や表向の細孔の閉基から上記触
媒金践や外側電極を保護するためにアルミナ、ジルコニ
ア等の耐火性無機質よりなる保護層を触媒相の上または
外側電極の上に設けることも行われている。従来の触媒
付酸素センナの触媒相に使、用するアルミナ（Ａｂｏｓ
）としテハ他の形態のものよりも多孔質であるなどの理
由から結晶形態がγ−ＡＩ、０．であるものが用いられ
ていた。
しかしながらこのｒ形態のものはその後の研究によれば
自動車の走行時に排出される排気ガスの温度によってア
ルミナの結晶変態が起き、γ−Ａ Ｉ、０．は結晶形が
γ→δ→０→αと次第に変化し不安定であり、しかも１
体からδ又は０体に変化するとぎアルミナの比表面積が
減少するだけでなく触媒活性を著しく低下させ、センサ
索子の性能も変化させるため劇久住並びに測定精度が十
分でないことがわかった。
自動車の走行時に排出される排気ガスの温度によってア
ルミナの結晶変態が起き、γ−Ａ Ｉ、０．は結晶形が
γ→δ→０→αと次第に変化し不安定であり、しかも１
体からδ又は０体に変化するとぎアルミナの比表面積が
減少するだけでなく触媒活性を著しく低下させ、センサ
索子の性能も変化させるため劇久住並びに測定精度が十
分でないことがわかった。
（発明の目的）
本発明は上記従来技術における問題点を解決するための
ものであり、その目的とするところは車両の長時間走行
後においても性能変動が少なく耐久特性に優れた酸素セ
ンサ索子を提供することにある。
ものであり、その目的とするところは車両の長時間走行
後においても性能変動が少なく耐久特性に優れた酸素セ
ンサ索子を提供することにある。
（発明の構成）
すなわち本発明の酸素センサ素子は、内外両面に電極を
形成した筒状固体電解質よりなる素子の外１１１１１電
極上にδ相及びθ相を主体としたアルミナよりなる層を
形成し、該アルミナ層に触媒金属を相持した触媒層を形
成せしめたことを％僚とする。
形成した筒状固体電解質よりなる素子の外１１１１１電
極上にδ相及びθ相を主体としたアルミナよりなる層を
形成し、該アルミナ層に触媒金属を相持した触媒層を形
成せしめたことを％僚とする。
本発明の酸素センサ索子においても従来性ゎれているよ
うに外側電極や触媒層上に保護層を設けてもよい。
うに外側電極や触媒層上に保護層を設けてもよい。
又、触媒層に用いるアルミナは、γ体を外側電極上に塗
布した後焼成してδ相及びθ相を主体とせしめてもよい
し、予め１体を焼成してδ相及びθ相を主体とせしめた
ものを使用してもよい。
布した後焼成してδ相及びθ相を主体とせしめてもよい
し、予め１体を焼成してδ相及びθ相を主体とせしめた
ものを使用してもよい。
アルミナの焼成温度Ｆｉｓｏｏ℃ないし１１００℃が好
ましく、最適温度は８５０ａないし９５０℃である。
ましく、最適温度は８５０ａないし９５０℃である。
焼成温度は２ないし４時間程度で十分である。
以下の実施例において本発明を更に詳細に説明する。
なお本発明は下記実施例に限定されるものではない。
アルミナベレットを９００℃で５時間電気炉中で焼成処
理する。次いで触媒金属として白金およびロジウムを計
１重量％桧加し、バインダーとしてアルミナゾルおよび
硝酸アルミニウムを混合してスラリー状とする。これを
ボールミルで十分に混練して触媒コート拐を祷る。一方
、第１図に示すように一端が閉鎖された筒状の酸素イオ
ン導電性固体電解質素子１の内周面に内側電極２を、外
周面に外側電極３を設け、外側電極５上に耐火性物質の
粒子からなる第１保護層４を形成し、この上に上記の触
媒コート材を用いて浸１Ｑ等の手段により触媒層５をコ
ーティングする。次いで乾燥後７００℃で焼成すること
により外側電極５．触媒層５および第１保獲層４が互い
に強固に結合する。更にこの触媒層５の上に第２保繰増
６を設ける。この第２保穫層６は例えはＡｌ之０８．
ＩＶＩｇＯＡｌ ２０．などの耐火性物質の粒子から構
成されている。この保掻層には鉛又はリンが付着するた
め、下層５，４．５のそれぞれが鉛又はリンの作用から
保護される。第２保護層の厚さば５ないし１００ミクロ
ンが好ましい。
理する。次いで触媒金属として白金およびロジウムを計
１重量％桧加し、バインダーとしてアルミナゾルおよび
硝酸アルミニウムを混合してスラリー状とする。これを
ボールミルで十分に混練して触媒コート拐を祷る。一方
、第１図に示すように一端が閉鎖された筒状の酸素イオ
ン導電性固体電解質素子１の内周面に内側電極２を、外
周面に外側電極３を設け、外側電極５上に耐火性物質の
粒子からなる第１保護層４を形成し、この上に上記の触
媒コート材を用いて浸１Ｑ等の手段により触媒層５をコ
ーティングする。次いで乾燥後７００℃で焼成すること
により外側電極５．触媒層５および第１保獲層４が互い
に強固に結合する。更にこの触媒層５の上に第２保繰増
６を設ける。この第２保穫層６は例えはＡｌ之０８．
ＩＶＩｇＯＡｌ ２０．などの耐火性物質の粒子から構
成されている。この保掻層には鉛又はリンが付着するた
め、下層５，４．５のそれぞれが鉛又はリンの作用から
保護される。第２保護層の厚さば５ないし１００ミクロ
ンが好ましい。
第２保獲層６に鉛又はリンがガラス状に付着してもその
微細孔が目詰まりしないように且っ該層６０保腰作用が
長期間に亘って十分であるように、保睦層６の孔径は１
〜５ミクロンが好ましい。かかる孔径を有する保鰻層は
、プラズマ電流３００及び５００Ａに対して、溶射距離
がそれぞれ１４０及び１６０ｍの条件下で耐火物粒子を
溶射することにより形成される。
微細孔が目詰まりしないように且っ該層６０保腰作用が
長期間に亘って十分であるように、保睦層６の孔径は１
〜５ミクロンが好ましい。かかる孔径を有する保鰻層は
、プラズマ電流３００及び５００Ａに対して、溶射距離
がそれぞれ１４０及び１６０ｍの条件下で耐火物粒子を
溶射することにより形成される。
第２図に第１図の実線で囲んだ部分の拡大断面図を示す
。
。
比較例Ａ：
未焼成のアルミナベレットケ使用し、実施例と四球の方
法により比較例のサンプルＡを得た。
法により比較例のサンプルＡを得た。
比較例Ｂ：
実施例における触媒層を設けず、外１ＩＩｌｌ電１１Ｐ
５上に保繰層４を直接プラズマ溶射して比較例のサンプ
ルＢを得た。
５上に保繰層４を直接プラズマ溶射して比較例のサンプ
ルＢを得た。
第３図に第２図に対応したコート部分の拡大断面図を示
１す。
１す。
酸素センサの性能評価試験：
実施列および比較例Ａ、Ｈの素子を用いた酸素センサを
２次空気吸込式エンジンの排気系に組込んで、１０モー
ドで連続７万ｋｍ運転した。
２次空気吸込式エンジンの排気系に組込んで、１０モー
ドで連続７万ｋｍ運転した。
耐久後及び初期のガス温に対するセンサ起電力の変化（
昇温特性）を第４図に示す。
昇温特性）を第４図に示す。
図より明らかなように本発明の素子を用いた酸素センナ
は触媒層を設けていない比較例Ｂの酸素センサと比べる
とよシ低いガス温度においても十分な起電力が祷られ昇
温特性は優れておシ、又未焼成のアルミナを用いた触媒
層を設けた比較例Ａの酸素センサと比べると、初期及び
耐久後共昇温特性が＃９、特に耐久後における差が大き
く、原料アルミナの焼成によって性能の低下が小さくな
っているのが艮〈判る。
は触媒層を設けていない比較例Ｂの酸素センサと比べる
とよシ低いガス温度においても十分な起電力が祷られ昇
温特性は優れておシ、又未焼成のアルミナを用いた触媒
層を設けた比較例Ａの酸素センサと比べると、初期及び
耐久後共昇温特性が＃９、特に耐久後における差が大き
く、原料アルミナの焼成によって性能の低下が小さくな
っているのが艮〈判る。
アルミナの焼成ｍ度と触媒性能の関係：第５図に酸素セ
ンサ素子の触媒層に用いるアルミナの焼成温度と御飯化
炭素（ｃｏ）浄化率との関係を示す。図中、棒グラフ内
の記号は生なアルミナ成分の結晶形を示す。
ンサ素子の触媒層に用いるアルミナの焼成温度と御飯化
炭素（ｃｏ）浄化率との関係を示す。図中、棒グラフ内
の記号は生なアルミナ成分の結晶形を示す。
図より明らかなように焼成によって触媒活性が著しく向
上する。また焼成温度があまり高いと通に触媒活性が低
下するため上限はｊｌｏｏｔｌ：であり、９００℃―、
Ｊ彼で焼成するのが最も好筐しい。
上する。また焼成温度があまり高いと通に触媒活性が低
下するため上限はｊｌｏｏｔｌ：であり、９００℃―、
Ｊ彼で焼成するのが最も好筐しい。
初ルｊ品と耐久品のアルミナの比表面積の変化：第６図
に初期及び耐久後の触媒層のアルミナの比表面積の変化
を示す。
に初期及び耐久後の触媒層のアルミナの比表面積の変化
を示す。
図より明らかなように本発明の実施例においてはアルミ
ナを焼成しであるため比表面積は比較例Ａに比べて小さ
いが初期品と耐久品との差は実質的にない。これに対し
てアルミナを焼成していない比較例Ａにおいては初期品
と耐久品の差が著しく、初期と耐久後において性能が大
きく変化するのが判る。
ナを焼成しであるため比表面積は比較例Ａに比べて小さ
いが初期品と耐久品との差は実質的にない。これに対し
てアルミナを焼成していない比較例Ａにおいては初期品
と耐久品の差が著しく、初期と耐久後において性能が大
きく変化するのが判る。
（発明の効果）
上述のように、本発明の噛素センサ素子は触媒ノーに使
用するアルミナを予め最適条件で焼成するため触媒の活
性が同上し酸素センサの従来よシもより低温での作動性
能を同上させると共に、車両ｑ長時間走行後においても
従来品よりも性能変動の少ない耐久性に優れたものとな
り、車両の空燃比の維持すなわち安定した運転特性の維
持に大ぎな効果を萎する。
用するアルミナを予め最適条件で焼成するため触媒の活
性が同上し酸素センサの従来よシもより低温での作動性
能を同上させると共に、車両ｑ長時間走行後においても
従来品よりも性能変動の少ない耐久性に優れたものとな
り、車両の空燃比の維持すなわち安定した運転特性の維
持に大ぎな効果を萎する。
又、本発明の酸素センサ素子は車両以外にも広く用いる
ことができることは勿論である。
ことができることは勿論である。
第１図は本発明の饅索センサ素子の断面図、第２図は第
１図の実線で囲んだ部分の拡大断面図、 第３図は比較例Ｂの酸素センサ素子のコート部分の拡大
断面図、 第４図は本発明及び比較例の素子を用いた酸素センサの
耐久後及び初期のガス塩に対するセンサ起電力の関係を
示すグラフ、 第５図は酸素センサ素子の触媒層圧用いるアルミナの焼
成温度と一酸化炭素浄化率との関係を示すグラフ、 第６図は初期及び耐久後の触媒層のアルミナの比表面積
の変化を示すグラフである。 図中、 １・・・素子 ２川内側電極 ５・・・外側電極４・・
・第１保護層 ５・・・触媒層 ６・・・第２保護層特
許出願人 トヨタ自動車株式会社 、？１ 図 １ ｖ２ 口 矛４ δ Ｄ゛ス温＆’Ｃ）
１図の実線で囲んだ部分の拡大断面図、 第３図は比較例Ｂの酸素センサ素子のコート部分の拡大
断面図、 第４図は本発明及び比較例の素子を用いた酸素センサの
耐久後及び初期のガス塩に対するセンサ起電力の関係を
示すグラフ、 第５図は酸素センサ素子の触媒層圧用いるアルミナの焼
成温度と一酸化炭素浄化率との関係を示すグラフ、 第６図は初期及び耐久後の触媒層のアルミナの比表面積
の変化を示すグラフである。 図中、 １・・・素子 ２川内側電極 ５・・・外側電極４・・
・第１保護層 ５・・・触媒層 ６・・・第２保護層特
許出願人 トヨタ自動車株式会社 、？１ 図 １ ｖ２ 口 矛４ δ Ｄ゛ス温＆’Ｃ）
Claims (1)
- 内外両面に電極を形成した筒状固体電解質よシなる素子
の外側電極上にδ相及びθ相を主体としたアルミナよシ
なる層を形成し、該アルミナ層に触媒金践を相持した触
媒層を形成せしめたことを特徴とする酸素センサ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58174863A JPS6066154A (ja) | 1983-09-21 | 1983-09-21 | 酸素センサ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58174863A JPS6066154A (ja) | 1983-09-21 | 1983-09-21 | 酸素センサ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6066154A true JPS6066154A (ja) | 1985-04-16 |
| JPH0564297B2 JPH0564297B2 (ja) | 1993-09-14 |
Family
ID=15985968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58174863A Granted JPS6066154A (ja) | 1983-09-21 | 1983-09-21 | 酸素センサ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6066154A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006511806A (ja) * | 2002-12-23 | 2006-04-06 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 測定センサ |
-
1983
- 1983-09-21 JP JP58174863A patent/JPS6066154A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006511806A (ja) * | 2002-12-23 | 2006-04-06 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 測定センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0564297B2 (ja) | 1993-09-14 |
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