JPS63158452A - 燃焼制御用センサ - Google Patents
燃焼制御用センサInfo
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- JPS63158452A JPS63158452A JP61306972A JP30697286A JPS63158452A JP S63158452 A JPS63158452 A JP S63158452A JP 61306972 A JP61306972 A JP 61306972A JP 30697286 A JP30697286 A JP 30697286A JP S63158452 A JPS63158452 A JP S63158452A
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Landscapes
- 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、燃焼排ガス等の被測定ガス中の残存酸素濃度
によシ空気と燃料の比を検出し、適正な燃焼状態を維持
するために用いる燃焼制御用センサに関するものである
。
によシ空気と燃料の比を検出し、適正な燃焼状態を維持
するために用いる燃焼制御用センサに関するものである
。
従来の技術
従来、この種のセンサとして、酸素イオン導電形のもの
がある。該センサにおいては、両極間に印加される電圧
によって固体電解質中を酸素イオンが移動し、これを電
流の形で取り出すことができる。この酸素イオンの移動
は陰極上に設けたガス拡散層によって結果的に律則され
るため、出力電流は一定値まで増加した後飽和する。こ
の飽和電流値は、雰囲気中の酸素濃度に応じた値を示す
ため、電流値を検出することにより、排ガス中の酸素濃
度を知ることができ、従って適正な空燃比になるように
燃焼を制御することが可能になる。
がある。該センサにおいては、両極間に印加される電圧
によって固体電解質中を酸素イオンが移動し、これを電
流の形で取り出すことができる。この酸素イオンの移動
は陰極上に設けたガス拡散層によって結果的に律則され
るため、出力電流は一定値まで増加した後飽和する。こ
の飽和電流値は、雰囲気中の酸素濃度に応じた値を示す
ため、電流値を検出することにより、排ガス中の酸素濃
度を知ることができ、従って適正な空燃比になるように
燃焼を制御することが可能になる。
発明が解決しようとする問題点
該センサの緒特性を左右する大きな要素として電極特性
がある。特に陰極では、酸素が速やかに電極と電解質の
界面へ拡散していき、酸素の還元反応を生じる必要があ
る。そのため、酸素の還元に対する触媒活性が高く、か
つ拡散を容易にするために多孔質に形成した白金電極を
用いるのが一般的である。しかし、白金の場合には電極
反応に際して反応速度が小さいため分極が大きい。その
結果、該電極自身の電位の安定に問題が生じ、相手極に
一定の電位が印加され難い。即ち反応速度を一定に保つ
ことが困難になる。そのため、表面積を大きくすること
が必要となるが、均質な多孔質電極を作製することは極
めて困難である。
がある。特に陰極では、酸素が速やかに電極と電解質の
界面へ拡散していき、酸素の還元反応を生じる必要があ
る。そのため、酸素の還元に対する触媒活性が高く、か
つ拡散を容易にするために多孔質に形成した白金電極を
用いるのが一般的である。しかし、白金の場合には電極
反応に際して反応速度が小さいため分極が大きい。その
結果、該電極自身の電位の安定に問題が生じ、相手極に
一定の電位が印加され難い。即ち反応速度を一定に保つ
ことが困難になる。そのため、表面積を大きくすること
が必要となるが、均質な多孔質電極を作製することは極
めて困難である。
また、白金は高温でシンタリングを起しやすいなどのた
め、触媒活性や拡散抵抗がばらついたり、経時的に変化
するなどしてセンサ特性の均一性。
め、触媒活性や拡散抵抗がばらついたり、経時的に変化
するなどしてセンサ特性の均一性。
長期安定性に問題がある。また、白金自身が高価である
点も問題である。
点も問題である。
問題点を解決するだめの手段
本発明は、前記の問題点に着目してなされたもので、陰
極材料として一般式Ｌｎ１−ｘ＾ｘＣｏ１−？ムアｏ３
−８（ＬｎはＬａ 、Ｃｏ 、Ｐｒ 、Ｎｄから選ぶ少
くとも一種の元素、ＡはＳｒ、Ｃａ、Ｂａから選ぶ少く
とも一種の元素、ＭｅはＮｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖか
ら選ぶ少くとも一種の元素、０≦ｘ≦１．０≦ｙ≦１．
δは酸素欠損量）で表わされるペロブスカイト型複合酸
化物を用いるものである。
極材料として一般式Ｌｎ１−ｘ＾ｘＣｏ１−？ムアｏ３
−８（ＬｎはＬａ 、Ｃｏ 、Ｐｒ 、Ｎｄから選ぶ少
くとも一種の元素、ＡはＳｒ、Ｃａ、Ｂａから選ぶ少く
とも一種の元素、ＭｅはＮｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖか
ら選ぶ少くとも一種の元素、０≦ｘ≦１．０≦ｙ≦１．
δは酸素欠損量）で表わされるペロブスカイト型複合酸
化物を用いるものである。
作 用
本発明になる燃焼制御用上ンサの陰極材料として用いる
ペロブスカイト型複合酸化物は、電子導電性と酸素イオ
ン導電性を併せ持つ材料である。
ペロブスカイト型複合酸化物は、電子導電性と酸素イオ
ン導電性を併せ持つ材料である。
このだめ、該材料からなる電極上での酸素の電気化学的
還元に対して優れた触媒活性を示すとともに、白金の場
合には白金、固体電解質および雰囲気からなる三相界面
でしか酸素の還元反応が起らないのに対し、該材料の場
合には電極表面全体に反応活性点が分布しているために
、酸素の還元と拡散が極めて大きな確率でしかも速やか
に進行し、電極反応に際しての分極が極めて小さく、即
ち反応速度が太きい。このため、電極電位が安定し、た
えず一定の電位が相手極に印加される結果、定電圧を印
加した場合の電流は酸素濃度の変化に応じて変化するも
のとなる。その結果、均一で安定したセンサ特性が得ら
れる。また熱的にも安定でおるため、長期にわたって安
定した特性を発揮することかできる。
還元に対して優れた触媒活性を示すとともに、白金の場
合には白金、固体電解質および雰囲気からなる三相界面
でしか酸素の還元反応が起らないのに対し、該材料の場
合には電極表面全体に反応活性点が分布しているために
、酸素の還元と拡散が極めて大きな確率でしかも速やか
に進行し、電極反応に際しての分極が極めて小さく、即
ち反応速度が太きい。このため、電極電位が安定し、た
えず一定の電位が相手極に印加される結果、定電圧を印
加した場合の電流は酸素濃度の変化に応じて変化するも
のとなる。その結果、均一で安定したセンサ特性が得ら
れる。また熱的にも安定でおるため、長期にわたって安
定した特性を発揮することかできる。
実施例
第１図は本発明（なるセンサ素子の一実施例を示す模式
的断面図である。１はｓ ｒｎｏ１４ Ｙ２Ｏ３−９２
ｍｏｌ％ Ｚ ｒｏ２からなる酸素イオン導電性固体電
解質板（５，５φ×１−）、２は白金ペーストをスクリ
ーン印刷によって付着させて形成した陽極（３μｍ）、
３は化学式０．４Ｌ”ｏ 、３ｔｓｓ”ｏ、ｅｔｓ”ｂ
、！”ｏ、Ａ−ａ−〇、６ＳｒＴｉＯ３で表わされる酸
化物をフレーム溶射によって付着させて形成した陰極（
約２０１μｍ）。
的断面図である。１はｓ ｒｎｏ１４ Ｙ２Ｏ３−９２
ｍｏｌ％ Ｚ ｒｏ２からなる酸素イオン導電性固体電
解質板（５，５φ×１−）、２は白金ペーストをスクリ
ーン印刷によって付着させて形成した陽極（３μｍ）、
３は化学式０．４Ｌ”ｏ 、３ｔｓｓ”ｏ、ｅｔｓ”ｂ
、！”ｏ、Ａ−ａ−〇、６ＳｒＴｉＯ３で表わされる酸
化物をフレーム溶射によって付着させて形成した陰極（
約２０１μｍ）。
４は陽極引出端子（ｐｔ線（ｏ、ｓ％ ））、６は陰極
引出端子（Ｐｔ１ｊ（０，３ａｒｍ） ）、６はＡｔ２
ｏ３を主体とする無機質の多孔質ガス拡散層（約１００
’μｍ）、７はガラス質のシール材である。比較のため
に３つの陰極をペロブスカイト型複合酸化物に代えて白
金を用いてスクリーン印刷で形成したセンサ素子も作製
した。
引出端子（Ｐｔ１ｊ（０，３ａｒｍ） ）、６はＡｔ２
ｏ３を主体とする無機質の多孔質ガス拡散層（約１００
’μｍ）、７はガラス質のシール材である。比較のため
に３つの陰極をペロブスカイト型複合酸化物に代えて白
金を用いてスクリーン印刷で形成したセンサ素子も作製
した。
以上のようにして作製したセンサ素子の出力特性を第２
図に示す。測定は以下のようにして行った。電気炉中に
センサ素子を設置して所定の素子温度になるように温度
制御を行い、所定濃度の酸素−窒素混合ガスを約１０＞
／ｓｅｃの流速で流通させた。このとき、印加する電圧
に対する出力電流を測定し、一定電圧印加時における出
方電流を各酸素濃度に対してプロットした結果が第２図
であり、例として温度７０ｏ’ｃ、を圧が１ｖの場合を
示した。
図に示す。測定は以下のようにして行った。電気炉中に
センサ素子を設置して所定の素子温度になるように温度
制御を行い、所定濃度の酸素−窒素混合ガスを約１０＞
／ｓｅｃの流速で流通させた。このとき、印加する電圧
に対する出力電流を測定し、一定電圧印加時における出
方電流を各酸素濃度に対してプロットした結果が第２図
であり、例として温度７０ｏ’ｃ、を圧が１ｖの場合を
示した。
なお、実施例、従来例ともに各１０個の素子について測
定した。この結果からも明らかなように、本発明になる
センサは特性のばらつきが少なく均一な出力特性を示し
ているが、従来例では出力特性のばらつきが大きく、し
かも酸素濃度が大きいほど顕著になる。ペロブスカイト
型複合酸化物は酸素還元に対する触媒活性が高く、電極
反応における反応速度が太きいために分極が極めて小さ
く、はぼ一定の電位を示す電極となる。
定した。この結果からも明らかなように、本発明になる
センサは特性のばらつきが少なく均一な出力特性を示し
ているが、従来例では出力特性のばらつきが大きく、し
かも酸素濃度が大きいほど顕著になる。ペロブスカイト
型複合酸化物は酸素還元に対する触媒活性が高く、電極
反応における反応速度が太きいために分極が極めて小さ
く、はぼ一定の電位を示す電極となる。
定電圧駆動に際しては、この電極に対して一定の電位が
相手極に印加される結果、そこで流れる電流の変化は酸
素濃度の変化によるものとなる。
相手極に印加される結果、そこで流れる電流の変化は酸
素濃度の変化によるものとなる。
こうした特性を有するセンサ素子であるため、個々のセ
ンサの電極の微細構造の差異は出力特性に殆ど影響をお
よぼさない。それに対して従来の白金を陰極に用いた場
合は、反応速度が小さく、電極の分極が太きいため、相
手極に印加される電位が一定せず、流れる電流は酸素濃
度を正確に示すものとならない。従って、多孔度や表面
積などの要素を含む電極の微細構造の差異が出力特性の
ばらつきとなって現われる。
ンサの電極の微細構造の差異は出力特性に殆ど影響をお
よぼさない。それに対して従来の白金を陰極に用いた場
合は、反応速度が小さく、電極の分極が太きいため、相
手極に印加される電位が一定せず、流れる電流は酸素濃
度を正確に示すものとならない。従って、多孔度や表面
積などの要素を含む電極の微細構造の差異が出力特性の
ばらつきとなって現われる。
微細構造の均一な制御は極めて困難であり、製造歩留、
一定の品質確保に対する大きな障害となるものである。
一定の品質確保に対する大きな障害となるものである。
測定はこのほか、６００’Ｃ〜９００’Ｃの範囲で温度
を変えて行ったが、いずれの場合にも同様の結果を得た
。
を変えて行ったが、いずれの場合にも同様の結果を得た
。
次に、センサ特性の経時安定性について示す。
評価は以下のようにして行った。前記のセンサ素子を空
気中で８００’Ｃに５００時間保持した後、７００’Ｃ
で前記同様の測定を行い、出力特性を比較した。その結
果を第３図（、）および（ロ）に示す。従来の白金を用
いたセンサの出力特性（第３図（ａ））は初期に比べて
大きく変化しているが、本発明になるセンサの出力特性
（第３図（ｂ） ”）は殆ど変化していないことが明ら
かである。白金の場合には、長時間の高温雰囲気で徐々
にシンタリングが進行し、触媒活性の低下や電極の微構
造の変化が生じたためと考えられる。一方、ペロブスカ
イト型複合酸化物の場合には、熱的安定性が極めて優れ
ているために、特性の変化が殆ど生じない。
気中で８００’Ｃに５００時間保持した後、７００’Ｃ
で前記同様の測定を行い、出力特性を比較した。その結
果を第３図（、）および（ロ）に示す。従来の白金を用
いたセンサの出力特性（第３図（ａ））は初期に比べて
大きく変化しているが、本発明になるセンサの出力特性
（第３図（ｂ） ”）は殆ど変化していないことが明ら
かである。白金の場合には、長時間の高温雰囲気で徐々
にシンタリングが進行し、触媒活性の低下や電極の微構
造の変化が生じたためと考えられる。一方、ペロブスカ
イト型複合酸化物の場合には、熱的安定性が極めて優れ
ているために、特性の変化が殆ど生じない。
以上の実施例で明らかなように、本発明になるペロブス
カイト型複合酸化物を陰極とする燃焼制御用センサは極
めて優れたものであることが明らかである。実施例では
Ｌｎ としてＬａを、ＡとしてＳｒ を、Ｍｅ として
ＦｅをまたＭｅ ’としてＴｉ を用いた場合について
示しだが、ＬｎがＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄ。
カイト型複合酸化物を陰極とする燃焼制御用センサは極
めて優れたものであることが明らかである。実施例では
Ｌｎ としてＬａを、ＡとしてＳｒ を、Ｍｅ として
ＦｅをまたＭｅ ’としてＴｉ を用いた場合について
示しだが、ＬｎがＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄ。
ＡがＣａ、Ｂａ、 Ｍｅ がＮｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、
そしてＭｅ ’がＺｒ。
そしてＭｅ ’がＺｒ。
Ｈｌ の場合にも同様の結果が得られた。また、微量の
白金族元素の添加は、電極特性の均一性を損うことなく
酸素還元の触媒反応を高める効果をもつ。酸素イオン導
電性固体電解質としては８ ｒｎｏｔ％Ｙ Ｏ−９２ｍ
ｏｔ％Ｚ ｒ Ｏ２を用いたが同様の機能を有するもの
であればこれに限定されるものではない。また、多孔質
ガス拡散層材料も陰極材料、リードなどと非反応性のも
のであればよい。
白金族元素の添加は、電極特性の均一性を損うことなく
酸素還元の触媒反応を高める効果をもつ。酸素イオン導
電性固体電解質としては８ ｒｎｏｔ％Ｙ Ｏ−９２ｍ
ｏｔ％Ｚ ｒ Ｏ２を用いたが同様の機能を有するもの
であればこれに限定されるものではない。また、多孔質
ガス拡散層材料も陰極材料、リードなどと非反応性のも
のであればよい。
一方、センサの形態も層状平板型に限定するものではな
く、発明の主旨に反しない限り任意の形態をとり得るも
のである。作製法も印刷、スパッタその他の方法および
それらの組合せを用いることができる。
く、発明の主旨に反しない限り任意の形態をとり得るも
のである。作製法も印刷、スパッタその他の方法および
それらの組合せを用いることができる。
発明の効果
以上のように、本発明になる燃焼制御用センサは極めて
安定した特性を示すため、長期間にわたって精度よく燃
焼排ガス中の酸素濃度を測定でき、適正な燃焼状態に制
御することができるものである。
安定した特性を示すため、長期間にわたって精度よく燃
焼排ガス中の酸素濃度を測定でき、適正な燃焼状態に制
御することができるものである。
第１図は本発明になる燃焼制御用センサの一実施例を示
す模式的断面図、第２図は同センサ素子の出力特性図、
第３図Ｃａ）および山）はそれぞれ従来例および上記実
施例のセンサ特性の経時安定性を示す図である。 １・・・・・・酸素イオン導電性固体電解質、２・・・
・・陽極、３・・・・・・陰極、４・・・・・・陽極引
出端子、５・・・・・・陰極引出端子、６・・・・・・
多孔質ガス拡散層、７・・・・・・気体不透過シール。
す模式的断面図、第２図は同センサ素子の出力特性図、
第３図Ｃａ）および山）はそれぞれ従来例および上記実
施例のセンサ特性の経時安定性を示す図である。 １・・・・・・酸素イオン導電性固体電解質、２・・・
・・陽極、３・・・・・・陰極、４・・・・・・陽極引
出端子、５・・・・・・陰極引出端子、６・・・・・・
多孔質ガス拡散層、７・・・・・・気体不透過シール。
Claims (3)
- （１）酸素イオン導電性固体電解質の一方の面上に白金
を主体とする電極を設けてこれを陽極とし、もう一方の
面上に一般式Ｌｎ＿１＿−＿ｘＡ＿ｘＣｏ＿１＿−＿ｙ
Ｏ＿３＿−＿δ（ＬｎはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄから選
ぶ少くとも一種の元素、ＡはＳｒ、Ｃａ、Ｂａから選ぶ
少くとも一種の元素、ＭｅはＮｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、
Ｖから選ぶ少くとも一種の元素、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、δは酸素欠損量）で表わされるペロブスカイト型複
合酸化物からなる電極を設けてこれを陰極とし、前記陽
極および陰極に電極引出し端子を設け、さらに前記陽極
、固体電解質、陰極からなる層状構造体の外周端面を気
体不透過状態にすることを特徴とする燃焼制御用センサ
。 - （２）陰極材料にＳｒＭｅ′Ｏ＿３（Ｍｅ′はＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆのうちの少なくとも一種の元素）を０〜８０ｍ
ｏｌ％、望ましくは４０〜７０ｍｏｌ％添加することを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃焼制御用セン
サ。 - （３）陰極材料に少くとも一種の白金族元素を添加する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
載の燃焼制御用センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61306972A JPS63158452A (ja) | 1986-12-23 | 1986-12-23 | 燃焼制御用センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61306972A JPS63158452A (ja) | 1986-12-23 | 1986-12-23 | 燃焼制御用センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63158452A true JPS63158452A (ja) | 1988-07-01 |
Family
ID=17963479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61306972A Pending JPS63158452A (ja) | 1986-12-23 | 1986-12-23 | 燃焼制御用センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63158452A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0261550A (ja) * | 1988-08-26 | 1990-03-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃焼制御用センサ |
| JPH02167461A (ja) * | 1988-12-21 | 1990-06-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃焼制御用センサ |
-
1986
- 1986-12-23 JP JP61306972A patent/JPS63158452A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0261550A (ja) * | 1988-08-26 | 1990-03-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃焼制御用センサ |
| JPH02167461A (ja) * | 1988-12-21 | 1990-06-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃焼制御用センサ |
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