JPH10221304A - Gas sensor - Google Patents
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- JPH10221304A JPH10221304A JP9021425A JP2142597A JPH10221304A JP H10221304 A JPH10221304 A JP H10221304A JP 9021425 A JP9021425 A JP 9021425A JP 2142597 A JP2142597 A JP 2142597A JP H10221304 A JPH10221304 A JP H10221304A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車等の
排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ等の様なガ
ス透過気孔を有するガスセンサに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas sensor having gas-permeable pores such as an oxygen sensor for measuring the concentration of oxygen in exhaust gas of an automobile or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、例えば自動車の排気ガス中の
CO、NOx、HCを軽減するために、排気系に酸素セ
ンサを配置し、この酸素センサの出力に基づいて、エン
ジンに供給する燃料混合気の空燃比を制御している。2. Description of the Related Art Conventionally, an oxygen sensor has been arranged in an exhaust system to reduce, for example, CO, NOx, and HC in exhaust gas of an automobile, and a fuel mixture supplied to an engine based on an output of the oxygen sensor. The air-fuel ratio of the air is controlled.
【0003】この様な空燃比の制御に使用される酸素セ
ンサとしては、例えば酸素濃淡電池素子と酸素ポンプ素
子との間に測定ガス室及び拡散律速層を設けた全領域空
燃比センサが知られている。この拡散律速層は、多数の
ガス透過気孔を備えた多孔質層であり、例えば外部から
測定ガス室内に導入される検出ガス(排気ガス)の拡散
律速を行なうものである。As an oxygen sensor used for such air-fuel ratio control, for example, a full-range air-fuel ratio sensor provided with a measurement gas chamber and a diffusion-controlling layer between an oxygen concentration cell element and an oxygen pump element is known. ing. The diffusion-controlling layer is a porous layer having a large number of gas-permeable pores, for example, for controlling the diffusion of a detection gas (exhaust gas) introduced from outside into the measurement gas chamber.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】一般に、自動車用エン
ジン等の内燃機関に使用される燃料やエンジンオイルの
中には、リン(P)を含むものが存在し、このPを含む
燃料やエンジンオイルを使用すると、排気ガス中にはガ
ス状のPの微小粒子が一緒に排出される。ところが、こ
れらのPの微小粒子(飛散成分)は、拡散律速層の表面
に付着すると、そのガス透過気孔に目詰まりが発生する
という問題がある。Generally, fuels and engine oils used in internal combustion engines such as automobile engines include those containing phosphorus (P). Is used, gaseous fine particles of P are discharged together with the exhaust gas. However, when these P fine particles (scattering components) adhere to the surface of the diffusion-controlling layer, there is a problem that the gas-permeable pores are clogged.
【0005】つまり、酸素センサが適用される排気ガス
の温度は、通常かなり高いので、酸素センサの使用中に
拡散律速層にPが付着すると、Pと拡散律速層の材料が
反応して液相が生ずることがあり、それによって、Pが
反応したガラス状の物質が拡散律速層の表面等に堆積し
て、ガス透過気孔に目詰まりが発生する。この目詰まり
が発生すると、ガスの拡散抵抗が変化するので、空燃比
の検出を精度良く行なうことができない。That is, since the temperature of the exhaust gas to which the oxygen sensor is applied is usually quite high, if P adheres to the diffusion-controlling layer during use of the oxygen sensor, the P reacts with the material of the diffusion-controlling layer to form a liquid phase. Is generated, whereby the glassy substance reacted with P accumulates on the surface of the diffusion-controlling layer, and the gas-permeable pores are clogged. When this clogging occurs, the diffusion resistance of the gas changes, so that the air-fuel ratio cannot be accurately detected.
【0006】この目詰まりの問題に対しては、多孔質の
気孔率や気孔径を調整する対策が採られているが、必ず
しも十分ではない。特に近年では、排気ガス規制の高ま
りに伴い、ますます高精度の空燃比制御が必要とされて
おり、更に信頼性も長期間の保証が要求される様になっ
ており、一層の改善が望まれている。In order to solve the problem of clogging, measures have been taken to adjust the porosity and pore diameter of the porous material, but they are not always sufficient. Particularly in recent years, with the increase in exhaust gas regulations, more precise air-fuel ratio control has been required, and long-term reliability has also been required. It is rare.
【0007】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものであり、リン等の被毒に対して耐久性の高いガ
スセンサを提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has as its object to provide a gas sensor having high durability against poisoning of phosphorus or the like.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明では、セ
ンサの検出部に検出ガスを導入可能なガス透過気孔を有
し、全領域の空燃比を検出するガスセンサにおいて、ガ
ス透過気孔を形成する構造体の一部又は全体が、ジルコ
ニアから構成されている。According to the first aspect of the present invention, a gas sensor has a gas permeable pore through which a detection gas can be introduced into a detection section, and the gas permeable pore is formed in a gas sensor for detecting an air-fuel ratio in an entire region. A part or the whole of the structure is made of zirconia.
【0009】本発明は、いわゆる全領域空燃比センサに
関わるものであり、このガスセンサにおいて、ジルコニ
アは、検出ガス中の飛散成分であるリン(P)との反応
性が乏しく、よって、構造体にPが付着しても、単に付
着したままであり、従来の様に反応してガラス状に変化
しない。そのため、例えば排気ガス中の酸素濃度を検出
する酸素センサ等に本発明を適用すると、構造体のガス
透過気孔に目詰まりが生じ難いので、耐久性が向上す
る。The present invention relates to a so-called full-range air-fuel ratio sensor. In this gas sensor, zirconia has poor reactivity with phosphorus (P), which is a scattered component in a detection gas, and therefore, the structure has Even if P adheres, it remains simply adhered and does not change into a glassy state by reacting as in the prior art. Therefore, when the present invention is applied to, for example, an oxygen sensor that detects the oxygen concentration in exhaust gas, clogging of the gas permeable pores of the structure is unlikely to occur, and durability is improved.
【0010】・尚、構造体全体をジルコニアで構成して
もよく、又は構造体にジルコニアを所定の割合で含んで
いてもよく、或は構造体の一部がジルコニアで構成され
ていてもよい。・前記センサの検出部としては、例えば
セラミックス製の感ガス材料からなる基板に一対の電極
(例えば基準電極と測定電極)が設けられたガス検出素
子が挙げられ、感ガス材料としては、例えば検出ガス中
の酸素濃度に応じて起電力が変化する(ジルコニア等
の)固体電解質や、検出ガス中の酸素濃度に応じて内部
抵抗が変化する(チタニア等の)抵抗変化型の材料が挙
げられる。The entire structure may be made of zirconia, or the structure may contain zirconia at a predetermined ratio, or a part of the structure may be made of zirconia. . Examples of the detection unit of the sensor include a gas detection element in which a pair of electrodes (for example, a reference electrode and a measurement electrode) are provided on a substrate made of a ceramic gas-sensitive material. Examples include a solid electrolyte (e.g., zirconia) whose electromotive force changes according to the oxygen concentration in the gas, and a resistance change type material (e.g., titania) whose internal resistance changes according to the oxygen concentration in the detection gas.
【0011】請求項2の発明では、構造体が複数の多孔
質層からなり、そのうちの外側層が、ジルコニアからな
る。つまり、ジルコニアからなる層を外側に形成するこ
とにより、飛散するPに対して有効に作用して、効果的
に目詰まりを防止できる。つまり、多くのPが付着する
外側層にて目詰まりが生じ難い。According to the second aspect of the present invention, the structure is composed of a plurality of porous layers, and the outer layer is made of zirconia. That is, by forming the layer made of zirconia on the outside, it effectively acts on the scattered P and can effectively prevent clogging. That is, clogging hardly occurs in the outer layer to which a large amount of P adheres.
【0012】また、構造体が例えば拡散律速層である場
合には、内側の層を主として拡散律速を行う層とし、外
側の層を主として目詰まり防止用の層とする様に、役割
分担できるので、各機能を最も発揮できる構成とするこ
とができる。請求項3の発明では、構造体として、多孔
質の拡散律速層が挙げられる。When the structure is, for example, a diffusion-controlling layer, the roles can be divided so that the inner layer is mainly used for controlling diffusion and the outer layer is mainly used for preventing clogging. In addition, a configuration that can maximize each function can be obtained. According to the third aspect of the present invention, the structure includes a porous diffusion-controlling layer.
【0013】この拡散律速層が目詰まりを生じると、拡
散律速の程度が変化してしまうので、ガスセンサの出力
に好ましくない影響を与えるが、本発明では、拡散律速
層のガス透過気孔に目詰まりを生じ難いので、長期間に
わたり例えば排気ガス中の酸素濃度等を正確に検出する
ことができる。When the diffusion-controlling layer is clogged, the degree of diffusion-controlling changes, which adversely affects the output of the gas sensor. In the present invention, however, the gas-permeable pores of the diffusion-controlling layer are clogged. , It is possible to accurately detect, for example, the oxygen concentration in the exhaust gas over a long period of time.
【0014】請求項4の発明では、拡散律速層の拡散抵
抗は、内側部分で大きく外側部分で小さく設定されてい
る。つまり、被毒物質であるPは、当然ながら拡散律速
層の検出ガスが導入される側(外側部分)に多く付着す
るので、どうしても外側部分に目詰まりが生じ易いが、
本発明では、外側部分の拡散抵抗が小さく(例えば外側
部分の目が粗く)設定されているので、仮に外側部分に
多少Pが付着して部分的に拡散抵抗が増大しても、拡散
律速層全体の拡散抵抗に与える影響は少なくなり、良好
なガスセンサの出力が得られる。According to the fourth aspect of the present invention, the diffusion resistance of the diffusion-controlling layer is set to be large at the inside portion and small at the outside portion. In other words, P, which is a poisoning substance, naturally adheres to the diffusion-controlling layer on the side where the detection gas is introduced (outside portion).
In the present invention, since the diffusion resistance of the outer part is set to be small (for example, the outer part is coarse), even if P slightly adheres to the outer part and the diffusion resistance partially increases, even if the diffusion resistance is increased. The influence on the overall diffusion resistance is reduced, and a good gas sensor output is obtained.
【0015】請求項5の発明では、ガスセンサの使用時
における前記ガス透過気孔の温度範囲が、500℃以上
である。つまり、この温度範囲の場合に、例えばPが例
えば酸素センサの拡散律速層に付着すると目詰まりが生
じ易いが、この様な使用温度範囲のときに、本発明の構
成のガスセンサを適用すると、長期間にわたり精密な測
定を行うことができる。尚、700℃以上の場合には、
一層目詰まりが生じ易いが、その様な過酷な条件でも、
本発明の構成のガスセンサを適用することができる。According to the fifth aspect of the present invention, the temperature range of the gas-permeable pores when the gas sensor is used is 500 ° C. or more. In other words, in this temperature range, clogging is likely to occur if, for example, P adheres to, for example, the diffusion-controlling layer of the oxygen sensor. Precise measurements can be made over time. In the case of 700 ° C. or higher,
Clogging is more likely to occur, but even under such severe conditions,
The gas sensor having the configuration of the present invention can be applied.
【0016】請求項6の発明では、構造体の表面に、M
g及び/又はCaの成分をコートしている。尚、この構
造体の表面とは、ガス透過気孔を構成する壁面の表面
(例えば孔の内周面)を意味している。前記MgやCa
は、Pの捕捉能力が高く、また、Pと反応しても液相で
はなく固相となるので、従来の様なガラス状の目詰まり
の発生を防止することができる。According to the sixth aspect of the present invention, M
g and / or Ca components are coated. In addition, the surface of this structure means the surface of the wall surface (for example, the inner peripheral surface of the hole) constituting the gas permeable pores. Mg or Ca
Has a high P-capturing ability and becomes a solid phase instead of a liquid phase even when it reacts with P, so that it is possible to prevent the occurrence of glassy clogging as in the prior art.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下に、本発明のガスセンサの例
(実施例)について説明する。 (実施例1)本実施例のガスセンサは、例えば自動車の
排気系に取り付けられて、検出ガス(排気ガス)中の酸
素濃度(空燃比)を測定する酸素センサであり、特に空
燃比を全領域にわたって検出できるいわゆる全領域空燃
比センサである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, examples (embodiments) of a gas sensor according to the present invention will be described. (Embodiment 1) The gas sensor of this embodiment is an oxygen sensor which is attached to, for example, an exhaust system of an automobile and measures an oxygen concentration (air-fuel ratio) in a detection gas (exhaust gas). This is a so-called all-area air-fuel ratio sensor that can be detected over a range.
【0018】a)本実施例の酸素センサは、金属製の筒
状の容器(図示せず)内に、主としてセラミックスから
なる板状のセンサ素子部を配置したものである。図1及
び図2に示す様に、このセンサ素子部1は、固体電解質
基板3aの両側に多孔質電極3b,3cを形成した酸素
濃淡電池素子3と、同じく固体電解質基板5aの両側に
多孔質電極5b,5cを形成した酸素ポンプ素子5と、
これらの両素子3,5の間に積層されて測定ガス室7を
形成するスペーサ9とからなる検出部材6を備え、更
に、この検出部材6の酸素ポンプ素子5側の外側に、ス
ペーサ11により所定間隔を空けて、両素子3,5を加
熱するヒータ13を備えている。A) The oxygen sensor of this embodiment has a plate-like sensor element mainly made of ceramics disposed in a metal cylindrical container (not shown). As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor element portion 1 has an oxygen concentration cell element 3 having porous electrodes 3b and 3c formed on both sides of a solid electrolyte substrate 3a, and a porous element An oxygen pump element 5 having electrodes 5b and 5c formed thereon,
A detection member 6 comprising a spacer 9 laminated between these two elements 3 and 5 to form a measurement gas chamber 7 is provided. Further, a spacer 11 is provided outside the detection member 6 on the oxygen pump element 5 side. A heater 13 for heating both elements 3 and 5 is provided at a predetermined interval.
【0019】ここで、両素子3,5は、イットリア−ジ
ルコニア固溶体からなる固体電解質基板3a,5aの各
々の両側に、矩形状の多孔質電極3b,3c,5b,5
cを形成したものであり、この多孔質電極3b,3c,
5b,5cは、共素地としてイットリア−ジルコニア固
溶体と残部白金とから形成されている。尚、前記固体電
解質基板3a,5aの材料としては、イットリア−ジル
コニア固溶体の他に、カルシア−ジルコニア固溶体、二
酸化セリウム、二酸化トリウム、二酸化ハフニウム等の
各固溶体、ペロブスカイト型固溶体、3価金属酸化物固
溶体等を使用できる。Here, the two elements 3 and 5 are provided with rectangular porous electrodes 3b, 3c, 5b and 5 on both sides of solid electrolyte substrates 3a and 5a made of a yttria-zirconia solid solution.
c, and the porous electrodes 3b, 3c,
5b and 5c are formed from a yttria-zirconia solid solution and the balance platinum as a co-base. The solid electrolyte substrates 3a and 5a may be made of a solid solution of yttria-zirconia, a solid solution of calcia-zirconia, a solid solution of cerium dioxide, thorium dioxide, hafnium dioxide or the like, a perovskite-type solid solution, or a trivalent metal oxide solid solution. Etc. can be used.
【0020】また、前記酸素ポンプ素子3の外側は、多
孔質電極3cに対応する中空部15aを有したアルミナ
からなる絶縁層15に覆われている。そして、その中空
部15aには、多孔質電極3cを覆って外部から保護す
る主にアルミナからなる多孔質の電極保護層17が形成
されている。The outside of the oxygen pump element 3 is covered with an insulating layer 15 made of alumina having a hollow portion 15a corresponding to the porous electrode 3c. In the hollow portion 15a, a porous electrode protection layer 17 mainly made of alumina is formed to cover and protect the porous electrode 3c from the outside.
【0021】前記測定ガス室7は、酸素濃淡電池素子3
と酸素ポンプ素子5との間に、多孔質電極3c,5bに
対応する中空部9aを有する主にアルミナからなるスペ
ーサ9を挟んで接合することにより形成され、その中空
部9aからなる測定ガス室7の内側には、前記両多孔質
電極3c,5bが露出している。The measurement gas chamber 7 contains the oxygen concentration cell element 3
A measuring gas chamber formed by joining a spacer 9 mainly composed of alumina having a hollow portion 9a corresponding to the porous electrodes 3c and 5b between the oxygen gas pumping device 5 and the oxygen pump element 5; 7, the two porous electrodes 3c and 5b are exposed.
【0022】前記スペーサ9には、測定ガス室7と外部
とを連通するために、左右に一対の連通孔19a,19
bが設けられており、各連通孔19a,19bには、多
孔質の材料が充填された拡散律速層21a,21b(2
1と総称する)が形成され、この拡散律速層21によっ
て検出ガスの測定ガス室7への流入等の律速が行われ
る。特に本実施例では、拡散律速層21全体は、多数の
ガス透過気孔を有するジルコニアから構成されている。The spacer 9 has a pair of left and right communication holes 19a, 19b for communicating the measurement gas chamber 7 with the outside.
b, and each of the communication holes 19a, 19b has a diffusion-controlling layer 21a, 21b (2) filled with a porous material.
1 is formed, and the diffusion control layer 21 controls the flow rate of the detection gas such as flowing into the measurement gas chamber 7. In particular, in this embodiment, the entire diffusion-controlling layer 21 is made of zirconia having a large number of gas-permeable pores.
【0023】また、酸素濃淡電池素子3の外側には、多
孔質電極3bを覆うように、固体電解質からなる遮蔽体
23が貼り付けられており、後述の検出回路25にて酸
素濃淡電池素子3の多孔質電極3b側から多孔質電極3
c側へと微小電流iCPを流したときに、多孔質電極3b
側に汲み込まれた酸素がそのまま排出されないようにさ
れている。また、酸素濃淡電池素子3には、このように
多孔質電極3b側に汲み込まれた酸素の一部を測定ガス
室7に漏出させるための漏出抵抗部3d(図3参照)が
形成されている。A shield 23 made of a solid electrolyte is attached to the outside of the oxygen concentration cell element 3 so as to cover the porous electrode 3b. From the porous electrode 3b side
When a small current iCP flows to the c side, the porous electrode 3b
The oxygen pumped to the side is not discharged as it is. Further, the oxygen concentration cell element 3 is provided with a leak resistance portion 3d (see FIG. 3) for leaking a part of the oxygen pumped to the porous electrode 3b side into the measurement gas chamber 7. I have.
【0024】尚、前記ヒータ13の一方の側、即ち酸素
ポンプ素子5側には、発熱パターン27が設けられ、他
方の側には周知のマイグレーション防止パターン29が
形成されている。 b)次に、図3に基づいて、酸素センサの電気的構成及
びその制御について説明する。A heating pattern 27 is provided on one side of the heater 13, that is, on the side of the oxygen pump element 5, and a well-known migration prevention pattern 29 is formed on the other side. b) Next, the electrical configuration of the oxygen sensor and its control will be described with reference to FIG.
【0025】図3に示す様に、酸素濃淡電池素子3及び
酸素ポンプ素子5の測定ガス室7に接した多孔質電極3
c,5bは、抵抗器R2を介して接地されており、他方
の多孔質電極3b,5cは、各々検出回路25に接続さ
れている。そして、検出回路25内では、酸素濃淡電池
素子3の遮蔽体23側の多孔質電極3bが、他端に定電
圧VCPが印加された抵抗器R1に接続されている。抵抗
器R1は、酸素濃淡電池素子3に略一定の微小電流iCP
を供給するためのものであり、その抵抗値は、抵抗器R
2及び酸素濃淡電池素子3の内部抵抗に比べて十分大き
な値となっている。As shown in FIG. 3, the porous electrode 3 in contact with the measurement gas chamber 7 of the oxygen concentration cell element 3 and the oxygen pump element 5
c and 5b are grounded via a resistor R2, and the other porous electrodes 3b and 5c are connected to a detection circuit 25, respectively. In the detection circuit 25, the porous electrode 3b on the shield 23 side of the oxygen concentration cell element 3 is connected to a resistor R1 to which the other end is applied with a constant voltage VCP. The resistor R1 is connected to the oxygen concentration cell element 3 with a substantially constant minute current iCP.
And the resistance of the resistor R
The value is sufficiently larger than the internal resistances of the element 2 and the oxygen concentration cell element 3.
【0026】また、この抵抗器R1に接続された多孔質
電極3bは、差動増幅器AMPの−側入力端子に接続さ
れている。差動増幅器AMPの+側入力端子には、基準
電圧VCOが入力されているため、差動増幅器AMPから
は、基準電圧VCOと酸素濃淡電池素子3の多孔質電極3
b側電圧との差に応じた電圧が出力される。また、この
差動増幅器AMPの出力は、抵抗器R3を介して、酸素
ポンプ素子5のヒータ13側の多孔質電極5cに接続さ
れている。この結果、酸素ポンプ素子5には、差動増幅
器AMPの出力に応じて、ポンプ電流ipが双方向に流
れることになる。 つまり、この検出回路25は、酸素
濃淡電池素子3に微小電流iCPを流して多孔質電極3b
に酸素を汲み込むことにより、多孔質電極3bを内部酸
素基準源として機能させて、酸素濃淡電池素子3の両端
に測定ガス室7内の酸素濃度に応じた電圧を発生させ、
更に、その電圧(詳しくは抵抗器R2の両端電圧を含
む)が基準電圧VCOとなるように、差動増幅器AMPか
ら酸素ポンプ素子5にポンプ電流ipを供給することに
より、測定ガス室7内の酸素濃度を一定に保つ制御を行
うように構成されているのである。The porous electrode 3b connected to the resistor R1 is connected to the negative input terminal of the differential amplifier AMP. Since the reference voltage VCO is input to the + input terminal of the differential amplifier AMP, the reference voltage VCO and the porous electrode 3 of the oxygen concentration cell element 3 are supplied from the differential amplifier AMP.
A voltage corresponding to the difference from the b-side voltage is output. The output of the differential amplifier AMP is connected to a porous electrode 5c on the heater 13 side of the oxygen pump element 5 via a resistor R3. As a result, the pump current ip flows in the oxygen pump element 5 in both directions according to the output of the differential amplifier AMP. That is, the detection circuit 25 applies a minute current iCP to the oxygen concentration cell element 3 to
By pumping oxygen into the cell, the porous electrode 3b functions as an internal oxygen reference source to generate a voltage at both ends of the oxygen concentration cell element 3 according to the oxygen concentration in the measurement gas chamber 7,
Further, the pump current ip is supplied from the differential amplifier AMP to the oxygen pump element 5 so that the voltage (including the voltage between both ends of the resistor R2) becomes the reference voltage VCO. It is configured to control to keep the oxygen concentration constant.
【0027】そして、この制御によって生じるポンプ電
流ipは、周囲の測定ガス雰囲気中の酸素濃度に対応す
るため、そのポンプ電流ipを抵抗器R3により電圧信
号に変換して、それを排気中の酸素濃度、ひいては空燃
比を表わす検出信号として、内燃機関制御を行うマイク
ロコンピュータ等からなる電子制御回路(以下、ECU
という)31に出力する。Since the pump current ip generated by this control corresponds to the oxygen concentration in the surrounding measurement gas atmosphere, the pump current ip is converted into a voltage signal by the resistor R3, and the voltage signal is converted into the oxygen signal in the exhaust gas. An electronic control circuit (hereinafter referred to as an ECU) comprising a microcomputer or the like for controlling the internal combustion engine as a detection signal representing the concentration, and hence the air-fuel ratio.
).
【0028】また、ヒータ13の発熱パターン27に
は、電圧切換回路33を介して、ヒータ電圧VH が印加
される。この電圧切換回路33は、ヒータ13に印加す
るヒータ電圧VHとして、例えばバッテリ電圧VB及びそ
の変更値を各々出力可能に構成されており、ECU31
から出力される電圧切換指令に応じて、いずれかをヒー
タ電圧VH として、発熱パターン27に印加する。A heater voltage VH is applied to the heat generation pattern 27 of the heater 13 via a voltage switching circuit 33. The voltage switching circuit 33 is configured to output, for example, a battery voltage VB and a changed value thereof as the heater voltage VH applied to the heater 13, respectively.
Any of them is applied to the heating pattern 27 as the heater voltage VH in accordance with the voltage switching command output from.
【0029】b)次に、上述した構成の酸素センサのセ
ンサ素子部1の製造方法を簡単に説明する。まず、イッ
トリア−ジルコニア系の粉末にPVB系のバインダと有
機溶剤とを用い、周知のドクターブレード法により(酸
素濃淡電池素子3及び酸素ポンプ素子5の固体電解質基
板3a,5a)となるグリーンシートを製造する。B) Next, a method of manufacturing the sensor element portion 1 of the oxygen sensor having the above-described configuration will be briefly described. First, using a PVB-based binder and an organic solvent for the yttria-zirconia-based powder, a green sheet that becomes the (solid electrolyte substrates 3a, 5a of the oxygen concentration cell element 3 and the oxygen pump element 5) is formed by a well-known doctor blade method. To manufacture.
【0030】次に、白金とイットリア−ジルコニア系の
共素地とからなる材料にPVB系のバインダと有機溶剤
とを用いてペースト化し、スクリーンによって前記グリ
ーンシート上に印刷して、(固体電解質基板3a,5a
の多孔質電極3b,3c,5b,5c)となる電極パタ
ーンを形成する。Next, a paste made of a material composed of platinum and a yttria-zirconia-based co-base using a PVB-based binder and an organic solvent is printed on a green sheet by a screen to form a paste (solid electrolyte substrate 3a). , 5a
The electrode pattern which becomes the porous electrode 3b, 3c, 5b, 5c) is formed.
【0031】次に、この様にして形成したグリーンシー
トと、同様にして形成したアルミナからなる絶縁層1
5、遮蔽板23、スペーサ9等のグリーンシートを積層
圧着する。ここで、特に、前記スペーサ9となるグリー
ンシートには、中空部9a及び連通孔19a,19bと
なる空間が空けられているが、本実施例では、このスペ
ーサ9用のグリーンシートを他のグリーンシートに圧着
した後に、連通孔19a,19bとなる空間に、拡散律
速層21となるペーストを印刷する。Next, the green sheet formed in this manner and the insulating layer 1 made of alumina formed in the same manner.
5. The green sheets such as the shielding plate 23 and the spacer 9 are laminated and pressed. Here, in particular, the green sheet serving as the spacer 9 is provided with a space serving as the hollow portion 9a and the communication holes 19a and 19b. In the present embodiment, the green sheet for the spacer 9 is replaced with another green sheet. After being press-bonded to the sheet, a paste to be the diffusion-controlling layer 21 is printed in the spaces to be the communication holes 19a and 19b.
【0032】このペーストは、下記の様にして製造す
る。ジルコニア粉末(平均粒径20〜40μm)に対し
て、エトセルを固形分比12重量%、ブチルカルビトー
ルを固形分比50重量%、及び気孔形成用の昇華性フィ
ラーを固形分比10重量%添加したものを、乳鉢にて混
練してペーストとする。This paste is produced as follows. Based on zirconia powder (average particle diameter: 20 to 40 μm), Ethocel is added at a solid content ratio of 12% by weight, butyl carbitol is added at a solid content ratio of 50% by weight, and a sublimable filler for forming pores is added at a solid content ratio of 10% by weight. The resulting mixture is kneaded in a mortar to form a paste.
【0033】つまり、このペーストは、ジルコニア系の
材料にPVB系のバインダと有機溶剤とを用いてペース
ト化したものであり、焼成すると多数のガス透過気孔を
有するジルコニアからなる多孔質の層となる。そして、
前記グリーンシート等を積層圧着した後に、例えば15
00℃の温度にて1時間の焼成を行なうことにより、板
状の検出部材6を得る。That is, this paste is a paste obtained by using a zirconia-based material and a PVB-based binder and an organic solvent, and when fired, becomes a porous layer of zirconia having a large number of gas-permeable pores. . And
After laminating and pressing the green sheets and the like, for example, 15
By performing baking at a temperature of 00 ° C. for one hour, a plate-shaped detection member 6 is obtained.
【0034】一方、ヒータ13は、同様にアルミナのグ
リーンシートに発熱パターン27等となるペーストを印
刷し、これに他のグリーンシートを積層し、同様に焼成
して形成する。尚、焼成した検出部材6とヒータ13と
は、耐熱性の無機接着剤にて接着してセンサ素子部1を
形成するが、これとは別に、検出部材6となるグリーン
シート等とヒータ13となるグリーンシート等を積層
し、同時に焼成してセンサ素子部1を形成してもよい。On the other hand, the heater 13 is formed by printing a paste for forming the heat generation pattern 27 on a green sheet of alumina in the same manner, laminating another green sheet on the paste, and firing similarly. The fired detection member 6 and the heater 13 are bonded to each other with a heat-resistant inorganic adhesive to form the sensor element portion 1. Separately, a green sheet or the like serving as the detection member 6 and the heater 13 are formed. A green sheet or the like may be laminated and fired at the same time to form the sensor element portion 1.
【0035】この様にして製造された本実施例の酸素セ
ンサは、拡散律速層21全体がPとの反応性の低いジル
コニアから構成されているので、後述する実験例からも
明かな様に、排気ガス中のPが拡散律速層21に付着し
た場合でも、従来の様に拡散律速層の成分(アルミナ)
がPと反応して液相とならず、単に付着したままであ
る。In the oxygen sensor of this embodiment manufactured as described above, since the entire diffusion-controlling layer 21 is made of zirconia having low reactivity with P, as will be apparent from an experimental example described later, Even when P in the exhaust gas adheres to the diffusion-controlling layer 21, the component of the diffusion-controlling layer (alumina) as in the prior art
Does not react with P to form a liquid phase, but simply remains attached.
【0036】つまり、本実施例では、従来の様にP化合
物がガラス状となってガス透過気孔に目詰まりを生ずる
ことがないので、長期間使用しても拡散抵抗が変化し難
く、耐久性に富むという利点がある。 (実施例2)次に、実施例2について説明するが、本実
施例と前記実施例1とは拡散律速層のみが異なり他の部
分は同一であるので、異なる点のみを説明する。That is, in this embodiment, since the P compound does not become glassy and clogging of the gas permeable pores unlike the conventional case, the diffusion resistance hardly changes even after long-term use, and the durability is high. It has the advantage of being rich. (Embodiment 2) Next, Embodiment 2 will be described. However, this embodiment is different from Embodiment 1 only in the diffusion-controlling layer, and the other parts are the same. Therefore, only different points will be described.
【0037】本実施例における拡散律速層は、ジルコニ
アからなる基材の表面にCaがコートされたものであ
る。次に、前記拡散律速層を有するセンサ素子部の製造
方法を簡単に説明する。まず、前記実施例1と同様に、
イットリア−ジルコニア系の粉末にPVB系のバインダ
と有機溶剤とを用い、周知のドクターブレード法により
(固体電解質基板)となるグリーンシートを製造する。The diffusion-controlling layer in this embodiment is a layer in which Ca is coated on the surface of a substrate made of zirconia. Next, a method of manufacturing the sensor element portion having the diffusion-controlling layer will be briefly described. First, as in the first embodiment,
Using a PVB-based binder and an organic solvent for the yttria-zirconia-based powder, a green sheet serving as a (solid electrolyte substrate) is manufactured by a well-known doctor blade method.
【0038】次に、白金とイットリア−ジルコニア系の
共素地とからなる材料にPVB系のバインダと有機溶剤
とを用いてペースト化し、スクリーンによってグリーン
シート上に印刷して、(多孔質電極)となる電極パター
ンを形成する。次に、この様にして形成したグリーンシ
ートと、同様にして形成したアルミナからなる絶縁層、
遮蔽板、スペーサ等のグリーンシートを積層圧着する
が、その際には、測定ガス室及び連通孔を形成するため
のスペーサとなるグリーンシートを他のグリーンシート
に圧着した後に、連通孔となる空間に、拡散律速層とな
るジルコニアを主成分とするペーストを印刷する。尚、
このペーストは、前記実施例1と同様なものである。Next, a material composed of platinum and a yttria-zirconia based material is pasted using a PVB-based binder and an organic solvent, and printed on a green sheet by a screen to form a (porous electrode). An electrode pattern is formed. Next, the green sheet thus formed and an insulating layer made of alumina formed in the same manner,
A green sheet such as a shielding plate and a spacer is laminated and pressure-bonded. In this case, after a green sheet serving as a spacer for forming a measurement gas chamber and a communication hole is pressure-bonded to another green sheet, a space serving as a communication hole is formed. Then, a paste containing zirconia as a main component to be a diffusion-controlling layer is printed. still,
This paste is the same as in the first embodiment.
【0039】そして、前記グリーンシート等を積層圧着
した後に、例えば1500℃の温度にて1時間の焼成を
行なうことにより、板状の検出部材を得る。特に、本実
施例では、検出部材の焼成後に、拡散律速層の表面にC
aのコートを行なうが、その場合には、例えば濃度24
重量%の酢酸カルシウム水溶液を拡散律速層の外側から
例えば0.1μl程度滴下し、1250℃にて60分の
焼成を行なう。After the green sheets and the like are laminated and pressed, the plate is fired at a temperature of, for example, 1500 ° C. for 1 hour to obtain a plate-shaped detection member. In particular, in this embodiment, after firing of the detection member, C
a. In this case, for example, a concentration of 24
A weight% aqueous solution of calcium acetate is dropped, for example, about 0.1 μl from the outside of the diffusion-controlling layer, and firing is performed at 1250 ° C. for 60 minutes.
【0040】これによって、拡散律速層を構成するジル
コニアの表面(即ちガス透過気孔の表面)にCaがコー
トされることになる。つまり、酢酸カルシウム水溶液が
ガス透過気孔の内周面を濡らしながら拡散律速層の内部
まで染み込むので、このCaのコート層は、拡散律速層
全体にわたり形成される。As a result, Ca is coated on the surface of zirconia constituting the diffusion-controlling layer (that is, the surface of the gas-permeable pores). That is, since the aqueous calcium acetate solution penetrates into the inside of the diffusion-controlling layer while wetting the inner peripheral surface of the gas-permeable pores, the Ca coat layer is formed over the entire diffusion-controlling layer.
【0041】この様にして製造された本実施例の酸素セ
ンサの拡散律速層には、ジルコニアからなる基材の表面
全体にわたってCaのコート層が形成されているので、
後述する実験例からも明かな様に、排気ガス中のPが拡
散律速層に付着した場合には、まず、CaとPとが反応
して固相のリン酸カルシウムが生成され、従来の様に拡
散律速層の成分(アルミナ)がPと反応して液相となる
ことがない。つまり、このCaにより、目詰まりが防止
される。Since the diffusion-controlling layer of the oxygen sensor of this embodiment manufactured in this manner has a Ca coating layer formed over the entire surface of the substrate made of zirconia,
As is clear from an experimental example described later, when P in the exhaust gas adheres to the diffusion-controlling layer, first, Ca and P react to generate solid-phase calcium phosphate, which is diffused in a conventional manner. The component (alumina) of the rate controlling layer does not react with P to form a liquid phase. That is, clogging is prevented by this Ca.
【0042】更に、本実施例では、拡散律速層の基材と
してジルコニアが用いられているので、仮にコート層で
あるCaが剥離してジルコニアが露出している箇所にP
が付着しても液相が発生しない。従って、この点からも
目詰まりが生じ難いという顕著な効果を奏する。Further, in the present embodiment, since zirconia is used as the base material of the diffusion-controlling layer, it is assumed that the coating layer Ca is peeled off and the zirconia is exposed at a portion where the zirconia is exposed.
No liquid phase is generated even if adheres. Therefore, also from this point, a remarkable effect that clogging hardly occurs is exhibited.
【0043】尚、Caに代えて(又はCaに重ねて)、
Mgのコートを行なう場合には、酢酸マグネシウム水溶
液を同様に用いるが、このMgのコートを施したもの
は、拡散律速層の表面にPが付着すると、同様に液相と
ならず、固体のリン酸マグネシウムとなり、ガス透過気
孔に目詰まりが生じないので好適である。 (実施例3)次に、実施例3について説明するが、本実
施例と前記実施例1とは主として拡散律速層が異なり他
の部分は同一であるので、異なる点のみを説明する。In place of Ca (or over Ca),
When coating with Mg, an aqueous solution of magnesium acetate is used in the same manner. However, when P is adhered to the surface of the diffusion-controlling layer, the coating with Mg does not become a liquid phase, but becomes a solid phosphorus. This is preferable because it becomes magnesium acid and does not cause clogging of gas-permeable pores. (Embodiment 3) Next, Embodiment 3 will be described. However, the present embodiment and Embodiment 1 are mainly different from each other in the diffusion control layer, and the other parts are the same. Therefore, only different points will be described.
【0044】図4に示す様に、本実施例の拡散律速層3
1は、連通孔33内に並んで設けられた外側層35及び
内側層37からなる2層構造である。このうち、内側層
35は、従来と同様なアルミナからなり主として拡散制
限を行なう(拡散抵抗が大きな)層である。一方、外側
層37は、主としてP等のデポジットを取るための(拡
散抵抗が小さな)層であり、前記実施例1と同様なジル
コニアからなる。As shown in FIG. 4, the diffusion-controlling layer 3 of this embodiment is
Reference numeral 1 denotes a two-layer structure including an outer layer 35 and an inner layer 37 provided side by side in the communication hole 33. Among them, the inner layer 35 is a layer made of the same alumina as in the prior art and mainly performing diffusion restriction (high diffusion resistance). On the other hand, the outer layer 37 is a layer (small diffusion resistance) for mainly depositing P or the like, and is made of the same zirconia as in the first embodiment.
【0045】前記の様な2層構造の拡散律速層31を形
成する場合には、連通孔33となる空間を有するスペー
サ39のグリーンシートの積層後に、内側層35となる
アルミナを主成分とするペースト及び外側層37となる
ジルコニアを主成分とするペーストを、該当する位置に
印刷により塗布し、その後、他のグリーンシート等を積
層して焼成する。When the diffusion-controlling layer 31 having the two-layer structure as described above is formed, after the green sheet of the spacer 39 having the space for the communication hole 33 is laminated, alumina as the inner layer 35 is mainly used. A paste and a paste mainly composed of zirconia to be the outer layer 37 are applied to the corresponding positions by printing, and then, another green sheet or the like is laminated and fired.
【0046】この様に、本実施例では、拡散律速層31
が、実質的に拡散制限を行なう内側層35とP等のデポ
ジットを除去するためのジルコニアからなる外側層37
とからなる2層構造であるので、各機能を十分に活かし
た構成とすることができる。つまり、内側層35として
は、例えば加工性や強度等に優れたアルミナ等を用い
て、拡散制限を行なうために必要なガス透過気孔を確実
に形成でき、一方、外側層37としては、拡散制限のた
めに気孔率に規制されることなく、Pを付着させるのに
好ましい気孔率のジルコニアを用いることができるの
で、各々の優れた機能を発揮することができる。 (実施例4)次に、実施例4について説明するが、本実
施例と前記実施例1とは主として拡散律速層が異なり他
の部分は同一であるので、異なる点のみを説明する。As described above, in this embodiment, the diffusion-controlling layer 31
Is an outer layer 37 made of zirconia for removing deposits such as P and the like.
Since it has a two-layer structure consisting of the following, a configuration that makes full use of each function can be obtained. That is, as the inner layer 35, for example, alumina or the like having excellent workability and strength can be used to reliably form gas-permeable pores necessary for restricting diffusion. Therefore, zirconia having a preferable porosity for adhering P can be used without being restricted by the porosity, so that each excellent function can be exhibited. (Embodiment 4) Next, Embodiment 4 will be described. The present embodiment and Embodiment 1 are mainly different from each other in the diffusion-controlling layer, and the other parts are the same. Therefore, only different points will be described.
【0047】図5に示す様に、本実施例の拡散律速層4
1は、連通孔43内に設けられた内側層45と連通孔4
3の(検出部材の側面側の)外側開口部43aを覆う外
側層47からなる2層構造である。このうち、内側層4
5は、前記実施例3と同様に、アルミナからなり拡散制
限を行なう層である。一方、外側層47は、P等のデポ
ジットを取るための層であり、前記実施例1と同様なジ
ルコニアからなる。As shown in FIG. 5, the diffusion-controlling layer 4 of this embodiment is
1 is an inner layer 45 provided in the communication hole 43 and the communication hole 4
3 has a two-layer structure including an outer layer 47 covering the outer opening 43a (on the side surface of the detection member). Of these, the inner layer 4
Numeral 5 is a layer made of alumina for limiting diffusion, as in the third embodiment. On the other hand, the outer layer 47 is a layer for depositing P or the like, and is made of the same zirconia as in the first embodiment.
【0048】前記の様な2層構造の拡散律速層41を形
成する場合には、連通孔43となる空間を有するスペー
サ49のグリーンシートの積層後に、内側層45となる
アルミナを主成分とするペーストを印刷により塗布し、
その後、他のグリーンシート等を積層する。更に、内側
層45の外側(外側開口部43a側)を覆う様に、外側
層47となるジルコニアを主成分とするペーストを印刷
した後に焼成する。When the diffusion-controlling layer 41 having the two-layer structure as described above is formed, after the green sheet of the spacer 49 having the space for the communication hole 43 is laminated, the inner layer 45 is mainly composed of alumina. Apply the paste by printing,
After that, another green sheet or the like is laminated. Further, a paste containing zirconia as a main component to be the outer layer 47 is printed and baked so as to cover the outer side of the inner layer 45 (the outer opening 43a side).
【0049】この様に、本実施例では、前記実施例3と
ほぼ同様に、拡散律速層41が、実質的に拡散制限を行
なう内側層45とP等のデポジットを除去するためのジ
ルコニアからなる外側層47とからなる2層構造である
ので、各機能を十分に活かした構成とすることができ
る。As described above, in the present embodiment, similarly to the third embodiment, the diffusion-controlling layer 41 is made of the inner layer 45 for substantially limiting diffusion and zirconia for removing deposits such as P. Since it has a two-layer structure including the outer layer 47, it is possible to make a configuration that makes full use of each function.
【0050】特に、本実施例では、検出部材の側面に外
側層47を形成する構成であるので、デポジット除去の
ために有効な表面積を大きくできるという利点がある。
尚、前記本実施例では、内側層45と外側層47とを同
時に焼成したが、例えば内側層45をグリーンシートと
ともに一旦焼成し、その後、焼成した内側層45に対し
て、その拡散律速を調製する作業を行ない、その後、外
側層47となるペーストを検出部材の側面に塗布してか
ら焼成してもよい。Particularly, in this embodiment, since the outer layer 47 is formed on the side surface of the detecting member, there is an advantage that the effective surface area for removing the deposit can be increased.
In the present embodiment, the inner layer 45 and the outer layer 47 are fired simultaneously. However, for example, the inner layer 45 is fired once together with the green sheet, and then, for the fired inner layer 45, the diffusion control is adjusted. After that, the paste to be the outer layer 47 may be applied to the side surface of the detection member and then fired.
【0051】(実験例)次に、前記各実施例の酸素セン
サを用いた実験例について説明する。この実験は、P被
毒耐久性試験であり、Pの付着による目詰まりの発生に
よって生ずる拡散抵抗の変化を調べたものである。(Experimental Examples) Next, experimental examples using the oxygen sensor of each of the above embodiments will be described. This experiment is a P poisoning durability test, in which a change in diffusion resistance caused by clogging caused by P adhesion is examined.
【0052】具体的には、前記各実施例の酸素センサと
比較例の従来の酸素センサを、エンジンの排気管に取り
付けて、そのip電流の変化率(Δip)の経時変化か
ら、拡散律速層の劣化の状態(即ち目詰まりの状態)を
調べた。その結果を下記表1、表2及び図6に示す。More specifically, the oxygen sensor of each of the above embodiments and the conventional oxygen sensor of the comparative example were attached to the exhaust pipe of the engine, and the rate of change of the ip current (Δip) was determined from the change over time. The state of deterioration (ie, the state of clogging) was examined. The results are shown in Tables 1 and 2 below and FIG.
【0053】(実験条件) ・エンジン ;直列4気筒2000cc、ガソリンエン
ジン、NA ・設定空燃比;理論空燃比λ=1 ・運転状態 ;無負荷、3000rpm定常運転 ・燃料 ;レギュラーガソリン+Zn−DBP(添
加量50cc/20L)(Experimental conditions) Engine: 2000cc in-line 4-cylinder, gasoline engine, NA ・ Set air-fuel ratio; theoretical air-fuel ratio λ = 1 ・ Operating condition: No load, 3000rpm steady operation ・ Fuel: Regular gasoline + Zn-DBP (addition (Amount 50cc / 20L)
【0054】[0054]
【表1】 [Table 1]
【0055】[0055]
【表2】 [Table 2]
【0056】この表1、表2及び図6から明かな様に、
前記各実施例の酸素センサは、ip電流の変化は長い時
間を経過しても少なく、目詰まりが生じにくいので耐久
性に優れており適である。それに対して、比較例のもの
は、ip電流が短期間で大きく変化するので、目詰まり
が生じ易く耐久性に劣り好ましくない。As is clear from Tables 1 and 2 and FIG.
The oxygen sensor of each of the above embodiments is suitable because it has excellent durability because the change in ip current is small even after a long period of time and clogging hardly occurs. On the other hand, in the case of the comparative example, since the ip current changes greatly in a short period of time, clogging is likely to occur and the durability is poor, which is not preferable.
【0057】尚、本発明は前記実施例になんら限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲におい
て種々の態様で実施しうることはいうまでもない。 (1)例えば、前記各実施例では、酸素センサとして、
全領域空燃比センサを例に挙げたが、λセンサに本発明
を適用してもよい。例えばλセンサの検出ガス側を覆う
保護層を、上述した液相の生成を抑制する素材で構成し
てもよい。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment at all, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention. (1) For example, in each of the above embodiments, as the oxygen sensor,
Although the full range air-fuel ratio sensor has been described as an example, the present invention may be applied to a λ sensor. For example, the protective layer covering the detection gas side of the λ sensor may be made of a material that suppresses the generation of the liquid phase described above.
【0058】(2)前記各実施例では、拡散律速層を目
詰まりを防止する構成としたが、検出ガスが到達する側
の電極(測定電極)の表面に保護層を設ける場合には、
その保護層を前記拡散律速層と同様に目詰まりを防止す
る構成としてもよい。 (3)また、ジルコニアからなる(又はジルコニアを含
む)基材に、Pが付着した場合に液相の生成を抑制する
材料を単体として担持させて構造体を形成する場合に
は、担持させる元素の塩(低温で分解する塩)を溶解し
た溶液(例えば水溶液)に基材を浸漬させたり、又は基
材に該溶液を筆塗りして塩を付着させた後に、加熱処理
することで、単体としての元素を担持させることができ
る。(2) In each of the above embodiments, the diffusion-controlling layer is configured to prevent clogging. However, when a protective layer is provided on the surface of the electrode (measurement electrode) on the side where the detection gas reaches,
The protective layer may be configured to prevent clogging similarly to the diffusion-controlling layer. (3) In the case where a material that suppresses the generation of a liquid phase when P adheres to a substrate made of zirconia (or contains zirconia) is supported as a single body to form a structure, the element to be supported is The base is immersed in a solution (for example, an aqueous solution) in which a salt (a salt that decomposes at a low temperature) is dissolved, or the solution is brush-coated on the base to attach the salt, and then heat-treated to form a simple substance As an element.
【0059】(4)更に、ジルコニアからなる(又はジ
ルコニアを含む)基材に、Pが付着した場合に液相の生
成を抑制する材料を化合物として担持させて構造体を形
成する場合には、化合物を溶解した溶液(例えば水溶
液)に基材を浸漬させたり、又は、基材に該溶液を筆塗
りしてた後に、加熱処理することで、化合物を担持させ
ることができる。尚、化合物としては、リン酸カルシウ
ムやリン酸マウネシウムが、Pを補足する能力に優れ
て、且つ補足した後も液相となり難いので好適である。(4) Further, when a material that suppresses the formation of a liquid phase when P adheres to a substrate made of zirconia (or contains zirconia) as a compound to form a structure, The compound can be supported by immersing the base material in a solution (for example, an aqueous solution) in which the compound is dissolved, or by brushing the base material with the solution and then performing a heat treatment. In addition, as a compound, calcium phosphate and magnesium phosphate are preferable because they are excellent in the ability to capture P and hardly become a liquid phase even after the capture.
【0060】[0060]
【発明の効果】以上詳述した様に、請求項1の発明で
は、全領域空燃比センサにおいて、その構造体に含まれ
るジルコニアは、検出ガス中の飛散成分であるPとの反
応性が乏しく、よって、構造体にPが付着しても、単に
付着したままであり、従来の様に反応してガラス状に変
化しない。そのため、構造体のガス透過気孔に目詰まり
が生じ難いので、ガスセンサの耐久性が向上する。As described above in detail, according to the first aspect of the present invention, in the full-range air-fuel ratio sensor, zirconia contained in the structure has a poor reactivity with P which is a scattered component in the detection gas. Therefore, even if P adheres to the structure, it remains simply adhered and does not change to a glassy state by reacting as in the prior art. Therefore, clogging is unlikely to occur in the gas permeable pores of the structure, and the durability of the gas sensor is improved.
【0061】請求項2の発明では、ジルコニアからなる
層を外側に形成することにより、飛散するPに対して有
効に作用して、効果的に目詰まりを防止できる。また、
内側の層を主として拡散律速を行う層とし外側の層を主
として目詰まり防止用の層とする様に、役割分担できる
ので、各層の機能を最も発揮できる構成とすることがで
きる。According to the second aspect of the present invention, by forming a layer made of zirconia on the outer side, it effectively acts on the scattered P and can effectively prevent clogging. Also,
Roles can be shared such that the inner layer is mainly a layer that controls diffusion and the outer layer is mainly a layer for preventing clogging, so that the structure of each layer can be maximized.
【0062】請求項3の発明では、拡散律速層のガス透
過気孔に目詰まりを生じ難いので、長期間にわたり例え
ば排気ガス中の酸素濃度を正確に検出することができ
る。請求項4の発明では、外側部分の拡散抵抗が小さく
設定されているので、外側部分に多少Pが付着して部分
的に拡散抵抗が増大しても、拡散律速層全体の拡散抵抗
に与える影響は少なくなり、良好なガスセンサの出力が
得られる。According to the third aspect of the present invention, the gas-permeable pores of the diffusion-controlling layer are unlikely to be clogged, so that, for example, the oxygen concentration in the exhaust gas can be accurately detected over a long period of time. According to the fourth aspect of the present invention, since the diffusion resistance of the outer portion is set to be small, even if P slightly adheres to the outer portion and the diffusion resistance partially increases, the influence on the diffusion resistance of the entire diffusion-controlling layer is exerted. And a good output of the gas sensor is obtained.
【0063】請求項5の発明では、Pが拡散律速層に付
着した場合に液相を生じ易い温度となっても、単にPが
表面に付着したままであるので、目詰まりが生じ難く、
長期間にわたり精密な測定を行うことができる。請求項
6の発明では、構造体の表面にMg及び/又はCaの成
分をコートしているので、Pと反応しても液相ではなく
固相となり、従来の様なガラス状の目詰まりを防止でき
る。According to the fifth aspect of the present invention, even if the temperature at which P is attached to the diffusion-controlling layer becomes a temperature at which a liquid phase is likely to be generated, clogging hardly occurs because P remains attached to the surface.
Precise measurement can be performed over a long period. In the invention of claim 6, since the surface of the structure is coated with a component of Mg and / or Ca, even if it reacts with P, it becomes a solid phase instead of a liquid phase, and the glassy clogging as in the prior art is prevented. Can be prevented.
【図1】 実施例1の酸素センサのセンサ素子部を一部
を破断して示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a sensor element portion of an oxygen sensor according to a first embodiment with a part thereof cut away.
【図2】 実施例1の酸素センサのセンサ素子部の拡散
律速層を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a diffusion-controlling layer of a sensor element portion of the oxygen sensor according to the first embodiment.
【図3】 実施例1の酸素センサの電気的構成を示す説
明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an electrical configuration of the oxygen sensor according to the first embodiment.
【図4】 実施例3の酸素センサのセンサ素子部を破断
して示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a sensor element portion of an oxygen sensor according to a third embodiment in a cutaway manner.
【図5】 実施例4の酸素センサのセンサ素子部を破断
して示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing a sensor element portion of an oxygen sensor according to a fourth embodiment in a cutaway manner.
【図6】 実験結果を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing experimental results.
1…センサ素子部 3…酸素濃淡電池素子 3a,5a…固体電解質基板 3b.3c,5b,5c…多孔質電極 5…酸素ポンプ素子 6…検出部材 7…測定ガス室 9,11…スペーサ 13…ヒータ 21,21a,21b,31,41…拡散律速層 1: Sensor element part 3: Oxygen concentration cell element 3a, 5a: Solid electrolyte substrate 3b. 3c, 5b, 5c: Porous electrode 5: Oxygen pump element 6: Detection member 7: Measurement gas chamber 9, 11: Spacer 13: Heater 21, 21a, 21b, 31, 41: Diffusion controlling layer
Claims (6)
ガス透過気孔を有し、全領域の空燃比を検出するガスセ
ンサにおいて、 前記ガス透過気孔を形成する構造体の一部又は全体が、
ジルコニアから構成されていることを特徴とするガスセ
ンサ。1. A gas sensor having gas-permeable pores capable of introducing a detection gas into a detection portion of a sensor and detecting an air-fuel ratio in an entire region, wherein a part or the whole of a structure forming the gas-permeable pores is:
A gas sensor comprising zirconia.
そのうちの外側層が、ジルコニアからなることを特徴と
する前記請求項1記載のガスセンサ。2. The structure comprises a plurality of porous layers,
2. The gas sensor according to claim 1, wherein the outer layer is made of zirconia.
ることを特徴とする前記請求項1又は2記載のガスセン
サ。3. The gas sensor according to claim 1, wherein the structure is a porous diffusion-controlling layer.
で大きく外側部分で小さく設定されていることを特徴と
する前記請求項3記載のガスセンサ。4. The gas sensor according to claim 3, wherein the diffusion resistance of the diffusion-controlling layer is set to be larger at the inner portion and smaller at the outer portion.
ス透過気孔の温度範囲が、500℃以上であることを特
徴とする前記請求項1〜4のいずれか記載のガスセン
サ。5. The gas sensor according to claim 1, wherein a temperature range of the gas permeable pores when the gas sensor is used is 500 ° C. or more.
aの成分をコートしたことを特徴とする前記請求項1〜
5のいずれか記載のガスセンサ。6. The method according to claim 6, wherein the surface of the structure is made of Mg and / or C.
The component (a) is coated with the component (a).
6. The gas sensor according to any one of 5.
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