气体传感器制造技术

本发明专利技术提供一种气体传感器，与以往的多气体传感器相比具有简单的构成、且能够同时测定NOx和NH3。基于在NOx测定电极与外侧泵电极之间流通的泵电流来确定被测定气体中的NOx浓度的气体传感器中，通过使外侧泵电极不产生针对NH3的催化活性，可以使传感器元件还具有NH3传感器部，该NH3传感器部包括由外侧泵电极、基准电极、以及两个电极之间的固体电解质构成的混合电位单元，在将传感器元件加热到400℃～600℃时，能够同时并行或选择性地执行基于在外侧泵电极与基准电极之间产生的电位差的NH3浓度的确定和基于泵电流和NH3浓度的NOx浓度的确定。

【技术实现步骤摘要】
气体传感器
本专利技术涉及检出被测定气体中的规定气体成分的气体传感器，特别涉及其构成及动作。
技术介绍
以往，为了得知例如以来自汽车的发动机等内燃机的尾气为代表的、被测定气体中的所期望的气体成分的浓度，使用各种气体传感器。例如，作为测定燃烧气体等被测定气体中的NOx浓度的装置，众所周知：具备使用氧化锆(ZrO2)等氧离子传导性固体电解质形成的传感器元件的NOx传感器(例如参见专利文献1～专利文献3)。另外，还众所周知：应对在被测定气体中除了存在NOx以外还存在NH3(氨气)的情况下NOx传感器的输出值依赖于NH3(氨气)而发生变化的、NH3(氨气)干涉性问题的气体传感器(气体浓度测定系统)(例如参见专利文献4及专利文献5)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特许第3756123号公报专利文献2：日本特许第3798412号公报专利文献3：日本特许第3771569号公报专利文献4：日本特开2015－215334号公报专利文献5：日本特开2016－14597号公报
技术实现思路
专利文献4中，基于空燃比(A/F)与O2浓度、及空燃比(A/F)与H2O浓度之间存在一定的关系，通过NOx传感器来测定原来的NOx浓度与来源于NH3的NOx浓度的总浓度，通过由该总浓度减去基于空燃比(A/F)和传感器外NH3浓度而计算出的源自于NH3的NOx浓度，能够得到原来的NOx浓度。即，能够除去NOx传感器的NH3干涉性。但是，实际的汽车中，在来自发动机的排气管中会发生水的凝结(特别是寒冷时)或者进行EGR控制，因此，空燃比(A/F)与H2O浓度的关系没有相关性，这意味着难以推定传感器外NH3浓度。另外，专利文献5中公开以下方案：基于使NOx传感器的控制温度不同而求出的2组NOx浓度，计算出NH3浓度。但是，温度越低，构成传感器元件的氧化锆电解质的阻力越大，电流越不易流通，因此，在NOx传感器的控制温度较低的情况下，不能很好地进行O2的泵送及NOx的还原的可能性较高。另外，每次切换(转换)控制温度时都需要等待传感器元件的温度稳定，因此，认为转换间隔不得不延长。所以，推测在实际的内燃机动作中使用专利文献5中公开的气体浓度测定系统很难测定实时的浓度。本专利技术是鉴于上述课题而实施的，其目的是提供一种在一个控制温度下能够同时测定NOx浓度和NH3浓度、并且还能够边转换边进行两者的测定的气体传感器。为了解决上述课题，本专利技术的第一方案是检出被测定气体中的规定气体成分的气体传感器，其特征在于，包括传感器元件、加热器以及控制器，该传感器元件是将多个氧离子传导性固体电解质层进行层叠而构成的，该加热器设置于所述传感器元件的内部，且对所述传感器元件进行加热，所述传感器元件具有NOx传感器部，该NOx传感器部包括：气体导入口，该气体导入口为来自外部空间的被测定气体的导入口；至少1个内部空腔，该至少1个内部空腔待导入所述被测定气体；空腔前扩散阻力赋予部，该空腔前扩散阻力赋予部在从所述外部空间至所述至少1个内部空腔之间，对所述被测定气体赋予0.90(1/mm)～6.00(1/mm)的扩散阻力；NOx测定电极，该NOx测定电极面向所述至少1个内部空腔而形成；外侧泵电极，该外侧泵电极形成于所述传感器元件的表面；以及基准电极，该基准电极配置在所述多个氧离子传导性固体电解质层中的2个之间，待与基准气体接触；并且，通过所述NOx测定电极、所述外侧泵电极、以及所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质而构成电化学泵单元、亦即测定用泵单元，所述外侧泵电极不会产生针对NH3的催化活性，由此，所述传感器元件还具有NH3传感器部，该NH3传感器部包括由所述外侧泵电极、所述基准电极、以及所述外侧泵电极与所述基准电极之间的固体电解质构成的混合电位单元，所述控制器在将所述传感器元件通过所述加热器而加热到400℃～600℃的元件控制温度的状态下，能够同时并行或选择性地执行NH3浓度的确定和所述被测定气体中的NOx浓度的确定，NH3浓度的确定是基于所述混合电位单元中在所述外侧泵电极与所述基准电极之间产生的电位差来进行的，所述被测定气体中的NOx浓度的确定是在对施加到所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的电压进行控制而使所述NOx测定电极与所述基准电极之间的电位差保持恒定的状态下，基于在所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间流通的泵电流和所述NH3浓度来进行的。本专利技术的第二方案的特征在于，在第一方案所涉及的气体传感器的基础上，所述外侧泵电极包含贵金属与具有氧离子传导性的固体电解质的金属陶瓷，所述贵金属为Pt－Au合金，构成所述外侧泵电极的贵金属粒子的表面上、所述Au被覆的部分相对于所述Pt暴露出来的部分的面积比率、亦即Au存在比为0.25～2.30。本专利技术的第三方案的特征在于，在第一或第二方案所涉及的气体传感器的基础上，所述控制器一边以100msec以下的时间间隔交替切换一边进行用于确定所述NH3浓度的所述电位差的测定和用于确定所述NOx浓度的所述泵电流的测定，并在所述电位差的测定时，使所述测定用泵单元停止。本专利技术的第四方案的特征在于，在第一或第二方案所涉及的气体传感器的基础上，所述控制器能够在任意的时机选择性地进行用于确定所述NH3浓度的所述电位差的测定和用于确定所述NOx浓度的所述泵电流的测定，并在所述电位差的测定时，使所述测定用泵单元停止。本专利技术的第五方案的特征在于，在第一～第四方案中的任意一个方案所涉及的气体传感器的基础上，所述至少1个内部空腔为第一内部空腔和第二内部空腔，所述NOx测定电极设置于所述第二内部空腔，且具有NOx还原能力，所述气体传感器还包括：内侧泵电极，该内侧泵电极面向所述第一内部空腔而形成；以及辅助泵电极，该辅助泵电极面向所述第二内部空腔而形成；从所述外部空间至所述第一内部空腔之间为所述空腔前扩散阻力赋予部，所述第一内部空腔和所述第二内部空腔借助对所述被测定气体赋予规定的扩散阻力的扩散速度控制部而连通，由所述内侧泵电极、所述外侧泵电极、以及所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质构成在所述第一内部空腔与外部空间之间进行氧的汲入或汲出的主泵单元，由所述辅助泵电极、所述外侧泵电极、以及所述辅助泵电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质构成从所述第二内部空腔朝向外部空间进行氧的汲出的电化学泵单元、亦即辅助泵单元，所述NOx测定电极还原被所述主泵单元及所述辅助泵单元控制了氧分压的所述被测定气体中的NOx而产生的氧通过所述测定用泵单元而被汲出，由此，所述泵电流在所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间流通。根据本专利技术的第一～第五方案，实现了与以往的NOx传感器相比、无需在构成上进行任何复杂化、并且、即便不改变元件控制温度也能够同时并行或选择性地进行被测定气体中的NH3浓度和NOx浓度的确定的气体传感器(多气体传感器)。特别是，根据第三及第四方案，能够以与同时并行地进行NH3浓度和NOx浓度的确定的情形相比更加优异的精度求出NH3浓度。附图说明图1是包含沿着传感器元件101的长度方向的垂直截面图的、概略地表示气体传感器100的构成之一例的图。图2是表示制作传感器元件101时的处理流程的图。图3是例示混合电位单元61产生的电动势EMF与NH3浓度的关系的图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体传感器，其是检出被测定气体中的规定气体成分的气体传感器，其特征在于，包括：传感器元件，该传感器元件是将多个氧离子传导性固体电解质层进行层叠而构成的；加热器，该加热器设置于所述传感器元件的内部，且对所述传感器元件进行加热；以及控制器；所述传感器元件具有NOx传感器部，该NOx传感器部包括：气体导入口，该气体导入口为来自外部空间的被测定气体的导入口，至少1个内部空腔，该至少1个内部空腔待导入所述被测定气体，空腔前扩散阻力赋予部，该空腔前扩散阻力赋予部在从所述外部空间至所述至少1个内部空腔之间，对所述被测定气体赋予0.901/mm～6.00 1/mm的扩散阻力，NOx测定电极，该NOx测定电极面向所述至少1个内部空腔而形成，外侧泵电极，该外侧泵电极形成于所述传感器元件的表面，以及基准电极，该基准电极配置在所述多个氧离子传导性固体电解质层中的2个之间，待与基准气体接触，并且，通过所述NOx测定电极、所述外侧泵电极、以及所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质而构成电化学泵单元、亦即测定用泵单元；所述外侧泵电极不会产生针对NH3的催化活性，由此，所述传感器元件还具有NH3传感器部，该NH3传感器部包括由所述外侧泵电极、所述基准电极、以及所述外侧泵电极与所述基准电极之间的固体电解质构成的混合电位单元，所述控制器在将所述传感器元件通过所述加热器而加热到400℃～600℃的元件控制温度的状态下，能够同时并行或选择性地执行NH3浓度的确定和所述被测定气体中的NOx浓度的确定，NH3浓度的确定是基于所述混合电位单元中在所述外侧泵电极与所述基准电极之间产生的电位差来进行的，所述被测定气体中的NOx浓度的确定是在对施加到所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的电压进行控制而使所述NOx测定电极与所述基准电极之间的电位差保持恒定的状态下，基于在所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间流通的泵电流和所述NH3浓度来进行的。...

【技术特征摘要】
2016.10.12 JP 2016-2007981.一种气体传感器，其是检出被测定气体中的规定气体成分的气体传感器，其特征在于，包括：传感器元件，该传感器元件是将多个氧离子传导性固体电解质层进行层叠而构成的；加热器，该加热器设置于所述传感器元件的内部，且对所述传感器元件进行加热；以及控制器；所述传感器元件具有NOx传感器部，该NOx传感器部包括：气体导入口，该气体导入口为来自外部空间的被测定气体的导入口，至少1个内部空腔，该至少1个内部空腔待导入所述被测定气体，空腔前扩散阻力赋予部，该空腔前扩散阻力赋予部在从所述外部空间至所述至少1个内部空腔之间，对所述被测定气体赋予0.901/mm～6.001/mm的扩散阻力，NOx测定电极，该NOx测定电极面向所述至少1个内部空腔而形成，外侧泵电极，该外侧泵电极形成于所述传感器元件的表面，以及基准电极，该基准电极配置在所述多个氧离子传导性固体电解质层中的2个之间，待与基准气体接触，并且，通过所述NOx测定电极、所述外侧泵电极、以及所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质而构成电化学泵单元、亦即测定用泵单元；所述外侧泵电极不会产生针对NH3的催化活性，由此，所述传感器元件还具有NH3传感器部，该NH3传感器部包括由所述外侧泵电极、所述基准电极、以及所述外侧泵电极与所述基准电极之间的固体电解质构成的混合电位单元，所述控制器在将所述传感器元件通过所述加热器而加热到400℃～600℃的元件控制温度的状态下，能够同时并行或选择性地执行NH3浓度的确定和所述被测定气体中的NOx浓度的确定，NH3浓度的确定是基于所述混合电位单元中在所述外侧泵电极与所述基准电极之间产生的电位差来进行的，所述被测定气体中的NOx浓度的确定是在对施加到所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的电压进行控制而使所述NOx测定电极与所述基准电极之间的电位差保持恒定的状态下，基于在所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间流通的泵电流和所述NH3浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈本拓，森伸彦，中山裕葵，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP