气体传感器制造技术

本发明专利技术提供一种即便在富燃料气氛下也能够很好地使用的气体传感器。传感器元件具备：自气体导入口开始在规定的扩散阻力之下依次连通、分别设置有内侧电极的多个内部空腔；外侧电极，配置于除内部空腔以外的部位；多孔体区域，将外侧电极覆盖；能够在对应的内部空腔与元件外部之间进行氧的吸入或吸出的多个电化学泵单元，将被导入氧浓度已知的泵入电流评价用气体的情况下主泵单元向第一内部空腔吸入氧时的极限电流的大小设为A、被导入氧浓度已知的泵出电流评价用气体的情况下主泵单元从第一内部空腔吸出氧时的极限电流的大小设为B时，比A/B为0.07以上，主泵单元具备主泵电极和空腔外泵电极，主泵电极为在位于自导入口起算最前头的位置的第一内部空腔所配备的内侧电极。侧电极。侧电极。

【技术实现步骤摘要】
气体传感器


[0001]本专利技术涉及极限电流型的气体传感器，特别涉及在富燃料气氛下使用的气体传感器。

技术介绍

[0002]已经周知采用了以例如氧化钇稳定氧化锆等氧离子传导性的固体电解质为主要构成成分的传感器元件的极限电流型的气体传感器(例如NOx传感器、氧传感器)。该气体传感器中，被测定气体被导入至在传感器元件的内部所设置的空腔(内部空腔)。并且，进行如下控制，即，将面对该内部空腔而设置的内侧电极和配备于元件内部且与基准气体接触的基准电极之间的电位差保持为与所期望的空腔内氧浓度相对应的规定的值。
[0003]概要而言，该控制如下进行，即，在由内侧电极、配备于空腔外的外侧电极(空腔外电极)、以及两个电极间所存在的固体电解质区域构成的电化学泵单元中，向两个电极间施加泵送电压，在内部空腔与外部之间进行氧的吸入或吸出。通过该泵送电压的施加，从而在内侧电极与外侧电极之间流通有与空腔内的氧浓度相对应的大小及朝向的氧泵送电流。
[0004]作为这样的气体传感器的一例，还已经周知有如下气体传感器，即：在传感器元件的外表面具备外侧电极且以使得在该外侧电极的周围形成施加规定的扩散阻力的狭缝部的方式设置有陶瓷层的气体传感器、进而使多孔体埋入而提高了该狭缝部的机械强度的气体传感器(例如参见专利文献1)。
[0005]另外，还已经周知有具备如下构成的传感器元件的气体传感器，该传感器元件构成为：氧浓度检测单元和氧泵单元隔着绝缘层而在元件厚度方向上层叠，检测气体通过在绝缘层的一部分所设置的由多孔质体形成的扩散速度控制部而导入到内部(例如参见专利文献2)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特开2021－162465号公报
[0009]专利文献2：日本特开2012－173146号公报

技术实现思路

[0010]有时将如上所述的极限电流型的气体传感器在来自例如汽油发动机的排气路径的中途等空燃比小于理论空燃比的富燃料气体能够导入至元件内部的环境下使用。
[0011]这种情况下，当富燃料气体导入至内部空腔时，在电化学泵单元中，通常为了使空腔内的氧浓度恒定，执行从元件外部向内部空腔吸入氧的动作(泵送动作)。即，以使得氧被吸入至内部空腔的方式(以使得氧离子从元件外部向内部空腔移动的方式)施加泵送电压，从而与此对应的氧泵送电流在内侧电极与外侧电极之间流通。
[0012]在该氧吸入时存在如下趋势，即，导入至内部空腔的富燃料气体的量越多，泵送电压越大，氧泵电流越大。然而，如果被测定气体的燃料富集程度过大，则随着泵送电压的增
大而从外部吸入氧变得困难，取而代之，有可能发生固体电解质中的氧被夺走的所谓的黑化(Blackening)。黑化为不可逆的现象，只要发生一次，就会导致气体传感器无法再使用。
[0013]上述黑化具有如下趋势，像专利文献1所公开的外侧电极由陶瓷层覆盖的构成的气体传感器、将外侧电极的周围以多孔体覆盖的构成的气体传感器那样，外侧电极周围的扩散阻力越大的气体传感器越容易发生黑化。
[0014]本专利技术是鉴于上述课题而实施的，其目的在于，提供即便在富燃料气氛下也能够很好地使用的气体传感器。
[0015]为了解决上述课题，本专利技术的第一方案是构成为能够对被测定气体中的规定气体成分进行监测的气体传感器，其特征在于，具备：传感器元件，该传感器元件由氧离子传导性的固体电解质构成；以及控制器，该控制器对所述气体传感器的动作进行控制，所述传感器元件具备：多个内部空腔，该多个内部空腔自所述被测定气体的导入口开始在规定的扩散阻力之下依次连通，且分别设置有内侧电极；空腔外泵电极，该空腔外泵电极配置于除所述多个内部空腔以外的部位；多孔体区域，该多孔体区域将所述空腔外泵电极覆盖；以及多个电化学泵单元，该多个电化学泵单元构成为通过以规定的泵电源向各自的所述内侧电极与所述空腔外泵电极之间施加泵电压而能够在所述多个内部空腔中的对应的内部空腔与所述传感器元件的外部之间进行氧的吸入或吸出，所述多个内部空腔具备：第一内部空腔，该第一内部空腔位于自所述导入口起算最前头的位置，作为所述内侧电极，设置有主泵电极；以及测定内部空腔，该测定内部空腔位于自所述导入口起算最里面的位置，作为所述内侧电极，设置有测定电极，所述多个电化学泵单元具有：主泵单元，该主泵单元具备所述主泵电极和所述空腔外泵电极；以及测定泵单元，该测定泵单元具备所述测定电极和所述空腔外泵电极，所述控制器构成为：通过对除所述测定泵单元以外的所述多个电化学泵单元的动作进行控制，来调整所述多个内部空腔中的对应的内部空腔中的氧浓度，以使得与所述规定气体成分的浓度相对应的测定泵电流在所述测定电极与所述空腔外泵电极之间流通的方式对所述测定泵单元的动作进行控制，并且，基于所述测定泵电流的大小，确定所述规定气体成分的浓度，当将基准泵入电流的大小设为A，将基准泵出电流的大小设为B时，比A/B为0.07以上，该基准泵入电流为氧浓度已知的泵入电流评价用气体从所述导入口导入至所述多个内部空腔的情况下所述主泵单元基于所述控制器的控制而向所述第一内部空腔吸入氧时的极限电流，该基准泵出电流为氧浓度已知的泵出电流评价用气体从所述导入口导入至所述多个内部空腔的情况下所述主泵单元基于所述控制器的控制而从所述第一内部空腔吸出氧时的极限电流。
[0016]另外，本专利技术的第二方案在第一方案所涉及的气体传感器的基础上，其特征在于，比A/B为0.20以上。
[0017]另外，本专利技术的第三方案在第一或第二方案所涉及的气体传感器的基础上，其特征在于，所述基准泵入电流的大小A为5mA以下。
[0018]另外，本专利技术的第四方案在第一至第三方案中的任一方案所涉及的气体传感器的基础上，其特征在于，所述多个内部空腔为所述第一内部空腔、与所述第一内部空腔连通且作为所述内侧电极而具备辅助泵电极的第二内部空腔、与所述第二内部空腔连通的第三内部空腔即所述测定内部空腔，所述多个电化学泵单元包括：所述主泵单元、具备所述辅助泵电极和所述空腔外泵电极的辅助泵单元、以及所述测定泵单元，所述控制器构成为：通过对
所述主泵单元的动作进行控制，来调整所述第一内部空腔中的氧浓度，通过对所述辅助泵单元的动作进行控制，来调整所述第二内部空腔中的氧浓度。
[0019]专利技术效果
[0020]根据本专利技术的第一至第四方案，可实现除了贫燃料气氛以外、至少对从化学计量空燃比到λ值为0.97的范围内的富燃料气氛也能够良好地进行测定的气体传感器。
附图说明
[0021]图1是概要性地表示气体传感器100的构成的一例的图。
[0022]图2是用于说明陶瓷层7和多孔体区域8的配置的与传感器元件101的长度方向垂直的主要部分截面图。
[0023]图3是表示可控制λ阈值的评价的一例的图。
[0024]图4是将实施例1～实施例8及比较例所涉及的气体传感器100的可控制λ阈值相对于泵极限电流比A/B进行作图得到的图表。
[0025]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体传感器，其构成为能够对被测定气体中的规定气体成分进行监测，所述气体传感器的特征在于，具备：传感器元件，该传感器元件由氧离子传导性的固体电解质构成；以及控制器，该控制器对所述气体传感器的动作进行控制，所述传感器元件具备：多个内部空腔，该多个内部空腔自所述被测定气体的导入口开始在规定的扩散阻力之下依次连通，且分别设置有内侧电极；空腔外泵电极，该空腔外泵电极配置于除所述多个内部空腔以外的部位；多孔体区域，该多孔体区域将所述空腔外泵电极覆盖；以及多个电化学泵单元，该多个电化学泵单元构成为通过以规定的泵电源向各自的所述内侧电极与所述空腔外泵电极之间施加泵电压而能够在所述多个内部空腔中的对应的内部空腔与所述传感器元件的外部之间进行氧的吸入或吸出，所述多个内部空腔具备：第一内部空腔，该第一内部空腔位于自所述导入口起算最前头的位置，作为所述内侧电极，设置有主泵电极；以及测定内部空腔，该测定内部空腔位于自所述导入口起算最里面的位置，作为所述内侧电极，设置有测定电极，所述多个电化学泵单元具有：主泵单元，该主泵单元具备所述主泵电极和所述空腔外泵电极；以及测定泵单元，该测定泵单元具备所述测定电极和所述空腔外泵电极，所述控制器构成为：通过对除所述测定泵单元以外的所述多个电化学泵单元的动作进行控制，来调整所述多个内部空腔中的对应的内部空腔中的氧浓度，以使得与所述规定气体成分的浓度相对应的测定泵电流在所述测定电...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边悠介，桥川凌，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：