JPS6214048A - 排ガスセンサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ この発明は、ｎ形ガス感知部とｐ形ガス感知部とを組み
合わせた排ガスセンサの改良に関し、とりわけ２つのガ
ス感知部の加熱温度の均一化に関する。この発明の排ガ
スセンサは、自動車エンジンの空燃比の検出等に用いる
。

［従来技術］ ｎ形ガス感知部とｐ形ガス感知部とを組み合わせ、感知
部の温度依存性を補償するとともに、検出感度を向上さ
せた、排ガスセンサが知られている（特公昭５７−３７
．８２４号）。

発明者らは、このセンサの特性に付いて検討を行い、２
つの感知部の均一加熱に実用化の鍵が有ることを見出だ
した。

発明者らはまず、第７図に示すセンサの形状を検討した
（実願昭５９−１９９，８７２号）。図において、（０
２）は絶縁性基板、（０４）は発熱体、（０６）、（０
８）はｎ形ガス感知部とｐ形ガス感知部とで有る。この
センサでは、感知部（０６）、（０８）を発熱体（０４
）に対称に配置し、加熱温度の均一化を計っている。に
もかかわらず、自動車エンジンの排気管にセンサを取り
付けると、感知部（０６）、（０８）間には３０〜５０
℃の温度差が生じた。

次に基板の同一面上に、並列に２つの感知部を配置する
と、両者間には１０〜２０°Ｃの温度差が生じた。

感知部をヒータに対称に配置したにもかかわらず加熱温
度が異なるのは、排ガスとの接触状況が異なるためと考
えられる。そしてこのような温度差は検出精度を低下さ
せる。

［発明の課題〕 この発明の課題は、２つのガス感知部の加熱温度を均一
にし、空燃比、とりわけリーンバーン領域での空燃比、
への検出精度を向上させることに有る。

［発明の構成］ この発明の排ガスセンサでは、ｎｆ５ガス感知部を第■
の耐熱絶縁性基板により支持し、ｐ形ガス感知部を第２
の耐熱絶縁性基板により支持する。

また発熱体を埋設したヒータを設け、ヒータに２つの基
板を固着する。ここで、各ガス感知部を排ガス中に露出
させずに、ヒータに対向させる。そしてガス感知部への
排ガスの導入は、基板とヒータとの間に設けたガス導入
孔で行う。

一般に、このような手法はガスへの応答特性を悪化させ
る、と考えられている。しかし発明者らの実験では、応
答特性の低下は検出でき無かった。

［実施例］ 第１図、第２図の排ガスセンサにおいて、（２）は発熱
体を埋設したヒータ、（４）はｎ形ガス感知部を支持し
た第１の耐熱絶縁性基板、（６）はｐ形ガス感知部を支
持した第２の耐熱絶縁性基板である。

第２図（ｂ）に、ヒータ（２）の構造を示す。このヒー
タ（２）は、アルミナやムライト等の耐熱絶縁性基板に
、発熱体（８）を埋設したもので、発熱体（８）には、
例えばタングステンや白金の印刷膜を用いる。基板の表
裏から発熱体（８）までの距離が等しいようにし、発熱
体（８）には、外部リード（１０）、（１２）を接続す
る。

第２図（ａ）に、第１の耐熱絶縁性基板（４）を示す。

この基板は同じくアルミナやムライト等の絶縁材料から
成り、先端部には凹部（１４）と、連通ずる溝部（１６
）、（１８）、（２０）とを設けろ。凹部（！４）には
、ｎ形金属酸化物半導体に一対の電極（２４）、（２６
）を接続したｎ形ガス感知部（２２）を収容する。感知
部（２２）の頂面は、基板（４）の頂面とほぼ同一面に
有る様にする。電ｆｆ１（２４）、（２６）は溝部（１
６）、（１８）内に収容し、端部を外部リード（２８）
、（３０）に接続する。また感知部（２２）の付近で、
溝部（１６）、（１８）内に無機接着剤（３２）、（３
４）を充填する。

第２図（Ｃ）の第２の耐熱絶縁性基板では、ガス感知部
（２２’）をｐ形金属酸化物半導体を用いたものとする
他は、同様？こ構成する。なおここで類似の符号は類似
の要素を示す。

適宜の無機接着剤等により、基板（４）、（６）をヒー
タ（２）に固着する。感知部（２２）、（２２’）はヒ
ータに接触し、排ガスは溝部（２０）、（２０’）等で
形成されるガス導入孔から導かれる。ガス導入孔の内面
には、酸化触媒層（３６）、（３６°）を塗布あるいは
充填する。

ガス感知部（２２）、（２２°）の材料には任意のもの
を用いうるが、抵抗温度係数と、酸素感度とが揃ったも
のが好ましい。そしてここでは、ｎ形金属酸化物半導体
には、Ｂ　ａ　Ｓ　ｎ　Ｏ、を、ｐ形金属酸化物半導体
には、５ｒＴｉＣｈ、５ｒｔＴｉＯ，，５ｒｓ−Ｔ　ｉ
＊ｏ　７．　Ｓ　ｒ、Ｔ　ＬＯ＋ｏの一員を用いる。な
おＳｒＴｉＯ３や５ｒｔＴｉＯ＊等の特性は相互に類似
しティる。Ｂ　ａＳ　ｎｏ　ｓや５ｒＴｉ０３等は、酸
素感度が高く、抵抗温度係数も類似している。ここで例
えば、ＢａＳｎＯ３をＴｉ０ｚに代えると、Ｔ　ｉＯｔ
の抵抗温度係数が大きすぎるため、特性がマツチングし
ない。また５ｒＴｉＯ１をＬａＣＯＯ３等に代えると、
温度係数か小さずぎ、酸素感度も低すぎるため、やはり
特性のマツチングが得られない。

次にＢａ５ｎＯｓにはＰＬやＰｔ−Ｒｈ合金を腐食する
性質が有る。そこでＢａ５ｎＯｚを用いる場合、電極（
２４）、（２６）にはＺ　ｒ　Ｏｔを結晶粒界に析出さ
せた、Ｐｔを用いるのが好ましい。ＢａＳｎＯ３はこの
材料を腐食しない。

このガスセンサには、種々の変形が可能で有る。

例えば第３図の基板（１０４）では、ガス導入孔（１２
０）を長くし、排ガスが通過する間に充分に排ガス中の
未反応成分を除去するようにしている。

また逆に、第４図の基板（２０４）では、感知部（２２
）の全周を開放し、ガスの導入を促進している。しかし
実際には、第１図や第３図の実施例でも充分な応答速度
が得られるので有り、第４図の実施例は好ましいもので
は無い。

第５図の特性図、第６図の回路図を基に、センサの作用
を述へる。ｎ形ガス感知部（２２）の抵抗値（ｎ＋）は
空燃比とともに増し、ｐ形ガス感知部（２２’）の抵抗
値（ｐｌ）は空燃比ととらに減少する。

そこでこの抵抗値の比等がら空燃比か検出できる。

温度が変化すると抵抗値は破線（Ｒ２）、（ｐ２）のよ
うに変化し、温度係数が一致すれば温度補償もなされる
。そして抵抗値や電気伝導度等の積は、センサの温度に
対応する。

第６図の回路では、電源（Ｅ）に感知部（２２）、（２
２°）と負荷抵抗（Ｒ１）、（Ｒ２）とを接続する。

発熱体（８）には、スイッチング要素としてのトランジ
スタ（Ｔｒｉ）を介して、電源（Ｅ）を接続する。

除算回路（ＤＩ）で、負荷抵抗（Ｒ１）、（Ｒ２）への
出力の比を求め、適宜の空燃比制御回路（１１）に入力
する。乗算回路（Ｍｌ）では、出力の積等からセンサの
温度を求め、比較回路（Ｃ１）で定める基準電位と比較
し、トランジスタ（Ｔｒｉ）をオン−オフさせる。

実際には、空燃比、特にリーンバーン領域での空燃比へ
の、検出信号は僅かであり、温度変動による信号は大き
い。そこでガス感知部（２２）、（２２°）の温度を±
３０℃程度で制御し、両者の温度差を±５℃程度以下と
する。

このような課題は、実施例のガスセンサを用いることに
より達成される。ガス感知部（２２）、（２２°）はヒ
ータ（２）にほぼ直接に接触し、排ガスとは直接に接触
しない。従って排ガスによる加熱が不均一でも、ガス感
知部（２２）等はほぼ均一に加熱される。ガス導入孔か
らの排ガスは、感知部（２２）等に達する前に、ヒータ
（２）に接触し、ヒータ（２）とほぼ等しい温度となる
。

例えば第１図の実施例において、ヒータ（２）や基板（
４）、（６）の厚さを各１ｍｍ、幅を各３ｍｍ、孔部（
２０）、（１６）等の直径を０．４ｍｍとすると、感知
部（２２）、（２２’）間の温度差は５℃以下で、かつ
応答性の低下は見られなかった。

実施例のガスセンサには、これ以外にも種々の利点が有
る。ガス導入孔からの排ガスは感知部（２２）等に達す
る前に、触媒（３６）等に触れ、排ガス中の未反応成分
が除去される。そしてこの点と排ガスの温度を均一にす
るという点て、第３図の実施例が優れている。次に電極
（２４）、（２６）等は、ヒータ（２）と基板（４）等
でシールドされ、排ガスから保護される。また感知部（
２２）、（２２°）は、基板（４）、（６）とヒータ（
２）とで囲まれ、基板（４）等からの脱落が防止される
。

なお変形例に付いて説明すると、感知部（２２）等は、
凹部（１４）等に充填したものでも良く、また凹部（１
４）内に膜状に印刷したものでも良い。

［発明の効果］ この発明では、２つのガス感知部を均一に加熱でき、空
燃比への検出精度を向上する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の排ガスセンサの斜視図、第２図（ａ）
は第１の耐熱絶縁性基板の背面図、第２図（ｂ）はヒー
タの正面図、第２図（Ｃ）は第２の耐熱絶縁性基板の正
面図で有る。第３図は、他の実施例の第１の耐熱絶縁性
基板の要部の、部分切り欠き部付き正面図、第４図は、
さらに他の実施例の第１の耐熱絶縁性基板の要部の、部
分切り欠き部付き斜視図で有る。第５図は実施例の特性
図、第６図は付帯回路の回路図、第７図は従来例の断面
図で有る。 図において、（２）　ヒータ、（４）、（＋０４）、（
２０４）　　第１の耐熱絶縁性基板、（６）第２の耐熱
絶縁性基板、（８）発熱体、（１４）、（１４°）凹部
、（２２）ｎ形ガス感知部、（２２’）　　ｌ）形ガス
感知部。 特許出願人　フィガロ技研株式会社 マツダ　株式会社 第６図 第１図 第３図 第２　図（ａ） 血 第２　図（ｂ） 第４図 第５図 １・０１・１１・２χ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ｎ形金属酸化物半導体に一対の電極を接続した
   ｎ形ガス感知部と、ｐ形金属酸化物半導体に一対の電極
   を接続したｐ形ガス感知部とを組み合わせた排ガスセン
   サにおいて、 耐熱絶縁性基板に発熱体を埋設したヒータと、前記ｎ形
   ガス感知部を支持した第１の耐熱絶縁性基板と、 前記ｐ形ガス感知部を支持した第２の耐熱絶縁性基板と
   を設けると共に、 各ガス感知部が排ガス中に露出されず、ヒータに対向し
   て配置されるように、前記第１及び第２の基板をヒータ
   に固着し、 かつヒータと第１及び第２の基板のと間には、排ガスを
   各ガス感知部に導くためのガス導入孔を設けた、 ことを特徴とする排ガスセンサ。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の排ガスセンサにおい
   て、 前記ガス導入孔には、酸化触媒層を設けたことを特徴と
   する排ガスセンサ。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の排ガスセンサにおい
   て、 前記第１及び第２の基板には、凹部とこれに連通する一
   対の溝部とを設け、各凹部に各ガス感知部を収容すると
   ともに、各溝部に電極を収容したことを特徴とする排ガ
   スセンサ。