JPS61147150A - 排ガスセンサ - Google Patents

排ガスセンサ

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JPS61147150A
JPS61147150A JP27025684A JP27025684A JPS61147150A JP S61147150 A JPS61147150 A JP S61147150A JP 27025684 A JP27025684 A JP 27025684A JP 27025684 A JP27025684 A JP 27025684A JP S61147150 A JPS61147150 A JP S61147150A
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ppm
sensitivity
resistance
sensor
gas sensor
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Kazuko Sasaki
佐々木 和子
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FUIGARO GIKEN KK
Figaro Engineering Inc
Mazda Motor Corp
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FUIGARO GIKEN KK
Figaro Engineering Inc
Mazda Motor Corp
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid

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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〕 この発明はペロブスカイト化合物A 5noa−δを用
いた排ガスセンサの改良に関し、特に還元性雰囲気中で
の出力の温度依存性の抑制に関する。この発明の排ガス
センサは、自動車エンジンやボイラー等の空燃比の制御
や、ストーブ等の不完全燃焼の防止等に有効で有る。
〔従来技術〕
同じ発明者による、特願昭59−6:9900号は、ペ
ロブスカイト化合物Ba5n03−δ、 5rSn03
−δ。
Ca5nOa−δ 等を用いた排ガスセンサを開示する
ここにBaやSr等のアルカリ土類元素は、ランタニド
元素等により置換することができる。この排ガスセンサ
の基本的利点は、 (1)高温の還元性雰囲気への耐久力、(2)酸素への
高い感度、 (3)可燃性ガス感度と酸素感度との比較的良いバラン
ス、 に有る。またこの排ガスセンサの特異性は、(1)  
LaCoO3,5rFeOB、等のベロブス力イト化合
物がP形金属酸化物半導体で有るのに対し、 (2)P形よりもn形金属酸化物半導体に近い挙動を示
す点、 に有る。すなわちBa5n03−δやRa5nOa−δ
は完全なn形、Ca5nOa−δやSrSnOg−δは
、当量点(空燃比λが1)近傍では強いn形で、リーン
バーン領域(λ〉1)では弱いP形で有る。これらの点
の詳細について、特願昭59−63900号を引用する
出力の温度依存性の制御は、排ガスセンサの基本的課題
で有る(例えば特公昭58−1745゜46号)。ここ
でもし還元側1<1)、あるいは酸化側(λ〉■)の一
方でも、温度依存性を充分に小さくできれば、当量点を
的確に検出できる。
またリーンバーン領域でも、センサの温度を容易に検出
できる、あるいはセンサ出力の補償が容易となる等の効
果が得られる。
〔発明の課題〕
この発明の課題は、排ガスセンサの還元側(λく1)で
の出力の温度依存性の抑制に有る。
〔発明の構成〕
この発明の排ガスセンサは、ガス感応材料としてペロブ
スカイト化合物AI−xLa)(Sn03−δ を用い
た点を特徴とする。
ここにAはC!a、 Sr、 Ba、 Raからなる群
の少くとも一員の元素を、δは非化学量論的パラメータ
を現す。Xについては30モルppm〜2モル%とし、
好ましくは100〜5000モルppm 1さらに好ま
しくは100〜2000モルppmとする。
少量のLaによる置換は、酸素感度や当量点付近での感
度を損ねずに、還元雰囲気(λ<1)での抵抗温度係数
を著しく小さくする。過剰量のLaによる置換は、雰囲
気変化への感度を損ねる。Laに代えて、他のランタニ
ド元素、例えばceを用いると、10モル%程度置換し
ないと、還元雰囲気中での抵抗温度係数を充分に抑制で
きない。
〔実施例〕
以下に最良の態様を示した実施例を説明するが、これに
限られるものではない。特に以下では、ペストモードを
示すため種々の外的付加要素を加えたものを示すが、こ
れらのものは発明自体を限定するものではない。
なお以下での表記法として、 (1)非化学量論的パラメータδを省略し、(2)  
LaやCe等の置換量は、モルppmとモル%単位とで
示す、 こととする。
第5図において、(2)はアルミナ等の耐熱絶縁性基体
、(4)はセンサを自動車エンジンの排気管等に挿入す
るための金属ハウジング、(6)はヒータ管でガス検知
片(8)の保護カバーを兼ねる。ヒータ管(6)はセラ
ミックス製で、内部に白金やタングステン等のヒータパ
ターンαQを埋設して有る。
(8)はガス検知片で、ペロブスカイト化合物A4−x
LaxsnOaをガス感応材料とする。ここにAはC!
a、 Sr、 Ba、 Raからなる群の一員、または
複数員の元素で有る。Laの置換比率Xは、80 pp
m〜2%とし、より好ましくは100〜5000ppm
 、最も好ましくは100〜2000 ppmとする。
ガス検知片(8)には、リーンバーン領域で可燃性ガス
感度を抑制し酸素感度とバランスさせるための、貴金属
触媒を加える。触媒量は金属換算で、Al−xLa)c
snO311当り10μg〜2岬とし、Pt。
Pt−Rh、 Pd、 Rh、 Ir、 Ru、 Os
、 Re (レニウム)等を用いる。ガス検知片(8)
への他の添加物として、5i02等の非晶質・非ガラス
質のゲルを酸素増感剤として加える。増感剤としては、
5i02の他にZrO2)GeO2)HfO2が用い得
、その添加量はAl−xLaxsnoa 1モル当り、
20〜200 mmolとする。増感剤の添加により酸
素感度は10〜20%増大する。なお増感剤や触媒は加
えなくとも良く、またLaの作用はこれらのものの添加
の有無とは無関係で有る。
AH−xLaxsnOaは、A/20aと高温で固相反
応し、アルカリ土類とアルミニウムとの複合酸化物と5
n02とに分解する性質が有る。固相反応を抑制するた
め、ガス検知片(8)の周囲を多孔質の保護被膜a功で
コーティングする。その材料は例えば5i02コロイド
のゲル、やスピネル(MyA#204)、ムライト(A
h 5i20ta )とし、A I−xLa)(5n0
3と反応しないもので有れば良い。コーティングの厚さ
は例えば40〜100μとする。
ガス検知片(8)には、一対の貴金属電極a荀、α0を
介して、外部リード(至)、(1)を接続する。
ガス検知片(8)は例えば次のようにして製造する。
Ba0OBや8rOOa等に所定量の炭酸ランタンを加
え、これらの合計量と等モルの8n02を混合する。
混合物を空気中で例えば4時間1100〜140゜°C
に仮焼し、ペロブスカイト化合物AI −xLa)(S
nOBを得る。
生成物の粉砕後に、コロイダルシリカや、GeO2゜Z
rO2,HfO2,Th02のコロイドを混合し、ガス
検知片(8)の形状に成型する。ついで空気中で4時間
1200〜1500°Cに焼成する。焼成温度は例えば
仮焼温度と同一または100’C高いものとする。焼成
後の5i02等の存在形態は非晶質・非ガラス質のゲル
で、X線回折的にはブロードなピーク、(半値幅から求
めた平均結晶子径は10〜60八〇程度)、を示す。コ
ロイダルシリカに代えて、シリカのキセロゲル等の形態
で添加しても良い。
焼成後、検知片(8)を貴金属塩の水溶液等に含浸し、
乾燥させた後に例えば950°Cで熱分解する。
貴金属触媒の添加方法自体は、公知で有る。最後に、溶
射や塗布後の焼結等により保護皮膜@を設け、第5図の
構造に組み立て、センサとする。
以下にセンサの特性を示す。第1図〜第3図に、120
0℃で仮焼し1800°Cで焼成したBa5nOa系材
料について、空燃比λが1.01と0,99との排ガス
中での抵抗値を示す。なお添加物はペロブスカイト化合
物11当り0.1qのptと、化合物1モル当り50m
molのSi 02コロイドとで有る。
第1図から、t o o o ppmのLaの置換によ
りλ=0.99での抵抗温度係数が激減すること、及び
λ=1.01とλ=0.99とでの抵抗値(Rs)の比
は余り変化しないことがわかる。そして例えば、センサ
の抵抗値(Rs)が300Ω以上か否かを検出すれば、
確実にλ〉■かλく1かを検出できる。
このことはλ〉lかスく1かが検出目標となる用途、例
えば自動車エンジンの当量点でのコントロールや、不完
全燃焼の検出、に重要で有る。つぎに例えばリーンバー
ン領域で用いる場合、リーン領域での抵抗値とリッチ領
域での抵抗値の比は温度とともに単調減少するので、こ
の比からセンサの温度を知り、ヒータαQをコントロー
ルして温度を一定とすることもできる。
第2図で、1モル%置換したものと10モル%置換した
ものとを比較すると、10モル%の置換で雰囲気への感
度が激減することがわかる。なお1モル%置換のものも
10モル%置換のものもλ=0.99での抵抗値はほと
んど一致した。
第3図で、Baを10モル%Oeで置換したものを検討
すると、Oeの効果はLaにくらべ極めて小さいことが
わかる。なおCeに代え、NdやUを用いても、小さな
効果しか得られなかった。
Laによる置換の他の特徴は、置換量が適切で有れば酸
素感度が余り低下しないという点に有る。
酸素感度を示すため、酸素勾配という概念を導入し、セ
ンサの抵抗値(Rs)を、 R8−に=P02n とした際のn値として定義する。なおnの測定は原則と
して、N2バランス系で酸素濃度を1〜10%へ変化さ
せて行う。
第4図に、第1図のものと同一の焼成条件と添加物の材
料の、n値を示す。なお測定温度は700°Cで有る。
a o o o ppm以下のLa置換では、酸素勾配
(n)はほとんど低下しない。
これらの結果を、表1に、より一般的に示す。
表でCa5nOaや5rSnOaの酸素勾配が負となる
のは、λ〉■ではP形性が生ずるためで有る。またλ〈
1からλ〉1への変化では抵抗値は増大し、n形性を示
す。
16      #       I X 1 G” 
      −・・・・・・・・18      # 
      I X 10”        #19 
     #       lXl0”       
・・・・・・・・・*1 ※印は比較例、1 豪2 例えばサフィックス1g−12は1200℃での
仮焼と、1800℃での焼成を示す、 ※8 λ=0.99での800″Cでの抵抗と900°
Cでの抵抗の比、 ※4 λ=1.01での抵抗と、i=0.99での抵抗
の比。
(表1つづき) 〜1000    150    40    −0.
116     150    80    −0.1
1〜1000    100    80    −0
.185     100    80    −0.
185     100    80    −0.1
6表2に、貴金属触媒と酸素増感剤の効果を示す。
触媒の効果は、COやH2,03H6等の可燃性ガス感
度を酸素感度とバランスさせ、リーンバーン領域での未
反応の可燃性ガスの共存による誤差を除くことに有る。
700°Cで024.6%を含む系でCO濃度を100
0 ppmから10,000ppmへ増し抵抗値の比を
求める。この変化により、02濃度は0.45%減少し
、酸素勾配から逆算してBaSnO3系で比が1.02
となった際に、感度のバランスが得られる。20 wt
ppmのPtの添加で、CO感度は大きく抑制され、1
00 Wtppfflでは充分に抑制される。
過剰量のptの添加は、センサの応答性を損ねる。90
0°Cでλを1.01と0.99との間で、1秒ずつの
2秒周期と3秒ずつの6秒周期とで切り替える。ここで
λ=1.01と0.99との抵抗値の比を感度とすると
、各周期での感度が大きく周期)       の変更
による差が小さい程、応答性が良い。1104ppのP
tの添加は応答性を損ねる。触媒の効果は、PtをRh
やIr、 Ru、 Os等に代えても、COをH2や0
8H6等に代えても、応答性の測定温度を他の温度に代
えても、はぼ同様で有った。またBa5nOB系のもの
に代え、Ra5nOB系やCaSnO3系、5rSn0
3系のものを用いても同様で有った。
酸素勾配は、Laや触媒とは無関係で、3〜20モル%
の5i02の添加によりBaSnO3系で0.03〜0
.04改善される。5102に代えGeO2やZrO2
HfO2を用いても同様で有った。
なお以上の説明は、Ar−xLaxSnO8−δのA元
素やSn元素をさらに他の元素で置換することを排除す
るものではなく、またAr−xLaxSnOa−δを他
の添加物、例えば5n02 、と混用することを排除す
るものでもない。
(表2つづき) ※1 いずれもへ元素の10001000ppで置換、
サフィックスの意味は表IIζ同じ、 !+12  ペロブスカイト化合物11当り1μfの添
加を1 wt ppm とする、 ※8 ペロブスカイト化合物1モル当り10 m mo
lの添加を1 mo1%とする、 ※4900℃でλ=1.01と0.99との間で周期的
に切り替え、λ=1.01とλ=0.99との抵抗値の
比、 2秒は各1秒ずつ2秒周期で切9替えたことを、6秒は
各8秒ずつ6秒周期で切り替えたことを示す。
※5700’Cで024,6%を含むN!バランス系で
、oo ag i o o o ppm中での抵抗値と
t o、 o o o ppm中での抵抗値の比。
〔発明の効果〕    ″ この発明では、排ガスセンサの還元性雰囲気下での抵抗
温度係数を小さくすること力Sできる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第4図は実施例の排ガスセンサの特性
図、第3図は従来例の排ガスセンサの特性図、第5図は
実施例の排ガスセンサの長手方向断面図で有る。 第1図 T5(’+ 第2図 Q  Bao、5LaoaSnO3λ、1.012. 
                  ”s(’C)第
3図 ’     300 400 500600 7008
00900第4図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ペロブスカイト化合物A_1_−_xLa_xS
    nO_3_−_δをガス感応材料とする焼結体に少くと
    も一対の電極を接続したもので有り、 かつここにAはCa、Sr、Ba、Raからなる群の少
    くとも一員の元素で有り、 δは非化学量論的パラメータで有り、 xは0.00003〜0.02で有る、 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、 xは0.0001〜0.005で有ることを特徴とする
    排ガスセンサ。
  3. (3)特許請求の範囲第2項記載の排ガスセンサにおい
    て、 xは0.0001〜0.002で有ることを特徴とする
    排ガスセンサ。
JP27025684A 1984-12-20 1984-12-20 排ガスセンサ Granted JPS61147150A (ja)

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JP27025684A JPS61147150A (ja) 1984-12-20 1984-12-20 排ガスセンサ

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JPH052097B2 JPH052097B2 (ja) 1993-01-11

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6230945A (ja) * 1985-08-01 1987-02-09 Yazaki Corp 酸素検知素子

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52141699A (en) * 1976-05-20 1977-11-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Densitometer of oxidizing and reducing gas
JPS55156849A (en) * 1979-05-24 1980-12-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Gas detecting sensor

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