[发明专利]气体传感元件以及气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量如燃烧器或内燃机的燃烧气体或 排气等气体的气体传感元件以及气体传感器。

背景技术

已知用于检测排气中含有的氧气的浓度或者用于提高机动 车辆的内燃机的燃烧效率或控制燃烧的氧气传感器或空燃比传 感器。

已知适用于催化剂层覆盖待测气体的检测电极的氧气传感 器的技术。例如在日本特开平1-203963号公报、日本特开平 2-151755号公报和日本特开2002-181769号公报中公开了该技 术。催化剂层包括由氧化铝或氧化钛等形成的多孔质层以及由 多孔质层承载的贵金属粒子。因此，在待测气体中的未燃烧气 体(H₂、NO_x、HC等)到达检测电极之前使该未燃烧气体燃烧， 这防止了对测量的影响，提高了检测精度并且降低了λ(λ：空气 过剩率)点的偏差。

用以下方法形成该催化剂层：首先，将氧化铝或氧化钛喷 镀或涂布到形成有检测电极的固体电解质构件以形成多孔质 层；接着，将该多孔质层浸渍于包含贵金属粒子或离子的贵金 属盐溶液中，然后，进行干燥和烧结以形成由多孔质层承载贵 金属粒子的催化剂层。在如此形成的催化剂层中，贵金属粒子 被均匀地分散并且由多孔质层承载。

发明内容

在上述技术中，为了增强催化剂层中的未燃烧气体的燃烧， 似乎优选增加由催化剂层承载的贵金属粒子的量。然而，即使 当增加由催化剂层承载的贵金属粒子的量时，也不能大大地提 高未燃烧气体的燃烧程度，反而使气体传感器的响应速度下降。 认为由于以下原因产生该现象：贵金属粒子吸收或放出氧气以 及未燃烧气体。随着由催化剂层承载的贵金属粒子的量增加， 贵金属粒子对氧气的吸收或放出也增加，从而使对于待测气体 变化的响应速度下降。

考虑到上述情况完成了本发明，本发明的目的是提供一种 无需设置均匀地分散在催化剂层中并且由催化剂层承载的贵金 属粒子也能够使待测气体中的未燃烧气体有效地燃烧并且抑制 传感器的响应速度下降的气体传感元件以及气体传感器。

在第一方面中，一种气体传感元件，其用于检测待测气体 中含有的特定气体成分，所述气体传感元件包括：固体电解质 层；第一电极，其被布置在固体电解质层上；第二电极，其被 布置在固体电解质层上并且与第一电极成对；和多孔质层，其 被布置在第一电极和第二电极中的一方上，使得待测气体被从 气体传感元件的外部引导且通过多孔质层到达第一电极和第二 电极中的至少一方，其中，多孔质层包括：第一多孔质层，其 包括第一陶瓷多孔质体，在其中不分散贵金属粒子；以及第二 多孔质层，其设置在第一多孔质层上并且包括第二陶瓷多孔质 体和分散在其中的贵金属粒子。

包括第一多孔质层和第二多孔质层的示例性多孔质层是包 括内部区域和设置在该内部区域上的表面区域的粒子分散层。 在该情况下，内部区域作为第一多孔质层的例子，表面区域作 为第二多孔质层的例子。如上所述，由于贵金属粒子不必均匀 地分散在多孔质层中并且仅设置在粒子分散层的表面区域中， 因此，待测气体几乎不会受到贵金属粒子对氧气的吸收或放出 的影响，并且该待测气体被导入到粒子分散层的内部，从而能 够抑制该气体传感器的响应速度的下降。此外，由于贵金属粒 子被设置在粒子分散层中，因此，可以使待测气体中的未燃烧 气体有效地燃烧。

此外，由于仅在粒子分散层的表面区域中分散设置贵金属 粒子，因此，即使在表面区域，从外部导入到粒子分散层的表 面区域的待测气体也几乎不会受到贵金属粒子对氧气的吸收或 放出的影响并且该待测气体被导入到粒子分散层的内部区域。 从而，能够抑制气体传感器的响应速度的下降。

在该说明书中，“粒子分散层的表面区域”表示当仅可视观 察粒子分散层时形成露出的最外表面的区域。具体地，考虑到 粒子分散层的最外表面具有凹凸部(凸部和凹部)，表面区域表 示形成该凹凸部(凸部和凹部)的层的厚度方向的区域。

此外，“多孔质层”可被置于气体传感元件的外侧与第一电 极和第二电极中的一方之间，使得待测气体从外部被引导且通 过多孔质层到达第一电极和第二电极中的至少一方。因此，多 孔质层可直接或间接覆盖暴露于待测气体的电极或者可被布置 成接近气体导入路径，该气体导入路径被配置成露出电极以使 电极暴露于待测气体。此外，多孔质层可包括单一层或多个层。