[发明专利]废气传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种废气传感器。

背景技术

传统地，使用利用传感器元件的气体传感器来检测大气中的特定气体。这样的气体传感器，例如，能检测特定气体成分的浓度，例如汽车废气中存在的碳氢化合物（HC）、氧（O₂）等。为此，在内燃机、例如汽车发动机的排废通路中设置有一个这样的气体传感器。该气体传感器用于控制废气控制装置。检测废气中氧浓度的传统的氧气传感器元件包括，例如，具有ZrO₂ 固体电解质的氧浓度电动势传感器。

如图9所示，带底圆柱形式的氧传感器90被配置为连续分层：内电极94a、固体电解质层92、外电极94b和扩散电阻层96。加热器97朝内插入在内电极94a中。废气通过扩散电阻层96上的微孔到达外电极94b，在外电极94b与内电极94a之间获得传感器输出。扩散电阻层96由多孔陶瓷涂层形成，其被赋予了限制到达外电极94b的废气的流速、保护外电极94b的功能。

所述废气含有有毒物质，包括燃油中存在的成分，例如P、Ca或Zn，以及石油添加剂成分，例如K或Na。因此，在这样的气体传感器被用在汽车用废气传感器中时，可能会出现的问题是，传感器元件被这些有毒物质所污染。为解决这一问题，已提出了用多孔保护层（陷阱层）98覆盖传感器元件外围的设想（图9）。在上述技术中，废气中的有毒物质被吸附在该保护层98上。于是，这实现了对有毒物质侵入传感器元件的抑制。公开号为2011-252894 (JP 2011-252894 A)的日本专利申请是关于这样的气体传感器的现有技术的一个例子。

发明内容

通过增加发动机的压缩比来提高热效率，是改进汽车的燃油经济性的有效方式。然而，爆震容易发生在高压缩比的发动机中，因此发动机需要高辛烷值燃料。近年来的研究已经解决了向燃料中添加含Mn的添加剂、以增加燃料的辛烷值的问题。

发明人着眼于利用含有上述Mn成分的燃料的内燃机中的延迟（恶化）的传感器响应现象。发明人详细分析了燃料中的Mn成分对传感器响应施加的影响，并得到以下的研究结果。

当变得附着到传感器元件上时，燃料中的Mn成分以Mn氧化物的形式沉积。在这种状态下，具有高的氧浓度的废气流入气体传感器中，附着在传感器元件上的Mn氧化物被氧化，且随着氧化反应Mn₃O₄+O₂→Mn₂O₃的进行，废气中的氧气被消耗。其结果是，到达传感器电极的废气中的氧浓度变得比实际低。上述氧化反应继续进行，在这种状态下，直到完成。因此，传感器值取一个值，该值比实际的氧浓度低，直到上述的氧化反应结束。因此，在高氧浓度的废气流入气体传感器的情况下，响应变得延迟。

另一方面，当氧浓度低的废气流入所述气体传感器中时，附着到传感器元件上的Mn氧化物变少，且随着相反的反应、即还原反应Mn₂O₃→Mn₃O₄+O₂的进行，氧气被释放到废气中。其结果是，到达传感器电极的废气的氧浓度比实际高。氧浓度比实际高的状态继续维持，直至上述还原反应完成。因此，传感器值取一个值，该值比实际的氧浓度高，直到上述还原反应结束。其中氧浓度低的废气流入所述气体传感器的情况下的响应因而变得延迟。以这种方式，通过Mn化合价变化伴随的氧的吸收和释放（储氧能力，OSC）反应的发生，传感器的响应变得延迟了。相应地，需要一种机制，来有效地防止上述OSC。

本发明提供了一种在上述发现基础上的废气传感器。

本发明的一方面的废气传感器被配置为检测内燃机废气中的氧浓度或空气燃料比。该废气传感器具有传感器元件和玻璃涂膜。所述传感器元件被配置为检测所述废气传感器中的氧浓度或空气燃料比。所述玻璃涂膜形成在所述传感器元件的一表面的至少一部分上，并能够在700°C时吸收废气中含有的Mn成分。所述内燃机使用Mn浓度超过20ppm的燃料。

在如此配置的废气传感器中，能够吸收废气中含有的Mn成分的玻璃涂膜形成在所述传感器元件的一表面的至少一部分上。附着至玻璃涂膜上的Mn成分在高温时经历到玻璃涂膜中的固态扩散，并变得掺入玻璃涂膜的内部。因此，Mn与废气彼此不直接接触，从而抑制了伴随着Mn的化合价变化而发生的储氧能力（ OSC），因而不太可能发生传感器响应延迟。