[发明专利]固体电解质气体传感器元件和气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测所测量气体(目标气体)中的特定气体浓度的气体传感器元件和使用该气体传感器元件的气体传感器。

背景技术

在用于车辆的内燃机等的排气系统中，部署气体传感器来检测目标气体，诸如排气，中的特定气体浓度(例如，氧气浓度)(见例如日本专利申请公开No.08-240559(JP 08-240559 A))。这种气体传感器容纳气体传感器元件，该气体传感器元件具有例如氧离子传导性固体电解质主体、分别在固体电解质主体的一个表面和另一个表面中提供的测量电极和参考电极，以及覆盖测量电极并允许目标气体透过的扩散层。

在常规的气体传感器元件中，元件被配置为使得其外表面与排气接触。但是，当内燃机启动时，排气中所包含的水蒸汽冷凝并变成水滴，因此就存在水滴与排气一起溅到元件上的情况。在这里，气体传感器元件是在以高温加热的情况下使用的，使得固体解质主体被激活。从而，由于水滴的附着，显著的热冲击施加到元件，这有可能造成水导致的开裂。此外，不利地影响感测性能的有毒物质会包含在排气中。因此，JP 08-240559 A和日本专利申请公开No.2012-93330(JP2012-93330 A)公开了氧气浓度检测器，其中，具有防水性的表面保护层被提供在元件的外侧并且多孔层被层压，以阻止热传递并且捕获有毒物质。

虽然以上文档中的技术预先假设具有防水性的保护层的使用，但是存在防水性随着时间不能充分维持的可能性。换句话说，当表面保护层的组成粒子被包含在排气中的有毒物质(例如，微粒氧化物)覆盖时，其防水性有可能降级。此外，多孔层捕获有毒物质的功能对溶解在液体(例如，水)中的有毒物质变得无效。

燃料基本上是由碳氢化合物制成的，而且包含各种杂质，诸如氮化物、水、矿物质成分以及得自添加剂的金属性成分。这些杂质变成不利地影响气体传感器的检测(defecting)性能并且通常存在于排气中的合成的/混合的化合物(有毒物质)。由于诸如燃料的结构、燃烧控制及特性之类的因素，以上有毒物质和水在内燃机的排气系统中构成复杂的系统。为了解决以上问题，多个发明已经报告了通过把湿度和毒化(poisoning)考虑在内对保护层的改进。但是，还没有实现充分的效果。

发明内容

本发明提供了对溶解在液体中、然后进入气体传感器元件内部的有毒物质呈现卓越抗毒性并且在初始阶段维持传感器性能的气体传感器元件，并且还提供了使用该气体传感器元件的气体传感器。

根据本发明第一方面的气体传感器元件是用于检测目标气体的浓度的气体传感器元件。该气体传感器元件包括：固体电解质主体；目标气体被引入其中的目标气体室；作为目标气体浓度的基础的参考气体被引入其中的参考气体室；被设置在目标气体室中与固体电解质主体接触的第一电极；被设置在参考气体室中与固体电解质主体接触的第二电极，该第二电极被设置成在第一电极和第二电极之间保持固体电解质主体；被布置成与固体电解质主体接触并且向目标气体室输送目标气体的扩散层；以及被布置成与扩散层接触从而在固体电解质主体和屏蔽层之间布置扩散层的屏蔽层。固体电解质主体和屏蔽层中的至少一个具有从与扩散层接触的面沉陷的凹部。

根据第一方面，因为包含在排气中的可溶有毒物质可以在被设置在与扩散层在其上层或下层接触的层中的凹部中被捕获，所以有可能除去对电极作出响应的目标气体对大气的影响。从而，随时间的恶化很难发生。

在第一方面，当在平面图中从目标气体室看取入(take in)目标气体的目标气体吸收侧并且目标气体室面向目标气体吸收侧的壁面的长度设置为室宽度时，在室宽度方向上的凹部的范围可以包含室宽度的范围。

根据以上这方面，有毒物质在到达目标气体室之前经过具有凹部的扩散区域。因此，经过扩散层的有毒物质在到达目标气体室之前在凹部中被捕获的概率增加了。

在以上这方面，凹部的壁面可以与凹部和扩散层的界面垂直。

在以上这方面，因为形成了三相界面，所以有毒物质被捕获的概率进一步增加了。

根据本发明第二方面的气体传感器包括根据第一方面的气体传感器元件。

根据第二方面，有可能获得由根据第一方面的气体传感器元件实现的效果。

附图说明

以下将参考附图描述本发明的示例实施例的特征、优点以及技术和工业重要性，其中相似的标号指示相似的元件，并且其中：

图1A和1B示出了本发明的实施例，其中图1A是用于示出气体传感器元件的结构的透视平面图，以及图1B是沿图1A的线IB-IB取得的横截面图；