[發明專利]氣體傳感器元件和裝配有該元件的氣體傳感器

有效

• 申請號: 201110128522.6
• 申請日: 2011-05-13
• 公開（公告）號: CN102243211A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 蘇振洲;小林清美
• 申請（專利權）人: 株式會社電裝
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳珊;劉興鵬

技術領域

本發明涉及能夠檢測包含在諸如從內燃機排放的廢氣的目標檢測氣體中的特定氣體組分的濃度的氣體傳感器元件，并且涉及裝配有該氣體傳感器元件的氣體傳感器。

背景技術

例如，傳統的氣體傳感器裝配有氣體傳感器元件。例如，公布號JP2006-38496的日本專利公開了這樣一種傳統的氣體傳感器。在氣體傳感器中的氣體傳感器元件由固態電解質體、檢測電極、基準電極、電極保護多孔層、和抗毒多孔層組成。固態電解質體具有氧離子導電性。檢測電極形成在固態電解質體的一個表面上，并與目標檢測氣體接觸。基準電極形成在固態電解質體的另一表面上，并與參考氣體接觸。檢測電極覆蓋有電極保護多孔層。電極保護多孔層支撐觸媒金屬粒子。電極保護多孔層覆蓋有抗毒多孔層。抗毒多孔層防止觸媒金屬粒子毒化。

具有以上結構的傳統氣體傳感器能夠用作檢測包含在從機動車的內燃機排放的廢氣中的氧氣或氮氧化合物NO_X的濃度的氣體傳感器。在發動機起動的初始期間，廢氣包含大量氫氣。一般地，相比于包含在目標檢測氣體中諸如氧氣的其它氣體組分，氫氣以高速通過在氣體傳感器元件中的電極保護層。因此，因為這種氫氣在其它氣體組分到達檢測電極之前到達并與檢測電極反應，所以氣體傳感器經常造成錯誤檢測，并檢測到從真實λ點漂移的錯誤λ點。即，傳統氣體傳感器具有造成λ漂移的可能性。

為了避免這種λ漂移的問題，例如在公布號JP2006-38496的日本專利中公開的傳統氣體傳感器，觸媒金屬粒子支撐在電極保護層上。傳統氣體傳感器元件的這種結構強制地使包含在目標檢測氣體中的氫氣與支撐在電極保護層上的觸媒金屬粒子反應，并且這種結構防止氫氣到達檢測電極。

順便地，具有以上特征的杯形氣體傳感器由腿部和底部組成，腿部作為固態電解質體，具有沿它的軸向延伸的圓柱形，腿部的前面利用底部(或封閉基部)封閉。在這種杯形氣體傳感器中，縱向形加熱器插入并放置在固態電解質體的內部中。當接收電能時，縱向形加熱器在氣體傳感器元件中產生熱能，并且熱能激活氧離子導電和固態電解質體的觸媒層反應特性。

在發動機起動的初始期間，作為目標檢測氣體的廢氣是富氫氣，并且氣體傳感器元件的前側的底部與腿部相比具有高升溫速度。結果，氣體傳感器元件具有溫度變化分布，并不具有一致的溫度分布。

因此，在發動機起動的初始期間，因為放置在底部的觸媒金屬粒子是迅速激活的，所以難以精確地抑制氫氣到達檢測電極。因而難以避免這種λ漂移問題。

此外，因為在觸媒中吸收的氣體也增加，并且另一方面當支撐在電極保護層中的觸媒層上的觸媒量增加時目標檢測氣體的擴散速度減小，所以氣體傳感器元件的響應特性經常減小。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種裝配具有更高響應特性和更小λ漂移問題的氣體傳感器元件的氣體傳感器。

為了實現以上目的，本發明提供了一種具有固態電解質體、基準電極、檢測電極、電極保護層和加熱器的氣體傳感器元件。固態電解質體具有離子導電特性。固態電解質體具有圓柱形狀和底部(或封閉基部)。基準電極形成在固態電解質體的內表面上。檢測電極形成在固態電解質體的外表面上。電極保護層覆蓋帶檢測電極的固態電極體的外表面，并支撐貴金屬觸媒。目標檢測氣體通過電極保護層。加熱器插入并放置在固態電解質體的內部，并且當接收電能時產生熱能。具體地，氣體傳感器元件的前部具有腿部和底部。腿部平行于氣體傳感器元件的軸向形成。腿部的橫截面的外輪廓具有直線形狀。腿部的這種橫截面垂直于傳感器的軸向。底部的橫截面的外輪廓具有彎曲形狀。檢測電極是全表面電極和局部電極之一。全表面電極形成在固態電解質體的外表面的全部上。局部電極形成在固態電解質體的腿部上，而不是形成在固態電解質體的外表面的底部上。當加熱器產生熱能時電極保護層的底部具有第一升溫速度。當加熱器產生熱能時電極保護層的腿部具有第二升溫速度。具有第一升溫速度的電極保護層的底部具有第一數量的貴金屬觸媒。具有第二升溫速度的電極保護層的腿部具有第二數量的貴金屬觸媒。第一升溫速度高于第二升溫速度。第一數量的貴金屬觸媒大于第二數量的貴金屬觸媒。

當加熱器在氣體傳感器開始運行之后立即加熱氣體傳感器元件的固態電解質體時，固態電解質體具有高升溫速度的部分和低升溫速度的部分。即，固態電解質體具有溫度分布。當加熱器產生熱能時，諸如底部的高升溫速度的部分迅速激活。高升溫速度的部分比諸如腿部的低升溫速度的部分更促進氣體傳感器元件的輸出。