JP6726604B2 - Gas sensor - Google Patents
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Description
本発明は、被測定ガスに含まれる特定成分のガス濃度の測定に用いられるガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor used for measuring a gas concentration of a specific component contained in a gas to be measured.
近年、ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化する技術として、尿素SCR(選択触媒還元)システムが注目されている。尿素SCRシステムは、アンモニア(NH3)と窒素酸化物(NOx)とを化学反応させて、窒素酸化物を窒素(N2)に還元することにより、排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化するシステムである。 In recent years, a urea SCR (selective catalytic reduction) system has been attracting attention as a technology for purifying nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine. The urea SCR system purifies nitrogen oxides contained in exhaust gas by chemically reacting ammonia (NH 3 ) and nitrogen oxides (NOx) to reduce the nitrogen oxides to nitrogen (N 2 ). System.
この尿素SCRシステムでは、窒素酸化物に対して供給されるアンモニアの量が過剰になると、未反応のアンモニアが排気ガスに含まれたまま外部に放出されるおそれがあった。このようなアンモニアの放出を抑制するために、排気ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定するセンサ素子を含む複数種類のガス濃度を測定可能なマルチガスセンサが尿素SCRシステムに用いられている(例えば、特許文献1参照)。
また、それぞれNOx濃度と、空燃比を測定する2以上のセルを有する複合センサ素子が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
そして、これらのセンサ素子を外部回路と電気的に接続するため、センサ素子の後端部に配置した電極パッドに端子金具を弾性的に接続し、端子金具からリード線を外部に引き出している。
In this urea SCR system, when the amount of ammonia supplied to the nitrogen oxides becomes excessive, unreacted ammonia may be released to the outside while being contained in the exhaust gas. In order to suppress such release of ammonia, a multi-gas sensor capable of measuring a plurality of types of gas concentrations including a sensor element that measures the concentration of ammonia contained in exhaust gas is used in a urea SCR system (for example, See Patent Document 1).
Further, a composite sensor element having two or more cells that respectively measure the NOx concentration and the air-fuel ratio is disclosed (for example, see Patent Document 2).
In order to electrically connect these sensor elements to an external circuit, the terminal fitting is elastically connected to the electrode pad arranged at the rear end of the sensor element, and the lead wire is drawn out from the terminal fitting.
ところで、上記したマルチ(複合)ガスセンサの場合、複数のセンサ部(セル)を1つのセンサ素子に設けているため、各センサ部の電極パッドの個数が増え(例えば合計8個)、これら電極パッドを互いに離間してセンサ素子の後端部に配置することが困難になってくる。そこで、例えば特許文献2記載の複合センサ素子では、素子の長手方向に離間して2段の電極パッドを配置すると共に、素子の幅方向に各段の電極パッドを千鳥足状にずらして配置し、長手方向と幅方向のいずれにも各電極パッドが重ならないようにしている。
By the way, in the case of the above-mentioned multi (composite) gas sensor, since a plurality of sensor parts (cells) are provided in one sensor element, the number of electrode pads of each sensor part increases (for example, 8 in total), and these electrode pads are increased. It becomes difficult to dispose them at the rear end of the sensor element so as to be separated from each other. Therefore, for example, in the composite sensor element described in
一方、図10に示すように、センサ素子1000を小型化すると、素子の幅方向の寸法も小さくなるので、各段の電極パッド1202、1204を幅方向に重ねて配置せざるを得なくなる。
しかしながら、この場合、先端側の電極パッド1204に後端側から端子金具1100を接続する際、後端側の電極パッド1202に端子金具1100の折り返し部1102が引っ掛かり、端子金具1100や電極パッド1202が擦れてその導電材料が電極パッド1202、1204の間に付着して導電部SCを形成するおそれがある。このようにして導電部SCを介して電極パッド1202、1204が短絡すると、センサ素子1000からのガス濃度の検出信号を正確に出力できなくなったり、ショートするという問題が生じる。
On the other hand, as shown in FIG. 10, when the
However, in this case, when the
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、軸線方向に離間し、かつ幅方向に少なくとも一部が重なる電極パッド間の絶縁信頼性が高く、ガス濃度の測定精度及び安全性に優れたガスセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above problems, the insulation reliability between the electrode pads that are separated in the axial direction and at least part of which overlaps in the width direction is high, and the measurement accuracy of the gas concentration and An object is to provide a gas sensor having excellent safety.
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、軸線方向に延びる板状をなし、後端側の板面に前記軸線方向の位置が離間して2以上の電極パッドを有するセンサ素子と、前記電極パッドにそれぞれ電気的に接続する2以上の端子金具と、を備えたガスセンサにおいて、前記軸線方向の位置が重ならずに隣接する2つの前記電極パッドは、前記軸線方向に垂直な幅方向の位置が少なくとも一部で重なり、前記端子金具は先端から後端側へ向かって折り返され、前記電極パッドに接点接続部にて弾性的に接続する折り返し部を有し、前記軸線方向に隣接する2つの前記電極パッドのうち先端側の電極パッドと接する先端側の前記端子金具を前記幅方向から見たとき、前記接点接続部と前記折り返し部の先端との間の輪郭を第1輪郭とし、前記先端側の電極パッドの後端側と前記板面とで形成され、前記電極パッドの後端側の角部を含む輪郭を第2輪郭とし、前記角部に接するようにして前記先端側の端子金具を平行移動させたとき、前記第1輪郭が前記角部のどの位置に接しても、前記第2輪郭の少なくとも一部が前記第1輪郭よりも前記板面側に存在し、前記軸線方向の位置が隣接する2つの前記電極パッドの間に、前記板面よりも突出するセラミック製の凸部が設けられ、前記第2輪郭は前記凸部を含んでなることを特徴とする。 To solve the above problems, a gas sensor of the present invention, a plate-like shape extending in the axial direction, and the sensor element having two or more electrode pads the axial position on the plate surface of the rear end spaced apart, the In a gas sensor including two or more terminal fittings that are electrically connected to the electrode pads, the two electrode pads that are adjacent to each other without overlapping the axial positions are provided in a width direction perpendicular to the axial direction . The positions are overlapped at least at a part , the terminal fitting is folded back from the front end toward the rear end side, and has a folding back portion elastically connected to the electrode pad at a contact connecting portion, and is adjacent in the axial direction. Of the two electrode pads, when the terminal metal fitting on the tip side that contacts the electrode pad on the tip side is viewed from the width direction, the contour between the contact connection portion and the tip of the folded portion is a first contour, and A second contour is formed by the rear end side of the tip side electrode pad and the plate surface and includes a corner portion on the rear end side of the electrode pad, and the terminal on the tip side is in contact with the corner portion. When the metal fitting is translated, no matter which position of the corner portion the first contour is in contact with, at least a part of the second contour exists on the plate surface side with respect to the first contour , and the axial direction. between two of the electrode pads position of the adjacent convex portions made of a ceramic is provided to protrude from the plate surface, the second contour is characterized Rukoto Do comprising said protrusions.
このガスセンサによれば、第1輪郭が角部のどの位置に接しても第2輪郭の少なくとも一部が第1輪郭よりも板面側に存在する、つまり、第1輪郭と第2輪郭の間に隙間が形成される。このようにすると、仮に後端側の電極パッドに端子金具の折り返し部が引っ掛かり、端子金や電極パッドが擦れてその導電材料が軸線方向の位置が離間する電極パッドの間に付着して導電部を形成しても、隙間には端子金具が接触しないので導電部は隙間には到達しない。その結果、両電極パッドの間で導電部は分断され、電極パッドの間が短絡することが防止される。
このため、センサ素子からのガス濃度の検出信号を正確に出力し、ショートを抑制できる。ひいては、軸線方向の位置が離間する電極間の絶縁信頼性が高く、ガス濃度の測定精度及び安全性を向上することができる。
又、このガスセンサによれば、凸部によって第1輪郭を第2輪郭からさらに遠ざけることができ、凸部1と電極パッドで挟まれた部位に隙間を確実に形成して電極の間の短絡をより一層防止できる。
According to this gas sensor, at least a part of the second contour exists on the plate surface side of the first contour regardless of where the first contour contacts the corner, that is, between the first contour and the second contour. A gap is formed in. If this is done, the folded portion of the terminal fitting is temporarily caught by the electrode pad on the rear end side, the terminal metal and the electrode pad are rubbed, and the conductive material adheres between the electrode pads whose axial positions are separated from each other. Even if is formed, since the terminal fitting does not contact the gap, the conductive portion does not reach the gap. As a result, the conductive portion is divided between the electrode pads, and a short circuit between the electrode pads is prevented.
Therefore, it is possible to accurately output the gas concentration detection signal from the sensor element and suppress a short circuit. As a result, the insulation reliability between the electrodes separated from each other in the axial direction is high, and the gas concentration measurement accuracy and safety can be improved.
Further, according to this gas sensor, the first contour can be further distanced from the second contour by the convex portion, and a gap is surely formed in the portion sandwiched by the
本発明のガスセンサは、軸線方向に延びる板状をなし、後端側の板面に前記軸線方向の位置が離間して2以上の電極パッドを有するセンサ素子と、前記電極パッドにそれぞれ電気的に接続する2以上の端子金具と、を備えたガスセンサにおいて、前記軸線方向の位置が重ならずに隣接する2つの前記電極パッドは、前記軸線方向に垂直な幅方向の位置が少なくとも一部で重なり、前記端子金具は先端から後端側へ向かって折り返され、前記電極パッドに接点接続部にて弾性的に接続する折り返し部を有し、前記軸線方向の位置が隣接する2つの前記電極パッドのうち先端側の電極パッドと接する先端側の前記端子金具を前記幅方向から見たとき、前記接点接続部と前記折り返し部の先端との間の輪郭を第1輪郭とし、前記先端側の電極パッドの後端側と前記板面とで形成され、前記電極パッドの後端側の角部を含む輪郭を第2輪郭とし、前記角部に接するようにして前記先端側の端子金具を平行移動させたとき、前記第1輪郭が前記角部のどの位置に接しても、前記第2輪郭の少なくとも一部が前記第1輪郭よりも前記板面側に存在し、前記軸線方向の位置が隣接する2つの前記電極パッドの間に、前記板面よりも凹む凹部が設けられ、前記第2輪郭は前記凹部を含んでなることを特徴とする。
このガスセンサによれば、第1輪郭が角部のどの位置に接しても第2輪郭の少なくとも一部が第1輪郭よりも板面側に存在する、つまり、第1輪郭と第2輪郭の間に隙間が形成される。このようにすると、仮に後端側の電極パッドに端子金具の折り返し部が引っ掛かり、端子金や電極パッドが擦れてその導電材料が軸線方向の位置が離間する電極パッドの間に付着して導電部を形成しても、隙間には端子金具が接触しないので導電部は隙間には到達しない。その結果、両電極パッドの間で導電部は分断され、電極パッドの間が短絡することが防止される。
このため、センサ素子からのガス濃度の検出信号を正確に出力し、ショートを抑制できる。ひいては、軸線方向に離間する電極間の絶縁信頼性が高く、ガス濃度の測定精度及び安全性を向上することができる。
又、このガスセンサによれば、凹部によって第1輪郭を第2輪郭からさらに遠ざけることができ、凹部と電極パッドで挟まれた部位に隙間を確実に形成して電極パッドの間の短絡をより一層防止できる。
The gas sensor of the present invention has a plate-like shape extending in the axial direction, and a sensor element having two or more electrode pads spaced apart from each other in the axial direction on the plate surface on the rear end side and the electrode pad electrically. In a gas sensor including two or more terminal fittings to be connected, the two electrode pads that are adjacent to each other without overlapping their axial positions overlap each other at least partially in their widthwise positions perpendicular to the axial direction. The terminal fitting is folded back from the front end toward the rear end side, and has a folded-back portion that elastically connects to the electrode pad at a contact connection portion, and the two axial positions of the two electrode pads are adjacent to each other. When the terminal fitting on the tip side, which is in contact with the electrode pad on the tip side, is viewed from the width direction, the contour between the contact connecting portion and the tip of the folded portion is defined as a first contour, and the tip-side electrode pad The second end is a contour formed by the rear end side and the plate surface and including the corner on the rear end side of the electrode pad, and the terminal metal fitting on the front end side is moved in parallel so as to be in contact with the corner. At this time, no matter which position of the corner portion the first contour is in contact with, at least a part of the second contour is present on the plate surface side with respect to the first contour , and the positions in the axial direction are adjacent to each other. between two of the electrode pad, the plate surface recess recessed are provided than, the second contour is characterized Rukoto Do comprising said recess.
According to this gas sensor, at least a part of the second contour exists on the plate surface side of the first contour regardless of where the first contour contacts the corner, that is, between the first contour and the second contour. A gap is formed in. If this is done, the folded portion of the terminal fitting is temporarily caught by the electrode pad on the rear end side, the terminal metal and the electrode pad are rubbed, and the conductive material adheres between the electrode pads whose axial positions are separated from each other. Even if is formed, since the terminal fitting does not contact the gap, the conductive portion does not reach the gap. As a result, the conductive portion is divided between the electrode pads, and a short circuit between the electrode pads is prevented.
Therefore, it is possible to accurately output the gas concentration detection signal from the sensor element and suppress a short circuit. As a result, the insulation reliability between the electrodes separated in the axial direction is high, and the measurement accuracy and safety of the gas concentration can be improved.
Further, according to this gas sensor, the first contour can be further distanced from the second contour by the concave portion, and a gap can be surely formed at a portion sandwiched between the concave portion and the electrode pad to further shorten the short circuit between the electrode pads. It can be prevented.
本発明のガスセンサにおいて、前記センサ素子は、被測定ガス中のそれぞれ異なるガス成分を検知する2以上のセンサ部を有するマルチセンサ素子部であってもよい。
このガスセンサによれば、各電極パッドが軸線方向により近接するので、電極パッドの間の短絡を防止する本発明がさらに有効となる。
In the gas sensor of the present invention, the sensor element may be a multi-sensor element section having two or more sensor sections that detect different gas components in the gas to be measured.
According to this gas sensor, since the electrode pads are closer to each other in the axial direction, the present invention which prevents a short circuit between the electrode pads is further effective.
本発明のガスセンサにおいて、前記センサ素子の前記板面の少なくとも片面に、前記電極パッドが前記軸線方向に2つ、前記幅方向に2つ配置されていてもよい。
このガスセンサによれば、少なくとも片面に4つ存在する各電極パッドが軸線方向により近接するので、電極パッドの間の短絡を防止する本発明がさらに有効となる。
In the gas sensor of the present invention, two electrode pads may be arranged in the axial direction and two electrodes may be arranged in the width direction on at least one surface of the plate surface of the sensor element.
According to this gas sensor, at least four electrode pads existing on one surface are closer to each other in the axial direction, so that the present invention for preventing a short circuit between the electrode pads is further effective.
この発明によれば、軸線方向に離間し、かつ幅方向に少なくとも一部が重なる電極パッド間の絶縁信頼性が高く、ガス濃度の測定精度及び安全性に優れたガスセンサが得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a gas sensor that has high insulation reliability between electrode pads that are separated in the axial direction and at least partially overlap in the width direction, and that has excellent gas concentration measurement accuracy and safety.
以下、図1〜図3を参照し、本発明の実施形態に係るマルチガスセンサについて説明する。図1は、マルチガスセンサの軸線O方向(長手方向)に沿う断面図、図2はマルチガスセンサ装置の構成を説明するブロック図、図3は第1アンモニアセンサ部及び第2アンモニアセンサ部の構成を示す幅方向に沿う断面図である。
本実施形態のマルチガスセンサ200A及びこれを備えたマルチガスセンサ装置400は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス(被測定ガス)に含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化する尿素SCRシステムに用いられるものである。より具体的には、排気ガスに含まれるNOxと、アンモニア(尿素)とを反応させた後の排気ガスに含まれる一酸化窒素(NO)、二酸化窒素(NO2)およびアンモニアの濃度を測定するものである。
なお、本実施形態のマルチガスセンサ200A(マルチガスセンサ装置400)が適用されるエンジンは、上述のディーゼルエンジンであってもよいし、ガソリンエンジンにも適用することができ、特にエンジンの形式を限定するものではない。
Hereinafter, a multi-gas sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. 1 is a cross-sectional view of the multi-gas sensor along the direction of the axis O (longitudinal direction), FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of the multi-gas sensor device, and FIG. 3 is a configuration of the first ammonia sensor unit and the second ammonia sensor unit. It is sectional drawing which follows the width direction shown.
The
The engine to which the
図1に示すように、マルチガスセンサ200Aは、アンモニア濃度及びNOx濃度を検出するマルチセンサ素子部100Aを組み付けたアッセンブリである。マルチガスセンサ200Aは、軸線方向に延びる板状のマルチセンサ素子部100Aと、排気管に固定されるためのねじ部139が外表面に形成された筒状の主体金具138と、マルチセンサ素子部100Aの径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ106と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔168の内壁面がマルチセンサ素子部100Aの後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材166と、マルチセンサ素子部100Aと絶縁コンタクト部166との間に配置される複数個(図1では2つのみ図示)の端子金具110と、を備えている。
なお、マルチガスセンサ200A、マルチセンサ素子部100Aがそれぞれ特許請求の範囲の「ガスセンサ」、「センサ素子」に相当する。
As shown in FIG. 1, the
The
主体金具138は、軸線O方向に貫通する貫通孔154を有し、貫通孔154の径方向内側に突出する棚部152を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具138は、マルチセンサ素子部100Aの先端側を貫通孔154の先端側外部に配置し、複数の電極パッド80(図4参照)を貫通孔154の後端側外部に配置する状態で、マルチセンサ素子部100Aを貫通孔154に保持している。さらに、棚部152は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。
なお、なお、簡略化のため、図1ではマルチセンサ素子部100Aの表面と裏面の電極パッドを符号80で代表させたが、図4に示すように、電極パッド80は、後述するNOxセンサ部30Aや、第1及び第2アンモニアセンサ部42x、42yが有する電極等の数に応じて、複数個形成されている。
The
Note that, for simplification, the electrode pads on the front surface and the back surface of the
なお、主体金具138の貫通孔154の内部には、マルチセンサ素子部100Aの径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のセラミックホルダ151、粉末充填層153(以下、滑石リング153ともいう)、および上述のセラミックスリーブ106がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ106と主体金具138の後端部140との間には、加締めパッキン157が配置されており、セラミックホルダ151と主体金具138の棚部152との間には、滑石リング153やセラミックホルダ151を保持するための金属ホルダ(図示せず)が配置されている。なお、主体金具138の後端部140は、加締めパッキン157を介してセラミックスリーブ106を先端側に押し付けるように、加締められている。
In addition, inside the through
一方、主体金具138の先端側(図1における下方)外周には、マルチセンサ素子部100Aの突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製(例えば、ステンレスなど)二重の外部プロテクタ142および内部プロテクタ143が、溶接等によって取り付けられている。
On the other hand, on the outer periphery of the
そして、主体金具138の後端側外周には、外筒144が固定されている。また、外筒144の後端側(図1における上方)の開口部には、マルチセンサ素子部100Aの電極パッド80とそれぞれ電気的に接続される複数本のリード線146(図1では4本のみ)が挿通されるリード線挿通孔161が形成されたグロメット150、及び第2絶縁コンタクト部170が後端側からこの順に配置されている。
An
また、主体金具138の後端部140より突出されたマルチセンサ素子部100Aの後端側(図1における上方)には、絶縁コンタクト部材166が配置される。なお、この絶縁コンタクト部材166は、マルチセンサ素子部100Aの後端側の表裏面に形成される電極パッド80の周囲に配置される。この絶縁コンタクト部材166は、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔168を有する筒状形状に形成されると共に、外表面から径方向外側に突出する鍔部167が備えられている。絶縁コンタクト部材166は、鍔部167が保持部材169を介して外筒144に当接することで、外筒144の内部に配置される。そして、絶縁コンタクト部材166側の端子金具110と、マルチセンサ素子部100Aの電極パッド80とが電気的に接続され、リード線146により外部と導通するようになっている。
An insulating
図2は、本発明の実施形態に係るマルチガスセンサ装置400の構成を示すブロック図である。なお、図2では説明の便宜のため、マルチガスセンサ200A内に収容されたマルチセンサ素子部100Aの軸線O方向に沿う断面のみを表示している。
マルチガスセンサ装置400は、制御装置(コントロ−ラ)300、及びこれに接続されるマルチガスセンサ200A(マルチセンサ素子部100A)を備えている。制御装置300は図示しない内燃機関(エンジン)を備える車両に搭載され、制御装置300はECU220に電気的に接続されている。なお、マルチガスセンサ200Aから伸びるリード線146の端はコネクタに接続され、このコネクタを制御装置300側のコネクタに電気的に接続するようになっている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
The
次に、マルチセンサ素子部100Aの構成について説明する。マルチセンサ素子部100Aは、公知のNOxセンサと同様な構成を有するNOxセンサ部30Aと、2つのアンモニアセンサ部である第1アンモニアセンサ部42x及び第2アンモニアセンサ部42yとを備え、詳しくは後述するように第1アンモニアセンサ部42x及び第2アンモニアセンサ部42yはNOxセンサ部30Aの外表面に形成されている。
Next, the configuration of the
まず、NOxセンサ部30Aは、絶縁層23e、第1固体電解質体2a、絶縁層23d、第3固体電解質体6a、絶縁層23c、第2固体電解質体4a、及び絶縁層23b、23aをこの順に積層した構造を有する。第1固体電解質体2aと第3固体電解質体6aとの層間に第1測定室S1が画成され、第1測定室S1の左端(入口)に配置された第1拡散抵抗体8aを介して外部から排気ガスが導入される。なお、第1拡散抵抗体8aの外側には多孔質からなる保護層9が配置されている。
第1測定室S1のうち入口と反対端には第2拡散抵抗体8bが配置され、第2拡散抵抗体8bを介して第1測定室S1の右側には、第1測定室S1と連通する第2測定室(本発明の「NOx測定室」に相当)S2が画成されている。第2測定室S2は、第3固体電解質体6aを貫通して第1固体電解質体2aと第2固体電解質体4aとの層間に形成されている。
First, the NO x sensor unit 30A includes the insulating
A
絶縁層23b、23aの間にはマルチセンサ素子部100Aの軸線O方向に沿って延びる長尺板状の発熱抵抗体21が埋設されている。発熱抵抗体21は、軸線O方向の先端側に発熱部が設けられると共に、該発熱部から軸線方向の後端側に向かって一対のリード部が設けられている。このヒータはガスセンサを活性温度に昇温し、固体電解質体の酸素イオンの伝導性を高めて動作を安定化させるために用いられる。
A long plate-shaped
第1ポンピングセル2は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主体とする第1固体電解質体2aと、これを挟持するように配置された内側第1ポンピング電極2b及び対極となる外側第1ポンピング電極2cとを備え、内側第1ポンピング電極2bは第1測定室S1に面している。内側第1ポンピング電極2b及び外側第1ポンピング電極2cはいずれも白金を主体とし、内側第1ポンピング電極2bの表面は多孔質体からなる保護層11で覆われている。
又、外側第1ポンピング電極2cの上面に相当する絶縁層23eはくり抜かれて多孔質体13が充填され、外側第1ポンピング電極2cと外部とを連通させてガス(酸素)の出入を可能としている。
The
Further, the insulating
酸素濃度検出セル6は、ジルコニアを主体とする第3固体電解質体6aと、これを挟持するように配置された検知電極6b及び基準電極6cとを備え、検知電極6bは内側第1ポンピング電極2bより下流側で第1測定室S1に面している。検知電極6b及び基準電極6cはいずれも白金を主体としている。
なお、絶縁層23cは、第3固体電解質体6aに接する基準電極6cが内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜き部には多孔質体が充填されて基準酸素室15を形成している。そして、酸素濃度検出セル6にIcp供給回路54を用いて予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素を第1測定室S1から基準酸素室15内に送り込み、酸素基準とする。
The oxygen concentration detection cell 6 includes a third
The insulating
第2ポンピングセル4は、ジルコニアを主体とする第2固体電解質体4aと、第2固体電解質体4aのうち第2測定室S2に面した表面に配置された内側第2ポンピング電極4b及び対極となる第2ポンピング対電極4cとを備えている。内側第2ポンピング電極4b及び第2ポンピング対電極4cはいずれも白金を主体としている。
なお、第2ポンピング対電極4cは、第2固体電解質体4a上における絶縁層23cの切り抜き部に配置され、基準電極6cに対向して基準酸素室15に面している。
そして、内側第1ポンピング電極2b、検知電極6b、内側第2ポンピング電極4bはそれぞれ基準電位に接続されている。
The second pumping cell 4 includes a second
The second
The inner
次に、2つのアンモニアセンサ部(セル)である第1アンモニアセンサ部42x及び第2アンモニアセンサ部42yについて説明する。
図3に示すように、マルチセンサ素子部100Aは、それぞれ幅方向に離間する第1アンモニアセンサ部42x及び第2アンモニアセンサ部42yを有している。
Next, the first
As shown in FIG. 3, the
第1アンモニアセンサ部42x及び第2アンモニアセンサ部42yは、NOxセンサ部30Aの外表面(下面)をなす絶縁層23a上に形成されている。より詳しくは、第1アンモニアセンサ部42xは、絶縁層23a上に第1基準電極42axが形成され、第1基準電極42axの表面に第1固体電解質体42dxが形成されている。さらに、第1固体電解質体42dxの表面に第1検知電極42bxが形成されている。そして、第1基準電極42ax及び第1検知電極42bxの間の起電力変化によって被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するようになっている。
同様に、第2アンモニアセンサ部42yは、絶縁層23a上に第2基準電極42ayが形成され、第2基準電極42ayの表面に第2固体電解質体42dyが形成されている。さらに、第2固体電解質体42dyの表面に第2検知電極42byが形成されている。
The first
Similarly, in the second
第1検知電極42bx及び第2検知電極42byとしては、Auを主成分(例えば70質量%以上)含有し、PtやPdを含有する材料から形成することができる。第1基準電極42ax及び第2基準電極42ayとしては、Pt単体であるか、Ptを主成分(例えば70質量%以上)含有する材料から形成することができる。第1検知電極42bx及び第2検知電極42byはアンモニアガスが電極表面では燃焼し難い電極である。アンモニアは、以下に述べる3相界面で酸素イオンと反応(電極反応)し、アンモニアの濃度を検出する。
第1固体電解質体42dx、第2固体電解質体42dyは、例えば部分安定化ジルコニア(YSZ)で構成されている。
The first detection electrode 42bx and the second detection electrode 42by can be formed from a material containing Au as a main component (for example, 70 mass% or more) and Pt or Pd. The first reference electrode 42ax and the second reference electrode 42ay can be formed of Pt alone or a material containing Pt as a main component (for example, 70 mass% or more). The first detection electrode 42bx and the second detection electrode 42by are electrodes in which ammonia gas is difficult to burn on the electrode surface. Ammonia reacts with oxygen ions (electrode reaction) at the three-phase interface described below, and the concentration of ammonia is detected.
The first solid electrolyte body 42dx and the second solid electrolyte body 42dy are made of, for example, partially stabilized zirconia (YSZ).
さらに、第1アンモニアセンサ部42x及び第2アンモニアセンサ部42yは、多孔質からなる保護層23gによって一体に覆われている。
保護層23gは、第1検知電極42bx及び第2検知電極42byへの被毒物質の付着を防止すると共に、外部から第1アンモニアセンサ部42x及び第2アンモニアセンサ部42yに流入する被測定ガスの拡散速度を調整するものである。
なお、保護層23gを設けることなく第1アンモニアセンサ部42x及び第2アンモニアセンサ部42yなどを露出させてもよく、特に限定するものではない。
Further, the first
The
The first
次に、図2に戻り、制御装置300の構成の一例について説明する。制御装置300は、回路基板上に(アナログ)制御回路59とマイクロコンピュータ(マイコン)60とを備えている。マイクロコンピュータ60は制御装置300全体を制御し、CPU(中央演算処理装置)61、RAM62、ROM63、信号入出力部64、A/Dコンバータ65、及び図示しないクロックを備え、ROM等に予め格納されたプログラムがCPUにより実行される。
制御回路59は、詳しくは後述する基準電圧比較回路51、Ip1ドライブ回路52、Vs検出回路53、Icp供給回路54、Ip2検出回路55、Vp2印加回路56、ヒータ駆動回路57、それぞれ第1アンモニアセンサ部42x及び第2アンモニアセンサ部42yの起電力を検出する第1起電力検出回路58a及び第2起電力検出回路58bを備える。
制御回路59は、NOxセンサ部30Aを制御し、NOxセンサ部30Aに流れる第1ポンピング電流Ip1、第2ポンピング電流Ip2を検出してマイクロコンピュータ60に出力する。
第1起電力検出回路58a及び第2起電力検出回路58bは、第1アンモニアセンサ部42x及び第2アンモニアセンサ部42yの各電極間のアンモニア濃度出力(起電力)を検出してマイクロコンピュータ60に出力する。
Next, returning to FIG. 2, an example of the configuration of the
The
The
The first electromotive
詳細には、NOxセンサ部30Aの外側第1ポンピング電極2cはIp1ドライブ回路52に接続され、基準電極6cはVs検出回路53及びIcp供給回路54に並列に接続されている。又、第2ポンピング対電極4cはIp2検出回路55及びVp2印加回路56に並列に接続されている。ヒータ回路57はヒータ(具体的には発熱抵抗体21)に接続されている。
又、第1アンモニアセンサ部42xの一対の電極42ax、42bxがそれぞれ第1起電力検出回路58aに接続されている。同様に、第2アンモニアセンサ部42yの一対の電極42ay、42byがそれぞれ第2起電力検出回路58bに接続されている。
Specifically, the outer
The pair of electrodes 42ax and 42bx of the first
各回路51〜57は、以下のような機能を有する。
Ip1ドライブ回路52は、内側第1ポンピング電極2b及び外側第1ポンピング電極2cの間に第1ポンピング電流Ip1を供給しつつ、その際の第1ポンピング電流Ip1を検出する。
Vs検出回路53は、検知電極6b及び基準電極6cの間の電圧Vsを検出し、検出結果を基準電圧比較回路51に出力する。
基準電圧比較回路51は、基準電圧(例えば、425mV)とVs検出回路53の出力(電圧Vs)とを比較し、比較結果をIp1ドライブ回路52に出力する。そして、Ip1ドライブ回路52は、電圧Vsが上記基準電圧に等しくなるようにIp1電流の流れる向き及び大きさを制御し、第1測定室S1内の酸素濃度をNOxが分解しない程度の所定値に調整する。
Icp供給回路54は、検知電極6b及び基準電極6cの間に微弱な電流Icpを流し、酸素を第1測定室S1から基準酸素室15内に送り込み、基準電極6cを基準となる所定の酸素濃度に晒させる。
Vp2印加回路56は、内側第2ポンピング電極4b及び第2ポンピング対電極4cの間に、被測定ガス中のNOxガスが酸素とN2ガスに分解する程度の一定電圧Vp2(例えば、450mV)を印加し、NOxを窒素と酸素に分解する。
Each of the circuits 51 to 57 has the following functions.
The Ip1 drive circuit 52 supplies the first pumping current Ip1 between the inner
The
The reference voltage comparison circuit 51 compares the reference voltage (for example, 425 mV) with the output (voltage Vs) of the
The
The
Ip2検出回路55は、NOxの分解により生じた酸素が第2測定室S2から第2固体電解質体4aを介して第2ポンピング対電極4c側に汲み出される際に、第2ポンピングセル4に流れる第2ポンピング電流Ip2を検出する。
この際、第2ポンピング電流Ip2とNOx濃度の間には直線関係があるため、Ip2検出回路55が第2ポンピング電流Ip2を検出することにより、被測定ガス中のNOx濃度を検出することができる。
The
At this time, since the second pumping current Ip2 and the NO x concentration have a linear relationship, the
又、第1起電力検出回路58aが一対の電極42ax、42bx間のアンモニア濃度出力(起電力)を検出し、第2起電力検出回路58bが一対の電極42ay、42by間のアンモニア濃度出力(起電力)を検出することにより、後述するように被測定ガス中のアンモニア濃度を検出することができる。
第1アンモニアセンサ部42x、第2アンモニアセンサ部42yの2つのアンモニアセンサ部を設けた理由は以下のとおりである。すなわち、アンモニアセンサ部は、アンモニアだけでなく、NO2をも検出してしまうので、被検出ガス中にアンモニア以外のNO2ガスが含まれているとアンモニアの検出精度が低下する。そこで、アンモニアに対する感度とNOxに対する感度との比がそれぞれ異なるアンモニアセンサ部を2つ設けると、アンモニアガスとNO2ガスの2つの未知濃度に対し、2つのアンモニアセンサ部から別々の感度による値を検出するので、アンモニアガスとNO2の濃度を算出できることになる。
The first electromotive
The reason for providing the two ammonia sensor parts, that is, the first
次に、図4〜図7を参照し、本発明のマルチガスセンサの特徴部分について説明する。図4はマルチセンサ素子部100Aの後端部の厚み方向から見た図、図5はマルチセンサ素子部100Aの後端部の幅方向から見た図、図6はマルチセンサ素子部100Aの後端部の幅方向から見たときに端子金具110の第1輪郭C1を平行移動させた状態を示す図、図7は端子金具111や電極パッド82の導電材料が電極パッド82、81の間に付着して導電部SCを形成した状態を示す図である。
Next, the characteristic part of the multi-gas sensor of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 is a view as seen from the thickness direction of the rear end portion of the
図4、図5に示すように、マルチセンサ素子部100Aの後端側の表裏の板面100sのそれぞれに、軸線O方向に離間して4つの電極パッド81、82を有する。このうち、先端側の電極パッド81と、後端側の電極パッド82とは軸線O方向に隣接すると共に、軸線O方向に垂直な幅方向に重なって配置されている。又、2つの電極パッド81、及び2つの電極パッド82はそれぞれ幅方向に離間して並んでいる。
As shown in FIG. 4 and FIG. 5, four
先端側の電極パッド81と接する先端側の端子金具111は軸線O方向に短冊状に延び、本体部111bと、本体部111bの先端から後端側へ向かって折り返される折り返し部111aと、本体部111bの後端側に一体に繋がる圧着端子部(図示せず)と、を備えている。
折り返し部111aは本体部111bよりも電極パッド81側に向いており、自身のうち電極パッド81側に最も突出する接点接続部111pが電極パッド81に弾性的に接続するようになっている。なお、折り返し部111aは径方向に弾性的に撓んで電極パッド81を押圧している。
又、圧着端子部は芯線を剥いたリード線(図示せず)を圧着固定してリード線に電気的に接続されている。
The
The folding|returning
Further, the crimp terminal portion is electrically connected to the lead wire by crimping and fixing a lead wire (not shown) from which the core wire is peeled off.
後端側の電極パッド82と接する後端側の端子金具112も軸線O方向に短冊状に延び、それぞれ端子金具111と同様な形状の本体部112bと、本体部112bの先端から後端側へ向かって折り返される折り返し部112aと、本体部112bの後端側に一体に繋がる圧着端子部(図示せず)と、を備えている。そして、折り返し部112aのうち電極パッド82側に最も突出する接点接続部112pが電極パッド82に弾性的に接続するようになっている。
なお、2本の後端側の端子金具112がマルチセンサ素子部100Aの幅方向内側に並び、2本の先端側の端子金具111が後端側の端子金具112のそれぞれ幅方向外側に並んでいる。このため、先端側の端子金具111は、後端側の端子金具112と干渉しないよう、折り返し部111aから幅方向外側にオフセットした位置に本体部111bが一体に接続されている。
The rear-end-side terminal fitting 112, which is in contact with the rear-end-
In addition, the two
ここで、図5に示すように、先端側の端子金具111を幅方向から見たとき、接点接続部111pと折り返し部111aの先端111afとの間の輪郭を第1輪郭C1とし、先端側の電極パッド81の後端側と板面100sとで形成され、電極パッド81の後端側の角部81cを含む輪郭を第2輪郭C2とする。
このとき、図6に示すように、角部81cに接するようにして先端側の端子金具111を符号111xのように平行移動させたとき、第1輪郭C1が角部81cのどの位置に接しても、第2輪郭C2の少なくとも一部が第1輪郭C1よりも板面100s側に存在する。つまり、第1輪郭C1と第2輪郭C2の間に隙間Vが形成されている。
Here, as shown in FIG. 5, when the terminal fitting 111 on the tip end side is viewed from the width direction, the contour between the
At this time, as shown in FIG. 6, when the distal end side metal fitting 111 is moved in parallel as indicated by
このようにすると、図7に示すように、仮に後端側の電極パッド82に端子金具111の折り返し部111aが引っ掛かり、端子金具111や電極パッド82が擦れてその導電材料が電極パッド82、81の間に付着して導電部SCを形成しても、隙間Vには端子金具111が接触しないので導電部SCは隙間Vには到達しない。その結果、電極パッド82、81の間で導電部SCは分断され、電極パッド82、81の間が短絡することが防止される。
このため、マルチセンサ素子部100Aからのガス濃度の検出信号を正確に出力し、ショートを抑制できる。ひいては、軸線O方向に離間する電極パッド82,81間の絶縁信頼性が高く、ガス濃度の測定精度及び安全性を向上することができる。
なお、先端側の端子金具111が後端側から電極パッド82を通って電極パッド81に接するとき、接点接続部111pよりも先端側の部位が電極パッド82、81に擦れるので、接点接続部111pよりも先端側の部位の輪郭C1を規定した。
In this way, as shown in FIG. 7, the folded
Therefore, it is possible to accurately output the gas concentration detection signal from the
When the terminal fitting 111 on the front end side comes into contact with the
又、図8に示すように、軸線O方向に隣接する電極パッド82,81の間に、板面100sよりも突出するセラミック製の凸部100pが設けられ、第2輪郭C2が凸部100pを含んでもよい。
このようにすると、凸部100pによって端子金具111の第1輪郭C1を第2輪郭C2からさらに遠ざけることができ、凸部100pと電極パッド81で挟まれた部位に隙間Vを確実に形成して電極パッド82、81の間の短絡をより一層防止できる。
なお、凸部100pは、例えばアルミナ等のセラミック材料のペーストをマルチセンサ素子部100Aの未焼成シート上に印刷した後、全体を焼成して形成することができる。
Further, as shown in FIG. 8, a ceramic
By doing this, the first contour C1 of the terminal fitting 111 can be further distanced from the second contour C2 by the
The
又、図9に示すように、軸線O方向に隣接する電極パッド82,81の間に、板面100sよりも凹む凹部100rが設けられ、第2輪郭C2が凹部100rを含んでもよい。
このようにすると、凹部100rによって端子金具111の第1輪郭C1を第2輪郭C2からさらに遠ざけることができ、凹部100rと電極パッド81で挟まれた部位に隙間Vを確実に形成して電極パッド82、81の間の短絡をより一層防止できる。
なお、凹部100rは、例えばマルチセンサ素子部100Aの未焼成シートを形成する際、一部が切欠かれたシートを積層又は印刷した後、全体を焼成して形成することができる。
Further, as shown in FIG. 9, a
With this configuration, the first contour C1 of the terminal fitting 111 can be further distanced from the second contour C2 by the
Note that the
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、第1輪郭を含む端子金具の形状や、第2輪郭の形状は上記実施形態に限定されない。電極パッドの個数及び配置状態も限定されない。又、上記実施形態では軸線方向に隣接する2つの電極パッドは幅方向に完全に重なっていたが、幅方向に少なくとも一部が重なっていればよい。
又、上記実施形態では、凸部や凹部が軸線O方向に隣接する電極パッド82,81の間にそれぞれ1個形成されていたが、2個以上形成されていてもよい。又、上記実施形態では、マルチセンサ素子部の後端側の表裏の板面のそれぞれに、軸線O方向に離間して4つの電極パッドを有したが、両面でなく、片面にもが4つの電極パッドを有していてもよい。
さらに、上記実施形態では、マルチガスセンサであったが、これに限られることなく、NOxセンサや酸素センサ等の種々のガスセンサであっても良い。
It is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments and covers various modifications and equivalents included in the concept and scope of the present invention.
For example, the shape of the terminal fitting including the first contour and the shape of the second contour are not limited to the above embodiment. The number and arrangement of the electrode pads are not limited. Further, in the above embodiment, the two electrode pads adjacent to each other in the axial direction are completely overlapped in the width direction, but at least a part may be overlapped in the width direction.
Further, in the above-described embodiment, one convex portion or one concave portion is formed between the
Further, in the above embodiment, the multi-gas sensor is used, but the present invention is not limited to this, and various gas sensors such as a NOx sensor and an oxygen sensor may be used.
80、81、82 電極パッド
81 先端側の電極パッド
81c 先端側の電極パッドの後端側の角部
110、111、112 端子金具
111 先端側の端子金具
111a、112a 折り返し部
111af 折り返し部の先端
111p、112p 接点接続部
100A センサ素子(マルチセンサ素子部)
100s センサ素子の板面
100p 凸部
100r 凹部
200A ガスセンサ(マルチガスセンサ)
C1 第1輪郭
C2 第2輪郭
O 軸線
80, 81, 82
100s plate surface of
C1 1st contour C2 2nd contour O axis
Claims (4)
前記電極パッドにそれぞれ電気的に接続する2以上の端子金具と、を備えたガスセンサにおいて、
前記軸線方向の位置が重ならずに隣接する2つの前記電極パッドは、前記軸線方向に垂直な幅方向の位置が少なくとも一部で重なり、
前記端子金具は先端から後端側へ向かって折り返され、前記電極パッドに接点接続部にて弾性的に接続する折り返し部を有し、
前記軸線方向に隣接する2つの前記電極パッドのうち先端側の電極パッドと接する先端側の前記端子金具を前記幅方向から見たとき、前記接点接続部と前記折り返し部の先端との間の輪郭を第1輪郭とし、前記先端側の電極パッドの後端側と前記板面とで形成され、前記電極パッドの後端側の角部を含む輪郭を第2輪郭とし、
前記角部に接するようにして前記先端側の端子金具を平行移動させたとき、前記第1輪郭が前記角部のどの位置に接しても、前記第2輪郭の少なくとも一部が前記第1輪郭よりも前記板面側に存在し、
前記軸線方向の位置が隣接する2つの前記電極パッドの間に、前記板面よりも突出するセラミック製の凸部が設けられ、前記第2輪郭は前記凸部を含んでなることを特徴とするガスセンサ。 A sensor element having a plate shape extending in the axial direction and having two or more electrode pads on the plate surface on the rear end side with the axial positions being separated from each other;
A gas sensor including two or more terminal fittings electrically connected to the electrode pads, respectively,
Two of the electrode pads adjacent without overlapping the position of the axial direction, the position of the width direction perpendicular to the axial direction overlaps at least a portion,
The terminal metal fitting is folded back from the front end toward the rear end side, and has a folding back portion elastically connected to the electrode pad at a contact connection portion,
Of the two electrode pads adjacent to each other in the axial direction, when viewed from the width direction, the terminal metal fitting on the tip side in contact with the electrode pad on the tip side, the contour between the contact connection portion and the tip of the folded portion. As a first contour, and a contour formed by the rear end side of the electrode pad on the front end side and the plate surface and including a corner portion on the rear end side of the electrode pad is a second contour,
When the terminal metal fitting on the tip side is moved in parallel so as to be in contact with the corner portion, at least a part of the second contour is the first contour regardless of the position of the corner portion where the first contour is in contact. Exists on the plate surface side than
Between two of the electrode pads positioned in the axial direction are adjacent convex portions made of a ceramic is provided to protrude from the plate surface, the second contour and wherein Rukoto Do comprising said protrusions Gas sensor to do.
前記電極パッドにそれぞれ電気的に接続する2以上の端子金具と、を備えたガスセンサにおいて、
前記軸線方向の位置が重ならずに隣接する2つの前記電極パッドは、前記軸線方向に垂直な幅方向の位置が少なくとも一部で重なり、
前記端子金具は先端から後端側へ向かって折り返され、前記電極パッドに接点接続部にて弾性的に接続する折り返し部を有し、
前記軸線方向の位置が隣接する2つの前記電極パッドのうち先端側の電極パッドと接する先端側の前記端子金具を前記幅方向から見たとき、前記接点接続部と前記折り返し部の先端との間の輪郭を第1輪郭とし、前記先端側の電極パッドの後端側と前記板面とで形成され、前記電極パッドの後端側の角部を含む輪郭を第2輪郭とし、
前記角部に接するようにして前記先端側の端子金具を平行移動させたとき、前記第1輪郭が前記角部のどの位置に接しても、前記第2輪郭の少なくとも一部が前記第1輪郭よりも前記板面側に存在し、
前記軸線方向の位置が隣接する2つの前記電極パッドの間に、前記板面よりも凹む凹部が設けられ、前記第2輪郭は前記凹部を含んでなることを特徴とするガスセンサ。 A sensor element having a plate shape extending in the axial direction and having two or more electrode pads on the plate surface on the rear end side with the axial positions being separated from each other;
A gas sensor including two or more terminal fittings electrically connected to the electrode pads, respectively,
The two electrode pads that are adjacent to each other and do not overlap each other in the axial direction at least partially overlap each other in the width direction perpendicular to the axial direction,
The terminal metal fitting is folded back from the front end toward the rear end side, and has a folding back portion elastically connected to the electrode pad at a contact connection portion,
Between the contact connection portion and the tip of the folded portion, when the terminal metal fitting on the tip end side, which is in contact with the tip end side electrode pad, of the two electrode pads adjacent to each other in the axial direction is viewed from the width direction. Is defined as a first contour, and a contour formed by the rear end side of the tip side electrode pad and the plate surface and including a corner on the rear end side of the electrode pad is defined as a second contour,
When the terminal metal fitting on the tip side is moved in parallel so as to be in contact with the corner portion, at least a part of the second contour is the first contour regardless of the position of the corner portion where the first contour is in contact. Exists on the plate surface side than
A gas sensor characterized in that a recessed portion that is recessed from the plate surface is provided between two electrode pads that are adjacent to each other in the axial direction , and the second contour includes the recessed portion .
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