专利名称：氧传感器以及包含该氧传感器的内燃机和运输设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及氧传感器，具体地涉及具有氧化物半导体层的电阻型氧传感器。此外，本发明还涉及包含这种氧传感器的内燃机和运输设备。
背景技术：
从环境问题和能源问题的观点看，人们希望提高内燃机的运行里程，并减少包含在从内燃机排出的排气中的受规制物质(例如NOx)的排放量。为了满足这些需求，必须根据燃烧状态适当地控制燃料和空气之间的比率，从而始终在最佳条件下进行燃料燃烧。空气与燃料的比率被称作“空燃比”(A/F)。在采用三元催化剂的情况下，最佳空燃比为理论空燃比。“理论空燃比”是使空气和燃料正好充分燃烧的空燃比。
当燃料在理论空燃比下燃烧时，在排气中包含一定量的氧。当空燃比小于理论空燃比(即燃料浓度较高)时，与在理论空燃比下相比，排气中的氧含量减少。另一方面，当空燃比大于理论空燃比(即燃料浓度较低)时，排气中的氧含量增加。因此，通过测量排气中的氧含量或氧浓度，可估计空燃比相对于理论空燃比的偏差程度。这使得可调节空燃比并控制燃料燃烧在最佳条件下进行。
作为用于测量排气中氧浓度的氧传感器，已知如日本专利特开No.8-114571所公开的包括固体电解质的氧传感器和如日本专利特开No.5-18921所公开的电阻型氧传感器。
包括固体电解质的氧传感器通过将基准电极和测量电极之间的氧分压之差作为电动势进行测量而测量氧浓度。因此，在这种类型的氧传感器中，必须将测量电极和基准电极分别暴露在排气和空气中。这使氧传感器本身的结构复杂化，也使可用于将氧传感器附装在排气管上的任意结构复杂化。复杂的结构也使得难以减小氧传感器的尺寸。
另一方面，电阻型氧传感器检测设置成与排气接触的氧化物半导体层的电阻率的变化。当排气中的氧分压变化时，氧化物半导体层中的氧空位浓度发生波动，由此引起氧化物半导体层的电阻率的变化。因此，通过检测电阻率的这种变化可测量氧浓度。由于电阻型氧传感器不需要基准电极，所以可简化氧传感器本身的结构。此外，可用于将氧传感器附装在排气管上的结构也可得到简化。
作为用于电阻型氧传感器的氧化物半导体，就耐久性和稳定性而言氧化铈被认为是有使用前景的。如在日本专利特开No.2003-149189中所公开，通过确保包含在氧化物半导体层中的氧化铈微粒具有200nm或更小的平均粒度，可改善采用氧化铈的电阻型氧传感器的反应性/灵敏性。
如在日本专利特开No.2004-93547中所公开，可在包含铈的氧化物中添加锆，由此可提高氧化物半导体层的电子传导率。这增大了氧传感器的输出的氧分压依存性，由此使得检测精度提高。
但是，由于近年来对环境问题的关注程度增加，人们希望以更高的精度来检测氧浓度。
发明内容
鉴于上述问题而作出本发明，其目的是提高采用含铈氧化物的电阻型氧传感器的检测精度。
根据本发明的氧传感器是电阻型氧传感器，包括氧化物半导体层；和用于检测所述氧化物半导体层的电阻率的检测电极，其中，所述氧化物半导体层包括由含铈氧化物形成的氧化物半导体粒子；并且所述氧化物半导体粒子具有在小于1μm的粒度范围内存在第一尖峰/峰值以及在大于1μm的粒度范围内存在第二尖峰的粒度分布。由此可实现上述目的。
在一优选实施例中，所述第一尖峰处在等于或小于0.8μm的粒度范围内。
在一优选实施例中，所述第一尖峰处在等于或小于0.4μm的粒度范围内。
在一优选实施例中，所述第二尖峰处在等于或大于1.5μm的粒度范围内。
在一优选实施例中，所述第二尖峰处在等于或大于2.0μm的粒度范围内。
在一优选实施例中，形成所述氧化物半导体粒子的所述氧化物还包含锆。
根据本发明的内燃机包括具有上述结构的氧传感器。
根据本发明的运输设备包括具有上述结构的内燃机。
根据本发明的氧传感器是包括氧化物半导体层的电阻型氧传感器，所述氧化物半导体层包括由含铈氧化物形成的氧化物半导体粒子。在根据本发明的氧传感器中，包括在氧化物半导体层中的氧化物半导体粒子具有在小于1μm的粒度范围内存在第一尖峰以及在大于1μm的粒度范围内存在第二尖峰的粒度分布。结果，当处在氧分压低的气氛中(即富燃料侧)时氧化物半导体层的电阻率减小，从而传感器输出具有更大的氧分压依存性。由此提高了检测精度。
从下面参照附图对本发明优选实施例的详细说明中可更清楚地看到本发明的其它特征、要素、过程、步骤、特性和优点。
图1是示意性地示出根据本发明一优选实施例的氧传感器10的分解透视图。
图2是示意性地示出根据本发明一优选实施例的氧传感器10的剖视图。
图3是示出当氧化物半导体粒子的粒度分布变化时lambda/拉姆达值(λ)和传感器输出(氧化物半导体层的电阻率)之间的关系的曲线图，其中纵轴是对数坐标轴。
图4是示出当氧化物半导体粒子的粒度分布变化时lambda(λ)和传感器输出(氧化物半导体层的电阻率)之间的关系的曲线图，其中纵轴是对数坐标轴。
图5是示出示例1以及比较示例1和3中的氧化物半导体粒子的粒度分布的曲线图。
图6是示出示例1和3以及比较示例3中的氧化物半导体粒子的粒度分布的曲线图。
图7是示出示例5和6中的氧化物半导体粒子的粒度分布的曲线图。
图8是示出示例7和8中的氧化物半导体粒子的粒度分布的曲线图。
图9是示出关于示例1和2以及比较示例1和3的每一个的氧化物半导体层表面的显微照片和氧化物半导体层表面的三维构型的图示。
图10A和10B是示意性地示出用于将氧传感器10附装在排气管上的结构的透视图，其中图10A示出未装上保护罩，而图10B示出装上了保护罩。
图11是示意性地示出用于将氧传感器10附装在排气管上的结构的剖视图。
图12是示意性地示出包含氧传感器10的例示性摩托车的图示。
图13是示意性地示出图12所示的摩托车中的发动机的控制系统的图示。
图14是示出用于氧传感器10的例示性控制流程的流程图。
具体实施例方式
下面将参照
本发明的优选实施例。应当指出本发明不限于以下实施例。
首先参照图1和2对根据本实施例的氧传感器10的结构进行说明。图1和2分别是示意性地示出氧传感器10的分解透视图和剖视图。如图1和2所示，氧传感器10是具有氧化物半导体层11和用于检测氧化物半导体层11的电阻率的检测电极12的电阻型氧传感器。
氧化物半导体层11和检测电极12由基板13支承。基板13由绝缘体例如氧化铝或氧化镁形成。基板13具有彼此相对的主面13a和背面13b，氧化物半导体层11和检测电极12设置在主面13a上。
如图2中局部放大所示，氧化物半导体层11包括由含铈氧化物形成的氧化物半导体粒子11a。具有多孔结构的氧化物半导体层11根据气氛中的氧分压而释放或吸收氧。这导致氧化物半导体层11中的氧浓度的变化，进而导致氧化物半导体层11的电阻率的变化。通过用检测电极12测量电阻率的这种变化，可检测氧浓度。
氧化物半导体层11可通过例如使用丝网印刷技术涂布含有氧化物半导体粉末的泥浆并随后焙烧该泥浆而形成。可例如使用氧化铈或氧化铈和氧化锆的复合物作为形成氧化物半导体粒子11a的氧化物。通过使用除铈之外还包含锆的氧化物，如在前面提到的日本专利特开No.2004-93547中所述，可获得提高的检测精度。典型的氧化物半导体层11主要包括氧化铈(即不少于50mol％的氧化铈)。
虽然未在图中示出，但在氧化物半导体层11上设有催化剂层。催化剂层包括催化金属和用于保持该催化金属的载体。由于催化金属的催化作用，除待检测气体(即氧气)以外的至少一种物质被分解。具体地，可能对氧化物半导体层11的氧检测产生不利影响的任意气体或微粒(例如未完全燃烧的碳氢化合物，碳和氮氧化物)被分解，防止了这些气体或微粒附着在氧化物半导体层11上。可例如使用铂作为催化金属。作为载体适于使用陶瓷材料。
检测电极12由导电材料形成，例如金属材料，如铂、铂铑合金或金。优选地，检测电极12成形为梳齿形状以便能够有效地测量氧化物半导体层11的电阻率变化。
在基板13的背面13b侧设有用于升高氧化物半导体层11的温度的加热器14。在本实施例中，加热器14是利用电阻损耗进行加热的电阻加热型加热装置。当在从加热器14伸出的电极14a上加载电压时，在以预定形状形成的加热元件中有电流流过，由此加热元件发热。热量经由基板13传导到氧化物半导体层11。加热元件常常由金属材料形成。通过用加热器14升高氧化物半导体层11的温度，氧化物半导体层11可在内燃机起动时快速地被活性化。
本实施例的氧化物半导体层11中的氧化物半导体粒子11a具有分别在(多个)预定范围内存在多个尖峰的粒度分布。具体地，氧化物半导体粒子11a的粒度分布具有处在小于1μm的粒度范围内的第一尖峰和处在大于1μm的粒度范围内的第二尖峰。由于氧化物半导体粒子11a具有这种粒度分布，所以可获得良好的检测精度。其原因将说明如下。
为了提高电阻型氧传感器的检测精度，本发明人进行了各种研究并发现了这样的现象，即通过使由含铈氧化物形成的氧化物半导体粒子具有上述粒度分布，氧化物半导体层的电阻率会减小。传统上已知，如在日本专利特开No.2003-149189中所述，通过对氧化物半导体粒子规定非常小的平均粒度，例如200nm或更小，可改善氧传感器的反应性。另一方面，根据本实施例，已确保氧化物半导体粒子11a的粒度分布具有多个尖峰，使得尖峰不仅存在于小于1μm的粒度范围内，而且还有意地存在于大于1μm的粒度范围内。
表1和图3示出针对实际的试验型氧传感器10对氧化物半导体层11的电阻率(即传感器输出)进行测量的结果，其中使氧化物半导体粒子11a的粒度分布发生变化。在此处所示的示例中，制备了两种分别包含中值粒径(D50)为0.15μm和1.5μm的氧化铈-氧化锆粉末的泥浆(“泥浆I”和“泥浆II”)，并改变泥浆I和泥浆II之间的混合比率，由此改变总体的粒度分布。泥浆I和泥浆II包含作为溶剂的α-萜品醇和作为有机粘合剂的乙基纤维素型树脂。氧化物半导体层11在焙烧后具有10μm的厚度。应当指出，图3中的横轴上所示的lambda(λ)是表征实际空燃比与理论空燃比的偏差程度的值，其由如下公式表示λ＝(供给的空气量)/(理论上所需的空气量)。当λ＝1时(即曲线图的中央)，空燃比等于理论空燃比。另一方面，当λ＜1时(即曲线图的左侧)，供给的空气量不足，因此混合物浓稠(“浓”)。当λ＞1时(即曲线图的右侧)，供给的空气量过剩，因此混合物稀薄(“稀”)。
Ex.示例CE.比较示例参照图3，比较示例1(其中只使用泥浆I)和比较示例2(其中只使用泥浆II)之间的对比示出氧化物半导体层11的电阻率随氧化铈-氧化锆粉末粒度的减小而减小。此外，在比较示例3(其中使用包含中值粒径(D50)为2μm的氧化铈-氧化锆粉末的泥浆)中，氧化物半导体层11的电阻率从比较示例1和比较示例2的电阻率进一步增大，并且浓区域内的电阻率和稀区域内的电阻率之间的差异(gap)与比较示例1和2相比减小。为了适当地检测出氧浓度，优选具有电阻率差异的两个或多个数量级。因此，对于比较示例3而言难以适当地检测氧浓度。
另一方面，对于使用了泥浆I和泥浆II两者的示例1、2和3，尽管与比较示例1相比使用了平均粒度更大的氧化铈-氧化锆粉末，但是氧化物半导体层11的电阻率与比较示例1相比减小，其中浓区域内的电阻率有特别大的减小。
表2和图4示出实际的试验型氧传感器10中的传感器输出测量的其它结果。
如从表2可见，在上述示例(示例4至8)中，通过在使泥浆I和泥浆II之间的混合比率保持恒定的同时改变包含在泥浆I和泥浆II中的相应氧化铈-氧化锆粉末的粒度而改变粒度分布。如从图4可见，示例4至8(其中使用泥浆I和泥浆II两者)中的氧化物半导体层11的电阻率也减小，其中浓区域内的电阻率有特别大的减小。
图5至8示出示例1、3和5至8以及比较示例1和3中的氧化物半导体粒子11a的粒度分布。图5至8的粒度分布示出通过使用激光衍射/散射型粒度分布分析仪LA-920(由HORIBA，Ltd.制造)测量的按体积基准的分布。应当指出此处所示的粒度分布是在焙烧泥浆前获得的；但是，焙烧几乎不引起任何颗粒生长，粒度分布在焙烧后不会有大的变化。
如图5所示，比较示例1示出0.15μm(150nm)的粒度附近的尖峰，而比较示例3示出1.5μm的粒度附近的尖峰。另一方面，示例1示出分别在0.25μm的粒度附近和2.5μm的粒度附近的第一尖峰和第二尖峰；即，一个尖峰处在小于1μm的粒度范围内，而另一个尖峰处在大于1μm的粒度范围内。此外，如图6至8所示，示例3和5至8也示出处在小于1μm的粒度范围内的一个尖峰和处在大于1μm的粒度范围内的另一个尖峰。由于氧化物半导体粒子11a具有这样的粒度分布，所以浓区域内的氧化物半导体层11的电阻率大大减小，同样如图3和4所示。结果，传感器输出具有大的氧分压依存性，由此提高了检测精度。
在氧化物半导体粒子11a具有上述粒度分布时氧化物半导体层11的电阻率减小的可能原因是，通过混合粒度较小的粉末和粒度较大的粉末，泥浆的流动性有所提高，使得通过丝网印刷技术形成膜更加容易，由此可形成更致密的氧化物半导体层11。
表1和表2也示出通过丝网印刷技术形成的氧化物半导体层11的表面上的凹凸程度的评价结果，其用“印刷性”来表示。具体地，使用超深轮廓测量显微镜(由KEYENCE CORPORATION制造的VK-8550)来观察通过丝网印刷技术形成的膜(氧化物半导体层11)。那些网孔痕迹留在膜上由此产生包括岛状斑点的裂断膜的示例用“×”表示，而那些产生连续膜的示例用“○”表示。如表1和2所示，在只使用了泥浆I(包含小粒度粉末)的比较示例1中印刷性低，而在组合使用了泥浆I和泥浆II的示例1至8中印刷性高。
图9示出关于示例1和2以及比较示例1和3的每一个的氧化物半导体层11的表面的显微照片和氧化物半导体层11的表面的三维构型(通过由KEYENCE CORPORATION制造的超深轮廓测量显微镜VK-8550来测量)。如图9所示，在比较示例1中，在氧化物半导体层11的表面上存在显著的凹凸不平，表明印刷性低。另一方面，在示例1和2中，在氧化物半导体层11的表面上不存在显著的凹凸不平，表明印刷性高。应当指出，在比较示例3中在氧化物半导体层11的表面上也不存在显著的凹凸不平，因此比较示例3示出不那么低的印刷性。但是，还如表1所示，比较示例3的氧化物半导体层11具有高的电阻率和小的电阻率差异，这会妨碍适当地检测氧浓度。
应当指出，在本实施例中，在氧化物半导体层11中是有意包含粗糙的(即具有大的粒度)氧化物半导体粒子11a的，这会使具有多孔结构的氧化物半导体层11的表面积有一些减小；但是，这不会延缓氧传感器10的反应时间。这可能是由于反应时间并非像依赖设置在氧化物半导体层11上的催化剂层的厚度和/或孔隙度(即反应时间“受制于(bottlenecked)”催化剂层)那样如此多地依赖氧化物半导体层11的表面积。表3示出关于示例1和比较示例3的催化剂层的厚度和反应时间。如此处所用，反应时间是指自周围气体从浓状态(其中燃料浓度高于理论空燃比)转变成稀状态(其中氧浓度高于理论空燃比)或从稀状态转变成浓状态开始直到氧化物半导体层11的电阻率相应发生变化为止所逝去的时间段。如表3所示，假定催化剂层的厚度相同，则反应时间基本相同。
此外，尽管本实施例阐述了通过印刷技术形成氧化物半导体层11的情况，但是氧化物半导体层11也可通过除印刷技术之外的任意其它技术形成。即使在使用其它技术例如浸渍技术涂布泥浆的情况下，也可如本实施例中那样通过混合两种具有不同粉末粒度的泥浆来提高泥浆的流动性，由此可形成致密的氧化物半导体层11(即提高了氧化物半导体层11的成形性)。因此，可获得类似的效果。
应当理解，氧化物半导体层11的优选粒度分布不限于在图5至8中例示出的那些，只要在小于1μm的粒度范围内存在第一尖峰并且在大于1μm的粒度范围内存在第二尖峰即可。
从提高检测精度的观点来说，第一尖峰优选处在等于或小于0.8μm的粒度范围内(例如像在示例1、3和5至8中那样)，并且更优选地处在等于或小于0.4μm的粒度范围内(例如像在示例1、3、5和6中那样)。从充分提高泥浆的流动性以改善印刷性(成形性)的观点来说，第二尖峰优选处在等于或大于1.5μm的粒度范围内(例如像在示例1、3和5至8中那样)，并且更优选地处在等于或大于2.0μm的粒度范围内(例如像在示例1、3、5、7和8中那样)。
应当指出，如果氧化物半导体粒子11a的粒度过小，则粒子之间的结合力变大并且泥浆的流动性降低，由此使得成形困难。如果氧化物半导体粒子11a的粒度过大，则在热处理期间在粒子之间可能无法发生充分的烧结，由此导致膜的机械强度降低并使粒子分离。因此，第一尖峰优选处在等于或大于0.05μm的粒度范围内，并且第二尖峰优选处在等于或小于10μm的粒度范围内。
此外，从提高检测精度的观点和印刷性(成形性)的观点来看，第一尖峰所存在处的粒度S1和第二尖峰所存在处的粒度S2之间的差S2-S1优选等于或大于2μm，或者S2和S1之间的比率S2/S1优选等于或大于7。
本实施例的氧传感器10例如可用以下方式制造。
首先，提供基板13。基板13具有绝缘表面，并优选具有耐热性，使得它在后面的过程中进行的热处理的温度下或在使用氧传感器10的温度下基本不发生变形等。在上述示例中，使用氧化铝作为基板13的材料。
然后，在基板13的主面13a上形成检测电极12。检测电极12由可导电的并具有与基板13类似的耐热性的材料制成。作为用于形成电极12的方法，例如可采用丝网印刷技术。在所述示例中，在通过丝网印刷技术在主面13a上涂布了铂糊浆之后进行焙烧，由此形成检测电极12。
然后，形成氧化物半导体层11以覆盖检测电极12。具体地，首先制备两种包含氧化物半导体粒子11a的泥浆，使得包含在一种泥浆中的氧化物半导体粒子11a的粒度与包含在另一种泥浆中的氧化物半导体粒子11a的粒度不同。
然后，在以预定比率混合这些泥浆后，将它们涂布在基板13的主面13a上以覆盖检测电极12，随后进行焙烧，由此形成具有多孔结构的氧化物半导体层11。作为涂布泥浆的方法，可采用丝网印刷技术或浸渍技术。
在上述示例中，氧化铈-氧化锆粉末被用作氧化物半导体粒子11a。氧化铈-氧化锆粉末是主成分为铈并且添加有20mol％的锆的复合氧化物粉末(用化学式Ce0.8Zr0.2O2-δ表示)。
除了如上所述在基板13的主面13a上形成检测电极12和氧化物半导体层11之外，还在基板13的背面13b上形成加热器14。作为加热器14的材料，也可使用金属材料，例如铂或钨。此外，也可使用非金属材料，例如可使用氧化物导体如氧化铼。作为用于形成加热器14的方法，适于使用丝网印刷技术。氧传感器10可用上述方式制造出来。
下面，参照图10A和10B以及图11，对用于将氧传感器10实际附装在内燃机的排气管上的结构进行说明。
如图10A和11所示，氧传感器10在其基端由第一壳体20保持。第一壳体20例如是由陶瓷材料制成的陶瓷引导件。此外，带有氧传感器10的第一壳体20由第二壳体21保持就位。第二壳体21例如是由不锈钢制成的金属壳体。第二壳体21的表面具有螺纹，并且第二壳体21通过与所述螺纹部接合的螺母22附装在排气管上。
在实际应用中，如图10B所示，一保护罩25设置成盖住氧传感器10。氧传感器10的检测结果经由检测线24输出到控制装置。第一壳体20的内部通过使用填充物(例如滑石粉)23以气密方式密封。
下面对包含根据本实施例的氧传感器10并采用内燃机作为驱动源的车辆进行说明。图12示意性地示出包含氧传感器10的摩托车300。
如图12所示，摩托车300包括车体框架301和发动机(内燃机)100。在车体框架301的前端设有头管302。前叉303在头管302上附装成能够在左右方向上摆动。在前叉303的下端，前轮304被支承成能够转动。方向把305附装在头管302的上端。
座轨306在车体框架301后端的上部附装成朝后方延伸。在车体框架301上方设有燃料箱307，在座轨306上设有主车座308a和串列车座308b。此外，在车体框架301的后端附装有朝后方延伸的后臂309。在后臂309的后端，后轮310被支承成能够转动。
发动机100保持在车体框架301的中部。在发动机100的前方设有散热器311。发动机100的排气口连接有排气管312。如下面将要详细说明，在排气管上设有氧传感器10、三元系催化剂104和消音器106(按照与发动机100的距离增加的顺序)。氧传感器10的顶端暴露在排气管312内的供排气通过的通路中。这样，氧传感器10检测排气内的氧。氧传感器10具有附装在其上的如图1所示的加热器14等。随着在发动机100起动时加热器14使氧化物半导体层11的温度升高(例如在5秒钟内升高到700℃)，氧化物半导体层11的检测灵敏度提高。
发动机100上连接有变速器315。在变速器315的输出轴316上附装有驱动链轮317。驱动链轮317经由链条318连接到后轮310的后轮链轮319。
图13示出发动机100的控制系统的主要组成元件。在发动机100的气缸101上设有进气门110、排气门106和火花塞108。另外还设有用于测量冷却发动机的冷却水的水温的水温传感器116。进气门110连接至具有空气进口的进气歧管122。在进气歧管122上设有空气流量计112、用于节气门的节气门传感器114和燃料喷射器111。
空气流量计112、节气门传感器114、燃料喷射器111、水温传感器116、火花塞108和氧传感器10连接至作为控制部分的计算机118。表示摩托车300的速度的车速信号120也输入至计算机118。
当骑乘者使用自动起动电机(未示出)起动发动机100时，计算机118基于从空气流量计112、节气门传感器114和水温传感器116获得的检测信号和车速信号120计算最佳燃料量，并基于计算结果向燃料喷射器111输出控制信号。从燃料喷射器111喷射的燃料与从进气歧管122供给的空气混合，并经由根据适当的正时开启或关闭的进气门110喷射到气缸101中。喷射到气缸101中的燃料燃烧变成排气，该排气经由排气门106导入排气管312。
氧传感器10检测排气中的氧，并向计算机118输出检测信号。基于来自氧传感器10的信号，计算机118确定空燃比与理想空燃比的偏差量。然后，相对于从由空气流量计112和节气门传感器114获得的信号而已知的空气量将从燃料喷射器111喷射的燃料量控制成达到理想空燃比。这样，包括氧传感器10和与氧传感器10相连的计算机(控制部分)118的空燃比控制器适当地控制内燃机的空燃比。
图14示出用于氧传感器10的加热器14的控制流程。当发动机100起动并且主开关置于ON(打开)状态(步骤S1)时，加热器14开始通电(步骤S2)。然后，检测加热器14的温度(步骤S3)，并且确定加热器14的温度是否低于一设定温度(步骤S4)。对加热器14温度的检测可通过利用加热器14的电阻值根据温度而变化这一事实并检测加热器14中流过的电流来进行。如果加热器14的温度低于设定温度，则加热器14继续通电(步骤S2)。另一方面，如果加热器14的温度等于或高于设定温度，则加热器14的通电停止一定长的时间(步骤S5)，并且在使加热器14重新开始通电后(步骤S2)，检测加热器14的温度(步骤S3)。通过这样的控制流程，加热器14的温度得以保持恒定。
在包含本实施例的氧传感器10的摩托车300中，在发动机100起动后，排气中的氧浓度及其变化能以良好的检测精度被检测出来。这保证了即使在起动时燃料和空气也以适当的空燃比被混合，并且允许燃料在最佳条件下燃烧，由此可降低排气中的受规制物质(例如NOx)的浓度。还可获得提高的运行里程。
尽管以摩托车为例进行了阐述，但是本发明也适用于其它任何运输设备，例如四轮汽车。此外，内燃机不限于汽油机，而是也可为柴油机。
根据本发明，采用含铈氧化物的电阻型氧传感器的检测精度可得到提高。
根据本发明的氧传感器具有很高的检测精度，并因此适合用在各种运输设备如轿车、公共汽车、卡车、轻便摩托车、拖拉机、飞机、机动船、土木工程用车辆等的内燃机中。
尽管针对优选实施例对本发明进行了说明，但是本领域技术人员显然能以多种方式对所公开的本发明进行修改，并且可采用除上文中详细所述的实施例以外的其它多种实施例。因此，处在本发明的真正精神和范围内的本发明所有变型由所附权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种电阻型氧传感器，包括氧化物半导体层；以及用于检测所述氧化物半导体层的电阻率的检测电极，其中，所述氧化物半导体层包括由含铈氧化物形成的氧化物半导体粒子；并且所述氧化物半导体粒子具有在小于1μm的粒度范围内存在第一尖峰以及在大于1μm的粒度范围内存在第二尖峰的粒度分布。
2.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征在于，所述第一尖峰处在等于或小于0.8μm的粒度范围内。
3.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征在于，所述第一尖峰处在等于或小于0.4μm的粒度范围内。
4.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征在于，所述第二尖峰处在等于或大于1.5μm的粒度范围内。
5.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征在于，所述第二尖峰处在等于或大于2.0μm的粒度范围内。
6.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征在于，形成所述氧化物半导体粒子的所述氧化物还包含锆。
7.一种包括根据权利要求1所述的氧传感器的内燃机。
8.一种包括根据权利要求7所述的内燃机的运输设备。
全文摘要
本发明涉及氧传感器以及包含该氧传感器的内燃机和运输设备。根据本发明的氧传感器为电阻型氧传感器，包括氧化物半导体层；和用于检测所述氧化物半导体层的电阻率的检测电极。所述氧化物半导体层包括由含铈氧化物形成的氧化物半导体粒子。所述氧化物半导体粒子具有在小于1μm的粒度范围内存在第一尖峰以及在大于1μm的粒度范围内存在第二尖峰的粒度分布。
文档编号G01N27/12GK101093208SQ20071011255
公开日2007年12月26日 申请日期2007年6月20日 优先权日2006年6月23日
发明者近藤光央 申请人:雅马哈发动机株式会社