CN107748191A - 车用氮氧化物氨气集成传感器 - Google Patents
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Abstract
一种车用氮氧化物氨气集成传感器，包括：多孔层、致密层以及若干测量池，多孔层与致密层平行设置，多孔层与致密层之间充填有氧化锆电解质，若干测量池依次相连且设置于多孔层和致密层之间，多孔层的与致密层相对侧表面设有NH3测量负电极和泵氧正电极，测量池内设有NH3测量正电极，第二测量池中设有主泵氧电极，第三测量池中设有附加泵氧电极和氮氧化物测量电极，本发明结构大大精简，重量和体积较小，安装方便，易于与不同车辆匹配，能够实现氮氧化物与氨气的同时测量，并且氮氧化物与氨气的测量互不干扰，保证了两者测量的准确性与可靠性，满足了SCR系统控制和车载诊断的要求，与现有的独立的NOx传感器与NH3传感器相比成本大大降低，具有经济上的优越性。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种尾气测量领域的技术，具体是一种车用氮氧化物氨气集成传感器。
背景技术
氮氧化物NOx(NO和NO2)作为一种重要的大气污染物，是酸雨和光化学烟雾的主要成因之一。此外，其还能引发人类呼吸道系统疾病。作为氮氧化物的主要排放源之一，柴油车尾气NOx排放控制已成为我国亟待解决的大气环境污染问题。NH3是一种刺激性气体，对人体皮肤和粘膜有腐蚀和刺激作用。随着排放法规的升级，对柴油车SCR系统NH3逃逸量进行监测也逐步提上日程。因此，对NOx排放和NH3逃逸进行测量已成为必不可少的技术手段。
现有的NOx传感器对NH3具有显著的交叉感应现象.这种特性使得位于SCR反应器下游的NOx传感器在NH3逃逸时的读数偏高，导致系统喷入更多的尿素，进而导致更多的NH3逃逸和更高的NOx传感器读数。现有技术都是采用交叉感应常数来补偿NH3引起的传感器读数误差，但该系数会因为传感器老化和环境因素而改变。同样，NH3传感器对NOx也存在交叉感应现象，尤其是当氨浓度较低时这种现象尤为显著，这也同样导致NH3传感器对氨泄漏量判断的失准。
发明内容
本发明针对现有技术结构复杂且无法实现对NH3逃逸进行监测的缺陷，提出一种车用氮氧化物氨气集成传感器，其结构大大精简，重量和体积较小，安装方便，易于与不同车辆匹配，能够实现氮氧化物与氨气的同时测量，并且氮氧化物与氨气的测量互不干扰，保证了两者测量的准确性与可靠性，满足了SCR系统控制和车载诊断的要求，与现有的独立的NOx传感器与NH3传感器联合使用相比成本大大降低，具有经济上的优越性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：多孔层、致密层和若干测量池，其中：多孔层与致密层平行设置，多孔层与致密层之间充填有氧化锆电解质，三个测量池依次相连且设置于多孔层和致密层之间，多孔层的与致密层相对侧表面设有NH3测量负电极和泵氧正电极，第一测量池内设有NH3测量正电极，第二测量池中设有主泵氧电极，第三测量池中设有附加泵氧电极和氮氧化物测量电极。
所述的第一测量池的进气端和第三测量池的出气端分别连有用于尾气扩散的扩散腔，第一测量池、第二测量池和第三测量池相互之间通过扩散腔相连。
所述的多孔层和致密层之间设有条形加热元件。
所述的多孔层和致密层之间设有参考空气池，参考空气池内设有参比电极。
所述的多孔层和致密层材料为氧化铝。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中：1氧化锆电解质、2扩散腔、3NH3测量正电极、4多孔层、5NH3测量负电极、6主泵氧电极、7泵氧正电极、8附加泵氧电极、9氮氧化物测量电极、10参比电极、11加热元件、12致密层、13第一测量池、14第二测量池、15第三测量池、16参考空气池。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：多孔层4、致密层12、第一测量池13、第二测量池14和第三测量池15，其中：多孔层4与致密层12平行设置，多孔层4与致密层12之间充填有氧化锆电解质1，第一测量池13、第二测量池14和第三测量池15依次相连且设置于多孔层4和致密层12之间，多孔层4的与致密层12相对侧表面设有NH3测量负电极5和泵氧正电极7，第一测量池13内设有NH3测量正电极3，第二测量池14中设有主泵氧电极6，第三测量池15中设有附加泵氧电极8和氮氧化物测量电极9。
所述的第一测量池13的进气端和第三测量池15的出气端分别连有用于尾气扩散的扩散腔2，第一测量池13、第二测量池14和第三测量池15相互之间通过扩散腔2相连。多孔层4和致密层12之间设有条形加热元件11。加热元件11位于致密层12上部，实现对整个传感器的加热以迅速达到工作温度。多孔层4和致密层12之间设有参考空气池16，参考空气池16内设有参比电极10。多孔层4和致密层12材料为氧化铝。
工作时，汽车尾气通过扩散腔2进入第一测量池13。氨气和氧气分别在NH3测量正电极3和NH3测量负电极5上发生氧化还原反应。NH3测量正电极3的反应为2NH3+3O2-→N2+3H2O+6e-，NH3测量负电极5上的反应为O2+4e-→2O2-。控制电路使得NH3测量正电极3的电压高于NH3测量负电极5，从而在氧化锆电解质1中产生一个泵电流，阴极上的氧离子在此电流的作用下移动到阳极。发动机控制模块(ECM)内的平衡监控电路通过改变两极之间的电压差控制泵电流的大小，使泵电流达到饱和状态。基于此饱和泵电流的大小与排气中的氨气浓度成正比的关系，即可推知排气中NH3浓度的水平。
尾气中的NH3几乎完全被氧化为N2，接下来进入第二测量池14的尾气中NH3含量极低，不会对后续NOx的测量产生干扰。
尾气通过第一测量池13后进入第二测量池14，泵氧正电极7和主泵氧电极6，主泵氧电极6和参比电极10分别构成泵氧单元。ECM的平衡监控电路通过改变泵氧正电极7和主泵氧电极6之间的电压差使第二测量池14内的空燃比始终等于为一。同时在第二测量池14内，尾气中的HC、CO、H2等被氧化，二氧化氮转化为一氧化氮。
尾气通过第二测量池14后进入第三测量池15，附加泵氧电极8、泵氧正电极7以及两者之间的氧化锆电解质1构成一个附加氧气泵。在氧化锆电解质1与附加泵氧电极8的接触界面上发生如下的阴极反应：O2+4e-→2O2-，在另一侧氧化锆电解质1与泵氧正电极7接触面上发生阳极反应：2O2-→O2+4e-，由此将第三测量池15内的氧气全部泵出。
由于氧气完全移除，反应NO→N2+O2向着生成氧气的方向进行。分解的氧气被泵出，产生极限电流，通过测量极限电流来测量分解产生的氧气量。将得到的氧浓度反馈给控制器，通过化学平衡计算出当前NO浓度并通过总线传送给电子控制单元。
与现有技术相比，结构大大精简，重量和体积较小，安装方便，易于与不同车辆匹配，能够实现氮氧化物与氨气的同时测量，并且氮氧化物与氨气的测量互不干扰，保证了两者测量的准确性与可靠性，满足了SCR系统控制和车载诊断的要求，与现有的独立的NOx传感器与NH3传感器联合使用相比成本大大降低，具有经济上的优越性。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (5)
1.一种车用氮氧化物氨气集成传感器，其特征在于，包括：多孔层、致密层和若干测量池，其中：多孔层与致密层平行设置，多孔层与致密层之间充填有氧化锆电解质，三个测量池依次相连且设置于多孔层和致密层之间，多孔层的与致密层相对侧表面设有NH3测量负电极和泵氧正电极，第一测量池内设有NH3测量正电极，第二测量池中设有主泵氧电极，第三测量池中设有附加泵氧电极和氮氧化物测量电极。
2.根据权利要求1所述的车用氮氧化物氨气集成传感器，其特征是，所述的第一测量池的进气端和第三测量池的出气端分别连有用于尾气扩散的扩散腔，第一测量池、第二测量池和第三测量池相互之间通过扩散腔相连。
3.根据权利要求2所述的车用氮氧化物氨气集成传感器，其特征是，所述的多孔层和致密层之间设有条形加热元件。
4.根据权利要求3所述的车用氮氧化物氨气集成传感器，其特征是，所述的多孔层和致密层之间设有参考空气池，参考空气池内设有参比电极。
5.根据权利要求4所述的车用氮氧化物氨气集成传感器，其特征是，所述的多孔层和致密层材料为氧化铝。
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