JP2001013104A

JP2001013104A - ＮＯｘセンサ

Info

Publication number: JP2001013104A
Application number: JP2000181737A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Sakai; 康裕酒井; Kazuo Koga; 一雄古賀
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2000-01-01
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】被測定ガス中の窒素酸化物であるＮＯ及びＮ
Ｏ₂の濃度を簡単に検出すると共に、高酸素分圧領域即
ち酸素濃度が過剰な状態においても窒素酸化物であるＮ
Ｏ及びＮＯ₂の濃度を簡単に検出することが可能なＮＯ
ｘセンサを提供する。【構成】酸素イオン導電性固体電解質部材により大気
を導入する第１室３、被測定ガスを導入する第２、第３
室５、４を形成して第１室と第２及び第３室との間に第
１、第２の酸素センサ２６、２５を設け、第２、第３室
と各室外との間に第１、第２の酸素ポンプ２８、２７を
設け、且つ第３室内に導入された被測定ガス中の窒素酸
化物であるＮＯ及びＮＯ₂を酸素濃度が過剰な状態にお
いても窒素と酸素とに分解する触媒２０を設け、前記第
１の酸素センサ出力を設定値にすべく第１の酸素ポンプ
を制御し、第２の酸素センサ出力が前記設定値となるよ
うに第２の酸素ポンプを制御して、第１と第２との酸素
ポンプの制御電流の差により被測定ガス中の前記窒素酸
化物濃度を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＮＯｘセンサに関するも
ので、特にエンジン等の内燃機関から排出される排気ガ
ス中のＮＯ、ＮＯ₂の濃度を検出するのに好適に用いら
れる。

【０００２】

【従来の技術】或る雰囲気中に含有される窒素酸化物例
えば、エンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中
に含まれるＮＯ、ＮＯ₂等の窒素酸化物（以下「ＮＯ
ｘ」という）の濃度を検出するセンサとしてＮＯｘセン
サがある。このＮＯｘセンサは、濃淡電池式のセンサ
で、ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサを基本とし
て構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の濃淡
電池式のＮＯｘセンサは、被測定ガス中の任意のＮＯｘ
濃度変化に対する出力変化が当該ガス中の酸素の分圧の
影響を受けるために一定ではなく、被測定ガス中の酸素
分圧が既知であることが必要であり、この酸素分圧を検
出するためのセンサを必要とし、しかも、検出された酸
素分圧に基づいてＮＯｘ濃度を補正する必要があり、Ｎ
Ｏｘ濃度を検出することが困難である。また、高酸素分
圧領域における任意のＮＯｘ濃度変化による出力変化が
小さく、検出感度が低下する等の問題がある。

【０００４】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、窒素酸化物であるＮＯ及びＮＯ₂の濃度を簡単に検
出することが可能であると共に、高酸素分圧領域即ち酸
素濃度が過剰な状態においても窒素酸化物であるＮＯ及
びＮＯ₂の濃度を簡単に検出することが可能なＮＯｘセ
ンサを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明によれば、酸素イオン伝導性固体電解質部材に
より大気を導入する第１室と被測定ガスを導入する第
２、第３室とを形成し、第１室と第２及び第３室との隔
壁を挟んで夫々電極を設けて第１、第２の酸素センサを
形成し、第２、第３室の各側壁の内外面に夫々電極を設
けてこれらの各室内の酸素を室外に汲み出す第１、第２
の酸素ポンプを形成し、前記第３室内に導入された被測
定ガス中の窒素酸化物であるＮＯ及びＮＯ₂を酸素濃度
が過剰な状態においても窒素と酸素とに分解する触媒を
設け、前記第１の酸素センサの出力を設定値に保持すべ
く前記第１の酸素ポンプを制御し、前記第２の酸素セン
サの出力を前記設定値とすべく前記第２の酸素ポンプを
制御し、これらの第１及び第２の酸素ポンプの制御電流
の差により前記窒素酸化物の濃度を検出するように構成
したものである。

【０００６】

【作用】第１室に大気を、第２、第３室に被測定ガスを
導入し、第１室と第２室間に設けられた第１の酸素セン
サにより当該第２室内の酸素濃度を検出し、当該酸素濃
度が常に設定値となるように当該第２室内の第１の酸素
ポンプを制御する。第３室内に導入された被測定ガス中
に含有される窒素酸化物であるＮＯ及びＮＯ₂は、触媒
の作用により酸素濃度が過剰な状態においても窒素と酸
素とに分解され、従って、当該第３室内の酸素量は、第
２室内の酸素量よりも前記分解された分量だけ増加す
る。第１室と第３室との間に設けられた第２の酸素セン
サの出力が前記設定値となるように当該第３室の第２の
酸素ポンプを制御する。そして、第２、第１の酸素ポン
プの制御電流の差を検出する。この検出せる電流差によ
り被測定ガス中の窒素酸化物であるＮＯ及びＮＯ₂の濃
度を検出する。

【０００７】

【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。図１においてＮＯｘセンサ１の本体２は、細
長い箱形をなし、中央の隔壁２ａを挟んで両側に細長い
室３と、当該室３よりも小さい２つの室４、５とが長手
方向に沿って設けられており、室３は、一端が隔壁６に
より閉塞され、他端が開口され、室４の閉塞端２ｄの一
部は隔壁７により形成されている。また、室４と５と
は、隔壁８により画成され、且つ同じ形状及び大きさに
形成されている。

【０００８】本体２は、酸素イオン伝導性固体電解質部
材により形成されており、隔壁６〜８は、前記酸素イオ
ンの流れを遮断する絶縁部材により形成されている。酸
素イオン伝導性固体電解質部材は、例えば、酸化ジルコ
ニウム（ＺｒＯ₂）に少量の酸化イットリウム（Ｙ
₂Ｏ₃）を固溶したものがある。隔壁６は、室３の一端に
おいて中央の隔壁２ａの先端と側壁２ｂの先端との間を
遮断絶縁し、隔壁７は、室４の閉塞端２ｄと中央の隔壁
２ａの先端との間を絶縁し、隔壁８は、一端が中央の隔
壁２ａを、他端が側壁２ｃを夫々貫通して室４と５とを
絶縁しており、隔壁２ａと側壁２ｂ、２ｃとの間及び室
４と５との間における酸素イオンの伝導を遮断してい
る。また、側壁２ｃには室４、５に連通する孔２ｅ、２
ｆが穿設されており、これらの孔２ｅ、２ｆは、同径と
されている。

【０００９】中央の隔壁２ａの室４、５内の壁面には電
極１１、１３が設けられており、当該隔壁２ａの室３内
の壁面にはこれらの電極１１、１３と対向して電極１
２、１４が設けられている。更に、側壁２ｃの室４、５
内の壁面には電極１５、１７が設けられており、当該側
壁２ｃの外面には電極１５、１７と対向して電極１６、
１８が設けられている。これらの電極１１〜１８は、例
えば、白金（Ｐｔ）により形成されている。また、側壁
２ｃの室４内の壁面にはＮＯｘを分解するための触媒例
えば、Ｃｕ／ゼオライト触媒２０が設けられている。こ
のＣｕ／ゼオライト触媒２０は、室４内の酸素濃度が過
剰な状態においても導入された排気ガス中に含有される
ＮＯｘを、Ｎ₂とＯ₂とに分解する。また、この側壁２ｃ
にはヒータ２３が内蔵されており、昇温特性の改善、Ｃ
ｕ／ゼオライト触媒２０及びセンサ温度の安定化を図る
ようになっている。

【００１０】電極１１、１２とこれらの両電極間に介在
された隔壁２ａ、電極１３、１４とこれらの両電極間に
介在された隔壁２ａとにより夫々酸素センサ２５、２６
が形成される。また、電極１５、１６とこれらの両電極
間に介在された側壁２ｃ、電極１７、１８とこれらの両
電極間に介在された側壁２ｃとにより夫々酸素ポンプ２
７、２８が形成される。そして、これらの酸素センサ２
５、２６は、ＮＯｘ検出回路の電圧検出部に、酸素ポン
プ２７、２８は、当該ＮＯｘ検出回路のポンプ電流制御
部（何れも図示せず）に接続される。

【００１１】このＮＯｘセンサ１は、被測定ガスの雰囲
気中例えば、エンジンの排気ガス通路に配設され、室３
には他端から酸素濃度の基準となる大気が導入され、室
４、５内には孔２ｅ、２ｆを通して排気ガスが導入され
る。そして、室４内のＣｕ／ゼオライト触媒２０は、当
該室４内に導入された排気ガスに含有されるＮＯｘを、
Ｎ₂とＯ₂とに分解し、酸素センサ２５は、電極１１と１
２とにより当該室４内の酸素濃度と大気が導入されてい
る室３の酸素濃度との差（酸素濃度差）により生じた電
位差を検出する。また、酸素ポンプ２７は、室４から室
外（排気ガス通路側）に酸素を汲み出して当該室４内の
酸素量を制御する。

【００１２】室５は、通常の酸素センサの構造を有し、
酸素センサ２６は、電極１３と１４とにより当該室５内
に導入された排気ガスに含有される酸素濃度と室３内の
大気中の酸素濃度との差（酸素濃度差）により生じた電
位差を検出する。また、酸素ポンプ２８は、酸素ポンプ
２７と同様に室５内の酸素を室外に汲み出して当該室５
内の酸素量を制御する。

【００１３】以下に作用を説明する。ＮＯｘセンサ１の
室４、５内には夫々孔２ｅ、２ｆから同一の排気ガスが
同量導入される。室５側の酸素センサ２６は、室３に導
入された大気中の酸素濃度と孔２ｆを通して室５内に導
入された排気ガス中の酸素濃度との濃度差に応じた電位
差Ｖ₂を発生する。そして、大気中の酸素濃度は、酸素
濃度の基準値とされる。前記ポンプ電流制御部は、前記
電位差Ｖ₂が常に設定値α（Ｖ）となるように酸素ポン
プ２８の電極１７、１８間に流す電流即ち、ポンプ電流
Ｉ_P2を制御して室５内の酸素量を制御する。この室５内
の酸素は、側壁２ｃを通して室外に汲み出される。

【００１４】一方、室４側の酸素センサ２５は、室３に
導入された大気中の酸素濃度と室４内の酸素濃度との濃
度差に応じた電位差Ｖ₁を発生する。また、当該室４内
に導入された排気ガスに含有されるＮＯｘは、Ｃｕ／ゼ
オライト触媒２０の作用によりＮ₂とＯ₂とに分解され
る。従って、室４内の酸素量は、導入された排気ガス中
の酸素と、前記ＮＯｘの分解により発生した酸素とが存
在することとなり、当該室４内の酸素量は、室５内の酸
素量に比べて前記分解されて発生した酸素量だけ増加す
る。

【００１５】前記ポンプ電流制御部は、酸素センサ２５
により検出された前記電位差Ｖ₁が、室５側の酸素セン
サ２６により検出された電位差Ｖ₂と等しくなるように
電極１５、１６間に流すポンプ電流Ｉ_P1を制御し、室４
内の酸素を側壁２ｃを通して室外に汲み出す。このとき
のポンプ電流Ｉ_P1は、前記ポンプ電流Ｉ_P2よりも大きい
値となる。従って、室４側の酸素ポンプ２７のポンプ電
流Ｉ_P1と室５側の酸素ポンプ２８のポンプ電流Ｉ_P2とを
比較し、その差ΔＩ_P（＝Ｉ_P1−Ｉ_P2）を演算すること
により排気ガス中のＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）を検出するこ
とができる。

【００１６】尚、本実施例においてＮＯｘセンサ１の室
４内に導入したＮＯｘをＮ₂とＯ₂とに分解する触媒とし
て、Ｃｕ／ゼオライト触媒のみを使用した場合について
記述したが、これに限るものではなく、高酸素分圧領域
即ち酸素濃度が過剰な状態においても窒素酸化物である
ＮＯ及びＮＯ₂をＮ₂とＯ₂とに分解可能な触媒であれば
他の触媒を使用してもよく、また、当該触媒とＣｕ／ゼ
オライト触媒とを併用してもよい。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、酸
素イオン伝導性固体電解質部材により大気を導入する第
１室と被測定ガスを導入する第２、第３室とを形成し、
第１室と第２及び第３室との隔壁を挟んで夫々電極を設
けて第１、第２の酸素センサを形成し、第２、第３室の
各側壁の内外面に夫々電極を設けてこれらの各室内の酸
素を室外に汲み出す第１、第２の酸素ポンプを形成し、
前記第３室内に導入された被測定ガス中の窒素酸化物で
あるＮＯ及びＮＯ₂を酸素濃度が過剰な状態においても
窒素と酸素とに分解する触媒を設け、前記第１の酸素セ
ンサの出力を設定値に保持すべく前記第１の酸素ポンプ
を制御し、前記第２の酸素センサの出力を前記設定値と
すべく前記第２の酸素ポンプを制御し、これらの第１及
び第２の酸素ポンプの制御電流の差により前記窒素酸化
物の濃度を検出するようにしたので、前記被測定ガス中
に含有される窒素酸化物であるＮＯ及びＮＯ₂の濃度を
簡単に、且つ正確に検出することが可能であると共に、
高酸素分圧領域即ち酸素濃度が過剰な状態においても窒
素酸化物であるＮＯ及びＮＯ₂の濃度を簡単に検出する
ことが可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＮＯｘセンサの一実施例を示す要
部断面図である。

【符号の説明】

１ＮＯｘセンサ２本体３大気導入室４、５被測定ガス導入室１１〜１８電極２０触媒２３ヒータ２５、２６酸素センサ２７、２８酸素ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素イオン伝導性固体電解質部材により
大気を導入する第１室と被測定ガスを導入する第２、第
３室とを形成し、第１室と第２及び第３室との隔壁を挟
んで夫々電極を設けて第１、第２の酸素センサを形成
し、第２、第３室の各側壁の内外面に夫々電極を設けて
これらの各室内の酸素を室外に汲み出す第１、第２の酸
素ポンプを形成し、前記第３室内に導入された被測定ガ
ス中の窒素酸化物であるＮＯ及びＮＯ₂を酸素濃度が過
剰な状態においても窒素と酸素とに分解する触媒を設
け、前記第１の酸素センサの出力を設定値に保持すべく
前記第１の酸素ポンプを制御し、前記第２の酸素センサ
の出力を前記設定値とすべく前記第２の酸素ポンプを制
御し、これらの第１及び第２の酸素ポンプの制御電流の
差により前記窒素酸化物の濃度を検出することを特徴と
するＮＯｘセンサ。