JP2554661B2 - 排気ガスセンサ - Google Patents
排気ガスセンサInfo
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- JP2554661B2 JP2554661B2 JP62196972A JP19697287A JP2554661B2 JP 2554661 B2 JP2554661 B2 JP 2554661B2 JP 62196972 A JP62196972 A JP 62196972A JP 19697287 A JP19697287 A JP 19697287A JP 2554661 B2 JP2554661 B2 JP 2554661B2
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- Japan
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- exhaust gas
- diffusion chamber
- oxygen
- alumina substrate
- electrodes
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関の空燃比および排気ガス中のNOx
量を検出する排気ガスセンサに関する。
量を検出する排気ガスセンサに関する。
（従来の技術及び発明の目的） 自動車用内燃機関等は、燃費低減や出力向上、あるい
は排気浄化対策のため、排気ガス中の各種成分量を検出
して、機関をフィードバック制御する要求があった。
は排気浄化対策のため、排気ガス中の各種成分量を検出
して、機関をフィードバック制御する要求があった。
従来、排気ガス中のNOx量を検出する装置として、NOx
とオゾンを反応させるときに生じる化学発光強度を、光
電子倍増管を使って検出するものが知られているが、こ
のような装置は大型化して車両に搭載することができな
かった（参考文献…「自動車工学全書４巻ガソリンエン
ジン」昭和55年７月30日、株式会社山海堂発行、第399
頁）。
とオゾンを反応させるときに生じる化学発光強度を、光
電子倍増管を使って検出するものが知られているが、こ
のような装置は大型化して車両に搭載することができな
かった（参考文献…「自動車工学全書４巻ガソリンエン
ジン」昭和55年７月30日、株式会社山海堂発行、第399
頁）。
本発明は、このような問題点に着目してなされたもの
で、自動車用内燃機関に適用することができ、空燃比お
よび排気ガス中のNOx量を検出する排気ガスセンサを提
供することを目的とする。
で、自動車用内燃機関に適用することができ、空燃比お
よび排気ガス中のNOx量を検出する排気ガスセンサを提
供することを目的とする。
（問題点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では、固体電解質と
アルミナ基板との積層体の内側に導入口を介して排気ガ
スが導かれる拡散室を形成し、この拡散室の内外に固体
電解質を挟んで電極を配設してポンプ部を構成する一
方、拡散室に面したアルミナ基板上に酸化触媒を含有す
るチタニア層で電極を被覆した酸素センサと、三元触媒
を含有するチタニア層で電極を被覆した酸素センサをそ
れぞれ設け、前記各酸素センサの出力が一定基準値とな
るように、正負のポンピング電流を前記ポンプ部に供給
する駆動手段と、このポンピング電流値に応じて空燃比
および排気ガス中のNOx量を算出する演算手段を設け
た。
アルミナ基板との積層体の内側に導入口を介して排気ガ
スが導かれる拡散室を形成し、この拡散室の内外に固体
電解質を挟んで電極を配設してポンプ部を構成する一
方、拡散室に面したアルミナ基板上に酸化触媒を含有す
るチタニア層で電極を被覆した酸素センサと、三元触媒
を含有するチタニア層で電極を被覆した酸素センサをそ
れぞれ設け、前記各酸素センサの出力が一定基準値とな
るように、正負のポンピング電流を前記ポンプ部に供給
する駆動手段と、このポンピング電流値に応じて空燃比
および排気ガス中のNOx量を算出する演算手段を設け
た。
（作用） 上記構成に基づき、酸素センサの出力が一定値となる
ようにポンピング電流を供給することにより、希薄燃焼
時ではポンプ部により汲み出される酸素と導入口から拡
散室に流入する排気ガス中の酸素が混合し、過濃燃焼時
ではポンプ部により汲み入れられる酸素と導入口から拡
散室に流入する水素または一酸化炭素が化合してバラン
スするポンピング電流値が検出され、このポンピング電
流値から排気ガス中の酸素量を算出して、機関に供給さ
れる混合気の空燃比を知ることができる。
ようにポンピング電流を供給することにより、希薄燃焼
時ではポンプ部により汲み出される酸素と導入口から拡
散室に流入する排気ガス中の酸素が混合し、過濃燃焼時
ではポンプ部により汲み入れられる酸素と導入口から拡
散室に流入する水素または一酸化炭素が化合してバラン
スするポンピング電流値が検出され、このポンピング電
流値から排気ガス中の酸素量を算出して、機関に供給さ
れる混合気の空燃比を知ることができる。
酸化触媒はNOxを還元しないので、酸化触媒層を備え
る酸素センサの出力に基づくポンピング電流値は排気ガ
ス中のNOx量に影響されないが、三元触媒は排気ガス中
のNOxを還元して酸素センサに導くので、三元触媒層を
備える酸素センサの出力に基づくポンピング電流値はNO
x量に応じて変化する。したがって、両ポンピング電流
値の差に基づいてNOx量を算出することができる。
る酸素センサの出力に基づくポンピング電流値は排気ガ
ス中のNOx量に影響されないが、三元触媒は排気ガス中
のNOxを還元して酸素センサに導くので、三元触媒層を
備える酸素センサの出力に基づくポンピング電流値はNO
x量に応じて変化する。したがって、両ポンピング電流
値の差に基づいてNOx量を算出することができる。
一方、酸化触媒及び三元触媒となる酸素センサはアル
ミナ基板上にチタニア層により形成されているので、酸
素センサとして機能させるうえで大気導入を行う必要が
なく、それだけセンサとしての構造が簡潔になると共に
信頼性及び耐久性が向上する。
ミナ基板上にチタニア層により形成されているので、酸
素センサとして機能させるうえで大気導入を行う必要が
なく、それだけセンサとしての構造が簡潔になると共に
信頼性及び耐久性が向上する。
（実施例） 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
る。
第１図において、21は内燃機関の排気通路内に取り付
けられる排気ガスセンサの積層体であり、固体電解質14
とアルミナ基板21とを積層した構成となっている。固体
電解質14は、例えば酸化ジルコニアからなり、高温下で
選択的に酸素のみを透過させる特性をもち、両主面側の
酸素濃度の相違に応じた起電圧が得られるとともに、２
つの主面間に電流を流すと、電流の向きとは反対方向へ
酸素を移動させるポンピング作用を有する。
けられる排気ガスセンサの積層体であり、固体電解質14
とアルミナ基板21とを積層した構成となっている。固体
電解質14は、例えば酸化ジルコニアからなり、高温下で
選択的に酸素のみを透過させる特性をもち、両主面側の
酸素濃度の相違に応じた起電圧が得られるとともに、２
つの主面間に電流を流すと、電流の向きとは反対方向へ
酸素を移動させるポンピング作用を有する。
この積層体21の内部には、固体電解質14に設けられた
導入口12を介して排気ガスが導入される拡散室13が、該
拡散室13に固体電解質14とアルミナ基板20とが対向的に
露出するように形成されている。
導入口12を介して排気ガスが導入される拡散室13が、該
拡散室13に固体電解質14とアルミナ基板20とが対向的に
露出するように形成されている。
拡散室13の内外には固体電解質14を挟んで白金からな
る電極2,4がフィルム状に形成され、この電極2,4間に流
れる電流の向きと反対方向へ酸素を汲み出すポンプ部１
が構成される。なお、前記電極2,4には例えばアルミナ
等を材質とする多孔質保護層19が覆設される。
る電極2,4がフィルム状に形成され、この電極2,4間に流
れる電流の向きと反対方向へ酸素を汲み出すポンプ部１
が構成される。なお、前記電極2,4には例えばアルミナ
等を材質とする多孔質保護層19が覆設される。
一方、拡散室13に面したアルミナ基板20上には、チタ
ニアに白金を含浸させて形成したチタニア層からなる酸
化触媒層５を固着し、この酸化触媒層５に覆われる白金
電極6,9を配設して、酸化触媒として機能する酸素セン
サが構成されると共に、チタニアに白金及びロジウムを
含浸させて形成したチタニア層からなる三元触媒層７を
固着し、この三元触媒層７に覆われる白金電極8,10を配
設して、三元触媒として機能する酸素センサが構成され
る。
ニアに白金を含浸させて形成したチタニア層からなる酸
化触媒層５を固着し、この酸化触媒層５に覆われる白金
電極6,9を配設して、酸化触媒として機能する酸素セン
サが構成されると共に、チタニアに白金及びロジウムを
含浸させて形成したチタニア層からなる三元触媒層７を
固着し、この三元触媒層７に覆われる白金電極8,10を配
設して、三元触媒として機能する酸素センサが構成され
る。
アルミナ基板20内にはヒータ15が収装され、センサの
活性化を図るようにしている。
活性化を図るようにしている。
第２図は具体的回路構成図であり、電極4,6,8を接地
させ、酸化触媒層５を備える電極９からの出力Esoxは比
較器30に入力され、Esox＝Vrとなるようにポンプ電極２
へ送られるポンピング電流Ipoxが制御される。三元触媒
層７を備えるセンサ電極10からの出力Estwは比較器31に
入力され、タイマ33により切換器32が切換えられると、
Estw＝Vrとなるようにポンピング電流Iptwが制御され
る。抵抗器35の両端電位差は作動増幅器34に入力され、
Ipに比例した電圧Vipが得られる。タイマ33は所定周期
で切換器32を切換えるとともに、サンプルホールド回路
36のサンプルタイミングを同期させる。したがって、回
路36の出力はIpoxとIptwを繰り返すことになり、これを
引算器37に入力してΔIp＝Iptw−Ipoxを求める。
させ、酸化触媒層５を備える電極９からの出力Esoxは比
較器30に入力され、Esox＝Vrとなるようにポンプ電極２
へ送られるポンピング電流Ipoxが制御される。三元触媒
層７を備えるセンサ電極10からの出力Estwは比較器31に
入力され、タイマ33により切換器32が切換えられると、
Estw＝Vrとなるようにポンピング電流Iptwが制御され
る。抵抗器35の両端電位差は作動増幅器34に入力され、
Ipに比例した電圧Vipが得られる。タイマ33は所定周期
で切換器32を切換えるとともに、サンプルホールド回路
36のサンプルタイミングを同期させる。したがって、回
路36の出力はIpoxとIptwを繰り返すことになり、これを
引算器37に入力してΔIp＝Iptw−Ipoxを求める。
このように構成してあり、次に作用について説明す
る。
る。
機関に供給される混合気の空燃比が大きい希薄燃焼時
は、排気ガス中に比較的多量の残留酸素が存在するた
め、電極6,9間または電極8,10間に生じる起電圧Esox,Es
twが基準電圧Vrより小さくなり、比較器30,31から基準
電圧Vrとの差に応じた矢印Ａ方向（正）のポンピング電
流Ipox,Iptwが供給される。
は、排気ガス中に比較的多量の残留酸素が存在するた
め、電極6,9間または電極8,10間に生じる起電圧Esox,Es
twが基準電圧Vrより小さくなり、比較器30,31から基準
電圧Vrとの差に応じた矢印Ａ方向（正）のポンピング電
流Ipox,Iptwが供給される。
これにより、拡散室13内の酸素は、固体電解質14のポ
ンピング作用により汲み出されて、拡散室13内に導入孔
12を介して流入する排気ガス中の酸素と混合してバラン
スすると、前記ポンピング電流Ipox,Iptwは一定値とな
る。
ンピング作用により汲み出されて、拡散室13内に導入孔
12を介して流入する排気ガス中の酸素と混合してバラン
スすると、前記ポンピング電流Ipox,Iptwは一定値とな
る。
機関に供給される混合気の空燃比が小さい過濃燃焼時
は、拡散室13に流入する排気ガス中の酸素濃度と大気中
の酸素濃度との濃度差が大きくなるため、電極6,9間ま
たは電極8,10間に生じる起電圧Esox,Estwが基準電圧Vr
より大きくなり、比較器30,31から基準電圧Vrとの差に
応じた矢印Ｂ方向（負）のポンピング電流Ipox,Iptwが
供給される。
は、拡散室13に流入する排気ガス中の酸素濃度と大気中
の酸素濃度との濃度差が大きくなるため、電極6,9間ま
たは電極8,10間に生じる起電圧Esox,Estwが基準電圧Vr
より大きくなり、比較器30,31から基準電圧Vrとの差に
応じた矢印Ｂ方向（負）のポンピング電流Ipox,Iptwが
供給される。
これにより、固体電解質14のポンピング作用により拡
散室13に汲み入れられる酸素が、導入口12から拡散室13
に流入する排気ガス中の水素または一酸化炭素と化合し
てバランスすると、ポンピング電流Ipox,Iptwは一定値
となる。
散室13に汲み入れられる酸素が、導入口12から拡散室13
に流入する排気ガス中の水素または一酸化炭素と化合し
てバランスすると、ポンピング電流Ipox,Iptwは一定値
となる。
このようにして、希薄燃焼時と過濃燃焼時に排気ガス
中の酸素濃度に応じた正負のポンピング電流値Ipox,Ipt
wが検出され、これから機関に供給される混合気の空燃
比を算出することができる。
中の酸素濃度に応じた正負のポンピング電流値Ipox,Ipt
wが検出され、これから機関に供給される混合気の空燃
比を算出することができる。
ところで、三元触媒層７はNOxに対する還元作用を有
し、排気ガス中のNOx量に応じて三元触媒層７を通過し
てセンサ電極８に導かれる被測定ガス中の酸素量が増大
するため、電極8,10間に発生する起電圧Estwは排気ガス
中のNOx量に応じて減少する。
し、排気ガス中のNOx量に応じて三元触媒層７を通過し
てセンサ電極８に導かれる被測定ガス中の酸素量が増大
するため、電極8,10間に発生する起電圧Estwは排気ガス
中のNOx量に応じて減少する。
第３図に示すグラフは横軸をNOxを考慮していない空
気過剰率λとしており、電極8,10間に生じる起電圧Estw
はNOx量が増大するほどａ→ｂ→ｃとリッチ側に移行し
て発生する。
気過剰率λとしており、電極8,10間に生じる起電圧Estw
はNOx量が増大するほどａ→ｂ→ｃとリッチ側に移行し
て発生する。
これに対して、酸化触媒層５はNOxに対する還元作用
がほとんどないため、電極6,9間に生じる起電圧Esox
は、NOx量に影響されることがなく、第３図に実線ａで
示すように空気過剰率λ＝１よりリーン側から発生す
る。
がほとんどないため、電極6,9間に生じる起電圧Esox
は、NOx量に影響されることがなく、第３図に実線ａで
示すように空気過剰率λ＝１よりリーン側から発生す
る。
このように、排気ガス中のNOx量に応じて三元触媒７
を備える電極8,10間に生じる起電圧Estwが減少すると、
ポンプ部１に送られるポンピング電流Iptwは増加する一
方、酸化触媒層５を備える電極6,9間に生じる起電圧Eso
xおよびポンピング電流Ipoxは変化しないため、このIpo
xを基準としてIptwに基づいて排気ガス中のNOx量を検出
することができる。第４図に示すように、ポンピング電
流IptwとIpoxの差ΔIpはNOx濃度に応じて増大する。
を備える電極8,10間に生じる起電圧Estwが減少すると、
ポンプ部１に送られるポンピング電流Iptwは増加する一
方、酸化触媒層５を備える電極6,9間に生じる起電圧Eso
xおよびポンピング電流Ipoxは変化しないため、このIpo
xを基準としてIptwに基づいて排気ガス中のNOx量を検出
することができる。第４図に示すように、ポンピング電
流IptwとIpoxの差ΔIpはNOx濃度に応じて増大する。
一方、上述したようにそれぞれ酸素センサとして機能
する酸化触媒層５と三元触媒層７とをアルミナ基板上に
チタニア層で形成したことから、酸素センサ部に一般的
に設けられる大気導入のための大気導入孔などを要する
ことなく酸素濃度を検出することができ、したがって構
造が簡潔になると共に信頼性及び耐久性が向上する。
する酸化触媒層５と三元触媒層７とをアルミナ基板上に
チタニア層で形成したことから、酸素センサ部に一般的
に設けられる大気導入のための大気導入孔などを要する
ことなく酸素濃度を検出することができ、したがって構
造が簡潔になると共に信頼性及び耐久性が向上する。
（発明の効果） 以上のとおり本発明によれば、内燃機関に備えられる
排気ガスセンサにおいて、固体電解質とアルミナ基板と
の積層体の内側に導入口を介して排気ガスが導かれる拡
散室を形成し、この拡散室の内外に固体電解質を挟んで
電極を配設してポンプ部を構成する一方、拡散室に面し
たアルミナ基板上に酸化触媒を含有するチタニア層で電
極を被覆した酸素センサと、三元触媒を含有するチタニ
ア層で電極を被覆した酸素センサをそれぞれ設け、前記
各酸素センサの出力が一定基準値となるように、正負の
ポンピング電流を前記ポンプ部に供給する駆動手段と、
このポンピング電流値に応じて空燃比および排気ガス中
のNOx量を算出する演算手段を設けたので、この演算値
に基づいて機関の出力向上と燃費低減を図ると共にNOx
の排出量を減らすべく運転制御を行うことが可能とな
り、また小型軽量、低コスト、メンテナンスフリー、か
つ信頼性及び耐久性に優れた排気ガスセンサを提供する
ことができる。
排気ガスセンサにおいて、固体電解質とアルミナ基板と
の積層体の内側に導入口を介して排気ガスが導かれる拡
散室を形成し、この拡散室の内外に固体電解質を挟んで
電極を配設してポンプ部を構成する一方、拡散室に面し
たアルミナ基板上に酸化触媒を含有するチタニア層で電
極を被覆した酸素センサと、三元触媒を含有するチタニ
ア層で電極を被覆した酸素センサをそれぞれ設け、前記
各酸素センサの出力が一定基準値となるように、正負の
ポンピング電流を前記ポンプ部に供給する駆動手段と、
このポンピング電流値に応じて空燃比および排気ガス中
のNOx量を算出する演算手段を設けたので、この演算値
に基づいて機関の出力向上と燃費低減を図ると共にNOx
の排出量を減らすべく運転制御を行うことが可能とな
り、また小型軽量、低コスト、メンテナンスフリー、か
つ信頼性及び耐久性に優れた排気ガスセンサを提供する
ことができる。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図はその回路
図、第３図は空燃比と酸素センサの起電圧の特性図、第
４図はNOx濃度と△Ipの特性図である。 １……ポンプ部、2,4……ポンプ電極、５……酸化触媒
層（チタニア層）、6,9,8,10……センサ電極、７……三
元触媒層（チタニア層）、12……導入口、13……拡散
室、14……固体電解質、15……ヒータ、20……アルミナ
基板、21……積層体。
図、第３図は空燃比と酸素センサの起電圧の特性図、第
４図はNOx濃度と△Ipの特性図である。 １……ポンプ部、2,4……ポンプ電極、５……酸化触媒
層（チタニア層）、6,9,8,10……センサ電極、７……三
元触媒層（チタニア層）、12……導入口、13……拡散
室、14……固体電解質、15……ヒータ、20……アルミナ
基板、21……積層体。
Claims (1)
- 【請求項１】固体電解質とアルミナ基板との積層体の内
側に導入口を介して排気ガスが導かれる拡散室を形成
し、この拡散室の内外に固体電解質を挟んで電極を配設
してポンプ部を構成する一方、拡散室に面したアルミナ
基板上に酸化触媒を含有するチタニア層で電極を被覆し
た酸素センサと、三元触媒を含有するチタニア層で電極
を被覆した酸素センサをそれぞれ設け、前記各酸素セン
サの出力が一定基準値となるように、正負のポンピング
電流を前記ポンプ部に供給する駆動手段と、このポンピ
ング電流値に応じて空燃比および排気ガス中のNOx量を
算出する演算手段を設けたことを特徴とする排気ガスセ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62196972A JP2554661B2 (ja) | 1987-08-06 | 1987-08-06 | 排気ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62196972A JP2554661B2 (ja) | 1987-08-06 | 1987-08-06 | 排気ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6439545A JPS6439545A (en) | 1989-02-09 |
| JP2554661B2 true JP2554661B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=16366709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62196972A Expired - Lifetime JP2554661B2 (ja) | 1987-08-06 | 1987-08-06 | 排気ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2554661B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5672811A (en) | 1994-04-21 | 1997-09-30 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of measuring a gas component and sensing device for measuring the gas component |
| JP2885336B2 (ja) | 1994-04-21 | 1999-04-19 | 日本碍子株式会社 | 被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定方法及び測定装置 |
| US5948964A (en) * | 1995-10-20 | 1999-09-07 | Ngk Insulators, Ltd. | NOx sensor and method of measuring NOx |
| JP3050781B2 (ja) | 1995-10-20 | 2000-06-12 | 日本碍子株式会社 | 被測定ガス中の所定ガス成分の測定方法及び測定装置 |
| JP3863974B2 (ja) * | 1996-10-31 | 2006-12-27 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | ガス検出装置 |
| US6695964B1 (en) | 1996-12-02 | 2004-02-24 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method and apparatus for measuring NOx gas concentration |
| US6214208B1 (en) | 1996-12-02 | 2001-04-10 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method and apparatus for measuring NOx gas concentration |
| EP0878709B1 (en) | 1997-03-21 | 2004-08-25 | NGK Spark Plug Co. Ltd. | Method and apparatus for measuring NOx gas concentration |
| US6290829B1 (en) | 1997-07-14 | 2001-09-18 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas sensor |
| DE19955125A1 (de) | 1998-11-16 | 2000-06-21 | Denso Corp | Gassensor und Verfahren zur Messung der Konzentration eines bestimmten Gases |
| US6401522B1 (en) | 1999-09-22 | 2002-06-11 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas analyzer and method of calibrating the same |
| JP3973900B2 (ja) | 2001-02-08 | 2007-09-12 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | ガスセンサ素子 |
| JP4344486B2 (ja) | 2001-03-09 | 2009-10-14 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ |
| DE10152176A1 (de) * | 2001-10-23 | 2003-04-30 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement und Verfahren zur Bestimmung von Gaskomponenten |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5033892A (ja) * | 1973-07-24 | 1975-04-01 | ||
| JPS61153561A (ja) * | 1984-12-27 | 1986-07-12 | Japan Electronic Control Syst Co Ltd | 酸素センサ |
| JPH0672861B2 (ja) * | 1986-08-04 | 1994-09-14 | 日本碍子株式会社 | ＮＯｘセンサ |
-
1987
- 1987-08-06 JP JP62196972A patent/JP2554661B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6439545A (en) | 1989-02-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |