JP3104290B2 - Nox センサ - Google Patents

Nox センサ

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JP3104290B2
JP3104290B2 JP03132884A JP13288491A JP3104290B2 JP 3104290 B2 JP3104290 B2 JP 3104290B2 JP 03132884 A JP03132884 A JP 03132884A JP 13288491 A JP13288491 A JP 13288491A JP 3104290 B2 JP3104290 B2 JP 3104290B2
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康裕 酒井
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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。
【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「N
X 」という)の濃度を検出するセンサとしてNOX
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
X 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、窒素酸化物の濃度を簡単に検出することが可能なN
X 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2室と第3室とを酸素イ
オンの伝導を遮断する絶縁部材により画成し、前記第3
室内に導入された被測定ガス中の窒素酸化物を窒素と酸
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は、触媒の作用により窒素と酸
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(Y2
3 )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2
a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、2f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と対抗して電極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と対抗して電極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2
cにはヒータ23が内蔵されており、昇温特性の改善、
Cu/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、
2 とO2 とに分解し、酸素センサ25は、電極11と
12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、酸素ポンイ
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
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IP1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IP1は、前記ポンプ電流IP2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IP1と室5側の酸素ポンプ28のポンプ電流IP2とを
比較し、その差ΔIP (=IP1−IP2)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、本実施例においては、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、NOX 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2室と第3室とを酸素イオンの伝導を遮断する絶
縁部材により画成し、前記第3室内に導入された被測定
ガス中の窒素酸化物を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の濃度を
簡単に、且つ正確に検出することが可能となるという効
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】
1 NOX 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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/416 G01N 27/41

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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2室と第3室とを酸素イオン
    の伝導を遮断する絶縁部材により画成し、前記第3室内
    に導入された被測定ガス中の窒素酸化物を窒素と酸素と
    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。
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