JP4895048B2 - NOxガスセンサーの方法及び装置 - Google Patents
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Description
図2に示す種類の構造を有するNOxセンサーが、市販の8モル%Y2O3がドープされたジルコニア粉末に結合剤の付加により加工された管状電解質体で作製された。結合剤/粉末混合物を成形型に小出しした後、25,000psiで静水圧プレス成形を行った。セラミックの部分を最終寸法に機械加工し、その後、1475℃で2時間焼結した。次に、セラミック電解質を電極でコーティングした。管の内側を、該管の外側のストライプ(集電装置)と共に白金ペースト電極材料でコーティングした後、1000℃で1時間焼いた。次に、管の先端を酸化タングステン/ジルコニア混合物でコーティングし、白金ストライプ集電装置と接触させて電気的接触を作った。電極の塗膜を乾燥させて、高温で焼き、良好な密着性を促進させた。
実施例1の記載の通りに加工したNOxセンサーを低濃度のNOxガスで試験し、本発明の低い領域の性能を実証した。ガスを、ガス流中のNOx濃度を変えてセンサー電圧信号を測定することができる四流路質量流制御系統を用いて同時に混合した。20ppmNO/平衡窒素の濃度の認証ガスシリンダーをこの試験に使用した。該濃度を、このガスシリンダーを窒素及び酸素シリンダーからのガスと混合することにより変えた。該濃度を、1〜20ppmの範囲から1ppm区切りで変えた。NOx濃度の関数として電圧出力信号を示すグラフを図4に示す。
また、実施例1の記載の通りに加工したNOxセンサーをセンサー応答時間について試験し、NOx除去装置の制御系統の一部として機能する装置の能力を実証した。ガスを、ガス流中のNOx濃度を変えてセンサー電圧信号を測定することができる四流路質量流制御系統を用いて同時に混合した。ガス濃度を500cc/minの流速で470ppmと940ppmNOxとの間で切り替えた。電圧信号を、毎秒3回読み取りの試料採取速度のデータ収集系統を用いて継続的に監視した。センサー応答時間は、NOxガス濃度を変える際の総電圧信号の90%段階変化と定義される。センサー応答時間曲線を、NOxガス濃度を470ppm〜940ppmで変えた場合に2.7秒のセンサー応答時間を示している図5に示す。
統合NOx及び酸素センサーを図6に示す通りに加工した。管状電解質体を、市販の8モル%Y2O3がドープされたジルコニア粉末への結合剤の付加により加工した。結合剤/粉末混合物を成形型に小出しした後、25,000psiで静水圧プレス成形を行った。セラミックの部分をその最終寸法に機械加工し、その後、1475℃で2時間焼結した。次に、セラミック電解質を電極でコーティングした。管の内側を−該管の外側の二つのストライプ(集電装置)と先端の酸素検出電極と共に−白金ペースト電極材料でコーティングした後、1000℃で1時間焼いた。次に、管の側面に縦1cm横1cmのパッチを酸化タングステン/ジルコニア混合物でコーティングし、白金ストライプ集電装置とわずかに重なり合わせて電気的接触を作った。電極の塗膜を80℃で乾燥させた後、高温で焼き、良好な密着性を促進させた。
12 入力集成体
14 第一段階
16 第二段階
18 第三段階
20 第四段階
22 NOxセンサー
24 収容部
26 酸素センサー
28 内部二段階加熱ロッド
30 参照電極
Claims (32)
- 排気ガス中のNOx濃度を測定するにあたって、排気ガスを受け入れ調整した出力ガスを生産することが可能であり、排気ガス中のNH3をN2及びH2Oに転換するための第一触媒構造体を含む第一部分、排気ガスからSO2又はH2Sを吸収するための吸収材料を有する第二触媒構造体を含む第二部分、燃焼しなかった炭化水素及びガスを高酸化状態に酸化するための第三触媒構造体を含む第三部分、及びNOとNO2間での定常状態の平衡濃度比を確立するための第四触媒構造体を含む第四部分の四つの部分の内の少なくとも三つを含む入力集成体と、該入力集成体に接続され、入力集成体の調整出力ガスを受け入れ、存在する全NOx濃度を測定することが可能なNOxセンサーとを備え、
前記NOxセンサーが、調整出力ガスを受け入れ、存在する全NOx濃度と相関関係にある電圧信号を発生する混成電位センサーを含む排気ガス中のNOx濃度測定装置。 - 更に、前記入力集成体及びNOxセンサーを内部に収容する収容部を備える請求項1に記載の装置。
- 前記収容部が管状である請求項2に記載の装置。
- 更に、前記収容部の内部に収容され、第二温度を有する環境にある酸素センサーを備える請求項2に記載の装置。
- 更に、前記収容部内に取り付けられた加熱装置を備える請求項4に記載の装置。
- 前記第二触媒構造体がCaO、MgO又はペロブスカイト型材料を含む吸収材料を備える請求項1に記載の装置。
- 前記第三触媒構造体が、COからCO2、H2からH2O、そして炭化水素からH2O及びCO2に酸化することが可能な酸化触媒材料を備える請求項1に記載の装置。
- 前記酸化触媒材料が、RuO2、Pt、Ni、Ag、CoO2又はそれら材料の混合物を含む請求項7に記載の装置。
- 前記第四触媒構造体が、Ag、Pt、Pd、Rh、RuO2又はそれら材料の混合物を含む触媒材料を備える請求項1に記載の装置。
- 前記入力集成体の各部分は一の温度を有する環境にあって、該入力集成体の少なくとも二つの部分が温度の異なる環境にある請求項1に記載の装置。
- 更に、第一及び第二サイドを有する導電膜を含む酸素イオン伝導電解質を備え、前記第一サイドが既知のガス濃度又は化学電位により制御されることが可能な参照電極を含み、前記第二サイドが前記入力集成体の調整出力ガスにさらされる請求項1に記載の装置。
- 前記既知のガス濃度が大気中の空気である請求項11に記載の装置。
- 更に酸素センサーを備え、前記酸素センサー及び前記混成電位センサーが共同して排気ガス中のNOx濃度を測定する請求項1に記載の装置。
- 前記混成電位センサー及び前記酸素センサーが電解質材料で構成される請求項13に記載の装置。
- 更に酸素センサーと、一の式を利用し、測定された酸素濃度とNOxセンサーからの出力電位信号に基づき排気ガス中のNOx濃度を計算することが可能な電子システムとを備える請求項1に記載の装置。
- 更に酸素センサーと、電子システム及びデータ表又は数学的関係を表す式を含むデータベースとを備え、前記電子システム、データベース、式又はデータ表が共同し、酸素濃度の関数として排気ガス中のNOx濃度を測定する請求項1に記載の装置。
- 前記混成電位センサーが電解質を含む請求項1に記載の装置。
- 前記混成電位センサーの電解質が管状である請求項17に記載の装置。
- 前記混成電位センサーの電解質が平面である請求項17に記載の装置。
- 前記混成電位センサーが検出電極を含む請求項1に記載の装置。
- 前記混成電位センサーの検出電極が半導体酸化物材料である請求項20に記載の装置。
- 前記混成電位センサーの検出電極が多成分酸化物材料である請求項20に記載の装置。
- 前記多成分酸化物材料がスピネル又はペロブスカイトである請求項22に記載の装置。
- 前記混成電位センサーの検出電極が金属性材料である請求項20に記載の装置。
- 前記金属性材料がPt、Ag、Au及びRhの少なくとも一種を含む請求項24に記載の装置。
- 前記混成電位センサーが酸化物検出電極を含み、前記酸化物検出電極が酸化物と共に約10〜40体積%の範囲を有する電解質材料を含む請求項1に記載の装置。
- 前記NOxセンサーが、NOxガスを吸収することが可能な多孔質半導体層を含み、ここで、物理特性を監視し、存在するNOx濃度を測定する請求項1に記載の装置。
- 前記入力集成体がガスを含んだH2O中で安定である請求項1に記載の装置。
- 排気ガス中のNOx濃度を測定するにあたって、存在する全NOx濃度を測定することができる調整出力ガスを受け入れるためのNOxセンサーと、該調整出力ガスを提供し、排気ガス中のNH3をN2及びH2Oに転換するための第一触媒構造体を含む第一部分、排気ガスからSO2又はH2Sを吸収するための吸収材料を有する第二触媒構造体を含む第二部分、燃焼しなかった炭化水素及びガスを高酸化状態に酸化するための第三触媒構造体を含む第三部分、及びNOとNO2間での定常状態の平衡濃度比を確立するための第四触媒構造体を含む第四部分の内の少なくとも三つを含む入力集成体とを備え、前記入力集成体が前記NOxセンサーに接続され、前記NOxセンサーが、調整出力ガスを受け入れ、存在する全NOx濃度と相関関係にある電圧信号を発生する混成電位センサーを含む排気ガス中のNOx濃度測定装置。
- ガス組成中の全NOx濃度を測定するにあたって、排気ガス流を受け入れる工程と、入力触媒集成体を通して排気ガス流を調整し、前記入力触媒集成体が、NH3化合物をN2及びH2Oに転換するための第一段階、排気ガス流からSO2を吸収するための第二段階、燃焼しなかった炭化水素を酸化し、ガスを高酸化状態に酸化するための第三段階、及びNOとNO2間での定常状態の平衡濃度比を確立するための第四段階の内の少なくとも三つを備える工程と、混成電位センサーが排気ガス流中に存在する全NOx濃度と相関関係にある電圧信号を発生する工程とを備えるガス組成中の全NOx濃度の測定方法。
- 更に、酸素センサーを提供することと、第一加熱帯及び第二加熱帯を提供することとを備え、前記第一加熱帯が混成電位センサーに近接して配置され、前記第二加熱帯が酸素センサーに近接している請求項30に記載の方法。
- 更に、前記第一加熱帯を加熱することと、前記第二加熱帯を加熱することとを備え、前記第一及び第二加熱体が異なる温度を含む請求項31に記載の方法。
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