JPH028735A - 内燃機関用酸素センサ - Google Patents
内燃機関用酸素センサInfo
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- JPH028735A JPH028735A JP63157910A JP15791088A JPH028735A JP H028735 A JPH028735 A JP H028735A JP 63157910 A JP63157910 A JP 63157910A JP 15791088 A JP15791088 A JP 15791088A JP H028735 A JPH028735 A JP H028735A
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Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は、内燃機関の排気管に装着して該機関に供給さ
れる混合気の空燃比と密接な関係にある排気中の酸素濃
度を測定し、空燃比フィードバック制御におけるフィー
ドバック信号の提供に用いる内燃機関用酸素センサに関
する。
れる混合気の空燃比と密接な関係にある排気中の酸素濃
度を測定し、空燃比フィードバック制御におけるフィー
ドバック信号の提供に用いる内燃機関用酸素センサに関
する。
（従来の技術〉
従来、内燃機関用酸素センサとしては、例えば、第３図
に示すようなものがある（特開昭５８−２０４３６５号
公報、実開昭５９−３１０５４号公報等参照）。
に示すようなものがある（特開昭５８−２０４３６５号
公報、実開昭５９−３１０５４号公報等参照）。
即ち、先端部を閉塞した酸化ジルコニウムＺｒＯ□ （
酸素イオン伝導性固体電解質）を主成分とするセラミッ
ク管１の内表面と外表面の各一部に白金ＰＬペーストを
塗布した後、セラミック管１を焼成することで、起電力
取り出し用の電極２゜３を形成しである。セラミック管
１の外表面には、更に白金ｐｔを蒸着して白金触媒＠４
を形成し、その上からマグネシウムスピネル等の酸化金
属を溶射して、白金触媒層４を保護するだめの保護層５
を形成しである。
酸素イオン伝導性固体電解質）を主成分とするセラミッ
ク管１の内表面と外表面の各一部に白金ＰＬペーストを
塗布した後、セラミック管１を焼成することで、起電力
取り出し用の電極２゜３を形成しである。セラミック管
１の外表面には、更に白金ｐｔを蒸着して白金触媒＠４
を形成し、その上からマグネシウムスピネル等の酸化金
属を溶射して、白金触媒層４を保護するだめの保護層５
を形成しである。
かかる構成において、セラミック管１の内側空洞に基準
気体として大気が導かれるようにする一方、セラミック
管ｌの外側を機関排気通路に臨ませて機関排気と接触さ
せ、内表面に接触する大気中の酸素濃度と外表面に接触
する排気中の酸素濃度との比に応じた電圧を電極２．３
間に発生させることにより、排気中の酸素濃度を検出す
るものである。
気体として大気が導かれるようにする一方、セラミック
管ｌの外側を機関排気通路に臨ませて機関排気と接触さ
せ、内表面に接触する大気中の酸素濃度と外表面に接触
する排気中の酸素濃度との比に応じた電圧を電極２．３
間に発生させることにより、排気中の酸素濃度を検出す
るものである。
尚、白金触媒層４は、−酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣと
酸素０□とのｃｏ−Ｂ４ｏ□→ＣＯ□、 ＨＣ＋０□
→１１□Ｏ＋ＣＯ□なる酸化反応を促進し、理論空燃比
に対して濃混合気で燃焼させたときにその部分に残存す
る低濃度の０□をＣＯやＨＣと良好に反応させてｏｚｆ
Ａ度をゼロ近くにし、大きな起電力を発生させる。
酸素０□とのｃｏ−Ｂ４ｏ□→ＣＯ□、 ＨＣ＋０□
→１１□Ｏ＋ＣＯ□なる酸化反応を促進し、理論空燃比
に対して濃混合気で燃焼させたときにその部分に残存す
る低濃度の０□をＣＯやＨＣと良好に反応させてｏｚｆ
Ａ度をゼロ近くにし、大きな起電力を発生させる。
一方、理論空燃比に対して希薄混合気で燃焼させたとき
には、排気中に高濃度のＯｔと低濃度のＣＯ，ＨＣがあ
るため、Ｃｏ、ＨＣと０！とが反応してもまだ０□があ
まり、セラミック管１内外の０□濃度比は小さく殆ど電
圧は発生しない。
には、排気中に高濃度のＯｔと低濃度のＣＯ，ＨＣがあ
るため、Ｃｏ、ＨＣと０！とが反応してもまだ０□があ
まり、セラミック管１内外の０□濃度比は小さく殆ど電
圧は発生しない。
〈発明が解決しようとする課題〉
ところで、内燃機関の排気中に発生する窒素酸化物は、
通常下記の反応を示す。
通常下記の反応を示す。
２ＮＯ＋２ＣＯ→Ｎ２＋２ＣＯ・・・・■２ Ｎ Ｏ＋
２ Ｈ２→Ｎｚ ＋ ２ ＨｚＯ・・・・■２ Ｎ
Ｏ＋３ Ｈ２→２ＮＨ１＋Ｏｚ・・・・■２ＮＯ−＋
ＮｚＯ＋＋ＡＯｚ・・・・■通常、高温状態では■、■
の反応が優勢となり、逆に低温状態では■の反応が優勢
となる。特に、メタノールやエタノール等のアルコール
に他の燃料例えばガソリンを混合させたアルコール混合
燃料を使用する機関では、ガソリン燃料の場合よりもＨ
２の発生が多いために■の反応が優勢となり、始動時や
低速運転時などの低温状態では排気中に多量のＮ Ｈ３
が存在する。
２ Ｈ２→Ｎｚ ＋ ２ ＨｚＯ・・・・■２ Ｎ
Ｏ＋３ Ｈ２→２ＮＨ１＋Ｏｚ・・・・■２ＮＯ−＋
ＮｚＯ＋＋ＡＯｚ・・・・■通常、高温状態では■、■
の反応が優勢となり、逆に低温状態では■の反応が優勢
となる。特に、メタノールやエタノール等のアルコール
に他の燃料例えばガソリンを混合させたアルコール混合
燃料を使用する機関では、ガソリン燃料の場合よりもＨ
２の発生が多いために■の反応が優勢となり、始動時や
低速運転時などの低温状態では排気中に多量のＮ Ｈ３
が存在する。
アンモニアＮＨ，は、白金触媒層４において酸化反応し
て０２を消費するため、アルコール混合燃料を使用した
ときにはガソリン燃料のときに比べ酸素センサの出力が
リーン側にずれる。しかも、ＮＨ，は０２に比べ保護層
５内における拡散速度が速く、保護Ｎ５の内側にある白
金触媒層４表面に０２よりも速く到達するため、保護層
５外表面における実際の排気中のＮＨ，と０□の比率に
比べ白金触媒層４表面上のＮ Ｈｊ量が見掛は上多くな
るため、第４図に示すようにアルコール混合燃料ではガ
ソリン燃料の場合（図中実線で示す）に比べ点線で示す
ように起電力特性がリーン側へ大きくずれる。
て０２を消費するため、アルコール混合燃料を使用した
ときにはガソリン燃料のときに比べ酸素センサの出力が
リーン側にずれる。しかも、ＮＨ，は０２に比べ保護層
５内における拡散速度が速く、保護Ｎ５の内側にある白
金触媒層４表面に０２よりも速く到達するため、保護層
５外表面における実際の排気中のＮＨ，と０□の比率に
比べ白金触媒層４表面上のＮ Ｈｊ量が見掛は上多くな
るため、第４図に示すようにアルコール混合燃料ではガ
ソリン燃料の場合（図中実線で示す）に比べ点線で示す
ように起電力特性がリーン側へ大きくずれる。
従って、アルコール混合燃料を使用した場合には、リー
ン燃焼傾向になり易く、これにより窒素酸化物の排出量
が増大し、排気特性が悪化するという問題がある。
ン燃焼傾向になり易く、これにより窒素酸化物の排出量
が増大し、排気特性が悪化するという問題がある。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、アルコ
ール混合燃料を使用する内燃機関に適用するに際して、
ＮＨ８と０２の拡散速度差の影響をなくし、かつ、窒素
酸化物を低減させる空燃比制御が行える内燃機関用酸素
センサを提供することを目的とする。
ール混合燃料を使用する内燃機関に適用するに際して、
ＮＨ８と０２の拡散速度差の影響をなくし、かつ、窒素
酸化物を低減させる空燃比制御が行える内燃機関用酸素
センサを提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段〉
そのため本発明では、酸素イオン伝導性固体電解質の内
外表面の各一部に電極を形成し、大気に接触させた内表
面側電極と機関排気に接触させた外表面側電極との間に
発生する起電力により排気中の酸素濃度を検出する構成
の内燃機関用酸素センサにおいて、前記酸素イオン伝導
性固体電解質の最外表面にアンモニアの酸化反応を促進
させるアンモニア酸化触媒層を設けると共に、このアン
モニア酸化触媒層の内側に窒素酸化物の還元反応を促進
させる窒素酸化物還元触媒層を設ける構成とした。
外表面の各一部に電極を形成し、大気に接触させた内表
面側電極と機関排気に接触させた外表面側電極との間に
発生する起電力により排気中の酸素濃度を検出する構成
の内燃機関用酸素センサにおいて、前記酸素イオン伝導
性固体電解質の最外表面にアンモニアの酸化反応を促進
させるアンモニア酸化触媒層を設けると共に、このアン
モニア酸化触媒層の内側に窒素酸化物の還元反応を促進
させる窒素酸化物還元触媒層を設ける構成とした。
〈作用〉
上記の構成において、最外表面のアンモニア酸化触媒層
によって予めアンモニアＮＨ３を酸化反応させることに
よって消費し、０□とＮＨ，との拡散速度差の影響をな
くすことができる。更に、アンモニア酸化触媒層で発生
したものを含め窒素酸化物を内側の窒素酸化物還元触媒
層においてＣＯ，ＨＣ等と反応させることによって、白
金触媒層で０２と反応するＣＯ，ＨＣｆｔが減少して相
対的に大気側Ｏｔｍ度との濃度差が減少するため、従来
よりもリッチ側で起電力が低下しリーン検出がなされる
。従って、空燃比フィードバック制御において空燃比が
従来よりもリッチ側に制御されることになり、窒素酸化
物の低減を図れるようになる。
によって予めアンモニアＮＨ３を酸化反応させることに
よって消費し、０□とＮＨ，との拡散速度差の影響をな
くすことができる。更に、アンモニア酸化触媒層で発生
したものを含め窒素酸化物を内側の窒素酸化物還元触媒
層においてＣＯ，ＨＣ等と反応させることによって、白
金触媒層で０２と反応するＣＯ，ＨＣｆｔが減少して相
対的に大気側Ｏｔｍ度との濃度差が減少するため、従来
よりもリッチ側で起電力が低下しリーン検出がなされる
。従って、空燃比フィードバック制御において空燃比が
従来よりもリッチ側に制御されることになり、窒素酸化
物の低減を図れるようになる。
〈実施例〉
以下に本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。尚
、第３図に示す従来例と同一要素には同一符号を付しで
ある。
、第３図に示す従来例と同一要素には同一符号を付しで
ある。
第１図において、酸化ジルコニウムＺｒＯ２（酸素イオ
ン伝導性固体電解質）を主成分とする閉塞先端部を有す
るセラミック管ｌの内表面及び外表面の一部に、それぞ
れ白金Ｐｔからなる内側電極２及び外側電極３を形成し
てあり、更に、セラミック管１の外表面には、白金ｐｔ
の蒸着による白金触媒層４及びマグネシウムスピネル等
の保護層５を形成しであることは従来と同様である。
ン伝導性固体電解質）を主成分とする閉塞先端部を有す
るセラミック管ｌの内表面及び外表面の一部に、それぞ
れ白金Ｐｔからなる内側電極２及び外側電極３を形成し
てあり、更に、セラミック管１の外表面には、白金ｐｔ
の蒸着による白金触媒層４及びマグネシウムスピネル等
の保護層５を形成しであることは従来と同様である。
本実施例のものは更に前記保護層５表面上に窒素酸化物
ＮＯｘの還元反応を促進させる窒素酸化物還元触媒層６
と、該還元触媒層６表面上（最外表面上）にアンモニア
ＮＨ，の酸化反応を促進させるアンモニア酸化触媒層７
を積層して構成されている。
ＮＯｘの還元反応を促進させる窒素酸化物還元触媒層６
と、該還元触媒層６表面上（最外表面上）にアンモニア
ＮＨ，の酸化反応を促進させるアンモニア酸化触媒層７
を積層して構成されている。
前記還元触媒層６は、Ｔ ｉ Ｏｔ、 Ｌ ａ ＊Ｏａ
或いはＡ ｌ ｔ Ｏ：１等の金属酸化物を担体として
Ｒｈ或いはＲｕ等の還元触媒を０．５〜５ｗｔ％の範囲
で含有させて形成されている。
或いはＡ ｌ ｔ Ｏ：１等の金属酸化物を担体として
Ｒｈ或いはＲｕ等の還元触媒を０．５〜５ｗｔ％の範囲
で含有させて形成されている。
また、酸化触媒Ｎ７は、Ａｆ、０．等を担体として、Ｐ
Ｌ触媒を０６１〜５ｗｔ％及びＮｉ触媒を略０．２ｗＬ
％それぞれ含有させて形成されている。
Ｌ触媒を０６１〜５ｗｔ％及びＮｉ触媒を略０．２ｗＬ
％それぞれ含有させて形成されている。
かかる構成によれば、機関低温状態で２ＮＯ＋３Ｈ，→
２ＮＨ１＋Ｏ，なる反応によって多量に発生したアンモ
ニアＮＨ，は、最外表面の酸化触媒層７において排気中
の０２と下記の反応式に従って反応する。
２ＮＨ１＋Ｏ，なる反応によって多量に発生したアンモ
ニアＮＨ，は、最外表面の酸化触媒層７において排気中
の０２と下記の反応式に従って反応する。
４ＮＨ３＋５０ｔ→４ＮＯ＋６Ｈ２０
このため、保護層５内側の白金触媒４表面には、アンモ
ニアＮ Ｈ、は殆ど到達せず従来と同様の０２とＣＯ，
ＨＣとの酸化反応となり、白金触媒層４表面と酸化触媒
層７表面との酸素濃度は略等しいものとなる。
ニアＮ Ｈ、は殆ど到達せず従来と同様の０２とＣＯ，
ＨＣとの酸化反応となり、白金触媒層４表面と酸化触媒
層７表面との酸素濃度は略等しいものとなる。
従って、０２とＮＨ３との保護層５内の拡散速度差の影
響をなくすことができ、拡散速度差に基づき酸素センサ
の起電力特性がリーン側へずれることを防止できる。
響をなくすことができ、拡散速度差に基づき酸素センサ
の起電力特性がリーン側へずれることを防止できる。
更に、酸化触媒層７における酸化反応で発生したＮｏ及
び排気中に含まれているＮＯは、酸化触媒層７内側の還
元触媒層６に達すると、排気中の未燃成分であるＣｏ、
ＨＣとの下記に示す反応が促進される。
び排気中に含まれているＮＯは、酸化触媒層７内側の還
元触媒層６に達すると、排気中の未燃成分であるＣｏ、
ＨＣとの下記に示す反応が促進される。
２ＮＯ＋２ＣＯ→２ＣＯｔ ＋Ｎｔ
２ＮＯ＋２８ｚ→２ＨｚＯ＋Ｎｔ
この結果、還元触媒層６より内側にある白金触媒層４に
達した０２と反応する未燃成分Ｃｏ、ＨＣが前記還元触
媒層６における反応によって減少しているため、その分
０□濃度が増大することになる。
達した０２と反応する未燃成分Ｃｏ、ＨＣが前記還元触
媒層６における反応によって減少しているため、その分
０□濃度が増大することになる。
従って、大気と接触するセラミック管１内側の０２１４
度と排気側のＯ１濃度との濃度差が減少し、第２図に示
すように理論空燃比（λ＝１）よりリッチ側で酸素セン
サの起電力がスライスレベルに低下し、リーン検出がな
されることになる。
度と排気側のＯ１濃度との濃度差が減少し、第２図に示
すように理論空燃比（λ＝１）よりリッチ側で酸素セン
サの起電力がスライスレベルに低下し、リーン検出がな
されることになる。
排気中の窒素酸化物濃度が高いほど、窒素酸化物と反応
する未燃成分Ｃｏ、ＨＣは増大し、０□との反応が減少
するため、よりリッチ側でリーン検出がなされる。
する未燃成分Ｃｏ、ＨＣは増大し、０□との反応が減少
するため、よりリッチ側でリーン検出がなされる。
従って、この酸素センサの検出結果に基づいて空燃比フ
ィードバック制御を行うと、空燃比は窒素酸化物濃度が
高いほどリッチ側に制御されることになる。
ィードバック制御を行うと、空燃比は窒素酸化物濃度が
高いほどリッチ側に制御されることになる。
尚、本実施例では、チューブ型の酸素センサに適用した
が、プレート型のジルコニアを用いた酸素センサにも適
用できることは明らかである。
が、プレート型のジルコニアを用いた酸素センサにも適
用できることは明らかである。
また、保護層４は、最外表面側の酸化触媒層７と還元触
媒層６との間に設けても良い。
媒層６との間に設けても良い。
〈発明の効果〉
以上説明したように本発明によれば、ＯｔとＮＨｌとの
拡散速度差に基づく起電力特性のリーン側へのずれを修
正できると共に、還元触媒層の作用によってよりリッチ
側でリーン検出がなされる。
拡散速度差に基づく起電力特性のリーン側へのずれを修
正できると共に、還元触媒層の作用によってよりリッチ
側でリーン検出がなされる。
従って、アルコール混合燃料使用車に適用した場合に、
空燃比がリーン側に制御されるのを防止できると共に、
窒素酸化物の低減を図れるという効果がある。
空燃比がリーン側に制御されるのを防止できると共に、
窒素酸化物の低減を図れるという効果がある。
第１図は本発明の一実施例を示す要部拡大図、第２図は
同上実施例の酸素センサの出力特性図、第３図は従来の
酸素センサの構成を示す断面図、第４図は従来のガソリ
ン燃料とアルコール混合燃料の場合の各出力特性を示す
図である。 ｌ・・・セラミック管 ２・・・内側電極 ３・・
・外側電極 ４・・・白金触媒層 ５・・・保護層
６・・・還元触媒層 ７・・・酸化触媒層特許出願人
日本電子機器株式会社 代理人 弁理士 笹 島 富二雄 第１ 第３
同上実施例の酸素センサの出力特性図、第３図は従来の
酸素センサの構成を示す断面図、第４図は従来のガソリ
ン燃料とアルコール混合燃料の場合の各出力特性を示す
図である。 ｌ・・・セラミック管 ２・・・内側電極 ３・・
・外側電極 ４・・・白金触媒層 ５・・・保護層
６・・・還元触媒層 ７・・・酸化触媒層特許出願人
日本電子機器株式会社 代理人 弁理士 笹 島 富二雄 第１ 第３
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 酸素イオン伝導性固体電解質の内外表面の各一部に電極
を形成し、大気に接触させた内表面側電極と機関排気に
接触させた外表面側電極との間に発生する起電力により
排気中の酸素濃度を検出する構成の内燃機関用酸素セン
サにおいて、 前記酸素イオン伝導性固体電解質の最外表面にアンモニ
アの酸化反応を促進させるアンモニア酸化触媒層を設け
ると共に、該アンモニア酸化触媒層の内側に窒素酸化物
の還元反応を促進させる窒素酸化物還元触媒層を設けた
ことを特徴とする内燃機関用酸素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63157910A JP2609135B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 内燃機関用酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63157910A JP2609135B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 内燃機関用酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH028735A true JPH028735A (ja) | 1990-01-12 |
| JP2609135B2 JP2609135B2 (ja) | 1997-05-14 |
Family
ID=15660122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63157910A Expired - Lifetime JP2609135B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 内燃機関用酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2609135B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014215230A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | ガスセンサ素子 |
| CN111495418A (zh) * | 2019-01-31 | 2020-08-07 | 现代自动车株式会社 | Co净化催化剂、后处理系统和后处理方法 |
-
1988
- 1988-06-28 JP JP63157910A patent/JP2609135B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014215230A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | ガスセンサ素子 |
| CN111495418A (zh) * | 2019-01-31 | 2020-08-07 | 现代自动车株式会社 | Co净化催化剂、后处理系统和后处理方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2609135B2 (ja) | 1997-05-14 |
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