JPH04359144A - Nox センサ - Google Patents

Nox センサ

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JPH04359144A
JPH04359144A JP3132885A JP13288591A JPH04359144A JP H04359144 A JPH04359144 A JP H04359144A JP 3132885 A JP3132885 A JP 3132885A JP 13288591 A JP13288591 A JP 13288591A JP H04359144 A JPH04359144 A JP H04359144A
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康裕 酒井
Kazuo Koga
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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。

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「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NO
X 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、NOX 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NO
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2の
酸素ポンプの第3室内における電極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担
持し、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、第2の酸素ポンプの電極に
担持された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
 O3 )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、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12
、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、1
8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、室4内
の電極15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が担持されている。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、N2 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IP2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−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。また、酸素ポンプ
27は、電極15の表面にCu/ゼオライト触媒20が
担持されているために応答性が向上し、排気ガス中のN
OX 濃度の急激な変化に対しても十分に追従すること
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、NO
X 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2の酸素ポンプの第3室内
における電極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担持し、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、迅速且つ正
確に検出することが可能となり、窒素酸化物の濃度の急
激な変化に対しても追従し得る等の効果がある。
【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

Claims (1)

    【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2の酸
    素ポンプの第3室内における電極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担持
    し、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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