JPH0495765A - 内燃機関の酸素センサ - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の酸素センサに関する。

〈従来の技術〉 内燃機関においては、排気浄化対策として、排気系に排
気中のＣ０（−酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）を酸化す
ると共に、Ｎ０ｘ（窒素酸化物）を還元して浄化する三
元触媒を介装したものか一般化している。

前記三元触媒は、転化効率（浄化効率）か理論空燃比燃
焼時の排気状態で有効に機能するように設定されている
。

このため、特に、高出力か要求される高負荷運転時以外
の通常運転時は、排気系に設けた酸素センサにより、排
気性状がら空燃比を検出し、該空燃比を理論空燃比近傍
に制御することか一般に行われている。

上記内燃機関の酸素センサの従来例としては、特開昭５
８　２０４３６５号公報に示されるようなものかある。

このものは、酸素イオン導電性のジルコニア（Ｚｒ０２
）よりなる有底円筒状体（以下、ジルコニアチューブと
いう）の内表面と外表面のそれぞれ一部に、白金ペース
トを比重した後、ジルコニアチューブと共に焼成するこ
とて、起電力取り出し用の電極を形成しである。更に、
その外側には、白金を蒸着して、排気中のＣｏ、　ＨＣ
（炭化水素）の酸化反応（Ｃｏ＋０２→Ｃ○２．ＨＣ十
○２→ＣＯ２＋Ｈ２０）を促進させる白金触媒層を形成
し、その上から、マグネシアスピネル等の酸化金属を溶
射して、白金触媒層を保護するための保護層を形成して
いる。

そして、内表面に大気（酸素濃度一定）を接触させ、外
表面に排気を接触させ、両雄体中の酸素濃度の比に応じ
て発生する起電力を前記電極から取り出すことにより、
排気中の酸素濃度を検出する。

そして、理論空燃比よりリッチな混合気で燃焼させたと
きに白金触媒層付近に残存する低濃度の０２をＣｏ、Ｈ
Ｃと良好に反応させて０２濃度をセロ近くにし、ジルコ
ニアチューブ内表面に接触させた大気の０２濃度との濃
度比を大きくして、ジルコニアチューブ内外表面間に大
きな起電力を発生させる。

一方、理論空燃比よりリーンな混合気で燃焼させたとき
には、排気中に高濃度の０２と低濃度のＣｏ、ＨＣか残
存するため、Ｃｏ、ＨＣと０２とか反応しても未た０２
か余り、ジルコニアチューブ内外表面の０□濃度比は小
さく、殆ど起電力は発生しない。

具体的には、第３図に示すような波形の起電力を発生す
る。

このように、酸素センサの起電力は、理論空燃比近傍で
急変する特性を有しており、この起電圧を基準電圧（ス
ライスレベルＳＬ）と比較して、混合気の空燃比が理論
空燃比に対してリッチかリーンかを判定する。

そして、例えば、空燃比かリーン（リッチ）の場合には
、機関の吸入空気流量Ｑ及び回転数Ｎ等に基づいて設定
された基本燃料噴射量Ｔｐを機関冷却水温等により補正
したものに乗じる空燃比フィードバック補正係数αを、
リッチからリーンへの（リーンからリッチへの）反転時
には一度に比例分（Ｐ分）、またその後は所定の積分分
（１分）ずつ徐々に増大（減少）していき、燃料噴射量
Ｔｉを増量（減量）することて、空燃比を理論空燃比近
傍に制御するようにしている。

〈発明か解決しようとする課題〉 しかしなから、このような従来の酸素センサにあっては
、次のような問題点を生じていた。

即ち、低温（低排気温）時には、酸化触媒としての白金
が不活性な状態にあるため、酸化反応か充分に進行せず
、リッチ状態で吸着したＨＣを酸化できないで、吸着し
たまま、リーン状態になっても、ＨＣを離脱できないの
で、その分、電極近傍の排気中の酸素濃度が低くなり、
ジルコニアチューブ内外表面間の０２濃度比が小さくな
りきらず、もって、リーン状態でも、通常のリーン状態
より多い起電力か発生する。例えば、第４図に示すよう
に、低温時以外のリーン状態の最小起電力（リーン起電
力）は約１００ｍＶであるが、低温時には、３００〜４
００ｍＶに上がる。

そして、このような現象が、顕著になるのは、アイドル
状態で放置したり、徐行運転を長時間続ける等、機関を
低温のまま、長時間使用した時である。

すると、空燃比かリッチであると誤判定するので、第５
図に示すように、空燃比フィードバック制御により、空
燃比フィードバック補正係数αか減少して、空燃比はリ
ーン側に偏って制御されてしまい、排気中のＮＯｘか多
くなり、エミッションが悪化する。

尚、このような不都合は、酸素センサにヒータを付設し
て、白金触媒が活性化する温度にまで、加熱するように
することで解消され得るか、ヒータを設置するとコスト
アップとなるため、コスト低減の要請に反する。

本発明は、上記の問題点に鑑み、白金触媒が不活性なと
きでも、安定した空燃比フィードバック制御を行って、
エミッションを良好に保つことのできる内燃機関の酸素
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〉 上記の目的を達成するために、本発明では、ジルコニア
製の有底円筒状体の外表面に酸化触媒として白金触媒層
を設け、その外側を保護層て覆ってなる内燃機関の酸素
センサにおいて、前記保護層中にパラジウム（Ｐｄ）を
添加した構成とする。

また、前記保護層中へのパラジウムの添加量は、０．１
〜３重量％とするとよい。

〈作用〉 上記の構成によると、ＨＣに対する酸化触媒として機能
するパラジウムを保護層中に添加しているので、酸化触
媒としての白金が不活性なときに、パラジウムの酸化触
媒作用により、ＨＣの酸化反応（ＨＣ＋０２　→ＣＯ＋
ＣＯ２＋Ｈ２＋Ｈ２０）を促進させることができ、従来
のように、ＨＣを白金触媒層に吸着したまま、酸化しな
いで、保持しておくということを回避できる。

従って、酸素センサの正常な出力を得ることができる。

〈実施例〉 以下に、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づい
て説明する。

即ち、酸素イオン導電性のジルコニア（ＺｒＯ２）より
なる有底円筒状体（ジルコニアチューブ）１の内表面と
外表面のそれぞれ一部に、白金ペーストを塗布した後、
チューブと共に焼成することで、起電力取り出し用の電
極２，３を形成しである。更に、その外側には、白金を
蒸着して、排気中のＣｏ、ＨＣの酸化反応を促進させる
白金触媒層４を形成し、その上から、酸化チタンＴｉｅ
２゜ガンマアルミナγ−Ａ１２０３の非焼結材よりなる
（従来は、マグネシアスピネル等よりなる）酸化金属を
溶射して、白金触媒層４を保護するための保護層５を形
成している。

尚、保護層５を非焼結材とするのは、比表面積を大きく
するためである。

この保護層５中には、本発明にかかるパラジウムか、０
．１〜３重量％の割合で添加されている。

尚、第２図に、パラジウム（Ｐｄ）濃度と酸素センサの
制御周波数との関係を示すように、パラジウムの濃度は
、多過ぎると、酸素センサの応答性か悪化するので注意
を要する。

そして、内表面に大気（酸素濃度一定）を接触させ、外
表面に排気を接触させて、両雄体中の酸素濃度の比に応
じて発生する起電力を前記電極から取り出すことにより
、排気中の酸素濃度を検出する。

このような酸素センサでは、ＨＣの酸化触媒として機能
するパラジウムを保護層中に混入しているので、酸化触
媒としての白金が不活性なときに、パラジウムの酸化触
媒作用により、ＨＣの酸化反応を促進させることができ
、従来のように、り一ン起電力が下がり切らずに、リッ
チ状態と誤判定して、空燃比フィードバック制御により
、リーンに制御されてしまうことを回避できる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、酸化触媒として機
能するパラジウムを保護層中に混入しているので、酸化
触媒としての白金が不活性なときに、パラジウムの酸化
触媒作用により、ＨＣの酸化反応を促進させ、酸素セン
サの適正な出力を得ることかできる。

もって、常に、安定した空燃比フィードバック制御を行
うことかでき、排気性状を良好に保つことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例を示す酸素センサの断面
図、第２図はパラジウム濃度と酸素センサの制御周波数
との関係を示す線図、第３図は正常時の酸素センサの出
力電圧と空燃比フィードバック補正係数αを示す図、第
４図は排気温度と酸素センサのリーン起電力との関係を
示す図、第５図は酸素センサの出力電圧と空燃比フィー
ドバック補正係数αを示す図である。 １・・・ジルコニアチューブ　　２，３・・・電極４・
・・白金触媒層　　５・・・保護層（パラジウム添加）
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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ジルコニア製の有底円筒状体の外表面に酸化触媒
   として白金触媒層を設け、その外側を保護層で覆ってな
   る内燃機関の酸素センサにおいて、前記保護層中にパラ
   ジウムを添加したことを特徴とする内燃機関の酸素セン
   サ。
2. （２）前記保護層中へのパラジウムの添加量を、０．１
   〜３重量％とすることを特徴とする請求項１記載の内燃
   機関の酸素センサ。