JPH0650298B2 - 内燃機関用酸素センサ - Google Patents
内燃機関用酸素センサInfo
- Publication number
- JPH0650298B2 JPH0650298B2 JP62125752A JP12575287A JPH0650298B2 JP H0650298 B2 JPH0650298 B2 JP H0650298B2 JP 62125752 A JP62125752 A JP 62125752A JP 12575287 A JP12575287 A JP 12575287A JP H0650298 B2 JPH0650298 B2 JP H0650298B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst layer
- internal combustion
- combustion engine
- oxygen sensor
- concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- Y02T10/47—
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
し、特にアルコール燃料使用の内燃機関に好適なものに
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
し、特にアルコール燃料使用の内燃機関に好適なものに
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（ＺｒＯ２）
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（Ｐｔ）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
形成してある。セラミック管１の外表面には、更に白金
を蒸着して白金触媒層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
保護するための保護層５を形成してある。
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（Ｐｔ）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
形成してある。セラミック管１の外表面には、更に白金
を蒸着して白金触媒層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
保護するための保護層５を形成してある。
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１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１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、一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣと
酸素Ｏ２とのＣＯ＋1/2Ｏ２→ＣＯ２，ＨＣ＋Ｏ２→Ｈ
２Ｏ＋ＣＯ２なる酸化反応を促進し、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Ｏ２をＣＯやＨ
Ｃと良好に反応させてＯ２濃度をゼロ近くにし、セラミ
ック管１内外のＯ２濃度比を大きくして、大きな起電力
を発生させる。
酸素Ｏ２とのＣＯ＋1/2Ｏ２→ＣＯ２，ＨＣ＋Ｏ２→Ｈ
２Ｏ＋ＣＯ２なる酸化反応を促進し、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Ｏ２をＣＯやＨ
Ｃと良好に反応させてＯ２濃度をゼロ近くにし、セラミ
ック管１内外のＯ２濃度比を大きくして、大きな起電力
を発生させる。
一方、希薄混合気で燃焼させたときには、排気中に高濃
度のＯ２と低濃度のＣＯ，ＨＣがあるため、ＣＯ，ＨＣ
とＯ２とが反応してもまだＯ２があまり、セラミック管
１内外のＯ２濃度比は小さく殆ど電圧は発生しない。
度のＯ２と低濃度のＣＯ，ＨＣがあるため、ＣＯ，ＨＣ
とＯ２とが反応してもまだＯ２があまり、セラミック管
１内外のＯ２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問題点〉 ところで、アルコール燃料、例えばメタノール燃料を使
用する内燃機関にあっては、排気中に未燃焼のメタノー
ルが存在し、メタノールの分解（ＣＨ３ＯＨ→ＣＯ＋２
Ｈ２）によってＨ２，ＣＯが発生する。
用する内燃機関にあっては、排気中に未燃焼のメタノー
ルが存在し、メタノールの分解（ＣＨ３ＯＨ→ＣＯ＋２
Ｈ２）によってＨ２，ＣＯが発生する。
このため、Ｈ２は白金触媒層４においてＨ２＋1/2Ｏ２
→Ｈ２Ｏの反応によってＯ２を消費するためガソリン燃
料のときに比べて酸素センサの出力特性がリーン側にず
れる。しかも、Ｈ２はＯ２に比べて保護層５内における
拡散速度が早く保護層５の内側にある白金触媒層４表面
にＯ２よりも早く到達するため、保護層５外表面側にお
ける実際の排気中のＨ２とＯ２の比率に比べて白金触媒
層４表面上のＨ２量が見掛け上多くなるため、第４図に
示すようにガソリン燃料の場合（図中実線で示す）に比
べて点線で示すようにリーン側へ大きくずれる。
→Ｈ２Ｏの反応によってＯ２を消費するためガソリン燃
料のときに比べて酸素センサの出力特性がリーン側にず
れる。しかも、Ｈ２はＯ２に比べて保護層５内における
拡散速度が早く保護層５の内側にある白金触媒層４表面
にＯ２よりも早く到達するため、保護層５外表面側にお
ける実際の排気中のＨ２とＯ２の比率に比べて白金触媒
層４表面上のＨ２量が見掛け上多くなるため、第４図に
示すようにガソリン燃料の場合（図中実線で示す）に比
べて点線で示すようにリーン側へ大きくずれる。
従って、リーン燃焼傾向になり易く窒素酸化物ＮＯＸ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。
排出量が増大し排気特性が悪化するという問題がある。
本発明は上記の実情に鑑みてなされたもので、メタノー
ル燃料を使用する内燃機関に適用するに際して、Ｈ２と
Ｏ２の拡散速度差の影響をなくし、かつＮＯＸを低減さ
せる空燃比制御が行な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。
ル燃料を使用する内燃機関に適用するに際して、Ｈ２と
Ｏ２の拡散速度差の影響をなくし、かつＮＯＸを低減さ
せる空燃比制御が行な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。
〈問題点を解決するための手段〉 このため本発明は、セラミック基材の内外表面の各一部
に電極を形成し、外表面側電極を覆う触媒層と、該触媒
層を覆う保護層とを設け、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
る起動力により機関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、前記保護層外表面に窒
素酸化物の還元反応を促進させる還元触媒層を設け、か
つ該還元触媒層外表面に水素の酸化反応を促進する酸化
触媒層を設ける構成とした。
に電極を形成し、外表面側電極を覆う触媒層と、該触媒
層を覆う保護層とを設け、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
る起動力により機関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、前記保護層外表面に窒
素酸化物の還元反応を促進させる還元触媒層を設け、か
つ該還元触媒層外表面に水素の酸化反応を促進する酸化
触媒層を設ける構成とした。
〈作用〉 上記の構成において、最外表面の酸化触媒層によって予
めＨ２を反応させることによって保護層内の拡散速度差
の影響をなくすことができる。更にその下の窒素酸化物
還元触媒層においてＮＯＸとＣＯ，ＨＣ等との反応を促
進させることによって、白金触媒層で反応するＯ２量が
減少して相対的に大気側Ｏ２濃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、ＮＯＸの低減を図れるようになる。
めＨ２を反応させることによって保護層内の拡散速度差
の影響をなくすことができる。更にその下の窒素酸化物
還元触媒層においてＮＯＸとＣＯ，ＨＣ等との反応を促
進させることによって、白金触媒層で反応するＯ２量が
減少して相対的に大気側Ｏ２濃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、ＮＯＸの低減を図れるようになる。
〈実施例〉 以下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てあ
る。
第３図に示す従来例と同一要素には同一符号を付してあ
る。
第１図において、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を主成
分とする閉塞先端部を有するセラミック管１の内表面及
び外表面の一部に、それぞれ白金からなる内側電極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を形成してあることは従来
と同様である。
分とする閉塞先端部を有するセラミック管１の内表面及
び外表面の一部に、それぞれ白金からなる内側電極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を形成してあることは従来
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
の還元反応を促進させる還元触媒層６と、該還元触媒層
６表面上にＨ２の酸化反応を促進させる酸化触媒層７を
積層して構成されている。
の還元反応を促進させる還元触媒層６と、該還元触媒層
６表面上にＨ２の酸化反応を促進させる酸化触媒層７を
積層して構成されている。
前記還元触媒層６は、ＴｉＯ２，Ｌａ２Ｏ３或いはＡｌ
２Ｏ３の金属酸化物を担体としてＲｈ或いはＲｕの触媒
を0.5 〜10ｗｔ％の範囲で含有させて形成されている。
また、酸化触媒層７はＡｌ２Ｏ３を担体として、Ｐｔ或
いはＰｄの触媒を0.5 〜10ｗｔ％の範囲で含有させて形
成されている。
２Ｏ３の金属酸化物を担体としてＲｈ或いはＲｕの触媒
を0.5 〜10ｗｔ％の範囲で含有させて形成されている。
また、酸化触媒層７はＡｌ２Ｏ３を担体として、Ｐｔ或
いはＰｄの触媒を0.5 〜10ｗｔ％の範囲で含有させて形
成されている。
かかる構成によれば、メタノールの分解によって発生し
たＨ２は最外表面の酸化触媒層７において排気中のＯ２
と反応（Ｈ２＋1/2Ｏ２→Ｈ２Ｏ）する。このため、保
護層５内側の白金触媒層４表面にはＨ２はほとんど到達
せず従来と同様Ｏ２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ほ
ぼ等しいものとなる。
たＨ２は最外表面の酸化触媒層７において排気中のＯ２
と反応（Ｈ２＋1/2Ｏ２→Ｈ２Ｏ）する。このため、保
護層５内側の白金触媒層４表面にはＨ２はほとんど到達
せず従来と同様Ｏ２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ほ
ぼ等しいものとなる。
従って、Ｏ２とＨ２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、拡散速度差に基づくリーン側への
ずれを防止できる。
をなくすことができ、拡散速度差に基づくリーン側への
ずれを防止できる。
更に、排気中に含まれるＮＯＸは、還元触媒層６に達す
ると、この還元触媒層６はＮＯＸと排気中の未燃成分で
あるＣＯ，ＨＣとの次式に示す反応を促進させる。
ると、この還元触媒層６はＮＯＸと排気中の未燃成分で
あるＣＯ，ＨＣとの次式に示す反応を促進させる。
ＮＯＸ＋ＣＯ→Ｎ２＋ＣＯ２ ＮＯＸ＋ＨＣ→Ｎ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２ 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Ｏ２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
Ｏ２濃度が増大することとなる。
達したＯ２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
Ｏ２濃度が増大することとなる。
したがって、大気と接触するセラミック管１内側のＯ２
濃度と排気側のＯ２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
なされることとなる。
濃度と排気側のＯ２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
なされることとなる。
排気中のＮＯＸ濃度が高い程、ＮＯＸと反応する未燃成
分ＣＯ，ＨＣは増大し、Ｏ２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。
分ＣＯ，ＨＣは増大し、Ｏ２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。
したがって、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ＮＯＸ濃度が
高い程リッチ側に制御されることとなる。
比フィードバック制御を行うと、空燃比はＮＯＸ濃度が
高い程リッチ側に制御されることとなる。
尚、本実施例では、チューブ状の酸素センサに適用した
が、プレート状のジルコニアを用いた酸素センサにも適
用出来ることは言うまでもない。
が、プレート状のジルコニアを用いた酸素センサにも適
用出来ることは言うまでもない。
〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、Ｏ２とＨ２との保
護層内における拡散速度差に基づく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、メタノール燃料
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ＮＯＸを低減することができる。
護層内における拡散速度差に基づく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、メタノール燃料
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ＮＯＸを低減することができる。
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図は従来例のガソ
リン燃料とメタノール燃料の場合の各出力特性を示す図
である。 １……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
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図は従来例のガソ
リン燃料とメタノール燃料の場合の各出力特性を示す図
である。 １……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
Claims (1)
- 【請求項１】アルコール燃料を使用する内燃機関に適用
するものであって、セラミック基材の内外表面の各一部
に電極を形成し、外表面側電極を覆う触媒層と、該触媒
層を覆う保護層とを設け、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
る起電力により機関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、前記保護層外表面に窒
素酸化物の還元反応を促進させる還元触媒層を設け、か
つ該還元触媒層外表面に水素の酸化反応を促進する酸化
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 (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62125752A JPH0650298B2 (ja) | 1987-05-25 | 1987-05-25 | 内燃機関用酸素センサ |
| US07/117,516 US4957705A (en) | 1986-11-10 | 1987-11-06 | Oxygen gas concentration-detecting apparatus |
| EP87309884A EP0267765A3 (en) | 1986-11-10 | 1987-11-09 | Oxygen gas concentration-detecting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62125752A JPH0650298B2 (ja) | 1987-05-25 | 1987-05-25 | 内燃機関用酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63290956A JPS63290956A (ja) | 1988-11-28 |
| JPH0650298B2 true JPH0650298B2 (ja) | 1994-06-29 |
Family
ID=14917934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62125752A Expired - Lifetime JPH0650298B2 (ja) | 1986-11-10 | 1987-05-25 | 内燃機関用酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0650298B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2589130B2 (ja) * | 1988-03-11 | 1997-03-12 | 日本特殊陶業株式会社 | 酸素センサ素子 |
| US7695840B2 (en) * | 2006-12-08 | 2010-04-13 | Eveready Battery Co., Inc. | Electrochemical cell having a deposited gas electrode |
| CN114813837A (zh) * | 2021-07-09 | 2022-07-29 | 长城汽车股份有限公司 | 生物柴油品质传感器及其制作方法和车辆 |
-
1987
- 1987-05-25 JP JP62125752A patent/JPH0650298B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63290956A (ja) | 1988-11-28 |
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