JPH0716996Y2 - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
- Publication number
- JPH0716996Y2 JPH0716996Y2 JP14976188U JP14976188U JPH0716996Y2 JP H0716996 Y2 JPH0716996 Y2 JP H0716996Y2 JP 14976188 U JP14976188 U JP 14976188U JP 14976188 U JP14976188 U JP 14976188U JP H0716996 Y2 JPH0716996 Y2 JP H0716996Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen sensor
- electrode
- gas
- oxygen
- rich
- 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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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、例えば自動車の空燃比制御に使用される酸素
センサに関する。
センサに関する。
（従来の技術） 酸素イオン伝導性固体電解質を一対の電極で挟持し、夫
々の電極を異なる酸素圧雰囲気に接触させて酸素濃淡電
池を形成し、この電池の起電力により被検出ガス中の酸
素濃度を測定する酸素センサが実用化されている。この
酸素センサを自動車等の空燃比（以下、A/Fと記述す
る）制御に使用すると、理論空燃比の前後で出力電圧が
急変するため、その都度燃料供給装置に信号を送って空
燃比を理論値に収束することが可能となる。
々の電極を異なる酸素圧雰囲気に接触させて酸素濃淡電
池を形成し、この電池の起電力により被検出ガス中の酸
素濃度を測定する酸素センサが実用化されている。この
酸素センサを自動車等の空燃比（以下、A/Fと記述す
る）制御に使用すると、理論空燃比の前後で出力電圧が
急変するため、その都度燃料供給装置に信号を送って空
燃比を理論値に収束することが可能となる。
かかる酸素センサとしては、酸素イオン伝導性固体電解
質として安定化ジルコニアを用い、この固体電解質の両
側を多孔質の白金（Pt）等、ガス透過性を有する電極で
挟み、更にこれらの電極のうち被検出ガスに接触する側
の電極表面にスピネル等の多孔質セラミックよりなる保
護層を形成した構成のものが一般に使用されている。
質として安定化ジルコニアを用い、この固体電解質の両
側を多孔質の白金（Pt）等、ガス透過性を有する電極で
挟み、更にこれらの電極のうち被検出ガスに接触する側
の電極表面にスピネル等の多孔質セラミックよりなる保
護層を形成した構成のものが一般に使用されている。
（考案が解決しようとする課題） しかしながら、上記した従来の酸素センサは一般に応答
性が低く、例えば自動車の加速時等A/Fがリッチ側に移
行した際、その後のリッチ→リーンの応答が遅くなる傾
向がある。その結果、所謂リーンスパイクが発生して、
NOx排出量が増大してしまうという不具合が生じる。
性が低く、例えば自動車の加速時等A/Fがリッチ側に移
行した際、その後のリッチ→リーンの応答が遅くなる傾
向がある。その結果、所謂リーンスパイクが発生して、
NOx排出量が増大してしまうという不具合が生じる。
本考案はかかる従来の問題に鑑みてなされたものであ
り、特に自動車の加速時等A/Fがリッチ側に移行した後
のリッチ→リーン応答性に優れ、リーンスパイクの発生
に起因するNOx排出量の増大を防止した酸素センサを提
供することを目的とする。
り、特に自動車の加速時等A/Fがリッチ側に移行した後
のリッチ→リーン応答性に優れ、リーンスパイクの発生
に起因するNOx排出量の増大を防止した酸素センサを提
供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） リッチ→リーン応答性を高めるためには、酸素センサの
排気ガス側の電極に過剰のCOが吸着される現象、所謂CO
被毒を防止すればよい。そのために、本考案者らは種々
の検討を重ねる中で、次のような実験を行った。即ち、
排気ガスの組成を様々に変化させ、具体的には排気ガス
中に水を様々な割合で添加して、A/Fがリッチ側に滞在
したのちにリーン側へ移行する際の応答時間Trl°をリ
ッチ滞在時間に対して測定した。第３図はその結果を示
し、図中、×印は排気ガス中への水の添加量がゼロの場
合、○印は水の添加量が約７％の場合、●印は水の添加
量が約15％の場合である。この結果からも明らかなよう
に、排気ガス中の水の含有量が多いほどTrl°が短いこ
とが確認された。これは、排気ガス中に水が含有されて
いると、排気ガス側の電極表面において、次式（１）で
示される水性ガス反応： CO＋H2O−CO2＋H2 …（１） が起こり、この反応が右側に移行することによりCOの電
極表面への吸着が抑制されることを意味し、結果とし
て、CO被毒が防止されるため、前述のようにTrl°が短
縮されるのである。
排気ガス側の電極に過剰のCOが吸着される現象、所謂CO
被毒を防止すればよい。そのために、本考案者らは種々
の検討を重ねる中で、次のような実験を行った。即ち、
排気ガスの組成を様々に変化させ、具体的には排気ガス
中に水を様々な割合で添加して、A/Fがリッチ側に滞在
したのちにリーン側へ移行する際の応答時間Trl°をリ
ッチ滞在時間に対して測定した。第３図はその結果を示
し、図中、×印は排気ガス中への水の添加量がゼロの場
合、○印は水の添加量が約７％の場合、●印は水の添加
量が約15％の場合である。この結果からも明らかなよう
に、排気ガス中の水の含有量が多いほどTrl°が短いこ
とが確認された。これは、排気ガス中に水が含有されて
いると、排気ガス側の電極表面において、次式（１）で
示される水性ガス反応： CO＋H2O−CO2＋H2 …（１） が起こり、この反応が右側に移行することによりCOの電
極表面への吸着が抑制されることを意味し、結果とし
て、CO被毒が防止されるため、前述のようにTrl°が短
縮されるのである。
以上の結果から、本考案者らは排気ガス側の電極表面
に、上記水性ガス反応を右側に促進する触媒を含有する
層を形成し、この層において水性ガス反応を行わせるこ
とにより過剰のCOが電極に吸着することを防止すればよ
いとの着想を得て本考案を完成するに到った。
に、上記水性ガス反応を右側に促進する触媒を含有する
層を形成し、この層において水性ガス反応を行わせるこ
とにより過剰のCOが電極に吸着することを防止すればよ
いとの着想を得て本考案を完成するに到った。
即ち、上記課題を解決するために本考案によれば、酸素
イオン伝導性固体電解質層と、該固体電解質層を挟持す
る一対の電極とからなり、被検出ガス中の酸素濃度を検
出する酸素センサにおいて、該一対の電極のうち前記被
検出ガスに近い電極の外側に、水性ガス反応を促進する
触媒作用を有する物質を含有する被覆層を形成した構成
としたものである。
イオン伝導性固体電解質層と、該固体電解質層を挟持す
る一対の電極とからなり、被検出ガス中の酸素濃度を検
出する酸素センサにおいて、該一対の電極のうち前記被
検出ガスに近い電極の外側に、水性ガス反応を促進する
触媒作用を有する物質を含有する被覆層を形成した構成
としたものである。
（作用） 自動車の加速時等、排気ガス側の電極に到達するCOの吸
着量が増大すると、当該電極外表面に形成された被覆層
中に含有された水性ガス反応促進触媒が、水性ガス反応
を促進して電極へのCO吸着量を低減し、その結果、A/F
がリッチ側に滞在したのちのリッチ→リーン応答性を高
め、NOx排出量を低減する。
着量が増大すると、当該電極外表面に形成された被覆層
中に含有された水性ガス反応促進触媒が、水性ガス反応
を促進して電極へのCO吸着量を低減し、その結果、A/F
がリッチ側に滞在したのちのリッチ→リーン応答性を高
め、NOx排出量を低減する。
（実施例） 以下、本考案の一実施例を添付図面に基づいて詳述す
る。
る。
第１図は本考案の酸素センサの構成を示し、酸素イオン
伝導性固体電解質層２が標準空気例えば大気に接触する
第１の電極１及び被測定ガス例えば排気ガスに接触する
第２の電極３により挟まれている。
伝導性固体電解質層２が標準空気例えば大気に接触する
第１の電極１及び被測定ガス例えば排気ガスに接触する
第２の電極３により挟まれている。
第２の電極３の外表面には、上記（１）式で示した水性
ガス反応を促進する触媒作用を備えた物質を含有する被
覆層４が形成されている。
ガス反応を促進する触媒作用を備えた物質を含有する被
覆層４が形成されている。
酸素イオン伝導性固体電解質としては、イットリア安定
化ジルコニア（YSZ）が、電極１、３としては白金（P
t）が夫々使用される。また、被覆層４に含有される水
性ガス反応促進触媒としては、特に限定されるものでは
ないが、例えば、酸化第二鉄（Fe2O3）を主体とし、こ
れに一種もしくは２種以上の助触媒を添加したものが有
用である。添加される助触媒としては、Cr2O3、K2CO3、
等があげられ、これらは何れもFe2O3の触媒活性を高め
る作用を有し、特に、両者を同時に添加すると相乗作用
による活性向上効果が極めて大きいことが確認されてい
る。更に、その他の助触媒としては、Co、Ni、Cu、Pbな
どの金属の酸化物が有効であるが、しかし、これらの金
属酸化物は何れもイオウ（Ｓ）に対する耐毒性を弱める
性質を有するため注意を要する。
化ジルコニア（YSZ）が、電極１、３としては白金（P
t）が夫々使用される。また、被覆層４に含有される水
性ガス反応促進触媒としては、特に限定されるものでは
ないが、例えば、酸化第二鉄（Fe2O3）を主体とし、こ
れに一種もしくは２種以上の助触媒を添加したものが有
用である。添加される助触媒としては、Cr2O3、K2CO3、
等があげられ、これらは何れもFe2O3の触媒活性を高め
る作用を有し、特に、両者を同時に添加すると相乗作用
による活性向上効果が極めて大きいことが確認されてい
る。更に、その他の助触媒としては、Co、Ni、Cu、Pbな
どの金属の酸化物が有効であるが、しかし、これらの金
属酸化物は何れもイオウ（Ｓ）に対する耐毒性を弱める
性質を有するため注意を要する。
被覆層４は上記水性ガス反応促進触媒を含有する物質を
電極３の外表面に直接コーティングすることにより形成
される。具体的には、スピネル、シリカ、アルミナ等の
耐熱性無機物に触媒及び助触媒成分を含有させたもので
ある。第２図は触媒成分としてFe2O3を使用して本考案
の酸素センサを試作した場合に、被覆層４に担持される
Fe2O3のFe換算含有量とリッチ→リーン応答時間Trl°と
の関係を調べたグラフを示している。図からも明らかな
ように、Fe換算担持量が２〜14重量％の範囲にあるとき
に、Trl°が小さくなり、水性ガス反応促進効果が大き
いことが確認された。
電極３の外表面に直接コーティングすることにより形成
される。具体的には、スピネル、シリカ、アルミナ等の
耐熱性無機物に触媒及び助触媒成分を含有させたもので
ある。第２図は触媒成分としてFe2O3を使用して本考案
の酸素センサを試作した場合に、被覆層４に担持される
Fe2O3のFe換算含有量とリッチ→リーン応答時間Trl°と
の関係を調べたグラフを示している。図からも明らかな
ように、Fe換算担持量が２〜14重量％の範囲にあるとき
に、Trl°が小さくなり、水性ガス反応促進効果が大き
いことが確認された。
以下に作用を説明する。
エンジンの加速時等A/Fがリッチに移行すると、酸素セ
ンサの電極３に到達する排気ガス量が増大する。このと
き、排気ガス中の過剰のCOが電極３に吸着されるが、当
該電極３表面に形成された被覆層４に含有される水性ガ
ス反応促進触媒により、上記（１）式で示される水性ガ
ス反応が促進され、電極３のCO被毒が低減される。そし
て、A/Fがリッチに移行したのちの、リッチ→リーン応
答性が改善されてリーンスパイクの発生が防止され、そ
の結果、NOx排出量が低減される。
ンサの電極３に到達する排気ガス量が増大する。このと
き、排気ガス中の過剰のCOが電極３に吸着されるが、当
該電極３表面に形成された被覆層４に含有される水性ガ
ス反応促進触媒により、上記（１）式で示される水性ガ
ス反応が促進され、電極３のCO被毒が低減される。そし
て、A/Fがリッチに移行したのちの、リッチ→リーン応
答性が改善されてリーンスパイクの発生が防止され、そ
の結果、NOx排出量が低減される。
（考案の効果） 以上説明したように本考案の酸素センサによれば、固体
電解質層を挟持する一対の電極のうち前記被検出ガスに
近い電極の外側に、水性ガス反応を促進する触媒作用を
有する物質を含有する被覆層を形成したので、例えば、
自動車エンジンの空燃比制御に使用した際、加速時等、
A/Fがリッチに移行した際の排気ガス側の電極のCO被毒
が防止されるため、その後のリッチ→リーン応答性が改
善され、リッチスパイクの発生によるNOxの発生が防止
される。
電解質層を挟持する一対の電極のうち前記被検出ガスに
近い電極の外側に、水性ガス反応を促進する触媒作用を
有する物質を含有する被覆層を形成したので、例えば、
自動車エンジンの空燃比制御に使用した際、加速時等、
A/Fがリッチに移行した際の排気ガス側の電極のCO被毒
が防止されるため、その後のリッチ→リーン応答性が改
善され、リッチスパイクの発生によるNOxの発生が防止
される。
第１図は本考案の酸素センサの一実施例を示す断面図、
第２図は被覆層への水性ガス反応促進触媒担持量とリッ
チ→リーン応答時間との関係を示したグラフ、第３図は
酸素センサの排気ガス側電極における水性ガス反応の有
無とリッチ→リーン応答時間との関係を示したグラフで
ある。 １、３……電極、２……酸素イオン伝導性固体電解質層
（YSZ層）、４……被覆層（Fe2O3担持スピネル層）。
第２図は被覆層への水性ガス反応促進触媒担持量とリッ
チ→リーン応答時間との関係を示したグラフ、第３図は
酸素センサの排気ガス側電極における水性ガス反応の有
無とリッチ→リーン応答時間との関係を示したグラフで
ある。 １、３……電極、２……酸素イオン伝導性固体電解質層
（YSZ層）、４……被覆層（Fe2O3担持スピネル層）。
フロントページの続き (72)考案者 福永 勝 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−241657（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−1163（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】酸素イオン伝導性固体電解質層と、該固体
電解質層を挟持する一対の電極とからなり、被検出ガス
中の酸素濃度を検出する酸素センサにおいて、該一対の
電極のうち前記被検出ガスに近い電極の外側に、水性ガ
ス反応を促進する触媒作用を有する物質を含有する被覆
層を形成したことを特徴とする酸素センサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14976188U JPH0716996Y2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | 酸素センサ |
| DE3938056A DE3938056C2 (de) | 1988-11-18 | 1989-11-16 | Sauerstoffühler |
| KR1019890016581A KR920004533B1 (ko) | 1988-11-18 | 1989-11-16 | 산소 센서 |
| US07/815,582 US5271816A (en) | 1988-11-18 | 1991-12-30 | Oxygen sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14976188U JPH0716996Y2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | 酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0271257U JPH0271257U (ja) | 1990-05-30 |
| JPH0716996Y2 true JPH0716996Y2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=31422287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14976188U Expired - Lifetime JPH0716996Y2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0716996Y2 (ja) |
-
1988
- 1988-11-18 JP JP14976188U patent/JPH0716996Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0271257U (ja) | 1990-05-30 |
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