JPH10274635A - 酸素センサの評価方法 - Google Patents
酸素センサの評価方法Info
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- JPH10274635A JPH10274635A JP9081019A JP8101997A JPH10274635A JP H10274635 A JPH10274635 A JP H10274635A JP 9081019 A JP9081019 A JP 9081019A JP 8101997 A JP8101997 A JP 8101997A JP H10274635 A JPH10274635 A JP H10274635A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 触媒劣化検知用の酸素センサの性能を評価可
能な酸素センサの新規な評価方法を提供する。 【解決手段】 ガス導入チューブ１１から導入された酸
素、二酸化炭素、窒素を含むガスは、プレヒータ１３で
予備加熱され、更に赤外線炉１５で加熱された後、メタ
ン導入チューブ２３、２３から供給されるメタンと混合
されて、所定の組成の試料ガスとなる。この試料ガス
は、ヒータ２５ｂにより所定温度に加熱された酸素セン
サ２５の検出電極に接触した後、排出用チューブ３１に
進み、ＵＥＧＯセンサ３３に接触し、その後大気へ放出
される。この酸素センサ評価装置１０を用いて、検出電
極の表面温度（チップ温度）とセンサ出力との関係を求
め、ＣＮＧエンジン用の酸素センサとして実際に使用で
きる可能性があるか否かを評価する。
能な酸素センサの新規な評価方法を提供する。 【解決手段】 ガス導入チューブ１１から導入された酸
素、二酸化炭素、窒素を含むガスは、プレヒータ１３で
予備加熱され、更に赤外線炉１５で加熱された後、メタ
ン導入チューブ２３、２３から供給されるメタンと混合
されて、所定の組成の試料ガスとなる。この試料ガス
は、ヒータ２５ｂにより所定温度に加熱された酸素セン
サ２５の検出電極に接触した後、排出用チューブ３１に
進み、ＵＥＧＯセンサ３３に接触し、その後大気へ放出
される。この酸素センサ評価装置１０を用いて、検出電
極の表面温度（チップ温度）とセンサ出力との関係を求
め、ＣＮＧエンジン用の酸素センサとして実際に使用で
きる可能性があるか否かを評価する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な酸素センサ
の評価方法に関する。
の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ガソリンエンジン用の排ガス浄化
用触媒の浄化能力の目安として、この触媒の酸素貯蔵能
力（Ｏ2 ストレージ能力）に注目し、これを酸素センサ
で測定することによって、触媒の劣化具合を推定するこ
とが知られている。
用触媒の浄化能力の目安として、この触媒の酸素貯蔵能
力（Ｏ2 ストレージ能力）に注目し、これを酸素センサ
で測定することによって、触媒の劣化具合を推定するこ
とが知られている。
【０００３】具体的には、触媒の浄化効率が高いとき
は、触媒のＯ2 ストレージ能力が高いため、触媒通過前
の排ガスの空燃比のリッチ／リーンの変化（即ち酸素分
圧の変化）が触媒を通過することによって緩和される。
つまり、触媒通過前の排ガスの空燃比にかかわらず、触
媒通過後の排ガスの酸素分圧の変化幅が小さくなり、リ
ア酸素センサの出力電圧の振幅が小さくなる。
は、触媒のＯ2 ストレージ能力が高いため、触媒通過前
の排ガスの空燃比のリッチ／リーンの変化（即ち酸素分
圧の変化）が触媒を通過することによって緩和される。
つまり、触媒通過前の排ガスの空燃比にかかわらず、触
媒通過後の排ガスの酸素分圧の変化幅が小さくなり、リ
ア酸素センサの出力電圧の振幅が小さくなる。
【０００４】一方、触媒の浄化効率が低くなると、触媒
のＯ2 ストレージ能力が低くなるため、触媒通過前の排
ガスの空燃比のリッチ／リーンの変化が触媒を通過して
もほぼそのまま維持され、緩和されない。つまり、触媒
通過前の排ガスの酸素分圧の変化が、触媒通過後の排ガ
スの酸素分圧の変化となって現れ、リア酸素センサの出
力電圧の振幅がフロント酸素センサと同様、大きくな
る。
のＯ2 ストレージ能力が低くなるため、触媒通過前の排
ガスの空燃比のリッチ／リーンの変化が触媒を通過して
もほぼそのまま維持され、緩和されない。つまり、触媒
通過前の排ガスの酸素分圧の変化が、触媒通過後の排ガ
スの酸素分圧の変化となって現れ、リア酸素センサの出
力電圧の振幅がフロント酸素センサと同様、大きくな
る。
【０００５】従って、リア酸素センサの出力電圧を追跡
すれば、ガソリンエンジン用の触媒の劣化を検知できる
のである。
すれば、ガソリンエンジン用の触媒の劣化を検知できる
のである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＣＮＧ
エンジン用の触媒の劣化を、上記ガソリンエンジン用の
触媒と同様にして行おうとしても、うまくいかない。具
体的には、ＣＮＧエンジン用の触媒の浄化効率が高いと
き、触媒のＯ2 ストレージ能力が高いものの、ＣＮＧエ
ンジンからの排ガスに含まれるメタンは触媒を通過して
も十分に燃焼されず、触媒通過後も残存する。この触媒
通過後に残存するメタンの量は、触媒通過前の排ガスの
空燃比のリッチ／リーンの変化に依存する。即ち、空燃
比がリッチの場合には触媒通過後の残存メタン量が多
く、リーンの場合には触媒通過後の残存メタン量が少な
い。
エンジン用の触媒の劣化を、上記ガソリンエンジン用の
触媒と同様にして行おうとしても、うまくいかない。具
体的には、ＣＮＧエンジン用の触媒の浄化効率が高いと
き、触媒のＯ2 ストレージ能力が高いものの、ＣＮＧエ
ンジンからの排ガスに含まれるメタンは触媒を通過して
も十分に燃焼されず、触媒通過後も残存する。この触媒
通過後に残存するメタンの量は、触媒通過前の排ガスの
空燃比のリッチ／リーンの変化に依存する。即ち、空燃
比がリッチの場合には触媒通過後の残存メタン量が多
く、リーンの場合には触媒通過後の残存メタン量が少な
い。
【０００７】リア酸素センサが低温の場合、未燃ガスに
含まれる残存メタンが検出電極付近で十分燃焼しないた
め、残存メタン量の多少つまりリッチ／リーンにかかわ
らず、酸素分圧はあまり小さくならない。このため、ほ
とんど出力電圧が発生しない。
含まれる残存メタンが検出電極付近で十分燃焼しないた
め、残存メタン量の多少つまりリッチ／リーンにかかわ
らず、酸素分圧はあまり小さくならない。このため、ほ
とんど出力電圧が発生しない。
【０００８】リア酸素センサが高温の場合には、未燃ガ
スに含まれる残存メタンが検出電極付近で十分燃焼する
ため、残存メタン量が多いと、該センサの検出電極付近
の酸素消費量が多くなり、酸素分圧が非常に小さくなっ
て、大きな出力電圧が発生する。一方、残存メタン量が
少ないと、リア酸素センサの検出電極付近の酸素消費量
はそれほど多くなく、酸素分圧はそれほど小さくならな
いため、出力電圧はほとんど発生しない。
スに含まれる残存メタンが検出電極付近で十分燃焼する
ため、残存メタン量が多いと、該センサの検出電極付近
の酸素消費量が多くなり、酸素分圧が非常に小さくなっ
て、大きな出力電圧が発生する。一方、残存メタン量が
少ないと、リア酸素センサの検出電極付近の酸素消費量
はそれほど多くなく、酸素分圧はそれほど小さくならな
いため、出力電圧はほとんど発生しない。
【０００９】この結果、触媒の浄化効率が高い場合（つ
まり正常の場合）であっても、触媒通過前の排ガスの空
燃比のリッチ／リーンの変化が、触媒通過後の排ガスの
酸素分圧の変化となって現れ、リア酸素センサの出力電
圧の振幅がフロント酸素センサと同様、大きくなる。な
お、メタンが残存して大気に放出されても排ガス規制上
特に問題はない。
まり正常の場合）であっても、触媒通過前の排ガスの空
燃比のリッチ／リーンの変化が、触媒通過後の排ガスの
酸素分圧の変化となって現れ、リア酸素センサの出力電
圧の振幅がフロント酸素センサと同様、大きくなる。な
お、メタンが残存して大気に放出されても排ガス規制上
特に問題はない。
【００１０】このように、従来の酸素センサを用いた場
合には、ＣＮＧエンジン用の触媒の劣化をリア酸素セン
サの出力電圧を追跡することにより判断できないという
問題があった。かかる問題を解決すべく、種々の酸素セ
ンサを開発しその性能を評価する必要がある。ここで、
上記ＣＮＧエンジン用の酸素センサとしては、高温時に
おいて、メタンの含有率が高く水素や一酸化炭素などの
ような他の未燃成分が少ないガスに対して、出力電圧が
発生しないことが要求される。
合には、ＣＮＧエンジン用の触媒の劣化をリア酸素セン
サの出力電圧を追跡することにより判断できないという
問題があった。かかる問題を解決すべく、種々の酸素セ
ンサを開発しその性能を評価する必要がある。ここで、
上記ＣＮＧエンジン用の酸素センサとしては、高温時に
おいて、メタンの含有率が高く水素や一酸化炭素などの
ような他の未燃成分が少ないガスに対して、出力電圧が
発生しないことが要求される。
【００１１】しかし、従来より知られている酸素センサ
の評価方法は、温度一定の条件の下で試料ガスの組成を
変化させるため、上記ＣＮＧエンジン用の酸素センサの
性能を適切に評価することができなかった。本発明は上
記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、触媒劣
化検知用の酸素センサの性能を評価可能な酸素センサの
新規な評価方法を提供することにある。
の評価方法は、温度一定の条件の下で試料ガスの組成を
変化させるため、上記ＣＮＧエンジン用の酸素センサの
性能を適切に評価することができなかった。本発明は上
記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、触媒劣
化検知用の酸素センサの性能を評価可能な酸素センサの
新規な評価方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
を解決するため、本発明の酸素センサの評価方法は、酸
素センサの検出電極に接触させる試料ガスの組成が略一
定という条件下で、前記試料ガスの温度を変化させたと
きの前記酸素センサの出力値を求め、前記試料ガスの温
度に対する前記酸素センサの出力特性により前記酸素セ
ンサの性能を評価することを特徴とする。
を解決するため、本発明の酸素センサの評価方法は、酸
素センサの検出電極に接触させる試料ガスの組成が略一
定という条件下で、前記試料ガスの温度を変化させたと
きの前記酸素センサの出力値を求め、前記試料ガスの温
度に対する前記酸素センサの出力特性により前記酸素セ
ンサの性能を評価することを特徴とする。
【００１３】例えばＣＮＧエンジン用の酸素センサ、特
にリア酸素センサにおいては、排ガスが高温の時で空燃
比がリッチなとき、残存メタン量の影響により大きな出
力電圧が発生しないことが望ましい。このような触媒劣
化検知用の酸素センサの性能の評価は、本発明の酸素セ
ンサ評価方法により、容易に行うことができる。
にリア酸素センサにおいては、排ガスが高温の時で空燃
比がリッチなとき、残存メタン量の影響により大きな出
力電圧が発生しないことが望ましい。このような触媒劣
化検知用の酸素センサの性能の評価は、本発明の酸素セ
ンサ評価方法により、容易に行うことができる。
【００１４】本発明において、試料ガスは、実際に使用
するエンジンの排ガス組成に略一致するようなモデルガ
スを用いるのが好ましい。例えば、ＣＮＧエンジン用の
酸素センサを評価する場合には、メタンと酸素を含む窒
素ガスを用いることが好ましく、特にメタン濃度は実使
用時の最大濃度（例えば３０００ｐｐｍ）とすることが
好ましい。後者は、メタンの最大濃度で大きな出力電圧
が発生することがなければ、実使用上メタンの影響によ
り大きな出力電圧が発生することはないと評価できる点
で、特に好ましいのである。この際、酸素の濃度は、メ
タンの濃度に応じて適宜設定するが、メタンの全量が燃
焼し得る理論量以下に設定することがメタンの影響を的
確に評価するうえで好ましい。つまり、上記理論量を超
えて酸素を供給した場合、酸素センサの検出電極付近で
メタンの全量が燃焼したとしても過剰の酸素の存在によ
り酸素分圧が十分小さくならず、出力電圧が発生しない
ことがあり、メタンの影響を的確に評価できないおそれ
があるからである。例えば、メタン濃度が３０００ｐｐ
ｍの場合には、酸素濃度を１２００ｐｐｍと設定しても
よい。
するエンジンの排ガス組成に略一致するようなモデルガ
スを用いるのが好ましい。例えば、ＣＮＧエンジン用の
酸素センサを評価する場合には、メタンと酸素を含む窒
素ガスを用いることが好ましく、特にメタン濃度は実使
用時の最大濃度（例えば３０００ｐｐｍ）とすることが
好ましい。後者は、メタンの最大濃度で大きな出力電圧
が発生することがなければ、実使用上メタンの影響によ
り大きな出力電圧が発生することはないと評価できる点
で、特に好ましいのである。この際、酸素の濃度は、メ
タンの濃度に応じて適宜設定するが、メタンの全量が燃
焼し得る理論量以下に設定することがメタンの影響を的
確に評価するうえで好ましい。つまり、上記理論量を超
えて酸素を供給した場合、酸素センサの検出電極付近で
メタンの全量が燃焼したとしても過剰の酸素の存在によ
り酸素分圧が十分小さくならず、出力電圧が発生しない
ことがあり、メタンの影響を的確に評価できないおそれ
があるからである。例えば、メタン濃度が３０００ｐｐ
ｍの場合には、酸素濃度を１２００ｐｐｍと設定しても
よい。
【００１５】本発明において、試料ガスの組成を略一定
としたのは、試料ガスの温度に対する酸素センサの出力
特性を調べることが目的の一つであるため、試料ガスの
温度以外の条件は揃えておくことが各酸素センサの性能
を比較するうえで必要となるからである。
としたのは、試料ガスの温度に対する酸素センサの出力
特性を調べることが目的の一つであるため、試料ガスの
温度以外の条件は揃えておくことが各酸素センサの性能
を比較するうえで必要となるからである。
【００１６】本発明において、試料ガスの温度を変化さ
せる場合、実使用温度の範囲内、例えば１００℃〜１０
００℃の範囲内で変化させる。この際、酸素センサを加
熱制御することによって等価的に酸素センサ近傍の試料
ガスの温度を制御する構成を採用すると、酸素センサの
検出電極に達する前に試料ガス中の可燃性成分（例えば
メタン）が燃焼して組成が変化してしまうことがない上
に、酸素センサ近傍の試料ガスの温度を正確に制御で
き、より精度よく温度特性を評価することができるの
で、好ましい。具体的には、例えば、試料ガスを比較的
低い温度（例えば５０〜２００℃）で酸素センサに供給
し、酸素センサに内蔵されたヒータを加熱制御すること
によって、試料ガスの温度を制御するように構成しても
よい。
せる場合、実使用温度の範囲内、例えば１００℃〜１０
００℃の範囲内で変化させる。この際、酸素センサを加
熱制御することによって等価的に酸素センサ近傍の試料
ガスの温度を制御する構成を採用すると、酸素センサの
検出電極に達する前に試料ガス中の可燃性成分（例えば
メタン）が燃焼して組成が変化してしまうことがない上
に、酸素センサ近傍の試料ガスの温度を正確に制御で
き、より精度よく温度特性を評価することができるの
で、好ましい。具体的には、例えば、試料ガスを比較的
低い温度（例えば５０〜２００℃）で酸素センサに供給
し、酸素センサに内蔵されたヒータを加熱制御すること
によって、試料ガスの温度を制御するように構成しても
よい。
【００１７】本発明において、試料ガスの温度に対する
酸素センサの出力特性により酸素センサの性能を評価す
る場合、例えばＣＮＧエンジン用の酸素センサでは次の
ように行う。ＣＮＧエンジンの排ガスは触媒が正常であ
っても触媒通過後にメタンが残存しているが、この残存
メタンの影響により大きな出力電圧が発生しないことが
触媒劣化を検知するうえで要求される。このため、ＣＮ
Ｇエンジン用の酸素センサとしての使用可能性について
は、メタンと酸素を含む試料ガスを用いた場合に、温度
が上昇しても大きな出力電圧を発生しない酸素センサは
使用可能性ありと評価し、温度が上昇すると大きな出力
電圧を発生する酸素センサは使用可能性なしと評価す
る。
酸素センサの出力特性により酸素センサの性能を評価す
る場合、例えばＣＮＧエンジン用の酸素センサでは次の
ように行う。ＣＮＧエンジンの排ガスは触媒が正常であ
っても触媒通過後にメタンが残存しているが、この残存
メタンの影響により大きな出力電圧が発生しないことが
触媒劣化を検知するうえで要求される。このため、ＣＮ
Ｇエンジン用の酸素センサとしての使用可能性について
は、メタンと酸素を含む試料ガスを用いた場合に、温度
が上昇しても大きな出力電圧を発生しない酸素センサは
使用可能性ありと評価し、温度が上昇すると大きな出力
電圧を発生する酸素センサは使用可能性なしと評価す
る。
【００１８】また、本発明の評価方法は耐久性試験の評
価にも用いることができる。例えば、酸素センサの初期
（つまり作製した当初）において試料ガス温に対する出
力特性が優れていたとしても、その酸素センサを所定温
度で所定時間加熱した後に再び試料ガス温に対する出力
特性を調べたとき、その出力特性が悪化していれば長期
にわたって使用できる可能性がないと評価し、その出力
特性が悪化していなければ長期にわたって使用できる可
能性があると評価する。
価にも用いることができる。例えば、酸素センサの初期
（つまり作製した当初）において試料ガス温に対する出
力特性が優れていたとしても、その酸素センサを所定温
度で所定時間加熱した後に再び試料ガス温に対する出力
特性を調べたとき、その出力特性が悪化していれば長期
にわたって使用できる可能性がないと評価し、その出力
特性が悪化していなければ長期にわたって使用できる可
能性があると評価する。
【００１９】なお、本発明の酸素センサ評価方法は、例
えば、酸素センサの検出電極に接触させる試料ガスの組
成が略一定になるように維持する組成維持手段（例えば
マスフローなど）と、この酸素センサの温度を制御する
温度制御手段（例えば酸素センサのヒータの温度を調節
するサーモスタット、酸素センサのヒータに印加する電
圧を設定する定電圧装置など）と、この酸素センサの出
力電圧を検出するセンサ出力検出手段（例えば電圧計な
ど）とを備えたＣＮＧ車用酸素センサの評価装置を用い
ることにより、実施することが可能である。
えば、酸素センサの検出電極に接触させる試料ガスの組
成が略一定になるように維持する組成維持手段（例えば
マスフローなど）と、この酸素センサの温度を制御する
温度制御手段（例えば酸素センサのヒータの温度を調節
するサーモスタット、酸素センサのヒータに印加する電
圧を設定する定電圧装置など）と、この酸素センサの出
力電圧を検出するセンサ出力検出手段（例えば電圧計な
ど）とを備えたＣＮＧ車用酸素センサの評価装置を用い
ることにより、実施することが可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態及び実施例】以下に、本発明の好適
な実施例を説明する。尚、本発明は、以下の実施例に何
ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属す
る限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
な実施例を説明する。尚、本発明は、以下の実施例に何
ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属す
る限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【００２１】［実施例１］図１は本実施例の酸素センサ
評価装置の概略説明図である。本実施例の酸素センサ評
価装置１０は、主として、ガス導入チューブ１１、セン
サ取付チューブ２１、メタン導入チューブ２３、排出用
チューブ３１から構成される。
評価装置の概略説明図である。本実施例の酸素センサ評
価装置１０は、主として、ガス導入チューブ１１、セン
サ取付チューブ２１、メタン導入チューブ２３、排出用
チューブ３１から構成される。
【００２２】ガス導入チューブ１１は、酸素、二酸化炭
素、窒素の図示しない各々のフローメータを介してこれ
らのガスを酸素センサ評価装置１０に導入するためのチ
ューブである。このガス導入チューブ１１には上流側か
らプレヒータ１３、赤外線炉１５が設置されている。赤
外線炉１５は後述のセンサ取付チューブ２１内を流通す
るガスの温度が一定となるように赤外線炉制御装置１７
により制御されている。このガス導入チューブ１１の下
流側には、フランジを介してセンサ取付チューブ２１が
連結されている。
素、窒素の図示しない各々のフローメータを介してこれ
らのガスを酸素センサ評価装置１０に導入するためのチ
ューブである。このガス導入チューブ１１には上流側か
らプレヒータ１３、赤外線炉１５が設置されている。赤
外線炉１５は後述のセンサ取付チューブ２１内を流通す
るガスの温度が一定となるように赤外線炉制御装置１７
により制御されている。このガス導入チューブ１１の下
流側には、フランジを介してセンサ取付チューブ２１が
連結されている。
【００２３】センサ取付チューブ２１は、ガス導入チュ
ーブ１１から導入されたガスにメタンを混合するための
メタン導入チューブ２３を２本備えると共に、評価対象
となる酸素センサ２５を備えている。メタン導入チュー
ブ２３は、センサ取付チューブ２１の上流側にて、ガス
導入チューブ１１からのガス流とは略反対側からメタン
をフローメータを介して導入するように接続されてい
る。ここでガス導入チューブ１１からのガスとメタンと
が混合されることにより、所定の組成比の試料ガスとな
る。このセンサ取付チューブ２１内には内部を流通する
試料ガスの温度を検出するための熱電対２４が取り付け
られており、この熱電対２４の検出信号が前出の赤外線
炉制御装置１７に入力される。また、センサ取付チュー
ブ２１の下流側には、フランジを介して排出用チューブ
３１が連結されている。
ーブ１１から導入されたガスにメタンを混合するための
メタン導入チューブ２３を２本備えると共に、評価対象
となる酸素センサ２５を備えている。メタン導入チュー
ブ２３は、センサ取付チューブ２１の上流側にて、ガス
導入チューブ１１からのガス流とは略反対側からメタン
をフローメータを介して導入するように接続されてい
る。ここでガス導入チューブ１１からのガスとメタンと
が混合されることにより、所定の組成比の試料ガスとな
る。このセンサ取付チューブ２１内には内部を流通する
試料ガスの温度を検出するための熱電対２４が取り付け
られており、この熱電対２４の検出信号が前出の赤外線
炉制御装置１７に入力される。また、センサ取付チュー
ブ２１の下流側には、フランジを介して排出用チューブ
３１が連結されている。
【００２４】酸素センサ２５は、メタン導入チューブ２
３の接続箇所よりも下流側に取り付けられている。この
酸素センサ２５は、基準電極と検出電極との間に生じた
起電力を検出するための電圧計２５ａ、酸素センサ２５
の全体を加熱するヒータ２５ｂ、及び、検出電極の表面
温度（以下、チップ温度ともいう）を検出するための熱
電対２５ｃを備えている。定電圧装置２７は、ヒータ２
５ｂに印加する電圧を設定するための装置であり、通
常、熱電対２５ｃによって検出されたチップ温度が所定
の温度になるように、オペレータが印加電圧を設定す
る。
３の接続箇所よりも下流側に取り付けられている。この
酸素センサ２５は、基準電極と検出電極との間に生じた
起電力を検出するための電圧計２５ａ、酸素センサ２５
の全体を加熱するヒータ２５ｂ、及び、検出電極の表面
温度（以下、チップ温度ともいう）を検出するための熱
電対２５ｃを備えている。定電圧装置２７は、ヒータ２
５ｂに印加する電圧を設定するための装置であり、通
常、熱電対２５ｃによって検出されたチップ温度が所定
の温度になるように、オペレータが印加電圧を設定す
る。
【００２５】排出用チューブ３１は、測定終了後のガス
を排出するものであり、その通路途中にはＵＥＧＯセン
サ３３が取り付けられている。ＵＥＧＯセンサ３３は試
料ガスの組成が設定された組成比であるか否かを検査す
るためのモニタとして用いられる。
を排出するものであり、その通路途中にはＵＥＧＯセン
サ３３が取り付けられている。ＵＥＧＯセンサ３３は試
料ガスの組成が設定された組成比であるか否かを検査す
るためのモニタとして用いられる。
【００２６】以上の酸素センサ評価装置１０により酸素
センサ２５を評価する場合について例示する。なお、試
料ガスの組成は、メタン：３０００ｐｐｍ、酸素：１２
００ｐｐｍ、二酸化炭素：９％、残りが窒素となるよう
に、図示しない各ガスのフローメータが設定されてい
る。また、赤外線炉制御装置１７は、熱電対２４によっ
て検出された試料ガスの温度が１５０℃（一定）となる
ように設定されている。
センサ２５を評価する場合について例示する。なお、試
料ガスの組成は、メタン：３０００ｐｐｍ、酸素：１２
００ｐｐｍ、二酸化炭素：９％、残りが窒素となるよう
に、図示しない各ガスのフローメータが設定されてい
る。また、赤外線炉制御装置１７は、熱電対２４によっ
て検出された試料ガスの温度が１５０℃（一定）となる
ように設定されている。
【００２７】ガス導入チューブ１１から導入された酸
素、二酸化炭素、窒素を含むガスは、プレヒータ１３で
予備加熱され、更に赤外線炉１５で加熱された後、メタ
ン導入チューブ２３、２３から供給されるメタンと混合
されて、上記組成の試料ガスとなる。この試料ガスは、
ヒータ２５ｂにより所定温度に加熱された酸素センサ２
５の検出電極に接触した後、排出用チューブ３１に進
み、ＵＥＧＯセンサ３３に接触し、その後大気へ放出さ
れる。この酸素センサ評価装置１０を用いて、下記サン
プル１〜９の各酸素センサの性能を評価した。
素、二酸化炭素、窒素を含むガスは、プレヒータ１３で
予備加熱され、更に赤外線炉１５で加熱された後、メタ
ン導入チューブ２３、２３から供給されるメタンと混合
されて、上記組成の試料ガスとなる。この試料ガスは、
ヒータ２５ｂにより所定温度に加熱された酸素センサ２
５の検出電極に接触した後、排出用チューブ３１に進
み、ＵＥＧＯセンサ３３に接触し、その後大気へ放出さ
れる。この酸素センサ評価装置１０を用いて、下記サン
プル１〜９の各酸素センサの性能を評価した。
【００２８】・サンプル１ 純度９９％以上のＺｒＯ2 １００モルに対して、９９％
以上のＹ2Ｏ3を５モルの割合で配合し、湿式混合した
後、１３００℃の温度で仮焼した。この仮焼物に水を加
え、ボールミルにより粉砕した後、水溶性バインダーを
添加し、スプレードライ法によって造粒した。
以上のＹ2Ｏ3を５モルの割合で配合し、湿式混合した
後、１３００℃の温度で仮焼した。この仮焼物に水を加
え、ボールミルにより粉砕した後、水溶性バインダーを
添加し、スプレードライ法によって造粒した。
【００２９】この造粒物をラバープレス法によってコッ
プ状（有底円筒状）に成形し、砥石によって研削し、そ
の形状を整えた。次いで、この成形体を１５００℃の温
度で３時間焼成し、ジルコニアセラミックスを得た。そ
して、このセラミックスの外側に厚さ１〜２μｍの白金
薄膜を無電解めっき法により設け、検出電極とした。そ
の後、この白金薄膜を大気雰囲気下、１２００℃の温度
で９０分間熱処理し、検出電極を構成する白金薄膜の緻
密度を向上させ安定化させた。尚、この処理を外熱処理
といい、このときの処理温度を外熱処理温度という。
プ状（有底円筒状）に成形し、砥石によって研削し、そ
の形状を整えた。次いで、この成形体を１５００℃の温
度で３時間焼成し、ジルコニアセラミックスを得た。そ
して、このセラミックスの外側に厚さ１〜２μｍの白金
薄膜を無電解めっき法により設け、検出電極とした。そ
の後、この白金薄膜を大気雰囲気下、１２００℃の温度
で９０分間熱処理し、検出電極を構成する白金薄膜の緻
密度を向上させ安定化させた。尚、この処理を外熱処理
といい、このときの処理温度を外熱処理温度という。
【００３０】続いて、上記セラミックスの内側に、基準
電極としての白金電極を無電解めっき法により厚さ１〜
２μｍとなるように形成した。また、上記検出電極を保
護するため、この検出電極の外表面に厚さ約２００μｍ
のマグネシウムアルミネートのスピネル粉末からなる保
護層をプラズマ溶射法によって設けた。
電極としての白金電極を無電解めっき法により厚さ１〜
２μｍとなるように形成した。また、上記検出電極を保
護するため、この検出電極の外表面に厚さ約２００μｍ
のマグネシウムアルミネートのスピネル粉末からなる保
護層をプラズマ溶射法によって設けた。
【００３１】これを燃焼ガス中に晒し、エージング処理
し、検出素子とした。これを筒状ヒータと共に金属ケー
スにセットし、ＣＮＧエンジン用の酸素センサを完成し
た。 ・サンプル２ 外熱処理温度を１３００℃にしたほかは、サンプル１と
同様にして酸素センサを作製した。
し、検出素子とした。これを筒状ヒータと共に金属ケー
スにセットし、ＣＮＧエンジン用の酸素センサを完成し
た。 ・サンプル２ 外熱処理温度を１３００℃にしたほかは、サンプル１と
同様にして酸素センサを作製した。
【００３２】・サンプル３ 外熱処理の後であって基準電極を形成する前に、セラミ
ックスの検出電極のみを０．００４モル／ｌの酢酸銅水
溶液中に室温で１０秒間ディップし、その後、大気雰囲
気下、８００℃の温度で６０分間加熱し、酢酸銅を熱分
解した。そのほかは、サンプル１と同様にして酸素セン
サを作製した。
ックスの検出電極のみを０．００４モル／ｌの酢酸銅水
溶液中に室温で１０秒間ディップし、その後、大気雰囲
気下、８００℃の温度で６０分間加熱し、酢酸銅を熱分
解した。そのほかは、サンプル１と同様にして酸素セン
サを作製した。
【００３３】・サンプル４ 検出電極をディップする溶液を０．０４モル／ｌの酢酸
銅水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素セ
ンサを作製した。 ・サンプル５ 検出電極をディップする溶液を０．００４モル／ｌの硝
酸銀水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素
センサを作製した。
銅水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素セ
ンサを作製した。 ・サンプル５ 検出電極をディップする溶液を０．００４モル／ｌの硝
酸銀水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素
センサを作製した。
【００３４】・サンプル６ 検出電極をディップする溶液を０．０４モル／ｌの硝酸
銀水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素セ
ンサを作製した。 ・サンプル７ 検出電極をディップする溶液を０．０８モル／ｌの硝酸
銀水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素セ
ンサを作製した。
銀水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素セ
ンサを作製した。 ・サンプル７ 検出電極をディップする溶液を０．０８モル／ｌの硝酸
銀水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素セ
ンサを作製した。
【００３５】・サンプル８ 検出電極をディップする溶液を０．２モル／ｌの硝酸銀
水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素セン
サを作製した。 ・サンプル９ 検出電極をディップする溶液を０．４モル／ｌの硝酸銀
水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素セン
サを作製した。
水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素セン
サを作製した。 ・サンプル９ 検出電極をディップする溶液を０．４モル／ｌの硝酸銀
水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素セン
サを作製した。
【００３６】・性能評価 上記サンプル１〜９の各酸素センサを、上記実施例の酸
素センサ評価装置１０を用いて、チップ温度を１５０〜
６００℃の範囲で１０段階設定し、チップ温度とセンサ
出力電圧の関係を測定した。そのときの結果を下記表１
及び図２のグラフに示す。なお、試料ガスの温度は、酸
素センサ２５の近傍ではチップ温度と同視しうる。
素センサ評価装置１０を用いて、チップ温度を１５０〜
６００℃の範囲で１０段階設定し、チップ温度とセンサ
出力電圧の関係を測定した。そのときの結果を下記表１
及び図２のグラフに示す。なお、試料ガスの温度は、酸
素センサ２５の近傍ではチップ温度と同視しうる。
【００３７】
【表１】
【００３８】なお、本発明者は、予め以下の試験を行う
ことにより評価基準を定めた。即ち、上記試料ガスを用
いてチップ温度が４００℃のときに出力電圧が４００ｍ
Ｖの酸素センサにつき、実際に正常な触媒に接続した場
合と劣化した触媒に接続した場合とで出力電圧を調べた
ところ、いずれの場合も空燃比がリッチ／リーンに変化
するのに依存して出力電圧が変化し、その変化量は正常
な触媒と劣化した触媒とでほぼ同じであり、両者を区別
できなかった。これに対して、上記試料ガスを用いてチ
ップ温度が４００℃のときに出力電圧が３００ｍＶの酸
素センサにつき、同様にして出力電圧を調べたところ、
正常な触媒に接続した場合には空燃比がリッチ／リーン
に変化するのにかかわらず概ね一定の出力電圧となり、
劣化した触媒に接続した場合にはリッチ／リーンの変化
に依存して出力電圧が変化し、両者を区別できた。この
予備試験の結果、チップ温度４００℃で出力電圧が３０
０ｍＶ以下の場合には、ＣＮＧエンジン用の触媒の劣化
を検知可能であると評価することとした。
ことにより評価基準を定めた。即ち、上記試料ガスを用
いてチップ温度が４００℃のときに出力電圧が４００ｍ
Ｖの酸素センサにつき、実際に正常な触媒に接続した場
合と劣化した触媒に接続した場合とで出力電圧を調べた
ところ、いずれの場合も空燃比がリッチ／リーンに変化
するのに依存して出力電圧が変化し、その変化量は正常
な触媒と劣化した触媒とでほぼ同じであり、両者を区別
できなかった。これに対して、上記試料ガスを用いてチ
ップ温度が４００℃のときに出力電圧が３００ｍＶの酸
素センサにつき、同様にして出力電圧を調べたところ、
正常な触媒に接続した場合には空燃比がリッチ／リーン
に変化するのにかかわらず概ね一定の出力電圧となり、
劣化した触媒に接続した場合にはリッチ／リーンの変化
に依存して出力電圧が変化し、両者を区別できた。この
予備試験の結果、チップ温度４００℃で出力電圧が３０
０ｍＶ以下の場合には、ＣＮＧエンジン用の触媒の劣化
を検知可能であると評価することとした。
【００３９】上記表１及び図２から明らかなように、サ
ンプル４、６〜９は、チップ温度が４１３℃において出
力電圧が７５〜２０１ｍＶで、いずれも３００ｍＶ以下
であるため、ＣＮＧエンジン用の酸素センサとして実際
に使用できる可能性があると評価した。一方、サンプル
１〜３、５はチップ温度が４１３℃において出力電圧が
９２０〜９８０ｍＶで、いずれも３００ｍＶを超えてい
るため、ＣＮＧエンジン用の酸素センサとして実際に使
用できる可能性がないと評価した。
ンプル４、６〜９は、チップ温度が４１３℃において出
力電圧が７５〜２０１ｍＶで、いずれも３００ｍＶ以下
であるため、ＣＮＧエンジン用の酸素センサとして実際
に使用できる可能性があると評価した。一方、サンプル
１〜３、５はチップ温度が４１３℃において出力電圧が
９２０〜９８０ｍＶで、いずれも３００ｍＶを超えてい
るため、ＣＮＧエンジン用の酸素センサとして実際に使
用できる可能性がないと評価した。
【００４０】［実施例２］ ・サンプル１０ 検出電極をディップする溶液を０．１モル／ｌの硝酸銀
水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素セン
サを作製した。
水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素セン
サを作製した。
【００４１】・サンプル１１ 検出電極をディップする溶液を０．０１モル／ｌの酢酸
鉛水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素セ
ンサを作製した。 ・性能評価 サンプル１０、１１の各酸素センサを、上記実施例１の
酸素センサ評価装置１０を用いて、チップ温度を２０
０、４００、６００℃の３段階に設定し、チップ温度と
センサ出力電圧の関係を測定した。また、各酸素センサ
の耐久性を調べるため、各酸素センサを９００℃のエン
ジン排ガス中に１０００時間晒した後、同様の測定を行
った。そのときの結果を下記表２及び図３のグラフに示
す。
鉛水溶液としたほかは、サンプル３と同様にして酸素セ
ンサを作製した。 ・性能評価 サンプル１０、１１の各酸素センサを、上記実施例１の
酸素センサ評価装置１０を用いて、チップ温度を２０
０、４００、６００℃の３段階に設定し、チップ温度と
センサ出力電圧の関係を測定した。また、各酸素センサ
の耐久性を調べるため、各酸素センサを９００℃のエン
ジン排ガス中に１０００時間晒した後、同様の測定を行
った。そのときの結果を下記表２及び図３のグラフに示
す。
【００４２】
【表２】
【００４３】上記表２及び図３から明らかなように、サ
ンプル１０、１１は、チップ温度が４００℃において出
力電圧が共に１８０ｍＶで、いずれも３００ｍＶ以下で
あるため、ＣＮＧエンジン用の酸素センサとして実際に
使用できる可能性があると評価した。
ンプル１０、１１は、チップ温度が４００℃において出
力電圧が共に１８０ｍＶで、いずれも３００ｍＶ以下で
あるため、ＣＮＧエンジン用の酸素センサとして実際に
使用できる可能性があると評価した。
【００４４】また、サンプル１０は耐久試験後において
も初期特性をほぼ維持しているため、長期にわたってＣ
ＮＧエンジン用の酸素センサとして実使用できると評価
した。これに対して、サンプル１１は耐久試験後におい
て初期特性を維持できず、チップ温度が４００℃におい
て出力電圧が７２０ｍＶまで上がった。この結果から、
サンプル１０は短期間であればＣＮＧエンジン用の酸素
センサとして実使用できると評価した。
も初期特性をほぼ維持しているため、長期にわたってＣ
ＮＧエンジン用の酸素センサとして実使用できると評価
した。これに対して、サンプル１１は耐久試験後におい
て初期特性を維持できず、チップ温度が４００℃におい
て出力電圧が７２０ｍＶまで上がった。この結果から、
サンプル１０は短期間であればＣＮＧエンジン用の酸素
センサとして実使用できると評価した。
【００４５】なお、上記各実施例では、酸素センサ２５
に内蔵されたヒータ２５ｂによって試料ガスの温度を制
御したが、酸素センサ２５の検出電極に試料ガスが達す
る前の段階で、例えば赤外線炉１５によって、試料ガス
の温度を制御してもよい。また、上記酸素センサ評価装
置１０では酸素センサ２５の温度制御をオペレータが定
電圧装置２７の印加電圧を適宜設定するによって行った
が、この温度制御をサーモスタットで行ってもよい。
に内蔵されたヒータ２５ｂによって試料ガスの温度を制
御したが、酸素センサ２５の検出電極に試料ガスが達す
る前の段階で、例えば赤外線炉１５によって、試料ガス
の温度を制御してもよい。また、上記酸素センサ評価装
置１０では酸素センサ２５の温度制御をオペレータが定
電圧装置２７の印加電圧を適宜設定するによって行った
が、この温度制御をサーモスタットで行ってもよい。
【００４６】更に、上記酸素センサ２５のチップ温度を
熱電対２５ｃによって測定する代わりに、基準電極−検
出電極間の内部抵抗値を用いてチップ温度を求めてもよ
い。この場合、熱電対を取り付ける作業が不要となるた
め、例えば大量生産時の各ロットから抜き打ち的に酸素
センサを取り出して評価することも容易に行うことがで
きる。
熱電対２５ｃによって測定する代わりに、基準電極−検
出電極間の内部抵抗値を用いてチップ温度を求めてもよ
い。この場合、熱電対を取り付ける作業が不要となるた
め、例えば大量生産時の各ロットから抜き打ち的に酸素
センサを取り出して評価することも容易に行うことがで
きる。
【図１】 酸素センサ評価装置の概略説明図である。
【図２】 チップ温度とセンサ出力との関係を表すグラ
フである。
フである。
【図３】 チップ温度とセンサ出力との関係を表すグラ
フである。
フである。
１０・・・酸素センサ評価装置、１１・・・ガス導入チ
ューブ、１３・・・プレヒータ、１５・・・赤外線炉、
１７・・・赤外線炉制御装置、２１・・・センサ取付チ
ューブ、２３・・・メタン導入チューブ、２４・・・熱
電対、２５・・・酸素センサ、２５ａ・・・電圧計、２
５ｂ・・・ヒータ、２５ｃ・・・熱電対、２７・・・定
電圧装置、３１・・・排出用チューブ、３３・・・ＵＥ
ＧＯセンサ。
ューブ、１３・・・プレヒータ、１５・・・赤外線炉、
１７・・・赤外線炉制御装置、２１・・・センサ取付チ
ューブ、２３・・・メタン導入チューブ、２４・・・熱
電対、２５・・・酸素センサ、２５ａ・・・電圧計、２
５ｂ・・・ヒータ、２５ｃ・・・熱電対、２７・・・定
電圧装置、３１・・・排出用チューブ、３３・・・ＵＥ
ＧＯセンサ。
Claims (3)
- 【請求項１】 酸素センサの検出電極に接触させる試料
ガスの組成が略一定という条件下で、前記試料ガスの温
度を変化させたときの前記酸素センサの出力値を求め、
前記試料ガスの温度に対する前記酸素センサの出力特性
により前記酸素センサの性能を評価することを特徴とす
る酸素センサの評価方法。 - 【請求項２】 前記試料ガスとしてメタンと酸素を含む
ガスを用いてＣＮＧエンジン用の酸素センサの性能を評
価することを特徴とする請求項１記載の酸素センサの評
価方法。 - 【請求項３】 前記酸素センサを加熱制御することによ
って、前記試料ガスの温度を制御したことを特徴とする
請求項１又は２記載の酸素センサの評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08101997A JP3544605B2 (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 酸素センサの評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08101997A JP3544605B2 (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 酸素センサの評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10274635A true JPH10274635A (ja) | 1998-10-13 |
| JP3544605B2 JP3544605B2 (ja) | 2004-07-21 |
Family
ID=13734785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08101997A Expired - Fee Related JP3544605B2 (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 酸素センサの評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3544605B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11237361A (ja) * | 1997-12-15 | 1999-08-31 | Nippon Soken Inc | ガスセンサ |
| JP2006189264A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-20 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ評価装置 |
-
1997
- 1997-03-31 JP JP08101997A patent/JP3544605B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11237361A (ja) * | 1997-12-15 | 1999-08-31 | Nippon Soken Inc | ガスセンサ |
| JP2006189264A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-20 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ評価装置 |
| JP4555676B2 (ja) * | 2004-12-28 | 2010-10-06 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ評価装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3544605B2 (ja) | 2004-07-21 |
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|---|---|---|---|
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