JPS63290956A - 内燃機関用酸素センサ - 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。

〈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）。

即ち、先端部を閉塞した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ□）
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
形成しである。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を形成しである。

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−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、−酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣと
酸素０２とのｃ　ｏ　＋　＋Ａｏ□→Ｃｏ２．ＨＣ」−
〇２→Ｈ，Ｏ＋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０２を
ＣＯやＨＣと良好に反応させて０２濃度をゼロ近くにし
、セラミック管１内外の０□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０２と低濃度のＣｏ、ＨＣがあるため、ＣＯ，ＨＣ
と０２とが反応してもまだ０２があまり、セラミック管
１内外の０２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（ＣＨ３０Ｈ−＞ＣＯ＋
２Ｈ７）によってＨ２，Ｃ０が発生する。

このため、Ｈ２は白金触媒層４において■］２十′ＡＯ
□→Ｈ２０の反応によって０□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０□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０□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０２の比率に比べて白金触
媒層４表面上のＨ２量が見掛は上多くなるため、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。

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
０□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０２量が
減少して相対的に大気側０２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であ
る。

第１図において、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｚ）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を形成しであることは従来
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。

前記還元触媒ＮＧは、ＴｉＣｈ　、Ｌａｚ　０３或いは
Ａ１□０３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Ａ　１　ｚ０３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０２
と反応（Ｈ２−１ｏ□→Ｈ，０）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０２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、０２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。

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Ｎ　Ｏｘ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＋Ｃ○→Ｎ２＋ＣＯ□ Ｎ　ＯＸ　＋　ＨＣ−＋Ｎｚ　＋　Ｈ２０＋　ＣＯ□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０□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でいるため、その分０
２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Ｉ内側の０゜
濃度と排気側の０□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ＮｏＸｆｉ度が高い程、ＮＯＸと反応する未燃
成分Ｃｏ、ＨＣは増大し、０゜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。

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。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、０２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。

【図面の簡単な説明】

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。 ■・・・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 第１図 第３図 第２図 第４図 釘　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　Ｘタノ
ール人訊゛業手〜？ ＠１．・賃　。 刀 人 ゝ〜、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。