JPS6139062Y2

JPS6139062Y2 -

Info

Publication number: JPS6139062Y2
Application number: JP2246582U
Authority: JP
Priority date: 1982-02-19
Filing date: 1982-02-19
Publication date: 1986-11-10
Also published as: JPS58124611U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、例えば自動車エンジンの排気ガス中
から酸素成分を除去する装置に関する。

エンジンから排出される有害成分として、
HC，COとNOxがあげられ、HC，COについては
酸化させることにより、またNOxについては還
元することにより無害な成分に転換できる。

このために、排気系に三元触媒を取付け、
HC，COの酸化とNOxの還元を同時に行うように
した排気浄化システムが提案されている（例え
ば、特開昭46−7210号、同47−43611号及び同48
−90294号公報）。

この場合、三元触媒は、触媒に流入する排気ガ
ス中に酸化成分（O₂ガス、NOxガス）と還元成
分（CO，HC，H₂等の還元性ガス）が、頂度反
応する量同志含まれていないと効果がなく、その
ために触媒流入ガスの総合空燃比を正確に理論空
燃比λ（空気過剰率：１）としなければならな
い。

このようにするには、エンジンに供給する混合
気を理論空燃比（ストイキオメトリツク）とする
か、またはエンジンには濃度合気（リツチ）を供
給しておいて排気中に二次空気を導入することに
より理論空燃比にしていた。

しかしながら、エンジンの燃費効率は、理論空
燃比よりもやや薄い混合気を供給したときに最良
となる関係上、このような理論空燃比もしくはそ
れよりも濃い混合気の供給は燃費対策上得策とは
言えない。

もし、希薄混合気によりエンジンを運転してお
き、触媒上流において、排気中から燃焼に関与し
ない酸素成分を取り除くことができるならば、三
元触媒を有効に働かすことが可能となつて、排気
浄化効率とともに燃費効率のすぐれたシステムが
得られることになる。

本考案はこのような点に着目してなされたもの
で、触媒上流の排気ガス中から酸素成分を効率よ
く除去できる装置を提供することを目的とする。

以下、本考案の実施例を図面にもとづいて説明
する。

第１図は本考案の要部を示す拡大断面図であつ
て、１は酸素イオン伝導性の固体電解質、例えば
酸化ジルコニアでできた隔膜で、その両面にそれ
ぞれ白金（Pt）やパラジウム（Pd）、ロジウム
（Rh）などでできたポーラスな電極A₁〜A₉及び
C₁〜C₉がコーテイングされると共に、対応的に
取付けられ、かつこれら電極は互に結線される。

そして、電極A₁〜A₉のある側には、三元触媒
を通過する前の酸素を含んだガスが流入し、電極
C₁〜C₉のある側には解媒通過後の過剰酸素を含
まないガスが流入する。

この様子を具体的に示したのが、第２図であつ
て、１０はエンジン本体であり、その排気通路１
１の途中に酸素除去装置１２が介装される。

酸素除去装置１２の下流には三元触媒装置１３
が設置され、三元触媒装置１３を通過した排気ガ
スは再び酸素除去装置１２を経由して排気管１４
へと流出する。

酸素除去装置１２は、直方体のハウジング１６
に２つの入口１７Ａ，１８Ａと同じく出口１７
Ｂ，１８Ｂが形成され、この内部に第３図で示す
隔膜１Ａが収設される。

すなわち、両面に第１図のような電極A₁〜A₉
及びC₁〜C₉を取付け、交互に所定の間隔と幅を
もつてコルゲート状に折り重ねられた隔膜１Ａ
が、ハウジング１６の内部にきつちりと収装され
る。

この場合、入口１７Ａから流入した排気ガス
は、隔膜１Ａで区画された空間を通り出口１７Ｂ
からのみ流出し、かつ他方の入口１８Ａから流入
した排気ガスは同じく隔膜１Ａの他面で区画され
た空間を通り出口１８Ｂからのみ流出するよう
に、上下面及び両端部はシールされる。

上記エンジン本体１０には、理論空燃比よりも
薄い混合気（燃費が最良となる混合気）が供給さ
れるようになつている。

また、酸素除去装置１２の下流には、三元触媒
装置１３に流入する排気ガス中の酸素濃度を検出
する酸素センサ１９が設けてあり、この酸素セン
サ１９の出力にもとづいて制御回路（図示せず）
は前述の対向する電極A₁とC₁、A₂とC₂…A₉とC₉
との間に電圧を印加し、固体電解質からなる隔膜
１Ａにおける酸素イオンの伝導を促す。

次に作用について説明する。

酸化ジルコニア等の固体電解質でつくられた隔
膜１は、その両面に触れる排気ガス中の酸素分圧
に差があると、仮に解媒通過前の排気ガスの酸素
分圧が通過後の排気ガスよりも高いとすると、固
体電解質中では電極A₁〜A₉側から電極C₁〜C₉側
へと酸素イオンO^2-が移動する。

このため、Ａ電極側ではO₂＋4e^-→2O^2-、Ｃ電
極側では2O^2-→O₂＋4e^-の反応が進み、Ｃ電極側
で生成した電子e^-がＡ電極側へ移動するととも
に、Ａ電極側から取り込まれた酸素O₂がＣ電極
側へと移動することになる。

このようにして解媒通過前の希薄混合気の燃焼
排気中から、固体電解質の隔膜１を通して酸素が
解媒通過後の排気ガス中へ移動し、排気総合空燃
比が次第に理論空燃比に近づいていく。

ところが、第２図の構成からも分かるように、
実際にはエンジン本体１０から排出された排気ガ
スは、酸素を多く含んだ状態で酸素除去装置１２
の入口１７Ａより流入し、出口１７Ｂに流れる間
に酸素が除去され、理論空燃比即ち酸素分圧は殆
んど０になつて出口１７Ｂより流出し、三元触媒
装置１３へ流入する、三元触媒装置内でHC，CO
の酸化、NOxの還元の反応が行なわれると酸素
分圧はほぼ完全に０となる。このガスが酸素除去
装置の入口１８Ａより流入し、出口１８Ｂに流れ
る間に酸素が付加され、入口１７Ａにおける酸素
分圧に近い酸素分圧になる。従つて隔膜１Ａの各
部における両面（解媒上流側と下流側）の酸素分
圧の差は三元触媒等における流動抵抗に基づく圧
力差によるものと、三元触媒装置１３において未
然HC，COの酸化反応で消費されたことによるも
のとの和であり、酸素分圧の差は小さく、酸素の
移動を生じる反応速度は極めて小さい。

これに対して、電極C₁〜C₉とA₁〜A₉間に制御
回路から微小電圧を印加して強制的に電流を流す
と、酸素の取り込みは強制的に行われて、反応速
度が著しく高まる。

したがつて、Ａ，Ｃ電極間に微小電圧を印加す
るのと、固体電解質からなる隔膜１Ａの面積を、
第３図のようにして拡大することにより、三元触
媒装置１３に流入する前に排気中の酸素成分を十
分に低減して、ほぼ理論空燃比となるようにでき
る。

三元触媒装置１３では、このように流入排気ガ
スの総合空燃比が理論空燃比（λ_０≒14.54）に
制御されていれば、HC，COの酸化とNOxの還元
とを共に効率よく行うことができ、エンジン本体
１０に対する混合気を希薄化したことと相まつ
て、排気浄化と燃費とを同時に向上させられるこ
とになる。

ところで、上記酸素除去装置１２における消費
電力は、電圧値が非常に微小のためエンジンの燃
費を阻害するほどには大きくならず、また、この
印加電圧の制御はそれほど厳密に行わなくともよ
く、とくに上流側排気中に過剰酸素がなくなれ
ば、よほどの高電圧を印加しない限り酸素の移動
が不可能になるためそれ以上は空燃比が濃くなら
ず、自動的にストイキオメトリツクに制御され
る。

したがつて酸素センサ１９を設けずに所定の電
流を流し込むようにしてもよい。

上記実施例は三元触媒に流入する前の排気ガス
中から酸素成分を除去することを前提としてある
が、必らずしもこれに限られるわけではない。

以上のように本考案は、酸素イオン伝導性の固
体電解質の隔膜と、この両面に配置したポーラス
な組織をもつ白金などの電極と、隔膜の片面に酸
素を除去する排気ガス、他面に好ましくは過剰酸
素の存在しないガスをそれぞれ流す空間（室）
と、上記電極間に微小電圧の電流を流し込む制御
手段とを備えたので、排気ガス中から酸素成分を
効率的に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の要部を拡大して示す断面図、
第２図は全体的な構成を示す斜視説明図、第３図
は固体電解質隔膜の斜視図である。１，１Ａ……固体電解質隔膜、１０……エンジ
ン本体、１２……酸素除去装置、１３……三元触
媒装置、１６……ハウジング、１７Ａ，１８Ａ…
…入口、１７Ｂ，１８Ｂ……出口。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

酸素イオン伝導性の固体電解質で形成した隔膜
と、この隔膜の両面に取付けたポーラスな組織を
もつ白金などの電極と、隔膜の一側面により隔成
された解媒上流部排気ガスを流す空間と、他側面
により隔成された解媒下流部排気ガスを流す空間
と、上記両電極間に微少電圧の電流を流し込む制
御手段とを備えたことを特徴とする排気ガス中の
酸素除去装置。