JPS6159254A - 広域空燃比センサ− - Google Patents

広域空燃比センサ−

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Publication number
JPS6159254A
JPS6159254A JP59181249A JP18124984A JPS6159254A JP S6159254 A JPS6159254 A JP S6159254A JP 59181249 A JP59181249 A JP 59181249A JP 18124984 A JP18124984 A JP 18124984A JP S6159254 A JPS6159254 A JP S6159254A
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JP
Japan
Prior art keywords
carbon
electrode
fuel ratio
air
oxygen concentration
Prior art date
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Pending
Application number
JP59181249A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinichi Tamura
伸一 田村
Kazuya Komatsu
一也 小松
Shogo Watanabe
渡辺 正五
Yoshio Tanida
芳夫 谷田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP59181249A priority Critical patent/JPS6159254A/ja
Publication of JPS6159254A publication Critical patent/JPS6159254A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0029Cleaning of the detector
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4065Circuit arrangements specially adapted therefor

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

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〕 本発明は広域空燃比センサーに関し、詳しくは、燃料に
対してエアが少ないリッチ領域およびその逆のリーン領
域を含む全領域において、空燃比・起電力特性をリニア
なものとした空燃比センサーの改良に関する。これは、
特にエンジンの排気ガス中の酸素濃度を検出して、空燃
比を連続的に計測するセンサーの分野で利用されるもの
である。
〔従来技術〕
自動車に搭載されているエンジンから排出される排気ガ
ス中の酸素濃度を検出することによつて、間接的に空燃
比を計測することが行なわれているが、そのセンサーは
、−酸化炭素の容量%と酸素のそれとが等しい14.7
なる理論空燃比に対応する酸素濃度を境界にして、起電
力がステップ状に変化するλ特性を存することが知られ
ている。これは、理論空燃比に対する大小を判別するこ
とができても、エンジンの運転状態に応じた種々の制御
を、検出された空燃比に基づいて極め細かく行なうよう
な正確な空燃比を検出することはできない。
それを可能とするために、空燃比・起電力特性をリニア
にしたものとして、特開昭59−100854号公報に
記載された酸素濃度検出素子が知られている。
それは、多孔質電極のうち被測定ガスに接触する側に半
触媒性能を持た廿1.その電極と固体電fIB質と被測
定ガスとで構成される三相点近傍に、HCを酸化してC
Oを生成する金属酸化物を存在させたものである。
このようなセンサーにおいては、燃料に対してエアが少
ないリッチ領域で、カーボンが多孔質電極の表面に付着
し、この付着したカーボンと白金とが高温下で反応して
白金内部に浸透し、次に冷却されるとカーボンが白金内
で析出し、さらにカーボンが燃焼除去されることにより
白金の多孔質化が促進される。その結果、Ptの表面積
が増大するので、意図的に触媒性能の抑制されていた半
触媒性能状態から全触媒性能状態に変質することになり
、リニアな特性がλ特性に戻される。λ特性に戻れば正
確な空燃比の検出ができなくなるだけでなく、被測定ガ
スに接触する側の多孔質電極がますます多孔質化して、
センサーの機能劣化が助長される。したがって、リーン
領域における計測も不正確となり、エンジンの運転制御
に必要な指針を得る広域空燃比センサーとしての使用に
耐え得ないものとなる問題がある。
〔発明の目的〕
本発明は上述の問題に鑑みなされたもので、その目的は
、リッチ領域では半触媒性能を有するものとする一方、
リーン領域では三和点における金属酸化物によって、リ
ニア特性とされた空燃比センサーが、リッチ領域で全触
媒性能に変質するのを防止し・す°ア特性を保持して長
期0使脣ゝ耐えることができるようにすることである。
〔発明の構成〕
本発明の広域空燃比センサーの特徴は以下の通りである
。酸素イオン伝導性の固体電解質の両面に多孔質電極を
形成させると共に、これらの多孔質電極のうち被測定ガ
スに接触する側のものに半触媒性能を持たせ、その電極
と固体電解質と被測定ガスとで構成される三相点近傍に
、HCを酸化してCOを生成する金属酸化物を存在させ
た酸素濃度検出素子をエンジンの排気系に装着してなる
ものであって、空燃比がリッチ領域になるとそのフィー
ドバック回路を遮断する手段を設けると共に、酸素濃度
検出素子に付着したカーボンの焼却除去手段を設けてな
ることである。
〔作  用〕
燃料に対してエアが少ないためカーボンの付着が促進さ
れるリッチ領域で、酸素濃度検出素子の電極部への通電
装置および/または酸素濃度検出素子が装着されている
排気系の上流に設けたエア吹出し装置などからなるカー
ボンの焼却除去手段を作動させて、付着カーボンを除去
することにより、多孔質電極の表面に付着したカーボン
とPtとが反応するのを防止して、ptの多孔質化によ
る全触媒性能への変質を防止する。
〔実施例〕
以下、本発明をその実施例に基づいて詳細に説明する。
第1図は本発明の広域空燃比センサーの全体系統図で、
酸素濃度検出素子1は、はぼU字状に形成され、エンジ
ンの排気ガスが流過する排気管(被測定ガス流路)2に
取付けられている。
その構成は、大気3と被測定ガス4とを隔絶する例えば
管状の固体電解質5と、その両表面に形成された多孔質
電極6A、6Bと、その被測定ガス4側の表面に形成さ
れた図示しない金属酸化物からなっている。固体電解質
5は酸素イオン伝導性の物質で、その両面における酸素
濃度が異なっていると、濃度の高い方の酸素がイオン化
されて低い方に流れ、その程度に応じた起電力が発生す
るようになっている。多孔質電極6A、6BはPt(白
金)であって多孔質に焼結され、そのうち被測定ガス4
に接触する側のもの6Aは低活性化となるように、材料
や焼結条件が異なっていて半触媒性能とされている。さ
らに、その多孔質電極6Aと固体電解質5と被測定ガス
4とで構成される三相点近傍に、HCを酸化してCOを
生成する微細な金属酸化物が存在され、起電力を高める
ように工夫されている。その結果、リーン領域において
、半触媒性能の多孔質電極6Aにより排気ガス中のHC
が三相点近傍まで酸化されることなく到達し、そこで生
成されるCOの濃度が向上され、第2図の破線で示すλ
特性が実線で示すほぼリニアな特性に改善されているの
である。なお、7は両釜孔質電極6A、6Bに接続され
たリード線8A、8Bを介して、起電力による発生電圧
を検出する電圧計である。
このような酸素濃度検出素子1の被測定ガス流路の上流
に、エアを吹き出すエア吹出し装w9が設置されている
。そのエアの供給管路10には電磁弁】1が介在され、
その上流にはエアポンプ12が設けられている。なお、
電磁弁11は後述するコントロールユニット18からの
指令を受けて開閉するようになっている。
このようなエア吹出し装置9とは別に、酸素濃度検出素
子1の多孔質電極6Aに通電して被測定ガス中のカーボ
ンを、エア吹出し装置9から供給されたエア中の酸素と
反応させ、多孔質電極6Aの表面からカーボンを除去す
る通電装置13が設けられている。この装置は多孔質電
極6Aに電力を供給する電源14と、その供給のための
スイッチ15が設けられ、そのスイッチ15はコントロ
ールユニット18からの指令を受けて通断するようにな
っている。なお、酸素濃度検出素子lは通常センサカバ
ー16が被せられているが、その通気性の高いカバー1
6の排気管2への固定は、工  ・ア吹出し装置9のエ
ア吹出孔17と酸素濃度検出素子1を包囲するように取
付けられている。
なお、コントロールユニット18は、上述した機能を有
するものであるが、それは、例えばエンジン回転数やス
ロットル開度などの信号が入力されるようになっている
このような実施例によれば、次のようにして酸素濃度検
出素子1による排気ガス中の酸素濃度を計測すると共に
、そのリニア特性の変質が防止される。
エンジンの排気ガスが排気管2内を矢印19方向に流過
していると、本発明の広域空燃比センサーの酸素濃度検
出素子1によって、その酸素濃度が大気3例の濃度と対
比され、その差に応じて流れる酸素イオン量の大小によ
って起電力が発生する。いま、リーンな状態にあるとす
る。多孔質電極6Aは半触媒性能であることから、排気
ガス中のHCが多孔質電極6Aと固体電解質5と被測定
ガス4とで構成される三相点近傍まで酸化されることな
く到達し、そこに存在する金属酸化物によって酸化され
てCOが生成する。その際、金属酸化物においては酸素
を吸収するので酸素の分圧が低下する一方、生成された
COの分圧が上昇するので、第2図のリーン領域に示し
た実線のようにほぼリニアとなる。その結果、空燃比に
よる起電力の発生が連続的に高い精度で検出される。な
お、この起電力に応じてリーン状態の程度が把握される
ので、それに対応する空燃比がエンジンの運転を制御す
るために使用される。このようなり一ン領域での空燃比
の検出により制御系に常にフィードバックが掛けられ、
高速定常走行時などにおいて燃費の向上のために、空燃
比をある程度理論空燃比より燃料の薄いリーンに設定し
てエンジンを運転することができる。
一方、リッチな状態になると、排気ガス中のHCやco
の量が増大するので、多孔質電極6Aに付着するカーボ
ン量が多くなる。カーボンが多孔質電極6Aの表面に付
着すると、カーボンと白金とが高温下で反応してptの
多孔質化が促進される。その結果、ptの表面積が増大
するので、意図的に半触媒性能状態にある多孔質電極6
Aが、第2図のリッチ領域に示した破線のような全触媒
性能状態に変質する傾向が生じ、リニアな特性がλ特性
に戻されようとする。そのため、リッチ領域になると、
コントロールユニット18から指令が出されて、エアポ
ンプ12の駆動と電磁弁11の開口、これと同時にスイ
ッチ15の接続による多孔質電極6Aへの通電が行なわ
れる。その結果、酸素濃度検出素子1の被測定ガス流路
の上流にエアが吹き出され、しかも、通電によって多孔
質電極6Aの表面に付着したカーボンがエア中の酸素と
反応して燃焼除去されるので、多孔質電極6AのPtの
多孔質化が防止される。
第2図に示す白丸は、リニア特性を有する場合の計測デ
ータで、リッチ領域における三角はエアの吹出しと多孔
質電極の通電を行なった耐久テスト後の触媒性能の変質
のないことを示す計測データである。一方、リーン領域
における三角は金属酸化物により得られたリニア特性が
耐久テスト後も変化しないことを示す計測データである
。ちなみに、黒丸は、カーボンを除去しない場合のデー
タで、そのリッチ領域で全触媒性能への変質と、リーン
領域での起電力低下を意味し、全領域でλ特性に戻って
いることが判る。
なお、本例では、す・ソチ領域になるとエアのイ共給と
多孔質電極の通電を行なうようGこした力鴫、要は、多
孔質電極の表面に析出したカーボンとptとの反応を防
止するようにすればよし)ので、多孔質電極への通電の
みでもよく、また、通電力ロタ尋シを行わない場合でも
、Mitkのエアを供給してCOを自然着火させてカー
ボンを除去するよ痕こしてもよい。エアを大量に供給す
る場合に番よ、多孔質電極を冷却する効果も発揮され、
多孔質化のJrl mll 4こ寄与することができる
。なお、このり・ソチ領域Gこおける操作はいずれもオ
ープンル−プ状態下(市制御を行なうだめのフィードバ
ック回路を遮断していること)で行なうようにしている
ものであり、エンジンの制御系に誤った空燃比の信号を
送ることはない。
〔発明の効果〕
本発明は以上の実施例の説明から判るようGこ、酸素濃
度検出素子の被測定ガス流路の上流Gこエアを吹き出す
エア吹出し装置と、多孔質電極Gこ通電して被測定ガス
中のカーボンをエア中の酸素と反応させて除去する通電
装置の両方もしくはいずれか一方が設けられているので
、カーボンの析出が促進されるリッチ領域で、カーボン
と多孔質電極のptとの反応が防止される。その結果、
広域空燃比センサーは、長期にわたりリニア特性を保持
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す広域空燃比センサーの全
体系統図、第2図は広域空燃比センサーの空燃比・起電
力の特性およびその計測データを示すグラフである。 1−酸素濃度検出素子、4−被測定ガス、5一固体電解
質、6A、6B・−多孔質電極、9・−エア吹出し装置
、13−通電装置。 特許出願人   マ ツ ダ 株式会社代理人 弁理士
 吉相 勝俊(ほか1名)第1図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸素イオン伝導性の固体電解質の両面に多孔質電
    極を形成させると共に、これらの多孔質電極のうち被測
    定ガスに接触する側のものに半触媒性能を持たせ、その
    電極と固体電解質と被測定ガスとで構成される三相点近
    傍に、HCを酸化してCOを生成する金属酸化物を存在
    させた酸素濃度検出素子をエンジンの排気系に装着して
    なるものにおいて、 空燃比がリッチ領域になるとそのフィードバック回路を
    遮断する手段を設けると共に、酸素濃度検出素子に付着
    したカーボンの焼却除去手段を設けてなることを特徴と
    する広域空燃比センサー。
  2. (2)前記カーボンの焼却除去手段は、酸素濃度検出素
    子の電極部を通電加熱する通電装置であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の広域空燃比センサー。
  3. (3)前記カーボンの焼却除去手段は、酸素濃度検出素
    子が装着されている排気系の上流に設けたエア吹出し装
    置であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    広域空燃比センサー。
  4. (4)前記カーボンの焼却除去手段は、酸素濃度検出素
    子の電極部を通電加熱する通電装置と、酸素濃度検出素
    子が装着されている排気系の上流に設けたエア吹出し装
    置とを装備していることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の広域空燃比センサー。
JP59181249A 1984-08-30 1984-08-30 広域空燃比センサ− Pending JPS6159254A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6338055U (ja) * 1986-08-28 1988-03-11

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6338055U (ja) * 1986-08-28 1988-03-11

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