Зонд для измерения содержания кислорода в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания

 

1. ЗОНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА В ВЫХЛОПНОМ ГАЗЕ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий омываемый выхлопным газом и служащий в качестве генератора электрического сигнала зонда измерительный датчик с твердым электролитом , помещенный в защитную рубашку, охватывающую его, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, измерительный датчик снабжен неконтактирующей с ним каталитически активной многослойной газонепроницаемой оболочкой. СО 00 о Ф

СОЮЗ CQBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) g(gy) G 01 N 27/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н llATEHTV (21) 2931102/18-25 (22) 05.06.80 (32) 19.09,79 (33) ФРГ (46) 15.03.84. Бюл. Р 10 (72) Альфред Боцдн (ФРГ), Эдгар Коберштайн (Австрия), Ханс-Дитер Плетка (Австрия) и Херберт Фелькер (ФРГ) (71) Дегусса АГ (ФРГ) (53) 543.252(088.8) (56) 1. Патент ФРГ У 2.348.505, .кл. ф 01 N 27/58, опублик, 1979.

2. Патент ФРГ Ф 2758835, кл. В ОI.Я 27/50, опублик. 1980 (прототип). (54) (57) 1. ЗОНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА В ВЫХЛОПНОМ ГАЗЕ

ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержап ий омываемый выхлопным газом и служащий в качестве генератора электрического сигнала зонда измерительный датчик с твердым электролитом, помещенный в защитную рубашку, охватывающую его о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, измерительный датчик снабжен неконтактирующей с ним каталитически активной многослойной газонепроницаемой оболочкой.

1080761

2, Зонд по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что измерительный датчик или охватывающая его защитная рубашка снабжены отверстиями и окружены слоями ситоткани из очищенной от окалины термостойкой стали,. покрытой пропитанной катализаторным материалом, 3. Зонд по и. 2, о т л и ч а юшийся тем, что катализаторный материал осажден на оболочку ситоткани, 4. Зонд по и, 2 о т л и ч а ю . шийся тем, что катализаторный материал осажден на необходимый для катализа промежуточный слой окиси металла, размещенный на ситоткани.

5. Зонд по и. 4, о т л и ч а ю— шийся тем, что необходимый для катализа промежуточный слой выполнен из активной окиси алюминия.

6. Зонд по пп. 2-5, о т л и ч аю шийся тем, что в качестве катализаторного материала использованы металлы платиновой группы.

Изобретение относится к зондам для измерения содержания кислорода в выхлопном газе двигателей внуФреннего сгорания, который позволяет получать точный сигнал, необходимый для хорошего регулирования смеси.

Известен зонд для измерения содержания кислорода в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания, содержащий твердый электролит и измеритель-,1О ные электроды (IJ .

Данное устройство характеризуется недостаточной точностью измерения.

Наиболее близким ho технической сущности к изобретению являетсм зонд 15 для измерения содержания кислорода в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания, содержащий омываемый выхлопным газом и служащий в качестве генератора электрического сигнала 20 зонда измерительный датчик с твердым электролитом, помещенный в защитную, рубашку охватывающую его (2f.

Недостаток датчика заключается в том, что он не обеспечивает достаточ-25

7. Зонд по пп. 1-6, о т л и ч аю шийся тем, что в качестве катализаторного материала использованы металлы платиновой группы в комбинации с неблагородными металлами, 8. Зонд по пп. 6-7, о т л и ч аю шийся тем, что в качестве катализаторного материала использован состав платина (родий).

9. Зонд Ро пп. 6-8, о т л и ч аю шийся тем, что в качестве катализаторного материала использован состав платина(родий}-алюминий.

10. Зонд по пп. 1-9 о т л и ч а ю шийся тем, что оболочка выполнена из нержавеющей стали, содержащей алюминий.

ll. Зонд по пп. 1-10, о т л и— ч а ю шийся тем, что оболочка состоит из сплава, содержащего железо, хром, алюминий, в следующих количественных соотношениях, мас. :

Хром 1 3- 1 5

Алюминий 3 5-5

Железо Остальное ной точности измерения при анализе выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в зонде для измерения содержания кислорода в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания, содержащем омываемый выхлопным газом и служащий в качестве генераторного электрического сигнала зонда измерительный датчик с твердым электролитом, помещенный в защитную рубашку охватывающфо его, измерительный датчик снабжен неконтактирующей с ним, каталитически активной многослойной газонепроницаемой оболочкой. Причем охватывающая его защитная рубашка снабжена отверстиями и окружена. слоями ситоткани из очищенной окалины термостойкой стали покрытой или пропитанной катализаторным материалом; или катализаторный материал осажден на оболочку ситоткаии;-.HJIH катализаторный матери108076) ал осажден на неооходимый для катализа промежуточный слой окиси металла, размещенный на ситоткани, а необходимый для катализа промежуточный слой выполнен из активной окиси алюминия; причем в качестве катализаторного материала использованы металлы платиновой группы; или в качестве катализаторного материала использованы металлы платиновой груп- !О пы в комбинации с неблагородными металлами; или в качестве катализаторного материала использован состав платина (родий); или в качестве катализаторного материала использован состав платина (родий)-алюминий; и оболочка выполнена из сплава нержавеющей стали, содержащей алюминий, Кроме того, оболочка состоит из сплава, содержащего железо, хром, алюминий, в следующих количественных соотношениях, мас.7:

Хром 13-15

Алюминий 3 5-5

Железо Остальное 25

На чертеже представлен зонд для измерения содержания кислорода в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания.

B корпусе зонда 1, который навинчивается по типу свечи в отверстие, имеющее нарезку, в канале выхлопных газов, расположен твердый электролит

2 из двуокиси циркония, покрытый сна ружи и внутри платиной и шпинелевым защитным слоем, который охватывается цилиндрической защитной рубашкой из термостойкого.металла 3. Прилегая к продольной части защитной рубашки, наматываются один на другой три слоя 40 ситоткани 4 из очищенной из окалины термостойкой стали, покрытого или пропитанного катализаторным материалом.

Ситоткань может быть выполнена 45 из проволоки с диаметром 0,07 мм и отверстий 0,1 мм и все это покрыто катализаторным материалом, В цельном материале защитной оболочки и головке зонда 1 закреплен в 50 середине нарезной штифт 5, Над ним наложен просверленный в середине колпачок 6 из нержавеющего, термостойкого металла, который охватывает слои ситоткани 4 у другого внутренне-55 го кенца. Колпачок привинчен к головке зонда rайкой 7. Непосредственно к

"резьбе свечи" корпуса зонда 1 прикреплен держатель 8, охватывающий верхний конец слоев ткани сита 4.

Зонд работает следующим образом.

Для обезвреживания выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания используютмногокомпонентные катализаторы, чаще всего трехкомпонентные катализаторы. Эти трехкомпонентные катализаторы обладают свойством одновременно окислять вредные вещества

СО, НС и ИО) в определенной области состава выхлопных газов. Чтобы поддерживать этот состав выхлопных газов, в автомобилях используют для очистки газов катализаторы вместе с регулируемым карбюратором. При этом с помощью зонда для измерения содержания кислорода в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания, так называемого 3 -зонда, определяют содержание 02 в выхлопных газах. С помощью зонда получают напряжение до 800 мВ, соответствующего парциальному давлению кислорода в выхлопных газах. Зто напряжение усиливается и регулирует через регулятор образование смеси в карбюраторе, регулирование осуществляется таким образом, чтобы состав выхлопных газов смеси в наиболее узких пределах всегда делал возможным оптимальное, одновременное окисление

СО, НС и ИО2.

Катализаторный материал может быть осажден непосредственно на оболочку или на промежуточный слой окиси металла, необходимого для катализатора, который в свою очередь нанесен на оболочку. В случае особо благоприятного варианта изобретения применяют необходимый для катализа промежуточный слой из окиси алюминия переходного ряда. Эта окись алюминия может содержать еще добавки окислов церия, циркония, железа, никеля, олова, цинка, молибдена, редкоземельных элементов, а также кальция, стронция и бария или смесь этих элементов, Под окисью алюминия переходного ряда следует понимать активную, т.е. требующуюся для катализа окйсь алюминия, которая может содержать следующие фазы определяемые кристаллографически

g -,3-Д-Я-, или Х или Х-А1 0 .

С улучшением s соответствии с изобретением обычных измерительных кйслородных зондов показан простой и дешевый путь улучшения системы pery1080761

ВНИИПИ Заказ 1399/56 Тираж 823 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 пирования смеси двигателей внутреннего сгорания за счет соотношения регулирования. С помощью тбчного регулирования наряду с экономией" топлива достигают прежде всего значительно лучшего значения эмиссии, так как оптимальную рабочую точку трехкомпонентного катализатора, используемого в системе, можно обеспечить более точно.

Другое преимущество состоит в том, что оболочка, покрытая окисью алюминия или другим веществом, обладающим большой поверхностной актив-ностью, одновременно работает как фильтр и защищает измерительный датчик — зонда от загрязнений продуктами сгорания. Это позволяет осуществить увеличение продолжительности эксплуатации от существующей в касто- О ящее время.

Катализаторный материал может состоять из металлов платиновой группы, в соответствующем случае в комбинации с неблагоприятными металлами, как алюминий или никель. Х употребительным металлам платиновой группы относятся платина, рутений, палладий, иридий и родий, смеси или добавки к этим смесям, например, платина/ 30 палладий, платина-родий/платина/ палладий/родий, платина/иридий, платина-палладий иридий. Предпочтительными являются состав платина-родий или платина/родий/алюминий. Если применяют много катализаторных материалов, их можно разделить или одновременно осадить на носитель. Количество металла платиновой группы в качестве каталитически активного эле- 40 мента в оболочке зонда из экономических соображений не должно превышать 15 вес.X и может составлять

0,01-12 вес.Е предпочтительно 110 вес. . 45

Если компонент платиновой группы оболочки содержит более одного такого металла, то весовое соотношение между платиной и обычными металлами платиновой группы этого компонента лежит в интервале от 1:3 до 20:l

Количество одного или нескольких нередких металлов в общей сложности может быть в несколько раз больше количества металла платиновой группы.

Нанесение каталитически активных компонентов на скелет" основного металла ситоткани может осуществлятьизвестными методами, например путем пропитывания, Имеется также возможность осадить благородный металл путем гальваностегии на поверхность металла или испарить это на поверхность металла.

В качестве материала для оболочки зонда очень пригодным оказалось сито из не имеющего окалины, термостойкого сплава нержавеющей стали, содержащего алюминий. Такие материалы состоят из сплава, содержащего, например, железо, хром, алюминий, а также в соответствующем случае церий или иттрий.

Значение амплитуд сигналов мв для известного зона (А) и для зонда (С) представлены в соответствии с изобретением, гдето -интервал, одинаковый для обоих зондов.

Амплитуда сигнала в мв обычного зонда (А) и улучшенного в соответствии с изобретением (пример 2) зонда (С) h Зонд А Зонд С

О, 9755 20 590

0,9876 70 660

1,0028 250 640

1,0112 270 630

1,0213 320 600

В случае зонда (С) в соответствии с изобретением также получают явное преимущество по сравнению с обычными (известными) "кислородными измерительными зондами. Но различие здесь ярко выражено и амплитуда сигнала зонда (С) может рассматриваться в течение всего интервала Я как линейно-изменяющаяся, следовательно обеспечивается наилучший сигнал для оптимального регулирования системы, который необходим для образования смеси двигателей внутреннего сгорания.