Зонд для измерения содержания кислорода в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) 51) С 01 Ы 27/ ОПИ ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АТЕНТ,Ф Эдгар КДитер Пл ет- РГ) льк 48.505,к, 1979,35,к. 1980 . ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(прототип),(54) (57) 1. ЗОНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА В ВЫХЛОПНОМ ГАЗЕДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержапий омываемый выхлопным газоми служащий в качестве генератораэлектрического сигнала зонда измерительный датчик с твердым электролитом, помещенный в защитную рубашку,охватывающую его о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, измерительный датчик снабжен неконтактирующейс ним каталитически активной многослойной газонепроницаемой оболочкой,1080761 2, Зонд по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что измерительныйдатчик или охватывающая его защитная рубашка снабжены отверстиями иокружены слоями ситоткани из очищенной от окалины термостойкой стали,.покрытой пропитанной катализаторнымматериалом,3. Зонд по и. 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что катализаторныйматериал осажден на оболочку ситоткани,Зонд по и, 2 о т л и ч а ющ и й с я тем, что катализаторныйматериал осажден на необходимый длякатализа промежуточный слой окисиметалла, размещенный на ситоткани.5. Зонд по и. 4, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что необходимый длякатализа промежуточный слой выполнениз активной окиси алюминия.6. Зонд по пп. 2-5, о т л и ч аю щ и й с я тем, что в качестве катализаторного материала использованыметаллы 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-,1 Оные электроды 11 .Данное устройство характеризуется недостаточной точностью измерения.Наиболее близким йо 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 2 О зонда измерительный датчик с твердым электролитом, помещенный в защитную , рубашку охватывающую его 21.Недостаток датчика заключается в том, что он не обеспечивает достаточ"25 7. Зонд по пп. 1-6, о т л и ч аю щ и й с я тем, что в качестве катализаторного материала использованыметаллы платиновой группы в комбинации с неблагородными металлами,8. Зонд по пп. 6-7, о т л и ч аю щ и й с я тем, что в качестве катализаторного материала использовансостав платина (родий),9. Зонд Ро пп, 6-8, о т л и ч аю щ и й с я тем, что в качестве катализаторного материала использовансостав платина(родий)-алюминий.10. Зонд по пп. 1-9 о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что оболочкавыполнена из нержавеющей стали, содержащей алюминий.11. Зонд по пп, 1-10, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что оболочкасостоит из сплава, содержащего железо,хром, алюминий, в следующих количественных соотношениях, мас. ;Хром 13-1 5Алюминий 3,5-5Железо Остальное ной точности измерения при анализе выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания,Цель изобретения - повьппение 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 катализа. торным материалом; или катализаторный материал осажден на оболочку ситоткаии;или катализаторный матери1080761 В корпусе зонда 1, который навинчивается по типу свечи в отверстие,имеющее нарезку, в канале выхлопныхгазов, расположен твердый электролит2 из двуокиси циркония, покрытый снаружи и внутри платиной и шпинелевым 35защитным слоем, который охватываетсяцилиндрической защитной рубашкой изтермостойкого металла 3. Прилегая кпродольной части защитной рубашки,наматываются один на другой три слоя 40ситоткани 4 из очищенной из окалинытермостойкой стали, покрытого илипропитанного катализаторным материалом.Ситоткань может быть выполнена 45из проволоки с диаметром 0,07 мм иотверстий 0,1 мм и все это покрытокатализаторным материалом,В цельном материале защитной оболочки и головке зонда 1 закреплен в 50середине нарезной штифт 5, Над нимналожен просверленный в середине колпачок 6 из нержавеющего, термостойкого металла, который охватываетслои ситоткани 4 у другого внутренне го кенца. Колпачок привинчен к головке зонда гайкой 7, Непосредственно к"резьбе свечи" корпуса зонда 1 при-,3-Д "9 или Х или Х-А 1 О С улучшением в соответствии с изобретением обычных измерительных кйслородных зондов показан простой и дешевый путь улучшения системы регуал 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 катализаторно. го материала использован состав платина (родий); или в качестве катализаторного материала использован со став 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 13-15Алюминий 3,5-5Железо Остальное 25На чертеже представлен зонд для измерения содержания кислорода в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания. креппен держатель 8, охватывающийверхний конец слоев ткани сита 4,Зонд работает следующим образом.Для обезвреживания выхлопных газов двигателей внутреннего сгоранияиспользуютмногокомпонентные катализаторы, чаще всего трехкомпонентныекатализаторы. Эти трехкомпонентныекатализаторы обладают свойством одновременно окислять вредные веществаСО, НС и ИО в определенной областисостава выхлопных газов. Чтобы поддерживать этот состав выхлопных газов, в автомобилях используют дляочистки газов катализаторы вместе срегулируемым карбюратором. При этомс помощью зонда для измерения содержания кислорода в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания, так называемого 3 -зонда, определяют содержание О в выхлопных газах. С помощьюзонда получают напряжение до 800 мВ,соответствующего марциальному давлению кислорода в выхлопных газах. Зтонапряжение усиливается и регулируетчерез регулятор образование смеси вкарбюраторе, регулирование осуществляется таким образом, чтобы составвыхлопных газов смеси в наиболее узких пределах всегда делал возможнымоптимальное, одновременное окисление.СО, НС и ИО,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 кристаллографичес- ки1080761 10 ВНИИПИ Заказ 1399/56 Тираж 823 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 пирования смеси двигателей внутреннего сгорания за счет соотношениярегулирования, С помощью тбчного регулирования наряду с экономией" топлива достигают прежде всего значительно лучшего значения эмиссии,так как оптимальную рабочую точкутрехкомпонентного катализатора, используемого в системе, можно обеспечить более точно,Другое преимущество состоит втом, что оболочка, покрытая окисьюалюминия или другим веществом, обладающим большой поверхностной актив ностью, одновременно работает какфильтр и защищает измерительный датчик - зонда от загрязнений продуктами сгорания. Это позволяет осущест.вить увеличение продолжительностиэксплуатации от существующей в касто 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/ ЗОпалладий, платина-родий/платина/палладий/родий, платина/иридий,платина-палладий иридий. Предпочтительными являются состав платина-родий или платина/родий/алюминий. Еслиприменяют много катализаторных материалов, их можно разделить или одновременно осадить на носитель, Количество металла платиновой группы вкачестве каталитически активного элемента в оболочке зонда из экономических соображений не должно превышать 15 вес.и может составлять0,01-12 вес.Е предпочтительно 110 вес. . 45Если компонент платиновой группыоболочки содержит более одного такого металла, то весовое соотношениемежду платиной и обычными металламиплатиновой группы этого компоненталежит в интервале от 1:3 до 20:1. 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 осуществлятьг"ч известными 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)3 Зонд А Зонд С О, 9755 20 590 0,9876 70 6601,0028 250 6401,0112 270 6301,0213 320 600В 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.