Зонд для измерения содержания кислорода в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания Советский патент 1984 года по МПК G01N27/46 

2.Зонд по п. 1, отличаю щ и и с я тем, что измерительный датчик или охватывающая его защитная рубашка снабжены отверстиями п окружены слоями ситоткани из очищенной от окалины термостойкой стали покрытой пропитанной катализаторным материалом.

3.Зонд по п. 2, отличающийся тем, что катализаторный материал осажден на оболочку ситоткани.

f. Зонд поп. 2 отличающийся тем, что катализаторный материал осажден на необходимый для катализа промежуточный слой окиси металла, размещенный на ситоткани.

5.Зонд по п. 4, отличающийся тем, что необходимый для катализа промежуточный слой выполнен из активной окиси алюминия.

6.Зонд по пп. 2-5, отличающийся тем, что в качестве катализаторного материала использованы металлы платиновой группы.

7.Зонд по пп. 1-6, отличающийся тем, что в качестве катализаторного материала использованы металлы платиновой группы в комбинации с неблагородными металлами.

8.Зонд по пп. 6-7, отличающийся тем, что в качестве катализаторного материала использован состав платина (родий).

9.Зонд пп. 6-8, отличающийся тем, что в качестве катализаторного материала использован состав платина(родий)-алюминий.

10.Зонд по пп. 1-9, отличающийся тем, что оболочка выполнена из нержавеющей стали, содержащей алюминий.

11.Зонд по пп.1-10, отличающийся тем, что обололка состоит из сплава, содержащего желез хром, алюминий, в следующих количественных соотношениях, мас.%:

Хром13-15

Алюминий 3,5-5 Железо Остальное

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

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

Известен зонд для измерения содер жания кислорода в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания, содержащий твердый электролит и измерительные электроды ij .

Данное устройство характеризуется недостаточной точностью измерения.

Наиболее близким fto технической сзлцности к изобретению являете.® зонд для измерения содержания кислорода в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания, содержащий омьтаемый выхлопным газом и служащий в качестве генератора электрического сигнала зонда измерительный датчик с твердым электролитом, помещенный в.защитную , рубашку охватьюающую его zj .

Недостаток датчика заключается в том, что он не обеспечивает достаточ

ной точности измерения при анализе выхлопных газовдвигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения - повьштение точности измерения.

Поставленная цель достигается-тем, что в зонде для измерения содержания кислорода в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания, содержащем омываемый вь хлопным газом и служащий в качестве генераторного электрического сигнала зонда измерительный датчик с твердым электролитом, помещенньш в защитную рубашку охватывающую его, измерительньй 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 ста- ли покрытой или пропитанной катализаторным материалом; или катализаторный материал осажден на оболочку ситоткани; - .или катализаторный материал осажден на неоьходимый для катализа промежуточньш 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 труппы в комбинации с неблагородными металлами; или в качестве катализаторн го материала использован состав платина (родий); или в качестве катализаторного материала использован состав платина fродий)-алюминий; и оболочка выполнеиа из сплава нержаве ющей стали, содержащей алюминий, Кроме того, оболочка состоит из сплаваj содержащего железо, хром, алюминий, в следукщих количественных соотношениях, мае.%: Хром13-15 Алюминий 3,5-5 . Железо Остальное На чертеже представлен зонд для измерения содержания кислорода в вы хлопном газе двигателей внутреннего сгорания. В 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 ситоткани 4 из очищенной из окалины термостойкой стали, покрытого или пропитанного катализдторным материалом. Ситоткань может быть вьшолнена из проволоки с диаметром 0,07 мм и отверстий 0,1 «ми все это покрыто катализаторным материалом, В цельном материале защитной оболочки и головке зонда 1 закреплен в середине нарезной штифт 5. Над ним наложен просверленный в середине кол пачок 6 из нержавеющего, термостойкого металла, который охватьшаёт слои ситоткани 4 у другого внутренне го конца. Колпачок привинчен к голов ке зонда; гайкой 7. Непосредственно к резьбе свечи корпуса зонда 1 прикреплен держатель 8, охватьгоающий верхний конец слоев ткани сита 4, Зонд работает следуюпщм образом. Для обезвреживания выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания исцользуют многокомпонентные катализаторы, чаще всего трехкомпонентные катализаторы. Эти трехкомпонентные катализаторы обладают свойством одновременно окислять вредные вещества СО, НС и N0 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 назьшаемого -зонда, определяют содержание Oj в выхлопных газах, С помощью зонда получают напряжение до 800 мВ, соответствующего йарциальному давлению кислорода в выхлопных газах, Это напряжение усиливается и регулирует через регулятор образование смеси в карбюраторе, регулирование осуществляется таким образом, чтобы состав вьклопных газов смеси в наиболее узких пределах всегда делал возможным оптимальное, одновременное окисление. СО, ПС и N02, 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 окись алюминия, которая может содержать следующие фазы определяемые кристаллографически2-,.,J-Q или X или . С улучшением в соответствии с изобретением обычных измерительных кислородных зондов показан простой и дешевый путь улучшения системы регулировання смеси двигателей внутреннего сгорания за счет соотношения регулирования. С помощью точного регулирования наряду с экономией топ лива достигают прежде всего значительно лучшего значения эмиссии, так как оптимальную рабочую точку трехкомпонентН:Ого 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 измерительньш датчик - зонда от загрязнений продуктами сгорания. Это позволяет осущест вить увеличение продолжительности эксплуатации от существугснцей в насто ящее время, Катализаторный материал может состоять из металлов платиновой группы, в соответствующем случае в комбинации с неблагоприятными металлами, как алюминий или никель. К згаотребительным металлам платиновой груп пы относятся платина, рутений, палла диЙ8 иридий и родий, смеси или добав ки к этим смесям, например, платина палладий, платина-родий/платина/ палладий/родий, платина/иридий, платина-пал-чадий 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 мента в оболочке зонда из экономич ских соображений не должно превышать 15 вес.% и может составлять 0,01-12 вес.% предпочтительно 110 вес.%. 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:. Количество одного или нескольких нередких металлов в общей сложности может б1.ть в несколько раз больше количества металла платиновой группы. Нанесение каталитически активных компонентов на скелет основного металла ситоткани может осуществлять.-т 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 лк иттрий. Значение амплитуд сигналов мв для известного зона (А) и для зонда (С) представлены в соответствии с изобретением, где}1 -интервал, одинаковый для обоих зондов. Амплитуда сигнала в мв обычного зонда (А) и улучщенного в соответствии с изобретением (пример 2) зонда (С) Зонд А Зонд С и,9755 20590 0,9876 70660 1,0028 250640 1,0112 270630 1,0213 320600 В случае зонда (С) в соответствии с изобретением также получают явное преимзпцество по сравнению с обычными (известными) -кислородными измерительными зондами. Но различие здесь ярко выражено и амплитуда сигнала зонда (С) может рассматриваться в .течение всего интервала как линейно-изменяющаяся, следовательно обеспечивается наилучпмй сигнал для оптимального регулирования системы, который необхоДИМ для образования смеси двигателей внутреннего сгорания.