[发明专利]具有催化过滤器和极化的Nox传感器

说明书

本发明涉及检测气流中的氮氧化物(NOx)，更具体地，涉及检测诸如内燃机之类的热发动机中的废气中的氮氧化物(NOx)。

背景技术

已知大气中存在的过量氮氧化物是污染和健康问题的来源。不幸的是，热发动机的运作，特别是用于驱动机动车辆，产生的氮氧化物被释放到大气中。因此，催化排气装置通常与热发动机相关联从而俘获氮氧化物并使得排放进入大气最小化；还规定了发动机的运行参数以使得催化排气装置的效率最大化。

对于NOx气体的电化学传感器存在大量研究，该电化学传感器适用于监测此类污染物的排放。可以将此类传感器布置在热发动机的催化排气装置的气流中。

此类传感器通常包括传感元件，其包括固体电解质，所述固体电解质具有第一表面，在其上延伸出工作电极、参比电极和反电极。电极与布置用于计算气体浓度的处理器单元电连接。

对于电解质和电极的材料选择取决于对于传感器是灵敏的化合物以及其预期选择性，即传感器的能力不受到进行分析的气体中存在的其他化合物的影响。因此，对于氮氧化物，考虑如下传感器，其包括由氧化钇掺杂的氧化锆制造的固体电解质和铂制造的电极。

但是，在排气装置中，传感器通常经受具有侵略性的环境，这是由于废气的化学组成及其高温所导致的。这使得决定将哪种材料用于电极变得复杂化，并且影响了传感器的选择性和可靠性。

发明目的

本发明的目的是提供一种可靠且牢靠的氮氧化物传感器。

发明内容

为此，本发明提供了一种NOx气体传感器放在热发动机排气装置的气流中。传感器包括传感元件，其具有固体电解质，所述固体电解质具有第一表面，在其上延伸出工作电极、参比电极和反电极。制造工作电极的材料的电催化活性和催化活性小于参比电极和反电极的材料的电催化活性和催化活性，以及传感器包括：

-围绕传感器元件的催化过滤器；以及

-使得工作电极负极化的偏压装置，从而使其对于检测二氧化氮具有选择性。

催化过滤器首先将含碳还原性气体(烃、一氧化碳或CO)转化成二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)，这不导致来自传感器的任何响应，催化过滤器接着将NO、NO₂和NH₃化合物转化成NO和NO₂的混合物，其组成取决于热力学平衡，因此取决于温度还取决于氧分压。因此，在恒定温度和氧气压力下，无论初始NO和NO₂组成如何，传感器给出相同响应。因此，在没有偏压的情况下，传感器可以提供基本上取决于处于分析的气体中的氮氧化物浓度的响应。对工作电极进行负极化产生了如下电化学还原反应：

NO₂+2e-→NO+O^2-

偏压还抵抗了电化学氧化反应。传感器不再响应还原气体(包括NO和NH₃)，因此对于二氧化氮具有选择性。因此，传感器可以确定一氧化氮的浓度和二氧化氮的浓度。

通过阅读本发明特定的非限制性实施方式的如下描述，可以理解本发明的其他特性和优点。

附图说明

参考附图，其中：

-图1是提供有本发明传感器的排气装置的侧视示意图；

-图2是该传感器的正视示意图；以及

图3是包括两个本发明的传感器的检测装置的示意图。

具体实施方式

此处，将本发明描述用于测量如图1所示的排气装置中的氮氧化物。排气装置包括排气系统100，其具有与内燃机200的排气歧管相连的入口101以及通向开放空气的出口102。排气系统100包括已知的催化转化器103。

氮氧化物检测器装置(总体为附图标记1)安装在催化转化器103下游的排气系统100中。

参见图2，检测器装置1包括图2中总体为附图标记10的传感器。

传感器10包括被催化过滤器30围绕的传感元件20。

传感元件20包括由α氧化铝制造的支撑体21，其上沉积有一层氧化钇掺杂的氧化锆，从而形成固体电解质22。固体电解质22可以由一些其他材料制造，例如，其可以由任意如下材料制造：钆掺杂的二氧化铈(GDC)、钐掺杂的二氧化铈(SDC)等。