JPH01114748A - 酸素センサ - Google Patents

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】 本発明は、基準ガスに対する未知のガス中の酸素濃度を
検出するためのガス成分電気化学センサに関する。この
センサは、制御部材に連結された内側導電性コーティン
グと外側導電性コーティングとを備えた管状の電解質シ
ンプルを有している。

基′！＄儂度と比較したときのガス中の酸素濃度の変化
は、エンジンに供給される空気／燃料比（空燃比）を表
す作動信号を発生させる。シール組立体によって、水そ
の他の液体がセンサに流入することが防止される。ヒー
タ部材が、制御部材からの電流を受けて、電解質シンプ
ルの温度を最低作動温度以上に維持するようになってい
る。この結果、作動信号は単に、未知のガスと基準ガス
との間の酸素濃度の差のみに基づいて発生される。

基準酸素濃度に曝される第１表面と未知の酸素濃度に曝
される第２表面とを有する固体電解質（例えば二酸化ジ
ルコニウム）のボディは、これらの第１表面と第２表面
との間に電位を発生ずることが知られている。かような
電解質部材を用いたセンサの例が、１９７６年６月１日
付発行の米国特許筒３，９６０．６９２号及び第３．９
６０，６９３号、１９７７年４月２６日付発行の米国特
許筒４，０１９，９７４号、及び１９７６年４月２７日
付再発行の米国特許筒Ｒｅ、　２８．７９２号に開示さ
れている。

二酸化ジルコニウム又は他の固体電解質ボディの表面を
触媒材料でコーティングすることによって、燃焼混合物
が、その燃料についての理論混合比より小さな空燃比で
燃焼されたものである場合にはいつでも、比較的大きな
出力信号を発生することができ、また、燃焼混合物が、
その燃料についての理論混合比より大きな空燃比で燃焼
されたものである場合にはいつでも、比較的小さな出力
信号を発生することが可能になる。従って、空燃比が比
較的小さな値から理論混合比を経て比較的大きな値に移
行するとき、センサによって、全体的にステップ状をな
す関数が形成されるであろう。

一般に、前掲の米国特許に示されているような固体電解
質は、閉端チューブ又はシンプルの形状に形成されてい
る。このシンプルの内側及び外側は、多孔質の金属電極
材料（例えばプラチナ又はパラジウム）でコーティング
されている。閉端チューブ又はシンプルの外部は排気装
置の中に挿入されていて、内燃機関（エンジン）内での
燃焼ガスにより生じた高温の排気ガスに曝されているか
、或いは流入する燃料と空気との混合物に曝されている
。一方、閉端チューブ又はシンプルの内部は、大気条件
に曝されている。従って、センサは、電解質シンプルの
内部と外部との間の酸素の分圧間の差に比例する電圧を
発生する。

通常、シンプルの外表面は、センサのハウジングのアタ
ッチメントを介して排気装置に電気的に接地されており
、排気装置は更に、センサの一方の導体を形成している
車両のシャーシに接続されている。この形式の電気的接
地接続方法は、米国特許第４，１１１，７７８号に開示
されたクリップによって説明されている。

殆どの車両は多種多様の電気的負荷を使用しており、こ
のため、酸素センサの電気的接地導体には該導体に作用
する種々の電位を有しており、実際には、電圧変動が全
（ないという訳ではない。

残念なことに、センサの内表面ターミナルと車両に接地
された外表面ターミナルとの間で測定した出力信号は、
センサ自体からの真の出力ではない。

従って、車両の他の電気コンポーネンツにより発生され
る電気負荷特性及び作動電位は、センサで測定したとき
に実際の電圧信号を変化させ、燃焼室に供給すべき空気
／燃料の混合物の設定を行う制御装置の適正な作動に支
障をきたすことになる。

このため、エンジンから排出される排気ガスの組成は、
この形式のセンサ構造によって不利な影響を受けること
になろう。

米国特許第４．０１９．９７４号では、外表面の導体に
接続されたターミナルに正極接地を圧着することにより
、この問題を解決することを試みている。

この特許におけるセンサでは、シンプルの回りに、絶縁
粉を介してグラファイト（黒鉛）製の弾性導体が配置さ
れていて、外側の導電表面とターミナルのコネクタとの
間に電気通路を形成している。

残念なことに、この構造は、外側の導電表面と電気ター
ミナルとの間に電流が遮断されることのない充分な電気
通路が形成されるように、各コンポーネンツを特別な関
係に維持する必要があり、その製造が複雑で高価につい
てしまう。

酸素センサが車両に取り付けられると、該酸素センサは
しばしば過酷な環境条件に曝される。車両が水の流れて
いる道路又は洪水になった道路を走行する場合に、酸素
センサが水中に浸漬されてしまうことはまず起こらない
。基準チャンバへの流路内にテフロンフィルタを設置す
る場合には、基準ガスを比較的乾燥した状態に保つ必要
があることが、米国特許第４．１１６，７９７号に開示
の発明で認められている。残念なことに、この形式のシ
ール構造では、コンポーネンツが急激な温度変化を受け
るときに確実なシールを行うことはできない。

通常、酸素センサは、殆どの車両の排気管内に配置され
ている。排気ガスの普通の温度は約６００℃であるが、
成る状況下においては、しばらくの間約９００℃にもな
ることがある。米国特許出願筒３７．３６２号に記載の
酸素センサは、電気化学センサ及びヒータの双方に給電
する正極接地する構造を備えている。制御部材に接続さ
れておりかつ接地されているセンサ及びヒータのリード
線は、多孔質フィルタ及び弾性シールに通されている。

シール領域内の温度が２００℃以下である限り、電気化
学シンプル部材には乾燥した基準ガスが与えられる。し
かしながら、もしもシール及びフィルタの温度が２００
℃以上になると、シールとフィルタと金属シェルとの間
の膨張係数の差異によって、シール又はフィルタに変形
が生じ、このため漏洩通路が形成されて、シンプル内に
水が流入できるようになる。このセンサのシール及びフ
ィルタに、高い温度で′ａ続的に軸線方向の荷重を作用
すると、シールの弾性が幾分低下しかつフィルタの空隙
率が変化することがｆａｉ！認されている。

酸素センサの構造を簡素化しかつシール及びフィルタに
軸線方向の荷重が作用しないようにするため、本発明者
が案出した酸素センサの製造方法では、モジュールコン
ポーネンツを互いに規則正しく結合することにより、非
接地構造の加熱形電気化学センサが得られるように構成
されている。

本発明のセンサにおいては、管状の電気化学シンプル部
材が、金属シェル内の絶縁されたキャリヤ部材の中に挿
入されている。シンプルは、導電性材料でコーティング
された内表面及び外表面を有している。多孔質のフィル
タは、その基部から突出した管状の軸線方向突出部を有
している。また、プリーツ（襞）を設けた形式のシール
は、前記フィルタの軸線方向突出部を包囲する中心部を
有している。多孔質フィルタの前記軸線方向突出部は、
スリーブの閉鎖端部に設けた開口部に挿入され、閉鎖端
部と接触すべく移動される。また、リード線がフィルタ
及びシールに通される。第１ターミナルが、制御装置の
電源に接続された第１ワイヤに取り付けられ、第２ター
ミナルが第２ワイヤに取り付けられて制御装置の電気的
接地を確立する。第３及び第４のワイヤもまた、円筒部
材の通路を通して支持される。第１接触リングが第３ワ
イヤに取り付けられ、第２接触リングが第４ワイヤに取
り付けられる。第１接触リングは、円筒部材から突出し
ていて第１暦部上に配置されている環状突出部に取り付
けられる。軸線方向の段付きボアが突出部を貫通して円
筒部材の中に延入している。この段付きボアの中には第
２接触リングが配置されて、第２肩部上に位置決めされ
る。

環状突出部は、第１及び第２の接触リングを電気的に絶
縁することに加えて、スプリングワッシャの案内面を形
成している。円筒部材は、その周面に設けた第１及び第
２の軸線方向の溝を有しており、これらの溝は、半径方
向に偏寄した第１及び第２のスロット内に延入している
。これらの半径方向のスロットは、少なくとも、軸線方
向の段付きボア内に延入している。次いで、第１及び第
２の半径方向スロット内には、それぞれ第１及び第２の
ターミナルが挿入される。軸線方向の段付きボア内に挿
入された管状のヒータ部材は、第１ターミナルと係合す
る第１接触表面を備えた第１端部と、第２ターミナルと
係合する第２接触表面とを有している。コイルスプリン
グには管状ヒータが通され、コイルスプリングの端部に
は接触カップが配置される。接触カップは一連のプロン
グすなわち突出部を有している。これらのプロングは管
状ヒータの表面と係合して、コイルスプリングを保持し
かつセンサのシンプル内で管状ヒータを位置決めする。

円筒状の接触延長部は第１端部を有しており、該第１端
部はターミナル部材の環状突出部に取り付けられるフラ
ンジを備えている。

ヒータは管状の電解質部材の内部と整合している。

接触延長部の第２端部をキャリヤ部材の内面と接触させ
る力が加えられ、同時に、接触カップが電気化学センサ
部材の内面と係合させられる。スプリングワッシャ及び
コイルスプリングによって、ターミナル部材が電気化学
センサ部材から離れる方向に弾性的に押され、電気化学
部材の内表面及び外表面と制御装置との間の電流路を形
成する。

スリーブの回りにはレーザの溶接部が形成され、スリー
ブを金属シェルに接合しかつシールしている。別の構造
として、スリーブの一部を金属シェルの溝内にロール掛
けして、接合部をシールすることもできる。

本発明の酸素センサの利点は、種々のコンポーネンツか
ら個々の組立体を構成し、これらの組立体を後で互いに
結合して最終組立体とすることによって達成される。

本発明の酸素センサの他の利点は、電気化学センサ部材
及び該電気化学センサ部材と組み合わされる内部ヒータ
の双方へのリード線を支持するターミナル構造にある。

本発明の他の利点は、ターミナル構造を支持しているス
リーブが金属シェルに対してシール接合されていて、こ
れにより、基準ガスが、電気化学部材でできた基準チャ
ンバ内に流入する前に、金属シェルを通って延在してい
る多孔質フィルタを通らなければならないように構成さ
れていることである。

本発明の他の利点は、金属シェル内に半径方向に保持さ
れたシール及びフィルタが、高温に唱される間に軸線方
向に膨張できるようになっているため、軸線方向に拘束
される場合に生じる変形がシール及びフィルタのいずれ
にも生じないようにしたことにある。

本発明の酸素センサの更に他の利点は、電気化学部材及
びヒータの電気的接地接続が制御装置により行われ、制
御装置により発生された作動信号が、高温を受けかつ長
時間に亘って水、その他の液体に曝された後の基準ガス
に対する、排気ガスの混合気中の酸素成分の真の比較値
を表すことができることである。

本発明のこれらの利点及び他の利点は、添付図面に基づ
く本発明の実施例についての以下の説明により明らかに
なるであろう。

第１図に示すエンジン（内燃機関）１６は排気装置１８
を有しており、該排気装置１８により、排気ガスが、マ
ニホルド２０から排気管２２を通って周囲の環境（大気
）に排出される。排気管２２内に配置された電気化学セ
ンサ２４により、排気ガス中の酸素含有量の示度が制御
装置２６に供給されるようになっている。該制御装置２
６は、エンジン１６を作動させるべく供給される空燃比
を制御するための作動信号を、電子式燃料制量装置２８
に伝達する。

排気ガス中の酸素含有量は、電気化学センサ２４によっ
て検出されて制御装置Ｗ２６に伝達され、該制御装！２
６によって、燃料制量装置２８への空燃比信号が、空気
浄化基準に合致させることに加えて燃料の経済性が得ら
れる設定作動制限値の範囲内に維持される。センサ２４
の正極リード線及び負極リード線の双方が制御装置２６
に接続されていて、車両内の電気的接地のあらゆる変化
が、排気ガス中の酸素含有量の変化により生じる作動信
号に影響を与えることのないようにしている。

電気化学センサすなわち酸素センサ２４の詳細が、第２
図〜第９図、及び第１２図〜第１４図に示されている。

六角面３４はワッシャ３６を備えており、該ワッシャ３
６は、ねじ４０が排威管に設けられた対応ねしに螺入さ
れるときに、ボス３８と係合する。金属製のシェル３０
は、第１端部４４に隣接した周溝４２と、第１端部４４
と第２端部４８との間で軸線方向のボア３２内に設けら
れた内部の環状肩部４６とを有している。

通孔が設けられた遮蔽体（シールド）５０は、第１端部
５２と第２端部５３とを有しており、第２端部５３はフ
ランジ５４を備えている。遮蔽体５０が軸線方向のボア
３２内に挿入され、フランジ５４が肩部４６上に座着さ
れる。複数の開口部６２．６２′・・・・・・６２′に
よって、排気ガスが、遮蔽体５０の内部と自由に連通で
きるようになっている。

軸線方向のボア３２内には支持部材５７が配置され、フ
ランジ５４と係合される。次いで、ボア３２内でフラン
ジ５４に隣接する個所において、支持部材５７にはシー
ル及び絶縁リング（例えばタルクすなわち滑石製のもの
）６０が配置される。

また、絶縁スペーサ（例えばセラミックディスク）５６
がボア３２内に配置され、リング６０と係合される。次
いで、ボア３２内にエレメントキャリヤ６６が配置され
る。３亥エレメントキャリヤ６６は円筒状の本体を有し
ており、該本体の第１端部にはフランジ６８が、他端部
すなわち第２端部には内側に突出するリップ７０が設け
られている。

キャリヤ６６の円筒状本体は絶縁スペーサ５６と係合し
、リップ７０はタルクリング６０と係合している。

センサエレメント７２は管状シンプルの形状をなしてお
り、二酸化ジルコニウムのようなイオン導電性の固体電
解質で作られている。開口端７６に隣接している環状の
外部リブ７８は、キャリヤ６６のリップ７０と係合して
いる。センサエレメント７２の外表面８０及び内表面８
２は、多孔質で電子導電性の層（例えばプラチナ）でコ
ーティングされていて、これらの表面８０．８２と接触
するガスの触媒を形成している。

外表面８０には、多孔質の絶縁保護コーティング８１が
施される。外表面及び内表面８０．８２は、開口端７６
において、コーティングされない環状表面によって分離
されていて、シンプルを通してイオンを流すことができ
る別の電気流路が確立されるようにしている。外側の導
電性コーティング（すなわち外表面）８０は、エレメン
トキャリヤ６６の本体と接触していて、電気流路を、絶
縁リング（すなわちスペーサ）５６及びタルクリング６
０を通して延長している。一方、開口端７６に隣接する
個所には、第８図に最も良く示す接触カップ８６が配置
されており、該接触カップ８６は、外側の導電性コーテ
ィング８０と内側の導電性コーティング（すなわち内表
面）８２との間に絶縁を維持しつつ内側の導電性コーテ
ィング８２を延長している。

キャリヤ６６に軸線方向の力が作用すると、フランジ６
８によってタルクリング６０が圧縮され、金属製のシェ
ル３０と、シンプル７２の外表面８０及びキャリヤ６６
との間にシールが形成されるようになっている。

第８図に最も良く示すように、接触キャップ８６は、環
状の基部８７から延びている一連のフィンガすなわちプ
ロング８８．８８′・・・・・・８８Ｎを備えている。

これらのプロング８８．８８′・・・・・・８８’はヒ
ータ部材９２の管状部材９０と係合して、第５図に示す
ように、ヒータ９２の端部９４をシンプル７２の内部の
ほぼ半径方向中心に保持している。

スリーブ９６は、閉鎖端部９８と開放端部１００とを有
している。スリーブ９６の開放端部１００にはフレア１
０２が設けてあり、閉鎖端部９８には複数の開口部１０
４．１０４′・・・・・・１０４Ｎ及び１０５が設けら
れている。スリーブ９６の第１直径部９５と第２直径部
との間には、肩部１９７によって段差が付されている。

レーザ溶接１０８によってスリーブ９６が金属シェル３
０に接合されており、開放端部１００に隣接する個所に
おいて水と空気に対する密封シールを形成している。

Ｎｏｒｔｏｎ　Ｃｈｅｍｐｌａｓｔ社から“Ｚｉｔｅｘ
　”の商標で販売されている多孔質のフィルタ材料又は
これと均等な材料であって、空気は通すけれども水は通
さないフィルタ材料１１２（第１４図に詳細に示す）が
、スリーブ９６内に配置されている。フィルタ１１２は
、複数め開口部１１１．１１１′・・・・・・１１１Ｎ
を備えた環状の基部１１０と、スリーブ９６の開口部１
０５に通される軸線方向の突出部１１３とを有している
。突出部１１３は、頂点１１７で終端している閉鎖端部
１１５を有している。スリーブ９６の閉鎖端部９８とフ
ィルタ１１２との間には、ゴムシール１２３（第１２図
及び第１３図に最も良く示す）が配置されている。シー
ル１２３は、中央の開口部２０５と一連の軸線方向の開
口部２０４．２０４′・・・・・・２０４Ｎとを備えて
おり、これらの開口部２０４．２０４′・・・・・・２
０４Ｎは、フィルタ１１２の軸線方向開口部１１１．１
１１′・・・・・・１１１Ｎ及びスリーブ９６の閉鎖端
部９８の開口部１０４．１０４′・・・・・・１０４Ｍ
と整合している。リード線１０６．１０６　　’１０６
Ｎは、これらの開口部１０４．１０４′・・・・・・１
０４’；　　２０４．２０４′・・・・・・２０４’；
及び１１１．１１１′・・・・・・１１１Ｎを通ってス
リーブ９６の内部に延入している。ゴムシール１２３の
外周面には一連のプリーツ（襞）　２０６．２０６　　
’・・・・・・２０６Ｎが設けられており、内周面すな
わち開口部２０５には一連のプリーツ２０８．２０８′
・・・・・・２０８Ｎが設けられている。また、開口部
２０４．２０４′・・・・・・２０４Ｎ内にも同様なプ
リーツが設けられている。これらのプリーツは、リード
線１０６．１０６′・・・・・・１０６’、スリーブ９
６の内周面及びフィルタ１１２の突出部１１３に対する
一連のシール表面を形成している。スリーブ９６の閉鎖
端部９８とフィルタ１１２との間に配置されたシール１
２３は半径方向の充分な弾性を有し、スリーブ９６及び
リード線１０６．１０６′・・・・・・１０６Ｎの絶縁
コーティングに対する気量シールを形成しており、これ
により、基準空気は、開口部１０５に通された突出部１
１３の部分のみを通って連通できるようになっている。

フィルタ１１２の物理的特性によって、乾燥した基準空
気のみがチャンバ１１８に存在するようになっている。

第２図、第３図、第６図及び第１Ｏ図に最も良く示すよ
うに、ターミナル部材１２０は、肩部１２６によって分
離された第１直径部１２２と、第２直径部１２４とを存
しており、第１直径部１２２からは突出部１３３が軸線
方向に延びている。突出部１３３の端部にはスロット１
３５が設けられていて、フィルタ１１２の基部１１０が
突出部１３３の端部と係合したときの流路が形成される
ようにしである。第１及び第２の軸線方向通路１２８．
１３０（第３図）が、ターミナル部材１２０の第１端部
１３２から第２端部まで延在している。第２端部１３４
から第１端部１３２に向かって、軸線方向の段付きボア
（盲孔）１３８が延在している。ターミナル部材１２０
の第２端部１３４から肩部１４０に向かって、軸線方向
のスロット１３６が延在している。リード線１０６に取
り付けられた第１接触リング１４２が肩部１４０に配置
されている。管状のヒータ９２を取り囲んでいるコイル
スプリング１４６が、接触リング１４４と接触カップ８
６との間の電気通路を形成している。スプリングワッシ
ャ１４８が、ターミナル部材１２０の第２直径部１２４
を取り囲んでいて、接触リング１４２及びキャリヤ延長
部材１５２に作用している。キャリヤ延長部材１５２の
端部はテーパ１５４になっていて、該テーバ部１５４は
キャリヤ６６の内部とセンサエレメント７２のシンプル
の開放端部７６との双方と係合している。スプリングワ
ッシャ１４８は電気通路を形成していて、センサ７２の
導電性外表面８０をリード線１０６に接続している。

ターミナル部材１２０の第１直径部１２２には第１及び
第２の溝１５６．１５８が設けられている。これらの溝
１５６．１５８は、通路１２８．１３０を通る平面に対
してほぼ直角に、直径に沿って延在している第１の半径
方向スロット１６０まで延在している。第２スロツト１
６２は、第１スロツト１６０に対して平行である。両ス
ロット１６０．１６２は、第１直径部１２２を貫通して
延在していることが明瞭に図示されているが、成る場合
にはボア１３８まで延入させるに留めることもできる。

通常の作動状態の下では、溝１５６．１５８、スロット
１６０．１６２、孔すなわち通路１２８．１３０は、フ
ィルタ１１２からチャンバ１１８内に空気を連通させる
流路として作用する。

第７図に示すように、ターミナル部材すなわち接触部材
１６４は平坦面１６６を有しており、該平坦面１６６か
らは廖１６８が延びている。平坦面１６６には中央の開
口部１７０が設けられており、該開口部１７０からはフ
ィンガすなわちプロング１７２．１７２′・・・・・・
１７２Ｎが突出している。脚１６８にはリード線１０６
′が取り付けられ、平坦面１６６はターミナル部材１２
０のスロット１６０内に挿入される。脚１６８が溝１５
６の底部と係合すると、開口部１７０が段付きボア１３
８の軸心に位置決めされる。同様に、リード線１０６Ｎ
が第２ターミナル１６４′に取り付けられ、スロット１
６２内に挿入される。腐１６８’が溝１５８の底部と係
合すると、開口部１７０′が段付きボア１３８の半径方
向中心に位置決めされる。

第１０図に示すように、抵抗形のヒータ９２は第１接触
領域１６１及び第２接触領域１６３を有している。ヒー
タ９２の管状部材９０の端部９３がボア１３８の底部１
３９と係合すると、第１接触領域１６１がターミナル１
６４′のプロング１７２．１７２′・・・・・・１７２
Ｎと係合し、かつ、第２接触領域１６３がターミナル１
６４のプロング１７２．１７２′・・・・・・１７２Ｎ
と係合して、コントローラすなわち制御装置２６からの
電気回路が完成する。このように、ヒータ９２の電気回
路が確立されることに加え、ターミナル１６４．１６４
　　’のプロングが管状部材９０と弾性的に係合して、
ヒータ９２の端部９４を、センサ７２のシンプルの端部
７４に対して所望の位置に保持する。

各リード線１０６．１０６′・・・・・・１０６Ｎは、
個々のワイヤからなる幾つかのストランドとして作られ
ている。第９図に示すように、第１グループのワイヤ１
７４は時計回り方向に撚られており、第２グループのワ
イヤ１７６は反時計回り方向に撚られている。これによ
り、第１グループのワイヤ１７４と第２グループのワイ
ヤ１７６との間には、螺旋空間が形成されることが理解
されよう。

ワイヤ１７６の外側にはプラスチック被覆が設けられて
おり、ワイヤが電気的にショートして制御装置２６とセ
ンサ２４との間の伝達に影響がないようにしている。ま
た、ワイヤ１７４と１７６との間の螺旋空間により、空
気（基準ガス）をチャンバ１１８に連通させるための付
加的な流路が与えられる。

■の壮　の、み鳥て　ゞ 第１０図に示すセンサ２４の分解図は、内燃機関の排気
ガス中の酸素濃度の測定に使用する加熱形及び外部接地
層電解質センサを構成する個々のコンポーネンツを組み
立てる好ましい方法を示すものである。

この組み立てにおいて、先ず、金属シェル３０を部品供
給箱から取り出し、通孔が形成された遮蔽体５０が、そ
のフランジ５４がシェル３０内の肩部４６に係合するま
で、シェル３０のボア３２に挿入される。ボア３２には
支持体５７が挿入され、フランジ５４に対して位置決め
される。タルク（滑石）製のシールリング６０がボア３
２内で支持部材５７に隣接して配置され、絶縁リング５
６がこのタルクリング６０上に配置される。

次いで、第１キャリヤ部材すなわちエレメントキャリヤ
６６がボア３２内に挿入され、フランジ６８を絶縁リン
グ５６と係合させる。次に工具をボア３２内に挿入して
フランジ６８及びリブ７８に作用し、タルクリング６０
を圧縮させてシンプル７２と金属シェル３０とキャリヤ
６６との間にシールを確立する。

次に、センサエレメント７２の閉鎖端部７４をキャリヤ
部材６６内に挿入する。これにより外側リブ７８がキャ
リヤ部材６６の内側表面６９と係合して、外側のコーテ
ィング表面８０との電気的な接続が形成される。

次いでキャリヤ延長部材１５２をボア３２内に配置し、
キャリヤ延長部材１５２がセンサ７２のリブ７８と係合
するまで、キャリヤ部材６６の内面６９に押し込む。

センサエレメント２４の終端部の組み立ては、リード線
１０６．１０６′・・・・・・１０６Ｎを、スリーブ９
６の閉鎖端部９８の開口部１０４．１０４’・・・・・
・ｌ　Ｏ４’　、ゴムシール１２３の開口部２０４．２
０４′・・・・・・２０４’及びフィルタ１１２の開口
部１１１．１１１′・・・・・・１１１Ｎを通して引っ
張ることによって開始される。シール１２３及びフィル
タ１１２は閉鎖端部９８と係合するように押し付けられ
る。プリーツすなわち襞の付いた表面２０６．２０６′
・・・・・・２０６Ｎは、充分な半径方向の弾性を有し
ており、スリーブ９６の内面に対する気量シールを形成
する。シール１２３が閉鎖端部９８と係合すると、突出
部１１３が開口部１１５を通って突出し、周囲の環境に
曝される。

接触部材すなわち第１ターミナル１６４がリード線１０
６′の端部に取り付けられ、第２ターミナル１６４′が
リード線１０６Ｎに取り付けられる。

リード線１０６．１０６　”が、ターミナル部材１２０
の通路１２８．１３０及び該ターミナル部材に取り付け
られた接触リング１４２．１４４を通して引き出される
。リードｉ　１０６　”が引き出されると、接触リング
１４４がボア１３８内の肩部１４０に座着する。同様に
、リード線１０６を引き出すと、接触リング１４２が肩
部１２６に座着する。

次いで、第１ターミナル１６４がスロット１６０内に挿
入され、第２ターミナル１６４′がスロット１６２内に
挿入される。

管状ヒータ９２の端部９３がターミナル部材１２０のボ
ア１３８内に挿入され、ターミナル１６４．１６４′の
プロングと弾性的に係合する。

ヒータ９２の端部９３がボア１３８の底部と接触すると
、管状部材９０の表面領域１６１．１６３がターミナル
１６４．１６４′のプロング１７２と接触し、これによ
り、リード線１０６　’　、１０６　’によって完全に
電流を流すことができる。次に、波形部材すなわちワッ
シャスプリング１４８が円筒面１２４上に置かれ、接触
リング１４２に隣接して位置決めされる。

次にコイルスプリング１４６が管状部材９０に通され、
その端部１４５を接触リング１４４と係合させる。次に
管状部材９０の上に接触カップ８６を置き、コイルスプ
リング１４６の端部１４７に隣接させる。これにより、
カップ８６のブロング８８が管状部材９０の管状面と弾
性的に係合するため、もしもヒータ部材９２を地面の方
に向けて、ターミナル部が垂直位置に置かれるようなこ
とがあっても、コイルスプリング１４６が落下すること
はない。

以上により、センサ２４を作るべく互いに結合される２
つの個々の組立体が得られたことになる。

ヒータ９２の端部９４をシンプルセンサ７２のボア８１
と整合させると、スリーブ組立体９６とシェル組立体３
０とが一体化される。ヒータの端部９４がボア８１内に
移動されると、接触カップ８６がセンサ７２の開放端部
７６の内面と係合し、スリーブ９６が金属シェル３０の
端部と係合する。

スリーブ９６とシェル３０とを一体に接合すべくレーザ
がスリーブ９６の回りで移動される間、これらの両部材
９６．３０を一緒に移動させる所定の力が維持される。

これらの部材９６．３０が一緒に移動されるとき、スプ
リングワッシャ１４８がキャリヤ延長部１５２に作用し
て、該キャリヤ延長部１５２のテーパ状の端部１５４を
キャリヤ６６の表面６９と係合させるべく保持し、かつ
、センサ７２のシンプルの４電性外表面８０を制御装置
２６の負信号すなわちリード！＊１０６とリンクさせる
。同時に、スプリング１４６によって、接触カップ８６
が導電性内表面８２と係合すべく移動されかつ制御装置
２６の正信号すなわちリード線１０６　”とリンクされ
る。

本発明の装置の操作方法 内燃機関１６が作動すると排気ガスが発生し、該排気ガ
スは、排気管２２を通って大気中に排出される。この排
気管２２にセンサ２４を設置すれば、排気ガスは、遮蔽
体５０の開口部６２．６２′を通してチャンバ６４内に
流入する。

一方、大気中の空気が、フィルタ１１２の突出部１１３
を通ってチャンバ１１８内に導入され、更にセンサ７２
のシンプルの内側コーティングすなわち内表面８２に導
入される。

制御装置２６からの電流が、リード線１０６′、１０６
Ｎを介してヒータ部材９２に供給される。

ヒータ部材９２の抵抗は、シンプルの温度がその最低作
動温度（二酸化ジルコニウムの場合には、３５０℃）以
上に維持されるように選択される。

導電性外表面８０と導電性内表面８２との間のイオン流
に変化が生じると、リード線１０６を介して作動信号が
制御装置２６に伝達される。リード′ｇＡ１０６”は、
非接地方式によって、制御装置２６を介して電気的に接
地されているため、作動信−号によってイオン流の変化
を正確に測定することができる。制御装置２６はイオン
流の信号を評価して、排気ガスを所望の作動基準範囲内
に維持するためにエンジン１６に、供給すべき空燃比を
制御する作動信号を発生する。

作動状態において、シェル３０が受ける温度は４．００
℃にも達し、コンポーネンツは膨張される。

シール１２３に付したプリーツの形状によって、フィル
タ１１２がターミナル部材１２０上でストップずなわち
突出部１３３に向かって移動するときに膨張することが
可能になる。シール１２３に複数のプリーツすなわち表
面２０６．２０６′・・・・・・２０６Ｎが設けられて
いるために、もしもリード線１０６．１０６′・・・・
・・１０６’に作用する横方向の力によって、表面すな
わちプリーツの１つを、表面９５に対する半径方向のシ
ール係合から引き離そうとする力が生じたとしても、プ
リーツすなわち表面は、容易に開口部１０５の内表面と
半径方向に係合することができる。フィルタ１１２の突
出部１１３の長さは、基部１１０がストップ１３３と係
合したときに、表面すなわち閉鎖端部１１５が開口部１
０５を通って突出できる長さに選定される。シール１２
３のプリーツによるシール係合がなされていても、基準
空気は、ボア１１９、スロット１３５及び溝１５６．１
５８を通ってチャンバ１１８内に流入することができる
。センサ２４が高温の排気ガスに曝されないようになる
と、シール１２３は、何らの永久変形を受けることなく
元の形状にもどる。また、フィルタ１１２は、その微孔
を圧縮する軸線方向の力を受けることがないので、フィ
ルタ１１２の空隙率も実質的な変化を受けることがない
。

フィルタ１１２及びシール１２３については、一定時間
２５０℃の温度に曝した後、水タンクに１時間浸漬する
という試験を行い、その後チャンバ１１８の耐水性をチ
エツクしたが、何らの異常も見られなかった。また、セ
ンサ２４を作動させてみたが、その作動は、上記過酷な
試験を行う前の作動と変わりはなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従って構成された電気化学センサを
備えた車両のエンジンの概略構成図であり、電気化学セ
ンサがエンジンの排気系に取り付けられて、排気ガス中
の酸素の示度に基づく燃料制御装置を形成している構成
を示すものである。 第２図は、第１図の電気化学センサの断面図である。 第３図は、第２図の３−３線に沿う断面図である。 第４図は、第２図の４−４線に沿う断面図である。 第５図は、第２図の５−５線に沿う断面図である。 第６図は、第２図のターミナル部材の斜視図である。 第７図は、第２図のヒータのリード線のスペード形ター
ミナルを示す斜視図である。 第８図は、第２図の接触カップを示す斜視図である。 第９図は、第２図のスペード形ターミナル及び接触リン
グに取り付けるリード線を示す部分拡大図である。 第１０図は、第２図の電気化学センサの分解図であり、
個々のコンポーネンツから最終組立体に組み立てる方法
を示すものである。 第１１図は、第２図の電気化学センサの金属シェルと管
状スリーブとの間に配置される別のシールを示す部分断
面図である。 第１２図は、第２回の弾性シールの拡大図であり、該弾
性シールの開口部及び金属シェルの表面と接触する表面
に設けた波形面を示すものである。 第１３図は、第１２図の弾性シールの端面図である。 第１４図は、第１２図に示す弾性シールと共に使用する
多孔質フィルタを示す拡大図である。 １６・・・エンジン、　　　　１８・・・排気装置、２
４・・・電気化学センサ、２６・・・制御装置、３０・
・・金属シェル、　　５０・・・遮蔽体、７２・・・セ
ンサエレメント（シンプル）、８６・・・接触カップ、
　　　９２・・・ヒータ、１１２・・・フィルタ、　　
１２０・・・ターミナル部材、１２３・・・ゴムシール
、 １０６．１０６′、１０６　”、１０６Ｎ・・・リード
線。 ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、　３　　　　　　　ＦＩＧ、　４ＦＩＧ、　１
０ ＋４５

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属シェル内に配置された電解質部材と、前記金
   属シェルに取り付けられたスリーブ内に配置されたター
   ミナル部材とが設けてあり、該ターミナル部材が、前記
   電解質部材を制御装置に接続するリード線との第１及び
   第２の接触部と、前記電解質部材に関連するヒータを前
   記制御装置に接続するリード線との第３及び第４の接触
   部とを保持しており、前記金属シェルが、前記リード線
   のための複数の開口部と中央の開口部とを備えた端部材
   を有しており、前記中央の開口部を通って、周囲の空気
   が前記ターミナル部材と電解質部材との間の基準チャン
   バに流入することができるように構成された酸素センサ
   において、前記スリーブと半径方向に係合する基部と、
   前記端部材の前記軸線方向の開口部を通って前記基部か
   ら突出している軸線方向の突出部とを備えたフィルタと
   、 前記金属シェルと半径方向に係合する一連の表面を備え
   た外周部と、前記フィルタの前記軸線方向の突出部と半
   径方向に係合する一連の表面を備えた内周部とを有して
   いるシール部材とが設けられており、該シール部材は前
   記リード線のための一連の開口部を備えており、前記シ
   ール部材の前記開口部は一連の表面を有しており、これ
   らの表面は前記リード線と係合して、周囲の空気が前記
   開口部を通って流入することを防止しかつ前記フィルタ
   の前記軸線方向の突出部を通して周囲の空気を前記基準
   チャンバ内に流入させ、前記電解質部材は、実質的に乾
   燥した周囲の空気が前記基準チャンバ内に存在するとき
   に、車両からの排気ガスに曝され、前記ヒータは、基準
   となる周囲の空気中の酸素と比べたときの排気ガス中の
   酸素含有量の変化によって前記電解質部材中にイオンの
   流れを生じさせることができるように、前記基準チャン
   バを所定の温度以上の温度に維持し、前記イオンの流れ
   の変化は、前記第１及び第２の接触部を介して前記制御
   装置に伝達され、前記シール部材は、前記スリーブ及び
   前記フィルタの前記軸線方向の突出部との前記半径方向
   の係合を維持しつつ温度に応じて軸線方向に膨張し、水
   が前記基準チャンバに侵入することを防止することを特
   徴とする酸素センサ。
2. （２）前記フィルタは、前記シール部材が膨張するとき
   に移動して前記ターミナル部材のストップと係合し、該
   ストップはスロットを有していて、乾燥した周囲の空気
   が前記基準チャンバ内に流入することが妨げられないよ
   うに構成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   酸素センサ。
3. （３）前記第１、第２、第３及び第４の接触部を接続す
   る前記リード線が前記シール部材に通されるとき、前記
   リード線は前記シール部材の一部に横方向の力を作用し
   、前記内周部及び外周部の前記複数の表面は、前記スリ
   ーブとの半径方向の接触を確実に維持することを特徴と
   する請求項２に記載の酸素センサ。
4. （４）前記フィルタの前記軸線方向の突出部は、前記基
   部が前記ストップに係合するときに前記スリーブを通っ
   て突出した状態にあり、周囲の空気が前記スリーブの外
   側でフィルタに流入できるように構成されていることを
   特徴とする請求項３に記載の酸素センサ。
5. （５）温度により前記シール部材及びフィルタが軸線方
   向に移動しても、これらのシール部材及びフィルタに永
   久変形が生じないことを特徴とする請求項４に記載の酸
   素センサ。