JPH0686067U - 内燃機関の空燃比センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】センサ素子表面に鉛等の被毒物質が付着して、
保護層の目詰まりによる酸素センサの特性がリーン化し
て劣化するのを防止する。 【構成】プロテクタ１３は、内外二重筒構造を成し、外
筒１４の周壁には、周囲複数箇所から排気を取り入れる
ための排気取入孔１４ａが複数形成されている。また、
内筒１５の周壁には、該内筒１５の内側に臨むセンサ素
子部１２に対して排気を導入する排気導入孔１５ａが複
数形成される。そして、外筒１４内周壁と内筒１５外周
壁との間には、円筒状のセラミックヒータ１８が介装さ
れている。このセラミックヒータ１８の周面縦方向に
は、スリット１８ａが複数形成されると共に、上端部に
はセラミックパイプ１８ｂ，１８ｃの一端が接続され
て、他端はホルダ１１を通って外部に導出される。この
パイプ１８ｂ，１８ｃ間には、コントロールユニットか
らの命令にしたがって電圧を印加することによりセラミ
ックヒータ１８を加熱するようになっている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、内燃機関の排気管に装着して該機関に供給される混合気の空燃比と 密接な関係にある排気中の酸素等特定成分の濃度に感応して空燃比を測定し空燃 比フィードバック制御におけるフィードバック信号の提供に用いる空燃比センサ に関する。

【０００２】

【従来の技術】

空燃比センサとしての酸素センサは、ジルコニア等よりなるセンサ素子を機関 の排気中に臨ませて、大気中の酸素濃度（一定）と排気中の酸素濃度との比に基 づいて発生する起電力を取り出し、これにより、排気中の酸素濃度を介して機関 に吸入される混合気の空燃比を検出するもので、空燃比フィードバック制御に用 いられている（実開昭６３−４１７６１号公報等参照）。

【０００３】 従来、この種の酸素センサのとしては、例えば図５に示すような構造を有した ものがある。 即ち、このものは、ＺｒＯ₂ チューブ型の酸素センサ６の構造を示すもので、 ホルダ７の先端部に、センサ素子としてのセラミック管１（以下、ジルコニアチ ューブという。）を保持させ、これをスリット９ａ付のプロテクタ９によって覆 ってある。そして、ジルコニアチューブ１内には、排気温度が低い時の酸素セン サ６の作動特性及び応答性を向上させるためにジルコニアチューブ１を加熱する 棒状のセラミックヒータ８が介装されている。

【０００４】 そして、この種の酸素センサのセンサ素子部としては、例えば図６に示すよう な構造を有したものがある（特開昭５８−２０４３６５号公報等参照）。 即ち、このものは図において、先端部を閉塞した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂ ）を主成分としたセラミック管１の内表面と外表面の各一部には白金（Ｐｔ）ペ ーストを塗布した後、セラミック管１を焼成することで、起電力取り出し用の白 金電極２，３を形成してある。セラミック管１の外表面には、更に白金を蒸着し て触媒層４を形成し、その上からマグネシウムスピネル等の金属酸化物を溶射し て、保護層５を形成してある。

【０００５】 そして、前記セラミック管１の内側に基準気体として大気が導かれるようにす る一方、セラミック管１の外側を機関排気通路に臨ませて被検出気体である排気 と接触させ、内表面に接触する大気中の酸素濃度と外表面に接触する排気中の酸 素濃度との比に応じた電圧を白金電極２，３間に発生させることにより、排気中 の酸素濃度を検出するものである。

【０００６】 即ち、前記白金触媒層４は、一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣと酸素Ｏ₂ とのＣ Ｏ＋1/2 Ｏ₂ →ＣＯ₂ ，ＨＣ＋Ｏ₂ →Ｈ₂ ＋ＣＯ₂ なる酸化反応を促進し、濃混 合気で燃焼させた時にその部分に残存する低濃度のＯ₂ をＣＯやＨＣと良好に反 応させてＯ₂ 濃度をゼロ近くにし、セラミック管１内外のＯ₂ 濃度比を大きくし て、大きな起電力を発生させる。

【０００７】 一方、希薄混合気で燃焼させた時には、排気中に高濃度のＯ₂ と低濃度のＣＯ やＨＣがあるため、ＣＯ，ＨＣとＯ₂ とが反応してもまだＯ₂ が余り、セラミッ ク管１内外のＯ₂ 濃度比は小さく殆ど電圧は発生しない。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、機関の始動時において、セラミックヒータ８への通電によりセンサ 素子部が十分に加熱されるまでの間に、低温状態にある排気がセンサ素子部に導 入されるので、該低温排気中の鉛等の被毒物質が析出してセンサ素子部表面の保 護層５に付着することにより該保護層５が目詰まりをおこす場合がある。そして 、この目詰まりにより、保護層５を通過する排気の通過量が制限されることによ り応答が遅くなり、センサ特性がリーン化して特性劣化の原因となるといった問 題点があった。

【０００９】 そこで、本考案はかかる従来の問題点に鑑みなされたものであり、センサ素子 表面に鉛等の被毒物質が付着するのを防止することにより、保護層の目詰まりを 無くしてセンサの作動特性及び応答性を向上させた酸素センサを提供することを 目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

このため、本考案は、機関の排気系に介装され、排気流通可能に形成した略筒 状のプロテクタにより覆われて排気中に臨むセンサ素子部により排気中の特定成 分の濃度に感応して機関に供給される混合気の空燃比を検出する内燃機関の空燃 比センサにおいて、前記プロテクタを内外二重筒構造とし、該内外筒間に介装さ れたヒータを含んで構成される。

【００１１】

【作用】

かかる構成によれば、例えば、機関始動後所定時間、プロテクタの内外筒間に 介装されたヒータに通電して該ヒータを加熱する。 そして、低温状態にある排気は、プロテクタの外筒のスリットから内筒を通っ てセンサ素子部に流入する際、内外筒間の加熱されたヒータに衝突して直接加熱 され高温排気となる。そして、内部に流入してセンサ素子部外壁と内筒の内壁と の間に介装される排気も、周りのヒータにより熱せられて、更に高温となる。し たがって、低温排気状態における、排気中の鉛等の被毒物質が析出するのが防止 されるので、該鉛等の被毒物質がセンサ素子部表面に付着するのが防止される。

【００１２】 このように、センサ素子表面の保護層に排気中の鉛等の被毒物質が付着するこ とが極力防止され、該被毒物質の付着による保護層の目詰まりにより応答が遅く なり、センサ素子の特性がリーン化することがないので、酸素センサの作動特性 及び応答性を向上させるこができる。 また、排気温度の低温時にも酸素センサの性能を確保できるので、低温始動後 空燃比フィードバックを開始当初から良好な制御精度が得られる。ひいては空燃 比フィードバックの開始時期を早めることもでき、これによって排気エミッショ ンを改善することができる。

【００１３】

【実施例】

以下に、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。 図１〜図４は、ＺｒＯ₂ チューブ型の酸素センサ１０の構造を示す図で、機関 排気管壁１６に取り付けられるホルダ１１の先端部に、センサ素子としてのセラ ミック管１２（以下、ジルコニアチューブという。）を保持させ、これをプロテ クタ１３によって覆ってある。

【００１４】 このプロテクタ１３は、内外二重筒構造を成し、外筒１４の周壁には、周囲複 数箇所から排気を取り入れるための排気取入孔１４ａが複数形成されている。こ の排気取入孔１４ａは、縦方向に入れた切り込みを内側に折り曲げて形成される 。また、内筒１５の周壁には、該内筒１５の内側に臨むセンサ素子部１２に対し て排気を導入する排気導入孔１５ａが複数形成される。

【００１５】 そして、外筒１４内周壁と内筒１５外周壁との間には、円筒状のセラミックヒ ータ１８が介装されている。このセラミックヒータ１８の周面縦方向には、スリ ット１８ａが複数形成されると共に、上端部にはセラミックパイプ１８ｂ，１８ ｃの一端が接続されて、他端はホルダ１１を通って外部に導出される。このパイ プ１８ｂ，１８ｃ間には、図５に示すように、コントロールユニット１９からの 命令にしたがって電圧を印加することによりセラミックヒータ１８を加熱するよ うになっている。

【００１６】 尚、ジルコニアチューブ１２の開口端には、導電体であるコンタクトプレート ２０が、筒状のアイソレーションブッシュ２１の先端面で押圧して電気的に接触 させてあり、アイソレーションブッシュ２１は、ホルダー１１に加締固定したカ バー２２で皿バネ２３を介して固定してある。そして、コンタクトプレート２０ にはリード線２４が圧着固定され、このリード線２４はアイソレーションブッシ ュ２１の基端部の孔内に装着されるカバー２２により加締固定されるラバーチュ ーブ２５に引通して外部に導出される。

【００１７】 次に、本考案の作用を説明する。 先ず、機関を始動すると、その後所定時間、コントロールユニット１９からの 命令にしたがって、プロテクタ１３の内外筒間に介装されたセラミックヒータ１ ８に通電され該ヒータ１８が加熱される。 そして、図の矢印方向から流れる低温状態にある排気Ｅは、プロテクタ１３の 外筒１４に形成された排気取入孔１４ａから流入する。そして、流入した排気は 、内筒１５を通ってセンサ素子部に流入する際、内外筒間の加熱されたセラミッ クヒータ１８に衝突して直接加熱され高温排気となる。ここで、セラミックヒー タ１８と内外筒内壁との間に隙間を設けることによりヒータ１８の加熱表面積を 十分大きくし、かつ、排気取入孔１４ａから周方向に流入した排気Ｅがヒータ１ ８の両側面に沿って流れることにより可及的に加熱効率を高めることができる。

【００１８】 そして、内部に流入してセンサ素子部外壁と内筒１５の内壁との間に介装され る排気も、周りのセラミックヒータ１８により熱せられて、更に高温となる。し たがって、低温排気状態における、排気中の鉛等の被毒物質が析出するのが防止 されるので、該鉛等の被毒物質がセンサ素子部表面に付着するのが極力防止され 、該被毒物質の付着による保護層の目詰まりにより応答が遅くなり、センサ素子 の特性がリーン化することがないので、酸素センサの作動特性及び応答性を向上 させるこができる。

【００１９】 また、排気温度の低温時にも酸素センサの良好な性能を確保できるので、低温 始動後空燃比フィードバックを開始当初から良好な制御精度が得られ、ひいては 空燃比フィードバックの開始時期を早めることもでき、これによって排気エミッ ションを改善することができる。 尚、以上の実施例では、本考案をＺｒＯ₂ チューブ型の酸素センサに適用した 例について説明してきたが、このものに限定されるものではなく、本考案はＺｒ Ｏ₂ プレート型の酸素センサやＴｉＯ₂ 型の酸素センサにも適用することができ る。

【００２０】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、プロテクタを内外二重筒構造とし、該 内外筒間にヒータを介装するように構成したので、低温排気が加熱されて排気中 の鉛等の被毒物質が析出するのが防止されて、センサ素子表面の保護層に排気中 の鉛等の被毒物質が付着することが極力防止され、該被毒物質の付着による保護 層の目詰まりにより応答が遅くなり、センサ素子の特性がリーン化することがな いので、酸素センサの作動特性及び応答性を向上させるこができる。

【００２１】 また、排気温度の低温時にも酸素センサの性能を確保できるので、低温始動後 空燃比フィードバックを開始当初から良好な制御精度が得られ、ひいては空燃比 フィードバックの開始時期を早めることもでき、これによって排気エミッション を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る酸素センサを排気管に取付けた状
態を示す断面図。

【図２】本考案に係る酸素センサのプロテクタ部分を示
す部分縦断面図。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。

【図４】本考案に係る酸素センサのプロテクタ及びセラ
ミックヒータを示す分解図。

【図５】本考案の全体構成を示すシステム図。

【図６】従来の酸素センサの構造を示す一部切欠き断面
図。

【図７】従来の酸素センサのセンサ素子部の構造を示す
断面図。

【符号の説明】

１０ 酸素センサ １１ ホルダ １２ ジルコニアチューブ １３ プロテクタ １４ 外筒 １４ａ 排気取入孔 １５ 内筒 １５ａ 排気導入孔 １６ 排気管壁 １８ セラミックヒータ １９ コントロールユニット ２０ コンタクトプレート ２１ アイソレーションブッシュ ２２ カバー ２３ 皿バネ ２４ リード線 Ｅ 排気

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の排気系に介装され、排気流通可能に
   形成した略筒状のプロテクタにより覆われて排気中に臨
   むセンサ素子部により排気中の特定成分の濃度に感応し
   て機関に供給される混合気の空燃比を検出する内燃機関
   の空燃比センサにおいて、 前記プロテクタを内外二重筒構造とし、該内外筒間に介
   装されたヒータを含んで構成したことを特徴とする内燃
   機関の空燃比センサ。