JPH10282045A - 酸素センサ及びその取付通路構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カバーの気体導入部、或いは検出素子へのミ
ストの付着を防止し、良好な検出状態を保持し得る酸素
センサ及びその取付通路構造を提供する。 【解決手段】 酸素センサ２０は、エンジンの吸気管１
２の壁の一部に設けられた陰電極３１を貫通して同吸気
管１２内にカバー２２を有する検出部を突出させてい
る。さらに、吸気管１２の壁において、陰電極３１の対
向側には陽電極３２が設けられている。エンジンの始動
とともに両電極３１，３２間に高電圧を付加することで
それら電極間には電界（静電場）が発生し、この発生し
た電界が混合吸気中に含まれるミストと酸素センサ２０
が取り付けられた陰電極３１との間に斥力を働かせしめ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関等に用い
られる酸素センサ及びその取付通路構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より酸素センサの構成としては、例
えば固体電解質（ジルコニア等）により内部空間を有す
る形状に形成された素子部と、同素子部の内外面に設け
られた一対の電極とを備えたものが一般的である。素子
部の外周には、同素子部を保護するためのカバーが設け
られており、同カバーはその内部に気体を導入できるよ
う開口部を有している。

【０００３】素子部の内部空間には、酸素濃度が既知で
ある基準ガスが供給されることにより、同素子部の内面
に設けられた電極はその基準ガスに接した状態になる。
一方、酸素センサが検出対象となる検出ガスの雰囲気中
に配置されることにより、両電極間には両ガスの酸素濃
度差に応じた起電力が発生し、或いは電流が流れる。し
たがって、この起電力又は電流値の大きさから検出ガス
の酸素濃度を知ることができる。

【０００４】上記のような酸素センサを用いた内燃機関
の空燃比制御にあっては、図６に示すように内燃機関１
００の排気通路１０１に設けられた酸素センサ（排気側
酸素センサ）１０２によって排気の酸素濃度が検出さ
れ、その酸素濃度に基づいて実際の空燃比が算出され
る。そして、その空燃比が目標空燃比（通常、理論空燃
比）になるようにフィードバック制御される。

【０００５】ところで、内燃機関１００においては、排
気中におけるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減させるための
排気再循環装置（ＥＧＲ装置）や、同機関１００のクラ
ンクケース（図示略）内に漏出した排気及び混合気等
（ブローバイガス）を排出するためのブローバイガス還
元装置（ＰＣＶ装置）が用いられることがある。

【０００６】同図に示すように、このＥＧＲ装置２００
では、排気通路１０１と吸気通路１０３とがＥＧＲ通路
２０１によって連通される。そして、同通路２０１を通
じて排気通路１０１から吸気通路１０３に戻されるＥＧ
Ｒガス（排気）の量（ＥＧＲ量）が流量調節弁２０２に
よって調節される。

【０００７】また、ＰＣＶ装置３００では、内燃機関１
００のシリンダヘッドカバー（図示略）内と吸気通路１
０３においてスロットル弁１０４よりも上流側の部分と
が圧力通路３０１により連通されるとともに、内燃機関
１００のクランクケース（図示略）内と吸気通路１０３
においてスロットル弁１０４よりも下流側の部分とがＰ
ＣＶ通路３０２により連通される。ＰＣＶ通路３０２の
途中には、流量調節弁３０３が設けられ、同弁３０３に
よりクランクケース内から吸気通路１０３に導入される
ブローバイガスの量（ＰＣＶ量）が調節される。

【０００８】このようにＥＧＲ装置２００或いはＰＣＶ
装置３００が設けられた内燃機関１００においては、Ｅ
ＧＲ量、ＰＣＶ量の変化により吸入空気の酸素濃度が異
なったものになる。その結果、実際の空燃比を目標空燃
比の変化に的確に追従させて制御することが困難になる
ことがあった。

【０００９】そこで、同図６に示すように、前述した排
気側酸素センサ１０２に加えて、ＥＧＲ通路２０１或い
はＰＣＶ通路３０２よりも下流側の空気通路１０３に別
の酸素センサ（吸気側酸素センサ）１０５を設け、この
吸気側酸素センサ１０５によってＥＧＲガス或いはブロ
ーバイガスの影響を含めた吸入空気の酸素濃度を併せ検
出する方法なども講じられている。こうして、吸入空気
の酸素濃度も併せ参照することで、上述した空燃比制御
における制御精度を向上させることができるようにな
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、排気通路１
０１或いは吸気通路１０３に設けられた上記各酸素セン
サ１０２，１０５では、内燃機関１００が運転状態とな
ることにより排気又はＥＧＲガス、ブローバイガスを含
んだ吸入空気に常時晒されることになるため、以下に示
す問題も無視できないものとなっている。

【００１１】すなわち、こうした吸入空気にはブローバ
イガス中のオイルミストやＥＧＲガス中の硫酸ミスト
（以下、これらをまとめて「ミスト」という。）が含ま
れている。そして、このミストは酸素センサ１０２，１
０５のカバー１０６，１０７や、同カバー１０６，１０
７内の素子（図示略）に付着することがある。そして、
カバー１０６，１０７や素子の表面に付着したミストが
堆積することにより、同カバー１０６，１０７の通気孔
や、素子の外周面に形成された多孔質層に目詰まりが発
生することがある。こうした目詰まりが発生すると、カ
バー１０６，１０７の内外における酸素濃度に差が生じ
たり、或いは多孔質層を吸排気が通過し難くなるため、
酸素センサ１０２，１０５の検出精度、特に応答性が悪
化することとなる。

【００１２】特に、吸気側酸素センサ１０５にあって
は、吸気通路１０３を通過する吸入空気（ＥＧＲガス或
いはブローバイガスを含む）の温度が排気温度と比較し
て低温でありミストの粘性が比較的高い傾向にあること
から、上記のような目詰まりがより発生しやすい状況に
ある。

【００１３】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、カバーの気体導入部、
或いは検出素子へのミストの付着を防止し、良好な検出
状態を保持することのできる酸素センサ及びその取付通
路構造を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明では、気体通路中に検出部
が配設される態様で同通路の壁に装着されて同通路を流
れる気体の酸素濃度を測定する酸素センサにおいて、少
なくとも前記検出部が電界中において陰極におかれるこ
とを要旨とする。

【００１５】請求項２に記載の発明では、気体の酸素濃
度を測定する酸素センサの検出部に測定対象気体を供給
すべくその気体通路を構成しつつ同酸素センサを取付支
持する酸素センサの取付通路構造であって、前記気体通
路中に前記酸素センサの検出部が配設される態様で同酸
素センサを取付支持する第１の通路壁部分とその他の通
路壁部分である第２の通路壁部分とで電気的に絶縁さ
れ、前記第１及び第２の通路壁部分は、前記第１の通路
壁部分を陰極とする電圧が印加される電極を有してなる
ことを要旨とする。

【００１６】例えばブローバイガス中のオイルミストや
排気環流（ＥＧＲ）ガス中の硫酸ミスト等は、電界中に
おいてその静電力により陽極側に引きつけられる性質を
有している。したがって請求項１記載の酸素センサ及び
請求項２記載の酸素センサの取付通路構造によれば、た
とえ上記気体中にミストが混入される場合であれ、陰極
となっている酸素センサの検出部とそれらミストとの間
には斥力が働くようになり、ひいては同ミストの酸素検
出部への付着も好適に抑制されるようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）以下、本発明をディーゼルエンジンに
設けられた吸気側酸素センサ及びその取付通路構造とし
て具体化した第１の実施形態について図１〜３を参照し
て説明する。

【００１８】図１は本実施形態が適用されるディーゼル
エンジン（以下、単に「エンジン」という）１１の概略
構成を示している。同図に示すように、エンジン１１の
燃焼室（図示略）には吸気管１２及び排気管１３が接続
されている。

【００１９】エアクリーナ（図示略）等を通過して吸気
管内１２内に取り込まれた吸入空気は同管１２内を通過
してエンジン１１の燃焼室（図示略）内に取り込まれ
る。吸気管１２内にはスロットル弁１４が設けられてい
る。スロットル弁１４は運転者により操作されるアクセ
ルペダル（図示略）の踏込量に応じてその開度が決定さ
れる。エンジン１１の燃焼室内に取り込まれる吸入空気
量はこのスロットル弁１４の開度によって決まる。燃焼
室内においてはインジェクタ（図示略）から噴射された
燃料と吸入空気とが混合され、この混合気が爆発燃焼す
ることによりエンジン１１の駆動力が得られる。燃焼後
の排気は燃焼室から排気管１３に導入された後、三元触
媒（図示略）を通過して外部に排出される。

【００２０】エンジン１１には排気再循環（ＥＧＲ）装
置１５が設けられている。このＥＧＲ装置１５は、アル
ミ合金製の吸気管１２と排気管１３においてスロットル
弁１４よりも下流側の部分とを連通するＥＧＲ通路１６
と、同通路１６の途中に設けられた流量調節弁１７とを
備えている。排気管１３における排気の一部はＥＧＲ通
路１６を通過して吸気管１２内に戻される。流量調節弁
１７は電子制御装置（ＥＣＵ，図示略）によって制御さ
れることにより、ＥＧＲ通路１６を通過する排気の量を
調節する。

【００２１】このようなエンジン１１にあっては、その
燃焼室に導入される吸入空気の一部に排気（ＥＧＲガ
ス）、すなわち燃焼に供されない不活性ガスが混入さ
れ、燃焼室における燃焼ガスの最高温度が下げられるこ
とでＮＯｘの低減が図られる。

【００２２】一方、吸気管１２において、ＥＧＲ通路１
６の開口部分１６ａよりも下流側の位置には酸素センサ
２０が取り付けられており、同センサ２０の先端の検出
部が吸気管１２内に突出している。この酸素センサ２０
は、スロットル弁１４を通過した空気とＥＧＲガスとか
らなる吸入空気の酸素濃度を検出し、その検出信号をＥ
ＣＵに出力する。そしてＥＣＵは、酸素センサ２０から
の検出信号と排気管１３に別途設けられた別の酸素セン
サ（図示略）からの検出信号に基づいて、エンジン１１
の空燃比制御を実行する。

【００２３】図２には、本実施形態に係る酸素センサ２
０及びその取付通路である吸気管１２の断面構造を拡大
して示す。同図２に示すように、本実施形態にあって、
例えばアルミ合金からなるとする吸気管１２の壁の一部
には、各々樹脂等からなる絶縁体３０によって絶縁され
た陰電極３１及び陽電極３２が互いに対向するように設
けられている。両電極３１，３２は、高電圧発生装置４
０に接続されており、同装置４０からの電圧の印加によ
って両電極３１，３２間には所定レベルの電界が発生さ
れる構成となっている。酸素センサ２０は、吸気管１２
の内部に向かって前記陰電極３１となっている台座を貫
通し、その先端の検出部が吸気管１２の内部に突出する
よう組み付けられている。すなわち同酸素センサ２０
（少なくともその検出部）は、上記発生される電界中に
おいて陰極におかれることとなる。

【００２４】なお、酸素センサ２０の検出部には、酸素
濃度検出用電極を備えたセンサ素子（図示略）と、この
センサ素子の外周を覆うようにして設けられた有底円筒
状のカバー２２とが設けられている。また同カバー２２
には、検出対象であるガスを通気させるため複数の通気
孔２３が設けられている。

【００２５】次に、上記のように構成された本実施形態
の作用について説明する。エンジン１１の運転が開始さ
れることにより、吸気管１２にはスロットル弁１４の開
度とＥＧＲ装置１５の動作に応じた所定量の吸入空気と
ＥＧＲガスがそれぞれ流入される。同吸入空気とＥＧＲ
ガスとの混合吸気は、エンジン１１の運転状態に応じて
所定の流速をもって吸気管１２内を流通し、同エンジン
１１の燃焼室に取り込まれる。この際、酸素センサ２０
の検出部は前記混合吸気の一部にさらされる。同混合吸
気はカバー２２の通気孔２３を通じてセンサ素子の外面
に形成された電極に接触する。これに対して、センサ素
子の内部には例えば酸素濃度が既知である大気が導入さ
れ、その大気はセンサ素子の内面に設けられた電極に接
触する。このように、酸素濃度に差がある大気及び混合
吸気が接触することにより、両電極間にはその酸素濃度
差に応じた起電力が発生する。従って、この起電力から
混合吸気の酸素濃度が検出できる。

【００２６】一方、上記のようにエンジン１１の運転が
開始されると、図３に示すように、前記高電圧発生装置
４０からの印加電圧によって前記両電極３１，３２間に
電界（静電場）Ｅが発生する。ここで、ＥＧＲガスと空
気との混合気に含まれている硫酸ミスト等の成分は、同
電界Ｅ内において、その静電力により陽電極３２側に引
きつけられる特質を有している。すなわち、酸素センサ
１１のカバー２２や絶縁体３０を含む陰電極３１側の部
材表面と同ミストとの間には斥力が働くようになる。こ
のため、前記混合吸気中に含まれるミストが酸素センサ
２０のカバー２２に付着してその通気孔２３を塞いだ
り、カバー２２内部に入り込むなどの不都合は好適に抑
制されるようになる。また、電界Ｅを発生させる両電極
３１，３２は、陰電極３１が酸素センサ２０側に、陽電
極３２が同センサ２０の対向側に配設されている。この
ため、両電極３１，３２間にかかる高電圧が酸素センサ
２０の出力に影響を与えることもない。

【００２７】以上説明したように、本実施形態によれば
以下に示す効果が得られる。 ・酸素センサ２０と混合吸気中に含まれるミストとの間
に斥力が働き、同ミストが酸素センサ２０のカバー２２
に付着したり、カバー２２内部のセンサ素子に達するこ
とが好適に抑制される。

【００２８】・また、このため、前記ミストが酸素セン
サ２０のカバー２２に設けられた通気孔２３を塞ぐこと
もなく、同酸素センサ２０の検出感度が持続して安定に
保たれる。

【００２９】なお、上記第１の実施形態では、酸素セン
サ２０はアルミ合金からなるとする吸気管１２に設けら
れているとしたが、同吸気管は他の金属、又は樹脂等の
材料により形成されていてもよい。ちなみに、吸気管が
樹脂等の絶縁体により形成されている場合には、電界発
生用の陰電極及び陽電極を絶縁体で絶縁する必要はな
い。 （第２実施形態）次に、本発明の第２の実施形態を、前
記第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。な
お、本実施形態に係る酸素センサ２０も、前記第１の実
施形態と同様ＥＧＲ装置１５を備えたディーゼルエンジ
ン（エンジン）１１において、ＥＧＲ装置１５から再環
流される排気と吸入空気とが混合された混合吸気中の酸
素濃度を検出すべく吸気管１２内に設けられたものとす
る（図１参照）。

【００３０】図４には、本実施形態に係る酸素センサ２
０及びその取付通路である吸気管１２の断面構造を拡大
して示す。同図４に示すように、本実施形態にあって、
例えばアルミ合金からなるとする吸気管１２の壁の一部
には、樹脂等からなる絶縁体５０によって絶縁された陰
電極５１が設けられ、同陰電極５１の中央部を貫通して
先端の検出部が吸気管１２内に突出するよう酸素センサ
２０が設けられている。同酸素センサ２０の検出部には
前述のように、酸素濃度検出用電極を備えたセンサ素子
（図示略）が設けられており、さらに複数の通気孔２３
を有するカバー２２が同センサ素子を覆っている。ま
た、吸気管１２において、前記絶縁体５０により絶縁さ
れた陰電極５１の周囲を囲む壁全体が陽電極５２をなし
ている。両電極５１，５２は高電圧発生装置４０に接続
されている。さらに、吸気管１２において、酸素センサ
２０が設けられた近傍、すなわち陽電極５２を形成する
部分の両端部には、吸気管１２を構成する他の部分から
同陽電極５２を絶縁すべく、輪状の絶縁体５３が設けら
れている。

【００３１】次に、上記のように構成された本実施形態
の作用について説明する。エンジン１１の運転が開始さ
れると、前記高電圧発生装置４０からの起電力によって
両電極５１，５２間には図５に示す態様で電界（静電
場）Ｅが発生する。この際、ＥＧＲガスと空気との混合
気に含まれている硫酸ミスト等の成分は前述のように、
同電界Ｅ内において、その静電力により陽電極５２側に
引きつけられ、酸素センサ２０のカバー２２を含む陰電
極側の部材表面とこのミストとの間には斥力が働くよう
になる。このため、本実施形態にあっても、前記混合吸
気中のミストが酸素センサ２０のカバー２２に付着して
その通気孔２３を塞いだり、カバー２２内部に入り込む
などの不都合は好適に抑制されることとなる。そしてこ
の場合も、電界を発生させる両電極５１，５２は、陰電
極５１が酸素センサ２０側に、陽電極５２がその周囲に
配設されるため、両電極５１，５２間にかかる高電圧が
酸素センサ２０の出力に影響を与えることはない。

【００３２】以上説明したように、本実施形態によって
も、先の第１の実施形態と同様、以下に示す効果が得ら
れる。 ・酸素センサ２０と混合吸気中に含まれるミストとの間
の斥力が働き、同ミストが酸素センサ２０のカバー２２
等に付着することが好適に抑制される。

【００３３】・またこのため、ミストが前記カバー２２
に設けられた通気孔２３を塞ぐこともなく、酸素センサ
２０の検出感度が安定に保持される。なお、上記第２の
実施形態にあっても、酸素センサ２０はアルミ合金から
なるとする吸気管１２に設けられるとしたが、吸気管は
他の金属、又は樹脂等の材料により形成されていてもよ
い。ちなみに、吸気管が樹脂等の絶縁体により形成され
ている場合には、輪状の絶縁体５３を設ける必要はな
い。

【００３４】また、上記各実施形態では特に言及しなか
ったが、酸素センサ２０の信号線（図示略）のうち接地
側の線をカバー２２に接続して同カバーを接地電位と
し、これを上記陰電極３１又は５１に電気的に結合させ
る構造としてもよい。

【００３５】また、上記各実施形態では、センサ素子
に、被検出気体と酸素濃度が既知である大気との相対的
な酸素濃度値を検出する濃淡電池型のものを用いたが、
センサ素子としては他に例えば、被検出気体中の酸素濃
度の絶対値を検出する限界電流型のものを用いることも
できる。

【００３６】また、上記各実施形態においては便宜上、
ＥＧＲ装置１５を備えるエンジンを想定してその吸気管
１２に配される酸素センサ２０について言及したが、他
にＰＣＶ装置を備えるエンジン、あるいは図６に例示し
たそれらの両方を備えるエンジンであっても、その吸気
管に配される酸素センサ及びその取付通路構造として本
発明を適用することはできる。ちなみに、ブローバイガ
ス中のオイルミストなども、上述したＥＧＲガス中の硫
酸ミスト同様、電界中にあっては陰電極との間で斥力が
働くようになる。

【００３７】さらに、上記各実施形態においては、ディ
ーゼルエンジン１１の吸気管１２に取り付けられる酸素
センサについて言及したが、本発明はこれに限らず、各
種ミスト等の付着が懸念される環境で用いられる全ての
酸素センサ及びその取付通路構造に適用することができ
る。

【００３８】

【発明の効果】請求項１及び請求項２記載の発明によれ
ば、測定対象となる気体中に例えばブローバイガス中の
オイルミストや排気環流（ＥＧＲ）ガス中の硫酸ミスト
等が混入される場合であれ、陰極となっている酸素セン
サの検出部とそれらミストとの間には斥力が働き、同ミ
ストの酸素センサ検出部への付着は好適に抑制される。
このため、同酸素センサが例えば内燃機関の吸気管側に
設けられる場合であれ、同酸素センサとしての検出感度
は好適に維持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態が適用されるディーゼルエ
ンジンシステムを示す略図。

【図２】第１の実施形態に係る酸素センサ及びその取付
通路構造を示す断面図。

【図３】同第一の実施形態の作用を模式的に示す断面略
図。

【図４】第２の実施形態に係る酸素センサ及びその取付
通路構造を示す断面図。

【図５】同第２の実施形態の作用を模式的に示す断面略
図。

【図６】酸素センサを備えた内燃機関の一例を示す略
図。

【符号の説明】

１２…吸気管、２０…酸素センサ、２２…カバー、２３
…通気孔、３０，５０，５３…絶縁体、３１，５１…陰
電極、３２，５２…陽電極、４０…高電圧発生装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気体通路中に検出部が配設される態様で同
   通路の壁に装着されて同通路を流れる気体の酸素濃度を
   測定する酸素センサにおいて、 少なくとも前記検出部が電界中において陰極におかれる
   ことを特徴とする酸素センサ。
2. 【請求項２】気体の酸素濃度を測定する酸素センサの検
   出部に測定対象気体を供給すべくその気体通路を構成し
   つつ同酸素センサを取付支持する酸素センサの取付通路
   構造であって、 前記気体通路中に前記酸素センサの検出部が配設される
   態様で同酸素センサを取付支持する第１の通路壁部分と
   その他の通路壁部分である第２の通路壁部分とで電気的
   に絶縁され、前記第１及び第２の通路壁部分は、前記第
   １の通路壁部分を陰極とする電圧が印加される電極を有
   してなることを特徴とする酸素センサの取付通路構造。