JPH10253577A - 酸素センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カバーの気体導入部、或いは検出素子部への
煤の付着を防止し、良好な検出状態を保持し得る酸素セ
ンサを提供する。 【解決手段】 酸素濃度検出用電極を備えたセンサ素子
２１と、このセンサ素子２１の外周を覆うように設けら
れる内部カバー２２と、さらにこの内部カバー２２を覆
うように設けられる外部カバー４４とを備えて酸素セン
サを構成する。各カバー２２，４４の側面にはそれぞれ
複数の通気孔２３，４３が形成され、被検出気体はこれ
ら通気孔２３，４３を介してセンサ素子２１に到達す
る。特に外部カバー４４は、その基端開口部の縁がハウ
ジング２９の側面に沿って周回するカバー取り付け溝４
５に遊嵌され、エンジン振動や車両振動等に基づく上下
動や回動が可能となっている。

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
られる酸素センサに係り、詳しくは、測定対象となる気
体の導入部を有するカバーを備えた酸素センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より酸素センサにおける構成として
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、素子部の外面に設けられた電
極はカバーの導入孔を通過した検出ガスに接した状態に
なる。このように、各電極に酸素濃度の異なるガスが接
触することにより、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。従って、
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１６に示すように内燃機関
１００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
排気還流装置（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）が流量調整弁２０２に
よって調整される。

【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１６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よりも下流側の吸気通路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、吸排気にはカーボン、エンジン
オイル等の混合物からなる微粒子（以下、「煤」とい
う。）が含まれている。そして、この煤は酸素センサ１
０２，１０５のカバー１０６，１０７や、同カバー１０
６，１０７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
煤が堆積することにより、同カバー１０６，１０７の導
入孔や、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
て低温であり煤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、
或いは検出素子部への煤の付着を防止し、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に記載した発明では、適宜のハウジング
に固定されて気体中の酸素濃度を検出する検出素子部
と、気体の導入部を有して該検出素子部を覆うカバーと
を備える酸素センサにおいて、前記カバーは、外部から
の力学量の印加に基づき自由運動する自由運動機構を有
して構成されることを要旨とする。

【００１５】上記構成によれば、例えば機関振動や車両
振動、更には熱応力等の力学量に基づき自由運動する前
記自由運動機構がカバーに付着する煤を振り落とし、同
カバーへの煤の堆積ひいては前記気体の導入部の閉塞が
好適に防止される。

【００１６】請求項２に記載した発明では、請求項１記
載の酸素センサにおいて、前記自由運動機構は、当該カ
バーの前記ハウジングに対する遊嵌構造に基づき同カバ
ーを自由運動せしめるものであることを要旨とする。

【００１７】上記構成によれば、特に機関振動や車両振
動等の力学量が上記遊嵌されたカバーに作用することと
なり、同カバーに対する煤の堆積が防止される。請求項
３に記載した発明では、請求項１記載の酸素センサにお
いて、前記カバーは、前記検出素子部を直接覆って前記
ハウジングに固定される内部カバーとこの内部カバーを
覆う外部カバーとの二重構造を有し、前記自由運動機構
は、前記外部カバーの前記内部カバーに対する遊嵌構造
に基づき同外部カバーを自由運動せしめるものであるこ
とを要旨とする。

【００１８】上記構成によっても、特に機関振動や車両
振動等の力学量が上記遊嵌された外部カバーに作用する
こととなり、同外部カバーに対する煤の堆積が防止され
る。また、こうしたカバーの二重構造が検出素子部の煤
からの保護を確実にする。

【００１９】請求項４に記載した発明では、請求項２又
は３記載の酸素センサにおいて、前記遊嵌されるカバー
は、その自由運動に基づき被覆対象と摺接する羽根体を
内周面に備えて構成されることを要旨とする。

【００２０】上記構成によれば、前記羽根体が、前記遊
嵌されるカバーの被覆対象（検出素子若しくは内部カバ
ー）表面に付着した煤を削ぎ落とし、それら被覆対象に
対する煤の堆積をより好適に防止する。

【００２１】請求項５に記載した発明では、請求項１記
載の酸素センサにおいて、前記自由運動機構は、カバー
自身の前記ハウジングに固定される他方端を自由端とし
たコイル構造に基づき当該カバーを自由運動せしめるも
のであることを要旨とする。

【００２２】上記構成によれば、機関振動や車両振動に
起因する当該カバーの上下振動が同カバーに付着した煤
を振り落とすか、少なくとも前記コイル構造に沿って付
着した煤に亀裂を生じせしめ隙間を確保する。また、前
記コイル構造上に付着した煤自身に表面張力を作用せし
め、同煤の付着を困難にする。

【００２３】請求項６に記載した発明では、請求項１記
載の酸素センサにおいて、前記自由運動機構は、前記ハ
ウジングに固定される他方端を自由端とした剛体に設け
られた螺旋状の気体導入部を有し、周囲温度の変化によ
る該気体導入部を境とした剛体の相反する方向への伸縮
に基づき同剛体からなるカバーを自由運動せしめるもの
であることを要旨とする。

【００２４】上記構成によれば、周囲の温度変化に起因
するカバーの熱膨張及び収縮がカバーに付着した煤の堆
積物に亀裂を生じせしめ、又は同堆積物を破砕する。し
たがってこの場合も、気体導入部としての隙間は好適に
確保される。

【００２５】

【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として具体化した第１の実
施形態について図１及び図２を参照して説明する。

【００２６】図１は本実施形態の酸素センサが適用され
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。

【００２７】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。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には駆動力が得られる。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。

【００２８】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、排気
管１３と吸気管１２のスロットル弁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１
３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
（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。

【００２９】上記のようにエンジン１１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により、ＮＯｘ
の低減が図られる。

【００３０】吸気管１２において、ＥＧＲ通路１６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の先端が吸気管１２
内に突出している。酸素センサ２０は、スロットル弁１
４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、その検出信号を電子制御装置に出力す
る。電子制御装置は、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。

【００３１】図２に、本実施形態に係る酸素センサ２０
の先端部の拡大断面図を示す。同図に示すように、酸素
センサ２０の先端部には、酸素濃度検出用電極（図示
略）を備えたセンサ素子２１と、このセンサ素子２１の
外周を覆うようにして設けられた試験管形状の内部カバ
ー２２と、さらにこの内部カバー２２を覆うようにして
設けられた有底円筒状の外部カバー４４とが設けられて
いる。これら両カバー２２、４４の側面にはそれぞれ複
数の通気孔２３、４３が形成され、同通気孔２３，４３
を介して吸気管内の混合吸気が流通し、センサ素子２１
へ達する構成となっている。

【００３２】また、内部カバー２２は、その基端部がセ
ンサ素子２１と一体になってハウジング２９に固設され
ている。一方、外部カバー４４は、基端開口部の縁が外
周側に広がった形状となっており、同部分を通じて、ハ
ウジング２９の側面に沿って周回するカバー取り付け溝
４５に遊嵌されている。このような構成により、外部カ
バー４４は、エンジン１１の振動やこれを搭載する車両
の振動等の力学量の印加に基づき上下動及び回動といっ
た自由運動が可能となっている。なお、これら両カバー
２２、４４は、撥水性・撥油性を有する例えばＦＡＳ
（フルオロアルキルシラン）被膜によりコーティングを
施した（以下、ＦＡＳコーティングという）ニッケル合
金より形成されている。

【００３３】次に、上記のように構成された本実施形態
に係る酸素センサの作用について説明する。エンジン１
１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の動作に応じて
所定量の流入空気とＥＧＲガスがそれぞれ流入する。同
流入空気と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は前記混合吸気の一部に晒される。ここで、
吸気管内の混合吸気は各カバー２２及び４４に形成され
た通気孔２３及び４３を通じてセンサ素子２１の外面に
形成された電極に接触する。これに対して、素子２１の
内部には酸素濃度が既知である大気が導入され、その大
気は同センサ素子２１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気
の酸素濃度が検出できる。

【００３４】ここで、上記混合吸気が両カバーを通過し
て素子２１にまで達する過程において、混合吸気に含ま
れる煤の大部分は外部カバー４４の通気孔４３の縁に付
着していくことになる。しかし、上述したエンジン振動
や車両振動等が酸素センサ２０に伝わると、外部カバー
４４は、その遊嵌構造により上下及び左右（回転方向）
に振動し、この振動の作用により、煤が同カバー４４か
ら振り落とされる。したがって、煤が上記通気孔４３等
に堆積してセンサ素子２１の検出動作を阻害するような
ことは好適に回避されるようになる。また、カバー２
２，２４にＦＡＳコーティングを施したことで、煤が堆
積しにくくなり、且つその振り落とし効果も好適に促進
されることとなる。

【００３５】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。 ・本実施形態の酸素センサ２０では、遊嵌された外部カ
バー４４がエンジン振動や車両振動等に応じて上下・左
右に振動し、同カバー４４の通気孔４３の縁に付着され
る煤を振り落とすよう作用する。このため、煤によって
カバー２２，４４が目詰まりし、センサ素子２１による
酸素濃度検出動作に悪影響を及ぼすことがない。

【００３６】・カバー２２，４４にＦＡＳコーティング
を施したことで、煤が堆積しにくくなり、且つその振り
落とし効果も促進される。なお、本実施形態にあって
は、カバーが内部カバー２２及び外部カバー４４の二重
構造からなる場合について例示したが、外部カバー４４
のみを備えるものについても上記構造は同様に適用でき
る。もっとも、二重構造を有するカバーを採用すること
で、センサ素子２１の煤からの保護がより確実となるこ
とは言うまでもない。 （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。

【００３７】図３に、本実施形態に係る酸素センサ２０
Ｂの先端部の拡大断面図を示す。同図に示すように、酸
素センサ２０Ｂの先端部は、第１の実施形態と同様のセ
ンサ素子２１と、内部カバー２２及び外部カバー５４の
二重構造からなるカバーとを備えて構成されている。両
カバー２２、５４の側面にはそれぞれ複数の通気孔２
３、５３が形成され、それら通気孔２３，５３を介して
吸気管内の混合吸気が流通し、センサ素子２１へ達する
こと、また内部カバー２２は、その基端部がセンサ素子
２１と一体になってハウジング２９に固設されているこ
とは同酸素センサ２０Ｂにあっても同様である。ただ
し、この酸素センサ２０Ｂの場合、内部カバー２２にお
ける基端部近傍の両側面から支持ピン５７が突出してお
り、外部カバー５４は、その垂直方向に長径を有する楕
円形の孔５６を通じて該支持ピン５７に遊嵌される構造
となっている。図４は、内部カバー２２から突出した支
持ピン５７と、外部カバー５４の孔５６との遊嵌部の一
方を拡大して示した図である。このような構成により、
外部カバー５４は、エンジン振動や車両振動等の力学量
の印加に基づき上下方向への自由運動が可能となってい
る。なお、同酸素センサ２０Ｂにあっても、両カバー２
２、５４は、ＦＡＳコーティングを施したニッケル合金
より形成されている。

【００３８】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。吸気管内の混合吸気は各カバー
２２及び５４に形成された通気孔２３及び５３を通じて
センサ素子２１に達する。この際、煤の大部分はカバー
５４の通気孔５３の縁に付着していくことになる。しか
し、エンジン振動や車両振動等が酸素センサ２０Ｂに伝
わると、カバー５４は、その遊嵌構造により上下に振動
し、この振動の作用により、煤が同カバー５４から振り
落とされる。したがってこの場合も、煤が通気孔５３等
に堆積してセンサ素子２１の検出動作を阻害するような
ことは回避されるようになる。また、カバー２２，５４
にＦＡＳコーティングを施したことで、煤が堆積しにく
くなり、且つその振り落とし効果も好適に促進されるこ
ととなる。

【００３９】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。 ・本実施形態の酸素センサ２０Ｂでは、遊嵌された外部
カバー５４がエンジン振動や車両振動等に応じて上下に
振動し、同カバー５４の通気孔５３の縁に付着される煤
を振り落とすよう作用する。このため、煤によってカバ
ー２２，５４が目詰まりし、センサ素子２１による酸素
濃度検出動作に悪影響を受けることがない。

【００４０】・カバー２２、５４にＦＡＳコーティング
を施したことで、煤が堆積しにくくなり、且つその振り
落とし効果も促進される。なお、同第２の実施形態は次
のように変更することもできる。

【００４１】すなわち上記第２の実施形態においては、
カバー５４側面に設けられた２つの孔５６が、垂直方向
に長径を有する楕円形であるとしたが、この孔５６は、
水平方向に長径を有する楕円、円、又は長方形等所定の
範囲でカバー５４を上下又は左右に振動させ得る形状を
有してもよい。さらに、前記孔５６及び支持ピン５７よ
りなるカバー５４の遊嵌機構は、三組以上であってもよ
い。言い換えれば、三本以上の支持ピンによってカバー
５４を支持する構成としてもよい。 （第３実施形態）次に、本発明の第３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。

【００４２】図５に、本実施形態に係る酸素センサ２０
Ｃの先端部の拡大断面図を示す。同図に示すように、酸
素センサ２０Ｃの先端部は、センサ素子２１及びカバー
６４を備えている。該カバー６４は、底面を有する円筒
状からなり、ＦＡＳコーティングを施したニッケル合金
より形成されている。また、同カバー６４は、その開口
基端部を周回する突起部６６を通じて、ハウジング２９
に設けられた周回溝６７に遊嵌されている。また、同図
５及び図６（図５の６−６線に沿った断面図）に示すよ
うに、同カバー６４には、その内周面から中心に向かっ
て板状の羽根体６５が突出形成されている。この羽根体
６５は、センサ素子２１と微小な間隙を保持しつつ同セ
ンサ素子２１に近接して設けられている。また、カバー
６４の側面及び底面には複数の通気孔６３が形成され、
それら通気孔６３を介して吸気管内の混合吸気が流通
し、センサ素子２１へ到達する。

【００４３】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。吸気管内の混合吸気はカバー６
４に形成された通気孔６３を通じてセンサ素子２１に達
する。この際、煤の一部はカバー６４の通気孔６３の縁
に付着していくことになる。しかし、エンジン振動や車
両振動等の力学量が酸素センサ２０Ｃに伝わると、カバ
ー６４は、その遊嵌構造により上下及び左右（回転する
よう）に振動（自由運動）し、この振動の作用により、
煤が同カバー６４から振り落とされる。さらに、通気孔
２３を通過し、混合吸気とともにセンサ素子２１に達す
る煤は、同素子２１の外周を回転しつつ振動する羽根体
６５によって取り除かれる。この際、前述のように、羽
根体６５とセンサ素子２１との間には微小な間隙が設け
られているので、羽根体６５がセンサ素子２１を傷つけ
ることもない。したがってこの場合も、煤が同素子２１
に堆積してその検出動作を阻害することは好適に回避さ
れる。また、カバー６４にＦＡＳコーティングを施した
ことで煤が堆積しにくくなり、且つその振り落とし効果
も好適に促進されることとなる。

【００４４】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。 ・本実施形態の酸素センサ２０Ｃでは、遊嵌された外部
カバー６４がエンジン振動や車両振動等に応じて上下・
左右に振動し、同カバー６４の通気孔の縁において付着
過程にある煤を振り落とす作用を有する。このため、煤
によってカバー６４が目詰まりし、センサ素子２１によ
る酸素濃度検出動作に悪影響を及ぼすことがない。

【００４５】・カバー６４にＦＡＳコーティングを施し
たことで、煤が堆積しにくくなり、且つその振り落とし
効果も促進される。 ・カバー６４の内周面に設けられた羽根体６５がエンジ
ン振動や車両振動等に応じて振動しつつ回動し、センサ
素子２１表面に付着しつつある煤を取り除くため、セン
サ素子２１表面への煤の堆積が好適に防止され、同素子
２１の酸素濃度に対する感度が安定に保たれる。

【００４６】なお、同実施形態は次のように変更して実
施することも可能である。すなわち上記第３の実施形態
では、エンジン振動や車両振動等に基づき羽根体６５
（カバー６４）を回動させる構成としたが、別途電動モ
ータ等の駆動装置を設け、この駆動装置によって羽根体
６５を強制回動させる構成としてもよい。

【００４７】また、第３の実施形態では、カバー６４の
内周面に設けられた羽根体６５がセンサ素子２１表面上
の煤を取り除く構成とした。これに対し、図７及び８に
示すように、カバー６４とセンサ素子２１との中間に内
部カバー２２を設けることにより、センサ素子２１を二
重のカバーで保護するとともに、羽根体６５が内部カバ
ー２２表面の煤を取り除く構成としてもよい。 （第４実施形態）次に、本発明の第４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。

【００４８】図９に、本実施形態に係る酸素センサ２０
Ｄの先端部の拡大断面図を示す。同図に示すように、酸
素センサ２０Ｄの先端部には、第１の実施形態と同様、
センサ素子２１と、このセンサ素子２１の外周を覆うよ
うにして試験管形状の内部カバー２２が設けられてい
る。内部カバー２２はその側面に複数の導入孔２３を有
する。さらに、同内部カバー２２を覆うようにして円筒
形状の外部カバー２４が設けられている。同カバー２４
は、例えばニッケル合金等の線材より形成されたコイル
状の筒であり、その基端部はハウジング２９に固定さ
れ、他方端は自由端となっている。したがって同カバー
２４は、エンジン振動や車両振動等の力学量の印加に基
づき、それ自身が伸縮する態様で自由運動する。また、
両カバー２２、２４にも、ＦＡＳコーティングが施され
ている。

【００４９】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。エンジンが始動し、吸気管内に
混合吸気が取り込まれると、センサ素子２１及び内部カ
バー２２を覆うコイル構造の外部カバー２４は、エンジ
ン振動や車両振動等に応じて上下振動を始める。こうし
て振動を始めると、図１０に示すように、その振動によ
って生じたコイルの間隙と先端の開口部から前記混合吸
気が同カバー２４内に流通される。そして、カバー２４
内に流通した混合吸気は内部カバー２２の導入孔２３を
通じてセンサ素子２１に到達する。このとき、図１１に
示すように、混合吸気が両カバーを通過して素子２１に
まで達する過程において、混合吸気に含まれる煤の大部
分はカバー２４を構成する線材に付着していくことにな
る。しかしながら、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、カバー２４の持続的な上下振動が、同カバー２４を
構成する線材間に隙間を生じせしめるため、混合吸気の
カバー２４内への導入が妨げられることはなく、同カバ
ー２４に付着した煤も、その振動に伴って振り落とされ
るようになる。したがってこの場合も、煤が同カバー２
４に堆積してセンサ素子２１の検出動作を阻害するよう
なことは好適に回避されるようになる。また、カバー２
４にＦＡＳコーティングを施したことで、煤が堆積しに
くくなり、且つその振り落とし効果も促進される。

【００５０】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。 ・本実施形態に係る酸素センサ２０Ｄでは、コイル構造
の外部カバー２４がエンジン振動や車両振動等に応じて
上下振動し、同カバー２４表面に付着過程にある煤に隙
間を生じせしめる。このため、煤によってカバー２４が
目詰まりし、センサ素子２１による酸素濃度検出動作に
悪影響を及ぼすことがない。

【００５１】・カバー２４は金属線材により形成されて
いるため、付着物の表面張力が小さくなり、煤が付着し
にくい。さらに、一旦付着した煤の被膜も、カバー２４
の上下振動により容易に破断されるか、或いは振り落と
される。また、線材の表面を撥水性・撥油性のＦＡＳ被
膜でコーティングすることによって上記効果が相乗的に
高まる。

【００５２】なお、同第４の実施形態は次のように変更
することも可能である。すなわち、上記第４の実施形態
においては、カバー２４を構成する線材の断面が円形で
あるとしたが、同線材の断面は楕円又は四角形等、どの
ような形状であってもよい。 （第５実施形態）次に、本発明の第５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。

【００５３】図１３は本実施形態における酸素センサ２
０Ｅの先端部の拡大図、図１４はその断面図をそれぞれ
示す。両図に示すように、酸素センサ２０Ｅの先端部
は、第１の実施形態と同様のセンサ素子２１及び内部カ
バー２２を備えている。また、同内部カバー２２を覆う
外部カバー３４は、側面に通気溝３５が螺旋状に形成さ
れてその先端部が自由端となっている円筒状の剛体によ
って構成されている。なお、これら両カバー２２，３４
にもＦＡＳコーティングが施されている。

【００５４】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。吸気管内の混合吸気は外部カバ
ー３４の側面に設けられた通気溝３５から同カバー３４
内部に導入され、更に内部カバー２２に設けられた通気
孔２３を通ってセンサ素子２１に到達する。混合吸気に
含まれる煤はその大部分が前記通気溝３５の縁に付着し
ていく。一方、エンジンの運転に伴って混合吸気等に晒
されたカバー３４は、同吸気による加熱作用により膨張
する。このため、図１５に拡大して示すように、たとえ
前記通気溝３５が煤によって塞がれることがあったとし
ても、該膨張によってその付着している煤に亀裂が生
じ、同通気溝３５としての通気性は好適に維持される。
また、エンジン停止後は、吸気管内の温度が下がること
によって、カバー３４は収縮する。この時にも、カバー
３４の通気溝３５には、膨張時と逆方向に煤に対するせ
ん断作用が働く。したがって、このような構成によって
も、煤の堆積等によってセンサ素子２１の検出動作が阻
害されることはない。また、カバー３４にＦＡＳコーテ
ィングを施したことで、煤が堆積しにくくなり、且つそ
の振り落とし効果も好適に促進されることとなる。

【００５５】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。・周囲の温度変化に起因す
るカバー３４の熱膨張及び収縮といった自由運動が同カ
バー３４の螺旋状通気溝３５に付着した煤の堆積物に亀
裂を生じせしめ、又は同堆積物を破砕するため、その通
気性は好適に維持される。

【００５６】・カバー３４にＦＡＳコーティングを施し
たことで、煤が堆積しにくくなり、且つその振り落とし
効果も促進される。ところで、上記各実施形態に係る酸
素センサにあっては、その各カバー２２、２４、３４、
４４、５４及び６４にニッケル合金が用いられるとした
が、これに代えて、アルミナ等、所定以上の耐熱性を有
する他の軽金属又は合金を用いるようにしてもよい。ま
た、特に第５の実施形態に係るカバー３４にあっては、
高い熱膨張率を有する材料が適している。

【００５７】また、上記各実施形態に係る酸素センサに
あっては、そのカバー２２、２４、３４、４４、５４及
び６４に、撥水性・撥油性被膜としてＦＡＳ被膜による
コーティングが施されるとしたが、コーティング被膜と
しては他にも例えばフッ素樹脂等、任意の撥水性・撥油
性被膜を採用することができる。

【００５８】また、上記各実施形態では、センサ素子２
１に、被検出気体と大気中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、被検出気体中酸素
濃度の絶対値を検出する、例えば限界電流型のものを用
いることもできる。

【００５９】また、上記各実施形態では、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、ディーゼルエンジン１１の排気管、
若しくはガソリンエンジンの排気管等に取り付けられる
酸素センサについてもこの発明は同様に適用できる。

【００６０】また、上記第１〜第４の実施形態では、エ
ンジンや車両等による振動の伝達を利用してカバーを振
動させる構成としたが、酸素センサ付近に振動装置を別
途設け、それらカバーに対し該振動装置から振動を与え
る構成としてもよい。

【００６１】

【発明の効果】請求項１に記載された発明によれば、例
えば機関振動や車両振動、更には熱応力等の力学量に基
づき自由運動する前記自由運動機構がカバーに付着する
煤を振り落とし、同カバーへの煤の堆積ひいては前記気
体の導入部の閉塞が好適に防止される。

【００６２】請求項２に記載された発明によれば、特に
機関振動や車両振動等の力学量が上記遊嵌されたカバー
に作用することとなり、同カバーに対する煤の堆積が防
止される。

【００６３】請求項３に記載された発明においても、特
に機関振動や車両振動等の力学量が上記遊嵌された外部
カバーに作用することとなり、同外部カバーに対する煤
の堆積が防止される。また、こうしたカバーの二重構造
が検出素子部の煤からの保護を確実にする。

【００６４】請求項４に記載された発明によれば、前記
羽根体が、前記遊嵌されるカバーの被覆対象（検出素子
若しくは内部カバー）表面に付着した煤を削ぎ落とし、
それら被覆対象に対する煤の堆積をより好適に防止す
る。

【００６５】請求項５に記載された発明によれば、機関
振動や車両振動に起因する当該カバーの上下振動が同カ
バーに付着した煤を振り落とすか、少なくとも前記コイ
ル構造に沿って付着した煤に亀裂を生じせしめ隙間を確
保する。また、前記コイル構造上に付着した煤自身に表
面張力を作用せしめ、同煤の付着を困難にする。

【００６６】請求項６に記載された発明によれば、周囲
の温度変化に起因するカバーの熱膨張及び収縮がカバー
に付着した煤の堆積物に亀裂を生じせしめ、又は同堆積
物を破砕する。したがってこの場合も、気体導入部とし
ての隙間は好適に確保される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る酸素センサをディーゼ
ルエンジンシステムに適用した概略構成図。

【図２】第１の実施形態に係る酸素センサの先端部を示
す断面図。

【図３】第２の実施形態に係る酸素センサの先端部を示
す断面図。

【図４】その酸素センサにおけるカバーの遊嵌構造を示
す拡大図。

【図５】第３の実施形態に係る酸素センサの先端部を示
す断面図。

【図６】その酸素センサの６−６線に沿った断面図。

【図７】第３の実施形態に係る酸素センサの他の例を示
す断面図。

【図８】その酸素センサの８−８線に沿った断面図。

【図９】第４の実施の形態に係る酸素センサの先端部を
示す断面図。

【図１０】その酸素センサのカバーの一部を示す拡大
図。

【図１１】その酸素センサのカバーを形成する線材の断
面図。

【図１２】エンジン作動時における同カバーの動作態様
を示す断面図。

【図１３】第５の実施形態に係る酸素センサの先端部を
示す図。

【図１４】その酸素センサの先端部を示す断面図。

【図１５】その酸素センサのカバーの動作態様を示す拡
大図。

【図１６】ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一例を示す概
略構成図。

【符号の説明】

２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｃ′，２０Ｄ，２０Ｅ…酸
素センサ、２１…センサ素子、２２…内部カバー、２
４，３４，４４，５４，６４…外部カバー、５６…孔
（遊嵌機構）、５７…支持ピン（遊嵌機構）、６５…羽
根体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松岡 幹也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】適宜のハウジングに固定されて気体中の酸
   素濃度を検出する検出素子部と、気体の導入部を有して
   該検出素子部を覆うカバーとを備える酸素センサにおい
   て、 前記カバーは、外部からの力学量の印加に基づき自由運
   動する自由運動機構を有して構成されることを特徴とす
   る酸素センサ。
2. 【請求項２】請求項１記載の酸素センサにおいて、 前記自由運動機構は、当該カバーの前記ハウジングに対
   する遊嵌構造に基づき同カバーを自由運動せしめるもの
   であることを特徴とする酸素センサ。
3. 【請求項３】請求項１記載の酸素センサにおいて、 前記カバーは、前記検出素子部を直接覆って前記ハウジ
   ングに固定される内部カバーとこの内部カバーを覆う外
   部カバーとの二重構造を有し、 前記自由運動機構は、前記外部カバーの前記内部カバー
   に対する遊嵌構造に基づき同外部カバーを自由運動せし
   めるものであることを特徴とする酸素センサ。
4. 【請求項４】請求項２又は３記載の酸素センサにおい
   て、 前記遊嵌されるカバーは、その自由運動に基づき被覆対
   象と摺接する羽根体を内周面に備えて構成されることを
   特徴とする酸素センサ。
5. 【請求項５】請求項１記載の酸素センサにおいて、 前記自由運動機構は、カバー自身の前記ハウジングに固
   定される他方端を自由端としたコイル構造に基づき当該
   カバーを自由運動せしめるものであることを特徴とする
   酸素センサ。
6. 【請求項６】請求項１記載の酸素センサにおいて、 前記自由運動機構は、前記ハウジングに固定される他方
   端を自由端とした剛体に設けられた螺旋状の気体導入部
   を有し、周囲温度の変化による該気体導入部を境とした
   剛体の相反する方向への伸縮に基づき同剛体からなるカ
   バーを自由運動せしめるものであることを特徴とする酸
   素センサ。