JPH10282042A

JPH10282042A - ガス濃度センサ

Info

Publication number: JPH10282042A
Application number: JP9100937A
Authority: JP
Inventors: Masanori Yasuda; 真範安田; Shinji Houchiyou; 伸次庖丁; Yasunori Nakamura; 靖紀中村; Kazuya Mizusawa; 和哉水澤
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1997-04-03
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】カバー体内に侵入した水を速やかに外部に排
出し、ガス濃度検出素子の被水による冷却を防止して、
素子性能の低下を防止する。【解決手段】ハウジング１内にガス濃度検出素子２を
挿通保持せしめ、ガス流路内に位置するガス濃度検出素
子２の先端部をカバー体３で包囲する。カバー体３は、
外側カバー３１と内側カバー３２の二重構造で、それぞ
れガスを導出入するための通気孔３１ａ、３２ａを有し
ている。外側カバー３１の内表面および内側カバー３２
の外表面には、撥水性の被膜４１、４２が形成してあ
り、両カバー３１、３２間に侵入した水が、その隙間に
溜まらずに後流側の通気孔３１ａから速やかに外部へ排
出されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、排気ガス
中の酸素濃度等を検出するガス濃度センサに関し、特に
そのカバー体の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、内燃機関の排気管壁にガス濃度
センサを取付けて排気ガス中の酸素濃度を検出し、燃料
噴射量等をフィードバック制御することが行われてい
る。この種のガス濃度センサの一例を図６（ａ）、
（ｂ）に示すと、筒状のセンサハウジング１はフランジ
１１にて内燃機関の排気管（図略）壁に固定されるよう
になしてあり、その筒内には管状のガス濃度検出素子２
が挿通保持されている。該ガス濃度検出素子２は下半部
が上記ハウジング１より突出しており、その周囲はカバ
ー体３で保護されている。

【０００３】上記カバー体３は、ガス濃度検出素子２を
保温しかつ汚染物質等から保護するもので、通常、図の
ように外側カバー３１と内側カバー３２の二重構造とな
っている。これら外側カバー３１と内側カバー３２に
は、側面の複数箇所に、通気孔３１ａ、３２ａがそれぞ
れ互い違いに設けてあり、流入する排気ガスがガス濃度
検出素子２を直撃しないようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造のガス濃度センサにおいては、排気管内に生じた水が
上記カバー体３に衝突してその内部に侵入し、内側カバ
ー３２内に入り込んで、ガス濃度検出素子２が被水する
という問題があった。これを図７を用いて説明すると、
上記従来のカバー体３構成では、外側カバー３１と内側
カバー３２の隙間が狭いため、水の粘性による抵抗が大
きく、一旦水が外側カバー３１内に入り込むと外へ出て
いきにくい。そのため、外側カバー３１内へ入り込んだ
水が、外側カバー３１と内側カバー３２の間に溜まり、
溜まった水が内側カバー３２内に押し出されて、ガス濃
度検出素子２を急冷し、素子の応答性を低下させるおそ
れがあった。

【０００５】しかして、本発明の目的は、カバー体内に
侵入した水を速やかに外部に排出することができ、ガス
濃度検出素子の被水による冷却を防止して、素子性能の
低下を防止できるガス濃度センサを提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明請求項１の構成におけるガス濃度センサは、
ハウジングと、該ハウジング内に挿通保持され先端部が
ガス流路内に位置するガス濃度検出素子と、上記ガス濃
度検出素子の上記先端部をガス流通可能に包囲するカバ
ー体とを有している。上記カバー体は、外側カバーおよ
び内側カバーの二重構造となしてあり、これら外側カバ
ーおよび内側カバーはそれぞれ上記ガス流路内のガスを
導出入するための通気孔を有している。また、少なくと
も上記外側カバーの内表面および上記内側カバーの外表
面には、撥水性の被膜が形成してある。

【０００７】上記構成では、少なくとも上記外側カバー
の内表面および上記内側カバーの外表面に、撥水性の被
膜を有するので、両カバー間に侵入した水がこれらの間
に溜まりにくく、後流側の通気孔から速やかに外部へ排
出される。このため、内側カバーの内部へ水が侵入する
ことがなく、ガス濃度検出素子の冷却を防止して、素子
の応答性を向上させる。

【０００８】請求項２の構成では、上記外側カバーと上
記内側カバーの隙間を、上記外側カバーの通気孔の孔径
以上かつ上記外側カバーの外径の１／８以上に設定す
る。両カバー間の隙間を上記設定値以上に拡げること
で、水の粘性による抵抗が少なくなり、両カバー間に水
が溜まりにくくなる。従って撥水性の被膜による上記効
果をさらに高めて、素子性能を大きく向上できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明を
内燃機関の排気管壁に取り付けられる酸素濃度センサに
適用した例を示すものである。図中、酸素濃度センサ
は、内燃機関の排気管壁に貫設される筒状ハウジング１
を有し、該ハウジング１外周に設けたフランジ部１１に
て図略の排気管壁に固定されるようになしてある。上記
ハウジング１内には棒状のガス濃度検出素子２が挿通保
持されている。

【００１０】上記ガス濃度検出素子２は、例えばジルコ
ニア等の酸素イオン導電性固体電解質を中空に成形し
て、その内外の対向位置に一対の電極（図略）を設けて
なり、外側電極を排気管内の排気ガスに、内側電極を基
準ガスとしての大気に晒して、両電極間にこれらガスの
酸素濃度差に比例した起電力を発生させるようになして
ある。

【００１１】上記ガス濃度検出素子２の下半部は、上記
ハウジング１より突出して図略の排気管内に位置するよ
うになしてあり、その周囲は、容器状のカバー体３で覆
われている。上記カバー体３は外側カバー３１と内側カ
バー３２の二重構造で、外側カバー３１の上端開口縁が
上記ハウジング１の下端部に埋設固定されている。上記
内側カバー３２は、外側カバー３１内に同心状に配置さ
れ、外方に屈曲する上端縁を外側カバー３２の内周壁に
当接支持せしめている。上記内側カバー３２の底面は外
側カバー３１の底面に密接している。

【００１２】上記外側カバー３１および内側カバー３２
には、その側壁に、それぞれ多数の通気孔３１ａ、３２
ａが形成されている。これら通気孔３１ａ、３２ａは軸
方向または周方向にほぼ等間隔で形成され、ここでは、
軸方向の４か所において、周方向に各８か所の通気孔３
１ａ、３２ａを形成し、計３２か所となしてある。ま
た、これら通気孔３１ａ、３２ａは、上記外側カバー３
１と内側カバー３２とで、それぞれ互い違いとなるよう
に配置されている。

【００１３】本発明では、上記外側カバー３１の内周
面、および内側カバー３２の外周面に、それぞれ撥水性
の表面処理を施して、被膜４１、４２を形成する。これ
ら被膜４１、４２としては、例えば硫化モリブデンを被
膜処理したものが、撥水性を有し、かつ９００℃までの
耐熱性があるため、好適である。また、硬質クロムメッ
キを施し、表面粗さを低減して、撥水性を向上させるこ
とも有効であり、１０００℃以上のより高い耐熱性を有
する被膜が得られる。

【００１４】次に上記構成の酸素濃度センサの作動につ
いて説明する。図２において、排気ガス中の水分が排気
管壁で冷却されて凝縮し、水滴となって上記カバー体３
に当たると、水滴は外側カバー３１の通気孔３１ａより
その内部へ入る。ここで本発明では、上記外側カバー３
１の内周面および内側カバー３２の外周面に撥水性の被
膜４１、４２が形成してあるため、上記外側カバー３１
内に水が入っても、後流側の通気孔３１ａから速やかに
外部へ排出され、これらカバー３１、３２間に水が滞留
することを抑制できる。従って、内側カバー３２の内部
にまで水が侵入することはなく、ガス濃度検出素子２の
冷却による素子応答性の低下を防止できる。

【００１５】ここで、上記撥水性の被膜４１、４２の作
用をより効果的に発揮させるには、上記外側カバー３１
と内側カバー３２の間の隙間を、通常よりも大きく設定
するとよい。具体的には、図３に示すように、上記外側
カバー３１の通気孔３１ａ径（φｂ）、外側カバー３１
の外径（φＤ）に対し、これらカバー３１、３２間の隙
間（ａ）が、下記式（１）、（２）を満足するようにす
るのがよい。ａ≧ｂ・・・（１）ａ≧Ｄ／８・・・（２）隙間（ａ）を、通気孔３１ａ径（φｂ）以上、すなわち
上記外側カバー３１内に侵入する水滴径以上とし、しか
も外側カバー３１の外径（φＤ）の１／８以上とするこ
とで、水の粘性による抵抗を少なくし、両カバー３１、
３２間に水が保持されにくくすることができる。

【００１６】図４は、排気管内に発生した水量とセンサ
の被水発生との関係を、外側カバー３１の外径（φＤ）
に対する隙間（ａ）の比率を変化させて調べたものであ
る。図に示されるように、隙間（ａ）と外径（φＤ）の
比率を大きくするに従って、被水が発生する排気管内の
凝縮水量が増加しており、エンジン始動時に排気管内で
発生する凝縮水量を通常６０ｃｃ程度であるとすると、
被水を防止するには、ａ≧Ｄ／８とすればよいことがわ
かる。一方、従来のカバー体３では、この隙間（ａ）
を、通常、外径（φＤ）の１／１６程度に設定してお
り、この場合には、排気管内の凝縮水量が４０ｃｃで被
水が発生する。

【００１７】なお、図５に、内外カバー間の隙間（ａ）
拡大がセンサの応答性に与える影響を示す。図中、Ｔ₉₀
は測定対象のガス中の酸素濃度を変えた時に、センサ出
力が飽和値の９０％に達するまでの立ち上がり時間を示
している。通常のエンジン制御システムにおいて、セン
サに必要とされる応答性は、Ｔ₉₀が２００ｍｓｅｃ以下
であり、隙間（ａ）と外径（φＤ）の比率を１／８に拡
大しても、比率が１／１６の従来のセンサとほとんど変
わらず、許容範囲内にある。よって、センサの応答性を
低下させることはなく、エンジンの制御性に悪影響を与
えることはない。ただし、隙間（ａ）と外径（φＤ）の
比率が増加するにつれ、Ｔ₉₀は上昇するので、好ましく
は、上記比率を３／８以下とするのがよい。

【００１８】このように、隙間（ａ）を拡げ、かつ適切
な値に設定することが、被水の発生に有効であり、これ
を上記撥水性の被膜４１、４２と組み合わせることで、
被水の発生を確実に防止し、素子性能を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示し、（ａ）はガス濃
度センサの全体概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線
断面図である。

【図２】本発明の作用を説明するためのガス濃度センサ
の横断面図である。

【図３】内外カバー間の隙間と被水発生との関係を説明
するためのガス濃度センサの全体概略断面図である。

【図４】内外カバー間の隙間の拡大とセンサの被水発生
との関係を示す図である。

【図５】内外カバー間の隙間の拡大とセンサの応答性の
関係を示す図である。

【図６】（ａ）は従来のガス濃度センサの全体概略断面
図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図７】従来のガス濃度センサの作用を説明するための
横断面図である。

【符号の説明】

１ハウジング１１フランジ２ガス濃度検出素子３カバー体３１外側カバー３２内側カバー３１ａ、３２ａ通気孔４１、４２被膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村靖紀愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者水澤和哉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

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングと、該ハウジング内に挿通保
持され先端部がガス流路内に位置するガス濃度検出素子
と、上記ガス濃度検出素子の上記先端部をガス流通可能
に包囲するカバー体とを有するガス濃度センサにおい
て、上記カバー体を外側カバーおよび内側カバーの二重
構造となして、これら外側カバーおよび内側カバーのそ
れぞれに上記ガス流路内のガスを導出入するための通気
孔を設け、かつ少なくとも上記外側カバーの内表面およ
び上記内側カバーの外表面を、撥水性の被膜で被ったこ
とを特徴とするガス濃度センサ。
【請求項２】上記外側カバーと上記内側カバーの隙間
を、上記外側カバーの通気孔の孔径以上かつ該外側カバ
ーの外径の１／８以上に設定した請求項１記載のガス濃
度センサ。