(57)【要約】    【課題】  検出素子の急激な冷却を防止しつつ、プロテクタの通気孔の詰まりを防止できる内燃機関の排気センサを提供する。    【解決手段】  プロテクタ１６の内側に内側プロテクタ１７を備える２重構造とし、内側プロテクタ１７に設けられる突起部材１７ｂがプロテクタ１６の通気孔１６ａに挿置されるようにする。前記内側プロテクタ１７は、バイメタル１８の熱変形に応じてプロテクタ１６内を上下動し、これに伴って、前記突起部材１７ｂが前記通気孔１６ａの中を平行移動して、通気孔１６ａに付着・堆積するデポジットを掻き落とす。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気中の成分濃度を検出する排気センサであって、
検出素子と、該検出素子を覆うプロテクタとを備える一方、
前記プロテクタに開口される通気孔の中を、雰囲気温度に応じて移動する移動部材を備えたことを特徴とする内燃機関の排気センサ。
【請求項２】
前記移動部材が、熱変形部材の雰囲気温度に応じた変形によって移動することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気センサ。
【請求項３】
前記移動部材が、雰囲気温度が低い時に前記通気孔を閉塞し、雰囲気温度が高い時に前記通気孔を開口させる開閉部材と一体に設けられ、前記開閉部材の開閉動作に伴って前記通気孔の中を移動することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気中の成分濃度を検出する排気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、検出素子を覆うプロテクタに設けられる通気孔を、低排温時に閉塞する感温弁を備えることで、検出素子の急激な冷却を防止し、変動幅が小さい安定した出力が得られるようにした酸素濃度検出器が開示されている。
【特許文献１】実開昭６１−１２５７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記感温弁は、プロテクタの内周側から前記通気孔を閉塞する構成で、プロテクタの内周壁に板状の部材の一端を固定させ、高温時には前記板状部材の先端側がプロテクタの内周壁から離れるように反り返ることで、通気孔を開口させる構成である。
上記の感温弁では、移動量が少ない固定端側からデポジットが付着して通気孔内に堆積し、通気孔の詰まりを生じさせ、これによって検出素子への排気の流入が妨げられ、酸素濃度の検出精度が低下するという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、検出素子の急激な冷却を防止しつつ、プロテクタの通気孔の詰まりを防止できる内燃機関の排気センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのため請求項１記載の発明では、プロテクタに開口される通気孔の中を、雰囲気温度に応じて移動する移動部材を備える構成とした。
かかる構成によると、雰囲気温度が変化すると、それに応じて移動部材が通気孔の中を移動するので、通気孔に付着したデポジットなどが前記移動部材の移動によって掻き落とされ、通気孔内に堆積することが防止される。
【０００６】
従って、デポジットの付着・堆積によって通気孔が詰まり、排気成分濃度の検出精度が低下することを未然に防止することができる。
請求項２記載の発明では、前記移動部材が、熱変形部材の雰囲気温度に応じた変形によって移動する構成とした。
かかる構成によると、雰囲気温度の変化によって熱変形部材が変形すると、それに応じて移動部材が通気孔の中を移動する。
【０００７】
従って、雰囲気温度に応じた移動部材の通気孔の中での移動を、簡便な構成で実現できる。
請求項３記載の発明では、前記移動部材が、雰囲気温度が低い時に前記通気孔を閉塞し、雰囲気温度が高い時に前記通気孔を開口させる開閉部材と一体に設けられ、前記開閉部材の開閉動作に伴って前記通気孔の中を移動する構成とした。
【０００８】
かかる構成によると、開閉部材が、雰囲気温度が低いときに通気孔を閉塞し、雰囲気温度が高くなると通気孔を開口し、この開閉部材の開閉動作に伴って移動部材が通気孔の中を移動して、通気孔に付着したデポジットなどが掻き落とされる。
従って、雰囲気温度が低下したときに検出素子の急激な冷却が防止されると共に、デポジットの付着・堆積によって通気孔が詰まり、排気成分濃度の検出精度が低下することを未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、排気管１に装着されて排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ２（排気センサ）を示す断面図である。
前記排気管１は、図示省略した内燃機関から排出される排気を大気中に放出させるためのものであり、図中に示すＡ方向に排気が流れる。
【００１０】
前記排気管１の途中には、前記酸素センサ２を取付けるためのねじ穴１Ａが径方向に穿設されている。
尚、前記ねじ穴１Ａよりも下流側の排気管１には、触媒装置（図示省略）が設けられ、この触媒装置は、排気中の有害成分を酸化・還元することで無害な成分に転換し、大気中に排出される有害成分の量を低減させる機能を有している。
【００１１】
前記酸素センサ２は、段付の筒形ホルダ４を含むケーシング３を備えて構成され、前記筒形ホルダ４の一端側外周には、おねじ部４Ａが形成されている。
そして、前記酸素センサ２は、前記筒形ホルダ４のおねじ部４Ａを排気管１のねじ穴１Ａにワッシャ５等を介して螺着させることにより排気管１に取付けられ、検出素子としてのジルコニアチューブ６を排気管１内に向けて突出させる構成となっている。
【００１２】
前記ジルコニアチューブ６は、酸化ジルコニウムによって有底筒状に形成され、その内外面には白金等からなる内側電極及び外側電極が設けられている。
そして、ジルコニアチューブ６は、外側の排気と内側の大気との間で酸素濃度に差が生じると、前記内側電極と外側電極との間に起電力が発生し、この起電力は、酸素濃度の検出信号として後述のコンタクトプレート１１側に出力される。
【００１３】
ヒータ７は、絶縁筒体８側からジルコニアチューブ６内へと挿入され、ジルコニアチューブ６を内側から加熱する。
前記ヒータ７は、高い耐熱特性を有する窒化珪素等のセラミック材料によって小径のロッド状に成形され、その外周側にはタングステン等の材料からなるヒータパターンが形成されている。
【００１４】
一対の端子ピン９は、前記ヒータ７に給電を行うためにセンサケーシング３内に設けられる。
前記一対の端子ピン９は、ばね性を有する細長の金属棒を、図１に示すように折曲げることにより形成され、略Ｕ字状に屈曲した一端側がヒータ７の突出端側にそれぞれロー付け等の手段を用いて接続されている。
【００１５】
また、各端子ピン９の他端側は、絶縁カバー１０から後述のキャップ１２側ヘと突出し、外部のリード線１４に接続され、前記各リード線１４及び一対の端子ピン９を通じてヒータ７に給電される。
コンタクトプレート１１は、ジルコニアチューブ６から出力される酸素濃度の検出信号を外部に導出する。
【００１６】
前記コンタクトプレート１１は、前記絶縁筒体８内に挿入した状態でセンサケーシング３内に取付けられ、一端側が絶縁筒体８とジルコニアチューブ６の開口端との間で挟持されることにより、ジルコニアチューブ６の内側電極に接続される。
また、コンタクトプレート１１の他端側は、絶縁カバー１０を通して外部に突出し、その突出端側はリード線１５に接続されている。
【００１７】
キャップ１２は、センサケーシング３の他端側にカシメ等の手段を用いて固着される。
絶縁性のシール体１３は、例えば耐熱性を有するフッ素系樹脂材料等により形成され、各リード線１４，１５をキャップ１２内で液密にシールする。
筒状のプロテクタ１６は筒形ホルダ４の一端側に設けられ、該プロテクタ１６はジルコニアチューブ６と共に排気管１内へと突出し、排気管１内でジルコニアチューブ６を外側から保護するものである。
【００１８】
ここで、本実施形態において特徴的な構成として、前記プロテクタ１６の内側に別体の内側プロテクタ１７を設け、プロテクタを２重構造としてある。
前記内側プロテクタ１７は、前記プロテクタ１６の内側に遊嵌され、前記プロテクタ１６内で排気センサ２の軸方向に移動可能に構成される（図２，図３参照）。
前記プロテクタ１６の周壁には、等間隔に４箇所の通気孔１６ａが貫通形成されており、同様に、内側プロテクタ１７の周壁にも、等間隔に４箇所の通気孔１７ａが貫通形成されている。
【００１９】
また、前記内側プロテクタ１７の外周面には、径方向を軸とする突起部材１７ｂが一体的に形成されている。
前記突起部材１７ｂは、前記通気孔１７ａのセンサ基端側の開口縁近傍に立設され、該突起部材１７ｂが前記プロテクタ１６側の通気孔１６ａに対して内側から挿置され、その先端がプロテクタ１６の外周面と同一面になるか又は僅かに突出するようになっている。
【００２０】
従って、前記突起部材１７ｂが前記通気孔１６ａ内で移動できる範囲内で、前記内側プロテクタ１７がプロテクタ１６内で上下方向に移動することになり、前記突起部材１７ｂの周壁が通気孔１６ａの上縁（センサ基端側の開口縁）に当たる位置と、前記突起部材１７ｂの周壁が通気孔１６ａの下縁（センサ先端側の開口縁）に当たる位置との間が、内側プロテクタ１７の移動可能範囲となる。
【００２１】
前記突起部材１７ｂの周壁が通気孔１６ａの上縁（センサ基端側の開口縁）に当たる位置では、前記プロテクタ１６の通気孔１６ａと内側プロテクタ１７の通気孔１７ａとが重なり、排気管１内の排気がプロテクタ１６内のジルコニアチューブ６を囲む空間内に出入り可能となる（図２参照）。
一方、前記突起部材１７ｂの周壁が通気孔１６ａの下縁（センサ先端側の開口縁）に当たる位置では、内側プロテクタ１７の通気孔１７ａがプロテクタ１６の通気孔１６ａよりもセンサ先端側にずれ、プロテクタ１６の通気孔１６ａが内側プロテクタ１７の周壁によって内側から閉塞される状態になり、排気管１内の排気がプロテクタ１６内のジルコニアチューブ６を囲む空間内に出入りすることが規制される（図３参照）。
【００２２】
即ち、本実施形態において、前記内側プロテクタ１７が、前記プロテクタ１６の通気孔１６ａを開閉する開閉部材に相当し、前記内側プロテクタ１７による通気孔１６ａの開閉動作に伴って、通気孔１６ａの中を移動することになる突起部材１７ｂが移動部材に相当する。
ここで、内側プロテクタ１７の先端外面とプロテクタ１６の先端内面との間の隙間に、熱膨張率の異なる金属板を張り合わせてなるバイメタル１８（熱変形部材）を設けてある。
【００２３】
前記バイメタル１８は、プロテクタ１６の先端内面に一端が固定され、所定温度（例えば６０℃）以下の低温状態では、図３に示すように、プロテクタ１６の先端内面に沿った略平らな状態となる。
このときには、前記突起部材１７ｂの周壁が通気孔１６ａの下縁（センサ先端側の開口縁）に当たる位置、即ち、プロテクタ１６の通気孔１６ａが内側プロテクタ１７の周壁によって内側から閉塞される状態に保持される（図７参照）。
【００２４】
一方、前記所定温度を超えると、図２に示すように、バイメタル１８の先端側が反り上がるように変形する。
このとき、バイメタル１８の先端側は、内側プロテクタ１７の先端外面に当接し、内側プロテクタ１７を押し上げることになり、最終的には、前記突起部材１７ｂの周壁が通気孔１６ａの上縁（センサ基端側の開口縁）に当たる位置まで内側プロテクタ１７が持ち上げられ、前記プロテクタ１６の通気孔１６ａと内側プロテクタ１７の通気孔１７ａとが重なるようになる（図７参照）。
【００２５】
例えば、内燃機関の停止中及び始動直後の低温雰囲気では、前記図３に示すように、バイメタル１８が略平らになっていて、プロテクタ１６の通気孔１６ａが内側プロテクタ１７の周壁によって内側から閉塞される状態に保持されるから、機関の始動直後において、排気管１内で凝縮した水滴が通気孔１６ａを介してプロテクタ１６内部に侵入してジルコニアチューブ６（検出素子）を濡らすことがなく、ヒータ７で加熱されるジルコニアチューブ６に熱衝撃が加わることがない。
【００２６】
そして、ある程度温度が上昇し、排気管１内の凝縮水が蒸発した段階で、バイメタル１８が変形を開始して通気孔１６ａを開けるようにすることで、熱衝撃の発生を回避しつつ、酸素濃度の検出を開始させることができる。
更に、本実施形態では、前記通気孔１６ａの開閉動作（内側プロテクタ１７の上下動）に伴って前記突起部材１７ｂが通気孔１６ａの中を平行移動することで、通気孔１６ａの開口縁などに付着・堆積するデポジットを掻き落とすように作用する。
【００２７】
即ち、突起部材１７ｂは、通気孔１６ａの幅よりも僅かに狭い幅に形成され、雰囲気温度によるバイメタル１８の変形によって、図２に示す周壁が通気孔１６ａの上縁（センサ基端側の開口縁）に当たる位置と、図３に示す周壁が通気孔１６ａの下縁（センサ先端側の開口縁）に当たる位置との間を平行移動するが、これは、通気孔１６ａ内の異物を押し退けるような動作となる。
【００２８】
従って、内燃機関の運転中に通気孔１６ａにデポジットが付着・堆積しても、内燃機関が停止されて温度が低下することで通気孔１６ａを閉じる動作が行われるときに、また、内燃機関の始動後に温度が上昇して通気孔１６ａを開く動作が行われるときに、前記突起部材１７ｂが前記デポジットを掻き落とすので、デポジットの付着・堆積による通気孔１６ａの詰まりを未然に防止することができ、酸素濃度の検出精度を維持させることができる。
【００２９】
尚、前記バイメタル１８先端側をフリーとする場合には、スプリング等の弾性部材によって内側プロテクタ１７をセンサ先端側に向けて付勢することで、低温状態での内側プロテクタ１７の振動を抑制することができる。
また、熱変形部材の両端を内側プロテクタ１７とプロテクタ１６とにそれぞれ接続する構成とすることが可能であり、この場合は、前記スプリングによる付勢力は不要となる。
【００３０】
更に、熱変形部材をバイメタルに限定するものではなく、ワックスなどの公知の熱変形部材を用いることができ、また、バイメタルを用いる場合でもその形状は板状のものに限定されず、例えばＵ字型に形成したバイメタルが温度上昇で広がる変形を利用しても良い。
また、図４に示すように、プロテクタ１６内周面の通気孔１６ａの下縁付近から径方向内側に向けて立設され、内側プロテクタ１７の通気孔１７ａに対して挿置される突起部材１６ｂを設ければ、温度低下により通気孔１６ａを閉じる動作及び温度上昇により通気孔１６ａを開く動作に伴って、突起部材１７ｂが通気孔１６ａの中を平行移動し、突起部材１６ｂが通気孔１７ａの中を平行移動することになる。
【００３１】
従って、両通気孔１６ａ，１７ａに付着・堆積したデポジットを除去することが可能となり、より確実に詰まりの発生を防止できる。
また、プロテクタ１６の通気孔１６ａを、バイメタル等の熱変形部材からなる開閉弁によって低温時に閉じ高温時に開く構成において、閉弁動作に伴って通気孔１６ａ内に挿入される突起部材（移動部材）を前記開閉弁と一体的に設ける構成とすることができる。
【００３２】
図５及び図６に示す実施形態では、プロテクタ１６の内周面に、雰囲気温度に応じた熱変形によって低温時に通気孔１６ａを閉じ、高温時に通気孔１６ａを開く、板状のバイメタル開閉弁２０（開閉部材，熱変形部材）を取り付けてある。
即ち、前記バイメタル開閉弁２０は、低温時には図５に示すようにプロテクタ１６の内周面に沿って略真っ直ぐに延び、通気孔１６ａを内側から閉塞し、高温時には図６に示すように、その先端側がプロテクタ１６の内側に倒れ込むように熱変形して通気孔１６ａから離れ、通気孔１６ａが開放される。
【００３３】
ここで、前記バイメタル開閉弁２０の通気孔１６ａを閉塞する面には、前記通気孔１６ａを閉じるときに通気孔１６ａ内に挿置される、通気孔１６ａの開口よりも僅かに小さい外形を有する突起部材２０ａ（移動部材）を一体的に設けてある。
前記突起部材２０ａは、温度上昇によって前記バイメタル開閉弁２０の先端側が図６に示すようにプロテクタ１６の内側に反り返ると、通気孔１６ａ内から退避し、通気孔１６ａを介した排気のプロテクタ１６内への出入りを許容する。
【００３４】
そして、内燃機関の運転中に通気孔１６ａの周縁にデポジットが付着・堆積しても、機関停止によって温度の低下し、バイメタル開閉弁２０が閉弁するときに、通気孔１６ａ内に差し入れられることで（通気孔１６ａの中を移動することで）、デポジットを掻き落とすように作用する。
従って、図５，６に示す実施形態においても、デポジットの付着・堆積による通気孔１６ａの詰まりを未然に防止でき、酸素濃度の検出精度を維持させることができる。
【００３５】
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項３の記載の内燃機関の排気センサにおいて、
前記プロテクタの内側に、通気孔を有する開閉部材としての内側プロテクタを軸方向に移動可能に遊嵌し、該内側プロテクタが、前記プロテクタの通気孔と前記内側プロテクタの通気孔とが重なる位置と、前記プロテクタの通気孔と前記内側プロテクタの通気孔とが位置ずれした位置とに熱変形部材によって移動するよう構成すると共に、前記内側プロテクタの外周に設けた移動部材としての突起部材を前記プロテクタの通気孔に挿置させ、前記内側プロテクタの移動に伴って前記突起部材が前記内側プロテクタの通気孔の中を平行移動するよう構成したことを特徴とする内燃機関の排気センサ。
【００３６】
かかる構成によると、２重に設けられるプロテクタのうち、内側プロテクタから外側プロテクタの通気孔に対して突起部材が差し入れられ、内側プロテクタが上下動することで、外側のプロテクタの通気孔が開閉されると同時に、外側プロテクタの通気孔の中を突起部材が平行移動する。
従って、検出素子の急激な冷却を防止しつつ、内側プロテクタに設けられる突起部材によってデポジットを掻き落として通気孔の詰まりを防止できる。
（ロ）請求項３記載の内燃機関の排気センサにおいて、
前記プロテクタの通気孔を内側から開閉する熱変形部材からなる開閉部材を設けると共に、前記通気孔が閉塞されるときに前記通気孔内に挿置される移動部材としての突起部材を前記開閉部材に一体的に設けたことを特徴とする内燃機関の排気センサ。
【００３７】
かかる構成によると、開閉部材が熱変形することで、プロテクタの通気孔が開閉されると同時に、突起部材が通気孔に対して出し入れされる。
従って、検出素子の急激な冷却を防止しつつ、開閉部材に設けられる突起部材によってデポジットを掻き落として通気孔の詰まりを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態における酸素センサ（排気センサ）を示す断面図。
【図２】前記酸素センサにおけるプロテクタ構造の第１実施形態を示す部分拡大図。
【図３】前記酸素センサにおけるプロテクタ構造の第１実施形態を示す部分拡大図。
【図４】前記酸素センサにおけるプロテクタ構造の第２実施形態を示す部分拡大図。
【図５】前記酸素センサにおけるプロテクタ構造の第３実施形態を示す部分拡大図。
【図６】前記酸素センサにおけるプロテクタ構造の第３実施形態を示す部分拡大図。
【図７】実施形態における通気孔の開閉特性を示す線図。
【符号の説明】
【００３９】
１…排気管、２…酸素センサ（排気センサ）、６…ジルコニアチューブ（検出素子）、１６…プロテクタ、１６ａ…通気孔、１７…内側プロテクタ（開閉部材）、１７ａ…通気孔、１７ｂ…突起部材（移動部材）、１８…バイメタル（熱変形部材）、２０…バイメタル開閉弁（開閉部材、熱変形部材）、２０ａ…突起部材（移動部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006170743.tif 000008
【図７】
2006170743.tif 000009