(57)【要約】【課題】実際の状況にあった好適な量の凝縮水を供給して実験を行うことができるガスセンサの被水試験方法を提供すること。【解決手段】実際に、排気管５５内に凝縮水を溜めて、凝縮水をガスセンサ１に飛散させる本工程の前に、凝縮水を溜めるための貯水作動時間を設定する前工程を実施する。この前工程では、まず、排気管５５の壁面温度、排気ガス温度、及び冷却水温度が−２５℃に低下した場合に、エンジン５３を始動する。ここでは、規定時間のアイドル運転を行う。そして、アイドル運転中に、エンジン５３の始動から排気管５５の壁面温度が露点に達するまでの露点到達時間を測定し、露点到達時間以内の範囲を貯水作動時間として設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のエンジンの排気管に取り付けられるガスセンサに対する凝縮水の被水状態を調べるガスセンサの被水試験方法において、
前記エンジンと前記エンジンの冷却水と前記排気管とを、露点よりも低温である所定の一定温度下に晒し、該エンジンを少なくとも一回、事前に設定した貯水作動時間にわたり作動させて凝縮水を排気管内に発生させ、該発生させた凝縮水を排気ガスの掃気によって下流側に飛ばして被水状態を調べる本工程を有し、
前記本工程に先立ち、
前記エンジンと前記冷却水と前記排気管とを、前記所定の一定温度にする第１工程と、
前記エンジンを始動して、該エンジンから排出される排気ガスを前記排気管に送り込む第２工程と、
前記エンジンを始動してから、前記ガスセンサの取付部近傍の温度が露点に達するまでの露点到達時間を求める第３工程と、
前記露点到達時間に基づいて前記排気管内に凝縮水を付着させるための前記貯水作動時間を設定する第４工程と、
からなる前工程を実施することを特徴とするガスセンサの被水試験方法。
【請求項２】
前記ガスセンサの取付部に、飛散した凝縮水を付着させる試験部材を配置するとともに、該試験部材を所定温度に加熱することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサの被水試験方法。
【請求項３】
前記貯水作動時間にわたって前記エンジンを作動させる動作を、複数回実施することを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサの被水試験方法。
【請求項４】
前記貯水作動時間を、前記露点到達時間以内に設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスセンサの被水試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四輪や二輪の車両の排気管に配置される、Ｏ2センサ、ＮＯｘセンサ等のガスセンサの被水試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車などの排気ガス中の特定ガス、例えば酸素やＮＯｘ（窒素酸化物）などの濃度に応じ、大きさの異なる起電力が生じたり、抵抗値が変化したりする検出素子を備えたガスセンサが知られている。
【０００３】
ところで、エンジンの停止中や冷間始動時に、排気ガス中に含まれる水分が凝縮して（以下凝縮水という）、排気管の内壁面に凝縮水が付着することがある。この状態でエンジンを始動させると、排気管の内壁面に付着した凝縮水は、エンジンの振動や排気ガスの流れによって飛散する。そして、飛散した凝縮水が、加熱された検出素子に付着すると、熱衝撃によって検出素子に亀裂が生じることがある。
【０００４】
この対策として、ガスセンサを排気管に取り付けて使用する前に、検出素子が被水により割れるか否かを評価する方法が開発されている。この種の評価を行う試験方法としては、例えば、低温下でアイドル状態を長時間続けてガスセンサの被水状態を調べる試験（ロングアイドル試験）や、排気管外から強制的に排気管内に水を供給してガスセンサの被水状態を調べる試験が知られている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２３４７５７号公報
【特許文献２】特開２００８−２８１５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のロングアイドル試験では、長時間アイドル状態を継続するので、発生する凝縮水量が僅かであり、車両を実際に使用する際の最悪条件（例えばちょい乗り等の短時間の運転）を、精度良く模擬しているとは言えなかった。
【０００７】
また、外部から水を供給する方法では、実際に排気管内に発生している凝縮水量が分からないため、供給する水量によっては、実際の使用時での条件以上となり過剰な条件での試験となっていた。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、実際の状況にあった好適な量の凝縮水を発生させて、より精度の高い実験を行うことができるガスセンサの被水試験方法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】
【０００９】
（１）本発明のガスセンサの被水試験方法は、請求項１に記載の様に、車両のエンジンの排気管に取り付けられるガスセンサに対する凝縮水の被水状態を調べるガスセンサの被水試験方法において、前記エンジンと前記エンジンの冷却水と前記排気管とを、を露点よりも低温である所定の一定温度下に晒し、該エンジンを少なくとも一回、事前に設定した貯水作動時間にわたり作動させて凝縮水を排気管内に発生させ、該発生させた凝縮水を排気ガスの掃気によって下流側に飛ばして被水状態を調べる本工程を有し、前記本工程に先立ち、前記エンジンと前記冷却水と前記排気管とを、前記（露点より低温の）所定の一定温度にする第１工程と、前記エンジンを始動して、該エンジンから排出される排気ガスを前記排気管に送り込む第２工程と、前記エンジンを始動してから、前記ガスセンサの取付部近傍の温度が露点に達するまでの露点到達時間を求める第３工程と、前記露点到達時間に基づいて前記排気管内に凝縮水を付着させるための前記貯水作動時間を設定する第４工程と、からなる前工程を実施することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、前工程にて、まず、エンジンとエンジンの冷却水と排気管とを、露点より低温にし、その後、エンジンを始動して、エンジンから排出される排気ガスを排気管に送る。そして、エンジンを始動してからガスセンサの取付部近傍の温度が露点に達するまでの露点到達時間を求め、この露点到達時間に基づいて排気管内に凝縮水を付着させるための貯水作動時間を設定する。これにより、本工程にてガスセンサの被水試験を実施する際のエンジンの作動時間（貯水作動時間）、即ち、実際に発生する量に近い凝縮水を排気管内に付着させるために必要な貯水作動時間を設定することができる。
【００１１】
従って、その後、本工程を行う際に、エンジンを少なくとも１回貯水作動時間作動させることにより、実際の運転状態に近い量の凝縮水を排気管内に発生させることができるので、実際の運転条件を好適に模擬した状態にてガスセンサの被水試験を行うことができる。
【００１２】
これにより、ガスセンサの取付位置における被水状態を精度良く把握できるので、被水によって破損が生じ難い好適な取付位置を求めることができる。
なお、第２工程において、エンジンから排出される排気ガスを排気管に送り込む際、又は、第３工程において、（排気ガスを排気管に送り込んで）露点到達時間を求める際には、アイドリング状態におかれたエンジンから排気ガスを送りこむ方法が好適である。
【００１３】
また、前記取付部近傍としては、排気管においてガスセンサの取付部である正規ポート（例えば本工程において試験部材が取り付けられる取付位置）と同じ周上、即ち、排気管の中心軸に対して垂直の同じ平面上、或いは、正規ポートの中心の半径３ｃｍの範囲内が挙げられる。
【００１４】
（２）本発明のガスセンサの被水試験方法では、請求項２に記載の様に、前記ガスセンサの取付部に、飛散した凝縮水を付着させる試験部材を配置するとともに、該試験部材を所定温度に加熱することができる。
【００１５】
ガスセンサの被水試験を行う際には、ガスセンサの取付部に、飛散した凝縮水を付着させる試験部材を配置すればよい。この試験部材（例えばカーボン素子）を加熱し、飛散した凝縮水を付着させると、その部分が被水痕として残るので、被水痕の大きさから被水量を検出することができる。
【００１６】
（３）本発明のガスセンサの被水試験方法では、請求項３に記載の様に、前記貯水作動時間にわたって前記エンジンを作動させる動作を、複数回実施することができる。
貯水作動時間にわたってエンジンを作動させる動作を、複数回実施することにより、多くの凝縮水を発生させることができる。
【００１７】
（４）本発明のガスセンサの被水試験方法では、請求項４に記載の様に、前記貯水作動時間を、前記露点到達時間以内に設定することができる。
貯水作動時間としては、露点到達時間を超えない時間（例えば露点到達時間の５０〜８０％）が好適である。これは、周囲温度が例えば−２５℃等の低温（露点より低い温度）にてエンジンを始動した場合には、排気管内に凝縮水が発生するが、温度が上昇して露点を超えると、次第に凝縮水が蒸発して少なくなるからである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態のガスセンサの部分断面図である。
【図２】ガスセンサの被水試験に用いる試験装置を示す説明図である。
【図３】試験装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】ロングアイドル試験におけるエンジンのオン、オフのタイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】（ａ）は試験部材を示す説明図、（ｂ）はカーボン素子を示す説明図である。
【図６】（ａ）は試験部材の取り付け状態を正面方向から見た状態を示す説明図、（ｂ）は試験部材の取り付け状態を平面方向から見た状態を示す説明図である。
【図７】本工程における試験の手順を示す説明図である。
【図８】被水痕径と被水量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明が適用されたガスセンサの被水試験方法の実施形態について図面を用いて説明する。
［実施形態］
本実施形態では、ガスセンサに対して凝縮水を飛散させて被水状態を調べる被水試験（本工程）を実施する前に、予め実際の状態に近い量の凝縮水を発生させるための条件を設定する操作（前工程）を行う。以下、詳述に説明する。
【００２０】
ａ）最初に、被水試験の対象となるガスセンサについて簡単に説明する。
図１に示す様に、本実施形態では、被水試験の対象となるガスセンサ１は、例えば排気ガスの空燃比を検出するいわゆる全領域空燃比センサである。
【００２１】
このガスセンサ１は、排気管に固定するためのネジ部３が形成された筒状の主体金具５と、軸線方向（図中上下方向）に延びる板状形状の検出素子７と、検出素子７の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ９と、検出素子７の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材１１と、検出素子７と絶縁コンタクト部材１１との間に配置される複数の接続端子１３と、を備えている。
【００２２】
このうち、検出素子７は、軸線方向に延びる板状形状の素子部１５と、同じく軸線方向に延びる板状形状のヒータ１７とが積層されたものであり、測定対象となるガスに向けられる先端側には、多孔質層１９に覆われた検出部２１が形成されている。
【００２３】
主体金具５は、略筒状形状であり、軸線方向に貫通する貫通孔２３と、貫通孔２３の径方向内側に突出する棚部２５とを有する。この主体金具５は、検出部２１を貫通孔２３の先端側外部に配置し、貫通孔２３の後端側外部に複数の電極端子部２７を配置する状態で検出素子５を保持するよう構成されている。なお、主体金具５の貫通孔２３の内部には、セラミックホルダ２９、粉末充填層３１、３３、セラミックスリーブ９が配置されている。
【００２４】
また、主体金具５の先端部３５の外周には、検出素子５の突出部分を覆う金属製の二重構造のプロテクタ３７（外部及び内部プロテクタ３９、４１）が溶接等によって取り付けられている。
【００２５】
更に、主体金具５の後端側外周には外筒４３が固定され、外筒４３の内側には絶縁コンタクト部材１１を保持する保持部材４５が固定されている。また、外筒４３の後端側の開口部にはグロメット４７が配置され、グロメット４７には、検出素子５の各電極端子部２７と接続される複数のリード線４９が挿通されている。
【００２６】
ｂ）次に、本実施形態のガスセンサの被水試験方法のうち、本工程の前に実施される前工程について、図２〜図４に基づいて説明する。
(1)まず、ガスセンサの被水試験方法の前工程で用いられる試験装置について説明する。
【００２７】
なお、この試験装置とほぼ同様な試験装置は、後工程においても使用される。
図２に示す様に、試験装置５１は、自動車のエンジン５３の排気管５５に、内周面にネジ部（図示せず）が形成された円形の貫通孔である正規ポートと追加ポートとが設けられたものである。
【００２８】
このうち、正規ポートとは、排気管５５においてガスセンサ１が本来取り付けられる取付位置、即ち実車においてガスセンサ１の本来の取付位置のことであり、前工程においては、この正規ポートは使用されず閉塞されている。
【００２９】
一方、追加ポートは、前工程において、上述したガスセンサ１を取り付けるために設けられたものであり、正規ポートより下流側に設けられている。従って、前工程においては、この追加ポートに取り付けられたガスセンサ１の出力を利用して、エンジン５３のフィードバック制御が行われる。
【００３０】
また、試験装置５１では、排気管５５の内壁面において、正規ポートの近傍に第１熱電対５７が取り付けられている。詳しくは、正規ポートと同じ排気管５５の円周上（即ち排気管５５の軸中心に垂直な断面の円周上）において、正規ポートの中心から、内壁面に沿って３ｃｍ以内に、第１熱電対５７が取り付られている。
【００３１】
更に、排気管５５には、正規ポートより下流側に、排気管５５の内部に突出するように、排気ガスの温度を測定する第２熱電対５９が取り付けられている。
また、前記エンジン５３は、吸入、圧縮、爆発及び排気の４つの工程を繰り返して出力を得る４サイクル４気筒エンジンである。
【００３２】
このエンジン５３は、例えば図３に示す様な電子制御装置６１によってその動作が制御される。
詳しくは、電子制御装置６１には、エンジン５３のフィードバック制御に用いられる前記ガスセンサ１、エンジン５３の回転数を検出する回転数センサ６３、冷却水の水温を測定する冷却水温センサ６５等のセンサが接続され、各センサからの信号が電子制御装置６１に入力される。また、電子制御装置６１からは、例えばエンジン回転数を所定の回転数に制御するために、スロットル６７に対して制御信号が出力される。
【００３３】
また、被水試験の前工程において、各センサからの出力（例えばエンジン回転数や冷却水温度）を検知できるように、電子制御装置６１にモニタ装置６９が接続されている。更に、このモニタ装置６９には、排気管５５の壁面温度を検知するための前記第１熱電対５７や、排気ガスの温度を検知するための前記第２熱電対５９や、外気温（雰囲気温度）を測定するための外気温センサ７１等が接続されている。
【００３４】
なお、エンジン５３の作動していない時には、第２熱電対５９は排気ガスの温度ではなく排気管５５内の雰囲気温度を測定しているが、この際に測定される温度も、以下では排気ガス温度と称する。
【００３５】
(2)次に、前記試験装置５１を用いて行われるガスセンサの被水試験方法の前工程について説明する。
このガスセンサの被水試験方法の前工程とは、上述した様に、本工程を実施する前に、予め実際の運転状態に近い量の凝縮水を発生させる条件（特に貯水のためにエンジンを作動させる貯水作動時間）を設定するための工程である。以下、順を追って説明する。
【００３６】
・まず、第１熱電対５７、第２熱電対５９、冷却水温センサ６５、及び外気温センサ７１からの信号に基づいて、排気管５５の内壁面における壁面温度、排気ガス温度、及び冷却水温度が雰囲気温度まで下がったか否かを確認する。
【００３７】
ここでは、外気温は、露点以下の−２５℃に設定してあるので、排気管５５の壁面温度、排気ガス温度、及び冷却水温度が−２５℃に低下したか否かを確認する。
・そして、排気管５５の壁面温度、排気ガス温度、及び冷却水温度が−２５℃に低下した場合には、エンジン５３を始動し、継続的に作動させる（Ｅ／Ｇｏｎ）。このエンジン５３の作動条件は、図４に示す様に、アイドル（ｉｄｌｅ）運転とする。運転時間は例えば２４０秒（ｓｅｃ）とし、２４０ｓｅｃ経過したら、エンジン５３を停止する（Ｅ／Ｇｏｆｆ）が、この運転時間内に露点に達しない場合には、露点に達するまで運転時間を延長する。
【００３８】
・次に、アイドル運転中に、エンジン５３の始動から排気管５５の壁面温度が露点温度（ここでは５２℃）に達するまでの時間（露点到達時間）を測定する。なお、露点は、排気ガス温度や排気ガスの相対湿度等により周知の手法で求めることができる。
【００３９】
・そして、この様にして露点到達時間を貯水作動時間として設定する。即ち、後述する本工程において、凝縮水をためるためにエンジン５３を１回分作動させる時間として設定する。
【００４０】
つまり、排気ガスの温度に比べて排気管５５の壁面温度は低いので、排気ガス中の水分は凝縮水として排気管５５の内壁面に付着するが、露点を超えると内壁面に付着する水分が蒸発して凝縮水が少なくなる。よって、凝縮水を十分に溜める目安として露点到達時間を求め、露点到達時間以内の範囲を貯水作動時間として設定するのである。
【００４１】
ｃ）次に、上述した前工程の後に実施されるガスセンサの被水試験の本工程について、前記図２及び図５〜図８に基づいて説明する。
(1)まず、被水試験の本工程で用いられる試験装置について説明する。
【００４２】
なお、本工程で使用する試験装置は、前工程で使用する試験装置とほぼ同様であるので、前記図２を用いて説明する（同じものには同じ番号を付す）。
前記図２に示す様に、本工程用で用いる試験装置５１は、前工程と同様に、自動車のエンジン５３の排気管５５の正規ポートに、被水状態の確認に用いられる試験部材８３が取り付けられ、正規ポートより下流側の追加ポートに、エンジン５３の制御に用いられる上述したガスセンサ１が取り付けられたものである。
【００４３】
なお、試験部材８３は、前工程の際には使用されないので、前工程が終了した後に、本工程において、後述する貯水のための工程とレーシングの工程との間に取り付けられる。
また、この本工程においても、前工程と同様に、排気管５５の正規ポートの近傍の内壁面に第１熱電対５７が取り付けられ、追加ポートの近傍に第２熱電対５９が取り付けられている。更に、本工程においても、前記図３に示す様な電子制御装置６１やモニタ装置６９等が用いられる。
【００４４】
(2)次に、本工程で用いられる試験部材８３について説明する。
この試験部材８３とは、図５（ａ）に示す様に、前記主体金具５とほぼ同様な金属製のハウジング８５内に、前記検出素子７と同様な寸法形状のカーボン素子８７を同様な配置で固定したものであり、試験部材８３の先端には、ガスセンサ１と同様なプロテクタ８９が取り付けられている。
【００４５】
このカーボン素子８７は、図５（ｂ）に示す様に、一方の面側（同図手間）にヒータ（図示せず）が配置された検出素子７の表面に、カーボンが塗布されたものであり、ヒータによって加熱された状態で水滴が付着すると、その部分のカーボンが取れて被水痕として残るという特性がある。
【００４６】
前記試験部材８３は、図６に模式的に示す様に（プロテクタ８９は除いて記載してある）、排気管５５に対して、そのカーボン素子８７のヒータ側（ヒータ面）を上流側にして（従ってその反対側の素子面を下流側にして）、ガスセンサ１と同様に、その先端を排気管５５内に突出するように取り付けられる。
【００４７】
(3)次に、上述した試験装置５１を用いて行われるガスセンサの被水試験方法の本工程について説明する。
この本工程とは、エンジン５３、エンジン５３の冷却水、及び排気管５５を露点よりも低温下に晒し、エンジン５３を少なくとも一回（ここでは複数回）貯水作動時間にわたり作動させて、凝縮水を排気管５５内に発生させ、この発生させた凝縮水を排気ガスの掃気（レーシング：Ｒａｃｉｎｇ）によって下流側に飛ばして被水状態を調べる工程である。以下、図７に基づいて、順を追って説明する。
【００４８】
・まず、第１熱電対５７、第２熱電対５９、冷却水温センサ６５、及び外気温センサ７１からの信号に基づいて、排気管５５の壁面温度、排気ガス温度、及び冷却水温度が雰囲気温度まで下がったか否かを確認する。
【００４９】
ここでは、外気温は、露点以下の−２５℃に設定してあるので、排気管５５の壁面温度、排気ガス温度、及び冷却水温度が−２５℃に低下したか否かを確認する。
・次に、排気管５５の壁面温度、排気ガス温度、及び冷却水温度が−２５℃に低下した場合には、エンジン５３を始動し、上述した貯水作動時間にわたりエンジンを作動させ、貯水作動時間に達するとエンジン５３を停止し、外気温となるまで冷却する。なお、ここでのエンジン５３の作動条件は、アイドル運転とする。
【００５０】
・そして、この貯水作動時間に渡るエンジン５３の作動及びその後のエンジン５３の冷却の操作を、４回繰り返す。これにより、排気管５５内に付着する凝縮水が、徐々に増加する。
【００５１】
・次に、正規ポートに試験部材８３を取り付け、ヒータに通電して、カーボン素子８７の温度を例えば２００℃に保つようにする。なお、試験部材８３を取り付けるタイミングは、４回目の冷却期間中である。
【００５２】
・次に、４回目の冷却が完了した場合には、エンジン５３を始動し、所定の条件でレーシングを行う。
具体的には、アイドル状態からアクセルを５秒間に渡りオン（ＯＮ）にし、エンジン回転数を３０００〜４０００ｒｐｍの状態に保持する。その後、アクセルを１０秒間オフ（ＯＦＦ）にし、以後、同様なアクセルのオン・オフを、全体で４回繰り返す。なお、最後のアクセルのオフの期間は６０秒とし、その後エンジン５３を停止する。
【００５３】
・次に、排気管５５から試験部材８３を取り外し、掃気運転を行う。
・その後、カーボン素子８７の被水痕の大きさ（直径）を調べ、被水量を求める。
具体的には、例えば図８に示す様な被水痕径と被水量とのグラフを用い、被水量を算出する。
【００５４】
・従って、この様にして算出された被水量が、所定の判定値（即ち、検出素子７がどれほどの被水量で破損するかを予め実験等で調べて設定した閾値）以上である場合には、正規ポートの位置が適当ではないと判断することができる。
【００５５】
ｄ）この様に、本実施形態のガスセンサの被水試験方法では、前工程として、まず、エンジン５３とエンジン５３の冷却水とエンジン５３の排気管５５とを、露点より低温にする。その後、エンジン５３を始動して、エンジン５３から排出される排気ガスを排気管５５に送る際に、エンジン５３を始動してからガスセンサ１の取付部近傍の温度が露点に達するまでの露点到達時間を求め、この露点到達時間に基づいて排気管５５内に凝縮水を付着させるための貯水作動時間を設定する。これにより、排気管５５内に十分な量の凝縮水を付着させるために必要なエンジンの作動時間（貯水作動時間）を設定することができる。
【００５６】
従って、その後、本工程を行う際に、エンジン５３を例えば４回貯水作動時間にわたり作動させることにより、排気管５５内に実際の運転状態に近い量の凝縮水を発生させることができるので、実際の運転条件を好適に模擬した状態にてガスセンサ１の被水試験を行うことができる。
【００５７】
これにより、ガスセンサ１の取付位置における被水状態が分かるので、被水によって破損が生じ難い好適なガスセンサ１の取付位置を求めることができる。
また、本実施形態では、貯水作動時間を、露点到達時間以内に設定しているので、蒸発による凝縮水の減少を抑制することができ、この点からも、十分に凝縮水を溜めることができる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態等について説明したが、本発明は、前記実施形態等に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
（１）例えば、本発明は、全領域空燃比センサに適用できるだけでなく、その他の酸素センサ、或いはＮＯｘセンサ、ＨＣセンサ等にも適用することが可能である。
【００５９】
（２）また、前記実施形態では、ヒータと一体型の、板状の形状の検出素子を用いて説明したが、本発明は、ヒータを別に備えた有底筒状の検出素子の場合にも適用できる。
【符号の説明】
【００６０】
１…ガスセンサ
７…検出素子
５１…試験装置
５３…エンジン
５５…排気管
８３…試験部材
８７…カーボン素子
【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６】
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【図７】
2011257152.tif 000008
【図５】
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【図８】
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