(57)【要約】【課題】任意のタイミングで被水の有無を検出可能とする被水性評価用ガスセンサ及びこれを用いた被水性評価方法を提供すると共に、被水し易い状況下では測定部を収納して、被水、又は、被水による素子割れの確実な防止を可能とし、耐久性に優れ、任意のタイミングで測定流体中の特定ガス成分の濃度を検出できるガスセンサを提供することを目的とする。【解決手段】少なくとも、被測定ガスに含まれる特定ガス成分の濃度を検知するセンサ素子３０と、センサ素子３０の測定部３００を被測定ガス流路８００内に保持するハウジング１２と、を有するガスセンサ１であって、ハウジング１２は、センサ素子３０を軸方向に移動可能に保持しつつ、測定部３００を被測定ガス流路８００内に載置せしめる測定位と測定部３００を被測定ガス流路８００外に載置せしめる退避位との往復動作を可能とするシリンダ基部１０とシリンダ軸部２０とからなるアクチュエータを具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、被測定ガスに含まれる特定ガス成分の濃度を検知するセンサ素子と、該センサ素子の測定部を上記被測定ガス流路内に保持するハウジングと、を有するガスセンサであって、
上記ハウジングは、上記センサ素子を軸方向に移動可能に保持しつつ、上記測定部を上記被測定ガス流路内に載置せしめる測定位と上記測定部を上記被測定ガス流路外に載置せしめる退避位との往復動作を可能とするアクチュエータを具備することを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
上記アクチュエータは、上記測定部を露出しつつ上記センサ素子を収納保持すべく略筒状に形成したシリンダ軸部と、該シリンダ軸部を覆う略筒状のシリンダ基部と、該シリンダ軸部を上記シリンダ基部内に摺動可能に保持するピストン部と、上記ピストン部の上面側に区画され上記ピストン部上面に上記測定位方向の圧力を作用させる進行圧室と、上記ピストン部の下面側に区画され上記ピストン部下面に上記退避位方向の圧力を作用させる後退圧室と、上記進行圧室に気体又は液体からなる圧力流体を導入する進行圧導入ポートと、上記後退圧室に上記圧力流体を導入する後退圧導入ポートと、を具備することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
上記アクチュエータは、通電により励磁される電磁ソレノイドと、上記測定部を露出しつつ上記センサ素子を収納保持すべく略筒状に形成したシリンダ軸部と、該シリンダ軸に固定され上記電磁ソレノイドの励磁により軸方向に吸引される可動コアと、該可動コアを反吸引方向に付勢するバネ部材とを具備することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項４】
上記センサ素子は、少なくとも酸素イオン伝導性の固体電解質層と、該固体電解質層の表面に形成され上記被測定ガスに接する測定電極と、基準ガスとして大気を導入する基準ガス室と、上記固体電解質層の表面に形成され上記基準ガス室に導入された大気に接する基準ガスに接する基準電極と、上記固体電解質層を加熱するヒータとを具備し、上記ガスセンサは、上記センサ素子の被測定ガスに晒される測定部を覆うカバー体を具備することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項５】
被測定ガス流路に載置され、被測定ガス中の特定ガス成分濃度を検出するガスセンサの被水性を評価すべく、少なくとも該ガスセンサの測定部の形状及び該測定部を構成する素材が上記ガスセンサと同一で、上記測定部を覆うカバー体と上記測定部を加熱するヒータとを具備し、上記測定部の表面に被水痕検出用粉体を付着せしめた被水性評価用ガスセンサであって、
上記測定部を上記被測定ガス流路内に載置せしめる測定位と上記測定部を上記被測定ガス流路外に載置せしめる退避位との往復運動を可能とするアクチュエータを具備することを特徴とする被水性評価用ガスセンサ。
【請求項６】
上記アクチュエータは、上記測定部を露出しつつ上記センサ素子を収納保持すべく略筒状に形成したシリンダ軸部と、該シリンダ軸部を覆う略筒状のシリンダ基部と、該シリンダ軸部を上記シリンダ基部内に摺動可能に支持するピストン部と、上記ピストン部の上面側に区画され上記ピストン部上面に上記測定位方向の圧力を作用させる進行圧室と、上記ピストン部の下面側に区画され上記ピストン部下面に上記退避位方向の圧力を作用させる後退圧室と、上記進行圧室に圧力流体を導入する進行圧導入ポートと、上記後退圧室に気体又は液体からなる圧力流体を導入する後退圧導入ポートと、を具備し、上記進行圧室内の圧力と上記後退圧室内の圧力との増減により、上記ピストン部に連動して上記シリンダ軸部を軸方向に往復動作せしめることを特徴とする請求項５記載の被水性評価用ガスセンサ。
【請求項７】
上記アクチュエータは、通電により励磁される電磁ソレノイドと、上記測定部を露出しつつ上記センサ素子を収納保持すべく略筒状に形成したシリンダ軸部と、該シリンダ軸に固定され上記電磁ソレノイドの励磁により軸方向に吸引される可動コアと、該可動コアを反吸引方向に付勢するバネ部材とを具備し、上記電磁ソレノイドの通電開閉により、上記可動コアに連動して上記シリンダ軸部を軸方向に往復動作せしめることを特徴とする請求項５に記載の被水性評価用ガスセンサ。
【請求項８】
上記被水痕検出用粉体は、金属粉体又は金属酸化物粉体であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の被水性評価用ガスセンサ。
【請求項９】
測定部表面に被水痕検出用粉体を付着させたガスセンサ素子を被測定ガス流路内に載置して、被測定ガス中に含まれる水滴の被水により上記被水痕検出用粉体が除去された部分を観察して被水の状況を検知する被水性評価方法において、請求項５ないし８のいずれか１項に記載の被水性評価用ガスセンサを用いて、任意のタイミングで上記測定部の測定位と退避位とを切り換えて、被水痕の検出を行うことを特徴とする被水性評価方法。
【請求項１０】
上記ガスセンサ素子の退避位において上記ヒータを通電せしめて被水痕を検知する請求項９に記載の被水性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車エンジン等の内燃機関の燃焼排気中に含まれる特定ガス成分の濃度を検出するガス検出素子を含むガスセンサと被水性評価用ガスセンサ及びガスセンサの被水性評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両エンジン等の内燃機関の燃焼排気流路に載置され、燃焼排気中に含まれる特定ガス成分の濃度を検知するガス検出素子を含むガスセンサによって、空燃比、ＮＯｘ濃度等を算出して、エンジン回転数やエンジン水温等のエンジン状況に応じて内燃機関の燃焼制御を行っている（特許文献１等）。
【０００３】
このようなガスセンサは、高温の被測定ガスに晒されると共に、ガス検出素子を活性化すべく発熱体によって加熱されている。このため、被測定ガス中に含まれる水分がガス検出素子の表面に付着したとき、その被水した部位と周辺部位との間に大きな温度差が生じ、これに起因して生じる熱応力によってガス検出素子に亀裂が発生する虞がある。
【０００４】
したがって、ガスセンサには、応答性の向上と耐被水性の向上との二律背反する課題があり、ガスセンサの更なる品質向上のためには、正確に被水状況を検知する必要がある。
このような課題に対して、特許文献２には、ガスセンサの実使用環境下において、ガスセンサ素子の被水確認を行うことができる被水確認試験方法として、表面に被水確認用粉体を付着させたガスセンサ素子を被測定ガス流路内に載置した後、被水によって被水確認用粉体が除去された部分を観察することによって、被水の仕方を確認する被水確認試験方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２１１６９１号公報
【特許文献２】特開２００７−２２５５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の被水確認試験方法では、複数回の被水機会があった場合に、被水発生時期や被水方向等の厳密な特定が困難であった。また、実際の使用状況を想定してセンサ素子を加熱して被水試験を行った場合に被水時の熱応力によって素子割れが発生し、試験結果の正確な確認ができなくなる虞もあった。さらに、実際のガスセンサにおいては、カバー体により被水を防止しているが、耐被水性を優先してカバー体を設計すれば、応答性の低下を招く虞があり、応答性を優先してカバー体を設計すれば、耐被水性の低下を招く虞があり、確実に被水を防止することは困難であった。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、任意のタイミングで被水の有無を検出可能とする被水性評価用ガスセンサ及びこれを用いた被水性評価方法を提供すると共に、被水し易い状況下では測定部を収納して、被水、又は、被水による素子割れの確実な防止を可能とし、耐久性に優れ、任意のタイミングで測定流体中の特定ガス成分の濃度を検出できるガス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】
【０００７】
請求項１の発明では、少なくとも、被測定ガスに含まれる特定ガス成分の濃度を検知するセンサ素子と、該センサ素子の測定部を上記被測定ガス流路内に保持するハウジングと、を有するガスセンサであって、上記ハウジングは、上記センサ素子を軸方向に移動可能に保持しつつ、上記測定部を上記被測定ガス流路内に載置せしめる測定位と上記測定部を上記被測定ガス流路外に載置せしめる退避位との往復動作を可能とするアクチュエータを具備する。
【０００８】
請求項１の発明によれば、上記アクチュエータによって、任意のタイミングで上記測定部を昇降して、例えば、低温環境下での始動時の被測定ガス中に結露による水滴が存在する等の被水し易い状況下では、上記測定部を上記被測定ガス流路内から上記ハウジング内に収納退避させて、被測定ガス中に含まれる水滴による被水を避けることができるので、被水による素子割れを確実に防止できる。また、安定走行時などの、被測定ガス中の水分が結露しておらず、被水し難い状況下では、測定部を被測定ガス流路内に載置し、被測定ガス流路中の特定ガス成分の濃度を検出できる。
【０００９】
また、任意のタイミングで上記測定部の測定位と退避位とを切り換えて、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出することができれば、測定部が固定された従来のガスセンサの被水又は、被毒による検出能力劣化をいち早く検知したり、劣化したガスセンサを補正したりする等、本発明のガスセンサを従来のガスセンサの校正用ガスセンサとして利用することも可能となる。
【００１０】
具体的には、請求項２の発明のように、上記アクチュエータは、上記測定部を露出しつつ上記センサ素子を収納保持すべく略筒状に形成したシリンダ軸部と、該シリンダ軸部を覆う略筒状のシリンダ基部と、該シリンダ軸部を上記シリンダ基部内に摺動可能に支持するピストン部と、上記ピストン部の上面側に区画され上記ピストン部上面に上記測定位方向の圧力を作用させる進行圧室と、上記ピストン部の下面側に区画され上記ピストン部下面に上記退避位方向の圧力を作用させる後退圧室と、上記進行圧室に気体又は液体からなる圧力流体を導入する進行圧導入ポートと、上記後退圧室に上記圧力流体を導入する後退圧導入ポートと、を具備する構成としても良い。
【００１１】
請求項２の発明によれば、上記進行圧室内の圧力と上記後退圧室内の圧力との増減により、上記ピストン部に連動して上記シリンダ軸部を軸方向に往復動作させることができる。したがって、任意のタイミングで測定部を被測定ガス流路から出し入れして、被水割れを防止するガスセンサが実現できる。
【００１２】
また、請求項３の発明のように、上記アクチュエータは、通電により励磁される電磁ソレノイドと、上記測定部を露出しつつ上記センサ素子を収納保持すべく略筒状に形成したシリンダ軸部と、該シリンダ軸に固定され上記電磁ソレノイドの励磁により軸方向に吸引される可動コアと、該可動コアを反吸引方向に付勢するバネ部材とを具備する構成としても良い。
【００１３】
請求項３の発明によれば、上記電磁ソレノイドの通電開閉により、上記可動コアに連動して上記シリンダ軸部を軸方向に往復動作させることができる。したがって、任意のタイミングで測定部を被測定ガス流路から出し入れして、被水割れを防止するガスセンサが実現できる。
【００１４】
さらに、請求項４の発明のように、上記センサ素子は、少なくとも酸素イオン伝導性の固体電解質層と、該固体電解質層の表面に形成され上記被測定ガスに接する測定電極と、基準ガスとして大気を導入する基準ガス室と、上記固体電解質層の表面に形成され上記基準ガス室に導入された大気に接する基準ガスに接する基準電極と、上記固体電解質層を加熱するヒータとを具備し、上記ガスセンサは、上記センサ素子の被測定ガスに晒される測定部を覆うカバー体を具備する。  
【００１５】
このような構成とすることによって、任意のタイミングで上記測定部を被測定ガス流路から出し入れして、被水を避けつつ、被測定ガス流路内の特定ガス成分の濃度を検知可能な、耐久性に優れたガスセンサが実現できる。
【００１６】
請求項５の発明では、被測定ガス流路に載置され、被測定ガス中の特定ガス成分濃度を検出するガスセンサの被水性を評価すべく、少なくとも該ガスセンサの測定部の形状及び該測定部を構成する素材が上記ガスセンサと同一で、上記測定部を覆うカバー体と上記測定部を加熱するヒータとを具備し、上記測定部の表面に被水痕検出用粉体を付着せしめた被水性評価用ガスセンサであって、上記測定部を上記被測定ガス流路内に載置せしめる測定位と上記測定部を上記被測定ガス流路外に載置せしめる退避位との往復運動を可能とするアクチュエータを具備する。
【００１７】
より、具体的内は、請求項６に記載の発明のように、上記アクチュエータは、上記測定部を露出しつつ上記センサ素子を収納保持すべく略筒状に形成したシリンダ軸部と、該シリンダ軸部を覆う略筒状のシリンダ基部と、該シリンダ軸部を上記シリンダ基部内に摺動可能に保持するピストン部と、上記ピストン部の上面側に区画され上記ピストン部上面に上記測定位方向の圧力を作用させる進行圧室と、上記ピストン部の下面側に区画され上記ピストン部下面に上記退避位方向の圧力を作用させる後退圧室と、上記進行圧室に圧力流体を導入する進行圧導入ポートと、上記後退圧室に気体又は液体からなる圧力流体を導入する後退圧導入ポートと、を具備し、上記進行圧室内の圧力と上記後退圧室内の圧力との増減により、上記ピストン部に連動して上記シリンダ軸部を軸方向に往復動作せしめる構成としても良い。
【００１８】
また、請求項７の発明のように、上記アクチュエータは、通電により励磁される電磁ソレノイドと、上記測定部を露出しつつ上記センサ素子を収納保持すべく略筒状に形成したシリンダ軸部と、該シリンダ軸に固定され上記電磁ソレノイドの励磁により軸方向に吸引される可動コアと、該可動コアを反吸引方向に付勢するバネ部材とを具備し、上記電磁ソレノイドの通電開閉により、上記可動コアに連動して上記シリンダ軸部を軸方向に往復動作せしめる構成としても良い。
【００１９】
請求項５ないし７のいずれか１項の発明によれば、任意のタイミングでガスセンサの被水の有無を検出可能な被水性評価用ガスセンサが実現できる。したがって、被水の発生状況を時間軸に対して正確に検出することが可能となり、被水の発生しやすい時期的条件を明確にすることができる。また、複数回の被水機会に対して、それぞれを分けて検出することが可能となり、水滴の侵入経路の特定をすることも容易となる。したがって、ガスセンサの耐被水性について改善すべき点が一層明確となり、更なるガスセンサの品質向上に寄与できる。
【００２０】
請求項８の発明では、上記被水痕検出用粉体は、金属粉体又は金属酸化物粉体であることを特徴とする。
【００２１】
請求項８の発明によれば、上記測定部が被水したときに、上記被水痕検出用粉体は水滴に溶解することなく、水滴の表面張力によって速やかに水滴の周縁部に移動し、上記ヒータによって加熱され上記測定部に付着した水滴が蒸発すると、被水した部分には、上記被水痕検出用粉体がなく、被水していない部分には、上記被水痕検出用粉体が残っているので被水痕が容易に認識できる。  したがって、上記測定部を任意のタイミングで被測定ガス流路の内外を出し入れし、正確に被水の状況を検出する被水性評価用ガスセンサが実現できる。
【００２２】
請求項９の発明では、測定部表面に被水痕検出用粉体を付着させたガスセンサ素子を被測定ガス流路内に載置して、被測定ガス中に含まれる水滴の被水により上記被水痕検出用粉体が除去された部分を観察して被水の状況を検知する被水性評価方法において、請求項５ないし８のいずれか１項に記載の被水性評価用ガスセンサを用いて、任意のタイミングで上記測定部の測定位と退避位とを切り換えて、被水痕の検出を行う。
【００２３】
請求項９の発明によれば、複数回の被水機会に対して、特定時期に発生する被水のみを選択的に検知できるので、被水の発生時期並びに被水の方向をより正確に特定できる。
【００２４】
請求項１０の発明では、上記ガスセンサ素子の退避位において上記ヒータを通電せしめて被水痕を検知する。
【００２５】
請求項１０の発明によれば、上記ヒータへの通電タイミングも任意に選択できるので、上記測定部が上記ハウジング内に収納された退避位で、予め上記ヒータを通電し、実際のガスセンサの使用状況と同一の条件で被水痕の検出を行うこともでき、また、上記ヒータに通電しない状態で、上記測定部を測定位に載置し、一旦、該測定部が被水した後退避位に移動させ、これ以上の被水が起こらないようにした上で、上記ヒータに通電することによって、熱ストレスによる被水割れを生じることなく、測定部に付着した水分を蒸発させ、被水痕を正確に検出することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ１は、自動車エンジン等の内燃機関の燃焼排気流路８０に設けられ、燃焼排気中に含まれる特定ガス成分の濃度の検出に好適なものである。
図１に本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ１の全体構成を示す。なお、以下の説明において、原則として、図の上方を基端側、下方を先端側とする。
【００２７】
ガスセンサ１は、センサ素子３０とセンサ素子３０を被測定ガス流路８００内に支持固定するハウジング１２とセンサ素子３０の被測定ガスに晒される測定部３００を覆うカバー体６０、７０と、センサ素子３０を加熱し活性化するためのヒータ４０と、本発明の要部であるアクチュエータを構成するシリンダ基部１０とシリンダ軸部２０とによって構成されている。
【００２８】
シリンダ基部１０は、シリンダ軸部２０を覆う略筒状に形成されており、内部に圧縮空気を導入するための第１のポートＰ１と第２のポートＰ２とが設けられている。
シリンダ基部１０の基端側には、シリンダ軸部２０を摺動可能に保持すると共に、端部の気密性を保持するシール部１０１が形成され、シール部材としてシールリング１０２が挿嵌されている。
シリンダ基部１０の先端側には、後述する連結部１１を介して、ハウジング１２が接続されている。
【００２９】
連結部１１は、略筒状に形成され、基端側にはシリンダ軸部２０を摺動可能に保持すると共に、端部の気密性を保持するシール部１１１が形成され、シール部材としてシールリング１１２が挿嵌されている。連結部１１の先端側にはハウジング１２が形成されている。
【００３０】
シリンダ軸部２０は、略筒状に形成され、内部にセンサ素子３０が収納保持され、封止部材３６等によりセンサ素子３０の係止部３０１とシリンダ軸部２０の下端内周との気密性が確保され、シリンダ軸部２０の先端側下端からセンサ素子３０の測定部３００が露出している。
シリンダ軸部２０の外周には、所定の部位に、外周方向に鍔状に張り出すピストン部２０４が形成されており、シリンダ基部１０の内周壁に摺動可能に保持されている。ピストン部２０４には、ピストン部２０４とシリンダ基部１０の内周壁との摺動性と気密性とを確保するシール部材としてシールリング２０５が挿嵌されている。
【００３１】
ピストン部２０４の基端側上面とシリンダ基部１０の内周壁とシール部１０１の先端側下面とシリンダ軸部２０の外周壁とによって、進行圧室１０３が区画されている。第１のポートＰ１から進行圧室１０３に導入された圧縮空気の圧力は、ピストン２０４の基端側上面に作用し、シリンダ軸部２０を進行方向に押圧する。
【００３２】
ピストン部２０４の先端側下面とシリンダ基部１０の内周屁機とシール部１１１の基端側状面とシリンダ軸部２０の外周壁とによって、後退圧室１０４が区画されている。第２のポートＰ２から後退圧室１０４に導入された圧縮空気の圧力は、ピストン２０４の先端側下面に作用し、シリンダ軸部２０を後退方向に押圧する。
【００３３】
シリンダ軸部２０の先端には、外周方向に鍔状に張り出すストッパ部２０１が形成されており、内側の係止部２０２には、内部に収納されたセンサ素子３０の中腹部が係止され、気密に固定されている。
【００３４】
本発明において、センサ素子３０は、特に限定するものではなく、各種のセンサ素子が適宜利用できる。
本実施形態において、センサ素子３０は、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質セラミックを有底筒状に形成した固体電解質基体３０１の内外の表面にそれぞれ、無電解メッキ、圧膜印刷等の方法により白金等からなる基準電極層３２０と測定電極層３１０とが形成されている。
【００３５】
測定電極層３１０は、個体電解質基体３０１の基端側の外周に挿嵌された接続金具３１１、３１２、圧着端子３１３を介して外部に設けられた図略の制御装置に接続する信号線３１４に接続されている。
基準電極層３２０は、固体電解質基体３０１の基端側の内周に挿嵌された接続金具３２１、３２２、圧着端子３２３を介して外部に設けられた図略の制御装置に接続する信号線３２４に接続されている。
接続金具３２１の先端側にはヒータ保持金具３２５が形成されている。
センサ素子３０の内側にはセンサ素子３０を加熱し活性化するためのヒータ４０がヒータ保持金具３２０を介して把持されている。
ヒータ４０の基端側表面にはヒータ電極４１０、４２０が形成され、先端側にはヒータ電極４１０、４２０への通電により発熱する発熱体４００が内蔵されている。
ヒータ電極４１０、４２０には接続端子４１１、４２１、接続金具４１２、４２２を介して、外部の通電用電源に接続される通電線４１３、４２３が接続されている。
一対の信号線３１４、３２４と一対の通電線４１３、４２３とが、シリンダ軸部２０の基端側で、封止部材３４によって、絶縁性を確保しつつ集束固定されている。
また、封止部材３４には、多孔質フッ素樹脂等からなる撥水フィルタ３５を介して大気を固体電解質体３０１の大気室に内部に導入する大気導入孔が形成されている。
【００３６】
ハウジング１２は、略筒状に形成されたハウジング基体１２０の外周に六角部１２１及びネジ部１２２が形成され、基端側に連結部１１を介したシリンダ基部１０が接続され、先端側にカバー体６０、７０のフランジ部６３、７３が加締め固定されている。
カバー体６０、７０は、有底筒状で、内部に被測定ガスを導入する複数の開口６１、６２、７１、７２が形成されている。
ハウジング１２のネジ部１２２は、被測定ガス流路壁８０に螺結固定される。
測定時には、センサ素子３０の測定部３００がカバー体６０、７０に覆われた状態で、被測定ガス流路８００内に載置された状態となる。
【００３７】
基準ガスとしての大気中の酸素濃度と被測定ガス中の酸素濃度との差によって、固体電解質３０１内を酸素イオンが拡散し、基準電極３２０と測定電極３１０との間に電位差を生じ、これを検出することによって、被測定ガス中の酸素濃度を検知することができる。
【００３８】
図２に示すように、本発明の第１の実施形態によれば、ガスセンサ１の測定位と退避位とを任意に切り換えることができる。
本図（ａ）に示すように、圧縮空気を第１のポートＰ１から進行室１０３内に導入し、第２のポートＰ２とからは後退室１０４内の圧力を排出するように、図略の切換弁を操作すると、ピストン２０４の基端側上面に進行室１０３内の圧力が作用し、シリンダ軸部２０の下端に設けられたストッパ部２０１の下端面２０２がハウジング１２の内側係止面１２５に当接するまで、シリンダ軸部２０と共にセンサ素子３０が先端側に移動し、センサ素子３０の測定部３００がカバー体６０、７０に覆われた状態で、被測定ガスに晒された状態となり、被測定ガス中に含まれる特定ガス成分の濃度の測定が可能となる。
【００３９】
被水し易い状況では、本図（ｂ）に示すように、第１のポートＰ１から進行室１０３内の圧力を排出し、第２のポートＰ２から後退室１０４内に圧縮空気を導入するように、図略の切換弁を操作すると、後退室１０４内の圧力がピストン２０４の先端側下面に作用し、ストッパ部２０１の上端面２０３がシール部１１１の先端側下端面に当接するまで、シリンダ軸部２０と共にセンサ素子３０が引き上げられ、センサ素子３０の測定部３００が被測定ガス流路から退避した状態となる。
したがって、本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ１によれば、任意のタイミングで、センサ素子３０の測定部３００を測定位と退避位とに切り換えることができる。
【００４０】
本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ１の変形例について説明する。
上記実施形態においては、シリンダ軸部２０の昇降するために圧縮空気を用いたエアシリンダ型のアクチュエータを備えたガスセンサの構成について説明したが、本発明は、上記実施形態に示したアクチュエータに限定するものではなく、上記実施形態と基本的に同一の構成で、圧力伝達媒体として、油圧を用いた構成としても良い。ガスセンサ１を車両エンジンの燃焼排気中の特定ガス成分の濃度の検出に用いる場合、燃料噴射系に用いられる高圧燃料を圧力伝達媒体として利用できるので、実用性に優れている。なお、高圧燃料を圧力伝達媒体として利用する油圧シリンダ型のアクチュエータにより、ガスセンサ素子３０の昇降を行う場合には、燃料の漏れに十分配慮したシール構造とする必要がある。
【００４１】
また、気体又は液体の圧力を利用したシリンダ構造に換えて、アクチュエータとして通電により励磁される電磁ソレノイドと、センサ素子の測定部を露出しつつセンサ素子を収納保持すべく略筒状に形成したシリンダ軸部と、シリンダ軸に固定され電磁ソレノイドの励磁により軸方向に吸引される可動コアと、該可動コアを反吸引方向に付勢するバネ部材とを具備し、上記電磁ソレノイドの通電開閉により、上記可動コアに連動して上記シリンダ軸部を軸方向に往復動作せしめる構成としても良い。
通電が遮断されソレノイドが消磁されると可動コアと共にセンサ素子がバネ部材によって先端側に押し下げられ、測定部が測定位となる。
通電によりソレノイドが励磁されると可動コアがソレノイドに吸引され、可動コアと共にセンサ素子が引き上げられ、測定部が退避位となる。
したがって、本構成によれば、ソレノイドの通電開閉によってセンサ素子の測定位と退避位とを任意のタイミングで切り換えることができる。
【００４２】
図２を参照して、本発明の第２の実施形態における被水性評価用ガスセンサ１ａについて説明する。本実施形態における被水性評価用ガスセンサ１ａの基本構造は上記実施形態におけるガスセンサ１と同一であるが、センサ素子３０の測定部３００ａの表面に被水根確認用粉体２が付着させてある点が相違する。また、本実施形態においては、被水性の評価が目的であるので、必ずしもガスセンサとしての機能を全て備えている必要はなく、少なくともセンサ素子３０の測定部３００ａの形状及び測定部３００ａを構成する素材が、上記実施形態に示すようなガスセンサ１と同一で、測定部３００ａを覆うカバー体６０、７０と測定部３００ａを加熱するヒータ４０とを具備し、測定部３００ａの表面に被痕検出用粉体が付着され、測定部３００ａを被測定ガス流路８００内に載置せしめる測定位と測定部３００ａを被測定ガス流路８００外に載置せしめる退避位との往復運動を可能とするアクチュエータを具備すれば良く、測定電極層３１０及び基準電極層３２０、信号線３１５、３２５等を省略した構成としても良い。
【００４３】
このような、構成とすることにより、任意のタイミングでガスセンサの被水の有無を検出可能な被水性評価用ガスセンサ１ａが実現できる。
また、アクチュエータとしては、本発明の第１の実施形態と同様、エアシリンダ型、油圧シリンダ型、ソレノイド型のいずれでも良く、任意のタイミングで測定部３００ａを被測定ガス流路の内外を移動させることができる。
【００４４】
したがって、内燃機関の実用状況にあわせて、環境、燃焼条件等を変化させ、被水試験を行ったときに、被水の発生状況を時間軸に対して正確に検出することが可能となり、被水の発生しやすい時期的条件を明確にすることができる。
また、複数回の被水機会に対して、それぞれを分けて検出することが可能となり、水滴の侵入経路の特定をすることも容易となる。したがって、ガスセンサの耐被水性について改善すべき点が一層明確となり、更なるガスセンサの品質向上に寄与できる。
【００４５】
被水痕検出用粉体２には、例えば、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ジルコニウム、モリブデン、ロジウム、イリジウム、パラディウム、白金、銀、金等の金属粉体、又は、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、ジルコニア等の金属酸化物粉体が用いられる。
また、被水痕検出用粉体２は、平均粒径０．５〜１００μｍのものが用いられ、より好ましくは、平均粒径０．３〜２０μｍの粒子が存在しているのが望ましい。
さらに、被水痕検出用粉体２は、刷毛等を用いて、測定部３００ａの表面に均一に付着させても良いし、水、アルコール等の分散媒に分散させスラリー状にしたものを測定部３００ａの表面に塗布した後、乾燥し、均一に付着させても良い。
【００４６】
図４を参照して、本発明の第３の実施形態として、本発明の第２の実施形態における、被水性評価用ガスセンサ１ａを用いた被水性評価方法について説明する。
本図（ａ）に示すように、測定部３００ａの表面には、被水痕検出用粉体２が均一に付着しており、第２のポートＰ２から、後退室１０４内の圧縮空気を排出すると共に第１のポートＰ１から圧縮空気を進行室１０３内に導入し、測定部３００ａを被測定ガス流路８００内に載置させたときに、本図（ｂ）に示すように、被測定ガス中に含まれる水滴が測定部３００ａに付着する被水が発生すると、水滴の表面張力によって、被水痕検出用粉体２は、水滴に溶解することなく、速やかに水滴の周縁部に移動する。
このとき、発熱体４００への通電を停止しておけば、被水した瞬間に発生する熱ストレスによって、測定部３００ａが破損することがない。
次いで、第１のポートＰ１から進行室１０３内の圧縮空気を排出すると共に、第２のポートＰ２から圧縮空気を後退室１０４内に導入し、測定部３００ａを被測定ガス流路８００外に退避させ、ヒータ４０に通電を行い、発熱体４００によって測定部３００ａに付着した水滴を蒸発せせると、被水した部分には、被水根検出用粉末２が存在せず、被水していない部分には、被水痕検出用粉体２が残っているので被水痕が容易に認識できる。したがって、測定部３００ａを任意のタイミングで被測定ガス流路８００の内外に出し入れし測定部３００ａの測定位と退避位とを切り換えて、正確に被水の状況を検出することができる。被水した状態で、ヒータ４０の通電を開始するので、測定部３００ａが熱ストレスによって破損することがない。
【００４７】
本実施形態における被水性評価方法によれば、複数回の被水機会に対して、特定時期に発生する被水のみを選択的に検知できるので、被水の発生時期並びに被水の方向をより正確に特定できる。
【００４８】
また、ヒータ４０への通電タイミングも任意に選択でき、測定部３００ａがハウジング１２内に収納された退避位で、予めヒータ４０を通電し、実際のガスセンサ１の使用状況と同一の条件で被水痕の検出を行うこともできる。
【００４９】
本発明は上記実施形態に限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて各種変更可能である。
例えば、上記実施形態においてセンサ素子として、いわゆるコップ型のガス濃度検出素子を用いた場合について説明したが、コップ型に限定するものではなく、少なくとも平板状に形成した固体電解質体の対向する平面に、基準電極層と測定電極層とを形成した固体電解質層と、基準ガスとして大気を導入する基準ガス層と、固体電解質層を加熱する発熱体を内蔵するヒータ層とを積層し、一体となした、いわゆる積層型のガス濃度検出素子であっても良い。
また、上記実施例では、カバー体は、２重筒構造のものを例に説明したが、本発明は、カバー体の構成を限定するものではない。
さらに、本発明の適用される内燃機関においては、ガソリン、ディーゼル、液化天然ガス等の燃料の種類を限定するものではなく、また、吸気管噴射、筒内噴射等の噴射方式を限定するものでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】は、本発明の第１の実施形態におけるガスセンサの構成を示す一部断面図。
【図２】は、本発明の第１の実施形態におけるガスセンサの作動状態を示し、（ａ）は、測定位、（ｂ）は、退避位を示す一部断面図。
【図３】は、本発明の第２の実施形態における被水性評価用ガスセンサの作動状態を示し、（ａ）は、測定位、（ｂ）は、退避位を示す一部断面図。
【図４】は、本発明の第２の実施形態における被水性評価用ガスセンサを用いた被水性評価方法を示し、（ａ）は、測定位における被水直前の状態を示し、（ｂ）は、測定位における被水した瞬間を示し、（ｃ）は、退避位における被水後の状態を示し、それぞれ、左側は、要部断面図、右側は、要部表面模式図。
【符号の説明】
【００５１】
１  ガスセンサ
１０  シリンダ基部
１０１、１１１  シール部
１０２、１１２  シールリング
１０３  進行圧室
１０４  退避圧室
１１  連結部
１２  ハウジング
１２０  ハウジング基体
１２１  六角部
１２２  ネジ部
１２５  ハウジング内側係止面
２０  シリンダ軸部
２００  軸部基体
２０１  ストッパ部
２０２  ストッパ部下端面
２０３  係止部
２０４  ピストン部
３０  センサ素子
３００  測定部
３０１  固体電解質体
３１０  測定電極
３２０  基準電極
４０  ヒータ
４００  発熱体
６０、７０  カバー体
Ｐ１  第１のポート（進行圧導入孔）
Ｐ２  第２のポート（退避圧導入孔）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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