JPS5819320Y2 - 酸素センサ−保護装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、車両の燃料供給系の空燃比を制御するために
使用される酸素センサーの保護装置に関する。

今風大気汚染が社会問題化してきており、その一つに内
燃機関から排出される排気ガスがある。

例へば、内燃機関を動力とする車両の普及により、これ
ら車両のエンジンから排出される成分、例えば未燃焼Ｈ
Ｃ５ＣＯ９ＮＯｘ等が生態系に与える影響について研究
がすすみ、その有害性について次第に実証されてきてい
る。

このため、排出される有害成分を無害化する努力が種々
試みられている。

これらの対策の一つとして酸化触媒、還元触媒あるいは
この両者の組合わせなどによる浄化システムがある。

一方、未燃焼ＨＣ９ＣＯ９ＮＯｘを特殊な触媒と一定の
条件で反応させ同時に処理することが可能な３ウエイシ
ステムも試みられている。

この３ウエイシステムには酸化センサーなるものが使用
される。

酸化センサーとは、酸素イオン伝導性をもつ特殊なセラ
ミック材料である固体電解質を用いて酸素濃淡電池を構
成し、被測定ガス部分と基準ガス部分（例えば大気中）
の酸素分圧の相異により発生する起電力を測定すること
により発生する起電力を測定することにより被測定部分
の酸素濃度を分析するものや酸素分圧の変化に伴う抵抗
の変化により酸素濃度を分析するものがある。

このような酸素センサーを、理論空燃比領域で浄化能が
高い３ウエイシステムに適用する場合、酸素センサーの
出力に応じて、例えば燃料噴射式エンジン等において燃
料噴射量を制御することにより、排気ガスの空燃比を精
密に制御してシステム全体として排気ガスの有害成分を
有効に除去することが可能となる。

このように、理論空燃比領域で運転するため酸素センサ
ーを用いるのである。

従来、前記酸素センサーに用いる酸素検出素子には酸化
ジルコニウム（ＺｒＯ２）質セラミックを用いたものや
、酸化チタン（ＴｉＯ２）質セラミックを用いたものが
ある。

ＺｒＯ２質セラミックを用いた酸素センサー（以下Ｚｒ
Ｏ２センサーという）は理論空燃比でその起電力が急激
に変化し、空燃比が理論空燃比より大きい時には、その
起電力が０．１〜０，２■であるのに対して、空燃比が
理論空燃比より小さいときには起電力が１■程度になる
。

また、ＴｉＯ２質セラミックを用いた酸素センサー（以
下ＴｉＯ２センサーという）は理論空燃比でその電気抵
抗が急激に変化し、空燃比が理論空燃比より小さいとき
には０．１〜数ＫＱの抵抗値を示すのに対して、空燃比
が理論空燃比より大きいときには１０３〜１０９Ｋｇの
高抵抗値を示す。

いずれにしても酸素センサーのガス検出素子であるＺｒ
Ｏ２やＴｉＯ２は第１図に示すように排気マニホルド中
に直接臨んでいるため、自動車の排気ガスに直接さらさ
れ、上記検出素子には非常にきびしい冷却加熱サイクル
（以下冷熱サイクルという）が作用する。

一般にセラミックスは上記のような冷熱サイクルに弱い
が、特にＺｒＯ２は熱膨張率が大きく、熱伝導率が小さ
いために冷熱サイクルに弱い。

従って、使用中に割れてしまい検出素子としての機能を
果さなくなる問題が生じている。

この問題に対して従来検出素子の形状をできるだけ円形
状にして、冷熱サイクルが作用するときに熱応力を小さ
くするとか、検出素子を金属でカシメて割れを防止する
とか、検出素子に金属製のカバー（穴あき板を使用した
カバー）を当てて少しでも冷却−加熱をやわらげる検討
がされているが未だ十分ではない。

本考案は上記問題点を根本的に解決しようとするもので
、酸素センサーにより、エンジンの排気ガス中の酸素濃
度を検出し、これによって吸気側の空燃比を制御し、三
元触媒との反応と相俟って排気ガス中の有害成分を有効
に除去できるようにした排気ガス浄化装置において、排
気マニホールドまたは触媒コンバータ上流のパイプの側
壁に小孔を介して連通ずる小室を設け、該小室に酸素セ
ンサーを臨ませたことを特徴とする。

以下、本考案の一実施例を図面に従って説明する。

第２図は、本考案に係る概略的な構成説明図で、酸素セ
ンサー２を装着した排気マニホールド１と、フロントパ
イプ３を結合フランジ４で連結し、更に該フロントパイ
プ３にはフロントマフラー５及び触媒コンバータ６が連
設されている。

尚、７はエンジン、２ａはリード線を示す。

第３図は排気マニホールド１への酸素センサー２の装着
状態を示す一部断面図である。

すなわち、排気マニホールド１の側壁の一部に小径の排
気ガス導入口８を形成する。

次に酸素センサー２を小室を形成するケース９に検出素
子部２ｂがケース９内に臨むようにして取付け、しかも
ケース９は前記検出素子部２ｂが排気ガス導入口８に対
面するようにして、排気マニホールド１にボルト等１０
を用いて取付ける。

尚、第４図に示すように、ケース９はフィン９ａを設け
て放熱効果を持たせるようにしたものを使用することも
できる。

尚、酸素センサー２を収納したケース本体９は他の排気
装置、例えばフロントパイプ３にも装着することができ
る。

次に本考案の装置において、ガス導入口８の口径ａを変
化させた場合の耐久性及び排気ガス浄化率を実験により
測定した結果を第１表に示す。

尚、実験に用いた触媒は、一般に三元触媒といわれてい
る白金−ロジウム系の金属触媒を担持したペレット型触
媒である。

又、酸素センサーとしてＺｒＯ２センサーを用いた。

該センサーＺｒＯ２質セラミックはＺｒＯ２に１０％の
Ｙ２Ｏ３を添加し、ラバープレス後１７００℃の温度下
３時間焼成したもので、このセラミックの熱膨張係数は
９．５ Ｘ １０”／’Ｃである。

耐久性試験条件は以下の如くである。

０使用エンジン・・・１ ６ＤＯｃｃ４気笥（燃料噴射
ポンプ吋） ｏ 回Ｆ、ｆｉ ・＝ ４０００回Ｅ／分ｏ運転条件゛
°°ファイヤリンｙ１０分、モータリ／グ５分＝１サイ
クル （ファイヤリング時の排気ガス 温度は８５０〜９００℃、モータリ ング吟９０〜１００℃） 尚、排気ガス浄化率測定時の運転パターンは、上記エン
ジンを用いて、国内排気ガス規制用に用いられる運転パ
ターンである１０モード運転である。

第１表の結果より、酸素センサーの耐久性からいうと、
排気マニホールドの排気ガス導入口径は２０ｍｍ以下が
望ましいことが判る。

尚、上記冷熱サイクル４００サイクル合格品が車輌とし
ての耐久性で合格すると考えられる。

又排気ガス浄化率は排気ガス導入口径が大きい程高いこ
とは明らかであるが、前記の如く酸素センサーの耐久性
との関係上、排気ガス導入口径は２０ｍｍ以下、５ｍｍ
以上が望ましい。

又、ＴｉＯ２センサーを用いて前記同様の試験を行った
が、ＺｒＯ２センサーの場合とほぼ同様の結果を得た。

更に又、第４図に示すようなフィンを設けた場合におい
ての試験例において、排気ガス導入口２２ｍｍでも酸素
センサーの耐久性は維持できた（第２表中△印となる）
。

本考案の装置における酸素センサーは従来装置のそれと
比較し、はるかに耐久性に優れ、良好に保護されている
ことが判る。

更に排気ガス浄化率は、本考案においては従来装置より
若干劣るのは事実であるが、排気ガス導入口径を２０ｍ
ｍとすると従来装置における浄化率を殆ど差異なく十分
酸素センサーとしての機能が果たされうる。

本考案は、このように構成したものであるから、酸素セ
ンサーへの熱負荷が大巾に低減し、その耐久性を大巾に
向上させることができるとともに酸素センサーの割れ等
を防止できる効果を有する。

又、排気ガスの検出能力の低下も少なく、排気ガス浄化
率の低下も少なく十分その機能を発揮せしめることがで
きる。

これは、例えば排気マニホールドにおいては排気ガスの
脈動があり、タイムリーに排気ガス組成の検出ができる
ためと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の一部断面図、第２図は本考案の概略
的構成説明図、第３図及び第４図は本考案の一実施例を
示す拡大一部断面図である。 １・・・・・・エキゾーストマニホールド、２・・・・
・・酸素センサー、２ｂ・・・・・・検出素子部、８・
・・・・・排気ガス導入口、９・・・・・・ケース本体
。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 酸素センサーにより、エンジンの排気ガス中の酸素濃度
   を検出し、これによって吸気側の空燃比を制御し、三元
   触媒との反応と相俟って排気ガス中の有害成分を有効に
   除去できるようにした排気ガス浄化装置において、排気
   マニホールドまたは触媒コンバータ上流のパイプの側壁
   に小孔を介して連通ずる小室を設け、該小室に酸素セン
   サーを臨ませたことを特徴とする酸素センサー保護装置
   。