JPS63262559A

JPS63262559A - 内燃機関の酸素センサ

Info

Publication number: JPS63262559A
Application number: JP62095327A
Authority: JP
Inventors: Toshibumi Ito; 俊文伊藤; Noriyuki Abe; 阿部　典之; Katsuyoshi Kawachi; 勝義河内
Original assignee: Japan Electronic Control Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-04-20
Filing date: 1987-04-20
Publication date: 1988-10-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、内燃機関の排気管に装着され該機関に供給さ
れる混合気の空燃比と密接な関係にある排気中の酸素濃
度を測定してその出力信号を空燃比フィードバック制御
のフィードバック信号として利用する内燃機関の酸素セ
ンサに関する。

〈従来の技術〉従来の内燃機関の酸素センサとしては、内外電極間に酸
素イオン伝導性固体電解質を介装し、内外電極のそれぞ
れに接触する気体の酸素濃度差により酸素濃度を検出す
る酸素センサ素子を備えたものがある（特開昭５５−１
２５４４８号公報及び実開昭６０−１６３３５４号公報
参照）。

かかる酸素センサ素子５は、第４図に示すように、アル
ミナ等の絶縁材５Ａ上に、絶縁シート５Ｂにより挟持さ
れたヒータ５Ｃと、固体電解質のグリーンシート５Ｄと
、触媒としての作用を併せ持つ白金製の内側電極５Ｅ及
び外側電極５Ｆとの間に介装されたジルコニア等の酸素
イオン伝導性固体電解質製の基板５Ｇと、を順次積層し
て構成される。また、前記グリーンシー）５Ｄには、前
記内側電極５Ｅの端部が収納される開口凹部５ａと、該
開口凹部５ａと大気側とを連通ずる溝５ｂと、が形成さ
れている。

第５図に示すように、酸素センサは、スリット１０ａを
有するプロテクタ１０がその先端側外周に嵌合されたホ
ルダ９を備え、ホルダ９基端側外周にアウタキャップ１
２及びインナキャップＩ４からなるケース１１が嵌合さ
れている。

そして、酸素センサ素子５は、その略中央部でワッシャ
６、パツキン７及びパツキン７に接触して配設されたガ
ラス粉末とタルク粉末との混合物層８を介してホルダ９
内に保持される一方、その基端部でガラス層１３を介し
てインナキャップ１４内に保持されている。

ここで、ガラス層１３は、酸素センサ素子５の基端側の
インナキャップ１４内空間を酸素センサ素子５の先端側
と気密性を保持して分割する一方、リードハーネス１７
又はインナキャップ１４に電気接続されたリードプレー
目６と、酸素センサ素子５の内外電極５Ｅ、５Ｆに接続
された電極端子１５と、の接続部を固定している。なお
、酸素センサ素子５基端例のインナキャップ１４内空間
は、大気に連通されると共に、図示しない連通通路によ
り酸素センサ素子５の溝５ｂと連通している。

なお、１Ｂは、リードプレーｊ・１６とり−ドハーネス
１７との接続部を保護するグロメットであり、１９は、
ガスケットホルダである。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかしながら、このような従来の酸素センサにおいては
、外側電極５Ｆを単にインナキャップ１４にアースする
ためのみに、外側電極５Ｆに電極端子１５をスポット溶
接すると共に該電極端子１５をインナキャップ１４にス
ポット溶接するリードプレート１６にスポット溶接して
いるため、部品数及び組付工数が増加してコストを増大
させる一方、電気接続の信軌性が低下するという問題が
生ずる。

また、酸素センサ素子５の基端部がガラス層１３を介し
てインナキャップ１４に固定的に支持されているため、
酸素センサが機関の排気熱を受けて温度上昇するに伴っ
てガラス層１３が熱膨張して、酸素センサ素子５に熱応
力を生じさせ、酸素センサ素子５が破壊することがあっ
た。

本発明はこのような従来の技術の問題点に着目してなさ
れたもので、安価で電気接続の信頼性が向上できると共
に、酸素センサ素子への熱応力の負荷が低減できる内燃
機関の酸素センサを提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉このため、酸素センサ素子の先端部側を外部に露出させ
ると共に基端部側を包囲して絶縁材料からなる支持部材
を介してケース部材内に保持する一方、ケース部材内に
位置する酸素センサ素子の外表面に外側電極と導通ずる
リード面を配設し、該リード面を含む酸素センサ素子基
端側の軸方向所定巾全周とケース部材内壁との間に導電
性材料からなる粉体を気密に封入した。

〈作用〉上記のような構成を採用したので、外側電極とケース部
材との間の電気接続が導電性粉末層を介してなされるた
め、一つの電極端子及びリードプレートの削減が可能と
なり、コストの低減や電気接続の信転性向上が図られる
。

さらに、酸素センサ素子が酸素センサ素子とケース部材
との間に封入された導電性粉末層によりケース部材内に
保持される。このため、使用時に温度上昇が生じても、
粉体層には粉体粒子間のなじみにより大きな熱膨張が生
することがなく、酸素センサ素子への熱応力の負荷を抑
制でき、酸素センサ素子の破壊が防止される。

〈実施例〉以下に、第１図〜第３図に基づいて本発明の一実施例に
ついて説明する。なお、従来例と同様な要素には同一の
符号を付して説明を省略する。

第２図に示すように、酸素センサ素子２０は、従来と同
様な要素、すなわち絶縁材２ＯＡと、絶縁シート２０Ｂ
と、ヒータ２０Ｃと、グリーンシート２０．Ｄと、内側
電極２０Ｅと、外側電極２０Ｆと、酸素イオン伝導性固
体電解質製の基板２０Ｇと、を順次積層して構成される
。また、グリーンシー１〜２０Ｄには、開口凹部２０ａ
と、溝２０ｂが形成されている。

第３図に示すように、酸素センサ素子２０には、その基
端部付近に溝２Ｏｂ内の内側電極２０Ｅに電気接続され
たリード面２０Ｈが露出して設けられる一方、その中間
部に酸素センサ素子２０外面の外側電極２０Ｆに連なっ
て形成されたリード面２０１が設けられている。

第１図に示すように、酸素センサ素子２０の先端部付近
は、たとえばセラミックス製の絶縁碍子２１を介してホ
ルダ９内に支持されている。

酸素センサ素子２０の中間部は、インナキャップ１４内
に圧入されたタルク粉末層２２により保持されると共に
、タルク粉末層２２に隣接する導電性粉末層２３を介し
て保持されている。

導電性粉末層２３は、たとえば鱗状カーボン等の導電性
材料からなる粉末を、リード面２０１と接触して酸素セ
ンサ素子２０とインナキャンプ１４内壁との間に加圧封
入して形成される。また、導電性粉末層２３は、ホルダ
９及びインナキャップ１４内空間を、酸素センサ素子２
０の先端側と基端側とに気密性を保持して分割している
。

２４は、タルク粉末及び導電性粉末をインナキャップ１
４内に圧入するためのセラミック製絶縁碍子であり、２
５及び２６は、タルク粉末層２２又は導電性粉末層２３
の漏洩防止用パツキンである。

酸素センサ素子２０の基端部は、セラミック製絶縁碍子
２７によりインナキャップ１４に支持されている。

セラミック製絶縁碍子２７には、四部２７ａが形成され
ており、該凹部２７ａ内にハーネス１７の端部に取り付
けられたターミナル１７ａを若干弾性変形して圧入して
、セラミック製絶縁碍子２７内に挿入保持されたリード
面２０Ｈにターミナル１７ａを当接して、内側電極２０
Ｅと図示しない検出器との電気接続を図っている。

ターミナル１７ａとハーネス１７との境界部は、セラミ
ック製絶縁碍子２８によりインナキャップ１４内に支持
されている。なお２９は、酸素センサ素子２０内に内挿
されたヒータ２０Ｃに電気接続されるハーネスである。

ここで、ホルダ９及びインナキャップ１４は本発明のケ
ース部材を構成し、セラミック製絶縁碍子２１、２４．
２７並びにタルク粉末層２２及びパツキン２５゜２６は
、本発明の絶縁材料からなる支持部材を構成する。

なお、本実施例の酸素センサは、酸素センサ素子２０先
端部を図示しない機関の排気通路内に配設し、ホルダ９
を排気通路に接地して取り付けて使用する。

かかる構成によれば、導電性粉末層２３により酸素セン
サ素子２０の外側電極２０Ｆとインナキャップ１４とを
電気接続できる。このため、端子電極１５やリードプレ
ート１６が不要となり、信頼性の高い電気接続構造とな
る共に、コストが低減できる。

一方、酸素センサ素子２０がタルク粉末層２２及び導電
性粉末層２３により保持されているので、酸素センサの
温度が上昇しても、粉体粒子間のなじみにより粉体層に
は大きな熱膨張が生ずることがない。したがって、酸素
センザ素子２０への熱応力を負荷が低減され、温度上昇
に伴う酸素センサ素子２０の破壊が防止できる。

また、外部に設けられた検出器と内側電極２０Ｂとの電
気接続をターミナル１７ａとリード面２０Ｈとの弾性的
な当接で行うようにしたため、簡単な構造で確実な電気
接続が図れる。

また、セラミック製絶縁碍子２１及び２７により、酸素
センサ素子２０を両端で支持するようにしたので、その
中間にタルク粉末層２２及び導電性粉末層２３が介装さ
れていても、酸素センサ素子２ｏを安定してホルダ９及
びインナキャップ１４内に保持できる。

なお、実施例では、内側電極２０Ｂと外部検出器との間
の電気接続を、リード面２０Ｈとターミナル１７ａとの
接触によったが、従来と同様な電極端子１５及びリード
プレート１６を介してハーネス１７に接続するものであ
ってもよい。

また、実施例では、導電性粉末層２３に気密機能を併せ
持たせたが、導電性粉末層２３を補完する他の気密構造
を設けたものであってもよい。

〈発明の効果〉以」二説明してきたように、本発明によれば、酸素セン
サ素子のケース部材内に位置する外表面に外側電極と導
通するリード面を配設し、該リード面を含む酸素センサ
素子基端側の軸方向所定巾全周とケース部材内壁との間
に導電性材料からなる粉体を気密に封入したので、コス
トの低減や電気接続の信頼性向上を図ることができると
共に、酸素センサ素子への熱応力の負荷を抑制してこの
破壊を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は同上の酸
素センサ素子の積層構造を示す図、第３図は同上の酸５
素センサ素子の斜視図、第４図は従来の酸素センサ素子
の積層構造を示す図、第５図は同上の酸素センサの断面
図である。９・・・ホルダ　　１４・・・インナキャップ　　２０
・・・酸素センサ素子　　２０Ｂ・・・内側電極　　２
０Ｆ・・・外側電極　　２０Ｇ・・・基板　　２０Ｈ，
２０Ｉ・・・リード面２１、２４．２７・・・セラミッ
ク製絶縁碍子　　２２・・・タルり粉末層　　２３・・
・導電性粉末層　　２５．２６・・・パツキン特　許　出　願　人　日本電子機器株式会社代　理　人
　弁理士　　笹　島　富二雄第１図第２図第３図１Ｊｌ第４図１１開昭６３−２Ｇ２５５９（５）第５図

Claims

【特許請求の範囲】

その内外に配設された電極間に酸素イオン伝導性固体電
解質を介装して該内外電極のそれぞれに接触する気体の
酸素濃度差により酸素濃度を検出する酸素センサ素子を
、その先端部側を外部に露出させると共に基端部側を包
囲して絶縁材料からなる支持部材を介してケース部材内
に保持する一方、前記ケース部材を内燃機関の排気通路
に接地して取り付け前記酸素センサ素子の先端部を排気
通路内に臨ませて配設するようにした内燃機関の酸素セ
ンサにおいて、前記ケース部材内に位置する酸素センサ
素子の外表面に前記外側電極と導通するリード面を配設
する一方、該リード面を含む酸素センサ素子基端側の軸
方向所定巾全周と前記ケース部材内壁との間に導電性材
料からなる粉体を気密に封入したことを特徴とする内燃
機関の酸素センサ。