DE69720884T2

DE69720884T2 - Sauerstoffkonzentrationssensor

Info

Publication number: DE69720884T2
Application number: DE1997620884
Authority: DE
Inventors: Hidetaka Hayashi; Toshihiro Sakawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1997-07-30
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2017-07-31
Also published as: EP0822410A3; DE69720884D1; JPH1096708A; JP4016452B2; EP0822410A2; EP0822410B1

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Sauerstoffkonzentrationssensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

2. Stand der Technik

Aus der DE-A-23 48 505 ist ein elektrochemischer Sensor zum Bestimmen der Sauerstoffkonzentration innerhalb von Abgasen bekannt, insbesondere innerhalb von Abgasen von Brennkraftmaschinen, mit einer ionen-leitenden feststehenden Elektrolytröhre mit einem Boden, deren Innenseite einen Elektronenkontaktierungspfad enthält, der sich in den Bereich des Bodens hin erstreckt und der mit einem Anschlußteil versehen ist und auch der Luft der Umgebung ausgesetzt ist, und mit einer Außenseite, die mit einer elektronen-leitenden Katalysatorschicht ausgestattet ist, die zu den Abgasen hinweist und die über ein metallenes Sensorgehäuse mit Masse verbunden ist, wobei der Abschnitt, der den Abgasen ausgesetzt ist, durch eine Schutzeinrichtung umgeben ist, die in einer Abstandsbeziehung um das feststehende Elektrolytrohr herum angeordnet ist. Das genannte Teil ragt über das Bodenseitenende des feststehenden Elektrolytrohres hinaus und weist wenigstens eine Öffnung auf, und zwar zum Ansaugen oder zum Ausblasen der Abgase. Die Öffnungen sind mit Ablenkeinrichtungen ausgestattet, welche die Abgase zu dem feststehenden Elektrolytrohr hinführen, die jedoch das feststehende Elektrolytrohr gegenüber einer direkten Beaufschlagung mit den Abgasen schützen. Gemäß diesem bekannten Sensor umfaßt die Schutzeinrichtung zwei koaxial angeordnete Abdeckungen, die zueinander beabstandet sind und die mit Öffnungen versehen sind, wobei die Öffnungen der äußeren Abdeckung in bezug auf die Öffnungen der inneren Abdeckung derart versetzt sind, daß sie sich nicht überlappen.
Aus der US-A-5,238,552 ist ein Sensorelement bekannt, bei dem ein inneres zylinderförmiges Bodenteil um ein Sensorelement herum plaziert ist und bei dem ein äußeres zylinderförmiges Bodenteil um dieses innere Zylinderteil angeordnet ist. Der innere Zylinder enthält ein Loch an einer Stelle gegenüber einer Elektrode des Sensorelements und der äußere Zylinder enthält Löcher an Stellen, die dem genannten Loch nicht gegenüber liegen. Zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder ist ein Spalt in ausreichender Breite vorgesehen, um zu verhindern, daß Wasser dazwischen verbleiben kann, und zwar auf Grund der Oberflächenspannung. Wasser, welches in die Sensoranordnung durch die Löcher in den äußeren Zylinder eindringt, wird unmittelbar durch die Löcher über den Spalt zwischen dem äußeren und dem inneren Zylinder ausgetragen. Selbst wenn Wasser in den äußeren Zylinder eindringt, ist es unwahrscheinlich, daß dieses direkt auf das Sensorelement gelangt, welches in dem inneren Zylinder vorhanden ist.
Aus der US-A-4,323,440 ist ein Sauerstoffsensor zum Messen des Vorhandenseins von Sauerstoff in Gasen in einem Abgassystem oder ähnlichem bekannt. Ein Elektrolytkörper ist rohrförmig ausgebildet mit einem offenen Ende und mit einem geschlossenen Ende. Eine innere Elektrode ist an der Innenfläche des Elektrolytkörpers aufgeschichtet und eine äußere Elektrode ist auf der äußeren Oberfläche des Elektrolytkörpers aufgeschichtet. Die äußere Elektrode wird den Gasen ausgesetzt. Ein rohrförmiges Gehäuse ist luftdicht um den Außenumfang des offenen Endes des rohrförmigen Elektrolytkörpers angeschlossen, so daß darin ein Innenraum definiert ist, welchem die innere Elektrode ausgesetzt ist. Ein elektrisch leitendes Rohr, welches koaxial zu dem rohrförmigen Gehäuse angeordnet ist, ist elektrisch mit der Innenelektrode über dessen Ende, welches am dichtesten dazu gelegen ist, verbunden. Atmosphärische Luft kann lediglich in den Raum innerhalb des rohrförmigen Gehäuses durch ein Seitenloch in dem Gehäuse eindringen, welches einem Seitenloch in dem elektrisch leitenden Rohr gegenüber liegt. Zwischen diesen Löchern ist ein Blockierteil gelegen, welches ein Rohr enthält, das aus einem Elastomermaterial mit einem Seitenloch gebildet ist, welches den anderen Seitenlöchern entspricht, und es ist ein Rohr aus einem wasserabstoßenden porösen Material vorgesehen, wobei ein Teil desselben den Seitenlöchern gegenüber liegt und welches mit irgendwelchen Löchern ausgebildet ist, so daß es als Filter wirkt. Eines dieser Rohre ist innerhalb dem anderen eingesetzt. Ein Leitungsdraht ist mit dem anderen Ende des elektrisch leitenden Rohres verbunden und führt von dem Sensor heraus, um elektrische Ausgangssignale dort herauszuleiten. Ein Schutzschirm ist über der Außenseite des Seitenloches in dem Gehäuse montiert und unterbricht nicht die Kommunikation zwischen diesem Loch und der Atmosphäre, schirmt jedoch dieses Loch gegenüber einem direkten Aussetzen dem inneren gegenüber ab.
Die Fig. 9A und 9B zeigen einen herkömmlichen Sauerstoffkonzentrationssensor, der die Sauerstoffkonzentration in einen Ansaug- oder Abgas detektiert (im folgenden einfach als Gas bezeichnet). Ein Sauerstoffkonzentrationssensor 503 umfaßt ein Sensorelement 510 und eine Heizeinheit 520. Die Heizeinheit 520 erzeugt Wärme, um die Temperatur des Sensorelements 510 bis zu einer aktiven Temperatur (z. B. 650ºC) des Sensorelements 510 zu erhöhen. Das Sensorelement 510 ist durch innere und äußere zylinderförmige Abdeckungen 531 und 532 umgeben, die in einer tassenartigen Gestalt konstruiert sind. Diese inneren und äußeren zylinderförmigen Abdeckungen 531 und 532 sind mit einer Vielzahl von Gaslöchern 521, 522, 523 und 524 ausgestattet, die das Einlaß- oder Auslaßgas durch diese Abdeckungen 531 und 532 hindurchströmen lassen und zur Innenseite eindringen lassen. Die Funktion der inneren und äußeren zylinderförmigen Abdeckungen 531 und 532 besteht nicht nur aus einer Schutzfunktion für das Sensorelement 510, damit dieses nicht Wasser und schädlichen Substanzen, wie beispielsweise Bleiverbindungen oder ähnlichem, ausgesetzt wird, sondern hat auch die Funktion, das Sensorelement 10 warm zu halten, wenn es durch die Heizeinheit 520 aufgeheizt wurde.
Die oben angesprochene aktive Temperatur liegt höher als die Temperatur des oben erläuterten Gases. Im allgemeinen liegt die Temperatur des Einlaßgases in einem Bereich von 80-140ºC, während die Temperatur des Abgases in einem Bereich von 100- 500ºC liegt. Um das Sensorelement 510 warm zu halten, nachdem das Sensorelement 510 auf solch eine hohe Temperatur aufgeheizt worden ist, ist es wünschenswert, einen gesamten Bereich der Öffnung der Gaslöcher 521, 522, 523 und 524 innerhalb eines kleinen Wertes zu unterdrücken. Es wird eine Gesamtzahl von acht Gaslöchern 522 an der zylinderförmigen Seitenwand 5312 der inneren Abdeckung 531 geöffnet. Die gleiche Zahl an Gasöffnungen oder Gaslöchern 524 wird an der zylinderförmigen Seitenwand 5322 der äußeren Abdeckung 532 geöffnet. Die Größe dieser Gasöffnungen oder Gaslöcher 522 und 524 entspricht angenähert 1,5 mm im Durchmesser. Zwei Gasöffnungen 521 und 523 werden an den jeweiligen Bodenbereichen 5311 und 5321 geöffnet. Die Größe dieser Gasöffnungen 521 und 523 entspricht angenähert 2,0 mm im Durchmesser.
Viele herkömmliche Sauerstoffkonzentrationssensoren dieses Typs wurden bei Benzinmotoren angewendet. Gemäß den Erfindern der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß ein Ansprechen des Sensorelements 510 stark während einer kurzen Dauer verschlechtert wird, wenn der oben beschriebene herkömmliche Sauerstoffkonzentrationssensor 503 bei einer Dieselmaschine angewendet wurde.
Im folgenden werden die Ursachen der Verschlechterung des Ansprechverhaltens des Sensorelements 510, wenn dieses für Dieselmaschinen verwendet wird, basierend auf den Tatsachen erläutert, die bei Experimenten und Studien bestätigt wurden, welche von den Erfindern durchgeführt wurden.
Erstens enthält das Gas einer Dieselmaschine eine große Menge an unverbrannten Substanzen, wie beispielsweise Zinn, und zwar verglichen mit dem Gas eines Benzinmotors. Die Gasströmungsrichtung verläuft allgemein senkrecht zu der axialen Richtung des Sauerstoffkonzentrationssensors 503, wie durch einen Pfeil G angezeigt ist. Gemäß solch einer Anordnung des Sauerstoffkonzentrationssensors 503 strömen die oben erwähnten unverbrannten Substanzen senkrecht zu der äußeren Abdeckung 532 und lagern sich auf der äußeren Oberfläche der äußeren Abdeckung 532 an.
Es wird somit ein Niederschlag der unverbrannten Substanzen auf der äußeren Zylinderoberfläche der äußeren Abdeckung 532 in einer breiten oder weiten Zone gebildet, welche die Seitengaslöcher 524 enthält, die an der Seitenwand 5322 offen sind. In unerwünschter Weise reduziert der Niederschlag der unverbrannten Substanzen möglicherweise den Öffnungsbereich von jedem seitlichen Gasloch 524 oder verschließt die Öffnung von jedem Gasloch 524 vollständig. Dies macht es schwierig, das Gas sanft zu dem Sensorelement 510 hinzuleiten oder einzuleiten, welches innerhalb der äußeren Abdeckung 532 vorgesehen ist. Als ein Ergebnis wird das Ansprechverhalten des Sensorelements 510 in signifikanter Weise verschlechtert. Ferner wurden die folgenden Probleme gemäß den von den Erfindern durchgeführten Experimenten festgestellt.
Die oben erläuterten unverbrannten Substanzen verlaufen möglicherweise durch die seitlichen Gasöffnungen 524, die an der Seitenwand 5322 der äußeren Abdeckung 532 ausgebildet sind. Die unverbrannten Substanzen können sich an der Oberfläche der inneren Abdeckung 531 niederschlagen, deren Temperatur weiter in einem niedrigen Temperaturbereich liegt (z. B. weniger als angenähert 300ºC). Es werden dann die oben beschriebenen unverbrannten Substanzen verbrannt, nachdem die innere Abdeckung 531 auf eine hohe Temperatur (z. B. angenähert 300ºC) erhitzt worden ist. Während dieses Verbrennungsvorganges wird Sauerstoff in der Nähe des Sensorelements 510 verbraucht. Solch ein unerwarteter Verbrauch von Sauerstoff hat einen nachteiligen Einfluß auf die Erfassung der Sauerstoffkonzentration. Der Detektionswert der Sauerstoffkonzentration wird kleiner als ein tatsächlicher Wert, der detektiert werden soll, wenn keine Verbrennung an der inneren Abdeckung 531 auftritt. Somit kann das Sensorelement 510 einen fehlerhaften Sensorwert erzeugen.
Darüber hinaus besteht eine Möglichkeit, daß die unverbrannten Substanzen, wenn sie einmal durch die Gasöffnungen 524 hindurch verlaufen, an der Oberfläche der inneren Abdeckung 531 nicht verbrannt werden. In diesem Fall gelangen die unverbrannten Substanzen weiter in das Innere der inneren Abdeckung 531 durch die Gaslöcher 522 hindurch und schlagen sich auf der Oberfläche des Sensorelements 510 nieder. Diese Möglichkeit verschlechtert das Sensorelement 510. Und es wird darüber hinaus das Ansprechverhalten des Sensorelements 510 verschlechtert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demzufolge besteht im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme, die bei dem Stand der Technik auftreten, eine prinzipielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Sauerstoffkonzentrationssensor mit einem Sensorelement zu schaffen, welches durch innere und äußere Abdeckungen abgedeckt ist, und bei dem die Möglichkeit gegeben ist, effektiv zu verhindern, daß unverbrannte Substanzen auf der Oberfläche der äußeren Abdeckung in der Nähe der Gasöffnungen oder Gaslöcher niedergeschlagen werden, als auch verhindert wird, daß die unverbrannten Substanzen durch diese Gaslöcher hindurchgelangen und zur Innenseite der äußeren Abdeckung gelangen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sauerstoffkonzentrationssensors ergibt sich aus den Unteransprüchen.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Sauerstoffkonzentrationssensor mit vielfältigen Aspekten, die im folgenden beschrieben werden sollen.
Die in Klammern angegebenen Bezugszeichen zeigen die Entsprechung zu den Komponenten, die bei den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung an späterer Stelle beschrieben werden. Die in Klammern angegebenen Bezugszeichen, die bei der folgenden Beschreibung hinzugefügt sind, werden somit lediglich zu dem Zweck verwendet, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen, und werden nicht dazu verwendet, um die Interpretation des Rahmens der vorliegenden Erfindung einzuschränken.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Sauerstoffkonzentrationssensor ein Sensorelement (10) mit einem distalen Ende (10a), welches einen Gasfühlabschnitt (11) aufweist, der eine Sauerstoffkonzentration in einem Ansaug- oder Abgas detektiert. Der Gasfühlabschnitt (11) ist mit Tassen oder kappenförmigen Elementabdeckungen (31, 32) abgedeckt, die Böden (311, 321) aufweisen, die dem distalen Ende (10a) des Sensorelements (10) gegenüber liegen. Die Elementabdeckungen (31, 32) umfassen eine innere Abdeckung (31), die am dichtesten bei dem Sensorelement (10) angeordnet ist, und eine äußere Abdeckung (32), die außerhalb von der inneren Abdeckung (31) angeordnet ist und direkt dem Ansauggas oder Abgas ausgesetzt ist. Auch ist die äußere Abdeckung (32) mit einem Gasloch (23) lediglich am Boden (321) derselben ausgestattet. Das Gasloch (23) leitet Gas zur Innenseite der äußeren Abdeckung (31).
Der Durchmesser des Gasloches (23), welches am Boden (321) geöffnet ist, kann um einen Betrag vergrößert werden, der äquivalent einem beseitigten Bereich der Gaslöcher (524) an der Seitenwand (5322) der äußeren Abdeckung (532) gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik ist, wobei aber die Wärme zurückhaltende Eigenschaft des Sensorelements (10) beibehalten wird, wie sie in Verbindung mit dem oben erläuterten Stand der Technik dargestellt wurde. Somit kann das Gas in ausreichender Weise in das Sensorelement (10) eingeleitet werden, um exakt die Sauerstoffkonzentration zu detektieren.
Entsprechend dem Layout des Sauerstoffkonzentrationssensors (1) verläuft eine Gasströmungsrichtung im wesentlichen senkrecht zu der Achse des Sensorelements (10). Die unverbrannten Substanzen, die in dem Gas vorhanden sind, kollidieren mit der Seitenwand (322) der äußeren Abdeckung (32) senkrecht. Das Gasloch (23) ist lediglich am Boden (321) der äußeren Abdeckung (32) vorgesehen, welcher dem distalen Ende (10a) des Sensorelements (10) gegenüber liegt. Somit strömen die unverbrannten Substanzen parallel zu dem Gasloch (23).
Als ein Ergebnis ist der Sauerstoffkonzentrationssensor nach der vorliegenden Erfindung besser als der oben beschriebene herkömmliche Sensor, und zwar auf Grund der Beseitigung der Gaslöcher (524) an der Seitenwand (5322) der äußeren Abdeckung (532), und zwar hinsichtlich der folgenden Punkte:
i) es kann die Menge der unverbrannten Substanzen, die sich in der Nähe des Gasloches (23) der äußeren Abdeckung (32) niederschlagen, stark reduziert werden; und
ii)die Menge der unverbrannten Substanzen, die durch das Gasloch (23) hindurch strömen und zur Innenseite der äußeren Abdeckung (32) gelangen, kann stark reduziert werden.
Als eine Wirkung des oben beschriebenen Punktes i) wird es möglich zu verhindern, daß das Ansprechverhalten des Sauerstoffkonzentrationssensors (1) verschlechtert wird, da ein effektiver Öffnungsbereich des Gasloches (23) der äußeren Abdeckung (32) sicher aufrecht erhalten wird.
Als eine Wirkung des oben beschriebenen Punktes ii) wird es möglich, ein Niederschlagen der unverbrannten Substanzen an der Oberfläche der inneren Abdeckung (31) aufzuheben. Es wird ferner möglich zu verhindern, daß die unverbrannten Substanzen auf der Oberfläche der inneren Abdeckung (31) verbrannt werden. Mit anderen Worten kann eine anormale Detektion eines Sensorwertes nicht länger durch das Sensorelement (10) erzeugt werden, und zwar auf Grund der Beseitigung solche eines Niederschlages oder einer Verbrennung der unverbrannten Substanzen an der inneren Abdeckung (31). Zusätzlich kann als eine Wirkung des oben beschriebenen Punktes (ii) eine Verschlechterung des Sensorelements (10) effektiv erzögert werden, da nur eine sehr geringe Menge der unverbrannten Substanzen die Oberfläche des Sensorelements (10) erreicht, nachdem diese durch die Gaslöcher (21, 22) der inneren Abdeckung (32) hindurch gelangt ist.
Gemäß den Merkmalen der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Boden (311) der inneren Abdeckung (31) von dem Boden (321) der äußeren Abdeckung (32) in einer axialen Richtung des Sensorelements gemäß einer vorbestimmten Strecke beabstandet. Diese Anordnung führt zu den folgenden Wirkungen:
iii) selbst wenn irgendwelche unverbrannten Substanzen die Innenseite der äußeren Abdeckung (32) durch das Gasloch (23) eindringen, welches am Boden (321) offen ist, ist die Wanderstrecke für die unverbrannten Substanzen, um die innere Abdeckung (31) zu erreichen, signifikant groß; und
iv) selbst wenn irgendeine Feuchtigkeitskomponente in dem Gas involviert ist, welches zur Innenseite der äußeren Abdeckung (32) durch das Gasloch (23) gelangt, welches am Boden (321) offen ist, wird die Wanderstrecke für die Feuchtigkeitskomponente, um die innere Abdeckung (31) zu erreichen, signifikant groß.
Als eine Wirkung des oben beschriebenen Punktes (iii) kann ein Niederschlagen der unverbrannten Substanzen auf der Oberfläche der inneren Abdeckung (31) effektiv unterdrückt werden und es wird ein anormaler Sensorwert nicht länger durch das Sensorelement (10) erzeugt. Ferner kann das Eindringen der unverbrannten Substanzen zu der Oberfläche des Sensorelements (10) noch weiter unterdrückt werden. Die Verschlechterung des Sensorelements (10) kann ferner verzögert werden. Ferner kann als eine Wirkung des oben beschriebenen Punktes (iv) das Eindringen der Feuchtigkeitskomponente zur Oberfläche der inneren Abdeckung (31) oder zur Innenseite der inneren Abdeckung (31) effektiv unterdrückt werden. Mit anderen Worten wird das Sensorelement (10) sicher gegenüber Wasser isoliert. Dies ist wirksam, um zu verhindern, daß das erhitzte Sensorelement (10) durch kaltes Wasser einen Riß erleidet.
Gemäß einem anderen Merkmal der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Eintrittsbereich der Gasöffnung (21), die am Boden (311) der inneren Abdeckung (31) ausgebildet ist, kleiner als ein Gesamtbereich der Gasöffnung (23), die am Boden (321) der äußeren Abdeckung (31) ausgebildet ist. Bei dieser Anordnung neigt das Gas dazu, sich in einem Raum abzusetzen oder dort zu verweilen, der zwischen dem Boden (321) der äußeren Abdeckung (31) und dem Boden (311) der inneren Abdeckung (31) gebildet ist. Somit können die unverbrannten Substanzen, die in dem Gas enthalten sind, effektiv in diesem Raum eingefangen werden. Somit kann die Menge der unverbrannten Substanzen, die sich an der Oberfläche der inneren Abdeckung (31) niederschlagen, weiter reduziert werden. Das Eindringen der unverbrannten Substanzen in das Innere der inneren Abdeckung (31), das heißt ein Niederschlagen der unverbrannten Substanzen an dem Sensorelement (10) kann weiter reduziert werden.
Somit erzeugt das Sensorelement (10) keinen fehlerhaften Fühlwert und ist frei von einem Riß oder Bruch.
Gemäß einem anderen Merkmal der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die zylinderförmige Seitenwand (321) der inneren Abdeckung (31) von einer zylinderförmigen Seitenwand (322) der äußeren Abdeckung (32) in einer Richtung senkrecht zu der Axialrichtung des Sensorelements um eine vorbestimmte Strecke beabstandet. Somit wird ein Leerraum (S) zwischen der zylinderförmigen Seitenwand (312) der inneren Abdeckung (31) und der zylinderförmigen Seitenwand (322) der äußeren Abdeckung (32) gebildet. Der Leerraum, der in dieser Weise ausgebildet ist, hat die Fähigkeit, die Wärmezurückhalteeigenschaft des Sensorelements (10) zu verbessern.
Gemäß einem anderen Merkmal der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der oben beschriebene Leerraum (S) gegen das Einlaßgas oder Abgas isoliert. Somit wird die Wärmerückhalteeigenschaft des Sensorelements (10) noch weiter verbessert.
Gemäß einem anderen Merkmal der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besitzt das Sensorelement (10) einen Reaktionsabschnitt (12a) einer externen Elektrode (12) an einer äußeren zylinderförmigen Fläche des distalen Endes (10a) eines Elementkörpers (13), der in eine längliche Gestalt gebracht ist. Das Gasloch (22) der inneren Abdeckung (31) ist an der zylinderförmigen Seitenwand (312) der inneren Abdeckung (31) in einer Zone ausgebildet, die verschieden ist von einer spezifischen Zone, die dem Reaktionsabschnitt (12a) gegenüber liegt.
Mit dieser Anordnung wird die Wanderstrecke des Gases, die sich von dem Gasloch (22) der inneren Abdeckung (31) zu dem Reaktionsabschnitt (12a) erstreckt, zu einer ausgeprägten Labyrinthanordnung. Das Eindringen des Gases zu der Oberfläche des Sensorelements (10) kann somit unterdrückt werden.
Der Reaktionsabschnitt (12a) und dessen Nachbarschaft (kollektiv als Ausgangsabschnitt bezeichnet) des Sensorelements (10) bilden einen wesentlichen Abschnitt, der einen Ausgangsstrom bewirkt, dessen Änderung als eine Sensorausgangsgröße detektiert wird. Es ist daher sehr wichtig, sicherzustellen, daß die Temperatur des Reaktionsabschnittes (12a) auf einem Wert gehalten wird, welcher die oben beschriebene aktive Temperatur überschreitet bzw. über dieser Temperatur liegt. In dieser Hinsicht ist die oben beschriebene Anordnung wirksam, um zu verhindern, daß die Oberfläche des Sensorelements (10) direkt dem Gas ausgesetzt wird, welches eine Temperatur niedriger als die oben beschriebene aktive Temperatur hat. Es kann somit die Wärmezurückhalteeigenschaft des Reaktionsabschnittes (12a) verbessert werden. Der Ausgangsabschnitt des Sensorelements (10) kann auf einem Wert gehalten werden, der höher liegt als die aktive Temperatur bzw. diese Temperatur überschreitet. Die Sauerstoffkonzentration des Gases kann exakt detektiert werden. Ferner kann das Eindringen des Gases zu dem Reaktionsabschnitt 12a des Sensorelements (10) in sicherer Weise verhindert werden. Das Niederschlagen der unverbrannten Substanzen, die in dem Gas enthalten sind, kann unterdrückt werden. Eine Verschlechterung des Reaktionsabschnitts (12a) kann dadurch verzögert werden.
Gemäß einem anderen Merkmal der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Gasloch (22) der inneren Abdeckung (31) lediglich an der zylinderförmigen Seitenwand (312) der inneren Abdeckung (31) offen. Dies führt zu einer Labyrinthanordnung für den Gasdurchgang, der sich von dem Gasloch (23) aus, welches am Boden (321) der äußeren Abdeckung (32) ausgebildet ist, zu dem Gasloch (22) der inneren Abdeckung (31) erstreckt, was zu den folgenden Wirkungen führt:
v) Selbst wenn irgendwelche unverbrannten Substanzen zur Innenseite der äußeren Abdeckung (32) durch das Gasloch (23) am Boden (321) eindringen, kann eine Menge der unverbrannten Substanz, die das Gasloch (22) hindurch gelangt, welches an der inneren Abdeckung (31) ausgebildet ist, reduziert werden. Mit anderen Worten kann ein wesentlicher Niederschlag der unverbrannten Substanzen an dem Sensorelement (10) reduziert werden und eine Verschlechterung des Sensorelements (10) kann verzögert werden.
ii) Selbst wenn eine Feuchtigkeitskomponente in dem Gas enthalten ist und zur Innenseite der äußeren Abdeckung (32) durch das Gasloch (23) am Boden (321) gelangt, kann die Menge einer Feuchtigkeitskomponente, die durch das Gasloch (22) an der inneren Abdeckung (31) hindurch gelangt, reduziert werden. Mit anderen Worten kann das Sensorelement (10) daran gehindert werden, Wasser ausgesetzt zu werden und durch kaltes Wasser einen Riß zu erleiden oder einen Bruch zu erfahren.
Gemäß einem anderen Merkmal der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besitzt das Sensorelement (10) einen Reaktionsabschnitt (12a) der externen Elektrode (12) an der äußeren Zylinderfläche des distalen Endes (10a) des Elementkörpers (13), der in eine längliche Gestalt gebracht ist. Das Gasloch (21) der inneren Abdeckung (31) ist lediglich am Boden (311) der inneren Abdeckung (31) ausgebildet.
Mit dieser Anordnung wird die Wanderstrecke des Gases, die sich von dem Gasloch (22) der inneren Abdeckung (31) aus zu dem Reaktionsabschnitt (12a) erstreckt, zu einer Labyrinthanordnung. Das Eindringen des Gases zu dem Reaktionsabschnitt (12a) kann unterdrückt werden. Das heißt, es wird möglich zu verhindern, daß der Reaktionsabschnitt (12a) direkt dem Gas ausgesetzt wird. Daher kann die Wärmezurückhalteeigenschaft des Ausgangsabschnitts des Sensorelements (10) weiter verbessert werden. Der Ausgangsabschnitt des Sensorelements (10) kann auf einem Wert gehalten werden, der über der aktiven Temperatur liegt. Die Sauerstoffkonzentration des Gases kann exakt detektiert werden. Ferner kann das Niederschlagen der unverbrannten Substanzen auf der Oberfläche des Reaktionsabschnitts (12a) unterdrückt werden. Eine Verschlechterung des Reaktionsabschnittes (12a) kann damit verzögert werden.
Gemäß einem anderen Merkmal der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Sensorelement (10) aus einem strombegrenzenden oder Pumpstromtyp bestehen.
Gemäß einem anderen Merkmal der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detektiert das Sensorelement (10) die Sauerstoffkonzentration des Einlaßgases oder des Auslaßgases oder Abgases in einer Dieselmaschine. Im allgemeinen enthält das Ansauggas oder das Abgas einer Dieselmaschine eine große Menge von unverbrannten Substanzen (Zinn usw.), und zwar verglichen mit dem Gas eines Benzinmotors. Durch Anwenden der vorliegenden Erfindung zum Detektieren der Sauerstoffkonzentration des Gases bei der Dieselmaschine, kann das Niederschlagen der unverbrannten Substanzen an der Oberfläche der inneren Abdeckung (31) und an der Oberfläche des Sensorelements (10) effektiv unterdrückt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die oben erläuterten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1A eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Sauerstoffkonzentrationssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 1B eine vergrößerte vertikale Querschnittsansicht, die ein distales Endteil eines Sensorelements zeigt, welches in Fig. 1A dargestellt ist;
Fig. 2A eine vergrößerte vertikale Querschnittsansicht, die das distale Endteil des Sensorelements und die innere und die äußere Abdeckung des Sauerstoffkonzentrationssensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2B eine quer verlaufende Querschnittsansicht, die den Sauerstoffkonzentrationssensor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, entsprechend einer Linie A-A in Fig. 1A;
Fig. 3 eine Ansicht, welche die Örtlichkeiten veranschaulicht, wo die Sauerstoffkonzentrationssensoren der ersten Ausführungsform installiert werden;
Fig. 4A eine vertikale Querschnittsansicht, die einen distalen Endabschnitt eines Sauerstoffkonzentrationssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4B eine quer verlaufende Querschnittsansicht, die den Sauerstoffkonzentrationssensor zeigt, entlang einer Linie C-C in Fig. 4A;
Fig. 5A eine vertikale Querschnittsansicht, die einen distalen Endabschnitt eines Sauerstoffkonzentrationssensors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 5B eine quer verlaufende Querschnittsansicht, die den Sauerstoffkonzentrationssensor darstellt, und zwar entsprechend einer Line D-D in Fig. 5A;
Fig. 6A eine vertikale Querschnittsansicht, die einen distalen Endabschnitt eines Sauerstoffkonzentrationssensors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 6B eine quer verlaufende Querschnittsansicht, die den Sauerstoffkonzentrationssensor gemäß einer Linie E-E von Fig. 6A zeigt;
Fig. 7 eine vertikale Querschnittsansicht, die einen distalen Endabschnitt eines Sauerstoffkonzentrationssensors gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
Fig. 8 eine Draufsicht, die einen Boden einer äußeren Abdeckung eines Sauerstoffkonzentrationssensors gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 9A eine vertikale Querschnittsansicht, die einen distalen Endabschnitt eines herkömmlichen Sauerstoffkonzentrationssensors wiedergibt; und
Fig. 9B eine quer verlaufende Querschnittsansicht, die den herkömmlichen Sauerstoffkonzentrationssensor entsprechend einer Linie F-F in Fig. 9A zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Identische Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen durch die Zeichnungen hindurch versehen.

Erste Ausführungsform

Fig. 3 zeigt zwei Sauerstoffkonzentrationssensoren 1, die in einem Ansaug- und Abgassystem einer Dieselmaschine 100 eines Automobils installiert sind, und zwar entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Sauerstoffkonzentrationssensor 1 ist in einem Ansaugrohr 101 der Dieselmaschine 100 vorgesehen. Der andere Sauerstoffkonzentrationssensor 1 ist in einem Abgasrohr 102 desselben vorgesehen. Jeder Sauerstoffkonzentrationssensor 1 erstreckt sich senkrecht von einer Wandfläche des entsprechenden Rohres 101 oder 102 aus. Ein distales Ende 1a des Sauerstoffkonzentrationssensors 1 weist nach unten.
Eine Sauerstoffkonzentration des Ansauggases wird durch den Sensor 1 detektiert, der in dem Ansaugrohr 101 vorgesehen ist, und es wird der detektierte Wert in ein elektronisches Steuergerät 103 eingespeist. Basierend auf der Eingangsinformation, die auf diese Weise eingespeist wird, wird ein Abgasströmungsbetrag in einem Gasrückleitrohr 105 gesteuert. Auf der anderen Seite wird die Sauerstoffkonzentration des Abgases durch den Sensor 1 in dem Abgasrohr 102 detektiert und der detektierte Wert wird dem elektrischen Steuergerät 103 eingegeben. Basierend auf dieser Eingangsinformation wird eine Brennstoffzuführmenge, die von einer Einspritzpumpe 104 aus eingespritzt wird, gesteuert.
Das Gasrückführrohr 105 besitzt eine Funktion, um das Abgas von dem Abgasrohr 102 zudem Ansaugrohr 102 zurückzuleiten. In einem negativen Druckkreislauf ist ein elektromagnetisches Ventil 106 vorgesehen, um den negativen Druck bzw. Unterdruck zu steuern. Eine Membran 107 mit einer Unterdruckkammer auf einer Seite ist in einer Aufwärts- und Abwärtsrichtung in Einklang mit der Aktivierung des elektromagnetischen Ventils 106 verschiebbar. Ein Abgasrückleitventil 108, welches an der Außenseite der Membran 107 angebracht ist, hat die Funktion, die Abgasrückführmenge zu steuern. Das Abgasrückführventil 108 öffnet und schließt eine Öffnung in dem Gasrückleitrohr 105.
Der Sauerstoffkonzentrationssensor 1 hat, wie in den Fig. 1A bis 2B gezeigt ist, ein längliches Sensorelement 10, welches in eine tassenförmige oder kappenförmige Gestalt mit einem kreisförmigen Querschnitt konstruiert ist. Eine Heizeinheit 20 ist in dem Innenraum des Sensorelements 10 aufgenommen. Die Temperatur des Sensorelements 10 wird auf dessen aktive Temperatur (z. B. 650ºC) durch die Wärme erhöht, die durch diese Heizeinheit 20 erzeugt wird. Eine Haltervorrichtung 41, die das Sensorelement 10 haltert, ist an einem Basisende 10b des Sensorelements 10 (das heißt einer Öffnungsseite der tassenförmigen Gestalt) vorgesehen. Ein distales Ende 10a des Sensorelements 10 ragt aus dem Halter 41 heraus. Eine Elementabdeckung 3 ist an dem unteren Ende der Halterungsvorrichtung 41 angebracht. Die Elementabdeckung 3 umgibt einen Gasfühlabschnitt 11, der an dem distalen Ende 10a des Sensorelements 10 vorgesehen ist.
Das Sensorelement 10 besteht aus einem Festkörperelektrolyten mit einer bevorzugten Sauerstoffionenleitfähigkeit, das heißt in bevorzugter Weise aus einem sogenannten Strombegrenzungsdetektionstypsensorelement. Ein Elementkörper 13 des Sensorelements 10 ist in eine längliche tassenförmige Gestalt mit einem kreisförmigen Querschnitt konstruiert. Eine innere Elektrode 14 (siehe Fig. 1B) ist an der inneren zylinderförmigen Oberfläche des Elementkörpers 13 ausgebildet. Eine äußere Elektrode 12 (siehe Fig. 1B) ist an der äußeren Zylinderoberfläche des Elementkörpers 13 ausgebildet. Ferner umfaßt das Sensorelement 10 eine Isolierschicht 15 und eine verteilte Widerstandsschicht 16, welche die äußere Elektrode 12 einfaßt, wie in Fig. 1B gezeigt ist. Es gibt eine riemenförmige Zone 130, dort, wo die Isolierschicht 15 nicht vorgesehen ist. Diese riemen- oder streifenförmige Zone 130 besitzt eine axiale Weite von angenähert 5,0 mm und dient als Reaktionsabschnitt 12a der äußeren Elektrode 12.
Fig. 2A zeigt das distale Ende 10a des Sensorelements 10 und die innere und die äußere Abdeckung 31 und 32 des Sauerstoffkonzentrationssensors 1. In dieser Zeichnung sind die Isolierschicht 15 und die verteilte Widerstandsschicht 16 weggelassen, um lediglich den Reaktionsabschnitt 12a darzustellen.
Die Heizeinheit 20 umfaßt einen Keramikkörper 201, der eine Heizvorrichtung 202 aus Wolfram aufnimmt (das heißt ein kammähnlicher Abschnitt in Fig. 1) und auch Anschlußleitungen 203 aufnimmt. Die Heizvorrichtung 202 ist an dem distalen Ende 10a des Sensorelements 10 angeordnet, und zwar an einem Abschnitt, der dem Reaktionsabschnitt 12a im wesentlichen gegenüber liegt (das heißt der riemenförmigen oder streifenförmigen Zone 130). Es wird somit der Sensorkörper 13 durch die Heizvorrichtung 202 aufgeheizt, und zwar hauptsächlich an dem Abschnitt, wo der Reaktionsabschnitt 12a der externen Elektrode 12 gebildet ist (das heißt dem Ausgangsabschnitt des Sensorelements 10). Die Heizeinheit 20 wird über eine Festhaltevorrichtung 47 durch das Basisende 12b des Sensorelements 10 gehalten.
Die Elementabdeckung 3 ist mit Gaslöchern 21, 22 und 23 für das Einlaßgas und das Abgas ausgestattet (im folgenden einfach als Gas bezeichnet). Diese Gaslöcher 21, 22 und 23 ermöglichen es, daß das Gas durch die Elementabdeckung 3 von der Innenseite zur Außenseite und umgekehrt strömen. Die Elementabdeckung 3 umfaßt eine innere Abdeckung 31, die dicht bei dem Gasfühlabschnitt 11 angeordnet ist, und eine äußere Abdeckung 39 die außerhalb dieser inneren Abdeckung 31 angeordnet ist und direkt dem Gas ausgesetzt ist. Jede der inneren und äußeren Abdeckungen 31 und 32 ist in eine tassenförmige Gestalt konstruiert, und zwar mit einem kreisförmigen Querschnitt. Die Böden 311 und 321 der jeweiligen Abdeckungen 31 und 32 sind flach und liegen dem distalen Ende 10a des Sensorelements 10 gegenüber.
Lediglich ein kreisförmiges Bodengasloch 21 ist am Boden 311 der inneren Abdeckung 31 ausgebildet bzw. offen, während lediglich ein kreisförmiges Bodengasloch 23 an dem Boden 321 der äußeren Abdeckung 32 ausgebildet ist. Diese Bodengasöffnungen oder Gaslöcher 21 und 23 sind auf Achsen der inneren und der äußeren zylinderförmigen Abdeckungen 31 und 32 jeweils gelegen. Ein Gesamtbereich bzw. Gesamtfläche der Bodengasöffnung 21, die an der inneren Abdeckung 31 ausgebildet ist, ist kleiner als ein Gesamtbereich bzw. Gesamtfläche der Bodengasöffnung 23, die an der äußeren Abdeckung 32 ausgebildet ist.
Eine Gesamtheit von acht kreisförmigen Seitengaslöchern 22 ist an einer zylinderförmigen Seitenwand 312 der inneren Abdeckung 31 in einer Anordnung von zwei Reihen vorgesehen, die in der axialen Richtung gruppiert sind, wobei jede Reihe vier Gaslöcher umfaßt, die in einer Umfangsrichtung mit gleichen Winkelintervallen angeordnet sind (siehe Fig. 2B).
Um dies spezifischer zum Ausdruck zu bringen, so sind Seitengaslöcher 22 an einer eingeschränkten Zone an der zylinderförmigen Seitenwand 312 vorgesehen, die verschieden ist von einer Zone, die dem Reaktionsabschnitt 12a gegenüber liegt. Keine Gaslöcher sind an einer zylinderförmigen Seitenwand 322 der äußeren Abdeckung 32 vorgesehen. Somit hat jede der oben beschriebenen Gasöffnungen 21, 22 und 23 eine kreisförmige Öffnung, um es dem Gas zu ermöglichen, von der Außenseite zur Innenseite der Elementabdeckung 3 zu gelangen oder von der Innenseite zur Außenseite hin auszutreten.
Das offene Ende der äußeren Abdeckung 32 der Elementabdeckung 3 ist an der Halterungsvorrichtung 41 durch Umstülpung oder Bördelung befestigt. Eine äußere zylinderförmige Fläche der Seiten mit dem offenen Ende der inneren Abdeckung 31 ist mit einer inneren zylinderförmigen Fläche der entsprechenden Seite mit dem offenen Ende der äußeren Abdeckung 32 verschweißt. Die innere Abdeckung 31 ist mit einem Schulterabschnitt 31a versehen. Durch das Vorsehen dieses Schulterabschnitts 31a ist der Durchmesser der Seite mit dem offenen Ende der inneren Abdeckung 31 größer, und zwar um einen Betrag äquivalent der radialen Größe des Schulterabschnitts 31a. Eine Vielzahl an bogenförmigen Nuten oder Ausnehmungen 32a, die jeweils radial nach innen ausgenommen sind, ist an der äußeren Abdeckung 32 entlang einer kreisförmigen Linie entsprechend dem Schulterabschnitt 31a vorgesehen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind drei Nuten 32a entlang dem Schulterabschnitt 31a (lediglich eine Ausnehmung 32a ist in Fig. 1 gezeigt) ausgerichtet. Mit anderen Worten wird der Schulterabschnitt 31a von außerhalb durch diese Ausnehmungen 32a gehaltert. Auf diese Weise ist die innere Abdeckung 31 an einer vorbestimmten Position innerhalb der äußeren Abdeckung 32 fixiert.
Der Boden 311 der inneren Abdeckung 31 ist von dem Boden 321 der äußeren Abdeckung 32 in der axialen Richtung um eine vorbestimmte Strecke beabstandet (z. B. angenähert 4,5 mm, bevorzugt 5,0 mm oder mehr). Ferner ist die zylinderförmige Seitenwand 312 der inneren Abdeckung 31 von der zylinderförmigen Seitenwand der äußeren Abdeckung 32 in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung um eine vorbestimmte Strecke beabstandet (z. B. angenähert 1,0 mm, bevorzugt 2,0 mm oder mehr).
Die Elementabdeckung 3 besitzt eine Funktion zum Verhindern, daß das Sensorelement 10 einer Feuchtigkeitskomponente oder schädlichen Substanzen ausgesetzt wird, wie beispielsweise einer Bleiverbindung, die in dem Gas enthalten ist. Die Gastemperatur liegt niedriger als die aktive Temperatur des Sensorelements 10. Im allgemeinen liegt die Temperatur des Ansauggases in einem Bereich von 80-140ºC, während die Temperatur des Abgases in einem Bereich von 100-500ºC liegt. Somit hat die Elementabdeckung 3 eine Funktion, das Sensorelement 10 warm zu halten. Das Sensorelement 10 wird durch die Heizeinheit 20 aufgeheizt. Die Elementabdeckung 3 besitzt eine doppelwandige Konstruktion mit einer inneren Abdeckung 31 und der äußeren Abdeckung 32. Diese Anordnung ist vorteilhaft, um die Wärmerückhalteeigenschaft der Elementabdeckung 3 sicherzustellen.
Die Haltervorrichtung 41 umfaßt ein Schraubengewinde 414, welches mit einem Schraubloch 101a des Ansaugrohres 101 in Eingriff gelangt, oder umfaßt ein Schraubenloch 102a des Abgasrohres 102. Ein Flansch 415 der Haltervorrichtung 41 hat eine Funktion, um den Sauerstoffkonzentrationssensor 1 in dem Ansaugrohr 101 zu positionieren oder in dem Abgasrohr 102 zu positionieren. Eine Dichtung 462 ist zwischen dem Flansch 415 und dem Ansaugrohr 101 oder dem Abgasrohr 102 zwischengefügt. Die Haltervorrichtung 41 ist abnehmbar an dem Ansaugrohr 101 oder dem Abgasrohr 102 mit Hilfe einer geeigneten Befestigungseinrichtung bzw. einem Befestigungsteil, wie beispielsweise Schrauben, befestigt.
Der Sauerstoffkonzentrationssensor 1 besitzt ein Basisende 1b, welches mit Abdeckteilen 442, 443 und 446 versehen ist. Die Öffnung der Haltervorrichtung 41 ist mit dem Abdeckteil 446 über einen Metallring 463 befestigt. Atmosphärenlöcher 444 und 445 sind an diesen Abdeckteilen 442 und 443 ausgebildet, um Luft ins Innere dieser Abdeckteile 442 und 443 einzuleiten.
Ein Wasser abstoßender Filter (nicht gezeigt) ist in einem Atmosphärenpfad vorgesehen, der durch diese Atmosphärenlöcher 444 und 445 definiert ist. Die Luft, die einmal durch diese Atmosphärenlöcher 444 und 445 eingetreten ist, wird in das Sensorelement 10 über den restlichen Teil des Atmosphärenpfades geführt.
Die interne Elektrode 14 und die äußere Elektrode 12 sind elektrisch mit einem Ende der Signalausgangsleitungen 161 und 161 jeweils verbunden. Die oben beschriebenen Anschlußleitungen 203 der Heizeinheit 20 sind elektrisch mit jeweils einem Ende von Energiezuführvorrichtungen 162 verbunden. Beide Signalausgangsleitungen 161 und die Energiezuführvorrichtung 162 sind an den Abdeckteilen 442 und 443 über eine Buchse 5 befestigt. Die anderen Enden der Signalausgangsleitungen 161 sind elektrisch mit einem Datenleseabschnitt verbunden, der in dem elektrischen Steuergerät 103 enthalten ist. Die anderen Enden der Energiezuführvorrichtungen 162 sind elektrisch mit einer elektrischen Stromversorgungsquelle verbunden, die in dem elektrischen Steuergerät 103 inkorporiert ist.
Bei der Konstruktion der Komponenten des oben beschriebenen Sauerstoffkonzentrationssensors 1 bestehen wichtige Punkte darin, zu verhindern, daß das Sensorelement 10 mit Wasser in Berührung kommt, mit schädlichen Substanzen und mit unverbrannten Substanzen in Berührung kommt, und um eine angemessene Wärmezurückhalteeigenschaft des Sensorelements 10 zu erhalten und das Ansprechverhalten des Sensorelements 10 sicherzustellen. Die Konfiguration und die Größe des Abdeckelements 3 werden unter Heranziehung der Konfiguration und der Größe des Sensorelements 10 bestimmt. Die Positionen und die Durchmesser der Gaslöcher 21, 22 und 23 werden in der gleichen Weise bestimmt.
Spezifischer ausgedrückt, besitzt die innere Abdeckung 31 einen Außendurchmesser von 9,0 mm und einen Innendurchmesser von 8,0 mm. Der Durchmesser des Bodengasloches 71 der inneren Abdeckung 31 beträgt 2,0 mm. Der Durchmesser des seitlichen Gasloches 22 liegt bei 1,5 mm. Die äußere Abdeckung 32 besitzt einen Außendurchmesser von 12,0 mm und einen Innendurchmesser von 11,0 mm. Der Durchmesser des Bodengasloches 23 der äußeren Abdeckung 32 beträgt 8,0 mm. Das Bodengasloch 21 ist im 30,0 mm von einer (unteren) Fläche 415a des Flansches 415 der Haltervorrichtung 41 beabstandet, wobei diese Fläche 415a dichter bei der Elementabdeckung 3 gelegen ist als die andere (obere) Fläche des Flansches 415. In bezug auf die seitlichen Gaslöcher 22 sind zwei Reihen von Gaslöchern 22 jeweils um 18,0 mm und 26,5 mm von der oben beschriebenen Fläche 415a an deren Zentren beabstandet. Das Bodengasloch 23 ist um 35,0 mm von der oben beschriebenen Fläche 415a beabstandet.
Entsprechend den Erfindern der vorliegenden Erfindung wurde bestätigt, daß der oben beschriebene Sauerstoffkonzentrationssensor 1 einen ausgezeichneten Ansprechwert beim Detektieren einer Änderung in der Sauerstoffkonzentration innerhalb von 0,1 Sekunden zeitigte. Spezifischer ausgedrückt, wurde der Sauerstoffkonzentrationssensor 1 in einem Rohr installiert, in welches zwei Arten von Luft mit 20% und mit 15% Sauerstoffkonzentrationen selektiv eingeleitet wurden. Entsprechend dem Ansprechverhalten dieses Sensors 1 wurde eine Dauer von dem Moment an gemessen, zu dem Luft gemäß den 20% O&sub2; auf Luft gemäß 15% O&sub2; oder umgekehrt umgeschaltet wurde, und zwar bis zu dem Moment, bei dem irgendeine Änderung in der Sauerstoffkonzentration detektiert wurde.
Als nächstes werden die Funktionen und Wirkungen erläutert, die durch den Sauerstoffkonzentrationssensor 1 der vorliegenden Ausführungsform erreicht werden.
Zuerst verläuft eine Strömungsrichtung (das heißt die Richtung des Pfeils B in Fig. 1A) der oben beschriebenen unverbrannten Substanzen senkrecht zu der Seitenwand 322 der äußeren Abdeckung 32. Das Bodengasloch 23 der äußeren Abdeckung 32 ist an dem Boden 321 ausgebildet, der dem distalen Ende 10a des Sensorelements 10 gegenüber liegt. Daher strömen die unverbrannten Substanzen parallel zu dem Bodengasloch 23.
Als ein Ergebnis ist der Sauerstoffkonzentrationssensor 1 der vorliegenden Ausführungsform besser als der oben beschriebene herkömmliche Sensor, und zwar auf Grund der Beseitigung der seitlichen Gaslöcher 524 an der Seitenwand 5322 der äußeren Abdeckung 532, und zwar hinsichtlich der folgenden Punkte:
i) die Menge der unverbrannten Substanzen, die sich in der Nähe oder Nachbarschaft des Gasloches der äußeren Abdeckung 32 niederschlagen (das heißt dem Bodengasloch 23) kann stark reduziert werden; und
ii) die Menge der unverbrannten Substanzen, die durch das Gasloch 23 hindurch verlaufen und zum Inneren der äußeren Abdeckung 32 gelangen, kann stark reduziert werden.
Als eine Wirkung des oben erwähnten Punktes (i) wird es möglich, das Problem zu beseitigen, daß ein effektiver Öffnungsbereich bzw. Öffnungsfläche des Bodengasloches 23 reduziert oder vollständig verschlossen werden kann. Somit kann eine Verschlechterung des Ansprechverhaltens des Sensorelements 10 verhindert werden. Der Durchmesser (oder Öffnungsfläche) des Bodengasloches 23 kann um einen Betrag vergrößert werden, der äquivalent einer beseitigten Fläche bzw. zu einem beseitigten Bereich der Seitengaslöcher (524 in Fig. 9A) an der äußeren Abdeckung 32 ist, während gleichzeitig die Wärmezurückhalteeigenschaft des Sensorelements 10 auf dem gleichen Wert gehalten wird wie bei dem oben beschriebenen Stand der Technik.
Als eine Wirkung des oben beschriebenen Punktes (ii) wird es möglich, ein Niederschlagen der unverbrannten Substanzen an der Oberfläche der inneren Abdeckung 31 zu beseitigen. Darüber hinaus wird es möglich zu verhindern, daß die unverbrannten Substanzen an der Oberfläche der inneren Abdeckung 31 verbrennen. Somit erzeugt das Sensorelement 10 nicht länger einen fehlerhaften Detektionswert. Zusätzlich kann gemäß einer anderen Wirkung des oben beschriebenen Punktes (ii) eine Verschlechterung des Sensorelements 10 effektiv unterdrückt werden, und zwar auf Grund der Tatsache, daß nur eine sehr geringe Menge der unverbrannten Substanzen die Oberfläche des Sensorelements 10 erreichen kann, nachdem diese durch die Gaslöcher 21, 22 der inneren Abdeckung 32 hindurch verlaufend sind.
Da der Durchmesser des Bodengasloches 23 verglichen mit demjenigen des Standes der Technik vergrößert werden kann, kann das Ansprechverhalten des Sensorelements 10 auf dem gleichen Wert wie bei dem herkömmlichen Element gehalten werden.
In ähnlicher Weise erfolgt die Strömungsrichtung der schädlichen Substanzen, wie beispielsweise der Bleiverbindung, die in dem Gas enthalten ist, senkrecht zu der Seitenwand 322 der äußeren Abdeckung 32. Da das Bodengasloch 23 der äußeren Abdeckung 32 am Boden 321 ausgebildet ist, welcher dem distalen Ende 10a des Sensorelements 10 gegenüber liegt, verläuft die Strömung der schädlichen Substanzen parallel zu dem Bodengasloch 23. Als ein Ergebnis kann die Menge der unverbrannten Substanzen, die von dem Bodengasloch 23 der äußeren Abdeckung 32 eindringen, effektiv reduziert werden. Es wird möglich, eine Menge der schädlichen Substanzen zu beseitigen, die sich an dem Sensorelement 10 niederschlagen. Somit kann die Verschlechterung des Sensorelements 10 effektiv unterdrückt werden.
Darüber hinaus ist der Boden 311 der inneren Abdeckung 31 von dem Boden 321 der äußeren Abdeckung 32 in einer axialen Richtung des Sensorelements um den oben beschriebenen vorbestimmten Betrag beabstandet. Diese Anordnung führt zu den folgenden Wirkungen:
iii) Selbst wenn irgendeine unverbrannte Substanz zur Innenseite der äußeren Abdeckung 32 durch das Bodengasloch 23 der äußeren Abdeckung 32 vordringt, ist die Bewegungsbahn für die unverbrannte Substanz, um die Oberfläche der inneren Abdeckung 31 zu erreichen, in signifikanter Weise groß bzw. lang. Dies ist wirksam, um zu verhindern, daß die unverbrannten Substanzen die Oberfläche der inneren Abdeckung 31 erreichen.
iv) Selbst wenn eine Feuchtigkeitskomponente in das Innere der äußeren Abdeckung 32 durch das Bodengasloch 23 eindringt, ist der Bewegungsweg für die Feuchtigkeitskomponente, um die innere Abdeckung 31 zu erreichen, in signifikanter Weise lang. Dies ist wirksam, um zu verhindern, daß Wasser das Sensorelement 10 erreicht.
Als ein Ergebnis des oben beschriebenen Punktes (iii) wird es möglich, weiter die Menge der unverbrannten Substanzen zu beseitigen, die an der Oberfläche der inneren Abdeckung 31 oder an dem Sensorelement 10 niedergeschlagen werden. Eine anormale Detektion und eine Verschlechterung des Sensorelements 10 kann somit weiter unterdrückt werden. Als ein Ergebnis des oben beschriebenen Punktes (iv) wird die Oberfläche der inneren Abdeckung 31 oder die Oberfläche des Sensorelements 10 daran gehindert, dem Wasser ausgesetzt zu werden. Das aufgeheizte Sensorelement 10 kann daran effektiv gehindert werden, durch kaltes Wasser Risse zu erleiden oder zu springen. Um die oben beschriebenen Wirkungen der oben erläuterten Punkte (iii) und (iv) sicherzustellen, beträgt der oben beschriebene axiale Abstand gemäß der vorliegenden Erfindung ca. 4,5 mm, bevorzugt 5,0 mm oder mehr.
Ferner ist der gesamte Bereich bzw. die gesamte Fläche des Bodengasloches 21, welches an der inneren Abdeckung 31 ausgebildet ist, kleiner als der gesamte Bereich bzw. die gesamte Fläche des Bodengasloches 23, welches an der äußeren Abdeckung 32 gebildet ist. Mit dieser Anordnung neigt das Gas dazu, in einem Raum zwischen dem Boden 321 der äußeren Abdeckung 32 und dem Boden 311 der inneren Abdeckung 31 zu verweilen. Mit anderen Worten, können die unverbrannten Substanzen, die in dem Gas enthalten sind, in diesem Raum eingefangen werden. Demzufolge kann die Menge der unverbrannten Substanzen, die sich an der Oberfläche der inneren Abdeckung 31 oder dem Sensorelement 10 niederschlagen, weiter effektiv reduziert werden.
Darüber hinaus ist die zylinderförmige Seitenwand 321 der inneren Abdeckung 31 von der zylinderförmigen Seitenwand 322 der äußeren Abdeckung 32 in einer Richtung (das heißt radialen Richtung) senkrecht zu der axialen Richtung des Sensorelements 10 um den oben beschriebenen vorbestimmten Abstand beabstandet. Es ist somit ein Leerraum zwischen der zylinderförmigen Seitenwand 312 der inneren Abdeckung 31 und der zylinderförmigen Seitenwand 322 der äußeren Abdeckung 32 gebildet. Der Leerraum, der auf diese Weise gebildet ist, besitzt die Fähigkeit, die Wärmezurückhalteeigenschaft des Sensorelements 10 zu verbessern, dessen Temperatur bis zu der oben beschriebenen aktiven Temperatur erhöht wird.
Gemäß dieser Ausführungsform beträgt der oben beschriebene radiale Abstand genähert 1,0 mm, bevorzugt 2,0 mm oder mehr.
Ferner ist das Gasloch 22 der inneren Abdeckung 31 an der zylinderförmigen Seitenwand 312 der inneren Abdeckung 31 in einer Zone ausgebildet, die anders ist als eine spezifische Zone, die dem Reaktionsabschnitt 12a (siehe Fig. 2A) gegenüber liegt. Die Wanderstrecke des Gases, welches von dem seitlichen Gasloch 22 der inneren Abdeckung 31 zu dem Reaktionsabschnitt 12a gelangt, wird zu einer Labyrinthanordnung. Dies ist wirksam, um zu verhindern, daß das Gas die Oberfläche des Reaktionsabschnittes 12a des Sensorelements 10 erreicht.
Es wird somit möglich, eine Verbesserung hinsichtlich der Wärmezurückhalteeigenschaft des Sensorelements 10 bei oder in der Nähe des Reaktionsabschnittes 12a zu erzielen, der als Ausgangsabschnitt des Sensorelements 10 dient. Somit kann der Ausgangsabschnitt des Sensorelements 10 in angemessener Weise auf der aktiven Temperatur gehalten werden. Die Sauerstoffkonzentration kann exakt detektiert werden. Es wird ferner möglich, die Menge an unverbrannten Substanzen zu unterdrücken, die an der Oberfläche des Reaktionsabschnittes 12a niedergeschlagen werden. Es wird somit verhindert, daß der Reaktionsabschnitt 12a eine Verschlechterung erfährt.

Zweite Ausführungsform

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, unterscheidet sich eine zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform dadurch, daß die Seitengaslöcher 22 (siehe Fig. 1) von der inneren Abdeckung 31 beseitigt sind. Mit anderen Worten ist die innere Abdeckung 31 mit dem Gasloch 21 am Boden 311 ausgestattet. Somit kann der Durchmesser (oder der Öffnungsbereich bzw. die Öffnungsfläche) des Bodengasloches 21 der inneren Abdeckung 31 weiter vergrößert werden, und zwar verglichen mit demjenigen der ersten Ausführungsform, und zwar um einen Betrag, der äquivalent zu einem beseitigten Bereich bzw. Fläche der Seitengaslöcher 22 ist. Somit kann das Ansprechverhalten des Sensorelements 10 auf dem gleichen Wert wie demjenigen der ersten Ausführungsform gehalten werden. Gemäß der zweiten Ausführungsform besitzt das Bodengasloch 21 einen Durchmesser von angenähert 3,5 mm.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Wanderstrecke des Gases, welches den Reaktionsabschnitt 12a erreicht, zu einer Labyrinthanordnung. Es wird möglich zu verhindern, daß das Gas die Oberfläche des Reaktionsabschnitts 12a des Sensorelements 10 erreicht. Somit wird die Wärmerückhalteeigenschaft des Ausgangsabschnitts des Sensorelements 10 verbessert. Die Temperatur des Ausgangsabschnitts des Sensorelements 10 kann in angemessener Weise auf der aktiven Temperatur gehalten werden. Die Sauerstoffkonzentration kann dabei exakt detektiert werden. Die Menge der unverbrannten Substanzen, die sich auf der Oberfläche des Reaktionsabschnitts 12a niedersetzen, kann unterdrückt werden. Es kann somit eine Verschlechterung des Reaktionsabschnittes 12a verzögert werden.
Gemäß dieser Ausführungsform liegt die Seitenwand 312 der inneren Abdeckung 31 dichter am Ausgangsabschnitt des Sensorelements 10 als der Boden 311 der inneren Abdeckung 31. Somit kann die Wärmezurückhalteeigenschaft des Ausgangsabschnitts des Sensorelements 10 effektiv verbessert werden, indem das Gasloch lediglich am Boden 311 ausgebildet wird.

Dritte Ausführungsform

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, unterscheidet sich eine dritte Ausführungsform von der ersten Ausführungsform dadurch, daß die Bodengaslöcher 21 (siehe Fig. 1) von der inneren Abdeckung 31 beseitigt sind. Mit anderen Worten ist die innere Abdeckung 31 mit den Gaslöchern 21 lediglich an der Seitenwand 312 ausgestattet. Dies schafft eine Labyrinthanordnung für den Gasdurchgang, der sich vom Boden 321 der äußeren Abdeckung 32 zu dem Seitengasloch 22 der inneren Abdeckung 31 hin erstreckt. Selbst wenn sich somit unverbrannte Substanzen, die in dem Gas enthalten sind, zum Inneren der äußeren Abdeckung 32 über das Bodengasloch 23 ausbreiten, ist es möglich zu verhindern, daß die unverbrannten Substanzen die Gaslöcher 22 der inneren Abdeckung 31 erreichen. Es kann somit im wesentlichen ein Absetzen oder Niederschlagen der unverbrannten Substanzen an dem Sensorelement 10 weiter reduziert werden und eine Verschlechterung des Sensorelements 10 wird effektiv verhindert.
Selbst wenn darüber hinaus eine Feuchtigkeitskomponente, die in dem Gas enthalten ist, zur Innenseite der äußeren Abdeckung 32 von dem Bodengasloch 23 aus hinein gelangt, wird es möglich zu verhindern, daß das Wasser die Gaslöcher 22 der inneren Abdeckung 31 erreicht. Es wird somit möglich zu verhindern, daß das Sensorelement 10 Risse oder Bruchstellen auf Grund von kaltem Wasser bekommt.

Vierte Ausführungsform

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, unterscheidet sich eine vierte Ausführungsform von der zweiten Ausführungsform dadurch, daß eine andere Schulter 32b ringförmig an der Seitenwand 322 der äußeren Abdeckung 32 vorgesehen ist, die geringfügig zu der Seite mit dem offenen Ende vom Boden 311 der inneren Abdeckung 31 versetzt ist. Ein Durchmesser der äußeren Abdeckung 32 ist auf der Seite des Bodens 321 durch das Vorsehen dieser Schulter 32b reduziert. Spezifischer ausgedrückt, ist der Innendurchmesser der äußeren Abdeckung 32 auf der Seite des Bodens 321 geringfügig größer als oder im wesentlichen gleich mit einem Außendurchmesser der inneren Abdeckung 31 auf der Seite des Bodens 311. Mit dieser Anordnung wird ein Luftraum S zwischen der zylinderförmigen Seitenwand 312 der inneren Abdeckung 31 und der zylinderförmigen Seitenwand 322 der äußeren Abdeckung 32 gebildet. Der auf diese Weise gebildete Luftraum S ist im wesentlichen gegenüber der Außenseite isoliert. Als ein Ergebnis wird die Wärmewiderstandseigenschaft des Sensorelements 10 noch weiter verbessert.
Ferner wird das Gas, wenn es einmal in die äußere Abdeckung 32 durch das Bodengasloch 23 eingedrungen ist, direkt in die innere Abdeckung 31 durch das Bodengasloch 21 derselben eingeleitet. Demzufolge kann das Ansprechverhalten des Sensorelements 10 noch weiter verbessert werden, und zwar verglichen mit der zweiten Ausführungsform, bei der das Gas teilweise zu dem äußeren Umfangsabschnitt der inneren Abdeckung 31 geleitet wird.

Fünfte Ausführungsform

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenteil (das heißt ein Abschnitt, welcher dem distalen Ende 10a des Sensorelements 10 gegenüber liegt, der äußeren Abdeckung 32 vollständig entfernt, um ein großes Gasloch 23 zu bilden. Durch Vergrößern der Öffnung des Bodengasloches 23 kann das Gas sanft zur Innenseite der äußeren Abdeckung 32 eingeleitet werden.

Sechste Ausführungsform

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, ist eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von (z. B. drei) Gaslöchern 23 am Boden 321 der äußeren Abdeckung 32 ausgebildet sind. Die äußere Abdeckung 32 besitzt einen Außendurchmesser von 12,0 mm und einen Innendurchmesser von 11,0 mm. Jedes der Bodengaslöcher 23 besitzt einen Durchmesser von 2,3 mm. Das Zentrum von jedem Gasloch 23 ist um 3,8 mm von dem Zentrum des Bodens 321 der äußeren Abdeckung 32 beabstandet. Durch Vorsehen einer Vielzahl der Bodengaslöcher 23 kann das Gas sanft zur Innenseite der äußeren Abdeckung 32 eingeleitet werden.

Andere Ausführungsformen

Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen basiert auf der Elementabdeckung 3 mit der inneren Abdeckung 31 und der äußeren Abdeckung 32 in einer doppelwandigen Konstruktion. Es ist jedoch auch möglich, eine Zwischenabdeckung zwischen der inneren Abdeckung 31 und der äußeren Abdeckung 32 einzufügen.
Ferner sind die oben beschriebenen Bodengaslöcher 21 und 23 an der inneren und der äußeren Abdeckung 31 und 32 ausgebildet und sind auf den Achsen derselben gelegen. Es ist jedoch auch möglich, jedes Gasloch von der Achse versetzt anzuordnen. Mit dieser Versetzung kann der Gasweg, der sich von dem Bodengasloch 23 der äußeren Abdeckung 32 zu dem Bodengasloch 21 der inneren Abdeckung 31 hin erstreckt, verlängert werden. Dies ist vorteilhaft, um ein Absetzen der unverbrannten Substanzen an dem Sensorelement 10 zu beseitigen oder aufzuheben oder um zu verhindern, daß das Sensorelement 10 Wasser ausgesetzt wird.
Ferner sind beide oben beschriebenen Böden 311 und 321 der inneren und der äußeren Elementabdeckung 31 und 32 flach. Jedoch können diese Böden 311 und 321 in einer gekrümmten oder kurvenförmigen Gestalt konfiguriert sein, wenn dies gewünscht wird. Ferner ist jedes der oben beschriebenen Gaslöcher 21, 22 und 23 kreisförmig gestaltet. Es ist unnötig hervorzuheben, daß auch eine rechteckförmige oder andere Gestalt für jedes Gasloch annehmbar ist.
Gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Vielzahl der Bodengaslöcher 23 an der äußeren Abdeckung 32 vorgesehen. Alternativ kann es wünschenswert sein, eine Vielzahl der Bodengaslöcher 21 an der inneren Abdeckung 31 vorzusehen. Es ist ferner möglich, eine Vielzahl an Bodengaslöchern an jeder der äußeren Abdeckung 32 und inneren Abdeckung 31 vorzusehen. Die Zahl der Bodengaslöcher 21 und 23 kann auf zwei reduziert werden oder kann auf vier oder noch mehr erhöht werden.
Ferner kann die Heizeinheit 20 zusammenhängend oder einstückig mit dem Sensorelement 10 ausgebildet sein. Einer der Sauerstoffkonzentrationssensoren 1, die in dem Ansaugrohr 101 und dem Abgasrohr 102 installiert sind, kann weggelassen werden.
Die oben beschriebenen Sauerstoffkonzentrationssensoren 1 sind senkrecht zu der Wandoberfläche des Ansaugrohres und des Abgasrohres 101 und 102 angeordnet. Demzufolge trifft das Ansauggas oder Abgas auf das distale Ende bzw. die Seite des distalen Endes von jedem Sauerstoffkonzentrationssensor 1 in einer Richtung senkrecht zur Achse des Sensors 1. Jedoch kann ein Winkel des Sensors 1 relativ zur Wandoberfläche des Rohres 101 oder 102 geringfügig von 90 Grad abweichen. Speziell dann, wenn der Sensor 1 zu einer stromabwärtigen Seite geneigt ist, kann das Gas sanft von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite des Sensorkörpers strömen. Dies ist wirksam, um ein Niederschlagen von unverbrannten Substanzen in der Nähe des Bodengasloches 23 der äußeren Abdeckung 32 zu reduzieren und um die Menge der unverbrannten Substanzen, die durch das Bodengasloch 23 hindurch gelangen, zu reduzieren.
Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Sauerstoffkonzentrationssensor 1 bei einer Dieselmaschine 100 angewendet. Es ist jedoch möglich, den Sauerstoffkonzentrationssensor 1 bei irgendeinem anderen System anzuwenden, wie beispielsweise einem Abgassystem für eine Generatormaschine, die Naturgas verwendet, welches viele Substanzen enthält, die sich auf der Elementabdeckung 3 niederschlagen können.
Darüber hinaus offenbaren die oben beschriebenen Ausführungsformen ein Sensorelement 10 vom strombegrenzenden Typ. Es ist jedoch möglich, einen anderen Typ eines Sensorelements anzupassen, wie beispielsweise einen Pumpstromtyp (das heißt einen Konzentrationszellentyp) oder einen Halbleitertyp eines Sensorelements.

Claims

1. Sauerstoffkonzentrationssensor, mit: einem Sensorelement (10), welches in einer länglichen Gestalt mit einem distalen Ende (10a) konstruiert ist, welches einen Gasfühlabschnitt (11) aufweist, welcher einem Ansauggas oder Abgas ausgesetzt wird, um eine Sauerstoffkonzentration des Ansauggases oder Abgases zu detektieren; einer Heizeinheit (20), die benachbart dem Sensorelement (10) angeordnet ist und die das Sensorelement (10) erhitzt; einer inneren Elementabdeckung (31), die dicht bei dem Gasfühlabschnitt (11) des Sensorelements (10) angeordnet ist; einer äußeren Elementabdeckung (32), die außerhalb der inneren Elementabdeckung (31) angeordnet ist; wobei jede der inneren und äußeren Elementabdeckungen (31, 32) in eine tassenförmige oder kappenförmige Gestalt mit einem Boden (311, 321) konstruiert ist, welcher dem distalen Ende (10a) des Sensorelements (10) gegenüber liegt;

wenigstens einem Gasloch (21, 22, 23), welches an jedem der inneren und äußeren Elementabdeckungen (31, 32) ausgebildet ist, um es dem Ansauggas oder Abgas zu ermöglichen, durch die innere und die äußere Elementabdeckung (31, 32) hindurch zu gelangen;

dadurch gekennzeichnet, daß

das wenigstens eine Gasloch (23) der äußeren Elementabdeckung (32) an dem Boden (321) der äußeren Elementabdeckung (32) vorgesehen ist, und daß keine Gasöffnung an einer zylinderförmigen Seitenwand (322) der äußeren Elementabdeckung (32) vorgesehen ist.

2. Sauerstoffkonzentrationssensor nach Anspruch 1, bei dem der Boden (311) der inneren Elementabdeckung (31) von dem Boden (321) der äußeren Elementabdeckung (32) in einer axialen. Richtung des Sensorelements um eine vorbestimmte Strecke beabstandet ist.

3. Sauerstoffkonzentrationssensor nach Anspruch 2, bei dem ein Gesamtbereich bzw. Gesamtfläche des Gasloches (23), welches an dem Boden (321) der äußeren Elementabdeckung (32) vorgesehen ist, größer ist als ein Gesamtbereich bzw. Gesamtfläche des Gasloches, welches an dem Boden (311) der inneren Elementabdeckung (31) vorgesehen ist.

4. Sauerstoffkonzentrationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine zylinderförmige Seitenwand (312) der inneren Elementabdeckung (31) von der zylinderförmigen Seitenwand (322) der äußeren Elementabdeckung (32) in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Sensorelements um eine vorbestimmte Strecke beabstandet ist.

5. Sauerstoffkonzentrationssensor nach Anspruch 4, bei dem ein isolierter Leerraum (5) zwischen der zylinderförmigen Seitenwand (312) der inneren Elementabdeckung (31) und der zylinderförmigen Seitenwand (322) der äußeren Elementabdeckung (32) ausgebildet ist.

6. Sauerstoffkonzentrationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Sensorelement (10) einen Reaktionsabschnitt (12a) einer externen Elektrode (12) an einer äußeren zylinderförmigen Fläche eines distalen Endes (10a) eines Elementkörpers (13) aufweist, der in einer länglichen Gestalt konstruiert ist; und

das Gasloch (22) der inneren Elementabdeckung (31) an der zylinderförmigen Seitenwand (312) der inneren Elementabdeckung (31) in einer Zone ausgebildet ist, die verschieden von einer spezifischen Zone ist, welche dem Reaktionsabschnitt (12a) gegenüber liegt.

7. Sauerstoffkonzentrationssensor nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 6, bei dem die innere Elementabdeckung (31) kein Gasloch an dem Boden (311) der inneren Elementabdeckung (31) aufweist.

8. Sauerstoffkonzentrationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Sensorelement (10) einen Reaktionsabschnitt (12a) einer externen Elektrode (12) an einer äußeren zylinderförmigen Fläche eines distalen Endes (10a) eines Elementkörpers (13) aufweist, der in einer länglichen Gestalt konstruiert ist; und

die innere Elementabdeckung (31) kein Gasloch an der zylinderförmigen Seitenwand (312) der inneren Elementabdeckung (31) aufweist.

9. Sauerstoffkonzentrationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Sensorelement (10) aus einem strombegrenzenden Typ oder einem Pumpstromtyp besteht.