JP2004279267A

JP2004279267A - Oxygen sensor

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Publication number: JP2004279267A
Application number: JP2003072260A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Ichiyanagi; 太一柳; Atsushi Matsuda; 篤士松田
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: JP4105570B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To protect a detection element from contact with water drops and improve reliability by vaporizing moisture, in a measured gas in a gas path provided in protectors. SOLUTION: The gas path 16 is demarcated between an inner protector 13 and an outer protector 14, and a inflow opening 17, a ventilation opening 18 and an outflow opening 19 are provided in the protectors 13, 14. A small gap between the protector 13 and a detection rod 6 is formed, and heat from a heater 7 is conducted to the gas path 16. After an exhaust gas is made to flow from the inflow opening 17 to the gas path 16 and is made to flow outwardly from the outflow opening 19 via the ventilation opening 18. As a result of this, condensed water included in the exhaust gas can be heated and vaporized in the gas path 16, the water drops contact the detection rod 6 at a high temperature, and the heater 7, a sensor 8, etc. are prevented from being damaged. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両の排気管等に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出するのに好適に用いられる酸素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等の車両は、エンジンの排気管側に酸素センサを設け、この酸素センサを用いて排気ガス中の酸素濃度を検出することにより、エンジンの空燃比をフィードバック制御するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２２２４１６号公報
【０００４】
この種の従来技術による酸素センサは、エンジンの排気管に取付けられる筒状のケーシングと、該ケーシングに設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する有蓋筒状の酸素濃度検出素子と、該酸素濃度検出素子を排気ガス中の異物等から保護するプロテクタとにより構成されている。
【０００５】
ここで、酸素濃度検出素子は、例えば酸素イオン伝導性のセラミックス材料（固体電解質）等からなり、基端側がケーシング内に挿嵌されると共に、先端側がケーシングから突出している。また、酸素濃度検出素子の内周側にはロッド状のヒータが挿入され、このヒータは、例えばエンジンの始動時等に酸素濃度検出素子を加熱することにより、検出素子を早期に活性化させる構成となっている。
【０００６】
また、プロテクタは、例えば内筒と外筒とからなる２重の有蓋筒状体として形成され、酸素濃度検出素子の突出端側を覆う位置でケーシングに取付けられている。そして、プロテクタの内筒と外筒には、センサの外部を流れる排気ガスを酸素濃度検出素子の周囲に導くための開口部がそれぞれ形成され、これらの開口部は内筒と外筒の径方向に向けて開口している。
【０００７】
この場合、内筒の開口部と外筒の開口部とは、軸方向に対して互いに異なる位置に形成され、排気ガス中に含まれる凝縮水の水滴等がプロテクタの内部に侵入し難い構成となっている。
【０００８】
そして、酸素センサは、エンジンの排気管内を流れる排気ガスがプロテクタの開口部を介して酸素濃度検出素子の周囲に流入し、この排気ガスが十分に加熱された検出素子と接触することにより、排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出して検出信号を出力するものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、排気ガス中に含まれる凝縮水がプロテクタの内部に侵入し難いように、プロテクタを２重構造の有蓋筒状体として形成し、その内筒と外筒の異なる位置に開口部を形成する構成としている。
【００１０】
しかし、エンジンの運転環境等によっては、排気管内に凝縮水が発生し易い状態となり、プロテクタの外周側に付着する凝縮水の量が増えることがある。そして、このように多量の凝縮水がプロテクタの外周側に付着すると、凝縮水の一部は外筒と内筒の開口部を通って酸素濃度検出素子の周囲に浸入するようになる。
【００１１】
このため、従来技術では、例えば排気管内に多量の凝縮水が生じると、単にプロテクタの内筒と外筒との間で開口部の位置をずらした構造だけでは、凝縮水の浸入を十分に阻止できず、浸入した凝縮水が高温な検出素子と接触することによって検出素子に亀裂等の損傷が生じ易いため、耐久性、信頼性を高めるのが難しいという問題がある。
【００１２】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、プロテクタの周囲に多量の水分が存在する場合でも、簡単な構造によって酸素濃度検出素子を水分との接触から保護でき、プロテクタの防水性を高め、耐久性と信頼性を向上できるようにした酸素センサを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために請求項１の発明は、被測ガスの流路途中に取付けられるケーシングと、該ケーシングに設けられ前記流路内を流れる被測ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出素子と、基端側が前記ケーシングに取付けられる筒部となり先端側が蓋部となった有蓋筒状に形成され前記酸素濃度検出素子を覆う内側プロテクタと、該内側プロテクタの筒部を径方向外側から取囲んで設けられ前記筒部との間にガス通路を画成する筒状の外側プロテクタと、該外側プロテクタの先端側に設けられ前記流路内を流れる被測ガスが前記ガス通路に流入する流入孔と、該流入孔と軸方向に離間して前記内側プロテクタの筒部の基端側に設けられ前記ガス通路内の被測ガスが前記内側プロテクタの内周側に流通する通気孔と、前記内側プロテクタの先端側に設けられ前記内側プロテクタ内を流れる被測ガスが外部に流出する流出孔とからなる構成を採用している。
【００１４】
このように構成することにより、内側プロテクタと外側プロテクタの間には、軸方向に延びるガス通路を画成でき、このガス通路には、先端側の流入孔から基端側の流通孔に向けて被測ガスを軸方向に流通させることができる。そして、ガス通路を通過した被測ガスは、通気孔から内側プロテクタの内周側に進入して酸素濃度検出素子と接触することができ、この検出素子によって被測ガス中の酸素濃度を検出することができる。
【００１５】
この場合、例えば酸素濃度検出素子をヒータ等により加熱して活性化するときには、ガス通路の周壁を構成する内側プロテクタの筒部等もヒータにより加熱することができる。このため、例えば被測ガス中に多くの水分（水滴）等が含まれている場合でも、この水滴をガス通路内で加熱して気化させることができる。
【００１６】
これにより、内側プロテクタ内に進入した被測ガスが検出素子の外周側を通過するときには、被測ガス中に含まれる水滴が高温の検出素子に接触するのを防止することができる。従って、内，外のプロテクタ間にガス通路を画成した簡単な構造によって酸素濃度検出素子を水滴との接触から保護でき、プロテクタの防水性を高めることができる。
【００１７】
また、内側プロテクタの先端側が外側プロテクタから露出する構造とし、この先端側に被測ガスの流出孔を設けたので、内側プロテクタの内周側では、基端側の通気孔から先端側の流出孔に向けて検出素子の周囲に被測ガスを流通させることができる。これにより、検出素子と被測ガスとを十分に接触させることができ、酸素濃度を安定的に検出することができる。
【００１８】
また、請求項２の発明によると、内側プロテクタの筒部と酸素濃度検出素子との間には径方向の隙間を形成し、この隙間の寸法をガス通路の径方向寸法よりも小さく形成する構成としている。
【００１９】
これにより、ガス通路の周壁を構成する内側プロテクタの筒部と酸素濃度検出素子との距離を短くできるから、検出素子をヒータ等により加熱するときには、ヒータの熱をガス通路にも良好に伝導することができる。従って、ヒータの発熱を利用してガス通路の温度を効率よく上昇させることができ、被測ガス中の水滴をガス通路内で安定的に蒸発させることができる。
【００２０】
また、請求項３の発明によると、外側プロテクタは軸方向の両側を内側プロテクタの筒部の外周側に取付ける構成とし、流入孔と通気孔とは前記外側プロテクタの軸方向両側に離間して配置し、流出孔は前記外側プロテクタの取付部位よりも先端側に配置する構成としている。
【００２１】
これにより、内側プロテクタと外側プロテクタとの間には、軸方向に延びると共に両端側が閉塞されたガス通路を形成でき、その先端側と基端側に離間して流入孔と通気孔とを配置することができる。従って、ガス通路の軸方向長さを十分に確保することができる。また、内側プロテクタには、外側プロテクタの取付部位よりも先端側に位置する蓋部等に流出孔を配置できるから、酸素濃度検出素子の周囲には、被測ガスを十分な軸方向距離にわたって流通させることができ、その検出精度を安定させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として、車両の排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出する酸素センサを例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２３】
図中、１は酸素センサの外郭を構成するケーシングで、該ケーシング１は、例えば金属材料等により段付筒状に形成され、後述のホルダ２とキャップ４とにより構成されている。
【００２４】
２はケーシング１の先端側を構成する段付筒状のホルダで、該ホルダ２は、鋼材等の金属材料により形成され、その外周側には、後述の排気管２０側に螺着されるおねじ部２Ａが形成されている。また、ホルダ２には、その基端側に筒状のキャップ嵌合部２Ｂが形成され、その先端側に筒状のプロテクタ嵌合部２Ｃが形成されている。また、ホルダ２の内周側には、後述の検出ロッド６が隙間をもって挿通される挿通穴３が設けられている。
【００２５】
４はケーシング１の基端側を構成するキャップで、該キャップ４は、例えば薄肉な金属パイプ等を用いて筒状に形成されている。そして、キャップ４の基端側には、その一部を縮径させることにより後述の弾性シール体１０をキャップ４内に固定する例えば３箇所のカシメ部４Ａが設けられている。
【００２６】
この場合、各カシメ部４Ａは、弾性シール体１０を径方向内向きに縮径させることにより、後述の検出ロッド６をロッド嵌合穴１０Ａ内で弾性的に保持し、後述の接続端子１１を弾性シール体１０によって検出ロッド６の外周面に押付けると共に、後述のリード線１２に各挿嵌穴１０Ｂ内で締代を与えるものである。一方、キャップ４の先端側は、ホルダ２のキャップ嵌合部２Ｂの外周側に嵌合され、これらの嵌合部位は環状の溶接部５によって互いに接合されている。
【００２７】
６はケーシング１内に設けられた酸素濃度検出素子としての検出ロッドで、該検出ロッド６は、図２に示す如く、円柱状のセラミックスヒータからなるヒータ部７と、該ヒータ部７の先端側外周に一体成形された酸素イオン伝導性の固体電解質層からなる筒状のセンサ部８とを有している。
【００２８】
ここで、ヒータ部７は、基端側がケーシング１内に挿嵌され、先端側がセンサ部８と共にケーシング１の外部に突出すると共に、この突出端側にはセンサ部８を加熱して活性化させるヒータパターン７Ａが形成されている。また、ヒータ部７の基端側外周には、ヒータパターン７Ａやセンサ部８に給電したり、センサ部８からの検出信号を外部に出力する例えば５個の電極（図示せず）が周方向に間隔をもって形成されている。
【００２９】
また、センサ部８は、例えばジルコニア（ＺｒＯ_２）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）等のセラミックス材料を含んで形成され、ヒータパターン７Ａを径方向外側から覆うように配置されている。そして、センサ部８は、ヒータパターン７Ａの加熱等により活性化した状態で排気ガスと接触すると、排気ガス中に含まれる酸素濃度に応じた起電力を発生し、この起電力は酸素濃度の検出信号として外部のコントロールユニット（図示せず）等に出力される。
【００３０】
９はホルダ２の挿通穴３内で検出ロッド６のヒータ部７を支持する支持筒で、該支持筒９は、ばね性を有する断面Ｃ字状の金属板等からなり、基端側９Ａが縮径方向に弾性変形した状態でホルダ２の挿通穴３内に挿嵌されると共に、先端側９Ｂが拡径方向に弾性変形した状態で検出ロッド６のヒータ部７を外側から把持している。これにより、支持筒９は、検出ロッド６を挿通穴３内で弾性的に位置決めすると共に、ヒータ部７から発生する熱をホルダ２側に伝えるものである。
【００３１】
１０はキャップ４の基端側に嵌合して設けられた有蓋筒状の弾性シール体で、該弾性シール体１０は、例えばフッ素ゴム等の樹脂材料からなり、キャップ４内に各カシメ部４Ａを用いて固定されている。また、弾性シール体１０の内周側には、ヒータ部７の端部が嵌合される有蓋のロッド嵌合穴１０Ａと、該ロッド嵌合穴１０Ａの周壁に一定の間隔で配置され、後述の接続端子１１がリード線１２と共に締代をもって挿嵌される例えば５個の挿嵌穴１０Ｂ（１個のみ図示）とが形成されている。そして、弾性シール体１０はキャップ４内を気液密にシールすると共に、各リード線１２をシールした状態で挿嵌穴１０Ｂから外部に引出すものである。
【００３２】
１１は弾性シール体１０の各挿嵌穴１０Ｂ内に設けられた接続端子で、該各接続端子１１は、各リード線１２に接続された圧着端子等からなり、弾性シール体１０を介して検出ロッド６の各電極に押付けられ、これらと接続されている。そして、各接続端子１１は、例えばセンサ部８に対するポンプ電圧等の印加、ヒータ部７に対する給電、センサ部８による検出信号の出力等を行うものである。
【００３３】
１３はケーシング１の先端側に設けられた内側プロテクタで、該内側プロテクタ１３は、図２ないし図５に示す如く、例えば金属材料、セラミックス材料等により有蓋筒状に形成され、その内周側にはケーシング１から突出する検出ロッド６の突出端側（センサ部８等）が挿入されている。そして、内側プロテクタ１３は、後述の外側プロテクタ１４と協働して検出ロッド６の突出端側を覆うことにより、センサ部８を排気ガス中の異物等から保護するものである。
【００３４】
ここで、内側プロテクタ１３は、その基端側に位置する大径筒部１３Ａと、該大径筒部１３Ａの先端側に段付状に縮径して形成された小径筒部１３Ｂと、該小径筒部１３Ｂの先端側を施蓋する蓋部１３Ｃとにより構成されている。そして、大径筒部１３Ａは、ホルダ２のプロテクタ嵌合部２Ｃの外周側に嵌合され、これらの嵌合部位は後述の溶接部１５によって接合されている。
【００３５】
また、小径筒部１３Ｂの内周側は、図２、図３に示す如く、検出ロッド６のセンサ部８と径方向の隙間をもって対向している。そして、この隙間の寸法Ｓａは、ヒータ部７（ヒータパターン７Ａ）から発生する熱が隙間の空気層を介して後述のガス通路１６に十分に伝わるように、微小な寸法値として形成され、例えばガス通路１６の径方向寸法Ｓｂよりも小さく形成されている（Ｓａ＜Ｓｂ）。
【００３６】
これにより、センサ部８をヒータパターン７Ａによって加熱するときには、小径筒部１３Ｂも一緒に加熱されるため、ガス通路１６内に排気ガスと一緒に凝縮水が浸入した場合には、この凝縮水をヒータパターン７Ａの熱によって効率よく蒸発させることができる。
【００３７】
１４は内側プロテクタ１３の外周側に設けられた筒状の外側プロテクタで、該外側プロテクタ１４は、例えば金属材料、セラミックス材料等により形成されている。ここで、外側プロテクタ１４は、前述したプロテクタ１３の大径筒部１３Ａよりも大きな内径をもって形成され、その蓋部１３Ｃが露出する位置で大径筒部１３Ａと小径筒部１３Ｂとを径方向外側から取囲むように配置されている。そして、外側プロテクタ１４の基端側は大径筒部１３Ａの外周側に嵌合され、これらの嵌合部位は環状の溶接部１５によってホルダ２のプロテクタ嵌合部２Ｃに接合されている。
【００３８】
また、外側プロテクタ１４の先端側は、内側プロテクタ１３の小径筒部１３Ｂに向けて径方向内向きに縮径し、この縮径部位には小径筒部１３Ｂの外周側に密着状態で嵌合される円形状の嵌合開口１４Ａが設けられている。また、外側プロテクタ１４の軸方向中間部位は、小径筒部１３Ｂの外周側に径方向の隙間をもって配置され、これらの間にはガス通路１６が画成されている。
【００３９】
１６はプロテクタ１３，１４の間に画成されたガス通路で、該ガス通路１６は、図２ないし図４に示す如く、内側プロテクタ１３の小径筒部１３Ｂと外側プロテクタ１４との間を軸方向に延びる環状の隙間空間からなり、所定の径方向寸法Ｓｂをもって形成されると共に、軸方向の両側が内側プロテクタ１３と外側プロテクタ１４との嵌合部位で閉塞されている。そして、ガス通路１６内には、後述の流入孔１７から通気孔１８に向けて排気ガスが流通し、このとき排気ガス中に含まれる凝縮水は、検出ロッド６のヒータパターン７Ａから伝わる熱によって蒸発する構成となっている。
【００４０】
１７は外側プロテクタ１４の先端側に設けられた複数の流入孔で、該各流入孔１７は、図４に示す如く、周方向に一定の間隔をもって配置され、プロテクタ１４の外部とガス通路１６の流入側（先端側）とを連通している。また、流入孔１７は、排気管２０内を流れる排気ガスの流通方向（図１中の矢示Ａ方向）に沿ってプロテクタ１４の径方向に開口している。このため、排気管２０内の排気ガスは、流入孔１７からガス通路１６内に円滑に流入する構成となっている。
【００４１】
１８は内側プロテクタ１３の基端側に設けられた複数の通気孔で、該各通気孔１８は、図３に示す如く、周方向に一定の間隔をもって配置され、ガス通路１６の流出側（基端側）とプロテクタ１３の内部とを連通している。この場合、流入孔１７と通気孔１８とは、外側プロテクタ１４（ガス通路１６）の軸方向両側に離間している。そして、通気孔１８は、ガス通路１６を通過した排気ガスをプロテクタ１３内（センサ部８の周囲）に流通させるものである。
【００４２】
１９は内側プロテクタ１３の蓋部１３Ｃに設けられた流出孔で、該流出孔１９は、図２に示す如く、外側プロテクタ１４の取付部位（嵌合開口１４Ａ）よりも先端側に配置され、プロテクタ１３の内，外を連通している。この場合、流出孔１９は、排気管２０内を流れる排気ガスの流通方向と直交するように、プロテクタ１３の軸方向に開口している。これにより、流出孔１９内には、排気管２０内を流れる排気ガスの流れによって負圧が生じるため、プロテクタ１３内の排気ガスは、この負圧に吸引されることよって流出孔１９から内側プロテクタ１３の外部へと円滑に流出する構成となっている。
【００４３】
また、図１において、２０はエンジンの排気側に接続された流路としての排気管で、該排気管２０内には、被測ガスとなる排気ガスが矢示Ａ方向に流通するものである。また、排気管２０の途中には、酸素センサ用のボス部２０Ａが径方向に突設されている。そして、酸素センサは、ホルダ２のおねじ部２Ａがボス部２０Ａに螺着されることにより、プロテクタ１３，１４等を排気管２０内に露出した状態で当該排気管２０に取付けられるものである。
【００４４】
本実施の形態による酸素センサは上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００４５】
まず、エンジンの始動時等には、酸素センサのセンサ部８を早期に活性化させるため、外部のコントロールユニットから給電用のリード線１２、接続端子１１等を介してヒータ部７のヒータパターン７Ａに給電が行われる。この結果、センサ部８は、ヒータパターン７Ａにより加熱されて温度が上昇し、酸素濃度を検出可能な活性化状態となる。
【００４６】
そして、エンジンの運転時には、図２に示す如く、排気管２０内を排気ガスが矢示Ａ方向に流通すると、この排気ガスは外側プロテクタ１４の流入孔１７からガス通路１６に流入し、ガス通路１６内を軸方向に流通する。
【００４７】
この場合、内側プロテクタ１３の小径筒部１３Ｂは、検出ロッド６（センサ部８）との間の寸法Ｓａが小さく形成され、ヒータパターン７Ａの近くに配置されている。これにより、ガス通路１６の周壁を構成する小径筒部１３Ｂ等は、ヒータパターン７Ａから伝わる熱によって温度が高い状態に保持されている。
【００４８】
このため、排気ガス中に比較的多くの凝縮水等が含まれている場合でも、この凝縮水は、排気ガスと一緒にガス通路１６を通過するときにヒータパターン７Ａによって加熱され、気化した状態で通気孔１８から内側プロテクタ１３内に進入するようになる。これにより、プロテクタ１３内に進入した排気ガスが検出ロッド６の外周側を通過するときには、排気ガス中に含まれる凝縮水の水滴等が高温の検出ロッド６に接触するのを防止でき、ヒータ部７、センサ部８等を水滴との接触から保護することができる。
【００４９】
また、センサ部８は、プロテクタ１３内に進入した排気ガスと接触することにより、排気ガス中の酸素濃度に応じた検出信号を発生するようになるため、この検出信号は、信号出力用の接続端子１１、リード線１２等を介して外部のコントロールユニット等に出力される。
【００５０】
さらに、内側プロテクタ１３内の排気ガスは、その蓋部１３Ｃの流出孔１９からプロテクタ１３の外部に流出し、排気管２０内に戻るようになる。この場合、流出孔１９には、プロテクタ１３の外部を矢示Ａ方向に流れる排気ガスの流れによって負圧が発生し易いため、この負圧によりプロテクタ１３内の排気ガスを外部へと円滑に流出させることができる。
【００５１】
かくして、本実施の形態によれば、内側プロテクタ１３と外側プロテクタ１４との間に軸方向に延びるガス通路１６を設け、外側プロテクタ１４の先端側に流入孔１７を設け、内側プロテクタ１３の基端側と先端側には、通気孔１８と流出孔１９とをそれぞれ設ける構成としている。
【００５２】
これにより、検出ロッド６のセンサ部８をヒータパターン７Ａにより加熱するときには、ガス通路１６も一緒に加熱でき、例えば排気ガス中に多くの水分（水滴）等が含まれている場合でも、この水滴をガス通路１６内で加熱して蒸発させることができる。
【００５３】
このため、排気ガス中の水滴が通気孔１８からプロテクタ１３の内周側に浸入し、浸入した水滴が高温のヒータ部７、センサ部８等に接触することによってこれらの部位に亀裂等の損傷（素子割れ）が生じるのを確実に防止することができる。従って、内，外のプロテクタ１３，１４間にガス通路１６を画成した簡単な構造によって検出ロッド６を水滴との接触から保護でき、プロテクタ１３，１４の防水性を高め、センサの耐久性と信頼性を向上させることができる。
【００５４】
この場合、内側プロテクタ１３と検出ロッド６との間に位置する隙間の寸法Ｓａを、ガス通路１６の径方向寸法Ｓｂよりも小さく形成したので、ガス通路１６の周壁を構成する内側プロテクタ１３の小径筒部１３Ｂと検出ロッド６のヒータパターン７Ａとの距離を短くでき、このヒータパターン７Ａから発生する熱をガス通路１６にも良好に伝導することができる。従って、ヒータパターン７Ａの熱を利用してガス通路１６の温度を効率よく上昇させることができ、排気ガス中の水滴をガス通路１６内で安定的に蒸発させることができる。
【００５５】
また、外側プロテクタ１４の軸方向両側を内側プロテクタ１３の筒部１３Ａ，１３Ｂの外周側に取付け、流入孔１７と通気孔１８とをプロテクタ１４（ガス通路１６）の軸方向両側に離間して配置したので、ガス通路１６の軸方向長さを十分に確保でき、このガス通路１６には、排気ガスを先端側の流入孔１７から基端側の通気孔１８に向けてほぼ全長にわたり流通させることができる。これにより、ガス通路１６内を流れる排気ガスを十分な距離にわたって加熱でき、排気ガス中の水滴を確実に蒸発させることができる。
【００５６】
また、内側プロテクタ１３の蓋部１３Ｃ側が外側プロテクタ１４よりも先端側に露出する構造とし、この蓋部１３Ｃに排気ガスの流出孔１９を設けたので、プロテクタ１３の内周側では、排気ガスを基端側の通気孔１８から先端側の流出孔１９に向けて長い距離にわたり流通させることができる。これにより、センサ部８と排気ガスとを十分に接触させることができ、排気ガス中の酸素濃度をセンサ部８によって安定的に検出することができる。
【００５７】
また、流出孔１９を蓋部１３Ｃに設けることにより、排気管２０内を流れる排気ガスの流れ方向と直交する方向に流出孔１９を開口させることができる。これにより、流出孔１９内には、排気管２０内の排気ガスの流れによって負圧を発生でき、この負圧により内側プロテクタ１３内の排気ガスを外部へと円滑に流出させることができる。そして、排気ガスを流入孔１７から通気孔１８を介して流出孔１９へと円滑に流通でき、その流れ方向を安定させることができる。
【００５８】
なお、前記実施の形態では、円形の断面形状を有する検出ロッド６を用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図６に示す変形例のように、略四角形の断面形状を有する検出ロッド６′に適用してもよい。この場合、検出ロッド６′はヒータ部７′とセンサ部８′とにより構成されている。また、内側プロテクタ１３′の小径筒部１３Ｂ′と外側プロテクタ１４′とは、検出ロッド６′に対応して略四角形の断面形状に形成されている。
【００５９】
また、実施の形態では、酸素センサを車両の排気管２０に取付けるものとして述べた。しかし、本発明はこれに限らず、例えば車両以外の排気管等、各種の被測ガスの流路途中に設ける構成としてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による酸素センサを示す縦断面図である。
【図２】酸素センサの先端側を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図３】図２中の矢示ＩＩＩ−ＩＩＩ方向からみた拡大横断面図である。
【図４】図２中の矢示ＩＶ−ＩＶ方向からみた拡大横断面図である。
【図５】内側プロテクタと外側プロテクタとを組立てる前の状態で示す分解図である。
【図６】本発明の変形例による酸素センサを図３と同様位置からみた拡大横断面図である。
【符号の説明】
１ケーシング
６，６′ 検出ロッド（酸素濃度検出素子）
７，７′ ヒータ部
７Ａヒータパターン
８，８′ センサ部
１３，１３′ 内側プロテクタ
１３Ａ大径筒部
１３Ｂ，１３Ｂ′ 小径筒部
１３Ｃ蓋部
１４，１４′ 外側プロテクタ
１４Ａ嵌合開口
１６ガス通路
１７流入孔
１８通気孔
１９流出孔
２０排気管（流路）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxygen sensor provided in, for example, an exhaust pipe of a vehicle and suitably used for detecting an oxygen concentration in exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
Generally, a vehicle such as an automobile is provided with an oxygen sensor on the exhaust pipe side of the engine, and detects the oxygen concentration in the exhaust gas using the oxygen sensor to perform feedback control of the air-fuel ratio of the engine ( For example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-222416
This type of conventional oxygen sensor includes a tubular casing attached to an exhaust pipe of an engine, a closed tubular oxygen concentration detecting element provided in the casing, and detecting an oxygen concentration in exhaust gas. And a protector for protecting the concentration detecting element from foreign substances in the exhaust gas.
[0005]
Here, the oxygen concentration detecting element is made of, for example, an oxygen ion conductive ceramic material (solid electrolyte), and has a base end inserted into the casing and a tip end protruding from the casing. Further, a rod-shaped heater is inserted on the inner peripheral side of the oxygen concentration detecting element, and this heater heats the oxygen concentration detecting element at the time of starting the engine, for example, so that the detecting element is activated early. It has become.
[0006]
The protector is formed as, for example, a double-covered cylindrical body composed of an inner cylinder and an outer cylinder, and is attached to the casing at a position covering the protruding end side of the oxygen concentration detecting element. Openings are formed in the inner cylinder and the outer cylinder of the protector to guide exhaust gas flowing outside the sensor to the periphery of the oxygen concentration detecting element, and these openings are formed in the radial direction of the inner cylinder and the outer cylinder. It is open toward.
[0007]
In this case, the opening of the inner cylinder and the opening of the outer cylinder are formed at positions different from each other in the axial direction, so that water droplets or the like of condensed water contained in the exhaust gas hardly enter the inside of the protector. Has become.
[0008]
The oxygen sensor is configured such that the exhaust gas flowing in the exhaust pipe of the engine flows around the oxygen concentration detecting element through the opening of the protector, and the exhaust gas comes into contact with the sufficiently heated detection element, thereby reducing the exhaust gas. It detects the concentration of oxygen contained in the gas and outputs a detection signal.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned prior art, the protector is formed as a double-walled cylindrical body so that condensed water contained in the exhaust gas does not easily enter the inside of the protector, and the inner cylinder and the outer cylinder have different positions. The openings are formed in the openings.
[0010]
However, depending on the operating environment of the engine or the like, condensed water is easily generated in the exhaust pipe, and the amount of condensed water adhering to the outer peripheral side of the protector may increase. When such a large amount of condensed water adheres to the outer peripheral side of the protector, a part of the condensed water enters the periphery of the oxygen concentration detecting element through the openings of the outer cylinder and the inner cylinder.
[0011]
For this reason, in the prior art, for example, when a large amount of condensed water is generated in the exhaust pipe, the structure in which the opening is shifted between the inner cylinder and the outer cylinder of the protector sufficiently prevents the infiltration of the condensed water. However, there is a problem that it is difficult to improve the durability and reliability because the condensed water that has penetrated comes into contact with the high-temperature detection element, and the detection element is easily damaged by cracks or the like.
[0012]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and an object of the present invention is to protect an oxygen concentration detecting element from contact with moisture by a simple structure even when a large amount of moisture exists around the protector. It is an object of the present invention to provide an oxygen sensor capable of improving the waterproofness of a protector and improving durability and reliability.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, an invention according to claim 1 includes a casing attached in the middle of a flow path of a gas to be measured, and an oxygen sensor provided in the casing and detecting an oxygen concentration in the gas to be measured flowing through the flow path. A concentration detecting element, an inner protector formed in a closed cylindrical shape having a base portion attached to the casing and a distal end portion serving as a lid and covering the oxygen concentration detecting element, and a tubular portion of the inner protector radially outside. A cylindrical outer protector that is provided so as to surround the cylindrical portion and that defines a gas passage, and a gas to be measured that is provided at a distal end side of the outer protector and flows through the flow path flows into the gas passage. An inflow hole that is provided at a base end side of the cylindrical portion of the inner protector and is separated from the inflow hole in the axial direction, and a measurement hole in the gas passage through which the gas to be measured flows through the inner circumference of the inner protector. , The inner press The measurement gas is provided on the distal end side of the protector flowing within the inner protector is employed a configuration consisting of an outflow hole to flow out.
[0014]
With such a configuration, a gas passage extending in the axial direction can be defined between the inner protector and the outer protector. The gas passage extends from the inflow hole at the distal end to the flow hole at the proximal end. The gas to be measured can flow in the axial direction. Then, the measured gas that has passed through the gas passage can enter the inner peripheral side of the inner protector from the ventilation hole and come into contact with the oxygen concentration detecting element, and the oxygen concentration in the measured gas is detected by this detecting element. be able to.
[0015]
In this case, for example, when the oxygen concentration detecting element is activated by heating with a heater or the like, the cylindrical portion of the inner protector forming the peripheral wall of the gas passage can also be heated with the heater. Therefore, for example, even when a large amount of water (water droplets) or the like is contained in the gas to be measured, the water droplets can be heated and vaporized in the gas passage.
[0016]
Thereby, when the gas to be measured that has entered the inner protector passes through the outer peripheral side of the detection element, it is possible to prevent water droplets contained in the gas to be measured from coming into contact with the high-temperature detection element. Therefore, the oxygen concentration detecting element can be protected from contact with water droplets by a simple structure in which a gas passage is defined between the inner and outer protectors, and the waterproofness of the protector can be improved.
[0017]
Further, the distal end side of the inner protector is configured to be exposed from the outer protector, and the outflow hole for the gas to be measured is provided at the distal end side. The gas to be measured can be circulated around the detection element toward. Thereby, the detection element and the gas to be measured can be brought into sufficient contact, and the oxygen concentration can be stably detected.
[0018]
According to the second aspect of the present invention, a radial gap is formed between the cylindrical portion of the inner protector and the oxygen concentration detecting element, and the dimension of the gap is formed smaller than the radial dimension of the gas passage. And
[0019]
Accordingly, the distance between the cylinder portion of the inner protector constituting the peripheral wall of the gas passage and the oxygen concentration detecting element can be shortened. Therefore, when the detecting element is heated by the heater or the like, the heat of the heater is also well transmitted to the gas passage. be able to. Therefore, the temperature of the gas passage can be efficiently raised by utilizing the heat generated by the heater, and water droplets in the gas to be measured can be stably evaporated in the gas passage.
[0020]
According to the third aspect of the present invention, the outer protector is configured such that both sides in the axial direction are attached to the outer peripheral side of the cylindrical portion of the inner protector, and the inflow hole and the vent hole are spaced apart on both axial sides of the outer protector. However, the outflow hole is configured to be disposed on the distal end side of the mounting portion of the outer protector.
[0021]
Thereby, a gas passage extending in the axial direction and having both ends closed can be formed between the inner protector and the outer protector, and the inflow hole and the ventilation hole are arranged apart from the distal end side and the proximal end side. be able to. Therefore, it is possible to sufficiently secure the axial length of the gas passage. In addition, since the inner protector can be provided with an outflow hole in a lid or the like located on the distal end side of the mounting position of the outer protector, the gas to be measured flows around the oxygen concentration detecting element over a sufficient axial distance. And the detection accuracy can be stabilized.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, taking an oxygen sensor for detecting the concentration of oxygen contained in exhaust gas of a vehicle as an example.
[0023]
In the figure, reference numeral 1 denotes a casing constituting an outer shell of the oxygen sensor. The casing 1 is formed in a stepped cylindrical shape by, for example, a metal material or the like, and includes a holder 2 and a cap 4 described later.
[0024]
Reference numeral 2 denotes a stepped cylindrical holder constituting the distal end side of the casing 1. The holder 2 is formed of a metal material such as steel, and is screwed around its outer peripheral side to the exhaust pipe 20 described later. A screw portion 2A is formed. The holder 2 has a cylindrical cap fitting portion 2B formed on the base end thereof, and a cylindrical protector fitting portion 2C formed on the distal end thereof. Further, an insertion hole 3 through which a detection rod 6 described later is inserted with a gap is provided on the inner peripheral side of the holder 2.
[0025]
Reference numeral 4 denotes a cap constituting the base end side of the casing 1. The cap 4 is formed in a cylindrical shape using, for example, a thin metal pipe or the like. On the base end side of the cap 4, for example, three caulking portions 4A for fixing an elastic seal body 10 described later in the cap 4 by reducing the diameter of a part thereof are provided.
[0026]
In this case, each of the caulking portions 4A elastically holds the later-described detection rod 6 in the rod fitting hole 10A by reducing the diameter of the elastic seal body 10 inward in the radial direction, and connects the later-described connection terminal 11 thereto. The elastic seal body 10 is pressed against the outer peripheral surface of the detection rod 6, and a lead wire 12 to be described later is tightened in each of the insertion holes 10B. On the other hand, the distal end side of the cap 4 is fitted to the outer peripheral side of the cap fitting portion 2B of the holder 2, and these fitting portions are joined to each other by the annular welded portion 5.
[0027]
Reference numeral 6 denotes a detection rod provided as an oxygen concentration detection element provided in the casing 1. The detection rod 6 includes, as shown in FIG. And a cylindrical sensor portion 8 formed of an oxygen ion conductive solid electrolyte layer integrally formed on the outer periphery.
[0028]
Here, the heater 7 has a base end inserted into the casing 1, a tip end projecting out of the casing 1 together with the sensor 8, and the sensor 8 is heated and activated at the protruding end. A heater pattern 7A is formed. Further, on the outer periphery of the base end side of the heater section 7, for example, five electrodes (not shown) for supplying power to the heater pattern 7A and the sensor section 8 and outputting detection signals from the sensor section 8 to the outside are provided in the circumferential direction. Are formed at intervals.
[0029]
The sensor section 8 is formed to include a ceramic material such as zirconia (ZrO ₂ ) and yttria (Y ₂ O ₃ ), and is arranged so as to cover the heater pattern 7A from the outside in the radial direction. When the sensor unit 8 comes into contact with the exhaust gas while being activated by heating the heater pattern 7A or the like, the sensor unit 8 generates an electromotive force corresponding to the oxygen concentration contained in the exhaust gas. The signal is output to an external control unit (not shown) or the like.
[0030]
Reference numeral 9 denotes a support cylinder for supporting the heater portion 7 of the detection rod 6 in the insertion hole 3 of the holder 2. The support cylinder 9 is made of a metal plate or the like having a C-shaped cross section and having a spring property. The heater portion 7 of the detection rod 6 is gripped from the outside while the distal end 9B is elastically deformed in the radially expanding direction while being inserted into the insertion hole 3 of the holder 2 while being elastically deformed in the radially decreasing direction. . Thus, the support cylinder 9 elastically positions the detection rod 6 in the insertion hole 3 and transmits heat generated from the heater section 7 to the holder 2 side.
[0031]
Reference numeral 10 denotes a covered cylindrical elastic seal body provided to be fitted to the base end side of the cap 4. The elastic seal body 10 is made of a resin material such as fluoro rubber, and each of the caulking portions 4A is provided in the cap 4. It is fixed using. Further, on the inner peripheral side of the elastic seal body 10, a covered rod fitting hole 10 A into which the end of the heater section 7 is fitted, and are disposed at regular intervals on the peripheral wall of the rod fitting hole 10 A, which will be described later. For example, there are formed five insertion holes 10B (only one is shown) into which the connection terminals 11 are inserted together with the lead wires 12 with a tight allowance. The elastic seal 10 seals the inside of the cap 4 in a gas-liquid-tight manner, and draws the lead wires 12 from the insertion hole 10B to the outside in a sealed state.
[0032]
Reference numeral 11 denotes connection terminals provided in each of the insertion holes 10B of the elastic seal body 10. Each of the connection terminals 11 includes a crimp terminal or the like connected to each lead wire 12, and is detected through the elastic seal body 10. It is pressed against each electrode of the rod 6 and connected to them. Each connection terminal 11 performs, for example, application of a pump voltage or the like to the sensor unit 8, power supply to the heater unit 7, output of a detection signal by the sensor unit 8, and the like.
[0033]
Reference numeral 13 denotes an inner protector provided on the distal end side of the casing 1. As shown in FIGS. 2 to 5, the inner protector 13 is formed of, for example, a metal material, a ceramic material, or the like in a closed cylindrical shape, and has an inner peripheral side. The protruding end of the detection rod 6 protruding from the casing 1 (the sensor portion 8 and the like) is inserted. The inner protector 13 protects the sensor unit 8 from foreign substances in the exhaust gas by covering the protruding end side of the detection rod 6 in cooperation with an outer protector 14 described later.
[0034]
Here, the inner protector 13 includes a large-diameter cylindrical portion 13A located on the base end side thereof, a small-diameter cylindrical portion 13B formed by stepwise reducing the diameter on the distal end side of the large-diameter cylindrical portion 13A, A lid 13C covers the distal end of the small-diameter cylindrical portion 13B. The large-diameter cylindrical portion 13A is fitted on the outer peripheral side of the protector fitting portion 2C of the holder 2, and these fitting portions are joined by a welding portion 15 described later.
[0035]
2 and 3, the inner peripheral side of the small-diameter cylindrical portion 13B faces the sensor portion 8 of the detection rod 6 with a radial gap. The dimension Sa of the gap is formed as a minute dimension value so that heat generated from the heater portion 7 (heater pattern 7A) is sufficiently transmitted to a gas passage 16 described later via an air layer in the gap. It is formed smaller than the radial dimension Sb of the gas passage 16 (Sa <Sb).
[0036]
Thus, when the sensor section 8 is heated by the heater pattern 7A, the small-diameter cylindrical section 13B is also heated. Therefore, when condensed water enters the gas passage 16 together with the exhaust gas, the condensed water is removed. Evaporation can be efficiently performed by the heat of the heater pattern 7A.
[0037]
Reference numeral 14 denotes a cylindrical outer protector provided on the outer peripheral side of the inner protector 13, and the outer protector 14 is formed of, for example, a metal material, a ceramic material, or the like. Here, the outer protector 14 is formed with an inner diameter larger than the large-diameter cylindrical portion 13A of the protector 13 described above, and connects the large-diameter cylindrical portion 13A and the small-diameter cylindrical portion 13B radially outward at a position where the lid 13C is exposed. It is arranged to surround from. The proximal end side of the outer protector 14 is fitted to the outer peripheral side of the large-diameter cylindrical portion 13A, and these fitted portions are joined to the protector fitting portion 2C of the holder 2 by an annular welded portion 15.
[0038]
Further, the distal end side of the outer protector 14 is radially inwardly reduced toward the small-diameter cylindrical portion 13B of the inner protector 13, and the reduced-diameter portion is fitted in close contact with the outer peripheral side of the small-diameter cylindrical portion 13B. A circular fitting opening 14A is provided. The axially intermediate portion of the outer protector 14 is arranged with a radial gap on the outer peripheral side of the small-diameter cylindrical portion 13B, and a gas passage 16 is defined between them.
[0039]
Reference numeral 16 denotes a gas passage defined between the protectors 13 and 14. The gas passage 16 extends between the small-diameter cylindrical portion 13B of the inner protector 13 and the outer protector 14, as shown in FIGS. And is formed with a predetermined radial dimension Sb, and both sides in the axial direction are closed by fitting portions between the inner protector 13 and the outer protector 14. In the gas passage 16, exhaust gas flows from an inflow hole 17 to be described later toward a ventilation hole 18, and at this time, condensed water contained in the exhaust gas is generated by heat transmitted from the heater pattern 7 A of the detection rod 6. It is configured to evaporate.
[0040]
Reference numeral 17 denotes a plurality of inflow holes provided on the distal end side of the outer protector 14, and each of the inflow holes 17 is arranged at regular intervals in the circumferential direction as shown in FIG. It communicates with the inflow side (tip side). The inflow hole 17 opens in the radial direction of the protector 14 along the flow direction of exhaust gas flowing in the exhaust pipe 20 (the direction indicated by the arrow A in FIG. 1). For this reason, the exhaust gas in the exhaust pipe 20 is configured to smoothly flow into the gas passage 16 from the inflow hole 17.
[0041]
Reference numeral 18 denotes a plurality of ventilation holes provided on the proximal end side of the inner protector 13, and the ventilation holes 18 are arranged at regular intervals in the circumferential direction as shown in FIG. (End side) and the inside of the protector 13. In this case, the inflow hole 17 and the ventilation hole 18 are separated on both axial sides of the outer protector 14 (gas passage 16). The vent hole 18 allows the exhaust gas that has passed through the gas passage 16 to flow into the protector 13 (around the sensor unit 8).
[0042]
Reference numeral 19 denotes an outflow hole provided in the lid 13C of the inner protector 13, and as shown in FIG. 2, the outflow hole 19 is disposed on the distal end side with respect to the mounting portion (fitting opening 14A) of the outer protector 14, and The inside and outside of 13 communicate. In this case, the outflow hole 19 is opened in the axial direction of the protector 13 so as to be orthogonal to the flow direction of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 20. As a result, a negative pressure is generated in the outflow hole 19 due to the flow of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 20, and the exhaust gas in the protector 13 is sucked by the negative pressure, so that the exhaust gas flows from the outflow hole 19 to the inner protector. 13 smoothly flows to the outside.
[0043]
In FIG. 1, reference numeral 20 denotes an exhaust pipe serving as a flow path connected to the exhaust side of the engine. In the exhaust pipe 20, exhaust gas to be measured flows in the direction of arrow A. . In the middle of the exhaust pipe 20, a boss 20A for the oxygen sensor is provided so as to protrude in the radial direction. The oxygen sensor is attached to the exhaust pipe 20 with the protectors 13, 14 and the like exposed in the exhaust pipe 20 by screwing the external thread 2A of the holder 2 to the boss 20A. .
[0044]
The oxygen sensor according to the present embodiment has the above-described configuration, and its operation will be described next.
[0045]
First, at the time of starting the engine or the like, in order to activate the sensor unit 8 of the oxygen sensor early, the heater pattern 7A of the heater unit 7 is supplied from an external control unit via the power supply lead wire 12, the connection terminal 11, and the like. Is supplied with power. As a result, the sensor section 8 is heated by the heater pattern 7A, the temperature rises, and the sensor section 8 enters an activated state in which the oxygen concentration can be detected.
[0046]
During the operation of the engine, as shown in FIG. 2, when the exhaust gas flows in the exhaust pipe 20 in the direction of arrow A, the exhaust gas flows into the gas passage 16 from the inflow hole 17 of the outer protector 14, and 16 flows in the axial direction.
[0047]
In this case, the small-diameter cylindrical portion 13B of the inner protector 13 has a small dimension Sa between the small-diameter cylindrical portion 13B and the detection rod 6 (the sensor portion 8), and is arranged near the heater pattern 7A. Thus, the small-diameter cylindrical portion 13B and the like forming the peripheral wall of the gas passage 16 are kept at a high temperature by the heat transmitted from the heater pattern 7A.
[0048]
For this reason, even when a relatively large amount of condensed water or the like is contained in the exhaust gas, the condensed water is heated by the heater pattern 7A when passing through the gas passage 16 together with the exhaust gas, and the condensed water is vaporized. As a result, the gas enters the inner protector 13 from the vent hole 18. Thus, when the exhaust gas that has entered the protector 13 passes through the outer peripheral side of the detection rod 6, it is possible to prevent water droplets and the like of condensed water contained in the exhaust gas from coming into contact with the high-temperature detection rod 6, and the heater unit 7. The sensor unit 8 and the like can be protected from contact with water droplets.
[0049]
Further, the sensor section 8 comes into contact with the exhaust gas that has entered the protector 13 to generate a detection signal corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas. It is output to an external control unit or the like via the terminal 11, the lead wire 12, or the like.
[0050]
Further, the exhaust gas in the inner protector 13 flows out of the protector 13 through the outlet hole 19 of the lid 13C, and returns to the exhaust pipe 20. In this case, since a negative pressure is easily generated in the outflow hole 19 by the flow of the exhaust gas flowing outside the protector 13 in the direction indicated by the arrow A, the exhaust gas in the protector 13 smoothly flows to the outside due to the negative pressure. Can be done.
[0051]
Thus, according to the present embodiment, the gas passage 16 extending in the axial direction is provided between the inner protector 13 and the outer protector 14, the inflow hole 17 is provided at the distal end side of the outer protector 14, and the proximal end of the inner protector 13 A vent hole 18 and an outflow hole 19 are provided on the side and the tip side, respectively.
[0052]
Accordingly, when the sensor portion 8 of the detection rod 6 is heated by the heater pattern 7A, the gas passage 16 can also be heated. For example, even when a large amount of water (water droplets) is contained in the exhaust gas, this water droplet Can be heated and evaporated in the gas passage 16.
[0053]
For this reason, water droplets in the exhaust gas penetrate into the inner peripheral side of the protector 13 from the ventilation holes 18, and the penetrated water droplets come into contact with the high-temperature heater unit 7, the sensor unit 8, and the like, so that these portions are damaged such as cracks. (Element cracking) can be reliably prevented from occurring. Therefore, the detection rod 6 can be protected from contact with water droplets by a simple structure in which the gas passage 16 is defined between the inner and outer protectors 13 and 14, the waterproofness of the protectors 13 and 14 is increased, and the durability of the sensor is improved. Reliability can be improved.
[0054]
In this case, since the dimension Sa of the gap located between the inner protector 13 and the detection rod 6 is formed smaller than the radial dimension Sb of the gas passage 16, the diameter of the inner protector 13 forming the peripheral wall of the gas passage 16 is small. The distance between the cylindrical portion 13B and the heater pattern 7A of the detection rod 6 can be reduced, and the heat generated from the heater pattern 7A can be transmitted well to the gas passage 16. Therefore, the temperature of the gas passage 16 can be efficiently increased by utilizing the heat of the heater pattern 7A, and water droplets in the exhaust gas can be stably evaporated in the gas passage 16.
[0055]
Further, both axial sides of the outer protector 14 are attached to the outer peripheral sides of the cylindrical portions 13A and 13B of the inner protector 13, and the inflow hole 17 and the ventilation hole 18 are arranged separately on both axial sides of the protector 14 (gas passage 16). As a result, the axial length of the gas passage 16 can be sufficiently ensured, and the exhaust gas flows through the gas passage 16 from the inflow hole 17 on the distal side to the vent hole 18 on the proximal side over substantially the entire length. Can be. Thus, the exhaust gas flowing in the gas passage 16 can be heated over a sufficient distance, and water droplets in the exhaust gas can be reliably evaporated.
[0056]
Further, the cover 13C side of the inner protector 13 is configured to be exposed on the tip side relative to the outer protector 14, and the cover 13C is provided with an exhaust gas outflow hole 19, so that the exhaust gas flows on the inner peripheral side of the protector 13. The air can be circulated over a long distance from the vent hole 18 on the proximal end side to the outlet hole 19 on the distal end side. Thereby, the sensor section 8 and the exhaust gas can be brought into sufficient contact, and the oxygen concentration in the exhaust gas can be stably detected by the sensor section 8.
[0057]
In addition, by providing the outflow hole 19 in the lid 13C, the outflow hole 19 can be opened in a direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 20. Thereby, a negative pressure can be generated in the outflow hole 19 by the flow of the exhaust gas in the exhaust pipe 20, and the exhaust gas in the inner protector 13 can smoothly flow out to the outside by the negative pressure. Then, the exhaust gas can flow smoothly from the inflow hole 17 to the outflow hole 19 through the ventilation hole 18, and the flow direction can be stabilized.
[0058]
In the above embodiment, the configuration is such that the detection rod 6 having a circular cross-sectional shape is used. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to a detection rod 6 ′ having a substantially rectangular cross-sectional shape, for example, as in a modified example shown in FIG. In this case, the detection rod 6 'includes a heater 7' and a sensor 8 '. The small-diameter cylindrical portion 13B 'of the inner protector 13' and the outer protector 14 'are formed to have a substantially rectangular cross-section corresponding to the detection rod 6'.
[0059]
In the embodiment, the oxygen sensor is described as being attached to the exhaust pipe 20 of the vehicle. However, the present invention is not limited to this. For example, an exhaust pipe other than a vehicle may be provided in the middle of the flow path of various gases to be measured, such as an exhaust pipe.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an oxygen sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view showing a tip side of the oxygen sensor in an enlarged manner.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view as viewed from the direction of arrows III-III in FIG. 2;
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view as viewed from a direction indicated by arrows IV-IV in FIG. 2;
FIG. 5 is an exploded view showing a state before the inner protector and the outer protector are assembled.
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of an oxygen sensor according to a modification of the present invention as viewed from the same position as in FIG. 3;
[Explanation of symbols]
1 Casing 6, 6 'detection rod (oxygen concentration detection element)
7, 7 'heater portion 7A heater pattern 8, 8' sensor portion 13, 13 'inner protector 13A large-diameter cylindrical portion 13B, 13B' small-diameter cylindrical portion 13C lid portion 14, 14 'outer protector 14A fitting opening 16 gas passage 17 Inlet 18 Vent 19 Outlet 20 Exhaust pipe (flow path)

Claims

A casing attached in the middle of the flow path of the gas to be measured;
An oxygen concentration detection element provided in the casing and detecting an oxygen concentration in a gas to be measured flowing in the flow path,
An inner protector that is formed in a covered cylindrical shape whose base end side is a cylindrical portion attached to the casing and whose front end side is a lid portion and covers the oxygen concentration detection element,
A tubular outer protector provided surrounding the tubular portion of the inner protector from the radial outside and defining a gas passage between the tubular protector and the tubular portion;
An inflow hole through which the gas to be measured flowing in the flow passage provided in the distal end side of the outer protector flows into the gas passage;
A vent hole provided in the base end side of the cylindrical portion of the inner protector at an axial distance from the inflow hole and through which the gas to be measured in the gas passage flows to the inner peripheral side of the inner protector;
An oxygen sensor, comprising: an outlet provided at a tip side of the inner protector and through which a gas to be measured flowing in the inner protector flows out.

2. A gasket according to claim 1, wherein a radial gap is formed between the tubular portion of the inner protector and the oxygen concentration detecting element, and the dimension of the gap is smaller than the radial dimension of the gas passage. Oxygen sensor.

The outer protector is configured such that both sides in the axial direction are attached to the outer peripheral side of the cylindrical portion of the inner protector. 3. The oxygen sensor according to claim 1, wherein the oxygen sensor is configured to be disposed on a distal end side of a mounting portion of the outer protector. 4.