JP2641346B2 - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
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- JP2641346B2 JP2641346B2 JP3182285A JP18228591A JP2641346B2 JP 2641346 B2 JP2641346 B2 JP 2641346B2 JP 3182285 A JP3182285 A JP 3182285A JP 18228591 A JP18228591 A JP 18228591A JP 2641346 B2 JP2641346 B2 JP 2641346B2
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- inner cylinder
- outer cylinder
- hole
- water
- cylinder
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4077—Means for protecting the electrolyte or the electrodes
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素センサに関するも
ので、特に内燃機関の排ガス中の酸素濃度を検出する酸
素センサに関する。
ので、特に内燃機関の排ガス中の酸素濃度を検出する酸
素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気管に取付けられる酸素セ
ンサとして、実開平１−１６９３５０号公報に示される
ように、センサ素子部の周囲に排ガスの流れを均一にす
るように保護カバーを取付けるものが知られている。ま
た、二重構造の保護カバーを取付けた酸素センサとして
は、米国特許第４５９７８５０号公報、米国特許第４６
８３０４９号公報に示されるものが公知になっている。
ンサとして、実開平１−１６９３５０号公報に示される
ように、センサ素子部の周囲に排ガスの流れを均一にす
るように保護カバーを取付けるものが知られている。ま
た、二重構造の保護カバーを取付けた酸素センサとして
は、米国特許第４５９７８５０号公報、米国特許第４６
８３０４９号公報に示されるものが公知になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
前記酸素センサによれば、内燃機関の始動時に発生する
水が一重保護カバーの場合には、保護カバーのガス導入
孔を通して直接センサ素子部に到達しやすく、また二重
保護カバーの場合には、外筒保護カバーのガス導入孔を
通じて侵入した水が内筒保護カバー表面上に界面張力に
より付着することで内筒と外筒間にまたがって溜まり出
す。この際、内燃機関が加速状態となると、内筒と外筒
間にまたがって界面張力により滞留していた水は、内筒
保護カバーのガス導入孔を通してセンサ素子部まで到着
しやすいため、低い確率ではあるがセンサ素子にクラッ
クや割れを生じさせやすいという問題がある。特に、ヒ
ータを有する加熱型酸素センサの場合、内燃機関の始動
後２０〜８０秒以内にセンサ素子が充分加熱されるた
め、センサ素子に水が当たるとセンサ素子にクラックが
入りやすく、極端な場合はセンサ素子に割れが発生する
という問題がある。
前記酸素センサによれば、内燃機関の始動時に発生する
水が一重保護カバーの場合には、保護カバーのガス導入
孔を通して直接センサ素子部に到達しやすく、また二重
保護カバーの場合には、外筒保護カバーのガス導入孔を
通じて侵入した水が内筒保護カバー表面上に界面張力に
より付着することで内筒と外筒間にまたがって溜まり出
す。この際、内燃機関が加速状態となると、内筒と外筒
間にまたがって界面張力により滞留していた水は、内筒
保護カバーのガス導入孔を通してセンサ素子部まで到着
しやすいため、低い確率ではあるがセンサ素子にクラッ
クや割れを生じさせやすいという問題がある。特に、ヒ
ータを有する加熱型酸素センサの場合、内燃機関の始動
後２０〜８０秒以内にセンサ素子が充分加熱されるた
め、センサ素子に水が当たるとセンサ素子にクラックが
入りやすく、極端な場合はセンサ素子に割れが発生する
という問題がある。
【０００４】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、内燃機関の始動時に排気管中に飛
散する水によってセンサ素子が故障しないようにした酸
素センサを提供することを目的とする。
めになされたもので、内燃機関の始動時に排気管中に飛
散する水によってセンサ素子が故障しないようにした酸
素センサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明による第１発明の酸素センサは、酸素センサ素
子の周囲に取付けられ、電極に対面する位置にガス導入
孔を有する有底円筒状の内筒と、この内筒の周囲に取付
けられ、前記ガス導入孔に対向しない位置で、且つ軸方
向に離れた位置にガス導入孔を有する外筒と、前記内筒
と前記外筒との間に界面張力による水の滞留が起きない
程度の間隔を有する空隙とを備えたことを特徴とする。
の本発明による第１発明の酸素センサは、酸素センサ素
子の周囲に取付けられ、電極に対面する位置にガス導入
孔を有する有底円筒状の内筒と、この内筒の周囲に取付
けられ、前記ガス導入孔に対向しない位置で、且つ軸方
向に離れた位置にガス導入孔を有する外筒と、前記内筒
と前記外筒との間に界面張力による水の滞留が起きない
程度の間隔を有する空隙とを備えたことを特徴とする。
【０００６】第２発明の酸素センサは、前記内筒の外周
壁と前記外筒の内周壁の径方向の距離が少なくとも１．
５ｍｍ以上であることを特徴とする。第３発明の酸素セ
ンサは、前記内筒のガス導入孔と前記外筒のガス導入孔
の軸方向における最近接間隔が少なくとも３．５ｍｍ以
上であることを特徴とする。
壁と前記外筒の内周壁の径方向の距離が少なくとも１．
５ｍｍ以上であることを特徴とする。第３発明の酸素セ
ンサは、前記内筒のガス導入孔と前記外筒のガス導入孔
の軸方向における最近接間隔が少なくとも３．５ｍｍ以
上であることを特徴とする。
【０００７】
【作用】外筒のガス導入孔から入った水は、外筒と内筒
の間に形成される空隙から遅滞なく外筒のガス導入孔を
通して外部に排出される。また外筒の内部に入った水
は、内筒の内部のセンサ素子に直接当たることはない。
このため、酸素センサ素子にほとんど水がかからないの
でセンサ素子のクラック、割れ等の異常発生が防止され
る。
の間に形成される空隙から遅滞なく外筒のガス導入孔を
通して外部に排出される。また外筒の内部に入った水
は、内筒の内部のセンサ素子に直接当たることはない。
このため、酸素センサ素子にほとんど水がかからないの
でセンサ素子のクラック、割れ等の異常発生が防止され
る。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明の第１実施例を図１に示す。酸素センサ２
０は、ハウジング２２に有底円筒状の内筒２１のフラン
ジ部２１ｃが接合されている。内筒２１のセンサ素子感
知部外周には孔２１ａが複数個形成されている。内筒２
１の周囲には有底円筒状の外筒２４がハウジング２２に
取付けられている。外筒２４には内筒２１の孔２１ａよ
りも先端側に孔２４ａ、２４ｂが複数個設けられてい
る。また内筒２１と外筒２４の周側面の間隔は十分に広
い空隙としての隙間δ1 が形成されている。この隙間δ
1 の距離は水滴が界面張力により内筒と外筒間にまたが
って溜らないように１．５ｍｍ以上、さらに望ましくは
２．０ｍｍ以上が望ましい。
する。本発明の第１実施例を図１に示す。酸素センサ２
０は、ハウジング２２に有底円筒状の内筒２１のフラン
ジ部２１ｃが接合されている。内筒２１のセンサ素子感
知部外周には孔２１ａが複数個形成されている。内筒２
１の周囲には有底円筒状の外筒２４がハウジング２２に
取付けられている。外筒２４には内筒２１の孔２１ａよ
りも先端側に孔２４ａ、２４ｂが複数個設けられてい
る。また内筒２１と外筒２４の周側面の間隔は十分に広
い空隙としての隙間δ1 が形成されている。この隙間δ
1 の距離は水滴が界面張力により内筒と外筒間にまたが
って溜らないように１．５ｍｍ以上、さらに望ましくは
２．０ｍｍ以上が望ましい。
【０００９】次に、内燃機関の排気管中のセンサ正規取
付位置に、各種の酸素センサを取付けて水掛け試験をし
た。テスト１ ここに用いた各種の酸素センサは、内筒の外周壁面と外
筒の内周壁面の間の隙間δ1 を変化させたセンサであ
る。なお、内筒２１の孔２１ａと外筒２４の孔２４ｂと
の軸方向の距離δ 2 は３．５ｍｍに固定してある。その
結果を図２に示す。
付位置に、各種の酸素センサを取付けて水掛け試験をし
た。テスト１ ここに用いた各種の酸素センサは、内筒の外周壁面と外
筒の内周壁面の間の隙間δ1 を変化させたセンサであ
る。なお、内筒２１の孔２１ａと外筒２４の孔２４ｂと
の軸方向の距離δ 2 は３．５ｍｍに固定してある。その
結果を図２に示す。
【００１０】図２に示す実験は、内筒外周壁面と外筒内
周壁面の間の隙間δ1 を変化させたときのセンサ素子部
への水滴の付着状況を示すものである。サンプルは同一
隙間δ1 をもつセンサについて各１０本ずつ試験した。
センサ取付位置の上流側排気管位置に水を強制的に注入
し、その注入量を５０ｃｃ／分の条件にした。内燃機関
の運転条件は、アイドル２分後にレーシングを３回行っ
た。またセンサ素子に水が付着したかどうか確認するた
め水を着色した。センサ素子に水が付着したか否かの判
定は目視により判定し、水滴付着率を算出した。約０．
２マイクロｃｃ以上の水滴がセンサ素子に付着した場合
を水滴付着と判定した。内筒外周壁と外筒内周壁の隙間
δ1 は、０．７５、１．０、１．５、２．０、２．５ｍ
ｍの各種の保護カバーをもつ酸素センサについて試験し
た。
周壁面の間の隙間δ1 を変化させたときのセンサ素子部
への水滴の付着状況を示すものである。サンプルは同一
隙間δ1 をもつセンサについて各１０本ずつ試験した。
センサ取付位置の上流側排気管位置に水を強制的に注入
し、その注入量を５０ｃｃ／分の条件にした。内燃機関
の運転条件は、アイドル２分後にレーシングを３回行っ
た。またセンサ素子に水が付着したかどうか確認するた
め水を着色した。センサ素子に水が付着したか否かの判
定は目視により判定し、水滴付着率を算出した。約０．
２マイクロｃｃ以上の水滴がセンサ素子に付着した場合
を水滴付着と判定した。内筒外周壁と外筒内周壁の隙間
δ1 は、０．７５、１．０、１．５、２．０、２．５ｍ
ｍの各種の保護カバーをもつ酸素センサについて試験し
た。
【００１１】図２から明らかなように、隙間δ1 は、
１．５ｍｍ以上で水滴付着なしであった。このテスト１
によると、孔２４ａ、２４ｂから外筒２４の内部に入っ
た水は、遅滞なく孔２４ａ、２４ｂから外部に容易に排
出されるため、内筒２１の孔２１ａから内部へほとんど
入ることはないものと考えられる。テスト２ ここに用いた各種の酸素センサは、素子に対向する位置
に設けられた内筒の孔と外筒の孔間の軸方向間の最近接
間隔δ2 を変化させたセンサである。その結果を図３に
示す。 図３に示す実験は、内筒の孔と外筒の孔間の軸
方向間の最近接間隔δ2 を変化させたとき水付着状況は
どのように変化するかを試験したものである。内筒外周
壁と外筒内周壁の間の隙間δ1 を２．０ｍｍに固定した
センサについて各１０本ずつ試験した。センサ取付位置
の上流側排気管位置に水を強制的に注入し、その注入量
を５０ｃｃ／分の条件にした。内燃機関の運転条件はア
イドル２分後にレーシングを３回行った。またセンサ素
子に水が付着したかどうか確認するため水を着色した。
センサ素子に水が付着したか否かの判定は目視により判
定し、水滴付着率を算出した。約０．２マイクロｃｃ以
上の水滴がセンサ素子に付着した場合を水滴付着と判定
した。内筒のガス導入孔と外筒のガス導入孔間の軸方向
間の最近接間隔δ2 は、０．５、１．５、２．５、３．
５、４．５の各種の保護カバーをもつ酸素センサについ
て試験した。
１．５ｍｍ以上で水滴付着なしであった。このテスト１
によると、孔２４ａ、２４ｂから外筒２４の内部に入っ
た水は、遅滞なく孔２４ａ、２４ｂから外部に容易に排
出されるため、内筒２１の孔２１ａから内部へほとんど
入ることはないものと考えられる。テスト２ ここに用いた各種の酸素センサは、素子に対向する位置
に設けられた内筒の孔と外筒の孔間の軸方向間の最近接
間隔δ2 を変化させたセンサである。その結果を図３に
示す。 図３に示す実験は、内筒の孔と外筒の孔間の軸
方向間の最近接間隔δ2 を変化させたとき水付着状況は
どのように変化するかを試験したものである。内筒外周
壁と外筒内周壁の間の隙間δ1 を２．０ｍｍに固定した
センサについて各１０本ずつ試験した。センサ取付位置
の上流側排気管位置に水を強制的に注入し、その注入量
を５０ｃｃ／分の条件にした。内燃機関の運転条件はア
イドル２分後にレーシングを３回行った。またセンサ素
子に水が付着したかどうか確認するため水を着色した。
センサ素子に水が付着したか否かの判定は目視により判
定し、水滴付着率を算出した。約０．２マイクロｃｃ以
上の水滴がセンサ素子に付着した場合を水滴付着と判定
した。内筒のガス導入孔と外筒のガス導入孔間の軸方向
間の最近接間隔δ2 は、０．５、１．５、２．５、３．
５、４．５の各種の保護カバーをもつ酸素センサについ
て試験した。
【００１２】図３から明らかなように、内筒の素子に対
向する位置に設けられたガス導入孔と外筒のガス導入孔
との間隔δ2 は、３．５ｍｍ以上のとき水滴がセンサ素
子にかからなかった。間隔δ2 は、３．５ｍｍ以上が望
ましく、さらに望ましくは４．５ｍｍ以上である。本発
明の第２実施例を図４に示す。第２実施例では、内筒２
１に形成する第１の孔２１ａに加えて第２の孔２１ｂを
有している。第１の孔２１ａは素子に対向する位置に形
成され、第２の孔２１ｂは素子に対向しない位置に形成
される。第２の孔２１ｂは、第１の孔２１ａよりも先端
側でかつ外筒２４の孔２４ａ、２４ｂと周方向に偏心し
た位置に形成される。水滴が２４ａ、２４ｂを通して直
接孔２１ｂから内筒２１の内部に入るのを防止するため
であり、また、外筒２４ａ、２４ｂから流入した水滴を
第２の孔２１ｂから侵入させ、第１の孔２１ａへ向かう
水滴量を減少せしめるためである。なお、この実施例で
は、内筒２１および外筒２４とも先端穴２１ｆ、２４ｆ
を有している。その他の構成部分については第１実施例
と同様であるので、実質的に同一の構成部分については
同一符号を付し、説明を省略する。
向する位置に設けられたガス導入孔と外筒のガス導入孔
との間隔δ2 は、３．５ｍｍ以上のとき水滴がセンサ素
子にかからなかった。間隔δ2 は、３．５ｍｍ以上が望
ましく、さらに望ましくは４．５ｍｍ以上である。本発
明の第２実施例を図４に示す。第２実施例では、内筒２
１に形成する第１の孔２１ａに加えて第２の孔２１ｂを
有している。第１の孔２１ａは素子に対向する位置に形
成され、第２の孔２１ｂは素子に対向しない位置に形成
される。第２の孔２１ｂは、第１の孔２１ａよりも先端
側でかつ外筒２４の孔２４ａ、２４ｂと周方向に偏心し
た位置に形成される。水滴が２４ａ、２４ｂを通して直
接孔２１ｂから内筒２１の内部に入るのを防止するため
であり、また、外筒２４ａ、２４ｂから流入した水滴を
第２の孔２１ｂから侵入させ、第１の孔２１ａへ向かう
水滴量を減少せしめるためである。なお、この実施例で
は、内筒２１および外筒２４とも先端穴２１ｆ、２４ｆ
を有している。その他の構成部分については第１実施例
と同様であるので、実質的に同一の構成部分については
同一符号を付し、説明を省略する。
【００１３】本発明の第３実施例を図５に示す。第３実
施例では、外筒２４に先端側の孔２４ｃと根元部側の孔
２４ｄを形成した例である。そして外筒２４に形成され
る孔２４ｃと２４ｄとの軸方向中間部に対面する位置に
孔２１ｅを形成した。この実施例においても外筒２４の
孔２４ｃ、２４ｄから内筒２１の孔２１ｅから内筒２１
の内部に直接侵入することが防止される。この実施例で
は、外筒先端穴２４ｆを有している。
施例では、外筒２４に先端側の孔２４ｃと根元部側の孔
２４ｄを形成した例である。そして外筒２４に形成され
る孔２４ｃと２４ｄとの軸方向中間部に対面する位置に
孔２１ｅを形成した。この実施例においても外筒２４の
孔２４ｃ、２４ｄから内筒２１の孔２１ｅから内筒２１
の内部に直接侵入することが防止される。この実施例で
は、外筒先端穴２４ｆを有している。
【００１４】なお、内筒および外筒のハウジングへの固
定手段は前記実施例に限られるものではない。本発明の
酸素センサの保護カバーの形状あるいは構造について
は、前記実施例に限られるものではなく、本発明の範囲
について前記実施例を修正または変更可能であり、本発
明の範囲は当業者によって定められるものであることは
明らかである。
定手段は前記実施例に限られるものではない。本発明の
酸素センサの保護カバーの形状あるいは構造について
は、前記実施例に限られるものではなく、本発明の範囲
について前記実施例を修正または変更可能であり、本発
明の範囲は当業者によって定められるものであることは
明らかである。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の酸素セン
サによれば、外筒のガス導入孔から侵入した水が外部に
容易に排出されることで、内筒のガス導入孔から内筒の
内部にあるセンサ素子部に水が到達することがほとんど
ないので酸素センサの素子にクラック、割れ等が発生す
ることが防止されるという効果がある。
サによれば、外筒のガス導入孔から侵入した水が外部に
容易に排出されることで、内筒のガス導入孔から内筒の
内部にあるセンサ素子部に水が到達することがほとんど
ないので酸素センサの素子にクラック、割れ等が発生す
ることが防止されるという効果がある。
【図１】本発明の第１実施例を示す部分断面構成図であ
る。
る。
【図２】本発明の第１実施例による内筒外周壁と外筒内
周壁間の隙間と水滴付着率との関係を示す実験データ図
である。
周壁間の隙間と水滴付着率との関係を示す実験データ図
である。
【図３】本発明の第１実施例による内筒ガス導入孔と外
筒ガス導入孔の軸方向最近接間隔と水滴付着率との関係
を示す実験データ図である。
筒ガス導入孔の軸方向最近接間隔と水滴付着率との関係
を示す実験データ図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す部分断面構成図であ
る。
る。
【図５】本発明の第３実施例を示す部分断面構成図であ
る。
る。
２０ 酸素センサ ２１ 内筒 ２１ａ、２１ｂ、２１ｅ 孔（ガス導入孔） ２２ ハウジング ２４ 外筒 ２４ａ、２４ｂ 孔（ガス導入孔） δ1 隙間 （内筒外周壁面と外筒内周壁面の間の隙
間） δ2 最近接間隔（内筒の孔と外筒の孔との最近接間
隔）
間） δ2 最近接間隔（内筒の孔と外筒の孔との最近接間
隔）
Claims (3)
- 【請求項１】酸素センサ素子の周囲に取付けられ、電極
に対面する位置にガス導入孔を有する有底円筒状の内筒
と、 この内筒の周囲に取付けられ、前記ガス導入孔に対向し
ない位置で、且つ軸方向に離れた位置にガス導入孔を有
する外筒と、 前記内筒と前記外筒との間に界面張力による水の滞留が
起きない程度の間隔を有する空隙とを備えたことを特徴
とする酸素センサ。 - 【請求項２】前記内筒の外周壁と前記外筒の内周壁の径
方向の距離が少なくとも１．５ｍｍ以上であることを特
徴とする請求項１に記載の酸素センサ。 - 【請求項３】前記内筒のガス導入孔と前記外筒のガス導
入孔の軸方向における最近接間隔が少なくとも３．５ｍ
ｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の酸素センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3182285A JP2641346B2 (ja) | 1991-07-23 | 1991-07-23 | 酸素センサ |
| US07/893,818 US5238552A (en) | 1991-07-23 | 1992-06-04 | Oxygen sensor |
| DE4220726A DE4220726C2 (de) | 1991-07-23 | 1992-06-24 | Sauerstoffsonde |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3182285A JP2641346B2 (ja) | 1991-07-23 | 1991-07-23 | 酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0526842A JPH0526842A (ja) | 1993-02-02 |
| JP2641346B2 true JP2641346B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=16115606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3182285A Expired - Lifetime JP2641346B2 (ja) | 1991-07-23 | 1991-07-23 | 酸素センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5238552A (ja) |
| JP (1) | JP2641346B2 (ja) |
| DE (1) | DE4220726C2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6948353B2 (en) | 2001-07-27 | 2005-09-27 | Denso Corporation | Quick response structure of gas sensor |
| US7390385B2 (en) | 2003-03-31 | 2008-06-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas sensor |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3629786B2 (ja) * | 1995-01-19 | 2005-03-16 | 株式会社デンソー | 酸素濃度検出器 |
| JP3671452B2 (ja) * | 1995-03-02 | 2005-07-13 | 株式会社デンソー | 酸素濃度検出器 |
| JP3679183B2 (ja) * | 1996-01-31 | 2005-08-03 | 日本碍子株式会社 | ガス流路 |
| US5762771A (en) * | 1996-02-06 | 1998-06-09 | Denso Corporation | Air-fuel ratio sensor |
| JP4016452B2 (ja) * | 1996-07-30 | 2007-12-05 | 株式会社デンソー | 酸素濃度検出器 |
| DE19648685A1 (de) * | 1996-11-25 | 1998-05-28 | Bosch Gmbh Robert | Gassensor |
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| DE19749029C2 (de) * | 1997-11-06 | 2000-07-13 | Auergesellschaft Gmbh | Spritzwasserschutz- und Kalibriereinrichtung für stationäre Gaswarngeräte |
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