JP4016452B2

JP4016452B2 - 酸素濃度検出器

Info

Publication number: JP4016452B2
Application number: JP18143497A
Authority: JP
Inventors: 年洋坂輪; 秀隆林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2017-07-07
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの吸気、排気装置内の吸気ガスまたは排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、吸気ガスまたは排気ガス（以下、単にガスという）中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器として、図９に示すようなものが提案されている。この検出器１は、検出素子１０と、この検出素子１０を活性温度（例えば６５０℃）以上に加熱するためのヒータユニット２０とを備えており、この検出素子１０の外周部には、ガスを通過させるための複数の通過孔２１、２２、２３、２４を備えた略コップ形状の内側、外側カバー３１、３２が設けられている。これらカバー３１、３２は、ガス中に混入する水や毒物（鉛化合物等）から検出素子１０を保護するとともに、ヒータユニット２０により加熱される検出素子１０を保温する役割を果たしている。
【０００３】
なお、上記活性温度は、ガスの温度（吸気ガスは８０〜１４０℃程度、排気ガスは１００〜５００℃程度）よりも高温であり、このような高温状態の検出素子１０を保温するために、通過孔２１、２２、２３、２４の総面積をあまり大きくすることができない。よって、カバー３１、３２の側面部３１２、３２２に形成されるそれぞれ８個の通過孔２２、２４は、直径が約１．５ｍｍ程度の小さなものであり、底面部３１１、３２１に形成される通過孔２１、２３も、直径が約２．０ｍｍ程度の小さなものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の酸素濃度検出器１は、通常、ガソリン車のエンジンに適用されるものであったが、本発明者らが、ディーゼル車のエンジンに上記酸素濃度検出器１を適用することを試みようとしたところ、短期間で検出素子１０の応答性が大幅に悪化することが確認された。
【０００５】
以下に、検出素子１０の応答性が悪化する原因について、発明者らが実験、検討し、確認したことを述べる。
まず、ディーゼル車におけるガス中には、ガソリン車におけるガス中に比べて非常に多くの未燃焼物質（すす等）が含まれており、通常、酸素濃度検出器１の軸方向に略垂直な方向（図９中矢印Ｂで示す方向）にガスが流れるように、検出器１が配置されているため、上記未燃焼物質が外側カバー３２に略垂直に流れ、外側カバー３２の表面に堆積する。
【０００６】
そして、側面通過孔２４の外周部周辺を含む広い範囲（以下、周辺部という）に未燃焼物質が堆積し、この結果、側面通過孔２４の面積が大幅に縮小したり、完全に塞がれて、ガスを外側カバー３２の内部の検出素子１０側へスムースに導入できず、検出素子１０の応答性が悪化する。
さらに、他の問題として、以下のことが確認された。
【０００７】
上記未燃焼物質が外側カバー３２の側面部３２２に形成された側面通過孔２４を通過して外側カバー３２の内部へ侵入する。この侵入した未燃焼物質が、内側カバー３１の低温（約３００℃以下）時に内側カバー３１の表面に堆積すると、時間が経過して内側カバー３１が高温（約３００℃以上）となったとき、内側カバー３１の表面において未燃焼物質が燃焼することにより、検出素子１０近傍の酸素濃度が実際よりも小さいものとなり、検出素子１０が異常値を検出してしまう。
【０００８】
また、外側カバー３２の側面通過孔２４を通過した未燃焼物質が、たとえ内側カバー３１の表面で燃焼しなくても、内側カバー３１の通過孔２２を通過して、検出素子１０の表面に堆積し、これにより、検出素子１０が劣化して、この検出素子１０の応答性が悪化する。
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、検出素子を少なくとも内側カバーおよび外側カバーで覆うようにした酸素濃度検出器において、外側カバーの通過孔の周辺部に未燃焼物質が堆積することを抑制するとともに、外側カバーの通過孔から外側カバーの内部へ未燃焼物質が侵入することを抑制することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１ないし７に記載の発明では、吸気ガスまたは排気ガス（以下、ガスという）中の酸素濃度を検出する検出素子（１０）の先端（１０ａ）側の接ガス部（１１）を、検出素子（１０）の先端（１０ａ）に対向する底部（３１１、３２１）を有する略コップ形状の素子カバー（３１、３２）により覆った酸素濃度検出器において、素子カバー（３１、３２）は、接ガス部（１１）に近接して設けられる内側カバー（３１）と、この内側カバー（３１）の外側に配置され、ガスと直接接する外側カバー（３２）とを少なくとも備え、外側カバー（３２）は、底部（３２１）のみにガスが通過する通過孔（２３）を備えていることを特徴としている。
【００１０】
ここで、検出素子（１０）の保温性の面からみて、外側カバー（３２）の側部（３２２）に通過孔を形成しない分だけ、外側カバー（３２）の底部（３２１）に形成する通過孔（２３）の径を大きくできる。よって、酸素濃度検出に十分なガスを検出素子（１０）に導入できなくなる、といった恐れは抑制できる。
そして、通常は検出素子（１０）に略垂直にガスが流れるように、酸素濃度検出器（１）が配置されるため、ガス中に含まれる未燃焼物質は、外側カバー（３２）の側部（３２２）に略垂直に衝突する。これに対して、外側カバー（３２）の通過孔（２３）は、検出素子（１０）の先端（１０ａ）に対向する底部（３２１）のみに形成されており、この通過孔（２３）に略平行に上記未燃焼物質を流すことができる。
【００１１】
この結果、外側カバー（３２）の側部（３２２）に通過孔を形成した従来技術に比べて、▲１▼外側カバー（３２）の通過孔（２３）の周辺部に未燃焼物質が堆積することを抑制できる。▲２▼外側カバー（３２）の通過孔（２３）から外側カバー（３２）の内部へ未燃焼物質が侵入することを抑制できる。
そして、上記▲１▼により、外側カバー（３２）の通過孔（２３）の縮小、閉塞といった恐れを抑制できるので、酸素濃度検出器（１）の応答性の悪化を抑制できる。また、上記▲２▼により、内側カバー（３１）の表面に未燃焼物質が堆積することを抑制でき、ひいては、内側カバー（３１）の表面において未燃焼物質が燃焼することを抑制できるので、検出素子（１０）の異常値検出を抑制できる。また、上記▲２▼により、内側カバー（３１）の通過孔（２１、２２）を通過して検出素子（１０）の表面に堆積することを抑制できるので、検出素子（１０）の劣化を抑制できる。
【００１２】
また、請求項１、２、３に記載の発明では、内側カバー（３１）の底部（３１１）と外側カバー（３２）の底部（３２１）とを、軸方向に所定距離を隔てて配置しているので、外側カバー（３２）の底部（３２１）の通過孔（２３）から外側カバー（３２）の内部へ未燃焼物質が侵入しても、この未燃焼物質が内側カバー（３１）にたどりつくまでの移動経路を長くできる。また、外側カバー（３２）の底部（３２１）の通過孔（２３）から外側カバー（３２）の内部へ、ガス中に混入している水が侵入しても、この水が内側カバー（３１）にたどりつくまでの移動経路を長くできる。
【００１３】
そして、上記▲１▼により、内側カバー（３１）の表面への未燃焼物質の堆積をさらに抑制できるため、検出素子（１０）の異常値検出をさらに抑制できる。しかも、検出素子（１０）の表面への未燃焼物質の侵入もさらに抑制できるので、検出素子（１０）の劣化をさらに抑制できる。また、上記▲２▼により、内側カバー（３１）の表面、ひいては、内側カバー（３１）の内部への水の侵入を抑制でき、検出素子（１０）の表面への被水を抑制できるので、検出素子（１０）の急冷による素子割れを抑制できる。
【００１４】
また、請求項１、２、３に記載の発明では、内側カバー（３１）の底部（３１１）に形成される通過孔（２１）の総面積を、外側カバー（３２）の底部（３２１）に形成される通過孔（２３）の総面積よりも小さくしている。これにより、外側カバー（３２）の底部（３２１）と内側カバー（３１）の底部（３１１）との間の空間にガスが滞留しやすくなるので、ガス中に含まれる未燃焼物質をこの空間にて捕捉できる。よって、内側カバー（３１）の表面への未燃焼物質の堆積をさらに効果的に抑制できるとともに、内側カバー（３１）の内部、つまり、検出素子（１０）の表面への未燃焼物質の堆積をさらに効果的に抑制できる。この結果、検出素子（１０）の異常値検出および素子割れをさらに効果的に抑制できる。
【００１５】
また、請求項１、４に記載の発明では、内側カバー（３１）の側部（３１２）と外側カバー（３２）の側部（３２２）とを、軸方向に垂直な方向に所定距離を隔てて配置しているので、内側カバー（３１）の側部（３１２）と外側カバー（３２）の側部（３２２）との間に空隙が形成され、ヒータユニット（２０）により加熱される検出素子（１０）の保温性を向上できる。
【００１６】
また、請求項１、５に記載の発明では、上記空隙（Ｓ）はガスの出入りが略遮断されるようになっているので、さらに検出素子（１０）の保温性を向上できる。また、請求項２に記載の発明では、検出素子（１０）は、長尺形状の素子本体部（１３）の先端（１０ａ）側外周面に外側電極（１２）の反応部（１２ａ）を設けたものからなり、内側カバー（３１）の通過孔（２２）を、内側カバー（３１）の側部（３１２）のうち、反応部（１２ａ）に対向する部位以外の部位に形成している。
【００１７】
これによれば、内側カバー（３１）の側部（３１２）のうち、反応部（１２ａ）に対向する部位に通過孔を形成する場合に比べて、反応部（１２ａ）および反応部（１２ａ）近傍部位（以下、検出素子（１０）の出力部という）の保温性を向上できる。
ここで、酸素濃度検出器（１）は、検出素子（１０）のうち、反応部（１２ａ）の出力部の出力電流変化に基づいて酸素濃度を検出するものである。このため、良好に酸素濃度を検出するためには、検出素子（１０）の出力部を、活性温度（例えば６５０℃程度）以上に保つことが必要である。
【００１８】
これに対して、請求項２に記載の発明によれば、検出素子（１０）の出力部の保温性を向上できるので、検出素子（１０）の出力部を良好に活性温度以上に保つことができ、良好に酸素濃度を検出することができる。また、内側カバー（３１）の通過孔（２２）から反応部（１２ａ）へ至るガスの経路が迷路構造となるので、ガス中に含まれる未燃焼物質が、反応部（１２ａ）の表面近傍に侵入することを抑制できる。よって、反応部（１２ａ）の表面に未燃焼物質が堆積することを抑制でき、反応部（１２ａ）の劣化を抑制できる。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明では、検出素子（１０）は、長尺形状の素子本体部（１３）の先端（１０ａ）側外周面に外側電極（１２）の反応部（１２ａ）を設けたものからなり、内側カバー（３１）は、この内側カバー（３１）の底部（３１２）のみに、通過孔（２１）を備えている。これにより、内側カバー（３１）の側部（３１２）に通過孔を形成する場合に比べて、検出素子（１０）の出力部の保温性を向上できる。よって、検出素子（１０）の出力部をより良好に活性温度以上に保つことができるので、より良好に酸素濃度を検出することができる。
【００２１】
また、内側カバー（３１）の通過孔（２１）から反応部（１２ａ）へ至るガスの経路が迷路構造となるので、ガス中に含まれる未燃焼物質が、反応部（１２ａ）の表面近傍に侵入することを抑制できる。よって、反応部（１２ａ）の表面に未燃焼物質が堆積することを抑制でき、反応部（１２ａ）の劣化を抑制できる。また、請求項６に記載の発明のように、限界電流式の検出素子（１０）を有する酸素濃度検出器に本発明を適用してもよいし、ポンプ電流式の検出素子を有する酸素濃度検出器に本発明を適用してもよい。
【００２２】
また、請求項７に記載の発明では、検出素子（１０）は、ディーゼルエンジンにおけるガス中の酸素濃度を検出するものである。ここで、ディーゼルエンジンにおけるガス中には、ガソリン車におけるガス中に比べて非常に多くの未燃焼物質（すす等）が含まれているが、このようなディーゼルエンジンにおけるガス中の酸素濃度を検出するものに、本発明を適用することにより、内側カバー（３１）の表面および検出素子（１０）の表面への未燃焼物質の堆積を効果的に抑制できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図３に示すように、本実施形態における酸素濃度検出器１は、自動車のディーゼルエンジン１００の吸気側配管１０１および排気側配管１０２にそれぞれ１つずつ装着されている。この検出器１は、上記配管１０１、１０２の壁面に対して垂直となるように、かつ、その先端１ａ側が鉛直方向下方を向くように配置されている。
【００２４】
そして、上記配管１０１側の検出器１により検出される吸気ガス中の酸素濃度が、電気制御装置１０３に入力され、この入力データに基づいて、ガス再循環配管１０５の排気ガス流量を制御する。また、上記配管１０２側の検出器１により検出される排気ガス中の酸素濃度が、電気制御装置１０３に入力され、この入力データに基づいて噴射ポンプ１０４からの燃料噴射量を制御する。
【００２５】
なお、再循環配管１０５は、排気側配管１０２を流れる排気ガスを吸気側配管１０１へ再循環させるものであり、負圧回路切換用の電磁弁１０６にて、ダイヤフラム１０７を上下方向に変移させて、排気ガス再循環バルブ１０８を開閉することにより、上記排気ガス流量を調整するようになっている。
そして、酸素濃度検出器１は、図１（ａ）に示すように、断面が環状で細長いコップ形状をなす検出素子１０の内部に、この検出素子１０を活性温度（例えば６５０℃）以上に加熱するヒータユニット２０を備えている。そして、検出素子１０の基端１０ｂ側（上記コップ形状の開口部側）には、検出素子１０の先端１０ａ側（上記コップ形状の底部側）を、その外部に露出させた状態で検出素子１０を保持する保持部４１が設けられている。検出素子１０は、タルク４１６を介設させて保持部４１に保持されている。また、検出素子１０の先端１０ａ側に備えられた接ガス部１１を覆うように素子カバー３が配置されており、この素子カバー３も、保持部４１に保持されている。
【００２６】
本実施形態の検出素子１０は、いわゆる限界電流式の検出素子であり、酸素イオン伝導性の固体電解質からなる、細長な略コップ形状の素子本体部１３を備えており、図１（ｂ）に示すように、素子本体部１３の内周面に内側電極１４が形成され、素子本体部１３の外周面全周に、絶縁層１５、外側電極１２、および、拡散抵抗層１６が、内側から外側にかけて順に積層形成されている。
【００２７】
なお、素子本体部１３の外周面のうち所定幅（例えば５．０ｍｍ）の帯状部位１３０には絶縁層１５が形成されておらず、この帯状部位１３０には外側電極１２が接触して設けてある。そして、外側電極１２のうち上記帯状部位１３０に接触して設けられる部位により、外側電極１２の反応部１２ａが構成されている。
ここで、図２（ａ）は、検出素子１０の先端１０ａ側および内側、外側カバー３１、３２の拡大断面図を示すものであるが、この図においては、絶縁層１５および拡散抵抗層１６の図示を省略し、外側電極１２のうち反応部１２ａのみを図示している。
【００２８】
ヒータユニツト２０は、図１（ａ）に示すように、セラミック本体部２０１に、タングステンからなる発熱部２０２およびリード線部２０３を内蔵させたものである。発熱部２０２は、図２（ａ）に示すように、反応部１２ａ（換言すれば、後述する検出素子１０の出力部）が設けられる帯状部位１３０と略対向して設けられており、この発熱部２０２により、素子本体部１３の上記帯状部位１３０、ひいては反応部１２ａを重点的に加熱するようにしている。このヒータユニット２０は、ホルダ４７を介して検出素子１０の基端１０ｂ側に保持されている。
【００２９】
素子カバー３は、図１（ａ）および図２（ｂ）に示すように、接ガス部１１に近接して設けられる内側カバー３１と、この内側カバー３１の外側に配置され、上記した吸気ガスまたは排気ガス（以下、単にガスという）と直接接する外側カバー３２とを有する。この両カバー３１、３２は、断面が環状のコップ形状であり、これらの底面部（底部）３１１、３２１は平面状であり、検出素子１０の先端１０ａに対向している。
【００３０】
内側カバー３１の底面部３１１には、円形状の底面通過孔２１が形成され、外側カバー３２の底面部３２１には、円形状の底面通過孔２３が形成されている。これら底面通過孔２１、２３は軸心線上に１個だけ形成されている。なお、内側カバー３１の底面通過孔２１の総面積は、外側カバー３２の底面通過孔２３の総面積よりも小さく構成されている。
【００３１】
また、内側カバー３１の側面部（側部）３１２には、円形状の側面通過孔２２が設けられている。この側面通過孔２２は、軸方向に例えば２個並ぶように、かつ周方向に例えば４個並ぶように、合計８個形成されている。しかも、この側面通過孔２２は、側面部３１２のうち上記反応部１２ａに対向する部位以外の部位に形成されている。また、外側カバー３２の側面部（側部）３２２には、通過孔を形成していない。
【００３２】
ここで、上記各通過孔２１、２２、２３は、ガスを通過させるためのものであり、換言すれば、素子カバー３の内部と外部との間にガスを出入り可能とするものである。
そして、素子カバー３の外側カバー３２の開口端部が、保持部４１にかしめ固定されており、外側カバー３２の開口端側内周面に、内側カバー３１の開口端側外周面が溶接されている。ここで、内側カバー３１には、その開口端側が径大となるような段付き部３１ａが形成されており、外側カバー３２には、その周方向に並ぶように複数（本実施形態では３か所、図１（ａ）には１か所のみ図示）の内方へのくぼみ部３２ａが形成されている。そして、くぼみ部３２ａにより、段付き部３１ａを支持するようになっており、この結果、外側カバー３２の内部における、内側カバー３１の位置決めがなされている。
【００３３】
すなわち、内側カバー３１の底面部３１１と、外側カバー３２の底面部３２１とが、軸方向に所定距離（例えば４．５ｍｍ程度、好ましくは５．０ｍｍ以上）を隔てるように、内側カバー３１および外側カバー３２は配置されている。また、内側カバー３１の側面部３１２と、外側カバー３２の側面部３２２とが、軸方向に垂直な方向に所定距離（例えば１．０ｍｍ程度、好ましくは２．０ｍｍ以上）を隔てるように、内側カバー３１および外側カバー３２は配置されている。
【００３４】
ここで、素子カバー３は、ガス中に混入する水、毒物（鉛化合物）、および未燃焼物質が検出素子１０へ侵入することを抑制する役割を果たしている。また、上記活性温度に比べて、ガスの温度（吸気ガスは８０〜１４０℃程度、排気ガスは１００〜５００℃程度）は低いものであるため、素子カバー３により、ヒータ２０にて加熱される検出素子１０を保温する役割を果たしている。そして、素子カバー３を内側カバー３１と外側カバー３２との２重構造とすることにより、上記役割をより良好に果たすようにしている。
【００３５】
保持部４１は、上記吸気側、排気側配管１０１、１０２に設けたネジ穴１０１ａ、１０２ａに螺合するネジ山部４１４と、検出器１を上記配管１０１、１０２に対して位置決めするフランジ部４１５とを有している。この保持部４１は、フランジ部４１５と吸気側、排気側配管１０１、１０２との間にガスケット４６２を介した状態で、吸気側、排気側配管１０１、１０２にネジ結合にて脱着可能に装着される。
【００３６】
また、保持部４１よりも検出器１の基端１ｂ側には、相互に溶接されたカバー部材４４２、４４３、４４６が備えられており、保持部４１の開口部とカバー部材４４６とが、金属リング４６３を介して固定されている。また、カバー部材４４２、４４３には、カバー部材４４２、４４３の内部に大気を導入する大気導入口４４４、４４５が形成されている。
【００３７】
また、前記大気導入口４４４、４４５により大気導入通路となる途上には、撥水性の通気フィルター（図示しない）が設けられている。そして、大気導入口４４４、４４５から導入された大気は、さらに、図示しない大気通路を通って、検出素子１０の内部に導かれるようになっている。
そして、検出素子１０の内側電極１４および外側電極１２は、出力取出線１６１、１６１の一端側と電気的に接続されており、ヒータユニット２０の上記リード線部２０３は、給電線１６２の一端側と電気的に接続されている。この出力取出線１６１および給電線１６２は、ブッシュ５を介してカバー部材４４２、４４３に固定されている。そして、出力取出線１６１、１６１の他端側は、電気制御装置１０３に内蔵されるデータ読み込み部と電気的に接続され、給電線１６２の他端側は、電気制御装置１０３に内蔵される電源と電気的に接続されている。
【００３８】
ここで、検出素子１０への上記水、毒物、および未燃焼物質の侵入の抑制と、検出素子１０の保温とを図りつつ、検出素子１０の応答性を確保できるように、検出素子１０に対する素子カバー３の形状、寸法、上記各通過孔２１、２２、２３の位置、径等が決定されている。
具体的には、内側カバー３１の外径が９．０ｍｍ、内径が８．０ｍｍ、内側カバー３１の底面通過孔２１の直径が２．０ｍｍ、側面通過孔２２の直径が１．５ｍｍ、外側カバー３２の外径が１２．０ｍｍ、内径が１１．０ｍｍ、底面通過孔２３の直径が８．０ｍｍである。また、底面通過孔２１は、保持部４１のフランジ部４１５の素子カバー３側（図１（ａ）中下側）の面４１５ａからの距離が３０．０ｍｍの位置にあり、側面通過孔２２は、上記面４１５ａからこの通過孔２２の中心までの距離が１８．０ｍｍ、２６．５ｍの位置にあり、底面通過孔２３は、上記面４１５ａからの距離が３５．０ｍｍの位置にある。
【００３９】
このような検出器１の応答性については、０．１秒といった微小な時間で酸素濃度の変化を検出可能であることが本発明者らにより確認されている。この確認は、酸素濃度が２０％、１５％の空気をそれぞれ切り換えて供給できる配管に、上記検出器１を装着したものにおいて、酸素濃度が２０％の空気から、酸素濃度が１５％の空気に、および、酸素濃度が１５％の空気から、酸素濃度が２０％の空気に切り換えた瞬間から、上記検出器１が、この酸素濃度の変化を読み取るまでの時間を測定した。
【００４０】
次に、本実施形態の酸素濃度検出器１の作用効果について述べる。
まず、上記未燃焼物質は、外側カバー３２の側面部３２２に略垂直な方向（図１（ａ）中矢印Ｂで示す方向）に流れるが、外側カバー３２の底面通過孔２３は、検出素子１０の先端１０ａに対向する底面部３２１に形成されているため、この底面通過孔２３に略平行に上記未燃焼物質を流すことができる。
【００４１】
この結果、外側カバー３２の側面部３２２に通過孔を形成した従来技術に比べて、▲１▼外側カバー３２に形成される通過孔（つまり、底面通過孔２３）の周辺部に未燃焼物質が堆積することを抑制できる。▲２▼外側カバー３２に形成される通過孔２３から外側カバー３２の内部へ未燃焼物質が侵入することを抑制できる。
そして、上記▲１▼により、外側カバー３２の底面通過孔２３の縮小、閉塞を抑制できるので、検出素子１０の応答性の悪化を抑制できる。しかも、保温性の面からみて、上記従来技術における側面通過孔２４（図９参照）を廃止した分だけ、外側カバー３２の底面通過孔２３の径（開口面積）を、従来技術の底面通過孔２３（図９参照）よりも大きくできるので、外側カバー３２の底面通過孔２３の縮小、閉塞が効果的に抑制される。
【００４２】
また、上記▲２▼により、内側カバー３１の表面に未燃焼物質が堆積することを抑制でき、ひいては、内側カバー３１の表面において未燃焼物質が燃焼することを抑制できるので、検出素子１０の異常値検出を抑制できる。また、上記▲２▼により、内側カバー３１の通過孔２１、２２を通過して検出素子１０の表面に堆積することを抑制できるので、検出素子１０の劣化を抑制できる。
【００４３】
なお、上記底面通過孔２３の径を従来技術よりも大きくできるので、従来技術と同程度の応答性を得ることができる。
また、上記ガス中に含まれる毒物（鉛化合物等）も、外側カバー３２の側面部３２２に略垂直に流れるが、外側カバー３２の底面通過孔２３は、検出素子１０の先端１０ａに対向する底面部３２１に形成されているため、この底面通過孔２３に略平行に上記毒物を流すことができる。この結果、外側カバー３２の底面通過孔２３から外側カバー３２の内部に毒物が侵入することを抑制できるので、毒物が検出素子１０の表面に堆積することを抑制でき、検出素子１０の劣化を抑制できる。
【００４４】
また、内側カバー３１の底面部３１１と、外側カバー３２の底面部３２１とを、軸方向に上記所定距離を隔てて配置しているので、▲１▼外側カバー３２の底面通過孔２３から外側カバー３２の内部へ未燃焼物質が侵入しても、この未燃焼物質が内側カバー３１の表面にたどりつくまでの移動経路を長くできる。▲２▼外側カバー３２の底面通過孔２３から外側カバー３２の内部へ水が侵入しても、この水が内側カバー３１の表面にたどりつくまでの移動経路を長くできる。
【００４５】
上記▲１▼により、内側カバー３１の表面や検出素子１０の表面への未燃焼物質の堆積をさらに抑制でき、検出素子１０の異常値検出や劣化をさらに抑制できる。また、上記▲２▼により、内側カバー３１の表面や検出素子１０の表面への被水を抑制できるので、検出素子１０の急冷による素子割れを抑制できる。なお、上記▲１▼および▲２▼の効果を良好に得るために、本実施形態では上記所定距離を４．５ｍｍ程度としており、上記▲１▼および▲２▼の効果をより良好に得るためには、上記所定距離を５．０ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００４６】
また、内側カバー３１の底面通過孔２１の総面積を、外側カバー３２の底面通過孔２３の総面積よりも小さくしているので、外側カバー３２の底面部３２１と内側カバー３１の底面部３１１との間に形成される空間にガスが滞留しやすくなり、これらガス中に含まれる未燃焼物質をこの空間にて捕捉できる。よって、内側カバー３１の表面や検出素子１０の表面への未燃焼物質の堆積をさらに効果的に抑制できる。
【００４７】
また、内側カバー３１の側面部３１２と、外側カバー３２の側面部３２２とを、軸方向に垂直な方向に上記所定距離を隔てて配置しているので、内側カバー３１の側面部３１２と外側カバー３２の側面部３２２との間に空隙が形成され、この空隙により、上記活性温度以上に加熱される検出素子１０の保温性を保つことができる。
【００４８】
なお、検出素子１０の保温性を良好に保つために、本実施形態では上記所定距離を１．０ｍｍ程度としており、検出素子１０の保温性をより良好に保つためには、上記所定距離を２．０ｍｍ以上とするのが好ましい。
また、内側カバー３１の側面通過孔２２は、内側カバー３１の側面部３１２のうち、反応部１２ａ（図２参照）に対向する部位以外の部位に形成されているので、上記対向する部位に通過孔を形成する場合に比べて、検出素子１０の出力部の保温性を向上できる。よって、検出素子１０の出力部を良好に活性温度以上に保つことができるので、良好に酸素濃度を検出することができる。
【００４９】
また、内側カバー３１の通過孔２２から反応部１２ａへ至るガスの経路が迷路構造となるので、ガス中に含まれる未燃焼物質が、反応部１２ａの表面近傍に侵入することを抑制できる。よって、反応部１２ａの表面に未燃焼物質が堆積することを抑制でき、反応部１２ａの劣化を抑制できる。
また、内側カバー３１の底部３１１および側部３１２に通過孔２１、２２が形成されているので、底部３１１の通過孔２１と側部３１２の通過孔２２との間にガス流れを形成できる。よって、反応部１２ａに良好にガスを流すことができ、検出素子１０の応答性が良好となる。
【００５０】
（第２の実施形態）
図４に示す本実施形態は、上記第１の実施形態において内側カバー３１の側面通過孔２２（図１参照）を廃止したものである。つまり、内側カバー３１は、底面部３１１のみに通過孔２１を備えている。
なお、保温性の面からみて、側面通過孔２２（図１参照）を廃止した分だけ、内側カバー３１の底面通過孔２１の径（開口面積）を、上記第１の実施形態に比べて大きくできるので、底面通過孔２１におけるガスの出入りが良好に行なわれるので、検出素子１０の応答性も良好である。本実施形態では、底面通過孔２１の径を例えば３．５ｍｍ程度としている。
【００５１】
本実施形態によれば、内側カバー３１の側部３１２に通過孔を形成する場合に比べて、検出素子１０の出力部の保温性を向上できる。よって、検出素子１０の出力部をより良好に活性温度以上に保つことができるので、より良好に酸素濃度を検出することができる。
また、内側カバー３１の通過孔２１から反応部１２ａへ至るガスの経路が迷路構造となるので、ガス中に含まれる未燃焼物質が、反応部１２ａの表面近傍に侵入することを抑制できる。よって、反応部１２ａの表面に未燃焼物質が堆積することを抑制でき、反応部１２ａの劣化を抑制できる。
【００５２】
なお、通常は、図に示すように、内側カバー３１の側面部３１２の方が、内側カバー３１の底面部３１１に比べて、検出素子１０の出力部との距離が近いため、この側面部３１２に通過孔を形成せずに、底面部３１１のみに通過孔を形成することにより、検出素子１０の出力部の保温性を効果的に向上できる。
（第３の実施形態）
図５に示す本実施形態は、上記第１の実施形態において内側カバー３１の底面通過孔２１（図１参照）を廃止したものである。つまり、内側カバー３１は、側面部３１２のみに通過孔２１を備えている。これによれば、外側カバー３２の底面部３２１の通過孔２３から内側カバー３１の通過孔２２へ至るガスの経路が迷路構造となる。このため、▲１▼外側カバー３２の底面部３２１の通過孔２３からガス中に含まれる未燃焼物質が侵入しても、この未燃焼物質が内側カバー３１の通過孔２２に侵入するのを抑制できる。この結果、検出素子１０の表面への未燃焼物質の堆積をさらに抑制でき、検出素子１０の劣化をさらに抑制できる。▲２▼外側カバー３２の底面部３２１の通過孔２３からガス中に混入している水が侵入しても、この水が内側カバー３１の通過孔２２に侵入するのを抑制できる。この結果、検出素子１０の表面への被水を抑制でき、検出素子１０の急冷による素子割れを抑制できる。
【００５３】
（第４の実施形態）
図６に示す本実施形態は、上記第２の実施形態を変形したものであり、外側カバー３２のうち、内側カバー３１の底面部３１１よりもわずかに開口部側に相当する部位の全周にわたって、外側カバー３２の底面部３２１側が径小となるような段付き部３２ｂが形成されている。そして、外側カバー３２のうち、段付き部３２ｂよりも底面部３２１側の内径は、内側カバー３１の底面部３１１側の外形よりもわずかに（例えば０．２ｍｍ程度）大きい程度である。これにより、外側カバー３２のうち、段付き部３２ｂよりも底面部３２１側と、内側カバー３１の底面部３１１側とが近接するため、内側カバー３１の側面部３１２と外側カバー３２の側面部３２２との間に、空気の出入りが略遮断される空気層Ｓが形成される。この結果、検出素子１０の保温性をさらに向上できる。
【００５４】
また、外側カバー３２の底面通過孔２３から外側カバー３２内部へ導入された上記ガスのほとんどが、そのまま、内側カバー３１の底面通過孔２１から内側カバー３１内部へ導入されるので、上記第２の実施形態のような、内側カバー３１の外周部へも導入される場合に比べて、検出素子１０の応答性を向上できる。
（第５の実施形態）
本実施形態は、図７に示すように、外側カバー３２の底部（つまり、検出素子１０の先端１０ａ側に対向する部位）を全面的に開口することにより、通過孔２３を構成している。このように、外側カバー３２の底部の開口面積を大きくすることにより、カバー３２内部へガスを良好に出入りさせることができる。
【００５５】
（第６の実施形態）
本実施形態は、図８に示すように、外側カバー３２の底面部３２１に、通過孔２３を複数個（本実施形態では３つ）形成している。なお、外側カバー３２の外径が１２．０ｍｍ、内径が１１．０ｍｍであるものにおいて、底面通過孔２３のそれぞれの直径を２．３ｍｍとし、この底面通過孔２３の中心位置と、外側カバー３２の底面部３２１の中心位置との距離を３．８ｍｍとした。本実施形態によれば、カバー３１、３２におけるガスの出入りが複数の通過孔２３により行なわれるので、ガスの流れをスムースにできる。
【００５６】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、素子カバー３を、内側カバー３１および外側カバー３２からなる２重構造で構成していたが、内側カバー３１と外側カバー３２との間に、さらに中間カバーを介在させてもよい。
【００５７】
また、内側、外側カバー３１、３２の底面通過孔２１、２３は、その中心が軸心線上に配置されるように形成されていたが、その中心が軸心線からずれるように配置されてもよい。これによれば、外側カバー３２の底面通過孔２３から内側カバー３１の底面通過孔２１への経路が多少長くなるので、未燃焼物質の検出素子１０側への堆積、検出素子１０の被水を抑制できる。
【００５８】
また、内側、外側素子カバー３１、３２の底面部３１１、３２１は平面形状であったが、曲面形状であってもよい。また、上記各通過孔２１、２２、２３の形状は円形のものを示したが、円形に限定する必要はなく、方形や、その他の形状でもよい。
また、上記第６の実施形態において、外側カバー３２の底面通過孔２３のみを複数としていたが、内側カバー３１の底面通過孔２１のみを複数としてもよいし、内側、外側カバー３１、３２の両方の底面通過孔２１、２３を複数としてもよい。さらに、底面通過孔２１、２３は、２つでもよいし、４つ以上であってもよい。
【００５９】
また、ヒータユニット２０は、検出素子１０に一体に形成してもよい。
また、吸気側配管１０１および排気側配管１０２の両方に、酸素濃度検出器１を装着していたが、いずれか一方に装着するようにしてもよい。
また、上記配管１０１、１０２の壁面に対して垂直に検出器１を装着し、この検出器１の先端側を、吸気ガス、および排気ガスが略垂直に通過するようにしていたが、検出器１の取り付けは、上記配管１０１、１０２の壁面に対して垂直（９０°）よりも多少前後にずれた角度になされてもよい。とくに、上記ガスが、その上流側から下流側にかけて、検出器１の軸方向下方側へ傾斜して流れるように、検出器１を配置することにより、外側カバー３２の底面通過孔２３の周辺部における未燃焼物質の堆積、および、この底面通過孔２３における未燃焼物質の通過をより大幅に低減できる。
【００６０】
また、上記各実施形態では、酸素濃度検出器１をディーゼルエンジン１００に適用したが、他にも、天然ガスを利用した発電用エンジンの排気ガスシステムなど、ガス中に素子カバー３に堆積しやすい物質を多く含むものに適用してもよい。
また、上記各実施形態では、限界電流式の検出素子１０を用いているが、他に、上記した絶縁拡散層１６を有さないポンプ電流式（濃淡電池式）の検出素子を用いてもよいし、半導体式の検出素子等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は第１の実施形態に係わる酸素濃度検出器の縦断面図、（ｂ）は検出素子の先端側の拡大縦断面図である。
【図２】（ａ）は検出素子の先端側および内側、外側カバーの拡大断面図、（ｂ）は図１（ａ）中Ａ−Ａで断面した酸素濃度検出器の横断面図である。
【図３】第１の実施形態に係わる酸素濃度検出器の装着場所を示す図である。
【図４】（ａ）は第２の実施形態に係わる酸素濃度検出器の先端側縦断面図、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａで断面した酸素濃度検出器の横断面図である。
【図５】（ａ）は第３の実施形態に係わる酸素濃度検出器の先端側縦断面図、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａで断面した酸素濃度検出器の横断面図である。
【図６】（ａ）は第４の実施形態に係わる酸素濃度検出器の先端側縦断面図、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａで断面した酸素濃度検出器の横断面図である。
【図７】第５の実施形態に係わる酸素濃度検出器の先端側縦断面図である。
【図８】第６の実施形態に係わる酸素濃度検出器における外側カバーの底面部の正面図である。
【図９】（ａ）は従来技術に係わる酸素濃度検出器の先端側縦断面図、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａで断面した酸素濃度検出器の横断面図である。
【符号の説明】
１…酸素濃度検出器、１０…検出素子、１０ａ…先端、１１…接ガス部、
２１、２２、２３…通過孔、３１…内側カバー、３２…外側カバー、
３１１、３２１…底面部（底部）。

Claims

その先端（１０ａ）側に、吸気ガスまたは排気ガスと接する接ガス部（１１）を有する長尺形状に形成され、前記吸気ガスまたは前記排気ガス中の酸素濃度を検出する検出素子（１０）と、
前記検出素子（１０）の近傍に設けられ、前記検出素子（１０）を加熱するヒータユニット（２０）と、
前記検出素子（１０）の前記先端（１０ａ）に対向する底部（３１１、３２１）を有する略コップ形状に形成され、前記検出素子（１０）の前記接ガス部（１１）を覆うように配置される素子カバー（３１、３２）とを具備し、
前記素子カバー（３１、３２）には、前記吸気ガスまたは前記排気ガスが通過可能な通過孔（２１、２２、２３）が形成されており、
前記素子カバー（３１、３２）は、前記接ガス部（１１）に近接して設けられる内側カバー（３１）と、この内側カバー（３１）の外側に設けられ、前記吸気ガスまたは前記排気ガスと直接接する外側カバー（３２）とを少なくとも備え、
前記外側カバー（３２）は、この外側カバー（３２）の底部（３２１）のみに、前記通過孔（２３）を備え、
前記内側カバー（３１）の底部（３１１）と、前記外側カバー（３２）の底部（３２１）とは、軸方向に所定距離を隔てて配置されており、
前記内側カバー（３１）の底部（３１１）に前記通過孔（２１）が形成されており、この内側カバー（３１）の底部（３１１）に形成される前記通過孔（２１）の総面積は、前記外側カバー（３２）の底部（３２１）に形成される前記通過孔（２３）の総面積よりも小さい酸素濃度検出器であって、
前記内側カバー（３１）の側部（３１２）と、前記外側カバー（３２）の側部（３２２）とは、軸方向に垂直な方向に所定距離を隔てて配置されており、
前記内側カバー（３１）の側部（３１２）と、前記外側カバー（３２）の側部（３２２）との間の空隙（Ｓ）は、前記吸気ガスまたは前記排気ガスの出入りが略遮断されるようになっていることを特徴とする酸素濃度検出器。
その先端（１０ａ）側に、吸気ガスまたは排気ガスと接する接ガス部（１１）を有する長尺形状に形成され、前記吸気ガスまたは前記排気ガス中の酸素濃度を検出する検出素子（１０）と、
前記検出素子（１０）の近傍に設けられ、前記検出素子（１０）を加熱するヒータユニット（２０）と、
前記検出素子（１０）の前記先端（１０ａ）に対向する底部（３１１、３２１）を有する略コップ形状に形成され、前記検出素子（１０）の前記接ガス部（１１）を覆うように配置される素子カバー（３１、３２）とを具備し、
前記素子カバー（３１、３２）には、前記吸気ガスまたは前記排気ガスが通過可能な通過孔（２１、２２、２３）が形成されており、
前記素子カバー（３１、３２）は、前記接ガス部（１１）に近接して設けられる内側カバー（３１）と、この内側カバー（３１）の外側に設けられ、前記吸気ガスまたは前記排気ガスと直接接する外側カバー（３２）とを少なくとも備え、
前記外側カバー（３２）は、この外側カバー（３２）の底部（３２１）のみに、前記通過孔（２３）を備え、
前記内側カバー（３１）の底部（３１１）と、前記外側カバー（３２）の底部（３２１）とは、軸方向に所定距離を隔てて配置されており、
前記内側カバー（３１）の底部（３１１）に前記通過孔（２１）が形成されており、この内側カバー（３１）の底部（３１１）に形成される前記通過孔（２１）の総面積は、前記外側カバー（３２）の底部（３２１）に形成される前記通過孔（２３）の総面積よりも小さい酸素濃度検出器であって、
前記検出素子（１０）は、長尺形状の素子本体部（１３）の先端（１０ａ）側外周面に、外側電極（１２）の反応部（１２ａ）を形成させたものからなり、前記内側カバー（３１）の側部（３１２）のうち、前記反応部（１２ａ）に対向する部位以外の部位に、前記通過孔（２２）が形成されていることを特徴とする酸素濃度検出装置。
その先端（１０ａ）側に、吸気ガスまたは排気ガスと接する接ガス部（１１）を有する長尺形状に形成され、前記吸気ガスまたは前記排気ガス中の酸素濃度を検出する検出素子（１０）と、
前記検出素子（１０）の近傍に設けられ、前記検出素子（１０）を加熱するヒータユニット（２０）と、
前記検出素子（１０）の前記先端（１０ａ）に対向する底部（３１１、３２１）を有する略コップ形状に形成され、前記検出素子（１０）の前記接ガス部（１１）を覆うように配置される素子カバー（３１、３２）とを具備し、
前記素子カバー（３１、３２）には、前記吸気ガスまたは前記排気ガスが通過可能な通過孔（２１、２２、２３）が形成されており、
前記素子カバー（３１、３２）は、前記接ガス部（１１）に近接して設けられる内側カバー（３１）と、この内側カバー（３１）の外側に設けられ、前記吸気ガスまたは前記排気ガスと直接接する外側カバー（３２）とを少なくとも備え、
前記外側カバー（３２）は、この外側カバー（３２）の底部（３２１）のみに、前記通過孔（２３）を備え、
前記内側カバー（３１）の底部（３１１）と、前記外側カバー（３２）の底部（３２１）とは、軸方向に所定距離を隔てて配置されており、
前記内側カバー（３１）の底部（３１１）に前記通過孔（２１）が形成されており、この内側カバー（３１）の底部（３１１）に形成される前記通過孔（２１）の総面積は、前記外側カバー（３２）の底部（３２１）に形成される前記通過孔（２３）の総面積よりも小さい酸素濃度検出器であって、
前記検出素子（１０）は、長尺形状の素子本体部（１３）の先端（１０ａ）側外周面に、外側電極（１２）の反応部（１２ａ）を形成させたものからなり、前記内側カバー（３１）は、この内側カバー（３１）の底部（３１１）のみに、前記通過孔（２１）を備えていることを特徴とする酸素濃度検出器。
前記内側カバー（３１）の側部（３１２）と、前記外側カバー（３２）の側部（３２２）とは、軸方向に垂直な方向に所定距離を隔てて配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の酸素濃度検出器。
前記内側カバー（３１）の側部（３１２）と、前記外側カバー（３２）の側部（３２２）との間の空隙（Ｓ）は、前記吸気ガスまたは前記排気ガスの出入りが略遮断されるようになっていることを特徴とする請求項４に記載の酸素濃度検出器。
前記検出素子（１０）は、限界電流式、または、ポンプ電流式であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の酸素濃度検出器。
前記検出素子（１０）により、ディーゼルエンジンにおける吸気ガスまたは排気ガス中の酸素濃度を検出することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の酸素濃度検出器。