JPH0535327Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、被測定ガス中、なかでも内燃機関よ
り排出される排気ガス中の酸素濃度を検出するた
めの酸素センサに係り、特に板状の酸素検知素子
を保護カバーにて取り囲み、被測定ガスより保護
するようにした構造の酸素センサに関するもので
ある。

従来から、酸素濃度検出器として、内燃機関の
排気ガス中に含まれる酸素濃度を検知し、その検
出信号に基づいて内燃機関の燃焼状態を最適にコ
ントロールすることにより、排気ガスの浄化、燃
費の節減等を行なう酸素センサが知られている。
このセンサの一つは、酸素イオン伝導性の固体電
解質、例えば酸化カルシウムや酸化イツトリウム
をドープした酸化ジルコニウム等を隔壁とし、そ
の隔壁の両面に各々所定の電極層を設けたものを
検知素子とし、それら電極の一方を基準雰囲気、
また他方の電極を排気ガスに晒し、酸素濃淡電池
の原理によつて生ずる起電力を検出信号としてい
る。そして、このような酸素検知素子として、近
年、製造の容易性やコンパクト化の容易性などの
観点から、有底円筒形状のものに代わつて、かか
る検知素子を長手の板状体と為し、その一方の端
部に、上記排気ガス等の被測定ガスに晒される検
出部を設けたものが注目を浴びている。また、他
の一つのタイプのセンサとして、長手の板状体基
板上に酸素濃度により電気抵抗値の変化する酸化
物、例えば酸化チタンを設けたものを検知素子と
して用い、これを排気ガス等の被測定ガスに晒
し、酸素分圧による素子の電気抵抗変化を検知す
るようにしたものも知られている。

このような各種の酸素センサは、何れもその検
知素子が排気ガス管等の被測定ガス通路内に挿入
されて、排気ガス等の被測定ガスの流れに晒され
るものであるところから、かかる排気ガス等によ
る熱衝撃及び最高温度の緩和、排気ガス中に浮遊
して、飛来する粒子の検知素子への付着防止等の
ために、かかる検知素子の周囲を包囲するよう
に、一般に円筒状の保護カバーが設けられてい
る。そして、かかる保護カバーには、その側面に
ガス通路が開口せしめられ、かかる通路を通じ
て、排気ガス等の被測定ガスの流れがカバー内に
導入されて、内部の検知素子に接触せしめられる
ようになつているのである。この場合、保護カバ
ー内に流入して検知素子に接触する被測定ガスは
必要十分にして最小限であることが好ましく、不
必要な多量の被測定ガスの保護カバー内への流入
は、いたずらに検知素子の劣化を早めるのみであ
る。

ところで、前述の板状の酸素検知素子は、通
常、板の一方の面のそれも限られた小さな面積に
検知部が設けられており、このため前記保護カバ
ー内に流入して検知部と接触する被測定ガスは僅
かでよい一方、検知部に被測定ガスが直接当たる
ような保護カバー構造であると、検知部が小さな
面積であるが故に、酸素検知素子の劣化が促進さ
れることとなる。

しかしながら、かかる保護カバーに設けられる
ガス通路の配置構成は、有底円筒形状を為す検知
素子を用いる従来の酸素センサにおける保護カバ
ーの構造をそのまま適用するものであるところか
ら、ガス通路が保護カバーの全体にわたつて設け
られた構造となつており、このため、かかるガス
通路を通じて導入される排気ガスの如き被測定ガ
スが、多量に保護カバー内に流れ込み、そして酸
素検知素子先端の検知部以外の電極が設けられて
いない部分までもが、直接に晒されるようになつ
て、該酸素検知素子を構成する要素、例えば固体
電解質や白金電極等の劣化を惹起せしめて、セン
サ寿命を短くする問題を内在している。加えて、
このように酸素検知素子が板状体である場合にお
いては、保護カバーのガス導入通路の配置位置、
更には被測定ガスの流れに対するセンサの取付け
方向によつて、その応答速度が影響を受けるとい
う問題も内在しているのである。

ここにおいて、本考案は、かかる事情を背景に
して為されたものであつて、その目的とするとこ
ろは、保護カバーを通じて導入される被測定ガス
による酸素検知素子の劣化を効果的に防止して、
センサ寿命を向上せしめると共に、被測定ガスに
対する応答速度の方向選択性を減少させた酸素セ
ンサを提供することにある。

そして、この目的を達成するために、本考案に
あつては、長手の板状の酸素検知素子、該酸素検
知素子の先端部における板面の一方の上に設けら
れた被測定ガスに接触する酸素検知部、該酸素検
知素子の少なくとも先端部を収容して該酸素検知
部を被測定ガスより保護する筒状の保護カバーを
有する酸素センサにおいて、該保護カバーの側面
に設けられる被測定ガス流通孔を、該保護カバー
の前記酸素検知素子の側面に対向する部位、又は
かかる部位と共に、前記酸素検知部の設けられて
いない酸素検知素子の他方の板面に対向する保護
カバー部位に配置せしめたのである。

以下、本考案を更に具体的に明らかにするため
に、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明
することとする。

まず、第１図において、２は、ジルコニア等か
らなる酸素イオン伝導性の固体電解質にて形成さ
れている長手の板状の検知素子である。そして、
この検知素子２は、第２図にその外形形状が示さ
れる如く、狭幅の細長な板状体を為し、その内部
には、先端部において行き止まりとされた空気通
路（基準ガス通路）４が設けられている。また、
よく知られているように、図示はされていない
が、該検知素子２には、その先端部（第２図にお
いて左側の部分）において外側に露出されて、排
気ガス等の被測定ガスに晒される外側電極、即ち
検知部が設けられる一方、この外側電極に対応す
る検知素子２の内部において、空気通路４に露出
せしめられた内側電極が設けられており、それら
電極から該検知素子２の基部側（第２図において
右側部分）に延びる導電部を介して所定の電気信
号が外部に取り出されるようになつている。しか
も、この検知素子２は、その先端部の電極が配置
された部分を加熱するためのヒータ（図示せず）
を、公知の如く内蔵している。なお、このヒータ
による加熱によつて、作動開始時等における作動
の立上がり時間を短縮できるだけでなく、排気ガ
ス等の被測定ガスの温度が低くても、検知素子２
の先端検知部の温度を常に所定温度以上に保つこ
とができるところから、被測定ガス中の酸度濃度
の検出を常に安定して行なうことができるのであ
る。

そして、このような板状の検知素子２は、円筒
状の金属保護カバー６内に収容され、且つ絶縁碍
子８及び耐熱性シール材１０にて気密に保持され
た状態下において、円筒状のハウジング１２内に
収納されている。そして、所定の排気ガスパイプ
等の被測定ガス通路部材に対して、その先端部
（検知部）が挿入された状態下において、かかる
ハウジング１２部分において気密に取り付けられ
ることとなる。

ところで、このような構造の酸素センサにおい
て、その検知素子２の周囲を取り囲む保護カバー
６には、第３図ａ，ｂに示されるように、検知素
子２の側面に対向する位置に、被測定ガスの流通
孔１４の複数がそれぞれ設けられており、また保
護カバー６の先端底面も開口されて、被測定ガス
の流通孔１８とされている。而して、それらガス
流通孔１４，１８は、検知素子２の両側面の対向
部位及び保護カバーの先端底面にのみに設けられ
ており、その他の保護カバー６部分には、全く設
けられてはいないのである。

ここにおいて、検知素子の側面とは、板状検知
素子の厚さ方向に延びる面（厚さ方向に対して直
角な方向の両側に位置する面）を指し、換言すれ
ば検知部を設けた面及びその反対側の面の両主面
以外の面を指すものである。

従つて、このような構造の保護カバー６を有す
る酸素センサにあつては、それが排気ガス等の被
測定ガスの流れ内に位置するように取り付けられ
ると、被測定ガスは、第３図ｂに示されるよう
に、可及的に最小限の量において、一方のガス流
通孔１４から保護カバー６内に導入されることと
なるが、かかるガス流通孔１４は、検知素子２の
側面に対向するように位置せしめられているとこ
ろから、導入された被測定ガスは分流されて、か
かる検知素子２の両面に沿つて流れ、そして再び
合流して、他方の側のガス流通孔１４から、また
先端底面のガス流通孔１８から、保護カバー６の
外側を流れる被測定ガスの流れ内にそれぞれ放出
されるようになるのである。

このように、被測定ガスは、検知素子２の側面
に対向する位置に設けたガス流通孔１４から、必
要最小限の量において、保護カバー６内に導入さ
れるものであるところから、検知素子２を構成す
る固体電解質や電極等に対する直接的な影響を極
力排除することができ、これによつてそれらの劣
化を効果的に抑制せしめ、以てセンサ寿命の向上
を有利に達成し得るのである。

しかも、保護カバー６に設けられたガス流通孔
１４は、検知素子２と略一線上に並んで、対称的
に配置せしめられるものであるところから、被測
定ガスの流れが検知素子２の板面に対して垂直な
方向となる位置において酸素センサが取り付けら
れない限りにおいて、各種の異なる方向からの被
測定ガスの流れに対して、相対向する二つの位置
のガス流通孔１４の何れか一方から、被測定ガス
は保護カバー６内に効果的に導入され得るもので
あつて、このためセンサ取付け位置に比較的関係
なく、その応答性を良好と為し得るのである。換
言すれば、センサの取付け方向によつて、その応
答速度が影響されるようなことも、殆どないばか
りでなく、先端底面にもガス流通孔１８があるの
でガスの流れがスムーズであり、従つて応答性も
より良好となるものである。

なお、上例の実施例のセンサにあつては、保護
カバー６の側面に設けられるガス流通孔１４はそ
れぞれの側において三個とされているが、その個
数は適宜に決定されるものであり、またその大き
さ、配置間隔等にあつても、本考案の目的、作用
効果が奏され得るように、適宜に決定されること
となる。

また、上例では、保護カバー６の先端部は開口
された状態とされているが、これに代えて、閉鎖
した状態とすることも可能であり、更にはその閉
鎖部分に適当な通孔などを設けても何等差支えな
いのである。

さらに、ガス流通孔は酸素検知素子の側面に対
向する位置にのみではなく、第４図に示す如く被
測定ガスに接触する検知部１６が主板面の一方の
みにある場合には、該検知部１６と反対側の板面
に対向する位置にもガス流通孔１４を設けても良
い。この場合にも、検知部１６が被測定ガスの直
撃によつて劣化することを防止できる。また、酸
素検知素子２を保護カバー６の軸方向に、即ち第
３図ａにおいて右方に移動せしめて、その先端の
酸素検知部が前記ガス流通孔１４に対して保護カ
バー６の軸方向で対応しないように位置せしめる
ことも可能である。

さらにまた、上例の検知素子２は、酸素イオン
伝導性の固体電解質を用いた酸素濃淡電池の原理
を利用したものであるが、これに代えて、被測定
ガス中の酸素濃度により電気抵抗値の代わる酸化
物、例えばチタニア等からなる検知素子を用いる
ことも可能である。

また、その他、本考案には、その趣旨を逸脱し
ない範囲内において、当業者の知識に基づいて
種々なる変形、改良、修正等を加え得ること、言
うまでもないところである。

以上詳述したように、本考案に係る酸素センサ
は、その保護カバーに設けられる被測定ガス流通
孔を、必要に応じて設けられる保護カバー先端底
面のガス流通孔と共に、酸素検知部が設けられた
板面に対向しない位置に、即ち酸素検知素子の側
面に対向するように、又はかかる側面と共に、酸
素検知部の設けられていない他方の板面に対向す
るように、設けたものであつて、これにより酸素
濃度の検出に必要な可及的に少量の被測定ガスが
導入されて、酸素検知素子に晒されることとなる
のであり、以てかかる被測定ガスの酸素検知素子
に対する曝露による直接的な影響を極力回避せし
めて、該酸素検知素子の劣化を防止し、その耐久
性を効果的に向上せしめ得ると共に、センサの取
付方向による応答速度の影響を排除したものであ
つて、内燃機関の空燃比を制御するための排ガス
センサ等として、産業上大きな意義を有するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る酸素センサの一実施例を
示す要部半截断面説明図であり、第２図は第１図
のセンサに用いられる検知素子の一例を示す斜視
図であり、また第３図ａは第１図のセンサの保護
カバーに設けられたガス流通孔を示す要部説明図
であり、第３図ｂは第１図における−断面略
図であり、第４図は本考案による酸素センサの他
の実施例における第３図ｂに対応する断面略図で
ある。 ２……検知素子、４……空気通路、６……保護
カバー、１２……ハウジング、１４，１８……ガ
ス流通孔、１６……酸素検知部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 長手の板状の酸素検知素子、該酸素検知素子
   の先端部における板面の一方の上に設けられた
   被測定ガスに接触する酸素検知部、該酸素検知
   素子の少なくとも先端部を収容して該酸素検知
   部を被測定ガスより保護する筒状の保護カバー
   を有する酸素センサにおいて、 該保護カバーの側面に設けられる被測定ガス
   流通孔を、該保護カバーの前記酸素検知素子の
   側面に対向する部位、又はかかる部位と共に、
   前記酸素検知部の設けられていない酸素検知素
   子の他方の板面に対向する保護カバー部位に配
   置せしめたことを特徴とする酸素センサ。 (2) 前記板状の酸素検知素子が、ジルコニアを主
   成分とする固体電解質に所定の電極を設けたも
   のである実用新案登録請求の範囲第１項記載の
   酸素センサ。 (3) 前記酸素検知素子が、ヒータを内蔵するもの
   である実用新案登録請求の範囲第１項又は第２
   項記載の酸素センサ。