JPH06100573B2 - 酸素濃度検出器 - Google Patents

酸素濃度検出器

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JPH06100573B2
JPH06100573B2 JP59110770A JP11077084A JPH06100573B2 JP H06100573 B2 JPH06100573 B2 JP H06100573B2 JP 59110770 A JP59110770 A JP 59110770A JP 11077084 A JP11077084 A JP 11077084A JP H06100573 B2 JPH06100573 B2 JP H06100573B2
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gas
gas flow
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    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
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    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
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    • GPHYSICS
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    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0011Sample conditioning

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は酸素濃度検出器に係り、とくに自動車エンジン
排気などの固体微粒子を含むガス中の酸素濃度を検出す
るのに好適な酸素濃度検出器に関する。
〔従来の技術〕
従来、ジルコニアなどの固体電解質における酸素濃淡電
池あるいは酸素ポンプの原理に基づく方式、さらにチタ
ニアなどの金属酸化物における酸素イオン伝導現象を用
いた方式などによる酸素濃度検出器があり、これらはい
ずれも温度依存性を有することがよく知られている。さ
らにこの温度依存性を少なくするために検出素子に接近
して加熱素子を設け、被検ガスの温度に影響されないよ
うに改良することも提案されている(例えば特開昭58−
166252号)。
一方、自動車エンジンの供給混合気をよりきめ細かく制
御し、排気浄化と燃料消費性能,運転性能を従来より以
上に改善するため、上記原理による酸素濃度検出器の検
出範囲を従来の所謂理論空燃比の点のみから、使用空燃
比全域とくに希薄域にまで広げることが要求されてい
る。この場合検出素子はその材料物性からもより高温で
(理論空燃比点検出の300℃以上から800℃前後一定に)
制御される必要がある。排気管内温度は−50℃〜+800
℃で、また気流々速は0〜100m/secで変動するため殆ん
ど常時加熱する必要があるが、燃料消費低減の面から加
熱電力を僅少に止めることも要求される。そのため、検
出部分の熱容量を小さくし、排気管装着部への伝熱を抑
制するような支持方法が必要となり、支持部材を含めた
形態は一般に細長くなり、検出素子として小容積の板
状,デスク状,膜状のものが提案されている(例えば特
開昭58−42965号)。一方、排気中に吸入空気と燃料・
潤滑油の燃焼反応およびエンジンシリンダとピストン,
吸排気弁と弁座などの摺動接触動作などによって、炭
素,マグネシウム,珪素,燐,硫黄,カルウム,クロ
ム,鉄,亜鉛,鉛などの固形粒子が存在し、排気管内壁
などに付着堆積することが知られている(例えば自動車
技術1972年 Vol.26,No.9)。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記従来技術ではこれらの付着堆積物の
うち鉛,亜鉛,鉄,クロム,カルシウムなどの比較的重
いものは800℃の赤熱状態でも固形状態にあるため、800
℃に加熱された検出素子表面であっても衝突によって付
着堆積し素子表面のガス拡散孔あるいは電極三相界面が
覆われて遂には検出不能に至るという問題があった。こ
の固形粒子による悪影響は、検出素子が小さくなる程強
く受けることになる。
本発明の目的は、固形粒子を含み、温度並びに流速が変
動する被検ガス中においても長期間にわたり、所望の検
出能力を維持できる酸素濃度検出器を提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、一端に設けられた電気的接続端子と他端に
設けられた検出素子とを有するとともに被検ガス通路壁
に支持された検出基体と、前記検出基体を囲むように前
記被検ガス通路内に設けられ、前記検出素子に接するよ
うに被検ガスを流通させるためのガス流通口を有する有
底管とを備えた酸素濃度検出器において、前記ガス流通
口は前記被検ガス通路壁近傍に設けられ被検ガスが流入
するための第一の外周面ガス流通口及び被検ガスが流出
するための第二の外周面ガス流通口と、前記有底管の底
面に設けられ前記第一の外周面ガス流通口から流入した
被検ガスの一部が流出するための底面ガス流通口とから
構成し、前記検出素子は前記第一の外周面ガス流通口と
前記底面ガス流通口との間の前記第一の外周面ガス流通
口より離れた位置に配置することによって達成される。
〔作用〕
被検ガスの大部分は検出素子より離れた被検ガス通路の
内壁近傍を流れるようになるため被検ガス中に含まれる
固体粒子の検出素子への付着系の直接的影響を防止でき
る。また、検出素子と接する被検ガスの流れは第一の外
周面ガス流通口から底面ガス流通口に向って流れるため
検出素子近傍でよどむことはなく、検出精度の低下を防
ぐことができる。
〔実施例〕
以下図面により、本発明の一実施例を説明する。第1図
〜第2図はいずれも本発明実施例の要部断面図で、第1
図が縦断面、第2図が横断面を示す。両図において1は
細長い矩形板状の検出基体で、部分安定化ジルコニア固
体電解質体である。該基体の一端側に、加熱素子(図示
せず)を内蔵した検出素子2が設けてある。検出素子2
の詳細は特願昭57−141068号に示されるものである。基
体1の他端からは加熱素子と検出素子2からの電気配線
が接続されハーネス6に接続される。基体1の中間部は
つば部を有するホルダ金具3にアルミナ粉,タルク粉,
無機接着剤によって気密封止される。7は有底円管状の
保護金具で大開口側にはつば部を有しており、フランジ
金具4の段付穴に挿入され、ホルダ金具3と共に溶接固
着される。5は外筒金具で大径側つば部がフランジ金具
4の段付穴部に挿入されて溶接固着され、小径側を圧着
加締めてハーネス6を保持している。保護金具7のつば
部側外周にはガス流通口31,32,33が開口しており、さら
に検出素子が配置されている側の近傍には前記ガス流通
口31〜33より小径のガス流通口34が開口している。以上
により酸素濃度検出器本体が構成される。8は自動車エ
ンジン排気管の一部であり、その一部に植込ボルト12を
有する取付台金具9が設けてある。検出器本体はパッキ
ング10を介在させて、取付台金具9に置かれ、ナット11
によってねじ止めされる。保護金具7の外周面ガス流通
口31〜33は排気管8に装着された状態で、排気管8の内
壁に接近した位置に設定しており、検出素子2は外周面
ガス流通口31〜33より離れて位置する。
以上の構成配置による本実施例の動作を説明する。第1
図において、被検ガスである排気流が図の左から右に流
れる場合、排気管8内の排気流は保護金具7によって遮
られ、その一部が外周面ガス流通口31より流入し、流入
排気の大部分は反対側の外周面ガス流通口32より流出
し、一部分のみが底面ガス流通口34より流出する。
冒頭に述べたように自動車エンジンの排気管内は、温度
−50℃〜800℃,流速0〜100m/secで大幅に変動し、さ
らに金属および非金属の固形状態粒子が含まれている
が、本実施例によれば、保護金具7内の排気流は検出素
子2から離れた所を通過するので、固形粒子の大部分と
くに金属元素などの思いものは流速に乗ってガス流通口
32より排出され、検出素子2表面に衝突付着することは
ない。固形粒子の極く一部分でさらに炭素などの軽いも
ののみが底面ガス流出口34を通る可能性はあるが、検出
素子2部分は内蔵加熱素子により800℃の高温に維持さ
れているため、これらの浮遊粒子は付着堆積しない。
ここで本実施例では加熱素子による検出素子の温度制御
面でも有利に動作する。即ち排気温度と排気流速が大幅
に変動しても、保護金具7の外周面ガス流通口31〜33
が、排気管8の内壁面近傍にしてあるので、保護金具7
内の流速と温度の変動は大きく緩和される。その上、検
出素子2が外周面ガス流通口31〜33および排気管8内壁
より遠く離れているため、検出基体1との熱の授受によ
る影響は、さらに大幅に緩和される。
以上の動作は排気流が一方向のみで、流速が一定ないし
は緩やかに変動する場合であったが、さらに詳しくは排
気流の流動様式をみると、たとえば自動車の急加速,急
減速状態などでは、排気流の方向すらも変動することが
ある。この場合、単に外周面ガス流通口31〜32のみであ
ると、一種のチャンバである保護金具7内の流速はポン
ピング作用によって激しく変動し、底面部即ち検出素子
2の近傍でもかなりの流速まで変動して検出素子の出力
が酸素濃度とは無関係に変動すると共に、前述の固形粒
子の直撃付着を受けやすくなる。これに対して本実施例
では外周ガス流通口33、さらに底面ガス流通口34を設け
てあるため、ポンピング作用が緩和され、検出素子2近
傍の流速が変動して高まらず、固形粒子の付着が防止さ
れる。この場合底面ガス流通口34は外周面ガス流通口31
〜33より小径としてあるため、排気流速が一定ないし緩
やかに変動する自動車エンジンの大部分の運転領域にお
いても、底面流通口34からの流通量は静圧によることと
相俟って外周流通口31〜33より少なく制限される。要は
流通口34の実質的な流通量を流通口31〜32のそれよりも
小さくすることである。
以上の本発明実施例では、加熱素子を有する細長い板状
基体の酸素濃度検出基体につき述べたが、加熱素子のな
いさらには別形状の例えば角柱,円柱などの検出基体に
対しても、検出素子が被検ガス通路壁より離れた位置に
配置されるものに対して本発明を適用することは有効で
あり、検出素子への固形粒子の付着堆積を防止し、素子
温度の変動を抑制できる。
また本検出器の装着個所が被検排気流の流れ方向が一定
の個所の場合には、本実施例における底面ガス流通口34
あるいは外周ガス流通口33を省略することも可能であ
る。
さらにまた、本実施例ではこれらガス流通口31〜34をす
べて円穴としてあるが、他の形状例えば角穴・溝状穴で
あってもよく、穴数も2〜5個に限定されない。要は保
護金具7内を流通するガス流が、実質的に検出素子2よ
り離れ、排気管8の内壁近くを流れるようにしたものは
本発明に包含される。
以上のように本発明の望ましい一実施例によれば被検ガ
ス中の固形粒子による検出素子への付着堆積を防止され
る。また、被検ガスの温度と流速の変動による検出素子
の温度変動が抑制される。さらに、また被検ガスの流れ
方向変動による検出素子の出力変動誤差をも除去され
る。従って固形粒子を含み温度と流速さらに流れ方向
が、変動する被検ガス中においても長期間にわたり安定
した検出機能を発揮できるという優れた効果が得られ
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば被検ガスによる検出素子への影響を受け
ずに所望の検出能力を維持できる。
【図面の簡単な説明】
第1図並びに第2図は本発明実施例の要部断面図で、第
1図は縦断面、第2図はその横断面を示す。 1……検出基板、2……検出素子、7……保護金具、3
1,32,33……外周ガス流通口、34……底面ガス流通口。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一端に設けられた電気的接続端子と他端に
    設けられた検出素子とを有するとともに被検ガス通路壁
    に支持された検出基体と、前記検出基体を囲むように前
    記被検ガスが通路内に設けられ、前記検出素子に接する
    ように被検ガスを流通させるためのガス流通口を有する
    有底管とを備えた酸素濃度検出器において、前記ガス流
    通口は前記被検ガス通路壁近傍に設けられ被検ガスが流
    入するための第一の外周面ガス流通口及び被検ガスが流
    出するための第二の外周面ガス流通口と、前記有底管の
    底面に設けられ前記第一の外周面ガス流通口から流入し
    た被検ガスの一部が流出するための底面ガス流通口とか
    ら構成され、前記検出素子は前記第一の外周面ガス流通
    口と前記底面ガス流通口との間の前記第一の外周面ガス
    流通口より離れた位置に配置されていることを説徴とす
    る酸素濃度検出器。
JP59110770A 1984-04-02 1984-06-01 酸素濃度検出器 Expired - Lifetime JPH06100573B2 (ja)

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