JPH1123520A - 酸素センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検出気体中における酸素濃度の変動に対し
て応答性が高く、且つ温度依存性の低い酸素センサを提
供する。 【解決手段】 ジルコニア製の板材２５〜２８からなる
センサ素子１４とアルミナヒータ２４との積層体からな
る酸素センサ１１の検出部１２は、被検出気体中の酸素
分子を拡散律速させるべく拡散律速板２８を備える。拡
散律速板２８は、孔径３００〜１３００Åの細孔を複数
有する多孔質体よりなる拡散律速板２８ａと、孔径０．
１〜２ｍｍの貫通孔ＰＨを有する拡散律速板２８ｂとか
ら形成される。拡散律速板２８ａは、被検出気体中の酸
素分子にクヌーセン拡散を主とした拡散態様を生じせし
める。拡散律速板２８ｂは、同被検出気体中の酸素分子
に分子拡散を主とした拡散態様を生じせしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体中の酸素濃度
を検出する酸素センサに係り、特に、固体電解質からな
るセンサ素子と、このセンサ素子の酸素濃度に対する感
応特性を向上させるべく同センサ素子を加熱する発熱体
とが積層されて構成される酸素センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば内燃機関における空燃比のフィー
ドバック制御システムにあっては、同機関の排気ガス中
の酸素濃度を検出する手段、或いは排気再循環（ＥＧ
Ｒ）ガスやブローバイガスを含む吸入空気（吸気）中の
酸素濃度を検出する手段として酸素センサが用いられて
いる。そしてこのような酸素センサとしては、例えば図
９に示す酸素センサ１１１のように、ケース（図示略）
に内蔵された保持ユニット（図示略）内において、積層
センサ素子（ジルコニア素子）１１４と該センサ素子１
１４を所定の活性化温度（例えば７００℃）に加熱、保
持するためのヒータ（アルミナヒータ）１２４とが互い
に積層されて位置決め固定された構造を有するものが知
られている。このセンサ素子１１４とヒータ１２４の先
端部は、互いに接合された状態で保持ユニットの外側へ
突出し、ガス流入カバー（図示略）により覆われてい
る。なお、前記センサ素子１１４は、被検出気体を拡散
律速させるべく通常数１００〜数１０００Å径の気孔が
複数形成された拡散律速板１２８、上記所定の活性化温
度下で酸素イオンを透過させることのできる固体電解質
層１２６、及び通電により被検出気体中の酸素をイオン
化させて前記固体電解質層を透過させ得る陰陽の電極１
３１，１３３等の積層体として構成されている。すなわ
ち、拡散律速層１２８の気孔を通過した被検出気体中の
酸素分子が陰電極１３１に接触するとともに、各電極間
に所定電圧が印加されることにより、両電極１３１，１
３３間には同気体中の酸素濃度に応じた一定の電流（限
界電流）が流れ、この限界電流の大きさから被検出気体
中の酸素濃度が検出されるようになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
酸素センサ１１１にあっては、被検出気体中における酸
素濃度の変化に対する応答性や、当該酸素濃度を測定す
るために前記電極１３１，１３３を介して検出される電
流値の温度依存性は、前記拡散律速板１２８の気孔径分
布に強く支配される。

【０００４】ちなみに、この拡散律速板１２８内での酸
素分子の拡散態様は、気孔径が比較的小さい場合（１０
０Å以下）にはクヌーセン拡散が優先し、気孔径が比較
的大きい場合（１００００Å程度）には分子拡散が優先
することが知られている。そして、前記拡散律速板１２
８内における酸素分子の拡散態様としてクヌーセン拡散
が優先する場合、被検出気体中の酸素濃度の変動に対し
て酸素センサ１１１の応答性は低くなり、一方分子拡散
が優先する場合、被検出気体中の酸素濃度の変動に対し
て酸素センサ１１１の応答性は高くなるという傾向がみ
られる。また、クヌーセン拡散が優先する場合、周囲の
温度上昇に対して酸素センサ１１１の検出する限界電流
値は下降し、一方分子拡散が優先する場合、周囲の温度
上昇に対して酸素センサ１１１の検出する限界電流値は
上昇する傾向にある。また被検出気体の圧力に対する特
性においては、分子拡散が優先する場合、限界電流値は
圧力の変化に対してほとんど依存性を示さないが、クヌ
ーセン拡散が優先する場合、圧力が上昇するほど限界電
流値も上昇する傾向にある。

【０００５】すなわち、拡散律速板１２８において、酸
素濃度の変動に対する応答性、温度特性、或いは圧力特
性等の全ての面で満足できる気孔径分布を選ぶことは極
めて困難な状況となっている。

【０００６】近年の排気ガス規制の強化に伴い、特に車
両搭載用ディーゼルエンジンの空燃比制御に用いられる
吸気側酸素センサのように、ＥＧＲガス等の導入の有無
によって温度と共に激しく変動する吸気中の酸素濃度を
迅速に捕らえてその都度の最適な燃料噴射量を決定しな
ければならないシステムにおいてその吸気側酸素濃度の
検出に用いられる酸素センサにあっては、より応答性が
高く、しかも温度依存性の低い酸素センサが要求される
ようになってきているものの、上記実情から、その実現
も危ぶまれていた。

【０００７】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、被検出気体中に
おける酸素濃度の変動に対して応答性が高く、且つ温度
依存性の低い酸素センサを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載した発明では、固体電解質からな
り電流検出部を有するセンサ素子と、該電流検出部に接
触する酸素分子を拡散律速せしめる拡散律速層とが積層
されてなる酸素センサにおいて、前記拡散律速層は前記
酸素分子に各異なる態様での拡散律速を付与する複数の
拡散律速部を備え、前記センサ素子はそれら複数の拡散
律速部にて拡散律速される酸素分子が各別に接触される
複数の電流検出部を備えることを要旨とする。

【０００９】同構成によれば、同一の被検出体中の酸素
分子が上記複数の拡散律速部を通じて複数の態様で拡散
律速されるとともに、それら複数の態様で拡散律速され
た酸素分子は各別の電流検出部を通じてその酸素濃度に
対応した電流が検出されるようになる。このため、酸素
濃度の変動に対する応答性の高い信号や温度依存性の低
い信号等をそれら検出出力或いはその組み合わせ等に基
づき任意に得ることができるようになる。

【００１０】請求項２に記載した発明では、請求項１に
記載の酸素センサにおいて、前記拡散律速層は第１及び
第２の２つの拡散律速部からなり、前記第１の拡散律速
部は分子拡散にて前記酸素分子を拡散律速させるもので
あり、前記第２の拡散律速部はクヌーセン拡散にて前記
酸素分子を拡散律速させるものであることを要旨とす
る。

【００１１】同構成によれば、拡散律速過程の酸素分子
に分子拡散及びクヌーセン拡散という２種の異なる拡散
態様を生じせしめることができるとともに、それら拡散
態様に応じた特性の異なる検出信号を複合的に得ること
ができるようになる。このため、例えば分子拡散による
拡散律速を生じせしめた側で応答性の高い検出出力を
得、また双方の検出出力を合成することでその温度特性
を相殺するなどといった利用が可能となる。

【００１２】請求項３に記載した発明では、請求項２に
記載の酸素センサにおいて、前記第１の拡散律速部は、
孔径０．１〜２ｍｍのピンホールからなる拡散律速孔を
有して構成され、前記第２の拡散律速部は平均孔径３０
０〜１３００Åの複数の細孔を有する多孔質体にて形成
されてなることを要旨とする。

【００１３】請求項４に記載の発明では、請求項２に記
載の酸素センサにおいて、前記第１の拡散律速部は平均
孔径１００００Å以上の複数の細孔を有する多孔質体に
て形成されてなり、前記第２の拡散律速部は平均孔径３
００〜１３００Åの複数の細孔を有する多孔質体にて形
成されてなることを要旨とする。

【００１４】請求項３及び４に記載した発明の構成によ
れば、分子拡散にて酸素分子を拡散律速せしめる第１の
拡散律速部及びクヌーセン拡散にて酸素分子を拡散律速
せしめる第２の拡散律速部を各々好適な態様で実現する
ことができるようになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）本発明をディーゼルエンジンの吸気管
内に搭載される限界電流型の酸素センサに具体化した第
１の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。

【００１６】図１は、酸素センサ１１における検出部１
２を示し、図２は図１の２−２線断面を示し、さらに図
３は図２の３−３線断面を示している。これらの図に示
すように、酸素センサ１１は、センサ素子１４と、同セ
ンサ素子１４を所定の活性化温度に加熱、保持するため
のヒータ２４と、それらの積層体の外周を覆う有孔カバ
ー（図示略）とを備えている。ヒータ２４はセンサ素子
１４に固定され、センサ素子１４及びカバーはいずれも
酸素センサ１１のハウジング（図示略）に支持されてい
る。酸素センサ１１は、センサ素子１４、ヒータ２４及
びカバーの先端部が上記エンジンの吸気管（図示略）内
部に突出するようにして同管に取り付けられる。

【００１７】また、同図１〜図３に示すように、センサ
素子１４はそれ自体積層構造をなし、酸素イオン導電性
ジルコニア（ＺｒＯ2）とイットリア（Ｙ2Ｏ3）との混
合物からなる複数の板材２５〜２８によって構成されて
いる。またこのセンサ素子１４は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ
3）から形成されるヒータ２４と同図１〜図３に示され
る態様で積層されている。なお、センサ素子１４の検出
部１２において、その上部に積層されている板材２８
（２８ａ，２８ｂ）は被検出気体中の酸素分子を拡散律
速する拡散律速板である。ここで、拡散律速板２８ａに
は、３００〜１３００Åの径を有する細孔（図示略）が
複数形成されており、後述する陰電極側空間３５ａ’内
にはこれら細孔を通じて吸気管内を流通するガス（被検
出気体）が導入されるようになっている。また、拡散律
速板２８ｂには、後述する陰電極側空間３５ｂ’に通じ
る孔径０．１〜２ｍｍのピンホールからなる拡散律速孔
ＰＨが開口しており、同陰電極側空間３５ｂ’にはこの
拡散律速孔ＰＨを通じて吸気管内を流通するガス（被検
出気体）が導入されるようになっている。カーボンや微
細なガラス等のこれら拡散律速板２８ａ及び２８ｂ内部
への侵入を防ぐために、同拡散律速板２８ａ及び２８ｂ
の上部は、さらにトラップ層（多孔質体）２９によって
覆われている。また、ヒータ２４には、図２及び図３に
示される態様で発熱体４４及びそのリード４５が設けら
れている。

【００１８】図４は、こうした酸素センサ１１の各部を
分解して示している。同図４に示すように、こうした酸
素センサ１１にあって、その検出部１２は、電極形成用
の板材（固体電解質層）２６と、同板材２６の上下面に
積層される陰電極側空間形成用の板材２７及び陽電極側
空間形成用の板材２５を備えている。板材２６の上下面
にはそれぞれ２組の陰電極３１ａ，３１ｂ及びそのリー
ド３２ａ，３２ｂと、陽電極３３ａ，３３ｂ（図２又は
図３において示す）及びそのリード（図示略）とが設け
られている。これら陰電極３１ａ，３１ｂ及び陽電極３
３ａ，３３ｂの各リードは、センサ素子１４基端部のリ
ード取り出し部（図示略）からそれぞれ取り出され、エ
ンジンの電子制御装置（図示略）等に電気的に接続され
るようになる。

【００１９】上記板材２５には、その先端付近の上記陽
電極３３ａ，３３ｂに対応する位置に矩形孔３４が形成
されている。矩形孔３４は、その矩形を形成する内壁の
先端部側が一部途切れ、外部への通気孔４１を形成して
いる。この結果、板材２５の内壁面、板材２４の上面、
及び板材２６の下面とによって区画された空間により陽
電極側空間３４’（図２及び図３参照）が形成され、ま
た、この陽電極側空間３４ａは、前記通気孔４１を介し
てセンサ素子１４の外部と通じている。

【００２０】これに対して板材２７の先端部付近には、
陰電極３１ａ，３１ｂとそれぞれ対応する位置に矩形孔
３５ａ，３５ｂが形成されている。そして、板材２７の
上面にはこれら矩形孔３５ａ，３５ｂをそれぞれ閉塞す
るようにして上記拡散律速板２８ａ及び２８ｂが積層さ
れている。この結果、拡散律速板２８ａ及び２８ｂの各
下面、矩形孔３５ａ，３５ｂの内周面、及び板材２６の
上面によって区画された空間により陰電極側空間３５
ａ’，３５ｂ’（図２及び図３参照）が形成される。

【００２１】一方、ヒータ２４は上述のように、例えば
白金等からなる発熱体４４及び発熱体用リード４５を内
蔵している。このヒータ２４を形成するアルミナ（Ａｌ
2Ｏ3）は絶縁性であり、且つ高い熱伝導性を有する。こ
のヒータ２４は、発熱体４４への通電により発熱してセ
ンサ素子１４を所定温度（例えば７００℃）以上に加熱
する。この加熱によりセンサ素子１４の活性化が図られ
るようになっている。

【００２２】次に上記のように構成された酸素センサ１
１の作用について述べる。エンジンが始動されると、ヒ
ータ２４の発熱体４４への通電によりセンサ素子１４が
加熱されるとともに、陰電極３１ａと陽電極３３ａ、陰
電極３１ｂと陽電極３３ｂとの間に各々所定の電圧が印
加される。被検出気体中の酸素分子は、拡散律速板２８
によって拡散律速されつつ、陰電極３１ａ側にあっては
拡散律速板２８ａの細孔を通過して同電極３１ａに、ま
た陰電極３１ｂ側にあっては拡散律速板２８ｂの主に前
記拡散律速孔ＰＨを通過して各陰電極３１ａ，３１ｂ上
に達し、それぞれイオン化される。そして、イオン化さ
れた酸素分子は、それら電極が形成された板材（固体電
解質）２６中を陽電極３３ａ，３３ｂに向かって移動す
る。該酸素イオンは陽電極に電子を供与し自らは通気孔
４１より排出されるが、このとき両電極３１ａ，３３ａ
間及び電極３１ｂ，３３ｂ間に流れる電流が各々限界電
流値として検出される。

【００２３】ここで、拡散律速板２８は図２において示
すように、一方の陰電極３１上にある陰電極側空間３５
ａ’を覆う拡散律速板２８ａと、他方の陰電極３１ｂ上
にある陰電極側空間３５ｂ’を覆う拡散律速板２８ｂと
によって構成されている。拡散律速板２８ａは上述した
ように、孔径３００〜１３００Åの多孔質によって形成
されており、同拡散律速板２８ａによる酸素分子の拡散
態様はクヌーセン拡散が優先となる。一方、拡散律速板
２８ｂには、上述したように、孔径０．１〜２ｍｍの拡
散律速孔ＰＨが形成されている。同拡散律速孔ＰＨを通
過する酸素分子の拡散態様は分子拡散が優先する。した
がって上記陰陽電極３１ａ，３３ａ間及び陰陽電極３１
ｂ，３３ｂ間に流れる限界電流値も、これら拡散態様に
応じて、それぞれ図５（ａ）及び図５（ｂ）にα及びβ
として示す特性をもって変化するようになる。

【００２４】図５（ａ）は、本実施形態に係る酸素セン
サ１１において、拡散律速板２８ａ及び２８ｂに対応す
る各々の電極に流れる限界電流値が被検出気体の圧力変
化に対してどのように変動するかを示している。なお、
同図５（ａ）中において、実線αは酸素分子が拡散律速
板２８ａを通過して陰電極３１ａに接触する場合の限界
電流値、また点線βは酸素分子が拡散律速板２８ｂを通
過して陰電極３１ｂに接触する場合の限界電流値、そし
て一点鎖線γは両限界電流値の平均値（積算値）を示し
ている。同図に示すように、被検出気体の圧力の上昇に
伴い実線αによって示される限界電流値は上昇してい
る。一方、点線βによって示される限界電流値は圧力に
関わらずほぼ一定の値を保持している。そこで、例えば
一点鎖線γによって示すように、前記線α及びβによっ
て示される限界電流値を積算してその平均値をとった場
合、限界電流値は圧力変化に対して一定とはならないも
のの、その圧力変化に対する変化率、すなわち依存の度
合いは実線αに比してほぼ２分の１に軽減されることに
なる。

【００２５】一方、図５（ｂ）は、酸素センサ１１にお
いて、拡散律速板２８ａ及び２８ｂに対応して各々の電
極に流れる限界電流値が、被検出気体の温度変化に対し
てどのように変動するかを示している。なお、同図５
（ｂ）中においても図５（ａ）と同様に、実線αは酸素
分子が拡散律速板２８ａを通過して陰電極３１ａに接触
する場合の限界電流値、また点線βは酸素分子が拡散律
速板２８ｂを通過して陰電極３１ｂに接触する場合の限
界電流値、そして一点鎖線γは両限界電流値の平均値
（積算値）を示している。同図に示すように、実線αに
よって示される限界電流値は被検出気体の温度の上昇に
伴い下降している（負の温度特性）。逆に、点線βによ
って示される限界電流値は温度の上昇に伴い上昇してい
る（正の温度特性）。そこで、例えば一点鎖線γによっ
て示すように、前記線α及びβによって示される限界電
流値を積算してその平均値をとった場合、限界電流値は
温度変化に対してほぼ一定となる。すなわち、温度変化
にほとんど依存しなくなる。

【００２６】このように、限界電流型酸素センサによる
酸素濃度検出に際して、分子拡散に依存した拡散律速を
生じせしめる拡散律速板２８ｂを通過させた後検出され
る限界電流値と、クヌーセン拡散に依存した拡散律速を
生じせしめる拡散律速板２８ａを通過させた後検出され
る限界電流値とを積算することにより、圧力及び温度変
化に対する依存性の低い検出信号を得ることが比較的容
易となる。また、上記分子拡散による酸素分子の拡散速
度はクヌーセン拡散に比べ非常に速いことが知られてい
る。このため拡散律速板２８を通過する酸素分子の拡散
態様は、全体として拡散律速板２８ｂに設けられた上記
拡散律速孔ＰＨを通過する酸素分子の分子拡散により支
配されることになる。すなわち、このことは、本実施形
態に係る酸素センサ１１によって、被検出気体の酸素濃
度の変動に対する応答性も好適に高められることを意味
する。なお、前記電極が形成された板材（固体電解質
層）２６は、ヒータ２４に埋設された発熱体４４からの
加熱により活性化され続けることで上述した各酸素イオ
ンの透過性を常に安定に保つ。

【００２７】以上説明したように、本実施形態によれば
以下に示す効果が得られる。・酸素濃度算出のための限
界電流値に基づいた検出信号を、被検出気体の圧力変化
や温度変化に依存せず、且つ酸素濃度変化に対して高応
答性をもって得ることができる。

【００２８】なお、本実施形態の酸素センサ１１におい
ては、拡散律速板２８ｂを貫通して陰電極側空間３５
ｂ’に開口する拡散律速孔ＰＨを只１つだけ設けたが、
このような拡散律速孔ＰＨを同拡散律速板２８ｂに複数
設けてもよい。

【００２９】また、拡散律速板２８ａ，２８ｂは、同一
材料を用いて形成してもよい。例えば、複数の細孔を有
する多孔質体の板材を一枚形成し、その拡散律速板２８
ｂに対応する一部のみに上記実施形態で説明した拡散律
速孔ＰＨを設けることによって、一枚の板材を２種の拡
散律速部として同時に用いることもできる。この場合、
同板材全体のうちの拡散律速孔ＰＨを含まない部分にお
いて酸素分子にクヌーセン拡散を優先して生じせしめ、
拡散律速孔ＰＨを含む部分においては分子拡散を優先し
て生じせしめることができる。 （第２実施形態）次に、本発明の第２の実施形態を、前
記第１の実施の形態と異なる部分を中心に説明する。

【００３０】図６は、本実施形態に係る酸素センサ１
１’における検出部１２’を示し、図７は図６の７−７
線断面を示している。さらに図８には同酸素センサ１
１’の積層体構造に係る分解図を示す。本実施形態に係
る酸素センサ１１’もまた、前記第１の実施形態に係る
酸素センサ１１と同様、ディーゼルエンジンの吸気管内
に搭載される限界電流型のものである。

【００３１】図６〜図８に示すように、本実施形態の酸
素センサ１１’にあっても、センサ素子１４’とヒータ
２４との積層体からなることは前記第２実施形態の酸素
センサ１１と同様であるが、このセンサ素子１４’は、
その拡散律速板７８として、先の拡散律速板２８（２８
ａ，２８ｂ）とは異なる２枚の拡散律速板７８ａ及び７
８ｂを備えている。拡散律速板７８ａには、３００〜１
３００Åの径の細孔が複数形成されている。一方、拡散
律速板７８ｂには孔径１００００Å以上の大きさの細孔
が複数形成されている。両拡散律速板７８ａ，７８ｂ
は、互いに隣り合わせに密着された状態で、板材２６上
に設けられた陰電極３１ａ，３１ｂをそれぞれ覆うよう
にして、同板２６上に直接積層されている。また、両拡
散律速板７８ａ，７８ｂの上部はトラップ層２９によっ
て覆われている。さらに、同板２６上にあって、陰電極
３１ａ，３１ｂに通電を行うリード３２ａ，３２ｂ上に
は、板材８０が積層され、両リード３２ａ，３２ｂを覆
う。板材２６は前記第１実施形態の酸素センサ１１の固
体電解質層２６と同一の部材であり、その下面には前記
陰電極３１ａ，３１ｂに対応する位置に陽電極３３ａ，
３３ｂが設けられている。さらに、板材２６の下層には
矩形孔３４を有する板材２５が積層され、最下層には第
１実施形態の酸素センサ１１のものと同一のヒータ２４
が積層された構成となっている。

【００３２】次に、本実施形態に係る酸素センサ１１’
の作用について説明する。トラップ層２９を通過して各
拡散律速板７８ａ又は７８ｂに到達した被検出気体中の
酸素分子は各拡散律速板を介して拡散律速されつつ陰電
極３１ａ或いは陰電極３１ｂに接触する。

【００３３】この際、拡散律速板７８ａには、前述した
ように孔径３００〜１３００Åの細孔が複数形成されて
おり、同細孔を通過する酸素分子の拡散の態様としては
クヌーセン拡散が優先することになる。一方、拡散律速
板７８ｂには孔径１００００Å以上の細孔が複数形成さ
れており、同板７８ｂを通過する酸素分子の拡散態様と
しては分子拡散が優先することになる。

【００３４】したがって、拡散律速板７８ａにより拡散
律速された酸素分子が陰陽電極３１ａ，３３ａ間を通過
する際に検出される限界電流値と、拡散律速板７８ｂに
より拡散律速された酸素分子が陰陽電極３１ｂ，３３ｂ
間を通過する際に検出される限界電流値とは、第１の実
施形態において図５にそれぞれα及びβで示した特性と
ほぼ同様の傾向を示すこととなる。

【００３５】このため、本実施形態に係る酸素センサ１
１’にあっても、拡散律速板７８ａに対応して設けられ
た陰陽電極３１ａ，３３ａ間で検出される限界電流値
と、拡散律速板７８ｂに対応して設けられた陰陽電極３
１ｂ，３３ｂ間で検出される限界電流値との積算値等を
用いることにより、酸素センサ１１’周囲の圧力変化や
温度変化に依存しない若しくは依存度合いの少ない検出
信号を得ることができるようになる。また、拡散律速板
７８ｂでは分子拡散が優先して行われることで、酸素濃
度変化に対する応答性も好適に確保される。

【００３６】なお、上記各実施形態の酸素センサにあっ
ては、各陰陽電極３１ａ，３３ａ及び３１ｂ，３３ｂ間
に生じる異なる特性の限界電流値の積算値に基づいて酸
素濃度を算出するとしたが、前記２種の限界電流値を２
つの変数とした所定の関数をコンピュータ等に記憶させ
ておき、それら限界電流値の関数として算出された値を
基にして酸素濃度算出を行うようにしてもよい。

【００３７】また、上記各実施形態においては、限界電
流型の酸素センサについて説明したが、他に例えば、被
検出気体と大気との相対的な酸素濃度比を検出する酸素
濃淡電池型等の酸素センサについても本発明は同様に適
用することができる。さらに、酸素イオンを伝導させる
検出素子と、その検出素子を昇温させるためのアルミナ
ヒータとを備えるいかなるタイプの酸素センサに対して
も、上記実施形態に準じたかたちで本発明を適用するこ
とはできる。

【００３８】また、上記各実施形態においては、２種の
異なる特性を有する拡散律速部と、各々の拡散律速部に
対応する検出部を設ける構成としたが、３種類以上の拡
散律速部と各々に対応する検出部を設けてもよい。また
この場合、それら拡散律速部に採用する孔の孔径等も任
意である。

【００３９】また、上記各実施形態においては、ディー
ゼルエンジンの吸気側に設けられる酸素センサについて
説明したが、ガソリンエンジンの吸気側或いはディーゼ
ル、ガソリンエンジンを問わずエンジンの排気側に設け
る酸素センサに対しても本発明を適用することができ
る。

【００４０】さらに、本発明の酸素センサはエンジン用
に限定されず、気体中の酸素濃度を検出する各種機器に
用いられるものであってもよい。また、上記各実施形態
においては、２種の異なる拡散律速部に対応する検出部
において、特性の異なる限界電流値を共に酸素濃度検出
のための検出信号として用いた。これに対し、クヌーセ
ン拡散の拡散態様を優先的に生じさせる拡散律速部に対
応して設けられた検出部は、被検出気体の圧力に依存性
の高い検出信号（限界電流値）を出力することに鑑み、
当該検出部を被検出気体の圧力検出部として用いてもよ
い。このような構成とすることによって、１つのセンサ
素子により酸素濃度及び圧力を検出し得る複合センサを
構成することができる。

【００４１】以上、本発明に係る各実施形態について説
明したが、同実施形態から把握できる請求項以外の技術
思想について、以下にその効果と共に記載する。・請求
項２記載のセンサにおいて、前記第２の拡散律速部に対
応して設けられる検出部は被検出気体の圧力検出を行う
ものであることを特徴とする複合物理量センサ。

【００４２】かかる構成によれば、被検出気体中の酸素
濃度と圧力とを１つのセンサ素子にて検出することがで
きるようになる。

【００４３】

【発明の効果】請求項１に記載した発明によれば、同一
の被検出体中の酸素分子が上記複数の拡散律速部を通じ
て複数の態様で拡散律速されるとともに、それら複数の
態様で拡散律速された酸素分子は各別の酸素濃度検出部
を通じてその酸素濃度が検出されるようになる。このた
め、酸素濃度の変動に対する応答性の高い信号や温度依
存性の低い信号等をそれら検出出力或いはその組み合わ
せ等に基づき任意に得ることができるようになる。

【００４４】請求項２に記載した発明によれば、拡散律
速過程の酸素分子に分子拡散及びクヌーセン拡散という
２種の異なる拡散態様を生じせしめることができるとと
もに、それら拡散態様に応じた特性の異なる検出信号を
複合的に得ることができるようになる。このため、例え
ば分子拡散による拡散律速を生じせしめた側で応答性の
高い検出出力を得、また双方の検出出力を合成すること
でその温度特性を相殺するなどといった利用が可能とな
る。

【００４５】請求項３及び４に記載した発明によれば、
分子拡散にて酸素分子を拡散律速せしめる第１の拡散律
速部及びクヌーセン拡散にて酸素分子を拡散律速せしめ
る第２の拡散律速部を各々好適な態様で実現することが
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る酸素センサの一実施形態を示す斜
視図。

【図２】図１の２−２線に沿った断面図。

【図３】図２の３−３線に沿った断面図。

【図４】同実施形態の酸素センサの検出部を分解して示
す斜視図。

【図５】同実施形態の酸素センサによる限界電流値と圧
力及び温度との関係を示すグラフ。

【図６】他の実施形態に係る酸素センサを示す斜視図。

【図７】図６の７−７線に沿った断面図。

【図８】同実施形態の酸素センサの検出部を分解して示
す斜視図。

【図９】従来の積層型酸素センサの構造例を示す断面
図。

【符号の説明】

１１…酸素センサ、１２…検出部、１４（２５〜２８）
…センサ素子、２４…ヒータ（アルミナヒータ）、２５
…陽電極側空間形成用板材、２７…陰電極側空間形成用
板材、２８（２８ａ，２８ｂ），７８（７８ａ，７８
ｂ）…拡散律速板、ＰＨ…拡散律速孔、２９…トラップ
層、３１ａ，３１ｂ…陰電極、３２ａ，３２ｂ…陰電極
側リード、３３ａ，３３ｂ…陽電極、３４…矩形孔、３
４’…陽電極側空間、３５ａ，３５ｂ…矩形孔、３５
ａ’，３５ｂ’…陰電極側空間、４４…発熱体、４５…
発熱体リード部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体電解質からなり電流検出部を有するセ
   ンサ素子と、該電流検出部に接触する酸素分子を拡散律
   速せしめる拡散律速層とが積層されてなる酸素センサに
   おいて、 前記拡散律速層は前記酸素分子に各異なる態様での拡散
   律速を付与する複数の拡散律速部を備え、前記センサ素
   子はそれら複数の拡散律速部にて拡散律速される酸素分
   子が各別に接触される複数の電流検出部を備えることを
   特徴とする酸素センサ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の酸素センサにおいて、 前記拡散律速層は第１及び第２の２つの拡散律速部から
   なり、前記第１の拡散律速部は分子拡散にて前記酸素分
   子を拡散律速させるものであり、前記第２の拡散律速部
   はクヌーセン拡散にて前記酸素分子を拡散律速させるも
   のであることを特徴とする酸素センサ。
3. 【請求項３】請求項２に記載の酸素センサにおいて、 前記第１の拡散律速部は、孔径０．１〜２ｍｍのピンホ
   ールからなる拡散律速孔を有して構成され、前記第２の
   拡散律速部は平均孔径３００〜１３００Åの複数の細孔
   を有する多孔質体にて形成されてなることを特徴とする
   酸素センサ。
4. 【請求項４】請求項２に記載の酸素センサにおいて、 前記第１の拡散律速部は平均孔径１００００Å以上の複
   数の細孔を有する多孔質体にて形成されてなり、前記第
   ２の拡散律速部は平均孔径３００〜１３００Åの複数の
   細孔を有する多孔質体にて形成されてなることを特徴と
   する酸素センサ。