WO2015076194A1 - 酸素センサ素子 - Google Patents

Abstract

　酸素センサ素子１は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体２と、固体電解質体２の一方の表面に設けられた、触媒作用のある測定電極３と、固体電解質体２の他方の表面に設けられた、触媒作用のある基準電極３５と、測定電極３を加熱するためのヒータ５とを有している。酸素センサ素子１によって被測定ガスＧ中の酸素濃度を測定する際に、ヒータ５によって加熱された測定電極３において、被測定ガスＧに曝される接触部位の面積Ｓにおける、表面温度が４５０℃未満となる低温領域の面積Ｓ１の割合（％）が１５％以下である。

Description

酸素センサ素子

　本発明は、被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ素子に関する。

　酸素濃度を検出する酸素センサ素子は、エンジン（内燃機関）の排気管等の排気ガスを排気する部位に配置され、エンジンにおいて燃焼を行う際の空燃比を最適に制御するためなどに用いられる。酸素センサ素子は、固体電解質体に対して、排気ガス等の被測定ガスに曝される電極と、大気等の基準ガスに曝される電極とを設けて構成されている。そして、一対の電極間に流れる酸素イオン電流の変化を測定して、エンジンにおける空燃比が、理論空燃比に対して、燃料過剰なリッチ側に変動したか、空気過剰なリーン側に変動したかを検出している。
　例えば、特許文献１の酸素センサ素子においては、固体電解質体における、被測定ガスが接触する範囲である被測定ガス接触面に対して、固体電解質体の表面に設ける測定電極の位置を規定している。そして、ヒータによる測定電極の加熱を効果的に行って、酸素センサ素子のセンサ出力が得られるまでの活性時間を短くしている。

特開平１１－１５３５７１号公報

　酸素センサ素子は、白金等の触媒作用のある電極を用いる場合、エンジンにおける空燃比が理論空燃比となるストイキ近傍（λ点＝１の近傍）において、酸素イオン電流による出力波形の変化が見られる。一般に、空燃比がストイキ近傍からリーン側にシフトするほどＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量は多くなることが知られている。そのため、ＮＯｘの排出量を少なくするためには、空燃比がリーン側にシフトしたことを早期に検出することが必要になる。
　しかしながら、特許文献１においては、ヒータによる測定電極の加熱を効果的に行うことが示されているのみであり、ＮＯｘの排出量を少なく抑える工夫はなされていない。

　本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、酸素センサ素子を適用する内燃機関において、ＮＯｘの排出量を少なく抑えることができる酸素センサ素子を提供しようとして得られたものである。

　本発明の一態様は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体と、該固体電解質体の一方の表面に設けられた、触媒作用のある測定電極と、上記固体電解質体の他方の表面に設けられた、触媒作用のある基準電極と、上記測定電極を加熱するためのヒータとを有する酸素センサ素子において、
　被測定ガス中の酸素濃度を測定する際に、上記ヒータによって加熱された上記測定電極において、被測定ガスに曝される接触部位の面積Ｓにおける、表面温度が４５０℃未満となる低温領域の面積Ｓ１の割合が１５％以下であることを特徴とする酸素センサ素子にある。

　上記酸素センサ素子においては、被測定ガス中の酸素濃度を測定する状態において、測定電極における接触部位の表面温度の分布を適切にして、ＮＯｘの排出量を少なく抑える工夫をしている。
　具体的には、酸素センサ素子においては、内燃機関から排気される排気ガス等である被測定ガス中の酸素濃度を測定する状態において、測定電極はヒータによって加熱される。そして、このヒータによって加熱される測定電極の表面温度が、酸素センサ素子における出力波形の変化点であるλ点の僅かなずれを左右することがわかった。このλ点は、排気ガス等である被測定ガスがリッチ側にシフトすると１よりも僅かに小さくなり、被測定ガスがリーン側にシフトすると１よりも僅かに大きくなる。
　そして、測定電極の接触部位の全体において、表面温度が４５０℃未満となる低温領域の面積の割合が１５～２０％の付近において、λ点が僅かにリッチ側にシフトすることがわかった。

　このことより、接触部位の面積Ｓにおける低温領域の面積Ｓ１の割合（％）が１５％以下である場合、すなわち、酸素センサ素子がＳ１／Ｓ≦０．１５の関係を有する場合に、λ点が僅かにリッチ側にシフトしたことに伴う、ＮＯｘの排出量の低減効果を得られることがわかった。なお、接触部位における、低温領域以外の領域の温度は４５０℃以上である。
　それ故、上記酸素センサ素子によれば、酸素センサ素子を適用する内燃機関において、ＮＯｘの排出量を少なく抑えることができる。

　上記ＮＯｘの排出量を少なく抑えることができる理由は、次のように考えられる。
　一般に、内燃機関における空燃比がストイキ近傍（理論空燃比の近傍）からリッチ側にシフトするほどＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素）の排出量が増加する。また、内燃機関における空燃比がストイキ近傍からリーン側にシフトするほどＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量が増加する。そして、ＮＯｘの排出量を少なく抑えるためには、酸素センサ素子の特性として、被測定ガス中の酸素濃度に基づいて検知する内燃機関の空燃比がリーン側にシフトしたことを直ちに検出できることが要求される。

　ところで、空燃比がリッチ側にシフトしたときに多く排出されるＣＯ，ＨＣは、測定電極の接触部位の表面温度が低くなると、この接触部位の表面に吸着しやすくなる。そして、接触部位における４５０℃未満の低温領域の割合が多くなると、内燃機関における空燃比がリッチ側にシフトしたときに、接触部位にリッチガス（空燃比がリッチ側にシフトしたときの被測定ガス）中のＣＯ，ＨＣがより多く吸着することになる。この状態で、空燃比がリッチ側からリーン側に変化したとき、接触部位においては、吸着されているＣＯ，ＨＣとリーンガス（空燃比がリーン側にシフトしたときの被測定ガス）との平衡反応時間が長くなる。そして、リーンガスが、測定電極と固体電解質体との界面に到達するまでの時間が遅延することになる。

　この場合、内燃機関における空燃比がリーン側にシフトし、酸素センサ素子における測定電極に、リーンガスが既に到達しているにも拘らず、酸素センサ素子においては、リーンガスを迅速に検出することができない。そのため、内燃機関における空燃比の制御は、よりリーン側にシフトさせる制御となるか、リーン側へのシフトを維持する制御となる。これにより、内燃機関における空燃比がリーン側に長い時間シフトし、これに伴ってＮＯｘの排出量が増加してしまうことになる。
　この課題を改善するために、上記酸素センサ素子においては、接触部位における４５０℃未満の低温領域を極力少なくする。そして、内燃機関における空燃比の制御の課題を解決し、ＮＯｘの排出量を少なく抑えることができると考えられる。

　また、上記低温領域を、表面温度が４５０℃未満の領域として規定した理由は、次のようになる。なぜならば、触媒作用のある白金電極等の電極（測定電極、基準電極）へのＣＯ，ＨＣの吸着は、４５０℃よりも温度が低くなると多く発生するからである。
　また、上記接触部位の面積Ｓにおける低温領域の面積Ｓ１の割合は８％以下であることがさらに好ましい。言い換えれば、酸素センサ素子は、Ｓ１／Ｓ≦０．０８の関係を有することがさらに好ましい。
　この場合、酸素センサ素子における出力波形の変化点であるλ点を、１よりも僅かに小さいリッチ側の位置に安定させることができ、ＮＯｘの排出量をより効果的に少なく抑えることができる。

　また、接触部位の面積Ｓにおける低温領域の面積Ｓ１の割合Ｓ１／Ｓは、次のように測定することができる。
　酸素センサ素子が酸素濃度を検出する使用状態になるように、ヒータによって測定電極及び基準電極を加熱する。また、サーモビューア（サーモグラフィ）によって、測定電極の表面温度を測定するために、酸素センサ素子を覆うカバーを取り外す又は切断しておく。そして、サーモビューアによって、測定電極における接触部位の各部の温度分布が測定される。この温度分布に基づき、接触部位における、温度が４５０℃未満である面積の割合を算出して、低温領域の面積の割合Ｓ１／Ｓを測定することができる。

実施例にかかる、酸素センサ素子における測定電極及び基準電極を示す断面図。 実施例にかかる、酸素センサ素子における測定電極を示す断面図。 実施例にかかる、λ点と酸素センサ素子の出力特性との関係を模式的に示すグラフ。 確認試験にかかる、測定電極の接触部位の面積における低温領域の面積の割合Ｓ１／Ｓと、酸素センサ素子のλ点との関係を示すグラフ。 確認試験にかかる、低温領域の面積の割合Ｓ１／Ｓが０．１５である場合における、検知部の基端位置とガス孔の先端位置との間の距離Ｋと、酸素センサ素子のλ点との関係を示すグラフ。 確認試験にかかる、低温領域の面積の割合Ｓ１／Ｓが０．１５である場合における、多孔質保護層の厚みとλ点との関係を示すグラフ。

　上述した酸素センサ素子における好ましい実施の形態につき説明する。
　上記酸素センサ素子において、上記固体電解質体は、筒形状の外周部と該外周部の先端を閉塞する先端底部とを有する有底筒形状を有している。また、上記測定電極は、上記固体電解質体の外周部の外側表面に設けられており、上記基準電極は、上記固体電解質体の外周部の内側表面に設けられている。さらに、上記ヒータは、上記固体電解質体の内側の空間に挿入されている。さらにまた、上記固体電解質体は、筒形状のカバー外周部と該カバー外周部の先端を閉塞するカバー先端底部とを有する有底筒形状のカバー内に、上記カバー先端底部と上記先端底部との向きを合わせて配置されている。そして、上記カバー外周部には、上記カバーの内側と外側との間で被測定ガスを流通させるためのガス孔が形成されている。そしてまた、上記測定電極における上記接触部位は、上記基準電極との間に流れる酸素イオン電流を検知するための検知部と、該検知部をセンサ回路に接続するために、該検知部に繋がった導体部とを有していてもよい。

　上記検知部における、上記先端底部から遠い側の基端位置は、上記ガス孔における、上記カバー先端底部に近い側の先端位置よりも先端側に位置することが好ましい。
　この場合には、酸素センサ素子における出力波形の変化点であるλ点を、１よりも僅かに小さいリッチ側の位置にすることができ、ＮＯｘの排出量をより効果的に少なく抑えることができる。なお、検知部における基端位置が、ガス孔における先端位置よりも基端側に位置すると、λ点がリーン側の位置にシフトし、酸素センサ素子によるＮＯｘの排出量を少なく抑える効果が減少してしまう。
　また、カバー内に流入する被測定ガスの流れ方向が、酸素センサ素子の軸方向に対して垂直である場合には、測定電極の接触部位にリッチガス中のＣＯ，ＨＣが吸着しやすい。この場合、上記検知部における基端位置を、上記ガス孔における先端位置よりも先端側に位置させることによる効果を顕著に得ることができる。

　また、上記固体電解質体の中心を通る中心軸線に平行な軸方向における、上記検知部の上記基端位置と上記ガス孔の上記先端位置との間の距離は、０～２ｍｍの範囲内にあることが好ましい。
　検知部における基端位置が、ガス孔における先端位置よりも先端側に離れ過ぎてしまうと、カバー内に流入する被測定ガスとしてのリーンガスが測定電極に到達するまでの時間が長くなると考えられる。この場合、酸素センサ素子がリーンガスを検出するまでの時間が遅延し、酸素センサ素子によるＮＯｘの排出量を少なく抑える効果が減少してしまう。
　そこで、検知部の基端位置とガス孔の先端位置との間の距離は、２ｍｍ以下であることにより、リーンガスが測定電極に到達するまでの時間を短く維持して、ＮＯｘの排出量をより効果的に少なく抑えることができる。

　また、上記固体電解質体の上記外側表面であって、少なくとも上記検知部の全体を覆う位置には、被測定ガスを通過させる一方、上記測定電極に付着する可能性のある被毒成分を捕獲する性質を有する多孔質保護層が設けられている。なお、該多孔質保護層の厚みは、２５０～３５０μｍの範囲内にあることが好ましい。
　多孔質保護層の厚みが２５０μｍ未満になる場合には、測定電極の接触部位にリッチガスが到達しやすくなり、この接触部位にリッチガス中のＣＯ，ＨＣが吸着しやすくなる。一方、多孔質保護層の厚みが３５０μｍ超過になる場合には、測定電極の接触部位にリーンガスが到達しにくくなる。その結果、酸素センサ素子がリーンガスを検出するまでの時間が遅延して、酸素センサ素子によるＮＯｘの排出量を少なく抑える効果が減少してしまう。

　以下に、酸素センサ素子１にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
　酸素センサ素子１は、図１に示すごとく、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体２と、固体電解質体２の一方の表面に設けられた、触媒作用のある測定電極３と、固体電解質体２の他方の表面に設けられた、触媒作用のある基準電極３５と、測定電極３を加熱するためのヒータ５とを有している。酸素センサ素子１によって被測定ガスＧ中の酸素濃度を測定する際に、図２に示すごとく、ヒータ５によって加熱された測定電極３において、被測定ガスＧに曝される接触部位３１の面積Ｓにおける、表面温度が４５０℃未満となる低温領域の面積Ｓ１の割合（％）が１５％以下である。なお、接触部位３１における、低温領域以外の領域の温度は４５０℃以上である。

　以下に、本例の酸素センサ素子１につき、図１～図３を参照して詳説する。
　図１に示すごとく、本例の酸素センサ素子１は、インナーカバー６内に配置された状態で、自動車の排気管内において使用される。また、被測定ガスＧは排気管を通過する排気ガスであり、酸素センサ素子１は、排気ガス中の酸素濃度を検出するために用いられる。
　固体電解質体２は、ジルコニアから構成されており、筒形状の外周部２１と、外周部２１の先端を閉塞する先端底部２２とを有している。そして、固体電解質体２は有底筒形状を有している。測定電極３は、固体電解質体２の外周部２１の外側表面２０１に設けられている。基準電極３５は、固体電解質体２の外周部２１の内側表面２０２に設けられている。ヒータ５は、固体電解質体２の内側の空間２０に挿入されている。ヒータ５は、アルミナの絶縁体基板と、この絶縁体基板に設けられた、通電によって発熱する導体とによって構成されている。

　図１～図２に示すごとく、固体電解質体２の内側の空間２０には、基準ガスＨとしての大気が取り込まれ、基準電極３５には、大気が接触する。固体電解質体２における測定電極３には、被測定ガスＧとしての排気ガスが接触する。酸素センサ素子１は、大気中の酸素濃度と排気ガス中の酸素濃度との差に応じて、測定電極３と基準電極３５との間に流れる酸素イオン電流を測定する。
　固体電解質体２は、インナーカバー（カバー）６内に配置されている。インナーカバー６は、筒形状のカバー外周部６１と、カバー外周部６１の先端を閉塞するカバー先端底部６２とを有している。そして、インナーカバー６は有底筒形状を有している。インナーカバー６のカバー先端底部６２の方向と、固体電解質体２の先端底部２２の方向とは同じになっている。

　図１に示すごとく、インナーカバー６は、アウターカバー７内に配置されている。インナーカバー６及びアウターカバー７は、酸素センサ素子１が取り付けられたケース１１に取り付けられている。インナーカバー６のカバー外周部６１には、インナーカバー６の内側と外側との間で被測定ガスＧを流通させるためのガス孔６１１が形成されている。また、インナーカバー６のカバー先端底部６２にも、インナーカバー６の内側と外側との間で被測定ガスＧを流通させるためのガス孔６２１が形成されている。さらに、アウターカバー７にも、被測定ガスＧを流通させるためのガス孔７１１が形成されている。
　酸素センサ素子１が排気管内に配置されたときには、固体電解質体２の中心を通る中心軸線Ｏに平行な軸方向Ｄが、排気管における被測定ガスＧの流れ方向Ｆに対して直交する。そして、カバー外周部６１のガス孔６１１からインナーカバー６内に流入する被測定ガスＧは、カバー先端底部６２のガス孔６２１からインナーカバー６の外部に流出する。

　図２に示すごとく、測定電極３における接触部位３１は、基準電極３５との間に流れる酸素イオン電流を検知するための検知部３１１と、検知部３１１をセンサ回路に接続するために、検知部３１１から引き延ばされた導体部３１２とを有している。検知部３１１は、固体電解質体２の外周部２１におけるほぼ全周に亘って設けられている。導体部３１２は、検知部の周方向の一部から固体電解質体２の基端側Ｄ２へ引き出されている。なお、導体部３１２における基端側Ｄ２の端部は、被測定ガスＧに接触しない部位に引き出されている。そして、測定電極３における、被測定ガスＧに曝される接触部位３１は、厳密には、検知部３１１の全体と、被測定ガスＧに曝される導体部３１２の先端側Ｄ１の部分となる。
　また、図２において、被測定ガスＧに曝される接触部位３１は、検知部３１１の全体と、固体電解質体２がケース１１に取り付けられた部分１１１よりも先端側Ｄ１に位置する導体部３１２の部分となる。

　検知部３１１における、先端底部２２から遠い側の基端位置３０１は、カバー外周部６１のガス孔６１１における、カバー先端底部６２に近い側の先端位置６０１よりも先端側Ｄ１に位置している。より具体的には、固体電解質体２の軸方向Ｄにおける、検知部３１１の基端位置３０１とガス孔６１１の先端位置６０１との間の距離Ｋは、０～２ｍｍの範囲内にある。
　また、固体電解質体２の外側表面２０１であって、少なくとも検知部３１１の全体を覆う位置には、多数の通気孔を有する多孔質保護層４が設けられている。多孔質保護層４は、被測定ガスＧを通過させる一方、測定電極３に付着する可能性のある被毒成分を捕獲する性質を有している。多孔質保護層４は、被測定ガスＧが測定電極３に到達する速度を制限する拡散層としての機能も有する。多孔質保護層４の厚みｔは、２５０～３５０μｍの範囲内にある。

　次に、酸素センサ素子１の作用効果につき説明する。
　酸素センサ素子１においては、内燃機関から排気される排気ガス等である被測定ガスＧ中の酸素濃度を測定する状態において、測定電極３及び基準電極３５はヒータ５によって加熱される。そして、このヒータ５によって加熱される測定電極３の表面温度が、酸素センサ素子１における出力波形の変化点であるλ点の僅かなずれを左右することがわかった。このλ点は、排気ガス等である被測定ガスＧがリッチ側（燃料過剰側）にシフトすると１よりも僅かに小さくなる。また、被測定ガスＧがリーン側（空気過剰側）にシフトすると１よりも僅かに大きくなる。なお、λ点は、内燃機関における空燃比が理論空燃比であるときに１を示す。
　そして、測定電極３の接触部位３１の全体において、表面温度が４５０℃未満となる低温領域の面積の割合が１５～２０％の付近において、λ点が僅かにリッチ側にシフトすることがわかった。

　このことより、接触部位３１の面積Ｓにおける低温領域の面積Ｓ１の割合が１５％以下である場合、すなわち、酸素センサ素子１がＳ１／Ｓ≦０．１５の関係を有する場合に、λ点が僅かにリッチ側にシフトしたことに伴う、ＮＯｘの排出量の低減効果を得られることがわかった。
　それ故、酸素センサ素子１によれば、酸素センサ素子１を適用する内燃機関において、ＮＯｘの排出量を少なく抑えることができる。

　図３には、λ点と酸素センサ素子１の出力特性Ａとの関係を模式的に示し、これに併せてλ点とＮＯｘの排出量Ｂとの関係、及びλ点とＨＣの排出量Ｃとの関係も模式的に示す。λ点が１である点は、内燃機関における空燃比が理論空燃比であることを示し、λ点が１よりも小さいと空燃比がリッチ側にあることを示し、λ点が１よりも大きいと空燃比がリーン側にあることを示す。同図３において、λ点がリッチ側にあるとＨＣの排出量Ｃが増加する一方で、ＮＯｘの排出量Ｂが減少する。一方、λ点がリーン側にあるとＮＯｘの排出量Ｂが増加する一方で、ＨＣの排出量Ｃが減少する。酸素センサ素子１においては、同図の矢印Ｅに示すごとく、λ点を意図的にリッチ側にシフトさせて、ＮＯｘの排出量Ｂを減少させる。なお、この際のＨＣの排出量Ｃの増加については、内燃機関の排気管に設けられた三元触媒等がＨＣを浄化することによって対処することができる。

（確認試験）
　本確認試験においては、上記実施例に示した酸素センサ素子１について、λ点をリッチ側にシフトさせて、ＮＯｘの排出量を少なく抑えられる構成を確認した。
　図４には、測定電極３の接触部位３１の面積Ｓにおける低温領域の面積Ｓ１の割合Ｓ１／Ｓと、酸素センサ素子１のλ点との関係を示す。同図に示すごとく、λ点は、Ｓ１／Ｓが０．２よりも大きい範囲、つまり低温領域が多い範囲においては、１に近い値を示す。一方、λ点は、Ｓ１／Ｓが０に近い範囲、つまり低温領域が極めて少ない範囲においては、０．９９９に近い値を示す。そして、λ点の値は、Ｓ１／Ｓが０．１５～０．２の付近で急変している。このことより、Ｓ１／Ｓを０．１５以下にすれば、λ点がリッチ側にシフトして、内燃機関におけるＮＯｘの排出量を低減する効果が得られることがわかる。

　また、同図においては、検知部３１１の基端位置３０１とガス孔６１１の先端位置６０１との間の距離Ｋを、－１ｍｍ、０ｍｍ、１ｍｍ、３ｍｍと変化させた場合の、Ｓ１／Ｓとλ点との関係も示している。距離Ｋが１ｍｍ、３ｍｍである場合は、検知部３１１の基端位置３０１が、ガス孔６１１の先端位置６０１よりも先端側Ｄ１にあることを意味する。また、距離Ｋが－１ｍｍである場合は、検知部３１１の基端位置３０１が、ガス孔６１１の先端位置６０１よりも基端側Ｄ２にあることを意味する。
　そして、距離Ｋが－１ｍｍである場合には、距離Ｋが０ｍｍ、１ｍｍ、３ｍｍである場合に比べて、λ点の値が、１に近づくリーン側にシフトしていることがわかる。また、距離Ｋが３ｍｍである場合には、距離Ｋが０ｍｍ、１ｍｍである場合に比べて、λ点の値が、リーン側に近くなっていることがわかる。

　図５には、低温領域の面積の割合Ｓ１／Ｓが０．１５である場合における、距離Ｋとλ点との関係を示す。同図に示すごとく、距離Ｋが１ｍｍの付近において、λ点が最も小さくなっている。すなわち、距離Ｋが１ｍｍの付近において、λ点が最もリッチ側にシフトしている。λ点がリッチ側にシフトすると内燃機関におけるＮＯｘの排出量を少なく抑えられることがわかっている。また、図４において、Ｓ１／Ｓが０．１５以下であるときのλ点の値は０．９９９２５以下と読み取ることができる。そのため、λ点が０．９９９２５以下となるように、距離Ｋは０～２ｍｍの範囲内にすることが好ましいことがわかった。

　また、図６には、低温領域の面積の割合Ｓ１／Ｓが０．１５である場合における、多孔質保護層４の厚みｔとλ点との関係を示す。同図に示すごとく、多孔質保護層４の厚みｔが３００μｍの付近において、λ点が最も小さくなっている。すなわち、多孔質保護層４の厚みｔが３００μｍの付近において、λ点が最もリッチ側にシフトしている。λ点がリッチ側にシフトすると内燃機関におけるＮＯｘの排出量を少なく抑えられることがわかっている。また、Ｓ１／Ｓが０．１５以下であるときのλ点の値は０．９９９２５以下であることより、λ点が０．９９９２５以下となるように、多孔質保護層４の厚みｔは２５０～３５０μｍの範囲内にすることが好ましいことがわかった。

　１　酸素センサ素子
　２　固体電解質体
　３　測定電極
　３１　接触部位
　３５　基準電極
　５　ヒータ
　Ｇ　被測定ガス
 

Claims (5)

1. 　酸素イオン伝導性を有する固体電解質体（２）と、
   　該固体電解質体（２）の一方の表面に設けられた、触媒作用のある測定電極（３）と、
   　上記固体電解質体（２）の他方の表面に設けられた、触媒作用のある基準電極（３５）と、
   　上記測定電極（３）を加熱するためのヒータ（５）と、
   　を有する酸素センサ素子（１）において、
   　被測定ガス（Ｇ）中の酸素濃度を測定する際に、上記ヒータ（５）によって加熱された上記測定電極（３）において、被測定ガス（Ｇ）に曝される接触部位（３１）の面積（Ｓ）における、表面温度が４５０℃未満となる低温領域の面積（Ｓ１）の割合が１５％以下であることを特徴とする酸素センサ素子（１）。
2. 　上記固体電解質体（２）は、筒形状の外周部（２１）と該外周部（２１）の先端を閉塞する先端底部（２２）とを有する有底筒形状であり、
   　上記測定電極（３）は、上記固体電解質体（２）の外周部（２１）の外側表面（２０１）に設けられており、
   　上記基準電極（３５）は、上記固体電解質体（２）の外周部（２１）の内側表面（２０２）に設けられており、
   　上記ヒータ（５）は、上記固体電解質体（２）の内側の空間（２０）に挿入されており、
   　上記固体電解質体（２）は、筒形状のカバー外周部（６１）と該カバー外周部（６１）の先端を閉塞するカバー先端底部（６２）とを有する有底筒形状のカバー（６）内に、上記カバー先端底部（６２）と上記先端底部（２２）との向きを合わせて配置されており、
   　上記カバー外周部（６１）には、上記カバー（６）の内側と外側との間で被測定ガス（Ｇ）を流通させるためのガス孔（６１１）が形成されており、
   　上記測定電極（３）における上記接触部位（３１）は、上記基準電極（３５）との間に流れる酸素イオン電流を検知するための検知部（３１１）と、該検知部（３１１）をセンサ回路に接続するために、該検知部（３１１）に繋がった導体部（３１２）とを有していることを特徴とする請求項１に記載の酸素センサ素子（１）。
3. 　上記検知部（３１１）における、上記先端底部（２２）から遠い側の基端位置（３０１）は、上記ガス孔（６１１）における、上記カバー先端底部（６２）に近い側の先端位置（６０１）よりも先端側（Ｄ１）に位置することを特徴とする請求項２に記載の酸素センサ素子（１）。
4. 　上記固体電解質体（２）の中心を通る中心軸線（Ｏ）に平行な軸方向（Ｄ）における、上記検知部（３１１）の上記基端位置（３０１）と上記ガス孔（６１１）の上記先端位置（６０１）との間の距離（Ｋ）は、０～２ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の酸素センサ素子（１）。
5. 　上記固体電解質体（２）の上記外側表面（２０１）であって、少なくとも上記検知部（３１１）の全体を覆う位置には、被測定ガス（Ｇ）を通過させる一方、上記測定電極（３）に付着する可能性のある被毒成分を捕獲する性質を有する多孔質保護層（４）が設けられており、
   　該多孔質保護層（４）の厚みは、２５０～３５０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項２～４のいずれか一項に記載の酸素センサ素子（１）。

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