本公開涉及一種檢測被測定氣體中的特定氣體濃度的氣體傳感器。

背景技術(shù)：

在車輛用的內(nèi)燃機(jī)等的排氣系統(tǒng)中配設(shè)有檢測廢氣等被測定氣體中的特定氣體濃度(例如，氧濃度)的氣體傳感器。所述氣體傳感器具備：傳感器元件，具有固體電解質(zhì)體以及分別設(shè)置在該固體電解質(zhì)體的一個面和另一個面的測定電極和基準(zhǔn)電極；殼體，將該傳感器元件插通在內(nèi)側(cè)；以及元件罩，配設(shè)在該殼體的頂端側(cè)。例如在日本特開2000-171429號公報中公開了如下氣體傳感器，該氣體傳感器具有以從外側(cè)覆蓋傳感器元件的頂端部的方式配設(shè)的內(nèi)罩和以從外側(cè)覆蓋該內(nèi)罩的方式配設(shè)的外罩來作為元件罩。

氣體傳感器在形成于殼體的安裝用螺紋部安裝于內(nèi)燃機(jī)的排氣管等。另外，氣體傳感器的比殼體靠頂端側(cè)的部分配置于被測定氣體的流路，比殼體靠基端側(cè)的部分配置于上述流路之外。因而，在傳感器元件與殼體之間，設(shè)置有填充了滑石等的密封構(gòu)件以確保氣密性。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2000-171429號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

然而，認(rèn)為如果傳感器元件與殼體之間的密封部的氣密性低則空氣(大氣)從該部分漏到殼體的頂端側(cè)。由此，空氣侵入內(nèi)罩的內(nèi)側(cè)。如果該空氣在內(nèi)罩內(nèi)進(jìn)一步向頂端側(cè)移動，則導(dǎo)致在傳感器元件的測定電極附近處被測定氣體中的氧濃度發(fā)生變化。其結(jié)果，有可能導(dǎo)致由氣體傳感器檢測的特定氣體濃度產(chǎn)生誤差。

詳細(xì)地說，例如在由氣體傳感器測定了理想的空燃比的混合氣的廢氣、即理論配比的廢氣時，上述的空氣泄漏產(chǎn)生影響，導(dǎo)致測定出相對于理論配比偏移的值。因而，在對內(nèi)燃機(jī)的反饋系統(tǒng)使用了氣體傳感器時，有可能無法使該控制系統(tǒng)正確地發(fā)揮功能。

在這一點上要求提高密封部的氣密性，但是難以完全防止空氣的泄漏。因此，在要求進(jìn)行更高精度的特定氣體濃度的檢測的情況下，通過僅提高密封部的氣密性的對策是不夠的。

本公開是鑒于上述的情況而完成的，提供一種能夠抑制傳感器元件與殼體之間的密封部處的空氣泄漏的影響來提高檢測精度的氣體傳感器。

用于解決問題的方案

本公開的一個方式是氣體傳感器，其具備：傳感器元件，具有氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)體、以及分別設(shè)置于該固體電解質(zhì)體的一個面和另一個面的測定電極和基準(zhǔn)電極；殼體，將該傳感器元件插通在內(nèi)側(cè)；以及元件罩，配設(shè)于該殼體的頂端側(cè)，所述氣體傳感器的特征在于，該元件罩具有：內(nèi)罩，以從外側(cè)覆蓋上述傳感器元件的頂端部的方式配設(shè)；以及外罩，以從外側(cè)覆蓋該內(nèi)罩的方式配設(shè)，在將上述內(nèi)罩的內(nèi)側(cè)空間的基端與上述測定電極的基端之間的軸向距離設(shè)為L時，上述內(nèi)罩的內(nèi)側(cè)空間的基端與設(shè)置在上述內(nèi)罩上的內(nèi)通氣孔中的最靠基端側(cè)的內(nèi)通氣孔的基端之間的軸向距離是0.2L～0.65L。

發(fā)明效果

在上述氣體傳感器中，內(nèi)罩的內(nèi)側(cè)空間的基端與最靠基端側(cè)的內(nèi)通氣孔的基端之間的軸向的距離是0.2L～0.65L。也就是說，在比內(nèi)側(cè)空間的基端靠頂端側(cè)、且從測定電極向基端側(cè)足夠遠(yuǎn)離的位置處設(shè)置有內(nèi)通氣孔的位置。由此，在空氣從傳感器元件與殼體之間侵入到內(nèi)罩的內(nèi)側(cè)空間時，能夠抑制空氣進(jìn)一步向測定電極移動。也就是說，能夠利用經(jīng)過內(nèi)通氣孔從外側(cè)流入內(nèi)側(cè)空間的被測定氣體來阻止空氣向頂端側(cè)的移動。其結(jié)果，能夠防止測定電極的表面上的被測定氣體中的氧濃度發(fā)生變化，能夠提高氣體傳感器的檢測精度。

如以上，根據(jù)本公開，能夠提供一種能夠抑制傳感器元件與殼體之間的密封部處的空氣泄漏的影響來提高檢測精度的氣體傳感器。

附圖說明

在附圖中：

圖1是本公開的實施例1中的氣體傳感器的元件罩周邊的剖面圖。

圖2是實施例1中的氣體傳感器的剖面圖。

圖3是實施例1中的氣體傳感器的元件罩周邊的局部剖面說明圖。

圖4是實施例2中的氣體傳感器的剖面圖。

圖5是表示實驗例中的M/L與理論配比偏移(ΔA/F)的關(guān)系的線圖。

具體實施方式

上述氣體傳感器例如配設(shè)在車輛用的內(nèi)燃機(jī)等的排氣系統(tǒng)來使用。

此外，在本說明書中，將使氣體傳感器插入到排氣系統(tǒng)等的一側(cè)稱為頂端側(cè)，將其相反側(cè)稱為基端側(cè)。另外，只要沒有特別提及，設(shè)軸向是指氣體傳感器的軸向。

實施例

(實施例1)

關(guān)于上述氣體傳感器的實施例，使用圖1～圖3進(jìn)行說明。

如圖1、圖2所示，本例的氣體傳感器1具備：傳感器元件2；殼體3，將傳感器元件2插通在內(nèi)側(cè)；以及元件罩4，配設(shè)在殼體3的頂端側(cè)。傳感器元件2具有：氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)體21；測定電極22和基準(zhǔn)電極23，分別設(shè)置于該固體電解質(zhì)體21的一個面和另一個面。

元件罩4具有以從外側(cè)覆蓋傳感器元件2的頂端部的方式配設(shè)的內(nèi)罩41以及以從外側(cè)覆蓋內(nèi)罩41的方式配設(shè)的外罩42。

如圖1所示，在將內(nèi)罩41的內(nèi)側(cè)空間40的基端401與測定電極22的基端之間的軸向距離設(shè)為L時，內(nèi)罩41的內(nèi)側(cè)空間40的基端401與設(shè)置于內(nèi)罩41的內(nèi)通氣孔5中的最靠基端側(cè)的內(nèi)通氣孔5(內(nèi)側(cè)面孔51)的基端之間的軸向距離是M。軸向的距離M是0.2L～0.65L。即，氣體傳感器1的上述軸向距離M和L滿足0.2≤M/L≤0.65。此外，內(nèi)側(cè)空間40的基端401是內(nèi)罩41的內(nèi)周側(cè)的殼體3的頂端。

另外，內(nèi)罩41在沿著軸向Z的內(nèi)側(cè)壁部411具有內(nèi)側(cè)面孔51來作為內(nèi)通氣孔5。外罩42在沿著軸向Z的外側(cè)壁部421具有外側(cè)面孔61。而且，外側(cè)面孔61位于比內(nèi)側(cè)面孔51靠頂端側(cè)的位置。

如圖2所示，傳感器元件2是頂端側(cè)被閉塞、并且基端側(cè)敞開的有底筒狀的杯型。即，固體電解質(zhì)體21具有如上所述的有底筒狀的杯型的形狀。而且，在其外側(cè)面形成有測定電極22，在內(nèi)側(cè)面形成有基準(zhǔn)電極23。

固體電解質(zhì)體21的主成分是氧化鋯。另外，優(yōu)選的是，測定電極22和基準(zhǔn)電極23均由鉑族元素構(gòu)成，特別是在本例中由鉑構(gòu)成。

基準(zhǔn)電極23形成于固體電解質(zhì)體21的內(nèi)側(cè)面的大致整面。另一方面，測定電極22設(shè)置于固體電解質(zhì)體21中的頂端部附近的一部分。但是，在本例中，測定電極22的頂端位于比固體電解質(zhì)體21的頂端靠基端側(cè)的位置。另外，在整個周向上形成有測定電極22。

如圖2所示，氣體傳感器1是在殼體3的基端側(cè)固定大氣側(cè)罩12而形成的。傳感器元件2的基端側(cè)在大氣側(cè)罩12的內(nèi)側(cè)開口。在傳感器元件2的基端部配設(shè)有分別與測定電極22及基準(zhǔn)電極23電連接的端子構(gòu)件131。另外，在傳感器元件2的內(nèi)側(cè)配設(shè)有用于加熱傳感器元件2的加熱器11。在端子構(gòu)件131以及加熱器11的端子部111分別連接有由被覆導(dǎo)線構(gòu)成的引線132。引線132從大氣側(cè)罩12的基端部穿過襯套(Bush)133引出到外部。另外，在大氣側(cè)罩12中具有用于將大氣(空氣)作為基準(zhǔn)氣體從外部導(dǎo)入到內(nèi)側(cè)的空間的大氣導(dǎo)入部134?？諝饨?jīng)由該大氣導(dǎo)入部134，一邊被去除水分等一邊被導(dǎo)入大氣側(cè)罩12的內(nèi)側(cè)的空間，進(jìn)一步被導(dǎo)入到傳感器元件2的內(nèi)側(cè)，并到達(dá)基準(zhǔn)電極23的表面。

另外，在傳感器元件2與殼體3之間的密封部15中設(shè)置有填充滑石而成的密封構(gòu)件151。由此，密封成被導(dǎo)入到大氣側(cè)罩12的內(nèi)側(cè)的空間的空氣從傳感器元件2與殼體3之間向殼體3的頂端側(cè)、即元件罩4的內(nèi)側(cè)空間40泄漏。

傳感器元件2與殼體3之間的密封部15具有使施加了1MPa的空氣壓時的空氣的泄漏量為0.005～5ml/分鐘的程度的氣密性。也就是說，關(guān)于該氣密性，能夠通過利用氣體泄漏檢測儀測定在從大氣側(cè)的空間(大氣側(cè)罩12的內(nèi)側(cè)的空間)對密封部15以1MPa的壓力供給了空氣時經(jīng)過密封部15而向被測定氣體側(cè)(內(nèi)側(cè)空間40側(cè))漏出的空氣的每單位時間的量來得到。另外，在殼體3中形成有用于將氣體傳感器1安裝到排氣管等的安裝用螺紋部31。

如圖1所示，元件罩4在其基端的凸緣部413、423處鉚接固定于殼體3的頂端部。內(nèi)罩41與外罩42在使這些凸緣部413、423相互重疊的狀態(tài)下鉚接固定于殼體3。

內(nèi)罩41在凸緣部413與內(nèi)側(cè)壁部411之間具有傾斜面部414。內(nèi)側(cè)面孔51在比傾斜面部414靠頂端側(cè)的位置形成在內(nèi)側(cè)壁部411上。即，內(nèi)側(cè)面孔51在軸向Z上形成于傾斜面部414與測定電極22之間的位置。如圖3所示，內(nèi)側(cè)面孔51在周向上等間隔地形成有多個。

另外，在內(nèi)側(cè)壁部411的頂端側(cè)設(shè)置有向內(nèi)側(cè)縮徑的縮徑部415，在該縮徑部415的頂端側(cè)設(shè)置有與軸向大致正交的內(nèi)底壁部412。在內(nèi)底壁部412上形成有內(nèi)底面孔52來作為內(nèi)通氣孔5。

另外，如圖1所示，外罩42的外側(cè)壁部421以從凸緣部423向頂端側(cè)延伸的方式形成。而且，外底壁部422以與外側(cè)壁部421的頂端連接、并且與軸向Z正交的方式形成。而且，形成于外側(cè)壁部421的外側(cè)面孔61在比內(nèi)側(cè)面孔51靠頂端側(cè)、且比傳感器元件2的頂端部靠頂端側(cè)的位置處在周向上等間隔地配置有多個。

另外，在外底壁部422上形成有外底面孔62。

此外，內(nèi)底面孔52、外底面孔62、內(nèi)側(cè)面孔51、外側(cè)面孔61均是圓形的孔。

另外，如圖1所示，在內(nèi)側(cè)壁部411與外側(cè)壁部421之間形成有空隙，在內(nèi)底壁部412與外底壁部422之間也形成有空隙。

另外，內(nèi)側(cè)壁部411和外側(cè)壁部421以沿著有底圓筒狀的傳感器元件2的外周面且與傳感器元件2的中心軸共用中心軸的方式形成為大致圓筒狀。

另外，本例的氣體傳感器1是設(shè)置于內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中的比催化劑過濾器靠下游側(cè)的位置的后側(cè)(Rear)用氣體傳感器。另外，本例的氣體傳感器1是通過對測定電極22與基準(zhǔn)電極23之間施加規(guī)定的電壓來輸出依賴于被測定氣體(廢氣)中的特定氣體濃度(氧濃度)的極限電流值的極限電流式的氣體傳感器。

即，氣體傳感器1在汽車發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)中配置于對廢氣進(jìn)行凈化的催化劑過濾器的下游側(cè)。而且，輸出依賴于經(jīng)過催化劑過濾器后的廢氣中的氧濃度的極限電流值。能夠構(gòu)成為基于所得到的極限電流值計算被供給至內(nèi)燃機(jī)的混合氣中的空燃比并反饋給發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)。

接著，說明本例的作用效果。

在傳感器元件2中，內(nèi)側(cè)空間40的基端401與內(nèi)側(cè)面孔51的基端之間的軸向距離M是0.2L～0.65L。也就是說，在比內(nèi)側(cè)空間40的基端401靠頂端側(cè)、且從測定電極22向基端側(cè)足夠遠(yuǎn)離的位置處設(shè)置有內(nèi)側(cè)面孔51。由此，如圖3所示，在空氣A從傳感器元件2與殼體3之間侵入到內(nèi)罩41的內(nèi)側(cè)空間40時，能夠抑制空氣A進(jìn)一步向測定電極22移動。也就是說，能夠利用經(jīng)過內(nèi)側(cè)面孔51從外側(cè)流入內(nèi)側(cè)空間40的被測定氣體G來阻止空氣A向頂端側(cè)的移動。其結(jié)果，能夠防止測定電極22的表面上的被測定氣體G中的氧濃度發(fā)生變化，能夠提高氣體傳感器1的檢測精度。

另外，外側(cè)面孔61位于比內(nèi)側(cè)面孔51靠頂端側(cè)的位置。由此，在被測定氣體G從外側(cè)面孔61導(dǎo)入到外罩42與內(nèi)罩41之間時，產(chǎn)生從外側(cè)面孔61向內(nèi)側(cè)面孔51的氣流。因此，在被測定氣體G從內(nèi)側(cè)面孔51流入內(nèi)側(cè)空間40時，也容易產(chǎn)生朝向基端側(cè)的氣流。也就是說，在內(nèi)側(cè)空間40中的內(nèi)側(cè)面孔51附近，還存在朝向內(nèi)側(cè)空間40的基端401的氣流G1。因此，即使空氣A從基端401泄漏到內(nèi)側(cè)空間40，也能夠利用上述的氣流G1來將該空氣A制止在基端側(cè)。其結(jié)果，能夠阻止空氣A移動到測定電極22附近。這樣，通過外側(cè)面孔61位于比內(nèi)側(cè)面孔51靠頂端側(cè)的位置，能夠有效地抑制傳感器元件2與殼體3之間的空氣泄漏的影響。

另外，氣體傳感器1是設(shè)置于內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中的比催化劑過濾器靠下游側(cè)的位置的后側(cè)用氣體傳感器。因此，特別是對氣體傳感器1要求的檢測精度的水平變高，但是通過設(shè)為上述結(jié)構(gòu)，能夠滿足該要求。

另外，氣體傳感器1是極限電流式的氣體傳感器，因此能夠得到高的檢測精度(理論配比精度)。

如上，根據(jù)本例，能夠提供一種能夠抑制傳感器元件與殼體之間的密封部中的空氣泄漏的影響來提高檢測精度的氣體傳感器。

(實施例2)

本例是如圖4所示那樣使用了層疊型的傳感器元件20的氣體傳感器10的例子。

即，本例的氣體傳感器10中的傳感器元件20具有板棒形狀，其頂端部配置于元件罩4的內(nèi)側(cè)。傳感器元件20是在板狀的固體電解質(zhì)體的厚度方向上層疊其它陶瓷層來構(gòu)成的。另外，加熱器(省略圖示)也與傳感器元件20一體化。而且，在傳感器元件20的頂端部設(shè)置有測定電極22。另外，基準(zhǔn)電極(省略圖示)形成在傳感器元件20的內(nèi)部。

傳感器元件20借助于絕緣子141被保持在殼體3的內(nèi)側(cè)。即，在絕緣子141的內(nèi)側(cè)插通保持有傳感器元件20，在殼體3的內(nèi)側(cè)插通保持有絕緣子141。另外，傳感器元件20與絕緣子141之間的一部分通過玻璃密封部142被密封。

另外，在絕緣子141與殼體3之間的一部分設(shè)置有環(huán)狀的密封構(gòu)件152。通過該密封構(gòu)件152，防止從絕緣子141與殼體3之間、即傳感器元件20與殼體3之間泄漏空氣。在本例中，傳感器元件20與殼體3之間的密封部15是絕緣子141與殼體3之間的部分，通過上述密封構(gòu)件152來實現(xiàn)氣密。

除此以外，本例的氣體傳感器10具有與實施例1的氣體傳感器1大致同樣的構(gòu)造和功能。此外，只要沒有特別示出，在本例或與本例有關(guān)的附圖中使用的附圖標(biāo)記中的與在實施例1中使用的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記表示與實施例1同樣的結(jié)構(gòu)要素等。

在本例的氣體傳感器10中也是，元件罩4具有內(nèi)罩41和外罩42。內(nèi)罩41具有內(nèi)通氣孔5(內(nèi)側(cè)面孔51和內(nèi)底面孔52)，外罩42具有外側(cè)面孔61和外底面孔62。此外，內(nèi)罩41和外罩42的形狀相對于實施例1所示的形狀局部不同，但是在本例中也能夠采用如實施例1所示的形狀。

而且，內(nèi)罩41的內(nèi)側(cè)空間40的基端401與設(shè)置于內(nèi)罩41的內(nèi)通氣孔5中的最靠基端側(cè)的內(nèi)通氣孔5(內(nèi)側(cè)面孔51)的基端之間的軸向距離M是0.2L～0.65L。在此，L與實施例1同樣地是內(nèi)罩41的內(nèi)側(cè)空間40的基端401與測定電極22的基端之間的軸向距離。

在如本例那樣的具備層疊型的傳感器元件20的氣體傳感器10中，也能夠得到與實施例1同樣的作用效果。

(實驗例)

本例是如圖5所示那樣針對實施例1所示的軸向距離M相對于軸向距離L的比例(M/L)與氣體傳感器的檢測精度的關(guān)系進(jìn)行調(diào)查的例子。

用作試樣的氣體傳感器是基本結(jié)構(gòu)與實施例1的氣體傳感器1相同的氣體傳感器。而且，通過對內(nèi)側(cè)面孔51的在軸向Z上的位置進(jìn)行各種變更來對上述軸向距離M進(jìn)行各種變更，以此準(zhǔn)備了多種氣體傳感器。另外，本例中使用的氣體傳感器中的元件罩4的各部的尺寸、傳感器元件2的測定電極22的位置等如下。

設(shè)從內(nèi)側(cè)空間40的基端401到測定電極22的基端的軸向距離L是9.3mm。設(shè)測定電極22的軸向長度是2mm。設(shè)從基端401到內(nèi)罩41的頂端的軸向距離是20mm。設(shè)從基端401到外罩42的頂端的軸向距離是22.5mm。設(shè)從基端401到外側(cè)面孔61的基端的軸向距離是18.5mm。內(nèi)側(cè)面孔51是直徑2mm的圓形，形成有6個。外側(cè)面孔61是直徑2mm的圓形，形成有6個。內(nèi)底面孔52是直徑2mm的圓形，形成有1個，外底面孔62是直徑2mm的圓形，形成有1個。內(nèi)罩41和外罩42的厚度均是0.5mm。設(shè)內(nèi)側(cè)壁部411與外側(cè)壁部421之間的空隙是2mm。密封部15的氣密性是使施加了1MPa的空氣壓時的空氣的泄漏量為0.01ml/分鐘的程度。

在試驗時，將氣體傳感器設(shè)置在排氣量2.4L、直列四缸的汽油發(fā)動機(jī)(內(nèi)燃機(jī))的排氣管。而且，將理論配比(A/F＝14.6)的混合氣供給到燃燒室，以轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)了發(fā)動機(jī)。根據(jù)此時在施加了規(guī)定的電壓的氣體傳感器中流動的極限電流，檢測出空燃比(A/F)。

然后，評價了檢測出的A/F值相對于理論配比(A/F＝14.6)偏移了何種程度(理論配比偏移ΔA/F)。也就是說，評價了由于從密封部15發(fā)生的空氣泄漏的影響而測定的A/F值相對于理論配比高出何種程度。在此，一般期望理論配比偏移為0.05以下，因此將其設(shè)為目標(biāo)值。

在圖5中示出評價結(jié)果。在該圖的曲線圖中，多個標(biāo)繪點是實測值，曲線C是基于這些實測值的近似曲線。從該圖可知，存在M/L越小則理論配比偏移(ΔA/F)越小的趨勢。而且，通過將M/L設(shè)為0.65以下，能夠達(dá)成ΔA/F≤0.05。而且，滿足0.2≤M/L≤0.65則均能夠達(dá)成ΔA/F≤0.05。

從該結(jié)果可知，通過滿足0.2≤M/L≤0.65，能夠抑制密封部15中的空氣泄漏的影響來提高氣體傳感器的檢測精度。

附圖標(biāo)記說明

1、10：氣體傳感器

2、20：傳感器元件

3：殼體

4：元件罩

40：內(nèi)側(cè)空間

401：(內(nèi)側(cè)空間的)基端

41：內(nèi)罩

42：外罩

5：內(nèi)通氣孔