(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象のガスと接するガス接触部（１１）を先端（１０ａ）側に有する長尺形状に形成され、前記ガス中の酸素濃度を検出する検出素子（１０）と、
前記検出素子（１０）の近傍に設けられ、前記検出素子（１０）を加熱するヒータ手段（２０）と、
前記検出素子（１０）の前記先端（１０ａ）に対向する底部（３１１）を有する略コップ形状に形成され、前記検出素子（１０）の前記ガス接触部（１１）を覆うように配置される内側カバー（３１）と、
前記内側カバー（３１）の外側に配置され、前記内側カバー（３１）を覆うように配置される外側カバー（３２）とを備え、
前記外側カバー（３２）のうち、前記内側カバー（３１）の前記底部（３１１）に対向する部位のみに、前記ガスが通過するガス通過孔（２３）が設けられており、
前記内側カバー（３１）の底部（３１１）は、少なくとも、前記外側カバー（３２）の内側面から離れる方向に傾斜する傾斜面（３１１ｃ）を有する形状に形成されており、
前記内側カバー（３１）の底部（３１１）のうち、前記傾斜面（３１１ｃ）の部位に、前記ガスが通過するガス通過孔（２１）が設けられていることを特徴とする酸素濃度検出器。
【請求項２】
検出対象のガスと接するガス接触部（１１）を先端（１０ａ）側に有する長尺形状に形成され、前記ガス中の酸素濃度を検出する検出素子（１０）と、
前記検出素子（１０）の近傍に設けられ、前記検出素子（１０）を加熱するヒータ手段（２０）と、
前記検出素子（１０）の前記先端（１０ａ）に対向する底部（３１１）およびこの底部（３１１）に連続する側部（３１２）を有する略コップ形状に形成され、前記検出素子（１０）の前記ガス接触部（１１）を覆うように配置される内側カバー（３１）と、
前記内側カバー（３１）の外側に配置され、前記内側カバー（３１）を覆うように配置される外側カバー（３２）とを備え、
前記外側カバー（３２）のうち、前記内側カバー（３１）の前記底部（３１１）に対向する部位に、前記ガスが通過するガス通過孔（２３）が設けられているとともに、前記外側カバー（３２）の側部（３２２）のうち、取付状態でガス流れの下流側に位置する部位のみに、前記ガスが通過するガス通過孔（２４）が設けられており、
前記内側カバー（３１）の底部（３１１）は、少なくとも、前記外側カバー（３２）の内側面から離れる方向に傾斜する傾斜面（３１１ｃ）を有する形状に形成されており、
前記内側カバー（３１）の底部（３１１）のうち、前記傾斜面（３１１ｃ）の部位に、前記ガスが通過するガス通過孔（２１）が設けられていることを特徴とする酸素濃度検出器。
【請求項３】
前記内側カバー（３１）の底部（３１１）は先細り形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の酸素濃度検出器。
【請求項４】
前記内側カバー（３１）の底部（３１１）の先細り形状は半球形状であることを特徴とする請求項３に記載の酸素濃度検出器。
【請求項５】
前記内側カバー（３１）の底部（３１１）の先細り形状は、多角錐状の形状であることを特徴とする請求項３に記載の酸素濃度検出器。
【請求項６】
前記内側カバー（３１）の底部（３１１）の先細り形状は、前記傾斜面（３１１ｃ）の内周側に、この傾斜面（３１１ｃ）とは逆方向に傾斜する副傾斜面（３１１ｄ）を有する形状であり、
この副傾斜面（３１１ｄ）にも、前記ガスが通過するガス通過孔（２６）が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の酸素濃度検出器。
【請求項７】
前記内側カバー（３１）の側部（３１２）にも、前記ガスが通過するガス通過孔（２２）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の酸素濃度検出器。
【請求項８】
前記内側カバー（３１）の側部（３１２）のうち、前記外側カバー（３２）の側部（３２２）のガス通過孔（２４）と対向する部位にも、前記ガスが通過するガス通過孔（２２）が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃度検出器。
【請求項９】
前記検出素子（１０）により、ディーゼルエンジンにおける吸気ガスまたは排気ガス中の酸素濃度を検出することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の酸素濃度検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの吸気ガスまたは排気ガス中の酸素濃度検出に用いて好適な酸素濃度検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンの吸気ガスまたは排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器として、図１１（ａ）に示すようなものが提案されている。この検出器１は、検出素子１０と、この検出素子１０を活性温度（例えば６５０℃）以上に加熱するための電気ヒータ２０とを備えており、この検出素子１０の先端１０ａ側を覆うように素子カバー３が配置されている。
【０００３】
この素子カバー３は、略コップ形状の内側カバー３１および外側カバー３２により構成されている。これらの両カバー３１、３２は、ガス中に混入する水や毒物（鉛化合物等）から検出素子１０を保護するとともに、電気ヒータ２０により加熱される検出素子１０を保温する役割を果たしている。
また、上記両カバー３１、３２の底部３１１、３２１には、ガス通過孔２１、２３が１つ形成され、上記両カバー３１、３２の側部３１２、３２２には、ガス通過孔２２、２４が周方向に等間隔に複数（例えば４個）設けられ、また、このガス通過孔２２、２４は軸方向にも所定距離を隔てて２列形成されている。上記両カバー３１、３２の底部３１１、３２１は平面形状であり、上記両カバー３１、３２の側部３１２、３２２は軸方向全長にわたって同径な円筒形状である。
【０００４】
なお、ガスの温度が上記活性温度よりも低温である（吸気ガスは８０〜１４０℃程度、排気ガスは１００〜５００℃程度である）ため、検出素子１０の保温性を良好に保つように、ガス通過孔２１、２２、２３、２４の開口面積が検討されている。すなわち、側部３１２、３２２に形成されるガス通過孔２２、２４は、直径が約１．５ｍｍ程度の小さなものであり、底部３１１、３２１に形成されるガス通過孔２１、２３は、直径が約２．０ｍｍ程度の小さなものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の酸素濃度検出器１は、通常、ガソリン車のエンジンに適用されるものであったが、本発明者らが、ディーゼル車のエンジンに上記酸素濃度検出器１を適用することを試みようとしたところ、短期間で酸素濃度検出器１の検出精度が大幅に悪化することが確認された。
【０００６】
以下に、酸素濃度検出器１の検出精度が悪化する原因について、発明者らが実験、検討し、確認したことを述べる。
まず、通常は、酸素濃度検出器１の軸方向に略垂直な方向（図１１（ａ）中矢印Ｂで示す方向）にガスが流れるように、検出器１がガス通路に対して配置されている。一方、上記従来技術では、外側カバー３２の側部３２２において、周方向に等間隔に複数（４個）のガス通過孔２４が形成されているため、このガス通過孔２４の少なくとも１つは、上記ガス流れに対向するように配置される。この結果、ガス流れに対向するガス通過孔２４の外周部周辺に、ガス中に含まれる未燃焼物質（カーボン微粒子からなる煤等）が堆積する。
【０００７】
ここで、ディーゼルエンジン車におけるガス中には、ガソリンエンジン車におけるガス中に比べて非常に多くの未燃焼物質が含まれているので、ガス通過孔２４の周辺部への未燃焼物質の堆積量も非常に多くなる。この結果、ガス流れに対向するガス通過孔２４の面積が大幅に縮小したり、完全に塞がれてしまうので、ガスが外側カバー３２の内部に導入されにくくなり、ガスが検出素子１０に到達しにくくなる。これにより、酸素濃度検出器１の検出精度が短期間で低下してしまう。
【０００８】
また、上記未燃焼物質のうち、ガス通過孔２４を通過して外側カバー３２の内部へ侵入したものは、内側カバー３１の表面に堆積したり、内側カバー３１の通過孔２２を経て内側カバー３１の内部に侵入する。
そして、内側カバー３１の低温（約３００℃以下）時に、上記未燃焼物質が内側カバー３１の表面に堆積した場合、この未燃焼物質は、内側カバー３１が高温（約３００℃以上）となったときに燃焼するので、このときの検出素子１０近傍の酸素濃度が実際よりも小さいものとなる。これによっても、酸素濃度検出器１の検出精度が悪化する。
【０００９】
また、内側カバー３１の内部に侵入した未燃焼物質は、検出素子１０の表面にも堆積するため、検出素子１０が劣化し、これによっても、酸素濃度検出器１の検出精度が悪化する。
そこで、本出願人は、酸素濃度検出器の検出精度を高めるために、図１１（ｃ）に示すように、外側カバー３２のうち、ガス流れに略平行に配置される底部３２１のみに、ガス通過孔２３を形成することを試作検討してみた。ところが、このような試作品によると、ガス通過孔２３からのガスの主流が矢印Ｘのように外側カバー３２と内側カバー３１との間に流入しようとするので、外側カバー３２のうち、内側カバー３１の底部に対向する内側面の部位Ｙにガス中の未燃焼物質が集中的に堆積することが判明した。
【００１０】
この外側カバー３２の内側面Ｙへの未燃焼物質の堆積により、内側カバー３１の内側へのガス流入を阻害するので、酸素濃度検出器１の検出精度を短期間で悪化させる原因となる。
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、内側カバーおよび外側カバーにて検出素子を覆うようにした酸素濃度検出器において、ガス中の未燃焼物質に起因する検出精度の低下をより的確に抑制できるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、ガス中の酸素濃度を検出する検出素子（１０）のガス接触部（１１）を覆うように配置される内側カバー（３１）と、この内側カバー（３１）の外側に配置され、内側カバー（３１）を覆うように配置される外側カバー（３２）とを備え、
この外側カバー（３２）のうち、内側カバー（３１）の底部（３１１）に対向する部位のみに、ガスが通過するガス通過孔（２３）を設け、内側カバー（３１）の底部（３１１）は、少なくとも、外側カバー（３２）の内側面から離れる方向に傾斜する傾斜面（３１１ｃ）を有する形状とし、
内側カバー（３１）の底部（３１１）のうち、傾斜面（３１１ｃ）の部位に、ガスが通過するガス通過孔（２１）を設けることを特徴としている。
【００１２】
これによれば、外側カバー（３２）のうち、内側カバー（３１）の底部（３１１）に対向する部位のみに、ガスが通過するガス通過孔（２３）を設けることにより、ガス通過孔（２３）をガスの流れに対して平行に配置することができ、その結果、ガス流れに対向するようにガス通過孔（２４）を設ける従来技術のように、ガス通過孔（２４）の周辺部への未燃焼物質の堆積量が短期間で増加して、ガス通過孔（２４）の開口面積が大幅に縮小したり、完全に塞がれてしまうといった不具合が生じることがない。
【００１３】
さらに、内側カバー（３１）において、外側カバー（３２）の内側面から離れる方向に傾斜する傾斜面（３１１ｃ）にガス通過孔（２１）を設けているため、ガス通過孔（２１）の部位と外側カバー（３２）の内側面との間隔が拡がる。そのため、外側カバー（３２）の内側面に未燃焼物質が堆積した場合でも、この未燃焼物質堆積部と傾斜面（３１１ｃ）のガス通過孔（２１）との間隔を大きく維持できる。その結果、ガス通過孔（２１）の開口状態をより確実に維持することができ、ガス中の未燃焼物質に起因する検出精度の低下を的確に抑制できる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明では、外側カバー（３２）のうち、内側カバー（３１）の底部（３１１）に対向する部位にガスが通過するガス通過孔（２３）を設けるとともに、外側カバー（３２）の側部（３２２）のうち、取付状態でガス流れの下流側に位置する部位のみに、ガスが通過するガス通過孔（２４）を設け、内側カバー（３１）の底部（３１１）は、少なくとも、外側カバー（３２）の内側面から離れる方向に傾斜する傾斜面（３１１ｃ）を有する形状とし、
内側カバー（３１）の底部（３１１）のうち、傾斜面（３１１ｃ）の部位に、ガスが通過するガス通過孔（２１）を設けることを特徴としている。
【００１５】
これによると、外側カバー（３２）に、底部側のガス通過孔（２３）と側部（３２２）のガス通過孔（２４）とを設けているから、外側カバー（３２）内へのガスの流れが良好となる。しかも、外側カバー（３２）の側部（３２２）のガス通過孔（２４）を取付状態でガス流れの下流側に位置する部位のみに設けているから、このガス通過孔（２４）周辺部に未燃焼物質が堆積することはほとんどない。
【００１６】
内側カバー（３１）の底部（３１１）は、請求項３に記載のように先細り形状に形成することができる。
より具体的には、請求項４に記載のごとく、内側カバー（３１）の底部（３１１）の先細り形状は半球形状とすることができる。
また、請求項５に記載のごとく、内側カバー（３１）の底部（３１１）の先細り形状を多角錐状の形状にしてもよい。
【００１７】
さらには、請求項６に記載のごとく、内側カバー（３１）の底部（３１１）の先細り形状は、外側カバー（３２）の内側面から離れる方向に傾斜する傾斜面（３１１ｃ）の内周側に、この傾斜面（３１１ｃ）とは逆方向に傾斜する副傾斜面（３１１ｃ）を有する形状とし、この副傾斜面（３１１ｃ）にも、ガスが通過するガス通過孔（２６）を設けるようにしてもよい。
【００１８】
また、請求項７記載の発明のように、内側カバー（３１）の側部（３１２）にも、ガスが通過するガス通過孔（２２）を設ければ、内側カバー（３１）と外側カバー（３２）の両側部間のガスの流れが良好となり、外側カバー（３２）の内側面（Ｙ部）への未燃焼物質の堆積をより低減できる。
また、請求項８記載の発明のように、請求項２において、内側カバー（３１）の側部（３１２）のうち、外側カバー（３２）の側部（３２２）のガス通過孔（２４）と対向する部位にも、ガスが通過するガス通過孔（２２）を設ければ、両ガス通過孔（２４、２２）をスムースにガスが流れるので、両カバー（３１、３２）内へのガスの流れをより一層良好にできる。
【００１９】
また、請求項９記載の発明は、検出素子（１０）により、ディーゼルエンジンにおける吸気ガスまたは排気ガス中の酸素濃度を検出することを特徴としている。これによれば、未燃焼物質が非常に多く含まれるガスが形成されるディーゼルエンジンにおいて、本発明による作用効果を特に効果的に発揮できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図３に示すように、本実施形態における酸素濃度検出器１は、自動車のディーゼルエンジン１００の吸気側配管１０１および排気側配管１０２にそれぞれ１つずつ装着されている。この検出器１は、上記配管１０１、１０２の壁面に対して垂直となるように、かつ、その先端１ａ側が鉛直方向下方を向くように配置されている。
【００２１】
そして、上記吸気側配管１０１の検出器１により検出される吸気ガス中の酸素濃度が電気制御装置１０３に入力され、この入力データに基づいて、排気ガス再循環配管１０５の排気ガス流量を制御する。また、上記排気側配管１０２の検出器１により検出される排気ガス中の酸素濃度が電気制御装置１０３に入力され、この入力データに基づいて噴射ポンプ１０４からディーゼルエンジン１００に噴射される燃料噴射量を制御する。
【００２２】
なお、再循環配管１０５は、排気側配管１０２を流れる排気ガスの一部を吸気側配管１０１へ再循環させるものであり、負圧回路切換用の電磁弁１０６にて、ダイヤフラム１０７を上下方向に変位させて、排気ガス再循環バルブ１０８を開閉することにより、上記排気ガス流量を調整するようになっている。
次に、酸素濃度検出器１の具体的構造を図１および図２に基づいて説明する。この酸素濃度検出器１は、断面が環状で細長いコップ形状（長尺形状）をなす検出素子１０を備えており、この検出素子１０の内部には、この検出素子１０を活性温度（例えば６５０℃）以上に加熱する電気ヒータ（ヒータ手段）２０を備えている。
【００２３】
検出素子１０の基端１０ｂ側（上記コップ形状の開口部側）には、検出素子１０を吸気側配管１０１または排気側配管１０２に取り付けるための取付部材４１が装着されている。この取付部材４１は、検出素子１０の先端１０ａ側（上記コップ形状の底部側）を外部に露出させた状態で、タルクからなるシール部材４１６を介設して検出素子１０を保持するものである。なお、検出素子１０の先端１０ａ側は検出対象のガスと接するガス接触部１１を構成している。
【００２４】
取付部材４１は、上記両配管１０１、１０２に設けたネジ穴１０１ａ、１０２ａに螺合するネジ山部４１４と、検出器１を上記両配管１０１、１０２に対して位置決めするフランジ部４１５とを有している。この取付部材４１は、上記両配管１０１、１０２にネジ結合にて脱着可能に装着される。なお、取付部材４１のフランジ部４１５と上記両配管１０１、１０２との間には、シール用のガスケット４６２が介設してある。
【００２５】
また、取付部材４１よりも検出器１の基端１ｂ側には、相互に溶接されたカバー部材４４２、４４３、４４６が備えられており、取付部材４１の開口部とカバー部材４４６とが、金属リング４６３を介して固定されている。また、カバー部材４４２、４４３には、カバー部材４４２、４４３の内部に大気を導入する大気導入口４４４、４４５が形成されている。
【００２６】
また、前記大気導入口４４４、４４５により構成される大気導入通路の途中には、撥水性の通気フィルター（図示しない）が設けられている。そして、大気導入口４４４、４４５から導入された大気は、さらに、図示しない大気通路を通って、検出素子１０の内部に導かれるようになっている。
本実施形態の検出素子１０は、いわゆる限界電流式の検出素子である。すなわち、検出素子１０は、酸素イオン伝導性の固体電解質からなる細長な略コップ形状の素子本体部１３を備え、図１（ｂ）に示すように、素子本体部１３の内周面には内側電極１４が形成され、素子本体部１３の外周面全周には、絶縁層１５、外側電極１２、および、拡散抵抗層１６が、内側から外側にかけて順に積層形成されている。
【００２７】
素子本体部１３の外周面のうち所定幅（例えば５．０ｍｍ）の帯状部位１３０には絶縁層１５が形成されておらず、この帯状部位１３０には外側電極１２が接触して設けてある。そして、外側電極１２のうち上記帯状部位１３０に接触して設けられる部位により、外側電極１２の反応部１２ａが構成されている。図２（ａ）においては、絶縁層１５および拡散抵抗層１６の図示を省略するとともに、外側電極１２のうち反応部１２ａのみを図示している。
【００２８】
電気ヒータ２０は、図１（ａ）に示すように、絶縁性のセラミック本体部２０１に、タングステンからなる発熱部２０２およびリード線部２０３を内蔵させたものである。発熱部２０２は、図２（ａ）に示すように、反応部１２ａが設けられる帯状部位１３０と略対向して設けられており、この発熱部２０２により、素子本体部１３の上記帯状部位１３０、ひいては反応部１２ａを重点的に加熱するようにしている。この電気ヒータ２０は、ホルダ４７を介して検出素子１０の基端１０ｂ側により保持されている。
【００２９】
そして、検出素子１０の内側電極１４および外側電極１２は、出力取出線１６１、１６１の一端側と電気的に接続されており、電気ヒータ２０の上記リード線部２０３は、給電線１６２の一端側と電気的に接続されている。この出力取出線１６１および給電線１６２は、ゴム製のブッシュ５を介してカバー部材４４２、４４３に固定されている。そして、出力取出線１６１、１６１の他端側は、電気制御装置１０３に内蔵されるデータ読み込み部と電気的に接続され、給電線１６２の他端側は、電気制御装置１０３のヒータ駆動回路部と電気的に接続されている。
【００３０】
上記した取付部材４１には、ガス接触部１１を覆う素子カバー３が装着されている。この素子カバー３は、ガス接触部１１を覆うように配置される内側カバー３１と、内側カバー３１を覆うように配置される外側カバー３２とから構成されている。ここで、両カバー３１、３２はステンレス（ＳＵＳ３１０等）のように耐食性に優れた金属で形成されている。
【００３１】
素子カバー３は、ガス中に混入する水、毒物（鉛化合物）、および未燃焼物質（カボーン微粒子からなる煤等）が検出素子１０へ侵入することを抑制する役割を果たすものである。また、ガスの温度（吸気ガスは８０〜１４０℃程度、排気ガスは１００〜５００℃程度）は、上記活性温度（例えば６５０℃）よりも低いので、素子カバー３は、ヒータ２０にて加熱される検出素子１０を保温する役割も果たしている。そして、素子カバー３を内側カバー３１と外側カバー３２との２重構造とすることにより、上記した役割をより一層良好に果たすようにしている。
【００３２】
内側カバー３１は、検出素子１０の先端１０ａに対向する底部３１１と、この底部３１１に連続する側部３１２とを有する略コップ形状に形成されている。また、外側カバー３２は、内側カバー３１の底部３１１に対向する底部３２１と、この底部３２１に連続する側部３２２とを有する略コップ形状に形成されている。
【００３３】
内側カバー３１の底部３１１は、側部３１２の縁部から中央先端部３１１ａにかけて、先細り形状（本実施形態では半球形状）に形成してある。また、内側カバー３１の側部３１２は、底部３１１の縁部から円筒形状に延びるように、かつ、軸方向にわたって同径となるように形成されている。
ここで、内側カバー３１の底部３１１を先細り形状に形成する理由は、底部３１１に、外側カバー３２の側部３２２の内側面から離れる方向に傾斜する傾斜面３１１ｃを形成するためである。このことについてより具体的に説明すると、本実施形態によると、内側カバー３１の底部３１１の半球形状の傾斜面３１１ｃのみに、ガスが通過するガス通過孔２１が設けられている。
【００３４】
そして、本実施形態では、検出素子１０の軸方向Ｔに対する傾斜角度αが鋭角的な（９０°より小さい、本実施形態では６０°である）部位に、ガスが通過するガス通過孔２１を配置している。なお、上記傾斜角度αとは、検出素子１０の軸方向Ｔと、半球形状の傾斜面３１１ｃの接線Ｒとのなす角度である。ガス通過孔２１は円形状であり、半球形状の傾斜面３１１ｃの円周方向に等間隔に４個設けられている。
【００３５】
これに対して、外側カバー３２の底部３２１は平面状に形成されるとともに、検出素子１０の軸方向Ｔに対して略垂直に配されている。外側カバー３２の側部３２２は、底部３２１の縁部３２１ａから円筒形状に延びるように、かつ、軸方向にわたって同径となるように形成されている。そして、外側カバー３２の底部３２１の中央部のみに、ガスが通過する円形状のガス通過孔２３が１つ形成されている。
【００３６】
内側カバー３１の側部３１２および外側カバー３２の側部３２２にはガス通過孔が形成されていない。また、内側カバー３１の底部３１１の傾斜面３１１ｃのうち、外側カバー３２の底部３２１のガス通過孔２３の中心部と直接対向する部位（つまり、底部３１１の中央部３１１ａ近傍）にはガス通過孔が形成されていない。内側カバー３１のガス通過孔２１の総面積は、外側カバー３２のガス通過孔２３の総面積よりも小さく構成されている。
【００３７】
外側カバー３２の開口端部３２３は取付部材４１にかしめ固定されており、そして、内側カバー３１の開口端部３１３側外周面が外側カバー３２の開口端部３２３側内周面に溶接されている。内側カバー３１には、開口端部３１３側が大径となるような段付き部３１ａが形成されており、外側カバー３２には、周方向に並ぶように複数（本実施形態では３か所、図１（ａ）には１か所のみ図示）の内方へのくぼみ部３２ａが形成されている。このくぼみ部３２ａにより、段付き部３１ａを支持しており、これにより、外側カバー３２の内部における、内側カバー３１の位置決めがなされている。
【００３８】
すなわち、内側カバー３１の底部３１１と、外側カバー３２の底部３２１とが、軸方向に所定距離（例えば４．５ｍｍ以上、好ましくは５．０ｍｍ程度）を隔てるように、内側カバー３１および外側カバー３２が位置決めして配置されている。また、内側カバー３１の側部３１２と、外側カバー３２の側部３２２とが、径方向に所定距離（例えば１．０ｍｍ以上、好ましくは２．０ｍｍ程度）を隔てるように、内側カバー３１および外側カバー３２が配置されている。
【００３９】
ここで、検出素子１０への上記水、毒物、および未燃焼物質の侵入の抑制と、検出素子１０の保温とを図りつつ、検出素子１０の応答性を確保できるように、検出素子１０に対する素子カバー３の形状、寸法、上記各通過孔２１、２２、２３の位置、径等が決定されている。
具体的には、内側カバー３１の外径が９．０ｍｍ、内径が８．０ｍｍ、内側カバー３１の底部３１１のガス通過孔２１の直径が２．０ｍｍ、外側カバー３２の外径が１２．０ｍｍ、内径が１１．０ｍｍ、外側カバー３２の底部３２１のガス通過孔２３の直径が８．０ｍｍである。また、ガス通過孔２１は、取付部材４１のフランジ部４１５の素子カバー３側（図１（ａ）中下側）の面４１５ａからの距離が３０．０ｍｍの位置にあり、ガス通過孔２３は、上記面４１５ａからの距離が３５．０ｍｍの位置にある。
【００４０】
次に、本第１実施形態の酸素濃度検出器１の奏する作用効果を述べる。
まず、外側カバー３２は底部３２１のみにガス通過孔２３を備えており、このガス通過孔２３は、取付状態においてガス流れに略平行に配置されるため、エンジン１００の運転に伴うガス流れの圧力脈動によりガス通過孔２３部分の圧力も脈動する。すなわち、ガス流れの圧力脈動により底部３２１に沿って流れるガス流れの速度が高くなるときは、ガス通過孔２３部分の圧力が低下して外側カバー３２内のガスがガス通過孔２３を通って外側カバー３２外へ吸引される。
【００４１】
次に、ガス流れの圧力脈動により底部３２１に沿って流れるガス流れの速度が低くなるときは、ガス通過孔２３部分の圧力が上昇して、外側カバー３２外のガスがガス通過孔２３を通って外側カバー３２内へ流入する。
そして、外側カバー３２のうち、取付状態においてガス流れと略平行に配置される底部３２１のみにガス通過孔２３を備えているため、
▲１▼外側カバー３２のガス通過孔２３の周辺部への未燃焼物質の堆積を抑制でき、外側カバー３２の通過孔２３の開口面積縮小、閉塞を抑制できるので、外側カバー３２の内部へガスを良好に導入できる。
【００４２】
▲２▼外側カバー３２のガス通過孔２３を経て外側カバー３２の内部へ未燃焼物質が侵入することを抑制でき、内側カバー３１の表面への未燃焼物質の堆積を抑制できるので、内側カバー３１の表面における未燃焼物質の燃焼を抑制できる。
▲３▼内側カバー３１のガス通過孔２１を経て内側カバー３１の内部へ未燃焼物質が侵入することを抑制でき、検出素子１０の表面への未燃焼物質の堆積を抑制できるので、検出素子１０の劣化を抑制できる。
【００４３】
▲４▼上記ガス中に含まれる毒物（鉛化合物等）が、外側カバー３２の内部に侵入することを抑制でき、毒物が検出素子１０の表面に堆積することを抑制できるので、検出素子１０の劣化を抑制できる。
上記▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼の組み合わせにより、酸素濃度検出器１の検出精度が従来技術よりも高められている。
【００４４】
更には、内側カバー３１の底部３１１は、側部３１２の縁部から中央先端部３１１ａにかけて、先細り形状（本実施形態では半球形状）に形成して、底部３１１に、外側カバー３２の側部３２２の内側面から離れる方向に傾斜する傾斜面３１１ｃを形成し、この傾斜面３１１ｃに、ガスが通過するガス通過孔２１を設けているため、ガス通過孔２１の部位と外側カバー３２の側部３２２の内側面との間隔が拡がる。
【００４５】
そのため、側部３２２の内側面に未燃焼物質が堆積した場合（図２（ａ）のＹ部参照）でも、この未燃焼物質堆積部Ｙと傾斜面３１１ｃのガス通過孔２１との間隔を大きく維持できるので、ガス通過孔２１の開口状態をより確実に維持することができる。
また、内側カバー３１の底部３１１と外側カバー３２の底部３２１とを、軸方向に所定距離を隔てて配置しているので、
▲１▼未燃焼物質が内側カバー３１に到達することを抑制でき、内側カバー３１の表面における未燃焼物質の燃焼、および、検出素子１０の劣化がさらに抑制される。よって、酸素濃度検出器１の検出精度をさらに高めることができる。
【００４６】
▲２▼ガス中に混入している水等が内側カバー３１に到達することを抑制でき、検出素子１０の表面への被水を抑制でき、検出素子１０の急冷による素子割れを抑制できる。よって、素子割れによる検出精度の低下を抑制できる。
また、内側カバー３１の側部３１２と外側カバー３２の側部３２２とを、軸方向Ｔに垂直な方向、すなわち径方向に所定距離を隔てて配置しているので、内側カバー３１の側部３１２と外側カバー３２の側部３２２との間に空隙が形成され、電気ヒータ２０により加熱される検出素子１０の保温性を向上できる。
【００４７】
また、内側カバー３１の底部３１１の傾斜面３１１ｃを半球形状に形成しているので、内側カバー３１の底部３１１と、検出素子１０の先端１０ａ側との距離を均等化でき、底部３１１全体が略均等に電気ヒータ２０からの熱を受けることができる。よって、底部３１１全体が略同温の高温状態となるため、未燃焼物質を常に良好に燃焼させることができる。また、平面的な形状とする場合に比べて製造しやすい。
【００４８】
また、内側カバー３１の底部３１１のうち、外側カバー３２の底部３２１のガス通過孔２３の開口面の中央部と直接対向する部位（つまり、中央部３１１ａ近傍）にはガス通過孔が形成されていないので、ガス中に混入している水や毒物等が内側カバー３１に到達することを抑制できる。よって、検出素子１０の表面への被水や被毒を抑制できる。
【００４９】
また、内側カバー３１のガス通過孔２１の総面積を、外側カバー３２のガス通過孔２３の総面積よりも小さくしているので、外側カバー３２の底部３２１と内側カバー３１の底部３１１との間に形成される空間にガスが滞留しやすくなり、これらガス中に含まれる未燃焼物質をこの空間にて捕捉できる。よって、内側カバー３１の表面や検出素子１０の表面への未燃焼物質の堆積をさらに効果的に抑制できる。
【００５０】
次に、図１１（ａ）、（ｂ）に示す従来技術の酸素濃度検出器１と、図１１（ｃ）に示す試作品の酸素濃度検出器１と、図１、２に示す第１実施形態の酸素濃度検出器１とに関して、検出器１の検出精度（応答性）を比較するために本発明者らが行なった実験、およびその結果について説明する。
なお、従来技術の検出器１では、上記各ガス通過孔の直径および配置位置は前述の通りとしている。また、図１１（ｃ）の検出器１では、内側カバー３１の通過孔２２の直径を１．５ｍｍとし、この通過孔２２を、内側カバー３１の側部３１１において軸方向に２列並ぶように、かつ、周方向に４個並ぶように、合計８個形成しており、内側カバー３１の通過孔２１の直径を３．５ｍｍとし、この通過孔２１を底部３２１の中央に１つ形成してある。図１１（ｃ）の検出器１において、外側カバー３２の通過孔２３は、直径を８ｍｍとし、底部３２１の中央に１つ形成してある。
【００５１】
そして、上記各検出器１として、未使用状態のものと、ディーゼルエンジン１００の上記配管１０１、１０２に装着して、ディーゼルエンジン１００を１００時間、運転した後のものとを用意する。そして、酸素濃度が２０％、１５％の空気をそれぞれ切り換えて供給できる配管に上記各検出器１を装着し、酸素濃度が２０％の空気を供給する状態と、酸素濃度が１５％の空気を供給する状態とを切り換えた瞬間から、上記各検出器１が酸素濃度の変化を検出するまでの時間を測定した。
【００５２】
そして、未使用状態の検出器１による検出時間を初期の検出時間とし、１００時間使用した後の検出器１による検出時間を耐久後の検出時間として、検出時間の変化率を算出した。なお、変化率とは、耐久後の検出時間を初期の検出時間にて割ったものである。
この結果、従来の検出器１の検出時間の変化率は約２０で、図１１（ｃ）の検出器１の検出時間の変化率は４で、本実施形態の検出器１の検出時間の変化率は１であった。このように、図１１（ｃ）の検出器１および本実施形態の検出器１は、従来の検出器１よりも大幅に変化率が小さいので、検出精度を長期にわたって良好に維持できる。また、本実施形態の検出器１は、図１１（ｃ）の検出器１よりもさらに変化率が小さいので、図１１（ｃ）の検出器１よりも一層良好に、検出精度を長期にわたって維持できることを確認できた。
【００５３】
（第２実施形態）
第２実施形態は、上記第１実施形態を変形したものであり、図４に示すように、内側カバー３１の側部３１２にも、円形状のガス通過孔２２を設けている。このガス通過孔２２は円形状であり、側部３１１において、軸方向に例えば１列のみ配置し、かつ、周方向に例えば４個並ぶように形成されている。これらのガス通過孔２２は、側部３１２のうち上記反応部１２ａに対向する部位以外の部位に形成されており、図４の図示例では、上記反応部１２ａよりも検出素子基端１０ｂ側の部位にガス通過孔２２を配置している。
【００５４】
本第２実施形態によると、内側カバー３１の側部３１２にもガス通過孔２２を追加設置することにより、このガス通過孔２２を通過して内側カバー３１の内部へガスが流入可能となるので、内側カバー３１の側部３１２と外側カバー３２の側部３２２との間のガス流れが良好となり、Ｙ部への未燃焼物質の付着量を低減できる。そのため、ガス通過孔２１の開口状態をより一層確実に維持することができる。
【００５５】
また、内側カバー３１の側部３１２のうち、反応部１２ａ（図４参照）に対向する部位以外の部位に、ガス通過孔２２が形成されているので、このガス通過孔２２から反応部１２ａへ至るガスの経路が迷路構造となり、ガスが検出素子１０の反応部１２ａの表面近傍に侵入することを抑制できる。従って、
▲１▼検出素子１０のうち、反応部１２ａおよび反応部１２ａ近傍部位（以下、検出素子１０の出力部という）の保温性を向上でき、検出素子１０の出力部を良好に活性温度以上に保つことができる。
【００５６】
▲２▼反応部１２ａの表面に、ガス中に含まれる未燃焼物質が堆積することを抑制でき、反応部１２ａの劣化を抑制できる。
（第３実施形態）
第３実施形態は、上記第１実施形態を変形したものであり、図５に示すように、内側カバー３１の側部３１２、および外側カバー３２の側部３２２に双方とも、円形状のガス通過孔２２、２４を設けている。このガス通過孔２２、２４は側部３１２、３２２のうち、取付状態でガス流れの下流側に位置する部位で、かつ、側部３１２、３２２のうち、上記反応部１２ａに対向する部位以外の部位のみに、１つだけ形成されている。
【００５７】
本第３実施形態によれば、ガス通過孔２３、２１を通して、両カバー３１、３２内にガスが出入りするのに加えて、ガス通過孔２２、２４を通しても、両カバー３１、３２内にガスが出入りするので、ガス通過性をより良好にすることができる。
また、反応部１２ａ（図２参照）に対向する部位以外の部位に、ガス通過孔２２、２４が形成されているので、このガス通過孔２２、２４から反応部１２ａへ至るガスの経路が迷路構造となり、ガスが検出素子１０の反応部１２ａの表面近傍に侵入することを抑制できる。
【００５８】
（第４実施形態）
第４実施形態は、上記第１の実施形態を変形したものであり、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、内側カバー３１の底部３１１の先細り形状として、前述の半球形状の代わりに、多角錐形状（本第４実施形態では四角錐形状）が形成されている。
【００５９】
従って、検出素子１０の先端１０ａ側（図６（ａ）の上側）へ傾斜する複数（本実施形態では４つ）の平面傾斜面３１１ｃを有する形状に、底部３１１が形成されている。なお、検出素子１０の軸方向Ｔに対する平面傾斜面３１１ｃの傾斜角度αを例えば４５°としている。このようにしても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００６０】
（第５実施形態）
本実施形態は、上記第１実施形態を変形したものであり、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、内側カバー３１の底部３１１は、中央部３１１ａに検出素子１０の軸方向に垂直な円形平面部Ｇを備え、この円形平面部Ｇから側部３１２の縁部にかけて、検出素子１０の先端１０ａ側（図７（ａ）の上側）へ傾斜する複数（本実施形態では４つ）の平面傾斜面３１１ｃを有する形状に、底部３１１が形成されている。なお、検出素子１０の軸方向に対する平面傾斜面３１１ｃの傾斜角度αを例えば４５°としている。このようにしても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
（第６実施形態）
第６実施形態は、上記第１実施形態を変形したものであり、図８に示すように、内側カバー３１の側部３１２は、底部３１１の半球状傾斜面３１１ｃの縁部から、徐々に拡径する円筒形状となって延びるように形成されている。なお、検出素子１０の軸方向に対する内側カバー３１の側部３１２の傾斜角度βを例えば３°としている。
【００６２】
これにより、内側カバー３１の底部３１１と外側カバー３２の側部３２２との間の径方向距離が、内側カバー３１の側部３１２と外側カバー３２の側部３２２との間の径方向距離よりもさらに長くなる。よって、底部３１１に形成されるガス通過孔２１の開口状態がより良好に維持される。
（第７実施形態）
第７実施形態は、上記第１実施形態を変形したものであり、図９に示すように、内側カバー３１と外側カバー３２との間に中間カバー３３を備えている。この中間カバー３３は、内側カバー３１の底部３１１に対向する底部３３１を有する略コップ形状に形成されている。この底部３３１は平面状に形成されており、検出素子１０の軸方向に対して略垂直に配されており、円形状のガス通過孔２５が１つ形成されている。
【００６３】
外側カバー３２には、底部３２１を全面的に開口するようにガス通過孔２３が形成されている。中間カバー３３の底部３３１と外側カバー３２の底部３１２は、検出素子１０の軸方向に関して同一位置に配されている。外側カバー３２の開口端部３２３側内周部が取付金具４１に溶接固定され、中間カバー３３の開口端部３３３側外周部が外側カバー３２の開口端部３２３側内周部に溶接固定され、内側カバー３１の開口端部３１３側内周部が取付金具４１に溶接固定されている。
【００６４】
そして、本第７実施形態によれば、素子カバー３が３重構造であるため、検出素子１０の保温性をより一層良好に保つことができる。
（第８実施形態）
第８実施形態は、図５の第３実施形態を変形したものであり、図１０に示すように、内側カバー３１の底部３１１の先細り形状として、外側カバー３２の側部３２２の内側面から離れる方向に傾斜する傾斜面３１１ｃの内周側に、この傾斜面３１１ｃとは逆方向に傾斜する副傾斜面３１１ｄを有する形状としている。
【００６５】
そして、この副傾斜面３１１ｄにも、ガスが通過するガス通過孔２６が設けられている。なお、この副傾斜面３１１ｄとガス通過孔２６を設ける底部３１１の先細り形状を、図２の第１実施形態、図４の第２実施形態等においても採用できることはもちろんである。
（他の実施形態）
なお、上記第１実施形態では、上記傾斜角度αが６０°である部位にガス通過孔２１を形成していたが、上記傾斜角度αが６０°より小さな部位にガス通過孔２１を形成してもよいし、上記傾斜角度αが６０°より大きく、かつ、９０°より小さな部位にガス通過孔２１を形成してもよい。
【００６６】
また、上記第４、第５実施形態では、上記傾斜角度αが４５°である部位にガス通過孔２１を形成していたが、上記傾斜角度αが４５°より小さな部位にガス通過孔２１を形成してもよいし、上記傾斜角度αが４５°より大きく、かつ、９０°より小さな部位にガス通過孔２１を形成してもよい。
また、上記第４および第５の実施形態では、内側カバー３１の底部３１１の先細り形状を、４つの平面傾斜部３１１ｃを有する多角錐状としていたが、この平面傾斜部３１１ｃの数を５つ以上有する形状としてもよいし、３つ以下とする形状としてもよい。
【００６７】
また、上記第６実施形態では、上記傾斜角度βを３°としていたが、３°より小さくてもよいし、３°より大きくてもよい。
また、上記各実施形態では、内側カバー３１の底部３１１の傾斜面３１１ｃに形成するガス通過孔２１を４つとしていたが、４つより少なくてもよいし、４つより多くてもよい。
【００６８】
また、上記各実施形態では、外側カバー３２の底部３２１は平面形状であったが、曲面形状であってもよい。また、底部３２１を全面的に開口する形状としてもよい。
また、上記各実施形態では、各ガス通過孔２１、２２、２３、２４、２５を円形状としていたが、方形や、その他の形状でもよい。
【００６９】
また、上記各実施形態では、外側カバー３２の底部３２１にガス通過孔２３を１つ形成していたが、複数形成してもよい。
また、上記各実施形態では、上記吸気側配管１０１および排気側配管１０２の両方に、酸素濃度検出器１を装着していたが、いずれか一方だけに装着するようにしてもよい。
【００７０】
また、上記各実施形態では、上記配管１０１、１０２の壁面に対して垂直に検出器１を装着し、この検出器１の先端側を、吸気ガス、および排気ガスが略垂直に通過するようにしていたが、検出器１の取り付けは、上記配管１０１、１０２の壁面に対して垂直（９０°）よりも多少前後にずれた角度になされてもよい。
特に、上記ガスが、その上流側から下流側にかけて、検出器１の軸方向下方側へ傾斜して流れるように、検出器１を配置することにより、外側カバー３２の底面通過孔２３の周辺部における未燃焼物質の堆積、および、この底面通過孔２３における未燃焼物質の通過をより大幅に低減できる。
【００７１】
また、上記各実施形態では、酸素濃度検出器１をディーゼルエンジン１００に適用したが、他にも、天然ガスを利用した発電用エンジンの排気ガスシステムなど、ガス中に素子カバー３に堆積しやすい物質を多く含むものに適用してもよい。
また、上記各実施形態では、限界電流式の検出素子１０を用いているが、他に、上記した絶縁拡散層１６を有さないポンプ電流式（濃淡電池式）の検出素子を用いてもよいし、半導体式の検出素子等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は第１実施形態に係わる酸素濃度検出器の縦断面図、（ｂ）は検出素子の先端側の拡大縦断面図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態に係わる酸素濃度検出器の先端側縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａに沿う横断面図である。
【図３】第１実施形態に係わる酸素濃度検出器の装着場所を示す説明図である。
【図４】第２実施形態に係わる酸素濃度検出器の先端側縦断面図である。
【図５】第３実施形態に係わる酸素濃度検出器の先端側縦断面図である。
【図６】（ａ）は第４実施形態に係わる酸素濃度検出器の先端側縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ矢視図である。
【図７】（ａ）は第５実施形態に係わる酸素濃度検出器の先端側縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ矢視図である。
【図８】第６実施形態に係わる酸素濃度検出器の先端側縦断面図である。
【図９】第７実施形態に係わる酸素濃度検出器の先端側縦断面図である。
【図１０】第８実施形態に係わる酸素濃度検出器の先端側縦断面図である。
【図１１】（ａ）は従来技術に係わる酸素濃度検出器の先端側縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う横断面図、（ｃ）は本発明者らの試作品に係わる酸素濃度検出器の先端側断面図である。
【符号の説明】
１０…検出素子、１０ａ…検出素子の先端、１１…ガス接触部、
１２ａ…反応部、２０…電気ヒータ、３１…内側カバー、
３１１…内側カバーの底部、３１２…内側カバーの側部、３２…外側カバー、
３２１…外側カバーの底部、３２２…外側カバーの側部、
２１、２２、２３、２４、２５…ガス通過孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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