(57)【要約】【課題】ヒータの消費電力についてその増大を極力抑えつつ、検出素子の昇温性や検出素子温度の安定性を向上させる。【解決手段】酸素センサ１０は、固体電解質からなり、その内部にヒータ１９を内蔵する検出素子１１と、その検出素子１１を囲むカバー２０とを備える。このカバー２０は内側カバー２１及び外側カバー２２からなる。内側カバー２１の内周面にはＮｉ−Ｃｒ合金による鍍金処理がなされ、鍍金層２５が形成されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガスが流れる流路内に配設されて前記被測定ガスのガス濃度を検出する検出素子と同検出素子を昇温させるヒータとを備えるガスセンサのカバーにおいて、
前記カバーの外周面に比して内周面の面粗度が小さく設定される
ことを特徴とするガスセンサのカバー。
【請求項２】
被測定ガスが流れる流路内に配設されて前記被測定ガスのガス濃度を検出する検出素子と同検出素子を昇温させるヒータとを備えるガスセンサのカバーにおいて、
前記カバーの外周面に比して内周面の熱反射率が高く設定される
ことを特徴とするガスセンサのカバー。
【請求項３】
被測定ガスが流れる流路内に配設されて前記被測定ガスのガス濃度を検出する検出素子と前記検出素子を昇温させるヒータとを備えるガスセンサのカバーにおいて、
前記カバーの少なくとも内周面には光沢処理が施される
ことを特徴とするガスセンサのカバー。
【請求項４】
前記光沢処理は内周面にのみ施される
ことを特徴とする請求項３に記載のガスセンサのカバー。
【請求項５】
前記光沢処理は鍍金処理である
ことを特徴とする請求項３に記載のガスセンサのカバー。
【請求項６】
前記鍍金処理はＮｉ−Ｃｒ合金による鍍金処理である
ことを特徴とする請求項５に記載のガスセンサのカバー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスセンサのカバーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の空燃比フィードバック制御では、排気管内に配設された酸素センサにより排気の酸素濃度を検出し、その検出結果に基づいて混合気の空燃比が理論空燃比と一致するように燃料噴射量を調節している。同制御に用いられる酸素センサは、個体電解質等からなる検出素子、これを加熱するヒータ、並びにこれらを保護するカバーを備えている。
【０００３】
また通常、こうした酸素センサでは、その検出素子が所定温度（活性化温度）以上に温度上昇してはじめてその濃度検出機能が発揮されるようになる。このため、検出素子の温度が常に活性化温度以上に維持されるように上記ヒータの発熱量（通電電流値）がフィードバック制御されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６―２１３８６２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気通路内を通過する排気の温度は、機関運転状態に応じて変化するため、検出素子の温度は常にこの排気の温度変化の影響を受ける。例えば、低負荷運転と高負荷運転とが交互に繰り返されると、それに応じて素子温度が不安定となり、その検出機能の低下を招くこととなる。一方、こうした素子温度の不安定化を抑制するためには、ヒータの発熱能力を増大させる必要がある。
【０００６】
その他、冷間始動時のように素子温度が比較的低い状態においては、ヒータによって早期に活性化温度にまで素子温度を昇温させなくてはならず、やはりヒータの発熱量を増大させるうえでは、その消費電力の増大が避けきれないものとなる。
【０００７】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものにおいて、その目的は、ヒータの消費電力についてその増大を極力抑えつつ、検出素子の昇温性や検出素子温度の安定性を向上させることのできるガスセンサのカバーを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上述した目的を達成するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、被測定ガスが流れる流路内に配設されて前記被測定ガスのガス濃度を検出する検出素子と同検出素子を昇温させるヒータとを備えるガスセンサのカバーにおいて、前記カバーの外周面に比して内周面の面粗度が小さく設定されることを要旨とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、被測定ガスが流れる流路内に配設されて前記被測定ガスのガス濃度を検出する検出素子と同検出素子を昇温させるヒータとを備えるガスセンサのカバーにおいて、前記カバーの外周面に比して内周面の熱反射率が高く設定されることを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、被測定ガスが流れる流路内に配設されて前記被測定ガスのガス濃度を検出する検出素子と前記検出素子を昇温させるヒータとを備えるガスセンサのカバーにおいて、前記カバーの少なくとも内周面には光沢処理が施されることを要旨とする。
【００１１】
上記請求項１に記載の構成では、カバーの外周面に比して内周面の面粗度が小さく設定されているため、同内周面における熱反射率が高められる。また、上記請求項２に記載の構成では、カバーの外周面に比して内周面の熱反射率が高く設定されている。更に請求項３に記載の構成では、カバーの少なくとも内周面に光沢処理が施されているため、同内周面における熱反射率が高められる。
【００１２】
これら請求項１乃至３のいずれかに記載の構成では、カバーの内周面における熱反射率が高められているため、同内周面からカバーの内部に向けて反射される熱の量が増大し、同カバー内部における保温性が高められるようになる。その結果、ヒータの消費電力についてその増大を極力抑えつつ、検出素子の昇温性や検出素子温度の安定性を向上させることができるようになる。
【００１３】
請求項３に記載の発明において、特に請求項４に記載されるように、前記光沢処理は内周面にのみ施される、といった構成を採用するのが望ましい。
上記構成によれば、カバーの内周面にのみ光沢処理を施しているため、カバーの外周面からの熱輻射が抑制される。したがって、カバー内部の保温性を一層向上させることができるようになる。
【００１４】
また、請求項３又は請求項４に記載される光沢処理としては、請求項５に記載されるように鍍金処理を採用することができる。
更に、こうした鍍金処理として、特に請求項６に記載されるようにＮｉ−Ｃｒ合金による鍍金処理を採用すれば、カバーの耐食性を向上させることができ、同カバーの内周面における光沢度を長期間にわたって高く維持することができるようになる。
【００１５】
尚、本明細書中、「カバーの内周面」とは、検出素子及びヒータが配設される側の面を意味するものとする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したガスセンサのカバーについてその一実施形態を図１乃至図３にしたがって説明する。本実施形態では、車載エンジンの排気管に取り付けられる酸素センサを想定している。この酸素センサは排気の酸素濃度を検出し、その検出した酸素濃度に基づいて混合気の空燃比を理論空燃比に維持する空燃比制御に用いられる。なお、上記被測定ガスは排気、流路は排気管にそれぞれ相当している。
【００１７】
図１に示すように、酸素センサ１０はジルコニア等の固体電解質材料からなる検出素子１１を備え、その先端部が排気管１４内に突出するようにして同排気管１４に取り付けられている。この検出素子１１の内部には同検出素子１１を加熱するヒータ１９が埋設されており、検出素子１１の温度が活性化温度以上の所定温度に維持されるように、同ヒータ１９の発熱量がフィードバック制御されている。
【００１８】
また、この検出素子１１には、これを囲むようにしてカバー２０が設けられている。このカバー２０は、いずれも有底円筒状の内側カバー２１及び外側カバー２２とからなる二重構造をなしている。これら内側カバー２１と外側カバー２２には複数の孔２３，２４が酸素センサ１０の軸方向に対して異なる位置に形成されており、これら各孔２３，２４により内側カバー２１の内部と排気管１４の内部（外側カバー２２の外部）とが連通されている。排気管１４内を流れる排気はこれら各孔２３，２４を通じて内側カバー２１の内部に導入される。
【００１９】
図２は、カバー２０の断面構造を拡大して示している。同図に示すように、内側カバー２１の内周面（内側面及び底面）には、光沢処理として、Ｎｉ−Ｃｒ合金を用いた鍍金処理がなされ、鍍金層２５が形成されている。尚、こうした鍍金層２５は、内側カバー２１の内周面にのみ形成されており、同内側カバー２１の内周面以外には形成されていない。ちなみに、内側カバー２１全体に鍍金処理した後、内側カバー２１の内周面以外の鍍金層を機械加工により除去するといった方法により内側カバー２１の内周面にのみ鍍金層２５を形成することができる。
【００２０】
このように内側カバー２１の内周面に鍍金層２５を形成しているため、同鍍金層２５を有していない場合と比較して、面粗度が小さく、光沢度が増大するようになる。その結果、内側カバー２１の内周面における熱反射率を高めることができ、ヒータ１９により加熱された検出素子１１から内側カバー２１の内周面（正確には鍍金層２５）に入射される熱線の多くをその内部側に反射させることができるようになる。
【００２１】
また、この鍍金層２５を形成するＮｉ−Ｃｒ合金は比較的熱伝導性が低いため、同鍍金層２５から内側カバー２１への熱伝導を抑制することができる。したがって、内側カバー２１自身の温度を低く抑えることができ、同内側カバー２１から外部への放熱についてもこれを好適に抑制することができるようになる。尚、Ｎｉ−Ｃｒ合金は、耐食性に優れているため、鍍金層２５の酸化によるくすみなどを抑えることができ、内側カバー２１の内周面における光沢度を長期間にわたって高く維持することできる。
【００２２】
このように、内側カバー２１の内周面における熱反射性を高める一方で内側カバー２１の外周面から外部への放熱を抑制することにより、その内部における保温性を向上させることができる。
【００２３】
そして、本実施形態にかかるカバー２０によれば、こうした保温性の向上を通じて以下のような効果を奏することができる。
まず、検出素子１１の早期昇温が可能となる。したがって、エンジン始動時、特に冷間始動時においても、素子温度を早期に昇温させることができ、検出精度の向上を図ることができるようになる。図３はこうしたエンジン始動時における素子温度の推移についてその一例を示している。尚、同図において、実線は本実施形態にかかるカバー２０を採用した場合における素子温度の推移、破線は従来のカバーを採用した場合における素子温度の推移をそれぞれ示している。同図に示されるように、本実施形態では、従来例と比較して、素子温度の上昇速度が大きく、従って素子温度が速やかに目標温度に収束している。
【００２４】
次に、検出素子１１の素子温度を所定温度範囲内で安定して維持することができる。検出素子１１は、その温度が活性化温度を下回るとその機能が低下する一方、過剰に高温になると素子割れ等の不具合を生じる虞がある。この点、本実施形態にかかるカバー２０によれば、内側カバー２１の内部に低温の排気が導入され、素子温度が一時的に低下するような場合でも、同素子温度を速やかに上昇させることができる。したがって、先の図３に実線で示されるように、検出素子１１を使用する際に適した温度範囲内に素子温度を好適に維持することができ、素子温度の安定性を向上させることができるようになる。
【００２５】
また、上述したように、カバー２０の保温性を向上させることにより、素子温度の上昇速度及びその安定性を確保できるため、最終的にはヒータの消費電力についてその増大を極力抑えることができるようになる。
【００２６】
なお、上記実施形態は以下のようにその構成の一部を変更して実施することもできる。
・カバー２０を内側カバー２１及び外側カバー２２からなる二重構造としたが、外側カバー２２を省略し、内側カバー２１のみの構成としてもよい。また、三重構造あるいはそれ以上の多重構造を有するカバーでもよい。なお、そのような多重構造を有するカバーにおいては、検出素子１１に最も近いカバーの内周面にのみ鍍金層２５を形成するのが望ましい。
【００２７】
・また、内側カバー２１の内周面及び外周面の双方に鍍金処理をするようにしてもよい。
・更に、外側カバー２２の内周面に鍍金処理をするようにしてもよい。
【００２８】
・内側カバー２１の全体に鍍金処理をした後、その内側カバー２１の内周面以外の鍍金層を除去したが、例えば、蒸着あるいはスパッタリング等の方法により、内側カバー２１の内周面にのみ鍍金層２５を形成するようにしてもよい。
【００２９】
・鍍金層２５の形成材料としてＮｉ−Ｃｒ合金の以外にも、例えば、Ａｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｐｔ，Ｃｕ等の金属、またはこれら金属の組合せからなる合金等、任意の金属又はそれらの組合せによりなる合金を用いるようにしてもよい。
【００３０】
・上記実施形態では、光沢処理として鍍金処理を採用したが、例えば、内側カバー２１の内周面を研磨やラッピング等によって鏡面仕上げすることによっても、面粗度を小さくして、その熱反射性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる酸素センサ及び排気管を示した断面図。
【図２】カバーの部分拡大断面図。
【図３】エンジン始動時における素子温度の推移を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…酸素センサ、１１…検出素子、１４…排気管、１９…ヒータ、２０…カバー、２１…内側カバー、２２…外側カバー、２３，２４…孔、２５…鍍金層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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