JPH07280771A - Oxygen sensor - Google Patents
Oxygen sensorInfo
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- JPH07280771A JPH07280771A JP6095670A JP9567094A JPH07280771A JP H07280771 A JPH07280771 A JP H07280771A JP 6095670 A JP6095670 A JP 6095670A JP 9567094 A JP9567094 A JP 9567094A JP H07280771 A JPH07280771 A JP H07280771A
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- zirconia tube
- thin
- zirconia
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 短時間でジルコニアチューブを活性化させる
と共に、応力集中によるジルコニアチューブの損傷を防
止する。
【構成】 ジルコニアチューブ21を、先端側の蓋部2
2と、該蓋部22の外径寸法D1 とほぼ同径かつ同等の
肉厚寸法Tで伸長した薄肉筒部23と、該薄肉筒部23
から第1の変曲点k1 を介して漸次外径寸法を増大させ
て外径寸法D2 となるテーパ状のテーパ筒部24と、該
テーパ筒部24から第2の変曲点k2 を介して拡径され
た厚肉フランジ部25とから構成した。従って、ジルコ
ニアチューブ21は薄肉筒部23によって薄肉化される
から、内部抵抗が小さくなって活性化開始温度が低くな
る上に、ジルコニアチューブ21全体の体積が小さくな
り、活性化開始温度まで短時間で加熱される。また、ジ
ルコニアチューブ21に加わる応力は第1の変曲点k1
と第2の変曲点k2 に分散される。
(57) [Summary] [Purpose] To activate the zirconia tube in a short time and prevent damage to the zirconia tube due to stress concentration. [Structure] The zirconia tube 21 is attached to the lid portion 2 on the tip side.
2, a thin-walled cylindrical portion 23 that has a diameter T approximately equal to the outer diameter D1 of the lid portion 22 and extends, and the thin-walled tubular portion 23.
From the first inflection point k1 to the taper-shaped taper cylinder portion 24 which gradually increases the outer diameter dimension to the outer diameter dimension D2, and from the taper cylinder portion 24 through the second inflection point k2. It is composed of a thick flange portion 25 having an enlarged diameter. Therefore, since the zirconia tube 21 is thinned by the thin-walled cylinder portion 23, the internal resistance is reduced and the activation start temperature is lowered, and the volume of the entire zirconia tube 21 is reduced, and the activation start temperature is shortened in a short time. Is heated in. The stress applied to the zirconia tube 21 is the first inflection point k1.
And the second inflection point k2.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車の排気ガ
ス中の酸素濃度を検出するのに用いて好適な酸素センサ
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxygen sensor suitable for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas of an automobile, for example.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、自動車等のエンジンにあって
は、空燃比を最適にフィードバック制御するため、排気
管等に酸素センサ(O2 センサ)を取付けて、排気ガス
中の酸素濃度を常時検出し、空燃比制御に用いている。2. Description of the Related Art Generally, in an engine of an automobile or the like, an oxygen sensor (O 2 sensor) is attached to an exhaust pipe or the like to constantly detect the oxygen concentration in exhaust gas in order to optimally perform feedback control of an air-fuel ratio. However, it is used for air-fuel ratio control.
【0003】そこで、従来技術による酸素センサとして
例えばヒータ無し型の酸素センサを図5および図6を用
いて説明する。As a conventional oxygen sensor, for example, a heater-less oxygen sensor will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
【0004】図中、1は酸素センサの本体を構成する段
付筒状のセンサ本体を示し、該センサ本体1は、一端側
外周におねじ部2Aが形成され、他端側が筒状の嵌合部
2Bとなったホルダ2と、一端側が該ホルダ2の嵌合部
2Bにかしめ部3Aを介して固着され、他端側に段部3
B、縮径部3Cが形成された段付筒状のキャップ3等と
からなり、これらはステンレス鋼等の金属材料によって
形成されている。また、前記ホルダ2,キャップ3内に
は、アルミナ等のセラミック材料により円筒状に形成さ
れた絶縁筒体4が挿嵌されている。そして、該センサ本
体1は、ホルダ2のおねじ部2Aを介して自動車の排気
管(図示せず)に取付けられるようになっている。In the figure, reference numeral 1 denotes a stepped tubular sensor body that constitutes the body of the oxygen sensor. The sensor body 1 has a threaded portion 2A formed on the outer periphery at one end and a tubular fit at the other end. The holder 2 that has become the joining portion 2B is fixed at one end side to the fitting portion 2B of the holder 2 through the caulking portion 3A, and at the other end side, the step portion 3 is formed.
B, a stepped tubular cap 3 having a reduced diameter portion 3C, and the like, which are made of a metallic material such as stainless steel. A cylindrical insulating cylinder 4 made of a ceramic material such as alumina is inserted into the holder 2 and the cap 3. The sensor body 1 is adapted to be attached to an exhaust pipe (not shown) of an automobile via the male screw portion 2A of the holder 2.
【0005】5は基端側がセンサ本体1の一端側に取付
けられ、先端側が該センサ本体1から突出して排気管内
に伸長したジルコニアチューブを示し、該ジルコニアチ
ューブ5は、酸化ジルコニウム等のセラミックス材料か
ら有蓋筒状に一体成形されている。また、該ジルコニア
チューブ5は、図6に示す如く、先端側に位置して半球
状に形成された蓋部6と、該蓋部6から基端側に向けて
伸長し、蓋部6の外径寸法d1 から漸次外径寸法が増大
して伸長側で外径寸法d2 となるテーパ状に形成された
テーパ筒部7と、該テーパ筒部7の伸長側を変曲点kと
し、肩部8Aを介して厚肉に拡径されたフランジ部8と
から構成され、ジルコニアチューブ5は、該フランジ部
8の肩部8Aがリング状のワッシャ9を介してホルダ2
の肩部2Cに押圧されることによりセンサ本体1に固定
されている。Reference numeral 5 denotes a zirconia tube whose base side is attached to one end side of the sensor body 1 and whose tip side projects from the sensor body 1 and extends into the exhaust pipe. The zirconia tube 5 is made of a ceramic material such as zirconium oxide. It is integrally molded into a cylindrical shape with a lid. In addition, as shown in FIG. 6, the zirconia tube 5 has a lid portion 6 located on the distal end side and formed in a hemispherical shape, and extends from the lid portion 6 toward the proximal end side. A taper cylindrical portion 7 formed in a taper shape in which the outer diameter dimension gradually increases from the diameter dimension d1 to the outer diameter dimension d2 on the extension side, and the extension side of the taper tube portion 7 serves as an inflection point k and the shoulder portion 8A, the zirconia tube 5 has a flange portion 8 having a thickened diameter, and the shoulder portion 8A of the flange portion 8 has a ring-shaped washer 9 for holding the holder 2
It is fixed to the sensor body 1 by being pressed by the shoulder portion 2C.
【0006】そして、該ジルコニアチューブ5は、内側
と外側との酸素に濃度差が生じると、酸素イオンが通り
抜けるようになり、後述の内側電極10,外側電極11
間に起電力(検出信号)を発生するようになっている。
また、該ジルコニアチューブ5の内,外面には多孔質の
白金(図示せず)がコーティングされ、該白金層は前記
起電力の増幅作用(触媒作用)を行なうものである。The zirconia tube 5 allows oxygen ions to pass through when a difference in oxygen concentration between the inside and the outside occurs.
An electromotive force (detection signal) is generated between them.
The inside and outside of the zirconia tube 5 is coated with porous platinum (not shown), and the platinum layer serves to amplify the electromotive force (catalyst).
【0007】10,11はジルコニアチューブ5の内,
外面にそれぞれ設けられた内側電極,外側電極を示し、
該各電極10,11は白金とジルコニアとからなるペー
スト状の材料をジルコニアチューブ5の内,外面に塗布
することにより、帯状に伸長して形成されている。ま
た、内側電極10の他端側はジルコニアチューブ5のフ
ランジ部8端面まで伸長して接続部10Aとなり、該接
続部10Aは後述のコンタクトプレート12と接続され
ている。また、前記外側電極11はホルダ2の肩部2C
にワッシャ9を介して接続され、排気管側にアースされ
るようになっている。Of the zirconia tubes 5, 10 and 11,
Showing the inner electrode and the outer electrode respectively provided on the outer surface,
Each of the electrodes 10 and 11 is formed by applying a paste material made of platinum and zirconia to the inner and outer surfaces of the zirconia tube 5 to extend in a strip shape. The other end of the inner electrode 10 extends to the end surface of the flange portion 8 of the zirconia tube 5 to form a connecting portion 10A, which is connected to a contact plate 12 described later. Further, the outer electrode 11 is a shoulder portion 2C of the holder 2.
Is connected via a washer 9 and is grounded to the exhaust pipe side.
【0008】12は絶縁筒体4内に配設されたコンタク
トプレートを示し、該コンタクトプレート12は導電性
の金属板を曲げ加工することにより形成され、その一端
側には円板状のコンタクト部12Aが、他端側にはリー
ド線13と接続された接続部12Bがそれぞれ設けられ
ている。そして、該コンタクトプレート12のコンタク
ト部12Aはジルコニアチューブ5のフランジ部8端面
と絶縁筒体4との間にディスクスプリング14のばね力
によって挟持され、内側電極10の接続部10Aと接続
されている。Reference numeral 12 denotes a contact plate arranged in the insulating cylinder 4, which is formed by bending a conductive metal plate, and has a disk-shaped contact portion on one end side thereof. 12A and a connecting portion 12B connected to the lead wire 13 are provided on the other end side. The contact portion 12A of the contact plate 12 is sandwiched between the end surface of the flange portion 8 of the zirconia tube 5 and the insulating cylindrical body 4 by the spring force of the disc spring 14, and is connected to the connecting portion 10A of the inner electrode 10. .
【0009】さらに、15はキャップ3の縮径部3C内
に配設され、リード線13の周囲をシールするシール部
材、16はジルコニアチューブ5を保護すべく、ホルダ
2に固着されたプロテクタを示し、該プロテクタ16に
は排気ガス導入用の長孔16A,16A,…が形成され
ている。Further, 15 is a seal member which is disposed in the reduced diameter portion 3C of the cap 3 and seals the periphery of the lead wire 13, and 16 is a protector fixed to the holder 2 so as to protect the zirconia tube 5. The protector 16 is provided with elongated holes 16A, 16A, ... For introducing exhaust gas.
【0010】従来技術による酸素センサは上述の如き構
成を有するもので、ホルダ2のおねじ部2Aを排気管に
螺着することによって該排気管にセンサ本体1を取付
け、ジルコニアチューブ5の先端側をプロテクタ16と
共に排気管内に突出させ、排気ガス中の酸素濃度の検出
を行うようになっている。即ち、排気ガスは空気と燃料
との混合気を燃焼させた廃ガスであるから、排気ガス中
の酸素濃度はジルコニアチューブ5の内側の大気に比較
して低下し、ジルコニアチューブ5の内側と外側とには
大きな酸素濃度差が生じる。The oxygen sensor according to the prior art has the above-mentioned structure. The sensor body 1 is attached to the exhaust pipe by screwing the male screw portion 2A of the holder 2 to the exhaust pipe, and the tip side of the zirconia tube 5 is attached. Is projected into the exhaust pipe together with the protector 16 to detect the oxygen concentration in the exhaust gas. That is, since the exhaust gas is a waste gas obtained by burning a mixture of air and fuel, the oxygen concentration in the exhaust gas is lower than the atmosphere inside the zirconia tube 5, and the inside and outside of the zirconia tube 5 are reduced. There is a large oxygen concentration difference between and.
【0011】このため、ジルコニアチューブ5には内側
から外側へと酸素イオンが通り抜けて内側電極10と外
側電極11との間には起電力が生じる。そして、この起
電力は排気ガス中の酸素濃度変化に応じて増減するか
ら、この酸素濃度変化による起電力を検出信号としてコ
ンタクトプレート12、リード線13等を介して外部の
コントロールユニット(図示せず)に出力し、該コント
ロールユニットではこの検出信号に基づいて燃料噴射量
等を補正し、空燃比をフィードバック制御するようにな
っている。Therefore, oxygen ions pass through the zirconia tube 5 from the inside to the outside, and an electromotive force is generated between the inner electrode 10 and the outer electrode 11. Since this electromotive force increases / decreases according to the change in oxygen concentration in the exhaust gas, the electromotive force due to this change in oxygen concentration is used as a detection signal through the contact plate 12, the lead wire 13, etc. to an external control unit (not shown). ), And the control unit corrects the fuel injection amount and the like based on this detection signal, and feedback-controls the air-fuel ratio.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】ところで、酸素センサ
は、ジルコニアチューブ5が所定の温度、例えば320
〜350℃で活性化して制御を開始する(検出信号を出
力する)ものであり、ヒータ無し型の酸素センサは、ヒ
ータ付き型の酸素センサに比較して制御を開始するまで
に長時間を要してしまい、始動特性の面で劣っている。By the way, in the oxygen sensor, the zirconia tube 5 has a predetermined temperature, for example, 320.
It is activated at ˜350 ° C. and starts control (outputs a detection signal). Oxygen sensors without heaters require a longer time to start control than oxygen sensors with heaters. It is inferior in terms of starting characteristics.
【0013】特に、上述したヒータ無し型の酸素センサ
では、ジルコニアチューブ5を蓋部6,テーパ筒部7お
よびフランジ部8から構成し、該テーパ筒部7は、蓋部
6の外径寸法d1 から漸次外径寸法が増大して伸長側で
外径寸法d2 となるテーパ状に形成しているから、該テ
ーパ筒部7が全体的に厚肉となり、ジルコニアチューブ
5の体積が大きくなってしまう。In particular, in the above-mentioned heaterless oxygen sensor, the zirconia tube 5 is composed of the lid portion 6, the taper tube portion 7 and the flange portion 8. The taper tube portion 7 has an outer diameter dimension d1 of the lid portion 6. Since the outer diameter is gradually increased and the outer diameter is tapered on the extension side, the tapered cylindrical portion 7 becomes thick as a whole and the volume of the zirconia tube 5 becomes large. .
【0014】この結果、テーパ筒部7の厚肉化によりジ
ルコニアチューブ5の内部抵抗が増大し、該ジルコニア
チューブ5が活性化して起電力を生じ始める温度が高く
なるばかりか、体積の増大によりジルコニアチューブ5
が排気ガスによって起電力を生じる温度まで加熱される
のに時間を要してしまい、エンジン始動時から空燃比制
御を開始するまでの制御不能時間が長くなるという問題
がある。As a result, not only the internal resistance of the zirconia tube 5 increases due to the thickening of the tapered cylindrical portion 7 and the temperature at which the zirconia tube 5 is activated to start generating electromotive force increases, but also due to the increase in volume, zirconia increases. Tube 5
It takes time for the exhaust gas to be heated to a temperature at which electromotive force is generated, and there is a problem that the uncontrollable time from the engine start to the start of the air-fuel ratio control becomes long.
【0015】また、従来技術のジルコニアチューブ5で
は、テーパ筒部7から変曲点kを介してフランジ部8を
形成するようにしているから、振動等による応力がこの
変曲点kに集中してジルコニアチューブ5の変曲点k近
傍に亀裂等が生じ易くなり、酸素センサが短寿命となっ
てしまうという問題がある。Further, in the conventional zirconia tube 5, since the flange portion 8 is formed from the tapered cylindrical portion 7 via the inflection point k, stress due to vibration or the like is concentrated at this inflection point k. As a result, a crack or the like is likely to occur near the inflection point k of the zirconia tube 5, and the oxygen sensor has a short life.
【0016】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、短時間でジルコニアチューブを活性化で
きる上に、応力集中によるジルコニアチューブの損傷を
防止できるようにした酸素センサを提供することを目的
とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and provides an oxygen sensor capable of activating a zirconia tube in a short time and preventing damage to the zirconia tube due to stress concentration. With the goal.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明が採用する酸素センサの構成は、センサ
本体と、基端側が該センサ本体に取付けられ、先端側が
センサ本体から突出した有蓋筒状のジルコニアチューブ
と、前記センサ本体内に設けられ、該ジルコニアチュー
ブによって検出される酸素濃度変化信号を出力するコン
タクトプレートとからなる。In order to solve the above-mentioned problems, the structure of the oxygen sensor adopted by the present invention is such that the sensor main body and the base end side are attached to the sensor main body, and the front end side protrudes from the sensor main body. It consists of a cylindrical zirconia tube with a lid, and a contact plate that is provided in the sensor body and outputs an oxygen concentration change signal detected by the zirconia tube.
【0018】そして、本発明が採用する酸素センサの特
徴は、前記ジルコニアチューブは、先端側に位置する蓋
部と、該蓋部から基端側に向けてほぼ同径の筒体となっ
て伸長する薄肉筒部と、該薄肉筒部の伸長側を第1の変
曲点として漸次外径寸法が増大するテーパ状に形成され
たテーパ筒部と、該テーパ筒部の伸長側を第2の変曲点
として厚肉に拡径され、前記センサ本体に固着される厚
肉フランジ部とから構成したことにある。The oxygen sensor employed in the present invention is characterized in that the zirconia tube extends into a lid portion located on the distal end side and a tubular body having substantially the same diameter from the lid portion toward the base end side. A thin-walled tubular portion, a taper-shaped tubular portion formed in a tapered shape in which the outer diameter dimension gradually increases with the extension side of the thin-walled tubular portion as a first inflection point, and the extension side of the tapered tubular portion is a second The inflection point is formed of a thick flange portion which is thickened and fixed to the sensor body.
【0019】また、前記テーパ筒部の外周側は、第1の
変曲点から第2の変曲点に向けて直線的に拡開するテー
パ面としてもよい。The outer peripheral side of the tapered cylindrical portion may be a tapered surface that linearly expands from the first inflection point toward the second inflection point.
【0020】さらに、前記テーパ筒部の外周側は、第1
の変曲点から第2の変曲点に向けて円弧状に拡開する円
弧状テーパ面としてもよい。Further, the outer peripheral side of the taper cylinder portion has a first
It may be an arcuate taper surface that expands in an arcuate shape from the inflection point to the second inflection point.
【0021】[0021]
【作用】上記構成により、ジルコニアチューブは薄肉筒
部により薄肉化されて内部抵抗が小さくなり、活性化し
て起電力を生じ始める温度が低くなる上に、体積の減少
によって短時間で活性化開始温度まで加熱される。ま
た、ジルコニアチューブに加わる応力は第1の変曲点と
第2の変曲点とに分散される。With the above construction, the zirconia tube is thinned by the thin-walled cylindrical portion to reduce the internal resistance, and the temperature at which the zirconia tube is activated to start generating an electromotive force is lowered. Is heated up. Further, the stress applied to the zirconia tube is dispersed at the first inflection point and the second inflection point.
【0022】[0022]
【実施例】以下、本発明の実施例による酸素センサ(O
2 センサ)を図1ないし図4に基づいて説明する。な
お、実施例では前述した図5および図6に示す従来技術
と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略
するものとする。EXAMPLE An oxygen sensor (O) according to an example of the present invention will be described below.
2 sensors) will be described with reference to FIGS. In the embodiment, the same components as those of the conventional technique shown in FIGS. 5 and 6 described above are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【0023】まず、図1および図2に本発明の第1の実
施例による酸素センサとしてヒータ無し型の酸素センサ
を示す。First, FIGS. 1 and 2 show an oxygen sensor without a heater as an oxygen sensor according to a first embodiment of the present invention.
【0024】図において、21は基端側がセンサ本体1
の一端側に取付けられ、先端側が該センサ本体1から突
出して排気管(図示せず)内に伸長した本実施例による
ジルコニアチューブを示し、該ジルコニアチューブ21
は、酸化ジルコニウム等のセラミックス材料から有蓋筒
状に一体成形されている。また、該ジルコニアチューブ
21は、図2に示す如く、先端側に位置して半球状に形
成された蓋部22と、該蓋部22から基端側に向けて伸
長し、蓋部22の外径寸法D1 とほぼ同径かつ該蓋部2
2と同等の肉厚寸法Tとなった薄肉円筒状の薄肉筒部2
3と、該薄肉筒部23の伸長側を第1の変曲点k1 とし
て漸次外径寸法を増大させることにより基端側で外径寸
法D2 となるテーパ状に形成されたテーパ筒部24と、
該テーパ筒部24の伸長側を第2の変曲点k2 とし、肩
部25Aを介して厚肉に拡径された厚肉フランジ部25
とから構成され、前記テーパ筒部24の外周面は、第1
の変曲点k1 から第2の変曲点k2 に向けて直線的に拡
開するテーパ面24Aとなっている。In the figure, reference numeral 21 indicates the sensor body 1 on the base end side.
The zirconia tube according to the present embodiment, which is attached to one end side of the zirconia, has a tip end side protruding from the sensor body 1 and extending into an exhaust pipe (not shown).
Is integrally formed in a cylindrical shape with a lid from a ceramic material such as zirconium oxide. As shown in FIG. 2, the zirconia tube 21 has a hemispherical lid portion 22 located on the distal end side and a lid portion 22 extending from the lid portion 22 toward the proximal end side. The diameter is approximately the same as the diameter D1 and the lid 2
Thin-walled cylindrical portion 2 having a wall thickness dimension T equivalent to 2
3 and a tapered cylindrical portion 24 formed into a tapered shape having an outer diameter dimension D2 on the proximal end side by gradually increasing the outer diameter dimension with the extension side of the thin-walled cylindrical portion 23 as the first inflection point k1. ,
The extended side of the tapered cylindrical portion 24 is defined as the second inflection point k2, and the thick-walled flange portion 25 is thickened through the shoulder portion 25A.
And the outer peripheral surface of the tapered cylindrical portion 24 has a first
Is a taper surface 24A that linearly expands from the inflection point k1 to the second inflection point k2.
【0025】また、前記第1の変曲点k1 は、蓋部22
先端から寸法L1 だけ離間した位置に配設され、この第
1の変曲点k1 までが薄肉筒部23となる。そして、蓋
部22先端から第1の変曲点k1 までの寸法L1 、即
ち、薄肉筒部23の長さ寸法は、蓋部22先端から第2
の変曲点k2 までの寸法L2 の40〜95%、好ましく
は40〜80%程度となるように設定されている。The first inflection point k1 is defined by the lid portion 22.
The thin cylinder portion 23 is arranged at a position separated from the tip by a dimension L1 and extends to the first inflection point k1. The dimension L1 from the tip of the lid portion 22 to the first inflection point k1, that is, the length dimension of the thin-walled tubular portion 23 is the length from the tip of the lid portion 22 to the second.
The dimension L2 up to the inflection point k2 is set to 40 to 95%, preferably 40 to 80%.
【0026】本実施例による酸素センサのジルコニアチ
ューブ21は上述の如き構成を有するもので、その基本
的動作については従来技術によるものと格別差異はな
い。The zirconia tube 21 of the oxygen sensor according to this embodiment has the above-mentioned structure, and its basic operation is not different from that of the prior art.
【0027】然るに、本実施例では、ジルコニアチュー
ブ21を、先端側に位置して半球状に形成された蓋部2
2と、該蓋部22の外径寸法D1 とほぼ同径かつ同等の
肉厚寸法Tで伸長した薄肉筒部23と、該薄肉筒部23
から第1の変曲点k1 を介して漸次外径寸法を増大させ
て外径寸法D2 となるテーパ状に形成されたテーパ筒部
24と、該テーパ筒部24から第2の変曲点k2 を介し
て厚肉に拡径された厚肉フランジ部25とから構成して
いるから、前記薄肉筒部23によってジルコニアチュー
ブ21を薄肉化して内部抵抗を大幅に小さくすることが
でき、該ジルコニアチューブ21が活性化して起電力を
生じ始める温度を、例えば従来技術では320〜350
℃であったのを250℃程度まで低減することができ
る。また、前記薄肉筒部23によりジルコニアチューブ
21の全体の体積を小さくすることができるから、該ジ
ルコニアチューブ21全体を容易に加熱することがで
き、ジルコニアチューブ21を短時間のうちに活性化さ
せることができる。However, in this embodiment, the zirconia tube 21 is located at the tip end side and the lid portion 2 is formed in a hemispherical shape.
2, a thin-walled cylindrical portion 23 that has a diameter T approximately equal to the outer diameter D1 of the lid portion 22 and extends, and the thin-walled tubular portion 23.
From the first inflection point k1 to the outer diameter dimension, the taper cylindrical portion 24 is formed in a tapered shape so as to have the outer diameter dimension D2, and the second inflection point k2 from the tapered cylindrical portion 24. And the thick-walled flange portion 25 having a large diameter through the thin-walled tubular portion 23, the thin-walled tubular portion 23 can reduce the thickness of the zirconia tube 21 to significantly reduce the internal resistance. The temperature at which 21 is activated and begins to generate an electromotive force is, for example, 320 to 350 in the related art.
It was possible to reduce the temperature from ℃ to about 250 ℃. Further, since the entire volume of the zirconia tube 21 can be reduced by the thin-walled tubular portion 23, the entire zirconia tube 21 can be easily heated, and the zirconia tube 21 can be activated in a short time. You can
【0028】かくして、本実施例によれば、ジルコニア
チューブ21が活性化して起電力を生じ始める温度を低
く設定することができる上に、該ジルコニアチューブ2
1をこの活性開始温度まで短時間で加熱することができ
るから、エンジン始動からジルコニアチューブ21が活
性化されて起電力を生じるまでの制御不能時間を大幅に
短縮することができ、エンジン始動から短時間で空燃比
を安定させて、信頼性の向上を図ることができる。Thus, according to this embodiment, the temperature at which the zirconia tube 21 is activated to start generating electromotive force can be set low, and the zirconia tube 2 can be set.
Since 1 can be heated to this activation start temperature in a short time, the uncontrollable time from the engine start to the activation of the zirconia tube 21 to generate electromotive force can be significantly shortened, and the engine start time can be shortened. It is possible to stabilize the air-fuel ratio over time and improve reliability.
【0029】また、ジルコニアチューブ21の薄肉筒部
23に第1の変曲点k1 を設けるようにしているから、
従来技術において変曲点k(実施例では第2の変曲点k
2 )に集中していた応力を第1の変曲点k1 側に分散さ
せることができ、応力集中によるジルコニアチューブ2
1の損傷を防止して、酸素センサの寿命を大幅に延ばす
ことができる。Further, since the thin-walled cylinder portion 23 of the zirconia tube 21 is provided with the first inflection point k1,
In the prior art, the inflection point k (in the embodiment, the second inflection point k
The stress concentrated in 2) can be dispersed to the side of the first inflection point k1.
1 can be prevented and the life of the oxygen sensor can be greatly extended.
【0030】次に、図3に本発明の第2の実施例を示
す。Next, FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
【0031】図において、31は本実施例によるジルコ
ニアチューブを示し、該ジルコニアチューブ31は、前
記第1の実施例によるジルコニアチューブ21とほぼ同
様に、先端側に位置して半球状に形成された蓋部32
と、蓋部32の外径寸法D1 とほぼ同径かつ同等の肉厚
寸法Tで伸長した薄肉筒部33と、該薄肉筒部33から
第1の変曲点k1 を介して漸次外径寸法を増大させて外
径寸法D2 となるテーパ状に形成されたテーパ筒部34
と、該テーパ筒部34の伸長側を第2の変曲点k2 と
し、肩部35Aを介して厚肉に拡径された厚肉フランジ
部35とから構成されているものの、前記テーパ筒部3
4の外周面は、第1の変曲点k1 から第2の変曲点k2
に向けて半径寸法Rをもって円弧状に拡開する円弧状テ
ーパ面34Aとなっている。In the figure, 31 indicates a zirconia tube according to the present embodiment, and the zirconia tube 31 is located at the tip end side and is formed in a hemispherical shape, substantially like the zirconia tube 21 according to the first embodiment. Lid 32
And a thin-walled cylindrical portion 33 extending with a wall thickness dimension T substantially the same as the outer diameter dimension D1 of the lid portion 32, and the outer diameter dimension gradually increasing from the thin-walled cylindrical portion 33 through the first inflection point k1. And the taper tube portion 34 formed in a taper shape having an outer diameter dimension D2.
And a thick flange portion 35 whose diameter is increased through the shoulder portion 35A, with the extension side of the taper tubular portion 34 as the second inflection point k2. Three
The outer peripheral surface of No. 4 has a first inflection point k1 to a second inflection point k2.
It is an arcuate tapered surface 34A that expands in an arcuate shape with a radius dimension R toward.
【0032】かくして、このように構成された本実施例
においても、前記第1の実施例とほぼ同様の作用効果を
得ることができるものの、特に、本実施例では、テーパ
筒部34の外周を円弧状テーパ面34Aとすることによ
り、ジルコニアチューブ31に加わる応力を第1の変曲
点k1 ,第2の変曲点k2 に加え、該円弧状テーパ面3
4Aに分散させて応力集中を防止することができ、ジル
コニアチューブ31の損傷を確実に防止できる。Thus, in this embodiment having the above-described structure, it is possible to obtain substantially the same effect as that of the first embodiment, but in particular, in this embodiment, the outer circumference of the tapered cylindrical portion 34 is By forming the arcuate tapered surface 34A, the stress applied to the zirconia tube 31 is applied to the first inflection point k1 and the second inflection point k2, and the arcuate taper surface 3 is formed.
4A can be dispersed to prevent stress concentration, and the zirconia tube 31 can be reliably prevented from being damaged.
【0033】次に、図4に本発明の第3の実施例による
酸素センサとして、ヒータ付き型の酸素センサを示す。Next, FIG. 4 shows an oxygen sensor with a heater as an oxygen sensor according to a third embodiment of the present invention.
【0034】41はジルコニアチューブ21からの検出
信号を外部に導出するため、絶縁筒体4内に配設された
本実施例によるコンタクトプレートとしてのコンタクト
パイプを示し、該コンタクトパイプ41は導電性の金属
材料によって段付筒状に形成され、その先端側内周には
後述のヒータ42が位置決めされている。そして、該コ
ンタクトパイプ41は先端側がジルコニアチューブ21
内へと挿入され、内側電極10に接続させている。Reference numeral 41 denotes a contact pipe as a contact plate according to the present embodiment, which is disposed in the insulating cylinder 4 in order to lead the detection signal from the zirconia tube 21 to the outside. The contact pipe 41 has a conductive property. The heater 42 is formed of a metallic material in a stepped cylinder shape, and a heater 42 described later is positioned on the inner circumference of the tip end side thereof. The tip end of the contact pipe 41 is the zirconia tube 21.
It is inserted inside and is connected to the inner electrode 10.
【0035】42はコンタクトパイプ41内に位置決め
され、先端側がジルコニアチューブ21内を軸方向に伸
長したヒータを示し、該ヒータ42はアルミナ等のセラ
ミック材料によって小径のロッド状に形成されている。
また、該ヒータ42の外周側にはタングステン等の材料
からなるヒータパターン(図示せず)が形成され、この
ヒータパターンはニッケル線43A,43Bと接続され
ている。そして、該ヒータ42は、その先端側がジルコ
ニアチューブ21内へと伸長し、該ジルコニアチューブ
21を内部から加熱して所定温度まで加温することによ
り、該ジルコニアチューブ21を早期のうちに活性化さ
せるようになっている。Reference numeral 42 denotes a heater which is positioned in the contact pipe 41 and whose tip side extends axially in the zirconia tube 21. The heater 42 is formed of a ceramic material such as alumina into a rod shape having a small diameter.
A heater pattern (not shown) made of a material such as tungsten is formed on the outer peripheral side of the heater 42, and the heater pattern is connected to the nickel wires 43A and 43B. The heater 42 has its tip end extended into the zirconia tube 21, and heats the zirconia tube 21 from the inside to heat it to a predetermined temperature, thereby activating the zirconia tube 21 in an early stage. It is like this.
【0036】44A,44Bはヒータ42に外部から給
電を行う給電用リード線で、該各リード線44A,44
Bはコンタクトパイプ41内へと導入され、その先端は
ニッケル線43A,43Bと接続されている。Reference numerals 44A and 44B are power supply lead wires for supplying power to the heater 42 from the outside.
B is introduced into the contact pipe 41, and its tip is connected to the nickel wires 43A and 43B.
【0037】また、45はコンタクトパイプ41にター
ミナル46を介して接続された出力リード線で、該出力
リード線45は、ジルコニアチューブ21からの検出信
号を外部に導出するものである。Reference numeral 45 is an output lead wire connected to the contact pipe 41 via a terminal 46, and the output lead wire 45 is for outputting a detection signal from the zirconia tube 21 to the outside.
【0038】かくして、このように構成された本実施例
においても、前記各実施例とほぼ同様の作用効果を得る
ことができるものの、特に、本実施例では、ジルコニア
チューブ21内にヒータ42を設ける構成としているか
ら、薄肉化されたジルコニアチューブ21による効果と
ヒータ42による加熱効果とによって、より一層ジルコ
ニアチューブ21を短時間で所定温度まで加熱すること
ができ、制御不能時間を大幅に短縮することができる。Thus, even in this embodiment having such a structure, it is possible to obtain substantially the same effect as each of the above embodiments, but in particular, in this embodiment, the heater 42 is provided in the zirconia tube 21. Since it is configured, the zirconia tube 21 can be further heated to a predetermined temperature in a short time by the effect of the thinned zirconia tube 21 and the heating effect of the heater 42, and the uncontrollable time can be significantly shortened. You can
【0039】[0039]
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、ジ
ルコニアチューブを、先端側に位置する蓋部と、該蓋部
から基端側に向けてほぼ同径の筒体となって伸長する薄
肉筒部と、該薄肉筒部の伸長側を第1の変曲点として漸
次外径寸法が増大するテーパ状に形成されたテーパ筒部
と、該テーパ筒部の伸長側を第2の変曲点として厚肉に
拡径され、前記センサ本体に固着される厚肉フランジ部
とから構成しているから、前記薄肉筒部による薄肉化で
ジルコニアチューブの内部抵抗を小さくでき、該ジルコ
ニアチューブの活性化開始温度を低く設定することがで
きる上に、薄肉化によって体積を減少させることによ
り、短時間でジルコニアチューブを活性化開始温度まで
加熱することができ、例えば酸素センサを排気ガスの検
出に用いた場合には、エンジン始動からジルコニアチュ
ーブが加熱されて活性化し、起電力を生じるまでの制御
不能時間を大幅に短縮することができる。As described in detail above, according to the present invention, the zirconia tube is extended into a lid portion located on the distal end side and a tubular body having substantially the same diameter from the lid portion toward the base end side. A thin-walled tubular portion, a taper-shaped tubular portion formed in a tapered shape in which the outer diameter dimension gradually increases with the extension side of the thin-walled tubular portion as a first inflection point, and the extension side of the tapered tubular portion is a second Since it is composed of a thick flange portion that is thickened as an inflection point and is fixed to the sensor body, the internal resistance of the zirconia tube can be reduced by thinning the thin tubular portion, and the zirconia tube The activation start temperature can be set low, and the volume can be reduced by thinning the zirconia tube to the activation start temperature in a short time.For example, an oxygen sensor can detect exhaust gas. When used for Zirconia tube is heated from the engine start to activation, it is possible to significantly reduce the uncontrolled time to produce the electromotive force.
【0040】また、ジルコニアチューブに第1の変曲点
と第2の変曲点を設けることにより、ジルコニアチュー
ブに加わる応力を第1の変曲点と第2の変曲点とに分散
させることができ、応力集中によるジルコニアチューブ
の損傷を防止して酸素センサの寿命を延ばすことができ
る。Further, by providing the zirconia tube with the first inflection point and the second inflection point, the stress applied to the zirconia tube is dispersed into the first inflection point and the second inflection point. Therefore, damage to the zirconia tube due to stress concentration can be prevented and the life of the oxygen sensor can be extended.
【図1】本発明の第1の実施例によるジルコニアチュー
ブを用いた酸素センサを示す縦断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view showing an oxygen sensor using a zirconia tube according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1中のジルコニアチューブを拡大して示す縦
断面図である。FIG. 2 is an enlarged vertical sectional view showing a zirconia tube in FIG.
【図3】本発明の第2の実施例によるジルコニアチュー
ブを示す縦断面図である。FIG. 3 is a vertical sectional view showing a zirconia tube according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3の実施例による酸素センサを示す
縦断面図である。FIG. 4 is a vertical sectional view showing an oxygen sensor according to a third embodiment of the present invention.
【図5】従来技術による酸素センサを示す縦断面図であ
る。FIG. 5 is a vertical sectional view showing an oxygen sensor according to a conventional technique.
【図6】図5中のジルコニアチューブを拡大して示す縦
断面図である。6 is an enlarged vertical sectional view showing the zirconia tube in FIG.
1 センサ本体 12 コンタクトプレート 21,31 ジルコニアチューブ 22,32 蓋部 23,33 薄肉筒部 24,34 テーパ筒部 24A テーパ面 34A 円弧状テーパ面 25,35 厚肉フランジ部 41 コンタクトパイプ(コンタクトプレート) k1 第1の変曲点 k2 第2の変曲点 D1 蓋部の外径寸法 D2 テーパ筒部伸長側の外径寸法 T 肉厚寸法 1 Sensor Main Body 12 Contact Plate 21, 31 Zirconia Tube 22, 32 Lid 23, 33 Thin-walled Cylinder 24, 34 Tapered Cylinder 24A Tapered Surface 34A Arc Tapered Surface 25, 35 Thick Flange 41 Contact Pipe (Contact Plate) k1 1st inflection point k2 2nd inflection point D1 Outer diameter dimension of lid D2 Outer diameter dimension of taper cylinder extension side T Wall thickness dimension
Claims (3)
取付けられ、先端側がセンサ本体から突出した有蓋筒状
のジルコニアチューブと、前記センサ本体内に設けら
れ、該ジルコニアチューブによって検出される酸素濃度
変化信号を出力するコンタクトプレートとからなる酸素
センサにおいて、前記ジルコニアチューブは、先端側に
位置する蓋部と、該蓋部から基端側に向けてほぼ同径の
筒体となって伸長する薄肉筒部と、該薄肉筒部の伸長側
を第1の変曲点として漸次外径寸法が増大するテーパ状
に形成されたテーパ筒部と、該テーパ筒部の伸長側を第
2の変曲点として厚肉に拡径され、前記センサ本体に固
着される厚肉フランジ部とから構成したことを特徴とす
る酸素センサ。1. A sensor body, a cylindrical zirconia tube with a base end attached to the sensor body and a tip end protruding from the sensor body, and oxygen provided in the sensor body and detected by the zirconia tube. In an oxygen sensor including a contact plate that outputs a concentration change signal, the zirconia tube extends from a lid located on the tip side to a tubular body having substantially the same diameter from the lid toward the proximal side. The thin-walled tubular portion, the taper tubular portion formed in a tapered shape in which the outer diameter dimension gradually increases with the extension side of the thin-walled tubular portion as the first inflection point, and the extension side of the tapered tubular portion is the second inflection point. An oxygen sensor, comprising: a thick-walled flange portion which is thickened as a bending point and fixed to the sensor body.
点から第2の変曲点に向けて直線的に拡開するテーパ面
としてなる請求項1に記載の酸素センサ。2. The oxygen sensor according to claim 1, wherein an outer peripheral side of the tapered cylindrical portion is a tapered surface that linearly expands from a first inflection point toward a second inflection point.
点から第2の変曲点に向けて円弧状に拡開する円弧状テ
ーパ面としてなる請求項1に記載の酸素センサ。3. The oxygen sensor according to claim 1, wherein an outer peripheral side of the taper cylinder portion is an arcuate tapered surface that expands in an arcuate shape from a first inflection point toward a second inflection point. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6095670A JPH07280771A (en) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | Oxygen sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6095670A JPH07280771A (en) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | Oxygen sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07280771A true JPH07280771A (en) | 1995-10-27 |
Family
ID=14143941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6095670A Pending JPH07280771A (en) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | Oxygen sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07280771A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002031618A (en) * | 2000-05-12 | 2002-01-31 | Denso Corp | Gas sensor |
| JP2002098663A (en) * | 2000-09-26 | 2002-04-05 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen detection element |
| JP2010156707A (en) * | 2010-03-08 | 2010-07-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen detection element |
-
1994
- 1994-04-08 JP JP6095670A patent/JPH07280771A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002031618A (en) * | 2000-05-12 | 2002-01-31 | Denso Corp | Gas sensor |
| JP2002098663A (en) * | 2000-09-26 | 2002-04-05 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen detection element |
| JP2010156707A (en) * | 2010-03-08 | 2010-07-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen detection element |
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