JP2005227179A

JP2005227179A - ガスセンサ

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Publication number: JP2005227179A
Application number: JP2004037222A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Nakagawa; 和也中川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2024-02-13
Also published as: JP4124135B2; US20050178187A1; US7159447B2; DE102005006380A1; FR2866431A1; FR2866431B1

Abstract

【課題】センサ素子に直接被測定ガス流れがあたり難く、かつ熱応力が集中し難い構造の導入穴を備えたガスセンサを提供すること。
【解決手段】筒型のハウジング１０に絶縁碍子１０１を介して挿通固定したセンサ素子２と、上記ハウジング１０の先端側に、上記センサ素子２の先端側を覆うように設けた被測定ガス側カバー１１とを有する。上記被測定ガス側カバー１１は、上記センサ素子２のすぐ外方に配置する内方カバー部材３と、該内方カバー部材３の外方に配置した少なくとも１つの外方カバー部材１１０からなり、上記各外方カバー部材１１０の側面には、該外方カバー部材１１０の内部に被測定ガスを導入する導入穴１１１が設けてあり、かつ上記内方カバー部材３の側面には、該内方カバー部材３の内部に被測定ガスを導入する導入穴３１と、該導入穴３１の周縁に接する凹部３１０が設けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は，内燃機関の排気系等に設置して、酸素濃度、Ａ／Ｆ、ＮＯｘ濃度等の検出に利用可能なガスセンサに関する。

各種車両用エンジンの排気系にはエンジン燃焼制御のためにガスセンサを設けてある。
このガスセンサは、筒型のハウジングに絶縁碍子を介して挿通固定したセンサ素子と、上記ハウジングの先端側に、上記センサ素子の先端側を覆うように設けた被測定ガス側カバーとを有する。上記被測定ガス側カバーの側面には、被測定ガスを該カバーの内部に導入する導入穴を有する。
なお、ガスセンサの一例として特許文献１にあるような構成が知られている。

ところで、被測定ガス側カバーの導入穴は、被測定ガス側カバーの内部のセンサ素子に直接被測定ガス流れが当たらないように構成することが望ましい。
すなわち、単に被測定ガス側カバー内に被測定ガスを導入するのであれば、図９、図１０に示すごとく、導入穴９１０は、該被測定ガス側カバー９１の側面を打ち抜く等して設けた貫通穴から構成すればよい。また、図示は省略するが、被測定ガス側カバー９１の側面の下方のストレート状の部分に貫通穴からなる導入穴を設けることもできる。

しかしながら、被測定ガスが各種車両用エンジンの排気ガスである場合、排気ガス中にはセンサ素子を劣化させる各種被毒物質が含まれている。
図９に矢線ｍで示すように、図９、図１０にかかる構成の導入穴９１０では、該導入穴９１０から被測定ガスが入る際に被測定ガス流れが直接センサ素子２にあたってしまう。
そのため、センサ素子２の被毒が進行しやすく、センサ素子２の性能劣化が進行しやすくなるおそれがある。

そこで、図１１、図１２に示すごとく、導入穴９２０をルーバー構成として、被測定ガス流れが直接センサ素子にあたらないような被測定ガス側カバー９２が提案された。
すなわち、被測定ガス側カバー９２の側面に切り込み９２２を入れて、付け根９２３の部分を折り目として被測定ガス側カバー９２の内部に折込むことで、ルーバー構成の導入穴９２０を設ける。
この場合、図１１の図面における上側の導入穴９２０からは矢線ｎに示す方向で被測定ガスが被測定ガス側カバー９２の内部に流れ込むため、直接センサ素子に当たることが防止できる。
また、図示は省略したが、側面の下方にルーバー構成の導入穴を設けた場合は、該導入穴から流入した被測定ガスの流れが周方向に変換されるため、直接センサ素子に当たることが防止できる。

特開２００１−９９８０７号公報

しかしながら、図１１、図１２にかかるようなルーバー構成の場合、付け根９２３の部分が強度的に脆弱であり、かつ各種車両用エンジンの排気ガス温度は非常に高いため、付け根９２３の部分に大きな熱応力がかかり、図１２に示すように切り込み９２２から亀裂９２１が入ってしまう問題があった。
本発明は、従来の問題点を鑑みて、センサ素子に直接被測定ガス流れがあたり難く、かつ熱応力が集中し難い構造の導入穴を備えたガスセンサを提供しようとするものである。

第１の発明は、筒型のハウジングに絶縁碍子を介して挿通固定したセンサ素子と、
上記ハウジングの先端側に、上記センサ素子の先端側を覆うように設けた被測定ガス側カバーとを有するガスセンサにおいて、
上記被測定ガス側カバーは１個のカバー部材からなり、
上記カバー部材の側面には、該カバー部材の内部に被測定ガスを導入する導入穴と、該導入穴の周縁に接する凹部が設けてあることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。

また、第２の発明は、筒型のハウジングに絶縁碍子を介して挿通固定したセンサ素子と、
上記ハウジングの先端側に、上記センサ素子の先端側を覆うように設けた被測定ガス側カバーとを有するガスセンサにおいて、
上記被測定ガス側カバーは、上記センサ素子のすぐ外方に配置する内方カバー部材と、該内方カバー部材の外方に配置した少なくとも１つの外方カバー部材からなり、
上記各外方カバー部材の側面には、該外方カバー部材の内部に被測定ガスを導入する導入穴が設けてあり、
かつ上記内方カバー部材の側面には、該内方カバー部材の内部に被測定ガスを導入する導入穴と、該導入穴の周縁に接する凹部が設けてあることを特徴とするガスセンサにある（請求項２）。

導入穴の周縁に凹部を設けることで、ガスの流れに変化を与えることができ、センサ素子に被測定ガスの流れが直接当たり難くなる（図２参照）。そのため、直接当たる従来にかかる図９、図１０に示す状態のガスセンサよりもセンサ素子の被毒が生じ難くなる。
また、第１、第２の発明にかかる構成はルーバー構成ではないため、熱応力の集中による損傷も生じ難い。
なお、第１の発明は被測定ガス側カバーがただひとつのカバー部材から構成されている場合、第２の発明は被測定ガス側カバーが複数の部材から構成されている場合である。

また、第３の発明は、筒型のハウジングに絶縁碍子を介して挿通固定したセンサ素子と、
上記ハウジングの先端側に、上記センサ素子の先端側を覆うように設けた被測定ガス側カバーとを有するガスセンサにおいて、
上記被測定ガス側カバーは１個のカバー部材からなり、
上記カバー部材の側面は径方向内側にへこんだ凹所を有し、該凹所に上記カバー部材の内部に被測定ガスを導入する導入穴が設けてあることを特徴とするガスセンサにある（請求項７）。

また、第４の発明は、筒型のハウジングに絶縁碍子を介して挿通固定したセンサ素子と、
上記ハウジングの先端側に、上記センサ素子の先端側を覆うように設けた被測定ガス側カバーとを有するガスセンサにおいて、
上記被測定ガス側カバーは、上記センサ素子のすぐ外方に配置する内方カバー部材と、該内方カバー部材の外方に配置した少なくとも１つの外方カバー部材からなり、
上記各外方カバー部材の側面には、該外方カバー部材の内部に被測定ガスを導入する導入穴が設けてあり、
上記内方カバー部材の側面は径方向内側にへこんだ凹所を有し、該凹所に上記内方カバー部材の内部に被測定ガスを導入する導入穴が設けてあることを特徴とするガスセンサにある（請求項８）。

凹所を設け、そこに導入穴を設けることで、ガスの流れに変化を与えることができ、センサ素子に被測定ガスの流れが直接当たり難くなる（図２参照）。そのため、直接当たる従来にかかる図９、図１０に示す状態のガスセンサよりもセンサ素子の被毒が生じ難くなる。
また、第３、第４の発明にかかる構成はルーバー構成ではないため、熱応力の集中による損傷も生じ難い。
なお、第３の発明は被測定ガス側カバーがただひとつのカバー部材から構成されている場合、第４の発明は被測定ガス側カバーが複数の部材から構成されている場合である。

以上、第１〜第４の発明によれば、センサ素子に直接被測定ガス流れがあたり難く、かつ熱応力が集中し難い構造の導入穴を備えたガスセンサを提供することができる。

本発明にかかるガスセンサは、第１や第３の発明にあるような、被測定ガス側カバーが一重構成であるタイプや、第２や第４の発明にあるような多重構成であるタイプのいずれに対しても適用することができる。

また、センサ素子の種類も形態も問わず、本発明を適用することができる。特に各種車両用内燃機関における排気ガス中の特定ガス濃度を測定するガスセンサに本発明を適用することで、排気ガス中の被毒物質によってセンサ素子がダメージを受けることが防止できる。

第２の発明において、上記外方カバー部材に設けた導入穴は、上記内方カバー部材に設けた導入穴よりもガスセンサの先端側に位置することが好ましい（請求項３）。
これにより、外方カバー部材の内側に導入された被測定ガスを、外方カバー部材と内方カバー部材の間で基端側に向かう流れとすることができる。このような被測定ガスの流れを形成することで、外方カバー部材と内方カバー部材との間において、被測定ガス中の被毒物質を先端側に排出し、被毒物質を含まない被測定ガスを内方カバー部材の内側に導入することができる。このため、センサ素子の被毒を防止することができる。

また、第２の発明において、上記内方カバー部材の基端側は、径方向外側へと径が広がるテーパー面を有し、上記導入穴は上記テーパー面に設けてあることが好ましい（請求項４）。
これにより、外方カバー部材と内方カバー部材との間で基端側に向かう流れとなった被測定ガスの向きを変えることなく、内方カバー部材内に導入することができ、ガスセンサの応答性を高めることができる。

第１、第２の発明において、上記凹部は上記導入穴の先端側周縁に接するよう設けてあることが好ましい（請求項５）。
これにより、導入穴から被測定ガスが入る際に、先端側から基端側に向かうガスセンサ軸方向と略平行な流れを形成しやすくすることができる。ガスセンサ軸方向に略平行な流れはセンサ素子と直接当たり難いため、被測定ガス中の被毒物質によってセンサ素子がダメージを受けることが防止できる。

第１、第２の発明において、上記凹部は曲面からなることが好ましい（請求項６）。
これにより、高温に晒されるカバー部材に熱応力の集中による破損が生じることを防止することができる。

また、第３、第４の発明において、上記外方カバー部材に設けた導入穴は、上記内方カバー部材に設けた導入穴よりもガスセンサの先端側に位置することが好ましい（請求項９）。
これにより、外方カバー部材の内側に導入された被測定ガスを、外方カバー部材と内方カバー部材の間で基端側に向かう流れとすることができる。このような被測定ガスの流れを形成することで、外方カバー部材と内方カバー部材との間において、被測定ガス中の被毒物質を先端側に排出し、被毒物質を含まない被測定ガスを内方カバー部材の内側に導入することができる。このため、センサ素子の被毒を防止することができる。

また、第３、第４の発明において、上記凹所は曲面からなることが好ましい（請求項１０）。
これにより、高温に晒されるカバー部材に熱応力の集中による破損が生じることを防止することができる。

（実施例１）
本例は、第２の発明にかかるガスセンサについて、図１〜図５を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図１に示すごとく、筒型のハウジング１０に絶縁碍子１０１を介して挿通固定したセンサ素子２と、上記ハウジング１０の先端側に、上記センサ素子２の先端側を覆うように設けた被測定ガス側カバー１１とを有する。
上記被測定ガス側カバー１１は、上記センサ素子２のすぐ外方に配置する内方カバー部材３と、該内方カバー部材３の外方に配置した外方カバー部材１１０からなる。
上記各外方カバー部材１１０の側面には、該外方カバー部材１１０の内部に被測定ガスを導入する導入穴１１１が設けてあり、かつ上記内方カバー部材３の側面には、該内方カバー部材３の内部に被測定ガスを導入する導入穴３１と、該導入穴３１の周縁に接する凹部３１０が設けてある。

また、上記外方カバー部材１１０に設けた導入穴１１１は、上記内方カバー部材３に設けた導入穴３１よりもガスセンサ１の先端側に位置し、上記内方カバー部材３の基端側は、基端側に向かうほどに径方向外側へと径が広がるテーパー面３００に構成し、上記導入穴３１は上記テーパー面３００に設けてある。
また、上記凹部３１０は上記導入穴３１の先端側周縁に接するよう設けてある。

以下、詳細に説明する。
筒型のハウジング１０の先端側に、二重構成の被測定ガス側カバー１１を配置し、基端側に大気側カバー１２を配置する。大気側カバー１２の基端側の外側には筒型の撥水フィルタ１３０を介して外側カバー１３をかしめ固定する。
センサ素子２は、筒型の絶縁碍子１０１に挿通され、素子２と絶縁碍子１０１との間は、ガラス質のシール材１０２でシール固定してある。

センサ素子２の先端側は、上記被測定ガス側カバー１１の内部にて被測定ガスにさらされ、基端側は電極取出パッド（図示略）を備え、該電極取出パッドは大気側絶縁碍子１０３内において電極取出バネ１５１と当接する。電極取出バネ１５１はリード線１５３と導通した接続端子１５２と接続される。ここよりセンサ素子２の信号出力、該素子２に一体的に設けられたヒータ（図示略）に電力供給される。
大気側カバー１２の基端側は、上記リード線１５３が通された絶縁弾性体１４がある。絶縁弾性体１４は、大気側カバー１２の外側に撥水フィルタ１３０を介して設けた外側カバー１３ごとかしめることで固定される。
また、大気側カバー１２の途中に径の大きさの切り替わる切替部１２１が設けてあり、この切替部１２１と大気側絶縁碍子１０３の基端側の端面１０４との間に円盤型の皿バネ１２０を配置する。

また、外方カバー部材１１０は、径が基端側から先端側まで略一様な有底筒型で、側面の先端側に被測定ガスの導入穴１１１を有する。導入穴１１１を設けた位置は、内方カバー部材３の導入穴３２よりも先端側となる。
そして、外方カバー部材１１０の底部１１２の中央には円形の底穴１１３が設けてある。

次に、被測定ガス側カバー１１の内方カバー部材３について説明する。
図２、図３に示すごとく、有底筒型の内方カバー部材３は、基端側の側面が、径方向外側へと径が広がるテーパー面３００に構成されている。このテーパー面３００に周方向に等間隔に略長方形の導入穴３１が６個設けてある。導入穴３１の先端側周縁には凹部３１０が設けてある。この凹部３１０は各辺が外側に膨らんだ三角形状である。
また、内方カバー部材３の底部３３０の中央は円形の底穴３３が設けてある。

次に、本例にかかる内方カバー部材３に、導入穴３１、凹部３１０を形成する方法について説明する。
図４（ａ）に示すごとく、穴開け用の金型４１をテーパー面３００に向かって矢線Ａの方向に前進させることで、テーパー面３００における所定の位置を打ち抜いて、導入穴３１を形成する。
次いで、図４（ｂ）に示すごとく、内方カバー部材３の内側から型４２を導入穴３１近傍で、同図に示す矢線Ｂの方向にあてがい、内方カバー部材３の外側から型４３をあてがって、型４３は同図に示す矢線Ｃの方向に向かって前進させる。
この結果、図４（ｃ）や、本例の図２、図３に示すごとき導入穴３１と凹部３１０を備えた内方カバー部材３を得た。

本例にかかるガスセンサ１は、図２、図３に示すごとき内方カバー部材３を有する。
すなわち、導入穴３１の周縁に凹部３１０を設けることで、センサ素子２に被測定ガスの流れが直接当たり難くなる（図２参照）。
また、導入穴３１はルーバー構成ではないため、熱応力の集中による損傷も生じ難い。
以上、本例によれば、センサ素子に直接被測定ガス流れがあたり難く、かつ熱応力が集中し難い構造の導入穴を備えたガスセンサを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図５〜図８に示すごとく、筒型のハウジング１０に絶縁碍子１０１を介して挿通固定したセンサ素子２と、上記ハウジング１０の先端側に、上記センサ素子２の先端側を覆うように設けた被測定ガス側カバー１１とを有するガスセンサ１である。
上記被測定ガス側カバー１１は、上記センサ素子２のすぐ外方に配置する内方カバー部材３と、該内方カバー部材３の外方に配置した外方カバー部材１１０からなり、上記各外方カバー部材１１０の側面には、該外方カバー部材１１０の内部に被測定ガスを導入する導入穴１１１が設けてあり、上記内方カバー部材３の側面は径方向内側にへこんだ凹所３２０を有し、該凹所３２０に上記内方カバー部材３の内部に被測定ガスを導入する導入穴３２が設けてある。

また、上記外方カバー部材１１０に設けた導入穴１１１は、上記内方カバー部材３に設けた導入穴３２よりもガスセンサ１の先端側に位置し、上記内方カバー部材３の基端側は、基端側に向かうにつれて径方向外側へと径が広がるテーパー面３００に構成し、上記導入穴３２は上記テーパー面３００に設けてある。
また、内方カバー部材３の先端側は径が一定のストレート部３０１に構成されており、該ストレート部３０１の側面に周方向に等間隔で２箇所、径方向内側にへこんだ凹所３２０を設ける。この凹所３２０は半球型であり、中心よりやや基端側よりの位置に導入穴３２が設けてある。

次に、本例にかかる内方カバー部材３に、導入穴３２、凹所３２０を形成する方法について説明する。
図５（ａ）に示すごとく、内方カバー部材３のストレート部３０１に向かって、外側から金型４４を矢線Ｄの方向に前進させることで押圧する。これにより半球状の凹所３２０を得る。
次いで、上記凹所３２０に斜め下方から、別の金型４５を矢線Ｅの方向に前進させて、凹所３２０の所定の位置を打ち抜く。
この結果、図５（ｃ）や、本例の図２、図３に示すごとき導入穴３２と凹所３２０を備えた内方カバー部材３を得た。

本例にかかるガスセンサ１は、図６、図７に示すごとき内方カバー部材３を有する。
また、凹所３２０に導入穴３２を設けることで、センサ素子２に被測定ガスの流れが直接当たり難くなる（図６参照）。
ただしこの場合、センサ素子２の被測定ガスを直接当てたくない部位よりも、基端側に穴を向けるように注意して穴位置を設計する。
また、導入穴３２はルーバー構成ではないため、熱応力の集中による損傷も生じ難い。
その他、詳細は実施例１と同じ構成であり、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

実施例１にかかる、ガスセンサの断面説明図。実施例１にかかる、内方カバー部材の断面説明図。実施例１にかかる、内方カバー部材の説明図。実施例１にかかる、内方カバー部材に導入穴と凹部を設ける際の説明図。実施例２にかかる、ガスセンサの断面説明図。実施例２にかかる、内方カバー部材の断面説明図。実施例２にかかる、内方カバー部材の説明図。実施例２にかかる、内方カバー部材に導入穴と凹所を設ける際の説明図。従来の単純な貫通穴からなる導入穴を有する内方カバー部材の断面説明図。従来の単純な貫通穴からなる導入穴を有する内方カバー部材の説明図。従来のルーバー構造の導入穴を有する内方カバー部材の断面説明図。従来のルーバー構造の導入穴を有する内方カバー部材の説明図。

符号の説明

１ガスセンサ
１０ハウジング
１１被測定ガス側カバー
１１０外方カバー部材
２センサ素子
３内方カバー部材
３００テーパー面
３１、３２導入穴
３１０凹部
３２０凹所

Claims

筒型のハウジングに絶縁碍子を介して挿通固定したセンサ素子と、
上記ハウジングの先端側に、上記センサ素子の先端側を覆うように設けた被測定ガス側カバーとを有するガスセンサにおいて、
上記被測定ガス側カバーは１個のカバー部材からなり、
上記カバー部材の側面には、該カバー部材の内部に被測定ガスを導入する導入穴と、該導入穴の周縁に接する凹部が設けてあることを特徴とするガスセンサ。
筒型のハウジングに絶縁碍子を介して挿通固定したセンサ素子と、
上記ハウジングの先端側に、上記センサ素子の先端側を覆うように設けた被測定ガス側カバーとを有するガスセンサにおいて、
上記被測定ガス側カバーは、上記センサ素子のすぐ外方に配置する内方カバー部材と、該内方カバー部材の外方に配置した少なくとも１つの外方カバー部材からなり、
上記各外方カバー部材の側面には、該外方カバー部材の内部に被測定ガスを導入する導入穴が設けてあり、
かつ上記内方カバー部材の側面には、該内方カバー部材の内部に被測定ガスを導入する導入穴と、該導入穴の周縁に接する凹部が設けてあることを特徴とするガスセンサ。
請求項２において、上記外方カバー部材に設けた導入穴は、上記内方カバー部材に設けた導入穴よりもガスセンサの先端側に位置することを特徴とするガスセンサ。
請求項２または３において、上記内方カバー部材の基端側は、径方向外側へと径が広がるテーパー面を有し、上記導入穴は上記テーパー面に設けてあることを特徴とするガスセンサ。
請求項１〜４のいずれか１項において、上記凹部は上記導入穴の先端側周縁に接するよう設けてあることを特徴とするガスセンサ。
請求項１〜５のいずれか１項において、上記凹部は曲面からなることを特徴とするガスセンサ。
筒型のハウジングに絶縁碍子を介して挿通固定したセンサ素子と、
上記ハウジングの先端側に、上記センサ素子の先端側を覆うように設けた被測定ガス側カバーとを有するガスセンサにおいて、
上記被測定ガス側カバーは１個のカバー部材からなり、
上記カバー部材の側面は径方向内側にへこんだ凹所を有し、該凹所に上記カバー部材の内部に被測定ガスを導入する導入穴が設けてあることを特徴とするガスセンサ。
筒型のハウジングに絶縁碍子を介して挿通固定したセンサ素子と、
上記ハウジングの先端側に、上記センサ素子の先端側を覆うように設けた被測定ガス側カバーとを有するガスセンサにおいて、
上記被測定ガス側カバーは、上記センサ素子のすぐ外方に配置する内方カバー部材と、該内方カバー部材の外方に配置した少なくとも１つの外方カバー部材からなり、
上記各外方カバー部材の側面には、該外方カバー部材の内部に被測定ガスを導入する導入穴が設けてあり、
上記内方カバー部材の側面は径方向内側にへこんだ凹所を有し、該凹所に上記内方カバー部材の内部に被測定ガスを導入する導入穴が設けてあることを特徴とするガスセンサ。
請求項８において、上記外方カバー部材に設けた導入穴は、上記内方カバー部材に設けた導入穴よりもガスセンサの先端側に位置することを特徴とするガスセンサ。
請求項７〜９のいずれか１項において、上記凹所は曲面からなることを特徴とするガスセンサ。