JP6047974B2

JP6047974B2 - ガスセンサの保護カバー構造

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Publication number: JP6047974B2
Application number: JP2012164103A
Authority: JP
Inventors: 雄輔磯部; 岡田　公二郎; 公二郎岡田; 希代香恒川; 洋之木村; 征二松田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: JP2014025726A

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路や排気通路において吸気や排気に含まれるガス成分を検出するためのガスセンサの保護に用いて好適の、ガスセンサの保護カバー構造に関するものである。

内燃機関の吸気通路や排気通路には、吸気や排気内に含まれるガス成分を検出するために、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）や酸素センサ（Ｏ_２センサ）やＮＯｘセンサ等のガスセンサが装備される。このようなガスセンサは、一般に、センサ素子と、センサ素子を活性化させるヒータと、センサ素子を覆う保護カバー（単に、カバーともいう）とから構成される。また、カバーには、センサ素子に吸気や排気を導入するために通気孔が形成されている。センサ素子をカバーによって覆うのは、センサ素子への水滴の付着を防止するためや、センサ素子を保温するためである。

センサ素子への水滴の付着防止について説明する。吸気や排気内に含まれる微小な水滴がセンサ素子に衝突し付着するとセンサ素子に急激な温度低下が生じ、これにより、センサ素子にクラックが生じて破損を招く懸念がある。また、センサ素子に水滴が付着すると、クラックが生じない場合であってもセンサ素子の感度が低下するおそれがある。そこで、センサ素子に水滴が付着しないようにするという観点から、センサ素子をカバーによって覆っている。これに関する技術は、例えば、特許文献１，２に開示されている。

なお、吸気や排気内に水滴が含まれるのは、次の理由による。吸気中に水滴が含まれるのは、吸気中に含まれる水分（水蒸気）がインタークーラで冷却されるなどによって凝縮して微小な水滴となるためである。吸気通路にＥＧＲを導入する場合、インテークマニホールドの直上流にガスセンサを配置するため、このガスセンサには、これよりも上流のインタークーラで冷却された水滴を含んだ吸気が流通することになり水滴が衝突し易い。また、排気中に水滴が含まれるのは、燃料である炭化水素が燃焼により酸素と反応して発生する水（Ｈ_２Ｏ）や、排気中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘが排気浄化装置により浄化処理される際に発生する水（Ｈ_２Ｏ）の一部が凝縮して微小な水滴となるためである。排気浄化装置の下流に配置されたガスセンサには、水滴を含んだ排気が流通することになり水滴が衝突し易い。

特許文献１に開示された技術では、排気通路内に先端を突出させたセンサ素子を円筒状のインナーカバーで覆い、さらにインナーカバーを円筒状のアウターカバーで覆って、カバーを二重構造にし、アウターカバー及びインナーカバーの各円筒部の上下流部に、通気孔を互いにシフト配置し、アウターカバーの通気孔から内部に水滴が進入してもインナーカバーの壁部（通気孔の内部分）に当たってインナーカバー内部への水滴の進入が阻止される構成が図示されている。そして、インナーカバーの先端面にも通気孔があるが、先端面が排気流入方向から直接視認できないように排気通路の下流を向いているため、インナーカバーの先端面から内部への水滴進入も阻止されるようになっている。

特許文献２に開示された技術では、排気通路内に先端を突出させたセンサ素子をインナーカバーとアウターカバーとの二重構造のカバーで覆い、排気がアウターカバーの第２通気孔からその内部に進入し、さらにインナーカバーの第１通気孔からその内部に進入し、センサ素子の先端に達するガス流路を備え、インナーカバーとアウターカバーとの少なくとも一方は、ガス流路のうち第２通気孔から第１通気孔のガス導入孔に至る流路の少なくとも一部の幅を狭めるように配置された内壁部材を備えている。内壁部材により、水などの液体がガス流路を通ってセンサ素子に到達しにくくなる。

センサ素子を保温について説明する。センサ素子は、一定の温度域まで昇温しないと活性化しないため、センサにはヒータが装備される。そこで、センサ素子をより効率よく活性化させ、また、活性化したセンサ素子の温度が活性温度域を維持できるように保温するという観点から、センサ素子をカバーによって覆っている。これに関する技術は、例えば、特許文献３に開示されている。

特開２００９−８５６０３号公報特許第４８５６７５１号公報特開平９−３２９０４３号公報

センサ素子の破損は確実に回避したいため、上記のセンサ素子に水滴が付着しないようにすることは、重要な課題である。
しかしながら、特許文献１，２の技術では、センサ素子への水滴の付着を確実に阻止することができないおそれがある。
つまり、特許文献１では、アウターカバーの通気孔から内部に水滴が進入してもインナーカバーの壁部に当たってインナーカバー内部への水滴の進入が阻止されると想定されているようであるが、アウターカバーの円筒部の上流側の通気孔から内部に進入した水滴は、アウターカバーとインナーカバーとの間を流通する際に、強いガスの流れに乗って、アウターカバーの通気孔に対してシフト配置されたインナーカバーの円筒部の上流側の通気孔から内部に進入するおそれがある。また、水滴がインナーカバーの壁部に当たってから壁部を伝って下方の通気孔に到達し、この通気孔から内部に進入するおそれもある。

また、特許文献２では、アウターカバーの第２通気孔からインナーカバーの第１通気孔に至るガス流路部分に流路の幅を狭める内壁部材を備えているが、流路幅が狭められることにより、ガスに含まれる水滴がインナーカバーの第１通気孔内に進入し難くなるが、やはり、アウターカバーとインナーカバーとの間の空間で強いガスの流れに乗ってガスに含まれる水滴がインナーカバーの第１通気孔内に進入するおそれがある。

本発明は、かかる課題に鑑み創案されたもので、ガス流路内に設置されたセンサ素子への水滴の付着を確実に阻止することができるようにした、ガスセンサの保護カバー構造を提供することを目的としている。

（１）本発明のガスセンサの保護カバー構造は、ガス流路壁からガス流路内に突出した棒状のセンサ素子を保護するガスセンサの保護カバー構造であって、前記センサ素子の外周部を覆うように前記ガス流路壁から突設された第１筒状壁部と、前記センサ素子の先端部を覆う端壁部とを有し、前記第１筒状壁部には前記ガス流路の下流側のみにガス流入用通気孔が形成され、前記端壁部にはガス流出用通気孔が形成された第１カバーと、前記センサ素子よりも前記ガス流路の下流側に設けられ、前記第１カバーの外周を迂回して前記センサ素子の前記下流側に流入したガスを捕えてこの捕えたガスを前記第１カバーの側に反射させるガイド面を有し、少なくとも前記第１カバーとの間を流れるガスの前記下流側へのガス流速を抑制するガイド部材と、を有し、前記第１カバー及び前記ガイド部材は方向性を合わせて前記センサ素子と共にサポート部材に固定され、当該サポート部材が前記ガス流路壁に装着され、前記ガイド部材は、前記第１カバーの前記第１筒状壁部の外周を覆うように前記ガス流路壁から突設された第２筒状壁部と、前記第２筒状壁部の端部に形成された開口端部とを有し、前記第２筒状壁部の前記ガス流路の上流側にのみガス流通用通気孔が形成された第２カバーであることを特徴としている。

もちろん、前記ガイド部材は、前記第１カバーの前記第１筒状壁部の外周全体を覆うカバーに限らないが、この場合、前記第１カバーの前記第１筒状壁部の外周の下流側を部分的に覆う筒状壁部材であることが好ましい。

（２）前記第１筒状壁部と前記第２筒状壁部との間であって前記第１カバーの外周を迂回するガス流路に、流通するガスに含まれた水滴を捕捉する水捕捉壁部と、前記ガスを前記水捕捉壁部よりも下流側に導く導通部とを有し、前記水捕捉壁部により捕捉した前記水滴を前記第２カバーの前記開口端部から滴下させ前記ガスから前記水滴を分離する分離ガイドが配設され、前記分離ガイドは、板状部材の一方の長辺部分を基部として、他方の長辺部分側が折り曲げ自由な短冊片とされ、当該他方の長辺部分側が交互に折り曲げられて形成されていることが好ましい。

（３）この場合、前記水捕捉壁部には、捕捉した前記水滴を前記第２カバーの前記第２筒状壁部の内壁に案内する水案内部が設けられ、前記水案内部は、前記短冊片の基部である前記一方の長辺部分から先端である前記他方の長辺部分に向けて下縁が次第に降下するように傾斜しており、基部である前記一方の長辺部分が前記第１カバーの外周に結合され、先端側が前記第２カバーの内周に結合していることが好ましい。
（４）また、前記第１筒状壁部及び前記第２筒状壁部の少なくとも何れかの筒状壁部の前記ガス流入用通気孔又は前記ガス流通用通気孔が形成された箇所の外面には、外方に向けて筒状の突起壁が突設されていることが好ましい。

（５）前記ガス流入用通気孔及び前記ガス流通用通気孔は、前記第１筒状壁部又は前記第２筒状壁部の軸方向の中間部よりも重力方向において上方の前記ガス流路壁側に配置されていることが好ましい。
（６）この場合、前記ガス流入用通気孔及び前記ガス流通用通気孔は、前記ガス流路壁から一定距離だけ離隔した位置に配置されていることが好ましい。

（１）本発明のガスセンサの保護カバー構造によれば、ガス流路内を流れるガスは、第１カバーの外周を迂回してセンサ素子の下流側に流入し、ガイド部材のガイド面によって捕えられて下流側への流速が抑制される。このとき、ガスに含まれる水滴は他のガス成分よりも格段に比重が大きいので、その自重によってガス成分のように上流の第１カバーとの間に滞留し難く、その多くはガイド部材を伝って滴下する。これにより、上流の第１カバーとの間には、水滴が除かれたガス成分が存在することになり、第１カバーのガス流入用通気孔から内部に流入して、センサ素子を流通して第１カバーのガス流出用通気孔から流出する。したがって、第１カバー内のセンサ素子への水滴の付着を確実に阻止しながら、センサ素子によりガス成分を検知することができる。また、第１カバー及びガイド部材は、方向性を合わせてセンサ素子と共にサポート部材に固定され、当該サポート部材がガス流路壁に装着されているので、第１カバーのガス流入用通気孔及びガイド部材のガイド面の方向性が確保される。

（１）また、ガイド部材を第１カバーの第１筒状壁部の外周を覆うようにガス流路壁から突設した第２筒状壁部を有する第２カバーにより構成し、第２筒状壁部の端部に開口端部を形成し、第２筒状壁部のガス流路の上流側にのみガス流通用通気孔を形成しているので、第２筒状壁部の下流側の内壁面がガイド面となって、ガス流通用通気孔から第２カバー内に流入したガスをこのガイド面によって確実に捕え、水滴が除かれたガス成分を上流の第１カバーの側に反射させることができる。

（２）この場合、第１筒状壁部と第２筒状壁部との間の第１カバーの外周を迂回するガス流路に、水滴を捕捉する水捕捉壁部と、ガスを水捕捉壁部よりも下流側に導く導通部とを有し、水捕捉壁部により捕捉した水滴を第２カバーの開口端部から滴下させてガスから水滴を分離する分離ガイドを配設すれば、ガイド面に達する前の段階でもガスから水滴を分離することができ、センサ素子への水滴の付着をより確実に阻止することができる。

（３）水捕捉壁部に、捕捉した水滴を第２カバーの第２筒状壁部の内壁に案内する水案内部を設ければ、第１カバー側への水滴の移動を阻止するため、第１カバー内のセンサ素子への水滴の付着をより確実に阻止することができる。
（４）第１筒状壁部のガス流入用通気孔が形成された箇所の外面又は第２筒状壁部のガス流通用通気孔が形成された箇所の外面に、外方に向けて筒状の突起壁を突設すれば、この突起壁によって通気孔の内方への水滴の進入をより確実に阻止するため、第１カバー内のセンサ素子への水滴の付着をさらに確実に阻止することができる。

（５）ガス流入用通気孔及びガス流通用通気孔を、第１筒状壁部又は第２筒状壁部の軸方向の中間部よりも重力方向において上方のガス流路壁側に配置すると、他のガス成分よりも格段に比重が大きい水滴は自重により通気孔には進入し難く、センサ素子への水滴の付着をより確実に阻止することができる。
（６）また、ガス流入用通気孔及びガス流通用通気孔を、ガス流路壁から一定距離だけ離隔した位置に配置すると、ガス流路壁を伝ってきた水滴が通気孔から進入し難くなり、特に、突起壁が設けられるとより進入し難くなり、センサ素子への水滴の付着をより一層確実に阻止することができる。

本発明の第１実施形態にかかるガスセンサの保護カバー構造を示す図であり、（ａ）はそのガス流路の流通方向に沿って破断した縦断面図、（ｂ）はその半部の横断面図〔（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図〕、（ｃ）はその半部の上流側側面図〔（ａ）のＣ矢視図〕、（ｄ）はその半部のガス流路の流通方向と直交する方向に沿って破断した縦断面図〔（ｂ）のＤ−Ｄ矢視断面図〕、（ｅ）は分離ガイドの斜視図〔（ｄ）のＥ矢視図〕、（ｆ）はその分離ガイドの完成前の形状を示す図である。本発明の各実施形態にかかるガスセンサの保護カバー構造を装備する自動車用エンジンの吸排気系統を示す構成図である。本発明の各実施形態にかかるガスセンサ及びその保護カバーの設置構造を示すガス流路壁部の断面図である。本発明の第２実施形態にかかるガスセンサの保護カバー構造を示す図であり、（ａ）はそのガス流路の流通方向に沿って破断した縦断面図、（ｂ）はその半部の上流側側面図〔（ａ）のＣ´矢視図〕、（ｃ）はその半部のガス流路の流通方向と直交する方向に沿って破断した縦断面図〔（ａ）のＤ´−Ｄ´矢視断面図〕である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図１〜図４は発明の実施形態を説明するもので、図１は第１実施形態を説明する図であり、図４は第２実施形態を説明する図であり、図２，図３は両実施形態に共通な事項を説明する図である。
＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態を説明する。

はじめに、本実施形態にかかるガスセンサの保護カバー構造が適用される自動車用エンジン（内燃機関）及びその吸排気系統を説明する。
図２に示すように、本実施形態にかかるエンジン１はコモンレールディーゼルエンジンである。このエンジン１は多気筒直噴式（図１では複数気筒のうち１気筒のみ示している）である。エンジン１のシリンダブロック１Ｂ内には複数のシリンダ２が形成され、各シリンダ２内には、図中上下方向に往復摺動するピストン３が設けられる。ピストン３は、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに接続される。ピストン３は、その頂面に燃焼室となるキャビティ３ａが形成されている。なお、複数のシリンダ２は、図１の紙面と直交する方向に併設されており、いずれのシリンダ２も同様の構成となっている。

シリンダ２上部のシリンダヘッド１Ｈには、インジェクタ４とグロープラグ５とが装備されている。インジェクタ４は、その先端部がシリンダ２の筒内空間に突出して設けられ、シリンダ２内に直接燃料を噴射する。インジェクタ４から噴射される燃料の噴射方向は、ピストン３のキャビティ３ａに向かう方向に設定される。また、インジェクタ４の基端部には燃料配管が接続され、この燃料配管から加圧された燃料がインジェクタ４に供給される。グロープラグ５はエンジン１の冷態運転時の燃焼改善を図るように駆動制御される。

シリンダヘッド１Ｈには、シリンダ２の筒内空間と連通する吸気ポート６及び排気ポート７が設けられ、これらの各ポート６，７を開閉するための吸気弁８及び排気弁９が設けられる。吸気ポート６の上流側には、吸気通路１１に種々の機器が付設された吸気系統１０が接続され、排気ポート７の下流側には排気通路２１に種々の機器が付設された排気系統２０が接続されている。なお、本エンジン１には、その吸排気系統１０，２０にターボチャージャー３０，インタークーラ４０，低圧ＥＧＲ装置５０，高圧ＥＧＲ装置６０及び排気浄化触媒装置７０が装備されている。

インジェクタ４には、燃料供給装置８０が接続されている。この燃料供給装置８０は、コモンレール８１とこのコモンレール８１に接続される燃料噴射ポンプ８２と、図示しない燃料タンクと、コモンレール圧Ｐｃｍを出力する燃圧センサ８３とを備える。コモンレール８１に蓄えられる燃料は、エンジン１により駆動される燃料噴射ポンプ８２から高圧管８４を経由して供給される。コモンレール８１に蓄えられる燃料の圧力（コモンレール圧Ｐｃｍ）は燃圧センサ８３により検出され検出信号が図示しないコントロールユニットに入力される。

吸気系統１０を説明すると、吸気通路１１には、上流側から、エアクリーナ１２，第１吸気絞り弁（スロットル弁）１３，低圧ＥＧＲ装置５０のＥＧＲ流路５１の出口５３，ターボチャージャー３０のコンプレッサ３１，インタークーラ４０，第２吸気絞り弁（スロットル弁）１４，高圧ＥＧＲ装置６０のＥＧＲ流路６１の出口６３が順に設けられ、吸気通路１１の下流端には、サージタンク１５を介してインテークマニホールド（以下、インマニという）１６が接続され、インマニ１６の各下流端が吸気ポート６に接続されている。

排気系統２０を説明すると、排気通路２１は、排気ポート７に各上流端を接続されたエキゾーストマニホールド（以下、エキマニという）２２の下流端の集合部に接続され、排気通路２１には、上流側から、高圧ＥＧＲ装置６０のＥＧＲ流路６１の入口６２，ターボチャージャー３０のタービン３２，排気浄化触媒装置７０の前段部７０ａ，低圧ＥＧＲ装置５０のＥＧＲ流路５１の入口５２，排気浄化触媒装置７０の後段部７０ｂが順に装備されている。

なお、排気浄化触媒装置７０の前段部７０ａには、上流側から酸化触媒７１，ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、単にＤＰＦという）７２が装備され、排気浄化触媒装置７０の後段部７０ｂには、上流側から２つの吸蔵還元触媒（ＮＯ_Xトラップ触媒）７３，７４が順に装備されている。
また、低圧ＥＧＲ装置５０において、ＥＧＲ流路５１の中間部にはＥＧＲクーラ５４が介装され、ＥＧＲ流路５１の出口５３には低圧ＥＧＲバルブ５５が装備されている。高圧ＥＧＲ装置６０において、ＥＧＲ流路６１の中間部にはＥＧＲクーラ６４が介装され、ＥＧＲ流路６１の出口６３には高圧ＥＧＲバルブ６５が装備されている。

このようなエンジン１の吸排気系統１０，２０には、エンジン１を制御するため等の情報を取得するために種々のセンサが装備されている。例えば、エアクリーナ１２の出口近傍にはエアーフローセンサや吸気温センサ１０１が装備され、吸気通路１１の第２吸気絞り弁１４の下流には空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）１０２が装備され、その下流のサージタンク１５の上流には吸気系圧力センサ１０３が装備され、サージタンク１５内には温度センサ１０４が装備されている。また、排気通路２１の排気浄化触媒装置７０の前段部７０ａには、差圧センサ１０５が、排気浄化触媒装置７０の後段部７０ｂにも、その上流部，下流部にそれぞれ空燃比センサ１０６，１０７が装備されている。

本実施形態にかかるガスセンサとしては、例えば、各部に設けられた空燃比センサ１０２，１０６，１０７が挙げられる。これらのガスセンサとしての空燃比センサ１０２，１０６，１０７の全て又は一部に、本実施形態にかかるガスセンサの保護カバー構造が適用されている。なお、図２において図示する各ガスセンサについては、存在を示すもので、その配置方向を示すものではない。

ここで、本実施形態にかかる空燃比センサ等のガスセンサの保護カバー構造を説明する。
図１（ａ）に示すように、吸気通路或いは排気通路といったガス（吸気或いは排気）が流通するガス流路１１０には、ガスセンサ１２０が装備されている。このガスセンサ１２０は、ガス流路１１０の壁部（ガス流路壁）１１１からガス流路１１０内に下向きに突出した棒状のセンサ素子１２１と、このセンサ素子１２１が活性温度に昇温するように過熱する図示しないヒータと、センサ素子１２１の周囲に配設されてセンサ素子１２１を保護する保護カバー１３０とを有している。

なお、図１（ａ）において、図面の上下方向が鉛直方向を示し、ガスセンサ１２０は、ガス流路１１０のガス流路壁１１１の鉛直上方の箇所に鉛直下方を向いて設置されている。これは、水滴に加わる重力を利用して水滴をガスセンサ１２０から離隔するように滴下させるためであり、ガスセンサ１２０の方向が鉛直向きであることが要求されるわけではない。少なくとも、ガスセンサ１２０の先端側が基端側よりも鉛直下方であればよい。

保護カバー１３０は、センサ素子１２１を覆う第１カバー１４０と、第１カバー１４０を覆う第２カバー１５０とを有している。
第１カバー１４０は、ガス流路壁１１１から突設された第１筒状壁部１４１と、第１筒状壁部１４１の先端部分に次第に縮径するテーパ部１４３を介して形成された端壁部１４２とを有している。第１筒状壁部１４１はセンサ素子１２１の外周部を覆うようにセンサ素子１２１と同心又は略同心に配置され、端壁部１４２はセンサ素子１２１の先端部１２２からやや離隔してセンサ素子１２１の先端部１２２を覆っている。

第１筒状壁部１４１には、センサ素子１２１よりもガス流路１１０の下流側の半部にのみ、ガス流入用通気孔１４４が形成されている。また、ガス流入用通気孔１４４は、第１カバー１４０の軸方向中間部よりもガス流路壁１１１に近い部分であって、ガス流路壁１１１からは一定距離以上離隔した箇所に配置されている。ここでは、ガス流入用通気孔１４４は、その基部の付近であるが、ガス流路壁１１１からは一定距離だけ離隔した位置に配置されている。さらにここでは、ガス流入用通気孔１４４はガス流路１１０の最下流側に１つだけ設けられている。

また、第１カバー１４０の基部のガス流入用通気孔１４４から第１カバー１４０の内部に進入したガスは、第１カバー１４０内のセンサ素子１２１の周囲を流通して、第１筒状壁部１４１及びテーパ部１４３の内周面に沿って第１カバー１４０の先端側に流れていき、端壁部１４２のガス流出用通気孔１４５から第１カバー１４０の外部に流出する。
第２カバー１５０は、ガス流路壁１１１から突設された第２筒状壁部１５１と、第２筒状壁部１５１の先端部分に次第に縮径するテーパ部１５３を介して形成された開口端部１５２とを有している。第２筒状壁部１５１は第１カバー１４０の第１筒状壁部１４１の外周部を覆うように第１筒状壁部１４１と同心又は略同心に配置され、テーパ部１５３は第１カバー１４０のテーパ部１４３の外周を覆うように位置し、開口端部１５２は第１カバー１４０の端壁部１４２よりもガス流路壁１１１から離隔する方向にやや突出している。

また、第２カバー１５０の第２筒状壁部１５１には、センサ素子１２１よりもガス流路１１０の上流側の半部にのみ、ガス流通用通気孔１５４が形成されている。このガス流通用通気孔１５４も、第２カバー１５０の軸方向中間部よりもガス流路壁１１１に近い部分であって、ガス流路壁１１１からは一定距離以上離隔した箇所に配置されている。ここでは、ガス流通用通気孔１５４は、その基部の付近であるが、ガス流路壁１１１からは一定距離だけ離隔した位置に配置されている。さらにここでは、ガス流通用通気孔１５４は横並びに３つだけ設けられている。

なお、ガス流入用通気孔１４４及びガス流通用通気孔１５４をカバー１４０，１５０の軸方向中間部よりもガス流路壁１１１に近い部分に配置するのは、他のガス成分よりも格段に比重が大きい水滴は自重によりガス流入用通気孔１４４及びガス流通用通気孔１５４には進入し難く、センサ素子１２１への水滴の付着をより確実に阻止することができるためである。

また、ガス流入用通気孔１４４及びガス流通用通気孔１５４をガス流路壁１１１からは一定距離以上離隔させるのは、通気孔１４４，１５４を、ガス流路壁１１１から一定距離だけ離隔した位置に配置すると、ガス流路壁１１１を伝ってきた水滴が通気孔１４４，１５４から進入し難くなり、センサ素子１２１への水滴の付着をより一層確実に阻止することができるためである。

そして、第２筒状壁部１５１において、センサ素子１２１よりもガス流路１１０の下流側の円筒状の内周面１５１ａは、第１カバー１４０の外周を迂回し、第１カバー１４０と第２カバー１５０との間に形成される流路空間（ガス流路）１６０を流通してセンサ素子１２１の下流側に流入したガスを捕えて第１カバー１４０の側に反射させるガイド面として機能する。つまり、第２カバー１５０はガイド面１５１ａを有するガイド部材として構成される。したがって、本実施形態のガイド面１５１ａは半円筒の内周面形状に形成される。

また、図１（ａ），（ｃ）に示すように、第２カバー１５０の第２筒状壁部１５１のガス流通用通気孔１５４が形成された箇所の外面及び第１カバー１４０の第１筒状壁部１４１のガス流入用通気孔１４４が形成された箇所の外面には、それぞれ、外方に向けて円筒状の突起壁１５５，１４６が突設されている。この突起壁１５５，１４６はガス流通用通気孔１５４やガス流入用通気孔１４４から各カバー１５０，１４０の内部への水滴の進入を防止するためのものである。

ガス流通用通気孔１５４から第２カバー１５０の内部に進むガスに水滴が含まれていた場合に、水滴の多くは、突起壁１５５の外面或いは内面に捕捉されて第２カバー１５０の外壁面或いは内壁面に沿って滴下する。また、ガス流入用通気孔１４４から第１カバー１４０の内部に進むガスにもしも水滴が含まれていた場合にも、水滴の多くは、突起壁１４６の外面に捕捉されて第１カバー１４０の外壁面に沿って滴下する。万一、突起壁１４６の内側に水滴が進入しても突起壁１４６の内面に捕捉されて第１カバー１４０の内壁面に沿って滴下する。

また、図１（ｂ），（ｄ）に示すように、第１筒状壁部１４１と第２筒状壁部１５１との間の空間は、第１カバー１４０の外周を迂回するガス流路１６０となるが、このガス流路１６０には、流通するガスに含まれた水滴を他のガス成分から分離する分離ガイド１７０が設けられている。この分離ガイド１７０は、図１（ｆ）に示すように、細長い板状部材の長辺部分の一方から長辺部分の他方に向けて切り込みを入れて、一方の長辺部分１７１を基部として、他方の長辺部分側が折り曲げ自由な短冊片１７２，１７３を多数形成し、他方の長辺部分側を交互に折り曲げて形成されたものである。

この結果、図１（ｅ）に示すように、ガス流路１６０の下流側に折り曲げられる短冊片１７２と、ガス流路１６０の上流側に折り曲げられる短冊片１７３とが交互に並び、各短冊片１７２及び各短冊片１７３の一面（上流側の面）がガス流路１６０内を流通するガスに含まれた水滴を捕捉し、各短冊片１７２及び各短冊片１７３は水捕捉壁部として機能する。また、短冊片１７２と短冊片１７３との相互間には隙間１７４が形成されるが、隙間１７４はガス流路１６０を流通するガスを各短冊片１７２，１７３よりも下流側に導く導通部として機能する。

本実施形態では、図１（ｆ）に示すように、各短冊片１７２，１７３は、基部である一方の長辺部分１７１から先端である他方の長辺部分に向けて下縁１７２ａ，１７３ａが次第に降下するように傾斜しており、図１（ｂ），（ｄ）に示すように、ガス流路１６０における中間部（側面視でセンサ素子１２１が存在する位置）において、基部である一方の長辺部分１７１を第１カバー１４０の外周に結合され、先端側を第２カバー１５０の内周に結合されて装着される。これにより、各短冊片１７２，１７３により捕捉された水滴は、各下縁（水案内部）１７２ａ，１７３ａを伝って第２カバー１５０の内周に案内され、第２カバー１５０の内周面から滴下するようになっている。

このように、本ガスセンサ１２０は、ガス流入用通気孔１４４及びガス流通用通気孔１５４等に方向性があるため、従来のねじ込み式では、方向性を確保して装着することができない。そこで、図３に示すように、ガスセンサ１２０を方向性を合わせてサポート１８１に予め固定し、サポート１８１を複数個所でボルト１８２によってガス流路壁１１１に締結して装着することが好ましい。なお、この取付時には、ガスセンサ１２０のガス流路壁１１１の外方に突出する突出部１２３の基部に設けられたフランジ部１２４とガス流路壁１１１との間にガスケット１８０を介装しシール性を確保する。

本発明の第１実施形態にかかるガスセンサの保護カバー構造は、上述のように構成されているので、以下のような作用及び効果を得ることができる。
まず、ガス流路１１０内を流れるガスは、第２カバー１５０の上流側に設けられたガス流通用通気孔１５４から、第２カバー１５０の内部の第２カバー１５０と第１カバー１４０との間の空間（ガス流路）１６０に進入する。このとき、ガス流通用通気孔１５４を第２カバー１５０の軸方向中間部よりもガス流路壁１１１に近い部分に配置しているので、他のガス成分よりも格段に比重が大きい水滴は自重によりガス流通用通気孔１５４には進入し難い。また、ガス流通用通気孔１５４をガス流路壁１１１からは一定距離以上離隔させているので、ガス流路壁１１１を伝ってきた水滴がガス流通用通気孔１５４から進入し難い。さらに、ガス流通用通気孔１５４に外方（ガス流の上流側）に向けて突設された筒状の突起壁１５５の外面或いは内周面が、ガスに含まれている水滴を捕えるので、水滴は第２カバー１５０の第２筒状壁部１５１の外壁面或いは内壁面を伝って下方に滴下する。

ガス流路１６０に進入したガスは、次に、分離ガイド１７０に到達する。この分離ガイド１７０では、各短冊片１７２，１７３の一面（上流側の面）が流通するガスに含まれた水滴を捕捉し、残りのガスは各隙間１７４を通じて各短冊片１７２，１７３よりも下流側に導かれる。短冊片１７２，１７３で捕えられた水滴は、短冊片１７２，１７３に沿って滴下するが、短冊片１７２，１７３の下縁１７２ａ，１７３ａが第２カバー１５０の内周に向けて下降しているので、水滴はこの下縁１７２ａ，１７３ａに案内され、第１カバー１４０から離隔して第２カバー１５０の内周面から滴下する。

ガス流路１６０の分離ガイド１７０よりも下流に流れ込んだガスは、第２筒状壁部１５１の下流側の円筒状の内周面（ガイド面）１５１ａで捕えられて第１カバー１４０の側に反射される。これにより、第１カバー１４０の分離ガイド１７０よりも下流側に形成されたガス流入用通気孔１４４を通じて、第１カバー１４０の内部にガスが流入する。ガイド面１５１ａは半円筒の内周面形状に形成されるので、ガスを第１カバー１４０の側に円滑に反射させる。

ガス流入用通気孔１４４は第１カバー１４０の軸方向中間部よりもガス流路壁１１１に近い部分に配置しているので、他のガス成分よりも格段に比重が大きい水滴は自重によりガス流入用通気孔１４４には進入し難い。また、ガス流入用通気孔１４４をガス流路壁１１１からは一定距離以上離隔させているので、ガス流路壁１１１を伝ってきた水滴がガス流入用通気孔１４４から進入し難くなる。さらに、ガス流入用通気孔１４４から第１カバー１４０の内部に進むガスにもしも水滴が含まれていた場合にも、水滴の多くは、突起壁１４６の外面に捕捉されて第１カバー１４０の外壁面に沿って滴下する。万一、突起壁１４６の内側に水滴が進入しても突起壁１４６の内面に捕捉されて第１カバー１４０の内壁面に沿って滴下する。

このようにして、複数段階でガスから水滴を除去したうえで、ガスがセンサ素子１２１に導かれるので、センサ素子１２１への水滴の付着を確実に阻止することができ、センサ素子１２１への水滴の付着により、センサ素子１２１にクラックが生じて破損を招くおそれを確実に解消し、ガス成分の検出を行うことができる。
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態を説明する。

本実施形態は、ガス流通用通気孔１５４及びガス流入用通気孔１４４の数や配置に特徴があり、それ以外は第１実施形態と同様である。
つまり、第１実施形態では、ガス流通用通気孔１５４は横並びに３つ、ガス流入用通気孔１４４は１つだけ設けているが、これらの数は限定されるものではない。本実施形態では、図４（ａ）〜（ｃ）に示すようにガス流通用通気孔１５４は横並び且つ縦並びに多数設けており、ガス流入用通気孔１４４も横並び且つ縦並びに多数設けている。ただし、ガス流通用通気孔１５４，ガス流入用通気孔１４４は千鳥配置されており、これにより、ガス流通用通気孔１５４，ガス流入用通気孔１４４の上下間距離を確保し、上方のガス流通用通気孔１５４，ガス流入用通気孔１４４で捕えて滴下した水滴が下方のガス流通用通気孔１５４，ガス流入用通気孔１４４から内部に可能な限り進入しないようにしている。

本実施形態のガスセンサの保護カバー構造によれば、多数のガス流通用通気孔１５４，ガス流入用通気孔１４４を形成しているので、ガスの第１カバー１４０内部への流れ込みを促進することができ、これに伴いガスと共に水滴が第１カバー１４０内部へ進入するおそれが増大するが、ガス流通用通気孔１５４，ガス流入用通気孔１４４の千鳥配置により、かかるおそれの増大を抑制することができる。

＜その他＞
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、かかる実施形態を適宜変更して実施することができる。
例えば、上記実施形態では、自動車用エンジンの吸排気系に装備される空燃比センサ等のガスセンサを例示したが、本発明は酸素センサやＮＯｘセンサ等の他のガスセンサにも適用しうる。また、本発明は、水滴の付着が懸念されるガスセンサであれば、自動車用エンジンに限らず他のエンジンに装備されるガスセンサや、エンジンのみならず種々の機器や装置に装備されるガスセンサにも適用しうる。

また、ガイド部材は、第２カバー１５０のように第１カバー１４０の第１筒状壁部１４１の外周全体を覆うものに限らず、第１カバー１４０の下流に部分的に配置されるものでもよい。ただし、この場合、第１カバー１４０の第１筒状壁部１４１の外周の下流側を部分的に覆う筒状壁部材であることが好ましい。
また、上記実施形態では、ガイド部材としての第２カバー１５０にセンサ素子１２１の下流側に流入したガスを捕えて第１カバー１４０の側に反射させるガイド面１５１ａがそなえられているが、ガイド部材は、必ずしもセンサ素子１２１の下流側に流入したガスを捕えて第１カバー１４０の側に反射させる必要はなく、第１カバー１４０との間のガスの下流側への流速を抑制できるものであればよい。例えば、ガイド面１５１ａはガスの下流側への流速を抑制できるだけでもよい。

ガスの下流側への流速を抑制できれば、ガスはガイド部材とその上流の第１カバー１４０との間に滞留する。この滞留するガスに含まれる水滴は他のガス成分よりも格段に比重が大きいので、その自重によって水滴の多くはガイド面を伝って滴下する。一方、ガス成分は滴下することがないため、ガイド部材とその上流の第１カバ１４０ーとの間には、水滴が除かれたガス成分が存在することになり、このガス成分が、第１カバー１４０のガス流入用通気孔１４４から内部に流入して、センサ素子１２１を流通して第１カバー１４０のガス流出用通気孔１４５から流出する。したがって、第１カバー１４０内のセンサ素子１２１への水滴の付着を確実に阻止しながら、センサ素子１２１によりガス成分を検知することができる。

さらに、分離ガイド１７０も必須ではない。また、分離ガイド１７０の構造も流通するガスに含まれた水滴を捕捉する水捕捉壁部と、ガスを水捕捉壁部よりも下流側に導く導通部とを有するものであればよく、上記構造に限定されない。

１１０ガス流路
１１１ガス流路壁
１２０ガスセンサ
１２１センサ素子
１３０保護カバー
１４０第１カバー
１４１第１筒状壁部
１４２端壁部
１４４ガス流入用通気孔
１４５ガス流出用通気孔
１５０第２カバー（ガイド部材）
１５１第２筒状壁部
１５１ａガイド面
１５２開口端部
１５４ガス流通用通気孔
１５５，１４６突起壁
１７０分離ガイド
１７２，１７３短冊片（水捕捉壁部）
１７２ａ，１７３ａ下縁（水案内部）
１７４隙間（導通部）

Claims

ガス流路壁からガス流路内に突出した棒状のセンサ素子を保護する、ガスセンサの保護カバー構造であって、
前記センサ素子の外周部を覆うように前記ガス流路壁から突設された第１筒状壁部と、前記センサ素子の先端部を覆う端壁部とを有し、前記第１筒状壁部には前記ガス流路の下流側のみにガス流入用通気孔が形成され、前記端壁部にはガス流出用通気孔が形成された第１カバーと、
前記センサ素子よりも前記ガス流路の下流側に設けられ、前記第１カバーの外周を迂回して前記センサ素子の前記下流側に流入したガスを捕えてこの捕えたガスを前記第１カバーの側に反射させるガイド面を有し、少なくとも前記第１カバーとの間を流れるガスの前記下流側へのガス流速を抑制するガイド部材と、を有し、
前記第１カバー及び前記ガイド部材は方向性を合わせて前記センサ素子と共にサポート部材に固定され、当該サポート部材が前記ガス流路壁に装着され、
前記ガイド部材は、前記第１カバーの前記第１筒状壁部の外周を覆うように前記ガス流路壁から突設された第２筒状壁部と、前記第２筒状壁部の端部に形成された開口端部とを有し、前記第２筒状壁部の前記ガス流路の上流側にのみガス流通用通気孔が形成された第２カバーである
ことを特徴とする、ガスセンサの保護カバー構造。
前記第１筒状壁部と前記第２筒状壁部との間であって前記第１カバーの外周を迂回するガス流路に、流通するガスに含まれた水滴を捕捉する水捕捉壁部と、前記ガスを前記水捕捉壁部よりも下流側に導く導通部とを有し、前記水捕捉壁部により捕捉した前記水滴を前記第２カバーの前記開口端部から滴下させ前記ガスから前記水滴を分離する分離ガイドが配設され、
前記分離ガイドは、板状部材の一方の長辺部分を基部として、他方の長辺部分側が折り曲げ自由な短冊片とされ、当該他方の長辺部分側が交互に折り曲げられて形成されていることを特徴とする、請求項１記載のガスセンサの保護カバー構造。
前記水捕捉壁部には、捕捉した前記水滴を前記第２カバーの前記第２筒状壁部の内壁に案内する水案内部が設けられ、
前記水案内部は、前記短冊片の基部である前記一方の長辺部分から先端である前記他方の長辺部分に向けて下縁が次第に降下するように傾斜しており、基部である前記一方の長辺部分が前記第１カバーの外周に結合され、先端側が前記第２カバーの内周に結合している
ことを特徴とする、請求項２記載のガスセンサの保護カバー構造。
前記第１筒状壁部及び前記第２筒状壁部の少なくとも何れかの筒状壁部の前記ガス流入用通気孔又は前記ガス流通用通気孔が形成された箇所の外面には、外方に向けて筒状の突起壁が突設されている
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のガスセンサの保護カバー構造。
前記ガス流入用通気孔及び前記ガス流通用通気孔は、前記第１筒状壁部又は前記第２筒状壁部の軸方向の中間部よりも重力方向において上方の前記ガス流路壁側に配置されている
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のガスセンサの保護カバー構造。
前記ガス流入用通気孔及び前記ガス流通用通気孔は、前記ガス流路壁から一定距離だけ離隔した位置に配置されている
ことを特徴とする、請求項５記載のガスセンサの保護カバー構造。