CN103487487B - 气体传感器 - Google Patents

Abstract

一种气体传感器，能够以一重构造的保护器与双重构造的保护器同样地确保防水性。保护器（4）具有大径部（40）与小径部（45）的二段构造。大径部具有圆筒形的第一周壁（41）和第一前端壁（42）。小径部（45）具有与第一前端壁（42）连接的圆筒形的第二周壁（43）和与第二周壁（43）的前端侧连接的第二前端壁（44）。在第一周壁（41）和第二周壁（43）上没有形成开口部。在第一前端壁（42）上形成有第一凹陷部（46）和仅向第一周壁（41）的内面开口的第一开口部（47）。在第二前端壁（44）上形成有：第二凹陷部（48）；以及第二开口部（49），形成于该第二凹陷部（48），朝向第二周壁（43）的内面开口。

Description

气体传感器

技术领域

本发明涉及具有保护暴露在被检测气体中的检测元件不会沾水的保护器的气体传感器。

背景技术

以往，公知有对机动车等的排气气体中的特定成分进行检测的氧气传感器、NOX传感器、HC传感器等气体传感器。作为气体传感器，在代表性的氧气传感器中，将由氧化锆等陶瓷构成的固体电解质体形成为有底筒状，具有在其表面上形成了夹着固体电解质体的一对电极的检测元件。在使用气体传感器时，形成在固体电解质体的外侧面上的检测电极，暴露在排气气体中，形成在内侧面上的基准电极，暴露在成为基准的气体（通常为大气）中。检测元件根据被固体电解质体隔开的两个气氛间、即排气气体与基准气体之间的氧气分压的差，在两电极之间产生的电动势，从而进行排气气体中的氧气的检测。

由于这种检测元件在温度低时不活化，因此在检测元件的附近设置有检测元件加热用的加热器。作为加热器，广泛使用在氧化铝等绝缘性陶瓷基体中，埋设了由于钨、钼等高熔点金属构成的发热电阻体的加热器。关于加热器，由于插入到检测元件的筒孔内来使用，因此形成为圆棒状，发热电阻体埋设在加热器的前端侧。另外，用于使发热电阻体通电的电极垫配置为露出到加热器的后端侧的外表面上。在电极垫上接合有用于通电的连接端子（例如参照专利文献1）。

另外，在检测元件成为高温时，当包含在排气气体中的水分（水滴）附着在检测元件上（沾水）时，检测元件受到热冲击，存在产生裂纹和断裂的顾虑。因此，在气体传感器上安装有覆盖检测元件的保护器，保护检测元件不会沾水。例如，在记载于专利文献1和2中的气体传感器中，保护器具有覆盖检测元件的内侧保护器和覆盖该内侧保护器的外侧保护器的双重构造。在外侧保护器上，形成有将排气气体导入到内部的外侧导入孔，在内侧保护器上，设置有将进入到外侧保护器内的排气气体导入到检测元件所露出的气体检测室的内侧导入孔。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开平11-230930号公报

【专利文献2】日本特开2008-96419号公报

【专利文献3】日本特开2008-175685号公报

但是，在记载于专利文献1和专利文献2的气体传感器中，保护器具有外侧保护器用于内侧保护器的双重构造，构造复杂，组装的工时也变多。另外，保护器的成本也变高。

发明内容

本发明是为了解决上述问题点而完成的，其目的在于，提供一种气体传感器，使用一重构造的保护器，与双重构造的保护器同样能够确保防水性。

根据本发明的一个方式，提供气体传感器，具有：检测元件，沿轴线方向延伸，在前端侧具有用于检测被检测气体中的特定气体成分的检测部；主体配件，在使所述检测部从所述主体配件自身的前端部突出的状态下，包围所述检测元件的径向周围并保持；以及保护器，固定在所述主体配件的所述前端部，在所述保护器自身的内部收纳所述检测部，所述气体传感器的特征在于，所述保护器具有：大径部，具有筒状的第一周壁和与所述第一周壁的前端侧连接的第一前端壁；以及小径部，与所述第一前端壁连接，并且从所述大径部向所述轴线方向前端侧突出，具有与所述第一前端壁连接的筒状的第二周壁和与所述第二周壁的前端侧连接的第二前端壁，所述保护器具备：第一凹陷部，形成在所述第一前端壁，朝向所述轴线方向后端侧凹入；第一开口部，设置在所述第一凹陷部，仅朝向所述第一周壁的内面开口；第二凹陷部，设置在所述第二前端壁，朝向所述轴线方向后端侧凹入；以及第二开口部，形成在所述第二凹陷部，朝向所述第二周壁的内面开口，使得不能从外部目视观察到所述检测元件，所述第一周壁和所述第二周壁被封闭。

在该结构的气体传感器中，保护器是具有大径部和从大径部突出到前端侧的小径部的一重构造。由此，与具有如以往的双重构造的保护器相比构造简单，还能够减少组装的工时，并且还能够降低成本。另外，在该保护器中，在第一周壁和第二周壁上没有开口部，在设置于第一前端壁上的第一凹陷部、和设置于第二前端壁的第二凹陷部上分别设置有第一开口部、第二开口部。也就是说，沿着经过安装对象体内的被检测气体的流动方向没有保护器的开口，在与被检测气体的流动方向相交的方向上存在开口。因此，被测量气体若不改变在安装对象体内流动的流动方向则不会到达检测元件，能够抑制水滴附着在检测元件上。并且，关于第一开口部，由于以仅向第一周壁的内面开口的方式设置在第一凹陷部，因此即使在从第一开口部浸入水滴时，水滴也附着在第一周壁的内面，能够抑制水滴附着在检测元件上。另一方面，由于第二开口部以向第二周壁的内面开口的方式设置于第二凹陷部，使得不能从外部目视观察到检测元件，因此即使在从第二开口部浸入水滴时，水滴也附着在第二周壁的内面，能够抑制水滴附着在检测元件上。

另外，也可以是，所述第二周壁形成为圆筒形，所述检测元件形成为圆柱状，该第二周壁的内径比所述检测元件的外形大。此时，由于形成在第一前端壁上的第一凹陷部和第一开口部配置在比检测元件更靠外侧，因此能够进一步抑制从第一开口部浸入的水滴附着在检测元件上。

另外，也可以是，沿着所述第一周壁在所述第一前端壁上等间隔地设置有多个所述第一开口部，在沿着所述轴线观察所述保护器时，所述第二开口部朝向所述第一开口部与相邻于该第一开口部的另一第一开口部之间开口。此时，由于第一开口部和第二开口部不在相同方向上开口，因此在将气体传感器配置在安装对象体上时，第一开口部和第二开口部不在被检测气体的上游侧并列配置，水滴很难浸入到保护器内。

另外，也可以是，所述第一凹陷部具有将所述第一前端壁压入到内侧并且除所述第一开口部以外的部位与所述第一前端壁连接的穹顶形状，在该第一凹陷部中，所述第二周壁侧的部位与所述第二周壁的外表面平滑地连续形成。此时，在撞到第二周壁的被检测气体到达第一前端壁时，容易穿过第一凹陷部，被测量气体容易从第一开口部流入到保护器内。

另外，也可以是，所述第二凹陷部形成为在所述第二前端壁上设置两条平行的切缝而压入到内侧的形状，该两条平行的切缝部分分别成为第二开口部。通过成为这种结构，即使在从第二开口部浸入了水滴时，水滴也附着在第二周壁的内面，能够抑制水滴附着在检测元件上。

另外，也可以是，所述检测元件在内部形成有中空部，在该中空部中插入有对所述检测元件进行加热的加热器，该加热器在一部位上与所述检测元件接触，在沿着所述轴线观察所述保护器时，从所述轴线朝向所述加热器与所述检测元件之间的接触部位的方向，成为与从所述轴线朝向所述第一开口部与相邻于该第一开口部的另一第一开口部之间的方向相同方向。此时，由于温度变高的加热器所接触的检测元件的接触部位与第一开口部不相对，因此即使从第一开口部浸入的水滴的一部分到达了检测元件，也能够抑制在检测元件上产生裂纹和断裂。

另外，也可以是，从所述轴线朝向所述加热器与所述检测元件之间的接触部位的方向与从所述轴线朝向所述第二开口部的方向偏离。此时，由于温度变高的加热器所接触的检测元件的接触部位与第二开口部不相对，因此即使从第二开口部浸入的水滴的一部分到达了检测元件，也能够抑制在检测元件上产生裂纹和断裂。

附图说明

图1是气体传感器1的立体图。

图2是气体传感器1的纵向剖视图。

图3是气体传感器1的保护器4的仰视图。

图4是从与图2相同方向观察的保护器4的纵向剖视图。

图5是示出排气气体流动的方向D和气体传感器1的安装的旋转角度的保护器4的仰视图。

图6是示出排气气体流动的方向E和气体传感器1的安装的旋转角度的保护器4的仰视图。

图7是示出排气气体流动的方向F和气体传感器1的安装的旋转角度的保护器4的仰视图。

具体实施方式

以下，参照附图对具体化了本发明的气体传感器的一个实施方式进行说明。首先，参照图1、图2，对具备检测元件6的气体传感器1的构造进行说明。图1所示的气体传感器1是安装在从机动车等内燃机的发动机排出的排气气体的排气管（未图示）上使用的。以下，在气体传感器1的轴线O方向上，将朝向插入到排气管内的检测元件6的前端的一侧（封闭的一侧，图中下侧）作为前端侧或下侧，将朝向与此相反的方向的一侧（图中上侧）作为后端侧或上侧来进行说明。

图2所示的气体传感器1是用于检测在排气管内流通的排气气体中的氧气浓度的传感器。气体传感器1具有如下构造：使用主体配件5包围细长且前端封闭的筒状的检测元件6并保持。

关于检测元件6，将氧化锆作为主成分，具有在轴线O方向上延伸的形成为有底筒状的固体电解质体61，在固体电解质体61的轴线O方向大致中央的位置上，设置有向径向外侧突出的凸缘状的法兰部65。比法兰部65更靠前端侧的前端部64，向前端慢慢缩径，前端部分封闭成球面状。因此，在检测元件6的内部形成有作为中空部的筒孔69。在前端部64的外表面上形成有由Pt或Pt合金构成的多孔质状的检测电极62。另外，在固体电解质体61的筒孔69的内表面上也同样形成有由Pt或Pt合金构成的多孔质状的基准电极63。即，检测电极62和基准电极63在前端部64夹着固体电解质体61相对。该部分在检测元件6中作为进行氧气浓度检测的检测部来发挥功能。在气体传感器1安装到机动车的排气管（未图示）时，前端部64暴露于在排气管内流通的排气气体中。并且，检测电极62被多孔质状的尖晶石的保护层（未图示）覆盖，防止被排气气体毒害。

如图2所示，检测元件6的检测电极62通过外嵌到检测元件6的后端部66的连接端子75，连接到用于进行与未图示的外部电路（例如机动车的电子控制装置（ECU））之间的电连接的引线18。同样，检测元件6的基准电极63，通过插入到检测元件6的筒孔69内的连接端子70，与另一引线18连接。另外，在检测元件6的筒孔69内插入有用于加热固体电解质体61而使固体电解质体61活化的棒状的加热器7。加热器7通过一对电极端子74连接到与外部电路进行电连接的一对引线19（在图2中仅示出一个引线19），其中一对引线19与为了对设置在内部的发热电阻体（未图示）通电而露出到自身后端的电极接合。另外，加热器7在接触部位68与检测元件6的内面接触。

检测元件6保持在用于将气体传感器1安装在排气管（未图示）上的配件即筒状的主体配件5上。具体地讲，主体配件5是在设置于筒孔55内的前端侧的台阶部59与设置在后端的铆接部57之间，通过填料37、38、39支撑由氧化铝构成的支撑部件13、由滑石粉末构成的填充部件15、以及氧化铝制的套筒16。并且，通过将检测元件6的法兰部65夹在支撑部件13与填充部件15之间，从而在筒孔55内保持检测元件6，并且通过填充部件15，确保筒孔55内的气密性。

主体配件5在外周具有外螺纹部52，该外螺纹部52形成有用于将气体传感器1安装在排气管上的螺纹牙。在外螺纹部52的前端侧形成有安装后述的保护器4的前端安装部56。在外螺纹部52的后端侧设置有在向排气管安装时使用的工具所卡合的工具卡合部53。在工具卡合部53与外螺纹部52之间，嵌插有用于防止气体经由排气管的安装部而泄漏的环状的衬垫11。在工具卡合部53的后端侧，形成有与后述的外筒3安装的后端安装部58。在后端安装部58的后端侧设置有上述铆接部57。

检测元件6的后端部66从主体配件5的后端（铆接部57）突出，并被外筒3覆盖，该外筒3被焊接到后端安装部58。外筒3形成为将SUS304等不锈钢沿着轴线O方向延伸的筒状，而且将大致中央的前端侧（在图2中下侧）形成为比后端侧更大径。在外筒3内配置有上述检测元件6的后端部66、分离器8、索环9等。

在比检测元件6的后端部66沿轴线O方向更靠后端侧，配置有由绝缘性陶瓷构成的筒状的分离器8。分离器8是以检测元件6的连接端子70、75以及加热器7的电极端子74彼此不接触的方式分别独立地收纳在内部。另外，通过连接端子70、75和电极端子74与内周面之间的隙间，能够使分离器8的前端侧与后端侧之间大气连通。配置有外筒3的分离器8的部分的外周被铆接，分离器8通过保持配件85保持在外筒3内。

在分离器8的后端侧配置有由氟系橡胶构成的索环9。索环9嵌入到外筒3的后端侧的开口，通过铆接开口附近的外周，从而保持在外筒3上。在索环9上形成有用于将大气导入到外筒3内的连通孔91。在连通孔91内插入有例如由PTFE（聚四氟乙烯）等氟树脂形成的薄膜状的过滤部件87及其限动配件88，从而防止水滴等的进入。另外，在分离器8内与连接端子70、75连接的引线18、以及与电极端子74连接的引线19通过索环9拉出到外部。

检测元件6的前端部64的检测部从主体配件5的前端安装部56突出，并被保护器4覆盖，该保护器4焊接到前端安装部56。保护器4防止突出到排气管内的检测元件6的检测部受到包含在排气气体中的水滴或异物等的碰撞。该保护器4由具有开口部的一重构造构成。

以下，参照图1～图4，对保护器4的构造的详细进行说明。保护器4由圆筒形的大径部40、和外形比该大径部40小的圆筒形的小径部45构成。因此，保护器4构成为大径部40与小径部45的二段构造。大径部40具有圆筒形的第一周壁41和与第一周壁41的前端侧连接的第一前端壁42。小径部45与第一前端壁42连接，并且从大径部40突出到轴线O方向前端侧，小径部45具有与第一前端壁42连接的圆筒形的第二周壁43和与第二周壁43的前端侧连接的第二前端壁44。另外，第二周壁43的内径形成得比检测元件6的前端部64的外形大。另外，第一周壁41和第二周壁43没有开口部而封闭。

在第一前端壁42上，设置有向轴线O方向后端侧凹陷的第一凹陷部46、和设置在第一凹陷部46上并仅向第一周壁41的内面开口的第一开口部47。从该第一开口部47，向保护器4的内部导入排气气体。沿着第一周壁41在第一前端壁42等间隔地设置有多个第一凹陷部46和第一开口部47。在本实施方式中作为一例等间隔地设置有六个。

第一凹陷部46具有将第一前端壁42压入到内侧（检测元件6的前端部64侧），并且除第一开口部47以外的部位与第一前端壁42连接的穹顶形状。如图4所示，在该第一凹陷部46中，第二周壁43侧的部位与该第二周壁43的外表面平滑地连续形成。因此，在撞到第二周壁43的排气气体到达第一前端壁42时，如在图4所示的箭头A，排气气体容易顺利地流入到保护器4内。

另外，在第二前端壁44上形成有：第二凹陷部48，向轴线O方向后端侧凹入；以及第二开口部49，形成在该第二凹陷部48，向第二周壁43的内面开口使得不能从外部目视观察到检测元件6（参照图2）。第二开口部49是用于排出进入到内部的水滴和排气气体的排出口。如图3所示，第二凹陷部48形成为在第二前端壁44上设置两条平行的切缝而压入到内侧的形状，该两条平行的切缝部分分别成为第二开口部49、49。如图3所示，在沿着轴线O（参照图2）观察保护器4时，第二开口部49朝向第一开口部47与相邻于该第一开口部47的另一第一开口部47之间开口。

另外，如图5所示，在沿着轴线O（参照图2）观察保护器4时，从所述轴线O朝向加热器7（参照图2）与检测元件6之间的接触部位68的方向（图5的箭头B），是与从该轴线O朝向第一开口部47与相邻于该第一开口部47的另一第一开口部47之间的方向（图5的箭头B）相同的方向。另外，从轴线O朝向加热器7（参照图2）与检测元件6之间的接触部位68的方向（图5的箭头B），与从该轴线O朝向第二开口部49的方向（图5的箭头C）偏离。

如以上说明，在本实施方式的气体传感器1中，保护器4为具有大径部40和小径部45的一重构造。由此，与具有如以往的双重构造的保护器相比构造简单，还能够减少组装的工时，并且还能够降低成本。另外，在该保护器4中，在第一周壁41和第二周壁43上没有开口部，设置在第一前端壁42的第一凹陷部46、和设置在第二前端壁44的第二凹陷部48上分别设置有第一开口部47、第二开口部49。也就是说，沿着排气气体的流动方向（与轴线O方向垂直的径向）没有保护器4的开口，在与排气气体的流动方向相交方向（轴线O方向）上存在开口。因此，排气气体若不改变流动方向则不会到达检测元件6，能够抑制水滴附着在检测元件6上。另外，由于第一开口部47以仅向第一周壁41的内面开口的方式设置在第一凹陷部46，因此即使在从第一开口部47进入了水滴时，水滴也附着在第一周壁41的内面，能够抑制水滴附着在检测元件6的前端部64。另一方面，由于第二开口部49以仅向第二周壁43的内面开口的方式设置在第二凹陷部48，使得不能从外部目视观察到检测元件6，因此即使在从第二开口部49浸入了水滴时，水滴也附着在第二周壁43的内面，能够抑制水滴附着在检测元件上。

另外，第二周壁43形成为圆筒形，检测元件6形成为圆柱状，而且第二周壁43的内径比检测元件6的外形大。此时，由于形成在第一前端壁42上的第一凹陷部46和第一开口部47配置在比检测元件6更靠径向外侧，因此能够进一步抑制从第一开口部47浸入的水滴附着在检测元件6上。

另外，在沿着轴线O（参照图2）观察保护器4时，第二开口部49朝向第一开口部47与相邻于该第一开口部47的另一第一开口部47之间开口。此时，第一开口部47的开口方向与第二开口部49的开口方向不是同一方向，在将气体传感器配置在排气管时，不在排气气体的上游侧并列配置第一开口部47和第二开口部49，水滴很难进入到保护器4内。

例如，以图5所示的旋转角度将气体传感器1固定在排气管上，在从箭头D方向流过了排气气体时，虽然在箭头D方向侧设置有第一开口部47，但是第二开口部49朝向箭头C方向，不沿着箭头D方向并列配置第一开口部47和第二开口部49，水滴很难浸入到保护器4内。另外，以图6或图7所示的旋转角度将气体传感器1固定在排气管上，即使排气气体从图6所示的箭头E方向或图7所示的箭头F方向流动的情况下，也与图5同样，不沿着箭头E、F方向并列配置第一开口部47和第二开口部49。在图6中，在箭头E方向侧，没有配置有第一开口部47和第二开口部49这两者。另外，在图7中，在箭头F方向侧，虽然配置有第二开口部49，但是没有配置有第一开口部47。因此，水滴很难浸入到保护器4内。

另外，在沿着轴线O（参照图2）观察保护器4时，由于从所述轴线O朝向加热器7（参照图2）与检测元件6之间的接触部位68的方向（图5的箭头B），朝向第一开口部47与相邻于该第一开口部47的第一开口部47之间，因此温度变高的检测元件6的接触部位68与第一开口部47不相对。因此，即使从第一开口部47浸入的水滴的一部分到达检测元件6，也能够抑制在检测元件6上产生裂纹和断裂。另外，在沿着轴线O（参照图2）观察保护器4时，由于从所述轴线O朝向加热器7（参照图2）与检测元件6的接触部位68的方向（图5的箭头B）、和从所述轴线O朝向第二开口部49的方向（图5的箭头C），不朝向同一方向而偏离，因此即使从第二开口部49浸入的水滴的一部分到达检测元件6，也能够抑制在检测元件6上产生裂纹和断裂。

另外，本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。例如，第一凹陷部46和第一开口部47不限定于六个，可以设置五个、八个等任意的个数。

Claims (7)

1.一种气体传感器，具有：

检测元件，沿轴线方向延伸，在前端侧具有用于检测被检测气体中的特定气体成分的检测部；

主体配件，在使所述检测部从所述主体配件自身的前端部突出的状态下，包围所述检测元件的径向周围并保持；以及

保护器，固定在所述主体配件的所述前端部，在所述保护器自身的内部收纳所述检测部，

所述气体传感器的特征在于，

所述保护器具有：

大径部，具有筒状的第一周壁和与所述第一周壁的前端侧连接的第一前端壁；以及

小径部，与所述第一前端壁连接，并且从所述大径部向所述轴线方向前端侧突出，具有与所述第一前端壁连接的筒状的第二周壁和与所述第二周壁的前端侧连接的第二前端壁，

所述保护器具备：

第一凹陷部，形成在所述第一前端壁，朝向所述轴线方向后端侧凹入；

第一开口部，设置在所述第一凹陷部，仅朝向所述第一周壁的内面开口；

第二凹陷部，设置在所述第二前端壁，朝向所述轴线方向后端侧凹入；以及

第二开口部，形成在所述第二凹陷部，朝向所述第二周壁的内面开口，使得不能从外部目视观察到所述检测元件，

所述第一周壁和所述第二周壁被封闭。

2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，

所述第二周壁形成为圆筒形，

所述检测元件形成为圆柱状，

该第二周壁的内径比所述检测元件的外形大。

3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，

沿着所述第一周壁在所述第一前端壁上等间隔地设置有多个所述第一开口部，

在沿着所述轴线观察所述保护器时，所述第二开口部朝向所述第一开口部与相邻于该第一开口部的另一第一开口部之间开口。

4.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，

所述第一凹陷部具有将所述第一前端壁压入到内侧并且除所述第一开口部以外的部位与所述第一前端壁连接的穹顶形状，

在该第一凹陷部中，所述第二周壁侧的部位与所述第二周壁的外表面平滑地连续形成。

5.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，

所述第二凹陷部形成为在所述第二前端壁上设置两条平行的切缝而压入到内侧的形状，

该两条平行的切缝部分分别成为第二开口部。

6.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，

所述检测元件在内部形成有中空部，

在该中空部中插入有对所述检测元件进行加热的加热器，

该加热器在一部位上与所述检测元件接触，

在沿着所述轴线观察所述保护器时，从所述轴线朝向所述加热器与所述检测元件之间的接触部位的方向，成为与从所述轴线朝向所述第一开口部与相邻于该第一开口部的另一第一开口部之间的方向相同的方向。

7.根据权利要求6所述的气体传感器，其特征在于，

从所述轴线朝向所述加热器与所述检测元件之间的接触部位的方向与从所述轴线朝向所述第二开口部的方向偏离。