CN104797931A - 气体传感器 - Google Patents
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Abstract
气体传感器(1)具备传感器元件(2)、套(13)和元件罩(3)。在传感器元件(2)的前端部(201),设置有用于向其内部导入被测定气体的气体导入部(271)。元件罩(3)具有配设为覆盖传感器元件(2)的前端部(201)的内罩(4)、以及在内罩(4)的外侧配设的外罩(5)。在外罩(5),设置有用于向外罩(5)内导入被测定气体的外导入开口部(52)。在内罩(4),设置有用于向内罩(4)内导入被测定气体的内导入开口部(42)。传感器元件(2)的气体导入部(271)的轴向中间位置(C1)与内罩(4)的内导入开口部(42)的轴向基端位置(D1)相比处于轴向基端侧(X2)。
Description
技术领域
本发明涉及用于检测被测定气体中的特定气体浓度的气体传感器。
背景技术
以往,已知在汽车的内燃机的排气管等中设置,且用于检测作为被测定气体的废气中的特定气体浓度的气体传感器。作为气体传感器,例如存在具备检测被测定气体中的特定气体浓度的传感器元件、在内侧插通并保持传感器元件的套(housing)、以及在套的前端侧配设的元件罩的气体传感器。
例如,在专利文献1中,公开了为了传感器元件的防水等,具备由覆盖设置有气体导入部的传感器元件的前端部的内罩、和在内罩的外侧配设的外罩构成的二重构造的元件罩的气体传感器。在该气体传感器中,在外罩上,设置有用于向外罩内导入被测定气体的外导入开口部。此外,在内罩上,设置有用于向内罩内导入被测定气体的内导入开口部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:(日本)特开2009-25076号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而,在多气缸的内燃机中,由于气缸间的燃料喷射量的不均等,在气缸间产生空燃比的不均(气缸间不平衡)。近年,由于进一步的废气限制、油耗限制,寻求在气体传感器中更高精度地检测内燃机的气缸间不平衡,进行内燃机的各气缸的空燃比控制。从而,为了更准确地掌握成为气缸间不平衡的指标的气体传感器的输出值(空燃比:A/F)的变化,需要进一步提高与各气缸的空燃比变化相伴的气体传感器的响应性。具体而言,除了提高对于A/F变化的气体传感器本身的响应性以外,特别是在保护传感器元件的元件罩中,使大量的被测定气体以短距离迅速地到达传感器元件的气体检测部(用于检测被测定气体的部分),此外还使得在到达传感器元件的检测部为止的期间,从各气缸依次排气的A/F不同的被测定气体难以混合,是不可缺少的。
但是,在上述专利文献1的气体传感器中,由于主要将重点放在防止传感器元件的浸水上,所以在考虑了内燃机的气缸间不平衡的检测精度的情况下,检测气缸间不平衡的响应性不充分。作为其主要原因,考虑从内导入开口部被导入至内罩内的被测定气体到达传感器元件的气体导入部为止的距离长等。若该距离长,则导致在时间上先后排气并先后到达传感器元件的气体检测部的被测定气体易于混合。若产生该被测定气体的混合,则即使从任一个气缸排气的被测定气体的空燃比向浓(rich)侧变动,从其他任一个气缸排气的被测定气体的空燃比向稀(lean)侧变动,也检测出混合了这些被测定气体的状态下的空燃比。其结果,存在内燃机的气缸间不平衡的检测精度降低,用于检测气缸间不平衡的气体传感器的响应性降低的顾虑。
本发明是鉴于该背景而完成的,提供能够提高内燃机的气缸间不平衡的检测精度,在检测气缸间不平衡的响应性上优良的气体传感器。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式具备:
传感器元件,检测被测定气体中的特定气体浓度;
套(housing),在内侧插通并保持该传感器元件;以及
元件罩(cover),在该套的轴向前端侧配设,
在上述传感器元件的前端部,设置有用于向其内部导入被测定气体的气体导入部,
上述元件罩具有配设为覆盖上述传感器元件的前端部的内罩、以及在该内罩的外侧配设的外罩,
在该外罩,设置有用于向该外罩内导入被测定气体的外导入开口部,
在上述内罩,设置有用于向该内罩内导入被测定气体的内导入开口部,
上述传感器元件的上述气体导入部的轴向中间位置与上述内罩的上述内导入开口部的轴向基端位置相比处于轴向基端侧。
发明效果
在上述气体传感器中,在传感器元件的前端部,设置有用于向其内部导入被测定气体的气体导入部。此外,在覆盖传感器元件的前端部的内罩,设置有用于向内罩内导入被测定气体的内导入开口部。并且,传感器元件的气体导入部的轴向中间位置与内罩的内导入开口部的轴向基端位置相比处于轴向基端侧。
即,从外导入开口部被导入至外罩内(外罩和内罩之间)的被测定气体从内导入开口部被导入至内罩内,到达传感器元件的气体导入部。本发明人们认识到,在这样的被测定气体的流动中,从内导入开口部被导入至内罩内的被测定气体到达传感器元件的气体导入部为止的距离对内燃机的气缸间不平衡的检测精度、以及检测气缸间不平衡的响应性有较大贡献。
并且,本发明人们认识到,为了缩短从内导入开口部被导入至内罩内的被测定气体到达传感器元件的气体导入部为止的距离,将被测定气体被导入至内罩内的部分即内导入开口部的轴向基端位置设为与被测定气体被导入至传感器元件的内部的部分即气体导入部的轴向中间位置相比更靠轴向基端侧是非常有效的。
由此,能够使从内导入开口部被导入至内罩内的被测定气体以尽能够短距离迅速地到达传感器元件的气体导入部。此外,能够使被测定气体不与从其他内导入开口部流入的被测定气体混合地到达传感器元件的气体导入部。并且,能够使内燃机的各气缸的被测定气体按顺序到达传感器元件的气体导入部,抑制在直至到达传感器元件的气体导入部为止的期间各气缸的被测定气体被混合的情况。
其结果,能够提高气体传感器的响应性,能够更准确地掌握成为内燃机的气缸间不平衡的指标的气体传感器的输出值(例如,空燃比:A/F等)的变化。并且,能够提高气体传感器中的内燃机的气缸间不平衡的检测精度。
像这样,能够提供能够提高内燃机的气缸间不平衡的检测精度,且检测气缸间不平衡的响应性优良的气体传感器。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1中的气体传感器整体的构造的截面说明图。
图2是表示实施例1中的气体传感器的元件罩的构造的截面说明图。
图3是表示实施例1中的内罩的内导入开口部以及百叶(louver)部的截面说明图。
图4是表示实施例1中的传感器元件的前端部的构造的截面说明图。
图5是表示实施例1中的将百叶部投影到与内导入开口部相同平面上的状态的说明图。
图6是表示实施例1中的投影到与内导入开口部相同平面上的百叶部的说明图。
图7是表示实施例1中的从内导入开口部经由百叶部流入至内罩内的被测定气体的流动的说明图。
图8是表示实施例1中的多气缸的内燃机中的被测定气体的流动的说明图。
图9是表示实施例1中的在横轴上取时间且在纵轴上取被测定气体的气体浓度来表示气体浓度的时间变化的曲线图。
图10是表示实施例1中的投影到与内导入开口部相同平面上的其他例的百叶部的说明图。
图11是表示实施例1中的从内导入开口部经由其他例的百叶部流入至内罩内的被测定气体的流动的说明图。
图12是表示本发明的实施例2中的气体传感器的元件罩的构造的一例的截面说明图。
图13是表示本发明的实施例3中的安装有气体传感器的内燃机的排气管的说明图。
图14是表示实施例3中的曲轴角以及A/F的随时间的变化的曲线图。
图15是表示实施例3中的内导入开口部的轴向基端位置与气体导入部的轴向中间位置之间的轴向距离a和不平衡响应值比的关系的曲线图。
具体实施方式
上述气体传感器中,“轴向前端侧”是气体传感器的轴向的一方侧,且是指气体传感器被露出于被测定气体侧。此外,“轴向基端侧”是指其相反侧。
此外,作为上述传感器元件,例如能够使用将设置有被测定气体侧电极以及基准气体侧电极的氧离子传导性的固体电解质体、和使与被测定气体侧电极接触的被测定气体透过的多孔质的扩散电阻层等层叠而构成的层叠型的传感器元件。在上述结构的情况下,在传感器元件的外表面上扩散电阻层的一部分露出,该露出的部分成为上述气体导入部。
此外,也可以在上述传感器元件的前端部上设置多处上述气体导入部。此外,也可以在上述传感器元件的外表面上以至少覆盖扩散电阻层的露出的部分(气体导入部)的方式设置用于捕获被测定气体中的中毒(催化剂中毒)成分的保护层等。
此外,也可以在上述外罩上在周向上并排设置多个上述外导入开口部。此外,也可以在上述内罩上在周向上并排设置多个上述内导入开口部。此外,在设置多个上述内导入开口部的情况下,优选上述传感器元件的上述气体导入部的轴向中间位置与其全部内导入开口部的轴向基端位置相比处于轴向基端侧。
此外,在设置多个上述内导入开口部的情况下,优选其全部内导入开口部的轴向位置相同。此外,优选从内导入开口部至气体导入部为止的径向距离相同。此时,能够抑制从内导入开口部至传感器元件的气体导入部为止的距离的不均,更进一步提高内燃机的气缸间不平衡的检测精度、以及检测气缸间不平衡的响应性。
此外,优选从上述内罩的上述内导入开口部的轴向基端位置至上述传感器元件的上述气体导入部的轴向中间位置为止的轴向距离a设为例如0mm<a≤3.0mm,进而更优选设为0.7mm≤a≤3.0mm。此时,能够使从内导入开口部被导入至内罩内的被测定气体以更短距离迅速地到达传感器元件的气体导入部。并且,能够进一步提高内燃机的气缸间不平衡的检测精度、以及检测气缸间不平衡的响应性。
在上述传感器元件的上述气体导入部的轴向中间位置与上述内罩的上述内导入开口部的轴向基端位置之间的轴向距离a为0mm以下的情况下,超过3.0mm的情况下,存在从内导入开口部被导入至内罩内的被测定气体到达传感器元件的气体导入部为止的距离变长的顾虑,存在导致检测气体传感器的气缸间不平衡的响应性降低的情况。
此外,上述传感器元件的上述气体导入部的轴向前端位置也可以与上述内罩的上述内导入开口部的轴向基端位置相比处于轴向基端侧。此时,能够使从内导入开口部被导入至内罩内的被测定气体以更短距离迅速地到达传感器元件的气体导入部。并且,能够进一步提高内燃机的气缸间不平衡的检测精度、以及检测气缸间不平衡的响应性。此外,在设置多个内导入开口部的情况下,优选传感器元件的气体导入部的轴向前端位置与其全部内导入开口部的轴向基端位置相比处于轴向基端侧。
此外,上述传感器元件的轴向前端位置也可以与上述内罩的上述内导入开口部的轴向基端位置相比处于轴向前端侧。此时,能够使从内导入开口部导入至内罩内的被测定气体以更短距离迅速地到达传感器元件的气体导入部。并且,能够进一步提高内燃机的气缸间不平衡的检测精度、以及检测气缸间不平衡的响应性。此外,在设置多个内导入开口部的情况下,优选传感器元件的轴向前端位置与其全部内导入开口部的轴向基端位置相比处于轴向前端侧。
此外,也可以在上述内罩上设置有在上述内导入开口部的内侧遮断被测定气体的流动,使得该被测定气体向轴向基端侧流动的百叶部。此时,能够使被测定气体的多数从内导入开口部经由百叶部流入内罩内的轴向基端侧。由此,能够更适当地缩短从内导入开口部被导入至内罩内的被测定气体到达传感器元件的气体导入部为止的距离。
此外,上述百叶部也可以从上述内导入开口部的轴向前端侧的端部向上述内罩的内侧弯折,朝向轴向基端侧而形成。此时,百叶部能够通过从内罩切开而容易地形成。另外,在上述百叶部朝向轴向基端侧而形成的状态下,存在百叶部从内导入开口部的轴向前端侧的端部向轴向基端侧与轴向平行地伸展的状态、或百叶部从内导入开口部的轴向前端侧的端部向轴向基端侧与轴向倾斜地伸展的状态。
此外,能够将上述内罩中的与上述内导入开口部相比靠轴向基端侧的部分和上述百叶部之间的最短距离即百叶开度例如设为2.0mm以下。由此,能够适当地控制从内导入开口部经由百叶部流入内罩内的被测定气体的流量,能够更进一步提高检测气体传感器的气缸间不平衡的响应性。在上述百叶开度超过2.0mm的情况下,存在难以适当地控制从内导入开口部经由百叶部流入内罩内的被测定气体的流量的顾虑。
此外,上述外罩的上述外导入开口部的轴向前端位置也可以与上述内罩的上述内导入开口部的轴向基端位置相比处于轴向基端侧。此时,从外导入开口部被导入至外罩内(外罩和内罩之间)的被测定气体向轴向前端侧流动,在途中改变朝向而从内导入开口部流入内罩内。此时,与被测定气体一起流动的水滴由于与被测定气体相比质量较大,所以由于其自重而原样向轴向前端侧流动。因此,更易于分离被测定气体和水滴,能够进一步提高防止水滴浸入内罩内的效果。由此,能够更进一步地防止传感器元件的浸水以及伴随于此的传感器元件的破损。并且,能够在提高耐浸水性的同时,充分地确保内燃机的气缸间不平衡的检测精度、以及检测气缸间不平衡的响应性。另外,能够将外罩的外导入开口部的轴向前端位置设为与内罩的内导入开口部的轴向基端位置相比更靠轴向前端侧。
实施例1
参照附图说明上述气体传感器所涉及的实施例。如图1、图2所示,本例的气体传感器1具备用于检测被测定气体G中的特定气体浓度的传感器元件2、在内侧插通并保持传感器元件2的套13、以及在套13的轴向前端侧X1配设的元件罩3。在传感器元件2的前端部201上,设置有用于向其内部导入被测定气体G的气体导入部271。
如同图所示,元件罩3具有以覆盖传感器元件2的前端部201的方式配设的内罩4、以及在内罩4的外侧配设的外罩5。在外罩5上,设置有用于向外罩5内导入被测定气体G的外导入开口部52。在内罩4上,设置有用于向内罩4内导入被测定气体G的内导入开口部42。
传感器元件2的气体导入部271的轴向中间位置C1与内罩4的内导入开口部42的轴向基端位置D1相比处于轴向基端侧X2。以下,进一步详细说明本例的气体传感器1。
如图1所示,在本例中,“轴向前端侧X1”是气体传感器1的轴向X的一方侧,且是指气体传感器1被露出于被测定气体G侧。此外,“轴向基端侧X2”是指其相反侧。如同图所示,在气体传感器1中,板状的传感器元件2插通第一绝缘子11的内侧而被保持。此外,第一绝缘子11被保持在套13的内侧。
如图4所示,传感器元件2是基于依赖于被测定气体G(废气)中的特定气体浓度(氧气浓度)而在电极(后述的被测定气体侧电极22、基准气体侧电极23)间流动的极限电流来检测被供应给内燃机的混合气的空燃比(A/F)的A/F传感器元件。另外,图4是表示传感器元件2的前端部201的与轴向X正交的截面的图。
如同图所示,传感器元件2具有由氧化锆构成的氧离子传导性的固体电解质体21。在板状的固体电解质体21的一面上设置有接触被测定气体G的被测定气体侧电极22,在另一面上设置有接触基准气体(大气)的基准气体侧电极23。
如同图所示,在固体电解质体21的基准气体侧电极23的侧,层叠有由氧化铝构成的基准气体室形成层24。在基准气体室形成层24上,设置有槽部241,通过该槽部241形成基准气体室249。基准气体室249构成为能够导入基准气体。
在基准气体室形成层24中的与固体电解质体21相反侧的面上,层叠有加热器基板25。在加热器基板25上,以与基准气体室形成层24对置的方式设置因通电而发热的发热体(加热器)251。发热体251构成为通过因通电而发热从而能够将传感器元件2加热至活性温度。
如同图所示,在固体电解质体21的被测定气体侧电极22侧,层叠有由氧化铝构成的绝缘层26。绝缘层26具有开口部261。此外,在绝缘层26中的与固体电解质体21相反侧的面上,层叠有使被测定气体G透过的由氧化铝多孔体构成的多孔质的扩散电阻层27。扩散电阻层27的一部分在传感器元件2的外表面上露出,在该露出的部分上形成多处气体导入部271。
在被固体电解质体21、绝缘层26、扩散电阻层27覆盖之处形成被测定气体室269。被测定气体室269构成为能够导入透过了扩散电阻层27的被测定气体G。此外,在扩散电阻层27中的与绝缘层26相反侧的面上,层叠有由氧化铝构成的遮蔽层28。另外,虽然省略了图示,但在传感器元件2的外表面上,也可以以覆盖扩散电阻层27所露出的部分(气体导入部271)的方式设置有用于捕获被测定气体G中的中毒(催化剂中毒)成分的保护层等。
如图1所示,在套13的轴向基端侧X2,以覆盖传感器元件2的基端部202的方式固定有第一基端侧罩14,进而在第一基端侧罩14的轴向基端侧X2,固定有第二基端侧罩15。在第二基端侧罩15上,设置有导入大气的通气孔151。此外,第二基端侧罩15的基端侧开口部通过由橡胶衬套构成的密封部件16而堵塞。在密封部件16中,贯通配置与外部连接的多个引导部件17。
此外,在第一基端侧罩14的内部中,在第一绝缘子11的轴向基端侧X2,配设覆盖传感器元件2的基端部202的第二绝缘子12。在第二绝缘子12上,配设与引导部件17连接的金属端子18。金属端子18与传感器元件2的电极端子接触而实现电导通。
如同图所示,在套13的前端侧,配设用于保护传感器元件2的元件罩3。元件罩3具有以覆盖传感器元件2的前端部201的方式配设的有底大致圆筒状的内罩4、和在内罩4的外侧配设的有底大致圆筒状的外罩5。内罩4被固定在套13的前端部。此外,外罩5被固定在内罩4的基端部。
如图2所示,外罩5从轴向基端侧X2起按顺序具有在轴向X上大致同径的外侧面部511、向轴向前端侧X1缩径的锥形状的外缩径部512、以及堵塞轴向前端侧X1的外底面部513。
在外侧面部511上,在周向上以规定的间隔设置多个外导入开口部52。外导入开口部52的轴向前端位置E1与后述的内罩4的内导入开口部42的轴向基端位置D1相比处于轴向基端侧X2。此外,在外底面部513上,设置有外排出开口部53。
如同图所示,内罩4从轴向基端侧X2起按顺序具有在轴向X上大致同径的内第一侧面部411、向轴向前端侧X1缩径的锥形状的内第一缩径部412、在轴向X上大致同径的内第二侧面部413、向轴向前端侧X1缩径的锥形状的内第二缩径部414、以及堵塞轴向前端侧X1的内底面部415。内底面部415被配置在与外罩5的外底面部513大致相同平面上,且被配置在外底面部513的外排出开口部53内。
在内第一缩径部412上,在周向上以规定的间隔设置多个内导入开口部42。多个内导入开口部42在与轴向X正交的平面中,相对于气体传感器1的中心轴被配置在同心圆上。即,全部内导入开口部42的轴向位置相同。此外,全部内导入开口部42的轴向基端位置D1与外罩5的外导入开口部52的轴向前端位置E1相比处于轴向前端侧X1。此外,全部内导入开口部42成为百叶形状。即,在内第一缩径部412上,在设置内导入开口部42的各自的内侧位置,设置有遮断被测定气体G的流动以使被测定气体G向轴向基端侧X2流动的百叶部44。此外,在内底面部415上,设置有内排出开口部43。
如同图所示,传感器元件2的气体导入部271的轴向中间位置C1与内罩4的内导入开口部42的轴向基端位置D1相比处于轴向基端侧X2。在本例中,与全部内导入开口部42的轴向基端位置D1相比处于轴向基端侧X2。此外,传感器元件2的轴向前端位置C3与内罩4的内导入开口部42的轴向基端位置D1相比处于轴向前端侧X1。在本例中,与全部内导入开口部42的轴向基端位置D1相比处于轴向前端侧X1。
此外,将从内罩4的内导入开口部42的轴向基端位置D1至传感器元件2的气体导入部271的轴向中间位置C1为止的轴向距离a设为0mm<a≤3.0mm。另外,优选轴向距离a为0mm<a≤3.0mm,更优选为0.7mm≤a≤3.0mm。
如图3所示,百叶部44从内导入开口部42的轴向前端侧X1的端部421向内罩4的内侧弯折,朝向轴向基端侧X2而形成。百叶部44形成为大致四边形。此外,将内罩4的一部分通过模具等向内侧方向挤出而形成百叶部44。此外,内罩4中的与内导入开口部42相比更靠轴向基端侧X2的部分(本例的内第一侧面部411)和百叶部44之间的最短距离即百叶开度A被设定为2.0mm以下。
如图5、图6所示,在将百叶部44投影到与内导入开口部42相同平面(平面H)上的情况下,百叶部44具有前端侧端缘441a、根侧端缘442a、一对的侧端缘443a、444a。一对的侧端缘443a、444a相对于从百叶部44的根侧向前端侧的百叶形成方向V大致平行地形成为大致直线状。并且,百叶部44的根侧端缘442a和一对的侧端缘443a、444a之间的角度B1、B2为90度。另外,图5、图6是从内罩4取出来示出百叶部44的图。
如图2所示,百叶部44的轴向基端侧X2的端部处于与内导入开口部42的轴向基端侧X2的端部在轴向X上大致相同的位置。并且,设为从外罩5和内罩4之间的空间通过内导入开口部42向内罩4内流动的被测定气体G被百叶部44遮断,不向轴向前端侧X1流动。尽管该被测定气体G的一部分从一对的侧端缘443a、444a向内罩4内流动,但该被测定气体G的多数沿着百叶部44向轴向基端侧X2流动。
接着,说明本例的气体传感器1的作用效果。在本例的气体传感器1中,在传感器元件2的前端部201上,设置有用于向其内部导入被测定气体G的气体导入部271。此外,在覆盖传感器元件2的前端部201的内罩4上,设置有用于向内罩4内导入被测定气体G的内导入开口部42。并且,传感器元件2的气体导入部271的轴向中间位置C1与内罩4的内导入开口部42的轴向基端位置D1相比处于轴向基端侧X2。此外,在内罩4中的内导入开口部42的内侧位置上,设置有使得从内导入开口部42向内罩4内流入的被测定气体G向轴向基端侧X2流动的百叶部44。
由此,如图7所示,能够使设为从内导入开口部42向内罩4内流动的被测定气体G的多数通过百叶部44向内罩4内的轴向基端侧X2流入。此外,通过气体导入部271的轴向中间位置C1与内导入开口部42的轴向基端位置D1相比处于轴向基端侧X2,从而能够使从内导入开口部42被导入至内罩4内的被测定气体G以尽可能短的距离迅速地到达传感器元件2的气体导入部271。此外,能够不使被测定气体G与从其他内导入开口部42流入的被测定气体G混合地到达传感器元件2的气体导入部271。并且,能够使内燃机的各气缸的被测定气体G按顺序到达传感器元件2的气体导入部271,抑制在到达传感器元件2的气体导入部271为止的期间各气缸的被测定气体G被混合的情况。
其结果,能够提高气体传感器1的响应性,能够更准确地掌握成为内燃机的气缸间不平衡的指标的气体传感器1的输出值(空燃比:A/F)的变化。并且,能够提高气体传感器1中的内燃机的气缸间不平衡的检测精度。
在图8中,表示在多气缸的内燃机中,某一个气缸71a的空燃比相对于理论空燃比处于浓侧,其他气缸71b的空燃比相对于理论空燃比处于稀侧时的排气管82中的被测定气体G(排气气体)的流动。如同图所示,来自各气缸71a、71b的排气依次被进行,浓侧的被测定气体G1和稀侧的被测定气体G2依次到达排气管82内的气体传感器1。在图9中,表示通过气体传感器1测定的被测定气体G的气体浓度的时间变化。如同图所示,在气体传感器1中,浓侧的被测定气体G1和稀侧的被测定气体G2交替地被测定。
并且,在时间上先后排气并向在内罩4内先后流入的被测定气体G处于难以混合的状态,从而以规定的时间间隔到达的浓侧的被测定气体G1和稀侧的被测定气体G2难以混合。在本例中,沿着百叶部44向轴向基端侧X2流动的被测定气体G到达传感器元件2的气体导入部271为止的距离变短。由此,能够抑制在时间上先后排气的被测定气体G的混合,提高气体传感器1中的内燃机的气缸间不平衡的检测精度。
此外,在本例中,传感器元件2的轴向前端位置C3与内罩4的内导入开口部42的轴向基端位置D1相比处于轴向前端侧X1。因此,能够使从内导入开口部42被导入至内罩4内的被测定气体G以更短距离迅速地到达传感器元件2的气体导入部271。由此,能够进一步提高内燃机的气缸间不平衡的检测精度、以及检测气缸间不平衡的响应性。
此外,在将百叶部44投影到与内导入开口部42相同平面(平面H)上的情况下,百叶部44的一对的侧端缘443a、444a相对于百叶形成方向V大致平行地形成为大致直线状。因此,如图7所示,被测定气体G变得易于沿着百叶部44的表面从百叶部44的根侧向前端侧流动。并且,能够抑制被测定气体G的一部分从百叶部44的侧端部443、444向两侧泄露而流入内罩4内。也就是说,能够进一步提高经过百叶部44的前端部441流入的被测定气体G的流量的比例。
此外,内罩4中的与内导入开口部42相比更靠轴向基端侧X2的部分(内第一侧面部411)和百叶部44之间的最短距离即百叶开度A为2.0mm以下。因此,能够适当地控制从内导入开口部42经由百叶部44流入内罩4内的被测定气体G的流量,能够更进一步提高气体传感器1的响应性。
此外,外罩5的外导入开口部52的轴向前端位置E1与内罩4的内导入开口部42的轴向基端位置D1相比处于轴向基端侧X2。因此,如图7所示,从外导入开口部52被导入至外罩5内(外罩5和内罩4之间)的被测定气体G向轴向前端侧X1流动,在途中改变朝向而从内导入开口部42流入至内罩4内。此时,与被测定气体G一起流动的水滴W与被测定气体G相比质量较大,所以由于其自重而原样向轴向前端侧X1流动。
由此,如同图所示,能够更易于分离被测定气体G和水滴W,能够进一步提高防止水滴W侵入内罩4内的效果。其结果,能够防止传感器元件2的浸水以及伴随于此的传感器元件2的破损。并且,能够在提高耐浸水性的同时,充分地确保气体传感器1的响应性、内燃机的气缸间不平衡的检测精度。另外,被分离的水滴W从外罩5的外排出开口部53向外部排出。
像这样,根据本例,能够提供内燃机的气缸间不平衡的检测精度、以及检测气缸间不平衡的响应性优良的气体传感器1。
另外,在本例中,在如图5、图6所示那样,将百叶部44投影到与内导入开口部42相同平面(平面H)上的情况下,百叶部44的一对的侧端缘443a、444a相对于百叶形成方向V大致平行地形成为大致直线状。除此以外,例如,如图10所示,百叶部44的一对的侧端缘443a、444a也可以相对于百叶形成方向V向外侧倾斜,形成为大致直线状。即,百叶部44的根侧端缘442a与一对的侧端缘443a、444a之间的角度B1、B2也可以是超过90度的角度(例如,超过90度且95度以下)。
在上述结构的情况下,如图11所示,被测定气体G变得更易于沿着百叶部44的表面从百叶部44的根侧向前端侧流动。并且,能够进一步抑制被测定气体G的一部分从百叶部44的侧端部443、444向两侧泄露而流入内罩4内。也就是说,能够进一步提高通过百叶部44的前端部441流入的被测定气体G的流量的比例。由此,能够进一步提高内燃机的气缸间不平衡的检测精度、以及检测气缸间不平衡的响应性。
实施例2
本例是如图12所示那样,变更了传感器元件2的气体导入部271和内罩4的内导入开口部42之间的位置关系的例子。如同图所示,传感器元件2的气体导入部271的轴向前端位置C2与内罩4的内导入开口部42的轴向基端位置D1相比处于轴向基端侧X2。在本例中,气体导入部271的轴向前端位置C2与全部内导入开口部42的轴向基端位置D1相比处于轴向基端侧X2。其他基本的结构与实施例1相同。此外,关于与实施例1相同的结构,赋予同样的标号,省略其说明。
在本例的内罩4中的内导入开口部42的内侧位置上,与实施例1相同地,设置有使得从内导入开口部42流入内罩4内的被测定气体G向轴向基端侧X2流动的百叶部44。并且,从内导入开口部42向内罩4内流动的被测定气体G的多数向轴向基端侧X2流动。因此,通过将气体导入部271的轴向前端位置C2设为与内导入开口部42的轴向基端位置D1相比更靠轴向基端侧X2,从而能够使沿着百叶部44向轴向基端侧X2流动的被测定气体G以更短距离迅速地到达传感器元件2的气体导入部271。由此,能够进一步提高内燃机的气缸间不平衡的检测精度、以及检测气缸间不平衡的响应性。其他基本的作用效果与实施例1相同。
实施例3
本例是关于气体传感器评价了内燃机的气缸间不平衡的检测精度的例子。在本例中,准备了从内罩的内导入开口部的轴向基端位置至传感器元件的气体导入部的轴向中间位置为止的轴向距离a(参照图2)不同的多个气体传感器。所准备的气体传感器的其他基本的结构与实施例1的气体传感器(参照图1~图4等)相同。
接着,说明内燃机的气缸间不平衡的检测精度的评价方法。在本例中,如图13所示,准备了具有四个气缸(第一气缸811、第二气缸812、第三气缸813、第四气缸814)的串联4气缸型的内燃机81。内燃机81的各气缸811~814分别与排气管82的排气支部821连通。四个排气支部821在其下游侧中汇合而与排气管82的排气汇合部822连通。并且,在该排气管82的排气汇合部822上,安装有气体传感器89。
接下来,以规定的条件运转内燃机。在本例中,将转速设定为1600rpm,调整为排气管内的每单位截面积的气体流量成为20g/秒。并且,使内燃机的四个气缸之中的第二气缸的燃料喷射量与其他气缸相比过度增加。在本例中,调整为第二气缸的空燃比成为相对于理论空燃比向浓侧偏移40%的状态(将燃料喷射量增加了40%的状态)。
并且,如图14所示,按时间经过取得气体传感器的输出值(空燃比:A/F)。
在此,气体传感器的输出值的波形以内燃机的1燃烧周期(cycle)为1周期而变动。内燃机的1燃烧周期在曲轴角为0度时开始,在曲轴角为720度时结束。此外,在1燃烧周期的期间,按第一气缸、第三气缸、第四气缸、第二气缸的顺序进行燃烧。此外,由于在各气缸中,在燃烧之后进行排气,所以在1燃烧周期的期间,按第二气缸、第一气缸、第三气缸、第四气缸的顺序进行排气。从而,理想地说,按第二气缸、第一气缸、第三气缸、第四气缸的顺序,从各气缸排出的废气到达气体传感器的传感器元件的气体导入部。
接着,说明内燃机的气缸间不平衡的检测精度的评价方法。如图14所示,根据所取得的气体传感器的输出值(空燃比:A/F)的波形,求得1燃烧周期中的波形的振幅P(最大值和最小值之差)作为不平衡响应值。在本例中,对于轴向距离a不同的气体传感器,分别求得上述的不平衡响应值。并且,将轴向距离a为-1.5mm的气体传感器(以往的规格的气体传感器)的不平衡响应值作为基准(=100%),求得其他气体传感器的不平衡响应值比(%)。另外,不平衡响应值比高者表示内燃机的气缸间不平衡的检测精度更高。
图15表示内燃机的气缸间不平衡的检测精度的评价结果。同图的横轴为轴向距离a(mm),纵轴为不平衡响应值比(%)。另外,在轴向距离a为0mm的情况下,示出传感器元件的气体导入部的轴向中间位置和内罩的内导入开口部的轴向基端位置为相同的位置。此外,在轴向距离a小于0mm的情况下,示出传感器元件的气体导入部的轴向中间位置与内罩的内导入开口部的轴向基端位置相比处于轴向前端侧。
根据同图,可知若轴向距离a超过0mm,即若传感器元件的气体导入部的轴向中间位置与内罩的内导入开口部的轴向基端位置相比处于轴向基端侧,则不平衡响应值比变高。此外,可知若轴向距离a超过0.7mm附近,则不平衡响应值比进一步变高,其不平衡响应值比稳定。另一方面,可知若轴向距离a超过3.0mm附近,则不平衡响应值比稍微变低。
根据以上的结果,可知通过传感器元件的气体导入部的轴向中间位置与内罩的内导入开口部的轴向基端位置相比处于轴向基端侧,从而能够提高气体传感器的响应性,能够提高气体传感器中的内燃机的气缸间不平衡的检测精度。此外,可知为了充分地得到这样的效果,优选将从传感器元件的气体导入部的轴向中间位置至内罩的内导入开口部的轴向基端位置为止的轴向距离a设为0.7mm以上,优选设为3.0mm以下。
附图标记说明
1 气体传感器
13 套
2 传感器元件
201 前端部(传感器元件的前端部)
271 气体导入部
3 元件罩
4 内罩
42 内导入开口部
5 外罩
52 外导入开口部
C1 轴向中间位置(气体导入部的轴向中间位置)
D1 轴向基端位置(内导入开口部的轴向基端位置)
X1 轴向前端侧
X2 轴向基端侧
Claims (6)
1.一种气体传感器(1),具备:
传感器元件(2),检测被测定气体中的特定气体浓度;
套(13),在内侧插通并保持该传感器元件(2);以及
元件罩(3),在该套(13)的轴向前端侧(X1)配设;
在上述传感器元件(2)的前端部(201),设置有用于向该传感器元件(2)的内部导入被测定气体的气体导入部(271),
上述元件罩(3)具有配设为覆盖上述传感器元件(2)的前端部(201)的内罩(4)、以及在该内罩(4)的外侧配设的外罩(5),
在该外罩(5),设置有用于向该外罩(5)内导入被测定气体的外导入开口部(52),
在上述内罩(4),设置有用于向该内罩(4)内导入被测定气体的内导入开口部(42),
上述传感器元件(2)的上述气体导入部(271)的轴向中间位置(C1)与上述内罩(4)的上述内导入开口部(42)的轴向基端位置(D1)相比处于轴向基端侧(X2)。
2.如权利要求1所述的气体传感器(1),
上述传感器元件(2)的上述气体导入部(271)的轴向前端位置(C2)与上述内罩(4)的上述内导入开口部(42)的轴向基端位置(D1)相比处于轴向基端侧(X2)。
3.如权利要求1所述的气体传感器(1),
上述传感器元件(2)的轴向前端位置(C3)与上述内罩(4)的上述内导入开口部(42)的轴向基端位置(D1)相比处于轴向前端侧(X1)。
4.如权利要求1所述的气体传感器(1),
在上述内罩(4)上,在上述内导入开口部(42)的内侧,设置有遮断被测定气体的流动、且使得该被测定气体向轴向基端侧(X2)流动的百叶部(44)。
5.如权利要求4所述的气体传感器(1),
上述百叶部(44)从上述内导入开口部(42)的轴向前端侧(X1)的端部(421)向上述内罩(4)的内侧弯折,朝向轴向基端侧(X2)形成。
6.如权利要求1所述的气体传感器(1),
上述外罩(5)的上述外导入开口部(52)的轴向前端位置(E1)与上述内罩(4)的上述内导入开口部(42)的轴向基端位置(D1)相比处于轴向基端侧(X2)。
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PB01 | Publication | ||
EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |