JP2004093337A - ガスセンサの取り付け構造と取り付け方法並びにガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ガスセンサのセンサ軸に対して被測定ガスの流れる方向が異なっても、ガス成分の出力値のバラツキが少なく、プロテクタ内の被測定ガスの置換を良好にし、応答速度と検出精度に優れたガスセンサを提供する。
【解決手段】ガス検出素子を収納し、側面に被測定ガスの導入口を形成するとともに底壁１７に被測定ガスの排出口１５を形成した筒状のプロテクタ４を、排気管内に突き出して取り付けるガスセンサの取り付け構造であって、プロテクタ４の側壁を底壁１７に向かって小径となるようにテーパ部２２を付けて形成し、このテーパ部２２が底壁１７と交わる外角をβ°、ガスセンサの軸方向を被測定ガスの流れる方向Ｑに対して傾斜させる軸傾斜角度をα°とし、α°が鈍角のとき、β°≦（１８０°−α°）の関係式を満たすように、ガスセンサを取り付ける。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素センサ、ＮＯ_Ｘセンサ等、被測定ガスに曝した状態で用いられ、内部に収納しているガス検出素子を被測定ガスに含まれている水分などから保護するプロテクタを備えたガスセンサと、そのガスセンサの取り付け構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車のエンジンなどの内燃機関に取りつけられ、排気ガス（被測定ガス）中の特定ガス成分を検出するガスセンサが開発されている。そして、その中の一つとして、例えばジルコニアなどの固体電解質からなるガス検出素子を用い、酸素濃度を検出するガスセンサ（酸素センサ）や酸化窒素ガス濃度を検出するＮＯ_Ｘセンサなどが知られている。
【０００３】
一般的に、この形態のガスセンサは、ガス検出素子に形成されたガス接触部を排気ガスに曝した構造をしており、ヒータを用いてガス検出素子を高温（約３００℃）に加熱して活性化し、排気ガス中の特定ガス成分を検出している。
ところで、ガス検出素子はセラミックから形成されることから熱衝撃に対して脆いので、高温に加熱された状態のガス検出素子に排気ガス中の水分が付着すると、クラックが発生するなどして破損する虞がある。
【０００４】
このため、ガスセンサにはガス検出素子のガス接触部を覆うプロテクタが装着され、ガス検出素子に水滴が付着しないように保護している。
このプロテクタは、側壁や底壁に被測定ガスの導入口と排出口を備え、被測定ガスをプロテクタの導入口から導入してガス検出素子のガス接触部に導き、排出口より排出するというような被測定ガスの導入と排出を行う。
【０００５】
このようなプロテクタとして、を内側筒状部（第一筒状部）と外側筒状部（第二筒状部）とからなる二重構造にしたガスセンサが特開２００１−０９９８０７公報に開示されている。
特開２００１−０９９８０７公報に開示されているガスセンサは、内側筒状部の側壁と外側筒状部の側壁が空隙を介し同軸状に配置され、これらの側壁には、被測定ガスの導入口（第一側ガス入口と第二側ガス入口）が形成されている。また、外側筒状部の導入口に、内側筒状部の側壁外面を取り囲む旋回流を発生させるためのガイド体を配置している。そして、被測定ガスを内側筒状部の導入口から内側筒状部内に流入させてガス検出素子に接触させることにより、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する。その後、被測定ガスを内側筒状部の底壁に設けた排出口（第一側ガス出口）を通過させ、外側筒状部の底壁に設けた排出口（第二側ガス出口）から排出させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ガスセンサが取り付けられる排気管は、必ずしも直線状に形成されておらず蛇行して配管される場合がある。
図１を用いて、ガスセンサと排気管との取り付け例を説明する。
【０００７】
図１（ｂ）は、蛇行した排気管Ｐ１にガスセンサのプロテクタ４を突き出して取り付けた例を表す図、図１（ｃ）は、直線状の排気管Ｐ２にガスセンサのプロテクタ４を突き出し、センサ中心軸Ｕ（以下、センサ軸Ｕという）を傾けて取り付けた例を表す図である。
【０００８】
図１（ｂ）に表したように、蛇行した排気管Ｐ１にガスセンサのプロテクタ４を取り付ける場合は、取り付け位置がＳ１、Ｓ２のように異なると、ガスセンサのセンサ軸Ｕに対して、被測定ガスの流れる方向Ｑが異なる。
また、図１（Ｃ）に示すように、直線状の排気管Ｐ２を用いた場合においても、排気管周辺の構造に制約を受けてガスセンサのセンサ軸Ｕを傾斜して取り付けることがあり、その傾斜角が異なると、ガスセンサのセンサ軸Ｕに対して、被測定ガスの流れる方向Ｑが異なる。
【０００９】
そのため、ガスセンサのセンサ軸Ｕに対して、被測定ガスの流れる方向Ｑが異なっても、プロテクタ内の被測定ガスの置換を良好に行うことができ、被測定ガスの特定ガス成分を検出する応答性と検出精度が優れたガスセンサの取り付け構造が求められている。
【００１０】
しかしながら、特開２００１−０９９８０７公報に開示されたガスセンサによれば、プロテクタのうちで外部に露出してなる排出口を有する底壁と導入口を有する側壁とが略直角状に形成されているので、ガスセンサのセンサ軸Ｕに対して、被測定ガスの流れる方向Ｑが鈍角となるように、ガスセンサを排気管に取り付けると、プロテクタ内の被測定ガスの置換が不十分となり、被測定ガスのガス成分を検出する検出精度が排気管への取り付け方向に依存してしまうという問題があった。
【００１１】
つまり、排出口を有する外側筒状部の底壁と外側筒状部の側壁が、略直角状に形成されているガスセンサは、図１（ｂ）のＳ１や図１（ｃ）のＳ３のように被測定ガスの流れ方向Ｑに対して、ガスセンサのセンサ軸Ｕを鈍角に傾斜して取り付けると、上記底壁が排気管Ｐ１中を流れる被測定ガスと対向するように傾斜し、被測定ガスが被測定ガスの排出口を備えた底壁に当たる向きに流れることになるので、プロテクタ内部から排出口を経て排出する被測定ガスの排出が妨げられることになり、更には排出口から被測定ガスが流入することもある。
【００１２】
一方（ｂ）のＳ２のように、被測定ガスの流れ方向Ｑに対して、ガスセンサのセンサ軸を鋭角に傾斜して取り付けられると、排出口の底面には負圧が生じてプロテクタ内部からの被測定ガスの排出が促進されている。
その結果、図１（ｂ）のＳ１、図１（ｃ）のＳ３に示すように、被測定ガスの流れ方向Ｑとガスセンサのセンサ軸Ｕとの傾斜角が鈍角になると、被測定ガスのガス成分を検出する応答速度に遅延が生じたり、検出精度を損なったりするという問題があった。
【００１３】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、ガスセンサを排気管に取り付ける際に、ガスセンサのセンサ軸に対して被測定ガスの流れる方向が鈍角となるように取り付けても、プロテクタ内の被測定ガスの置換を良好に行うことができ、被測定ガスのガス成分を検出する応答性と検出精度が優れたガスセンサの取り付け構造を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、ガス検出素子の先端側に形成される被測定ガスと接触するガス接触部を覆い、側壁に被測定ガスの導入口を形成するとともに、底壁に被測定ガスの排出口を形成し、前記側壁のうちで少なくとも前記底壁に連結するとともに外部に露出してなる先端側に、該底壁に向かって外径が小径となるテーパを付けてテーパ部を形成したプロテクタを備えたガスセンサを、排気管内に突き出して取り付けるガスセンサの取り付け構造であって、前記テーパ部が前記底壁と交わる外角をβ°、ガスセンサの軸方向を被測定ガスの流れる方向に対して傾斜させるガスセンサの軸傾斜角度をα°とし、α°が鈍角のとき、β°≦（１８０°−α°）の関係式を満たすように取り付けることを特徴とするガスセンサの取り付け構造である。
【００１５】
請求項１に記載のガスセンサの取り付け構造によれば、ガスセンサを排気管に取り付ける際に、ガスセンサのセンサ軸を被測定ガスの流れる方向に対して鈍角となるように傾斜して取り付けても、プロテクタ内の被測定ガスの置換を良好に行うことができ、被測定ガスのガス成分を検出する応答性と検出精度を向上できるという作用効果が実験によって得られた。
【００１６】
つまり、図１（ａ）に示すように、ガスセンサのセンサ軸Ｕに対して被測定ガスの流れる方向Ｑが鈍角となる（換言すれば、ガスセンサの軸傾斜角度α°が鈍角となる）ようにガスセンサを排気管に取り付ける場合、ガスセンサのプロテクタの側壁に上述するように底壁と交わる外角がβ°となるテーパ部を形成して、β°≦（１８０°−α°）の関係式を満たすようにガスセンサを取り付けると、プロテクタ４の外周囲を流れる被測定ガスがテーパ部２２に当接し、このテーパ部２２に沿ってプロテクタ４の底壁１７方向に流れるガス流Ｑ２が発生する。そして、このガス流Ｑ２と被測定ガスの流れＱが底壁１７の近傍で合流することにより、被測定ガスの流れ方向Ｑによってプロテクタ４の底壁１７が受ける流圧が低減し、更には底壁１７の排出口１５近傍に負圧が生じるので、被測定ガスの流れＱによってプロテクタ４内部からの被測定ガスの排出が妨げられることなく、排出口１５から速やかに排出でき、被測定ガス中のガス成分を検出する応答速度と検出精度を向上できる。
【００１７】
ガスセンサの軸傾斜角度α°は、さらに１３５°以下であることが好ましい。その理由は、ガスセンサの軸傾斜角度α°が１３５°を越えると、被測定ガスのガス成分を検出する応答速度が増すからである。
また、ガスセンサの軸傾斜角度α°が１３５°であって、プロテクタのテーパが底壁と交わる外角β°は４５°以下であることが好ましい。その理由は、ガスセンサの軸傾斜角度α°が１３５°を越えると、被測定ガスのガス成分を検出する応答速度が増すからであり、プロテクタのテーパ部が底壁と交わる外角β°を４５°以下にすると、被測定ガスの流れ方向Ｑによってプロテクタの底壁が受ける流圧が一層低減し、被測定ガス中のガス成分を検出する応答速度が向上するからである。
【００１８】
次に、請求項２に記載の発明は、ガス検出素子の先端側に形成される被測定ガスと接触するガス接触部を覆い、側壁に被測定ガスの導入口を形成するとともに、底壁に被測定ガスの排出口を形成し、前記側壁のうちで少なくとも前記底壁に連結するとともに外部に露出してなる先端側に、該底壁に向かって外径が小径となるようにテーパを付けてテーパ部を形成したプロテクタを備えたガスセンサを、排気管内に突き出して取り付けるガスセンサの取り付け方法であって、前記テーパ部が前記底壁と交わる外角をβ°、ガスセンサの軸方向を被測定ガスの流れる方向に対して傾斜させるガスセンサの軸傾斜角度をα°とし、α°が鈍角のとき、β°≦（１８０°−α°）の関係式を満たすように取り付けることを特徴とするガスセンサの取り付け方法である。
【００１９】
請求項２に記載のガスセンサの取り付け方法によれば、請求項１に記載の発明と同じように、ガスセンサを排気管に取り付ける際に、ガスセンサのセンサ軸を被測定ガスの流れる方向に対して鈍角となるように傾斜して取り付けても、プロテクタ内の被測定ガスの置換を良好に行うことができ、被測定ガスのガス成分を検出する応答性と検出精度を向上できる。
【００２０】
次に、請求項３に記載の発明は、軸方向に延びるとともに、先端側に被測定ガスに接触させるガス接触部を有するガス検出素子と、前記ガス接触部を先端から突き出させた状態で前記ガス検出素子の径方向周囲を取り囲むケースと、前記ガス検出素子の前記ガス接触部を覆うように、前記ケースに固定させた有底筒状のプロテクタとを備えたガスセンサであって、前記プロテクタに、内側筒状部と、この内側筒状部の側壁に空隙を介し同軸状に配置した外側筒状部とを備え、前記内側筒状部または前記外側筒状部のいずれかによって当該プロテクタの最先端側に位置する底壁を形成し、前記外側筒状部の側壁に、被測定ガスを前記空隙に導入する複数の外壁ガス導入口を形成し、前記内側筒状部の側壁に、被測定ガスを前記ガス検出素子の周囲に導入する複数の内壁ガス導入口を、前記外壁ガス導入口よりもケースの近傍に形成し、前記底壁を形成する前記内側筒状部または前記外側筒状部におけるいずれかの側壁のうちで、該底壁に連結するとともに外部に露出してなる先端側に該底壁に向かって外径が小径となるようにテーパを付けてテーパ部を形成し、このテーパ部が前記底壁と交わる外角をβ°としたとき、β°を６０°以下に形成したことを特徴とするガスセンサである。
【００２１】
請求項３に記載のガスセンサによれば、プロテクタが内側筒状部と外側筒状部とからなる二重構造に形成され、このプロテクタの最先端側に位置する底壁を形成する内側筒状部または外側筒状部のいずれかの側壁のうちで、底壁に連結するとともに外部に露出してなる底壁に向かって外径が小径となるテーパを付けてテーパ部を形成しており、このテーパ部が底壁と交わる外角をβ°としたとき、β°を６０°以下に形成しているので、この外部に露出したテーパ部の外周囲を流れる被測定ガスがこのテーパ部に当接することにより、テーパ部に沿って底壁に向かって流れるガス流が発生する。そして、このガス流が発生することによりプロテクタ底壁の最先端側に位置する底壁に形成した排出口近傍に負圧が生じるので、ガスセンサのセンサ軸を被測定ガスの流れる方向に対して鈍角となるように傾斜して取り付ける場合にも、被測定ガスを排出口から速やかに排出でき、プロテクタ内における被測定ガスの置換を良好にし、被測定ガス中のガス成分を検出する応答速度と検出精度を向上できる。
【００２２】
次に、請求項４に記載のガスセンサは、請求項３に記載のガスセンサにおいて、前記外壁ガス導入口に、被測定ガスを前記内壁ガス導入口に導入するために、内側に向かって延出するガイド体を付設したことを特徴とする。
請求項４に記載のガスセンサによれば、外側筒状部の側壁に、内側に向けて延出するガイド体を付設した複数の外壁ガス導入口を形成している。このガイド体は、被測定ガスを内側筒状部の外周面を取り囲む状態で旋回流を生じさせる機能を有し、この旋回流に伴い発生する慣性力により、相対的に重い水滴は相対的に軽いガス成分と分離されて、分離された水滴は外側筒状部の内周面に押し付けられる。これにより、被測定ガス中に水滴が含まれる場合にも、その水滴は内側筒状部の内側に侵入しにくく、ガス検出素子を保護する機能が向上する。また、内側筒状部の側壁と外側筒状部の側壁との間の空隙に位置するように各外壁ガス導入口にガイド体を形成しているので、水分を除去して比重を軽くした被測定ガスを、内側筒状部の内壁ガス導入口に向かって速やかに流して内側筒状部内に導入することができる。つまり、内側筒状部の外周を取り囲むように流れる被測定ガスが、各ガイド体により外壁ガス導入口から外部に流出しにくくなるので、内壁ガス導入口に向かって流れるようになるのである。
【００２３】
そのため、本発明のガスセンサによれば、プロテクタ自身によるガス検出素子の水滴への保護機能が向上するとともに、プロテクタ内の被測定ガスの置換を速やかに行い、被測定ガス中のガス成分を検出する応答速度と検出精度を向上できる。
【００２４】
次に、請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載のガスセンサにおいて、前記内側筒状部を有底筒状に形成するとともに、前記外側筒状部を有底筒状に形成し、前記外側筒状部の底壁に設けた挿通孔に前記内側筒状部を挿通して、この外側筒状部の底壁より先端側に前記内側筒状部の底壁を突き出し、この内側筒状部の底壁に前記排出口を形成し、該外側筒状部の底壁より先端側に突き出して外部に露出してなる該内側筒状部の側壁を、前記テーパが付いた前記テーパ部に形成したことを特徴とする
請求項５に記載のガスセンサによれば、外側筒状部の底壁より先端側に内側筒状部の底壁を突き出し、プロテクタの最先端側に位置することになる内側筒状部の底壁に排出口を形成したので、外壁ガス導入口から導入された被測定ガスとガス成分が検出されて排出口から排出される被測定ガスとがプロテクタ内で混じりあうことがなく、外側筒状部の底壁より突き出した内側筒状部の側壁をテーパ部として形成した構成と相まって、プロテクタ内の被測定ガスの置換をより良好にし、被測定ガス中のガス成分を検出する応答速度と検出精度をより向上できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図２は本発明が適用された実施形態のガスセンサの構成を表す断面図、図３は同実施形態のガスセンサにおける内側筒状部を表す半断面図、図４は実施形態のガスセンサにおける外側筒状部を表す半断面図と図中のＢ−Ｂ断面図である。
【００２６】
図２〜図４において、１はガスセンサであり、このガスセンサ１には、先端側（図中下側）に被測定ガスに接触させるガス接触部を有するガス検出素子２と、先端からガス接触部を突き出させた状態でガス検出素子２を把持する筒状のケース３と、ガス検出素子２のガス接触部周囲を覆うように、ケース３の先端側外周に固定された有底筒状のプロテクタ４とが備えられている。
【００２７】
図２に示すように、ガス検出素子２は、ケース３の先端側より配置されるセラミックホルダー５２、タルク粉末５３、セラミックスリーブ５４を介してケース３に固定されている。また、ケース３の後端側外周には、外筒５５が溶接等により固定されている。また、外筒５５の後端側の内側には、ガス検出素子２との電気的接続を、リードフレーム５１を介して外部と行うためのリード線５６が挿通されるセラミックセパレータ５７とグロメット５９とが配置されている。なお、セラミックセパレータ５７は、軸線方向の略中央の外周面に外向きに突出するフランジ部５８が形成され、このフランジ部５８が外筒５５において内向きに突出する形態で形成された外側支持部６０により支持されている。また、グロメット５９は、外筒５５の内側に弾性的に嵌入されている。
【００２８】
プロテクタ４は、内側筒状部６と、この内側筒状部６の外側に空隙８を介し同軸状に配置した外側筒状部７とから成り、二重構造に形成されている。
外側筒状部７の側壁１２には、被測定ガスを空隙８に導入するために、内側に向けて延出するガイド体１０を付設した外壁ガス導入口１３が、円周における４５°間隔で複数形成されている（図４（ｂ）参照）。このガイド体１０は外側筒状部７の外周の接線に対し、内側に向けて略４５度に曲げ加工して形成されている。また、ガイド体１０は、外側筒状部７の側壁１２を、図４に示すごとく、コ字状に切り欠いて、その切り欠け片を曲げ加工することにより形成される。このガイド体１０は、被測定ガスを内側筒状部６の外周面を取り囲む状態で旋回流を生じさせる機能を有し、この旋回流に伴い発生する慣性力により、相対的に重い水滴と相対的に軽いガス成分とが分離されることになる。
【００２９】
内側筒状部６の側壁９には、被測定ガスをガス検出素子２周囲に導入するために、内壁ガス導入口１１が、外壁ガス導入口１３よりもケース３に近傍する位置に、ガス検出素子２に対向するように形成されている。また、この内壁ガス導入口１１は、外壁ガス導入口１３に対して、円周方向において２２．５°ずらして配置され、円周における４５°間隔で複数形成されている。外壁ガス導入口１３に対向する位置における内側筒状部６の側壁９の外周面は、外側筒状部７の側壁１２の外周面と平行に形成されている。
【００３０】
そして、このガスセンサ１は、内側筒状部６が有底筒状に形成されると共に、外側筒状部７が有底筒状に形成され、外側筒状部７の底壁１６に設けた挿通孔２５（図４（ａ）参照）に内側筒状部６が挿通され、この外側筒状部７の底壁１６より先端側に内側筒状部６の底壁１７が突き出され、この内側筒状部６の底壁１７に排出口１５が形成されている。つまり、内側筒状部６の底壁１７が、プロテクタ４の最先端側に位置する底壁となる。
【００３１】
また、外側筒状部７の底壁１６よりも先端側に突き出した内側筒状部６の側壁９に、先端側に向かって外径が小径となるようにテーパが付けられたテーパ部２２が形成されている。
このテーパ部２２は底壁１０と交わる外角をβ°（図２中のβ°）としたとき、β°を６０°以下に形成している。
【００３２】
前記ガスセンサ１を排気管に取り付ける際には、ガスセンサの取り付け構造及び方法は、次のように行うとよい。
ガスセンサの取り付け構造及び方法を、図１（ａ）を用いて説明する。
図１（ａ）は、ガスセンサの取り付け構造及び取り付け方法の説明図であり、図２で表したガスセンサ１の構成中、排気管に付き出して表れるプロテクタ４の部分を表し、他の構成部分を省いている。
【００３３】
図１（ａ）において、プロテクタ４には先端に向かう軸方向に外径が小さくなる斜面状のテーパ部２２が形成され、最先端の底壁１７に排出口１５が形成されている。尚、図１（ａ）においては、外側筒状部７の図示は省略し、内側筒状部６のみを示している。
【００３４】
そして、プロテクタ４が、被測定ガスが流れる排気管内に突き出すように取り付けられている。
このとき、テーパ部２２が底壁１７と交わる外角をβ°、ガスセンサの軸Ｕ方向を被測定ガスの流れる方向Ｑに対して傾斜させるガスセンサの軸傾斜角度をα°とし、α°が鈍角のとき、β°≦（１８０°−α°）の関係式を満たすように、ガスセンサを被測定ガスが流れる排気管内に取り付けるとよい。
【００３５】
以下に、被測定ガス中のガス成分を検出する応答速度試験を行った結果について説明する。
ここで用いたガスセンサ１は、プロテクタ４のうちで外側筒状部７の外径寸法が略１５ｍｍ、内壁ガス導入口１１が形成される内側筒状部６の側壁の外径寸法が略９ｍｍ、外側筒状部７の底壁１６から内側筒状部６の底壁１７までの突き出し寸法を２．８ｍｍ、排出口１５の径寸法が略２ｍｍ、内壁ガス導入口１１の径寸法が略３．５ｍｍ、外壁ガス導入口１３の径寸法が略４ｍｍ、外側筒状部７と内側筒状部６との間の空隙８の寸法を略５ｍｍとした。
【００３６】
また、本実施形態の効果を確認するために、比較例として内側筒状部６の側壁９にテーパ部２２を形成しないガスセンサを準備し、本実施形態の実施例１〜３とともに試験を行った。
尚、応答速度試験は、プロテクタ４を内径が５０ｍｍの排気管内に突き出すように取り付け、次いで、ガスバーナを用いてプロパンガスを燃焼させ、排気管内に２．５ｍ／ｓｅｃ．の流速で燃焼ガスを噴射した。このとき、ガスバーナの噴射開始の０〜２秒間は、空気の過剰率λを０．９５とし、２秒間経過後に空気の過剰率λを１．０５に切り換えた。
【００３７】
応答速度試験の結果を図５〜図８に示す。図５〜図８において、横軸はガスバーナによる燃焼ガスの噴射時間、縦軸はガス成分を検出した出力値である。ここでは、０〜２秒間における平均出力値を０％、１８秒から２０秒間における平均出力値を１００％として表した。そして、１００％の出力値にいたるまでの推移をグラフで表した。
【００３８】
図５は、実施例１の応答速度試験結果を表し、前記プロテクタの内側筒状部の側壁を前記底壁に向かって外径が小径となるテーパを付けてテーパ部２２を形成し、このテーパ部２２が前記底壁１７と交わる外角をβ°、ガスセンサの軸方向を被測定ガスの流れる方向に対して傾斜させるセンサの軸傾斜角度をα°としたとき、β°が６０°、センサ軸の設置角度αがβ°≦（１８０°−α°）の関係式を満たす１１０°と９０°の両者について試験したものである。
【００３９】
図６は、実施例２の応答速度試験結果を表し、β°が６０°、センサ軸の設置角度αがβ°≦（１８０°−α°）の関係式を満たす１２０°と９０°の両者について試験したものである。
図７は、実施例３の応答速度試験結果を表し、β°が４５°、センサ軸の設置角度αがβ°≦（１８０°−α°）の関係式を満たす１２０°と９０°の両者について試験したものである。
【００４０】
図８は、比較例の応答速度試験結果を表し、プロテクタの内側筒状部の側壁には底壁に向かって縮小するテーパを付けることなく、センサ軸の設置角度αが１１０°と９０°の両者について試験したものである。
実施例１〜３は、比較例と比較すると、ガスバーナによる燃焼ガスの噴射時間の変化に対してガス成分の出力値が、センサ軸の設置角度αを変えても、差が少なく応答速度が良好な結果が得られた。
【００４１】
実施例１は、比較例と比較すると、センサ軸の設置角度αが９０°と１１０°の両者において、被測定ガスのガス成分を検出する応答速度に差が少なく検出精度も良好であることが判る。
また、実施例３は、実施例２と比べると、センサ軸の設置角度αが９０°と１２０°の両者において、被測定ガスのガス成分を検出する応答速度に差が少なく、β°が６０°より４５°が好ましいことが判る。
【００４２】
さらに、本実施形態の作用効果を確認するために、実施例２と実施例３において用いた、β°が６０°、４５°のガスセンサを用い、センサ軸設置角度α°を順次変化させながらガス成分の出力値５０％を検出するまでの時間を測定し、この結果を、実施例４とし、図９に表した。
【００４３】
ガス成分の出力値５０％を検出するまでの時間は、図１０に示すように、横軸にガスバーナによる燃焼ガスの噴射時間、縦軸にガス成分を検出した出力値としたときに、出力値が５０％に至ったときの応答時間ΔＴである。
図９に表したように、プロテクタのテーパ角度β°が６０°のものは、α°が鈍角であって、β°≦（１８０°−α°）の関係式を満たす１２０°以下の範囲において、５０％応答時間が０．２６秒以下であり、センサ軸設置角度α°の変化に対して、５０％応答時間の変化が少なく安定した応答速度が得られることが判った。
【００４４】
また、プロテクタのテーパ角度β°が４５°のものは、α°が鈍角であって、β°≦（１８０°−α°）の関係式を満たす１３５°以下の範囲において、５０％応答時間が０．２６秒以下となりセンサ軸設置角度α°の変化に対して、５０％応答時間の変化が少なく安定した応答速度が得られることが判った。
【００４５】
また、プロテクタのテーパ角度β°が４５°のものは、６０°と比べると、センサ軸設置角度の変化に対して５０％応答時間の変化が少なくて安定しているので一層好ましいことが判った。
以下に、前記の構成を有する実施の形態のガスセンサの取り付け構造及び方法並びガスセンサの作用効果を記載する。
【００４６】
本発明の実施の形態によれば、ガスセンサを排気管に取り付ける際に、ガスセンサのセンサ軸を被測定ガスの流れる方向に対して鈍角となるように傾斜して取り付けても、プロテクタ内の被測定ガスの置換を良好に行うことができ、被測定ガスのガス成分を検出する応答性と検出精度を向上できる。
【００４７】
また、本発明の実施の形態によれば、外壁ガス導入口から導入した被測定ガスとガス成分が検出されて排出口から排出される被測定ガスがプロテクタ内で混じりあうことがなく、プロテクタ内の被測定ガスの置換を良好にし、被測定ガス中のガス成分を検出する応答速度と検出精度を向上できる。
【００４８】
また、本発明の実施の形態によれば、被測定ガスを安定して内側筒状部に導入することができ、ガス成分の出力値のバラツキが少なく、プロテクタ内の被測定ガスの置換を良好にし、被測定ガス中のガス成分を検出する応答速度と検出精度を向上できる。
【００４９】
尚、本発明の実施の形態によれば、排出口１５の形状は、底壁１７の厚み分の孔形状としたが、さらにこの排出口１５をバーリング加工などして外側に突き出すようにしても良い。
また、本発明の実施の形態によれば、内側筒状部６の側壁９と外側筒状部７の側壁１２とを略平行状に形成したが、センサ軸設置角度α°やプロテクタのテーパβ°の設置条件に合わせて、傾斜状に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるガスセンサの取り付け構造を説明する図である。
【図２】本発明が適用された実施形態のガスセンサの構成を表す断面図である。
【図３】実施形態のガスセンサにおける内側筒状部の半断面図である。
【図４】実施形態のガスセンサにおける外側筒状部の半断面図と図中のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】実施例１の、応答速度試験結果を表す図である。
【図６】実施例２の、応答速度試験結果を表す図である。
【図７】実施例３の、応答速度試験結果を表す図である。
【図８】比較例の、応答速度試験結果を表す図である。
【図９】実施形態のガスセンサの取り付け構造において、センサ軸設定角度の変化による５０％応答時間の変化を表す図である。
【図１０】センサ軸設定角度の変化による５０％応答時間の変化を説明する図である。
【符号の説明】
１…ガスセンサ、２…ガス検出素子、３…ケース、４…プロテクタ、６…内側筒状部、７…外側筒状部、８…空隙、９，１２…側壁、１０…ガイド体、１１…内壁ガス導入口、１３…外壁ガス導入口、１５…排出口、１６…外側筒状部の底壁、１７…内側筒状部の底壁、２２…テーパ、２５…挿通孔、５１…リードフレーム、５２…セラミックホルダー、５３…タルク粉末、５４…セラミックスリーブ、５５…外筒、５６…リード線、５７…セラミックセパレータ、５８…フランジ部、５９…グロメット。

Claims (5)

1. ガス検出素子の先端側に形成される被測定ガスと接触するガス接触部を覆い、側壁に被測定ガスの導入口を形成するとともに、底壁に被測定ガスの排出口を形成し、前記側壁のうちで少なくとも前記底壁に連結するとともに外部に露出してなる先端側に、該底壁に向かって外径が小径となるようにテーパを付けてテーパ部を形成したプロテクタを備えたガスセンサを、排気管内に突き出して取り付けるガスセンサの取り付け構造であって、
   前記テーパ部が前記底壁と交わる外角をβ°、ガスセンサの軸方向を被測定ガスの流れる方向に対して傾斜させるガスセンサの軸傾斜角度をα°とし、α°が鈍角のとき、β°≦（１８０°−α°）の関係式を満たすように取り付けることを特徴とするガスセンサの取り付け構造。
2. ガス検出素子の先端側に形成される被測定ガスと接触するガス接触部を覆い、側壁に被測定ガスの導入口を形成するとともに、底壁に被測定ガスの排出口を形成し、前記側壁のうちで少なくとも前記底壁に連結するとともに外部に露出してなる先端側に、該底壁に向かって外径が小径となるテーパを付けてテーパ部を形成したプロテクタを備えたガスセンサを、排気管内に突き出して取り付けるガスセンサの取り付け方法であって、
   前記テーパ部が前記底壁と交わる外角をβ°、ガスセンサの軸方向を被測定ガスの流れる方向に対して傾斜させるガスセンサの軸傾斜角度をα°とし、α°が鈍角のとき、β°≦（１８０°−α°）の関係式を満たすように取り付けることを特徴とするガスセンサの取り付け方法。
3. 軸方向に延びるとともに、先端側に被測定ガスに接触させるガス接触部を有するガス検出素子と、
   前記ガス接触部を先端から突き出させた状態で前記ガス検出素子の径方向周囲を取り囲むケースと、
   前記ガス検出素子の前記ガス接触部を覆うように、前記ケースに固定させた有底筒状のプロテクタと、
   を備えたガスセンサであって、
   前記プロテクタに、内側筒状部と、この内側筒状部の側壁に空隙を介し同軸状に配置した外側筒状部とを備え、
   前記内側筒状部または前記外側筒状部のいずれかによって当該プロテクタの最先端側に位置する底壁を形成し、
   前記外側筒状部の側壁に、被測定ガスを前記空隙に導入する複数の外壁ガス導入口を形成し、
   前記内側筒状部の側壁に、被測定ガスを前記ガス検出素子の周囲に導入する複数の内壁ガス導入口を、前記外壁ガス導入口よりもケースの近傍に形成し、
   前記底壁を形成する前記内側筒状部または前記外側筒状部におけるいずれかの側壁のうちで、該底壁に連結するとともに外部に露出してなる先端側に該底壁に向かって外径が小径となるようにテーパを付けてテーパ部を形成し、
   このテーパ部が前記底壁と交わる外角をβ°としたとき、β°を６０°以下に形成したことを特徴とするガスセンサ。
4. 前記外壁ガス導入口に、被測定ガスを前記内壁ガス導入口に導入するために、内側に向かって延出するガイド体を付設したことを特徴とする請求項３に記載のガスセンサ。
5. 前記内側筒状部を有底筒状に形成するとともに、前記外側筒状部を有底筒状に形成し、前記外側筒状部の底壁に設けた挿通孔に前記内側筒状部を挿通して、この外側筒状部の底壁より先端側に前記内側筒状部の底壁を突き出し、この内側筒状部の底壁に前記排出口を形成し、該外側筒状部の底壁より先端側に突き出して外部に露出してなる該内側筒状部の側壁を、前記テーパが付いた前記テーパ部に形成したことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のガスセンサ。

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