JP2004125702A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素センサ、NOX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付けられ、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NOX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、排気ガス中の酸素濃度を検出している。
ところで、ガス検出素子は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されている。
そして、このプロテクタは、側面や底面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部に導き、ガス検出素子部においてガス成分が測定された後は、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】
ところで、前記ガスセンサは、被測定ガスの流れる方向に対してガスセンサの中心軸が必ずしも一定の向きに設置されるものではなく、排気管の形状や排気管周辺の構造に制約を受けてガスセンサの中心軸を傾斜して取り付けることがある。
【0006】
そのため、被測定ガスの流れる方向に対してガスセンサのセンサ中心軸を傾斜して取り付けても、ガス検出素子を水分の付着から保護でき、且つ、プロテクタ内への被測定ガスの導入と排出口からの被測定ガスの排出を損なうことが無く、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が求められている。
【0007】
ガス検出素子を保護、被測定ガス中に含有される水分の除去、被測定ガスの導入と排出等を効果的に行うために、プロテクタを内側筒状部と外側筒状部とからなる二重構造にしたガスセンサがある。
従来のプロテクタが二重構造を有するガスセンサは、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。これによって、外側筒状部の導入口から導入した被測定ガスは、ガイド体の旋回流を生じさせる機能により、相対的に重い水滴と相対的に軽いガス成分とに分離されることになり、そして、水分が除去された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。(例えば、特許文献1参照)
また、プロテクタが二重構造を有するガスセンサとして、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、内側筒状部の先端が外側筒状部より軸方向に突き出して構成されているものもある。そして、内側筒状部の側壁、外側筒状部の側壁、内側筒状部の底壁等には、被測定ガスの流入兼排出開口が複数形成されている。これによって、被測定ガスを流入兼排出開口からプロテクタ内に導入し、プロテクタ内でガス成分を検出した被測定ガスを流入兼排出開口からプロテクタ外へ排出させている。(例えば、特許文献2参照)
ところで、前記ガスセンサは、被測定ガスの流れる方向に対してガスセンサの中心軸が必ずしも一定の向きに設置されるものではなく、排気管の形状や排気管周辺の構造に制約を受けてガスセンサの中心軸を傾斜して取り付けることがある。
【0008】
そのため、被測定ガスの流れる方向に対してガスセンサのセンサ中心軸を傾斜して取り付けても、ガス検出素子を水分の付着から保護でき、プロテクタ内への被測定ガスの導入と排出口からの被測定ガスの排出を損なうことが無く、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が求められている。
【0009】
【特許文献1】
特開2001−099807号公報(第4−9頁、第1図、第3図)
【特許文献2】
特表2000−511645号公報(第5−6頁、第1図)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に開示されたガスセンサによれば、内側筒状部に形成された被測定ガスの排出口が外側筒状部の内部に構成され、内側筒状部の底面に設けた排出口から被測定ガスの導入口まで空隙があるので、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応答性を損なう場合があるという問題があった。
【0011】
つまり、外側筒状部の導入口から導入した被測定ガスの一部が、内側筒状部の導入口に入らず外側筒状部の側壁と内側筒状部の側壁との空隙を経由して外側筒状部の排出口から排出されたり、ガス成分が検出され内部筒状部の排出口から排出された被測定ガスが、内側筒状部の側壁と外側筒状部の側壁との空隙を還流して再び内側筒状部の導入口から内側筒状部の内部に流入されたりすることにより、プロテクタ内の被測定ガスの置換が不十分となることがある。
【0012】
また、特許文献2に開示されているガスセンサによれば、プロテクタの底面に被測定ガスの流入兼排出口を備え、このプロテクタ底面を介したプロテクタの内方にガス検出素子を配設しているので、プロテクタ底面の流入兼排出口から水滴や水分を含有した被測定ガスが流入し易く、ガス検出素子に水滴や水分が付着し、クラックが発生するなどして破損する虞があるという問題があった。
【0013】
さらに、プロテクタの流入兼排出口を付設した底面が被測定ガス流れ方向に対向するようにセンサ中心軸が傾斜すると、流入兼排出口から水滴や水分を含有したガスが流入し易いという問題があった。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、被測定ガスの流れる方向に対してガスセンサのセンサ中心軸を傾斜して取り付けても、水分や水滴を含んだ被測定ガスがプロテクタ内部に流入することが無く、ガス検出素子を水分の付着から保護でき、プロテクタ内の被測定ガスの導入と排出を損なうことが無く、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、軸方向に延びると共に、先端部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、前記内側筒状部及び前記外側筒状部から軸方向の先端側に配置した底側筒状部とを備え、前記内側筒状部は、筒状の内側側壁と、当該内側側壁に連結した内側底壁を備え、前記外側筒状部は、筒状の外側側壁と、この外側側壁から前記内側側壁に向かって折曲し内側底壁と又は内側底壁に近接した外側底壁を備え、前記底側筒状部は、前記内側底壁又は前記外側底壁から前記プロテクタの先端に向かう軸方向に突き出した筒状の底側側壁と、この底側側壁の先端部に連結した底側底壁とを備え、前記外側側壁に、被測定ガスを前記外側筒状部に導入するために、複数の外壁ガス導入口を形成し、前記内側側壁に、被測定ガスを前記内側筒状部に導入するために、複数の内壁ガス導入口を形成し、前記内側底壁に、被測定ガスを前記内側筒状部から前記底側筒状部へ排出するために第1の排出口を形成し、前記底側底壁に、被測定ガスを前記底側筒状室からプロテクタ外方へ排出するために第2の排出口を形成したことを特徴とする。
【0015】
請求項1に記載のガスセンサによれば、被測定ガスの流れる方向に対してガスセンサ中心軸を傾斜して取り付けても、ガス検出素子を水分の付着から保護でき、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を得ることができる。
【0016】
つまり、本ガスセンサは、被測定ガスの第1の排出口を備えた内側底壁と、被測定ガスの第2の排出口を備えた底側底壁とを形成し、第2の排出口から流入する被測定ガスが直接ガス検出素子に接触することがないように、内側底壁によって仕切る構成としたので、被測定ガスが第2の排出口から底側筒状部内に流入することがあっても、内側筒状部内への流入を低減できる。また、第2の排出口から流入したガスを内側底壁に当接させることにより、被測定ガス中に含有されている水分を凝縮して分離させ、この被測定ガスが第1排出口から内側筒状部に流入することがあっても、ガス検出素子への水分の付着を低減できる。
【0017】
次に、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のガスセンサにおいて、前記プロテクタは、前記外側底壁を前記内側底壁の縁端部又は前記内側側壁と連結するとともに、この連結部から前記外側側壁を軸方向の先端に向かって折曲して突き出し、この突き出し部を前記底側側壁としたことを特徴とする。
【0018】
請求項2に記載のガスセンサによれば、外側底壁を折曲して底側側壁を形成したので、底側側壁を形成するための新たな部品や接合加工工程が不要となり、生産性を向上できる。
次に、請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載のガスセンサにおいて、前記プロテクタは、前記外側底壁に前記内側側壁が挿通する挿通孔を形成し、この挿通孔より先端側に前記内側側壁を突き出し、この突き出し部を前記底側側壁とし、前記内側底壁を前記底側底壁と空隙を介して対向するように内側側壁内に仕切り板を係合して形成したことを特徴とする。
【0019】
請求項3に記載のガスセンサによれば、外側底壁の挿通孔に内側側壁を挿通させて突き出し、この突き出し部を底側側壁としたので、底側側壁を形成するための新たな部品や接合加工工程が不要となり、生産性を向上できる。また、内側底壁を、底側底壁と空隙を介して対向するように内側側壁内に仕切り板を係合して形成したので、被測定ガスが第2の排出口から底側筒状部内に流入することがあっても、このガスを仕切り板に当接させ、内側筒状部内への流入を低減できる。また、第2の排出口から流入した被測定ガスを仕切り板に当接させることにより、ガス中に含有されている水分を凝縮して分離させ、この被測定ガスが第1排出口から内側筒状室に流入することがあっても、ガス検出素子への水分の付着を低減できる。
【0020】
次に、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至請求項3の何れか記載のガスセンサにおいて、前記プロテクタは、前記第1排出口と前記第2排出口を、ガスセンサの軸方向で重なり合うことのない位置に配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、前記第1の排出口と前記第2の排出口を、軸方向で重なり合うことのない位置にずらして形成したので、第2の排出口から流入した被測定ガスが内側底壁に当接し易く、この被測定ガスの内側筒状部へ流入を防止する効果をより向上できる。また、第2の排出口から流入した被測定ガスが内側底壁に当接し易くなるので、この被測定ガス中に含有している水分を凝縮して分離させる効果が向上し、僅かに被測定ガスが第1排出口から内側筒状部内に流入することがあっても、ガス検出素子に水分が付着することなく、ガス検出素子をより確実に保護できる。
【0021】
次に、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至請求項4の何れか記載のガスセンサにおいて、前記底側筒状部は、前記底側側壁を前記底側底壁に向かって縮径するようにテーパを付けて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、底側側壁を底側底壁に向かって縮径するテーパを付けて形成したので、底側側壁の外周囲を流れる被測定ガスがこのテーパに当接することにより、テーパに沿って底側底壁に向かって流れる。そして、このテーパに沿って被測定ガスの流れが発生することにより、底側底壁に対向するように流れている被測定ガスの向きを回避できるので、被測定ガスが第2の排出口から流入することを抑制できる。また、テーパに沿って流れる被測定ガスによって底側底壁の近傍に負圧が生じるので、この底側側壁に形成した第2の排出口から被測定ガスを速やかに排出でき、プロテクタ内における被測定ガスの置換をより良好にし、被測定ガス中の特定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。
【0022】
次に、請求項6に記載の発明は、請求項1乃至請求項5の何れか記載のガスセンサにおいて、前記底側筒状部は、前記外壁ガス導入口に内側に向け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6に記載のガスセンサによれば、外壁ガス導入口に、内側に向けて延出するガイド体を付設したので、外壁ガス導入口から導入した被測定ガス中の水分を凝縮して除去し、比重が軽くなった被測定ガスを内壁ガス導入口に向かって流して、速やかに、内側筒状部内に導入できる。
【0023】
つまり、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。
【0024】
【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1は本発明が適用された本発明が適用されたガスセンサの構成を表す断面図、図2は本実施形態のプロテクタの形状を表す断面図と図中のB−B断面図である。
【0025】
図1、図2において、1はガスセンサであり、このガスセンサ1には、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、ガス検出素子2を突き出させた状態で把持するケース3と、ガス検出素子2の周囲を覆うように、ケース2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。
【0026】
そして、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62、タルク粉末63、セラミックスリーブ64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65が溶接等により固定されている。また、外筒65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61を介して外部と行うためのリード線66が挿通されるセラミックセパレータ67とグロメット69とが配置されている。なお、セラミックセパレータ67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68が形成され、このフランジ部68が外筒65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70により支持されている。また、グロメット69は、外筒65の内側に弾性的に嵌入されている。
【0027】
プロテクタ4は、内側筒状部101と、内側筒状部101の側壁に空隙を介し同軸状に配置した外側筒状部102と、内側筒状部101及び外側筒状部102から軸方向の先端側に配置した底側筒状部103とを備えている。
外側筒状部102は、筒状の外側側壁6と、この外側側壁6から後述の内側側壁5に向かって折曲し内側底壁5及び後述の内側底壁10に連結した外側底壁6を備えている。そして、この連結部から外側底壁6を軸方向の先端に向かって折曲して突き出し、この突き出し部を後述の底側側壁12として一体に形成している。
【0028】
そして、外側筒状部102の外側側壁6には、被測定ガスを外側筒状部102内に導入するために、内側に向けて延出するガイド体9を付設した外壁ガス導入口8が、円周における45°間隔で複数形成されている(図2(b)参照)。このガイド体9は、図2に示すごとく、外側側壁12を、コ字状に切り欠いて、その切り欠け片を外側側壁6の外周の接線に対し、内側に向けて略45度曲げ加工することにより形成されている。そして、このガイド体9は、被測定ガスを内側側壁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。そして、外側筒状部102の底壁11には、外側筒状室102に溜まった水滴を排出するために水抜き孔16が複数形成されている。
【0029】
内側筒状部101には、被測定ガスをガス検出素子2の周囲に導入するために、内側側壁5に内壁ガス導入口7が、外壁ガス導入口8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。この内壁ガス導入口7は、外壁ガス導入口8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8に対向する位置における内側側壁5の外周面は、外側側壁6の外周面と平行に形成されている。
【0030】
また、内側筒状部101の内側底壁10に、被測定ガスを内側筒状部101から底側筒状部103へ排出するために第1の排出口14が複数形成されている。この第1の排出口14は、後述の底側底壁13に形成した第2の排出口15とガスセンサ1の軸方向で重なり合うことのないように、第2の排出口15の外側に形成されている。この内側底壁10を、内側筒状部101と底側筒状部103とを仕切るように構成することで、後述の第2排出口15から浸入した被測定ガスが、内側筒状部101内に浸入することのないように抑制できる。
【0031】
底側筒状部102は、前述したように外側底壁6と一体に形成された底側側壁12と、底側側壁の先端部に連結された底側底壁13とから形成されている。
底側側壁11は、底側底壁13に向かって縮径するようにテーパを付けて形成し、底側側壁12には、被測定ガスをプロテクタ4の外方に排出するための第2排出口15が、第1排出口14とガスセンサ1の軸方向で重なり合うことのないように形成されている。
【0032】
以下に、前記の構成を有する実施形態のガスセンサの作用効果を記載する。
本実施の形態のガスセンサは、内側筒状部101及び外側筒状部102から軸方向の先端側に配置した底側筒状部103とを備え、内側筒状部101の内側底壁10に第1の排出口14を形成し、底側筒状部103の底側底壁13に第2の排出口15を形成したので、被測定ガスが第2の排出口15から底側筒状部103内に流入することがあっても、内側筒状部101への流入を低減でき、内側筒状部101内に収納されているガス検出素子に水分が接触しないようにより確実に保護できる。
【0033】
また、第2の排出口15から流入した被測定ガスが内側底壁10に当接すると被測定ガス中に含有されている水分が凝縮して分離するので、この被測定ガスが第1排出口14から内側筒状室101内に流入することがあっても、ガス検出素子2に水分が付着することなく、ガス検出素子を保護できる。
【0034】
また、外側筒状部102の底側底面11に少なくとも一つ以上の水抜き孔16を形成したので、被測定ガスが外側筒状部102内の周壁に接触して発生した凝縮水を、水抜き孔16を経由してプロテクタ4の外部に除去でき、外側筒状部102内に水滴が溜まることなく、内側筒状室101内への水滴の浸入を防止できる。
【0035】
また、底側筒状部103の底側側壁12を底側底壁13に向かって縮径するようにテーパを付けて形成したので、水滴を含んだ被測定ガスが第2の排出口15から流入することが無いように防止でき、被測定ガスを底側底壁13に形成した第2の排出口15から速やかに排出でき、プロテクタ4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。
【0036】
また、外壁ガス導入口8には、内側に向けて延出するガイド体9を付設したので、外壁ガス導入口8から導入した被測定ガスを確実に内側筒状部101の内側側壁5の外周面に接触させ、被測定ガス中の水分を凝縮して除去することができる。そして、この被測定ガスは、水分を除去して比重が軽くなっているので、速やかに、内側筒状室101内に導入できる。
【0037】
次に、図3を用いて本発明のガスセンサの、種々の態様を説明する。図3は、プロテクタの詳細形状を断面図で表している。
尚、図3に表した種々の態様のガスセンサは、基本的に上記実施の形態で表したガスセンサ1と同じ構成なので共通と成る構成部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略し、特徴と成る部分について説明する。
【0038】
図3の(a)に表したプロテクタ30は、筒状の外側側壁36と、この外側側壁36から内側側壁35に向かって折曲し内側側壁35が挿通する挿通孔を形成した外側底壁11を備え、この挿通孔より先端側に内側側壁35を突き出し、この突き出し部を底側側壁32とし、底側側壁32の先端部に第2の排出口を付設した底側底壁43を連結し、内側筒状部側壁35内に第1の排出口34を形成した仕切り板17を係合し、この仕切り板17を内側筒状部101の内側底壁とした構成を有する。
【0039】
(a)に表したプロテクタ30によれば、外側底壁11の挿通孔より先端側に突き出した内側側壁35を底側側壁32としたので、底側側壁32を形成するために新たな部品や接合加工工程が不要となり、生産性を向上できる。そして、内側筒状部101内に水分が浸入しないように、仕切り板17によって、防止することができる。
【0040】
次に、図3の(b)に表したプロテクタ40は、内側筒状部101に筒状の内側側壁45と、第1の排出口14を付設した内側底壁10とを備え、外側筒状部102に、筒状の外側側壁46と、この外側側壁46から内側側壁36に向かって折曲した外側底壁11を備え、外側底壁11の端部を折曲して底側筒状部103底壁43に向かう軸方向に突き出し、この突き出し部を底側筒状部103の底側側壁42とした構成を有する。また、内側底壁10と外側底底壁11との間に第1の排出口14と重なる貫通孔21を形成した連結板48を重ねた構成を有する。
【0041】
(b)に表したプロテクタ40によれば、外側筒状部102の外側底壁11の端部を折曲して底側筒状部103の底側側壁42を形成したので、底側側壁42を形成するために新たな部品や接合加工工程が不要となり、生産性を向上できる。また、底側底壁11と内側底壁10との間に連結板48を重ねたので、第2排出口から水分を含んだ非測定ガスが流入しても、内側筒状部101に浸入することがないようにより確実に防止できる。
【0042】
次に図3の(c)に表したプロテクタ50は、内側筒状部101に筒状の内側側壁55と、第1の排出口14を付設した内側底壁10とを備え、外側筒状部102に、筒状の外側側壁56と、この外側側壁46から内側に向かって折曲し貫通孔21を付設した外側底壁54とを備え、貫通孔21が内側筒状部101の内側底壁10に形成した第1の排出口14と重なるように、内側底壁10と外側底壁54とを重ねた構成を有する。また、外側筒状部103は、底側側壁52と第2の排出口51を付設した底側底壁57とを連結して形成し、底側側壁52の縁端部を外側筒外側底壁10に沿って折曲して密着した構成を有する。
【0043】
(c)に表したプロテクタ50によれば、内側底壁10と外側底壁54とを重ねたので、第2排出口51から水分を含んだ非測定ガスが流入しても、内側筒状部101に浸入することがないようにより確実にできる。
尚、本発明の実施の形態によれば、不要なガスが第2の排出口15から内側筒状部101内へ流入することがないように、プロテクタ4に底側筒状部103を設け、底側底壁11と内側底壁10とからなる二重構造としたが、さらに、内側側壁5内に仕切り板を嵌合させて、三重構造等の多重構造にしてもよい。
【0044】
また、本発明の実施の形態によれば、外側筒状部102の外側側壁6に、外壁ガス導入口8を45度間隔で均等に形成し、ガイド体9を外壁ガス導入口8の端部から外側側壁6の外周接線方向に対して45°に曲げて付設したが、このガイド体9の曲げ角度は45°に限定されるものではなく、ガスセンサの用途や形状、取り付け構造等に応じて曲げ角度を求めても良い。
【0045】
また、本発明の実施の形態によれば、第1の排出口14や第2の排出口15の形状は、内側底壁10、底側底壁13の厚み分の孔形状としたが、さらにこの孔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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用された実施の形態1の、ガスセンサの構成を表す断面図である。
【図2】同実施形態のプロテクタの、詳細形状を表す断面図である。
【図3】本発明が適用された変形例の、プロテクタの形状を表す断面図である。
【符号の説明】
1…ガスセンサ、2…ガス検出素子、3…ケース、4,30,40,50…プロテクタ、5,35,45,55…内側側壁、6,36,46,56…外側側壁、7…内壁ガス導入口、8…外壁ガス導入口、9…ガイド体、10…内側底壁、11,54…外側底壁、12,32,43,52…底側側壁、13,33,43,53…底側底壁、14,34……第1の排出口、15,51…第2の排出口、16…水抜き孔、17…仕切り板(内側底壁)、21…貫通孔、47…連結板、61…リードフレーム、62…セラミックホルダー、63…タルク粉末、64…セラミックスリーブ、65…外筒、66…リード線、67…セラミックセパレータ、68…フランジ部、69…グロメット、70…外側支持部101…内側筒状部、102…外側筒状部、103…底側筒状部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxygen sensor, NO X The present invention relates to a gas sensor having a protector, such as a sensor, which is used in a state exposed to a gas to be measured and protects a gas detection element housed therein from moisture contained in the gas to be measured.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a gas sensor that is attached to an internal combustion engine such as an automobile engine and detects a specific gas component in exhaust gas (gas to be measured) has been developed. As one of them, a gas sensor (oxygen sensor) for detecting an oxygen concentration or a NO for detecting a nitrogen oxide gas concentration using a gas detecting element made of a solid electrolyte such as zirconia is used. X Sensors and the like are known.
[0003]
Generally, this type of gas sensor has a structure in which a gas contact portion formed on a gas detection element is exposed to exhaust gas, and the gas detection element is heated to a high temperature (about 300 ° C.) using a heater. It is activated and detects the oxygen concentration in the exhaust gas.
By the way, since the gas detection element is brittle against thermal shock, if moisture in the exhaust gas adheres to the gas detection element heated to a high temperature, there is a possibility that the gas detection element may be broken due to cracks or the like.
[0004]
For this reason, the gas sensor is equipped with a protector that covers the gas contact portion of the gas detection element, and is protected so that water droplets do not adhere to the gas detection element.
This protector has an inlet and an outlet for the gas to be measured on the side and bottom surfaces. The gas to be measured is introduced from the inlet of the protector and guided to the gas detection element, where the gas components are measured. After that, the gas to be measured is introduced and discharged such as discharged from the discharge port.
[0005]
By the way, the gas sensor is not necessarily installed such that the central axis of the gas sensor is always fixed to the direction in which the gas to be measured flows, and the center of the gas sensor is restricted by the shape of the exhaust pipe and the structure around the exhaust pipe. The shaft may be installed at an angle.
[0006]
Therefore, even if the sensor central axis of the gas sensor is attached at an angle to the direction in which the gas to be measured flows, the gas detection element can be protected from the adhesion of moisture, and the gas to be measured is introduced into the protector and discharged from the outlet. There is a demand for a gas sensor which does not impair the discharge of the gas to be measured and which has excellent responsiveness and detection accuracy for detecting the gas component of the gas to be measured.
[0007]
In order to protect the gas detection element, remove moisture contained in the gas to be measured, and effectively introduce and discharge the gas to be measured, the protector is composed of an inner cylindrical portion and an outer cylindrical portion. There is a gas sensor with a structure.
In a gas sensor in which a conventional protector has a dual structure, a side wall of an inner cylindrical portion and a side wall of an outer cylindrical portion are coaxially arranged with a gap therebetween. Side gas inlet and a second side gas inlet). In addition, a guide body for generating a swirling flow surrounding the outer surface of the side wall of the inner cylindrical portion is disposed at the inlet of the outer cylindrical portion. Thereby, the gas to be measured introduced from the introduction port of the outer cylindrical portion is separated into a relatively heavy water droplet and a relatively light gas component by a function of generating a swirling flow of the guide body, Then, the specific gas component in the measured gas is detected by flowing the measured gas from which moisture has been removed into the inner cylindrical portion through the inlet of the inner cylindrical portion and contacting the gas detection element. Thereafter, the gas to be measured is passed through a discharge port (first gas outlet) provided on the bottom wall of the inner tubular portion, and discharged from a discharge port (second gas outlet) provided on the bottom wall of the outer tubular portion. Let me. (For example, see Patent Document 1)
Further, as a gas sensor in which the protector has a double structure, the side wall of the inner cylindrical portion and the side wall of the outer cylindrical portion are coaxially arranged via a gap, and the tip of the inner cylindrical portion is more axially than the outer cylindrical portion. Some are protruding and configured. A plurality of inflow / outflow openings for the gas to be measured are formed on the side wall of the inner cylindrical portion, the side wall of the outer cylindrical portion, the bottom wall of the inner cylindrical portion, and the like. As a result, the gas to be measured is introduced into the protector from the inlet / discharge opening, and the gas to be measured whose gas component is detected in the protector is discharged from the inlet / discharge opening to the outside of the protector. (For example, see Patent Document 2)
By the way, the gas sensor is not necessarily installed such that the central axis of the gas sensor is always fixed to the direction in which the gas to be measured flows, and the center of the gas sensor is restricted by the shape of the exhaust pipe and the structure around the exhaust pipe. The shaft may be installed at an angle.
[0008]
Therefore, even if the sensor central axis of the gas sensor is mounted at an angle with respect to the direction in which the gas to be measured flows, the gas detection element can be protected from the adhesion of moisture, and the gas to be measured is introduced into the protector and the gas from the exhaust port. There is a need for a gas sensor that does not impair the discharge of the measurement gas and has excellent responsiveness and detection accuracy for detecting the gas component of the gas to be measured.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-099807 (page 4-9, FIG. 1, FIG. 3)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 2000-511645 (Pages 5-6, FIG. 1)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the gas sensor disclosed in
[0011]
In other words, a part of the gas to be measured introduced from the inlet of the outer tubular portion does not enter the inlet of the inner tubular portion, but passes through the gap between the sidewall of the outer tubular portion and the sidewall of the inner tubular portion. The gas to be measured discharged from the outlet of the outer cylindrical portion, or the gas component is detected and discharged from the outlet of the inner cylindrical portion, forms a gap between the side wall of the inner cylindrical portion and the side wall of the outer cylindrical portion. The gas to be measured in the protector may be insufficiently replaced due to the reflux and the flow into the inside of the inner tubular portion again from the inlet of the inner tubular portion.
[0012]
Further, according to the gas sensor disclosed in
[0013]
Further, if the sensor central axis is inclined such that the bottom surface provided with the inlet / outlet of the protector faces the flow direction of the gas to be measured, there is a problem that gas containing water droplets and moisture easily flows in from the inlet / outlet. Was.
The present invention has been made in view of such a problem, and even when the sensor central axis of the gas sensor is attached to be inclined with respect to the flowing direction of the gas to be measured, the gas to be measured including moisture and water droplets flows into the inside of the protector. The gas detection element can be protected from the adhesion of moisture, without impairing the introduction and discharge of the gas to be measured in the protector. It is an object of the present invention to provide a gas sensor having excellent response and detection accuracy for detecting components.
[0014]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
The invention according to
A case surrounding the radial periphery of the gas detection element with the gas contact portion protruding from the tip, and a bottomed cylindrical shape fixed to the case so as to cover the gas contact portion of the gas detection element. A gas sensor provided with a protector, wherein the protector has an inner tubular portion, an outer tubular portion disposed coaxially through a gap in a side wall of the inner tubular portion, the inner tubular portion, and the outer tubular portion. A bottom-side tubular portion disposed axially distal from the tubular portion, wherein the inner tubular portion includes a tubular inner side wall, and an inner bottom wall connected to the inner side wall; The shape portion includes a cylindrical outer side wall, and an outer bottom wall that is bent from the outer side wall toward the inner side wall and is close to the inner bottom wall or the inner bottom wall. Axial direction from the inner bottom wall or the outer bottom wall to the tip of the protector A cylindrical bottom side wall protruding from the bottom side wall, and a bottom side bottom wall connected to a tip end of the bottom side wall, a plurality of the outer side walls are provided for introducing a gas to be measured into the outer cylindrical portion. Forming an outer wall gas inlet, and forming a plurality of inner wall gas inlets on the inner side wall to introduce the gas to be measured into the inner cylindrical portion, and forming the gas to be measured on the inner bottom wall. A first outlet is formed for discharging from the inner cylindrical portion to the bottom cylindrical portion, and a gas to be measured is discharged from the bottom cylindrical chamber to the outside of the protector on the bottom bottom wall. A second discharge port is formed.
[0015]
According to the gas sensor of the first aspect, the gas detection element can be protected from the adhesion of moisture even if the gas sensor central axis is attached to be inclined with respect to the direction in which the gas to be measured flows, and the gas to be measured in the protector is replaced. And a gas sensor having excellent responsiveness and detection accuracy for detecting a gas component of the gas to be measured can be obtained.
[0016]
That is, the present gas sensor forms an inner bottom wall provided with the first outlet of the gas to be measured and a bottom bottom wall provided with the second outlet of the gas to be measured. Since the gas to be measured is separated by the inner bottom wall so that the gas to be measured does not come into direct contact with the gas detection element, the gas to be measured may flow into the bottom-side cylindrical portion from the second discharge port. Even so, the inflow into the inner cylindrical portion can be reduced. Further, the gas contained in the gas to be measured is condensed and separated by bringing the gas flowing in from the second outlet into contact with the inner bottom wall. Even if the gas flows into the cylindrical portion, the adhesion of moisture to the gas detection element can be reduced.
[0017]
Next, according to a second aspect of the present invention, in the gas sensor according to the first aspect, the protector connects the outer bottom wall to an edge of the inner bottom wall or the inner side wall, and connects the outer bottom wall to the inner bottom wall. And the outer side wall is bent and protruded toward the tip in the axial direction, and the protruding portion is used as the bottom side wall.
[0018]
According to the gas sensor of the second aspect, since the bottom side wall is formed by bending the outer bottom wall, a new component for forming the bottom side wall and a joining process are not required, and the productivity is improved. it can.
Next, according to a third aspect of the present invention, in the gas sensor according to the first or second aspect, the protector forms an insertion hole through which the inner side wall passes through the outer bottom wall, and The inner side wall is protruded toward the distal end side, the protruding portion is used as the bottom side wall, and the inner bottom wall is formed by engaging a partition plate in the inner side wall so as to face the bottom side wall via a gap. It is characterized by having done.
[0019]
According to the gas sensor of the third aspect, since the inner side wall is inserted into the insertion hole of the outer bottom wall to protrude and the protruding portion is used as the bottom side wall, a new component or joining for forming the bottom side wall is performed. No processing step is required, and productivity can be improved. Further, since the inner bottom wall is formed by engaging the partition plate in the inner side wall so as to face the bottom side bottom wall with a gap therebetween, the gas to be measured flows from the second discharge port into the bottom side cylindrical portion. This gas is brought into contact with the partition plate even if it flows into the inner cylindrical portion, so that the flow into the inner cylindrical portion can be reduced. Further, by bringing the gas to be measured flowing from the second outlet into contact with the partition plate, water contained in the gas is condensed and separated, and the gas to be measured flows from the first outlet to the inner cylinder. Even if the gas flows into the gas chamber, adhesion of moisture to the gas detection element can be reduced.
[0020]
Next, according to a fourth aspect of the present invention, in the gas sensor according to any one of the first to third aspects, the protector overlaps the first outlet and the second outlet in an axial direction of the gas sensor. It is characterized by being arranged in a position where there is no problem.
According to the gas sensor of the fourth aspect, the first exhaust port and the second exhaust port are formed so as to be shifted from each other so as not to overlap in the axial direction. The measurement gas easily comes into contact with the inner bottom wall, and the effect of preventing the gas to be measured from flowing into the inner cylindrical portion can be further improved. Further, since the gas to be measured flowing from the second outlet is more likely to come into contact with the inner bottom wall, the effect of condensing and separating water contained in the gas to be measured is improved, and the Even if gas flows into the inner cylindrical portion from the first outlet, the gas detection element can be protected more reliably without moisture adhering to the gas detection element.
[0021]
Next, according to a fifth aspect of the present invention, in the gas sensor according to any one of the first to fourth aspects, the bottom cylindrical portion reduces the diameter of the bottom side wall toward the bottom bottom wall. It is characterized in that it is formed so as to be tapered.
According to the gas sensor of the fifth aspect, since the bottom side wall is formed to have a taper whose diameter is reduced toward the bottom side bottom wall, the gas to be measured flowing around the outer periphery of the bottom side wall comes into contact with the taper. Thereby, it flows toward the bottom bottom wall along the taper. Since the flow of the gas to be measured is generated along the taper, the direction of the gas to be measured flowing so as to face the bottom bottom wall can be avoided, so that the gas to be measured flows from the second outlet. Inflow can be suppressed. Further, since the gas to be measured flowing along the taper generates a negative pressure in the vicinity of the bottom bottom wall, the gas to be measured can be quickly discharged from the second discharge port formed in the bottom side wall, and the gas in the protector can be removed. The replacement of the measurement gas can be improved, and the response speed and detection accuracy for detecting the specific gas component in the measurement gas can be further improved.
[0022]
Next, according to a sixth aspect of the present invention, in the gas sensor according to any one of the first to fifth aspects, the bottom-side tubular portion extends inward to the outer wall gas inlet. Is provided.
According to the gas sensor of the sixth aspect, since the outer wall gas inlet is provided with a guide body extending inward, the moisture in the gas to be measured introduced from the outer wall gas inlet is condensed and removed. The gas to be measured whose specific gravity has been reduced can be flowed toward the gas inlet of the inner wall and quickly introduced into the inner cylindrical portion.
[0023]
That is, the guide body has a function of generating a swirling flow in a state surrounding the gas to be measured in the state of surrounding the outer peripheral surface of the inner cylindrical portion. The separated water droplets are separated from the light gas components and pressed against the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion. Accordingly, even when a water drop is contained in the gas to be measured, the water drop is unlikely to enter the inside of the inner cylindrical portion, and the function of protecting the gas detection element is improved.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a gas sensor to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a shape of the protector of the present embodiment and a BB cross-sectional view in the drawing.
[0025]
1 and 2,
[0026]
The
[0027]
The protector 4 includes an inner
The outer
[0028]
An outer
[0029]
In order to introduce the gas to be measured around the
[0030]
Further, a plurality of
[0031]
The bottom
The bottom side wall 11 is formed so as to be tapered so as to decrease in diameter toward the bottom side
[0032]
The operation and effect of the gas sensor according to the embodiment having the above configuration will be described below.
The gas sensor according to the present embodiment includes an inner
[0033]
Further, when the gas to be measured flowing from the
[0034]
Further, since at least one or more water drain holes 16 are formed in the bottom side bottom surface 11 of the outer
[0035]
Further, since the
[0036]
In addition, since the outer
[0037]
Next, various aspects of the gas sensor of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a sectional view showing a detailed shape of the protector.
Note that the gas sensors of various aspects shown in FIG. 3 are basically the same in configuration as the
[0038]
The
[0039]
According to the
[0040]
Next, the
[0041]
According to the
[0042]
Next, the
[0043]
According to the
According to the embodiment of the present invention, the protector 4 is provided with the bottom-side
[0044]
Further, according to the embodiment of the present invention, the outer
[0045]
Further, according to the embodiment of the present invention, the shape of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a gas sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a detailed shape of the protector according to the embodiment.
FIG. 3 is a sectional view illustrating a shape of a protector according to a modified example to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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、前記内側筒状部及び前記外側筒状部から軸方向の先端側に配置した底側筒状部とを備え、
前記内側筒状部は、筒状の内側側壁と、当該内側側壁に連結した内側底壁を備え、
前記外側筒状部は、筒状の外側側壁と、この外側側壁から前記内側側壁に向かって折曲し内側底壁と又は内側底壁に近接した外側底壁を備え、
前記底側筒状部は、前記内側底壁又は前記外側底壁から前記プロテクタの先端に向かう軸方向に突き出した筒状の底側側壁と、この底側側壁の先端部に連結した底側底壁とを備え、
前記外側側壁に、被測定ガスを前記外側筒状部に導入するために、複数の外壁ガス導入口を形成し、
前記内側側壁に、被測定ガスを前記内側筒状部に導入するために、複数の内壁ガス導入口を形成し、
前記内側底壁に、被測定ガスを前記内側筒状部から前記底側筒状部へ排出するために第1の排出口を形成し、
前記底側底壁に、被測定ガスを前記底側筒状室からプロテクタ外方へ排出するために第2の排出口を形成した、
ことを特徴とするガスセンサ。A gas detection element that extends in the axial direction and has a gas contact portion that is in contact with the gas to be measured at the distal end portion,
A case surrounding a radial direction periphery of the gas detection element in a state where the gas contact portion protrudes from a tip,
A bottomed cylindrical protector fixed to the case so as to cover the gas contact portion of the gas detection element,
A gas sensor comprising:
The protector has an inner tubular portion, an outer tubular portion disposed coaxially through a gap in a side wall of the inner tubular portion, and an axially distal end from the inner tubular portion and the outer tubular portion. And a bottom-side tubular portion arranged,
The inner cylindrical portion includes a cylindrical inner side wall and an inner bottom wall connected to the inner side wall,
The outer cylindrical portion includes a cylindrical outer side wall, an outer bottom wall bent from the outer side wall toward the inner side wall, and an inner bottom wall or an inner bottom wall,
The bottom-side tubular portion has a cylindrical bottom side wall protruding in the axial direction from the inner bottom wall or the outer bottom wall toward the tip of the protector, and a bottom bottom connected to a tip of the bottom side wall. With a wall,
On the outer side wall, a plurality of outer wall gas inlets are formed to introduce the gas to be measured into the outer cylindrical portion,
On the inner side wall, a plurality of inner wall gas inlets are formed to introduce the gas to be measured into the inner cylindrical portion,
A first outlet is formed on the inner bottom wall for discharging the gas to be measured from the inner cylindrical portion to the bottom cylindrical portion,
A second discharge port was formed in the bottom bottom wall to discharge the gas to be measured from the bottom cylindrical chamber to the outside of the protector,
A gas sensor, characterized in that:
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