JP2007271517A

JP2007271517A - ガスセンサ

Info

Publication number: JP2007271517A
Application number: JP2006099193A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Yamauchi; 政伸山内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18
Also published as: US7546758B2; US20070227228A1

Abstract

【課題】内側カバーと外側カバーとの間における隙間腐食の発生を防ぐことができるガスセンサを提供すること。
【解決手段】被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子２と、該センサ素子２を挿通保持するハウジング３と、該ハウジング３の基端側に配設された大気側カバー４とを有するガスセンサ１。大気側カバー４は、ハウジング３の基端部に固定される内側カバーと４１、該内側カバー４１の基端側を外側から覆った状態で配設される外側カバー４２とを有すると共に、大気を大気側カバー４の内側に導入するための通気部５を有し、かつ、該通気部５よりも先端側において外側カバー４２と内側カバー４１とを部分的に加締める部分加締め部４３と、該部分加締め部４３の間に形成されその先端側において外部と連通する空間部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車エンジン等の内燃機関の燃焼制御等に用いることができるガスセンサに関する。

自動車エンジン等の内燃機関の排気系には、図８に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度等を検出するガスセンサ９が配設されている（例えば、特許文献１参照）。
上記ガスセンサ９は、先端側に被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子（図示略）と、該センサ素子を内側面に挿通保持するハウジング（図示略）と、該ハウジングの基端側に固定される大気側カバー９４とを有する。

該大気側カバー９４は、図８、図９に示すごとく、上記ハウジングの基端部に固定される内側カバー９４１と、該内側カバー９４１の基端側を外側から覆った状態で配設される外側カバー９４２とを有する。
そして、内側カバー９４１と外側カバー９４２とは、加締め部９４３においてその全周にわたって加締められている。

ところが、外側カバー９４２の基端側に設けられた大気導入口９４５からガスセンサ９内部へ大気を導入する際、図８、図９に示すごとく、水分７が矢印Ｗの経路を通って内側カバー９４１と外側カバー９４２との間に浸入する場合がある。この場合、図９に示すごとく、特に加締め部９４３周辺における内側カバー９４１と外側カバー９４２との間の隙間部９６に水分７が溜まるおそれがある。これにより、上記隙間部９６に隣接する内側カバー９４１や外側カバー９４２の表面（図９の符号８の部分）に隙間腐食が発生するおそれがある。即ち、上記隙間部９６に水分が溜まったとき、上記隙間部９６と上記符号８部分との間において酸素濃度の濃淡が発生し、これに起因して金属イオンの溶出が促進されるという隙間腐食が発生する。

特開平１０−１００８２号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、内側カバーと外側カバーとの間における隙間腐食の発生を防ぐことができるガスセンサを提供しようとするものである。

第１の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持するハウジングと、該ハウジングの基端側に配設された大気側カバーとを有するガスセンサにおいて、
上記大気側カバーは、上記ハウジングの基端部に固定される内側カバーと、該内側カバーの基端側を外側から覆った状態で配設される外側カバーとを有すると共に、大気を上記大気側カバーの内側に導入するための通気部を有し、
かつ、該通気部よりも先端側において上記外側カバーと上記内側カバーとを部分的に加締める部分加締め部と、該部分加締め部の間に形成されその先端側において外部と連通する空間部とを有することを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記大気側カバーは、上記外側カバーと上記内側カバーとを部分的に加締める部分加締め部と、該部分加締め部の間に形成されその先端側において外部と連通する空間部とを有する。即ち、上記通気部よりも先端側においては、上記大気側カバーは、全周にわたって加締められておらず、又、上記部分加締め部の周方向の両脇に外部への水抜き経路としての機能を有する空間部を有する。

これにより、上記通気部から、水分が上記内側カバーと上記外側カバーとの間に浸入したとしても、水分を上記空間部から外部へと容易に排出することができる。それ故、上記部分加締め部周辺における上記内側カバーと上記外側カバーとの間の隙間部に水分が溜まることを防ぐことができ、その結果、上記内側カバーと上記外側カバーとの間において隙間腐食が発生することを防ぐことができる。

以上のごとく、内側カバーと外側カバーとの間における隙間腐食の発生を防ぐことができるガスセンサを提供することができる。

第２の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持するハウジングと、該ハウジングの基端側に配設された大気側カバーとを有するガスセンサにおいて、
上記大気側カバーは、上記ハウジングの基端部に固定される内側カバーと、該内側カバーの基端側を外側から覆った状態で配設される外側カバーとを有すると共に、大気を上記大気側カバーの内側に導入するための通気部を有し、
かつ、該通気部よりも先端側において上記外側カバーと上記内側カバーとを全周にわたって加締める全周加締め部を有し、
上記外側カバーは、上記全周加締め部の基端部に外部と連通する孔部を有することを特徴とするガスセンサにある（請求項２）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記外側カバーは、上記全周加締め部の基端部に外部と連通する孔部を有する。これにより、上記通気部から、水分が上記内側カバーと上記外側カバーとの間に浸入したとしても、水分を上記孔部から外部へと容易に排出することができる。それ故、上記全周加締め部周辺における上記内側カバーと上記外側カバーとの間の隙間部に水分が溜まることを防ぐことができ、その結果、上記内側カバーと上記外側カバーとの間において隙間腐食が発生することを防ぐことができる。

上記第１の発明（請求項１）及び上記第２の発明（請求項２）において、上記ガスセンサとして、例えば、Ｏ₂センサ、Ａ／Ｆセンサ、ＮＯｘセンサ等がある。
尚、本明細書において、内燃機関等の排気管内に挿入する側を先端側、その反対側を基端側として説明する。

また、上記第２の発明（請求項２）において、上記孔部は、上記全周加締め部の基端部より更に基端側の上記外側カバーにも連続して形成されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記全周加締め部周辺における上記内側カバーと上記外側カバーとの間の隙間部へと浸入してきた水分を、上記孔部から外部へと容易かつ充分に排出することができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるガスセンサにつき、図１〜図３を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図１に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子２と、該センサ素子２を挿通保持するハウジング３と、該ハウジング３の基端側に配設された大気側カバー４とを有する。

該大気側カバー４は、図１〜図３に示すごとく、ハウジング３の基端部に固定される内側カバー４１と、該内側カバー４１の基端側を外側から覆った状態で配設される外側カバー４２とを有する。
また、大気側カバー４は、大気を大気側カバー４の内側に導入するための通気部５を有する。
更に、大気側カバー４は、図１、図３に示すごとく、通気部５よりも先端側において外側カバー４２と内側カバー４１とを部分的に加締める部分加締め部４３と、該部分加締め部４３の間に形成されその先端側において外部と連通する空間部４４とを有する。

以下に、本例のガスセンサ１を詳細に説明する。
センサ素子２は、図１に示すごとく、有底筒状のコップ型センサ素子である。
ハウジング３は、先端側の外周部に取付け用ネジ部３１を有する。そして、該取付け用ネジ部３１が排気管内に螺合されることによりガスセンサ１が自動車エンジン等の排気系に取り付けられる（図示略）。このとき、ガスセンサ１は、先端部が下側、基端部が上側を向いている。

上記外側カバー４２の基端側には、図１に示すごとく、大気を外側カバー４２の内側に導入するための空気導入口４２５が形成されている。
上記内側カバー４１は、先端側に形成される大径部４１１と、基端側に形成される小径部４１２と、該小径部４１２において空気導入口４２５に対向するように設けられた空気連通口４１５とを有する。

大気側カバー４は、図１、図２に示すごとく、内側カバー４１の空気連通口４１５と、外側カバー４２の空気導入口４２５との間に通気フィルタ５０を有し、空気連通口４１５と空気導入口４２５と通気フィルタ５０とからなる通気部５を有している。

該通気部５よりも先端側の大気側カバー４は、図１、図３に示すごとく、外側カバー４２及び内側カバー４１の周方向の４箇所において部分的に加締められている。そして、部分加締め部４３及び空間部４４は、図３に示すごとく、周方向において、それぞれ略同等の大きさで等間隔に４個形成されている。

また、大気側カバー４の基端部には、図１に示すごとく、ゴムブッシュ１３が配設されている。該ゴムブッシュ１３は、センサ素子２と電気的に接続されるリード線１２を内側に保持しており、大気側カバー４（内側カバー４１及び外側カバー４２）によって径方向内側に向かって加締め固定されている。これにより、ガスセンサ１の基端部における防水が確保されている。

以下に、本例のガスセンサ１における水分の排出経路につき説明する。
ガスセンサ１の内部へと大気を導入するために設けられた通気部５から、例えば、走行時や洗車時の被水等による水分が、図１の矢印Ｗに示すごとく、内側カバー４１と外側カバー４２との間に浸入する。その後、水分は、ガスセンサ１の先端側、即ち、下側に向かって移動し、図２に示すごとく、部分加締め部４３周辺における内側カバー４１と外側カバー４２との間の隙間部６へと到達する。

本例においては、外側カバー４２の先端側は、図１〜図３に示すごとく、全周にわたって加締められているわけではなく、部分加締め部４３において部分的に加締められている。そして、図３に示すごとく、隣り合う部分加締め部４３の間には空間部４４が形成されているため、水分は、空間部４４の方へと流れていく。その後、水分は、そのまま下側へ向かって移動し、外部へと排出される。

次に、本例の作用効果につき説明する。
大気側カバー４は、図１〜図３に示すごとく、外側カバー４２と内側カバー４１とを部分的に加締める部分加締め部４３と、該部分加締め部４３の間に形成されその先端側において外部と連通する空間部４４とを有する。即ち、通気部５よりも先端側においては、大気側カバー４は、全周にわたって加締められておらず、又、部分加締め部４３の周方向の両脇に外部への水抜き経路としての機能を有する空間部４４を有する。

これにより、図１〜図３に示すごとく、通気部５から、例えば、内側カバー４１と外側カバー４２との間に水分が浸入したとしても、水分を空間部４４から外部へと容易に排出することができる。それ故、部分加締め部４３周辺における内側カバー４１と外側カバー４２との間の隙間部６に水分が溜まることを防ぐことができ、その結果、内側カバー４１と外側カバー４２との間において隙間腐食が発生することを防ぐことができる。

以上のごとく、本例によれば、内側カバーと外側カバーとの間における隙間腐食の発生を防ぐことができるガスセンサを提供することができる。

尚、本発明におけるガスセンサ１の構成は、上記実施例１の構成に限られるものではない。即ち、例えば、部分加締め部４３の形成個数は４個に限られず、１個以上形成すれば本発明の作用効果を発揮することができる。また、センサ素子２はコップ型センサ素子に限られず、積層型センサ素子とすることもできる。

（実施例２）
本例は、図４〜図６に示すごとく、大気側カバー４が、大気を内側に導入するための通気部５よりも先端側において外側カバー４２と内側カバー４１とを全周にわたって加締める全周加締め部４５を有するガスセンサ１の例である。
そして、外側カバー４２は、同図に示すごとく、全周加締め部４５の基端部に外部と連通する孔部４２１を有する。本例においては、該孔部４２１は、周方向において複数個形成してあるが、１個以上形成すれば、本発明の作用効果を発揮することができる。

また、孔部４２１は、図４〜図６に示すごとく、全周加締め部４５の基端部より更に基端側の外側カバー４２にも連続して形成されている。
尚、本例において、全周加締め部４５とは、内側カバー４１と外側カバー４２とに径方向内側に向かう加締め力が加わることにより両者が実質的に当接している部分（図５における符号Ｒの範囲）をいい、この範囲Ｒの基端部が全周加締め部４５の基端部となる。

大気に含まれる水分は、図４の矢印Ｗに示すごとく、外側カバー４２に形成された空気導入口４２５から内側カバー４１と外側カバー４２との間に浸入し、先端側、即ち、下側に向かって移動する。そして、水分は、図５に示すごとく、全周加締め部４５周辺における内側カバー４１と外側カバー４２との間の隙間部６へと到達する。その後、水分は、外側カバー４２に設けられた孔部４２１へと向かい、該孔部４２１からガスセンサ１の外部へと排出される。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合にも、上記隙間部６に水分が溜まることを充分に防ぐことができるため、内側カバー４１と外側カバー４２との間における隙間腐食の発生を充分に防ぐことができるガスセンサ１を提供することができる。

（実験例）
本例は、図７に示すごとく、従来のガスセンサと本発明のガスセンサとについて下記の腐食試験を行った後、大気側カバーにおける隙間腐食の発生の有無を調べた例である。
上記腐食試験は、以下のように行った。即ち、試料として作製したガスセンサを、取付け用ネジ部（図１における符号３１参照）における締め付けにより加熱管に取り付ける。そして、取付け用ネジ部が３００℃となるように１８分間加熱する。その後、加熱管に取り付けた状態で上記ガスセンサの外側の露出部全体に５重量％濃度の塩水を２分間散水する。これを１サイクルとして、この加熱−散水サイクルを複数回繰り返す。

試料１として従来のガスセンサを４個作製し、試料２として本発明のガスセンサを１６個作製した。即ち、該１６個の試料２は、３００サイクルの腐食試験を行うもの、６００サイクルの腐食試験を行うもの、９００サイクルの腐食試験を行うもの、１２００サイクルの腐食試験を行うものとして、それぞれ４個ずつ作製した。
また、上記試料の大気側カバーは、いずれもステンレス鋼製（ＳＵＳ３０４）とした。

そして、それぞれのサンプルについて所定のサイクル数の腐食試験を行った後、上記試料の大気側カバーを解体して、観察部分の表面の付着物を除去した後、拡大鏡観察によって目視チェックを行うことにより、腐食判定を行った。
尚、本例においては、上記観察部分に亀裂が認められる場合に隙間腐食が発生したものとみなすこととした。これは、上記内側カバーと上記外側カバーとの間に隙間腐食が発生すると、その表面が黒色化するが、判定の仕方によってはその黒色化が付着物によるものか隙間腐食によるものかにバラツキが生じるおそれがあるためである。そこで、隙間腐食に起因して発生する亀裂が上記表面に確認された状態をもって、隙間腐食が発生したと判定することとした。

測定結果を図７に示す。同図からわかるように、試料１については、上記腐食試験を３００サイクル（１００時間）行った時点で、４個のサンプル全てにおいて亀裂が発生している。また、試料２については、上記腐食試験を３００サイクル（１００時間）〜９００サイクル（３００時間）行った時点においてはいずれのサンプルにも亀裂が発生しておらず、１２００サイクル（４００時間）行った時点において４個中２個のサンプルに亀裂が発生している。
以上により、本発明の構成を適用すれば、内側カバーと外側カバーとにおける隙間腐食の発生、ひいては、亀裂の発生をも充分に防ぐことができることがわかる。

実施例１における、ガスセンサの断面説明図。図１における破線Ｂ部分の拡大説明図。図１におけるＡ−Ａ線断面説明図。実施例２における、ガスセンサの断面説明図。図４における破線Ｃ部分の拡大説明図。実施例２における、外側カバーの先端側の全周加締め部の側面図。実験例における、測定結果を示すプロット図。従来例における、ガスセンサの基端側の断面説明図。図８における破線Ｄ部分の拡大説明図。

符号の説明

１ガスセンサ
２センサ素子
３ハウジング
４大気側カバー
４１内側カバー
４２外側カバー
４３部分加締め部
４４空間部
５通気部

Claims

被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持するハウジングと、該ハウジングの基端側に配設された大気側カバーとを有するガスセンサにおいて、
上記大気側カバーは、上記ハウジングの基端部に固定される内側カバーと、該内側カバーの基端側を外側から覆った状態で配設される外側カバーとを有すると共に、大気を上記大気側カバーの内側に導入するための通気部を有し、
かつ、該通気部よりも先端側において上記外側カバーと上記内側カバーとを部分的に加締める部分加締め部と、該部分加締め部の間に形成されその先端側において外部と連通する空間部とを有することを特徴とするガスセンサ。
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持するハウジングと、該ハウジングの基端側に配設された大気側カバーとを有するガスセンサにおいて、
上記大気側カバーは、上記ハウジングの基端部に固定される内側カバーと、該内側カバーの基端側を外側から覆った状態で配設される外側カバーとを有すると共に、大気を上記大気側カバーの内側に導入するための通気部を有し、
かつ、該通気部よりも先端側において上記外側カバーと上記内側カバーとを全周にわたって加締める全周加締め部を有し、
上記外側カバーは、上記全周加締め部の基端部に外部と連通する孔部を有することを特徴とするガスセンサ。
請求項２において、上記孔部は、上記全周加締め部の基端部より更に基端側の上記外側カバーにも連続して形成されていることを特徴とするガスセンサ。