JP2008046102A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 被測定ガス流路内に支持され、特定ガス成分濃度を検出するガスセンサ素子11の被測定ガスに晒される部分を包囲する有底円筒状で径の異なる内筒12および外筒13を同心円状に配した二重以上の筒構造となしたガスセンサであって、内筒12と外筒13との間に側面間隙200を形成し、内筒12側面上部122に内筒12外部から内部へ上向き開口方向で内筒側面開口部123を設け、内筒12の底面中央125に内筒底面開口部126を設け、外筒13側面上部に側面間隙200に被測定ガスを導入する外筒側面開口部132を複数設け、外筒底面134を内筒底面125より下方に配置し、内筒
底面134と外筒底面125との間に底部間隙201を形成し、外筒底面134外周部には、内筒底面開口部126よりも外側に位置する外筒底面開口部133を複数設けた。
【選択図】 図1
Description
このようなガスセンサは、一般に排ガス流路壁に固定されたハウジング内に挿通配置されるガスセンサ素子を有し、排ガス流路内に突出する上記ガスセンサ素子の先端部は、上記ハウジングに固定されるカバー体によって覆われ、排ガスから保護されている。
そのため、上記水滴がガスセンサ内に浸入しガスセンサ素子に付着すると熱衝撃によりガスセンサ素子に被水割れを生じる虞がある。
従って、ガスセンサのカバー体にはガスセンサ素子の耐被水性と高い応答性という二律背反する特性が要求される。
外筒底面に設けられた外筒底面開口部と内筒底面に設けられた内筒底面開口部とが同心に設けられており、内筒底面開口部が排ガス中に露出している。
図12において、ガスセンサ1bはガスセンサ素子11と二重円筒構造のカバー体とを備える。
上記カバー体は外筒13b側面に外筒側面開口部132を設けると共に、これより先端側の位置で内筒12側面に内筒側面開口部123を設け、内筒12、外筒13bの底面125、135にそれぞれ底部開口126、133bを設けてなる。
排ガス中の水滴は、外筒先端側に設けた縮径部124の内壁に沿って下降し、上記外筒底面開口133bから排出される。
また、内容積が小さくなるのでガス交換が早くなり応答性が向上する。
上記外筒底面開口部が2個以下では取付の方向性を特定する必要があり、実用上不便であることに加え、被測定ガスの導入、導出が困難となり応答性が低下する。また。7個以上では、水滴の浸入機会が増すために本発明の効果が低下するばかりでなく、流速がかえって遅くなるため応答性が低下する。
上記外筒底面開口部が直径1.0mmより小さい場合では被測定ガスの導入導出が困難になり、応答性が低下し、直径2.0mmより大きい場合では被測定ガス中に含まれる水滴の浸入が容易となり、本発明の効果が低下する。
上記外筒底面開口部の穿設位置が直径6.0mmの円より内側となる場合には、上記内筒底面開口部と上記外筒底面開口部とが直接的に連通してしまい本発明の効果は得られない。
また、直径7.0mmの円より外側となる場合には、上記外筒の外径を大きくしなければならないため様々な設計変更を余儀なくされる。
上記底部間隙が1.0mmより小さい場合では被測定ガスの導入導出が困難になり、応答性が低下し、2.0mmより大きい場合では被測定ガス中に含まれる水滴の浸入が容易となり、本発明の効果が低下する。
上記カバー体は有底円筒状で径の異なる内筒12と外筒13とを同心円状に配した二重筒構造をしている。
図2は、本発明の第1の実施形態におけるカバー体の外観を示し、図2左図は内筒の斜視図で、図2中央図は外筒の斜視図で、図2右図は内筒と外筒とを組み合わせた斜視図である。
上記外筒13の側面上方には、上記外筒内周と上記内筒外周との間に形成された側面間隙200に被測定ガスを導入する、例えば直径3.0mmの円形の外筒側面開口部132が外周に渡って等間隔に6個穿設されている。
上記外筒底部135には、例えば直径1.0mmの円形の外筒底面開口部133が上記外筒の軸心と同心の直径7.0mmの円上に等間隔で4個穿設されている。
上記内筒12の側面上部には、上記フランジ部121を基端側とし、該基端側から先端側へ向けて径小となるテーパ部122を設け、上記テーパ部122には、被測定ガス中に含まれる水滴の浸入を回避しつつ被測定ガスのみを上記内筒11内に取り込むための内筒側面開口部123を上記外筒側面開口部132より先端側の位置に、上記内筒の外部から内部へ向かう開口方向が上向きの成分を有するように穿設されている。
上記内筒側面開口部123は、上記内筒の基端側上部の複数箇所を内側へ凹陥せしめた凹陥部を設け、該凹陥部に設けられたスリット状の開口となしてもよい。
上記内筒12と上記外筒13とを図2右図にあるように重ね合わせると上記内筒底面125と上記外筒底面134との間底部間隙201が形成される。
また、上記信号線110を覆うように絶縁部材17が設けられている。更に上記信号線112は絶縁部材18によって固着されている。
上記絶縁部材17、18はカバー19で覆われ、上記ハウジング14に固着されている。
図3から分かるように、上記被測定流体の上流側に位置する外筒側面開口部132から上記外筒13内に導入された被測定ガスは上記側面間隙200を通過し下方先端側へ向かって流れ、上記外筒底面開口部から排出される。
上記内筒先端テーパ部124により上記側面間隙200は先端に向かって広くなるので抵抗が小さくなり、基端側から先端側へ向けての流れが強くなる。 更に、上記外筒底面開口部133では上記外筒底面135の表面を流れる被測定ガスによって下流方向へ引っぱられるため上記外筒の内部から外側へ排出する流れが支配的となる。
従って、上記外筒底面開口部133からの水滴の浸入が阻止される。
更に、下流側に位置する上記外筒側面開口部132から上記外筒13内に導入された被測定ガスは上記側面間隙200を通過し下方先端側へ向かって流れ、上記外筒底面開口部から排出される。
これに引き込まれるように外筒側面開口部132から導入された被測定ガスの一部は上記内筒側面開口部122から上記内筒12内部へ導入される。
従って、被測定ガスが上記ガスセンサ素子11に接触すると共に上記内筒12内に速やかに導入、導出されるので上記ガスセンサ素子11の応答性が良くなる。
図4(A)に示すように、圧縮空気(流速12.6m/s)をヒータ3で加熱しながら、上記排ガス管8に見立てた気管4内に送る。この時気管4は水平面に対して45度の角度で設置されている。ポンプ2からは0.2ccずつ5ショットの水滴がガスセンサめがけて噴射される。該水滴は上記外筒側面開口部132または上記外筒底面開口部131から上記ガスセンサ内に浸入し、上記ガスセンサ素子11に付着する。 該水滴の付着痕を写真撮影し、これを二値化して水滴付着面積を求めて、耐被水性の評価試験とした。 本試験においては、被水し易いようにガスセンサを気管4に対して45度傾けて配設した。
図5に示すように本発明の第1の実施形態においては、上記外筒底面開口部133から浸入した水滴による被水面積も上記外筒側面開口部から浸入した水滴による被水面積も、ともに従来構造による比較例よりも大幅に低減され、本発明が被水を防止する効果の高いことが実証された。
なお、本発明の第1の実施形態と共通する部分については説明を省略する。
(a)は、外筒底面開口部を同心円上に3個形成した。
(b)は、本発明の第1の実施形態である。
(c)は、外筒底面開口部を同心円上に5個形成した。
(d)は、外筒底面開口部を同心円上に6個形成した。
外筒底面開口部の数を3個から6個まで変化させても、ステップ応答性はほとんど変わらない。
外筒底面開口部から浸入した水滴による被水面積は、外筒底面開口部の数が多くなると外筒底面開口から水滴の浸入確率が高くなるので被水面積が増加する。
従って、応答性を維持しつつ被水を生じがたくするためには外筒底面開口部の数は少ないほどよい。しかしながら外筒底面開口部が3個の場合、方向性が現れるので、実際の取付の作業性を考慮すると、外筒底面開口部は4個が望ましい。
しかしながら、外筒底面開口部の径が大きくなると、外筒底面開口部から水滴の浸入する確率は高くなるので被水面積は増加する。
一方、外筒底面開口部の径が大きくなると、外筒側面開口部から浸入した水滴が外筒底面開口部から排出されやすくなるので被水面積は減少する。 従って、より好ましくは外筒底面開口部径を1.0mmから2.0mmの間で加工性を考慮して選定するのがよい。
一方、外筒底面開口部位置については、6.0mmから7.0mmの範囲で変化させても、ステップ応答性、被水性ともにほとんど影響がない。
従って、6.0mmから7.0mmの範囲で任意に設定することができ、加工上の容易性を考慮すると7.0mmとするのが好ましい。
しかしながら、底部間隙が広くなると外筒底面開口部からの浸入した水滴が当該間隙の間を蒸発せずに自由に動くことが可能となり、被水面積が増加する。
また、底部間隙によって外筒側面開口部からの水滴の浸入による被水面積はほとんど影響を受けない。
従って、応答性と被水性の両者を考慮して1.0mm以上3.0mm以下の範囲で底部間隙を設定することができ、例えば底部間隙を2.0mmとするのが好ましい。
例えば、本実施形態において、ガスセンサ素子は積層型ガスセンサを使用した場合について説明したが、コップ型ガスセンサを使用した場合でも本発明は適用し得る。
11 ガスセンサ素子(濃度検出素子)
12 内筒(カバー体)
122 内筒上部(テーパ部)
123 内筒側面開口部
124 内筒先端テーパ部
125 内筒底面
126 内筒底面開口部
13 外筒(カバー体)
131 外筒フランジ部
132 外筒側面開口部
133 外筒底面開口部
134 外筒底面
14 ハウジング
200 側面間隙
201 底部間隙
Claims (9)
- 被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する濃度検出素子と、当該濃度検出素子を内側に挿通し、上記被測定ガス流路内に上記濃度検出素子を支持固定するハウジングと、上記濃度検出素子の被測定ガスに晒される部分を包囲する有底円筒状のカバー体とを有するガスセンサであって、
上記カバー体を径の異なる内筒および外筒を同心円状に配した二重以上の筒構造となし、
上記内筒外周と上記外筒内周との間に側面間隙を形成し、
上記内筒側面上部には、内筒側面開口部を上記内筒の外部から内部へ向かう開口方向が上向きの成分を有するように設け、上記内筒の底面中央には、内筒底面開口部を設け、
上記外筒側面上部には、上記側面間隙に上記被測定ガスを導入する側面開口を複数設け、
上記外筒底面を上記内筒底面より下方に配置し、上記内筒底面と上記外筒底面との間に底部間隙を形成し、
上記外筒の底面外周部には、上記内筒底面開口部よりも外側に位置する外筒底面開口部を複数設けたことを特徴とするガスセンサ。 - 上記内筒の先端部を先端側に向けて径小となるテーパ状となした請求項1に記載のガスセンサ。
- 上記内筒の上部に下方に向かって径小となるテーパ部を設け、あるいは上記内筒の上部側面の複数箇所を内側へ凹陥せしめた凹陥部を設け、上記内筒側面開口部を、該テーパ部または該凹陥部に設けられたスリット状の開口となした請求項1または2に記載のガスセンサ。
- 上記外筒の先端部を下方に向かって径小となるテーパ状となした請求項1ないし3のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 上記外筒底面開口部を、3個以上6個以下の開口を上記外筒の軸心と同心の円上に等間隔に配設した請求項1ないし4のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 上記外筒底面開口部を、上記内筒先端部のテーパ面の延長線と上記外筒底面との交差円よりも上記外筒底面径方向の外側に位置する範囲に穿設した請求項1ないし5のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 上記外筒底面開口部を、直径1.0mm以上2.0mm以下の円形に設けた請求項1ないし6のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 上記外筒底面開口部を、上記外筒の軸心と同心で直径6.0mm以上7.0mm以下の円上に配置した請求項1ないし7のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 上記内筒底面と上記外筒底面との間に形成される上記底部間隙を1.0mm以上3.0mm以下に設定した請求項1ないし8のいずれか1項に記載のガスセンサ。
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