JP2008268148A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関から排出される排気ガス中や、内燃機関の汚染物質排出の削減のために、排ガスを再循環させる吸気再循環ガスに晒される検出素子を被水から保護するプロテクタを備えたガスセンサに関するものである。 The present invention includes a protector that protects a detection element that is exposed to intake recirculation gas that recirculates exhaust gas from exhaust water in order to reduce exhaust gas discharged from the internal combustion engine and pollutant emissions of the internal combustion engine. The present invention relates to a gas sensor.
従来、自動車などの排気ガス中の特定ガス、例えばＮＯｘ（窒素酸化物）や酸素などの濃度に応じ、大きさの異なる起電力が生じたり、抵抗値が変化したりする検出素子を備えたガスセンサが知られている。このガスセンサは自動車の排気管等の気体通路に取り付けられて使用されるが、検出素子が高温の排気ガス中に晒されることとなるため、排気ガスに含まれる水分の付着（被水）により検出素子が熱衝撃を受けると、クラックや割れが生ずる虞がある。そこでガスセンサには検出素子を覆うプロテクタが装着され、検出素子を被水から保護している（例えば特許文献１参照）。 Conventionally, a gas sensor provided with a detection element that generates electromotive force of different magnitude or changes its resistance value according to the concentration of a specific gas, such as NOx (nitrogen oxide) or oxygen, in an exhaust gas of an automobile or the like It has been known. This gas sensor is used by being attached to a gas passage such as an exhaust pipe of an automobile. However, since the detection element is exposed to high-temperature exhaust gas, it is detected by adhesion of moisture contained in the exhaust gas (water exposure). When the element is subjected to a thermal shock, there is a risk of cracking or cracking. Therefore, a protector that covers the detection element is attached to the gas sensor to protect the detection element from being exposed to water (for example, see Patent Document 1).
また、近年、内燃機関から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を減少させる目的で、排ガスを再度吸気システムに導入させる技術（以下、排ガス再循環またはＥＧＲシステムという）が知られている（例えば特許文献２を参照）。このようなＥＧＲシステムの排気ガスと吸気ガスとが混ざり合った吸気再循環ガスが流れる通気管においてもガスセンサが取り付けられることがあるが、このガスセンサにおいても検出素子の被水に対する保護のため、プロテクタが取り付けられる。 In recent years, a technique for introducing exhaust gas into the intake system again (hereinafter referred to as exhaust gas recirculation or EGR system) for the purpose of reducing nitrogen oxide (NOx) discharged from the internal combustion engine is known (for example, a patent). Reference 2). In some cases, a gas sensor is also attached to a vent pipe through which an intake recirculation gas in which exhaust gas and intake gas of EGR system are mixed. In this gas sensor, a protector is provided to protect the detection element from being exposed to water. Is attached.
そして、特許文献１、特許文献２のガスセンサにおいては、検出素子の全周を覆うように１つのプロテクタが設けられ、検出素子を被水から保護している。その一方、検出素子の検出部に排気ガスや吸気再循環ガスを晒すために、プロテクタには、全周にわたって排気ガスや吸気再循環ガスをプロテクタの外部から内部に挿通するための挿通孔が設けられている。
しかしながら、特許文献１や特許文献２のようにプロテクタの全周にわたって均一に挿通孔を設けると、気体通路の上流側に配置された挿通孔を排気ガスや吸気再循環ガスが通過することになる。その際、排気ガスや吸気再循環ガスに含まれる水分や油分が挿通孔を通過して検出素子に付着し、検出素子にクラックや割れが生じる虞がある。また、排気ガスや吸気再循環ガス中に含まれる煤が挿通孔を通過し、検出素子に付着する虞がある。検出素子に煤が堆積すると、検出素子の外表面に形成された多孔質層が煤による目詰まりを起こしてしまい、ガスセンサの検出精度が低下する虞がある。 However, when the through holes are provided uniformly over the entire circumference of the protector as in Patent Document 1 and Patent Document 2, the exhaust gas and the intake recirculation gas pass through the through holes arranged on the upstream side of the gas passage. . At that time, moisture or oil contained in the exhaust gas or the intake air recirculation gas may pass through the insertion hole and adhere to the detection element, and the detection element may be cracked or broken. In addition, soot contained in the exhaust gas or the intake air recirculation gas may pass through the insertion hole and adhere to the detection element. If soot accumulates on the detection element, the porous layer formed on the outer surface of the detection element may be clogged with soot, which may reduce the detection accuracy of the gas sensor.
また、ガスセンサの検出素子は、２８０℃以上となるとガス検出特性を得ることができる。そのため、通常、検出素子の近傍や検出素子と一体化して加熱装置（特にヒータ）が配置される。ところで、プロテクタの孔径や形状によっては、加熱された検出素子に対して温度が低い排気ガスや吸気再循環ガスが晒されることになり、検出素子が熱を奪われ、検出素子のガス検出特性を得られない虞がある。 Further, when the detection element of the gas sensor is 280 ° C. or higher, gas detection characteristics can be obtained. Therefore, usually, a heating device (particularly a heater) is arranged in the vicinity of the detection element or integrated with the detection element. By the way, depending on the hole diameter and shape of the protector, the exhaust gas or the intake air recirculation gas having a low temperature is exposed to the heated detection element, and the detection element is deprived of heat, and the detection element has a gas detection characteristic. There is a possibility that it cannot be obtained.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、検出素子を被水から効果的に保護することができるプロテクタを備えたガスセンサを提供することを目的とする。また、本発明は、検出素子が低い温度の排気ガスや吸気再循環ガスに熱を奪われにくいプロテクタを備えたガスセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a gas sensor including a protector that can effectively protect a detection element from being exposed to water. Another object of the present invention is to provide a gas sensor having a protector in which the detection element is not easily deprived of heat by low-temperature exhaust gas or intake recirculation gas.
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のガスセンサは、軸線方向に延びる板状をなし、自身の先端側に被検出ガス中の特定ガス成分を検出するための検出部を有する検出素子と、前記検出部を自身の先端から突出させた状態で、前記検出素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、自身の内部に前記検出素子の前記検出部を収容した状態で、自身の基端部が前記ハウジングの先端部に固定されると共に、自身の内部に被検出ガスを導入するための導入孔が外周面に設けられたプロテクタと、を備え、気体通路中に配置されるガスセンサにおいて、
前記プロテクタは、前記検出素子よりも前記気体通路の上流側に形成された導入孔の開口面積の合計よりも前記検出素子よりも前記気体通路の下流側に形成された導入孔の開口面積の合計が大きいことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a gas sensor according to a first aspect of the present invention has a plate-like shape extending in the axial direction, and has a detection unit for detecting a specific gas component in a gas to be detected on its tip side. An element, a housing surrounding the detection element in a radial direction with the detection unit protruding from the tip of the element, and a base end of the detection element in a state in which the detection unit of the detection element is accommodated inside the element A gas sensor provided with a protector provided with an introduction hole for introducing a gas to be detected in the interior of the housing, and having a portion fixed to the distal end of the housing,
The protector has a total opening area of introduction holes formed on the downstream side of the gas passage relative to the detection element rather than a total opening area of introduction holes formed on the upstream side of the gas passage relative to the detection element. Is large.
また、請求項２に係る発明のガスセンサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記検出素子よりも前記気体通路の下流側に形成されたぞれぞれの導入孔の面積が、前記検出素子よりも前記気体通路の上流側に形成されたそれぞれの導入孔の面積よりも大きいことを特徴とする。 Further, in the gas sensor of the invention according to claim 2, in addition to the configuration of the invention of claim 1, the area of each introduction hole formed on the downstream side of the gas passage from the detection element, It is larger than the area of each introduction hole formed in the upstream of the gas passage rather than the detection element.
さらに、請求項３に係る発明のガスセンサは、請求項１または２記載の発明の構成に加え、前記検出素子よりも前記気体通路の下流側に形成された導入孔の個数が、前記検出素子よりも前記気体通路の上流側に形成されたそれぞれの導入孔の個数よりも多いことを特徴とする。 Furthermore, the gas sensor of the invention according to claim 3 has the structure of the invention according to claim 1 or 2, wherein the number of introduction holes formed on the downstream side of the gas passage from the detection element is greater than that of the detection element. Is more than the number of introduction holes formed on the upstream side of the gas passage.
さらに、請求項４に係る発明のガスセンサは、請求項１乃至３の何れか一項に記載の発明の構成に加え、前記気体通路には、内燃機関に送られる吸気ガスが流れることを特徴とする。 Furthermore, the gas sensor of the invention according to claim 4 is characterized in that in addition to the configuration of the invention according to any one of claims 1 to 3, intake gas sent to the internal combustion engine flows in the gas passage. To do.
さらに、請求項５に係る発明のガスセンサは、請求項１乃至４の何れか一項に記載の発明の構成に加え、前記気体通路は、内燃機関から排出された排気ガスが再度、内燃機関に送られるための循環路であることを特徴とする。 Furthermore, the gas sensor according to a fifth aspect of the present invention is the gas sensor according to any one of the first to fourth aspects, in which the exhaust gas exhausted from the internal combustion engine is supplied again to the internal combustion engine. It is a circulation path for being sent.
請求項１に係る発明のガスセンサでは、検出素子よりも気体通路の上流側に形成された導入孔の開口面積の合計を検出素子よりも気体通路の下流側に形成された導入孔の開口面積の合計に比べて小さくする。これにより、上流側から流れてくる排気ガスや吸気再循環ガスが直接検出素子に晒されることを抑制することができる。よって、排気ガスや吸気再循環ガスに含まれる水分や油分が検出素子に付着することを抑制でき、検出素子にクラックや割れが生じることを抑制できる。さらに、排気ガスや吸気再循環ガス中に含まれる煤においても直接検出素子に付着することを抑制でき、ガスセンサの検出精度が低下する事を抑制できる。 In the gas sensor according to the first aspect of the present invention, the sum of the opening areas of the introduction holes formed on the upstream side of the gas passage from the detection element is the sum of the opening areas of the introduction holes formed on the downstream side of the gas passage from the detection element. Make it smaller than the total. Thereby, it is possible to suppress the exhaust gas and the intake recirculation gas flowing from the upstream side from being directly exposed to the detection element. Therefore, it is possible to suppress moisture and oil contained in the exhaust gas and the intake air recirculation gas from adhering to the detection element, and it is possible to suppress occurrence of cracks and cracks in the detection element. Further, even the soot contained in the exhaust gas or the intake air recirculation gas can be prevented from directly adhering to the detection element, and the detection accuracy of the gas sensor can be prevented from being lowered.
それに対して、検出素子よりも気体通路の下流側に形成された導入孔の開口面積の合計を検出素子よりも気体通路の上流側に形成された導入孔の開口面積の合計に比べて大きくする。これにより、プロテクタ内のガス置換が早期に行われるようにすることができ、ガス検出精度が低下することを防止できる。 On the other hand, the total opening area of the introduction holes formed on the downstream side of the gas passage from the detection element is made larger than the total opening area of the introduction holes formed on the upstream side of the gas passage from the detection element. . Thereby, the gas replacement in a protector can be performed at an early stage, and it can prevent that a gas detection precision falls.
また、温度が低い排気ガスや吸気再循環ガスが直接検出素子に晒されにくくなり、検出素子が熱を奪われることを抑制し、検出素子のガス検出特性を十分に得ることができる。 Further, exhaust gas and intake recirculation gas having a low temperature are not easily exposed to the detection element, and the detection element can be prevented from taking heat, and the gas detection characteristics of the detection element can be sufficiently obtained.
なお、導入孔の開口面積は、プロテクタを所定の平面上に投影させたときの導入孔に対応する開口の面積のことを指す。つまり、導入孔の開口面積の合計は、プロテクタを所定の平面上に投影させたときの全ての導入孔における開口の面積の合計のことを指す。 In addition, the opening area of an introduction hole refers to the area of the opening corresponding to an introduction hole when a protector is projected on a predetermined plane. That is, the total opening area of the introduction holes refers to the total area of the openings in all the introduction holes when the protector is projected onto a predetermined plane.
また、検出素子よりも気体通路の上流側に導入孔が形成されてなくてもよい。このとき、上流側から流れてくる排気ガスや吸気再循環ガスが直接検出素子に晒されることがない。よって、排気ガスや吸気再循環ガスに含まれる水分や油分が検出素子に付着することをより抑制でき、検出素子にクラックや割れが生じることをより抑制できる。さらに、排気ガスや吸気再循環ガス中に含まれる煤においても直接検出素子に付着することをより抑制でき、ガスセンサの検出精度が低下する事をより抑制できる。 Further, the introduction hole may not be formed on the upstream side of the gas passage from the detection element. At this time, exhaust gas and intake recirculation gas flowing from the upstream side are not directly exposed to the detection element. Therefore, it is possible to further suppress the moisture and oil contained in the exhaust gas and the intake air recirculation gas from adhering to the detection element, and to further suppress the occurrence of cracks and cracks in the detection element. Further, even the soot contained in the exhaust gas or the intake air recirculation gas can be further suppressed from adhering directly to the detection element, and the detection accuracy of the gas sensor can be further suppressed from decreasing.
さらに、検出素子よりも気体通路の下流側に形成されたぞれぞれの導入孔の面積が、検出素子よりも気体通路の上流側に形成されたそれぞれの導入孔の面積よりも大きいことが好ましい。これにより、上流側から流れてくる気体が直接検出素子に晒されることをより抑制することができる。よって、排気ガスや吸気再循環ガスに含まれる水分や油分が検出素子に付着することをより抑制でき、検出素子にクラックや割れが生じることをより抑制できる。さらに、排気ガスや吸気再循環ガス中に含まれる煤においても直接検出素子に付着することをより抑制でき、ガスセンサの検出精度が低下する事をより抑制できる。また、プロテクタ内のガス置換がより早期に行われるようにすることができ、ガス検出精度が低下することを防止できる。 Further, the area of each introduction hole formed on the downstream side of the gas passage from the detection element is larger than the area of each introduction hole formed on the upstream side of the gas passage from the detection element. preferable. Thereby, it can suppress more that the gas which flows from an upstream is exposed to a detection element directly. Therefore, it is possible to further suppress the moisture and oil contained in the exhaust gas and the intake air recirculation gas from adhering to the detection element, and to further suppress the occurrence of cracks and cracks in the detection element. Further, even the soot contained in the exhaust gas or the intake air recirculation gas can be further suppressed from adhering directly to the detection element, and the detection accuracy of the gas sensor can be further suppressed from decreasing. Moreover, the gas replacement in the protector can be performed earlier, and the gas detection accuracy can be prevented from being lowered.
さらに、検出素子よりも気体通路の下流側に形成された導入孔の個数が、検出素子よりも気体通路の上流側に形成されたそれぞれの導入孔の個数よりも多いことが好ましい。これにより、上流側から流れてくる気体が直接検出素子に晒されることをより抑制することができる。よって、排気ガスや吸気再循環ガスに含まれる水分や油分が検出素子に付着することをより抑制でき、検出素子にクラックや割れが生じることをより抑制できる。さらに、排気ガスや吸気再循環ガス中に含まれる煤においても直接検出素子に付着することをより抑制でき、ガスセンサの検出精度が低下する事をより抑制できる。また、プロテクタ内のガス置換がより早期に行われるようにすることができ、ガス検出精度が低下することを防止できる。 Furthermore, it is preferable that the number of introduction holes formed on the downstream side of the gas passage with respect to the detection element is larger than the number of introduction holes formed on the upstream side of the gas passage with respect to the detection element. Thereby, it can suppress more that the gas which flows from an upstream is exposed to a detection element directly. Therefore, it is possible to further suppress the moisture and oil contained in the exhaust gas and the intake air recirculation gas from adhering to the detection element, and to further suppress the occurrence of cracks and cracks in the detection element. Further, even the soot contained in the exhaust gas or the intake air recirculation gas can be further suppressed from adhering directly to the detection element, and the detection accuracy of the gas sensor can be further suppressed from decreasing. Moreover, the gas replacement in the protector can be performed earlier, and the gas detection accuracy can be prevented from being lowered.
さらに、気体通路が、内燃機関に送られる吸気ガスが流れるための通路であったり、内燃機関から排出された排気ガスが再度、内燃機関に送られるための循環路であることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the gas passage is a passage through which intake gas sent to the internal combustion engine flows, or a circulation passage through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine is sent to the internal combustion engine again.
以下、本発明を具体化したガスセンサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、一例としてのガスセンサ１の構造について、図１を参照して説明する。図１は、ガスセンサ１の部分断面図である。なお、図１において、ガスセンサ１の軸線Ｏ方向（１点鎖線で示す。）を上下方向として図示し、内部に保持するセンサ素子１０の検出部１１側をガスセンサ１の先端側、後端部１２側をガスセンサ１の後端側として説明する。 Hereinafter, an embodiment of a gas sensor embodying the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure of the gas sensor 1 as an example will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the gas sensor 1. In FIG. 1, the axis O direction (indicated by a one-dot chain line) of the gas sensor 1 is shown as the vertical direction, and the detection unit 11 side of the sensor element 10 held inside is the front end side and the rear end portion 12 of the gas sensor 1. The side will be described as the rear end side of the gas sensor 1.
図１に示すガスセンサ１は、自動車の排気管や通気管（図示外）に取り付けられ、内部に保持するセンサ素子１０の検出部１１が排気管や通気管内を流通する排気ガスや吸気再循環ガス中に晒されて、その排気ガスや吸気再循環ガス中の酸素濃度から排気ガスの空燃比を検出する、いわゆる全領域空燃比センサである。なお、本実施形態の排気管や通気管が特許請求の範囲の「気体流路」に相当する。 A gas sensor 1 shown in FIG. 1 is attached to an exhaust pipe or a vent pipe (not shown) of an automobile, and an exhaust gas or an intake recirculation gas in which a detection unit 11 of a sensor element 10 held therein circulates in the exhaust pipe or the vent pipe. It is a so-called full-range air-fuel ratio sensor that is exposed to the inside and detects the air-fuel ratio of the exhaust gas from the oxygen concentration in the exhaust gas and the intake recirculation gas. In addition, the exhaust pipe and the vent pipe of the present embodiment correspond to the “gas channel” in the claims.
センサ素子１０は公知にあるような軸線Ｏ方向に延びる短冊状をなし、酸素濃度の検出を行うガス検出体と、そのガス検出体を早期活性化させるために加熱を行うヒータ体とが互いに貼り合わされ、略角柱状をなす積層体として一体化されたものである。ガス検出体はジルコニアを主体とする固体電解質体と白金を主体とする検出電極と（共に図示しない）から構成され、その検出電極は、センサ素子１０の先端側の検出部１１に配置されている。さらに、この検出部１１に排気ガスや吸気再循環ガスを晒すためのガス導入部１７が設けられている。そして、検出電極を排気ガスや吸気再循環ガスによる被毒から保護するため、センサ素子１０の検出部１１には、その外周面を包むように保護層１５が形成されている。また、センサ素子１０の後端側の後端部１２には、ガス検出体やヒータ体から電極を取り出すための５つの電極パッド１６（図１ではそのうちの１つを図示している。）が形成されている。なお、本実施の形態ではセンサ素子１０を本発明における「検出素子」として説明を行うが、厳密には、検出素子の構成としてヒータ体は必ずしも必要ではなく、ガス検出体が本発明の「検出素子」に相当する。 The sensor element 10 has a strip shape extending in the direction of the axis O as is well known, and a gas detector for detecting the oxygen concentration and a heater body for heating in order to activate the gas detector early are attached to each other. It is integrated as a laminated body having a substantially prismatic shape. The gas detector is composed of a solid electrolyte body mainly composed of zirconia and a detection electrode mainly composed of platinum (both not shown), and the detection electrode is arranged in the detection section 11 on the tip side of the sensor element 10. . Further, a gas introduction unit 17 for exposing the exhaust gas and the intake air recirculation gas to the detection unit 11 is provided. And in order to protect a detection electrode from the poisoning by exhaust gas or intake air recirculation gas, the protective layer 15 is formed in the detection part 11 of the sensor element 10 so that the outer peripheral surface may be wrapped. Further, five electrode pads 16 (one of which is shown in FIG. 1) are provided on the rear end portion 12 on the rear end side of the sensor element 10 for taking out electrodes from the gas detection body and the heater body. Is formed. In the present embodiment, the sensor element 10 will be described as the “detection element” in the present invention. However, strictly speaking, the heater element is not necessarily required as the configuration of the detection element, and the gas detection element is the “detection element” of the present invention. It corresponds to “element”.
センサ素子１０の胴部１３の中央よりやや先端側には、有底筒状をなす金属製の金属カップ２０が、自身の内部にセンサ素子１０を挿通させ、その検出部１１を筒底の開口２５から突出させた状態で配置されている。金属カップ２０は主体金具５０内にセンサ素子１０を保持するための部材であり、筒底の縁部分の先端周縁部２３は外周面にかけてテーパ状に形成されている。金属カップ２０内には、アルミナ製のセラミックリング２１と滑石粉末を圧縮して固めた滑石リング２２とが、自身をセンサ素子１０に挿通させた状態で収容されている。滑石リング２２は金属カップ２０内で押し潰されて細部に充填されており、これにより、センサ素子１０が金属カップ２０内で位置決めされて保持されている。 A metal cup 20 having a bottomed cylindrical shape is inserted into the inside of the body 13 of the sensor element 10 slightly from the center of the body portion 13 of the sensor element 10, and the detection unit 11 is opened at the bottom of the cylinder. It is arranged in a state protruding from 25. The metal cup 20 is a member for holding the sensor element 10 in the metal shell 50, and the tip peripheral edge 23 of the edge portion of the cylinder bottom is formed in a taper shape toward the outer peripheral surface. In the metal cup 20, an alumina ceramic ring 21 and a talc ring 22 obtained by compressing and solidifying talc powder are accommodated in a state where the sensor element 10 is inserted. The talc ring 22 is crushed in the metal cup 20 so as to be filled in detail, whereby the sensor element 10 is positioned and held in the metal cup 20.
金属カップ２０と一体となったセンサ素子１０は、その周囲を筒状の主体金具５０に取り囲まれて保持されている。主体金具５０はガスセンサ１を自動車の排気管や通気管（図示外）に取り付け固定するためのものであり、ＳＵＳ４３０等の低炭素鋼からなり、外周先端側に排気管や通気管への取り付け用の雄ねじ部５１が形成されている。この雄ねじ部５１よりも先端側には、後述するプロテクタ１００が係合される先端係合部５６が形成されている。また、主体金具５０の外周中央には取り付け用の工具が係合する工具係合部５２が形成されており、その工具係合部５２の先端面と雄ねじ部５１の後端との間には、排気管や通気管に取り付けた際のガス抜けを防止するためのガスケット５５が嵌挿されている。更に、工具係合部５２の後端側には、後述する外筒３０が係合される後端係合部５７と、その後端側に、主体金具５０内にセンサ素子１０を加締め保持するための加締め部５３とが形成されている。なお、主体金具５０が、本発明における「ハウジング」に相当する。 The sensor element 10 integrated with the metal cup 20 is surrounded and held by a cylindrical metal shell 50. The metal shell 50 is for attaching and fixing the gas sensor 1 to an exhaust pipe or a vent pipe (not shown) of an automobile. The metal shell 50 is made of low carbon steel such as SUS430 and is attached to the exhaust pipe or the vent pipe at the outer peripheral tip side. The male screw portion 51 is formed. A distal end engaging portion 56 to which a protector 100 described later is engaged is formed on the distal end side of the male screw portion 51. In addition, a tool engaging portion 52 that engages a tool for attachment is formed at the center of the outer periphery of the metal shell 50, and between the front end surface of the tool engaging portion 52 and the rear end of the male screw portion 51. A gasket 55 is inserted to prevent gas escape when the exhaust pipe or the vent pipe is attached. Further, the rear end side of the tool engaging part 52 is engaged with a rear end engaging part 57 to be engaged with an outer cylinder 30 described later, and the sensor element 10 is caulked and held in the metal shell 50 on the rear end side. For this purpose, a caulking portion 53 is formed. The metal shell 50 corresponds to the “housing” in the present invention.
また、主体金具５０の内周で雄ねじ部５１付近には段部５４が形成されている。この段部５４には、センサ素子１０を保持する金属カップ２０の先端周縁部２３が係止されている。更に、主体金具５０の内周には滑石リング２６が、自身をセンサ素子１０に挿通させた状態で、金属カップ２０の後端側から装填されている。そして、滑石リング２６を後端側から押さえるように、筒状のスリーブ２７が主体金具５０内に嵌め込まれている。スリーブ２７の後端側外周には段状をなす肩部２８が形成されており、その肩部２８には、円環状の加締めパッキン２９が配置されている。この状態で主体金具５０の加締め部５３が、加締めパッキン２９を介してスリーブ２７の肩部２８を先端側に向けて押圧するように加締められている。スリーブ２７に押圧された滑石リング２６は主体金具５０内で押し潰されて細部にわたって充填され、この滑石リング２６と、金属カップ２０内にあらかじめ装填された滑石リング２２とによって、金属カップ２０およびセンサ素子１０が主体金具５０内で位置決め保持される。主体金具５０内の気密は加締め部５３とスリーブ２７の肩部２８との間に介在される加締めパッキン２９によって維持され、燃焼ガスの流出が防止される。 Further, a step portion 54 is formed in the vicinity of the male screw portion 51 on the inner periphery of the metal shell 50. The step 54 is engaged with the peripheral edge 23 of the tip of the metal cup 20 that holds the sensor element 10. Furthermore, a talc ring 26 is loaded on the inner periphery of the metal shell 50 from the rear end side of the metal cup 20 in a state where the talc ring 26 is inserted through the sensor element 10. A cylindrical sleeve 27 is fitted into the metal shell 50 so as to hold the talc ring 26 from the rear end side. A shoulder portion 28 having a step shape is formed on the outer periphery of the rear end side of the sleeve 27, and an annular caulking packing 29 is disposed on the shoulder portion 28. In this state, the crimping portion 53 of the metal shell 50 is crimped so as to press the shoulder portion 28 of the sleeve 27 toward the distal end side via the crimping packing 29. The talc ring 26 pressed against the sleeve 27 is crushed in the metal shell 50 and filled in details, and the talc ring 26 and the talc ring 22 preloaded in the metal cup 20 allow the metal cup 20 and the sensor to be filled. The element 10 is positioned and held in the metal shell 50. The airtightness in the metal shell 50 is maintained by the caulking packing 29 interposed between the caulking portion 53 and the shoulder portion 28 of the sleeve 27, and the outflow of combustion gas is prevented.
センサ素子１０は、その後端部１２が主体金具５０の後端（加締め部５３）よりも後方に突出されており、その後端部１２には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ６０が被せられている。セパレータ６０は、センサ素子１０の後端部１２に形成された５つの電極パッド１６とそれぞれ電気的に接続される５つの接続端子６１（図１ではそのうちの１つを図示している。）を内部に保持すると共に、それら各接続端子６１と、ガスセンサ１の外部に引き出される５本のリード線６５（図１ではそのうちの３本を図示している。）との各接続部分を収容して保護している。 The sensor element 10 has a rear end portion 12 protruding rearward from the rear end (caulking portion 53) of the metal shell 50, and the rear end portion 12 is covered with a cylindrical separator 60 made of insulating ceramics. It has been. The separator 60 has five connection terminals 61 (one of which is shown in FIG. 1) electrically connected to the five electrode pads 16 formed on the rear end portion 12 of the sensor element 10. While holding inside, each connection part of these connection terminals 61 and the five lead wires 65 (three of them are shown in FIG. 1) drawn out of the gas sensor 1 are accommodated. Protected.
そして、セパレータ６０が嵌められたセンサ素子１０の後端部１２の周囲を囲うように、筒状の外筒３０が配設されている。外筒３０はステンレス（例えばＳＵＳ３０４）製であり、主体金具５０の後端係合部５７の外周に自身の先端側の開口端３１が係合されている。その開口端３１は、外周側から加締められ、更に外周を一周してレーザ溶接が施されて後端係合部５７に接合されており、外筒３０と主体金具５０とが一体に固定されている。 And the cylindrical outer cylinder 30 is arrange | positioned so that the circumference | surroundings of the rear-end part 12 of the sensor element 10 with which the separator 60 was fitted may be enclosed. The outer cylinder 30 is made of stainless steel (for example, SUS304), and the opening end 31 on its front end side is engaged with the outer periphery of the rear end engaging portion 57 of the metal shell 50. The open end 31 is caulked from the outer peripheral side, and further laser-welded around the outer periphery and joined to the rear end engaging portion 57, and the outer cylinder 30 and the metal shell 50 are integrally fixed. ing.
また、外筒３０とセパレータ６０との間の間隙には、金属製で筒状の保持金具７０が配設されている。保持金具７０は自身の後端を内側に折り曲げて構成した支持部７１を有し、自身の内部に挿通されるセパレータ６０の後端側外周に鍔状に設けられた鍔部６２を支持部７１に係止させて、セパレータ６０を支持している。この状態で、保持金具７０が配置された部分の外筒３０の外周面が加締められ、セパレータ６０を支持した保持金具７０が外筒３０に固定されている。 Further, a metal-made cylindrical holding metal fitting 70 is disposed in the gap between the outer cylinder 30 and the separator 60. The holding metal fitting 70 has a support portion 71 formed by bending the rear end of the holding member 70 inward, and a support portion 71 is provided with a flange portion 62 provided in a hook shape on the outer periphery of the rear end side of the separator 60 inserted into the holding metal fitting 70. And the separator 60 is supported. In this state, the outer peripheral surface of the outer cylinder 30 where the holding metal fitting 70 is disposed is crimped, and the holding metal fitting 70 that supports the separator 60 is fixed to the outer cylinder 30.
そして外筒３０の後端側の開口には、フッ素系ゴム製のグロメット７５が嵌合されている。グロメット７５は５つの挿通孔７６（図１ではそのうちの１つを図示している。）を有し、各挿通孔７６に、セパレータ６０から引き出された５本のリード線６５が気密に挿通されている。この状態でグロメット７５は、セパレータ６０を先端側に押圧しつつ、外筒３０の外周から加締められて、外筒３０の後端に固定されている。 A fluorine rubber grommet 75 is fitted into the opening on the rear end side of the outer cylinder 30. The grommet 75 has five insertion holes 76 (one of which is shown in FIG. 1), and the five lead wires 65 drawn from the separator 60 are inserted into each insertion hole 76 in an airtight manner. ing. In this state, the grommet 75 is crimped from the outer periphery of the outer cylinder 30 while pressing the separator 60 toward the front end side, and is fixed to the rear end of the outer cylinder 30.
そして、主体金具５０に保持されたセンサ素子１０は、その検出部１１が、主体金具５０の先端部（先端係合部５６）より突出された状態となる。この先端係合部５６には、センサ素子１０の検出部１１を、排気ガスや吸気再循環ガス中のデポジット（燃料灰分やオイル成分など被毒性の付着物質）による汚損や被水などによる折損等から保護するためのプロテクタ１００が嵌められ、レーザ溶接によって固定されている。 Then, the sensor element 10 held by the metal shell 50 is in a state in which the detection unit 11 protrudes from the tip end portion (tip engagement portion 56) of the metal shell 50. The tip engaging portion 56 has the detection portion 11 of the sensor element 10 contaminated by deposits (toxic substances such as fuel ash and oil components) in exhaust gas and intake air recirculation gas, breakage due to water, etc. The protector 100 for protecting from is fitted and fixed by laser welding.
図１に示すように、プロテクタ１００は、ガスセンサ１を排気管や通気管に取り付けた際に、排気管や通気管内に突出した状態となる。そして、排気管や通気管の上流側（図１の左側）において、プロテクタ１００には、センサ素子１０の検出部１１に排気ガスや吸気再循環ガスを晒すための、略円形状の第１導入部１１４が３つ形成されている。一方、プロテクタ１００の下流側（図１の右側）には、センサ素子１０の検出部１１に排気ガスや吸気再循環ガスを晒すための第２導入孔１１５が形成されている。この第２導入孔１１５はプロテクタ１００の軸線方向に延びるスリット形状を有している。 As shown in FIG. 1, when the gas sensor 1 is attached to the exhaust pipe or the vent pipe, the protector 100 protrudes into the exhaust pipe or the vent pipe. Then, on the upstream side (the left side in FIG. 1) of the exhaust pipe and the vent pipe, the protector 100 is provided with a first introduction of a substantially circular shape for exposing the exhaust gas and the intake air recirculation gas to the detection unit 11 of the sensor element 10. Three portions 114 are formed. On the other hand, on the downstream side of the protector 100 (the right side in FIG. 1), a second introduction hole 115 for exposing the exhaust gas or the intake air recirculation gas to the detection unit 11 of the sensor element 10 is formed. The second introduction hole 115 has a slit shape extending in the axial direction of the protector 100.
そして、第１導入孔１１４の１つの開口面積が３．１４ｍｍ２となり、第２導入孔１１５の開口面積が１５．０ｍｍ２となっている。つまり、第１導入孔１１４の１つの開口面積の合計が９．４２ｍｍ２となっている。このように、センサ素子１０よりも排気管や通気管の上流側に形成された第１導入孔１１４の開口面積の合計をセンサ素子１０よりも排気管や通気管の下流側に形成された第２導入孔１１５の開口面積の合計に比べて小さくすることで、上流側から流れてくる排気ガスや吸気再循環ガスが直接センサ素子１０に晒されることを抑制することができる。よって、排気ガスや吸気再循環ガスに含まれる水分や油分がセンサ素子１０に付着することを抑制でき、センサ素子１０にクラックや割れが生じることを抑制できる。さらに、排気ガスや吸気再循環ガス中に含まれる煤においても直接センサ素子１０に付着することを抑制でき、ガスセンサ１の検出精度が低下する事を抑制できる。また、センサ素子１０よりも排気管や通気管の下流側に形成された第２導入孔１１５の開口面積の合計をセンサ素子１０よりも排気管や通気管の上流側に形成された第１導入孔１１４の開口面積の合計に比べて大きくすることで、プロテクタ１００内のガス置換が早期に行われるようにすることができ、ガス検出精度が低下することを防止できる。 One opening area of the first introduction hole 114 is 3.14 mm 2 , and the opening area of the second introduction hole 115 is 15.0 mm 2 . That is, the total of the opening areas of the first introduction holes 114 is 9.42 mm 2 . As described above, the total opening area of the first introduction holes 114 formed on the upstream side of the exhaust pipe and the vent pipe with respect to the sensor element 10 is the first formed on the downstream side of the exhaust pipe and the vent pipe with respect to the sensor element 10. 2 By making it smaller than the total opening area of the introduction holes 115, it is possible to prevent the exhaust gas and intake recirculation gas flowing from the upstream side from being directly exposed to the sensor element 10. Therefore, it is possible to suppress moisture and oil contained in the exhaust gas and the intake air recirculation gas from adhering to the sensor element 10, and it is possible to suppress occurrence of cracks and cracks in the sensor element 10. Furthermore, it is possible to suppress the soot contained in the exhaust gas or the intake recirculation gas from directly adhering to the sensor element 10 and to suppress the detection accuracy of the gas sensor 1 from being lowered. Further, the total opening area of the second introduction holes 115 formed on the downstream side of the exhaust pipe and the vent pipe with respect to the sensor element 10 is the first introduction formed on the upstream side of the exhaust pipe and the vent pipe with respect to the sensor element 10. By making it larger than the total opening area of the holes 114, gas replacement in the protector 100 can be performed at an early stage, and the gas detection accuracy can be prevented from being lowered.
また、センサ素子１０よりも排気管や通気管の下流側に形成されたぞれぞれの第２導入孔１１５の面積が、センサ素子１０よりも排気管や通気管の上流側に形成されたそれぞれの第１導入孔１１４の面積よりも大きいことで、上流側から流れてくる排気ガスや吸気再循環ガスが直接センサ素子１０に晒されることをより抑制することができる。よって、排気ガスや吸気再循環ガスに含まれる水分や油分がセンサ素子１０に付着することをより抑制でき、センサ素子１０にクラックや割れが生じることをより抑制できる。さらに、排気ガスや吸気再循環ガス中に含まれる煤においても直接センサ素子１０に付着することをより抑制でき、ガスセンサ１の検出精度が低下する事をより抑制できる。また、プロテクタ１００内のガス置換がより早期に行われるようにすることができ、ガス検出精度が低下することを防止できる。 Further, the area of each second introduction hole 115 formed on the downstream side of the exhaust pipe or the vent pipe from the sensor element 10 is formed on the upstream side of the exhaust pipe or the vent pipe from the sensor element 10. By being larger than the area of each first introduction hole 114, it is possible to further prevent the exhaust gas and intake recirculation gas flowing from the upstream side from being directly exposed to the sensor element 10. Therefore, it is possible to further suppress the moisture and oil contained in the exhaust gas and the intake recirculation gas from adhering to the sensor element 10, and to further suppress the occurrence of cracks and cracks in the sensor element 10. Furthermore, it is possible to further suppress the soot contained in the exhaust gas or the intake recirculation gas from directly adhering to the sensor element 10 and to further suppress the detection accuracy of the gas sensor 1 from being lowered. Moreover, the gas replacement in the protector 100 can be performed earlier, and it can prevent that a gas detection precision falls.
なお、本発明は上記各実施の形態に限られず、各種の変形が可能である。例えば、本実施形態では、導入孔１１５がスリット形状を有していたが、これに限られず、センサ素子１０の第２面１９側に、プロテクタ１００の外側と内側を挿通させる形態であれば良い。このとき、図２に示されるように、センサ素子１０よりも排気管や通気管の下流側に形成された第２導入孔１１５の個数（６個であるが、図２では３個のみ表示）が、センサ素子１０よりも排気管や通気管の上流側に形成された第１導入孔１１４の個数（３こであるが、図２では２個のみ表示）よりも多いことが好ましい。これにより、上流側から流れてくる排気ガスや吸気再循環ガスが直接センサ素子１０に晒されることをより抑制することができる。よって、排気ガスや吸気再循環ガスに含まれる水分や油分が検出素子に付着することをより抑制でき、センサ素子１０にクラックや割れが生じることをより抑制できる。さらに、排気ガスや吸気再循環ガス中に含まれる煤においても直接センサ素子１０に付着することをより抑制でき、ガスセンサ１の検出精度が低下する事をより抑制できる。また、プロテクタ１００内のガス置換がより早期に行われるようにすることができ、ガス検出精度が低下することを防止できる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, in this embodiment, the introduction hole 115 has a slit shape. However, the present invention is not limited to this, and any configuration may be used as long as the outside and the inside of the protector 100 are inserted into the second surface 19 side of the sensor element 10. . At this time, as shown in FIG. 2, the number of second introduction holes 115 formed on the downstream side of the exhaust pipe and the vent pipe from the sensor element 10 (six, but only three are shown in FIG. 2). However, it is preferable that the number of the first introduction holes 114 formed on the upstream side of the exhaust pipe or the ventilation pipe with respect to the sensor element 10 (three, but only two are shown in FIG. 2). Thereby, it can suppress more that the exhaust gas and intake-recirculation gas which flow from an upstream are exposed to the sensor element 10 directly. Therefore, it is possible to further suppress the moisture and oil contained in the exhaust gas and the intake air recirculation gas from adhering to the detection element, and it is possible to further suppress the occurrence of cracks and cracks in the sensor element 10. Furthermore, it is possible to further suppress the soot contained in the exhaust gas or the intake recirculation gas from directly adhering to the sensor element 10 and to further suppress the detection accuracy of the gas sensor 1 from being lowered. Moreover, the gas replacement in the protector 100 can be performed earlier, and it can prevent that a gas detection precision falls.
また、本実施形態では全領域空燃比センサを例に説明したが、酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサ、温度センサ等に取り付けられるプロテクタにも同様に適用できる。 In the present embodiment, the full-range air-fuel ratio sensor has been described as an example, but the present invention can be similarly applied to a protector attached to an oxygen sensor, a NOx sensor, an HC sensor, a temperature sensor, or the like.
１ ガスセンサ
１０ センサ素子
１１ 検出部
５０ 主体金具
５６ 先端係合部
１００ プロテクタ
１１０ 非導入部
１１５ 導入孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas sensor 10 Sensor element 11 Detection part 50 Metal shell 56 Tip engagement part 100 Protector 110 Non-introduction part 115 Introduction hole
Claims (5)
前記検出部を自身の先端から突出させた状態で、前記検出素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、
自身の内部に前記検出素子の前記検出部を収容した状態で、自身の基端部が前記ハウジングの先端部に固定されると共に、自身の内部に被検出ガスを導入するための導入孔が外周面に設けられたプロテクタと、
を備え、気体通路中に配置されるガスセンサにおいて、
前記プロテクタは、前記検出素子よりも前記気体通路の上流側に形成された導入孔の開口面積の合計よりも前記検出素子よりも前記気体通路の下流側に形成された導入孔の開口面積の合計が大きいことを特徴とするガスセンサ。 A detection element having a plate shape extending in the axial direction and having a detection unit for detecting a specific gas component in the gas to be detected on its tip side;
A housing that surrounds the periphery of the detection element in the radial direction in a state in which the detection unit protrudes from its tip.
In a state in which the detection portion of the detection element is accommodated in the interior, the base end portion of the detection element is fixed to the distal end portion of the housing, and an introduction hole for introducing a detection gas into the interior of the housing A protector provided on the surface,
A gas sensor disposed in the gas passage,
The protector has a total opening area of introduction holes formed on the downstream side of the gas passage relative to the detection element rather than a total opening area of introduction holes formed on the upstream side of the gas passage relative to the detection element. Gas sensor characterized by a large value.
The gas sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas passage is a circulation path through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine is sent again to the internal combustion engine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2007115143A JP2008268148A (en) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | Gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2007115143A JP2008268148A (en) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | Gas sensor |
Publications (1)
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| JP2008268148A true JP2008268148A (en) | 2008-11-06 |
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ID=40047832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2007115143A Pending JP2008268148A (en) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | Gas sensor |
Country Status (1)
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-
2007
- 2007-04-25 JP JP2007115143A patent/JP2008268148A/en active Pending
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