JP2011145235A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスセンサに関するものである。 The present invention relates to a gas sensor.
従来、内燃機関に設けられ、空気と燃料との割合である空燃比の検出を行うガスセンサが知られている。このガスセンサは、ガスの成分を検出するセンサ素子を備え、このセンサ素子で、当該センサ素子の周囲に位置するガスの成分、例えば、上記の空燃比などを検出している。このようなガスセンサ素子は、通常、ジルコニア等のセラミックにて形成され、ヒータ等により加熱されているが、ガス中の水分や、ガスが流れる流路管に付着した凝縮水等の水滴がこのガスセンサ素子に付着すると急激に冷やされ、ガスセンサ素子にクラックが生ずる虞がある。そこで、ガスセンサ素子の周囲にプロテクタを設け、ガスセンサ素子に水滴が付着することを抑制している。 Conventionally, a gas sensor that is provided in an internal combustion engine and detects an air-fuel ratio that is a ratio of air and fuel is known. The gas sensor includes a sensor element that detects a gas component, and the sensor element detects a gas component located around the sensor element, for example, the air-fuel ratio described above. Such a gas sensor element is usually formed of a ceramic such as zirconia and heated by a heater or the like, but water in the gas or water droplets such as condensed water adhering to a flow path tube through which the gas flows is this gas sensor. If it adheres to the element, it is cooled rapidly, and there is a risk that a crack will occur in the gas sensor element. Therefore, a protector is provided around the gas sensor element to prevent water droplets from adhering to the gas sensor element.
特に、近年では、プロテクタをガスセンサ素子の周囲に複数配置することがある。これは、プロテクタ内へガスを導入するためにプロテクタに設けられた導入孔を水滴が通過し、ガスセンサ素子に水滴が付着することを抑制するためである。具体的には、プロテクタを複数配置すると共に、プロテクタに設けられるガス導入孔をずらして配置する。これにより外側に配置されたプロテクタ(以下、外側プロテクタという)の導入孔(以下、外側導入孔という)を通過した水滴が内側に配置されたプロテクタ(以下、内側プロテクタという)の壁面に付着することで、内側プロテクタの導入孔(以下、内側導入孔という)を通過することを抑制している。 In particular, in recent years, a plurality of protectors may be arranged around the gas sensor element. This is to prevent water droplets from passing through the introduction hole provided in the protector to introduce gas into the protector and from adhering to the gas sensor element. Specifically, a plurality of protectors are arranged, and gas introduction holes provided in the protectors are shifted and arranged. As a result, water drops that have passed through the introduction hole (hereinafter referred to as the outer introduction hole) of the protector (hereinafter referred to as the outer protector) disposed on the outside adhere to the wall surface of the protector (hereinafter referred to as the inner protector) disposed on the inside. Thus, the passage through the introduction hole of the inner protector (hereinafter referred to as the inner introduction hole) is suppressed.
さらに、特許文献1のように、内側プロテクタと外側プロテクタとの空隙にフィルタを配置することも知られている。これは、複数のプロテクタに設けられるガス導入孔をずらして配置しても、内側プロテクタの壁面に付着した水滴が壁面を伝って内側導入孔から内側プロテクタ内に侵入する虞があり、フィルタにて水滴を蓄え、内側プロテクタ内に水滴が侵入することを抑制している。
Furthermore, as in
しかしながら、特許文献1に記載のガスセンサでは、内側プロテクタと外側プロテクタとの空隙全体にフィルタを配置しているため、フィルタにより内側導入孔を塞ぐこととなり、フィルタに蓄えられた水滴が、内側導入孔を通過するガスの影響により、内側導入孔から内側プロテクタ内に進入し、センサ素子に付着して素子割れが発生するという問題点があった。また、内側プロテクタと外側プロテクタとの空隙全体にフィルタを配置しているため、外側プロテクタと内側プロテクタとの間隙内へのガスの進入が遅くなり、ガス置換が良好に行われないため、ガスセンサの応答性が悪くなるという問題点もあった。
However, in the gas sensor described in
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、ガスセンサの応答性が低下することなく、センサ素子を被水から効果的に保護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。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a gas sensor including a protector that can effectively protect the sensor element from moisture without lowering the responsiveness of the gas sensor. .
本発明の実施態様によれば、軸線方向に延び、先端側にて被検出ガス中の特定ガス成分を検出するセンサ素子と、前記センサ素子の先端側を自身の先端から突出させつつ、前記センサ素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、前記主体金具に取り付けられ、前記センサ素子の前記先端側の周囲を取り囲むプロテクタと、を備え、前記プロテクタは、前記センサ素子の前記先端側に対面しつつ該先端側の周囲を取り囲む内側周壁を有する円筒状の内側プロテクタであって、該内側周壁に、自身の内部に前記被検出ガスを導入するための内側導入孔が形成された内側プロテクタと、前記内側プロテクタの前記内側周壁との間に空隙を形成しつつ該内側周壁の周囲を取り囲む外側周壁を有する外側プロテクタであって、該外側周壁に、前記被検出ガスを前記空隙に導入するための外側導入孔が形成された外側プロテクタと、を有するガスセンサにおいて、前記内側導入孔と前記外側導入孔とは前記軸線方向において互いに重ならず、前記内側導入孔と前記外側導入孔との間に位置する前記内側周壁の外面上、及び前記外側導入孔に対して径方向に対向する内側周壁の外面上の少なくとも一部に、多孔質体が配置されており、該多孔質体は、前記内側導入孔を閉塞することなく配置され、前記多孔質体と前記外側周壁とは、前記外側導入孔から導入された前記被検出ガスが前記多孔質体を通過することなく前記内側導入孔に到達するように、少なくとも一部が離間しているガスセンサが提供される。 According to an embodiment of the present invention, the sensor element that extends in the axial direction and detects a specific gas component in the gas to be detected on the tip side, and the sensor element while projecting the tip side of the sensor element from its tip A metal shell that surrounds the periphery of the element in the radial direction; and a protector that is attached to the metal shell and surrounds the periphery of the front end side of the sensor element, the protector facing the front end side of the sensor element. A cylindrical inner protector having an inner peripheral wall surrounding the periphery of the distal end side, wherein the inner peripheral wall is formed with an inner introduction hole for introducing the detected gas into the inner peripheral wall; An outer protector having an outer peripheral wall surrounding the inner peripheral wall while forming a gap with the inner peripheral wall of the inner protector, the outer peripheral wall having the outer peripheral wall An outer protector having an outer introduction hole for introducing the outer introduction hole into the gap, wherein the inner introduction hole and the outer introduction hole do not overlap each other in the axial direction, and the inner introduction hole and the A porous body is disposed on the outer surface of the inner peripheral wall located between the outer introduction hole and on the outer surface of the inner peripheral wall that is radially opposed to the outer introduction hole, and The porous body is arranged without blocking the inner introduction hole, and the porous body and the outer peripheral wall are arranged so that the detected gas introduced from the outer introduction hole does not pass through the porous body. A gas sensor is provided that is at least partially spaced to reach the inner introduction hole.
本実施態様に係るガスセンサは、内側導入孔と外側導入孔とを重ならないようにすることで、外側導入孔から入る水滴を内側周壁に付着させ、直接、内側導入孔から内部に入ることを抑制できる。なお、「内側導入孔と外側導入孔とが重ならない」とは、内側導入孔と外側導入孔とが、軸線方向において重ならないこと、径方向に重ならないこと、又は軸線方向及び径方向共に重ならないことのいずれかを意味する。 In the gas sensor according to the present embodiment, by preventing the inner introduction hole and the outer introduction hole from overlapping each other, water droplets entering from the outer introduction hole are attached to the inner peripheral wall and are prevented from directly entering the inside from the inner introduction hole. it can. Note that “the inner introduction hole and the outer introduction hole do not overlap” means that the inner introduction hole and the outer introduction hole do not overlap in the axial direction, do not overlap in the radial direction, or overlap in both the axial direction and the radial direction. It means one of the things that must not be.
また、内側周壁の外面上の一部(外側導入孔に対して径方向に対向する内側周壁の外面上、及び外側導入孔と内側導入孔との間に位置する内側周壁の外面上の一部)に多孔質体を配置することで、内側周壁に付着した水滴を多孔質体にて蓄えることができ、水滴が内側周壁を伝って内側導入孔から内部に入ることを抑制できる。なお、「外側導入孔に対して径方向に対向する内側周壁の外面上」とは、外側導入孔を径方向から目視した場合に、視認できる内側周壁の外面上を示している。また、「外側導入孔と内側導入孔との間に位置する内側周壁の外面上」とは、内側導入孔と外側導入孔とを直線上で結んだ区間に配置される内側周壁の外面上のことを意味する。 Further, a part on the outer surface of the inner peripheral wall (a part on the outer surface of the inner peripheral wall that is radially opposed to the outer introduction hole and a part on the outer surface of the inner peripheral wall located between the outer introduction hole and the inner introduction hole) ), The water droplets adhering to the inner peripheral wall can be stored in the porous body, and the water droplets can be prevented from entering the inner introduction hole through the inner peripheral wall. Note that “on the outer surface of the inner peripheral wall facing the outer introduction hole in the radial direction” indicates the outer surface of the inner peripheral wall that is visible when the outer introduction hole is viewed from the radial direction. In addition, “on the outer surface of the inner peripheral wall located between the outer introduction hole and the inner introduction hole” means on the outer surface of the inner peripheral wall arranged in a section connecting the inner introduction hole and the outer introduction hole in a straight line. Means that.
さらに、多孔質体が内側導入孔を塞がないことで、多孔質体に蓄えられた水滴が、内側導入孔を通過するガスの影響により、内側導入孔から内側プロテクタ内に進入することを抑制できる。なお、多孔質体は内側導入孔の一部を塞がないように配置されていてもよく、また、内側導入孔を全て開放するように配置されていてもよい。 Furthermore, since the porous body does not block the inner introduction hole, water droplets stored in the porous body are prevented from entering the inner protector from the inner introduction hole due to the influence of gas passing through the inner introduction hole. it can. In addition, the porous body may be arranged so as not to block a part of the inner introduction hole, or may be arranged so as to open all the inner introduction holes.
その上、多孔質体は、外側導入孔から導入された被検出ガスが多孔質体を通過することなく内側導入孔に到達するように、外側周壁と少なくとも一部が離間することで、多孔質体に水滴を蓄えたとしても、ガスが良好に内側導入孔を通過して内側プロテクタの内部に入ることができる。なお、外側周壁と多孔質体は、内側導入孔と外側導入孔とを直線上で結んだ経路に沿って直線上に離間していることが好ましいが、外側導入孔から内側導入孔に繋がる通路を形成するように離間していればよい。 In addition, the porous body is porous by separating the outer peripheral wall and at least partly so that the gas to be detected introduced from the outer introduction hole reaches the inner introduction hole without passing through the porous body. Even if water droplets are stored in the body, the gas can successfully pass through the inner introduction hole and enter the inner protector. The outer peripheral wall and the porous body are preferably linearly separated along a path connecting the inner introduction hole and the outer introduction hole in a straight line, but a passage connecting the outer introduction hole to the inner introduction hole. What is necessary is just to be spaced apart so as to form.
また、本実施態様において、前記多孔質体は、前記外側導入孔に対して径方向に対向する内側周壁の外面上の少なくとも一部に配置されていてもよい。外側導入孔に対して径方向に対向する内側周壁の外面上に多孔質体を配置することで、外側導入孔から入ってきた水滴を直接、多孔質体に当てることができるので、効率よく多孔質体に水滴を蓄えることができる。 In this embodiment, the porous body may be disposed on at least a part of the outer surface of the inner peripheral wall that is radially opposed to the outer introduction hole. By disposing a porous body on the outer surface of the inner peripheral wall that is radially opposed to the outer introduction hole, water droplets entering from the outer introduction hole can be directly applied to the porous body, so that the porous body can be efficiently porous. Water droplets can be stored on the material.
また、本実施態様において、前記多孔質体全体と前記外側周壁とが離間していてもよい。多孔質体全体が外側周壁から離間することで、ガスがさらに良好に内側導入孔を通過して内側プロテクタの内部に入ることができる。 In this embodiment, the entire porous body and the outer peripheral wall may be separated from each other. By separating the entire porous body from the outer peripheral wall, the gas can pass through the inner introduction hole more satisfactorily and enter the inner protector.
また、本実施態様において、前記多孔質体には、径方向外側に向けて突出する突出部が設けられており、前記突出部は、前記空隙内で、前記外側導入孔と前記内側導入孔とを直線的に結ぶ経路を遮る位置に配置されていてもよい。突出部が外側導入孔と内側導入孔とを直線的に結ぶ経路を遮る位置に配置されていることで、外側導入孔を通過したガスは直線的に内側導入孔に到達することなく突出部を回避して到達することとなる。これに対し、内側周壁に付着しない一部の水滴は、突出部に付着することとなり、この水滴についても多孔質体に蓄えることができる。 Further, in the present embodiment, the porous body is provided with a protruding portion that protrudes radially outward, and the protruding portion includes the outer introduction hole and the inner introduction hole in the gap. May be arranged at a position that blocks a route that connects the two straight lines. Since the protrusion is arranged at a position that blocks the path that linearly connects the outer introduction hole and the inner introduction hole, the gas that has passed through the outer introduction hole does not reach the inner introduction hole in a straight line. You will avoid it. On the other hand, some water droplets that do not adhere to the inner peripheral wall will adhere to the protruding portion, and this water droplet can also be stored in the porous body.
また、本実施態様において、前記突出部は、前記外側周壁の内面に接触していてもよい。これにより、突出部が、内側周壁に付着しない一部の水滴を、より効果的に多孔質体に蓄えることができる。 In the present embodiment, the protrusion may be in contact with the inner surface of the outer peripheral wall. Thereby, the one part water droplet which a protrusion part does not adhere to an inner peripheral wall can be more effectively stored in a porous body.
また、本実施態様において、前記外側プロテクタの前記外側周壁には、前記外側導入孔から導入する前記被検出ガスの流路を、前記多孔質体へ向けて案内するガイド体が設けられていてもよい。このガイド体によって、ガスを多孔質体に確実に当てることができるので、ガスに含まれる水滴を多孔質体に確実に付着させることができる。 In this embodiment, the outer peripheral wall of the outer protector may be provided with a guide body that guides the flow path of the gas to be detected introduced from the outer introduction hole toward the porous body. Good. Since the guide body can reliably apply the gas to the porous body, water droplets contained in the gas can be reliably attached to the porous body.
また、本実施態様において、前記内側導入孔は前記外側導入孔よりも後端側に配置されており、前記内側周壁の先端部は、後端部よりも前記径方向に縮径されており、前記多孔質体は、前記先端部の外面上に配置されていてもよい。これにより、内側周壁と外側周壁との空隙を狭めることなく、先端側にて多孔質体を容易に保持できる。なお、多孔質体は圧入したり、接着剤等を用いて固着することで、内側周壁の先端側に配置することができる。 Further, in the present embodiment, the inner introduction hole is disposed on the rear end side with respect to the outer introduction hole, and the front end portion of the inner peripheral wall is reduced in diameter in the radial direction from the rear end portion. The porous body may be disposed on the outer surface of the tip portion. Thereby, the porous body can be easily held on the tip side without narrowing the gap between the inner peripheral wall and the outer peripheral wall. In addition, a porous body can be arrange | positioned at the front end side of an inner peripheral wall by press-fitting or adhering using an adhesive agent.
また、本実施態様において、前記多孔質体は、金属、セラミック、ガラスのいずれか1種以上を含有してもよい。これにより、多孔質体に耐熱性を簡単に付与できる。 In the present embodiment, the porous body may contain one or more of metal, ceramic, and glass. Thereby, heat resistance can be easily provided to a porous body.
以下、本発明を具体化したガスセンサの第1実施形態について、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,図2を参照して説明する。なお、図1,図2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の先端部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, a first embodiment of a gas sensor embodying the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure of the
図1に示すガスセンサ1は、自動車の排気管(図示外)に取り付けられるものである。図2に示すように、ガスセンサ1は、内部に保持するセンサ素子10の先端部11が排気管内を流通する排気ガス中に晒されて、その排気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。
A
図2に示すように、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検出素子と、その検出素子を早期活性化させるために加熱を行うヒータ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。検出素子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の先端部11に配置されている。
As shown in FIG. 2, the
そして、検出電極を排気ガスによる被毒から保護するため、センサ素子10の先端部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、検出素子やヒータから電極を取り出すための5つの電極パッド16(図2ではそのうちの2つを図示している。)が形成されている。
And in order to protect a detection electrode from poisoning by exhaust gas, the
センサ素子10の中央部13の周囲には、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、センサ素子10の先端部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。
Around the
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。
In the
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(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8が係合される先端係合部56が形成されている。
The
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が形成されている。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。さらに、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が形成され、その後端側には、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が形成されている。
Further, a
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。さらに、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。
Further, a
スリーブ27の後端側外周には段状をなす肩部24が形成されており、その肩部24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24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ている。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24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。
A
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2ではそのうちの2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,図2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
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36が係合されている。その開口端36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
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
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2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
主体金具50に保持されたセンサ素子10は、その先端部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の先端部11を、排気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8が嵌められ、レーザ溶接によって固定されている。プロテクタ8は、側面に複数の孔を有した有底筒状の内側プロテクタ90と、内側プロテクタ90の外周面との間に間隙を有した状態で内側プロテクタ90の径方向周囲を取り囲む筒状をなし、側面に複数の孔を有した外側プロテクタ80とから構成される2重構造を有する。
The
内側プロテクタ90について説明する。図3に示すように、内側プロテクタ90は、筒状をなし、その外径が主体金具50の先端係合部56よりも小さく形成された後端側周壁91と、該後端側周壁91の先端側に設けられ、後端側周壁91よりも径方向に縮径された先端側周壁92と、該先端側周壁92の先端側の開口を塞ぐように設けられた底壁93とを有する。後端側周壁91の後端側に形成された基端部95は、先端係合部56に係合するように拡径されている。
The
そして、後端側周壁91の基端部95寄りには複数(本実施の形態では6個)の内側導入孔130が周方向に各々形成されている。一方、先端側周壁92寄りには、同様に、複数(本実施の形態では6個)の内側導入孔140が周方向に各々形成されている。内側導入孔130と内側導入孔140とは互いに千鳥状に配置されている。また、先端側周壁92の先端側には、内部に向けて切り込み状に開口された複数の水抜き孔96が各々設けられている。底壁93の中心部には、排出口97が開口されている。このような形状からなる内側プロテクタ90の後端側周壁91の基端部95が、主体金具50の先端係合部56の外周に係合され、その状態で外周を一周してレーザ溶接が施されており、内側プロテクタ90が主体金具50に固定されている。
A plurality (six in this embodiment) of inner introduction holes 130 are formed in the circumferential direction near the
外側プロテクタ80について説明する。図3に示すように、外側プロテクタ80は、筒状をなし、その外径が主体金具50の先端係合部56よりも小さくかつ、内側プロテクタ90の後端側周壁91の外径よりも大きく形成された周壁82を備えている。周壁82の後端側に形成された基端部81は、先端係合部56及び内側プロテクタ90の基端部95に係合するように拡径されている。
The
そして、周壁82の先端側には矩形状の複数の外側導入孔85(図1,図3参照)が各々形成されている。これら外側導入孔85は、プロテクタ8の軸線方向において、内側導入孔130,140に対して軸線O方向において重ならない位置に配置されている。これにより、外側導入孔85から入る水滴を、内側プロテクタ90に付着させることができるので、水滴が直接、内側導入孔130,140から内側プロテクタ90の内部に入ることを抑制できる。これら外側導入孔85には、内側に向けて延出するガイド体86が設けられている。これらガイド体86は、外部から外側導入孔85を介して、外側プロテクタ80内に導入される排気ガスに、内側プロテクタ90の先端側周壁92の外周面を取り囲む状態で旋回流を生じさせる機能を担う。
A plurality of rectangular outer introduction holes 85 (see FIGS. 1 and 3) are formed on the distal end side of the
このような形状からなる外側プロテクタ80の周壁82の基端部81が、内側プロテクタ90の基端部95の外周に係合され、その状態で外周にレーザ溶接が施されている。これにより、外側プロテクタ80もまた内側プロテクタ90と共に主体金具50に固定されている。そして、外側プロテクタ80と内側プロテクタ90との間の間隙を閉じるように、外側プロテクタ80の先端部83が、内側プロテクタ90の先端側周壁92に向けて内側に折り曲げられている。
The
そして、図3,図4に示すように、上記構造からなるプロテクタ8において、内側プロテクタ90の先端側周壁92の外周面には、リング状の多孔質体100が装着されている。この多孔質体100の材質は、例えば、金属、セラミック、ガラスのいずれか1種以上を含有すればよく、少なくとも耐熱性を備えるものであればよい。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the protector 8 having the above structure, a ring-shaped
また、図4に示すように、多孔質体100の外周面には、各ガイド体86の先端部が当接している。これにより、多孔質体100は径方向に付勢されてその位置に保持されている。なお、多孔質体100の保持方法については、これ以外にも、例えば、接着剤等で内側プロテクタ90の外周面に固定してもよく、また、多孔質体100を先端側周壁92に圧入させてもよく、他の保持部材等で保持させてもよい。また、本実施形態では、全てのガイド体86の先端部を多孔質体100の外周面に当接させているが、一部のガイド体86の先端部を多孔質体100の外周面に当接させてもよい。
Further, as shown in FIG. 4, the distal end portion of each
次に、排気ガスがプロテクタ8内に導入される過程について説明する。図3に示すように、まず、排気ガスは、外側プロテクタ80の外側導入孔85から内側に流れる。排気ガスはガイド体86に沿って流れ、多孔質体100に接触しつつ、内側プロテクタ90の先端側周壁92及び後端側周壁91の外周を取り囲む状態で旋回流を生じる。このとき、排気ガスはガス成分と水分とに分離される。ガス成分は内側導入孔130,140から内側プロテクタ90内に導入され、センサ素子10に接触し、排出口97から外部に排出される。
Next, a process in which exhaust gas is introduced into the protector 8 will be described. As shown in FIG. 3, first, the exhaust gas flows inward from the
一方、分離された水分は多孔質体100の孔内に蓄えられる。多孔質体100に蓄えられた水分は周囲の熱で蒸発するが、多孔質体100から水分が漏れた場合でも、外側プロテクタ80の先端と内側プロテクタ90の先端部の外周面との間隙から外部に排出される。また、多孔質体100に蓄えられず、水抜き孔96から内側プロテクタ90内に進入した水分は、排出口97から外部に排出される。
On the other hand, the separated water is stored in the pores of the
このように、先端側周壁92の外周面上に多孔質体100を配置することで、先端側周壁92に付着した水滴を、多孔質体100にて蓄えることができ、水滴が先端側周壁92、後端側周壁91を伝って内側導入孔130,140から内部に入ることを抑制できる。
Thus, by disposing the
特に、この多孔質体100は、外側プロテクタ80の外側導入孔85に対して径方向に対向する先端側周壁92の外面上に周方向にわたって配置されている。これにより、外側導入孔85から入ってきた水滴を直接、多孔質体100の外周面に当てることができるので、効率よく多孔質体100に水滴を蓄えることができる。
In particular, the
また、多孔質体100は、内側プロテクタ90の先端側周壁92の外周面に設けられており、内側導入孔130,140を塞がない位置に配置されている。これにより、多孔質体100に蓄えられた水滴が、内側導入孔130、140を通過する排気ガスの影響により、内側導入孔130,140から内側プロテクタ90内に進入するのを防止できる。
Further, the
その上、多孔質体100と外側プロテクタ80の周壁82との間は離間している。よって、外側導入孔85から導入された排気ガスが、多孔質体100を通過することなく、内側導入孔130,140に到達できる。これにより、多孔質体100に水滴を蓄えたとしても、排気ガスが良好に内側導入孔130,140を通過して内側プロテクタ90の内側に入ることができる。
In addition, the
さらに、上記したように、各ガイド体86の先端部が多孔質体100に向けて案内している。これにより、排気ガスを多孔質体に確実に当てることができ、排気ガスに含まれる水滴を多孔質体100に確実に付着させることができる。
Furthermore, as described above, the tip of each
さらに、また、上記したように、内側プロテクタ90の先端側周壁92は、後端側周壁91よりも縮径されており、多孔質体100は、その先端側周壁92の外面上に配置されている。これにより、内側プロテクタ90と外側プロテクタ80との間隙を狭めることなく、内側プロテクタ90の先端側周壁92にて多孔質体100を容易に保持できる。
Furthermore, as described above, the front end side
次に、本発明の第2実施形態であるガスセンサ150について、図5,図6を参照して説明する。第2実施形態は、第1実施形態の変形例である。ガスセンサ150は、第1実施形態と構造の異なるプロテクタ18と、形状の異なる多孔質体200とを備え、それ以外の構造については、第1実施形態のガスセンサ1と同様である。従って、ここでは、プロテクタ18の構造と、多孔質体200の形状とを中心に説明する。なお、第1実施形態のガスセンサ1と同じ部分については、第1実施形態と同じ符号を付して説明する。
Next, the
まず、プロテクタ18の構造について説明する。図5に示すように、プロテクタ18は、第1実施形態と同様に、内側プロテクタ190と、内側プロテクタ190の外周面との間に間隙を有した状態で内側プロテクタ190の径方向周囲を取り囲む外側プロテクタ180とから構成される2重構造を有する。
First, the structure of the
内側プロテクタ190は、第1実施形態と同様に、後端側周壁191、先端側周壁192、底壁193を備えている。後端側周壁191には、内側導入孔130,140が各々設けられ、底壁193の中心には、排出口197が設けられている。一方、外側プロテクタ180は、第1実施形態と同様の周壁182を備え、その先端側は底壁183によって閉じられている。周壁182には、外側導入孔185が設けられている。底壁183には、複数の排出口187(図5ではそのうちの2つを図示している。)が各々設けられている。外側プロテクタ180の底壁183と、内側プロテクタ190の底壁193との間には間隙が形成されている。
The
次に、多孔質体200の形状について説明する。図5,図6に示すように、リング状の多孔質体200は、内側プロテクタ190の先端側周壁192の外周面に装着されている。そして、図6に示すように、多孔質体200の軸線方向後端部には、径方向外側に向けて斜め後方に突出する8本の突出部201が設けられている。各突出部201は、外側プロテクタ180に設けられた外側導入孔185に対応する位置であって、外側プロテクタ80と内側プロテクタ90との間隙内で、外側導入孔185と内側導入孔130,140とを直線的に結ぶ経路を遮る位置に各々配置されている。これら突出部201の各先端部は、外側プロテクタ180の内面に接触している。なお、多孔質体200の材質は、第1実施形態の多孔質体100と同じである。
Next, the shape of the
このような構造を備えるプロテクタ18において、排気ガスは、外側プロテクタ180の外側導入孔185から内側プロテクタ190の内側導入孔130,140に向けて流れる。その経路内には、多孔質体200の突出部201が配置されているので、排気ガスは、突出部201を回避して内側導入孔130、140に到達することになる。これに対し、内側プロテクタ190の先端側周壁192に付着しない一部の水滴は、多孔質体200の突出部201に対して付着することになる。よって、内側プロテクタ190の先端側周壁192に付着しない一部の水滴についても多孔質体200に蓄えることができる。さらに、突出部201の各先端部が、外側プロテクタ180の内面に接触しているので、内側プロテクタ190の先端側周壁92に付着しない一部の水滴を、より効果的に多孔質体200に蓄えることができる。また、多孔質体200から漏れた水滴は、外側プロテクタ180の排出口187から外部に排出される。なお、第2実施形態の多孔質体200を第1実施形態のプロテクタ8内に設けてもよい。
In the
次に、第3実施形態のガスセンサ250について、図7を参照して説明する。第3実施形態は、第2実施形態の変形例である。ガスセンサ250は、第2実施形態の多孔質体200の形状を変更した多孔質体300をプロテクタ28内に設けている。それ以外の構造については、第1実施形態のガスセンサ1と同様である。従って、ここでは多孔質体300の形状を中心に説明する。なお、第1,第2実施形態のガスセンサ1,150と同じ部分については、第1,第2実施形態と同じ符号を付して説明する。
Next, the
まず、プロテクタ28の構造について説明する。図7に示すように、プロテクタ28は、第2実施形態と同じ内側プロテクタ190と、第2実施形態と形状の異なる外側プロテクタ280とを備えている。外側プロテクタ280の底壁283の中心には、1つの排出口287が設けられている。排出口287の位置は、内側プロテクタ190の底壁193に設けられた排出口197の位置に対向している。外側プロテクタ280の周壁282には、複数の外側導入孔285が設けられている。その他の形状については、第2実施形態のプロテクタ18と同じである。
First, the structure of the
次に、多孔質体300の形状について説明する。図7に示すように、多孔質体300は、有底円筒状に形成され、円筒状の周壁301と、該周壁301の軸線方向先端部に設けられた底壁302と、周壁301の軸線方向後端部に設けられ、径方向外側に向けて斜め後方に突出する8本の突出部303とから構成されている。即ち、底壁302を備えている点が第2実施形態の多孔質体200と異なっている。底壁302は、外側プロテクタ280の底壁283と、内側プロテクタ190の底壁193との間の間隙を埋めるようにして配置されている。多孔質体300の底壁302の中心には、排出口305が設けられている。排出口305は、外側プロテクタ280の排出口287と、内側プロテクタ190の排出口197とに対応している。なお、多孔質体300の材質は、第1実施形態の多孔質体100と同じである。
Next, the shape of the
このような構造を備えるプロテクタ28では、排出口287、排出口305及び排出口197が直線上に配置されて互いに連通しているので、内側プロテクタ190内において、センサ素子10に接触したガス成分を、排出口287、排出口305及び排出口197から外部に良好に排出できる。さらに、多孔質体300から漏れた水滴は、排出口305から、外側プロテクタ280の排出口287を介して外部に排出される。
In the
なお、本発明のガスセンサは、第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態に限られるものではなく、種々、変更可能である。例えば、第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態は、ガスセンサとして、上記では酸素センサを例に挙げたが、全領域空燃比センサ、NOxセンサ、HCセンサなどにも適用可能である。 In addition, the gas sensor of this invention is not restricted to 1st Embodiment, 2nd Embodiment, and 3rd Embodiment, A various change is possible. For example, in the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, the oxygen sensor is described as an example of the gas sensor in the above, but the present invention can also be applied to a full-range air-fuel ratio sensor, NOx sensor, HC sensor, and the like. .
また、上記実施形態において、内側プロテクタ90には内側導入孔130,140を上下2段にして設けているが、何れか一方の一段でもよく、又は上下3段以上にしてもよい。また、外側プロテクタ80、180、280に設ける外側導入孔85の数は、上記実施形態に限定されない。
Further, in the above embodiment, the
さらに、第1実施形態のガスセンサ1において、外側プロテクタ80の外側導入孔85にはガイド体86が無くてもよい。また、第2、第3実施形態の外側プロテクタ180,280の外側導入孔185にガイド体(図4に示すガイド体86)を設けてもよい。
Further, in the
さらに、本実施形態1、2では、多孔質体100、200が外側プロテクタ80、180の外側導入孔85、185に対して径方向に対向する先端側周壁92、192の外面上に周方向にわたって配置されているが、図8に示すように、多孔質体400を配置してもよい。この図8は第1実施形態の変形例であるため、多孔質体400以外の部位については省略、又は簡略する。多孔質体400は、外側導入孔85から内側導入孔130、140までの先端側周壁92の外周面上の区間のみに配置されている。このような区間のみに多孔質体400を配置しても、先端側周壁92に付着した水滴を、多孔質体400にて蓄えることができ、水滴が先端側周壁92、後端側周壁91を伝って内側導入孔130,140から内部に入ることを抑制できる。
Further, in the first and second embodiments, the
さらに、本実施形態1、2では、多孔質体100、200が外側プロテクタ80、180と周方向にわたって離間しているが、図9に示すように、多孔質体500と外側プロテクタ180との少なくとも一部が離間していてもよい。
Furthermore, in the first and second embodiments, the
1、150、250 ガスセンサ
8、18、28 プロテクタ
10 センサ素子
11 先端部
50 主体金具
80、180、280 外側プロテクタ
82、182 周壁
85、185 外側導入孔
86 ガイド体
90、190 内側プロテクタ
91、191 後端側周壁
92、192 先端側周壁
93、193 底壁
97、197 排出口
100、200、300 多孔質体
130、140 内側導入孔
183 底壁
187 排出口
201、303 突出部
283 底壁
287 排出口
301 周壁
302 底壁
1, 150, 250
Claims (8)
前記センサ素子の先端側を自身の先端から突出させつつ、前記センサ素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、
前記主体金具に取り付けられ、前記センサ素子の前記先端側の周囲を取り囲むプロテクタと、を備え、
前記プロテクタは、
前記センサ素子の前記先端側に対面しつつ該先端側の周囲を取り囲む内側周壁を有する円筒状の内側プロテクタであって、該内側周壁に、自身の内部に前記被検出ガスを導入するための内側導入孔が形成された内側プロテクタと、
前記内側プロテクタの前記内側周壁との間に空隙を形成しつつ該内側周壁の周囲を取り囲む外側周壁を有する外側プロテクタであって、該外側周壁に、前記被検出ガスを前記空隙に導入するための外側導入孔が形成された外側プロテクタと、を有するガスセンサにおいて、
前記内側導入孔と前記外側導入孔とは前記軸線方向において互いに重ならず、
前記内側導入孔と前記外側導入孔との間に位置する前記内側周壁の外面上、及び前記外側導入孔に対して径方向に対向する内側周壁の外面上の少なくとも一部に、多孔質体が配置されており、
該多孔質体は、前記内側導入孔を閉塞することなく配置され、
前記多孔質体と前記外側周壁とは、前記外側導入孔から導入された前記被検出ガスが前記多孔質体を通過することなく前記内側導入孔に到達するように、少なくとも一部が離間していることを特徴とするガスセンサ。 A sensor element that extends in the axial direction and detects a specific gas component in the gas to be detected on the tip side;
While protruding the tip side of the sensor element from its tip, the metal shell surrounding the sensor element in the radial direction,
A protector attached to the metal shell and surrounding the tip of the sensor element;
The protector is
A cylindrical inner protector having an inner peripheral wall that surrounds the periphery of the front end side while facing the front end side of the sensor element, and an inner side for introducing the detected gas into the inner peripheral wall An inner protector formed with an introduction hole;
An outer protector having an outer peripheral wall surrounding the inner peripheral wall while forming a gap with the inner peripheral wall of the inner protector, wherein the gas to be detected is introduced into the outer peripheral wall. In a gas sensor having an outer protector formed with an outer introduction hole,
The inner introduction hole and the outer introduction hole do not overlap each other in the axial direction,
A porous body is formed on the outer surface of the inner peripheral wall located between the inner introduction hole and the outer introduction hole and on at least a part of the outer surface of the inner peripheral wall that is radially opposed to the outer introduction hole. Has been placed,
The porous body is arranged without closing the inner introduction hole,
The porous body and the outer peripheral wall are at least partially separated so that the gas to be detected introduced from the outer introduction hole reaches the inner introduction hole without passing through the porous body. A gas sensor characterized by comprising:
前記内側周壁の先端部は、後端部よりも前記径方向に縮径されており、前記多孔質体は、前記先端部の外面上に配置されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載のガスセンサ。 The inner introduction hole is arranged on the rear end side with respect to the outer introduction hole,
The front end portion of the inner peripheral wall is reduced in diameter in the radial direction from the rear end portion, and the porous body is disposed on the outer surface of the front end portion. A gas sensor according to any one of the above.
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