JP2019101018A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】素子カバー内にセンサ素子の検出部へ向かうガス流速を向上させ、特定成分の検出性能を向上させると共に、被水割れを抑制可能なセンサ装置を提供すること。【解決手段】センサ装置Ｓは、センサ素子２を保持するハウジングＨの先端側に配設された素子カバー１を備える。アウタカバー１２は、側面１２１に複数のアウタ側面孔１２ａが設けられる、アウタ側面孔１２ａの先端位置がインナカバー１１の先端位置よりも先端側にあり、先端面１２２の内側に軸方向Ｘと直交するガス流れ方向の第１流路Ｆ１を形成する。インナカバー１１のインナ側面孔１１ａは、インナカバー１１とアウタカバー１２の側面間に設けられる第２流路Ｆ２に開口し、インナ側面孔１１ａの先端縁部からインナカバー１１の内方へ傾斜して延出するガイド体１３の延出方向の延長線Ｌ上に、センサ素子２の検出面２０が位置する。【選択図】図１

Description

本発明は、被測定ガスに含まれる特定成分を検出するためのセンサ装置に関する。

内燃機関の排ガス通路には、排ガス中の特定成分を検出するセンサ装置と、フィルタ装置や触媒装置等の浄化装置を備える排ガス浄化システムが設けられる。センサ装置は、例えば、粒子状物質（すなわち、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ；以下、適宜、ＰＭと称する）を検出するためのＰＭセンサであり、ＰＭ捕集用のフィルタ装置の下流位置に配置されて、フィルタ故障の判定に用いられる。また、触媒装置の上流又は下流位置に酸素センサ等の排ガスセンサが配置される。

このようなセンサ装置は、一般に、ハウジング内に収容されるセンサ素子と、ハウジングから突出するセンサ素子の外周囲を取り囲む素子カバーとを有する。センサ素子は、素子カバーに保護される先端部（突出側の端部）に検出部を備え、素子カバー内に取り込まれた排ガスに含まれる特定成分を検出する。素子カバーは、通常、一重又は二重の容器状に構成される。

例えば、従来から、一重構造の素子カバーの側面に設けたガス流通孔に対向させて、センサ素子の検出部を配置した構成のＰＭセンサが知られている。
また、特許文献１に記載されるＰＭセンサでは、素子カバーをインナカバーとアウタカバーの二重構造とし、インナカバーの側面に形成されたガス流通孔を、先端面に検出部を配置したセンサ素子よりも先端側に配置して、組付方向が制約されないようにしている。アウタカバーの側面のガス流通孔は、インナカバーの側面に対向する位置に設けられ、排ガスは、両カバーの間の空間を経てインナカバーの側面のガス流通孔から、センサ素子へ導入される。センサ素子に接触した排ガスは、インナカバー及びアウタカバーの先端面に、センサ素子と同軸配置されたガス流通孔から外部へ流出する。

特開２０１６−００３９２７号公報

特許文献１に記載される従来の素子カバー構成では、センサ装置の組付性は改善されるものの、センサ素子の検出感度又は出力応答性の確保が不十分であることが判明した。特に、排ガスが低流速となる内燃機関の運転条件下、例えば、内燃機関の始動時等は、粒子状物質が排出されやすいため、ＰＭセンサの検出感度の向上が望まれるが、素子カバー内においてガス流れが減速するために、粒子状物質を含む排ガスの供給流量が低下する。特許文献１には、ガス流通孔に整流部材を設けることも例示されているが、必ずしも十分な効果は得られていない。排ガスセンサに適用した場合も同様に、排ガスの流速低下により、出力応答性が悪化する。

また、始動時には排ガス通路内において、凝縮水が発生しやすい。従来の素子カバー構成では、インナカバー及びアウタカバーの先端面に、ガスセンサ素子と同軸的にガス流通孔が配置されており、凝縮水が先端側からインナカバーの内部に侵入して、センサ素子に付着し、被水による素子割れ（以下、被水割れと称する）の原因になるおそれがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、二重構造の素子カバー内にセンサ素子が収容される構成において、センサ素子の検出部へ向かう被測定ガスの流速を向上させ、検出部における特定成分の検出性能を向上させると共に、被水割れを抑制可能として、信頼性に優れたセンサ装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
被測定ガス中の特定成分を検出する検出部（２１）を備えるセンサ素子（２）と、
上記センサ素子を内側に挿通して、軸方向（Ｘ）の先端側に上記検出部が位置するように保持するハウジング（Ｈ）と、
上記ハウジングの先端側に配設された素子カバー（１）と、を備え、
上記素子カバーは、上記センサ素子の先端側を覆うように配設されたインナカバー（１１）と、上記インナカバーの外側に空間を有して配設されたアウタカバー（１２）と、を有するセンサ装置（Ｓ）であって、
上記インナカバーは、側面（１１１）及び先端面（１１２）に、被測定ガスが流通するインナ側面孔（１１ａ）及びインナ先端面孔（１１ｂ）がそれぞれ設けられ、
上記アウタカバーは、側面（１２１）に、被測定ガスが流通する複数のアウタ側面孔（１２ａ）が設けられると共に、上記アウタ側面孔の先端位置が上記インナカバーの先端位置よりも先端側にあり、上記アウタカバーの上記先端面の内側に、上記軸方向と直交する方向をガス流れ方向とする第１流路（Ｆ１）を形成し、
上記インナ側面孔は、上記インナカバーの外側面と上記アウタカバーの内側面との間に設けられる第２流路（Ｆ２）に開口すると共に、上記インナ側面孔の先端縁部から上記インナカバーの内方へ傾斜して延出するガイド体（１３）が設けられ、上記ガイド体の延出方向の延長線（Ｌ）上に、上記検出部が配置される検出面（２０）が位置する、センサ装置にある。

上記構成のセンサ装置において、被測定ガスは、アウタカバーのアウタ側面孔から素子カバーの内部に流入し、インナカバーの先端面との間の第１流路を通過して、ガス流れの対向方向に位置するアウタ側面孔へ向かうと共に、その一部は、アウタカバーとインナカバーの側面間の第２流路に流入する。第２流路に開口するインナ側面孔に達したガス流れは、ガイド体に沿う噴流となって、その延長線上にある検出面に向かうので、流速の低下が抑制される。また、インナ側面孔が第２流路に開口することで、ガス交換が効率よくなされる。

したがって、流速を高めた被測定ガスを、インナ側面孔から検出部へ向けて導入することができるので、検出部への供給流量を増大させて、検出感度又は出力応答性を向上することができる。また、アウタカバーの先端面にはガス流通孔が不要であるので、インナカバーのインナ先端面孔へ、被測定ガスが直接流入することが抑制され、センサ素子の被水割れを防止することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、二重構造の素子カバー内にセンサ素子が収容される構成において、センサ素子の検出部へ向かう被測定ガスの流速を向上させ、検出部における特定成分の検出性能を向上させると共に、被水割れを抑制可能として、信頼性に優れたセンサ装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、ＰＭセンサの軸方向における要部拡大断面図。 実施形態１における、粒子状物質検出センサのインナカバーに設けられるガイド体とセンサ素子の検出面との位置関係を示す模式図。 実施形態１における、ＰＭセンサの概略構成を示す軸方向断面図。 実施形態１における、ＰＭセンサを含む排ガス浄化システムの概略構成例を示す図。 実施形態１における、ＰＭセンサのセンサ素子の一例を示す全体斜視図。 実施形態１における、ＰＭセンサのセンサ素子の他の例を示す全体斜視図。 実施形態１における、ＰＭセンサのセンサ素子の一例を含む、径方向における要部拡大断面図。 実施形態１における、ＰＭセンサのセンサ素子の他の例を含む、径方向における要部拡大断面図。 実施形態１における、ＰＭセンサの素子カバー内のガス流れを説明するための要部拡大断面図。 実施形態１における、素子カバーのアウタ側面孔の配置によるガス流れ（ａ）の効果を、アウタ側面孔の配置を変更した場合のガス流れ（ｂ）と比較して示す素子カバーの要部拡大断面図。 実施形態１における、ガイド体を有する素子カバーの内部のガス流れを、ＣＡＥ解析した結果に基づいて、ガイド体を有しない従来の素子カバーの内部のガス流れと比較して模式的に示す、粒子状物質検出センサの要部拡大断面図。 指向性の評価試験における、ガイド体の有無による配管流速と指向性の関係を比較して示す図。 指向性の評価試験における、出力の立ち上がり時間と検出電流の関係を示す図。 被水性の評価試験における、試験方法を説明するための評価装置の模式図。 被水性の評価試験における、従来の素子カバーを備えるＰＭセンサの要部拡大断面図。 被水性の評価試験における、実施形態１のＰＭセンサと従来の素子カバーを備えるＰＭセンサの最大被水量を比較して示す図。 ガイド体の評価試験における、試験例１のガイド体の延出方向とセンサ素子の位置関係を、比較例１、２の位置関係と比較して示す図。 ガイド体の評価試験における、流量測定のための評価装置の概略構成を示す断面図。 ガイド体の評価試験における、試験例１の流量と、比較例１、２の流量を比較して示す図。 ガイド体の評価試験における、ガイド体の延出方向の長さと、検出面までの長さとの比が、０．０５又は０．４であるＰＭセンサの要部拡大断面図。 ガイド体の評価試験における、ガイド体の延出方向の長さと、検出面までの長さとの比と、指向性の関係を示す図。 ガイド体の評価試験における、実施形態１における、素子カバーのクリアランス比ｄ１／ｄ２を説明するためのＰＭセンサの要部拡大断面図。 クリアランス比の評価試験における、クリアランス比ｄ１／ｄ２と出力立ち上がり時間の関係を示す図。 実施形態１における、素子カバーの内部のガス流れをＣＡＥ解析した結果を模式的に示す、軸方向及び径方向におけるＰＭセンサの要部拡大断面図と、従来の素子カバーの内部のガス流れを模式的に示す、軸方向及び径方向におけるＰＭセンサの要部拡大断面図とを比較して示す図。 実施形態２における、ＰＭセンサの軸方向における要部拡大断面図。 実施形態２における、ＰＭセンサのセンサ素子の全体斜視図。 実施形態３における、ＰＭセンサの軸方向における要部拡大断面図。 実施形態３における、ＰＭセンサの径方向における要部拡大断面図。 実施形態４における、ＰＭセンサの軸方向における要部拡大断面図。 実施形態４における、ＰＭセンサの径方向における要部拡大断面図。 実施形態４における、素子カバーの内部のガス流れをＣＡＥ解析した結果を模式的に示す、ＰＭセンサの要部拡大断面図を、実施形態４の変形例と比較して示す図。 実施形態５における、ＰＭセンサの軸方向及び径方向における要部拡大断面図。 実施形態５における、ＰＭセンサの組付角度（搭載向き０°）と素子カバー内のガス流れを、実施形態４の構成と比較して模式的に示す、ＰＭセンサの要部拡大断面図。 実施形態５における、ＰＭセンサの組付角度（搭載向き０°）と素子カバー内の圧力分布を、実施形態４の構成と比較して示す、ＰＭセンサの要部拡大断面図。 実施形態５における、ＰＭセンサの組付角度（搭載向き２２．５°）と素子カバー内のガス流れを、実施形態４の構成と比較して示す、ＰＭセンサの要部拡大断面図。 実施形態５における、ＰＭセンサの組付角度（搭載向き２２．５°）と素子カバー内の圧力分布を、実施形態４の構成と比較して示す、ＰＭセンサの要部拡大断面図。 実施形態５における、ＰＭセンサの組付角度と検出感度の改善効果（超低流速域）を、実施形態４の構成と比較して示す図。 実施形態５における、ＰＭセンサの組付角度と検出感度の改善効果（低流速域〜高流速域）を、実施形態４の構成と比較して示す図。 実施形態５における、ＰＭセンサの組付角度（搭載向き０°、２２．５°）と素子カバー内のガス流れを、実施形態４の構成と比較して模式的に示す、ＰＭセンサの要部拡大断面図。 実施形態５における、ＰＭセンサの素子カバー内のガス流れ（高流速域）を、実施形態４の構成と比較して示す、ＰＭセンサの要部拡大断面図。

（実施形態１）
以下に、センサ装置の実施形態について、図面を参照して説明する。図１〜図３に示すように、本形態におけるセンサ装置は、粒子状物質を検出するためのＰＭセンサＳであり、例えば、図４に示す内燃機関Ｅの排ガス浄化装置に適用される。図１において、ＰＭセンサＳは、検出部２１を備えるセンサ素子２と、センサ素子２を内側に挿通して、軸方向Ｘの先端側に検出部２１が位置するように保持するハウジングＨと、ハウジングＨの先端側に配設された素子カバー１と、を備える。

内燃機関Ｅは、例えば、自動車用ディーゼルエンジン又はガソリンエンジンであり、センサ素子２の検出部２１は、被測定ガスとしての排ガス中に含まれる特定成分としての粒子状物質を検出する。なお、ＰＭセンサＳは、図１、図３の上下方向を軸方向Ｘとし、下端側を先端側、上端側を基端側としている。また、図３に示す排ガスＧの流れ方向を、図の左右方向とし、図の左方を上流側、右方を下流側とする。

図１において、素子カバー１は、センサ素子２の軸方向Ｘにおいて、その先端側を覆うように配設されたインナカバー１１と、インナカバー１１の外側に空間を有して配設されたアウタカバー１２と、を有する。インナカバー１１は、側面１１１及び先端面１１２に、被測定ガスが流通するインナ側面孔１１ａ及びインナ先端面孔１１ｂがそれぞれ設けられる。また、アウタカバー１２は、側面１２１に、被測定ガスが流通する複数のアウタ側面孔１２ａが設けられると共に、アウタ側面孔１２ａの先端位置がインナカバー１１の先端位置よりも先端側にあり、アウタカバー１２の先端面１２２の内側に、軸方向Ｘと直交する方向をガス流れ方向とする第１流路Ｆ１を形成する。

インナ側面孔１１ａは、インナカバー１１の外側面とアウタカバー１２の内側面との間に設けられる第２流路Ｆ２に開口する。また、インナ側面孔１１ａの先端縁部からインナカバー１１の内方へ傾斜して延出するガイド体１３が設けられ、図２に示すように、ガイド体１３の延出方向の延長線Ｌ上に、検出部２１が配置される検出面２０が位置する。
素子カバー１の詳細構成については、後述する。

図３に示すように、ＰＭセンサＳは、筒状のハウジングＨ内にセンサ素子２を同軸的に収容し、ハウジングＨの先端開口Ｈ１を覆うように取り付けた素子カバー１によって、先端開口Ｈ１から突出するセンサ素子２の検出部２１を保護している。ＰＭセンサＳは、ハウジングＨの外周に設けたネジ部材Ｈ２により、例えば、図４に示す内燃機関Ｅの排ガス管壁にネジ固定されて、先端側が排ガス通路ＥＸ内に突出位置する。

図４において、排ガス通路ＥＸの途中には、ディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、ＤＰＦと称する)１０が設置されており、ＰＭセンサＳは、ＤＰＦ１０の下流側に配置されて、ＤＰＦ１０を通過後の排ガスＧに含まれる粒子状物質（すなわち、図中に示すＰＭ）を検出する。これにより、ＤＰＦ１０をすり抜ける粒子状物質を検出し、例えば、ＤＰＦ１０の異常診断システムの一部を構成することができる。ＤＰＦ１０の下流位置において、排ガスＧの流れ方向は、ＰＭセンサＳの軸方向Ｘと直交する方向となっている。

図５に一例を示すように、センサ素子２は、積層構造を有する積層型素子であり、偏平な直方体形状の絶縁性基体２２の先端面を検出面２０として、この検出面２０に、電極２３、２４が露出する検出部２１が配置されている。絶縁性基体２２は、例えば、絶縁性基体２２となる複数の絶縁性シートの間に、電極２３、２４となる電極膜を交互に配設した積層体を焼成して形成される。このとき、絶縁性基体２２に少なくとも一部が埋設される電極２３、２４の端縁部が、絶縁性基体２２の先端面に、線状に露出して、交互に極性の異なる線状電極からなる複数の電極対を構成する。

絶縁性基体２２の長方形状の先端面には、外周縁部を除く表面に、複数の電極対を構成する線状電極が間隔をおいて平行配設されて、検出部２１を形成している。検出部２１は、例えば、図中に点線で囲んで示す領域であり、絶縁性シートを挟んで対向する複数の電極対と、複数の電極対の外周側に位置する絶縁性シートの一部を含む。絶縁性基体２２の内部には、電極２３、２４となる電極膜に接続されるリード部２３ａ、２４ａが配置され、リード部２３ａ、２４ａは、絶縁性基体２２の基端側の表面に形成される端子電極２５、２６と接続される。検出部２１は、電極２３、２４に所定の検出電圧が印加されることにより、検出部２１の表面に到達する排ガスＧ中の粒子状物質を静電捕集する。

検出面２０は、検出部２１よりも一回り大きい領域であり、ここでは、検出部２１の外側の外周縁部を含む、絶縁性基体２２の先端面の全面を検出面２０としている。これは、検出面２０の外周縁部に排ガスＧが到達すれば、検出部２１の表面に沿って容易に検出部２１に到達可能であるからで、検出面２０となる領域は、適宜設定することができる。

図６に他の例を示すように、センサ素子２は、絶縁性基体２２の先端面が概略正方形となる直方体形状を有していてもよい。この場合も、正方形の先端面の全面が検出面２０となり、その外周縁部を除く領域に検出部２１が配置される。正方形の検出部２１の表面には、図５に示したセンサ素子２より多くの線状電極が間隔をおいて平行配設されて、所定数の電極対を構成している。

絶縁性基体２２は、例えば、アルミナ等の絶縁性セラミックス材料を用いて構成することができる。また、電極２３、２４、リード部２３ａ、２４ａ、端子電極２５、２６は、例えば、貴金属等の導電性材料を用いて構成することができる。

図１、図３において、素子カバー１は、ハウジングＨ側が開口する二重容器状で、同軸配置されるインナカバー１１とアウタカバー１２からなる。アウタカバー１２は、概略一定径の筒状体からなる側面１２１と、筒状体を閉鎖する先端面１２２とを有し、インナカバー１１は、アウタカバー１２との間に空間を有して配置される筒状体からなる側面１１１と、筒状体を閉鎖する先端面１１２とを有する。インナカバー１１の基端部は、アウタカバー１２の基端部に密接する拡径部となり、ハウジングＨの先端部に一体的に固定される。

アウタカバー１２には、先端面１２２の近傍における側面１２１に、複数のアウタ側面孔１２ａが設けられる。本形態では、アウタ側面孔１２ａは、軸方向Ｘにおいて、インナ先端面孔１１ｂと重ならない位置にあり、例えば、インナ先端面孔１１ｂの先端位置と、アウタ側面孔１２ａの基端位置が同等位置にある。アウタカバー１２の先端面１２２の内側には、インナカバー１１の先端面１１２との間に、第１流路Ｆ１が形成され、軸方向Ｘと直交する方向を流れ方向として、排ガスＧが流通する。アウタ側面孔１２ａは、少なくともその先端位置がインナカバー１１の先端位置であるインナ先端面孔１１ｂよりも先端側にあり、第１流路Ｆ１を排ガスＧが流通可能に形成されていればよい。好適には、アウタ側面孔１２ａの孔中心が、インナ先端面孔１１ｂよりも先端側にあるように配置すると、第１流路Ｆ１を流れる排ガスＧの流量が増加して、第２流路Ｆ２へのガス流れを形成しやすい。

アウタ側面孔１２ａは、例えば、円形貫通孔であり、第１流路Ｆ１に開口する。アウタ側面孔１２ａの数や配置は、必ずしも限定されないが、側面１２１の全周に均等配置されることが望ましく、例えば、周方向の８箇所に、等間隔で配置される。このようにすると、ガス流れに対する指向性を有しない構成となり、組付性が向上するのみならず、第２流路Ｆ２に形成されるガス流れの流量が安定し、検出精度を向上させる。

アウタカバー１２の先端面１２２には、インナ先端面孔１１ｂと対向しない外周部に、複数の水抜き孔１４が設けられる。水抜き孔１４は、素子カバー１内の凝縮水を外部に排出するための小孔であり、排ガスが主に流通するアウタ側面孔１２ａに対して十分に小さい。

インナカバー１１の外側面と、アウタカバー１２の内側面との間には、第２流路Ｆ２が設けられる。第２流路Ｆ２は、インナカバー１１の先端面１１２の外周側において、最大クリアランスとなる大クリアランス部３１を有する。また、大クリアランス部３１よりも基端側において、最小クリアランスとなる小クリアランス部３２を有すると共に、大クリアランス部３１と小クリアランス部３２とが段差なく接続された流路形状を有する。

インナカバー１１の側面１１１となる筒状体は、先端面１１２に連続し、基端側へ向けて拡径するテーパ状の第１筒部１１３と、第１筒部１１３から基端側へ連続する概略一定径の第２筒部１１４とを有する。第１筒部１１３は、一定のテーパ角度を有するテーパ面であり、先端側の端部において、アウタカバー１２との間に大クリアランス部３１を形成する。第２筒部１１４は、アウタカバー１２との間に小クリアランス部３２を形成する。

大クリアランス部３１は、軸方向Ｘと直交する方向におけるクリアランス、すなわち、インナカバー１１の外側面とアウタカバー１２の内側面の距離が、最大クリアランスとなる部分である。第１筒部１１３に面する第２流路Ｆ２において、先端側の大クリアランス部３１から基端側へ向かうほど、クリアランスは小さくなる。

小クリアランス部３２は、軸方向Ｘと直交する方向におけるクリアランス、すなわち、インナカバー１１の外側面とアウタカバー１２の内側面の距離が、最小クリアランスとなる部分である。第２筒部１１４に面する第２流路Ｆ２では、先端側から基端側へかけてクリアランスは一定であり、最小クリアランスの小クリアランス部３２となる。

インナカバー１１には、基端側の側面１１１となる第２筒部１１４の軸方向Ｘの中間部に、複数のインナ側面孔１１ａが設けられる。インナ側面孔１１ａは、例えば、軸方向Ｘに細長い長孔形状の貫通孔であり、第２流路Ｆ２に開口する。複数のインナ側面孔１１ａには、それぞれ、先端縁部と一体的に、細長い板状のガイド体１３が設けられる。インナ側面孔１１ａの基端縁部、ガイド体１３の延出端部は、いずれも幅方向の両端角部に面取りを施した丸みを有する形状となっている。先端面１１２には、中央部に１つのインナ先端面孔１１ｂが設けられる。インナ先端面孔１１ｂは、例えば、円形の貫通孔であり、第１流路Ｆ１に開口する。

インナ側面孔１１ａの数や配置は、必ずしも限定されないが、側面１１１の全周に均等配置されることが望ましい。例えば、図７に示すように、インナ側面孔１１ａを、側面１１１の周方向の８箇所に、等間隔で配置することができる。インナ側面孔１１ａに設けられるガイド体１３は、センサ素子２の検出面２０を取り囲むように、放射状に配置されている。このようにすると、ガス流れに対する指向性を有しない構成となり、組付性が向上するのみならず、第２流路Ｆ２からガイド体１３を経て流入する排ガスＧを、速度を低下させることなく検出面２０に導くことができ、検出精度が向上する。

なお、図７に示すように、長方形の検出面２０に対して長辺方向に位置し、ガイド体１３の先端との距離がより近くなるインナ側面孔１１ａから、排ガスＧが流入する配置であると、検出面２０への排ガスＧの流入量がより多くなる。また、図８に示すように、正方形の検出面２０を有するセンサ素子２を用いると（例えば、図６参照）、組付角度によらず、排ガスＧの流入量が多いインナ側面孔１１ａに対して、ほぼ一定の距離に検出面２０が位置するので、搭載指向性が向上する効果がある。

図２において、ガイド体１３は、インナ側面孔１１ａの先端縁部と一体的に設けられる。例えば、ガイド体１３は、インナ側面孔１１ａの先端縁部と一体となるように、第２筒部１１４を切り欠いた切欠部分にて形成され、インナ側面孔１１ａの先端縁部を屈曲位置として、インナカバー１１の内方へ屈曲傾斜させることで、センサ素子２へ向けて延出する傾斜表面１３１を有する。軸方向Ｘにおいて、センサ素子２の検出面２０は、インナ側面孔１１ａよりも基端側にあり、ガイド体１３は、傾斜表面１３１の延長線Ｌと、検出面２０とが交わる位置となるように構成されている。ここで、延長線Ｌは、傾斜表面１３１の先端を延出方向に延長した線であり、検出面２０とどの位置で交わってもよい。

図示するように、好適には、延長線Ｌ上に検出部２１が位置していると、より好ましい。これにより、検出面２０の外周縁部より内側に位置する検出部２１に向けて、排ガスＧが直接導入されるので、ガイド効果を高めて、検出感度を向上させることができる。検出面２０の大きさ、ガイド体１３の長さや位置、傾斜角度等によって、延長線Ｌと検出面２０とが交わる位置は変化し、これらを適宜調整することで、任意の位置で交わるようにすることができる。

また、ガイド体１３が短いとガイド効果が小さいので、ガイド効果が得られる十分な長さを有することが望ましい。具体的には、インナ側面孔１１ａの先端縁部、すなわち傾斜表面１３１の基端から延出端までの長さをＬ１、検出面２０までの長さをＬ２としたとき、これらの長さの比Ｌ１／Ｌ２が０．２５より大きくなるようにするとよい（すなわち、Ｌ１／Ｌ２＞０．２５）。この関係については、詳細を後述する。

次に、上記構成の素子カバー１を備えたＰＭセンサＳについて、センサ素子２の検出精度と耐被水性の向上に対する素子カバー１の効果について説明する。
図９に示すように、排ガスＧは、ＰＭセンサＳの側方から素子カバー１へ向けて流れ、アウタカバー１２の側面１２１に開口するアウタ側面孔１２ａに導入される。アウタ側面孔１２ａは、インナカバー１１の先端位置よりも先端側に位置するので、素子カバー１内において、排ガスＧは、インナカバー１１の先端面１１２とアウタカバー１２の先端面１２２との間の第１流路Ｆ１を、十分な流速でそのまま流れ、対向方向に位置するアウタ側面孔１２ａへ向かう（例えば、図９中の点線矢印参照）。

また、排ガスＧの一部は、流れ方向の下流側の大クリアランス部３１において、基端側へ向きを変えて、インナカバー１１の側面１１１とアウタカバー１２の側面１２１との間の第２流路Ｆ２に流入する（例えば、図９中の太線矢印参照）。

第２流路Ｆ２は、流入側の大クリアランス部３１よりも小クリアランス部３２における流路面積が狭くなっているので、排ガスＧは、ベンチュリ効果により、流速を向上させながら、小クリアランス部３２に開口するインナ側面孔１１ａに向かう。また、インナカバー１１は、小クリアランス部３２を形成する第２筒部１１４より先端側の第１筒部１１３が、先端側へ向けて縮径するテーパ状であり、大クリアランス部３１から小クリアランス部３２へ至る間に、徐々に流路面積が狭くなる形状となっているので、排ガスＧは、インナカバー１１の側面１１１に沿って流れ、渦流を生じにくい。

したがって、渦流の抑制効果により、排ガスＧの流速がさらに向上し、十分な流速でインナ側面孔１１ａに到達する。さらに、インナ側面孔１１ａと一体的に設けられたガイド体１３の傾斜表面１３１に沿って、インナカバー１１の内部に流入する。そして、ガイド体１３は、傾斜表面１３１の延出方向にセンサ素子２の検出面２０が位置するように設けられるので、そのガイド効果により、排ガスＧは、十分な流速のままセンサ素子２の先端面の検出部２１に到達する。このような排ガスＧの流れにより、検出部２１への単位時間当たりの供給流量が増加するので、ＤＰＦ１０故障時等に粒子状物質ＰＭの検出に要する時間が短縮され、センサ素子２による検出感度を向上させることができる。

その後、排ガスＧは、インナカバー１１の先端面１１２に開口するインナ先端面孔１１ｂへ向かう（例えば、図３中の太線矢印参照）。このとき、上述したように、インナカバー１１の先端面１１２とアウタカバー１２の先端面１２２との間の第１流路Ｆ１において、排ガスＧが十分な流速を有するので、インナ先端面孔１１ｂの近傍に負圧が発生する。

すなわち、図１０左図に（ａ）として示す本形態の構成では、負圧による吸い出し効果で、インナ先端面孔１１ｂからアウタカバー１２内へ流出する流れが形成される。なお、参考のため、図１０右図に（ｂ）として示すように、アウタ側面孔１２ａがインナカバー１１の先端面１１２よりも基端側に位置する構成では、排ガスＧがインナカバー１１の側面１１１の周囲を通過し、インナ先端面孔１１ｂの下方を流束が通過しないため、負圧が発生しない。

ここで、アウタカバー１２の先端面１２２、特に、インナ先端面孔１１ｂに対向する位置には、ガス流通孔となる孔が形成されないので、排ガスＧの流れ方向は、軸方向Ｘと直交する方向となる。インナ先端面孔１１ｂは、排ガスＧの流れ方向に開口しておらず、また、上述した吸い出し効果により、インナ先端面孔１１ｂから排ガスＧへ合流する方向の流れが形成されるので、アウタカバー１２内に流入した排ガスＧが、インナ先端面孔１１ｂからインナカバー１１内に、直接流入することが抑制される。

したがって、排ガスＧに凝縮水が含まれる場合やアウタカバー１２の内側に凝縮水が付着している場合においても、凝縮水が排ガスＧと共にインナカバー１１内に侵入しセンサ素子２に到達するおそれは小さい。よって、センサ素子２が被水により割れを生じるといった不具合を抑制することができる。

図１１は、低流速（例えば、１０ｍ／ｓ）におけるＣＡＥ(すなわち、Computer aided Engineering)の解析結果に基づいて、ガイド体１３の有無による素子カバー１内のガス流れを比較して、模式的に示したものである。
図１１左図に示すように、本形態の構成とした場合には、第２流路Ｆ２における渦流の発生が抑制されることに加え、インナカバー１１の内部における渦流の影響を抑制することができる。すなわち、アウタカバー１２に流入した排ガスＧは、対向方向へ流れると共に、アウタ側面孔１２ａから流出する手前にて一部が大クリアランス部３１にスムーズに流入している。この流れは、第２流路Ｆ２に沿って上昇し、基端側の小クリアランス部３２の近傍で流速が増してインナ側面孔１１ａへ流入する。さらに、ガイド体１３の傾斜表面１３１に沿う噴流となって、センサ素子２へ向かう。

一方、インナカバー１１の内部空間にも、ガイド体１３に沿ってセンサ素子２へ向かう流れが生じている。すなわち、ガイド体１３によって区画されることで、その両側に同方向へ向かう流れが形成される。傾斜表面１３１に沿う噴流は、乱されることなく検出面２０に到達する。また、インナ先端面孔１１ｂへ向かい、両先端面１１２、１２２間の第１流路Ｆ１を流れる排ガスＧに合流するガス流れが形成されている。

これに対して、図１１右図に比較して示すように、ガイド体１３を設けていない構成では、インナカバー１１の内部空間に、渦流が形成されるために、インナ側面孔１１ａへ流入する際のロスが大きい。そのため、噴流が発生しても流速が十分に向上しないと、検出面２０に到達しにくくなり、検出部２１の検出感度を向上させる効果が小さくなる。また、搭載時の組付角度により検出感度の低下（すなわち、搭載指向性）が生じることがあり、検出精度が低下する。

（搭載指向性の評価）
搭載時の組付角度による検出感度の低下について、本形態の構成の素子カバー１を有するＰＭセンサＳを評価した。評価試験には、図４に示した排ガス浄化装置を模したＰＭモデルガスベンチを用い、粒子状物質を含むモデルガスが流通する配管にＰＭセンサＳを組み付けて、組付角度を中心軸に対して回転させたときの検出感度のバラツキを調べた。また、比較のため、素子カバー１にガイド体１３を設けない構成について、同様に評価し、結果を図１２に比較して示した。

センサ素子２は、評価試験に先立ち、検出部２１の再生を行って表面のＰＭを加熱除去した後、電極２３、２４間に所定の捕集用電圧を印加して、静電捕集を行ったときの出力の立ち上がり時間（すなわち、検出感度）を測定した。図１３に示すように、出力の立ち上がり時間とは、粒子状物質が静電力により捕集されて電極２３、２４間が導通し、検出部２１の検出電流が予め設定した閾値を超えた時間である。ＰＭセンサＳの組付角度を変化させて、素子カバー１の搭載向きを変化させたとき、搭載向きによる立ち上がり時間のバラツキ（すなわち、指向性）が小さいほど、検出精度は良好となる。

図１３において、指向性は、測定した立ち上がり時間の中央値に対するバラツキ（単位：±％）で表される。素子カバー１にガイド体１３を設けない場合には、指向性が大きく、素子カバー１に導入される排ガスＧの流速（すなわち、配管流速）が１０ｍ／ｓのときに、±２５％を超えている。配管流速が５ｍ／ｓに低下すると、指向性はさらに大きくなり、±４０％を超える。これに対して、ガイド体１３を有する素子カバー１を用いた場合には、指向性が小さくなり、配管流速が１０ｍ／ｓで±１５％を超える程度、５ｍ／ｓでも±２５％程度と、大きく低減する。これは、上述したガイド体１３に沿う噴流の効果で、検出面２０に到達する流量が増大するためと推測され、素子カバー１の搭載向きの影響を小さくして、検出精度を向上させる効果が得られる。

（被水性の評価）
図１４に示す評価装置２００を用いて、本形態の構成の素子カバー１を有するＰＭセンサＳの耐水性を評価した。評価装置２００は、エアが流通する流路２０１を有し、流路２０１を形成する管壁に、注水用の液送ポンプ２０２を配置し、その下流にＰＭセンサＳを配置して構成される。ＰＭセンサＳは、先端側が上流側を向くように斜め搭載されており、下記の条件で、液送ポンプ２０２から送出される水滴Ｗを、素子カバー１内に噴射したときの、センサ素子２の検出部２１に到達する最大被水量を測定した。また、図１５に示す従来構成の素子カバー１００を有するＰＭセンサＳ１について、同様に被水性を評価し、結果を図１６に比較して示した。
エア流速：１２ｍ／ｓ
エア温度：２８０±２０℃
素子カバー温度：２５０℃

図１５において、従来構成の素子カバー１００は、第１流路Ｆ１を有さず、インナカバー１１の先端面孔１０１とアウタカバー１２の先端面孔１０２とが、同軸上に近接配置される。排ガスＧは、アウタカバー１２の側面１２１のガス流通孔１０３から、その基端側に位置するインナカバー１１の側面１１１のガス流通孔１０４へ向かう構成となっている。ガス流通孔１０４には、内側へ傾斜する小片状の整流部材１０５が、センサ素子２の側方を向くように設けられる。

図１６に示すように、従来構成の素子カバー１００を用いた場合の最大被水量が１．７μＬを超えているのに対して、本形態の素子カバー１００を用いた場合には、最大被水量が０．２μＬ程度と、約８８％の大幅な低減効果が見られた。このように、本形態では、アウタカバー１２が先端面１２２の外周部に水抜き孔１４を有するのみで、インナカバー１１の先端面孔１１ｂに対向する孔を有さず、エアが先端側から直接流入しない。このような構成としたことで、センサ素子２の被水を抑制して、被水割れを防止することが可能になる。

（ガイド体１３の延出方向の評価）
図１７に示すように、本形態の構成の素子カバー１を用いたＰＭセンサＳにおいて、センサ素子２の軸方向位置を変化させて、ガイド体１３の傾斜表面１３１との相対位置を変化させたときに、検出面２０に導入される排ガスＧの流量を評価した。図１７の右図は、傾斜表面１３１の延長線Ｌと、センサ素子２の検出面２０とが交わる位置にある、本形態の構成の試験例１である。これに対して、図１７の左図に示すように、傾斜表面１３１の延長線Ｌ上に、センサ素子２の先端部よりやや基端側の側面が位置する構成を比較例１とし、図１７の中図に示すように、傾斜表面１３１の延長線Ｌ上に、センサ素子２の先端部側面が位置する構成を比較例２とした。

これら試験例１及び比較例１、２のＰＭセンサＳについて、図１８に示すように、素子カバー１の内側において、センサ素子２の代わりにその検出面２０の位置に、風速計４を配置した評価装置を用意し、一定の配管流速（例えば、１０ｍ／ｓ）を与えた場合の流量を、それぞれ測定した。結果を図１９に示すように、風速計４にて測定される流速は、比較例１、２の順で、風速計４に近いほど大きくなるものの、それぞれ約０．２ｍ／ｓ、約０．７ｍ／ｓと、いずれも１ｍ／ｓを大きく下回っている。これに対して、検出面２０の位置に向けて傾斜表面１３１が延出している試験例１では、約８．２ｍ／ｓと流速が大きく増加している。

このように、傾斜表面１３１の延長線Ｌ上にセンサ素子２の検出面２０が位置するように構成することで、検出面２０に十分な流量の排ガスＧを導入できることが確認された。

（ガイド体１３の長さＬ１の評価）
図２０に示すように、本形態の構成の素子カバー１を用いたＰＭセンサＳにおいて、ガイド体１３の傾斜表面１３１の基端から延出端までの長さＬ１を変化させて、検出面２０までの長さＬ２との比：Ｌ１／Ｌ２が、上述した指向性に与える影響を評価した。図２１に、Ｌ１／Ｌ２が０．０５〜０．４程度の範囲について、指向性（単位：±％）との関係を調べた結果を示す。

図２０左図は、長さの比：Ｌ１／Ｌ２が０．０５のガイド体１３を設けた場合であり、センサ素子２の検出面２０へのガス流入が認められるが、指向性は±３２％とやや大きい。図２０右図に示すように、Ｌ１／Ｌ２が０．０４となるガイド体１３を設けた場合には、検出面２０へのガス流入が増加すると共に、指向性が±２５％程度まで低減する。
図２１に示すように、具体的には、Ｌ１／Ｌ２が０．０５〜０．２５までの範囲では、指向性はほとんど変化がなく、Ｌ１／Ｌ２が０．２５を超えると、指向性が急減している。したがって、好適には、Ｌ１／Ｌ２が０．２５を超える範囲となるように、ガイド体１３の傾斜表面１３１の長さＬ１を設定すると、指向性を小さくすることができる。

（クリアランス比ｄ１／ｄ２の評価）
図２２に示すように、大クリアランス部３１におけるクリアランス（すなわち、最大クリアランス）をｄ１とし、小クリアランス部３２におけるクリアランス（すなわち、最小クリアランス）をｄ２としたときに、それらの比率であるクリアランス比ｄ１／ｄ２を、１．５〜２０の範囲で変更した素子カバー１を用意した。これら素子カバー１を備えるＰＭセンサＳを、それぞれＰＭモデルガスベンチに取り付けて、所定のＰＭ濃度としたモデルガスを導入し、センサ素子２の検出部２１における出力の立ち上がり時間を評価した。試験条件は、以下の通りとし、図２３に評価結果を示した。
評価ベンチ：ＰＭモデルガスベンチ
ガス流速：１０ｍ／ｓ
ＰＭ濃度：６ｍｇ／ｍ³

図２３に示すように、ｄ１／ｄ２を１．５〜２０の範囲で変更した場合には、ｄ１／ｄ２の増加に伴い、出力の立ち上がり時間が急減し、ｄ１／ｄ２＝２．４５以上の範囲では、ほぼ一定値に収束している（すなわち、図中にサチュレーションとして示す範囲）。具体的には、ｄ１／ｄ２＝１．７とした構成では、立ち上がり時間が４５０秒程度に低減している。さらに、ｄ１／ｄ２＝２．４５とした構成では、４００秒を下回っており、ｄ１／ｄ２＝１．５とした構成よりも１００秒程度、出力の立ち上がり時間が低減している。ｄ１／ｄ２＝８において、立ち上がり時間は３５０秒程度まで低減し、ほぼ一定となる。

したがって、好ましくは、クリアランス比ｄ１／ｄ２が、２．４５以上となる素子カバー１を用いるのがよく、検出感度を大きく向上させることができる。

このとき、図２４の上段に低流速時（例えば、１０ｍ／ｓ）におけるガス流れを模式的に示すように、本形態の構成では、第２流路Ｆ２が徐々に流路面積が狭くなる形状となっているので、渦流の発生が抑制される。すなわち、上段の左図において、アウタカバー１２に流入した排ガスＧは、対向方向へ流れると共に、アウタ側面孔１２ａから流出する手前にて一部が大クリアランス部３１にスムーズに流入する。この流れは、第２流路Ｆ２に沿って上昇し、基端側の小クリアランス部３２の近傍で流速が増して、インナ側面孔１１ａからセンサ素子２へ向かう。

これにより、上段の中図、右図に示すＡ−Ａ断面のように、インナカバー１１の回転方向の位置が変化しても（すなわち、組付角度０°又は２２．５°）、ガス流速の減速は小さく、渦流による乱流成分も小さい。したがって、いずれもセンサ素子２の検出面２０へ向かう流れとなり、組付角度に対する指向性は小さくなる。なお、組付角度０°は、ガス流れの下流側で軸線上にインナ側面孔１１ａが位置している場合、組付角度２２．５°は、軸線上にインナ側面孔１１ａが位置していない場合である。

これに対して、図２４の下段に比較して示すように、インナカバー１１の先端側半部を一定の小径部１１５として、大径の基端側半部１１６との間に、テーパ状の段差面１１７を設けた構成では、大きな渦流を形成しやすい。すなわち、下段の左図において、アウタカバー１２に流入した排ガスＧは、アウタ側面孔１２ａから流出する手前にて、先端側半部１１６の外周空間５に流入するものの、段差面１１７に遮られて渦流を形成し、流速を向上させにくい。

その結果、下段の中図、右図に示すＢ−Ｂ断面のように、インナカバー１１の回転方向の位置によって、ガス流れが大きく変化する。すなわち、組付角度０°の場合は、比較的良好なガス流れを示すが、組付角度２２．５°の場合は、ガス流速が減速するだけでなく、乱流の影響を受けて、センサ素子２の検出面２０から離れるガス流れとなる。また、一部のガスは、インナ側面孔１１ａからアウタカバー１２側へ漏れ出す。
このため、本形態の構成では、組付角度０°に対して２２．５°のときのガス供給量が、約０．８倍と高く保たれるのに比べて、段差面１１７を有する構成では、２２．５°のときのガス供給量が、約０．５倍となり大きく減少する。

（実施形態２）
図２５、図２６により、センサ装置としてのＰＭセンサＳの実施形態２について説明する。上記実施形態１では、センサ素子２の先端面に検出部２１を設けた構成としているが、図２５に示すように、センサ素子２の側面に検出部２１を有する構成であってもよい。センサ素子２以外のＰＭセンサＳの構成は、上記実施形態１と同様であるので説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

図２６において、センサ素子２は、積層構造を有する積層型素子であり、直方体形状の絶縁性基体２２の先端側の一側面に、電極２３、２４が露出する検出部２１を有している。検出部２１の外周部を取り囲む、一回り大きな側面表面が、検出面２０となる。電極２３、２４がリード部２３ａ、２４ａを介して、端子電極２５、２６と接続される構成は、上記実施形態と同様である。

図２５において、センサ素子２は、検出部２１を設けた検出面２０を有する側面が、インナカバー１１の内側へ排ガスＧを流入させるインナ側面孔１１ａを向くように配置される。ガイド体１３は、傾斜表面１３１の延長線Ｌが、検出面２０と交わるように配置される。

これにより、インナ側面孔１１ａからインナカバー１１内に流入する排ガスＧが、拡散することなく、対向する側面の検出面２０上に位置する検出部２１に、直接到達しやすくなる。したがって、低流速時においてもＰＭセンサＳの検出感度を低下させることなく、良好な検出性能を維持できる。

（実施形態３）
図２７により、センサ装置としてのＰＭセンサＳの実施形態３について説明する。
インナカバー１１の第１筒部１１３は、先端側の大クリアランス部３１から基端側の小クリアランス部３２へ向けて、徐々に縮径している形状であればよく、必ずしも全体がテーパ状でなくてもよい。本形態では、例えば、大クリアランス部３１となる先端部に、概略一定径の筒部１１３ａを有する形状となっている。筒部１１３ａを除く第１筒部１１３は、一定のテーパ角度を有するテーパ状に形成される。
それ以外の本形態の基本構成は、上記実施形態１と同様であり、説明を省略する。

このような構成においても、第２流路Ｆ２に流入し小クリアランス部３２へ向かう排ガスＧの流速を向上させて、渦流を抑制する効果が得られる。また、最大クリアランスとなる大クリアランス部３１のクリアランスｄ１が容易に設定できるので、所定のクリアランス比ｄ１／ｄ２を有する第２流路Ｆ２を容易に形成して、所望の効果が得られる。

なお、図２８にＣＡＥ解析結果に基づくガス流れを模式的に示すように、素子カバー１の組付角度によって、アウタカバー１２内における排ガスＧの流量が変化する。図２８左図は、組付角度が０°の場合であり、排ガスＧの流れ方向と平行でセンサ素子２の中心を通る線（すなわち、図中に点線で示す軸線）上に、アウタ側面孔１２ａが位置する。図２８中図、図２８右図は、それぞれ、組付角度が１１．２５°、２２．５°の場合であり、アウタ側面孔１２ａが軸線からややずれて位置する。この場合も、軸線に近いアウタ側面孔１２ａから内部に排ガスＧが流入するが、組付角度が０°の場合に比べると、アウタカバー１２内に流速が減少する部分が生じる。これが第１流路Ｆ１におけるガス流れを乱し、組付角度によるバラツキの要因となる。
そこで、組付角度によらず第１流路Ｆ１におけるガス流れを均一にするように、アウタ側面孔１２ａを配置することが望ましい。このような配置例について、次に説明する。

（実施形態４）
図２９〜図３１により、センサ装置としてのＰＭセンサＳの実施形態４について説明する。図２９に示すように、本形態において、アウタカバー１２は、先端面１２２に近い側面１２１に、アウタ側面孔１２ａが軸方向Ｘに２列に配置される。各列において、アウタ側面孔１２ａは、周方向の８箇所に等間隔で均等配置され、先端側の第１列に属するアウタ側面孔１２ａと基端側の第２列に属するアウタ側面孔１２ａとは、軸方向Ｘにおいて、孔中心が重ならないように互い違いに位置する。ここでは、第１列のアウタ側面孔１２ａは、全体が、インナ先端面孔１１ｂとアウタカバー１２の先端面１２２との間に位置し、基端位置が、インナ先端面孔１１ｂの先端位置と概略一致するように隣接して位置している。第２列のアウタ側面孔１２ａは、インナカバー１１の先端部を取り囲んで配置され、インナ先端面孔１１ｂと、先端位置がほぼ一致している。

このように、１６箇所のアウタ側面孔１２ａが、２列以上に千鳥配置されることで、全周に均等に開口する構成となり、組付角度の影響を受けにくくなる。
なお、本形態では、先端側から第１列と第２列のアウタ側面孔１２ａを同径の円形孔としているが、必ずしも同一形状でなくてもよく、また、均等配置されていなくてもよい。すなわち、アウタカバー１２のアウタ側面孔１２ａは、軸方向において、隣り合う２つの列に属するアウタ側面孔１２ａの孔中心が、同一線上に位置しておらず、互いにずれて位置していればよい。
また、アウタ側面孔１２ａの列の数や、各列のアウタ側面孔１２ａの数、インナ先端面孔１１ｂとの位置関係等は、適宜変更することができる。例えば、第２列のアウタ側面孔１２ａの先端位置が、インナ先端面孔１１ｂより先端側となっていてもよいし、第１列のアウタ側面孔１２ａの基端位置が、インナ先端面孔１１ｂより基端側となっていてもよい。

図３０に、ＣＡＥ解析結果に基づくガス流れを模式的に示すように、素子カバー１の組付角度によらず、良好なガス流れが形成されている。図３０は、図２９の第２列のアウタ側面孔１２ａの位置における断面（すなわち、Ｃ−Ｃ断面）を示しており、図３０左図の組付角度が０°の場合は、軸線上に、アウタ側面孔１２ａが位置する。図３０中図、右図は、それぞれ、組付角度が１１．２５°、２２．５°の場合であり、アウタ側面孔１２ａが軸線からややずれて位置するが、図示されない第１列のアウタ側面孔１２ａからも排ガスＧが取り込み可能であり、ガス流量は大きく低下しない。

したがって、排ガスＧの流れ方向の上流側に位置する、いずれかのアウタ側面孔１２ａによって、十分なガス流れが形成されるので、安定したベンチュリ効果が得られる。また、インナ先端面孔１１ｂの近傍において、安定した負圧が得られる。これらにより、所望の流速のガス流れが形成されて検出感度が向上し、搭載指向性がさらに小さくなる。

上述したように、インナカバー１１の形状は、第２流路Ｆ２のクリアランスが徐々に縮小し、段差面１１７を有しない形状であればよい。あるいは、インナカバー１１において、第１筒部１１３を構成するテーパ面は、一定のテーパ角度である必要はなく、例えば、テーパ角度の異なる複数のテーパ面が軸方向Ｘに接続された形状とすることもできる。
この場合も、第１筒部１１３の全体が滑らかに接続され、基端側から先端側へ向けて縮径する概略テーパ状に形成されることで、同様の効果が得られる。

このように、排ガスＧの流速を向上させる効果が得られ、ガス流れに大きく影響しない範囲であれば、第２流路Ｆ２を形成するインナカバー１１あるいはアウタカバー１２の形状を適宜変更することができる。

図３１に示すように、アウタカバー１２の側面１２１に、アウタ側面孔１２ａが軸方向Ｘに２列に配置される場合には、好適には、インナカバー１１がテーパ面を有する構成であると共に、基端側の第２列のアウタ側面孔１２ａが、テーパ面に対向する位置に形成されるのがよい（図３１左図参照）。この構成における作用効果のメカニズムを、アウタ側面孔１２ａがテーパ面に対向しない場合（図３１中図参照）、テーパ面を有しない場合（図３１右図参照）と対比させて、以下に説明する。

図３１左図に示すアウタカバー１２において、２列のアウタ側面孔１２ａは、インナカバー１１のインナ先端面孔１１ｂを挟んで、先端側から第１列のアウタ側面孔１２ａと第２列のアウタ側面孔１２ａとが軸方向に近接して、周方向に互い違いとなるように配置されている。このとき、第２列のアウタ側面孔１２ａは、インナカバー１１の先端側の第１筒部１１３に対向しているので、アウタ側面孔１２ａから流入する排ガスＧは、第１筒部１１３を構成するテーパ面に沿って先端側へ向かう流れとなる。この流れが、第１流路Ｆ１へ流入することで、第１流路Ｆ１のガス流量が増加して、インナ先端面孔１１ｂの近傍に負圧を発生させ、さらに、負圧による吸引効果で流速が向上して、第２流路Ｆ２へ向かう良好なガス流れを形成することができる。

一方、図３１中図に示すアウタカバー１２は、第２列のアウタ側面孔１２ａが、第１筒部１１３より基端側の第２筒部１１４に対向している。このとき、アウタ側面孔１２ａから流入する排ガスＧの一部は第２筒部１１４の外側を通過する流れとなるために、テーパ面に沿って第１流路Ｆ１へ向かう流れの形成が十分促進されない。その場合には、第２列のアウタ側面孔１２ａを形成することにより、インナ先端面孔１１ｂの近傍のガス流量を増加させる十分な効果が得られない。
また、図３１右図に示すアウタカバー１２は、インナカバー１１が一定径であり、２列のアウタ側面孔１２ａはインナ先端面孔１１ｂを挟んで近接している。この場合も、アウタ側面孔１２ａから第１流路Ｆ１へ合流する流れと共に、インナカバー１１の外側を通過する流れが形成されるために、インナ先端面孔１１ｂの近傍のガス流量を増加させる効果が低下する。

したがって、複数列のアウタ側面孔１２ａによってガス流れを有効に形成するには、少なくとも第２列のアウタ側面孔１２ａの先端位置が、第１筒部１１３と第２筒部１１４の接続部よりも先端側にあるのがよい。好適には、アウタ側面孔１２ａの孔中心が、第１筒部１１３と第２筒部１１４の接続部よりも先端側にあることで、第１筒部１１３のテーパ面に沿うガス流れがより良好に形成される。

（実施形態５）
図３２〜４０により、センサ装置としてのＰＭセンサＳの実施形態５について説明する。図３２に示すように、本形態においても、アウタカバー１２には、先端面１２２に近い側面１２１に、複数のアウタ側面孔１２ａが軸方向Ｘに２列に配置され、各列において、アウタ側面孔１２ａは、周方向の８箇所に等間隔で均等配置されている。このとき、先端側から第１列のアウタ側面孔１２ａ（図３２中図参照）と、第２列のアウタ側面孔１２ａ（図３２右図参照）とは、必ずしも同一形状でなくてもよく、アウタ側面孔１２ａを形成する貫通孔の貫通方向を変更することで、検出感度や搭載指向性のさらなる向上が可能となる。

ここでは、図３２中図に示すように、第１列のアウタ側面孔１２ａは、アウタカバー１２の側面１２１を、軸中心に向かう方向に貫通する貫通孔にて形成されている。すなわち、軸中心から放射状に延びる８つの方向を貫通方向とする、８つのアウタ側面孔１２ａが均等に配置される。
なお、上記実施形態１〜４において、インナカバー１１のインナ側面孔１１ａ及びアウタカバー１２のアウタ側面孔１２ａは、このような放射状に形成された貫通孔（以下、適宜、放射状孔と称する）となっている。

これに対して、図３２右図に示すように、第２列のアウタ側面孔１２ａは、アウタカバー１２の側面１２１を、軸中心よりも外方に向かう方向に貫通する貫通孔にて形成されている。具体的には、第２列のアウタ側面孔１２ａは、それぞれ、周方向において隣り合う第１列のアウタ側面孔１２ａの１つと対をなしており、この対をなす第１列のアウタ側面孔１２ａの貫通方向と平行となるように、軸中心に向かう方向に対して貫通方向を傾斜させた貫通孔（以下、適宜、平行孔と称する）となっている。
その一例として、一対となる第１列のアウタ側面孔１２ａの貫通方向（Ｔ１）と、第２列のアウタ側面孔１２ａの貫通方向（Ｔ２）の位置関係を、図中に示す。

このとき、図３２左図に示すように、第１列のアウタ側面孔１２ａから流入して第１流路Ｆ１を対向方向へ向かう排ガスＧの流れ（以下、主流Ｇ１と称する）に対して、第２列のアウタ側面孔１２ａから流入して第１流路Ｆ１へ向かう流れ（以下、副流Ｇ２と称する）が合流することで、上述したように、搭載時の組付角度によるガス流量の変動を抑制可能となる。
ただし、ガス流速や組付角度によっては、渦流の発生による検出感度への影響が大きくなり、搭載指向性の改善効果に差が生じることが判明した。この場合の第２列のアウタ側面孔１２ａの形状の効果について、次に説明する。

上記実施形態では、例えば、５ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ程度の低流速域において、素子カバー１におけるガイド体１３の配置や第２流路Ｆ２の形状等によるガス流れへの影響を主に評価したが、ガス流速がより低い超流速域（例えば、３ｍ／ｓ以下）においては、搭載時の組付角度に対応するアウタ側面孔１２ａの向き（以下、適宜、搭載向きと称する）が、第１流路Ｆ１におけるガス流れに、より大きく影響する。

例えば、図３３、図３４に模式的に示すように、搭載時の組付角度０°（すなわち、搭載向き０°）の場合には、主流Ｇ１となる排ガスＧの流れ方向に、先端側から第１列のアウタ側面孔１２ａの１つが位置しており、その両側の第２列のアウタ側面孔１２ａからも、副流Ｇ２となる排ガスＧが流入する。
このとき、図３３左図に示すように、第１列と第２列のアウタ側面孔１２ａの両方が放射状孔である構成では（例えば、実施形態４の構成）、第１列のアウタ側面孔１２ａから流入する主流Ｇ１に対して、第２列のアウタ側面孔１２ａから流入する２つの副流Ｇ２が、第１筒部１１３に沿って合流する際に衝突する。そのため、主流Ｇ１の流速が低下して、インナカバー１１の上流側で渦流を発生しやすくなる。図３４左図の上段に示すように、２つの副流が形成される２箇所のアウタ側面孔１２ａの近傍で、渦流損による圧力低下が見られ、これに伴い、図３４左図の下段に示すように、第１列のアウタ側面孔１２ａの近傍においても、インナ先端面孔１１ｂの上流側で渦流損による圧力低下が生じる。その結果、インナ先端面孔１１ｂの近傍に負圧が発生しにくくなり、検出感度が低下する。

これに対して、図３３右図に示すように、第２列のアウタ側面孔１２ａが平行孔である構成では、第２列のアウタ側面孔１２ａから流入する２つの副流Ｇ２の一方が、第１列のアウタ側面孔１２ａから流入する主流Ｇ１と平行になる。この副流Ｇ２は、主流Ｇ１と衝突することなくインナカバー１１の下流へ向かうため、主流Ｇ１の流速低下が抑制され、上流側での渦流の発生が抑制される。そのため、図３４右図の上段に示すように、主流Ｇ１と平行な副流Ｇ２が形成されるアウタ側面孔１２ａの近傍で、圧力低下が緩和され、これに伴い、図３４右図の下段においても、圧力低下による主流Ｇ１への影響が小さくなる。その結果、インナ先端面孔１１ｂの近傍における負圧の発生が促進されて、検出感度が改善する。

一方、図３５、図３６に模式的に示すように、搭載時の組付角度２２．５°（すなわち、搭載向き２２．５°）の場合には、主流Ｇ１となる排ガスＧの流れ方向に、第２列のアウタ側面孔１２ａの１つが位置しており、その両側の２箇所において、第１列のアウタ側面孔１２ａから、主流Ｇ１となる排ガスＧが流入する。
この場合も、図３５左図に示すように、第１列と第２列のアウタ側面孔１２ａの両方が放射状孔である構成では（例えば、実施形態４の構成）、第１列のアウタ側面孔１２ａから流入する主流Ｇ１に対して、第２列のアウタ側面孔１２ａから流入する副流Ｇ２が合流する際に衝突する。このとき、２つの主流Ｇ１の間に１つの副流Ｇ２が合流するので、衝突による流速の低下は緩和されるものの、同様に渦流が発生しやすくなる。そのため、図３６左図の上段、中段に示すように、アウタ側面孔１２ａの近傍で、渦流損による圧力低下が見られる。図３６左図の上段、下段に示すように、上流側のアウタ側面孔１２ａの近傍で、渦流損による圧力低下が見られる。

これに対して、図３５右図に示すように、第２列のアウタ側面孔１２ａが平行孔である構成では、第２列のアウタ側面孔１２ａから流入する副流Ｇ２が、第１列のアウタ側面孔１２ａから流入する２つの主流Ｇ１の１つと平行になる。したがって、主流Ｇ１との衝突による流速低下が回避され、渦流の発生が抑制される。そのため、図３６右図の上段、下段に示すように、渦流損による圧力低下が小さくなり、または、主流Ｇ１と平行な副流Ｇ２が形成されるアウタ側面孔１２ａの近傍で、圧力低下が見られなくなる。その結果、インナ先端面孔１１ｂの近傍に安定して負圧が発生し、検出感度が改善する。

なお、図３６右図の中段に点線で囲って示すように、ＣＡＥ解析結果に基づくガス流速が、センサ素子２の検出部２１の上流側において上昇していることが確認されており、負圧の上昇によりインナカバー１１内におけるガス流速が向上したものと推測される。

図３７左図に、３ｍ／ｓ以下の超低流速域における、検出部２１への到達時の流量（すなわち、図中に示す到達流量）と組付角度の関係を示すように、流速が上昇するのに伴い、組付角度０°における到達流量が、相対的に向上している。これは、特に、３ｍ／ｓ以下の超低流速域では、負圧の発生が検出感度に主に寄与しており、衝突による渦流の影響が大きくなる超低流速域ほど、検出感度が悪化しやすくなるためと推測される。そのため、流速１ｍ／ｓ、２ｍ／ｓにおける到達流量は、組付角度０°よりも組付角度２２．５°の方が高くなっている。

その場合においても、本形態のように、第２列のアウタ側面孔１２ａを平行孔となるように構成することで、衝突を抑制して検出感度を向上させることができる。この検出感度の改善効果は、組付角度０°と２２．５°の両方において見られ、組付角度０°においては、流速が低い方が、改善効果が大きく、組付角度２２．５°においては、流速が高い方が、改善効果が大きくなっている。その結果、図３７右図に示すように、組付角度０°と２２．５°の検出感度の差が小さくなることで、搭載指向性も改善する。

また、図３８左図に示すように、ガス流速がより高い流速域（例えば、３ｍ／ｓを超え１０ｍ／ｓ以下の低流速域〜高流速域）においては、十分な負圧が発生することから、組付角度０°における到達流量が相対的に上昇し、２２．５°の到達流量が相対的に低下する。例えば、５０ｍ／ｓの高流速域におけるＣＡＥ解析結果から、図３９左図に模式的に示すように、第１列と第２列のアウタ側面孔１２ａの両方が放射状孔である構成では、組付角度０°（すなわち、搭載向き０°）においても、第１列のアウタ側面孔１２ａから主流Ｇ１が十分な流量を有し、第２列のアウタ側面孔１２ａから２つの副流Ｇ２が合流する際の衝突の影響が小さい。そのため、インナ先端面孔１１ｂの近傍に十分な負圧が発生し、第１流路Ｆ１から第２流路Ｆ２へ向かうガス流れの慣性力によって、例えば、下流側の３つのインナ側面孔１１ａからインナカバー１１の内部空間へ、十分な流量のガス流れが到達可能となる。

これに対して、組付角度２２．５°（すなわち、搭載向き２２．５°）の場合には、第１列のアウタ側面孔１２ａからの２つの主流Ｇ１の流れ方向が異なり、さらに第２列のアウタ側面孔１２ａからの副流Ｇ２が衝突するために、渦流が発生しやすくなる。そのために、搭載向き０°の場合よりも検出感度が悪化するものと推測される。

その場合においても、図３９右図に示すように、本形態のように、第２列のアウタ側面孔１２ａを平行孔となるように構成することで、副流Ｇ２の衝突の影響を小さくすることができる。特に、搭載向き２２．５°の場合には、副流Ｇ２の衝突による渦流が抑制され、平行な２つの流れがインナ先端面孔１１ｂの近傍にて合流することで、インナ先端面孔１１ｂの近傍のガス流速が上昇し、到達流量を向上可能になる。

なお、搭載向き０°の場合には、副流Ｇ２の主流Ｇ１との衝突は抑制されるものの、主流Ｇ１と平行な副流Ｇ２が、減速されずにインナカバー１１の下流へ向かうことで、第１流路Ｆ１から第２流路Ｆ２へ向かうガス流れの一部に衝突しやすくなる。これによって、例えば、下流側の１つのインナ側面孔１１ａからインナカバー１１の内部空間へ流入するガス流れの慣性力が弱まり、到達流量が低下する。
この結果は、図４０のＣＡＥ解析結果にも示されており、第１列及び第２列のアウタ側面孔１２ａが放射孔である図４０左図の構成に比べて、第２列のアウタ側面孔１２ａが平行孔となる図４０右図の本形態の構成では、第１流路Ｆ１から第２流路Ｆ２へ向かうガス流れに発生する渦流が、大きくなる傾向が見られている。

その結果、図３９右図に示すように、組付角度０°において到達流量が低下する一方で、組付角度２２．５°において到達流量が増加する。すなわち、検出感度の差が小さくなることで、搭載指向性は改善する。
このように、本形態の構成とすることで、排ガスＧの流速によらず、超低流速域から低流速域、さらに高流速域にかけて、良好な搭載指向性が得られる。

上記各実施形態では、積層型のセンサ素子２を有するＰＭセンサＳを例示して説明したが、センサ素子２は、電極２３、２４が、検出部２１となる表面に印刷形成された印刷型素子であってもよい。この場合は、電極２３、２４は、平板状に成形された絶縁性基体２２の表面に、櫛歯状に印刷形成され、同様に絶縁性基体２２の表面に印刷形成されたリード部２３ａ、２４ａを介して、端子電極２５、２６と接続される。

また、上記各実施形態では、センサ装置としてのＰＭセンサＳについて、主に説明したが、センサ装置は、ＰＭセンサＳに限らず、排ガスＧに含まれる特定ガス成分を検出するガスセンサであってもよい。具体的には、排ガスＧ中の酸素を検出する酸素センサや、空燃比を検出する空燃比センサ、ＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ等の排ガスセンサが挙げられる。これらガスセンサに用いられるセンサ素子２は、公知の構成とすることができ、例えば、コップ型又は積層型素子の先端側に、検出用の電極を有する検出部２１を備えた構成とすることができる。

この場合も、上記各実施形態と同様に、検出部２１が軸方向Ｘの先端側となるように、ハウジングＨの内側に挿通保持して、その外側を素子カバー１で保護することができる。そして、素子カバー１の内側に導入される排ガスＧを、第２流路Ｆ１から第２流路Ｆ２に誘導し、ガイド体１３を経て検出面２０へ導くことができ、センサ素子２の検出部２１における出力の応答性を向上させる。

したがって、排ガスＧが低流速となる運転条件下においても、良好な検出性能を示すガスセンサを実現することができる。そして、ガスセンサの検出結果に基づいて、内燃機関の状態を把握し、排ガス浄化システムを制御することで、排ガス浄化性能を向上させることができる。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
例えば、上記各実施形態では、センサ装置が自動車用エンジンの排ガス浄化システムに適用される場合について説明したが、内燃機関は自動車用に限らず、各種装置からの排ガスを被測定ガスとすることができる。また、被測定ガスは内燃機関からの排ガスに限らず、各種ガス中に含まれる特定成分を検出するためのセンサ装置に適用することができる。

Ｓ ＰＭセンサ（センサ装置）
Ｆ１ 第１流路
Ｆ２ 第２流路
１ 素子カバー
１１ インナカバー
１１ａ インナ側面孔
１１ｂ インナ先端面孔
１２ アウタカバー
１２ａ アウタ側面孔
２ センサ素子

Claims (13)

1. 被測定ガス中の特定成分を検出する検出部（２１）を備えるセンサ素子（２）と、
   上記センサ素子を内側に挿通して、軸方向（Ｘ）の先端側に上記検出部が位置するように保持するハウジング（Ｈ）と、
   上記ハウジングの先端側に配設された素子カバー（１）と、を備え、
   上記素子カバーは、上記センサ素子の先端側を覆うように配設されたインナカバー（１１）と、上記インナカバーの外側に空間を有して配設されたアウタカバー（１２）と、を有するセンサ装置（Ｓ）であって、
   上記インナカバーは、側面（１１１）及び先端面（１１２）に、被測定ガスが流通するインナ側面孔（１１ａ）及びインナ先端面孔（１１ｂ）がそれぞれ設けられ、
   上記アウタカバーは、側面（１２１）に、被測定ガスが流通する複数のアウタ側面孔（１２ａ）が設けられると共に、上記アウタ側面孔の先端位置が上記インナカバーの先端位置よりも先端側にあり、上記アウタカバーの上記先端面の内側に、上記軸方向と直交する方向をガス流れ方向とする第１流路（Ｆ１）を形成し、
   上記インナ側面孔は、上記インナカバーの外側面と上記アウタカバーの内側面との間に設けられる第２流路（Ｆ２）に開口すると共に、上記インナ側面孔の先端縁部から上記インナカバーの内方へ傾斜して延出するガイド体（１３）が設けられ、上記ガイド体の延出方向の延長線（Ｌ）上に、上記検出部が配置される検出面（２０）が位置する、センサ装置。
2. 上記第２流路は、上記インナカバーの上記先端面の外周側において、最大クリアランスとなる大クリアランス部（３１）を有し、上記大クリアランス部よりも基端側において、最小クリアランスとなる小クリアランス部（３２）を有すると共に、上記大クリアランス部と上記小クリアランス部とが段差なく接続された流路形状を有する、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 上記大クリアランス部の上記軸方向と直交する方向におけるクリアランスをｄ１、上記小クリアランス部の上記軸方向と直交する方向におけるクリアランスをｄ２としたとき、クリアランス比ｄ１／ｄ２は２．４５以上である、請求項２に記載のセンサ装置。
4. 上記ガイド体の傾斜表面（１３１）の延出方向の長さをＬ１、上記傾斜表面の基端位置から上記検出面までの長さをＬ２としたとき、長さの比Ｌ１／Ｌ２は０．２５より大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ装置。
5. 上記アウタカバーは、上記インナ先端面孔と上記軸方向に対向する位置に孔を有しておらず、複数の上記アウタ側面孔は、上記アウタカバーの上記側面に周方向に均等配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ装置。
6. 上記軸方向において、複数の上記アウタ側面孔は、上記アウタカバーの上記側面に複数列に配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ装置。
7. 上記軸方向において、複数の上記アウタ側面孔は、上記複数列のうち隣り合う２つの列に属する上記アウタ側面孔の孔中心が、同一線上に位置していない、請求項６に記載のセンサ装置。
8. 上記軸方向において、先端側から第１列に属する複数の上記アウタ側面孔は、それぞれ、上記側面を軸中心へ向けて貫通する貫通孔であり、先端側から第２列に属する複数の上記アウタ側面孔は、それぞれ、先端側から第１列に属する上記アウタ側面孔の１つと平行に上記側面を貫通する貫通孔である、請求項６又は７に記載のセンサ装置。
9. 上記インナカバーの上記側面は、先端側から基端側へ拡径するテーパ状の第１筒部（１１３）と、上記第１筒部の基端側に連続する一定径の第２筒部（１１４）とを有しており、かつ、上記軸方向において、先端側から第２列に属する上記アウタ側面孔の先端位置が、上記第１筒部と上記第２筒部の接続位置よりも先端側にある、請求項６〜８のいずれか１項に記載のセンサ装置。
10. 上記インナカバーの上記側面は、先端側から基端側へ拡径するテーパ状の第１筒部（１１３）と、上記第１筒部の基端側に連続する一定径の第２筒部（１１４）とを有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ装置。
11. 上記第２筒部の周方向に、複数の上記インナ側面孔が設けられる、請求項９又は１０に記載のセンサ装置。
12. 上記検出部は、上記センサ素子の先端面又は先端側の側面に設けられる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセンサ装置。
13. 上記被測定ガスは、内燃機関からの排ガスであり、上記特定成分は、粒子状物質又は特定ガス成分である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のセンサ装置。

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