JP2021060218A - Gas sensor - Google Patents

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Abstract

To suppress a sensor element from being exposed to water.SOLUTION: A gas sensor 100 comprises a sensor element 110, an inside protective cover 130 having a sensor element chamber 124 inside, and an outside protective cover 140 disposed on an outside of the inside protective cover 130. The inside protective cover 130 includes a first member 131 that encloses the sensor element 110 and a second member 135 that encloses the first member 131. The second member 135 includes a second cylindrical part 136 that encloses the first member 131, a bottom part 138e facing a tip face 110c of the sensor element 110, and a tapered part 138d provided between the second cylindrical part 136 and the bottom part 138e, with an element chamber outlet 138a disposed in the tapered part 138d. The gas sensor 100 satisfies X≥7.5 and/or Y2+667/X≤120, where X[mm] represents a distance between the tip face 110c and the bottom part 138e and Y[mm] represents a diameter of the bottom part 138e.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、ガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor.

従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるNOxや酸素などの所定のガス濃度を検出するガスセンサが知られている。ガスセンサは、例えば、センサ素子と、センサ素子が配置されるセンサ素子室を有し素子室入口及び素子室出口が配設された内側保護カバーと、外側入口と外側出口とが配設された外側保護カバーと、を備えている。被測定ガスは、ガスセンサの外部から外側入口及び素子室入口を通ってセンサ素子室に到達し、一部がセンサ素子内に導入される。センサ素子室に到達した被測定ガスはその後、素子室出口及び外側出口を通って外部に排出される。ところで、ガスセンサはセンサ素子の活性化する温度(例えば850℃)で使用されるため、センサ素子が被水すると熱衝撃によってセンサ素子にクラックが生じることがある。このため、センサ素子の被水を抑制することが検討されている。例えば特許文献1では、外側入口からセンサ素子に設けられたガス導入口までの最短距離を調整して、外側入口から流入した外部の水分等がセンサ素子に到達することを抑制している。特許文献1のガスセンサでは、素子室入口は例えばセンサ素子を囲む筒状の第1部材と第1部材を囲む有底筒状の第2部材との間の隙間として形成され、素子室出口は第2部材の底部に形成されている。また例えば特許文献2では、素子室入口を外側入口と軸線方向に重ならないように内側保護カバーの側部に配置するとともに、素子室出口を内側保護カバーの底部ではなく側部に配置し内側保護カバーの底部と外側出口とが軸線方向に重なるようにして、内側保護カバー内に直接水が進入するのを防止している。特許文献2のガスセンサでは、内側保護カバーの側部は内側保護カバーの中心軸に平行に設けられている。 Conventionally, a gas sensor that detects a predetermined gas concentration such as NOx or oxygen in a gas to be measured such as an exhaust gas of an automobile has been known. The gas sensor is, for example, an inner protective cover having a sensor element, a sensor element chamber in which the sensor element is arranged, and an element chamber inlet and an element chamber outlet arranged, and an outer side in which an outer inlet and an outer outlet are arranged. It has a protective cover. The gas to be measured reaches the sensor element chamber from the outside of the gas sensor through the outer inlet and the element chamber inlet, and a part of the gas is introduced into the sensor element. The gas to be measured that has reached the sensor element chamber is then discharged to the outside through the element chamber outlet and the outer outlet. By the way, since the gas sensor is used at the temperature at which the sensor element is activated (for example, 850 ° C.), when the sensor element is exposed to water, the sensor element may be cracked due to thermal shock. Therefore, it has been studied to suppress the water exposure of the sensor element. For example, in Patent Document 1, the shortest distance from the outer inlet to the gas introduction port provided in the sensor element is adjusted to prevent external moisture or the like flowing in from the outer inlet from reaching the sensor element. In the gas sensor of Patent Document 1, the element chamber inlet is formed as, for example, a gap between the tubular first member surrounding the sensor element and the bottomed tubular second member surrounding the first member, and the element chamber outlet is the first. 2 It is formed on the bottom of the member. Further, for example, in Patent Document 2, the element chamber inlet is arranged on the side of the inner protective cover so as not to overlap the outer inlet in the axial direction, and the element chamber outlet is arranged on the side instead of the bottom of the inner protective cover to protect the inside. The bottom of the cover and the outer outlet overlap in the axial direction to prevent water from entering the inner protective cover directly. In the gas sensor of Patent Document 2, the side portion of the inner protective cover is provided parallel to the central axis of the inner protective cover.

特開2017−223621号公報JP-A-2017-223621 特開2015−99142号公報JP-A-2015-99142

しかしながら、特許文献1では、突発的に素子室出口の外側からガスが流入した場合などにセンサ素子が被水することがあった。また、特許文献2では、内側保護カバー内に水が存在する場合に水が排出されにくく、センサ素子が被水しやすいという問題があった。 However, in Patent Document 1, the sensor element may be exposed to water when gas suddenly flows in from the outside of the element chamber outlet. Further, Patent Document 2 has a problem that when water is present in the inner protective cover, it is difficult for water to be discharged and the sensor element is easily exposed to water.

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、センサ素子の被水を抑制することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to suppress water exposure of a sensor element.

本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。 The present invention has taken the following measures to achieve the above-mentioned main object.

本発明のガスセンサは、
被測定ガスを導入するガス導入口を有し、該ガス導入口から内部に流入した該被測定ガスの特定ガス濃度を検出可能なセンサ素子と、
前記センサ素子の先端及び前記ガス導入口が内部に配置されるセンサ素子室を内側に有し、該センサ素子室への入口である1以上の素子室入口と該センサ素子室からの出口である1以上の素子室出口とが配設された筒状の内側保護カバーと、
前記被測定ガスの外部からの入口である1以上の外側入口と、前記被測定ガスの外部への出口である1以上の外側出口と、が配設され、前記内側保護カバーの外側に配設された筒状の外側保護カバーと、
を備え、
前記内側保護カバーは、前記センサ素子を囲む筒状の第1部材と、該第1部材を囲む筒状の第2部材とを有し、
前記第1部材及び前記第2部材は、両者の間の隙間として、前記素子室入口を形成しており、
前記第2部材は、前記第1部材を囲む側部と、前記センサ素子の先端面に対向する位置に設けられた底部と、前記側部と前記底部との間に設けられ前記側部側から前記底部側に向けて縮径するテーパ部と、を備え、前記テーパ部に前記素子室出口が配設され、
前記センサ素子の前記先端面と前記第2部材の前記底部との距離をX[mm]とし、前記第2部材の前記底部の直径をY[mm]とした場合に、X≧7.5及びY2+667/X≦120のうちの少なくとも一方を満たすものである。
The gas sensor of the present invention
A sensor element having a gas introduction port for introducing a gas to be measured and capable of detecting a specific gas concentration of the gas to be measured that has flowed into the inside from the gas introduction port.
It has a sensor element chamber in which the tip of the sensor element and the gas introduction port are arranged inside, and is one or more element chamber inlets which are inlets to the sensor element chamber and outlets from the sensor element chamber. A tubular inner protective cover in which one or more element chamber outlets are arranged, and
One or more outer inlets which are inlets of the gas to be measured from the outside and one or more outer outlets which are outlets of the gas to be measured to the outside are arranged and arranged outside the inner protective cover. With a tubular outer protective cover
With
The inner protective cover has a tubular first member surrounding the sensor element and a tubular second member surrounding the first member.
The first member and the second member form the element chamber entrance as a gap between the first member and the second member.
The second member is provided between a side portion surrounding the first member, a bottom portion provided at a position facing the tip surface of the sensor element, and the side portion and the bottom portion, and is provided from the side portion side. A tapered portion whose diameter is reduced toward the bottom side is provided, and the element chamber outlet is arranged in the tapered portion.
When the distance between the tip surface of the sensor element and the bottom of the second member is X [mm] and the diameter of the bottom of the second member is Y [mm], X ≧ 7.5 and It satisfies at least one of Y 2 + 667 / X ≦ 120.

このガスセンサでは、素子室出口が底部ではなくテーパ部に配設されているため、素子室出口の外側から突発的にガスが流入したとしても、ガスの流れがセンサ素子方向に集中しにくく、ガス流れにのって水がセンサ素子に到達するのを抑制できる。また、ガスセンサは、鉛直方向に対して中心軸を傾けて用いる場合が多いが、そうした場合に、素子室出口が内側保護カバーの中心軸に平行ではないテーパ部に配設されているため、内側保護カバー内の水が自重によって素子室出口から排出されやすい。また、センサ素子の先端面と第2部材の底部との距離X[mm]や、第2部材の底部の直径Y[mm]が、X≧7.5及びY2+667/X≦120のうちの少なくとも一方を満たす場合には、センサ素子が被水しにくい。X≧7.5を満たす場合には、第2部材の底に水がたまっても、たまった水とセンサ素子との距離が十分に長いためセンサ素子が被水しにくいと考えられる。また、Y2+667/X≦120を満たす場合には、距離Xが比較的長いためセンサ素子が被水しにくいし、第2部材の底部の直径Yが比較的小さく底に水がたまってもその量が少ないうちに素子室出口から水が排出されやすいため、第2部材の内部にたまる水量が抑制され、センサ素子の被水が抑制されると考えられる。直径Yが小さいほど、距離Xが短くてもセンサ素子は被水しにくくなる。以上により、本発明のガスセンサは、センサ素子の被水を抑制できる。 In this gas sensor, since the element chamber outlet is arranged not at the bottom but at the tapered portion, even if gas suddenly flows in from the outside of the element chamber outlet, it is difficult for the gas flow to concentrate in the sensor element direction, and the gas. It is possible to prevent water from reaching the sensor element along the flow. Further, the gas sensor is often used with its central axis tilted with respect to the vertical direction. In such a case, since the element chamber outlet is arranged in a tapered portion that is not parallel to the central axis of the inner protective cover, it is inside. The water in the protective cover is easily discharged from the element chamber outlet due to its own weight. Further, the distance X [mm] between the tip surface of the sensor element and the bottom of the second member and the diameter Y [mm] of the bottom of the second member are among X ≧ 7.5 and Y 2 + 667 / X ≦ 120. When at least one of the above is satisfied, the sensor element is less likely to be exposed to water. When X ≧ 7.5 is satisfied, even if water accumulates on the bottom of the second member, it is considered that the sensor element is unlikely to be exposed to water because the distance between the accumulated water and the sensor element is sufficiently long. Further, when Y 2 + 667 / X ≦ 120 is satisfied, the sensor element is less likely to be exposed to water because the distance X is relatively long, and even if the diameter Y of the bottom of the second member is relatively small and water accumulates on the bottom. Since water is likely to be discharged from the outlet of the element chamber while the amount is small, it is considered that the amount of water accumulated inside the second member is suppressed and the water exposure of the sensor element is suppressed. The smaller the diameter Y, the less likely the sensor element is to be exposed to water even if the distance X is short. As described above, the gas sensor of the present invention can suppress the water exposure of the sensor element.

本発明のガスセンサにおいて、前記距離X及び前記直径Yは、Y2+667/X≦112を満たすものとしてもよい。こうすれば、センサ素子の被水をより抑制できる。 In the gas sensor of the present invention, the distance X and the diameter Y may satisfy Y 2 + 667 / X ≦ 112. In this way, the water exposure of the sensor element can be further suppressed.

本発明のガスセンサにおいて、前記距離X及び前記直径Yは、X≦13及びY≦6のうちの少なくとも一方を満たすものとしてもよい。こうすれば、ガスセンサの寸法を比較的小さく保ったままセンサ素子の被水を抑制できる。 In the gas sensor of the present invention, the distance X and the diameter Y may satisfy at least one of X ≦ 13 and Y ≦ 6. By doing so, it is possible to suppress water exposure of the sensor element while keeping the size of the gas sensor relatively small.

本発明のガスセンサにおいて、前記第2部材の前記底部から前記素子室出口の下端までの深さZ[mm]は、Z≦2.5を満たすものとしてもよい。こうすれば、第2部材の底にたまる水量がより少ないうちに素子室出口から水が排出され、第2部材の内部にたまる水量がより抑制されるため、センサ素子の被水をより抑制できる。 In the gas sensor of the present invention, the depth Z [mm] from the bottom of the second member to the lower end of the element chamber outlet may satisfy Z ≦ 2.5. By doing so, the water is discharged from the element chamber outlet while the amount of water accumulated at the bottom of the second member is smaller, and the amount of water accumulated inside the second member is further suppressed, so that the water exposure of the sensor element can be further suppressed. ..

本発明のガスセンサにおいて、前記第1部材及び第2部材は、前記センサ素子の後端から前記先端に向かう方向を下方向として、前記素子室入口のうち前記センサ素子室側の開口部である素子側開口部が前記下方向に向けて開口するように該素子室入口を形成しているものとしてもよい。こうすれば、第1部材によってセンサ素子と隔てられた素子室入口からセンサ素子室内に下向きに被測定ガスが流入するため、被測定ガスに水が含まれていてもその水がセンサ素子に到達しにくい。ここで、「素子側開口部が下方向に向けて開口する」とは、下方向と平行に開口している場合と、下方向に向かうにつれてセンサ素子に近づくように下方向から傾斜して開口している場合とを含む。 In the gas sensor of the present invention, the first member and the second member are elements that are openings on the sensor element chamber side of the element chamber entrance with the direction from the rear end to the tip of the sensor element facing downward. The element chamber entrance may be formed so that the side opening opens downward. In this way, the gas to be measured flows downward into the sensor element chamber from the entrance of the element chamber separated from the sensor element by the first member, so that the water reaches the sensor element even if the gas to be measured contains water. It's hard to do. Here, "the element-side opening opens downward" means that the opening is parallel to the downward direction and the opening is inclined from the lower direction so as to approach the sensor element as the downward direction. Including the case of doing.

本発明のガスセンサにおいて、前記第1部材は、前記センサ素子を囲む第1円筒部を有しており、
前記第2部材は、前記第1円筒部よりも大径の第2円筒部を有しており、
前記素子室入口は、前記第1円筒部の外周面と前記第2円筒部の内周面との間の円筒状の隙間であるものとしてもよい。
In the gas sensor of the present invention, the first member has a first cylindrical portion surrounding the sensor element.
The second member has a second cylindrical portion having a diameter larger than that of the first cylindrical portion.
The element chamber entrance may be a cylindrical gap between the outer peripheral surface of the first cylindrical portion and the inner peripheral surface of the second cylindrical portion.

配管20へのガスセンサ100の取り付け状態の概略説明図。The schematic explanatory view of the attachment state of the gas sensor 100 to the pipe 20. 図1のA−A断面図。FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 図2のB−B断面図。BB sectional view of FIG. 図3のC−C断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along the line CC of FIG. 図3の外側保護カバー140のC−C断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line CC of the outer protective cover 140 of FIG. 図3のD視図。FIG. 3D view of FIG. 図3の内側保護カバー130及びその内部を拡大した拡大図。An enlarged view of the inner protective cover 130 of FIG. 3 and the inside thereof. 変形例のガスセンサ200の縦断面図。The vertical sectional view of the gas sensor 200 of the modification. 図8の外側保護カバー240のF−F断面図。FIG. 8 is a sectional view taken along line FF of the outer protective cover 240 of FIG. 図8のG視図。G view of FIG. 変形例の素子室入口327を示す断面図。The cross-sectional view which shows the element chamber entrance 327 of the modification. 変形例のガスセンサ400の縦断面図。The vertical sectional view of the gas sensor 400 of the modification. 距離X及び直径Yと被水量との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the distance X and the diameter Y, and the water amount.

次に、本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図1は配管20へのガスセンサ100の取り付け状態の概略説明図である。図2は、図1のA−A断面図である。図3は、図2のB−B断面図である。図4は、図3のC−C断面図である。図5は、図3の外側保護カバー140のC−C断面図である。なお、図5は、図4から第1円筒部134,第2円筒部136,先端部138及びセンサ素子110を除いた図に相当する。図6は、図3のD視図である。図7は、図3の内側保護カバー130及びその内部を拡大した拡大図である。なお、保護カバー120の軸方向に平行且つセンサ素子110の先端から後端に向かう方向(図3,7の上方向)を上方向とし、保護カバー120の軸方向に平行且つセンサ素子110の後端から先端に向かう方向(図3,7の下方向)を下方向とする。 Next, a mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory view of a state in which the gas sensor 100 is attached to the pipe 20. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC of the outer protective cover 140 of FIG. Note that FIG. 5 corresponds to a diagram in which the first cylindrical portion 134, the second cylindrical portion 136, the tip portion 138, and the sensor element 110 are excluded from FIG. FIG. 6 is a view D of FIG. FIG. 7 is an enlarged view of the inner protective cover 130 of FIG. 3 and the inside thereof. The direction parallel to the axial direction of the protective cover 120 and from the front end to the rear end of the sensor element 110 (upward in FIGS. 3 and 7) is upward, and parallel to the axial direction of the protective cover 120 and behind the sensor element 110. The direction from the end to the tip (downward in FIGS. 3 and 7) is the downward direction.

図1に示すように、ガスセンサ100は車両のエンジンからの排気経路である配管20内に取り付けられており、エンジンから排出された被測定ガスとしての排気ガスに含まれるNOx,アンモニア,O2等のガス成分のうち少なくともいずれか1つの特定ガスの濃度である特定ガス濃度を検出するようになっている。このガスセンサ100は、図2に示すように、ガスセンサ100の中心軸が配管20内の被測定ガスの流れに垂直な状態で配管20内に固定されている。なお、ガスセンサ100の中心軸が配管20内の被測定ガスの流れに垂直且つ鉛直方向に対して所定の角度(例えば45°〜80°の間に含まれるいずれかの角度)だけ傾いた状態で配管20内に固定されていてもよい。 As shown in FIG. 1, the gas sensor 100 is mounted in a pipe 20 which is an exhaust path from the engine of the vehicle, and NOx, ammonia, O 2, etc. contained in the exhaust gas as the gas to be measured discharged from the engine. The specific gas concentration, which is the concentration of at least one specific gas among the gas components of the above, is detected. As shown in FIG. 2, the gas sensor 100 is fixed in the pipe 20 in a state where the central axis of the gas sensor 100 is perpendicular to the flow of the gas to be measured in the pipe 20. In a state where the central axis of the gas sensor 100 is tilted by a predetermined angle (for example, any angle included between 45 ° and 80 °) with respect to the vertical direction perpendicular to the flow of the gas to be measured in the pipe 20. It may be fixed in the pipe 20.

ガスセンサ100は、図3に示すように、被測定ガス中の特定ガス濃度(NOx,アンモニア,O2等の濃度)を検出する機能を有するセンサ素子110と、このセンサ素子110を保護する保護カバー120とを備えている。また、ガスセンサ100は、金属製のハウジング102及び外周面におねじが設けられた金属製のボルト103を備えている。ハウジング102は配管20に溶接され内周面にめねじが設けられた固定用部材22内に挿入されており、さらにボルト103が固定用部材22内に挿入されることでハウジング102が固定用部材22内に固定されている。これにより、ガスセンサ100が配管20内に固定されている。なお、配管20内の被測定ガスの流れる向きは、図3における左から右に向かう方向である。 As shown in FIG. 3, the gas sensor 100 includes a sensor element 110 having a function of detecting a specific gas concentration (concentration of NOx, ammonia, O 2, etc.) in the gas to be measured, and a protective cover for protecting the sensor element 110. It is equipped with 120. Further, the gas sensor 100 includes a metal housing 102 and a metal bolt 103 having screws on the outer peripheral surface. The housing 102 is inserted into a fixing member 22 welded to the pipe 20 and provided with a female screw on the inner peripheral surface, and the housing 102 is inserted into the fixing member 22 by further inserting the bolt 103 into the fixing member 22. It is fixed in 22. As a result, the gas sensor 100 is fixed in the pipe 20. The direction in which the gas to be measured flows in the pipe 20 is the direction from left to right in FIG.

センサ素子110は、細長な長尺の板状体形状の素子であり、ジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性固体電解質層を複数積層した構造の素子本体110bを有している。素子本体110bは、被測定ガスを自身の内部に導入するガス導入口111を有しており、ガス導入口111から内部に流入した被測定ガスの特定ガス濃度を検出可能に構成されている。本実施形態では、ガス導入口111は、素子本体110bの先端面(図3における素子本体110bの下面)に開口しているものとした。センサ素子110は、センサ素子110を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒーターを内部に備えている。このようなセンサ素子110の構造や特定ガス濃度を検出する原理は公知であり、例えば特開2008−164411号公報に記載されている。センサ素子110は、先端(図3の下端)及びガス導入口111がセンサ素子室124内に配置されている。なお、センサ素子110の後端から先端に向かう方向(下方向)を先端方向とも称する。 The sensor element 110 is an elongated plate-shaped element, and has an element body 110b having a structure in which a plurality of oxygen ion conductive solid electrolyte layers such as zirconia (ZrO 2) are laminated. The element main body 110b has a gas introduction port 111 that introduces the gas to be measured into its own interior, and is configured to be able to detect a specific gas concentration of the gas to be measured that has flowed into the inside from the gas introduction port 111. In the present embodiment, the gas introduction port 111 is assumed to be open to the tip surface of the element body 110b (the lower surface of the element body 110b in FIG. 3). The sensor element 110 includes a heater inside which plays a role of temperature control for heating and keeping the sensor element 110 warm. The structure of such a sensor element 110 and the principle of detecting a specific gas concentration are known, and are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-164411. The sensor element 110 has a tip (lower end in FIG. 3) and a gas introduction port 111 arranged in the sensor element chamber 124. The direction from the rear end to the tip of the sensor element 110 (downward direction) is also referred to as the tip direction.

また、センサ素子110は、素子本体110bの表面の少なくとも一部を覆う多孔質保護層110aを備えている。本実施形態では、多孔質保護層110aは、素子本体110bの6つの表面のうち5面に形成されて、センサ素子室124内に露出した表面のほとんどを覆っている。具体的には、多孔質保護層110aは、素子本体110bのうちガス導入口111が形成された先端面(下面)を全て覆っている。また、多孔質保護層110aは、素子本体110bの先端面に接続される4つの表面(図4の素子本体110bにおける上下左右の面)のうち素子本体110bの先端面に近い側を覆っている。多孔質保護層110aは、例えば、被測定ガス中の水分等が付着して素子本体110bにクラックが生じるのを抑制する役割を果たす。また、多孔質保護層110aは、被測定ガスに含まれるオイル成分等が素子本体110bの表面の図示しない電極等に付着するのを抑制する役割を果たす。多孔質保護層110aは、例えばアルミナ多孔質体、ジルコニア多孔質体、スピネル多孔質体、コージェライト多孔質体,チタニア多孔質体、マグネシア多孔質体などの多孔質体からなる。多孔質保護層110aは、例えばプラズマ溶射,スクリーン印刷,ディッピングなどにより形成することができる。なお、多孔質保護層110aは、ガス導入口111も覆っているが、多孔質保護層110aが多孔質体であるため、被測定ガスは多孔質保護層110aの内部を流通してガス導入口111に到達可能である。多孔質保護層110aの厚さは例えば100μm〜700μmである。 Further, the sensor element 110 includes a porous protective layer 110a that covers at least a part of the surface of the element body 110b. In the present embodiment, the porous protective layer 110a is formed on five of the six surfaces of the element body 110b and covers most of the exposed surfaces in the sensor element chamber 124. Specifically, the porous protective layer 110a covers the entire tip surface (lower surface) of the element body 110b on which the gas introduction port 111 is formed. Further, the porous protective layer 110a covers the side of the four surfaces (upper, lower, left and right surfaces in the element body 110b in FIG. 4) connected to the tip surface of the element body 110b, which is closer to the tip surface of the element body 110b. .. The porous protective layer 110a plays a role of suppressing, for example, moisture in the gas to be measured from adhering to the element main body 110b to cause cracks. Further, the porous protective layer 110a plays a role of suppressing the oil component or the like contained in the gas to be measured from adhering to the electrode or the like (not shown) on the surface of the element main body 110b. The porous protective layer 110a is made of, for example, an alumina porous body, a zirconia porous body, a spinel porous body, a cordierite porous body, a titania porous body, a magnesia porous body, or the like. The porous protective layer 110a can be formed by, for example, plasma spraying, screen printing, dipping, or the like. The porous protective layer 110a also covers the gas introduction port 111, but since the porous protective layer 110a is a porous body, the gas to be measured circulates inside the porous protective layer 110a and flows through the gas introduction port. It is possible to reach 111. The thickness of the porous protective layer 110a is, for example, 100 μm to 700 μm.

保護カバー120は、センサ素子110の周囲を取り囲むように配置されている。この保護カバー120は、センサ素子110の先端を覆う有底筒状の内側保護カバー130と、内側保護カバー130を覆う有底筒状の外側保護カバー140とを有している。また、内側保護カバー130と外側保護カバー140とに囲まれた空間として第1ガス室122,第2ガス室126が形成され、内側保護カバー130に囲まれた空間としてセンサ素子室124が形成されている。なお、ガスセンサ100,センサ素子110,内側保護カバー130,外側保護カバー140の中心軸は同軸になっている。保護カバー120は、金属(例えばSUS310Sなどのステンレス鋼)で形成されている。 The protective cover 120 is arranged so as to surround the sensor element 110. The protective cover 120 has a bottomed tubular inner protective cover 130 that covers the tip of the sensor element 110, and a bottomed tubular outer protective cover 140 that covers the inner protective cover 130. Further, the first gas chamber 122 and the second gas chamber 126 are formed as a space surrounded by the inner protective cover 130 and the outer protective cover 140, and the sensor element chamber 124 is formed as a space surrounded by the inner protective cover 130. ing. The central axes of the gas sensor 100, the sensor element 110, the inner protective cover 130, and the outer protective cover 140 are coaxial. The protective cover 120 is made of metal (for example, stainless steel such as SUS310S).

内側保護カバー130は、第1部材131と、第2部材135と、を備えている。第1部材131は、円筒状の大径部132と、円筒状で大径部132よりも径の小さい第1円筒部134と、大径部132と第1円筒部134とを接続する段差部133と、を有している。第1円筒部134は、センサ素子110の周囲を囲んでいる。第2部材135は、第1円筒部134よりも径が大きい第2円筒部136(本発明の側部に相当)と、第2円筒部136よりもセンサ素子110の先端方向(下方向)側に位置する先端部138と、第2円筒部136の下端と先端部138の上端とを接続する接続部137と、を有している。先端部138は、センサ素子110の先端面110cに対向する位置に設けられた底部138eと、第2円筒部136側から底部138e側に向けて縮径するテーパ部138dとを有している。なお、底部138eは周囲をテーパ部138dで囲われた部分であり、底部138eの内面(センサ素子110に対向する側の面)は円形平面又は点である。テーパ部138dには、センサ素子室124と第2ガス室126とに通じ、センサ素子室124からの被測定ガスの出口である1以上の素子室出口138aが形成されている。素子室出口138aは、テーパ部138dに周方向に沿って等間隔に形成された複数(本実施形態では4個)の円形の孔138bを有している。素子室出口138aは、先端部138の底部138eには配設されていない。素子室出口138aの径は、例えば0.5mm〜2.6mmである。本実施形態では、複数の孔138bの径はいずれも同じ値とした。素子室出口138aは、ガス導入口111よりもセンサ素子110の先端方向(下方向)側の位置に形成されている。換言すると、素子室出口138aは、センサ素子110の後端(図3におけるセンサ素子110の図示しない上端)から見てガス導入口111よりも遠く(下方向)に位置している。 The inner protective cover 130 includes a first member 131 and a second member 135. The first member 131 is a stepped portion connecting a cylindrical large-diameter portion 132, a cylindrical first cylindrical portion 134 having a diameter smaller than that of the large-diameter portion 132, and the large-diameter portion 132 and the first cylindrical portion 134. It has 133 and. The first cylindrical portion 134 surrounds the sensor element 110. The second member 135 has a second cylindrical portion 136 (corresponding to the side portion of the present invention) having a diameter larger than that of the first cylindrical portion 134 and a tip direction (downward) side of the sensor element 110 with respect to the second cylindrical portion 136. It has a tip portion 138 located at, and a connecting portion 137 connecting the lower end of the second cylindrical portion 136 and the upper end of the tip portion 138. The tip portion 138 has a bottom portion 138e provided at a position facing the tip surface 110c of the sensor element 110, and a tapered portion 138d whose diameter is reduced from the second cylindrical portion 136 side to the bottom portion 138e side. The bottom portion 138e is a portion surrounded by a tapered portion 138d, and the inner surface of the bottom portion 138e (the surface facing the sensor element 110) is a circular plane or a point. The tapered portion 138d is formed with one or more element chamber outlets 138a that communicate with the sensor element chamber 124 and the second gas chamber 126 and are outlets for the gas to be measured from the sensor element chamber 124. The element chamber outlet 138a has a plurality of (four in this embodiment) circular holes 138b formed at equal intervals along the circumferential direction in the tapered portion 138d. The element chamber outlet 138a is not arranged at the bottom 138e of the tip 138. The diameter of the element chamber outlet 138a is, for example, 0.5 mm to 2.6 mm. In the present embodiment, the diameters of the plurality of holes 138b are all set to the same value. The element chamber outlet 138a is formed at a position closer to the tip end direction (downward direction) of the sensor element 110 than the gas introduction port 111. In other words, the element chamber outlet 138a is located farther (downward) from the gas introduction port 111 when viewed from the rear end of the sensor element 110 (the upper end of the sensor element 110 not shown in FIG. 3).

第2部材135は、センサ素子110の先端面110cと第2部材135の底部138eとの距離をX[mm]とし、第2部材135の底部138eの直径をY[mm]とした場合に(図7参照)、X≧7.5及びY2+667/X≦120のうちの少なくとも一方を満たすように設けられている。距離Xは、先端面110cを含み図7の上下方向に垂直な仮想平面と底部138eの内面を含み図7の上下方向に垂直な仮想平面との距離である。距離XはX≧667/120を満たせばよく、例えばX≦13を満たすものとしてもよい。直径Yは、底部138eの内面である円形平面又は点の直径である。直径YはY≧0を満たせばよく、例えばY≦6を満たすものとしてもよい。なお、テーパ部138dのうち、内径の最も大きい後端部の直径(内径)D[mm]は、例えば4.9≦D≦7.4を満たすものとしてもよい。また、テーパ部138dの上下方向の長さL[mm]は、例えば3.8≦L≦6.5を満たすものとしてもよい。長さLはテーパ部138dの後端面を含み図7の上下方向に垂直な仮想平面と底部138eの内面を含み図7の上下方向に垂直な仮想平面との距離である。また、第2部材の軸方向(図7の上下方向)に対するテーパ部138dの内面の傾きθ[°]は、例えば10≦θ≦80を満たすものとしてもよいし、10≦θ≦45を満たすものとしてもよい。また、素子室出口138aは、第2部材135の底部138eから素子室出口138aの下端までの深さZ[mm](図7参照)が、例えばZ≦2.5を満たすものとしてもよい。なお、距離X,長さL及び深さZは図7の上下方向の長さであり、直径Y及び直径Dは図7の左右方向の長さである。 In the second member 135, when the distance between the tip surface 110c of the sensor element 110 and the bottom portion 138e of the second member 135 is X [mm] and the diameter of the bottom portion 138e of the second member 135 is Y [mm] ( (See FIG. 7), it is provided so as to satisfy at least one of X ≧ 7.5 and Y 2 + 667 / X ≦ 120. The distance X is the distance between the virtual plane including the front end surface 110c and perpendicular to the vertical direction in FIG. 7 and the virtual plane including the inner surface of the bottom 138e and perpendicular to the vertical direction in FIG. 7. The distance X may satisfy X ≧ 667/120, and may satisfy, for example, X ≦ 13. The diameter Y is the diameter of a circular plane or point that is the inner surface of the bottom 138e. The diameter Y may satisfy Y ≧ 0, and may satisfy, for example, Y ≦ 6. The diameter (inner diameter) D [mm] of the rear end portion having the largest inner diameter among the tapered portions 138d may satisfy, for example, 4.9 ≦ D ≦ 7.4. Further, the length L [mm] of the tapered portion 138d in the vertical direction may satisfy, for example, 3.8 ≦ L ≦ 6.5. The length L is the distance between the virtual plane including the rear end surface of the tapered portion 138d and perpendicular to the vertical direction in FIG. 7 and the virtual plane including the inner surface of the bottom portion 138e and perpendicular to the vertical direction in FIG. Further, the inclination θ [°] of the inner surface of the tapered portion 138d with respect to the axial direction of the second member (vertical direction in FIG. 7) may satisfy, for example, 10 ≦ θ ≦ 80, or 10 ≦ θ ≦ 45. It may be a thing. Further, the element chamber outlet 138a may have a depth Z [mm] (see FIG. 7) from the bottom 138e of the second member 135 to the lower end of the element chamber outlet 138a satisfying, for example, Z ≦ 2.5. The distance X, the length L, and the depth Z are the vertical lengths in FIG. 7, and the diameter Y and the diameter D are the horizontal lengths in FIG. 7.

大径部132,第1円筒部134,第2円筒部136,先端部138は中心軸が同一である。大径部132は、ハウジング102に内周面が当接しており、これにより第1部材131がハウジング102に固定されている。第2部材135は、接続部137の外周面が外側保護カバー140の内周面と当接しており溶接などにより固定されている。なお、接続部137の先端側(下端側)の外径を外側保護カバー140の先端部146の内径よりわずかに大きく形成し、接続部137の先端部分を先端部146内に圧入することで、第2部材135を固定してもよい。 The large diameter portion 132, the first cylindrical portion 134, the second cylindrical portion 136, and the tip portion 138 have the same central axis. The inner peripheral surface of the large diameter portion 132 is in contact with the housing 102, whereby the first member 131 is fixed to the housing 102. The outer peripheral surface of the connecting portion 137 of the second member 135 is in contact with the inner peripheral surface of the outer protective cover 140 and is fixed by welding or the like. The outer diameter of the tip side (lower end side) of the connection portion 137 is formed to be slightly larger than the inner diameter of the tip portion 146 of the outer protective cover 140, and the tip portion of the connection portion 137 is press-fitted into the tip portion 146. The second member 135 may be fixed.

第2円筒部136の内周面には、第1円筒部134の外周面に向けて突出してこの外周面に接している複数の突出部136aが形成されている。図4に示すように、突出部136aは3個設けられ、第2円筒部136の内周面の周方向に沿って均等に配置されている。突出部136aは、略半球形状に形成されている。このような突出部136aが設けられていることで、突出部136aによって第1円筒部134と第2円筒部136との位置関係が固定されやすくなっている。なお、突出部136aは、第1円筒部134の外周面を径方向内側に向けて押圧していることが好ましい。こうすれば、突出部136aによって第1円筒部134と第2円筒部136との位置関係をより確実に固定できる。なお、突出部136aは、3個に限らず2個や4個以上としてもよい。なお、第1円筒部134と第2円筒部136との固定が安定化しやすいため、突出部136aは3個以上とすることが好ましい。 On the inner peripheral surface of the second cylindrical portion 136, a plurality of protruding portions 136a are formed so as to project toward the outer peripheral surface of the first cylindrical portion 134 and are in contact with the outer peripheral surface. As shown in FIG. 4, three projecting portions 136a are provided and are evenly arranged along the circumferential direction of the inner peripheral surface of the second cylindrical portion 136. The protruding portion 136a is formed in a substantially hemispherical shape. By providing such a protruding portion 136a, the positional relationship between the first cylindrical portion 134 and the second cylindrical portion 136 can be easily fixed by the protruding portion 136a. The protruding portion 136a preferably presses the outer peripheral surface of the first cylindrical portion 134 inward in the radial direction. In this way, the positional relationship between the first cylindrical portion 134 and the second cylindrical portion 136 can be more reliably fixed by the protruding portion 136a. The number of protruding portions 136a is not limited to three, and may be two or four or more. Since the fixing between the first cylindrical portion 134 and the second cylindrical portion 136 is easy to stabilize, it is preferable that the number of protruding portions 136a is three or more.

この内側保護カバー130は、第1部材131と第2部材135との隙間でありセンサ素子室124への被測定ガスの入口である素子室入口127(図3,4,7参照)を形成している。素子室入口127は、より具体的には、第1円筒部134の外周面と第2円筒部136の内周面との間の円筒状の隙間(ガス流路)として形成されている。素子室入口127は、外側入口144aの配置された空間である第1ガス室122側の開口部である外側開口部128と、ガス導入口111の配置された空間であるセンサ素子室124側の開口部である素子側開口部129と、を有している。外側開口部128は、素子側開口部129よりもセンサ素子110の後端側(上側)に形成されている。そのため、外側入口144aからガス導入口111に達するまでの被測定ガスの経路中で、素子室入口127はセンサ素子110の後端側(上側)から先端側(下側)へ向かう流路となっている。また、素子室入口127は、センサ素子110の後端−先端方向に平行な流路(上下方向に平行な流路)となっている。 The inner protective cover 130 forms an element chamber inlet 127 (see FIGS. 3, 4, 7) which is a gap between the first member 131 and the second member 135 and is an inlet of the gas to be measured to the sensor element chamber 124. ing. More specifically, the element chamber inlet 127 is formed as a cylindrical gap (gas flow path) between the outer peripheral surface of the first cylindrical portion 134 and the inner peripheral surface of the second cylindrical portion 136. The element chamber inlet 127 is on the side of the sensor element chamber 124, which is the space where the gas introduction port 111 is arranged, and the outer opening 128, which is the opening on the first gas chamber 122 side, which is the space where the outer inlet 144a is arranged. It has an element-side opening 129, which is an opening. The outer opening 128 is formed on the rear end side (upper side) of the sensor element 110 with respect to the element side opening 129. Therefore, in the path of the gas to be measured from the outer inlet 144a to the gas introduction port 111, the element chamber inlet 127 becomes a flow path from the rear end side (upper side) to the tip end side (lower side) of the sensor element 110. ing. Further, the element chamber inlet 127 is a flow path parallel to the rear end-tip direction of the sensor element 110 (a flow path parallel to the vertical direction).

素子側開口部129は、センサ素子110の後端から先端へ向かう方向(下方向)に開口し且つセンサ素子110の後端−先端方向(上下方向)に平行に開口している。すなわち、素子側開口部129は、下方向と平行に開口している。そのため、センサ素子110は、素子側開口部129から素子室入口127を仮想的に延長した領域(図3,7における素子側開口部129の真下の領域)以外の位置に、配置されている。これにより、素子側開口部129から流出した被測定ガスがセンサ素子110の表面に直接当たることを抑制でき、ガス流れに乗って水がセンサ素子110に到達することを抑制できる。 The element-side opening 129 opens in the direction from the rear end of the sensor element 110 toward the tip (downward) and parallel to the rear end-tip direction (vertical direction) of the sensor element 110. That is, the element-side opening 129 opens parallel to the downward direction. Therefore, the sensor element 110 is arranged at a position other than the region in which the element chamber entrance 127 is virtually extended from the element-side opening 129 (the region directly below the element-side opening 129 in FIGS. 3 and 7). As a result, it is possible to prevent the gas to be measured flowing out from the element-side opening 129 from directly hitting the surface of the sensor element 110, and it is possible to prevent water from reaching the sensor element 110 along with the gas flow.

外側保護カバー140は、図3に示すように、円筒状の大径部142と、大径部142に接続しており大径部142よりも径の小さい円筒状の胴部143と、有底筒状で胴部143よりも内径の小さい先端部146とを有している。また、胴部143は、外側保護カバー140の中心軸方向(上下方向)に沿った側面をもつ側部143aと、胴部143の底部であり側部143aと先端部146とを接続する段差部143bと、を有している。なお、大径部142,胴部143,先端部146の中心軸はいずれも内側保護カバー130の中心軸と同一である。大径部142は、ハウジング102及び大径部132に内周面が当接しており、これにより外側保護カバー140がハウジング102に固定されている。胴部143は、第1円筒部134,第2円筒部136の外周を覆うように位置している。大径部142と胴部143とは、径が同じであってもよい。先端部146は、先端部138を覆うように位置していると共に、内周面が接続部137の外周面と当接している。先端部146は、外側保護カバー140の中心軸方向(上下方向)に沿った側面を有し外径が側部143aの内径よりも小さい側部146aと、外側保護カバー140の底部である底部146bと、側部146aと底部146bとを接続し側部146aから底部146bに向けて縮径するテーパ部146cと、を有している。先端部146は、胴部143よりも先端方向(下方向)側に位置している。この外側保護カバー140は、胴部143に形成され被測定ガスの外部からの入口である1以上(本実施形態では複数であり、具体的には12個)の外側入口144aと、先端部146に形成され被測定ガスの外部への出口である1以上の外側出口147aとを有している。 As shown in FIG. 3, the outer protective cover 140 has a cylindrical large-diameter portion 142, a cylindrical body portion 143 connected to the large-diameter portion 142 and having a smaller diameter than the large-diameter portion 142, and a bottomed portion. It has a tubular tip portion 146 having an inner diameter smaller than that of the body portion 143. Further, the body portion 143 is a stepped portion that connects the side portion 143a having a side surface along the central axial direction (vertical direction) of the outer protective cover 140 and the side portion 143a and the tip portion 146 that are the bottom portion of the body portion 143. It has 143b and. The central axes of the large diameter portion 142, the body portion 143, and the tip portion 146 are all the same as the central axis of the inner protective cover 130. The inner peripheral surface of the large-diameter portion 142 is in contact with the housing 102 and the large-diameter portion 132, whereby the outer protective cover 140 is fixed to the housing 102. The body portion 143 is located so as to cover the outer periphery of the first cylindrical portion 134 and the second cylindrical portion 136. The large diameter portion 142 and the body portion 143 may have the same diameter. The tip portion 146 is positioned so as to cover the tip portion 138, and the inner peripheral surface is in contact with the outer peripheral surface of the connection portion 137. The tip portion 146 has a side surface along the central axial direction (vertical direction) of the outer protective cover 140, a side portion 146a having an outer diameter smaller than the inner diameter of the side portion 143a, and a bottom portion 146b which is the bottom of the outer protective cover 140. And a tapered portion 146c that connects the side portion 146a and the bottom portion 146b and reduces the diameter from the side portion 146a toward the bottom portion 146b. The tip portion 146 is located on the tip direction (downward) side of the body portion 143. The outer protective cover 140 is formed on the body portion 143 and has one or more (plural, specifically 12) outer inlets 144a, which are inlets of the gas to be measured from the outside, and a tip portion 146. It has one or more outer outlets 147a, which are formed in the above and are outlets for the gas to be measured to the outside.

外側入口144aは、外側保護カバー140の外側(外部)と第1ガス室122とに通じる孔である。外側入口144aは、側部143aに等間隔に形成された複数(本実施形態では6個)の横孔144bと、段差部143bに等間隔に形成された複数(本実施形態では6個)の縦孔144cとを有している(図3〜6)。この外側入口144a(横孔144b及び縦孔144c)は、円形に開けられた孔である。この12個の外側入口144aの径は、例えば0.5mm〜2mmである。外側入口144aの径は、1.5mm以下としてもよい。なお、本実施形態では、複数の横孔144bの径はいずれも同じ値とし、複数の縦孔144cの径はいずれも同じ値とした。また、横孔144bの径は縦孔144cの径よりも大きい値とした。なお、外側入口144aは、図4,5に示すように、外側保護カバー140の周方向に沿って横孔144bと縦孔144cとが交互に等間隔に位置するように形成されている。すなわち、図4,5における横孔144bの中心と外側保護カバー140の中心軸とを結んだ線と、その横孔144bに隣接する縦孔144cの中心と外側保護カバー140の中心軸とを結んだ線と、のなす角が30°(360°/12個)となっている。 The outer inlet 144a is a hole leading to the outer side (outside) of the outer protective cover 140 and the first gas chamber 122. The outer inlets 144a are composed of a plurality of lateral holes 144b formed at equal intervals in the side portions 143a (six in the present embodiment) and a plurality of lateral holes 144b formed in the step portions 143b at equal intervals (six in the present embodiment). It has a vertical hole 144c (FIGS. 3 to 6). The outer inlet 144a (horizontal hole 144b and vertical hole 144c) is a hole formed in a circle. The diameter of the 12 outer inlets 144a is, for example, 0.5 mm to 2 mm. The diameter of the outer inlet 144a may be 1.5 mm or less. In the present embodiment, the diameters of the plurality of horizontal holes 144b are all set to the same value, and the diameters of the plurality of vertical holes 144c are all set to the same value. Further, the diameter of the horizontal hole 144b was set to a value larger than the diameter of the vertical hole 144c. As shown in FIGS. 4 and 5, the outer inlet 144a is formed so that the horizontal holes 144b and the vertical holes 144c are alternately located at equal intervals along the circumferential direction of the outer protective cover 140. That is, the line connecting the center of the lateral hole 144b and the central axis of the outer protective cover 140 in FIGS. 4 and 5 and the center of the vertical hole 144c adjacent to the lateral hole 144b and the central axis of the outer protective cover 140 are connected. The angle between the cover and the line is 30 ° (360 ° / 12 pieces).

外側出口147aは、外側保護カバー140の外側(外部)と第2ガス室126とに通じる孔である。この外側出口147aは、先端部146の底部146bの中心に形成された1つの縦孔147cを有している(図3,5,6参照)。なお、外側入口144aとは異なり、外側出口147aは、外側保護カバー140の側部(ここでは先端部146の側部146a)には配設されていない。この外側出口147a(ここでは縦孔147c)は、円形に開けられた孔である。この外側出口147aの径は、例えば0.5mm〜2.5mmである。外側出口147aの径は、1.5mm以下としてもよい。なお、本実施形態では、縦孔147cの径は、横孔144bや縦孔144cの径よりも大きい値とした。 The outer outlet 147a is a hole leading to the outer side (outside) of the outer protective cover 140 and the second gas chamber 126. The outer outlet 147a has one vertical hole 147c formed in the center of the bottom portion 146b of the tip portion 146 (see FIGS. 3, 5 and 6). Unlike the outer inlet 144a, the outer outlet 147a is not arranged on the side portion of the outer protective cover 140 (here, the side portion 146a of the tip portion 146). The outer outlet 147a (here, the vertical hole 147c) is a hole formed in a circle. The diameter of the outer outlet 147a is, for example, 0.5 mm to 2.5 mm. The diameter of the outer outlet 147a may be 1.5 mm or less. In the present embodiment, the diameter of the vertical hole 147c is set to a value larger than the diameter of the horizontal hole 144b and the vertical hole 144c.

外側保護カバー140及び内側保護カバー130は、胴部143と内側保護カバー130との間の空間として第1ガス室122を形成している。より具体的には、第1ガス室122は、段差部133,第1円筒部134,第2円筒部136,側部143a、段差部143bにより囲まれた空間である。センサ素子室124は、内側保護カバー130により囲まれた空間である。外側保護カバー140及び内側保護カバー130は、先端部146と内側保護カバー130との間の空間として第2ガス室126を形成している。より具体的には、第2ガス室126は、先端部138と先端部146とに囲まれた空間である。なお、先端部146の内周面が接続部137の外周面と当接しているため、第1ガス室122と第2ガス室126とは直接には連通していない。 The outer protective cover 140 and the inner protective cover 130 form a first gas chamber 122 as a space between the body portion 143 and the inner protective cover 130. More specifically, the first gas chamber 122 is a space surrounded by a step portion 133, a first cylindrical portion 134, a second cylindrical portion 136, a side portion 143a, and a step portion 143b. The sensor element chamber 124 is a space surrounded by the inner protective cover 130. The outer protective cover 140 and the inner protective cover 130 form a second gas chamber 126 as a space between the tip portion 146 and the inner protective cover 130. More specifically, the second gas chamber 126 is a space surrounded by the tip portion 138 and the tip portion 146. Since the inner peripheral surface of the tip portion 146 is in contact with the outer peripheral surface of the connecting portion 137, the first gas chamber 122 and the second gas chamber 126 are not directly communicated with each other.

ここで、ガスセンサ100が特定ガス濃度を検出する際の保護カバー120内の被測定ガスの流れについて説明する。配管20内を流れる被測定ガスは、まず、複数の外側入口144a(横孔144b及び縦孔144c)の少なくともいずれかを通って第1ガス室122内に流入する。次に、被測定ガスは、第1ガス室122から外側開口部128を経て素子室入口127に流入し、素子室入口127を経て素子側開口部129から流出して、センサ素子室124に流入する。素子側開口部129からセンサ素子室124内に流入した被測定ガスは、少なくとも一部がセンサ素子110のガス導入口111に到達する。被測定ガスがガス導入口111に到達してセンサ素子110の内部に流入すると、この被測定ガス中の特定ガス濃度に応じた電気信号(電圧又は電流)をセンサ素子110が発生させ、この電気信号に基づいて特定ガス濃度が検出される。また、センサ素子室124内の被測定ガスは、素子室出口138a(孔138b)の少なくともいずれかを通って第2ガス室126に流入し、そこから外側出口147a(縦孔147c)を通って外部に流出する。なお、センサ素子110は、所定の温度を保つように内部のヒーターの出力が例えば図示しないコントローラによって制御される。 Here, the flow of the gas to be measured in the protective cover 120 when the gas sensor 100 detects the specific gas concentration will be described. The gas to be measured flowing in the pipe 20 first flows into the first gas chamber 122 through at least one of the plurality of outer inlets 144a (horizontal hole 144b and vertical hole 144c). Next, the gas to be measured flows into the element chamber inlet 127 from the first gas chamber 122 via the outer opening 128, flows out from the element side opening 129 via the element chamber inlet 127, and flows into the sensor element chamber 124. To do. At least a part of the gas to be measured that has flowed into the sensor element chamber 124 from the element-side opening 129 reaches the gas introduction port 111 of the sensor element 110. When the gas to be measured reaches the gas introduction port 111 and flows into the inside of the sensor element 110, the sensor element 110 generates an electric signal (voltage or current) according to the specific gas concentration in the gas to be measured, and this electricity is generated. A specific gas concentration is detected based on the signal. Further, the gas to be measured in the sensor element chamber 124 flows into the second gas chamber 126 through at least one of the element chamber outlets 138a (hole 138b), and from there through the outer outlet 147a (vertical hole 147c). It leaks to the outside. The output of the internal heater of the sensor element 110 is controlled by, for example, a controller (not shown) so as to maintain a predetermined temperature.

ところで、自動車の排気ガスなどが流れる配管20内には凝集水が発生することがある。こうした凝集水は、上述した被測定ガスの流れや、エンジン始動時の突発的なガス流れなどによって外側入口144aや外側出口147aから外側保護カバー140内に進入し、さらに素子室入口127や素子室出口138aから内側保護カバー130内に進入することがある。内側保護カバー130内に進入した水は、センサ素子110に直接到達したり、内側保護カバー130の底(第2部材135の底、つまり底部138eの上)にたまることがある。内側保護カバー130の底にたまった水は、エンジン始動時の突発的なガス流れや振動などによってセンサ素子110に向けて飛散するおそれがある。そこで、上述したガスセンサ100では、内側保護カバー130を構成する第2部材135が先端側にテーパ部138dを備え、このテーパ部138dに素子室出口138aが配設されているものとした。こうしたガスセンサ100では、素子室出口138aが底部138eではなくテーパ部138dに配設されているため、素子室出口138aの外側から突発的にガスが流入したとしても、ガスの流れがセンサ素子110方向に集中しにくく、ガス流れにのって水がセンサ素子110に到達しにくい。また、また、ガスセンサ100は、鉛直方向に対して中心軸を傾けて用いる場合が多いが、そうした場合に、素子室出口138aが内側保護カバー130の中心軸に平行でないテーパ部138dに配設されているため、内側保護カバー130内の水が自重によって素子室出口138aから排出されやすい。また、上述したガスセンサ100では、センサ素子110の先端面110cと第2部材135の底部138eとの距離X[mm]や、第2部材135の底部138eの直径Y[mm]が、X≧7.5及びY2+667/X≦120のうちの少なくとも一方を満たすため、センサ素子110の被水が抑制される。X≧7.5を満たす場合には、第2部材135の底に水がたまっても、たまった水とセンサ素子110との距離が十分に長いためセンサ素子110が被水しにくいと考えられる。また、Y2+667/X≦120を満たす場合には、距離Xが比較的長いためセンサ素子110が被水しにくいし、第2部材135の底部138eの直径Yが比較的小さく底に水がたまってもその量が少ないうちに素子室出口138aから水が排出されやすいため、第2部材135の内部にたまる水量が抑制され、センサ素子110の被水が抑制されると考えられる。直径Yが小さいほど、距離Xが短くてもセンサ素子は被水しにくくなる。距離X及び直径Yが、Y2+667/X≦112を満たす場合には、センサ素子110の被水がより抑制される。 By the way, coagulated water may be generated in the pipe 20 through which the exhaust gas of an automobile or the like flows. Such coagulated water enters the outer protective cover 140 from the outer inlet 144a and the outer outlet 147a due to the above-mentioned flow of the gas to be measured and the sudden gas flow when the engine is started, and further enters the element chamber inlet 127 and the element chamber. It may enter the inner protective cover 130 from the exit 138a. Water that has entered the inner protective cover 130 may reach the sensor element 110 directly or may collect on the bottom of the inner protective cover 130 (the bottom of the second member 135, that is, above the bottom 138e). The water accumulated on the bottom of the inner protective cover 130 may scatter toward the sensor element 110 due to sudden gas flow or vibration when the engine is started. Therefore, in the gas sensor 100 described above, it is assumed that the second member 135 constituting the inner protective cover 130 is provided with a tapered portion 138d on the tip end side, and the element chamber outlet 138a is arranged on the tapered portion 138d. In such a gas sensor 100, since the element chamber outlet 138a is arranged not on the bottom portion 138e but on the tapered portion 138d, even if gas suddenly flows in from the outside of the element chamber outlet 138a, the gas flow is in the direction of the sensor element 110. It is difficult for water to reach the sensor element 110 along the gas flow. Further, the gas sensor 100 is often used with its central axis tilted with respect to the vertical direction. In such a case, the element chamber outlet 138a is arranged on the tapered portion 138d which is not parallel to the central axis of the inner protective cover 130. Therefore, the water in the inner protective cover 130 is easily discharged from the element chamber outlet 138a due to its own weight. Further, in the gas sensor 100 described above, the distance X [mm] between the tip surface 110c of the sensor element 110 and the bottom 138e of the second member 135 and the diameter Y [mm] of the bottom 138e of the second member 135 are X ≧ 7. Since at least one of .5 and Y 2 + 667 / X ≦ 120 is satisfied, the water exposure of the sensor element 110 is suppressed. When X ≧ 7.5 is satisfied, even if water accumulates on the bottom of the second member 135, it is considered that the sensor element 110 is unlikely to be exposed to water because the distance between the accumulated water and the sensor element 110 is sufficiently long. .. Further, when Y 2 + 667 / X ≦ 120 is satisfied, the sensor element 110 is less likely to be exposed to water because the distance X is relatively long, and the diameter Y of the bottom 138e of the second member 135 is relatively small, so that water reaches the bottom. Since water is likely to be discharged from the element chamber outlet 138a while the amount of water accumulated is small, it is considered that the amount of water accumulated inside the second member 135 is suppressed and the water coverage of the sensor element 110 is suppressed. The smaller the diameter Y, the less likely the sensor element is to be exposed to water even if the distance X is short. When the distance X and the diameter Y satisfy Y 2 + 667 / X ≦ 112, the water exposure of the sensor element 110 is further suppressed.

以上詳述した本実施形態のガスセンサ100によれば、内側保護カバー130を構成する第2部材135が先端側にテーパ部138dを備え、このテーパ部138dに素子室出口138aが配設されている。また、センサ素子110の先端面110cと第2部材135の底部138eとの距離X[mm]や、第2部材135の底部138eの直径Y[mm]が、X≧7.5及びY2+667/X≦120のうちの少なくとも一方を満たす。このため、センサ素子110の被水が抑制される。 According to the gas sensor 100 of the present embodiment described in detail above, the second member 135 constituting the inner protective cover 130 is provided with a tapered portion 138d on the tip end side, and the element chamber outlet 138a is arranged on the tapered portion 138d. .. Further, the distance X [mm] between the tip surface 110c of the sensor element 110 and the bottom 138e of the second member 135 and the diameter Y [mm] of the bottom 138e of the second member 135 are X ≧ 7.5 and Y 2 +667. At least one of / X ≦ 120 is satisfied. Therefore, the water exposure of the sensor element 110 is suppressed.

また、距離X及び直径Yが、Y2+667/X≦112を満たすものとすれば、センサ素子110の被水をより抑制できる。さらに、距離X及び直径Yが、X≦13及びY≦6の少なくとも一方を満たすものとすれば、ガスセンサ100の寸法を比較的小さく保ったままセンサ素子110の被水を抑制できる。さらにまた、第2部材135の底部138eから素子室出口138aの下端までの深さZ(≧0)[mm]を、Z≦2.5とすれば、第2部材135の底にたまる水量がより少ないうちに素子室出口138aから水が排出される。これにより、第2部材135の内部にたまる水量がより抑制されるため、センサ素子110の被水をより抑制できる。 Further, if the distance X and the diameter Y satisfy Y 2 + 667 / X ≦ 112, the water exposure of the sensor element 110 can be further suppressed. Further, if the distance X and the diameter Y satisfy at least one of X ≦ 13 and Y ≦ 6, water exposure of the sensor element 110 can be suppressed while keeping the dimensions of the gas sensor 100 relatively small. Furthermore, if the depth Z (≧ 0) [mm] from the bottom 138e of the second member 135 to the lower end of the element chamber outlet 138a is Z ≦ 2.5, the amount of water accumulated at the bottom of the second member 135 is increased. Water is discharged from the element chamber outlet 138a before it is less. As a result, the amount of water accumulated inside the second member 135 is further suppressed, so that the water exposure of the sensor element 110 can be further suppressed.

そして、ガスセンサ100において、第1部材131及び第2部材135は、素子側開口部129が下方向に向けて開口するように素子室入口127を形成している。これにより、第1部材131によってセンサ素子110と隔てられた素子室入口127からセンサ素子室124内に下向きに被測定ガスが流入するため、被測定ガスに水が含まれていてもその水がセンサ素子110に到達しにくい。 Then, in the gas sensor 100, the first member 131 and the second member 135 form the element chamber inlet 127 so that the element side opening 129 opens downward. As a result, the gas to be measured flows downward into the sensor element chamber 124 from the element chamber inlet 127 separated from the sensor element 110 by the first member 131, so that the water can be discharged even if the gas to be measured contains water. It is difficult to reach the sensor element 110.

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施しうることは言うまでもない。 Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various aspects as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

例えば、保護カバー120の形状は上述した実施形態に限られない。保護カバー120の形状や素子室入口127,素子室出口138a,外側入口144a,外側出口147aの形状,個数,配置などは、適宜変更してもよい。例えば、外側保護カバー140の先端部146は、有底筒状で、側部146aと底部146bとテーパ部146cとを有するものとしたが、テーパ部146cを省略した円筒形状としてもよい。また例えば、外側入口144aは、外側保護カバー140の周方向に沿って横孔144bと縦孔144cとが交互に形成されているものとしたが、横孔と縦孔とが同位相で形成されていてもよい。図8は、図3の外側保護カバー140の先端部146をテーパ部146cを省略した円筒形状とし、横孔144bと縦孔144cとを同位相で形成したガスセンサ200の縦断面図(ガスセンサ100のB−B断面図に相当)である。図9は図8の外側保護カバー240のF−F断面図であり、図10は図8のG視図である。図8〜10では、ガスセンサ100と同じ構成要素については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。図8に示すように、ガスセンサ200の保護カバー220は、外側保護カバー140に代えて外側保護カバー240を備えている。外側保護カバー240は、外側入口144aに代えて、外側入口244aを有している。外側入口244aは、側部143aに等間隔に形成された複数(ここでは6個)の横孔244bと、段差部143bに等間隔に形成された複数(ここでは6個)の縦孔144cとを有している。外側入口244aは、外側保護カバー240の周方向に沿って等間隔(ここでは60°間隔)に、横孔244bと縦孔144cとが同位相で形成されている。また、外側保護カバー240は、先端部146に代えて、有底筒状(円筒形状)で胴部143よりも内径の小さい先端部246を有している。先端部246は、外側保護カバー240の中心軸方向(図8の上下方向)に沿った側面を有し外径が側部143aの内径よりも小さい側部246aと、外側保護カバー240の底部である底部246bと、を有している。また、先端部246には、被測定ガスの外部への出口である外側出口247aが形成されている。外側出口247aは、先端部246の底部246bに外側保護カバー240の周方向に沿って等間隔に形成された複数(ここでは6個)の縦孔247cを有している(図8,9,10参照)。こうしたガスセンサ200でも、センサ素子110及び内側保護カバー130が上述した条件を満たしているため、上述した実施形態と同様の効果が得られる。 For example, the shape of the protective cover 120 is not limited to the above-described embodiment. The shape of the protective cover 120, the shape, number, arrangement, etc. of the element chamber inlet 127, the element chamber outlet 138a, the outer inlet 144a, and the outer outlet 147a may be appropriately changed. For example, the tip portion 146 of the outer protective cover 140 has a bottomed tubular shape and has a side portion 146a, a bottom portion 146b, and a tapered portion 146c, but the tapered portion 146c may be omitted in a cylindrical shape. Further, for example, in the outer inlet 144a, the horizontal holes 144b and the vertical holes 144c are alternately formed along the circumferential direction of the outer protective cover 140, but the horizontal holes and the vertical holes are formed in the same phase. You may be. FIG. 8 is a vertical cross-sectional view (of the gas sensor 100) of the gas sensor 200 in which the tip portion 146 of the outer protective cover 140 of FIG. BB cross-sectional view). 9 is a sectional view taken along line FF of the outer protective cover 240 of FIG. 8, and FIG. 10 is a G view of FIG. In FIGS. 8 to 10, the same components as those of the gas sensor 100 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. As shown in FIG. 8, the protective cover 220 of the gas sensor 200 includes an outer protective cover 240 instead of the outer protective cover 140. The outer protective cover 240 has an outer inlet 244a instead of the outer inlet 144a. The outer inlet 244a includes a plurality of (six in this case) horizontal holes 244b formed in the side portion 143a at equal intervals and a plurality of (six in this case) vertical holes 144c formed in the stepped portion 143b at equal intervals. have. In the outer inlet 244a, the horizontal holes 244b and the vertical holes 144c are formed in the same phase at equal intervals (here, 60 ° intervals) along the circumferential direction of the outer protective cover 240. Further, the outer protective cover 240 has a tip portion 246 having a bottomed tubular shape (cylindrical shape) and an inner diameter smaller than that of the body portion 143 instead of the tip portion 146. The tip portion 246 has a side surface along the central axial direction (vertical direction in FIG. 8) of the outer protective cover 240, and has a side portion 246a whose outer diameter is smaller than the inner diameter of the side portion 143a and a bottom portion of the outer protective cover 240. It has a bottom 246b and a certain bottom. Further, an outer outlet 247a, which is an outlet for the gas to be measured to the outside, is formed at the tip portion 246. The outer outlet 247a has a plurality of (here, 6) vertical holes 247c formed at equal intervals along the circumferential direction of the outer protective cover 240 at the bottom 246b of the tip portion 246 (FIGS. 8, 9, and 6). 10). Even in such a gas sensor 200, since the sensor element 110 and the inner protective cover 130 satisfy the above-mentioned conditions, the same effects as those in the above-described embodiment can be obtained.

上述した実施形態では、素子室入口127は第1部材131の第1円筒部134と第2部材135の第2円筒部136との間の円筒状の隙間としたが、これに限らず、素子室入口は第1部材131と第2部材135との間の隙間であればどのような形状であってもよい。例えば素子室入口が図3の上下方向から傾斜した隙間であってもよい(後述する図12も参照)。また、素子室入口127の数は1つに限らず複数でもよい(後述する図11も参照)。外側入口144a,外側出口147aについても、孔に限らず保護カバー120を構成する複数の部材の隙間であってもよいし、各々の数は1以上であればよい。また、外側入口144aは横孔144bと縦孔144cとを有するものとしたが、いずれか一方のみを有するものとしてもよい。また、横孔144b及び縦孔144cに加えて又は代えて、側部143aと段差部143bとの境界の角部に角孔を形成してもよい。外側出口147aについても、同様に横孔,縦孔,角孔のいずれか1以上を有するものとしてもよい。また、外側出口147aは、テーパ部146cに設けられた貫通孔を有するものとしてもよい。 In the above-described embodiment, the element chamber inlet 127 is a cylindrical gap between the first cylindrical portion 134 of the first member 131 and the second cylindrical portion 136 of the second member 135, but the present invention is not limited to this. The chamber entrance may have any shape as long as it is a gap between the first member 131 and the second member 135. For example, the entrance of the element chamber may be a gap inclined from the vertical direction in FIG. 3 (see also FIG. 12 described later). Further, the number of element chamber inlets 127 is not limited to one, but may be plural (see also FIG. 11 described later). The outer inlet 144a and the outer outlet 147a are not limited to the holes, but may be gaps between a plurality of members constituting the protective cover 120, and the number of each may be one or more. Further, although the outer inlet 144a has a horizontal hole 144b and a vertical hole 144c, it may have only one of them. Further, in addition to or in place of the horizontal hole 144b and the vertical hole 144c, a square hole may be formed at the corner of the boundary between the side portion 143a and the step portion 143b. Similarly, the outer outlet 147a may have one or more of a horizontal hole, a vertical hole, and a square hole. Further, the outer outlet 147a may have a through hole provided in the tapered portion 146c.

上述した実施形態では、突出部136aは第2円筒部136の内周面に形成されているが、これに限られない。第1円筒部134の外周面と第2円筒部136の内周面との少なくとも一方の面に、他方の面に向けて突出してその面に接する複数の突出部が形成されていればよい。また、上述した実施形態では、図3,4に示すように、第2円筒部136のうち突出部136aが形成されている部分の外周面は内側に窪んでいるが、これに限らず外周面が窪んでいなくてもよい。また、突出部136aは半球形状に限らずどのような形状であってもよい。なお、第1円筒部134の外周面及び第2円筒部136の内周面に突出部136aが形成されていなくてもよい。 In the above-described embodiment, the protruding portion 136a is formed on the inner peripheral surface of the second cylindrical portion 136, but the present invention is not limited to this. It suffices that at least one surface of the outer peripheral surface of the first cylindrical portion 134 and the inner peripheral surface of the second cylindrical portion 136 is formed with a plurality of projecting portions projecting toward the other surface and in contact with the surface. Further, in the above-described embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the outer peripheral surface of the portion of the second cylindrical portion 136 in which the protruding portion 136a is formed is recessed inward, but the outer peripheral surface is not limited to this. Does not have to be dented. Further, the protruding portion 136a is not limited to the hemispherical shape and may have any shape. The protruding portion 136a may not be formed on the outer peripheral surface of the first cylindrical portion 134 and the inner peripheral surface of the second cylindrical portion 136.

上述した実施形態では、素子室入口127は第1円筒部134の外周面と第2円筒部136の内周面との間の筒状の隙間としたが、これに限られない。例えば、第1円筒部の外周面と第2円筒部の内周面との少なくとも一方に凹部(溝)が形成されており、素子室入口は、凹部により形成された第1円筒部と第2円筒部との隙間としてもよい。図11は、変形例の素子室入口327を示す断面図である。図11に示すように、第1円筒部334の外周面と第2円筒部336(本発明の側部に相当)の内周面とは接しており、第1円筒部334の外周面には複数(図11では4個)の凹部334aが等間隔に形成されている。この凹部334aと第2円筒部336の内周面との間の隙間が、素子室入口327となっている。 In the above-described embodiment, the element chamber inlet 127 is a tubular gap between the outer peripheral surface of the first cylindrical portion 134 and the inner peripheral surface of the second cylindrical portion 136, but the present invention is not limited to this. For example, a recess (groove) is formed in at least one of the outer peripheral surface of the first cylindrical portion and the inner peripheral surface of the second cylindrical portion, and the element chamber entrance is the first cylindrical portion and the second cylindrical portion formed by the recess. It may be a gap with the cylindrical portion. FIG. 11 is a cross-sectional view showing the element chamber entrance 327 of the modified example. As shown in FIG. 11, the outer peripheral surface of the first cylindrical portion 334 and the inner peripheral surface of the second cylindrical portion 336 (corresponding to the side portion of the present invention) are in contact with each other, and the outer peripheral surface of the first cylindrical portion 334 is in contact with the outer peripheral surface. A plurality of (4 in FIG. 11) recesses 334a are formed at equal intervals. The gap between the recess 334a and the inner peripheral surface of the second cylindrical portion 336 is the element chamber entrance 327.

上述した実施形態では、素子室入口127は、センサ素子110の後端−先端方向に平行な流路(図3における上下方向に平行な流路)としたが、これに限られない。例えば、素子室入口は、下方に向かうにつれてセンサ素子110に近づくように上下方向から傾斜した流路としてもよい。図12は、この場合の変形例のガスセンサ400の縦断面図である。図12では、ガスセンサ100,200と同じ構成要素については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。図12に示すように、ガスセンサ400の保護カバー420は、内側保護カバー130に代えて内側保護カバー430を備えている。内側保護カバー430は、第1部材431と、第2部材435と、を備えている。第1部材431は、第1部材131と比べて、第1円筒部134を備えない代わりに、円筒状の胴部434aと、下方に向かうにつれて縮径する円筒状の第1円筒部434bと、を備えている。第1円筒部434bは、上端部で胴部434aと接続されている。第2部材435は、第2部材135と比べて、第2円筒部136を備えない代わりに、下方に向かうにつれて縮径する円筒状の第2円筒部436(本発明の側部に相当)を備えている。第2円筒部436は、接続部137を介して先端部138と接続されている。第1円筒部434bの外周面と第2円筒部436の内周面とは接しておらず、両者により形成される隙間が素子室入口427となっている。素子室入口427は、第1ガス室122側の開口部である外側開口部428と、センサ素子室124側の開口部である素子側開口部429と、を有している。この素子室入口427は、第1円筒部434b及び第2円筒部436の形状によって、下方に向かうにつれてセンサ素子110に近づくように(内側保護カバー430の中心軸に近づくように)上下方向から傾斜した流路となっている。同様に、素子側開口部429は、下方に向かうにつれてセンサ素子110に近づくように上下方向から傾斜して開口している。このように素子室入口427が上下方向に対して傾斜した流路である場合や素子側開口部429が上下方向に対して傾斜して開口している場合、素子側開口部429からセンサ素子室124に流出する被測定ガスの流れる向きは上下方向から傾斜した向きになる。これにより、上述した実施形態の素子室入口127や素子側開口部129と同様の効果が得られる。すなわち、第1部材431によってセンサ素子110と隔てられた素子室入口427からセンサ素子室124内に下向きに被測定ガスが流入するため、被測定ガスに水が含まれていてもその水がセンサ素子110に到達しにくい。これにより、センサ素子110の被水を抑制できる。また、図12では、素子室入口427の幅は、センサ素子110の下方に向かうにつれて狭くなっている。そのため、素子側開口部429の開口面積は外側開口部428の開口面積よりも小さい。これにより、被測定ガスが外側開口部428から流入して素子側開口部429から流出することで流入時と比べて流出時の被測定ガスの流速が高まる。そのため、特定ガス濃度検出の応答性を向上させることができる。なお、図12では、素子室入口427が上下方向から傾斜した流路となっており、素子側開口部429が上下方向から傾斜して開口し、且つ素子側開口部429の開口面積が外側開口部428の開口面積よりも小さくなるようにしているが、これらの3つの特徴のうち1以上を省略してもよいし、ガスセンサがこれらの3つの特徴のうち1以上の特徴を有するようにしてもよい。こうしたガスセンサ400でも、センサ素子110及び内側保護カバー130が上述した条件を満たしているため、上述した実施形態と同様の効果が得られる。なお、図12のガスセンサ400では、ガスセンサ200と同様の外側保護カバー240を有するものとしたが、ガスセンサ100と同様の外側保護カバ−140を有するものとしてもよい。 In the above-described embodiment, the element chamber inlet 127 is a flow path parallel to the rear end-tip direction of the sensor element 110 (a flow path parallel to the vertical direction in FIG. 3), but the present invention is not limited to this. For example, the element chamber entrance may be a flow path inclined from the vertical direction so as to approach the sensor element 110 as it goes downward. FIG. 12 is a vertical cross-sectional view of the gas sensor 400 of the modified example in this case. In FIG. 12, the same components as those of the gas sensors 100 and 200 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. As shown in FIG. 12, the protective cover 420 of the gas sensor 400 includes an inner protective cover 430 instead of the inner protective cover 130. The inner protective cover 430 includes a first member 431 and a second member 435. Compared to the first member 131, the first member 431 does not include the first cylindrical portion 134, but instead has a cylindrical body portion 434a and a cylindrical first cylindrical portion 434b whose diameter decreases downward. It has. The first cylindrical portion 434b is connected to the body portion 434a at the upper end portion. The second member 435 does not have the second cylindrical portion 136 as compared with the second member 135, but instead has a cylindrical second cylindrical portion 436 (corresponding to the side portion of the present invention) whose diameter decreases downward. I have. The second cylindrical portion 436 is connected to the tip portion 138 via the connecting portion 137. The outer peripheral surface of the first cylindrical portion 434b and the inner peripheral surface of the second cylindrical portion 436 are not in contact with each other, and the gap formed by both is the element chamber entrance 427. The element chamber inlet 427 has an outer opening 428 which is an opening on the first gas chamber 122 side and an element side opening 429 which is an opening on the sensor element chamber 124 side. Due to the shapes of the first cylindrical portion 434b and the second cylindrical portion 436, the element chamber inlet 427 is inclined from the vertical direction so as to approach the sensor element 110 (approaching the central axis of the inner protective cover 430) as it goes downward. It is a flow path. Similarly, the element-side opening 429 is inclined from the vertical direction so as to approach the sensor element 110 as it goes downward. When the element chamber inlet 427 is a flow path inclined in the vertical direction or the element side opening 429 is inclined in the vertical direction as described above, the sensor element chamber is formed from the element side opening 429. The direction in which the gas to be measured flowing out to 124 flows is a direction inclined from the vertical direction. As a result, the same effect as that of the element chamber entrance 127 and the element side opening 129 of the above-described embodiment can be obtained. That is, since the gas to be measured flows downward into the sensor element chamber 124 from the element chamber inlet 427 separated from the sensor element 110 by the first member 431, the water is used as the sensor even if the gas to be measured contains water. It is difficult to reach the element 110. As a result, the water exposure of the sensor element 110 can be suppressed. Further, in FIG. 12, the width of the element chamber entrance 427 becomes narrower toward the lower side of the sensor element 110. Therefore, the opening area of the element side opening 429 is smaller than the opening area of the outer opening 428. As a result, the gas to be measured flows in from the outer opening 428 and flows out from the element side opening 429, so that the flow velocity of the gas to be measured at the time of outflow is higher than that at the time of inflow. Therefore, the responsiveness of the specific gas concentration detection can be improved. In FIG. 12, the element chamber inlet 427 is a flow path inclined from the vertical direction, the element side opening 429 is inclined from the vertical direction to open, and the opening area of the element side opening 429 is the outer opening. Although it is made smaller than the opening area of the portion 428, one or more of these three features may be omitted, or the gas sensor may have one or more of these three features. May be good. Even in such a gas sensor 400, since the sensor element 110 and the inner protective cover 130 satisfy the above-mentioned conditions, the same effects as those in the above-described embodiment can be obtained. Although the gas sensor 400 of FIG. 12 has an outer protective cover 240 similar to that of the gas sensor 200, it may have an outer protective cover 140 similar to that of the gas sensor 100.

上述した実施形態では、第1ガス室122と第2ガス室126とは直接には連通していないものとしたが、第1ガス室122と第2ガス室126とは直接連通していてもよい。例えば、先端部146の内周面を接続部137の外周面と離間させることにより第1ガス室122と第2ガス室126とを連通させる隙間を設けてもよい。 In the above-described embodiment, the first gas chamber 122 and the second gas chamber 126 are not directly communicated with each other, but the first gas chamber 122 and the second gas chamber 126 may be directly communicated with each other. Good. For example, a gap may be provided for communicating the first gas chamber 122 and the second gas chamber 126 by separating the inner peripheral surface of the tip portion 146 from the outer peripheral surface of the connecting portion 137.

上述した実施形態では、ガス導入口111は、素子本体110bの先端面(図3における素子本体110bの下面)に開口しているものとしたが、これに限られない。例えば、素子本体110bの側面(図4における素子本体110bの上下左右の面)に開口していてもよい。 In the above-described embodiment, the gas introduction port 111 is open to the tip surface of the element body 110b (the lower surface of the element body 110b in FIG. 3), but the present invention is not limited to this. For example, it may be opened on the side surface of the element body 110b (the top, bottom, left and right surfaces of the element body 110b in FIG. 4).

上述した実施形態では、センサ素子110は多孔質保護層110aを備えているが、多孔質保護層110aを備えていなくてもよい。その場合は、素子本体110bの下面がセンサ素子110の先端面となる。 In the above-described embodiment, the sensor element 110 includes the porous protective layer 110a, but the sensor element 110 may not include the porous protective layer 110a. In that case, the lower surface of the element body 110b becomes the front end surface of the sensor element 110.

以下には、ガスセンサを具体的に作製した例を実施例として説明する。実験例1〜10が本発明の実施例に相当し、実験例11〜15が比較例に相当する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, an example in which a gas sensor is specifically manufactured will be described as an example. Experimental Examples 1 to 10 correspond to Examples of the present invention, and Experimental Examples 11 to 15 correspond to Comparative Examples. The present invention is not limited to the following examples.

[実験例1]
図3〜7に示したガスセンサ100を実験例1とした。実験例1では、内側保護カバー130として、底部138eの直径Yが3.41mm、テーパ部138dの後端部の直径Dが7.37mm、テーパ部138dの上下方向の長さLが5.20mm、素子室出口138aの各孔138bの直径が1.5mm、底部138eから素子室出口138aの下端までの深さZが1.00mmのものを用いた。また、センサ素子110は、先端面110cと底部138eとの距離Xが6.76mmとなる位置に配置した。
[Experimental Example 1]
The gas sensor 100 shown in FIGS. 3 to 7 was used as Experimental Example 1. In Experimental Example 1, as the inner protective cover 130, the diameter Y of the bottom portion 138e is 3.41 mm, the diameter D of the rear end portion of the tapered portion 138d is 7.37 mm, and the vertical length L of the tapered portion 138d is 5.20 mm. The diameter of each hole 138b of the element chamber outlet 138a is 1.5 mm, and the depth Z from the bottom 138e to the lower end of the element chamber outlet 138a is 1.00 mm. Further, the sensor element 110 is arranged at a position where the distance X between the front end surface 110c and the bottom portion 138e is 6.76 mm.

[実験例2〜15]
実験例2〜15は、底部138eの直径Yを表1に示す値とし、センサ素子110を距離Xが表1に示す値となる位置に配置した以外は、実験例1のガスセンサ100と同様とした。
[Experimental Examples 2 to 15]
Experimental Examples 2 to 15 are the same as the gas sensor 100 of Experimental Example 1 except that the diameter Y of the bottom 138e is set to the value shown in Table 1 and the sensor element 110 is arranged at a position where the distance X is the value shown in Table 1. did.

Figure 2021060218
Figure 2021060218

[被水量の評価]
被水量の評価には、特開2019−158615号公報に記載された被水試験装置を用いた。この被水試験装置は、内部にガスの流路を有し水平かつ直線状に配置された配管と、配管の上流に設けられた送風機(ブロアー)と、配管の下流側に設けられた圧力変動発生器と、送風機と圧力変動発生器との間の配管の一部でありガスセンサが取り付けられるチャンバと、を備えている。チャンバには、チャンバに振動を加える加振機が接続されている。この被水試験装置では、エンジンからの排気ガスを模したガスにより水分をガスセンサに向けて飛散させることができる。被水試験では、まず、被水試験装置のチャンバ内に、ガスセンサの中心軸が配管の軸に垂直かつ水平方向に対して10°傾いた状態でガスセンサを配置した。次に、送風機とチャンバとの間の配管内に所定量の水分を供給した。続いて、送風機を用いて配管内にガス(大気)を供給し、圧力変動発生器を用いてガスの圧力を変動させるとともに、加振機によりチャンバに振動を加えた。これにより、配管内に供給された水分が、圧力変動するガスによって、チャンバ内に配置されたガスセンサに向けて飛散する。この状態で、センサ素子に内蔵されたヒーターを駆動して、センサ素子の温度が100〜200℃の間の所定の目標値になるようにヒーターパワーを制御した。このときのヒーターパワーの制御値を、事前に導出したヒーターパワーと被水量との関係に当てはめて、各ガスセンサにおけるセンサ素子の被水量を求めた。そして、被水量が2.5μL以下のものを「A(優)」、2.5μL超過4.0μL以下のものを「B(良)」、4.0μL超過のものを「F(不可)」として判定を行った。結果を表1及び図13にまとめた。
[Evaluation of water coverage]
For the evaluation of the water cover amount, the water cover test apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-158615 was used. This water exposure test device has a pipe that has a gas flow path inside and is arranged horizontally and linearly, a blower (blower) that is installed upstream of the pipe, and a pressure fluctuation that is installed on the downstream side of the pipe. It includes a generator and a chamber in which a gas sensor is mounted, which is part of the piping between the blower and the pressure fluctuation generator. A vibration exciter that applies vibration to the chamber is connected to the chamber. In this water exposure test device, water can be scattered toward the gas sensor by a gas that imitates the exhaust gas from the engine. In the water test, first, the gas sensor was placed in the chamber of the water test device with the central axis of the gas sensor perpendicular to the axis of the pipe and tilted by 10 ° with respect to the horizontal direction. Next, a predetermined amount of water was supplied into the pipe between the blower and the chamber. Subsequently, gas (atmosphere) was supplied into the pipe using a blower, the pressure of the gas was fluctuated using a pressure fluctuation generator, and vibration was applied to the chamber by a vibrator. As a result, the water supplied into the pipe is scattered toward the gas sensor arranged in the chamber by the gas whose pressure fluctuates. In this state, the heater built in the sensor element was driven, and the heater power was controlled so that the temperature of the sensor element became a predetermined target value between 100 and 200 ° C. The control value of the heater power at this time was applied to the relationship between the heater power derived in advance and the water cover amount to obtain the water cover amount of the sensor element in each gas sensor. Then, the one with a water coverage of 2.5 μL or less is “A (excellent)”, the one with an excess of 2.5 μL of 4.0 μL or less is “B (good)”, and the one with an excess of 4.0 μL is “F (impossible)”. The judgment was made as. The results are summarized in Table 1 and FIG.

表1及び図13より、距離XがX≧7.5mmを満たす場合には、Yの値に関わらず被水量がゼロとなることがわかった。また、X≧7.5mmを満たさない場合でも、距離Xが小さくなるのに応じて直径Yを小さくすれば被水量が抑制される傾向がみられ、距離Xと直径YとがY2≦−667/X+120の関係を満たす場合には、被水量が4.0μL以下にまで抑制されることがわかった。さらに、距離Xと直径YとがY2≦−667/X+112の関係を満たす場合には、被水量が2.5μL以下にまで抑制されることがわかった。なお、距離Xや直径Yは、X≧7.5mm又はY2≦−667/X+120の関係を満たせば特に限定されないが、例えばX≦13mmやY≦6mmとしてもよい。こうした範囲では、ガスセンサの寸法を比較的小さく保ったまま、被水を抑制できると考えられる。 From Table 1 and FIG. 13, it was found that when the distance X satisfies X ≧ 7.5 mm, the amount of water received is zero regardless of the value of Y. Further, even when X ≧ 7.5 mm is not satisfied, the amount of water received tends to be suppressed by reducing the diameter Y as the distance X decreases, and the distance X and the diameter Y tend to be Y 2 ≦ −. It was found that when the relationship of 667 / X + 120 was satisfied, the water intake was suppressed to 4.0 μL or less. Furthermore, it was found that when the distance X and the diameter Y satisfy the relationship of Y 2 ≤ -667 / X + 112, the water intake is suppressed to 2.5 μL or less. The distance X and the diameter Y are not particularly limited as long as they satisfy the relationship of X ≧ 7.5 mm or Y 2 ≦ −667 / X + 120, but may be, for example, X ≦ 13 mm or Y ≦ 6 mm. In such a range, it is considered that water exposure can be suppressed while keeping the size of the gas sensor relatively small.

20 配管、22 固定用部材、100,200,400 ガスセンサ、102 ハウジング、103 ボルト、110 センサ素子、110a 多孔質保護層、110b 素子本体、110c 先端面、111 ガス導入口、120,220,420 保護カバー、122 第1ガス室、124 センサ素子室、126 第2ガス室、127,327,427 素子室入口、128,428 外側開口部、129,429 素子側開口部、130,430 内側保護カバー、131,431 第1部材、132 大径部、133 段差部、134,334 第1円筒部、135,435 第2部材、136,336,436 第2円筒部、136a 突出部、137 接続部、138 先端部、138a 素子室出口、138b 孔、138d 側部、138e 底部、140,240 外側保護カバー、142 大径部、143 胴部、143a 側部、143b 段差部、144a 外側入口、144b 横孔、144c 縦孔、146,246 先端部、146a,246a 側部、146b,246b 底部、146c テーパ部、147a,247a 外側出口、147c,247c 縦孔、334a 凹部、434a 胴部、434b 第1円筒部。 20 Piping, 22 Fixing member, 100, 200, 400 Gas sensor, 102 housing, 103 volt, 110 sensor element, 110a porous protective layer, 110b element body, 110c tip surface, 111 gas inlet, 120, 220, 420 protection Cover, 122 1st gas chamber, 124 sensor element chamber, 126 2nd gas chamber 127,327,427 element chamber inlet, 128,428 outer opening, 129,429 element side opening, 130,430 inner protective cover, 131,431 1st member, 132 large diameter part, 133 stepped part, 134,334 1st cylindrical part, 135,435 2nd member, 136,336,436 2nd cylindrical part, 136a protruding part, 137 connection part, 138 Tip, 138a element chamber outlet, 138b hole, 138d side, 138e bottom, 140,240 outer protective cover, 142 large diameter, 143 body, 143a side, 143b step, 144a outer entrance, 144b side hole, 144c vertical hole, 146,246 tip part, 146a, 246a side part, 146b, 246b bottom part, 146c taper part, 147a, 247a outer outlet, 147c, 247c vertical hole, 334a recess, 434a body part, 434b first cylindrical part.

Claims (6)

被測定ガスを導入するガス導入口を有し、該ガス導入口から内部に流入した該被測定ガスの特定ガス濃度を検出可能なセンサ素子と、
前記センサ素子の先端及び前記ガス導入口が内部に配置されるセンサ素子室を内側に有し、該センサ素子室への入口である1以上の素子室入口と該センサ素子室からの出口である1以上の素子室出口とが配設された筒状の内側保護カバーと、
前記被測定ガスの外部からの入口である1以上の外側入口と、前記被測定ガスの外部への出口である1以上の外側出口と、が配設され、前記内側保護カバーの外側に配設された筒状の外側保護カバーと、
を備え、
前記内側保護カバーは、前記センサ素子を囲む筒状の第1部材と、該第1部材を囲む筒状の第2部材とを有し、
前記第1部材及び前記第2部材は、両者の間の隙間として、前記素子室入口を形成しており、
前記第2部材は、前記第1部材を囲む側部と、前記センサ素子の先端面に対向する位置に設けられた底部と、前記側部と前記底部との間に設けられ前記側部側から前記底部側に向けて縮径するテーパ部と、を備え、前記テーパ部に前記素子室出口が配設され、
前記センサ素子の前記先端面と前記第2部材の前記底部との距離をX[mm]とし、前記第2部材の前記底部の直径をY[mm]とした場合に、X≧7.5及びY2+667/X≦120のうちの少なくとも一方を満たす、ガスセンサ。
A sensor element having a gas introduction port for introducing a gas to be measured and capable of detecting a specific gas concentration of the gas to be measured that has flowed into the inside from the gas introduction port.
It has a sensor element chamber in which the tip of the sensor element and the gas introduction port are arranged inside, and is one or more element chamber inlets which are inlets to the sensor element chamber and outlets from the sensor element chamber. A tubular inner protective cover in which one or more element chamber outlets are arranged, and
One or more outer inlets which are inlets of the gas to be measured from the outside and one or more outer outlets which are outlets of the gas to be measured to the outside are arranged and arranged outside the inner protective cover. With a tubular outer protective cover
With
The inner protective cover has a tubular first member surrounding the sensor element and a tubular second member surrounding the first member.
The first member and the second member form the element chamber entrance as a gap between the first member and the second member.
The second member is provided between a side portion surrounding the first member, a bottom portion provided at a position facing the tip surface of the sensor element, and the side portion and the bottom portion, and is provided from the side portion side. A tapered portion whose diameter is reduced toward the bottom side is provided, and the element chamber outlet is arranged in the tapered portion.
When the distance between the tip surface of the sensor element and the bottom of the second member is X [mm] and the diameter of the bottom of the second member is Y [mm], X ≧ 7.5 and A gas sensor that satisfies at least one of Y 2 + 667 / X ≦ 120.
前記距離X及び前記直径Yが、Y2+667/X≦112を満たす、請求項1に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1, wherein the distance X and the diameter Y satisfy Y 2 + 667 / X ≦ 112. 前記距離X及び前記直径Yが、X≦13及びY≦6のうちの少なくとも一方を満たす、請求項1又は2に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1 or 2, wherein the distance X and the diameter Y satisfy at least one of X ≦ 13 and Y ≦ 6. 前記第2部材の前記底部から前記素子室出口の下端までの深さZ[mm]は、Z≦2.5を満たす、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the depth Z [mm] from the bottom of the second member to the lower end of the element chamber outlet satisfies Z ≦ 2.5. 前記第1部材及び第2部材は、前記センサ素子の後端から前記先端に向かう方向を下方向として、前記素子室入口のうち前記センサ素子室側の開口部である素子側開口部が前記下方向に向けて開口するように該素子室入口を形成している、
請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスセンサ。
In the first member and the second member, the direction from the rear end to the tip of the sensor element is downward, and the element-side opening, which is the opening on the sensor element chamber side of the element chamber entrance, is below. The element chamber entrance is formed so as to open in the direction.
The gas sensor according to any one of claims 1 to 4.
前記第1部材は、前記センサ素子を囲む第1円筒部を有しており、
前記第2部材は、前記第1円筒部よりも大径の第2円筒部を有しており、
前記素子室入口は、前記第1円筒部の外周面と前記第2円筒部の内周面との間の円筒状の隙間である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスセンサ。
The first member has a first cylindrical portion that surrounds the sensor element.
The second member has a second cylindrical portion having a diameter larger than that of the first cylindrical portion.
The element chamber entrance is a cylindrical gap between the outer peripheral surface of the first cylindrical portion and the inner peripheral surface of the second cylindrical portion.
The gas sensor according to any one of claims 1 to 5.
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JP2017223621A (en) * 2016-06-17 2017-12-21 日本碍子株式会社 Gas sensor

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