JP4165411B2 - Gas sensor - Google Patents
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Description
本発明は、被測定ガス中の特定ガス成分を検出するガスセンサ、例えばエンジンの排気ガス中に含まれる酸素濃度より空燃比を検出する空燃比センサに利用されるガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor that detects a specific gas component in a gas to be measured, for example, a gas sensor used for an air-fuel ratio sensor that detects an air-fuel ratio from an oxygen concentration contained in engine exhaust gas.
従来より車両においては、エンジンからの排気ガスに含まれる酸素濃度を検出するために、酸素濃度センサが排気管に取り付けられている。酸素濃度センサの検出出力は電子制御装置に取り込まれ、この酸素濃度から空燃比が算出される。そして、空燃比が目標値(例えば理論空燃比)と一致するようにエンジンが制御される。 Conventionally, in a vehicle, an oxygen concentration sensor is attached to an exhaust pipe in order to detect an oxygen concentration contained in exhaust gas from an engine. The detection output of the oxygen concentration sensor is taken into the electronic control unit, and the air-fuel ratio is calculated from this oxygen concentration. Then, the engine is controlled so that the air-fuel ratio matches a target value (for example, the theoretical air-fuel ratio).
ガスセンサは、先端付近に検出面を有する棒状の検出素子と、それを覆う二重管構造の保護カバーで構成される。このような構成により、検出素子は、排気ガスの汚れ、凝縮水などから保護され、センサ検出面にそれらが付着することによる検出精度の悪化が防止されている。 The gas sensor includes a rod-shaped detection element having a detection surface near the tip and a protective cover having a double-pipe structure covering the detection element. With such a configuration, the detection element is protected from exhaust gas dirt, condensed water, and the like, and deterioration of detection accuracy due to adhesion of the detection element to the sensor detection surface is prevented.
しかしながら、上記のとおり保護カバーを二重管構造とした場合に、十分な排気ガスがセンサ検出面に供給されないことがある。例えば、排気管内で排気ガスの流れが弱い位置にガスセンサが取り付けられた場合や、排気脈動により排気ガスが逆流し、排気ガスの取入口付近の負圧が大きく変動する場合である。このようにセンサ検出面に十分な排気ガスが供給されない場合には、ガスセンサの応答性及び出力特性が悪化してしまう。 However, when the protective cover has a double tube structure as described above, sufficient exhaust gas may not be supplied to the sensor detection surface. For example, when the gas sensor is attached to a position where the flow of exhaust gas is weak in the exhaust pipe, or when the exhaust gas flows backward due to exhaust pulsation and the negative pressure near the exhaust gas intake varies greatly. Thus, when sufficient exhaust gas is not supplied to the sensor detection surface, the responsiveness and output characteristics of the gas sensor are deteriorated.
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、ガスセンサが置かれる外部環境に左右されることなく、ガスセンサの検出面に被測定ガスを十分に供給し、安定した応答性及び出力特性を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and sufficiently supplies a gas to be measured to the detection surface of the gas sensor without depending on the external environment where the gas sensor is placed, and has stable response and output characteristics. The purpose is to obtain.
本発明は、上述した目的を達成するために、以下に記載のとおりガスセンサを構成している。 In order to achieve the above-described object, the present invention configures a gas sensor as described below.
本発明に係るガスセンサは、検出面を有する検出素子と、前記検出素子を覆う保護カバーと、で構成され、前記保護カバーは、前記検出面に対向する位置に通気孔を有する内側カバーと、先端から被測定ガスを導入する外側カバーとからなる二重管構造であり、前記内側カバーと外側カバーの間に形成される空隙は、前記内側カバーの通気孔が配置される方向において他の方向よりも拡幅される。 A gas sensor according to the present invention includes a detection element having a detection surface and a protective cover that covers the detection element, and the protective cover includes an inner cover having a vent hole at a position facing the detection surface, and a tip. And a gap formed between the inner cover and the outer cover in a direction in which the vent hole of the inner cover is arranged from other directions. Is also widened.
このような構成とすることにより、外側カバーの先端から導入された被測定ガスは、拡幅された空隙を経由して、内側カバーの通気孔から検出面に供給される。よって、先端から導入される被測定ガスが少量である場合でも、被測定ガスは優先的にセンサ検出面に誘導されるため、ガスセンサの安定した応答性及び出力特性を得ることができる。 With such a configuration, the gas to be measured introduced from the tip of the outer cover is supplied to the detection surface from the vent hole of the inner cover via the widened gap. Therefore, even when the measurement gas introduced from the tip is small, the measurement gas is preferentially guided to the sensor detection surface, so that stable response and output characteristics of the gas sensor can be obtained.
上記のガスセンサは、例えば、次の態様で構成される。つまり、前記内側カバーの軸心と前記外側カバーの軸心をオフセットすることにより、前記内側カバーと外側カバーの間に形成される空隙は、前記内側カバーの通気孔が配置される方向において他の方向よりも拡幅される。 Said gas sensor is comprised by the following aspect, for example. That is, by offsetting the axis of the inner cover and the axis of the outer cover, the gap formed between the inner cover and the outer cover is different in the direction in which the vent holes of the inner cover are arranged. It is wider than the direction.
また、上記のガスセンサは、次の態様で構成してもよい。つまり、前記内側カバーは円管形状であり、その円管形状の一部を平面状とすることにより、前記内側カバーと外側カバーの間に形成される空隙は、前記内側カバーの通気孔が配置される方向において他の方向よりも拡幅される。 Moreover, you may comprise said gas sensor with the following aspect. In other words, the inner cover has a circular tube shape, and a part of the circular tube shape is formed into a flat shape so that the air gap formed between the inner cover and the outer cover is disposed in the air hole of the inner cover. In the direction to be performed, the width is wider than the other directions.
また、上記のガスセンサでは、前記内側カバーの前記検出面に対向する位置に形成された通気孔は前記検出面に近接配置されることが好ましい。これにより、より安定したセンサ応答性及び出力特性を得ることができる。 In the gas sensor described above, it is preferable that a vent hole formed at a position facing the detection surface of the inner cover is disposed close to the detection surface. Thereby, more stable sensor response and output characteristics can be obtained.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るガスセンサについて説明する。本実施形態では、排気ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサを一例としている。 Hereinafter, a gas sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a gas sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust gas is taken as an example.
先ず、第一の実施形態に係るガスセンサについて説明する。図1(a)にガスセンサの縦断面図を示し、図1(b)に横断面図を示す。なお、図1(a)の上方で、ガスセンサの基端は排気管に固定されているが、その構造は従来と変化がないため省略する。 First, the gas sensor according to the first embodiment will be described. FIG. 1A shows a longitudinal sectional view of the gas sensor, and FIG. 1B shows a transverse sectional view. In addition, although the base end of the gas sensor is fixed to the exhaust pipe in the upper part of FIG.
ガスセンサは、棒状の検出素子10と、それを覆う保護カバー20,40と、を主要な構成としている。保護カバーは、内側カバー20と外側カバー40とからなる二重管構造である。
The gas sensor mainly includes a rod-
検出素子10は、排気管に固定された基端から下方に延設され、その下方先端部付近には、排気ガス中の酸素濃度を検出するための検出面12が形成されている。一般的な酸素センサでは、ジルコニア等の固定電解質により形成されたセンサ素子部に一対の電極が設けられており、センサ素子部に接触する検出ガスの酸素濃度に応じた検出信号がそれら電極から出力される。
The
二重管構造の保護カバーは、内側カバー20と外側カバー40で構成される。内側カバー20及び外側カバー40はそれぞれ円管形状であり、検出素子10の周囲に下方向に延設されている。外側カバー40は、基端から先端まで横断面形状が変化しない。その側面42の先端付近には所定角度ごとに複数(本実施形態では6つ)の通気孔46が形成されており、先端面44の中央にも通気孔48が形成されている。
The protective cover having a double-pipe structure includes an
また、内側カバー20の基端側22は、外側カバー40とほぼ同径の円管形状であり、外側カバー40の側面内周に接して固定されている。先端側24は、半径が外側カバー40より小さく(本実施形態では3分の2程度)、その軸心が外側カバー40に対して水平方向にオフセットされた円管形状であり、外側カバー40の側面内周との間には空隙が形成されている。内側カバー20の側面26には、センサ検出面12の周囲に所定角度ごとに複数(本実施形態では6つ)の通気孔30が形成されており、先端面28の中央には1つの通気孔32が形成されている。
Further, the base end side 22 of the
上述した構造のガスセンサでは、保護カバーの先端において、内側カバー先端面28と外側カバー先端面44の間に形成された中間室に、排気管内を流れる排気ガスが流入する。排気ガスは上流側の通気孔46Aから流入し、中間室内を流れ、下流側の通気孔46Bから流出する。ガスセンサ外側の排気ガスの流れにより、中間室内において、外側カバー先端面44の通気孔48付近には負圧が発生し、中間室内の排気ガスの一部はその通気孔48から流出する。また、この流れにより、内側カバー内において、内側カバー先端面28の通気孔32付近には負圧が発生し、内側カバー20内の排気ガスは中間室に流出する。
In the gas sensor having the structure described above, the exhaust gas flowing in the exhaust pipe flows into an intermediate chamber formed between the inner cover
また、通気孔46B,48から流出しなかった排気ガスの残りの一部が、内側カバー側面26と外側カバー側面42の間に形成された空隙を先端から基端方向へ流れ、内側カバー側面26の複数の通気孔30に到達する。このとき、内側カバー側面26と外側カバー側面42の空隙は、センサ検出面12が向く方向で特に広げられているため、その部分で抵抗が少なく、排気ガスの流量が大きい。よって、センサ検出面12が対向する位置にある2つの通気孔30を介して、多量の排気ガスが内側カバー20内部に流入する。流入した排気ガスは、その後先端方向へ流れ、内側カバー先端面28の通気孔32から中間室に流出する。
Further, the remaining part of the exhaust gas that has not flowed out of the
上述した第一の実施形態に係るガスセンサにおいて特徴的なことは、外側カバー40と内側カバー20の軸心が水平方向にオフセットされることにより、センサ検出面12が向く方向で側面空隙が拡幅されており、センサ検出面12に対向する通気孔30を介して十分にセンサ検出面12に排気ガスが供給されることである。これにより、中間室に流入する排気ガスの量が少ない場合でも、排気ガスを優先的にセンサ検出面12に誘導して、安定したセンサ応答性及び出力特性を得ることができる。この結果、エンジンの空燃比の検出精度が向上し、理論空燃比への制御精度も向上する。
The characteristic feature of the gas sensor according to the first embodiment described above is that the axial center of the
また、本実施形態においては、外側カバー40の軸心を検出素子10の軸心と一致させたままで、内側カバー20の軸心をオフセットさせることにより、センサ検出面12と内側カバー側面26を接近させている。これにより、センサ検出面12は通気孔30と近接し、センサ検出面12には多量の排気ガスが供給されて、より安定したセンサ応答性及び出力特性を得ることができる。
In the present embodiment, the
次に、第二の実施形態に係るガスセンサについて説明する。図2(a)にガスセンサの縦断面図を示し、図2(b)にガスセンサの横断面図を示す。第二の実施形態のガスセンサは、第一の実施形態と類似した構造であるが、内側カバーの先端側形状が第一の実施形態と異なっている。 Next, a gas sensor according to a second embodiment will be described. FIG. 2A shows a longitudinal sectional view of the gas sensor, and FIG. 2B shows a transverse sectional view of the gas sensor. The gas sensor of the second embodiment has a structure similar to that of the first embodiment, but the shape of the tip side of the inner cover is different from that of the first embodiment.
第二の実施形態では、内側カバー先端側の軸心は検出素子10の軸心と一致しており、円管形状の内側カバー側面62が、センサ検出面12が向く方向で平面状とされることにより、内側カバー側面62と外側カバー側面42の空隙が拡幅されている。そして、平面状にされた内側カバー側面62のセンサ検出面12に対向した位置には、通気孔64が形成されている。本実施形態においても、排気ガスが拡幅された側面空隙を介してセンサ検出面12に十分に供給されるため、安定したセンサ応答性及び出力特性を得ることができる。
In the second embodiment, the axial center of the inner cover front end side coincides with the axial center of the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、等価な範囲で様々な変形が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within an equivalent range.
例えば、上述した実施形態では排気ガスを被測定ガスとしているが、被測定ガスは排気ガスに限らず他の種類の気体でもよい。また、上述した実施形態ではガスセンサは酸素濃度を検出するものであるが、NOxなど他の種類の気体を検出するものであってもよい。 For example, in the embodiment described above, the exhaust gas is the gas to be measured, but the gas to be measured is not limited to the exhaust gas but may be other types of gases. In the embodiment described above, the gas sensor detects the oxygen concentration, but may detect other types of gases such as NOx.
10 検出素子、12 センサ検出面、20 内側カバー、22 基端側、24 先端側、26 側面、28 先端面、30,32 通気孔、40 外側カバー、42 側面、44 先端面、46,48 通気孔。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記保護カバーは、前記検出面に対向する位置に通気孔を有する内側カバーと、先端から被測定ガスを導入する外側カバーとからなる二重管構造であり、
前記内側カバーと外側カバーの間に形成される空隙は、前記内側カバーの通気孔が配置される方向において他の方向よりも拡幅されており、
前記外側カバーの先端から導入された被測定ガスを、前記拡幅された空隙を経由して、前記内側カバーの通気孔から前記検出面に供給することを特徴とするガスセンサ。 A gas sensor comprising a detection element having a detection surface and a protective cover covering the detection element,
The protective cover has a double tube structure including an inner cover having a vent hole at a position facing the detection surface, and an outer cover for introducing a gas to be measured from the tip.
The gap formed between the inner cover and the outer cover is wider than the other direction in the direction in which the vent holes of the inner cover are arranged,
A gas sensor, wherein a gas to be measured introduced from a tip of the outer cover is supplied to the detection surface from a vent hole of the inner cover via the widened gap.
前記内側カバーの軸心と前記外側カバーの軸心をオフセットすることにより、前記内側カバーと外側カバーの間に形成される空隙は、前記内側カバーの通気孔が配置される方向において他の方向よりも拡幅されることを特徴とするガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1,
By offsetting the shaft center of the inner cover and the shaft center of the outer cover, the gap formed between the inner cover and the outer cover is larger than the other direction in the direction in which the vent hole of the inner cover is arranged. The gas sensor is also widened.
前記内側カバーは円管形状であり、その円管形状の一部を平面状とすることにより、前記内側カバーと外側カバーの間に形成される空隙は、前記内側カバーの通気孔が配置される方向において他の方向よりも拡幅されることを特徴とするガスセンサ。
The gas sensor according to claim 1,
The inner cover has a circular tube shape, and a part of the circular tube shape is formed into a flat shape so that a gap formed between the inner cover and the outer cover is provided with a vent hole of the inner cover. A gas sensor that is wider in the direction than in other directions.
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