JP4518054B2 - ガスセンサ - Google Patents
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このガスセンサは、筒状のハウジングに被測定ガス中の特定ガス濃度検出用のガスセンサ素子を配置し、該ハウジングの基端側に大気側カバーが、先端側に内側カバーと外側カバーとよりなる被測定ガス側カバーが設けてある。
図16、図17に示すごとく、クリアランス25の基端側(図面上方)において、導入穴220に入れなかったガス流れの一部がそのまま基端側に向かい、基端側の端部で跳ね返って先端側へと向かう戻り流れ82が生じることがある。
この戻り流れ82が原因となって、クリアランス25の基端側でガス流れ81が妨害され、導入穴220から被測定ガス室900へ被測定ガスの導入効率が低下する。
したがって、濃度や状態が変動する被測定ガスをタイムラグなしに被測定ガス室900に導入することが困難となり、ガスセンサの応答性遅れの原因となる。
上記内側カバーの内部に被測定ガス室が形成され、
上記内側カバーおよび上記外側カバーは、上記被測定ガス室に対し被測定ガスを導入するための導入穴をそれぞれの側面に有し、上記外側カバーに設けた導入穴よりも上記内側カバーに設けた導入穴はより基端側に存在すると共に、
上記外側カバーに設けた導入穴より導入され、上記外側カバーと上記内側カバーとの間のクリアランスを先端側から基端側に向かうガス流れを形成しつつ、上記内側カバーに設けた導入穴より、被測定ガスが被測定ガス室に導入されるように上記被測定ガス側カバーは構成され、
上記内側カバーにおける少なくとも側面の一部分に、基端側から先端側に向かって径細となるように、または先端側から基端側に向けて径細となるように構成されたテーパー部を設け、該テーパー部を設けた部分に上記導入穴が設けてあることを特徴とするガスセンサにある。
そして、内側カバーの導入穴はテーパー部を設けた部分にあるため、テーパー部に沿って流れたガス流れは戻り流れの影響を受け難い状態のまま、導入穴より被測定ガス室に導入される。
なお、上記したストレート部は、外側カバーまたは内側カバーにおいて径が一定となる部分であり、ストレート部において外側カバーまたは内側カバーは略円筒形状となる。
特に、ガス流れは先端側から基端側に向かって流れることから、外側カバーまたは内側カバーの基端側をストレート部に、先端側をテーパー部に構成することでガス流れの案内を容易に実現できる。
上記溝部によって、外側カバーの導入穴から入った被測定ガスがすべて内側カバーの導入穴に確実に向かうように、ガス流れを整流することができる。よって、より高い応答性を持ったガスセンサを得ることができる。
具体的な溝部の構成としては、外側カバーの周方向に等間隔で複数個の導入穴を設けたケースでは、この外側カバーにおける導入穴の間に対しガスセンサ軸方向が長軸となるような形状の溝部を設けることができる。
次に、請求項3記載の発明のように、上記外側カバーにおける少なくとも側面の一部分に、基端側から先端側に向かって径細となるように、または先端側から基端側に向けて径細となるように構成されたテーパー部を設けてあることが好ましい(実施形態例3、図12参照)。
本発明の実施形態例にかかるガスセンサにつき、図1〜図5を用いて説明する。
図1〜図3に示すごとく、本例のガスセンサ1は、筒状のハウジング10に被測定ガス中の特定ガス濃度検出用のガスセンサ素子15が挿通され、該ハウジング10の基端側に大気側カバー11が、先端側に内側カバー22と外側カバー21とよりなる被測定ガス側カバー2が設けてある。
そして、上記被測定ガス側カバー2は、上記ガス流れ81から分岐した基端側から先端側に向かう戻り流れ82の影響を受け難くなるように構成されている。
上記被測定ガス側カバー2において、上記外側カバー21は径の大きさが切り替わる段部211が設けてある。この段部211より先端側は径細、基端側が径太に構成する。上記内側カバー22は、上記段部211よりも基端側において、基端側から先端側に向けて径細となるテーパー部222が設けてある。
また、上記内側カバー22においては、上記テーパー部222を設けた部分に対し、上記導入穴220が設けてある。
本例にかかるガスセンサは、自動車エンジンの排気系に取りつけて、エンジンの燃焼制御に利用する。
図1に示すごとく、金属製の筒状のハウジング10に対し、先端側絶縁碍子12が配置され、該先端側絶縁碍子12に対し、ガスセンサ素子15が封止材121によって気密的に挿通されている。
上記リード部131はコネクタ部141を介してガスセンサ1外に延設されるリード線142に接続される。
また、大気側カバー11の基端側は弾性絶縁部材16が配置されている。
基端側は大気側カバー11が設けてあり、該大気側カバー11の基端側には撥水フィルタ112を介して外部カバー113が設けてある。外側カバー113と大気側カバー11には、大気導入穴115が設けてあり、大気側カバー11の内部の大気側雰囲気110に対し大気導入を行うよう構成されている。
外側カバー21は径方向内側に向かう段部211が導入穴210よりも基端側で、該外側カバー21の中ほどに設けてある。
上記ストレート部223と対面する位置の外側カバー21との間のクリアランスXは0.9ミリ、テーパー部222を設けた部分の角度θは30°である。
図1〜図3にかかるガスセンサ及び被測定ガス側カバーを用いて、ガスセンサの応答性を測定した。
4気筒エンジンの3気筒の空燃比を14.5に合わせ、1気筒を他の3気筒より10%空燃比が濃い側にセットする。これにより4気筒エンジンから排出される排ガスの酸素濃度が周期的に変化する。
応答性が速いと振幅が大きくなり、遅いと小さくなる。これを利用して本例にかかるガスセンサを上述の4気筒エンジンからの排ガスに曝して振幅の大小を評価し、応答性を測定した。
この従来の被測定ガス側カバー9は外側、内側カバー91、92共にストレート状態であり、クリアランスWは1.0ミリである。
本例のガスセンサ1は、被測定ガス側カバー2における内側カバー22と外側カバー21との間のクリアランス25内において、ガス流れ81が戻り流れ82の影響を受け難く構成されている。
また、図3に示すごとく、段部211でのクリアランスC1は、該段部211よりもガス流れの上流側にあるストレート部でのクリアランスXよりも広い。
従って、外側カバー21の導入穴210より導入された被測定ガスは、外側カバー21と内側カバー22との間をガス流れ81を形成し、段部211と対面する個所を通過する(ここがクリアランスC1の位置である)。
そのため、テーパー部222に設けた内側カバー22の導入穴220へ戻り流れ82の影響を受け難いまま、素早く被測定ガスを導入することができる。
よって、本例のガスセンサ1では、内側カバー22の導入穴220への被測定ガス導入が妨げられ難く、被測定ガスを被測定ガス室200に速やかに導入することができる。
以上、本例によれば、応答性に優れるガスセンサを提供することができる。
このガスセンサ3は、ハウジング10に対し、コップ型のガスセンサ素子36が、粉末シール材311、絶縁碍子312を介して、金属リング313を挟んだハウジング10基端側のかしめ固定により、気密的に挿通されている。
ガスセンサ素子36は、コップ型の固体電解質体361と該固体電解質体361内部に配置された棒状ヒータ362とよりなる。
上記ガスセンサ3に対し、本例にかかる被測定ガス側カバー2を設けた場合も、上述と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、図6に示すごとく、外側カバー21と内側カバー22との間は大クリアランス部分251とこれよりも狭い小クリアランス部分252とが形成されている被測定ガス側カバー2について説明する。
図6に示すごとく、大クリアランス部分251の幅W1は1.5ミリである。小クリアランス部分252の幅W2は0.9ミリである。つまり、W1はW2の1.1倍以上である。
また、本例の外側カバー21に段部211が設けてあり、内側カバー22はフランジ29の下方に段部221が設けてあり、該段部221のすぐ下に導入穴220が配置されている。
その他詳細な構成は実施形態例1と同様である。
その他は、実施形態例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図7に示すごとく、外側カバー21に段部211が設けてある被測定ガス側カバー2について説明する。
図7に示すごとく、外側カバー21には段部211が設けてあり、内側カバー22はフランジ29よりすぐ下から底部まで、径が一定のストレート部223を有する。
その他詳細な構成は実施形態例1と同様であり、同様の作用効果を有する。
本例は、図8に示すごとく、内側カバー22にテーパー部222が設けてある被測定ガス側カバー2について説明する。
図8に示すごとく、外側カバー21はフランジより下方から底部218まで径が一定のストレート部213を有する。内側カバー22はフランジ部29よりすぐ下にテーパー部222を有する。そして、内側カバー22は中央付近の切替部226においてテーパー部222が終了し、切替部226より先端側は径が一定のストレート部223である。
その他詳細な構成は実施形態例1と同様である。
その他は実施形態例1と同様の作用効果を有する。
なお、上記内側カバー22のテーパー部222であるが、図9に示すごとく、底部まで設けることもできる。
本例は、図10に示すごとく、内側カバー22に段部221が設けてある被測定ガス側カバー2について説明する。
図10に示すごとく、外側カバー21はフランジより下方から底部218まで径が一定であるストレート部213を有する。内側カバー22は径方向内側に凹む段部221を有する。内側カバー22の導入穴220は段部221よりも基端側に設けてある。
その他詳細な構成は実施形態例1と同様である。
その他は、実施形態例1と同様の効果を有する。
本例は、図11に示すごとく、外側及び内側カバー21、22の双方に段部211、221が設けてある被測定ガス側カバー2について説明する。
図11に示すごとく、外側カバー21は段部211を有する。導入穴210は段部211より先端側に設けてある。また、内側カバー22も突き当たり部分となる段部221を有する。段部221における天井面224に対し、導入穴220は設けてある。また、段部221よりは、段部211のほうがより先端側に存在する。
その他詳細な構成は実施形態例1と同様である。
その他詳細は実施形態例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図12に示すごとく、外側カバー21にテーパー部212が設けてある被測定ガス側カバー2である。
図12に示すごとく、外側カバー21はフランジ部の下方から設けられたテーパー部212を有する。また、テーパー部212は途中でストレート部213に切りかわる。
また、内側カバー22は、全体がストレート部223である。
その他詳細な構成は実施形態例1と同様である。
その他、実施形態例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図13に示すごとく、外側カバー21に段部211、内側カバー22に段部221が設けてある被測定ガス側カバー2である。
図13に示すごとく、本例において、外側カバー21は径方向外側に突出する段部211が設けてあり、内側カバー22は径方向内側に凹む段部221が設けてある。また、内側カバー22はフランジ部の下方が径方向内側に凹んだ状態にあり、同図より明らかであるが、内側カバー22の基端側全体が凹んだような状態である。この凹んだ部分に導入穴220が設けてある。
その他詳細な構成は実施形態例1と同様である。
その他、実施形態例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図14、図15に示すごとく、外側カバー21に段部211、溝部215、内側カバーにテーパー部222が設けてある被測定ガス側カバー2である。
図14、図15に示すごとく、外側カバー21は径方向内側に凹む段部211が設けてあり、段部211よりも先端側に長軸方向がガスセンサの軸方向と平行となるように設けた楕円形の導入穴210が周方向に等間隔に6つ設けてある。これら導入穴210の間に、径方向内側に凹んだ断面形状が三角の(図15参照)溝部215を6つ設けた。
その他詳細な構成は実施形態例1と同様である。
さらに、上記溝部215によって、ガス流れ81を整流して、内側カバー22の導入穴220に向かいやすくすることができる。
その他は実施形態例1と同様の作用効果を有する。
2...被測定ガス側カバー、
21...外側カバー、
22...内側カバー、
200...被測定ガス室、
211、221...段部、
212、222...テーパー部、
Claims (5)
- 筒状のハウジングに被測定ガス中の特定ガス濃度検出用のガスセンサ素子が挿通され、該ハウジングの基端側に大気側カバーが、先端側に内側カバーと外側カバーとよりなる被測定ガス側カバーが設けてあるガスセンサにおいて、
上記内側カバーの内部に被測定ガス室が形成され、
上記内側カバーおよび上記外側カバーは、上記被測定ガス室に対し被測定ガスを導入するための導入穴をそれぞれの側面に有し、上記外側カバーに設けた導入穴よりも上記内側カバーに設けた導入穴はより基端側に存在すると共に、
上記外側カバーに設けた導入穴より導入され、上記外側カバーと上記内側カバーとの間のクリアランスを先端側から基端側に向かうガス流れを形成しつつ、上記内側カバーに設けた導入穴より、被測定ガスが被測定ガス室に導入されるように上記被測定ガス側カバーは構成され、
上記内側カバーにおける少なくとも側面の一部分に、基端側から先端側に向かって径細となるように、または先端側から基端側に向けて径細となるように構成されたテーパー部を設け、該テーパー部を設けた部分に上記導入穴が設けてあることを特徴とするガスセンサ。 - 請求項1において、上記内側カバーは、少なくとも一部に径が一定となるストレート部を有し、
上記テーパー部は、上記ストレート部に連続して設けることを特徴とするガスセンサ。 - 請求項1又は2において、上記外側カバーにおける少なくとも側面の一部分に、基端側から先端側に向かって径細となるように、または先端側から基端側に向けて径細となるように構成されたテーパー部を設けてあることを特徴とするガスセンサ。
- 請求項3において、上記外側カバーは少なくとも一部に径が一定となるストレート部を有し、
上記テーパー部は、上記ストレート部に連続して設けることを特徴とするガスセンサ。 - 請求項1〜4のいずれか一項において、上記外側カバーは径方向内側に凹んだ溝部を有することを特徴とするガスセンサ。
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