JP4765865B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車エンジン等の排ガス中の特定ガス成分濃度を検出するガスセンサに関するものであり、特にガスセンサ素子を保護するカバー体構造に関するものである。

従来、自動車エンジン等の内燃機関の排ガス流路に、排ガス中の酸素濃度等を検知するガスセンサを配設し、検知された酸素濃度等から空燃比を算出し、内燃機関の燃焼制御を行っている。
このようなガスセンサは、一般に排ガス流路壁に固定されたハウジング内に挿通配置されるガスセンサ素子を有し、排ガス流路内に突出する上記ガスセンサ素子の先端部は、上記ハウジングに固定されるカバー体によって覆われ、排ガスから保護されている。

ところで、内燃機関の低温始動時等において、排ガス中に含まれる水分が冷えた状態の排ガス管等により吸熱され凝縮し水滴となって排ガス流路内を移動し、これが気化することなくガスセンサ内に排ガスと共に浸入し、ガスセンサ素子に付着する場合がある。

一方、ガスセンサの測定に際し、固体電解質等からなるガスセンサ素子はヒータ等により４００℃以上の高温に加熱され、活性状態が保たれている。
そのため、上記水滴がガスセンサ内に浸入しガスセンサ素子に付着すると熱衝撃によりガスセンサ素子に被水割れを生じることがある。

また、内燃機関の燃焼制御精度向上のためにはガスセンサの応答性のより高いものが望まれており、ガスセンサの応答性向上のためにはガスセンサ内に速やかに被測定ガスを導入させる必要がある。
従って、ガスセンサのカバー体にはガスセンサ素子の耐被水性と高い応答性という二律背反する特性が要求される。

そこで、特許文献１では、カバー体を径の異なる内筒と外筒とを同心円状に配した二重円筒構造で構成し、内筒と外筒とに被測定ガスを導入するための導入穴をそれぞれに設けることにより応答性を確保すると共に、内筒側面外周と外筒側面内周との間に形成される側面クリアランスを一定範囲内に規定することにより特にカバー体側面から浸入する水滴による被水を防止している。

また、本発明者等は、先に耐被水性を向上させた構造のカバー体を備えるガスセンサを提案した（特願２００６−１２４０７４および特願２００６−１９９０７３）。
特願２００６−１２４０７４に記載されたガスセンサの構成例をガスセンサ１ｂとし、図１０に示し、特願２００６−１９９０７３に記載されたガスセンサの構成例をガスセンサ１ｃとして図１１に示す。

図１０に示すガスセンサ１ｂのガスセンサ素子１１を覆うカバー体は径の異なる内筒１２ｂと外筒１３ｂとを同心に配した２重筒構造をしており、上記内筒１２ｂ側面上部には、内筒側面開口部１２３を上記内筒１２ｂの外部から内部へ向かう開口方向が上向きの成分を有するように設け、上記内筒１２ｂの底面１２５ｂ中央には、内筒底面開口部１２６ｂを設け、上記外筒１３ｂ側面上部には、被測定ガスを導入する側面開口部１３２を複数設け、上記外筒１３ｂ底面１３５ｂ中央には底面開口部１３３ｂを上記内筒底面開口部１２６と同心に設けてある。

上記ガスセンサ１ｂにおいて、上記内筒側面開口部１２３は上記内筒１２ｂの外部から内部へ向かう開口方向が上向きの成分を有するように形成されるので、上記外筒側面開口部１３２から排ガスと共に流入した水滴が内筒１２内に浸入するのを防止する。
排ガス中の水滴は、外筒先端側に設けた縮径部１２４ｂの内壁に沿って下降し、上記外筒底面開口１３３ｂから排出される。

上記内筒底部１２５ｂに設けられた内筒底面開口部１２６ｂは、応答性を良くするために上記外筒底面開口部１３３ｂと同一面内（図１０）、または、上記外筒底面開口部１３３ｂよりも下方へ突出して配置される。

一方、図１１に示すガスセンサ１ｃのガスセンサ素子１１を覆うカバー体は径の異なる内筒１２ｃと外筒１３ｃとを同心に配した２重筒構造をしており、上記内筒１２ｃ外周と上記外筒１３ｃ内周との間に側面間隙２００を形成し、上記内筒１２ｃ側面上部には、内筒側面開口部１２３を上記内筒１２ｃの外部から内部へ向かう開口方向が上向きの成分を有するように設け、上記内筒１２ｃの底面１２５ｃ中央には、内筒底面開口部１２６ｃを設け、上記外筒１３ｃ側面上部には、上記側面間隙２００に被測定ガスを導入する側面開口部１３２を複数設け、上記外筒底面１３４ｃを上記内筒底面１２５ｃより下方に配置し、上記内筒底面１２５ｃと上記外筒底面１３４ｃとの間に底部間隙２０１を形成し、上記外筒１３ｃの底面１３４ｃ外周部には、上記内筒底面開口部１２６ｃよりも外側に位置する外筒底面開口部１３３ｃを複数設けてある。

上記ガスセンサ１ｃにおいて、被測定ガスは、上記外筒側面開口部１３２から上記側面間隙２００に導入され、上記外筒底面開口部１３３ｃへ向かう流れを形成する。
上記内筒側面開口部１２３は上記内筒内側上方へ向かって開口しているので、上記被測定ガス中に水滴が含まれていても、該水滴は上記内筒側面開口部１２３へは浸入せず、被測定ガスのみが上記内筒側面開口部１２３を通過し上記内筒１２ｃ内部へ導入される。
従って、上記外筒側面開口部１３２から浸入した水滴は速やかに上記外筒底面開口部１３３ｃから排出されるので上記ガス濃度検出素子１１の被水が生じ難くなっている。

また、上記内筒底面開口部１２６ｃと上記外筒底面開口部１３３ｃとが直接的に連通していないので、上記外筒底面開口部１３３ｃから水滴が浸入したとしても上記内筒１２ｃ内部に直接侵入することなく、上記内筒底面１２５ｃと上記外筒底面１３４ｃとの間の上記底部間隙２０１を移動する間に蒸発消滅するので上記ガスセンサ素子１１の被水を避けることができる。
特開２００３−１０７０３３号公報

しかしながら、特許文献１や図１０に記載のカバー体は、外筒底面に設けられた外筒底面開口部と内筒底面に設けられた内筒底面開口部とが同心に設けられており、内筒底面開口部が排ガス中に露出しているため、ガスセンサの取付角度によっては、内筒底面開口部から排ガス中に含まれる水滴の浸入を完全に防止することは困難である。
特に、図１０に示すように内筒底面開口部１２６ｂと外筒底面開口部１３３ｂとが同一面内にあると、排ガス中に含まれる水滴の直接的な浸入のみならず、外筒底面開口部１３３ｂの開口縁に溜まった水滴が、排ガスの流速が早い時には、飛散して内筒１２内に浸入し、上記ガスセンサ素子１１に付着するおそれがある。

また、図１１に示すような構成では、上記ガスセンサ素子１１の被水の防止には極めて高い効果を示し、また、排ガスの流速が早い場合には、図１０に示す構成の上記ガスセンサ１ｂと同等のステップ応答性を示す。
しかしながら、上記内筒１２ｃ内における被測定ガスの流れに複雑な渦を生じ、上記内筒底面開口部１２６ｃから被測定ガスを排出するために必要な上記底部間隙２０１ｃ内の流れによる負圧引き出し力が小さく、排ガスの流速の遅い時、即ち始動時や低速走行時には図１１に示す構成の上記ガスセンサ１ｂよりもステップ応答性が低く、また、高速走行時でも周波数応答性は低くなることが判明した。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、優れた応答性を確保しつつ、ガスセンサ素子の被水が生じ難い構造のガスセンサを提供するものである。

請求項１の発明では、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する濃度検出素子と、当該濃度検出素子を内側に挿通し、上記被測定ガス流路内に上記濃度検出素子を支持固定するハウジングと、上記濃度検出素子の被測定ガスに晒される部分を包囲する有底円筒状のカバー体とを有するガスセンサであって、上記カバー体を径の異なる内筒および外筒を同心円状に配した二重筒構造となし、上記内筒外周と上記外筒内周との間に側面間隙を形成し、上記外筒側面上部には、上記側面間隙に上記被測定ガスを導入する外筒側面開口部を複数設け、上記内筒側面上部には、上記外筒側面開口部よりも先端側となる位置に内筒側面開口部を設けて成り、該内筒側面開口部は、上記内筒の外部から内部へ向かう開口方向が上記ガスセンサの軸方向に対して上向きとなる基端方向の成分を有する状態に形成されており、上記内筒の底面には、上記内筒の軸心と同心円上に複数の内筒底面開口部を設け、上記外筒底面を上記内筒底面より下方に配置し、上記内筒底面と上記外筒底面との間に底部間隙を形成し、上記外筒の底面中央には、上記内筒底面開口部よりも内側に位置する外筒底面開口部を設けた。

被測定ガスは、通常、上記外筒側面開口部の内、上記被測定ガスの上流側に位置する上記外筒側面開口部から上記内筒外周と上記外筒内周との間に形成される側面間隙に導入され、上記側面間隙の内、上記被測定ガスの上流側に位置する上記側面間隙には、上記外筒底面開口部へ向かう下向き流れを形成し、上記被測定ガスの下流側に位置する上記側面間隙には、上記外筒側面開口部へ向かう上向きの流れを形成し、上記被測定ガスの下流側に位置する上記外筒側面開口部から導出される。

この時、上記内筒側面開口部の内、上記被測定ガスの上流側に位置する上記内筒側面開口部は上記側面間隙に生じる下向きの流れによって負圧となり、上記内筒内部に導入された被測定ガスを上記側面間隙に導出する導出口となる。
また、上記被測定ガスの下流側に位置する上記側面開口部は、上記側面間隙に上向きの流れが形成されるので、上記被測定ガスを上記内筒内部に導入する導入口となり、上記内筒底部開口部には、上記底面間隙から上記内筒内に向かい上記内筒内部へ上記被測定ガスを導入する流れが形成される。

従って、上記上流側外筒側面開口部から上記側面間隙に導入された、被測定ガスは、上記内筒底部及び上記下流側内筒側面開口部から上記内筒内へ導入され、更に上記上流側内筒側面開口部から上記側面間隙に導出され、上記外筒底面開口部及び上記下流側外筒側面開口部から上記外筒の外へ速やかに導出されるので、応答性が良い。

上記内筒側面開口部は上記内筒内側上方へ向かって開口しているので、上記被測定ガス中に水滴が含まれていても、該水滴は上記内筒側面開口部へは浸入せず、被測定ガスのみが上記内筒内部へ導入される上に、上記外筒側面開口部から浸入した水滴は、上記上流側側面間隙に形成される強い下向きの流れによって、速やかに上記外筒底面開口部から排出されるので上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。
また、上記内筒底面開口部と上記外筒底面開口部とが同軸上に直接的に連通していないので、上記外筒底面開口部から水滴が浸入したとしても上記内筒内部に直接浸入することなく、上記内筒底面と上記外筒底面との間の上記底部間隙を移動する間に蒸発消滅するので上記濃度検出素子の被水を避けることができる。

請求項２の発明では、上記外筒の下方先端部を先端側に向けて径小となるテーパ状となした。

請求項２の発明によれば、上記外筒先端部に設けられたテーパに被測定ガスが衝突し上記外筒先端下方へ向かう流れが形成され、上記外筒底部開口部における上記外筒内外の圧力差が大きくなり、上記外筒底面開口部からの負圧引き出しが強くなるため上記底部間隙内の被測定ガスが上記外筒底面開口部から強く導出される。
従って、上記内筒および上記外筒内部に導入された被測定ガスが速やかに導出されるので、更に応答性が向上する。

請求項３の発明では、上記内筒の上部に下方に向かって径小となるテーパ部を設け、あるいは上記内筒の上部側面の複数箇所を内側へ凹陥せしめた凹陥部を設け、上記内筒側面開口部は、該テーパ部または該凹陥部に設けられたスリット状の開口となした。

請求項３の発明では、上記内筒側面開口部が上記内筒の内部の基端側上方に向かって開口するスリット状であるので、より水滴が浸入し難く、更に上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。

請求項４の発明では、上記外筒の下方側面には、基端側が径大で、先端側が径小となる径変部を設け、上記側面間隙を上記内筒底面直前で狭小とする。

請求項４の発明によれば、上記側面間隙が狭小となった部分の流速が早くなるので、上記内筒側面開口部からの被測定ガスの排出と上記内筒底面開口部への被測定ガスの流入速度が速くなり、より応答性が向上する。

請求項５の発明では、上記外筒底面開口部の開口径は、直径０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の円形に設けた。

上記外筒底面開口部の開口径を上記範囲内に設定することで最適の応答性が得られる。
上記外筒底面開口部が直径０．５ｍｍより小さい場合では被測定ガスの導出が困難になり、応答性が低下し、直径２ｍｍより大きい場合では、被測定ガス中に含まれる水滴の浸入が容易となり、上記センサ素子が被水する可能性が高くなる。

請求項６の発明では、上記内筒底面と上記外筒底面との間に形成される上記底部間隙を０．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下に設定した。

請求項６の発明によれば、上記底部間隙を上記範囲内に設定することで、最適の応答性が得られると共に更に上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。
上記底部間隙が０．５ｍｍより小さい場合では被測定ガスの導入導出が困難になり、応答性が低下し、５．５ｍｍより大きい場合では上記底部間隙に作用する吸い出し力が弱まり、応答性が低下する。

請求項７の発明では、上記内筒底面開口部は、上記内筒の軸心と同心で直径３．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下の円上に配置した。

請求項７の発明によれば、上記内筒底面開口部の位置を上記範囲内に設定することで、最適の応答性が得られると共に更に上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。
上記内筒底面開口部の穿設位置が直径３．５ｍｍの円より内側となる場合には、上記内筒底部開口部が上記内筒底面中央に１個設けられた場合と略同じになり、上記外筒底面開口と上記内筒底部開口部とが略軸心上に重なるため、被水防止効果が失われる。
また、直径５．５ｍｍの円より外側となる場合には、上記外筒の外径を大きくしなければならないため様々な設計変更を余儀なくされる。

請求項８の発明では、上記内筒底面開口部の開口径は、直径０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の円形に設けた。

請求項８の発明によれば、上記内筒底面開口部の開口径を上記範囲内に穿設
することで最適の応答性が得られると共に更に上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。
上記内筒底面開口部の開口径が０．５ｍｍより小さい場合、被測定ガスの導入導出が困難となり、応答性が低下する。
上記内筒底面開口部の開口径が２ｍｍより大きい場合、上記底部間隙内に浸入した水滴の上記内筒内部への浸入が容易となり、上記濃度検出素子の被水が容易となってしまう。

請求項９の発明では、上記外筒底面開口部は、３個以上の開口を上記外筒の軸心と同心の円上に等間隔に配設した。

請求項９の発明によれば、上記設定とすることで最適の応答性が得られると共に更に上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。
上記内筒底面開口部が２個以下では取り付けの方向性を特定する必要があり、実用上不便であることに加え、被測定ガスの導入、導出が困難となり応答性が低下する。

請求項１０の発明では、上記側面間隙を０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下に設定した。

請求項１０の発明によれば、上記側面間隙を上記設定範囲に設けることで、周波数応答性が向上する。

本発明によれば、濃度検出素子の被水が生じ難い上に、極めて応答性に優れた構造のガスセンサを提供することができる。

図１、２を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。図１に示すようにガスセンサ１はセンサ素子１１と該センサ素子１１を被測定ガス流路内に支持固定するハウジング１４と該センサ素子１１の被測定ガスに晒される部分を覆う例えばステンレス等からなるカバー体１２、１３とで構成されている。

上記ハウジング１４は例えば内燃機関の排ガス管８等にネジ部１４１の螺合によって固定され、上記ガスセンサ素子１１の先端を上記排ガス管８内に、後端を大気側（基端側）に保持する。
上記カバー体は有底円筒状で径の異なる内筒１２と外筒１３とを同心円状に配した二重筒構造をしている。

上記内筒１２は上端が開放し、下端が閉塞する有底円筒状で、上端には外周方向に張り出す内筒フランジ部１２１が形成された胴部が略一定径状のハット型をしている。
上記外筒１３は上端が開放し、下端が閉塞する有底円筒状で、上端には外周方向に張り出す外筒フランジ部１３１が形成された略ハット型をしている。
上記内筒１２と上記外筒１３とが重ね合わされ、上記外筒１３で内筒フランジ部１２１と外筒フランジ部１３１とが上記ハウジング１４のカシメ部１４１でカシメ固定されている。

上記内筒１２の側面上方には、基端側を径大とし、先端側を径小とする径変部１２２がテーパ状に施され、該径変部１２２には上向きに開口する内筒側面開口部１２３が形成され、上記内筒底面１２４には複数の内筒底面開口部１２５が穿設されている。

上記外筒１３側面１３０の上方には、上記内筒１２と上記外筒１３との間の側面間隙２００に上記被測定ガスを導入する外筒側面開口部１３２が複数穿設され、上記外筒１３の側面１３０の下方には、先端側に向かって径小となる径変部１３７が形成され、側面は径小の側面径小部１３６となり、更に上記側面径小部１３６には先端に向かって更に径小となるテーパ部１３５が形成され、上記外筒の先端は平坦な外筒底面１３４が形成され、上記内筒底面開口部１２５の内側に位置する外筒底面１３４の中心には外筒底面開口部１３３が穿設されている。

上記ガスセンサ素子１１には、入出力やヒータ制御のための内部信号線１１０が接続され、該内部信号線１１０は接続端子１１１にて外部の制御装置等に接続される外部信号線１１２と連結されている。

更に上記ガスセンサ素子１１は絶縁体１５を介してハウジング１４に支持固定され、封止部材１６によって固着されている。
また、上記信号線１１０を覆うように絶縁部材１７が設けられている。更に上記信号線１１２は絶縁部材１８によって固着されている。
上記絶縁部材１７、１８はカバー１９で覆われ、上記ハウジング１４に固着されている。

しかして、ガスセンサ１が構成され、該ガスセンサ１は被測定ガス流路の壁面８に上記カバー体１２、１３で覆われた上記ガスセンサ素子１１を被測定流路内に配し、弾性部材２０を介して、上記ハウジング１４のハウジングネジ部１４２が螺合し、ハウジングナット部１４３の締め付けにより固定される。

上記ガスセンサ素子１１は、例えばジルコニア等の酸素イオン導電性固体電解質層とその両面に設けられた測定部電極および基準電極と基準ガス導入層とヒータ層とを積層してなる積層型酸素センサ素子等が用いられるが、被測定ガスの種類、利用される制御の目的等に応じて、ＮＯｘセンサ、空燃比センサ等が適宜選択される。

以下に、図２を参照して上記内筒１２、上記外筒１３の実施例について詳述する。
図２は、本発明の第１の実施形態におけるカバー体の外観を示し、図２（ａ）は外筒１３の斜視図で、図２（ｂ）は内筒１２の斜視図で、図２（ｃ）は内筒１２と外筒１３とを組み合わせた斜視図である。

上記内筒１２の底面１２４には上記内筒底面開口部１２５が上記内筒の軸心と同心で直径３．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下の円周上に直径０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の円形の開口が複数穿設され、本実施形態においては直径４．５ｍｍの円周上に直径1ｍｍの円形状に等間隔で４個穿設されている。

上記内筒１２の側面上部には、該基端側から先端側へ向けて径小となるテーパ１２２を設け、上記テーパ１２２には、被測定ガス中に含まれる水滴の浸入を回避しつつ被測定ガスのみを上記内筒１１内に取り込むための内筒側面開口部１２３を上記外筒側面開口部１３２より先端側の位置に、上記内筒の外部から内部へ向かう開口方向が上向きの成分を有するように穿設されている。
上記内筒側面開口部１２３は、上記内筒の基端側上部の複数箇所を内側へ凹陥せしめた凹陥部を設け、該凹陥部に設けられたスリット状の開口となしてもよい。

上記外筒側面開口部１３２として、例えば直径３．０ｍｍの円形の開口が、外周に渡って等間隔に６個穿設されている。
上記テーパ部１３５のテーパ角は、例えば７０度〜１２０度の範囲に形成することが可能で、より好ましくは９４度に形成されている。
上記外筒底面開口部１３５として、上記外筒１３４の中心には、例えば直径０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲で円形の開口を穿設することが可能で、より好ましくは直径1ｍｍの円形の開口が穿設されている。

上記内筒１２と上記外筒１３とを図２（ｃ）にあるように重ね合わせると、上記内筒側面１２０と上記外筒側面１３０との間に上記側面間隙２００が形成され、上記内筒底面１２５と上記外筒底面１３４との間に底部間隙２０１が形成される。
上記底部間隙２０１は０．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下の範囲で設定すると良い。

図３に本発明のガスセンサ１を、回転数２０００ｒｐｍで運転するエンジンの排ガス流速に相当する流速２５ｍ／ｓの被測定ガス流路内に設置したときの上記ガスセンサ周辺及び内部の被測定ガスの流速ベクトルを示す。

図３から分かるように、上記外筒側面開口部１３２の内、上記被測定ガスの上流側に位置する上記外筒側面開口部１３２から上記内筒１２外周と上記外筒１３内周との間に形成される側面間隙２００に導入され、上記側面間隙２００の内、上記被測定ガスの上流側に位置する上記側面間隙２００には、上記外筒底面開口部１３３へ向かう下向き流れを形成し、上記被測定ガスの下流側に位置する上記側面間隙２００には、上記外筒側面開口部１３２へ向かう上向きの流れを形成し、上記被測定ガスの下流側に位置する上記外筒側面開口部１３２から導出される。

この時、上記内筒側面開口部１２３の内、上記被測定ガスの上流側に位置する上記内筒側面開口部１２３は上記側面間隙２００に生じる下向きの流れによって負圧となり、上記内筒１２内部に導入された被測定ガスを上記側面間隙２００に導出する導出口となる。
また、上記被測定ガスの下流側に位置する上記側面開口部１２３は、上記側面間隙２００に上向きの流れが形成されるので、上記被測定ガスを上記内筒１２内部に導入する導入口となる。
更に、上記内筒側面開口部１２３は上記内筒内側上方へ向かって開口しているので、上記被測定ガス中に水滴が含まれていても、該水滴は上記内筒側面開口部へは浸入せず、被測定ガスのみが上記内筒１２内部へ導入される。

また、上記内筒底部開口部１２６には、上記底面間隙２０１から上記内筒１２内に向かい上記内筒１２内部へ上記被測定ガスを導入する流れが形成される。
更に、上記外筒先端部１３５に設けられたテーパに被測定ガスが衝突し上記外筒１３先端下方へ向かう流れ形成され、上記外筒底部開口部１３３における上記外筒１３内外の圧力差が大きくなり、上記外筒底面開口部１３３では上記外筒底面１３５の表面を流れる被測定ガスによって下流方向へ引っぱられるため上記外筒の内部から外側へ排出する流れが支配的となり、上記外筒底面開口部１３３からの負圧引き出しが強くなるため上記底部間隙２０１内の被測定ガスが上記外筒底面開口部１３３から導出されると共に上記外筒底面開口部１３３からの水滴の浸入が阻止される。

上記上流側外筒側面開口部１３２から上記側面間隙２００に導入された、被測定ガスは、上記内筒底部１２６及び上記下流側内筒側面開口部１２３から上記内筒１２内へ導入され、更に上記上流側内筒側面開口部１２３から上記側面間隙２００に導出され、上記外筒底面開口部１３３及び上記下流側外筒側面開口部１３２から上記外筒１３の外へ速やかに導出される。

従って、被測定ガスが上記ガスセンサ素子１１に接触すると共に上記内筒１２内に速やかに導入、導出されるので上記ガスセンサ素子１１の応答性が良くなる。

図４、図５に本発明の効果を確認するための試験方法を示す。
図４は、被水面積を比較するための被水試験方法を示し、図５は、応答性を比較するための周波数応答試験方法を示す。

図４（Ａ）に示すように、圧縮空気（流速１２．６ｍ／ｓ）をヒータ３で加熱しながら、上記排ガス管８に見立てた気管４内に送る。この時気管４は水平面に対して４５度の角度で設置されている。
ポンプ２からは０．２ｃｃずつ５ショットの水滴がガスセンサめがけて噴射される。該水滴は上記外筒側面開口部１３２または上記外筒底面開口部１３１から上記ガスセンサ内に浸入し、上記ガスセンサ素子１１に付着する。
図４（Ｂ）に示すように、該水滴の付着痕を写真撮影し、これを二値化して水滴付着面積を求めて、耐被水性の評価試験とした。
本試験においては、被水し易いようにガスセンサを気管４に対して４５度傾けて配設した。

図５に示すように、排気量３リットル、６気筒直憤式エンジンの排気経路内にガスセンサを取り付け、エンジン回転数２０００ｒｐｍにおいて、基準の空燃比を１とし、空燃比を１．１から０．９に制御周期４．１６Ｈｚで周期的に変化させたときのガスセンサの出力を測定し、得られた出力振幅をＦＥＴ解析して、ｇａｉｎ（利得）を評価した。

実施例１として、図１に示す本発明のガスセンサ１を用い、比較例１として図１０に示す構造のガスセンサ１ｂを用い、比較例２として図１１に示す構造のガスセンサ１ｃを用いた。
各比較例の構造について、本発明の第１の実施形態である図１と同様な部分については同一の符号を付したので、共通する部分についての説明は省略する。
ガスセンサ１ｂのカバー体は径の異なる内筒１２ｂと外筒１３ｂとを同心に配した２重筒構造をしており、上記内筒１２ｂの底面１２５ｂ中央には、内筒底面開口部１２６ｂを設け、上記外筒１３ｂ側面上部には、被測定ガスを導入する側面開口部１３２を複数設け、上記外筒１３ｂ底面１３５ｂ中央には底面開口部１３３ｂを上記内筒底面開口部１２６と同心に設けてある。

一方、図１１に示すガスセンサ１ｃのカバー体は径の異なる内筒１２ｃと外筒１３ｃとを同心に配した２重筒構造をしており、上記内筒１２ｃ外周と上記外筒１３ｃ内周との間に側面間隙２００を形成し、上記内筒１２ｃ側面上部には、内筒側面開口部１２３を上記内筒１２ｃの外部から内部へ向かう開口方向が上向きの成分を有するように設け、上記内筒１２ｃの底面１２５ｃ中央には、内筒底面開口部１２６ｃを設け、上記外筒１３ｃ側面上部には、上記側面間隙２００に被測定ガスを導入する側面開口部１３２を複数設け、上記外筒底面１３４ｃを上記内筒底面１２５ｃより下方に配置し、上記内筒底面１２５ｃと上記外筒底面１３４ｃとの間に底部間隙２０１を形成し、上記外筒１３ｃの底面１３４ｃ外周部には、上記内筒底面開口部１２６ｃよりも外側に位置する外筒底面開口部１３３ｃを複数設けてある。

図６に示すように、本発明の第１の実施形態においては、比較例１に比べて大幅に被水面積が小さく、耐被水性に優れていることが分かる。
また、比較例２に比べも更に被水面積が小さくなっており、極めて耐被水性に優れていることが分かる。

更に図７に示すように、本発明の第１の実施形態は比較例１とくらべ周波数応答性にほとんど差が無く、比較例２に比べ周波数応答性が優れていることがわかる。
従って、本発明によれば従来に応答性の良いガスセンサの欠点である耐被水性を極めて良好とすることができると同時に、従来の耐被水性の良いガスセンサの欠点である応答性を極めて良好とすることができる。

図８に、本発明において最適の実施形態について検討した結果を示す。
上記内筒底面と上記外筒底面との間に形成される上記底部間隙の大きさにより、被水面積はあまり変化せず、周波数応答性は３ｍｍの時、最も良好であった。
上記底部間隙は０．５〜５．５ｍｍの範囲で設定可能であるが、より好ましくは、３ｍｍに設定するのが良い。

上記内筒底面開口部の穿設位置を上記内筒と同心円の直径とし、上記内筒底面開口部位置が４．０ｍｍ、４．５ｍｍ、５．０ｍｍ、とした時、上記内筒底面開口部位置が離れるほど被水面積は小さくなるが、上記内筒底面開口部位置が４．５ｍｍの時周波数応答性は最も良好となる。
上記内筒底面開口部位置は３．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下の範囲で設定可能であるが、より好ましくは４．５ｍに設定するのがよい。

上記内筒側面と上記外筒側面との間に形成される上記側面間隙の大きさを０．５ｍｍから１．５ｍｍまで変化させたとき、上記側面間隙が大きくなるほど被水面積は大きくなるが、周波数応答性は１．０ｍｍの時最も良好となる。

図９（ａ）〜（ｄ）に本発明のカバー体について好ましい態様例を示す。
本発明の第１の実施形態と共通する部分についての説明は省略する。
（ａ）は上記内筒底面開口部を上記内筒と同心円上に等間隔で３個穿設した。 （ｂ）は本発明の第１の実施形態であり、上記内筒底面開口部を上記内筒と同心円上に等間隔で４個穿設した。
（ｃ）は上記内筒底面開口部を上記内筒と同心円上に等間隔で５個穿設した。
（ｄ）は上記内筒底面開口部を上記内筒と同心円上に等間隔で６個穿設した。

本発明において上記カバー体は、二重筒構造に限定するものではなく、例えば上記外筒の更に外側に上記外筒への被測定ガスの導入を妨げない構造のカバー体を配した三重筒構造としても良い。
この場合、保温性が良好となり上記ガスセンサ素子の活性化状態が安定するので更に応答性の向上が期待できる。

なお、当然のことながら、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、本実施形態において、ガスセンサ素子は積層型ガスセンサを使用した場合について説明したが、コップ型ガスセンサを使用した場合でも本発明は適用し得る。

また、上記内筒側面開口部については、本発明者の先願（特願２００６−１２４０７４）が適宜採用し得る。

は、本発明の第１の実施形態におけるガスセンサの構造を示す断面図である。 は、本発明の第１の実施形態におけるカバー体の外観を示し、図２（ａ）は外筒の斜視図、図２（ｂ）は内筒の斜視図、図２（ｃ）は内筒と外筒とを組み合わせた斜視図である。 は、本発明の第１の実施形態における被測定ガスの流れを流速ベクトルで表した模式図である。 （Ａ）は、本発明の効果をシミュレーションするための耐被水性試験装置を示し、（Ｂ）は試験結果を評価するための評価方法を示す。 は、本発明の効果を実証するための周波数応答試験の試験方法を示す。 は、本発明の第１の実施形態における耐被水性の評価結果を比較例と共に示すグラフである。 は、本発明の第１の実施形態における周波数応答性の評価結果を比較例と共に示すグラフである。 本発明の最良の形態について検討した結果を示すグラフである。 本発明の別の実施形態を示す三角投影図である。 比較例１として示した従来の応答性の良いガスセンサ１ｂの構造を示す断面図である。 比較例２として示した従来の耐被水性の良いガスセンサ１ｃの構造を示す断面図である。

符号の説明

１ ガスセンサ
１１ ガスセンサ素子
１１０ 内部信号線
１１１ 接続端子
１１２ 外部信号線
１２ 内筒（カバー体）
１２１ 内筒フランジ部
１２２ 内筒上部テーパ部
１２３ 内筒側面開口部
１２５ 内筒底面
１２６ 内筒底面開口部
１３ 外筒（カバー体）
１３１ 外筒フランジ部
１３２ 外筒側面開口部
１３３ 外筒底面開口部
１３４ 外筒底面
１３５ 外筒先端テーパ部
１３６ 外筒径小部
１３７ 外筒径変部
１４ ハウジング
１４１ ハウジングカシメ部
１４２ ハウジングねじ部
１４３ ハウジングナット部
１５ 絶縁部材
１６ 封止部材
１７ 絶縁部材
１８ 絶縁部材
１９ カバー
２０ 弾性部材
８ 被測定ガス流路外壁
２００ 側面間隙
２０１ 底部間隙
２０２ 側面間隙狭小部

Claims (10)

1. 被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する濃度検出素子と、当該濃度検出素子を内側に挿通し、上記被測定ガス流路内に上記濃度検出素子を支持固定するハウジングと、上記濃度検出素子の被測定ガスに晒される部分を包囲する有底円筒状のカバー体とを有するガスセンサであって、
   上記カバー体を径の異なる内筒および外筒を同心円状に配した二重筒構造となし、
   上記内筒外周と上記外筒内周との間に側面間隙を形成し、
   上記外筒側面上部には、上記側面間隙に上記被測定ガスを導入する外筒側面開口部を複数設け、
   上記内筒側面上部には、上記外筒側面開口部よりも先端側となる位置に内筒側面開口部を設けて成り、該内筒側面開口部は、上記内筒の外部から内部へ向かう開口方向が上記ガスセンサの軸方向に対して上向きとなる基端方向の成分を有する状態に形成されており、上記内筒の底面には、上記内筒の軸心と同心円上に複数の内筒底面開口部を設け、
   上記外筒底面を上記内筒底面より下方に配置し、上記内筒底面と上記外筒底面との間に底部間隙を形成し、
   上記外筒の底面中央には、上記内筒底面開口部よりも内側に位置する外筒底面開口部を設けたことを特徴とするガスセンサ。
2. 上記外筒の下方先端部を先端側に向けて径小となるテーパ状となした請求項１に記載のガスセンサ。
3. 上記内筒の上部に下方に向かって径小となるテーパ部を設け、あるいは上記内筒の上部側面の複数箇所を内側へ凹陥せしめた凹陥部を設け、上記内筒側面開口部は、該テーパ部または該凹陥部に設けられたスリット状の開口となした請求項１または２に記載のガスセンサ。
4. 上記外筒の下方側面には、基端側が径大で、先端側が径小となる径変部を設け、上記側面間隙を上記内筒底面直上で狭小とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
5. 上記外筒底面開口部の開口径は、直径０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の円形に設けた請求項１ないし４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
6. 上記内筒底面と上記外筒底面との間に形成される上記底部間隙を０．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下に設定した請求項１ないし５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
7. 上記内筒底面開口部は、上記外筒の軸心と同心で直径３．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下の円上に配置した請求項１ないし６のいずれか１項に記載のガスセンサ。
8. 上記内筒底面開口部の開口径は、直径０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の円形に設けた請求項１ないし７のいずれか１項に記載のガスセンサ。
9. 上記内筒底面開口部は、３個以上の開口を上記内筒の軸心と同心円上に等間隔に配設した請求項１ないし８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
10. 上記側面間隙を０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下に設定した請求項１ないし９のいずれか１項に記載のガスセンサ。