JP5747930B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
ガスセンサとしては、例えば、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を内側に挿通するハウジングと、該ハウジングの先端側に配設された素子カバーとを備えたものがある。
このガスセンサでは、アウタカバーの外側開口部から導入された排ガス及び凝縮水をアウタカバーとインナカバーとの間の空間において分離する。そして、凝縮水をアウタカバーの排出用開口部から排出し、排ガスをインナカバーの内側開口部から導入する。これにより、インナカバー内への凝縮水の侵入を抑制すると共、排ガスを十分に導入することができる。その結果、センサ素子の被水割れを防止すると共に、ガスセンサの応答性を十分に確保することができる。
該センサ素子を内側に挿通するハウジングと、
該ハウジングの先端側に配設された素子カバーとを備え、
該素子カバーは、上記センサ素子の先端部を覆うように配設されたインナカバーと、該インナカバーの外側に配設されたアウタカバーとを有し、
該アウタカバーは、被測定ガスを導入するアウタ導入孔と、該アウタ導入孔よりも先端側に設けられたアウタ排出孔とを有し、
上記インナカバーは、上記アウタ導入孔よりも基端側に設けられた被測定ガスを導入するインナ導入孔と、該インナ導入孔よりも先端側に設けられたインナ排出孔とを有し、
上記アウタカバーの外側には、上記アウタ導入孔の径方向外側を所定の間隔を設けて覆うと共に先端側が開口した筒状の保護カバーが配設されており、
上記インナカバーには、先端側に向かって縮径する縮径段差部が設けられており、
該縮径段差部は、軸方向において、上記アウタ導入孔と上記インナ導入孔との間の位置に設けられており、
上記インナカバーの内径をA、上記センサ素子の先端部の最大径をBとした場合、A/B≦2.1の関係を満たしており、
上記アウタカバーは、上記保護カバーよりも先端側に突出しており、
上記保護カバーは、上記アウタ導入孔全体を径方向外側から覆っていることを特徴とするガスセンサにある(請求項1)。
一方、被測定ガスは、開口した先端側から保護カバー内(保護カバーとアウタカバーとの間の空間)に入り込み、アウタ導入孔からアウタカバー内に導入される。これにより、被測定ガスをアウタカバー内に十分に導入することができる。
一方、アウタカバー内に導入された被測定ガスは、アウタカバーとインナカバーとの間の空間を通ってインナ導入孔からインナカバー内に導入される。これにより、被測定ガスをインナカバー内に十分に導入することができる。
また、上記インナカバーの内径Aと上記センサ素子の先端部の最大径Bとの関係がA/B>2.1の場合には、センサ素子の熱によってインナカバーの温度を高める効果を十分に得ることができないおそれがある。
また、上記インナカバーの内径Aは、例えば、6.5〜7.5mmとすることができる。また、上記センサ素子の先端部の最大径Bは、例えば、3.7〜4.5mmとすることができる。
この場合には、インナカバーにおける縮径段差部よりも先端側部分の体積を小さくすることが可能となり、センサ素子の熱によってインナカバー内の空間を効率よく暖めることができる。これにより、センサ素子からの距離が遠いインナカバーの先端側部分についても、その温度を十分に高めることができ、PMがインナカバーに付着することを十分に抑制することができる。
なお、上記最大距離Cは、例えば、1.2〜2.9mmとすることができる。
この場合には、アウタカバーと保護カバーとの間の被測定ガスの流れを十分に確保することができ、被測定ガスをアウタ導入孔からアウタカバー内に十分に導入することができる。また、保護カバーによって凝縮水や粗大なPMがアウタ導入孔からアウタカバー内に侵入することを十分に抑制することができる。
この場合には、インナカバーの縮径段差部とアウタカバーとの間の被測定ガスの流れを十分に確保することができる。また、アウタカバー内に侵入した凝縮水をインナカバーの縮径段差部に衝突させやすくすることができる。
この場合には、アウタカバー内に侵入した凝縮水がインナ導入孔からインナカバー内に侵入することを防止することができる。
これにより、被測定ガスがアウタカバーに接触した後、アウタカバーと保護カバーとの間の空間に入り込むようにすることができる。これにより、被測定ガスをアウタ導入孔からアウタカバー内に十分に導入することができる。
なお、上記アウタカバーは、上記の効果を十分に得るために、保護カバーよりも軸方向の先端側に2mm以上突出していることが望ましい。また、耐被水性を十分に確保するためには、アウタカバーの突出量を4.5mm以下とすることが望ましい。
この場合には、アウタカバー内に侵入した凝縮水がアウタ排出孔から排出されやすくなる。これにより、耐被水性を向上させることができる。
この場合には、インナカバー内に導入された被測定ガスがインナ排出孔から排出されることでインナ排出孔付近に負圧が発生し、被測定ガスをインナ導入孔からインナカバー内に導入しやすくなる。これにより、ガスセンサの応答性を向上させることができる。
また、上記インナカバー、上記アウタカバー及び上記保護カバーの表面は、PMの付着、堆積を抑制し、被測定ガスの流れを良好なものとするために、例えば平滑化処理が施されていてもよい。
上記ガスセンサにかかる実施例について、図を用いて説明する。
本例のガスセンサ1は、図1〜図3に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子2と、センサ素子2を内側に挿通するハウジング13と、ハウジング13の先端側に配設された素子カバー14とを備えている。
素子カバー14は、センサ素子2の先端部21を覆うように配設されたインナカバー3と、インナカバー3の外側に配設されたアウタカバー4とを有する。アウタカバー4は、被測定ガスを導入するアウタ導入孔41と、アウタ導入孔41よりも先端側に設けられたアウタ排出孔42とを有する。インナカバー3は、アウタ導入孔41よりも基端側に設けられた被測定ガスを導入するインナ導入孔31と、インナ導入孔31よりも先端側に設けられたインナ排出孔32とを有する。
以下、これを詳説する。
ガスセンサ1において、板状のセンサ素子2は、第1絶縁碍子11の内側に挿通して保持されている。センサ素子2の先端部21には、ヒータ(図示略)が内蔵されている。また、第1絶縁碍子11は、ハウジング13の内側に保持されている。
アウタカバー4の先端部には、アウタ排出孔42が設けられている。アウタ排出孔42は、アウタ導入孔41よりも先端側に設けられている。
インナカバー3の先端部には、インナ排出孔32が設けられている。インナ排出孔32は、インナ導入孔31よりも先端側に設けられている。また、インナカバー3の先端面300とアウタカバー4の先端面400とは、互いに略同一平面上に配置されている。
また、インナカバー3の縮径段差部33とアウタカバー4との間の距離Eは、0.5〜1.5mmである。
また、アウタカバー4は、保護カバー5よりも先端側に突出している。また、アウタカバー4は、アウタ導入孔41が形成されており、アウタ縮径部43よりも先端側であって軸方向Xに略同径のアウタ同径部45が保護カバー5よりも先端側に1mm以上突出している。
本例のガスセンサ1において、アウタカバー4の外側には、アウタ導入孔41の径方向外側を所定の間隔を設けて覆うと共に先端側が開口した筒状の保護カバー5が配設されている。そのため、被測定ガスと共に飛来する凝縮水、粗大なPM(例えば粒径が0.1μm以上)が直接的にアウタ導入孔41からアウタカバー4内(アウタカバー4とインナカバー3との間の空間)に侵入すること、粗大なPMがアウタ導入孔41近傍に堆積することを、アウタ導入孔41を覆う保護カバー5によって抑制することができる。
一方、被測定ガスは、開口した先端側から保護カバー5内(保護カバー5とアウタカバー4との間の空間)に入り込み、アウタ導入孔41からアウタカバー4内に導入される。これにより、被測定ガスをアウタカバー4内に十分に導入することができる。
一方、アウタカバー4内に導入された被測定ガスは、アウタカバー4とインナカバー3との間の空間を通ってインナ導入孔31からインナカバー3内に導入される。これにより、被測定ガスをインナカバー3内に十分に導入することができる。
本例は、図6に示すごとく、アウタカバー4及び保護カバー5の構成を変更した例である。
本例において、同図に示すごとく、アウタカバー4は、保護カバー5よりも基端側に延びて形成されており、インナカバー3と共にハウジング13の先端側に固定されている。また、アウタカバー4の側面部において、アウタ縮径部43よりも基端側の固定部46には、保護カバー5が固定されている。
その他の基本的な構成及び作用効果は、実施例1と同様である。
本例は、図7に示すごとく、保護カバー5の構成を変更した例である。
本例において、同図に示すごとく、保護カバー5の先端部には、径方向内側に向かって突出してなる突出部52が設けられている。また、保護カバー5は、突出部52とアウタカバー4との間において、先端側に開口した先端側開口部51を有する。
その他の基本的な構成及び作用効果は、実施例2と同様である。
本例は、ガスセンサについて各種評価を行ったものである。
本例では、A/Bの値(A:インナカバーの内径、B:センサ素子の先端部の最大径)が異なるガスセンサについて、PM付着割合を求め、PM付着抑制効果の評価を行った。
図8は、A/Bの値とPM付着割合との関係を示したグラフである。
同図から、A/Bの値が2.1を超えたあたりからPM付着割合が高くなり、PM付着抑制効果が低下することがわかる。
また、製造工程においてセンサ素子がインナカバーに接触してセンサ素子が損傷する等の不具合の発生を調べたところ、A/Bの値が1.4よりも小さくなると不具合の発生が見られるようになる。
また、部品の組み付け性を考慮した場合、A/B≧1.4の関係を満たすことが好ましい。
図9は、距離比とPM付着割合との関係を示したグラフである。ここで、距離比とは、センサ素子の先端部とインナカバーとの間の径方向の最大距離Cに対するセンサ素子の先端からインナカバーの縮径段差部までの軸方向の距離の割合を示している。
同図から、距離比が1(センサ素子の先端からインナカバーの縮径段差部までの軸方向の距離が最大距離Cと等しい場合)を超えたあたりからPM付着量が多くなり、PMの付着を抑制する効果が低下することがわかる。
応答時間劣化率については、所定サイクルのPM付着試験を行った後、応答時間を求める。応答時間は、上記と同様の方法で求める。PM付着試験は、PMが大量に発生する条件(例えば、エンジン低回転、高負荷)で行う。そして、応答時間劣化率=(初期の応答時間)/(PM付着試験後の応答時間)の式を用いて、応答時間劣化率を求める。
被水面積については、ガスセンサに水を適量噴射し、センサ素子の表面において凝縮水が付着した面積を被水面積(mm2)として求める。
図10〜図12は、アウタ導入孔の軸方向位置におけるアウタカバーと保護カバーとの間の距離と、応答時間、応答時間劣化率及び被水面積との関係を示したグラフである。
図10から、アウタカバーと保護カバーとの間の距離が2mm以下になると応答時間が短くなり、応答性が良くなることがわかる。また、図11から、上記の距離が0.5mm以上になると応答時間劣化率が小さくなり、PM付着抑制効果が高くなることがわかる。また、図12から、上記の距離が0.5mm以上になると被水面積が小さくなり、耐被水性が高くなることがわかる。
さらに、部品の組み付け性を考慮した場合、アウタカバーと保護カバーとの間の距離は、0.5mm以上であることが好ましい。
図13から、アウタカバーと保護カバーとの間の距離が1.5mmを超えると応答時間が長くなり、応答性が低下することがわかる。また、図14から、上記の距離が0.5mm以下になると応答時間劣化率が小さくなり、PM付着抑制効果が高くなることがわかる。また、図15から、上記の距離が1.5mmを超えると被水面積が大きくなり、耐被水性が低下することがわかる。
さらに、部品の組み付け性を考慮した場合、インナカバーの縮径段差部とアウタカバーとの間の距離は、0.5mm以上であることが好ましい。
図16から、アウタカバーの突出量が0mmを超えると、応答時間が短くなり、応答性が良くなることがわかる。特に、その突出量が2mmを超えると効果がより大きくなる。また、図17から、アウタカバーの突出量が0mmを超えても応答時間劣化率はほぼ同じであり、PM付着抑制効果が維持されることがわかる。また、図18から、アウタカバーの突出量が4.5mmを超えると被水面積が大きくなり、耐被水性が低下することがわかる。
13 ハウジング
14 素子カバー
2 センサ素子
21 先端部(センサ素子の先端部)
3 インナカバー
31 インナ導入孔
32 インナ排出孔
33 縮径段差部
4 アウタカバー
41 アウタ導入孔
42 アウタ排出孔
5 保護カバー
Claims (7)
- 被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子(2)と、
該センサ素子(2)を内側に挿通するハウジング(13)と、
該ハウジング(13)の先端側に配設された素子カバー(14)とを備え、
該素子カバー(14)は、上記センサ素子(2)の先端部(21)を覆うように配設されたインナカバー(3)と、該インナカバー(3)の外側に配設されたアウタカバー(4)とを有し、
該アウタカバー(4)は、被測定ガスを導入するアウタ導入孔(41)と、該アウタ導入孔(41)よりも先端側に設けられたアウタ排出孔(42)とを有し、
上記インナカバー(3)は、上記アウタ導入孔(41)よりも基端側に設けられた被測定ガスを導入するインナ導入孔(31)と、該インナ導入孔(31)よりも先端側に設けられたインナ排出孔(32)とを有し、
上記アウタカバー(4)の外側には、上記アウタ導入孔(41)の径方向外側を所定の間隔を設けて覆うと共に先端側が開口した筒状の保護カバー(5)が配設されており、
上記インナカバー(3)には、先端側に向かって縮径する縮径段差部(33)が設けられており、
該縮径段差部(33)は、軸方向において、上記アウタ導入孔(41)と上記インナ導入孔(31)との間の位置に設けられており、
上記インナカバー(3)の内径をA、上記センサ素子(2)の先端部(21)の最大径をBとした場合、A/B≦2.1の関係を満たしており、
上記アウタカバー(4)は、上記保護カバー(5)よりも先端側に突出しており、
上記保護カバー(5)は、上記アウタ導入孔(41)全体を径方向外側から覆っていることを特徴とするガスセンサ(1)。 - 請求項1に記載のガスセンサ(1)において、上記インナカバー(3)の上記縮径段差部(33)は、上記センサ素子(2)の先端部(21)と上記インナカバー(3)との間の径方向の最大距離をCとした場合、その少なくとも一部が上記センサ素子(2)の先端から軸方向の先端側に最大距離Cだけ離れた位置よりも基端側に設けられていることを特徴とするガスセンサ(1)。
- 請求項1又は2に記載のガスセンサ(1)において、上記アウタカバー(4)と上記保護カバー(5)との間の距離は、上記アウタ導入孔(41)の軸方向位置において、0.5〜2mmであることを特徴とするガスセンサ(1)。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ(1)において、上記インナカバー(3)の縮径段差部(33)と上記アウタカバー(4)との間の距離は、0.5〜1.5mmであることを特徴とするガスセンサ(1)。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスセンサ(1)において、上記インナカバー(3)の内表面は、黒色化処理が施されていることを特徴とするガスセンサ(1)。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスセンサ(1)において、上記アウタ排出孔(42)は、上記アウタカバー(4)の先端部に設けられていることを特徴とするガスセンサ(1)。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載のガスセンサ(1)において、上記インナ排出孔(32)は、上記インナカバー(3)の先端部に設けられていることを特徴とするガスセンサ(1)。
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