JP6010470B2 - Gas sensor - Google Patents

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本発明は、例えば自動二輪車(オートバイ)等に搭載されて、その内燃機関(エンジン)から排出される排気ガス中の特定ガス、例えば酸素ガス等の濃度を検出するガスセンサに関する。   The present invention relates to a gas sensor that is mounted on, for example, a motorcycle (motorcycle) or the like and detects the concentration of a specific gas, such as oxygen gas, in exhaust gas discharged from the internal combustion engine (engine).

従来から、例えば自動二輪車(オートバイ)等に搭載されて、その内燃機関(エンジン)から排出される排気ガス中の特定ガス、例えば酸素ガス等の濃度を検出するガスセンサが知られている。このようなガスセンサでは、ガス濃度を検出するためのガスセンサ素子に、例えば、Y又はCaOを固溶させたZrO等からなる固体電解質体を用いており、ガス濃度を検出するためには、ガスセンサ素子を所定温度以上に加熱する必要がある。このため、ガスセンサ素子を加熱する加熱用ヒータを用いたものが多いが、コスト削減のために加熱用ヒータを具備せず、排気ガスによって検出可能温度となるまでガスセンサ素子を加熱するヒータレスのガスセンサも用いられている(例えば、特許文献1参照。)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a gas sensor that is mounted on, for example, a motorcycle (motorcycle) and detects the concentration of a specific gas, for example, oxygen gas, in exhaust gas discharged from the internal combustion engine (engine) is known. In such a gas sensor, for example, a solid electrolyte body made of ZrO 2 or the like in which Y 2 O 3 or CaO is dissolved is used as a gas sensor element for detecting a gas concentration. Needs to heat the gas sensor element to a predetermined temperature or higher. For this reason, many heaters for heating the gas sensor element are used, but a heaterless gas sensor that does not include a heater for cost reduction and heats the gas sensor element until it reaches a detectable temperature by exhaust gas is also available. (For example, refer to Patent Document 1).

特許文献1にも記載されているように、ガスセンサは、ガスセンサ素子のガス検知部位(先端側)を突出した状態で、ガスセンサ素子を保持するケーシングと、ケーシングに固定され、ガスセンサ素子のガス検知部位をプロテクタで覆う構造とすることが一般的である。   As described in Patent Document 1, the gas sensor has a gas detection part (tip side) of the gas sensor element in a state of protruding, a casing that holds the gas sensor element, and a gas detection part of the gas sensor element that is fixed to the casing. Is generally covered with a protector.

特開2010−261880号公報JP 2010-261880 A

上記のように、加熱用ヒータを具備しないヒータレスのガスセンサでは、内燃機関(エンジン)から排出される排気ガスの熱によってガスセンサ素子を加熱するため、加熱用ヒータを具備するガスセンサに比べて、ガス濃度を検知可能となるまでに比較的長い時間がかかり、この時間を短縮することが望まれている。   As described above, in the heaterless gas sensor that does not include the heater, the gas sensor element is heated by the heat of the exhaust gas exhausted from the internal combustion engine (engine). Therefore, the gas concentration is higher than that of the gas sensor that includes the heater. It takes a relatively long time until it can be detected, and it is desired to reduce this time.

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものであり、ヒータレスのガスセンサにおいて、比較的短時間でガス濃度の検出を開始することのできるガスセンサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in response to the above-described conventional circumstances, and an object of the present invention is to provide a gas sensor capable of starting detection of a gas concentration in a relatively short time in a heaterless gas sensor.

本発明のガスセンサの一態様は、軸線方向に伸びると共に、先端側が閉塞された有底筒状の固体電解質体からなる素子本体と、該素子本体の内側及び外側に設けられた内側電極及び外側電極と、を備えたガス検出素子と、前記ガス検出素子を、当該ガス検出素子の先端部が突出した状態で、前記軸線方向に貫通する貫通孔内に保持する筒状のケーシングと、前記ケーシングに配設され、前記ガス検出素子の先端部の周囲を囲むプロテクタを具備し、加熱用ヒータを具備しないガスセンサであって、前記プロテクタは、側壁部及び底部を有する一重の筒状体からなり、当該筒状体の前記側壁部には、軸線方向先端側であり、且つ周方向に沿って複数個配設された先端側開口と、当該先端側開口よりも軸線方向後端側であり、且つ周方向に沿って、前記先端側開口とは分けて、複数個配設された後端側開口を具備し、前記後端側開口は、前記先端側開口のそれぞれの開口面積よりも開口面積が大きい第1後端側開口を有するとともに、前記プロテクタは、前記貫通孔内にて前記ケーシングと係合すると共に、前記ケーシングの先端側内面と前記ガス検出素子の外周面との間を延出してなり、前記第1後端側開口の一部が、前記ケーシングの内部に入り込むように配設されていることを特徴とする。 One aspect of the gas sensor of the present invention includes an element main body made of a bottomed cylindrical solid electrolyte body that extends in the axial direction and whose front end is blocked, and an inner electrode and an outer electrode provided inside and outside the element main body. A gas detection element comprising: a cylindrical casing that holds the gas detection element in a through-hole penetrating in the axial direction in a state in which a tip portion of the gas detection element protrudes; and A gas sensor that is disposed and includes a protector surrounding the tip of the gas detection element and does not include a heater for heating, the protector comprising a single cylindrical body having a side wall and a bottom; The side wall portion of the cylindrical body has a front end side in the axial direction and a plurality of front end openings disposed along the circumferential direction, a rear end side in the axial direction with respect to the front end opening, and a peripheral side. along the direction Separately from said distal end opening, provided with a plurality disposed a rear end opening, the rear end opening, the first rear end opening area larger than the respective opening area of the front end side opening as well as have the open, the protector is configured to engage the casing in the through hole, it extends between the outer peripheral surface of the distal end side inner surface and the gas detecting element of the casing, said first A part of the rear end side opening is disposed so as to enter the inside of the casing .

本発明のガスセンサは、有底筒状のガス検出素子の周囲を囲むプロテクタの側壁部に設けられた後端側開口に、先端側開口のそれぞれの開口面積よりも開口面積が大きい第1後端側開口を有した構成とされている。プロテクタの軸線方向先端側に設けられた先端側開口を通過する排気ガスと、先端側開口よりも軸線方向後端側に設けられた後端側開口を通過する排気ガスとでは、先端側開口を通過する排気ガスの方が、温度が高い。これは、排気ガスが流れる流路に対して、ガスセンサの先端側を内部に配置するように取り付けるため、流路の内側を通る排気ガスが先端側開口を通過するからである。これに対し、後端側開口に開口面積が相対的に大きい第1後端側開口を設けることで、ガス検出素子にさらされる排気ガスの容量を増加させることができる。その結果、第1後端側開口を通過する排気ガスの温度が低くても、ガス検出素子に加わる熱量を増やすことができ、ガス検出素子を良好に加熱することができる。   The gas sensor of the present invention includes a first rear end having an opening area larger than each opening area of the front end side opening at a rear end side opening provided in a side wall portion of a protector surrounding the bottomed cylindrical gas detection element. The side opening is used. The exhaust gas passing through the front end opening provided on the front end side in the axial direction of the protector and the exhaust gas passing through the rear end opening provided in the rear end side in the axial direction relative to the front end opening are The exhaust gas that passes through has a higher temperature. This is because the exhaust gas passing through the inside of the flow path passes through the opening on the front end side so that the front end side of the gas sensor is disposed inside the flow path through which the exhaust gas flows. On the other hand, by providing the first rear end opening having a relatively large opening area in the rear end opening, the capacity of the exhaust gas exposed to the gas detection element can be increased. As a result, even when the temperature of the exhaust gas passing through the first rear end side opening is low, the amount of heat applied to the gas detection element can be increased, and the gas detection element can be heated satisfactorily.

また、有底筒状のガス検出素子は、後端側開口に対向する部位(以下、後端側部位とする)の体積が、先端側開口に対向する部位の体積よりも大きいことが多い。そのため、後端側開口に第1後端側開口を設けることで、第1後端側開口を通過する排気ガスの容量を増加させることができ、ガス検出素子の後端側部位に接触する排気ガスの容量を増加させることができる。よって、体積が大きいガス検出素子の後端側部位であっても、ガス検出素子に加わる熱量を増やすことができ、ガス検出素子を良好に加熱することができる。   In addition, in the bottomed cylindrical gas detection element, the volume of the part facing the rear end side opening (hereinafter referred to as the rear end side part) is often larger than the volume of the part facing the front end side opening. Therefore, by providing the first rear end side opening at the rear end side opening, the capacity of the exhaust gas passing through the first rear end side opening can be increased, and the exhaust gas in contact with the rear end side portion of the gas detection element. The gas capacity can be increased. Therefore, even at the rear end side portion of the gas detection element having a large volume, the amount of heat applied to the gas detection element can be increased, and the gas detection element can be heated satisfactorily.

なお、プロテクタを設けずに、ガス検出素子の先端部全体を外部に露出させることで、ガス検出素子がプロテクタにより覆われている場合に比べて、よりガス検出素子への熱量を増やすことができ、ガス検出素子を良好に加熱できると一見すると思われる。しかしながら、排気ガスの流れる流路は、一定方向に排気ガスが流れている(つまり、上流側から下流側に向かって流れている)。このため、先端部全体を外部に露出したガス検出素子の場合、上流側を向く部位では、ガス検出素子に排気ガスを曝すことができ、排気ガスの熱量を増やすことができるものの、下流側を向く部位では、ガス検出素子に排気ガスを曝すことができず、殆どの排気ガスの熱量を得ることができない。そのため、ガス検出素子全体の熱量としては、増加させることが困難である。これに対し、ガス検出素子の先端側をプロテクタで覆うと共に、側壁部に周方向に沿って複数個、先端側開口、及び後端側開口を配設することで、上流側からプロテクタ内に入り込んだ排気ガスが、プロテクタ内において下流側にまで廻り込み、ガス検出素子の検出部を周方向から全体的に排気ガスによって加熱することが可能となる。この結果、より短時間でガス検出素子の検出部の温度を排気ガスによって上昇させることができ、より短時間でガス濃度の検出を開始することができる。   Note that by exposing the entire tip of the gas detection element to the outside without providing a protector, the amount of heat to the gas detection element can be increased more than when the gas detection element is covered with a protector. It seems that the gas detection element can be heated well. However, the exhaust gas flows in a fixed direction through the flow path of the exhaust gas (that is, it flows from the upstream side toward the downstream side). For this reason, in the case of a gas detection element with the entire tip exposed to the outside, the exhaust gas can be exposed to the gas detection element at the part facing the upstream side, and the amount of heat of the exhaust gas can be increased, but the downstream side In the portion facing, the exhaust gas cannot be exposed to the gas detection element, and the amount of heat of most exhaust gas cannot be obtained. Therefore, it is difficult to increase the amount of heat of the entire gas detection element. On the other hand, the front end side of the gas detection element is covered with a protector, and a plurality of front end side openings and rear end side openings are provided along the circumferential direction on the side wall portion, so that the gas detection element enters the protector from the upstream side. The exhaust gas is circulated to the downstream side in the protector, and the detection part of the gas detection element can be entirely heated by the exhaust gas from the circumferential direction. As a result, the temperature of the detection part of the gas detection element can be increased by the exhaust gas in a shorter time, and detection of the gas concentration can be started in a shorter time.

また、プロテクタの先端側開口と後端側開口とをつなげて単一の開口を設けることで、この開口を通過する排気ガスの容量を増加させることができ、ガス検出素子に加わる熱量をより増やすことができ、ガス検出素子を良好に加熱することができると一見すると思われる。しかしながら、このような開口を有するプロテクタであっても、プロテクタ内において下流側まで廻り込むことが困難となり、下流側を向く部位では、ガス検出素子に排気ガスを曝すことが困難となる。これに対し、プロテクタに先端側開口と後端側開口を分けて配設することで、上流側からプロテクタ内に入り込んだ排気ガスが、プロテクタ内において下流側にまで廻り込み、ガス検出素子の検出部を周方向から全体的に排気ガスによって加熱することが可能となる。この結果、より短時間でガス検出素子の検出部の温度を排気ガスによって上昇させることができ、より短時間でガス濃度の検出を開始することができる。   Further, by providing a single opening by connecting the front end opening and the rear end opening of the protector, the capacity of the exhaust gas passing through the opening can be increased, and the amount of heat applied to the gas detection element is further increased. It seems that the gas detection element can be heated well. However, even with a protector having such an opening, it is difficult to go around to the downstream side in the protector, and it is difficult to expose the exhaust gas to the gas detection element at a portion facing the downstream side. On the other hand, by disposing the front end opening and the rear end opening separately in the protector, the exhaust gas that has entered the protector from the upstream side travels to the downstream side in the protector and is detected by the gas detection element. It becomes possible to heat the part entirely from the circumferential direction by the exhaust gas. As a result, the temperature of the detection part of the gas detection element can be increased by the exhaust gas in a shorter time, and detection of the gas concentration can be started in a shorter time.

なお、先端側開口と後端側開口とは、先端側開口が後端側開口に比べて側壁部の軸線方向先端側に設けられており、後端側開口が先端側開口に比べて側壁部の軸線方向後端側に設けられていればよく、先端側開口及び後端側開口以外に側壁部に開口を有しても良い。また、第1後端側開口は、後端側開口のうち、1個でも複数個でも良いが、複数個設けられていることが好ましい。   The front end side opening and the rear end side opening are such that the front end side opening is provided on the front end side in the axial direction of the side wall portion compared to the rear end side opening, and the rear end side opening is the side wall portion compared to the front end side opening. As long as it is provided on the rear end side in the axial direction, the side wall portion may have an opening in addition to the front end side opening and the rear end side opening. In addition, the first rear end side opening may be one or a plurality of the rear end side openings, but a plurality of the first rear end side openings are preferably provided.

また、プロテクタを軸線方向に垂直な径方向にて見たとき、ガス検出素子の先端部は、先端側開口及び第1後端側開口に露出していることが好ましい。これにより、先端側開口及び第1後端側開口のそれぞれを通過する排気ガスを、効率よくガス検出素子にさらすことができる。その結果、ガス検出素子に加わる熱量を効率良く増やすことができ、ガス検出素子を効率良く加熱することができる。   Further, when the protector is viewed in the radial direction perpendicular to the axial direction, it is preferable that the distal end portion of the gas detection element is exposed in the distal end side opening and the first rear end side opening. Thereby, the exhaust gas which passes through each of the front end side opening and the first rear end side opening can be efficiently exposed to the gas detection element. As a result, the amount of heat applied to the gas detection element can be increased efficiently, and the gas detection element can be efficiently heated.

また、後端側開口の総開口面積は、先端側開口の総開口面積よりも大きいことが好ましい。これにより、ガス検出素子に加わる熱量をより増やすことができ、ガス検出素子をより良好に加熱することができる。   Moreover, it is preferable that the total opening area of the rear end side opening is larger than the total opening area of the front end side opening. Thereby, the amount of heat applied to the gas detection element can be further increased, and the gas detection element can be heated more favorably.

上記第1後端側開口は、例えば、軸線方向に沿う方向を長軸とする長穴状に形成されていることが好ましい。これにより、より多くの第1後端側開口を周方向に沿って形成することができ、ガスセンサの取付方向(周方向)の影響による、第1後端側開口を通過する排気ガスの容量のばらつきを抑制できる。   The first rear end side opening is preferably formed in a long hole shape having a major axis in the direction along the axial direction, for example. Thereby, more first rear end side openings can be formed along the circumferential direction, and the capacity of the exhaust gas passing through the first rear end side opening due to the influence of the gas sensor mounting direction (circumferential direction) can be reduced. Variations can be suppressed.

なお、第1後端側開口が、軸線方向に沿う方向を長軸とする長穴状に形成されている場合には、第1後端側開口の長軸長さは、ガス検出素子の先端部の軸線方向長さの50%以上であることが好ましい。これにより、第1後端側開口を通過し、ガス検出素子にさらされる排気ガスの容量を増加させることができる。その結果、第1後端側開口を通過する排気ガスの温度が低く、且つ、ガス検出素子の後端側部位の体積が大きくても、ガス検出素子に加わる熱量を増やすことができ、ガス検出素子を良好に加熱することができる。   When the first rear end side opening is formed in the shape of a long hole whose major axis is the direction along the axial direction, the long axis length of the first rear end side opening is the tip of the gas detection element. It is preferably 50% or more of the axial length of the portion. Thereby, the capacity | capacitance of the exhaust gas which passes the 1st rear end side opening and is exposed to a gas detection element can be increased. As a result, even if the temperature of the exhaust gas passing through the first rear end side opening is low and the volume of the rear end side portion of the gas detection element is large, the amount of heat applied to the gas detection element can be increased, and the gas detection The element can be heated satisfactorily.

また、上記第1後端側開口は、例えば、プロテクタの周方向に沿う方向を長軸とする長穴状に形成されていることが好ましい。これにより、第1後端側開口を流路の上流側に向けた際に、より多くの排気ガスが第1後端側開口を通過することが可能となる。その結果、ガス検出素子を良好に加熱することができる。   Moreover, it is preferable that the said 1st rear end side opening is formed in the elongate hole shape which makes the direction along the circumferential direction of a protector a long axis, for example. Thereby, when the first rear end side opening is directed to the upstream side of the flow path, more exhaust gas can pass through the first rear end side opening. As a result, the gas detection element can be heated satisfactorily.

なお、第1後端側開口が、プロテクタの周方向に沿う方向を長軸とする長穴状に形成されている場合には、第1後端側開口の長軸長さは、第1後端側開口に対応するガス検出素子の部位の最大幅よりも大きいことが好ましい。これにより、第1後端側開口を通過し、ガス検出素子にさらされる排気ガスの容量を増加させることができる。その結果、第1後端側開口を通過する排気ガスの温度が低く、且つ、ガス検出素子の後端側部位の体積が大きくても、ガス検出素子に加わる熱量を増やすことができ、ガス検出素子を良好に加熱することができる。   In addition, when the 1st rear end side opening is formed in the long hole shape which makes the direction along the circumferential direction of a protector a long axis, the long-axis length of the 1st rear end side opening is 1st back It is preferable that it is larger than the maximum width of the part of the gas detection element corresponding to the end side opening. Thereby, the capacity | capacitance of the exhaust gas which passes the 1st rear end side opening and is exposed to a gas detection element can be increased. As a result, even if the temperature of the exhaust gas passing through the first rear end side opening is low and the volume of the rear end side portion of the gas detection element is large, the amount of heat applied to the gas detection element can be increased, and the gas detection The element can be heated satisfactorily.

また、上記先端側開口は、例えば、円形状等とすることができる。また、第1後端側開口は、プロテクタの周方向に沿って等間隔で複数配設した構成とすることが好ましい。これにより、プロテクタの周方向にわたって、ガス検出素子に接触する排気ガスの容量を増加させることができる。その結果、ガス検出素子への熱量をさらに増やすことができ、ガス検出素子をさらに良好に加熱することができる。   Moreover, the said front end side opening can be made into circular shape etc., for example. Moreover, it is preferable that a plurality of the first rear end side openings are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the protector. Thereby, the capacity | capacitance of the exhaust gas which contacts a gas detection element can be increased over the circumferential direction of a protector. As a result, the amount of heat to the gas detection element can be further increased, and the gas detection element can be further heated.

また、上記プロテクタは、貫通孔内にてケーシングと係合すると共に、ケーシングの先端側内面とガス検出素子の外周面との間を延出してなり、第1後端側開口の一部が、ケーシングの内部に入り込むように配設されることが好ましい。これによって、ケーシングから露出するガス検出素子全体を排気ガスに良好に曝すことができ、ガス検出素子をさらに良好に加熱することができる。   The protector engages with the casing in the through hole, and extends between the front end side inner surface of the casing and the outer peripheral surface of the gas detection element, and a part of the first rear end side opening is It is preferable to be disposed so as to enter the inside of the casing. As a result, the entire gas detection element exposed from the casing can be satisfactorily exposed to the exhaust gas, and the gas detection element can be heated even better.

さらに、ガスセンサを流路に取り付けた際に、先端側開口及び第1後端側開口は、流路の上流側に向くプロテクタの側壁部の少なくとも一部に設けられていることが好ましい。これにより、流路を流れる排気ガスを、効率よく先端側開口及び第1後端側開口のそれぞれに通過させることができる。その結果、ガス検出素子に加わる熱量を効率良く増やすことができ、ガス検出素子を効率良く加熱することができる。なお、先端側開口及び第1後端側開口の一部が上流側に向くプロテクタの側壁部に設けられていても良く、先端側開口及び第1後端側開口の全体が上流側に向くプロテクタの側壁部に設けられていても良い、   Furthermore, when the gas sensor is attached to the flow path, the front end side opening and the first rear end side opening are preferably provided on at least a part of the side wall portion of the protector facing the upstream side of the flow path. Thereby, the exhaust gas flowing through the flow path can be efficiently passed through each of the front end side opening and the first rear end side opening. As a result, the amount of heat applied to the gas detection element can be increased efficiently, and the gas detection element can be efficiently heated. A part of the front end side opening and the first rear end side opening may be provided on a side wall portion of the protector facing upstream, and the front end side opening and the first rear end side opening as a whole face upstream. It may be provided on the side wall of

本発明によれば、ヒータレスのガスセンサにおいて、比較的短時間でガス濃度の検出を開始することのできるガスセンサを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in a heaterless gas sensor, the gas sensor which can start the detection of gas concentration in a comparatively short time can be provided.

本発明の第1実施形態に係るガスセンサの縦断面構成を示す図。The figure which shows the longitudinal cross-sectional structure of the gas sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1のガスセンサのガス検出素子の構成を示す図。The figure which shows the structure of the gas detection element of the gas sensor of FIG. 図1のガスセンサの要部構成を示す図。The figure which shows the principal part structure of the gas sensor of FIG. 図1のガスセンサの要部構成を示す図。The figure which shows the principal part structure of the gas sensor of FIG. 本発明の第2実施形態に係るガスセンサの縦断面構成を示す図。The figure which shows the longitudinal cross-sectional structure of the gas sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図5のガスセンサの要部構成を示す図。The figure which shows the principal part structure of the gas sensor of FIG. 図5のガスセンサの要部構成を示す図。The figure which shows the principal part structure of the gas sensor of FIG. センサ出力波形の例を示すグラフ。The graph which shows the example of a sensor output waveform. ライトオフタイムの測定結果を示すグラフ。The graph which shows the measurement result of light-off time. 温度測定結果を示すグラフ。The graph which shows a temperature measurement result. 温度測定箇所を説明するための図。The figure for demonstrating a temperature measurement location.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

なお、以下の説明では、軸線Oに沿う方向のうち、プロテクタ15の取り付けられる側を先端側とし、この逆側を後端側として説明する。   In the following description, in the direction along the axis O, the side on which the protector 15 is attached will be referred to as the front end side, and the opposite side will be described as the rear end side.

図1に示すように、第1実施形態のガスセンサ1は、ガス検出素子3、セパレータ5、閉塞部材7、端子金具9、リード線11を備えるとともに、それらの周囲を覆う様に、主体金具13、プロテクタ15、外筒17、保護外筒19等を備えている。なお、主体金具13及び外筒17からケーシング20が構成されている。   As shown in FIG. 1, the gas sensor 1 of the first embodiment includes a gas detection element 3, a separator 5, a closing member 7, a terminal fitting 9, a lead wire 11, and a metal shell 13 so as to cover the periphery thereof. , A protector 15, an outer cylinder 17, a protective outer cylinder 19 and the like. A casing 20 is constituted by the metal shell 13 and the outer cylinder 17.

また、このガスセンサ1は、ガス検出素子3を加熱するためのヒータを備えていない、いわゆるヒータレスのセンサであり、排気ガスの熱を利用してガス検出素子3を活性化して酸素濃度を計測するものである。   The gas sensor 1 is a so-called heater-less sensor that does not include a heater for heating the gas detection element 3, and activates the gas detection element 3 using the heat of exhaust gas to measure the oxygen concentration. Is.

図2に示すように、ガスセンサ1の構成のうち、ガス検出素子3は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質からなり、先端部25が閉塞された有底で、軸線O方向に延びる円筒状の素子本体21を有している。この素子本体21の外周には、径方向外向きに突出した鍔部23が周設されている。   As shown in FIG. 2, in the configuration of the gas sensor 1, the gas detection element 3 is made of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, and has a cylindrical shape extending in the direction of the axis O with a bottom having a closed end 25. An element body 21 is provided. On the outer periphery of the element body 21, a flange portion 23 projecting radially outward is provided.

素子本体21を構成する固体電解質としては、例えば、Y又はCaOを固溶させたZrOが代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とZrOとの固溶体を使用してもよい。さらには、これにHfOが含有されていてもよい。 As the solid electrolyte constituting the element body 21, for example, ZrO 2 in which Y 2 O 3 or CaO is dissolved is representative, but other alkaline earth metal or rare earth metal oxides and ZrO 2 are used. A solid solution with 2 may be used. Furthermore, HfO 2 may be contained therein.

このガス検出素子3の先端部25の一部には、素子本体21の外周面に外側電極27が形成されている。この外側電極27は、PtあるいはPt合金を多孔質に形成したものである。この外側電極27から軸線方向後端側に延在するように、Pt等からなる縦リード部29が形成されており、この縦リード部29は、鍔部23の下面側(図2中下方側)に環状に形成されたPt等からなる環状リード部31に接続されている。一方、素子本体21の内周面には、内側電極33が形成されている。この内側電極33も、PtあるいはPt合金を多孔質に形成したものである。   An outer electrode 27 is formed on the outer peripheral surface of the element main body 21 at a part of the distal end portion 25 of the gas detection element 3. The outer electrode 27 is made of porous Pt or Pt alloy. A vertical lead portion 29 made of Pt or the like is formed so as to extend from the outer electrode 27 to the rear end side in the axial direction, and the vertical lead portion 29 is formed on the lower surface side (lower side in FIG. 2) of the flange portion 23. ) Is connected to an annular lead portion 31 made of Pt or the like formed in an annular shape. On the other hand, an inner electrode 33 is formed on the inner peripheral surface of the element body 21. This inner electrode 33 is also formed by forming Pt or a Pt alloy in a porous manner.

図1に戻り、セパレータ5は、電気絶縁性を有する例えばアルミナ等からなる円筒形状の部材であり、その軸中心には、リード線11が貫挿される貫通孔35が形成されている。   Returning to FIG. 1, the separator 5 is a cylindrical member made of alumina or the like having electrical insulation, and a through hole 35 through which the lead wire 11 is inserted is formed at the center of the axis.

閉塞部材7は、例えばフッ素ゴム等からなる円筒形状のシール部材であり、その軸中心には、リード線11が貫挿される貫通孔37が形成されている。この閉塞部材7の先端面95は、セパレータ5の後端面97に密着するとともに、その後端側の外周は、外筒17の内周面や保護外筒19の内周面と密着し、ガスセンサ1の内部と外部とを分離している。即ち、閉塞部材7によって、ケーシング20の後端側が閉塞されている。   The closing member 7 is a cylindrical sealing member made of, for example, fluoro rubber, and a through hole 37 into which the lead wire 11 is inserted is formed at the center of the shaft. The front end surface 95 of the closing member 7 is in close contact with the rear end surface 97 of the separator 5, and the outer periphery on the rear end side thereof is in close contact with the inner peripheral surface of the outer cylinder 17 and the inner peripheral surface of the protective outer cylinder 19. The inside and outside are separated. That is, the rear end side of the casing 20 is closed by the closing member 7.

端子金具9は、例えばインコネル750(英インコネル社、商品名)等からなり、センサ出力を外部に取り出すための略筒状の部材である。この端子金具9は、リード線11に接続されるとともに、ガス検出素子3の内側電極33(図2参照)に接触するように構成されている。   The terminal fitting 9 is made of, for example, Inconel 750 (British Inconel, trade name) or the like, and is a substantially cylindrical member for taking out the sensor output to the outside. The terminal fitting 9 is connected to the lead wire 11 and is configured to contact the inner electrode 33 (see FIG. 2) of the gas detection element 3.

主体金具13は、例えばSUS430等からなる円筒状の部材である。この主体金具13には、ガス検出素子3の鍔部23を支持するために、内周面から径方向内側に向かって段部39が突出するように周設されている。そして、この段部39にガス検出素子3の鍔部23を支持することで、ガス検出素子3の先端部25が主体金具13から先端側に突出することとなる。   The metal shell 13 is a cylindrical member made of, for example, SUS430. In order to support the flange 23 of the gas detection element 3, the metal shell 13 is provided with a stepped portion 39 projecting radially inward from the inner peripheral surface. Then, by supporting the flange portion 23 of the gas detection element 3 on the stepped portion 39, the distal end portion 25 of the gas detection element 3 protrudes from the metal shell 13 toward the distal end side.

また、主体金具13の先端側の外周面には、ガスセンサ1を排気管に取付けるためのネジ部41が形成されており、このネジ部41の後端側には、ネジ部41を排気管にネジ込むための取付工具を係合させる六角部43が周設されている。更に、この主体金具13の六角部43の後端側には、筒状部45が設けられている。   Further, a screw part 41 for attaching the gas sensor 1 to the exhaust pipe is formed on the outer peripheral surface on the front end side of the metal shell 13, and the screw part 41 is attached to the exhaust pipe on the rear end side of the screw part 41. A hexagonal portion 43 is provided around which a mounting tool for screwing is engaged. Further, a cylindrical portion 45 is provided on the rear end side of the hexagonal portion 43 of the metal shell 13.

図1に示すように、主体金具13とガス検出素子3との間には、先端側より、滑石から形成されたセラミック粉末47と、アルミナからなるセラミックスリーブ49とが配置されている。更に、主体金具13の筒状部45の後端部51の内側には、例えばSUS430等からなる金属リング53を介して、例えばSUS304L等からなる外筒17の先端部55が配置されており、この先端部55が筒状部45の後端部51にてかしめられることにより、外筒17が主体金具13に固定されている。   As shown in FIG. 1, a ceramic powder 47 made of talc and a ceramic sleeve 49 made of alumina are disposed between the metal shell 13 and the gas detection element 3 from the front end side. Further, a distal end portion 55 of the outer cylinder 17 made of, for example, SUS304L is disposed inside the rear end portion 51 of the tubular portion 45 of the metal shell 13 through a metal ring 53 made of, for example, SUS430. The front end portion 55 is caulked at the rear end portion 51 of the cylindrical portion 45, whereby the outer cylinder 17 is fixed to the metal shell 13.

また、外筒17の外周には、例えばPTFE等からなる筒状のフィルタ57が嵌められるとともに、フィルタ57の外周に例えばSUS304L等からなる保護外筒19が嵌められている。このフィルタ57は、通気は可能であるが水分の侵入は防止できるものである。   Further, a cylindrical filter 57 made of, for example, PTFE is fitted on the outer circumference of the outer cylinder 17, and a protective outer cylinder 19 made of, for example, SUS304L is fitted on the outer circumference of the filter 57. The filter 57 can be ventilated but can prevent moisture from entering.

そして、保護外筒19の外周側から加締められることにより、外筒17とフィルタ57と保護外筒19とが一体に固定されている。なお、外筒17及び保護外筒19には、それぞれ通気孔59、61が設けてあるので、各通気孔59、61及びフィルタ57を介して、ガスセンサ1の内部と外部との通気が可能である。   The outer cylinder 17, the filter 57, and the protective outer cylinder 19 are integrally fixed by crimping from the outer peripheral side of the protective outer cylinder 19. Since the outer cylinder 17 and the protective outer cylinder 19 are provided with vent holes 59 and 61, respectively, the inside and outside of the gas sensor 1 can be ventilated through the vent holes 59 and 61 and the filter 57. is there.

端子金具9は、ガス検出素子3の内部空間63に嵌め込まれて内側電極33に接触するとともに、内部空間63にて、リード線11の先端が接続されて固定されている。なお、リード線11は芯線65とその芯線65の外周を覆う被覆部67とから構成されている。   The terminal fitting 9 is fitted in the internal space 63 of the gas detection element 3 to contact the inner electrode 33, and the tip of the lead wire 11 is connected and fixed in the internal space 63. The lead wire 11 includes a core wire 65 and a covering portion 67 that covers the outer periphery of the core wire 65.

図4に示すように、端子金具9は、1枚の金属板が加工されたものであり、内側電極33に密着する、軸線方向の垂直の断面が略C字状の電極接触部69と、電極接触部69の先端側に設けられてリード線11の被覆部67を外側から把持して固定する第1固定部71と、第1固定部71の先端側に設けられて芯線65を把持して固定する複数の第2固定部73とを備えている。また、端子金具9の後端側には、複数のフランジ片75が形成されており、ガス検出素子3の後端面に当接している。   As shown in FIG. 4, the terminal fitting 9 is obtained by processing a single metal plate, and is in close contact with the inner electrode 33 and has an electrode contact portion 69 having a substantially vertical C-shaped cross section in the axial direction. A first fixing portion 71 provided on the distal end side of the electrode contact portion 69 to grip and fix the covering portion 67 of the lead wire 11 from the outside, and provided on the distal end side of the first fixing portion 71 to grip the core wire 65. And a plurality of second fixing portions 73 to be fixed. A plurality of flange pieces 75 are formed on the rear end side of the terminal fitting 9 and are in contact with the rear end face of the gas detection element 3.

次に、本発明の主要部であるプロテクタ15について説明する。プロテクタ15は、例えばSUS310S等の金属からなり、ガス検出素子3の先端側を覆う保護部材である。このプロテクタ15は、後端側に伸びて、その後端縁16が、ガス検出素子3の鍔部23と主体金具13の段部39との間に挟まれるようにして固定されている。   Next, the protector 15 which is the main part of the present invention will be described. The protector 15 is made of a metal such as SUS310S, and is a protective member that covers the distal end side of the gas detection element 3. The protector 15 extends to the rear end side, and is fixed so that the rear end edge 16 is sandwiched between the flange portion 23 of the gas detection element 3 and the step portion 39 of the metal shell 13.

図3に示すように、プロテクタ15は、側壁部150及び底部151を有する一重の筒状体からなり、側壁部150には、軸線O方向先端側であり、プロテクタ15の周方向に沿って配設された複数の先端側開口152(本実施形態では6個)と、当該先端側開口152より軸線O方向後端側であり、プロテクタ15の周方向に沿って配設された複数の後端側開口153(本実施形態では6個)を具備している。また、本実施形態では、先端側開口152の開口面積を約3mm、後端側開口153の開口面積を約7mmとしているため、後端側開口153のすべてが、先端側開口152のそれぞれの開口面積よりも開口面積が大きくされている。つまり、本実施形態では、後端側開口153のすべてが第1後端側開口153となっている。第1実施形態では、先端側開口152は円形状とされており、後端側開口153は、軸線O方向に沿う方向を長軸とする長穴状とされている。また、後端側開口153は、その後端側の一部が、主体金具13(ケーシング20)の内側にまで入り込むように、すなわち、後端側開口153の後端が主体金具13(ケーシング20)の先端より後端側に位置するように形成されている。 As shown in FIG. 3, the protector 15 is composed of a single cylindrical body having a side wall portion 150 and a bottom portion 151, and the side wall portion 150 is disposed at the front end side in the axis O direction and is arranged along the circumferential direction of the protector 15. A plurality of front-end openings 152 (six in this embodiment) provided, and a plurality of rear-ends disposed on the rear end side in the axis O direction from the front-end openings 152 and disposed along the circumferential direction of the protector 15 Side openings 153 (six in this embodiment) are provided. In this embodiment, since the opening area of the front end side opening 152 is about 3 mm 2 and the opening area of the rear end side opening 153 is about 7 mm 2 , all of the rear end side openings 153 are each of the front end side openings 152. The opening area is larger than the opening area. That is, in the present embodiment, all of the rear end side openings 153 are the first rear end side openings 153. In the first embodiment, the front end side opening 152 has a circular shape, and the rear end side opening 153 has a long hole shape with the direction along the axis O direction as the long axis. Further, the rear end side opening 153 has a part on the rear end side so as to enter the inside of the metal shell 13 (casing 20), that is, the rear end of the rear end side opening 153 is the metal shell 13 (casing 20). It is formed so that it may be located in the back end side rather than the front-end | tip.

上記構成のプロテクタ15を用いることで、第1後端側開口153に対応するガス検出素子の後端側部位にさらされる排気ガスの容量を増加させることができる。その結果、第1後端側開口153を通過する排気ガスの温度が低くても、ガス検出素子3に加わる熱量を増やすことができ、ガス検出素子3を良好に加熱することができる。   By using the protector 15 configured as described above, it is possible to increase the capacity of the exhaust gas exposed to the rear end side portion of the gas detection element corresponding to the first rear end opening 153. As a result, even if the temperature of the exhaust gas passing through the first rear end side opening 153 is low, the amount of heat applied to the gas detection element 3 can be increased, and the gas detection element 3 can be heated satisfactorily.

また、上記構成のプロテクタ15を用いることで、第1後端側開口153を通過する排気ガスの容量を増加させることができ、第1後端側開口153に対応するガス検出素子3の後端側部位に接触する排気ガスの容量を増加させることができる。よって、先端側部位よりも体積が大きいガス検出素子3の後端側部位であっても、ガス検出素子3に加わる熱量を増やすことができ、ガス検出素子3を良好に加熱することができる。   Further, by using the protector 15 having the above-described configuration, the capacity of the exhaust gas passing through the first rear end side opening 153 can be increased, and the rear end of the gas detection element 3 corresponding to the first rear end side opening 153. The capacity of the exhaust gas that contacts the side portion can be increased. Therefore, even in the rear end side portion of the gas detection element 3 having a larger volume than the front end side portion, the amount of heat applied to the gas detection element 3 can be increased, and the gas detection element 3 can be heated favorably.

さらに、上記構成のプロテクタ15を用いることによって、上流側からプロテクタ15内に入り込んだ排気ガスが、プロテクタ15内において下流側にまで廻り込み、ガス検出素子3の検出部を周方向から全体的に排気ガスによって加熱することが可能となる。この結果、より短時間でガス検出素子3の検出部の温度を排気ガスによって上昇させることができ、より短時間でガス濃度の検出を開始することができる。   Further, by using the protector 15 having the above-described configuration, the exhaust gas that has entered the protector 15 from the upstream side travels to the downstream side in the protector 15, and the detection unit of the gas detection element 3 is entirely moved from the circumferential direction. It becomes possible to heat with exhaust gas. As a result, the temperature of the detection part of the gas detection element 3 can be increased by the exhaust gas in a shorter time, and detection of the gas concentration can be started in a shorter time.

また、第1後端側開口153の一部が、主体金具13(ケーシング20)の内部に入り込むように配設された構成とすることによって、ケーシングから露出するガス検出素子全体を排気ガスに良好に曝すことができ、ガス検出素子3をさらに良好に加熱することができる。   In addition, since a part of the first rear end opening 153 is disposed so as to enter the inside of the metal shell 13 (casing 20), the entire gas detection element exposed from the casing is good for exhaust gas. And the gas detection element 3 can be heated more satisfactorily.

また、図3に示すように、ガス検出素子3の先端部25は、先端側開口152及び第1後端側開口153に露出している。これは、言い換えると、先端側開口152及び第1後端側開口153の開口内を視認した時に、ガス検出素子3の先端部25を見ることができることを指す。これにより、先端側開口152及び第1後端側開口153のそれぞれを通過する排気ガスを、効率よくガス検出素子3にさらすことができる。その結果、ガス検出素子3に加わる熱量を効率良く増やすことができ、ガス検出素子3を効率良く加熱することができる。   As shown in FIG. 3, the distal end portion 25 of the gas detection element 3 is exposed to the distal end side opening 152 and the first rear end side opening 153. In other words, this means that the front end portion 25 of the gas detection element 3 can be seen when the insides of the front end side opening 152 and the first rear end side opening 153 are visually recognized. Thereby, the exhaust gas passing through each of the front end side opening 152 and the first rear end side opening 153 can be efficiently exposed to the gas detection element 3. As a result, the amount of heat applied to the gas detection element 3 can be increased efficiently, and the gas detection element 3 can be efficiently heated.

また、第1後端側開口153の総開口面積は42mm(約7mm×6個)であり、先端側開口152の総開口面積約18mm(約3mm×6個)よりも大きいことが好ましい。これにより、ガス検出素子3に加わる熱量をより増やすことができ、ガス検出素子3をより良好に加熱することができる。 Further, the total opening area of the first rear end side opening 153 is 42 mm 2 (about 7 mm 2 × 6 pieces), and is larger than the total opening area of the front end side opening 152 of about 18 mm 2 (about 3 mm 2 × 6 pieces). Is preferred. Thereby, the amount of heat applied to the gas detection element 3 can be further increased, and the gas detection element 3 can be heated more favorably.

また、第1後端側開口153が軸線方向に沿う方向を長軸とする長穴状に形成されていることにより、第1後端側開口153を周方向に沿って容易に形成することができ、ガスセンサ1の取付方向(周方向)の影響による、第1後端側開口153を通過する排気ガスの容量のばらつきを抑制できる。   Further, since the first rear end side opening 153 is formed in the shape of a long hole whose major axis is the direction along the axial direction, the first rear end side opening 153 can be easily formed along the circumferential direction. In addition, it is possible to suppress variation in the volume of exhaust gas passing through the first rear end opening 153 due to the influence of the mounting direction (circumferential direction) of the gas sensor 1.

また、図3に示すように、第1後端側開口153の長軸長さL1は、ガス検出素子3の先端部25の軸線方向長さL2の70%であり、50%以上となっている。これにより、第1後端側開口153を通過し、ガス検出素子3にさらされる排気ガスの容量を増加させることができる。その結果、第1後端側開口153を通過する排気ガスの温度が低く、且つ、ガス検出素子3の後端側部位の体積が大きくても、ガス検出素子3に加わる熱量を増やすことができ、ガス検出素子3を良好に加熱することができる。   Further, as shown in FIG. 3, the major axis length L1 of the first rear end opening 153 is 70% of the axial length L2 of the distal end portion 25 of the gas detection element 3, and is 50% or more. Yes. Thereby, the capacity | capacitance of the exhaust gas which passes the 1st rear end side opening 153 and is exposed to the gas detection element 3 can be increased. As a result, even if the temperature of the exhaust gas passing through the first rear end side opening 153 is low and the volume of the rear end side portion of the gas detection element 3 is large, the amount of heat applied to the gas detection element 3 can be increased. The gas detection element 3 can be heated satisfactorily.

また、先端側開口152及び第1後端側開口153は、それぞれプロテクタ15の周方向に沿って等間隔に配置されている。よって、ガスセンサ1を排気管に取り付けた際に、先端側開口152及び第1後端側開口153は、排気管の上流側に向くプロテクタ15の側壁部150に設けられている。これにより、排気管を流れる排気ガスを、効率よく先端側開口152及び第1後端側開口153のそれぞれに通過させることができる。その結果、ガス検出素子3に加わる熱量を効率良く増やすことができ、ガス検出素子3を効率良く加熱することができる。   Further, the front end side opening 152 and the first rear end side opening 153 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the protector 15. Therefore, when the gas sensor 1 is attached to the exhaust pipe, the front end side opening 152 and the first rear end side opening 153 are provided on the side wall 150 of the protector 15 facing the upstream side of the exhaust pipe. Thereby, the exhaust gas flowing through the exhaust pipe can be efficiently passed through the front end side opening 152 and the first rear end side opening 153. As a result, the amount of heat applied to the gas detection element 3 can be increased efficiently, and the gas detection element 3 can be efficiently heated.

なお、プロテクタ15においては、複数の後端側開口153のうち、少なくとも一部の後端側開口153が、先端側開口152よりも開口面積が大きくされている第1後端側開口153を有していればよく、その形状は図3に示す形状以外のものであってもよい。また、プロテクタ15の底部151は、底面全てを覆うものである必要はなく、底面に開口部を有する構成のものであってもよい。   In the protector 15, at least a part of the rear end openings 153 among the plurality of rear end openings 153 has a first rear end opening 153 having an opening area larger than that of the front end opening 152. The shape may be other than the shape shown in FIG. Further, the bottom portion 151 of the protector 15 does not need to cover the entire bottom surface, and may have a configuration having an opening on the bottom surface.

次に、第1実施形態のガスセンサ1の製造手順について簡単に説明する。図1に示すように、同図の上方から、主体金具13の貫通孔87内に、プロテクタ15を押し入れる。   Next, a manufacturing procedure of the gas sensor 1 of the first embodiment will be briefly described. As shown in FIG. 1, the protector 15 is pushed into the through hole 87 of the metal shell 13 from above in the figure.

次に、主体金具13の貫通孔87内に、ガス検出素子3を挿入する。
次に、主体金具13とガス検出素子3との間の空間に、セラミック粉末47とセラミッ
クスリーブ49とを配置する。
Next, the gas detection element 3 is inserted into the through hole 87 of the metal shell 13.
Next, the ceramic powder 47 and the ceramic sleeve 49 are disposed in the space between the metal shell 13 and the gas detection element 3.

次に、その上に、先端側が径方向に広がった外筒17の先端部55を配置し、外筒17の先端部55の上に金属リング53を嵌める。この状態で、主体金具13の後端部51をかしめて、金属リング53を介して外筒17を固定する。その後、外筒17の外周にフィルタ57を嵌める。   Next, the distal end portion 55 of the outer cylinder 17 whose distal end side expands in the radial direction is disposed thereon, and the metal ring 53 is fitted on the distal end portion 55 of the outer cylinder 17. In this state, the outer end 17 is fixed via the metal ring 53 by caulking the rear end portion 51 of the metallic shell 13. Thereafter, the filter 57 is fitted on the outer periphery of the outer cylinder 17.

これとは別に、図4に示すように、セパレータ5の貫通孔35と閉塞部材7の貫通孔37と保護外筒19の貫通孔89にリード線11を通し、そのリード線11の先端に端子金具9を固定して、複合部材91を作成する。   Separately from this, as shown in FIG. 4, the lead wire 11 is passed through the through hole 35 of the separator 5, the through hole 37 of the closing member 7, and the through hole 89 of the protective outer cylinder 19, and a terminal is connected to the tip of the lead wire 11. The metal fitting 9 is fixed, and the composite member 91 is created.

そして、図1に示すように、この複合部材91の端子金具9の先端を、ガス検出素子3の内部空間63に挿入し、端子金具9と内側電極33とを接触させる。このとき、端子金具9の後端側に形成された複数のフランジ片75がガス検出素子3の後端面に当接することにより、端子金具9の位置決めがなされる。   As shown in FIG. 1, the tip of the terminal fitting 9 of the composite member 91 is inserted into the internal space 63 of the gas detection element 3 so that the terminal fitting 9 and the inner electrode 33 are brought into contact with each other. At this time, the plurality of flange pieces 75 formed on the rear end side of the terminal fitting 9 are brought into contact with the rear end face of the gas detection element 3, whereby the terminal fitting 9 is positioned.

同時に、セパレータ5及び閉塞部材7及び保護外筒19を先端側に押圧し、セパレータ5及び閉塞部材7の一部を外筒17内に配置するとともに、保護外筒19をフィルタ57の外周側に嵌め込む。   At the same time, the separator 5, the closing member 7, and the protective outer cylinder 19 are pressed toward the distal end side, and a part of the separator 5 and the closing member 7 is disposed in the outer cylinder 17, and Fit.

その後、保護外筒19の外周側よりかしめることにより、保護外筒19と外筒17とを一体に固定する。これによって、ガスセンサ1が完成する。   Thereafter, the protective outer cylinder 19 and the outer cylinder 17 are integrally fixed by caulking from the outer peripheral side of the protective outer cylinder 19. Thereby, the gas sensor 1 is completed.

次に、第2実施形態に係るガスセンサについて、図5〜7を参照して説明する。図5に示すように、ガスセンサユニット300は自動車の排気経路Hに取り付けられて使用されるものである。以下、軸線O方向において、ガスセンサユニット300の排気経路H内に挿入される側(図5中下側)を、ガスセンサユニット300の先端側とし、これと反対方向に向かう側(図5中上側)を後端側として説明する。   Next, the gas sensor which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated with reference to FIGS. As shown in FIG. 5, the gas sensor unit 300 is used by being attached to an exhaust path H of an automobile. Hereinafter, in the direction of the axis O, the side (lower side in FIG. 5) inserted into the exhaust path H of the gas sensor unit 300 is defined as the front end side of the gas sensor unit 300, and the opposite side (upper side in FIG. 5). Is described as the rear end side.

図5に示すように、ガスセンサユニット300は、ガスセンサ本体100と、ガスセンサ本体100の後端側に、ガスセンサ本体100に着脱可能に装着されるセンサキャップ200とからなる。ガスセンサ本体100は、排気ガスに晒されて、排気ガス中の酸素濃度に応じた検出信号を出力するガス検出素子110を内蔵する。センサキャップ200は、ガスセンサ本体100に取り付けられ、自身の備えるキャップ端子210がガス検出素子110に電気的に接続されて、ガス検出素子110から出力された出力信号を、外部装置(例えば、エンジンコントロールユニット(ECU))に伝送する。   As shown in FIG. 5, the gas sensor unit 300 includes a gas sensor main body 100 and a sensor cap 200 that is detachably attached to the gas sensor main body 100 on the rear end side of the gas sensor main body 100. The gas sensor main body 100 includes a gas detection element 110 that is exposed to exhaust gas and outputs a detection signal corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas. The sensor cap 200 is attached to the gas sensor main body 100, and a cap terminal 210 provided in the sensor cap 200 is electrically connected to the gas detection element 110, and an output signal output from the gas detection element 110 is output to an external device (for example, an engine control). Unit (ECU)).

はじめに、ガスセンサ本体100の構造について、図6を参照して説明する。ガスセンサ本体100は、先端側が閉じられた筒状のガス検出素子110をハウジング162内に配置した構造を有する。ガス検出素子110の後端の内側には、このガス検出素子110の出力する信号を取り出すための接続端子171がはめ込まれている。そして、接続端子171の外周部を取り囲むように、円筒状のセラミック包囲体164が設けられている。セラミック包囲体164は、ガス検出素子110の後端側の外周部ごと接続端子171を取り囲んでいる。接続端子171には、後述するキャップ端子210(図5参照)が接続される。   First, the structure of the gas sensor main body 100 will be described with reference to FIG. The gas sensor main body 100 has a structure in which a cylindrical gas detection element 110 whose front end is closed is disposed in a housing 162. A connection terminal 171 for taking out a signal output from the gas detection element 110 is fitted inside the rear end of the gas detection element 110. A cylindrical ceramic enclosure 164 is provided so as to surround the outer periphery of the connection terminal 171. The ceramic enclosure 164 surrounds the connection terminal 171 together with the outer peripheral portion on the rear end side of the gas detection element 110. A cap terminal 210 (see FIG. 5) described later is connected to the connection terminal 171.

ハウジング162は、主体金具121、及びプロテクタ122を有している。主体金具121は、例えばSUS430等からなり、略円筒状に形成されている。この主体金具121の先端部の外周面には、ガスセンサ本体100を排気経路Hに取り付けるためのねじ部124が形成されている。ねじ部124の後端側には、ねじ部124を排気経路Hに螺合するための取り付工具を係合させる取付部129が設けられている。   The housing 162 has a metal shell 121 and a protector 122. The metal shell 121 is made of, for example, SUS430 or the like, and is formed in a substantially cylindrical shape. A screw portion 124 for attaching the gas sensor main body 100 to the exhaust path H is formed on the outer peripheral surface of the front end portion of the metal shell 121. On the rear end side of the screw portion 124, an attachment portion 129 for engaging with a mounting tool for screwing the screw portion 124 into the exhaust path H is provided.

また、主体金具121の筒孔は、3段の段違い形状をなしており、先端側の部位が、最小の内径を有する先端筒孔128として形成されている。そして、筒孔の後端側の部位は、最大の内径を有する後端筒孔125として形成され、先端筒孔128と後端筒孔125との間に、両者の中間の内径を有する中間筒孔127が形成されている。   Moreover, the cylindrical hole of the metal shell 121 has a three-stage uneven shape, and the distal end portion is formed as a distal cylindrical hole 128 having a minimum inner diameter. The rear end portion of the cylinder hole is formed as a rear end cylinder hole 125 having the maximum inner diameter, and an intermediate cylinder having an intermediate inner diameter between the front end cylinder hole 128 and the rear end cylinder hole 125. A hole 127 is formed.

後端筒孔125は、セラミック包囲体164の先端部141の外周を取り囲む位置に配置されている。また、後端筒孔125と中間筒孔127との間の段部は、充填材受け部126として構成され、この充填材受け部126と後端筒孔125にかけての筒孔の内周と、ガス検出素子110の外周との間隙に、充填材102が充填される。   The rear end cylindrical hole 125 is disposed at a position surrounding the outer periphery of the front end portion 141 of the ceramic enclosure 164. Further, the step portion between the rear end cylindrical hole 125 and the intermediate cylindrical hole 127 is configured as a filler receiving portion 126, and the inner periphery of the cylindrical hole extending from the filler receiving portion 126 to the rear end cylindrical hole 125; A filler 102 is filled in a gap with the outer periphery of the gas detection element 110.

中間筒孔127は、ガス検出素子110の後述する鍔部112が配置される位置に形成されている。そして、中間筒孔127と先端筒孔128との間の段部は、鍔受け部123として構成されている。この鍔受け部123によって、ガス検出素子110の鍔部112が支持される。また、先端筒孔128は、ガス検出素子110を囲う位置に形成されている。   The intermediate cylinder hole 127 is formed at a position where a later-described flange portion 112 of the gas detection element 110 is disposed. A step portion between the intermediate tube hole 127 and the tip tube hole 128 is configured as a flange receiving portion 123. The collar portion 112 of the gas detection element 110 is supported by the collar receiving portion 123. The distal end cylindrical hole 128 is formed at a position surrounding the gas detection element 110.

主体金具121の先端には、プロテクタ122が取り付けられている。プロテクタ122は、有底筒状とされ、主体金具121から露出するガス検出素子110の後述する検出部111(特許請求の範囲の先端部に相当)を覆って保護している。プロテクタ122は、排気経路H内の排気ガスをプロテクタ122の内部に導入させ、ガス検出素子110と接触させるための開口を有している。   A protector 122 is attached to the tip of the metal shell 121. The protector 122 has a bottomed cylindrical shape, and covers and protects a detection unit 111 (corresponding to a distal end portion of claims), which will be described later, of the gas detection element 110 exposed from the metal shell 121. The protector 122 has an opening for introducing the exhaust gas in the exhaust path H into the protector 122 and bringing it into contact with the gas detection element 110.

図6に示すように、ハウジング162の内部に保持されているガス検出素子110は、先端が閉じられた有底筒状をなしており、ジルコニアを主成分とする固体電解質を基体113とする。このガス検出素子110の外周には、径方向外向きに突出した鍔部112が設けられている。ガス検出素子110は、この鍔部112の先端側を向く面(以下、「先端向き面」という)と、主体金具121の鍔受け部123との間に、金属製のパッキン101を介した状態で、主体金具121内に配置されている。   As shown in FIG. 6, the gas detection element 110 held inside the housing 162 has a bottomed cylindrical shape with a closed tip, and a solid electrolyte mainly composed of zirconia is used as the base 113. On the outer periphery of the gas detection element 110, a flange portion 112 protruding outward in the radial direction is provided. The gas detection element 110 is in a state where a metal packing 101 is interposed between a surface facing the distal end side of the flange portion 112 (hereinafter referred to as “front end facing surface”) and the flange receiving portion 123 of the metal shell 121. Thus, it is arranged in the metal shell 121.

ガス検出素子110の鍔部112よりも先端側には検出部111が配置され、鍔部112よりも後端側は後端部115として構成されている。検出部111は、主体金具121から露出し、排気ガスに晒されて、排気ガス中の酸素濃度を検出する。後端部115は、略同一の外径で筒状に延びている。検出部111の外周面には、Pt、あるいはPt合金をメッキすることにより形成された検知電極(外側電極)151が設けられている。検知電極151は、鍔部112の先端向き面に電気的に接続しており、さらに、金属製のパッキン101を介して、主体金具121に電気的に接続されている。よって、検知電極151の電位は、主体金具121から取り出すことができる。検出部111の表面は、耐熱性セラミックスからなる多孔質状の電極保護層(図示省略)で覆われている。   The detection unit 111 is disposed on the front end side of the gas detection element 110 with respect to the flange portion 112, and the rear end side of the gas detection portion 112 is configured as a rear end portion 115. The detection unit 111 is exposed from the metal shell 121 and exposed to the exhaust gas, and detects the oxygen concentration in the exhaust gas. The rear end 115 extends in a cylindrical shape with substantially the same outer diameter. A detection electrode (outer electrode) 151 formed by plating Pt or a Pt alloy is provided on the outer peripheral surface of the detection unit 111. The detection electrode 151 is electrically connected to the tip-facing surface of the flange portion 112, and is further electrically connected to the metal shell 121 via the metal packing 101. Therefore, the potential of the detection electrode 151 can be taken out from the metal shell 121. The surface of the detection unit 111 is covered with a porous electrode protection layer (not shown) made of heat-resistant ceramic.

基体113の内周側には、内周面を被覆するように基準電極(内側電極)155が設けられている。基準電極155は、ガス検出素子110の内周面全体を、Pt、あるいはPt合金でメッキすることによって形成されている。この基準電極155と検知電極151とは、固体電解質体である基体113を挟んで互いに対応する位置に配置されており、この部分が、排気ガス中の酸素濃度を検知するガス検知部として機能する。   A reference electrode (inner electrode) 155 is provided on the inner peripheral side of the base 113 so as to cover the inner peripheral surface. The reference electrode 155 is formed by plating the entire inner peripheral surface of the gas detection element 110 with Pt or a Pt alloy. The reference electrode 155 and the detection electrode 151 are disposed at positions corresponding to each other with the base 113 that is a solid electrolyte body interposed therebetween, and this portion functions as a gas detection unit that detects the oxygen concentration in the exhaust gas. .

また、セラミック粉末からなる充填材102が、ガス検出素子110の後端部115の外周面と、主体金具121の、充填材受け部126から後端筒孔125にかけての内周面との間に充填されている。   Further, the filler 102 made of ceramic powder is between the outer peripheral surface of the rear end portion 115 of the gas detection element 110 and the inner peripheral surface of the metal shell 121 from the filler receiving portion 126 to the rear end cylindrical hole 125. Filled.

そして、その充填材102の後端側には、前述したセラミック包囲体164が配置されている。セラミック包囲体164は、絶縁性のセラミックから筒状に形成されたものであり、セラミック包囲体164の先端部141は、径方向外側に突出している。先端部141は、ガス検出素子110の後端部115の外周面と、後端筒孔125の内周面との間で、充填材102の後端の位置に介在するように配置されている。先端部141の後端向き面には、パッキン104が配置され、主体金具121の後端に形成されたかしめ部131が先端に向かってかしめられることにより、パッキン104を介して先端部141が充填材102に対し押し付けられる。これにより、主体金具121の内周面と、ガス検出素子110の外周面との間隙が、充填材102によって、気密に埋められている。このようにして、ガス検出素子110は、鍔受け部123とかしめ部131との間に挟まれた各部材を介し、主体金具121の内部に保持されている。   The ceramic enclosure 164 described above is disposed on the rear end side of the filler 102. The ceramic enclosure 164 is formed in a cylindrical shape from an insulating ceramic, and the tip portion 141 of the ceramic enclosure 164 protrudes outward in the radial direction. The front end portion 141 is disposed between the outer peripheral surface of the rear end portion 115 of the gas detection element 110 and the inner peripheral surface of the rear end cylindrical hole 125 so as to be interposed at the rear end position of the filler 102. . The packing 104 is disposed on the surface facing the rear end of the front end 141, and the front end 141 is filled via the packing 104 by caulking the portion 131 formed at the rear end of the metal shell 121 toward the front end. It is pressed against the material 102. As a result, the gap between the inner peripheral surface of the metal shell 121 and the outer peripheral surface of the gas detection element 110 is hermetically filled with the filler 102. In this way, the gas detection element 110 is held inside the metal shell 121 via each member sandwiched between the flange receiving portion 123 and the caulking portion 131.

また、ガス検出素子110の筒孔内の後端側には、接続端子171が挿入されている。接続端子171は、略筒状をなし、先端側に基準電極155と接続する電極接触部172が設けられ、後端側にキャップ端子210(後述)と接続するキャップ接続部173が形成されている。   Further, a connection terminal 171 is inserted on the rear end side in the cylindrical hole of the gas detection element 110. The connection terminal 171 has a substantially cylindrical shape, an electrode contact portion 172 connected to the reference electrode 155 is provided on the front end side, and a cap connection portion 173 connected to a cap terminal 210 (described later) is formed on the rear end side. .

次に、本発明の主要部であるプロテクタ122について説明する。図7に示すように、プロテクタ122は、側壁部450及び底部451を有する一重の筒状体からなり、側壁部450には、軸線O方向先端側であり、プロテクタ122の周方向に沿って配設された複数の先端側開口452(本実施形態では6個)と、当該先端側開口452より軸線O方向後端側であり、プロテクタ122の周方向に沿って配設された複数の後端側開口453(本実施形態では3個)を具備している。また、本実施形態では、先端側開口452の開口面積を約3mm、後端側開口453の開口面積を約9mmとしているため、後端側開口453のすべてが、先端側開口452のそれぞれの開口面積よりも開口面積が大きくされている。つまり、本実施形態では、後端側開口453のすべてが第1後端側開口453となっている。第2実施形態では、先端側開口452は円形状とされており、後端側開口453は、軸線O方向と直交する周方向に沿う方向を長軸とする長穴状とされている。また、底部451には、開口454を有している。 Next, the protector 122 which is the main part of the present invention will be described. As shown in FIG. 7, the protector 122 is composed of a single cylindrical body having a side wall portion 450 and a bottom portion 451, and the side wall portion 450 is disposed at the front end side in the axis O direction and is arranged along the circumferential direction of the protector 122. A plurality of front end openings 452 (six in the present embodiment) provided, and a plurality of rear ends disposed on the rear end side in the axis O direction from the front end openings 452 and disposed along the circumferential direction of the protector 122 Side openings 453 (three in this embodiment) are provided. In this embodiment, since the opening area of the front end side opening 452 is about 3 mm 2 and the opening area of the rear end side opening 453 is about 9 mm 2 , all of the rear end side openings 453 are each of the front end side openings 452. The opening area is larger than the opening area. That is, in the present embodiment, all of the rear end side openings 453 are the first rear end side openings 453. In the second embodiment, the front end side opening 452 has a circular shape, and the rear end side opening 453 has a long hole shape whose major axis is a direction along the circumferential direction orthogonal to the axis O direction. In addition, the bottom 451 has an opening 454.

上記構成のプロテクタ122を用いることで、第1後端側開口453に対応するガス検出素子の後端側部位にさらされる排気ガスの容量を増加させることができる。その結果、第1後端側開口453を通過する排気ガスの温度が低くても、ガス検出素子110に加わる熱量を増やすことができ、ガス検出素子110を良好に加熱することができる。   By using the protector 122 configured as described above, it is possible to increase the capacity of the exhaust gas exposed to the rear end portion of the gas detection element corresponding to the first rear end opening 453. As a result, even if the temperature of the exhaust gas passing through the first rear end side opening 453 is low, the amount of heat applied to the gas detection element 110 can be increased, and the gas detection element 110 can be heated favorably.

また、上記構成のプロテクタ122を用いることで、第1後端側開口453を通過する排気ガスの容量を増加させることができ、第1後端側開口453に対応するガス検出素子110の後端側部位に接触する排気ガスの容量を増加させることができる。よって、先端側部位よりも体積が大きいガス検出素子110の後端側部位であっても、ガス検出素子110に加わる熱量を増やすことができ、ガス検出素子110を良好に加熱することができる。   Further, by using the protector 122 having the above-described configuration, the capacity of exhaust gas passing through the first rear end side opening 453 can be increased, and the rear end of the gas detection element 110 corresponding to the first rear end side opening 453. The capacity of the exhaust gas that contacts the side portion can be increased. Therefore, even in the rear end portion of the gas detection element 110 having a larger volume than the front end portion, the amount of heat applied to the gas detection element 110 can be increased and the gas detection element 110 can be heated satisfactorily.

さらに、上記構成のプロテクタ122を用いることによって、上流側からプロテクタ122内に入り込んだ排気ガスが、プロテクタ122内において下流側にまで廻り込み、ガス検出素子110の検出部を周方向から全体的に排気ガスによって加熱することが可能となる。この結果、より短時間でガス検出素子110の検出部の温度を排気ガスによって上昇させることができ、より短時間でガス濃度の検出を開始することができる。   Further, by using the protector 122 having the above-described configuration, the exhaust gas that has entered the protector 122 from the upstream side travels to the downstream side in the protector 122, and the detection unit of the gas detection element 110 is entirely moved from the circumferential direction. It becomes possible to heat with exhaust gas. As a result, the temperature of the detection part of the gas detection element 110 can be raised by the exhaust gas in a shorter time, and the detection of the gas concentration can be started in a shorter time.

また、図7に示すように、ガス検出素子110の検出部111は、先端側開口452及び第1後端側開口453に露出している。これは、言い換えると、先端側開口452及び第1後端側開口453の開口内を視認した時に、ガス検出素子110の検出部111を見ることができることを指す。これにより、先端側開口452及び第1後端側開口453のそれぞれを通過する排気ガスを、効率よくガス検出素子110にさらすことができる。その結果、ガス検出素子110に加わる熱量を効率良く増やすことができ、ガス検出素子110を効率良く加熱することができる。   As shown in FIG. 7, the detection unit 111 of the gas detection element 110 is exposed to the front end side opening 452 and the first rear end side opening 453. In other words, this means that the detection unit 111 of the gas detection element 110 can be seen when the insides of the front end side opening 452 and the first rear end side opening 453 are visually recognized. Thereby, the exhaust gas passing through each of the front end side opening 452 and the first rear end side opening 453 can be efficiently exposed to the gas detection element 110. As a result, the amount of heat applied to the gas detection element 110 can be increased efficiently, and the gas detection element 110 can be efficiently heated.

また、第1後端側開口453の総開口面積は約27mm(約9mm×3個)であり、先端側開口452の総開口面積約18mm(約3mm×6個)よりも大きいことが好ましい。これにより、ガス検出素子110に加わる熱量をより増やすことができ、ガス検出素子110をより良好に加熱することができる。 Further, the total opening area of the first rear end side opening 453 is about 27 mm 2 (about 9 mm 2 × 3 pieces), which is larger than the total opening area of the front end side opening 452 of about 18 mm 2 (about 3 mm 2 × 6 pieces). It is preferable. Thereby, the amount of heat applied to the gas detection element 110 can be increased, and the gas detection element 110 can be heated more favorably.

また、第1後端側開口453が軸線方向に直行する方向を長軸とする長穴状に形成されていることにより、第1後端側開口453を排気経路Hの上流側に向けた際に、より多くの排気ガスが第1後端側開口453を通過することが可能となる。その結果、ガス検出素子110を良好に加熱することができる。   Further, when the first rear end side opening 453 is formed in the shape of a long hole whose major axis is the direction orthogonal to the axial direction, the first rear end side opening 453 is directed to the upstream side of the exhaust path H. In addition, more exhaust gas can pass through the first rear end opening 453. As a result, the gas detection element 110 can be heated satisfactorily.

また、図7に示すように、第1後端側開口453の長軸長さL3は、第1後端側開口453に対応するガス検出素子110の検出部111の部位の最大幅L4よりも大きくなっている。つまり、図7に示すように、第1後端側開口453の開口内を視認した時に、第1後端側開口453に検出部111の幅方向の全部位が視認できることを指す。これにより、第1後端側開口453を通過し、ガス検出素子110にさらされる排気ガスの容量を増加させることができる。その結果、第1後端側開口453を通過する排気ガスの温度が低く、且つ、ガス検出素子110の後端側部位の体積が大きくても、ガス検出素子110に加わる熱量を増やすことができ、ガス検出素子110を良好に加熱することができる。   Further, as shown in FIG. 7, the major axis length L3 of the first rear end side opening 453 is larger than the maximum width L4 of the portion of the detection unit 111 of the gas detection element 110 corresponding to the first rear end side opening 453. It is getting bigger. That is, as shown in FIG. 7, when the inside of the opening of the first rear end side opening 453 is visually recognized, all the parts in the width direction of the detection unit 111 can be visually recognized in the first rear end side opening 453. Thereby, the capacity of the exhaust gas that passes through the first rear end side opening 453 and is exposed to the gas detection element 110 can be increased. As a result, even if the temperature of the exhaust gas passing through the first rear end side opening 453 is low and the volume of the rear end side portion of the gas detection element 110 is large, the amount of heat applied to the gas detection element 110 can be increased. The gas detection element 110 can be heated satisfactorily.

また、先端側開口452及び第1後端側開口453は、それぞれプロテクタ122の周方向に沿って等間隔に配置されている。よって、ガスセンサユニット300を排気経路Hに取り付けた際に、先端側開口452及び第1後端側開口453は、排気経路Hの上流側に向くプロテクタ122の側壁部450に設けられている。これにより、排気経路Hを流れる排気ガスを、効率よく先端側開口452及び第1後端側開口453のそれぞれに通過させることができる。その結果、ガス検出素子110に加わる熱量を効率良く増やすことができ、ガス検出素子110を効率良く加熱することができる。   In addition, the front end side opening 452 and the first rear end side opening 453 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the protector 122. Therefore, when the gas sensor unit 300 is attached to the exhaust path H, the front end side opening 452 and the first rear end side opening 453 are provided on the side wall portion 450 of the protector 122 facing the upstream side of the exhaust path H. Thereby, the exhaust gas flowing through the exhaust path H can be efficiently passed through the front end side opening 452 and the first rear end side opening 453. As a result, the amount of heat applied to the gas detection element 110 can be increased efficiently, and the gas detection element 110 can be efficiently heated.

なお、プロテクタ122においては、複数の後端側開口453のうち、少なくとも一部の後端側開口453が、先端側開口452よりも開口面積が大きくされている第1後端側開口453を有していればよく、その形状は図7に示す形状以外のものであってもよい。また、プロテクタ122の底部451は、底面全てを覆うものであっても、図6に示すように底面に開口454を有する構成のものであってもよい。   In the protector 122, at least a part of the rear end side openings 453 among the plurality of rear end side openings 453 has the first rear end side opening 453 having an opening area larger than that of the front end side opening 452. The shape may be other than the shape shown in FIG. Further, the bottom portion 451 of the protector 122 may cover the entire bottom surface, or may have a configuration having an opening 454 on the bottom surface as shown in FIG.

次に、センサキャップ200の構造について、図5を参照して説明する。センサキャップ200は、ガスセンサ本体100の後端側を包囲する包囲部材220とガスセンサ本体100に電気的に接続されるキャップ端子210と、キャップ端子210にかしめ固定されるリード線260と、フィルタ部材250とを備える。   Next, the structure of the sensor cap 200 will be described with reference to FIG. The sensor cap 200 includes a surrounding member 220 that surrounds the rear end side of the gas sensor main body 100, a cap terminal 210 that is electrically connected to the gas sensor main body 100, a lead wire 260 that is caulked and fixed to the cap terminal 210, and a filter member 250. With.

まず、包囲部材220について説明する。包囲部材220は、絶縁性のフッ素系ゴムを中空状に形成したものである。包囲部材220は、後端側(図中、上側)が閉じられた有底筒状のセンサ包囲部221と、センサ包囲部221の後端側から径方向に突出するフィルタ包囲部222と、センサ包囲部221の後端側からフィルタ包囲部222とは反対側に突出するリード線包囲部223とを有する。   First, the surrounding member 220 will be described. The surrounding member 220 is made of insulating fluorine-based rubber formed in a hollow shape. The surrounding member 220 includes a bottomed cylindrical sensor surrounding portion 221 whose rear end side (upper side in the drawing) is closed, a filter surrounding portion 222 that projects radially from the rear end side of the sensor surrounding portion 221, and a sensor. A lead wire surrounding portion 223 that protrudes from the rear end side of the surrounding portion 221 to the side opposite to the filter surrounding portion 222 is provided.

センサ包囲部221は、センサキャップ200がガスセンサ本体100に取り付けられた状態において、ガスセンサ本体100の後端側を包囲する。センサ包囲部221は略筒状に形成されている。センサ包囲部221の内壁227には、センサキャップ200をガスセンサ本体100に取り付ける際に、ガスセンサ本体100の後端を自身の筒孔の中央に案内するためのテーパ状の段差が設けられている。   The sensor surrounding portion 221 surrounds the rear end side of the gas sensor main body 100 in a state where the sensor cap 200 is attached to the gas sensor main body 100. The sensor surrounding part 221 is formed in a substantially cylindrical shape. The inner wall 227 of the sensor surrounding part 221 is provided with a tapered step for guiding the rear end of the gas sensor main body 100 to the center of its cylinder hole when the sensor cap 200 is attached to the gas sensor main body 100.

また、センサ包囲部221内には、ガスセンサ本体100の接続端子171を介してガス検出素子110の基準電極155との導通を図るキャップ端子210が配置されている。キャップ端子210は、センサ包囲部221内で、センサ包囲部221の筒孔の底部側(図中、上側)から開放部側(図中、下側)へ向けて突出するセンサ接続部256を有する。このセンサ接続部256が、接続端子171のキャップ接続部173内に挿入され、接続端子171との間で電気的な接続をなす。センサ接続部256は筒状に形成されており、センサ包囲部221内において、自身の筒孔216を介した通気が可能となっている。   In addition, a cap terminal 210 is provided in the sensor surrounding portion 221 so as to be electrically connected to the reference electrode 155 of the gas detection element 110 via the connection terminal 171 of the gas sensor main body 100. The cap terminal 210 has a sensor connecting portion 256 that protrudes from the bottom side (upper side in the drawing) of the cylindrical hole of the sensor surrounding portion 221 toward the open side (lower side in the drawing) within the sensor surrounding portion 221. . The sensor connection portion 256 is inserted into the cap connection portion 173 of the connection terminal 171 and makes an electrical connection with the connection terminal 171. The sensor connecting portion 256 is formed in a cylindrical shape, and ventilation is possible in the sensor surrounding portion 221 through its own cylindrical hole 216.

また、キャップ端子210には、自身をセンサ包囲部221の内壁227に位置決め保持させるための位置決め部255が、センサ接続部256の根本付近に設けられている。位置決め部255は、センサ接続部256の根本から内壁227に向けて環状に形成された環状部211と、環状部211の外縁から、センサ接続部256と同じ側に向けて突出する円筒状に形成された把持部212とを有する。   Further, the cap terminal 210 is provided with a positioning portion 255 for positioning and holding the cap terminal 210 on the inner wall 227 of the sensor surrounding portion 221 near the base of the sensor connecting portion 256. The positioning portion 255 is formed in an annular portion 211 formed in an annular shape from the root of the sensor connecting portion 256 toward the inner wall 227, and in a cylindrical shape protruding from the outer edge of the annular portion 211 toward the same side as the sensor connecting portion 256. Gripping portion 212.

なお、センサ包囲部221の底部(図中、上側)には、キャップ端子210をセンサ包囲部221に装着した状態で、センサ接続部256の筒孔216と後述するフィルタ包囲部222との間で通気が行えるように、溝部299が形成されている。したがって、フィルタ包囲部222から溝部299およびキャップ端子210の筒孔216内を介してセンサ包囲部221の開放部側へ通気可能となっている。   In addition, at the bottom (upper side in the drawing) of the sensor surrounding part 221, the cap terminal 210 is mounted on the sensor surrounding part 221, and between the tube hole 216 of the sensor connecting part 256 and the filter surrounding part 222 described later. A groove portion 299 is formed so as to allow ventilation. Therefore, air can be passed from the filter surrounding part 222 to the open side of the sensor surrounding part 221 through the groove part 299 and the inside of the cylindrical hole 216 of the cap terminal 210.

キャップ端子210と接続されているリード線260は、リード線包囲部223に開口されたリード線挿通孔261からセンサキャップ200の外部に引き出されている。なお、リード線挿通孔261の開口径は、リード線260の径よりも若干小さく形成されている。これにより、リード線挿通孔261とリード線260とが密着し、リード線挿通孔261から空気や水が導入されることを防止できる。   The lead wire 260 connected to the cap terminal 210 is drawn out of the sensor cap 200 from a lead wire insertion hole 261 opened in the lead wire surrounding portion 223. The opening diameter of the lead wire insertion hole 261 is slightly smaller than the diameter of the lead wire 260. As a result, the lead wire insertion hole 261 and the lead wire 260 are in close contact with each other, and air and water can be prevented from being introduced from the lead wire insertion hole 261.

フィルタ包囲部222は、センサ包囲部221の後端側から径方向外側に突出し、略円筒状に形成されている。フィルタ包囲部222は、連通孔230を内部に備える。連通孔230は、センサ包囲部221と包囲部材220の外部とを連通させる。連通孔230内にはフィルタ部材250が配設されている。連通孔230の外側開口部近傍には、径方向内側に向かって突出し、周方向に環状につながるフィルタ押え部235が形成されている。
フィルタ押え部235は、フィルタ部材250が外部に抜け落ちることを防止する。フィルタ部材250は、微細気孔が連続する多孔質構造のPTFEから円柱状に形成されており、水密性及び通気性を有する。
The filter surrounding part 222 protrudes radially outward from the rear end side of the sensor surrounding part 221 and is formed in a substantially cylindrical shape. The filter enclosure 222 includes a communication hole 230 therein. The communication hole 230 allows the sensor surrounding part 221 to communicate with the outside of the surrounding member 220. A filter member 250 is disposed in the communication hole 230. In the vicinity of the outer opening of the communication hole 230, a filter pressing portion 235 that protrudes inward in the radial direction and is annularly connected in the circumferential direction is formed.
The filter retainer 235 prevents the filter member 250 from falling outside. The filter member 250 is formed in a cylindrical shape from PTFE having a porous structure in which fine pores are continuous, and has water tightness and air permeability.

センサキャップ200をガスセンサ本体100に取り付けた状態では、キャップ端子210のセンサ接続部256が接続端子171の内側に挿入され、接続端子171に当接して、キャップ端子210と接続端子171とが電気的に導通する。   In a state where the sensor cap 200 is attached to the gas sensor main body 100, the sensor connection portion 256 of the cap terminal 210 is inserted inside the connection terminal 171, abuts on the connection terminal 171, and the cap terminal 210 and the connection terminal 171 are electrically connected. Conducted to.

また、把持部212とセンサ接続部256との間の隙間に、セラミック包囲体164の後端側が挿入され、セラミック包囲体164の後端面が環状部211に当接する。そして、包囲部材220の内壁227が、セラミック包囲体164の外周面に密着して、セラミック包囲体164を保持する。内壁227とセラミック包囲体164の外周面とが密着することにより、センサキャップ200の下方からセンサキャップ200の内部に大気が導入されることが防止される。これにより、基準電極155は、連通孔230を介して外部から導入された空気とのみ接触する。   Further, the rear end side of the ceramic enclosure 164 is inserted into the gap between the grip portion 212 and the sensor connection portion 256, and the rear end face of the ceramic enclosure 164 contacts the annular portion 211. The inner wall 227 of the surrounding member 220 is in close contact with the outer peripheral surface of the ceramic surrounding body 164 and holds the ceramic surrounding body 164. When the inner wall 227 and the outer peripheral surface of the ceramic enclosure 164 are in close contact with each other, it is possible to prevent air from being introduced into the sensor cap 200 from below the sensor cap 200. As a result, the reference electrode 155 contacts only with air introduced from the outside through the communication hole 230.

次に、上記第2実施形態に係るガスセンサ300を、実施例1として実際に製作し、ライトオフタイムを計測した結果について説明する。ライトオフタイムとは、所定ガス温度を有する排気ガスを排気管内に流し、リッチ雰囲気とリーン雰囲気とを所定周期で交番させた状態において、ガスセンサを排気管内に取付けた時点から、所定のセンサ出力が検出されるまでの時間のことを示している。   Next, the result of actually manufacturing the gas sensor 300 according to the second embodiment as Example 1 and measuring the light-off time will be described. The light-off time means that when a gas sensor is mounted in the exhaust pipe in a state where an exhaust gas having a predetermined gas temperature is caused to flow in the exhaust pipe and the rich atmosphere and the lean atmosphere are alternated in a predetermined cycle, the predetermined sensor output is It shows the time until detection.

例えば、縦軸をセンサ出力、横軸を時間とした図8のグラフにセンサ出力の波形の例を示す。図8の場合、ガスセンサを排気管内に取付けた時点から、例えば、450mVのセンサ出力が検出されるまでの時間がライトオフタイム(T)となる。   For example, a sensor output waveform is shown in the graph of FIG. 8 where the vertical axis represents sensor output and the horizontal axis represents time. In the case of FIG. 8, the time from when the gas sensor is mounted in the exhaust pipe until the sensor output of 450 mV is detected is the light-off time (T).

上記のライトタイムを、実施例1及び比較例1〜3について、夫々5つの試料を測定した結果を、縦軸をライトオフタイムとした図9のグラフに示す。比較例1は、先端側開口と後端側開口の開口面積が等しく、その形状も同一なプロテクタを有する従来のガスセンサについての測定結果である。比較例2は、プロテクタ無しとしたガスセンサについての測定結果である。比較例3は、実施例とは逆に、後端側開口の開口面積より先端側開口の開口面積が大きいプロテクタを有するガスセンサについての測定結果である。なお、図9中にプロテクタの形状を模式的に示してある。
その結果、図9のグラフに示されるように、実施例1では、比較例1〜3に比べて、明らかにライトオフタイムを短くすることができた。
FIG. 9 is a graph in which the above-mentioned light time is measured for five samples for Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, and the vertical axis is the light-off time. Comparative Example 1 is a measurement result for a conventional gas sensor having a protector having the same opening area and the same opening area at the front end side opening and the rear end side opening. The comparative example 2 is a measurement result about the gas sensor without a protector. In contrast to the example, Comparative Example 3 is a measurement result of a gas sensor having a protector in which the opening area of the front end side opening is larger than the opening area of the rear end side opening. FIG. 9 schematically shows the shape of the protector.
As a result, as shown in the graph of FIG. 9, in Example 1, the light-off time could be clearly shortened as compared with Comparative Examples 1 to 3.

次に、図11に示すように、ガス検出素子の先端内側部Aにおいて、温度を測定した結果を、縦軸を温度とした図10のグラフに示す。この温度測定では、所定ガス温度を有する排気ガス排気管内に流し、この排気管にガスセンサを取付けた時(0秒)から60秒後の温度を測定した。実施例1、比較例1〜3は、上記したライトオフタイムの計測の場合と同様であり、実施例2は、図1〜3に示した第1実施形態のガスセンサを実際に作成したものである。図10のグラフに示されるとおり、実施例1、実施例2では、比較例1〜3に比べてガス検出素子の先端内側部Aにおける温度も高くなっていた。   Next, as shown in FIG. 11, the result of measuring the temperature at the tip inner side A of the gas detection element is shown in the graph of FIG. In this temperature measurement, the gas was passed through an exhaust gas exhaust pipe having a predetermined gas temperature, and the temperature 60 seconds after the gas sensor was attached to this exhaust pipe (0 second) was measured. Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 are the same as in the case of the above-described measurement of the light-off time, and Example 2 is an actual gas sensor of the first embodiment shown in FIGS. is there. As shown in the graph of FIG. 10, in Example 1 and Example 2, the temperature at the tip inner portion A of the gas detection element was also higher than in Comparative Examples 1 to 3.

なお、本発明は、上述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。
たとえば、第1実施形態および第2実施形態の第1後端側開口153、453は、それぞれ軸線O方向に沿う方向、もしくは軸O方向に垂直な方向を長軸とした長穴状としたが、これに限られることなく、円形状、または楕円形状、さらには、多角形状であってもよい。
また、第1実施形態および第2実施形態では、先端側開口152、452、および後端側開口153、453の2列の複数の開口を有していたが、これに限られることなく、3列以上の開口をプロテクタ15、122に有していてもよい。この場合、例えば、相対的に先端側に設けられ、周方向に沿う複数の開口を先端側開口とし、それよりも後端側に設けられた1つの列であって、周方向に沿う複数の開口を後端側開口とすればよい。
さらには、第1実施形態および第2実施形態では、後端側開口153、453のすべてが第1後端側開口153、453としていたが、これに限られることなく、後端側開口153、453の一部を第1後端側開口153、453としてもよい。この場合、側壁部150、450のうち流路(例えば、第2実施形態の排気経路H)の上流側に向く部位に設けられていることが、より多くの排気ガスをプロテクタ15、122内に取り込むことができ、好ましい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and it is needless to say that various modifications are possible.
For example, the first rear end side openings 153 and 453 of the first embodiment and the second embodiment are each in the shape of a long hole whose major axis is the direction along the axis O direction or the direction perpendicular to the axis O direction. However, the shape is not limited to this, and may be circular, elliptical, or polygonal.
Further, in the first embodiment and the second embodiment, the front end side openings 152 and 452 and the rear end side openings 153 and 453 have a plurality of openings, but the present invention is not limited to this. The protectors 15 and 122 may have more than one row of openings. In this case, for example, a plurality of openings provided relatively on the front end side and extending in the circumferential direction are referred to as front end side openings, and one row provided on the rear end side from the plurality of openings. The opening may be a rear end side opening.
Furthermore, in 1st Embodiment and 2nd Embodiment, although all the rear-end side opening 153,453 was 1st rear-end side opening 153,453, it is not restricted to this, The rear-end side opening 153, Part of 453 may be used as the first rear end side openings 153 and 453. In this case, it is provided in the site | part which faces the upstream of the flow path (for example, exhaust path H of 2nd Embodiment) among the side wall parts 150 and 450, and more exhaust gas is put in protector 15 and 122 in it. It is possible to take in and is preferable.

1……ガスセンサ、3……ガス検出素子、5……セパレータ、7……閉塞部材、9……端子金具、11……リード線、13……主体金具、15……プロテクタ、17……外筒、19……保護外筒、20……ケーシング、150……側壁部、151……底部、152……先端側開口、153……後端側開口(第1後端側開口)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas sensor, 3 ... Gas detection element, 5 ... Separator, 7 ... Closure member, 9 ... Terminal metal fitting, 11 ... Lead wire, 13 ... Main metal fitting, 15 ... Protector, 17 ... Outside Cylinder, 19 ... protective outer cylinder, 20 ... casing, 150 ... side wall, 151 ... bottom, 152 ... front end side opening, 153 ... rear end side opening (first rear end side opening).

Claims (10)

軸線方向に伸びると共に、先端側が閉塞された有底筒状の固体電解質体からなる素子本体と、該素子本体の内側及び外側に設けられた内側電極及び外側電極と、を備えたガス検出素子と、
前記ガス検出素子を、当該ガス検出素子の先端部が突出した状態で、前記軸線方向に貫通する貫通孔内に保持する筒状のケーシングと、
前記ケーシングに配設され、前記ガス検出素子の先端部の周囲を囲むプロテクタを具備し、
加熱用ヒータを具備しないガスセンサであって、
前記プロテクタは、側壁部及び底部を有する一重の筒状体からなり、当該筒状体の前記側壁部には、軸線方向先端側であり、且つ周方向に沿って複数個配設された先端側開口と、当該先端側開口よりも軸線方向後端側であり、且つ周方向に沿って、前記先端側開口とは分けて、複数個配設された後端側開口を具備し、
前記後端側開口は、前記先端側開口のそれぞれの開口面積よりも開口面積が大きい第1後端側開口を有するとともに、
前記プロテクタは、前記貫通孔内にて前記ケーシングと係合すると共に、前記ケーシングの先端側内面と前記ガス検出素子の外周面との間を延出してなり、
前記第1後端側開口の一部が、前記ケーシングの内部に入り込むように配設されている
ことを特徴とするガスセンサ。
A gas detection element comprising: an element body made of a bottomed cylindrical solid electrolyte body extending in the axial direction and closed at the tip end; and an inner electrode and an outer electrode provided inside and outside the element body; ,
A cylindrical casing that holds the gas detection element in a through-hole penetrating in the axial direction in a state in which a tip portion of the gas detection element protrudes;
A protector disposed in the casing and surrounding the periphery of the tip of the gas detection element;
A gas sensor without a heater for heating,
The protector is composed of a single cylindrical body having a side wall and a bottom, and the side wall of the cylindrical body is at the front end side in the axial direction, and a plurality of front end sides are arranged along the circumferential direction. An opening, a rear end side in the axial direction from the front end side opening, and a plurality of rear end openings provided separately from the front end side opening along the circumferential direction;
The rear end opening is configured to have a respective first end side opening aperture area is larger than the opening area of the tip side opening,
The protector is engaged with the casing in the through hole, and extends between the inner surface on the front end side of the casing and the outer peripheral surface of the gas detection element,
A part of said 1st rear end side opening is arrange | positioned so that it may enter the inside of the said casing, The gas sensor characterized by the above-mentioned.
請求項1記載のガスセンサであって、
前記プロテクタを前記軸線方向に垂直な径方向にて見たときに、前記ガス検出素子の前記先端部は、前記先端側開口及び前記第1後端側開口に露出する
ことを特徴とするガスセンサ。
The gas sensor according to claim 1,
When the protector is viewed in a radial direction perpendicular to the axial direction, the distal end portion of the gas detection element is exposed to the distal end side opening and the first rear end side opening.
請求項1又は請求項2記載のガスセンサであって、
前記後端側開口の総開口面積は、前記先端側開口の総開口面積よりも大きい
ことを特徴とするガスセンサ。
The gas sensor according to claim 1 or 2,
A gas sensor, wherein a total opening area of the rear end side opening is larger than a total opening area of the front end side opening.
請求項1〜3いずれか1項記載のガスセンサであって、
前記第1後端側開口は、前記軸線方向に沿う方向を長軸とする長穴状に形成されている
ことを特徴とするガスセンサ。
The gas sensor according to any one of claims 1 to 3,
The first rear end side opening is formed in an elongated hole shape having a major axis in a direction along the axial direction.
請求項4記載のガスセンサであって、
前記第1後端側開口の前記長軸長さは、前記ガス検出素子の前記先端部の前記軸線方向長さの50%以上である
ことを特徴とするガスセンサ。
The gas sensor according to claim 4, wherein
The gas sensor according to claim 1, wherein the major axis length of the first rear end side opening is 50% or more of the axial length of the tip portion of the gas detection element.
請求項1〜3いずれか1項記載のガスセンサであって、
前記第1後端側開口は、前記プロテクタの周方向に沿う方向を長軸とする長穴状に形成されている
ことを特徴とするガスセンサ。
The gas sensor according to any one of claims 1 to 3,
The first rear end side opening is formed in an elongated hole shape having a major axis in a direction along a circumferential direction of the protector.
請求項6記載のガスセンサであって、
前記第1後端側開口の前記長軸長さは、前記第1後端側開口に対応する前記ガス検出素子の部位の最大幅よりも大きい
ことを特徴とするガスセンサ。
The gas sensor according to claim 6,
The major axis length of the first rear end side opening is larger than the maximum width of the portion of the gas detection element corresponding to the first rear end side opening.
請求項1〜7いずれか1項記載のガスセンサであって、
前記先端側開口が、それぞれ円形状に形成されている
ことを特徴とするガスセンサ。
The gas sensor according to any one of claims 1 to 7,
The gas sensor according to claim 1, wherein each of the front end openings is formed in a circular shape.
請求項1〜8いずれか1項記載のガスセンサであって、
前記第1後端側開口が、前記プロテクタの周方向に沿って等間隔で複数配設されている
ことを特徴とするガスセンサ。
The gas sensor according to any one of claims 1 to 8,
A plurality of the first rear end side openings are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the protector.
請求項1〜いずれか1項記載のガスセンサであって、
前記ガスセンサを流路に取り付けた際に、前記先端側開口及び前記第1後端側開口は、前記流路の上流側に向く前記プロテクタの前記側壁部に少なくとも一部が設けられてなる
ことを特徴とするガスセンサ。
The gas sensor according to any one of claims 1 to 9 ,
When the gas sensor is attached to the flow path, the front end side opening and the first rear end side opening are provided at least partially on the side wall portion of the protector facing the upstream side of the flow path. Characteristic gas sensor.
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