JP6512033B2 - ガスセンサ取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路にガスセンサを取り付けてなるガスセンサ取付構造に関する。

内燃機関の吸気通路には、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサとして、例えば、吸入ガスの酸素濃度を検出する酸素センサが取り付けられている。内燃機関には、例えば、ＥＧＲ装置（排気再循環装置）やＰＣＶ装置（ブローバイガス還元装置）が設けられている。そして、これらによって還流された排ガス（ＥＧＲガス、ＰＣＶガス）が、外部から新たに導入された空気と混合されて、内燃機関の燃焼室に導入される。この吸入ガス中の酸素濃度を酸素センサによって検出して、ＥＧＲ量の調整やＰＣＶ量の調整にフィードバックすることができるよう構成されている。

このように吸気通路に配設された酸素センサには、吸入ガスがセンサ素子に接触することとなる。そして、吸入ガス中には、カーボンやオイル等からなるデポジットが含まれている。このデポジットがセンサ素子に付着することにより、センサ素子の検出精度に影響するおそれがある。特に、吸入ガスは、排ガスに比べて低温であり、デポジットの粘性が高いため、デポジットがセンサ素子に付着しやすいという問題がある。

また、センサ素子を覆うように素子カバーを適切に設けることにより、センサ素子へのデポジットの付着を低減することは可能であるが、素子カバーにデポジットが付着することにより、素子カバーにおける通気孔を目詰まりさせてしまうことも考えられる。その結果、センサ素子への吸入ガス（被測定ガス）の導入が妨げられ、検出精度が低下するおそれがある。

かかる問題を解決するために、特許文献１に開示された酸素センサは、センサ素子を覆う内側カバーの側部を覆うように、導入孔を有しない無底筒状の外側カバーを設けた構成を有する。これにより、吸入ガスの流れが直接内側カバーに当たることを防ぎ、内側カバーへのデポジットの付着を抑制しようとしている。

特開平１０−２５３５７５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された酸素センサにおいては、外側カバーが内側カバーの全周を覆うように設けられている。そのため、吸入ガス（被測定ガス）がセンサ素子まで円滑に導入されにくく、酸素センサの応答性が低下するおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、ガスセンサの応答性を確保しつつガスセンサへのデポジットの付着を抑制することができるガスセンサ取付構造を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、内燃機関の吸気通路にガスセンサを取り付けてなるガスセンサ取付構造であって、
上記ガスセンサは、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保持する絶縁碍子と、該絶縁碍子を内側に保持するハウジングと、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、上記センサ素子に対して外周側から対向配置された側壁部と、上記センサ素子に対して先端側から対向配置された底壁部とを有し、
上記側壁部には、複数の側面孔が形成され、上記底壁部には底面孔が形成されており、
上記側面孔は、上記センサ素子に設けられた測定電極よりも基端側において周方向の複数個所に配置されており、
上記吸気通路における上記ガスセンサの外周側に隣接する位置には、上記素子カバーの一部を覆う耐熱撥水性樹脂からなる遮蔽板が設けてあり、
該遮蔽板は、軸方向から見たとき、少なくとも上流側から気流方向に対して直交する方向までの角度範囲において、上記素子カバーに対向するように配置されており、かつ、下流側に開放部を有し、
また、上記遮蔽板は、軸方向の先端側にも開放され、上記素子カバーの上記底壁部の全体が、軸方向の先端側に上記遮蔽板から露出していることを特徴とするガスセンサ取付構造にある。

上記ガスセンサ取付構造においては、吸気通路におけるガスセンサの外周側に隣接する位置に、上記遮蔽板が設けてある。そして、遮蔽板は、軸方向から見たとき、少なくとも上流側から気流方向に対して直交する方向までの角度範囲において、上記素子カバーに対向するように配置されている。これにより、吸気通路を通る吸入ガスが直接ガスセンサに当たることを防ぐことができる。それゆえ、吸入ガス中に含まれるデポジットが素子カバーやセンサ素子に付着することを抑制することができる。

また、遮蔽板は、下流側に開放部を有する。それゆえ、吸気通路における遮蔽板の先端側もしくは側方を通過した吸入ガスの一部が、負圧によって開放部からガスセンサ側に向かって流れる。そして、その吸入ガスが、側面孔を通じて素子カバーの内側に導入され、底面孔から素子カバーの外側へ排出される。このように、吸入ガスの一部を、遮蔽板の開放部から側面孔及び底面孔を通じて循環させることができる。そして、センサ素子の測定電極は、素子カバー内において、側面孔よりも先端側であって底面孔よりも基端側の位置に配されているため、吸入ガスが円滑にセンサ素子の測定電極に供給されることとなる。その結果、ガスセンサの応答性を確保することができる。

また、遮蔽板は、耐熱撥水性樹脂からなるため、吸入ガスが遮蔽板に当たっても、デポジットが遮蔽板に堆積することを防ぐことができる。それゆえ、デポジットの堆積による吸入ガスの流れの阻害を防ぐことができる。

以上のごとく、本発明によれば、ガスセンサの応答性を確保しつつガスセンサへのデポジットの付着を抑制することができるガスセンサ取付構造を提供することができる。

実施形態１における、ガスセンサ取付構造の説明図。 実施形態１における、ガスセンサの先端側部分の断面説明図。 実施形態１における、ガスセンサ取付構造の断面説明図。 図３のVI−VI線矢視断面図。 実施形態１における、吸気通路及びガスセンサ取付構造の断面説明図。 実験例１における、平均応答時間の測定結果を示す線図。 実験例２における、平均応答時間の測定結果を示す線図。 実験例３における、デポジット付着量の測定結果を示す線図。 実験例４における、デポジット付着量の測定結果を示す線図。 実験例５における、素子カバーの外周面と遮蔽板の内周面との距離の説明図。 実験例５における、平均応答時間の測定結果を示す線図。 実験例５における、素子カバーの外周面と遮蔽板の開放部の仮想内周面との距離の説明図。 実験例５における、デポジット付着量の測定結果を示す線図。 実験例６における、素子カバーの外周面と遮蔽板の内周面との距離の説明図。 実験例６における、デポジット付着量の測定結果を示す線図。 実験例６における、平均応答時間の測定結果を示す線図。

（実施形態１）
上記ガスセンサ取付構造の実施形態につき、図１〜図５を用いて説明する。
本実施形態のガスセンサ取付構造１は、図１に示すごとく、内燃機関の吸気通路６にガスセンサ１０を取り付けてなる構造である。
ガスセンサ１０は、図２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を内側に保持する絶縁碍子１１と、絶縁碍子１１を内側に保持するハウジング３と、ハウジング３の先端側に配設された素子カバー４とを備えている。

素子カバー４は、センサ素子２に対して外周側から対向配置された側壁部４１と、センサ素子２に対して先端側から対向配置された底壁部４２とを有する。
側壁部４１には、複数の側面孔４３が形成され、底壁部４２には底面孔４４が形成されている。
側面孔４３は、センサ素子２に設けられた測定電極２１よりも基端側において周方向の複数個所に配置されている。

図３に示すごとく、吸気通路６におけるガスセンサ１０の外周側に隣接する位置には、素子カバー４の一部を覆う耐熱撥水性樹脂からなる遮蔽板５が設けてある。
遮蔽板５は、図４、図５に示すごとく、軸方向から見たとき、少なくとも上流側から気流方向Ａに対して直交する方向までの角度範囲において、素子カバー４に対向するように配置されており、かつ、下流側に開放部５０を有する。

なお、気流方向Ａとは、吸気通路６における吸入ガスａの主流の流通方向である。また、吸気通路６内においては、特にガスセンサ１０を配置した部位の付近等においては、吸入ガスａの方向は種々の方向を向くこととなるが、特に断らない限り、気流方向Ａとは、吸入ガスａの主流の方向であり、吸気通路６の形成方向と一致する方向を意味する。また、図４、図５においては、センサ素子２の記載を省略している。
また、ガスセンサ１０において、ガスセンサ１０を吸気通路６に挿入する側を先端側、その反対側を基端側という。

本例のガスセンサ１０は、内燃機関への吸入ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサである。また、ガスセンサ１０は、所定電圧を印加したときに酸素濃度に応じた限界電流が流れるよう構成された限界電流式のガスセンサである。
また、センサ素子２は、複数のセラミック層を積層してなる積層型の素子であり、板棒形状を有する。また、センサ素子２は、ジルコニア等からなる固体電解質体と、該固体電解質体の表面に形成された測定電極２１及び基準電極（図示略）等を有する。また、図２に示すごとく、測定電極２１はセンサ素子２の先端部付近に設けてある。

センサ素子２は、測定電極２１よりも基端側の一部において、絶縁碍子１１の内側に保持されている。また、絶縁碍子１１は金属製のハウジング３の内側に保持されている。ハウジング３は、吸気通路６の管壁６１に取り付けられる取付用ネジ部３１を有する。

図２〜図４に示すごとく、素子カバー４は、側壁部４１を略円筒形状に形成してなり、その先端側に、軸方向に直交するように、底壁部４２が形成されている。側壁部４１には、軸方向の同じ位置に、複数の側面孔４３が、周方向に等間隔に形成されている。側面孔４３は、複数個であれば特に限定されるものではないが、４個以上であることが好ましい。本実施形態においては、側面孔４３は、６個、周方向に等間隔に配置されている。また、底壁部４２には、その中央部に、一つの底面孔４４が形成されている。底面孔４４の個数についても特に限定されるものではなく、複数個形成されていてもよい。また、複数の側面孔４３は軸方向の同じ位置に設けられていることが好ましいが、必ずしもその限りではない。

ガスセンサ１０は、図３に示すごとく、内燃機関用の吸気通路６の管壁６１に設けた取付部に、ハウジング３の取付用ネジ部３１を螺合させることにより、取り付けられている。そして、吸気通路６内において、ガスセンサ１０の外周側に隣接するように、遮蔽板５が配設されている。遮蔽板５は、素子カバー４の側壁部４１に対向するように配設されている。遮蔽板５は、ガスセンサ１０の軸方向に平行に形成されている。

図４に示すごとく、軸方向から見たとき、遮蔽板５は、素子カバー４の側壁部４１と中心軸を共有するような円弧状に形成されている。そして、遮蔽板５は、下流側の一部に開放部５０を有する。本例において、軸方向から見たとき、開放部５０は、６０°以上の角度範囲に形成されており、開放部５０の中心は、ガスセンサ１０の中心Ｃから気流方向Ａの下流側の位置に配されている。
ここで、開放部５０が６０°以上の角度範囲に形成されているとは、軸方向から見たとき、ガスセンサ１０の中心Ｃと開放部５０の両端とをそれぞれ結ぶ一対の直線同士がなす下流側の角度θが、６０°以上であることを意味する。本明細書において、開放部５０が形成された角度範囲とは、この定義に準じて解釈される。また、開放部５０が形成された角度範囲、すなわち上記角度θを、適宜「開放角度θ」という。

本実施形態においては、側面孔４３が周方向に等間隔に６個設けてあることに伴い、開放部５０の開放角度θは６０°以上としている。つまり、側面孔４３の形成個数に応じて、開放部５０の開放角度θの好ましい下限値は異なる。すなわち、側面孔４３が、周方向に等間隔にｎ個（ｎ≧４）設けてあるとして、軸方向から見たとき、遮蔽板５の開放部５０は、３６０°／ｎ以上の角度範囲に形成されていることが好ましい。例えば、側面孔４３の形成個数が４個の場合は、開放部５０の開放角度θは９０°以上が好ましく、側面孔４３の形成個数が８個の場合は、開放部５０の開放角度θは４５°以上が好ましいこととなる。このような開放角度θとすることで、素子カバー４の側面孔４３が開放部５０に１個以上面することとなり、吸入ガスが側面孔４３を通じて素子カバー４の内側に導入されやすくなることとなる。
なお、側面孔４３の形成個数にかかわらず、開放角度θの上限は１８０°である。また、開放部５０は、ガスセンサ１０の軸方向に平行に、同一の幅にて形成されている。

図３に示すごとく、吸気通路６への遮蔽板５の突出長さＫは、吸気通路６への素子カバー４の突出長さＬの０．９〜１．２倍であることが好ましい。より好ましくは、遮蔽板５の突出長さＫを０．９５Ｌ〜１．０５Ｌとする（後述する実験例１及び実験例３参照）。

また、遮蔽板５は、耐熱撥水性樹脂からなるが、遮蔽板５の全体が耐熱撥水性樹脂によって構成されていることが耐久性の観点からは好ましいが、一部が耐熱撥水性樹脂によって構成されていてもよい。後者の場合、遮蔽板５は、例えば、金属からなる本体部の外周面に、耐熱撥水性樹脂がコーティングされた構成とすることができる。また、耐熱撥水性樹脂としては、例えば、ＦＡＳ（パーフルオロアルキル基含有シラン）等の耐熱フッ素系樹脂を用いることができる。

また、素子カバー４には、耐熱撥水性樹脂がコーティングされている。耐熱撥水性樹脂は、素子カバー４の外側面（側壁部４１の外周面及び底壁部４２の先端面）に形成されている。また、耐熱撥水性樹脂は、側面孔４３の周囲にのみ設けてもよい。この耐熱撥水性樹脂も、例えば、ＦＡＳ等の耐熱フッ素系樹脂を用いることができる。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサ取付構造１においては、吸気通路６におけるガスセンサ１０の外周側に隣接する位置に、遮蔽板５が設けてある。そして、遮蔽板５は、軸方向から見たとき、少なくとも上流側から気流方向Ａに対して直交する方向までの角度範囲において、素子カバー４に対向するように配置されている。これにより、吸気通路６を通る吸入ガスが直接ガスセンサ１０に当たることを防ぐことができる。それゆえ、吸入ガス中に含まれるデポジットが素子カバー４やセンサ素子２に付着することを抑制することができる。そして、素子カバー４の側面孔４３をデポジットが塞ぐことを防ぐことができる。

また、遮蔽板５は、下流側に開放部５０を有する。それゆえ、図３、図５に示すごとく、吸気通路６における遮蔽板５の先端側もしくは側方を通過した吸入ガスａの一部が、負圧によって開放部５０からガスセンサ１０側に向かって流れる。そして、その吸入ガスａが、側面孔４３を通じて素子カバー４の内側に導入され、底面孔４４から素子カバー４の外側へ排出される。このように、吸入ガスａの一部を、遮蔽板５の開放部５０から側面孔４３及び底面孔４４を通じて循環させることができる。そして、図３に示すごとく、センサ素子２の測定電極２１は、素子カバー４内において、側面孔４３よりも先端側であって底面孔４４よりも基端側の位置に配されているため、吸入ガスａが円滑にセンサ素子２の測定電極２１に供給されることとなる。その結果、ガスセンサ１０の応答性を確保することができる。

また、遮蔽板５は、耐熱撥水性樹脂からなるため、吸入ガスａが遮蔽板５に当たっても、デポジットが遮蔽板５に堆積することを防ぐことができる。それゆえ、デポジットの堆積による吸入ガスの流れの阻害を防ぐことができる。

また、開放部５０の開放角度θが６０°以上であることにより、ガスセンサ１０の応答性を充分に高くすることができる。この６０°という角度は、本実施形態のように、側面孔４３が周方向に等間隔に６個設けてある場合において、３６０°を６で除した値である。すなわち、軸方向から見たとき、開放部５０が３６０°／ｎ（ｎ：側面孔４３の形成個数）以上の角度範囲に形成されていることにより、開放部５０から素子カバー４に向かう吸入ガスを、側面孔４３から素子カバー４内に円滑に導入することができ、後述する実験例２に示すように、ガスセンサ１０の応答性を充分に高くすることができる。

また、遮蔽板５の突出長さＫを、素子カバー４の突出長さＬの０．９〜１．２倍とすることにより、より効果的に、ガスセンサ１０の応答性を確保しつつガスセンサ１０へのデポジットの付着を抑制することができる。

また、素子カバー４には、耐熱撥水性樹脂がコーティングされているため、素子カバー４の表面にデポジットが接触したとしても、素子カバー４にデポジットが堆積することを効果的に抑制することができる。

以上のごとく、本実施形態によれば、ガスセンサの応答性を確保しつつガスセンサへのデポジットの付着を抑制することができるガスセンサ取付構造を提供することができる。

（実験例１）
本例は、図６に示すごとく、ガスセンサ取付構造１における、遮蔽板５の突出長さＫ（図３参照）が応答性に与える影響につき、評価した例である。
すなわち、上述の実施形態１に示したガスセンサ取付構造１を基本構成として、遮蔽板５の突出長さＫを、０．８５Ｌ〜１．３Ｌの間で振って、それぞれについてガスセンサの応答性の試験を行った。ここで、Ｌは吸気通路６への素子カバー４の突出長さＬである（図３参照）。

遮蔽板５の突出長さＫ以外の構成については、いずれの試料においても同様である。そして、遮蔽板５の開放部５０の開放角度θは、６０°である。また、６個の側面孔４３の形成位置（中心位置）は、素子カバー４の先端から基端側へ（２／３）Ｌの位置であり、各側面孔４３は直径２ｍｍの円形である。また、底面孔４４は直径２．５ｍｍの円形である。また、センサ素子２の測定電極２１は、素子カバー４の先端から基端側へ（１／３）Ｌの位置にその中心が配置されている。また、素子カバー４の直径は、１２ｍｍである。また、遮蔽板５は、素子カバー４の外周面から径方向に、５ｍｍ離れた位置に配置される。

応答性試験については、便宜的に、本来の使用態様とは異なる態様で、ガスセンサ１０を取り付けると共に、ガスセンサ１０の検出信号を処理している。つまり、ガスセンサ１０は、吸気通路ではなく排気管に取り付け、排ガス中の酸素濃度を検出することにより、内燃機関の空燃比（Ａ／Ｆ）を測定して、これを応答性の評価に用いた。

具体的には、それぞれの遮蔽板５をガスセンサ１０と共に、２Ｌの直列４気筒のエンジンの排気管に設置した。ここで、排気管の内径は、５５ｍｍであり、排気管には触媒コンバータを搭載しない状態とした。また、比較のために、遮蔽板を配置せずに、ガスセンサ１０のみを排気管に取り付けた状態でも、試験を行った。

この状態において、回転数１２００回／分、吸入空気量１０ｇ／秒にてエンジンを運転した。そして、エンジンに供給する混合気の空燃比Ａ／Ｆが１５となる状態と、１８となる状態とを複数回にわたって交互に形成した。排気温度は約１６０℃、ガスセンサ１０の素子温度は７４０℃とした。

そしてこのとき、ガスセンサ１０によって実際に測定されるＡ／Ｆの値を調べた。すなわち、時刻ｔ１においてエンジンの空燃比を１５から１８へと移行したとき、ガスセンサ１０によって測定されるＡ／Ｆの値が１５から１８に向かって１０％変動した時点（すなわち、Ａ／Ｆの値が１５．３となる時点）から９０％変動した時点（すなわち、Ａ／Ｆの値が１７．７となる時点）までの時間を応答時間Δｔ１として測定した。

また、時刻ｔ２においてエンジンの空燃比を１８から１５へと移行したとき、ガスセンサ１０によって測定されるＡ／Ｆの値が１８から１５に向かって１０％変動した時点（すなわち、Ａ／Ｆの値が１７．７となる時点）から９０％変動した時点（すなわち、Ａ／Ｆの値が１５．３となる時点）までの時間を応答時間Δｔ２として測定した。
そして、これを複数回繰り返し、複数の応答時間Δｔ１及び複数の応答時間Δｔ２の平均値を算出して各ガスセンサ１０の平均応答時間Ｔとした。

測定結果を、図６に示す。同図から分かるように、Ｋ≦１．２Ｌにおいては、平均応答時間Ｔが、遮蔽板５を設けない場合の平均応答時間Ｔ０の１．１倍以下である。それゆえ、遮蔽板５の突出長さＫを１．２Ｌ以下としておけば、遮蔽板５による応答性への影響を充分に抑制できるといえる。ここで、Ｔ０の１．１倍以下を応答性の基準としたのは、ＥＧＲ開度へのフィードバック制御と燃焼状態へのフィードフロント制御とに必要な応答性に基づく。

（実験例２）
本例は、図７に示すごとく、ガスセンサ取付構造１における、遮蔽板５の開放部５０の開放角度θ（図４参照）が応答性に与える影響につき、評価した例である。
すなわち、上述の実施形態１に示したガスセンサ取付構造１を基本構成として、開放部５０の開放角度θを、０°、４５°、６０°、１２０°、１８０°、２７０°、３６０°の７つの水準に設定して、それぞれについて試験を行った。ここで、開放角度θが０°とは、開放部５０を設けずに、遮蔽板５をガスセンサ１０の全周にわたって円筒状に形成したものである。また、開放角度θが３６０°とは、遮蔽板を設けないものである。
各試料における、開放部５０の開放角度θ以外の構成は、上記７つの水準において同様であり、遮蔽板５の突出長さＫは、Ｋ＝Ｌとした。その他の構成は、実験例１において示したものと同様である。

これらの４つの水準について、上記と同様の応答性試験を行った。その結果を、図７に示す。同図から分かるように、開放部５０を設けない構成（θ＝０°）においては、平均応答時間Ｔが長くなってしまう。しかし、θ≧６０°以上においては、平均応答時間Ｔが、遮蔽板５を設けない場合（θ＝３６０°）の平均応答時間Ｔ０の１．１倍以下である。それゆえ、開放部の開放角度θを６０°以上としておけば、遮蔽板５による応答性への影響を充分に抑制できるといえる。

（実験例３）
本例は、図８に示すごとく、ガスセンサ取付構造１における、遮蔽板５の突出長さＫ（図３参照）がガスセンサ１０へのデポジット付着の防止効果に与える影響につき、評価した例である。
すなわち、上述の実施形態１に示したガスセンサ取付構造１を基本構成として、遮蔽板５の突出長さＫを、０．８５Ｌ〜１．３Ｌの間で振って、それぞれについてガスセンサ１０の応答性の試験を行った。また、比較のために、遮蔽板５を配置せずに、ガスセンサ１０のみを吸気通路に取り付けた状態でも、試験を行った。

遮蔽板５の突出長さＫ以外の構成については、上記いずれの水準においても同様であり、開放部５０の開放角度θは、６０°である。その他の構成は、実験例１において示したものと同様である。
本例の評価試験に当たっては、それぞれの遮蔽板５をガスセンサ１０と共に、エンジンの吸気通路に取り付けた。吸気通路における遮蔽板５及びガスセンサ１０を取り付けた部分には、外気とともに、ＥＧＲガス及びブローバイガスが混合された吸入ガスが流通するよう構成されている。また、吸気通路の内径は６０ｍｍである。

この状態において、回転数１２００回／分にてエンジンを、２４時間連続して運転した。また、吸入ガスの温度を８０℃以下とした。なお、エンジンは、ＨＰＬ（high pressure loop）−ＥＧＲを備えた、排気量２Ｌのディーゼルエンジンであり、燃焼圧は２．５Ｂａｒである。

２４時間の連続運転の後、ガスセンサ１０の素子カバー４における側面孔４３へのデポジットの堆積量を測定した。デポジットの堆積量は、側面孔４３の内側に付着したデポジットを側面孔４３の開口方向から見たときの面積を、６個の側面孔４３のすべてにつき測定し合計することにより得た。この合計面積を、６個の側面孔４３の面積の総和Ｓに対する比率として、図８に示す。

測定結果を、図８に示す。同図から分かるように、遮蔽板５を設けたものについては、遮蔽板を設けていないもの（θ＝３６０°）に比べて、堆積量が大きく低減されている。そして、Ｋ≧０．９Ｌにおいては、堆積量が、側面孔４３の総面積Ｓの１割以下である。それゆえ、遮蔽板５の突出長さＫを０．９Ｌ以上とすることにより、素子カバー４へのデポジットの付着を充分に抑制できるといえる。なお、堆積量を側面孔４３の総面積Ｓの１割以下とする基準は、上述の平均応答時間Ｔを１．１Ｔ０以下に維持するために必要な値に基づく。

（実験例４）
本例は、図９に示すごとく、ガスセンサ取付構造１における、遮蔽板５の開放部５０の開放角度θ（図４参照）がデポジット付着の防止効果に与える影響につき、評価した例である。
すなわち、上述の実施形態１に示したガスセンサ取付構造１を基本構成として、開放部５０の開放角度θを、０°、４５°、６０°、９０°、１２０°、１８０°、２７０°、３６０°の８つの水準に設定して、それぞれについて試験を行った。ここで、開放角度θが０°とは、開放部５０を設けずに、遮蔽板５をガスセンサ１０の全周にわたって円筒状に形成したものである。また、開放角度θが３６０°とは、遮蔽板を設けないものである。

各試料における、開放部５０の開放角度θ以外の構成は、上記８つの水準において同様であり、遮蔽板５の突出長さＫはＬとした。その他の構成は、実験例１において示したものと同様である。

これらの６つの水準について、実験例３と同様の評価試験を行った。その結果を、図９に示す。同図から分かるように、θ≦１８０°においては、堆積量が、側面孔４３の総面積Ｓの１割以下である。それゆえ、遮蔽板５の開放部５０の開放角度θを１８０°以下とすることにより、素子カバー４へのデポジットの付着を充分に抑制できるといえる。このことは、軸方向から見たとき、上流側から気流方向Ａに対して直交する方向までの角度範囲において、遮蔽板５が素子カバー４に対向するように配置されていることにより、素子カバー４へのデポジットの付着を充分に抑制できることを表している。

（実験例５）
本例は、図１０〜図１３に示すごとく、素子カバー４の外周面４５と遮蔽板５の内周面５５との位置関係、及び、素子カバー４の外周面４５と遮蔽板５の開放部５０との位置関係について、検討した例である。
素子カバー４の外周面４５と遮蔽板５の内周面５５とが近すぎると、素子カバー４の外周面４５と遮蔽板５の内周面５５との間のガスの流れが低下することが懸念されるため、応答性の低下が懸念される。一方、素子カバー４の外周面４５と遮蔽板５の開放部５０とが近すぎると、遮蔽板５の効果の低下が懸念され、素子カバー４へのデポジットの付着が懸念される。

そこで、まず、遮蔽板５の内周面５５と素子カバー４の外周面４５との距離Ｄ１（図１０参照）とガスセンサ１０の応答性との関係につき、調べた（図１１参照）。ここで、距離Ｄ１は、遮蔽板５の内周面５５と素子カバー４の外周面４５とが最も接近した位置における両者間の距離をいう。
上述の実施形態１に示したガスセンサ取付構造１を基本構成として、距離Ｄ１を１ｍｍ〜７ｍｍの７つの水準に設定して、それぞれについて試験を行った。具体的には、図１０に示すごとく、素子カバー４に対して、遮蔽板５を気流方向Ａと平行にずらすことにより、距離Ｄ１を調整して、各水準を設定した。ただし、開放角度θを一定に保つべく、各水準ごとに開放部５０の幅を変化させている。また、ガスセンサ１０の軸方向と気流方向Ａとの双方に直交する方向については、遮蔽板５の中心軸の位置とガスセンサ１０（素子カバー４）の中心軸の位置とは、同等の位置にある。
各試料における、素子カバー４と遮蔽板５との位置関係以外の構成は、上記７つの水準において同様である。遮蔽板５の突出長さＫは、Ｋ＝Ｌとし、開放部５０の開放角度θは６０°とした。その他の構成は、実験例１において示したものと同様である。

これらの７つの水準について、上記と同様の応答性試験を行った。その結果を、図１１に示す。同図から分かるように、距離Ｄ１が短いほど、平均応答時間Ｔが長くなる傾向が観測された。そして、距離Ｄ１＝１ｍｍとしたものにおいては、平均応答時間Ｔが長くなってしまう。しかし、距離Ｄ１≧２ｍｍとしたものにおいては、平均応答時間Ｔが、遮蔽板５を設けない場合の平均応答時間Ｔ０の１．１倍以下である。それゆえ、距離Ｄ１を２ｍｍ以上としておけば、遮蔽板５による応答性への影響を充分に抑制できるといえる。

次に、図１２に示すごとく、素子カバー４を遮蔽板５の開放部５０に近付けた際の、ガスセンサ１０へのデポジット付着の防止効果への影響を調べた。ここで、図１２に示すごとく、遮蔽板５の内周面５５を開放部５０に延長した仮想内周面５５０を想定する。この仮想内周面５５０と素子カバー４の外周面４５との距離をＤ２とする。この距離Ｄ２と、ガスセンサ１０へのデポジットの付着しやすさとの関係を、実験例３と同様の方法にて調べた。ここで、距離Ｄ２は、仮想内周面５５０と素子カバー４の外周面４５とが最も接近した位置における両者間の距離をいう。

上述の実施形態１に示したガスセンサ取付構造１を基本構成として、距離Ｄ２を１ｍｍ〜７ｍｍの７つの水準に設定して、それぞれについて試験を行った。距離Ｄ２の調整方法は、上述した距離Ｄ１の調整方法に準ずる。
各試料における、素子カバー４と遮蔽板５との位置関係以外の構成は、上記７つの水準において同様である。遮蔽板５の突出長さＫは、Ｋ＝Ｌとし、開放部５０の開放角度θは６０°とした。その他の構成は、実験例１において示したものと同様である。

これらの７つの水準について、実験例３と同様の評価試験を行った。その結果を、図１３に示す。同図から分かるように、距離Ｄ２が短いほど、デポジット堆積量が多くなる。そして、Ｄ２＝１ｍｍのものにおいては、堆積量が、側面孔４３の総面積Ｓの１割を超えていた。一方、Ｄ２≧２ｍｍのものにおいては、堆積量が、側面孔４３の総面積Ｓの１割以下である。それゆえ、距離Ｄ２を２ｍｍ以上とすることにより、素子カバー４へのデポジットの付着を充分に抑制できるといえる。

上記の結果から、遮蔽板５の内周面５５と素子カバー４の外周面４５との距離Ｄ１は２ｍｍ以上であり、かつ、遮蔽板５の内周面５５を開放部５０に延長した仮想内周面５５０と素子カバー４の外周面４５との距離Ｄ２は２ｍｍ以上であることが好ましいと言える。

（実験例６）
本例も、図１４〜図１６に示すごとく、素子カバー４の外周面４５と遮蔽板５の内周面５５との位置関係、及び、素子カバー４の外周面４５と遮蔽板５の開放部５０との位置関係について、検討した例である。ただし、本例においては、特に遮蔽板５の内周面５５と素子カバー４の外周面４５とが離れすぎた場合の懸念として、デポジット付着の防止効果の低下の有無について調べた。

本例においては、図１４に示すごとく、素子カバー４と遮蔽板５とが、互いの中心軸を一致させた状態を保ちつつ、遮蔽板５の直径を変化させることにより、素子カバー４の外周面４５と遮蔽板５の内周面５５との距離Ｄ３を変化させた。したがって、本例においては、距離Ｄ３は遮蔽板５の内周面５５の半径と素子カバー４の外周面４５の半径との差に一致する。その他の構成は、実験例５にて用いた試料と同様である。

まず、ガスセンサ１０へのデポジット堆積量の試験にあたっては、距離Ｄ３を１ｍｍ〜９ｍｍの間で９つの水準に振った。
これらの９つの水準について、実験例３と同様の評価試験を行った。その結果を、図１５に示す。同図から分かるように、距離Ｄ３が長いほど、デポジット堆積量が多くなる。そして、Ｄ３＝９ｍｍのものにおいては、堆積量が、側面孔４３の総面積Ｓの１割を超えていた。一方、Ｄ３≦８ｍｍのものにおいては、堆積量が、側面孔４３の総面積Ｓの１割以下である。それゆえ、距離Ｄ２を８ｍｍ以下とすることにより、素子カバー４へのデポジットの付着を充分に抑制できるといえる。

次に、距離Ｄ３を短くしすぎると、ガスセンサ１０の応答性が低下するおそれが懸念される。それゆえ、距離Ｄ３を変化させたときのガスセンサ１０の応答性についても、実験例１と同様の評価試験を行った。
その結果を、図１６に示す。同図から分かるように、距離Ｄ３が短いほど、平均応答時間Ｔが長くなる傾向が観測された。そして、距離Ｄ３＝１ｍｍとしたものにおいては、平均応答時間Ｔが長くなってしまう。しかし、距離Ｄ３≧２ｍｍとしたものにおいては、平均応答時間Ｔが、遮蔽板５を設けない場合の平均応答時間Ｔ０の１．１倍以下である。それゆえ、距離Ｄ３を２ｍｍ以上としておけば、遮蔽板５による応答性への影響を充分に抑制できるといえる。

上記の結果から、遮蔽板５の内周面５５と素子カバー４の外周面４５との距離は８ｍｍ以下であることが好ましいことが分かる。そして、特に、素子カバー４と遮蔽板５とが、互いの中心軸を一致させた状態で配置された構成においては、遮蔽板５の内周面５５と素子カバー４の外周面４５との距離Ｄ３は２〜８ｍｍであることが好ましいといえる。

本発明は、上述の実施形態１に限定されるものではなく、種々の形態を採りうる。例えば、ガスセンサは、素子カバーを外側から覆うように他のカバーを有している、いわゆる二重カバー構造（複数カバー構造）を有していてもよい。この場合、最も内側に配された素子カバーに設けられた側面孔が、測定電極よりも基端側に形成されていればよい。すなわち、本明細書において、「素子カバー」とは、「センサ素子に対して外周側から対向配置された側壁部と、センサ素子に対して先端側から対向配置された底壁部とを有するものであり、例えば二重カバー構造における外側のカバーを意味するものではない。
また、上記実施形態１においては、遮蔽板を、ガスセンサと別体の部品として、吸気通路に取り付けた構造を示したが、遮蔽板をガスセンサに取り付けた構造とすることもできる。

１ ガスセンサ取付構造
１０ ガスセンサ
１１ 絶縁碍子
２ センサ素子
３ ハウジング
４ 素子カバー
４１ 側壁部
４２ 底壁部
４３ 側面孔
４４ 底面孔
５ 遮蔽板
５０ 開放部
Ａ 気流方向

Claims (7)

1. 内燃機関の吸気通路（６）にガスセンサ（１０）を取り付けてなるガスセンサ取付構造（１）であって、
   上記ガスセンサ（１０）は、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）を内側に保持する絶縁碍子（１１）と、該絶縁碍子（１１）を内側に保持するハウジング（３）と、該ハウジング（３）の先端側に配設された素子カバー（４）とを備え、
   該素子カバー（４）は、上記センサ素子（２）に対して外周側から対向配置された側壁部（４１）と、上記センサ素子（２）に対して先端側から対向配置された底壁部（４２）とを有し、
   上記側壁部（４１）には、複数の側面孔（４３）が形成され、上記底壁部（４２）には底面孔（４４）が形成されており、
   上記側面孔（４３）は、上記センサ素子（２）に設けられた測定電極（２１）よりも基端側において周方向の複数個所に配置されており、
   上記吸気通路（６）における上記ガスセンサ（１０）の外周側に隣接する位置には、上記素子カバー（４）の一部を覆う耐熱撥水性樹脂からなる遮蔽板（５）が設けてあり、
   該遮蔽板（５）は、軸方向から見たとき、少なくとも上流側から気流方向（Ａ）に対して直交する方向までの角度範囲において、上記素子カバー（４）に対向するように配置されており、かつ、下流側に開放部（５０）を有し、
   また、上記遮蔽板（５）は、軸方向の先端側にも開放され、上記素子カバー（４）の上記底壁部（４２）の全体が、軸方向の先端側に上記遮蔽板（５）から露出していることを特徴とするガスセンサ取付構造（１）。
2. 上記側面孔（４３）は、周方向に等間隔にｎ個設けてあり、ｎは４以上であり、軸方向から見たとき、上記遮蔽板（５）の上記開放部（５０）は、３６０°／ｎ以上の角度範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ取付構造（１）。
3. 上記吸気通路（６）への上記遮蔽板（５）の突出長さ（Ｋ）は、上記吸気通路（６）への上記素子カバー（４）の突出長さ（Ｌ）の０．９〜１．２倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ取付構造（１）。
4. 上記素子カバー（４）には、耐熱撥水性樹脂がコーティングされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスセンサ取付構造（１）。
5. 上記遮蔽板（５）の内周面（５５）と上記素子カバー（４）の外周面（４５）との距離（Ｄ１、Ｄ３）は２ｍｍ以上であり、かつ、上記遮蔽板（５）の内周面（５５）を上記開放部（５０）に延長した仮想内周面（５５０）と上記素子カバー（４）の外周面（４５）との距離（Ｄ２）は２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスセンサ取付構造（１）。
6. 上記遮蔽板（５）の内周面（５５）と上記素子カバー（４）の外周面（４５）との距離（Ｄ１、Ｄ３）は８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載のガスセンサ取付構造（１）。
7. 上記素子カバー（４）と上記遮蔽板（５）とは、互いの中心軸を一致させた状態で配置されており、上記遮蔽板（５）の内周面（５５）と上記素子カバー（４）の外周面（４５）との距離（Ｄ３）は２〜８ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載のガスセンサ取付構造（１）。

Images