JP6531511B2 - センサ - Google Patents

Description

本発明は、センサに関し、特に、エンジン排ガス用のＮＯｘセンサに関する。

エンジン排ガス用のＮＯｘセンサとして、センサ素子を取り囲む内側保護カバーと該内側保護カバーを取り囲む外側保護カバーとの二重構造の保護カバーを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種のＮＯｘセンサでは、内側及び外側の保護カバーにはそれぞれセンサ素子に排ガスを流通させるためのガス流通孔が形成されているところ、エンジンの始動時に発生する水がガス流通孔から保護カバー内へ浸入してセンサ素子に付着することを防止するために様々な対策が検討されている。

特開２０１１−３８９５３号公報

一方で、センサ素子の応答性を速くするためには、保護カバー内外での排ガスの交換性を向上させる必要がある。そのためには、ガス流通孔の開口率を大きくしたり、排ガスがセンサ素子に流れ易くなるようにガス流通孔を配置したりする必要があることから、保護カバー内への水の浸入を防止することが難しくなる。そして、保護カバー内へ侵入した水がセンサ素子に付着した場合には、センサ素子が高温に加熱された状態であることから、センサ素子にクラックが発生するおそれがある。

開示のセンサは、センサ素子への水の付着を抑制することを目的とする。

開示のセンサは、エンジンからの排ガスを測定するセンサ素子と、前記センサ素子を取り囲むように配され、複数のガス流通孔が形成された内側保護カバーと、前記内側保護カバーを取り囲むように配され、複数のガス流通孔が形成された外側保護カバーと、前記内側保護カバーに張られた第１の電熱線とを備える。

上記センサは、前記外側保護カバーに張られた第２の電熱線を備えてもよい。

上記センサは、前記センサ素子が、排ガス中のＮＯｘを測定するものでもよい。

開示のセンサによれば、センサ素子への水の付着を抑制できる。

本発明の一実施形態に係るＮＯｘセンサを示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るＮＯｘセンサを示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るＮＯｘセンサを示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るエンジン排ガス用のＮＯｘセンサ１０を示す断面図である。この図に示すように、ＮＯｘセンサ１０は、排気ガス中のＮＯｘ（窒素化合物）の濃度を検出するセンサ素子１２と、該センサ素子１２が挿通された筒状のケース１４と、ケース１４内に配されセンサ素子１２を保持するホルダ１６と、ケース１４を排気管１に取り付けるための取付金具１８と、ケース１４の先端に取り付けられた保護カバー２０とを備えている。

センサ素子１２は、先端側（図中下側）が排気管１内に配された帯板状のものであり、先端側に検知部（図示省略）が設けられている。このセンサ素子１２は、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ_２）固体電解質の積層構造体であり、ジルコニアの酸素イオン電導性を応用したセンサ基板である。

ケース１４の先端部は、排気管１内に配されており、センサ素子１２は、ケース１４の先端部から排気管１の内側へ突出している。ケース１４には、コントロールユニットに接続されたケーブルが挿通されており（共に図示省略）が接続されており、センサ素子１２は、該ケーブルを介してコントロールユニットに接続されている。

ホルダ１６は、ケース１４の先端部近傍に配されており、センサ素子１２をケース１４に対して同軸に位置するように保持している。このホルダ１６は、ケース１４の軸方向に見て円状に形成されており、排気管１側の外周部はテーパ状に形成されている。一方、ケース１４の内壁には、段差部１４Ｂが設けられ、この段差部１４Ｂに後述の内側保護カバー２２の基端部２２Ｂが係合している。ホルダ１６は、不図示の抑えリングにより排気管１側に押されており、ホルダ１６のテーパ状の外周部が内側保護カバー２２の基端部２２Ｂに押し当てられている。

取付金具１８は、排気管１に形成された開口１Ａの縁部に固定されたナットである。ケース１４の先端近傍にはネジ部１４Ａが形成されており、このネジ部１４Ａが取付金具１８と螺合することにより、ケース１４が取付金具１８を介して排気管１に固定されている。

保護カバー２０は、内側保護カバー２２と外側保護カバー２４とを備えている。内側保護カバー２２は、一端（以下、先端という）が閉塞され、他端（以下、基端という）が開口された筒状の部材である。この内側保護カバー２２の開口縁部（上述の基端部２２Ｂ）は径方向外側に屈曲されており、該基端部２２Ｂがケース１４の内壁の段差部に係合している。

内側保護カバー２２の基端側は、ケース１４の先端内側に嵌め込まれており、内側保護カバー２２は、ケース１４の先端の開口縁部から排気管１内に突出している。ここで、内側保護カバー２２は、センサ素子１２の検知部を取り囲んでいる。

また、内側保護カバー２２の周壁には、複数のガス流通孔２２Ａが形成されている。ガス流通孔２２Ａは、排ガスを内側保護カバー２２内に流通させるための小孔であり、周方向及び軸方向に間隔を空けて配されている。

外側保護カバー２４は、一端（以下、先端という）が閉塞され他端（以下、基端という）が開口された筒状の部材である。この外側保護カバー２４の開口縁部は径方向外側に屈曲されており、ケース１４の外壁の段差部に係合している。

外側保護カバー２４の基端側は、ケース１４の先端外側に嵌め込まれており、外側保護カバー２４は、ケース１４の先端の外周部から排気管１内に突出している。ここで、外側保護カバー２４は、内側保護カバー２２を取り囲んでいる。すなわち、内側保護カバー２２と外側保護カバー２４とにより二重構造の保護カバー２０が構成されている。

また、外側保護カバー２４の周壁には、複数のガス流通孔２４Ａが形成されている。ガス流通孔２４Ａは、排ガスを外側保護カバー２４内に流通させるための小孔であり、周方向及び軸方向に間隔を空けて配されている。また、ガス流通孔２４Ａは、ガス流通孔２２Ａよりも大径とされている。

内側保護カバー２２の内壁には、電熱線３０が貼り付けられている。この電熱線３０は、例えば、ニクロム線やカンタル線等であり、ガス流通孔２２Ａを塞がないように蛇行して張り巡らされている。電熱線３０の両端は、ホルダ１６に設けられたコネクタ３１及び不図示のケーブルを介してコントロールユニットに接続されており、電熱線３０は、コントロールユニットから電流が供給されることで発熱する。

ここで、内側保護カバー２２は、ＳＵＳ等の伝熱性の高い金属で形成されており、電熱線３０の発熱により全体が加熱される。また、電熱線３０の発熱量は、内側保護カバー２２の内壁及び外壁に付着した水を蒸発させることができる大きさに設定されている。

外側保護カバー２４の内壁には、電熱線３０と同様の素材及び機能の電熱線３２が貼り付けられている。この電熱線３２は、ガス流通孔２４Ａを塞がないように蛇行して張り巡らされている。電熱線３２の両端は、ケース１４に設けられた不図示のコネクタ及び不図示のケーブルを介してコントロールユニットに接続されており、電熱線３２は、コントロールユニットから電流が供給されることで発熱する。

ここで、外側保護カバー２４は、ＳＵＳ等の伝熱性の高い金属で形成されており、電熱線３２の発熱により全体が加熱される。また、電熱線３２の発熱量は、外側保護カバー２４の内壁及び外壁に付着した水を蒸発させることができる大きさに設定されている。

以上説明したように、本実施形態に係るＮＯｘセンサ１０は、センサ素子１２を取り囲むように配され、複数のガス流通孔２２Ａが形成された内側保護カバー２２と、内側保護カバー２２を取り囲むように配され、複数のガス流通孔２４Ａが形成された外側保護カバー２４との二重構造とされている。これにより、ＮＯｘセンサ１０は、排気管１内からセンサ素子１２への排ガスの流通が可能になる一方で、エンジン始動時に発生する水が排気管１内からセンサ素子１２へ到達し難くなるように構成されている。

さらに、ＮＯｘセンサ１０では、内側保護カバー２２に張られた電熱線３０により内側保護カバー２２が水を蒸発させる温度（熱量）まで加熱される。これにより、エンジン始動時に発生する水が、外側保護カバー２４のガス流通孔２４Ａから侵入して内側保護カバー２２の内壁や外壁に付着した場合には、内側保護カバー２２の熱により蒸発される。従って、水がセンサ素子１２に付着することを抑制でき、センサ素子１２のクラックの発生を抑制できる。

また、ＮＯｘセンサ１０では、外側保護カバー２４に張られた電熱線３２により外側保護カバー２４が水を蒸発させる温度（熱量）まで加熱される。これにより、エンジン始動時に発生する水が、外側保護カバー２４の外壁や内壁に付着した場合には、外側保護カバー２４の熱により蒸発される。従って、水のセンサ素子１２への付着をより一層効果的に抑制できる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上述の実施形態では、電熱線３２を外側保護カバー２４に設けたが、これは必須ではなく、図２に示すように、電熱線３０を内側保護カバー２２に設けるのみで、外側保護カバー２４には電熱線を設けないようにしてもよい。

また、電熱線３０、３２をそれぞれ内側保護カバー２２、外側保護カバー２４の内壁に貼り付けたが、各カバーの外壁に貼り付けてもよく、あるいは、各カバーの内壁及び外壁の双方に貼り付けてもよい。

さらに、電熱線３０、３２の配線方法は、上述の実施形態のものには限られない。例えば、図３に示すように、電熱線３０、３２をセンサの軸心周りに旋回する螺旋状に配線してもよい。

１ 排気管、１０ ＮＯｘセンサ、１２ センサ素子、１４ ケース、１４Ａ ネジ部、１４Ｂ 段差部、１６ ホルダ、１８ 取付金具、２０ 保護カバー、２２ 内側保護カバー、２２Ａ ガス流通孔、２２Ｂ 基端部、２４ 外側保護カバー、２４Ａ ガス流通孔、３０ 電熱線、３１ コネクタ、３２ 電熱線

Claims (2)

1. エンジンからの排ガスを測定するセンサ素子と、
   前記センサ素子を取り囲むように配され、複数のガス流通孔が形成された内側保護カバーと、
   前記内側保護カバーを取り囲むように配され、複数のガス流通孔が形成された外側保護カバーと、
   前記内側保護カバーの内壁に貼り付けられた第１の電熱線と、
   前記外側保護カバーの内壁に貼り付けられた第２の電熱線と、
   前記第２の電熱線を発熱させるコントロールユニットと、
   を備えるセンサ。
2. 前記センサ素子が、排ガス中のＮＯｘを測定する
   請求項１に記載のセンサ。

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