JP2005227032A

JP2005227032A - ガスセンサ

Info

Publication number: JP2005227032A
Application number: JP2004033765A
Authority: JP
Inventors: Takanori Fukuda; 高則福田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2024-02-10
Also published as: JP4165411B2

Abstract

【課題】ガスセンサが置かれる外部環境に左右されることなく、ガスセンサのセンサ検出面に排気ガスを十分に供給し、安定した応答性及び出力特性を得る。
【解決手段】検出素子１０は、内側カバー２０と外側カバー４０とからなる二重管構造の保護カバーにより覆われる。内側カバー側面２６と外側カバー側面４２の間に形成される空隙は、センサ検出面１２が向く方向において他の方向よりも拡幅されており、外側カバー内に導入された排気ガスを、拡幅された空隙を経由して、通気孔３０からセンサ検出面１２に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定ガス中の特定ガス成分を検出するガスセンサ、例えばエンジンの排気ガス中に含まれる酸素濃度より空燃比を検出する空燃比センサに利用されるガスセンサに関する。

従来より車両においては、エンジンからの排気ガスに含まれる酸素濃度を検出するために、酸素濃度センサが排気管に取り付けられている。酸素濃度センサの検出出力は電子制御装置に取り込まれ、この酸素濃度から空燃比が算出される。そして、空燃比が目標値（例えば理論空燃比）と一致するようにエンジンが制御される。

ガスセンサは、先端付近に検出面を有する棒状の検出素子と、それを覆う二重管構造の保護カバーで構成される。このような構成により、検出素子は、排気ガスの汚れ、凝縮水などから保護され、センサ検出面にそれらが付着することによる検出精度の悪化が防止されている。

特開２０００−１７１４３０号公報特開平１−２９６１５９号公報特開平１０−２５３５７６号公報特開２００３−４３００２号公報特開平１０−１００８４号公報

しかしながら、上記のとおり保護カバーを二重管構造とした場合に、十分な排気ガスがセンサ検出面に供給されないことがある。例えば、排気管内で排気ガスの流れが弱い位置にガスセンサが取り付けられた場合や、排気脈動により排気ガスが逆流し、排気ガスの取入口付近の負圧が大きく変動する場合である。このようにセンサ検出面に十分な排気ガスが供給されない場合には、ガスセンサの応答性及び出力特性が悪化してしまう。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、ガスセンサが置かれる外部環境に左右されることなく、ガスセンサの検出面に被測定ガスを十分に供給し、安定した応答性及び出力特性を得ることを目的とする。

本発明は、上述した目的を達成するために、以下に記載のとおりガスセンサを構成している。

本発明に係るガスセンサは、検出面を有する検出素子と、前記検出素子を覆う保護カバーと、で構成され、前記保護カバーは、前記検出面に対向する位置に通気孔を有する内側カバーと、先端から被測定ガスを導入する外側カバーとからなる二重管構造であり、前記内側カバーと外側カバーの間に形成される空隙は、前記内側カバーの通気孔が配置される方向において他の方向よりも拡幅される。

このような構成とすることにより、外側カバーの先端から導入された被測定ガスは、拡幅された空隙を経由して、内側カバーの通気孔から検出面に供給される。よって、先端から導入される被測定ガスが少量である場合でも、被測定ガスは優先的にセンサ検出面に誘導されるため、ガスセンサの安定した応答性及び出力特性を得ることができる。

上記のガスセンサは、例えば、次の態様で構成される。つまり、前記内側カバーの軸心と前記外側カバーの軸心をオフセットすることにより、前記内側カバーと外側カバーの間に形成される空隙は、前記内側カバーの通気孔が配置される方向において他の方向よりも拡幅される。

また、上記のガスセンサは、次の態様で構成してもよい。つまり、前記内側カバーは円管形状であり、その円管形状の一部を平面状とすることにより、前記内側カバーと外側カバーの間に形成される空隙は、前記内側カバーの通気孔が配置される方向において他の方向よりも拡幅される。

また、上記のガスセンサでは、前記内側カバーの前記検出面に対向する位置に形成された通気孔は前記検出面に近接配置されることが好ましい。これにより、より安定したセンサ応答性及び出力特性を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るガスセンサについて説明する。本実施形態では、排気ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサを一例としている。

先ず、第一の実施形態に係るガスセンサについて説明する。図１（ａ）にガスセンサの縦断面図を示し、図１（ｂ）に横断面図を示す。なお、図１（ａ）の上方で、ガスセンサの基端は排気管に固定されているが、その構造は従来と変化がないため省略する。

ガスセンサは、棒状の検出素子１０と、それを覆う保護カバー２０，４０と、を主要な構成としている。保護カバーは、内側カバー２０と外側カバー４０とからなる二重管構造である。

検出素子１０は、排気管に固定された基端から下方に延設され、その下方先端部付近には、排気ガス中の酸素濃度を検出するための検出面１２が形成されている。一般的な酸素センサでは、ジルコニア等の固定電解質により形成されたセンサ素子部に一対の電極が設けられており、センサ素子部に接触する検出ガスの酸素濃度に応じた検出信号がそれら電極から出力される。

二重管構造の保護カバーは、内側カバー２０と外側カバー４０で構成される。内側カバー２０及び外側カバー４０はそれぞれ円管形状であり、検出素子１０の周囲に下方向に延設されている。外側カバー４０は、基端から先端まで横断面形状が変化しない。その側面４２の先端付近には所定角度ごとに複数（本実施形態では６つ）の通気孔４６が形成されており、先端面４４の中央にも通気孔４８が形成されている。

また、内側カバー２０の基端側２２は、外側カバー４０とほぼ同径の円管形状であり、外側カバー４０の側面内周に接して固定されている。先端側２４は、半径が外側カバー４０より小さく（本実施形態では３分の２程度）、その軸心が外側カバー４０に対して水平方向にオフセットされた円管形状であり、外側カバー４０の側面内周との間には空隙が形成されている。内側カバー２０の側面２６には、センサ検出面１２の周囲に所定角度ごとに複数（本実施形態では６つ）の通気孔３０が形成されており、先端面２８の中央には１つの通気孔３２が形成されている。

上述した構造のガスセンサでは、保護カバーの先端において、内側カバー先端面２８と外側カバー先端面４４の間に形成された中間室に、排気管内を流れる排気ガスが流入する。排気ガスは上流側の通気孔４６Ａから流入し、中間室内を流れ、下流側の通気孔４６Ｂから流出する。ガスセンサ外側の排気ガスの流れにより、中間室内において、外側カバー先端面４４の通気孔４８付近には負圧が発生し、中間室内の排気ガスの一部はその通気孔４８から流出する。また、この流れにより、内側カバー内において、内側カバー先端面２８の通気孔３２付近には負圧が発生し、内側カバー２０内の排気ガスは中間室に流出する。

また、通気孔４６Ｂ，４８から流出しなかった排気ガスの残りの一部が、内側カバー側面２６と外側カバー側面４２の間に形成された空隙を先端から基端方向へ流れ、内側カバー側面２６の複数の通気孔３０に到達する。このとき、内側カバー側面２６と外側カバー側面４２の空隙は、センサ検出面１２が向く方向で特に広げられているため、その部分で抵抗が少なく、排気ガスの流量が大きい。よって、センサ検出面１２が対向する位置にある２つの通気孔３０を介して、多量の排気ガスが内側カバー２０内部に流入する。流入した排気ガスは、その後先端方向へ流れ、内側カバー先端面２８の通気孔３２から中間室に流出する。

上述した第一の実施形態に係るガスセンサにおいて特徴的なことは、外側カバー４０と内側カバー２０の軸心が水平方向にオフセットされることにより、センサ検出面１２が向く方向で側面空隙が拡幅されており、センサ検出面１２に対向する通気孔３０を介して十分にセンサ検出面１２に排気ガスが供給されることである。これにより、中間室に流入する排気ガスの量が少ない場合でも、排気ガスを優先的にセンサ検出面１２に誘導して、安定したセンサ応答性及び出力特性を得ることができる。この結果、エンジンの空燃比の検出精度が向上し、理論空燃比への制御精度も向上する。

また、本実施形態においては、外側カバー４０の軸心を検出素子１０の軸心と一致させたままで、内側カバー２０の軸心をオフセットさせることにより、センサ検出面１２と内側カバー側面２６を接近させている。これにより、センサ検出面１２は通気孔３０と近接し、センサ検出面１２には多量の排気ガスが供給されて、より安定したセンサ応答性及び出力特性を得ることができる。

次に、第二の実施形態に係るガスセンサについて説明する。図２（ａ）にガスセンサの縦断面図を示し、図２（ｂ）にガスセンサの横断面図を示す。第二の実施形態のガスセンサは、第一の実施形態と類似した構造であるが、内側カバーの先端側形状が第一の実施形態と異なっている。

第二の実施形態では、内側カバー先端側の軸心は検出素子１０の軸心と一致しており、円管形状の内側カバー側面６２が、センサ検出面１２が向く方向で平面状とされることにより、内側カバー側面６２と外側カバー側面４２の空隙が拡幅されている。そして、平面状にされた内側カバー側面６２のセンサ検出面１２に対向した位置には、通気孔６４が形成されている。本実施形態においても、排気ガスが拡幅された側面空隙を介してセンサ検出面１２に十分に供給されるため、安定したセンサ応答性及び出力特性を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、等価な範囲で様々な変形が可能である。

例えば、上述した実施形態では排気ガスを被測定ガスとしているが、被測定ガスは排気ガスに限らず他の種類の気体でもよい。また、上述した実施形態ではガスセンサは酸素濃度を検出するものであるが、ＮＯｘなど他の種類の気体を検出するものであってもよい。

第一の実施形態に係るガスセンサを示す縦方向断面図、及び横方向断面図である。第二の実施形態に係るガスセンサを示す縦方向断面図、及び横方向断面図である。

符号の説明

１０検出素子、１２センサ検出面、２０内側カバー、２２基端側、２４先端側、２６側面、２８先端面、３０，３２通気孔、４０外側カバー、４２側面、４４先端面、４６，４８通気孔。

Claims

検出面を有する検出素子と、前記検出素子を覆う保護カバーと、で構成されるガスセンサであって、
前記保護カバーは、前記検出面に対向する位置に通気孔を有する内側カバーと、先端から被測定ガスを導入する外側カバーとからなる二重管構造であり、
前記内側カバーと外側カバーの間に形成される空隙は、前記内側カバーの通気孔が配置される方向において他の方向よりも拡幅されており、
前記外側カバーの先端から導入された被測定ガスを、前記拡幅された空隙を経由して、前記内側カバーの通気孔から前記検出面に供給することを特徴とするガスセンサ。
請求項１に記載のガスセンサであって、
前記内側カバーの軸心と前記外側カバーの軸心をオフセットすることにより、前記内側カバーと外側カバーの間に形成される空隙は、前記内側カバーの通気孔が配置される方向において他の方向よりも拡幅されることを特徴とするガスセンサ。
請求項１に記載のガスセンサであって、
前記内側カバーは円管形状であり、その円管形状の一部を平面状とすることにより、前記内側カバーと外側カバーの間に形成される空隙は、前記内側カバーの通気孔が配置される方向において他の方向よりも拡幅されることを特徴とするガスセンサ。
請求項１〜３のいずれかに記載のガスセンサであって、
前記内側カバーの前記検出面に対向する位置に形成された通気孔は、前記検出面に近接配置されることを特徴とするガスセンサ。