JP2016011886A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
該センサ素子を内側に挿通するハウジングと、
該ハウジングの先端側に配設された素子カバーと、を備えるガスセンサであって、
該素子カバーは、上記センサ素子の先端部を外周側及び先端側から覆うように配設されたインナカバーと、該インナカバーを外周側及び先端側から覆うように配設されたアウタカバーとを有し、
上記インナカバーは、軸方向に沿ったインナ側壁部と、該インナ側壁部の先端側に設けられて軸方向に対して交差するインナ底壁部とを有し、
上記アウタカバーは、軸方向に沿ったアウタ側壁部と、該アウタ側壁部の先端側に設けられて軸方向に対して交差するアウタ底壁部とを有し、
上記インナ側壁部に形成されたインナ側面孔は、上記測定電極よりも基端側に位置し、
上記アウタ側壁部に形成されたアウタ側面孔は、上記インナ側面孔よりも先端側に位置し、
上記インナ底壁部に形成されたインナ底面孔は、上記測定電極よりも先端側に位置し、
上記アウタ底壁部に形成されたアウタ底面孔は、上記インナ底面孔よりも外側に位置しており、
上記インナ底面孔の総面積に対する上記アウタ側面孔の総面積の比が、8〜47であり、
上記インナ側面孔の総面積が、2〜8mm2であることを特徴とするガスセンサにある。
なお、本明細書において、ガスセンサを排気系等に挿入する側を先端側、その反対側を基端側という。また、軸方向とは、特に言及しない限り、ガスセンサの軸方向をいうものとする。
また、インナ底面孔の総面積とは、例えば、インナ底面孔が複数存在する場合に、そのすべてのインナ底面孔の面積の合計を意味し、インナ底面孔が一つの場合にはその一つのインナ底面孔の面積を意味する。アウタ側面孔の総面積、インナ側面孔の総面積等についても、同様である。
上記ガスセンサの実施例につき、図1〜図7を用いて説明する。
本例のガスセンサ1は、図1、図2に示すごとく、センサ素子2と、センサ素子2を内側に挿通するハウジング3と、ハウジング3の先端側に配設された素子カバー4とを備える。センサ素子2は、酸素イオン伝導性の固体電解質体21と該固体電解質体21の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた測定電極22及び基準電極23とを有する。
インナカバー41は、軸方向Zに沿ったインナ側壁部411と、インナ側壁部411の先端側に設けられて軸方向Zに対して交差するインナ底壁部412とを有する。
アウタカバー42は、軸方向Zに沿ったアウタ側壁部421と、アウタ側壁部421の先端側に設けられて軸方向Zに対して交差するアウタ底壁部422とを有する。
また、上記総面積比は、好ましくは11〜35であり、さらに好ましくは16〜30である。また、インナ側面孔51の総面積は、好ましくは3〜7mm2であり、さらに好ましくは3.5〜6mm2である。
基準電極23は、固体電解質体21の内側面の略全面に形成されている。一方、測定電極22は、固体電解質体21における先端部付近の一部に設けられている。ただし、本例においては、測定電極22の先端は、固体電解質体21の先端よりも基端側に位置する。また、測定電極22は、周方向の全体に形成されている。
また、図1に示すごとく、インナ側壁部411とアウタ側壁部421との間には、クリアランスが形成されており、インナ底壁部412とアウタ底壁部422との間にも、クリアランスが形成されている。
上記ガスセンサ1においては、測定電極22、インナ側面孔51、アウタ側面孔61、インナ底面孔52、アウタ底面孔62の互いの位置関係を、上記のように規定したうえで、インナ底面孔52の総面積に対するアウタ側面孔61の総面積の比(総面積比)と、インナ側面孔51の総面積とを、上記のような範囲に規定している。これにより、後述するように、高い応答性と被液抑制能とを両立することができる。
また、ガスセンサ1は、内燃機関の排気系における触媒フィルタよりも下流側に設置されるリア用ガスセンサである。それゆえ、特にガスセンサ1に要求される応答性及び被液抑制能のレベルが高くなるが、上記構成とすることで、その要求に応えることができる。
また、ガスセンサ1は限界電流式のガスセンサであるため、高い出力精度(ストイキ精度)を得ることができる。
本例は、図8〜図14に示すごとく、素子カバー4の形状を変更した例である。なお、図8は、素子カバー4のうち、ハウジング3の先端よりも先端側の部分のみを表したものであり、フランジ部413、423は省略してある。
このように、本例のガスセンサは、高い応答性と被液抑制能とを両立することができる。
本例は、図15〜図17に示すごとく、実施例1、2のガスセンサ1と基本構成を略同じくした種々のガスセンサを、実際のエンジンの排気管に設置して、その応答性を評価した例である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
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の平均応答時間Tとした。
本例は、図18、図19に示すごとく、ガスセンサの被液抑制能を評価した例である。
まず、実験例1と同様に、インナカバー41の形状、アウタカバー42の形状、インナ側面孔51、インナ底面孔52、アウタ側面孔61、アウタ底面孔62の位置や大きさ、個数等を種々変更した複数のガスセンサを用意した。そして、これらのガスセンサにつき、被水(被液)試験を行った。
2 センサ素子
21 固体電解質体
22 測定電極
23 基準電極
3 ハウジング
4 素子カバー
41 インナカバー
42 アウタカバー
411 インナ側壁部
412 インナ底壁部
421 アウタ側壁部
422 アウタ底壁部
51 インナ側面孔
52 インナ底面孔
61 アウタ側面孔
62 アウタ底面孔
Z 軸方向
Claims (9)
- 酸素イオン伝導性の固体電解質体(21)と該固体電解質体(21)の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた測定電極(22)及び基準電極(23)とを有するセンサ素子(2)と、
該センサ素子(2)を内側に挿通するハウジング(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、を備えるガスセンサ(1)であって、
該素子カバー(4)は、上記センサ素子(2)の先端部を外周側及び先端側から覆うように配設されたインナカバー(41)と、該インナカバー(41)を外周側及び先端側から覆うように配設されたアウタカバー(42)とを有し、
上記インナカバー(41)は、軸方向(Z)に沿ったインナ側壁部(411)と、該インナ側壁部(411)の先端側に設けられて軸方向(Z)に対して交差するインナ底壁部(412)とを有し、
上記アウタカバー(42)は、軸方向(Z)に沿ったアウタ側壁部(421)と、該アウタ側壁部(421)の先端側に設けられて軸方向(Z)に対して交差するアウタ底壁部(422)とを有し、
上記インナ側壁部(411)に形成されたインナ側面孔(51)は、上記測定電極(22)よりも基端側に位置し、
上記アウタ側壁部(421)に形成されたアウタ側面孔(61)は、上記インナ側面孔(51)よりも先端側に位置し、
上記インナ底壁部(412)に形成されたインナ底面孔(52)は、上記測定電極(22)よりも先端側に位置し、
上記アウタ底壁部(422)に形成されたアウタ底面孔(62)は、上記インナ底面孔(52)よりも外側に位置しており、
上記インナ底面孔(52)の総面積に対する上記アウタ側面孔(61)の総面積の比が、8〜47であり、
上記インナ側面孔(51)の総面積が、2〜8mm2であることを特徴とするガスセンサ(1)。 - 上記インナ底面孔(52)の総面積に対する上記アウタ側面孔(61)の総面積の比が、11〜35であることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ(1)。
- 上記インナ底面孔(52)の総面積に対する上記アウタ側面孔(61)の総面積の比が、16〜30であることを特徴とする請求項2に記載のガスセンサ(1)。
- 上記インナ側面孔(51)の総面積が、3〜7mm2であ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(1)。
- 上記インナ側面孔(51)の総面積が、3.5〜6mm2であることを特徴とする請求項4に記載のガスセンサ(1)。
- 上記インナ底面孔(52)は、軸方向(Z)に対して直交する上記インナ底壁部(412)に形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のガスセンサ(1)。
- 上記センサ素子(2)は、先端側が閉塞されると共に基端側が開放された有底筒状のコップ型であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のガスセンサ(1)。
- 内燃機関の排気系における触媒フィルタよりも下流側に設置されるリア用ガスセンサであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のガスセンサ(1)。
- 上記測定電極(22)と上記基準電極(23)との間に所定の電圧を印加することにより、被測定ガス中の特定ガス濃度に依存した限界電流値を出力する限界電流式のガスセンサであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のガスセンサ(1)。
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