JP4725494B2

JP4725494B2 - ガスセンサ

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Publication number: JP4725494B2
Application number: JP2006309297A
Authority: JP
Inventors: 康平山田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2026-11-15
Also published as: US20070251823A1; DE102007000245B4; DE102007000245A1; US7901556B2; CN101063668A; CN101063668B; JP2007316051A

Description

本発明は、内燃機関の排気系等に配設され、被測定ガス中の特定ガス濃度を検知するガスセンサに関する。

自動車エンジン等の内燃機関の排気系に、図１９に示すような、排気ガスＧ中の酸素濃度等を検知するガスセンサ９を配設し、該ガスセンサ９による酸素濃度等の測定値から空燃比を検出し、これを利用して内燃機関の燃焼制御を行う技術がある。
上記ガスセンサ９は、ジルコニア等からなる固体電解質体を用いたガスセンサ素子９２を内蔵していると共に、このガスセンサ素子９２をカバーする素子カバー９３を有している。素子カバー９３は、ステンレス鋼等の金属からなり、排気ガスＧを通過させる通気孔９３３を有している。

排気管を流通する排気ガスＧは、上記通気孔９３３から上記素子カバー９３の内側に導入され、上記ガスセンサ素子９２に到達する。そして、ガスセンサ素子９２に排気ガスＧが接触することにより、排気ガスＧ中の酸素濃度等の測定が可能となる。
ところで、内燃機関の低温始動時等において、排気ガス中に含まれる水滴などが、停止時に冷えた排気管の内壁面に触れて水滴となり、凝縮することがある。
水滴が付着した状態で内燃機関を始動した場合、特に始動直後の排気ガス温度が低い場合は、凝縮水が気化することなく排気ガスによって吹き飛ばされ、排気ガスＧと共に素子カバー９３の内部に侵入する。

一方、上記ガスセンサ９による測定に当っては、固体電解質体からなるガスセンサ素子９２の温度を４００℃以上という高温に保ち、活性状態を保つ必要がある。
そのため、素子カバー９３の内側に侵入した水滴がガスセンサ素子の表面に付着した場合、熱衝撃により、ガスセンサ素子９２に割れ（被水割れ）が発生するおそれがある。

かかる被水割れの対策として、図１９に示すごとく、素子カバー９３をインナーカバー９３１とアウターカバー９３２とによる二重構造とすると共に、排気管における排気ガスＧの流れ方向に関して、通気孔９３３の位置が重ならないようにして、ガスセンサ素子９２への水滴付着を防止している。
しかし、図１９に示すごとく、水滴Ｗがアウターカバー９３２の外側表面９３４に付着したとき、この外側表面９３４を伝って水滴Ｗが通気孔９３３まで移動して、アウターカバー９３１の内部に侵入する。そして、更に、水滴Ｗがインナーカバー９３１の外側表面９３６やアウターカバー９３２の内側表面９３５を伝って、インナーカバー９３１の通気孔９３３まで移動して、インナーカバー９３１の内部に侵入することがある。これにより、この水滴Ｗがガスセンサ素子９２に付着して、被水割れが生ずるおそれがある。

そこで、図２０に示すごとく、ガスセンサ素子９２自体の表面に撥水性の保護層９４を設けて、水滴がガスセンサ素子９２に付着することを防ぐ技術がある（特許文献１参照）。
ところが、ガスセンサ素子９２の表面に保護層９４を設けると、被測定ガス（排気ガス）が、ガスセンサ素子９２のセンシング部に達する時間が長くなり、ガスセンサ９の応答性が低下するおそれがある。また、ガスセンサ素子９２の熱容量が大きくなるため、活性時間が長くなるおそれもある。

また、図２１に示すごとく、素子カバー９３の通気孔９３３を覆うように保護層９４０を形成したガスセンサ９０も開示されている（特許文献２参照）。
しかし、この場合にも、被測定ガス（排気ガス）が素子カバー９３の内部に侵入してガスセンサ素子９２０に達するまでに時間がかかり、ガスセンサ９０の応答性が低下するおそれがある。

特開平８−２４０５５９号公報実開平４−１１４６１号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ガスセンサ素子の被水割れを防止すると共に応答性に優れたガスセンサを提供しようとするものである。

本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ素子と、該ガス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固定された素子カバーとを有するガスセンサであって、
上記素子カバーは、インナーカバーと該インナーカバーの外周に配置されたアウターカバーとを備えており、
上記アウターカバーは、側面部に外側開口部を設けてなると共に、該外側開口部よりも先端側に排出用開口部を設けてなり、
上記インナーカバーは、上記外側開口部よりも先端側となる位置に内側開口部を設けてなり、
該内側開口部は、上記インナーカバーの外部から内部へ向かう開口方向が上記ガスセンサの軸方向基端方向の成分を有する状態に形成されていることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記素子カバーは、上記アウターカバーに上記外側開口部と上記排出用開口部とを設けており、上記インナーカバーにおける上記外側開口部よりも先端側となる位置に内側開口部を設けている。そのため、側方から流れて来る被測定ガスは、外側開口部からアウターカバーとインナーカバーとの間に導入され、排出用開口部から排出される。また、アウターカバーとインナーカバーとの間に導入された被測定ガスの一部が、更に内側開口部からインナーカバーの内部に導入され、ガスセンサ素子に到達する。

上述のごとく、上記内側開口部は、外側開口部よりも先端側となる位置に形成されていると共に、上記インナーカバーの外部から内部へ向かう開口方向が上記ガスセンサの軸方向基端方向の成分を有する状態に形成されている。それ故、アウターカバーの外側開口部から導入された被測定ガスの流れのうち、排出用開口部へ向かう流れは比較的直線的な流れとなるが、内側開口部からインナーカバーの内部へ向かう流れは曲線的な流れとなる。

これにより、アウターカバーとインナーカバーとの間に導入された被測定ガスと共に流れる水滴は、その慣性力によって、排出用開口部へ向かって流れ、該排出用開口部から外部へ排出される。これは、水滴は被測定ガスに比べて比重が大きいため、慣性力が大きく働き、上記のごとく直線的な流れである排出用開口部へ向かう流れに沿って排出用開口部から外部へ排出されることとなる。一方、比重の小さい被測定ガス自体は、上記の直線的な流れ以外にも、曲線的な流れであるインナーカバーの内部へ向かう流れをも形成することとなる。
これにより、被測定ガスと共に流れる水滴がインナーカバーの内部に浸入することを防ぎ、ガスセンサ素子の被水を防ぐことができる。そして、被水に起因するガスセンサ素子の被水割れを防ぐことができる。

また、上記素子カバーには外側開口部及び内側開口部が形成されており、これらの位置関係によって、上記のごとく水滴の浸入を防ぐため、被測定ガスを素子カバーの内部に充分に導入することができる。それ故、応答性に優れたガスセンサを得ることができる。
また、ガスセンサ素子の表面に何らかの処理を施す必要もないため、被測定ガスがガスセンサ素子のセンシング部へ到達することを妨げることもなく、ガスセンサの応答性を低下させるおそれはない。また、ガスセンサ素子の熱容量を大きくすることもないため、活性時間の短縮を妨げることもない。

以上のごとく、本発明によれば、ガスセンサ素子の被水割れを防止すると共に応答性に優れたガスセンサを提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記ガスセンサとしては、自動車エンジン等の各種車両用内燃機関の排気管に設置して、排気ガスフィードバックシステムに使用する空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）、排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ（Ｏ₂センサ）、また排気管に設置する三元触媒の劣化検知等に利用するＮＯｘ等の大気汚染物質濃度を調べるＮＯｘセンサ等がある。
また、上記ガスセンサ素子は、例えば、ジルコニア等からなる固体電解質体の一方の面と他方の面とに基準ガス側電極及び被測定ガス側電極とを設けてなる。

また、本明細書において、上記ガスセンサを内燃機関の排気管等に挿入する側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
また、上記開口方向は、例えば、内側開口部の輪郭線を含む平面に直交する方向として定義することができる。また、上記輪郭線が単一平面上にない場合には、上記輪郭線に最も近似した平面状の曲線（２次元の曲線）を想定し、この曲線を含む平面に直交する方向を上記開口方向とすることができる。

また、上記排出用開口部は、上記アウターカバーの先端部に形成されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、アウターカバーの内側に水が滞留することを防ぐことができ、素子カバーの耐久性を向上させることができる。

また、上記インナーカバーの先端面と上記アウターカバーの先端面とは、互いに略同一平面上に配されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記アウターカバーの排出用開口部から被測定ガスと共に水が浸入することを充分に防ぐことができる。即ち、インナーカバーの先端面がアウターカバーの先端面よりも先端側に配されていると、ガスセンサの側方から被測定ガスと共に流れてくる水滴が、インナーカバーの側面に当った後、排出用開口部からインナーカバーとアウターカバーとの間に浸入するおそれがある。
そこで、上記インナーカバーの先端面と上記アウターカバーの先端面とを、互いに略同一平面上に配することにより、排出用開口部から水滴が浸入することを防ぐことができる。これにより、ガスセンサ素子の被水割れをより確実に防ぐことができる。

また、インナーカバーの先端面をアウターカバーの先端面よりも基端側に配すると、インナーカバーの先端面に先端開口部を設けた場合に、該先端開口部から排出される被測定ガスの流れが形成され難くなる傾向がある。
それ故、上記インナーカバーの先端面と上記アウターカバーの先端面とは、互いに略同一平面上に配されていることが好ましく、また、例えば公差を設ける場合には、インナーカバーの先端面がアウターカバーの先端面よりも基端側となる公差を設けることが好ましい。

また、上記インナーカバーは、先端部に先端開口部を形成してなることが好ましい（請求項４）。
この場合には、内側開口部から導入された被測定ガスを、上記先端開口部から排出することができる。そして、素子カバーの外側であって先端開口部付近に形成される被測定ガスの流れ（排気管等を流通するガスの流れ）によって、先端開口部付近に負圧が発生する。この負圧により、アウターカバーの内側に導入された被測定ガスを、内側開口部からインナーカバーの内部に導入しやすくなる。これにより、水滴と分離して被測定ガスをインナーカバーの内部に効率よく導入することができる。その結果、ガスセンサ素子の被水防止と応答性の向上とを効果的に行うことができる。

また、上記アウターカバーは、先端側へ行くほど縮径する外側径変部を、少なくとも一部に形成してなることが好ましい（請求項５）。
この場合には、アウターカバーとインナーカバーとの間に導入された被測定ガスを、円滑に排出用開口部に導くことができる。その結果、インナーカバーの内部への水滴の浸入を効果的に防ぐことができる。

また、上記外側径変部はテーパ形状を有することが好ましい（請求項６）。
この場合には、被測定ガスの流れを一層円滑にすることができると共に、アウターカバーの形成を容易にすることができる。

また、上記インナーカバーは、先端側へ行くほど縮径する内側径変部を、少なくとも一部に形成してなることが好ましい（請求項７）。
この場合には、アウターカバーとインナーカバーとの間に導入された被測定ガスを、円滑に排出用開口部に導くことができる。その結果、インナーカバーの内部への水滴の浸入を効果的に防ぐことができる。

また、上記内側径変部はテーパ形状を有することが好ましい（請求項８）。
この場合には、被測定ガスの流れを一層円滑にすることができると共に、インナーカバーの形成を容易にすることができる。

また、上記インナーカバーの最も直径の小さい部分を含む上記内側径変部は、その基端部が上記ガスセンサ素子の先端よりも先端側に配されていることが好ましい（請求項９）。
この場合には、上記ガスセンサ素子がインナーカバーの内壁面に干渉しないようにすることが容易となる。即ち、上記内側径変部の基端部が上記ガスセンサ素子の先端よりも基端側に配されていると、ガスセンサ素子の先端部においてインナーカバーの内径が小さくなる。その結果、ガスセンサ素子の先端部とインナーカバーの内壁とのクリアランスが小さくなり、振動等によりガスセンサ素子が振れた場合に、インナーカバーと干渉するおそれがある。そこで、上記内側径変部の基端部を上記ガスセンサ素子の先端よりも先端側に配することにより、インナーカバーとガスセンサ素子との干渉を防ぎやすくなる。

また、上記内側開口部は、上記インナーカバーの外部から内部へ向かう開口方向が、上記ガスセンサの軸方向基端方向もしくは軸方向基端方向成分と径方向外側方向成分とを合成した方向となることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、アウターカバーとインナーカバーとの間に導入され、更に内側開口部からインナーカバーの内部に向かう流れが、より複雑な曲線となる。それ故、被測定ガスと共に流れる水滴が、インナーカバーの内部へ浸入することをより効果的に防ぐことができる。

また、上記内側開口部は、上記インナーカバーの側面部の一部に設けた凹部の基端に形成されていることが好ましい（請求項１１）。
この場合には、インナーカバーの幅を大きくすることなく、内側開口部の上記開口方向を、ガスセンサの軸方向基端方向に近付けることができる。これにより、ガスセンサ素子の被水を充分に防止すると共に、ガスセンサの小型化を容易にすることができる。

また、上記インナーカバーは、上記外側開口部に対向する対向側面部を上記ガスセンサの軸方向に平行に形成してなることが好ましい（請求項１２）。
この場合には、外側開口部からアウターカバーとインナーカバーとの間に導入された被測定ガスの流れを、ガスセンサの軸方向に沿った流れにしやすくなる。これにより、比重の大きい水滴が、一層円滑にガスセンサの軸方向先端へ向かって流れ、排出用開口部から排出されやすくなる。

また、上記内側開口部は、上記ガスセンサ素子に設けた被測定ガス側電極の基端部から該被測定ガス側電極の軸方向長さの半分の位置までの間の位置に形成されていることが好ましい（請求項１３）。
この場合には、内側開口部から導入された被測定ガスを、被測定ガス側電極に即座に到達させることができると共に、被測定ガス側電極の全体に行き渡らせることができ、一層応答性に優れたガスセンサを得ることができる。

上記内側開口部が、被測定ガス側電極の軸方向長さの半分の位置よりも先端側に形成されている場合には、内側開口部から導入された被測定ガスを、被測定ガス側電極の全体に行き渡らせることが困難となり、充分な応答性を得ることが困難となるおそれがある。一方、上記内側開口部が、被測定ガス側電極の基端部よりも基端側に形成されている場合には、内側開口部から導入された被測定ガスが被測定ガス側電極に到達するまでに時間がかかり、優れた応答性を得ることが困難となるおそれがある。

（実施例１）
本発明の実施例に係るガスセンサにつき、図１〜図３を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図１に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ素子２と、該ガスセンサ素子２を内側に挿通するハウジング３と、該ハウジング３の先端側に固定された素子カバー４とを有する。

素子カバー４は、図１、図２に示すごとく、インナーカバー４１と該インナーカバー４１の外周に配置されたアウターカバー４２との二重構造を有している。
アウターカバー４２は、側面部に外側開口部４２１を設けてなると共に、該外側開口部４２１よりも先端側に排出用開口部４２２を設けてなる。
また、インナーカバー４１は、外側開口部４２１よりも先端側となる位置に内側開口部４１１を設けてなる。

図２に示すごとく、内側開口部４１１は、インナーカバー４１の外部から内部へ向かう開口方向Ａが上記ガスセンサ１の軸方向基端方向の成分（Ａｚ）を有する状態に形成されている。即ち、上記開口方向Ａのベクトルをガスセンサ１の軸方向成分（Ａｚ）と径方向成分（Ａｒ）とに分けたとき、軸方向成分（Ａｚ）が、軸方向基端側に正となる。
また、上記開口方向Ａは、内側開口部４１１の輪郭線を含む平面に直交する方向として定義することができる。また、上記輪郭線が単一平面上にない場合には、上記輪郭線に最も近似した平面状の曲線（２次元の曲線）を想定し、この曲線を含む平面に直交する方向を上記開口方向Ａとする。

また、排出用開口部４２２は、アウターカバー４２の先端部に形成されている。
また、インナーカバー４１は、素子カバー４の外部に開口する先端開口部４１２を、先端部に形成してなる。
アウターカバー４２は、先端側へ行くほど縮径するテーパ形状の外側径変部４２３を形成してなる。
また、インナーカバー４１は、先端側へ行くほど縮径するテーパ形状の内側径変部４１３、４１４を、軸方向の２箇所に形成してなる。そして、基端側の内側径変部４１３に、上記内側開口部４１１が穿設されている。

インナーカバー４１は、外側開口部４２１に対向する対向側面部４１５をガスセンサ１の軸方向に平行に形成してなる。
また、素子カバー４は、インナーカバー４１の先端部がアウターカバー４２の先端部よりも先端側に突出した状態で、インナーカバー４１とアウターカバー４２とを重ね合わせている。即ち、アウターカバー４２の先端部には、インナーカバー４１の先端部の外形よりも大きい大径開口部４２４が形成されている。そして、該大径開口部４２４に対してインナーカバー４１の先端部を挿通することにより、該先端部の外壁と大径開口部４２４の内壁との間に、上記排出用開口部４２２が形成される。

なお、上記インナーカバー４１の先端部は、アウターカバー４２の先端部と面一であってもよく、また、アウターカバー４２の先端部よりも基端側へ後退していてもよい。
また、図１に示すごとく、素子カバー４は、その基端部においてハウジング３の先端部に加締め固定されている。即ち、インナーカバー４１とアウターカバー４２とは、基端部４１９、４２９において互いに重ねられており、この重ねられた基端部４１９、４２９が、ハウジング３の先端加締め部３１において加締め固定されている。

また、ハウジング３の内側には、ガスセンサ素子２を挿通保持する素子側絶縁碍子１１が保持されている。また、素子側絶縁碍子１１の基端側には大気側絶縁碍子１２が配設されており、大気側絶縁碍子１２を覆うように配された大気側カバー１３がハウジング３の基端部に固定されている。
大気側絶縁碍子１２の内側には、ガスセンサ素子２との電気的導通を図るための金属端子１４が保持されており、該金属端子１４に接続された外部リード１５が、大気側カバー１３の基端部を閉塞するブッシュ１６を挿通するように配線されている。

また、ガスセンサ素子２は、ジルコニアを主成分とする固体電解質体の一方の面と他方の面とに基準ガス側電極及び被測定ガス側電極とを設けてなる（図示略）。また、ガスセンサ素子２には、ヒータが内蔵されており（図示略）、ガスセンサ１の使用時において、ガスセンサ素子２を４００℃以上の高温に加熱して、活性状態とする。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記素子カバー４は、アウターカバー４２に外側開口部４２１と排出用開口部４２２とを設けており、インナーカバー４１における外側開口部４２１よりも先端側となる位置に内側開口部４１１を設けている。そのため、図３に示すごとく、側方から流れて来る被測定ガスＧは、外側開口部４２１からアウターカバー４２とインナーカバー４１との間に導入され、排出用開口部４２２から排出される（Ｇ１）。また、アウターカバー４２とインナーカバー４１との間に導入された被測定ガスの一部（Ｇ２）が、更に内側開口部からインナーカバー４１の内部に導入され、ガスセンサ素子２に到達する。

上述のごとく、内側開口部４１１は、外側開口部４２１よりも先端側となる位置に形成されていると共に、インナーカバー４１の外部から内部へ向かう開口方向Ａがガスセンサ１の軸方向基端方向の成分Ａｚを有する状態に形成されている。それ故、アウターカバー４２の外側開口部４２１から導入された被測定ガスＧの流れのうち、排出用開口部４２へ向かう流れ（Ｇ１）は比較的直線的な流れとなるが、内側開口部４１１からインナーカバー４１の内部へ向かう流れ（Ｇ２）は曲線的な流れとなる。

これにより、アウターカバー４２とインナーカバー４１との間に導入された被測定ガスと共に流れる水滴は、その慣性力によって、排出用開口部４２２へ向かって流れ、該排出用開口部４２２から外部へ排出される。これは、水滴は被測定ガスに比べて比重が大きいため、慣性力が大きく働き、上記のごとく直線的な流れである排出用開口部４２２へ向かう流れ（Ｇ１）に沿って排出用開口部４２２から外部へ排出されることとなる。一方、比重の小さい被測定ガス自体は、直線的な流れ（Ｇ１）以外にも、曲線的な流れであるインナーカバー４１の内部へ向かう流れ（Ｇ２）をも形成することとなる。

これにより、被測定ガスＧに含まれる水滴がインナーカバーの内部に浸入することを防ぎ、ガスセンサ素子２の被水を防ぐことができる。そして、この被水に起因するガスセンサ素子２の被水割れを防ぐことができる。

また、上記素子カバー４には外側開口部４２及び内側開口部４１が形成されており、これらの位置関係によって、上記のごとく水滴の浸入を防ぐため、被測定ガスＧを素子カバー４の内部に充分に導入することができる。それ故、応答性に優れたガスセンサ１を得ることができる。
また、ガスセンサ素子２の表面に何らかの処理を施す必要もないため、被測定ガスＧがガスセンサ素子２のセンシング部へ到達することを妨げることもなく、ガスセンサ１の応答性を低下させるおそれはない。また、ガスセンサ素子２の熱容量を大きくすることもないため、活性時間の短縮を妨げることもない。

また、排出用開口部４２２は、アウターカバー４２の先端部に形成されているため、アウターカバー４２の内側に水が滞留することを防ぐことができ、素子カバー４の耐久性を向上させることができる。
また、インナーカバー４１は、先端部に先端開口部４１２を形成してなるため、図３に示すごとく、内側開口部４１１から導入された被測定ガスを、先端開口部４１２から排出することができる。そして、素子カバー４の外側であって先端開口部４１２付近に形成される被測定ガスＧの流れによって、先端開口部４１２付近に負圧が発生する。この負圧により、アウターカバー４２の内側に導入された被測定ガスＧを、内側開口部４１１からインナーカバー４１の内部に導入しやすくなる。即ち図３における流れＧ２が促進される。これにより、水滴と分離して被測定ガスＧ２をインナーカバー４１の内部に効率よく導入することができる。その結果、ガスセンサ素子２の被水防止と応答性の向上とを効果的に行うことができる。

また、アウターカバー４２は外側径変部４２３を形成してなるため、図３に示すごとく、アウターカバー４２とインナーカバー４１との間に導入された被測定ガスＧ１を、円滑に排出用開口部４２２に導くことができる。その結果、インナーカバー４１の内部への水滴の浸入を効果的に防ぐことができる。
また、外側径変部４２３はテーパ形状を有するため、被測定ガスＧ１の流れを一層円滑にすることができると共に、アウターカバー４２の形成を容易にすることができる。

また、インナーカバー４１は内側径変部４１３、４１４を形成してなるため、アウターカバー４２とインナーカバー４１との間に導入された被測定ガスＧ１を、円滑に排出用開口部４２２に導くことができる。その結果、インナーカバー４１の内部への水滴の浸入を効果的に防ぐことができる。
また、内側径変部４１３、４１４はテーパ形状を有するため、被測定ガスＧ１の流れを一層円滑にすることができると共に、インナーカバー４１の形成を容易にすることができる。
また、内側径変部４１３に内側開口部４１１を設けたことにより、図２に示すごとく、内側開口部４１１の開口方向Ａが、上記のごとくガスセンサ１の軸方向基端方向の成分Ａｚを有する状態とすることが容易にできる。

また、インナーカバー４１は、外側開口部４２１に対向する対向側面部４１５をガスセンサ１の軸方向に平行に形成してなる。そのため、外側開口部４２１からアウターカバー４２とインナーカバー４１との間に導入された被測定ガスＧ１の流れを、ガスセンサ１の軸方向に沿った流れにしやすくなる。これにより、比重の大きい水滴が、一層円滑にガスセンサ１の軸方向先端へ向かって流れ、排出用開口部４２２から排出されやすくなる。

以上のごとく、本例によれば、ガスセンサ素子の被水割れを防止すると共に応答性に優れたガスセンサを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、インナーカバー４１における内側開口部４１１の穿設位置を、より先端側にずらした例である。具体的には、内側開口部４１１は、アウターカバー４２の外側開口部４２１と排出開口部４２２との略中間位置に形成されている。
また、インナーカバー４１の内側径変部４１３も同様に、外側開口部４２１と排出開口部４２２との略中間位置に形成され、この内側径変部４１３に内側開口部４１１が形成されている。
その他は、実施例１と同様である。

この場合には、内側開口部４１１が外側開口部４２１からより離れた位置に配されることとなる。そのため、外側開口部４２１から導入された被測定ガスと共に流れる水滴が、内側開口部４１１からインナーカバー４１の内部に浸入することをより防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図５、図６に示すごとく、インナーカバー４１の側面部の一部に設けた凹部４１７の基端に、内側開口部４１１を形成した例である。
即ち、インナーカバー４１における内側径変部４１３の複数箇所に凹部４１７を設け、該凹部４１７の基端を開口させることにより、内側開口部４１１を形成する。即ち、いわゆるルーバー形状の内側開口部４１１とする。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、インナーカバー４１の幅を大きくすることなく、内側開口部４１１の開口方向Ａを、ガスセンサ１の軸方向基端方向へ近付けることができる。これにより、ガスセンサ素子２の被水を充分に防止すると共に、ガスセンサ１の小型化を容易にすることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図７に示すごとく、インナーカバー４１に、ガスセンサ１の軸方向に対して略直角な段部４１６を形成し、該段部４１６に内側開口部４１１を穿設した例である。
これにより、内側開口部４１１の開口方向Ａが、ガスセンサ１の軸方向基端方向に一致する。
また、本例においては、インナーカバー４１とアウターカバー４２とは、先端部が互いに略面一となるように組み付けられている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、アウターカバー４２とインナーカバー４１との間に導入され、更に内側開口部４１１からインナーカバー４１の内部に向かう流れ（図３のＧ２参照）がより複雑な曲線となる。それ故、被測定ガスと共に流れる水滴が、インナーカバー４１の内部へ浸入することをより効果的に防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、軸方向基端方向成分と径方向外側方向成分とを合成した方向となるよう構成することもできる。即ち、上記段部４１６が、内側に行くに従って基端側へ向かうような形状に形成してあってもよい。

（実施例５）
本例は、図８、図９に示すごとく、アウターカバー４２に外側縮径部（図１の符号４２３参照）を設けない例である。
図８に示す素子カバー４は、外側縮径部を設けていないアウターカバー４２と、実施例４において示した段部４１６を設けたインナーカバー４１とからなる。
図９に示す素子カバー４は、外側縮径部を設けていないアウターカバー４２と、テーパ形状の内側縮径部４１３を設けたインナーカバー４１とからなる。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施例６）
本例は、図１０、図１１に示すごとく、本発明の効果確認試験を行った例である。
まず、本発明品として上記実施例１（図１〜図３）に示したガスセンサ１を、従来品として従来例（図１９）に示したガスセンサ９を、それぞれ用意した。
そして、これらのガスセンサについて、図１０、図１１に示すごとく、ガスセンサ素子への水滴付着の抑制効果を評価した。

即ち、図１０に示すごとく、水平面に対して５０°に傾斜させた内径３５ｍｍの配管５１に、ガスセンサ１を取付ける。ガスセンサ１の取り付け位置は、配管５１の上端開口部５１１から１００ｍｍの位置である。そして、配管５１の上端開口部５１１から水滴を含む空気を、噴射機５２から５回噴射する。一回あたりの噴射エア中の水量は、０．２ｍｌであり、エア圧は０．１５ｋｇ／ｃｍ²である。

このとき、ガスセンサ１に内蔵されたガスセンサ素子への被水面積を評価した。
同様の試験を従来品（ガスセンサ９）についても行った。
試験結果を、図１１に示す。同図に示すように、本発明品は、被水面積が従来品に比べて半分以下であった。
本例の結果から、本発明によれば、充分にガスセンサ素子の被水を抑制することができることが分かる。

（実施例７）
本例は、図１２、図１３に示すごとく、本発明のガスセンサの応答性について評価した例である。
即ち、まず、３Ｌ，直列６気筒直噴エンジンの排気管にガスセンサを設置した。そして、エンジンの回転数を２０００回転／分として運転した。また、図１２の曲線Ｌ１に示すごとく、エンジンの空燃比を制御して、λ値（空気過剰率）が０．９となる状態と、１．１となる状態とを、周波数４．１６Ｈｚの周期で交互に形成した。
また、ガスセンサの素子温度は７５０℃とした。

このときのガスセンサの出力の変化を図１２の曲線Ｌ２に示す。そして、空燃比の変化（Ｌ１）に対するセンサ出力の変化（Ｌ２）を解析し、ゲイン（利得）を評価した。その結果を、図１３に示す。
評価は、上記実施例６と同様に、本発明品としての実施例１のガスセンサ１と、従来品としてのガスセンサ９との双方についてそれぞれ行った。

図１３に示すごとく、従来品よりも本発明品の方が、ゲイン値が高く、応答性に優れていることが分かる。
本例の結果から、本発明によれば、ガスセンサの応答性についても充分に確保することができることが分かる。
そして、上記実施例６及び７の結果は、本発明によれば、ガスセンサの応答性の向上と、ガスセンサ素子の被水抑制とを両立することができることを示している。

（実施例８）
本例は、図１４に示すごとく、インナーカバー４１を、第１インナーカバー４１ａと第２インナーカバー４１ｂとに分割して構成した例である。
第１インナーカバー４１ａは、先端部に先端開口部４１２を有し、基端部には基端側へ向かうほど拡径するテーパ部４１８を有すると共に、基端部を開放させてある。
第２インナーカバー４１ｂは第１インナーカバー４１ａの外周側かつ基端側に配されているが、第２インナーカバー４１ｂの先端部は第１インナーカバー４１ａの基端部よりも先端側に配されている。即ち、第２インナーカバー４１ｂの先端部と第１インナーカバー４１ａの基端部とが、ガスセンサ１の軸方向についてオーバーラップしている。

そして、第２インナーカバー４１ｂの先端部と第１インナーカバー４１ａの基端部との間に、内側開口部４１１が形成されている。
その他は、実施例５（図９）と同様である。
本例の場合にも、ガスセンサ素子の被水割れを防止すると共に応答性に優れたガスセンサを提供することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例９）
本例は、図１５、図１６に示すごとく、インナーカバー４１の先端面４１０とアウターカバー４２の先端面４２０とを、互いに略同一平面上に配したガスセンサ１の例である。
実施例１のガスセンサ１においては、インナーカバー４１がアウターカバー４２の先端面よりも先端側に突出した形状を有しているが、本例においては、インナーカバー４１をアウターカバー４２よりも突出させることなく、インナーカバー４１の先端面４１０とアウターカバー４２０の先端面４２０とを略同一平面上に配したものである。

また、図１５、図１６においては、インナーカバー４１の先端面４１０がアウターカバー４２の先端面４２０よりも若干基端側にある状態を示しているが、このズレは、公差の範囲内のズレである。そして、公差を設ける場合には、インナーカバー４１の先端面４１０がアウターカバー４２の先端面４２０よりも基端側となる側に設ける。

また、インナーカバー４１の最も直径の小さい部分を含む内側径変部４１４、即ち先端側の内側径変部４１４は、その基端部４１４ａがガスセンサ素子２の先端２１よりも先端側に配されている。
また、図１６に示すごとく、内側開口部４１１は、ガスセンサ素子２に設けた被測定ガス側電極２２の基端部２２１から該被測定ガス側電極２２の軸方向長さＬの半分の位置までの間の位置に形成されている。また、より好ましくは、内側開口部４１１は、被測定ガス側電極２２の基端部２２１から該被測定ガス側電極２２の軸方向長さＬの３分の１の位置までの間の位置に形成する。
その他は、実施例５と同様である。
なお、図１５〜図１７は、平板状のガスセンサ素子２の主面に対して垂直な方向から見た図である。

本例の場合には、アウターカバー４２の排出用開口部４２２から被測定ガスと共に水が浸入することを充分に防ぐことができる。即ち、インナーカバー４１の先端面４１０がアウターカバー４２の先端面４２０よりも先端側に配されていると、ガスセンサ１の側方から被測定ガスと共に流れてくる水滴が、インナーカバー４１の側面に当った後、排出用開口部４２２からインナーカバー４１とアウターカバー４２との間に浸入するおそれがある。
そこで、インナーカバー４１の先端面４１０とアウターカバー４２の先端面４２０とを、互いに略同一平面上に配することにより、排出用開口部４２２から水滴が浸入することを防ぐことができる。これにより、ガスセンサ素子１の被水割れをより確実に防ぐことができる。

また、インナーカバー４１の先端面４１０をアウターカバー４２の先端面４２０よりも基端側に配すると、インナーカバー４１の先端面４１０の先端開口部４１２から排出される被測定ガスの流れが形成され難くなる傾向がある。
それ故、インナーカバー４１の先端面４１０とアウターカバー４２の先端面４２０とは、互いに略同一平面上に配されていることが好ましく、また、例えば公差を設ける場合には、インナーカバー４１の先端面４１０がアウターカバー４２の先端面４２０よりも基端側となる公差を設けることが好ましい。

また、インナーカバー４１の内側径変部４１４は、その基端部４１４ａがガスセンサ素子２の先端２１よりも先端側に配されている。これにより、ガスセンサ素子２がインナーカバー４１の内壁面に干渉しないようにすることが容易となる。

即ち、仮に図１７に示すごとく、内側径変部４１４の基端部４１４ａがガスセンサ素子２の先端２１よりも基端側に配されていると、ガスセンサ素子２の先端部においてインナーカバー４１の内径が小さくなる。その結果、ガスセンサ素子２の先端部とインナーカバー４１の内壁とのクリアランスが小さくなり、振動等によりガスセンサ素子２が振れた場合に、インナーカバー４１と干渉するおそれがある。そこで、内側径変部４１４の基端部４１４ａをガスセンサ素子２の先端２１よりも先端側に配することにより、インナーカバー４１とガスセンサ素子２との干渉を防ぎやすくなる。

また、内側開口部４１１は、被測定ガス側電極２２の基端部２２１から該被測定ガス側電極２２の軸方向長さＬの半分の位置までの間の位置に形成されている。これにより、図１６に示すごとく、内側開口部４１１から導入された被測定ガスＧを、被測定ガス側電極２２に即座に到達させることができると共に、被測定ガス側電極２２の全体に行き渡らせることができ、一層応答性に優れたガスセンサ１を得ることができる。
その他、実施例５と同様の作用効果を有する。

内側開口部４１１が、被測定ガス側電極２２の軸方向長さの半分の位置よりも先端側に形成されている場合には、内側開口部４１１から導入された被測定ガスＧを、被測定ガス側電極２２の全体に行き渡らせることが困難となり、充分な応答性を得ることが困難となるおそれがある。一方、上記内側開口部４１１が、被測定ガス側電極２２の基端部２２１よりも基端側に形成されている場合には、内側開口部４１１から導入された被測定ガスが被測定ガス側電極２２に到達するまでに時間がかかり、優れた応答性を得ることが困難となるおそれがある。

（実施例１０）
本例は、図１８に示すごとく、インナーカバー４１の内側開口部４１１と被測定ガス側電極２２との位置関係による、応答性の違いを評価した例である。
まず、被測定ガス側電極２２の軸方向長さをＬｓ、被測定ガス側電極２２の基端部２２１から内側開口部４１１までの軸方向距離をＬｈとしたとき、Ｌｈ／Ｌｓがそれぞれ、１／３、１／２、２／３、４／５となるガスセンサを用意した。
そして、各ガスセンサの応答性を、上記実施例７と同様の方法により評価した。その結果を図１８に示す。

同図から分かるように、Ｌｈ／Ｌｓが１／３、１／２のもの、即ち、内側開口部４１１を、被測定ガス側電極２２の基端部２２１から該被測定ガス側電極２２の軸方向長さＬｓの半分の位置までの間の位置に形成したものについては、ゲインが約０．２８５と充分に大きい。即ち、応答性に優れたガスセンサとすることができる。
また、製造バラツキを考慮したとき、Ｌｈ／Ｌｓが１／３以下となるようにすることにより、優れた応答性をより確実に得ることができる。

実施例１における、ガスセンサの縦断面図。実施例１における、素子カバーの縦断面図。実施例１における、素子カバー内における被測定ガスの流れを示す説明図。実施例２における、素子カバーの縦断面図。実施例３における、インナーカバーの斜視図。実施例３における、内側開口部周辺の断面図。実施例４における、素子カバーの縦断面図。実施例５における、素子カバーの縦断面図。実施例５における、他の素子カバーの縦断面図。実施例６における、被水評価試験方法の説明図。実施例６における、被水評価結果の線図。実施例７における、応答性評価試験方法の説明図。実施例７における、応答性評価結果の線図。実施例８における、素子カバーの縦断面図。実施例９における、素子カバーの縦断面図。実施例９における、素子カバー内における被測定ガスの流れを示す説明図。内側径変部の基端部がガスセンサ素子の先端よりも基端側に配されている状態を示す、素子カバーの縦断面図。実施例１０における、応答性評価結果の線図。従来例における、ガスセンサ素子の被水割れの原因を説明する断面説明図。従来例における、ガスセンサ素子に保護層を形成したガスセンサの断面図。従来例における、通気孔を保護層によって覆ったガスセンサの断面図。

符号の説明

１ガスセンサ
２ガスセンサ素子
３ハウジング
４素子カバー
４１インナーカバー
４１１内側開口部
４２アウターカバー
４２１外側開口部
４２２排出用開口部

Claims

被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ素子と、該ガス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固定された素子カバーとを有するガスセンサであって、
上記素子カバーは、インナーカバーと該インナーカバーの外周に配置されたアウターカバーとを備えており、
上記アウターカバーは、側面部に外側開口部を設けてなると共に、該外側開口部よりも先端側に排出用開口部を設けてなり、
上記インナーカバーは、上記外側開口部よりも先端側となる位置に内側開口部を設けてなり、
該内側開口部は、上記インナーカバーの外部から内部へ向かう開口方向が上記ガスセンサの軸方向基端方向の成分を有する状態に形成されていることを特徴とするガスセンサ。
請求項１において、上記排出用開口部は、上記アウターカバーの先端部に形成されていることを特徴とするガスセンサ。
請求項２において、上記インナーカバーの先端面と上記アウターカバーの先端面とは、互いに略同一平面上に配されていることを特徴とするガスセンサ。
請求項１〜３のいずれか一項において、上記インナーカバーは、先端部に先端開口部を形成してなることを特徴とするガスセンサ。
請求項１〜４のいずれか一項において、上記アウターカバーは、先端側へ行くほど縮径する外側径変部を、少なくとも一部に形成してなることを特徴とするガスセンサ。
請求項５において、上記外側径変部はテーパ形状を有することを特徴とするガスセンサ。
請求項１〜６のいずれか一項において、上記インナーカバーは、先端側へ行くほど縮径する内側径変部を、少なくとも一部に形成してなることを特徴とするガスセンサ。
請求項７において、上記内側径変部はテーパ形状を有することを特徴とするガスセンサ。
請求項７又は８において、上記インナーカバーの最も直径の小さい部分を含む上記内側径変部は、その基端部が上記ガスセンサ素子の先端よりも先端側に配されていることを特徴とするガスセンサ。
請求項１〜９のいずれか一項において、上記内側開口部は、上記インナーカバーの外部から内部へ向かう開口方向が、上記ガスセンサの軸方向基端方向もしくは軸方向基端方向成分と径方向外側方向成分とを合成した方向となることを特徴とするガスセンサ。
請求項１〜１０のいずれか一項において、上記内側開口部は、上記インナーカバーの側面部の一部に設けた凹部の基端に形成されていることを特徴とするガスセンサ。
請求項１〜１１のいずれか一項において、上記インナーカバーは、上記外側開口部に対向する対向側面部を上記ガスセンサの軸方向に平行に形成してなることを特徴とするガスセンサ。
請求項１〜１２のいずれか一項において、上記内側開口部は、上記ガスセンサ素子に設けた被測定ガス側電極の基端部から該被測定ガス側電極の軸方向長さの半分の位置までの間の位置に形成されていることを特徴とするガスセンサ。