JP5884803B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、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に関する。

従来、自動車の内燃機関の排気管等に設けられ、被測定ガスである排ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサが知られている。
ガスセンサとしては、例えば、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、センサ素子を内側に挿通して保持するハウジングと、ハウジングの先端側に配設された素子カバーとを備えたものがある。

例えば、特許文献１には、センサ素子の被水防止等のため、ガス導入部が設けられたセンサ素子の先端部を覆うインナカバーと、インナカバーの外側に配設されたアウタカバーとからなる二重構造の素子カバーを備えたガスセンサが開示されている。
このガスセンサにおいて、アウタカバーには、アウタカバー内に被測定ガスを導入するためのアウタ導入開口部が設けられている。また、インナカバーには、インナカバー内に被測定ガスを導入するためのインナ導入開口部と、インナ導入開口部の軸方向先端側の端部からインナカバーの内側に折り曲げられ、軸方向基端側に向かって形成されたルーバー部とが設けられている。

特開２００９−２５０７６号公報

ところで、多気筒の内燃機関では、気筒間の燃料噴射量のばらつき等により、気筒間において空燃比のばらつき（気筒間インバランス）が生じる。近年、さらなる排ガス規制、燃費規制により、内燃機関の気筒間インバランスをガスセンサにおいてより精度良く検出し、内燃機関の各気筒の空燃比制御を行うことが求められている。したがって、気筒間インバランスの指標となるガスセンサの出力値（空燃比：Ａ／Ｆ）の変化をより正確に把握するため、各気筒の空燃比変化に伴うガスセンサの応答性をさらに高めることが必要となる。具体的には、従来のＡ／Ｆ変化に対する応答性とは異なり、特にセンサ素子を保護する素子カバーにおいては、センサ素子のガス検出部（被測定ガスを検出するための部分）へより多くの被測定ガスを短距離で迅速に到達させることに加え、センサ素子の検出部に到達するまでの間に、各気筒から順次排気されるＡ／Ｆの異なる被測定ガスが混合されにくくすることが不可欠となる。

しかしながら、上記特許文献１のガスセンサでは、製造上の観点から、図１９、図２０に示すごとく、ルーバー部９４をインナ導入開口部と同一平面（平面ｈ）上に投影した場合に、ルーバー部９４の一対の側端縁９４３ａ、９４４ａがルーバー部９４の根元から先端に向かう方向（ルーバー形成方向ｖ）に対して内側に傾斜している。そして、ルーバー部９４の根元側端縁９４２ａと一対の側端縁９４３ａ、９４４ａとの間の角度ｂ１、ｂ２が９０度未満である。そのため、図２１に示すごとく、被測定ガスｇがインナ導入開口部９２からルーバー部９４の表面に沿ってインナカバー内に流れ込む際に、被測定ガスｇの一部がルーバー部９４の側端部９４３、９４４から両側に漏れてインナカバー内に流れ込む。

そのため、インナカバー内に導入された被測定ガスの一部について、センサ素子のガス導入部に到達することが困難となったり、ガス導入部に到達するまでの距離が長くなったり、ガス導入部に到達するまでの間に他のインナ導入開口部から流れ込んだ被測定ガスと混合したりする場合がある。これにより、内燃機関の気筒間インバランスの検出精度が低下し、気筒間インバランスを検出するためのガス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、内燃機関の気筒間インバランスの検出精度を高めることができ、気筒間インバランスを検出する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。

本発明の一の態様は、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挿通するハウジングと、
該ハウジングの軸方向先端側に配設された素子カバーとを備え、
上記センサ素子の先端部には、その内部に被測定ガスを導入するためのガス導入部が設けられており、
上記素子カバーは、上記センサ素子の先端部を覆うように配設されたインナカバーと、該インナカバーの外側に配設されたアウタカバーとを有し、
該アウタカバーには、該アウタカバー内に被測定ガスを導入するためのアウタ導入開口部が設けられており、
上記インナカバーには、該インナカバー内に被測定ガスを導入するためのインナ導入開口部と、該インナ導入開口部の軸方向先端側の端部から上記インナカバーの軸方向基端側に向かって形成されたルーバー部とが設けられており、
該ルーバー部を上記インナ導入開口部と同一平面上に投影した場合、上記ルーバー部の一対の側端縁は、該ルーバー部の根元側から先端側に向かうルーバー形成方向に対して略平行に、略直線状に形成されていることを特徴とするガスセンサにある。
本発明の他の態様は、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挿通するハウジングと、
該ハウジングの軸方向先端側に配設された素子カバーとを備え、
上記センサ素子の先端部には、その内部に被測定ガスを導入するためのガス導入部が設けられており、
上記素子カバーは、上記センサ素子の先端部を覆うように配設されたインナカバーと、該インナカバーの外側に配設されたアウタカバーとを有し、
該アウタカバーには、該アウタカバー内に被測定ガスを導入するためのアウタ導入開口部が設けられており、
上記インナカバーには、該インナカバー内に被測定ガスを導入するためのインナ導入開口部と、該インナ導入開口部の軸方向先端側の端部から上記インナカバーの軸方向基端側に向かって形成されたルーバー部とが設けられており、
該ルーバー部を上記インナ導入開口部と同一平面上に投影した場合、上記ルーバー部の一対の側端縁は、該ルーバー部の根元側から先端側に向かうルーバー形成方向に対して外側に傾斜して、略直線状に形成されていることを特徴とするガスセンサにある。

上記ガスセンサにおいて、インナカバーには、インナ導入開口部と、インナ導入開口部の軸方向先端側の端部からインナカバーの内側に折り曲げられ、軸方向基端側に向かって形成されたルーバー部とが設けられている。そして、ルーバー部をインナ導入開口部と同一平面上に投影した場合、ルーバー部の一対の側端縁は、ルーバー部の根元側から先端側に向かうルーバー形成方向に対して略平行に又は外側に傾斜して、略直線状に形成されている（後述する図５、図６、図１２参照）。

そのため、アウタ導入開口部からアウタカバー内（アウタカバーとインナカバーとの間）に導入された被測定ガスがインナ導入開口部からインナカバー内に流れ込む際に、被測定ガスがルーバー部の表面に沿って、ルーバー部の根元側から先端側に向かって流れやすくなる。そして、被測定ガスの一部がルーバー部の側端部から両側に漏れてインナカバー内に流れ込むことを抑制することができる。つまり、ルーバー部の先端部を通過して流れ込む被測定ガスの流量の割合を高めることができる（後述する図７、図１３参照）。

これにより、被測定ガスをインナ導入開口部からルーバー部を介してインナカバー内の所望の方向に流れ込ませることが容易となり、被測定ガスをできるだけ短距離で迅速にセンサ素子のガス導入部に到達させることができる。また、被測定ガスを他のインナ導入開口部から流れ込んだ被測定ガスと混合させることなく、センサ素子のガス導入部に到達させることができる。そして、内燃機関の各気筒の被測定ガスを順にセンサ素子のガス導入部に到達させ、センサ素子のガス導入部に到達するまでの間に各気筒の被測定ガスが混合されることを抑制することができる。

その結果、ガスセンサの応答性を高めることができ、内燃機関の気筒間インバランスの指標となるガスセンサの出力値（例えば、空燃比：Ａ／Ｆ等）の変化をより正確に把握することができる。そして、ガスセンサにおける内燃機関の気筒間インバランスの検出精度を向上させることができる。

このように、内燃機関の気筒間インバランスの検出精度を高めることができ、気筒間インバランスを検出する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１における、ガスセンサ全体の構造を示す断面説明図。 実施例１における、ガスセンサの素子カバーの構造を示す断面説明図。 実施例１における、インナカバーのインナ導入開口部及びルーバー部を示す断面説明図。 実施例１における、センサ素子の先端部の構造を示す断面説明図。 実施例１における、ルーバー部をインナ導入開口部と同一平面上に投影した状態を示す説明図。 実施例１における、インナ導入開口部と同一平面上に投影したルーバー部を示す説明図。 実施例１における、インナ導入開口部からルーバー部を介してインナカバー内に流れ込む被測定ガスの流れを示す説明図。 実施例１における、多気筒の内燃機関における被測定ガスの流れを示す説明図。 実施例１における、横軸に時間をとり、縦軸に被測定ガスのガス濃度をとって、ガス濃度の時間変化を示すグラフ。 実施例１における、インナカバーにおけるルーバー部をガスセンサの軸方向から見た状態で示す説明図。 背景技術における、インナカバーのルーバー部をガスセンサの軸方向から見た状態で示す説明図。 実施例１における、インナ導入開口部と同一平面上に投影した別例のルーバー部を示す説明図。 実施例１における、インナ導入開口部から別例のルーバー部を介してインナカバー内に流れ込む被測定ガスの流れを示す説明図。 実施例２における、ガスセンサの素子カバーの構造の一例を示す断面説明図。 実施例２における、ガスセンサの素子カバーの構造の一例を示す断面説明図。 実施例３における、ガスセンサを取り付けた内燃機関の排気管を示す説明図。 実施例３における、クランク角及びＡ／Ｆの時間ごとの変化を示すグラフ。 実施例３における、本発明品及び比較品のガスセンサのインバランス応答値比を示すグラフ。 背景技術における、ルーバー部をインナ導入開口部と同一平面上に投影した状態を示す説明図。 背景技術における、インナ導入開口部と同一平面上に投影したルーバー部を示す説明図。 背景技術における、インナ導入開口部からルーバー部を介してインナカバー内に流れ込む被測定ガスの流れを示す説明図。

上記ガスセンサにおいて、「軸方向先端側」とは、ガスセンサの軸方向の一方側であり、ガスセンサが被測定ガスに晒される側をいう。また、「軸方向基端側」とは、その反対側をいう。

また、上記センサ素子としては、例えば、被測定ガス側電極及び基準ガス側電極を設けた酸素イオン伝導性の固体電解質体、被測定ガス側電極に接触させる被測定ガスを透過させる多孔質の拡散抵抗層等を積層して構成された積層型のセンサ素子を用いることができる。上記構成の場合、センサ素子の外表面に拡散抵抗層の一部が露出しており、その露出した部分が上記ガス導入部となる。

また、上記センサ素子の先端部には、上記ガス導入部が複数箇所設けられていてもよい。
また、上記センサ素子の外表面には、少なくとも拡散抵抗層の露出した部分（ガス導入部）を覆うように、被測定ガス中の被毒成分を捕獲するための保護層等が設けられていてもよい。

また、上記アウタカバーには、上記アウタ導入開口部が周方向に並んで複数設けられていてもよい。
また、上記インナカバーには、上記インナ導入開口部が周方向に並んで複数設けられていてもよい。
また、上記インナカバーの上記ルーバー部は、軸方向基端側に向かって形成されている。ここで、軸方向基端側に向かって形成されているとは、そのルーバー部が形成されている方向が軸方向における基端側方向の成分を有することをいう。
また、上記ルーバー部は、上記インナカバーの一部を金型等によって内側方向に押し出して形成することができる。

また、上記インナカバーにおける上記インナ導入開口部よりも軸方向基端側の部分と上記ルーバー部との間の最短距離であるルーバー開度は、２．０ｍｍ以下であってもよい。
この場合には、インナ導入開口部からルーバー部を介してインナカバー内に流れ込む被測定ガスの流量を適切に制御することができ、気筒間インバランスを検出する応答性をより一層高めることができる。

上記ルーバー開度が２．０ｍｍを超える場合には、インナ導入開口部からルーバー部を介してインナカバー内に流れ込む被測定ガスの流量を適切に制御することが困難となるおそれがある。

また、上記センサ素子の上記ガス導入部の軸方向中間位置は、上記インナカバーの上記ルーバー部の先端位置よりも軸方向基端側にあってもよい。
この場合には、インナ導入開口部からルーバー部を介してインナカバー内に流れ込む被測定ガスを短距離で迅速にセンサ素子のガス導入部に到達させることが容易となり、ガスセンサの応答性をより一層高めることができる。
なお、センサ素子のガス導入部の軸方向中間位置は、インナカバーのルーバー部が複数設けられている場合、そのすべてのルーバー部の先端位置よりも軸方向基端側にあることが好ましい。

また、上記センサ素子の上記ガス導入部の軸方向先端位置は、上記インナカバーの上記ルーバー部の先端位置よりも軸方向基端側にあってもよい。
この場合には、インナ導入開口部からルーバー部を介してインナカバー内に流れ込む被測定ガスを短距離で迅速にセンサ素子のガス導入部に到達させることが容易となり、気筒間インバランスを検出する応答性をより一層高めることができる。
なお、センサ素子のガス導入部の軸方向先端位置は、インナカバーのルーバー部が複数設けられている場合、そのすべてのルーバー部の先端位置よりも軸方向基端側にあることが好ましい。

また、上記インナカバーの上記インナ導入開口部は、上記アウタカバーの上記アウタ導入開口部よりも軸方向先端側としてもよいし、軸方向基端側としてもよい。
なお、インナ導入開口部をアウタ導入開口部よりも軸方向先端側としたほうが、耐被水性をより高めることができる。すなわち、アウタ導入開口部からアウタカバー内（アウタカバーとインナカバーとの間）に導入された被測定ガスは、軸方向先端側に向かって流れ、インナ導入開口部からルーバー部を介してインナカバー内に流れ込む。このとき、被測定ガスと共に流れる水滴は、その自重によってそのまま軸方向先端側に流れる。そのため、被測定ガスと水滴とをより分離しやすくなり、水滴がインナカバー内に侵入することを防止する効果をより高めることができる。これにより、センサ素子の被水及びそれに伴うセンサ素子の割れをより一層防止することができる。

（実施例１）
上記ガスセンサにかかる実施例について、図を参照して説明する。
図１、図４に示すごとく、本例のガスセンサ１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、センサ素子２を内側に挿通して保持するハウジング１３と、ハウジング１３の軸方向先端側Ｘ１に配設された素子カバー３とを備えている。
センサ素子２の先端部２０１には、その内部に被測定ガスを導入するためのガス導入部２７１が設けられている。素子カバー３は、センサ素子２の先端部２０１を覆うように配設されたインナカバー４と、インナカバー４の外側に配設されたアウタカバー５とを有する。

図２、図３に示すごとく、アウタカバー５には、アウタカバー５内に被測定ガスを導入するためのアウタ導入開口部５２が設けられている。インナカバー４には、インナカバー４内に被測定ガスを導入するためのインナ導入開口部４２と、インナ導入開口部４２の軸方向先端側Ｘ１の端部４２１からインナカバー４の内側に折り曲げられ、軸方向基端側Ｘ２に向かって形成されたルーバー部４４とが設けられている。

図５、図６に示すごとく、ルーバー部４４をインナ導入開口部４２と同一平面（平面Ｈ）上に投影した場合、ルーバー部４４の一対の側端縁４４３ａ、４４４ａは、ルーバー部４４の根元側から先端側に向かうルーバー形成方向Ｖに対して略平行に、略直線状に形成されている。
以下、本例のガスセンサ１についてさらに詳説する。

図１に示すごとく、本例において、「軸方向先端側Ｘ１」とは、ガスセンサ１の軸方向Ｘの一方側であり、ガスセンサ１が被測定ガスに晒される側をいう。また、「軸方向基端側Ｘ２」とは、その反対側をいう。
同図に示すごとく、ガスセンサ１において、板状のセンサ素子２は、第１絶縁碍子１１の内側に挿通して保持されている。また、第１絶縁碍子１１は、ハウジング１３の内側に保持されている。

図４に示すごとく、センサ素子２は、被測定ガス（排ガス）中の特定ガス濃度（酸素濃度）に依存して電極（後述する被測定ガス側電極２２、基準ガス側電極２３）間を流れる限界電流をもとに内燃機関に供給される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するＡ／Ｆセンサ素子である。
なお、図４は、センサ素子２の先端部２０１における軸方向Ｘに直交する断面を示したものである。

同図に示すごとく、センサ素子２は、ジルコニアからなる酸素イオン伝導性の固体電解質体２１を有する。板状の固体電解質体２１の一方の面には、被測定ガスを接触させる被測定ガス側電極２２が設けられ、他方の面には、基準ガス（大気）を接触させる基準ガス側電極２３が設けられている。

同図に示すごとく、固体電解質体２１の基準ガス側電極２３の側には、アルミナからなる基準ガス室形成層２４が積層されている。基準ガス室形成層２４には、溝部２４１が設けられており、この溝部２４１によって基準ガス室２４９が形成されている。基準ガス室２４９は、基準ガスを導入することができるよう構成されている。

基準ガス室形成層２４における固体電解質体２１とは反対側の面には、ヒータ基板２５が積層されている。ヒータ基板２５には、通電により発熱する発熱体（ヒータ）２５１が基準ガス室形成層２４と対面するよう設けられている。発熱体２５１は、通電によって発熱させることにより、センサ素子２を活性温度まで加熱することができるよう構成されている。

同図に示すごとく、固体電解質体２１の被測定ガス側電極２２の側には、アルミナからなる絶縁層２６が積層されている。絶縁層２６は、開口部２６１を有する。また、絶縁層２６における固体電解質体２１とは反対側の面には、被測定ガスを透過させるアルミナ多孔体からなる多孔質の拡散抵抗層２７が積層されている。拡散抵抗層２７の一部は、センサ素子２の外表面に露出しており、その露出した部分にガス導入部２７１が複数箇所形成されている。

固体電解質体２１と絶縁層２６と拡散抵抗層２７とにより覆われた場所には、被測定ガス室２６９が形成されている。被測定ガス室２６９は、拡散抵抗層２７を透過した被測定ガスを導入することができるよう構成されている。また、拡散抵抗層２７における絶縁層２６とは反対側の面には、アルミナからなる遮蔽層２８が積層されている。
なお、図示を省略したが、センサ素子２の外表面には、拡散抵抗層２７の露出した部分（ガス導入部２７１）を覆うように、被測定ガス中の被毒成分を捕獲するための保護層等が設けられている。

図１に示すごとく、ハウジング１３の軸方向基端側Ｘ２には、センサ素子２の基端部２０２を覆うように第１基端側カバー１４が固定されており、さらに第１基端側カバー１４の軸方向基端側Ｘ２には、第２基端側カバー１５が固定されている。第２基端側カバー１５には、大気を導入する通気孔１５１が設けられている。また、第２基端側カバー１５の基端側開口部は、ゴムブッシュからなる封止部材１６によって閉塞されている。封止部材１６には、外部に接続される複数のリード部材１７が貫通配置されている。

また、第１基端側カバー１４の内部において、第１絶縁碍子１１の軸方向基端側Ｘ２には、センサ素子２の基端部２０２を覆う第２絶縁碍子１２が配設されている。第２絶縁碍子１２には、リード部材１７に接続された金属端子１８が配設されている。金属端子１８は、センサ素子２の電極端子に接触して電気的な導通を図っている。

同図に示すごとく、ハウジング１３の先端側には、センサ素子２を保護するための素子カバー３が配設されている。素子カバー３は、センサ素子２の先端部２０１を覆うように配設された有底略円筒状のインナカバー４と、インナカバー４の外側に配設された有底略円筒状のアウタカバー５とを有する。インナカバー４は、ハウジング１３の先端部に固定されている。また、アウタカバー５は、インナカバー４の基端部に固定されている。

図２に示すごとく、アウタカバー５は、軸方向基端側Ｘ２から順に、軸方向Ｘに略同径のアウタ側面部５１１と、軸方向先端側Ｘ１に向かって縮径するテーパ状のアウタ縮径部５１２と、軸方向先端側Ｘ１を閉塞するアウタ底面部５１３とを有する。
アウタ側面部５１１には、複数のアウタ導入開口部５２が周方向に所定の間隔で設けられている。また、アウタ底面部５１３には、アウタ排出開口部５３が設けられている。

同図に示すごとく、インナカバー４は、軸方向基端側Ｘ２から順に、軸方向Ｘに略同径のインナ第１側面部４１１と、軸方向先端側Ｘ１に向かって縮径するテーパ状のインナ第１縮径部４１２と、軸方向Ｘに略同径のインナ第２側面部４１３と、軸方向先端側Ｘ１に向かって縮径するテーパ状のインナ第２縮径部４１４と、軸方向先端側Ｘ１を閉塞するインナ底面部４１５とを有する。
インナ底面部４１５は、アウタカバー５のアウタ底面部５１３と略同一平面上であって、アウタ底面部５１３のアウタ排出開口部５３内に配置されている。

インナ第１縮径部４１２には、複数のインナ導入開口部４２が周方向に所定の間隔で設けられている。複数のインナ導入開口部４２は、軸方向Ｘに直交する平面において、ガスセンサ１の中心軸に対して同心円上に配置されている。すなわち、すべてのインナ導入開口部４２は、軸方向位置が同じである。また、すべてのインナ導入開口部４２は、アウタカバー５のアウタ導入開口部５２よりも軸方向先端側Ｘ１にある。また、すべてのインナ導入開口部４２は、ルーバー形状となっている。すなわち、インナ第１縮径部４１２には、インナ導入開口部４２が設けられたそれぞれの位置において、ルーバー部４４が設けられている。また、インナ底面部４１５には、インナ排出開口部４３が設けられている。

図３に示すごとく、ルーバー部４４は、インナ導入開口部４２の軸方向先端側Ｘ１の端部４２１からインナカバー４の内側に折り曲げられ、軸方向基端側Ｘ２に向かって形成されている。ルーバー部４４は、略四角形状に形成されている。また、ルーバー部４４は、インナカバー４の一部を金型等によって内側方向に押し出して形成されている。
また、インナカバー４におけるインナ導入開口部４２よりも軸方向基端側Ｘ２の部分（本例のインナ第１側面部４１１）とルーバー部４４との間の最短距離であるルーバー開度Ａは、２．０ｍｍ以下に設定されている。

図５、図６に示すごとく、ルーバー部４４をインナ導入開口部４２と同一平面（平面Ｈ）上に投影した場合、ルーバー部４４は、先端側端縁４４１ａ、根元側端縁４４２ａ、一対の側端縁４４３ａ、４４４ａを有する。一対の側端縁４４３ａ、４４４ａは、ルーバー形成方向Ｖに対して略平行に、略直線状に形成されている。そして、ルーバー部４４の根元側端縁４４２ａと一対の側端縁４４３ａ、４４４ａとの間の角度Ｂ１、Ｂ２が９０度である。
なお、図５、図６は、インナカバー４からルーバー部４４を取り出して示したものである。

次に、本例のガスセンサ１における作用効果について説明する。
本例のガスセンサ１において、インナカバー４には、インナ導入開口部４２と、インナ導入開口部４２の軸方向先端側Ｘ１の端部４２１からインナカバー４の内側に折り曲げられ、軸方向基端側Ｘ２に向かって形成されたルーバー部４４とが設けられている。そして、ルーバー部４４をインナ導入開口部４２と同一平面上に投影した場合、ルーバー部４４の一対の側端縁４４３ａ、４４４ａは、ルーバー形成方向Ｖに対して略平行に、略直線状に形成されている（上述した図５、図６参照）。

そのため、図７に示すごとく、アウタ導入開口部５２からアウタカバー５内（アウタカバー５とインナカバー４との間）に導入された被測定ガスＧがインナ導入開口部４２からインナカバー４内に流れ込む際に、被測定ガスＧがルーバー部４４の表面に沿って、ルーバー部４４の根元側から先端側に向かって流れやすくなる。そして、被測定ガスＧの一部がルーバー部４４の側端部４４３、４４４から両側に漏れてインナカバー４内に流れ込むことを抑制することができる。つまり、ルーバー部４４の先端部４４１を通過して流れ込む被測定ガスＧの流量の割合を高めることができる。
なお、図７は、インナカバー４からルーバー部４４を取り出し、インナ導入開口部４２（点線部分）から流れ込む被測定ガスＧの流れを模式的に示したものである。

これにより、被測定ガスＧをインナ導入開口部４２からルーバー部４４を介してインナカバー４内の所望の方向に流れ込ませることが容易となり、被測定ガスＧをできるだけ短距離で迅速にセンサ素子２のガス導入部２７１に到達させることができる。また、被測定ガスＧを他のインナ導入開口部４２から流れ込んだ被測定ガスＧと混合させることなく、センサ素子２のガス導入部２７１に到達させることができる。そして、内燃機関の各気筒の被測定ガスＧを順にセンサ素子２のガス導入部２７１に到達させ、センサ素子２のガス導入部２７１に到達するまでの間に各気筒の被測定ガスＧが混合されることを抑制することができる。

その結果、ガスセンサ１の応答性を高めることができ、内燃機関の気筒間インバランスの指標となるガスセンサ１の出力値（空燃比：Ａ／Ｆ）の変化をより正確に把握することができる。そして、ガスセンサ１における内燃機関の気筒間インバランスの検出精度を向上させることができる。

図８には、多気筒の内燃機関において、いずれかの気筒７１ａの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側にあり、他の気筒７１ｂの空燃比が理論空燃比に対してリーン側にあるときの排気管８２における被測定ガスＧ（排気ガス）の流れを示す。同図に示すごとく、各気筒７１ａ、７１ｂからの排気は順次行われ、排気管８２内のガスセンサ１には、リッチ側の被測定ガスＧ１とリーン側の被測定ガスＧ２とが順次到達すると考えられる。
図９には、ガスセンサ１によって測定される被測定ガスＧのガス濃度の時間変化を示す。同図に示すごとく、ガスセンサ１においては、リッチ側の被測定ガスＧ１とリーン側の被測定ガスＧ２とが交互に測定されることになると考えられる。
そして、時間的に前後して排気され、インナカバー４内に前後して流入する被測定ガスＧが混ざりにくい状態にあることにより、所定の時間間隔で到達すると考えられるリッチ側の被測定ガスＧ１とリーン側の被測定ガスＧ２とが混ざりにくくすることができる。

図１０には、インナカバー４におけるルーバー部４４が、インナカバー４の周方向に複数形成された状態を示す。ルーバー部４４の一対の側端縁４４３ａ、４４４ａは、ルーバー部４４の根元側から先端側に向かうルーバー形成方向に対して略平行に、略直線状に形成されている。本例においては、被測定ガスＧの多くがルーバー部４４の根元側から先端側に向かって流れる。これにより、被測定ガスＧの一部がルーバー部４４の側端部４４３、４４４から両側に漏れてしまうことを抑制し、互いに隣接するルーバー部４４を流れる被測定ガスＧ同士が混ざり合ってしまうことを抑制することができる。

一方、図１１には、比較として、ルーバー部９４の一対の側端縁９４３ａ、９４４ａが、ルーバー部９４の根元側から先端側に向かうルーバー形成方向に対して内側に傾斜して、略直線状に形成された場合を示す。同図に示すごとく、このルーバー部９４を有する場合には、互いに隣接するルーバー部９４を流れる被測定ガスｇ同士が混ざり合い、インナカバー９１内に被測定ガスｇの滞留（図中、二点鎖線Ｘで示す。）が生じると考えられる。そして、インナカバー９１内に先に流入する被測定ガスｇと、インナカバー９１内に後に流入する被測定ガスｇとが混ざりやすくなると考えられる。
そこで、図１０に示すごとく、ルーバー部４４が上述した形状に形成されていることにより、時間的に前後して排気された被測定ガスＧの混ざり合いを抑制し、ガスセンサ１における内燃機関の気筒間インバランスの検出精度を向上させることができると考えられる。

また、本例において、インナカバー４におけるインナ導入開口部４２よりも軸方向基端側Ｘ２の部分（インナ第１側面部４１１）とルーバー部４４との間の最短距離であるルーバー開度Ａは、２．０ｍｍ以下である。そのため、インナ導入開口部４２からルーバー部４４を介してインナカバー４内に流れ込む被測定ガスＧの流量を適切に制御することができ、ガスセンサ１の応答性をより一層高めることができる。

また、インナカバー４のインナ導入開口部４２は、アウタカバー５のアウタ導入開口部５２よりも軸方向先端側Ｘ１にある。そのため、アウタ導入開口部５２からアウタカバー５内（アウタカバー５とインナカバー４との間）に導入された被測定ガスＧは、軸方向先端側Ｘ１に向かって流れ、インナ導入開口部４２からルーバー部４４を介してインナカバー４内に流れ込む。このとき、被測定ガスＧと共に流れる水滴は、その自重によってそのまま軸方向先端側Ｘ１に流れる。これにより、被測定ガスＧと水滴とをより分離しやすくなり、水滴がインナカバー４内に侵入することを防止する効果をより高めることができる。そして、センサ素子２の被水及びそれに伴うセンサ素子２の割れをより一層防止することができる。なお、分離された水滴は、アウタカバー５のアウタ排出開口部５３から外部に排出される。

このように、本例によれば、内燃機関の気筒間インバランスの検出精度を高めることができ、気筒間インバランスを検出する応答性に優れたガスセンサ１を提供することができる。

なお、本例では、図５、図６に示すごとく、ルーバー部４４をインナ導入開口部４２と同一平面上に投影した場合、ルーバー部４４の一対の側端縁４４３ａ、４４４ａがルーバー形成方向Ｖに対して略平行に、略直線状に形成されているが、例えば、図１２に示すごとく、ルーバー部４４の一対の側端縁４４３ａ、４４４ａがルーバー形成方向Ｖに対して外側に傾斜して、略直線状に形成されていてもよい。すなわち、ルーバー部４４の根元側端縁４４２ａと一対の側端縁４４３ａ、４４４ａとの間の角度Ｂ１、Ｂ２が９０度を超えた角度（例えば、９０度超え９５度以下）であってもよい。

上記構成の場合には、図１３に示すごとく、被測定ガスＧがルーバー部４４の表面に沿って、ルーバー部４４の根元側から先端側に向かってより一層流れやすくなる。そして、被測定ガスＧの一部がルーバー部４４の側端部４４３、４４４から両側に漏れてインナカバー４内に流れ込むことをさらに抑制することができる。つまり、ルーバー部４４の先端部４４１を通過して流れ込む被測定ガスＧの流量の割合をさらに高めることができる。

（実施例２）
本例は、図１４、図１５に示すごとく、インナカバー４のルーバー部４４とセンサ素子２のガス導入部２７１との位置関係を変更した例である。
図１４に示すごとく、センサ素子２のガス導入部２７１の軸方向中間位置Ｃ１は、インナカバー４のルーバー部４４の先端位置Ｄよりも軸方向基端側Ｘ２にある。本例では、複数あるルーバー部４４のうちのすべてのルーバー部４４の先端位置Ｄよりも軸方向基端側Ｘ２にある。

図１５に示すごとく、センサ素子２のガス導入部２７１の軸方向先端位置Ｃ２は、インナカバー４のルーバー部４４の先端位置Ｄよりも軸方向基端側Ｘ２にある。本例では、ガス導入部２７１の軸方向先端位置Ｃ２は、複数あるルーバー部４４のうちのすべてのルーバー部４４の先端位置Ｄよりも軸方向基端側Ｘ２にある。
いずれの例の場合も、その他の基本的な構成は、実施例１と同様である。また、実施例１と同様の構成については、同様の符号を付し、その説明を省略している。

本例の場合には、インナ導入開口部４２からインナカバー４内へ流れようとする被測定ガスＧの多くは、ルーバー部４４によってインナカバー４内の軸方向基端側Ｘ２へ流れ込ませることができる。また、ガス導入部２７１の軸方向中間位置Ｃ１が、インナ導入開口部４２の軸方向基端位置Ｄ１よりも軸方向基端側Ｘ２にあることにより、インナ導入開口部４２からインナカバー４内に導入された被測定ガスＧをできるだけ短距離で迅速にセンサ素子２のガス導入部２７１に到達させることができる。ガスセンサ１の気筒間インバランスを検出する応答性をより一層高めることができる。
その他の基本的な作用効果は、実施例１と同様である。

（実施例３）
本例は、本発明のガスセンサについて、内燃機関の気筒間インバランスの検出精度を評価したものである。
本例では、実施例２の図１４と同様の構成を有する本発明品のガスセンサを準備した。
すなわち、図５、図６に示すごとく、ルーバー部４４をインナ導入開口部４２と同一平面（平面Ｈ）上に投影した場合、ルーバー部４４の一対の側端縁４４３ａ、４４４ａがルーバー形成方向Ｖに対して略平行に、略直線状に形成されている。そして、ルーバー部４４の根元側端縁４４２ａと一対の側端縁４４３ａ、４４４ａとの間の角度Ｂ１、Ｂ２が９０度である。

また、本例では、比較として、従来の構成を有する比較品のガスセンサを準備した。
すなわち、図１９、図２０に示すごとく、ルーバー部９４をインナ導入開口部９２と同一平面（平面ｈ）上に投影した場合、ルーバー部９４の一対の側端縁９４３ａ、９４４ａがルーバー形成方向ｖに対して内側に傾斜して、略直線状に形成されている。そして、ルーバー部９４の根元側端縁９４２ａと一対の側端縁９４３ａ、９４４ａとの間の角度ｂ１、ｂ２が９０度未満（具体的には８６度）である。

次に、内燃機関の気筒間インバランスの検出精度の評価方法について説明する。
本例では、図１６に示すごとく、４つの気筒（第１気筒８１１、第２気筒８１２、第３気筒８１３、第４気筒８１４）を有する直列４気筒型の内燃機関８１を準備した。内燃機関８１の各気筒８１１〜８１４は、それぞれ排気管８２の排気枝部８２１に連通している。４つの排気枝部８２１は、その下流側において集合して排気管８２の排気集合部８２２に連通している。そして、この排気管８２の排気集合部８２２に、ガスセンサ８９を取り付けた。

次いで、内燃機関を所定の条件で運転させた。本例では、回転数を１６００ｒｐｍに設定し、排気管内の単位断面積当たりのガス流量が２０ｇ／秒となるように調整した。そして、内燃機関の４つの気筒のうち、第２気筒の燃料噴射量を他の気筒に比べて過剰に増加させた。本例では、第２気筒の空燃比が理論空燃比に対してリッチ側に４０％ずらした状態（燃料噴射量を４０％増加した状態）となるように調整した。

そして、図１７に示すごとく、時間経過ごとにガスセンサの出力値（空燃比：Ａ／Ｆ）を取得した。
ここで、ガスセンサの出力値の波形は、内燃機関の１燃焼サイクルを１周期として変動する。内燃機関の１燃焼サイクルは、クランク角が０度の時に開始され、クランク角が７２０度のときに終了する。また、１燃焼サイクルの間、第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順に燃焼が行われる。また、各気筒では、燃焼の後に排気が行われるため、１燃焼サイクルの間、第２気筒、第１気筒、第３気筒、第４気筒の順に排気が行われる。したがって、理想的には、第２気筒、第１気筒、第３気筒、第４気筒の順に、各気筒から排出された排ガスがガスセンサのセンサ素子のガス導入部に到達する。

次に、内燃機関の気筒間インバランスの検出精度の評価方法について説明する。
図１７に示すごとく、取得したガスセンサの出力値（空燃比：Ａ／Ｆ）の波形から、１燃焼サイクル中の波形の振幅Ｐ（最大値と最小値との差）をインバランス応答値として求めた。
本例では、本発明品及び比較品のガスセンサをそれぞれ１３個ずつ準備し、それぞれについて上述したインバランス応答値を求め、そのインバランス応答値の平均についても求めた。そして、比較品のガスセンサのインバランス応答値の平均を基準（＝１００％）とし、本発明品のガスセンサのインバランス応答値比（％）を求めた。なお、インバランス応答値比が高いほうが内燃機関の気筒間インバランスの検出精度がより高いことを示す。

図１８に、内燃機関の気筒間インバランスの検出精度の評価結果を示す。同図の縦軸はインバランス応答値比（％）である。同図には、インバランス応答値比の平均をプロットした。また、インバランス応答値比のばらつき（最大値、最小値）についても示した。このインバランス応答値比のばらつきは、ルーバー部４４、９４の形状のばらつきのみができるだけ反映されるよう、エンジン回転数、吸入空気量、排気ガス温度等のばらつきを除外して求めた。
同図から、本発明品のガスセンサは、比較品のガスセンサに比べてインバランス応答値比が約１２％高いことがわかった。すなわち、本発明品のガスセンサは、内燃機関の気筒間インバランスが同条件である場合に、その気筒間インバランスを精度良く検出することができることがわかった。

以上の結果から、本発明のガスセンサは、内燃機関の気筒間インバランスの検出精度を高めることができ、気筒間インバランスを検出する応答性に優れたものであることがわかった。

１ ガスセンサ
１３ ハウジング
２ センサ素子
２０１ 先端部（センサ素子の先端部）
２７１ ガス導入部
３ 素子カバー
４ インナカバー
４２ インナ導入開口部
４２１ 端部（インナ導入開口部の軸方向先端側の端部）
４４ ルーバー部
４４３ａ、４４４ａ 側端縁（ルーバー部の側端縁）
５ アウタカバー
５２ アウタ導入開口部
Ｘ１ 軸方向先端側
Ｘ２ 軸方向基端側
Ｖ ルーバー形成方向

Claims (5)

1. 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）を内側に挿通して保持するハウジング（１３）と、
   該ハウジング（１３）の軸方向先端側（Ｘ１）に配設された素子カバー（３）とを備え、
   上記センサ素子（２）の先端部（２０１）には、その内部に被測定ガスを導入するためのガス導入部（２７１）が設けられており、
   上記素子カバー（３）は、上記センサ素子（２）の先端部（２０１）を覆うように配設されたインナカバー（４）と、該インナカバー（４）の外側に配設されたアウタカバー（５）とを有し、
   該アウタカバー（５）には、該アウタカバー（５）内に被測定ガスを導入するためのアウタ導入開口部（５２）が設けられており、
   上記インナカバー（４）には、該インナカバー（４）内に被測定ガスを導入するためのインナ導入開口部（４２）と、該インナ導入開口部（４２）の軸方向先端側（Ｘ１）の端部（４２１）から上記インナカバー（４）の軸方向基端側（Ｘ２）に向かって形成されたルーバー部（４４）とが設けられており、
   該ルーバー部（４４）を上記インナ導入開口部（４２）と同一平面上に投影した場合、上記ルーバー部（４４）の一対の側端縁（４４３ａ、４４４ａ）は、該ルーバー部（４４）の根元側から先端側に向かうルーバー形成方向（Ｖ）に対して略平行に、略直線状に形成されていることを特徴とするガスセンサ（１）。
2. 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）を内側に挿通して保持するハウジング（１３）と、
   該ハウジング（１３）の軸方向先端側（Ｘ１）に配設された素子カバー（３）とを備え、
   上記センサ素子（２）の先端部（２０１）には、その内部に被測定ガスを導入するためのガス導入部（２７１）が設けられており、
   上記素子カバー（３）は、上記センサ素子（２）の先端部（２０１）を覆うように配設されたインナカバー（４）と、該インナカバー（４）の外側に配設されたアウタカバー（５）とを有し、
   該アウタカバー（５）には、該アウタカバー（５）内に被測定ガスを導入するためのアウタ導入開口部（５２）が設けられており、
   上記インナカバー（４）には、該インナカバー（４）内に被測定ガスを導入するためのインナ導入開口部（４２）と、該インナ導入開口部（４２）の軸方向先端側（Ｘ１）の端部（４２１）から上記インナカバー（４）の軸方向基端側（Ｘ２）に向かって形成されたルーバー部（４４）とが設けられており、
   該ルーバー部（４４）を上記インナ導入開口部（４２）と同一平面上に投影した場合、上記ルーバー部（４４）の一対の側端縁（４４３ａ、４４４ａ）は、該ルーバー部（４４）の根元側から先端側に向かうルーバー形成方向（Ｖ）に対して外側に傾斜して、略直線状に形成されていることを特徴とするガスセンサ（１）。
3. 上記インナカバー（４）における上記インナ導入開口部（４２）よりも軸方向基端側（Ｘ２）の部分と上記ルーバー部（４４）との間の最短距離であるルーバー開度（Ａ）は、２．０ｍｍ以下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（１）。
4. 上記センサ素子（２）の上記ガス導入部（２７１）の軸方向中間位置（Ｃ１）は、上記インナカバー（４）の上記ルーバー部（４４）の先端位置（Ｄ）よりも軸方向基端側（Ｘ２）にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスセンサ（１）。
5. 上記センサ素子（２）の上記ガス導入部（２７１）の軸方向先端位置（Ｃ２）は、上記インナカバー（４）の上記ルーバー部（４４）の先端位置（Ｄ）よりも軸方向基端側（Ｘ２）にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサ（１）。

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