(57)【要約】【課題】高い応答性と高い防爆性とを両立できるガスセンサを提供すること。【解決手段】吸気センサ１の内側空間５３にて、可燃性ガスを含む被検出ガスが発火して燃焼した場合には、炎は後端側内貫通孔５７ａから吹き出て、外プロテクタ４７の内周面４８に衝突して、防爆室７７に導入される。つまり、炎は、外プロテクタ４７の壁面４８に衝突して温度が低下する。しかも、炎自体は防爆室７７から外側に吹き出しにくい。よって、高い防爆性を実現できる。また、外部の被検出ガスは、外プロテクタ４７の外貫通孔７３から、中間空間５５及び後端側内貫通孔５７ａ等を介して、内プロテクタ４５の内側空間５３にスムーズに導入される。よって、内燃機関の過渡領域でも被検出ガスを検出素子３側に速やかに導入できるので、高い応答性を実現できる。【選択図】図５
2020020637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検出部を有し、軸線方向に延びる検出素子と、
前記検出素子の検出部を加熱するヒータと、
自身の先端から前記検出部を含む前記検出素子の先端部分を突出させた状態で、前記検出素子の径方向の周囲を囲むハウジングと、
前記ハウジングの先端側から突出する前記検出素子の先端部分の周囲を囲むプロテクタと、
を備え、内燃機関に配置されて可燃性ガスが含まれる可能性のある環境で使用されるガスセンサにおいて、
前記プロテクタは、前記検出素子の周囲を囲む筒状の内プロテクタと、前記内プロテクタの周囲を囲む筒状の外プロテクタと、を備え、
前記内プロテクタは、前記検出素子側の内側空間と、自身の外側と前記外プロテクタとの間の中間空間と、を連通する内貫通孔を有するとともに、前記外プロテクタは、前記中間空間と自身の外部の空間とを連通する外貫通孔を有しており、
前記内貫通孔のうち、前記検出素子の先端部分の径方向外側の領域に存在する前記内貫通孔については、当該内貫通孔の貫通方向における外側の投影領域に、前記外プロテクタの壁面が存在し、
前記壁面の前記投影領域と、当該壁面の前記投影領域と最も近い位置にある前記外貫通孔とは、前記軸線方向においてずれた位置にあり、
前記中間空間において、前記ずれた位置にある前記外貫通孔と前記壁面の前記投影領域との間に、前記内側空間にて前記可燃性ガスが燃焼することで発生し、前記内貫通孔から吹き出て前記壁面に衝突した炎が侵入することで前記外部の空間に出ることを抑制する防爆室を備えた、
ガスセンサ。
【請求項２】
前記防爆室は、前記外プロテクタの内周面において、周方向に沿って全周に設けられている、
請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記外プロテクタは、内径が小さな小径部と該小径部より内径が大きな大径部とを有し、前記防爆室は前記大径部に設けられており、前記小径部に前記外貫通孔が設けられている、
請求項１又は２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記防爆室は、
前記軸線方向において前記ずれた位置にある前記外貫通孔側に設けられ、径方向に延びる第１壁部と、
前記第１壁部の径方向内側の端部から前記投影領域側に延び、前記壁面と対向する第２壁部と、
前記第１壁部と前記第２壁部と該第２壁部に対向する前記壁面側の構成とに囲まれるとともに、前記軸線方向において前記投影領域側に開口する開口部と、
を少なくとも備えた、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記第２壁部に対向する前記壁面側の構成は、前記壁面自身、及び／又は、前記第１壁部の径方向外側の端部から前記投影領域側に延びる第３壁部である、
請求項４に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記外貫通孔は前記内貫通孔より先端側に設けられており、前記防爆室の開口部は、後端側に向けて開口している、
請求項４又は５に記載のガスセンサ。
【請求項７】
前記第２壁は、前記投影領域以外の位置に設けられている、
請求項４〜６のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項８】
前記防爆室は、前記開口部以外は閉塞されている、
請求項４〜７のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項９】
前記防爆室は、後端側に前記開口部を有するとともに、該開口部より先端側に前記防爆室の内側と外側とを連通する水抜き穴を有する、
請求項４〜８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関に配置されて可燃性ガスが含まれる可能性がある環境で使用されるガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の排気管等に取り付けられて使用され、排気ガス中の特定ガス（例えば酸素）の濃度を検出する検出素子を備えたガスセンサが知られている。
このようなガスセンサでは、検出素子は、例えば酸素イオン導電性の固体電解質体と固体電解質体に配置された一対の電極とを有するセルを備えており、このセルにて被検出ガス中の酸素濃度に応じた起電力を測定している。このため、検出素子は、固体電解質体を活性化温度に加熱するヒータを備えている。
【０００３】
また、検出素子を被水等から保護するため、ガスセンサには、検出素子の先端側を覆うプロテクタが装着されている。
ところで、内燃機関の燃焼効率を最適化する観点から、内燃機関から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を減少させる目的で、排気ガスを再度吸気システムに導入させる技術（以下、ＥＧＲシステムという）が知られている。そして、このようなＥＧＲシステムにおいて、排気ガスと吸気ガスとが混ざりあった吸気再循環ガスの酸素濃度を検出するために、ガスセンサを吸気再循環ガス通路にも取付けることが知られている。
【０００４】
しかしながら、内燃機関の吸気系には、燃料となるガソリン等の可燃性ガスを含む混合気が流れているので、ヒータで加熱された検出素子に混合気が接触して発火することが想定される。
【０００５】
一方、上述のように検出素子はプロテクタに覆われているので、仮にプロテクタの内部で高温の検出素子に混合気が接触して発火しても、そのままプロテクタ内部で消火されれば外部の混合気に引火することはなくなる。
【０００６】
そこで、内燃機関の吸気系に取付けられる可燃性ガスの濃度を検出するガスセンサにおいて、プロテクタ内部で発火しても、ガスセンサの外部の可燃性ガスに引火・爆発することがないように工夫した各種の技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００７】
例えば、特許文献１には、内燃機関の吸気系に配置されるガスセンサにおいて、詳しくは二重構造のカバーを備えた吸気センサにおいて、外側カバー通気孔の相当直径が、板厚及び最高表面温度に関する関係式を満たすことにより、前記引火や爆発を抑制する技術が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、内燃機関の吸気系に配置されるガスセンサにおいて、詳しくは内プロテクタと外プロテクタとを備えた吸気センサにおいて、内プロテクタの貫通孔と外プロテクタの貫通孔との軸方向における位置関係を規定することにより、前記引火や爆発を抑制する技術が開示されている。
【０００９】
このような吸気センサを、例えば過渡領域での内燃機関の動作の制御（即ちエンジン制御）に用いると、例えばエンジン出力の向上や排ガスの低減等において、特に効果を発揮することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３６９６４５６号公報
【特許文献２】特開２０１７−１４２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述した過渡領域におけるエンジン制御は、非常に高いレベルでの応答性が求められるが、吸気センサの応答性と防爆性（即ち発火しにくさ）とを両立させることは容易ではない。
【００１２】
例えば応答性を高めるために、ガスの流入や流出が容易な構成とすると、発火し易くなり、逆に、防爆性を高めるために、ガスの流入や流出を抑制する構成とすると、応答性が低下してしまう。
【００１３】
つまり、応答性と防爆性とは背反傾向にあるので、高い応答性と高い防爆性とを備えた吸気センサの実現は容易ではない。
本開示は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、内燃機関に配置されて可燃性ガスが含まれる可能性のある環境で使用されるガスセンサにおいて、高い応答性と高い防爆性とを両立できるガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）本開示の第１局面は、被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検出部を有し、軸線方向に延びる検出素子と、検出素子の検出部を加熱するヒータと、自身の先端から検出部を含む検出素子の先端部分を突出させた状態で、検出素子の径方向の周囲を囲むハウジングと、ハウジングの先端側から突出する検出素子の先端部分の周囲を囲むプロテクタと、を備え、内燃機関に配置されて可燃性ガスが含まれる可能性のある環境で使用されるガスセンサに関するものである。
【００１５】
このガスセンサは、プロテクタとして、検出素子の周囲を囲む筒状の内プロテクタと、内プロテクタの周囲を囲む筒状の外プロテクタと、を備えている。
内プロテクタは、検出素子側の内側空間と、自身の外側と外プロテクタとの間の中間空間と、を連通する内貫通孔を有し、外プロテクタは、中間空間と自身の外部の空間とを連通する外貫通孔を有している。
【００１６】
前記内貫通孔のうち、検出素子の先端部分の径方向外側の領域に存在する内貫通孔については、その内貫通孔の貫通方向における外側の投影領域に、外プロテクタの壁面が存在する。
【００１７】
さらに、壁面の投影領域と、その壁面の投影領域と最も近い位置にある外貫通孔とは、軸線方向においてずれた位置にある。
そして、中間空間において、前記ずれた位置にある外貫通孔と壁面の投影領域との間に、内側空間にて可燃性ガスが燃焼することで発生し、内貫通孔から吹き出て壁面に衝突した炎が侵入することで、炎が外部の空間に出ることを抑制する防爆室を備えている。
【００１８】
従って、本第１局面では、被検出ガス中に可燃性ガスが存在する場合に、ガスセンサの内プロテクタの内側の空間（即ち内側空間）にて、可燃性ガスが発火して燃焼したときには、その炎は内貫通孔から吹き出て、外プロテクタの内周面（即ち壁面）に衝突して、防爆室に導入される。
【００１９】
つまり、炎は、外プロテクタの壁面に衝突して温度が低下するとともに、防爆室内にてその周囲の壁面に衝突して温度が低下する。しかも、炎自体は防爆室内に導入されるので、防爆室から外側（例えば外プロテクタの外部）に吹き出しにくい。これにより、高い防爆性を実現できる。
【００２０】
また、ガスセンサの外部の被検出ガスは、外プロテクタの外貫通孔から、中間空間及び内貫通孔を介して、内プロテクタの内側空間にスムーズに導入される。よって、例えば内燃機関の動作の過渡領域においても、被検出ガスを検出素子側に速やかに導入できるので、高い応答性を実現できる。
【００２１】
つまり、本第１局面のガスセンサは、内燃機関に配置されて被検出ガス中に可燃性ガスが含まれる環境で使用された場合に、高い応答性と高い防爆性とを両立できるという顕著な効果を奏する。
【００２２】
（２）本開示の第２局面では、防爆室は、外プロテクタの内周面において、周方向に沿って全周に設けられていてもよい。
このような構成により、内プロテクタの内貫通孔から中間空間に炎が吹き出した場合に、例えば炎の吹き出し方向が不規則（即ちランダム）であっても、又は、炎の吹き出し範囲が広い場合でもあっても、炎を確実に防爆室に導入できる。よって、一層高い防爆性を実現できる。
【００２３】
なお、防爆室が周方向に沿って設けられている場合には、防爆室に炎を導入する開口部も、周方向に沿って全周に設けられていてもよい。また、開口部としては、径方向に所定の幅で開口する構成を採用できる。
【００２４】
（３）本開示の第３局面では、外プロテクタは、内径が小さな内径部と内径部より内径が大きな大径部とを有し、防爆室は大径部に設けられて、小径部に外貫通孔が設けられていてもよい。
【００２５】
このように、防爆室が大径部に設けられていることにより、炎が大径部に導入され易くなり、その結果、大径部に設けられた防爆室内に導入され易くなる。よって、防爆性が向上する。また、小径部に外貫通孔が設けられているので、被検出ガスが外部から中間空間を介して内貫通孔に導入される流路は、大径部の防爆室に妨げられ難くなっている。よって、被検出ガスは、中間空間から内側空間に導入され易いので、応答性が向上する。
【００２６】
（４）本開示の第４局面では、防爆室は、軸線方向においてずれた位置にある外貫通孔側に設けられ、径方向に延びる第１壁部と、第１壁部の径方向内側の端部から投影領域側に延び、壁面と対向する第２壁部と、第１壁部と第２壁部と第２壁部に対向する壁面側の構成とに囲まれるとともに、軸線方向において投影領域側に開口する開口部と、を少なくとも備えていてもよい。
【００２７】
このように、防爆室が、第１壁部と第２壁部と壁面側の構成とに囲まれるとともに、投影領域側に開口する開口部を備えている場合には、内貫通孔から吹き出した炎は、開口部を介して防爆室の内部にスムーズに導入され、しかも、防爆室から吹き出しにくい。よって、防爆性が向上する。
【００２８】
（５）本開示の第５局面では、第２壁部に対向する壁面側の構成は、壁面自身、又は、第１壁部の径方向外側の端部から投影領域側に延びる第３壁部であってもよい。
本第５局面は、第２壁部に対向する壁面側の構成を例示している。
【００２９】
（６）本開示の第６局面では、外貫通孔は内貫通孔より先端側に設けられ、防爆室の開口部は、後端側に向けて開口していてもよい。
この構成により、外部から外貫通孔を介して中間空間に導入された被検出ガスは、内貫通孔を介して内側空間にスムーズに導入される。つまり、防爆室の開口部は、後端側に向けて開口しているので、中間空間を移動する被検出ガスは、開口部から防爆室内に導入されにくい。よって、被検出ガスは、内側空間にスムーズに導入される。
【００３０】
（７）本開示の第７局面では、第２壁は、投影領域以外の位置に設けられていてもよい。
この構成によって、内貫通孔から吹き出した炎は、第２壁に当たりにくくなっているので、炎は投影領域に当たった後に、スムーズに開口部から防爆室内に導入される。
【００３１】
（８）本開示の第８局面では、防爆室は、開口部以外は閉塞されていてもよい。
この構成により、一旦防爆室内に導入された炎は、防爆室外に吹き出しにくいので、防爆性が向上するという効果がある。
【００３２】
（９）本開示の第９局面では、防爆室は、後端側に開口部を有するとともに、その開口部より先端側に防爆室の内側と外側とを連通する水抜き穴を有していてもよい。
この構成より、防爆室内に水が浸入した場合でも、好適に防爆室から水抜きを行うことができる。
【００３３】
また、水抜き穴は、防爆室の先端に少なくとも一部が設けられていると、水抜き性に優れているので、好適である。
なお、この水抜き穴の開口面積は、後端側に開口する開口部の開口面積より小さい。また、開口部と水抜き穴とは、連通していてもよく、或いは、それぞれ独立して設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態の吸気センサを軸線方向に沿って破断した断面図である。
【図２】第１実施形態の吸気センサの先端部分を軸線方向に沿って破断した断面図である。
【図３】第１実施形態の吸気センサの外プロテクタ及び防爆用部材を軸線方向に沿って破断した断面図である。
【図４】第１実施形態の吸気センサの防爆用部材を示す斜視図である。
【図５】第１実施形態の吸気センサの先端部分の一部を軸線方向に沿って破断した断面図である。
【図６】図６Ａは第２実施形態の吸気センサの先端部分の一部を軸線方向に沿って破断した断面図、図６Ｂは変形例１の吸気センサ先端部分の一部を軸線方向に沿って破断した断面図である。
【図７】図７Ａは第３実施形態の吸気センサの先端部分の一部を軸線方向に沿って破断した断面図、図７Ｂはその防爆用部材を示す斜視図である。
【図８】図８Ａは変形例２の防爆用部材を示す斜視図、図８Ｂは変形例３の防爆用部材を示す斜視図、図８Ｃは変形例４の防爆用部材を示す斜視図である。
【図９】第４実施形態の吸気センサの先端部分の一部を軸線方向に沿って破断した断面図である。
【図１０】第５実施形態の吸気センサの先端部分の一部を軸線方向に沿って破断した断面図である。
【図１１】図１１Ａは第１実施形態の吸気センサをモデルとして、炎の状態をシミュレーションによって調べた説明図、図１１Ｂは従来の吸気センサをモデルとして、炎の状態をシミュレーションによって調べた説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
次に、本開示が適用されたガスセンサの実施形態について、図面を用いて説明する。
このガスセンサは、可燃性ガスが含まれる可能性がある環境（例えば燃料ガス等の可燃性ガスが含まれる環境）で使用されるガスセンサである。
【００３６】
以下に示す実施形態では、ガスセンサとして、内燃機関の吸気系に配置されて、吸気系に供給される燃料ガスと空気との混合気中の燃料ガスの濃度を検出する吸気センサを例にあげて説明する。
【００３７】
前記吸気センサとは、吸気（ＥＧＲシステムの排気ガスと吸気ガスとが混ざり合った吸気再循環ガス）中の酸素濃度を検出し、酸素濃度から混合気の空燃比を求めるためのガスセンサである。つまり、この吸気センサは、排気ガス中の酸素の濃度から混合気の空燃比を検出する、いわゆる全領域空燃比センサ（即ち空燃比センサ）と同様な構造及び機能を有するガスセンサであり、以下では、この空燃比センサを吸気センサとして説明する。
【００３８】
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
まず、第１実施形態の吸気センサの全体構成について、図１に基づいて説明する。
【００３９】
なお、図１において、上下方向が軸線Ｏの方向（即ち軸線方向）であり、下側が先端側、上側が後端側である。
図１に示すように、第１実施形態の吸気センサ１は、軸線方向に延びる板状形状の検出素子３と、検出素子３の径方向周囲を取り囲むように配置された筒状のハウジング５と、ハウジング５の後端側に固定された筒状の外筒７と、外筒７内にて検出素子３の後端部の周囲を取り囲む状態で配置された第１セパレータ９と、第１セパレータ９の後端側に配置された第２セパレータ１０と、第２セパレータ１０の後端側に配置されたグロメット１１と、検出素子３の先端部分の周囲を覆うようにハウジング５の先端側に固定されたプロテクタ１３と、を備えている。
【００４０】
以下、各構成について説明する。
＜検出素子＞
検出素子３は、軸線方向に延びる板状形状をなし、測定対象となるガス（即ち被検出ガスである混合気）に向けられる先端側に、混合気中の酸素ガス成分を検出する検出部１５を備えている。
【００４１】
この検出素子３は、公知の構造を有し、図示しないが、酸素濃度の検出を行うための板状のガス検出体と、ガス検出体を早期活性化させるために加熱を行う板状のヒータ部材とを、互いに貼り合わせて一体化したものである。なお、ヒータ部材の内部には、通電により発熱するヒータ（即ち発熱体）１７（図２参照）が配置されている。
【００４２】
このうち、ガス検出体は、ジルコニアを主体とする酸素イオン導電性の固体電解質体と、白金を主体とする一対の電極（検出電極、基準電極）等とから構成され、その一対の電極は、検出部１５に配置されている。
【００４３】
なお、検出部１５には、周知のように、混合気を素子内導入するガス導入部（図示せず）や、検出電極を保護するための保護膜１９（図２参照）等が形成されている。
また、検出素子３の後端部には、電極やヒータ１７に電気的に接続された複数（例えば５個）の電極端子部２１が設けられている。なお、図１では、電極端子部２１の一部のみを図示している。
【００４４】
一方、検出素子３の先端部分（即ち検出部１５を含む部分）は、ハウジング５の先端より先端側に突出しており、その先端部分の周囲は、後述するように、プロテクタ１３に覆われている。
【００４５】
なお、検出素子３は、特定ガス（ここでは酸素）が検出部１５に接触すると、酸素の濃度に応じたセンサ出力信号を電極端子部２１から出力する構成である。
＜ハウジング＞
ハウジング５は、例えばステンレスからなり、検出素子３を保持するように構成された金属製の円筒形状の部材である。このハウジング５は、軸線方向に貫通する貫通孔２３を有する。
【００４６】
ハウジング５の貫通孔２３の内部には、検出素子３の径方向周囲を取り囲む状態で、図１の下側から、セラミックホルダ２７、滑石リング２９、３１、セラミックスリーブ３３が積層されている。
【００４７】
さらに、セラミックスリーブ３３とハウジング５の後端部との間には、加締パッキン３５が配置されており、セラミックホルダ２７とハウジング５の棚部２５との間には、滑石リング３１やセラミックホルダ２７を保持し、気密性を維持するための金属ホルダ３７が配置されている。
【００４８】
なお、ハウジング５の後端部は、加締パッキン３５を介してセラミックスリーブ３３を先端側に押し付けるように、加締められている。
このように、ハウジング５は、検出部１５を先端から突き出させた状態で、検出素子３の径方向周囲を取り囲む構成である。
【００４９】
＜セパレータ等＞
第１セパレータ９は、例えばセラミックからなる電気絶縁性を有する筒状の部材であり、ハウジング５の後端部より突出した検出素子３の後端側を囲むように配置されている。
【００５０】
この第１セパレータ９の貫通孔３９には、複数（例えば５個）の端子金具４１が配置されており、各端子金具４１の先端側は、それぞれ検出素子３の後端側の電極端子部２１に接触している。
【００５１】
一方、各端子金具４１の後端側には、それぞれリード線４３が接続されており、各リード線４３は、第２セパレータ１０及びグロメット１１を軸線方向に貫通して、吸気センサ１の外部に延びている。
【００５２】
なお、図１では、複数の端子金具４１及び複数のリード線４３の一部のみが記載されている。
［１−２．プロテクタの構成］
次に、本第１実施形態の要部である、吸気センサ１の先端側の構成、特に、プロテクタ１３の構成について説明する。
【００５３】
図２示すように、ハウジング５の先端側の環状の先端部５ａには、例えばステンレス等の金属製のプロテクタ１３が外嵌して固定されている。このプロテクタ１３は、二重構造であり、検出素子３（詳しくは検出部１５）の周囲を囲む有底円筒の形状の内プロテクタ４５と、内プロテクタ４５の周囲を囲む円筒の形状の外プロテクタ４７と、から構成されている。
【００５４】
内プロテクタ４５は、円筒形状の内筒状部４９と内筒状部４９の先端側を閉塞する内先端部５１とを備えている。
また、内プロテクタ４５は、検出素子３側の内側空間５３と、自身の外側と外プロテクタ４７との間の中間空間５５と、を連通する複数の円形の内貫通孔５７を有している。
【００５５】
この内貫通孔５７は、内プロテクタ４５の内筒状部４９の後端側にて、周方向に沿って等間隔に配置された複数の後端側内貫通孔５７ａと、内筒状部４９の先端側（即ち後端側内貫通孔５７ａよりも先端側）にて、周方向に沿って等間隔に配置された複数の先端側内貫通孔５７ｂと、から構成されている。
【００５６】
このうち、後端側内貫通孔５７ａは、ハウジング５の先端側より突出した検出素子３の先端部分において、後端側の部位に対向する位置に存在している。詳しくは、後端側内貫通孔５７ａは、検出素子３の先端部分において、後端側の部位の径方向外側の領域に存在している。
【００５７】
言い換えれば、後端側内貫通孔５７ａは、軸線方向において、検出素子３の先端側（従って検出部１５の先端側）より後端側、即ち後述する外プロテクタ４７の大径部６３に面する位置に設けられている。なお、後端側内貫通孔５７ａは、ヒータ部材（詳しくはヒータ１７）の先端よりも後端側に設けられている。
【００５８】
また、複数の先端側内貫通孔５７ｂは、後述する小径部６５よりも先端側の先端小径部６７に面する位置に設けられている。
一方、外プロテクタ４７は、円筒形状の外筒状部５９と外筒状部５９の先端側を一部閉塞する外先端部６１とを備えている。
【００５９】
詳しくは、外プロテクタ４７の外筒状部５９は、後端側に円筒形状の大径部６３を備え、大径部６３より先端側に大径部６３より内径が小さな小径部６５を備え、小径部６５より先端側に小径部６５より内径が小さな先端小径部６７を備えている。そして、先端小径部６７より先端側はテーパ形状のテーパ部６９となっており、テーパ部６９の先端側に外先端部６１を備えている。なお、外先端部６１の軸中心には、外先端部６１を貫通する先端貫通孔７１が形成されている。
【００６０】
また、外プロテクタ４７の小径部６５には、中間空間５５と自身の外部の空間（外界）とを連通する複数の円形の外貫通孔７３が設けられている。なお、外貫通孔７３は、後端側内貫通孔５７ａと先端側内貫通孔５７ｂとの間に設けられている。
【００６１】
特に、本第１実施形態では、図３に示すように、後端側内貫通孔５７ａの貫通方向（従って径方向）における外側の投影領域Ｔに、外プロテクタ４７の壁面４８が存在している。つまり、後端側内貫通孔５７ａから炎（Ｆ）が吹き出す場合には、炎が吹き出す先に外プロテクタ４７の壁面（即ち大径部６３の内周面）４８が存在している。
【００６２】
また、壁面４８における投影領域Ｔと、その壁面４８の投影領域Ｔと最も近い位置にある外貫通孔７３とは、軸線方向においてずれた位置にある。即ち、外貫通孔７３は、投影領域Ｔと一部でも重ならないように、壁面４８における投影領域Ｔよりも先端側に形成されている。
【００６３】
＜防爆室＞
次に、プロテクタ１３内に設けられる防爆室７７について説明する。
前記図３に示すように、外プロテクタ４７の大径部６３の内側には、環状の防爆用部材７５が嵌められており、この防爆用部材７５と外プロテクタ４７の壁面４８とによって、凹状の防爆室７７が構成されている。
【００６４】
前記防爆用部材７５は、図４に示すように、軸線方向（図４の上下方向）に延びる円筒形状の内壁部材８１と、内壁部材８１の図４の下端から径方向に延びる環状の底部材８３と、底部材８３の径方向の外側から図４の上方に延びる円筒形状の外壁部材８５と、から構成されている。
【００６５】
この防爆用部材７５は、軸線方向に沿った断面が略Ｊ字形状であり（図３参照）、底部材８３は下方に凸となるように湾曲している。
また、防爆用部材７５の下端側、即ち内壁部材８１の下端と底部材８３と外壁部材８５とには、後述する水抜き穴８７（図３参照）を構成するための複数（例えば８個）の切り欠き８９が設けられている。この切り欠き８９は、防爆用部材７５を厚み方向に貫く間隙であり、径方向に所定の幅で延びるとともに、周方向に沿って等間隔に設けられている。
【００６６】
この防爆用部材７５は、図５に示すように、外プロテクタ４７の上方より大径部６３の内側に挿入されて、大径部６３と小径部６５との段差部９１に着座し、その位置で外プロテクタ４７に固定される。例えばレーザ溶接等によって、外プロテクタ４７に防爆用部材７５が接合される。これにより、防爆室７７が形成される。
【００６７】
詳しくは、防爆室７７は、前記図３に示すように、中間空間５５内において、外プロテクタ４７の壁面（即ち大径部６３の内周面）４８上にて、外プロテクタ４７の外貫通孔７３と投影領域Ｔとの間に設けられている。なお、防爆室７７は、外プロテクタ４７の大径部６３の内周面（即ち壁面）４８において、周方向に沿って全周に設けられている。
【００６８】
この防爆室７７とは、内側空間５３にて燃料ガスが燃焼（即ち酸化）することで発生した炎（Ｆ）が、後端側内貫通孔５７ａから吹き出て、外プロテクタ４７の壁面４８に衝突した場合に、衝突後の炎を後端側より防爆室７７自身の内部に導入することで、炎が外部の空間に出ることを抑制する凹状の構成である。
【００６９】
前記防爆室７７は、軸線方向において外貫通孔７３側に設けられ、径方向に延びる第１壁部９３（即ち底部材８３からなる部分）と、第１壁部９３の径方向内側の端部から投影領域Ｔ側に延び、外プロテクタ４７の壁面４８と対向する第２壁部９５（即ち内壁部材８１からなる部分）と、第１壁部９３の径方向外側の端部から投影領域Ｔ側に延び、側壁６８に密着した第３壁部９６(即ち外壁部材８５ならなる部分）と、を備えている。なお、第２壁部９５は、軸線方向において、投影領域Ｔ以外の位置に設けられている。
【００７０】
さらに、前記防爆室７７は、投影領域Ｔ側（即ち図３の上方）に開口する開口部９７を備えている。この開口部９７は、第１壁部９３と、第２壁部９５と、第２壁部９５に対向する前記壁面４８側の構成、即ち第３壁部９６と壁面４８の一部（即ち第２壁部９５に対向する部分）とからなる壁面４８側の構成と、に囲まれている。
【００７１】
つまり、防爆室７７の開口部９７は、後端側に向けて開口しており、軸線方向から見た平面視での形状は、所定の幅を有する環状である。
また、防爆室７７は、開口部９７より先端側に、防爆室７７の内側と外側とを連通する複数の水抜き穴８７を有している。この水抜き穴８７は、防爆用部材７５が段差部９１に着座したことにより、防爆用部材７５の切り欠き８９の一部によって構成されるものである。
【００７２】
なお、段差部９１の形状は、防爆用部材７５の下側（図３の下方）の形状と同一であり、防爆用部材７５の下側が段差部９１の表面に密着する。
前記水抜き穴８７の開口面積、即ち中間空間５５に開口する面積（即ち防爆用部材７５を貫通する流路における最小の面積）は、開口部９７の開口面積（図３の上方の面積）よりも十分に小さい。例えば一つの水抜き穴８７の開口面積は、例えば１．５ｍｍ２以下であり、水抜き穴８７の開口面積の合計は、開口部９７の開口面積の４分の１以下である。
【００７３】
なお、本第１実施形態では、防爆室７７の第２壁部９５の内プロテクタ４５側の表面は、小径部６５の内周面と同じ面（即ち内径が同じ面）とされているが、外貫通孔７３から後端側内貫通孔５７ａに到る混合気の流路（Ｍ）である中間空間５５が十分に確保されている限りは、防爆室７７の第２壁部９５の内プロテクタ４５側の表面が、小径部６５の内周面よりも内プロテクタ４５側に張り出していてもよい。或いは、その逆に、防爆室７７の第２壁部９５の内プロテクタ４５側の表面が、小径部６５の内周面よりも径方向外側に引き下がっていてもよい。
【００７４】
［１−３．効果］
（１）本第１実施形態では、吸気センサ１の内プロテクタ４５の内側空間５３にて、混合気が発火した場合には、その炎は後端側内貫通孔５７ａから吹き出て、外プロテクタ４７の内周面（即ち壁面）４８に衝突して、防爆室７７に導入される。
【００７５】
つまり、炎は、外プロテクタ４７の壁面４８に衝突して温度が低下するとともに、防爆室７７内にてその周囲の壁面に衝突して温度が低下する。しかも、炎自体は防爆室７７内に導入されるので、防爆室７７から外側（例えば外プロテクタ４７の外部）に吹き出しにくい。これにより、高い防爆性を実現できる。
【００７６】
また、吸気センサ１の外部の被検出ガス（即ち混合気）は、外プロテクタ４７の外貫通孔７３から、防爆室７７に邪魔されることなく、中間空間５５及び後端側内貫通孔５７ａ等を介して、内プロテクタ４５の内側空間５３にスムーズに導入される。よって、例えば内燃機関の動作の過渡領域でも、被検出ガスを検出素子３側に速やかに導入できるので、高い応答性を実現できる。
【００７７】
つまり、本第１実施形態では、内燃機関に配置されて被検出ガス中に可燃性ガスが含まれる環境で使用された場合に、高い応答性と高い防爆性とを両立できるという顕著な効果を奏する。
【００７８】
（２）本第１実施形態では、防爆室７７は、外プロテクタ４７の内周面４８において、周方向に沿って全周に設けられていている。そのため、内プロテクタ４５の後端側内貫通孔５７ａから中間空間５５に炎が吹き出した場合に、例えば炎に吹き出し方向が不規則であっても、又は、炎の吹き出し範囲が広い場合でもあっても、炎を確実に防爆室７７に導入できる。よって、高い防爆性を実現できる。
【００７９】
（３）本第１実施形態では、外プロテクタ４７は小径部６５と大径部６３とを有しており、防爆室７７は大径部６３に設けられ、小径部６５に外貫通孔７３が設けられている。
そのため、炎が大径部６３に導入され易くなり、よって、大径部６３の防爆室７７内に導入され易いので、防爆性が向上する。また、小径部６５に外貫通孔７３が設けられているので、外部から中間空間５５に導入された被検出ガスの流路は、防爆室７７に妨げられ難くなっている。よって、被検出ガスは、中間空間５５から内側空間５３に導入され易いので、応答性が向上する。
【００８０】
（４）本第１実施形態では、防爆室７７は、第１壁部９３と第２壁部９５と壁面４８側の構成とに囲まれるとともに、投影領域Ｔ側に開口する開口部９７を備えている。よって、後端側内貫通孔５７ａから吹き出した炎は、開口部９７を介して防爆室７７の内部にスムーズに導入され、しかも、防爆室７７から吹き出しにくい。よって、防爆性が向上する。
【００８１】
（５）第１実施形態では、外貫通孔７３は後端側内貫通孔５７ａより先端側に設けられ、防爆室７７の開口部９７は後端側に向けて開口している。
そのため、外部から外貫通孔７３を介して中間空間５５に導入された被検出ガスは、後端側内貫通孔５７ａを介して内側空間５３にスムーズに導入される。つまり、防爆室７７の開口部９７は、後端側に向けて開口しているので、中間空間５５を移動する被検出ガスは、開口部９７から防爆室７７内に導入されにくい。よって、被検出ガスは、内側空間５３にスムーズに導入される。
【００８２】
（６）本第１実施形態では、第２壁部９５は、投影領域Ｔ以外の位置に設けられている。従って、後端側内貫通孔５７ａから吹き出した炎は、第２壁部９５に当たりにくくなっているので、炎は投影領域Ｔに当たった後に、スムーズに開口部９７から防爆室７７内に導入される。
【００８３】
（７）本第１実施形態では、防爆室７７は、開口部９７より先端側に防爆室７７の内側と外側とを連通する水抜き穴８７を有している。つまり、水抜き穴８７は、防爆室７７の先端に少なくとも一部が設けられている。そのため、防爆室７７内に水が浸入した場合でも、好適に防爆室７７から水抜きを行うことができる。
【００８４】
［１−４．文言の対応関係］
第１実施形態の、検出部１５、検出素子３、ヒータ１７、ハウジング５、プロテクタ１３、吸気センサ１、内プロテクタ４５、外プロテクタ４７、内側空間５３、中間空間５５、内貫通孔５７（５７ａ）、外貫通孔７３、壁面（内周面）４８、防爆室７７、小径部６５、大径部６３、第１壁部９３、第２壁部９５、開口部９７、第３壁部９６は、それぞれ、本開示の、検出部、検出素子、ヒータ、ハウジング、プロテクタ、ガスセンサ、内プロテクタ、外プロテクタ、内側空間、中間空間、内貫通孔、外貫通孔、壁面（内周面）、防爆室、小径部、大径部、第１壁部、第２壁部、開口部、第３壁部の一例に相当する。
【００８５】
［２．第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な内容については、その説明は省略又は簡略化する。なお、第１実施形態と同様な構成については同じ番号を付す。
【００８６】
図６Ａに示すように、本第２実施形態の吸気センサ１０１は、第１実施形態と同様に、外プロテクタ４７の内側に、環状の防爆用部材１０３が嵌められることにより、防爆室７７が形成されている。
【００８７】
特に、本第２実施形態では、防爆用部材１０３には、切り欠きが設けられておらず、よって、防爆室７７にも、水抜き穴が形成されていない。
本第２実施形態では、水抜き穴による効果以外は、第１実施形態と同様な効果を奏する。しかも、水抜き穴が無いので、一層防爆性が向上するという利点がある。
【００８８】
また、図６Ｂに示すような変形例１としてもよい。
この変形例１の吸気センサ１１１は、前記第２実施形態と同様に、外プロテクタ４７の内側に、環状の防爆用部材１１３（但し、切り欠きは無い）が嵌められることにより、防爆室７７が形成されている。
【００８９】
特に、変形例１では、防爆用部材１１３の第３壁部１１５は、第２壁部９５と同じ高さ（即ち軸線方向における寸法）を有している。つまり、第２壁部９５と対向する位置に第３壁部１１５が配置されているので、防爆室７７は、（第１実施形態と同様な）第１壁部９３と（第１実施形態と同様な）第２壁部９５と第３壁部１１５とに囲まれた構成となっている。但し、第１実施形態のような水抜き穴は設けられていない。
【００９０】
本変形例１は、第２実施形態と同様な効果を奏する。
［３．第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な内容については、その説明は省略又は簡略化する。なお、第１実施形態と同様な構成については同じ番号を付す。
【００９１】
図７Ａに示すように、本第３実施形態の吸気センサ１２１は、第１実施形態と同様に、外プロテクタ４７の内側に環状の防爆用部材１２３が嵌められて、外プロテクタ４７と同軸に固定されることにより、防爆室７７が形成されている。
【００９２】
特に、本第３実施形態では、防爆用部材１２３は、円筒形状であり（図７Ｂ参照）、この防爆用部材１２３は、その下端が外プロテクタ４７の段差部９１の径方向内側の端部の上面に、例えばレーザ溶接によって接合されている。
【００９３】
従って、防爆室７７は、防爆用部材１２３の外周面と段差部９１の上面と外プロテクタ４７の内周面とによって囲まれた空間となっている。なお、防爆室７７には、水抜き穴は形成されていない。
【００９４】
なお、本第３実施形態では、以下の変形例２〜４に示すように、各種の防爆用部材を採用できる。
図８Ａに示すように、変形例２では、円筒形状の防爆用部材１３１の軸線方向における下端に、防爆用部材１３１を厚み方向に貫く複数の切り欠き１３３が形成されている。従って、切り欠き１３３を先端側にして、防爆用部材１３１を外プロテクタ４７に嵌めて接合することにより、水抜き穴を備えた防爆室７７を形成することができる。
【００９５】
よって、変形例２は、第１実施形態と同様な効果を奏する。
なお、これとは逆に、切り欠き１３３を後端側にして、防爆用部材１３１を外プロテクタ４７に嵌めて接合してもよい。この場合は、水抜き穴は開口部９７と連通することになる。
【００９６】
図８Ｂに示すように、変形例３では、円筒形状の防爆用部材１３５は、複数（例えば６枚）の壁部１３７によって構成されている。つまり、防爆用部材１３５は、一体ではなく、平面視で円弧状の板材である壁部１３７が、それぞれ軸線方向に延びる間隙１３９を介して、円筒形状に配置されたものである。なお、各壁部１３７の下端は、それぞれ、外プロテクタ４７の段差部９１上に接合されるが、隣り合う各壁部１３７同士を、連結部材（図示せず）等で、一体に接続した構成としてもよい。
【００９７】
この変形例３では、各間隙１３９が水抜き穴となり、各水抜き穴は、開口部９７と連通する。
よって、変形例３は、第１実施形態と同様な効果を奏する。
【００９８】
図８Ｃに示すように、変形例４では、円筒形状の防爆用部材１４１は、網（メッシュ）によって構成されている。  
この場合は、メッシュの網目は、開口部９７と比べて十分に小さいので、メッシュの網目は水抜き穴として機能する。なお、メッシュの場合にも、十分な消炎機能を有する。
【００９９】
よって、変形例４は、第１実施形態と同様な効果を奏する。
［４．第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な内容については、その説明は省略又は簡略化する。なお、第１実施形態と同様な構成については同じ番号を付す。
【０１００】
図９に模式的に示すように、本第４実施形態の吸気センサ１５１は、外プロテクタ１５３の側壁１５５と内プロテクタ１５７の側壁１５９とは、軸線方向に沿って平行である。
外プロテクタ１５３の内周面には、開口部９７が図９の上方に開口する防爆室７７が設けられている。なお、防爆室７７には、軸線方向に沿った断面がＬ字状の環状の防爆用部材１６１が用いられており、径方向に延びる底部材１６３が、外プロテクタ１５３の内周面に接合されることにより、防爆室７７が形成されている。
【０１０１】
この防爆室７７は、軸線方向において、後端側内貫通孔５７ａより先端側に設けられており、外貫通孔７３は防爆室７７より先端側に設けられている。
本第４実施形態は、第１実施形態と同様な効果を奏する。
【０１０２】
［５．第５実施形態］
次に、第５実施形態について説明するが、第４実施形態と同様な内容については、その説明は省略又は簡略化する。なお、第４実施形態と同様な構成については同じ番号を付す。
【０１０３】
図１０に模式的に示すように、本第５実施形態の吸気センサ１７１は、第４実施形態と同様に、外プロテクタ１５３の側壁１５５と内プロテクタ１５７の側壁１５９とは、軸線方向に沿って平行である。
【０１０４】
外プロテクタ１５３の内周面には、開口部９７が図１０の下方に開口する防爆室７７が設けられている。なお、防爆室７７は、第４実施形態と同様な環状の防爆用部材１６１が、第４実施形態とは上下が逆となるように、外プロテクタ１５３の内周面に接合されることにより形成されている。
【０１０５】
この防爆室７７は、軸線方向において、外貫通孔７３より先端側に設けられており、後端側内貫通孔５７ａは防爆室７７より先端側に設けられている。
なお、本第１実施形態では、第１〜第４実施形態とは逆に、外貫通孔７３から導入される混合気は、図１０の下方に移動し、後端側内貫通孔５７ａから内プロテクタ１５７の内部に導入される。
【０１０６】
本第５実施形態は、第１実施形態と同様な効果を奏する。
［６．実験例］
次に、本開示の効果を確認するために行った実験例である。
【０１０７】
（１）この実験例は、第１実施形態と同様な構成の吸気センサをモデルとして、コンピュータによるシミュレーションを行ったものである。
詳しくは、下記の条件で、内プロテクタの内側で炎が発生した場合に、その炎が炎の発生から０．００６７５秒後にどのように広がるかを調べたものである。
【０１０８】
言い換えると、高温ガス（６００Ｋ以上：気化燃料が発火し得る温度）の体積が最も大きくなった時刻において、高温ガスがどのように広がるかを調べたものである。
（実験条件）
本シミュレーションは、エンジン向け燃焼・流体解析プログラム（ＣＯＮＶＥＲＧＥ：登録商標）を用いて行った。
【０１０９】
詳しくは、ブタンー空気混合気、空燃比Ａ／Ｆ＝１．３、初期温度（ガス、センサ全て）４０℃、大気圧下の条件において、ヒータで検出素子を例えば８００℃程度に加熱すると、プロテクタの内部で検出素子に接した可燃性ガスが発火点に達する。そして、この発火点以上に達した高温ガスが、どのように広がるかを調べた。  
この実験結果を、図１１Ａに示す。図１１Ａから明らかなように、本開示例では、炎が発生してから０．００６７５秒後には、炎は後端側内貫通孔から中間空間側に吹き出しているが、その炎は防爆室内に導入されて、それ以上は殆ど広がっていないこと（即ち消炎されていること）が分かる。
【０１１０】
（２）また、防爆室が設けられていない従来の吸気センサをモデルにして、同様に、炎の広がり状態を調べるために、コンピュータによるシミュレーションを行った。
その実験結果を、図１１Ｂに示す。なお、図１１Ｂは、高温ガスの体積が最も大きくなった状態を示している。
【０１１１】
図１１Ｂから明らかなように、従来例では、炎が発生してから０．００６５０秒後には、炎は後端側内貫通孔から中間空間側に吹き出しており、さらに、その炎は外貫通孔から、吸気センサの外部に吹き出していることが分かる。
【０１１２】
［７．その他の実施形態］
尚、本開示は、前記実施形態等に何ら限定されるものではなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【０１１３】
（１）例えば、防爆室の形状、従って防爆室を形成するための防爆用部材としては、炎を防爆室内に導入できる各種の形状の部材を採用できる。
（２）可燃性ガスとしては、燃料と空気との混合気以外に、都市ガスやプロパンガス等の各種のガスを採用できる。
【０１１４】
（３）なお、上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【０１１５】
１、１０１、１１１、１２１、１５１、１７１…吸気センサ
３…検出素子
５…ハウジング
１３…プロテクタ
１５…検出部
１７…ヒータ
４５、１５７…内プロテクタ
４７、１５３…外プロテクタ
４８…壁面（内周面）
５３…内側空間５３
５５…中間空間５５
５７…内貫通孔５７
５７ａ…後端側内貫通孔
６３…大径部
６５…小径部
７３…外貫通孔７３
７７…防爆室
９３…第１壁部
９５…第２壁部
９６、１１５…第３壁部
９７…開口部
Ｔ…投影領域
【図１】
2020020637.tif 000003
【図２】
2020020637.tif 000004
【図３】
2020020637.tif 000005
【図４】
2020020637.tif 000006
【図５】
2020020637.tif 000007
【図６】
2020020637.tif 000008
【図７】
2020020637.tif 000009
【図８】
2020020637.tif 000010
【図９】
2020020637.tif 000011
【図１０】
2020020637.tif 000012
【図１１】
2020020637.tif 000013