(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジング（Ｈ）内に挿通保持され、先端部に被測定ガス（Ｇ）中の特定ガス濃度を検出する検出部（３）を有するセンサ素子（１）と、
上記ハウジングの先端側に配設されて、上記ハウジングから突出する上記センサ素子の周囲を取り囲む素子カバー（２）と、を備えており、
上記センサ素子は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体（１１）と、筒状に形成された該固体電解質体の表面に形成されて上記検出部を構成する電極（３１、３２）と、上記固体電解質体の筒内に収容されるヒータ（４）と、上記検出部の外側に形成される多孔質保護層（５）と、を有し、
上記素子カバーは、側面に内側ガス流通孔（２１ａ）を設けたカバー体（２１）を有して、該カバー体の内側面と上記センサ素子の外側面との間に内側ガス通路（２３）を形成していると共に、上記カバー体の外側に同軸的に配置され、側面に外側ガス流通孔（２２ａ）を設けたアウタカバー（２２）を有して、上記カバー体の外側面との間に外側ガス通路（２４）を形成しており、
上記内側ガス通路は、上記内側ガス流通孔から上記検出部に至る全領域において、上記カバー体と上記センサ素子の側面間の軸直方向距離Ｄが０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲にあり、かつ、
上記カバー体の先端面と上記アウタカバーの先端面とが離間している、ガスセンサ。
【請求項２】
上記軸直方向距離Ｄは、上記カバー体と上記アウタカバーの側面間の軸直方向距離よりも短い、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
筒状のハウジング（Ｈ）内に挿通保持され、先端部に被測定ガス（Ｇ）中の特定ガス濃度を検出する検出部（３）を有するセンサ素子（１）と、
上記ハウジングの先端側に配設されて、上記ハウジングから突出する上記センサ素子の周囲を取り囲む素子カバー（２）と、を備えており、
上記センサ素子は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体（１１）と、筒状に形成された該固体電解質体の表面に形成されて上記検出部を構成する電極（３１、３２）と、上記固体電解質体の筒内に収容されるヒータ（４）と、上記検出部の外側に形成される多孔質保護層（５）と、を有し、
上記素子カバーは、側面に内側ガス流通孔（２１ａ）を設けたカバー体（２１）を有して、該カバー体の内側面と上記センサ素子の外側面との間に内側ガス通路（２３）を形成していると共に、上記カバー体の外側に同軸的に配置され、側面に外側ガス流通孔（２２ａ）を設けたアウタカバー（２２）を有して、上記カバー体の外側面との間に外側ガス通路（２４）を形成しており、
上記内側ガス通路は、上記内側ガス流通孔から上記検出部に至る全領域において、上記カバー体と上記センサ素子の側面間の軸直方向距離Ｄが０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲にあり、かつ、
上記軸直方向距離Ｄは、上記カバー体と上記アウタカバーの側面間の軸直方向距離よりも短い、ガスセンサ。
【請求項４】
上記軸直方向距離Ｄが、周方向の全周において、０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲にある、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】
上記アウタカバーの上記内側ガス流通孔は、上記カバー体の先端面よりも先端側にあり、上記カバー体の上記外側ガス流通孔は、上記センサ素子の上記検出部よりも基端側にある、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項６】
上記軸直方向距離Ｄが０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲にある、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項７】
上記多孔質保護層は、厚さが５００μｍ〜１２００μｍの範囲にある、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項８】
上記多孔質保護層は、上記検出部の外側を覆う第２層（５２）及び上記第２層の外側に形成される第１層（５１）を有し、上記第２層の気孔率は、上記第１層の気孔率よりも小さい、請求項７に記載のガスセンサ。
【請求項９】
上記ヒータは、上記多孔質保護層を介して上記カバー体の内側面を５００℃以上の温度に加熱する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項１０】
上記被測定ガスは、内燃機関から排出され粒子状物質が含まれる排ガスである、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項１１】
内燃機関の排気管内に配設された触媒の下流側において、上記排気管内に上記素子カバーが突出位置するように取り付けられ、上記触媒を通過した排ガスの空燃比を検出する、請求項１０に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気系には、排ガス中の酸素濃度等を測定するためのガスセンサが配設される。一般に、ガスセンサは、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体の表面に、一対の電極を形成したセンサ素子をハウジングに挿通し、ハウジングの先端側に固定される素子カバーに保護された状態で、排気管壁に取付けられる。
【０００３】
特許文献１には、積層型センサ素子の先端部外表面を、１０μｍ以上の多孔質保護層で被覆して、被水等からセンサ素子を保護すると共に、多孔質保護層と素子カバーとの隙間を所定範囲として、活性時間を短縮可能としたガスセンサが開示されている。素子カバーとの隙間は、例えば、全周の３５％以上が１〜４ｍｍとなるように設定されて、素子カバーによる熱引きの抑制と輻射熱による保温を両立させ、検出部を所望の温度に保持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−８０１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、内燃機関の運転状態によっては、排ガスに煤等の粒子状物質（すなわち、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）が含まれる。また、始動時には、排気管内で水分が凝縮し、凝縮水が生じやすい。このため、ガスセンサの素子カバーは、例えば、アウタカバーとインナカバーの二重構造とされ、各カバーのガス流通孔の大きさや配置を工夫して、排ガス中の粒子状物質や凝縮水の侵入を抑制している。ところが、これら粒子状物質や凝縮水の侵入を完全に阻止することはできず、特に、粒子状物質は、素子カバー内で比較的低温の部位、例えばインナカバーの内周面に付着して堆積しやすい。特許文献１のように、センサ素子とインナカバーの間に、部分的に隙間の小さい部位がある場合には、粒子状物質が隙間に堆積すると排ガスの流通が妨げられ、センサ検出精度を低下させるおそれがある。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、センサ素子と素子カバーの間に粒子状物質が侵入して堆積し、排ガスの流通を阻害するのを防止し、センサ検出精度を維持することができるガスセンサを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、筒状のハウジング（Ｈ）内に挿通保持され、先端部に被測定ガス（Ｇ）中の特定ガス濃度を検出する検出部（３）を有するセンサ素子（１）と、
上記ハウジングの先端側に配設されて、上記ハウジングから突出する上記センサ素子の周囲を取り囲む素子カバー（２）と、を備えており、
上記センサ素子は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体（１１）と、筒状に形成された該固体電解質体の表面に形成されて上記検出部を構成する電極（３１、３２）と、上記固体電解質体の筒内に収容されるヒータ（４）と、上記検出部の外側に形成される多孔質保護層（５）と、を有し、
上記素子カバーは、側面に内側ガス流通孔（２１ａ）を設けたカバー体（２１）を有して、該カバー体の内側面と上記センサ素子の外側面との間に内側ガス通路（２３）を形成していると共に、上記カバー体の外側に同軸的に配置され、側面に外側ガス流通孔（２２ａ）を設けたアウタカバー（２２）を有して、上記カバー体の外側面との間に外側ガス通路（２４）を形成しており、
上記内側ガス通路は、上記内側ガス流通孔から上記検出部に至る全領域において、上記カバー体と上記センサ素子の側面間の軸直方向距離Ｄが０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲にあり、かつ、
上記カバー体の先端面と上記アウタカバーの先端面とが離間している、ガスセンサにある。
また、本発明の他の態様は、筒状のハウジング（Ｈ）内に挿通保持され、先端部に被測定ガス（Ｇ）中の特定ガス濃度を検出する検出部（３）を有するセンサ素子（１）と、
上記ハウジングの先端側に配設されて、上記ハウジングから突出する上記センサ素子の周囲を取り囲む素子カバー（２）と、を備えており、
上記センサ素子は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体（１１）と、筒状に形成された該固体電解質体の表面に形成されて上記検出部を構成する電極（３１、３２）と、上記固体電解質体の筒内に収容されるヒータ（４）と、上記検出部の外側に形成される多孔質保護層（５）と、を有し、
上記素子カバーは、側面に内側ガス流通孔（２１ａ）を設けたカバー体（２１）を有して、該カバー体の内側面と上記センサ素子の外側面との間に内側ガス通路（２３）を形成していると共に、上記カバー体の外側に同軸的に配置され、側面に外側ガス流通孔（２２ａ）を設けたアウタカバー（２２）を有して、上記カバー体の外側面との間に外側ガス通路（２４）を形成しており、
該上記内側ガス通路は、上記内側ガス流通孔から上記検出部に至る全領域において、上記カバー体と上記センサ素子の側面間の軸直方向距離Ｄが０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲にあり、かつ、
上記軸直方向距離Ｄは、上記カバー体と上記アウタカバーの側面間の軸直方向距離よりも短い、ガスセンサにある。
なお、括弧内の符号は、参考のために付したものであり、発明を限定するものではない。
【発明の効果】
【０００８】
被測定ガスは、素子カバーを構成するカバー体のガス流通孔から内部に流入し、センサ素子の先端部において多孔質保護層を通過して、検出部の電極に到達する。このとき、筒状の固体電解質体内にヒータを収容して、センサ素子全体を均等加熱できるようにし、また、センサ素子とカバー体との軸直方向距離Ｄを、ガス流通孔から検出部に至るガス通路の全体で、所定の小間隙となるようにしたので、センサ素子からの熱をカバー体の壁面において効率良く受熱できる。これにより、被測定ガスに含まれる粒子状物質が、素子カバー内に侵入しても、センサ素子の検出部に面するガス通路において、通路壁に付着した粒子状物質は燃焼除去されるので、堆積することがない。
【０００９】
以上のごとく、上記態様によれば、センサ素子とインナカバーの間に粒子状物質が侵入して堆積するのを防止し、センサ検出精度を高く維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１における、ガスセンサの主要部の縦断面図。
【図２】実施形態１における、ガスセンサの主要部の横断面図で、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】実施形態１における、ガスセンサの全体構造を示す縦断面図。
【図４】試験例１における、試験装置による試験方法を説明するための模式図。
【図５】試験例１における、センサ素子とインナカバーの軸直方向距離ＤとＰＭ燃焼率との関係を示す図。
【図６】試験例２における、センサ素子とインナカバーの軸直方向距離Ｄとインナカバーの温度Ｔとの関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施形態１）
以下、図１〜図３を参照しながら、発明を実施するための形態について説明する。図１に示すように、実施形態１のガスセンサＳは、筒状ハウジングＨ内に挿通保持されるセンサ素子１と、ハウジングＨの先端側に配設される素子カバー２とを有する。センサ素子１は、図中の上下方向を軸方向Ｘとし、これと直交する方向を軸直方向Ｙとしている。センサ素子１は、先端部（すなわち、図の下端部）に、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する検出部３を有しており、ヒータ４を内蔵している。素子カバー２は、ハウジングＨから突出するセンサ素子１の周囲を取り囲むように保護している。ガスセンサＳは、例えば、内燃機関の排気管に設置されて、被測定ガスとなる排ガス中に含まれる特定ガス濃度を検出する排気センサ、例えば、空燃比センサ、酸素センサ等に用いることができる。
【００１２】
一例として空燃比センサの構成例を図３に示すように、ガスセンサＳは、ハウジングＨの先端部外周に設けたネジ部により、図示しない排気管壁に取り付けられる。センサ素子１は、大径の中間部が、ハウジングＨの筒内に設けた段差部に支持され、基端側（すなわち、図の上端側）の外周面とハウジングＨの内周面との間には、筒状絶縁材Ｉが充填されている。センサ素子１の基端部（すなわち、図の上端部）は、ハウジングＨから突出し、大気側カバー６内に収容される。筒状の大気側カバー６は、ハウジングＨの基端側に取り付けられ、外周側面に開口する大気口６１から内部に大気を取り込むようになっている。
【００１３】
センサ素子１は、有底円筒状に形成された固体電解質体１１と、その先端部に設けられた測定電極３１及び基準電極３２を有する検出部３と、固体電解質体１１の先端部を被覆する多孔質保護層５を備える。多孔質保護層５は、素子カバー２内に位置して排ガスに晒されるセンサ素子１の先端部表面を被覆して、被水からセンサ素子１を保護する。本形態では、多孔質保護層５は、第１層としてのトラップ層５１及び第２層としての拡散層５２の２層構造となっている。多孔質保護層５を、単層又は３層以上の複層構造とすることもできる。
【００１４】
固体電解質体１１の筒内には、棒状のヒータ４が同軸的に収容されている。ヒータ４は、通電により発熱して、検出部３が活性となる温度（例えば、５００℃）以上に加熱する。固体電解質体１１は、例えば、部分安定化ジルコニア等からなるセラミック焼結体であり、酸素イオン伝導性を有する。固体電解質体１１の基端部は、大気側カバー６内に開口しており、固体電解質体１１の内部には、基準ガスとなる大気が導入される。
【００１５】
大気側カバー６の基端開口部には、図示しない制御部に接続される複数のリード線Ｓ１〜Ｓ３が絶縁保持され、大気側カバー６内において、センサ素子１から延びる複数の端子部Ｔ１〜Ｔ３と電気的に接続される。リード線Ｓ１、Ｓ２、端子部Ｔ１、Ｔ２は、それぞれ検出部３の測定電極３１、基準電極３２に接続される。リード線Ｓ３、端子部Ｔ３は、ヒータ４に接続される。
【００１６】
図１、図２において、センサ素子１は、閉鎖端側の先端部が、素子カバー２内に突出して同軸的に位置している。センサ素子１の先端に近い固体電解質体１１の外周表面には、所定幅で測定電極３１が形成され、固体電解質体１１を挟んで測定電極３１と対向する内周表面には、基準電極３２が形成されている。検出部３は、測定電極３１が、素子カバー２内に導入される排ガスＧに晒され、基準電極３２が、固体電解質体１１内に導入される大気に晒されることにより、両電極間に生じる電位差から酸素濃度を検出する。
【００１７】
センサ素子１は、素子カバー２内に位置する先端部表面が、拡散層５２で覆われ、その外側に、トラップ層５１が形成されている。トラップ層５１は、アルミナ等の耐熱衝撃性の良好なセラミックス材料からなる多孔質層で、排ガスＧ中の凝縮水を捕捉してセンサ素子１を保護する。トラップ層５１の気孔率は、例えば、５０％〜９０％であり、気孔率が大きく熱容量が小さい方が、後述する伝熱効果が高く、付着した凝縮水を放散させやすい。拡散層５２は、スピネル等のセラミックス層からなり、センサ素子１の表面を保護しつつ、所定の拡散抵抗で排ガスＧを透過させる。拡散層５２は、所望の拡散抵抗となるように気孔率や厚さが調整され、通常、トラップ層５１よりも気孔率が小さい。
【００１８】
本形態において、素子カバー２は二重構造で、それぞれ有底円筒状に形成された小径のインナカバー２１と、これより大径のアウタカバー２２からなる。カバー体としてのインナカバー２１には、基端側の側面に複数の内側ガス流通孔２１ａ（以下、適宜、ガス流通孔２１ａと略称する）が設けられると共に、先端面に複数のガス流通孔２１ｂが設けられる。インナカバー２１の外側に同軸的に配置されるアウタカバー２２には、基端側の側面に複数の外側ガス流通孔２２ａ（以下、適宜、ガス流通孔２２ａと略称する）が設けられると共に、先端面の外周部に複数のガス流通孔２２ｂが設けられる。
ここでは、インナカバー２１の軸方向長が、アウタカバー２２の軸方向長より短く形成されており、両者の先端面間に形成される空間に面して、アウタカバー２２の側面の比較的大きなガス流通孔２２ａが配置されているが、必ずしも図示の構成に限るものではない。また、素子カバー２を、アウタカバー２２を有しない一重構造又はインナカバー２１の外側に複数のカバー体を設けた三重以上の構造とすることもできる。
【００１９】
インナカバー２１の内側面とセンサ素子１の外側面の間には、ガス通路としての内側ガス通路２３が形成され、インナカバー２１の外側面とアウタカバー２２の内側面の間には、外側ガス通路２４が形成される。インナカバー２１は、アウタカバー２２と共にハウジングに固定される基端部と、ガス流通孔２２ａを有する先端部を除いて、一定径の円筒形状であり、一定径の円筒形状のセンサ素子１外側面との間に、一定幅の環状ガス通路を形成している。同様に、インナカバー２１外側面と、一定径の円筒形状のアウタカバー２２内側面との間には、一定幅の環状ガス通路が形成される。
【００２０】
排ガスＧは、アウタカバー２２の先端側のガス流通孔２２ａから、外側ガス通路２４内に導入され、対向するガス流通孔２２ａへ向かう。その一部は、ガス流通孔２２ｂへ向かう環状ガス通路へ流入し、さらに、ガス流通孔２２から内側ガス通路２３に流入して、検出部３へ向かう。
このとき、内燃機関の燃焼状態によっては、排ガスＧに燃料由来の粒子状物質が含まれ、素子カバー２内の低温部に付着して堆積すると、排ガスＧの流通が妨げられる。特に、内側ガス通路２３は、素子カバー２の内側に位置するため、アウタカバー２２が排気管内の高温の排ガスＧに晒される外側ガス通路２４よりも低温となりやすい。また、機関始動時には排気管内で凝縮水が生じて、排ガスＧと共にセンサ素子１表面に達しやすく、ヒータ加熱時に素子割れが発生するおそれがある。
【００２１】
そこで、内側ガス通路２３については、環状ガス通路の対向面間の距離を小さくして、ヒータ４の熱で通路壁に付着した粒子状物質を燃焼除去可能とする。具体的には、内側ガス通路２３へのガス流通孔２１ａから検出部３に至る環状ガス通路において、センサ素子１の外側面、すなわち、多孔質保護層５の最外層となるトラップ層５１の表面と、対向するインナカバー２１の内側面間の軸直方向距離Ｄを、全領域で０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲とする。軸直方向距離Ｄを０．２ｍｍ以上とすることで、組み付け時に必要なクリアランスを確保し、０．８ｍｍ以下とすることで、インナカバー２１の内側面が受熱しやすくなり、粒子状物質の燃焼温度以上（例えば、５００℃）に加熱可能となる。好ましくは、軸直方向距離Ｄが、全領域で０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲にあるとよい。
【００２２】
ここで、ガス流通孔２１ａから検出部３に至る環状ガス通路とは、少なくともガス流通孔２１ａの先端側縁部の位置から、検出部３の測定電極３１の基端側縁部の位置までの通路とする。この範囲において、環状通路に粒子状物質が堆積するのを抑制することで、排ガスＧが測定電極３１に十分到達可能となり、検出精度を維持できる。好適には、図示するように、測定電極３１の全面とインナカバー２１の内側面間、さらには測定電極３１より先端側の位置を含む検出部３周囲の環状通路において、その軸直方向距離Ｄが上記範囲となるようにするとよい。
【００２３】
外側ガス通路２４については、内側ガス通路２３より、環状ガス通路の対向面間の距離を十分大きくして、排ガスＧの流通を妨げないようにする。具体的には、通路壁に粒子状物質が付着しても、排ガスＧが十分通過できればよく、例えば、内側ガス通路２３のガス流通孔２１ａへ至る環状ガス通路の全領域で、インナカバー２１の外側面とアウタカバー２２の内側面との軸直方向距離が、１ｍｍ以上の範囲となるように設定される。好ましくは、素子カバー２の形状や外径に応じて、例えば、１ｍｍ〜６ｍｍの範囲で、適宜設定される。
【００２４】
好適には、多孔質保護層５となるトラップ層５１又は拡散層５２の厚さを調整することで、センサ素子１の外側面とインナカバー２１内側面との軸直方向距離Ｄの調整と、被水からの保護を両立させることができる。具体的には、多孔質保護層５を厚く形成するほど、対向するインナカバー２１の内側面との隙間が小さくなるので、軸直方向距離Ｄを上記範囲内に容易に設定することができる。好適には、トラップ層５１と拡散層５２を含む多孔質保護層５の全体の厚さを、例えば、５００μｍ〜１２００μｍの範囲とするのがよい。厚さが５００μｍに満たないと、凝縮水による素子割れ防止と伝熱の効果が十分得られず、１２００μｍを超えるとインナカバー２１との隙間が小さくなり組み付け性が低下する懸念がある。
【００２５】
このとき、トラップ層５１と拡散層５２の厚さは、例えば、２５０μｍ〜６００μｍの範囲とし、これらを含む多孔質保護層５の全体の厚さが上記範囲となるように、適宜設定することができる。
例えば、多孔質保護層５の最外層となるトラップ層５１の厚さを調整すると、軸直方向距離Ｄの設定が容易である。トラップ層５１の厚さが２５０μｍに満たないと、凝縮水の捕捉と伝熱の効果が十分得られず、トラップ層５１の厚さが厚くなるほど、より多くの凝縮水を捕捉可能として検出部３を保護することができる。このとき、トラップ層５１は、気孔率が大きく熱容量が小さいので、センサ素子１が内蔵するヒータ４の熱を、対向するインナカバー２１の内側面に効率よく伝熱することができる。
【００２６】
以上のように、円筒状のセンサ素子１内に棒状ヒータ４を収容した構成を採用し、素子カバー２のうちインナカバー２１とセンサ素子１との軸直方向距離Ｄや、センサ素子１の表面に形成される多孔質保護層５の厚さを、所定範囲に設定することで、センサ素子１からの熱伝導によりインナカバー２１の内表面を均等に加熱し、高温に維持できる。したがって、インナカバー２１内の内側ガス通路２３内に、排ガスＧと共に粒子状物質が侵入しても、付着した粒子状物質を燃焼除去できる。アウタカバー２２内の外側ガス通路２４は、環状ガス通路を広くすることで、粒子状物質の堆積を防止できる。
その結果、排ガスＧの流通を妨げることがなく、センサ素子１の検出精度を高く維持できる。また、多孔質保護層５となるトラップ層を厚く形成することで、始動時に発生する多量の凝縮水からセンサ素子を保護し、素子割れを防止する効果を高めることができる。
【００２７】
上記構成のガスセンサＳは、内燃機関である自動車用エンジンの排気浄化システムにおいて、排気管に搭載される排気浄化触媒の上流又は下流に配置される空燃比センサ又は酸素センサとして使用することができる。このようなシステムでは、通常、下流側に配置される空燃比センサの出力に基づいてフィードバック制御が行われることから、わずかな粒子状物質が出力に影響するおそれがある。このため、確実に粒子状物質を除去して、高い検出精度と応答性が実現できる空燃比センサが必要となる。
【００２８】
このような場合でも、本形態のガスセンサＳを採用することにより、エンジン始動時に速やかに活性化温度まで上昇させて、空燃比の検出を開始することができ、エンジン制御性を向上させることができる。
【００２９】
（試験例１）
図４に示す試験装置１００を用い、上記構成のガスセンサＳについて、インナカバー２１とセンサ素子１との軸直方向距離Ｄを変更したときの、粒子状物質の燃焼効果を調べた。試験装置１００は、温風装置１０１に接続される管路１０２を有し、自動車用エンジンの排ガスに相当する所定温度の温風を、所定流量で管路１０２内に送出可能に構成されている。ここでは、温風の温度を４００℃、流量を５Ｌとし、軸直方向距離Ｄを０．２ｍｍ〜１．３ｍｍの範囲で変更した。
【００３０】
ガスセンサＳは、管路１０２壁にハウジングＨが螺結され、ハウジングＨの先端側に配設される素子カバー２が管路１０２内に突出位置している。試験に先立ち、ガスセンサＳには、予め採取した粒子状物質を、素子カバー２のインナカバー２１内側面に付着させておき、素子カバー２を装着したガスセンサＳの重量を測定した後、試験装置１００に取り付けた。取付位置は、管路１０２の上流端からの距離ｄが０．３ｍの位置とした。
【００３１】
試験装置１００を作動させて、管路１０２に温風装置１０１から温風を送出し、ガスセンサＳを、図示しない制御装置により１０分間駆動した。その後、管路１０２からガスセンサＳを取り外し、ガスセンサＳの重量を再度測定して、試験前後の重量差から付着した粒子状物質の燃焼率（すなわち、ＰＭ燃焼率）を算出した。結果を、図５に示す。
【００３２】
図５に明らかなように、インナカバー２１とセンサ素子１との軸直方向距離Ｄが小さいほど、ＰＭ燃焼率が高く、０．２ｍｍでは約８３％である。軸直方向距離Ｄが大きくなるに従い、徐々にＰＭ燃焼率が低くなる傾向にあるが、０．６ｍｍで約８０％と大きな低下はなく、０．８ｍｍでも約７５％を超えるＰＭ燃焼率を維持している。０．８ｍｍを超えると、ＰＭ燃焼室が大きく低下し、軸直方向距離Ｄが１ｍｍを超えると約６０％となり、１．３ｍｍでは、約４８％まで低下する。したがって、軸直方向距離Ｄが、０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ（図中の範囲ｂ）、好ましくは、０．２ｍｍ〜０．６ｍｍ（図中の範囲ａ）となるように、センサ素子１に対してインナカバー２１を配置することで、粒子状物質が付着しても燃焼除去可能であることがわかる。
【００３３】
（試験例２）
上記構成のガスセンサＳについて、センサ素子１の固体電解質体１１のサイズを２種類用意し（すなわち、素子サイズ：φ４．５ｍｍとφ３．９ｍｍ）、上記試験装置１００のガス流量を、１〜１０Ｌ／分の範囲で変更して、試験例１と同様の試験を行った。インナカバー２１とセンサ素子１との軸直方向距離Ｄは、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍの３種類とした。結果を、表１に示す。ＰＭ燃焼率は、Ａ：８０％以上、Ｂ：７５％以上、Ｃ：７５％未満の３段階で評価した。また、インナカバー２１の内側面の温度を測定し、軸直方向距離Ｄとの関係を、図６に示した。
【００３４】
【表１】
0006617528.tif 000002
【００３５】
表１に明らかなように、軸直方向距離Ｄが小さく、ガス流量が大きい方が、ＰＭ燃焼率が高くなる傾向があり、軸直方向距離Ｄが０．６ｍｍのときは、素子サイズやガス流量によらず、８０％以上の高いＰＭ燃焼率が得られる。軸直方向距離Ｄが０．８ｍｍでは、ガス流量が１０Ｌ／分で、８０％以上のＰＭ燃焼率が得られ、それ以外でも７５％以上のＰＭ燃焼率となっている。これに対して、軸直方向距離Ｄが１．０ｍｍの場合は、ガス流量が大きくなっても７５％以上のＰＭ燃焼率が得られていない。また、インナカバー２１の温度は、軸直方向距離Ｄと図６に示す関係にあり、ガスセンサＳに内蔵されるヒータ４から受熱により、軸直方向距離Ｄが小さくなるほど、温度が上昇している。特に、軸直方向距離Ｄが０．８ｍｍ以下の領域では、５００℃以上、すなわち粒子状物質の燃焼可能な温度以上となっており、高いＰＭ燃焼率が得られた表１の結果と一致する。
【００３６】
（試験例３）
次に、上記構成のガスセンサＳについて、以下に示す方法で被水試験を行って、トラップ層５１と拡散層５２を含む多孔質保護層５の厚さを変更したときの、センサ素子１の固体電解質体１１の割れの有無を調べた。被水試験に先立ち、まず、ガスセンサＳの素子カバー２を切断して、センサ素子１の先端部を剥き出しにしたものを用意し、その状態で、ガスセンサＳを駆動させた。このガスセンサＳの検出部３上に、３０μＬの水滴を１滴垂らし、その後、固体電解質体１１の割れの有無を視認により確認した。多孔質保護層５の厚さは、２００μｍ〜１３００μｍとして、各厚さについて複数のサンプルを用意した。結果を、表２に示す。ここでは、サンプル数を４とし、表中に、サンプル数に対する割れ有りの数を示した。
【００３７】
【表２】
0006617528.tif 000003
【００３８】
表２に明らかなように、多孔質保護層５が厚くなるほど、被水による割れが生じにくく、多孔質保護層５が５００μｍ以上では、全てのサンプルで割れ無しとなっている。これに対し、多孔質保護層５が２００μｍでは、全てのサンプルで割れが見られ、３００μｍでは、割れ無しは１つのみであった。なお、多孔質保護層５が１３００μｍのサンプルは、センサ素子１と素子カバー２とが接触する可能性があり、組み付け不可とした。
【００３９】
このように、ガスセンサＳは、多孔質保護層５の厚さが５００μｍ〜１２００μｍの範囲にあるとき、被水による割れを防止する効果が高い。
【００４０】
ガスセンサＳは、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を超えない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、センサ素子１の検出部３の構造や、センサ素子１を保護する素子カバー２の形状、ガス流通孔のサイズや数、配置等は、任意に設定することができる。
【００４１】
上記実施形態では、ガスセンサＳを、自動車用エンジンの排気管に設置される空燃比センサ、酸素センサとして使用する例を示したが、排ガス中のその他のガスを検出対象とするものであってもよい。また、排気センサ以外の種々の用途に適用することができ、被測定ガスは、自動車用エンジンからの排ガスを前提とするものではなく、検出しようとする酸素その他のガスと共に粒子状物質が含まれる燃焼排ガス等であってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
Ｓ  ガスセンサ
１  センサ素子
１１  固体電解質
２  素子カバー
２１  インナカバー（カバー体）
３  検出部
３１  測定電極（電極）
３２  基準電極（電極）
４  ヒータ
５  多孔質保護層
【図１】
0006617528.tif 000004
【図２】
0006617528.tif 000005
【図３】
0006617528.tif 000006
【図４】
0006617528.tif 000007
【図５】
0006617528.tif 000008
【図６】
0006617528.tif 000009