(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス（Ｇ）中の特定ガス成分を検出するための検出部（２０）を有するセンサ素子（２）と、
該センサ素子を内側に挿通して保持するハウジング（３）と、
該ハウジングの先端に取り付けられて該ハウジングから突出する上記検出部を覆う側壁部（４１）及び底部（４２）を有し、該側壁部に第１インナ流通孔（４１１）が形成され、該底部に第２インナ流通孔（４２１）が形成されたインナカバー（４）と、
該インナカバーを覆う側壁部（５１）及び底部（５２）を有し、該側壁部に第１アウタ流通孔（５１１）が形成されたアウタカバー（５）と、を備えるガスセンサ（１）であって、
上記センサ素子が上記ハウジングに挿通された方向である軸線方向（Ｌ）において、該ハウジングに対して上記インナカバーが設けられた側を先端側（Ｌ２）、その反対側を基端側（Ｌ１）としたとき、
上記第１インナ流通孔の基端部（４１２）には、内周側に突出するガイド体（４３）が設けられており、
上記第１インナ流通孔の上記基端部は、上記センサ素子の上記軸線方向の先端（２０３）から基端側に２ｍｍ離れた位置を、該軸線方向に垂直に上記インナカバーに投影した基端位置（Ｐ１）と、上記センサ素子の上記軸線方向の先端から先端側に２ｍｍ離れた位置を、該軸線方向に垂直に上記インナカバーに投影した先端位置（Ｐ２）との間に位置しており、
上記センサ素子の上記軸線方向の先端は、該先端に、上記ガイド体の先端側の表面（４３０）における基端（４３４）と先端（４３５）とを通る仮想ライン（Ｋ）が交差する位置にある、又は上記仮想ラインよりも上記軸線方向の基端側の位置にあり、
上記センサ素子の上記軸線方向の先端は、該センサ素子の上記軸線方向の先端の中心（Ｏ）を該軸線方向に沿って通る中心ライン（Ｃ）及び上記仮想ラインの交点位置（Ｐ３）と、該交点位置から上記軸線方向の基端側に１．５ｍｍ離れた位置（Ｐ４）との間に位置している、ガスセンサ。
【請求項２】
上記ガイド体は、基端部（４３１）が上記インナカバーに接続されるとともに、先端部（４３２）及び一対の側部（４３３）が該インナカバーから離れた形状を有する、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
上記ガイド体の先端部の幅は、該ガイド体の基端部の幅よりも大きい、請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
上記ガイド体は、基端部（４３１）から先端部（４３２）に向けて幅が広がる一対の側部（４３３）が上記インナカバーに接続されるとともに、上記先端部が該インナカバーから離れた形状を有する、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項５】
上記ガイド体の表面は、平面状又は曲面状である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項６】
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（２１）と、
該固体電解質体の第１表面（２０１）に接して形成された、被測定ガスが導入される被測定ガス室（２４１）と、
該固体電解質体の上記第１表面とは反対側の第２表面（２０２）に接して形成された、基準ガス（Ａ）が導入される基準ガス室（２４２）と、
上記第１表面に設けられ、上記被測定ガス室内の酸素濃度を調整するためのポンプ電極（２１１）と、
上記第１表面に設けられ、上記ポンプ電極によって酸素濃度が調整された後の被測定ガス中の特定ガス成分を検出するためのセンサ電極（２１２）と、
上記第２表面に設けられた基準電極（２１３）と、を備え、
上記センサ素子には、上記固体電解質体を加熱するためのヒータ（２３）が積層されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項７】
上記センサ素子の温度は、上記固体電解質体を介した上記ポンプ電極と上記基準電極との間のインピーダンスが所定の値になるよう上記ヒータの加熱量を制御して調整される、請求項６に記載のガスセンサ。
【請求項８】
上記センサ素子の温度は、上記固体電解質体を介した上記センサ電極と上記基準電極との間のインピーダンスが所定の値になるよう上記ヒータの加熱量を制御して調整される、請求項６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成分を検出するセンサ素子を備えたガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスセンサにおいては、エンジンの排気管を流れる排ガスを被測定ガスとし、この被測定ガス中の特定ガス成分を検出するために用いられるものがある。固体電解質体及び固体電解質体に設けられた電極を有するセンサ素子は、排気管に取り付けられるハウジングに保持されている。また、センサ素子の、排気管内に配置される先端部に設けられた検出部は、インナカバー及びインナカバーを覆うアウタカバーによって覆われて保護される。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、センサ素子と、被測定ガスが流通する開口部がそれぞれ設けられ、センサ素子の検出部を覆うインナカバー及びアウタカバーとを備えたガスセンサについて開示されている。このガスセンサにおいては、インナカバーの側壁部における開口部を、アウタカバーの側壁部における開口部よりも、センサ素子の軸方向の先端側に位置させている。また、インナカバーの側壁部における開口部は、センサ素子の軸方向に向けて形成されている。そして、アウタカバーの側壁部における開口部と、インナカバーの側壁部における開口部との形成位置が重ならないようにし、かつ、これらの形成方向が異なるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年においては、ＮＯｘ等の特定ガス成分の規制強化に伴い、センサ素子に対する検出精度及び応答性の要求レベルが厳しくなる傾向にある。センサ素子による特定ガス成分の検出精度を高めるためには、センサ素子の検出部の温度変動を少なくすることが好ましい。検出部の温度変動を少なくするためには、逐次温度が変動する被測定ガスが検出部に直接衝突しにくくすることが有効である。一方、センサ素子による特定ガス成分の検出の応答性を高めるためには、インナカバー内に流入する被測定ガスがセンサ素子の検出部に到達しやすくすることが好ましい。従って、検出精度と応答性とを両立させるためには、インナカバーには、被測定ガスが検出部に直接衝突しにくくし、かつ被測定ガスが検出部に到達しやすくするといった、相反する性質を有することが要求される。
【０００６】
特許文献１においては、インナカバーの開口部からインナカバー内に導入される被測定ガスは、センサ素子の先端部に設けられた、特定ガス成分の検出部よりも基端側の位置に衝突しやすい。そして、センサ素子に被測定ガスが衝突しやすいと、センサ素子の検出部に温度の変動が生じやすくなる。また、特許文献１においては、被測定ガスが、センサ素子の検出部よりも基端側の位置に衝突しやすいことにより、この被測定ガスが、センサ素子の検出部に到達するまでの時間が長くなる。従って、特許文献１のガスセンサによっては、特定ガス成分の検出精度の向上と、特定ガス成分の検出の応答性の向上とを両立させることができない。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、特定ガス成分の検出精度の向上と、特定ガス成分を検出するための応答性の向上とを両立させることができるガスセンサを提供しようとして得られたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、被測定ガス（Ｇ）中の特定ガス成分を検出するための検出部（２０）を有するセンサ素子（２）と、
該センサ素子を内側に挿通して保持するハウジング（３）と、
該ハウジングの先端に取り付けられて該ハウジングから突出する上記検出部を覆う側壁部（４１）及び底部（４２）を有し、該側壁部に第１インナ流通孔（４１１）が形成され、該底部に第２インナ流通孔（４２１）が形成されたインナカバー（４）と、
該インナカバーを覆う側壁部（５１）及び底部（５２）を有し、該側壁部に第１アウタ流通孔（５１１）が形成されたアウタカバー（５）と、を備えるガスセンサ（１）であって、
上記センサ素子が上記ハウジングに挿通された方向である軸線方向（Ｌ）において、該ハウジングに対して上記インナカバーが設けられた側を先端側（Ｌ２）、その反対側を基端側（Ｌ１）としたとき、
上記第１インナ流通孔の基端部（４１２）には、内周側に突出するガイド体（４３）が設けられており、
上記第１インナ流通孔の上記基端部は、上記センサ素子の上記軸線方向の先端（２０３）から基端側に２ｍｍ離れた位置を、該軸線方向に垂直に上記インナカバーに投影した基端位置（Ｐ１）と、上記センサ素子の上記軸線方向の先端から先端側に２ｍｍ離れた位置を、該軸線方向に垂直に上記インナカバーに投影した先端位置（Ｐ２）との間に位置しており、
上記センサ素子の上記軸線方向の先端は、該先端に、上記ガイド体の先端側の表面（４３０）における基端（４３４）と先端（４３５）とを通る仮想ライン（Ｋ）が交差する位置にある、又は上記仮想ラインよりも上記軸線方向の基端側の位置にあり、
上記センサ素子の上記軸線方向の先端は、該センサ素子の上記軸線方向の先端の中心（Ｏ）を該軸線方向に沿って通る中心ライン（Ｃ）及び上記仮想ラインの交点位置（Ｐ３）と、該交点位置から上記軸線方向の基端側に１．５ｍｍ離れた位置（Ｐ４）との間に位置している、ガスセンサにある。
【発明の効果】
【０００９】
上記ガスセンサにおいては、センサ素子の軸線方向の先端と、インナカバーの側壁部における第１インナ流通孔の基端部、及びこの基端部に設けられたガイド体との２つの位置関係を規定している。
第１の位置関係として、第１インナ流通孔の基端部は、センサ素子の軸線方向の先端から基端側に２ｍｍ離れた位置を軸線方向に垂直にインナカバーに投影した基端位置と、センサ素子の軸線方向の先端から先端側に２ｍｍ離れた位置を軸線方向に垂直にインナカバーに投影した先端位置との間に位置している。すなわち、センサ素子の軸線方向において、第１インナ流通孔の基端部がセンサ素子の軸線方向の先端の近くにあり、第１インナ流通孔からインナカバーの内周側に流入する被測定ガスは、ガイド体によって案内されながら、センサ素子の軸線方向の先端部に設けられた検出部の周辺に素早く導かれる。これにより、第１インナ流通孔からインナカバーの内周側に流入する被測定ガスが、センサ素子の検出部に到達するまでの時間を短くすることができる。そのため、センサ素子の検出部によって特定ガス成分を検出するための応答性を高めることができる。
【００１０】
また、第２の位置関係として、センサ素子の軸線方向の先端は、この先端に、ガイド体の先端側の表面における基端と先端とを通る仮想ラインが交差する位置にある、又はこの仮想ラインよりも軸線方向の基端側の位置にある。これにより、ガイド体に沿ってインナカバーの内周側に流入する被測定ガスが、ガイド体に衝突せずにセンサ素子の検出部に直接衝突することがないようにすることができる。すなわち、第１の位置関係によってガイド体とセンサ素子の軸線方向の先端とが近くに位置していても、ガイド体によって被測定ガスの流れを規制することにより、被測定ガスがセンサ素子の検出部に接触しにくくすることができる。被測定ガスは、内燃機関から排気される排ガス等であり、内燃機関における燃焼状態によって温度が変動する。そのため、センサ素子の検出部においては、温度が変動する被測定ガスが直接衝突することによる温度の変動が生じにくくすることができ、特定ガス成分の検出精度を高めることができる。
【００１１】
このように、上記ガスセンサによれば、互いに相反する効果を狙ったように思われる第１の位置関係と第２の位置関係とを有することにより、特定ガス成分の検出精度の向上と、特定ガス成分を検出するための応答性の向上とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１にかかる、ガスセンサを示す断面説明図。
【図２】実施形態１にかかる、センサ素子と第１インナ流通孔及びガイド体との位置関係を示す断面説明図。
【図３】実施形態１にかかる、ガイド体を示す斜視説明図。
【図４】実施形態１にかかる、センサ素子を示す断面説明図。
【図５】実施形態１にかかる、図１におけるV−V断面を示す説明図。
【図６】実施形態１にかかる、センサ素子と、他の第１インナ流通孔及びガイド体との位置関係を示す断面説明図。
【図７】実施形態１にかかる、センサ素子と、他の第１インナ流通孔及びガイド体との位置関係を示す断面説明図。
【図８】実施形態１にかかる、センサ素子と、他の第１インナ流通孔及びガイド体との位置関係を示す断面説明図。
【図９】実施形態２にかかる、センサ素子と第１インナ流通孔及びガイド体との位置関係を示す断面説明図。
【図１０】実施形態２にかかる、ガイド体を示す斜視説明図。
【図１１】実施形態２にかかる、他のガイド体を示す斜視説明図。
【図１２】確認試験１にかかる、比較品及び試験品１についてのセンサ電極の温度変動量の測定結果を示すグラフ。
【図１３】確認試験２にかかる、試験品１及び試験品２についてのセンサ電極の温度変動量の測定結果を示すグラフ。
【図１４】確認試験２にかかる、試験品１及び試験品２についての６３％応答時間の測定結果を示すグラフ。
【図１５】確認試験３にかかる、センサ素子の先端に対する第１インナ流通孔の基端部の位置を変化させた場合の、センサ電極の温度変動量及び６３％応答時間の測定結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上述したガスセンサにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
本形態のガスセンサ１は、図１に示すように、センサ素子２、ハウジング３、インナカバー４及びアウタカバー５を備える。センサ素子２は、長尺形状を有しており、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端部には、被測定ガスＧ中の特定ガス成分を検出するための検出部２０が設けられている。ハウジング３は、センサ素子２を内側に挿通して保持する。インナカバー４は、ハウジング３の先端に取り付けられており、ハウジング３から突出する検出部２０を覆う側壁部４１及び先端側Ｌ２の底部４２を有する。インナカバー４の側壁部４１には、第１インナ流通孔４１１が形成されており、インナカバー４の底部４２には、第２インナ流通孔４２１が形成されている。アウタカバー５は、ハウジング３の先端に取り付けられており、インナカバー４を覆う側壁部５１及び先端側Ｌ２の底部５２を有する。アウタカバー５の側壁部５１には、第１アウタ流通孔５１１が形成されており、アウタカバー５の底部５２には、第２アウタ流通孔５２１が形成されている。
【００１４】
ガスセンサ１においては、センサ素子２がハウジング３に挿通された方向を軸線方向Ｌとし、ハウジング３に対してインナカバー４が設けられた側を先端側Ｌ２、先端側Ｌ２と反対側を基端側Ｌ１とする。
図２、図３に示すように、第１インナ流通孔４１１の基端部４１２には、内周側に突出するガイド体４３が設けられている。第１インナ流通孔４１１の基端部４１２は、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３から基端側Ｌ１に２ｍｍ離れた位置を、軸線方向Ｌに垂直にインナカバー４に投影した基端位置Ｐ１と、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３から先端側Ｌ２に２ｍｍ離れた位置を、軸線方向Ｌに垂直にインナカバー４に投影した先端位置Ｐ２との間に位置している。センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３は、ガイド体４３の先端側Ｌ２の表面４３０における基端４３４と先端４３５とを通る仮想ラインＫよりも軸線方向Ｌの基端側Ｌ１に位置する。
【００１５】
また、本形態のガスセンサ１においては、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３は、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３の中心Ｏを軸線方向Ｌに沿って通る中心ラインＣと仮想ラインＫとの交点位置Ｐ３と、交点位置Ｐ３から軸線方向Ｌの基端側Ｌ１に１．５ｍｍ離れた位置Ｐ４との間に位置している。
【００１６】
図２においては、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３から第１インナ流通孔４１１の基端部４１２までの軸線方向Ｌの距離を符号Ｄ１で示す。また、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３から交点位置Ｐ３までの軸線方向Ｌの距離を符号Ｄ２で示す。
ここで、第１インナ流通孔４１１の基端部４１２の位置は、インナカバー４に設けられたガイド体４３の内周側の基端の位置とする。ガイド体４３が、インナカバー４の一部が屈曲した部分によって形成されている場合には、基端部４１２とは、ガイド体４３の内周側の屈曲起点のことをいう。内周側の基端又は内周側の屈曲起点とは、インナカバー４の内周面における位置のことをいう。
【００１７】
以下に、本形態のガスセンサ１について詳説する。
ガスセンサ１は、内燃機関の排気管に配置され、排気管を流れる排ガスを被測定ガスＧとして、この被測定ガスＧ中の特定ガス成分を検出するために用いられる。本形態の特定ガス成分は、一酸化窒素、二酸化窒素等の窒素酸化物（ＮＯｘ）である。基準ガスＡは、酸素濃度が一定の大気である。
ガスセンサ１のハウジング３は、排気管に取り付けられており、ガスセンサ１のインナカバー４及びアウタカバー５は、排気管内に配置される。
【００１８】
図４に示すように、センサ素子２は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体２１と、固体電解質体２１の第１表面２０１に設けられたポンプ電極２１１及びセンサ電極２１２と、固体電解質体２１の第２表面２０２に設けられた基準電極２１３とを備える。固体電解質体２１の第１表面２０１には、被測定ガスＧが導入される被測定ガス室２４１が隣接して形成されており、ポンプ電極２１１及びセンサ電極２１２は、被測定ガス室２４１内に配置されている。固体電解質体２１の第１表面２０１とは反対側の第２表面２０２には、基準ガスＡが導入される基準ガス室２４２が隣接して形成されており、基準電極２１３は、基準ガス室２４２内に配置されている。
【００１９】
センサ素子２は、板状の固体電解質体２１に、セラミックスから構成される絶縁体２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃが積層されて形成されている。センサ素子２には、固体電解質体２１を加熱するための板状のヒータ２３が積層されている。
固体電解質体２１は、イットリア安定化ジルコニアによって構成されている。被測定ガス室２４１は、固体電解質体２１の第１表面２０１に積層された板状のスペーサとしての第１絶縁体２２Ａと、板状の第２絶縁体２２Ｂとによって囲まれて形成されている。基準ガス室２４２は、固体電解質体２１の第２表面２０２に積層された板状のスペーサとしての第３絶縁体２２Ｃと、板状のヒータ２３とによって囲まれて形成されている。ヒータ２３は、セラミックスの基板２３１と、この基板２３１の内部に埋設された、通電によって発熱する発熱体２３２とを有している。
【００２０】
同図に示すように、ポンプ電極２１１は、被測定ガス室２４１内の酸素濃度を調整するために用いられる。ポンプ電極２１１と基準電極２１３との間に電圧が印加されることによって、被測定ガス室２４１内の酸素が除去され、被測定ガス室２４１内の被測定ガスＧの酸素濃度が所定の濃度以下に調整される。
センサ電極２１２は、ポンプ電極２１１に対する、被測定ガス室２４１内の被測定ガスＧの流れ方向の下流側に配置されている。センサ電極２１２は、ポンプ電極２１１によって酸素濃度が調整された後の被測定ガスＧ中の特定ガス成分を検出するために用いられる。センサ電極２１２と基準電極２１３との間に流れる電流を検出することによって、被測定ガスＧ中の特定ガス成分の濃度が検出される。
【００２１】
本形態の基準電極２１３は、ポンプ電極２１１とセンサ電極２１２とに対向する領域、言い換えればポンプ電極２１１とセンサ電極２１２とを固体電解質体２１の厚み方向に投影した領域を含む領域に１つ設けられている。これ以外にも、基準電極２１３は、ポンプ電極２１１とセンサ電極２１２とに対してそれぞれ独立して設けることもできる。
【００２２】
図４に示すように、ポンプ電極２１１、センサ電極２１２、基準電極２１３及び被測定ガス室２４１は、センサ素子２における軸線方向Ｌの先端側Ｌ２の検出部２０に設けられている。センサ素子２の検出部２０は、インナカバー４及びアウタカバー５に覆われた状態で排気管内に配置される。基準ガス室２４２は、被測定ガス室２４１に対向する部位から、センサ素子２における軸線方向Ｌの基端側Ｌ１の部位まで形成されている。
第１絶縁体２２Ａの先端部には、被測定ガス室２４１に被測定ガスＧを導入するためのガス導入口２５が形成されている。ガス導入口２５には、被測定ガス室２４１に所定の拡散抵抗の下で被測定ガスＧを導入するための拡散抵抗体２５１が設けられている。拡散抵抗体２５１は、セラミックスの多孔質体によって構成されている。
【００２３】
センサ素子２の検出部２０は、被測定ガスＧを通過させる一方、水分及び電極の被毒物質を捕獲する保護層２６によって覆われている。保護層２６は、セラミックスの多孔質体によって構成されている。なお、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３とは、保護層２６を除外したセンサ素子２の先端２０３のことをいう。
センサ素子２の検出部２０に接触する被測定ガスＧは、保護層２６及び拡散抵抗体２５１を通過して被測定ガス室２４１に導入される。そして、被測定ガス室２４１内の被測定ガスＧの酸素濃度は、ポンプ電極２１１と基準電極２１３との間に電圧が印加されて調整される。また、酸素濃度が調整された後の被測定ガスＧ中の特定ガス成分は、センサ電極２１２において分解され、センサ電極２１２と基準電極２１３との間に流れる電流によって検出される。
【００２４】
センサ素子２の温度は、固体電解質体２１を介したポンプ電極２１１と基準電極２１３との間のインピーダンスが所定の値になるようヒータ２３の加熱量を制御して調整される。固体電解質体２１を介したポンプ電極２１１と基準電極２１３との間のインピーダンスは、ポンプ電極２１１の温度と相関関係がある。そして、ポンプ電極２１１の温度を所定の温度に制御するためには、固体電解質体２１を介したポンプ電極２１１と基準電極２１３との間のインピーダンスを検出し、このインピーダンスが所定の値になるようヒータ２３の発熱体２３２への供給電力を制御することができる。本形態のセンサ素子２においては、ポンプ電極２１１の温度が約８００℃に制御され、センサ電極２１２の温度が約６００℃に制御される。
【００２５】
また、センサ素子２の温度は、固体電解質体２１を介したセンサ電極２１２と基準電極２１３との間のインピーダンスが所定の値になるようヒータ２３の加熱量を制御して調整することもできる。固体電解質体２１を介したセンサ電極２１２と基準電極２１３との間のインピーダンスは、センサ電極２１２の温度と相関関係がある。そして、センサ電極２１２の温度を所定の温度に制御するためには、固体電解質体２１を介したセンサ電極２１２と基準電極２１３との間のインピーダンスを検出し、このインピーダンスが所定の値になるようヒータ２３の発熱体２３２への供給電力を制御することができる。
【００２６】
図１に示すように、インナカバー４は、円筒状の側壁部４１と、側壁部４１の先端側Ｌ２を閉塞する底部４２とを有している。側壁部４１の外径は多段階に変化している。側壁部４１は、ハウジング３の外周に取り付けられる取付側壁部４１Ａと、取付側壁部４１Ａの先端側Ｌ２に隣接して設けられ、取付側壁部４１Ａよりも縮径した第１側壁部４１Ｂと、第１側壁部４１Ｂの先端側Ｌ２に隣接して設けられ、第１側壁部４１Ｂよりも縮径した第２側壁部４１Ｃとを有している。センサ素子２の検出部２０は、第１側壁部４１Ｂの内周側に配置される。第１インナ流通孔４１１及びガイド体４３は、第１側壁部４１Ｂに設けられている。本形態の第１側壁部４１Ｂは、軸線方向Ｌと平行に形成されている。第１側壁部４１Ｂは、軸線方向Ｌの先端側Ｌ２に向かうに連れて縮径する形状に形成することもできる。
【００２７】
図５に示すように、第１インナ流通孔４１１及びガイド体４３は、第１側壁部４１Ｂの周方向Ｒにおける複数個所に設けられている。ガイド体４３は、全ての第１インナ流通孔４１１の基端部４１２に設けられている。ガイド体４３は、基端部４３１がインナカバー４に接続されるとともに、先端部４３２及び一対の側部４３３がインナカバー４から離れた羽形状を有する。ガイド体４３は、インナカバー４から屈曲して形成されている。ガイド体４３は、インナカバー４に第１インナ流通孔４１１を形成する際に、インナカバー４から切り開かれた部分によって形成されている。第１インナ流通孔４１１は、インナカバー４にガイド体４３が形成される際に形成される。
【００２８】
図３に示すように、ガイド体４３は、平板状であって、基端側Ｌ１から先端側Ｌ２に向けて一対の側部４３３間の幅が徐々に拡大する先太り形状に形成されている。そして、ガイド体４３の先端部４３２の幅は、ガイド体４３の基端部４３１の幅よりも大きい。なお、ガイド体４３は、基端と先端との長さ方向、及び一対の側部４３３が並ぶ幅方向の少なくともいずれかにおいて曲面状に形成されていてもよい。
【００２９】
図２に示すように、本形態のガイド体４３は平板状に形成されているため、仮想ラインＫを引くときのガイド体４３の先端側Ｌ２の表面４３０における基端４３４は、ガイド体４３の先端側Ｌ２の表面４３０における先端４３５が配置された平面内の基端となる。ガスセンサ１の断面において、仮想ラインＫは、平板状のガイド体４３の表面４３０に沿って引かれる。
【００３０】
ガイド体４３とセンサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３との位置関係は、次のような関係であってもよい。
例えば、図６に示すように、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３は、先端２０３に、ガイド体４３の先端側Ｌ２の表面４３０における基端４３４と先端４３５とを通る仮想ラインＫが交差する位置にあってもよい。先端２０３は、センサ素子２の先端面のことを意味する。
【００３１】
また、例えば、図７に示すように、ガイド体４３が基端４３４から先端４３５に向けて曲板状に形成されている場合には、仮想ラインＫを引く場合のガイド体４３の基端４３４は、ガイド体４３の先端側Ｌ２の表面４３０における先端・基端方向の曲線長さの中心位置とする。そして、仮想ラインＫは、この中心位置としての基端４３４と、ガイド体４３の先端側Ｌ２の表面４３０における最も基端側Ｌ１に位置する先端４３５とを通るラインとする。
【００３２】
図２、図６、図７に示したガイド体４３は、基端部４３１に対して先端部４３２が軸線方向Ｌの先端側Ｌ２に位置するよう傾斜して、インナカバー４の内周側に突出している。
これ以外にも、図８に示すように、ガイド体４３は、基端部４３１に対して先端部４３２が軸線方向Ｌの基端側Ｌ１に位置するよう傾斜して、インナカバー４の内周側に突出していてもよい。また、図示は省略するが、ガイド体４３は、軸線方向Ｌに垂直になるよう、インナカバー４の内周側に突出していてもよい。
【００３３】
図１に示すように、アウタカバー５の側壁部５１における第１アウタ流通孔５１１は、側壁部５１の周方向における複数個所に形成されている。第１アウタ流通孔５１１は、インナカバー４の側壁部４１Ｂにおける第１インナ流通孔４１１よりも軸線方向Ｌの先端側Ｌ２に位置している。また、第１アウタ流通孔５１１は、アウタカバー５の側壁部５１における先端側Ｌ２の端部の付近に形成されている。第１アウタ流通孔５１１は、インナカバー４の底部４２の外周側に対向する位置、又はインナカバー４の底部４２の位置よりも先端側Ｌ２の位置に形成することができる。
【００３４】
また、ガスセンサ１において、センサ素子２は、インシュレータ６１等を介してハウジング３内に保持されている。インシュレータ６１の基端側には、接点端子６３を保持する別のインシュレータ６２が配置されている。各電極２１１，２１２，２１３及び発熱体２３２のリード部は、センサ素子２の基端部に引き出され、接点端子６３に接続されている。接点端子６３に接続されたリード線６４は、ハウジング３の基端側に取り付けられたカバー６５内において、ブッシュ６６によって保持されている。
【００３５】
本形態のガスセンサ１においては、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３と、インナカバー４の側壁部４１における第１インナ流通孔４１１の基端部４１２、及び基端部４１２に設けられたガイド体４３との２つの位置関係を規定している。
第１の位置関係として、第１インナ流通孔４１１の基端部４１２は、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３から基端側Ｌ１に２ｍｍ離れた位置を、軸線方向Ｌに垂直にインナカバー４に投影した基端位置Ｐ１と、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３から先端側Ｌ２に２ｍｍ離れた位置を、軸線方向Ｌに垂直にインナカバー４に投影した先端位置Ｐ２との間に位置している。つまり、センサ素子２の軸線方向Ｌにおいて、第１インナ流通孔４１１の基端部４１２は、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３の近くにある。
【００３６】
第１インナ流通孔４１１の基端部４１２が基端位置Ｐ１よりもさらに基端側Ｌ１に位置する場合には、ガイド体４３に沿ってインナカバー４の内周側に流入する被測定ガスＧが、センサ素子２の検出部２０に衝突しやすくなり、検出部２０の温度変動が生じやすくなって、検出部２０による特定ガス成分の検出精度が悪化する。
一方、第１インナ流通孔４１１の基端部４１２が先端位置Ｐ２よりもさらに先端側Ｌ２に位置する場合には、ガイド体４３に沿ってインナカバー４の内周側に流入する被測定ガスＧが、センサ素子２の検出部２０に到達しにくくなり、検出部２０によって特定ガス成分を検出する応答性が悪化する。
【００３７】
ガスセンサ１によって、排気管内を流れる被測定ガスＧ中の特定ガス成分を検出する際において、排気管内を流れる被測定ガスＧは、アウタカバー５の第１アウタ流通孔５１１からアウタカバー５内に流入し、複数の第１インナ流通孔４１１からインナカバー４内に流入する。このとき、第１インナ流通孔４１１からインナカバー４の内周側に流入する被測定ガスＧは、第１の位置関係としてセンサ素子２の先端２０３の近くにある第１インナ流通孔４１１の基端部４１２に設けられたガイド体４３によって案内されながら、センサ素子２の検出部２０の周辺に導かれる。センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３は、センサ素子２の軸線方向Ｌにおいて、第１インナ流通孔４１１の基端部４１２から２ｍｍ以内の範囲に位置する。そのため、ガイド体４３に沿ってインナカバー４の内周側に流入する被測定ガスＧは、センサ素子２の検出部２０の周辺に素早く導かれる。これにより、第１インナ流通孔４１１からインナカバー４の内周側に流入する被測定ガスＧが、センサ素子２の検出部２０に到達するまでの時間を短くすることができる。そのため、センサ素子２の検出部２０によって特定ガス成分を検出するための応答性を高めることができる。
【００３８】
また、第２の位置関係として、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３は、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３の中心Ｏを軸線方向Ｌに沿って通る中心ラインＣと仮想ラインＫとの交点位置Ｐ３と、交点位置Ｐ３から軸線方向Ｌの基端側Ｌ１に１．５ｍｍ離れた位置Ｐ４との間に位置している。これにより、ガイド体４３に沿ってインナカバー４の内周側に流入する被測定ガスＧが、ガイド体４３に衝突した後にセンサ素子２の検出部２０に衝突するようにすることができる。そして、被測定ガスＧが、ガイド体４３に衝突せずに、検出部２０に直接衝突することがないようにすることができる。
【００３９】
ガイド体４３に衝突した後の被測定ガスＧがセンサ素子２の検出部２０に導かれることにより、検出部２０に接触する被測定ガスＧの流れが緩慢になる。被測定ガスＧは、内燃機関から排気される排ガスであり、内燃機関における燃焼状態によって温度が変動する。そのため、センサ素子２の検出部２０においては、被測定ガスＧが直接衝突することによる温度の変動が生じにくくすることができる。センサ素子２の検出部２０の温度変動量が小さく抑えられることにより、センサ電極２１２の活性状態が変わり難くなる、又はセンサ電極２１２の劣化が生じにくくなる。これにより、センサ電極２１２を用いて検出される特定ガス成分の検出精度を高めることができる。
【００４０】
なお、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３が、先端２０３に仮想ラインＫが交差する場合の位置よりもさらに先端側Ｌ２にある場合には、ガイド体４３に沿ってインナカバー４の内周側に流入する被測定ガスＧが、センサ素子２の検出部２０に衝突しやすくなり、検出部２０の温度変動が生じやすくなって、検出部２０による特定ガス成分の検出精度が悪化する。
また、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３が、交点位置Ｐ３から軸線方向Ｌの基端側Ｌ１に１．５ｍｍ離れた位置Ｐ４よりもさらに基端側Ｌ２に位置する場合には、ガイド体４３に沿ってインナカバー４の内周側に流入する被測定ガスＧが、センサ素子２の検出部２０に到達しにくくなり、検出部２０によって特定ガス成分を検出する応答性が悪化するおそれがある。
【００４１】
また、本形態のガイド体４３は、上述した先太り形状に形成されている。これにより、ガイド体４３に衝突する被測定ガスＧは、ガイド体４３の一対の側部４３３から幅方向へ流れにくく、ガイド体４３の先端部４３２へ流れやすくなる。そして、被測定ガスＧがガイド体４３に衝突しやすくなり、被測定ガスＧがガイド体４３に衝突した後、センサ素子２の検出部２０に衝突する状態を形成することができる。これによっても、センサ素子２の検出部２０において、被測定ガスＧが直接衝突することによる温度の変動が生じにくくすることができる。
【００４２】
このように、本形態のガスセンサ１によれば、互いに相反する効果を狙ったように思われる第１の位置関係と第２の位置関係とを有することにより、特定ガス成分の検出精度の向上と、特定ガス成分を検出するための応答性の向上とを両立させることができる。
【００４３】
（実施形態２）
本形態においては、ガイド体４３の形状の他の態様を示す。
本形態のガイド体４３は、図９〜図１１に示すように、基端部４３１から先端部４３２に向けて幅が広がる一対の側部４３３がインナカバー４に接続されるとともに、先端部４３２がインナカバー４から離れた形状を有する。ガイド体４３は、インナカバー４の内周面における基端側Ｌ１に、基端部４３１としての頂点部を位置させて内周側に突出する三角状部分によって形成されている。
【００４４】
図９に示すように、センサ素子２と第１インナ流通孔４１１及びガイド体４３との位置関係は、実施形態１の図２、図６〜図８等と同様に捉えることができる。
ガイド体４３の形状は、図１０に示すように、幅方向に分けられた２つの平面状部分が繋がる形状とすることができる。また、ガイド体４３の形状は、図１１に示すように、幅方向において内周側に湾曲する曲面状の形状とすることもできる。これらの場合において、仮想ラインＫは、ガイド体４３の先端側Ｌ２の表面４３０における周方向Ｒ（図５参照）の中心位置４３０Ａの基端４３４と先端４３５とを通るラインとする。
また、図示は省略するが、ガイド体４３は、台形を含む四角状部分によって形成することもできる。
【００４５】
本実施形態においても、その他の構成及び図中の符号が示す構成要素は実施形態１と同様であり、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。
なお、本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。
【００４６】
（確認試験１）
本確認試験においては、実施形態１に示したガイド体４３を有するガスセンサ１（試験品１）と、ガイド体４３を有しないガスセンサ（比較品）とについて、エンジンの始動後に生じるセンサ電極２１２の温度の変動範囲を測定した。試験品１においては、第１インナ流通孔４１１の基端部４１２は、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３から基端側Ｌ１に０．６ｍｍ離れた位置とし、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３は、交点位置Ｐ３よりも軸線方向Ｌの基端側Ｌ１に１ｍｍ離れた位置とした。
ここで、センサ電極２１２の温度は、センサ電極２１２による特定ガス成分の触媒活性性能と相関関係がある。センサ電極２１２の温度が変動すると、特定ガス成分の検出精度も変動するため、センサ電極２１２の温度はできる限り変動しない方がよいといえる。
【００４７】
具体的には、ヒータ２３によってセンサ素子２を加熱することによって各ガスセンサを始動し、センサ電極２１２の温度が所定の第１温度に平衡した後、エンジンを始動して、温度が２００℃であって流速が４０ｍ／ｓである排ガスを、ガスセンサ１が配置された排気管に流通させた。そして、センサ電極２１２の温度が所定の第２温度に平衡するまで待ち、第１温度に対する第２温度の変動量（センサ電極２１２の温度変動量（℃））を測定した。この測定は５回繰り返して行った。この測定結果を図１２に示す。同図においては、データの最大値、最小値及び平均値を示す。
【００４８】
同図に示すように、ガイド体４３を有しない比較品においては、温度変動量が約４０℃程度であったのに対し、ガイド体４３を有する試験品１においては、温度変動量が約１５℃程度であった。ガスセンサ１による特定ガス成分の検出精度を高く維持するためには、センサ電極２１２の温度変動量が２５℃以下であることが要求される。この結果より、試験品１におけるセンサ電極２１２の温度変動量は基準となる２５℃以下に抑えられており、試験品１によれば、特定ガス成分の検出精度が優れることが分かった。
【００４９】
（確認試験２）
本確認試験においては、実施形態１に示したガイド体４３を有するガスセンサ１に関し、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３が交点位置Ｐ３よりも軸線方向Ｌの基端側Ｌ１に１ｍｍ離れた場合（試験品１）と、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３の中心Ｏが交点位置Ｐ３上にある場合（試験品２）とについて、センサ出力の応答性を測定した。試験品１，２のいずれについても、第１インナ流通孔４１１の基端部４１２は、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３から軸線方向Ｌの基端側Ｌ１に０．６ｍｍ離れた位置とした。本確認試験においても、ガスセンサ１を用いるエンジン、排気管等の構成は確認試験１と同様である。
【００５０】
試験品２について、確認試験１と同様にセンサ電極２１２の温度変動量（℃）を測定した結果を図１３に示す。同図に示すように、試験品２の温度変動量は、確認試験１に示した試験品１の温度変動量とほとんど変わらないことが分かる。
また、本確認試験においては、センサ出力の応答性を、エンジンの空燃比を３０から４０にステップ状に変化させた場合に、センサ出力が、０％からステップ入力による最大変化量の６３％に達するまでに要した時間（６３％応答時間）として測定した。この測定結果を図１４に示す。６３％応答時間は、試験品１の値を１とした場合に、試験品１の値に対する試験品２の値の相対値として示す。
同図に示すように、試験品１の６３％応答時間に比べて、試験品２の６３％応答時間が短くなることが確認できた。従って、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３の中心Ｏは、中心ラインＣと仮想ラインＫとの交点位置Ｐ３上にあることがより好ましいことが分かった。
【００５１】
（確認試験３）
本確認試験においては、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３に対する第１インナ流通孔４１１の基端部４１２の軸線方向Ｌの位置を変化させた場合に、センサ電極２１２の温度変動量（℃）及び６３％応答時間（−）がどれだけ変化するかを測定した。この測定結果を図１５に示す。なお、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３の中心Ｏは、中心ラインＣと仮想ラインＫとの交点位置Ｐ３上に設定した。
同図に示すように、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３に対する第１インナ流通孔４１１の基端部４１２の軸線方向Ｌの位置は、先端側Ｌ２に３．０ｍｍ離れた位置から基端側Ｌ１に３．０ｍｍ離れた位置まで変化させた。また、先端２０３に対する基端部４１２の軸線方向Ｌの位置（ｍｍ）は、先端側Ｌ２に離れた場合をマイナス（−）で示し、基端側Ｌ１に離れた場合をプラス（＋）で示す。
【００５２】
先端２０３に対する基端部４１２の軸線方向Ｌの位置（ｍｍ）がマイナスである場合は、図８のガイド体４３の形状に示されるように、ガイド体４３が第１側壁部４１Ｂに対して基端側Ｌ１に向けて屈曲し、ガイド体４３の先端部４３２がガイド体４３の基端部４３１よりも軸線方向Ｌの基端側Ｌ１に位置する場合を示す。先端２０３に対する基端部４１２の軸線方向Ｌの位置（ｍｍ）がプラスである場合は、図２のガイド体４３の形状に示されるように、ガイド体４３が第１側壁部４１Ｂに対して先端側Ｌ２に向けて屈曲し、ガイド体４３の先端部４３２がガイド体４３の基端部４３１よりも軸線方向Ｌの先端側Ｌ２に位置する場合を示す。また、先端２０３に対する基端部４１２の軸線方向Ｌの位置（ｍｍ）が０である場合は、ガイド体４３が側壁部４１Ｂに対してほぼ垂直に屈曲し、ガイド体４３の先端部４３２とガイド体４３の基端部４３１との軸線方向Ｌの位置がほぼ同じである場合を示す。
【００５３】
図１５に示すように、先端２０３に対する基端部４１２の軸線方向Ｌの位置が−２．０〜２．０ｍｍの範囲における温度変動量は、ガスセンサ１による特定ガス成分の検出精度を高く維持するための基準値である２５℃以下に抑えられていることが分かる。一方、先端２０３に対する基端部４１２の軸線方向Ｌの位置が−２．０ｍｍよりもさらにマイナス側になると、温度変動量が増加していくことが分かる。この理由は、アウタカバー５内を基端側Ｌ１に向けて流れて第１インナ流通孔４１１からインナカバー４内に流れる被測定ガスＧが、ガイド体４３の先端側Ｌ２の表面４３０に沿って基端側Ｌ１へ流れることにより、センサ素子２の先端２０３付近に衝突しやすくなるためであると考える。
【００５４】
６３％応答時間（−）は、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３に対する第１インナ流通孔４１１の基端部４１２の位置が０ｍｍである場合を１とし、この場合に対する相対変化量として示す。具体的には、６３％応答時間が１よりも大きい場合は、６３％応答時間が長くなることを示す。
【００５５】
先端２０３に対する基端部４１２の軸線方向Ｌの位置が−２．０〜２．０ｍｍの範囲における６３％応答時間は、１．１以下に抑えられていることが分かる。この６３％応答時間は、基準とする応答時間から１０％の遅れの範囲内であることを示す１．１以下にあることが好ましく、この場合に、ガスセンサ１による検出の応答性が高く維持される。
一方、先端２０３に対する基端部４１２の位置が−２．０ｍｍよりもさらにマイナス側になる場合、及び２．０ｍｍよりもさらにプラス側になる場合には、６３％応答時間が増加していくことが分かる。この理由は、第１インナ流通孔４１１の基端部４１２が、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３からより遠くに離れることにより、第１インナ流通孔４１１からインナカバー４内に流入する被測定ガスＧが、センサ素子２の検出部２０に到達しにくくなるためであると考える。
【００５６】
このように、第１インナ流通孔４１１の基端部４１２の軸線方向Ｌの位置は、センサ素子２の軸線方向Ｌの先端２０３に対する−２．０〜２．０ｍｍの範囲内にあることにより、センサ電極２１２の温度変動量（℃）によって示される特定ガス成分の検出精度の向上、及び６３％応答時間によって示される特定ガス成分を検出するための応答性の向上の両立を図ることができることが分かる。
【符号の説明】
【００５７】
１  ガスセンサ
２  センサ素子
２０  検出部
３  ハウジング
４  インナカバー
４１  側壁部
４１１  第１インナ流通孔
４１２  基端部
４３  ガイド体
５  アウタカバー
【図１】
0006519517.tif 000002
【図２】
0006519517.tif 000003
【図３】
0006519517.tif 000004
【図４】
0006519517.tif 000005
【図５】
0006519517.tif 000006
【図６】
0006519517.tif 000007
【図７】
0006519517.tif 000008
【図８】
0006519517.tif 000009
【図９】
0006519517.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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