(57)【要約】【課題】  応答性に優れガスセンサ素子の被水が生じ難い構造のガスセンサを提供する。【解決手段】 被測定ガス流路内に支持され、特定ガス成分濃度を検出するガスセンサ素子１１の被測定ガスに晒される部分を包囲する有底円筒状で径の異なる内筒１２および外筒１３を同心円状に配した二重以上の筒構造となしたガスセンサであって、内筒１２と外筒１３との間に側面間隙２００を形成し、内筒１２側面上部１２２に内筒１２外部から内部へ上向き開口方向で内筒側面開口部１２３を設け、内筒１２の底面中央１２５に内筒底面開口部１２６を設け、外筒１３側面上部に側面間隙２００に被測定ガスを導入する外筒側面開口部１３２を複数設け、外筒底面１３４を内筒底面１２５より下方に配置し、内筒底面１３４と外筒底面１２５との間に底部間隙２０１を形成し、外筒底面１３４外周部には、内筒底面開口部１２６よりも外側に位置する外筒底面開口部１３３を複数設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する濃度検出素子と、当該濃度検出素子を内側に挿通し、上記被測定ガス流路内に上記濃度検出素子を支持固定するハウジングと、上記濃度検出素子の被測定ガスに晒される部分を包囲する有底円筒状のカバー体とを有するガスセンサであって、
上記カバー体を径の異なる内筒および外筒を同心円状に配した二重以上の筒構造となし、
上記内筒外周と上記外筒内周との間に側面間隙を形成し、
上記内筒側面上部には、内筒側面開口部を上記内筒の外部から内部へ向かう開口方向が上向きの成分を有するように設け、上記内筒の底面中央には、内筒底面開口部を設け、
上記外筒側面上部には、上記側面間隙に上記被測定ガスを導入する側面開口を複数設け、
上記外筒底面を上記内筒底面より下方に配置し、上記内筒底面と上記外筒底面との間に底部間隙を形成し、
上記外筒の底面外周部には、上記内筒底面開口部よりも外側に位置する外筒底面開口部を複数設けたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
上記内筒の先端部を先端側に向けて径小となるテーパ状となした請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
上記内筒の上部に下方に向かって径小となるテーパ部を設け、あるいは上記内筒の上部側面の複数箇所を内側へ凹陥せしめた凹陥部を設け、上記内筒側面開口部を、該テーパ部または該凹陥部に設けられたスリット状の開口となした請求項１または２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
上記外筒の先端部を下方に向かって径小となるテーパ状となした請求項１ないし３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項５】
上記外筒底面開口部を、３個以上６個以下の開口を上記外筒の軸心と同心の円上に等間隔に配設した請求項１ないし４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項６】
上記外筒底面開口部を、上記内筒先端部のテーパ面の延長線と上記外筒底面との交差円よりも上記外筒底面径方向の外側に位置する範囲に穿設した請求項１ないし５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項７】
上記外筒底面開口部を、直径１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の円形に設けた請求項１ないし６のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項８】
上記外筒底面開口部を、上記外筒の軸心と同心で直径６．０ｍｍ以上７．０ｍｍ以下の円上に配置した請求項１ないし７のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項９】
上記内筒底面と上記外筒底面との間に形成される上記底部間隙を１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定した請求項１ないし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】
本発明は、例えば自動車エンジン等の排ガス中の特定ガス成分濃度を検出するガスセンサに関するものであり、特にガスセンサ素子を保護するカバー体構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車エンジン等の内燃機関の排ガス流路に、排ガス中の酸素濃度等を検知するガスセンサを配設し、検知された酸素濃度等から空燃比を算出し、内燃機関の燃焼制御を行っている。
このようなガスセンサは、一般に排ガス流路壁に固定されたハウジング内に挿通配置されるガスセンサ素子を有し、排ガス流路内に突出する上記ガスセンサ素子の先端部は、上記ハウジングに固定されるカバー体によって覆われ、排ガスから保護されている。    
【０００３】
ところで、内燃機関の低温始動時等において、排ガス中に含まれる水分が冷えた状態の排ガス管等により吸熱され凝縮し水滴となって排ガス流路内を移動し、これが気化することなくガスセンサ内に排ガスと共に浸入し、ガスセンサ素子に付着する場合がある。    
【０００４】
一方、ガスセンサの測定に際し、固体電解質等からなるガスセンサ素子はヒータ等により４００℃以上の高温に加熱され、活性状態が保たれている。
そのため、上記水滴がガスセンサ内に浸入しガスセンサ素子に付着すると熱衝撃によりガスセンサ素子に被水割れを生じる虞がある。
【０００５】
また、内燃機関の燃焼制御精度向上のためにはガスセンサの応答性のより高いものが望まれており、ガスセンサの応答性向上のためにはガスセンサ内に速やかに被測定ガスを導入させる必要がある。
従って、ガスセンサのカバー体にはガスセンサ素子の耐被水性と高い応答性という二律背反する特性が要求される。
【０００６】
そこで、特許文献１では、カバー体を径の異なる内筒と外筒とを同心円状に配した二重円筒構造で構成し、内筒と外筒とに被測定ガスを導入するための導入穴をそれぞれに設けることにより応答性を確保すると共に、内筒側面外周と外筒側面内周との間に形成される側面クリアランスを一定範囲内に規定することにより特にカバー体側面から浸入する水滴による被水を防止している。
外筒底面に設けられた外筒底面開口部と内筒底面に設けられた内筒底面開口部とが同心に設けられており、内筒底面開口部が排ガス中に露出している。
【０００７】
また、本発明者等は、先に耐被水性を向上させた構造のカバー体を備えるガスセンサを提案した（特願２００６−１２４０７４）。その例を図１２に示す。
図１２において、ガスセンサ１ｂはガスセンサ素子１１と二重円筒構造のカバー体とを備える。
上記カバー体は外筒１３ｂ側面に外筒側面開口部１３２を設けると共に、これより先端側の位置で内筒１２側面に内筒側面開口部１２３を設け、内筒１２、外筒１３ｂの底面１２５、１３５にそれぞれ底部開口１２６、１３３ｂを設けてなる。
【０００８】
上記内筒側面開口部１２３は内筒１２の外部から内部へ向かう開口方向が上向きの成分を有するように形成されるので、上記外筒側面開口部１３２から排ガスと共に流入した水滴が内筒１２内に浸入するのを防止する。
排ガス中の水滴は、外筒先端側に設けた縮径部１２４の内壁に沿って下降し、上記外筒底面開口１３３ｂから排出される。
【０００９】
上記内筒底部１２５に設けられた内筒底面開口部１２６は、応答性を良くするために上記外筒底部１３５に設けられた外筒底面開口部１３３ｂと同一面内（図１２）、または、上記外筒底面開口部１３３ｂよりも下方へ突出して配置される。
【特許文献１】特開２００４−２４５１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の構成や図１２に示すような構成では、内筒底面に設けられた開口は排気流路内に露出しているため、ガスセンサの取付角度によっては内筒底面開口部から排ガス中に含まれる水滴の浸入を完全に防止することは困難である。特に、図１２に示すように内筒底面開口部１２６と外筒底面開口部１３３ｂとが同一面内にあると、排ガス中に含まれる水滴の直接的な浸入のみならず、外筒底面開口部１３３ｂの開口縁に溜まった水滴が排ガスの流速が早い時には飛散して内筒１２内に浸入し、ガスセンサ素子に付着する虞がある。
【００１１】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、優れた応答性を確保しつつ、ガスセンサ素子の被水が更に生じ難い構造のガスセンサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明では、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する濃度検出素子と、当該濃度検出素子を内側に挿通し、上記被測定ガス流路内に上記濃度検出素子を支持固定するハウジングと、上記濃度検出素子の被測定ガスに晒される部分を包囲する有底円筒状のカバー体とを有するガスセンサであって、上記カバー体を径の異なる内筒および外筒を同心円状に配した二重以上の筒構造となし、上記内筒外周と上記外筒内周との間に側面間隙を形成し、上記内筒側面上部には、内筒側面開口部を上記内筒の外部から内部へ向かう開口方向が上向きの成分を有するように設け、上記内筒の底面中央には、内筒底面開口部を設け、上記外筒側面上部には、上記側面間隙に上記被測定ガスを導入する側面開口部を複数設け、上記外筒底面を上記内筒底面より下方に配置し、上記内筒底面と上記外筒底面との間に底部間隙を形成し、上記外筒の底面外周部には、上記内筒底面開口部よりも外側に位置する外筒底面開口部を複数設けた。
【００１３】
被測定ガスは、通常、上記外筒側面開口部から上記内筒外周と上記外筒内周との間に形成される側面間隙に導入され、上記外筒底面開口部へ向かう流れを形成する。  上記内筒側面開口部は上記内筒内側上方へ向かって開口しているので、上記被測定ガス中に水滴が含まれていても、該水滴は上記内筒側面開口部へは浸入せず、被測定ガスのみが上記内筒側面開口部を通過し上記内筒内部へ導入される。従って、上記外筒側面開口部から浸入した水滴は速やかに上記外筒底面開口部から排出されるので上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。
【００１４】
また、上記内筒底面開口部と上記外筒底面開口部とが直接的に連通していないので、上記外筒底面開口部から水滴が浸入したとしても上記内筒内部に直接浸入することなく、上記内筒底面と上記外筒底面との間の上記底部間隙を移動する間に蒸発消滅するので上記濃度検出素子の被水を避けることができる。
【００１５】
請求項２の発明では、上記内筒の先端部を先端側に向けて径小となるテーパ状となした。
【００１６】
上記内筒側面と上記外筒側面との間に形成される間隙が先端にいくほど広くなるため、圧力損失が小さく上記外筒側面開口部から上記間隙に導入された被測定ガスが速やかに移動し、該被測定ガス中に含まれる水滴がガスセンサ外へ排出され易くなる。従って、更に上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。
また、内容積が小さくなるのでガス交換が早くなり応答性が向上する。
【００１７】
請求項３の発明では、上記内筒の上部に下方に向かって径小となるテーパ部を設け、あるいは上記内筒の上部側面の複数箇所を内側へ凹陥せしめた凹陥部を設け、上記内筒側面開口部を、該テーパ部または該凹陥部に設けられたスリット状の開口となした。    
【００１８】
上記内筒側面開口部が上記内筒の内部の基端側上方に向かって開口するスリット状であるので、より水滴が浸入し難く、更に上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。      
【００１９】
請求項４の発明では、上記外筒の先端部を下方に向かって径小となるテーパ状となした。
【００２０】
上記外筒テーパ部の内壁と上記内筒の外壁との間隙が部分的に狭小となり、上記外筒内に侵入した被測定ガスの先端に向かう流速が加速されるので、上記外筒側面開口部から侵入した水滴を上記外筒底面開口部から排出しやすくなる。従って、更に上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。
【００２１】
請求項５の発明では、上記外筒底面開口部を、３個以上６個以下の開口を上記外筒の軸心と同心の円上に等間隔に配設した。
【００２２】
上記設定とすることで最適の応答性が得られると共に更に上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。
上記外筒底面開口部が２個以下では取付の方向性を特定する必要があり、実用上不便であることに加え、被測定ガスの導入、導出が困難となり応答性が低下する。また。７個以上では、水滴の浸入機会が増すために本発明の効果が低下するばかりでなく、流速がかえって遅くなるため応答性が低下する。
【００２３】
請求項６の発明では、上記外筒底面開口部を、上記内筒先端部のテーパ面の延長線と上記外筒底面との交差円よりも上記外筒底面径方向の外側に位置する範囲に穿設した。
【００２４】
上記外筒底面開口部の穿設位置を上記範囲とすることで、上記内筒先端部のテーパ面に沿った被測定ガスの流れの延長線上に上記外筒底面開口部が位置するので、容易に被測定ガス中の水滴が上記外筒底面開口部から排出される。従って、更に上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。
【００２５】
請求項７の発明では、上記外筒底面開口部を、直径１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の円形に設けた。
【００２６】
上記設定とすることで最適の応答性が得られると共に更に上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。
上記外筒底面開口部が直径１．０ｍｍより小さい場合では被測定ガスの導入導出が困難になり、応答性が低下し、直径２．０ｍｍより大きい場合では被測定ガス中に含まれる水滴の浸入が容易となり、本発明の効果が低下する。
【００２７】
請求項８の発明では、上記外筒底面開口部を、上記外筒の軸心と同心で直径６．０ｍｍ以上７．０ｍｍ以下の円上に配置した。
【００２８】
上記設定とすることで最適の応答性が得られると共に更に上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。
上記外筒底面開口部の穿設位置が直径６．０ｍｍの円より内側となる場合には、上記内筒底面開口部と上記外筒底面開口部とが直接的に連通してしまい本発明の効果は得られない。
また、直径７．０ｍｍの円より外側となる場合には、上記外筒の外径を大きくしなければならないため様々な設計変更を余儀なくされる。
【００２９】
請求項９の発明では、上記内筒底面と上記外筒底面との間に形成される上記底部間隙を１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定した。
【００３０】
上記設定とすることで最適の応答性が得られると共に更に上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。
上記底部間隙が１．０ｍｍより小さい場合では被測定ガスの導入導出が困難になり、応答性が低下し、２．０ｍｍより大きい場合では被測定ガス中に含まれる水滴の浸入が容易となり、本発明の効果が低下する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、応答性に優れると共に濃度検出素子の被水が生じ難い構造のガスセンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１、２を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。図１に示すようにガスセンサ１はセンサ素子１１と該センサ素子１１を被測定ガス流路内に支持固定するハウジング１４と該センサ素子１１の被測定ガスに晒される部分を覆う例えばステンレス等からなるカバー体１２、１３とで構成されている。
【００３３】
上記ハウジング１４は例えば内燃機関の排ガス管８等にネジ部１４１の螺合によって固定され、上記ガスセンサ素子１１の先端を上記排ガス管８内に、後端を大気側に保持する。
上記カバー体は有底円筒状で径の異なる内筒１２と外筒１３とを同心円状に配した二重筒構造をしている。
【００３４】
上記内筒１２は上端が開放し、下端が閉塞する有底円筒状で、上端には外周方向に張り出す内筒フランジ部１２３が形成された略ハット型をしている。  上記外筒１３は上端が開放し、下端が閉塞する有底円筒状で、上端には外周方向に張り出す外筒フランジ部１３３が形成された胴部が略一定径状のハット型をしている。  上記内筒１２と上記外筒１３とが重ね合わされ、上記外筒１３で内筒フランジ部１２３と外筒フランジ部１３３とが上記ハウジング１４のカシメ部１４３でカシメ固定されている。
【００３５】
以下に、図２を参照して上記外筒１３、上記内筒１２を詳述する。
図２は、本発明の第１の実施形態におけるカバー体の外観を示し、図２左図は内筒の斜視図で、図２中央図は外筒の斜視図で、図２右図は内筒と外筒とを組み合わせた斜視図である。
上記外筒１３の側面上方には、上記外筒内周と上記内筒外周との間に形成された側面間隙２００に被測定ガスを導入する、例えば直径３．０ｍｍの円形の外筒側面開口部１３２が外周に渡って等間隔に６個穿設されている。
上記外筒底部１３５には、例えば直径１．０ｍｍの円形の外筒底面開口部１３３が上記外筒の軸心と同心の直径７．０ｍｍの円上に等間隔で４個穿設されている。
【００３６】
上記内筒１２の底面１２５中央には上記内筒１２内部から被測定ガスを導出するための例えば直径３．０ｍｍの内筒底面開口部１２６が穿設されている。
上記内筒１２の側面上部には、上記フランジ部１２１を基端側とし、該基端側から先端側へ向けて径小となるテーパ部１２２を設け、上記テーパ部１２２には、被測定ガス中に含まれる水滴の浸入を回避しつつ被測定ガスのみを上記内筒１１内に取り込むための内筒側面開口部１２３を上記外筒側面開口部１３２より先端側の位置に、上記内筒の外部から内部へ向かう開口方向が上向きの成分を有するように穿設されている。
上記内筒側面開口部１２３は、上記内筒の基端側上部の複数箇所を内側へ凹陥せしめた凹陥部を設け、該凹陥部に設けられたスリット状の開口となしてもよい。
【００３７】
上記内筒１２の先端部１２４は先端側に向けて径小となるテーパ状に形成されている。従って、上記内筒外周と上記外筒内周との間に形成される側面間隙２００は下方に向かって徐々に広くなっている。
上記内筒１２と上記外筒１３とを図２右図にあるように重ね合わせると上記内筒底面１２５と上記外筒底面１３４との間底部間隙２０１が形成される。
【００３８】
上記ガスセンサ素子１１には、入出力やヒータ制御のための内部信号線１１０が接続され、該内部信号線１１０は接続端子１１１にて外部の制御装置等に接続される外部信号線１１２と連結されている。
【００３９】
更に上記ガスセンサ素子１１は絶縁体１５を介してハウジング１４に支持固定され、封止部材１６によって固着されている。
また、上記信号線１１０を覆うように絶縁部材１７が設けられている。更に上記信号線１１２は絶縁部材１８によって固着されている。
上記絶縁部材１７、１８はカバー１９で覆われ、上記ハウジング１４に固着されている。
【００４０】
しかして、ガスセンサ１が構成され、該ガスセンサ１は被測定ガス流路の壁面８に上記カバー体１２、１３で覆われた上記ガスセンサ素子１１を被測定流路内に配し、弾性部材２０を介して、上記ハウジング１４のハウジングネジ部１４２が螺合し、ハウジングナット部１４３の締め付けにより固定される。
【００４１】
上記ガスセンサ素子１１は、例えばジルコニア等の酸素イオン導電性固体電解質層とその両面に設けられた測定部電極および基準電極と基準ガス導入層とヒータ層とを積層してなる積層型酸素センサ素子等が用いられるが、被測定ガスの種類、利用される制御の目的等に応じて、ＮＯｘセンサ、空燃比センサ等が適宜選択される。
【００４２】
図３に本発明のガスセンサ１を、回転数２０００ｒｐｍで運転するエンジンの排ガス流速に相当する流速２５ｍ／ｓの被測定ガス流路内に設置したときの上記ガスセンサ周辺及び内部の被測定ガスの流速ベクトルを示す。
図３から分かるように、上記被測定流体の上流側に位置する外筒側面開口部１３２から上記外筒１３内に導入された被測定ガスは上記側面間隙２００を通過し下方先端側へ向かって流れ、上記外筒底面開口部から排出される。
上記内筒先端テーパ部１２４により上記側面間隙２００は先端に向かって広くなるので抵抗が小さくなり、基端側から先端側へ向けての流れが強くなる。  更に、上記外筒底面開口部１３３では上記外筒底面１３５の表面を流れる被測定ガスによって下流方向へ引っぱられるため上記外筒の内部から外側へ排出する流れが支配的となる。
従って、上記外筒底面開口部１３３からの水滴の浸入が阻止される。
【００４３】
また、被測定ガスの上記ガスセンサ１の下流側では、渦流が発生し、被測定ガスは上流側へと逆流し、下流側に位置する上記外筒側面開口部１３２から上記外筒１３内に導入される。
更に、下流側に位置する上記外筒側面開口部１３２から上記外筒１３内に導入された被測定ガスは上記側面間隙２００を通過し下方先端側へ向かって流れ、上記外筒底面開口部から排出される。
【００４４】
上記外筒底面開口部１３３が上記外筒底面１３５の表面を流れる被測定ガスによって負圧となるので上記内筒底面開口部１２６付近のガスは上記底部間隙２０１を通って上記外筒底面開口部１３３から排出される。
これに引き込まれるように外筒側面開口部１３２から導入された被測定ガスの一部は上記内筒側面開口部１２２から上記内筒１２内部へ導入される。
従って、被測定ガスが上記ガスセンサ素子１１に接触すると共に上記内筒１２内に速やかに導入、導出されるので上記ガスセンサ素子１１の応答性が良くなる。
【００４５】
図４に本発明の効果を確認するための試験方法を示す。
図４（Ａ）に示すように、圧縮空気（流速１２．６ｍ／ｓ）をヒータ３で加熱しながら、上記排ガス管８に見立てた気管４内に送る。この時気管４は水平面に対して４５度の角度で設置されている。ポンプ２からは０．２ｃｃずつ５ショットの水滴がガスセンサめがけて噴射される。該水滴は上記外筒側面開口部１３２または上記外筒底面開口部１３１から上記ガスセンサ内に浸入し、上記ガスセンサ素子１１に付着する。  該水滴の付着痕を写真撮影し、これを二値化して水滴付着面積を求めて、耐被水性の評価試験とした。  本試験においては、被水し易いようにガスセンサを気管４に対して４５度傾けて配設した。
【００４６】
比較例として図１２に示す構造のガスセンサ１ｂを用いた。本発明の第１の実施形態である図１と同様な部分については同一の符号を付したので、共通する部分についての説明は省略する。  比較例においては内筒底面１２５と外筒底面１３５とは同一平面に形成されており、上記外筒底面１３５には内筒１２に穿設された内筒開口１２６と同心に外筒底面開口部１３３ｂが穿設されている。
【００４７】
図５では、凡例に○横穴狙いとあるのは上記外筒側面開口部１３２から浸入した水滴による被水面積を表し、凡例に●先端穴狙いとあるのは上記外筒底面開口部１３３から浸入した水滴による被水面積を表す。
図５に示すように本発明の第１の実施形態においては、上記外筒底面開口部１３３から浸入した水滴による被水面積も上記外筒側面開口部から浸入した水滴による被水面積も、ともに従来構造による比較例よりも大幅に低減され、本発明が被水を防止する効果の高いことが実証された。
【００４８】
また、応答性の評価として６気筒３Ｌの直噴エンジンを２０００ｒｐｍで回転した時の排ガス流路内に本発明の第１の実施形態によるガスセンサと比較例として図１２に示す従来の構造のガスセンサを配置し、空燃比を１４から１５へ、１５から１４へと変化させたときの６３％変化時間を測定するステップ応答試験を実施し、その結果を図６に示す。
【００４９】
図６に示すように、比較例と本発明の第１の実施形態とにはほとんど差が無く、ガスセンサとしての応答性は従来と同等であることが確認された。
【００５０】
上記外筒底面開口位置は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、上記内筒１２先端部１２４のテーパ部外表面を延長した線１２４ａと上記外筒底面１３４との交差円１２４ｂよりも外側に設ける。上記外筒底面開口部１３３の穿設位置を上記位置とすることで、上記内筒先端部１２４のテーパ面に沿った被測定ガスの流れの延長線上に上記外筒底面開口部１３３が位置するので、容易に被測定ガス中の水滴が上記外筒底面開口部１３３から排出される。従って、図７（ｂ）に斜線で示した範囲内に上記該当底面開口部１３３を穿設すると、更に上記濃度検出素子の被水が生じ難くなる。
【００５１】
図８（ａ）〜（ｄ）に本発明のカバー体について好ましい態様を示す。
なお、本発明の第１の実施形態と共通する部分については説明を省略する。
（ａ）は、外筒底面開口部を同心円上に３個形成した。
（ｂ）は、本発明の第１の実施形態である。
（ｃ）は、外筒底面開口部を同心円上に５個形成した。
（ｄ）は、外筒底面開口部を同心円上に６個形成した。
【００５２】
図９に各実施形態における応答性および被水面積の試験結果を示す。但し、ステップ応答試験はより被水の蓋然性の高いエンジン回転数が低い場合（１０００ｒｐｍ）について実施した。
外筒底面開口部の数を３個から６個まで変化させても、ステップ応答性はほとんど変わらない。
外筒底面開口部から浸入した水滴による被水面積は、外筒底面開口部の数が多くなると外筒底面開口から水滴の浸入確率が高くなるので被水面積が増加する。
【００５３】
また、外筒側面開口部からの水滴の浸入による被水面積は、外筒底面開口部の数が多くなるほど僅かではあるが被水面積は増加する。
従って、応答性を維持しつつ被水を生じがたくするためには外筒底面開口部の数は少ないほどよい。しかしながら外筒底面開口部が３個の場合、方向性が現れるので、実際の取付の作業性を考慮すると、外筒底面開口部は４個が望ましい。
【００５４】
外筒底面開口部の径が大きくなるほど、被測定ガスの入れ替わりが早くなるのでステップ応答性は向上する。
しかしながら、外筒底面開口部の径が大きくなると、外筒底面開口部から水滴の浸入する確率は高くなるので被水面積は増加する。
一方、外筒底面開口部の径が大きくなると、外筒側面開口部から浸入した水滴が外筒底面開口部から排出されやすくなるので被水面積は減少する。  従って、より好ましくは外筒底面開口部径を１．０ｍｍから２．０ｍｍの間で加工性を考慮して選定するのがよい。
【００５５】
上述したように、上記外筒底面開口位置は、上記内筒１２先端部１２４のテーパ部外表面を延長した線１２４ａと上記外筒底面１３４との交差円１２４ｂよりも外側に設けるのが好ましい。上記外筒底面開口部１３３の穿設位置を上記位置とすることで、上記内筒先端部１２４のテーパ面に沿った被測定ガスの流れの延長線上に上記外筒底面開口部１３３が位置するので、容易に被測定ガス中の水滴が上記外筒底面開口部１３３から排出される。
一方、外筒底面開口部位置については、６．０ｍｍから７．０ｍｍの範囲で変化させても、ステップ応答性、被水性ともにほとんど影響がない。
従って、６．０ｍｍから７．０ｍｍの範囲で任意に設定することができ、加工上の容易性を考慮すると７．０ｍｍとするのが好ましい。
【００５６】
外筒底面と内筒底面との間に形成される底部間隙が広くなるほどステップ応答性は良くなる。
しかしながら、底部間隙が広くなると外筒底面開口部からの浸入した水滴が当該間隙の間を蒸発せずに自由に動くことが可能となり、被水面積が増加する。
また、底部間隙によって外筒側面開口部からの水滴の浸入による被水面積はほとんど影響を受けない。    
従って、応答性と被水性の両者を考慮して１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲で底部間隙を設定することができ、例えば底部間隙を２．０ｍｍとするのが好ましい。    
【００５７】
図１０に、本発明の第２の実施形態におけるガスセンサの構造を示す。本発明の第１の実施形態と同様な部分については同じ符号を伏したので説明を省略する。本実施形態においては、上記外筒１３の先端部１３６を先端に向かって径小となるテーパ状に形成する。  上記外筒テーパ部１３６の内壁と上記内筒１２の外壁との間隙２００が局部的に狭小となり、上記外筒１３内に侵入した被測定ガスの先端に向かう流速が加速されるので、上記外筒側面開口部１３２から侵入した水滴を上記外筒底面開口部１３３から排出しやすくなる。従って、更に上記濃度検出素子１１の被水が生じ難くなる。
【００５８】
図１１に、上記内筒１２の別の実施形態を示す。上記実施形態においては、上記側面開口部１２３は、上記内筒の上部側面の複数箇所を内側へ凹陥せしめた凹陥部を設け、該凹陥部に設けられたスリット状の開口となした場合について説明したが、図１１に示すように、上記内筒側面開口部１２３は、上記内筒１２の上部に下方に向かって径小となるよう設けたテーパ部１２２に被測定ガス中に含まれる水滴の浸入を回避しつつ被測定ガスのみを上記内筒１１内に取り込むべく、上記外筒側面開口部１３２より先端側の位置に、上記内筒の外部から内部へ向かう開口方向が上向きの成分を有するように穿設しても良い。
【００５９】
本発明において上記カバー体は、二重筒構造に限定するものではなく、例えば上記外筒の更に外側に上記外筒への被測定ガスの導入を妨げない構造のカバー体を配した三重筒構造としても良い。  この場合、保温性が良好となり上記ガスセンサ素子の活性化状態が安定するので更に応答性の向上が期待できる。
【００６０】
なお、当然のことながら、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、本実施形態において、ガスセンサ素子は積層型ガスセンサを使用した場合について説明したが、コップ型ガスセンサを使用した場合でも本発明は適用し得る。
【００６１】
また、上記内筒側面開口部については、本発明者の先願（特願２００６−１２４０７４）が適宜採用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】は、本発明の第１の実施形態におけるガスセンサの構造を示す断面図である。
【図２】は、本発明の第１の実施形態におけるカバー体の外観を示し、図２左図は内筒の斜視図で、図２中央図は外筒の斜視図で、図２右図は内筒と外筒とを組み合わせた斜視図である。
【図３】は、本発明の第１の実施形態における被測定ガスの流れを流速ベクトルで表した模式図である。
【図４】（Ａ）は、本発明の効果をシミュレーションするための耐被水性試験装置を示し、（Ｂ）は試験結果を評価するための評価方法を示す。
【図５】本発明の第１の実施形態における耐被水性の効果を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態における応答性の効果を示すグラフである。
【図７】本発明のカバー体内筒テーパと外筒底面開口との位置関係を示す要部断面図である。
【図８】本発明のカバー体の各態様を示す三角投影図である。
【図９】本発明の各態様における効果を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるガスセンサの構造を示す断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態における内筒側面開口部を示す斜視図である。
【図１２】比較例として示した従来のガスセンサの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  ガスセンサ
１１  ガスセンサ素子（濃度検出素子）
１２  内筒（カバー体）
１２２  内筒上部（テーパ部）
１２３  内筒側面開口部
１２４  内筒先端テーパ部
１２５  内筒底面
１２６  内筒底面開口部
１３  外筒（カバー体）
１３１  外筒フランジ部
１３２  外筒側面開口部
１３３  外筒底面開口部
１３４  外筒底面
１４  ハウジング
２００  側面間隙
２０１  底部間隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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