(57)【要約】【課題】排気管の内部を流動する排気ガスが十分に混合されない位置に設けても高精度なガス成分の計測を行なうことができるガスセンサを提供する。【解決手段】ガスが流動するガス流路２内に突設されたセンサ素子６を覆うカバー７を設ける。カバー７のガス流に対向する位置に導入口１２を設ける。ガスの流速が導入口１２より速い位置に導出口１４を設ける。カバー７内部において導入口１２と導出口１４との間に隔壁１５を設ける。ガスは導入口１２からカバー７内に導入され、隔壁１５によりセンサ素子６に向って案内される。センサ素子６を通過したカバー７内のガスは、カバー７の外側に沿って流動するガス流に引かれて導出口１４から導出される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが流動するガス流路に設けられて該ガスの所定成分を測定するガスセンサにおいて、
前記ガス流路内にガス流方向に交差して突設されたセンサ素子と、該センサ素子の周囲に空隙を存して通気自在に該センサ素子を覆うカバーとを備え、
該カバーは、ガス流に対向する位置に形成されて該カバー内部にガスを導入する導入口と、該カバーの外側に沿って流動するガスの流速が前記導入口の形成位置より大となる位置に形成されて該カバー内部のガスを導出する導出口と、カバー内部における前記導入口と前記導出口との間に設けられて、導入口から導入されたガスを前記センサ素子に向って案内した後、導出口に向って案内する隔壁とを備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記カバーは、前記ガス流路の直径方向の中心に交差して延設され、
前記導入口の少なくとも一部は、ガス流路の中心を越えた位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記カバーは、先端が閉塞された大略円筒状に形成されており、前記導入口を備えて湾曲する前壁と平板状の前記隔壁とによって半筒状に形成された導入部と、該導入部の下流側に前記隔壁を介して隣設されて、前記導入部より小径の大略半筒状に形成された導出部とを備え、
前記導入部と前記導出部との境界に位置する隔壁の両側部には、導出部が導入部より小径であることにより段差部が形成され、
前記導出部は、該段差部の下流側に位置する側壁に前記導出口を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスセンサに関し、具体的には、例えば、自動車の排気管に設けて排気ガスの所定成分を測定するガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車に搭載されたエンジンの排気ガスに含まれる所定の成分をガスセンサにより計測し、その計測信号を用いてエンジンの空燃比を制御することが行なわれている。
【０００３】
従来、この種のガスセンサ３０は、図７に示すように、排気管３１の内部に突出するセンサ素子３２と、センサ素子３２を覆うカバー３３とを備えている。カバー３３には、その周壁を貫通して形成された複数の貫通孔３４が設けられており、排気管３１を流動する排気ガスが貫通孔３４を介してカバー３３の内部を通過するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。そして、排気管３１に沿って流動する排気ガスは、先ず、上流側に向って開口する貫通孔３４からカバー３３内に入り、その後、下流側に向って開口する貫通孔３４から流出する。
【０００４】
ところで、排気ガスの成分を高精度に計測するためには、エンジンの各気筒から流出する排気ガスが十分に混合された後にガスセンサ３０による計測を行なうことが望ましい。しかし、自動車における排気管の長さや配管レイアウトなどの制約によって、排気ガスが十分に混合される位置にガスセンサ３０を設けることができない場合がある。
【０００５】
そこで、排気ガスの混合が不十分な位置に前記ガスセンサ３０を設ける場合には、前記カバー３３を排気管内に比較的長く延出させて、排気管の内部を流動する未混合分の排気ガスをカバー３３内に取り入れることが考えられる。しかし、カバー３３を比較的長くして未混合分の排気ガスをカバー３３内に取り入れても、センサ素子３２から離間して位置する貫通孔からカバー３３内に入った排気ガスは、センサ素子３２に触れることなくカバー３３の外部に流出するおそれがある。このため、センサ素子３２においては混合されない一部の排気ガスの成分だけが計測され、高精度な空燃比制御が困難となる不都合がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−３１８９８０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
かかる不都合を解消して、本発明は、排気管の内部を流動する排気ガスが十分に混合されない位置に設けても高精度なガス成分の計測を行なうことができるガスセンサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は、ガスが流動するガス流路に設けられて該ガスの所定成分を測定するガスセンサにおいて、前記ガス流路内にガス流方向に交差して突設されたセンサ素子と、該センサ素子の周囲に空隙を存して通気自在に該センサ素子を覆うカバーとを備え、該カバーは、ガス流に対向する位置に形成されて該カバー内部にガスを導入する導入口と、該カバーの外側に沿って流動するガスの流速が前記導入口の形成位置より大となる位置に形成されて該カバー内部のガスを導出する導出口と、カバー内部における前記導入口と前記導出口との間に設けられて、導入口から導入されたガスを前記センサ素子に向って案内した後、導出口に向って案内する隔壁とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明のガスセンサに採用したカバーは、ガス流に対向する位置に導入口を備え、ガスの流速が導入口の位置よりも大となる位置に導出口を備えている。これにより、導入口と導出口との間に静圧差が生じ、カバー内部に導入された排気ガスを導出口に向って確実に流動させることができる。
【００１０】
更に、導入口と導出口との間には前記隔壁が設けられているので、導入口から導入された排気ガスを確実にセンサ素子に案内することができ、センサ素子による精度の高い計測を行なうことができる。
【００１１】
また、本発明において、前記カバーは、前記ガス流路の直径方向の中心に交差して延設され、前記導入口の少なくとも一部は、ガス流路の中心を越えた位置に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明のガスセンサは、センサ素子とカバーがガス流路内に突出して設けられる。このとき、ガス流路の中心を介してセンサ素子側を流動するガスと、センサ素子から離れた位置（センサ素子の突出位置の反対側）を流動するガスとの混合状態が不十分であることが考えられる。そこで、本発明においては、ガス流路の中心を越えた位置に前記導入口の少なくとも一部を設けたことにより、ガス流路の中心を介してセンサ素子側を流動するガスと、センサ素子の突出位置の反対側を流動するガスとの両方を導入口からカバー内に導入することができる。カバーの内部においては、不十分な混合状態のガスが導入されても、隔壁に突き当たって混合され、十分に混合されたガスをセンサ素子に案内することができる。これにより、センサ素子は一層精度の高い計測を行なうことができる。
【００１３】
また、本発明において、前記カバーは、先端が閉塞された大略円筒状に形成されており、前記導入口を備えて湾曲する前壁と平板状の前記隔壁とによって半筒状に形成された導入部と、該導入部の下流側に前記隔壁を介して隣設されて、前記導入部より小径の大略半筒状に形成された導出部とを備え、前記導入部と前記導出部との境界に位置する隔壁の両側部には、導出部が導入部より小径であることにより段差部が形成され、前記導出部は、該段差部の下流側に位置する側壁に前記導出口を備えることを特徴とする。即ち、導出口は、段差部の下流側に形成された側壁に設けられている。そして、カバーの側面に沿って流動するガスは、前記段差部を経ることによりそのほとんどが導出口に直接当たることなく導出口近傍を通過する。これにより、比較的流速の早い位置に導出口が設けられていても、ガスが導出口からカバー内部へ逆流することがなく、カバー内部からのガスの導出を確実に行なうことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態のガスセンサの排気管における取付状態を模式的に示す説明図、図２は本実施形態のガスセンサの正面図、図３は本実施形態のガスセンサの側面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ線断面説明図、図５は図２のＶ−Ｖ線断面説明図、図６はカバー部の取付用位置決め部を示す説明的断面図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態のガスセンサ１は、図示しない自動車のエンジンの排気ガスを自動車車体の外部へ案内する排気管２に取り付けられる。該排気管２には、エンジンの各気筒からの排気ガスを合流させる合流部３の下流に触媒４が設けられている。ガスセンサ１は、合流部３の下流であって触媒４の上流側と下流側とにそれぞれ設けられている。なお、両ガスセンサ１は同一の構成のものである。
【００１６】
該ガスセンサ１は、図２及び図３に示すように、排気管２の周壁に固定されるセンサ本体５と、該センサ本体５の下方に設けられて排気管２の内部に向って突出するセンサ素子６と、該センサ素子６を覆うカバー７とを備えている。
【００１７】
センサ本体５は、排気管２の周壁に貫通して形成されたセンサ取付孔８に連結する連結部９と、センサ素子６の信号を伝達させるリード線１０とを備えている。該リード線１０は図示しないエンジンの空燃比制御を行なう制御手段等に接続されている。センサ素子６は、排気ガスにおける所定の成分（例えばＮＯｘ或いはＣＯ２等）を計測し、前記リード線１０を介して制御手段等に計測情報を出力する。
【００１８】
カバー７は、先端（図において下端）が閉塞された大略円筒状に形成されており、図２及び図４に示すように、ガス流に対向して湾曲する前壁１１の中央位置に上下方向に配列された複数の導入口１２が形成されている。該導入口１２は、正確には排気ガスが衝突してガス流速がゼロ近傍となる位置に設けられている。また、図３及び図５に示すように、カバー７の側壁１３（両側）には、上下方向に配列された複数の導出口１４が形成されている。該導出口１４が設けられている位置は、カバー７の側面に沿って流動するガス流速が最も大きくなる位置である。そして、導出口１４におけるガス流速は導入口１２よりも大きいので、導出口１４と導入口１２との静圧差が生じる。これにより、カバー７の側面に沿って流動するガス流に引かれて導出口１４からはカバー７の内部の排気ガスが円滑に導出され、同時に、導入口１２からは排気ガスが円滑に引き込まれる。
【００１９】
更に、図４及び図５に示すように、カバー７は、その内部に隔壁１５を備えている。該隔壁１５は、図５に示すように、カバー７の内部を中央部において２つの空間１６，１７に分割し、図４に示すように、隔壁１５の上方位置においてのみ２つの空間１６，１７が連通するように設けられている。そして、図５に示すように、前方に位置する空間１６は前壁１１と隔壁１５とにより半筒状に形成され、前記導入口１２を介して排気ガスが導入される。なお、該空間１６は本発明における導入部を構成している。
【００２０】
前記側壁１３は、隔壁１５に対応する位置に形成された段差部１８の下流に位置してカバー７の径方向に狭幅となるように設けられ、排気管２を流動する排気ガス流に平行となる平坦面１９を備えている。前記導出口１４は該平坦面１９の段差部１８近傍に形成されている。そして、後方に位置する空間１７は両側壁１３と隔壁１５と後壁２０とにより大略半筒状に形成され、この空間１７内の排気ガスは前記導入口１２を介して導出される。なお、該空間１７は本発明における導出部を構成している。
【００２１】
図４に示すように、前記センサ素子６は、隔壁１５の上縁に対向して連通部２１に位置し、２つの空間１６，１７を臨むように設けられている。更に、図３に示すように、カバー７は、前記排気管２の直径方向の中心に交差して延設され、前記導入口１２の一部は、排気管２の中心ｘを越えた位置に設けられている。
【００２２】
また、本実施形態においては、図６（ａ）に示すように、カバー７の上端部に凹状の位置決め部２２を形成し、該位置決め部２２に対応して前記排気管２のセンサ取付孔８に形成された図示しない凸部に係合させることによって、導入口１２を正確に排気ガスのガス流に対向させている。なお、ガス流に対するカバー７の位置決めは、凹状の位置決め部２２に限らず、例えば、図６（ｂ）に示すように、カバー７の一部に凸状の位置決め部２３を設けてもよく、また、図６（ｃ）に示すように、カバー７の一側を平坦に形成して位置決め部２４としてもよい。この場合に、前記排気管２のセンサ取付孔８を各位置決め部２３や２４に対応する形状としておく。
【００２３】
次に、本実施形態のガスセンサ１の作用を説明する。図１を参照して、エンジンの各気筒からの排気ガスは合流部３によって合流し触媒４へと向って流動する。図４及び図５に示すように、ガスセンサ１は、カバー７の導入口１２から排気ガスをカバー７の内部に導入した後、導出口１４から導出する。前述したように、導入口１２はガス流速がゼロ近傍となる位置に設けられ、導出口１４は、導入口１２よりもガス流速が大となる位置に設けられているので、その静圧差によって導出口１４からカバー７内部の排気ガスが引き出され、同時に、導入口１２から排気ガスが確実にカバー７内部に引き込まれる。しかも、導出口１４は、前記段差部１８の下流側の平坦面１９に形成されていることによって、カバー７の側面に沿って流動する排気ガスが導出口１４の周縁に直接に当接することがなく、導出口１４からの排気ガスの逆流を確実に防止することができる。これにより、カバー７の内部に古い排気ガスが停留することなく、常に新しい排気ガスをカバー７内部に流動させることができる。そして更に、導入口１２からカバー７内部の空間１６に導入された排気ガスは、隔壁１５に突き当たって上昇し、センサ素子６に確実に接触する。これにより、センサ素子６は、カバー７内部に導入された排気ガスの成分を正確に計測することができる。そして、センサ素子６を通過した排気ガスは下流側の空間１７に案内され、導出口１４からカバー７外部に導出される。
【００２４】
また、図１に示すように、エンジンの各気筒からの排気ガスは合流部３によって合流するとき、排気管２の上半部と下半部とで排気ガスの混合が不十分となる場合があるが、カバー７が排気管２の直径方向の中心に交差して延設され、前記導入口１２の一部が排気管２の中心ｘ（図３参照）を越えた位置に設けられていることによって、排気管２の上半部を流動する排気ガスと下半部を流動する排気ガスとの両方を各導入口１２から導入することができる。そして、カバー７内に導入された両方の排気ガスは隔壁１５に衝突して上昇する際に確実に混合され、混合された排気ガスの成分がセンサ素子６によって計測される。このように、排気管２内において排気ガスの混合が不十分であっても、カバー７内を通過するときに排気ガスが十分に混合されセンサ素子６による高精度な計測を行なうことができる。しかも、該ガスセンサ１はカバー７内を通過する排気ガスを混合して計測することができるので、従来のように排気管において確実に排気ガスが混合される位置に設けなくても、所望の位置にガスセンサ１を取り付けて高精度な空燃比制御等を行なうことができる。
【００２５】
なお、本実施形態においては、図１に示すように、合流部３の下流であって触媒４の上流側と下流側とに一対のガスセンサ１を取り付けた例を示したが、ガスセンサ１を触媒４の上流側と下流側との何れか一方にのみ設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のガスセンサの排気管における取付状態を模式的に示す説明図。
【図２】本実施形態のガスセンサの正面図。
【図３】本実施形態のガスセンサの側面図。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線断面説明図。
【図５】図１のＶ−Ｖ線断面説明図。
【図６】カバー部の取付用位置決め部を示す説明的断面図。
【図７】従来のガスセンサを示す断面説明図。
【符号の説明】
１…ガスセンサ、２…排気管（ガス流路）、６…センサ素子、７…カバー、１１…前壁、１２…導入口、１３…側壁、１４…導出口、１５…隔壁、１６…前方に位置する空間（導入部）、１７…後方に位置する空間（導出部）、１８…段差部。
【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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