(57)【要約】【課題】保護カバーにより囲繞された検出素子周りのガス流通をより好適に促進させることのできるガスセンサを提供することにある。【解決手段】内側保護カバー２１の内部に連通路１５の一端を連結させ、その他端は触媒コンバータの下流側に連結させる。内側保護カバー２１内の圧力（内圧Ｐ１）に比して触媒コンバータよりも下流側の排気管１３内の圧力は低圧であるため、連通路１５を通じて内側保護カバー２１の内部は減圧される。したがって、上記内圧Ｐ１をその周囲の圧力に比して低くさせることで排気ガスを検出素子２０の周辺に導くとともにその流通を促進させることができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路内に配設されてそのガス流路を流れるガスの内部への流入を許容する孔を有して形成された保護カバーを備え、その保護カバーの内部に検出素子を収容したガスセンサにおいて、
前記保護カバーの内圧を、その周囲のガス流路の内圧よりも低下させる減圧手段を備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
ガス流路内に配設されてそのガス流路を流れるガスの内部への流入を許容する孔を有して形成された保護カバーを備え、その保護カバーの内部に検出素子を収容したガスセンサにおいて、
前記ガス流路にあって前記保護カバーの配設部位よりも低圧となる部位と前記保護カバーの内部とを連通させる連通路を備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
ガス流路内に配設されてそのガス流路を流れるガスの内部への流入を許容する孔を有して形成された保護カバーを備え、その保護カバーの内部に検出素子を収容したガスセンサにおいて、
前記ガス流路にあって前記保護カバーの配設部位よりも下流側の部位と前記保護カバーの内部とを連通させる連通路を備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
前記ガス流路における前記保護カバーの配設部位と前記下流側の部位との間には、該ガス流路を流れるガスの流動抵抗となる装置が配設されている請求項３に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスセンサに関するものであり、特に保護カバーにより囲繞された検出素子周りのガス流通の促進に係る構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば車載エンジンの排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサのように、ガス流路内に配設されて、その内部を流れるガスの成分や濃度などを検出するガスセンサでは、その検出素子を保護するための保護カバーを設けることがある。保護カバーは、検出素子を囲繞するように設けられ、ガス流路を流れるガス中に含まれる粘性物質などの付着から検出素子を保護する役割を担っている。そうした保護カバーの周壁には複数の孔が形成されており、検出素子の収容された保護カバーの内部に、その孔を通じてガス流路中のガスを流入させるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１７１４３０号公報
【特許文献２】
実開昭６３−８３６５５号公報
【特許文献３】
特開平８−６８７３４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、こうした保護カバーでは、検出素子の保護の必要上、その周壁の孔をあまり大きくすることはできない。そのため、孔を通過する際のガスの流れに対する抵抗により、保護カバー内外のガス交換が制限されてしまい、ガス流路を流れるガスの成分や濃度の変化に対するガスセンサの応答性の悪化を招いている。特に、保護性能の向上のために内側カバーと外側カバーとからなる二重構造の保護カバーを設けたガスセンサは、ガスの流通抵抗が更に大きくなるため、より応答遅れを生じ易い構造となっている。
【０００５】
そこで従来、上記のような二重の保護カバーを備えるガスセンサにおいて、内側カバー及び外側カバーの孔の配置を工夫することで、両カバー間に適切なガスの流れを形成して、内側カバーのガス排出用の孔の近傍に負圧を発生させるようにしたものが提案されている（特許文献１等）。こうしたガスセンサでは、上記発生した負圧により、検出素子の収容された内側カバー内のガスが吸引されて、その排出が促進されるため、保護カバー内外のガス交換を促すことができる。
【０００６】
しかしながら、そうした孔配置だけでは、両カバー間に形成可能なガスの流勢に限界があり、応答性の向上にも自ずと限界がある。またそもそも、こうした構造は、二重の保護カバーを備えるガスセンサにしか適用できないものである。
【０００７】
一方、ガス流路の上流側と下流側の圧力差やポンプを利用して保護カバーの周囲に強制的にガス流を形成して、保護カバー内へのガスの導入を促進するものが提案されてもいるが（特許文献２，特許文献３など）、ガス流路内に直接に配設されるガスセンサには、その適用が困難となっている。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、保護カバーにより囲繞された検出素子周りのガス流通をより好適に促進することのできるガスセンサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、上述した目的を達成するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、ガス流路内に配設されてそのガス流路を流れるガスの内部への流入を許容する孔を有して形成された保護カバーを備え、その保護カバーの内部に検出素子を収容したガスセンサにおいて、前記保護カバーの内圧を、その周囲のガス流路の内圧よりも低下させる減圧手段を備えるものである。
【００１０】
上記構成では、検出素子の収容された保護カバーの内圧が、減圧手段の減圧によりその周囲のガス流内の圧力よりも低下され、それにより生じる保護カバー内外の圧力差により、保護カバー内部へのガスの流入が促される。したがって、保護カバーにより囲繞された検出素子周りのガス流通を好適に促進することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、ガス流路内に配設されてそのガス流路を流れるガスの内部への流入を許容する孔を有して形成された保護カバーを備え、その保護カバーの内部に検出素子を収容したガスセンサにおいて、前記ガス流路にあって前記保護カバーの配設部位よりも低圧となる部位と前記保護カバーの内部とを連通させる連通路を備えるものである。
【００１２】
上記構成では、検出素子の収容された保護カバーの内部が、その保護カバーの配設部位よりも低圧なガス流路の部位に連通路を通じて連通されているため、保護カバーの内圧がその周囲のガス流路内の圧力よりも低下される。そしてそれにより生じる保護カバー内外の圧力差によって、保護カバー内部へのガスの流入が促される。したがって、保護カバーにより囲繞された検出素子周りのガス流通を、連通路を設けるだけの比較的簡易な構成の変更により、好適に促進することができる。
【００１３】
ちなみに、例えばガス流路の一部の流路面積を縮小するなどによって低圧となる部位をガス流路に形成した場合には、その流路面積を縮小した部位が保護カバーの配設部位よりも低圧となる部位に相当する。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、ガス流路内に配設されてそのガス流路を流れるガスの内部への流入を許容する孔を有して形成された保護カバーを備え、その保護カバーの内部に検出素子を収容したガスセンサにおいて、前記ガス流路にあって前記保護カバーの配設部位よりも下流側の部位と前記保護カバーの内部とを連通させる連通路を備えるものである。
【００１５】
ガス流路では下流に向かうほど、流路の壁面抵抗などによる圧力損失により、圧力が低下する。上記構成では、検出素子の収容された保護カバーの内部が、そうした下流側の部位に連通路を通じて連通されているため、保護カバーの内圧がその周囲のガス流路内の圧力よりも低下される。そしてそれにより生じる保護カバー内外の圧力差によって、保護カバー内部へのガスの流入が促される。したがって、保護カバーにより囲繞された検出素子周りのガス流通を、連通路を設けるだけの比較的簡易な構成の変更により、好適に促進することができる。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のガスセンサにおいて、前記ガス流路における前記保護カバーの配設部位と前記下流側の部位との間には、該ガス流路を流れるガスの流動抵抗となる装置が配設されているものである。
【００１７】
上記のような装置は、ガス流路を流れるガスの流動抵抗となる。このため、装置よりも下流側では、その装置を通過する際の圧力損失によりガス流路内の圧力が低下する。したがって、この圧力低下により、保護カバー内外に更に大きい圧力差を生じさせて、検出素子周りのガス流通を更に促進することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したガスセンサの一実施の形態を図１及び図２に従って説明する。なお、本実施の形態では、車載エンジンのガス流路である排気管に、ガスセンサである酸素センサを配設した場合を想定している。
【００１９】
図１は、エンジン１１からマフラ１７までの間の排気管１３に配設される部材の配置図を示している。エンジン１１から排出された排気ガスは、排気系マニホルド１２を通過し、流動抵抗となる装置に相当する触媒コンバータ１６にて浄化される。その後排気ガスは、マフラ１７を経て外気へと排出される。また、排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検出し、その検出された酸素の濃度に基づいてエンジン１１での理論空燃比を維持する燃焼制御を行うため、酸素センサ１４が触媒コンバータ１６の上流側に配設されている。
【００２０】
こうした酸素センサ１４を図２に示し説明する。図２は、排気管１３と排気管１３の内部に突出される酸素センサ１４との一部断面を拡大して示した一部拡大断面図である。酸素センサ１４は、排気ガス中に含まれている酸素を検出する検出素子２０と、その検出素子２０を排気ガスに含まれている粘性物質等のデポジットから保護するための内側保護カバー２１と外側保護カバー２２とを備えている。この内側保護カバー２１と外側保護カバー２２には、複数の孔２３が排気ガスの流れに対して略同方向に延伸されるように形成されている。また、こうした内側保護カバー２１及び外側保護カバー２２は、検出素子２０を囲繞するように配設されている。この酸素センサ１４では、図２に示されているように、検出素子２０の上流側（図２の左側）に形成されている孔２３を通じて排気ガスが検出素子２０周りに流入し、下流側に形成されている孔２３から流出する。また、検出素子２０は温度依存性が高く、エンジン始動直後や冷間始動時等には検出素子２０自体の温度が低く、酸素濃度の検出精度が低下する虞があるため、検出素子２０の内部にはその温度を早期に昇温又は検出素子２０の温度を維持させるためのヒータ２４が設けられている。
【００２１】
さて、こうした酸素センサ１４において、複数形成されている孔２３から如何に効率よく検出素子２０の周りに排気ガスを流通させるかが重要となる。そこで、本実施の形態では、保護カバーの内圧、つまり検出素子２０と内側保護カバー２１との間の内部に存在する排気ガスの圧力（以下、内圧Ｐ１という）を酸素センサ１４の周囲の排気管１３の内圧Ｐ２よりも低下させるための減圧手段を設けている。この減圧手段を図２を参照し以下に説明する。
【００２２】
図２に示されるように、減圧手段として、内側保護カバー２１の内部と、酸素センサ１４の下流側の排気管１３とを連通させる連通路１５が設けられている。酸素センサ１４の下流側に触媒コンバータ１６が配設されていることについては先に説明したが、本実施の形態では、触媒コンバータ１６よりも下流側の箇所が酸素センサ１４の下流側の排気管１３とされ、この箇所に連通路１５の端部が連結されている。なお、図２においては便宜上触媒コンバータ１６の図示が省略してある。
【００２３】
ここで、排気管１３の内部における圧力の大小関係について説明する。エンジン１１から排出された排気ガスの圧力は、下流側ほど排気管１３の壁面抵抗等により損失が大きくなり徐々に減圧される傾向にある。また、排気ガスが酸素センサ１４の孔２３を流通する際には、排気ガスの流速は低下するものの、その孔２３による圧力損失が小さいため、上記内圧Ｐ１と酸素センサ１４の周辺の排気ガスとの圧力（内圧Ｐ２）との間には大きな差はない。さらに、酸素センサ１４の下流側に配設されている触媒コンバータ１６を排気ガスが通過する際に生じる圧力損失により、触媒コンバータ１６よりも下流側の排気ガスの圧力は上記内圧Ｐ１，Ｐ２に比して低圧となっている。
【００２４】
こうした排気ガスの圧力の大小関係において、上述したように連通路１５の一端を内側保護カバー２１に連結し、他端を触媒コンバータ１６の下流側の排気管１３に連結する。したがって、上記内圧Ｐ１は、触媒コンバータ１６よりも下流側に連結されている低圧部位に抜け、減圧されることになる。こうした減圧により、上述した圧力の大小関係から、酸素センサ１４の周辺の排気ガスの圧力に比して、上記内圧Ｐ１が低圧となる。したがって、酸素センサ１４の周囲の排気ガスは、外側保護カバー２２及び内側保護カバー２１に形成されている複数の孔２３を容易に流通することが可能になり、検出素子２０の周囲における排気ガスの流通を促進させることができる。
【００２５】
すなわち、触媒コンバータ１６により排気ガスの圧力が低圧となる部位と、内側保護カバー２１の内部とを連通路１５によって連通させることにより、上記内圧Ｐ１を好適に減圧させることができ、検出素子２０の周辺の排気ガスの流通を促進させることができる。
【００２６】
上記実施の形態の酸素センサ１４によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施の形態では、内側保護カバー２１の内部と触媒コンバータ１６の下流側の部位とを連通路１５によって連通させる構成になっている。したがって内圧Ｐ１を好適に減圧させることができ、検出素子２０の周辺の排気ガスの流通を促進させることができる。
【００２７】
（２）本実施の形態では、上記（１）で説明したように、排気ガスの流通が促進されることで排気管１３を流れる排気ガスの成分や濃度の変化に対する酸素センサ１４の応答性が向上する。したがって、検出素子２０による酸素濃度の検出に際して、その精度を向上させることができる。
【００２８】
（３）本実施の形態では、上記内圧Ｐ１を減圧させるための手法として、連通路１５を用いている。したがって、比較的簡易な構成の変更により、好適に内圧Ｐ１を減圧することができる。
【００２９】
なお、上記実施の形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、検出素子２０を囲繞する保護カバーとして内側保護カバー２１と外側保護カバー２２とを備えている。しかし、こうした保護カバーは内側保護カバー２１のみでもよい。また、保護カバーとして外側保護カバー２２のさらに外側に別の保護カバーを設けてもよい。なお、三重構造以上の多重構造の保護カバーを設けた場合、検出素子２０に最も近い保護カバーを内側保護カバー２１とする。
【００３０】
・上記実施の形態では、触媒コンバータ１６に対して、その上流側に位置する酸素センサ１４の内側保護カバー２１と、その下流側の低圧の部位とを連通路１５により連通させる構成であった。しかし必ずしも触媒コンバータ１６のような装置を必要とするものではない。例えば、排気管１３に一部蛇行するような形状をなす部位がある場合、その蛇行部分において触媒コンバータ１６が配設されている場合と同様な圧力損失を招くのであれば、その下流側の低圧となる部位を利用することも可能である。さらに、触媒コンバータ１６の代わりに、排気管１３内の排気ガスを介して伝播される騒音を低減するための消音装置の下流側を、上記低圧となる部位として利用してもよい。要は、内側保護カバー２１の内部と、その内部の排気ガスの圧力に比して低圧となる部位とを連通路１５により連通させる構成であればよい。したがって、そうした場合においても、内側保護カバー２１との内部の排気ガスの圧力を減圧させることができ、検出素子２０の周辺の排気ガスの流通を促進させることができる。
【００３１】
・上記実施の形態では、連通路１５の一端が内側保護カバー２１に連結され、他端が触媒コンバータ１６の下流側に連結される構成になっている。しかしながら、上記のように必ずしも触媒コンバータ１６の下流側に連通路の他端を連結させる必要はない。要は、連通路１５の他端が、上記内圧Ｐ１に比して、排気管１３内の圧力が低い部位に連結されていればよい。したがって、酸素センサ１４の上流側に上記低圧部位が存在する場合であれば、連通路１５の他端を酸素センサ１４よりも上流側に連結してもよい。この場合であっても、上記内圧Ｐ１を好適に減圧させることができ、検出素子２０の周辺の排気ガスの流通を促進させることができる。
【００３２】
・上記実施の形態の酸素センサ１４は、連通路１５を１つ備えるものであるが、複数備えるものであてもよい。設計等の許容範囲において、複数の連通路１５の一端を内側保護カバー２１に連結させ、他端を触媒コンバータ１６の下流側に連結させた場合であっても、好適に上記内圧Ｐ１を減圧させることができ、検出素子２０周辺の排気ガスの流通を促進させることができる。
【００３３】
・上記実施の形態では、排気ガスが触媒コンバータ１６を通過する際に生じる圧力損失を利用し、その下流側の低圧となる部位と内側保護カバー２１に、連通路１５を連結させる構成であった。しかし、例えば、排気管１３の流路面積の一部が他の流路面積に比して縮小されるような部位があれば、その部位と内側保護カバー２１の内部とを連通路１５により連通させてもよい。こうした一部流路面積が小さくなる部位でも排気ガスの圧力は低下するため、圧力差を利用して検出素子２０の周辺の排気ガスの流通を促進させることができる。
【００３４】
・上記実施の形態では、内側保護カバー２１及び外側保護カバー２２に複数の孔２３が検出素子２０に対して排気管１３の上流側及び下流側に形成されている。しかし、孔２３を検出素子２０に対して排気管１３の上流側のみに設け、連通路１５を排気通路、すなわち排気管１３の一部として利用してもよい。この場合、検出素子２０の周辺に流通している排気ガスは連通路１５を通じて触媒コンバータ１６の下流側に排出されることになる。こうした場合であっても、連通路１５が内側保護カバー２１の内部と触媒コンバータ１６の下流側とを連通させる構成に変わりはなく、圧力差を利用することに関して何ら変更はない。したがって、好適に上記内圧Ｐ１を減圧させることができ、検出素子２０の周辺の排気ガスの流通を促進させることができる。
【００３５】
・上記実施の形態では、酸素センサ１４によって排気ガス中に含まれている酸素の濃度を検出する想定であるが、必ずしも酸素の検出に限定されるものではなく、本発明は酸素以外のガスを検出するセンサにも適用することができる。
【００３６】
・内側保護カバー２１と触媒コンバータ１６の下流側の排気管１３とが連通路１５により連通されていれば、その連通路１５の一端は内側保護カバー２１に限らず、他の部材に連結されてもよい。
【００３７】
次に、上記実施の形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記ガス流路における前記保護カバーの配設部位と前記下流側の部位との間には、該ガス流路内のガスの流れに圧力損失を生じさせる装置が介設されている請求項４に記載のガスセンサ。
【００３８】
（ロ）前記装置は、前記ガス流路を流れるガスを浄化する触媒コンバータである請求項４又は上記（イ）に記載のガスセンサ。
（ハ）前記装置は、前記ガス流路内のガスを介して伝播される騒音を低減する消音装置である請求項４又は上記（イ）に記載のガスセンサ。
【００３９】
（ニ）前記ガス流路は、内燃機関の排気ガスを流通させる排気通路である請求項１〜４、及び上記（イ）〜（ハ）のいずれかに記載のガスセンサ。
（ホ）当該ガスセンサは、前記ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサである請求項１〜４、及び上記（イ）〜（ニ）のいずれかに記載のガスセンサ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態においてエンジンの排気管に配設される酸素センサ及び他の部材の配置図。
【図２】本実施の形態における、排気管、酸素センサ及び連通路の一部拡大断面図。
【符号の説明】
１１…エンジン、１２…排気系マニホルド、１３…排気管、１４…酸素センサ、１５…連通路、１６…触媒コンバータ、１７…マフラ、２０…検出素子、２１…内側保護カバー、２２…外側保護カバー、２３…孔、２４…ヒータ。
【図１】
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【図２】
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