JP2008026237A - ガスセンサの取付構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ガスセンサ素子が被水することを防止可能なガスセンサの取付構造を提供する。
【解決手段】 ガスセンサ素子2と、ガスセンサ素子2を覆うセンサカバー3とを有して構成されるガスセンサ1をエキゾーストマニホールド5に取り付けたときのガスセンサの取付構造10であって、エキゾーストマニホールド5の内部を流通する排気ガスの流れ方向に応じて、被測定ガスに含まれる水がガスセンサ素子2に到達し難い取付角度で、ガスセンサ1がエキゾーストマニホールド5に取り付けられていることを特徴とする。また、ガスセンサ1の軸線Pとエキゾーストマニホールド5とが取付位置で略直交しないように、ガスセンサ1はエキゾーストマニホールド5に取り付けられている。さらにガスセンサ1は通路曲がり部Rの直後に取り付けられている。
【選択図】 図1
【解決手段】 ガスセンサ素子2と、ガスセンサ素子2を覆うセンサカバー3とを有して構成されるガスセンサ1をエキゾーストマニホールド5に取り付けたときのガスセンサの取付構造10であって、エキゾーストマニホールド5の内部を流通する排気ガスの流れ方向に応じて、被測定ガスに含まれる水がガスセンサ素子2に到達し難い取付角度で、ガスセンサ1がエキゾーストマニホールド5に取り付けられていることを特徴とする。また、ガスセンサ1の軸線Pとエキゾーストマニホールド5とが取付位置で略直交しないように、ガスセンサ1はエキゾーストマニホールド5に取り付けられている。さらにガスセンサ1は通路曲がり部Rの直後に取り付けられている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、ガスセンサの取付構造に関し、特に内燃機関の吸気系や排気系を構成する通路部材にガスセンサを取り付けたときのガスセンサの取付構造に関する。
従来、内燃機関の吸気系や排気系に取り付けられるガスセンサとしては、酸素センサ、空燃比センサ、NOxセンサ、HCセンサなどが知られている。図3に一般的なガスセンサ1の検出部の要部を模式的に示す。一般的なガスセンサ1は、筒型のハウジング4と、ハウジング4に挿通固定したガスセンサ素子2と、ガスセンサ素子2を覆うセンサカバー3とを有して構成されている。さらにセンサカバー3は一般にインナーカバー3aとアウターカバー3bとで構成されている。インナーカバー3a及びアウターカバー3bには夫々ガス流通穴Hが形成され、ガス流通穴Hの位置は互いに重ならないようになっている。これにより、アウターカバー3bのガス流通穴Hから凝縮水等の水が侵入してもインナーカバー3aが障害となるため、ガスセンサ素子2の被水を抑制できる。なお、センサカバーに関しては、ガスセンサの被水性や応答性などを考慮した種々の形状や構造が提案されている(例えば特許文献1、2及び3参照)。
ところで、ガスセンサ素子の被水対策等は、一般にガスセンサが通路部材に対して略垂直に取り付けられることを前提として行われており、またこの取付状態でガスセンサが被測定ガスの流通方向とも略直交することを前提としている。一方、ガスセンサの取付位置に関しては、その位置における被測定ガスの濃度の均一性やガスセンサの取付容易性やメンテナンス容易性などの観点から決定される。このときガスセンサを通路部材に対して略垂直に取り付けようとした場合に、実際には必ずしもガスセンサが被測定ガスの流通方向とも略直交するとは限らない。図4はガスセンサの取付構造(以下、単に取付構造とも称す)を模式的に示す図である。具体的には図4はエキゾーストマニホールド(通路部材)5に対するガスセンサ1の取付角度が略90度のときのガスセンサの取付構造を示す図であり、取付位置A、B及びCの3種類の取付位置にガスセンサ1を取り付けた場合のガスセンサの取付構造10Xa、10Xb及び10Xcを比較のために同時に示している。なお、エキゾーストマニホールド5の下流側には触媒6が接続してある。
取付構造10Xa、10Xb及び10Xcはエキゾーストマニホールド5と、このエキゾーストマニホールド5に対して図4に示す状態で取り付けられたガスセンサ1夫々とからなる。ガスセンサ1は取付構造10Xa、10Xb及び10Xcでともにエキゾーストマニホールド5のうち、各気筒からの配管が合流した部分の配管に取り付けられている。取付位置Aはエキゾーストマニホールド5の曲がり通路部Rの直後の位置となっており、取付位置Bは曲がり通路部Rの入り口の位置となっており、取付位置Cは取付位置Aよりも更に下流の位置になっている。このため、取付構造10Xb及び10Xcでは、ガスセンサ1の軸線Pと排気ガスの流通方向とが略直交するのに対して、取付構造10Xaでは、ガスセンサ1の軸線Pと排気ガスの流通方向とが鈍角をなす。
また、図5はガスセンサの取付構造10Xa、10Xb及び10Xcでガスセンサ素子2の被水を再現すべく、注水試験を行ったときの試験結果を示す図である。この注水試験はガスセンサ素子2の被水を再現すべく、ガスセンサの取付構造10Xa、10Xb及び10Xcを適用した内燃機関(図示省略)を2,000rpmで台上試験運転しているときに、エキゾーストマニホールド5の上流側から100ccの水を注水して行ったものである。なお、図5(d)は注水方法を模式的に示す図である。注水試験では、ガスセンサ素子2の被水を再現すべく、注水量は実際に発生する凝縮水の量よりも相当多めの量となっている。また、この注水試験ではガスセンサ素子2、インナーカバー3a及びアウターカバー3bの夫々に測温センサを設置し、ガスセンサ素子2の温度低下具合で被水性を検証した。図5(a)、(b)及び(c)に示す取付構造10Xa、10Xb及び10Xcの試験結果夫々で、注水後にインナーカバー3a及びアウターカバー3bの温度が急激に低下していることがわかる。また、取付構造10Xb及び10Xcでは、注水後にガスセンサ素子2の素子温が比較的なだらかに低下していることがわかる。これに対して図5(a)に示す取付構造10Xaでは、注水後に素子温が急激に低下していることがわかる。このことから、取付構造10Xaでは、水がガスセンサ素子2にまで到達していると推定できる。
すなわち、ガスセンサの被水対策等は一般に前述した前提に基づいて行われているため、例えば取付位置Aのような位置にガスセンサを通路部材に対して略垂直に取り付けた場合には、図5(e)に示すように取付角度が被検出ガスの流通方向と鈍角をなし、水がガスセンサ素子に到達し易くなる結果、素子割れが発生してしまう虞があった。
そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ガスセンサ素子が被水することを防止可能なガスセンサの取付構造を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、ガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子を覆うセンサカバーとを有して構成されるガスセンサを通路部材に取り付けたときのガスセンサの取付構造であって、前記通路部材の内部を流通する被測定ガスの流れ方向に応じて、被測定ガスに含まれる水が前記ガスセンサ素子に到達し難い取付角度で、前記ガスセンサが前記通路部材に取り付けられていることを特徴とする。本発明によれば、取付上の便宜等から特段の配慮なしにガスセンサが通路部材に対して略垂直になるように取り付けられる代わりに、被測定ガスの流通方向を考慮してガスセンサが取り付けられているため、ガスセンサ素子が被水することを防止可能である。
なお、ガスセンサは一般にはその軸線が通路部材に対して略垂直になるように取り付けられている状態で、被測定ガスがガスセンサに略直交するように流通する場合に、ガスセンサ素子の被水を防止できるようになっていることから、ガスセンサ素子に水が到達し難い取付角度は、通路部材の内部を流通する被測定ガスの流通方向と、前記ガスセンサの軸線とがなす角度が略90度、または鋭角となる角度であることが好ましい。これは、図3に示すようにアウターカバーのガス流通穴Hは一般にはインナーカバーのガス流通穴Hよりも先端側に形成されるため、取付角度が被測定ガスの流通方向と鈍角をなす場合には、インナーカバーに形成されたガス流通穴に水が浸入しやすくなるためである。一方、取付角度が鋭角をなす場合にはそれだけ水がインナーカバーに浸入し難くなる傾向にあるが、鋭角をなす場合の取付角度は、被測定ガスの検出応答性も考慮して決定することが好ましい。
また本発明は、前記ガスセンサの軸線と前記通路部材とが取付位置で略直交しないように、前記ガスセンサが前記通路部材に取り付けられていてもよい。これは、ガスセンサの軸線が更に通路部材と取付位置で略直交するときには、一般的なガスセンサにおいて被水防止効果を奏する場合となることから、本発明は係る場合を除外する趣旨である。
また本発明は、前記通路部材の通路曲がり部、または該通路曲がり部の直後に前記ガスセンサが取り付けられていてもよい。より具体的には例えば本発明のように通路部材の通路曲がり部やその直後にガスセンサが取り付けられているときに、好適に被水防止効果を奏することができる。
また本発明は、さらに前記センサカバーが、取付状態で鉛直下方向を法線とするガス流通穴を有してもよい。また本発明のようなガス流通穴を有することでセンサカバーに凝縮水が溜まり、その結果ガスセンサ素子が被水することを防止可能である。
本発明によれば、ガスセンサ素子が被水することを防止可能なガスセンサの取付構造を提供できる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
本実施例に示すガスセンサ1の検出部の要部を前述した図3を用いて詳述する。本実施例に示すガスセンサ1は、排気ガス(被測定ガス)中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するための空燃比センサである。但しこれに限られず、ガスセンサ1は排気ガス中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するための酸素センサやNOx濃度、CO濃度、HC濃度などを測定する各種のガスセンサであってもよい。ガスセンサ1は積層型のガスセンサ素子2を備えている。但し、代わりにコップ型のガスセンサ素子を備えていてもよい。センサカバー3はインナーカバー3aとアウターカバー3bとで構成された二重構造となっている。但しセンサカバー3の代わりに例えば三重構造のセンサカバーや、それ以上の多重構造のセンサカバーを備えていてもよい。
インナーカバー3a及びアウターカバー3bはともに有底円筒型で先端側に底面を備えている。なおこれに限られず、インナーカバー3a及びアウターカバー3bのうち、少なくとも一方の先端が底面を備えず開放されていてもよい。また、インナーカバー3a及びアウターカバー3bは断面形状が円である代わりに楕円などであってもよく、断面積が基端側から先端側にかけて一様でなくてもよい。インナーカバー3a及びアウターカバー3bはその側面にガス流通穴Hを夫々備えている。またインナーカバー3a及びアウターカバー3bはその底面にもガス流通穴Hを夫々備えている。ガス流通穴Hの数量や配置や夫々の形状及び大きさなどは、少なくともガスセンサ1の軸線Pと排気ガスの流通方向とが略直交する状態で被水防止効果を有するものであれば特に限定されず、適宜のものであってよい。インナーカバー3a及びアウターカバー3bはその軸線がガスセンサ1の軸線Pと略一致するように夫々ハウジング4にかしめ固定される。
図1は本実施例に係るガスセンサの取付構造10を模式的に示す図である。具体的には図1(a)が本実施例に係るガスセンサの取付構造10を示す図となっており、図1(b)が比較例としてのガスセンサの取付構造10Xaを示す図となっている。また、図1(c)ではガスセンサ1の被水防止効果を模式的に示している。なお、ガスセンサの取付構造10Xaは図4で示したものと同一のものとなっている。本実施例ではガスセンサの取付構造10はエキゾーストマニホールド(通路部材)5と、このエキゾーストマニホールド5に対して図1(a)に示す状態で取り付けられたガスセンサ1とで実現されている。ガスセンサ1は取付構造10及び10Xaでともにエキゾーストマニホールド5のうち、各気筒からの配管が合流した部分の配管に取り付けられている。また取付構造10及び10Xaで、ガスセンサ1の取付位置Aの手前は通路曲がり部Rとなっている。換言すればガスセンサ1は通路曲がり部Rの直後に取り付けられている。
エキゾーストマニホールド5はガスセンサ1取付用のボス(図示省略)を備えている。ボスはエキゾーストマニホールド5に溶接されており、図1(a)に示す取付構造10では、ボスの座面はガスセンサ1を取り付けたときに、ガスセンサ1の軸線Pと排気ガスの流通方向とが略直交するように形成されている。また、このボスの座面はガスセンサ1の軸線Pとエキゾーストマニホールド5とが取付位置で略直交しないように斜めに形成されている。なお、ボスを貫通するガスセンサ1取付用のねじ穴はボスの座面に略直交するように形成されている。一方、センサカバー3は図1(c)に示すようにガスセンサ1の軸線Pが排気ガスの流通方向に対して略直交する状態で被水防止効果を発揮するように形成されている。これにより図1(a)に示す取付構造10では、ガスセンサ1はエキゾーストマニホールド5の内部を流通する排気ガスの流通方向に応じて、排気ガスに含まれる凝縮水がガスセンサ素子2に到達し難い取付角度で、エキゾーストマニホールド5に取り付けられる。具体的にはガスセンサ1は、ガスセンサ1の軸線Pと排気ガスの流通方向とが略直交するような取付角度で、且つガスセンサ1の軸線Pとエキゾーストマニホールド5とが取付位置で略直交しないような取付角度でエキゾーストマニホールド5に取り付けられる。
一方、図1(b)に示す取付構造10Xaでは、ボスの座面はガスセンサ1を取り付けたときに、ガスセンサ1の軸線Pとエキゾーストマニホールド5とが略直交するように形成されている。これによりガスセンサ1は、ガスセンサ1の軸線Pとエキゾーストマニホールド5とが取付位置で略直交するように取り付けられる。図1(a)及び(b)に示す取付位置では、排気ガスは通路曲がり部Rの内壁に衝突するまで直進しようとするため、排気ガスは必ずしも通路曲がり部Rの配管形状に沿って流通しない。このため図1(b)に示す取付構造10Xaでは、ガスセンサ1の軸線Pと排気ガスの流通方向とが鈍角をなすことに起因して、排気ガスとともに凝縮水がガスセンサ素子2に到達し易くなり、素子割れが発生する虞が高くなる。
これに対して図1(a)に示す取付構造10では、ガスセンサ1の軸線Pと排気ガスの流通方向とが略直交する。このため、アウターカバー3bのガス流通穴Hを通過した排気ガス及び凝縮水は、図1(c)に示すようにインナーカバー3aに衝突して分離される。さらに本実施例ではセンサカバー3(具体的にはインナーカバー3a及びアウターカバー3b)が、取付状態で鉛直下方向を法線とするガス流通穴Hを底面に夫々有しているため、凝縮水はガスセンサ1内に溜まることなく、底面に形成されたガス流通穴Hを通じて排出される。これにより図1(a)に示す取付構造10では、ガスセンサ素子2が被水することを防止できる。
図2は取付構造10及び10Xに対して行った注水試験の試験結果を模式的に示す図である。この注水試験はガスセンサ素子2の被水を再現すべく、ガスセンサの取付構造10及び10Xaを適用した内燃機関(図示省略)を2,000rpmで台上試験運転しているときに、エキゾーストマニホールド5の上流側から100ccの水を注水して行ったものである。なお、ガスセンサ素子2の被水を再現すべく、この注水量は実際に発生する凝縮水の量よりも相当多めの量となっている。また、注水試験は夫々形状が異なる3種類のセンサカバー3A、3B及び3Cを用いて行った。これらのセンサカバーのうち、センサカバー3Aはセンサカバー3B及び3Cのベース品となっており、センサカバー3Bは排気ガスの流通方向に対してガスセンサ1の取付角度が略140度のときに、センサカバー3Aよりも高い被水防止効果を狙ったものとなっており、センサカバー3Cは排気ガスの流通方向に対して取付角度略90度のときに、更にセンサカバー3Aよりも高い被水防止効果を狙ったものとなっている。
排気ガスの流通方向に対してガスセンサ1の取付角度が略140度のときの試験結果では、センサカバー3A及び3Cでガスセンサ素子2に顕著な被水が見られた。これは排気ガスの流通方向に対してガスセンサ1の取付角度が鈍角となっているため、ガスセンサ素子2に水が到達し易くなっていることに起因する。一方、センサカバー3Bは取付角度が略140度のときに被水防止効果を発揮するようカバー形状を工夫したため、あまり被水が見られなかった。次に排気ガスの流通方向に対してガスセンサ1の取付角度が略90度のときの試験結果では、センサカバー3A、3B及び3Cのいずれのセンサカバーでも被水量が低減され、特にセンサカバー3Cでは被水が見られなかった。
これらの試験結果から、ガスセンサの取付構造10によれば、通路曲がり部Rの直後にガスセンサ1を取り付ける場合でも、既存のガスセンサ1を用いて被水防止効果を発揮できることがわかる。また、既存のガスセンサ1の代わりにセンサカバー3を改良したガスセンサを用いることで更に被水防止効果を高めることができることがわかる。なお、本実施例ではガスセンサ1の取付角度を排気ガスの流通方向に対して略90度にしたときについて詳述したが、ガスセンサ1の取付角度は排気ガスの流通方向に対して鋭角であってもよい。この場合には、排気ガスが傾向的にガスセンサ素子2に到達し難くなることから、ガスセンサ1の応答性も考慮して取付角度を決定することが好ましい。また、ガスセンサの取付構造10は、曲がり通路部Rの直後にガスセンサ1を取り付けた場合に限られず、曲がり通路部Rに取り付けようとする場合などにも変形して適用可能である。以上により、ガスセンサ素子2が被水することを防止可能なガスセンサの取付構造10を実現可能である。
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
1 ガスセンサ
2 ガスセンサ素子
3 センサカバー
3a インナーカバー
3b アウターカバー
4 ハウジング
5 エキゾーストマニホールド
6 触媒
10 ガスセンサの取付構造
2 ガスセンサ素子
3 センサカバー
3a インナーカバー
3b アウターカバー
4 ハウジング
5 エキゾーストマニホールド
6 触媒
10 ガスセンサの取付構造
Claims (4)
- ガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子を覆うセンサカバーとを有して構成されるガスセンサを通路部材に取り付けたときのガスセンサの取付構造であって、
前記通路部材の内部を流通する被測定ガスの流れ方向に応じて、被測定ガスに含まれる水が前記ガスセンサ素子に到達し難い取付角度で、前記ガスセンサが前記通路部材に取り付けられていることを特徴とするガスセンサの取付構造。 - 前記ガスセンサの軸線と前記通路部材とが取付位置で略直交しないように、前記ガスセンサが前記通路部材に取り付けられていることを特徴とする請求項1記載のガスセンサの取付構造。
- 前記通路部材の通路曲がり部、または該通路曲がり部の直後に前記ガスセンサが取り付けられていることを特徴とする請求項1記載のガスセンサの取付構造。
- さらに前記センサカバーが、取付状態で鉛直下方向を法線とするガス流通穴を有することを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載のガスセンサの取付構造。
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