JP3424433B2 - Dual protector structure of oxygen sensor - Google Patents
Dual protector structure of oxygen sensorInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば自動車用
内燃機関の排気中の酸素濃度の検出などに用いられる酸
素センサに関し、特にそのプロテクタ部分の改良に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxygen sensor used, for example, for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine for an automobile, and more particularly to improving the protector portion thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば内燃機関の空燃比フィードバック
制御システムにおいては、排気系に酸素センサが配設さ
れ、排気中の残存酸素濃度の検出を行っている。この酸
素センサは、センサ素子として、先端が封止されたチュ
ーブ状をなすジルコニア等のセラミックス製素子を用い
たもので、その内周面に大気が、外周面に排気ガスがそ
れぞれ接触するようになっている。そして、ホルダに支
持されたセンサ素子の先端部を覆うように有底円筒状を
なす金属製のプロテクタが設けられており、脆いセラミ
ックス製センサ素子を保護している。このプロテクタに
は、排気ガスを通流させるために連通孔が設けられてい
る。2. Description of the Related Art For example, in an air-fuel ratio feedback control system for an internal combustion engine, an oxygen sensor is provided in the exhaust system to detect the residual oxygen concentration in the exhaust. This oxygen sensor uses, as the sensor element, a ceramic element such as a tube-shaped zirconia with a sealed tip, so that the atmosphere is in contact with the inner peripheral surface and the exhaust gas is in contact with the outer peripheral surface. Has become. A metal protector having a cylindrical shape with a bottom is provided so as to cover the tip of the sensor element supported by the holder, and protects the brittle ceramic sensor element. This protector is provided with a communication hole for allowing exhaust gas to flow therethrough.
【０００３】特に、特開平５−２４９０６９号公報に
は、排気系の酸素センサ上流側で生じた凝縮水がプロテ
クタの連通孔を通してセンサ素子に直接かかって急冷に
よる破損を招くことがないように、プロテクタとしてイ
ンナプロテクタとアウタプロテクタとを二重に設けた構
成が開示されている。このものでは、インナプロテクタ
の基端部がホルダ先端部にかしめにより固定されてお
り、かつアウタプロテクタの基端部がこのインナプロテ
クタの外周に圧入されて保持されている。In particular, Japanese Patent Laid-Open No. 5-249069 discloses that condensed water generated on the upstream side of an oxygen sensor in an exhaust system is not directly applied to a sensor element through a communication hole of a protector to cause damage due to rapid cooling. As a protector, a structure in which an inner protector and an outer protector are provided in double is disclosed. In this structure, the base end portion of the inner protector is fixed to the tip end portion of the holder by caulking, and the base end portion of the outer protector is press-fitted and held on the outer periphery of the inner protector.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成においては、インナプロテクタが単にかしめに
より固定されているに過ぎず、ホルダとの間が完全にシ
ールされている訳ではないので、上述した凝縮水が浸透
圧によって徐々にプロテクタ内部に侵入し、センサ素子
の劣化を招くという問題があった。However, in the above-mentioned conventional structure, the inner protector is merely fixed by caulking and is not completely sealed between the inner protector and the inner protector. There is a problem that the condensed water gradually enters the protector due to the osmotic pressure, causing deterioration of the sensor element.
【０００５】またアウタプロテクタがインナプロテクタ
に嵌合して保持されているので、何らかの衝撃が加わっ
たときに、アウタプロテクタが脱落してしまう虞れもあ
る。Further, since the outer protector is fitted and held by the inner protector, there is a possibility that the outer protector may fall off when some impact is applied.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、レ
ーザ溶接等により全周に亙り溶接し、完全なシールを行
うようにした。請求項１に係る酸素センサの二重プロテ
クタ構造は、ホルダに支持されたセラミックス製センサ
素子を覆うように有底円筒状のインナプロテクタと同じ
く有底円筒状のアウタプロテクタとを僅かな間隙を介し
て設けた酸素センサの二重プロテクタ構造において、上
記インナプロテクタの基端部をホルダ先端部の外周に嵌
合させるとともに、その外周に上記アウタプロテクタの
基端部を嵌合させ、かつこれらの三者を全周に亙ってレ
ーザ溶接等により一体に溶接したことを特徴としてい
る。そして、アウタプロテクタの連通孔の中で最もホル
ダ寄りの軸方向位置にある連通孔が、インナプロテクタ
の連通孔よりもホルダに近い軸方向位置にある。 Therefore, according to the present invention, the entire circumference is welded by laser welding or the like to perform a complete seal. In the double protector structure for an oxygen sensor according to claim 1, a cylindrical inner protector having a bottom and a cylindrical outer protector having a bottom are provided with a slight gap so as to cover the ceramic sensor element supported by the holder.
In the double protector structure of the oxygen sensor provided as described above, the base end of the inner protector is fitted to the outer circumference of the tip of the holder, and the base end of the outer protector is fitted to the outer circumference of the holder. This is characterized in that the person is integrally welded over the entire circumference by laser welding or the like. And, it is the most hole in the communication hole of the outer protector.
The communication hole at the axial position closer to the inner side is the inner protector.
It is located axially closer to the holder than the communication hole.
【０００７】
また請求項２においては、同様に、ホルダ
に支持されたセラミックス製センサ素子を覆うように有
底円筒状のインナプロテクタと同じく有底円筒状のアウ
タプロテクタとを僅かな間隙を介して設けた酸素センサ
の二重プロテクタ構造において、上記インナプロテクタ
の基部の大径部をホルダ先端部の外周に嵌合させるとと
もに、その外周に上記アウタプロテクタの基部の大径部
を嵌合させ、かつこれらの三者を全周に亙って一体に溶
接してある。そして、さらに、上記アウタプロテクタの
大径部に隣接して形成された小径部が上記インナプロテ
クタの外周に嵌合している。この請求項２のものにおい
て、さらに請求項３のように、アウタプロテクタの連通
孔の中で最もホルダ寄りの軸方向位置にある連通孔が、
インナプロテクタの連通孔よりもホルダに近い軸方向位
置にあるようにしてもよい。 According to the second aspect of the present invention, similarly, a cylindrical inner protector with a bottom and a cylindrical outer protector with a bottom are provided with a slight gap so as to cover the ceramic sensor element supported by the holder. In the double protector structure of the oxygen sensor provided, the inner protector
When the large diameter part of the base of the
The outer diameter of the outer protector is larger than that of the outer protector.
, And melt all three of them together over the entire circumference.
I'm in contact. And, further, the outer protector
The small diameter part formed adjacent to the large diameter part is
It fits around the outer circumference of the kuta . The smell of claim 2
And the communication of the outer protector.
The communication hole at the axial position closest to the holder among the holes,
Axial position closer to the holder than the communication hole of the inner protector
It may be placed in the storage.
【０００８】このような構成においては、ホルダ先端部
が全周に亙ってインナプロテクタおよびアウタプロテク
タに溶接してあるため、完全にシールされた状態とな
り、凝縮水が外部から侵入することはない。また、アウ
タプロテクタの連通孔を通して該アウタプロテクタとイ
ンナプロテクタとの間に溜まった凝縮水も、インナプロ
テクタ基端部が全周に亙って溶接されているので、内部
に侵入することがない。In such a structure, since the tip of the holder is welded to the inner protector and the outer protector over the entire circumference, it is in a completely sealed state, and condensed water does not enter from the outside. . Condensed water collected between the outer protector and the inner protector through the communication hole of the outer protector is not welded into the inside because the base end of the inner protector is welded over the entire circumference.
【０００９】請求項１および請求項３の発明では、アウ
タプロテクタの連通孔の中で最もホルダ寄りの軸方向位
置にある連通孔が、インナプロテクタの連通孔よりもホ
ルダに近い軸方向位置にある。According to the first and third aspects of the invention, among the communication holes of the outer protector, the communication hole at the axial position closest to the holder is located closer to the holder than the communication hole of the inner protector. .
【００１０】従って、排気管の下面側に酸素センサが取
り付けられている場合に、アウタプロテクタの連通孔の
方がインナプロテクタの連通孔よりも相対的に下方に位
置することになり、アウタプロテクタの連通孔を通して
該アウタプロテクタとインナプロテクタとの間に凝縮水
が流入したとしても、アウタプロテクタの連通孔を通し
て外部へ排出され、内部へは侵入しない。Therefore, when the oxygen sensor is attached to the lower surface side of the exhaust pipe, the communication hole of the outer protector is located relatively lower than the communication hole of the inner protector, and thus the outer protector of the outer protector is located. Even if the condensed water flows between the outer protector and the inner protector through the communication hole, it is discharged to the outside through the communication hole of the outer protector and does not enter the inside.
【００１１】インナプロテクタの連通孔とアウタプロテ
クタの連通孔とは、請求項４のように、互いに重ならな
い位置に開口形成することが望ましい。これにより、水
滴が両連通孔を直線的に通過することが防止される。It is desirable that the communication hole of the inner protector and the communication hole of the outer protector be formed so as not to overlap each other, as in claim 4. This prevents water droplets from linearly passing through both communication holes.
【００１２】[0012]
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る酸素センサの二重プロテクタ構造によれば、ホル
ダとの間が完全にシールされ、浸透圧による凝縮水の侵
入を確実に防止できる。従って、凝縮水との接触による
センサ素子の劣化を防止でき、その耐久性，信頼性を高
めることができる。As is apparent from the above description, according to the double protector structure of the oxygen sensor of the present invention, the space between the holder and the holder is completely sealed, and the infiltration of condensed water due to the osmotic pressure is surely prevented. it can. Therefore, deterioration of the sensor element due to contact with condensed water can be prevented, and its durability and reliability can be improved.
【００１３】そして、アウタプロテクタの連通孔を通し
てインナプロテクタとの間に流入した凝縮水が内部へ侵
入せず、速やかに外部へ排出することができる。[0013] Then, it is possible to condensed water flowing between the inner protector through the communicating hole of the outer protector does not penetrate into the interior, promptly discharged to the outside.
【００１４】さらに請求項４によれば、水滴が両連通孔
を直線的に通過して内部に侵入することがない。Further, according to the fourth aspect, the water droplets do not linearly pass through both the communication holes and enter the inside.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００１６】図２は、この発明に係る酸素センサ１の全
体の構成を示している。この酸素センサ１は、図５に示
したように排気管２の下部壁面に装着される形式のもの
であって、センサ素子３は、ジルコニア等のセラミック
スからなり、先端が閉塞されたチューブ状をなしてい
る。このセンサ素子３は、金属製のホルダ４中央部に嵌
合して保持されており、かつ基端がセラミックス製の中
間絶縁材５によって押さえつけられている。中間絶縁材
５の基端には、更に基端側絶縁材８が連接されており、
これらを一体としてホルダ４に押さえつけている。セン
サ素子３中心部には、セラミックスヒータ１０が配設さ
れ、その基端部にヒータ用端子１１が導通している。ま
た、７は出力信号取り出しのための出力端子、１２は上
記絶縁材５，８の外周を覆うようにホルダ４に溶接され
た円筒状のインナキャップである。FIG. 2 shows the overall structure of the oxygen sensor 1 according to the present invention. The oxygen sensor 1 is of a type mounted on the lower wall surface of the exhaust pipe 2 as shown in FIG. 5 , and the sensor element 3 is made of ceramics such as zirconia and has a tubular shape with a closed tip. I am doing it. The sensor element 3 is fitted and held in the central part of the holder 4 made of metal, and the base end is pressed down by the intermediate insulating material 5 made of ceramics. A base-side insulating material 8 is further connected to the base end of the intermediate insulating material 5,
These are integrally pressed against the holder 4. A ceramics heater 10 is arranged in the center of the sensor element 3, and a heater terminal 11 is connected to the base end of the ceramics heater 10. Further, 7 is an output terminal for taking out an output signal, and 12 is a cylindrical inner cap welded to the holder 4 so as to cover the outer peripheries of the insulating materials 5 and 8.
【００１７】またホルダ４の先端部には、該ホルダ４か
ら突出したセンサ素子３を覆うようにプロテクタ１５が
設けられている。A protector 15 is provided at the tip of the holder 4 so as to cover the sensor element 3 protruding from the holder 4.
【００１８】図３，図４は、上記プロテクタ１５の詳細
を示すもので、このプロテクタ１５は、図示するよう
に、インナプロテクタ１６とアウタプロテクタ１７との
二重構造をなしている。インナプロテクタ１６は、有底
円筒状をなし、かつ開口端側となる基部に、僅かに大径
に膨らんだ大径部１６ａを有している。この大径部１６
ａは、ホルダ４の先端部の外径と等しい内径を有してい
る。そして、このインナプロテクタ１６には、軸方向に
３個づつ並んだ連通孔１９が６０°毎に、つまり、計１
８個の円形の連通孔１９が開口形成されている。3 and 4 show the details of the protector 15, and the protector 15 has a double structure of an inner protector 16 and an outer protector 17, as shown in the drawing. The inner protector 16 has a cylindrical shape with a bottom, and has a large-diameter portion 16a that swells to a slightly large diameter at the base portion on the open end side. This large diameter part 16
a has an inner diameter equal to the outer diameter of the tip of the holder 4. The inner protector 16 has three communicating holes 19 arranged in the axial direction at every 60 °, that is, a total of 1 communicating hole 19.
Eight circular communication holes 19 are formed.
【００１９】上記インナプロテクタ１６の外周を覆うア
ウタプロテクタ１７は、やはり有底円筒状をなしてお
り、その基部に、僅かに大径に膨らんだ大径部１７ａを
有している。この大径部１７ａは、上記インナプロテク
タ１６の大径部１６ａの外径に等しい内径を有してい
る。また、この大径部１７ａに隣接して小径部１７ｂが
帯状に設けられており、この小径部１７ｂが上記インナ
プロテクタ１６外周に嵌合しているとともに、この小径
部１７ｂよりも先端側の部分においては、アウタプロテ
クタ１７とインナプロテクタ１６との間に、僅かな間隙
１８が設けられている。そして、上記アウタプロテクタ
１７には、軸方向に３個づつ並んだ連通孔１９が６０°
毎に、つまり、計１８個の円形の連通孔２１が開口形成
されている。ここで、このアウタプロテクタ１７の連通
孔２１の形成位置は、図４に明らかなように、インナプ
ロテクタ１６の連通孔１９の形成位置に対し周方向に３
０°づつずれており、互いに重ならないようになってい
る。さらに、アウタプロテクタ１７の連通孔２１の形成
位置は、図３に明らかなように、インナプロテクタ１６
の連通孔１９の形成位置に対し、軸方向に、詳しくはプ
ロテクタ１５の基端寄りにずれており、アウタプロテク
タ１７の連通孔２１の方がインナプロテクタ１６の連通
孔１９よりもホルダ４に近接して開口している。The outer protector 17 which covers the outer circumference of the inner protector 16 is also in the shape of a cylinder with a bottom, and has a large-diameter portion 17a which swells to a slightly large diameter at the base thereof. The large diameter portion 17a has an inner diameter equal to the outer diameter of the large diameter portion 16a of the inner protector 16. A small-diameter portion 17b is provided in a band shape adjacent to the large-diameter portion 17a. The small-diameter portion 17b is fitted on the outer circumference of the inner protector 16 and is located on the tip side of the small-diameter portion 17b. In FIG. 3, a slight gap 18 is provided between the outer protector 17 and the inner protector 16. Further, the outer protector 17 is provided with a communication hole 19 which is lined up in axially three rows of three.
For each, that is, a total of 18 circular communication holes 21 are formed. Here, the formation position of the communication hole 21 of the outer protector 17 is 3 in the circumferential direction with respect to the formation position of the communication hole 19 of the inner protector 16, as is clear from FIG.
They are offset by 0 ° so that they do not overlap each other. Further, the position where the communication hole 21 of the outer protector 17 is formed is as shown in FIG.
With respect to the position where the communication hole 19 is formed, it is displaced axially, specifically, toward the base end of the protector 15, and the communication hole 21 of the outer protector 17 is closer to the holder 4 than the communication hole 19 of the inner protector 16. And it is open.
【００２０】上記のインナプロテクタ１６およびアウタ
プロテクタ１７は、図１に示すように、それぞれの大径
部１６ａ，１７ａが重なり合った状態でホルダ４先端部
に嵌合しており、かつ両大径部１６ａ，１７ａおよびホ
ルダ４の三者が、全周に亙って一体にレーザ溶接されて
いる。図１の符号２２は、このレーザ溶接による溶接部
を示す。As shown in FIG. 1, the inner protector 16 and the outer protector 17 are fitted to the tip of the holder 4 with their large-diameter portions 16a, 17a overlapping each other. The three members 16a, 17a and the holder 4 are integrally laser-welded over the entire circumference. Reference numeral 22 in FIG. 1 indicates a welded portion formed by this laser welding.
【００２１】上記の構成によれば、プロテクタ１５とホ
ルダ４との接合部が全周に亙って完全にシールされるの
で、凝縮水が浸透圧によって内部に染み込むことがな
く、凝縮水との接触によるセンサ素子３の早期劣化を防
止できる。また、排気管２内を飛散してくる水滴がアウ
タプロテクタ１７に衝突して、その一部が連通孔２１か
ら流入したとしても、インナプロテクタ１６の連通孔１
９が重ならない位置にあるため、インナプロテクタ１６
内部へ飛び込むことがなく、センサ素子３への付着が防
止される。そして、間隙１８に入った水滴は、内側の連
通孔１９よりも外側の連通孔２１の方が低い位置にある
ことから、連通孔１９から内部に溢れ出ることなく、下
部の連通孔２１から速やかに排出される。According to the above construction, the joint between the protector 15 and the holder 4 is completely sealed over the entire circumference, so that the condensed water does not soak into the inside due to the osmotic pressure, and the condensed water does not penetrate into the inside. It is possible to prevent early deterioration of the sensor element 3 due to contact. Further, even if the water droplets scattered in the exhaust pipe 2 collide with the outer protector 17 and a part thereof flows in from the communication hole 21, the communication hole 1 of the inner protector 16 will be described.
The inner protector 16 because the 9 are not in the overlapping position
It does not jump into the inside and is prevented from adhering to the sensor element 3. Since the water droplets entering the gap 18 are located at a lower position in the outer communication hole 21 than in the inner communication hole 19, the water droplets do not overflow from the communication hole 19 to the inside and are quickly discharged from the lower communication hole 21. Is discharged to.
【図１】この発明の一実施例を示す酸素センサ要部の断
面図。FIG. 1 is a sectional view of an essential part of an oxygen sensor showing an embodiment of the present invention.
【図２】この実施例の酸素センサ全体の断面図。FIG. 2 is a sectional view of the entire oxygen sensor of this embodiment.
【図３】インナプロテクタのみを示す図４のＡ−Ａ線に
沿った断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 4 showing only the inner protector.
【図４】同じくインナプロテクタのみを示す横断面図。FIG. 4 is a transverse sectional view showing only the inner protector.
【図５】この酸素センサの取付状態を示す説明図。 FIG. 5 is an explanatory view showing a mounting state of this oxygen sensor.
３…センサ素子 ４…ホルダ １５…プロテクタ １６…インナプロテクタ １７…アウタプロテクタ １９…連通孔 ２１…連通孔２２ …溶接部3 ... Sensor element 4 ... Holder 15 ... Protector 16 ... Inner protector 17 ... Outer protector 19 ... Communication hole 21 ... Communication hole 22 ... Welded portion
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−210952（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−285849（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−26842（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−25053（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−82264（ＪＰ，Ｕ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (56) References JP-A-9-210952 (JP, A) Japanese Patent Laid-Open No. 4-285849 (JP, A) JP-A-5-26842 (JP, A) JP-A-61-25053 (JP, A) Actual Development Sho 61-82264 (JP, U)
Claims (4)
サ素子を覆うように有底円筒状のインナプロテクタと同
じく有底円筒状のアウタプロテクタとを僅かな間隙を介
して設けた酸素センサの二重プロテクタ構造において、
上記インナプロテクタの基端部をホルダ先端部の外周に
嵌合させるとともに、その外周に上記アウタプロテクタ
の基端部を嵌合させ、かつこれらの三者を全周に亙って
一体に溶接してあり、さらに、アウタプロテクタの連通
孔の中で最もホルダ寄りの軸方向位置にある連通孔が、
インナプロテクタの連通孔よりもホルダに近い軸方向位
置にあることを特徴とする酸素センサの二重プロテクタ
構造。1. A cylindrical inner protector having a bottom and a cylindrical outer protector having a bottom so as to cover a ceramic sensor element supported by a holder with a slight gap therebetween.
In the double protector structure of the oxygen sensor provided by
Fit the base end of the inner protector to the outer circumference of the tip of the holder, fit the base end of the outer protector to the outer circumference, and weld these three together over the entire circumference. In addition, communication of the outer protector
The communication hole at the axial position closest to the holder among the holes,
Axial position closer to the holder than the communication hole of the inner protector
Dual protector structure of the oxygen sensor, characterized in that in the location.
サ素子を覆うように有底円筒状のインナプロテクタと同
じく有底円筒状のアウタプロテクタとを僅かな間隙を介
して設けた酸素センサの二重プロテクタ構造において、
上記インナプロテクタの基部の大径部をホルダ先端部の
外周に嵌合させるとともに、その外周に上記アウタプロ
テクタの基部の大径部を嵌合させ、かつこれらの三者を
全周に亙って一体に溶接してあり、さらに、上記アウタ
プロテクタの大径部に隣接して形成された小径部が上記
インナプロテクタの外周に嵌合していることを特徴とす
る酸素センサの二重プロテクタ構造。2. A cylindrical inner protector having a bottom and a cylindrical outer protector having a bottom so as to cover the ceramic sensor element supported by the holder with a slight gap therebetween.
In the double protector structure of the oxygen sensor provided by
Install the large diameter part of the base of the inner protector above the tip of the holder.
While fitting on the outer circumference, the outer
Fit the large diameter part of the base of the tector, and
The entire outer circumference is welded together.
The small diameter part formed adjacent to the large diameter part of the protector is
A double protector structure for an oxygen sensor, which is fitted to the outer circumference of an inner protector .
ルダ寄りの軸方向位置にある連通孔が、インナプロテク
タの連通孔よりもホルダに近い軸方向位置にあることを
特徴とする請求項２に記載の酸素センサの二重プロテク
タ構造。Communication hole in the axial position of 3. Most holder closer in the communicating hole of the outer protector, to claim 2, characterized in that the axial position closer to the holder than the communicating hole of the inner protector Dual protector structure for the oxygen sensor described.
テクタの連通孔とを、互いに重ならない位置に開口形成
したことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の
酸素センサの二重プロテクタ構造。4. The double protector structure for an oxygen sensor according to claim 1 or 3 , wherein the communication hole of the inner protector and the communication hole of the outer protector are formed so as not to overlap each other.
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| JP11685996A JP3424433B2 (en) | 1996-05-13 | 1996-05-13 | Dual protector structure of oxygen sensor |
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-
1996
- 1996-05-13 JP JP11685996A patent/JP3424433B2/en not_active Expired - Fee Related
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