JP2001228112A - ガスセンサの取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配管内を流れる被測定ガスを効率よく導入穴
より被測定ガス側カバー内に導入できるガスセンサの取
付構造を提供すること。 【解決手段】 センサ素子１１を取り付けたハウジング
１０を有し，その先端側１０９に対し被測定ガス側カバ
ー１２が設けてあり，側面には導入穴１２１，１３１が
設けてあるガスセンサ１を配管２に設けた取付穴２００
に挿入固定する際の取付構造である。被測定ガス側カバ
ー１２において最も先端側に位置する導入穴１２１の中
心位置が上記配管２の中心軸２０を基準とした直径Ｗの
範囲内にあり，かつ上記Ｗは配管の直径Ｒの１／３以下
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，内燃機関の燃焼制御等に利用す
るガスセンサを内燃機関に接続されて排ガスが流通する
排管等に対して取付ける際の取付構造に関する。

【０００２】

【従来技術】図８に示すごとく，内燃機関の燃焼制御に
利用するガスセンサ９は，一般に内燃機関に接続された
排管２の壁面２０１に設けた取付穴２００に差し込まれ
て使用される。上記ガスセンサ９は，円筒形のハウジン
グ１０とそこに挿入固定されたセンサ素子とよりなり，
ハウジング１０の先端側１０９には有底円筒形状の被測
定ガス側カバー１２が設けてあり，該カバー１２内に上
記センサ素子が収納される。

【０００３】上記被測定ガス側カバー１２の側面には被
測定ガスの導入穴１２１が設けてあり，取付穴２００に
ガスセンサ９を差し込むことで，上記被測定ガス側カバ
ー１２を排ガス流れに対し曝すことができる。そして，
上記導入穴１２１からカバー１２内に被測定ガスが入り
込み，センサ素子による特定ガスの濃度検出が行われ
る。

【０００４】

【解決しようとする課題】ところで，図８に示すごと
く，配管２内の流速は中心軸２０近傍が最も早く，内壁
２０１に近づくほど低下する。図８に示すごとく，従来
のガスセンサ９の取付構造では最も流速が早く，排ガス
の取り込みを効率よく行なうことができる中心軸２０近
傍の流れを取り込み難かった。

【０００５】このため，従来は排ガスの取り込み効率が
あまり高くなく，よってガスセンサの応答性があまり高
くならない問題があった。また排ガスの成分濃度や温度
が大きく変化する際の計測が難しかった。なお，この問
題は被測定ガス側カバーが配管内で被測定ガスに曝され
るよう取付けられる構造のガスセンサ一般に発生する問
題である。

【０００６】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，配管内を流れる被測定ガスを効率よく導
入穴より被測定ガス側カバー内に導入できるガスセンサ
の取付構造を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題の解決手段】請求項１に記載の発明は，被測定ガ
ス中の特定ガス濃度を検出可能なセンサ素子を取り付け
たハウジングを有し，該ハウジングの先端側に対し被測
定ガス側カバーが設けてあり，かつ該被測定ガス側カバ
ーの側面には被測定ガスをカバー内に導入するための導
入穴が設けてあるガスセンサであって，該ガスセンサを
被測定ガスが流通する配管に設けた取付穴に挿入固定す
る際の取付構造において，被測定ガス側カバーにおいて
最も先端側に位置する導入穴の中心位置が上記配管の中
心軸を基準とした直径Ｗの範囲内にあり，かつ上記Ｗは
配管の直径Ｒの１／３以下であることを特徴とするガス
センサの取付構造にある。

【０００８】本発明において，被測定ガス側カバーには
径方向及び軸方向にそれぞれ単数または複数個の導入穴
を設けることができる。なお，軸方向に単数の導入穴を
設けた例は後述する図１であり，複数設けた例が後述す
る図６である。また，図１は径方向に複数の導入穴を設
けた例で，図６は径方向に単数の導入穴を設けた例であ
る。また，複数の導入穴がある場合は最も先端側にある
導入穴の中心位置が上述の条件を満たせばよい。

【０００９】また，被測定ガス側カバーは一重構造とす
ることもできるが，後述する図１等のように外側カバー
と内側カバーとよりなる二重構造とすることもできる。
三重以上の構造とすることもできる。

【００１０】また，被測定ガス側カバーの形状として
は，後述する図１等に示すごとく有底円筒形状が一般的
であるが，場合によっては底のない筒状とすることもで
きる。また，有底円筒形状の場合は底部穴を設けること
もできる。この底部穴は配管に付着した凝縮水等が被測
定ガス導入穴を通じて被測定ガス側カバー内に侵入した
際の排水口として機能することができる。

【００１１】次に，本発明の作用につき説明する。本発
明にて最も重要な点は，最も先端側に位置する導入穴の
中心位置が配管の中心軸を基準とした直径Ｗの範囲内に
あり，かつ上記Ｗは配管の直径Ｒの１／３以下というこ
とにある。ここに中心軸を基準とした直径Ｗの範囲内と
は，後述する図４，図５に示すごとく，中心軸２０と同
一軸上にある半径Ｗ／２の筒状領域を指している。ま
た，配管の直径が部分的に異なる場合，Ｒとしては，例
えばガスセンサの取付穴を設けた近傍の平均直径を採用
することができる。

【００１２】このような取付構造とすることで，図４に
示すごとく，導入穴１２１が最も流速の早い中心軸２０
近傍に位置するようにガスセンサ１を配管２に取付るこ
とができる。よって，効率よく被測定ガスを被測定ガス
側カバー１２内に導入することができる。

【００１３】これにより，例えば被測定ガスの状態（成
分濃度や温度等）が大きく変動する際に，この変動が被
測定ガス側カバー内に迅速に反映されるため，特定ガス
濃度検出の応答性や精度を高くすることができる。な
お，最も効率高い被測定ガス導入のためには，導入穴１
２１の中心位置が配管２の中心軸２０と同位置となるよ
うに取付けることが好ましい。

【００１４】以上，本発明によれば，配管内を流れる被
測定ガスを効率よく導入穴より被測定ガス側カバー内に
導入できるガスセンサの取付構造を提供することができ
る。

【００１５】本発明にかかるガスセンサとしては，内燃
機関の排気系で排気ガスが流通する配管に取り付けて使
用される酸素センサ，空燃比センサ，ＮＯｘセンサ等が
挙げられる。また，配管中を流通するガス濃度測定に利
用されるガスセンサであれば，特に種類，構成を選ぶこ
となく本発明を適用することができる。

【００１６】次に，請求項２に記載の発明のように，上
記被測定ガス側カバーは有底円筒形状の外側カバーと，
該外側カバー内に設けた少なくとも１枚の有底円筒形状
の内側カバーとよりなり，上記外側カバー及び上記内側
カバーの底部にはそれぞれ底部穴が設けてあり，また，
上記外側カバー及び上記内側カバーの側面には被測定ガ
スの導入穴がそれぞれ設けてあり，上記内側カバーの底
部穴の側端位置をＡ，上記内側カバーの最も先端側にあ
る被測定ガスの導入穴の下端位置をＤ，上記外側カバー
の最も先端側にある被測定ガスの導入穴の下端位置を
Ｃ，上端位置をＦとし，Ａから垂直下方に下ろした直線
が外側カバーと交わる点をＢ，Ｄから内側カバーの中心
軸に対し径方向外方に向けて直角方向に延ばした直線が
外側カバーと交わる点をＥとすると（後述する図３参
照），Ｂ−Ｃ間の距離ＬとＦ−Ｅ間の距離Ｍとの間に
は，Ｍ≧Ｌの関係が成立することが好ましい。

【００１７】これにより，位置決め作業等を行なうこと
なく，内側カバーと外側カバーとの導入穴がそれぞれ対
面しない位置に配置されたガスセンサを得ることができ
る。更に別途位置決め用の構造をカバーに設ける必要が
なく，カバーの構造を単純とすることができる。

【００１８】また，このような構成とすることで，導入
穴から配管内の凝縮水が侵入した場合でも底部穴から凝
縮水が抜けて，センサ素子に達しないようにできる。つ
まり，センサ素子の被水割れが生じ難いガスセンサを得
ることができる。

【００１９】なお，上記底部穴の側端位置Ａとしては，
Ｂ−Ｃ間の距離が最も短くなるような位置を採用する。
つまり，側面の導入穴１２１と最も近接する側の側端位
置をＡとして採用する（図３参照）。また，三重構造等
の複数の内側カバーを持つ場合，上述の条件は最も外側
のカバーと該外側カバーのすぐ内側にある内側カバーと
の間で成立する必要がある。

【００２０】また，被測定ガス側カバーの先端部とセン
サ素子の先端部との距離は０．５ｍｍ以下であることが
好ましい。これにより，内側カバー内に導入された被測
定ガスが効率的にセンサ素子に当たることができる。仮
に０．５ｍｍより大となると，被測定ガスがセンサ素子
に効率的に当たることなくカバーの外に抜けてしまい，
正確な測定が困難となるおそれがある。また，被測定ガ
ス側カバーの先端部とセンサ素子の先端部との距離は０
ｍｍとすることが最も好ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施形態例 本発明の実施形態例にかかるガスセンサの取付構造につ
き，図１〜図６を用いて説明する。本例のガスセンサ１
は，図１に示すごとく，被測定ガス中の特定ガス濃度を
検出可能なセンサ素子１１を取り付けたハウジング１０
を有し，該ハウジング１０の先端側１０９に対し被測定
ガス側カバー１２が設けてあり，かつ該被測定ガス側カ
バー１２の側面には被測定ガスをカバー内に導入するた
めの導入穴１２１，１３１が設けてある。

【００２２】このようなガスセンサ１を，図４に示すご
とく，被測定ガスが流通する配管２に設けた取付穴２０
０に挿入固定する際の取付構造において，被測定ガス側
カバー１２において最も先端側に位置する導入穴１２１
の中心位置が上記配管２の中心軸２０を基準とした直径
Ｗの範囲内にあり，かつ上記Ｗは配管の直径Ｒの１／３
以下である。

【００２３】以下，詳細に説明する。本例のガスセンサ
１は，自動車エンジンに接続された排ガスが流通する排
管２に取付けて，エンジンの燃焼制御に利用される酸素
センサである。このものは，図１に示すごとく，円筒状
のハウジング１０と該ハウジング１０に対し，絶縁碍子
１０１を介して挿入固定されたセンサ素子１１とよりな
る。また，センサ素子１１と絶縁碍子１０１との間は封
止ガラス１０２で封止されている。

【００２４】被測定ガス側カバー１２は外側カバー１２
０と内側カバー１３０とよりなる二重構造である。両者
は共にハウジング１０の先端側１０９の下端にかしめ固
定されている。図２（ａ），（ｂ）に示すごとく，外側
カバー１２０は先端側で周方向に複数個の導入穴１２１
が設けてあり，内側カバー１３０は基端側の周方向に複
数の導入穴１３１が設けてある。また，両カバー１２
０，１３０は共に底部に底部穴１２５，１３５が設けて
ある。

【００２５】上記ガスセンサ１の配管２に対する取付け
について説明する。上記ハウジング１０の先端側１０９
近傍の側面にはネジ溝１００が設けてあり，このネジ溝
１００と嵌合するナット２１が配管２のガスセンサ取付
穴２００の周囲に対し溶接固定されている。なお，符号
２１０はナット２１の溶接部である。ガスセンサ１の取
付けに当たっては，ナット２１に対しガスセンサ１を差
し込み，ねじ込んでナット２１とハウジング１０とを噛
み合わせて固定する。この時，図１，図２に示すごと
く，外側カバー１２の導入穴１２１の中心位置が配管２
の中心軸２０と一致するよう，ガスセンサ１を固定す
る。

【００２６】なお，図７（ａ），（ｂ）に示すごとき，
ナット２１の代わりにメネジ２１８を切った四角形また
は円形の薄板２１９を用いることもできる。

【００２７】また，上記底部穴１２５，１３５や導入穴
１２１，１３１との間には次のような位置関係が成立す
るよう上記被測定ガス側カバー１２が構成されている。
図３に示すごとく，内側カバー１３０の底部穴の側端位
置をＡ，内側カバー１３０の最も先端側にある被測定ガ
スの導入穴１３１の下端位置をＤ，外側カバー１２０の
最も先端側にある被測定ガスの導入穴１２１の下端位置
をＣ，上端位置をＦとし，Ａから垂直下方に下ろした直
線が外側カバー１２０と交わる点がＢ，Ｄから径方向外
方に内側カバー１３０の中心軸１３９に対し直角方向に
延ばした直線が外側カバー１２０と交わる点をＥである
とする。本例ではＢ−Ｃ間の距離Ｌは７ｍｍ，Ｆ−Ｅ間
との距離Ｍは８ｍｍである。

【００２８】本例の作用効果について説明する。本例の
ガスセンサ１は，図４に示すごとく，導入穴１２１の中
心位置が配管２の中心軸２０と略同一線状となるよう配
管２に取付けてある。これにより，図４に示すごとく，
導入穴１２１が最も流速の早い中心軸２０近傍に位置す
るようにガスセンサ１を取付けることができる。よっ
て，効率よく被測定ガスを被測定ガス側カバー１２内に
導入することができる。

【００２９】これにより，例えば被測定ガスの状態（成
分濃度や温度等）が大きく変動する際に，この変動が被
測定ガス側カバー内に迅速に反映される。センサ素子１
１はカバー内にあって，該カバー内の雰囲気に基づいて
測定を行なっている。よって，ガス濃度検出の応答性や
精度を高くすることができる。

【００３０】また，本例の被測定ガス側カバー１２にお
ける導入穴１２１，１３１の位置関係を上述のようにし
た結果，位置決め作業等行なうことなく，内側カバー１
３０と外側カバー１２０との導入穴１２１，１３１がそ
れぞれ対面しない位置に配置されたガスセンサを得るこ
とができる。このような構成のガスセンサ１は，導入穴
１２１，１３１から配管２内の凝縮水が侵入した場合で
も，底部穴から凝縮水が抜けて，センサ素子１１に達し
ないようにできる。つまり，センサ素子１の被水割れが
生じ難い。

【００３１】また，図５に示すごとく，ガスセンサ１が
配管２に対し斜めに取付られた場合についても，導入穴
１２１の中心位置が中心軸２０を中心としたＷ（≧１／
３Ｒ）の範囲にあれば，本例と同様の効果を得ることが
できる。

【００３２】また，図６は本例とは異なるガスセンサ１
の例である。このガスセンサ１はコップ型のセンサ素子
１１を持ち，また被測定ガス側カバー１２は外側カバー
１２０，内側カバー１３０の二重構造であり，各カバー
はそれぞれ軸方向に複数の導入穴１２１，１３１を有す
る。このものについても本例と同様の効果を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例における，ガスセンサ及び取付構造
の断面説明図。

【図２】実施形態例における，被測定ガス側カバーにお
ける，（ａ）外側カバーの展開説明図，（ｂ）内側カバ
ーの展開説明図。

【図３】実施形態例における，外側カバー及び内側カバ
ーにおける導入穴の位置関係を示す説明図。

【図４】実施形態例における，ガスセンサの取付構造と
流速分布との関係を示す説明図。

【図５】実施形態例における，被測定ガス側カバーと配
管との位置関係とを示す説明図。

【図６】実施形態例における，コップ型センサ素子を設
けたガスセンサ及び取付構造の断面説明図。

【図７】実施形態例における，ナットの代わりに使用可
能な薄板の斜視図。

【図８】従来例における，ガスセンサの取付構造と流速
分布との関係を示す説明図。

【符号の説明】

１．．．ガスセンサ， １０．．．ハウジング， １０９．．．先端側， １１．．．センサ素子， １２．．．被測定ガス側カバー， １２０．．．外側カバー， １３０．．．内側カバー， １２１，１３１．．．導入穴， ２．．．配管， ２０．．．中心軸， ２００．．．取付穴，

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定ガス中の特定ガス濃度を検出可能
   なセンサ素子を取り付けたハウジングを有し，該ハウジ
   ングの先端側に対し被測定ガス側カバーが設けてあり，
   かつ該被測定ガス側カバーの側面には被測定ガスをカバ
   ー内に導入するための導入穴が設けてあるガスセンサで
   あって，該ガスセンサを被測定ガスが流通する配管に設
   けた取付穴に挿入固定する際の取付構造において，被測
   定ガス側カバーにおいて最も先端側に位置する導入穴の
   中心位置が上記配管の中心軸を基準とした直径Ｗの範囲
   内にあり，かつ上記Ｗは配管の直径Ｒの１／３以下であ
   ることを特徴とするガスセンサの取付構造。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記被測定ガス側カ
   バーは有底円筒形状の外側カバーと，該外側カバー内に
   設けた少なくとも１枚の有底円筒形状の内側カバーとよ
   りなり，上記外側カバー及び上記内側カバーの底部には
   それぞれ底部穴が設けてあり，また，上記外側カバー及
   び上記内側カバーの側面には被測定ガスの導入穴がそれ
   ぞれ設けてあり，上記内側カバーの底部穴の側端位置を
   Ａ，上記内側カバーの最も先端側にある被測定ガスの導
   入穴の下端位置をＤ，上記外側カバーの最も先端側にあ
   る被測定ガスの導入穴の下端位置をＣ，上端位置をＦと
   し，Ａから垂直下方に下ろした直線が外側カバーと交わ
   る点をＢ，Ｄから内側カバーの中心軸に対し径方向外方
   に向けて直角方向に延ばした直線が外側カバーと交わる
   点をＥとすると，Ｂ−Ｃ間の距離ＬとＦ−Ｅ間の距離Ｍ
   との間には，Ｍ≧Ｌの関係が成立することを特徴とする
   ガスセンサの取付構造。