JP2009138606A - エンジンの排ガスセンサ取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】排気マニホールドの直下流に排気浄化装置を配置して一体化した排気ユニットの排気浄化装置直上流の排気管部に放熱部材を挟持しつつ排ガスセンサをねじ締結するものにおいて、放熱部材の機能を維持しつつ、排ガスセンサを取り外す際のノズルによるねじ締結部への潤滑剤塗布を円滑に行えるようにする。
【解決手段】放熱部材１２の底壁部１７と周壁部１８とが連接する隅部位の周方向に離れた複数箇所に、底壁部１７から周壁部１８にかけて、放熱部材１２の縦軸を通る断面で視てＬ字状で径方向に延びる潤滑剤塗布用のスリット２４を設け、潤滑剤塗布用ノズル２５を角度をつけて酸素センサ１０の雄ねじ部１５ａに向けた位置まで挿入できるようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの排ガスセンサ取付構造、特に、排気マニホールドの直下流に触媒コンバータ等の排気浄化装置を配置して一体化した排気ユニットにおける排気浄化装置直上流の排気管部に、放熱部材を挟持しつつ排ガスセンサをねじ締結するエンジンの排ガスセンサ取付構造に関する。

自動車のエンジンから出る排気ガス中の特定ガス成分を検出するための排ガスセンサである酸素センサを、排気マニホールドの直下流に触媒コンバータを配置して一体化した所謂直キャタの排気ユニットの排気浄化装置である触媒コンバータの直上流の排気管部に、保護カバーを挟んでねじ締結したものが従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このように直キャタの排気ユニットの触媒コンバータ直上流に酸素センサを配置して、触媒上流の排気ガス中の酸素濃度を検出する場合、排気ガスは、エンジンが多気筒であると、例えば４気筒のエンジンでは、四つの気筒から順番に排出された排気ガスが排気マニホールドの各分岐管部を経て排気集合部に流れ、それが直ちに触媒コンバータに流れ込む。その際、各分岐管部を経て排気集合部に流れる各気筒の排気ガスは、各分岐管部の配置によって多少とも異なる方向性を有するものとなる。そして、各気筒の排気ガスは、酸素センサを配置する触媒コンバータ直上流の排気管部を通過する際、気筒毎に多少とも偏った流れとなる。そのため、直キャタ特有の排ガスセンサ取付け構造として、触媒コンバータ直上流の排気管部において酸素センサを各気筒から順番に入ってくる排気ガスにできるだけ均等に接触させるよう、酸素センサ取付け部位の管壁を窪んだ形状とし、その窪んだ所にセンサ取付け座を設けて酸素センサを取り付け、各気筒の排気ガスが一番均等に通る排ガス路中央に検出部を臨ませるようにしている。

酸素センサは、先端に検出部を有し、後端側にハーネス部を有し、中間部位にねじ締結用の雄ねじ部と六角ヘッド部を持ったセンサボディを有するもので、ハーネス部の後端部分がゴムあるいは樹脂製のグロメットで覆われている。そして、この酸素センサは、排気ユニットの排気管部にねじ締結で固定される。詳細には、排気管部の管壁に雌ねじ部を持ったナット部材が予め溶接されていて、それに対して、雄ねじ部と六角ヘッド部を持った酸素センサのセンサボディがねじ込まれて締結される。その際、酸素センサの六角ヘッド部のところで断面ハット状の保護カバーを挟持する。この場合の保護カバーは、排気管からの輻射熱を遮断して酸素センサのシールや後端側のグロメットを保護するためのものであるが、先端側で受けた熱を後端側のグロメットに達する前に外部へ放散させる機能もあって、その効果が大きく、その意味では、放熱部材というのが相応しい。

特開２００６−２０７４０３号公報

ところで、このように排気マニホールドの直下流に触媒コンバータを配置して一体化した排気ユニットにおける触媒コンバータ直上流の排気管部に放熱部材（保護カバー）を挟持しつつ酸素センサをねじ締結するようにしたエンジンでは、長く使用して酸素センサが故障したような場合に、酸素センサを取り外そうとしても、ねじ締結部が焼き付きに近い状態となってしまっていて取り外しができない場合がある。その場合に、スプレー式のノズルで潤滑剤を噴いて、ねじ締結部に潤滑剤を塗布できれば、多くの場合、ねじを緩めることができ、酸素センサを取り外せるようになる。しかし、酸素センサが放熱部材（保護カバー）を挟んでねじ締結されていたのでは、この放熱部材が潤滑剤塗布用ノズルの挿入の邪魔になる。しかも、直キャタ特有の構造として、触媒コンバータ直上流の排気管部において酸素センサを各気筒から順番に入ってくる排気ガスにできるだけ均等に接触させるよう、酸素センサ取付け部位の管壁を窪んだ形状とし、その窪んだ所に酸素センサを取り付けていると、その深い所にあるねじ締結部の近傍まで放熱部材の外側から潤滑剤塗布用ノズルを挿入することは極めて困難である。

そこで、放熱部材は、断面ハット状で、酸素センサの六角ヘッド部を締め付けるためのツールを挿し込めるようセンサ周囲に空間を確保するよう形成するものであるため、その放熱部材の底壁部に穴を開けて、そこからノズルを挿し込めるようにすることが対策として考えられる。しかし、そのように放熱部材の底壁部に穴を開けても、ノズルは挿し込めるが、スプレー方向を都合よくねじ締結部に向かわせることができず、ねじ締結部に効果的に潤滑剤を塗布することが難しい。また、ノズルを好適な角度で挿し込めるよう放熱部材を大きく切り欠いたりすると、輻射熱を遮断する効果が損なわれ、また、熱を外部へ放散する放熱部材としての機能を維持できなくなる。

こうした事情は、排気マニホールドの直下流に配置されて一体の排気ユニットを構成する排気浄化装置が触媒コンバータ以外のものである場合でも同様であり、排気浄化装置直上流に配置する排ガスセンサが酸素センサ以外のものである場合でも同様である。

したがって、排気マニホールドの直下流に排気浄化装置を配置して一体化した排気ユニットにおける排気浄化装置直上流の排気管部に放熱部材を挟持しつつ排ガスセンサをねじ締結するエンジンの排ガスセンサ取付構造を、放熱部材の機能を維持しつつ、排ガスセンサを取り外す際のノズルによるねじ締結部への潤滑剤塗布を円滑に行えるものとすることが課題である。

本発明のエンジンの排ガスセンサ取付構造は、排気マニホールドの直下流に排気浄化装置を配置して一体化した排気ユニットを備え、該排気ユニットの排気浄化装置直上流の排気管部に、センサ取付け用のねじ付き穴を備えたセンサ取付け座を設け、該センサ取付け座に、平板ドーナツ状の底壁部とその外周縁に連続する周壁部とからなる断面ハット状で前記底壁部の中央に排ガスセンサを挿通可能な穴の開いた円筒形状の放熱部材を挟持しつつ、先端に検出部を備えた排ガスセンサを検出部を排気管部内方の排ガス路に臨ませてねじ締結するエンジンの排ガスセンサ取付構造において、放熱部材の底壁部と周壁部とが連接する隅部位の周方向に離れた複数個所に、底壁部から周壁部にかけて、放熱部材の縦軸を通る断面で視てＬ字状で放熱部材の縦軸方向から視て放熱部材の径方向に延びる潤滑剤塗布用のスリットを設けたことを特徴とする。

このようにエンジンの排ガスセンサ取付構造を構成することで、排ガスセンサを取り外すに先立って、潤滑剤塗布用ノズルを、放熱部材のスリットを通して、放熱部材の外側から内側へ向けて角度をつけて挿入し、スプレー方向を排ガスセンサのねじ締結部に向けて円滑かつ効果的に潤滑剤を塗布することができ、且つ、スリットを極力小さくして、輻射熱を遮断するとともにセンサに伝わった熱を外部へ逃がすという放熱部材の機能を維持することができる。

そして、そのスリットを、放熱部材の外側から内側へ向けて放熱部材の縦軸に対し角度を持って挿入される潤滑剤塗布用ノズルを受け入れ可能な大きさであるようにすることで、スリットを最小限の大きさにとどめて熱気洩れを抑制するとともに放熱面積の減少を抑制することができ、輻射熱を遮断するとともにセンサに伝わった熱を外部へ逃がすという放熱部材の機能を最大限に維持できる。

また、このエンジンの排ガスセンサ取付構造は、放熱部材が、内方にセンサ取付けツール挿入用空間を形成し、スリットが、放熱部材の径方向における内縁部がセンサ取付けツール挿入用空間に重なるように延びているのがよい。そうすることで、潤滑剤塗布用ノズルの先端を排ガスセンサのねじ締結部に極力接近させることができ、ねじ締結部への潤滑剤の塗布が容易になる。

また、このエンジンの排ガスセンサ取付構造において、放熱板は、スリットが排ガスセンサの真下に位置しないように取り付けられているのがよい。スリットが排ガスセンサの真下に位置しないようにすることで、スリットを介する熱気昇流がセンサ後部に直接当たるのを防止することができる。

そして、このエンジンの排ガスセンサ取付構造は、排気マニホールドが、エンジンの気筒毎の分岐管部と、それら分岐管部の排気流れ方向の下流側に位置する排気集合部を備え、排気浄化装置が、本体胴部と、該本体胴部の前後に位置する入口側コーン部および出口側コーン部を備え、排気ユニットの排気マニホールドの排気集合部と排気浄化装置の入口側コーン部との間が排ガスセンサを取付ける排気管部を構成し、該排気管部は、排ガスセンサの取付け部位の管壁がその排気流れ方向の上流側および下流側の部位に対して該排気管部内方の排ガス路径方向中心側に窪んだ形状とされ、排気ユニットが上方から空間を隔てて遮熱板で覆われ、該遮熱板は、排ガスセンサの取付け部位およびその周辺に重なる位置にセンサ用開口が設けられるとともに、該センサ用開口の周辺部が排気管部の窪んだ形状の管壁に沿った斜面形状とされ、放熱部材は、スリットが遮熱板の前記センサ用開口の周辺部の斜面に沿う配置となっているのが好適である。この場合、潤滑剤塗布用ノズルは、遮熱板のセンサ用開口の周辺部の斜面に沿って挿入することができ、ねじ締結部への潤滑剤塗布を円滑に行える。

以上のとおり、本発明によれば、排気マニホールドの直下流に排気浄化装置を配置して一体化した排気ユニットにおける排気浄化装置直上流の排気管部に放熱部材を挟持しつつ排ガスセンサをねじ締結するエンジンにおいて、放熱部材の機能を維持しつつ、排ガスセンサを取り外す際のノズルによるねじ締結部への潤滑剤塗布を円滑に行えるものとすることが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜４は、本発明の実施形態のエンジンの排ガスセンサ取付構造を示している。図１は排気ユニットの平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面概略図、図３は排ガスセンサ取付部の断面詳細図、図４は放熱部材の平面図（ａ）およびそのＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。

この実施形態のエンジンは、図示しないエンジン本体の排気側に、図１に示すように排気マニホールド部１（排気マニホールド）と触媒コンバータ部２（排気浄化装置）とを一体化した排気ユニット３を備える直列４気筒エンジンである。

排気マニホールド部１は、気筒毎の分岐管部４Ａ〜４Ｄと、それら分岐管部４Ａ〜４Ｄの排気流れ方向の下流側に位置して各気筒の排気を集合させる排気集合部５を備えている。また、触媒コンバータ部２は、触媒を支持する担体を収納した本体胴部６と、該本体胴部６の前後に位置する入口側コーン部７および出口側コーン部８を備えている。そして、排気マニホールド部１の直下流に触媒コンバータ部２が配置され、排気集合部５と入口側コーン部７とが排気管部９を介して一体化し、排気マニホールド部１と触媒コンバータ部２とからなる一体の排気ユニット３が構成されている。

排気ユニット３は、図２に示すように排気マニホールド部１から触媒コンバータ部２にかけて全体が斜め下方に傾斜した配置でエンジン本体に連結されるもので、排気集合部５と入口側コーン部７との間の排気管部９のエンジン本体に対し外側となる部位の管壁に、触媒コンバータ部２直上流の排気ガス中の酸素濃度を検出するよう酸素センサ１０（排ガスセンサ）が取り付けられている。

排気管部９は、酸素センサ１０を各気筒から順番に入ってくる排気ガスにできるだけ均等に接触させるよう、図２に示すように、酸素センサ１０を取り付ける部位の管壁が排気流れ方向の上流側および下流側の部位に対して排気管部内方の排ガス路径方向中心側に窪んだ形状とされて、その窪んだ所に、センサ取付け用のねじ付き穴（雌ねじ部）を備えたセンサ取付け座を構成するナット部材１１が溶接付けされている。このナット部材１１が構成するセンサ取付け座に、放熱部材１２を介して酸素センサ１０がねじ締結される。

酸素センサ１０は、先端に検出部１３を有し、後端側にハーネス部１４を有し、中間部位にねじ締結用の雄ねじ部１５ａと六角ヘッド部１５ｂを持ったセンサボディ１５を有するもので、ハーネス部１４の後端部分がゴムあるいは樹脂製のグロメット１６で覆われている。

放熱部材１２は、平板ドーナツ状の底壁部１７とその外周縁に連続する円筒状の周壁部１８とからなる断面ハット状で底壁部１７の中央に酸素センサ１０を挿通可能な穴１９の開いた円筒形状の金属部材であり、内方に、中空円柱状のセンサ取付けツール２０を挿入して六角ヘッド部１５ｂを締結あるいは解除方向へ回すためのセンサ取付けツール挿入用空間２１を形成する。

酸素センサ１０は、先端側からワッシャ２２を嵌めて放熱部材１２の穴１９に通し、ナット部材１１にねじ締結し、排気管部９の管壁に対し略垂直に取り付ける。

排気ユニット３は、図３に示すように上方から空間を隔てて金属製の遮熱板２３で覆われる。そして、その遮熱板２３は、排気集合部５と入口側コーン部７との間の排気管部９における排ガスセンサ１０が取り付けられる部位およびその周辺に重なる位置に、センサ用開口２３ａが設けられ、このセンサ用開口２３ａの周辺部が、排気管部９の窪んだ形状の管壁に沿った斜面２３ｂを形成している。

放熱部材１２は、図３に示し、また、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、底壁部１７と周壁部１８とが連接する隅部位の周方向に離れた複数箇所に、底壁部１７から周壁部１８にかけて、放熱部材１２の縦軸を通る断面で視てＬ字状で（図４の（ｂ）参照）、該放熱部材１２の縦軸方向から視て該放熱部材の径方向に延びる（図４の（ａ）参照）潤滑剤塗布用のスリット２４が設けられている。この実施形態では図４に実線で示すように２個のスリット２４が設けられているが、スリット２４の数は、図４に破線で示すように３個でもよく、それ以上でもよい。

スリット２４は夫々、放熱部材１２の径方向における内縁部２４ａがセンサ取付けツール挿入用空間２１に重なるように延び、図３に示すように、放熱部材１２の外側から内側へ向けて該放熱部材１２の縦軸に対し角度を持って挿入される潤滑剤塗布用ノズル２５を受け入れ可能な大きさで、且つ、できるだけ排気ユニット３側の熱気を酸素センサ１０の後端側に漏らさないよう、特に内幅が、潤滑剤塗布用ノズル２５がようやく入る程度に抑えられている。

放熱部材１２の底壁部１７には、図４の（ａ）に示すように複数（図の例では４個）の水抜き穴２６が設けられている。

放熱部材１２は、スリット２４を介する熱気昇流がセンサ後部に直接当たるのを防止するため、スリット２４が酸素センサ１０の真下に位置しないよう、スリット２４を左右あるいは上に向けた例えば図４の（ａ）に示す姿勢で取付けられる。

そして、放熱部材１２は、取付け状態において、図３に示すようにスリット２４が遮熱板２３のセンサ用開口２３ａの周辺部の斜面２３ｂに沿う配置となる

この実施形態では、酸素センサ１０を取り外す際に、図３に示すように潤滑剤塗布用ノズル２５を放熱部材１２のスリット２４を通して放熱部材１２の外側から内側へ向けて角度をつけて挿入し、スプレー方向を酸素センサ１０のねじ締結部（雄ねじ部１５ａ）に向けて円滑かつ効果的に潤滑剤を塗布することができる。そして、放熱部材１２は、スリット２４を最小限の大きさにとどめて熱気洩れを抑制するとともに放熱面積の減少を抑制することができ、輻射熱を遮断するとともに酸素センサ１０に伝わった熱を外部へ逃がす機能を最大限に維持できる。

なお、本発明は、排気マニホールドの直下流に配置されて一体の排気ユニット３を構成する排気浄化装置が触媒コンバータ以外のものである場合にも適用でき、排気浄化装置直上流に配置する排ガスセンサが酸素センサ以外のものである場合にも適用でき、その他、様々な態様で実施することができる。

本発明の実施形態に係る排気ユニットの平面図である。 図１のＡ−Ａ断面概略図である。 本発明の実施形態に係る排ガスセンサ取付部の断面詳細図である。 本発明の実施形態に係る放熱部材の平面図（ａ）およびそのＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。

符号の説明

１ 排気マニホールド部（排気マニホールド）
２ 触媒コンバータ部（排気浄化装置）
３ 排気ユニット
４Ａ〜４Ｄ 分岐管部
５ 排気集合部
６ 本体胴部
７ 入口側コーン部
９ 排気管部
１０ 酸素センサ（排ガスセンサ）
１１ ナット部材（センサ取付け座）
１２ 放熱部材
１３ 検出部
１５ａ 雄ねじ部
１５ｂ 六角ヘッド部
１７ 底壁部
１８ 周壁部
１９ 穴
２０ センサ取付けツール
２１ ツール挿入用空間
２３ 遮熱板
２３ａ センサ用開口
２３ｂ 斜面
２４ スリット
２５ 潤滑剤塗布用ノズル

Claims (5)

1. 排気マニホールドの直下流に排気浄化装置を配置して一体化した排気ユニットを備え、該排気ユニットの排気浄化装置直上流の排気管部に、センサ取付け用のねじ付き穴を備えたセンサ取付け座を設け、該センサ取付け座に、平板ドーナツ状の底壁部とその外周縁に連続する周壁部とからなる断面ハット状で前記底壁部の中央に排ガスセンサを挿通可能な穴の開いた円筒形状の放熱部材を挟持しつつ、先端に検出部を備えた排ガスセンサを前記検出部を前記排気管部内方の排ガス路に臨ませてねじ締結するエンジンの排ガスセンサ取付構造において、
   前記放熱部材の底壁部と周壁部とが連接する隅部位の周方向に離れた複数個所に、前記底壁部から前記周壁部にかけて、該放熱部材の縦軸を通る断面で視てＬ字状で該放熱部材の縦軸方向から視て該放熱部材の径方向に延びる潤滑剤塗布用のスリットを設けたことを特徴とするエンジンの排ガスセンサ取付構造。
2. 前記スリットは、前記放熱部材の外側から内側へ向けて該放熱部材の縦軸に対し角度を持って挿入される潤滑剤塗布用ノズルを受け入れ可能な大きさである請求項１記載のエンジンの排ガスセンサ取付構造。
3. 前記放熱部材は、内方にセンサ取付けツール挿入用空間を形成し、前記スリットは、前記放熱部材の径方向における内縁部が前記センサ取付けツール挿入用空間に重なるように延びていることを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの排ガスセンサ取付構造。
4. 前記放熱板は、前記スリットが前記排ガスセンサの真下に位置しないように取り付けられていることを特徴とする請求項１、２または３記載のエンジンの排ガスセンサ取付構造。
5. 前記排気マニホールドは、エンジンの気筒毎の分岐管部と、それら分岐管部の排気流れ方向の下流側に位置する排気集合部を備え、
   前記排気浄化装置は、本体胴部と、該本体胴部の前後に位置する入口側コーン部および出口側コーン部を備え、
   前記排気ユニットは前記排気マニホールドの排気集合部と前記排気浄化装置の入口側コーン部との間が前記排ガスセンサを取付ける排気管部を構成し、
   該排気管部は、前記排ガスセンサの取付け部位の管壁がその排気流れ方向の上流側および下流側の部位に対して該排気管部内方の前記排ガス路径方向中心側に窪んだ形状とされ、
   前記排気ユニットが上方から空間を隔てて遮熱板で覆われ、
   該遮熱板は、前記排ガスセンサの取付け部位およびその周辺に重なる位置にセンサ用開口が設けられるとともに、該センサ用開口の周辺部が前記排気管部の窪んだ形状の管壁に沿った斜面形状とされ、
   前記放熱部材は、前記スリットが前記遮熱板の前記センサ用開口の周辺部の斜面に沿う配置となっていることを特徴とする請求項１、２、３または４記載のエンジンの排ガスセンサ取付構造。

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