JP2011022099A - センサユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】 ハウジングと排気管との間に配置したオイルカバーにて、排気管のガスセンサ付近へのオイルの付着を規制すると共に、オイルカバーに付着するオイルが排気管内に入り込むことなく、被測定ガス中に含まれる特定ガス成分の濃度を精度良く検出できるセンサユニットを提供する。
【解決手段】
検出素子6を収容すると共に、鍔部53の先端面を排気管107の外面に臨ませる形態で排気管107に取付けられるガスセンサ1と、鍔部53の先端面と排気管107の外面との間に配設されるオイルカバー100と、を備えるセンサユニット106であり、オイルカバー100は、鍔部53よりも径方向外側まで延びると共に、径方向全体にひろがる板状をなす延長部位102を有し、延長部位102には、環状の凹部又は凸部103が延長部位の後端側に向かって形成される。
【選択図】 図4

Description

本発明は、排気管へのオイルの付着を規制するオイルカバーが取付けられたセンサユニットに関する。
従来から、排気ガス等の被測定ガス中に含まれる特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサが知られている。このガスセンサは、検出素子を先端側に備えるとともに、この検出素子を保持する金属製のハウジングを備えている。さらに、ガスセンサは、検出素子の出力取出し用や、検出素子を加熱するヒータの通電用のリード線を、ハウジングの後端側から外部に引き出している。そして、このガスセンサは、検出素子の先端側を排気管の内部に突出させつつ、ハウジングに形成された鍔部を排気管に係止させることで、鍔部よりも後端側を外部に位置させて、取付けられる。
さらに、このようなガスセンサの取付け構造においては、ハウジングの後端側におけるリード線とハウジングとの気密を確保することが必要なため、ハウジングの後端側におけるリード線の周囲には弾性部材が充填される。このような弾性部材は、たとえばシリコンゴムやフッ素ゴム等の樹脂材料からなっている。
ところで、この弾性部材は、排気管からハウジングに伝熱することにより、弾性部材が高熱に晒され劣化しやすい。そこで、特許文献1のように、排気管とハウジングとの間に略浅皿形状の保護カバーを挟持し、この保護カバーにより排気管から弾性部材への伝熱を抑制している。この保護カバーは、ガスセンサの先端側を挿通する挿通孔を有し、排気管とハウジングとの間に挟持される取付座部と、取付座部の外周に接続し、ハウジングの鍔部を取り囲む円筒部と、円筒部の後端に接続し、後端側に向かうにつれて拡径するフレアー部とを有している。そして、このフレアー部が、排気管及びガスセンサからより離間することで、保護カバーにて排気管からの熱を放熱している。
特開2006−207403号公報
ところで、排気管の外面にオイルが付着すると、排気管の熱によりオイルが発火することがあった。例えば、排気管の外面に消音材が形成された内燃機関が知られている。この消音材としては、シリグラス(日本無機株式会社製)等の高珪酸ガラス繊維からなるものである。このような、外面に消音材を備えた排気管では、消音材に付着したオイルが起点となり発火することにより、排気管の外面から放熱することがあった。そして、この発火がガスセンサ付近で起こると、排気管から弾性部材への伝熱がさらに増加することになり、弾性部材の劣化を抑制できなくなる可能性がある。これに対し、特許文献1に記載された保護カバーをガスセンサと排気管との間に挟持すると、この保護カバーにオイルが付着することとなり、ガスセンサ付近の排気管外面にオイルが付着することを抑制でき、ガスセンサ付近での発火を抑制することができる。
しかしながら、特許文献1に記載された保護カバーでは、例えば、フレアー部に付着したオイルが円筒部に向かって流れていき、円筒部と取付座部との間にオイルが滞留することとなる。そして、取付座部に形成された挿通孔から排気管内部にオイルが入り込むこととなり、オイルと被測定ガスとが排気管内にて混在することになる。その結果、被測定ガス中に含まれる特定ガス成分の濃度を精度良く検出することができない虞がある。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ハウジングと排気管との間に配置した保護カバーにて、排気管のガスセンサ付近へのオイルの付着を規制すると共に、保護カバーに付着するオイルが排気管内に入り込むことなく、被測定ガス中に含まれる特定ガス成分の濃度を精度良く検出することができるセンサユニットを提供するものである。
そこで、本発明は、検出素子と、前記検出素子を収容すると共に、径方向外側に向かって突出する鍔部を有し、前記鍔部の先端面を排気ガスが流通する排気管の外面に臨ませる形態で当該排気管に取付けられるハウジングと、を有するセンサと、前記鍔部の前記先端面と前記排気管の外面との間に配設され、排気管へのオイルの付着を規制するオイルカバーと、を備えるセンサユニットであって、
前記オイルカバーは、前記鍔部よりも径方向外側まで延びると共に、前記ハウジングの径方向全体にひろがる板状をなす延長部位を有し、前記延長部位には、前記ハウジングを取り囲む環状の凹部又は凸部が、前記延長部位の後端側に向かって形成されていることを特徴とするものである。
このように、オイルカバーには、鍔部よりも径方向外側まで延びると共に、ハウジングの径方向全体にひろがる板状をなす延長部位を有している。これにより、ガスセンサ付近の排気管外面にオイルが付着することを抑制し、ガスセンサ付近での発火を抑制することができる。その結果、排気管から弾性部材への伝熱がさらに増加することを抑制でき、弾性部材が劣化することを抑制できる。
そのうえ、延長部位は、ハウジングの径方向全体にひろがる板状をなしているので、延長部位からハウジングと排気管との間に配設された部位(以下、内側部位と言う)にオイルが流れ込み、内側部位にて滞留することが無く、排気管内部にオイルが入り込むことを抑制し、被測定ガス中に含まれる特定ガス成分の濃度を精度良く検出することができる。
なお、「板状」とは、鍔部の先端面に対して略平行に形成されていることを指す。
さらに、延長部位に環状の凸部又は凹部を形成することで、板状に形成された延長部位に飛石等の外部からの衝撃が加わったとしても、オイルカバーが変形することを抑制でき、ガスセンサ付近の排気管の外面へのオイルの付着を抑制することができる。
さらに、本発明のセンサユニットは、前記オイルカバーが、前記鍔部よりも径方向内側に配置された内側部位を有し、該内側部位には、前記ハウジングを取り囲む環状の段部が、該内側部位の後端側に向かって突出することが好ましい。これにより、オイルカバーの段部よりも径方向内側へのオイルの侵入を防止することができ、排気管内部にオイルが入り込むことを抑制することができる。
さらに、本発明のセンサユニットは、前記延長部位には、前記ハウジングを取り囲む環状の凸部が、前記延長部位の後端側に向かって形成されていることが好ましい。延長部位に後端側に向かって凹部を形成すると、排気管にガスセンサを取付けた際に、凹部が邪魔して、排気管に対してガスセンサが所定の位置に取付けられてないが、凸部とすることで、排気管に対してガスセンサが所定の位置に取付けられないことを抑制することができる。
さらに、本発明のセンサユニットは、オイルカバーの前記延長部位の後端面と該凸部とのなす角度が、該段部と該後端面となす角度よりも鈍角であることが好ましい。オイルカバーの延長部位に、後端側に向けて凸部を形成すると、段部と凸部との間にてオイルが滞留することがある。このとき、延長部位の後端面と凸部とのなす角度を、段部と後端面となす角度よりも鈍角とすることで、オイルが段部よりも凸部を乗り越えやすくなる。よって、ガスセンサが排気管等の振動等を受けた際に、オイルは凸部より径方向外側に向かって流れる。その結果、オイルカバーの段部よりも径方向内側へのオイルの侵入を防止することができ、排気管内部にオイルが入り込むことを抑制することができる。また、ガスセンサ周囲の排気管外面へオイルが付着する心配もない。
さらに、本発明のセンサユニットは、前記段部の高さが、前記凸部の高さよりも高いことが好ましい。これにより、オイルが段部よりも凸部を乗り越えやすくなるため、オイルカバー後端面にオイルが滞留したとしても、凸部より高く滞留した場合に凸部から径方向外側に向かってオイルが流れる。その結果、オイルが段部よりも径方向内側にオイルが侵入することを防止することができる。
本発明によれば、ハウジングと排気管との間に配置した保護カバーによって、ガスセンサ付近の排気管へのオイル付着を規制すると共に、保護カバーに付着するオイルが排気管内に入り込むことなく、被測定ガス中に含まれる特定ガス成分の濃度を精度良く検出することができるセンサユニットを提供することができる。
ガスセンサ1の構造を示す縦断面図である。 オイルカバー100の縦断面図である。 オイルカバー100の上面図である。 排気管への取付け後のセンサユニットの説明図である。
以下、本発明を具体化したセンサユニット106の一実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態のガスセンサ1の構造を示す縦断面図である。図2は、オイルカバーの縦断面図である。図3は、オイルカバーの上面図である。図4は、センサユニットを排気管に取付けた際の説明図である。
なお、図1に示すガスセンサ1は自動車等の内燃機関のエンジンから排出される排気ガスの排気管107(図4参照)に取付けられて使用されるものであり、軸線O方向において、排気管内に挿入される検出素子6の先端部に向かう側(閉じている側であり図中下側)を先端側とし、これと反対方向に向かう側(図中上側)を後端側として説明するものとする。
図1に示すガスセンサ1は、排気管107内を流通する排気ガス中の酸素の有無を検出するためのセンサであり、細長で先が閉じられた筒状の検出素子6を主体金具5や外筒3、プロテクタ4内に保持した構造を有する。ガスセンサ1からは、この検出素子6の出力する信号を取出したり、検出素子6に併設されるヒータ7への通電を行ったりするためのリード線18が引き出されており、ガスセンサ1とは離れた位置に設けられる図示外のセンサ制御装置あるいは自動車の電子制御装置(ECU)に電気的に接続されている。
ガスセンサ1の検出素子6は、ジルコニアを主成分とする固体電解質体61を軸線O方向に延びる有底筒状に形成したものである。固体電解質体61の内面には、PtまたはPt合金からなる基準電極62がそのほぼ全面を覆うように多孔質状に形成されている。また、固体電解質体61の外面にも、基準電極62と同様に、PtまたはPt合金からなる検出電極63が多孔質状に形成されている。検出素子6の先端側(閉じている側)は検出部64として構成され、外面の検出電極63が排気管107内を流通する排気ガス中に晒される。図示しないがこの検出電極63は耐熱性セラミックスよりなる多孔質状の電極保護層により被覆されており、排気ガスによる被毒から保護されている。また、検出素子6の軸線O方向の略中間位置には、径方向外側に向かって突出する鍔状のフランジ部65が設けられている。そして、検出素子6の筒内には、固体電解質体61を加熱して活性化させるための棒状のヒータ7が挿入されている。
検出素子6は、自身の径方向周囲を筒状の主体金具5に取り囲まれた状態で、その主体金具5の筒孔55内に保持されている。主体金具5はSUS430等のステンレス鋼からなる筒状の部材であり、先端側に、排気管の取付部(図示外)に螺合する雄ねじ部52が形成されている。雄ねじ部52よりも先端側には、その外周に後述するプロテクタ4が係合される先端係合部56が形成されている。検出素子6の検出部64は、この先端係合部56よりも先端側に突出させている。
主体金具5の雄ねじ部52の後端側には径方向に拡径された鍔部53が形成されており、ガスセンサ1を排気管の取付部(図示外)に取付ける際に使用される取り付け工具が係合される。この鍔部53と雄ねじ部52との間の部位には、排気管の取付部を介したガス抜けを防止するための環状のガスケット11が嵌挿されている。そして主体金具5の後端側には、自身の筒孔55内で保持する検出素子6を加締め固定するための加締部57が設けられている。検出素子6の後端部66は、この加締部57よりも後端側に突出されている。そして、鍔部53と加締部57との間には、その外周に後述する外筒3の先端部31が係合される後端係合部58が形成されている。
次に、主体金具5の筒孔55内の先端側にはその内周を径方向内側に向けて突出させた段部59が設けられており、この段部59に、金属製のパッキン12を介し、アルミナからなる筒状の支持部材13が係止されている。支持部材13の内周も段状に形成されており、その段状の部位に配置される金属製のパッキン14を介し、検出素子6のフランジ部65が支持部材13により支持されている。さらに筒孔55内には、支持部材13の後端側に滑石粉末からなる充填部材15が充填され、その充填部材15を支持部材13との間で挟むように、充填部材15の後端側にアルミナ製で筒状のスリーブ16が配置されている。
スリーブ16の後端側には環状のリング17が配置されており、主体金具5の加締部57を内側先端方向に加締めることで、リング17を介し、スリーブ16が充填部材15に対して押しつけられている。この加締部57の加締めを通じ、充填部材15が、主体金具5の段部59に係止された支持部材13に向けて検出素子6のフランジ部65を押圧するように圧縮充填されると供に、主体金具5の筒孔55の内周面と検出素子6の外周面との間の間隙が気密に埋められている。このように、検出素子6は、主体金具5の加締部57と段部59との間において挟持された各部材を介し、主体金具5の筒孔55内で保持されている。
次に、主体金具5の先端係合部56には、その先端係合部56から軸線O方向の先端側に向け突出された検出素子6の検出部64を覆うプロテクタ4が、溶接によって組み付けられている。プロテクタ4は、ガスセンサ1が排気管(図示外)に取付けられた際に排気管内に突き出される検出素子6の検出部64を、排気ガス中に含まれる水滴や異物等の衝突から保護するものである。プロテクタ4は、有底筒状をなし開放された側の周縁部が先端係合部56に接合される外側プロテクタ41と、その外側プロテクタ41の内部に固定された有底筒状の内側プロテクタ45とからなる2重構造をなすように構成されている。外側プロテクタ41および内側プロテクタ45の外周面には内部に排気ガスを導入し、検出素子6の検出部64へと導くための導入口42がそれぞれ開口されている(内側プロテクタ45のガス導入口は図示せず)。また、外側プロテクタ41および内側プロテクタ45の底面には、内部に入り込んだ水滴や排気ガスを排出するための排出口43,48がそれぞれ開口されている。
また、前述したように、検出素子6の後端部66は、主体金具5の後端(加締部57)よりも後方に突出されている。この後端部66よりも軸線O方向の後端側には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ8が配置されている。セパレータ8は、その内部に、検出素子6の基準電極62および検出電極63や、ヒータ7の有する発熱抵抗体に通電するため後端側にて露出された一対の電極71(図1ではそのうちの一方の電極71を示している。)にそれぞれ電気的に接続される4つの接続端子19(図1ではそのうちの3つの接続端子19を示している。)が、互いに接触しないように分離するためのものであり、各接続端子19が独立して収容される収容部82を有する。この収容部82はセパレータ8を軸線O方向に貫通しており、セパレータ8よりも先端側と後端側との間における大気連通が可能に構成されている。各接続端子19には4本のリード線18の芯線がそれぞれ加締め接合されており(図1ではそのうちの3本のリード線18を示している。)、各リード線18は、後述するグロメット9を介してガスセンサ1の外部に引き出されている。また、セパレータ8の外周面には径方向外側に突出するフランジ部81が設けられており、そのフランジ部81よりも先端側の外周面に、略円筒状の保持金具85が嵌挿されている。
次に、主体金具5の後端係合部58には、SUS304等のステンレス鋼からなる筒状の外筒3の先端部31が係合されている。この先端部31は外周側から加締められ、更に外周を一周してレーザ溶接が施されて、後端係合部58に接合されている。外筒3は、軸線O方向に沿って後端側へ向けて延びており、検出素子6の後端部66やそれよりも後端側に配置されるセパレータ8の外周を径方向に取り囲んでいる。セパレータ8の配置位置に相当する外筒3の外周面は径方向に加締められており、これにより、保持金具85が、自身の内部にセパレータ8を保持しつつ、外筒3の内側にて加締め保持されている。
また、外筒3の後端側の開口32には、フッ素系ゴムからなるグロメット9が嵌合されている。図2に示すように、グロメット9は、軸線O方向を高さ方向とする略円柱状に形成された栓部材であり、外筒3の後端側を塞いでいる。そして、その径方向の中央には軸線O方向に貫通する大気連通孔91が形成されており、その大気連通孔91よりも外周側にも、軸線O方向に貫通する4つのリード線挿通孔92が周方向に等間隔となる位置にそれぞれ形成されている。なお、グロメット9が、本発明における「弾性部材」に相当する。
ここで図1に示すように、大気連通孔91は、グロメット9によって閉栓された外筒3内に大気を導入するために設けられたものである。外筒3内には検出素子6が後端部66を突き出した形態で主体金具5に保持されているが、その検出素子6の筒内に形成された基準電極62が、大気連通孔91およびセパレータ8の収容部82を介し、大気に晒されるように構成されている。また、4つのリード線挿通孔92には、検出素子6の検出電極63および基準電極62やヒータ7の一対の電極71と図示外のセンサ制御装置またはECUとを電気的に接続する4本のリード線18が、それぞれ独立に挿通される(図1ではそのうちの2本のリード線18がリード線挿通孔92に挿通された状態を示している。)。
一方、図1に示すように、グロメット9の大気連通孔91内にはフィルタ部材87およびその留め金具88が挿入されている。フィルタ部材87は、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂から形成されたミクロンサイズの網目構造を有する薄膜状のフィルタであり、水滴等は通さず大気は連通可能に構成されたものである。留め金具88は筒状に形成された部材であり、自身の外周と大気連通孔91の内周との間にフィルタ部材87を挟み、グロメット9に固定する。
このように、大気連通孔91にフィルタ部材87および留め金具88が挿入され、リード線挿通孔92にリード線18が挿通されたグロメット9は、セパレータ8に後端側から当接するように外筒3の開口32に嵌合されている。この状態で外筒3の開口32よりやや先端側の部位が外周側から径方向内側に加締められ、グロメット9が外筒3に固定されている。なお、加締めによって形成された加締部35は、外筒3の外周面において径方向に凹んだ状態で周方向に一周する溝状をなしている。
次に、本実施形態の主要部ととなるオイルカバー100について説明する。本実施形態におけるオイルカバー100は、鍔部53の先端面53aとガスケット11との間に挟持される。このオイルカバー100は、図2、又は図3に示されるように、SUS304L等のステンレス鋼からなる円形の薄板形状を有し、中心部にガスセンサ1の先端側を挿通するための挿通孔108と、挿通孔108の周囲を取り囲む内側部位101と、内側部位101の周囲を取り囲み、径方向外側まで伸びると延長部位102と、を有している。なお、内側部位101は、オイルカバー100を鍔部53の先端面53aとガスケット11との間に挟持した際に、鍔部53の先端面53aに対向する部位であり、延長部位102は、鍔部53よりも径方向外側に位置する部位である(図4参照)。このように、オイルカバー100には、鍔部53よりも径方向外側まで延びると共に、径方向全体にひろがる板状をなす延長部位102を有しているので、ガスセンサ1付近の排気管107の外面にオイルが付着することを抑制し、ガスセンサ付近での発火を抑制することができる。
さらに、図2に示されるように、延長部位102は板状をなしているため、内側部位101にオイルが流れ込み、滞留することが無く、排気管107内部にオイルが入り込むことを抑制し、被測定ガス中に含まれる特定ガス成分の濃度を精度良く検出することができる。
さらに、図2に示されるように、延長部位102には、半球状の凸部103が後端側に向かって円環状に形成されている。このように、延長部位102に環状の凸部103を形成することで、延長部位102に外部から衝撃が加わった場合であっても、オイルカバー100の変形を抑制することができ、ガスセンサ付近の排気管の外面へのオイルの付着を抑制することができる。さらに、排気管にセンサユニットを取付けた際に、排気管に対してガスセンサが所定の位置に取付けられないことも抑制することができる。なお、本実施形態において、主体金具5及び外筒3が、特許請求の範囲の「ハウジング」に相当する。
さらに、図2に示されるように、内側部位101には後端側に向かって突出する環状の段部104が形成されている。この段部104により、オイルが径方向内側に侵入することを防止し、結果として、排気管107の内部にオイルが入り込むことを抑制することができる。
さらに、図2に示されるように、オイルカバー100の後端面105と凸部103とのなす角度θ1は、オイルカバー100の後端面105と段部104となす角度θ2より鈍角になるよう形成されている。これにより、段部104と凸部103との間にオイルが滞留したとしても、オイルが段部104よりも凸部103を乗り越えやすくなる。よって、センサユニット106が排気管107の振動等を受けた際に、オイルは凸部103より径方向外側に向かって流れる。その結果、オイルカバー100の段部104よりも径方向内側へのオイルの侵入を防止することができ、排気管107の内部にオイルが入り込むことを抑制することができる。なお、角度θ1、θ2は、それぞれ凸部103、段部104とオイルカバー100の後端面105との頂点から法線方向に引いた2つの仮想線がなす鋭角のことを指す。
さらに、図2に示されるように、段部104の高さt1は、凸部103の高さt2よりも高く形成されている。これにより、段部104と凸部103との間にオイルが滞留したとしても、凸部103の高さよりも高く滞留すると、オイルは凸部103より径方向外側に向かって流れる。その結果、オイルカバー100の段部104よりも径方向内側へのオイルの侵入を防止することができ、排気管107の内部にオイルが入り込むことを抑制することができる。なお、高さt1、t2は、オイルカバー100の後端面105から段部104の後端までの高さ、及びオイルカバー100の後端面105から凸部103までの高さのことを指す。
次に、オイルカバー100をガスセンサ1に取付けたセンサユニット106について、図4を用いて説明する。センサユニット106は、鍔部53の外側にスリーブレンチを嵌合して、ガスケット11より先端部を排気管107の内部にねじ込むことにより取付けを行う。このとき、オイルカバー100は、鍔部53とガスケット11との間に挟持され、固定される。
なお、本発明は上記実施の形態に限らず、各種変形が可能なことは言うまでもない。例えば、本実施形態では、凸部103は、延長部位102の後端面に向かって突出するように形成したが、これに限られず、後端側に向かって凹部を形成(つまりは、先端側に向かって突出する凸部)しても良い。
また、本実施形態では、凸部103は半球状を有していたが、これに限られず、錐状に形成されていても良い。
また、本実施形態では、凸部103は、円環状に形成されていたが、これに限られず、周方向に繋がる環状に形成されていても良いし、一部が途切れた環状に形成されていても良い。
また、本実施形態では、凸部103は、周方向にわたって1つの円環状に形成されていたが、これに限られず、複数の円環状に形成されていても良い。
1 ガスセンサ
9 弾性部材
11 ガスケット
53 鍔部
100 オイルカバー
101 内側部位
102 延長部位
103 凸部
104 段部
106 センサユニット
107 排気管

Claims (5)

  1. 検出素子と、前記検出素子を収容すると共に、径方向外側に向かって突出する鍔部を有し、前記鍔部の先端面を排気ガスが流通する排気管の外面に臨ませる形態で当該排気管に取り付けられるハウジングと、を有するセンサと、
    前記鍔部の前記先端面と前記排気管の外面との間に配設され、排気管へのオイルの付着を規制するオイルカバーと、を備えるセンサユニットであって、
    前記オイルカバーは、前記鍔部よりも径方向外側まで延びると共に、前記ハウジングの径方向全体にひろがる板状をなす延長部位を有し、前記延長部位には、前記ハウジングを取り囲む環状の凹部又は凸部が、前記延長部位の後端側に向かって形成されていることを特徴とするセンサユニット。
  2. 前記オイルカバーは、前記鍔部よりも径方向内側に配置された内側部位を有し、該内側部位には、前記ハウジングを取り囲む環状の段部が、該内側部位の後端側に向かって突出することを特徴とする請求項1に記載のセンサユニット。
  3. 前記延長部位には、前記ハウジングを取り囲む環状の凸部が、前記延長部位の後端側に向かって形成されていることを特徴とする請求項1または2記載のセンサユニット。
  4. 前記オイルカバーの前記延長部位の後端面と該凸部とのなす角度は、該段部と該後端面となす角度よりも鈍角であることを特徴とする請求項3の何れかに記載のセンサユニット。
  5. 前記段部の高さは、前記凸部の高さよりも高いことを特徴とする請求項3乃至4の何れかに記載のセンサユニット。
JP2009169623A 2009-07-20 2009-07-20 センサユニット Expired - Fee Related JP5147079B2 (ja)

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