JP2011047696A - ガスセンサユニット、固定具、及びガスセンサ取付け構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関の吸気系統の外側へのガスセンサの突き出し長さを短くすることができると共に、吸気系統の材質等に関わらずガスセンサの取付けが容易で確実なガスセンサユニット、ガスセンサの固定具、及びガスセンサ取付け構造を提供する。
【解決手段】軸線方向Oに延び、先端側に検出部11を有するガスセンサ1と、ガスセンサを装着して内燃機関の吸気系統400に取り付けられる固定具200とを備えたガスセンサユニット300であって、固定具200は、ガスセンサ1の径方向を囲む吸気系統取付け面202と、軸線方向Oが吸気系統取付け面との間で傾斜するようにガスセンサ1を装着すると共に、吸気系統取付け面の内側に位置するセンサ装着部204とを一体に備え、ガスセンサ1を装着した状態の固定具200は、吸気系統の壁面に設けられた開口400hを覆いつつ、検出部が吸気系統の内部400iに向くように吸気系統に取り付けられる。
【選択図】図2
【解決手段】軸線方向Oに延び、先端側に検出部11を有するガスセンサ1と、ガスセンサを装着して内燃機関の吸気系統400に取り付けられる固定具200とを備えたガスセンサユニット300であって、固定具200は、ガスセンサ1の径方向を囲む吸気系統取付け面202と、軸線方向Oが吸気系統取付け面との間で傾斜するようにガスセンサ1を装着すると共に、吸気系統取付け面の内側に位置するセンサ装着部204とを一体に備え、ガスセンサ1を装着した状態の固定具200は、吸気系統の壁面に設けられた開口400hを覆いつつ、検出部が吸気系統の内部400iに向くように吸気系統に取り付けられる。
【選択図】図2
Description
本発明は、被検出ガスの濃度を検出するガスセンサを、内燃機関の吸気系統に取り付けたガスセンサユニット、固定具、及びガスセンサ取付け構造に関する。
ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関の吸気系統(例えば、吸気管や吸気マニホールド等)にガスセンサを取り付け、特定ガスの濃度をモニタして燃焼状態等を制御することが行われている。そして、このようなガスセンサの構造としては、特許文献1に記載の構造が知られている。ところで、ガスセンサを内燃機関の吸気系統に取り付けるにあたっては、吸気管周辺の構造やレイアウトに制約を受けるため、ガスセンサ自身の軸を吸気管の軸に対し傾斜して取り付けることがある。ここで、ガスセンサは、ガス検出素子を内部に収容するケース(主体金具)の外側に設けられた雄ねじ部を、吸気管の壁面に孔開けされた雌ねじ部にねじ止めして固定されている。
又、内燃機関を搭載した車両が衝突した際、被衝突体への衝撃を和らげるためにボンネット高を低くすることが要求されており、そのため吸気管の外側へのガスセンサの突き出し長さを短くすることが必要になっている。
又、内燃機関を搭載した車両が衝突した際、被衝突体への衝撃を和らげるためにボンネット高を低くすることが要求されており、そのため吸気管の外側へのガスセンサの突き出し長さを短くすることが必要になっている。
上記したように従来のガスセンサは、ケースの雄ねじ部を用いて吸気管に取付けられるため、ケースの雄ねじ部の軸線及び吸気管の雌ねじ部の軸線を斜めに形成すれば、ガスセンサの吸気管に対する取付け角度を変えることはできるが、ガスセンサの取付け深さを変えることは困難であり、吸気管外側へのガスセンサの突き出し長さを短くする点で限界がある。
又、近年では、内燃機関の吸気系統がアルミニウムや樹脂で構成されるようになり、吸気管等の壁面に雌ねじ部を孔開けすることが難しく、ガスセンサの取付けに困難が生じることが懸念される。
そこで、本発明は、内燃機関の吸気系統の外側へのガスセンサの突き出し長さを短くすることができると共に、吸気系統の材質等に関わらずガスセンサの取付けが容易で確実なガスセンサ付固定具、固定具、及びガスセンサ取付け構造を提供することを目的とする。
又、近年では、内燃機関の吸気系統がアルミニウムや樹脂で構成されるようになり、吸気管等の壁面に雌ねじ部を孔開けすることが難しく、ガスセンサの取付けに困難が生じることが懸念される。
そこで、本発明は、内燃機関の吸気系統の外側へのガスセンサの突き出し長さを短くすることができると共に、吸気系統の材質等に関わらずガスセンサの取付けが容易で確実なガスセンサ付固定具、固定具、及びガスセンサ取付け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、本発明のガスセンサ付固定具は、軸線方向に延び、自身の先端側に被測定ガス中の特定ガス成分を検出するための検出部を有するガスセンサと、前記ガスセンサを装着して内燃機関の吸気系統に取り付けられる固定具とを備えたガスセンサユニットであって、前記固定具は、前記ガスセンサの径方向を囲む吸気系統取付け面と、前記軸線方向が前記吸気系統取付け面に対して傾斜するように前記ガスセンサを装着すると共に、前記吸気系統取付け面の内側に位置するセンサ装着部とを一体に備え、前記固定具は、前記吸気系統の壁面に設けられた開口を覆いつつ、前記検出部が前記吸気系統の内部に向くように前記吸気系統に取り付けられる。
このようなガスセンサユニットによれば、固定具のセンサ装着部に対し、軸線方向が吸気系統取付け面と傾斜をなすようにガスセンサを装着することで、この固定具を吸気系統取付け面に取り付けることで、ガスセンサを吸気系統に斜めに取り付けることになる。このため、従来のガスセンサのように外側に設けられた雄ねじ部で直接吸気系統に取り付ける場合と異なり、ガスセンサの吸気系統への取付け深さを調整することができ、吸気系統外側へのガスセンサの突き出し長さを短くし易くなる。
又、本発明のガスセンサユニットによれば、ガスセンサの径方向を囲む吸気系統取付け面を吸気系統に取り付けるため、吸気系統への取り付け面積を増やすことができる。従って、アルミニウムや樹脂等の比較的強度の低い材料で吸気系統が構成されていても、吸気系統にガスセンサを直接ネジ止めする場合に比べ、ガスセンサの取付けが容易かつ確実になる。
このようなガスセンサユニットによれば、固定具のセンサ装着部に対し、軸線方向が吸気系統取付け面と傾斜をなすようにガスセンサを装着することで、この固定具を吸気系統取付け面に取り付けることで、ガスセンサを吸気系統に斜めに取り付けることになる。このため、従来のガスセンサのように外側に設けられた雄ねじ部で直接吸気系統に取り付ける場合と異なり、ガスセンサの吸気系統への取付け深さを調整することができ、吸気系統外側へのガスセンサの突き出し長さを短くし易くなる。
又、本発明のガスセンサユニットによれば、ガスセンサの径方向を囲む吸気系統取付け面を吸気系統に取り付けるため、吸気系統への取り付け面積を増やすことができる。従って、アルミニウムや樹脂等の比較的強度の低い材料で吸気系統が構成されていても、吸気系統にガスセンサを直接ネジ止めする場合に比べ、ガスセンサの取付けが容易かつ確実になる。
前記固定具は、前記吸気系統取付け面より凹む窪み部をさらに備え、前記窪み部に前記ガスセンサのうち前記検出部より後端側が収容され、前記窪み部の一部が前記センサ装着部を構成し、前記検出部が前記センサ装着部を貫通して前記前記窪み部の外側に突出するようにしてもよい。
このような構成とすると、窪み部にガスセンサの後端側を収容することができるので、吸気系統内部へのガスセンサの突出長さと、吸気系統外側へのガスセンサの突き出し長さとを共に短くすることができる。又、ガスセンサの後端側を窪み部に収容することで、検出部以外のガスセンサの構成部分を不用意に吸気内に曝す必要がなくなる。
このような構成とすると、窪み部にガスセンサの後端側を収容することができるので、吸気系統内部へのガスセンサの突出長さと、吸気系統外側へのガスセンサの突き出し長さとを共に短くすることができる。又、ガスセンサの後端側を窪み部に収容することで、検出部以外のガスセンサの構成部分を不用意に吸気内に曝す必要がなくなる。
前記窪み部のうち前記軸線方向に垂直な断面が湾曲形状をなしていてもよい。
このような構成とすると、窪み部の膨出部分が吸気系統内で吸気の流れを乱すことが少なくなる。
このような構成とすると、窪み部の膨出部分が吸気系統内で吸気の流れを乱すことが少なくなる。
前記ガスセンサは、ガス導入口が形成されつつ前記検出部を覆う筒状のプロテクタをさらに有し、かつ前記ガス導入口が所定の向きになるように前記ガスセンサが前記センサ装着部に装着されていてもよい。
このような構成とすると、吸気系統と別体の固定具に予めガスセンサを装着する際にガス導入口の向きを調整することができ、吸気系統内の流れに起因して吸気中成分(水分、油分、煤等)が直接ガス導入孔へ到達することを抑制でき、ガスセンサの特性を良好に得ることができる。
このような構成とすると、吸気系統と別体の固定具に予めガスセンサを装着する際にガス導入口の向きを調整することができ、吸気系統内の流れに起因して吸気中成分(水分、油分、煤等)が直接ガス導入孔へ到達することを抑制でき、ガスセンサの特性を良好に得ることができる。
前記センサ装着部は、ガス導入口が形成されつつ前記検出部を収容する筒状のプロテクタ部を一体に備えていてもよい。
このような構成とすると、ガスセンサを装着する向きに関らず、吸気系統内でのガス導入口の向きを一定にすることができる。そのため、吸気系統内の流れに起因して吸気中成分(水分、油分、煤等)が直接ガス導入孔へ到達することを抑制できると共に、ガスセンサを固定具に装着するだけでガス導入口の向きを一定にすることができるため、ガスセンサユニットの生産性が向上する。
このような構成とすると、ガスセンサを装着する向きに関らず、吸気系統内でのガス導入口の向きを一定にすることができる。そのため、吸気系統内の流れに起因して吸気中成分(水分、油分、煤等)が直接ガス導入孔へ到達することを抑制できると共に、ガスセンサを固定具に装着するだけでガス導入口の向きを一定にすることができるため、ガスセンサユニットの生産性が向上する。
本発明の固定具は、軸線方向に延び、自身の先端側に被測定ガス中の特定ガス成分を検出するための検出部を有するガスセンサを内燃機関の吸気系統に取り付けるための固定具であって、前記ガスセンサの径方向を囲む吸気系統取付け面と、前記軸線方向が前記吸気系統取付け面との間で傾斜するように前記ガスセンサを装着すると共に、前記吸気系統取付け面の内側に位置するセンサ装着部とを一体に備え、前記吸気系統の壁面に設けられた開口を覆いつつ、前記検出部が前記吸気系統の内部に向くように前記吸気系統に取り付けられる。
本発明のガスセンサ取付け構造は、前記ガスセンサ付固定具と、該ガスセンサ付固定具が取り付けられる内燃機関の吸気系統とを備えている。
この発明によれば、固定具を介してガスセンサを内燃機関の吸気系統に対して傾斜して配置することができるため、当該吸気系統の外側におけるガスセンサの突き出し長さを短くすることができると共に、吸気系統の材質等に関わらずガスセンサの取付けが容易で確実となる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る固定具に装着されるガスセンサの一例の概略構成を示す部分断面図である。なお、図1において、ガスセンサ1の軸線方向O(1点鎖線で示す。)を上下方向として図示し、ガスセンサ1内部に保持するセンサ素子10の検出部11側をガスセンサ1の先端側、後端部12側をガスセンサ1の後端側として説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る固定具に装着されるガスセンサの一例の概略構成を示す部分断面図である。なお、図1において、ガスセンサ1の軸線方向O(1点鎖線で示す。)を上下方向として図示し、ガスセンサ1内部に保持するセンサ素子10の検出部11側をガスセンサ1の先端側、後端部12側をガスセンサ1の後端側として説明する。
図1に示すガスセンサ1は、後述する固定具を介して自動車の内燃機関の吸気系統に取り付けられ、内部に保持するセンサ素子10の検出部11が吸気系統を流通する吸気に晒されて、吸気中の酸素濃度から空燃比を検出する、いわゆる全領域空燃比センサである。
ここで、特許請求の範囲の「吸気系統」とは、吸気取り入れ口から内燃機関の吸気ポートまでの間の吸気通路であり、例えば、吸気管、及び吸気管から分岐して内燃機関の吸気ポートに接続される吸気マニホールドが挙げられる。又、吸気は、新気(排気を含まない新鮮な空気)の他、排気の一部が吸気系統へ還流(再循環)されて新気と混合された混合ガスを含む。又、特定ガスとして酸素を測定する場合、ガスセンサとしては、空燃比センサの他、酸素センサ(λセンサ)を用いることができる。
なお、吸気側の特定ガス濃度を検出して内燃機関を制御した場合、排気側にガスセンサを設けて排気中の特定ガス濃度を検出する場合に比べ、内燃機関を精度よく制御できる。これは、排気中の特定ガス濃度に応じた制御がフィードバック制御であるのに対し、吸気側の特定ガス濃度に応じた制御は、燃焼前に対応ができるからである。
ここで、特許請求の範囲の「吸気系統」とは、吸気取り入れ口から内燃機関の吸気ポートまでの間の吸気通路であり、例えば、吸気管、及び吸気管から分岐して内燃機関の吸気ポートに接続される吸気マニホールドが挙げられる。又、吸気は、新気(排気を含まない新鮮な空気)の他、排気の一部が吸気系統へ還流(再循環)されて新気と混合された混合ガスを含む。又、特定ガスとして酸素を測定する場合、ガスセンサとしては、空燃比センサの他、酸素センサ(λセンサ)を用いることができる。
なお、吸気側の特定ガス濃度を検出して内燃機関を制御した場合、排気側にガスセンサを設けて排気中の特定ガス濃度を検出する場合に比べ、内燃機関を精度よく制御できる。これは、排気中の特定ガス濃度に応じた制御がフィードバック制御であるのに対し、吸気側の特定ガス濃度に応じた制御は、燃焼前に対応ができるからである。
センサ素子10は公知であるような軸線O方向に延びる短冊状をなし、酸素濃度の検出を行うガス検出体と、そのガス検出体を早期活性化させるために加熱を行うヒータ体とが互いに貼り合わされ、略角柱状をなす積層体として一体化されたものである。ガス検出体はジルコニアを主体とする固体電解質体と白金を主体とする一対の電極とを中空の測定室が一部に形成された絶縁層を介して積層した構成をなしている。このガス検出体は、より具体的には、固体電解質体の両面に形成された一対の電極の一方を外部に晒すと共に、他方の電極を測定室に配置した酸素ポンプセルと、固体電解質体の両面に形成された一対の電極の一方を測定室に配置すると共に、他方の電極を基準ガス室に配置した酸素濃度測定セルとを有してなり、酸素濃度測定セルの出力電圧が所定の値になるように、酸素ポンプセルの一対の電極間に流す電流を制御することで、測定室内の酸素を汲み出したり、測定室内に外部から酸素を汲み入れたりする構成をなしている。なお、酸素ポンプセルのうち、一対の電極、及び、固体電解質体のうちでこれら電極に挟まれる部位は、酸素濃度に応じた電流が流れる検出部11をなし、この検出部11のうちで外部に晒される電極は吸気による被毒や被水から保護するため、センサ素子10の外周面を包む多孔質状の保護層15により被覆されている。また、このガス検出体には、測定室に被測定ガス(吸気)を導入するための多孔質状のガス導入部17が形成されている。センサ素子10の後端側の後端部12には、ガス検出体やヒータ体から電極を取り出すための5つの電極パッド16(図1ではそのうちの1つを図示している。)が形成されている。
センサ素子10の胴部13の中央よりやや先端側には、有底筒状をなす金属製の金属カップ20が、自身の内部にセンサ素子10を挿通させ、その検出部11を筒底の開口25から突出させた状態で配置されている。金属カップ20は主体金具50内にセンサ素子10を保持するための部材であり、筒底の縁部分の先端周縁部23は外周面にかけてテーパ状に形成されている。金属カップ20内には、アルミナ製のセラミックリング21と滑石粉末を圧縮して固めた滑石リング22とが、自身をセンサ素子10に挿通させた状態で収容されている。滑石リング22は金属カップ20内で押し潰されて細部に充填されており、これにより、センサ素子10が金属カップ20内で位置決めされて保持されている。
金属カップ20と一体となったセンサ素子10は、その周囲を筒状の主体金具50に取り囲まれて保持されている。主体金具50はガスセンサ1を固定具(後述)に固定するためのものであり、SUS430等の低炭素鋼からなり、外周先端側に雄ねじ部51が形成されている。この雄ねじ部51よりも先端側には、後述するプロテクタ100が係合される先端係合部56が形成されている。また、主体金具50の外周中央には取り付け用の工具が係合する工具係合部52が形成されており、その工具係合部52の先端面と雄ねじ部51の後端との間には、固定具に取り付けた際のガス抜けを防止するためのガスケット55が嵌挿されている。更に、工具係合部52の後端側には、後述する外筒30が係合される後端係合部57と、その後端側に、主体金具50内にセンサ素子10を加締め保持するための加締め部53とが形成されている。
また、主体金具50の内周で雄ねじ部51付近には段部54が形成されている。この段部54には、センサ素子10を保持する金属カップ20の先端周縁部23が係止されている。更に、主体金具50の内周には滑石リング26が、自身をセンサ素子10に挿通させた状態で、金属カップ20の後端側から装填されている。そして、滑石リング26を後端側から押さえるように、筒状のスリーブ27が主体金具50内に嵌め込まれている。スリーブ27の後端側外周には段状をなす肩部28が形成されており、その肩部28には、円環状の加締めパッキン29が配置されている。この状態で主体金具50の加締め部53が、加締めパッキン29を介してスリーブ27の肩部28を先端側に向けて押圧するように加締められている。加締め部23の形成によって、スリーブ27を介して押圧された滑石リング26は、主体金具50内で押し潰されて細部にわたって充填され、この滑石リング26と、金属カップ20内にあらかじめ装填された滑石リング22とによって、金属カップ20およびセンサ素子10が主体金具50内で位置決めされ、気密に保持される。
センサ素子10は、その後端部12が主体金具50の後端(加締め部53)よりも後方に突出されており、その後端部12には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ60が被せられている。セパレータ60は、センサ素子10の後端部12に形成された5つの電極パッド16とそれぞれ電気的に接続される5つの接続端子61(図1ではそのうちの1つを図示している。)を内部に保持すると共に、それら各接続端子61と、ガスセンサ1の外部に引き出される5本のリード線65(図1ではそのうちの3本を図示している。)との各接続部分を収容して保護している。
そして、セパレータ60が嵌められたセンサ素子10の後端部12の周囲を囲うように、筒状の外筒30が配設されている。外筒30はステンレス(例えばSUS304)製であり、主体金具50の後端係合部57の外周に自身の先端側の開口端31が嵌め込まれている。その開口端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57に接合されており、外筒30と主体金具50とが一体に固定されている。
また、外筒30とセパレータ60との間の間隙には、金属製で筒状の保持金具70が配設されている。保持金具70は自身の後端を内側に折り曲げて構成した支持部71を有し、自身の内部に挿通されるセパレータ60の後端側外周に鍔状に設けられた鍔部62を支持部71に係止させて、セパレータ60を支持している。この状態で、保持金具70が配置された部分の外筒30の外周面が加締められ、セパレータ60を支持した保持金具70が外筒30に固定されている。
そして外筒30の後端側の開口には、フッ素系ゴム製のグロメット75が嵌合されている。グロメット75は5つの挿通孔76(図1ではそのうちの1つを図示している。)を有し、各挿通孔76に、セパレータ60から引き出された5本のリード線65が気密に挿通されている。この状態でグロメット75は、セパレータ60を先端側に押圧しつつ、外筒30の外周から加締められて、外筒30の後端に固定されている。
そして、主体金具50に保持されたセンサ素子10は、その検出部11が、主体金具50の先端部(先端係合部56)より突出された状態となる。この先端係合部56には、センサ素子10の検出部11を、吸気中の被毒性の付着物質による汚損や被水などによる折損等から保護するためのプロテクタ100が嵌められ、レーザ溶接によって固定されている。
プロテクタ100は、ガスセンサ1を吸気系統に取り付けた際に、吸気系統内に突出した状態となる。そして、吸気系統の上流側(図1の左側)において、プロテクタ100には、非導入部110が形成されている。この非導入部110には、後述するセンサ素子10の検出部11に吸気を晒すために設けられる導入孔115が設けられていない。つまり、吸気系統の上流側から送られてきた吸気が直接センサ素子10の検出部11に晒されることを抑制している。よって、吸気中に含まれる水分や油分がセンサ素子10に付着することを抑制でき、センサ素子10にクラックや割れが生じることを抑制できる。また、吸気中に含まれる煤においてもセンサ素子10に付着することを抑制でき、ガスセンサ1の検出精度が低下する事を抑制できる。
そして、本実施例では、非導入部110は、センサ素子10の第1面18及びその第1面18に繋がる側面を覆う形態となっている。このように非導入部110が検出素子の4つの板面のうち、3つの面を覆う形態であれば、吸気中に含まれる水分や油分がセンサ素子10に付着することをより抑制でき、センサ素子10にクラックや割れが生じることをより抑制できる。また、吸気中に含まれる煤においてもセンサ素子10に付着することをより抑制でき、ガスセンサ1の検出精度が低下する事をより抑制できる。
一方、プロテクタ100の下流側(図1の右側)には、センサ素子10の検出部11に吸気を晒すためのガス導入孔115が形成されている。このガス導入孔115はプロテクタ100のうち第1面18と対向する第2板面側に軸線方向に延びるスリット形状を有している。このように、スリット形状を有するガス導入孔115を設けることで、プロテクタ100内のガス置換が早期に行なわれ、検出素子の検出精度の低下を抑制できる。また、吸気系統の下流側にスリット状のガス導入孔115を設けることで、センサ素子10にクラックや割れが生じることを抑制でき、さらに、ガスセンサ1の検出精度が低下する事を抑制できる。
このガス導入孔115の幅は1.0mmである。このように、導入孔の幅が0.5mm以上であれば、プロテクタ100内のガス置換が早期に行われ、ガス検出精度が低下することを防止できる。
さらに、プロテクタ100は、センサ素子10の先端側を覆う底部101を有している。このように、プロテクタ100に底部101を有することで、上流側から送られてきた吸気がプロテクタ100の先端側からセンサ素子10に向かって直接流れることを防止でき、吸気に含まれる水分や油分がセンサ素子10に付着することをより抑制でき、センサ素子10にクラックや割れが生じることをより抑制できる。また、吸気中に含まれる煤においてもセンサ素子10に付着することをより抑制でき、ガスセンサ1の検出精度が低下する事をより抑制できる。
次に、図2〜図5を参照して、本発明の第1の実施形態に係る固定具及びガスセンサユニットの構成について説明する。
図2は、第1の実施形態に係る固定具200の構成を示す斜視図である。固定具200は金属板をプレス加工して形成され、矩形環状のフラット面をなす吸気系統取付け面202と、吸気系統取付け面202の内周縁から垂直に立ち下がる側壁206と、側壁206に繋がり吸気系統取付け面202と平行な板状の底面208と、窪み部210と、窪み部210の一部から構成されるセンサ装着部204とを一体に備えている。
図2は、第1の実施形態に係る固定具200の構成を示す斜視図である。固定具200は金属板をプレス加工して形成され、矩形環状のフラット面をなす吸気系統取付け面202と、吸気系統取付け面202の内周縁から垂直に立ち下がる側壁206と、側壁206に繋がり吸気系統取付け面202と平行な板状の底面208と、窪み部210と、窪み部210の一部から構成されるセンサ装着部204とを一体に備えている。
窪み部210は底面208の中央部に形成され、吸気系統取付け面202より下側(図2の下側)に凹んでいる。詳細には窪み部210は、その軸心Cが底面208に対して斜めになるよう、半円筒を底面208に滑らかにかつ一体に接合した形状をなしている。この半円筒の軸心Cは、ガスセンサ1を装着した際の軸線方向Oに一致する。また、吸気系統取付け面202(及び底面208)に垂直な方向から見たとき、軸心Cは、吸気系統取付け面202の一辺(図2の長辺)に平行である。
又、軸線方向O(軸心C)に平行な方向Fから窪み部210を見たとき、図3に示すように、上記半円筒の断面を示す半円状の前壁が現れ、この前壁がセンサ装着部204を構成している。つまり、窪み部210のうち軸線方向Oに垂直な断面が、図3に示すように、湾曲形状に形成されている。さらに、センサ装着部204の中央に円孔204hが設けられている。そして、この円孔204hにガスセンサ1の先端側を貫通させ、円孔204hの外縁をガスセンサ1の主体金具50及びナット80で挟持することで、ガスセンサ1をセンサ装着部204に装着するようになっている。
又、軸線方向O(軸心C)に平行な方向Fから窪み部210を見たとき、図3に示すように、上記半円筒の断面を示す半円状の前壁が現れ、この前壁がセンサ装着部204を構成している。つまり、窪み部210のうち軸線方向Oに垂直な断面が、図3に示すように、湾曲形状に形成されている。さらに、センサ装着部204の中央に円孔204hが設けられている。そして、この円孔204hにガスセンサ1の先端側を貫通させ、円孔204hの外縁をガスセンサ1の主体金具50及びナット80で挟持することで、ガスセンサ1をセンサ装着部204に装着するようになっている。
図2に戻り、吸気系統取付け面202の4隅にはボルト穴202hが形成されている。又、センサ装着部204は吸気系統取付け面202の内周側に位置しているため、吸気系統取付け面202がガスセンサ1の径方向を囲むようになっている。ここで、「囲む」とは、ガスセンサ1の径方向(軸線方向Oに垂直な方向)の外側に吸気系統取付け面202が位置することをいい、ガスセンサ1の長手方向では吸気系統取付け面202より外側にガスセンサ1がはみ出していてもよい。
図4は、ガスセンサユニット300の構成を示す斜視図である。ガスセンサユニット300は、固定具200と、この固定具200に装着されるガスセンサ1とを備えている。ガスセンサ1のうち検出部11(図示せず)より後端側(具体的には、主体金具50より後端側)の一部が窪み部210に収容され、主体金具50の前面がセンサ装着部204の内面(窪み部210側の面)に接している。そして、ガスセンサ1のうち主体金具50より先端側(検出部11を含むプロテクタ100)が円孔204hを貫通して窪み部210の外側に突出している。突出した雄ねじ部51(図示せず)にはナット80がねじ止めされ、円孔204hの外縁(つまりセンサ装着部204)がガスセンサ1の主体金具50及びナット80で挟持され、ガスセンサ1がセンサ装着部204に装着される。
なお、プロテクタ100に開口するスリット状のガス導入孔115が所定の向き(図4では、窪み部210が膨出する方向と反対向き)になるよう、ガスセンサ1がセンサ装着部204に装着されている。
なお、プロテクタ100に開口するスリット状のガス導入孔115が所定の向き(図4では、窪み部210が膨出する方向と反対向き)になるよう、ガスセンサ1がセンサ装着部204に装着されている。
図5は、図4のV−V線に沿う断面図である。センサ装着部204に取り付けられたガスセンサ1の軸線方向Oが、吸気系統取付け面202(この面をSで表す)と鋭角θをなしており、ガスセンサ1の軸線方向Oが、吸気系統取付け面202のフラット面に対して傾斜している。鋭角θが小さいほど、吸気系統の外側へのガスセンサ1の突き出し長さを短くすることができる。この鋭角θは、例えば15°以上90°未満に設定することができる。
次に、図6、図7を参照して、本発明の実施形態に係るガスセンサ取付け構造の構成について説明する。
図6は、吸気系統(吸気管)400の構成を示す斜視図である。吸気管400の壁面の一部には矩形の開口400hが設けられ、開口400hの周縁よりやや外側から矩形環状の突出部402が立ち上がり、突出部402の4隅にはボルトにネジ止めされる雌ねじ部406が形成されている。又、矩形環状のOリング404が突出部402の内側に嵌められ、突出部402と開口400hの周縁との間の吸気管400外面に係止されている。
なお、突出部402は、吸気系統取付け面202とほぼ同一寸法になっている。
図6は、吸気系統(吸気管)400の構成を示す斜視図である。吸気管400の壁面の一部には矩形の開口400hが設けられ、開口400hの周縁よりやや外側から矩形環状の突出部402が立ち上がり、突出部402の4隅にはボルトにネジ止めされる雌ねじ部406が形成されている。又、矩形環状のOリング404が突出部402の内側に嵌められ、突出部402と開口400hの周縁との間の吸気管400外面に係止されている。
なお、突出部402は、吸気系統取付け面202とほぼ同一寸法になっている。
そして、図7に示すように、窪み部210が膨出する側を吸気管400の内側400iに向けつつ、ガスセンサユニット300の吸気系統取付け面202を突出部402の上に被せ、ボルト穴202hを介して雌ねじ部406にボルト410をネジ止めすることで、ガスセンサユニット300が開口400hを覆う。又、ガスセンサ1の検出部11(図示せず)を含むプロテクタ100が吸気管400の内部に向くようになる。このようにして、ガスセンサユニット300と吸気管400とによりガスセンサ取付け構造500が構成される。
なお、図7の例では、ガスセンサ1の検出部11(図示せず)を含むプロテクタ100が吸気の流れ方向Gの下流側を向いている。このとき、プロテクタ100のガス導入孔115が吸気管400の外側を向くため、吸気管400の中心から径方向外側へ流れる吸気中成分(水分、油分、煤等)が直接ガス導入孔115へ到達し難く、これら成分がセンサ素子10に付着することを抑制できる。
なお、図7の例では、ガスセンサ1の検出部11(図示せず)を含むプロテクタ100が吸気の流れ方向Gの下流側を向いている。このとき、プロテクタ100のガス導入孔115が吸気管400の外側を向くため、吸気管400の中心から径方向外側へ流れる吸気中成分(水分、油分、煤等)が直接ガス導入孔115へ到達し難く、これら成分がセンサ素子10に付着することを抑制できる。
以上のように、本発明の実施形態に係るガスセンサユニット300及び固定具200は、センサ装着部204にガスセンサ1を装着し、固定具200を介してガスセンサ1を自身の軸線方向Oが吸気系統取付け面202に対して傾斜するようにして、吸気系統400に取り付けている。このため、従来のガスセンサのように主体金具50の雄ねじ部51で直接吸気系統400に取り付ける場合と異なり、ガスセンサ1の吸気系統400への取付け深さを調整することができ、吸気系統外側へのガスセンサ1の突き出し長さを短くし易くなる。
又、本発明の実施形態によれば、ガスセンサ1を囲みつつ、ガスセンサ1の幅方向の大きさより大きい吸気系統取付け面202を吸気系統400に取り付けるため、吸気系統400への取り付け面積を増やすことができる。従って、アルミニウムや樹脂等の比較的強度の低い材料で吸気系統400が構成されていても、吸気系統400にガスセンサ1を直接ネジ止めする場合に比べ、ガスセンサ1の取付けが容易かつ確実になる。
又、本発明の実施形態によれば、ガスセンサ1を囲みつつ、ガスセンサ1の幅方向の大きさより大きい吸気系統取付け面202を吸気系統400に取り付けるため、吸気系統400への取り付け面積を増やすことができる。従って、アルミニウムや樹脂等の比較的強度の低い材料で吸気系統400が構成されていても、吸気系統400にガスセンサ1を直接ネジ止めする場合に比べ、ガスセンサ1の取付けが容易かつ確実になる。
又、本発明の実施形態において、固定具200に窪み部210を設けた場合、窪み部210にガスセンサ1の後端側を収容することができるので、吸気系統400内部へのガスセンサ1の突出長さと、吸気系統400外側へのガスセンサ1の突き出し長さとを共に短くすることができる。又、ガスセンサ1の後端側を窪み部210に収容することで、検出部11以外のガスセンサ1の構成部分を不用意に吸気内に曝す必要がなくなる。
さらに、窪み部210のうち軸線方向Oに垂直な断面を湾曲形状にすれば、窪み部210の膨出部分が吸気系統400内で吸気の流れを乱すことが少なくなる。
さらに、窪み部210のうち軸線方向Oに垂直な断面を湾曲形状にすれば、窪み部210の膨出部分が吸気系統400内で吸気の流れを乱すことが少なくなる。
又、本発明の実施形態において、吸気系統400と別体の固定具200に予めガスセンサ1を装着するようにしている。このため、ガス導入口115を設けたプロテクタ100をガスセンサ1に設けた場合に、ガスセンサ1を装着する際にガス導入口115の向きを調整することができ、吸気系統400内の流れに起因して吸気中成分(水分、油分、煤等)が直接ガス導入孔115へ到達することを抑制できる。
次に、図8、図9を参照して、本発明の第2の実施形態に係るガスセンサユニット300Bの構成について説明する。なお、第2の実施形態に係るガスセンサユニット300Bは、ガスセンサ1を固定具200に装着する態様が異なること以外は、第1の実施形態と同一であるので、第1の実施形態に係るガスセンサユニット300と同一の構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図8は、ガスセンサユニット300Bの構成を示す分解斜視図である。ガスセンサユニット300Bは、固定具200と、固定具200に装着されるガスセンサ1とを備えている。なお、予め、ガスセンサ1の雄ねじ部51にはリング状の取付けボス82が外嵌され、固定具200と溶接し易いよう、取付けボス82は固定具200と同一の材料からなる。
そして、図9に示すように、取付けボス82の前面がセンサ装着部204の内面(窪み部210側の面)に接し、ガスセンサ1のうち検出部11(図示せず)より後端側(具体的には、取付けボス82より後端側)が窪み部210に収容されている。一方、ガスセンサ1のうち取付けボス82より先端側(検出部11を含むプロテクタ100)が円孔204hを貫通して窪み部210の外側に突出している。この状態で、窪み部210の外側から、円孔204hの周縁と取付けボス82付近の溶接位置Wを全周溶接することで、ガスセンサ1がセンサ装着部204に装着される。
図8は、ガスセンサユニット300Bの構成を示す分解斜視図である。ガスセンサユニット300Bは、固定具200と、固定具200に装着されるガスセンサ1とを備えている。なお、予め、ガスセンサ1の雄ねじ部51にはリング状の取付けボス82が外嵌され、固定具200と溶接し易いよう、取付けボス82は固定具200と同一の材料からなる。
そして、図9に示すように、取付けボス82の前面がセンサ装着部204の内面(窪み部210側の面)に接し、ガスセンサ1のうち検出部11(図示せず)より後端側(具体的には、取付けボス82より後端側)が窪み部210に収容されている。一方、ガスセンサ1のうち取付けボス82より先端側(検出部11を含むプロテクタ100)が円孔204hを貫通して窪み部210の外側に突出している。この状態で、窪み部210の外側から、円孔204hの周縁と取付けボス82付近の溶接位置Wを全周溶接することで、ガスセンサ1がセンサ装着部204に装着される。
次に、図10、図11を参照して、本発明の第3の実施形態に係るガスセンサユニット300Cの構成について説明する。なお、第3の実施形態に係るガスセンサユニット300Cにおいて、第1の実施形態に係るガスセンサユニット300と同一の構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図10は、ガスセンサユニット300Cの構成を示す分解斜視図である。ガスセンサユニット300Cは、固定具200Cと、固定具200Cに装着されるガスセンサ1Cとを備えている。ここで、ガスセンサ1Cは、第1の実施形態におけるガスセンサ1のうちプロテクタ100を設けず、主体金具50より先端側に検出部11が露出している。なお、予め、ガスセンサ1の雄ねじ部51にはリング状の取付けボス83が外嵌され、固定具200Cと溶接し易いよう、取付けボス83は固定具200Cと同一の材料からなる。
又、固定具200Cは、センサ装着部204C(センサ装着部204と同一形状)に、上記プロテクタ100とほぼ同一形状のプロテクタ部212Cを一体に接合した形状をなしている。円筒状のプロテクタ部212Cの軸心は、窪み部210C(窪み部210と同一形状)の軸心、すなわちガスセンサ1Cを装着した際の軸線方向Oに一致し、プロテクタ部212Cの内径は円孔204hの孔径に一致している。又、プロテクタ部212Cのガス導入孔215C(ガス導入孔115と同一形状)が吸気系統取付け面202C(吸気系統取付け面202と同一形状)側を向いている。
図10は、ガスセンサユニット300Cの構成を示す分解斜視図である。ガスセンサユニット300Cは、固定具200Cと、固定具200Cに装着されるガスセンサ1Cとを備えている。ここで、ガスセンサ1Cは、第1の実施形態におけるガスセンサ1のうちプロテクタ100を設けず、主体金具50より先端側に検出部11が露出している。なお、予め、ガスセンサ1の雄ねじ部51にはリング状の取付けボス83が外嵌され、固定具200Cと溶接し易いよう、取付けボス83は固定具200Cと同一の材料からなる。
又、固定具200Cは、センサ装着部204C(センサ装着部204と同一形状)に、上記プロテクタ100とほぼ同一形状のプロテクタ部212Cを一体に接合した形状をなしている。円筒状のプロテクタ部212Cの軸心は、窪み部210C(窪み部210と同一形状)の軸心、すなわちガスセンサ1Cを装着した際の軸線方向Oに一致し、プロテクタ部212Cの内径は円孔204hの孔径に一致している。又、プロテクタ部212Cのガス導入孔215C(ガス導入孔115と同一形状)が吸気系統取付け面202C(吸気系統取付け面202と同一形状)側を向いている。
そして、図11に示すように、取付けボス83の前面がセンサ装着部204Cの内面(窪み部210C側の面)に接し、ガスセンサ1Cのうち検出部11(図示せず)より後端側(具体的には、取付けボス83より後端側)が窪み部210Cに収容されている。一方、ガスセンサ1のうち取付けボス83より先端の検出部11がセンサ装着部204Cの外側に突出しつつ、プロテクタ部212Cで収容されている。この状態で、窪み部210の外側から、円孔204hの周縁と取付けボス83付近の溶接位置を全周溶接することで、ガスセンサ1がセンサ装着部204に装着される。
このように、センサ装着部204Cに、ガス導入口215Cを設けたプロテクタ部212Cを一体に形成した場合、ガスセンサ1Cを装着する向きに関らず、吸気系統400内でのガス導入口215Cの向きを一定にすることができる。そのため、吸気系統400内の流れに起因して吸気中成分(水分、油分、煤等)が直接ガス導入孔215Cへ到達することを抑制できると共に、ガスセンサユニット300Cの生産性が向上する。
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、ガスセンサに主体金具を設けることは必須ではなく、センサ装着部に装着可能であれば、ガスセンサの構造や形状は限定されない。センサ装着部にガスセンサを装着する態様も限定されず、例えばセンサ装着部が樹脂製の場合は、ガスセンサ側に樹脂製のボスを嵌合して両者を熱溶着させてもよい。又、センサ装着部を含む固定具を、ガスセンサに樹脂モールドしてもよい。
又、上記実施形態の場合、ガスセンサ1を装着するセンサ装着部204(及び窪み部210)の外周に、大きな板状の底面208及び吸気系統取付け面202を設けたが、固定具の形状もこれに限られない。例えば、センサ装着部を単純な円筒状としてその内部にガスセンサを装着し、円筒状のセンサ装着部の軸心と鋭角をなすフランジ面をセンサ装着部から顎状に突出させ、フランジ面を吸気系統の開口に取り付けるようにしてもよい。
さらに、上記実施形態では、プロテクタ100、プロテクタ部212Cのガス導入孔115、215Cが、吸気管400の外側を向く(換言すれば、吸気系統取付け面202側を向く)ように配置されたが、このガス導入孔115、215Cの配置位置はこれに限らず、吸気の流れ方向に応じて、吸気中成分(水分、油分、煤等)が直接ガス導入孔115へ到達し難くなるように適宜設定すれば良い。又、吸気系統の形状や寸法は限定されないが、例えば吸気管の場合は円管とすることができる。
例えば、ガスセンサに主体金具を設けることは必須ではなく、センサ装着部に装着可能であれば、ガスセンサの構造や形状は限定されない。センサ装着部にガスセンサを装着する態様も限定されず、例えばセンサ装着部が樹脂製の場合は、ガスセンサ側に樹脂製のボスを嵌合して両者を熱溶着させてもよい。又、センサ装着部を含む固定具を、ガスセンサに樹脂モールドしてもよい。
又、上記実施形態の場合、ガスセンサ1を装着するセンサ装着部204(及び窪み部210)の外周に、大きな板状の底面208及び吸気系統取付け面202を設けたが、固定具の形状もこれに限られない。例えば、センサ装着部を単純な円筒状としてその内部にガスセンサを装着し、円筒状のセンサ装着部の軸心と鋭角をなすフランジ面をセンサ装着部から顎状に突出させ、フランジ面を吸気系統の開口に取り付けるようにしてもよい。
さらに、上記実施形態では、プロテクタ100、プロテクタ部212Cのガス導入孔115、215Cが、吸気管400の外側を向く(換言すれば、吸気系統取付け面202側を向く)ように配置されたが、このガス導入孔115、215Cの配置位置はこれに限らず、吸気の流れ方向に応じて、吸気中成分(水分、油分、煤等)が直接ガス導入孔115へ到達し難くなるように適宜設定すれば良い。又、吸気系統の形状や寸法は限定されないが、例えば吸気管の場合は円管とすることができる。
1、1C ガスセンサ
11 検出部
100 (ガスセンサの)プロテクタ
115 (プロテクタの)ガス導入口
200、200C 固定具
202、202C 吸気系統取付け面
204、204C センサ装着部
210、210C 窪み部
212C プロテクタ部
215C (プロテクタ部の)ガス導入口
300、300B、300C ガスセンサユニット
400 吸気系統
400h 吸気系統の開口
400i 吸気系統の内部
500 ガスセンサ取付け構造
θ 鋭角
O 軸線方向
11 検出部
100 (ガスセンサの)プロテクタ
115 (プロテクタの)ガス導入口
200、200C 固定具
202、202C 吸気系統取付け面
204、204C センサ装着部
210、210C 窪み部
212C プロテクタ部
215C (プロテクタ部の)ガス導入口
300、300B、300C ガスセンサユニット
400 吸気系統
400h 吸気系統の開口
400i 吸気系統の内部
500 ガスセンサ取付け構造
θ 鋭角
O 軸線方向
Claims (7)
- 軸線方向に延び、自身の先端側に被測定ガス中の特定ガス成分を検出するための検出部を有するガスセンサと、
前記ガスセンサを装着して内燃機関の吸気系統に取り付けられる固定具とを備えたガスセンサユニットであって、
前記固定具は、前記ガスセンサの径方向を囲む吸気系統取付け面と、
前記軸線方向が前記吸気系統取付け面との間で傾斜するように前記ガスセンサを装着すると共に、前記吸気系統取付け面の内側に位置するセンサ装着部とを一体に備え、
前記固定具は、前記吸気系統の壁面に設けられた開口を覆いつつ、前記検出部が前記吸気系統の内部に向くように前記吸気系統に取り付けられるガスセンサユニット。 - 前記固定具は、前記吸気系統取付け面より凹む窪み部をさらに備え、
前記窪み部に前記ガスセンサのうち前記検出部より後端側が収容され、
前記窪み部の一部が前記センサ装着部を構成し、前記検出部が前記センサ装着部を貫通して前記前記窪み部の外側に突出する請求項1記載のガスセンサユニット。 - 前記窪み部のうち前記軸線方向に垂直な断面が湾曲形状をなす請求項2記載のガスセンサユニット。
- 前記ガスセンサは、ガス導入口が形成されつつ前記検出部を覆う筒状のプロテクタをさらに有し、かつ前記ガス導入口が所定の向きになるように前記ガスセンサが前記センサ装着部に装着されている請求項1〜3のいずれかに記載のガスセンサユニット。
- 前記センサ装着部は、ガス導入口が形成されつつ前記検出部を収容する筒状のプロテクタ部を一体に備えた請求項1〜3のいずれかに記載のガスセンサユニット。
- 軸線方向に延び、自身の先端側に被測定ガス中の特定ガス成分を検出するための検出部を有するガスセンサを内燃機関の吸気系統に取り付けるための固定具であって、
前記ガスセンサの径方向を囲む吸気系統取付け面と、
前記軸線方向が前記吸気系統取付け面との間で傾斜するように前記ガスセンサを装着すると共に、前記吸気系統取付け面の内側に位置するセンサ装着部とを一体に備え、
前記吸気系統の壁面に設けられた開口を覆いつつ、前記検出部が前記吸気系統の内部に向くように前記吸気系統に取り付けられる固定具。 - 請求項1〜5のいずれかに記載のガスセンサユニットと、
該ガスセンサユニットが取り付けられる内燃機関の吸気系統と、を備えたガスセンサ取付け構造。
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JP2009194448A JP2011047696A (ja) | 2009-08-25 | 2009-08-25 | ガスセンサユニット、固定具、及びガスセンサ取付け構造 |
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Cited By (1)
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JP2022531519A (ja) * | 2020-04-07 | 2022-07-07 | ジン-ジン エレクトリック テクノロジーズ カンパニー リミテッド | レゾルバステータの位置決め押え片及び位置決め構造 |
-
2009
- 2009-08-25 JP JP2009194448A patent/JP2011047696A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
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