JP2012026885A - プロテクタの被水確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実際に飛散した凝縮水がプロテクタに当たった時の状況を正確につかむことができるプロテクタの被水確認方法を提供すること。
【解決手段】プロテクタ３７の側面を観測できるように、可視化装置６１の取付位置や向きを設定しているので、エンジン５５を作動させて排気ガスを排気管５５内に流した場合に、この可視化装置６１によって、実際に凝縮水がプロテクタ３７の側面に飛散する状態を精度良く観察することができる。これにより、実際の状況が確実に把握できるので、飛散する凝縮水に対する有効な対策を立てることができる。また、プロテクタ３７の上流側（排気ガスの上流側）の側面が見えるように、可視化装置６１を取り付けているので、特に凝縮水が付着し易い側面を確実に観察することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、四輪や二輪の車両の排気管に配置される、Ｏ₂センサ、ＮＯｘセンサ等のセンサに用いられるプロテクタの被水確認方法に関するものである。

従来より、自動車などの排気ガス中の特定ガス、例えば酸素やＮＯｘ（窒素酸化物）などの濃度に応じ、大きさの異なる起電力が生じたり、抵抗値が変化したりする検出素子を備えたガスセンサが知られている。

この種のガスセンサにおいては、排気ガス中に含まれる水や被毒物質などが、検出素子に直接に当たって検出素子が劣化することを防ぐために、ガスの通過は可能だが水等の侵入を妨げるようなプロテクタが、検出素子の周囲を覆う様に取り付けられている。

ところで、エンジンの停止中や冷間始動時に、排気ガス中に含まれる水分が凝縮して（以下凝縮水という）、排気管の内壁面に凝縮水が付着することがある。この状態でエンジンを通常始動させると、排気管の内壁面に付着した凝縮水は、エンジンの振動や排気ガスの流れによって飛散する。そして、飛散した凝縮水が、プロテクタに当たった後に、加熱された検出素子に付着すると、熱衝撃によって検出素子に亀裂が生じることがある。

この対策として、凝縮水の影響を受けにくいガスセンサの設計のために、排気管内のガスセンサの取付位置に可視化装置を取り付けて、凝縮水の飛散状態を調べる装置が提案されている（特許文献１）。この装置とは、円筒状の透明なハウジング内にファイバースコープを挿入して、排気管内のガスセンサの取付位置において飛散する凝縮水の状態を実際に観察するものである。

特開２００９−５３１２８号公報

しかしながら、上述した従来技術では、センサに対して飛んでくる凝縮水の量などは把握できるが、実際に飛散した凝縮水がプロテクタに当たった時の状況（位置や角度など）を正確につかむことができないという問題があった。

そのため、飛散する凝縮水に対する有効な対策を立てることが難しいという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、実際に飛散した凝縮水がプロテクタに当たった時の状況を正確につかむことができるプロテクタの被水確認方法を提供することを目的とする。

（１）本発明は、請求項１に記載の様に、エンジンの排気管に、プロテクタを備えたガスセンサを、該プロテクタが該排気管内に露出するように取り付け、前記エンジンを作動させて前記排気管内の凝縮水を飛散させ、前記プロテクタに対する凝縮水の被水状態を調べるプロテクタの被水確認方法において、前記排気管に、前記プロテクタの側面を観測できるように、前記ガスセンサの取付位置以外に、対象物を可視化する可視化装置を取り付けるとともに、該可視化装置を前記排気管の内周面より内部に突出しないように配置し、前記エンジンを作動させて、前記可視化装置によって、前記凝縮水が前記プロテクタに当たる状態を観測することを特徴とする。

本発明では、プロテクタの側面を外部から観測できるように（例えば取付位置や向きを調節する等により）可視化装置をガスセンサの取付位置以外に取り付けるので、エンジンを作動させた場合に、この可視化装置によって、実際に凝縮水がプロテクタの側面に飛散する状態を精度良く観察することができる。これにより、実際の状況が確実に把握できるので、飛散する凝縮水に対する有効な対策を立てることが容易となる。

さらに、可視化装置が排気管の内周面より内部に突出しないように配置されているので、排気ガスの気流が可視化装置によって乱されにくくなる。よって、実際の凝縮水の飛散状態に近い状態を観察することができる。つまり、可視化装置は、通常は、実際に車両が使用される際には取り付けられないので、より実際の状態に近い状態で試験することにより、精度の高い観察を行うことができる。

なお、「プロテクタが排気管内に露出する」とは、プロテクタ内に排気ガスが流入するようにプロテクタが配置されていれば良く、プロテクタを排気管の内周面より内部に突出するように配置されていても良いし、たとえば、排気管から外部に突出するようなセンサ取付部を設けた場合であっても、センサ取付部の内部に排気ガスが流入するため、このセンサ取付部の内部にプロテクタを配置しても良い。

また、「可視化装置が排気管の内周面より内部に突出しないように配置される」とは、可視化装置の先端が排気管内に突き出すことがないことを指し、例えば、排気管から外部に突出するような可視化装置取付部を設けた場合であっても、可視化装置取付部の内部に可視化装置が配置され、可視化装置の先端が排気管の内周面から内部に突出しないようにすればよい。

（２）本発明では、請求項２に記載の様に、プロテクタの上流側（排気ガスの上流側）の側面が見えるように、可視化装置の取り付け状態を設定することが好ましい。
凝縮水は排気ガスの上流側から飛散してくるので、プロテクタの上流側の側面には多くの凝縮水が当たる。よって、プロテクタの上流側の側面を観察することにより、凝縮水の飛散及び付着の状態をより確実に観察できる。

なお、プロテクタの上流側の側面が見えるように、可視化装置の取り付け状態を設定する方法としては、例えば、プロテクタの取付位置よりも上流側に可視化装置の取付位置を設定する方法等が挙げられる。

（３）本発明では、請求項３に記載の様に、可視化装置を、プロテクタの軸方向に対して斜めに取り付けることが好ましい。
つまり、可視化装置（詳しくは可視化装置の視野の方向：例えばファイバースコープの光軸）を、プロテクタの軸方向に対して斜めに取り付けることにより、視野の方向が側面に対してより垂直に近くなるので、側面を容易に観察することができる。

なお、プロテクタが排気管の流路に対して垂直に突出している場合には、可視化装置を排気管の流路に対して斜めに取り付けることができる。また、プロテクタが排気管の流路に対して斜めに突出している場合には、可視化装置を排気管の流路に対して垂直に取り付けることができる。

（４）本発明では、請求項４に記載の様に、プロテクタの外周面から、排気管の内径の寸法の範囲内の距離に、可視化装置を取り付けることが好ましい。
つまり、可視化装置をプロテクタに近づけて配置することにより、プロテクタへの凝縮水の飛散状態を精度良く観察することができる。

第１実施形態に用いられるガスセンサの部分断面図である。 プロテクタの被水確認方法に用いる試験装置を示す説明図である。 （ａ）は第１実施形態の排気管の軸方向に垂直な断面におけるガスセンサと可視化装置の配置状態を示す説明図、（ｂ）は排気管の軸方向におけるガスセンサと可視化装置の配置状態を示す説明図である。 図２のＡ−Ａ断面を拡大し、ガスセンサと可視化装置の配置状態を示す説明図である。 （ａ）は撮影用治具を示す正面図、（ｂ）はファイバースコープを取り付けた撮影用治具を破断して示す説明図である。 （ａ）は第２実施形態の排気管の軸方向に垂直な断面におけるガスセンサと可視化装置の配置状態を示す説明図、（ｂ）は排気管の軸方向におけるガスセンサと可視化装置の配置状態を示す説明図である。 （ａ）は第３実施形態の排気管の軸方向に垂直な断面におけるガスセンサと可視化装置の配置状態を示す説明図、（ｂ）は排気管の軸方向におけるガスセンサと可視化装置の配置状態を示す説明図である。 （ａ）は第４実施形態におけるガスセンサの軸方向に沿った断面及び可視化装置の軸方向に沿った断面を示す説明図、（ｂ）は排気管の軸方向におけるガスセンサと可視化装置の配置状態を示す説明図である。 （ａ）は第５実施形態の排気管の軸方向に垂直な断面におけるガスセンサと可視化装置の配置状態を示す説明図、（ｂ）は排気管の軸方向におけるガスセンサと可視化装置の配置状態を示す説明図である。

以下、本発明が適用されたプロテクタの被水確認方法の実施形態について図面を用いて説明する。
［第１実施形態］
ａ）最初に、本実施形態のプロテクタの被水確認方法の対象となるガスセンサについて簡単に説明する。

図１に示す様に、本実施形態では、被水確認方法の対象となるガスセンサ１は、例えば排気ガスの空燃比を検出するいわゆる全領域空燃比センサである。
このガスセンサ１は、排気管に固定するためのネジ部３が形成された筒状の主体金具５と、軸線方向（図中上下方向）に延びる板状形状の検出素子７と、検出素子７の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ９と、検出素子７の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材１１と、検出素子７と絶縁コンタクト部材１１との間に配置される複数の接続端子１３（図１では１つ図示）と、を備えている。

このうち、検出素子７は、公知のガスセンサ素子であって、具体的には、軸線方向に延びる板状形状の素子部１５と、同じく軸線方向に延びる板状形状のヒータ１７とが積層されたものであり、測定対象となるガスに向けられる先端側には、多孔質層（図示せず）に覆われた検出部２１が形成されている。他方、後端側には、素子部１５からの出力を取出したり、ヒータ１７への電力の供給のための電極端子部２７が複数（図１では２つ図示）形成されている。

主体金具５は、略筒状形状であり、軸線方向に貫通する貫通孔２３と、貫通孔２３の径方向内側に突出する棚部２５とを有する。この主体金具５は、検出部２１を貫通孔２３の先端側外部に配置し、貫通孔２３の後端側外部に複数の電極端子部２７を配置する状態で検出素子７を保持するよう構成されている。なお、主体金具５の貫通孔２３の内部には、セラミックホルダ２９、粉末充填層３１、３３、セラミックスリーブ９が配置されている。

また、主体金具５の先端部３５の外周には、検出素子７の突出部分を覆う金属製の二重構造のプロテクタ３７（外部及び内部プロテクタ３９、４１）が溶接等によって取り付けられている。

更に、主体金具５の後端側外周には外筒４３が固定され、外筒４３の内側には絶縁コンタクト部材１１を保持する保持部材４５が固定されている。また、外筒４３の後端側の開口部にはグロメット４７が配置され、グロメット４７には、検出素子７の各電極端子部２７と接続される複数のリード線４９が挿通されている。

ｂ）次に、本実施形態のプロテクタの被水確認方法に用いられる装置の全体構成ついて、図２〜図４に基づいて説明する。
図２及び図３に示す様に、プロテクタの被水確認方法に用いられる試験装置５１は、自動車等に用いられるエンジン５３の排気管５５の正規ポート５７にガスセンサ１を取り付けるとともに、正規ポート５７と異なる位置に設けられた追加ポート５９に可視化装置６１を取り付けたものである。

このうち、正規ポート５７は、図４に示す様に、例えば内径６０ｍｍ×厚み１．５ ｍｍの円筒形の排気管５５の径方向の一端側（図４の上方）に形成された円形の貫通孔６３と、この貫通孔６３の周囲を囲む様に排気管５５の外周側に接合された環状のセンサ取付部６５とから構成されている。

従って、ガスセンサ１は、このセンサ取付部６５にガスケット６４を介して固定されている。つまり、センサ取付部６５の内周面にはねじ部６７が形成されており、このねじ部６７にガスセンサ１のねじ部３を螺合させることによって、ガスセンサ１が排気管５５に垂直（排気管５５の軸方向に対して垂直）に取り付けられている。なお、本実施形態では、プロテクタ３７の先端側が、排気管５５の内周面より内部に突出するように取り付けられている。

更に、排気管５５には、正規ポート５７と同じ平面（即ち排気管５５の軸方向と垂直の平面）に追加ポート５９が形成されている。つまり、追加ポート５９は、その軸方向が、正規ポート５７の軸方向に対して（同一平面において）約１２０°斜めになるように形成されている。

前記追加ポート５９は、円形の貫通孔６９と、貫通孔６９の周囲を囲む様に排気管５５の外周側に接合された環状の可視化装置取付部７１とから構成されており、可視化装置取付部７１の内周面にはねじ部７３が形成されている。

従って、可視化装置６１は、この可視化装置取付部７１にガスケット７４を介して固定されている。つまり、可視化装置取付部７１のねじ部７３に可視化装置６１のねじ部７６を螺合させることによって、可視化装置６１が排気管５５に対して垂直（排気管５５の軸方向に対して垂直）に取り付けられている。

ｃ）次に、可視化装置６１について詳しく説明する。
(1)可視化装置６１の構成
図５に示す様に、可視化装置６１は、撮影用治具７５の軸中心にファイバースコープ７７を取り付けたものである。

このうち、撮影用治具７５は、例えばステンレス鋼からなる筒状の先端金具７９と、例えばステンレス鋼からなる筒状の後端金具８１と、先端金具７９と後端金具８１との間に配置される例えばフッ素ゴムからなる環状の弾性を有するパッキン８３とから構成されている。

前記先端金具７９は、先端部８５とそれより外径の大きな（後端側の）後端部８７とから構成されており、後端部８７の外周の後端側は六角形状とされている。なお、先端部８５の外周面には、可視化装置６１を排気管５５の追加ポート５９に取り付けるための前記ねじ部７６が形成されている。

また、先端金具７９の軸中心には、中心孔８９が形成されており、中心孔８９は、ファイバースコープ７７の外径より僅かに内径が大きな中心孔先端部９１と、それより内径の大きな（後端側の）中心孔後端部９３とから構成されている。

また、この中心孔後端部９３の後端側の内周面には、先端金具７９と後端金具８１とを結合するためのねじ部９５が形成されている。なお、中心孔後端部９３の先端側には前記パッキン８３が配置されている。

一方、後端金具８１も、先端部９７とそれより外径の大きな（後端側の）後端部９９とから構成されており、後端部９９の外周は六角形状とされている。後端金具８１の軸中心には、ファイバースコープ７７の外径より僅かに内径が大きな中心孔１０１が形成されている。また、先端部９７の外周面には、先端金具７９と後端金具８１とを結合するためのねじ部１０３が形成されている。

(2)可視化装置６１の組み立て方法
可視化装置６１を組み立てる場合には、まず、先端金具７９の中心孔後端部９３にパッキン８３を配置し、先端金具７９のねじ部９５に後端金具８１のねじ部１０３を部分的に（緩く）螺合させた状態で、先端金具７９の中心孔８９と後端金具８１の中心孔１０１にファイバースコープ７７を通し、その後、後端金具８１を先端金具７９に強くねじ込むことにより、撮影用治具７５とファイバースコープ７７とを一体に固定する。

つまり、先端金具７９に後端金具８１をねじ込むにつれて、パッキン８３が押し潰されて平面方向に広がって、ファイバースコープ７７を外周側から押圧することにより、ファイバースコープ７７を撮影用治具７５に固定することができる。

なお、ファイバースコープ７７の先端は、撮影用治具７５の先端と同一となるように配置されている。
(3)可視化装置６１の取り付け方法
可視化装置６１を排気管５５に取り付ける場合には、前記図４に示す様に、可視化装置６１を追加ポート５９にねじ止めする。

詳しくは、可視化装置６１の先端金具７９の先端部８３に、例えばステンレス鋼からなる環状の前記ガスケット７４を嵌め、先端部８３のねじ部８７を可視化装置取付部７１のねじ部７３に螺合させる。

これにより、可視化装置６１を排気管５５に対して垂直に取り付けることができる。なお、可視化装置６１の先端は、排気管５５の内周面より内部に突出しないように（本実施形態では、内周面と同一となるように）配置されている。

また、本実施形態では、可視化装置６１の取付位置は、プロテクタ５７の外周面から、排気管５５の内径の寸法（例えば６０ｍｍ）の範囲内の距離に設定されている。
なお、可視化装置６１の他端には、図示しないが、ファイバースコープ７７からの光情報を捉えるＣＣＤカメラ、捉えた情報（画像）を表示するモニタ、情報（画像）を記録するビデオ装置等を接続する。

また、可視化装置６１には、図示しないが、ファイバースコープ７７の先端面が結露することを防止するヒータや、プロテクタの周囲を照らすライト等を設けてよい。
ｄ）次に、プロテクタの被水確認方法の実験手順について説明する。

前記図３に示す様に、排気管５５にガスセンサ１及び可視化装置６１を取り付けた状態で、エンジン５３、エンジン５３の冷却水、及び排気管５５を、例えば露点よりも低温下に晒す。

その後、エンジン５３を少なくとも一回（ここでは複数回）所定時間（例えば合計２分間）作動させて、凝縮水を排気管５５内に発生させる。
その後、この発生させた凝縮水を排気ガスの掃気（レーシング：Ｒａｃｉｎｇ）によって下流側に飛ばし、その際にプロテクタ３７の被水状態を可視化装置６１によって確認する。

なお、ファイバースコープ７７の視野は、ファイバースコープ７７の先端から円錐形状（軸中心：光軸から約６０°の角度）に広がる範囲であるので、ファイバースコープ７７によって得られる画像には、プロテクタ３７の側面の画像が含まれている。

ｅ）この様に、本実施形態では、プロテクタ３７の側面を観測できるように、可視化装置６１の取付位置や向き（ファイバースコープ７７の向き：光軸）を設定しているので、エンジン５３を作動させて排気ガスを排気管５５内に流した場合に、この可視化装置６１によって、実際に凝縮水がプロテクタ３７の側面に飛散する状態を精度良く観察することができる。これにより、実際の状況が確実に把握できるので、飛散する凝縮水に対する有効な対策（例えばガスセンサ１の取付位置をずらす等の対策）を立てることが容易となる。

その上、本実施形態では、可視化装置６１の先端が、排気管５５の内周面より内部に突出しないように取り付けている。これにより、排気ガスの気流が可視化装置６１によって乱されることが無いので、実際の車両の凝縮水の飛散状態に近い状態を観察することができる。

また、本実施形態では、プロテクタ３７の上流側（排気ガスの上流側）の側面が見えるように、可視化装置６１を取り付けているので、特に凝縮水が付着し易い側面を確実に観察することができる。

更に、本実施形態では、プロテクタ３７の外周面から、排気管５５の内径の寸法の範囲内の距離に、可視化装置６１を取り付けるので、即ち、可視化装置６１をプロテクタ３７に近づけて配置しているので、プロテクタ３７への凝縮水の飛散状態を精度良く観察することができる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。

図６に示す様に、本実施形態では、前記第１実施形態と同様に、排気管１３１に対して、排気管１３１の軸方向に対して垂直な同一平面に、ガスセンサ１３３と可視化装置１３５とを取り付けている。

特に本実施形態では、ガスセンサ１３３と可視化装置１３５の取付角度は、前記平面において、排気管１３１の軸中心を中心として１８０°の位置に配置されている。即ち、ガスセンサ１３３と可視化装置１３５とは、対向するように同軸に配置されている。

本実施形態においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏する。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。

図７に示す様に、本実施形態では、前記第２実施形態と同様に、排気管１４１に対して、排気管１４１の軸方向に対して垂直な同一平面に、ガスセンサ１４３と可視化装置１４５とを取り付けている。

特に本実施形態では、ガスセンサ１４３と可視化装置１４５の取付角度は、前記平面において、排気管１３１の軸中心を中心として９０°の位置に配置されている。
本実施形態においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏する。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。

図８に示す様に、本実施形態では、前記第２実施形態と同様に、排気管１５１には、排気管１５１の軸方向と垂直にガスセンサ１５３が取り付けられている。
一方、排気管１５１のガスセンサ１５３の取付位置と反対側には、排気管１５１に対して斜めに、即ちガスセンサ１５３の軸方向であるプロテクタ１７５の伸びる方向に対して斜めに可視化装置１５７が取り付けられている。

特に、本実施形態では、可視化装置１５７は、プロテクタ３７の上流側の側面が見えるように、ガスセンサ１５３の取付位置よりも上流側に取り付けられている。
しかも、可視化装置１５７は、そのファイバースコープ１５９の軸方向（光軸の方向）が、ガスセンサ１５３のプロテクタ１７５の側面に対して斜め（例えば傾斜角４５°）となるように、排気管１５７に取り付けられている。

本実施形態においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏するとともに、可視化装置１５７がガスセンサ１５３の取付位置よりも上流側に配置され、且つ、ファイバースコープ１５９の軸方向が、ガスセンサ１５３のプロテクタ１７５の軸方向に対して斜めに設定されているので、プロテクタ１７５の上流側の側面における凝縮水の飛散状態を、一層明瞭に把握できるという利点がある。
［第５実施形態］
次に、第５実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。

図９に示す様に、本実施形態では、前記第１実施形態と同様に、排気管１６１に対して、排気管１６１の軸方向に対して垂直な同一平面に、ガスセンサ１６３と可視化装置１６５とを取り付けている。また、ガスセンサ１６３と可視化装置１６５の取付角度も、第１実施形態と同様に、前記平面において、排気管１６１の軸中心を中心として１２０°の位置に配置されている。

特に本実施形態では、軸方向に長い筒状のガスセンサ取付部１６９を用いてガスセンサ１６３を取り付けることにより、プロテクタ１６７が排気管１６１の内周面より内部に突出しないように設定されている。

本実施形態は、プロテクタ１６７の突出状態以外は第１実施形態と同様な構成であるので、前記第１実施形態と同様な効果を奏する。
以上、本発明の実施形態等について説明したが、本発明は、前記実施形態等に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。

（１）例えば、本発明は、全領域空燃比センサに適用できるだけでなく、その他の酸素センサ、或いはＮＯｘセンサ、ＨＣセンサ等にも適用することが可能である。
（２）また、前記実施形態では、ヒータと一体型の、板状の形状の検出素子を用いて説明したが、本発明は、ヒータを別に備えた有底筒状の検出素子の場合にも適用できる。

１、１３３、１４３、１５３、１６３…ガスセンサ
７…検出素子
３７、１５５、１６７…プロテクタ
５１…試験装置
５３…エンジン
５５、１３１、１４１、１５１、１６１…排気管
５７…正規ポート
５９…追加ポート
６１、１３５、１４５、１５７、１６５…可視化装置
７５…撮影用治具
７７、１５９…ファイバースコープ

Claims (4)

1. エンジンの排気管に、プロテクタを備えたガスセンサを、該プロテクタが該排気管内に露出するように取り付け、前記エンジンを作動させて前記排気管内の凝縮水を飛散させ、前記プロテクタに対する凝縮水の被水状態を調べるプロテクタの被水確認方法において、
   前記排気管に、前記プロテクタの側面を観測できるように、前記ガスセンサの取付位置以外に、対象物を可視化する可視化装置を取り付けるとともに、該可視化装置を前記排気管の内周面より内部に突出しないように配置し、
   前記エンジンを作動させて、前記可視化装置によって、前記凝縮水が前記プロテクタに当たる状態を観測することを特徴とするプロテクタの被水確認方法。
2. 前記プロテクタの上流側の側面が見えるように、前記可視化装置の取り付け状態を設定することを特徴とする請求項１に記載のプロテクタの被水確認方法。
3. 前記可視化装置を、前記プロテクタの軸方向に対して斜めに取り付けることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロテクタの被水確認方法。
4. 前記プロテクタの外周面から、前記排気管の内径の寸法の範囲内の距離に、前記可視化装置を取り付けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロテクタの被水確認方法。