JP2022021769A - 排気状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサを設ける流路の径を絞ることなく、センサ感度を向上させることができる排気状態検出装置を提案する。【解決手段】流路２にセンサ５を設け、センサ５は、排気ガスの状態を検出するセンサ素子８と、センサ素子８の外側を覆うように設けたカバー９を有し、カバー９の側面に連通孔１０ａ，１１ａを複数設け、カバー９における流路２の軸芯側に導出孔１０ｂ，１１ｃを設け、カバー９の外側にガイド筒１３を設け、ガイド筒１３の側面で、かつ、カバー９における流路の上流側に位置する連通孔１１ａに対向する位置に流入孔１３ａを設け、導出孔１０ｂ，１１ｃより流路２の軸芯側に流出孔１３ｂを設け、流出孔１３ｂの開口面積を、流入孔１３ａの開口面積より大きく形成し、ガイド筒１３の軸方向の長さを、カバー９の軸方向の長さより長くした。【選択図】 図４

Description

本発明は、排気状態検出装置に関する。

自動車の空燃比等の制御に用いられるセンサは、内燃機関の直下に設けられるマニホールド触媒とその下流側に設けられる床下触媒等の間を結ぶ排気管に配設されることがある。

従来、上記触媒間には十分な距離があるため、排気管の径を小さく絞り、センサを取付ける部分の断面積を減少させることでセンサ感度を向上させていた。

近年、自動車の電動化が進み、自動車に搭載するバッテリーのスペースを拡大させ、床下触媒等を内燃機関の近傍に配置することがある。その場合、触媒間の距離が短くなり、排気管の径を絞ることができず、排気管の径が大きくなることから、センサを設けた壁部分の排気ガスの流速が管の中央の主流に比べて遅くなり、センサの感度が低下する虞がある。

そのため、センサ下流にガイド壁を設けることで、ガイド壁近傍の導入孔からセンサ内へ流入する排気ガスの量を増やし、センサの検出性能を向上させることが提案されている（特許文献１参照）。

また、センサ素子を包囲とともに、排気管の壁部から、排気管の軸芯側方向に突出するガイド筒を設けるとともに、ガイド筒の上流側に導入孔を設け、下流側に導出孔を設け、導入孔からガイド筒内に排気ガスを導入して、センサの検出性能を向上させることが提案されている（特許文献２参照）。

また、センサ素子の外側を覆うカバーを設け、カバーの上流側に導入孔を設け、カバーにおける排気管の軸芯側に導出孔を設けることで、排気ガスの掃気性を高め、センサの検出性能を向上させることが提案されている（特許文献３参照）。

特許第５４０８４５６号公報 特許第６４３０９１６号公報 ＵＳ２００８／００１６９４６号公報

しかし、上記特許文献１記載のセンサでは、センサが排気管の壁部に設けられるため、センサを設けた壁部の排気ガスの流速は、管の中央の主流に比べて遅く、センサ内部に排気ガスを引き込むことが難しく、センサ感度が低下する虞がある。

また、上記特許文献２記載の排気状態検出装置では、ガイド筒内の排気ガスを掃気する穴は、下流側に設けた導出孔のみのため、この導出孔付近で負圧が発生せず、ガイド筒内に排気ガスを積極的に引き込むことができず、センサ感度を向上させることは困難である。

また、上記特許文献３記載のセンサは、センサ自体の構造であるため、カバーの形状を、使用する排気管に合わせて変更することは困難である。また、カバーの軸方向の長さは短く、排気管の径が絞れず、太い場合には、センサを設けた部分の流速は、管の中央の主流に比べて遅くなり、センサ感度が低下する虞がある。

そこで、本発明は、センサを設ける流路の径を絞ることなく、センサ感度を向上させることができる排気状態検出装置を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、本発明は、内燃機関から排出された排気ガスが流通する流路にセンサを設け、
該センサは、排気ガスの状態を検出するセンサ素子と、該センサ素子の外側を覆うように設けたカバーを有し、
前記カバーの側面に連通孔を複数設け、前記カバーにおける前記流路の軸芯側に導出孔を設け、
前記カバーの外側には、該カバーの外周面に離間してガイド筒を設け、該ガイド筒の側面で、かつ、前記カバーにおける前記流路の上流側に位置する連通孔に対向する位置に流入孔を設け、前記導出孔より前記流路の軸芯側に流出孔を設け、
前記ガイド筒の内外は、前記流入孔と前記流出孔のみにより連通し、
前記流出孔の開口面積を、前記流入孔の開口面積より大きく形成し、
前記ガイド筒の軸方向の長さを、前記カバーの軸方向の長さより長く形成したことを特徴とするものである。

前記センサを、隣接する排気浄化ユニットの間に設けられた排気管に取付けてもよい。

本発明によれば、カバーの外側にガイド筒を設け、ガイド筒の側面で、かつ、カバーにおける流路の上流側に流入孔を設け、流路の軸芯側に流出孔を設け、ガイド筒の軸方向の長さを、カバーの軸方向の長さより長く形成したことにより、流路の軸芯近くに流出孔が位置し、流出孔近傍に負圧が生じ、ガイド筒内の排気ガスが掃気され、流入孔より排気ガスが吸い込まれやすくなり、センサの感度を向上させることができる。

ガイド筒の側面で、かつ、カバーにおける流路の上流側に流入孔を設け、流路の軸芯側に流出孔を設け、ガイド筒の内外は、流入孔と流出孔のみにより連通したことにより、カバーから出た排気ガスが、ガイド筒の内周面に衝突した後に、カバーとガイド筒との間の空間内を旋回流として循環するため、センサ素子と排気ガスとの接触頻度を上げ、センサの感度を向上させることができる。

本発明の実施例１に係る排気状態検出装置の斜視図。 図１の排気状態検出装置を車両に搭載した状態の上流側から見た図。 図２のＡ－Ａ線断面図。 図３の要部拡大図。 本発明の他の実施例の一例の縦断面図。

本発明の実施の形態を図に示す実施例に基づいて説明する。
［実施例１］
図１は、本発明における実施例１の排気状態検出装置１の斜視図、図２は排気状態検出装置１を車両に搭載した状態の上流側から見た図、図３は図２のＡ－Ａ線縦断面図を示す。

排気状態検出装置１は、自動車等の車両等の内燃機関から排出された排気ガスが流通する流路である排気管２に取付けられ、図３の左側から右側に向かって排気ガスが矢印Ｘ方向に流通するようになっている。排気状態検出装置１の上流側の排気管２内には排気浄化ユニットであるマニホールド触媒３が設けられ、排気状態検出装置１の下流側の排気管２内には排気浄化ユニットである床下触媒４が設けられている。すなわち、隣接する排気浄化ユニットの間に設けられた排気管２に排気状態検出装置１が設けられている。

排気状態検出装置１は、センサ５を有し、このセンサ５は、排気管２に固設されたボス６に組付けられている。センサ５は、排気ガスの性状及び／又は排気ガスが含有する成分の濃度を検出して、排気ガスの状態を検出するセンサ素子８を備えている。

センサ素子８の外側には、図４に示すように、センサ素子８を覆うようにカバー９が設けられ、カバー９は、センサ素子８の外側に設けた筒状の内側カバー１０と、内側カバー１０の外側に離間して設けた筒状の外側カバー１１で構成されている。センサ素子８と内側カバー１０と外側カバー１１の夫々の軸芯は、ほぼ同軸線上に位置するようなっている。

内側カバー１０の側面には、周方向に適宜間隔を有して複数の連通孔１０ａが内外を貫通して形成されている。内側カバー１０における排気管２の軸芯側部は、排気管２の軸芯に向かう程縮径するように形成され、内側カバー１０における排気管２の軸芯側端部には導出孔１０ｂが１個内外を貫通するように形成されている。

外側カバー１１の側面には、周方向に適宜間隔を有して複数の連通孔１１ａが内外を貫通して形成されている。内側カバー１０の連通孔１０ａと、外側カバー１１の連通孔１１ａは、互いに対向しないラビリンス状に配置されている。

外側カバー１１における排気管２の軸芯側部は、排気管２の軸芯に向かう程縮径するように形成され、外側カバー１１における排気管２の軸芯側端部１１ｂには導出孔１１ｃが１個内外を貫通するように形成されている。

外側カバー１１の導出孔１１ｃの内径は、内側カバー１０の軸芯側端部の外径より大きく形成されるとともに、外側カバー１１の導出孔１１ｃは、図４に示すように、内側カバー１０の導出孔１０ｂと略同じ位置に形成されている。

上記構造を有するカバー９により、センサ素子８が破損、汚損することを抑制している。

外側カバー１１の外側には、図１～図４に示すように、外側カバー１１の外周面と離間するように、円筒状のガイド筒１３がボス６に取付けられている。ガイド筒１３には流入孔１３ａが、ガイド筒１３の側面における上流側で、かつ、約半周の周方向に亘って、その内外を貫通して形成されている。ガイド筒１３は、その軸方向全体に亘って、略同じ径で形成されている。

ガイド筒１３の流入孔１３ａは、図１～図４に示すように、外側カバー１１の連通孔１１ａのうち上流側に位置する連通孔１１ａの外側で、かつ、少なくとも上流側に位置する連通孔１１ａに対向する位置に形成されている。

ガイド筒１３における排気管２の軸芯側端部１３ｃは、外側カバー１１における排気管２の軸芯側端部１１ｂより、排気管２の軸芯側に位置し、かつ、排気管２の軸芯近傍に位置するように形成されている。すなわち、ガイド筒１３の軸方向の長さは、カバー９の軸方向の長さより長く形成されている。また、ガイド筒１３の排気管２の軸芯側端部には、流出孔１３ｂが、排気管２の軸芯近傍に位置するように形成されている。流出孔１３ｂの開口面積は、流入孔１３ａの開口面積より大きくなるように形成されている。

ガイド筒１３の内外は、流入孔１３ａと流出孔１３ｂのみで連通している。

流出孔１３ｂが、排気管２の軸芯近傍に位置することにより、流出孔１３ｂ付近の圧力が低下し負圧が生じ、ガイド筒１３内の排気ガスが掃気され、流入孔１３ａからガイド筒１３内に排気ガスが、吸い込まれやすくなりセンサ５の感度を向上させることができる。

また、流入孔１３ａからガイド筒１３内に導入された排気ガスは、外側カバー１１の上流側に位置する連通孔１１ａと、内側カバー１０の連通孔１０ａを通過した後に、センサ素子８と接触する。その後、外側カバー１１の下流側に位置する連通孔１１ａ及び導出孔１０ｂ，１１ｃより外側カバー１１とガイド筒１３の間の空間へ抜けた排気ガスの一部は、ガイド筒１３の下流側の内周面に衝突する。その後、旋回流としてガイド筒１３とカバー９との間の空間を循環することで、排気ガスがセンサ素子８と接触する頻度が上昇し、センサ５の感度を向上させることができる。

本発明の排気状態検出装置１と、カバー９の外側にガイド筒１３を設けていないものを、夫々定常流解析を行ったところ、センサ素子８の近傍の流速は、排気状態検出装置１が０．４９ｍ／ｓであったのに対し、カバー９の外側にガイド筒１３を設けていないものは０．１１ｍ／ｓであり、本発明の排気状態検出装置１の方が約４．５倍高い値となった。この結果からも、本発明の排気状態検出装置１におけるセンサ５の感度が高いことが分かる。

本発明の排気状態検出装置１は、ガイド筒１３のみの形状を変えることで、各排気管の形状に対応することができる。

［他の実施例］
上記実施例１においては、ガイド筒１３を円筒状に形成したが、内部にカバー９を収納できる空間が形成されていれば、ガイド筒の形状を、角柱状など任意の形状に形成することができる。

また、図５に示すように、ガイド筒１３における排気管２の軸芯側端部１３ｃを、上流側から下流側に向かう程、排気管２の軸芯から離間するように形成してもよい。

また、上記実施例１においては、カバー９を、内側カバー１０と外側カバー１１で構成したが、カバーを内側カバー１０又は外側カバー１１のみで構成してもよい。

また、上記実施例１においては、ガイド筒１３をボス６に取付けたが、ガイド筒１３を排気管２に直接取り付けるようにしてもよい。

それ以外の構造は、前記実施例１と同様であるのでその説明を省略する。

他の実施例においても前記実施例１と同様の効果を奏する。

１ 排気状態検出装置
２ 流路（排気管）
３，４ 排気浄化ユニット
５ センサ
８ センサ素子
９ カバー
１０ａ，１１ａ 連通孔
１０ｂ，１１ｃ 導出孔
１３ ガイド筒
１３ａ 流入孔
１３ｂ 流出孔

Claims (2)

1. 内燃機関から排出された排気ガスが流通する流路にセンサを設け、
   該センサは、排気ガスの状態を検出するセンサ素子と、該センサ素子の外側を覆うように設けたカバーを有し、
   前記カバーの側面に連通孔を複数設け、前記カバーにおける前記流路の軸芯側に導出孔を設け、
   前記カバーの外側には、該カバーの外周面に離間してガイド筒を設け、該ガイド筒の側面で、かつ、前記カバーにおける前記流路の上流側に位置する連通孔に対向する位置に流入孔を設け、前記導出孔より前記流路の軸芯側に流出孔を設け、
   前記ガイド筒の内外は、前記流入孔と前記流出孔のみにより連通し、
   前記流出孔の開口面積を、前記流入孔の開口面積より大きく形成し、
   前記ガイド筒の軸方向の長さを、前記カバーの軸方向の長さより長く形成したことを特徴とする排気状態検出装置。
2. 前記センサを、隣接する排気浄化ユニットの間に設けられた排気管に取付けたことを特徴とする請求項１記載の排気状態検出装置。

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