JP4157818B2 - 空燃比センサの取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気通路を形成する排気マニホールドに備えられる空燃比センサに関し、特に、空燃比センサの取付構造に関する。

従来、エンジンの排気通路を形成する排気マニホールドには空燃比センサを取り付けており、この空燃比センサでは排ガスに含まれる酸素濃度を検出してリッチ／リーン状態を判別し、大きな出力が必要な高負荷時には所定量の燃料（本実施例ではガス）を追加供給し、低負荷時には追加供給を減少して空燃比を制御するようにしている。

このような空燃比センサを備えるエンジンにおいて、空燃比センサに異常が生じた場合においても、エンジン回転数とスロットル開度に応じて燃料の供給量を増減制御すると共に、空燃比を制御しながらエンジンを運転できるようにした技術が公知となっている（特許文献１参照。）。

そして、上記のような空燃比センサは、例えば、図５に示すように酸素濃度検知部を排気通路の本流に突出して取り付けられているものであった。図５は従来の空燃比センサの取付構造を示す断面図であり、図５（ａ）に示す従来の空燃比センサ４０の取付構造においては、排気マニホールド外壁４１から排気通路４２へ貫通した孔４１ａに空燃比センサ４０が差し込まれ、外周に固設したナット部４３で排気マニホールド外壁４１に固定されており、排気マニホールド４４内部に挿入された検知部４０ａの下端部が排気通路４２の本流にあって数ｍｍ幅程度かかるように配置している。

また、図５（ｂ）に示す空燃比センサ４０の取付構造においては、図５（ａ）と同様に排気マニホールド外壁４１に設けた孔４１ａに挿入されているが、この孔４１ａは排気マニホールド外壁４１に形成された凹部４１ｂに設けている。そして、排気マニホールド４４内部に挿入された検知部４０ａの下端部は、排気通路４２にあって略１０ｍｍ幅程度かかるように配置している。

特開平０５−３３７２８号公報

しかしながら、空燃比センサを図５（ａ）に示したような取付構造とした場合、空燃比センサ４０の検知部４０ａが排気通路に対して数ｍｍしか突出していないため、検知部が排気ガスにほとんど接触することがなく、排気ガスに含まれる酸素濃度の正規の値を検知することができなかった。さらに、空燃比センサ４０の検知部４０ａが排気通路４２の本流に配置されているため、排気ガス中の煤やオイルミスト、凝縮水の飛沫が直接検知部４０ａにかかり、空燃比センサ４０の劣化や故障を招いて使用寿命が短くなっていた。

また、図５（ｂ）に示すような取付構造とした場合、空燃比センサ４０の検知部４０ａが排気通路４２に対して略１０ｍｍ程度突出させているため、検知部４２ａを排気ガスに十分に接触させることができ、排気ガスに含まれる酸素濃度の検出精度は向上するが、図５（ａ）と同様に検知部４０ａが排気通路４２の本流に位置しているため、排気ガス中の煤やオイルミスト、凝縮水の飛沫が検知部４０ａにかかり、空燃比センサ４０の劣化や故障を招くものであった。

そこで本発明においては、空燃比センサの検知部の劣化及び故障を防止して耐久性の向上を図るとともに、排気ガスに含まれる酸素濃度の検出精度を向上させることを課題とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

エンジン（１）の排気通路（４）を形成する排気マニホールド（３）に空燃比センサ（１０）を配置する構成において、該エンジン（１）の上部に設けられるシリンダヘッド（２）の排気側に、排気マニホールド（３）を水平方向に配置し、該排気マニホールド（３）の内部に筒状の排気通路（４）を水平方向に形成し、該排気通路（４）を熱交換器（５）と連通して排気ガスの通路を構成し、該排気通路（４）は該熱交換器（５）に連通する排気出口（３ａ）側において、垂直方向上方へ緩やかに折曲され、該折曲部分（４ａ）の上方の排気マニホールド外壁（８）上面に、螺子孔（８ａ）を鉛直方向に該排気通路（４）内に向かって穿設し、該螺子孔（８ａ）の内周面には、プロテクタ（９）を螺装するために雌螺子を形成し、該プロテクタ（９）は筒状として、上部周囲に六角状鍔部（９ａ）を、外周面に雄螺子を形成し、中央軸心部に取付孔（９ｂ）を開口し、該取付孔（９ｂ）の内周面に雌螺子を形成し、該プロテクタ（９）の外周の雄螺子を螺子孔（８ａ）に、前記六角状鍔部（９ａ）にスパナを掛けて挿入螺装し、該プロテクタ（９）の取付孔（９ｂ）の雌螺子部に、該空燃比センサ（１０）の検知部（１０ａ）およびボルト部（１０ｂ）を、六角ボルト部（１０ｃ）に工具を掛けて挿入螺装し、該検知部（１０ａ）を前記取付孔（９ｂ）内に収容固定し、前記空燃比センサ（１０）の検知部（１０ａ）の下端を、前記プロテクタ（９）の下端と略同じ位置に配置したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、該エンジン（１）の上部に設けられるシリンダヘッド（２）の排気側に、排気マニホールド（３）を水平方向に配置し、該排気マニホールド（３）の内部に筒状の排気通路（４）を水平方向に形成し、該排気通路（４）を熱交換器（５）と連通して排気ガスの通路を構成し、該排気通路（４）は該熱交換器（５）に連通する排気出口（３ａ）側において、垂直方向上方へ緩やかに折曲され、該折曲部分（４ａ）の上方の排気マニホールド外壁（８）上面に、螺子孔（８ａ）を鉛直方向に該排気通路（４）内に向かって穿設し、該螺子孔（８ａ）の内周面には、プロテクタ（９）を螺装するために雌螺子を形成したので、プロテクタにより検知部が排気通路の本流に直接かかることがないため、空燃比センサを煤やオイルミスト、凝縮水の飛沫から確実に保護することができる。

また、排気ガスをプロテクタ内に巻き込むことがないので、排気ガス中の煤やオイルミスト、凝縮水の飛沫から空燃比センサの検知部を保護することができ、空燃比センサの劣化を防止することができる。さらに、排気ガスに含まれる酸素濃度の正規の値を検出することができる。

また、空燃比センサの検知部がプロテクタにより排気ガスから保護されるため、空燃比センサの温度を所定温度に保つことが容易となる。また、空燃比センサの劣化や故障を防止して使用寿命を長くすることができる。

また、プロテクタおよび空燃比センサをねじ込み式として、プロテクタを排気マニホールドに、空燃比センサをプロテクタに容易に取り付けることができる。よって、脱着が容易となり、メンテナンスを簡単に行うことができる。

また、プロテクタにより検知部が排気ガスから保護されるため、空燃比センサの劣化を防止することができる。加えて、排気ガスに含まれる酸素濃度の検知精度を向上させることができる。また、空熱比センサの温度低下を抑制することができるため、該空熱比センサを温めるヒータにかかる電力の消費も抑えることができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の一実施例に係るエンジンの全体的な構成を示した斜視図である。

図２は空燃比センサの取付構造を示す排気マニホールドの側面断面図である。

図３は同じく正面断面図である。

図４は第二実施例における空燃比センサの取付構造を示す排気マニホールドの正面断面図である。

本発明の空燃比センサの取付構造はガスエンジンにおいて適用しており、空燃比センサはガスエンジンの排気通路を形成する排気マニホールドに取り付けられているが、ガソリンエンジン等その他のエンジンにも適用可能である。

空燃比センサではガスエンジンの燃焼室から発生した排気ガスに含まれる酸素濃度を検出しており、検出された酸素濃度からリッチ／リーン状態を判定して、大きな出力が必要な高負荷時には所定量のガス燃料を追加供給し、低負荷時には追加供給を減少して、空燃比を制御するようにしている。

まず、空燃比センサ１０の取付構造の第一実施例について、図１から図３を用いて説明する。図１および図２に示すように、ガスエンジン１の上部に設けられるシリンダヘッド２の排気側に排気マニホールド３が水平方向に配置され、該排気マニホールド３の内部に筒状の排気通路４が形成されている。該排気通路４は熱交換器５と連通されて、燃焼室から排出される排気ガスの通路を構成している。そして、該排気マニホールド３には排気通路４の周囲を被覆するように水ジャケット部６が形成され、高温の排気ガスを冷却できる構造としている。

また、シリンダヘッド２の排気側と反対側に吸気マニホールド７が備えられ、吸気側の吸気マニホールド７からシリンダヘッド２に内装される燃焼室へ吸気できるようにしている。

前記排気通路４は排気出口３ａ側（熱交換器５側）で垂直（鉛直）方向上方へ緩やかに折曲されており、この折曲部分４ａ上方の排気マニホールド外壁８の上面には螺子孔８ａが鉛直方向に外側から排気通路４内に向かって穿設されている。該螺子孔８ａの内周面には、プロテクタ９を螺装するために雌螺子が形成されている。

プロテクタ９はパイプ状に構成されており、中央軸心部に取付孔９ｂを開口し、上部周囲に鍔部９ａを形成し、該取付孔の内周面に雌螺子が形成され、外周面に雄螺子が形成されている。そして、プロテクタ９が前記螺子孔８ａに上方より下方に向かって挿入されて螺装され、該プロテクタ９上部の六角状鍔部９ａがスパナ等の工具により締め付けられて、プロテクタ９が排気マニホールド外壁８の上面に固定されている。こうして、プロテクタ９下部が排気通路４内に突出して位置するように配置される。

プロテクタ９の雌螺子を備える取付孔９ｂには空燃比センサ１０の検知部１０ａおよびボルト部１０ｂが上方より下方に向かって挿入され、ボルト部１０ｂが取付孔９ｂに螺装されて、検知部１０ａが取付孔９ｂ内に収容される。そして、空燃比センサ１０の外周に形成した六角ボルト部１０ｃ等の締結部材がスパナ等の工具にて締め付けられて、空燃比センサ１０がプロテクタ９に固定されている。このように、プロテクタ９および空燃比センサ１０をねじ込み式とすることで、プロテクタ９を排気マニホールド３に、空燃比センサ１０をプロテクタ９に容易に取り付けることができ、メンテナンスを簡単に行えるようにしている。

こうして、空燃比センサ１０は水平方向に配置した排気通路４を形成する排気マニホールド外壁８に対してプロテクタ９を介して垂直に立設されて、排気マニホールド３の排気通路４が排気出口３ａ近傍で上方に立ち上がる部分の上方に配置される。これにより、空燃比センサ１０の検知部１０ａを、排気通路４内においてプロテクタ９内に収容していても排気ガスに接触させることができるのである。

そして、プロテクタ９内に収容された空燃比センサ１０の検知部１０ａは、図３に示すように、その下端が排気通路４の本流側へ突出しないように構成される。ここで、空燃比センサ１０の検知部１０ａの下端が、プロテクタ９の下端より略５ｍｍ程度上方に位置するように配置してもよいが、プロテクタ９の下端と略同じ位置に配置することが好ましい。

このように空燃比センサ１０の検知部１０ａをプロテクタ９内に収容し、その下端を排気通路４の本流側に突出させずにプロテクタ９の下端と略同じ位置となるように配置すると、排気ガスをプロテクタ９内に巻き込むことなく検知部１０ａに十分に接触させることができるので、排気ガス中の煤やオイルミスト、凝縮水の飛沫から空燃比センサ１０の検知部１０ａを保護することができ、空燃比センサ１０の劣化を防止することができる。また、酸素濃度の正規の値を検出することができる。また、プロテクタ９が検知部１０ａ周囲を囲むことで、該プロテクタ９は検知部１０ａの保温作用も兼ね備えており、図示しない空燃比センサ１０の上部に設けたヒータによる加熱量を減少することができる。

次に、空燃比センサ１０の取付構造の第二実施例について、図４を用いて説明する。この場合、図４に示すように、第一実施例のプロテクタ９より上下幅が短いプロテクタ１９が用いられ、該プロテクタ１９に空燃比センサ１０が螺挿されて、その検知部１０ａの下端がプロテクタ１９の下端よりも若干下方に突出する位置に配置される。つまり、プロテクタ１９内に収容される空燃比センサ１０の検知部１０ａが、その下端がプロテクタ１９から排気通路４の本流側へ若干突出するように構成されている。ここでは、前記検知部１０ａのプロテクタ１９下端から排気通路４内に突出する長さＬ１は数ｍｍ程度としている。

このように構成することにより、プロテクタ９により検知部１０ａが排気ガスから保護されるため、空燃比センサ１０の劣化を防止することができる。加えて、空熱比センサ１０の検知部１０ａが排気通路４の本流に対して一部露出することになるので、排気ガスに含まれる酸素濃度の検知精度を向上させることができる。また、空熱比センサ１０の温度低下を抑制することができるため、該空熱比センサ１０を温めるヒータにかかる電力の消費も抑えることができる。

以上のように、エンジン１の排気通路を形成する排気マニホールド３に空燃比センサ１０を配置する構成において、排気マニホールド３に筒状のプロテクタ９を介して空燃比センサ１０を取り付け、該空燃比センサ１０の検知部１０ａをプロテクタ９内に収容したので、空燃比センサ１０の検知部１０ａを煤やオイルミスト、凝縮水の飛沫から確実に保護することができ、空燃比センサ１０の劣化や故障を防止して使用寿命を長くすることができる。また、空燃比センサ１０の温度を所定温度に保つことが容易となる。

本発明の一実施例に係るエンジンの全体的な構成を示した斜視図。 空燃比センサの取付構造を示す排気マニホールドの側面断面図。 同じく正面断面図。 第二実施例における空燃比センサの取付構造を示す排気マニホールドの正面断面図。 従来の空燃比センサの取付構造を示す断面図。

符号の説明

１ エンジン
３ 排気マニホールド
４ 排気通路
９ プロテクタ
１０ 空燃比センサ
１０ａ 検知部

Claims (1)

1. エンジン（１）の排気通路（４）を形成する排気マニホールド（３）に空燃比センサ（１０）を配置する構成において、該エンジン（１）の上部に設けられるシリンダヘッド（２）の排気側に、排気マニホールド（３）を水平方向に配置し、該排気マニホールド（３）の内部に筒状の排気通路（４）を水平方向に形成し、該排気通路（４）を熱交換器（５）と連通して排気ガスの通路を構成し、該排気通路（４）は該熱交換器（５）に連通する排気出口（３ａ）側において、垂直方向上方へ緩やかに折曲され、該折曲部分（４ａ）の上方の排気マニホールド外壁（８）上面に、螺子孔（８ａ）を鉛直方向に該排気通路（４）内に向かって穿設し、該螺子孔（８ａ）の内周面には、プロテクタ（９）を螺装するために雌螺子を形成し、該プロテクタ（９）は筒状として、上部周囲に六角状鍔部（９ａ）を、外周面に雄螺子を形成し、中央軸心部に取付孔（９ｂ）を開口し、該取付孔（９ｂ）の内周面に雌螺子を形成し、該プロテクタ（９）の外周の雄螺子を螺子孔（８ａ）に、前記六角状鍔部（９ａ）にスパナを掛けて挿入螺装し、該プロテクタ（９）の取付孔（９ｂ）の雌螺子部に、該空燃比センサ（１０）の検知部（１０ａ）およびボルト部（１０ｂ）を、六角ボルト部（１０ｃ）に工具を掛けて挿入螺装し、該検知部（１０ａ）を前記取付孔（９ｂ）内に収容固定し、前記空燃比センサ（１０）の検知部（１０ａ）の下端を、前記プロテクタ（９）の下端と略同じ位置に配置したことを特徴とする空燃比センサの取付構造。

Images