JP4231718B2

JP4231718B2 - 空燃比センサの取付構造

Info

Publication number: JP4231718B2
Application number: JP2003086574A
Authority: JP
Inventors: 豊栗山; 博光日高
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004293403A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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）を追加供給して、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。）。
【０００３】
そして、上記のような空燃比センサは、例えば、図９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９は従来の空燃比センサの取付構造を示す断面図である。図９（ａ）に示す従来の空燃比センサ５２の取付構造においては、排気マニホールド外壁６１から排気通路５５へ貫通した孔６１ａに空燃比センサ５２が差し込まれ、外周に固設したナット部５３で排気マニホールド外壁６１に固定されており、排気マニホールド５１内部に挿入された検知部５２ａの先端部が排気通路５５の本流にあって数ｍｍ幅程度かかるように配置している。
【０００４】
また、図９（ｂ）に示す空燃比センサ５２の取付構造においては、図９（ａ）と同様に排気マニホールド外壁６１に設けた孔６１ａに挿入されているが、この孔６１ａは排気マニホールド外壁６１に形成された凹部６１ｂに設けている。そして、排気マニホールド５１内部に挿入された検知部５２ａの先端部は、排気通路にあって略１０ｍｍ幅程度かかるように配置しているものであった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０５−３３７２８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空燃比センサを図９（ａ）に示したような取付構造とした場合、空燃比センサの検知部５２ａ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、空燃比センサの検知部５２ａが排気通路５５の本流に配置されているため、排気ガス中のオイルミストや凝縮水の飛沫が直接検知部５２ａにかかり、空燃比センサ５２の劣化や故障を招いて使用寿命が短くなっていたのである。
【０００７】
また、図９（ｂ）に示すような取付構造とした場合、空燃比センサの検知部５２ａが排気通路５５に対して略１０ｍｍ程度突出させているため、検知部５２ａを排気ガスに十分に接触させることができ、排気に含まれる正規の酸素濃度を検出することは可能であるが、図９（ａ）と同様に検知部５２ａが排気通路の本流に位置しているため、排気ガス中のオイルミストや凝縮水の飛沫が検知部５２ａにかかり、空燃比センサ５２の劣化や故障を招くものであった。さらに、空燃比センサは排気マニホールド外壁に形成された凹部内に締付け用のナット部が位置して固定されているものであるが、この場合、スパナ等の汎用の工具を使用することができず、専用工具を用いなければ空燃比センサの取付け・取り外し作業を行うことができなかったのである。
【０００８】
また、前記の空燃比センサを取りつけた排気マニホールドをＧＨＰ（ガスヒートポンプ）システム等に搭載すると、非メンテナンス側に空燃比センサが位置してしまい、空燃比センサの交換の際にはＧＨＰシステムから排気マニホールド自体を取り外すか、或いは、ＧＨＰ側の部品を取り外さなければならなかった。
【０００９】
以上のような問題点から、本発明においては、空燃比センサで、排気に含まれる酸素濃度の正規な値を検知可能に構成すると共に、検知部の劣化及び故障を防止して耐久性の向上を図るものである。また、専用工具を必要とすることなく、簡単に交換できる取付構造とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１１】
エンジン（Ｅ）の排気通路（５）を形成する排気マニホールド（１）に空燃比センサ（２）を配置する構成において、該排気マニホールド（１）には排気通路（５）の周囲を被覆するように水ジャケット部（１２）を形成し、高温の排気ガスを冷却できる構造とし、該空燃比センサ（２）の取付位置には水ジャケット部（１２）を設けないで、該排気マニホールド（１）の排気通路（５）の内面側に凹部（１１ｂ）を設け、前記凹部（１１ｂ）を排気通路（５）の本流部分に開口し、ネジ孔（１１ａ）を排気マニホールド外壁（１１）より、直接排気通路（５）に穿設し、該ネジ孔（１１ａ）を凹部（１１ｂ）と連通し、該ネジ孔（１１ａ）よりも前記凹部（１１ｂ）を大きく構成し、該凹部（１１ｂ）内において、前記空燃比センサ（２）を該排気通路（５）に垂直方向に取付け、該凹部（１１ｂ）内に空燃比センサ（２）の検知部（２ａ）を配設し、該検知部（２ａ）の先端部は、該凹部（１１ｂ）内に位置させ、該排気通路（５）の本流側へ突出しないように構成し、前記排気マニホールド（１）の空燃比センサ（２）取付部の外壁（１１）部に、該空燃比センサ（２）の外径より若干大きく外方へ突出する凸部（１１ｃ）を設け、該凸部（１１ｃ）上に空燃比センサ（２）のネジ孔（１１ａ）を開口し、該凸部（１１ｃ）上に空燃比センサ（２）を締結する六角ナット部（３）を配置し、前記凹部（１１ｂ）は排気ガスが滞留するに十分な容積とし、該排気通路（５）を流れる排気ガスは凹部（１１ｂ）内にも充満するように構成したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は本発明に係るエンジンの構成を示した斜視図である。
【００１４】
図２は本発明に係る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。
【００１５】
図３は同じく正面断面図、図４は実施例の空燃比センサ取付構造を示す排気マニホールドの斜視図である。
【００１６】
図５は同じく断面斜視図、図６は同じく側面断面図、図７は排気マニホールドに設けた窪みの構成を示す斜視図である。
【００１７】
図８は別形態の空燃比センサの取付構造を示す側面断面図である。
【００１８】
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。
【００１９】
まず、空燃比センサ２の取付構造の構成例について図１乃至図３により説明する。図１、図２に示すように、ガスエンジンＥの上部に設けられるシリンダヘッド２０の排気側に排気マニホールド１が水平方向に配置され、該排気マニホールド１の内部には筒状の排気通路５を形成しており、該排気通路５は燃焼室から排出される排気ガスの通路となり、熱交換器２２と連通している。熱交換器２２は排熱を効率的に回収できる構造としている。また、シリンダヘッド２０の排気側と反対側に吸気マニホールド２３を備え、吸気側の該吸気マニホールド２３よりシリンダヘッド２０に内装される燃焼室へ吸気できるようにしている。前記排気マニホールド１には排気通路５の周囲を被覆するように水ジャケット部１２を形成しており、高温の排気ガスを冷却できる構造としている。
【００２０】
前記排気通路５は熱交換器２２側（排気出口側）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５ａ上方の排気マニホールド外壁１１の上面にはネジ孔（取付孔）１１ａが鉛直方向に外側から排気通路５内に穿孔されて、該ネジ孔１１ａに空燃比センサ２のボルト部及び検知部２ａが上方より下方に向かって挿入されて螺装し、空燃比センサ２の外周に固設した六角ナット部３等の締結部材をスパナ等の工具にて締付け固定している。そして、空燃比センサ２は水平方向に配置した排気通路５を形成する排気マニホールド外壁１１に対して垂直に立設されて、空燃比センサ２の下端に設けた検知部２ａが排気通路５内に位置するようにしている。つまり、排気マニホールド１の排気通路５が排気出口近傍で上方に立ち上がる部分の上方位置に空燃比センサ２を配置している。本構成例において、前記検知部２ａの排気通路５内に突出する長さＬ１は約十数ｍｍとしている。
【００２１】
また、前記ネジ孔１１ａが穿孔される取付位置Ａにおいて、排気マニホールド上部外壁１１は略水平方向平坦に形成しており、空燃比センサ２を締結する六角ナット部３の周囲が略平坦になるように構成している。
【００２２】
そして、このように空燃比センサ２を排気マニホールド１に形成される排気通路５の上部外壁の水平平坦部に対して垂直方向位置に取り付けたことで、排気ガス中に含まれるオイルミストや凝縮水の飛沫は重力によって排気通路の下側を通過するため、空燃比センサの検知部２ａにオイルミストが付着したり、凝縮水の飛沫がかかったりすることが少なく、空燃比センサ２の劣化を防止することができるのである。また、前記検知部２ａは排気通路５内への突出長を十数ｍｍと十分に長くしているため、検知部２ａを排気ガスに十分に接触させることができ、酸素濃度の正規の値を計測することが可能である。
【００２３】
また、前述のように排気通路５の垂直方向上方位置に取り付けられた空燃比センサ２を、排気通路５に対して垂直方向に立設させて取り付けていることで、従来の構造のように空燃比センサが非メンテナンス側方向に配置されている場合に比してメンテナンス性が向上し、空燃比センサ２の交換の際にもＧＨＰシステム等から排気マニホールド１を取り外す必要がなく、容易に脱着を行うことができるのである。
【００２４】
さらに、空燃比センサ２を挿嵌するネジ孔１１ａが穿孔される取付位置Ａにおいて、排気マニホールド外壁１１を略平坦に形成し、排気マニホールド１の本体と略同一高さ位置となり、空燃比センサ２を固定するナット部３に水平方向にスパナを挿入して嵌合させて締め付けたり弛めたりすることができ、スパナ等の工具を使用することが可能となる。つまり、図９（ｂ）に示す従来の空燃比センサ取付構造では上方より専用工具でのみ脱着可能であった空燃比センサをスパナ等の汎用の工具で脱着可能とすることが可能となるのである。
【００２５】
次に、空燃比センサ２の取付構造の実施例について図４乃至図７により説明する。本実施例においては、前記構成例のように空燃比センサ２を垂直方向に取り付けることができない場合における取付構造について説明する。図４、図５に示すように、空燃比センサ２は排気マニホールド外壁１１の側面に取り付けられており、本実施例においては、水平方向に対して上方に傾けて配置している。また、排気マニホールド１をシリンダヘッド２０からオーバーハングさせて、つまり、排気マニホールド１の排気出口側をシリンダヘッド２０やシリンダブロック等より側方に突出した部分を設け、メンテナンスができる側で、側方周囲が開放された部分を形成する。このオーバーハング部分であって排気マニホールド１のシリンダヘッドと対面する側に空燃比センサ２を取り付けて、着脱を容易に行うことができる構成としている。言い換えれば、排気マニホールド１のシリンダヘッド２０側の側面には排気入口１５・１５・１５（本実施例では３気筒であるので３つ設けている）が開口され、この排気入口１５側と同じ面の側方位置に空燃比センサ２が配設されるのである。
【００２６】
また、図６の実施例の図面に示すように、排気マニホールド外壁１１の内側、つまり、空燃比センサ２取付位置における排気通路５に面した部分（内面）には凹部１１ｂを形成しており、該凹部１１ｂ内に空燃比センサ２の検知部２ａが突出され、前記検知部２ａの先端部は排気通路５の本流側へ突出しないように構成している。つまり、空燃比センサ２取付位置には水ジャケット部１２を設けないでネジ孔１１ａは外側より直接排気通路５に形成した凹部１１ｂと連通させて、検知部２ａの先端は排気マニホールド１の内壁面から突出しない位置、言い換えれば、凹部１１ｂ内に位置させている。前記凹部１１ｂは排気ガスが滞留することができる十分な容積を有しており、排気通路５を流れる排気ガスは凹部１１ｂにも充満するように構成しているものである。なお、この凹部１１ｂは底面に配設されるものではないため、この凹部１１ｂ内に煤や水等が溜まることはない。
【００２７】
さらに、前記凹部１１ｂが形成される空燃比センサ取付位置において、排気マニホールド外壁１１の外面には空燃比センサの外径より若干大きく外方へ突出する凸部１１ｃが形成されており、該凸部１１ｃの中央部にネジ孔１１ａが穿孔され、該凸部１１ｃ上に空燃比センサを固定する締結部材である六角ナット部３が位置する構造としている。そして、このように排気マニホールド外壁１１の外側へ突出する凸部１１ｃを形成して、該凸部１１ｃ上に六角ナット３等の締結部材が位置するようにしたので、スパナ等の工具を締結部材に噛ませ易くなり空燃比センサ２のメンテナンス性が向上するのである。
【００２８】
また、図７に示すように、前記オーバーハング部の凸部１１ｃが設けられる位置において、空燃比センサ２を取り付けた排気マニホールド外壁１１の側壁部上部に窪み７を所定長さ設けている。該窪み７を凹設したことでスパナ２５を六角ナット部３に噛ませたり、回動したりする際に、排気マニホールド外壁１１にスパナ２５が当接しないようにしている。つまり、空燃比センサ２は排気マニホールド外壁１１の鉛直側面に対して、水平方向から上方へ数十度傾けて取り付ける構成としているため、六角ナット部３へスパナ２５を上方より嵌合するときには、垂直から反シリンダヘッド側へ傾斜させる必要があるが、このとき、排気マニホールド１が直方体に構成されていると、上部の角がスパナ２５と干渉して当たってスパナ２５の回動を阻害してしまうので、この干渉部分の角部に窪み７を形成することで、干渉を回避する構成としているのである。そして、この窪み７の幅をスパナ２５を回動する幅とすることで、締め付けたり弛めたりする際に邪魔にならないように構成している。こうして、空燃比センサ２の上部側の排気マニホールド外壁１１外周の一部に窪み７を形成したので、スパナ２５等の汎用の工具にて空燃比センサ２の脱着作業を行うことが可能となるのである。
【００２９】
このように、排気マニホールド外壁１１の内面に排気ガスの滞留容積を有する凹部１１ｂを設けて、該凹部１１ｂ内に検知部２ａが突出されるように空燃比センサ２を配置したので、検知部２ａが排気通路５の本流に直接かかることがないため、排気中のオイルミストや、凝縮水の飛沫から空燃比センサ２を保護することができ、空燃比センサ２の劣化を防止することができる。また、前記凹部１１ｂは排気通路５の本流から入り込んでいるが、該凹部１１ｂは排気ガスを滞留させる十分な容積を有するため、凹部１１ｂ内に排気ガスが充満し、検知部２ａにて酸素濃度の正規の値を計測することが可能となっている。
【００３０】
また、図８に示すように、前記ネジ孔１１ａを外側から排気通路５の本流に開口し、該ネジ孔１１ａの排気通路５側の周囲が排気通路５内に突出するように囲壁１１ｄを設け、前記ネジ孔１１ａ内に空燃比センサ２の検知部２ａを突出することで、排気中のオイルミストや凝縮水の飛沫の付着を防止することもできる。即ち、前記ネジ孔１１ａの排気通路５側の開口部に設けた囲壁１１ｄは前記凹部１１ｂと同等の役目を果たすものとなり、凹部となるネジ孔１１ａ内に配置された空燃比センサ２の検知部２ａは排気中のオイルミストや凝縮水の飛沫から保護できるようになるのである。
【００３１】
なお、排気通路５の本流から検知部の先端部が入り込んでいるが、囲壁１１ｄに囲まれたネジ孔１１ａにも排気ガスは充満されるため、酸素濃度の正規の値を計測することが可能となっている。また、前記ネジ孔１１ａが設けられる位置の排気マニホールド外壁１１の外側には図６に示した構造と同様に凸部１１ｃを形成しており、スパナ等の汎用の工具で空燃比センサの脱着を行うことができる構成としているものである。
【００３２】
以上のように、排気マニホールド外壁１１の排気通路５側に、排気ガスの滞留容積を有する凹部を設け、該凹部を排気通路５の本流部分に開口すると共に、排気通路５の内側方向へ突出した囲壁１１ｄで被覆したので、空燃比センサ２をオイルミストや凝縮水の飛沫から確実に保護することができ、さらに、酸素濃度の正規の値を安定して計測することが可能となるのである。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００３４】
請求項１に示す如く、エンジン（Ｅ）の排気通路（５）を形成する排気マニホールド（１）に空燃比センサ（２）を配置する構成において、該排気マニホールド（１）には排気通路（５）の周囲を被覆するように水ジャケット部（１２）を形成し、高温の排気ガスを冷却できる構造とし、該空燃比センサ（２）の取付位置には水ジャケット部（１２）を設けないで、該排気マニホールド（１）の排気通路（５）の内面側に凹部（１１ｂ）を設け、前記凹部（１１ｂ）を排気通路（５）の本流部分に開口し、ネジ孔（１１ａ）を排気マニホールド外壁（１１）より、直接排気通路（５）に穿設し、該ネジ孔（１１ａ）を凹部（１１ｂ）と連通し、該ネジ孔（１１ａ）よりも前記凹部（１１ｂ）を大きく構成し、該凹部（１１ｂ）内において、前記空燃比センサ（２）を該排気通路（５）に垂直方向に取付け、該凹部（１１ｂ）内に空燃比センサ（２）の検知部（２ａ）を配設し、該検知部（２ａ）の先端部は、該凹部（１１ｂ）内に位置させ、該排気通路（５）の本流側へ突出しないように構成し、前記排気マニホールド（１）の空燃比センサ（２）取付部の外壁（１１）部に、該空燃比センサ（２）の外径より若干大きく外方へ突出する凸部（１１ｃ）を設け、該凸部（１１ｃ）上に空燃比センサ（２）のネジ孔（１１ａ）を開口し、該凸部（１１ｃ）上に空燃比センサ（２）を締結する六角ナット部（３）を配置し、前記凹部（１１ｂ）は排気ガスが滞留するに十分な容積とし、該排気通路（５）を流れる排気ガスは凹部（１１ｂ）内にも充満するように構成したので、排気ガス中に含まれるオイルミスト、凝縮水の飛沫等が空燃比センサにかかることがなく、空燃比センサを保護することができる。
【００３５】
また、前記空燃比センサを、排気通路に垂直方向に取付けたので、メンテナンス性が向上し、空燃比センサの交換を容易に行うことができる。
【００３６】
また、エンジンの排気通路を形成する排気マニホールド（１）に空燃比センサ（２）を備え、該排気マニホールド（１）には排気通路（５）の周囲を被覆するように水ジャケット部（１２）を形成し、高温の排気ガスを冷却できる構造とし、該空燃比センサ（２）の取付位置には水ジャケット部（１２）を設けないで、排気マニホールド（１）外壁の内面側の排気通路に凹部（１１ｂ）を設け、該凹部（１１ｂ）内に空燃比センサ（２）の検知部を配設したので、排気ガス中に含まれるオイルミストや凝縮水等から空燃比センサ（２）を保護することができると共に、酸素濃度の正規の値を確実に計測することができる。
【００３７】
また、前記凹部を排気マニホールドの排気通路の本流部分に開口したので、排気ガス中に含まれるオイルミストや凝縮水等から空燃比センサを保護することができると共に、酸素濃度の正規の値を確実に計測することができる。
【００３８】
また、前記排気マニホールド外壁の空燃比センサ取付部に凸部を設け、該凸部上に空燃比センサの取付孔を開口したので、空燃比センサのメンテナンスを容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジンの構成を示した斜視図。
【図２】本発明に係る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。
【図３】同じく正面断面図。
【図４】実施例の空燃比センサ取付構造を示す排気マニホールドの斜視図。
【図５】同じく断面斜視図。
【図６】同じく側面断面図。
【図７】排気マニホールドに設けた窪みの構成を示す斜視図。
【図８】別形態の空燃比センサの取付構造を示す側面断面図。
【図９】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排気マニホールド
２空燃比センサ
２ａ検知部
３六角ナット部
５排気通路
５ａ屈曲部
１１排気マニホールド外壁

Claims

エンジン（Ｅ）の排気通路（５）を形成する排気マニホールド（１）に空燃比センサ（２）を配置する構成において、該排気マニホールド（１）には排気通路（５）の周囲を被覆するように水ジャケット部（１２）を形成し、高温の排気ガスを冷却できる構造とし、該空燃比センサ（２）の取付位置には水ジャケット部（１２）を設けないで、該排気マニホールド（１）の排気通路（５）の内面側に凹部（１１ｂ）を設け、前記凹部（１１ｂ）を排気通路（５）の本流部分に開口し、ネジ孔（１１ａ）を排気マニホールド外壁（１１）より、直接排気通路（５）に穿設し、該ネジ孔（１１ａ）を凹部（１１ｂ）と連通し、該ネジ孔（１１ａ）よりも前記凹部（１１ｂ）を大きく構成し、該凹部（１１ｂ）内において、前記空燃比センサ（２）を該排気通路（５）に垂直方向に取付け、該凹部（１１ｂ）内に空燃比センサ（２）の検知部（２ａ）を配設し、該検知部（２ａ）の先端部は、該凹部（１１ｂ）内に位置させ、該排気通路（５）の本流側へ突出しないように構成し、前記排気マニホールド（１）の空燃比センサ（２）取付部の外壁（１１）部に、該空燃比センサ（２）の外径より若干大きく外方へ突出する凸部（１１ｃ）を設け、該凸部（１１ｃ）上に空燃比センサ（２）のネジ孔（１１ａ）を開口し、該凸部（１１ｃ）上に空燃比センサ（２）を締結する六角ナット部（３）を配置し、前記凹部（１１ｂ）は排気ガスが滞留するに十分な容積とし、該排気通路（５）を流れる排気ガスは凹部（１１ｂ）内にも充満するように構成したことを特徴とする空燃比センサの取付構造。