JP5141647B2 - センサ素子への排ガスガイド装置及びエンジンの排気系構造 - Google Patents
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ところで、排ガス成分を検出するガスセンサの本体(センサ素子)はセラミックで作られているため、排ガス中の異物の衝突による破損のおそれがある。そこで、プロテクタによってセンサ素子を覆っており、センサ素子の破損を防止する技術が開発されている。このプロテクタは、一般に、金属製であり、内部プロテクタと外部プロテクタとからなる二重構造になっている。また、内部プロテクタ及び外部プロテクタには、排ガスが内部のセンサ素子の表面を流通するように、それぞれ複数の通気孔が設けられている。
本発明は、かかる課題に鑑みて創案されたもので、シンプルな構成により排ガスの性状をセンサ素子によって応答性よく検出することができるようにして、例えば複数気筒を有するエンジンにおいて各気筒からの排ガスの性状を1つのセンサ素子によって精度よく検出することができるようにした、センサ素子への排ガスガイド装置及びそれをそなえたエンジンの排気系構造を提供することを目的とする。
また、本発明のエンジンの排気系構造は、排気通路に複数の部分流路を隣接して備えると共に、上記の何れかのセンサ素子への排ガスガイド装置を備えたエンジンの排気系構造であって、前記センサ素子は、前記部分流路の隣接壁部の穴部を貫通して装備され、前記各部分流路を流通する排ガスの性状をそれぞれ検知し、前記プロテクタは、前記センサ素子の外側で前記隣接壁部の穴部を貫通して装備されていることを特徴としている。
ガイド部材に、翼面が下流側に行くに従って互いに接近するように対称配置される一対の翼状ガイドを備えれば、排ガス流をプロテクタの中心側に効率よく偏向させることができる。
〔第1実施形態〕
まず、本発明の第1実施形態について、図1〜図7を参照して説明する。
本実施形態にかかるエンジンは、4気筒エンジンであって、その排気通路は、図4(a)に示すように、エンジン本体1の各気筒の排気ポート(図示略)に連通するよう各排気マニホルド11〜14が接続され、第1気筒(♯1)の排気マニホルド11と第4気筒(♯4)の排気マニホルド14とは第1排気集合管21に集合されており、第2気筒(♯2)の排気マニホルド12と第3気筒(♯3)の排気マニホルド13とは第2排気集合管22に集合されている。
つまり、プロテクタ50は、図1,図2,図5(a)に示すように、センサ素子41との間に一定の隙間を有してセンサ素子41を被覆する略円筒状のプロテクタ本体51と、プロテクタ本体51の基部に備えられた固定用フランジ部(固定部)52とを有し、プロテクタ本体51の中間部外周には環状のシール部材(弁)53が装備される。プロテクタ本体51には、プロテクタ本体51の外部を流通する排ガスをプロテクタ本体51の内部のセンサ素子41の表面に向けて誘導するために、複数の排ガス誘導穴61a,62a,71a,72aが形成されている。
このようなプロテクタ50は、第1排気集合管21の穴部23の周囲に外方に向けて突設された取付ボス部25の内周のネジ部25aに、固定用フランジ部52の外周のネジ部52aを螺合させて取り付けられる。この取付状態では、排ガス誘導穴61,62が第1排気集合流路31内に、排ガス誘導穴71,72が第2排気集合流路32内に、それぞれ位置すると共に、プロテクタ本体51の外周のシール部材53がプロテクタ本体51の外周と第2排気集合管22の管壁(隣接壁部)との隙間24を閉塞するように、配置されている。
ここでは、シール部材53に、柔軟性の低い(つまり、剛性の高い)ステンレスが採用されているので、シール部材53自体の弾性変形によりシール性を確保することは困難なので、シール部材53の円形突起部53aを受け部材54の円形環状溝54aに圧接する構造としてシール性を確保している。
なお、シール部材としては、上記の排ガスの熱や排ガス成分に侵されることのない特性を有するものであれば、ゴム又は樹脂等の弾性体により、或いは、かかる弾性体を含んだ構成としてもよい。この場合、例えば、図6に示すように、弾性体のシール部材153を構成することができる。
そして、図1,図2に示すように、プロテクタ50のプロテクタ本体51の外周に、各排気集合流路31,32を流通する排ガスをプロテクタ本体51の内部に流入するように案内するガイド部材80が追加されている。
また、本実施形態では、ガスセンサ40は、各気筒からの排ガスの空燃比を検出する空燃比センサ[全域空燃比センサ、LAFS(リニアA/Fセンサ)]として構成されるが、1つの空燃比センサ40により、各気筒からの排ガスの空燃比を検出するには、各気筒の排ガスが順次センサ素子41を流通する点に着目して、検出タイミングで、排気管をセンサ素子41で検出している検出値(空燃比)が何れの気筒のものかを判別して、各気筒からの排ガスの空燃比を得るようにしている。なお、かかるガスセンサとしては、空燃比センサに限定されるものではなく、NOx等の他の排ガス成分について気筒別に検出するもの(気筒別ガス成分検出用ガスセンサ)でも適用できる。
また、排気集合流路31,32の隣接壁部(第2排気集合管22の管壁)の穴部24を貫通するようにセンサ素子41及びプロテクタ本体51を装備するので、製造誤差を考慮して穴部24とプロテクタ本体51の外周との間にはクリアランス(隙間)を確保する必要があるが、このクリアランスは、上記の排気干渉の低減効果や、検出対象気筒の排ガスとその前後のタイミングで流通する気筒の排ガスとをより分離できる効果を、いずれも低下させることになる。
なお、図5(b)に示すように、排ガス流下流側の排ガス誘導穴62,72を、排ガス流上流側の排ガス誘導穴61,71よりも大径に形成すれば、プロテクタ本体51の内部の排ガスの滞留を抑制することができ、円滑な排ガス流通を実現できる上に、センサ素子41の周辺への水分の進入や滞留を抑制することができる。
また、プロテクタ本体51の排ガス誘導穴61a,62a,71a,72aについては、図7に変形例として示すような構成も適用できる。
つまり、第1排気集合流路31内の上流側の排ガス誘導穴61bは、第1排気集合流路31を流通する排ガスをセンサ素子41に対して第2排気集合流路32側に偏向させるように傾斜され、第2排気集合流路32内の上流側の排ガス誘導穴71bは、第2排気集合流路32を流通する排ガスをセンサ素子41に対して第1排気集合流路31側に偏向させるように傾斜されている。また、第1排気集合流路31内の下流側の排ガス誘導穴(排ガス排出穴)62bは、第2排気集合流路32を流通する排ガスをセンサ素子41に対して第1排気集合流路31側に偏向させるように傾斜され、第2排気集合流路32内の下流側の排ガス誘導穴(排ガス排出穴)72bは、第1排気集合流路31を流通する排ガスをセンサ素子41に対して第2排気集合流路32側に偏向させるように傾斜されている。
また、比較的厚みの薄いプロテクタ本体を用いる場合には、図7(c1),(c2)及び(d1),(d2)に示すように、排ガス誘導穴161,171,162,172,261,271,262,272及び排ガスを内部のセンサ素子41の表面に向けて誘導する誘導面161a,171a,162a,172a,261a,271a,262a,272aを有するプロテクタ本体151,251を形成することができる。
次に、本発明の第2実施形態について、図8,図9を参照して説明する。
第1実施形態のガスセンサ40が重合する第1排気集合管21と第2排気集合管22との双方にわたって設けられているのに対して、図8,9に示すように、本実施形態にかかるガスセンサ40は単一の排気集合管21に設けられている点のみ相違する。したがって、本実施形態では、第1実施形態のシール部材(弁)53は省略されている。また、本実施形態にかかる排ガスセンサ用ガイド装置(ガイド装置)8、つまり、ガイド装置8を構成するプロテクタ50及びガイド部材80自体は、第1実施形態のものと同様に構成される。
そして、ガイド部材80の翼状ガイド部82,82及び筒状ガイド部83〜85により流通する排ガスを偏向しプロテクタ本体51の内部に流入するように案内するので、プロテクタ本体51の上流側の排ガス圧が高められ、プロテクタ本体51の内部への排ガスの流入が促進され、ガス流路を流れるガスの成分や濃度の変化に対するガスセンサ40のセンサ素子41の応答性が高められる。この結果、時間経過に応じて変化する排ガスの成分を1つのガスセンサ40によって精度よく検出することができるようになる。したがって、複数気筒を有するエンジンにおいて各気筒からの排ガスの成分を1つのガスセンサ40によって精度よく検出することができる。
次に、本発明の第3実施形態について、図10〜図13を参照して説明する。
図10〜図13に示すように、本実施形態では、第1実施形態の翼状ガイド部82,82に相当するガイド部材90が、プロテクタ50のプロテクタ本体51とは別個に設けられている。なお、ガスセンサ40及びプロテクタ50は、第1実施形態と同様に構成され、本実施形態にかかるガイド装置8´を構成するガイド部材90が、第1実施形態のものと異なっている。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態を適宜変更して実施することができる。
8,8´ 排ガスセンサ用ガイド装置
11〜14 排気マニホルド
21 第1排気集合管
22 第2排気集合管
23,24 穴部
25a ネジ部
31 第1排気集合流路(第1部分流路)
32 第2排気集合流路(第2部分流路)
40 排ガスセンサ(全域空燃比センサ)
41 センサ素子
50 プロテクタ
51,151,251 プロテクタ本体
52 固定用フランジ部(固定部)
52a ネジ部
52b プレート部
52c 六角部
53,153 環状のシール部材(弁)
61a,71a,61b,71b,61c,71c 排ガス誘導穴
62a,72a,62b,72b,62c,72c 排ガス誘導穴(排ガス排出穴)
80,80A〜80E,90 排ガスセンサ用ガイド部材
82,91 翼状ガイド部(翼状ガイド本体)
81 環状の基部プレート(環状基部)
92 取付用ネジ軸(固定部)
151,251 プロテクタ本体
161,171,261,271 排ガス誘導穴
162,172,262,272 排ガス誘導穴(排ガス排出穴)
Claims (5)
- エンジンの排気通路内に装備され、排ガスの性状を検知するセンサ素子へ排ガスを案内するガイド装置であって、
前記センサ素子を覆うと共に排ガスを前記センサ素子に誘導する複数の排ガス誘導穴を有するプロテクタと、
前記プロテクタよりも前記排気通路の上流側に装備され、排ガス流を前記プロテクタの中心側に偏向させるガイド部材と、をそなえ、
前記ガイド部材には、前記プロテクタの延在する方向に沿って延び、翼面が下流側に行くに従って互いに接近するように対称配置される一対の翼状ガイドが備えられている
ことを特徴とする、センサ素子への排ガスガイド装置。 - 前記プロテクタは、前記センサ素子を包囲し前記排ガス誘導穴が形成された筒状のプロテクタ本体と、該プロテクタ本体の基部に備えられ前記排気通路の壁部に固定される固定部とを有し、
前記ガイド部材は、前記一対の翼状ガイドの基部に備えられ前記排気通路の壁部に前記プロテクタの前記固定部と共に固定される環状基部とを有している
ことを特徴とする、請求項1記載のセンサ素子への排ガスガイド装置。 - 前記ガイド部材は、前記一対の翼状ガイド本体の相互間に、前記プロテクタ本体を包囲するように配置され、排ガス流を前記プロテクタ本体の周面に向けて案内する筒状ガイドを有している
ことを特徴とする、請求項2記載のセンサ素子への排ガスガイド装置。 - 排気通路に複数の部分流路を隣接して備えると共に、請求項1〜3の何れか1項に記載のセンサ素子への排ガスガイド装置を備えたエンジンの排気系構造であって、
前記センサ素子は、前記部分流路の隣接壁部の穴部を貫通して装備され、前記各部分流路を流通する排ガスの性状をそれぞれ検知し、
前記プロテクタは、前記センサ素子の外側で前記隣接壁部の穴部を貫通して装備されている
ことを特徴とする、エンジンの排気系構造。 - 前記部分流路は、何れも、複数の排気マニホルドを集合させた排気集合流路であって、
前記センサ素子は、前記各排気集合流路を流通する前記複数の排気マニホルドからの排ガスのガス成分をそれぞれ個別に検知する
ことを特徴とする、請求項4記載のエンジンの排気系構造。
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