JP5753821B2 - センサ取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に対してセンサ素子部を取り付けるためのセンサ取付構造に関する。

従来、内燃機関（エンジン）の排気管等のガス流通管に取り付けられて、ガス流通管の内部を流通する排気ガス中の特定ガス成分（例えば、酸素、ＮＯｘ等）を電気的に検出するセンサ素子部が知られている。

このようなセンサ素子部は、先端に排気ガスに晒される検知部を備えて構成されており、検出素子部とも呼ばれる。そして、センサ素子部は、例えば、センサ素子部を保持する筒状の主体金具（ハウジング）とともに、ガスセンサを構成する（特許文献１）。

なお、ガスセンサは、センサ素子部を加熱するためのヒータを備える構成に限られることはなく、センサ素子部を活性化可能な環境下で使用される場合には、例えば、図７に示すガスセンサ２０１のように、ヒータを有しない構成を採ることもできる。

ガスセンサ２０１は、センサ素子部２０３と、主体金具２０５と、を備える。また、ガスセンサ２０１は、保護プロテクタ２１１、ガスケット２１２、出力端子２１３、滑石２１４、スリーブ２１５、板パッキン２１６、外筒２１８、通気フィルタ２１９、セパレータ２２０、保護外筒２２１、ゴムキャップ２２２、リード線２２３を備えている。

一方、ガス流通管としては、センサ素子部の検知部を管内に突出させた状態でガスセンサを取り付けるための取付孔が穿設されるものがある。
そして、例えば、主体金具および取付孔がそれぞれ螺合溝を備えており、螺合によりガスセンサがガス流通管の取付孔に取り付けられる。これにより、主体金具およびセンサ素子部を備えるガスセンサを内燃機関に対して取り付けるためのセンサ取付構造の一例が実現される。

特開２００９−１６２５６５号公報

しかし、主体金具を用いてガスセンサを内燃機関に取り付けるセンサ取付構造においては、その構造が複雑になるという問題がある。
つまり、ガスセンサの構成部品としてセンサ素子部のみならず主体金具が必須となるため、主体金具を有しない構成のガスセンサに比べて部品点数が多くなり、ガスセンサの構造が複雑になる。

また、主体金具の形状によっては、主体金具そのものの製造工程が煩雑になり、ガスセンサ全体としての製造コストも高くなる。
このため、主体金具を用いてセンサ素子部を内燃機関に取り付けるセンサ取付構造（換言すれば、ガスセンサとしてセンサ素子部を取り付けるセンサ取付構造）は、コストが高くなるという問題がある。

そこで、本発明は、主体金具を用いる場合に比べて、構造が複雑ではなく、製造コストの低いセンサ取付構造を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関に対してセンサ素子部を取り付けるためのセンサ取付構造であって、内燃機関のエンジンヘッドは、その外部から排気ポートに向けて該エンジンヘッドを貫通するとともに、外部側に向く係止面を有する貫通穴を備え、センサ素子部は、長手方向の先端側に設けられ、被測定ガスに晒される検知部と、該検知部よりも後端側に設けられ、係止面に係合する先端向き面を有する係合部と、を備え、検知部が排気ポート内に配置されるとともに貫通穴の係止面に先端向き面が係合した状態のセンサ素子部を、係止面と自身とで挟持することで、貫通穴内にセンサ素子部を固定する取付固定部材、を備える、というセンサ取付構造である。

このようなセンサ取付構造においては、取付固定部材を用いてセンサ素子部をエンジンヘッドの貫通穴に固定することから、センサ素子部を保持する主体金具を用いることなく、センサ素子部を貫通穴に取り付けることができる。

このため、センサ素子部は、主体金具を有するセンサに比べて部品点数が少なく、構成が簡素になる。
また、部品点数が少なくなることで、センサ素子部の製造コストを低く抑えることができ、センサ取付構造としての製造コストも低く抑えることができる。

よって、本発明によれば、主体金具を用いる場合に比べて、構造が複雑ではなく、製造コストの低いセンサ取付構造を実現できる。
また、本発明のように、センサ素子部の取付位置を排気管ではなくエンジンヘッドにすることで、センサ素子部や取付固定部材の構成部品を安価な材料で形成することが可能となる。

つまり、一般に、排気管は６００〜６５０［℃］の高温になるが、エンジンヘッドは、冷却水の循環などの冷却機構によって温度上昇が抑えられるため、エンジンヘッドの温度は２００［℃］程度となる。

このため、本発明のセンサ素子部や取付固定部材は、６００〜６５０［℃］の高温に耐えられる部品で構成する必要性は低くなり、２００［℃］程度の温度に耐えられる部品で構成することが可能となる。換言すれば、センサ素子部や取付固定部材を安価な材料で構成することが可能となる。

よって、本発明によれば、センサ素子部や取付固定部材を安価に製造でき、製造コストの低いセンサ取付構造を実現できる。
次に、上述のセンサ取付構造においては、センサ素子部の外面と貫通穴の内面との間に配置されると共に、係合部と取付固定部材との間に挟持され、センサ素子部とエンジンヘッドとの間の気密性を維持するシール部を備える、という構成を採ることができる。

このようにシール部を備えることで、センサ素子部とエンジンヘッドとの間から排気ポートの排気ガスが漏れ出るのを抑制できる。
次に、上述のセンサ取付構造においては、センサ素子部は有底筒型センサ素子であり、係合部は、有底筒状センサ素子の径方向外側に突出する鍔部で構成しても良い。

この有底筒型センサ素子は、鍔部の先端向き面が係止面に係合することでエンジンヘッド（詳細には、貫通穴）に対して位置決めでき、その結果、その先端側部分の検知部を排気ポート内に配置することができる。

そして、センサ素子部を有底筒型センサ素子で構成する場合には、有底筒型センサ素子は、検知信号を出力するために外面に設けられた電極部を備え、電極部はエンジンヘッドに電気的に接続されるように、少なくとも一部が鍔部に設けられている、という構成を採ることができる。

これにより、センサ素子部としての有底筒型センサ素子は、電極部がエンジンヘッドに電気的に接続されることで、エンジンヘッドを通じて外部への検知信号の出力経路を確立できる。よって、センサ素子部から外部への検知信号の出力経路を簡素な構成で確立することができ、製造コストを低減できる。

次に、上述のセンサ取付構造においては、センサ素子部は、長手方向に延びる板型センサ素子と、板型センサ素子の長手方向の中間位置で板型センサ素子を保持する保持部と、を備えて構成しても良い。そして、このような構成を採る場合、保持部が係合部として係止面に係合するとよい。

このようなセンサ素子部は、保持部が係止面に係合することでエンジンヘッド（詳細には、貫通穴）に対して位置決めでき、その結果、板型センサ素子の先端側に設けられた検知部が排気ポート内に配置できる。

次に、上述のセンサ取付構造においては、取付固定部材は螺合によりエンジンヘッドに一部が嵌め込まれて取り付けられる、という構成を採ることができる。
このような構成であれば、取付固定部材を確実にエンジンヘッドに固定できるとともに、取付固定部材によってセンサ素子部を貫通穴に対して確実に固定できる。

第１実施形態のセンサ取付構造を備える内燃機関の概略構成図である。 第１実施形態のセンサ取付構造の断面図である。 長手方向の後端側（図の上側）の一部を破断して内部構造を示したセンサ素子部の正面図である。 第２実施形態の第２センサ取付構造の断面図である。 第２センサ素子部の外観を表した斜視図である。 センサ素子部を取り付けるための第３センサ取付構造の断面図である。 従来のガスセンサの概略構成を示す断面図である。

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
なお、以下に示す実施形態では、本発明のセンサ取付構造を適用した内燃機関を例に挙げて説明する。

［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
本実施形態の内燃機関１の全体構成について、図１に基づいて説明する。図１は、センサ素子部１９を取り付けるためのセンサ取付構造１５を備える内燃機関１の概略構成図である。

図１に示すように、本実施形態の内燃機関１は、エンジン本体部１１の吸気管６２のうち最上流部に設けられて異物の吸入を避けるためのエアクリーナ６３と、このエアクリーナ６３の下流側に設けられて吸入空気量を検出するエアフローメータ６４と、を備える。

また、内燃機関１は、エアフローメータ６４の下流側に設けられてモータ６５によって開度調節されるスロットルバルブ６６と、このスロットルバルブ６６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ６７と、を備える。

さらに、内燃機関１は、スロットルバルブ６６の下流側に設けられるサージタンク６８と、このサージタンク６８の下流側に設けられてエンジン本体部１１に空気を導入する吸気マニホールド７０と、を備える。

吸気マニホールド７０の吸気ポート近傍には、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁７１が取り付けられている。また、エンジン本体部１１のエンジンヘッドには、点火プラグ７２が取り付けられ、各点火プラグ７２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

エンジン本体部１１のエンジンヘッド１３には、排気ポート１７における排出ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子部１９が設けられる。センサ素子部１９は、空燃比センサや酸素センサ等として内燃機関１に備えられている。

エンジン本体部１１の排気ポート１７に接続された排気管７３には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒７４が設けられている。
さらに、内燃機関１は、各部の状態を示す信号に基づいて内燃機関の運転状態を制御する制御部７５（ＥＣＵ７５）を備える。制御部７５は、いわゆるマイクロコンピュータで構成されており、詳細は図示しないが、公知の構成を有し、演算を行うマイクロプロセッサ、プログラムやデータを一時記憶するＲＡＭ、プログラムやデータを保持するＲＯＭ、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路などを含んで構成されている。なお、Ａ／Ｄ変換回路は、ＡＤ入力端子ＡＤＣから入力されるアナログ信号を、マイクロプロセッサなどで使用可能なデジタル信号に変換する。

［１−２．センサ取付構造］
次に、エンジン本体部１１のエンジンヘッド１３に対してセンサ素子部１９を取り付けるためのセンサ取付構造１５について説明する。

図２に、センサ素子部１９を取り付けるためのセンサ取付構造１５の断面図を示す。
センサ取付構造１５は、エンジン本体部１１のエンジンヘッド１３に設けられる貫通穴２１と、センサ素子部１９と、取付固定部材２３と、シール部材２５と、を主に備える。

貫通穴２１は、エンジン本体部１１のエンジンヘッド１３のうちセンサ素子部１９の取付領域において、エンジンヘッド１３の外側から排気ポート１７に向けて貫通する穴として設けられている。貫通穴２１は、その内部においてエンジンヘッド１３の外側に対向する係止面２７と、穴の内部のうちエンジンヘッド１３の外側に近い領域に雌ネジ溝２９と、を備える。

ここで、図３に、長手方向の後端側（図の上側）の一部を破断して内部構造を示したセンサ素子部１９の正面図を示す。
センサ素子部１９は、ジルコニア（ＺｒＯ₂）を主成分とする酸素イオン伝導性を有する固体電解質体からなり、先端部３１が閉塞された有底形状であり、軸線Ｏ方向に延びる円筒状の有底筒型センサ素子である。センサ素子部１９の外周には、径方向外向きに突出した鍔部２６が周設されている。

なお、センサ素子部１９を構成する固体電解質体としては、例えば、Ｙ₂Ｏ₃又はＣａＯを固溶させたＺｒＯ₂が代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ₂との固溶体を使用しても良い。さらには、これにＨｆＯ₂が含有されていても良い。

このセンサ素子部１９の先端部３１には、外周面に外部電極３５が形成されている。この外部電極３５は、ＰｔあるいはＰｔ合金を多孔質に形成したものである。この外部電極３５からは、軸線方向にＰｔ等からなる縦リード部３９が形成されており、この縦リード部３９は、鍔部２６の先端向き面２８（図３下方）に環状に形成されたＰｔ等からなる環状リード部４１に接続されている。さらに、センサ素子部１９には、電極３５を覆う保護層（図示せず）が設けられている。この保護層は、アルミナ、チタニア、スピネル等を用いて形成される。なお、図３では、電極３５を説明するために保護層を省略している。

一方、センサ素子部１９の内周面には、その全面を覆うように、内部電極３７が形成されている。内部電極３７は、ＰｔあるいはＰｔ合金を多孔質に形成したものである。
センサ素子部１９のうち先端部３１における「外部電極３５，内部電極３７および固体電解質体」が、測定対象物（排気ガス）に晒される検知部となる。

図２に示すように、センサ素子部１９がエンジンヘッド１３の貫通穴２１に取り付けられると、先端部３１は、排気ポート１７内に配置され、外部電極３５は測定対象物（排気ガス）に晒される。また、鍔部２６に備えられる環状リード部４１は、内燃機関１のエンジンヘッド１３（詳細には、係止面２７）に電気的に接続される。つまり、外部電極３５は、環状リード部４１を介してエンジンヘッド１３に電気的に接続される
センサ素子部１９の内部空間のうち後端側には、リード線４５に電気的に接続された端子金具４３が配置される。

端子金具４３は、図２に示すように、例えばインコネル７５０（英インコネル社、商標名）からなり、センサ出力を外部に取り出すための略筒状の部材である。端子金具４３は、リード線４５に電気的に接続されるとともに、センサ素子部１９の内部電極３７に電気的に接続される。

取付固定部材２３は、後端側に設けられる六角ナット部４７と、先端側に設けられるネジ部４９と、先端側から後端側にかけて貫通する挿通孔５１と、を備える。
また、取付固定部材２３とエンジンヘッド１３との間には、環状のガスケット５７が配置されている。

シール部材２５は、環状のゴム材料（例えば、フッ素ゴム、ＥＰＤＭなど）や滑石等で構成されており、センサ素子部１９の外面と貫通穴２１の内面との間に配置され、それぞれに当接する状態で配置される。

取付固定部材２３は、ネジ部４９と雌ネジ溝２９との螺合により貫通穴２１に取り付けられることで、シール部材２５を介して先端側向き（図の下向き）の付勢力をセンサ素子部１９の鍔部２６に対して印加する。

これにより、センサ素子部１９は、シール部材２５を介して取付固定部材２３からの付勢力を受けて、鍔部２６の先端向き面２８が係止面２７に当接した状態で、取付固定部材２３と係止面２７とで挟持することにより、貫通穴２１の内部に固定される。このとき、センサ素子部１９は、検知部としての先端部３１が排気ポート１７内に配置される状態で、貫通穴２１に固定される。

センサ素子部１９の鍔部２６の先端向き面２８が係止面２７に当接すると共に、シール部材２５が取付固定部材２３と鍔部２６に挟持されつつセンサ素子部１９の外面と貫通穴２１の内面とに当接する状態で配置されることで、センサ素子部１９と貫通穴２１との間に隙間が生じるのが抑制でき、気密性が向上する。これにより、センサ素子部１９と貫通穴２１との間の隙間を通じて、排気ポート１７から排気ガスが漏洩するのを抑制できる。

また、取付固定部材２３の挿通孔５１の内部には、センサ素子部１９の後端部分が配置されると共に、セパレータ５３が配置される。
セパレータ５３は、電気絶縁性を有するゴム材料（例えば、フッ素ゴムなど）からなる円筒形状の部材であり、その軸中心には、リード線４５が貫挿される貫通孔５５を備える。セパレータ５３の先端面は、センサ素子部１９の後端側に当接しており、セパレータ５３の外側面および後端面は、取付固定部材２３の挿通孔５１の内面に当接する。挿通孔５１にセパレータ５３を配置することで、挿通孔５１を通じてセンサ素子部１９に異物が付着するのを抑制できる。

セパレータ５３の貫通孔５５は、その内径寸法がリード線４５の外形寸法よりも小さく形成されている。これにより、リード線４５をセパレータ５３にて保持することができる。なお、外部からセンサ素子部１９の内部空間への外気の導入経路としては、リード線４５の内部の隙間を用いている。つまり、通常、リード線は芯線及び被覆チューブからなっており、これらの隙間を通過する外気がセンサ素子部１９の内部空間に導入できるようになっている。

そして、センサ素子部１９が排気ガス中の酸素濃度に応じて出力する検知信号は、外部電極３５からエンジンヘッド１３を介してＥＣＵ７５に通じる信号経路と、内部電極３７から端子金具４３およびリード線４５を介してＥＣＵ７５に通じる信号経路と、を経てＥＣＵ７５に到達する。

［１−３．効果］
以上説明したように、本実施形態のセンサ取付構造１５においては、取付固定部材２３を用いてセンサ素子部１９をエンジンヘッド１３の貫通穴２１に固定することから、センサ素子部１９を保持する主体金具を用いることなく、センサ素子部１９を貫通穴２１に取り付けることができる。

このため、センサ素子部１９は、主体金具を有するセンサに比べて部品点数が少なく、構成が簡素になる。
また、部品点数が少なくなることで、センサ素子部１９の製造コストを低く抑えることができ、センサ取付構造１５としての製造コストも低く抑えることができる。

よって、本実施形態によれば、主体金具を用いる場合に比べて、構造が複雑ではなく、製造コストの低いセンサ取付構造１５を実現できる。
また、本実施形態のセンサ取付構造１５においては、センサ素子部１９の外面とエンジンヘッド１３の内面（詳細には貫通穴２１の内面）との間に配置されると共に、鍔部２６と取付固定部材２３との間に挟持され、センサ素子部１９とエンジンヘッド１３（貫通穴２１）との間の気密性を維持するシール部材２５が備えられる。

このようにシール部材２５を備えることで、センサ素子部１９とエンジンヘッド１３（貫通穴２１）との間から排気ポート１７の排気ガスが漏れ出るのを抑制できる。
また、本実施形態のセンサ取付構造１５においては、センサ素子部１９がエンジンヘッド１３の貫通穴２１に取り付けられると、鍔部２６が係止面２７に当接（係合）し、鍔部２６に備えられる環状リード部４１は、内燃機関１のエンジンヘッド１３（詳細には、係止面２７）に電気的に接続される。つまり、外部電極３５は、環状リード部４１を介してエンジンヘッド１３に電気的に接続される。

これにより、センサ素子部１９は、鍔部２６が係止面２７に係合することでエンジンヘッド１３（詳細には、貫通穴２１）に対して位置決めされるとともに、外部電極３５が環状リード部４１を介してエンジンヘッド１３に電気的に接続されることで、エンジンヘッド１３を通じて外部への検知信号の出力経路を確立できる。

よって、本実施形態によれば、エンジンヘッド１３（詳細には、貫通穴２１）に対するセンサ素子部１９の位置決め作業が簡便になると共に、センサ素子部１９から外部への検知信号の出力経路を簡素な構成で確立することができ、製造コストを低減できる。

また、本実施形態のセンサ取付構造１５においては、取付固定部材２３は、ネジ部４９と雌ネジ溝２９との螺合によりエンジンヘッド１３（詳細には、貫通穴２１）に取り付けられる。

このような構成であれば、取付固定部材２３を確実にエンジンヘッド１３に固定できるとともに、取付固定部材２３によってセンサ素子部１９を貫通穴２１に対して確実に固定できる。

また、本実施形態のように、センサ素子部１９の取付位置を排気管７３ではなくエンジンヘッド１３にすることで、センサ素子部１９や取付固定部材２３の構成部品を安価な材料で形成することが可能となる。

つまり、一般に、排気管は６００〜６５０［℃］の高温になるが、エンジンヘッドは、冷却水の循環などの冷却機構によって温度上昇が抑えられるため、エンジンヘッドの温度は２００［℃］程度となる。

このため、本実施形態のセンサ素子部１９や取付固定部材２３は、６００〜６５０［℃］の高温に耐えられる部品で構成する必要性は低くなり、２００［℃］程度の温度に耐えられる部品で構成することが可能となる。換言すれば、センサ素子部１９や取付固定部材２３を安価な材料で構成することが可能となる。

よって、本実施形態によれば、センサ素子部１９や取付固定部材２３を安価に製造でき、製造コストの低いセンサ取付構造１５を実現できる。
［１−４．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。

センサ素子部１９が有底筒型センサ素子の一例に相当し、センサ素子部１９の鍔部２６が係合部の一例に相当し、先端部３１が検知部の一例に相当し、シール部材２５がシール部の一例に相当し、外部電極３５が電極部の一例に相当する。

［２．第２実施形態］
上記実施形態（以下、第１実施形態ともいう）では、有底筒型センサ素子で構成されるセンサ素子部を取り付けるためのセンサ取付構造について説明したが、有底筒型センサ素子ではなく板型センサ素子を用いても良い。

そこで、第２実施形態として、板型センサ素子を備えるセンサ素子部を内燃機関に取り付けるための第２センサ取付構造１１５について説明する。
なお、以下の説明では、第２実施形態の構成のうち第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同一を付して説明を省略し、第２実施形態の構成のうち第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図４に、第２センサ素子部１１９を取り付けるための第２センサ取付構造１１５の断面図を示す。
第２センサ取付構造１１５は、エンジン本体部１１のエンジンヘッド１３に設けられる貫通穴２１と、第２センサ素子部１１９と、取付固定部材２３と、第２シール部材１３３と、を備える。

ここで、図５に、第２センサ素子部１１９の外観を表した斜視図を示す。
第２センサ素子部１１９は、軸線方向（図中上下方向）に延びる板状形状をなす板型センサ素子１２１と、板型センサ素子１２１を保持する滑石リング１２３と、滑石リング１２３を覆う保護カバー１２４と、を備える。

板型センサ素子１２１は、検知した酸素濃度に応じた検知信号を出力する板状の検知素子部と、検知素子部を加熱する板状のヒータ部と、が積層されて構成されている。このような板型センサ素子は従来公知のものであるため、その内部構造等の詳細な説明は省略するが、その概略構成は以下のようである。

まず、板型センサ素子１２１の検知素子部は、固体電解質基板の両側に多孔質電極を形成した酸素濃淡電池素子と、同じく固体電解質基板の両側に多孔質電極を形成した酸素ポンプ素子と、これらの両素子の間に積層され、中空の測定ガス室を形成するためのスペーサとから構成される。この固体電解質基板は、イットリアを安定化剤として固溶させたジルコニアから形成され、多孔質電極は、Ｐｔを主体に形成される。また、測定ガス室を形成するスペーサは、アルミナを主体に構成されており、中空の測定ガス室の内側には、酸素濃淡電池素子の一方の多孔質電極と、酸素ポンプ素子の一方の多孔質電極が露出するように配置されている。なお、測定ガス室は、検知素子部の先端側に位置するように形成されており、この測定ガス室が形成される部分が検知部１２５である。

ついで、板型センサ素子１２１のヒータ部は、アルミナを主体とする絶縁基板の間に、Ｐｔを主体とする発熱抵抗体パターンが挟み込まれて形成されている。
そして、検知素子部とヒータ部とは、セラミック層（例えば、ジルコニア系セラミックやアルミナ系セラミック）を介して互いに接合される。また、板型センサ素子１２１のうち少なくとも測定対象物（本実施形態では、排ガス）に晒される電極の表面上には、被毒防止用の多孔質状のセラミック（例えば、アルミナ系セラミックなど）からなる保護層１２７を備える。なお、第２実施形態では、板型センサ素子１２１のうち排ガスに晒される電極の表面を含む先端側全面を保護層１２７にて覆っている。

このような板型センサ素子１２１は、表側板面の後端（図５の上側）に設けられる３個の電極端子部１３１（図５参照）と、裏側板面の後端に設けられる２個の電極端子部（図示省略）と、を備えている。板型センサ素子１２１の表側板面に設けられる３個の電極端子部１３１は、検知素子部の内部に備えられる多孔質電極に電気的に接続されており、板型センサ素子１２１の裏側板面に設けられる２個の電極端子部は、ヒータ部の内部に備えられる発熱抵抗体パターンに電気的に接続されている。

板型センサ素子１２１の後端に設けられる複数の電極端子部は、端子部材を用いた接触構造やロー付けなどの接続手段等により、それぞれ異なるリード線４５（図４では１本のみ図示）に電気的に接続される。つまり、複数の電極端子部は、リード線４５を介して外部機器に電気的に接続される。

滑石リング１２３は、タルク粉末が固められて形成されており、軸線方向に貫通する素子挿通孔１２６を有する環状形状に形成されている。
保護カバー１２４は、金属材料（例えば、ステンレス鋼等）からなり、滑石リング１２３を内部に収容可能な大きさの筒状形状である。保護カバー１２４は、先端側および後端側が開口しており、先端側に貫通穴２１の係止面２７に係合（当接）する先端向き面１２８を備える。つまり、保護カバー１２４は、滑石リング１２３の側面および先端面を覆う筒状形状に形成されている。

滑石リング１２３および保護カバー１２４が板型センサ素子１２１の長手方向の中間位置で板型センサ素子１２１を保持することで、第２センサ素子部１１９が構成される。
次に、第２シール部材１３３は、図４に示すように、環状のゴム材料（例えば、フッ素ゴム、ＥＰＤＭなど）や滑石等で構成されており、第２センサ素子部１１９の外面と貫通穴２１の内面のとの間に配置され、それぞれに当接する状態で配置される。

取付固定部材２３は、ネジ部４９と雌ネジ溝２９との螺合により貫通穴２１に取り付けられることで、第２シール部材１３３を介して先端側向き（図の下向き）の付勢力を第２センサ素子部１１９の滑石リング１２３および保護カバー１２４に対して印加する。

これにより、第２センサ素子部１１９は、第２シール部材１３３を介して取付固定部材２３からの付勢力を受けて、保護カバー１２４（詳細には、先端向き面１２８）が係止面２７に当接した状態で、取付固定部材２３と係止面２７とで挟持することにより、貫通穴２１の内部に固定される。このとき、第２センサ素子部１１９の板型センサ素子１２１は、検知部１２５が排気ポート１７内に配置される状態で、貫通穴２１に固定される。

第２センサ素子部１１９の保護カバー１２４（詳細には、先端向き面１２８）が係止面２７に当接すると共に、第２シール部材１３３が取付固定部材２３と滑石リング１２３と保護カバー１２４に挟持されつつ第２センサ素子部１１９の外面と貫通穴２１の内面とに当接する状態で配置されることで、第２センサ素子部１１９と貫通穴２１との間に隙間が生じるのが抑制でき、気密性が向上する。これにより、第２センサ素子部１１９と貫通穴２１との間の隙間を通じて、排気ポート１７から排気ガスが漏洩するのを抑制できる。

また、取付固定部材２３とエンジンヘッド１３との間には、環状のガスケット５７が配置されている。
また、取付固定部材２３の挿通孔５１の内部には、第２センサ素子部１１９（詳細には、板型センサ素子１２１）の後端部分が配置されると共に、第２セパレータ１３５が配置される。

第２セパレータ１３５は、電気絶縁性を有するゴム材料（例えば、フッ素ゴムなど）からなる円筒形状の部材であり、その軸中心には、リード線４５が貫挿される貫通孔５５を備える。第２セパレータ１３５の先端面は、第２シール部材１３３の後端側に当接しており、第２セパレータ１３５の外側面および後端面は、取付固定部材２３の挿通孔５１の内面に当接する。挿通孔５１に第２セパレータ１３５を配置することで、挿通孔５１を通じて第２センサ素子部１１９に異物が付着するのを抑制できる。

さらに、取付固定部材２３の挿通孔５１の内部には、ゴム材料（例えば、フッ素ゴムなど）からなる円筒形状の封止部材１３６が備えられる。封止部材１３６の軸中心には、リード線４５が貫挿される。封止部材１３６を備えることにより、水が外部から取付固定部材２３の内部へ侵入することを抑制できる。

以上説明したように、第２実施形態の第２センサ取付構造１１５においては、第１実施形態と同様に、取付固定部材２３を用いて第２センサ素子部１１９をエンジンヘッド１３の貫通穴２１に固定することから、第２センサ素子部１１９を保持する主体金具を用いることなく、第２センサ素子部１１９を貫通穴２１に取り付けることができる。

このため、第２センサ素子部１１９は、主体金具を有するセンサに比べて部品点数が少なく、構成が簡素になる。また、部品点数が少なくなることで、第２センサ素子部１１９の製造コストを低く抑えることができ、第２センサ取付構造１１５としての製造コストも低く抑えることができる。

よって、第２実施形態によれば、主体金具を用いる場合に比べて、構造が複雑ではなく、製造コストの低い第２センサ取付構造１１５を実現できる。
また、第２実施形態のように、第２センサ素子部１１９の取付位置を排気管７３ではなくエンジンヘッド１３にすることで、第１実施形態と同様に、第２センサ素子部１１９や取付固定部材２３の構成部品を安価な材料で形成することが可能となる。

つまり、第２センサ素子部１１９や取付固定部材２３は、６００〜６５０［℃］の高温に耐えられる部品で構成する必要性は低くなり、２００［℃］程度の温度に耐えられる部品で構成することが可能となる。

よって、第２実施形態によれば、第２センサ素子部１１９や取付固定部材２３を安価に製造でき、製造コストの低い第２センサ取付構造１１５を実現できる。
また、第２センサ取付構造１１５においては、第２センサ素子部１１９は、長手方向に延びる板型センサ素子１２１と、板型センサ素子１２１の長手方向の中間位置で板型センサ素子１２１を保持する滑石リング１２３と、滑石リング１２３を覆う保護カバー１２４と、を備えて構成されている。そして、保護カバー１２４（詳細には、先端向き面１２８）は、貫通穴２１の係止面２７に係合する。

このような第２センサ素子部１１９は、保護カバー１２４（詳細には、先端向き面１２８）が係止面２７に係合することでエンジンヘッド１３（詳細には、貫通穴２１）に対して位置決めされることで、板型センサ素子１２１の先端側に設けられた検知部１２５を排気ポート内に配置できる。

また、第２実施形態のセンサ取付構造１５においては、第２センサ素子部１１９の外面とエンジンヘッド１３の内面（詳細には貫通穴２１の内面）との間に配置されると共に、滑石リング１２３及び保護カバー１２４と取付固定部材２３との間に挟持され、第２センサ素子部１１９とエンジンヘッド１３（貫通穴２１）との間の気密性を維持する第２シール部材１３３が備えられる。

このように第２シール部材１３３を備えることで、第２センサ素子部１１９とエンジンヘッド１３（貫通穴２１）との間から排気ポート１７の排気ガスが漏れ出るのを抑制できる。

また、第２実施形態の第２センサ取付構造１１５においては、取付固定部材２３は、ネジ部４９と雌ネジ溝２９との螺合によりエンジンヘッド１３（詳細には、貫通穴２１）に取り付けられる。

このような構成であれば、取付固定部材２３を確実にエンジンヘッド１３に固定できるとともに、取付固定部材２３によって第２センサ素子部１１９を貫通穴２１に対して確実に固定できる。

ここで、特許請求の範囲と第２実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
第２センサ素子部１１９の板型センサ素子１２１が板型センサ素子の一例に相当し、第２センサ素子部１１９の滑石リング１２３および保護カバー１２４が保持部および係合部の一例に相当し、第２シール部材１３３がシール部の一例に相当する。

［３．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、第１実施形態では、筒型センサ素子を備えるセンサ取付構造であって、ヒータを有しない実施形態について説明したが、ヒータを有する構成であっても良い。
そこで、筒型センサ素子を備えるセンサ取付構造であって、セラミックヒータ１７１を有する構成の第３センサ取付構造１６５について説明する。

なお、以下の説明では、第３実施形態の構成のうち第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同一を付して説明を省略し、第３実施形態の構成のうち第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図６に、センサ素子部１９を取り付けるための第３センサ取付構造１６５の断面図を示す。
第３センサ取付構造１６５におけるセンサ素子部１９の内部空間のうち後端側には、リード線（図６では図示省略）に電気的に接続された保持用端子金具１７３が配置される。

保持用端子金具１７３は、例えばインコネル７５０（英インコネル社、商標名）からなり、センサ出力を外部に取り出すための略筒状の部材である。保持用端子金具１７３は、リード線に電気的に接続されるとともに、センサ素子部１９の内部電極３７に電気的に接続される。

また、保持用端子金具１７３は、その内側でセラミックヒータ１７１を保持する機能を有する。
これにより、第３センサ取付構造１６５におけるセンサ素子部１９の内部空間には、保持用端子金具１７３により保持された軸状のセラミックヒータ１７１が配置される。

セラミックヒータ１７１は、その後端側（図６の上側）にヒータ端子部１７５を備えており、ヒータ端子部１７５で外部からの電力供給を受ける。また、セラミックヒータ１７１は、その先端側の内部に発熱抵抗体パターンを有している。

つまり、セラミックヒータ１７１は、その先端部が発熱することでセンサ素子部１９を加熱し、センサ素子部１９を活性化させる。
以上説明したように、第３センサ取付構造１６５は、センサ素子部１９を加熱するセラミックヒータ１７１を有する構成であるが、第１実施形態と同様に、取付固定部材２３を用いてセンサ素子部１９をエンジンヘッド１３の貫通穴２１に固定する構成である。このことから、第３センサ取付構造１６５においては、センサ素子部１９を保持する主体金具を用いることなく、センサ素子部１９を貫通穴２１に取り付けることができる。

このため、センサ素子部１９は、主体金具を有するセンサに比べて部品点数が少なく、構成が簡素になる。また、部品点数が少なくなることで、センサ素子部１９の製造コストを低く抑えることができ、第３センサ取付構造１６５としての製造コストも低く抑えることができる。

よって、この実施形態によれば、主体金具を用いる場合に比べて、構造が複雑ではなく、製造コストの低い第３センサ取付構造１６５を実現できる。
また、第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、取付固定部材２３の挿通孔５１の内部には、ゴム材料（例えば、フッ素ゴムなど）からなる円筒形状の封止部材１３６が備えられる。封止部材１３６の軸中心には、リード線４５が貫挿される、封止部材１３６を備える。封止部材１３６を備えることにより、水が外部から取付固定部材２３の内部へ侵入することを抑制できる。

次に、シール部材を構成する材料は、フッ素ゴムやＥＰＤＭに限られることはなく、シリコンゴムなど他のゴム材料でもよく、あるいは、滑石であってもよい。つまり、シール部材を構成する材料は、センサ素子部と貫通穴との間に隙間が生じるのを抑制でき気密性が向上するものであればよい。

また、シール部材は、ゴム材料や滑石に限られることはなく、取付固定部材からセンサ素子部に向かう方向に弾性力を発生するバネで構成しても良い。つまり、バネからなるシール部材を用いることで、取付固定部材から受ける付勢力にバネの弾性力も加えることで、センサ素子部を貫通穴の係止面に押しつける力を大きくすることができる。

このように、シール部材からセンサ素子部に対して大きな力が加えられることで、センサ素子部の係合部と貫通穴の係止面との間に隙間が生じがたくなり、センサ素子部とエンジンヘッドとの間の気密性が向上して、センサ素子部とエンジンヘッドとの間から排気ポートの排気ガスが漏れ出るのを抑制できる。

また、シール部材は、ゴム材料，滑石，バネのいずれか１つで構成されるものに限られず、ゴム材料，滑石，バネを混合した構成であっても良い。例えば、センサ素子部に当接する側にゴム材料を備え、取付固定部材に当接する側にバネを備える、という構成を採ることもできる。

さらに、上記実施形態では、排気ポートを通過する異物がセンサ素子部に衝突するのを避けるための保護プロテクタを備えていない構成について説明したが、保護プロテクタを備える構成としても良い。なお、保護プロテクタの一例としては、例えば、図７に示す従来のガスセンサにおける先端部分（図の下側）に備えられる保護プロテクタ２１１が挙げられる。保護プロテクタ２１１は、有底筒状に形成されると共に、通気用の複数の穴を備える。

また、上記実施形態では、取付固定部材として、自身の外周にネジ溝を備えて螺合によりエンジンヘッドに固定される取付固定部材について説明したが、取付方法はこのような螺合に限られることはない。例えば、取付固定部材にフランジ部（鍔部）を設けて、そのフランジ部をエンジンヘッドに固定する取付方法を採ることもできる。なお、フランジ部をエンジンヘッドに固定する方法としては、例えば、フランジ部にボルト挿通穴を設けて、そのボルト挿通穴を介してボルトをエンジンヘッドに固定する方法が挙げられる。他の方法としては、エンジンヘッド側にフランジ部を把持する把持部材を設けて、その把持部材にフランジ部を把持する方法が挙げられる。

１…内燃機関、１１…エンジン本体部、１３…エンジンヘッド、１５…センサ取付構造、１７…排気ポート、１９…センサ素子部、２１…貫通穴、２３…取付固定部材、２５…シール部材、２６…鍔部、２７…係止面、２８…先端向き面、２９…雌ネジ溝、３５…外部電極、３７…内部電極、４１…環状リード部、１１５…第２センサ取付構造、１１９…第２センサ素子部、１２１…板型センサ素子、１２３…滑石リング、１２４…保護カバー、１２５…検知部、１３３…第２シール部材、１６５…第３センサ取付構造。

Claims (6)

1. 内燃機関に対してセンサ素子部を取り付けるためのセンサ取付構造であって、
   前記内燃機関のエンジンヘッドは、その外部から排気ポートに向けて該エンジンヘッドを貫通するとともに、外部側に向く係止面を有する貫通穴を備え、
   前記センサ素子部は、長手方向の先端側に設けられ、被測定ガスに晒される検知部と、該検知部よりも後端側に設けられ、前記係止面に係合する先端向き面を有する係合部と、を備え、
   前記検知部が前記排気ポート内に配置されるとともに前記貫通穴の前記係止面に前記先端向き面が係合した状態の前記センサ素子部を、前記係止面と自身とで挟持することで、前記貫通穴内に前記センサ素子部を固定する取付固定部材、を備える、
   ことを特徴とするセンサ取付構造。
2. 前記センサ素子部の外面と前記貫通穴の内面との間に配置されると共に、前記係合部と前記取付固定部材との間に挟持され、前記センサ素子部と前記エンジンヘッドとの間の気密性を維持するシール部を備える、
   ということを特徴とする請求項１に記載のセンサ取付構造。
3. 前記センサ素子部は、有底筒型センサ素子であり、
   前記係合部は、前記有底筒型センサ素子の径方向外側に突出する鍔部である、
   ということを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ取付構造。
4. 前記有底筒型センサ素子は、検知信号を出力するために外面に設けられた電極部を備え、
   前記電極部は、前記エンジンヘッドに電気的に接続されるように、少なくとも一部が前記鍔部に設けられている、
   ということを特徴とする請求項３に記載のセンサ取付構造。
5. 前記センサ素子部は、
   長手方向に延びる板型センサ素子と、
   前記板型センサ素子の長手方向の中間位置で前記板型センサ素子を保持する保持部と、
   を備え、
   前記保持部が前記係合部として前記係止面に係合する、
   ということを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ取付構造。
6. 前記取付固定部材は、螺合により前記エンジンヘッドに一部が嵌め込まれて取り付けられる、
   ということを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のセンサ取付構造。

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