ガスセンサの取付構造
【課題】カバー内への凝縮水の浸入を抑制し凝縮水の被水による素子割れを防止できるガスセンサの取付構造を提供する。
【解決手段】ガスセンサ20dは、通気孔が形成された先端面232dが、排気通路10bの導入口11b1〜11b3のいずれからも視認できないように排気通路10bに取り付けられている。これにより、ガスセンサ20dの先端面232dに形成された通気孔からの凝縮水の浸入を抑制できる。従って、ガスセンサ20dの素子割れを防止できる。
【解決手段】ガスセンサ20dは、通気孔が形成された先端面232dが、排気通路10bの導入口11b1〜11b3のいずれからも視認できないように排気通路10bに取り付けられている。これにより、ガスセンサ20dの先端面232dに形成された通気孔からの凝縮水の浸入を抑制できる。従って、ガスセンサ20dの素子割れを防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスセンサの取付構造に関する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関においては、排気通路内に空燃比センサや酸素センサなどのガスセンサが取り付けられている。このようなガスセンサは、センサ素子と、センサ素子を活性化させるヒータと、センサ素子を覆うカバーとを有しているものが一般的である。カバーには、センサ素子を排気ガスに晒すために通気孔が形成されている。
【0003】
特許文献1には、流体用センサの取付構造が開示されている。具体的には、流体用センサの中心軸線を流体の流れ方向に垂直な方向に対し傾斜させて流体の通路に取り付けられている構造が開示されている。このような取付構造により、カバー内に流体中の異物がセンサ素子へ付着することを低減できる。
【0004】
【特許文献1】特開平10−148623号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで内燃機関の始動時には、前回の機関停止後に排気通路内に排気ガスが凝縮した凝縮水が残っていたり、始動後に機関より排出される排気ガスが低温の排気通路の内壁に触れて凝縮水が発生する場合がある。センサ素子がヒータによって加熱されている場合に、このような凝縮水がセンサ素子に被水すると、センサ素子が割れる恐れがある。排気通路内に発生した凝縮水は、排気ガスの流動によって様々な方向へ飛散する。従って、上記特許文献1に開示されている取付構造を、上記空燃比センサ等に適用した場合であっても、センサ素子への凝縮水の被水を防止できない恐れがある。
【0006】
したがって本発明の目的は、カバー内への凝縮水の浸入を抑制し凝縮水の被水による素子割れを防止できるガスセンサの取付構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的は、内燃機関の排気通路に取り付けたガスセンサの取付構造であって、前記ガスセンサは、センサ素子と、前記センサ素子を覆い且つ先端部に通気孔が形成されたカバーとを含むと共に、前記排気通路の複数の導入口から前記先端部が視認できないように前記排気通路に取り付けられている、ことを特徴とするガスセンサの取付構造によって達成できる。
この構成により、カバーの先端部に形成された通気孔から、カバー内に凝縮水が浸入することを抑制できる。これにより、凝縮水の被水による素子割れを防止できる。
【0008】
また、上記目的は、内燃機関の排気通路に取り付けたガスセンサの取付構造であって、前記ガスセンサは、センサ素子と、前記センサ素子を覆い且つ先端部に通気孔が形成されたカバーとを含むと共に、前記排気通路の導入口から前記排気通路の湾曲部を介して前記先端部が視認できないように前記排気通路に取り付けられている、ことを特徴とするガスセンサの取付構造によって達成できる。
この構成によっても、カバーの先端部に形成された通気孔から、カバー内に凝縮水が浸入することを抑制できる。
【0009】
上記構成において、前記ガスセンサは、前記排気通路の導入口から前記排気通路の湾曲部を介して前記先端部を視認できないように前記排気通路に取り付けられている、構成を採用できる。
この構成により、カバーの先端部に形成された通気孔からの凝縮水の浸入を抑制する。
【0010】
上記構成において、前記ガスセンサは、hを前記排気通路の径とし、tを前記排気通路の内壁面から前記ガスセンサの前記先端部までの突出長さとし、lを前記排気通路の導入口から前記ガスセンサまでの距離とし、θを前記排気通路に対する前記ガスセンサの傾斜角とすると、θ≦90°−arctan{(h−t)/l}の条件式を満たすように前記排気通路に取り付けられている、構成を採用できる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、カバー内への凝縮水の浸入を抑制し凝縮水の被水による素子割れを防止できるガスセンサの取付構造を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。
【0013】
図1は、本実施例に係るガスセンサの取付構造の説明図である。本実施例に係るガスセンサ20は、排気ガス中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するための空燃比センサである。但しこれに限られず、ガスセンサ20は排気ガス中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するための酸素センサやNOx濃度、CO濃度、HC濃度などを測定する各種のガスセンサであってもよい。ガスセンサ20は積層型のセンサ素子21を備えている。但し、代わりにコップ型のセンサ素子を備えていてもよい。
【0014】
ガスセンサ20は、排気通路10内に突出するように取り付けられている。また、図1に示すように、ガスセンサ20は、排気通路10に対して傾斜した状態で取り付けられている。排気通路10の導入口11は、内燃機関の排気ポート40に接続されている。導入口11はリング状に形成されている。ガスセンサ20は、導入口11から直線状に形成された排気通路10に取り付けられている。尚、図1においては、排気通路10の導入口11を明確に示すために、導入口11と排気ポート40とを切り離して示している。排気ポート40は、内燃機関のシリンダヘッド30に形成されている。排気ポート40から排出された排気ガスは、排気通路10内に導入され、排気通路10の下流に設けられた排気浄化触媒(不図示)によって有害成分が浄化されて外部へと排出される。
【0015】
ガスセンサ20のセンサ素子21を覆うカバーは、アウターカバー22とインナーカバー23とで構成された二重構造となっている。インナーカバー23は円筒型に形成されており、円形の先端面(先端部)232を有している。また、アウターカバー22は、円筒形に形成され、先端面を有しておらず、インナーカバー23の先端面232を開放するように構成されている。
【0016】
アウターカバー22及びインナーカバー23の側面には、それぞれ通気孔221、231が形成されている。また、インナーカバー23の先端面232にも、通気孔233が形成されている。排気ガスは、通気孔221、231、233を介してアウターカバー22及びインナーカバー23内に流れ込み、センサ素子21に接触して排出されるように流動する。
【0017】
また、センサ素子21には、センサ素子21を活性化温度まで昇温させるためのヒータ(不図示)が内蔵されている。このヒータの作動は、電子制御ユニット(不図示)によって制御されている。
【0018】
ここで、従来のガスセンサの取付構造によって生じる問題点について説明する。図2は、従来のガスセンサの取付構造によって生じる問題点の説明図である。尚、図2において、図1と同様の部分については同様の符号を付することによりその説明を省略する。図2に示すように、従来のガスセンサ20xの取付構造においては、ガスセンサ20xは、排気通路10に対して僅かに傾斜した状態で取り付けられている。このため、排気通路10内に発生した凝縮水FWが、通気孔233xを介してセンサ素子21xへと到達する恐れがある。
【0019】
しかしながら、図1に示した本実施例に係るガスセンサの取付構造の場合、従来の取付構造よりも更に傾斜した状態でガスセンサ20が排気通路10に取り付けられている。このため、凝縮水FWは、アウターカバー22の先端部に付着する恐れはあるが、通気孔233を介してインナーカバー23内に浸入する恐れを抑制できる。従って、凝縮水による素子割れを防止できる。
【0020】
次に、上記作用について説明する。図3は、本実施例に係るガスセンサの取付構造と従来のガスセンサの取付構造とを比較した図である。図3(a)は、本実施例にかかるガスセンサの取付構造の説明図である。図3(b)は、従来のガスセンサの取付構造の説明図である。尚、図3においては、説明を容易にするためにガスセンサ20、20xaの構成を模式的に示しており、図3(b)においては、ガスセンサ20xaが排気通路10に対して垂直に取り付けられた場合を示している。
【0021】
図3(a)に示すように、ガスセンサ20の先端面232が導入口11から視認できないように、ガスセンサ20が排気通路10に対して大きく傾斜した状態で取り付けられている。詳細にはガスセンサ20は、導入口11の端面を含むと共に導入口11に囲まれた仮想平面上の視点から、先端面232が視認できないように所定の傾斜角を有して排気通路10に取り付けられている。
【0022】
図3(a)において、導入口11の縁部から先端面232の中心へと結んだ線分を視線方向OLとすると、いずれの視線方向OLからも先端面232の中心は見えない。このため、導入口11から先端面232に形成された通気孔は視認できない。従って、導入口11の内周壁面、又は排気ポートの内周壁面に付着した凝縮水が、排気ガスの流動によって飛散して先端面232に形成された通気孔に浸入することを防止できる。これにより、凝縮水による素子割れを防止できる。
【0023】
一方、図3(b)に示すように、ガスセンサ20xaは排気通路10に対して垂直に取り付けられているので、先端面232xaが導入口11の一部分から見える状態で取り付けられている。図3(b)において、導入口11の縁部の上部側から先端面232xaの中心へと結んだ線分を視線方向OLとし、導入口11の縁部の下部側から先端面232xaの中心へと結んだ線分を視線方向NLとし、視線方向OLからは先端面232xaの中心は見えないが、視線方向NLの視点からは、先端面232xaは見える。
【0024】
従って、視線方向OLの視点周辺に付着した凝縮水が、先端面232xaに付着する可能性は少ないが、視線方向NLの視点周辺に付着した凝縮水は、排気ガスの流動によって飛散して先端面232xaに付着する可能性がある。先端面232xaに付着すると、凝縮水が先端面232xaに形成された通気孔から、インナーカバー内に浸入して、センサ素子に到達する恐れがある。
【0025】
しかしながら、図3(a)に示したように、先端面232が導入口11から見えないように、ガスセンサ20が排気通路10に対して傾斜した状態で取り付けられていることにより、凝縮水による被水を防止できる。
【0026】
次に、本実施例に係るガスセンサの、排気通路に対する取付角度について説明する。図4は、本実施例に係るガスセンサの取付角度の説明図である。ここでは、排気通路10の直線状に形成された部分にガスセンサ20を取り付ける場合について説明する。
【0027】
hは、排気通路10の径である。tは、排気通路10の内壁面からガスセンサ20の先端面232までの突出長さであり、詳細にはtは、排気通路10の内壁面から先端面232の中心までの突出長さである。lは、導入口11からガスセンサ20までの距離であり、詳細には、排気通路10の軸心EAと平行であって導入口11から先端面232の中心までの距離である。θは、排気通路10に対するガスセンサ20の傾斜角(取付角度)であり、詳細には、排気通路10の軸心EAとガスセンサ20の軸心SAとの間の角度である。ここで、図4に示すように、導入口11の下端部を視点として先端面232を見た場合の視認方向と、先端面232とが平行になる場合には、以下の式が成立する。
【0028】
tan(90°−θ)=(h−t)/l……(1)
【0029】
上記式(1)は以下のように変形できる。
【0030】
θ=90°−arctan{(h−t)/l}……(2)
【0031】
従って、ガスセンサ20の傾斜角度θが以下の条件式を満たしている場合には、導入口11から先端面232を視認することができない。
【0032】
θ≦90°−arctan{(h−t)/l}……(3)
【0033】
次に、本実施例に係るガスセンサの取付位置と取付角度との関係について具体例を用いて説明する。図5は、本実施例に係るガスセンサの取付位置と取付角度との関係の説明図である。図5(a)は、本実施例に係るガスセンサの、排気通路導入口からの距離と、取付角度との関係を示したマップである。
【0034】
図5(a)に示した、取付角度以下の場合には、導入口11から先端面232が視認できない状態となる。導入口11からガスセンサ20の距離が短くなるほど、ガスセンサ20の取付角度小さくする必要がある。即ち、導入口11からガスセンサ20の距離が短くなるほど、ガスセンサ20を傾斜の度合を大きくして取り付ける必要がある。図5(b)は、ガスセンサ20の取付位置が、導入口11から65mmの場合と、200mmの場合とでの、ガスセンサ20の取付角度を示した図である。ガスセンサ20の取付位置が導入口11から65mmの場合には、取付角度は約65°以下にする必要があり、200mmの場合には、取付角度は約82°以下にする必要がある。
【0035】
このように、ガスセンサ20の取付位置に応じて取付角度を変更することにより、凝縮水の被水を防止しつつ、ガスセンサ20の取付位置を導入口11の近傍に設定することができる。導入口11の近傍にガスセンサ20を取り付けることにより、より高温の排気ガスにガスセンサ20を晒すことができる。これにより、例えば内燃機関の冷間始動時には、早期にガスセンサ20のセンサ素子を活性化させることができる。尚、上記実施例に係るガスセンサの取付構造を多気筒式の内燃機関に採用する場合には、排気通路の複数の導入口のいずれに対しても、上記式(3)を満たすようにガスセンサが取り付けられていることにより、凝縮水による被水を防止できる。
【0036】
次に、湾曲部を有した排気通路へのガスセンサの取付構造について説明する。図6は、湾曲部を有した排気通路へのガスセンサの取付構造の説明図である。図6(a)は、排気通路導入口からガスセンサの先端面が視認できる場合の説明図である。
【0037】
図6(a)に示すように、排気通路10aの途中に湾曲部12aが形成されており、ガスセンサ20xbは、湾曲部12aよりも下流側に取り付けられている。導入口11aの縁部の下部側から先端面232xbの中心へと結んだ線分を視線方向OLとすると、視線方向OLからは、湾曲部12aによって視界が妨げられ先端面232xdを視認できない。導入口11aの縁部の上部側から先端面232xbの中心へと結んだ線分を視線方向NLとすると、視線方向NLからは、湾曲部12aによって視界が妨げられず、先端面232xbを視認できる。
【0038】
図6(a)に示すように、導入口11aの一部分からは湾曲部12aによって先端面232xbを視認できないが、導入口11aの他の部分からは先端面232xbを視認できる場合には、導入口11aの前記他の部分周辺に付着した凝縮水が排気ガスの流動によって、先端面232xbに付着し、先端面232xbに形成された通気孔を介してセンサ素子が被水する恐れがある。
【0039】
図6(b)は、排気通路導入口からガスセンサの先端面が視認できない場合の一例の説明図である。図6(b)に示すように、ガスセンサ20bは、ガスセンサ20xbよりも導入口11aから離れた位置に取り付けられている。導入口11aの縁部からの先端面232bの中心へと結んだ線分を視線方向OLとすると、いずれの視線方向OLからも湾曲部12aによって視界が妨げられて、先端面232bを視認することはできない。
【0040】
従って、先端面232bに形成された通気孔についても視認できない。このように、湾曲部12aを介して先端面232bに形成された通気孔を視認できないようにガスセンサ20bを導入口11aに取り付けることにより、先端面232bに形成された通気孔から凝縮水が浸入することを抑制できる。
【0041】
図6(c)は、排気通路導入口からガスセンサの先端面が視認できる場合の他の例の説明図である。図6(c)に示すように、ガスセンサ20cは、ガスセンサ20xbと略同じ位置に取り付けられているが、取付角度に関しては相違している。ガスセンサ20cは、ガスセンサ20xbと比較し、導入口11aに対して先端面232cが背くように排気通路10aに取り付けられている。
【0042】
導入口11aの縁部から先端面232cの中心へと結んだ線分を視線方向OLとすると、導入口11aの下部を視点とする視線方向OLからは、湾曲部12aによって視界が妨げられて、先端面232cを視認することはできない。また、ガスセンサ20xbと異なり、導入口11aの上部を視点とする視線方向OLからも、先端面232cを視認することはできない。導入口11aに対して先端面232cが背くように、ガスセンサ20cが所定の取付角度を有して取り付けられているからである。このような構成によっても、先端面232cに形成された通気孔から凝縮水が浸入することを抑制できる。
【0043】
次に、多気筒を有した内燃機関の排気通路に対するガスセンサの取付構造につついて説明する。図7は、多気筒式の内燃機関の排気通路に対するガスセンサの取付構造の説明図である。図7に示すように、排気通路10bは、導入口11b1〜11b3がそれぞれ形成された13b1〜13b3が下流側で合流部14bを介して一本の通路となるように形成されている。導入口11b1〜11b3は、各気筒の排気ポートにそれぞれ接続されている。図7に示すように、ガスセンサ20xcは、合流部14b近傍に取り付けられている。また、ガスセンサ20dは、合流部14bよりも下流側に取り付けられている。
【0044】
図8は、排気通路に形成された複数の導入口から見た場合のガスセンサを示した図である。図8に示すように、導入口11b1、11b2から下流方向に見た場合、ガスセンサ20xcの先端面232xcを視認することはできない。しかしながら、導入口11b3から下流方向に見た場合には、先端面232xcを視認することができる。これは、導入口11b1〜11b3から先端面232xcへの視認方向がそれぞれ異なっているからである。
【0045】
従って、導入口11b3周辺に付着した凝縮水は、13b3を通過して先端面232xcに形成された通気孔に浸入する恐れがある。一方、図7に示したガスセンサ20dは、導入口11b1〜11b3のいずれからも先端面232dが視認できないように、合流部14bよりも下流側に取り付けられている。このように、ガスセンサ20dがこのような位置に取り付けられているため、ガスセンサ20dに関しては、凝縮水による被水が抑制される。
【0046】
次に、本実施例に係るガスセンサの取付構造の具体例について簡単に説明する。図9は、本実施例に係るガスセンサの取付構造の第1例示図である。図9(a)は、排気通路を上部から見た図であり、図9(b)は、排気通路を側面から見た図である。排気通路10eは、導入口11e1〜11e4を有しており、ガスセンサ20eは、合流部14e近傍に取り付けられている。また、ガスセンサ20eは、排気通路10eに配置された触媒50eよりも上流側に取り付けられている。図9(b)に示すように、導入口11e1〜11e4から、ガスセンサ20e自体を視認することはできるが、その先端面232eは視認できないように、ガスセンサ20eが取り付けられている。このように、ガスセンサ20eの取付位置が合流部14e近傍であっても、導入口11e1〜11e4のいずれからも先端面232eが視認できないのであれば、ガスセンサ20eの素子割れを防止できる。
【0047】
図10は、本実施例に係るガスセンサの取付構造の第2例示図である。図10(a)は、排気通路を上部から見た図であり、図10(b)は、排気通路の斜視図であり、図10(c)は、排気通路を側面から見た図である。排気通路10fは、導入口11f1〜11f4を有している。また、図10に示すように、ガスセンサ20fは、合流部14fよりも下流側に取り付けられている。図10(c)に示すように、ガスセンサ20fは、その先端面232fが導入口11f1〜11f4のいずれからも視認できないように取り付けられている。これにより、ガスセンサ20fの素子割れを防止できる。
【0048】
図11は、本実施例に係るガスセンサの取付構造の第3例示図である。図11に示すように、ガスセンサ20xgは、合流部14gの近傍に取り付けられており、先端面232xgは、導入口11g1〜11g3のいずれからも視認することができる。従って、ガスセンサ20xgは素子割れを防止できない恐れがある。一方、ガスセンサ20xgよりも更に下流側に取り付けられたガスセンサ20gは、導入口11g1〜11g3のいずれからも先端面232gが視認できないように取り付けられている。このため、ガスセンサ20gに関しては素子割れを防止できる。尚、ガスセンサ20gは、触媒50gよりも上流側に取り付けられている。
【0049】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本実施例に係るガスセンサの取付構造の説明図である。
【図2】従来のガスセンサの取付構造によって生じる問題点の説明図である。
【図3】本実施例に係るガスセンサの取付構造と従来のガスセンサの取付構造とを比較した図である。
【図4】本実施例に係るガスセンサの取付角度の説明図である。
【図5】本実施例に係るガスセンサの取付位置と取付角度との関係の説明図である。
【図6】湾曲部を有した排気通路へのガスセンサの取付構造の説明図である。
【図7】多気筒式の内燃機関の排気通路に対するガスセンサの取付構造の説明図である。
【図8】排気通路に形成された複数の導入口から見た場合のガスセンサを示した図である。
【図9】本実施例に係るガスセンサの取付構造の第1例示図である。
【図10】本実施例に係るガスセンサの取付構造の第2例示図である。
【図11】本実施例に係るガスセンサの取付構造の第3例示図である。
【符号の説明】
【0051】
10 排気通路
11 導入口
12a 湾曲部
20 ガスセンサ
232 先端面
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスセンサの取付構造に関する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関においては、排気通路内に空燃比センサや酸素センサなどのガスセンサが取り付けられている。このようなガスセンサは、センサ素子と、センサ素子を活性化させるヒータと、センサ素子を覆うカバーとを有しているものが一般的である。カバーには、センサ素子を排気ガスに晒すために通気孔が形成されている。
【0003】
特許文献1には、流体用センサの取付構造が開示されている。具体的には、流体用センサの中心軸線を流体の流れ方向に垂直な方向に対し傾斜させて流体の通路に取り付けられている構造が開示されている。このような取付構造により、カバー内に流体中の異物がセンサ素子へ付着することを低減できる。
【0004】
【特許文献1】特開平10−148623号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで内燃機関の始動時には、前回の機関停止後に排気通路内に排気ガスが凝縮した凝縮水が残っていたり、始動後に機関より排出される排気ガスが低温の排気通路の内壁に触れて凝縮水が発生する場合がある。センサ素子がヒータによって加熱されている場合に、このような凝縮水がセンサ素子に被水すると、センサ素子が割れる恐れがある。排気通路内に発生した凝縮水は、排気ガスの流動によって様々な方向へ飛散する。従って、上記特許文献1に開示されている取付構造を、上記空燃比センサ等に適用した場合であっても、センサ素子への凝縮水の被水を防止できない恐れがある。
【0006】
したがって本発明の目的は、カバー内への凝縮水の浸入を抑制し凝縮水の被水による素子割れを防止できるガスセンサの取付構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的は、内燃機関の排気通路に取り付けたガスセンサの取付構造であって、前記ガスセンサは、センサ素子と、前記センサ素子を覆い且つ先端部に通気孔が形成されたカバーとを含むと共に、前記排気通路の複数の導入口から前記先端部が視認できないように前記排気通路に取り付けられている、ことを特徴とするガスセンサの取付構造によって達成できる。
この構成により、カバーの先端部に形成された通気孔から、カバー内に凝縮水が浸入することを抑制できる。これにより、凝縮水の被水による素子割れを防止できる。
【0008】
また、上記目的は、内燃機関の排気通路に取り付けたガスセンサの取付構造であって、前記ガスセンサは、センサ素子と、前記センサ素子を覆い且つ先端部に通気孔が形成されたカバーとを含むと共に、前記排気通路の導入口から前記排気通路の湾曲部を介して前記先端部が視認できないように前記排気通路に取り付けられている、ことを特徴とするガスセンサの取付構造によって達成できる。
この構成によっても、カバーの先端部に形成された通気孔から、カバー内に凝縮水が浸入することを抑制できる。
【0009】
上記構成において、前記ガスセンサは、前記排気通路の導入口から前記排気通路の湾曲部を介して前記先端部を視認できないように前記排気通路に取り付けられている、構成を採用できる。
この構成により、カバーの先端部に形成された通気孔からの凝縮水の浸入を抑制する。
【0010】
上記構成において、前記ガスセンサは、hを前記排気通路の径とし、tを前記排気通路の内壁面から前記ガスセンサの前記先端部までの突出長さとし、lを前記排気通路の導入口から前記ガスセンサまでの距離とし、θを前記排気通路に対する前記ガスセンサの傾斜角とすると、θ≦90°−arctan{(h−t)/l}の条件式を満たすように前記排気通路に取り付けられている、構成を採用できる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、カバー内への凝縮水の浸入を抑制し凝縮水の被水による素子割れを防止できるガスセンサの取付構造を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。
【0013】
図1は、本実施例に係るガスセンサの取付構造の説明図である。本実施例に係るガスセンサ20は、排気ガス中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するための空燃比センサである。但しこれに限られず、ガスセンサ20は排気ガス中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するための酸素センサやNOx濃度、CO濃度、HC濃度などを測定する各種のガスセンサであってもよい。ガスセンサ20は積層型のセンサ素子21を備えている。但し、代わりにコップ型のセンサ素子を備えていてもよい。
【0014】
ガスセンサ20は、排気通路10内に突出するように取り付けられている。また、図1に示すように、ガスセンサ20は、排気通路10に対して傾斜した状態で取り付けられている。排気通路10の導入口11は、内燃機関の排気ポート40に接続されている。導入口11はリング状に形成されている。ガスセンサ20は、導入口11から直線状に形成された排気通路10に取り付けられている。尚、図1においては、排気通路10の導入口11を明確に示すために、導入口11と排気ポート40とを切り離して示している。排気ポート40は、内燃機関のシリンダヘッド30に形成されている。排気ポート40から排出された排気ガスは、排気通路10内に導入され、排気通路10の下流に設けられた排気浄化触媒(不図示)によって有害成分が浄化されて外部へと排出される。
【0015】
ガスセンサ20のセンサ素子21を覆うカバーは、アウターカバー22とインナーカバー23とで構成された二重構造となっている。インナーカバー23は円筒型に形成されており、円形の先端面(先端部)232を有している。また、アウターカバー22は、円筒形に形成され、先端面を有しておらず、インナーカバー23の先端面232を開放するように構成されている。
【0016】
アウターカバー22及びインナーカバー23の側面には、それぞれ通気孔221、231が形成されている。また、インナーカバー23の先端面232にも、通気孔233が形成されている。排気ガスは、通気孔221、231、233を介してアウターカバー22及びインナーカバー23内に流れ込み、センサ素子21に接触して排出されるように流動する。
【0017】
また、センサ素子21には、センサ素子21を活性化温度まで昇温させるためのヒータ(不図示)が内蔵されている。このヒータの作動は、電子制御ユニット(不図示)によって制御されている。
【0018】
ここで、従来のガスセンサの取付構造によって生じる問題点について説明する。図2は、従来のガスセンサの取付構造によって生じる問題点の説明図である。尚、図2において、図1と同様の部分については同様の符号を付することによりその説明を省略する。図2に示すように、従来のガスセンサ20xの取付構造においては、ガスセンサ20xは、排気通路10に対して僅かに傾斜した状態で取り付けられている。このため、排気通路10内に発生した凝縮水FWが、通気孔233xを介してセンサ素子21xへと到達する恐れがある。
【0019】
しかしながら、図1に示した本実施例に係るガスセンサの取付構造の場合、従来の取付構造よりも更に傾斜した状態でガスセンサ20が排気通路10に取り付けられている。このため、凝縮水FWは、アウターカバー22の先端部に付着する恐れはあるが、通気孔233を介してインナーカバー23内に浸入する恐れを抑制できる。従って、凝縮水による素子割れを防止できる。
【0020】
次に、上記作用について説明する。図3は、本実施例に係るガスセンサの取付構造と従来のガスセンサの取付構造とを比較した図である。図3(a)は、本実施例にかかるガスセンサの取付構造の説明図である。図3(b)は、従来のガスセンサの取付構造の説明図である。尚、図3においては、説明を容易にするためにガスセンサ20、20xaの構成を模式的に示しており、図3(b)においては、ガスセンサ20xaが排気通路10に対して垂直に取り付けられた場合を示している。
【0021】
図3(a)に示すように、ガスセンサ20の先端面232が導入口11から視認できないように、ガスセンサ20が排気通路10に対して大きく傾斜した状態で取り付けられている。詳細にはガスセンサ20は、導入口11の端面を含むと共に導入口11に囲まれた仮想平面上の視点から、先端面232が視認できないように所定の傾斜角を有して排気通路10に取り付けられている。
【0022】
図3(a)において、導入口11の縁部から先端面232の中心へと結んだ線分を視線方向OLとすると、いずれの視線方向OLからも先端面232の中心は見えない。このため、導入口11から先端面232に形成された通気孔は視認できない。従って、導入口11の内周壁面、又は排気ポートの内周壁面に付着した凝縮水が、排気ガスの流動によって飛散して先端面232に形成された通気孔に浸入することを防止できる。これにより、凝縮水による素子割れを防止できる。
【0023】
一方、図3(b)に示すように、ガスセンサ20xaは排気通路10に対して垂直に取り付けられているので、先端面232xaが導入口11の一部分から見える状態で取り付けられている。図3(b)において、導入口11の縁部の上部側から先端面232xaの中心へと結んだ線分を視線方向OLとし、導入口11の縁部の下部側から先端面232xaの中心へと結んだ線分を視線方向NLとし、視線方向OLからは先端面232xaの中心は見えないが、視線方向NLの視点からは、先端面232xaは見える。
【0024】
従って、視線方向OLの視点周辺に付着した凝縮水が、先端面232xaに付着する可能性は少ないが、視線方向NLの視点周辺に付着した凝縮水は、排気ガスの流動によって飛散して先端面232xaに付着する可能性がある。先端面232xaに付着すると、凝縮水が先端面232xaに形成された通気孔から、インナーカバー内に浸入して、センサ素子に到達する恐れがある。
【0025】
しかしながら、図3(a)に示したように、先端面232が導入口11から見えないように、ガスセンサ20が排気通路10に対して傾斜した状態で取り付けられていることにより、凝縮水による被水を防止できる。
【0026】
次に、本実施例に係るガスセンサの、排気通路に対する取付角度について説明する。図4は、本実施例に係るガスセンサの取付角度の説明図である。ここでは、排気通路10の直線状に形成された部分にガスセンサ20を取り付ける場合について説明する。
【0027】
hは、排気通路10の径である。tは、排気通路10の内壁面からガスセンサ20の先端面232までの突出長さであり、詳細にはtは、排気通路10の内壁面から先端面232の中心までの突出長さである。lは、導入口11からガスセンサ20までの距離であり、詳細には、排気通路10の軸心EAと平行であって導入口11から先端面232の中心までの距離である。θは、排気通路10に対するガスセンサ20の傾斜角(取付角度)であり、詳細には、排気通路10の軸心EAとガスセンサ20の軸心SAとの間の角度である。ここで、図4に示すように、導入口11の下端部を視点として先端面232を見た場合の視認方向と、先端面232とが平行になる場合には、以下の式が成立する。
【0028】
tan(90°−θ)=(h−t)/l……(1)
【0029】
上記式(1)は以下のように変形できる。
【0030】
θ=90°−arctan{(h−t)/l}……(2)
【0031】
従って、ガスセンサ20の傾斜角度θが以下の条件式を満たしている場合には、導入口11から先端面232を視認することができない。
【0032】
θ≦90°−arctan{(h−t)/l}……(3)
【0033】
次に、本実施例に係るガスセンサの取付位置と取付角度との関係について具体例を用いて説明する。図5は、本実施例に係るガスセンサの取付位置と取付角度との関係の説明図である。図5(a)は、本実施例に係るガスセンサの、排気通路導入口からの距離と、取付角度との関係を示したマップである。
【0034】
図5(a)に示した、取付角度以下の場合には、導入口11から先端面232が視認できない状態となる。導入口11からガスセンサ20の距離が短くなるほど、ガスセンサ20の取付角度小さくする必要がある。即ち、導入口11からガスセンサ20の距離が短くなるほど、ガスセンサ20を傾斜の度合を大きくして取り付ける必要がある。図5(b)は、ガスセンサ20の取付位置が、導入口11から65mmの場合と、200mmの場合とでの、ガスセンサ20の取付角度を示した図である。ガスセンサ20の取付位置が導入口11から65mmの場合には、取付角度は約65°以下にする必要があり、200mmの場合には、取付角度は約82°以下にする必要がある。
【0035】
このように、ガスセンサ20の取付位置に応じて取付角度を変更することにより、凝縮水の被水を防止しつつ、ガスセンサ20の取付位置を導入口11の近傍に設定することができる。導入口11の近傍にガスセンサ20を取り付けることにより、より高温の排気ガスにガスセンサ20を晒すことができる。これにより、例えば内燃機関の冷間始動時には、早期にガスセンサ20のセンサ素子を活性化させることができる。尚、上記実施例に係るガスセンサの取付構造を多気筒式の内燃機関に採用する場合には、排気通路の複数の導入口のいずれに対しても、上記式(3)を満たすようにガスセンサが取り付けられていることにより、凝縮水による被水を防止できる。
【0036】
次に、湾曲部を有した排気通路へのガスセンサの取付構造について説明する。図6は、湾曲部を有した排気通路へのガスセンサの取付構造の説明図である。図6(a)は、排気通路導入口からガスセンサの先端面が視認できる場合の説明図である。
【0037】
図6(a)に示すように、排気通路10aの途中に湾曲部12aが形成されており、ガスセンサ20xbは、湾曲部12aよりも下流側に取り付けられている。導入口11aの縁部の下部側から先端面232xbの中心へと結んだ線分を視線方向OLとすると、視線方向OLからは、湾曲部12aによって視界が妨げられ先端面232xdを視認できない。導入口11aの縁部の上部側から先端面232xbの中心へと結んだ線分を視線方向NLとすると、視線方向NLからは、湾曲部12aによって視界が妨げられず、先端面232xbを視認できる。
【0038】
図6(a)に示すように、導入口11aの一部分からは湾曲部12aによって先端面232xbを視認できないが、導入口11aの他の部分からは先端面232xbを視認できる場合には、導入口11aの前記他の部分周辺に付着した凝縮水が排気ガスの流動によって、先端面232xbに付着し、先端面232xbに形成された通気孔を介してセンサ素子が被水する恐れがある。
【0039】
図6(b)は、排気通路導入口からガスセンサの先端面が視認できない場合の一例の説明図である。図6(b)に示すように、ガスセンサ20bは、ガスセンサ20xbよりも導入口11aから離れた位置に取り付けられている。導入口11aの縁部からの先端面232bの中心へと結んだ線分を視線方向OLとすると、いずれの視線方向OLからも湾曲部12aによって視界が妨げられて、先端面232bを視認することはできない。
【0040】
従って、先端面232bに形成された通気孔についても視認できない。このように、湾曲部12aを介して先端面232bに形成された通気孔を視認できないようにガスセンサ20bを導入口11aに取り付けることにより、先端面232bに形成された通気孔から凝縮水が浸入することを抑制できる。
【0041】
図6(c)は、排気通路導入口からガスセンサの先端面が視認できる場合の他の例の説明図である。図6(c)に示すように、ガスセンサ20cは、ガスセンサ20xbと略同じ位置に取り付けられているが、取付角度に関しては相違している。ガスセンサ20cは、ガスセンサ20xbと比較し、導入口11aに対して先端面232cが背くように排気通路10aに取り付けられている。
【0042】
導入口11aの縁部から先端面232cの中心へと結んだ線分を視線方向OLとすると、導入口11aの下部を視点とする視線方向OLからは、湾曲部12aによって視界が妨げられて、先端面232cを視認することはできない。また、ガスセンサ20xbと異なり、導入口11aの上部を視点とする視線方向OLからも、先端面232cを視認することはできない。導入口11aに対して先端面232cが背くように、ガスセンサ20cが所定の取付角度を有して取り付けられているからである。このような構成によっても、先端面232cに形成された通気孔から凝縮水が浸入することを抑制できる。
【0043】
次に、多気筒を有した内燃機関の排気通路に対するガスセンサの取付構造につついて説明する。図7は、多気筒式の内燃機関の排気通路に対するガスセンサの取付構造の説明図である。図7に示すように、排気通路10bは、導入口11b1〜11b3がそれぞれ形成された13b1〜13b3が下流側で合流部14bを介して一本の通路となるように形成されている。導入口11b1〜11b3は、各気筒の排気ポートにそれぞれ接続されている。図7に示すように、ガスセンサ20xcは、合流部14b近傍に取り付けられている。また、ガスセンサ20dは、合流部14bよりも下流側に取り付けられている。
【0044】
図8は、排気通路に形成された複数の導入口から見た場合のガスセンサを示した図である。図8に示すように、導入口11b1、11b2から下流方向に見た場合、ガスセンサ20xcの先端面232xcを視認することはできない。しかしながら、導入口11b3から下流方向に見た場合には、先端面232xcを視認することができる。これは、導入口11b1〜11b3から先端面232xcへの視認方向がそれぞれ異なっているからである。
【0045】
従って、導入口11b3周辺に付着した凝縮水は、13b3を通過して先端面232xcに形成された通気孔に浸入する恐れがある。一方、図7に示したガスセンサ20dは、導入口11b1〜11b3のいずれからも先端面232dが視認できないように、合流部14bよりも下流側に取り付けられている。このように、ガスセンサ20dがこのような位置に取り付けられているため、ガスセンサ20dに関しては、凝縮水による被水が抑制される。
【0046】
次に、本実施例に係るガスセンサの取付構造の具体例について簡単に説明する。図9は、本実施例に係るガスセンサの取付構造の第1例示図である。図9(a)は、排気通路を上部から見た図であり、図9(b)は、排気通路を側面から見た図である。排気通路10eは、導入口11e1〜11e4を有しており、ガスセンサ20eは、合流部14e近傍に取り付けられている。また、ガスセンサ20eは、排気通路10eに配置された触媒50eよりも上流側に取り付けられている。図9(b)に示すように、導入口11e1〜11e4から、ガスセンサ20e自体を視認することはできるが、その先端面232eは視認できないように、ガスセンサ20eが取り付けられている。このように、ガスセンサ20eの取付位置が合流部14e近傍であっても、導入口11e1〜11e4のいずれからも先端面232eが視認できないのであれば、ガスセンサ20eの素子割れを防止できる。
【0047】
図10は、本実施例に係るガスセンサの取付構造の第2例示図である。図10(a)は、排気通路を上部から見た図であり、図10(b)は、排気通路の斜視図であり、図10(c)は、排気通路を側面から見た図である。排気通路10fは、導入口11f1〜11f4を有している。また、図10に示すように、ガスセンサ20fは、合流部14fよりも下流側に取り付けられている。図10(c)に示すように、ガスセンサ20fは、その先端面232fが導入口11f1〜11f4のいずれからも視認できないように取り付けられている。これにより、ガスセンサ20fの素子割れを防止できる。
【0048】
図11は、本実施例に係るガスセンサの取付構造の第3例示図である。図11に示すように、ガスセンサ20xgは、合流部14gの近傍に取り付けられており、先端面232xgは、導入口11g1〜11g3のいずれからも視認することができる。従って、ガスセンサ20xgは素子割れを防止できない恐れがある。一方、ガスセンサ20xgよりも更に下流側に取り付けられたガスセンサ20gは、導入口11g1〜11g3のいずれからも先端面232gが視認できないように取り付けられている。このため、ガスセンサ20gに関しては素子割れを防止できる。尚、ガスセンサ20gは、触媒50gよりも上流側に取り付けられている。
【0049】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本実施例に係るガスセンサの取付構造の説明図である。
【図2】従来のガスセンサの取付構造によって生じる問題点の説明図である。
【図3】本実施例に係るガスセンサの取付構造と従来のガスセンサの取付構造とを比較した図である。
【図4】本実施例に係るガスセンサの取付角度の説明図である。
【図5】本実施例に係るガスセンサの取付位置と取付角度との関係の説明図である。
【図6】湾曲部を有した排気通路へのガスセンサの取付構造の説明図である。
【図7】多気筒式の内燃機関の排気通路に対するガスセンサの取付構造の説明図である。
【図8】排気通路に形成された複数の導入口から見た場合のガスセンサを示した図である。
【図9】本実施例に係るガスセンサの取付構造の第1例示図である。
【図10】本実施例に係るガスセンサの取付構造の第2例示図である。
【図11】本実施例に係るガスセンサの取付構造の第3例示図である。
【符号の説明】
【0051】
10 排気通路
11 導入口
12a 湾曲部
20 ガスセンサ
232 先端面
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関の排気通路に取り付けたガスセンサの取付構造であって、
前記ガスセンサは、センサ素子と、前記センサ素子を覆い且つ先端部に通気孔が形成されたカバーとを含むと共に、前記排気通路の複数の導入口から前記先端部が視認できないように前記排気通路に取り付けられている、ことを特徴とするガスセンサの取付構造。
【請求項2】
内燃機関の排気通路に取り付けたガスセンサの取付構造であって、
前記ガスセンサは、センサ素子と、前記センサ素子を覆い且つ先端部に通気孔が形成されたカバーとを含むと共に、前記排気通路の導入口から前記排気通路の湾曲部を介して前記先端部が視認できないように前記排気通路に取り付けられている、ことを特徴とするガスセンサの取付構造。
【請求項3】
前記ガスセンサは、前記排気通路の導入口から前記排気通路の湾曲部を介して前記先端部を視認できないように前記排気通路に取り付けられている、ことを特徴とする請求項1に記載のガスセンサの取付構造。
【請求項4】
前記ガスセンサは、hを前記排気通路の径とし、tを前記排気通路の内壁面から前記ガスセンサの前記先端部までの突出長さとし、lを前記排気通路の導入口から前記ガスセンサまでの距離とし、θを前記排気通路に対する前記ガスセンサの傾斜角とすると、θ≦90°−arctan{(h−t)/l}の条件式を満たすように前記排気通路に取り付けられている、ことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のガスセンサの取付構造。
【請求項1】
内燃機関の排気通路に取り付けたガスセンサの取付構造であって、
前記ガスセンサは、センサ素子と、前記センサ素子を覆い且つ先端部に通気孔が形成されたカバーとを含むと共に、前記排気通路の複数の導入口から前記先端部が視認できないように前記排気通路に取り付けられている、ことを特徴とするガスセンサの取付構造。
【請求項2】
内燃機関の排気通路に取り付けたガスセンサの取付構造であって、
前記ガスセンサは、センサ素子と、前記センサ素子を覆い且つ先端部に通気孔が形成されたカバーとを含むと共に、前記排気通路の導入口から前記排気通路の湾曲部を介して前記先端部が視認できないように前記排気通路に取り付けられている、ことを特徴とするガスセンサの取付構造。
【請求項3】
前記ガスセンサは、前記排気通路の導入口から前記排気通路の湾曲部を介して前記先端部を視認できないように前記排気通路に取り付けられている、ことを特徴とする請求項1に記載のガスセンサの取付構造。
【請求項4】
前記ガスセンサは、hを前記排気通路の径とし、tを前記排気通路の内壁面から前記ガスセンサの前記先端部までの突出長さとし、lを前記排気通路の導入口から前記ガスセンサまでの距離とし、θを前記排気通路に対する前記ガスセンサの傾斜角とすると、θ≦90°−arctan{(h−t)/l}の条件式を満たすように前記排気通路に取り付けられている、ことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のガスセンサの取付構造。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2009−85603(P2009−85603A)
【公開日】平成21年4月23日(2009.4.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−251741(P2007−251741)
【出願日】平成19年9月27日(2007.9.27)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年4月23日(2009.4.23)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年9月27日(2007.9.27)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】
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