ガスセンサの被水防止装置
【課題】内燃機関の吸気管に設けられたガスセンサを、吸気に含まれる凝縮水の熱衝撃から保護すると共に、ガス成分の検出精度を高く維持する。
【解決手段】吸気マニホールドの垂直管壁３０に空燃比センサ１０が装着されている。空燃比センサ１０の検出部１８が吸気流路に突出配置されている。検出部１８の吸気上流側及び吸気下流側の垂直管壁３０の内壁に複数のリング状凹溝３６及び３７が刻設されている。検出部１８の吸気上流側で垂直管壁３０の内壁に付着した水滴ｗは、リング状凹溝３６によって検出部１８に向かって前進するのを阻止される。上方の垂直管壁３０から流下する水滴ｗはリング状凹溝３７で流下を阻止される。
【解決手段】吸気マニホールドの垂直管壁３０に空燃比センサ１０が装着されている。空燃比センサ１０の検出部１８が吸気流路に突出配置されている。検出部１８の吸気上流側及び吸気下流側の垂直管壁３０の内壁に複数のリング状凹溝３６及び３７が刻設されている。検出部１８の吸気上流側で垂直管壁３０の内壁に付着した水滴ｗは、リング状凹溝３６によって検出部１８に向かって前進するのを阻止される。上方の垂直管壁３０から流下する水滴ｗはリング状凹溝３７で流下を阻止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気管に設けられたガスセンサの検出部が、吸気に含まれる凝縮水の付着によって熱衝撃を受け損傷するのを防止可能にしたガスセンサの被水防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関の吸気管や排気管には、吸気中の特定ガス成分を検出するセンサが設けられている。このようなセンサとして、例えば、ジルコニアなどの固体電解質からなるガス検出素子を用いて、Ｏ２濃度を検出する空燃比センサや、排気中のＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸセンサ等がある。これらのガスセンサは、ガス検出素子を内蔵した検出部が吸気又は排気に曝される位置に配置され、この検出部で特定ガス成分を検出する。例えば、空燃比センサにおいては、検出部にはヒータが内蔵され、このヒータを用いてガス検出素子を高温に加熱し活性化することで、特定ガス成分を検出する。
【０００３】
エンジンの停止後など、吸気又は排気の温度が低下した時、凝縮水が析出する。前記センサのガス検出素子は、熱衝撃に弱いセラミックで形成されているため、低温の凝縮水がガス検出素子に付着すると、ガス検出素子が急冷され、熱衝撃によりガス検出素子にクラックや割れが発生するおそれがある。運転中高温の排気は、凝縮水の析出量は少ないため、あまり問題とならない。一方、吸気流路のうち、インタークーラの下流側では、インタークーラで吸気が冷却されるため、凝縮水が析出しやすい。燃料の燃焼により水蒸気が生成されるため、吸気より排気のほうが水蒸気分圧が高い。そのため、特に、排気を吸気流路に再循環するＥＧＲ装置を備えた内燃機関では、インタークーラの下流側吸気流路で凝縮水の析出量が多い。
【０００４】
特許文献１に開示された手段は、ガスセンサの上流側排気流路に水溜室を設け、排気流路と該水溜室とを連通する孔を設けたものであり、排気流路に滞留した凝縮水を該孔を通して該水溜室に溜めるようにしている。
【０００５】
特許文献２に開示された手段は、水平方向に配置された排気流路で、ガスセンサの上流側排気流路に排気流路内を上下に分割する仕切板を設けている。この仕切板によって排気流路の底部に溜まった滞留水の巻上げを抑制し、滞留水がガス検出素子に付着しにくくしたものである。
【０００６】
図６〜図９に、吸気マニホールドに装着された空燃比センサの構成を示す。吸気マニホールド１２０は、垂直部１２０ａと水平部１２０ｂとで構成され、垂直部１２０ａの管壁に空燃比センサ１００が設けられている。水平部１２０ｂは、４本の分岐管１２２ａ〜ｄに分かれ、各分岐管は、夫々がシリンダブロック１２４に設けられた４個のシリンダヘッドに接続されている。吸気ａは凝縮水を含み、吸気マニホールド１２０の壁面に付着した大きな水滴w１は、壁面を旋回しながら進み、小さな水滴ｗ２は吸気に含まれて、吸気ａと共に流れる。内燃機関の停止後、吸気マニホールド１２０の上部壁に付着した水滴ｗ３は、空燃比センサ１００の検出部１０６のほうへ落下してくる。
【０００７】
ガスセンサ１００の軸方向中央に雄ネジ１０２及びナット１０４が一体形成されている。垂直部１２０ａの管壁に設けられたボス部１２６に雌ネジ孔１２８が形成され、該雌ネジ孔１２８に雄ネジ１０２が螺合している。ガスセンサ１００の検出部１０６が、垂直部１２０ａの管壁から吸気流路内に突設されている。検出部１０６のケースは外壁１０８及び内壁１１０からなり、夫々に吸気導入孔１１２が穿設されている。内壁１１０の内側にガス検出素子１１４が配置され、ガス検出素子１１４の内側にヒータ１１６が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２７２３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１２２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された被水防止手段は、排気流路に水溜室を設けるため、排気管の製造工程が増加し、高コストになるという問題がある。特許文献２に開示された被水防止手段は、排気流路に仕切板を設けるため、排気管の製造工程が増加し、高コストになると共に、排気の圧力損失が増加し、内燃機関の熱効率を低下させるという問題がある。
【００１０】
図９において、吸気ａは、管壁の近傍で管壁との摩擦により流速が小さく、かつ圧力が高い。逆に流速が大きい流路中央域では圧力が低い。そのため、吸気ａは、管壁近傍に配置された吸気導入孔１１２から検出部１０６の内部に進入し、ガス検出素子１１４に接触した後、流路中央側の吸気導入孔１１２から出て行く。この時、吸気ａに含まれる水滴がガス検出素子１１４に付着することで、前述の熱衝撃による破損の問題が起こる。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、簡易かつ低コストな手段で、吸気流路内に突設された検出部が、吸気に含まれる凝縮水による熱衝撃で損傷するのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するため、本発明のガスセンサの被水防止装置は、内燃機関の吸気流路内に突設された検出部を備えたガスセンサの被水防止装置において、少なくとも検出部より吸気流れ方向において上流側吸気管の内壁に、吸気流れ方向と交差し、吸気管壁面に付着した内壁に付着した水滴が検出部に接触することを抑制する凹溝を設けたものである。
【００１３】
吸気流路では、管壁に付着した凝縮水は、吸気流によって壁面を旋回しながら進む。ガスセンサの検出部の少なくとも吸気上流側に、前記凹溝を設けたことにより、該凹溝が凝縮水の前進に対する抵抗となり、凝縮水の前進を阻止する。これによって、検出部に凝縮水が付着するのを防止でき、ガス検出素子が凝縮水によって破損するのを防止できる。なお、ガスセンサが取り付けられる管壁が上下方向に配置された吸気管においては、ガスセンサの下流側上方管壁にも凹溝を設けるとよい。これによって、管壁を伝って流下する凝縮水がガスセンサの検出部に到達するのを防止できる。
【００１４】
本発明において、前記凹溝が、吸気流れ方向に複数配置された凹溝で構成されているとよい。凹溝を吸気流れ方向に複数配置することで、壁面に付着した凝縮水の前進抑止効果を向上できる。
【００１５】
本発明において、前記凹溝が、前記検出部の吸気上流側及び吸気下流側に配設された螺旋状凹溝と、該螺旋状凹溝を結ぶ連絡用凹溝とから構成されているとよい。螺旋状凹溝に付着した凝縮水は、吸気流で押され、螺旋状凹溝に沿って吸気下流側へ前進する。そして、連絡用凹溝を経由して下流側の螺旋状凹溝に流出する。そのため、検出部に凝縮水が付着するのを防止できる。
【００１６】
なお、管壁が上下方向に配置された吸気管においては、上方の管壁に付着し該管壁を伝って流下する凝縮水は、螺旋状凹溝に流入し、該螺旋状凹溝及び連絡用凹溝を伝って上流側（下方領域）に刻設された螺旋状凹溝に流下する。そのため、検出部の上方から流下する凝縮水が検出部に付着するのを防止できる。
【００１７】
本発明において、ガスセンサの検出部の周囲に該検出部に設けられた吸気導入口を覆う位置まで吸気流路内に突出配置された筒状カバーを備え、該筒状カバーの内壁が突出方向の先端側で拡径されたテーパ壁で形成され、かつ該テーパ壁の先端部から前記吸気導入口に至るまでの領域に螺旋溝が形成されているとよい。該筒状カバーによって吸気に含まれる凝縮水が直接吸気導入孔から検出部の内部に浸入するのを防止できる。
【００１８】
また、筒状カバーの先端部から筒状カバーの内部に進入した吸気は、螺旋溝に沿って旋回する。筒状カバーの内径は根元部に向かって徐々に狭まるので、吸気は旋回速度を増しながら筒状カバーの奥に進入し、検出部に設けられた吸気導入孔から検出部の内部へ進入する。そのため、吸気導入孔が検出部の根元側に設けられているときでも、吸気の主流のガス成分を検出できると共に、吸気の流速を増大できるので、ガス成分を応答性良く検出できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、内燃機関の吸気流路内に突出配置された検出部を備えたガスセンサの被水防止装置において、少なくとも検出部より吸気流れ方向において上流側吸気管の内壁に、吸気流れ方向と交差し、吸気管壁面に付着した水滴が検出部に接触するするのを防止した凹溝を設けたので、検出部の吸気上流側で管壁に付着した凝縮水が検出部の内部へ浸入するのを防止でき、これによって、ガス検出素子の熱衝撃による損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明装置の第１実施形態に係る吸気マニホールドの断面図である。
【図２】本発明装置の第２実施形態に係る吸気マニホールドの断面図である。
【図３】本発明装置の第３実施形態に係る吸気マニホールドの断面図である。
【図４】図３中のＣ方向から視た図である。
【図５】本発明装置の第４実施形態に係る吸気マニホールドの断面図である。
【図６】内燃機関に設けられた吸気マニホールドの正面図である。
【図７】図６中のＡ―Ａ線に沿う断面図である。
【図８】図６中のＢ―Ｂ線に沿う断面図である。
【図９】従来の空燃比センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２２】
（実施形態１）
本発明装置の第１実施形態を図１に基づいて説明する。本実施形態は、内燃機関に設けられた吸気マニホールド又は吸気管の垂直管壁に装着された空燃比センサに適用された例である。吸気マニホールド又は吸気管の垂直管壁３０に、雌ネジ孔３４が設けられている。この雌ネジ孔３４に空燃比センサ１０が螺着されている。空燃比センサ１０は、出力端子が内蔵され、リード線１１が接続された基部１２と、雌ネジ孔３４に螺合する雄ネジ１６と、雄ネジ１６と一体形成されたナット１４と、垂直管壁３０から吸気流路内に突出配置される検出部１８とで構成され、雄ネジ１６が雌ネジ孔３４に螺合することで、垂直管壁３０に固定されている。
【００２３】
検出部１８の垂直管壁３０に近い根元部には、周方向に複数の吸気導入孔２０が穿設されている。吸気導入孔２０から検出部１８の内部に進入した吸気ａが、検出部１８に内蔵されたガス検出素子（図示省略）に接触することで、吸気中の酸素濃度を検出する。空燃比センサ１０の取付け場所の近傍で吸気上流側、即ち、下方領域の垂直管壁３０の内壁に、４条のリング状凹溝３６が刻設されている。また、空燃比センサ１０の近傍で吸気下流側、即ち上方管壁に３条のリング状凹溝３７が刻設されている。
【００２４】
リング状凹溝３６及び３７は、四角断面を有し、垂直管壁３０の軸方向と直角方向の面に平行で、互いに等間隔に配置されている。また、空燃比センサ１０の上流側吸気流路には、インタークーラ及びＥＧＲガスの導入口（図示省略）が設けられている。インタークーラで冷却された吸気ａ及びＥＧＲガスは凝縮した水滴ｗを含んでいる。
【００２５】
かかる構成において、空燃比センサ１０の吸気上流側で、垂直管壁３０に付着した水滴ｗは、４条のリング状凹溝３６により前進を阻まれる。これによって、垂直管壁３０を伝う水滴ｗが検出部１８に到達するのを防止できる。そのため、検出部５８ａに内蔵されたガス検出素子に水滴ｗが付着し、その熱衝撃によってガス検出素子が破損するのを防止できる。
【００２６】
また、検出部１８の吸気下流側、即ち上方の垂直管壁３０に付着した水滴ｗは、重力により垂直管壁３０を伝って下方へ流下する。この流下する水滴ｗはリング状凹溝３７で流下を阻止され、検出部１８に到達するのを防止できる。この水滴ｗの一部は、稼動している内燃機関の熱で気化し、吸気ａと共に下流側に運ばれる。
【００２７】
（実施形態２）
次に、本発明装置の第２実施形態を図２によって説明する。本実施形態は、第１実施形態と同様に、内燃機関に設けられた吸気マニホールド又は吸気管の垂直管壁３０に空燃比センサ１０が装着されている。空燃比センサ１０は、第１実施形態の空燃比センサ１０と同一構成を有している。空燃比センサ１０の取付け場所より吸気上流側（下方領域）の垂直管壁３０の内壁に、螺旋状の凹溝３８が刻設されている。また、空燃比センサ１０の吸気下流側（上方領域）の垂直管壁３０に、螺旋状の凹溝４０が刻設され、螺旋状凹溝３８と螺旋状凹溝４０とを連絡する螺旋状の連絡用凹溝４２が刻設されている。
【００２８】
螺旋状凹溝３８，４０及び連絡用凹溝４２は、図示のように、四角断面をもつ。螺旋状凹溝３８又は螺旋状凹溝４０は、互いに等間隔に配置されている。連絡用凹溝４２は、空燃比センサ１０と干渉しない位置に刻設される。空燃比センサ１０の上流側吸気流路には、インタークーラ（図示省略）が設けられている。インタークーラで冷却された吸気ａは凝縮した水滴ｗを含んでいる。
【００２９】
かかる構成において、空燃比センサ１０の吸気上流側で、螺旋状凹溝３８に付着した水滴ｗは、吸気ａの流れで下流側に押され、螺旋状凹溝３８の底面を螺旋状凹溝３８に沿って吸気下流側へ前進する。そして、連絡用凹溝４２を経由し、再飛散することなく、下流側の螺旋状凹溝４０に流出する。そのため、検出部１８に水滴ｗが付着するのを防止できる。そのため、検出部１８に内蔵されたガス検出素子に水滴ｗが付着し、その熱衝撃によってガス検出素子が破損するのを防止できる。
【００３０】
なお、検出部１８の上方の垂直管壁３０に付着した水滴ｗは、重力により垂直管壁３０を伝って流下し、螺旋状凹溝４０に流入する。螺旋状凹溝４０に流入した水滴ｗは、重力により螺旋状凹溝４０を下方へ流れ、連絡用凹溝４２を経由して螺旋状凹溝３８に至る。そのため、この流下する水滴ｗが検出部１８に到達するのを防止できる。
【００３１】
（実施形態３）
次に、本発明装置の第３実施形態を図３及び図４により説明する。内燃機関に設けられた吸気マニホールド又は吸気管の垂直管壁３０に空燃比センサ１０が装着されている。空燃比センサ１０は、第１実施形態の空燃比センサ１０と同一構成を有している。垂直管壁３０には、雌ネジ孔３４を有するボス部３２が、圧入又はねじ込み等の手段で固定されている。空燃比センサ１０は、雄ネジ１４が雌ネジ孔３４に螺合することで、垂直管壁３０に固定される。
【００３２】
空燃比センサ１０の上流側垂直管壁３０には、第１実施形態と同一構成の４条のリング状凹溝３６が、垂直管壁３０の軸方向と直角方向にかつ互いに等間隔に刻設され、下流側の垂直管壁３０には、第１実施形態と同一構成の３条のリング状凹溝３７が、垂直管壁３０の軸方向と直角方向にかつ互いに等間隔に刻設されている。
【００３３】
ボス部３２と一体に円筒形の保護カバー２２が設けられ、保護カバー２２は検出部１８の周囲に配置され、吸気流路に突出配置されている。保護カバー２２の吸気流路への突出量Ｌは、少なくとも吸気導入孔２０を覆うように設定され、例えば、検出部１８の突出量の２／３程度とする。保護カバー２２の内壁２２ａは、先端側が拡径された円錐形のテーパ面を形成している。吸気導入孔２０より先端側の内壁２２ａには、螺旋形状に刻設された円弧状断面の螺旋溝２４が設けられている。螺旋溝２４の根元側終端部に貫通孔２６が刻設されている。
【００３４】
貫通孔２６の内壁側開口は螺旋溝２４の根元側終端部に配置されている。貫通孔２６は内壁２２ａの接線方向に配置され、保護カバー２２の外壁における貫通孔２６の外壁開口２６ａは、図４に示すように、保護カバー２２の中心より吸気下流側に配置されている。螺旋溝２４の根元側終端部及び貫通孔２６は、吸気導入孔２０より保護カバー２２の先端側に配置されている。保護カバー２２の外壁側先端部には、平坦なテーパ面２２ｂが形成されている。テーパ面２２ｂは、垂直管壁３０の軸方向と直角方向の面に対し、θ（＜９０°、好ましくは３０〜６０°）の角度をもつように形成されている。
【００３５】
テーパ面２２ｂより根元側の保護カバー２２の外壁には、周方向に複数のスリット状溝２８が刻設されている。スリット状溝２８はリング状をなし、並列に配置されている。また、空燃比センサ１０の上流側吸気流路には、インタークーラ（図示省略）が設けられている。インタークーラで冷却された吸気ａは凝縮した水滴ｗを含んでいる。
【００３６】
かかる構成において、かかる吸気ａが吸気マニホールドの垂直管壁３０を上方へ流れると、水滴ｗが垂直管壁３０に付着する。空燃比センサ１０の上流側（下方領域）で、垂直管壁３０に付着した水滴ｗは、リング状凹溝３６が抵抗となって上方へ進入するのを阻まれる。また、吸気ａに含まれる水滴ｗは、保護カバー２２に阻まれ、吸気導入孔２０に浸入するのを阻止される。保護カバー２２の外壁に設けられたスリット状溝２８に付着した水滴ｗは、吸気流によりスリット状溝２８に沿って滑り、保護カバー２２の下流側へ流出する。
【００３７】
保護カバー２２の先端部近辺の吸気ａは、テーパ面２２ｂに沿って流れ、吸気流路の中心側に偏向される。吸気流路の中央領域を流れる吸気ａの一部は、保護カバー２２の先端部から保護カバー２２の内部に回り込み、螺旋溝２４に沿って旋回を開始する。旋回を開始した吸気ａは、内壁２２ａが根元側に向かって徐々に縮径しているので、徐々に旋回速度を増す。そのため、吸気中に含まれる重い水滴ｗに大きな遠心力が付加され、水滴ｗは螺旋溝２４の底に押し付けられる。
【００３８】
大きな遠心力を付加された水滴ｗは、貫通孔２６を通って外壁開口２６ａから保護カバー２２の吸気下流側へ流れる。貫通孔２６は、内壁２２ａの接線方向に配置されているので、水滴ｗはスムーズに貫通孔２６に流入する。保護カバー２２の吸気下流側は、負圧になっているので、水滴ｗの下流側への流出が助長される。内燃機関の停止後、上方の垂直管壁３０を伝って流下してくる水滴ｗは、リング状凹溝３７に流入し、それ以上の流下を阻止される。一部の水滴ｗが保護カバー２２に到達した場合でも、スリット状溝２８によってガイドされ、上流側（下方領域）へ流下する。また、リング状凹溝３６及び３７に滞留した水滴ｗは、稼動中の内燃機関の熱で蒸発し、水蒸気となって下流側に流れるか、あるいは内燃機関の停止後、下方へ流下する。
【００３９】
本実施形態によれば、吸気ａに含まれ垂直管壁３０の内壁に付着した水滴ｗは、吸気流に抗して４条のリング状凹溝３６により前進を阻まれる。これによって、垂直管壁３０を伝う水滴ｗが検出部１８に到達するのを防止できる。また、保護カバー２２で検出部１８を覆うことで、吸気ａに含まれる水滴ｗが吸気導入孔２０から検出部１８の内部へ浸入するのを防止できる。さらに、保護カバー２２の先端側から保護カバー２２の内部へ進入した水滴ｗを含む吸気ａは、水滴ｗが貫通孔２６から保護カバー外に排出され、水滴ｗが離脱した吸気のみが螺旋溝２４に沿って速い旋回速度で吸気導入孔２０に導入されるので、ガス検出素子への水滴ｗの付着を防止できると共に、吸気ａの主流のガス成分を応答性良く検出できる。
【００４０】
このように、リング状凹溝３６と、保護カバー２２と、保護カバー２２に設けられた貫通孔２６とによって、検出部１８に内蔵されたガス検出素子が水滴の熱衝撃により損傷するのを防止できる。また、螺旋溝２４に沿って旋回する水滴ｗは、大きな遠心力が働き、螺旋溝２４の底に押し付けられ、かつ貫通孔２６の外壁開口２６ａは、負圧状態の保護カバー下流側にあるので、水滴ｗを貫通孔２６からスムーズに保護カバー外に流出させることができる。
【００４１】
また、保護カバー２２の外壁に周方向にスリット状溝２８が刻設されているので、スリット状溝２８に付着した水滴ｗは、飛散することなく、吸気流によって下流側に押される。そして、スリット状溝２８に沿って保護カバー２２の下流側にスムーズに流出できる。また、保護カバー２２の先端部にテーパ面２２ｂを形成したので、テーパ面２２ｂに付着した水滴ｗは、テーパ面２２ｂに沿って吸気流路の中心側へ流出させることができる。そのため、この水滴ｗが保護カバー２２の内部に進入するのを防止できる。
【００４２】
また、検出部１８の上方の垂直管壁３０に付着し流下する水滴ｗは、リング状凹溝３７に入り込むことで流下を阻止される。また、一部の水滴ｗがリング状凹溝３７より下方へ流下した場合でも、保護カバー２２によって検出部１８に付着するのを防止できる。保護カバー２２の外壁に流下した水滴ｗは、保護カバー２２の外壁に刻設されたスリット状溝２８によってガイドされ、上流側（下方領域）へ流下させることができる。
【００４３】
なお、保護カバー２２の外壁及び内壁の表面に、例えば、フッ素樹脂などの撥水性材料からなる被膜を被覆するとよい。これによって、保護カバー２２の外壁に付着した水滴を保護カバー２２の外壁に沿って下流側へ流出させるのが容易になる。また、保護カバー２２の内部に進入した水滴の旋回速度が増加し、水滴に働く遠心力を増大できるので、貫通孔２６を通して保護カバー２２の外側へ流出させるのが促進される。
【００４４】
（実施形態４）
次に、本発明装置の第４実施形態を図５により説明する。本実施形態は、図３に示す保護カバー付き空燃比センサ１０の上流側及び下流側の垂直管壁３０に、図２に示す第２実施形態と同一構成の螺旋状凹溝３８，４０及び連絡用凹溝４２を設けたものである。空燃比センサ１０の吸気上流側で、螺旋状凹溝３８に付着した水滴ｗは、吸気ａの流れで下流側に押され、螺旋状凹溝３８の底面を螺旋状凹溝３８に沿って吸気下流側へ前進する。そして、連絡用凹溝４２を経由して下流側の螺旋状凹溝４０に流出する。
【００４５】
吸気ａに含まれる水滴は、保護カバー２２に阻まれ、保護カバー２２の先端部から進入した吸気ａは、螺旋溝２４で旋回力を付与されて、根元側へ進入すると共に、この吸気ａに含まれる水滴ｗは貫通孔２６から保護カバー外へ排出される。そして、水滴ｗが離脱した吸気が大きな旋回速度で吸気導入孔２０から検出部１８の内部に進入する。そのため、検出部１８に内蔵されたガス検出素子が、水滴ｗによる熱衝撃で損傷するのを防止できると共に、吸気の主流をガス検出素子まで積極的に導入でき、ガス成分を応答性良く検出できる。
【００４６】
また、上方の垂直管壁３０に付着し垂直管壁３０を伝って流下する水滴ｗは、螺旋状凹溝４０に流入し、連絡用凹溝４２を伝って螺旋状凹溝３８に流下するので、検出部１８に付着するのを防止できる。一部の水滴ｗが螺旋状凹溝４０を越えても、保護カバー２２で阻止されるので、検出部１８に付着するのを防止できる。
【００４７】
なお、第４実施形態の変形例として、螺旋状の連絡用凹溝４２の代わりに、図５に示すように、上流側螺旋状凹溝３８の最下流側領域と下流側螺旋状凹溝４０の最上流側領域とを、垂直管壁３０の軸方向に配置された直線状の連絡用凹溝４４で連絡するようにしてもよい。これによって、連絡用凹溝の加工が容易になる。
【００４８】
第３実施形態及び第４実施形態で用いられた保護カバー２２の代わりに、吸気導入孔２０を覆うだけの突出量Ｌを有し、内壁がテーパ面を形成せず、かつ貫通孔２６を有しない単純な円筒形状の保護カバーを設けるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、内燃機関の吸気管に設けられたガスセンサを、吸気に含まれる凝縮水による熱衝撃から保護し、かつガス成分の検出精度を高く維持できる。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 空燃比センサ（ガスセンサ）
１１ リード線
１２ 基部
１４ ナット
１６ 雄ネジ
１８ 検出部
２０ 吸気導入孔
２２ 保護カバー（筒状カバー）
２２ａ 内壁
２２ｂ テーパ面
２４ 螺旋溝
２６ 貫通孔
２６ａ 外壁開口
２８ スリット状溝
３０ 垂直管壁
３２ ボス部
３４ 雌ネジ孔
３６，３７ リング状凹溝
３８、４０ 螺旋状凹溝
４２，４４ 連絡用凹溝
ａ 吸気
ｗ 水滴（凝縮水）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気管に設けられたガスセンサの検出部が、吸気に含まれる凝縮水の付着によって熱衝撃を受け損傷するのを防止可能にしたガスセンサの被水防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関の吸気管や排気管には、吸気中の特定ガス成分を検出するセンサが設けられている。このようなセンサとして、例えば、ジルコニアなどの固体電解質からなるガス検出素子を用いて、Ｏ２濃度を検出する空燃比センサや、排気中のＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸセンサ等がある。これらのガスセンサは、ガス検出素子を内蔵した検出部が吸気又は排気に曝される位置に配置され、この検出部で特定ガス成分を検出する。例えば、空燃比センサにおいては、検出部にはヒータが内蔵され、このヒータを用いてガス検出素子を高温に加熱し活性化することで、特定ガス成分を検出する。
【０００３】
エンジンの停止後など、吸気又は排気の温度が低下した時、凝縮水が析出する。前記センサのガス検出素子は、熱衝撃に弱いセラミックで形成されているため、低温の凝縮水がガス検出素子に付着すると、ガス検出素子が急冷され、熱衝撃によりガス検出素子にクラックや割れが発生するおそれがある。運転中高温の排気は、凝縮水の析出量は少ないため、あまり問題とならない。一方、吸気流路のうち、インタークーラの下流側では、インタークーラで吸気が冷却されるため、凝縮水が析出しやすい。燃料の燃焼により水蒸気が生成されるため、吸気より排気のほうが水蒸気分圧が高い。そのため、特に、排気を吸気流路に再循環するＥＧＲ装置を備えた内燃機関では、インタークーラの下流側吸気流路で凝縮水の析出量が多い。
【０００４】
特許文献１に開示された手段は、ガスセンサの上流側排気流路に水溜室を設け、排気流路と該水溜室とを連通する孔を設けたものであり、排気流路に滞留した凝縮水を該孔を通して該水溜室に溜めるようにしている。
【０００５】
特許文献２に開示された手段は、水平方向に配置された排気流路で、ガスセンサの上流側排気流路に排気流路内を上下に分割する仕切板を設けている。この仕切板によって排気流路の底部に溜まった滞留水の巻上げを抑制し、滞留水がガス検出素子に付着しにくくしたものである。
【０００６】
図６〜図９に、吸気マニホールドに装着された空燃比センサの構成を示す。吸気マニホールド１２０は、垂直部１２０ａと水平部１２０ｂとで構成され、垂直部１２０ａの管壁に空燃比センサ１００が設けられている。水平部１２０ｂは、４本の分岐管１２２ａ〜ｄに分かれ、各分岐管は、夫々がシリンダブロック１２４に設けられた４個のシリンダヘッドに接続されている。吸気ａは凝縮水を含み、吸気マニホールド１２０の壁面に付着した大きな水滴w１は、壁面を旋回しながら進み、小さな水滴ｗ２は吸気に含まれて、吸気ａと共に流れる。内燃機関の停止後、吸気マニホールド１２０の上部壁に付着した水滴ｗ３は、空燃比センサ１００の検出部１０６のほうへ落下してくる。
【０００７】
ガスセンサ１００の軸方向中央に雄ネジ１０２及びナット１０４が一体形成されている。垂直部１２０ａの管壁に設けられたボス部１２６に雌ネジ孔１２８が形成され、該雌ネジ孔１２８に雄ネジ１０２が螺合している。ガスセンサ１００の検出部１０６が、垂直部１２０ａの管壁から吸気流路内に突設されている。検出部１０６のケースは外壁１０８及び内壁１１０からなり、夫々に吸気導入孔１１２が穿設されている。内壁１１０の内側にガス検出素子１１４が配置され、ガス検出素子１１４の内側にヒータ１１６が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２７２３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１２２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された被水防止手段は、排気流路に水溜室を設けるため、排気管の製造工程が増加し、高コストになるという問題がある。特許文献２に開示された被水防止手段は、排気流路に仕切板を設けるため、排気管の製造工程が増加し、高コストになると共に、排気の圧力損失が増加し、内燃機関の熱効率を低下させるという問題がある。
【００１０】
図９において、吸気ａは、管壁の近傍で管壁との摩擦により流速が小さく、かつ圧力が高い。逆に流速が大きい流路中央域では圧力が低い。そのため、吸気ａは、管壁近傍に配置された吸気導入孔１１２から検出部１０６の内部に進入し、ガス検出素子１１４に接触した後、流路中央側の吸気導入孔１１２から出て行く。この時、吸気ａに含まれる水滴がガス検出素子１１４に付着することで、前述の熱衝撃による破損の問題が起こる。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、簡易かつ低コストな手段で、吸気流路内に突設された検出部が、吸気に含まれる凝縮水による熱衝撃で損傷するのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するため、本発明のガスセンサの被水防止装置は、内燃機関の吸気流路内に突設された検出部を備えたガスセンサの被水防止装置において、少なくとも検出部より吸気流れ方向において上流側吸気管の内壁に、吸気流れ方向と交差し、吸気管壁面に付着した内壁に付着した水滴が検出部に接触することを抑制する凹溝を設けたものである。
【００１３】
吸気流路では、管壁に付着した凝縮水は、吸気流によって壁面を旋回しながら進む。ガスセンサの検出部の少なくとも吸気上流側に、前記凹溝を設けたことにより、該凹溝が凝縮水の前進に対する抵抗となり、凝縮水の前進を阻止する。これによって、検出部に凝縮水が付着するのを防止でき、ガス検出素子が凝縮水によって破損するのを防止できる。なお、ガスセンサが取り付けられる管壁が上下方向に配置された吸気管においては、ガスセンサの下流側上方管壁にも凹溝を設けるとよい。これによって、管壁を伝って流下する凝縮水がガスセンサの検出部に到達するのを防止できる。
【００１４】
本発明において、前記凹溝が、吸気流れ方向に複数配置された凹溝で構成されているとよい。凹溝を吸気流れ方向に複数配置することで、壁面に付着した凝縮水の前進抑止効果を向上できる。
【００１５】
本発明において、前記凹溝が、前記検出部の吸気上流側及び吸気下流側に配設された螺旋状凹溝と、該螺旋状凹溝を結ぶ連絡用凹溝とから構成されているとよい。螺旋状凹溝に付着した凝縮水は、吸気流で押され、螺旋状凹溝に沿って吸気下流側へ前進する。そして、連絡用凹溝を経由して下流側の螺旋状凹溝に流出する。そのため、検出部に凝縮水が付着するのを防止できる。
【００１６】
なお、管壁が上下方向に配置された吸気管においては、上方の管壁に付着し該管壁を伝って流下する凝縮水は、螺旋状凹溝に流入し、該螺旋状凹溝及び連絡用凹溝を伝って上流側（下方領域）に刻設された螺旋状凹溝に流下する。そのため、検出部の上方から流下する凝縮水が検出部に付着するのを防止できる。
【００１７】
本発明において、ガスセンサの検出部の周囲に該検出部に設けられた吸気導入口を覆う位置まで吸気流路内に突出配置された筒状カバーを備え、該筒状カバーの内壁が突出方向の先端側で拡径されたテーパ壁で形成され、かつ該テーパ壁の先端部から前記吸気導入口に至るまでの領域に螺旋溝が形成されているとよい。該筒状カバーによって吸気に含まれる凝縮水が直接吸気導入孔から検出部の内部に浸入するのを防止できる。
【００１８】
また、筒状カバーの先端部から筒状カバーの内部に進入した吸気は、螺旋溝に沿って旋回する。筒状カバーの内径は根元部に向かって徐々に狭まるので、吸気は旋回速度を増しながら筒状カバーの奥に進入し、検出部に設けられた吸気導入孔から検出部の内部へ進入する。そのため、吸気導入孔が検出部の根元側に設けられているときでも、吸気の主流のガス成分を検出できると共に、吸気の流速を増大できるので、ガス成分を応答性良く検出できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、内燃機関の吸気流路内に突出配置された検出部を備えたガスセンサの被水防止装置において、少なくとも検出部より吸気流れ方向において上流側吸気管の内壁に、吸気流れ方向と交差し、吸気管壁面に付着した水滴が検出部に接触するするのを防止した凹溝を設けたので、検出部の吸気上流側で管壁に付着した凝縮水が検出部の内部へ浸入するのを防止でき、これによって、ガス検出素子の熱衝撃による損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明装置の第１実施形態に係る吸気マニホールドの断面図である。
【図２】本発明装置の第２実施形態に係る吸気マニホールドの断面図である。
【図３】本発明装置の第３実施形態に係る吸気マニホールドの断面図である。
【図４】図３中のＣ方向から視た図である。
【図５】本発明装置の第４実施形態に係る吸気マニホールドの断面図である。
【図６】内燃機関に設けられた吸気マニホールドの正面図である。
【図７】図６中のＡ―Ａ線に沿う断面図である。
【図８】図６中のＢ―Ｂ線に沿う断面図である。
【図９】従来の空燃比センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２２】
（実施形態１）
本発明装置の第１実施形態を図１に基づいて説明する。本実施形態は、内燃機関に設けられた吸気マニホールド又は吸気管の垂直管壁に装着された空燃比センサに適用された例である。吸気マニホールド又は吸気管の垂直管壁３０に、雌ネジ孔３４が設けられている。この雌ネジ孔３４に空燃比センサ１０が螺着されている。空燃比センサ１０は、出力端子が内蔵され、リード線１１が接続された基部１２と、雌ネジ孔３４に螺合する雄ネジ１６と、雄ネジ１６と一体形成されたナット１４と、垂直管壁３０から吸気流路内に突出配置される検出部１８とで構成され、雄ネジ１６が雌ネジ孔３４に螺合することで、垂直管壁３０に固定されている。
【００２３】
検出部１８の垂直管壁３０に近い根元部には、周方向に複数の吸気導入孔２０が穿設されている。吸気導入孔２０から検出部１８の内部に進入した吸気ａが、検出部１８に内蔵されたガス検出素子（図示省略）に接触することで、吸気中の酸素濃度を検出する。空燃比センサ１０の取付け場所の近傍で吸気上流側、即ち、下方領域の垂直管壁３０の内壁に、４条のリング状凹溝３６が刻設されている。また、空燃比センサ１０の近傍で吸気下流側、即ち上方管壁に３条のリング状凹溝３７が刻設されている。
【００２４】
リング状凹溝３６及び３７は、四角断面を有し、垂直管壁３０の軸方向と直角方向の面に平行で、互いに等間隔に配置されている。また、空燃比センサ１０の上流側吸気流路には、インタークーラ及びＥＧＲガスの導入口（図示省略）が設けられている。インタークーラで冷却された吸気ａ及びＥＧＲガスは凝縮した水滴ｗを含んでいる。
【００２５】
かかる構成において、空燃比センサ１０の吸気上流側で、垂直管壁３０に付着した水滴ｗは、４条のリング状凹溝３６により前進を阻まれる。これによって、垂直管壁３０を伝う水滴ｗが検出部１８に到達するのを防止できる。そのため、検出部５８ａに内蔵されたガス検出素子に水滴ｗが付着し、その熱衝撃によってガス検出素子が破損するのを防止できる。
【００２６】
また、検出部１８の吸気下流側、即ち上方の垂直管壁３０に付着した水滴ｗは、重力により垂直管壁３０を伝って下方へ流下する。この流下する水滴ｗはリング状凹溝３７で流下を阻止され、検出部１８に到達するのを防止できる。この水滴ｗの一部は、稼動している内燃機関の熱で気化し、吸気ａと共に下流側に運ばれる。
【００２７】
（実施形態２）
次に、本発明装置の第２実施形態を図２によって説明する。本実施形態は、第１実施形態と同様に、内燃機関に設けられた吸気マニホールド又は吸気管の垂直管壁３０に空燃比センサ１０が装着されている。空燃比センサ１０は、第１実施形態の空燃比センサ１０と同一構成を有している。空燃比センサ１０の取付け場所より吸気上流側（下方領域）の垂直管壁３０の内壁に、螺旋状の凹溝３８が刻設されている。また、空燃比センサ１０の吸気下流側（上方領域）の垂直管壁３０に、螺旋状の凹溝４０が刻設され、螺旋状凹溝３８と螺旋状凹溝４０とを連絡する螺旋状の連絡用凹溝４２が刻設されている。
【００２８】
螺旋状凹溝３８，４０及び連絡用凹溝４２は、図示のように、四角断面をもつ。螺旋状凹溝３８又は螺旋状凹溝４０は、互いに等間隔に配置されている。連絡用凹溝４２は、空燃比センサ１０と干渉しない位置に刻設される。空燃比センサ１０の上流側吸気流路には、インタークーラ（図示省略）が設けられている。インタークーラで冷却された吸気ａは凝縮した水滴ｗを含んでいる。
【００２９】
かかる構成において、空燃比センサ１０の吸気上流側で、螺旋状凹溝３８に付着した水滴ｗは、吸気ａの流れで下流側に押され、螺旋状凹溝３８の底面を螺旋状凹溝３８に沿って吸気下流側へ前進する。そして、連絡用凹溝４２を経由し、再飛散することなく、下流側の螺旋状凹溝４０に流出する。そのため、検出部１８に水滴ｗが付着するのを防止できる。そのため、検出部１８に内蔵されたガス検出素子に水滴ｗが付着し、その熱衝撃によってガス検出素子が破損するのを防止できる。
【００３０】
なお、検出部１８の上方の垂直管壁３０に付着した水滴ｗは、重力により垂直管壁３０を伝って流下し、螺旋状凹溝４０に流入する。螺旋状凹溝４０に流入した水滴ｗは、重力により螺旋状凹溝４０を下方へ流れ、連絡用凹溝４２を経由して螺旋状凹溝３８に至る。そのため、この流下する水滴ｗが検出部１８に到達するのを防止できる。
【００３１】
（実施形態３）
次に、本発明装置の第３実施形態を図３及び図４により説明する。内燃機関に設けられた吸気マニホールド又は吸気管の垂直管壁３０に空燃比センサ１０が装着されている。空燃比センサ１０は、第１実施形態の空燃比センサ１０と同一構成を有している。垂直管壁３０には、雌ネジ孔３４を有するボス部３２が、圧入又はねじ込み等の手段で固定されている。空燃比センサ１０は、雄ネジ１４が雌ネジ孔３４に螺合することで、垂直管壁３０に固定される。
【００３２】
空燃比センサ１０の上流側垂直管壁３０には、第１実施形態と同一構成の４条のリング状凹溝３６が、垂直管壁３０の軸方向と直角方向にかつ互いに等間隔に刻設され、下流側の垂直管壁３０には、第１実施形態と同一構成の３条のリング状凹溝３７が、垂直管壁３０の軸方向と直角方向にかつ互いに等間隔に刻設されている。
【００３３】
ボス部３２と一体に円筒形の保護カバー２２が設けられ、保護カバー２２は検出部１８の周囲に配置され、吸気流路に突出配置されている。保護カバー２２の吸気流路への突出量Ｌは、少なくとも吸気導入孔２０を覆うように設定され、例えば、検出部１８の突出量の２／３程度とする。保護カバー２２の内壁２２ａは、先端側が拡径された円錐形のテーパ面を形成している。吸気導入孔２０より先端側の内壁２２ａには、螺旋形状に刻設された円弧状断面の螺旋溝２４が設けられている。螺旋溝２４の根元側終端部に貫通孔２６が刻設されている。
【００３４】
貫通孔２６の内壁側開口は螺旋溝２４の根元側終端部に配置されている。貫通孔２６は内壁２２ａの接線方向に配置され、保護カバー２２の外壁における貫通孔２６の外壁開口２６ａは、図４に示すように、保護カバー２２の中心より吸気下流側に配置されている。螺旋溝２４の根元側終端部及び貫通孔２６は、吸気導入孔２０より保護カバー２２の先端側に配置されている。保護カバー２２の外壁側先端部には、平坦なテーパ面２２ｂが形成されている。テーパ面２２ｂは、垂直管壁３０の軸方向と直角方向の面に対し、θ（＜９０°、好ましくは３０〜６０°）の角度をもつように形成されている。
【００３５】
テーパ面２２ｂより根元側の保護カバー２２の外壁には、周方向に複数のスリット状溝２８が刻設されている。スリット状溝２８はリング状をなし、並列に配置されている。また、空燃比センサ１０の上流側吸気流路には、インタークーラ（図示省略）が設けられている。インタークーラで冷却された吸気ａは凝縮した水滴ｗを含んでいる。
【００３６】
かかる構成において、かかる吸気ａが吸気マニホールドの垂直管壁３０を上方へ流れると、水滴ｗが垂直管壁３０に付着する。空燃比センサ１０の上流側（下方領域）で、垂直管壁３０に付着した水滴ｗは、リング状凹溝３６が抵抗となって上方へ進入するのを阻まれる。また、吸気ａに含まれる水滴ｗは、保護カバー２２に阻まれ、吸気導入孔２０に浸入するのを阻止される。保護カバー２２の外壁に設けられたスリット状溝２８に付着した水滴ｗは、吸気流によりスリット状溝２８に沿って滑り、保護カバー２２の下流側へ流出する。
【００３７】
保護カバー２２の先端部近辺の吸気ａは、テーパ面２２ｂに沿って流れ、吸気流路の中心側に偏向される。吸気流路の中央領域を流れる吸気ａの一部は、保護カバー２２の先端部から保護カバー２２の内部に回り込み、螺旋溝２４に沿って旋回を開始する。旋回を開始した吸気ａは、内壁２２ａが根元側に向かって徐々に縮径しているので、徐々に旋回速度を増す。そのため、吸気中に含まれる重い水滴ｗに大きな遠心力が付加され、水滴ｗは螺旋溝２４の底に押し付けられる。
【００３８】
大きな遠心力を付加された水滴ｗは、貫通孔２６を通って外壁開口２６ａから保護カバー２２の吸気下流側へ流れる。貫通孔２６は、内壁２２ａの接線方向に配置されているので、水滴ｗはスムーズに貫通孔２６に流入する。保護カバー２２の吸気下流側は、負圧になっているので、水滴ｗの下流側への流出が助長される。内燃機関の停止後、上方の垂直管壁３０を伝って流下してくる水滴ｗは、リング状凹溝３７に流入し、それ以上の流下を阻止される。一部の水滴ｗが保護カバー２２に到達した場合でも、スリット状溝２８によってガイドされ、上流側（下方領域）へ流下する。また、リング状凹溝３６及び３７に滞留した水滴ｗは、稼動中の内燃機関の熱で蒸発し、水蒸気となって下流側に流れるか、あるいは内燃機関の停止後、下方へ流下する。
【００３９】
本実施形態によれば、吸気ａに含まれ垂直管壁３０の内壁に付着した水滴ｗは、吸気流に抗して４条のリング状凹溝３６により前進を阻まれる。これによって、垂直管壁３０を伝う水滴ｗが検出部１８に到達するのを防止できる。また、保護カバー２２で検出部１８を覆うことで、吸気ａに含まれる水滴ｗが吸気導入孔２０から検出部１８の内部へ浸入するのを防止できる。さらに、保護カバー２２の先端側から保護カバー２２の内部へ進入した水滴ｗを含む吸気ａは、水滴ｗが貫通孔２６から保護カバー外に排出され、水滴ｗが離脱した吸気のみが螺旋溝２４に沿って速い旋回速度で吸気導入孔２０に導入されるので、ガス検出素子への水滴ｗの付着を防止できると共に、吸気ａの主流のガス成分を応答性良く検出できる。
【００４０】
このように、リング状凹溝３６と、保護カバー２２と、保護カバー２２に設けられた貫通孔２６とによって、検出部１８に内蔵されたガス検出素子が水滴の熱衝撃により損傷するのを防止できる。また、螺旋溝２４に沿って旋回する水滴ｗは、大きな遠心力が働き、螺旋溝２４の底に押し付けられ、かつ貫通孔２６の外壁開口２６ａは、負圧状態の保護カバー下流側にあるので、水滴ｗを貫通孔２６からスムーズに保護カバー外に流出させることができる。
【００４１】
また、保護カバー２２の外壁に周方向にスリット状溝２８が刻設されているので、スリット状溝２８に付着した水滴ｗは、飛散することなく、吸気流によって下流側に押される。そして、スリット状溝２８に沿って保護カバー２２の下流側にスムーズに流出できる。また、保護カバー２２の先端部にテーパ面２２ｂを形成したので、テーパ面２２ｂに付着した水滴ｗは、テーパ面２２ｂに沿って吸気流路の中心側へ流出させることができる。そのため、この水滴ｗが保護カバー２２の内部に進入するのを防止できる。
【００４２】
また、検出部１８の上方の垂直管壁３０に付着し流下する水滴ｗは、リング状凹溝３７に入り込むことで流下を阻止される。また、一部の水滴ｗがリング状凹溝３７より下方へ流下した場合でも、保護カバー２２によって検出部１８に付着するのを防止できる。保護カバー２２の外壁に流下した水滴ｗは、保護カバー２２の外壁に刻設されたスリット状溝２８によってガイドされ、上流側（下方領域）へ流下させることができる。
【００４３】
なお、保護カバー２２の外壁及び内壁の表面に、例えば、フッ素樹脂などの撥水性材料からなる被膜を被覆するとよい。これによって、保護カバー２２の外壁に付着した水滴を保護カバー２２の外壁に沿って下流側へ流出させるのが容易になる。また、保護カバー２２の内部に進入した水滴の旋回速度が増加し、水滴に働く遠心力を増大できるので、貫通孔２６を通して保護カバー２２の外側へ流出させるのが促進される。
【００４４】
（実施形態４）
次に、本発明装置の第４実施形態を図５により説明する。本実施形態は、図３に示す保護カバー付き空燃比センサ１０の上流側及び下流側の垂直管壁３０に、図２に示す第２実施形態と同一構成の螺旋状凹溝３８，４０及び連絡用凹溝４２を設けたものである。空燃比センサ１０の吸気上流側で、螺旋状凹溝３８に付着した水滴ｗは、吸気ａの流れで下流側に押され、螺旋状凹溝３８の底面を螺旋状凹溝３８に沿って吸気下流側へ前進する。そして、連絡用凹溝４２を経由して下流側の螺旋状凹溝４０に流出する。
【００４５】
吸気ａに含まれる水滴は、保護カバー２２に阻まれ、保護カバー２２の先端部から進入した吸気ａは、螺旋溝２４で旋回力を付与されて、根元側へ進入すると共に、この吸気ａに含まれる水滴ｗは貫通孔２６から保護カバー外へ排出される。そして、水滴ｗが離脱した吸気が大きな旋回速度で吸気導入孔２０から検出部１８の内部に進入する。そのため、検出部１８に内蔵されたガス検出素子が、水滴ｗによる熱衝撃で損傷するのを防止できると共に、吸気の主流をガス検出素子まで積極的に導入でき、ガス成分を応答性良く検出できる。
【００４６】
また、上方の垂直管壁３０に付着し垂直管壁３０を伝って流下する水滴ｗは、螺旋状凹溝４０に流入し、連絡用凹溝４２を伝って螺旋状凹溝３８に流下するので、検出部１８に付着するのを防止できる。一部の水滴ｗが螺旋状凹溝４０を越えても、保護カバー２２で阻止されるので、検出部１８に付着するのを防止できる。
【００４７】
なお、第４実施形態の変形例として、螺旋状の連絡用凹溝４２の代わりに、図５に示すように、上流側螺旋状凹溝３８の最下流側領域と下流側螺旋状凹溝４０の最上流側領域とを、垂直管壁３０の軸方向に配置された直線状の連絡用凹溝４４で連絡するようにしてもよい。これによって、連絡用凹溝の加工が容易になる。
【００４８】
第３実施形態及び第４実施形態で用いられた保護カバー２２の代わりに、吸気導入孔２０を覆うだけの突出量Ｌを有し、内壁がテーパ面を形成せず、かつ貫通孔２６を有しない単純な円筒形状の保護カバーを設けるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、内燃機関の吸気管に設けられたガスセンサを、吸気に含まれる凝縮水による熱衝撃から保護し、かつガス成分の検出精度を高く維持できる。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 空燃比センサ（ガスセンサ）
１１ リード線
１２ 基部
１４ ナット
１６ 雄ネジ
１８ 検出部
２０ 吸気導入孔
２２ 保護カバー（筒状カバー）
２２ａ 内壁
２２ｂ テーパ面
２４ 螺旋溝
２６ 貫通孔
２６ａ 外壁開口
２８ スリット状溝
３０ 垂直管壁
３２ ボス部
３４ 雌ネジ孔
３６，３７ リング状凹溝
３８、４０ 螺旋状凹溝
４２，４４ 連絡用凹溝
ａ 吸気
ｗ 水滴（凝縮水）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気流路内に突設された検出部を備えたガスセンサの被水防止装置において、
少なくとも前記検出部より吸気流れ方向において上流側吸気管の内壁に、吸気流れ方向と交差し、吸気管壁面に付着した水滴が前記検出部に接触することを抑制する凹溝を設けたことを特徴とするガスセンサの被水防止装置。
【請求項２】
前記凹溝が、吸気流れ方向に複数配置された凹溝で構成さ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被水防止装置。
【請求項３】
前記凹溝が、前記検出部の吸気上流側及び吸気下流側に配設された螺旋状凹溝と、該螺旋状凹溝を結ぶ連絡用凹溝とから構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサの被水防止装置。
【請求項４】
前記検出部の周囲に該検出部に設けられた吸気導入口を覆う位置まで吸気流路内に突出配置された筒状カバーを備え、
該筒状カバーの内壁が突出方向の先端側で拡径されたテーパ壁で形成され、かつ該テーパ壁の先端部から前記吸気導入口に至るまでの領域に螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガスセンサの被水防止装置。
【請求項１】
内燃機関の吸気流路内に突設された検出部を備えたガスセンサの被水防止装置において、
少なくとも前記検出部より吸気流れ方向において上流側吸気管の内壁に、吸気流れ方向と交差し、吸気管壁面に付着した水滴が前記検出部に接触することを抑制する凹溝を設けたことを特徴とするガスセンサの被水防止装置。
【請求項２】
前記凹溝が、吸気流れ方向に複数配置された凹溝で構成さ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被水防止装置。
【請求項３】
前記凹溝が、前記検出部の吸気上流側及び吸気下流側に配設された螺旋状凹溝と、該螺旋状凹溝を結ぶ連絡用凹溝とから構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサの被水防止装置。
【請求項４】
前記検出部の周囲に該検出部に設けられた吸気導入口を覆う位置まで吸気流路内に突出配置された筒状カバーを備え、
該筒状カバーの内壁が突出方向の先端側で拡径されたテーパ壁で形成され、かつ該テーパ壁の先端部から前記吸気導入口に至るまでの領域に螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガスセンサの被水防止装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−４４３０８（Ｐ２０１３−４４３０８Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４２２５（Ｐ２０１１−１８４２２５）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
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