JP2014235025A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はガスセンサに関し、更に詳しくは、酸素センサ、炭化水素センサ、酸化窒素センサなど、測定雰囲気中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor, and more particularly to a gas sensor for detecting a specific gas concentration in a measurement atmosphere, such as an oxygen sensor, a hydrocarbon sensor, and a nitric oxide sensor.
自動車エンジン等の内燃機関の燃費向上や燃焼制御を行うガスセンサとして、被測定ガス(吸気ガスや排気ガス)中の酸素濃度を検出する酸素センサや空燃比センサが知られている。
このようなガスセンサとして、特定ガスの濃度検出を行う検出素子を主体金具に保持すると共に、検出素子の検出部の周囲をプロテクタで取り囲み、検出素子を被水や煤から保護する構造が一般的に用いられている。プロテクタには、検出部に被測定ガスを晒すためのガス導入部(孔)が設けられている。
一方、主体金具の外表面には、ガスセンサを被測定ガスの流路(吸気管等)に取り付けるための雄ねじ部が形成されている。そして、主体金具に設けられた六角部に工具を取り付け、流路の雌ねじ部に主体金具の雄ねじ部を螺合させてガスセンサを流路に固定している。
As gas sensors for improving fuel consumption and combustion control of an internal combustion engine such as an automobile engine, an oxygen sensor and an air-fuel ratio sensor for detecting an oxygen concentration in a gas to be measured (intake gas or exhaust gas) are known.
As such a gas sensor, a structure in which a detection element for detecting the concentration of a specific gas is held by a metal shell, and the detection element is surrounded by a protector, so that the detection element is protected from water and soot. It is used. The protector is provided with a gas introduction part (hole) for exposing the gas to be measured to the detection part.
On the other hand, on the outer surface of the metal shell, a male thread portion for attaching the gas sensor to a flow path (intake pipe or the like) of the gas to be measured is formed. A tool is attached to the hexagonal portion provided in the metal shell, and the male screw portion of the metal shell is screwed into the female screw portion of the flow path to fix the gas sensor to the flow path.
ところで、一般的にエンジンルームや流路のレイアウトは機種毎に異なり、ガスセンサの配置位置も機種毎に異なる。これに対し、ガスセンサを主体金具の雄ねじ部によって取付ける上記方法の場合、ガスセンサの取付位置が一律に決まっているので、エンジンルームや流路のレイアウトに適合できずにガスセンサが流路に取り付けられない虞がある。 By the way, in general, the layout of the engine room and the flow path is different for each model, and the arrangement position of the gas sensor is also different for each model. On the other hand, in the case of the above method in which the gas sensor is mounted by the male threaded portion of the metal shell, the mounting position of the gas sensor is uniformly determined, so that the gas sensor cannot be mounted on the flow path because it cannot be adapted to the engine room or flow path layout There is a fear.
また、被測定ガスには不純物(例えば煤)や水滴が含まれており、例えば、ガス導入部が流路の上流側を向くようにガスセンサが流路に配置されていると、ガス導入部に被測定ガスが接触やすくなり、ガス導入部に不純物が付着してガス導入部を塞いでしまう(以下、目詰まりとも言う)虞やガス検出素子に水滴がついてしまう虞がある。これに対し、ガス導入部を流路の下流側に向くようにガスセンサを流路に配置することで、ガス導入部に被測定ガスが接触しにくくなり、目詰まりや被水を効果的に抑制できる。ところが、ガスセンサの主体金具の雄ねじ部によって取り付ける上記方法の場合、ガス導入部を下流側に向けてガスセンサを流路に取り付けることが困難である。 The gas to be measured contains impurities (for example, soot) and water droplets. For example, if the gas sensor is arranged in the flow path so that the gas introduction section faces the upstream side of the flow path, the gas introduction section The gas to be measured is likely to come into contact, and impurities may adhere to the gas introduction part and block the gas introduction part (hereinafter also referred to as clogging), or there may be water drops on the gas detection element. In contrast, by placing the gas sensor in the flow path so that the gas introduction section faces the downstream side of the flow path, the gas to be measured is less likely to contact the gas introduction section, effectively preventing clogging and water exposure. it can. However, in the case of the above-described method of attaching by the male screw part of the metal shell of the gas sensor, it is difficult to attach the gas sensor to the flow path with the gas introduction part facing downstream.
また、エンジンルームや流路のレイアウトに適合できずにガスセンサが流路に取り付けられない虞や、ガス導入部を下流側に向けてガスセンサを流路に取り付ける困難性を考慮し、機種毎にガスセンサを作製することも可能ではあるものの、作業性、コスト等の問題が生じる。 In addition, considering the possibility that the gas sensor cannot be attached to the flow path because it cannot be adapted to the layout of the engine room or the flow path, and the difficulty of attaching the gas sensor to the flow path with the gas introduction part facing downstream, However, problems such as workability and cost arise.
このようなことから、ガスセンサを流路に取り付ける樹脂製のフランジ部を含む固定部材をガスセンサの外側にインサート成型することで、機種毎に多品種のガスセンサを作製することなく、機種毎に異なるエンジンルームや流路にガスセンサを取付可能とした技術が開発されている(特許文献1)。さらに、特許文献1記載の技術においては、固定部材をインサート成型する際、ガス導入部とフランジ部の向きを特定の位置関係に合わせることで、ガス導入路を下流側にむけてガスセンサを流路に取り付けることができる。
又、酸素センサの円筒状の本体部の外側に金属製のフランジ部を溶接する技術も開発されている(特許文献2)。
For this reason, engines that differ from model to model can be produced by insert molding a fixing member that includes a resin flange that attaches the gas sensor to the flow path on the outside of the gas sensor. A technique has been developed that enables a gas sensor to be attached to a room or a flow path (Patent Document 1). Furthermore, in the technique described in
In addition, a technique for welding a metal flange to the outside of the cylindrical main body of the oxygen sensor has been developed (Patent Document 2).
ところで、上記した特許文献1記載の技術の場合、ガスセンサ本体の周囲が樹脂製の固定部で覆われているため、ガスセンサ内部に配置された樹脂性の封止部材やセンサ信号取り出し用の金属端子の放熱性が低下する虞がある。又、固定部をガスセンサ本体の周囲にインサート成型するための金型(治具)が必要であるため、設備コストが大きくなると共に、機種毎に異なるエンジンルームや流路に応じて治具を変える必要がある。
又、特許文献2記載の技術の場合、フランジ部がガスセンサ本体に対して自由に回転してしまうため、ガス導入部とフランジ部の向きとの位置合わせを作業者が行わなければならず、作業効率が低下する。
そこで、本発明は、ガスセンサと着脱可能な共通の固定部材を用い、機種毎に異なるエンジンルームや流路にガスセンサを取付可能とすると共に、取付部とプロテクタのガス導入部とを特定の位置関係に合わせ易くし、放熱性にも優れたガスセンサの提供を目的とする。
By the way, in the case of the technique described in
In the case of the technique described in
Therefore, the present invention uses a common fixing member that can be attached to and detached from the gas sensor, enables the gas sensor to be mounted in different engine rooms and flow paths for each model, and has a specific positional relationship between the mounting portion and the gas introducing portion of the protector. The purpose is to provide a gas sensor that is easy to match and has excellent heat dissipation.
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、自身の先端側に被測定ガス中の特定ガス成分を検出するための検出部を有する検出素子と、前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む筒状の主体金具であって、前記軸線方向に沿って見たときに多角形をなすと共に、径方向に突出する多角部を有する主体金具と、内部に前記検出素子の前記検出部を収容しつつ、前記主体金具に固定される筒状のプロテクタと、前記主体金具の後端側に接続される金属製の外筒と、を備え、前記被測定ガスが流れる流路に配置されるガスセンサにおいて、前記多角部に嵌合される多角孔を有すると共に、前記ガスセンサに着脱可能な金属製の固定部材であって、前記流路に取り付け可能な取付部を有する固定部材をさらに備え、前記プロテクタは、前記被測定ガスを外部から前記プロテクタ内に導入可能なガス導入部を有し、前記取付部と前記ガス導入部とが特定の位置関係になるように、前記多角部に対する前記多角孔の取付け角度が調整された状態で前記多角孔が前記多角部に嵌め込まれ、前記固定部材が前記主体金具に固定されている。 In order to solve the above-described problems, a gas sensor according to the present invention includes a detection element that extends in the axial direction and has a detection unit for detecting a specific gas component in a gas to be measured on the tip side of the gas sensor. A cylindrical metal shell that surrounds the periphery of the detection element in the radial direction while protruding from the tip, and has a polygonal shape that forms a polygon when viewed along the axial direction and protrudes in the radial direction A metal fitting, a cylindrical protector that is fixed to the metal shell while accommodating the detection portion of the detection element therein, and a metal outer cylinder that is connected to the rear end side of the metal metal fitting. The gas sensor disposed in the flow path through which the gas to be measured flows has a polygonal hole fitted to the polygonal portion, and is a metal fixing member that can be attached to and detached from the gas sensor, and is attached to the flow path Possible mounting part The protector further includes a gas introduction part capable of introducing the gas to be measured into the protector from the outside, and the attachment part and the gas introduction part have a specific positional relationship. The polygonal hole is fitted into the polygonal part in a state where the attachment angle of the polygonal hole with respect to the polygonal part is adjusted, and the fixing member is fixed to the metal shell.
このガスセンサによれば、多角部に対する多角孔の取付け角度(嵌合角度)を変えて固定部材を主体金具に固定することで、機種毎に異なる設置スペースや流路であっても共通の固定部材及び共通のガスセンサを用いてガスセンサを流路に取付けることができ、機種に応じて別個の形状の固定部材を作製したり、機種毎にガスセンサを作製する必要がない。
そして、ガス導入部と取付部とを特定の位置関係にすることで、ガスセンサを流路に取り付けた際に、ガス導入部に被測定ガスが接触しにくくなり、目詰まりや被水を効果的に抑制できる。
さらに、検出素子からの熱は主体金具に伝わるが、主体金具を取り囲むようにして金属製の固定部材を取り付ける。このため、主体金具から固定部材に効果的に放熱することができ、封止部材や金属端子が熱影響を受け難く、放熱性に優れたガスセンサが得られる。又、ガスセンサに一般的に付属する主体金具(多角部)に固定部材を取り付ければよいので、固定部材を取り付けるための新たな部材をガスセンサに設ける必要がなく、部品点数の増大を抑制できる。
なお、多角部に対する多角孔の取付け角度(嵌合角度)が変えることが可能で、且つ多角部に多角孔が嵌め込まれることが可能であれば、多角部及び多角孔の形状は特に限定されるものではない。一方、多角部及び多角孔がそれぞれ正多角形であれば、多角部に対する多角孔の取付け(嵌合)角度の調整範囲は、多角形の内角の整数倍となる。従って、取付け(嵌合)角度を多角形の内角の整数倍に正確に調整することができる。
According to this gas sensor, the fixing member is fixed to the metal shell by changing the mounting angle (fitting angle) of the polygonal hole with respect to the polygonal portion, so that the same fixing member can be used even in different installation spaces and flow paths for each model. In addition, the gas sensor can be attached to the flow path using a common gas sensor, and it is not necessary to produce a fixing member having a different shape depending on the model or to produce a gas sensor for each model.
And, by making the gas introduction part and the attachment part have a specific positional relationship, when the gas sensor is attached to the flow path, it becomes difficult for the gas to be measured to come into contact with the gas introduction part, effectively preventing clogging and water exposure. Can be suppressed.
Furthermore, heat from the detection element is transmitted to the metal shell, but a metal fixing member is attached so as to surround the metal shell. For this reason, it is possible to effectively dissipate heat from the metal shell to the fixing member, and it is possible to obtain a gas sensor excellent in heat dissipation since the sealing member and the metal terminal are hardly affected by heat. Moreover, since it is only necessary to attach a fixing member to a metal shell (polygonal part) generally attached to the gas sensor, it is not necessary to provide a new member for attaching the fixing member to the gas sensor, and an increase in the number of parts can be suppressed.
In addition, if the attachment angle (fitting angle) of the polygon hole with respect to the polygon part can be changed and the polygon hole can be fitted into the polygon part, the shapes of the polygon part and the polygon hole are particularly limited. It is not a thing. On the other hand, if the polygonal part and the polygonal hole are each a regular polygon, the adjustment range of the attachment (fitting) angle of the polygonal hole to the polygonal part is an integral multiple of the interior angle of the polygon. Therefore, the mounting (fitting) angle can be accurately adjusted to an integral multiple of the inner angle of the polygon.
本発明のガスセンサにおいて、前記多角孔は前記多角部と同一の辺の数を持つか、又は前記多角孔は前記多角部の2倍の辺の数を持つ多角形の孔であってもよい。
特に、多角孔が多角部の2倍の辺の数を持つ場合には、多角孔の内角が多角部の内角の1/2となるので、その分だけ多角部に対する取付部の取付け角度をより細かく調整できる。
In the gas sensor of the present invention, the polygonal hole may have the same number of sides as the polygonal part, or the polygonal hole may be a polygonal hole having the number of sides twice that of the polygonal part.
In particular, when the polygonal hole has twice the number of sides as the polygonal part, the inner angle of the polygonal hole is ½ of the inner angle of the polygonal part. Can be finely adjusted.
本発明のガスセンサにおいて、前記固定部材は前記外筒と非接触であってもよい。
このガスセンサによれば、主体金具から固定部材に伝わった熱が外筒に伝わることを抑制し、外筒内部に位置する封止部材や金属端子への熱影響をさらに抑制することができる。
In the gas sensor of the present invention, the fixing member may be in non-contact with the outer cylinder.
According to this gas sensor, it is possible to suppress the heat transmitted from the metal shell to the fixing member from being transmitted to the outer cylinder, and to further suppress the thermal influence on the sealing member and the metal terminal located inside the outer cylinder.
本発明のガスセンサにおいて、前記ガス導入部は、前記プロテクタの周方向の一部の範囲にのみ設けられていてもよい。
このガスセンサによれば、ガス導入部はプロテクタの周方向の一部の範囲にのみ設けられているので、ガス導入部と取付部とを特定の位置関係にすることで、ガスセンサを流路に取り付けた際に、ガス導入部に被測定ガスを効果的に接触させにくくすることができる。その結果、目詰まりや被水性をより効果的に抑制できる。
In the gas sensor of the present invention, the gas introduction part may be provided only in a partial range in the circumferential direction of the protector.
According to this gas sensor, since the gas introduction part is provided only in a partial range in the circumferential direction of the protector, the gas sensor is attached to the flow path by making the gas introduction part and the attachment part have a specific positional relationship. In this case, it is possible to make it difficult to effectively bring the gas to be measured into contact with the gas introduction portion. As a result, clogging and water coverage can be more effectively suppressed.
この発明によれば、ガスセンサと着脱可能な共通の固定部材を用い、機種毎に異なるエンジンルームや流路にガスセンサを取付可能とすると共に、取付部とプロテクタのガス導入部とを特定の位置関係に合わせ易くし、放熱性にも優れたガスセンサが得られる。 According to this invention, the gas sensor can be attached to a different engine room or flow path for each model using a common fixing member that can be attached to and detached from the gas sensor, and the attachment portion and the gas introduction portion of the protector have a specific positional relationship. Therefore, a gas sensor having excellent heat dissipation can be obtained.
以下、本発明を具体化したガスセンサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、一例としてのガスセンサ1の構造について、図1を参照して説明する。図1は、ガスセンサ1の部分断面図である。なお、図1において、ガスセンサ1の軸線O方向(1点鎖線で示す。)を上下方向として図示し、内部に保持する検出素子10の検出部11側をガスセンサ1の先端側、後端部12側をガスセンサ1の後端側として説明する。
Hereinafter, an embodiment of a gas sensor embodying the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure of the
図1に示すガスセンサ1は、内燃機関の吸気通路2(図7参照、特許請求の範囲の「流路」に相当)に取り付けられ、内部に保持する検出素子10の検出部11が吸気通路2を流通する吸気ガスや吸気再循環ガス中に晒されて、その吸気ガスや吸気再循環ガス中の酸素濃度から空燃比を検出する、いわゆる全領域空燃比センサである。なお、以下の文章では吸気ガス及び吸気再循環ガスをまとめて「ガス」という。
検出素子10は軸線O方向に延びる短冊状をなし、酸素濃度の検出を行うガス検出体と、そのガス検出体を早期活性化させるために加熱を行うヒータ体とが互いに貼り合わされ、略角柱状をなす積層体として一体化されたものである。ガス検出体はジルコニアを主体とする固体電解質体と白金を主体とする検出電極と(共に図示しない)から構成され、その検出電極は、検出素子10の先端側に形成された検出部11に配置されている。そして、検出電極をガスによる被毒から保護するため、検出素子10の検出部11には、その外周面を包むように保護層15が形成されている。他方、検出素子10の後端側の後端部12には、ガス検出体やヒータ体から電極を取り出すための5つの電極パッド16(図1ではそのうちの1つを図示している。)が形成されている。なお、本実施の形態では検出素子10を本発明における「検出素子」として説明を行うが、厳密には、検出素子の構成としてヒータ体は必ずしも必要ではなく、ガス検出体が本発明の「検出素子」に相当する。
A
The
検出素子10の胴部13の中央よりやや先端側には、有底筒状をなす金属製の金属カップ20が、自身の内部に検出素子10を挿通させ、その検出部11を筒底の開口25から突出させた状態で配置されている。金属カップ20は主体金具50内に検出素子10を保持するための部材であり、筒底の縁部分の先端周縁部23は外周面にかけてテーパ状に形成されている。金属カップ20内には、アルミナ製のセラミックリング21と滑石粉末を圧縮して固めた滑石リング22とが、自身を検出素子10に挿通させた状態で収容されている。滑石リング22は金属カップ20内で押し潰されて細部に充填されており、これにより、検出素子10が金属カップ20内で位置決めされて保持されている。
A metal cup 20 having a bottomed cylindrical shape is inserted into the inside of the body 13 of the body 13 of the
金属カップ20と一体となった検出素子10は、その周囲を筒状の主体金具50に取り囲まれて保持されている。主体金具50は、SUS430等のステンレス鋼からなり通常の場合に外周先端側に吸気流路への取り付け用の雄ねじ部51が形成されている。この雄ねじ部51よりも先端側には、後述するプロテクタ100が係合される先端係合部56が形成されている。また、主体金具50の外周中央には、通常の場合に取り付け用の工具が係合する工具係合部52が形成されており、その工具係合部52の先端面と雄ねじ部51の後端との間には、吸気通路2に取り付けた際のガス抜けを防止するためのガスケット55が嵌挿されている。なお、ガスケット55の代わりに、Oリングやカーボングラファイトを嵌挿されていても良い。更に、工具係合部52の後端側には、後述する外筒30が係合される後端係合部57と、その後端側に、主体金具50内に検出素子10を加締め保持するための加締め部53とが形成されている。
なお、工具係合部52は軸線方向から見て正六角形をなして径方向に突出し、工具(スパナ等)に係合するようになっている。工具係合部52が特許請求の範囲の「多角部」に相当する。
The
The
また、主体金具50の内周で雄ねじ部51付近には段部54が形成されている。この段部54には、検出素子10を保持する金属カップ20の先端周縁部23が係止されている。更に、主体金具50の内周には滑石リング26が、自身を検出素子10に挿通させた状態で、金属カップ20の後端側から装填されている。そして、滑石リング26を後端側から押さえるように、筒状のスリーブ27が主体金具50内に嵌め込まれている。スリーブ27の後端側外周には段状をなす肩部28が形成されており、その肩部28には、円環状の加締めパッキン29が配置されている。この状態で主体金具50の加締め部53が、加締めパッキン29を介してスリーブ27の肩部28を先端側に向けて押圧するように加締められている。スリーブ27に押圧された滑石リング26は主体金具50内で押し潰されて細部にわたって充填され、この滑石リング26と、金属カップ20内にあらかじめ装填された滑石リング22とによって、金属カップ20および検出素子10が主体金具50内で位置決め保持される。主体金具50内の気密は、加締め部53とスリーブ27の肩部28との間に介在される加締めパッキン29によって維持され、吸気ガスの流出が防止される。
Further, a
検出素子10は、その後端部12が主体金具50の後端(加締め部53)よりも後方に突出されており、その後端部12には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ60が被せられている。セパレータ60は、検出素子10の後端部12に形成された5つの電極パッド16とそれぞれ電気的に接続される5つの接続端子61(図1ではそのうちの1つを図示している。)を内部に保持すると共に、それら各接続端子61と、ガスセンサ1の外部に引き出される5本のリード線65(図1ではそのうちの3本を図示している。)との各接続部分を収容して保護している。
The
そして、セパレータ60が嵌められた検出素子10の後端部12の周囲を囲うように、筒状の外筒30が配設されている。外筒30はステンレス(例えばSUS304)製であり、主体金具50の後端係合部57の外周に自身の先端側の開口端31が係合されている。その開口端31は、外周側から加締められ、更に外周を一周してレーザ溶接が施されて後端係合部57に接合されており、外筒30と主体金具50とが一体に固定されている。
また、外筒30とセパレータ60との間の間隙には、金属製で筒状の保持金具70が配設されている。保持金具70は自身の後端を内側に折り曲げて構成した支持部71を有し、自身の内部に挿通されるセパレータ60の後端側外周に鍔状に設けられた鍔部62を支持部71に係止させて、セパレータ60を支持している。この状態で、保持金具70が配置された部分の外筒30の外周面が加締められ、セパレータ60を支持した保持金具70が外筒30に固定されている。
And the cylindrical
Further, a metal-made cylindrical holding metal fitting 70 is disposed in the gap between the
そして外筒30の後端側の開口には、フッ素系ゴム製のグロメット75が嵌合されている。グロメット75は5つの挿通孔76(図1ではそのうちの1つを図示している。)を有し、各挿通孔76に、セパレータ60から引き出された5本のリード線65が気密に挿通されている。この状態でグロメット75は、セパレータ60を先端側に押圧しつつ、外筒30の外周から加締められて、外筒30の後端に固定されている。
A
そして、主体金具50の先端係合部56には、センサ素子10の検出部11を、ガス中のデポジット(燃料灰分やオイル成分など被毒性の付着物質)による汚損や被水などによる折損等から保護するためのプロテクタ100が嵌められ、レーザ溶接によって固定されている。
詳しくは後述するが、図1に示すように、プロテクタ100は、被測定ガスを外部からプロテクタ内に導入可能な外側ガス導入部140を有しており、外側ガス導入部140が吸気通路2に対して特定の位置関係(本実施形態では吸気通路2の下流側)になるよう、ガスセンサ1がフランジ部220を介して吸気通路2に取り付けられる。
なお、「外側ガス導入部140」が特許請求の範囲の「ガス導入部」に相当する。
Further, the
As will be described in detail later, as shown in FIG. 1, the
The “outside
プロテクタ100は、図1、図8〜図10に示すように、検出素子10の検知部11と間隙をおいて配置された内側プロテクタ120と、内側プロテクタ120と間隙をおいて配置された外側プロテクタ110とから構成される2重構造を有する。
なお、図8は、外側プロテクタ110の斜視図、図9は内側プロテクタ120の斜視図、図10は、図1に示すA−A断面図である。
As shown in FIGS. 1 and 8 to 10, the
8 is a perspective view of the
外側プロテクタ110は、SUS304等のステンレス鋼から形成され、図1、図8に示すように、外側壁部130と外側壁部130よりも外径が拡径された外側基端部131を有する。外側基端部131は、主体金具50の先端径合部56に係合され、レーザ溶接にて主体金具50と全周溶接されている。他方、外側壁部130は、外側基端部131の先端側に円筒状に設けられ、外周面に軸線方向に延びるスリット状の外側ガス導入部140が1つ設けられている。この外側ガス導入部140を介して外部から外側プロテクタ110に吸気ガスや吸気再循環ガスが導入される。さらに、外側壁部130の先端側には外側底部132が設けられており、この外側底部132には、吸気ガスや吸気再循環ガスが導出される導出部150が設けられている。なお、後述するように、ガスセンサ1が吸気通路2に配置されると、外側プロテクタ110の外側ガス導入部140は吸気通路2の下流側に配置されることになる。
The
また、内側プロテクタ120は、SUS304等のステンレス鋼から形成され、図1、図9に示すように、内側壁部160と内側壁部160よりも外径が拡径された内側基端部161を有する。内側基端部161は、主体金具50の先端径合部56に係合され、外側基端部131と共に、レーザ溶接にて主体金具50と全周溶接されている。さらに、内側基端部161は、主体金具の先端係合部56の先端面に対しても溶接されている。他方、内側壁部160は、内側基端部161の先端側に半円弧状に設けられており、検出素子10の検出部11のうち、ヒータ体側(図示せず)を覆っている。内側壁部160の径方向の端部には内側ガス導入部170が設けられており、本実施例では、検知部11のガス検出体側は、内側ガス導入部170よりも突出し、外側プロテクタ110の内部空間に露出している。さらに、内側壁部160の先端側には内側底部162が設けられており、検出素子10の検出部11の先端を覆うように設けられている。なお、後述するように、ガスセンサ1が吸気通路2に配置されると、内側プロテクタ110の内側ガス導入部170は吸気通路2の上流側に配置されることになる。
Further, the
このガスセンサ1は、図7に示すように、吸気通路2に配置される。この吸気通路2にはガスが上流から下流に向けて流れている(図7の紙面手前から紙面奥方向)。この際、外側プロテクタ110の外側ガス導入部140が吸気通路2の下流側に配置されることとなる。これにより、ガスは吸気通路2の下流側から巻き込まれて外側プロテクタ110へ導入されることになる。
このように、内側プロテクタ120と外側プロテクタ110とを有するプロテクタ100とすることで、外側ガス導入部140の目詰まりを考慮して、外側ガス導入部140を相対的に大きくしても、内側プロテクタ120の内側壁部160に水分や煤が付着することとなり、検出素子10に水分や煤が付着することが抑制できる。その結果、検出素子10がクラックや割れが生じることを抑制したり、検出精度が低下することを抑制できる。
なお、外側底部132には、吸気通路2の上流側に外側プロテクタ110から被測定ガスを導出可能なガス導出部150を有している。これにより、外側プロテクタ110内において被測定ガスが吸気経路2の下流側から上流側に流れることで、外側プロテクタ110内にて被測定ガスを効率よく置換でき、検出部11の被測定ガスに対する検出精度が向上する。
The
In this way, by using the
Note that the
次に、本発明の主要部である固定部材200について説明する。
図3、図4に示すように、固定部材200は主体金具50と別部材の金属材料からなり、主体金具50に着脱することができる。固定部材200は、径方向の反対方向に互いに突出する板状のフランジ部220と、フランジ部220から後端側に突出する正六角形の本体部210とを有する。本体部210は中心に正六角形の多角孔210hを有し、多角孔210hはフランジ部220を貫通している。又、本体部210の後端縁210eは多角孔210hから径方向中心に向かって延び、多角孔210hより小径の円形の周縁を形成している。なお、多角孔210hは工具係合部52よりわずかに大径であり、後端縁210eの周縁はガスセンサ1の外筒30よりわずかに大径である。
他方、フランジ部220には、ガスセンサ1を吸気通路2に取り付けるための1対の取付孔221が、ガスセンサ1を挟んで対称に軸方向に貫通するように設けられている。フランジ部220が特許請求の範囲の「取付部」に相当する。
Next, the fixing
As shown in FIGS. 3 and 4, the fixing
On the other hand, the
そして、図5に示すように、ガスセンサ1の後端側から固定部材200を挿通すると、後端縁210eは外筒30を通過して工具係合部52の後端向き面52aに係止され、固定部材200がガスセンサ1(工具係合部52)の軸線O方向に位置決めされる。
一方、プロテクタ100の外側ガス導入部140が吸気通路2の下流側(図5の流れF)になるよう、本実施形態では、取付孔221を結ぶ直線Lが流れFに直交するように固定部材200が主体金具50に取り付けられる。このため、工具係合部52の6つの頂点のうち外側ガス導入部140に向く頂点52xに、多角孔210hの頂点210xを合わせて多角孔210hが工具係合部52に嵌合される。図6(a)は、軸線O方向から見た、頂点52x、頂点210xの位置関係を示す。
そして、多角孔210hが工具係合部52に位置合わせされ(取付け角度が調整され)、嵌合された状態で、溶接等により固定部材200が主体金具50に固定され、図2に示すガスセンサ1が完成する。なお、本実施形態では、本体部210の周方向に断続する数か所にてレーザ溶接されているが、固定部材200が主体金具50(工具係合部52)に加締め固定されたり、圧入等によって固定されてもよい。
又、図6(a)に示すように、フランジ部220の一方の辺220aが直線Lに平行な切断面を有していて、弧状に湾曲する他の辺と識別可能になっているとよい。この場合、辺220aを外側ガス導入部140(頂点52x)と反対向きにして固定部材200を工具係合部52に嵌合することで、位置合わせが容易となる。
As shown in FIG. 5, when the fixing
On the other hand, in this embodiment, the fixing member is arranged so that the straight line L connecting the mounting
The fixing
Also, as shown in FIG. 6A, one
そして、図7に示すように、取付孔221に挿通した固定部材(ネジやボルト等)230を吸気通路2にネジ止めすることで、フランジ部220を介してガスセンサ1が吸気通路2に取り付けられる。なお、本実施形態では、吸気通路2の取付孔2hと、ガスセンサ1とのシールをガスケット55(又は、Oリング)で行っている。又、図7の符号232はワッシャである。
Then, as shown in FIG. 7, the
以上のように、本実施形態によれば、工具係合部52に対する多角孔210hの取付け角度(嵌合角度)を変えて固定部材200を主体金具50に固定することで、機種毎に異なるエンジンルームや流路であっても共通の固定部材200及び共通のガスセンサ1を用いてガスセンサ1をエンジンルームや流路に取付けることができ、機種に応じて別個の形状の固定部材を作製したり、機種毎にガスセンサを作製する必要がない。
そして、外側ガス導入部140とフランジ部220とを特定の位置関係にすることで、ガスセンサ1を吸気通路2に取り付けた際に、外側ガス導入部140に被測定ガスが接触しにくくなり、目詰まりや被水を効果的に抑制できる。
さらに、検出素子10からの熱は主体金具50に伝わるが、主体金具50を取り囲むようにして金属製の固定部材200を取り付ける。このため、主体金具50から固定部材200に効果的に放熱することができ、グロメット75や接続端子61が熱影響を受け難く、放熱性に優れたガスセンサ1が得られる。又、ガスセンサ1に一般的に付属する主体金具(工具係合部52)に固定部材200を取り付ければよいので、固定部材200を取り付けるための新たな部材をガスセンサ1に設ける必要がなく、部品点数の増大を抑制できる。
As described above, according to the present embodiment, the fixing
And by making the outer
Further, the heat from the
なお、工具係合部52及び多角孔210hは正多角形であるので、工具係合部52に対する多角孔210hの取付け(嵌合)角度の調整範囲は、多角形の内角(例えば、正六角形であれば、60度)の整数倍となる。従って、取付け(嵌合)角度を多角形の内角の整数倍に正確に調整することができる。これに対し、例えばフランジ部220の取り付け相手材が円筒状である場合には、フランジ部220がガスセンサ1に対して自由に回転してしまうので、フランジ部220をガスセンサ1に対して特定の位置関係(例えば60度)に合わせようとすると、取付け角度を作業者が一々調整する必要が生じ、作業効率が低下する。
具体的には、図6(b)に示すように、車両(機種)によっては、例えば直線Lと流れFとが30度程度をなすような向きでガスセンサ1をエンジンルームや流路に取付けたい場合がある。この場合には、工具係合部52の頂点52xに、多角孔210hの頂点210yを合わせて多角孔210hを工具係合部52に嵌合することで、直線Lが流れFと30度の角度をなし、図6(a)と図6(b)の間で取付け角度を正確に60度変えることができる。なお、多角孔210hの頂点210x、210yは隣接している。
In addition, since the
Specifically, as shown in FIG. 6B, depending on the vehicle (model), for example, it is desired to attach the
さらに、図2に示すように、本体部210の後端縁210eと、外筒30との間に隙間Gが生じるようにフランジ部220を固定すれば、フランジ部220を外筒30と非接触にすることができる。この場合、主体金具50からフランジ部220に伝わった熱が外筒30に伝わることを抑制し、外筒30内部に位置するグロメット75や接続端子61への熱影響をさらに抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 2, if the
さらに、外側ガス導入部140は、外側プロテクタ110の周方向の一部の範囲にのみ設けられている。これにより、外側ガス導入部140とフランジ部220とを特定の位置関係にすることで、ガスセンサ1を吸気通路2に取り付けた際に、外側ガス導入部140に被測定ガスを効果的に接触させにくくすることができる。その結果、目詰まりや被水をより効果的に抑制できる。
Further, the outer
なお、本発明は上記各実施の形態に限られず、各種の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、多角孔210hは多角部52は同一の辺を持つ正六角形の孔としたが、図11に示すように多角孔310hが多角部152の2倍の辺の数を持つ正多角形の孔としてもよい。
具体的には、図11に示す固定部材300は、フランジ部320と、フランジ部320から後端側に突出する正八角形の本体部310とを有する。フランジ部320は図3のフランジ部220と同一であり、本体部310の中心の多角孔310hが正八角形である点が図3に示す固定部材200と異なっている。一方、ガスセンサ1の多角部152は軸線方向から見て正四角形をなす点が図1に示す多角部52と異なっている。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the
Specifically, the fixing
このように、多角孔310hが多角部152の2倍の辺の数を持つ場合、多角部152に対するフランジ部320の軸線O周りの取付け角度をより細かく調整できる。つまり、図11(a)に示すように、取付孔321を結ぶ直線Lが流れFに直交するように固定部材300が多角部152に取り付けられた位置を基準とし、この基準位置から軸線O周りに固定部材300の軸線O周りの取付け角度を変えた場合を図11(b)とする。
図11(a)においては、多角部152の4つの頂点のうち外側ガス導入部140に向く頂点152xに、多角孔310hの頂点310xを合わせて多角孔310hが多角部152に嵌合される。
一方、フランジ部320の向き(取付孔321を結ぶ直線L)と、外側ガス導入部140との向きを調整したい場合、頂点152xに、多角孔310hの頂点310yを合わせて多角孔310hを多角部152に嵌合する。このとき、多角孔310hの内角は45度であるから、直線Lが流れFと45度の角度をなし、図11(a)と図11(b)の間で取付け角度を正確に45度変えることができる。これに対し、仮に多角孔310hを多角部152と同一の正四角形の孔とした場合には、正四角形の内角が90度であるから取付け角度の調整も最小90度となる。すなわち、多角孔310hが多角部152の2倍の辺の数を持つことにより、取付け角度をより細かく調整できることになる。
Thus, when the
In FIG. 11A, the
On the other hand, when the orientation of the flange portion 320 (straight line L connecting the attachment holes 321) and the orientation of the outer
又、本実施形態では、プロテクタ100を外側プロテクタ110及び内側プロテクタ120の2重のプロテクタを用いたが、これに限られず、1重のプロテクタであってもよいし、3重以上のプロテクタであってもよい。また、外側ガス導入部140の形状は矩形状に限られない。また、本実施形態では全領域空燃比センサを例に説明したが、酸素センサ、NOxセンサ、HCセンサ、温度センサ等にも同様に適用できる。
In the present embodiment, the
1 ガスセンサ
2 流路
10 検出素子
11 検出部
30 外筒
50 主体金具
52、152 多角部(工具係合部)
100 プロテクタ
150 ガス導入部
200、300 固定部材
210h、310h 多角孔
220、320 フランジ部
O 軸線方向
DESCRIPTION OF
100
Claims (4)
前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む筒状の主体金具であって、前記軸線方向に沿って見たときに多角形をなすと共に、径方向に突出する多角部を有する主体金具と、
内部に前記検出素子の前記検出部を収容しつつ、前記主体金具に固定される筒状のプロテクタと、
前記主体金具の後端側に接続される金属製の外筒と、
を備え、前記被測定ガスが流れる流路に配置されるガスセンサにおいて、
前記多角部に嵌合される多角孔を有すると共に、前記ガスセンサに着脱可能な金属製の固定部材であって、前記流路に取り付け可能な取付部を有する固定部材をさらに備え、
前記プロテクタは、前記被測定ガスを外部から前記プロテクタ内に導入可能なガス導入部を有し、
前記取付部と前記ガス導入部とが特定の位置関係になるように、前記多角部に対する前記多角孔の取付け角度が調整された状態で前記多角孔が前記多角部に嵌め込まれ、前記固定部材が前記主体金具に固定されているガスセンサ。 A detection element that extends in the axial direction and has a detection unit for detecting a specific gas component in the gas to be measured on its tip side;
A cylindrical metal shell that surrounds the periphery of the detection element in the radial direction while protruding from the tip of the detection unit, and forms a polygon when viewed along the axial direction, and protrudes in the radial direction. A metal shell having a polygonal portion to be
A cylindrical protector that is fixed to the metal shell while accommodating the detection portion of the detection element inside,
A metal outer cylinder connected to the rear end side of the metal shell,
A gas sensor disposed in a flow path through which the gas to be measured flows,
A metal fixing member having a polygonal hole fitted to the polygonal portion and detachable from the gas sensor, further comprising a fixing member having an attachment portion attachable to the flow path,
The protector has a gas introduction part capable of introducing the measurement gas into the protector from the outside,
The polygonal hole is fitted into the polygonal part in a state where the attachment angle of the polygonal hole with respect to the polygonal part is adjusted so that the attachment part and the gas introduction part have a specific positional relationship, and the fixing member is A gas sensor fixed to the metal shell.
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CN113323745A (en) * | 2020-02-28 | 2021-08-31 | 双叶产业株式会社 | Boss for sensor and mounting structure of boss for sensor |
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