(57)【要約】【課題】耐熱性能に優れた構造を備えた排気センサを提供すること。【解決手段】排気管と接触する位置（接触面ＦＬ）の近傍に放熱構造（センサボディ３２）を設け、かつ、グロメット４４の周囲に断熱構造（空気室４６）を設ける。放熱構造としてのセンサボディ３２は、たとえば凸凹構造となっており、その表面から熱が放熱しやすくなっている。断熱構造としての空気室４６は、空気による断熱効果によって雰囲気の熱からセンサ内部を保護する。【選択図】図２
2008082276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に配設される排気センサであって、
検出信号を外部に伝達するためのリード線と、
前記排気管から離間した位置に設けられ、前記リード線を保持するグロメットと、
前記グロメットの周囲に設けられる断熱構造と、
前記排気管と接触する位置の近傍に設けられる放熱構造と、
を備えた排気センサ。
【請求項２】
前記断熱構造は、断熱材による室を含む
請求項１または２記載の排気センサ。
【請求項３】
前記排気管と締結されるセンサボディを有し、
前記放熱構造は、当該センサボディの表面に形成される凹凸構造である
請求項１または２記載の排気センサ。
【請求項４】
前記排気管と締結されるセンサボディを有し、
前記放熱構造は、センサ軸方向において前記排気管側にいくに従って径が小さくなるようなテーパ形状の、断熱材による室を含む
請求項１または２に記載の排気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気センサにおいて耐熱性能を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車の排気ガス中の特定ガス成分を検出するための排気センサが知られている。この排気センサの代表的なものとして、排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサがあり（下記特許文献１，２参照）、この検出結果はエンジンの燃焼制御等に利用される。
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−９６２１８
【特許文献２】実開平５−５２１４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気センサは、排気管に配設されるため、高温環境下に晒されることになる。しかしながら、上記特許文献に開示された酸素センサを含め、従来の排気センサには、センサ自体が耐熱に優れた構造を備えておらず、排気センサの設計やその配設位置を必ずしも最適化させることができない。たとえば、センサ先端にあって熱に弱いグロメット部（樹脂材）を排気管から離間した位置に置くようにするために、従来の排気センサではセンサ全長を長くせざるを得ず、コスト上の弊害を招来する。
【０００５】
以上の観点から、本発明の目的は、耐熱性能に優れた構造を備えた排気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の排気センサは、内燃機関の排気管に配設される排気センサであって、検出信号を外部に伝達するためのリード線と、排気管から離間した位置に設けられ、リード線を保持するグロメットと、断熱構造と、放熱構造と、を備える。断熱構造は、グロメットの周囲に設けられる。放熱構造は、排気管と接触する位置の近傍に設けられる。
【０００７】
この排気センサでは、排気管と接触する位置の近傍に設けられる放熱構造によって、排気管から物理的に伝達される熱を放熱させるとともに、グロメット部の周囲に設けられる断熱構造によって、排気管の周囲の雰囲気温度の上昇による熱を遮断し、グロメット部を保護する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の排気センサは、耐熱性能に優れた構造を備えているため、その設計やその配設位置の自由度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の排気センサの一実施形態について図１〜３を参照して説明する。
図１は、本実施形態の排気センサ３０の排気管に対する取付状態を示す図である。この排気センサ３０は、排気ガス中の酸素濃度を検出するためのものであり、この検出結果は、エンジンの燃焼制御等に利用される。図中において、Ｘは排気管２０内の排気ガスの流れの方向を示している。
図１に示すように、排気センサ３０は、排気管２０に対して垂直方向に取り付けられる。排気管２０側には、排気センサ３０を固定するための雌ねじ部２０ａが設けられる。排気センサ３０の先端部は排気管２０内に突出しており、排気センサ３０の後端部には電気ケーブル４０およびコネクタ５０が取り付けられている。
【００１０】
かかる排気センサ３０の取付状態を鑑みるに、排気センサ３０の耐熱性能を高めるためには、概ね２つの熱伝達パターンを考慮する必要がある。１つは、熱源である排気管２０との物理的接触により排気センサ３０へ伝達される熱伝達パターン（以下、熱伝達パターン１）である。もう１つは、排気管２０の周囲の雰囲気温度の上昇によって排気センサ３０へ伝達される熱伝達パターン（以下、熱伝達パターン２）である。
上記熱伝達パターン１によって伝達される熱から排気センサ３０を保護するためには、その熱をいかに早期に放熱させるかという点が重要であり、上記熱伝達パターン２によって伝達される熱から排気センサ３０を保護するためには、その熱を効率良く遮断するという点が重要である。
【００１１】
かかる観点から、本実施形態の排気センサ３０は、上記熱伝達パターン１によって伝達される熱に対処するために、前記排気管と接触する位置の近傍に放熱構造を設ける。一方、上記熱伝達パターン２によって伝達される熱に対しては、ほぼ排気センサ３０の表面全体が晒されているが、この熱に対して効率良く対処するために、熱に対して最も弱い部位に断熱構造を設ける。以下、この放熱構造および断熱構造の具体的な構造およびその機能について、図２および図３を参照して説明する。
【００１２】
図２は、本実施形態の排気センサ３０の断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。図３は、本実施形態の排気センサ３０の熱伝達を矢印によって示す図である。
図２に示すように、排気センサ３０は、排気管２０の雌ねじ部２０ａに取り付けられたセンサボディ３２と、そのセンサボディ３２内に略円筒状の絶縁体３３を介して支持された板状のセンサ素子３４と、センサボディ３２の先端部（つまりセンサ先端側の端部）に取り付けられ、センサ素子３４の先端部を覆う二重のキャップ状プロテクタ３６と、センサボディ３２の後端部（つまりセンサ後端側の端部）に取り付けられた略円筒状の金属製保護筒３８と、保護筒３８からセンサ後端側に引き出されたリード線４２と、保護筒３８の後端部内に支持され、リード線４２を保持する樹脂製グロメット４４と、を備えている。
なお、図２では、排気管取付面をＦＬとして記載してある。
【００１３】
センサボディ３２は、排気センサ３０を排気管２０に取り付けるための雄ねじ部３２ａと、その雄ねじ部３２ａのセンサ後端側に設けられ、雄ねじ部３２ａを排気管２０の雌ねじ部２０ａにねじ込むための六角ヘッド部３２ｂと、その六角ヘッド部３２ｂのセンサ後端側に設けられ、保護筒３８を取り付けるための取付部３２ｃとを有する。センサ素子３４の先端部及びプロテクタ３６は、排気管２０内に突出している。排気センサ３０は、六角ヘッド部３２ｂの部分が最も太い。保護筒３８は、取付部３２ｃの外周面に対して圧入等により外嵌めして取り付けられている。プロテクタ３６には、その内部に排気管２０内の排気ガスを導くための複数の導入孔（図示しない）が形成されている。
【００１４】
ここで、排気センサ３０に設けられる放熱構造は、センサボディ３２の六角ヘッド部３２ｂに形成されている。すなわち、表面積を大きくとることによって効率良く熱を逃がすようにするために、図２に示すように、六角ヘッド部３２ｂは凹凸構造となるように加工されている。これにより、図３に示すように、排気管２０から雄ねじ部３２ａを介して伝達されてくる熱が、六角ヘッド部３２ｂを介して外部に効率良く放出されて、絶縁体３３およびセンサ素子３４等、センサボディ３２よりも内部にある部位が熱から保護される。
【００１５】
一方、さらに、図２において、グロメット４４の周囲には、断熱構造としての空気室４６が設けられる。グロメット４４は、通常、ＰＴＦＥ等の樹脂材により形成されるため、熱に対して最も厳しい部位である。このグロメット４４の周囲に断熱構造としての空気室４６を設けることで、図３に示すように、排気センサ３０の周囲の雰囲気温度による熱からグロメット４４を遮断し、グロメット４４を保護することができる。なお、この空気室の代わりに、断熱材を含む室をグロメット４４の周囲に設けるようにしてもよい。このような断熱材としては、ケイ酸カルシウムやセラミックファイバその他の材料を用いることができる。
【００１６】
以上説明したように、本実施形態の排気センサ３０によれば、排気管３０と接触する位置の近傍（排気管取付面ＦＬの近傍）に放熱構造（センサボディ３２）を設け、かつ、グロメット４４の周囲に断熱構造（空気室４６）を設けたので、熱源である排気管２０との物理的接触により排気センサ３０へ伝達される熱と、排気管２０の周囲の雰囲気温度の上昇によって排気センサ３０（特に熱的に最弱部位であるグロメット４４）へ伝達される熱の双方に対して対処することができる。したがって、この排気センサは、耐熱性能に優れ、その設計やその配設位置の自由度を高めることが可能となる。たとえば、熱に対処するためにグロメットを排気管から離間した位置に置かなくても済むため、センサ全長を短くすることが可能である。
【００１７】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明の排気センサの他の実施形態について図４および図５を参照して説明する。
図４は、本実施形態の排気センサ６０の断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。なお、図１に示した排気センサ３０と同一の部位については、同一の符号を付して重複説明を行わない。図５は、本実施形態の排気センサ６０の熱伝達を矢印によって示す図である。
【００１８】
本実施形態の排気センサ６０は、保護筒のみが前述した排気センサ３０と異なる。すなわち、この排気センサ６０の保護筒４８には、図４に示すように、その表面に放熱構造としての凹凸部４８ａが設けられている。この凹凸部４８ａは、保護筒４８の表面において、センサ軸方向の任意の位置に設けることが可能である。この凹凸部４８ａにより、図５に示すように、排気管２０からセンサボディ３２を介して保護筒４８に伝わってきた熱が放熱されるので、第１の実施形態の排気センサ３０よりもさらに放熱性能を高めることができる。
【００１９】
＜第３の実施形態＞
以下、本発明の排気センサの他の実施形態について図６および図７を参照して説明する。
図６は、本実施形態の排気センサ７０の断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。なお、図１に示した排気センサ３０と同一の部位については、同一の符号を付して重複説明を行わない。図７は、本実施形態の排気センサ７０の熱伝達を矢印によって示す図である。
【００２０】
本実施形態の排気センサ７０は、センサボディのみが前述した排気センサ３０と異なる。
この排気センサ７０のセンサボディ４９は、排気センサ３０を排気管２０に取り付けるための雄ねじ部４９ａと、その雄ねじ部４９ａのセンサ後端側に設けられ、雄ねじ部４９ａを排気管２０の雌ねじ部２０ａにねじ込むための六角ヘッド部４９ｂと、その六角ヘッド部４９ｂのセンサ後端側に設けられ、保護筒３８を取り付けるための取付部４９ｃとを有する。図６に示すように、六角ヘッド部４９ｂには、前述したセンサボディ３２の六角ヘッド部３２ｂに形成されていた凹凸構造が設けられていないが、同様に凹凸構造を設けるようにしてもよい。
【００２１】
また、放熱構造としてのセンサボディ４９の内部には、空気室４９ｄが設けられている。この空気室４９ｄは、排気管２０および雄ねじ部４９ａから伝達されてきた熱が六角ヘッド部４９ｂの方に向かうように、排気センサ３０の先端側にいくに従って径が小さくなるようなテーパ形状となっている。これにより、図７に示すように、排気管２０からの熱が効率良く放出される。
なお、空気室４９ｄの代わりに、断熱材を含む室を設けるようにしてもよい。このような断熱材としては、ケイ酸カルシウムやセラミックファイバその他の材料を用いることができる。
【００２２】
以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成及びシステムは本実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更や、他のシステムへの適応なども含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態の排気センサの排気管に対する取付状態を示す図である。
【図２】第１の実施形態の排気センサの断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。
【図３】第１の実施形態の排気センサの熱伝達を示す図である。
【図４】第２の実施形態の排気センサの断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。
【図５】第２の実施形態の排気センサの熱伝達を示す図である。
【図６】第３の実施形態の排気センサの断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。
【図７】第３の実施形態の排気センサの熱伝達を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
２０…排気管
３０…排気センサ
３２…センサボディ（放熱構造）
３２ａ…雄ねじ部
３２ｂ…六角ヘッド部
３２ｃ…取付部
３３…絶縁体
３４…センサ素子
３８…保護筒
４２…リード線
４４…グロメット
４６…空気室（断熱構造）
４０…電気ケーブル
５０…コネクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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