(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気通路又は排気通路に配されたセンサ素子を内部に収容すると共に、吸気又は排気を内部に導入するための導入孔を備えるカバー部材であって、
所定温度よりも低い温度では外表面に付着した凝縮水を案内する案内溝が存在する第１の状態となり、所定温度以上になると前記案内溝が存在しない第２の状態となるように、切り換え可能に構成されていることを特徴とするセンサ素子のカバー部材。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ素子のカバー部材において、
前記案内溝が前記導入孔の周囲に当該導入孔とは離間して設けられた複数の溝部で構成されていることを特徴とするセンサ素子のカバー部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、自動車等の車両のエンジン（内燃機関）に用いられるセンサ素子のカバー部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されるエンジンにおいては、例えば、酸素濃度センサ（以下、Ｏ２センサという）、全領域空燃比センサ（以下、ＬＡＦＳという）、或いはＮＯＸセンサ等のガスセンサ（排気センサ）が排気通路に設けられ、これら排気センサの検出結果に基づくフィードバック制御が一般的に行われている。
【０００３】
このような排気の成分を検出する排気センサの本体（センサ素子）はセラミックで形成されている。このため、排気通路内で生成された凝縮水が、加熱された状態のセンサ素子に付着すると、センサ素子がサーマルショックによる素子割れ（被水割れ）を起こす虞がある。
【０００４】
このような問題を解決するために、センサ素子の外側に、凝縮水の付着を抑制するためのプロテクタ（カバー部材）を設けた構造が様々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１１３７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようなカバー部材によってセンサ素子を覆うようにした場合でも、センサ素子の被水割れを確実に防止することは難しい。またカバー部材によってセンサ素子を覆うようにすると、カバー部材の形状が排気の流れに影響して排気特性が低下してしまう虞もある。
【０００７】
ところで、車両用のエンジンとしては、車両の運転状態に応じて、排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に環流させる排気再循環（ＥＧＲ）装置を備えるものが知られている。エンジンがＥＧＲ装置を備えている場合、吸気の温度が上昇するため、排気通路と同様に吸気通路においても凝縮水が生成される虞がある。したがって、吸気通路に、例えば、Ｏ２センサやＬＡＦＳ等のガス性状を検出するセンサ（ガスセンサ）が設けられている場合には、このガスセンサ（吸気センサ）のセンサ素子についても被水割れを起こす虞がある。またカバー部材の形状に起因して吸気特性が低下する虞もある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、吸気特性或いは排気特性の低下等を抑えつつセンサ素子の被水割れを効果的に抑制することができるセンサ素子のカバー部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、エンジンの吸気通路又は排気通路に配されたセンサ素子を内部に収容すると共に、吸気又は排気を内部に導入するための導入孔を備えるカバー部材であって、所定温度よりも低い温度では外表面に付着した凝縮水を案内する案内溝が存在する第１の状態となり、所定温度以上になると前記案内溝が存在しない第２の状態となるように、切り換え可能に構成されていることを特徴とするセンサ素子のカバー部材にある。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様のセンサ素子のカバー部材において、前記案内溝が前記導入孔の周囲に当該導入孔とは離間して設けられた複数の溝部で構成されていることを特徴とするセンサ素子のカバー部材にある。
【発明の効果】
【００１３】
かかる本発明では、吸気特性或いは排気特性の低下等を抑えつつセンサ素子の被水割れを抑制することができる。カバー部材が第１の状態であると、カバー部材に付着した凝縮水は案内溝によって案内されて導入孔への侵入は抑えられる。したがって、センサ素子の被水割れを効果的に抑制できる。
【００１４】
一方、第２の状態では、カバー部材の外表面に案内溝が存在しないため、カバー部材による吸気又は排気の流れの阻害を最小限に抑えて吸気特性又は排気特性を良好に維持することができる。またカバー本体５１が第２の状態に切り替わることで、センサ素子の被水割れのリスクを抑えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係るエンジンの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る吸気検出手段を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るカバー本体の形状変化を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るカバー本体の形状変化を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る吸気検出手段の変形例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る導入孔部分の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係るカバー部材を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１０は、直列４気筒のディーゼルエンジンであり、４つの気筒（燃焼室）１１が形成されたエンジン本体１２を備える。各気筒１１の吸気ポート（図示なし）には、吸気マニホールド１３が接続され、吸気マニホールド１３には吸気管（吸気通路）１４が接続されている。一方、各気筒１１の排気ポート（図示なし）には、排気マニホールド１５が接続され、排気マニホールド１５には排気管（排気通路）１６が接続されている。
【００１８】
また燃料を噴射するためのインジェクタ（燃料噴射弁）１７が各気筒１１に対応して設けられており、各インジェクタ１７はそれぞれコモンレール１８に接続されている。コモンレール１８には、図示しないがサプライポンプ（高圧ポンプ）を介して燃料タンクに接続されている。このサプライポンプによって燃料タンクから燃料が圧送され、コモンレール１８内の高圧の燃料がインジェクタ１７から各気筒１１内に噴射されるようになっている。
【００１９】
吸気管１４及び排気管１６の途中には、ターボチャージャ（過給機）１９が設けられている。ターボチャージャ１９は、エンジン本体１２からの排ガスが流れ込むと、排ガスの流れによってタービンが回転し、このタービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管１４からターボチャージャ１９内に空気が吸い込まれて加圧されるように構成されている。
【００２０】
ターボチャージャ１９の上流側の吸気管１４には、エアクリーナ２０と、エアフローセンサ２１と、第１のスロットルバルブ２２と、が設けられている。エアクリーナ２０には吸気の湿度を検出する湿度センサ２３が設けられている。なお第１のスロットルバルブ２２は、エアクリーナ２０を通過した新気の量（新気量）を調整すると共に、この調整によって、後述する低圧ＥＧＲ管（低圧ＥＧＲ通路）を介して吸気管１４に環流される排ガス量（低圧ＥＧＲガス量）を間接的に調整する。
【００２１】
ターボチャージャ１９の下流側の吸気管１４には、ターボチャージャ１９での加圧により温度が上昇した吸気を冷却するインタークーラ２４が配されている。インタークーラ２４の下流側の吸気管１４には、電動アクチュエータの駆動により吸気管１４を開閉する第２のスロットルバルブ２５が設けられている。
【００２２】
第２のスロットルバルブ２５は、インタークーラ２４を通過した吸気量（新気量＋低圧ＥＧＲガス量）を調整するとともに、この調整によって、後述する高圧ＥＧＲ管（高圧ＥＧＲ通路）を介して吸気管１４に導入される排ガス量（高圧ＥＧＲガス量）を間接的に調整する。
【００２３】
吸気管１４の第２のスロットルバルブ２５よりも下流側には、ターボチャージャ（タービン）１９よりも上流の排ガス（高圧ＥＧＲガス）が環流する高圧ＥＧＲ管２６の一端が接続されている。高圧ＥＧＲ管２６の他端は排気管１６のターボチャージャ１９よりも上流側に接続されている。高圧ＥＧＲ管２６には高圧ＥＧＲクーラ２７が設けられ、高圧ＥＧＲ管２６の吸気管１４との接続部分には高圧ＥＧＲ弁２８が設けられている。この高圧ＥＧＲ弁２８が開弁することで、排気管１６のターボチャージャ１９よりも上流側を流れる高圧の排ガスの一部が高圧ＥＧＲ管２６に流れ込み、高圧ＥＧＲクーラ２７によって冷却された後、吸気管１４に供給されるようになっている。
【００２４】
また詳しくは後述するが、吸気管１４の高圧ＥＧＲ管２６よりも下流側には、吸気の性状を検出する吸気検出手段（吸気センサ）としてのリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）３０が設けられている。さらに吸気マニホールド１３には、その内部の圧力を検出するブースト圧センサ３１が設けられている。
【００２５】
なお排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側には、排気浄化用触媒であるディーゼル酸化触媒（以下、単に「酸化触媒」という）３２と、排気浄化用フィルタであるディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter：以下、「ＤＰＦ」と称する）３３とが上流側から順に配されている。
【００２６】
排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側、本実施形態ではＤＰＦ３３の下流側には、低圧の排ガスの一部（低圧ＥＧＲガス）が環流する低圧ＥＧＲ管３４の一端が接続されている。低圧ＥＧＲ管３４の他端は、ターボチャージャ１９と第１のスロットルバルブ２２との間で、吸気管１４に接続されている。この低圧ＥＧＲ管３４には、高圧ＥＧＲ管２６の場合と同様に、低圧ＥＧＲクーラ３５及び低圧ＥＧＲ弁３６が設けられている。そして低圧ＥＧＲ弁３６が開弁することで、排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側を流れる低圧の排ガスの一部（低圧ＥＧＲガス）が低圧ＥＧＲクーラ３５によって冷却されて吸気管１４に供給されるようになっている。
【００２７】
また低圧ＥＧＲ管３４の両端部には、差圧センサ３７が設けられている。この差圧センサ３７は、吸気管１４のターボチャージャ１９よりも上流側の圧力と、排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側の圧力との差圧を検出する。すなわち差圧センサ３７の検出結果から低圧ＥＧＲ管３４を流れる低圧ＥＧＲガスの流速や流量等が求められる。
【００２８】
このようなエンジン１０は、ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０によって制御されている。ＥＣＵ４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等で構成され、上記の各種センサからの信号に基づいてエンジン１０の総合的な制御を行う。
【００２９】
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したエアフローセンサ２１、ＬＡＦＳ３０、ブースト圧センサ３１、湿度センサ２３、差圧センサ３７の他、エンジン本体１２のクランク角を検出するクランク角センサ等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。一方、ＥＣＵ４０の出力側には、インジェクタ１７、第１及び第２のスロットルバルブ２２，２５、高圧ＥＧＲ弁２８及び低圧ＥＧＲ弁３６等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、上記のような各種センサ類によって検出された検出情報に基づきＥＣＵ４０で演算された燃料噴射量、バルブ開度等の各種情報がそれぞれ出力される。
【００３０】
このようにＥＣＵ４０によってエンジン１０は適切に制御されるが、その場合でも、車両の運転状態によって吸気管１４内で凝縮水が生成され、この凝縮水がＬＡＦＳ３０に付着することに起因してセラミックス等からなるＬＡＦＳ３０のセンサ素子に割れが発生する虞がある。そこで、ＬＡＦＳ３０のセンサ素子をカバー部材によって保護することで、センサ素子の割れの発生を抑制している。
【００３１】
以下、センサ素子のカバー部材について説明する。吸気検出手段であるＬＡＦＳ３０は、上述のように吸気管１４の高圧ＥＧＲ管２６との接続部よりも下流側に設けられている。ＬＡＦＳ３０は、図２に示すように、吸気管１４に形成された装着孔１４ａに装着され、センサ素子である本体部３０ａが吸気管１４内に突出した状態で、吸気管１４に固定されている。ＬＡＦＳ３０の本体部３０ａは、吸気の流れ方向に対して交差する方向に突出して設けられていればよいが、吸気の流れ方向に対して略直交する方向に突出して設けられていることが好ましい。
【００３２】
このＬＡＦＳ３０には、本体部（センサ素子）３０ａを覆うカバー部材５０が固定されている。カバー部材５０を構成するカバー本体５１には、内部に吸気を導入するための複数の導入孔５２が設けられている。すなわちＬＡＦＳ３０の本体部３０ａは、カバー本体５１の内部に収容されており、導入孔５２を介してカバー本体５１の内部に導入された吸気の空燃比を検出する。なおカバー本体５１に設けられる導入孔５２の数や配置は特に限定されるものではない。本実施形態では、カバー本体５１には、その周方向に沿って一定間隔で８つ程度の導入孔５２が形成されている。
【００３３】
またカバー部材５０は、所定温度よりも低い温度では外表面に付着した凝縮水を案内する案内溝５３が存在する第１の状態となり、所定温度以上になると案内溝５３が存在しない第２の状態となるように、切り換え可能に構成されている。
【００３４】
カバー部材５０は、本実施形態では、形状記憶合金で形成されており、その温度Ｔが所定温度Ｔ１以上の温度になるとカバー本体５１の表面形状が変化する。なお所定温度Ｔ１は、凝縮水の気化温度以下の温度に設定されている。例えば、エンジン始動直後等、高圧ＥＧＲガスが環流されておらず、カバー部材５０の温度Ｔが所定温度Ｔ１よりも低い場合、図３に示すように、カバー部材５０は、カバー本体５１の外表面に案内溝５３が存在する第１の状態となる。
【００３５】
その後、高圧ＥＧＲガスが環流されてカバー部材５０の温度Ｔが所定温度Ｔ１以上となると、図４に示すように、形状記憶合金で形成されたカバー本体５１が変形（膨張）して案内溝５３が存在しない第２の状態に切り替わる。なおカバー本体５１は、全体が形状記憶合金で形成されていなくてもよく、少なくともこの案内溝５３が存在する部分が形状記憶合金で形成されていればよい。また所定温度Ｔ１は、エンジン１０の特性に応じて適宜設定されればよいが、例えば、５０℃程度に設定する。
【００３６】
ここで、案内溝５３は、導入孔５２の周囲に導入孔５２とは離間して設けられていればよいが、略鉛直方向に沿って延設されていることが好ましい。本実施形態では、吸気管１４が略水平方向に配され、ＬＡＦＳ３０はこの吸気管１４内に本体部３０ａが突出するように固定されている。このため、案内溝５３が、各導入孔５２間にカバー部材５０の軸方向（略鉛直方向）に延設された複数の第１溝部５３ａを備えるようにした。さらに案内溝５３は、カバー部材５０の上端部付近にカバー部材５０の周方向（略水平方向）に延設された第２溝部５３ｂを備えている。複数の各第１溝部５３ａは、第２溝部５３ｂにそれぞれ接続されている。
【００３７】
このようにカバー本体５１の外表面に案内溝５３が存在する第１の状態では、例えば、吸気管１４の内面を伝ってカバー本体５１の外表面に凝縮水が付着した場合でも、この凝縮水は案内溝５３に沿って案内されるため、凝縮水の導入孔５２への侵入を効果的に抑制することができる。特に案内溝５３が鉛直方向に延設された第１溝部５３ａを備えていることで、凝縮水はより確実に案内溝５３（第１溝部５３ａ）に沿って流れ落ちる。したがって、凝縮水の導入孔５２への侵入をさらに効果的に抑制することができる。
【００３８】
一方、カバー本体５１の外表面に案内溝５３が存在しない第２の状態では、カバー本体５１による吸気の流れの阻害を最小限に抑えられ、第１の状態よりも吸気の流れがスムーズになるため、吸気効率が向上する。
【００３９】
また吸気の温度が高い状態で案内溝５３が残っていると、案内溝５３内に凝縮水が発生しやすくなり、かえって逆効果になるリスクがある。またこのように案内溝５３内に凝縮水が発生した状態で、ＥＧＲガスの環流が停止され吸気の温度が低下すると案内溝５３に大量の凝縮水が発生して被水割れリスクが増大する虞がある。つまり、カバー本体５１が第２の状態に切り替わることで、このような被水割れのリスクを抑えることもできる。
【００４０】
また本実施形態では、吸気管１４が略水平方向に配されているため、案内溝５３は、第１溝部５３ａを少なくとも備えていることが好ましいが、例えば、図５に示すように、吸気管１４が略鉛直方向に配されている場合、案内溝５３は、カバー本体５１の周方向（略鉛直方向）に沿って延設された第２溝部５３ｂを少なくとも備えていることが好ましい。
【００４１】
また本実施形態に係るカバー部材５０は、カバー本体５１に設けられた複数の導入孔５２のサイズ（開口径）が、高圧ＥＧＲガスが環流されていない期間よりも高圧ＥＧＲガスが環流されている期間において大きくなるように構成されている。図６に示すように、カバー本体５１の内面側には、各導入孔５２の周縁部に、形状記憶合金で形成された開閉部材５５が設けられている。この開閉部材５５はリング状に形成されており、カバー部材５０の温度が所定温度以上になると形状が変化して、その中央部の開口部５６のサイズ（開口径）が大きくなる。つまり導入孔５２のサイズ（開口径）が大きくなる。
【００４２】
例えば、エンジン始動直後等、高圧ＥＧＲ弁３６が閉じられて高圧ＥＧＲガスが環流されていない場合、吸気の温度は比較的低く、カバー部材５０の温度Ｔも所定温度Ｔ１より低い状態となる。この状態において導入孔５２のサイズ（開口径）は最小径となる。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、導入孔５２は開閉部材５５によって実質的に塞がれた状態となる。
【００４３】
高圧ＥＧＲガスが環流されておらず吸気の温度が外気温以下になる場合、吸気管１４内（高圧ＥＧＲ管２６との接続部よりも下流側）で凝縮水が特に生成されやすいため、導入孔５２を実質的に塞ぐことでカバー本体５１内部への凝縮水の侵入を防いでいる。例えば、吸気管１４の内面を伝ってカバー本体５１の表面に凝縮水が付着した場合でも、導入孔５２が実質的に塞がれていることで、カバー本体５１の内部に収容されているＬＡＦＳ３０の本体部３０ａへの凝縮水の付着を防ぐことができ、凝縮水に起因するＬＡＦＳ３０の本体部３０ａの被水割れの発生を防ぐことができる。
【００４４】
このような状態から高圧ＥＧＲ弁３６が開放されて吸気管１４に高圧ＥＧＲガスが環流されると、吸気の温度は急激に上昇する。それに伴いカバー部材５０の温度Ｔが所定温度Ｔ１以上になると、図６（ｂ）に示すように、開閉部材５５が変形して開口部５６が開き、カバー本体５１の複数の導入孔５２はほぼ全開の状態となる。高圧ＥＧＲガスが環流された状態では、吸気の温度が外気に比べて大幅に高くなるため、吸気管１４内において凝縮水は生成され難い。したがって、導入孔５２のサイズを極力大きくすることで、吸気の空燃比を精度良く検出することができ、且つＬＡＦＳ３０の本体部３０ａの被水割れを生じさせることもない。
【００４５】
なお吸気管１４へのＬＡＦＳ３０の取付位置は、特に限定されないが、ＬＡＦＳ３０は、吸気管１４の高圧ＥＧＲ管２６との接続部に対向する側に設置されていることが好ましい。これにより、高圧ＥＧＲガスが慣性力によって本体部３０ａ近傍をより通過しやすくなる。したがって、高圧ＥＧＲガスが環流されている期間と、環流されていない期間とで、カバー部材５０の温度変化が起こりやすく、カバー部材５０の導入孔５２のサイズをより適切なタイミングで変化させることができる。
【００４６】
（実施形態２）
本実施形態は、カバー部材の変形例であり、その他の構成は実施例１と同様である。なお同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４７】
図７に示すように、本実施形態に係るカバー部材５０Ａは、案内溝５３Ａと共に外孔６１が形成された外筒６０と、内孔７１が形成された内筒７０と、を備えている。そして、この内筒７０に外筒６０を装着して外孔６１と内孔７１との位置を一致させることで第１の状態となり（図７（ａ））、内筒７０から外筒６０を取り外すことで第２の状態となる（図７（ｂ））。
【００４８】
すなわち、図７（ａ）に示すように、第１の状態におけるカバー部材５０Ａは、外筒６０と内筒７０とで構成され、外孔６１と内孔７１とからなる導入孔５２Ａを備えると共に、その外表面に案内溝５３Ａを備えている。一方、第２の状態におけるカバー部材５０Ａは、図７（ｂ）に示すように、実質的に内筒７０のみで構成され、内孔７１からなる導入孔５２Ａを備えるが、外表面に案内溝５３Ａは存在しなくなる。
【００４９】
このようなカバー部材５０Ａの構成においては、カバー部材５０Ａを第１の状態と第２の状態とに容易に切り換えることができる。勿論、本実施形態のカバー部材５０Ａによっても、上述の実施形態と同様に、凝縮水の導入孔５２Ａ内への侵入を抑制することができると共に、吸気特性を良好に維持することができる。
【００５０】
なお、外筒６０に設けられる外孔６１の直径は、内筒７０に設けられる内孔７１の直径よりも小さいことが好ましい。これにより、第１の状態における導入孔５２Ａ（外孔６１）の直径が、第２の状態における導入孔５２Ａ（内孔７１）の直径よりも小さくなる。したがって、凝縮水の導入孔５２Ａへの侵入をより確実に抑制することができる。
【００５１】
（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、これらの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能なものである。
【００５２】
例えば、上述の実施形態では、高圧ＥＧＲガス及び低圧ＥＧＲガスのそれぞれを環流させるエンジンを例示したが、例えば、高圧ＥＧＲガス又は低圧ＥＧＲガスのみを環流させるエンジンにも本願発明を適用することができる。
【００５３】
また上述の実施形態では、吸気検出手段の一例としてリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）を例示したが、吸気検出手段は、吸気の性状を検出するものであればよく、例えば、吸気の空気量を検出するＯ２センサや、吸気の温度を検出する温度センサ等であってもよい。
【００５４】
さらに上述の実施形態では、吸気通路に設けられた吸気検出手段を例示して、本発明に係るカバー部材の構成について説明したが、本発明のカバー部材は、排気通路に設けられた排気検出手段にも採用することができるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１０  エンジン
１２  エンジン本体
１３  吸気マニホールド
１４  吸気管
１４ａ  装着孔
１５  排気マニホールド
１６  排気管
１７  インジェクタ
１８  コモンレール
１９  ターボチャージャ
２０  エアクリーナ
２１  エアフローセンサ
２２  第１のスロットルバルブ
２３  湿度センサ
２４  インタークーラ
２５  第２のスロットルバルブ
２６  高圧ＥＧＲ管
２７  高圧ＥＧＲクーラ
２８  高圧ＥＧＲ弁
３０  吸気検出手段（ＬＡＦＳ）
３０ａ  本体部
３１  ブースト圧センサ
３４  低圧ＥＧＲ管
３５  低圧ＥＧＲクーラ
３６  低圧ＥＧＲ弁
３７  差圧センサ
５０  カバー部材
５１  カバー本体
５２  導入孔
５３  案内溝
５５  開閉部材
５６  開口部
６０  外筒
６１  外孔
７０  内筒
７１  内孔
【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７】
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【図６】
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