(57)【要約】【課題】  ガスセンサを用いた小型汎用エンジンの空燃比制御装置について、排気に含まれる固体成分や液体成分によりセンサの検出性能が低下することを回避して、的確な空燃比制御を長期間に亘って可能なものとする。【解決手段】  汎用エンジン１から排出された排気の性状をガスセンサで検知しコントロールユニット８が検知データに基いて空燃比制御を実施する空燃比制御装置において、排気管９から排気を分岐させる分岐管７と、これに連通しＣＯセンサ１３が配置されたセンサ室１２を有するセンサユニット１０とを備えたものとして、センサユニット１０に、分岐管７から排気を導入する導入孔１１ａおよび大気側に排気を排出する排出孔１１ｂが開口して導入した排気を一旦保持する一次室１１を設け、センサ室１２を一次室１１と連通孔１０ｄで連通された二次室とするとともに大気側に連通する排出孔１２ｃが開口したものとした。【選択図】      図１
2006118402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの気筒から排出された排気中の可燃性ガスの性状を可燃性ガスセンサで検知し、コントロールユニットが前記検知データに基いて空燃比制御を実施するエンジンの空燃比制御装置において、
前記エンジンの排気管から排気を分岐させる分岐通路と、該分岐通路に連通しガスセンサが配置されたセンサ室を有するセンサユニットとを備えており、
該センサユニットは前記分岐通路から排気を導入する導入口および大気側に排気を排出する排出口が開口し導入した排気を一旦保持する一次室を備えており、前記センサ室は前記一次室と連通口で連通された二次室とされるとともに大気側に連通する排出口が開口している、
ことを特徴とする汎用エンジンの空燃比制御装置。
【請求項２】
前記コントロールユニットによる空燃比制御は、前記可燃性ガスセンサで検知した排気中の可燃性ガス濃度に応じて燃料供給路に配置した開閉弁を一時的に閉弁させて、有害成分を減少させるように燃料流量を制御するものとされている、ことを特徴とする請求項１に記載したエンジンの空燃比制御装置。
【請求項３】
前記一次室の排出口、前記二次室の排出口または前記連通口の少なくとも１つに排気流量を所定量に制限するオリフィスを少なくとも１つ配設したことを特徴とする請求項１または２に記載したエンジンの空燃比制御装置。
【請求項４】
前記オリフィスは、取付け位置に対し着脱自在なカートリッジ式であることを特徴とする請求項３に記載したエンジンの空燃比制御装置。
【請求項５】
前記センサユニットは、前記ガスセンサの上流側にフィルタが配設されていることを特徴とする請求項１，２，３または４に記載したエンジンの空燃比制御装置。
【請求項６】
前記センサユニットは、一次室側と二次室側とで分割および結合可能とされていることを特徴とする、請求項１，２，３，４または５に記載した汎用エンジンの空燃比制御装置。
【請求項７】
前記可燃性ガスセンサは、接触燃焼式のＣＯセンサである請求項１，２，３，４，５または６に記載したエンジンの空燃比制御装置。
【請求項８】
前記分岐通路から着脱可能とされているとともに前記ガスセンサの端子が前記コントロールユニットからの配線に接続・分離可能とされ、所定の取付け手段で前記エンジン側に装着される、請求項１，２，３，４，５，６または７に記載したエンジンの空燃比制御装置に装着されるセンサユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの空燃比制御装置およびそのセンサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気に含まれる有害成分を減少させて排気規制に適合させながらエンジンの運転状態を良好に維持するため、例えば自動車エンジンなどにおいてＯ２センサを使用して理論空燃比となるように燃料流量を制御し、且つ三元触媒を使用して有害成分を好転化率で無害成分化することは周知である。
【０００３】
しかし、このようなシステムを適用してその気化器の燃料流量を制御することにより空燃比制御を行わせようとすると、Ｏ２センサおよび三元触媒に加えてかなりの容量のコントロールユニットが必要となり機械を大幅に大型化・複雑化・大重量化・高価格化することを避けられず、特に、携帯作業機械など小型、軽量で取扱いやすいことが要求されるものについて適用することはできない。
【０００４】
この問題に対し、排気センサにＯ２センサよりも安価な可燃性ガスセンサを使用して排気中の一酸化炭素（ＣＯ）、水素、炭化水素及び二酸化硫黄や二酸化窒素などの大気質などの可燃性ガス成分の内の特定成分の濃度を検出することで、比較的低容量のコントロールユニットで空燃比制御を行うことを可能とし、また三元触媒を用いることなく低コストで排気規制に適合させる空燃比制御が考えられる。
【０００５】
しかしながら、可燃性ガスセンサは安価で入手容易であるものの、その検知素子が排気に含まれるカーボンなどの固形成分や水分およびオイルミストなどの液体成分に曝されると次第に測定精度が低下してしまうため、長期間に亘って好適な空燃比制御を実施することが困難となりやすい。これは検知素子が微細な白金コイルからなる接触燃焼式の可燃性ガスセンサにおいて特に顕著な問題である。
【０００６】
ところで、空燃比制御において気筒内の燃焼状態を示すファクターである排気中の各成分濃度は、排気管中でエンジン掃気過程の新気の吹き抜け現象により希釈されることがある。そのため、このことが排気センサによる排気性状の検出に悪影響を及ぼして的確な空燃比制御を困難とさせる場合があり、殊に２サイクルエンジンの場合に顕著となりやすい。
【０００７】
この問題に対し、特開平７−３０１１３５号公報において排気を排気管から分岐通路で分岐させて排気センサを配置した蓄圧室に導入し、比較的高圧に維持される蓄圧室内で排気の性状を検出することにより、比較的低圧である新気の吹き抜けによる影響を受けにくいものとした空燃比制御装置が提案され、さらに特開平８−２８３２３号公報において分岐通路に絞り部を設けて蓄圧室内の圧力をさらに維持しやすいものとした空燃比制御装置が提示されている。
【０００８】
このように、排気経路の系外に設けた蓄圧室において排気の性状を検出するようにすることで、特に２サイクルエンジンの場合に新気の吹き抜けによる影響を最小限として的確な空燃比制御を実現容易なものとしている。そして、斯かる蓄圧室を備えた空燃比制御装置では一般に排気センサにＯ２センサを用いているが、前述と同様にこれに代えてＣＯセンサなどの可燃性ガスセンサを用いれば、小型の設備で且つ低コストで容易に排気規制に適合させることができると考えられる。
【０００９】
ところが、排気経路の系外に排気を導出して可燃性ガスを測定する場合においても、蓄圧室に導入した排気中の固形成分および液体成分が排気とともに蓄圧室に流入し、可燃性ガスセンサの検知端子に接触してその検出精度に悪影響を及ぼすため、次第に測定精度が低下してしまうのは前述と同様である。
【特許文献１】特開平７−３０１１３５号公報
【特許文献２】特開平８−２８３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、可燃性ガスセンサを用いたエンジンの空燃比制御装置について、排気に含まれる固体成分や液体成分によりセンサの検出性能が低下することを回避して、的確な空燃比制御を長期間に亘って可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明は、エンジンの気筒から排出された可燃性ガスの性状を可燃性ガスセンサで検知し、コントロールユニットが検知データに基いて空燃比制御を実施するエンジンの空燃比制御装置について、エンジンの排気管から排気を分岐させる分岐通路と、この分岐通路に連通し可燃性ガスセンサが配置されたセンサ室を有するセンサユニットとを備えたものとし、このセンサユニットに、分岐通路から排気を導入する導入口および大気側に排気を排出する排出口を開口し導入した排気を一旦保持する一次室を設け、且つ、前記センサ室を一次室と連通口で連通された二次室とするとともに大気側に連通する排出口を開口したものとした。
【００１２】
このように、可燃性ガスセンサを配置したセンサ室の上流側において、排気管側から導入した排気を一旦保持する一次室を設けることで、所定時間排気が保持され、排気に含まれる液体成分および固体成分が一次室の内壁に付着したり底部に落下し、殆ど気体成分のみがセンサ室に流入することになるため、長期間の使用でもガスセンサの検出性能を低下させる心配が殆どないものとなる。
【００１３】
また、そのコントロールユニットによる空燃比制御を、可燃性ガスセンサで検知した排気中の可燃性ガス成分に応じて燃料供装置により、燃料流量を制御するものとすれば、比較的簡単な手順で処理を実行できるようになるため、コントロールユニットに高容量のものを必要とすることなく、的確な空燃比制御を容易に実施することができる。
【００１４】
更に、その一次室の排出口に排気流量を所定量に制限するオリフィスを配設すれば、一次室内を所定圧力以上に維持して新気の吹き抜けによる排気成分の希釈を最小限とすることに加えて一次室に流入した排気を保持しやすいものとすることができ、二次室の排出口に同様のオリフィスを配設すれば二次室内を所定圧力以上に維持して排出口から大気が逆流することを回避して排気成分の測定を更に確実なものとすることができ、連通口に同様のオリフィスを配設すれば一次室内に流入した排気のうち二次室に流入する量を所定量に制限することができる。
【００１５】
更にまた、上述した各オリフィスを取付け位置に対し着脱自在なカートリッジ式のものとすれば、各配設位置における流量を使用態様等に合わせて変更するなど調整容易とすることができるとともに、製造のための工程を単純化してコストを低廉に抑えることができる。
【００１６】
加えて、上述した空燃比制御装置のセンサユニットにおいて、可燃性ガスセンサの上流側にフィルタを配設すれば、可燃性ガスセンサに到達する排気の固体成分および液体成分を捕捉して一層減少させることができ、センサユニットを一次室側と二次室側とで分割および結合可能とすれば、センサユニットの組み立てが容易となるとともにオリフィスやフィルタの配設および交換が極めて容易となる。
【００１７】
更に加えて、上述した空燃比制御装置において、可燃性ガスセンサを接触燃焼式の可燃性ガスセンサとすれば、排気中の濃度測定を実施しやすいオーダーであるため空燃比制御用ファクターの測定が極めて容易ものとなり、特に可燃性ガスとして有害成分であるＣＯガスを選択すると排気ガスとしての清浄も容易に行うことができる。そして、センサユニットを分岐通路から着脱可能とするとともに可燃性ガスセンサの端子をコントロールユニットからの配線に接続・分離可能として、所定の取付け手段でエンジン側に装着される単体として制作すれば、本発明の特徴部分を既存のエンジンの空燃比制御装置にも適用可能となって本発明を容易に実施することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、センサユニットにおいて可燃性ガスセンサに排気が到達するまでに排気中に含まれる固体成分や液体成分の殆どが除去され、可燃性ガスセンサの検出性能の低下を回避して的確な空燃比制御を長期間に亘って実現することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明すると、図３は例えばエンジン１に燃料を供給する気化器２として膜式気化器を用いた場合の空燃比制御装置の配置図を示すものであり、定燃料室３から吸気通路４に燃料を送出する燃料通路５に開閉弁６が設置されている。
【００２０】
本実施の形態では、排気管９から分岐管７が分岐し、排気センサとして可燃性ガスセンサ１３を配置したセンサユニット１０に連通している。そして、この空燃比制御装置にはマイクロコンピュータを備えたコントロールユニット８が配置されており、可燃性ガスセンサ１３で検知した可燃性ガスの濃度に基いて例えば開閉弁からなる燃料制御部材６を制御するようになっている。                                                      
【００２１】
燃料制御部材６は、電動モータによって弁体を前後動させるものであってもよいが、電磁石によって弁体を前後動させるものが応答性に優れており、殊に、常閉型電磁弁は断線など電気系統に故障を生じたとき開弁位置に固定され燃料通路を開放したままとして気化器２に通常の機能を維持させることができる、という点で好適である。
【００２２】
可燃性ガスセンサ１３は、ガスの接触燃焼における熱線（白金コイル等）の温度変化を測定する接触燃焼式、ガスの電解による電解電流を測定するカルバニ電池式、金属酸化物半導体表面でのガス吸着による電導度変化を測定する半導体式などから適宜なものを選択して用いることができるが、本実施の形態においては、多ければ排気中に１０％を占めるＣＯを排気規制適合範囲内とするように空燃比制御することが排気対策上好適でしかも比較的安価であることから、接触燃焼式のＣＯセンサを用いる場合が好ましい。
【００２３】
エンジン１の運転により発生する排気中の可燃性ガス成分、本実施の形態ではＣＯガスの濃度は可燃性ガスセンサ１３（ＣＯガスセンサ）によって検出され、検出された可燃性ガス濃度（ＣＯ濃度）はコントロールユニット８に入力されて排気規制値を超えているか否かが判定される。そして、超えているときは可燃性ガス濃度（ＣＯ濃度）に応じて設定した時間だけ燃料通路５を閉止して燃料供給を一次的に遮断するようにコントロールユニット８が燃料制御部材６に開弁するように制御信号を出力する。
【００２４】
この開閉弁からなる燃料制御部材６の閉弁は、燃料不足によるエンジン不調を招くことがないようにごく短い時間だけ行って燃料流量を減少させ、その結果混合気が薄くなって可燃性ガス濃度（例えばＣＯ濃度）が低下する。また、的確な空燃比制御により燃料の燃焼状態を良好に維持することはエンジン性能の向上および燃費の向上に繋がることは言うまでもない。尚、一回の閉弁で排気規制に適合するに至らないときは、適合するまで閉弁を繰り返す。この場合、エンジン運転に支障を与えることがないように、短時間の閉弁を所定間隔で繰り返し、また可燃性ガス濃度の低下に伴って閉弁時間を短くして排気規制適合範囲内に至らせるのが好ましい。
【００２５】
尚、本実施の形態では、燃料を供給する気化器として膜式気化器に適用した場合を示したが、本発明はフロート式気化器など他の形式の気化器に付いても同様に実施することができ、また、燃料制御部材として開閉弁を用いたが、気化器の燃料通路に設けた電動モータ駆動の調整針弁など（図示せず）調整制御ができるものであれば、他の構成であってもよく、エンジンの形式も１サイクルエンジンに限らない。
【００２６】
次に、本発明の特徴部分であるセンサユニット１０について。図１および図２を参照して詳細に説明する。センサユニット１０は、略横向き円筒状のケーシング１０Ａの両端側を蓋部材１０ａ、１０ｂによりネジ１０ｃ、１０ｃを締着して閉鎖しており、その一端側の内部に一次室１１を備え、他端側の内部に二次室としてのセンサ室１２を備えている。そして、センサ室１２内に検知素子側を露出させて可燃性ガスセンサ１３が上方から挿設された構造となっている。尚、センサユニット１０は、図１に示すような上下関係となるようにエンジン１の適宜箇所に所定の取付け手段で固定される。
【００２７】
そして、一次室１１は略横向き円柱状の空間であり、頂壁に分岐管７の端部が挿入され排気管９と連通させる導入口１１ａが開口している。また、その底壁には大気側に連通する排出口１１ｂが開口しており、これに排気の流量を一定量に制限するカートリッジ式のオリフィス（絞り）１４ａが挿設されている。このような構成とすることで、一次室１１内の圧力を大気側よりも高圧に維持することができ、エンジン１の掃気過程における新気の吹き抜けが流入しにくくなることに加え一旦流入した排気を所定時間保持しやすいものとなる。
【００２８】
また、一次室１１はケーシング１０Ａと別体に形成されたブロック１０Ｂ内部に形成され、ケーシング１０Ａの側端部から穿設された横向き円柱状の空間に挿入されて蓋部材１０ａで押え付けて固定される。このような構成とすることで、複雑な構造を有する一次室１１を削り出しなどで容易に形成できるとともに、センサユニット１０の組み立てが容易となる。尚、ケーシング１０Ａを一次室１１とセンサ室１２との間で分割してこれをボルトなどで結合させるようにしてもよく、この場合は結合端面からブロック１０Ａを挿入するようにすれば同様に組み立てが容易なものとなる。
【００２９】
センサ室１２は、一次室１１寄りの横向き円錐状の大径部分１２ａと、これから排出口１２ｃまで連通させる横向き円柱状の小径部分１２ｂとからなり、連通口１０ｄで一次室１１と連通している。その大径部分１２ａには、連通口１０ｄ開口部側から円形の金網１２ｄ、多口質で円盤状のフィルタ１２ｅの順にその内周面に外周部を密着して配置されており、これらで排気中の比較的大径の粒子を捕捉するようになっている。
【００３０】
センサ室１２の小径部分１２ｂには、その内周面の中央部上側に開口したセンサ開口１２ｆに検知素子１３ａ側を露出させるように可燃性ガスセンサ１３が挿設されている。この検知素子１３ａは紙フィルタ１０ｅで覆われており、オイルミストなどの排気中の微細成分を捕捉してこれらが検知素子１３ａに付着しないように保護している。尚、この紙フィルタ１０ｅは、ガスセンサ１３をケーシング１０Ａから外せば、容易に新しいものと交換できるようになっている。
【００３１】
一次室１１とセンサ室１２とを連通させる連通口１０ｄには、排気流量を所定量に制限するオリフィス１４ｂが配設されている。オリフィス１４ｂはオリフィス１４ａと同様にカートリッジ式であって着脱・交換自在であり、一次室１１からセンサ室１２への排気の流入量を適量に設定可能としているが、例えば一次室１１への流入量の数１０分の１から１００分の１程度に制限するものとすれば、センサ室１２に流入する液体成分および固体成分を極めて少ないものとすることができる。
【００３２】
一方、センサ室１２への排気の流入量を最小限とした場合、センサ室１２内の圧力低下により排出口１２ｃを経由し大気が逆流して、測定対象である排気成分を希釈してしまうことがある。そのため、排出口１２ｃにも前述のものと同様なオリフィス１４ｃが配置してあり、センサ室１２内を大気側よりもやや高圧に維持できるようになっている。
【００３３】
本実施の形態は以上のような構成であり、先ず分岐管７から一次室１１に排気を導入し、オリフィス１４ａで排出口１１ｂからの排気の排出を制限することで、内部を所定圧力に維持しながら排気を所定の間保持する。その間に排気中の比重の重い粒子は底部に溜まるとともに温度低下等により液体成分の粒子が大径化して内壁に付着し、内壁が濡れることで固体成分がこれに付着する。これらはその自重で底部側に移動し下向きの排出口１１ｂから徐々に排出される。
【００３４】
そして、液体成分および固体成分が減少した排気は、オリフィス１４ｂで流量を制限されて二次室に流入するが、大径部１２ａに配置された金網１２ｄおよび多口質のフィルタ１２ｅで比較的大径の液体粒子および固体粒子が捕捉された後、小径部１２ｂに流入する。この時点においても、排気にはオイルミストなどの微細粒子が含まれているが、可燃性ガスセンサ１３の検知素子１３ａが位置するセンサ開口１２ｆには紙フィルタ１０ｅが配設されており、微細粒子はこれに捕捉されて殆ど気体成分のみが検知素子１３ａに触れることとなる。
【００３５】
従って、排気中に含まれるカーボンなどの固体成分および水分やオイルミストなどの液体成分が検知端子１３ａに殆ど触れることがないため、長期間使用してもセンサの検出精度を低下させることがなく、的確な空燃比制御を実施することができるものである。そして、センサ室１２内の排気は排出口１２ｃに配設されたオリフィス１４ｃで流量を制限され大気側よりもやや高圧に維持されて、大気が逆流することなくオリフィス１４ｃから排出される。
【００３６】
以上述べたように、空燃比制御装置において排気が可燃性ガスセンサに到達するまでの経路に、導入した排気に含まれる液体成分および固体成分について、その大部分を分離する一次室と、これを通過して二次室に流入したものを捕捉する複数のフィルタとを備えたセンサユニットを用いた本実施の形態により、可燃性ガスセンサの検出精度に悪影響を与える排気中の液体成分および固体成分の殆どを除去することができ、正確な排気性状の検出を可能として長期間に亘って的確な空燃比制御を実現することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態のセンサユニットの縦断面図。
【図２】図１のセンサユニットの斜視図。
【図３】本実施の形態の配置図。
【符号の説明】
【００３８】
１  汎用エンジン、  ２  気化器、  ３  定燃料室、  ４  吸気通路、  ５  燃料通路、  ６  開閉弁、  ７  分岐管、  ８  コントロールユニット、  ９  排気管、  １０  センサユニット、  １０Ａ  ケーシング、  １０ａ、１０ｂ  蓋部材、  １０ｄ  連通口、  １０ｅ  紙フィルタ、  １１  一次室、  １１ａ  導入口、  １１ｂ，１２ｃ  排出口、  １２  センサ室、  １２ｄ  金網、  １２ｅ  フィルタ、  １２ｆ，１３  可燃性ガスセンサ、  １３ａ  検知端子、  １４ａ，１４ｂ，１４ｃ  オリフィス
【図１】
2006118402.tif 000003
【図２】
2006118402.tif 000004
【図３】
2006118402.tif 000005