(57)【要約】【課題】  携帯作業機械などに使用する小排気量の汎用エンジンにおいて、その空燃比制御に用いるガスセンサがエンジンの振動により検知素子に破損を来して故障を生じることを回避できるようにする。【解決手段】  ガスセンサ又はガスセンサを内在したガスセンサユニット１０Ａを防振作用を有する支持手段１９によりエンジン１に対して所定範囲内で遊動自在に支持させ、エンジン１側からの振動がガスセンサに直接伝わらないものとした。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユニットのセンサ室に備えた可燃性ガス検出用のガスセンサでエンジンの気筒から排出された排気における特定の可燃性ガス成分濃度を検出し、検出結果をコントロールユニットに出力するガスセンサユニットにおいて、
前記ガスセンサユニットまたは前記ガスセンサユニットに内装された可燃性ガスセンサの少なくとも一方が防振作用を有する支持手段により前記エンジンに対し所定範囲内で遊動自在に支持され、前記エンジン側からの振動が前記ガスセンサに直接伝わらないものとしたことを特徴とするエンジンのガスセンサユニット。
【請求項２】
前記支持手段は、前記ガスセンサユニットを前記エンジンから離隔させて支持する弾性支持部材を備えており、前記ガスセンサユニットにエンジンの排気通路から分岐して延出された排気導入管が接続し前記センサ室に排気を導入するものとされている請求項１に記載したエンジンのガスセンサユニット。
【請求項３】
前記弾性支持部材が、弾性材によりリング状に形成された懸吊バンドであって、前記ガスセンサユニットを前記エンジン側から懸吊するものとされている請求項２に記載したエンジンのガスセンサユニット。
【請求項４】
前記ガスセンサユニットが、前記エンジン側に固設され、前記支持手段は前記ガスセンサを前記センサ室内において内壁から離隔させて支持する弾性支持部材を備えている請求項１に記載したエンジンのガスセンサユニット。
【請求項５】
前記弾性支持部材が、防振バネである請求項４に記載したエンジンのガスセンサユニット。
【請求項６】
前記防振バネが、少なくとも前記ガスセンサの先端側および基端側をそれぞれ前記センサ室の内壁側から少なくとも２方向で支持するように配置されている請求項５に記載したエンジンのガスセンサユニット。
【請求項７】
前記ガスセンサユニットが、前記エンジンの気化器に固設されて該気化器と一体をなすものとされ、前記センサ室に導入した排気の少なくとも一部を前記気化器内に戻す排気戻し路を備えている請求項４，５または６に記載したエンジンのガスセンサユニット。
【請求項８】
前記ガスセンサが検知素子に白金コイルを有した可燃性ガスセンサである請求項１，２，３，４，５，６または７に記載したエンジンのガスセンサユニット。
【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に用いるガスセンサユニットに関するものである。
【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においてＯ２センサなどのガス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無害成分化するシステムは周知である。
【０００３】
しかしながら、前記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、軽作業機械などのように小型、軽量が要求されるものについては適用することが困難である。
【０００４】
そこで、排気センサにＯ２センサよりも安価な例えば一酸化炭素（以下ＣＯという）、水素、炭化水素、大気質などの可燃性ガス検出用のガスセンサを使用することにより特定有害成分の濃度を検出し、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て三元触媒を用いることなく低コストで排気規制に適合可能とする空燃比制御システムが考えられる。
【０００５】
ところが、可燃性ガスセンサは検知素子部分に例えば直径１０μｍ前後の細線により形成される白金コイルのような微細な構造を有していることから振動に弱いのが通常であり、これをエンジンなどの振動源に近接して付設するとエンジンからの振動が検知素子部分にダイレクトに伝達されるため破損しやすい。
【０００６】
振動による排気センサの破損を防止するための技術として、特開平１１−２８１６１２号公報にガスセンサにおいて検知素子を収納するケーシング部の外側をＰＴＦＥ多孔質繊維構造体で構成されたフィルタ兼衝撃吸収部で覆って、外部からの衝撃を吸収させるようにしたものが提案され、特開２００２−７１６２５号公報には、Ｏ２センサにおいて検知素子と絶縁保護体の突出部分との間にフレームを配置して衝撃や振動を吸収させるようにしたものが提案されている。
【０００７】
これらは、衝撃吸収部材で排気センサに直接衝撃や振動が伝わらないようにするものであり、検知素子の破損を回避することにおいて有効である。しかしながら、これらは振動源であるエンジンからある程度離れた位置における比較的弱い振動や外部からの衝撃を想定しており、携帯作業機械や船外機などにおけるようにエンジンに近接させて排気センサを設ける場合を想定したものではなく、破損しやすい検知素子にダイレクトに伝わる振動を充分に吸収して故障を回避する防振作用は期待できない。
【特許文献１】特開平１１−２８１６１２号公報
【特許文献２】特開２００２−７１６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、特に、携帯作業機械や船外機などガスセンサをエンジンに近接して配設しなければならない機械において、その空燃比制御に用いるガスセンサがエンジンの振動により検知素子に破損をきたして故障を生じることを回避できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明は、ユニットのセンサ室に備えた可燃性ガス検出用のガスセンサでエンジンの気筒から排出された排気における特定の可燃性ガス成分濃度を検出し、検出結果をコントロールユニットに出力するガスセンサユニットにおいて、前記ガスセンサユニットまたは前記ガスセンサユニットに内装された可燃性ガスセンサの少なくとも一方が防振作用を有する支持手段により前記エンジンに対し所定範囲内で遊動自在に支持され、前記エンジン側からの振動が前記ガスセンサに直接伝わらないものとした。
【００１０】
即ち、ガスセンサを内部に備えたガスセンサユニットをエンジン側に取付ける場合に、ガスセンサユニットを支持手段で遊動自在に支持しながらエンジン側に取付けるか、或いはガスセンサユニットをエンジン側に直接取付けてガスセンサをセンサ室内において支持手段で遊動自在に支持することにより、エンジンからの振動がガスセンサに直接伝わらなくなりその検知素子の破損が回避され、振動によるセンサ故障を防止することができる。
【００１１】
また、ガスセンサユニットをエンジンに遊動自在に取付ける態様として、その支持手段をガスセンサユニットをエンジンから離隔して支持する弾性支持部材を備えたものとし、エンジンの排気通路から分岐して延出された排気導入管がガスセンサユニットに接続してセンサ室に排気を導入するものとすれば、簡易な構成で防振効果が期待できるが、この弾性支持部材をリング状に形成した樹脂バンドとしてガスセンサユニットをエンジン側から懸吊するものとすれば、リング形状の弾性変形により振動源に近くてもその振動を充分に吸収できるものとなる。
【００１２】
一方、ガスセンサユニットをエンジン側に固設してガスセンサをセンサ室内で遊動自在に支持する態様として、支持手段をセンサ室内壁から離隔させてガスセンサを支持する弾性支持部材を備えたものとすれば、簡易かつコンパクトな構成で防振効果が期待できるものとなる。この場合、弾性支持部材を防振バネからなる弾性部材とすれば振動を確実に吸収させることができ、さらにこの防振バネからなる弾性部材を、少なくともガスセンサの先端側および基端側をそれぞれセンサ室の内壁側から少なくとも２方向で支持するように配置すれば、ガスセンサをあらゆる方向に揺動可能として遊動性に優れたものとなるとともに、遊動が過大となったりその収束が遅延したりすることを容易に防止することができる。
【００１３】
また、上述したガスセンサユニットをエンジン側に固定するものにおいて、ガスセンサユニットを気化器に固設してこれと一体をなすものとすれば、既存のエンジンに適用容易となるが、この場合、センサ室に導入した排気の少なくとも一部を気化器内に直接戻す排気戻し路を設ければ、新たな配管部品を要することなく排気の浄化に有効なものとなる。そして、上述したガスセンサを特に振動に弱いガスセンサである検知素子に白金コイルを有したＣＯセンサとすれば、上述した各手段による防振作用で確実にガスセンサの破損を回避することができ、極めて有用性の高いものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
ガスセンサまたはガスセンユニットをエンジン側に対し所定範囲で遊動自在とした本発明によると、エンジンにガスセンユニットを近接して配置してもその検知素子に伝わる振動を充分に吸収することが容易となって、その破損を確実に回避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】
【００１５】
図面を参照して本発明における第一の実施の形態を説明する。本発明においてガスセンサユニットを配設するエンジンは、エンジンが全体としてコンパクトな構成とされてガスセンサユニットが振動発生源であるエンジンの本体部分に近接して配置されるような機械、例えば携帯作業機械、船外機、乗用農業機械、オートバイなどに搭載するものを想定しているが、本実施の形態においては、図１に示すように携帯作業機械用のエンジン１の場合について説明する。
【００１６】
エンジン１は、側方にガスセンサユニット１０Ａを吊着して配設されており、ガスセンサユニット１０Ａは金属製の略円筒状のユニットであり、エンジン１の図示しない排気管から分岐した排気導入管７が接続するとともに、ガスセンサ１３Ａと電源およびコントロールユニットに繋ぐための配線が接続している。
【００１７】
また、ガスセンサユニット１０Ａは、その両端側に嵌装されたリング状の固定ベルト１８，１８の挿通孔１８ａ，１８ａにゴムなどの弾性材により形成されたリング状の懸吊バンドからなる支持手段１９、１９を挿通しその反対側をエンジン１の外部フレームに掛止された掛金具２０，２０に挿通して、エンジン１の側方に吊着された状態で支持されている。
【００１８】
ガスセンサ１３Ａは、ガスの接触燃焼における熱線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のうち、検知素子がエンジン１の振動により破損する可能性の高いものが想定され、本実施の形態においては、多ければ排気中に１０％を占める可燃性ガスである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り、検知素子に振動で破損しやすい白金コイルを用いている接触燃焼式のＣＯセンサを用いる場合を説明する。
【００１９】
尚、本実施の形態のガスセンサユニット１０Ａが配設された空燃比制御装置は、エンジン１の運転により発生する排気中の特定有害成分、本実施の形態ではＣＯの濃度がガスセンサ１３Ａによって検出され、検出されたＣＯ濃度は図示しないコントロールユニットに入力されて排気規制値を超えているか否かが判定し、超えている場合に所定時間だけ燃料通路を閉止して燃料供給を一次的に遮断して空燃比制御を行うものである。
【００２０】
次に、図２の縦断面図を用いてガスセンサユニット１０Ａの詳細を説明する。ガスセンサユニット１０Ａは、横向き略円筒状のケーシング１１Ａの両端側を蓋部材１１ａ、１１ｂによりネジなどで締め付けて閉鎖しており、その一端側に排気を最初に導入する一次室１４を備え、他端側に二次室としてのセンサ室１２Ａを備えている。そして、センサ室１２Ａ内に検知素子を内装した検知部１３ａを露出させるようにガスセンサ１３Ａが挿設されている。
【００２１】
一次室１４は横向き略円柱状の空間であり、側壁に排気導入管７が接続する接続管１１ｃが開口してエンジン１の排気管側と連通している。また、その底壁には大気側に連通する排出孔１６ａ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）１５が挿設されている。
【００２２】
センサ室１２Ａは、一次室１４寄りの大径部分とこれから大気側に開口する排出孔１６ｂまで連通させる横向き円柱状の小径部分とからなり、連通孔１７で一次室１４と連通している。センサ室１２Ａの小径部分はその内周面の中央部上側からガスセンサ１３Ａの検知部１３ａ側が露出している。
【００２３】
また、一次室１４とセンサ室１２Ａとを連通させる連通孔１７にも、排気流量を所定量に制限するオリフィス１５が配設されて一次室１４からセンサ室１２Ａ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１４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、排気測定のための流量としては充分である。一方、排出孔１６ｂにもオリフィス１５が配置してあり、センサ室１２Ａ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。尚、本実施の形態では３箇所に配置したオリフィス１５は同一部品で同一口径であるが、これは目的に応じて適宜交換してそれぞれ異なる径としてもよいことは言うまでもない。
【００２４】
ガスセンサユニット１０Ａをエンジン１側に吊着する掛金具２０，懸吊バンドからなる支持手段１９，固定ベルト１８で防振効果を有する支持手段を構成しており、耐候性ナイロンなどの高分子樹脂からなりリング状に形成された懸吊バンドからなる支持手段１９は多方向に弾性を発揮するものであり、この部分がエンジンからの振動の大部分を吸収しながら支持（懸吊）するようになっている。尚、懸吊バンドからなる支持手段１９は、市販の結束バンドを用いて適当な大きさのリング状に形成して作成することができる。また、排気導入管７は軟質樹脂製で適度な粘弾性を有しており、エンジンからの振動を吸収するとともにガスセンサユニット１０Ａをエンジン１から離れた側方の所定位置に支持することに役立っている。
【００２５】
本実施の形態のガスセンサユニット１０Ａは以上のような構成であり、振動源であるエンジン１に近い箇所に設けても多方向に弾性を発揮する懸吊バンドからなる支持手段１９，１９により振動を充分に吸収して、検知部１３ａの白金コイルに断線が発生することを有効に回避することができる。
【００２６】
以下に本発明の第二の実施の形態を説明すると、図３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本実施の形態におけるガスセンサユニット１０Ｂの縦断面図、平面図、左側面図を示しており、ガスセンサユニット１０Ｂはエンジン１に配設する気化器の外壁に固定して設けられるものであり、センサ室１２Ｂ中でガスセンサ１３Ｂが防振効果を有する支持手段であって弾性支持部材としての３本の支持バネからなる弾性支持部材２３ａ，２３ｂ，２３ｂによりエンジン１に対し相対的に所定範囲で遊動自在に支持されていることを特徴とする。
【００２７】
図３（Ａ）に示すように、ガスセンサユニット１０Ｂは金属製のブロック状部材であるケーシング１１Ｂのほぼ中央部に、図中上方から円柱状に穿設されてなるセンサ室１２Ｂを備え、センサ室１２Ｂの一側方にエンジン１の排気管と連通して排気を導入する導入孔２２ａが開口し、これと反対側に大気側と連通して排気を排出する排出孔２２ｂが開口している。そして、円柱状の空間であるセンサ室１２Ｂ内において、これよりも小径・短尺で略円柱状をなすガスセンサ１３Ｂが、その外面をセンサ室１２Ｂの内壁から所定距離を有した状態で支持されている。
【００２８】
ガスセンサ８３Ｂは、第一の実施の形態のガスセンサ１３Ａとほぼ同様のものであって、白金コイルを有する検知素子を内装した検知部１３ａでＣＯなどの可燃性ガス濃度を検出する接触燃焼式のガスセンサであり、先端側の検知部１３ａをセンサ室１２Ｂの底壁に向けて配置され、基端側から延出された配線１３ｆ，１３ｆはセンサ室１２Ｂ開口部を封止する蓋部材２５外側面に接続端子１３ｃ，１３ｃを形成し、これらに配線１３ｄ、１３ｄが接続している（図３の（Ｂ）参照）。
【００２９】
ガスセンサ１３Ｂは、検知部１３ａ側を防振バネからなる弾性支持部材２３ａでセンサ室１２Ｂ底壁側から支持され、基端側を２本の防振バネからなる弾性支持部材２３ｂ，２３ｂで蓋部材２５内側面側から懸吊されて、センサ室１２Ｂの略中央位置で支持されている。防振バネからなる弾性支持部材２３ａは、防振バネからなる弾性支持部材２３ｂの径の４倍の径を有してガスセンサ１３Ｂを下から支えるように配置され、防振バネからなる弾性部材２３ｂはガスセンサ１３Ｂ基端側から延出された配線１３ｆ、１３ｆが内側を貫通するように配置されている。
【００３０】
本実施の形態のガスセンサユニット１０Ｂは以上のような構成であり、ガスセンサ１３Ｂが３本の防振バネからなる弾性支持部材２３ａ，２３ｂ，２３ｂで支持されて縦方向のみならず、横方向およびこれらの合成した方向などあらゆる方向にガスセンサ１３Ｂを遊動自在とするものである。しかも一方向のみからの防振バネからなる弾性部材による支持または懸吊と異なり、ガスセンサ１３Ｂが過剰に遊動してセンサ室１２Ｂ内壁に衝突したり、揺れの収束が遅延したりすることがないため、振動に弱い検知素子が破損してしまうことを有効に回避することができるものである。
【００３１】
尚、ガスセンサ１３Ｂを支持するための弾性支持部材は、防振バネからなる弾性支持部材２３ａ，２３ｂ，２３ｂに限らず複数のゴムベルトでガスセンサ１３Ｂの先端側および基端側を牽引する状態で配置するなど、様々な手段で代用することができるが、組み立ての容易さ、制振の確実性および耐久性からバネからなる弾性部材が好適である。また、防振バネからなる弾性部材の配置および数は本実施の形態におけるものに限らず、例えばガスセンサ１３Ｂ側面を支持するものなど、様々な態様で実施することができる。
【００３２】
また、ガスセンサユニット１０Ｂはエンジン１の気化器に直接取付けるものであり気化器側もこれに対応した構成となるが、本実施の形態では排気の少なくとも一部を気化器内に直接導く排気戻し孔２２ｃを設けてあり、その戻し量を適宜調整可能としてある。これにより排気の性状をより良好なものとして排気規制に適合しやすくなるなどの効果を発揮するが、排気を戻すための配管部品は新たに必要としないため製造コストの面でも有利である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明における第一の実施の形態のガスセンサユニットの斜視図。
【図２】図１のガスセンサユニットの縦断面図。
【図３】（Ａ）は本発明における第二の実施の形態のガスセンサユニットの縦断面図、（Ｂ）は図１のガスセンサユニットの平面図、（Ｃ）は左側面。
【符号の説明】
【００３４】
１  エンジン、  ７  排気導入管、  １０Ａ，１０Ｂ  ガスセンサユニット、  １１Ａ，１１Ｂ  ケーシング、  １２Ａ，１２Ｂ  センサ室、  １３Ａ，１３Ｂ  ガスセンサ、  １３ａ  検知部、  １３ｂ，１３ｃ  端子、  １３ｄ，１３ｆ  配線、  １４  一次室、  １６ａ，１６ｂ，２２ｂ  排出孔、  １８  固定ベルト、  １９  支持手段、  ２０  掛金具、  ２２，２３  弾性支持部材、２２ａ  導入孔、  ２２ｃ  排気戻し孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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