(57)【要約】【課題】本発明は、触媒前後に配置された空燃比センサおよび／または酸素濃度センサの測定値を比較することにより内燃機関の失火を検出するシステムにおいて、内燃機関の失火を精度良く検出可能な技術を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、触媒（６）より上流の排気通路に配置された第１酸素濃度センサ（７）と、触媒（６）より下流に配置された第２酸素濃度センサ（８）と、第１酸素濃度センサの測定値及び第２酸素濃度センサの測定値を比較することにより内燃機関の失火を検出する検出手段（１０）とを備えた内燃機関の失火検出システムにおいて、第１酸素濃度センサ（７）のカバー（７３）は、第２酸素濃度センサ（８）のカバー（８３）に比して未燃燃料成分の通過率が低くなるようにした。【選択図】図４
2008038652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
触媒より上流の排気通路に配置された第１酸素濃度センサと、
触媒より下流に配置された第２酸素濃度センサと、
前記第１酸素濃度センサの測定値及び前記第２酸素濃度センサの測定値を比較することにより内燃機関の失火を検出する検出手段と、
を備えた内燃機関の失火検出システムにおいて、
前記第１酸素濃度センサの酸化能が前記第２酸素濃度センサの酸化能より低くされることを特徴とする内燃機関の失火検出システム。
【請求項２】
請求項１において、前記第１酸素濃度センサ及び前記第２酸素濃度センサは、酸化能が付加された検出素子と、該検出素子を覆うカバーとを具備し、
前記第１酸素濃度センサのカバーは、前記第２酸素濃度センサのカバーに比して未燃燃料成分の通過率が低いことを特徴とする内燃機関の失火検出システム。
【請求項３】
請求項２において、前記第１酸素濃度センサ及び前記第２酸素濃度センサのカバーには、該カバー内へ排気が出入りする流通孔が設けられており、
前記第１酸素濃度センサのカバーは、前記第２酸素濃度センサのカバーに比して、流通孔の数が少ないことを特徴とする内燃機関の失火検出システム。
【請求項４】
請求項２において、前記第１酸素濃度センサ及び前記第２酸素濃度センサのカバーには、該カバー内へ排気が出入りする流通孔が設けられており、
前記第１酸素濃度センサのカバーは、前記第２酸素濃度センサのカバーに比して、流通孔の断面積が小さいことを特徴とする内燃機関の失火検出システム。
【請求項５】
請求項２において、前記第１酸素濃度センサのカバーの表面には、未燃燃料成分を吸着する吸着材が付加されていることを特徴とする内燃機関の失火検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の失火を検出するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の失火を検出する技術として、触媒前後に配置された空燃比センサの測定値の差に基づいて失火を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平４−３７０３５０号公報
【特許文献２】特公平５−６７７６６号公報
【特許文献３】特開２００１−２８９１１１号公報
【特許文献４】特開２００４−３１６４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年では未燃燃料成分を酸化可能な空燃比センサや酸素濃度センサが普及してきている。このような空燃比センサ又は酸素濃度センサが触媒前後に配置された場合は、上記した従来技術により内燃機関の失火を検出することが困難となる。
【０００４】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、触媒前後に配置された空燃比センサおよび／または酸素濃度センサの測定値を比較することにより内燃機関の失火を検出するシステムにおいて、内燃機関の失火を精度良く検出可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記した課題を解決するために、触媒の上下流に配置された２つの酸素濃度センサの測定値に基づいて内燃機関の失火を検出するシステムにおいて、触媒上流の酸素濃度センサは、触媒下流の酸素濃度センサに比して、排気中の未燃燃料成分を酸化する能力が低くなるよう構成した。
【０００６】
詳細には、内燃機関の排気通路に配置された触媒と、触媒より上流の排気通路に配置された第１酸素濃度センサと、触媒より下流に配置された第２酸素濃度センサと、前記第１酸素濃度センサの測定値及び前記第２酸素濃度センサの測定値を比較することにより内燃機関の失火を検出する検出手段と、を備えた内燃機関の失火検出システムにおいて、前記第１酸素濃度センサの酸化能が前記第２酸素濃度センサの酸化能より低くされる。
【０００７】
尚、本発明にかかる酸素濃度センサは、空燃比センサやＯ２センサの何れであってもよい。また、第１及び第２酸素濃度センサの酸化能は、主として排気中の未燃燃料成分を酸化する能力である。
【０００８】
内燃機関が失火した場合は、排気中に含まれる未燃燃料成分及び酸素の量が増加する。このため、内燃機関が失火した場合に、触媒上流の酸素濃度は、内燃機関が失火していない場合に比べ大幅に高く（リーン）なる。
【０００９】
また、排気中の未燃燃料成分と酸素は触媒において酸化反応を起こすため、触媒下流の酸素濃度は内燃機関が失火した場合と失火しない場合とで殆ど差を生じない。
【００１０】
よって、触媒上流の酸素濃度が触媒下流の酸素濃度に対して高く（リーン）なると、内燃機関が失火したとみなすことが可能となる。
【００１１】
ところで、第１及び第２酸素濃度センサが未燃燃料成分を酸化する能力を具備していると、排気中の未燃燃料成分と酸素が第１酸素濃度センサにおいて酸化反応を起こすようになる。
【００１２】
このため、内燃機関が失火した場合であっても第１酸素濃度センサの測定値が大幅に高くなることがなくなる。その結果、内燃機関が失火した場合に、第１酸素濃度センサの測定値と第２酸素濃度センサの測定値との間に明確な差が生じ難くい。
【００１３】
そこで、本発明にかかる内燃機関の失火検出システムでは、第１酸素濃度センサの酸化能を第２酸素濃度センサの酸化能より低くした。
【００１４】
かかる構成によれば、内燃機関が失火した場合に、排気中の未燃燃料成分及び酸素が第１酸素濃度センサにおいて酸化反応を起こし難くなる。このため、第１酸素濃度センサの測定値と第２酸素濃度センサの測定値との間に明確な差が生じる。その結果、検出手段は、第１及び第２酸素濃度センサの測定値を比較することによって内燃機関の失火を検出可能となる。
【００１５】
尚、酸素濃度センサは、酸素濃度を検出するための検出素子と、検出素子を覆うカバーとを備えている。前記カバーの複数箇所には、該カバーの内外を連通する孔（流通孔）が設けられている。また、前記カバー内の検出素子近傍には、排気中の未燃燃料成分を酸化するための酸化触媒が設けられている。
【００１６】
このような構成の酸素濃度センサにおいて酸化能を低くする方法としては、排気中の未燃燃料成分がカバー内へ流入し難くする（未燃燃料成分の通過率を低くする）方法を例示することができる。
【００１７】
未燃燃料成分は、酸素に比して分子量が重いため運動方向を急速に転換することができない。そこで、流通孔が排気の流れ方向と正対しない位置に配置された場合、流通孔の数が少なくされた場合、或いは流通孔の断面積が小さくされた場合は、排気中の酸素がカバー内へ流入し易く、且つ排気中の未燃燃料成分がカバー内へ流入し難くなる。
【００１８】
従って、（１）第１酸素濃度センサにおいて排気の流れと正対する位置に配置される流通孔の数が第２酸素濃度センサより少なくされる、（２）第１酸素濃度センサの流通孔の数が第２酸素濃度センサより少なくされる、或いは（３）第１酸素濃度センサの流通孔の断面積が第２酸素濃度センサより小さくされると、第１酸素濃度センサの酸化能が第２酸素濃度センサの酸化能より低くなる。
【００１９】
また、第１酸素濃度センサの酸化能を第２酸素濃度センサの酸化能より低くする他の方法としては、第１酸素濃度センサのカバー表面にのみ、未燃燃料成分を吸着する吸着材を付加する方法を例示することができる。
【００２０】
尚、本発明にかかる内燃機関の失火検出システムにおいて、検出手段は、第１酸素濃度センサの測定値と第２酸素濃度センサの測定値との比較に加え、触媒温度の変化量も考慮して内燃機関の失火を検出するようにしてもよい。
【００２１】
内燃機関が失火した場合は、多量の未燃燃料成分が触媒において酸化されるため、触媒の温度が大幅に上昇する。よって、検出手段は、第１酸素濃度センサの測定値が第２酸素濃度センサの測定値より高く、且つ触媒温度の上昇量が多い時に、内燃機関が失火したとみなすようにしてもよい。この方法によれば、失火の検出精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、触媒前後に配置された空燃比センサおよび／または酸素濃度センサの測定値を比較することにより内燃機関の失火を検出するシステムにおいて、内燃機関の失火を精度良く検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【００２４】
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図４に基づいて説明する。図１は、本発明に係る内燃機関の失火検出システムの概略構成を示す図である。
【００２５】
図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を具備した圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１には、吸気通路３と排気通路４が接続されている。吸気通路３と排気通路４には、遠心過給器５のコンプレッサハウジング５０とタービンハウジング５１が各々配置されている。
【００２６】
タービンハウジング５１より下流の排気通路４には、排気浄化装置６が配置されている。排気浄化装置６は、ケーシング内に触媒が装填された装置である。前記した触媒としては、（１）吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、（２）酸化触媒、（３）吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が併設されたパティキュレートフィルタ、或いは（４）酸化触媒が併設されたパティキュレートフィルタ等を例示することができる。
【００２７】
タービンハウジング５１と排気浄化装置６との間の排気通路４には、上流側空燃比センサ７が配置されている。上流側空燃比センサ７は、本発明にかかる第１酸素濃度センサの一実施態様である。
【００２８】
図２は、上流側空燃比センサ７の構成を示す断面図である。上流側空燃比センサ７は、排気中の酸素量に応じた電気信号を出力する検出素子７０を備えている。検出素子７０の表面の一部又は全部には、排気中の未燃燃料成分を酸化する触媒層７１が形成されている。
【００２９】
上記した検出素子７０及び触媒層７１は、二重構造のカバー７２，７３により覆われている（以下、２つのカバー７２，７３のうち、内側のカバー７２を「内カバー７２」と記すとともに、外側のカバー７３を「外カバー７３」と記す）。
【００３０】
前記した内カバー７２には、該内カバー７２の内外を連通する流通孔７２０が複数箇所に設けられている。前記した外カバー７３にも、内カバー７２と同様の流通孔７３０が複数箇所に設けられている。
【００３１】
ここで図１に戻り、排気浄化装置６より下流の排気通路４には、下流側空燃比センサ８と排気温度センサ９が配置されている。下流側空燃比センサ８は、本発明にかかる第２酸素濃度センサの一実施態様である。
【００３２】
図３は、下流側空燃比センサ８の構成を示す断面図である。下流側空燃比センサ８も、上流側空燃比センサ７と同様に、検出素子８０、触媒層８１、内カバー８２、及び外カバー８３を備え、内カバー８２と外カバー８３には流通孔８２０，８３０が各々設けられている。
【００３３】
上記した上流側空燃比センサ７、下流側空燃比センサ８、及び排気温度センサ９の出力信号（測定値）は、ＥＣＵ１０へ入力されるようになっている。ＥＣＵ１０は、上流側空燃比センサ７、下流側空燃比センサ８、及び排気温度センサ９等の測定値に基づいて種々の処理や制御を行う電子制御ユニットである。
【００３４】
例えば、ＥＣＵ１０は、上流側空燃比センサ７の測定値と下流側空燃比センサ８の測定値とを比較することにより、内燃機関１の失火検出処理を行う。
【００３５】
内燃機関１が失火すると、排気中の未燃燃料成分（例えば、炭化水素（ＨＣ）等）の量が増加するとともに、酸素（Ｏ２）の量も増加する。
【００３６】
この場合、上流側空燃比センサ７は排気中の多量の酸素を検出するため、該上流側空燃比センサ７の測定値は機関空燃比（内燃機関１に供給された燃料と空気との比）に対して高い値（リーンな値）を示す（以下、この現象を「リーンずれ」と称する）。
【００３７】
一方、下流側空燃比センサ８の測定値は機関空燃比と略同等の値を示す。これは、排気中の未燃燃料成分と酸素が排気浄化装置６の触媒により酸化反応を起こすためである。
【００３８】
よって、内燃機関１が失火した場合は、上流側空燃比センサ７の測定値が下流側空燃比センサ８の測定値に比して大幅にリーンな値を示すことになる。
【００３９】
ところで、上流側空燃比センサ７は触媒層７１を備えているため、内燃機関１が失火した場合にリーンずれを起こし難い。このため、内燃機関１が失火した場合であっても上流側空燃比センサ７の測定値と下流側空燃比センサ８の測定値との差が小さくなり、ＥＣＵ１０が内燃機関１の失火を検出することができない可能性がある。
【００４０】
そこで、本実施例の内燃機関の失火検出システムは、上流側空燃比センサ７の酸化能を下流側空燃比センサ８の酸化能より低くした。
【００４１】
上流側空燃比センサ７の酸化能が下流側空燃比センサ８の酸化能より低くされると、上流側空燃比センサ７がリーンずれを起こし易く且つ下流側空燃比センサ８がリーンずれを起こし難くなる。このため、排気中に含まれる未燃燃料成分の量が多くなるほど、上流側空燃比センサ７の測定値と下流側空燃比センサ８の測定値との差が大きくなる。
【００４２】
よって、内燃機関１が失火した場合に、上流側空燃比センサ７の測定値と下流側空燃比センサ８の測定値との間に明確な差が生じ、ＥＣＵ１０が内燃機関１の失火を精度良く検出することができる。
【００４３】
以下、上流側空燃比センサ７の酸化能を下流側空燃比センサ８の酸化能より低くする方法について述べる。
【００４４】
図４は、上流側空燃比センサ７及び下流側空燃比センサ８の正面図である。図４中の（ａ）は上流側空燃比センサ７の正面図であり、（ｂ）は下流側空燃比センサ８の正面図である。
【００４５】
図４において、上流側空燃比センサ７の外カバー７３に設けられる流通孔７３０の個数は、下流側空燃比センサ８の外カバー８３に設けられる流通孔８３０の個数より少なくされている。
【００４６】
この場合、排気中の未燃燃料成分は、上流側空燃比センサ７の外カバー７３内へ流入し
難く、且つ下流側空燃比センサ８の外カバー８３内へ流入し易くなる。つまり、上流側空燃比センサ７の外カバー７３は、下流側空燃比センサ８の外カバー８３に比して未燃燃料成分の通過率が低くなる。
【００４７】
一方、排気中の酸素は未燃燃料成分に比して分子量が軽く、運動方向を急速に転換可能であるため、上流側空燃比センサ７の外カバー７３と下流側空燃比センサ８の外カバー８３とで酸素の通過率に大幅な差は生じない。
【００４８】
従って、内燃機関１が失火した場合に、上流側空燃比センサ７の外カバー７３内には未燃燃料成分が殆ど流入せずに多量の酸素が流入するようになる。その結果、上流側空燃比センサ７の検出素子７０はリーンずれを起こし易い。
【００４９】
これに対し、下流側空燃比センサ８の外カバー８３内には未燃燃料成分が流入し易いため、排気浄化装置６の触媒において酸化しきれなかった未燃燃料成分が触媒層８１で酸化されるようになる。その結果、内燃機関１が失火した場合に、下流側空燃比センサ８の検出素子８０はリーンずれを起こし難い。
【００５０】
このように上流側空燃比センサ７の検出素子７０がリーンずれを起こし易く、且つ下流側空燃比センサ８の検出素子７０がリーンずれを起こし難くなると、内燃機関１が失火した場合に上流側空燃比センサ７の測定値と下流側空燃比センサ８の測定値との差が明確になるため、ＥＣＵ１０が内燃機関１の失火を精度良く検出することが可能となる。
【００５１】
尚、本実施例では、上流側空燃比センサ７の外カバー７３と下流側空燃比センサ８の外カバー８３との未燃燃料成分の通過率を相違させる方法として、流通孔７３０．８３０の個数を相違させる方法を例示したが、これに限られないことは勿論である。
【００５２】
例えば、上流側空燃比センサ７の流通孔７３０の断面積が下流側空燃比センサ８の流通孔８３０の断面積より小さくされてもよい。また、排気の流れと正対する部分のみにおいて、上流側空燃比センサ７の流通孔７３０の個数が下流側空燃比センサ８の流通孔８３０の個数より少なくされるようにしてもよい。更に、上流側空燃比センサ７の流通孔７３０と下流側空燃比センサ８の流通孔８３０とで個数に加えて断面積も相違させるようにしてもよい。
【００５３】
また、外カバー７３，８３の流通孔７３０，８３０の個数および／または断面積を相違させる代わりに、内カバー７２，８２の流通孔７２０，８２０の個数および／または断面積を相違させてもよく、外カバー７３，８３の流通孔７３０，８３０と内カバー７２，８２の流通孔７２０，８２０との相対位置を相違させるようにしてもよい。
【００５４】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００５５】
前述した第１の実施例では、上流側空燃比センサ７の酸化能を下流側空燃比センサ８の酸化能より低くする方法として、流通孔７２０，８２０，７３０，８３０の個数および／または断面積および／または相対位置を相違させる方法を例示したが、本実施例では上流側空燃比センサ７の外カバー７３の表面、および／または内カバー７２の表面に未燃燃料成分を吸着する吸着層を設ける例について述べる。
【００５６】
上流側空燃比センサ７の外カバー７３の表面、および／または内カバー７２の表面に未燃燃料成分を吸着する吸着層が設けられると、排気中の未燃燃料成分が上流側空燃比セン
サ７の触媒層７１へ到達し難くなる。つまり、上流側空燃比センサ７の外カバー７３および／または内カバー７２は、下流側空燃比センサ８の外カバー８３および／または内カバー８２に比して未燃燃料成分の通過率が低くなる。
【００５７】
従って、内燃機関１が失火した場合に上流側空燃比センサ７の測定値と下流側空燃比センサ８の測定値との差が明確になるため、ＥＣＵ１０が内燃機関１の失火を精度良く検出することが可能となる。
【００５８】
尚、前述した第１の実施例と本実施例の構成は、可能な限り組み合わせることができる。その場合、内燃機関１が失火した際の上流側空燃比センサ７の測定値と下流側空燃比センサ８の測定値との差が一層明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】上流側空燃比センサの構成を示す断面図である。
【図３】下流側空燃比センサの構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）は上流側空燃比センサの正面図であり、（ｂ）は下流側空燃比センサの正面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
３・・・・・吸気通路
４・・・・・排気通路
５・・・・・遠心過給機（ターボチャージャ）
６・・・・・排気浄化装置（触媒）
７・・・・・上流側空燃比センサ（第１酸素濃度センサ）
８・・・・・下流側空燃比センサ（第２酸素濃度センサ）
９・・・・・排気温度センサ
１０・・・・ＥＣＵ（検出手段）
７０・・・・検出素子
７１・・・・触媒層
７２・・・・内カバー
７３・・・・外カバー
８０・・・・検出素子
８１・・・・触媒層
８２・・・・内カバー
８３・・・・外カバー
【図１】
2008038652.tif 000003
【図２】
2008038652.tif 000004
【図３】
2008038652.tif 000005
【図４】
2008038652.tif 000006