(57)【要約】      （修正有）【課題】検出素子の温度が低下することが防止でき、検出素子の温度を常に良好な状態に保つことができる内燃機関の酸素検出装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に配置され、排気中の酸素を検出する検出素子３４が素子カバー３５に覆われた内燃機関の酸素検出装置であって、前記素子カバー３５は当該素子カバーの内部と外部とを連通させる連通孔３６が設けられ、前記酸素検出装置は、前記検出素子を保温するための所定条件が成立したとき前記連通孔を閉塞する可動カバーを備えたことを特徴とする。【選択図】図２
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【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、排気中の酸素を検出する検出素子が素子カバーに覆われた内燃機関の酸素検出装置であって、前記素子カバーは当該素子カバーの内部と外部とを連通させる連通孔が設けられ、前記酸素検出装置は、前記検出素子を保温するための所定条件が成立したとき前記連通孔を閉塞する可動カバーを備えたことを特徴とする内燃機関の酸素検出装置。  
【請求項２】
前記酸素検出装置は、前記所定条件が成立したとき前記連通孔が閉塞される位置に前記可動カバーを移動させる駆動装置を備え、前記駆動装置は、ダイアフラムにより定圧室と負圧室とに区分されたダイアフラムボックスと、前記ダイアフラムと前記可動カバーとを連結させる連結軸と、前記負圧室と前記内燃機関の吸気通路とを連通させる負圧管と、前記負圧管に設けられ前記所定条件が成立したとき前記吸気通路と前記負圧室とを連通させる制御弁とで構成されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の酸素検出装置。
【請求項３】
前記酸素検出装置は、前記内燃機関が所定期間以上停止したことを前記所定条件として設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の酸素検出装置。
【請求項４】
前記酸素検出装置は、前記酸素検出装置が低温状態と判断され、当該酸素検出装置に設けられたヒータが作動状態であることを前記所定条件として設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の酸素検出装置。
【請求項５】
前記酸素検出装置は、前記内燃機関の始動から所定時間以内である場合に前記低温状態と判断されることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の酸素検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の酸素検出装置に係り、特に、内燃機関が排出する排気の酸素を検出する検出素子の温度低下の防止を図った内燃機関の酸素検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護意識の高まりとともに、自動車の排気ガス規制が強化されてきた。自動車に搭載される内燃機関の燃料噴射制御においては、排気の有害成分浄化機能を有する触媒の上流側および下流側に排気の酸素を検出する酸素検出装置をそれぞれ配置し、酸素検出装置およびその他の検出装置から入力する検出信号により常に情報をフィードバックし、低エミッションとなるよう燃料噴射量を制御するシステムが主流となっている。
また同時に、このシステムは、触媒の排気浄化能力が低下した場合に、これを運転者に知らせる故障診断装置としても用いられている。このシステムをより高い精度で実行させるには、酸素検出装置の感度を常に良好な状態に保つ必要がある。そのためには、検出素子の温度を十分に高い状態（活性状態）に保つ必要がある。通常、酸素検出装置の検出素子は、排気の熱によって温度が高い状態に保たれている。
従来、内燃機関の酸素検出装置においては、例えば特許文献１のように、酸素を検出する検出素子を第１のカバーで覆い、さらにこの第１のカバーを第２のカバーで覆い、第１および第２のカバーに検出素子の基端部から先端部に向かう方向に延びる連通孔を設けた酸素検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５１７３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１のような酸素検出装置は、検出素子の温度が低温である場合、酸素の検出精度が低下することが知られており、この低温状態を早期に解消するために酸素検出装置にヒータを備え、冷温状態である場合は、ヒータによって早期暖機を行っていた。
しかし、車両の運転状況は多岐に渡るため、降坂時等の燃料カット運転や、アイドル待機のような排気温度の低い状態が継続する場合は、酸素検出装置の検出素子の温度が低下し、素子温度を常に良好な状態に保つことが難しかった。このような検出素子の温度が低下した状態では、検出情報を利用する燃料噴射量制御の精度が低下して、排気中の有害成分増加、及び、触媒や酸素検出装置の故障診断システムの精度低下、誤動作を引き起こす可能性があった。
【０００５】
この発明は、検出素子の温度が低下することが防止でき、検出素子の温度を常に良好な状態に保つことができる内燃機関の酸素検出装置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】
【０００６】
この発明は、吸気通路と排気通路とを備えた内燃機関と、前記排気通路に配置され検出素子が素子カバーに覆われた内燃機関の酸素検出装置であって、前記素子カバーは当該素子カバーの内部と外部とを連通させる連通孔が設けられ、前記酸素検出装置は、前記検出素子を保温するための所定条件が成立したとき前記連通孔を閉塞する可動カバーを備えたことを特徴とする。  
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、検出素子が保温を必要とする状況では可動カバーが素子カバーの連通孔を閉塞するので、外部から素子カバー内への排気の流入を遮断することができ、検出素子が温度低下した排気に接触することを回避でき、検出素子の温度を常に良好な状態に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は酸素検出装置を備えた内燃機関のシステム構成図である。（実施例）
【図２】図２は内燃機関の酸素検出装置の組み立て図である。（実施例）
【図３】図３（Ａ）は素子カバーの連通孔が開放されている状態を示す図、図３（Ｂ）は素子カバーの連通孔が閉塞されている状態を示す図である。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１０】
図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。図１において、１は内燃機関、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はシリンダヘッドカバー、５はピストン、６は燃焼室、７は吸気ポート、８は排気ポート、９は吸気弁、１０は排気弁、１１は吸気カム軸、１２は排気カム軸である。
内燃機関１は、吸気系として、エアクリーナから吸気管１３とスロットルボディ１４とサージタンク１５と吸気マニホルド１６とを順次に接続し、吸気ポート７に連通する吸気通路１７を備えている。内燃機関１は、スロットルボディ１４の吸気通路１７にスロットルバルブ１８を備えている。また、内燃機関１は、排気系として、排気マニホルド１９と触媒コンバータ２０と排気管２１とを順次に接続し、排気ポート８に連通する排気通路２２を備えている。触媒コンバータ２０は、排気の有害成分浄化機能を有する触媒２３を内蔵している。
前記内燃機関１は、吸気ポート７に燃料を噴射する燃料噴射弁２４をシリンダヘッド３に配置し、触媒２３の上流側および下流側に排気中の酸素を検出する酸素検出装置２５・２６をそれぞれ配置している。前記燃料噴射弁２４、前記上流側と下流側との酸素検出装置２５・２６は、それぞれリード線２７〜２９により制御装置３０に接続している。制御装置３０は、上流側および下流側の酸素検出装置２５・２６、およびその他の検出装置３１から入力する信号に基づき常に情報をフィードバックし、低エミッションとなるよう燃料噴射弁２４の燃料噴射量を制御する。
【００１１】
前記内燃機関１の酸素検出装置２５・２６は、同様に構成されているので、以下においては下流側の酸素検出装置２６を中心に説明する。
酸素検出装置２６は、図２に示すように、ハウジング３２を備えている。ハウジング３２の一側には、内燃機関１に取り付けるための取付部３３を備え、排気中の酸素濃度を検出する検出素子３４を保持している。検出素子３４は、円筒形状の素子カバー３５により覆われている。素子カバー３５には、この素子カバー３５の内部と外部とを連通させる複数の連通孔３６が周方向に設けられている。ハウジング３２には、検出素子３４を暖機するヒータ３７を内蔵している。ハウジング３２の他側には、検出素子３４及びヒータ３７から延びる前記リード線２９を保持する筒状の保持部３８を取り付けている。
酸素検出装置２６は、図１に示すように、素子カバー３５により覆われた検出素子３４を排気通路２２に臨ませて、ハウジング３２の取付部３３により排気管２１に取り付けられる。排気管２１に取り付けられた酸素検出装置２６は、外部の排気通路２２から連通孔３６により素子カバー３５の内部に排気を流入させ、検出素子３４に排気を接触させて排気中の酸素を検出する。また、酸素検出装置２６は、検出素子３４の温度が低温状態である場合、ヒータ３７に通電して早期暖機を果たし、酸素の検出精度の低下を防止する。
酸素検出装置２６には、図２に示すように、検出素子３４を保温するための所定条件が成立したときに、連通孔３６を閉塞する可動カバー３９を備えている。可動カバー３９は、円筒形状に形成され、素子カバー３５の連通孔３６と対応する複数の透孔４０を周方向に備えている。可動カバー３９は、素子カバー３５の外周に軸方向移動可能に装着される。可動カバー３９は、前記所定条件の成立時に透孔４０が連通孔３６から離れた位置となるように移動されて連通孔３６を閉塞し、所定条件の不成立時に透孔４０が連通孔３６に合致する位置となるように移動されて連通孔３６を開放する。
【００１２】
前記酸素検出装置２６は、前記所定条件が成立したときに連通孔３６を閉塞するように前記可動カバー３９を移動させる駆動装置４１を備えている。駆動装置４１は、図１に示すように、ダイアフラムボックス４２と、連結軸４３と、負圧管４４と、制御弁４５とで構成されている。
前記ダイアフラムボックス４２は、図３に示すように、ダイアフラム４６により定圧室４７と負圧室４８とに区分されている。前記連結軸４３は、ハウジング３２の貫通孔４９を貫通して、ダイアフラム４６の定圧室４７側と可動カバー３９とを連結している。前記負圧管４４は、負圧室４８と内燃機関１のサージタンク１５の吸気通路１７とを連通させている。前記制御弁４５は、負圧管４４の途中に設けられ、前記所定条件が成立したときに負圧管４４を開放して吸気通路１７と負圧室４８とを連通させ、前記所定条件が不成立したときに負圧管４４を閉鎖して吸気通路１７と負圧室４８とを遮断する。
駆動装置４１の制御弁４５は、信号線５０により前記制御装置３０に接続している。制御装置３０は、前記検出素子３４を保温するための所定条件として、内燃機関１が所定期間以上停止したことを設定し、また、酸素検出装置２６が低温状態と判断され、かつ当該酸素検出装置２６に設けられたヒータ３７が作動状態であることを設定している。制御装置３０は、前記内燃機関１の始動から所定時間以内である場合に、前記酸素検出装置２６が低温状態と判断する。
【００１３】
前記制御装置３０は、前記検出素子３４を保温するための所定条件および前記酸素検出装置２６の低温状態を判断するために、内燃機関１の始動・停止や運転時間などの駆動情報、酸素検出装置２６の温度情報を入力する情報入力部５１を備えている。制御装置３０は、情報入力部５１から入力する情報に基づいて、内燃機関１が所定期間以上停止した判断され、また、内燃機関１の始動から所定時間以内で酸素検出装置２６が低温状態と判断され、かつ酸素検出装置２６のヒータ３７が作動状態である場合に、検出素子３４を保温するための所定条件が成立したと判断する。
これにより、制御装置３０は、前記所定条件が成立したときには駆動装置４１の制御弁４５を開放動作して負圧管４４を開放し、吸気通路１７と負圧室４８とを連通させてダイアフラムボックス４２の負圧室４８に吸気負圧を作用させ、ダイアフラム４６を負圧室４８側に移動させる。駆動装置４１は、連結軸４３によりダイアフラム４６に連結された可動カバー３９を透孔４０が連通孔３６から離れた位置となるように移動させ、素子カバー３５の連通孔３６を閉塞する。
一方、制御装置３０は、前記所定条件が不成立したときには制御弁４４により制御弁４５を閉鎖動作して負圧管４４を閉鎖し、吸気通路１７と負圧室４７とを遮断してダイアフラムボックス４２の負圧室４８に作用する吸気負圧を開放し、ダイアフラム４６を定圧室４７側に移動させる。駆動装置４１は、連結軸４３によりダイヤフラム４６に連結された可動カバー３９を透孔４０が連通孔３６に合致する位置となるように移動させ、素子カバー３５の連通孔３６を開放する。
【００１４】
次に、作用を説明する。
酸素検出装置２６は、情報入力部５１から内燃機関１の駆動情報や酸素検出装置２６の温度情報を入力する制御装置３０によって、検出素子３４を保温するための所定条件が成立するかを判断する。
制御装置３０は、内燃機関１が所定期間以上停止して排気温度が低下するような運転状況（例えば、下り坂走行による長時間燃料カット走行時等）となり、検出素子３４を保温するための所定条件が成立すると、図３（Ｂ）に示すように、駆動装置４１の制御弁４５に駆動指令信号を出力して開放動作させ、負圧管４４を開放する。
駆動装置４１は、負圧管４４の開放により吸気通路１７と負圧室４８とが連通し、ダイアフラムボックス４２の負圧室４８に吸気負圧が作用し、ダイアフラム４６を負圧室４８側に移動させる。連結軸４３によりダイアフラム４６に連結された可動カバー３９は、透孔４０が連通孔３６から離れた位置となるように移動し、連通孔３６を閉塞する。
これに対して、制御装置３０は、内燃機関１が排気温度の低下しないような運転状況において、検出素子３４を保温するための所定条件が不成立すると、図３（Ａ）に示すように、駆動装置４１の制御弁４５への駆動指令信号の出力を無しにして閉鎖動作させ、負圧管４４を閉鎖する。
駆動装置４１は、負圧管４４の閉鎖により吸気通路１７と負圧室４８とが遮断され、ダイアフラムボックス４２の負圧室４８を開放し、ダイアフラム４６を負圧室４８側に移動させる。連結軸４３によりダイアフラム４６に連結された可動カバー３９は、透孔４０が連通孔３６に合致する位置となるように移動し、連通孔３６を開放する。
【００１５】
このように、内燃機関１の酸素検出装置１６は、検出素子３４が保温を必要とする状況では可動カバー３９が素子カバー３５の連通孔３６を閉塞するので、外部の排気通路２２から素子カバー３５内への排気の流入を遮断することができる。このため、検出素子３４が温度低下した排気に接触することを回避でき、検出素子３４の温度を常に良好な状態に保つことができる。
また、この酸素検出装置２６は、ダイアフラムボックス４２と連結軸４３と負圧管４４と制御弁４５とで構成される駆動装置４１を備えており、内燃機関１の吸気負圧により可動カバー３９を移動させることができるため、駆動装置としていわゆる電動モータなどを追加する必要がなく、酸素検出装置２６を安価に構成することができる。
内燃機関１が長期間機関停止して排気温度が低下するような運転状況（例えば、下り坂走行による長時間燃料カット走行時等）では、排気通路２２に燃焼室６を通過した吸気が流入し、酸素検出装置２６の検出素子３４を冷却する虞がある。
この酸素検出装置２６は、内燃機関１が所定期間以上停止したことを検出素子３４が保温を必要とする所定条件として設定し、この所定条件が成立したときに連通孔３６を閉塞するので、内燃機関１が長期間期間停止した場合であっても、低温の吸気が検出素子３４に接触しないため、検出素子３４の温度低下を防止することができる。
【００１６】
なお、上述実施例においては、触媒２３下流側の酸素検出装置２６を例示したが、触媒２３上流側の酸素検出装置２５についても同様に実施することができる。
また、上述実施例においては、内燃機関１が所定期間以上停止したことを検出素子３４が保温を必要とする所定条件として設定したが、酸素検出装置２６が低温状態と判断され、この酸素検出装置２６に設けられたヒータ３７が作動状態であることを所定条件として設定することもできる。
酸素検出装置２６が低温状態と判断された場合、一般的にヒータ３７を用いて酸素検出装置２６が所定の活性温度となるまで暖機する。そこで、酸素検出装置２６が低温状態でヒータ３７が作動状態であることを所定条件として設定し、この所定条件が成立したときに連通孔３６を閉塞することで、ヒータ３７による熱が素子カバー３５から外部に放出され難くすることができ、酸素検出装置２６の低温状態を早期に解消することができる。
また、内燃機関１の始動から所定時間以内である場合には、排気温度が低いため、前記酸素検出装置２６が低温状態であると判断できる。そこで、内燃機関１の始動から所定時間以内である場合に酸素検出装置２６が低温状態であると判断し、素子カバー３５の連通孔３６を閉塞することで、酸素検出装置２６を暖機するヒータ３７による熱が素子カバー３５から外部に放出され難くすることができ、酸素検出装置２６の低温状態を早期に解消することができる。
上述実施例においては、酸素検出装置２６の検出素子３４へ排気が当たらないようにするため、透孔４０を有する可動カバー３９を素子カバー３５の外周に軸方向移動可能に装着したが、検出素子３４へ排気が接触しない状況を作ることができれば良く、素子カバー３５に対して可動カバー３９を周方向に回転可能に装着するなどの、他の構造を用いても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
この発明は、検出素子の温度低下を防止し、検出素子の温度を常に良好な状態に保つことができるものであり、酸素検出装置にかぎらず、排気通路に臨んで配置される検出素子を備えた検出装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００１８】
１  内燃機関
６  燃焼室
１７  吸気通路
２２  排気通路
２５  触媒２３上流側の酸素検出装置
２６  触媒２３下流側の酸素検出装置
２９  リード線
３０  制御装置
３２  ハウジング
３４  検出素子
３５  素子カバー
３６  連通孔
３７  ヒータ
３８  保持部
３９  可動カバー
４０  透孔
４１  駆動装置
４２  ダイアフラムボックス
４３  連結軸
４４  負圧管
４５  制御弁
４７  定圧室
４８  負圧室
４９  貫通孔
５０  信号線
【図１】
2013213428.tif 000003
【図２】
2013213428.tif 000004
【図３】
2013213428.tif 000005