JPH0566553U

JPH0566553U - 内燃機関の空燃比検出装置

Info

Publication number: JPH0566553U
Application number: JP007148U
Authority: JP
Inventors: 純一古屋
Original assignee: 日本電子機器株式会社
Priority date: 1992-02-20
Filing date: 1992-02-20
Publication date: 1993-09-03
Also published as: US5353774A

Abstract

(57)【要約】【目的】排気ガス中の水分が酸素センサの素子に付着
し、この水分の付着した状態でのヒータ加熱により熱衝
撃で素子割れが発生することを防止する。【構成】ヒータを内蔵し、このヒータの加熱によって
低排気温時にセンサ素子を活性化するように構成された
酸素センサにおいて、機関を始動して、所定時間経過し
た後、空燃比フィードバック制御時に酸素センサの出力
値の振れ幅が増大して第１基準値以上又は第２基準値以
下となった状態で、ヒータへ通電させる（Ｓ３、Ｓ４、
Ｓ５）。そして、機関始動からタイミングの遅れた前記
ヒータによる加熱で、熱衝撃で素子割れが発生すること
が防止される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、内燃機関の空燃比検出装置に関し、特に空燃比センサにおける熱衝撃による素子割れを防止する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】

内燃機関の電子制御燃料噴射装置において、機関吸入混合気の空燃比を排気中の酸素濃度に基づいて検出し、空燃比を理論空燃比に近づけるように燃料噴射量をフィードバック制御するよう構成されたものがある（特開昭６０−２４０８４０号公報等参照）。

【０００３】また、前記空燃比フィードバック制御に用いられる排気中の酸素濃度を検出するための酸素センサは、通常、排気マニホールドの集合部に設けられるが、この酸素センサの他に、排気系に設けられた排気浄化用の三元触媒の下流側にも同じ構成の酸素センサを備え、これら２つの酸素センサを用いて空燃比フィードバック制御を行うよう構成されたものもある（特開昭５８−７２６４７号公報等参照）。前記酸素センサの構造としては、ジルコニア（酸素イオン伝導性固体電解質）チューブの内外表面にそれぞれ電極を形成し、チューブの内側に導入した大気中の酸素濃度（基準酸素濃度）と外側の排気中の酸素濃度との比に応じて前記電極間に起電力を発生させ、この起電力をモニタすることで排気中の酸素濃度、ひいては、機関吸入混合気の理論空燃比に対するリッチ・リーンを検出するもの（実開昭６３−５１２７３号公報等参照）や、チタニアなどの遷移金属酸化物の抵抗値が、酸素濃度（酸素分圧）によって変化することを利用して理論空燃比を検出するものなどが用いられている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、図６及び図７に示すように、一般に機関冷機後に機関を始動させた場合、排気ガス温度が上昇した後に遅れて触媒装置１及び排気管２の温度が上昇する。そして、一般に排気ガス中には蒸気として水分Ｈ₂Ｏが含まれており、図６に示すように、排気マニホールド３から離れた位置の排気管２において、排気ガスが冷却されて露点温度以下となり水分Ｈ₂Ｏが発生し表面に付着することとなる。特に触媒で未燃ガスの反応が促進されるために、触媒装置１の下流側では排気中に含まれる水分Ｈ₂Ｏの量が多くなり、三元触媒の上下流それぞれに酸素センサ４ａ、４ｂを備える空燃比フィードバック制御システムにおいては、特に触媒装置１の下流側に設けられる酸素センサ４ｂの素子の周囲に多くの水分Ｈ₂Ｏが発生することとなる。

【０００５】このため、触媒装置１の下流側の酸素センサ４ｂにおいては、機関の始動に伴って、排気中の水分Ｈ₂Ｏがセンサ素子（ジルコニアチューブ等）に多量に付着し、この水分が付着した状態でヒータを通電していると、付着した水分Ｈ₂Ｏがセンサ素子表面から蒸発することになるため、ジルコニアやチタニアなどの伝熱性の良いセラミックス素子内外の温度差が大きくなり、前記酸素センサ４ｂのセラミックス素子が熱衝撃で割れるといった問題点があった。

【０００６】そこで、本考案はかかる従来の問題点に鑑みなされたものであり、低排気温度状態で素子を活性化させるために備えられたヒータによる加熱のタイミングをずらして、排気中の水分Ｈ₂Ｏ付着による熱衝撃の発生を抑止し、素子割れを未然に防止することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

このため、本考案は、図１に示すように、内燃機関の排気通路に臨ませて設けられ、機関吸入混合気の空燃比によって変化する排気中特定成分の濃度に感応して出力値が変化し、センサ素子の加熱用としてのヒータが付設された空燃比センサを備える内燃機関の空燃比検出装置において、機関の始動後、所定時間が経過した後に、前記ヒータの通電を開始させるヒータ通電制御手段を設けた構成とする。

【０００８】

【作用】

かかる構成によれば、機関を始動して、所定時間が経過した後に、ヒータ通電制御手段によりヒータの通電を開始させることにより素子を加熱するようにして加熱タイミングを遅らせれば、排気ガス温度の上昇により発生した水分を全て蒸発させた後、ヒータにより素子を加熱することになり、排気中の水分Ｈ₂Ｏ付着による熱衝撃の発生を抑止し、以て、素子割れを未然に防止することができる。

【０００９】

【実施例】

以下に本考案の一実施例を図面に基づいて説明する。図２は、ジルコニアチューブ型の酸素センサ１０の構造を示すもので、ホルダ１１の先端部にセンサ素子としてのジルコニアチューブ１２を保持させ、これをスリット１３ａ付のプロテクタ１３によって覆ってある。そして、ジルコニアチューブ１２には、低排気温時にジルコニアチューブ１２を加熱して活性化し、所期の出力特性を得るための棒状のセラミックヒータ１４を配置してある。

【００１０】尚、１５は金属性のコンタクトプレート、１６はアイソレーションブッシュ、１７はキャップである。かかる酸素センサ１０は、前記プロテクタ１３によって覆われるジルコニアチューブ１２の部分を、機関の排気管内に臨ませて設置され、ジルコニアチューブ１２の内側の大気中の基準酸素濃度と、外側の排気中の酸素（排気中特定成分）濃度との比に応じた起電力を発生する。

【００１１】換言すれば、前記酸素センサ１０は、排気中の酸素濃度に感応して出力値が変化する空燃比センサであり、排気中の酸素濃度が理論空燃比を境にして急変することを利用して理論空燃比に対するリッチ・リーンを検出できるもので、ジルコニアチューブ１２の内外表面に設けた白金電極から前記起電力を取り出すようにしてある。

【００１２】そして、この酸素センサ１０の出力は、図３に示すように、内燃機関への燃料供給量を電子制御するためのコントロールユニット１８に入力され、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット１８は、前記酸素センサ１０からの出力値に基づいて検出される機関吸入混合気の空燃比が、目標空燃比（理論空燃比）に近づくように、燃料噴射弁（図示せず）による燃料噴射量をフィードバック補正するようになっている。

【００１３】また、コントロールユニット１８は、酸素センサ１０のセラミックヒータ１４の通電をオン・オフ制御する機能を有しており、図４に示すように、機関を始動して、ヒータ１４の通電を停止した後、一定時間が経って空燃比フィードバック制御時に酸素センサ１０の出力値の振れ幅が増大して第１基準値以上又は第２基準値以下となった場合に、ヒータ１４を通電することにより素子を加熱するようにして加熱タイミングを遅らせるようになっている。

【００１４】尚、図５において、酸素センサ１０の出力値の第１基準値は、ＶＨＯＮ１で、第２基準値は、ＶＨＯＮ２で示され、機関を始動してから排気ガス温度が上昇して、酸素センサ１０の素子温度が充分に高まり活性化した状態、即ち、機関を始動して、一定時間が経って空燃比フィードバック制御時に酸素センサ１０の出力値の振れ幅が増大して第１基準値以上又は第２基準値以下となった状態で、ヒータ１４に通電するように構成される。

【００１５】次に、図４のフローチャートにより、内部処理について説明すると、まず、ステップ１（以下「Ｓ１」という。）では、機関を始動させ、Ｓ２でヒータ１４の通電を停止する。そして、Ｓ３では、酸素センサ１０の出力値（ＶＯ₂）が第１基準値（ＶＨＯＮ１）以上か否かを判定し、第１基準値（ＶＨＯＮ１）以下であれば、Ｓ４に進み、第１基準値（ＶＨＯＮ１）以上であれば、Ｓ５でヒータ１４の通電を開始する。

【００１６】Ｓ４では、酸素センサ１０の出力値（ＶＯ₂）が第２基準値（ＶＨＯＮ２）以下か否かを判定し、第２基準値（ＶＨＯＮ２）以上であれば、ヒータ１４の通電停止状態を維持し、第２基準値（ＶＨＯＮ２）以下であれば、Ｓ５でヒータ１４の通電を開始する。これにより、機関を始動して、一定時間が経って酸素センサ１０の出力値が第１基準値以上又は第２基準値以下となった場合に、酸素センサ１０の温度が十分上昇したと考えられるから、その時点からヒータ１４の通電を開始することにより素子を加熱するようにして加熱タイミングを遅らせるものであり、発生した水分を全て蒸発させた後、ヒータ１４により素子を加熱することができ、以て、熱衝撃による素子割れを未然に防止することができる。

【００１７】尚、酸素センサ１０が排気浄化用に設けられる触媒の下流側に備えられるものである場合には、前記触媒における未燃成分の反応によって排気中における水分量が、触媒上流側に比べ多くなるため、上記のように機関の始動後のヒータ加熱のタイミングを遅らせることで、多量の水分が素子表面に付着することを防止でき、特に有効となるが、触媒上流側に設けられた酸素センサ１０において機関の始動後のヒータ加熱のタイミングを遅らせるようにする構成にしても良い。

【００１８】また、本実施例では、ジルコニアチューブ型の酸素センサ１０について述べたが、チタニアをセンサ素子として用い、積層基板の間にヒータ線を埋設して構成されるものなどであっても良く、酸素センサのタイプ・構造を限定するものではなく、酸素濃度以外の排気成分に感応するものであっても良いが、特に、ジルコニアやチタニアなどのセラミックスをセンサ素子として用いる空燃比センサにおいて、上記のように機関の始動後のヒータ加熱のタイミングを遅らせることが有効である。

【００１９】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、機関を始動して、所定時間が経過した後に、ヒータの通電を開始することにより素子を加熱するようにして加熱タイミングを遅らせるようにしたので、発生した水分を全て蒸発させた後、ヒータにより素子を加熱することができ、排気中の水分が空燃比センサの素子に付着して熱衝撃が発生するのを抑止でき、これにより、空燃比センサのセンサ素子における素子割れの発生を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の基本構成を示すブロック図。

【図２】本考案の一実施例の酸素センサを示す部分断
面図。

【図３】酸素センサをを用いた制御装置のシステム概
略図。

【図４】酸素センサのヒータ通電制御を示すフローチ
ャート。

【図５】酸素センサの出力値と素子温度の関係を示す
図。

【図６】従来例を示す説明図。

【図７】従来例を示す説明図。

【符号の説明】

１０酸素センサ１２ジルコニアチューブ１４セラミックヒータ１８コントロールユニット

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に臨ませて設けら
れ、機関吸入混合気の空燃比によって変化する排気中特
定成分の濃度に感応して出力値が変化し、センサ素子の
加熱用としてのヒータが付設された空燃比センサを備え
る内燃機関の空燃比検出装置において、機関の始動後、所定時間が経過した後に、前記ヒータの
通電を開始させるヒータ通電制御手段を設けたことを特
徴とする内燃機関の空燃比検出装置。