JP3750827B2 - 内燃機関における空燃比センサの取付装置 - Google Patents
内燃機関における空燃比センサの取付装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空燃比制御を行う内燃機関において、空燃比センサを取り付けるための技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関において、燃焼後の排気の空燃比を検出する空燃比センサを設け、目標空燃比になるように気筒内に吸入される燃料噴射量をフィードバック制御する方式、すなわち、空燃比がリーン側からリッチ側になると燃料噴射量を減少させるように制御し、この制御により次第に空燃比がリーン側に変化してゆき、空燃比がリッチ側からリーン側になると燃料噴射量を増大させるように制御することにより、平均的に目標空燃比となるように燃料噴射量を制御する方式が知られており、これによりエンジン性能や排ガス特性、燃費の向上を図るようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空燃比センサは、センサ素子部を活性化させ検出精度を向上させるためにセラミックヒータにより５００℃程度に加熱する必要があるので、センサ本体はステンレス系の材料で構成され、センサ本体の一部には取り付けのための雄ネジ部が形成されている。この空燃比センサは、通常、センサ本体の材料と熱膨張率のほぼ等しい鉄系又はステンレス系の材料で作られた排気管に、直接、若しくは溶接された雌ネジ部に規定トルクにて締め付けられている。
【０００４】
しかしながら、例えばマリンエンジンのように腐食防止のために、アルミ系の材料で作られたブロック内に排気通路が一体に形成されたエンジンに、空燃比センサを取り付けようとした場合、空燃比センサの雄ネジ部の材料（ステンレス）と、エンジンブロックの材料（アルミ）との熱膨張率が異なるため、規定トルクで空燃比センサを締め付けたとしても、前述の如くセンサ自体がエンジン運転中に高温になることによりネジ部に緩みが発生し、この際、排気管内は大気に対して若干負圧になることがあるため、ネジ部から外気が流入してしまい正確な空燃比を検出することができないという問題を有している。
【０００５】
また、燃焼後の排気の温度は５００〜１０００℃であるが、排気通路には冷却用のウォータージャケットが設けられており、排気通路の壁の温度は冷却により２００〜４００℃程度と低下しているため、排気通路の壁に空燃比センサを取り付けた場合、空燃比センサのセンサ素子部の温度が低下し、センサ素子を活性化させるための５００℃が維持できず、空燃比の検出信号にばらつきが生じ精度を維持することができないという問題を有している。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、その主な目的は、空燃比センサを構成する材料と異なる材料で作られたエンジン側部材へ空燃比センサを取り付ける場合に、エンジンの運転により空燃比センサが高温になっても、取り付けネジ部の緩みにより生じる外気の流入を防止し、常に、空燃比を精度良く検出することができる内燃機関における空燃比センサの取付装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、センサ素子部の温度低下を防止し、常に、空燃比を精度良く検出することができる内燃機関における空燃比センサの取付装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本第１発明は、空燃比センサにより既燃ガスの空燃比を検出し目標空燃比になるように燃料噴射量を制御する内燃機関において、空燃比センサにより既燃ガスの空燃比を検出し目標空燃比になるように燃料噴射量を制御する内燃機関において、ステンレス系材料で構成された空燃比センサ本体を、該センサ本体と異なる材料で作られたエンジン側部材に、センサ取付手段により取り付け、前記センサ取付手段は、前記空燃比センサに係合され、前記エンジン側部材に固定された緩み止めを備え、前記エンジン側部材に空燃比センサをネジ結合させたことを特徴とする。
本第２発明は、空燃比センサにより既燃ガスの空燃比を検出し目標空燃比になるように燃料噴射量を制御する内燃機関において、ステンレス系材料で構成された空燃比センサ本体を、該センサ本体と異なる材料で作られたエンジン側部材に、センサ取付手段により取り付け、前記センサ取付手段は、前記エンジン側部材に形成された貫通孔と、前記空燃比センサを軸方向より押さえ、前記エンジン側部材に固定された押さえ部材とを備え、前記空燃比センサを前記貫通孔に挿入させたことを特徴とする。
本第３発明は、空燃比センサにより既燃ガスの空燃比を検出し目標空燃比になるように燃料噴射量を制御する内燃機関において、ステンレス系材料で構成された空燃比センサ本体を、該センサ本体と異なる材料で作られたエンジン側部材に、センサ取付手段により取り付け、前記センサ取付手段は、前記空燃比センサ本体を構成する材料の熱膨張率が同等の材料で作られたセンサ取付部材を備え、該センサ取付部材に空燃比センサをネジ結合させ、前記センサ取付部材をボルト又はリベットにより熱膨張率が異なるエンジン側部材に固定したことを特徴とする。
本第３発明の下位の発明である本第４発明は、前記センサ取付手段は、前記空燃比センサ本体を構成する材料と熱膨張率が同等又は熱伝導率が小さい材料で作られたセンサ取付部材と、前記エンジン側部材に突出して形成されたボス部とを備え、前記センサ取付部材に空燃比センサをネジ結合させ、前記センサ取付部材をボルトにより前記ボス部に固定したことを特徴とする。
本第４発明の下位の発明である本第５発明は、前記センサ取付部材とエンジン側部材の間に挟着されたシール兼断熱材を備えたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１〜図１２は、本発明を２サイクルエンジンを備える船外機に適用した実施の形態を示している。先ず、図１〜図５により２サイクルエンジンを備える船外機の例について説明する。
【０００９】
図３は船外機を取り付けた船の側面図である。船１は水面２に浮かべられており、矢印Ｆｒは船１の前進方向を示し、以下の説明で左右とは前進方向に向かっていうものとする。船１の船体３の後部には船の駆動装置である船外機４が着脱自在に装着されている。船外機４は、船体３の後部に着脱自在に取り付けられるクランプブラケット６と、クランプブラケット６に枢支軸７を介して上下回動自在に枢支されるスイベルブラケット８と、このスイベルブラケット８を上下方向に回動させる油圧シリンダ９と、スイベルブラケット８に支持される推進ユニット１０とを備えている。
【００１０】
前記推進ユニット１０は、スイベルブラケット８に支持されるケース１２を有し、このケース１２の上部に内燃機関であるエンジン１３が取り付けられ、エンジン１３をその上方から覆うカウリング１４が設けられている。エンジン１３の下方でケース１２内には軸心がほぼ垂直の動力伝達軸１５（図５）が設けられ、また、ケース１２の下端部には軸心が前後方向に延び、前記動力伝達軸１５に連結されたプロペラ軸１６が回転自在に支持されており、プロペラ軸１６にプロペラ１７が取り付けられている。船体３には燃料タンク４１が配設されており、燃料タンク４１は、手動の低圧燃料ポンプ４８、チューブ５０を介して燃料供給装置３９（図４）に接続されている。
【００１１】
図４は図３のエンジンの水平断面図である。エンジン１３は、燃料噴射式水冷２サイクルＶ型６気筒クランク軸縦置きエンジンで、ケース１２（図３）に支持されるクランクケース２０を有し、クランクケース２０には軸心がほぼ垂直のクランク軸２１が回転自在に支持されている。クランクケース２０には、各気筒を構成するシリンダ本体２２がＶ字型をなすように突設されている。シリンダ本体２２には各気筒毎にシリンダ穴２３が形成され、各シリンダ穴２３にそれぞれピストン２４が摺動自在に嵌合され、これら各ピストン２４はコンロッド２５によりクランク軸２１に連結されている。また、クランクケース２０にはその内外を連通させる吸気ポート２７が各気筒毎に形成されている。
【００１２】
吸気ポート２７には、カウリング１４内の大気に開口する吸気装置２６が接続されている。この吸気装置２６は、吸気ポート２７に連通する吸気管２８と、この吸気管２８の上流側端部に取り付けられる吸気取入ハウジング３２を備え、吸気取入ハウジング３２には吸気口３３が形成されている。吸気管２８と吸気取入ハウジング３２の内部は互いに連通して吸気通路３０を形成しており、吸気取入ハウジング３２の外部から外気Ａが吸気口３３、吸気通路３０、吸気ポート２７を経てクランクケース２０の内部に流入可能とされている。各吸気ポート２７にはそれぞれリード弁２９が設けられ、また、各吸気管２８には吸気通路３０の断面積を手動操作により調節するスロットル弁３１が設けられている。
【００１３】
各シリンダ本体２２内で、シリンダ本体２２とピストン２４とで囲まれた空間が燃焼室３４であり、この燃焼室３４に対向して点火プラグ３５が配設されている。各吸気管２８には、各気筒毎に燃料噴射弁３７が取り付けられ、各燃料噴射弁３７は磁力で開閉作動されるソレノイド開閉式であり、リード弁２９よりも上流側の吸気通路３０内に燃料３６を噴射可能にしている。
【００１４】
図５は図４のエンジンの模式的側面図である。各燃料噴射弁３７には燃料３６を供給する燃料供給装置３９が設けられている。燃料供給装置３９は、各燃料噴射弁３７の各上流端を互いに連通させる燃料レール３８を有し、シリンダ本体２２の側壁にはベーパセパレータタンク４２が取り付けられ、ベーパセパレータタンク４２のタンク本体４３内に燃料３６を供給可能とする手動の低圧燃料ポンプ４８（図３）、ダイヤフラム式の低圧燃料ポンプ４９とが設けられ、これら低圧燃料ポンプ４８、４９の間にはチューブ５０とフィルタ５１とが介設されている。
【００１５】
燃料供給装置３９には、ベーパセパレータタンク４２内の燃料３６を加圧し高圧にして燃料レール３８に供給する高圧燃料ポンプ５２が設けられている。高圧燃料ポンプ５２は、配管５３により燃料レール３８に連結され、高圧燃料ポンプ５２の駆動により、タンク本体４３内の燃料３６が加圧されて配管５３と燃料レール３８を経て各燃料噴射弁３７に供給される。また、燃料レール３８は、配管５４及びレギュレータ弁５９を介してタンク本体４３の上部に連結され、レギュレータ弁５９により、各燃料噴射弁３７に供給される燃料圧力が所定の高圧に調圧され、そして、燃料噴射弁３７はこの圧力に基づいて燃料３６を噴射する。
【００１６】
クランク軸２１には、これに連動する電気部品であるフライホイールマグネット６０が設けられ、このフライホイールマグネット６０は、クランク軸２１の上端部に支持された椀状のフライホイール６１と、フライホイール６１の内周面に固定された永久磁石６２と、この永久磁石６２の回転軌跡に対向するようにシリンダ本体２２に取り付けられるチャージコイル６３及びライトコイル６４と、フライホイール６１の外周面の凸部に対向してシリンダ本体２２に取り付けられるパルサーコイル６５と、フライホイール６１をその上方から覆うホイールカバー６６とを備えている。なお、図４において、６８は制御装置、６９は外気導入口である。
【００１７】
図４に戻り、シリンダ本体２２の近傍にオイルタンク７５が配設されており、オイルタンク７５内のオイルは、オイルポンプ７６によりベーパセパレータタンク４２内に供給されここで燃料と混合されて、燃料噴射弁３７を通って燃焼室３４に供給され、エンジン１３の潤滑を行うようにしている。また、シリンダ本体２２の６つの気筒の内、１つの気筒▲１▼の近傍に空燃比検出装置７０が取り付けられている。
【００１８】
図１は、上記構成からなる２サイクルエンジン付船外機の制御系の全体構成図であり、図（Ａ）はエンジンの側面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、図（Ｃ）は船外機の側面図を示し、上述で説明した主要な構成が示されている。すなわち、４は船外機、１３はエンジン、２０はクランクケース、２１はクランク軸、２２はシリンダ本体、２４はピストン、３５は点火プラグ、２９はリード弁、３０は吸気通路、３１はスロットル弁、３７は燃料噴射弁、４１は燃料タンク、４８は手動の低圧燃料ポンプ、５１はフィルタ、４２はベーパセパレータタンク、５２は高圧燃料ポンプ、５９はレギュレータ弁、▲１▼〜▲６▼は気筒、７９は排気通路、７９ｂは集合排気通路、７９ｃは排気管、８０は動力伝達装置、６８は制御装置である。
【００１９】
制御装置６８には、エンジン１３の駆動状態、船外機や船の状態を示す各種センサからの検出信号が入力される。すなわち、センサとして、クランク軸２１の回転角（回転数）を検出するクランク角センサ９０、クランクケース２０内の圧力を検出するクランク室内圧センサ９１、各気筒▲１▼〜▲６▼内の圧力を検出する筒内圧センサ９２、吸気通路３０内の温度を検出する吸気温センサ９３、シリンダ本体２２の温度を検出するエンジン温度センサ９４、各気筒▲１▼〜▲６▼内の背圧を検出する背圧センサ９５、スロットル弁３１の開度を検出するスロットル開度センサ９６、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ９７、エンジン１３の振動数を検出するエンジン振動センサ９８、エンジン１３のマウント高さを検出するエンジンマウント高さ検出センサ９９、船外機４の動力伝達装置８０のニュートラル状態を検出するニュートラルセンサ１００、船外機４の上下回動位置を検出するトリム角検出センサ１０１、船速を検出する船速センサ１０２、船の姿勢を検出する船姿勢センサ１０３、大気圧を検出する大気圧センサ１０４が設けられ、そして、気筒▲１▼の近傍に空燃比検出装置７０が設けられている。制御装置６８は、これら各種センサの検出信号を演算処理し、制御信号を点火プラグ３５、燃料噴射弁３７、スロットル弁３１及びＩＳＣ８９に伝送する。
【００２０】
図２は、本発明に係わる空燃比制御を説明するための図であり、図２（Ａ）は空燃比検出装置７０の検出信号（電圧値）を示す波形図、図２（Ｂ）は、フィードバック制御による燃料噴射量の波形図である。図２（Ａ）に示すように、空燃比がリーン側からリッチ側になると図２（Ｂ）に示すように燃料噴射量を減少させるように制御し、この制御により次第に空燃比がリーン側に変化してゆき、空燃比がリッチ側からリーン側になると燃料噴射量を増大させるように制御することにより、平均的に理論空燃比（空気過剰率λ＝１）となるように燃料噴射量を制御する。図１において、気筒▲１▼についてはフィードバック制御により理論空燃比となるように燃料噴射量を制御すると共に、残りの気筒▲２▼〜▲６▼については、気筒▲１▼の空燃比を用い、各気筒▲２▼〜▲６▼の状態に応じて燃料噴射量を補正するように制御する。
【００２１】
次に、図６〜図８により、本発明における空燃比センサの取付装置の第１の実施形態について説明する。図６（Ａ）は図４に示した空燃比検出装置７０の断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の要部断面図である。
【００２２】
図６（Ａ）において、空燃比検出装置７０は、シリンダ本体２２の側面に設けられている。シリンダ本体２２は、アルミ系の材料で作られたブロックであり、その側面には、上部が開口されると共に雌ネジ部２２ｄを有する反応室７１ａが形成されている。反応室７１ａ内に配設される空燃比センサ７３は、細長い棒状のもので上下方向、つまり気筒軸と直角方向に配設されるものであり、先端に設けられた検知部７３ａと、中間部に設けられた雄ネジ部７３ｊ及び六角形状の係合部７３ｄを有し、上端部から検出信号用リード線、ヒータ電源供給用電源線等からなるハーネス７３ｂが引き出されており、ハーネス７３ｂはバッテリ電源及び制御装置６８（図１）に接続されている。また、空燃比センサ７３を保温材７４ａを有する保温ケース７４で覆うようにし、これにより反応室７１ａ内の温度降下を抑制している。
【００２３】
反応室７１ａは、絞り部７１ｂ、ガス通路７１ｃ及び保温パイプ７５内の排ガス導入通路７５ａ、排ガス導入ポート８１を経て気筒▲１▼内に連通され、気筒▲１▼内の既燃ガスが反応室７１ａ内に導入、排出されるように構成されている。ここで、保温パイプ７５は、アルミ系の材料よりも熱伝導率の小さい材料、例えばステンレス鋼、セラミックス、ニッケル合金等により形成されており、気筒▲１▼の水冷ジャケット７６を貫通するように形成されたボス肉部２２ｃ内に埋設されている。これにより前記反応室７１ａ内に導入される既燃ガスの温度降下を抑制している。また、例えば始動直後のように反応室７１ａ内の温度が低い状況下において、既燃ガス中のオイル分が液化しセンサ検知部７３ａに付着するとセンサ出力が異常になるおそれがあるが、絞り部７１ｂを設けることにより、オイル分が液化しても反応室７１ａには入り難い構造にしている。
【００２４】
図７に示すように、酸素濃度センサ７３は、ステンレス製の外筒７３ｃを有し、外筒７３ｃの中間部に前述した係合部７３ｄ及び雄ネジ部７３ｊが設けられ、また、外筒７３ｃ内にジルコニア製のセンサ素子７３ｅが装着されている。センサ素子７３ｅの内部には空洞部７３ｆ及びヒータ７３ｇが設けられ、空洞部７３ｆは大気に連通されている。また、センサ素子７３ｅの内外表面に白金電極がメッキされており、センサ素子７３ｅ内外の酸素濃度差に応じて発生する起電力により酸素濃度が検出される。センサ素子７３ｅの先端部には複数の通気孔７３ｈを有する保護筒７３ｉが設けられている。
【００２５】
図８は、図６（Ａ）に示した空燃比センサ７３への排ガス導入ポート８１の位置を説明するための模式図である。図中、２２はシリンダ本体、２４はピストン、３５は点火プラグ、７１ａは反応室、７３は空燃比センサ、７８は掃気ポート、７９は排気通路、７９ａは排気ポートを示している。排ガス導入ポート８１は、気筒▲１▼の排気ポート７９ａの図中左端近傍より上死点側に配設される。但し、あまり上死点側に近づくと燃焼ガス温度が高いため、空燃比センサ７３がこわれてしまうので、排気ポート７９ａの左端近傍の位置が好ましい。気筒▲１▼において、ピストン２４が上死点に達する直前で点火プラグ３５の点火により、筒内の混合気が着火、燃焼させられて膨張し、ピストン２４が上死点を越えた後、下死点側に押し戻され、その途中で、排気ポート７９ａ及び排ガス導入ポート８１が開かれ、排気が排気通路７９を通って排出される。次に、ピストン２４の移動により掃気ポート７８が開き、クランクケース内で予圧縮されていた混合気が掃気ポート７８から筒内に流入し、この混合気が筒内に残留している既燃ガスの一部を排気通路７９に押し出すとともに筒内に充満する。ピストン２４が下死点から上死点に向かうと、掃気ポート７８、排気ポート７９ａ及び排ガス導入ポート８１の順に閉じ、吸入、圧縮行程に移る。
【００２６】
次に、本発明の特徴である空燃比センサの取り付け方法について説明する。本実施の形態は、熱膨張率の異なるシリンダ本体２２に直接、空燃比センサを取り付ける例であり、図６（Ａ）において、空燃比センサ７３の検知部７３ａを反応室７１ａ内に挿入し、空燃比センサ７３の雄ネジ部７３ｊを反応室７１ａの雌ネジ部２２ｄに螺合させて固定する。このとき、図６（Ｂ）にも示すように、シリンダ本体２２にボルト７２により緩み止め７７の一端をネジ止めしておき、緩み止め７７の他端に形成された係止片７７ａを空燃比センサ７３の係合部７３ｄに係合させる。この構成によれば、空燃比センサ７３とシリンダ本体２２の熱膨張率が異なることにより生じるネジ部の緩みは、緩み止め７７により防止される。
【００２７】
図９は、本発明における空燃比センサの取付装置の第２の実施形態を示す断面図である。なお、以下の実施の形態で図６と同一の構成については同一番号を付けて説明を省略する。本実施形態においては、反応室７１ａ、絞り部７１ｂ、ガス通路７１ｃが形成されたステンレンス製のガスケース７１（センサ取付部材）を備え、空燃比センサ７３をガスケース７１に雄ネジ部７３ｊを螺合させて固定し、ガスケース７１をシリンダ本体２２に、ボルト７２にて取り付ける例である。なお、８２はガスシール用のガスケットである。この構成によれば、空燃比センサ７３を熱膨張率が同等の材料からなる部材（ガスケース７１）に固定し、その部材を熱膨張率の異なる部材であるシリンダ本体２２に固定するので、空燃比センサ７３のネジ部に緩みが生じることはない。なお、ボルト７２の代わりにリベットにより固定するようにしてもよい。
【００２８】
図１０は、本発明における空燃比センサの取付装置の参考例を示す断面図である。本参考例においては、空燃比センサ７３を熱膨張率が同等の材料からなるガスケース７１に雄ネジ部７３ｊを螺合させて固定し、ガスケース７１を熱膨張率の異なる部材からなるシリンダ本体２２に、溶着８３にて固定する例であり、図９と同様に、空燃比センサ７３のネジ部に緩みが生じることはない。なお、溶着の代わりに接着により固定するようにしてもよい。
【００２９】
図１１は、本発明における空燃比センサの取付装置の参考例を示す断面図である。本参考例においては、空燃比センサ７３と熱膨張率が同等の材料からなるガスケース７１を、熱膨張率の異なる部材からなるシリンダ本体２２の製作時に予め鋳込んでおき、空燃比センサ７３の雄ネジ部７３ｊをガスケース７１に螺合させて固定する例であり、図９と同様に、空燃比センサ７３のネジ部に緩みが生じることはない。
【００３０】
図１２は、本発明における空燃比センサの取付装置の第５の実施形態を示す断面図である。本実施形態においては、シリンダ本体２２に反応室７１ａ、絞り部７１ｂ、ガス通路７１ｃ及び貫通孔７１ｄが形成されており、貫通孔７１ｄに空燃比センサ７３の雄ネジ部７３ｊを挿入し、空燃比センサ７３を軸方向より押さえる押さえ部材８９をボルト７２によりシリンダ本体２２に固定する例である。この構成によれば、空燃比センサ７３とシリンダ本体２２の熱膨張率が異なることにより生じるネジ部の緩みは、押さえ部材８９により防止される。
【００３１】
図１３〜図１９は、本発明を４サイクルエンジンを備える船外機に適用した実施の形態を示している。図１３は、４サイクルエンジン付船外機の制御系の全体構成図である。なお、図１と同一の構成には同一番号を付けて説明を省略する。図中、１０５は油温センサである。４サイクルエンジンの場合、掃気の影響を受けないので空燃比検出装置７０をエンジン１３の排気通路７９に設けることができる。排気通路を形成する排気管８５はアルミ系の材料で作られたシリンダ本体２２と一体に形成されている。この場合、排気バルブの開閉孔が前述した排ガス導入ポートの役割も兼ねることになる。通常、自動車用エンジンでは、気筒▲１▼〜▲６▼の排気集合部に空燃比検出装置８６を設けている。しかしながら、船外機においては、排気管７９ｃ先端が水面下にあるため、水滴が飛散して空燃比検出装置８６内のセンサに入り込でしまう。この水滴がセンサに付着すると、センサ素子部がセラミックスでありヒータにより高温に加熱されているため、センサ素子部が壊れてしまう。そこで、本例では空燃比検出装置７０をエンジン１３の最上部の気筒▲１▼の排気通路７９に設けているが、気筒▲３▼と気筒▲４▼の排気集合部に設けてもよい。
【００３２】
図１４は、図６と同様の本発明の第１の実施形態を示し、図１４（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の平面図である。本実施の形態は、空燃比センサ７３と熱膨張率の異なる排気管８５に直接、空燃比センサ７３を取り付ける例である。図１４（Ａ）において、排気管８５の外周には水冷ジャケット７６が形成され、排気管８５の壁面には、雌ネジ部８５ａ、ボス部８５ｂが形成され、空燃比センサ７３の雄ネジ部７３ｊを雌ネジ部８５ａに螺合させて固定し、空燃比センサ７３の検知部７３ａを排気通路７９内に位置させるようにする。そして、図１４（Ｂ）にも示すように、排気管８５に突出して形成されたボス部８５ｂにボルト７２により緩み止め７７の一端をネジ止めしておき、緩み止め７７の他端に形成された係止片７７ａを空燃比センサ７３の係合部７３ｄに係合させる。この構成によれば、空燃比センサ７３と排気管８５の熱膨張率が異なることにより生じるネジ部の緩みは、緩み止め７７により防止される。
【００３３】
図１５は、図９と同様の本発明の第２の実施形態を示し、図１５（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）の平面図である。本実施形態においては、排気管８５に開口８５ｃを設けると共に、開口８５ｃの両側にボス部８５ｂを設け、該開口８５ｃに係合されるセンサ取付部材８４を備えている。センサ取付部材８４は空燃比センサと同様にステンレンス系の材料で作られ、中央部に雌ネジ部８４ａが形成され、雌ネジ部８４ａの外周は筒状に上方に延び、その先端が水平状に延びるフランジ８４ｂが形成されている。そして、センサ取付部材８４のフランジ８４ｂをボルト７２によりボス部８５ｂに固定し、センサ取付部材８４の雌ネジ部８４ａに空燃比センサ７３の雄ネジ部７３ｊを螺合させて固定している。この構成によれば、空燃比センサ７３を熱膨張率が同等の材料からなる部材８４に固定し、その部材を熱膨張率の異なる部材である排気管８５に固定するので、空燃比センサ７３のネジ部に緩みが生じることはない。
【００３４】
図１６は、図１５の変形例を示す断面図である。本例においては、排気管８５とセンサ取付部材８４との間にガスシールと断熱を兼ねたシール兼断熱材８７を挟着させている。これにより、既燃ガスの漏洩を防止することができ、また、ヒータで５００℃程度に加熱されている空燃比センサ７３の温度低下（排気管８５は２００℃程度に冷却されている）を防止し、安定した信号を取り出すことができる。本例によれば、センサ取付部材８４と排気管８５とをボス接地とし、接触面積を小さくすることができ、センサ取付部材８４から排気管８５への伝熱を最小限に抑えることができる。また、センサ取付部材８４をセンサ本体と同様のステンレス材のような熱伝導率の小さな材料にすることにより、排気管８５への熱逃げも抑えることができる。
【００３５】
図１７は、図１０と同様の本発明の参考例を示し、図１７（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１７（Ｂ）は図１７（Ａ）の平面図である。本参考例においては、空燃比センサ７３を熱膨張率が同等の材料からなるセンサ取付部材８４に雄ネジ部７３ｊを螺合させて固定し、センサ取付部材８４を熱膨張率の異なる材料からなる排気管８５に、溶着８３にて固定する例であり、図１６と同様に、空燃比センサ７３のネジ部７３ｊに緩みが生じることはない。
【００３６】
図１８は、図１１と同様の本発明の参考例を示し、図１８（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）の平面図である。本参考例においては、空燃比センサ７３と熱膨張率が同等の材料からなるセンサ取付部材８４を、熱膨張率の異なる材料からなる排気管８５の製作時に予め鋳込んでおき、空燃比センサ７３の雄ネジ部７３ｊをセンサ取付部材８４に螺合させて固定する例であり、図１６と同様に、空燃比センサ７３のネジ部７３ｊに緩みが生じることはない。
【００３７】
図１９は、図１２と同様の本発明の第５の実施形態を示し、図１９（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１９（Ｂ）は図１９（Ａ）の平面図である。本実施形態においては、排気管８５に貫通孔８５ｃが形成されており、貫通孔８５ｃに空燃比センサ７３の雄ネジ部７３ｊを挿入し、空燃比センサ７３を軸方向より押さえる押さえ部材８９をボルト７２により排気管８５のボス部８５ｂに固定する例である。この構成によれば、空燃比センサ７３と排気管の熱膨張率が異なることにより生じるネジ部の緩みは、押さえ部材８９により防止される。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、船外機用エンジンに適用した例について説明しているが、自動車用エンジンで空燃比センサを熱膨張率の異なる部材に取り付ける場合に適用してもよいことは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、空燃比センサを、該センサを構成する材料と異なる材料で作られたエンジン側部材へ取り付ける場合に、エンジンの運転により空燃比センサが高温になっても、取り付けネジ部の緩みにより生じる外気の流入を防止し、常に、空燃比を精度良く検出することができる。
【００４０】
また、センサ取付部材とエンジン側部材との接地をボス形状とした場合や、センサ取付部材の材料を熱伝導率の小さな材料とした場合、空燃比センサとエンジン側部材との間に断熱シール材を設けた場合には、常に、空燃比センサが活性に必要な高温に保たれるため、空燃比検知精度を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される２サイクルエンジン付船外機の制御系の全体構成図である。
【図２】図１のエンジンにおける空燃比制御を説明するための図である。
【図３】図１の船外機を取り付けた船の側面図である。
【図４】図３のエンジンの水平断面図である。
【図５】図４のエンジンの模式的側面図である。
【図６】本発明における空燃比検出装置の取付装置の第１の実施形態を示し、図６（Ａ）は図４に示した空燃比検出装置の断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の要部断面図である。
【図７】図６の空燃比センサの断面図である。
【図８】図６（Ａ）に示した排ガス導入ポートの位置を説明するための模式図である。
【図９】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図１０】本発明の参考例を示す断面図である。
【図１１】本発明の参考例を示す断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態を示す断面図である。
【図１３】本発明が適用される４サイクルエンジン付船外機の制御系の全体構成図である。
【図１４】図６と同様の本発明の第１の実施形態を示し、図１４（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の平面図である。
【図１５】図９と同様の本発明の第２の実施形態を示し、図１５（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）の平面図である。
【図１６】図１５の第２の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１７】図１０と同様の本発明の参考例を示し、図１７（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１７（Ｂ）は図１７（Ａ）の平面図である。
【図１８】図１１と同様の本発明の参考例を示し、図１８（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）の平面図である。
【図１９】図１２と同様の本発明の第５の実施形態を示し、図１９（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１９（Ｂ）は図１９（Ａ）の平面図である。
以上
【発明の属する技術分野】
本発明は、空燃比制御を行う内燃機関において、空燃比センサを取り付けるための技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関において、燃焼後の排気の空燃比を検出する空燃比センサを設け、目標空燃比になるように気筒内に吸入される燃料噴射量をフィードバック制御する方式、すなわち、空燃比がリーン側からリッチ側になると燃料噴射量を減少させるように制御し、この制御により次第に空燃比がリーン側に変化してゆき、空燃比がリッチ側からリーン側になると燃料噴射量を増大させるように制御することにより、平均的に目標空燃比となるように燃料噴射量を制御する方式が知られており、これによりエンジン性能や排ガス特性、燃費の向上を図るようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空燃比センサは、センサ素子部を活性化させ検出精度を向上させるためにセラミックヒータにより５００℃程度に加熱する必要があるので、センサ本体はステンレス系の材料で構成され、センサ本体の一部には取り付けのための雄ネジ部が形成されている。この空燃比センサは、通常、センサ本体の材料と熱膨張率のほぼ等しい鉄系又はステンレス系の材料で作られた排気管に、直接、若しくは溶接された雌ネジ部に規定トルクにて締め付けられている。
【０００４】
しかしながら、例えばマリンエンジンのように腐食防止のために、アルミ系の材料で作られたブロック内に排気通路が一体に形成されたエンジンに、空燃比センサを取り付けようとした場合、空燃比センサの雄ネジ部の材料（ステンレス）と、エンジンブロックの材料（アルミ）との熱膨張率が異なるため、規定トルクで空燃比センサを締め付けたとしても、前述の如くセンサ自体がエンジン運転中に高温になることによりネジ部に緩みが発生し、この際、排気管内は大気に対して若干負圧になることがあるため、ネジ部から外気が流入してしまい正確な空燃比を検出することができないという問題を有している。
【０００５】
また、燃焼後の排気の温度は５００〜１０００℃であるが、排気通路には冷却用のウォータージャケットが設けられており、排気通路の壁の温度は冷却により２００〜４００℃程度と低下しているため、排気通路の壁に空燃比センサを取り付けた場合、空燃比センサのセンサ素子部の温度が低下し、センサ素子を活性化させるための５００℃が維持できず、空燃比の検出信号にばらつきが生じ精度を維持することができないという問題を有している。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、その主な目的は、空燃比センサを構成する材料と異なる材料で作られたエンジン側部材へ空燃比センサを取り付ける場合に、エンジンの運転により空燃比センサが高温になっても、取り付けネジ部の緩みにより生じる外気の流入を防止し、常に、空燃比を精度良く検出することができる内燃機関における空燃比センサの取付装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、センサ素子部の温度低下を防止し、常に、空燃比を精度良く検出することができる内燃機関における空燃比センサの取付装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本第１発明は、空燃比センサにより既燃ガスの空燃比を検出し目標空燃比になるように燃料噴射量を制御する内燃機関において、空燃比センサにより既燃ガスの空燃比を検出し目標空燃比になるように燃料噴射量を制御する内燃機関において、ステンレス系材料で構成された空燃比センサ本体を、該センサ本体と異なる材料で作られたエンジン側部材に、センサ取付手段により取り付け、前記センサ取付手段は、前記空燃比センサに係合され、前記エンジン側部材に固定された緩み止めを備え、前記エンジン側部材に空燃比センサをネジ結合させたことを特徴とする。
本第２発明は、空燃比センサにより既燃ガスの空燃比を検出し目標空燃比になるように燃料噴射量を制御する内燃機関において、ステンレス系材料で構成された空燃比センサ本体を、該センサ本体と異なる材料で作られたエンジン側部材に、センサ取付手段により取り付け、前記センサ取付手段は、前記エンジン側部材に形成された貫通孔と、前記空燃比センサを軸方向より押さえ、前記エンジン側部材に固定された押さえ部材とを備え、前記空燃比センサを前記貫通孔に挿入させたことを特徴とする。
本第３発明は、空燃比センサにより既燃ガスの空燃比を検出し目標空燃比になるように燃料噴射量を制御する内燃機関において、ステンレス系材料で構成された空燃比センサ本体を、該センサ本体と異なる材料で作られたエンジン側部材に、センサ取付手段により取り付け、前記センサ取付手段は、前記空燃比センサ本体を構成する材料の熱膨張率が同等の材料で作られたセンサ取付部材を備え、該センサ取付部材に空燃比センサをネジ結合させ、前記センサ取付部材をボルト又はリベットにより熱膨張率が異なるエンジン側部材に固定したことを特徴とする。
本第３発明の下位の発明である本第４発明は、前記センサ取付手段は、前記空燃比センサ本体を構成する材料と熱膨張率が同等又は熱伝導率が小さい材料で作られたセンサ取付部材と、前記エンジン側部材に突出して形成されたボス部とを備え、前記センサ取付部材に空燃比センサをネジ結合させ、前記センサ取付部材をボルトにより前記ボス部に固定したことを特徴とする。
本第４発明の下位の発明である本第５発明は、前記センサ取付部材とエンジン側部材の間に挟着されたシール兼断熱材を備えたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１〜図１２は、本発明を２サイクルエンジンを備える船外機に適用した実施の形態を示している。先ず、図１〜図５により２サイクルエンジンを備える船外機の例について説明する。
【０００９】
図３は船外機を取り付けた船の側面図である。船１は水面２に浮かべられており、矢印Ｆｒは船１の前進方向を示し、以下の説明で左右とは前進方向に向かっていうものとする。船１の船体３の後部には船の駆動装置である船外機４が着脱自在に装着されている。船外機４は、船体３の後部に着脱自在に取り付けられるクランプブラケット６と、クランプブラケット６に枢支軸７を介して上下回動自在に枢支されるスイベルブラケット８と、このスイベルブラケット８を上下方向に回動させる油圧シリンダ９と、スイベルブラケット８に支持される推進ユニット１０とを備えている。
【００１０】
前記推進ユニット１０は、スイベルブラケット８に支持されるケース１２を有し、このケース１２の上部に内燃機関であるエンジン１３が取り付けられ、エンジン１３をその上方から覆うカウリング１４が設けられている。エンジン１３の下方でケース１２内には軸心がほぼ垂直の動力伝達軸１５（図５）が設けられ、また、ケース１２の下端部には軸心が前後方向に延び、前記動力伝達軸１５に連結されたプロペラ軸１６が回転自在に支持されており、プロペラ軸１６にプロペラ１７が取り付けられている。船体３には燃料タンク４１が配設されており、燃料タンク４１は、手動の低圧燃料ポンプ４８、チューブ５０を介して燃料供給装置３９（図４）に接続されている。
【００１１】
図４は図３のエンジンの水平断面図である。エンジン１３は、燃料噴射式水冷２サイクルＶ型６気筒クランク軸縦置きエンジンで、ケース１２（図３）に支持されるクランクケース２０を有し、クランクケース２０には軸心がほぼ垂直のクランク軸２１が回転自在に支持されている。クランクケース２０には、各気筒を構成するシリンダ本体２２がＶ字型をなすように突設されている。シリンダ本体２２には各気筒毎にシリンダ穴２３が形成され、各シリンダ穴２３にそれぞれピストン２４が摺動自在に嵌合され、これら各ピストン２４はコンロッド２５によりクランク軸２１に連結されている。また、クランクケース２０にはその内外を連通させる吸気ポート２７が各気筒毎に形成されている。
【００１２】
吸気ポート２７には、カウリング１４内の大気に開口する吸気装置２６が接続されている。この吸気装置２６は、吸気ポート２７に連通する吸気管２８と、この吸気管２８の上流側端部に取り付けられる吸気取入ハウジング３２を備え、吸気取入ハウジング３２には吸気口３３が形成されている。吸気管２８と吸気取入ハウジング３２の内部は互いに連通して吸気通路３０を形成しており、吸気取入ハウジング３２の外部から外気Ａが吸気口３３、吸気通路３０、吸気ポート２７を経てクランクケース２０の内部に流入可能とされている。各吸気ポート２７にはそれぞれリード弁２９が設けられ、また、各吸気管２８には吸気通路３０の断面積を手動操作により調節するスロットル弁３１が設けられている。
【００１３】
各シリンダ本体２２内で、シリンダ本体２２とピストン２４とで囲まれた空間が燃焼室３４であり、この燃焼室３４に対向して点火プラグ３５が配設されている。各吸気管２８には、各気筒毎に燃料噴射弁３７が取り付けられ、各燃料噴射弁３７は磁力で開閉作動されるソレノイド開閉式であり、リード弁２９よりも上流側の吸気通路３０内に燃料３６を噴射可能にしている。
【００１４】
図５は図４のエンジンの模式的側面図である。各燃料噴射弁３７には燃料３６を供給する燃料供給装置３９が設けられている。燃料供給装置３９は、各燃料噴射弁３７の各上流端を互いに連通させる燃料レール３８を有し、シリンダ本体２２の側壁にはベーパセパレータタンク４２が取り付けられ、ベーパセパレータタンク４２のタンク本体４３内に燃料３６を供給可能とする手動の低圧燃料ポンプ４８（図３）、ダイヤフラム式の低圧燃料ポンプ４９とが設けられ、これら低圧燃料ポンプ４８、４９の間にはチューブ５０とフィルタ５１とが介設されている。
【００１５】
燃料供給装置３９には、ベーパセパレータタンク４２内の燃料３６を加圧し高圧にして燃料レール３８に供給する高圧燃料ポンプ５２が設けられている。高圧燃料ポンプ５２は、配管５３により燃料レール３８に連結され、高圧燃料ポンプ５２の駆動により、タンク本体４３内の燃料３６が加圧されて配管５３と燃料レール３８を経て各燃料噴射弁３７に供給される。また、燃料レール３８は、配管５４及びレギュレータ弁５９を介してタンク本体４３の上部に連結され、レギュレータ弁５９により、各燃料噴射弁３７に供給される燃料圧力が所定の高圧に調圧され、そして、燃料噴射弁３７はこの圧力に基づいて燃料３６を噴射する。
【００１６】
クランク軸２１には、これに連動する電気部品であるフライホイールマグネット６０が設けられ、このフライホイールマグネット６０は、クランク軸２１の上端部に支持された椀状のフライホイール６１と、フライホイール６１の内周面に固定された永久磁石６２と、この永久磁石６２の回転軌跡に対向するようにシリンダ本体２２に取り付けられるチャージコイル６３及びライトコイル６４と、フライホイール６１の外周面の凸部に対向してシリンダ本体２２に取り付けられるパルサーコイル６５と、フライホイール６１をその上方から覆うホイールカバー６６とを備えている。なお、図４において、６８は制御装置、６９は外気導入口である。
【００１７】
図４に戻り、シリンダ本体２２の近傍にオイルタンク７５が配設されており、オイルタンク７５内のオイルは、オイルポンプ７６によりベーパセパレータタンク４２内に供給されここで燃料と混合されて、燃料噴射弁３７を通って燃焼室３４に供給され、エンジン１３の潤滑を行うようにしている。また、シリンダ本体２２の６つの気筒の内、１つの気筒▲１▼の近傍に空燃比検出装置７０が取り付けられている。
【００１８】
図１は、上記構成からなる２サイクルエンジン付船外機の制御系の全体構成図であり、図（Ａ）はエンジンの側面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、図（Ｃ）は船外機の側面図を示し、上述で説明した主要な構成が示されている。すなわち、４は船外機、１３はエンジン、２０はクランクケース、２１はクランク軸、２２はシリンダ本体、２４はピストン、３５は点火プラグ、２９はリード弁、３０は吸気通路、３１はスロットル弁、３７は燃料噴射弁、４１は燃料タンク、４８は手動の低圧燃料ポンプ、５１はフィルタ、４２はベーパセパレータタンク、５２は高圧燃料ポンプ、５９はレギュレータ弁、▲１▼〜▲６▼は気筒、７９は排気通路、７９ｂは集合排気通路、７９ｃは排気管、８０は動力伝達装置、６８は制御装置である。
【００１９】
制御装置６８には、エンジン１３の駆動状態、船外機や船の状態を示す各種センサからの検出信号が入力される。すなわち、センサとして、クランク軸２１の回転角（回転数）を検出するクランク角センサ９０、クランクケース２０内の圧力を検出するクランク室内圧センサ９１、各気筒▲１▼〜▲６▼内の圧力を検出する筒内圧センサ９２、吸気通路３０内の温度を検出する吸気温センサ９３、シリンダ本体２２の温度を検出するエンジン温度センサ９４、各気筒▲１▼〜▲６▼内の背圧を検出する背圧センサ９５、スロットル弁３１の開度を検出するスロットル開度センサ９６、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ９７、エンジン１３の振動数を検出するエンジン振動センサ９８、エンジン１３のマウント高さを検出するエンジンマウント高さ検出センサ９９、船外機４の動力伝達装置８０のニュートラル状態を検出するニュートラルセンサ１００、船外機４の上下回動位置を検出するトリム角検出センサ１０１、船速を検出する船速センサ１０２、船の姿勢を検出する船姿勢センサ１０３、大気圧を検出する大気圧センサ１０４が設けられ、そして、気筒▲１▼の近傍に空燃比検出装置７０が設けられている。制御装置６８は、これら各種センサの検出信号を演算処理し、制御信号を点火プラグ３５、燃料噴射弁３７、スロットル弁３１及びＩＳＣ８９に伝送する。
【００２０】
図２は、本発明に係わる空燃比制御を説明するための図であり、図２（Ａ）は空燃比検出装置７０の検出信号（電圧値）を示す波形図、図２（Ｂ）は、フィードバック制御による燃料噴射量の波形図である。図２（Ａ）に示すように、空燃比がリーン側からリッチ側になると図２（Ｂ）に示すように燃料噴射量を減少させるように制御し、この制御により次第に空燃比がリーン側に変化してゆき、空燃比がリッチ側からリーン側になると燃料噴射量を増大させるように制御することにより、平均的に理論空燃比（空気過剰率λ＝１）となるように燃料噴射量を制御する。図１において、気筒▲１▼についてはフィードバック制御により理論空燃比となるように燃料噴射量を制御すると共に、残りの気筒▲２▼〜▲６▼については、気筒▲１▼の空燃比を用い、各気筒▲２▼〜▲６▼の状態に応じて燃料噴射量を補正するように制御する。
【００２１】
次に、図６〜図８により、本発明における空燃比センサの取付装置の第１の実施形態について説明する。図６（Ａ）は図４に示した空燃比検出装置７０の断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の要部断面図である。
【００２２】
図６（Ａ）において、空燃比検出装置７０は、シリンダ本体２２の側面に設けられている。シリンダ本体２２は、アルミ系の材料で作られたブロックであり、その側面には、上部が開口されると共に雌ネジ部２２ｄを有する反応室７１ａが形成されている。反応室７１ａ内に配設される空燃比センサ７３は、細長い棒状のもので上下方向、つまり気筒軸と直角方向に配設されるものであり、先端に設けられた検知部７３ａと、中間部に設けられた雄ネジ部７３ｊ及び六角形状の係合部７３ｄを有し、上端部から検出信号用リード線、ヒータ電源供給用電源線等からなるハーネス７３ｂが引き出されており、ハーネス７３ｂはバッテリ電源及び制御装置６８（図１）に接続されている。また、空燃比センサ７３を保温材７４ａを有する保温ケース７４で覆うようにし、これにより反応室７１ａ内の温度降下を抑制している。
【００２３】
反応室７１ａは、絞り部７１ｂ、ガス通路７１ｃ及び保温パイプ７５内の排ガス導入通路７５ａ、排ガス導入ポート８１を経て気筒▲１▼内に連通され、気筒▲１▼内の既燃ガスが反応室７１ａ内に導入、排出されるように構成されている。ここで、保温パイプ７５は、アルミ系の材料よりも熱伝導率の小さい材料、例えばステンレス鋼、セラミックス、ニッケル合金等により形成されており、気筒▲１▼の水冷ジャケット７６を貫通するように形成されたボス肉部２２ｃ内に埋設されている。これにより前記反応室７１ａ内に導入される既燃ガスの温度降下を抑制している。また、例えば始動直後のように反応室７１ａ内の温度が低い状況下において、既燃ガス中のオイル分が液化しセンサ検知部７３ａに付着するとセンサ出力が異常になるおそれがあるが、絞り部７１ｂを設けることにより、オイル分が液化しても反応室７１ａには入り難い構造にしている。
【００２４】
図７に示すように、酸素濃度センサ７３は、ステンレス製の外筒７３ｃを有し、外筒７３ｃの中間部に前述した係合部７３ｄ及び雄ネジ部７３ｊが設けられ、また、外筒７３ｃ内にジルコニア製のセンサ素子７３ｅが装着されている。センサ素子７３ｅの内部には空洞部７３ｆ及びヒータ７３ｇが設けられ、空洞部７３ｆは大気に連通されている。また、センサ素子７３ｅの内外表面に白金電極がメッキされており、センサ素子７３ｅ内外の酸素濃度差に応じて発生する起電力により酸素濃度が検出される。センサ素子７３ｅの先端部には複数の通気孔７３ｈを有する保護筒７３ｉが設けられている。
【００２５】
図８は、図６（Ａ）に示した空燃比センサ７３への排ガス導入ポート８１の位置を説明するための模式図である。図中、２２はシリンダ本体、２４はピストン、３５は点火プラグ、７１ａは反応室、７３は空燃比センサ、７８は掃気ポート、７９は排気通路、７９ａは排気ポートを示している。排ガス導入ポート８１は、気筒▲１▼の排気ポート７９ａの図中左端近傍より上死点側に配設される。但し、あまり上死点側に近づくと燃焼ガス温度が高いため、空燃比センサ７３がこわれてしまうので、排気ポート７９ａの左端近傍の位置が好ましい。気筒▲１▼において、ピストン２４が上死点に達する直前で点火プラグ３５の点火により、筒内の混合気が着火、燃焼させられて膨張し、ピストン２４が上死点を越えた後、下死点側に押し戻され、その途中で、排気ポート７９ａ及び排ガス導入ポート８１が開かれ、排気が排気通路７９を通って排出される。次に、ピストン２４の移動により掃気ポート７８が開き、クランクケース内で予圧縮されていた混合気が掃気ポート７８から筒内に流入し、この混合気が筒内に残留している既燃ガスの一部を排気通路７９に押し出すとともに筒内に充満する。ピストン２４が下死点から上死点に向かうと、掃気ポート７８、排気ポート７９ａ及び排ガス導入ポート８１の順に閉じ、吸入、圧縮行程に移る。
【００２６】
次に、本発明の特徴である空燃比センサの取り付け方法について説明する。本実施の形態は、熱膨張率の異なるシリンダ本体２２に直接、空燃比センサを取り付ける例であり、図６（Ａ）において、空燃比センサ７３の検知部７３ａを反応室７１ａ内に挿入し、空燃比センサ７３の雄ネジ部７３ｊを反応室７１ａの雌ネジ部２２ｄに螺合させて固定する。このとき、図６（Ｂ）にも示すように、シリンダ本体２２にボルト７２により緩み止め７７の一端をネジ止めしておき、緩み止め７７の他端に形成された係止片７７ａを空燃比センサ７３の係合部７３ｄに係合させる。この構成によれば、空燃比センサ７３とシリンダ本体２２の熱膨張率が異なることにより生じるネジ部の緩みは、緩み止め７７により防止される。
【００２７】
図９は、本発明における空燃比センサの取付装置の第２の実施形態を示す断面図である。なお、以下の実施の形態で図６と同一の構成については同一番号を付けて説明を省略する。本実施形態においては、反応室７１ａ、絞り部７１ｂ、ガス通路７１ｃが形成されたステンレンス製のガスケース７１（センサ取付部材）を備え、空燃比センサ７３をガスケース７１に雄ネジ部７３ｊを螺合させて固定し、ガスケース７１をシリンダ本体２２に、ボルト７２にて取り付ける例である。なお、８２はガスシール用のガスケットである。この構成によれば、空燃比センサ７３を熱膨張率が同等の材料からなる部材（ガスケース７１）に固定し、その部材を熱膨張率の異なる部材であるシリンダ本体２２に固定するので、空燃比センサ７３のネジ部に緩みが生じることはない。なお、ボルト７２の代わりにリベットにより固定するようにしてもよい。
【００２８】
図１０は、本発明における空燃比センサの取付装置の参考例を示す断面図である。本参考例においては、空燃比センサ７３を熱膨張率が同等の材料からなるガスケース７１に雄ネジ部７３ｊを螺合させて固定し、ガスケース７１を熱膨張率の異なる部材からなるシリンダ本体２２に、溶着８３にて固定する例であり、図９と同様に、空燃比センサ７３のネジ部に緩みが生じることはない。なお、溶着の代わりに接着により固定するようにしてもよい。
【００２９】
図１１は、本発明における空燃比センサの取付装置の参考例を示す断面図である。本参考例においては、空燃比センサ７３と熱膨張率が同等の材料からなるガスケース７１を、熱膨張率の異なる部材からなるシリンダ本体２２の製作時に予め鋳込んでおき、空燃比センサ７３の雄ネジ部７３ｊをガスケース７１に螺合させて固定する例であり、図９と同様に、空燃比センサ７３のネジ部に緩みが生じることはない。
【００３０】
図１２は、本発明における空燃比センサの取付装置の第５の実施形態を示す断面図である。本実施形態においては、シリンダ本体２２に反応室７１ａ、絞り部７１ｂ、ガス通路７１ｃ及び貫通孔７１ｄが形成されており、貫通孔７１ｄに空燃比センサ７３の雄ネジ部７３ｊを挿入し、空燃比センサ７３を軸方向より押さえる押さえ部材８９をボルト７２によりシリンダ本体２２に固定する例である。この構成によれば、空燃比センサ７３とシリンダ本体２２の熱膨張率が異なることにより生じるネジ部の緩みは、押さえ部材８９により防止される。
【００３１】
図１３〜図１９は、本発明を４サイクルエンジンを備える船外機に適用した実施の形態を示している。図１３は、４サイクルエンジン付船外機の制御系の全体構成図である。なお、図１と同一の構成には同一番号を付けて説明を省略する。図中、１０５は油温センサである。４サイクルエンジンの場合、掃気の影響を受けないので空燃比検出装置７０をエンジン１３の排気通路７９に設けることができる。排気通路を形成する排気管８５はアルミ系の材料で作られたシリンダ本体２２と一体に形成されている。この場合、排気バルブの開閉孔が前述した排ガス導入ポートの役割も兼ねることになる。通常、自動車用エンジンでは、気筒▲１▼〜▲６▼の排気集合部に空燃比検出装置８６を設けている。しかしながら、船外機においては、排気管７９ｃ先端が水面下にあるため、水滴が飛散して空燃比検出装置８６内のセンサに入り込でしまう。この水滴がセンサに付着すると、センサ素子部がセラミックスでありヒータにより高温に加熱されているため、センサ素子部が壊れてしまう。そこで、本例では空燃比検出装置７０をエンジン１３の最上部の気筒▲１▼の排気通路７９に設けているが、気筒▲３▼と気筒▲４▼の排気集合部に設けてもよい。
【００３２】
図１４は、図６と同様の本発明の第１の実施形態を示し、図１４（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の平面図である。本実施の形態は、空燃比センサ７３と熱膨張率の異なる排気管８５に直接、空燃比センサ７３を取り付ける例である。図１４（Ａ）において、排気管８５の外周には水冷ジャケット７６が形成され、排気管８５の壁面には、雌ネジ部８５ａ、ボス部８５ｂが形成され、空燃比センサ７３の雄ネジ部７３ｊを雌ネジ部８５ａに螺合させて固定し、空燃比センサ７３の検知部７３ａを排気通路７９内に位置させるようにする。そして、図１４（Ｂ）にも示すように、排気管８５に突出して形成されたボス部８５ｂにボルト７２により緩み止め７７の一端をネジ止めしておき、緩み止め７７の他端に形成された係止片７７ａを空燃比センサ７３の係合部７３ｄに係合させる。この構成によれば、空燃比センサ７３と排気管８５の熱膨張率が異なることにより生じるネジ部の緩みは、緩み止め７７により防止される。
【００３３】
図１５は、図９と同様の本発明の第２の実施形態を示し、図１５（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）の平面図である。本実施形態においては、排気管８５に開口８５ｃを設けると共に、開口８５ｃの両側にボス部８５ｂを設け、該開口８５ｃに係合されるセンサ取付部材８４を備えている。センサ取付部材８４は空燃比センサと同様にステンレンス系の材料で作られ、中央部に雌ネジ部８４ａが形成され、雌ネジ部８４ａの外周は筒状に上方に延び、その先端が水平状に延びるフランジ８４ｂが形成されている。そして、センサ取付部材８４のフランジ８４ｂをボルト７２によりボス部８５ｂに固定し、センサ取付部材８４の雌ネジ部８４ａに空燃比センサ７３の雄ネジ部７３ｊを螺合させて固定している。この構成によれば、空燃比センサ７３を熱膨張率が同等の材料からなる部材８４に固定し、その部材を熱膨張率の異なる部材である排気管８５に固定するので、空燃比センサ７３のネジ部に緩みが生じることはない。
【００３４】
図１６は、図１５の変形例を示す断面図である。本例においては、排気管８５とセンサ取付部材８４との間にガスシールと断熱を兼ねたシール兼断熱材８７を挟着させている。これにより、既燃ガスの漏洩を防止することができ、また、ヒータで５００℃程度に加熱されている空燃比センサ７３の温度低下（排気管８５は２００℃程度に冷却されている）を防止し、安定した信号を取り出すことができる。本例によれば、センサ取付部材８４と排気管８５とをボス接地とし、接触面積を小さくすることができ、センサ取付部材８４から排気管８５への伝熱を最小限に抑えることができる。また、センサ取付部材８４をセンサ本体と同様のステンレス材のような熱伝導率の小さな材料にすることにより、排気管８５への熱逃げも抑えることができる。
【００３５】
図１７は、図１０と同様の本発明の参考例を示し、図１７（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１７（Ｂ）は図１７（Ａ）の平面図である。本参考例においては、空燃比センサ７３を熱膨張率が同等の材料からなるセンサ取付部材８４に雄ネジ部７３ｊを螺合させて固定し、センサ取付部材８４を熱膨張率の異なる材料からなる排気管８５に、溶着８３にて固定する例であり、図１６と同様に、空燃比センサ７３のネジ部７３ｊに緩みが生じることはない。
【００３６】
図１８は、図１１と同様の本発明の参考例を示し、図１８（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）の平面図である。本参考例においては、空燃比センサ７３と熱膨張率が同等の材料からなるセンサ取付部材８４を、熱膨張率の異なる材料からなる排気管８５の製作時に予め鋳込んでおき、空燃比センサ７３の雄ネジ部７３ｊをセンサ取付部材８４に螺合させて固定する例であり、図１６と同様に、空燃比センサ７３のネジ部７３ｊに緩みが生じることはない。
【００３７】
図１９は、図１２と同様の本発明の第５の実施形態を示し、図１９（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１９（Ｂ）は図１９（Ａ）の平面図である。本実施形態においては、排気管８５に貫通孔８５ｃが形成されており、貫通孔８５ｃに空燃比センサ７３の雄ネジ部７３ｊを挿入し、空燃比センサ７３を軸方向より押さえる押さえ部材８９をボルト７２により排気管８５のボス部８５ｂに固定する例である。この構成によれば、空燃比センサ７３と排気管の熱膨張率が異なることにより生じるネジ部の緩みは、押さえ部材８９により防止される。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、船外機用エンジンに適用した例について説明しているが、自動車用エンジンで空燃比センサを熱膨張率の異なる部材に取り付ける場合に適用してもよいことは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、空燃比センサを、該センサを構成する材料と異なる材料で作られたエンジン側部材へ取り付ける場合に、エンジンの運転により空燃比センサが高温になっても、取り付けネジ部の緩みにより生じる外気の流入を防止し、常に、空燃比を精度良く検出することができる。
【００４０】
また、センサ取付部材とエンジン側部材との接地をボス形状とした場合や、センサ取付部材の材料を熱伝導率の小さな材料とした場合、空燃比センサとエンジン側部材との間に断熱シール材を設けた場合には、常に、空燃比センサが活性に必要な高温に保たれるため、空燃比検知精度を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される２サイクルエンジン付船外機の制御系の全体構成図である。
【図２】図１のエンジンにおける空燃比制御を説明するための図である。
【図３】図１の船外機を取り付けた船の側面図である。
【図４】図３のエンジンの水平断面図である。
【図５】図４のエンジンの模式的側面図である。
【図６】本発明における空燃比検出装置の取付装置の第１の実施形態を示し、図６（Ａ）は図４に示した空燃比検出装置の断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の要部断面図である。
【図７】図６の空燃比センサの断面図である。
【図８】図６（Ａ）に示した排ガス導入ポートの位置を説明するための模式図である。
【図９】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図１０】本発明の参考例を示す断面図である。
【図１１】本発明の参考例を示す断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態を示す断面図である。
【図１３】本発明が適用される４サイクルエンジン付船外機の制御系の全体構成図である。
【図１４】図６と同様の本発明の第１の実施形態を示し、図１４（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の平面図である。
【図１５】図９と同様の本発明の第２の実施形態を示し、図１５（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）の平面図である。
【図１６】図１５の第２の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１７】図１０と同様の本発明の参考例を示し、図１７（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１７（Ｂ）は図１７（Ａ）の平面図である。
【図１８】図１１と同様の本発明の参考例を示し、図１８（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）の平面図である。
【図１９】図１２と同様の本発明の第５の実施形態を示し、図１９（Ａ）は空燃比検出装置の断面図、図１９（Ｂ）は図１９（Ａ）の平面図である。
以上
Claims (5)
- 空燃比センサにより既燃ガスの空燃比を検出し目標空燃比になるように燃料噴射量を制御する内燃機関において、ステンレス系材料で構成された空燃比センサ本体を、該センサ本体と異なる材料で作られたエンジン側部材に、センサ取付手段により取り付け、前記センサ取付手段は、前記空燃比センサに係合され、前記エンジン側部材に固定された緩み止めを備え、前記エンジン側部材に空燃比センサをネジ結合させたことを特徴とする空燃比センサの取付装置。
- 空燃比センサにより既燃ガスの空燃比を検出し目標空燃比になるように燃料噴射量を制御する内燃機関において、ステンレス系材料で構成された空燃比センサ本体を、該センサ本体と異なる材料で作られたエンジン側部材に、センサ取付手段により取り付け、前記センサ取付手段は、前記エンジン側部材に形成された貫通孔と、前記空燃比センサを軸方向より押さえ、前記エンジン側部材に固定された押さえ部材とを備え、前記空燃比センサを前記貫通孔に挿入させたことを特徴とする空燃比センサの取付装置。
- 空燃比センサにより既燃ガスの空燃比を検出し目標空燃比になるように燃料噴射量を制御する内燃機関において、ステンレス系材料で構成された空燃比センサ本体を、該センサ本体と異なる材料で作られたエンジン側部材に、センサ取付手段により取り付け、前記センサ取付手段は、前記空燃比センサ本体を構成する材料の熱膨張率が同等の材料で作られたセンサ取付部材を備え、該センサ取付部材に空燃比センサをネジ結合させ、前記センサ取付部材をボルト又はリベットにより熱膨張率が異なるエンジン側部材に固定したことを特徴とする空燃比センサの取付装置。
- 前記センサ取付手段は、前記空燃比センサ本体を構成する材料と熱膨張率が同等又は熱伝導率が小さい材料で作られたセンサ取付部材と、前記エンジン側部材に突出して形成されたボス部とを備え、前記センサ取付部材に空燃比センサをネジ結合させ、前記センサ取付部材をボルトにより前記ボス部に固定したことを特徴とする請求項３記載の空燃比センサの取付装置。
- 前記センサ取付部材とエンジン側部材の間に挟着されたシール兼断熱材を備えたことを特徴とする請求項４記載の空燃比センサの取付装置。
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