JP6499494B2 - Air-fuel ratio sensor and imbalance determination system using the same - Google Patents
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Description
本発明は、多気筒内燃機関の気筒間の空燃比のインバランスを判定するインバランス判定に用いられる空燃比センサ、及びそれを用いたインバランス判定システムに関する。 The present invention relates to an air-fuel ratio sensor used for imbalance determination for determining an air-fuel ratio imbalance between cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine, and an imbalance determination system using the same.
複数の気筒を有する多気筒内燃機関においては、各気筒に設けられたインジェクタの噴射性能や気筒毎の吸入空気配分量がばらつき、気筒間で実際の空燃比がばらつく結果として、特定気筒の燃焼が悪化し、排気エミッションが悪化するおそれがある。そこで、多気筒内燃機関の排気側に空燃比センサを取り付け、この空燃比センサの出力に基づいて、気筒間の空燃比ばらつき(空燃比インバランス)の有無を判定している。
ところで、空燃比センサは、排気ガス中の酸素等のガスの濃度を検出する検出素子をハウジングやケース等に収容すると共に、検出素子に電気的に接続されたリード線をケースの内部から外部に引き出した構成を有している。そして、このリード線にコネクタ等を介して外部回路(ECU)が接続され、検出素子からの出力信号を取り出してインバランスの異常検出を行っている。
さらに、ケースの外部に露出したリード線を保護チューブで覆うことで、リード線の破損を防止したり、外部からの熱によるリード線の劣化を抑制している(特許文献1参照)。
In a multi-cylinder internal combustion engine having a plurality of cylinders, the injection performance of the injectors provided in each cylinder and the intake air distribution amount for each cylinder vary, and the actual air-fuel ratio varies among the cylinders. There is a risk that exhaust emissions will deteriorate. Therefore, an air-fuel ratio sensor is attached to the exhaust side of the multi-cylinder internal combustion engine, and the presence or absence of air-fuel ratio variation (air-fuel ratio imbalance) between the cylinders is determined based on the output of the air-fuel ratio sensor.
By the way, the air-fuel ratio sensor houses a detection element for detecting the concentration of gas such as oxygen in the exhaust gas in a housing, a case, etc., and a lead wire electrically connected to the detection element from the inside of the case to the outside. It has a drawn-out configuration. An external circuit (ECU) is connected to the lead wire via a connector or the like, and an output signal from the detection element is taken out to detect an imbalance abnormality.
Furthermore, the lead wire exposed to the outside of the case is covered with a protective tube to prevent damage to the lead wire or to suppress deterioration of the lead wire due to heat from the outside (see Patent Document 1).
ところで、保護チューブとしては、ガラス繊維の編組体にシリコーンワニスを塗布したものが知られている。このような保護チューブは、空燃比センサのケースの外部に引き出したリード線を覆った状態で出荷される。ところが、出荷中に保護チューブのシリコーンワニスに含まれるシロキサンが揮発して検出素子の検知部(特に、電極)に付着して、電極が被毒することが判明した。この場合、センサ使用時に、センサ出力に遅れを生じさせることとなる。
センサ出力に遅れが生じると、図4に示すように、例えば4気筒エンジンの第3気筒のセンサ出力(空燃比)はタイミングt3で本来の出力特性(図4の実線)が得られるのに対し、センサ出力が遅れると第4気筒のセンサ出力(空燃比)を検出するタイミングt4で誤った出力特性(図4の破線)を取得してしまい、インバランスが生じた気筒を適切に判定することが困難になる。
従って、本発明は、保護チューブの影響による検出素子の被毒を防止し、インバランスが生じた気筒を適切に判定することが可能なインバランス判定に用いられる空燃比センサ、及びそれを用いたインバランス判定システムの提供を目的とする。
By the way, as a protective tube, what coated the silicone varnish to the braided body of glass fiber is known. Such a protective tube is shipped in a state in which the lead wire drawn out of the case of the air-fuel ratio sensor is covered. However, it was found that the siloxane contained in the silicone varnish of the protective tube volatilizes and adheres to the detection portion (especially the electrode) of the detection element during shipping, and the electrode is poisoned. In this case, the sensor output is delayed when the sensor is used.
When the sensor output is delayed, as shown in FIG. 4, for example, the sensor output (air-fuel ratio) of the third cylinder of a four-cylinder engine can obtain the original output characteristic (solid line in FIG. 4) at timing t3. When the sensor output is delayed, an erroneous output characteristic (broken line in FIG. 4) is acquired at timing t4 when the sensor output (air-fuel ratio) of the fourth cylinder is detected, and the cylinder in which imbalance occurs is appropriately determined. Becomes difficult.
Therefore, the present invention prevents the poisoning of the detection element due to the influence of the protective tube, and uses the air-fuel ratio sensor used for imbalance determination capable of appropriately determining the cylinder in which the imbalance has occurred, and the same. The purpose is to provide an imbalance determination system.
上記課題を解決するため、本発明のインバランス判定用の空燃比センサは、軸線方向に延びる検出素子と、前記検出素子の周囲を取り囲む筒状のハウジングと、前記ハウジングの後端側に接続された筒状のケースと、前記検出素子に電気的に接続され、前記ケースの内部から外部に取り出されたリード線と、前記ケースの外部で前記リード線を覆う保護チューブと、を備え、多気筒内燃機関の気筒間の空燃比のインバランスを判定するインバランス判定用の空燃比センサにおいて、前記保護チューブは、ガラス繊維の編組体の表面にアクリル樹脂が塗布されてなるか、又はポリフェニレンサルファイド繊維とポリエーテルエーテルケトン繊維との編組体からなる。
このインバランス判定用の空燃比センサによれば、保護チューブが、ガラス繊維の編組体の表面にアクリル樹脂が塗布されてなるか、又はポリフェニレンサルファイド繊維とポリエーテルエーテルケトン繊維との編組体からなる。これにより、リード線を保護チューブで覆った状態でインバランス判定用の空燃比センサを出荷している途中で、保護チューブにシロキサンが含まれないので、シロキサンが揮発して検出素子の検知部(特に電極)に付着し、電極が被毒することを防止できる。その結果、センサ出力に遅れを生じさせることが無く、インバランスが生じた気筒を適切に判定することができる。また、上述の保護チューブを用いることで、保護チューブの本来の役割である、リード線の破損を防止したり、外部からの熱によるリード線の劣化を抑制することができる。
In order to solve the above problems, an air-fuel ratio sensor for imbalance determination according to the present invention is connected to a detection element extending in an axial direction, a cylindrical housing surrounding the detection element, and a rear end side of the housing. A cylindrical case, a lead wire that is electrically connected to the detection element and taken out from the inside of the case, and a protective tube that covers the lead wire outside the case. In an air-fuel ratio sensor for imbalance determination that determines an air-fuel ratio imbalance between cylinders of an internal combustion engine, the protective tube is formed by applying acrylic resin to the surface of a braided body of glass fiber, or polyphenylene sulfide fiber And a polyether ether ketone fiber.
According to this air-fuel ratio sensor for imbalance determination , the protective tube is formed by coating acrylic resin on the surface of a glass fiber braid or a braid of polyphenylene sulfide fiber and polyether ether ketone fiber. . As a result, during shipping of the air-fuel ratio sensor for imbalance determination with the lead wire covered with the protective tube, since the protective tube does not contain siloxane, the siloxane volatilizes and the detection unit ( In particular, it is possible to prevent the electrode from being poisoned by adhering to the electrode. As a result, it is possible to appropriately determine the cylinder in which the imbalance has occurred without causing a delay in the sensor output. Further, by using the above-described protective tube, it is possible to prevent the lead wire from being damaged, which is the original role of the protective tube, or to suppress deterioration of the lead wire due to heat from the outside.
本発明のインバランス判定システムは、多気筒内燃機関の排気側に取り付けられたインバランス判定用の空燃比センサと、前記インバランス判定用の空燃比センサの出力に基づいて、前記多気筒内燃機関の気筒間の空燃比のインバランスを判定する判定手段と、を備えたインバランス判定システムにおいて、前記インバランス判定用の空燃比センサとして請求項1に記載のインバランス判定用の空燃比センサを用い、前記判定手段が前記リード線と電気的に接続されている。
このような、インバランス判定システムに、上述の保護チューブを用いたインバランス判定用の空燃比センサを用いることで、センサ出力に遅れを生じさせることが無く、インバランスが生じた気筒を適切に判定することができる。
An imbalance determination system according to the present invention includes an air-fuel ratio sensor for imbalance determination attached to an exhaust side of a multi-cylinder internal combustion engine, and an output of the air-fuel ratio sensor for imbalance determination based on the output of the air-fuel ratio sensor for imbalance determination. An imbalance determination system comprising: a determination means for determining an air-fuel ratio imbalance between the cylinders of
By using an air-fuel ratio sensor for imbalance determination using the above-described protective tube in such an imbalance determination system, the sensor output is not delayed, and the cylinder in which the imbalance has occurred can be appropriately selected. Can be determined.
この発明によれば、保護チューブの影響による検出素子の被毒を防止し、インバランスが生じた気筒を適切に判定することができる。 According to this invention, it is possible to prevent the detection element from being poisoned by the influence of the protective tube, and to appropriately determine the cylinder in which the imbalance has occurred.
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の空燃比インバランス判定システムを適用するエンジン100の一例を示す概略構成図である。
エンジン100は、車両に搭載されるポート噴射式4気筒エンジン(火花点火式内 燃機関)であって、各気筒#1,#2,#3,#4を構成するシリンダブロック(図示せず)内にピストン(図示せず)が設けられている。エンジン100の燃焼室には点火プラグ103が配置されている。エンジン100には吸気通路111と排気通路112とが接続され、吸気通路111の一部は吸気ポート111a及び吸気マニホールド(図示せず)によって形成されている。また、排気通路112の一部は排気ポート112a及び排気マニホールド112bによって形成されている。
エンジン100の吸気通路111には、吸気を濾過するエアクリーナ107、熱線式のエアフロメータ133、吸気温センサ134(エアフロメータ133に内蔵)、ターボチャージャ300、インタークーラ104及び、エンジン100の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ105などが配置されている。スロットルバルブ105はスロットルモータ106によって駆動される。スロットルバルブ105の開度はスロットル開度センサ135によって検出される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an
The
In an
そして、吸気通路111の吸気ポート111aには、燃料を噴射可能なインジェクタ(燃料噴射弁)102が配置されている。インジェクタ102は各気筒#1〜#4毎に設けられている。これらインジェクタ102・・102は共通のデリバリパイプ191に接続され、デリバリパイプ191には燃料が供給される。そして、インジェクタ102で噴射された燃料が吸入空気と混合されて混合気となって各気筒#1〜#4内で、第1気筒#1→第3気筒#3→第4気筒#4→第102気筒#2の順で燃焼・爆発する。燃焼ガスは排気通路112に排出される。
以上のエンジン100の運転状態はECU(Electronic Control Unit)200によって制御される。
An injector (fuel injection valve) 102 capable of injecting fuel is disposed in the
The operating state of the
一方、エンジン100の排気通路112には上流触媒181と下流触媒182とが直列に配置されている。これら上流触媒181及び下流触媒182は共に三元触媒を構成する。上流触媒181の上流側(排気流れの上流側)の排気通路112には空燃比センサ(A/Fセンサ)1が設けられている。また、上流触媒181の下流側(排気流れの下流側)の排気通路112にはO2センサ(酸素センサ)138が配置されている。O2センサ138は、理論空燃比(ストイキ)近傍で出力値がステップ状に変化する酸素濃度センサである。
空燃比センサ1については後述する。又、空燃比センサ1はリード線64及びリード線64を覆う保護チューブ68を備えており(図2参照)、リード線64を介して空燃比センサ1がECU200に電気的に接続されている。空燃比センサ1が特許請求の範囲の「空燃比センサ」に相当する。又、空燃比センサ1及びECU200が特許請求の範囲の「インバランス判定システム」に相当し、ECU200が特許請求の範囲の「判定手段」に相当する。
以上の空燃比センサ1及びO2センサ138の各出力信号はECU200に入力される 。ECU200は、空燃比センサ1及びO2センサ138の出力に基づいて空燃比フィードバック制御(ストイキ制御)を実行する。
On the other hand, an
The air-
The output signals from the air-
ECU200は、公知のCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(R andom Access Memory)などを備えている。ROMには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPUは、ROMに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、RAMは、CPUでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶する。
そして、ECU200は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、エンジン100の各種制御の他、上記した空燃比フィードバック制御を実行する。さらに、ECU200は、空燃比インバランスを判定する。
空燃比インバランス判定は、インジェクタ102などの燃料供給系やエアフロメータ133などの空気系に、エンジン100の全気筒#1〜#4に影響を及ぼすような異常が発生した場合、空燃比のメインフィードバック制御の補正量の絶対値が大きくなるため、これをECU200でモニタすることで検出できる。例えば、料噴射量が全体的にストイキ相当量に対して、所定量ずれている場合、そのずれ量を補正するような補正量で補正を行う。このフィードバック補正量が所定の判定閾値以上となったときに、燃料供給系もしくは空気系が異常であることを検出することができる。
又、上述のように第1気筒#1→第3気筒#3→第4気筒#4→第102気筒#2の順で燃焼・爆発することから、上述の図4に示したように、各気筒ごとにこの順のタイミングで空燃比センサ1の出力特性が得られるので、これら出力特性に基づいて各気筒ごとのストイキ相当量を取得することができる。
The ECU 200 includes a known CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), and the like. The ROM stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like. The CPU executes various arithmetic processes based on various control programs and maps stored in the ROM. In addition, the RAM temporarily stores calculation results in the CPU, data input from each sensor, and the like.
Then,
The air-fuel ratio imbalance determination is performed when an abnormality that affects all
Further, as described above, since combustion and explosion occur in the order of the
次に、図2、図3を参照し、空燃比センサ1について説明する。
図2は、本発明の実施形態に係る空燃比センサ1の外観図である。空燃比センサ1は、検出素子10(図3参照)と、検出素子10の周囲を取り囲む筒状の主体金具(特許請求の範囲の「ハウジング」に相当)50と、ハウジングの後端側に接続された外筒(特許請求の範囲の「ケース」に相当)65と、ケース65の内部から外部に取り出されたリード線64と、ケース65の外部でリード線64を覆う保護チューブ68と、リード線64の端部に接続されたコネクタ部69等とを備えている。そして、コネクタ部69(例えば、雄コネクタ)が、ECU200の対コネクタ(例えば、雌コネクタ;図示せず)に電気的に接続されている。
図3は、本発明の実施形態に係る空燃比センサ1の軸線O方向に沿う断面構造を示す。この実施形態において、空燃比センサ1は自動車の排気管内に挿入されて先端(図3の矢印F側)が排気ガス中に曝され、排気ガス中の酸素濃度から空燃比を検出する全領域空燃比センサになっている。そして、検出素子10は、酸素イオン伝導性の固体電解質体に一対の電極を積層した酸素濃淡電池を構成し、酸素量に応じた検出値を出力する公知の検出素子である。
なお、図3の下側(矢印F側)を空燃比センサ1の先端側とし、図3の上側を空燃比センサ1の後端側とする。
Next, the air-
FIG. 2 is an external view of the air-
FIG. 3 shows a cross-sectional structure along the axis O direction of the air-
The lower side (arrow F side) in FIG. 3 is the front end side of the air-
空燃比センサ1は、排気管に固定されるための雄ねじ部51が外表面に形成された筒状の主体金具50と、主体金具50の後端に接続される外筒65と、主体金具50の先端に接続されるプロテクタ8と、軸線O方向に延びる板状形状をなす検出素子10と、検出素子10の径方向周囲を取り囲むように主体金具50内に配置される筒状のフランジ部24、シール材26及びセラミックスリーブ27と、検出素子の後端部を取り囲むセパレータ60と、セパレータ60を保持する保持金具70と、検出素子10の後端に電気的に接続される接続端子61と、外筒65の後端を閉塞するグロメット75等とを備えている。
The air-
検出素子10は先端に検出部11(上記した酸素濃淡電池の電極)を有し、又、図示しないヒータを積層してなる。検出素子10の後端には、検出部11から出力される検出値を取り出したり、ヒータを動作させるための5つの電極パッド16(図3では、2個図示)を設けた電極部12が形成されている。
The
主体金具50は略筒状に構成され、先端側から後端側にかけて順に、先端係合部56、雄ねじ部51、六角レンチ等を係合するための拡径された鍔部52、後端部57、加締め部53とを備えている。又、鍔部52の先端面と雄ねじ部51の後端との間の段部には、排気管に取付けた際のガス抜けを防止するガスケット55が嵌挿されている。
さらに、主体金具50は、軸線O方向に貫通する貫通孔58を有し、貫通孔58の径方向内側に棚部54が突出し、棚部54は、軸線O方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。
The
Further, the
主体金具50の貫通孔58の内部には、検出素子10の径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のセラミックリング21、滑石からなるシール材22、26、および上述のセラミックスリーブ27がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。セラミックリング21及びシール材22と主体金具50との間には金属カップ20が配置され、金属カップ20は棚部54に係止している。そして、シール材22が押し潰されることによりセラミックリング21、シール材22及び金属カップ20が一体のフランジ部24となって検出素子10を保持すると共に気密性を維持する。
従って、検出素子10の先端側が貫通孔58の先端側から突出し、電極パッド16が貫通孔58の後端側から突出した状態で、検出素子10が主体金具50に保持される。
なお、セラミックスリーブ27と主体金具50の加締め部53との間には、セラミックスリーブ27の肩部28に沿って加締めパッキン29が配置されており、加締めパッキン29を介して加締め部53を下方(先端側)へ加締めることにより、セラミックスリーブ27が先端側に押し付けられ、シール材22、26を押し潰している。
Inside the through
Accordingly, the
A caulking packing 29 is disposed along the shoulder 28 of the
一方、主体金具50の先端係合部56の外周には、検出素子10の突出部分を覆うと共に、複数の孔部85、95を有する有底筒状で金属製(例えば、ステンレスなど)二重の外側プロテクタ80および内側プロテクタ90が、溶接等によって取り付けられている。
On the other hand, the outer periphery of the front
そして、主体金具50の後端部57の外周を囲んで筒状の外筒65が固定され、外筒65は検出素子10の後端側を収容している。外筒65の内部には、検出素子10の電極部12を取り囲むセパレータ60が配置されている。セパレータ60は軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔60aを有する筒状をなし、コンタクト挿通孔60aの内面に設けられた接続端子61が検出素子10の各電極パッド16にそれぞれ電気的に接続するようになっている。そして、接続端子61に接続された5本のリード線64(図3では3本のみ)がコンタクト挿通孔60aを通って外筒65の後端側に引き出されている。
なお、セパレータ60と外筒65の間に筒状金属製の保持金具70が配置され、保持金具70の後端が内側に折り曲げられて支持部71を形成している。そして、セパレータ60の後端側に設けた拡径の鍔部62を支持部71に係止させて、セパレータ60が保持金具70に保持される。保持金具70は、外筒65と共に内側へ向かって加締められて外筒65の所定位置に固定される。
さらに、外筒65の後端開口部をグロメット75が閉塞し、各リード線64はグロメット75を軸線方向に貫通するリード線挿通孔76を通って気密に挿通され、外部に引き出される。グロメット75は外筒65と共に内側へ向かって加締められて外筒65の後端に固定され、さらにセパレータ60の後面を先端側へ押圧している。
なお、図3では、保護チューブ68の表示を省略してある。
A cylindrical
A cylindrical metal holding metal fitting 70 is disposed between the
Further, the
In FIG. 3, the
本発明において、保護チューブ68は、ガラス繊維の編組体の表面にアクリル樹脂が塗布されてなるか、又はポリフェニレンサルファイド繊維とポリエーテルエーテルケトン繊維との編組体からなり、保護チューブ68の成分にシロキサンが含まれない。
このため、リード線64を上述の保護チューブ68で覆った状態で空燃比センサ1を出荷している途中で、保護チューブ68にシロキサンが含まれないので、シロキサンが揮発して検出素子10の検知部(特に電極)に付着し、電極が被毒することを防止できる。その結果、センサ出力に遅れを生じさせることが無く、インバランスが生じた気筒を適切に判定することができる。また、上述の保護チューブ68を用いることで、保護チューブ68の本来の役割である、リード線64の破損を防止したり、外部からの熱によるリード線64の劣化を抑制することができる。
なお、ガラス繊維の編組体にアクリル樹脂を塗布するとは、ガラス繊維の編組体の少なくとも表面にアクリル樹脂が塗着されていればよいが、ガラス繊維の編組体の内部にアクリル樹脂が含浸されているとさらに好ましい。
また、このようなインバランス判定システムに、上述の保護チューブ68を用いた空燃比センサ1を用いることで、センサ出力に遅れを生じさせることが無く、インバランスが生じた気筒を適切に判定することができる。
In the present invention, the
For this reason, since the
The acrylic resin is applied to the glass fiber braid as long as the acrylic resin is applied to at least the surface of the glass fiber braid, but the glass fiber braid is impregnated with the acrylic resin. More preferably.
In addition, by using the air-
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but extends to various modifications and equivalents included in the spirit and scope of the present invention.
1 空燃比センサ
10 検出素子
50 主体金具(ハウジング)
64 リード線
65 外筒(ケース)
68 保護チューブ
100 多気筒内燃機関(エンジン)
#1〜#4 気筒
200 判定手段(ECU)
O 軸線方向
1 Air-
64
68
# 1 to # 4
O Axial direction
Claims (2)
前記検出素子の周囲を取り囲む筒状のハウジングと、
前記ハウジングの後端側に接続された筒状のケースと、
前記検出素子に電気的に接続され、前記ケースの内部から外部に取り出されたリード線と、
前記ケースの外部で前記リード線を覆う保護チューブと、を備え、多気筒内燃機関の気筒間の空燃比のインバランスを判定するインバランス判定用の空燃比センサにおいて、
前記保護チューブは、ガラス繊維の編組体の表面にアクリル樹脂が塗布されてなるか、又はポリフェニレンサルファイド繊維とポリエーテルエーテルケトン繊維との編組体からなるインバランス判定用の空燃比センサ。 A sensing element extending in the axial direction;
A cylindrical housing surrounding the detection element;
A cylindrical case connected to the rear end side of the housing;
A lead wire electrically connected to the detection element and taken out from the inside of the case;
A protective tube for covering the lead wire outside the case; and an air-fuel ratio sensor for imbalance determination for determining an air-fuel ratio imbalance between cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine.
The protective tube is an air-fuel ratio sensor for imbalance determination , in which an acrylic resin is applied to the surface of a glass fiber braid or a braid of polyphenylene sulfide fiber and polyether ether ketone fiber.
前記インバランス判定用の空燃比センサの出力に基づいて、前記多気筒内燃機関の気筒間の空燃比のインバランスを判定する判定手段と、を備えたインバランス判定システムにおいて、
前記インバランス判定用の空燃比センサとして請求項1に記載のインバランス判定用の空燃比センサを用い、前記判定手段が前記リード線と電気的に接続されているインバランス判定システム。
An air-fuel ratio sensor for imbalance determination attached to the exhaust side of the multi-cylinder internal combustion engine;
An imbalance determination system comprising: a determination unit that determines an imbalance of the air-fuel ratio between the cylinders of the multi-cylinder internal combustion engine based on an output of the air-fuel ratio sensor for determining the imbalance.
2. An imbalance determination system in which the air-fuel ratio sensor for imbalance determination according to claim 1 is used as the air-fuel ratio sensor for imbalance determination, and the determination means is electrically connected to the lead wire.
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