JPH04359142A - 内燃機関の空燃比検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の空燃比検出装
置に関し、詳しくは、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、一般的には、吸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５
８−７２６４７号公報等参照）。

【０００４】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、引いて
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に排気
中には水分Ｈ２　Ｏが含まれており、特に触媒で未燃ガ
スの反応が促進されるために、触媒の下流側では排気中
に含まれる水分Ｈ２　Ｏ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、特に触媒下流側に設けられ
る酸素センサの素子の周囲に多くの水分Ｈ２Ｏが存在す
ることになる。

【０００６】このため、触媒下流側の酸素センサにおい
ては、機関の停止・運転に伴って、雰囲気中の水分がセ
ンサ素子（ジルコニアチューブ等）に多量に付着し、ま
た、この付着した水分が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
の温度変化が激しくなり、前記酸素センサのセラミック
ス素子が熱衝撃で割れることがあった。

【０００７】本発明は上記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を利用して、前記排気中の水分
Ｈ２　Ｏ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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのため本発明にかかる
内燃機関の空燃比検出装置は、図１に示すように構成さ
れる。図１において、空燃比センサは、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
変化する空燃比センサであって、センサ素子の加熱用と
してのヒータが付設されている。

【０００９】そして、強制通電手段は、イグニッション
スイッチオフ検知手段により機関のイグニッションスイ
ッチがオフされたことが検知されてから所定時間だけ、
前記ヒータに強制的に通電する。

【００１０】

【作用】このように、イグニッションスイッチがオフさ
れたときに所定時間だけヒータに通電させて、ヒータに
よって素子を加熱するようにすれば、機関の運転停止に
伴う空燃比センサの素子温度の急激な低下を抑止でき、
以て、雰囲気中の水分が素子表面に付着することを抑止
できるから、付着した水分が運転再開時に蒸発して素子
部分の熱を奪うことも回避できる。従って、空燃比セン
サの素子部が他部品に比べて大きく温度変化することに
よる熱衝撃で、素子割れが発生することを防止すること
が可能となる。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図２は、
ジルコニアチューブ型の酸素センサ６の構造を示す図で
、ホルダ７の先端部に、センサ素子としてのジルコニア
チューブ８を保持させ、これをスリット９ａ付のプロテ
クタ９によって覆ってある。そして、ジルコニアチュー
ブ８には、低排気温時にジルコニアチューブ８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１０を配置してある。尚、１１は金属製のコ
ンタクトプレート、１２はアイソレーションブッシュ、
１３はキャップである。

【００１２】かかる酸素センサ６は、前記プロテクタ９
によって覆われるジルコニアチューブ８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８
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。換言すれば、前記酸素センサ６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８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。

【００１３】かかる酸素センサ６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１４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１４は、前記酸
素センサ６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、図示しない電磁式燃料噴射弁による燃料噴射量
をフィードバック補正するようになっている。

【００１４】また、コントロールユニット１４は、酸素
センサ６のセラミックヒータ１０の通電をオン・オフ制
御する機能を有しており、図４のフローチャートに示す
ように、機関のイグニッションスイッチ１５がオフされ
てから所定時間（例えば５秒間）だけ、前記セラミック
ヒータ１０に強制的に通電する制御を行ってから、電源
を自己遮断するようになっている。従って、本実施例に
おける強制通電手段は、コントロールユニット１４が相
当することになる。

【００１５】前記セラミックヒータ１０は、酸素センサ
６のセンサ素子を活性化させて所期の検出特性を得る主
目的のために設けられたものであり、例えば機関運転中
に常時通電されたり、又は、機関の低回転・低負荷時に
おいてのみ選択的に通電されたりするが、本実施例では
、かかる機関運転中の通電制御に加え、前述のように空
燃比検出を行う必要のないイグニッションスイッチのオ
フ状態（機関停止状態）で強制的に通電してセンサ素子
を加熱させる。

【００１６】図４のフローチャートは、イグニッション
スイッチ１５がオンからオフへ切り換えられたことが検
知されたときに割り込み実行されるようになっており、
本実施例におけるイグニッションスイッチオフ検知手段
はコントロールユニット１４が相当することになる。イ
グニッションスイッチ１５がオンからオフへ切り換えら
れると、まず、ステップ１（図中ではＳ１としてある。 以下同様）では、酸素センサ６のセラミックヒータ１０
への通電を行わせ、次のステップ２でイグニッションス
イッチ１５がオンからオフへ切り換えられてからの経過
時間が所定時間（例えば５秒）以上となったか否かを判
別する。

【００１７】経過時間（通電時間）が所定時間に至って
いないときには、ステップ１に戻ってセラミックヒータ
１０への通電を継続して行わせるが、ステップ２で所定
時間が経過したことが判別されると、ステップ３へ進み
、セラミックヒータ１０への通電を停止させ、次のステ
ップ４ではコントロールユニット１４が自己の電源遮断
を行ってシステム全てへの電源供給が停止される。

【００１８】即ち、機関の運転が停止された直後から所
定時間だけ酸素センサ６のセラミックヒータ１０へ通電
して、セラミックヒータ１０によってセンサ素子（ジル
コニアチューブ８）を加熱するものであり、かかるヒー
タ加熱によってジルコニアチューブ８が運転停止に伴っ
て急激に温度低下することを抑止し、雰囲気中に含まれ
る水分Ｈ２　Ｏがジルコニアチューブ８の外表面に付着
することを抑止する。ジルコニアチューブ８は、伝熱性
に優れているため、酸素センサ６の他の金属製部品より
も機関停止時の温度低下が速く、雰囲気中の水分が付着
し易いが、上記のようにヒータ加熱によって機関停止直
後に温度低下を抑止すれば、水分の付着を抑止すること
ができるものである。

【００１９】また、上記のように機関停止時における酸
素センサ６のジルコニアチューブ８に対する水分の付着
が抑止されれば、機関の運転再開時に、前記水分の蒸発
によりジルコニアチューブ８の熱が奪われることがなく
、他の構成部品に対する大きな温度差に基づく熱衝撃で
、ジルコニアチューブ８の割れが発生することを防止で
きることになる。

【００２０】尚、酸素センサ６が排気浄化用に設けられ
る触媒の下流側に備えられた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から、上記のような
機関停止直後のヒータ加熱を行うことで、多量の水分が
付着することを抑止でき、特に有効となるが、触媒上流
側に設けられた酸素センサ６において前述のようなヒー
タ加熱を行わせるよう構成しても良い。

【００２１】また、本実施例では、ジルコニアチューブ
型の酸素センサ６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、酸素濃度に以外の排気
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、上記のようにイグニション
スイッチがオフされてからの強制的なヒータ加熱を行わ
せることが有効である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、排
気中の水分が空燃比センサの素子に付着して、熱衝撃を
発生させることを抑止でき、これによって、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で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図。

【図２】本発明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。

【符号の説明】

６　　　　酸素センサ ８　　　　ジルコニアチューブ １０　　　　セラミックヒータ １４　　　　コントロールユニット １５　　　　イグニッションスイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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する空燃比センサであ
   って、センサ素子の加熱用としてのヒータが付設された
   空燃比センサと、機関のイグニッションスイッチがオフ
   されたことを検知するイグニッションスイッチオフ検知
   手段と、該検知手段でイグニッションスイッチがオフさ
   れたことが検知されてから所定時間だけ前記ヒータに強
   制的に通電する強制通電手段と、を含んで構成されたこ
   とを特徴とする内燃機関の空燃比検出装置。