JPH0658359U - 内燃機関の酸素センサ劣化防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡易な構造でありながら、センサ素子表面に付
着したカーボン等をガス化させることにより酸素センサ
素子の劣化を防止する。 【構成】機関停止後（Ｓ１）、内側電極と外側電極間に
電圧を印加してセンサ素子表面を加熱する（Ｓ２）。そ
して、電極間への印加電圧値Ｖと出力電流値Ｉに基づき
算出された酸素センサの内部抵抗値Ｒに基づきセンサ素
子温度を推定する（Ｓ３）。即ち、酸素センサの内部抵
抗値Ｒが所定値、例えば１００Ω以下であれば、センサ
素子温度が７００°Ｃ以上に達して素子表面に付着して
いるカーボン等がガス化されていると推定されるので、
内側電極と外側電極間への通電をＯＦＦとしてセンサ素
子表面への加熱を終了する（Ｓ４）。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、内燃機関の排気管に装着して該機関に供給される混合気の空燃比と 密接な関係にある排気中の酸素濃度を測定し空燃比フィードバック制御における フィードバック信号の提供に用いる酸素センサに関し、特に、その酸素センサ素 子の劣化を防止する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

酸素センサは、ジルコニア等よりなるセンサ素子を機関の排気中に臨ませて、 大気中の酸素濃度（一定）と排気中の酸素濃度との比に基づいて発生する起電力 を取り出し、これにより、排気中の酸素濃度を介して機関に吸入される混合気の 空燃比を検出するもので、空燃比フィードバック制御に用いられている（実開昭 ６３−４１７６１号公報等参照）。

【０００３】 従来、この種の酸素センサとしては、例えば図４に示すような構造を有したも のがある（特開昭５８−２０４３６５号公報等参照）。 即ち、このものは図において、先端部を閉塞した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂ ）を主成分としたセラミック管１の内表面と外表面の各一部には白金（Ｐｔ）ペ ーストを塗布した後、セラミック管１を焼成することで、起電力取り出し用の白 金電極２，３を形成してある。セラミック管１の外表面には、更に白金を蒸着し て触媒層４を形成し、その上からマグネシウムスピネル等の金属酸化物を溶射し て、保護層５を形成してある。

【０００４】 そして、前記セラミック管１の内側に基準気体として大気が導かれるようにす る一方、セラミック管１の外側を機関排気通路に臨ませて被検出気体である排気 と接触させ、内表面に接触する大気中の酸素濃度と外表面に接触する排気中の酸 素濃度との比に応じた電圧を白金電極２，３間に発生させることにより、排気中 の酸素濃度を検出するものである。

【０００５】 そして、前記白金触媒層４は、一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣと酸素Ｏ₂ との ＣＯ＋1/2 Ｏ₂ →ＣＯ₂ ，ＨＣ＋Ｏ₂ →Ｈ₂ ＋ＣＯ₂ なる酸化反応を促進し、濃 混合気で燃焼させた時にその部分に残存する低濃度のＯ₂ をＣＯやＨＣと良好に 反応させてＯ₂ 濃度をゼロ近くにし、セラミック管１内外のＯ₂ 濃度比を大きく して、大きな起電力を発生させる。

【０００６】 一方、希薄混合気で燃焼させた時には、排気中に高濃度のＯ₂ と低濃度のＣＯ やＨＣがあるため、ＣＯ，ＨＣとＯ₂ とが反応してもまだＯ₂ が余り、セラミッ ク管１内外のＯ₂ 濃度比は小さく殆ど電圧は発生しない。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、機関の低負荷時や機関停止直後又はコールドスタート時等において は、酸素センサの排気管への取り付け位置近傍の排気温度が低温になるため、排 気中のＣＯやＨＣが分解反応を起こし、カーボン（Ｃ）等が析出する。 そして、この析出したカーボン等は酸素センサ素子表面の保護層５に付着する ことにより、保護層５が目詰まりをおこし、ガスの通過量が制限されることによ り応答性が悪化して、図５の点線で示されるように、制御点がリーン化して制御 周波数の応答遅れが生じるといった問題点があった。

【０００８】 尚、かかるセンサ素子表面に析出したカーボン等を除去するために、別途ヒー タを取り付けたものもあるが、製品コストが高くなり好ましくない。 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、簡易な構造 でありながら、センサ素子表面に付着したカーボンをガス化させることにより酸 素センサ素子の劣化を防止した内燃機関の酸素センサ劣化防止装置を提供するこ とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

このため、本考案は、機関の排気系に介装されて、センサ素子の夫々の電極が 設けられた内外表面の一方を排気に、他方を大気に接触させ、大気中の酸素濃度 と排気中の酸素濃度との比に応じて前記電極間に発生する起電力を取り出して排 気中の酸素濃度を検出する酸素センサを備えた内燃機関において、前記電極間を 通電可能な回路構成とすると共に、機関の停止状態を検出する機関停止検出手段 と、機関停止後、所定時間前記電極間を通電してセンサ素子表面を加熱する通電 加熱手段と、を含んで構成される。

【００１０】

【作用】

かかる構成によれば、機関運転中は、センサ素子の夫々の電極が設けられた内 外表面の一方を排気に、他方を大気に接触させ、大気中の酸素濃度と排気中の酸 素濃度との比に応じて前記電極間に発生する起電力を取り出すことによって、排 気中の酸素濃度を介して機関に吸入される混合気の空燃比を検出して空燃比フィ ードバック制御に用いられるが、機関停止検出手段により機関運転の停止を検出 すると、通電加熱手段が所定時間前記電極間を通電することによりセンサ素子表 面を加熱する。

【００１１】 このように、別途ヒータを設けることなく起電力取り出し用の内外電極を使用 して該電極間に通電することにより、簡易な構造でセンサ素子表面に付着したカ ーボン等のデポジットがガス化され、センサ素子外部へ排出することができる。 従って、酸素センサ素子表面の保護層にカーボン等が付着することが極力防止さ れ、該カーボン等の付着による保護層の目詰まりにより応答性が悪化して、制御 点がリーン化して制御周波数の応答遅れが生じることを防止することができる。 また、排気温度の低温時にも酸素センサの性能を確保できるので、低温始動後空 燃比フィードバックを開始当初から良好な制御精度が得られる。ひいては空燃比 フィードバックの開始時期を早めることもでき、これによって排気エミッション を改善することができる。

【００１２】

【実施例】

以下に、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。 図１及び図２は、ＺｒＯ₂ チューブ型の酸素センサ１０の構造を示す図で、機 関排気管壁Ｅに取り付けられるホルダ１１の先端部に、センサ素子としてのセラ ミック管１２（以下、ジルコニアチューブという。）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。

【００１３】 このジルコニアチューブ１２の内表面と外表面の各一部には、起電力取り出し 用の内側電極１２ａと外側電極１２ｂが形成され、通常大気中の酸素濃度と排気 中の酸素濃度との比に応じて発生する起電力を該電極より取り出して排気中の酸 素濃度を検出する。尚、ジルコニアチューブ１２基端部の外側電極１２ｂにはホ ルダー１１との絶縁状態を維持するために酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂ ）を上か ら塗布して焼付印刷されている。

【００１４】 また、ジルコニアチューブ１２の開口端には、導電体である２つに分割された コンタクトプレート１４ａ，１４ｂを夫々内側電極１２ａと外側電極１２ｂに電 気的に接触させてあり、該コンタクトプレート１４ａ，１４ｂは、筒状のアイソ レーションブッシュ１５の先端面で押圧してあり、アイソレーションブッシュ１ ５は、ホルダー１１に加締固定したカバー１６で皿バネ１７を介して固定してあ る。

【００１５】 そして、コンタクトプレート１４ａ，１４ｂにはリード線１９ａ，１９ｂが圧 着固定され、このリード線１９ａ，１９ｂはアイソレーションブッシュ１５の基 端部の孔内に装着されるカバー１６により加締固定されるラバーチューブ２０に 引通して外部に導出される。 このリード線１９ａ，１９ｂ間にはコントロールユニット２１からの命令にし たがってバッテリ２２より電圧を印加することによりセンサ素子１２表面を加熱 するようになっている。

【００１６】 また、リード線１９ａ，１９ｂ間への印加電圧値Ｖと電流検出用抵抗γの端子 電圧として求められた出力電流値Ｉとがコントロールユニット２１に入力され、 該入力値に基づきＲ＝Ｖ／Ｉとして酸素センサの内部抵抗値Ｒが算出される。 次に、図３のフローチャートに基づき、本考案に係る酸素センサのヒータ通電 ルーチンを説明する。

【００１７】 先ず、ステップ１（以下「Ｓ１」という。）では、イグニッションキースイッ チをＯＦＦとして機関が停止されたか否かを判別する。そして、機関が停止され たと判別されたらＳ２へ進み、機関が運転状態にあれば本ルーチンを抜けて終了 する。 Ｓ２では、リード線１９ａ，１９ｂを介して内側電極１２ａと外側電極１２ｂ 間に電圧を印加してセンサ素子１２表面を加熱する。

【００１８】 Ｓ３では、リード線１９ａ，１９ｂ間への印加電圧値Ｖと電流検出用抵抗γの 端子電圧として求められた出力電流値Ｉとから算出された酸素センサ内部抵抗値 Ｒに基づきセンサ素子温度を推定する。即ち、酸素センサ内部抵抗値Ｒが所定値 、例えば１００Ω以下であれば、センサ素子温度が７００°Ｃ以上あると推定さ れるので、Ｓ４で、内側電極と外側電極間への通電をＯＦＦとしてセンサ素子へ の加熱を終了する。そして、抵抗値Ｒが未だ所定値に達していなければ、所定値 に達するまでＳ２からのルーチンを繰り返す。このように、センサ内部抵抗Ｒを 検出して通電時間を制御する構成とすれば、必要最小限の通電量で済むが、簡易 的に一定時間通電するような構成としてもよい。

【００１９】 尚、ここで、Ｓ１が機関停止検出手段として、Ｓ２が通電加熱手段として機能 する。 このように、別途ヒータを設ける必要がなく、起電力取り出し用の内側電極と 外側電極間に電圧を印加してセンサ素子表面を加熱することにより、簡易な構造 でありながら、センサ素子表面に付着したカーボン等のデポジットがガス化され 、センサ素子外部へと排出される。従って、酸素センサの保護層にカーボン等が 付着することが極力防止され、例えば、保護層がカーボン等により目詰まりをお こすことにより応答性が悪化して、制御点がリーン化して制御周波数の応答遅れ が生じることを防止することができる。

【００２０】 また、排気温度の低温時にも酸素センサの性能を確保できるので、低温始動後 空燃比フィードバックを開始当初から良好な制御精度が得られる。ひいては空燃 比フィードバックの開始時期を早めることもでき、これによって排気エミッショ ンを改善することができる。

【００２１】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、酸素センサ素子の内表面と外表面の各 一部に、起電力取り出し用の内外電極を設けると共に、機関停止検出手段により 機関運転の停止を検出すると、通電加熱手段が所定時間前記電極間を通電するこ とによりセンサ素子表面を加熱するように構成したので、別途ヒータを設ける必 要がなく、簡易な構造でありながら、センサ素子表面に付着したカーボン等のデ ポジットがガス化され、センサ素子外部へと排出され、酸素センサ素子表面の保 護層にカーボン等が付着することが極力防止され、例えば、保護層が目詰まりを おこして応答性が悪化して、制御点がリーン化して制御周波数の応答遅れが生じ ることを防止することができる。

【００２２】 また、排気温度の低温時にも酸素センサの性能を確保できるので、低温始動後 空燃比フィードバックを開始当初から良好な制御精度が得られ、ひいては空燃比 フィードバックの開始時期を早めることもでき、これによって排気エミッション を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案に係る酸素センサの構造を示す断面
図。

【図２】 （ａ）は、図１の酸素センサの一部を省略し
た分解斜視図、（ｂ）は、（ａ）に示すジルコニアチュ
ーブの底面図。

【図３】 酸素センサへの通電ルーチンを示すフローチ
ャート。

【図４】 従来の酸素センサの構造を示す断面図。

【図５】 従来の酸素センサの欠点を説明するための説
明図。

【符号の説明】

１０ 酸素センサ １１ ホルダ １２ ジルコニアチューブ １２ａ，内側電極 １２ｂ 外側電極 １３ プロテクタ １４ａ，ｂ コンタクトプレート １５ アイソレーションブッシュ １６ カバー １７ 皿バネ １９ａ，ｂ リード線 ２０ ラバーチューブ ２１ コントロールユニット ２２ バッテリ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の排気系に介装されて、センサ素子の
   夫々の電極が設けられた内外表面の一方を排気に、他方
   を大気に接触させ、大気中の酸素濃度と排気中の酸素濃
   度との比に応じて前記電極間に発生する起電力を取り出
   して排気中の酸素濃度を検出する酸素センサを備えた内
   燃機関において、 前記電極間を通電可能な回路構成とすると共に、 機関の停止状態を検出する機関停止検出手段と、 機関停止後、所定時間前記電極間を通電してセンサ素子
   表面を加熱する通電加熱手段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の酸素セン
   サ劣化防止装置。