JPH0143461Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は酸素センサの取付構造に関し、詳しく
は、自動車用等の多気筒エンジンから排出される
排気ガスの酸素濃度を検出し、その検出出力を燃
料供給系にフイードバツクして燃焼時における空
燃比を、排気ポートより下流側に配設された排気
ガス浄化装置の優れた排気ガス浄化性能を充分に
発揮させ得る最適範囲に制御させるとともに、酸
素センサの暖機性及び耐熱劣化性に優れ、しか
も、エンジンの出力性能を低下させることのない
酸素センサの取付構造にかかる。

〔従来の技術〕

酸素センサとは、気体中の酸素濃度を測定検出
するセンサである。

さて、自動車の排気ガス浄化のために用いられ
ている三元触媒は、理論空燃比近傍でHC，CO及
びNOxの３成分に対して、いずれも極めて高い
浄化性能が得られるものである。

しかし、上記三元触媒は、この３成分に対して
いずれも高い浄化性能を発揮させ得る空燃比の範
囲（三元触媒のウインド）が非常に狭いという難
点がある。

そこで、排気ガス中の酸素濃度を検出すること
により、エンジンの空燃比を酸素センサの検出出
力としてとらえて燃料供給系にフイードバツク
し、三元触媒の狭いウインドに燃焼時の空燃比を
制御させる必要があり、この時における酸素濃度
を検出する手段として一般に酸素センサが利用さ
れている。

ところで、自動車用等の多気筒エンジンにおい
ては、エンジンの各気筒の影響を偏つて受けるこ
となく、全排気ガスの平均化された酸素濃度を検
出しようという意図から、従来における酸素セン
サの取付部位としては、排気マニホルドの各気筒
から排出される排気ガスが合流する排気マニホル
ド集合部、デユアル排気管中央部等の部位が一般
的に採用されており、その部位における排気ガス
に対する酸素センサによる酸素濃度検出精度を改
善しようとする試みがなされている（例えば、実
開昭59−39725号等）。

しかし、上述のような排気マニホルドの各気筒
から排出される排気ガスが合流する、排気マニホ
ルド集合部、デユアル排気管中央部等の部位に酸
素センサを取付けると、排気マニホルド形状、酸
素センサ取付部空間、形状、排気ガス流量等の条
件が適正に調整されていない場合には、酸素セン
サに対する排気ガスの吹き当り状態にムラを生じ
たり、また、特定気筒の排気ガスのみが酸素セン
サに強く吹き当るような状態がしばしば発生し、
その結果として、酸素センサに対して排気ガスの
強く吹き当る気筒の酸素濃度に対応した検出出力
を発信することとなつて、気筒間の酸素濃度に差
異のある場合等においては、各気筒から排出され
る排気ガスの充分に平均化された酸素濃度を検出
することができず、従つて、燃料供給系に正確な
エンジンの平均空燃比に対応した検出出力が伝達
されないことから、燃焼時の空燃比を排気ガス浄
化装置の優れた浄化性能を充分に発揮させ得るよ
うな適正範囲に制御させることができないという
問題点があつた。

そこで、考案者は別の考案として、排気マニホ
ルドの各気筒内に中間壁を配設して、主排気ガス
排出流路と酸素センサ取付部空間へ排気ガスを導
く排気ガス吸入流路とを併設し、前記酸素センサ
を排気マニホルド内の主排気ガス排出流路から中
間壁により隔断された、排気ガス吸入流路の合流
部位に配設した酸素センサの取付構造を提案して
いる。

このような酸素センサの取付構造にすれば、酸
素センサが、各気筒から排出される排気ガスの充
分に平均化された酸素濃度を検出することがで
き、燃料供給系に正確なエンジンの平均空燃比に
対応した検出出力を伝達することができることか
ら、燃焼時の空燃比を排気ガス浄化装置の優れた
浄化性能を充分に発揮させ得るような適正範囲に
制御させることができる。

しかし、このような構成にすると従来の酸素セ
ンサの取付構造に比較して排気ガス吸入流路側を
流れる排気ガス流量の減少、酸素センサ取付部近
傍における熱容量の増加と放熱面積の増加等によ
つて酸素センサの暖機性が悪くなるため、エンジ
ンの始動時等の酸素センサの温度が充分に上昇し
ていない運転条件においては、酸素センサの検出
出力を受けて空燃比の制御を可能とするための他
の条件が整つている場合においても、酸素センサ
が活性化されていないことに起因して、燃料供給
系に正確な空燃比のフイードバツク制御ができな
かつたり、無理に制御しようとすると制御空燃比
に“ズレ”を生じたりしてエミツシヨンの悪化を
招く結果となつていた。

また、従来の酸素センサの取付構造において
は、エンジンの高速運転時等の排気系各部の温度
が過度に高くなる運転条件においては酸素センサ
の熱劣化をもたらし、空燃比制御精度の低下、制
御不良等に起因するエミツシヨンの悪化の原因と
なつたりすることがあつた。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上述のような従来の技術の現状に鑑み、本考案
が解決しようとする問題点は、排気マニホルドの
各気筒内に中間壁を配設して、主排気ガス排出流
路と酸素センサ取付部空間へ排気ガスを導く排気
ガス吸入流路とを併設し、前記酸素センサを排気
マニホルド内の主排気ガス排出流路から中間壁に
より隔断された、排気ガス吸入流路の合流部位に
配設した酸素センサの取付構造とすると、エンジ
ンの運転条件の影響を受けやすく、エンジンの始
動時等の酸素センサの温度が充分に上昇していな
いような運転条件においては、酸素センサの検出
出力を受けて燃料供給系における空燃比の制御を
可能とする他の条件が整つている場合において
も、酸素センサが充分に暖機され活性化されてい
ないことに起因して空燃比のフイードバツク制御
ができなかつたり、無理に制御しようとすると制
御空燃比に“ズレ”を生じたりしてエミツシヨン
の悪化の原因となつたり、逆に、エンジンの高速
運転時等の排気系各部の温度が過度に高くなる運
転条件においては酸素センサの熱劣化をもたら
し、空燃比制御精度の低下、制御不良等に起因す
るエミツシヨンの悪化の原因となつたりするたり
することである。

従つて、本考案の技術的課題とするところは、
エンジンの性能面からの排気マニホルド形状、酸
素センサ形状等の制約を損なうことなく、酸素セ
ンサの取付構造上の工夫により、エンジンの各気
筒から排出される排気ガスを均等に酸素センサ取
付部空間にまで導き、排気ポートの各気筒から排
出される排気ガスの充分に平均化された酸素濃度
を検出することによつて、その検出出力を燃料供
給系にフイードバツクして燃焼時における空燃比
を、排気ポートより下流側に配設された排気ガス
浄化装置の優れた排気ガス浄化性能を充分に発揮
させ得る最適範囲に制御させることを可能とする
とともに、エンジンの運転条件に適合させて排気
ガス吸入流路を流す排気ガス量を制御することに
よつて、酸素センサの暖機性及び耐熱劣化性に優
れ、しかも、エンジンの出力性能低下の防止を図
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

このような従来の技術における問題点に鑑み、
本考案における従来の技術の問題点を解決するた
めの手段は、多気筒エンジンから排出される排気
ガスの酸素濃度を検出し、その検出出力を燃料供
給系にフイードバツクして燃焼時における空燃比
を、排気ポートより下流側に配設された、排気ガ
ス浄化装置の優れた排気ガス浄化性能を充分に発
揮させ得る最適範囲に制御させる酸素センサの取
付構造であつて、 排気マニホルドの各気筒内に中間壁を配設し
て、主排気ガス排出流路と酸素センサ取付部空間
へ排気ガスを導く排気ガス吸入流路とを併設し、
前記酸素センサを排気マニホルド内の主排気ガス
排出流路から前記中間壁により隔断された、各気
筒の排気ガス吸入流路の合流部位に配設するとと
もに、排気マニホルドの各気筒内の主排気ガス排
出流路内に、前記酸素センサの素子温度が酸素濃
度検出に必要な設定値以下となつた場合には
「閉」状態となり、素子温度が熱劣化を引き起こ
すような設定値以上となつた場合もしくは急加速
等の高出力が要求されるエンジンの運転状態にお
いては「開」状態となるような、制御機構を有す
る流量制御弁を配設したことを特徴とする酸素セ
ンサの取付構造からなつている。

〔作用〕

以下、本考案の作用について説明する。

本考案において、排気マニホルドの各気筒内に
中間壁を配設して、主排気ガス排出流路と酸素セ
ンサ取付部空間への排気ガスを導く排気ガス吸入
流路とを併設しているのは、各気筒から均等に排
気ガスを吸入して酸素センサ取付部空間における
排気ガスの酸素濃度を、特定気筒による偏りのな
い均一に混合された状態にするためで、その酸素
濃度を検出してその検出出力を燃料供給系にフイ
ードバツクし、燃焼時における空燃比を排気ポー
トより下流側に配設された排気ガス浄化装置の優
れた排気ガス浄化性能を充分に発揮させ得る最適
範囲に制御させるためである。

また、本考案において、酸素センサを排気マニ
ホルドの各気筒内における主排気ガス排出流路か
ら前記中間壁により隔断された排気ガス吸入流路
内に配設することとしているのは、酸素センサを
排気マニホルドにおける、主排気ガス排出流路を
流れる多量かつ高速の排気ガスを排出する、特定
気筒による酸素センサの検出出力への影響を防止
するためと、高速運転時等における多量の高温排
気ガスの酸素センサへの吹き当りによる、酸素セ
ンサの熱劣化を防止するためである。

また、本考案において、排気マニホルドの各気
筒内の主排気ガス排出流路内に、酸素センサの素
子温度が酸素濃度検出に必要な設定値以下となつ
た場合には「閉」状態となり、素子温度が熱劣化
を引き起こすような設定値以上となつた場合もし
くは急加速等の高出力が要求されるエンジンの運
転状態においては「開」状態となるような、制御
機構を有する流量制御弁を配設しているのは、エ
ンジンの運転条件に適合させて流量制御弁を開閉
することにより、酸素センサの暖機性及び耐熱劣
化性に優れたものとするためと、酸素センサの暖
機が充分でない状態で流量制御弁が「閉」状態に
ある場合に、急激にスロツトルを開き車両を急加
速しようとしても、排出流路が絞られていること
から充分なエンジン出力を出すことができず、要
求される加速性能を確保することができないた
め、急加速等の高出力が要求されるエンジンの運
転状態においては「開」状態となるように制御す
ることとしているのである。

〔実施例〕

以下、添付図面に基づいて、本考案の実施例を
説明する。

なお、以下の実施例において、同一もしくは相
当部分については、同一の符号を付することによ
り各々についての説明は省略する。

（第１実施例） 第１図に基づいて、本考案の第１実施例を説明
する。

第１図における燃焼室１から各気筒ごとに排出
された排気ガスは、排気ポート２を通り排気マニ
ホルド３に到達する。

そして、この部位において、第１図に示すよう
に、排気マニホルド３の各気筒内に中間壁３ｅを
設けることによつて、排気ガス吸入流路３ａを通
過する排気ガスと主排気ガス排出流路３ｂを通過
する排気ガスに分流され、その排気ガスの流れに
沿つてそれぞれ下流に排出される。

上述のうち、排気ガス吸入流路３ａ側を流れる
排気ガスは酸素センサ取付部空間３ｃにおいて、
各気筒の排気ポート２から流れてきた排気ガスが
合流して酸素センサ４に吹き出る。

一方、主排気ガス排出流路３ｂを経由して流れ
てきた排気ガスは排気ガス集合部３ｄまで流れ、
ここで、排気ガス吸入流路３ａ側の排気ガスと混
ざり合い、エンジンから排出された排気ガスが１
つの流れとなつて、図示されない触媒コンバー
タ、マフラー等の排気系構成部品を経由した後
に、車外に排出される構造となつている。

ここで、主排気ガス排出流路３ｂに配設されて
いる流量制御弁７は、酸素センサ４の素子温度を
検知してコントロールユニツト５、アクチユエー
タ６を介して開閉するように制御されている。

即ち、酸素センサ４の素子温度が排気ガス浄化
装置の浄化性能を充分に発揮させ得る設定値（例
えば、400℃）以下の場合には、流量制御弁７が
「閉」状態となるように制御されて排気ガス吸入
流路３ａ側の排気ガス流量を増加させる。

逆に、酸素センサの素子温度が熱劣化を引き起
こすような設定値以上となつた場合には、流量制
御弁７が「開」状態となり、必要以上に排気ガス
を排気ガス吸入流路３ａ側に流さないように制御
される。

このような構造とすることにより、従来の酸素
センサ４の取付構造に比較して酸素センサ取付部
空間３ｃに流れる排気ガスの流量を増加させ、酸
素センサ４の温度上昇を促進し酸素センサ４の活
性化を速やかなものとすることができ、従つて、
酸素センサ４の検出出力を運転条件等の影響を大
きく受けることなく、燃料供給系に伝達して燃焼
時の空燃比を制御させることのできる、エンジン
の運転条件を広範囲なものとすることができるの
である。

さらに、流量制御弁７を酸素センサ４の素子温
度を検知してコントロールユニツト５、アクチユ
エータ６を介して開閉するように制御させること
によつて、エンジンの運転条件に適合させて流量
制御弁７を開閉させることができ、酸素センサの
耐熱劣化性に優れたものとすることができるので
ある。

上述においては流量制御弁７を作動させるため
に、酸素センサ４の素子温度を判定基準として用
いているが、酸素センサ４の素子温度と相関関係
にある、例えば、エンジンの冷却水温、吸気管負
圧×エンジン回転数、吸入空気量等の信号を用い
てもその作用、効果において同等である。

また、ここには例示していないが、排気ガス吸
入流路３ａ側に流量制御弁を設けて上述の制御を
することも可能である。

（第２実施例） 第２図に基づいて、本考案の第２実施例を説明
する。

この実施例の酸素センサ４の取付構造は、基本
的には第１実施例と同様な構造となつている。

即ち、第２図に示すように、主排気ガス排出流
路３ｂ側に設けられている流量制御弁７は、酸素
センサ４の素子温度によつて、コントロールユニ
ツト５、アクチユエータ６を介して開閉する構造
となつている。

そして、酸素センサ４の素子温度が設定値以下
の場合には流量制御弁７が「閉」状態となり、排
気ガス吸入流路３ａ側の排気ガス流量を増加させ
る。

逆に、設定値以上の場合には、その逆の作動に
より排気ガス吸入流路３ａ側の排気ガスの流量を
減少させるのである。

そして、異なるところは、流量制御弁７が主排
気ガス排出流路３ｂ側の流量を絞るように作動し
ている条件のもとで、スロツトルセンサ８が設定
スロツトル開度以上まで開かれエンジンの出力の
増大が要求される場合には、一時的に流量制御弁
７を「開」状態とするようになつていることであ
る。

なお、ここで用いるスロツトル開度以外に、吸
気管負圧、スロツトル開度変化等のエンジンの加
速状態、高負荷状態等が検出できるものであれ
ば、それに置き換えてもその作用効果にかわりは
ない。

このような構造とすることにより、第１実施例
と同様に、従来の酸素センサ４の取付構造に比較
して酸素センサ取付部空間３ｃに流れる排気ガス
の流量を増加させ、酸素センサ４の温度上昇を促
進し酸素センサ４の活性化を速やかなものとする
ことができ、従つて、酸素センサ４の検出出力を
運転条件等の影響を大きく受けることなく燃料供
給系に伝達して燃焼時の空燃比を制御させること
のできる、エンジンの運転条件を広範囲なものと
することができるばかりでなく、エンジンの運転
条件に適合させて排気ガス吸入流路を流す排気ガ
ス量を制御することによつて、酸素センサの耐熱
劣化性にも優れ、しかも、エンジンの加速性能低
下の防止を図ることができるものである。

なお、上述の実施例には示していないが、中間
壁３ｅの主排気ガス排出流路３ｂ側を波打ち形状
として、受熱面積を増加させる等の工夫も本考案
の一態様として採用することも可能である。

〔考案の効果〕

以上により明らかなように、本考案にかかる酸
素センサの取付構造によれば、エンジンの性能面
からの排気マニホルド形状、酸素センサ形状等の
制約を損なうことなく、酸素センサの取付構造上
の工夫により、エンジンの各気筒から排出される
排気ガスを均等に酸素センサ取付部空間にまで導
き、排気ポートの各気筒から排出される排気ガス
の充分に平均化された酸素濃度を検出することに
よつて、その検出出力を燃料供給系にフイードバ
ツクして燃焼時における空燃比を、排気ポートよ
り下流側に配設された排気ガス浄化装置の優れた
排気ガス浄化性能を充分に発揮させ得る最適範囲
に制御させることを可能とするとともに、エンジ
ンの運転条件に適合させて排気ガス吸入流路を流
す排気ガス量を制御することによつて、酸素セン
サの暖機性及び耐熱劣化性に優れ、しかも、エン
ジンの加速性能低下の防止を図ることができる利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の第１実施例の酸素センサの
取付構造例を示すエンジンの排気系部位の縦断面
図、第２図は、本考案の第２実施例の酸素センサ
の取付構造例を示すエンジンの排気系部位の縦断
面図である。 １……燃焼室、２……排気ポート、３……排気
マニホルド、３ａ……排気ガス吸入流路、３ｂ…
…主排気ガス排出流路、３ｃ……酸素センサ取付
部空間、３ｄ……排気ガス集合部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 多気筒エンジンから排出される排気ガスの酸素
   濃度を検出し、その検出出力を燃料供給系にフイ
   ードバツクして燃焼時における空燃比を、排気ポ
   ートより下流側に配設された、排気ガス浄化装置
   の優れた排気ガス浄化性能を充分に発揮させ得る
   最適範囲に制御させる酸素センサの取付構造であ
   つて、 排気マニホルドの各気筒内に中間壁を配設し
   て、主排気ガス排出流路と酸素センサ取付部空間
   へ排気ガスを導く排気ガス吸入流路とを併設し、
   前記酸素センサを排気マニホルド内の主排気ガス
   排出流路から前記中間壁により隔断された、各気
   筒の排気ガス吸入流路の合流部位に配設するとと
   もに、排気マニホルドの各気筒内の主排気ガス排
   出流路内に、前記酸素センサの素子温度が酸素濃
   度検出に必要な設定値以下となつた場合には
   「閉」状態となり、素子温度が熱劣化を引き起こ
   すような設定値以上となつた場合もしくは急加速
   等の高出力が要求されるエンジンの運転状態にお
   いては「開」状態となるような、制御機構を有す
   る流量制御弁を配設したことを特徴とする酸素セ
   ンサの取付構造。