エンジン
【課題】吸気通路に設けられた吸気センサによって吸気の性状を高精度に検出することができ且つ吸気センサの被水割れを抑制したエンジンを提供する。
【解決手段】排気通路と吸気通路１４とを接続するＥＧＲ通路と、吸気通路１４のＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられて吸気の性状を検出するセンサ素子３０ａを有する吸気検出手段３０と、を具備し、吸気検出手段３０は、ＥＧＲ通路を介して吸気通路１４に排気の一部が環流されていない期間よりも吸気通路１４に排気の一部が環流されている期間において、センサ素子３０ａの露出の度合が高くなるように構成する。
【解決手段】排気通路と吸気通路１４とを接続するＥＧＲ通路と、吸気通路１４のＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられて吸気の性状を検出するセンサ素子３０ａを有する吸気検出手段３０と、を具備し、吸気検出手段３０は、ＥＧＲ通路を介して吸気通路１４に排気の一部が環流されていない期間よりも吸気通路１４に排気の一部が環流されている期間において、センサ素子３０ａの露出の度合が高くなるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、自動車等の車両に搭載されるエンジン（内燃機関）に関し、特に、吸気の性状を検出するための吸気センサを吸気通路に備えるエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されるエンジンにおいては、例えば、酸素濃度センサ（以下、Ｏ２センサという）、全領域空燃比センサ（以下、ＬＡＦＳという）、或いはＮＯＸセンサ等のガスセンサ（排気センサ）が排気通路に設けられ、これら排気センサの検出結果に基づくフィードバック制御が一般的に行われている。
【０００３】
このような排気の成分を検出する排気センサの本体（センサ素子）はセラミックで形成されている。このため、排気通路内で生成された凝縮水が、加熱された状態のセンサ素子に付着すると、センサ素子がサーマルショックによる素子割れ（被水割れ）を起こす虞がある。
【０００４】
このような問題を解決するために、センサ素子の外側に、凝縮水の付着を抑制するためのプロテクタを設けた構造が様々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、車両用のエンジンとしては、車両の運転状態に応じて、排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に環流させる排気再循環（ＥＧＲ）装置を備えるものが知られている。このＥＧＲ装置によって排ガスを環流させ、新気とＥＧＲガス（排気）とを混合させて筒内に供給することで、排気の有害物質の低減を図ることができる。このようなＥＧＲ装置としては、例えば、高圧ＥＧＲ通路を備えるものの他、高圧ＥＧＲ通路に加えて低圧ＥＧＲ通路を有するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
なお高圧ＥＧＲ通路は、ターボチャージャのタービンよりも上流側の排気通路とターボチャージャのコンプレッサよりも下流側の吸気通路とを連通するものである。一方、低圧ＥＧＲ通路は、タービンよりも下流側の排気通路とコンプレッサよりも上流側の吸気通路とを連通するものである。
【０００７】
また、吸気通路中には、燃焼室に導かれる空気の量を多くするために、空気を冷却する冷却部としてのインタークーラが設けられている。空気は、インタークーラを通過することによって冷却されて、体積が小さくなる。この結果、より多くの空気が燃焼室に導かれるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１２５３３２号公報
【特許文献２】特開２００９−５２４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＥＧＲ装置を備えるエンジンにおいては、新気とＥＧＲガス（排気）とを混合させた吸気の性状が燃費やＮＯＸの排出量等の排気特性に影響する。このため、例えば、Ｏ２センサやＬＡＦＳ等のガス性状を検出するセンサ（ガスセンサ）を吸気通路に設け、吸気の性状を高精度に検出し、その検出結果に基づいてエンジンをフィードバック制御することが望ましい。
【００１０】
ここで、新気及び燃焼室から排出される排気中には、水蒸気が含まれている。このため、新気やＥＧＲ装置によって吸気通路に戻された排気がインタークーラを通過することによって冷却されると、空気中の水蒸気が凝縮されて凝縮水となる。また、インタークーラの有無にかかわらず、ＥＧＲ装置によってＥＧＲガスを吸気通路に環流させると、それに伴って吸気の温度は外気温に比べて大幅に上昇する。その後、ＥＧＲガスの環流が停止されると、吸気は外気によって急速に冷却される。その際、吸気通路内で凝縮水が生成されてしまうことがある。
【００１１】
そして、吸気通路に吸気センサが設けられている場合には、このように吸気通路内で生成された凝縮水が、例えば、吸気通路の壁面を伝って吸気センサに付着し、吸気センサのセンサ素子に割れ（被水割れ）が生じてしまう虞がある。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、吸気通路に設けられた吸気センサによって吸気の性状を高精度に検出することができ且つセンサ素子の被水割れを抑制したエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられて吸気の性状を検出するセンサ素子を有する吸気検出手段と、を具備し、前記吸気検出手段は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に排気の一部が環流されていない期間よりも前記吸気通路に排気の一部が環流されている期間において、前記センサ素子の露出の度合が高くなるように構成されていることを特徴とするエンジンにある。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様のエンジンにおいて、前記吸気検出手段は、前記センサ素子を内部に収容すると共に、吸気を内部に導入するための導入孔が形成されたカバー部材を備え、前記カバー部材は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に排気の一部が環流されていない期間と、前記吸気通路に排気が環流されている期間とで、前記導入孔のサイズが変化するように構成されていることを特徴とするエンジンにある。
【００１５】
本発明の第３の態様は、第２の態様のエンジンにおいて、前記カバー部材は、所定温度よりも低くなると前記導入孔のサイズが小さくなるように構成されていることを特徴とするエンジンにある。
【００１６】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか一つの態様のエンジンにおいて、前記カバー部材は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に排気の一部が環流されていない期間には外表面に付着した凝縮水を案内する案内溝が存在する第１の状態となり、前記吸気通路に排気の一部が環流されている期間には前記案内溝が存在しない第２の状態となるように、切り換え可能に構成されていることを特徴とするエンジンにある。
【００１７】
本発明の第５の態様は、第４の態様のエンジンにおいて、前記カバー部材は、第２の所定温度以上になると前記第１の状態から前記第２の状態に切り換えられることを特徴とするエンジンにある。
【００１８】
本発明の第６の態様は、第１〜３の何れか一つの態様のエンジンにおいて、前記センサ素子は、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部に対して対向する側に設置されていることを特徴とするエンジンにある。
【発明の効果】
【００１９】
かかる本発明では、凝縮水が付着することによるセンサ素子の被水割れを抑制しつつ、吸気の性状を精度良く検出することができる。ＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気の一部が環流されている期間は、吸気の温度が高く凝縮水はほとんど発生しないため、センサ素子に接触する吸気の量を増加させることで検出精度を高めることができる。一方、排気の一部が環流されていない期間においては、凝縮水が発生し易いものの、センサ素子の露出の程度を抑えることでセンサ素子の被水割れを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１に係るエンジンの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る吸気検出手段を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る導入孔部分の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る吸気検出手段の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２に係るカバー本体の形状変化を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る吸気検出手段の変形例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係るカバー部材を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２に係るカバー部材を示す図である。
【図９】本発明の実施形態２に係るカバー部材を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係る開閉部材の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
（実施形態１）
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１０は、直列４気筒のディーゼルエンジンであり、４つの気筒（燃焼室）１１が形成されたエンジン本体１２を備える。各気筒１１の吸気ポート（図示なし）には、吸気マニホールド１３が接続され、吸気マニホールド１３には吸気管（吸気通路）１４が接続されている。一方、各気筒１１の排気ポート（図示なし）には、排気マニホールド１５が接続され、排気マニホールド１５には排気管（排気通路）１６が接続されている。
【００２３】
また燃料を噴射するためのインジェクタ（燃料噴射弁）１７が各気筒１１に対応して設けられており、各インジェクタ１７はそれぞれコモンレール１８に接続されている。コモンレール１８には、図示しないがサプライポンプ（高圧ポンプ）を介して燃料タンクに接続されている。このサプライポンプによって燃料タンクから燃料が圧送され、コモンレール１８内の高圧の燃料がインジェクタ１７から各気筒１１内に噴射されるようになっている。
【００２４】
吸気管１４及び排気管１６の途中には、ターボチャージャ（過給機）１９が設けられている。ターボチャージャ１９は、エンジン本体１２からの排ガスが流れ込むと、排ガスの流れによってタービンが回転し、このタービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管１４からターボチャージャ１９内に空気が吸い込まれて加圧されるように構成されている。
【００２５】
ターボチャージャ１９の上流側の吸気管１４には、エアクリーナ２０と、エアフローセンサ２１と、第１のスロットルバルブ２２と、が設けられている。エアクリーナ２０には吸気の湿度を検出する湿度センサ２３が設けられている。なお第１のスロットルバルブ２２は、エアクリーナ２０を通過した新気の量（新気量）を調整すると共に、この調整によって、後述する低圧ＥＧＲ管（低圧ＥＧＲ通路）を介して吸気管１４に環流される排ガス量（低圧ＥＧＲガス量）を間接的に調整する。
【００２６】
ターボチャージャ１９の下流側の吸気管１４には、ターボチャージャ１９での加圧により温度が上昇した吸気を冷却するインタークーラ２４が配されている。インタークーラ２４の下流側の吸気管１４には、電動アクチュエータの駆動により吸気管１４を開閉する第２のスロットルバルブ２５が設けられている。
【００２７】
第２のスロットルバルブ２５は、インタークーラ２４を通過した吸気量（新気量＋低圧ＥＧＲガス量）を調整するとともに、この調整によって、後述する高圧ＥＧＲ管（高圧ＥＧＲ通路）を介して吸気管１４に導入される排ガス量（高圧ＥＧＲガス量）を間接的に調整する。
【００２８】
吸気管１４の第２のスロットルバルブ２５よりも下流側には、ターボチャージャ（タービン）１９よりも上流側の排ガス（高圧ＥＧＲガス）が環流する高圧ＥＧＲ管２６の一端が接続されている。高圧ＥＧＲ管２６の他端は排気管１６のターボチャージャ１９よりも上流側に接続されている。高圧ＥＧＲ管２６には高圧ＥＧＲクーラ２７が設けられ、高圧ＥＧＲ管２６の吸気管１４との接続部分には高圧ＥＧＲ弁２８が設けられている。この高圧ＥＧＲ弁２８が開弁することで、排気管１６のターボチャージャ１９よりも上流側を流れる高圧の排ガスの一部が高圧ＥＧＲ管２６に流れ込み、高圧ＥＧＲクーラ２７によって冷却された後、吸気管１４に供給されるようになっている。
【００２９】
また詳しくは後述するが、吸気管１４の高圧ＥＧＲ管２６よりも下流側には、吸気の性状を検出する吸気検出手段（吸気センサ）としてのリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）３０が設けられている。さらに吸気マニホールド１３には、その内部の圧力を検出するブースト圧センサ３１が設けられている。
【００３０】
なお排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側には、排気浄化用触媒であるディーゼル酸化触媒（以下、単に「酸化触媒」という）３２と、排気浄化用フィルタであるディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter：以下、「ＤＰＦ」と称する）３３とが上流側から順に配されている。
【００３１】
排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側、本実施形態ではＤＰＦ３３の下流側には、低圧の排ガスの一部（低圧ＥＧＲガス）が環流する低圧ＥＧＲ管３４の一端が接続されている。低圧ＥＧＲ管３４の他端は、ターボチャージャ１９と第１のスロットルバルブ２２との間で、吸気管１４に接続されている。この低圧ＥＧＲ管３４には、高圧ＥＧＲ管２６の場合と同様に、低圧ＥＧＲクーラ３５及び低圧ＥＧＲ弁３６が設けられている。そして低圧ＥＧＲ弁３６が開弁することで、排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側を流れる低圧の排ガスの一部（低圧ＥＧＲガス）が低圧ＥＧＲクーラ３５によって冷却されて吸気管１４に供給されるようになっている。
【００３２】
また低圧ＥＧＲ管３４の両端部には、差圧センサ３７が設けられている。この差圧センサ３７は、吸気管１４のターボチャージャ１９よりも上流側の圧力と、排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側の圧力との差圧を検出する。すなわち差圧センサ３７の検出結果から低圧ＥＧＲ管３４を流れる低圧ＥＧＲガスの流速や流量等が求められる。
【００３３】
このようなエンジン１０は、ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０によって制御されている。ＥＣＵ４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等で構成され、上記の各種センサからの信号に基づいてエンジン１０の総合的な制御を行う。
【００３４】
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したエアフローセンサ２１、ＬＡＦＳ３０、ブースト圧センサ３１、湿度センサ２３、差圧センサ３７の他、エンジン本体１２のクランク角を検出するクランク角センサ等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。一方、ＥＣＵ４０の出力側には、インジェクタ１７、第１及び第２のスロットルバルブ２２，２５、高圧ＥＧＲ弁２８及び低圧ＥＧＲ弁３６等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、上記のような各種センサ類によって検出された検出情報に基づきＥＣＵ４０で演算された燃料噴射量、バルブ開度等の各種情報がそれぞれ出力される。
【００３５】
このようにＥＣＵ４０によってエンジン１０は適切に制御されるが、その場合でも、車両の運転状態によって吸気管１４内で凝縮水が生成され、この凝縮水がＬＡＦＳ３０に付着することに起因してセラミックス等からなるＬＡＦＳ３０のセンサ素子に割れが発生する虞がある。
【００３６】
そこで本実施形態では、以下に詳しく説明するように、高圧ＥＧＲガスが環流されていない期間よりも高圧ＥＧＲガスが環流されている期間において、ＬＡＦＳ３０のセンサ素子の露出の程度が高くなるようにすることで、センサ素子の被水割れを抑制しつつ、吸気の空燃比の検出精度を高めている。
【００３７】
吸気検出手段であるＬＡＦＳ３０は、上述のように吸気管１４の高圧ＥＧＲ管２６との接続部よりも下流側に設けられている。ＬＡＦＳ３０は、図２に示すように、吸気管１４に形成された装着孔１４ａに装着され、その本体部（センサ素子）３０ａが吸気管１４内に突出した状態で吸気管１４に固定されている。ＬＡＦＳ３０の本体部３０ａは、吸気の流れ方向に対して交差する方向に突出して設けられていればよいが、吸気の流れ方向に対して略直交する方向に突出して設けられていることが好ましい。
【００３８】
またＬＡＦＳ３０には、本体部３０ａを覆うカバー部材５０が固定されている。カバー部材５０を構成するカバー本体５１には、内部に吸気を導入するための複数の導入孔５２が設けられている。すなわちＬＡＦＳ３０の本体部３０ａは、カバー本体５１の内部に収容されており、導入孔５２を介してカバー本体５１の内部に導入された吸気の空燃比を検出する。なおカバー本体５１に設けられる導入孔５２の数や配置は特に限定されるものではない。本実施形態では、カバー本体５１には、その周方向に沿って一定間隔で８つ程度の導入孔５２が形成されている。
【００３９】
そしてカバー部材５０は、これら複数の導入孔５２のサイズ（開口径）が、高圧ＥＧＲガスが環流されていない期間よりも高圧ＥＧＲガスが環流されている期間において大きくなるように構成されている。本実施形態では、図３に示すように、カバー本体５１の内面側には、各導入孔５２の周縁部に、形状記憶合金で形成された開閉部材５３が設けられている。この開閉部材５３はリング状に形成されており、カバー部材５０の温度が所定温度以上になると形状が変化して、その中央部に開口部５４のサイズ（開口径）が大きくなる。つまり導入孔５２のサイズ（開口径）が大きくなる。
【００４０】
例えば、エンジン始動直後等、高圧ＥＧＲ弁３６が閉じられて高圧ＥＧＲガスが環流されていない場合、吸気の温度（各気筒１１内へ流入する温度）は比較的低く、カバー部材５０の温度Ｔも所定温度Ｔ１より低い状態となる。なお所定温度Ｔ１は、凝縮水の気化温度以下の温度に設定されている。この状態において導入孔５２のサイズ（開口径）は最小径となる。本実施形態では、図３（ａ）に示すように、導入孔５２は開閉部材５３によって実質的に塞がれた状態となる。
【００４１】
高圧ＥＧＲガスが環流されておらず吸気の温度が外気温以下になる場合、吸気管１４内（高圧ＥＧＲ管２６との接続部よりも下流側）で凝縮水が特に生成されやすいため、導入孔５２を実質的に塞ぐことでカバー本体５１内部への凝縮水の侵入を防いでいる。例えば、吸気管１４の内面を伝ってカバー本体５１の表面に凝縮水が付着した場合でも、導入孔５２が実質的に塞がれていることで、カバー本体５１の内部に収容されているＬＡＦＳ３０の本体部３０ａへの凝縮水の付着を防ぐことができ、凝縮水に起因するＬＡＦＳ３０の本体部３０ａの被水割れの発生を防ぐことができる。
【００４２】
このような状態から高圧ＥＧＲ弁３６が開放されて吸気管１４に高圧ＥＧＲガスが環流されると、吸気の温度は急激に上昇する。それに伴いカバー部材５０の温度Ｔが所定温度Ｔ１以上になると、図３（ｂ）に示すように、開閉部材５３が変形して開口部５４が開き、カバー本体５１の複数の導入孔５２はほぼ全開の状態となる。なお所定温度Ｔ１は、エンジン１０の特性に応じて適宜設定されればよいが、例えば、５０℃程度に設定する。高圧ＥＧＲガスが環流された状態では、吸気の温度が外気に比べて大幅に高くなるため、吸気管１４内において凝縮水は生成され難い。したがって、導入孔５２のサイズを極力大きくすることで、吸気の空燃比を精度良く検出することができ、且つＬＡＦＳ３０の本体部３０ａの被水割れを生じさせることもない。
【００４３】
以上のように本実施形態では、高圧ＥＧＲガスが環流されている期間であるか否かによってカバー部材５０の導入孔５２のサイズを変化させるようにしたので、吸気管１４に配されたＬＡＦＳ３０の本体部３０ａの被水割れを抑制しつつ、吸気の空燃比を高精度に検出することができる。またＬＡＦＳ３０の被水割れを抑制できれば、例えば、吸気管１４の高圧ＥＧＲ管２６との接続部付近等の応答性のよい場所にＬＡＦＳ３０を配置することができるようになる。これにより、エンジン１０の制御性を向上することができ、また燃費や排気特性を向上することができる。
【００４４】
なお吸気管１４へのＬＡＦＳ３０の取付位置は、特に限定されないが、ＬＡＦＳ３０は、吸気管１４の高圧ＥＧＲ管２６との接続部に対向する側に設置されていることが好ましい。これにより、高圧ＥＧＲガスが慣性力によって本体部３０ａ近傍をより通過しやすくなる。したがって、高圧ＥＧＲガスが環流されている期間と、環流されていない期間とで、カバー部材５０の温度変化が起こりやすく、カバー部材５０の導入孔５２のサイズをより適切なタイミングで変化させることができる。
【００４５】
また本実施形態では、高圧ＥＧＲガスが環流されていない期間に、開閉部材５３によって導入孔５２が実質的に塞がれるようにしたが、導入孔５２を若干開いた状態としてもよい。何れにしても、高圧ＥＧＲガスが環流されていない期間と、環流されている期間とで、導入孔５２のサイズ（開口径）を変化させることで、ＬＡＦＳ３０の本体部３０ａの被水割れを抑制しつつ、吸気の空燃比を高精度に検出することができる。
【００４６】
（実施形態２）
本実施形態は、吸気検出手段（ＬＡＦＳ）に設けられるカバー部材の変形例であり、その他の構成は実施形態１と同様である。なお同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４７】
図４及び図５に示すように、実施形態２に係るカバー部材５０Ａは、高圧ＥＧＲガスが環流されている期間であるか否かによって、カバー本体５１の外表面に案内溝５５が存在する第１の状態と、案内溝５５が存在しない第２の状態とに、切り換え可能に構成されている。
【００４８】
カバー部材５０Ａは、本実施形態では、形状記憶合金で形成されており、その温度Ｔが所定温度Ｔ１以上の温度になるとカバー本体５１の表面形状が変化する。例えば、エンジン始動直後等、高圧ＥＧＲガスが環流されておらず、カバー部材５０Ａの温度Ｔが所定温度Ｔ１よりも低い場合、図４に示すように、カバー部材５０Ａは、カバー本体５１の外表面に案内溝５５が存在する第１の状態となる。
【００４９】
その後、高圧ＥＧＲガスが環流されてカバー部材５０Ａの温度Ｔが所定温度Ｔ１以上となると、図５に示すように、形状記憶合金で形成されたカバー本体５１が変形（膨張）して案内溝５５が存在しない第２の状態に切り替わる。このとき、上述したように開閉部材５３も変形して導入孔５２が全開の状態となる（図３参照）。
【００５０】
ここで、案内溝５５は、導入孔５２の周囲に導入孔５２とは離間して設けられていればよいが、略鉛直方向に沿って延設されていることが好ましい。本実施形態では、吸気管１４が略水平方向に配され、ＬＡＦＳ３０はこの吸気管１４内に本体部３０ａが突出するように固定されている。このため、案内溝５５が、各導入孔５２間にカバー部材５０Ａの軸方向（略鉛直方向）に延設された複数の第１溝部５５ａを備えるようにした。さらに案内溝５５は、カバー部材５０Ａの上端部付近にカバー部材５０Ａの周方向（略水平方向）に延設された第２溝部５５ｂを備えている。複数の各第１溝部５５ａは、第２溝部５５ｂにそれぞれ接続されている。
【００５１】
このようにカバー本体５１の外表面に案内溝５５が存在する第１の状態では、例えば、吸気管１４の内面を伝ってカバー本体５１の外表面に凝縮水が付着した場合でも、この凝縮水は案内溝５５に沿って案内されるため、凝縮水の導入孔５２への侵入を効果的に抑制することができる。特に案内溝５５が鉛直方向に延設された第１溝部５５ａを備えていることで、凝縮水はより確実に案内溝５５（第１溝部５５ａ）に沿って流れ落ちる。したがって、凝縮水の導入孔５２への侵入をさらに効果的に抑制することができる。
【００５２】
一方、カバー本体５１の外表面に案内溝５５が存在しない第２の状態では、カバー本体５１による吸気の流れの阻害を最小限に抑えられ、第１の状態よりも吸気の流れがスムーズになるため、吸気効率が向上する。
【００５３】
また吸気の温度が高い状態で案内溝５５が残っていると、案内溝５５内に凝縮水が発生しやすくなり、かえって逆効果になるリスクがある。またこのように案内溝５５内に凝縮水が発生した状態で、ＥＧＲガスの環流が停止され吸気の温度が低下すると案内溝５５に大量の凝縮水が発生して被水割れリスクが増大する虞がある。つまり、カバー本体５１が第２の状態に切り替わることで、このような被水割れのリスクを抑えることもできる。
【００５４】
なお本実施形態では、吸気管１４が略水平方向に配されているため、案内溝５５は、第１溝部５５ａを少なくとも備えていることが好ましいが、例えば、図６に示すように、吸気管１４が略鉛直方向に配されている場合、案内溝５５は、カバー本体５１の周方向（略鉛直方向）に沿って延設された第２溝部５５ｂを少なくとも備えていることが好ましい。
【００５５】
ところで本実施形態では、開閉部材５３とカバー本体５１とが、同一温度で変化する例を説明したが、開閉部材５３とカバー本体５１とが、異なる温度で変形するようにしてもよい。具体的には、カバー部材５０Ａの温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１以上になると開閉部材５３の形状が変化し、カバー部材５０Ａの温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１よりも高い温度である第２の所定温度Ｔ２以上になった場合に、カバー本体５１の形状が変化するようにしてもよい。
【００５６】
この場合、図７に示すように、まずカバー部材５０Ａの温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１よりも低いと、導入孔５２は開閉部材５３によって塞がれ、カバー本体５１はその外表面に案内溝５５が存在する第１の状態となる。この第１の状態では、導入孔５２からカバー本体５１内部への凝縮水の侵入を確実に防止することができる。
【００５７】
カバー部材５０Ａの温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１以上になると、図８に示すように、開閉部材５３の形状が変形して開口部５４が形成され、導入孔５２がほぼ全開となる。ただしカバー部材５０Ａの温度Ｔが第２の所定温度Ｔ２よりも低い温度であれば、カバー本体５１は形状が変化することなく第１の状態に保持される。つまりカバー本体５１の外表面には案内溝５５が存在する。この状態では、導入孔５２からカバー本体５１の内部に吸気は導入されるが、カバー本体５１の外表面に付着した凝縮水は案内溝５５によって案内されるため、凝縮水の導入孔５２への侵入は十分に抑えられる。
【００５８】
そしてカバー部材５０Ａの温度Ｔが第２の所定温度Ｔ２以上となると、図９に示すように、カバー本体５１は、その形状が変化して外表面に案内溝５５が存在しない第２の状態となる。なお開閉部材５３は形状が変化することはなく導入孔５２は全開の状態に保持される。これにより、吸気の空燃比を精度良く検出することができ、また吸気の流れもスムーズになる。
【００５９】
なお、このように開閉部材５３とカバー本体５１とが異なる温度で変形するようにした場合の第１の所定温度Ｔ１及び第２の所定温度Ｔ２は、エンジン１０の特性に応じて適宜設定されればよいが、第１の所定温度Ｔ１は、例えば、５０℃程度に設定し、第２の所定温度Ｔ２は、例えば、１００℃程度に設定する。
【００６０】
（実施形態３）
本実施形態は、開閉部材の変形例であり、その他の構成は実施形態１と同様である。なお同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６１】
図１０に示すように、実施形態３に係る開閉部材５３Ａは、導入孔５２に対向するように直線移動可能に設けられた蓋部材５６と、この蓋部材５６に一端が接続され他端がカバー本体５１に固定された形状記憶合金からなるバネ部材５７と、で構成されている。本実施形態に係る蓋部材５６は、略矩形の板状部材からなり、カバー本体５１の内面に沿って湾曲して設けられている。またカバー本体５１の内面には、この蓋部材５６の両端部をスライド可能に保持するガイド部５８が設けられている。
【００６２】
このような構成では、高圧ＥＧＲガスが環流されておらずカバー部材５０の温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１よりも低いと、図１０（ａ）に示すように、開閉部材５３Ａを構成するバネ部材５７が延伸した状態に保持され、導入孔５２はほぼ全閉の状態となる。このよう状態から高圧ＥＧＲガスが環流されカバー部材５０の温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１以上になると、図１０（ｂ）に示すように、バネ部材５７が変形して縮んだ状態となり、それに伴って蓋部材５６がガイド部５８に沿ってスライドすることで、導入孔５２はほぼ全開の状態となる。
【００６３】
本実施形態の構成においても、高圧ＥＧＲガスが環流されている期間であるか否かによってカバー部材５０の導入孔５２のサイズを確実に変化させることができる。したがって、上述の実施形態と同様に、ＬＡＦＳ３０の本体部３０ａの被水割れを抑制しつつ、吸気の空燃比を高精度に検出することができる。
【００６４】
なお本実施形態では、蓋部材５６をスライドさせるための駆動源として形状記憶合金からなるバネ部材５７を用いたが、蓋部材５６の駆動源は特に限定されるものではなく、例えば、電動のアクチュエータ等を用いることもできる。この場合、例えば、高圧ＥＧＲ弁２８の開閉を検出し、その検出結果に応じてアクチュエータを制御して蓋部材５６をスライドさせるようにしてもよい。また例えば、吸気管１４に吸気の温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの検出結果に応じて蓋部材５６をスライドさせるようにしてもよい。勿論、このような構成としても、高圧ＥＧＲガスが環流されている期間であるか否かによってカバー部材５０の導入孔５２のサイズを確実に変化させることができる。
【００６５】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能なものである。
【００６６】
例えば、上述の実施形態では、カバー部材によってセンサ素子の露出の度合を変化させるようにしたが、センサ素子の露出の度合を変化させる手段は特に限定されるものではない。
【００６７】
また例えば、上述の実施形態では、高圧ＥＧＲガス及び低圧ＥＧＲガスのそれぞれを環流させるエンジンを例示したが、例えば、高圧ＥＧＲガス又は低圧ＥＧＲガスのみを環流させるエンジンにも本願発明を適用することができる。
【００６８】
また上述の実施形態では、吸気検出手段の一例としてリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）を例示したが、吸気検出手段は、吸気の性状を検出するものであればよく、例えば、吸気の空気量を検出するＯ２センサや、吸気の温度を検出する温度センサ等であってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１０ エンジン
１２ エンジン本体
１３ 吸気マニホールド
１４ 吸気管
１４ａ 装着孔
１５ 排気マニホールド
１６ 排気管
１７ インジェクタ
１８ コモンレール
１９ ターボチャージャ
２０ エアクリーナ
２１ エアフローセンサ
２２ 第１のスロットルバルブ
２３ 湿度センサ
２４ インタークーラ
２５ 第２のスロットルバルブ
２６ 高圧ＥＧＲ管
２７ 高圧ＥＧＲクーラ
２８ 高圧ＥＧＲ弁
３０ リニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）
３０ａ 本体部（センサ素子）
３１ ブースト圧センサ
３４ 低圧ＥＧＲ管
３５ 低圧ＥＧＲクーラ
３６ 低圧ＥＧＲ弁
３７ 差圧センサ
５０ カバー部材
５１ カバー本体
５２ 導入孔
５３ 開閉部材
５４ 開口部
５５ 案内溝
５６ 蓋部材
５７ バネ部材
５８ ガイド部
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、自動車等の車両に搭載されるエンジン（内燃機関）に関し、特に、吸気の性状を検出するための吸気センサを吸気通路に備えるエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されるエンジンにおいては、例えば、酸素濃度センサ（以下、Ｏ２センサという）、全領域空燃比センサ（以下、ＬＡＦＳという）、或いはＮＯＸセンサ等のガスセンサ（排気センサ）が排気通路に設けられ、これら排気センサの検出結果に基づくフィードバック制御が一般的に行われている。
【０００３】
このような排気の成分を検出する排気センサの本体（センサ素子）はセラミックで形成されている。このため、排気通路内で生成された凝縮水が、加熱された状態のセンサ素子に付着すると、センサ素子がサーマルショックによる素子割れ（被水割れ）を起こす虞がある。
【０００４】
このような問題を解決するために、センサ素子の外側に、凝縮水の付着を抑制するためのプロテクタを設けた構造が様々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、車両用のエンジンとしては、車両の運転状態に応じて、排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に環流させる排気再循環（ＥＧＲ）装置を備えるものが知られている。このＥＧＲ装置によって排ガスを環流させ、新気とＥＧＲガス（排気）とを混合させて筒内に供給することで、排気の有害物質の低減を図ることができる。このようなＥＧＲ装置としては、例えば、高圧ＥＧＲ通路を備えるものの他、高圧ＥＧＲ通路に加えて低圧ＥＧＲ通路を有するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
なお高圧ＥＧＲ通路は、ターボチャージャのタービンよりも上流側の排気通路とターボチャージャのコンプレッサよりも下流側の吸気通路とを連通するものである。一方、低圧ＥＧＲ通路は、タービンよりも下流側の排気通路とコンプレッサよりも上流側の吸気通路とを連通するものである。
【０００７】
また、吸気通路中には、燃焼室に導かれる空気の量を多くするために、空気を冷却する冷却部としてのインタークーラが設けられている。空気は、インタークーラを通過することによって冷却されて、体積が小さくなる。この結果、より多くの空気が燃焼室に導かれるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１２５３３２号公報
【特許文献２】特開２００９−５２４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＥＧＲ装置を備えるエンジンにおいては、新気とＥＧＲガス（排気）とを混合させた吸気の性状が燃費やＮＯＸの排出量等の排気特性に影響する。このため、例えば、Ｏ２センサやＬＡＦＳ等のガス性状を検出するセンサ（ガスセンサ）を吸気通路に設け、吸気の性状を高精度に検出し、その検出結果に基づいてエンジンをフィードバック制御することが望ましい。
【００１０】
ここで、新気及び燃焼室から排出される排気中には、水蒸気が含まれている。このため、新気やＥＧＲ装置によって吸気通路に戻された排気がインタークーラを通過することによって冷却されると、空気中の水蒸気が凝縮されて凝縮水となる。また、インタークーラの有無にかかわらず、ＥＧＲ装置によってＥＧＲガスを吸気通路に環流させると、それに伴って吸気の温度は外気温に比べて大幅に上昇する。その後、ＥＧＲガスの環流が停止されると、吸気は外気によって急速に冷却される。その際、吸気通路内で凝縮水が生成されてしまうことがある。
【００１１】
そして、吸気通路に吸気センサが設けられている場合には、このように吸気通路内で生成された凝縮水が、例えば、吸気通路の壁面を伝って吸気センサに付着し、吸気センサのセンサ素子に割れ（被水割れ）が生じてしまう虞がある。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、吸気通路に設けられた吸気センサによって吸気の性状を高精度に検出することができ且つセンサ素子の被水割れを抑制したエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられて吸気の性状を検出するセンサ素子を有する吸気検出手段と、を具備し、前記吸気検出手段は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に排気の一部が環流されていない期間よりも前記吸気通路に排気の一部が環流されている期間において、前記センサ素子の露出の度合が高くなるように構成されていることを特徴とするエンジンにある。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様のエンジンにおいて、前記吸気検出手段は、前記センサ素子を内部に収容すると共に、吸気を内部に導入するための導入孔が形成されたカバー部材を備え、前記カバー部材は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に排気の一部が環流されていない期間と、前記吸気通路に排気が環流されている期間とで、前記導入孔のサイズが変化するように構成されていることを特徴とするエンジンにある。
【００１５】
本発明の第３の態様は、第２の態様のエンジンにおいて、前記カバー部材は、所定温度よりも低くなると前記導入孔のサイズが小さくなるように構成されていることを特徴とするエンジンにある。
【００１６】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか一つの態様のエンジンにおいて、前記カバー部材は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に排気の一部が環流されていない期間には外表面に付着した凝縮水を案内する案内溝が存在する第１の状態となり、前記吸気通路に排気の一部が環流されている期間には前記案内溝が存在しない第２の状態となるように、切り換え可能に構成されていることを特徴とするエンジンにある。
【００１７】
本発明の第５の態様は、第４の態様のエンジンにおいて、前記カバー部材は、第２の所定温度以上になると前記第１の状態から前記第２の状態に切り換えられることを特徴とするエンジンにある。
【００１８】
本発明の第６の態様は、第１〜３の何れか一つの態様のエンジンにおいて、前記センサ素子は、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部に対して対向する側に設置されていることを特徴とするエンジンにある。
【発明の効果】
【００１９】
かかる本発明では、凝縮水が付着することによるセンサ素子の被水割れを抑制しつつ、吸気の性状を精度良く検出することができる。ＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気の一部が環流されている期間は、吸気の温度が高く凝縮水はほとんど発生しないため、センサ素子に接触する吸気の量を増加させることで検出精度を高めることができる。一方、排気の一部が環流されていない期間においては、凝縮水が発生し易いものの、センサ素子の露出の程度を抑えることでセンサ素子の被水割れを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１に係るエンジンの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る吸気検出手段を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る導入孔部分の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る吸気検出手段の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２に係るカバー本体の形状変化を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る吸気検出手段の変形例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係るカバー部材を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２に係るカバー部材を示す図である。
【図９】本発明の実施形態２に係るカバー部材を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係る開閉部材の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
（実施形態１）
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１０は、直列４気筒のディーゼルエンジンであり、４つの気筒（燃焼室）１１が形成されたエンジン本体１２を備える。各気筒１１の吸気ポート（図示なし）には、吸気マニホールド１３が接続され、吸気マニホールド１３には吸気管（吸気通路）１４が接続されている。一方、各気筒１１の排気ポート（図示なし）には、排気マニホールド１５が接続され、排気マニホールド１５には排気管（排気通路）１６が接続されている。
【００２３】
また燃料を噴射するためのインジェクタ（燃料噴射弁）１７が各気筒１１に対応して設けられており、各インジェクタ１７はそれぞれコモンレール１８に接続されている。コモンレール１８には、図示しないがサプライポンプ（高圧ポンプ）を介して燃料タンクに接続されている。このサプライポンプによって燃料タンクから燃料が圧送され、コモンレール１８内の高圧の燃料がインジェクタ１７から各気筒１１内に噴射されるようになっている。
【００２４】
吸気管１４及び排気管１６の途中には、ターボチャージャ（過給機）１９が設けられている。ターボチャージャ１９は、エンジン本体１２からの排ガスが流れ込むと、排ガスの流れによってタービンが回転し、このタービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管１４からターボチャージャ１９内に空気が吸い込まれて加圧されるように構成されている。
【００２５】
ターボチャージャ１９の上流側の吸気管１４には、エアクリーナ２０と、エアフローセンサ２１と、第１のスロットルバルブ２２と、が設けられている。エアクリーナ２０には吸気の湿度を検出する湿度センサ２３が設けられている。なお第１のスロットルバルブ２２は、エアクリーナ２０を通過した新気の量（新気量）を調整すると共に、この調整によって、後述する低圧ＥＧＲ管（低圧ＥＧＲ通路）を介して吸気管１４に環流される排ガス量（低圧ＥＧＲガス量）を間接的に調整する。
【００２６】
ターボチャージャ１９の下流側の吸気管１４には、ターボチャージャ１９での加圧により温度が上昇した吸気を冷却するインタークーラ２４が配されている。インタークーラ２４の下流側の吸気管１４には、電動アクチュエータの駆動により吸気管１４を開閉する第２のスロットルバルブ２５が設けられている。
【００２７】
第２のスロットルバルブ２５は、インタークーラ２４を通過した吸気量（新気量＋低圧ＥＧＲガス量）を調整するとともに、この調整によって、後述する高圧ＥＧＲ管（高圧ＥＧＲ通路）を介して吸気管１４に導入される排ガス量（高圧ＥＧＲガス量）を間接的に調整する。
【００２８】
吸気管１４の第２のスロットルバルブ２５よりも下流側には、ターボチャージャ（タービン）１９よりも上流側の排ガス（高圧ＥＧＲガス）が環流する高圧ＥＧＲ管２６の一端が接続されている。高圧ＥＧＲ管２６の他端は排気管１６のターボチャージャ１９よりも上流側に接続されている。高圧ＥＧＲ管２６には高圧ＥＧＲクーラ２７が設けられ、高圧ＥＧＲ管２６の吸気管１４との接続部分には高圧ＥＧＲ弁２８が設けられている。この高圧ＥＧＲ弁２８が開弁することで、排気管１６のターボチャージャ１９よりも上流側を流れる高圧の排ガスの一部が高圧ＥＧＲ管２６に流れ込み、高圧ＥＧＲクーラ２７によって冷却された後、吸気管１４に供給されるようになっている。
【００２９】
また詳しくは後述するが、吸気管１４の高圧ＥＧＲ管２６よりも下流側には、吸気の性状を検出する吸気検出手段（吸気センサ）としてのリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）３０が設けられている。さらに吸気マニホールド１３には、その内部の圧力を検出するブースト圧センサ３１が設けられている。
【００３０】
なお排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側には、排気浄化用触媒であるディーゼル酸化触媒（以下、単に「酸化触媒」という）３２と、排気浄化用フィルタであるディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter：以下、「ＤＰＦ」と称する）３３とが上流側から順に配されている。
【００３１】
排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側、本実施形態ではＤＰＦ３３の下流側には、低圧の排ガスの一部（低圧ＥＧＲガス）が環流する低圧ＥＧＲ管３４の一端が接続されている。低圧ＥＧＲ管３４の他端は、ターボチャージャ１９と第１のスロットルバルブ２２との間で、吸気管１４に接続されている。この低圧ＥＧＲ管３４には、高圧ＥＧＲ管２６の場合と同様に、低圧ＥＧＲクーラ３５及び低圧ＥＧＲ弁３６が設けられている。そして低圧ＥＧＲ弁３６が開弁することで、排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側を流れる低圧の排ガスの一部（低圧ＥＧＲガス）が低圧ＥＧＲクーラ３５によって冷却されて吸気管１４に供給されるようになっている。
【００３２】
また低圧ＥＧＲ管３４の両端部には、差圧センサ３７が設けられている。この差圧センサ３７は、吸気管１４のターボチャージャ１９よりも上流側の圧力と、排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側の圧力との差圧を検出する。すなわち差圧センサ３７の検出結果から低圧ＥＧＲ管３４を流れる低圧ＥＧＲガスの流速や流量等が求められる。
【００３３】
このようなエンジン１０は、ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０によって制御されている。ＥＣＵ４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等で構成され、上記の各種センサからの信号に基づいてエンジン１０の総合的な制御を行う。
【００３４】
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したエアフローセンサ２１、ＬＡＦＳ３０、ブースト圧センサ３１、湿度センサ２３、差圧センサ３７の他、エンジン本体１２のクランク角を検出するクランク角センサ等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。一方、ＥＣＵ４０の出力側には、インジェクタ１７、第１及び第２のスロットルバルブ２２，２５、高圧ＥＧＲ弁２８及び低圧ＥＧＲ弁３６等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、上記のような各種センサ類によって検出された検出情報に基づきＥＣＵ４０で演算された燃料噴射量、バルブ開度等の各種情報がそれぞれ出力される。
【００３５】
このようにＥＣＵ４０によってエンジン１０は適切に制御されるが、その場合でも、車両の運転状態によって吸気管１４内で凝縮水が生成され、この凝縮水がＬＡＦＳ３０に付着することに起因してセラミックス等からなるＬＡＦＳ３０のセンサ素子に割れが発生する虞がある。
【００３６】
そこで本実施形態では、以下に詳しく説明するように、高圧ＥＧＲガスが環流されていない期間よりも高圧ＥＧＲガスが環流されている期間において、ＬＡＦＳ３０のセンサ素子の露出の程度が高くなるようにすることで、センサ素子の被水割れを抑制しつつ、吸気の空燃比の検出精度を高めている。
【００３７】
吸気検出手段であるＬＡＦＳ３０は、上述のように吸気管１４の高圧ＥＧＲ管２６との接続部よりも下流側に設けられている。ＬＡＦＳ３０は、図２に示すように、吸気管１４に形成された装着孔１４ａに装着され、その本体部（センサ素子）３０ａが吸気管１４内に突出した状態で吸気管１４に固定されている。ＬＡＦＳ３０の本体部３０ａは、吸気の流れ方向に対して交差する方向に突出して設けられていればよいが、吸気の流れ方向に対して略直交する方向に突出して設けられていることが好ましい。
【００３８】
またＬＡＦＳ３０には、本体部３０ａを覆うカバー部材５０が固定されている。カバー部材５０を構成するカバー本体５１には、内部に吸気を導入するための複数の導入孔５２が設けられている。すなわちＬＡＦＳ３０の本体部３０ａは、カバー本体５１の内部に収容されており、導入孔５２を介してカバー本体５１の内部に導入された吸気の空燃比を検出する。なおカバー本体５１に設けられる導入孔５２の数や配置は特に限定されるものではない。本実施形態では、カバー本体５１には、その周方向に沿って一定間隔で８つ程度の導入孔５２が形成されている。
【００３９】
そしてカバー部材５０は、これら複数の導入孔５２のサイズ（開口径）が、高圧ＥＧＲガスが環流されていない期間よりも高圧ＥＧＲガスが環流されている期間において大きくなるように構成されている。本実施形態では、図３に示すように、カバー本体５１の内面側には、各導入孔５２の周縁部に、形状記憶合金で形成された開閉部材５３が設けられている。この開閉部材５３はリング状に形成されており、カバー部材５０の温度が所定温度以上になると形状が変化して、その中央部に開口部５４のサイズ（開口径）が大きくなる。つまり導入孔５２のサイズ（開口径）が大きくなる。
【００４０】
例えば、エンジン始動直後等、高圧ＥＧＲ弁３６が閉じられて高圧ＥＧＲガスが環流されていない場合、吸気の温度（各気筒１１内へ流入する温度）は比較的低く、カバー部材５０の温度Ｔも所定温度Ｔ１より低い状態となる。なお所定温度Ｔ１は、凝縮水の気化温度以下の温度に設定されている。この状態において導入孔５２のサイズ（開口径）は最小径となる。本実施形態では、図３（ａ）に示すように、導入孔５２は開閉部材５３によって実質的に塞がれた状態となる。
【００４１】
高圧ＥＧＲガスが環流されておらず吸気の温度が外気温以下になる場合、吸気管１４内（高圧ＥＧＲ管２６との接続部よりも下流側）で凝縮水が特に生成されやすいため、導入孔５２を実質的に塞ぐことでカバー本体５１内部への凝縮水の侵入を防いでいる。例えば、吸気管１４の内面を伝ってカバー本体５１の表面に凝縮水が付着した場合でも、導入孔５２が実質的に塞がれていることで、カバー本体５１の内部に収容されているＬＡＦＳ３０の本体部３０ａへの凝縮水の付着を防ぐことができ、凝縮水に起因するＬＡＦＳ３０の本体部３０ａの被水割れの発生を防ぐことができる。
【００４２】
このような状態から高圧ＥＧＲ弁３６が開放されて吸気管１４に高圧ＥＧＲガスが環流されると、吸気の温度は急激に上昇する。それに伴いカバー部材５０の温度Ｔが所定温度Ｔ１以上になると、図３（ｂ）に示すように、開閉部材５３が変形して開口部５４が開き、カバー本体５１の複数の導入孔５２はほぼ全開の状態となる。なお所定温度Ｔ１は、エンジン１０の特性に応じて適宜設定されればよいが、例えば、５０℃程度に設定する。高圧ＥＧＲガスが環流された状態では、吸気の温度が外気に比べて大幅に高くなるため、吸気管１４内において凝縮水は生成され難い。したがって、導入孔５２のサイズを極力大きくすることで、吸気の空燃比を精度良く検出することができ、且つＬＡＦＳ３０の本体部３０ａの被水割れを生じさせることもない。
【００４３】
以上のように本実施形態では、高圧ＥＧＲガスが環流されている期間であるか否かによってカバー部材５０の導入孔５２のサイズを変化させるようにしたので、吸気管１４に配されたＬＡＦＳ３０の本体部３０ａの被水割れを抑制しつつ、吸気の空燃比を高精度に検出することができる。またＬＡＦＳ３０の被水割れを抑制できれば、例えば、吸気管１４の高圧ＥＧＲ管２６との接続部付近等の応答性のよい場所にＬＡＦＳ３０を配置することができるようになる。これにより、エンジン１０の制御性を向上することができ、また燃費や排気特性を向上することができる。
【００４４】
なお吸気管１４へのＬＡＦＳ３０の取付位置は、特に限定されないが、ＬＡＦＳ３０は、吸気管１４の高圧ＥＧＲ管２６との接続部に対向する側に設置されていることが好ましい。これにより、高圧ＥＧＲガスが慣性力によって本体部３０ａ近傍をより通過しやすくなる。したがって、高圧ＥＧＲガスが環流されている期間と、環流されていない期間とで、カバー部材５０の温度変化が起こりやすく、カバー部材５０の導入孔５２のサイズをより適切なタイミングで変化させることができる。
【００４５】
また本実施形態では、高圧ＥＧＲガスが環流されていない期間に、開閉部材５３によって導入孔５２が実質的に塞がれるようにしたが、導入孔５２を若干開いた状態としてもよい。何れにしても、高圧ＥＧＲガスが環流されていない期間と、環流されている期間とで、導入孔５２のサイズ（開口径）を変化させることで、ＬＡＦＳ３０の本体部３０ａの被水割れを抑制しつつ、吸気の空燃比を高精度に検出することができる。
【００４６】
（実施形態２）
本実施形態は、吸気検出手段（ＬＡＦＳ）に設けられるカバー部材の変形例であり、その他の構成は実施形態１と同様である。なお同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４７】
図４及び図５に示すように、実施形態２に係るカバー部材５０Ａは、高圧ＥＧＲガスが環流されている期間であるか否かによって、カバー本体５１の外表面に案内溝５５が存在する第１の状態と、案内溝５５が存在しない第２の状態とに、切り換え可能に構成されている。
【００４８】
カバー部材５０Ａは、本実施形態では、形状記憶合金で形成されており、その温度Ｔが所定温度Ｔ１以上の温度になるとカバー本体５１の表面形状が変化する。例えば、エンジン始動直後等、高圧ＥＧＲガスが環流されておらず、カバー部材５０Ａの温度Ｔが所定温度Ｔ１よりも低い場合、図４に示すように、カバー部材５０Ａは、カバー本体５１の外表面に案内溝５５が存在する第１の状態となる。
【００４９】
その後、高圧ＥＧＲガスが環流されてカバー部材５０Ａの温度Ｔが所定温度Ｔ１以上となると、図５に示すように、形状記憶合金で形成されたカバー本体５１が変形（膨張）して案内溝５５が存在しない第２の状態に切り替わる。このとき、上述したように開閉部材５３も変形して導入孔５２が全開の状態となる（図３参照）。
【００５０】
ここで、案内溝５５は、導入孔５２の周囲に導入孔５２とは離間して設けられていればよいが、略鉛直方向に沿って延設されていることが好ましい。本実施形態では、吸気管１４が略水平方向に配され、ＬＡＦＳ３０はこの吸気管１４内に本体部３０ａが突出するように固定されている。このため、案内溝５５が、各導入孔５２間にカバー部材５０Ａの軸方向（略鉛直方向）に延設された複数の第１溝部５５ａを備えるようにした。さらに案内溝５５は、カバー部材５０Ａの上端部付近にカバー部材５０Ａの周方向（略水平方向）に延設された第２溝部５５ｂを備えている。複数の各第１溝部５５ａは、第２溝部５５ｂにそれぞれ接続されている。
【００５１】
このようにカバー本体５１の外表面に案内溝５５が存在する第１の状態では、例えば、吸気管１４の内面を伝ってカバー本体５１の外表面に凝縮水が付着した場合でも、この凝縮水は案内溝５５に沿って案内されるため、凝縮水の導入孔５２への侵入を効果的に抑制することができる。特に案内溝５５が鉛直方向に延設された第１溝部５５ａを備えていることで、凝縮水はより確実に案内溝５５（第１溝部５５ａ）に沿って流れ落ちる。したがって、凝縮水の導入孔５２への侵入をさらに効果的に抑制することができる。
【００５２】
一方、カバー本体５１の外表面に案内溝５５が存在しない第２の状態では、カバー本体５１による吸気の流れの阻害を最小限に抑えられ、第１の状態よりも吸気の流れがスムーズになるため、吸気効率が向上する。
【００５３】
また吸気の温度が高い状態で案内溝５５が残っていると、案内溝５５内に凝縮水が発生しやすくなり、かえって逆効果になるリスクがある。またこのように案内溝５５内に凝縮水が発生した状態で、ＥＧＲガスの環流が停止され吸気の温度が低下すると案内溝５５に大量の凝縮水が発生して被水割れリスクが増大する虞がある。つまり、カバー本体５１が第２の状態に切り替わることで、このような被水割れのリスクを抑えることもできる。
【００５４】
なお本実施形態では、吸気管１４が略水平方向に配されているため、案内溝５５は、第１溝部５５ａを少なくとも備えていることが好ましいが、例えば、図６に示すように、吸気管１４が略鉛直方向に配されている場合、案内溝５５は、カバー本体５１の周方向（略鉛直方向）に沿って延設された第２溝部５５ｂを少なくとも備えていることが好ましい。
【００５５】
ところで本実施形態では、開閉部材５３とカバー本体５１とが、同一温度で変化する例を説明したが、開閉部材５３とカバー本体５１とが、異なる温度で変形するようにしてもよい。具体的には、カバー部材５０Ａの温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１以上になると開閉部材５３の形状が変化し、カバー部材５０Ａの温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１よりも高い温度である第２の所定温度Ｔ２以上になった場合に、カバー本体５１の形状が変化するようにしてもよい。
【００５６】
この場合、図７に示すように、まずカバー部材５０Ａの温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１よりも低いと、導入孔５２は開閉部材５３によって塞がれ、カバー本体５１はその外表面に案内溝５５が存在する第１の状態となる。この第１の状態では、導入孔５２からカバー本体５１内部への凝縮水の侵入を確実に防止することができる。
【００５７】
カバー部材５０Ａの温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１以上になると、図８に示すように、開閉部材５３の形状が変形して開口部５４が形成され、導入孔５２がほぼ全開となる。ただしカバー部材５０Ａの温度Ｔが第２の所定温度Ｔ２よりも低い温度であれば、カバー本体５１は形状が変化することなく第１の状態に保持される。つまりカバー本体５１の外表面には案内溝５５が存在する。この状態では、導入孔５２からカバー本体５１の内部に吸気は導入されるが、カバー本体５１の外表面に付着した凝縮水は案内溝５５によって案内されるため、凝縮水の導入孔５２への侵入は十分に抑えられる。
【００５８】
そしてカバー部材５０Ａの温度Ｔが第２の所定温度Ｔ２以上となると、図９に示すように、カバー本体５１は、その形状が変化して外表面に案内溝５５が存在しない第２の状態となる。なお開閉部材５３は形状が変化することはなく導入孔５２は全開の状態に保持される。これにより、吸気の空燃比を精度良く検出することができ、また吸気の流れもスムーズになる。
【００５９】
なお、このように開閉部材５３とカバー本体５１とが異なる温度で変形するようにした場合の第１の所定温度Ｔ１及び第２の所定温度Ｔ２は、エンジン１０の特性に応じて適宜設定されればよいが、第１の所定温度Ｔ１は、例えば、５０℃程度に設定し、第２の所定温度Ｔ２は、例えば、１００℃程度に設定する。
【００６０】
（実施形態３）
本実施形態は、開閉部材の変形例であり、その他の構成は実施形態１と同様である。なお同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６１】
図１０に示すように、実施形態３に係る開閉部材５３Ａは、導入孔５２に対向するように直線移動可能に設けられた蓋部材５６と、この蓋部材５６に一端が接続され他端がカバー本体５１に固定された形状記憶合金からなるバネ部材５７と、で構成されている。本実施形態に係る蓋部材５６は、略矩形の板状部材からなり、カバー本体５１の内面に沿って湾曲して設けられている。またカバー本体５１の内面には、この蓋部材５６の両端部をスライド可能に保持するガイド部５８が設けられている。
【００６２】
このような構成では、高圧ＥＧＲガスが環流されておらずカバー部材５０の温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１よりも低いと、図１０（ａ）に示すように、開閉部材５３Ａを構成するバネ部材５７が延伸した状態に保持され、導入孔５２はほぼ全閉の状態となる。このよう状態から高圧ＥＧＲガスが環流されカバー部材５０の温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１以上になると、図１０（ｂ）に示すように、バネ部材５７が変形して縮んだ状態となり、それに伴って蓋部材５６がガイド部５８に沿ってスライドすることで、導入孔５２はほぼ全開の状態となる。
【００６３】
本実施形態の構成においても、高圧ＥＧＲガスが環流されている期間であるか否かによってカバー部材５０の導入孔５２のサイズを確実に変化させることができる。したがって、上述の実施形態と同様に、ＬＡＦＳ３０の本体部３０ａの被水割れを抑制しつつ、吸気の空燃比を高精度に検出することができる。
【００６４】
なお本実施形態では、蓋部材５６をスライドさせるための駆動源として形状記憶合金からなるバネ部材５７を用いたが、蓋部材５６の駆動源は特に限定されるものではなく、例えば、電動のアクチュエータ等を用いることもできる。この場合、例えば、高圧ＥＧＲ弁２８の開閉を検出し、その検出結果に応じてアクチュエータを制御して蓋部材５６をスライドさせるようにしてもよい。また例えば、吸気管１４に吸気の温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの検出結果に応じて蓋部材５６をスライドさせるようにしてもよい。勿論、このような構成としても、高圧ＥＧＲガスが環流されている期間であるか否かによってカバー部材５０の導入孔５２のサイズを確実に変化させることができる。
【００６５】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能なものである。
【００６６】
例えば、上述の実施形態では、カバー部材によってセンサ素子の露出の度合を変化させるようにしたが、センサ素子の露出の度合を変化させる手段は特に限定されるものではない。
【００６７】
また例えば、上述の実施形態では、高圧ＥＧＲガス及び低圧ＥＧＲガスのそれぞれを環流させるエンジンを例示したが、例えば、高圧ＥＧＲガス又は低圧ＥＧＲガスのみを環流させるエンジンにも本願発明を適用することができる。
【００６８】
また上述の実施形態では、吸気検出手段の一例としてリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）を例示したが、吸気検出手段は、吸気の性状を検出するものであればよく、例えば、吸気の空気量を検出するＯ２センサや、吸気の温度を検出する温度センサ等であってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１０ エンジン
１２ エンジン本体
１３ 吸気マニホールド
１４ 吸気管
１４ａ 装着孔
１５ 排気マニホールド
１６ 排気管
１７ インジェクタ
１８ コモンレール
１９ ターボチャージャ
２０ エアクリーナ
２１ エアフローセンサ
２２ 第１のスロットルバルブ
２３ 湿度センサ
２４ インタークーラ
２５ 第２のスロットルバルブ
２６ 高圧ＥＧＲ管
２７ 高圧ＥＧＲクーラ
２８ 高圧ＥＧＲ弁
３０ リニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）
３０ａ 本体部（センサ素子）
３１ ブースト圧センサ
３４ 低圧ＥＧＲ管
３５ 低圧ＥＧＲクーラ
３６ 低圧ＥＧＲ弁
３７ 差圧センサ
５０ カバー部材
５１ カバー本体
５２ 導入孔
５３ 開閉部材
５４ 開口部
５５ 案内溝
５６ 蓋部材
５７ バネ部材
５８ ガイド部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられて吸気の性状を検出するセンサ素子を有する吸気検出手段と、を具備し、
前記吸気検出手段は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に排気の一部が環流されていない期間よりも前記吸気通路に排気の一部が環流されている期間において、前記センサ素子の露出の度合が高くなるように構成されていることを特徴とするエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンにおいて、
前記吸気検出手段は、前記センサ素子を内部に収容すると共に、吸気を内部に導入するための導入孔が形成されたカバー部材を備え、
前記カバー部材は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に排気の一部が環流されていない期間と、前記吸気通路に排気が環流されている期間とで、前記導入孔のサイズが変化するように構成されていることを特徴とするエンジン。
【請求項３】
請求項２に記載のエンジンにおいて、
前記カバー部材は、所定温度よりも低くなると前記導入孔のサイズが小さくなるように構成されていることを特徴とするエンジン。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンにおいて、
前記カバー部材は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に排気の一部が環流されていない期間には外表面に付着した凝縮水を案内する案内溝が存在する第１の状態となり、前記吸気通路に排気の一部が環流されている期間には前記案内溝が存在しない第２の状態となるように、切り換え可能に構成されていることを特徴とするエンジン。
【請求項５】
請求項４に記載のエンジンにおいて、
前記カバー部材は、第２の所定温度以上になると前記第１の状態から前記第２の状態に切り換えられることを特徴とするエンジン。
【請求項６】
請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンにおいて、
前記センサ素子は、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部に対向する側に設置されていることを特徴とするエンジン。
【請求項１】
排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられて吸気の性状を検出するセンサ素子を有する吸気検出手段と、を具備し、
前記吸気検出手段は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に排気の一部が環流されていない期間よりも前記吸気通路に排気の一部が環流されている期間において、前記センサ素子の露出の度合が高くなるように構成されていることを特徴とするエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンにおいて、
前記吸気検出手段は、前記センサ素子を内部に収容すると共に、吸気を内部に導入するための導入孔が形成されたカバー部材を備え、
前記カバー部材は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に排気の一部が環流されていない期間と、前記吸気通路に排気が環流されている期間とで、前記導入孔のサイズが変化するように構成されていることを特徴とするエンジン。
【請求項３】
請求項２に記載のエンジンにおいて、
前記カバー部材は、所定温度よりも低くなると前記導入孔のサイズが小さくなるように構成されていることを特徴とするエンジン。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンにおいて、
前記カバー部材は、前記ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に排気の一部が環流されていない期間には外表面に付着した凝縮水を案内する案内溝が存在する第１の状態となり、前記吸気通路に排気の一部が環流されている期間には前記案内溝が存在しない第２の状態となるように、切り換え可能に構成されていることを特徴とするエンジン。
【請求項５】
請求項４に記載のエンジンにおいて、
前記カバー部材は、第２の所定温度以上になると前記第１の状態から前記第２の状態に切り換えられることを特徴とするエンジン。
【請求項６】
請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンにおいて、
前記センサ素子は、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部に対向する側に設置されていることを特徴とするエンジン。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−２３６８（Ｐ２０１３−２３６８Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３４６２５（Ｐ２０１１−１３４６２５）
【出願日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
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