ホーム > 特許ランキング > 株式会社ＳＵＢＡＲＵ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-11
(45)【発行日】2023-12-19
(54)【発明の名称】空燃比センサの取付構造
(51)【国際特許分類】
F02D 35/00 20060101AFI20231212BHJP
F01N 13/00 20100101ALI20231212BHJP
F02M 26/14 20160101ALI20231212BHJP
【ＦＩ】
F02D35/00 368C
F02D35/00 368E
F01N13/00 A
F02M26/14
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2017210038
(22)【出願日】2017-10-31
(65)【公開番号】P2019082145
(43)【公開日】2019-05-30
【審査請求日】2020-09-03
【審判番号】
【審判請求日】2022-06-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000005348
【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ
(74)【代理人】
【識別番号】100122770
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 和弘
(72)【発明者】
【氏名】寺井 美裕
【合議体】
【審判長】山本 信平
【審判官】吉村 俊厚
【審判官】倉橋 紀夫
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－２８０５１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００６／０４３５０２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－２０７６２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－２１８４８９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
F02D 35/00
F01N 13/00
F02M 26/14
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンの各気筒に取り付けられた複数の排気管が一つに集合された集合部と、前記集合部に接続された集合排気管と、
前記集合排気管に接続されたＥＧＲ配管から排気ガスの一部を前記エンジンの吸気系に再循環させるＥＧＲ装置と、
前記集合排気管に取り付けられ、前記エンジンの排気ガス中の酸素濃度に応じて各気筒毎の混合気の空燃比を検出する空燃比センサと、を備え、
前記複数の排気管は、１番気筒に接続される１番排気管と、２番気筒に接続される２番排気管と、３番気筒に接続される３番排気管と、４番気筒に接続される４番排気管と、を有し、前記１番排気管と前記２番排気管とが集合されるとともに、前記３番排気管と前記４番排気管とが集合され、集合された双方の排気管がさらに、前記集合部において一つに集合され、
前記エンジンでは、前記空燃比センサにより検出される各気筒毎の空燃比検出値に基づいて、各気筒毎に燃料噴射量が制御されるとともに、前記１番気筒、前記３番気筒、前記２番気筒、前記４番気筒の順に点火順序が設定されて、１８０°クランクアングル毎に、排気ガスが各気筒から各排気管に排出され、
前記集合排気管は、前記集合部よりも径が大きく、排気浄化触媒が収容される大径部と、前記集合部と前記大径部とをつなぎ、前記集合部から前記大径部に近づくにしたがって径が拡がる拡径部と、を含み、
前記ＥＧＲ配管の接続孔は、前記集合排気管の拡径部、又は、前記集合排気管の大径部の排気浄化触媒の上流側に形成されており、
前記空燃比センサは、前記集合排気管の拡径部に、かつ、前記排気管の集合部と、前記ＥＧＲ配管の接続孔との間の、再循環される排気ガスが流れる流線上に配置されていることを特徴とする空燃比センサの取付構造。
【請求項2】
前記空燃比センサは、前記集合排気管の外周面を、該外周面に接続された前記ＥＧＲ配管の接続孔側かつ該接続孔に対して垂直な方向から見て、前記集合部の後端の内径を幅とし、前記集合部の後端から前記ＥＧＲ配管の接続孔まで、前記集合排気管の軸線に沿って帯状に延ばした領域を、前記集合排気管の外周面に対して投影した領域内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの取付構造。
【請求項3】
前記空燃比センサは、前記集合排気管の外周面を、該外周面に接続された前記ＥＧＲ配管の接続孔側かつ該接続孔に対して垂直な方向から見て、前記ＥＧＲ配管の接続孔の内径を幅とし、前記ＥＧＲ配管の接続孔から前記集合部の後端まで、前記集合排気管の軸線に沿って帯状に延ばした領域を、前記集合排気管の外周面に対して投影した領域内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの取付構造。
【請求項4】
前記空燃比センサは、排気ガスを浄化する排気浄化触媒の上流側に配置されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の空燃比センサの取付構造。
【請求項5】
前記エンジンは、一つの気筒から一度に排出される排気ガス量に対する、前記排気管の集合部までの容積の比率が、前記排気管及び前記集合部内で排気ガスの滞留が生じやすいか否かを判定するための所定値よりも大きいことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の空燃比センサの取付構造。
【請求項6】
前記エンジンは、気筒が内部に形成された複数のバンクを有し、前記空燃比センサは、前記複数のバンクに取り付けられたすべての排気管が一つに集合された集合部の下流に配置されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の空燃比センサの取付構造。
【請求項7】
前記エンジンは、水平対向型エンジンであることを特徴とする請求項６に記載の空燃比センサの取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エンジンの排気ガス中の酸素濃度に応じて混合気の空燃比を検出する空燃比センサの取付構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、エンジンの排気ガス中に含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）などの有害成分を低減するために、排気浄化触媒（以下、単に「触媒」ともいう）を用いた排気ガスの後処理が行われている。このような触媒として、ＣＯとＨＣの酸化反応とＮＯｘの還元反応とを同時に行い、無害なＣＯ２（二酸化炭素）、Ｈ２Ｏ（水）、Ｎ２（窒素）に転換する機能を持つ三元触媒が、近年一般的に使用されている。三元触媒では、高い浄化率を得ようとした場合に、混合気の空燃比を理論空燃比（λ＝１）近傍の狭い範囲に制御（空燃比フィードバック制御）する必要がある。そのため、このような三元触媒を用いたシステムでは、エンジンの気筒間で空燃比がばらつくと排気エミッションが悪化するおそれがある。
【0003】
ここで、特許文献１には、多気筒内燃機関における空燃比制御の気筒間バラツキを解消し、より精密な空燃比制御を実現する内燃機関の空燃比制御装置が開示されている。より詳細には、この空燃比制御装置が適用された内燃機関では、＃１気筒～＃４気筒の各排気ポートに連通する分岐部と、それらが集合する集合部とからなるエキゾーストマニホールドの集合部に空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が取り付けられている。より詳細には、各気筒の排気ポートから空燃比センサまでの距離がほぼ等しく、また、各気筒からの排気ガスが常に均等に空燃比センサに当たるよう、空燃比センサが取り付けられている。
【0004】
そして、この内燃機関の空燃比制御装置では、空燃比センサによる空燃比計測時にその時の被計測ガスを排出した気筒を特定し、当該特定気筒に対して計測された空燃比を目標空燃比に一致させるように燃料噴射弁による燃料噴射量を制御する。より詳細には、この空燃比制御装置は、内燃機関の各気筒への燃料噴射時から内燃機関の所定ストローク後に当該燃料噴射に対応する空燃比を空燃比センサによって計測し、計測した空燃比がいずれの気筒の燃焼に対応するかを特定する。そして、その特定気筒に対して空燃比の計測結果を用いた燃料噴射量補正を行うことで、気筒毎の空燃比制御を可能とし、気筒間バラツキを解消している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平８－３３８２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述したように、特許文献１に記載の内燃機関の空燃比制御装置では、排気ガス（被測定ガス）を排出した気筒を特定するために、各気筒の排気ポートから空燃比センサまでの距離がほぼ等しく、また、各気筒からの排気ガスが常に均等に空燃比センサに当たるよう、当該空燃比センサの取り付け位置が設定されている。しかしながら、排気管中を流れる排気ガスの流れは一様ではなく、例えば、エンジンの運転状態や、排気管や集合部の形状（例えば、配管長や、配管径、曲率など）によって、排気ガスの流れは変化する。
【0007】
例えば、低回転、低・中負荷運転領域では、排気ガスがスムーズに排出されずに、排気管内に滞留し、複数の気筒から排出された排気ガスが干渉することによって、各気筒毎の空燃比を精度よく検出することができなくなるおそれがある。特に、エンジン（排気ポート）から排気管の集合部までの間の排気管長が長く、当該部位の容積が大きい場合には、排気ガスの滞留が生じやすく、上述した問題がより顕著に表れる傾向が見られる。そのため、エンジンの運転状態や排気管（集合部）の形状に係わりなく、単一の空燃比センサで各気筒毎の空燃比を高精度に検出したいという要請があった。
【0008】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、エンジンの運転状態や排気管（集合部）の形状に係わりなく、単一の空燃比センサで各気筒毎の空燃比をより高精度に検出することが可能な空燃比センサの取付構造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】
【0009】
本発明に係る空燃比センサの取付構造は、エンジンの各気筒に取り付けられた複数の排気管が一つに集合された集合部と、集合部の下流側に接続されたＥＧＲ配管から排気ガスの一部をエンジンの吸気系に再循環させるＥＧＲ装置と、エンジンの排気ガス中の酸素濃度に応じて混合気の空燃比を検出する空燃比センサとを備え、空燃比センサが、排気管の集合部とＥＧＲ配管の接続孔との間の、再循環される排気ガスが流れる流線上に配置されていることを特徴とする。
【0010】
本発明に係る空燃比センサの取付構造によれば、空燃比センサが、排気管の集合部とＥＧＲ配管の接続孔との間の、再循環される排気ガスが流れる流線上（流れの経路上）に配置されている。すなわち、排気ガスがＥＧＲ装置に吸引され、滞留が少なく排気ガスの流れがスムーズな領域に空燃比センサが配置される。そのため、他気筒から排出された排気ガスと干渉することなく、爆発順に沿って排気ガスが空燃比センサ（センサ素子部）に到達する。その結果、エンジンの運転状態や排気管（集合部）の形状に係わりなく、単一の空燃比センサで各気筒毎の空燃比をより高精度に検出することが可能となる。なお、空燃比センサには、ＬＡＦセンサ（Ｌｉｎｅａｒ Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ センサ）と酸素センサ（Ｏ２センサ）を含むものとする。
【0011】
本発明に係る空燃比センサの取付構造では、集合後の排気管の外周面を、該外周面に接続されたＥＧＲ配管の接続孔側かつ該接続孔に対して垂直な方向から見て、集合部の後端の内径を幅とし、集合部の後端からＥＧＲ配管の接続孔まで、集合後の排気管の軸線に沿って帯状に延ばした領域を、集合後の排気管の外周面に対して投影した領域内に空燃比センサが配置されることが好ましい。
【0012】
このようにすれば、排気ガスがＥＧＲ装置に吸引されることにより排気ガスの滞留が少なく、エンジン（気筒）の爆発順に排気ガスが流れやすい領域、すなわち、爆発順に排気ガスが空燃比センサに到達しやすい領域に空燃比センサを配置することが可能となる。
【0013】
本発明に係る空燃比センサの取付構造では、集合後の排気管の外周面を、該外周面に接続されたＥＧＲ配管の接続孔側かつ該接続孔に対して垂直な方向から見て、ＥＧＲ配管の接続孔の内径を幅とし、ＥＧＲ配管の接続孔から集合部の後端まで、集合後の排気管の軸線に沿って帯状に延ばした領域を、集合後の排気管の外周面に対して投影した領域内に空燃比センサが配置されることが好ましい。
【0014】
このようにすれば、排気ガスがＥＧＲ装置に吸引されることにより排気ガスの滞留がより少なく、エンジン（気筒）の爆発順に排気ガスが流れやすい領域、すなわち、より爆発順に排気ガスが空燃比センサに到達しやすい領域に空燃比センサを配置することが可能になる。
【0015】
本発明に係る空燃比センサの取付構造では、上記空燃比センサが、排気ガスを浄化する排気浄化触媒の上流側に配置されていることが好ましい。
【0016】
この場合、空燃比センサが、集合部の下流側、かつ排気浄化触媒の上流側（排気浄化触媒前）に配置される。そのため、各排気管から集合された後、浄化される前の排気ガス中の酸素濃度から各気筒毎の混合気の空燃比を検出することが可能となる。
【0017】
本発明に係る空燃比センサの取付構造では、エンジンの一つの気筒から一度に排出される排気ガス量に対する、排気管の集合部までの容積の比率が、所定値よりも大きいことが好ましい。
【0018】
この場合、一つの気筒から一度に排出される排気ガス量に対する、排気管の集合部までの容積の比率が、所定値よりも大きいエンジン、すなわち、排気ガスの滞留が生じやすいエンジンにおいて、より効果的に、各気筒毎の空燃比の検出精度を向上させることが可能となる。
【0019】
本発明に係る空燃比センサの取付構造では、上記エンジンが、気筒が内部に形成された複数のバンクを有し、空燃比センサが、複数のバンクに取り付けられたすべての排気管が一つに集合された集合部の下流に配置されていることが好ましい。
【0020】
ところで、複数のバンクを有するエンジンでは、直列型のエンジンに比べて集合部までの排気管の管長が長くなり、排気ガスの滞留が生じやすくなる。しかしながら、このようなエンジンに対して本発明に係る空燃比センサの取付構造を適用することにより、滞留が少なく爆発順に排気ガスが到達しやすい領域に空燃比センサを配置することができるため、より効果的に、各気筒毎の空燃比の検出精度を向上させることが可能となる。
【0021】
本発明に係る空燃比センサの取付構造では、上記エンジンが、水平対向型エンジンであることが好ましい。
【0022】
ところで、水平対向型エンジンでは、直列型のエンジンに比べて集合部までの排気管の管長が長くなり、排気ガスの滞留が生じやすくなる。しかしながら、このような水平対向エンジンに対して本発明に係る空燃比センサの取付構造を適用することにより、滞留が少なく爆発順に排気ガスが到達しやすい領域に空燃比センサを配置することができるため、より効果的に、各気筒毎の空燃比の検出精度を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、エンジンの運転状態や排気管（集合部）の形状に係わりなく、単一の空燃比センサで各気筒毎の空燃比をより高精度に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】実施形態に係る空燃比センサの取付構造が適用されたエンジンの全体構成を示す図である。
【図2】実施形態に係る空燃比センサの取付構造を示す図（エンジンの下側から見た図）である。
【図3】空燃比センサの取付領域を説明するための図である。
【図4】変形例に係る空燃比センサの取付領域を説明するための図である。
【図5】空燃比センサ（センサ素子部）の取付け位置と排気ガスの流れとの関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【0026】
まず、図１～図４を併せて用いて、実施形態に係る空燃比センサ１９の取付構造について説明する。図１は、空燃比センサ１９の取付構造が適用されたエンジン１０の全体構成を示す図である。図２は、空燃比センサ１９の取付構造を示す図（エンジン１０の下側から見た図）である。図３は、空燃比センサ１９の取付領域を説明するための図である。また、図４は、変形例に係る空燃比センサ１９の取付領域を説明するための図である。
【0027】
エンジン１０は、例えば水平対向型の４気筒エンジンである。また、エンジン１０は、シリンダ内（筒内）に燃料を直接噴射する筒内噴射式のエンジンである。エンジン１０では、エアクリーナ１６から吸入された空気が、吸気管１５に設けられた電子制御式スロットルバルブ（以下、単に「スロットルバルブ」ともいう）１３により絞られ、インテークマニホールド１１を通り、エンジン１０に形成された各気筒に吸入される。ここで、エアクリーナ１６から吸入された空気の量は、エアクリーナ１６とスロットルバルブ１３との間に配置されたエアフローメータ１４により検出される。また、インテークマニホールド１１を構成するコレクター部（サージタンク）の内部には、インテークマニホールド１１内の圧力（吸気マニホールド圧力）を検出するバキュームセンサ３０が配設されている。さらに、スロットルバルブ１３には、該スロットルバルブ１３の開度を検出するスロットル開度センサ３１が配設されている。
【0028】
シリンダヘッドには、気筒毎に吸気ポート２２と排気ポート２３とが形成されている（図１では片バンクのみ示した）。各吸気ポート２２、排気ポート２３それぞれには、該吸気ポート２２、排気ポート２３を開閉する吸気バルブ２４、排気バルブ２５が設けられている。
【0029】
エンジン１０の各気筒には、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタ１２が取り付けられている。インジェクタ１２は、高圧燃料ポンプ（図示省略）により加圧された燃料を各気筒の燃焼室内へ直接噴射する。
【0030】
また、各気筒のシリンダヘッドには、混合気に点火する点火プラグ１７、及び該点火プラグ１７に高電圧を印加するイグナイタ内蔵型コイル２１が取り付けられている。エンジン１０の各気筒では、吸入された空気とインジェクタ１２によって噴射された燃料との混合気が点火プラグ１７により点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは排気管１８を通して排出される。なお、排気管１８の詳細については後述する。
【0031】
排気管１８には、エンジン１０から排出された排気ガスの一部を、エンジン１０のインテークマニホールド１１（吸気系）に再循環（還流）させる排気ガス再循環装置（以下「ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置」という）４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０は、エンジン１０の排気管１８（集合部１８５の下流側）とインテークマニホールド１１とを連通するＥＧＲ配管４１、及びＥＧＲ配管４１上に介装され、排気ガス還流量（ＥＧＲ量）を調節するＥＧＲバルブ４２を有している。
【0032】
ＥＧＲバルブ４２は、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）５０によって開度が制御（デューティ制御）される。すなわち、ＥＣＵ５０は、エンジン１０の運転状態に応じてＥＧＲバルブ４２の開閉量を調節することにより、排気ガスの還流量（再循環量）を制御する。なお、ＥＧＲバルブ４２には、負圧式のものの他、ステッピングモータ等により駆動される形式のものを用いることができる。
【0033】
ここで、図２も併せて参照して、エンジン１０の排気系レイアウトについて説明する。＃１気筒の排気ポート２３には＃１排気管１８１が接続されている。また、＃２気筒の排気ポート２３には＃２排気管１８２が接続されている。同様に、＃３気筒の排気ポート２３には＃３排気管１８３が接続され、＃４気筒の排気ポート２３には＃４排気管１８４が接続されている。ここで、エンジン１０の爆発順序（点火順序）は、１番気筒（＃１）－３番気筒（＃３）－２番気筒（＃２）－４番気筒（＃４）の順とされており、各気筒からの排気ガスは、１８０°ＣＡ毎にそれぞれの排気管１８１～１８４に排出される。
【0034】
また、＃１排気管１８１と＃２排気管１８２とが集合されるとともに、＃３排気管１８３と＃４排気管１８４とが集合される。そして、双方が下流側（集合部１８５）でさらに集合される。すなわち、エンジン１０の各気筒（＃１気筒～＃４気筒）に取り付けられた４本の＃１～＃４排気管１８１～１８４は集合部１８５において一つに集合される。集合部１８５には集合排気管１８６が接続されている。よって、排気管１８は、＃１～＃４排気管１８１～１８４、集合部１８５、及び集合排気管１８６から構成される。なお、エンジン１０は、一つの気筒から一度に排出される排気ガス量に対する、＃１～＃４排気管１８１～１８４それぞれの容積（すなわち各気筒の排気ポート２３から集合部１８５までの容積）の比率が、所定値よりも大きくなっている。
【0035】
集合排気管１８６（集合部１８５の下流側）には排気浄化触媒（キャタライザ）２０が介装されている。ここで、排気浄化触媒２０は三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）及び窒素（Ｎ２）に清浄化するものである。
【0036】
排気管１８の集合部１８５とＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａとの間（排気浄化触媒２０の上流側）には、排気ガス中の酸素濃度及び未燃ガス濃度に応じた信号を出力する（すなわち、混合気の空燃比を検出する）空燃比センサ１９が取り付けられている。空燃比センサ１９としては、空燃比をリニアに検出することのできるリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）が用いられる。ここで、加熱したジルコニア固体電解質に電圧を印可すると、空燃比が薄いとき（Ａ／Ｆ＞１４．７）には排気ガス中の酸素濃度に応じ、濃いとき（Ａ／Ｆ＜１４．７）には未燃ガス濃度に応じた酸素イオン電流が発生する。リニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）１９は、この特性（原理）を利用し、排気側に設けた拡散抵抗層により、排気ガス中の酸素濃度及び未燃ガス濃度に応じた電流値を出力として得るものである。なお、空燃比センサ１９として、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する（空燃比をオン－オフ的に検出する）Ｏ２センサを用いてもよい。
【0037】
より詳細には、空燃比センサ１９は、排気管１８の集合部１８５と、ＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａとの間の、再循環される排気ガスが流れる流線上（流れの経路上）に配置され、ボルトなどによって取り付けられている。なお、空燃比センサ１９は、先端部（センサ素子部）が集合排気管１８６内に突出するように取り付けられる。
【0038】
より具体的な空燃比センサ１９の取付領域を図３に示す。図３は、空燃比センサ１９の取付領域を説明するための図である。図３にハッチングで示されるように、空燃比センサ１９は、集合排気管１８６の外周面を、該外周面に接続されたＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａ側かつ該接続孔１８ａに対して垂直な方向（接続孔１８ａの中心と集合排気管１８６の軸線とが重なる方向）から見て、集合部１８５の後端の内径を幅（一辺の長さ）とし、集合部１８５の後端からＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａまで、集合排気管１８６の軸線に沿って帯状に延ばした領域を、集合排気管１８６の外周面に対して投影した領域内（図３中のハッチング領域内）に配置される。
【0039】
次に、より好ましい空燃比センサ１９の取付け領域（変形例に係る取付領域）を図４に示す。図４は、変形例に係る空燃比センサ１９の取付領域を説明するための図である。図４にハッチングで示されるように、より好ましくは、空燃比センサ１９は、集合排気管１８６の外周面を、該外周面に接続されたＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａ側かつ該接続孔１８ａに対して垂直な方向（接続孔１８ａの中心と集合排気管１８６の軸線とが重なる方向）から見て、ＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａの内径を幅（一辺の長さ）とし、ＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａから集合部１８５の後端まで、集合排気管１８６の軸線に沿って帯状に延ばした領域を、集合排気管１８６の外周面に対して投影した領域内（図４中のハッチング領域内）に配置される。
【0040】
図１に戻り、上述したエアフローメータ１４、空燃比センサ１９、バキュームセンサ３０、スロットル開度センサ３１に加え、エンジン１０のカムシャフト近傍には、エンジン１０の気筒判別を行うためのカム角センサ３２が取り付けられている。また、エンジン１０のクランクシャフト１０ａ近傍には、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出するクランク角センサ３３が取り付けられている。
【0041】
これらのセンサは、ＥＣＵ５０に接続されている。さらに、ＥＣＵ５０には、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ３４、潤滑油の温度を検出する油温センサ３５、アクセルペダルの踏み込み量すなわちアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ３６、及び、吸入空気温度を検出する吸気温センサ３７等の各種センサも接続されている。
【0042】
ＥＣＵ５０は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、バッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、及び入出力Ｉ／Ｆ等を有して構成されている。また、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１２を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、ＥＧＲバルブ４２を駆動するドライバ、及び、電子制御式スロットルバルブ１３を開閉する電動モータ１３ａを駆動するモータドライバ等を備えている。
【0043】
ＥＣＵ５０では、カム角センサ３２の出力から気筒が判別され、クランク角センサ３３の出力からエンジン回転数が求められる。また、ＥＣＵ５０では、上述した各種センサから入力される検出信号に基づいて、吸入空気量、吸気管負圧、アクセルペダル開度、各気筒毎の混合気の空燃比、吸入空気温度、及びエンジン１０の水温や油温等の各種情報が取得される。そして、ＥＣＵ５０は、取得したこれらの各種情報に基づいて、燃料噴射量や点火時期、ＥＧＲバルブ４２、及び、スロットルバルブ１３等の各種デバイスを制御することによりエンジン１０を総合的に制御する。特に、ＥＣＵ５０は、各気筒毎の空燃比（Ａ／Ｆ）検出値に基づいて、各気筒毎に燃料噴射量を制御する。また、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ１９により検出される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）の変動を利用した空燃比（Ａ／Ｆ）変動法を用いて、排気エミッションの悪化要因となる空燃比の気筒間ばらつき異常を検知する（インバランス診断）。
【0044】
次に、空燃比センサ１９の取付け位置と排気ガスの流れとの関係を図５に示す。図５に実線で示されるように、空燃比センサ１９（センサ素子部）が、排気管１８の集合部１８５と、ＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａとの間の、再循環される排気ガスが流れる流線上（流れの経路上）に配置されること、すなわち、排気ガスがＥＧＲ装置４０に吸引され、滞留が少なく排気ガスの流れがスムーズな領域に空燃比センサ１９（センサ素子部）が配置されることにより、他気筒から排出された排気ガスと干渉することなく、爆発順（例えば、１番気筒（＃１）－３番気筒（＃３）－２番気筒（＃２）－４番気筒（＃４）の順）に排気ガスが空燃比センサ１９（センサ素子部）に当たるようになる。また、空燃比センサ１９（センサ素子部）に当たる排気ガス量も増大する。
【0045】
特に、空燃比センサ１９が、集合排気管１８６の外周面を、該外周面に接続されたＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａ側かつ該接続孔１８ａに対して垂直な方向（接続孔１８ａの中心と集合排気管１８６の軸線とが重なる方向）から見て、集合部１８５の後端の内径を幅（一辺の長さ）とし、集合部１８５の後端からＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａまで、集合排気管１８６の軸線に沿って帯状に延ばした領域を、集合排気管１８６の外周面に対して投影した領域内に配置されることにより、排気ガスがＥＧＲ装置４０に吸引され、滞留が少なく、爆発順に排気ガスが空燃比センサ１９（センサ素子部）に到達するようになる。
【0046】
一方、図５に破線で示した位置に空燃比センサ１９が配置された場合（比較例）には、例えば、低回転、低・中負荷運転領域では、排気ガスがスムーズに流れて排出されずに、排気管１８１～１８４や集合部１８５内に滞留し、複数の気筒から排出された排気ガスが干渉することによって、各気筒毎の空燃比を精度よく検出することができなくなるおそれがある。特に、エンジン１０（排気ポート２３）から排気管１８の集合部１８５までの間の排気管長が長く、当該部位の容積が大きい場合には、排気ガスの滞留が生じやすく、上述した傾向がより顕著に表れる。
【0047】
以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、空燃比センサ１９（センサ素子部）が、排気管１８の集合部１８５と、ＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａとの間の、再循環される排気ガスが流れる流線上（流れの経路上）に配置されている。すなわち、排気ガスがＥＧＲ装置４０に吸引され、滞留が少なく排気ガスの流れがスムーズな領域に空燃比センサ１９が配置される。そのため、他気筒から排出された排気ガスと干渉することなく、爆発順に沿って排気ガスが空燃比センサ１９（センサ素子部）に到達する。その結果、エンジン１０の運転状態や排気管１８（集合部１８５）の形状に係わりなく、単一の空燃比センサ１９で各気筒毎の空燃比をより高精度に検出することが可能となる。
【0048】
特に、本実施形態によれば、空燃比センサ１９が、集合排気管１８６の外周面を、該外周面に接続されたＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａ側かつ該接続孔１８ａに対して垂直な方向（接続孔１８ａの中心と集合排気管１８６の軸線とが重なる方向）から見て、集合部１８５の後端の内径を幅（一辺の長さ）とし、集合部１８５の後端からＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａまで、集合排気管１８６の軸線に沿って帯状に延ばした領域を、集合排気管１８６の外周面に対して投影した領域内に配置される。そのため、排気ガスがＥＧＲ装置４０に吸引されることにより排気ガスの滞留が少なく、エンジン１０の爆発順に排気ガスが流れやすい領域、すなわち、爆発順に排気ガスが到達しやすい領域に空燃比センサ１９を配置することが可能となる。
【0049】
より好ましくは、空燃比センサ１９を、集合排気管１８６の外周面を、該外周面に接続されたＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａ側かつ該接続孔１８ａに対して垂直な方向（接続孔１８ａの中心と集合排気管１８６の軸線とが重なる方向）から見て、ＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａの内径を幅（一辺の長さ）とし、ＥＧＲ配管４１の接続孔１８ａから集合部１８５の後端まで、排集合排気管１８６の軸線に沿って帯状に延ばした領域を、集合排気管１８６の外周面に対して投影した領域内に配置することにより、排気ガスがＥＧＲ装置４０に吸引されることにより排気ガスの滞留がもっとも少なく、エンジン１０の爆発順に排気ガスが流れやすい領域、すなわち、もっとも爆発順に排気ガスが到達しやすい領域に空燃比センサ１９を配置することが可能になる。
【0050】
本実施形態によれば、一つの気筒から一度に排出される排気ガス量に対する、各排気管１８１～１８４の集合部１８５までの容積の比率が、所定値よりも大きいエンジン１０、すなわち、排気ガスの滞留が生じやすいエンジン１０において、より効果的に、各気筒毎の空燃比の検出精度を向上させることが可能となる。
【0051】
特に、直列型のエンジンに比べて集合部１８５までの排気管１８１～１８４の管長が長くなり、排気ガスの滞留が生じやすくなる水平対向エンジン１０に対して本実施形態に係る空燃比センサ１９の取付構造を適用することにより、爆発順に排気ガスが到達しやすい領域に空燃比センサ１９を配置することができるため、より効果的に、各気筒毎の空燃比の検出精度を向上させることが可能となる。
【0052】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明を水平対向型のエンジン１０に適用した場合を例にして説明したが、本発明は、例えばＶ型のエンジンなどにも適用することができる。さらに、エンジンの気筒数は４気筒に限られることなく、例えば、６気筒や、８気筒、又はそれ以上の気筒数を有するエンジンにも適用することができる。また、直列型のエンジンであっても、例えば排気管長が長く、排気管の容積が大きいエンジンに対しては効果的に適用することができる。
【0053】
また、上記実施形態では、本発明を筒内噴射式のエンジン１０に適用した場合を例にして説明したが、本発明は、ポート噴射式のエンジンにも適用することができる。なお、空燃比センサ１９として、ＬＡＦセンサ（Ｌｉｎｅａｒ Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ センサ）に代えて酸素センサ（Ｏ２センサ）を用いることもできる。
【符号の説明】
【0054】
１０ エンジン
１１ インテークマニホールド
１８ 排気管
１８１ ＃１排気管
１８２ ＃２排気管
１８３ ＃３排気管
１８４ ＃４排気管
１８５ 集合部
１８６ 集合排気管
１８ａ 接続孔
１９ 空燃比センサ
２０ 排気浄化触媒
２２ 吸気ポート
２３ 排気ポート
４０ ＥＧＲ装置
４１ ＥＧＲ配管
４２ ＥＧＲバルブ
１１ インテークマニホールド
１８ 排気管
１８１ ＃１排気管
１８２ ＃２排気管
１８３ ＃３排気管
１８４ ＃４排気管
１８５ 集合部
１８６ 集合排気管
１８ａ 接続孔
１９ 空燃比センサ
２０ 排気浄化触媒
２２ 吸気ポート
２３ 排気ポート
４０ ＥＧＲ装置
４１ ＥＧＲ配管
４２ ＥＧＲバルブ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】