JP5764529B2 - 圧力センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気系に搭載される圧力センサ装置に関する。

ディーゼルエンジンの内燃機関では、内燃機関本体から排出される排ガス中に含まれる排気微粒子（以下、ＰＭと称す）が問題となっており、ＰＭを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称す）の搭載義務付けがディーゼルエンジン搭載車の普及率が高い欧州中心に進んでいる。ＤＰＦでは、ある一定量のＰＭを捕集したら、ＤＰＦ自体を加熱し、捕集したＰＭを燃焼させている。ＤＰＦが捕集したＰＭの量は、ＤＰＦの上流側の圧力と下流側の圧力差により推定することができる。そのため、ＤＰＦを搭載する場合には、ＤＰＦの上流側と下流側の圧力を検出する圧力センサ装置を設置する必要がある。ここで、車両に搭載される圧力センサ装置は、振動など外力を受ける環境下に配置されているので、圧力センサ装置の強度を上げることが望まれる。特許文献１には、
圧力センサ装置の接続部に脆弱構造を設けることが開示されている。車両衝突時の外部からの衝撃を、接続部に設けられた脆弱構造が破損することにより緩和し、圧力導入ポートへの衝突の影響を抑制することが開示されている。

特開２０００−２４１２７８号公報

ＤＰＦなどの内燃機関の排気系に搭載される圧力センサ装置は、排気管の振動の影響を受ける場所に搭載されるので、圧力センサ装置の強度を向上させることが必要である。特に、近年のエンジンの高出力化に伴い排気管の振動量は増大しており、圧力センサ装置の更なる耐久性の向上が望まれている。

特許文献１によれば、車両の衝突時などの瞬間的な衝撃に対してポートを保護することは考慮されているが、脆弱構造を破損することにより圧力導入ポートへの衝撃を緩和する構造であるので、衝撃を緩和できる回数に制限がある。そのため、特許文献１は排気管の振動など通常の運転時に生じるような応力からポートを保護することについては考慮されていない。すなわち、特許文献１には、圧力センサ装置の耐久性を向上することに関して検討の余地がある。

本発明の目的は、圧力センサ装置の耐久性を向上することである。

上記目的を解決するために、本発明の圧力センサ装置は、第１の圧力導入通路と、第２の圧力導入通路とを有するハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記第１の圧力導入通路から導入された圧力を検出する第１の圧力検出素子と、前記ハウジング内に設けられ、前記第２の圧力導入通路から導入された圧力を検出する第２の圧力検出素子と、長軸と短軸を有する形状の回路基板と、を備えた圧力センサ装置において、前記ハウジングの側壁面の前記第１の圧力導入通路側に第１のリブを設け、前記ハウジングの側壁面の前記第２の圧力導入通路側に第２のリブを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、圧力センサ装置の耐久性を向上することができる。

上記目的を解決するために、本発明の圧力センサ装置は、第１の圧力導入通路と、第２の圧力導入通路とを有するハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記第１の圧力導入通路から導入された圧力を検出する第１の圧力検出素子と、前記ハウジング内に設けられ、前記第２の圧力導入通路から導入された圧力を検出する第２の圧力検出素子と、長軸と短軸を有する形状の回路基板と、を備えた圧力センサ装置において、前記ハウジングの側壁面の前記第１の圧力導入通路側に第１のリブを設け、前記ハウジングの側壁面の前記第２の圧力導入通路側に第２のリブを設け前記第１の圧力導入通路の通路外径よりも前記第２の圧力導入通路の通路外径のほうが小さく、前記第２のリブは、前記第１のリブよりも大きいことを特徴とする。

以下、本発明を実施するための実施形態について説明する。

図１に本発明の圧力センサ装置を設けた内燃機関であるディーゼルエンジンの全体構成を示す。

内燃機関１の排気ポートに連なる排気通路２にはターボチャージャー３及びＤＰＦ４が設けられている。圧力センサ装置５は、ホースなどの圧力導入管７、８を介して排気通路６内の圧力を検出する。圧力センサ装置５は、ＤＰＦ４の上流側および下流側の圧力を検出し、ＤＰＦ４の上流側の絶対圧に応じた信号と、ＤＰＦ４の下流側の絶対圧に応じた信号と、ＤＰＦ４の上流側および下流側の圧力の差圧に応じた信号をＥＣＵ９へ出力する。

ＥＣＵ９は圧力センサ装置５が検出した差圧に基づいてＤＰＦ４が目詰まりであるかどうかを判断する。ＤＰＦ４が目詰まりであると判断されたなら、ＤＰＦ４を高温にすることで捕集したＰＭを燃焼させ、目詰まり状態を解消する。

また吸気通路１０には空気流量測定装置１１が設置されており、吸入空気量を検出する。吸気通路１０には、インタークーラー１２と吸気絞り弁１３が備えられており、インテークマニホールド１４に連通している。

更に、排気通路２から排気再循環通路１５が連通され、ＥＧＲクーラー１６及び排気再循環通路絞り弁１７を備えている。

ＥＣＵ９には、圧力センサ装置５や空気流量測定装置１１の出力信号や図示しない各種センサ類の出力信号が入力され、各部の状態が知らされるようになっている。

本発明品は、ディーゼル機関の排気系に設置されたＰＭを捕集するＤＰＦ４の上流及び下流の圧力差を、ホースなどの圧力導入間７、８を介して検出する圧力センサ装置である。１つの圧力センサ装置にて、ＤＰＦの上流側と下流側の絶対圧出力、および、ＤＰＦ４の上流側と下流側の圧力差を検知し、ＤＰＦ４の目詰まり状態を判断することが可能である。

図２に示されるように、本発明の第１実施形態をなす圧力センサ装置は、上流側圧力導入通路２５と下流側圧力導入通路２６と取付け部１９とコネクタターミナル２２を有するハウジング１８と、ハウジング１８にインサートされた中間ターミナル２３、２４と、ハウジング１８内に設けられた圧力検出素子２９、３０と、圧力検出素子の上に設けられたベース２１と、ベース２１に設けられた回路基板２０と、カバー３１から構成される。

ＤＰＦ４の上流側の圧力を検出する上流側圧力検出素子２９と、ＤＰＦの下流側の圧力を検出する下流側圧力検出素子３０が、それぞれエポキシ系接着剤によりハウジング１８に接着される。

上流側圧力検出素子２９と中間ターミナル２３の一端は電気的に接続され、下流側圧力検出素子３０の一端と中間ターミナル２４は電気的に接続される。

回路基板２０は、樹脂材で形成されたベース部材２１内にエポキシ系接着剤により接着され、ベース部材２１はハウジング１８にエポキシ系接着剤により接着される。

コネクタターミナル２２と回路基板２０とがワイヤボンディング３２で電気的に接続され、中間ターミナル２３の他端と回路基板２０とがワイヤボンディング３２で電気的に接続されており、中間ターミナル２４の他端と回路基板２０とがワイヤボンディング３２で電気的に接続される。

中間ターミナル２３および２４をハウジング１８内にインサートし、中間ターミナル２３、２４を介して圧力検出素子２９、３０はそれぞれ回路基板２０に接続されるので、回路基板２０を圧力検出素子２９、３０の上部に配置、すなわち階層構造とすることができる。圧力検出素子２９、３０を回路基板２０の長手方向に並べ、その上に回路基板２０を設ける構成とすることで、水平方向のスペースを有効に活用でき、圧力センサ装置の水平方向の小型化を実現できる。

圧力検出素子２９、３０を２つ用いて、ＤＰＦの上流側と下流側の圧力の絶対圧を測定し、ＤＰＦの目詰まり状態を検出している。そのため、ＤＰＦ４の下流側につながるホースを上流側圧力導入通路２５に誤って繋げてしまうと、上流側圧力検出素子２９がＤＰＦ４の下流側の圧力を検出することとなり、ＤＰＦ４の目詰まり状態を正常に判断できなくなってしまう。そのため、ホースの誤挿入を防止するために、上流側圧力導入通路２５と下流側圧力導入通路２６を異なる通路外径として、上流側圧力導入通路２５と下流側圧力導入通路２６を判断しやすいようにしている。

また、ＤＰＦ４の上流側の空気は下流側よりもＰＭなどの異物を多く含むので、上流側圧力導入通路２５の径を大きくして異物による圧力導入通路の詰まりを防止している。特に、上流側圧力導入通路２５の通路内径を５.５mm以上にすると、上流側圧力導入通路２５に侵入した水が水膜を張ることを抑制できるので、圧力導入通路の詰まりを効果的に防止できる。

図３に示されるように、ハウジング１８の側壁面の底面部側に、第１のリブ２７と第２のリブ２８が形成されている。ここで、ハウジング１８の圧力導入通路２５、２６が形成されている面を底面部とする。ハウジング側壁面の上流側圧力導入通路２５側に第１のリブ２７が形成され、ハウジング側壁面の下流側圧力導入通路２６側に第２のリブ２８が形成されている。第１のリブ２７と第２のリブ２８は、同一面に形成されても良いし、ハウジングの一面に第１のリブ２７を形成し、一面と対向する他面に第２のリブ２８形成する構成でも良い。

ハウジング１８の側壁面の底面部側、すなわち圧力センサ装置５の内燃機関内の搭載箇所側にリブ２７、２８を設けている。圧力センサ装置５への振動の伝達は、搭載箇所から伝わるので、この部分近傍にリブ２７、２８を設けることにより、振動により生じる応力を緩和することができる。第１のリブ２７は、ハウジング側壁面の上流側圧力導入通路２５側に設けていて、第２のリブ２８は、ハウジング側壁面の下流側圧力導入通路２６側に設けているので、排気管の振動により圧力導入通路２５、２６にかかる応力をリブ２７、２８で緩和することができる。そのため、排気管の振動に対する圧力導入通路２５、２６の耐久性を向上することができる。

上流側圧力導入通路２５の通路外径を下流側圧力導入通路２６の通路外径よりも大きくした場合、振動により生じる応力が通路外径の小さいほう、すなわち下流側圧力導入通路２６のほうに集中してしまう。そのため、センサの耐久性を向上するためにはこの応力集中を抑制する必要がある。そこで、第２のリブ２８の大きさを、第１のリブ２７の大きさよりも大きくするようにし、第２のリブ２８による応力緩和を、第１のリブ２７による応力緩和よりも大きくしている。

第２のリブ２８の大きさを第１のリブ２７よりも大きくする形状として、例えばリブの高さを高くした形状が考えられる。ここで、リブの高さとは回路基板２０の短手方向におけるリブの形状寸法を指す。この形状では、特に回路基板に対して鉛直な方向の振動を効果的に緩和することができる。また、リブの幅を太くする形状が考えられる。ここで、リブの幅とは回路基板２０の長手方向におけるリブの形状寸法を指す。応力が集中する方のリブの強度を向上することで、圧力センサ装置の強度向上に有利に働く。また、リブの長さを長くする形状が考えられる。ここで、リブの長さとは回路基板２０に対しての鉛直方向におけるリブの形状寸法を指す。この形状では、特に回路基板に対して水平な方向の振動を効果的に緩和することができる。また、リブの高さ、太さ、長さのうち、２つ以上のパラメータを大きくすることが考えられる。この形状では上述した複数の効果を実現することができる。

下流側圧力導入通路２６に応力が集中しやすい構成であっても、第２のリブ２８による応力緩和を第１のリブ２７による応力緩和よりも大きくすることで、下流側圧力導入通路２６へ加わる応力を低減し、応力が集中することを抑制している。本発明では、下流側圧力導入通路２８、すなわち通路外径の小さいほうへの応力の集中を抑制できるので、圧力導入通路２７、２８の通路外径が異なる場合であっても、圧力センサ装置の耐久性を向上することができる。

また、リブ２７、２８は、中間ターミナル２３、２４がインサートされているハウジング側壁面に設けられるとよい。ハウジング１８に中間ターミナル２３、２４がインサートされていると、インサートされている側壁面は、インサートされていない側壁面と比べて肉厚となってしまう。ハウジング１８の側壁面の厚みが異なると、樹脂成形時にひけやそりが発生してしまう虞があるところ、インサートされている側壁面にリブ２７、２８を設けることで、肉厚となっている側壁面の肉盗みも達成することができる。そのため、樹脂成形時のひけやそりを抑制することができるので、圧力センサ装置の耐久性をより向上することができる。

また、リブ２７、２８は抜き勾配を有する形状であっても良い。樹脂成形時のクラックの発生や変形を抑制することができるので、圧力センサ装置の耐久性をより向上することができる。

１ 内燃機関
２、６ 排気経路
３ ターボチャージャー
４ ＤＰＦ
５ 圧力センサ装置
７ 上流側圧力導入管
８ 下流側圧力導入管
９ ＥＣＵ
１０ 吸気通路
１１ 空気流量測定装置
１２ インタークーラー
１３ 吸気絞り弁
１４ インテークマニホールド
１５ 排気再循環通路
１６ ＥＧＲクーラー
１７ 排気再循環通路絞り弁
１８ ハウジング
１９ 取付け部
２０ 回路基板
２１ ベース部材
２２ コネクタターミナル
２３、２４ 中間ターミナル
２５ 上流側圧力導入通路
２６ 下流側圧力導入通路
２７ 第１のリブ
２８ 第２のリブ
２９ 上流側圧力検出素子
３０ 下流側圧力検出素子
３１ カバー
３２ ワイヤボンディング

Claims (6)

1. 第１の圧力導入通路と、第２の圧力導入通路とを有するハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられ、前記第１の圧力導入通路から導入された圧力を検出する第１の圧力検出素子と、
   前記ハウジング内に設けられ、前記第２の圧力導入通路から導入された圧力を検出する第２の圧力検出素子と、
   長軸と短軸を有する形状の回路基板と、を備えた圧力センサ装置において、
   前記ハウジングの側壁面の前記第１の圧力導入通路側に第１のリブを設け、
   前記ハウジングの側壁面の前記第２の圧力導入通路側に第２のリブを設け、
   前記第１の圧力導入通路の通路外径よりも前記第２の圧力導入通路の通路外径のほうが小さく、前記第２のリブは、前記第１のリブよりも大きいことを特徴とする圧力センサ装置。
2. 請求項１に記載の圧力センサ装置において、
   前記第２のリブの長さは、前記第１のリブの長さよりも長いことを特徴とする圧力センサ装置。
3. 請求項１に記載の圧力センサ装置において、
   前記第２のリブの高さは、前記第１のリブの高さよりも高いことを特徴とする圧力センサ装置。
4. 請求項１に記載の圧力センサ装置において、
   前記第２のリブの太さは、前記第１のリブの太さよりも太いことを特徴とする圧力センサ装置。
5. 請求項１に記載の圧力センサ装置において、
   前記第１および第２のリブは、抜き勾配を有する形状であることを特徴とする圧力センサ装置。
6. 請求項１に記載の圧力センサ装置において、
   前記ハウジングには中間ターミナルがインサートされていて、前記第１および第２のリブは、前記ハウジングの前記中間ターミナルがインサートされている側壁面に設けられることを特徴とする圧力センサ装置。