JP6055644B2

JP6055644B2 - 圧力センサ装置

Info

Publication number: JP6055644B2
Application number: JP2012229404A
Authority: JP
Inventors: 美帆飛田; 吉之秋山; 洋小貫; 久保　淳; 淳久保; 研司中林
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: JP2014081283A

Description

本発明は、内燃機関の排気系に設置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。このようにして、ＤＰＦがＰＭにより目詰まりを起こすことを防止している。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。

センサ装置の従来例として、特許文献１に記載された圧力センサ装置がある。特許文献１は、圧力を検出してその圧力に応じたレベルの電気信号を発生する２つのセンサチップと、各センサチップに対する駆動信号の出力や外部への検出用信号の出力、各センサチップからの電気信号を入力し、演算・増幅等の処理を行って外部へ出力する等の機能を有する制御回路等を備えた回路チップとをボンディングワイヤによって電気的に接続すること、ケース本体内に露出するようにインサート成形されるターミナルと回路チップとをボンディングワイヤによって電気的に接続することを開示している。

特開２００８−１９７００１号公報

現在、自動車全体の小型化、低環境負荷の自動車の台頭によるエンジンルームの一層の複雑化によって、エンジンルーム内に固定して配置する差圧センサのより一層の小型化が求められている。

特許文献１に記載されている発明は、センサチップと回路チップとの接続やターミナルと回路チップとの接続はボンディングワイヤによって電気的に接続されている構成であり、本形態ではワイヤの接続強度を確保するためにワイヤのループ高さを確保しなければならず、センサ外形の小型化に検討の余地が残されている。

本発明の目的は、圧力センサ装置の小型化を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明の圧力センサ装置は、第一の圧力導入通路と第二の圧力導入通路とコネクタターミナルとを備えるハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記第一の圧力導入通路から導入される圧力を検出する第一の圧力検出素子と、前記ハウジング内に設けられ、前記第二の圧力導入通路から導入される圧力を検出する第二の圧力検出素子と、前記ハウジング内に設けられ、長手と短手を有する形状の回路基板と、を備える圧力センサ装置において、前記回路基板は、複数の接続端子を有し、前記複数の接続端子は、それぞれ一端側が前記回路基板に埋め込まれ、他端側が前記回路基板の側壁面から突出し、前記回路基板は、積層構造であり、前記複数の接続端子は、前記回路基板の長手側に設けられる第一の接続端子と、前記第一の接続端子と同一側に設けられる第二の接続端子と、前記第一及び第二の接続端子が設けられている長手側以外から突出するよう設けられる第三の接続端子と、を有する。

本発明によれば、圧力センサ装置の小型化が可能となる。

本発明の一実施例を示す内燃機関のディーゼルエンジン構成図。本発明の第一実施例を示す圧力センサ装置の(a)上面概略図、(b)Ａ-Ａ断面図本発明の第一実施例を示す回路基板の上面概略図本発明の第一実施例を示す回路基板のＡ-Ａ断面における接続部分断面図本発明の第一実施例を示す回路基板の変形例本発明の第二実施例を示す圧力センサ装置の上面概略図

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、ＤＰＦ４よりも上流側の排気通路６と連通するＤＰＦ下流側圧力導入通路８との間に介設され、ＤＰＦ４の前後の差圧及びＤＰＦ４前後の絶対圧に応じた信号を出力し、ＥＣＵ９へ入力される。

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、ＤＰＦ４の目詰まり状態を解消する。

また吸気通路１０には空気流量検出装置１１が設置されており、吸気通路１０を流れる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と吸気思絞り弁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と空気流量検出装置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。

本発明の第一実施例について、図２〜図５を用いて説明する。

図２に示されるように、本発明の第一実施例をなす圧力センサ装置は、外部と電気的に接続されるコネクタターミナル２２を有するコネクタ部３１と上流側圧力導入通路２９と下流側圧力導入通路３０とを備えるハウジング２６と、ハウジング２６に一体に設けられるリード材２３、２４と、ハウジング２６内に設けられた上流側圧力検出素子２７及び下流側圧力検出素子２８と、上流側圧力検出素子２７及び下流側圧力検出素子の上側に設けられた回路基板１８と、カバー３３から構成される。

上流側圧力導入通路２９と下流側圧力導入通路３０は、ハウジング２６の底面部に設けられている。ハウジング２６の底面部は長辺と短辺を有する四角形状であって、ハウジング２６の底面部に設けられている上流側圧力導入通路２９と下流側圧力導入通路３０の開口部は、ハウジング２６の底面部の長手方向に並ぶように設けられている。上流側圧力検出素子２７は、上流側圧力導入通路２９の開口部を塞ぐようにハウジング２６に設けられ、ハウジング２６の底面部にエポキシ系の接着剤３５により接着されている。下流側圧力検出素子２８は、下流側圧力導入通路３０の開口部を塞ぐようにハウジング２６に設けられ、ハウジング２６の底面部にエポキシ系の接着剤により接着されている。上流側圧力検出素子２８と下流側圧力検出素子２９とは、ハウジング２６の底面部の長手方向に並ぶように設けられている。リード材２３はハウジング２６の長手側の側壁面に設けられ、リード材２４はリード材２３と同一側壁面に設けられている。コネクタターミナル２２は、リード材２３、２４が設けられている側壁面とは別の側壁面側に設けられている。

回路基板１８は、上流側圧力検出素子２７及び下流側圧力検出素子２８の上側に配置される。ここで、上流側圧力検出素子２７と下流側圧力検出素子２８の並び方向が、回路基板１８の長手方向となるように回路基板１８はハウジング２６内に配置されている。回路基板１８と上流側圧力検出素子２７とがリード材２３を介して電気的に接続され、回路基板１８と下流側圧力検出素子とがリード材２４を介して電気的に接続されている。上記構成とすることで、水平方向のスペースを有効に活用しているので、圧力センサ装置の水平方向の小型化を実現することができる。

圧力センサ装置５は、上流側圧力導入通路２９の上部に設けた上流側圧力検出素子２７より検出される絶対圧信号と下流側圧力導入通路３０の上部に設けた下流側圧力検出素子２８より検出される絶対圧信号を基に、センサ回路基板２０内にて、ＤＰＦの上流と下流の圧力差を算出・補正し上下流差圧信号を外部に出力する。また、圧力検出素子２７、２８で検出する絶対圧信号を、センサ回路基板２０を介して外部に出力する。圧力センサ装置５の出力は、ＥＣＵ９へ送られる。

ＤＰＦ４の上流側の圧力を圧力センサ装置５に伝播するために上流側ホース７は上流側圧力導入通路２９に接続され、ＤＰＦ４の下流側の圧力を圧力センサ装置５に伝播するために下流側ホース８は下流側圧力導入通路３０に接続されている。上流側圧力検出素子２７を用いてＤＰＦの上流側の絶対圧を測定し、下流側圧力検出素子２８を用いてＤＰＦ４の下流側の絶対圧を測定し、ＤＰＦ４の目詰まり状態を検出しているので、ＤＰＦ４の下流側につながる下流側ホース８を上流側圧力導入通路２９に誤って繋げてしまうと、上流側圧力検出素子２７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と下流側圧力導入通路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２９の径を下流側圧力導入通路３０の径よりも大きくすることで異物による圧力導入管の詰まりを防止している。特に、上流側圧力導入通路２９の通路内径を５．５ｍｍ以上にすると、上流側圧力導入通路２９に侵入した水が水膜を張ることを抑制できるので、上流側圧力導入通路２９の詰まりを効果的に防止できる。

図３および図４に示されるように、回路基板１８は、一端側が回路基板１８内に保持され他端側が回路基板の側壁面から突出している接続端子１９と、一端側が回路基板１８内に保持され他端側が回路基板の側壁面から突出している接続端子２０と、一端側が回路基板１８内に保持され他端側が回路基板の側壁面から突出している接続端子２１を備えている。回路基板１８は配線層３８と絶縁層３７などからなる積層構造をしている。接続端子１９は、スルーホール３４を介して配線層３８と電気的に接続される。接続端子２０及び接続端子２１も同様にスルーホール３４を介して配線層３８と電気的に接続される。なお、それぞれの接続端子１９、２０、２１は、配線層と同層に配置してもいいし、配線層とは別層に配置してもいい。また、図５に示されるように接続端子１９、２０、２１は、端子部と回路基板配線部とを一体に形成する構成でも良い。なお、図５に示す配線部のレイアウトはあくまで一例を示すものであり、本実施例がこの構成に限定されるものでないことは言うまでもない。

回路基板１８とコネクタターミナル２２との接続に関して、コネクタターミナル２２の上部に高さを合わせるように接続端子１９をハウジング２６内に配置し、溶接接続部２５で溶接により接続する。回路基板１８とリード材２３、２４との接続に関しても同様に、リード端子２３の上部に高さを合わせるように接続端子２０をハウジング２６内に配置し、リード材２４の上部に高さを合わせるように接続端子２１をハウジング２６内に配置し、溶接接続部２５で溶接により接続する。回路基板１８はハウジング２６の基板保持部３２に接着保持し、圧力検出素子２７、２８に直接触れない構成としている。上記構成とすることで、吸気管の熱による圧力検出素子２７、２８を固定する接着剤の熱収縮の影響を受けなくすることができるので、溶接接合箇所の接続信頼性を向上することができる。また、圧力検出素子２７、２８は別個接着剤でそれぞれ固定されており、それぞれの接着材の量や取り付け誤差により高さ寸法にばらつきが生じてしまう虞があるが、ハウジング２６の基板保持部に接着固定することで上記影響を抑制することができるので、回路基板１８を取り付ける時の作業性が上昇する。なお、回路基板１８はベース部材（図示せず）に接着保持された後、該ベース部材をハウジング２６の基板保持部３２に接着固定する構成としても良い。

本発明の回路基板１８は、溶接可能な厚さを有する端子を保持していることから、端子間の接続をアルミワイヤボンディングから、溶接に変更することが可能となる。アルミワイヤボンディングでは、ワイヤ接続強度を確保するために、ワイヤのループ高さを確保する必要があり、ループ高さ分ハウジングが高さ方向に大きくなってしまうが、本発明によれば、ループ高さ分のスペースを省略することができるので圧力センサ装置の高さ方向の小型化を図れる。

端子の厚さとしては、０．３ｍｍ〜１．２ｍｍ程度が望ましい。端子厚さが、０．３ｍｍ以下となると、圧力センサ端子の厚さとの兼ね合いがあるが、溶接部分が溶解してしまうため、電気的接続が困難である。また、１．２ｍｍ以上となると、通電電流が大きくなるため製作上適さない。

より好ましい端子厚さについては、圧力センサ端子の厚さとの兼ね合いがあるが、０．６４ｍｍ〜０．８ｍｍである。

溶接方法としては、抵抗溶接が可能であり、パラレル溶接とすると、接続作業が比較的短時間にて可能となる。接続箇所を溶接とすることにより、従来技術である、アルミワイヤボンディングに比べ、ボンディングパットやアルミワイヤ等の部品点数の削減することができ、さらにはボンディング作業を省略化可能となる。そのため、本発明では作業の効率化が可能となる。また、接続部分をワイヤから溶接とすることにより、接続部分の腐食耐性も向上し、大電流化にも対応可能であるため、全体として、センサの信頼性についても向上する。

回路基板１８としては、端子や回路パターンが積層可能なプリント基板や、金属基板が考えられる。プリント基板を用いた場合、センサの小型化に加え、軽量化が可能である。金属基板を用いた場合、電波耐性がより向上する。

本発明の第二実施例を、図６を用いて示す。なお、第一実施例と同じ構成の説明は省略する。

図６に示されるように、本発明の第二実施例をなす圧力センサ装置は、上流側圧力検出素子２７と下流側圧力検出素子２８の並びが、回路基板１８の長手方向となるように配置し、回路基板１８の長手のうちの一つが、上流側および下流側圧力検出素子２７、２８と隣り合うように配置している。上流側圧力導入通路２９と下流側圧力導入通路３０は、回路基板１８の面方向に延伸するようハウジング２６に設けられる。コネクタターミナル２２は上流側及び下流側圧力検出素子が配置されている側の側壁面とは別の側壁面に設けられている。接続端子２０と上流側圧力検出素子とを溶接により電気的に接続し、接続端子２１と下流側圧力検出素子とを溶接により電気的に接続している。第二実施例は、圧力センサ装置全体の高さ方向を低減した形であり、エンジンルーム内のスペースを活用するために有効な形状となる。

ＤＰＦ４付近は捕集したＰＭを燃焼させるために高温となり、差圧センサの配置場所としてはあまり好ましくなく、差圧センサの配置場所には、ある程度制約がかかってしまう。

本発明によれば、圧力センサ装置の小型化によって配置可能な場所が増加するので、取り付け自由度が向上する。

１内燃機関
２、６排気通路
３ターボチャージャー
４ＤＰＦ
５圧力センサ装置
７上流側ホース
８下流側ホース
９ＥＣＵ
１０吸気通路
１１空気流量検出装置
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
１６ＥＧＲクーラー
１７排気再循環通路絞り弁
１８回路基板
１９接続端子
２０接続端子
２１接続端子
２２コネクタターミナル
２３リード材
２４リード材
２５溶接接続部分
２６ハウジング
２７上流側圧力検出素子
２８下流側圧力検出素子
２９上流側圧力導入通路
３０下流側圧力導入通路
３１コネクタ部
３２基板保持部
３３カバー
３４スルーホール
３５接着剤
３６端子層
３７絶縁層
３８配線層

Claims

第一の圧力導入通路と第二の圧力導入通路とコネクタターミナルとを備えるハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、前記第一の圧力導入通路から導入される圧力を検出する第一の圧力検出素子と、
前記ハウジング内に設けられ、前記第二の圧力導入通路から導入される圧力を検出する第二の圧力検出素子と、
前記ハウジング内に設けられ、長手と短手を有する形状の回路基板と、
を備える圧力センサ装置において、
前記回路基板は、複数の接続端子を有し、
前記複数の接続端子は、それぞれ一端側が前記回路基板に埋め込まれ、他端側が前記回路基板の側壁面から突出し、
前記回路基板は、積層構造であり、
前記複数の接続端子は、前記回路基板の長手側に設けられる第一の接続端子と、前記第一の接続端子と同一側に設けられる第二の接続端子と、前記第一及び第二の接続端子が設けられている長手側以外から突出するよう設けられる第三の接続端子と、を有することを特徴とする圧力センサ装置。
前記第一の圧力検出素子と、前記第二の圧力検出素子とを前記回路基板の長手方向に並べるように配置し、
前記回路基板は、前記第一の圧力検出素子と前記第二の圧力検出素子の上側に配置され、
前記ハウジングは、前記第一の圧力検出素子と一端側で接続され、前記第二の接続端子と他端側で接続される第一のリード材と、前記第二の圧力検出素子と一端側で接続され、
前記第三の接続端子と他端側で接続される第二のリード材と、を備え、
前記第一の接続端子と前記第一のリード材とを溶接により接続し、
前記第二の接続端子と前記第二のリード材とを溶接により接続し、
前記第三の接続端子と前記コネクタターミナルとを溶接により接続することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ装置。
前記第一の圧力検出素子と、前記第二の圧力検出素子とを前記基板の長手方向に並べるように配置し、
前記第一の接続端子と前記第一の圧力検出素子とを溶接により電気的に接続し、
前記第二の接続端子と前記第二の圧力センサとを溶接により電気的に接続し、
前記第三の接続端子と前記コネクタターミナルとを溶接により接続することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ装置。
前記複数の接続端子は、溶接可能な厚さを有していることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ装置。
前記第一の圧力検出素子と、前記第二の圧力検出素子は、半導体圧力検出素子を用いたことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ装置。
前記回路基板は、金属基板であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ装置。