JP7437133B2

JP7437133B2 - 差圧測定装置

Info

Publication number: JP7437133B2
Application number: JP2019195163A
Authority: JP
Inventors: 智也小澤; 裕人矢島; 翼丸川; 克明葛生
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2024-02-22
Anticipated expiration: 2039-10-28
Also published as: JP2021067640A

Description

本発明は、差圧を測定する差圧測定装置に関する。

エンジンから排気された排気ガスに含まれる煤等の粒子状物質（ＰＭ）を取り除く車両用のフィルタとして、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）やＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）が知られている。このようなフィルタは、時間が経過するに従って粒子状物質によって目詰まりしてしまう。そこで、フィルタの上流側と下流側との差圧を測定する差圧センサを設け、差圧が所定値以上となったら、フィルタに捕捉された煤を燃焼させる再生処理が行われる。

上記差圧センサとして、例えば、通路を介して排気管に接続されたケースと、ケースに接続された圧力センサと、ケースに設けられたベローズとを備える圧力測定装置が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００２－１２９９４１号公報

しかし、上記特許文献１の技術では、排気ガスに含まれる水蒸気が凝縮して通路に滞留してしまう。そうすると、凝縮水が凍結して通路が閉塞されてしまったり、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）が凝縮水に溶解して通路やベローズが腐食してしまったりするという問題がある。

本発明は、このような課題に鑑み、凝縮水の滞留を抑制することが可能な差圧測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の差圧測定装置は、圧力センサと、車両の排気管におけるＧＰＦの上流側の壁に設けられた第１ダイヤフラムと、車両の排気管におけるＧＰＦの下流側の壁に設けられた第２ダイヤフラムと、第１ダイヤフラムと圧力センサとを接続する第１接続管と、第２ダイヤフラムと圧力センサとを接続する第２接続管と、を備え、第１ダイヤフラムの面積と第２ダイヤフラムの面積とは異なり、第１接続管内の容積と第２接続管内の容積とは異なり、第１ダイヤフラムの面積と第２接続管内の容積との積算値と、第２ダイヤフラムの面積と第１接続管内の容積との積算値は、略等しく、車両の排気管におけるＧＰＦの上流側と下流側との差圧を測定する。
また、第１接続管は、一方の開口が圧力センサにより封止され、他方の開口が第１ダイヤフラムにより封止され、内部に第１圧縮性流体が充填されており、第２接続管は、一方の開口が圧力センサにより封止され、他方の開口が第２ダイヤフラムにより封止され、内部に第１圧縮性流体と同一の第２圧縮性流体が充填されていてもよい。

本発明によれば、凝縮水の滞留を抑制することが可能となる。

実施形態にかかるエンジンシステムを説明する図である。排気ガス浄化装置を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

［エンジンシステム１００］
図１は、本実施形態にかかるエンジンシステム１００を説明する図である。なお、図１中、信号の流れを破線の矢印で示す。

図１に示すように、車両に搭載されるエンジンシステム１００には、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータでなるＥＣＵ（Engine Control Unit）１０が設けられる。ＥＣＵ１０によりエンジンＥ全体が統括制御される。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。

エンジンシステム１００を構成するエンジンＥは、シリンダブロック１０２と、クランクケース１０４と、シリンダヘッド１０６と、オイルパン１１０とを含む。クランクケース１０４は、シリンダブロック１０２と一体形成されている。シリンダヘッド１０６は、シリンダブロック１０２におけるクランクケース１０４とは反対側に接合される。オイルパン１１０は、クランクケース１０４におけるシリンダブロック１０２とは反対側に接合される。

シリンダブロック１０２には、複数のシリンダボア１１２が形成されている。複数のシリンダボア１１２において、それぞれピストン１１４が摺動可能にコネクティングロッド１１６に支持されている。そして、エンジンＥでは、シリンダボア１１２と、シリンダヘッド１０６と、ピストン１１４の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室１１８として形成される。

また、エンジンＥでは、クランクケース１０４およびオイルパン１１０に囲まれた空間がクランク室１２０として形成される。クランク室１２０内には、クランクシャフト１２２が回転可能に支持されており、ピストン１１４がコネクティングロッド１１６を介してクランクシャフト１２２に連結される。

シリンダヘッド１０６には、吸気ポート１２４および排気ポート１２６が燃焼室１１８に連通するように設けられる。吸気ポート１２４と燃焼室１１８との間には、吸気弁１２８の先端（傘部）が位置し、排気ポート１２６と燃焼室１１８との間には、排気弁１３０の先端（傘部）が位置している。

また、シリンダヘッド１０６および不図示のヘッドカバーに囲まれた空間には、吸気用カム１３４ａ、ロッカーアーム１３４ｂ、排気用カム１３６ａ、および、ロッカーアーム１３６ｂが設けられる。吸気弁１２８には、ロッカーアーム１３４ｂを介して、吸気用カムシャフトに固定された吸気用カム１３４ａが当接されている。吸気弁１２８は、吸気用カムシャフトの回転に伴って、軸方向に移動し、吸気ポート１２４と燃焼室１１８との間を開閉する。排気弁１３０には、ロッカーアーム１３６ｂを介して、排気用カムシャフトに固定された排気用カム１３６ａが当接されている。排気弁１３０は、排気用カムシャフトの回転に伴って、軸方向に移動し、排気ポート１２６と燃焼室１１８との間を開閉する。

吸気ポート１２４の上流側には、吸気マニホールドを含む吸気管１４０が連通される。吸気管１４０内には、スロットル弁１４２、および、スロットル弁１４２より上流側にエアクリーナ１４４が設けられる。スロットル弁１４２は、アクセル（図示せず）の開度に応じてアクチュエータにより開閉駆動される。エアクリーナ１４４にて浄化された空気は、吸気管１４０、吸気ポート１２４を通じて燃焼室１１８に吸入される。

シリンダヘッド１０６には、燃料噴射口が燃焼室１１８に開口するようにインジェクタ１５０（燃料噴射部）が設けられるとともに、先端が燃焼室１１８内に位置するように点火プラグ１５２が設けられる。インジェクタ１５０から燃焼室１１８に噴射された燃料は、吸気ポート１２４から燃焼室１１８に供給された空気と混ざり混合気となる。そして、所定のタイミングで点火プラグ１５２が点火され、燃焼室１１８内で生成された混合気が燃焼される。かかる燃焼により、ピストン１１４が往復運動を行い、その往復運動が、コネクティングロッド１１６を通じてクランクシャフト１２２の回転運動に変換される。

排気ポート１２６の下流側には、排気マニホールドを含む排気管１６０が連通される。排気管１６０内には、排気ガス浄化装置２００が設けられる。排気ガス浄化装置２００は、排気ポート１２６から排出された排気ガスを浄化する。排気ガス浄化装置２００の具体的な構成については、後に詳述する。排気ガス浄化装置２００によって浄化された排気ガスは、マフラ１６４を通じて外部に排気される。

また、エンジンシステム１００には、吸入空気量センサ１８０、スロットル開度センサ１８２、クランク角センサ１８４、アクセル開度センサ１８６が設けられる。

吸入空気量センサ１８０は、エンジンＥに流入する吸入空気量を検出する。スロットル開度センサ１８２は、スロットル弁１４２の開度を検出する。クランク角センサ１８４は、クランクシャフト１２２のクランク角を検出する。アクセル開度センサ１８６は、アクセル（図示せず）の開度を検出する。

吸入空気量センサ１８０、スロットル開度センサ１８２、クランク角センサ１８４、および、アクセル開度センサ１８６は、ＥＣＵ１０に接続されており、検出値を示す信号をＥＣＵ１０に出力する。

ＥＣＵ１０は、吸入空気量センサ１８０、スロットル開度センサ１８２、クランク角センサ１８４、および、アクセル開度センサ１８６から出力された信号を取得してエンジンＥを制御する。ＥＣＵ１０は、エンジンＥを制御する際、信号取得部１２、駆動制御部１４として機能する。

信号取得部１２は、吸入空気量センサ１８０、スロットル開度センサ１８２、クランク角センサ１８４、および、アクセル開度センサ１８６が検出した値を示す信号を取得する。また、信号取得部１２は、クランク角センサ１８４から取得したクランク角を示す信号に基づいてエンジンＥの回転数（クランクシャフトの回転数）を導出する。また、信号取得部１２は、吸入空気量センサ１８０から取得した吸入空気量を示す信号に基づいてエンジンＥの負荷（エンジン負荷）を導出する。かかる吸入空気量からエンジン負荷を求める技術は、既存の様々な技術を利用可能なので、ここではその説明を省略する。

駆動制御部１４は、信号取得部１２が取得した信号に基づいて、スロットル弁用アクチュエータ（図示せず）、インジェクタ１５０、点火プラグ１５２を制御する。

［排気ガス浄化装置２００］
図２は、排気ガス浄化装置２００を説明する図である。図２に示すように、排気ガス浄化装置２００は、三元触媒（Three-Way Catalyst）２１０と、ＧＰＦ（フィルタ）２２０と、差圧測定装置２３０とを含む。

三元触媒２１０は、排気管１６０内に設けられる。三元触媒２１０は、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を含む。三元触媒２１０は、排気ポート１２６から排出された排気ガスに含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を除去する。

ＧＰＦ２２０は、排気管１６０内における三元触媒２１０の下流側に設けられる。換言すれば、三元触媒２１０は、ＧＰＦ２２０よりもエンジンＥ側に設けられる。ＧＰＦ２２０は、排気ポート１２６から排気された排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉する。

差圧測定装置２３０は、ＧＰＦ２２０の上流側と下流側との差圧を測定する。本実施形態において、差圧測定装置２３０は、圧力センサ３１０と、第１ダイヤフラム３２０と、第１接続管３２２と、第２ダイヤフラム３３０と、第２接続管３３２とを含む。

圧力センサ３１０は、一方の端部３１２が第１接続管３２２に接続され、他方の端部３１４が第２接続管３３２に接続される。圧力センサ３１０は、第１接続管３２２内の圧力と、第２接続管３３２内の圧力との差（差圧）を測定する。

第１ダイヤフラム３２０は、排気管１６０の壁に設けられる。第１ダイヤフラム３２０は、排気管１６０におけるエンジンＥの排気ポート１２６とＧＰＦ２２０との間の壁に設けられる。本実施形態において、第１ダイヤフラム３２０は、排気管１６０における三元触媒２１０とＧＰＦ２２０との間の壁に設けられる。換言すれば、第１ダイヤフラム３２０は、排気管１６０におけるＧＰＦ２２０の上流側の壁に設けられる。

第１接続管３２２は、第１ダイヤフラム３２０と圧力センサ３１０の一方の端部３１２とを接続する。本実施形態において、第１接続管３２２の一方の開口は第１ダイヤフラム３２０で封止され、他方の開口は圧力センサ３１０の端部３１２で封止される。第１接続管３２２内には、圧縮性流体が充填される。

第２ダイヤフラム３３０は、排気管１６０の壁に設けられる。第２ダイヤフラム３３０は、排気管１６０におけるＧＰＦ２２０とマフラ１６４との間の壁に設けられる。換言すれば、第２ダイヤフラム３３０は、排気管１６０におけるＧＰＦ２２０の下流側の壁に設けられる。つまり、第１ダイヤフラム３２０と第２ダイヤフラム３３０との間にＧＰＦ２２０が設けられる。

第２接続管３３２は、第２ダイヤフラム３３０と圧力センサ３１０の他方の端部３１４とを接続する。本実施形態において、第２接続管３３２の一方の開口は第２ダイヤフラム３３０で封止され、他方の開口は圧力センサ３１０の端部３１４で封止される。第２接続管３３２内には、第１接続管３２２内に充填される圧縮性流体と同一の圧縮性流体が充填される。

続いて、差圧測定装置２３０によるＧＰＦ２２０の上流側と下流側との差圧の測定について説明する。第１ダイヤフラム３２０は、排気管１６０におけるＧＰＦ２２０の上流側の圧力に応じて変位する。第１ダイヤフラム３２０の変位に応じて第１接続管３２２内の圧力が変化し、圧力センサ３１０の端部３１２に伝達される。同様に、第２ダイヤフラム３３０は、排気管１６０におけるＧＰＦ２２０の下流側の圧力に応じて変位する。第２ダイヤフラム３３０の変位に応じて第２接続管３３２内の圧力が変化し、圧力センサ３１０の端部３１４に伝達される。そして、圧力センサ３１０は、第１接続管３２２から印加された圧力と、第２接続管３３２から印加された圧力との差分を検出することで、ＧＰＦ２２０の上流側と下流側との差圧を測定する。

また、本実施形態において、第１ダイヤフラム３２０の面積および第２ダイヤフラム３３０の面積は、略等しく、第１接続管３２２内の容積および第２接続管３３２内の容積は、略等しい。さらに、第１ダイヤフラム３２０および第２ダイヤフラム３３０は、概ね同じ材質で構成される。また、第１ダイヤフラム３２０および第２ダイヤフラム３３０は、概ね同じ形状である。これにより、車両の位置（標高）に応じて大気圧が変化したり、外気温が変化したりしても、差圧測定装置２３０は、ＧＰＦ２２０の上流側と下流側との差圧を精度よく測定することができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる差圧測定装置２３０は、排気管１６０の壁に設けられた第１ダイヤフラム３２０および第２ダイヤフラム３３０を備える。これにより、差圧測定装置２３０は、凝縮水が滞留する空間を排除することができる。したがって、差圧測定装置２３０は、凝縮水の凍結によって差圧が測定できなくなる事態を回避することが可能となる。

また、差圧測定装置２３０は、凝縮水の滞留を防止（抑制）できるため、凝縮水に窒素酸化物や硫黄酸化物が溶解してしまう事態を回避することが可能となる。したがって、差圧測定装置２３０は、圧力センサ３１０、第１ダイヤフラム３２０、第２ダイヤフラム３３０、第１接続管３２２、および、第２接続管３３２の腐食を抑制することができる。

また、差圧測定装置２３０は、凝縮水の滞留を防止（抑制）できるため、差圧測定装置２３０の設置位置（レイアウト）の自由度を向上させることが可能となる。つまり、差圧測定装置２３０は、排気管１６０の上方、下方、側方のいずれにも設置することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、上記実施形態において、第１ダイヤフラム３２０の面積および第２ダイヤフラム３３０の面積は、略等しく、第１接続管３２２内の容積および第２接続管３３２内の容積は、略等しい差圧測定装置２３０を例に挙げた。しかし、第１ダイヤフラム３２０の面積と第２接続管３３２内の容積との積算値と、第２ダイヤフラム３３０の面積と第１接続管３２２内の容積との積算値が略等しくてもよい。これにより、車両の位置（標高）に応じて大気圧が変化したり、外気温が変化したりしても、差圧測定装置２３０は、ＧＰＦ２２０の上流側と下流側との差圧を精度よく測定することが可能となる。

また、第１ダイヤフラム３２０の面積および第２ダイヤフラム３３０の面積は異なってもよく、第１接続管３２２内の容積および第２接続管３３２内の容積は異なってもよい。この場合、差圧測定装置２３０は、排気管１６０内の圧力の単位変化量に基づいて端部３１２に印加される圧力と、排気管１６０内の圧力の単位変化量に基づいて端部３１４に印加される圧力との差分を算出しておき、この差分をオフセット量として予め設定しておくとよい。

また、上記実施形態において、差圧測定装置２３０がＧＰＦ２２０の上流側と下流側との差圧を測定する場合を例に挙げた。しかし、差圧測定装置２３０は、他の箇所の差圧を測定してもよい。

また、上記実施形態において、三元触媒２１０の下流側にＧＰＦ２２０が設けられる場合を例に挙げた。しかし、ＧＰＦ２２０の下流側に三元触媒２１０が設けられてもよい。

本発明は、差圧を測定する差圧測定装置に利用できる。

１６０排気管
２３０差圧測定装置
３１０圧力センサ
３２０第１ダイヤフラム
３２２第１接続管
３３０第２ダイヤフラム
３３２第２接続管

Claims

圧力センサと、
車両の排気管におけるＧＰＦの上流側の壁に設けられた第１ダイヤフラムと、
前記車両の前記排気管における前記ＧＰＦの下流側の壁に設けられた第２ダイヤフラムと、
前記第１ダイヤフラムと前記圧力センサとを接続する第１接続管と、
前記第２ダイヤフラムと前記圧力センサとを接続する第２接続管と、
を備え、
前記第１ダイヤフラムの面積と前記第２ダイヤフラムの面積とは異なり、
前記第１接続管内の容積と前記第２接続管内の容積とは異なり、
前記第１ダイヤフラムの面積と前記第２接続管内の容積との積算値と、前記第２ダイヤフラムの面積と前記第１接続管内の容積との積算値は、略等しく、
前記車両の前記排気管における前記ＧＰＦの前記上流側と前記下流側との差圧を測定する差圧測定装置。
前記第１接続管は、一方の開口が前記圧力センサにより封止され、他方の開口が前記第１ダイヤフラムにより封止され、内部に第１圧縮性流体が充填されており、
前記第２接続管は、一方の開口が前記圧力センサにより封止され、他方の開口が前記第２ダイヤフラムにより封止され、内部に前記第１圧縮性流体と同一の第２圧縮性流体が充填されている請求項１に記載の差圧測定装置。