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  • 特許-差圧測定装置 図1
  • 特許-差圧測定装置 図2
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(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】2024-02-14
(45)【発行日】2024-02-22
(54)【発明の名称】差圧測定装置
(51)【国際特許分類】
   G01L 19/06 20060101AFI20240215BHJP
   G01L 13/00 20060101ALI20240215BHJP
【FI】
G01L19/06 A
G01L13/00 C
【請求項の数】 2
(21)【出願番号】P 2019195163
(22)【出願日】2019-10-28
(65)【公開番号】P2021067640
(43)【公開日】2021-04-30
【審査請求日】2022-09-01
(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】110000936
【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小澤 智也
(72)【発明者】
【氏名】矢島 裕人
(72)【発明者】
【氏名】丸川 翼
(72)【発明者】
【氏名】葛生 克明
【審査官】櫻井 健太
(56)【参考文献】
【文献】特開2008-224458(JP,A)
【文献】実開昭56-135126(JP,U)
【文献】実開昭61-087340(JP,U)
【文献】特開平06-082281(JP,A)
【文献】特開2003-254847(JP,A)
【文献】特開2003-344207(JP,A)
【文献】特開2008-292185(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01L 7/00 - 23/32
G01L 27/00 - 27/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、差圧を測定する差圧測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2002-129941号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【発明の効果】
【0010】
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。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】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。
図2】排気ガス浄化装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【0013】
[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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
[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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【産業上の利用可能性】
【0048】
本発明は、差圧を測定する差圧測定装置に利用できる。
【符号の説明】
【0049】
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
図1
図2