(57)【要約】【課題】ガソリンエンジン１などの排気系に配設する差圧センサ１３の大気開放口に泥水が浸入し難くなるようにし、仮に浸入した場合でも凍結を防止する。【解決手段】排気通路７に、その上流側から順に三元触媒コンバータ（スタートアップ触媒７１）およびパティキュレートフィルタ７２が配設されている場合に、差圧センサ１３を三元触媒コンバータよりも上流側の排気通路７（例えば排気マニホルド７０）の上方に近接させて配置する。差圧センサ１３の排気圧検知ポート１３ｃに一端部の接続された排気圧導入路１４の他端部を、三元触媒コンバータおよびパティキュレートフィルタ７２の中間で排気通路７に接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路におけるパティキュレートフィルタよりも上流側に、差圧センサの排気圧検知ポートを接続する一方、当該差圧センサの大気圧検知ポートを大気開放して、排気圧と大気圧との差圧を検出するようにした差圧測定装置であって、
前記排気通路には、前記パティキュレートフィルタよりも上流側に三元触媒コンバータが配設されており、
前記差圧センサは、前記三元触媒コンバータよりも上流側の排気通路の上方に近接して配置され、その排気圧検知ポートに一端部が接続された排気圧導入路の他端部が、前記三元触媒コンバータおよびパティキュレートフィルタの中間で排気通路に接続されていることを特徴とする差圧測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両に搭載されたガソリンエンジンにおいて、排気通路に設けられたパティキュレートフィルタの上流側（排気の流れの上流側）の排気圧と大気圧との差圧を検出する差圧測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より車両に搭載されたディーゼルエンジンにおいては、排気中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと略称する）を捕捉するために、排気通路の途中にパティキュレートフィルタを装備することがある。このようなパティキュレートフィルタは一般的に多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の多孔質壁を排気が通過する際に、その壁面にＰＭが捕捉されるようになっている。
【０００３】
そうして捕捉されたＰＭによってパティキュレートフィルタが目詰まりすると、排気抵抗が増大するので、そうなる前にＰＭを燃焼除去する必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態ではＰＭが燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会は少ない。そこで、パティキュレートフィルタが目詰まりを起こしつつあることを検知して、排気温度や触媒床温度を強制的に上昇させることにより、ＰＭを燃焼除去するフィルタ再生制御が行われる。
【０００４】
例えば特許文献１には、捕捉されたＰＭによってパティキュレートフィルタが目詰まりを起こしつつあることを検知するために、パティキュレートフィルタよりも上流側の排気通路の圧力（排気圧）と、大気圧との差圧を検出することが開示されている。そして、同文献の図１〜４に表れているように、差圧センサの大気圧検知ポートには延長流路を装着して排気通路に近接する部位まで延ばし、その大気開放口を排気通路の熱で暖めるようにしている。これにより、寒冷地などで着氷や凍結により大気開放口が閉塞することを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９０４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１の図５に表れているように、一般的な使用形態でパティキュレートフィルタは車体の床下に配置されるので、その付近において延長流路の端部を大気開放口として開口させると、ここには車両の走行中に路面から跳ね上げられた泥水などが浸入し易くなってしまい、これによる検出精度の低下などの不具合が懸念される。
【０００７】
また、近年ではガソリンエンジンにおいても排気中のＰＭを捕捉するために、排気通路にパティキュレートフィルタを装備することが提案されているが、この場合には特許文献１のディーゼルエンジンとは異なり、パティキュレートフィルタよりも上流側の排気通路に三元触媒コンバータが配設されることになるので、ここで排気の熱が吸収されることも考慮しなくてはならない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ガソリンエンジンなど排気通路に三元触媒コンバータおよびパティキュレートフィルタが配設される場合に、差圧センサの大気開放口に泥水が浸入し難くなるようにするとともに、仮に浸入した場合でも凍結を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成すべく本発明は、エンジンの排気通路におけるパティキュレートフィルタよりも上流側に、差圧センサの排気圧検知ポートを接続する一方、当該差圧センサの大気圧検知ポートを大気開放して、排気圧と大気圧との差圧を検出するようにした差圧測定装置を対象とする。
【００１０】
そして、前記排気通路において前記パティキュレートフィルタよりも上流側に三元触媒コンバータが配設されている場合に、前記差圧センサを、前記三元触媒コンバータよりも上流側の排気通路の上方に近接させて配置し、その排気圧検知ポートに一端部の接続された排気圧導入路の他端部を、前記三元触媒コンバータおよびパティキュレートフィルタの中間で排気通路に接続する構造とした。
【００１１】
前記の構造により、まず、エンジンの排気通路におけるパティキュレートフィルタよりも上流側（三元触媒コンバータよりも下流側）から排気圧導入路によって排気圧を導き出して、これを差圧センサの排気圧検知ポートに導き入れる一方、大気開放された大気圧検知ポートには自ずと大気圧が導入されるので、この大気圧と排気圧との差圧を差圧センサによって良好に検出することができる。
【００１２】
そして、前記差圧センサが、三元触媒コンバータよりも上流側の排気通路の上方に近接して配置され、エンジンの上部に位置していることから、その大気圧検知ポートには路面から跳ね上げられる泥水などが浸入し難くなって、これによる不具合が抑制される。また、跳ね上げられて空中を浮遊する泥水や雨水などが大気圧検知ポートに浸入したとしても、近接する排気通路の輻射熱によって蒸発するようになり、寒冷地であっても凍結する心配は少ない。
【００１３】
そうして空中を浮遊する泥水や雨水なども大気圧検知ポートに浸入し難くするために、差圧センサは、車体前後方向についてエンジンよりも後方に配置するのが好ましい。こうすると、車両の走行中に浮遊する泥水や雨水などが走行風に乗って大気圧検知ポートに浸入することを抑制できる。また、大気圧検知ポートを差圧センサから下方に向けて開放させれば、その大気開放口が高温の排気通路の方を向くことになるので、より好ましい。
【００１４】
より具体的に前記差圧センサは、排気通路の上流部を構成する排気マニホルドの上方に近接させて配置するのが好ましい。また、排気マニホルドがシリンダヘッドと一体化されている場合は、このシリンダヘッドに取り付けられている三元触媒コンバータのケースに差圧センサを配設してもよく、シリンダヘッドにターボ過給機が取り付けられている場合は、そのタービンハウジングの上方に近接させて差圧センサを配設してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
以上、説明したように本発明の差圧測定装置は、エンジンの排気通路においてパティキュレートフィルタよりも上流側に三元触媒コンバータが配設されている場合に、これよりも上流側の排気通路の上方に近接させて、差圧センサを配置することにより、大気圧検知ポートの大気開放口に泥水などが浸入し難くなるとともに、仮に浸入した場合でも凍結を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジンの主に排気系の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、一例として自動車（車両）に搭載されるガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）に本発明を適用した実施の形態について説明する。図１には模式的に示すようにエンジン１は一例としてレシプロエンジン１であり、シリンダブロック２の上部にシリンダヘッド３が締結され、その上部にはヘッドカバー４が取り付けられている。なお、シリンダブロック２の下部にはオイルパン５が取り付けられている。
【００１８】
前記のシリンダブロック２には複数のシリンダ２ａ（破線で１つだけ示す）が形成され、それぞれピストン２ｂを収容してその上方に燃焼室を区画している。そして、これらの各シリンダ２ａに燃焼用の空気を供給するための吸気ポート３ａと、既燃ガスを排出するための排気ポート３ｂと（それぞれ破線で示す）が前記シリンダヘッド３に形成され、それぞれ吸気通路６と排気通路７とに接続されている。
【００１９】
図１においてシリンダヘッド３の左側に設けられている吸気通路６は、図示はしないがスロットル弁によって絞られた吸気の流れを複数のシリンダ２ａに分配する吸気マニホルドを備えている。一方、図１の右側に設けられている排気通路７は、排気の流れの上流側（以下、排気の流れの上流側、下流側を単に上流側、下流側という）に、複数のシリンダ２ａからそれぞれ排出される既燃ガス（排気）を合流させる排気マニホルド７０を備えている。
【００２０】
この排気マニホルド７０の集合部よりも下流側には、エンジン１の冷間始動後に早期に活性化するように小容量の三元触媒コンバータ７１（以下、スタートアップ触媒７１という）が配設されている。また、スタートアップ触媒７１よりも上流側（即ち排気マニホルド７０の集合部）には、排気の空燃比に応じて連続的に出力が変化する空燃比センサ１１が配設されており、以下に述べるようにＥＣＵ１０における空燃比のフィードバック制御に用いられる。
【００２１】
一方、スタートアップ触媒７１よりも下流側の排気通路７には、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと略称する）を捕捉するためのパティキュレートフィルタ７２が配設されている。このパティキュレートフィルタ７２およびスタートアップ触媒７１の間の排気通路７には、スタートアップ触媒７１から流出する排気中の酸素濃度を検出し、理論空燃比を境に出力が急変する酸素濃度センサ１２が配設されている。
【００２２】
なお、図示はしないが、スタートアップ触媒７１よりも上流側の排気通路７には、排気中のＰＭの量を検出するためのＰＭセンサが配設され、スタートアップ触媒７１およびパティキュレートフィルタ７２の中間の排気通路７には、排気温度センサが配設されている。また、パティキュレートフィルタ７２よりも下流側の排気通路７には、大容量の三元触媒コンバータが配設されている。
【００２３】
前記の空燃比センサ１１や酸素濃度センサ１２などの出力信号はＥＣＵ１０に入力され、これに応じてＥＣＵ１０により空燃比のフィードバック制御が行われる。すなわち、図１には模式的に示すがエンジン１には、その吸気ポート３ａおよび／またはシリンダ２ａ内に燃料を噴射するようにインジェクタ８が配設されており、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ１１や酸素濃度センサ１２からの信号に応じて、インジェクタ８による燃料噴射量を補正することにより、空燃比を理論空燃比近傍に制御する。
【００２４】
また、パティキュレートフィルタ７２に捕捉されているＰＭの量が多くなって、その通気抵抗が増大すれば、目詰まりを起こす前に排気温度や触媒床温度を強制的に上昇させることにより、ＰＭを燃焼除去するフィルタ再生制御が行われる。このときにＥＣＵ１０は、例えば前記空燃比制御の目標空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に変更したり、点火時期を遅角したりすることによって、排気温度を上昇させる。
【００２５】
−差圧測定装置−
そのようにパティキュレートフィルタ７２が目詰まりを起こしつつあることを検知するために、本実施の形態ではパティキュレートフィルタ７２よりも上流側の排気の圧力（排気圧）と、大気圧との差圧を検出するように差圧センサ１３を配設している。すなわち、捕捉されているＰＭの量が多くなって、パティキュレートフィルタ７２の通気抵抗が増大すれば、その上流側の排気圧が高くなるので、これを差圧センサ１３によって検出するのである。
【００２６】
前記差圧センサ１３は例えば半導体圧力センサであって、ケース１３ａ内に収容されたダイヤフラム（図示せず）の表面に半導体ひずみゲージが形成され、その変形に応じて発生する電気抵抗の変化を電気信号に変換するようになっている。図１に表れているように差圧センサ１３は排気マニホルド７０の上方に近接して配設されており、そのケース１３ａから下方に向かって大気圧検知ポート１３ｂおよび排気圧検知ポート１３ｃが突出している。
【００２７】
これら大気圧検知ポート１３ｂおよび排気圧検知ポート１３ｃにそれぞれ対応して、前記のダイヤフラムが設けられており、その半導体ひずみゲージが各ポートから導入される大気圧および排気圧に対応する信号を出力する。そして、図示しない電子回路によって両者の差圧に相当する信号が差圧センサ１３から出力され、ＥＣＵ１０に入力される。なお、差圧センサ１３は半導体圧力センサでなく、例えば静電容量形センサであってもよい。
【００２８】
本実施の形態では排気マニホルド７０はエンジン１よりも車体の後方に位置しており、その上方に配設されている差圧センサ１３は、エンジン１の上部における車体の後方に位置している。なお、差圧センサ１３は図示しないブラケットを介して排気マニホルド７０に支持されている。そして、前記したように差圧センサ１３のケース１３ａから下方に突出する排気圧検知ポート１３ｃには、パティキュレートフィルタ７２の上流側から排気圧を導入する排気圧導入路１４の上端部（一端部）が接続されている。
【００２９】
この排気圧導入路１４は例えばラバーホースや金属製パイプなどで構成され、その下端部（他端部）は排気通路７におけるスタートアップ触媒７１およびパティキュレートフィルタ７２の中間に接続されている。すなわち、パティキュレートフィルタ７２よりも少し上流側において排気通路７から分岐するようにプラグ７３が突設され、ここに例えばラバーホースである排気圧導入路１４の下端部が装着されている。
【００３０】
こうして差圧センサ１３の排気圧検知ポート１３ｃには、排気圧導入路１４によってパティキュレートフィルタ７２の上流側の排気圧が導かれる一方、差圧センサ１３のケース１３ａから下方に延びる大気圧検知ポート１３ｂは、その下端の開口が下方の排気マニホルド７０と対峙して大気中に開放されており、ここから大気圧が導入される大気開放口となっている。この大気開放口と排気マニホルド７０との間隔は、例えば１〜５ｃｍくらいとするのが好ましい。
【００３１】
このように大気開放口が排気マニホルド７０と近接して開口しているので、車両の走行中などエンジン１の運転中には、排気マニホルド７０内を流れる高温の排気によって当該排気マニホルド７０の温度が上昇し、その輻射熱などにより大気圧検知ポート１３ｂの大気開放口が暖められるようになる。また、エンジン停止後も排気マニホルド７０に残る余熱によって大気開放口が暖められることになる。
【００３２】
以上、説明したように本実施の形態に係る差圧測定装置によると、まず、エンジン１の排気通路７におけるスタートアップ触媒７１およびパティキュレートフィルタ７２の中間部位から排気圧導入路１４によって排気圧を導き出し、これを差圧センサ１３の排気圧検知ポート１３ｃに導き入れる一方、大気開放された大気圧検知ポート１３ｂには自ずと大気圧が導入されるようになるので、この大気圧と排気圧との差圧を差圧センサ１３によって良好に検出することができる。
【００３３】
そして、前記差圧センサ１３が、スタートアップ触媒７１よりも上流側の排気通路７である排気マニホルド７０の上方に近接して配置され、エンジン１の上部に位置していることから、車両の走行に伴い路面から跳ね上げられる泥水などが大気圧検知ポート１３ｂには浸入し難くなっている。また、差圧センサ１３がエンジン１よりも車体の後方に位置しているので、跳ね上げられて空中を浮遊する泥水や雨水なども大気圧検知ポート１３ｂに浸入し難い。
【００３４】
さらに、前記差圧センサ１３は、排気通路７においてスタートアップ触媒７１よりも上流側で、最も温度の高い排気マニホルド７０に近接させて配置しているので、その大気圧検知ポート１３ｂの大気開放口を効果的に暖めることができる。よって、前記のように空中を浮遊する泥水や雨水などが大気開放口に浸入したとしても、これをすぐに蒸発させることが可能になり、寒冷地であっても凍結を防止することができる。
【００３５】
−他の実施形態−
本発明の構成は上述した実施の形態に限定されることなく、その他の種々の形態を包含している。すなわち、前記実施の形態では差圧センサ１３を、排気通路７の上流部である排気マニホルド７０の上方に近接させて配置している。そして、ケース１３ａから下方に延びる大気圧検知ポート１３ｂの下端の大気開放口を排気マニホルド７０と対峙させているが、これには限定されない。
【００３６】
例えば、大気圧検知ポート１３ｂを下向きに延ばす必要はなく、ケース１３ａから横向きに延ばしてもよい。また、図示はしないが、排気マニホルドがシリンダヘッドと一体化されている場合は、このシリンダヘッドに取り付けられている三元触媒コンバータのケースに差圧センサを取り付けてもよい。さらに、ターボ過給機が装備されている場合、そのタービンハウジングの上方に近接させて差圧センサを配設してもよい。
【００３７】
また、前記実施の形態ではガソリンエンジンの排気系に本発明を適用した場合について説明したが、これにも限定されず、例えばアルコール混合燃料やアルコール燃料を使用する火花点火式エンジンの排気系にも本発明は適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、エンジンの排気系に装備する差圧センサの大気圧検知ポートに泥水などが浸入し難くなるようにし、仮に浸入した場合でも凍結を防止することができるので、例えば自動車のエンジンに適用して有効である。
【符号の説明】
【００３９】
１            ガソリンエンジン（エンジン）
７            排気通路
７１        スタートアップ触媒（三元触媒コンバータ）
７２        パティキュレートフィルタ
１３          差圧センサ
１３ｂ        大気圧検知ポート
１３ｃ        排気圧検知ポート
１４          排気圧導入路
【図１】
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