JP2013125023A - Pressure measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、圧力測定装置に関するものであり、とくに圧力センサの温度ドリフトによる検出(測定)誤差の防止技術に関する。 The present invention relates to a pressure measuring device, and more particularly to a technique for preventing a detection (measurement) error due to a temperature drift of a pressure sensor.
圧力センサは、例えば、配管を流れる流体の圧力を測定するのに用いられる。圧力センサは、温度依存性があり、圧力センサの出力が温度の変化に従って変動する。すなわち、圧力センサの温度が変化すると、圧力センサの出力が同一の流体圧力に対してドリフトするのである。この変動を温度ドリフトと称する。この温度ドリフトに対処する従来技術として特許文献1に開示されるようなものが知られる。 The pressure sensor is used, for example, to measure the pressure of a fluid flowing through a pipe. The pressure sensor has temperature dependence, and the output of the pressure sensor varies according to the temperature change. That is, when the temperature of the pressure sensor changes, the output of the pressure sensor drifts with respect to the same fluid pressure. This variation is called temperature drift. As a conventional technique for dealing with this temperature drift, a technique disclosed in Patent Document 1 is known.
このような従来技術においては、圧力センサの温度ドリフト特性(温度と圧力センサの出力との関係)を格納するメモリ手段が備えられ、温度センサで検出される温度とメモリ手段のデータから圧力センサの出力ドリフト量を演算してこの演算値(出力ドリフト量)を消去するように圧力センサの出力を補正するようになっている。 In such a conventional technique, memory means for storing the temperature drift characteristics of the pressure sensor (relationship between the temperature and the output of the pressure sensor) is provided, and the temperature of the pressure sensor is determined from the temperature detected by the temperature sensor and the data of the memory means. The output of the pressure sensor is corrected so as to eliminate the calculated value (output drift amount) by calculating the output drift amount.
このような従来技術においては、メモリ手段に格納されるデータ量が膨大になり、メモリ手段の設定に費用が嵩むという問題が考えられる。 In such a conventional technique, there is a problem that the amount of data stored in the memory means becomes enormous and the setting of the memory means is expensive.
この発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、圧力センサの周囲の温度環境を安定化した状態に保つことにより、データの設定費用を削減しつつ、簡便に圧力センサの検出(測定)精度が高められる、圧力測定装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such problems. By maintaining the temperature environment around the pressure sensor in a stable state, the pressure sensor can be easily detected while reducing the data setting cost. (Measurement) An object of the present invention is to provide a pressure measuring device with improved accuracy.
この発明は、圧力センサと、前記圧力センサの検出部温度を所定レベルに安定化させる温度安定化手段と、前記圧力センサの検出部温度が所定レベルに安定化した状態において該圧力センサの出力値をゼロ点出力の学習値として記憶する学習手段と、前記圧力センサの検出部温度が前記所定レベルに安定化した状態において該圧力センサの出力値と前記学習値とから算出される圧力測定値を出力する演算手段と、を備えることを特徴とする圧力測定装置である。 The present invention relates to a pressure sensor, temperature stabilization means for stabilizing the temperature of the detection unit of the pressure sensor to a predetermined level, and an output value of the pressure sensor in a state where the temperature of the detection unit of the pressure sensor is stabilized to a predetermined level. Learning means for storing a zero point output as a learning value, and a pressure measurement value calculated from the output value of the pressure sensor and the learning value in a state where the detection unit temperature of the pressure sensor is stabilized at the predetermined level. And a calculating means for outputting.
この発明においては、圧力センサの検出部温度を所定レベルに安定化させる温度安定化手段により、圧力センサの出力値をゼロ点出力の学習値として記憶する学習処理においても、圧力センサの出力値と学習値とから算出される圧力測定値を出力する演算処理においても、これらは圧力センサの検出部温度が所定レベルに安定化した状態において行われる。つまり、圧力センサの検出部温度の変動が、所定レベルに安定化した状態に抑えられるので、演算手段の出力(圧力センサの出力値と前記学習値とから算出される圧力測定値)は、温度ドリフト分の誤差を殆ど含まない。温度ドリフト分の誤差が生じるとしても、その誤差は、所定レベルに安定化した状態において、圧力センサの検出部温度に生じる極く小幅な変動分に限られるのである。従って、圧力センサの検出部温度を所定レベルに安定化させる温度安定化手段により、簡便かつ安価な構成に基づいて、圧力センサの検出に基づく圧力の測定精度を高めることができる。 In the present invention, even in the learning process of storing the output value of the pressure sensor as the learning value of the zero point output by the temperature stabilizing unit that stabilizes the temperature of the detection part of the pressure sensor at a predetermined level, the output value of the pressure sensor Also in the arithmetic processing for outputting the pressure measurement value calculated from the learning value, these are performed in a state where the detection unit temperature of the pressure sensor is stabilized at a predetermined level. That is, since the fluctuation of the temperature sensor detection unit temperature is suppressed to a predetermined level, the output of the calculation means (the pressure measurement value calculated from the pressure sensor output value and the learned value) is the temperature. It contains almost no drift error. Even if an error corresponding to the temperature drift occurs, the error is limited to a very small fluctuation occurring in the temperature of the detection portion of the pressure sensor in a state where the error is stabilized at a predetermined level. Accordingly, the temperature stabilization means for stabilizing the detection part temperature of the pressure sensor to a predetermined level can increase the pressure measurement accuracy based on the detection of the pressure sensor based on a simple and inexpensive configuration.
図に基づいて、この発明の実施形態に係る圧力測定装置を説明する。図1〜図3は、内燃機関の制御系への適用例を示すものである。 A pressure measuring device according to an embodiment of the present invention will be described based on the drawings. 1 to 3 show examples of application to a control system of an internal combustion engine.
図1において、10は内燃機関(エンジン)であり、内燃機関10は各気筒まわりにウォータジャケット(図示せず)が形成され、機関冷却系の循環路を構成する。
In FIG. 1,
11は吸気通路であり、12は排気通路であり、吸気は吸気通路11を流れ、吸気マニホールド13から各気筒へ供給される。各気筒の排気は、排気マニホールド14から排気通路12を流れ、外部へ排出される。
11 is an intake passage, 12 is an exhaust passage, and intake air flows through the
吸気通路11にターボチャージャ15のコンプレッサが介装され、コンプレッサ下流の吸気通路にインタクーラ16(過給気を冷却する機器)が備えられる。排気通路12にターボチャージャ15のタービンが介装され、排気エネルギで回転し、同軸上のコンプレッサを駆動する。
A compressor of a
18はEGR(排気還流装置)の通路(EGRパイプ)であり、排気マニホールド14と吸気通路11との間を接続する。EGRパイプ18にEGRクーラ19(EGRガスを冷却する機器)と、EGRバルブ20(EGRガス量の調整弁)と、が備えられる。
EGRバルブ20の開度(EGRガス量)を制御するため、機関運転状態を検出する手段(例えば、機関回転センサや機関負荷センサ)と、その検出信号に基づいてEGRバルブ20の開度(EGRガス量)を制御するコントロールユニット(図示せず)と、が備えられる。
In order to control the opening degree (EGR gas amount) of the
実際のEGRガス量を検出するため、EGR通路18にベンチュリ21が設定され、その上流側の圧力を検出する圧力センサ25と、が設けられる。コントロールユニットは、機関運転状態に対応する目標開度(EGR量の目標値)と、圧力センサ25の出力に基づく測定圧力から演算されるEGR量の実際値と、に基づいて、EGR量の実際値=EGR量の目標値となるようにEGRバルブ20の開度を制御する。
In order to detect the actual amount of EGR gas, a
圧力センサ25の出力は、温度ドリフトを含むため、これに対処するため、圧力センサ25の検出部温度を所定レベルに安定化させる温度安定化手段26が備えられる。
Since the output of the
温度安定化手段26は、圧力センサ25の検出部まわりを取り囲むように形成される保温器27(保温用チャンバ)を備える。保温器27は、流体の流れる通路を構成するものであって、保温器27内の通路を流れる流体として機関冷却系を循環する冷却水が用いられる。
The temperature stabilization means 26 includes a heat insulator 27 (heat retention chamber) formed so as to surround the detection portion of the
具体的には、保温器27は、機関冷却水の循環路に介装される。28は保温器27を機関シリンダブロックのウォータジャケットに接続する配管(冷却水通路)であり、29は保温器27を機関シリンダヘッドのウォータジャケットに接続する配管(冷却水通路)である。 Specifically, the warmer 27 is interposed in the circulation path of the engine cooling water. 28 is a pipe (cooling water passage) for connecting the warmer 27 to the water jacket of the engine cylinder block, and 29 is a pipe (cooling water passage) for connecting the warmer 27 to the water jacket of the engine cylinder head.
機関運転中は、機関冷却系の冷却水が保温器27を経由して循環する。機関冷却水は、機関運転中において、水温が所定値以上に上昇すると、ラジエータ等の作用により、所定レベル(所定の温度範囲)に保たれるので、保温器27を流れる冷却水によって、圧力センサ25の検出部まわりの雰囲気温度が所定の温度範囲に安定化する。
During engine operation, the cooling water of the engine cooling system circulates via the
保温器27は、圧力センサ25を包むように形成され、圧力センサ25の検出部まわりに室(圧力室)を画成する。圧力センサ25は、EGR通路18から離して配置される。室(図示せず)は、管(導圧パイプ)の一端に接続され、管の他端がEGR通路18のベンチュリ21上流側に開口される。ベンチュリ21上流側の圧力は、EGR通路18から離れる圧力センサ25の室に管(導圧パイプ)を通して導入される。
The warmer 27 is formed so as to enclose the
コントロールユニット(図示せず)においては、圧力センサ25の検出部温度が所定レベルに安定化した状態において圧力センサ25の出力値(電圧値)をゼロ点出力の学習値として記憶する学習手段(図2、参照)と、圧力センサ25の検出部温度が同じく所定レベルに安定化した状態において圧力センサ25の出力(電圧)と学習値とから算出される圧力測定値を出力する演算手段と、が備えられる。
In a control unit (not shown), learning means (FIG. 5) stores an output value (voltage value) of the
図2は、学習手段の処理内容を説明するフローチャートであり、S1において、内燃機関10(エンジン)が始動すると、S2に進み、機関冷却系の冷却水温を検出する水温センサの検出信号に基づいて、機関冷却水温が所定値以上かどうかを判定する。 FIG. 2 is a flowchart for explaining the processing contents of the learning means. When the internal combustion engine 10 (engine) is started in S1, the process proceeds to S2, and based on the detection signal of the water temperature sensor that detects the cooling water temperature of the engine cooling system. Then, it is determined whether the engine coolant temperature is equal to or higher than a predetermined value.
S2の判定がNOのときは、S2の判定がYESになるまで待機する(S2の判定を繰り返す)。S2の判定がYESになると、S3へ進み、タイマを作動させる。タイマは、所定時間の経過を計測するものである。ここで、所定時間は、後述の機関停止後に圧力センサ25の出力低下が落ち着くまでの間、機関冷却水温を所定レベルの安定化した状態に保つのに必要な機関稼働時間を意味する。
If the determination in S2 is NO, the process waits until the determination in S2 becomes YES (the determination in S2 is repeated). If the determination in S2 is YES, the process proceeds to S3 and the timer is activated. The timer measures the passage of a predetermined time. Here, the predetermined time means an engine operation time required to keep the engine cooling water temperature in a stabilized state at a predetermined level until the output decrease of the
S4において、タイマの計測(所定時間の経過)が終了したかどうかを判定する。S4の判定がNOのときは、S4の判定がYESになるまで待機する(S4の判定を繰り返す)。 In S4, it is determined whether or not the timer measurement (elapse of a predetermined time) has ended. When the determination of S4 is NO, the process waits until the determination of S4 becomes YES (the determination of S4 is repeated).
S4の判定がYESになると、S5へ進み学習条件が成立する。S6において、キーオフされたかを判定する。S6の判定がNOのときは、S6の判定がYESになるまで待機する(S6の判定を繰り返す)。S6の判定がYESになると、S7へ進み、S7において、機関の停止を判定する。この機関停止により、EGR通路の圧力が急激に低下するので、圧力センサ25の出力(電圧)も0へ急激に低下し、安定化する。S7においては、機関停止後に圧力センサ25の出力低下が安定した状態にあるかどうかを判定する。
If the determination in S4 is YES, the process proceeds to S5 and the learning condition is satisfied. In S6, it is determined whether the key is off. When the determination in S6 is NO, the process waits until the determination in S6 becomes YES (the determination in S6 is repeated). If the determination in S6 is YES, the process proceeds to S7, and it is determined in S7 that the engine is stopped. As the engine stops, the pressure in the EGR passage rapidly decreases, so the output (voltage) of the
S7の判定がNOのときは、S7の判定がYESになるまで待機する(S7の判定を繰り返す)。S7の判定がYESになると、S8へ進み、圧力センサ25の安定化した出力値をゼロ点出力の学習値として記憶するのである。
If the determination in S7 is NO, the process waits until the determination in S7 becomes YES (repeats the determination in S7). If the determination in S7 is YES, the process proceeds to S8, and the stabilized output value of the
従って、内燃機関10の始動後に機関冷却水温が所定温度以上になり、その時点から圧力センサ25の学習条件である圧力センサ25の温度安定時間を持つ。その安定時間が経過した後、内燃機関がキーオフにより停止され、圧力センサ25の出力低下が安定化したら、そのときの圧力センサ25の出力がゼロ点出力の学習値として記憶される。
Therefore, after the
コントロールユニットにおいては、機関運転中の冷却水温から圧力センサ25の検出部温度が所定レベルに安定化した状態かどうかの判定が行われ、この判定がYESの条件において、前記の演算手段が圧力センサ25の出力と学習値とから算出される圧力測定値を出力する。この圧力測定値(演算手段の出力)と、機関運転状態に対応するEGR量の目標値と、に基づいてEGRバルブの開度が制御されるのである。
In the control unit, it is determined whether or not the temperature of the detection portion of the
このような構成により、機関運転中は、圧力センサ25の検出部まわりの雰囲気温度(室内の温度)が保温器27を循環する機関冷却水によって所定レベルの安定化した状態に維持される。
With such a configuration, during engine operation, the ambient temperature (indoor temperature) around the detection portion of the
この学習処理においては、S8の処理(ゼロ点出力の記憶処理)についても、圧力センサ25の検出部まわりの雰囲気温度が所定レベルに安定化した状態の下に行われる。機関運転中は、圧力センサ25の検出部まわりの雰囲気温度の変動が保温器27を循環する機関冷却水によって所定レベルに安定化した状態に抑えられるので、演算手段の出力(圧力センサ25の出力と学習値とから算出される圧力測定値)は、温度ドリフト分の誤差を殆ど含まない。
In this learning process, the process of S8 (the zero point output storage process) is also performed in a state where the ambient temperature around the detection portion of the
圧力測定値に温度ドリフト分の誤差が生じるとしても、その誤差は、図3のように圧力センサ25の検出部まわりの雰囲気温度に生じる極く小幅な変動分に限られる。図3において、実線Tdは、圧力センサ25の出力特性であり、機関運転中は、圧力センサ25の検出部まわりの雰囲気温度(図中のセンサ温度)がA〜B℃の間に安定化されるのである。
Even if an error due to temperature drift occurs in the pressure measurement value, the error is limited to a very small fluctuation occurring in the ambient temperature around the detection portion of the
この結果、圧力センサ25の検出部まわりの雰囲気温度を所定レベルに安定化させる温度安定化手段を備えるので、簡便かつ安価な構成に基づいて、圧力センサ25の出力に基づく圧力測定の精度を有効に高めることができる。
As a result, temperature stabilization means for stabilizing the ambient temperature around the detection portion of the
図2の学習処理は、車両の製造が完成してから1回のみ行われる。車両の製造工場において、出荷(工場からディーラへの搬出)前の段階で行われることが望ましい。 The learning process in FIG. 2 is performed only once after the manufacture of the vehicle is completed. In a vehicle manufacturing factory, it is desirable to be performed at a stage before shipment (carrying out from the factory to a dealer).
図4は、別の学習手段の処理内容を説明するフローチャートである。この処理は、図2の学習処理と異なり、必要なとき(定期点検時など)に任意に実行される。 FIG. 4 is a flowchart for explaining the processing contents of another learning means. Unlike the learning process of FIG. 2, this process is arbitrarily executed when necessary (such as during periodic inspection).
S1において、圧力センサのドリフト補正(ゼロ点出力の補正)が必要かどうかを判定する。例えば、学習スイッチ(人為操作スイッチ)がオンかどうかを判定する。 In S1, it is determined whether or not the pressure sensor drift correction (zero point output correction) is necessary. For example, it is determined whether a learning switch (artificial operation switch) is on.
S1の判定がYESのときは、S2へ進み、S1の判定がNOのときは、この学習処理を終了する。S2において、内燃機関10(エンジン)が始動すると、S3へ進む。S3においては、機関冷却水温を検出する水温センサの検出信号に基づいて、機関冷却水温が所定値以上かどうかを判定する。 When the determination of S1 is YES, the process proceeds to S2, and when the determination of S1 is NO, this learning process is terminated. When the internal combustion engine 10 (engine) is started in S2, the process proceeds to S3. In S3, it is determined whether the engine cooling water temperature is equal to or higher than a predetermined value based on a detection signal from a water temperature sensor that detects the engine cooling water temperature.
S3の判定がNOのときは、S3の判定がYESになるまで待機する(S2の判定を繰り返す)。S3の判定がYESになると、S4へ進み、タイマを作動させる。タイマは、所定時間の経過を計測するものである。ここで、所定時間は、後述の機関停止後に圧力センサ25の出力低下が落ち着くまでの間、機関冷却水温を所定レベルの安定化した状態に保つのに必要な機関稼働時間を意味する。
When the determination of S3 is NO, the process waits until the determination of S3 becomes YES (repeats the determination of S2). If the determination in S3 is YES, the process proceeds to S4 and the timer is activated. The timer measures the passage of a predetermined time. Here, the predetermined time means an engine operation time required to keep the engine cooling water temperature in a stabilized state at a predetermined level until the output decrease of the
S5において、タイマの計測(所定時間の経過)が終了したかどうかを判定する。S55の判定がNOのときは、S5の判定がYESになるまで待機する(S4の判定を繰り返す)。S5の判定がYESになると、S6へ進み学習条件が成立する。S7において、学習条件の成立から所定時間内にキーオフされたかどうかを判定する。S7の判定がNOのときは、この処理を終了する。S7の判定がYESになると、S8へ進む。S8において、機関の停止かどうかを判定する。この機関停止により、EGR通路の圧力が急激に低下するので、圧力センサ25の出力(電圧)も0へ急激に低下し、安定化する。S8においては、機関停止後に圧力センサ25の出力低下が安定した状態にあるかどうかを判定する。
In S5, it is determined whether the timer measurement (elapse of a predetermined time) has ended. When the determination at S55 is NO, the process waits until the determination at S5 becomes YES (the determination at S4 is repeated). If the determination in S5 is YES, the process proceeds to S6 and the learning condition is satisfied. In S7, it is determined whether or not the key has been turned off within a predetermined time from the establishment of the learning condition. If the determination in S7 is NO, this process ends. If the determination in S7 is YES, the process proceeds to S8. In S8, it is determined whether or not the engine is stopped. As the engine stops, the pressure in the EGR passage rapidly decreases, so the output (voltage) of the
S8の判定がNOのときは、S8の判定がYESになるまで待機する(S8の判定を繰り返す)。S8の判定がYESになると、S9へ進み、圧力センサ25の安定化した出力値をゼロ点出力の学習値として記憶するのである。
If the determination in S8 is NO, the process waits until the determination in S8 becomes YES (repeats the determination in S8). If the determination in S8 is YES, the process proceeds to S9, and the stabilized output value of the
従って、内燃機関10の始動後に機関冷却水温が所定温度以上になり、その時点から圧力センサ25の学習条件である圧力センサ25の温度安定時間を待つ。その安定時間を経過した後、内燃機関がキーオフにより停止され、圧力センサ25の出力低下が安定化したら、そのときの圧力センサ25の出力がゼロ点出力の学習値として記憶される。
Therefore, after the
コントロールユニットにおいては、機関運転中の冷却水温から圧力センサ25の検出部温度が所定レベルに安定化した状態かどうかの判定が行われ、この判定がYESの条件において、前記の演算手段が圧力センサ25の出力と学習値とから算出される圧力測定値を出力する。この圧力測定値(演算手段の出力)と、機関運転状態に対応するEGR量の目標値と、に基づいてEGRバルブの開度が制御されるのである。
In the control unit, it is determined whether or not the temperature of the detection portion of the
この学習処理においては、S9の処理(ゼロ点出力の記憶処理)についても、圧力センサ25の検出部まわりの雰囲気温度が所定レベルに安定化した状態の下に行われる。機関運転中は、圧力センサ25の検出部まわりの雰囲気温度の変動が保温器27を循環する機関冷却水によって所定レベルに安定化した状態に抑えられるので、演算手段の出力(圧力センサ25の出力と学習値とから算出される圧力測定値)は、温度ドリフト分の誤差を殆ど含まない(図3、参照)。
In this learning process, the process of S9 (the zero point output storage process) is also performed in a state where the ambient temperature around the detection portion of the
学習手段については、図2の処理か、図4の処理か、何れか1つを設定すれば良い。また、両者を設定する場合は、車両が製造されてから初めて補正(ゼロ点出力の記憶処理)時には、図2の処理が選択され、2回目以降の補正時においては、図3の処理が選択され、その際は、図2のS8の記憶値(ゼロ点出力の学習値)が図3のS9の記憶値(ゼロ点出力の学習値)に更新されることになる。 As the learning means, any one of the processing in FIG. 2 and the processing in FIG. 4 may be set. Also, when both are set, the process of FIG. 2 is selected at the time of correction (zero point output storage process) for the first time after the vehicle is manufactured, and the process of FIG. 3 is selected at the second and subsequent corrections. In this case, the stored value of S8 in FIG. 2 (the learned value of zero point output) is updated to the stored value of S9 in FIG. 3 (the learned value of zero point output).
この発明に係る圧力測定装置は、内燃機関の制御に用いられる圧力センサに限らず、諸種の分野に適用される圧力センサに対し、圧力の検出方式はどのようなものであれ、温度ドリフトは存在するので、広く利用することができる。 The pressure measuring device according to the present invention is not limited to a pressure sensor used for controlling an internal combustion engine, and any pressure detection method is used for pressure sensors applied to various fields, and there is a temperature drift. It can be used widely.
10 内燃機関(エンジン)
11 吸気通路
12 排気通路
18 EGR通路
20 EGRバルブ
25 圧力センサ
26 温度安定化手段
27 保温器
28、29 機関冷却水配管
10 Internal combustion engine
DESCRIPTION OF
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JP2019510945A (en) * | 2016-04-11 | 2019-04-18 | パーキンズ エンジンズ カンパニー リミテッドPerkins Engines Company Limited | EGR valve with integrated sensor |
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