JP2015078893A - 排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータ - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ管内における安定、確実な流量計測を可能とする。【解決手段】静圧測定用の静圧管２１と、この静圧管２１と接続される動圧測定用の２つの動圧管２２ａ，２２ｂとを有し、２つの動圧管２２ａ，２２ｂは、流体中に位置せしめられる互いの開口２５ａ，２５ｂの向きが１８０度方向に設定されており、静圧管２１と一方の動圧管２２ａとの間に生ずる差圧が差圧センサ２３ａにより検出され、静圧管２１と他方の動圧管２２ｂとの間に生ずる差圧が差圧センサ２３ｂにより検出され、これらの検出結果に基づいて排気ガスの流量の計測が可能なものとなっている。【選択図】図２

Description

本発明は、エアフローメータに係り、特に、排気ガス再循環装置において再循環される排気ガスの流量計測を行うエアフローメータの信頼性向上等を図ったものに関する。

従来、内燃機関の動作制御装置において、内燃機関の吸入空気の流量を計測するセンサとしては、例えば、いわゆるワイヤー型と称されるものや、薄膜型と称されるものなどが用いられているのは、良く知られている通りである（例えば、特許文献１等参照）。
ところで、内燃機関においては、エミッション特性の向上等の観点から排気ガス再循環装置が設けられる構成を採るものがあるが、かかる排気ガス再循環装置においても、より安定した動作制御等のため、再循環される排気の流量計測が必要とされることがある。

特開２００８−６９６９０号公報（第５−１２頁、図１−図１２）

しかしながら、吸気管と排気管を連通するいわゆるＥＧＲ管内の空気は、固体状のダストや窒素酸化物などの溶解した水滴を多量に含むため、上述した従来のセンサを用いる場合には、これらダストなどが多量に堆積、吸着するため、センサ感度の低下を招き易いという問題に加えて、ＥＧＲ管内では激しい脈動が発生するために、従来のセンサでは安定、確実な計測が困難という問題がある。
さらに、ＥＧＲ管は、吸入管等に比して非常に細く、従来のセンサを直接ＥＧＲ管内に設けることが難しいため、取り付けのための新たな構造を設ける必要があり、装置の複雑化、高価格化を招くという問題もある。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、ＥＧＲ管内における安定、確実な流量計測を可能とする排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータを提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータは、
内燃機関の排気ガス再循環装置において循環せしめられる排気ガスの流量を計測するピトー管式エアフローメータであって、
静圧測定用の静圧管と、前記静圧管と接続される動圧測定用の２つの動圧管とを有し、前記２つの動圧管は、流体中に位置せしめられる互いの開口の向きが１８０度方向に設定されてなり、前記静圧管と前記２つの動圧管の一方との間に生ずる差圧と、前記静圧管と前記２つの動圧管の他方との間に生ずる差圧とに基づいて前記循環せしめられる排気ガスの流量を計測可能にしてなるものである。

本発明によれば、エアフローメータをピトー管を用いて構成すると共に、ピトー管の深部へのダストの侵入を防止できる構成としたので、従来と異なり、ダストによる測定感度の低下を招くことなく、しかも、脈動のある場所においても、安定、確実な測定が可能となるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態における排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータが用いられるエンジンシステムの主要部の構成例を示す構成図である。 本発明の実施の形態における排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータの第１の構成例示す構成図である。 本発明の実施の形態における排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータの第２の構成例における動圧管の導入部の拡大縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータが用いられるエンジンシステムについて、図１を参照しつつ説明する。
内燃機関としてのエンジン１は、例えば、ディーゼルエンジンであり、図１はディーゼルエンジンを用い、排気ガス再循環装置を備えたエンジンシステムの主要部の構成例が示されたものとなっている。
かかるエンジン１のインテークマニホールド４ａには、燃料の燃焼のために必要な空気を取り入れる吸気管２が、また、エキゾーストマニホールド４ｂには、排気ガスを排気するための排気管３が、それぞれ接続されている。

そして、吸気管２と排気管３を連通する連通路（ＥＧＲ管）５が、吸気管２と排気管３の適宜な位置に設けられると共に、この連通路５の途中には、吸気管２側から、排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータ２０と、ＥＧＲアクチュエータ６と、ＥＧＲクーラ７が順に配置されたものとなっている。
排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータ２０は、後述する構成を有して吸気管２へ再循環される排気の流量を検出し、その検出結果を電子制御ユニット（図１においては「ＥＣＵ」と表記）１５に出力可能に構成されてなるものである。
ＥＧＲアクチュエータ６は、電子制御ユニット１５による動作制御に応じて連通路５の連通状態、換言すれば、排気ガスの還流量を調整するためのものである。
そして、ＥＧＲクーラ７は通過排気ガスの冷却を行うものである。

また、このエンジンシステムには、可変タービン９と圧縮機１０とを主たる構成要素としてなる公知・周知の構成を有する可変ターボ８が設けられており、可変タービン９により得られた回転力により圧縮機１０が回転せしめられて、圧縮された空気が吸入空気としてインテークマニホールド４ａへ送出されるようになっている。
なお、可変タービン９は、排気管３において連通路５より下流側の適宜な位置に、圧縮機１０は、吸気管２において連通路５よりも上流側の適宜な位置に、それぞれ設けられたものとなっている。
さらに、吸気管２には、先に述べた連通路５と可変ターボ８の間の適宜な位置において、吸入空気の冷却を行うインタークーラ１１が設けられている。

そして、このインタークーラ１１と連通路５との間には、吸入空気の量を調整するためのインテークスロットルバルブ１２が設けられている。
また、可変ターボ８の上流側における吸入管２の適宜な位置には、吸入空気量を検出するエアマス量センサ１６が設けられる一方、インテークマニホールド４ａ近傍の適宜な位置には、吸気温度を検出する吸気温センサ１７が設けられている。

電子制御ユニット１５は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータを中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を有すると共に、燃料噴射弁（図示せず）を通電駆動するための回路（図示せず）や、ＥＧＲアクチュエータ６、インテークスロットルバルブ１２等を通電駆動するための回路（図示せず）を主たる構成要素として構成されたものとなっている。

かかる電子制御ユニット１５には、図示されない各種センサにより検出されたエンジン回転数、アクセル開度、外気温度、大気圧などの各種の検出信号が入力されると共に、エアマス量センサ１６や吸気温センサ１７の検出信号、排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータ２０の検出信号が入力され、エンジン１の動作制御やＥＧＲ制御動作等に供されるようになっている。

図２には、本発明の実施の形態における排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータ２０の第１の構成例が示されており、以下、同図を参照しつつ、第１の構成例について説明する。
本発明の実施の形態のおける排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータ２０は、静圧測定用の静圧管２１と、動圧測定用の２つの動圧管２２ａ，２２ｂと、差圧測定用の２つの差圧センサ２３ａ，２３ｂとを有して構成されたものとなっている。

静圧管２１は直管に形成されてなる従来のピトー管である。
動圧管２２ａ，２２ｂは、導入部２４ａと本体部２４ｂとに大別され、導入部２４ａと本体部２４ｂとの間は、鋭角θをなす屈曲部２４ｃが形成されたピトー管となっている。
かかる動圧管２２ａ，２２ｂは、屈曲部２４ｃを除く他の部位は、通常同様直管状に形成されてなるもので、一方の動圧管２２ａは、その本体部２４ｂの屈曲部２４ｃと反対側の端部が差圧センサ２３ａを介して、また、他方の動圧管２２ｂは、その本体部２４ｂの屈曲部２４ｃと反対側の端部が差圧センサ２３ｂを介して、共に静圧管２１に接続されたものとなっている。
なお、差圧センサ２３ａ，２３ｂは、本発明特有のものではなく、従来から用いられている構成を有してなるものである。

動圧管２２ａ，２２ｂと静圧管２１の接続は、導入部２４ａが静圧管２１に対して直交する方向に位置するように、かつ、一方の動圧管２２ａの導入部２４ａの開口２５ａと、他方の動圧管２２ｂの開口２５ｂとが１８０度ずれた方向を向くようになされるものとなっている。
したがって、一方の静圧管２１ａ及び差圧センサ２３ａの配置と、他方の静圧管２１ｂ及び差圧センサ２３ｂの配置の位置関係は、静圧管２１を中心として概略線対称となっている。

かかる構成の排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータ２０は、差圧センサ２３ａ，２３ｂが設けられた部位が、連通路５の外部に位置し、他の部位が連通路５内に位置するようにして設けられるものとなっている（図２参照）。
この際、動圧管２２ａ，２２ｂのいずれか一方、例えば、動圧管２２ａの導入部２４ａの開口２５ａが、気体又は流体の流れ（図２において太線矢印参照）に臨む位置となるように設けられる。
この場合、静圧管２１の開口２１ａは、気体又は液体の流れに平行し、且つ、動圧管２２ａ，２２ｂの開口２５ａ，２５ｂとは、それぞれ９０度隔てた方向に位置することとなる（図２参照）。
なお、差圧センサ２３ａ，２３ｂは、先に述べたように電子制御ユニット１５と接続されており、電子制御ユニット１５において、差圧センサ２３ａ，２３ｂにより得られた出力信号に基づいて気体又は流体の流量が演算算出されるようになっている。

上述のようにして連通路５に排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータ２０が設けられることによって、連通路５を通過する排気の流量に応じた差圧が、差圧センサ２３ａ，２３ｂにより得られ、電子制御ユニット１５において、差圧センサ２３ａ，２３ｂにより得られた差圧に基づいて、予め定められた演算式から流量が算出されるものとなっている。

ここで、本発明の実施の形態においては、導入部２４ａと本体部２４ｂとが鋭角θをなすように屈曲部２４ｃが形成されているため、例えば、流れの方向に対向するように一方の動圧管２２ａの開口２５ａが位置せしめられた状態にあって、気体又は流体は、導入部２４ａを経て本体部２４ｂへと流入するが、気体又は流体の流入と共に混入したダスト等の異物があっても、異物は屈曲部２４ｃの内壁に衝突し、その近傍に滞留するため、本体部２４ｂへの流入することは殆どなく、異物が本体部２４ｂに流入して差圧計測に誤差を招くようなことが回避され、従来に比して、信頼性の高い計測結果が得られることとなる。

特に、車両の排気ガスのように多量の水滴を含むものの流量計測を行う場合にあっては、先の屈曲部２４ｃにおいて水滴が異物同様滞留し、本体部２４ｂへの流入を極力回避することができ、従来に比して、より正確な気体流量の計測が可能となるものである。

なお、導入部２４ａと本体部２４ｂとが屈曲部２４ｃでなす鋭角θを、どの程度に設定するかは、静圧管２１や動圧管２２ａ，２２ｂの太さや長さの違いによって異なるため、個々の排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータの具体的な仕様を考慮し、試験結果やシミュレーション結果等に基づいて、適切な値を設定するのが好適である。

次に、第２の構成例について、図３を参照しつつ説明する。
なお、図２に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この第２の構成例は、導入部２４ａと本体部２４ｂとがほぼ直角をなすように動圧管２２ａ，２２ｂが形成されると共に、導入部２４ａの内部の通路２６の途中には、通路２６に対してほぼ直交する方向にダスト溜まり２７ａ，２７ｂが通路２６を挟むように凹設されたものとなっている。

通路２６の途中にこのようなダスト溜まり２７ａ，２７ｂが設けられたことにより、流体の流入と共に混入した異物があっても、殆どの異物は、このダスト溜まり２７ａ，２７ｂに滞留し、本体部２４ｂへの流入が低減されるために、水滴や異物が本体部２４ｂに流入して差圧計測に誤差を招くようなことが回避され、従来に比して、信頼性の高い計測結果が得られることとなる。
かかるダスト溜まり２７ａ，２７ｂは、異物の滞留を確実とするため、その通路２６に対する断面、換言すれば、通路２６に対する開口の大きさが可能な限り大きいことが望ましい。
なお、この第２の構成例においては、ダスト溜まり２７ａ，２７ｂは、大凡半楕円球状に形成されたものとなっているが、必ずしもそのような形状に限定される必要はなく、例えば、半円球状であっても良い。

排気ガス再循環装置における排気の還流量の安定、確実な測定が所望される車両に適する。

２０…エアフローメータ
２１…静圧管
２２ａ，２２ｂ…動圧管
２３ａ，２３ｂ…差圧センサ
２４ｃ…屈曲部
２７ａ，２７ｂ…ダスト溜まり

Claims (3)

1. 内燃機関の排気ガス再循環装置において循環せしめられる排気ガスの流量を計測するピトー管式エアフローメータであって、
   静圧測定用の静圧管と、前記静圧管と接続される動圧測定用の２つの動圧管とを有し、前記２つの動圧管は、流体中に位置せしめられる互いの開口の向きが１８０度方向に設定されてなり、前記静圧管と前記２つの動圧管の一方との間に生ずる差圧と、前記静圧管と前記２つの動圧管の他方との間に生ずる差圧とに基づいて前記循環せしめられる排気ガスの流量を計測可能にしてなることを特徴とする排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータ。
2. 前記動圧管は、前記開口近傍において鋭角の屈曲部が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータ。
3. 前記動圧管の開口近部の内部には、ダスト溜まりが凹設されてなることを特徴とする請求項１記載の排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータ。

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