JP2021039061A - 計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脈動のある状況下で高精度な計測値が得られる計測装置を提供する。【解決手段】計測装置１は、ＥＧＲガスＧｃの流路を形成するベンチュリ管１１と、ベンチュリ管１１に設けられた第１差圧センサ１２及び第２差圧センサ１３と、第１差圧センサ１２及び第２差圧センサ１３の検出結果に基づいてＥＧＲガスの流量を算出する制御部３０と、を備える。ベンチュリ管１１は、断面積が減少させられた絞り部１１ａを含む。第１差圧センサ１２は、絞り部１１ａと他の部分との間のＥＧＲガスＧｃの差圧に基づいてＥＧＲガスＧｃの静圧Ｈを検出する。第２差圧センサ１３は、ピトー管を含み、ＥＧＲガスＧｃの動圧ｈを検出する。制御部３０は、第１差圧センサ１２及び第２差圧センサ１３から静圧Ｈ及び動圧ｈを示す情報を取得し、静圧Ｈと動圧ｈとに基づいて流量を算出する。【選択図】図２

Description

本発明は、計測装置に関する。

特許文献１には、全圧・静圧測定ベンチュリ方式流量測定装置が記載されている。この測定装置では、滑らかな断面積変化をもつ絞り管路と滑らかで緩やかな断面積変化をもつ拡大管路の間に短い測定直管路が配置されている。そして、この測定装置は、測定直管路の部分において流体の全圧と静圧との差圧及び静圧の絶対圧および温度を測定し、さらに流体密度をガス定数などから求めることによって測定直管路における流速と断面積から流量を測定する。

特開２００６−１６２４１７号公報

上述した測定装置では、測定直管路の上流側にサージチューブを設けることにより、脈動流や脈動圧力を平滑化した流れを形成し、測定に供することを図っている。このように、上記技術分野にあっては、脈動のある状況下でも安定して高精度な計測値を得ることが要求されている。

そこで、本発明は、脈動のある状況下で高精度な計測値が得られる計測装置を提供することを目的とする。

本発明に係る計測装置は、内燃機関の排気ガスの一部を還流させるためのＥＧＲ装置において、ＥＧＲガスの流量を計測するための計測装置であって、ＥＧＲガスの流路を形成するベンチュリ管と、ベンチュリ管に設けられた第１差圧センサ及び第２差圧センサと、第１差圧センサ及び第２差圧センサの検出結果に基づいて流量を算出する算出部と、を備え、ベンチュリ管は、断面積が減少させられた絞り部を含み、第１差圧センサは、絞り部と絞り部よりも上流側の部分との間のＥＧＲガスの差圧に基づいて、ＥＧＲガスの静圧を検出し、第２差圧センサは、ピトー管を含み、ＥＧＲガスの動圧を検出し、算出部は、第１差圧センサ及び第２差圧センサから静圧及び動圧を示す情報を取得し、静圧と動圧とに基づいて流量を算出する。

この計測装置は、内燃機関のＥＧＲ装置において、ＥＧＲガスの流量を計測するためのものである。すなわち、この計測装置は、ＥＧＲパルスといった脈動のある状況下で使用され得る。計測装置は、ベンチュリ管の絞り部と他の部分との間の差圧に基づいて、ＥＧＲガスの静圧を検出する第１差圧センサと、ピトー管を用いてＥＧＲガスの動圧を検出する第２差圧センサと、を備えている。そして、この計測装置は、２つの差圧センサのそれぞれによって検出された静圧及び動圧に基づいて、ＥＧＲガスの流量を算出する。このように、流量の計測に際して、静圧に加えて動圧を考慮することにより、脈動のある状況下でも精度の高い計測値を得ることができる。

また、本発明に係る計測装置においては、算出部は、クランク角度を示す情報を取得すると共に、一部のクランク角度に対応する周期的なタイミングで静圧及び動圧を示す情報を取得し、流量を算出してもよい。この場合、算出部の負荷が低減される。

このとき、本発明に係る計測装置においては、上記タイミングは、内燃機関の各シリンダからの排気ガスの排気圧力パルスがベンチュリ管に到達する時期のクランク角に対応するタイミングであってもよい。この場合、ランダムなタイミングでのサンプリングと比較して精度が向上する。また、算出部の負荷を低減可能である。

本発明によれば、脈動のある状況下で高精度な計測値が得られる計測装置を提供することができる。

一実施形態に係るＥＧＲ装置を示す模式図である。 図１に示された検出部を示す模式的な断面図である。 クランク角度と排気圧力との関係を示すグラフである。

以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、一実施形態に係るＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を示す模式図である。図１に示されるＥＧＲ装置Ｃは、例えばレシプロエンジンといった内燃機関の排気ガスを還流するためのものである。ＥＧＲ装置Ｃは、循環通路８０、ＥＧＲクーラー９０、計測装置１、及び、バルブ２０を備えている。循環通路８０は、内燃機関のシリンダ５０の吸気通路６０と、シリンダ５０の排気通路７０とに接続されている。循環通路８０は、排気通路７０を流通する排気ガスＧｂの一部をＥＧＲガスＧｃとして吸気通路６０に循環させるために用いられる。

ＥＧＲクーラー９０は、循環通路８０に設けられている。ＥＧＲクーラー９０は、循環通路８０を流通するＥＧＲガスＧｃを冷却する。ＥＧＲクーラー９０には、冷却水の導入部９１及び導出部９２が設けられている。バルブ２０は、ＥＧＲクーラー９０の下流側において循環通路８０に設けられている。バルブ２０は、循環通路８０を開閉し、循環通路８０から吸気通路６０へのＥＧＲガスＧｃの導入量を調整する。

計測装置１は、ＥＧＲガスＧｃの流量を計測するためのものである。計測装置１は、検出部１０と制御部３０とを有している。検出部１０は、循環通路８０に設けられている。より具体的には、検出部１０は、ＥＧＲクーラー９０とバルブ２０との間において、循環通路８０に設けられている。検出部１０は、循環通路８０におけるＥＧＲガスＧｃの圧力を検出する。

制御部３０は、例えばコンピュータである。制御部３０は、検出部１０の検出結果に基づいて、循環通路８０におけるＥＧＲガスＧｃの流量を算出する算出部である。また、制御部３０は、算出したＥＧＲガスＧｃの流量等を考慮して、バルブ２０の開閉を制御することができる。さらに、制御部３０は、クランク角に関する情報を取得できる。

図２は、図１に示された検出部を示す模式的な断面図である。図２に示されるように、検出部１０は、ベンチュリ管１１と、第１差圧センサ１２と、第２差圧センサ１３と、を有している。ベンチュリ管１１は、ＥＧＲガスＧｃの流路（循環通路８０の一部）を形成する。第１差圧センサ１２及び第２差圧センサ１３は、ベンチュリ管１１に設けられており、ベンチュリ管１１（すなわち循環通路８０）におけるＥＧＲガスＧｃの圧力を検出する。制御部３０は、第１差圧センサ１２及び第２差圧センサ１３の検出結果に基づいて、ＥＧＲガスＧｃの流量を算出する。

ベンチュリ管１１は、断面積が減少された絞り部１１ａを含む。より具体的には、ベンチュリ管１１は、断面積（ここでは断面形状）が一定とされた一対の定形部１１ｂ，１１ｃと、定形部１１ｂと定形部１１ｂとの間に形成され、定形部１１ｂ，１１ｃの断面積よりも小さい断面積を有する絞り部１１ａと、を含む。定形部１１ｂは、絞り部１１ａよりも上流側の部分であり、定形部１１ｃは、絞り部１１ａよりも下流側の部分である。定形部１１ｂの断面積と定形部１１ｃの断面積とは同一である。

また、定形部１１ｂと定形部１１ｃとは、互に同一の直径Ｄを有する。一方、絞り部１１ａでは、定形部１１ｂから定形部１１ｃに向かうにつれて断面積及び直径が漸減されると共に、定形部１１ｂと定形部１１ｃとの中途において最小の直径ｄとなる。さらに、絞り部１１ａでは、直径ｄの部分から定形部１１ｃに向かうにつれて断面積及び直径が漸増される。

第１差圧センサ１２は、一対の管部１２ａ，１２ｂとセンサ部１２ｃとを含む。管部１２ａの一端は、ベンチュリ管１１の定形部１１ｂの側面に開口している。管部１２ｂの一端は、ベンチュリ管１１の絞り部１１ａ（ここでは直径ｄの部分）の側面に開口している。管部１２ａ，１２ｂの他端は、センサ部１２ｃに接続されている。センサ部１２ｃは、管部１２ａと管部１２ｂとの差圧を検出する。このように、第１差圧センサ１２は、絞り部１１ａと定形部１１ｂの間のＥＧＲガスＧｃの差圧に基づいて、ＥＧＲガスＧｃの静圧Ｈを検出する。なお、図中のρ，μは、それぞれ、ＥＧＲガスＧｃの密度及び粘度を示し、ρ´は管部１２ａ，１２ｂに配置された流体の密度を示す。

第２差圧センサ１３は、一対の管部１３ａ，１３ｂとセンサ部１３ｃを含む。管部１３ａの一端は、ベンチュリ管１１の定形部１１ｃ（地点Ａ）の側面に開口している。管部１３ｂの一端は、ベンチュリ管１１の定形部１１ｃ（地点Ｂ）においてＥＧＲガスＧｃの流れに対向するように開口している。管部１３ａ，１３ｂは、ピトー管を構成する。管部１３ａ，１３ｂの他端はセンサ部１３ｃに接続されている。このように、第２差圧センサ１３は、ピトー管を含み、定形部１１ｃの地点Ａと地点Ｂとの差圧に基づいてＥＧＲガスＧｃの動圧ｈを検出する。なお、図中において、ｇは重力加速度、ρｍは管部１３ａ，１３ｂに配置された流体の密度を示す。

第１差圧センサ１２及び第２差圧センサ１３は、検出結果を示す情報を制御部３０に出力する。換言すれば、制御部３０は、第１差圧センサ１２から静圧Ｈを示す情報、及び、第２差圧センサ１３から動圧ｈを示す情報を取得する。これにより、制御部３０は、静圧Ｈと動圧ｈとに基づいて、循環通路８０におけるＥＧＲガスＧｃの全圧及び流量を算出する。特に、制御部３０は、クランク角度を示す情報を取得する。そして、制御部３０は、一部のクランク角度に対応する周期的なタイミングで、第１差圧センサ１２から静圧Ｈを示す情報、及び、第２差圧センサ１３から動圧ｈを示す情報を取得し（すなわち、静圧Ｈ及び動圧ｈのサンプリングを行い）、流量を算出する。

図３は、クランク角度と排気圧力との関係を示すグラフである。図３に示されるように、排気ガスＧｂの圧力は、クランク角度に応じた（各シリンダ５０のサイクルに応じた）、パルス（排気圧力パルス）ＰＰを有する。制御部３０が静圧Ｈ及び動圧ｈのサンプリングを行うタイミングの一例としては、各シリンダ５０からの排気ガスＧｂのパルスＰＰがベンチュリ管１１に到達する時期のクランク角に対応するタイミングである。

当該タイミングのより具体的な一例としては、ファイヤリングオーダ＃１のシリンダ５０からの排気ガスＧｂのパルスＰＰがベンチュリ管１１に到達する時期のクランク角度の範囲Ｃａ、及び、ファイヤリングオーダ＃４のシリンダ５０からの排気ガスＧｂのパルスＰＰがベンチュリ管１１に到達する時期のクランク角度の範囲Ｃｂ等である。範囲Ｃａ及び範囲Ｃｂは、一例としてパルスＰＰのピークを含む範囲である。制御部３０は、全シリンダ５０を平均化した信号出力に対して、各シリンダ５０のタイミングで第１差圧センサ１２及び第２差圧センサ１３の検出値を取得し、各シリンダ５０ごとのＥＧＲガスＧｃの流量の算出を行うことができる。

以上説明したように、計測装置１は、ＥＧＲ装置Ｃにおいて、ＥＧＲガスＧｃの流量を計測するためのものである。すなわち、計測装置１は、ＥＧＲパルスといった脈動のある状況下で使用され得る。計測装置１は、ベンチュリ管１１の絞り部１１ａと他の部分（定形部１１ｂ）との間の差圧に基づいて、ＥＧＲガスＧｃの静圧Ｈを検出する第１差圧センサ１２と、ピトー管を用いてＥＧＲガスＧｃの動圧ｈを検出する第２差圧センサ１３と、を備えている。そして、計測装置１は、２つの差圧センサのそれぞれによって検出された静圧Ｈ及び動圧ｈに基づいて、ＥＧＲガスＧｃの流量を算出する。このように、流量の計測に際して、静圧Ｈに加えて動圧ｈを考慮することにより、脈動のある状況下でも精度の高い計測値を得ることができる。

また、計測装置１においては、制御部３０は、クランク角度を示す情報を取得すると共に、一部のクランク角度に対応する周期的なタイミングで静圧Ｈ及び動圧ｈを示す情報を取得し、流量を算出する。このため、制御部３０の負荷が低減される。

さらに、計測装置１においては、当該タイミングは、シリンダ５０からの排気ガスＧｂのパルスＰＰがベンチュリ管１１に到達する時期のクランク角に対応するタイミングである。このため、ランダムなタイミングでのサンプリングと比較して精度が向上する。また、制御部３０の負荷を低減可能である。

以上の実施形態は、本発明の一形態を説明したものである。したがって、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、上記の実施形態を任意に変更したものとされ得る。

例えば、上記実施形態においては、制御部３０は、一部のクランク角度の範囲において静圧Ｈ及び動圧ｈの取得を行う例を示したが、全てのクランク角度の範囲において連続的に静圧Ｈ及び動圧ｈを取得して流量を算出するように構成されてもよい。

また、図３では、サンプリングのタイミングとして、パルスＰＰの波形のピークを含むクランク角度の範囲Ｃａ，Ｃｂが例示されているが、他の範囲であってもよい。

１…計測装置、１１…ベンチュリ管、１１ａ…絞り部、１２…第１差圧センサ、１３…第２差圧センサ、３０…制御部（算出部）、Ｇｂ…排気ガス、Ｇｃ…ＥＧＲガス、Ｈ…静圧、ｈ…動圧。

Claims (3)

1. 内燃機関の排気ガスの一部を還流させるためのＥＧＲ装置において、ＥＧＲガスの流量を計測するための計測装置であって、
   前記ＥＧＲガスの流路を形成するベンチュリ管と、
   前記ベンチュリ管に設けられた第１差圧センサ及び第２差圧センサと、
   前記第１差圧センサ及び前記第２差圧センサの検出結果に基づいて前記流量を算出する算出部と、を備え、
   前記ベンチュリ管は、断面積が減少させられた絞り部を含み、
   前記第１差圧センサは、前記絞り部と前記絞り部よりも上流側の部分との間の前記ＥＧＲガスの差圧に基づいて、前記ＥＧＲガスの静圧を検出し、
   前記第２差圧センサは、ピトー管を含み、前記ＥＧＲガスの動圧を検出し、
   前記算出部は、前記第１差圧センサ及び前記第２差圧センサから前記静圧及び前記動圧を示す情報を取得し、前記静圧と前記動圧とに基づいて前記流量を算出する、
   計測装置。
2. 前記算出部は、クランク角度を示す情報を取得すると共に、一部の前記クランク角度に対応する周期的なタイミングで前記静圧及び前記動圧を示す情報を取得し、前記流量を算出する、
   請求項１に記載の計測装置。
3. 前記タイミングは、前記内燃機関の各シリンダからの排気ガスの排気圧力パルスが前記ベンチュリ管に到達する時期の前記クランク角に対応するタイミングである、
   請求項２に記載の計測装置。

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