JP6744133B2 - マルチチャンネル温度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は温度測定装置に関し、より具体的には、内燃機関に用いられるマルチチャンネル温度測定装置に関する。

内燃機関に用いられるマルチチャンネル温度測定装置として、内燃機関から排出される排気ガスの温度を測定するために、例えば、排気ガス管路に配置される一対の温度センサを備えるペア温度センサが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１４−１３４４９５号公報

しかしながら、従来のマルチチャンネル温度測定装置では、異なる方式の複数の温度センサを備えることは考慮されておらず、また、異なる方式の複数の温度センサを備える場合に適した、あるいは、望ましい構成についても考慮されていなかった。

したがって、マルチチャンネル温度測定装置において、異なる方式の複数の温度センサを備える場合に適した構成を備えることが望まれている。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の態様として実現することが可能である。
第１の態様は、マルチチャンネル温度測定装置を提供する。第１の態様に係るマルチチャンネル温度測定装置は、複数のセンサ接続部を有する本体部と、熱電対式センサを含む複数種類の温度センサであって、それぞれが個別の接続線を介して前記複数のセンサ接続部に接続されており、前記個別の接続線のうち最も長い接続線は前記熱電対式センサとは異なる種類の温度センサに接続されている複数種類の温度センサと、を備える。

第１の態様に係るマルチチャンネル温度測定装置によれば個別の接続線のうち最も長い接続線は熱電対式センサとは異なる種類の温度センサに接続されているので、最も長い接続線にコスト高となる補償導線を用いなくて良く、異なる方式の複数の温度センサを備える場合に適した構成を備えることができる。

第１の態様に係るマルチチャンネル温度測定装置において、前記最も長い接続線は、熱起電力を生じない線材、または、前記熱電対式センサに接続されている前記個別の接続線の線材が有する熱起電力よりも低い熱起電力を有する線材からなっている。この場合には、補償導線と比較して接続線のコストが低減される。

第１の態様に係るマルチチャンネル温度測定装置において、前記個別の接続線のうち最も短い接続線は前記熱電対式センサに接続されている。この場合には、接続線の長さによって熱電対式センサを区別することができる。また、補償導線の長さを短くすることができ、マルチチャンネル温度測定装置のコストをさらに低減することがでいる。

第１の実施形態に係るマルチチャンネル温度測定装置の構成を示す説明図である。 第１の実施例に係るマルチチャンネル温度測定装置を構成する温度センサの内部構成の概略を示す説明図である。 第１の実施形態に係るマルチチャンネル温度測定装置を構成する本体部の内部機能構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係るマルチチャンネル温度測定装置における各温度センサと制御部とを接続するリード線の直線長さを示す説明図である。

第１の実施形態：
本発明に係るマルチチャンネル温度測定装置の一態様として、４つの温度センサが接続されているマルチチャンネル温度測定装置を例にとって以下説明する。図１は第１の実施形態に係るマルチチャンネル温度測定装置の構成を示す説明図である。なお、温度センサの数は、２本、３本でも良く、また、５本以上であっても良い。

マルチチャンネル温度測定装置ＭＳは、第１、第２、第３および第４の温度センサＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３、ＴＳ４、本体部５０を備えている。各温度センサＴＳ１〜ＴＳ４は、それぞれ個別のリード線３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄによって本体部５０に接続されている。各リード線（接続線）３０ａ〜３０ｄは、例えば、２本一組の導線であり、本体部５０の接続部に対して着脱可能なコネクタ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄを備えており、各温度センサＴＳ１〜ＴＳ４の交換が容易である。本体部５０は、外部接続ケーブル６０によって、例えば、図示しない内燃機関の運転状態を制御するエンジン制御装置（ＥＣＵ）に接続され、各温度センサＴＳ１〜ＴＳ４から出力される測定信号をＥＣＵに送信する。外部接続ケーブル６０は、ＥＣＵ側コネクタ６１、本体部側コネクタ６２、２本のデジタル信号線６３を備えている。

各温度センサの概略構成について図１および図２を参照して説明する。図２は第１の実施例に係るマルチチャンネル温度測定装置を構成する温度センサの内部構成の概略を示す説明図である。第１の温度センサＴＳ１は、金属管１０ａ、締結部２１ａ、ネジ部２２ａおよび六角ナット部２３ａを備えている。第２の温度センサＴＳ２は、金属管１０ｂ、締結部２１ｂ、ネジ部２２ｂおよび六角ナット部２３ｂを備えている。第３の温度センサＴＳ３は、金属管１０ｃ、締結部２１ｃ、ネジ部２２ｃおよび六角ナット部２３ｃを備えている。第４の温度センサＴＳ４は、金属管１０ｄ、締結部２１ｄ、ネジ部２２ｄおよび六角ナット部２３ｄを備えている。

以下では、第１の温度センサＴＳ１を代表例として説明し、第２〜第４の温度センサＴＳ２〜ＴＳ４については説明を省略する。なお、第２〜第４の温度センサＴＳ２〜ＴＳ４は、感温部１２ｂ、１２ｃ、１２ｄとして熱電対（測温接点）を備えず、サーミスタ素子または測温抵抗体を用いている点を除き、外形上は第１の温度センサＴＳ１と同様の構成を備えている。

金属管１０ａは先端部が半球状に閉じ、基端側が開口する有底筒状の形状を有し、内部には、先端側に感温部としての測温接点１２ａ、測温接点１２ａにおいて一端（先端）が接合されている一対の熱電対素線１３１ａ、１３２ａが備えられている。熱電対素線１３１ａ、１３２ａと金属管１０ａとの間の空間には、酸化マグネシア等の無機絶縁粉末が充填されている。したがって、第１の実施形態における第１の温度センサＴＳ１は、非接地型のシース熱電対であり、金属管１０ａはシース管とも呼ばれる。熱電対素線１３１ａ、１３２ａの組み合わせとしては、Ｂ熱電対、Ｒ熱電対、Ｓ熱電対、Ｎ熱電対、Ｋ熱電対、Ｅ熱電対、Ｊ熱電対およびＴ熱電対のいずれかの組み合わせが採用される。締結部２１ａ、ネジ部２２ａおよび六角ナット部２３ａは貫通孔２０ａを有しており、熱電対素線１３１ａ、１３２ａは、貫通孔２０ａ内にて端子台して補償接点を介してリード線３０ａと接続されている。なお、熱電対素線１３１ａ、１３２ａとリード線３０ａとの接続にはコネクタ、接続台が漏り居られても良い。感温方式に熱電対方式が用いられる場合、リード線３０ａには補償導線が用いられる。補償導線は、熱電対（熱電対素線１３１ａ、１３２ａ）と同材質、または、極めて類似した熱起電力特性を有する導線であり、絶縁性の被覆材で覆われている。

金属管１０ａは、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳＸＭ７、ＳＵＳ４３０といったステンレス鋼を含むＦｅ基合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金（商品名Ｋａｎｔｈａｌ、ＨＣＦ）を含むＦｅ基合金且つＡｌを０．１ｗｔ％以上含む合金、ＮＣＦ６００、ＮＣＦ６０１、ＮＣＦ６１７、ＮＣＦ６２５、ＮＣＦ７１８、ＮＣＦＸ７５０といったＮｉ基合金、Ｃｒ−Ｗ−Ｔｉ合金（商品面クリマックス）といったＣｒ基合金により形成され得る。Ｆｅ基合金は１０００℃未満の耐熱性を有し、Ｆｅ基合金且つＡｌを０．１ｗｔ％以上含む合金、Ｎｉ基合金、Ｃｒ基合金は、１０００℃以上の耐熱性を有する。なお、金属管１０ａは測温接点１２ａおよび熱電対素線１３１ａ、１３２ａを保護する保護管としても機能する。

第２〜第４の温度センサＴＳ２〜ＴＳ４の金属管１０ｂ〜１０ｄは、第１の温度センサＴＳ１と同一のまたは異なる合金によって形成されている。一方、第２〜第４の温度センサＴＳ２〜ＴＳ４のリード線３０ｂ〜３０ｄには、例えば、銅材、ステンレス鋼等からなる一般的なリード線が用いられる。なお、銅とステンレスの混合材（混合撚り線）からなるリード線が用いられても良い。

第１の温度センサＴＳ１は、例えば、測定対象である排気ガスの温度が高温となる、過給機（排気タービン式過給機）の流入側および排出側の少なくともいずれか一方に配置される。第２〜第４の温度センサＴＳ２〜ＴＳ４は、例えば、過給機の流入側・排出側ほど排気ガス温度が高温とならない、排気ガス触媒、ＥＧＲクーラ、ＤＰＦといった排気ガス管路に配置されている各装置の流入側および排出側の少なくともいずれか一方に配置される。なお、本実施形態における高温とは、例えば、１０００℃以上の温度を言う。

本体部の内部機能構成について図３を参照して説明する。図３は第１の実施形態に係るマルチチャンネル温度測定装置を構成する本体部の内部機能構成を示すブロック図である。本体部５０は、制御回路５１、第１、第２、第３および第４信号入力回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、入出力インタフェース５３および電源回路５４を備えている。制御回路５１、第１〜第４信号入力回路５２ａ〜５２ｄおよび入出力インタフェース５３は信号線によって通信可能に接続されている。

各信号入力回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは、各温度センサＴＳ１、Ｔｓ２、Ｔｓ３、ＴＳ４から出力され、入力された熱起電力（電圧）を温度信号に変換して、制御回路５１に出力する。第１、第２、第３および第４信号入力回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄはそれぞれ、第１、第２、第３および第４接続端子（センサ接続部）５２１ａ、５２１ｂ、５２１ｃ、５２１ｄを備えている。図１に示すように、第１信号入力回路５２ａの第１接続端子５２１ａには、第１の温度センサＴＳ１のコネクタ３５ａが接続されている。第２信号入力回路５２ｂの第２接続端子５２１ｂには、第２の温度センサＴＳ２のコネクタ３５ｂが接続されている。第３信号入力回路５２ｃの第３接続端子５２１ｃには、第３の温度センサＴＳ３のコネクタ３５ｃが接続されている。第４信号入力回路５２ｄの第４接続端子５２１ｄには、第４の温度センサＴＳ４のコネクタ３５ａが接続されている。

制御回路５１は、相互に通信可能に接続されている、図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリおよび入出力インタフェースを有する。制御回路５１は、第１〜第４信号入力回路５２ａ〜５２ｄから入力された温度信号をデジタル信号に変換して、入出力インタフェース５３に出力する。制御回路５１は、また、ＥＣＵから要求された測定部位（温度センサ）からの温度信号を選択的に入出力インタフェースに出力する。なお、制御回路５１は、図示しないＥＣＵとの通信に要求される通信プロトコルに応じたフレーム生成も行い得る。

入出力インタフェース５３は、通信接続端子５３１を備えており、通信接続端子５３１には、図１に示すように、外部接続ケーブル６０の本体部側コネクタ６２が接続されている。

電源回路５４は、外部電源から直流電力の供給を受け、制御回路５１の作動電圧まで降圧する回路である。電源回路５４は、電源接続端子５４１を備えており、図示しない電源ケーブルを介して外部電源と接続される。

図４は第１の実施形態に係るマルチチャンネル温度測定装置における各温度センサと制御部とを接続するリード線の直線長さを示す説明図である。第１の実施形態においては、第１、第２、第３および第４の温度センサＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３、ＴＳ４が備える各リード線３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの長さ（ｍｍ）は、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４の関係を有している。すなわち、熱電対式ではない感温部を備える第４の温度センサＴＳ４が備えるリード線３０ｄの長さＬ４が、マルチチャンネル温度測定装置ＭＳに接続されているリード線３０ａ〜３０ｄの中で最も長い。また、熱電対式の感温部を備える第１の温度センサＴＳ１が備えるリード線３０ａの長さＬ１が、マルチチャンネル温度測定装置ＭＳに接続されているリード線３０ａ〜３０ｄの中で最も短い。なお、リード線の長さの対比はリード線を直線状に伸ばした際の直線長さを意味する。第２〜第４の温度センサＴＳ２〜ＴＳ４が備えるリード線３０ｂ〜３０ｄのうち、少なくとも、第４の温度センサＴＳ４が備えるリード線３０ｄは、両端の温度差に応じて熱起電力を生じない線材、または、第１の温度センサＴＳ１が備えるリード線３０ａを成す線材が有する熱起電力よりも低い熱起電力を有する線材によって形成されている。

なお、リード線の長さＬは、コネクタ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄの端面、すなわち、各リード線３０ａ〜３０ｄの被覆材が露出を開始する位置から、各温度センサＴＳ１〜ＴＳ４の六角ナット部２３ａ〜２３ｄの端面、すなわち、各リード線３０ａ〜３０ｄの被覆材が露出を開始する位置の間の長さを意味する。あるいは、各温度センサＴＳ１〜ＴＳ４側における長さの計測基準位置としては、各温度センサＴＳ１〜ＴＳ４における感温部からの延伸するセンサ素線と、各リード線３０ａ〜３０ｄとが接続される接続位置を計測基準位置としても良い。

以上説明した第１の実施形態に係るマルチチャンネル温度測定装置ＭＳは、最も長いリード線を備える第４の温度センサＴＳ４として、熱電対式の温度センサではない温度センサ、例えば、サーミスタ式、測温抵抗式の温度センサを備えている。したがって、リード線の導線として、一般的なリード線の導線よりもコストが掛かる補償導線を用いなくて良く、マルチチャンネル温度測定装置ＭＳのコストの低減を図ることができる。

加えて、第１の実施形態に係るマルチチャンネル温度測定装置ＭＳは、最も短いリード線を備える第１の温度センサＴＳ１として、熱電対式の温度センサを備えていている。したがって、複数のリード線の中で、コストの掛かる補償導線を要するリード線の長さを最小とすることができ、マルチチャンネル温度測定装置ＭＳのコストの低減をさらに図ることができる。また、リード線の長さが最も短い温度センサが熱電対式の温度センサであることを容易に識別することができ、熱電対式の温度センサが装着されるべき位置に熱電対式の温度センサを適切に装着することができる。

変形例：
（１）上記実施形態において、マルチチャンネル温度測定装置ＭＳは、リード線の長さが最も短い温度センサとして熱電対式のセンサを備えているが、リード線の長さが最も長い温度センサが熱電対式の温度センサでなければ良く、例えば、リード線の長さが２番目に長い温度センサが熱電対式の温度センサであり、リード線の長さが最も短い温度センサが熱電対式の温度センサ以外の温度センサであっても良い。一例として、第１〜第３の温度センサＴＳ１〜ＴＳ３の全てが熱電対式の温度センサであっても良く、あるいは、第１および第３の温度センサＴＳ１、ＴＳ３が熱電対式の温度センサ、第２および第４の温度センサＴＳ２、ＴＳ４が熱電対式以外の温度センサであっても良い。

（２）上記実施形態において、感温部１２ａとしては、測温接点が金属管と接しない非接触型のシース熱電対が用いられているが、熱電対素線の先端が金属管に直接溶接接合されることにより測温接点が形成される接地型のシース熱電対、測温接点が金属管の先端から外部に露出する露出型のシース熱電対が用いられても良い。また、感温部１２ａとしては、熱電対素子線が絶縁管で覆われている、保護管型熱電対が用いられても良い。

（３）上記実施形態において、金属管１０ａ〜１０ｄは、開口径が等しい有底筒状の形状を有しているが、この他にも、中空管の先端部を半球状のキャップ部材で封止する形状、中空管の先端部を開放端（開口形状）とする形状、開口基端から先端部に向かって縮径する略三角錐状の形状が用いられても良い。また、金属管１０ａ〜１０ｄは、切削加工により形成されても良く、あるいは、スウェージング加工によって形成されても良い。

（４）上記実施形態において、各リード線３０ａ〜３０ｄは、本体部５０の接続端子（接続部）５２１ａ〜５２１ｄに対して着脱可能なコネクタ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄを備えているが、各コネクタ３５ａ〜３５ｄは、各接続端子５２１ａ〜５２１ｄに対して固定されていても良い。この場合には、コネクタ３５ａ〜３５ｄと接続端子５２１ａ〜５２１ｄとの接続間違いを防止することができる。

（５）上記実施形態において、制御回路５１は、第１〜第４信号入力回路５２ａ〜５２ｄから入力された温度信号をデジタル信号に変換して、入出力インタフェース５３に出力しているが、デジタル信号線６３に代えてアナログ信号線が備えられる場合には、アナログ−デジタル変換を行わず、アナログ信号を入出力インタフェースに出力しても良い。この場合、制御回路５１は、ＥＣＵから要求された測定部位（温度センサ）からの温度信号を選択的に入出力インタフェースに出力するために機能する。

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…金属管
１２ａ…測温接点（感温部）
１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…感温部
２０ａ…貫通孔
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ…締結部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ…ネジ部
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ…六角ナット部
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ…リード線
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ…コネクタ
５０…本体部
５１…制御回路
５２ａ…第１信号入力回路
５２ｂ…第２信号入力回路
５２ｃ…第３信号入力回路
５２ｄ…第４信号入力回路
５３…入出力インタフェース
５４…電源回路
６０…外部接続ケーブル
６１…ＥＣＵ側コネクタ
６２…本体部側コネクタ
６３…デジタル信号線
１３１ａ、１３２ａ…熱電対素線
５２１ａ…第１接続端子
５２１ｂ…第２接続端子
５２１ｃ…第３接続端子
５２１ｄ…第４接続端子
５３１…通信接続端子
５４１…電源接続端子
ＭＳ…マルチチャンネル温度測定装置
ＴＳ１…第１の温度センサ
ＴＳ２…第２の温度センサ
ＴＳ３…第３の温度センサ
ＴＳ４…第４の温度センサ

Claims (3)

1. マルチチャンネル温度測定装置であって、
   熱電対式センサを含む複数種類の温度センサと、
   複数のセンサ接続部を有し、前記複数種類の温度センサから出力される測定信号を内燃機関を制御するエンジン制御装置に送信する本体部と、を備え、
   前記複数種類の温度センサは、それぞれが個別の接続線を介して前記複数のセンサ接続部に接続されており、前記個別の接続線のうち最も長い接続線は前記熱電対式センサとは異なる種類の温度センサに接続されている、マルチチャンネル温度測定装置。
2. 請求項１に記載のマルチチャンネル温度測定装置において、
   前記最も長い接続線は、熱起電力を生じない線材、または、前記熱電対式センサに接続されている前記個別の接続線の線材が有する熱起電力よりも低い熱起電力を有する線材からなる、マルチチャンネル温度測定装置。
3. 請求項１または２に記載のマルチチャンネル温度測定装置において、
   前記個別の接続線のうち最も短い接続線は前記熱電対式センサに接続されている、マルチチャンネル温度測定装置。

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