WO2021193036A1 - 吸気量測定装置およびエンジン - Google Patents

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WO2021193036A1
WO2021193036A1 PCT/JP2021/009372 JP2021009372W WO2021193036A1 WO 2021193036 A1 WO2021193036 A1 WO 2021193036A1 JP 2021009372 W JP2021009372 W JP 2021009372W WO 2021193036 A1 WO2021193036 A1 WO 2021193036A1
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intake air
pressure
intake
detecting means
differential pressure
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PCT/JP2021/009372
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祐 鈴木
勇樹 吉田
和也 石田
悟志 柴田
勝敬 池町
雅保 高見
智大 鈴木
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株式会社クボタ
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Definitions

  • the present invention relates to an intake air amount measuring device and an engine for measuring the flow rate of intake air flowing through an intake air pipe of an engine.
  • Patent Document 1 discloses an intake control device for an engine including a MAF sensor.
  • the MAF sensor described in Patent Document 1 is provided in the intake pipe on the upstream side of the turbocharger, and detects the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe.
  • a hot wire type intake amount sensor MAF sensor that detects the intake amount of air (intake) flowing through the intake pipe. Is provided in the intake pipe.
  • the amount of intake air is the flow rate of air (intake air) flowing through the intake pipe, and is also called the intake air flow rate or MAF.
  • the output characteristic of the intake air amount sensor provided in the intake pipe depends on the shape of the intake system (for example, the intake pipe) on the upstream side of the intake air amount sensor.
  • the intake system on the upstream side of the intake amount sensor differs depending on the application installed in, for example, an industrial diesel engine. Therefore, the calibration work of the intake air amount sensor is required for each application mounted on the engine, which is complicated.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to suppress that the measurement result of the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe depends on the shape of the intake pipe, and to stably measure the flow rate of the intake air. It is an object of the present invention to provide an intake air amount measuring device and an engine capable.
  • the subject is an intake air amount measuring device for measuring the flow rate of intake air of an engine having three or more cylinders in series, the intake air distribution means for distributing the intake air to the cylinders of the engine, and the temperature of the intake air. Calculation to calculate the flow rate based on the temperature detecting means for detecting, the pressure detecting means for detecting the pressure of the intake air, the temperature transmitted from the temperature detecting means, and the pressure transmitted from the pressure detecting means.
  • the intake air distribution means is provided with a section, and the longitudinal direction of the intake air distribution means is along the direction in which the cylinders of the engine are lined up.
  • the intake air distribution means Is the inside of the intake air distribution means, the first branch portion of the intake air distribution means connected to the first cylinder of the engine provided at the position farthest from one end in the longitudinal direction, and in the longitudinal direction.
  • the temperature of the intake air in a region extending to the second branch portion of the intake air distribution means connected to the second cylinder of the engine provided at a position far from the one end next to the first cylinder is detected. This is solved by the intake air amount measuring device according to the present invention.
  • the longitudinal direction of the intake air distribution means for distributing the intake air to the cylinders of the engine is along the direction in which the cylinders of the engine are lined up.
  • the intake air of the engine flows into the intake air distribution means from one end in the longitudinal direction of the intake air distribution means.
  • the calculation unit calculates the flow rate of the intake air based on the temperature of the intake air transmitted from the temperature detecting means and the pressure of the intake air transmitted from the pressure detecting means.
  • the temperature detecting means detects the temperature of the intake air in a region extending over the first branch portion of the intake air distribution means and the second branch portion of the intake air distribution means.
  • the first branch portion is connected to the first cylinder of the engine provided at the position farthest from one end of the intake air distribution means in the longitudinal direction of the intake air distribution means.
  • the second branch portion is connected to the second cylinder of the engine provided at a position far from one end of the intake air distribution means next to the first cylinder of the engine in the longitudinal direction of the intake air distribution means.
  • the temperature detecting means detects the temperature of the intake air in the region in the intake air distribution means in which the intake air flow is relatively stable. Then, the calculation unit determines the temperature of the intake air transmitted from the temperature detecting means and the pressure of the intake air transmitted from the pressure detecting means, regardless of the intake air amount sensor (MAF sensor) that detects the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe.
  • MAF sensor intake air amount sensor
  • the intake air amount measuring device can suppress that the measurement result of the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe depends on the shape of the intake pipe, and can stably measure the flow rate of the intake air.
  • the pressure detecting means detects the pressure of the intake air in the region.
  • the pressure detecting means detects the pressure of the intake air in the region in the intake air distribution means in which the intake air flow is relatively stable, similarly to the temperature detecting means. Then, the calculation unit calculates the flow rate of the intake air based on the temperature of the intake air transmitted from the temperature detecting means and the pressure of the intake air transmitted from the pressure detecting means, regardless of the intake air amount sensor (MAF sensor). ..
  • the intake air amount measuring device can further suppress that the measurement result of the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe depends on the shape of the intake pipe, and can measure the flow rate of the intake air more stably. can.
  • the pressure detecting means is the pressure of the intake air located closer to one end in the longitudinal direction than the intake air whose temperature is detected by the temperature detecting means. Is characterized by detecting.
  • the pressure detecting means determines the pressure of the intake air located closer to one end of the intake air distribution means in the longitudinal direction of the intake air distribution means than the intake air whose temperature is detected by the temperature detecting means. To detect. Therefore, the pressure detecting means is not the intake air in the region where the flow is disturbed by, for example, the probe of the temperature detecting means installed in the intake air distribution means, but the intake air in the more stable region before the flow is disturbed. Detect pressure. Therefore, the pressure detecting means can detect the pressure of the intake air more stably. As a result, the intake air amount measuring device according to the present invention can further suppress that the measurement result of the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe depends on the shape of the intake pipe, and can measure the flow rate of the intake air more stably. can.
  • the intake air amount measuring device preferably detects the differential pressure between the exhaust recirculation means for recirculating the exhaust of the engine, the exhaust flowing through the exhaust recirculation means, and the intake air flowing through the intake air distribution means.
  • the calculation unit further includes a differential pressure detecting means transmitted to the calculation unit, the calculation unit further calculates the flow rate based on the differential pressure transmitted from the differential pressure detecting means, and the differential pressure detecting means calculates the flow rate. It is characterized in that the differential pressure is detected based on the pressure of the intake air in the region.
  • the intake air amount measuring device further includes an exhaust recirculation means for recirculating the exhaust of the engine and a differential pressure detecting means.
  • the calculation unit further calculates the flow rate of the intake air based on the differential pressure between the exhaust gas and the intake air transmitted from the differential pressure detecting means.
  • the differential pressure detecting means detects the differential pressure between the exhaust gas flowing through the exhaust recirculation means and the intake air flowing through the intake air distribution means, and transmits the differential pressure to the calculation unit.
  • the differential pressure detecting means detects the differential pressure between the exhaust gas and the intake air based on the pressure of the intake air in the region extending over the first branch portion and the second branch portion.
  • the intake pressure detection region by the differential pressure detecting means is the same as the intake pressure detection region by the pressure detecting means, that is, the region extending over the first branch and the second branch.
  • the differential pressure detecting means is the intake air located closer to one end in the longitudinal direction than the intake air whose temperature is detected by the temperature detecting means. It is characterized in that the differential pressure is detected based on the pressure.
  • the differential pressure detecting means is the pressure of the intake air located closer to one end of the intake air distribution means in the longitudinal direction of the intake air distribution means than the intake air whose temperature is detected by the temperature detecting means.
  • the differential pressure between the exhaust and the intake is detected based on. Therefore, the differential pressure detecting means is not the intake air in the region where the flow is disturbed by, for example, the probe of the temperature detecting means installed in the intake air distribution means, but the intake air in the more stable region before the flow is disturbed.
  • the differential pressure between the exhaust and the intake is detected based on the pressure of. Therefore, the differential pressure detecting means can detect the differential pressure between the exhaust gas and the intake air more stably.
  • the differential pressure detecting means is based on the pressure of the intake air located at the same position in the longitudinal direction as the intake air whose pressure is detected by the pressure detecting means. It is characterized in that the differential pressure is detected.
  • the differential pressure detecting means includes the exhaust air and the intake air based on the pressure of the intake air whose pressure is detected by the pressure detecting means and the intake air which is located at the same position in the longitudinal direction of the intake air distribution means. Detect the differential pressure of. That is, the position where the pressure of the intake air is detected by the differential pressure detecting means is the same as the position where the pressure of the intake air is detected by the pressure detecting means, that is, the position of the region extending between the first branch and the second branch.
  • the pressure of the intake air in the intake air distribution means for detecting the differential pressure by the differential pressure detecting means and the pressure of the intake air in the intake air distribution means detected by the pressure detecting means are time-synchronized with each other. Therefore, the calculation unit calculates the flow rate of the intake air flowing through the intake air distribution means and the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust gas return means from one system in the intake air distribution means, that is, a system in the same state.
  • the intake air amount measuring device can further improve the calculation accuracy of the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe.
  • the differential pressure detecting means flows through the cooling means for cooling the exhaust gas flowing through the exhaust gas recirculation means and the exhaust gas recirculation means downstream of the cooling means. It is characterized in that the differential pressure is detected based on the pressure of the exhaust gas between the flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the exhaust gas.
  • the differential pressure detecting means exhausts and intakes air based on the pressure of the exhaust air between the cooling means and the flow rate adjusting means provided on the downstream side of the cooling means. Detects the differential pressure with.
  • the calculation unit can estimate the degree of deterioration or the degree of deterioration of the cooling means based on the differential pressure transmitted by the differential pressure detecting means.
  • the intake air amount measuring device preferably further includes a spacer provided in the exhaust / return means between the cooling means and the flow rate adjusting means, and the spacer is the exhaust flowing through the exhaust / return means.
  • the differential pressure detecting means detects the differential pressure based on the pressure of the exhaust taken out through the hole of the spacer, which has a hole formed so as to penetrate in a direction intersecting the flow of the spacer. It is characterized by.
  • the spacer is a cooling means for cooling the exhaust gas and a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the exhaust gas. It is provided in the exhaust / return means between the spaces. Then, the differential pressure detecting means detects the differential pressure based on the pressure of the exhaust gas taken out through the hole of the spacer. Therefore, a path such as a pipe that transmits the exhaust pressure to the differential pressure detecting means can be reliably connected to the spacer with almost no structural restrictions from the cooling means and the flow rate adjusting means.
  • the differential pressure detecting means can more reliably acquire the exhaust pressure (static pressure) and detect the differential pressure with higher accuracy based on the exhaust pressure (static pressure).
  • the intake air amount measuring device preferably further includes an exhaust pressure acquisition path that is connected to the spacer and the differential pressure detecting means and transmits the pressure of the exhaust taken out through the hole to the differential pressure detecting means. At least a portion of the exhaust pressure acquisition path connected to the spacer is made of metal.
  • the exhaust pressure acquisition path is connected to the spacer and the differential pressure detecting means, and the pressure of the exhaust taken out through the hole of the spacer is transmitted to the differential pressure detecting means.
  • At least the portion of the exhaust pressure acquisition path connected to the spacer is made of metal. Therefore, it is possible to prevent the portion of the exhaust pressure acquisition path connected to the spacer from being deteriorated or hardened by the heat of the exhaust gas flowing through the exhaust gas return means. As a result, it is possible to suppress the formation of a gap between the portion of the exhaust pressure acquisition path connected to the spacer and the spacer, and the air outside the exhaust pressure acquisition path enters the inside of the exhaust pressure acquisition path. Can be suppressed.
  • the differential pressure detecting means can detect the differential pressure with higher accuracy. Further, since the portion of the exhaust pressure acquisition path connected to the spacer is made of metal, the exhaust pressure acquisition path can be fastened to the spacer by using a screw structure. As a result, it is possible to prevent the exhaust pressure acquisition path from coming off the spacer, and to easily position the exhaust pressure acquisition path with respect to the spacer.
  • the subject is an engine including an intake air amount measuring device for measuring an intake air flow rate and having three or more cylinders in series, and the intake air amount measuring device distributes the intake air to the cylinders of the engine.
  • the intake air distribution means that flows into the intake air distribution means and is connected to the first cylinder of the engine provided at the position farthest from one end in the longitudinal direction inside the intake air distribution means.
  • the first branch of the means and the second branch of the intake air distribution means connected to the second cylinder of the engine provided at a position far from the one end next to the first cylinder in the longitudinal direction. It is solved by the engine according to the present invention, which comprises detecting the temperature of the intake air in a spanning region.
  • the longitudinal direction of the intake air distribution means for distributing the intake air to the cylinders of the engine is along the direction in which the cylinders of the engine are lined up.
  • the intake air of the engine flows into the intake air distribution means from one end in the longitudinal direction of the intake air distribution means.
  • the calculation unit calculates the flow rate of the intake air based on the temperature of the intake air transmitted from the temperature detecting means and the pressure of the intake air transmitted from the pressure detecting means.
  • the temperature detecting means detects the temperature of the intake air in a region extending over the first branch portion of the intake air distribution means and the second branch portion of the intake air distribution means.
  • the first branch portion is connected to the first cylinder of the engine provided at the position farthest from one end of the intake air distribution means in the longitudinal direction of the intake air distribution means.
  • the second branch portion is connected to the second cylinder of the engine provided at a position far from one end of the intake air distribution means next to the first cylinder of the engine in the longitudinal direction of the intake air distribution means.
  • the temperature detecting means detects the temperature of the intake air in the region in the intake air distribution means in which the intake air flow is relatively stable. Then, the calculation unit determines the temperature of the intake air transmitted from the temperature detecting means and the pressure of the intake air transmitted from the pressure detecting means, regardless of the intake air amount sensor (MAF sensor) that detects the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe.
  • MAF sensor intake air amount sensor
  • the engine provided with the intake air amount measuring device can stably measure the intake air flow rate by suppressing the measurement result of the intake air flow flow through the intake air pipe from depending on the shape of the intake air pipe. can.
  • an intake air amount measuring device and an engine capable of stably measuring the intake air flow rate while suppressing the measurement result of the intake air flow rate flowing through the intake air pipe from depending on the shape of the intake air pipe. Can be done.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an engine including an intake air amount measuring device according to an embodiment of the present invention. First, an outline of the engine 1 including the intake air amount measuring device according to the present embodiment will be described.
  • the engine 1 shown in FIG. 1 is an internal combustion engine, for example, an industrial diesel engine.
  • the engine 1 is a vertical in-line multi-cylinder engine such as a supercharged high-output 4-cylinder engine with a turbocharger.
  • the engine 1 is mounted on a vehicle such as a construction machine, an agricultural machine, or a lawn mower.
  • the engine 1 shown in FIG. 1 includes a cylinder head 2, an intake manifold (intake manifold) 3, an exhaust manifold (exhaust manifold) 4, a turbocharger 5, an intake throttle valve (intake adjustment unit) 6, and an EGR (Exhaust). It includes a Gas Recirculation (exhaust gas recirculation) valve 7, an EGR cooler 8, and an intake air amount measuring device 200 having an ECU (Electronic Control Unit: electronic control unit, control unit) 100. It should be noted that the exhaust gas recirculation means for recirculating the exhaust gas of the engine 1 such as the EGR valve 7, the EGR cooler 8, and the EGR gas path 23 described later may not necessarily be provided.
  • the "manifold” is also called the "manifold”.
  • the intake manifold 3 of the present embodiment is an example of the "intake distribution means” of the present invention.
  • the ECU 100 of the present embodiment is an example of the "calculation unit” of the present invention.
  • the EGR valve 7 of the present embodiment is an example of the "flow rate adjusting means” of the present invention.
  • the EGR cooler 8 of the present embodiment is an example of the "cooling means” of the present invention.
  • the cylinder head 2 of the engine 1 is, for example, a cylinder head of a vertical in-line multi-cylinder engine having a first cylinder 11, a second cylinder 12, a third cylinder 13, and a fourth cylinder 14.
  • the intake AR that has passed through the intake throttle valve 6 and the exhaust gas recirculation gas ECG that has passed through the EGR valve 7 are mutually exclusive.
  • the first cylinder, the second cylinder, the third cylinder, and the fourth cylinder will be referred to in order from the cylinder provided at a position far from the mixed portion (mixing portion) 24 to the cylinder provided at a closer position. ..
  • the intake manifold 3 includes a main pipe 35 having a start end portion 351 into which intake air flows in at one end, and a first branch pipe 31, a second branch pipe 32, and a third branch pipe branching from the main pipe 35. It has 33 and a fourth branch pipe 34.
  • the starting end portion 351 of the present embodiment is an example of the "one end” of the present invention.
  • the first branch pipe 31, the second branch pipe 32, the third branch pipe 33, and the fourth branch pipe 34 of the present embodiment are the "first branch portion", the "second branch portion", and the "third branch” of the present invention. It is an example of each of "part” and "fourth branch part".
  • the longitudinal direction of the main pipe 35 is along the direction in which the first cylinder 11, the second cylinder 12, the third cylinder 13, and the fourth cylinder 14 are arranged side by side, that is, the direction in which the crankshaft extends.
  • the first branch pipe 31, the second branch pipe 32, the third branch pipe 33, and the fourth branch pipe 34 of the intake manifold 3 are the first cylinder 11, the second cylinder 12, the third cylinder 13, and the fourth cylinder 14.
  • Fuel injection valves 15 are provided in the combustion chambers of the first cylinder 11, the second cylinder 12, the third cylinder 13, and the fourth cylinder 14.
  • the fuel injection valve 15 is connected to the common rail 16.
  • the fuel in the fuel tank (not shown) is sent to the common rail 16 by the operation of the fuel pump.
  • the common rail 16 accumulates fuel sent from the fuel pump under the control of the ECU 100.
  • the fuel accumulated in the common rail 16 is injected from each fuel injection valve 15 into each combustion chamber.
  • the turbocharger 5 has a turbine 5T and a blower 5B, and supercharges the intake air to be sent to the intake manifold 3. That is, the portion of the blower 5B is connected to the intake pipe 20 and the intake passage 21. The intake passage 21 is connected to the inlet flange 22 of the intake manifold 3 via the intake throttle valve 6. The portion of the turbine 5T is connected to the exhaust passage 4B.
  • the exhaust gas EG guided through the exhaust passage 4B of the exhaust manifold 4 is supplied to the turbine 5T of the turbocharger 5, the turbine 5T and the blower 5B rotate at high speed. As the blower 5B rotates at high speed, the intake AR supplied and compressed to the blower 5B of the turbocharger 5 is supercharged to the intake manifold 3 through the intake passage 21.
  • the exhaust gas EG discharged from the turbine 5T is discharged to the outside of the engine 1 via a DPF (Diesel particulate filter) 19 or the like.
  • DPF Diesel particulate filter
  • the starting end portion 23M of the EGR gas path 23 as an exhaust gas recirculation path is connected to the exhaust manifold 4.
  • the starting end 23M of the EGR gas path 23 may be connected to the exhaust passage 4B between the exhaust manifold 4 and the turbine 5T.
  • the EGR gas path 23 of the present embodiment is an example of the "exhaust gas recirculation means" of the present invention.
  • the end portion 23N of the EGR gas path 23 is connected to an inlet flange 22 between the intake throttle valve 6 and the start end portion 351 of the intake manifold 3.
  • the EGR gas path 23 is provided with an EGR valve 7, an EGR cooler 8, and a spacer 400.
  • the EGR cooler 8 cools the exhaust gas recirculation gas ECG flowing through the EGR gas path 23.
  • the ECU 100 controls the operation of the intake throttle valve 6, the EGR valve 7, the common rail 16, and the like.
  • the intake throttle valve 6 controls the supply amount of the intake AR supplied to the inlet flange 22 of the intake manifold 3 by a command of the ECU 100 based on the depression amount of the accelerator pedal.
  • the EGR valve 7 adjusts the supply amount of the exhaust gas recirculation gas ECG supplied from the exhaust manifold 4 to the inlet flange 22 of the intake manifold 3 according to the command of the ECU 100.
  • the intake air amount measuring device 200 includes a pressure sensor 201, a temperature sensor 202, an EGR differential pressure sensor 203, and an ECU 100.
  • the pressure sensor 201 of the present embodiment is an example of the "pressure detecting means" of the present invention.
  • the temperature sensor 202 of the present embodiment is an example of the "temperature detecting means” of the present invention.
  • the EGR differential pressure sensor 203 of the present embodiment is an example of the “differential pressure detecting means" of the present invention.
  • the pressure sensor 201 detects the pressure Pi of the mixed intake CYL in the first pressure measuring unit 213 installed in the intake manifold 3 and transmits it to the ECU 100.
  • an intake pressure acquisition path 230 such as a pipe is connected to the intake manifold 3, the pressure sensor 201, and the EGR differential pressure sensor 203.
  • the pressure sensor 201 detects the pressure Pi of the mixed intake CYL in the first pressure measuring unit 213 taken out and transmitted through the intake pressure acquisition path 230.
  • the mixed intake CYL is a gas in which the intake AR that has passed through the intake throttle valve 6 and the exhaust gas recirculation gas ECG that has passed through the EGR valve 7 are mixed with each other.
  • the temperature sensor 202 is installed in the intake manifold 3, detects the temperature Ti of the mixed intake CYL in the intake manifold 3, and transmits the temperature Ti to the ECU 100.
  • the EGR differential pressure sensor 203 is a differential pressure between the pressure Pi of the mixed intake CYL in the first pressure measuring unit 213 and the pressure Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG in the second pressure measuring unit 223 installed in the EGR gas path 23.
  • the PP is detected and transmitted to the ECU 100.
  • the intake pressure acquisition path 230 has a portion connected to the pressure sensor 201 from the intake manifold 3 toward the pressure sensor 201 and the EGR differential pressure sensor 203, and the EGR differential pressure. It is branched into a portion connected to the sensor 203.
  • the EGR differential pressure sensor 203 detects the differential pressure PP based on the pressure Pi of the mixed intake CYL in the first pressure measuring unit 213 taken out and transmitted through the intake pressure acquisition path 230. That is, the EGR differential pressure sensor 203 detects the differential pressure PP based on the pressure Pi of the mixed intake CYL at the same position as the mixed intake CYL whose pressure Pi is detected by the pressure sensor 201. In other words, the pressure sensor 201 and the EGR differential pressure sensor 203 detect the pressure Pi of the mixed intake CYL in the first pressure measuring unit 213 that is temporally synchronized with each other in the intake manifold 3. Further, the second pressure measuring unit 223 is installed in the EGR gas path 23 between the EGR cooler 8 and the EGR valve 7.
  • the exhaust pressure acquisition path 500 such as a pipe is connected to the EGR gas path 23 and the EGR differential pressure sensor 203.
  • the EGR differential pressure sensor 203 detects the differential pressure PP based on the pressure Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG in the second pressure measuring unit 223 taken out and transmitted through the exhaust pressure acquisition path 500.
  • the details of the installation positions of the first pressure measuring unit 213 and the temperature sensor 202 will be described later.
  • a spacer 400 is provided in the EGR gas path 23 between the EGR cooler 8 as the cooling means and the EGR valve 7 as the flow rate adjusting means.
  • the spacer 400 is made of a heat-resistant metal such as stainless steel or iron.
  • the second pressure measuring unit 223 is preferably set in the metal spacer 400.
  • the exhaust pressure acquisition path 500 is connected to the spacer 400 and the EGR differential pressure sensor 203.
  • the exhaust pressure acquisition path 500 has a first portion 501 connected to the spacer 400 and a second portion 502 connected to the first portion 501 and also connected to the EGR differential pressure sensor 203.
  • the first portion 501 connected to at least the spacer 400 of the exhaust pressure acquisition path 500 is made of a heat-resistant metal such as stainless steel or iron.
  • the remaining second portion 502 of the exhaust pressure acquisition path 500 is made of a flexible, heat-resistant engineering plastic, a resin such as rubber, or the like.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a specific structural example of the spacer and the exhaust pressure acquisition path of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structural example of the spacer of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a cut surface AA (see FIG. 5) perpendicular to the flow direction of the exhaust gas recirculation gas ECG flowing through the EGR gas path 23.
  • the spacer 400 is attached between the EGR cooler 8 and the EGR valve 7.
  • the EGR cooler base 550 shown in FIG. 5 is fixed to the cylinder head 2 and supports the EGR cooler 8, the EGR valve 7, and the spacer 400.
  • the exhaust gas recirculation gas ECG indicated by the arrow is sent to the EGR valve 7 through the EGR cooler base 550, the EGR cooler 8 and the spacer 400 in this order.
  • the spacer 400 is arranged in the middle of the flow direction of the exhaust gas recirculation gas ECG indicated by the arrow in the EGR gas path 23 as the exhaust gas recirculation path. More specifically, the spacer 400 is arranged between the end portion 8M of the EGR cooler 8 and the start end portion 7N of the EGR valve 7.
  • the spacer 400 is formed so as to have a wall thickness as thin as possible (for example, a wall thickness of about 10 mm) with respect to the flow direction of the exhaust gas reflux gas ECG indicated by the arrow in order to prevent the engine 1 from becoming large in size.
  • the EGR differential pressure sensor 203 uses the spacer 400 and the exhaust pressure acquisition path 500, and the differential pressure PP is based on the pressure Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG taken out from between the EGR cooler 8 and the EGR valve 7.
  • the differential pressure PP is based on the pressure Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG taken out from between the EGR cooler 8 and the EGR valve 7.
  • the exhaust pressure acquisition path 500 is connected to the spacer 400 provided between the end portion 8M on the downstream side of the EGR cooler 8 and the start end portion 7N on the upstream side of the EGR valve 7. .. Then, the EGR differential pressure sensor 203 detects the differential pressure PP based on the pressure Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG in the second pressure measuring unit 223 in the spacer 400.
  • the first portion 501 of the exhaust pressure acquisition path 500 has a male screw portion 503 at a portion connected to the spacer 400.
  • the first portion 501 of the exhaust pressure acquisition path 500 is connected to the spacer 400.
  • the first portion 501 of the exhaust pressure acquisition path 500 is supported by the spacer 400 via the mounting bracket 520.
  • the mounting bracket 520 is fixed to the spacer 400 by fastening the bolt 521 to the female screw portion 403 of the spacer 400, and supports the first portion 501 of the exhaust pressure acquisition path 500.
  • the mounting bracket 520 suppresses the position of the first portion 501 of the exhaust pressure acquisition path 500 from being displaced, and also prevents the exhaust pressure acquisition path 500 from being disengaged from the spacer 400 and the EGR differential pressure sensor 203 due to engine vibration or the like.
  • the mounting surface 405 of the spacer 400 on which the seat surface of the male screw portion 503 contacts and the mounting surface 406 of the spacer 400 on which the mounting bracket 520 is mounted are on the same side surface of the spacer 400. It is provided (on the left side in FIG. 6). As a result, the operator or the like can approach the work of attaching the exhaust pressure acquisition path 500 to the spacer 400 and the work of attaching the mounting bracket 520 to the spacer 400 from the same side outside the engine 1. More preferably, the mounting surface 405 of the spacer 400 and the mounting surface 406 of the spacer 400 are coplanar to each other. As a result, the mounting surface 405 of the spacer 400 and the mounting surface 406 of the spacer 400 can be machined in the same process, and the structure of the spacer 400 can be simplified.
  • the spacer 400 is provided for two mountings, a circular gas through hole 401 for passing the exhaust gas return gas ECG and two mounting holes provided at both sides of the gas through hole 401 with the gas through hole 401 interposed therebetween. It has holes 402 and 402, and a gas pressure acquisition hole 410 for taking out the pressure Pe of the exhaust gas return gas ECG in the second pressure measuring unit 223 in the spacer 400.
  • the gas pressure acquisition hole 410 of the present embodiment is an example of the "hole" of the present invention.
  • the gas through hole 401 allows the exhaust gas return gas ECG to pass in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. Further, for example, a positioning stud (not shown) provided at the end 8M of the EGR cooler 8 shown in FIG. 5 passes through the holes 402 and 402, so that the spacer 400 is positioned toward the end 8M using the stud. There is.
  • the gas pressure acquisition hole 410 is formed so as to penetrate the spacer 400 in a direction intersecting the flow of the exhaust gas recirculation gas ECG flowing through the EGR gas path 23, for example, in the vertical direction TD.
  • the gas pressure acquisition hole 410 is formed in a TD direction perpendicular to the flow of the exhaust gas recirculation gas ECG flowing through the EGR gas path 23, and the spacer 400 is passed through the female screw portion 404. It penetrates.
  • "the gas pressure acquisition hole 410 penetrates the spacer 400" means that the gas pressure acquisition hole 410 communicates with the gas through hole 401 and the outside of the spacer 400 through another hole such as a female screw portion 404.
  • the pressure Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG in the second pressure measuring unit 223 in the spacer 400 is taken out through the gas pressure acquisition hole 410 and transmitted to the EGR differential pressure sensor 203 through the exhaust pressure acquisition path 500.
  • the exhaust pressure acquisition path 500 transmits the pressure Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG taken out through the gas pressure acquisition hole 410 to the EGR differential pressure sensor 203.
  • the EGR differential pressure sensor 203 is taken out through the gas pressure acquisition hole 410 of the spacer 400 and transmitted by the exhaust pressure acquisition path 500 to the pressure Pe of the exhaust return gas ECG in the second pressure measuring unit 223 and the intake pressure acquisition path 230.
  • the differential pressure PP between the pressure Pi of the mixed intake CYL and the pressure Pi in the first pressure measuring unit 213 taken out and transmitted through is detected.
  • the direction of the axis of the gas pressure acquisition hole 410 is not limited to the TD in the direction perpendicular to the flow of the exhaust gas recirculation gas ECG flowing through the EGR gas path 23.
  • the direction of the axis of the gas pressure acquisition hole 410 may be a direction that intersects the flow of the exhaust gas recirculation gas ECG flowing through the EGR gas path 23, for example, the flow of the exhaust gas recirculation gas ECG flowing through the EGR gas path 23. It may have a component in the opposite direction.
  • the ECU 100 determines the exhaust gas recirculation air amount mfegr of the exhaust gas recirculation gas ECG in the EGR gas path 23 as the exhaust gas recirculation path based on the differential pressure PP detected by the EGR differential pressure sensor 203 and the opening degree of the EGR valve 7. calculate. Details of the calculation of the exhaust return air amount mfegr will be described later.
  • the EGR cooler base 550 is fixed to the cylinder head 2 and the starting end portion 8N of the EGR cooler 8. Even if the spacer 400 is provided between the EGR valve 7 and the EGR cooler 8, the EGR cooler base 550 is made thinner in order to suppress the increase in size of the engine 1. At this time, it is possible to suppress the change in the cross-sectional area of the internal flow path of the EGR cooler base 550 before and after the thinning of the EGR cooler base 550, and the flow rate, pressure and temperature of the exhaust gas recirculation gas ECG flowing through the EGR gas path 23 change. That is suppressed.
  • the cross-sectional area of the narrowest internal flow path among the internal flow paths of the EGR cooler base 550 is kept the same before and after the thinning of the EGR cooler base 550.
  • the pressure Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG in the second pressure measuring unit 223 is suppressed from changing, and the differential pressure PP detected by the EGR differential pressure sensor 203 changes. It can be suppressed.
  • an intake amount sensor for detecting the intake amount of air (intake) flowing through the intake pipe is provided in the intake pipe.
  • the amount of intake air is the flow rate of air (intake air) flowing through the intake pipe, and is also called the intake air flow rate or MAF.
  • the output characteristic of the intake air amount sensor provided in the intake pipe depends on the shape of the intake system (for example, the intake pipe) on the upstream side of the intake air amount sensor.
  • the intake system on the upstream side of the intake amount sensor differs depending on the application installed in, for example, an industrial diesel engine. Therefore, the calibration work of the intake air amount sensor is required for each application mounted on the engine, which is complicated.
  • the ECU 100 suppresses that the measurement result of the intake air amount mfair in the intake air pipe 20 depends on the shape of the intake air pipe 20 as described below, and the intake air pipe 20.
  • the intake amount mfair at 20 is stably measured.
  • the ECU 100 first first detects the pressure Pi of the mixed intake CYL in the intake manifold 3 detected by the pressure sensor 201 and the mixed intake CYL in the intake manifold 3 detected by the temperature sensor 202.
  • the flow rate (intake amount mfcil) of the mixed intake CYL supplied into the cylinders from the first cylinder 11 to the fourth cylinder 14 shown in FIG. 1 is calculated based on the temperature Ti of the above.
  • the ECU 100 calculates the intake amount mfcil of the mixed intake CYL based on the pressure Pi of the mixed intake CYL and the temperature Ti of the mixed intake CYL using the gas state equation.
  • the intake amount mfcyl described above becomes the intake amount mfair of the intake AR described later.
  • the ECU 100 calculates the intake amount mfare of the intake AR flowing through the intake pipe 20 shown in FIG. 1 based on the intake amount mfcyl of the mixed intake CYL and the exhaust return air amount mfegr of the exhaust return gas ECG. Specifically, the ECU 100 calculates the difference between the calculated intake air amount mfcyl and the exhaust gas recirculation air amount mfegr of the exhaust gas recirculation gas ECG flowing through the EGR gas path 23, thereby displaying the intake pipe shown in FIG. The intake amount mfair of the intake AR flowing through 20 is calculated.
  • the exhaust gas recirculation air amount mfegr is an exhaust gas recirculation air amount table (map) as a function of the opening degree of the EGR valve 7 and the differential pressure PP (the differential pressure between the pressure Pi of the mixed intake CYL and the pressure Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG). ) Is stored in advance in the ROM or the like of the ECU 100.
  • the exhaust gas recirculation air amount table (exhaust gas recirculation air amount table) stored in advance in the ROM or the like of the ECU 100 according to the opening degree of the EGR valve 7 and the differential pressure PP detected by the EGR differential pressure sensor 203. Map) is read.
  • the ECU 100 includes the pressure Pi of the mixed intake CYL in the intake manifold 3 detected by the pressure sensor 201 shown in FIG. 1, the temperature Ti of the mixed intake CYL in the intake manifold 3 detected by the temperature sensor 202, and the EGR.
  • the differential pressure PP the differential pressure between the pressure Pi of the mixed intake CYL and the pressure Pe of the exhaust return gas ECG
  • the intake amount mfair can be calculated.
  • the ECU 100 suppresses that the measurement result of the intake air amount mfair depends on the shape of the intake air pipe 20, and stably measures the intake air amount mfair. Can be done.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the results of turbulent energy in the CFD fluid analysis performed by the present inventor.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the pressure results of the CFD fluid analysis performed by the present inventor.
  • 2 (B), 3 (B) and 4 (B) are mock diagrams illustrating the analysis results of the second cylinder 12 during the intake process.
  • 2 (C), 3 (C), and 4 (C) are mock diagrams illustrating the analysis results of the third cylinder 13 during the intake process.
  • 2 (D), 3 (D), and 4 (D) are mock diagrams illustrating the analysis results of the fourth cylinder 14 during the intake process.
  • the first pressure measuring unit 213 and the temperature sensor 202 are the intake manifold 3 It is desirable that the mixed intake CYL be installed at a position where the pulsation is relatively small, that is, a position where the flow of the mixed intake CYL is relatively stable in the intake manifold 3.
  • the pulsation of the mixed intake CYL in the intake manifold 3 is affected by the opening / closing operation of the intake valve (not shown) and the exhaust valve (not shown) of the engine 1 and the mixing of the intake AR and the exhaust return gas ECG.
  • the present inventor performed a CFD (Computational Fluid Dynamics) fluid analysis as illustrated below in order to confirm the turbulent flow energy, pressure, and temperature of the mixed intake CYL in the intake manifold 3. ..
  • CFD Computer Fluid Dynamics
  • the target fluid is a three-dimensional gas (air) and an incompressible fluid (constant density).
  • the flow of the target fluid is a steady flow as well as a turbulent flow.
  • the turbulence model is a Realizable k- ⁇ model.
  • the velocity distribution of the target fluid near the wall surface is based on the wall function (two-layer All y + model).
  • the solver is a separate solver. No heat transfer calculation is performed.
  • the reference calculation grid size is 5 mm.
  • the engine is a turbo diesel engine.
  • the rated rotation of the engine is 2600 rpm.
  • the engine is fully loaded.
  • the engine is an EGR specification engine having an EGR gas path 23, an EGR valve 7, and an EGR cooler 8.
  • the intake manifold 3 to be analyzed has a main pipe 35 having a start end portion 351 into which intake air flows in at one end and a first branch branching from the main pipe 35. It has a pipe 31, a second branch pipe 32, a third branch pipe 33, and a fourth branch pipe 34.
  • the longitudinal direction of the main pipe 35 is along the direction in which the first cylinder 11, the second cylinder 12, the third cylinder 13, and the fourth cylinder 14 are arranged side by side, that is, the direction in which the crankshaft extends.
  • the first branch pipe 31, the second branch pipe 32, the third branch pipe 33, and the fourth branch pipe 34 are connected to the first cylinder 11, the second cylinder 12, the third cylinder 13, and the fourth cylinder 14 of the engine 1, respectively. Will be done.
  • the intake manifold 3 includes the first branch pipe 31, the second branch pipe 32, the third branch pipe 33, and the fourth branch pipe 34, respectively.
  • the number of branch pipes of the intake manifold 3 connected to one cylinder of the engine 1 is not limited to this.
  • one first branch pipe 31, a second branch pipe 32, a third branch pipe 33, and a fourth branch pipe 34 are the first cylinder 11, the second cylinder 12, the third cylinder 13, and the third cylinder 13 of the engine 1, respectively. It may be connected to each of the fourth cylinders 14.
  • An inlet flange 22 that allows intake air to flow into the intake manifold 3 is connected to the start end portion 351 of the intake manifold 3.
  • the inlet flange 22 has an EGR gas path 23 through which the exhaust gas of the engine 1 is recirculated.
  • the exhaust gas recirculated through the EGR gas path 23 flows into the start end portion 351 of the intake manifold 3 after being mixed with the intake air at the mixing portion 24 in the inlet flange 22.
  • FIG. 1 The outline of the analysis conditions (physical model) explained above and the example of the result of the turbulent energy of the target fluid by the CFD fluid analysis performed based on the analysis conditions are as shown in FIG.
  • An example of the result of the pressure of the target fluid by CFD fluid analysis is as shown in FIG.
  • An example of the result of the temperature of the target fluid by CFD fluid analysis is as shown in FIG.
  • the turbulent energy of the target fluid near the third cylinder 13 and the fourth cylinder 14 is higher than the turbulent energy of the target fluid near the first cylinder 11 and the second cylinder 12.
  • the turbulent energy represents the magnitude of the turbulence of the flow of the target fluid. Therefore, in the example of the analysis results shown in FIGS. 2 (A) to 2 (D), the flow fields in the vicinity of the third cylinder 13 and the fourth cylinder 14 in the intake manifold 3 are the first cylinder 11 and the first cylinder 11. It has been suggested that it is more likely to be unstable than the flow field near the 2-cylinder 12.
  • the flow of the target fluid in the vicinity of the first cylinder 11 and the second cylinder 12 in the intake manifold 3 is the third cylinder. It is suggested that it is more stable than the flow of the target fluid near the 13th and the 4th cylinder 14.
  • the region 300 of the first branch pipe 31 and the region 301 from the third branch pipe 33 to the fourth branch pipe 34 the region 300 of the first branch pipe 31 and the region 301 from the third branch pipe 33 to the fourth branch pipe 34 .
  • the turbulent energy of the target fluid in the regions 302, 303 and 304 is higher than the turbulent energy of the target fluid in the other regions.
  • the turbulent energy of the target fluid in the region 308 is higher than the turbulent energy of the target fluid in the other regions.
  • the turbulent energy of the target fluid in the region 309 and the region 310 from the third branch pipe 33 to the fourth branch pipe 34 is in another region. Higher than the turbulent energy of the target fluid in.
  • the turbulent energy of the target fluid in the region 311 of the fourth branch pipe 34 is higher than the turbulent energy of the target fluid in the other regions.
  • the first branch pipe 31 connected to the first cylinder 11 extends to the second branch pipe 32 connected to the second cylinder 12.
  • the turbulent flow energy of the target fluid in the region W, particularly the position PS between the first branch pipe 31 connected to the first cylinder 11 and the second branch pipe 32 connected to the second cylinder 12, is relatively Low. Therefore, it can be seen that the flow of the target fluid in the region W in the intake manifold 3, particularly the position PS, is relatively stable.
  • the intake manifold 3 is used during the intake process of the first cylinder 11, the second cylinder 12, the third cylinder 13, and the fourth cylinder 14.
  • the pressure of the target fluid near the first cylinder 11 and the second cylinder 12 is more stable than the pressure of the target fluid near the third cylinder 13 and the fourth cylinder 14.
  • the pressure of the target fluid in the region W is higher than the pressure of the target fluid in the region 321 of the first branch pipe 31, and the pressure is higher than that of the target fluid. It is lower than the pressure of the target fluid in the region 322 and the region 323 from the third branch pipe 33 to the fourth branch pipe 34.
  • the pressure of the target fluid in the region W is higher than the pressure of the target fluid in the region 324 of the second branch pipe 32, and the pressure of the target fluid is higher than that of the third branch pipe 33. It is lower than the pressure of the target fluid in the regions 325 and 326 from to the fourth branch pipe 34.
  • the pressure of the target fluid in the region W is higher than the pressure of the target fluid in the region 327 of the third branch pipe 33, and the third branch pipe 33 It is lower than the pressure of the target fluid in the region 328 and the region 329 from to the fourth branch pipe 34.
  • the pressure of the target fluid in the region W is lower than the pressure of the target fluid in the regions 331 and 332 of the third branch pipe 33, and the fourth It is higher than the pressure of the target fluid in the region 333 and region 334 of the branch pipe 34.
  • the first branch pipe 31 connected to the first cylinder 11 extends to the second branch pipe 32 connected to the second cylinder 12.
  • the fluctuation of the pressure of the target fluid in the region W, particularly the position PS between the first branch pipe 31 connected to the first cylinder 11 and the second branch pipe 32 connected to the second cylinder 12, is relatively few. That is, the pressure of the target fluid in the region W in the intake manifold 3, particularly the position PS, is relatively stable.
  • the intake manifold 3 is used during the intake process of the first cylinder 11, the second cylinder 12, the third cylinder 13, and the fourth cylinder 14.
  • the temperature of the target fluid near the first cylinder 11 and the second cylinder 12 is more stable than the temperature of the target fluid near the third cylinder 13 and the fourth cylinder 14.
  • the temperature of the target fluid in the region W is the region 341 and the region 342 from the third branch pipe 33 to the fourth branch pipe 34. It is lower than the temperature of the target fluid in.
  • the temperature of the target fluid in the region W is the temperature of the target fluid in the regions 343 and the region 344 from the third branch pipe 33 to the fourth branch pipe 34. It is lower than the temperature.
  • the temperature of the target fluid in the region W is higher than the temperature of the target fluid in the region 345 of the first branch pipe 31, and the third branch pipe 33 It is lower than the temperature of the target fluid in the region 346 from to the fourth branch pipe 34. Further, as shown in FIG. 4 (D), during the fourth cylinder intake step, the temperature of the target fluid in the region W is lower than the temperature of the target fluid in the regions 347, 348 and 349 of the fourth branch pipe 34. ..
  • the first branch pipe 31 connected to the first cylinder 11 extends to the second branch pipe 32 connected to the second cylinder 12.
  • the fluctuation in the temperature of the target fluid in the region W, particularly in the position PS between the first branch pipe 31 connected to the first cylinder 11 and the second branch pipe 32 connected to the second cylinder 12, is relatively large. few. That is, the temperature of the target fluid in the region W in the intake manifold 3, particularly the position PS, is relatively stable.
  • the first pressure measuring unit 213 and the temperature sensor 202 are arranged along the direction in which the first cylinder 11, the second cylinder 12, the third cylinder 13 and the fourth cylinder 14 are arranged, that is, along the longitudinal direction of the main 35 of the intake manifold 3.
  • the intake manifold 3 is installed in a region far from the start end portion 351 in the region. More specifically, the first pressure measuring unit 213 and the temperature sensor 202 have a region W extending over the first branch pipe 31 connected to the first cylinder 11 and the second branch pipe 32 connected to the second cylinder 12. In particular, it is preferably installed at the position PS between the first branch pipe 31 connected to the first cylinder 11 and the second branch pipe 32 connected to the second cylinder 12.
  • the temperature sensor 202 includes a first branch pipe 31 connected to the first cylinder 11 and a second branch pipe 32 connected to the second cylinder 12.
  • the temperature Ti of the mixed intake CYL in the extending region W is detected.
  • the first branch pipe 31 is connected to the first cylinder 11 provided at the position farthest from the start end portion 351 of the intake manifold 3 in the longitudinal direction of the intake manifold 3.
  • the second branch pipe 32 is connected to the second cylinder 12 provided at a position far from the start end portion 351 of the intake manifold 3 next to the first cylinder 11 in the longitudinal direction of the intake manifold 3.
  • the ECU 100 determines the intake amount mfcyl of the mixed intake CYL and the intake of the intake AR based on the temperature Ti of the mixed intake CYL transmitted from the temperature sensor 202 and the pressure Pi of the mixed intake CYL transmitted from the pressure sensor 201. Calculate the quantity mfair. That is, in an engine provided with an exhaust gas recirculation means such as the EGR gas path 23, the ECU 100 takes in air by calculating the difference between the intake amount mfcyl of the mixed intake CYL and the exhaust recirculation air amount mfegr of the exhaust recirculation gas ECG. The intake amount mfair of AR is calculated.
  • the ECU 100 calculates the intake amount mfair of the intake AR assuming that the intake amount mfcyl of the mixed intake CYL corresponds to the intake amount mfair of the intake AR. do.
  • the temperature sensor 202 detects the temperature Ti of the mixed intake CYL in the region in the intake manifold 3 where the flow of the mixed intake CYL is relatively stable. Then, the ECU 100 transmits the temperature Ti of the mixed intake CYL transmitted from the temperature sensor 202 and the pressure sensor 201 regardless of the intake amount sensor (MAF sensor) that detects the flow rate of the intake AR flowing through the intake pipe 20. Based on the pressure Pi of the mixed intake CYL, the intake amount mfcil of the mixed intake CYL and the intake amount mfair of the intake AR are calculated.
  • the intake air amount measuring device 200 suppresses that the measurement result of the intake air amount mfair of the intake air flowing through the intake pipe 20 depends on the shape of the intake pipe 20, and stabilizes the intake air amount mfair of the intake air AR. Can be measured.
  • the pressure sensor 201 detects the pressure Pi of the mixed intake CYL in the region in the intake manifold 3 in which the flow of the mixed intake CYL is relatively stable. Then, as described above, the ECU 100 determines the temperature Ti of the mixed intake CYL transmitted from the temperature sensor 202 and the pressure sensor regardless of the intake amount sensor (MAF sensor) that detects the flow rate of the intake AR flowing through the intake pipe 20. Based on the pressure Pi of the mixed intake CYL transmitted from 201, the intake amount mfcil of the mixed intake CYL and the intake amount mfair of the intake AR are calculated.
  • the intake air amount measuring device 200 further suppresses that the measurement result of the intake air amount mfair of the intake air flowing through the intake pipe 20 depends on the shape of the intake pipe 20, and further suppresses the intake amount mfair of the intake air AR. Can be measured more stably.
  • the first pressure measuring unit 213 is provided at a position closer to the start end portion 351 of the intake manifold 3 than the temperature sensor 202 in the longitudinal direction of the intake manifold 3. Therefore, the pressure sensor 201 detects the pressure Pi of the mixed intake CYL located closer to the start end portion 351 in the longitudinal direction of the intake manifold 3 than the mixed intake CYL whose temperature Ti is detected by the temperature sensor 202. Therefore, the pressure sensor 201 is not in the mixed intake CYL in the region where the flow is disturbed by, for example, the probe of the temperature sensor 202 installed in the intake manifold 3, but in a more stable region before the flow is disturbed. The pressure Pi of the mixed intake CYL is detected.
  • the pressure sensor 201 can more stably detect the pressure Pi of the mixed intake CYL.
  • the intake air amount measuring device 200 according to the present embodiment further suppresses that the measurement result of the intake air amount mfair of the intake air flowing through the intake pipe 20 depends on the shape of the intake pipe 20, and further suppresses the intake amount mfair of the intake air AR. Can be measured more stably.
  • the EGR differential pressure sensor 203 is the mixed intake CYL in the region in the intake manifold 3. Detects the differential pressure PP between the pressure Pi of the mixed intake CYL in the region where the flow of the gas is relatively stable and the pressure Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG in the second pressure measuring unit 223 provided in the EGR gas path 23. .. Then, the ECU 100 includes the temperature Ti of the mixed intake CYL transmitted from the temperature sensor 202, the pressure Pi of the mixed intake CYL transmitted from the pressure sensor 201, and the differential pressure PP transmitted from the EGR differential pressure sensor 203.
  • the intake amount mfcil of the mixed intake CYL and the intake amount mfair of the intake AR are calculated.
  • the intake air amount measuring device 200 can improve the calculation accuracy of the intake air amount mfair of the intake air AR flowing through the intake pipe 20. ..
  • the EGR differential pressure sensor 203 is heated by the temperature sensor 202.
  • the differential pressure PP is detected based on the pressure Pi of the mixed intake CYL located closer to the start end portion 351 in the longitudinal direction of the intake manifold 3 than the mixed intake CYL at which Ti is detected. Therefore, the EGR differential pressure sensor 203 is not a mixed intake CYL in a region where the flow is disturbed by, for example, a probe of the temperature sensor 202 installed in the intake manifold 3, but a more stable region before the flow is disturbed.
  • the differential pressure PP is detected based on the pressure Pi of the mixed intake CYL in. Therefore, the EGR differential pressure sensor 203 can detect the differential pressure PP more stably. As a result, when the exhaust recirculation means for recirculating the exhaust of the engine 1 is provided, the intake air amount measuring device 200 according to the present embodiment can improve the calculation accuracy of the intake air amount mfair of the intake air AR flowing through the intake pipe 20. ..
  • the EGR differential pressure sensor 203 is applied to the pressure Pi of the mixed intake CYL whose pressure Pi is detected by the pressure sensor 201 and the pressure Pi of the mixed intake CYL located at the same position (that is, the first pressure measuring unit 213) in the longitudinal direction of the intake manifold 3.
  • the differential pressure PP is detected based on this. That is, the detection position of the pressure Pi of the mixed intake CYL by the EGR differential pressure sensor 203 is the same as the detection position of the pressure Pi of the mixed intake CYL by the pressure sensor 201, that is, extends over the first branch pipe 31 and the second branch pipe 32. The position of the area W.
  • the pressure Pi of the mixed intake CYL in the intake manifold 3 for detecting the differential pressure PP by the EGR differential pressure sensor 203 and the pressure Pi of the mixed intake CYL in the intake manifold 3 detected by the pressure sensor 201 are mutually timed. Synchronize. Therefore, the ECU 100 calculates the intake amount mfcyl of the mixed intake CYL and the exhaust return air amount mfegr of the exhaust return gas ECG from one system in the intake manifold 3, that is, a system in the same state.
  • the intake air amount measuring device 200 can improve the calculation accuracy of the intake air amount mfair of the intake air AR flowing through the intake pipe 20. ..
  • the second pressure measuring unit 223 is provided in the EGR gas path 23 between the EGR cooler 8 and the EGR valve 7. Therefore, the EGR differential pressure sensor 203 detects the differential pressure PP based on the pressure Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG between the EGR cooler 8 and the EGR valve 7. As a result, the ECU 100 can estimate the degree of deterioration or the degree of deterioration of the EGR cooler 8 based on the differential pressure PP transmitted by the EGR differential pressure sensor 203.
  • the spacer 400 is provided in the EGR gas path 23 between the EGR cooler 8 and the EGR valve 7. Then, the EGR differential pressure sensor 203 detects the differential pressure PP based on the pressure Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG taken out through the gas pressure acquisition hole 410 of the spacer 400. Therefore, the exhaust pressure acquisition path 500 that transmits the pressure Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG to the EGR differential pressure sensor 203 can be reliably connected to the spacer 400 with almost no structural restrictions from the EGR valve 7 and the EGR cooler 8. It is said that.
  • the acquisition path 500 can be easily connected to the spacer 400.
  • the gas pressure acquisition hole 410 of the spacer 400 is formed so as to penetrate in a direction intersecting the flow of the exhaust gas recirculation gas ECG flowing through the EGR gas path 23. Therefore, it is possible to prevent the gas pressure acquisition hole 410 of the spacer 400 from being blocked by the particulate matter (PM: Particulate Matter) contained in the exhaust gas reflux gas ECG.
  • PM particulate Matter
  • the EGR differential pressure sensor 203 more reliably acquires the pressure (static pressure) Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG, and obtains the differential pressure PP with higher accuracy based on the pressure (static pressure) Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG. Can be detected.
  • the exhaust pressure acquisition path 500 is connected to the spacer 400 and the EGR differential pressure sensor 203, and the pressure Pe of the exhaust gas recirculation gas ECG taken out through the gas pressure acquisition hole 410 of the spacer 400 is transmitted to the EGR differential pressure sensor 203.
  • the first portion 501 connected to at least the spacer 400 in the exhaust pressure acquisition path 500 is made of metal. Therefore, it is possible to prevent the first portion 501 connected to the spacer 400 of the exhaust pressure acquisition path 500 from being deteriorated or hardened by the heat of the exhaust gas recirculation gas ECG flowing through the EGR gas path 23.
  • the EGR differential pressure sensor 203 can detect the differential pressure PP with higher accuracy.
  • the exhaust pressure acquisition path 500 can be fastened to the spacer 400 by using a screw structure. As a result, it is possible to prevent the exhaust pressure acquisition path 500 from coming off from the spacer 400, and to easily position the exhaust pressure acquisition path 500 with respect to the spacer 400.
  • the second portion 502 connected to the EGR differential pressure sensor 203 in the exhaust pressure acquisition path 500 is made of a flexible, heat-resistant engineering plastic, a resin such as rubber, or the like. Therefore, even if the first portion 501 of the exhaust pressure acquisition path 500 is made of metal, the second portion 502 of the exhaust pressure acquisition path 500 flexibly corresponds to the position of the EGR differential pressure sensor 203 and is an EGR differential pressure sensor. It is said that it can be easily connected to 203.
  • the engine 1 is a supercharged diesel engine with a turbocharger.
  • the present invention is not limited to this, and the engine of the present invention may be a naturally aspirated diesel engine, a supercharged gasoline engine with a turbocharger, a naturally aspirated gasoline engine, or the like.
  • the type of engine 1 is a multi-cylinder engine such as a supercharged high-output 4-cylinder engine with a turbocharger.
  • the type of the engine 1 is not limited to this, and may be an engine having three cylinders or five or more cylinders.
  • the engine 1 can be mounted on a type of vehicle other than a vehicle such as a construction machine, an agricultural machine, or a lawnmower.

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Abstract

【課題】吸気配管を流れる吸気の流量の測定結果が吸気配管の形状に依存することを抑え、吸気の流量を安定的に測定することができる吸気量測定装置およびエンジンを提供すること。 【解決手段】吸気量測定装置200は、気筒11、12、13、14に吸気CYLを分配する吸気分配手段3と、吸気CYLの温度Tiを検出する温度検出手段202と、吸気CLの圧力Piを検出する圧力検出手段201と、温度検出手段202から伝達された温度Tiと圧力検出手段201から伝達された圧力Piとに基づいて吸気CYLの吸気量mfcylを演算する演算部100と、を備える。温度検出手段202は、吸気分配手段3の内部のうち、第1枝部31と、第2枝部32と、に亘る領域Wにある吸気CYLの温度Tiを検出する。

Description

吸気量測定装置およびエンジン
 本発明は、エンジンの吸気配管を流れる吸気の流量を測定する吸気量測定装置およびエンジンに関する。
 特許文献1には、MAFセンサを備えるエンジンの吸気制御装置が開示されている。特許文献1に記載されたMAFセンサは、ターボチャージャよりも上流側における吸気管に設けられ、吸気管を流れる吸気の流量を検出する。特許文献1に開示されたエンジンのように、一般的に、ディーゼルエンジン等の内燃機関では、吸気配管を流れる空気(吸気)の吸気量を検出する例えばホットワイヤ式の吸気量センサ(MAFセンサ)が吸気配管に設けられている。なお、吸気量は、吸気配管を流れる空気(吸気)の流量であり、吸入空気流量やMAFなどとも呼ばれる。
 しかし、吸気配管に設けられた吸気量センサの出力特性は、吸気量センサよりも上流側の吸気系(例えば吸気配管)の形状に依存するという問題がある。吸気量センサよりも上流側の吸気系は、例えば産業用ディーゼルエンジン等に搭載されるアプリケーション毎に異なる。そのため、吸気量センサの校正作業が、エンジンに搭載されるアプリケーション毎に必要になり煩雑である。
特開2010-285957号公報
 本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、吸気配管を流れる吸気の流量の測定結果が吸気配管の形状に依存することを抑え、吸気の流量を安定的に測定することができる吸気量測定装置およびエンジンを提供することを目的とする。
 前記課題は、直列で3つ以上の気筒を有するエンジンの吸気の流量を測定する吸気量測定装置であって、前記エンジンの前記気筒に前記吸気を分配する吸気分配手段と、前記吸気の温度を検出する温度検出手段と、前記吸気の圧力を検出する圧力検出手段と、前記温度検出手段から伝達された前記温度と前記圧力検出手段から伝達された前記圧力とに基づいて前記流量を演算する演算部と、を備え、前記吸気分配手段の長手方向は、前記エンジンの前記気筒が並ぶ方向に沿っており、前記吸気は、前記長手方向の一端から前記吸気分配手段に流入し、前記温度検出手段は、前記吸気分配手段の内部のうち、前記長手方向において前記一端から最も遠い位置に設けられた前記エンジンの第1気筒に接続された前記吸気分配手段の第1枝部と、前記長手方向において前記第1気筒の次に前記一端から遠い位置に設けられた前記エンジンの第2気筒に接続された前記吸気分配手段の第2枝部と、に亘る領域にある前記吸気の前記温度を検出することを特徴とする本発明に係る吸気量測定装置により解決される。
 本発明に係る吸気量測定装置によれば、エンジンの気筒に吸気を分配する吸気分配手段の長手方向は、エンジンの気筒が並ぶ方向に沿っている。エンジンの吸気は、吸気分配手段の長手方向の一端から吸気分配手段に流入する。そして、演算部は、温度検出手段から伝達された吸気の温度と、圧力検出手段から伝達された吸気の圧力と、に基づいて吸気の流量を演算する。温度検出手段は、吸気分配手段の第1枝部と、吸気分配手段の第2枝部と、に亘る領域にある吸気の温度を検出する。第1枝部は、吸気分配手段の長手方向において吸気分配手段の一端から最も遠い位置に設けられたエンジンの第1気筒に接続されている。第2枝部は、吸気分配手段の長手方向においてエンジンの第1気筒の次に吸気分配手段の一端から遠い位置に設けられたエンジンの第2気筒に接続されている。このように、温度検出手段は、吸気分配手段内の領域のうち吸気の流れが比較的安定した領域にある吸気の温度を検出する。そして、演算部は、吸気配管を流れる吸気の流量を検出する吸気量センサ(MAFセンサ)に依らず、温度検出手段から伝達された吸気の温度と、圧力検出手段から伝達された吸気の圧力と、に基づいて吸気の流量を演算する。これにより、本発明に係る吸気量測定装置は、吸気配管を流れる吸気の流量の測定結果が吸気配管の形状に依存することを抑え、吸気の流量を安定的に測定することができる。
 本発明に係る吸気量測定装置において、好ましくは、前記圧力検出手段は、前記領域にある前記吸気の前記圧力を検出することを特徴とする。
 本発明に係る吸気量測定装置によれば、圧力検出手段は、温度検出手段と同様に、吸気分配手段内の領域のうち吸気の流れが比較的安定した領域にある吸気の圧力を検出する。そして、演算部は、吸気量センサ(MAFセンサ)に依らず、温度検出手段から伝達された吸気の温度と、圧力検出手段から伝達された吸気の圧力と、に基づいて吸気の流量を演算する。これにより、本発明に係る吸気量測定装置は、吸気配管を流れる吸気の流量の測定結果が吸気配管の形状に依存することをより一層抑え、吸気の流量をより一層安定的に測定することができる。
 本発明に係る吸気量測定装置において、好ましくは、前記圧力検出手段は、前記温度検出手段により前記温度を検出される前記吸気よりも前記長手方向において前記一端に近い位置にある前記吸気の前記圧力を検出することを特徴とする。
 本発明に係る吸気量測定装置によれば、圧力検出手段は、温度検出手段により温度を検出される吸気よりも吸気分配手段の長手方向において吸気分配手段の一端に近い位置にある吸気の圧力を検出する。そのため、圧力検出手段は、例えば吸気分配手段内に設置された温度検出手段のプローブなどにより流れが乱された領域にある吸気ではなく、流れが乱される前のより安定した領域にある吸気の圧力を検出する。そのため、圧力検出手段は、吸気の圧力をより安定的に検出することができる。これにより、本発明に係る吸気量測定装置は、吸気配管を流れる吸気の流量の測定結果が吸気配管の形状に依存することをより一層抑え、吸気の流量をより一層安定的に測定することができる。
 本発明に係る吸気量測定装置は、好ましくは、前記エンジンの排気を還流する排気還流手段と、前記排気還流手段を流れる前記排気と前記吸気分配手段を流れる前記吸気との差圧を検出し、前記演算部に伝達する差圧検出手段と、をさらに備え、前記演算部は、前記差圧検出手段から伝達された前記差圧にさらに基づいて前記流量を演算し、前記差圧検出手段は、前記領域にある前記吸気の前記圧力に基づいて前記差圧を検出することを特徴とする。
 本発明に係る吸気量測定装置によれば、吸気量測定装置は、エンジンの排気を還流する排気還流手段と、差圧検出手段と、をさらに備える。演算部は、差圧検出手段から伝達された排気と吸気との差圧にさらに基づいて吸気の流量を演算する。差圧検出手段は、排気還流手段を流れる排気と、吸気分配手段を流れる吸気と、の差圧を検出し、演算部に伝達する。ここで、差圧検出手段は、第1枝部と第2枝部とに亘る領域にある吸気の圧力に基づいて排気と吸気との差圧を検出する。つまり、差圧検出手段による吸気の圧力の検出領域は、圧力検出手段による吸気の圧力の検出領域と同じ、すなわち第1枝部と第2枝部とに亘る領域である。これにより、エンジンの排気を還流する排気還流手段が設けられる場合において、本発明に係る吸気量測定装置は、吸気配管を流れる吸気の流量の演算精度を高めることができる。
 本発明に係る吸気量測定装置において、好ましくは、前記差圧検出手段は、前記温度検出手段により前記温度を検出される前記吸気よりも前記長手方向において前記一端に近い位置にある前記吸気の前記圧力に基づいて前記差圧を検出することを特徴とする。
 本発明に係る吸気量測定装置によれば、差圧検出手段は、温度検出手段により温度を検出される吸気よりも吸気分配手段の長手方向において吸気分配手段の一端に近い位置にある吸気の圧力に基づいて排気と吸気との差圧を検出する。そのため、差圧検出手段は、例えば吸気分配手段内に設置された温度検出手段のプローブなどにより流れが乱された領域にある吸気ではなく、流れが乱される前のより安定した領域にある吸気の圧力に基づいて排気と吸気との差圧を検出する。そのため、差圧検出手段は、排気と吸気との差圧をより安定的に検出することができる。これにより、エンジンの排気を還流する排気還流手段が設けられる場合において、本発明に係る吸気量測定装置は、吸気配管を流れる吸気の流量の演算精度をより一層高めることができる。
 本発明に係る吸気量測定装置において、好ましくは、前記差圧検出手段は、前記圧力検出手段により前記圧力を検出される前記吸気と前記長手方向において同じ位置にある前記吸気の前記圧力に基づいて前記差圧を検出することを特徴とする。
 本発明に係る吸気量測定装置によれば、差圧検出手段は、圧力検出手段により圧力を検出される吸気と吸気分配手段の長手方向において同じ位置にある吸気の圧力に基づいて排気と吸気との差圧を検出する。つまり、差圧検出手段による吸気の圧力の検出位置は、圧力検出手段による吸気の圧力の検出位置と同じ、すなわち第1枝部と第2枝部とに亘る領域の位置である。そのため、差圧検出手段により差圧を検出するための吸気分配手段における吸気の圧力と、圧力検出手段により検出される吸気分配手段における吸気の圧力と、は互いに時間的に同期する。そのため、演算部は、吸気分配手段を流れる吸気の流量と、排気還流手段を流れる排気の流量と、を吸気分配手段における一系統すなわち同じ状態の系から算出する。これにより、エンジンの排気を還流する排気還流手段が設けられる場合において、本発明に係る吸気量測定装置は、吸気配管を流れる吸気の流量の演算精度をより一層高めることができる。
 本発明に係る吸気量測定装置において、好ましくは、前記差圧検出手段は、前記排気還流手段を流れる前記排気を冷却する冷却手段と、前記冷却手段よりも下流側の前記排気還流手段を流れる前記排気の流量を調整する流量調整手段と、の間にある前記排気の圧力に基づいて前記差圧を検出することを特徴とする。
 本発明に係る吸気量測定装置によれば、差圧検出手段は、冷却手段と、冷却手段よりも下流側に設けられた流量調整手段と、の間にある排気の圧力に基づいて排気と吸気との差圧を検出する。これにより、演算部は、差圧検出手段により伝達された差圧に基づいて冷却手段の劣化具合あるいは劣化程度を推定することができる。
 本発明に係る吸気量測定装置は、好ましくは、前記冷却手段と前記流量調整手段との間における前記排気還流手段に設けられたスペーサをさらに備え、前記スペーサは、前記排気還流手段を流れる前記排気の流れに対して交差する方向に貫通して形成された孔を有し、前記差圧検出手段は、前記スペーサの前記孔を通して取り出された前記排気の圧力に基づいて前記差圧を検出することを特徴とする。
 本発明に係る吸気量測定装置によれば、エンジンの排気を還流する排気還流手段が設けられる場合において、スペーサが、排気を冷却する冷却手段と、排気の流量を調整する流量調整手段と、の間における排気還流手段に設けられる。そして、差圧検出手段は、スペーサの孔を通して取り出された排気の圧力に基づいて差圧を検出する。そのため、排気の圧力を差圧検出手段に伝える配管等の経路が、冷却手段および流量調整手段から構造上の制約をほとんど受けることなく、スペーサに確実に接続可能とされている。また、冷却手段および流量調整手段の構造を変更しなくとも、スペーサの構造を変更することにより、排気の圧力を差圧検出手段に伝える種々の配管等の経路をスペーサに容易に接続することができる。さらに、スペーサの孔は、排気還流手段を流れる排気の流れに対して交差する方向に貫通して形成されている。そのため、スペーサの孔が排気に含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)により閉塞することを抑えることができる。これにより、差圧検出手段は、排気の圧力(静圧)をより確実に取得し、排気の圧力(静圧)に基づいて差圧をより高い精度で検出することができる。
 本発明に係る吸気量測定装置は、好ましくは、前記スペーサと前記差圧検出手段とに接続され前記孔を通して取り出された前記排気の圧力を前記差圧検出手段に伝える排気圧取得経路をさらに備え、前記排気圧取得経路のうちの少なくとも前記スペーサに接続された部分は、金属製であることを特徴とする。
 本発明に係る吸気量測定装置によれば、排気圧取得経路が、スペーサと差圧検出手段とに接続され、スペーサの孔を通して取り出された排気の圧力を差圧検出手段に伝える。そして、排気圧取得経路のうちの少なくともスペーサに接続された部分は、金属製である。そのため、排気圧取得経路のうちのスペーサに接続された部分が、排気還流手段を流れる排気の熱により劣化したり硬化したりすることを抑えることができる。これにより、排気圧取得経路のうちのスペーサに接続された部分と、スペーサと、の間に隙間が生ずることを抑え、排気圧取得経路の外部の空気が排気圧取得経路の内部に進入することを抑えることができる。これにより、差圧検出手段は、差圧をより高い精度で検出することができる。また、排気圧取得経路のうちのスペーサに接続された部分が金属製であるため、排気圧取得経路をねじ構造を用いてスペーサに締結することができる。これにより、排気圧取得経路がスペーサから外れることを抑え、スペーサに対する排気圧取得経路の位置決めを容易に行うことができる。
 また、前記課題は、吸気の流量を測定する吸気量測定装置を備え、直列で3つ以上の気筒を有するエンジンであって、前記吸気量測定装置は、前記エンジンの前記気筒に前記吸気を分配する吸気分配手段と、前記吸気の温度を検出する温度検出手段と、前記吸気の圧力を検出する圧力検出手段と、前記温度検出手段から伝達された前記温度と前記圧力検出手段から伝達された前記圧力とに基づいて前記流量を演算する演算部と、を有し、前記吸気分配手段の長手方向は、前記エンジンの前記気筒が並ぶ方向に沿っており、前記吸気は、前記長手方向の一端から前記吸気分配手段に流入し、前記温度検出手段は、前記吸気分配手段の内部のうち、前記長手方向において前記一端から最も遠い位置に設けられた前記エンジンの第1気筒に接続された前記吸気分配手段の第1枝部と、前記長手方向において前記第1気筒の次に前記一端から遠い位置に設けられた前記エンジンの第2気筒に接続された前記吸気分配手段の第2枝部と、に亘る領域にある前記吸気の前記温度を検出することを特徴とする本発明に係るエンジンにより解決される。
 本発明に係る吸気量測定装置を備えたエンジンによれば、エンジンの気筒に吸気を分配する吸気分配手段の長手方向は、エンジンの気筒が並ぶ方向に沿っている。エンジンの吸気は、吸気分配手段の長手方向の一端から吸気分配手段に流入する。そして、演算部は、温度検出手段から伝達された吸気の温度と、圧力検出手段から伝達された吸気の圧力と、に基づいて吸気の流量を演算する。温度検出手段は、吸気分配手段の第1枝部と、吸気分配手段の第2枝部と、に亘る領域にある吸気の温度を検出する。第1枝部は、吸気分配手段の長手方向において吸気分配手段の一端から最も遠い位置に設けられたエンジンの第1気筒に接続されている。第2枝部は、吸気分配手段の長手方向においてエンジンの第1気筒の次に吸気分配手段の一端から遠い位置に設けられたエンジンの第2気筒に接続されている。このように、温度検出手段は、吸気分配手段内の領域のうち吸気の流れが比較的安定した領域にある吸気の温度を検出する。そして、演算部は、吸気配管を流れる吸気の流量を検出する吸気量センサ(MAFセンサ)に依らず、温度検出手段から伝達された吸気の温度と、圧力検出手段から伝達された吸気の圧力と、に基づいて吸気の流量を演算する。これにより、本発明に係る吸気量測定装置を備えたエンジンは、吸気配管を流れる吸気の流量の測定結果が吸気配管の形状に依存することを抑え、吸気の流量を安定的に測定することができる。
 本発明によれば、吸気配管を流れる吸気の流量の測定結果が吸気配管の形状に依存することを抑え、吸気の流量を安定的に測定することができる吸気量測定装置およびエンジンを提供することができる。
本発明の実施形態に係る吸気量測定装置を備えるエンジンを示す模式図である。 本発明者が実施したCFD流体解析の乱流エネルギーの結果を例示する模式図である。 本発明者が実施したCFD流体解析の圧力の結果を例示する模式図である。 本発明者が実施したCFD流体解析の温度の結果を例示する模式図である。 本実施形態のスペーサおよび排気圧取得経路の具体的な構造例を示す斜視図である。 本実施形態のスペーサの構造例を示す断面図である。
 以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
 なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(エンジン1の概要)
 図1は、本発明の実施形態に係る吸気量測定装置を備えるエンジンを示す模式図である。
 まず、本実施形態に係る吸気量測定装置を備えるエンジン1の概要を説明する。図1に示すエンジン1は、内燃機関であって、例えば産業用ディーゼルエンジンである。エンジン1は、例えばターボチャージャ付きの過給式の高出力な4気筒エンジン等の立型の直列の多気筒エンジンである。エンジン1は、例えば建設機械、農業機械、芝刈り機のような車両等に搭載される。
 図1に示すエンジン1は、シリンダヘッド2と、吸気マニホールド(インテークマニホールド)3と、排気マニホールド(エキゾーストマニホールド)4と、ターボチャージャ5と、インテークスロットルバルブ(吸気調整部)6と、EGR(Exhaust Gas Recirculation:排気ガス再循環)バルブ7と、EGR冷却器8と、ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット、制御部)100を有する吸気量測定装置200と、を備える。なお、EGRバルブ7、EGR冷却器8、および後述するEGRガス経路23のようなエンジン1の排気を還流する排気還流手段は、必ずしも設けられていなくともよい。「マニホールド」は、「マニホルド」とも呼ばれる。また、本実施形態の吸気マニホールド3は、本発明の「吸気分配手段」の一例である。本実施形態のECU100は、本発明の「演算部」の一例である。本実施形態のEGRバルブ7は、本発明の「流量調整手段」の一例である。本実施形態のEGR冷却器8は、本発明の「冷却手段」の一例である。
 エンジン1のシリンダヘッド2は、例えば、第1気筒11と、第2気筒12と、第3気筒13と、第4気筒14と、を有する立型の直列の多気筒エンジンのシリンダヘッドである。本願明細書では、複数の気筒が並んだ方向すなわちクランク軸が延びた方向に沿ってみたとき、インテークスロットルバルブ6を通過した吸気ARと、EGRバルブ7を通過した排気還流ガスECGと、が互いに混合される部位(混合部)24から遠い位置に設けられた気筒から近い位置に設けられた気筒に向かって順に、第1気筒、第2気筒、第3気筒、第4気筒と称することにする。
 図1に示すように、吸気マニホールド3は、吸気が流入する始端部351を一端に有する本管35と、本管35から分岐する第1枝管31、第2枝管32、第3枝管33および第4枝管34と、を有する。本実施形態の始端部351は、本発明の「一端」の一例である。本実施形態の第1枝管31、第2枝管32、第3枝管33および第4枝管34は、本発明の「第1枝部」、「第2枝部」、「第3枝部」および「第4枝部」のそれぞれの一例である。本管35の長手方向は、第1気筒11、第2気筒12、第3気筒13および第4気筒14が並んだ方向すなわちクランク軸が延びた方向に沿っている。吸気マニホールド3の第1枝管31と第2枝管32と第3枝管33と第4枝管34とは、第1気筒11と第2気筒12と第3気筒13と第4気筒14とに対して、それぞれ接続されている。第1気筒11と第2気筒12と第3気筒13と第4気筒14との各燃焼室には、燃料噴射弁15が設けられている。燃料噴射弁15は、コモンレール16に接続されている。図示しない燃料タンクの燃料は、燃料ポンプの動作により、コモンレール16に送られる。コモンレール16は、ECU100の制御により、燃料ポンプから送られてくる燃料を蓄圧する。コモンレール16において蓄圧された燃料は、各燃料噴射弁15から各燃焼室内に噴射される。
(ターボチャージャ5)
 図1に示すように、ターボチャージャ5は、タービン5Tとブロア5Bとを有し、吸気マニホールド3へ送る吸気を過給する。すなわち、ブロア5Bの部分は、吸気配管20と吸気通路21とに接続されている。吸気通路21は、インテークスロットルバルブ6を介して、吸気マニホールド3のインレットフランジ22に接続されている。タービン5Tの部分は、排気通路4Bに接続されている。排気マニホールド4の排気通路4Bを通して導かれた排気ガスEGがターボチャージャ5のタービン5Tに供給されると、タービン5Tとブロア5Bとは、高速回転する。ブロア5Bが高速回転することで、ターボチャージャ5のブロア5Bに供給され圧縮された吸気ARは、吸気通路21を通じて吸気マニホールド3へ過給される。
 タービン5Tから排出された排気ガスEGは、DPF(Diesel particulate filter:ディーゼル微粒子捕集フィルタ)19等を介してエンジン1の外部へ排出される。
 図1に示すように、排気還流経路としてのEGRガス経路23の始端部23Mは、排気マニホールド4に接続されている。あるいは、EGRガス経路23の始端部23Mは、排気マニホールド4とタービン5Tとの間における排気通路4Bに接続されていてもよい。本実施形態のEGRガス経路23は、本発明の「排気還流手段」の一例である。EGRガス経路23の末端部23Nは、インテークスロットルバルブ6と吸気マニホールド3の始端部351との間におけるインレットフランジ22に接続されている。EGRガス経路23には、EGRバルブ7と、EGR冷却器8と、スペーサ400と、が設けられている。EGR冷却器8は、EGRガス経路23を流れる排気還流ガスECGを冷却する。
 ECU100は、インテークスロットルバルブ6と、EGRバルブ7と、コモンレール16等の動作を制御する。インテークスロットルバルブ6は、アクセルペダルの踏み込み量に基づいて、ECU100の指令により、吸気マニホールド3のインレットフランジ22に供給する吸気ARの供給量を制御する。EGRバルブ7は、ECU100の指令により、排気マニホールド4から吸気マニホールド3のインレットフランジ22に供給する排気還流ガスECGの供給量を調整する。
(吸気量測定装置200)
 次に、本実施形態に係る吸気量測定装置200について説明する。
 吸気量測定装置200は、圧力センサ201と、温度センサ202と、EGR差圧センサ203と、ECU100と、を有する。本実施形態の圧力センサ201は、本発明の「圧力検出手段」の一例である。本実施形態の温度センサ202は、本発明の「温度検出手段」の一例である。本実施形態のEGR差圧センサ203は、本発明の「差圧検出手段」の一例である。
 圧力センサ201は、吸気マニホールド3内に設置された第1測圧部213における混合吸気CYLの圧力Piを検出して、ECU100に伝達する。具体的には、配管などの吸気圧取得経路230が、吸気マニホールド3と、圧力センサ201およびEGR差圧センサ203と、に接続されている。圧力センサ201は、吸気圧取得経路230を通して取り出され伝わった第1測圧部213における混合吸気CYLの圧力Piを検出する。混合吸気CYLは、インテークスロットルバルブ6を通過した吸気ARと、EGRバルブ7を通過した排気還流ガスECGと、が互いに混合されたガスである。
 温度センサ202は、吸気マニホールド3内に設置され、吸気マニホールド3内の混合吸気CYLの温度Tiを検出して、ECU100に伝達する。
 EGR差圧センサ203は、第1測圧部213における混合吸気CYLの圧力Piと、EGRガス経路23内に設置された第2測圧部223における排気還流ガスECGの圧力Peと、の差圧PPを検出して、ECU100に伝達する。具体的には、図1に表したように、吸気圧取得経路230は、吸気マニホールド3から圧力センサ201およびEGR差圧センサ203に向かって、圧力センサ201に接続された部分と、EGR差圧センサ203に接続された部分と、に分岐している。EGR差圧センサ203は、吸気圧取得経路230を通して取り出され伝わった第1測圧部213における混合吸気CYLの圧力Piに基づいて差圧PPを検出する。つまり、EGR差圧センサ203は、圧力センサ201により圧力Piを検出される混合吸気CYLと同じ位置にある混合吸気CYLの圧力Piに基づいて差圧PPを検出する。言い換えれば、圧力センサ201およびEGR差圧センサ203は、吸気マニホールド3内において互いに時間的に同期した第1測圧部213における混合吸気CYLの圧力Piを検出する。また、第2測圧部223は、EGR冷却器8とEGRバルブ7との間におけるEGRガス経路23内に設置される。具体的には、配管などの排気圧取得経路500が、EGRガス経路23と、EGR差圧センサ203と、に接続されている。EGR差圧センサ203は、排気圧取得経路500を通して取り出され伝わった第2測圧部223における排気還流ガスECGの圧力Peに基づいて差圧PPを検出する。なお、第1測圧部213および温度センサ202の設置位置の詳細については、後述する。
 図1に表したように、冷却手段としてのEGR冷却器8と、流量調整手段としてのEGRバルブ7と、の間におけるEGRガス経路23には、スペーサ400が設けられている。スペーサ400は、例えばステンレスや鉄等の耐熱性を有する金属で作られている。第2測圧部223は、好ましくは金属製のスペーサ400内に設定されている。排気圧取得経路500は、スペーサ400と、EGR差圧センサ203と、に接続されている。
 排気圧取得経路500は、スペーサ400に接続されている第1部分501と、第1部分501に接続されるとともにEGR差圧センサ203に接続されている第2部分502と、を有する。排気圧取得経路500のうちの少なくともスペーサ400に接続された第1部分501は、例えばステンレスや鉄等の耐熱性を有する金属で作られている。排気圧取得経路500の残りの第2部分502は、可撓性を有する熱に強いエンジニアリングプラスチックやゴムなどの樹脂により作られている。スペーサ400および排気圧取得経路500の具体的な構造例については、図5を参照して説明し、スペーサ400の構造例については、図6を参照して説明する。
 図5は、本実施形態のスペーサおよび排気圧取得経路の具体的な構造例を示す斜視図である。
 図6は、本実施形態のスペーサの構造例を示す断面図である。
 なお、図6は、EGRガス経路23を流れる排気還流ガスECGの流れ方向に対して垂直な切断面A-A(図5参照)における断面図である。
 図5に表したように、スペーサ400は、EGR冷却器8とEGRバルブ7との間に取り付けられている。図5に表したEGRクーラーベース550は、シリンダヘッド2に固定されており、EGR冷却器8とEGRバルブ7とスペーサ400とを支持している。矢印で示す排気還流ガスECGは、EGRクーラーベース550、EGR冷却器8およびスペーサ400をこの順序に通り、EGRバルブ7へ送られる。
 スペーサ400は、排気還流経路としてのEGRガス経路23において矢印で示す排気還流ガスECGの流れ方向の途中に配置されている。より具体的には、スペーサ400は、EGR冷却器8の末端部8Mと、EGRバルブ7の始端部7Nと、の間に配置されている。スペーサ400は、エンジン1の大型化を防ぐために、矢印で示す排気還流ガスECGの流れ方向に関して、できる限り薄い肉厚(例えば10mm程度の肉厚)になるように形成されている。
 ところで、EGR差圧センサ203が、スペーサ400と排気圧取得経路500とを用いて、EGR冷却器8とEGRバルブ7との間から取り出された排気還流ガスECGの圧力Peに基づいて差圧PPを検出する理由のひとつは、EGR冷却器8の劣化を検知できるようにするためである。例えば、EGR冷却器8が少しでも粒子状物質により閉塞すると、EGR冷却器8と、EGR冷却器8よりも下流側に設けられたEGRバルブ7と、の間にある排気還流ガスECGの圧力Peに基づいた差圧PPが変化する。このため、排気圧取得経路500が、EGR冷却器8の下流側である末端部8Mと、EGRバルブ7の上流側である始端部7Nと、の間に設けられたスペーサ400に接続されている。そして、EGR差圧センサ203は、スペーサ400内の第2測圧部223にある排気還流ガスECGの圧力Peに基づいて差圧PPを検出する。
 図6に表したように、排気圧取得経路500の第1部分501は、スペーサ400に接続される部分にオネジ部分503を有する。オネジ部分503がスペーサ400のメネジ部分404にねじ構造で締結されることにより、排気圧取得経路500の第1部分501は、スペーサ400に接続される。また、図5に表したように、排気圧取得経路500の第1部分501は、取付金具520を介してスペーサ400に支持されている。取付金具520は、ボルト521がスペーサ400のメネジ部分403に締結されることにより、スペーサ400に固定され排気圧取得経路500の第1部分501を支持する。取付金具520は、排気圧取得経路500の第1部分501の位置がずれることを抑えるとともに、排気圧取得経路500がエンジンの振動等によりスペーサ400およびEGR差圧センサ203から外れることを抑える。
 図6に表したように、オネジ部分503の座面が接触するスペーサ400の取付面405と、取付金具520が載置されるスペーサ400の載置面406と、は、互いにスペーサ400の同じ側面(図6では左側面)に設けられている。これにより、作業者等は、排気圧取得経路500をスペーサ400に取り付ける作業と、取付金具520をスペーサ400に取り付ける作業と、をエンジン1の外部の互いに同じ側から接近し行うことができる。より好ましくは、スペーサ400の取付面405と、スペーサ400の載置面406と、は、互いに同一平面上に存在する。これにより、スペーサ400の取付面405と、スペーサ400の載置面406と、を互いに同じ工程で機械加工を行うことができるとともに、スペーサ400の構造の簡易化を図ることができる。
 図6に表すように、スペーサ400は、排気還流ガスECGを通す円形状のガス通し孔401と、ガス通し孔401を挟んでガス通し孔401の両側の位置に設けられた2つの取付用の孔402,402と、スペーサ400内の第2測圧部223にある排気還流ガスECGの圧力Peを取り出すガス圧力取得孔410と、を有する。本実施形態のガス圧力取得孔410は、本発明の「孔」の一例である。
 ガス通し孔401は、排気還流ガスECGを図6の紙面垂直方向に通す。また、例えば、図5に示すEGR冷却器8の末端部8Mに設けられた図示しない位置決めスタッドが孔402,402を通ることにより、スペーサ400は、スタッドを用いて末端部8M側に位置決めされている。
 ガス圧力取得孔410は、EGRガス経路23を流れる排気還流ガスECGの流れに対して交差する方向、例えば、垂直方向TDにスペーサ400を貫通して形成されている。図6に表したスペーサ400の構造例では、ガス圧力取得孔410は、EGRガス経路23を流れる排気還流ガスECGの流れに対して垂直方向TDに形成され、メネジ部分404を介してスペーサ400を貫通している。本願明細書において、「ガス圧力取得孔410がスペーサ400を貫通する」とは、ガス圧力取得孔410がメネジ部分404などの他の孔を介してガス通し孔401とスペーサ400の外部とを連通させている状態を含むものとする。スペーサ400内の第2測圧部223にある排気還流ガスECGの圧力Peは、ガス圧力取得孔410を通して取り出され、排気圧取得経路500を通してEGR差圧センサ203に伝わる。言い換えれば、排気圧取得経路500は、ガス圧力取得孔410を通して取り出された排気還流ガスECGの圧力PeをEGR差圧センサ203に伝える。そして、EGR差圧センサ203は、スペーサ400のガス圧力取得孔410を通して取り出され排気圧取得経路500により伝えられた第2測圧部223における排気還流ガスECGの圧力Peと、吸気圧取得経路230を通して取り出され伝わった第1測圧部213における混合吸気CYLの圧力Piと、の差圧PPを検出する。
 なお、ガス圧力取得孔410の軸心の方向は、EGRガス経路23を流れる排気還流ガスECGの流れに対して垂直方向TDに限定されるわけではない。ガス圧力取得孔410の軸心の方向は、EGRガス経路23を流れる排気還流ガスECGの流れに対して交差する方向であればよく、例えば、EGRガス経路23を流れる排気還流ガスECGの流れに逆らう方向の成分を有していてもよい。
 ECU100は、EGR差圧センサ203により検出された差圧PPと、EGRバルブ7の開度と、に基づいて、排気還流経路としてのEGRガス経路23における排気還流ガスECGの排気還流空気量mfegrを算出する。排気還流空気量mfegrの算出の詳細については、後述する。
 EGRクーラーベース550は、シリンダヘッド2およびEGR冷却器8の始端部8Nに固定されている。スペーサ400がEGRバルブ7とEGR冷却器8との間に設けられていても、エンジン1の大型化を抑制するために、EGRクーラーベース550の薄型化が図られている。このとき、EGRクーラーベース550の薄型化の前後においてEGRクーラーベース550の内部流路の断面積が変化することを抑え、EGRガス経路23を流れる排気還流ガスECGの流量、圧力および温度が変化することが抑えられている。例えば、EGRクーラーベース550の内部流路のうち最も狭い内部流路の断面積が、EGRクーラーベース550の薄型化の前後において同一に保たれている。これにより、EGRクーラーベース550の薄型化の前後において、第2測圧部223における排気還流ガスECGの圧力Peが変化することを抑えるとともに、EGR差圧センサ203により検出される差圧PPが変化することを抑えることができる。また、EGRクーラーベース550の薄型化の前後において、EGR(Exhaust Gas Recirculation:排気ガス再循環)の基本的性能が変化することを抑えることができる。
<吸気量測定装置200を用いた吸気配管20における吸気量mfairの演算例>
 次に、吸気量測定装置200を用いた吸気配管20における吸気ARの流量(吸気量mfair)の演算例を説明する。
 一般的に、ディーゼルエンジン等の内燃機関では、吸気配管を流れる空気(吸気)の吸気量を検出する吸気量センサ(MAFセンサ)が吸気配管に設けられている。なお、吸気量は、吸気配管を流れる空気(吸気)の流量であり、吸気流量やMAFなどとも呼ばれる。しかし、吸気配管に設けられた吸気量センサの出力特性は、吸気量センサよりも上流側の吸気系(例えば吸気配管)の形状に依存する。吸気量センサよりも上流側の吸気系は、例えば産業用ディーゼルエンジン等に搭載されるアプリケーション毎に異なる。そのため、吸気量センサの校正作業が、エンジンに搭載されるアプリケーション毎に必要になり煩雑である。
 そこで、本実施形態に係る吸気量測定装置200において、ECU100は、次に説明するようにして、吸気配管20における吸気量mfairの測定結果が吸気配管20の形状に依存することを抑え、吸気配管20における吸気量mfairを安定的に測定する。
 すなわち、本実施形態における吸気量演算方法では、ECU100は、まず、圧力センサ201の検出する吸気マニホールド3内の混合吸気CYLの圧力Piと、温度センサ202の検出する吸気マニホールド3内の混合吸気CYLの温度Tiと、に基づいて、図1に示す第1気筒11から第4気筒14までのシリンダ内へ供給される混合吸気CYLの流量(吸気量mfcyl)を算出する。具体的には、ECU100は、気体の状態方程式を用いて、混合吸気CYLの圧力Piと混合吸気CYLの温度Tiとに基づいて混合吸気CYLの吸気量mfcylを算出する。なお、EGRガス経路23のような排気還流手段を備えないエンジンにおいては、前述した吸気量mfcylが後述する吸気ARの吸気量mfairとなる。
 次に、ECU100は、混合吸気CYLの吸気量mfcylと、排気還流ガスECGの排気還流空気量mfegrと、に基づいて、図1に示す吸気配管20を流れる吸気ARの吸気量mfairを算出する。具体的には、ECU100は、前述の算出された吸気量mfcylと、EGRガス経路23を流れる排気還流ガスECGの排気還流空気量mfegrと、の差を演算することにより、図1に示す吸気配管20を流れる吸気ARの吸気量mfairを算出する。
 排気還流空気量mfegrは、EGRバルブ7の開度と、差圧PP(混合吸気CYLの圧力Piと排気還流ガスECGの圧力Peとの差圧)と、の関数として排気還流空気量テーブル(マップ)の形式でECU100のROM等に予め記憶されている。ECU100は、演算を行うときに、EGRバルブ7の開度と、EGR差圧センサ203により検出された差圧PPと、に応じて、ECU100のROM等に予め記憶された排気還流空気量テーブル(マップ)を読み込む。
 このように、ECU100は、図1に示す圧力センサ201の検出する吸気マニホールド3内の混合吸気CYLの圧力Piと、温度センサ202の検出する吸気マニホールド3内の混合吸気CYLの温度Tiと、EGR差圧センサ203により検出される差圧PP(混合吸気CYLの圧力Piと排気還流ガスECGの圧力Peとの差圧)と、に基づいて、図1に示す吸気配管20における新規な吸気ARの吸気量mfairを演算することができる。
 これにより、本実施形態に係る吸気量測定装置200およびエンジン1では、ECU100は、吸気量mfairの測定結果が吸気配管20の形状に依存することを抑え、吸気量mfairを安定的に測定することができる。
<第1測圧部213と温度センサ202の設定位置>
 次に、図1~図4を参照して、第1測圧部213および温度センサ202の設定位置PSについて説明する。
 図2は、本発明者が実施したCFD流体解析の乱流エネルギーの結果を例示する模式図である。
 図3は、本発明者が実施したCFD流体解析の圧力の結果を例示する模式図である。
 図4は、本発明者が実施したCFD流体解析の温度の結果を例示する模式図である。
 なお、図2(A)、図3(A)および図4(A)は、第1気筒11の吸気工程時の解析結果を例示する模試図である。図2(B)、図3(B)および図4(B)は、第2気筒12の吸気工程時の解析結果を例示する模試図である。図2(C)、図3(C)および図4(C)は、第3気筒13の吸気工程時の解析結果を例示する模試図である。図2(D)、図3(D)および図4(D)は、第4気筒14の吸気工程時の解析結果を例示する模試図である。
 吸気量mfairの測定結果が吸気配管20の形状に依存することをより一層抑え、吸気量mfairをより一層安定的に測定するために、第1測圧部213および温度センサ202は、吸気マニホールド3内において混合吸気CYLの脈動が比較的小さい位置、すなわち吸気マニホールド3内において混合吸気CYLの流れが比較的安定した位置に設置されることが望ましい。吸気マニホールド3内における混合吸気CYLの脈動は、エンジン1の吸気バルブ(図示せず)および排気バルブ(図示せず)の開閉動作や、吸気ARと排気還流ガスECGとの混合により影響を受ける。
 そこで、本発明者は、吸気マニホールド3内における混合吸気CYLの乱流エネルギー、圧力および温度を確認するために、次に例示するようなCFD(数値流体力学:Computational Fluid Dynamics)流体解析を行った。
 すなわち、解析条件概要(物理モデル)を説明すると、対象流体は、3次元気体(空気)であり、非圧縮性流体(密度一定)である。対象流体の流れは、乱流であるとともに、定常流れである。乱流モデルは、Realizable k-εモデルである。壁面近傍における対象流体の速度分布は、壁関数(2層All y+モデル)に基づいている。ソルバーは、分離型ソルバーである。伝熱計算は、行われない。基準計算格子サイズは、5mmである。
 また、解析条件として、エンジンは、ターボディーゼルエンジンある。エンジンの定格回転は、2600rpmである。エンジンには、全負荷が掛かっている。エンジンは、EGRガス経路23とEGRバルブ7とEGR冷却器8とを有するEGR仕様のエンジンである。
 解析対象とした吸気マニホールド3は、図2(A)~図4(D)に示すように、吸気が流入する始端部351を一端に有する本管35と、本管35から分岐する第1枝管31、第2枝管32、第3枝管33および第4枝管34と、を有する。本管35の長手方向は、第1気筒11、第2気筒12、第3気筒13および第4気筒14が並んだ方向すなわちクランク軸が延びた方向に沿っている。第1枝管31、第2枝管32、第3枝管33および第4枝管34は、それぞれエンジン1の第1気筒11、第2気筒12、第3気筒13および第4気筒14に接続される。
 なお、図2(A)~図4(D)に表した例では、吸気マニホールド3は、第1枝管31、第2枝管32、第3枝管33および第4枝管34をそれぞれ2本ずつ有する。すなわち、それぞれ2本ずつの第1枝管31、第2枝管32、第3枝管33および第4枝管34が、エンジン1の第1気筒11、第2気筒12、第3気筒13および第4気筒14のそれぞれに接続される。但し、エンジン1の1つの気筒あたりに接続される吸気マニホールド3の枝管の数は、これだけに限定されるわけではない。例えば、それぞれ1本ずつの第1枝管31、第2枝管32、第3枝管33および第4枝管34が、エンジン1の第1気筒11、第2気筒12、第3気筒13および第4気筒14のそれぞれに接続されてもよい。
 吸気マニホールド3の始端部351には、吸気を吸気マニホールド3に流入させるインレットフランジ22が接続される。インレットフランジ22は、エンジン1の排気ガスが還流されるEGRガス経路23を有する。EGRガス経路23により還流される排気ガスは、インレットフランジ22内の混合部24で吸気と混合された後に、吸気マニホールド3の始端部351に流入する。
 以上説明した解析条件概要(物理モデル)および解析条件に基づいて実施したCFD流体解析による対象流体の乱流エネルギーの結果の例は、図2に表した通りである。また、CFD流体解析による対象流体の圧力の結果の例は、図3に表した通りである。また、CFD流体解析による対象流体の温度の結果の例は、図4に表した通りである。
 図2(A)~図2(D)に表したように、第1気筒11、第2気筒12、第3気筒13および第4気筒14の吸気工程時のいずれについても、吸気マニホールド3内において、第3気筒13および第4気筒14の付近の対象流体の乱流エネルギーは、第1気筒11および第2気筒12の付近の対象流体の乱流エネルギーに比べて高い。乱流エネルギーは、対象流体の流れの乱れの大きさを表している。そのため、図2(A)~図2(D)に表した解析結果の例では、吸気マニホールド3内において、第3気筒13および第4気筒14の付近の流れ場は、第1気筒11および第2気筒12の付近の流れ場よりも不安定になりやすいことが示唆されている。言い換えれば、図2(A)~図2(D)に表した解析結果の例では、吸気マニホールド3内において、第1気筒11および第2気筒12の付近の対象流体の流れは、第3気筒13および第4気筒14の付近の対象流体の流れよりも安定していることが示唆されている。
 具体的に説明すると、図2(A)に示すように、第1気筒11の吸気工程時には、第1枝管31の領域300、および第3枝管33から第4枝管34までの領域301、領域302、領域303および領域304における対象流体の乱流エネルギーが他の領域における対象流体の乱流エネルギーより高い。また、図2(B)に示すように、第2気筒12の吸気工程時には、第2枝管32の領域305、および第3枝管33から第4枝管34までの領域306、領域307および領域308における対象流体の乱流エネルギーが他の領域における対象流体の乱流エネルギーより高い。また、図2(C)に示すように、第3気筒13の吸気工程時には、第3枝管33から第4枝管34までの領域309および領域310における対象流体の乱流エネルギーが他の領域における対象流体の乱流エネルギーより高い。また、図2(D)に示すように、第4気筒14の吸気工程時には、第4枝管34の領域311における対象流体の乱流エネルギーが他の領域における対象流体の乱流エネルギーより高い。
 図2(A)~図2(D)を参照すると、吸気マニホールド3内において、第1気筒11に接続された第1枝管31から第2気筒12に接続された第2枝管32に亘る領域W、特に、第1気筒11に接続された第1枝管31と第2気筒12に接続された第2枝管32との間の位置PSにおける対象流体の乱流エネルギーは、相対的に低い。そのため、吸気マニホールド3内の領域W、特に位置PSにおける対象流体の流れが相対的に安定していることが判る。
 また、図3(A)~図3(D)に表したように、第1気筒11、第2気筒12、第3気筒13および第4気筒14の吸気工程時のいずれについても、吸気マニホールド3内において、第1気筒11および第2気筒12の付近の対象流体の圧力は、第3気筒13および第4気筒14の付近の対象流体の圧力よりも安定している。
 具体的に説明すると、図3(A)に示すように、第1気筒吸気工程時には、領域Wにおける対象流体の圧力は、第1枝管31の領域321における対象流体の圧力よりも高く、第3枝管33から第4枝管34までの領域322および領域323における対象流体の圧力よりも低い。また、図3(B)に示すように、第2気筒吸気工程時には、領域Wにおける対象流体の圧力は、第2枝管32の領域324における対象流体の圧力よりも高く、第3枝管33から第4枝管34までの領域325および領域326における対象流体の圧力よりも低い。また、図3(C)に示すように、第3気筒吸気工程時には、領域Wにおける対象流体の圧力は、第3枝管33の領域327における対象流体の圧力よりも高く、第3枝管33から第4枝管34までの領域328および領域329における対象流体の圧力よりも低い。また、図3(D)に示すように、第4気筒吸気工程時には、領域Wにおける対象流体の圧力は、第3枝管33の領域331および領域332における対象流体の圧力よりも低く、第4枝管34の領域333および領域334における対象流体の圧力よりも高い。
 図3(A)~図3(D)を参照すると、吸気マニホールド3内において、第1気筒11に接続された第1枝管31から第2気筒12に接続された第2枝管32に亘る領域W、特に、第1気筒11に接続された第1枝管31と第2気筒12に接続された第2枝管32との間の位置PSにおける対象流体の圧力の変動は、相対的に少ない。つまり、吸気マニホールド3内の領域W、特に位置PSにおける対象流体の圧力は、相対的に安定している。
 また、図4(A)~図4(D)に表したように、第1気筒11、第2気筒12、第3気筒13および第4気筒14の吸気工程時のいずれについても、吸気マニホールド3内において、第1気筒11および第2気筒12の付近の対象流体の温度は、第3気筒13および第4気筒14の付近の対象流体の温度よりも安定している。
 具体的に説明すると、図4(A)に示すように、第1気筒吸気工程時には、領域Wにおける対象流体の温度は、第3枝管33から第4枝管34までの領域341および領域342における対象流体の温度よりも低い。また、図4(B)に示すように、第2気筒吸気工程時には、領域Wにおける対象流体の温度は、第3枝管33から第4枝管34までの領域343および領域344における対象流体の温度よりも低い。また、図4(C)に示すように、第3気筒吸気工程時には、領域Wにおける対象流体の温度は、第1枝管31の領域345における対象流体の温度よりも高く、第3枝管33から第4枝管34までの領域346における対象流体の温度よりも低い。また、図4(D)に示すように、第4気筒吸気工程時には、領域Wにおける対象流体の温度は、第4枝管34の領域347、領域348および領域349における対象流体の温度よりも低い。
 図4(A)~図4(D)を参照すると、吸気マニホールド3内において、第1気筒11に接続された第1枝管31から第2気筒12に接続された第2枝管32に亘る領域W、特に、第1気筒11に接続された第1枝管31と第2気筒12に接続された第2枝管32との間の位置PSにおける対象流体の温度の変動は、相対的に少ない。つまり、吸気マニホールド3内の領域W、特に位置PSにおける対象流体の温度は、相対的に安定している。
 本発明者が実施したCFD流体解析の結果によれば、第1気筒11、第2気筒12、第3気筒13および第4気筒14が並んだ方向すなわち吸気マニホールド3の本管35の長手方向に沿ってみたとき、吸気マニホールド3内の領域のうち始端部351から遠い領域において、対象流体の乱流エネルギーが相対的に低く、対象流体の圧力および温度が相対的に安定している。そのため、第1測圧部213および温度センサ202は、第1気筒11、第2気筒12、第3気筒13および第4気筒14が並んだ方向すなわち吸気マニホールド3の本管35の長手方向に沿ってみたとき、吸気マニホールド3内の領域のうち始端部351から遠い領域に設置されることが好ましい。より具体的には、第1測圧部213および温度センサ202は、第1気筒11に接続された第1枝管31と第2気筒12に接続された第2枝管32とに亘る領域W、特に、第1気筒11に接続された第1枝管31と第2気筒12に接続された第2枝管32との間の位置PSに設置されることが好ましい。
 本実施形態に係る吸気量測定装置200によれば、温度センサ202は、第1気筒11に接続された第1枝管31と、第2気筒12に接続された第2枝管32と、に亘る領域Wにある混合吸気CYLの温度Tiを検出する。前述したように、第1枝管31は、吸気マニホールド3の長手方向において吸気マニホールド3の始端部351から最も遠い位置に設けられた第1気筒11に接続されている。第2枝管32は、吸気マニホールド3の長手方向において第1気筒11の次に吸気マニホールド3の始端部351から遠い位置に設けられた第2気筒12に接続されている。そして、ECU100は、温度センサ202から伝達された混合吸気CYLの温度Tiと、圧力センサ201から伝達された混合吸気CYLの圧力Piと、に基づいて混合吸気CYLの吸気量mfcylおよび吸気ARの吸気量mfairを演算する。すなわち、EGRガス経路23のような排気還流手段を備えるエンジンにおいては、ECU100は、混合吸気CYLの吸気量mfcylと、排気還流ガスECGの排気還流空気量mfegrと、の差を演算することにより吸気ARの吸気量mfairを算出する。一方で、EGRガス経路23のような排気還流手段を備えないエンジンにおいては、ECU100は、混合吸気CYLの吸気量mfcylが吸気ARの吸気量mfairに相当するとして、吸気ARの吸気量mfairを算出する。
 このように、温度センサ202は、吸気マニホールド3内の領域のうち混合吸気CYLの流れが比較的安定した領域にある混合吸気CYLの温度Tiを検出する。そして、ECU100は、吸気配管20を流れる吸気ARの流量を検出する吸気量センサ(MAFセンサ)に依らず、温度センサ202から伝達された混合吸気CYLの温度Tiと、圧力センサ201から伝達された混合吸気CYLの圧力Piと、に基づいて混合吸気CYLの吸気量mfcylおよび吸気ARの吸気量mfairを演算する。これにより、本実施形態に係る吸気量測定装置200は、吸気配管20を流れる吸気ARの吸気量mfairの測定結果が吸気配管20の形状に依存することを抑え、吸気ARの吸気量mfairを安定的に測定することができる。
 また、圧力センサ201は、吸気マニホールド3内の領域のうち混合吸気CYLの流れが比較的安定した領域にある混合吸気CYLの圧力Piを検出する。そして、前述したように、ECU100は、吸気配管20を流れる吸気ARの流量を検出する吸気量センサ(MAFセンサ)に依らず、温度センサ202から伝達された混合吸気CYLの温度Tiと、圧力センサ201から伝達された混合吸気CYLの圧力Piと、に基づいて混合吸気CYLの吸気量mfcylおよび吸気ARの吸気量mfairを演算する。これにより、本実施形態に係る吸気量測定装置200は、吸気配管20を流れる吸気ARの吸気量mfairの測定結果が吸気配管20の形状に依存することをより一層抑え、吸気ARの吸気量mfairをより一層安定的に測定することができる。
 また、図1に示すように、第1測圧部213は、吸気マニホールド3の長手方向において温度センサ202よりも吸気マニホールド3の始端部351に近い位置に設けられている。そのため、圧力センサ201は、温度センサ202により温度Tiを検出される混合吸気CYLよりも吸気マニホールド3の長手方向において始端部351に近い位置にある混合吸気CYLの圧力Piを検出する。そのため、圧力センサ201は、例えば吸気マニホールド3内に設置された温度センサ202のプローブなどにより流れが乱された領域にある混合吸気CYLではなく、流れが乱される前のより安定した領域にある混合吸気CYLの圧力Piを検出する。そのため、圧力センサ201は、混合吸気CYLの圧力Piをより安定的に検出することができる。これにより、本実施形態に係る吸気量測定装置200は、吸気配管20を流れる吸気ARの吸気量mfairの測定結果が吸気配管20の形状に依存することをより一層抑え、吸気ARの吸気量mfairをより一層安定的に測定することができる。
 また、第1測圧部213が第1枝管31と第2枝管32とに亘る領域Wに設けられているため、EGR差圧センサ203は、吸気マニホールド3内の領域のうち混合吸気CYLの流れが比較的安定した領域にある混合吸気CYLの圧力Piと、EGRガス経路23内に設けられた第2測圧部223における排気還流ガスECGの圧力Peと、の差圧PPを検出する。そして、ECU100は、温度センサ202から伝達された混合吸気CYLの温度Tiと、圧力センサ201から伝達された混合吸気CYLの圧力Piと、EGR差圧センサ203にから伝達された差圧PPと、に基づいて混合吸気CYLの吸気量mfcylおよび吸気ARの吸気量mfairを演算する。これにより、エンジン1の排気を還流する排気還流手段が設けられる場合において、本実施形態に係る吸気量測定装置200は、吸気配管20を流れる吸気ARの吸気量mfairの演算精度を高めることができる。
 また、第1測圧部213が吸気マニホールド3の長手方向において温度センサ202よりも吸気マニホールド3の始端部351に近い位置に設けられているため、EGR差圧センサ203は、温度センサ202により温度Tiを検出される混合吸気CYLよりも吸気マニホールド3の長手方向において始端部351に近い位置にある混合吸気CYLの圧力Piに基づいて差圧PPを検出する。そのため、EGR差圧センサ203は、例えば吸気マニホールド3内に設置された温度センサ202のプローブなどにより流れが乱された領域にある混合吸気CYLではなく、流れが乱される前のより安定した領域にある混合吸気CYLの圧力Piに基づいて差圧PPを検出する。そのため、EGR差圧センサ203は、差圧PPをより安定的に検出することができる。これにより、エンジン1の排気を還流する排気還流手段が設けられる場合において、本実施形態に係る吸気量測定装置200は、吸気配管20を流れる吸気ARの吸気量mfairの演算精度を高めることができる。
 また、EGR差圧センサ203は、圧力センサ201により圧力Piを検出される混合吸気CYLと吸気マニホールド3の長手方向において同じ位置(すなわち第1測圧部213)にある混合吸気CYLの圧力Piに基づいて差圧PPを検出する。つまり、EGR差圧センサ203による混合吸気CYLの圧力Piの検出位置は、圧力センサ201による混合吸気CYLの圧力Piの検出位置と同じ、すなわち第1枝管31と第2枝管32とに亘る領域Wの位置である。そのため、EGR差圧センサ203により差圧PPを検出するための吸気マニホールド3における混合吸気CYLの圧力Piと、圧力センサ201により検出される吸気マニホールド3における混合吸気CYLの圧力Piと、は互いに時間的に同期する。そのため、ECU100は、混合吸気CYLの吸気量mfcylと、排気還流ガスECGの排気還流空気量mfegrと、を吸気マニホールド3における一系統すなわち同じ状態の系から算出する。これにより、エンジン1の排気を還流する排気還流手段が設けられる場合において、本実施形態に係る吸気量測定装置200は、吸気配管20を流れる吸気ARの吸気量mfairの演算精度を高めることができる。
 また、第2測圧部223は、EGR冷却器8とEGRバルブ7との間におけるEGRガス経路23内に設けられている。そのため、EGR差圧センサ203は、EGR冷却器8とEGRバルブ7との間にある排気還流ガスECGの圧力Peに基づいて差圧PPを検出する。これにより、ECU100は、EGR差圧センサ203により伝達された差圧PPに基づいてEGR冷却器8の劣化具合あるいは劣化程度を推定することができる。
 また、スペーサ400が、EGR冷却器8と、EGRバルブ7と、の間におけるEGRガス経路23に設けられている。そして、EGR差圧センサ203は、スペーサ400のガス圧力取得孔410を通して取り出された排気還流ガスECGの圧力Peに基づいて差圧PPを検出する。そのため、排気還流ガスECGの圧力PeをEGR差圧センサ203に伝える排気圧取得経路500が、EGRバルブ7およびEGR冷却器8から構造上の制約をほとんど受けることなく、スペーサ400に確実に接続可能とされている。また、EGR冷却器8およびEGRバルブ7の構造を変更しなくとも、スペーサ400の構造を変更することにより、排気還流ガスECGの圧力PeをEGR差圧センサ203に伝える種々の配管等の排気圧取得経路500をスペーサ400に容易に接続することができる。さらに、スペーサ400のガス圧力取得孔410は、EGRガス経路23を流れる排気還流ガスECGの流れに対して交差する方向に貫通して形成されている。そのため、スペーサ400のガス圧力取得孔410が排気還流ガスECGに含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)により閉塞することを抑えることができる。これにより、EGR差圧センサ203は、排気還流ガスECGの圧力(静圧)Peをより確実に取得し、排気還流ガスECGの圧力(静圧)Peに基づいて差圧PPをより高い精度で検出することができる。
 また、排気圧取得経路500が、スペーサ400とEGR差圧センサ203とに接続され、スペーサ400のガス圧力取得孔410を通して取り出された排気還流ガスECGの圧力PeをEGR差圧センサ203に伝える。そして、排気圧取得経路500のうちの少なくともスペーサ400に接続された第1部分501は、金属製である。そのため、排気圧取得経路500のうちのスペーサ400に接続された第1部分501が、EGRガス経路23を流れる排気還流ガスECGの熱により劣化したり硬化したりすることを抑えることができる。これにより、排気圧取得経路500のうちのスペーサ400に接続された第1部分501と、スペーサ400と、の間に隙間が生ずることを抑え、排気圧取得経路500の外部の空気が排気圧取得経路500の内部に進入することを抑えることができる。これにより、EGR差圧センサ203は、差圧PPをより高い精度で検出することができる。また、排気圧取得経路500のうちのスペーサ400に接続された第1部分501が金属製であるため、排気圧取得経路500をねじ構造を用いてスペーサ400に締結することができる。これにより、排気圧取得経路500がスペーサ400から外れることを抑え、スペーサ400に対する排気圧取得経路500の位置決めを容易に行うことができる。
 また、排気圧取得経路500のうちのEGR差圧センサ203に接続された第2部分502は、可撓性を有する熱に強いエンジニアリングプラスチックやゴムなどの樹脂等により作られている。そのため、排気圧取得経路500の第1部分501が金属製であっても、排気圧取得経路500の第2部分502は、EGR差圧センサ203の位置に柔軟に対応して、EGR差圧センサ203に対して容易に接続可能とされている。
 以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。
 例えば、本発明のエンジンの例として、本実施形態に係るエンジン1を例示している。エンジン1は、ターボチャージャ付きの過給式のディーゼルエンジンである。しかし、これに限らず、本発明のエンジンは、自然吸気式のディーゼルエンジン、ターボチャージャ付きの過給式のガソリンエンジン、自然吸気式のガソリンエンジン等であってもよい。また、エンジン1の種類は、例えばターボチャージャ付きの過給式の高出力な4気筒エンジン等の多気筒エンジンである。但し、エンジン1の種類は、これだけに限定されるわけではなく、3気筒あるいは5気筒以上のエンジンであっても良い。エンジン1は、例えば建設機械、農業機械、芝刈り機のような車両以外の種類の車両に搭載できる。
 1:エンジン、 2:シリンダヘッド、 3:吸気マニホールド、 4:排気マニホールド、 4B:排気通路、 5:ターボチャージャ、 5B:ブロア、 5T:タービン、 6:インテークスロットルバルブ、 7:EGRバルブ、 8:EGR冷却器、 11:第1気筒、 12:第2気筒、 13:第3気筒、 14:第4気筒、 15:燃料噴射弁、 16:コモンレール、 19:ディーゼル微粒子捕集フィルタ、 20:吸気配管、 21:吸気通路、 22:インレットフランジ、 23:EGRガス経路、 23M:始端部、 23N:末端部、 24:混合部、 31:第1枝管、 32:第2枝管、 33:第3枝管、 34:第4枝管、 35:本管、 100:ECU、 200:吸気量測定装置、 201:圧力センサ、 202:温度センサ、 203:EGR差圧センサ、 213:第1測圧部、 223:第2測圧部、 230:吸気圧取得経路、 351:始端部、 400:スペーサ、 401:ガス通し孔、 402:孔、 403:メネジ部分、 404:メネジ部分、 405:取付面、 406:載置面、 410:ガス圧力取得孔、 500:排気圧取得経路、 501:第1部分、 502:第2部分、 503:オネジ部分、 520:取付金具、 521:ボルト、 550:EGRクーラーベース、 AR:吸気、 CYL:混合吸気、 ECG:排気還流ガス、 EG:排気ガス、 PP:差圧、 PS:設定位置、 Pe、Pi:圧力、 Ti:温度、 W:領域、 mfair、mfcyl:吸気量、 mfegr:排気還流空気量

Claims (10)

  1.  直列で3つ以上の気筒を有するエンジンの吸気の流量を測定する吸気量測定装置であって、
     前記エンジンの前記気筒に前記吸気を分配する吸気分配手段と、
     前記吸気の温度を検出する温度検出手段と、
     前記吸気の圧力を検出する圧力検出手段と、
     前記温度検出手段から伝達された前記温度と前記圧力検出手段から伝達された前記圧力とに基づいて前記流量を演算する演算部と、
     を備え、
     前記吸気分配手段の長手方向は、前記エンジンの前記気筒が並ぶ方向に沿っており、
     前記吸気は、前記長手方向の一端から前記吸気分配手段に流入し、
     前記温度検出手段は、前記吸気分配手段の内部のうち、前記長手方向において前記一端から最も遠い位置に設けられた前記エンジンの第1気筒に接続された前記吸気分配手段の第1枝部と、前記長手方向において前記第1気筒の次に前記一端から遠い位置に設けられた前記エンジンの第2気筒に接続された前記吸気分配手段の第2枝部と、に亘る領域にある前記吸気の前記温度を検出することを特徴とする吸気量測定装置。
  2.  前記圧力検出手段は、前記領域にある前記吸気の前記圧力を検出することを特徴とする請求項1に記載の吸気量測定装置。
  3.  前記圧力検出手段は、前記温度検出手段により前記温度を検出される前記吸気よりも前記長手方向において前記一端に近い位置にある前記吸気の前記圧力を検出することを特徴とする請求項2に記載の吸気量測定装置。
  4.  前記エンジンの排気を還流する排気還流手段と、
     前記排気還流手段を流れる前記排気と前記吸気分配手段を流れる前記吸気との差圧を検出し、前記演算部に伝達する差圧検出手段と、
     をさらに備え、
     前記演算部は、前記差圧検出手段から伝達された前記差圧にさらに基づいて前記流量を演算し、
     前記差圧検出手段は、前記領域にある前記吸気の前記圧力に基づいて前記差圧を検出することを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の吸気量測定装置。
  5.  前記差圧検出手段は、前記温度検出手段により前記温度を検出される前記吸気よりも前記長手方向において前記一端に近い位置にある前記吸気の前記圧力に基づいて前記差圧を検出することを特徴とする請求項4に記載の吸気量測定装置。
  6.  前記差圧検出手段は、前記圧力検出手段により前記圧力を検出される前記吸気と前記長手方向において同じ位置にある前記吸気の前記圧力に基づいて前記差圧を検出することを特徴とする請求項5に記載の吸気量測定装置。
  7.  前記差圧検出手段は、前記排気還流手段を流れる前記排気を冷却する冷却手段と、前記冷却手段よりも下流側の前記排気還流手段を流れる前記排気の流量を調整する流量調整手段と、の間にある前記排気の圧力に基づいて前記差圧を検出することを特徴とする請求項4~6のいずれか1項に記載の吸気量測定装置。
  8.  前記冷却手段と前記流量調整手段との間における前記排気還流手段に設けられたスペーサをさらに備え、
     前記スペーサは、前記排気還流手段を流れる前記排気の流れに対して交差する方向に貫通して形成された孔を有し、
     前記差圧検出手段は、前記スペーサの前記孔を通して取り出された前記排気の圧力に基づいて前記差圧を検出することを特徴とする請求項7に記載の吸気量測定装置。
  9.  前記スペーサと前記差圧検出手段とに接続され前記孔を通して取り出された前記排気の圧力を前記差圧検出手段に伝える排気圧取得経路をさらに備え、
     前記排気圧取得経路のうちの少なくとも前記スペーサに接続された部分は、金属製であることを特徴とする請求項8に記載の吸気量測定装置。
  10.  吸気の流量を測定する吸気量測定装置を備え、直列で3つ以上の気筒を有するエンジンであって、
     前記吸気量測定装置は、
     前記エンジンの前記気筒に前記吸気を分配する吸気分配手段と、
     前記吸気の温度を検出する温度検出手段と、
     前記吸気の圧力を検出する圧力検出手段と、
     前記温度検出手段から伝達された前記温度と前記圧力検出手段から伝達された前記圧力とに基づいて前記流量を演算する演算部と、
     を有し、
     前記吸気分配手段の長手方向は、前記エンジンの前記気筒が並ぶ方向に沿っており、
     前記吸気は、前記長手方向の一端から前記吸気分配手段に流入し、
     前記温度検出手段は、前記吸気分配手段の内部のうち、前記長手方向において前記一端から最も遠い位置に設けられた前記エンジンの第1気筒に接続された前記吸気分配手段の第1枝部と、前記長手方向において前記第1気筒の次に前記一端から遠い位置に設けられた前記エンジンの第2気筒に接続された前記吸気分配手段の第2枝部と、に亘る領域にある前記吸気の前記温度を検出することを特徴とするエンジン。
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