(57)【要約】【課題】ガス流量が少ない運転域から多い運転域に亘って、ガス流量を高応答高精度に且つガス流通路の圧力損失を抑制しつつ測定し得るガス流量計測装置を提供する。【解決手段】ガス流通路としてのＥＧＲパイプ１途中に、固定通過孔ＨＳが穿設されたオリフィス固定板Ｓを配設すると共に、該オリフィス固定板Ｓに対しガス流通方向上流側へ隣接するようオリフィス可動板Ｍを、駆動機構２により前記ガス流通路としてのＥＧＲパイプ１の軸心Ｏを中心として回動自在となるよう配設し、該オリフィス可動板Ｍに、その回動に伴い前記固定通過孔ＨＳとの間でＥＧＲガスの通過面積を変化させる回動通過孔ＨＭを穿設し、前記オリフィス固定板Ｓ及びオリフィス可動板Ｍの上下流位置における差圧ΔＰを差圧計３で測定し、該差圧計３で測定された差圧ΔＰに基づきＥＧＲガス流量を制御器４で演算するよう構成する。【選択図】図１
2014098606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流通路途中に配設され且つ固定通過孔が穿設されたオリフィス固定板と、
該オリフィス固定板に対しガス流通方向へ隣接し前記ガス流通路軸心を中心として回動自在となるよう前記ガス流通路途中に配設され且つ回動に伴い前記固定通過孔との間でガスの通過面積を変化させる回動通過孔が穿設されたオリフィス可動板と、
該オリフィス可動板を回動させる駆動機構と、
前記オリフィス固定板及びオリフィス可動板の上下流位置における差圧を測定する差圧計と、
該差圧計で測定された差圧に基づきガス流量を演算する制御器と
を備えたことを特徴とするガス流量計測装置。
【請求項２】
排ガス再循環が行われるエンジンのＥＧＲガス流量計測に適用するよう前記ガス流通路としてのＥＧＲパイプ内に前記オリフィス固定板及びオリフィス可動板を配設し、前記エンジンの運転状態に基づくＥＧＲガス流量の増減設定に対応させて前記通過面積を増減させる駆動信号を前記制御器から駆動機構へ出力するよう構成した請求項１記載のガス流量計測装置。
【請求項３】
前記オリフィス固定板の固定通過孔を長径２ａＳで短径２ｂＳの楕円形とし、前記オリフィス可動板の回動通過孔を長径２ａＭで短径２ｂＭの楕円形とし、
２ａＳ＞２ｂＭ
２ｂＳ＜２ａＭ
とし、
前記ＥＧＲパイプの断面積をＡとした場合、前記オリフィス固定板の固定通過孔の面積ＡＳ＝π・ａＳ・ｂＳ、並びに前記オリフィス可動板の回動通過孔の面積ＡＭ＝π・ａＭ・ｂＭを
０．３Ａ＜ＡＳ＜０．７Ａ
０．３Ａ＜ＡＭ＜０．７Ａ
とした請求項２記載のガス流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス流量計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジン等のエンジンにおいては、排気側から排ガスの一部を抜き出して吸気側へ戻し、該吸気側に戻された排ガスにて燃焼室内での燃料の燃焼を抑制し燃焼温度を下げることにより、ＮＯxの発生を低減するようにした、いわゆる排ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われている。
【０００３】
前記エンジンの更なる低エミッション化を実現するためには、前記ＥＧＲの精密な制御が必要であるが、該ＥＧＲを精密に制御するためには、高応答高精度でＥＧＲガス流量を計測する技術の開発が不可欠となる。
【０００４】
従来、ガス流量を測定する装置としては、例えば、ガス流通路途中に設けたオリフィス前後の差圧測定から流量を算出する装置が知られている。
【０００５】
尚、オリフィス前後の差圧測定から流量を算出する装置と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１、２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２６６２０８号公報
【特許文献２】特開２００８−２２４４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記排ガスを再循環させるＥＧＲパイプ内にオリフィスを設置した場合、例えば、低速低負荷運転時のようにＥＧＲガス流量が少ないときは、オリフィスの上下流位置における差圧ΔＰが小さいため、図５に示される如く、実流量と算出流量の誤差［％］が大きくなって、算出流量精度が著しく低くなってしまう。
【０００８】
これに対し、精度を確保するためにオリフィスを絞って差圧ΔＰを大きくすると、列えば、高速高負荷運転時のようにＥＧＲガス流量が多いときは、前記差圧ΔＰが著しく大きくなって、ＥＧＲパイプ内でのＥＧＲガスの圧力損失（ポンピング損失）が大きくなり、燃費が大幅に悪化してしまう。
【０００９】
即ち、ＥＧＲガス流量が少ない運転域から多い運転域に亘って算出流量精度の確保と圧力損失の抑制を両立することができなかった。
【００１０】
一方、特許文献１に開示されている絞り式流量計は、小流量を高精度で計測し且つ大流量を低損失で計測可能なものであるが、該絞り式流量計をＥＧＲガス流量の測定に用いた場合、可動オリフィスを固定オリフィスに押し付けるばね部材が高温の排ガスにより酸と水を含む雰囲気中に晒されて劣化することに加え、エンジンの運転に伴う排ガスの脈動に対し前記ばね部材ではＥＧＲガスの通過面積を所望の値に保持することが非常に難しくなるため、長期間に亘り精密且つ高応答でＥＧＲガス流量を測定することは困難となる。
【００１１】
又、特許文献２に開示されている可変断面積オリフィスを備えた流量計は、オリフィス流路の断面形状を三角形とし、該三角形のオリフィス流路に対し四角形の板を三角形の高さ方向へスライド自在に配設することにより、オリフィス流路の断面積を可変としているため、該流量計をＥＧＲガス流量の測定に用いた場合、前記四角形の板並びに該板をスライドさせるアクチュエータが管路の外部に大きく張り出し、設置スペースを確保することが難しくなる。
【００１２】
尚、近年、吸気マニホールド内の温度と圧力とエンジンの回転数とに基づいて単位時間当たりに各気筒が吸い込み得る作動ガス量を算出すると共に、同じ単位時間当たりに吸気管を流れる新気量を実測し、該新気量を前記作動ガス量から減算して排ガスの再循環量（ＥＧＲガス流量）を求める手法も提案されており、この手法は、ＥＧＲガス流量を直接測定する特別なセンサを新たに追加しなくて済むという点で非常に優れているものの、あくまでもＥＧＲガス流量を計算によって推定するものであるため、やはりＥＧＲガス流量を直接測定する装置を開発することは非常に重要となる。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、ガス流量が少ない運転域から多い運転域に亘って、ガス流量を高応答高精度に且つガス流通路の圧力損失を抑制しつつ測定し得るガス流量計測装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ガス流通路途中に配設され且つ固定通過孔が穿設されたオリフィス固定板と、
該オリフィス固定板に対しガス流通方向へ隣接し前記ガス流通路軸心を中心として回動自在となるよう前記ガス流通路途中に配設され且つ回動に伴い前記固定通過孔との間でガスの通過面積を変化させる回動通過孔が穿設されたオリフィス可動板と、
該オリフィス可動板を回動させる駆動機構と、
前記オリフィス固定板及びオリフィス可動板の上下流位置における差圧を測定する差圧計と、
該差圧計で測定された差圧に基づきガス流量を演算する制御器と
を備えたことを特徴とするガス流量計測装置にかかるものである。
【００１５】
前記ガス流量計測装置においては、排ガス再循環が行われるエンジンのＥＧＲガス流量計測に適用するよう前記ガス流通路としてのＥＧＲパイプ内に前記オリフィス固定板及びオリフィス可動板を配設し、前記エンジンの運転状態に基づくＥＧＲガス流量の増減設定に対応させて前記通過面積を増減させる駆動信号を前記制御器から駆動機構へ出力するよう構成することができる。
【００１６】
更に、前記オリフィス固定板の固定通過孔を長径２ａＳで短径２ｂＳの楕円形とし、前記オリフィス可動板の回動通過孔を長径２ａＭで短径２ｂＭの楕円形とし、
２ａＳ＞２ｂＭ
２ｂＳ＜２ａＭ
とし、
前記ＥＧＲパイプの断面積をＡとした場合、前記オリフィス固定板の固定通過孔の面積ＡＳ＝π・ａＳ・ｂＳ、並びに前記オリフィス可動板の回動通過孔の面積ＡＭ＝π・ａＭ・ｂＭを
０．３Ａ＜ＡＳ＜０．７Ａ
０．３Ａ＜ＡＭ＜０．７Ａ
とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のガス流量計測装置によれば、ガス流量が少ない運転域から多い運転域に亘って、ガス流量を高応答高精度に且つガス流通路の圧力損失を抑制しつつ測定し得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のガス流量計測装置の実施例を示す側断面図である。
【図２】本発明のガス流量計測装置の実施例におけるオリフィス固定板及びオリフィス可動板を示す正面図である。
【図３】本発明のガス流量計測装置の実施例におけるオリフィス固定板に対しオリフィス可動板を所要角度回動させた状態を示す正面図であって、（ａ）は回動角度０°の場合、（ｂ）は回動角度３０°の場合、（ｃ）は回動角度６０°の場合、（ｄ）は回動角度９０°の場合をそれぞれ示す図である。
【図４】本発明のガス流量計測装置の実施例におけるオリフィス可動板の駆動機構の変形例を示す概要図である。
【図５】差圧と算出流量精度との関係を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２０】
図１〜図３は本発明のガス流量計測装置の実施例であって、ガス流通路としてのＥＧＲパイプ１途中に、固定通過孔ＨＳが穿設されたオリフィス固定板Ｓを配設すると共に、該オリフィス固定板Ｓに対しガス流通方向上流側へ隣接するようオリフィス可動板Ｍを、駆動機構２により前記ガス流通路としてのＥＧＲパイプ１の軸心Ｏを中心として回動自在となるよう配設し、該オリフィス可動板Ｍに、その回動に伴い前記固定通過孔ＨＳとの間でＥＧＲガスの通過面積を変化させる回動通過孔ＨＭを穿設し、前記オリフィス固定板Ｓ及びオリフィス可動板Ｍの上下流位置における差圧ΔＰを差圧計３で測定し、該差圧計３で測定された差圧ΔＰに基づきＥＧＲガス流量を制御器４で演算するよう構成したものである。
【００２１】
本実施例の場合、前記駆動機構２は、前記オリフィス可動板Ｍのオリフィス固定板Ｓとの対向面側における周縁部に、内歯を備えたリングギア５を組み込み、該リングギア５に対し、モータ等のアクチュエータ６により減速機７を介して回転駆動されるピニオン８を噛合せしめてなる構成を有している。
【００２２】
前記制御器４は、自動車の場合、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）と称され、例えば、低速低負荷運転時にはＥＧＲガス流量を少なく設定し、高速高負荷運転時にはＥＧＲガス流量を多く設定するよう予めプログラミングされているため、前記エンジンの運転状態に基づくＥＧＲガス流量の増減設定に対応させて前記通過面積を増減させる駆動信号９を前記駆動機構２のアクチュエータ６へ出力するよう構成してある。
【００２３】
前記オリフィス固定板Ｓの固定通過孔ＨＳは、図２に示す如く、長径２ａＳで短径２ｂＳの楕円形とし、前記オリフィス可動板Ｍの回動通過孔ＨＭは長径２ａＭで短径２ｂＭの楕円形とし、
２ａＳ＞２ｂＭ
２ｂＳ＜２ａＭ
としてある。
【００２４】
そして、前記ＥＧＲパイプ１の断面積をＡとした場合、前記オリフィス固定板Ｓの固定通過孔ＨＳの面積ＡＳ＝π・ａＳ・ｂＳ、並びに前記オリフィス可動板Ｍの回動通過孔ＨＭの面積ＡＭ＝π・ａＭ・ｂＭは、断面積Ａに対し、小さすぎると圧力損失が増加しすぎ、逆に大きすぎると差圧ΔＰが確保できなくなるため、
０．３Ａ＜ＡＳ＜０．７Ａ
０．３Ａ＜ＡＭ＜０．７Ａ
とする必要がある。
【００２５】
これは、実験から得られた数値であって、算出流量精度の確保と圧力損失の抑制を両立する上で必要となる範囲である。
【００２６】
次に、上記実施例の作用を説明する。
【００２７】
例えば、低速低負荷運転時にＥＧＲガス流量が少なくなるよう設定されているときは、該設定に対応させてＥＧＲガスの通過面積を減少させる駆動信号９が制御器４から駆動機構２のアクチュエータ６へ出力され、図３（ｄ）に示す如く、オリフィス可動板Ｍが９０°の位置に回動する。
【００２８】
前記オリフィス可動板Ｍが９０°の位置に回動すると、オリフィス固定板Ｓの固定通過孔ＨＳに対しオリフィス可動板Ｍの回動通過孔ＨＭが直角に配置され、ＥＧＲガスの通過面積が最も絞られて最小の状態となるため、低速低負荷運転時のようにＥＧＲガス流量が少なくても、隣接して配設されたオリフィス固定板Ｓ及びオリフィス可動板Ｍの上下流位置における差圧ΔＰが確保され、該差圧ΔＰが差圧計３で測定され、該差圧計３で測定された差圧ΔＰに基づきガス流量が制御器４で演算され、この結果、実流量と算出流量の誤差［％］が大きくならず、算出流量精度が向上する。
【００２９】
これに対し、高速高負荷運転時にＥＧＲガス流量が多くなるよう設定されているときは、該設定に対応させて前記通過面積を増加させる駆動信号９が制御器４から駆動機構２のアクチュエータ６へ出力され、図３（ａ）に示す如く、オリフィス可動板Ｍが０°の位置に回動する。
【００３０】
前記オリフィス可動板Ｍが０°の位置に回動すると、オリフィス固定板Ｓの固定通過孔ＨＳに対しオリフィス可動板Ｍの回動通過孔ＨＭが完全に一致する形で配置され、ＥＧＲガスの通過面積が最大の状態となるため、高速高負荷運転時のようにＥＧＲガス流量が多くても、前記差圧ΔＰが著しく大きくならず、ＥＧＲパイプ１内でのＥＧＲガスの圧力損失（ポンピング損失）が抑えられ、燃費が良くなる。
【００３１】
前記低速低負荷運転と高速高負荷運転との中間における運転時には、図３（ｂ）に示す如く、オリフィス可動板Ｍを３０°の位置に回動させたり、図３（ｃ）に示す如く、オリフィス可動板Ｍを６０°の位置に回動させたり、或いは、それらの間の位置にオリフィス可動板Ｍを回動させたりすることにより、算出流量精度を向上させつつ、ＥＧＲガスの圧力損失（ポンピング損失）を抑えることが可能となる。
【００３２】
尚、前記オリフィス可動板Ｍの回動に伴うＥＧＲガスの通過面積の変化により、差圧ΔＰからＥＧＲガス流量を算出するための流量係数が変わるため、該流量係数を実験等から事前に求め、制御器４に予め入力しておけば良い。
【００３３】
又、前記ＥＧＲガス流量を算出するために、差圧計３によって測定される差圧ΔＰを用いているが、該差圧計３は数［ｍｓ］の応答が可能のため、ＥＧＲガス流量の算出も高応答が可能である。
【００３４】
一方、本実施例では、特許文献１に開示されている絞り式流量計とは異なり、ばね部材を使用していないため、該ばね部材が高温の排ガスにより酸と水を含む雰囲気中に晒されて劣化する心配がないことに加え、エンジンの運転に伴う排ガスの脈動に対してもオリフィス可動板ＭがぶれることはなくＥＧＲガスの通過面積を所望の値に保持することが容易となるため、長期間に亘り精密且つ高応答でＥＧＲガス流量を測定することが可能となる。
【００３５】
又、本実施例では、特許文献２に開示されている可変断面積オリフィスを備えた流量計とは異なり、オリフィス固定板Ｓの固定通過孔ＨＳ及びオリフィス可動板Ｍの回動通過孔ＨＭを楕円形とし、該オリフィス固定板Ｓに対しオリフィス可動板Ｍを回動自在に配設することにより、ＥＧＲガスの通過面積を可変としているため、該オリフィス可動板ＭはＥＧＲパイプ１の外部に張り出さず、駆動機構２のアクチュエータ６のみをＥＧＲパイプ１外部に配置すれば良く、設置スペースを確保することが容易となる。
【００３６】
尚、例えば、前記ＥＧＲパイプ１が細く、その内部にオリフィス固定板Ｓ及びオリフィス可動板Ｍを配設することが困難である場合には、該オリフィス固定板Ｓ及びオリフィス可動板Ｍを内蔵したケーシングをＥＧＲパイプ１途中に別途設けるようにしても良いことは勿論である。
【００３７】
又、前記固定通過孔ＨＳと回動通過孔ＨＭは、寸法の等しい同一形状の楕円形としているが、寸法の異なる楕円形としても良く、要は、前記オリフィス可動板Ｍを回動させることにより、ＥＧＲガスの通過面積を変えられる形状即ち円以外の形状であれば良い。
【００３８】
こうして、ＥＧＲガス流量が少ない運転域から多い運転域に亘って、ＥＧＲガス流量を高応答高精度に且つガス流通路の圧力損失を抑制しつつ測定し得る。
【００３９】
図４は本発明のガス流量計測装置の実施例におけるオリフィス可動板Ｍの駆動機構２の変形例であって、図中、図１〜図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１〜図３に示すものと同様であるが、オリフィス固定板Ｓに円弧状溝１０を凹設し、該円弧状溝１０に嵌入されるピン１１をオリフィス可動板Ｍから突設し、該ピン１１を図示していない駆動機構２のアクチュエータによって押し引きすることにより、オリフィス可動板ＭをＥＧＲパイプ１の軸心Ｏを中心として回動させるようにしたものである。
【００４０】
図４に示すように駆動機構２を構成した場合、ピン１１を押し引きするアクチュエータのＥＧＲパイプ１外部への張り出し量は、図１に示す実施例より大きくなるものの、オリフィス可動板ＭがＥＧＲパイプ１の外部に張り出さないことは図１に示す実施例と同様となり、ＥＧＲガス流量が少ない運転域から多い運転域に亘って、ＥＧＲガス流量を高応答高精度に且つガス流通路の圧力損失を抑制しつつ測定し得る。
【００４１】
尚、本発明のガス流量計測装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、ＥＧＲガス以外のガス流量の計測にも適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
１    ＥＧＲパイプ（ガス流通路）
２    駆動機構
３    差圧計
４    制御器
９    駆動信号
Ｓ    オリフィス固定板
ＨＳ   固定通過孔
Ｍ    オリフィス可動板
ＨＭ   回動通過孔
Ｏ    軸心
【図１】
2014098606.tif 000003
【図２】
2014098606.tif 000004
【図３】
2014098606.tif 000005
【図４】
2014098606.tif 000006
【図５】
2014098606.tif 000007