(57)【要約】  本発明の目的は、装置の大型化を招くことなく、低流量時のノイズの発生を抑制できる流量発生装置を提供することにある。  シリンダ２と、シリンダ２に設けられ物理量検出装置５を搭載する物理量検出装置搭載部１と、物理量検出装置搭載部１に対してシリンダ２の一端側に設けられた第１ピストンと３、物理量検出装置搭載部１に対してシリンダ２の他端側に設けられた第２ピストン４と、第１ピストン３及び第２ピストン４を駆動する駆動装置１１と、を備え、第１ピストン３及び第２ピストン４はシリンダ２内において第１ピストン３と第２ピストン４との間に形成される空間の容積が変化しないように駆動される。
2019073770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
前記シリンダに設けられ物理量検出装置を搭載する物理量検出装置搭載部と、
前記物理量検出装置搭載部に対して前記シリンダの一端側に設けられた第１ピストンと、
前記物理量検出装置搭載部に対して前記シリンダの他端側に設けられた第２ピストンと、
前記第１ピストン及び前記第２ピストンを駆動する駆動装置と、
を備え、
前記第１ピストン及び前記第２ピストンは、前記シリンダ内において前記第１ピストンと前記第２ピストンとの間に形成される空間の容積が変化しないように駆動される流量発生装置。
【請求項２】
前記駆動装置は、前記第１ピストンの面積及び速度をＳ１及びｖ１とし、前記第２ピストンの面積及び速度をＳ２及びｖ２とするとき、Ｓ１・ｖ１＝Ｓ２・ｖ２が成立するように、前記第１ピストン及び前記第２ピストンを駆動する請求項１に記載の流量発生装置。
【請求項３】
Ｓ１＝Ｓ２である請求項２に記載の流量発生装置。
【請求項４】
前記第１ピストンと前記第２ピストンとを連結する連結部を備え、
前記駆動装置は前記連結部を駆動することで前記第１ピストン及び前記第２ピストンを駆動する請求項３に記載の流量発生装置。
【請求項５】
前記駆動装置は単軸ロボットである請求項４に記載の流量発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸入空気に関する物理量を検出する物理量検出装置の調整に用いる流量発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の省燃費及び排気ガス浄化の観点から、内燃機関の吸入空気に関する物理量の検出精度の向上が求められている。吸入空気に関する物理量の具体例としては空気流量がある。【０００３】
空気流量を検出する物理量検出装置として、特開平５−２２３６１１号公報（特許文献１）に記載された空気流量計が知られている。特許文献１の空気流量計は、アナログ信号形態の流量信号をアナログ・デジタル変換回路によってデジタル信号形態に変換した後に、デジタル演算回路による計算処理によって流量信号を所望の気体流量に対応する信号に調整演算する構成である。このデジタル演算回路における調整演算を実行するために必要な調整係数は、ＰＲＯＭなどの記憶装置に保存している。【０００４】
吸入空気に関する物理量を検出する物理量検出装置は、流量発生装置によって校正を行う調整工程(以下、調整)を実施する事で、高精度な物理量検出が可能となる。特許文献１の空気流量計では、流量発生装置を用いて調整係数を予め調べておく。【０００５】
物理量検出装置の調整において安定した調整を行うためには、高精度な流量発生装置が求められる。従来の流量発生装置としては、ソニックノズル方式のものが用いられている。ソニックノズル方式の流量発生装置は、真空ポンプによる圧力差で空気流を発生させ、空気流が発生する配管内に絞り部を有するソニックノズルを設置することで空気流の流速を音速に到達させ、安定した流量を発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２２３６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ソニックノズル方式において、流量はソニックノズルのスロート部の断面積で決まるため、異なった流量を発生させるために複数のソニックノズルを要する。そのため、ソニックノズル方式による流量発生装置は真空ポンプや複数のソニックノズル、及び複数のソニックノズルを格納するノズルボックスを有するため、大規模な装置となる。発生流量数の増加、すなわちソニックノズルの増加に伴い、ノズルボックス体積が増加する。また、発生流量はノズル組み合わせによる離散的なものになる。【０００８】
また、ソニックノズル方式においては、物理量検出装置の検出部において、ヘルムホルツ共鳴による空気の固有振動が発生する。ノズルボックス体積の増加に伴い、ヘルムホルツ共鳴の固有振動の基本長が長くなり、低周期のノイズ源となる。この低周期ノイズは低流量時において影響が顕著となり、検出精度低下の要因となる。計測を一定時間行って平均化処理を行っても、ノイズ影響が支配的となり調整が困難になる。【０００９】
本発明の目的は、装置の大型化を招くことなく、低流量時のノイズの発生を抑制できる流量発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の流量発生装置は、
シリンダと、
前記シリンダに設けられ物理量検出装置を搭載する物理量検出装置搭載部と、
前記物理量検出装置搭載部に対して前記シリンダの一端側に設けられた第１ピストンと、
前記物理量検出装置搭載部に対して前記シリンダの他端側に設けられた第２ピストンと、
前記第１ピストン及び前記第２ピストンを駆動する駆動装置と、
を備え、
前記第１ピストン及び前記第２ピストンは、前記シリンダ内において前記第１ピストンと前記第２ピストンとの間に形成される空間の容積が変化しないように駆動される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、装置の大型化を招くことなく、低流量時のノイズの発生を抑制できる流量発生装置を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例に係る流量発生装置の構成を示す上面図。
【図２】図１の流量発生装置の正面図。
【図３】図１の流量発生装置の背面図。
【図４】図１の流量発生装置の右側面図。
【図５Ａ】図１の流量発生装置のＶＡ−ＶＡ’断面を示す断面図。
【図５Ｂ】図１の流量発生装置のＶＢ−ＶＢ’断面を示す断面図。
【図５Ｃ】図２の流量発生装置のＶＣ−ＶＣ’断面を示す断面図。
【図６Ａ】図５Ａの物理量検出装置搭載部の近傍を示す断面図。
【図６Ｂ】図５Ｂの物理量検出装置搭載部の近傍を示す断面図。
【図７】流量発生装置の駆動部の速度制御の一例を説明する図。
【図８】流量発生装置の駆動時の速度制御による流量設定を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る流量発生装置は、物理量検出装置搭載部と、物理量検出装置搭載部に対して一方（前面部）の側に配置される第１ピストンと、物理量検出装置搭載部に対して他方（後背部）の側に配置される第２ピストンと、物理量検出装置搭載部に設置された物理量検出装置自身とで、密閉された空間を形成し、物理量検出装置の物理量検出部が密閉された空間に配置される構成をとる。流量発生装置は、第１ピストン及び第２ピストンを駆動する駆動部により、密閉された空間の容積を一定に保つ様に、第１ピストン及び第２ピストンを駆動する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施例に係る流量発生装置の構成を示す上面図である。図２は、図１の流量発生装置の正面図である。図３は、図１の流量発生装置の背面図である。図４は、図１の流量発生装置の右側面図である。図１は流量発生装置１００を上面から俯瞰した図である。図２は流量発生装置１００を正面からみた図であるが、駆動部１０、駆動装置１１、及び駆動ロッド１２を省略している。図３は流量発生装置１００を背面方向からみた図であるが、駆動部１０、駆動装置１１、駆動ロッド１２、ロッド連結部１３、及びロッド連結部１４のみを描いている。図４は流量発生装置１００を右側面方向からみた図である。
【００１５】
流量発生装置１００は物理量検出装置搭載部１を持つシリンダ２と、第１ピストン３と、第２ピストン４と、を備え、物理量検出装置５を物理量検出装置搭載部１に設置する構成である。第１ピストン３及び第２ピストン４は、シリンダ２の内部に、移動可能に配置される。第１ピストン３は物理量検出装置搭載部１に対して一方（前面部）の側に配置される。第２ピストン４は物理量検出装置搭載部１に対して他方（後背部）の側に配置される。
【００１６】
図５Ａは、図１の流量発生装置のＶＡ−ＶＡ’断面を示す断面図である。図５Ｂは、図１の流量発生装置のＶＢ−ＶＢ’断面を示す断面図である。図５Ｃは、図２の流量発生装置のＶＣ−ＶＣ’断面を示す断面図である。図６Ａは、図５Ａの物理量検出装置搭載部の近傍を示す断面図である。図６Ｂは、図５Ｂの物理量検出装置搭載部の近傍を示す断面図である。
【００１７】
物理量検出装置搭載部１は、物理量検出装置５の内部に構成される物理量検出部がシリンダ２の内部に配置されるように、貫通部１ａを有する。物理量検出装置搭載部１は、物理量検出装置５を固定するための固定構造（図示せず）を有する。この固定構造は、例えば、物理量検出装置５のフランジ部５ａを挿通するボルト（図示せず）と、物理量検出装置搭載部１に設けられたねじ穴（図示せず）と、により構成することができる。
【００１８】
物理量検出装置５を物理量検出搭載部１に搭載する事で貫通部１ａが塞がれ、シリンダ２内の第１ピストン３と第２ピストン４との間に密閉空間（シリンダ内空間）６が構成される。物理量検出装置５が物理量検出搭載部１に搭載されると、物理量検出装置５の物理量検出部が密閉空間６内に配置される。なお、図５Ａ及び図６Ａにおいて、密閉空間６の断面（第１ピストン３及び第２ピストン４の移動方向に垂直な断面）は円形となっているが、シリンダ２及びピストン３，４の代表的な形状を示したものであり、その他の形状であっても構わない。
【００１９】
本明細書では、第１ピストン３及び第２ピストン４の移動方向において、物理量検出装置搭載部１を基準として第１ピストン３側を前側、第２ピストン４側を後側（後背側）として、説明する。
【００２０】
物理量検出搭載部１或いは物理量検出装置５の前後にスロート部７を設けているが、スロート部７は必ず配置されなければならないものではない。また、スロート部７の前後方向の両端部に設けているテーパ部７ａは円錐面（円錐台面）に限定されるものではない。
【００２１】
図１に示すように、第１ピストン３と連結された第１ピストンロッド８は、第１ピストン３に連結された側とは反対側の端部が、駆動部１０に設けられた駆動ロッド１２の一端部に、第１ロッド連結部１３を介して連結されている。一方、第２ピストン４と連結された第２ピストンロッド９は、第２ピストン４に連結された側とは反対側の端部が、駆動ロッド１２の他端部に、第２ロッド連結部１４を介して連結されている。
【００２２】
第１ピストンロッド８、第１ロッド連結部１３、駆動ロッド１２、第２ロッド連結部１４、及び第２ピストンロッド９は、第１ピストン３と第２ピストン４とを連結する連結部を構成する。駆動装置１１は駆動部１０を介してこの連結部を駆動することで、第１ピストン３及び第２ピストン４を駆動する。
【００２３】
駆動装置１１は、直動案内機構を有し、駆動部１０を高精度に速度制御しながら直線上を往復動させることができる。駆動ロッド１２の両端部がそれぞれ第１ピストンロッド８と第２ピストンロッド９とに連結されていることで、駆動部１０の動作により第１ピストン３と第２ピストン４とを同期させて駆動することができる。なお駆動部１０は駆動装置１１を構成する構成要素である。
【００２４】
駆動部１０の動作により、駆動ロッド１２及びロッド連結部１３，１４を介して両ピストンロッド８，９及びピストン３，４が同一方向に同期動作する事で、密閉空間６の容積を一定に保ったまま、物理量検出装置５の物理量検出部に空気流が発生する。
【００２５】
本実施例では両ピストン３，４の面積は同じである事を前提としている。ここでピストン３，４の面積は、ピストン３，４の移動方向に垂直な平面に投影されるピストン３，４の面積である。このピストン３，４の面積は、シリンダ２の、ピストン３，４が配置された部位の断面積とほぼ同じである。ここで、「ほぼ同じ」としたのは、ピストン３，４はシリンダ２の内側に挿入される部材であるため、ピストン３，４の直径はシリンダ２の直径に比べて僅かに小さいためである。
【００２６】
しかし、両ピストン３，４の面積は同一である必要はなく、両ピストン３，４の面積が同一であることに限定されるものではない。その他の構成例として、第１ピストン３の面積をＳ１、第２ピストン４の面積をＳ２とするとき、Ｓ１とＳ２とが異なるピストン３，４およびシリンダ２で構成してもよい。この場合、それぞれのピストン３，４を駆動するための独立した駆動部と、それぞれの駆動部を同期させて駆動させることができる制御システムと、を備えるとよい。両ピストン３，４の駆動速度をそれぞれｖ１、ｖ２とし、Ｓ１・ｖ１＝Ｓ２・ｖ２となるように、両ピストン３，４を同期制御して駆動することで、密閉空間６の容積を一定に保つことが出来る。すなわち、スロート７に対して第１ピストン３側のシリンダ内容積の増加量又は減少量と、スロート７に対して第２ピストン４側のシリンダ内容積の減少量又は増加量と、が等しくなるように、両ピストン３，４を駆動する。
【００２７】
前記、両ピストン３，４において独立したピストン駆動装置を設け、ピストン３，４の面積をＳ１＝Ｓ２となるように構成し、ピストン３，４の駆動速度をｖ１＝ｖ２となるように構成してもよい。
【００２８】
直動案内を持つ駆動装置の一例として、サーボ機構により速度制御可能な単軸ロボットが考えられる。
【００２９】
図７は、流量発生装置の駆動部の速度制御の一例を説明する図である。
【００３０】
本実施例では、駆動装置１１の駆動速度を制御する事で、発生する流量の変化が可能となる。駆動装置１１及び駆動部１０は、図７に示す時間Ｔに対して、駆動前の状態から加速部Ｖ１と等速部Ｖ２と減速部Ｖ３とを有する様に速度制御を行い、ピストン３，４を駆動することで、密閉空間６に空気流が発生する。質量流量は駆動速度Ｖとピストン断面積Ｓと空気密度ρとの乗算により表すことが可能であるため、等速部Ｖ２において一定の空気流量ρ・Ｓ・Ｖｓが発生する。駆動前後のピストン３，４の移動距離ＬはＶ−Ｔ線における面積に等しい。
【００３１】
図８は、流量発生装置の駆動時の速度制御による流量設定を説明する図である。
【００３２】
ピストン３，４が駆動可能な直線量がＬｍａｘである場合、加速部Ｖ１、等速部Ｖ２、減速部Ｖ３を駆動装置１１の制御範囲内で速度制御（変更）することで、面積Ｌｍａｘ以下の範囲で、流量設定Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、…、Ｎｏ．ｘのように発生流量を自由に設定できる。流量設定分解能は駆動装置１１の速度制御分解能の範囲内で決定されることになるが、ソニックノズル方式と比較してほとんど連続的な設定が可能となる。
【００３３】
等速部Ｖ２における空気流量時に、物理量検出装置５の出力である吸入空気の物理量の校正を行う。調整に必要な流量に設定された等速部区間において、物理量検出装置５による計測をソニックノズル方式と同様に行い、この計測結果を用いて物理量検出装置５の校正を行う事で、低流量時の検出精度を向上させることができる。
【００３４】
本発明に係る実施例では、物理量検出装置５を密閉空間６に配置する流量発生装置１００を構成する。密閉空間６とすることで、一方が開口端である事から発生するヘルムホルツ共鳴による低周期ノイズを除去出来る。
【００３５】
流量発生装置１００は、第１ピストン３及び第２ピストン４を備え、第１ピストン３及び第２ピストン４を密閉空間６内の容積を一定に保つ様に駆動して、流量を発生させる。
【００３６】
上記による装置構成とする事で、真空ポンプや複数ノズル及びノズルボックスを要しないため、小規模な装置構成で流量を発生させることが可能となる。本装置構成では密閉空間６内部での両固有端振動が発生することが考えられるが、小規模な装置構成により、固有振動の基本長を短くする事が可能となり、低周期ノイズの発生を除去出来る。
【００３７】
空気流量は体積流量と空気密度の乗算により算出される。準静的過程の範囲内であれば、密閉空間の容積を一定に保っているため、内部の空気状態は変化せず、空気密度は一定であると仮定できる。体積流量は密閉空間６内のピストン断面積と速度の乗算で表される。従ってピストン３，４の駆動速度を制御する事で、発生する流量を質量流量として制御することができる。
【００３８】
ソニックノズル方式のノズル組み合わせによる離散的な発生流量と異なり、駆動装置１１の速度分解能の範囲でほとんど連続的な流量発生が可能となる。また、物理量検出装置５に対する前後方向の構成を対称とすれば、物理量検出装置５に対する流量発生方向が制限されない。
【００３９】
なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１…物理量検出装置搭載部、２…シリンダ、３…第１ピストン、４…第２ピストン、５…物理量検出装置、６…密閉空間、７…スロート部、８…第１ピストンロッド部、９…第２ピストンロッド部、１０…駆動部、１１…駆動装置、１２…駆動ロッド、１３…第１ロッド連結部、１４…ロッド連結部。
【図１】
2019073770.tif 000003
【図２】
2019073770.tif 000004
【図３】
2019073770.tif 000005
【図４】
2019073770.tif 000006
【図５Ａ】
2019073770.tif 000007
【図５Ｂ】
2019073770.tif 000008
【図５Ｃ】
2019073770.tif 000009
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
2019073770.tif 000012
【図８】
2019073770.tif 000013
【国際調査報告】
2019073770.tif 000014
2019073770.tif 000015