JPH11108712A

JPH11108712A - 流体の流量計測装置

Info

Publication number: JPH11108712A
Application number: JP26627897A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Funahashi; 博舟橋
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】流体の流速が急激に変化しても、その変化する
流量を応答性良く確実に計測できる。【解決手段】流体の全圧を第１圧力センサ２１が検出
し、流体の静圧を１又は２以上の第２圧力センサ２２，
２３が検出する。第１圧力センサ２１は管１９内を流れ
る流体の流れ方向に平行に挿入された棒状体２４の両端
のうち流体の流れ方向に対向する端面に設けられ、第２
圧力センサ２２，２３は棒状体２４の周面に設けられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を計測
する装置に関する。更に詳しくは、エンジンの吸気管内
を流れる吸気の流量を計測するのに適した流量計測装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の流量計側装置として図４
に示すように、車両のエンジンの吸気マニホルド１と吸
気管２との間に介装され所定の孔面積となるように細く
絞られた短管３と、この短管３の外周面から挿入された
支持パイプ４と、この支持パイプ４の先端に取付けられ
たヒータ５と、支持パイプ４の先端のうちヒータ５より
吸気の下流側に取付けられた温度センサ６とを備える。
ヒータ５にはヒータ線（図示せず）が内蔵され、温度セ
ンサ６はヒータ線の発熱温度を検出する熱電対型の温度
センサである。温度センサ６の検出出力はコントローラ
７の制御入力に接続され、コントローラ７の制御出力は
増幅回路８を介して上記ヒータ線と被制御部９にそれぞ
れ接続される。ヒータ線には所定の電力が供給され、被
制御部９は燃料噴射ポンプの燃料の噴射量を調整する電
子ガバナである。またコントローラ７にはメモリ７ａが
設けられ、このメモリ７ａには上記温度センサ６の検出
する温度に対する吸気の流速がマップとして記憶され
る。具体的には上記マップは予めヒータ線に所定の電力
を供給している状態で短管３内に既知の流速の吸気を流
し、このときの温度センサ６が検出する温度を測定し、
更に吸気の流速を変えたときの温度センサ６が検出する
温度の変化を示すグラフである。

【０００３】このように構成された流量計測装置では、
吸気の流速に応じて温度センサ６が検出する温度が変化
するので、コントローラ７がその検出温度をメモリ７ａ
のマップと比較して吸気の流速を算出し、この流速に短
管３内の孔面積を乗じることにより吸気の流量を求める
ことができる。この結果、コントローラ７は上記吸気の
流量に基づいて電子ガバナ９を制御することによりエン
ジン１への燃料噴射量を最適に制御できるので、エンジ
ン１の性能を向上できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の流
量計測装置では、ヒータ線の熱容量が大き過ぎるため応
答性が悪く、車両加速時等のエンジン過渡運転時の流速
変化には追従できない不具合があった。この点を解消す
るために、車両のアクセルペダルの踏込み量を検出する
アクセルセンサの検出出力を上記従来の流量計測装置の
コントローラの制御入力に取込むことにより、エンジン
過渡運転時のエンジンへの燃料噴射量を制御する方法が
考えられる。しかし、この方法では、エンジン過渡運転
時の吸気流量を直接計測しないため、エンジンへの燃料
噴射量を最適に制御することは困難である。本発明の目
的は、流体の流速が急激に変化しても、その変化する流
量を応答性良く確実に計測できる、流体の流量計測装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、流体の全圧を検出する第１圧力セン
サ２１と、流体の静圧を検出する１又は２以上の第２圧
力センサ２２，２３とを備えた流体の流量計測装置であ
る。この請求項１に記載された流体の流量計側装置で
は、第１圧力センサ２１により流体の全圧が検出され、
第２圧力センサ２２，２３により流体の静圧が検出され
るので、これらの圧力センサ２１〜２３の検出した各圧
力に基づいて次式（１）により流体の流量が求められ
る。上記流体の流速が急激に変化するときであっても、
上記圧力センサ２１〜２３は流体の圧力の変化に追従し
て速やかに流体の全圧及び静圧を時々刻々と検出し続け
ることができる。

【０００６】

【数１】

【０００７】上記式（１）において、Ｑは流体の流量で
あり、Ｓは流体の流路断面積であり、ζは棒状体２４の
形状や圧力センサ２２，２３の取付位置等で決定される
係数であってピトー管係数に相当するものであり、ρは
流体の密度であり、更にＰ₁，Ｐ₂は第１及び第２圧力セ
ンサの検出した圧力である。なお、上記式（１）におい
て第２圧力センサが２個以上のときは、Ｐ₂は２個以上
の第２圧力センサの検出出力の平均値である。

【０００８】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、更に図１に示すように、第１圧力センサ２
１が管１９内を流れる流体の流れ方向に平行に挿入され
た棒状体２４の両端のうち流体の流れ方向に対向する端
面に設けられ、第２圧力センサ２２，２３が棒状体２４
の周面に設けられたところにある。この請求項２に記載
された流体の流量計測装置では、流体が管１９内を通過
すると、この管１９内に挿入された棒状体２４に取付け
られた第１圧力センサ２１及び第２圧力センサ２２，２
３により流体の全圧及び静圧が検出されるので、これら
のセンサ２１〜２３の検出した各圧力に基づいて上記式
（１）により流体の流量が求められる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図３に示すように、車両のディーゼ
ルエンジン１１の吸気マニホルド１２には吸気管１３を
介してエアクリーナ１４に接続され、排気マニホルド１
６には排気管１７が接続される。本発明の流量計測装置
１８は吸気マニホルド１２と吸気管１３との間に介装さ
れた短管１９内に設けられ（図３）、短管１９内を流れ
る吸入空気、即ち吸気の流れ方向に平行に挿入された棒
状体２４と、棒状体２４の両端のうち吸気の流れ方向に
対向する端面に埋設された第１圧力センサ２１と、棒状
体２４の周面に埋設された一対の第２圧力センサ２２，
２３とを備える（図１及び図２）。

【００１０】図１及び図２に詳しく示すように、短管１
９内は所定の孔面積となるように細く絞られる。また棒
状体２４は吸気を乱さないように流線形に形成され、こ
の棒状体２４には板状の脚部２６が突設される。脚部２
６の下部は短管１９の周壁に形成された取付孔１９ａに
挿入可能に形成され、短管１９の外周面のうち取付孔１
９ａの周囲にはリブ１９ｂが突設される。脚部１９の下
部を取付孔１９ａに挿入した状態で脚部２６の下端をリ
ブ１９ｂとともにボルト２７を挿通してナット２８を螺
合することにより、棒状体２４の軸心が短管１９の孔心
に一致するように短管１９に固定される。

【００１１】第２圧力センサ２２，２３のうち一方の第
２圧力センサ２２は棒状体２４の外周面のうちの一方の
側面に埋設され、他方の第２圧力センサ２３は棒状体２
４の外周面のうちの他方の側面に埋設される（図２）。
第１圧力センサ２１は短管１９内を流れる吸気の全圧を
検出し、一対の第２圧力センサ２２，２３は吸気の静圧
を検出するように構成される。第１及び第２圧力センサ
２１〜２３はこの実施の形態ではひずみゲージ式の圧力
センサであり、例えばＰＳＳ−０２ＫＡＦ（定格負荷１
９．６１ｋＰａ（０．２ｋｇｆ／ｃｍ²）、（株）共和
電業製）やＰＳＳ−０５ＫＡＦ（定格負荷４９．０３ｋ
Ｐａ（０．５ｋｇｆ／ｃｍ²）、（株）共和電業製）等
の圧力センサを用いることが好ましい。これらのセンサ
２１〜２３では０．０５〜４９．３ｋＰａ（０．００５
〜５ｋｇｆ／ｃｍ²）と極めて小さい圧力を検出可能で
ある。また脚部２６の両端縁のうち吸気の流れ方向に対
向する端面には吸気の温度を検出する温度センサ２９が
埋設される。この温度センサ２９は熱電対型の温度セン
サである。

【００１２】上記棒状体２４及び脚部２６はアルミ合金
等のダイカスト鋳造法又は樹脂の射出成形法等により一
体的に形成されることが好ましい。また第１及び第２圧
力センサ２１〜２３及び温度センサ２９はリード線２１
ａ〜２３ａ，２９ａとともに上記棒状体２４及び脚部２
６の成形時又は成形後に棒状体２４及び脚部２６にそれ
ぞれ埋設してもよく、或いはリード線２１ａ〜２３ａ，
２９ａのみを棒状体２４及び脚部２６の成形時に棒状体
２４及び脚部２６に埋設し成形後に上記センサ２１〜２
３，２９を棒状体２４及び脚部２９にそれぞれ埋設して
もよい。

【００１３】第１及び第２圧力センサ２１〜２３及び温
度センサ２９の各検出出力はコントローラ３１の制御入
力にそれぞれ接続され、コントローラ３１の制御出力は
増幅回路３２を介して被制御部３３に接続される（図
１）。被制御部３３はこの実施の形態では燃料噴射ポン
プ（図示せず）の燃料の噴射量を調整する電子ガバナで
ある。コントローラ３１は短管１９内の孔面積をＳ（ｍ
²）とし、吸気の密度をρ（ｋｇ／ｍ³）とし、第１圧力
センサ、一方の第２圧力センサ及び他方の第２圧力セン
サ２１，２２，２３の検出した圧力をそれぞれＰ₁，Ｐ
₂₁及びＰ₂₂（Ｐａ）としたときに、吸気の流量Ｑ（ｍ³
／秒）を次式（２）

【００１４】

【数２】

【００１５】により求めるように構成される。なお、上
記式（２）のζは棒状体２４の形状や圧力センサ２２，
２３の取付位置等で決定される係数であってピトー管係
数に相当するものである。上記式（２）においてカッコ
内の（Ｐ₂₁＋Ｐ₂₂）／２より吸気の静圧の平均値Ｐ₂が
算出され、カッコ内全体から吸気の動圧Ｐ₁が算出され
る。またルート内を計算して得られた値の平方根をとる
と吸気の流速が算出され、この吸気の流速に短管１９内
の孔面積を乗じることにより吸気の流量が算出される。

【００１６】一方、吸気の密度は吸気の温度ｔ（℃）に
より変化するので、コントローラ３１は温度センサ２９
の検出出力ｔ（℃）に基づいて密度ρ（ｋｇ／ｍ³）を
次式（３） ρ＝ρ₀×［２７３／（２７３＋ｔ）］（３）により求めて式（２）に代入する。ここで、ρ₀は標準
状態（０℃，１気圧）の空気の密度である。またコント
ローラ３１にはメモリ３１ａが設けられ、このメモリ３
１ａには上記吸気の流量に対する最適なエンジン１１へ
の燃料噴射量がマップとして記憶される。

【００１７】なお、この実施の形態ではエンジンとして
車両のディーゼルエンジンを挙げたが、車両のガソリン
エンジン、或いは船舶や建設機械等のディーゼルエンジ
ン又はガソリンエンジンでもよい。また、この実施の形
態では一対、即ち２個の第２圧力センサを用いたが、１
個又は３個以上の第２圧力センサを用いてもよい。ま
た、この実施の形態では、棒状体を短管内に挿入した
が、棒状体を直接吸気管内に挿入してもよく、また流体
として吸気管内を流れる吸気を挙げたが、管内を流れる
吸気以外の気体又は液体でもよい。また、この実施の形
態では第１及び第２圧力センサとしてひずみゲージ式の
圧力センサを用いたが、０．０５〜４９．３ｋＰａ
（０．００５〜５ｋｇｆ／ｃｍ²）という極めて小さい
圧力を検出できれば圧電式の圧力センサを用いてもよ
い。

【００１８】また、この実施の形態では温度センサとし
て熱電対型の温度センサを用いたが、サーミスタ型の温
度センサを用いてもよい。更に、この実施の形態では被
制御部として電子ガバナを挙げたが、排気再循環装置
（ＥＧＲ装置）を有するエンジン、即ち排気管及び吸気
管がＥＧＲパイプによりエンジンをバイパスして接続さ
れかつこのＥＧＲパイプに電子式のＥＧＲバルブが設け
られたエンジンでは、被制御部が上記ＥＧＲバルブであ
ってもよい。この場合、本発明の流量計測装置は吸気管
のうちＥＧＲパイプが接続された部分より吸気下流側に
設けられる。

【００１９】このように構成された流体の流量計測装置
の動作を説明する。ディーゼルエンジン１１が作動する
と、エアクリーナ１４を介して吸気管１３内に吸入空
気、即ち吸気が流入し、この吸気は短管１９及び吸気マ
ニホルド１２を介してエンジン１１のシリンダ（図示せ
ず）内に流入する。上記吸気が短管１９内を通過する
と、温度センサ２９により吸気の温度が検出され、第１
圧力センサ２１により吸気の全圧が検出され、更に一対
の第２圧力センサ２２，２３により吸気の静圧がそれぞ
れ検出される。先ずコントローラ３１は温度センサ２９
の検出した吸気の温度に基づいて上記式（３）により吸
気の密度を求め、この吸気の密度及び第１及び第２圧力
センサ２１〜２３の検出した各圧力に基づいて上記式
（２）により吸気の流量を求める。次にコントローラ３
１はメモリ３１ａに記憶されたマップから上記吸気の流
量に対するエンジン１１への最適な燃料噴射量を求め、
上記最適な量の燃料をエンジン１１に噴射するように電
子ガバナ３３を制御する。

【００２０】また車両を加速するためにアクセルペダル
を急激に踏込むと、エンジン１１の吸気の流速が急激に
増大する。このとき温度センサ２９は吸気の温度の変化
に追従して速やかに吸気の温度を時々刻々と検出し続
け、かつ第１及び第２圧力センサ２１〜２３は吸気の圧
力の変化に追従して速やかに吸気の全圧及び静圧を時々
刻々と検出し続けるので、コントローラ３１はこれらの
検出出力に基づいて式（３）及び式（２）から吸気の流
量を次々と求め、順次エンジン１１に最適な量の燃料を
エンジン１１に噴射するように電子ガバナ３３を制御し
続ける。この結果、エンジン１１の過渡運転時であって
も、エンジン１１への燃料噴射量を最適に制御できるの
で、エンジン１１の性能を向上できる。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、流
体の全圧を第１圧力センサが検出し、流体の静圧を１又
は２以上の第２圧力センサが検出するので、これらの圧
力センサの検出した各圧力に基づいて流体の流量が求め
られる。この結果、流体の流速が急激に変化するときで
あっても、上記圧力センサは流体の圧力の変化に追従し
て速やかに流体の全圧及び静圧を時々刻々と検出し続け
ることができ、その変化する流量を応答性良く確実に計
測できる。また第１圧力センサを棒状体の両端のうち流
体の流れ方向に対向する端面に設け、第２圧力センサを
棒状体の周面に設ければ、これらの圧力センサにより流
体の全圧及び静圧がそれぞれ検出されるので、上記と同
様に流体の流量を求めることができる。この結果、上記
と同様の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施形態の流体の流量計測装置を示す図
３のＡ−Ａ線断面図。

【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図。

【図３】その流量計測装置を含むエンジンの平面図。

【図４】従来の流量計測装置を示す図１に対応する断面
図。

【符号の説明】

１８流量計測装置１９短管（管）２１第１圧力センサ２２，２３第２圧力センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の全圧を検出する第１圧力センサ(2
1)と、前記流体の静圧を検出する１又は２以上の第２圧力セン
サ(22,23)とを備えた流体の流量計測装置。
【請求項２】第１圧力センサ(21)が管(19)内を流れる
流体の流れ方向に平行に挿入された棒状体(24)の両端の
うち前記流体の流れ方向に対向する端面に設けられ、前記第２圧力センサ(22,23)が前記棒状体(24)の周面に
設けられた請求項１記載の流体の流量計測装置。