内燃機関のガス流量計測装置
【課題】乱流やノイズによる流量計測値の変動に影響を受けることなく、ガスの流量計測精度を向上することができ、排気ガス性能、燃費性能を向上することができる内燃機関のガス流量計測装置を得ること。
【解決手段】発熱抵抗体３０の放熱量に基づいてガスの流量を検出するガス流量センサ１３を備えた内燃機関のガス流量計測装置は、ガス流量センサ１３により検出したガスの流量検出値を微分して流量微分値ＤＱを算出し、その流量微分値ＤＱに応じた補正量で流量検出値を補正した流量補正値Ｑｅｃを算出する。これにより、乱流やノイズによる一時的な流量変動の影響を軽減させることができる。したがって、流量検出値Ｑｅｓの変動があった場合でも補正の誤動作がなく、逆流量に応じた適切な補正を行うことができ、流量計測精度を向上させることができる。
【解決手段】発熱抵抗体３０の放熱量に基づいてガスの流量を検出するガス流量センサ１３を備えた内燃機関のガス流量計測装置は、ガス流量センサ１３により検出したガスの流量検出値を微分して流量微分値ＤＱを算出し、その流量微分値ＤＱに応じた補正量で流量検出値を補正した流量補正値Ｑｅｃを算出する。これにより、乱流やノイズによる一時的な流量変動の影響を軽減させることができる。したがって、流量検出値Ｑｅｓの変動があった場合でも補正の誤動作がなく、逆流量に応じた適切な補正を行うことができ、流量計測精度を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスの流量、および吸入空気、その他ガスの流量を計測するガス流量計測装置に関し、特に、ガス流量の脈動により逆流が発生したときの流量計測誤差を低減する補正手段を有するガス流量計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関では、排気ガス中のＮＯｘ等の低減のため一般に排気ガスの再循環（ＥＧＲ）を実施している。近年では排気ガス中のＮＯｘやＰＭ（煤）を十分に低減するためにＥＧＲガスの流量、および吸入空気の流量を高精度に制御することが要求されている。
【０００３】
また、近年ではガソリンエンジンの燃費向上のためＥＧＲを採用しており、燃費性能と燃焼安定性の両立の要求からＥＧＲ流量の制御精度の向上が必要となっている。
【０００４】
このような背景からＥＧＲ通路にＥＧＲガスの流量を直接計測するセンサ（排気流量センサ）を配置し、ＥＧＲガスの流量を検出して、排気ガスの低減に適した流量となるようＥＧＲ弁を制御するＥＧＲ制御装置が特許文献１等で提案されている。
【０００５】
ここで、ＥＧＲ通路は排気通路と吸気通路とを接続したガス流路であり、当該ＥＧＲ通路の排気ガスは、排気圧力とインテークマニホールド内圧力（吸気圧力）との差圧に応じて排気側から吸気側へ流れるので、実際にＥＧＲ通路を流れる排気ガスの流量（ＥＧＲ流量）は、排気圧力変動と吸気圧力変動の影響を受けて変動（脈動）する。
【０００６】
このため、排気圧力変動と吸気圧力変動が大きくなる運転状態では、脈動により吸気圧力が排気圧力より高くなりＥＧＲガスが排気側に逆流する場合がある。
【０００７】
上記文献等にあるような排気流量センサは、発熱抵抗体（熱線）で構成され、ガス流れによる発熱抵抗体の放熱量を検出することにより、ガスの流量を計測している。
【０００８】
熱線式の流量センサは、一般にガスの流れ方向を判別できないため、脈動により排気ガスの逆流が生じると、これを順流として検出するので排気ガスの流量を実際の流量に対し多く検出してしまい流量検出精度が著しく低下する。
【０００９】
空気流量を計測する流量センサでは、シリコン等の薄膜で形成される発熱抵抗体とその上下流に近接して配置される感温抵抗体を有する構成等により発熱抵抗体周囲の温度分布を高応答に検出して空気の流れ方向を判別するものも実用化されているが、排気ガスの流量を計測する場合には耐熱性の課題から薄膜式センサを適用することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２１４２７５号公報
【特許文献２】特開２００８−２８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、排気ガスの流量計測には、特許文献１等で熱線式の流量センサを適用するものが提案されているが、脈動による逆流に対しては、応答性が不足し、ガスの流れ方向を検知することができない。したがって、前述のように排気ガスの逆流が生じたときは流量の計測誤差が発生して排気性能が低下してしまうという問題があった。
【００１２】
これに対し、熱線式流量センサの逆流を信号処理により検知して補正する方式が特許文献２に開示されている。本文献では、逆流発生時に流量計測値の２階微分値がピークを生じることから、流量計測値の２階微分値が上昇してから、再度２階微分値が上昇するまでの期間を逆流期間として判別し、該逆流期間の流量計測値の極性を反転して計測流量を補正するようにしている。
【００１３】
しかしながら、上記特許文献２の技術では、熱線式流量センサの発熱抵抗体周囲の乱流やノイズにより流量計測値が変動すると、流量計測値の２階微分値が変動して逆流期間を誤判定する場合があった。逆流期間を誤判定した場合は、その間の流量計測値の極性を反転するので流量計測誤差が大きくなる。
【００１４】
本発明のガス流量計測装置は、内燃機関の排気ガスの流量、および吸入空気、その他ガスの流量を計測するガス流量計測装置に関し、発熱抵抗体で構成される流量センサを備えたガス流量計測装置において、発熱抵抗体周囲の乱流やノイズによる流量計測値の変動があっても、脈動時の逆流による流量計測誤差を低減可能として流量計測精度を向上すること、これによりエンジンの排気ガス性能、燃費性能を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する本発明の内燃機関のガス流量計測装置は、発熱抵抗体の放熱量に基づいてガスの流量を検出するガス流量センサを備えた内燃機関のガス流量計測装置において、ガス流量センサにより検出したガスの流量検出値を微分して流量微分値を算出し、流量微分値に応じた補正量で流量検出値を補正することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内燃機関のガス流量計測装置によれば、ガス流量センサにより検出したガスの流量検出値を微分して流量微分値を算出し、流量微分値に応じた補正量で流量検出値を補正するので、乱流やノイズによる一時的な流量変動の影響を軽減させることができる。したがって、流量検出値の変動があった場合でも補正の誤動作がなく、逆流量に応じた適切な補正を行うことができ、流量計測精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のガス流量計測装置が適用されるエンジンの構成を示す全体図。
【図２】本発明のガス流量計測装置のガス流量センサの構成例１と装着状態を示す図。
【図３】従来技術と課題の説明図。
【図４】本発明のガス流量計測装置の構成図。
【図５】本発明のガス流量計測装置の流量補正方式のブロック図。
【図６】本発明のガス流量計測装置の流量補正方式の処理手順を示す図。
【図７】本発明の流量補正方式の逆流時の動作を示す図。
【図８】本発明の流量補正方式の順流時の動作を示す図。
【図９】本発明の流量補正方式による流量計測誤差を示す図。
【図１０】本発明のガス流量計測装置のガス流量センサの構成例２を示す斜視図。
【図１１】ガス流量センサの構成例２による流量検出特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［実施例１］
本発明のガス流量計測装置が適用されるディーゼルエンジンの例を図１に示す。ここで本発明のＥＧＲ制御装置が適用されるエンジンは、ディーゼルエンジンに限定されるものではなく、ＥＧＲを導入するガソリンエンジンにも適用可能である。
【００１９】
エンジン１が吸入する空気は、エアクリーナ（図示省略）より取り込まれ、ターボチャージャ４のコンプレッサ４Ａによって過給される。エンジン１の吸入空気量は、吸気管２に設けられる吸入空気量センサ３によって計測される。
【００２０】
インタークーラ５は、ターボチャージャ４のコンプレッサ４Ａによって過給された空気を冷却する。インタークーラ５によって冷却された空気は、インテークマニホールド８によって各気筒毎に分配され、燃焼室１９内に吸入される。吸入空気量はスロットル弁６により制御される。また、必要に応じて吸気管に吸気管圧力センサ７が設けられる。
【００２１】
エンジン１には燃焼室１９内に燃料を噴射する燃料噴射弁９が取り付けられている。燃料噴射弁９により燃焼室１９に噴射された燃料は吸入空気との混合気を生成し、燃焼室１９内で燃焼する。
【００２２】
燃焼室１９より排出する既燃焼ガス（排気ガス）は排気管１０へ排出され、ターボチャージャ４のタービン４Ｂを駆動する。
【００２３】
排気管１０の途中には、ＥＧＲ取入口１５が形成されている。排気管１０を流れる排気ガスの一部（ＥＧＲガス）は、ＥＧＲ取入口１５よりＥＧＲ管１１を通ってＥＧＲクーラ１４、ＥＧＲ制御弁（ＥＧＲ弁）１２へ流れ、ＥＧＲ取出口１６を経てインテークマニホールド８内に還流する。
【００２４】
ＥＧＲ弁１２は、ＥＧＲガス流量を調節する。ＥＧＲ管１１内には、ＥＧＲガス流量を計測するための排気流量センサ１３（ガス流量センサ）が取り付けられている。排気流量センサ１３の流量検出信号（電圧）は、流量計測ユニット１７に入力される。流量計測ユニット１７は、該流量検出信号に対して所定の信号処理を実施することで、排気ガスの質量流量に変換し、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１８に出力する。
【００２５】
図２に排気流量センサ１３の構成例と取り付け状態を示す。排気流量センサ１３は、図２の断面図に示すように、ＥＧＲ通路１１内に配置される発熱抵抗体３０の放熱量を検出することによりガス流量を計測する。図２に示す符号３１は、ガス温度による流量計測値への影響を補正するための測温抵抗体であり、符号３２は、抵抗体の支持部である。
【００２６】
ＥＧＲ通路１１は、排気通路と吸気通路とを接続したガス流路であり、当該ＥＧＲ通路１１内の排気ガスは、排気圧力とインテークマニホールド内圧力（吸気圧力）との差圧に応じて排気側から吸気側へ流れるので、実際にＥＧＲ通路１１を流れる排気ガスの流量（ＥＧＲ流量）は、排気圧力変動と吸気圧力変動の影響を受けて変動（脈動）する。したがって、排気圧力変動と吸気圧力変動が大きくなる運転状態では、脈動により吸気圧力が排気圧力より高くなり、排気（ＥＧＲ）ガスが排気側に逆流する場合がある。
【００２７】
ここで、図２に示す側面図において、排気流量センサ１３に対し、排気ガスの排気側から吸気側への流れを順流とし、吸気側から排気側への流れを逆流とする。排気流量センサ１３は、ガス流れによる発熱抵抗体（熱線）３０の放熱量を検出することにより、ガスの流量を計測している。
【００２８】
熱線式流量センサは、一般にガスの流れ方向を判別できないため、脈動により排気ガスの逆流が生じると、これを順流として検出してしまい排気ガスの流量を実際の流量に対し多く検出する。これにより、逆流発生時は流量計測誤差が大きくなる。
【００２９】
このような問題に対して、熱線式流量センサの逆流を信号処理により判定して逆流による流量検出値を補正する方式が特許文献２等で開示されている。以下、従来技術における流量センサの補正方式とその課題について、図３により説明する。
【００３０】
熱線式流量センサでは、排気ガスの脈動により、逆流が生じると図３(a)に示すように逆流が発生する逆流期間で、一点鎖線で示される逆流を、順流として検出する。排気ガスの流れが順流から逆流に転じたとき、および逆流から順流に転じたときは、図３(b)の実線に示すように、流量検出値の微分値が急変し、このとき、図３(c)の実線に示すように、流量検出値の２階微分値のピークを生じる。
【００３１】
したがって、特許文献２では、流量検出値の２階微分値が所定の閾値を超えてから、再度２階微分値が閾値を超えるまでの期間Trを逆流期間と判定して、図３(d)に示すように該逆流期間の流量検出値の極性を反転して流量検出値を補正するようにしている。
【００３２】
ここで、実際の熱線式流量センサでは、一般に発熱抵抗体周囲の乱流や電気的ノイズにより、順流時においても、図３(a)の破線で示されるように、流量検出値が変動する。このとき、図３(b)の破線で示される流量検出値の微分値が変動し、図３(c)の破線で示す流量検出値の２階微分値が大きく変動する。したがって、２階微分値が閾値を超え、順流時においても逆流期間と誤判定する場合があった。
【００３３】
順流時において逆流期間を誤判定した場合は、流量計測値の極性を反転して補正するので流量計測誤差が非常に大きくなる。乱流やノイズによる流量検出値の変動が生じたときに、逆流期間を厳密に判定することは困難である。
【００３４】
本発明のガス流量計測装置は、発熱抵抗体で構成される流量センサを備えたガス流量計測装置において、乱流やノイズにより流量検出値が変動した場合でも、逆流による計測誤差を低減可能とし、排気ガス性能を向上するものである。
【００３５】
以下、本発明のガス流量計測装置について説明する。 図４は、本発明のガス流量計測装置の構成を示す図である。本発明のガス流量計測装置は、前述した排気流量センサ１３、および流量計測ユニット１７より構成される。流量計測ユニット１７は、流量センサ信号（電圧）を取り込む入力回路２１、演算器であるＣＰＵ２２、ＣＰＵ２２のプログラム処理内容が記憶されるＲＯＭ（読み出し用メモリ）２３、演算されたデータを格納するＲＡＭ（書き込み用メモリ）２４、および演算された流量補正値を出力する出力回路２５を有している。流量計測ユニット１７には、測温抵抗体３１の信号も入力されるが、温度による流量の補正については、その説明を省略する。
【００３６】
図５は、流量計測ユニット１７のプログラム処理（信号処理）のブロック図である。流量計測ユニット１７は、排気流量センサの流量検出信号（電圧）をＣＰＵ２２に取り込むためのＡ／Ｄ変喚器４０と、流量補正値の計算を実施する条件であるかを判定する補正値計算実施判定部４１と、流量検出信号のＡ／Ｄ変換値を微分演算する微分器４２と、低域通過フィルタ４３と、積分器４４で構成される。
【００３７】
流量計測ユニット１７のプログラム処理の詳細について図６により説明する。ステップＳ１００で、排気流量センサ１３の信号（流量検出値Qes）を所定周期tsごとに取り込む。所定周期tsは、サンプリング定理よりセンサ信号の最高周波数の２倍以上のサンプリング周波数ｆｓに対応して、（ts ＜1/fs）の関係となるように設定される。
【００３８】
排気流量センサ１３は、流量の検出に一定の応答遅れがあるため、流量検出値Qesに対し、進みフィルタによりセンサの応答遅れを補正した値について、以後の演算処理を実施するようにしても良い。
【００３９】
ステップＳ１１０で、流量補正値の計算を実施する条件であるかを判定する（補正値計算実施判定部４１）。逆流による流量検出値の誤差は、脈動の低流量側で発生することから、流量検出値Qesが所定の閾値SL1より小さくなったときから、流量検出値Qesが所定の閾値SL2より大きくなるまでの期間などを補正値の計算期間とする。
【００４０】
閾値SL1、SL2は、流量が平均流量に対して相対的に小さい期間を判定するため、流量検出値Qesの加重平均値に所定の係数(SL1=0.8, SL2=0.9など)をかけた値などとする。
【００４１】
ステップＳ１１０で流量補正値の計算を実施する条件でないと判定されたときは（Ｎｏ）、ステップＳ１２０〜ステップＳ１４０の補正量の計算を実施せず、ステップＳ１５０に移行し、ステップＳ１５０で補正なし（流量補正値Qec= Qes）とする。これにより、順流を誤って補正することを防止する。
【００４２】
ステップＳ１１０で流量補正値の計算を実施する条件と判定されたときは（Ｙｅｓ）、ステップＳ１２０に移行して、流量検出値Qesの微分値を計算する処理を行う。ここで、一次元での流速微分値dU/dt(∝流量の微分値)と通路流速U（∝流量）の関係は、下記の式(1)で示される。
【００４３】
【数１】
【００４４】
式(1)で、Ｕはガス流速、ΔＰは通路差圧（単位長あたり）、Ｌは通路長さ、ρはガス密度、Ｃｍは、管摩擦係数（単位長あたり）を示す。式(1)の右辺第１項は、通路差圧に比例する項であり、第２項は、通路の圧損に対応する項である。
【００４５】
逆流時における流量検出値Qesの微分値の変化について、図７により説明する。ここでは流量センサの応答遅れを考慮しないものとする。図７(b)に示すように、順流から逆流に転ずる直前（ｔ１直前）の流量検出値Qesの微分値DQ1について、式(1)で流速U=0とおくことができるので、微分値DQ1は通路の差圧ΔPに比例する。このときの通路差圧ΔP1は負値であり、逆流方向への差圧となる。次に、順流から逆流に反転した直後（ｔ１直後）の流量検出値Qesの微分値DQ2は、流量センサが逆流を順流として検出するので、微分値DQ1と絶対値が等しく極性が逆となる(DQ2=-DQ1)。したがって、流量センサの応答遅れを無視すると、順流から逆流に転じたときは流量検出値Qesの微分値が不連続に変化し、このときの流量検出値Qesの変化量(DQ2-DQ1)は逆流方向への差圧ΔP1に比例する。
【００４６】
実際の流量センサは応答遅れがあるため、流量センサの応答を一次遅れで近似すると、順流から逆流に転じた直後の流量検出値Qesの微分値の立ち上り速度（矢印の傾き）は、変化量(DQ2-DQ1)に比例する。よって、流量検出値Qesの微分値の立ち上り速度は、逆流方向への差圧ΔP1に比例する。
【００４７】
発明者らの鋭意研究の結果、脈動により順流から逆流に転じたときの逆流方向への通路差圧は、逆流量と高い相関を持つことがわかった。また、前述のように逆流方向への通路差圧は流量検出値Qesの微分値の立ち上り速度に比例することから、流量検出値Qesの微分値の立ち上り速度と逆流量とは相関を持つと考えられる。このことから、本発明のガス流量計測装置では、流量検出値Qesの微分値の立ち上り速度と相関のあるパラメータにより流量検出値Qesを補正するように構成した。
【００４８】
ここで、流量検出値Qesの微分値の立ち上り速度は、前述した特許文献２における流量検出値の２階微分とほぼ同様の物理的意味を持つが、前述したように特許文献２では、流量検出値の２階微分値を所定の閾値と比較することにより逆流期間を判定しているので、乱流やノイズによる流量検出値の変動があった場合に、２階微分値が変動し、逆流期間を正しく判定することが困難であった。そして、逆流期間を誤判定したときは、順流を逆流として補正してしまうので、流量補正値に大きな誤差を生じてしまう。
【００４９】
これに対し、本発明のガス流量計測装置では、流量の微分値の単発的な変化により逆流期間を判定して補正するのではなく、流量の微分値により連続的に補正量の算出を行なうので（流量微分値に応じた補正量で流量検出値を補正するので）、乱流やノイズによる一時的な流量変動の影響が軽減されること、および流量の変動分の影響を軽減する処理により流量検出値の変動があっても逆流による誤差を低減できる。
【００５０】
以下、本発明のガス流量計測装置における流量補正方式について詳細に説明する。
図６のステップＳ１３０では、流量検出値Qesの微分値（流量微分値）に低域通過フィルタをかけてなまし値を算出する。低域通過フィルタは、流量検出値Qesのサンプリング周期ごとに、以下の式(2)に示す加重平均等を用いて流量微分値のなまし値を算出する。
【００５１】
ＤＱＦ［ｎ］＝ＫＬＰ×（ＤＱ［ｎ］−ＤＱＦ［ｎ−１］）＋ＤＱＦ［ｎ−１］ …(2)
上記の式(2)で、ＤＱ［ｎ］は流量微分値、ＤＱＦ［ｎ］は今回のフィルタ計算値、ＤＱＦ［ｎ−１］は前回のフィルタ計算値、ＫＬＰはフィルタ係数を示す。
【００５２】
次に、ステップＳ１４０では、流量検出値Qesのサンプリング周期ごとに、低域通過フィルタ後の流量微分値である、流量微分値のなまし値DQFを積分して、流量補正値Qecを算出する。ここで、流量微分値のなまし値DQFの積分は、ステップＳ１１０で流量補正値Qecの計算を実施する条件となる直前の流量検出値Qesを初期値とし、流量補正値Qecの計算を実施する条件となってから流量補正値Qecの計算を実施する条件が不成立となるまで、下記の式(3)により、流量微分値のなまし値DQFの積分を実施する。
【００５３】
Ｑｅｃ［ｎ］＝ Ｑｅｃ［ｎ−１］＋ＤＱＦ［ｎ］ …(3)
上記の式(3)で、ＤＱＦ［ｎ］はフィルタ計算値、Ｑｅｃ［ｎ］は流量補正値、Ｑｅｃ［ｎ−１］は前回の流量補正値である。
【００５４】
そして、ステップＳ１６０では、流量補正値Qecを電圧信号等に変換して出力する。
【００５５】
図７(c)に低域通過フィルタ後の流量微分値（なまし値）を示す。図７(c)の点線は、フィルタ処理を行なう前の流量微分値である。低域通過フィルタは、その周波数特性から流量微分値の立ち上り速度に応じて流量微分値の立ち上り速度を補正することができる。すなわち、流量微分値の立ち上り速度が大きくなるにしたがって、流量微分値の減少方向への補正量が大きくなる。これにより、図７(d)に示すように、低域通過フィルタ後の流量微分値を積分して得られる流量補正値Qecは、流量微分値の立ち上り速度が大きくなるにしたがって流量減少方向に補正される。
【００５６】
本流量補正方式は、乱流やノイズによる流量検出値の変動の影響を軽減し、順流時に流量検出値を誤って補正することを防止できることが特長である。
【００５７】
図８に順流時における本流量補正方式の動作を示す。流量検出値Qesが図８(a)の破線のように変動する場合、流量微分値が図８(b)の破線のように変動する。ここで、乱流やノイズによる流量検出値の変動は一般に高周波であるので、図８(ｃ)の破線で示す流量微分値に低域通過フィルタ処理を行なったものでは、フィルタにより流量微分値の変動が低減される。加えて、図８(d)に示すように、流量補正値Qecは、フィルタ後の流量微分値を積分して算出することから、積分処理により流量微分値の変動の影響がさらに低減される。
【００５８】
すなわち、本流量補正方式では、流量の微分値より連続的に補正量の算出を行なうことによって乱流やノイズによる一時的な流量変動の影響が軽減されることに加えて、流量微分値の低域フィルタ処理および積分処理を実施するので、流量変動の影響をさらに低減できる。これにより、乱流やノイズによる補正の誤動作がなく、逆流量に応じた適切な補正を行なうことができる。
【００５９】
本流量補正方式により補正を実施したときの流量計測誤差の特性を図９に示す。ここで、平均流量は一定の条件で脈動の振幅を変化させたときの誤差特性を示す。脈動の大きさ（脈動振幅比）は、図９(a)に示すように、実際の流量の最大値と最小値の差Qppと、実際の流量の平均値Qaveとの比率で定義しており（Qpp/Qave）、図９(b)に示すように、脈動振幅比が200%を超えると逆流を生じる。
【００６０】
図９(b)に点線で示すように、逆流に対する補正を実施しないときの流量計測誤差特性は、逆流域（脈動振幅比200%以上）で流量増加方向に大きな誤差を生じている。これに対して、図９(b)に実線で示すように、補正を実施したときの流量計測誤差特性は、逆流域での誤差を大幅に低減することができる。
【００６１】
本流量補正方式は、発熱抵抗体の保護および、脈動、逆流による計測誤差の低減のために、図１０に示すような発熱抵抗体３０、および測温用抵抗体３１をバイパス通路５１内に配置するタイプの流量センサにも適用することができる。ＥＧＲガスの流量を計測する場合、バイパス通路の入り口５２が排気管側に向くように配置される。ここで、バイパス通路の出口５３は、ＥＧＲガスの流れ方向に対し鉛直方向に開口する。これは、順流をバイパス通路に導入し、逆流をバイパス通路に侵入しにくくして、逆流による計測誤差を低減するためである。
【００６２】
このような構成では、図１１に示すように逆流の発生する期間で、バイパス通路５１に流入する逆流が少なくなる（減衰する）ため、バイパス通路５１内で計測される流量検出値（極性は逆）が、メイン通路（ＥＧＲ通路）の流量に対し減少する。これにより、特許文献２で開示されるような逆流と判定した期間の流量検出値を反転して補正する方式では、逆流量を算出することが困難となる。
【００６３】
順流時のバイパス通路の流速微分値dU/dt(∝流量の微分値)と通路流速U（∝流量）の関係は下記の式(4)で示される。
【００６４】
【数２】
【００６５】
前述した発熱抵抗体３０がＥＧＲ通路１１に配置されるタイプの流量センサと同様に、順流から逆流に転ずる直前（U≒0）の流量微分値DQ1は、逆流方向への通路の差圧に比例する。バイパス通路５１を有する流量センサにおいても同様に逆流量は逆流方向へのバイパス通路の差圧と相関がある。
【００６６】
ここで、順流から逆流に転じる前後では、逆流方向への通路差圧はほぼ等しいとみなすことができ、上記バイパスにより順流から逆流に転じた直後の流量検出値が減衰しても、順流から逆流に転ずる直前の通路差圧を流量微分値の立ち上り速度で検出することができるので、本発明のガス流量計測装置の補正方式を適用することが可能である。
【００６７】
流量補正値Qecを算出する手順は、前述した発熱抵抗体３０がＥＧＲ通路１１に配置されるタイプの流量センサでの処理と同様である。
【００６８】
本発明の内燃機関のガス流量計測装置によれば、ガス流量センサにより検出したガスの流量検出値を微分して流量微分値を算出し、その流量微分値に応じた補正量で流量検出値を補正するので、乱流やノイズによる一時的な流量変動の影響を軽減させることができる。したがって、流量検出値の変動があった場合でも補正の誤動作がなく、逆流量に応じた適切な補正を行うことができ、流量計測精度を向上させることができる。
【００６９】
本発明の内燃機関のガス流量計測装置によれば、流量微分値に対してフィルタ処理を行い、流量微分値のなまし値を算出し、その流量微分値のなまし値に応じた補正量で流量検出値を補正するので、流量変動の影響をさらに低減できる。
【００７０】
本発明の内燃機関のガス流量計測装置によれば、流量微分値のなまし値を積分することによって、前記流量検出値を補正した流量補正値を算出するので、流量変動の影響をさらに低減できる。したがって、乱流やノイズによる流量計測値の変動があっても、逆流の影響を適切に補正可能として流量計測精度を向上できる。したがって、ガス流量を高精度に計測でき、内燃機関の排気ガス性能、燃費性能を向上することができる。
【００７１】
なお、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例では、ＥＧＲガスの流量を計測する流量センサについて記載したが、ＥＧＲ通路以外の排気管を流れる排気ガスの流量を計測する流量センサにも適用可能である。また、吸入空気量を計測するエアフローセンサに適用しても良い。
【００７２】
また、上述の実施例では、流量微分値のなまし値を積分して流量補正値を算出する場合を例に説明したが、流量微分値をそのまま積分して流量補正値を算出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明のガス流量計測装置は、各種の内燃機関に適用でき、自動車だけでなく船舶用エンジンや建設機用エンジン、半固定発電機用エンジンにも適用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１１ ＥＧＲ通路
１３ 排気流量センサ（ガス流量センサ）
１７ 流量計測ユニット
１８ エンジンコントロールユニット
３０ 発熱抵抗体
４２ 微分器
４３ 低域通過フィルタ
４４ 積分器
５１ バイパス通路
Ｑｅｓ 流量検出値
Ｑｅｃ 流量補正値
ＤＱ 流量微分値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスの流量、および吸入空気、その他ガスの流量を計測するガス流量計測装置に関し、特に、ガス流量の脈動により逆流が発生したときの流量計測誤差を低減する補正手段を有するガス流量計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関では、排気ガス中のＮＯｘ等の低減のため一般に排気ガスの再循環（ＥＧＲ）を実施している。近年では排気ガス中のＮＯｘやＰＭ（煤）を十分に低減するためにＥＧＲガスの流量、および吸入空気の流量を高精度に制御することが要求されている。
【０００３】
また、近年ではガソリンエンジンの燃費向上のためＥＧＲを採用しており、燃費性能と燃焼安定性の両立の要求からＥＧＲ流量の制御精度の向上が必要となっている。
【０００４】
このような背景からＥＧＲ通路にＥＧＲガスの流量を直接計測するセンサ（排気流量センサ）を配置し、ＥＧＲガスの流量を検出して、排気ガスの低減に適した流量となるようＥＧＲ弁を制御するＥＧＲ制御装置が特許文献１等で提案されている。
【０００５】
ここで、ＥＧＲ通路は排気通路と吸気通路とを接続したガス流路であり、当該ＥＧＲ通路の排気ガスは、排気圧力とインテークマニホールド内圧力（吸気圧力）との差圧に応じて排気側から吸気側へ流れるので、実際にＥＧＲ通路を流れる排気ガスの流量（ＥＧＲ流量）は、排気圧力変動と吸気圧力変動の影響を受けて変動（脈動）する。
【０００６】
このため、排気圧力変動と吸気圧力変動が大きくなる運転状態では、脈動により吸気圧力が排気圧力より高くなりＥＧＲガスが排気側に逆流する場合がある。
【０００７】
上記文献等にあるような排気流量センサは、発熱抵抗体（熱線）で構成され、ガス流れによる発熱抵抗体の放熱量を検出することにより、ガスの流量を計測している。
【０００８】
熱線式の流量センサは、一般にガスの流れ方向を判別できないため、脈動により排気ガスの逆流が生じると、これを順流として検出するので排気ガスの流量を実際の流量に対し多く検出してしまい流量検出精度が著しく低下する。
【０００９】
空気流量を計測する流量センサでは、シリコン等の薄膜で形成される発熱抵抗体とその上下流に近接して配置される感温抵抗体を有する構成等により発熱抵抗体周囲の温度分布を高応答に検出して空気の流れ方向を判別するものも実用化されているが、排気ガスの流量を計測する場合には耐熱性の課題から薄膜式センサを適用することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２１４２７５号公報
【特許文献２】特開２００８−２８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、排気ガスの流量計測には、特許文献１等で熱線式の流量センサを適用するものが提案されているが、脈動による逆流に対しては、応答性が不足し、ガスの流れ方向を検知することができない。したがって、前述のように排気ガスの逆流が生じたときは流量の計測誤差が発生して排気性能が低下してしまうという問題があった。
【００１２】
これに対し、熱線式流量センサの逆流を信号処理により検知して補正する方式が特許文献２に開示されている。本文献では、逆流発生時に流量計測値の２階微分値がピークを生じることから、流量計測値の２階微分値が上昇してから、再度２階微分値が上昇するまでの期間を逆流期間として判別し、該逆流期間の流量計測値の極性を反転して計測流量を補正するようにしている。
【００１３】
しかしながら、上記特許文献２の技術では、熱線式流量センサの発熱抵抗体周囲の乱流やノイズにより流量計測値が変動すると、流量計測値の２階微分値が変動して逆流期間を誤判定する場合があった。逆流期間を誤判定した場合は、その間の流量計測値の極性を反転するので流量計測誤差が大きくなる。
【００１４】
本発明のガス流量計測装置は、内燃機関の排気ガスの流量、および吸入空気、その他ガスの流量を計測するガス流量計測装置に関し、発熱抵抗体で構成される流量センサを備えたガス流量計測装置において、発熱抵抗体周囲の乱流やノイズによる流量計測値の変動があっても、脈動時の逆流による流量計測誤差を低減可能として流量計測精度を向上すること、これによりエンジンの排気ガス性能、燃費性能を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する本発明の内燃機関のガス流量計測装置は、発熱抵抗体の放熱量に基づいてガスの流量を検出するガス流量センサを備えた内燃機関のガス流量計測装置において、ガス流量センサにより検出したガスの流量検出値を微分して流量微分値を算出し、流量微分値に応じた補正量で流量検出値を補正することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内燃機関のガス流量計測装置によれば、ガス流量センサにより検出したガスの流量検出値を微分して流量微分値を算出し、流量微分値に応じた補正量で流量検出値を補正するので、乱流やノイズによる一時的な流量変動の影響を軽減させることができる。したがって、流量検出値の変動があった場合でも補正の誤動作がなく、逆流量に応じた適切な補正を行うことができ、流量計測精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のガス流量計測装置が適用されるエンジンの構成を示す全体図。
【図２】本発明のガス流量計測装置のガス流量センサの構成例１と装着状態を示す図。
【図３】従来技術と課題の説明図。
【図４】本発明のガス流量計測装置の構成図。
【図５】本発明のガス流量計測装置の流量補正方式のブロック図。
【図６】本発明のガス流量計測装置の流量補正方式の処理手順を示す図。
【図７】本発明の流量補正方式の逆流時の動作を示す図。
【図８】本発明の流量補正方式の順流時の動作を示す図。
【図９】本発明の流量補正方式による流量計測誤差を示す図。
【図１０】本発明のガス流量計測装置のガス流量センサの構成例２を示す斜視図。
【図１１】ガス流量センサの構成例２による流量検出特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［実施例１］
本発明のガス流量計測装置が適用されるディーゼルエンジンの例を図１に示す。ここで本発明のＥＧＲ制御装置が適用されるエンジンは、ディーゼルエンジンに限定されるものではなく、ＥＧＲを導入するガソリンエンジンにも適用可能である。
【００１９】
エンジン１が吸入する空気は、エアクリーナ（図示省略）より取り込まれ、ターボチャージャ４のコンプレッサ４Ａによって過給される。エンジン１の吸入空気量は、吸気管２に設けられる吸入空気量センサ３によって計測される。
【００２０】
インタークーラ５は、ターボチャージャ４のコンプレッサ４Ａによって過給された空気を冷却する。インタークーラ５によって冷却された空気は、インテークマニホールド８によって各気筒毎に分配され、燃焼室１９内に吸入される。吸入空気量はスロットル弁６により制御される。また、必要に応じて吸気管に吸気管圧力センサ７が設けられる。
【００２１】
エンジン１には燃焼室１９内に燃料を噴射する燃料噴射弁９が取り付けられている。燃料噴射弁９により燃焼室１９に噴射された燃料は吸入空気との混合気を生成し、燃焼室１９内で燃焼する。
【００２２】
燃焼室１９より排出する既燃焼ガス（排気ガス）は排気管１０へ排出され、ターボチャージャ４のタービン４Ｂを駆動する。
【００２３】
排気管１０の途中には、ＥＧＲ取入口１５が形成されている。排気管１０を流れる排気ガスの一部（ＥＧＲガス）は、ＥＧＲ取入口１５よりＥＧＲ管１１を通ってＥＧＲクーラ１４、ＥＧＲ制御弁（ＥＧＲ弁）１２へ流れ、ＥＧＲ取出口１６を経てインテークマニホールド８内に還流する。
【００２４】
ＥＧＲ弁１２は、ＥＧＲガス流量を調節する。ＥＧＲ管１１内には、ＥＧＲガス流量を計測するための排気流量センサ１３（ガス流量センサ）が取り付けられている。排気流量センサ１３の流量検出信号（電圧）は、流量計測ユニット１７に入力される。流量計測ユニット１７は、該流量検出信号に対して所定の信号処理を実施することで、排気ガスの質量流量に変換し、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１８に出力する。
【００２５】
図２に排気流量センサ１３の構成例と取り付け状態を示す。排気流量センサ１３は、図２の断面図に示すように、ＥＧＲ通路１１内に配置される発熱抵抗体３０の放熱量を検出することによりガス流量を計測する。図２に示す符号３１は、ガス温度による流量計測値への影響を補正するための測温抵抗体であり、符号３２は、抵抗体の支持部である。
【００２６】
ＥＧＲ通路１１は、排気通路と吸気通路とを接続したガス流路であり、当該ＥＧＲ通路１１内の排気ガスは、排気圧力とインテークマニホールド内圧力（吸気圧力）との差圧に応じて排気側から吸気側へ流れるので、実際にＥＧＲ通路１１を流れる排気ガスの流量（ＥＧＲ流量）は、排気圧力変動と吸気圧力変動の影響を受けて変動（脈動）する。したがって、排気圧力変動と吸気圧力変動が大きくなる運転状態では、脈動により吸気圧力が排気圧力より高くなり、排気（ＥＧＲ）ガスが排気側に逆流する場合がある。
【００２７】
ここで、図２に示す側面図において、排気流量センサ１３に対し、排気ガスの排気側から吸気側への流れを順流とし、吸気側から排気側への流れを逆流とする。排気流量センサ１３は、ガス流れによる発熱抵抗体（熱線）３０の放熱量を検出することにより、ガスの流量を計測している。
【００２８】
熱線式流量センサは、一般にガスの流れ方向を判別できないため、脈動により排気ガスの逆流が生じると、これを順流として検出してしまい排気ガスの流量を実際の流量に対し多く検出する。これにより、逆流発生時は流量計測誤差が大きくなる。
【００２９】
このような問題に対して、熱線式流量センサの逆流を信号処理により判定して逆流による流量検出値を補正する方式が特許文献２等で開示されている。以下、従来技術における流量センサの補正方式とその課題について、図３により説明する。
【００３０】
熱線式流量センサでは、排気ガスの脈動により、逆流が生じると図３(a)に示すように逆流が発生する逆流期間で、一点鎖線で示される逆流を、順流として検出する。排気ガスの流れが順流から逆流に転じたとき、および逆流から順流に転じたときは、図３(b)の実線に示すように、流量検出値の微分値が急変し、このとき、図３(c)の実線に示すように、流量検出値の２階微分値のピークを生じる。
【００３１】
したがって、特許文献２では、流量検出値の２階微分値が所定の閾値を超えてから、再度２階微分値が閾値を超えるまでの期間Trを逆流期間と判定して、図３(d)に示すように該逆流期間の流量検出値の極性を反転して流量検出値を補正するようにしている。
【００３２】
ここで、実際の熱線式流量センサでは、一般に発熱抵抗体周囲の乱流や電気的ノイズにより、順流時においても、図３(a)の破線で示されるように、流量検出値が変動する。このとき、図３(b)の破線で示される流量検出値の微分値が変動し、図３(c)の破線で示す流量検出値の２階微分値が大きく変動する。したがって、２階微分値が閾値を超え、順流時においても逆流期間と誤判定する場合があった。
【００３３】
順流時において逆流期間を誤判定した場合は、流量計測値の極性を反転して補正するので流量計測誤差が非常に大きくなる。乱流やノイズによる流量検出値の変動が生じたときに、逆流期間を厳密に判定することは困難である。
【００３４】
本発明のガス流量計測装置は、発熱抵抗体で構成される流量センサを備えたガス流量計測装置において、乱流やノイズにより流量検出値が変動した場合でも、逆流による計測誤差を低減可能とし、排気ガス性能を向上するものである。
【００３５】
以下、本発明のガス流量計測装置について説明する。 図４は、本発明のガス流量計測装置の構成を示す図である。本発明のガス流量計測装置は、前述した排気流量センサ１３、および流量計測ユニット１７より構成される。流量計測ユニット１７は、流量センサ信号（電圧）を取り込む入力回路２１、演算器であるＣＰＵ２２、ＣＰＵ２２のプログラム処理内容が記憶されるＲＯＭ（読み出し用メモリ）２３、演算されたデータを格納するＲＡＭ（書き込み用メモリ）２４、および演算された流量補正値を出力する出力回路２５を有している。流量計測ユニット１７には、測温抵抗体３１の信号も入力されるが、温度による流量の補正については、その説明を省略する。
【００３６】
図５は、流量計測ユニット１７のプログラム処理（信号処理）のブロック図である。流量計測ユニット１７は、排気流量センサの流量検出信号（電圧）をＣＰＵ２２に取り込むためのＡ／Ｄ変喚器４０と、流量補正値の計算を実施する条件であるかを判定する補正値計算実施判定部４１と、流量検出信号のＡ／Ｄ変換値を微分演算する微分器４２と、低域通過フィルタ４３と、積分器４４で構成される。
【００３７】
流量計測ユニット１７のプログラム処理の詳細について図６により説明する。ステップＳ１００で、排気流量センサ１３の信号（流量検出値Qes）を所定周期tsごとに取り込む。所定周期tsは、サンプリング定理よりセンサ信号の最高周波数の２倍以上のサンプリング周波数ｆｓに対応して、（ts ＜1/fs）の関係となるように設定される。
【００３８】
排気流量センサ１３は、流量の検出に一定の応答遅れがあるため、流量検出値Qesに対し、進みフィルタによりセンサの応答遅れを補正した値について、以後の演算処理を実施するようにしても良い。
【００３９】
ステップＳ１１０で、流量補正値の計算を実施する条件であるかを判定する（補正値計算実施判定部４１）。逆流による流量検出値の誤差は、脈動の低流量側で発生することから、流量検出値Qesが所定の閾値SL1より小さくなったときから、流量検出値Qesが所定の閾値SL2より大きくなるまでの期間などを補正値の計算期間とする。
【００４０】
閾値SL1、SL2は、流量が平均流量に対して相対的に小さい期間を判定するため、流量検出値Qesの加重平均値に所定の係数(SL1=0.8, SL2=0.9など)をかけた値などとする。
【００４１】
ステップＳ１１０で流量補正値の計算を実施する条件でないと判定されたときは（Ｎｏ）、ステップＳ１２０〜ステップＳ１４０の補正量の計算を実施せず、ステップＳ１５０に移行し、ステップＳ１５０で補正なし（流量補正値Qec= Qes）とする。これにより、順流を誤って補正することを防止する。
【００４２】
ステップＳ１１０で流量補正値の計算を実施する条件と判定されたときは（Ｙｅｓ）、ステップＳ１２０に移行して、流量検出値Qesの微分値を計算する処理を行う。ここで、一次元での流速微分値dU/dt(∝流量の微分値)と通路流速U（∝流量）の関係は、下記の式(1)で示される。
【００４３】
【数１】
【００４４】
式(1)で、Ｕはガス流速、ΔＰは通路差圧（単位長あたり）、Ｌは通路長さ、ρはガス密度、Ｃｍは、管摩擦係数（単位長あたり）を示す。式(1)の右辺第１項は、通路差圧に比例する項であり、第２項は、通路の圧損に対応する項である。
【００４５】
逆流時における流量検出値Qesの微分値の変化について、図７により説明する。ここでは流量センサの応答遅れを考慮しないものとする。図７(b)に示すように、順流から逆流に転ずる直前（ｔ１直前）の流量検出値Qesの微分値DQ1について、式(1)で流速U=0とおくことができるので、微分値DQ1は通路の差圧ΔPに比例する。このときの通路差圧ΔP1は負値であり、逆流方向への差圧となる。次に、順流から逆流に反転した直後（ｔ１直後）の流量検出値Qesの微分値DQ2は、流量センサが逆流を順流として検出するので、微分値DQ1と絶対値が等しく極性が逆となる(DQ2=-DQ1)。したがって、流量センサの応答遅れを無視すると、順流から逆流に転じたときは流量検出値Qesの微分値が不連続に変化し、このときの流量検出値Qesの変化量(DQ2-DQ1)は逆流方向への差圧ΔP1に比例する。
【００４６】
実際の流量センサは応答遅れがあるため、流量センサの応答を一次遅れで近似すると、順流から逆流に転じた直後の流量検出値Qesの微分値の立ち上り速度（矢印の傾き）は、変化量(DQ2-DQ1)に比例する。よって、流量検出値Qesの微分値の立ち上り速度は、逆流方向への差圧ΔP1に比例する。
【００４７】
発明者らの鋭意研究の結果、脈動により順流から逆流に転じたときの逆流方向への通路差圧は、逆流量と高い相関を持つことがわかった。また、前述のように逆流方向への通路差圧は流量検出値Qesの微分値の立ち上り速度に比例することから、流量検出値Qesの微分値の立ち上り速度と逆流量とは相関を持つと考えられる。このことから、本発明のガス流量計測装置では、流量検出値Qesの微分値の立ち上り速度と相関のあるパラメータにより流量検出値Qesを補正するように構成した。
【００４８】
ここで、流量検出値Qesの微分値の立ち上り速度は、前述した特許文献２における流量検出値の２階微分とほぼ同様の物理的意味を持つが、前述したように特許文献２では、流量検出値の２階微分値を所定の閾値と比較することにより逆流期間を判定しているので、乱流やノイズによる流量検出値の変動があった場合に、２階微分値が変動し、逆流期間を正しく判定することが困難であった。そして、逆流期間を誤判定したときは、順流を逆流として補正してしまうので、流量補正値に大きな誤差を生じてしまう。
【００４９】
これに対し、本発明のガス流量計測装置では、流量の微分値の単発的な変化により逆流期間を判定して補正するのではなく、流量の微分値により連続的に補正量の算出を行なうので（流量微分値に応じた補正量で流量検出値を補正するので）、乱流やノイズによる一時的な流量変動の影響が軽減されること、および流量の変動分の影響を軽減する処理により流量検出値の変動があっても逆流による誤差を低減できる。
【００５０】
以下、本発明のガス流量計測装置における流量補正方式について詳細に説明する。
図６のステップＳ１３０では、流量検出値Qesの微分値（流量微分値）に低域通過フィルタをかけてなまし値を算出する。低域通過フィルタは、流量検出値Qesのサンプリング周期ごとに、以下の式(2)に示す加重平均等を用いて流量微分値のなまし値を算出する。
【００５１】
ＤＱＦ［ｎ］＝ＫＬＰ×（ＤＱ［ｎ］−ＤＱＦ［ｎ−１］）＋ＤＱＦ［ｎ−１］ …(2)
上記の式(2)で、ＤＱ［ｎ］は流量微分値、ＤＱＦ［ｎ］は今回のフィルタ計算値、ＤＱＦ［ｎ−１］は前回のフィルタ計算値、ＫＬＰはフィルタ係数を示す。
【００５２】
次に、ステップＳ１４０では、流量検出値Qesのサンプリング周期ごとに、低域通過フィルタ後の流量微分値である、流量微分値のなまし値DQFを積分して、流量補正値Qecを算出する。ここで、流量微分値のなまし値DQFの積分は、ステップＳ１１０で流量補正値Qecの計算を実施する条件となる直前の流量検出値Qesを初期値とし、流量補正値Qecの計算を実施する条件となってから流量補正値Qecの計算を実施する条件が不成立となるまで、下記の式(3)により、流量微分値のなまし値DQFの積分を実施する。
【００５３】
Ｑｅｃ［ｎ］＝ Ｑｅｃ［ｎ−１］＋ＤＱＦ［ｎ］ …(3)
上記の式(3)で、ＤＱＦ［ｎ］はフィルタ計算値、Ｑｅｃ［ｎ］は流量補正値、Ｑｅｃ［ｎ−１］は前回の流量補正値である。
【００５４】
そして、ステップＳ１６０では、流量補正値Qecを電圧信号等に変換して出力する。
【００５５】
図７(c)に低域通過フィルタ後の流量微分値（なまし値）を示す。図７(c)の点線は、フィルタ処理を行なう前の流量微分値である。低域通過フィルタは、その周波数特性から流量微分値の立ち上り速度に応じて流量微分値の立ち上り速度を補正することができる。すなわち、流量微分値の立ち上り速度が大きくなるにしたがって、流量微分値の減少方向への補正量が大きくなる。これにより、図７(d)に示すように、低域通過フィルタ後の流量微分値を積分して得られる流量補正値Qecは、流量微分値の立ち上り速度が大きくなるにしたがって流量減少方向に補正される。
【００５６】
本流量補正方式は、乱流やノイズによる流量検出値の変動の影響を軽減し、順流時に流量検出値を誤って補正することを防止できることが特長である。
【００５７】
図８に順流時における本流量補正方式の動作を示す。流量検出値Qesが図８(a)の破線のように変動する場合、流量微分値が図８(b)の破線のように変動する。ここで、乱流やノイズによる流量検出値の変動は一般に高周波であるので、図８(ｃ)の破線で示す流量微分値に低域通過フィルタ処理を行なったものでは、フィルタにより流量微分値の変動が低減される。加えて、図８(d)に示すように、流量補正値Qecは、フィルタ後の流量微分値を積分して算出することから、積分処理により流量微分値の変動の影響がさらに低減される。
【００５８】
すなわち、本流量補正方式では、流量の微分値より連続的に補正量の算出を行なうことによって乱流やノイズによる一時的な流量変動の影響が軽減されることに加えて、流量微分値の低域フィルタ処理および積分処理を実施するので、流量変動の影響をさらに低減できる。これにより、乱流やノイズによる補正の誤動作がなく、逆流量に応じた適切な補正を行なうことができる。
【００５９】
本流量補正方式により補正を実施したときの流量計測誤差の特性を図９に示す。ここで、平均流量は一定の条件で脈動の振幅を変化させたときの誤差特性を示す。脈動の大きさ（脈動振幅比）は、図９(a)に示すように、実際の流量の最大値と最小値の差Qppと、実際の流量の平均値Qaveとの比率で定義しており（Qpp/Qave）、図９(b)に示すように、脈動振幅比が200%を超えると逆流を生じる。
【００６０】
図９(b)に点線で示すように、逆流に対する補正を実施しないときの流量計測誤差特性は、逆流域（脈動振幅比200%以上）で流量増加方向に大きな誤差を生じている。これに対して、図９(b)に実線で示すように、補正を実施したときの流量計測誤差特性は、逆流域での誤差を大幅に低減することができる。
【００６１】
本流量補正方式は、発熱抵抗体の保護および、脈動、逆流による計測誤差の低減のために、図１０に示すような発熱抵抗体３０、および測温用抵抗体３１をバイパス通路５１内に配置するタイプの流量センサにも適用することができる。ＥＧＲガスの流量を計測する場合、バイパス通路の入り口５２が排気管側に向くように配置される。ここで、バイパス通路の出口５３は、ＥＧＲガスの流れ方向に対し鉛直方向に開口する。これは、順流をバイパス通路に導入し、逆流をバイパス通路に侵入しにくくして、逆流による計測誤差を低減するためである。
【００６２】
このような構成では、図１１に示すように逆流の発生する期間で、バイパス通路５１に流入する逆流が少なくなる（減衰する）ため、バイパス通路５１内で計測される流量検出値（極性は逆）が、メイン通路（ＥＧＲ通路）の流量に対し減少する。これにより、特許文献２で開示されるような逆流と判定した期間の流量検出値を反転して補正する方式では、逆流量を算出することが困難となる。
【００６３】
順流時のバイパス通路の流速微分値dU/dt(∝流量の微分値)と通路流速U（∝流量）の関係は下記の式(4)で示される。
【００６４】
【数２】
【００６５】
前述した発熱抵抗体３０がＥＧＲ通路１１に配置されるタイプの流量センサと同様に、順流から逆流に転ずる直前（U≒0）の流量微分値DQ1は、逆流方向への通路の差圧に比例する。バイパス通路５１を有する流量センサにおいても同様に逆流量は逆流方向へのバイパス通路の差圧と相関がある。
【００６６】
ここで、順流から逆流に転じる前後では、逆流方向への通路差圧はほぼ等しいとみなすことができ、上記バイパスにより順流から逆流に転じた直後の流量検出値が減衰しても、順流から逆流に転ずる直前の通路差圧を流量微分値の立ち上り速度で検出することができるので、本発明のガス流量計測装置の補正方式を適用することが可能である。
【００６７】
流量補正値Qecを算出する手順は、前述した発熱抵抗体３０がＥＧＲ通路１１に配置されるタイプの流量センサでの処理と同様である。
【００６８】
本発明の内燃機関のガス流量計測装置によれば、ガス流量センサにより検出したガスの流量検出値を微分して流量微分値を算出し、その流量微分値に応じた補正量で流量検出値を補正するので、乱流やノイズによる一時的な流量変動の影響を軽減させることができる。したがって、流量検出値の変動があった場合でも補正の誤動作がなく、逆流量に応じた適切な補正を行うことができ、流量計測精度を向上させることができる。
【００６９】
本発明の内燃機関のガス流量計測装置によれば、流量微分値に対してフィルタ処理を行い、流量微分値のなまし値を算出し、その流量微分値のなまし値に応じた補正量で流量検出値を補正するので、流量変動の影響をさらに低減できる。
【００７０】
本発明の内燃機関のガス流量計測装置によれば、流量微分値のなまし値を積分することによって、前記流量検出値を補正した流量補正値を算出するので、流量変動の影響をさらに低減できる。したがって、乱流やノイズによる流量計測値の変動があっても、逆流の影響を適切に補正可能として流量計測精度を向上できる。したがって、ガス流量を高精度に計測でき、内燃機関の排気ガス性能、燃費性能を向上することができる。
【００７１】
なお、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例では、ＥＧＲガスの流量を計測する流量センサについて記載したが、ＥＧＲ通路以外の排気管を流れる排気ガスの流量を計測する流量センサにも適用可能である。また、吸入空気量を計測するエアフローセンサに適用しても良い。
【００７２】
また、上述の実施例では、流量微分値のなまし値を積分して流量補正値を算出する場合を例に説明したが、流量微分値をそのまま積分して流量補正値を算出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明のガス流量計測装置は、各種の内燃機関に適用でき、自動車だけでなく船舶用エンジンや建設機用エンジン、半固定発電機用エンジンにも適用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１１ ＥＧＲ通路
１３ 排気流量センサ（ガス流量センサ）
１７ 流量計測ユニット
１８ エンジンコントロールユニット
３０ 発熱抵抗体
４２ 微分器
４３ 低域通過フィルタ
４４ 積分器
５１ バイパス通路
Ｑｅｓ 流量検出値
Ｑｅｃ 流量補正値
ＤＱ 流量微分値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱抵抗体の放熱量に基づいてガスの流量を検出するガス流量センサを備えた内燃機関のガス流量計測装置において、
前記ガス流量センサにより検出したガスの流量検出値を微分して流量微分値を算出し、該流量微分値に応じた補正量で前記流量検出値を補正する流量算出手段を有することを特徴とする内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項２】
前記流量算出手段は、前記ガスの順流から逆流への反転による前記流量微分値の立ち上り時に、前記流量微分値に応じた補正量で前記流量検出値を減少方向に補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項３】
前記流量算出手段は、前記流量微分値の立ち上り速度が大きいほど、前記流量検出値を減少方向に補正する補正量を大きくすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項４】
前記流量算出手段は、前記流量微分値に対してフィルタ処理を行い、流量微分値のなまし値を算出し、該流量微分値のなまし値に応じた補正量で前記流量検出値を補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項５】
前記流量算出手段は、前記流量微分値のなまし値を積分することによって、前記流量検出値を補正した流量補正値を算出することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項６】
前記流量算出手段は、前記流量検出値が該流量検出値の平均値に対して小さいときに、前記流量検出値を補正することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項７】
前記ガス流量センサは、前記発熱抵抗体を配置するバイパス通路を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項８】
前記ガス流量センサは、内燃機関のＥＧＲガス、排気ガス、吸入空気の少なくとも一つのガスの流量を検出することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項１】
発熱抵抗体の放熱量に基づいてガスの流量を検出するガス流量センサを備えた内燃機関のガス流量計測装置において、
前記ガス流量センサにより検出したガスの流量検出値を微分して流量微分値を算出し、該流量微分値に応じた補正量で前記流量検出値を補正する流量算出手段を有することを特徴とする内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項２】
前記流量算出手段は、前記ガスの順流から逆流への反転による前記流量微分値の立ち上り時に、前記流量微分値に応じた補正量で前記流量検出値を減少方向に補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項３】
前記流量算出手段は、前記流量微分値の立ち上り速度が大きいほど、前記流量検出値を減少方向に補正する補正量を大きくすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項４】
前記流量算出手段は、前記流量微分値に対してフィルタ処理を行い、流量微分値のなまし値を算出し、該流量微分値のなまし値に応じた補正量で前記流量検出値を補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項５】
前記流量算出手段は、前記流量微分値のなまし値を積分することによって、前記流量検出値を補正した流量補正値を算出することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項６】
前記流量算出手段は、前記流量検出値が該流量検出値の平均値に対して小さいときに、前記流量検出値を補正することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項７】
前記ガス流量センサは、前記発熱抵抗体を配置するバイパス通路を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関のガス流量計測装置。
【請求項８】
前記ガス流量センサは、内燃機関のＥＧＲガス、排気ガス、吸入空気の少なくとも一つのガスの流量を検出することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関のガス流量計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１０６９２５（Ｐ２０１１−１０６９２５Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６１１６３（Ｐ２００９−２６１１６３）
【出願日】平成２１年１１月１６日（２００９．１１．１６）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１６日（２００９．１１．１６）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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