内燃機関のＥＧＲ流量計測装置
【課題】ＥＧＲ流路を流れる排気ガスの実流量を、排気圧力変動やインテークマニホールド内圧力の変動に拘わらず正確に測定する。
【解決手段】内燃機関のＥＧＲ流路に取り付けられた流量センサ１８の出力信号に基づいてＥＧＲ流路を流れるガス流量を演算するガス流量演算部１０１と、エンジン回転数に基づいてＥＧＲ流路のガス流れに生じる脈動周波数あるいはそれを代表する値を演算する脈動周波数演算部１０２と、ガス流量演算部１０１によって演算されたガス流量を脈動周波数演算部１０２よって演算された脈動周波数に相関する補正値をもって補正するガス流量補正部１０３とを設ける。
【解決手段】内燃機関のＥＧＲ流路に取り付けられた流量センサ１８の出力信号に基づいてＥＧＲ流路を流れるガス流量を演算するガス流量演算部１０１と、エンジン回転数に基づいてＥＧＲ流路のガス流れに生じる脈動周波数あるいはそれを代表する値を演算する脈動周波数演算部１０２と、ガス流量演算部１０１によって演算されたガス流量を脈動周波数演算部１０２よって演算された脈動周波数に相関する補正値をもって補正するガス流量補正部１０３とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のＥＧＲ流量計測装置に係り、特に、排気ガス内のＮＯｘ低減やエンジン出力制御のためにＥＧＲ流量を制御する内燃機関のＥＧＲ流量を測定するＥＧＲ流量計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（エンジン）の燃費向上のため、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンが有望とされている。しかし、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンは排気ガスにＮＯｘを多く含む傾向がある。排気ガスに含まれるＮＯｘを低減するには、燃焼温度を低減することが有効であり、排気ガスの一部を吸気側に戻して燃焼制御を行う排気ガス再循環（ＥＧＲ）制御が従来より行われている。
【０００３】
ＥＧＲ制御におけるＥＧＲ流量（ガス流量）を測定するＥＧＲ流量計測装置として、２つの流量センサを用い、２つの流量センサが出力するセンサ信号の差分を計算してＥＧＲ流量を算出するものがある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１６７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＥＧＲ流路（ＥＧＲ配管）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流路の排気ガスは、排気圧力とインテーク（吸気）マニホールド内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流路を流れる排気ガスの流量（ＥＧＲ流量）は、排気圧力変動とインテークマニホールド内圧力の変動の影響を受けて変動する。
【０００６】
このため、エンジンの各気筒ごとの爆発に伴う排気圧力脈動変化と、吸気弁が開くことによって生じるインテークマニホールド内圧力脈動変動の時間的な位相変化を考慮しない従来方式では、ＥＧＲ流量を正確に測定することは困難であった。
【０００７】
また、ＥＧＲ流量センサを用いてＥＧＲ流路（ＥＧＲ配管）のＥＧＲ流量を測定する場合、ＥＧＲ流量センサは、ＥＧＲ流路内において排気ガスに含まれるＰＭ（煤）などの汚損物質を含む雰囲気に曝されるため、汚損物質の付着による経時変化によって正確な流量測定を行えなくなる。
【０００８】
このことに対して、ＥＧＲ流路をバイパスするバイパス通路内にＥＧＲ流量センサを取り付け、ＥＧＲ流量センサに排気ガス中の汚損物質が付着し難くすることが考えられる。バイパス通路は、ＥＧＲ流路内の排気ガス流れに対して１次遅れ系のフィルタ効果があり、脈動の影響を低減させる効果がある。しかし、脈動が大きくなると、ＥＧＲ流路内の排気ガスの逆流を判断することが困難になる。
【０００９】
本発明は、前記解決しようとする課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ＥＧＲ流路を流れる排気ガスの実流量を、排気圧力変動やインテークマニホールド内圧力の変動に拘わらず正確に測定するＥＧＲ流量計測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】
前記目的を達成するために、本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、内燃機関のＥＧＲ流路に取り付けられた流量検出手段と、前記流量検出手段の出力信号に基づいて前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量を演算するガス流量演算手段と、内燃機関の回転数に基づいて前記ＥＧＲ流路のガス流れに生じる脈動周波数あるいはそれを代表する値を演算する脈動周波数演算手段と、前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量を前記脈動周波数演算手段によって演算された脈動周波数に相関する補正値をもって補正するガス流量補正手段とを有する。
【００１１】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、好ましくは、前記ガス流量演算手段が、前記流量検出手段の出力信号に基づいて前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量の所定時間当たりの平均ガス流量を演算する。
【００１２】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、好ましくは、前記ガス流量補正手段が、前記脈動周波数演算手段によって演算された脈動周波数を基本波として複数の周波数成分を分析し、当該複数の周波数成分に基づく補正値をもって前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量の補正を行う。
【００１３】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、好ましくは、前記ガス流量補正手段が、前記ガス流量演算手段によるガス流量演算結果と前記脈動周波数演算手段による脈動周波数演算結果に基づいて脈動率を演算し、当該脈動率を一つのパラメータとして補正率を設定し、当該補正率を補正値として前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量の補正演算を行う。
【００１４】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、好ましくは、ガス流量補正手段が、前記ＥＧＲ流路に取り付けられて当該ＥＧＲ流路のガス流量を制御するＥＧＲ制御弁の弁開度あるいはそれを代表する値を一つのパラメータとして補正率を設定し、当該補正率を補正値として前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量の補正演算を行う。
【００１５】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、好ましくは、内燃機関の始動時からの所定時間が経過するまで、あるいは排気ガス温度が所定値に達するまでは、ＥＧＲ流量計測を禁止する。
【００１６】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、好ましくは、前記流量検出手段が汚損診断された場合には、前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量を所定の補正量あるいは予め設定した別のフェールセーフ値を算出して前記流量検出手段の出力値に置き換えて使用する。
【００１７】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、好ましくは、前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量の計測値を用いて前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量をフィードバック制御している場合にフィードバック制御量がハンチングして制御量の静定時間が所定時間よりも長い場合、あるいはＥＧＲ停止時に前記流量検出手段が所定値以上の流量を示す出力信号を出力している場合、あるいはＥＧＲ開始後に前記流量検出手段が所定値以上の流量を示す出力信号を出力していないか所定値以上の流量を示す出力信号を出力までの時間が所定時間より場合の場合には、前記流量検出手段が汚損されていると診断する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置によれば、流量検出手段の出力信号に基づいて演算されたガス流量が脈動周波数に相関する補正値をもって補正される。これにより、ＥＧＲ流路を流れる排気ガスの実流量を、排気圧力変動やインテークマニホールド内圧力の変動に拘わらず正確に測定することができる。
【００１９】
ＥＧＲ流路を流れる排気ガスの実流量を正確に測定できることにより、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンのＥＧＲ率を従来よりも正確に制御でき、排気ガスレベル低減を図る効果が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明によるＥＧＲ流量計測装置を適用されるディーゼルエンジンの全体構成図。
【図２】エンジン制御装置の概略構成図。
【図３】燃料噴射−ＥＧＲ流量制御装置の概略構成図。
【図４】ＥＧＲ流量センサの構成図。
【図５】ＥＧＲ流量センサの電気制御回路図。
【図６】ＥＧＲ流量センサの取付構造を示す説明図。
【図７】ＥＧＲ流量センサの取付位置とセンサ出力との関係を示す説明図。
【図８】本実施形態によるＥＧＲ流量計測装置の詳細を示すブロック図。
【図９】バイパス通路内センサ部信号振幅とＥＧＲ通路信号振幅とり関係を示す説明図。
【図１０】ＥＧＲ流量センサ信号出力のサンプリング説明図。
【図１１】本実施形態によるＥＧＲ流量計測装置によるＥＧＲ流量計算のフロー図。
【図１２】低流領域でのＥＧＲ量補正のブロック図。
【図１３】ＥＧＲ流量センサによる逆流検出と脈動の周波数成分を示す説明図。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）はＥＧＲ流量センサの汚損の出力特性を示すグラフ。
【図１５】ＥＧＲ流量センサの汚損診断ルーチンを示すフローチャート。
【図１６】ＥＧＲ流量センサの汚損診断のタイミングチャート。
【図１７】ＥＧＲ流量センサの汚損診断時の補正演算ルーチンを示すフローチャート。
【図１８】ＥＧＲ流量センサの煤焼き切りの手順を示すブロック図。
【図１９】ＥＧＲ流量センサの起動ディレイのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置をディーゼルエンジンに適用した一つの実施形態について説明する。
図１に示されているように、ディーゼルエンジン１（以下、エンジン１と云う）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、エアフローメータ２によって質量流量を測定され、ターボチャージャ３のコンプレッサ３Ａによって過給される。過給された空気はインタークーラ４によって冷却され、スロットル弁５によって流量を計量され、インテークマニホールド６によって各気筒毎に分配され、エンジン１の吸気ポート７より燃焼室８内に吸入される。
【００２２】
エンジン１には燃焼室８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は、吸入空気量に応じた燃料を燃焼室８内に噴射する。燃焼室８に噴射された燃料は、燃焼室８内の吸入空気との混合気を生成し、燃焼室８内で燃焼する。
【００２３】
エンジン１が燃焼室８より排出する既燃焼ガス、つまり排気ガスは、排気ポート１０より排気管１１へ排出され、ターボチャージャ３のタービン３Ｂを駆動し、ｄｅ−ＮＯｘ触媒、ＳＣＲ触媒等による排気浄化触媒１２、ＤＰＦ（ディーゼル・パテキュレート・フィルタ）１３、排気消音器１４を経て大気中に放出される。
【００２４】
ターボチャージャ３のタービン３Ｂより排気ポート１０側の排気管１１の途中には、ＥＧＲ取入口１５が形成されている。排気管１１を流れる排気ガスの一部は、ＥＧＲ取入口１５よりＥＧＲ管１６を通ってＥＧＲ制御弁（ＥＧＲ弁）１７へ流れ、ＥＧＲ弁１７によって流量を定量的に制御され、ＥＧＲ流量センサ１８、ＥＧＲクーラ１９、ＥＧＲ管２０を経てインテークマニホールド６に形成されたＥＧＲ取出口２１に至り、ＥＧＲ取出口２１よりインテークマニホールド６内に還流する。
【００２５】
エンジン１には、エンジン回転数やクランク角度位置を測定するクランク角センサ２３、気筒判別を行うためのカム角センサ２４、エンジン１の冷却水温度を測定する水温センサ２５が取り付けられている（図２参照）。
【００２６】
図２は、エンジン制御装置の一つの実施形態を示している。エンジン制御装置は、電子制御式のものであり、エンジン１のイグニッションスイッチ２２よりオン・オフ信号を入力するデジタル入力回路３１と、クランク角センサ２３、カム角センサ２４よりセンサ信号（パルス信号）を入力するパルス信号入力回路３２と、エアフローセンサ２、水温センサ２５、ＥＧＲ流量センサ１８よりセンサ信号（アナログ信号）を入力するアナログ信号入力回路３３と、ＣＰＵ３４、ＲＯＭ３５、ＲＡＭ３６を含むマイクロコンピュータユニット３７と、ＥＧＲ弁１７、ＥＧＲクーラバイパス弁２６、ターボチャージャ３のウェストゲート２７へ指令信号を出力するデジタル出力回路３８と、燃料噴射弁９へ駆動パルスを出力するタイマ設定出力回路３９と、ＡＢＳ５０、ＧＰＳ５１、ＧＳＴ５２との通信を行う通信回路４０とを有する。
【００２７】
マイクロコンピュータユニット３７は、入力回路３１、３２、３３に入力したセンセ信号に基づいてエンジン１の運転状態を判断し、運転状態に応じた燃料噴射量を演算して出力回路３９にデータを転送する。
【００２８】
その他、マイクロコンピュータユニット３７は、エンジン１の運転状態に応じたＥＧＲ流量制御、ＥＧＲクーラ制御、ターボチャージャ３の過給制御のための演算処理を行う。
【００２９】
図３は、マイクロコンピュータユニット３７による燃料噴射−ＥＧＲ流量制御装置の実施形態を示している。当該制御装置は、クランク角センサ２３が出力するクランク角信号よりエンジン回転数を演算するエンジン回転数演算部５１を含む。
【００３０】
基本燃料噴射量演算部５２は、エアフローメータ２が出力する吸入空気量信号とエンジン回転数演算部５１が出力するエンジン回転数信号とを入力し、１回の燃焼行程毎の基本燃料噴射量（Ｔｐ）を演算する。燃料噴射制御に関しては、エンジン回転数と基本燃料噴射量に基づいて、基本燃料噴射量に対する空燃比補正項（ＫＭＲ）をマップ検索あるいは算出することが行われる。
【００３１】
目標ＥＧＲ率演算部５３は、エンジン回転数と基本燃料噴射量に基づいて目標ＥＧＲ率ηをマップ検索あるいは演算によって設定する。
目標ＥＧＲ流量演算部５４は、目標ＥＧＲ率ηと吸入空気量から、ＥＧＲ管１６、２０等によるＥＧＲ通路を流れるＥＧＲ流量の目標値を演算し、目標ＥＧＲ流量を算出する。
【００３２】
ＥＧＲ弁開度制御部５５は、ＥＧＲ流量センサ１８によって測定されガス流量補正手段である出力特性補正部５６によって補正されたＥＧＲ流量測定値と目標ＥＧＲ流量とを比較し、制御偏差がゼロになるように、ＥＧＲ弁１７の弁開度（バルブ通路面積）をフィードバック制御する。
【００３３】
なお、エンジン回転数と基本燃料噴射量に基づいて、予め設定した制御弁開度情報をマップ化しておいて、制御弁開度情報をＥＧＲ弁１７のコントローラに送ってもよい。
【００３４】
目標ＥＧＲ流量は、以下のように求めることができる。
エアフローメータ２によって測定される吸入空気量をＱｎｅｗ、ＥＧＲ流量をＱｅｇｒとすると、燃焼室８に入る吸入空気量Ｑｉｎと燃焼後の排気ガス流量Ｑｅｘとの関係は、次式（１）により表される。
Ｑｎｅｗ＋Ｑｅｇｒ ＝ Ｑｉｎ＝Ｑｅｘ …（１）
Ｑｅｇｒ ＝ Ｑｅｘ×η
【００３５】
よって、定常状態では、Ｑｅｘ＝Ｑｎｅｗ／（１−η）となり、ＥＧＲ流量Ｑｅｇｒは、次式（２）により表される。
Ｑｅｇｒ ＝ Ｑｎｅｗ×η／（１−η） …（２）
【００３６】
定常運転でのＥＧＲ流量Ｑｅｇｒ（制御目標値）と、ＥＧＲ流量センサ１８の出力信号に基づいて演算されたＥＧＲ流量とを比較し、両者が一致するように、ＥＧＲ弁１７の弁開度をフィードバック制御することによって、ＥＧＲ流量を制御することができる。
【００３７】
ＥＧＲ流量センサ１８は、熱線式の流量検出手段であり、図４に示されているように、ＥＧＲガスが流れるセンサ通路６１内に、流量測定用エレメントである発熱抵抗体６２ａと、発熱抵抗体６２ａの上流部あるいは下流部に配置されたガス温度測定エレメントである測温抵抗体６２の少なくとも２つの抵抗体が露出しており、コネクタ６３より流量に相当する電気信号をＥＣＵ（マイクロコンピュータ３７）へ出力する。
【００３８】
なお、ＥＧＲ流量センサ１８にマイクロコンピュータ（マイコン）を装着してＥＧＲ流量センサ１８をインテリジェンス化し、ＥＧＲ流量センサ内部のマイコンのＡ／Ｄ入力回路でＡ／Ｄ変換してマイコン内部でＥＧＲ流量センサ出力をリニアライズするデータ変換処理を行い、マイコンの通信出力、例えばシリアルポート出力やパラレルポート出力、ＣＡＮ等でデータを出力することも可能である。
【００３９】
図５は、ＥＧＲ流量センサ１８の電気回路を示している。ＥＧＲ流量センサ１８は、電源１０１に接続され、ガス流量に応じたセンサ信号Ｖｏｕｔを出力する。ＥＧＲ流量センサ１８は、発熱抵抗体６２ａ、測温抵抗体６２ｂ、抵抗素子６３、６４、６５からなるホイーストンブリッジ回路を含み、ブリッジ中点の電位差がゼロになるように差動増幅器６６、トランジスタ６７によって発熱抵抗体６２ａに流れる電流を調整するように構成されている。発熱抵抗体６２ａの加熱温度が低いと、差動増幅器１３の出力が大きくなり、更に加熱するように動作する。この構成により、空気流速によらず発熱抵抗体６２ａと測温抵抗体６２ｂの温度差が常に一定となるよう発熱抵抗体６２ａに流れる電流が制御される。
【００４０】
例えば、ガス温度を測定する測温抵抗体６２ｂをガス温度測定エレメントの温度を基準として、発熱抵抗体６２ａにはＥＧＲガス温度以上である約４００℃に保つように、センサエレメントとして、ガス温度測定エレメントに対して所定の温度差となるように、制御回路からの電流が流れている。制御回路から流れる電流を増幅器６８によって増幅することによりＥＧＲ流量に対応したセンサ出力（センサ信号Ｖｏｕｔ）を得ることができる。
【００４１】
ＥＧＲ流量センサ１８に流れるガスは、図６に示されているように、ＥＧＲ通路内に設けたバイパス通路７０に流れるガスである。バイパス通路６０は、渦巻状の通路を形成しており、流れ上流側の入口７１より入ったガスの流れを回転させ、側面に開口した出口７２よりガスが抜ける通路構造になっている。バイパス通路６０より上流側には、メッシュ部材７３とハニカム部材７４とが設けられている。これにより、ＥＧＲの流れが整流され、偏流が改善される。
【００４２】
バイパス通路７０を流れるガス流量Ｕｂは、簡易モデルを用いると、比例係数Ｋ、脈動周波数ｆ、バイパス通路７０外のメイン通路７５の流量をＵｍとすると、Ｕｂ＝Ｋ×Ｕｍ／ｆ＋（メイン通路圧力損失分）−（バイパス通路抵抗分）で表すことができる。
【００４３】
バイパス管の通路抵抗分の詳細は、次式（３）によって表される。
（λ×Ｕｂ^２）／（２Ｄ） …（３）
【００４４】
Ｄはバイパス通路面積、λはバイパスの流路抵抗係数であり、通路抵抗係数λが流量に比例するとすると、バイパス通路７０の通路抵抗分は、バイパス通路内流速のおおよそ３乗に比例（＝Ｕｂ^３）する。
【００４５】
よって、バイパス通路７０外の流量（メイン通路ガス流量）Ｕｍは、次式（４）によって表される。
Ｕｍ ＝ ｛Ｕｂ−（メイン通路圧力損失分）＋Ｕｂ^３｝×ｆ／Ｋ …（４）
【００４６】
近似的に、メイン通路圧力損失分をほぼゼロとすると、バイパス通路ガス流量Ｕｂは、メイン通路ガス流の３乗根に比例する。
【００４７】
所定の流量以下の環境、または、バイパス通路７０が持つ固有の周波数よりも脈動周波数が高い場合には、バイパス通路７０内の流れは、バイパス通路７０外（ＥＧＲ管）の流れに対して１次フィルタとして働き、脈動成分を低減する。また、バイパス通路７０外の流量の３乗根に比例する。大流量の環境では、バイパス通路７０通路を流れる流速が音速に近づき、バイパス通路７０内の流量とバイパス通路７０外（ＥＧＲ通路内）の流量が比例しないことになる。
【００４８】
よって、ＥＧＲ流量センサ１８は、所定の流量以下で、かつ所定の脈動周波数以下では、バイパス通路７０通路に流れる流量からＥＧＲ通路内の流れを求めることができる。実験結果から、バイパス通路７０外の流量Ｕｍの振幅に対して、バイパス通路７０内の流量Ｕｂの振幅は、バイパス通路７０外流量Ｕｍの３乗根を周波数ｆで割った値に比例することを確認した。
【００４９】
図７は、にＥＧＲ流量センサ１８の配置位置とセンサ出力との関係を示している。ＥＧＲガスは、排気管圧力と吸気管圧力の差に応じて、ＥＧＲガス管内を流れる。特に、高圧タイプのＥＧＲガス還流の場合には、排気管圧力は排気ガスの脈動の影響を大きく受けるので、ＥＧＲ通路内のガス流れには、エンジン回転数に応じた脈動が発生する。また、ＥＧＲ管の太さは長さに比べて小さいので、ＥＧＲ管の共鳴周波数に近いときには、脈動がさらに助長される。
【００５０】
脈動の影響を抑えるには、なるべくインテークマニホールドに近い位置にＥＧＲ流量センサ１８を設置してＥＧＲ流量を測定することが望ましい。また、ＥＧＲクーラ１９のバイパス通路弁が、クーラ側に開いていることきは、ＥＧＲクーラが流れの整流作用を持っているので、ＥＧＲクーラ１９の出口付近にＥＧＲ流量センサ１８を設置して測定することも可能である。また、ＥＧＲ弁１９の下流側ではＥＧＲ弁１９を起点とするガス流の旋回流が発生する。旋回流がＥＧＲ流量センサ１８のバイパス通路７０を設置した位置まで流れるので、偏流となり、均一な流れを測定できない。旋回流や偏流を改善するため、ＥＧＲ弁１７とＥＧＲ流量センサ１８の間にメッシュ部材７３と目の粗いハニカム部材７４を設ける。
【００５１】
本実施形態によるＥＧＲ流量計測装置の詳細を、図８を参照して説明する。ＥＧＲ流量計測装置は、ＥＧＲ流量センサ１８と、ガス流量演算部１０１と、脈動周波数演算部１０２と、ガス流量補正部１０３とを含む。
【００５２】
ガス流量演算部１０１は、ＥＧＲ流量センサ１８の出力信号よりＥＧＲ通路を流れるガス流量、すなわちＥＧＲ流量の所定時間当たりの平均流量Ｑａｖｅを演算する。
【００５３】
脈動周波数演算部１０２は、エンジン１の回転数に基づいてＥＧＲ通路のガス流れに生じる脈動周波数ｆあるいはそれを代表する値を演算する。
【００５４】
ガス流量補正部１０３は、ガス流量演算部１０１によって演算されたＥＧＲ平均流量Ｑａｖｅを脈動周波数演算部１０２によって演算された脈動周波数ｆに相関する補正値、たとえば、脈動周波数ｆを基本波として複数の周波数成分を分析し、当該複数の周波数成分に基づく補正値をもってＥＧＲ平均流量Ｑａｖｅの補正演算を行い、実ＥＧＲ流量Ｑｒｅａｌを算出する。
【００５５】
ガス流量補正部１０２は、ＥＧＲ平均流量Ｑａｖｅと脈動周波数ｆに基づいて脈動率Ｒを演算し、脈動率Ｒを一つのパラメータとして補正率を設定し、当該補正率を補正値としてＥＧＲ平均流量Ｑａｖｅの補正演算を行って良い。また、ＥＧＲ制御弁１７の弁開度あるいはそれを代表する値をもう一つのパラメータとして補正率を設定し、当該補正率を補正値として当該補正率を補正値としてＥＧＲ平均流量Ｑａｖｅの補正演算を行って良い。
【００５６】
前述のバイパス通路７０内で計ったＥＧＲ流量センサ１８の出力信号（センサ信号）の脈動振幅Ａと、ＥＧＲ通路内の脈動振幅Ｂを同時に測定した結果、バイパス通路７０内とＥＧＲ通路内の脈動振幅比率Ａ／Ｂは、次式（５）により表されることが分かった。
Ａ／Ｂ ＝ Ｋ｛（Ｑａｖｅ）^Ｎ）／ｆ｝ …（５）
指数Ｎは、実験から、図９に示されているように、０．３５程度で表されることがわかった。
【００５７】
よって、バイパス通路７０内に設置したＥＧＲ流量センサ１８の出力信号の脈動振幅Ａとセンサ部のＥＧＲ平均流量Ｑａｖｅに基づき、ＥＧＲ通路内の脈動振幅Ｂは、次式（６）により求めることができる。
Ｂ ＝ Ａ／Ｋ｛（Ｑａｖｅ）^０．３５／ｆ｝ …（６）
【００５８】
ＥＧＲ通路内を流れるガス流（ＥＧＲの流れ）の脈動率Ｒは、次式（７）によって表される。
Ｒ ＝ Ｂ／Ｑａｖｅ
＝ Ａ／｛Ｑａｖｅ・Ｋ（Ｑａｖｅ）^０．３５／ｆ｝ …（７）
【００５９】
１爆発毎に流れる単位流量Ｓは、Ｓ＝Ｑａｖｅ／周波数で求めることができる。
予め測定した単位時間流量Ｓと脈動率Ｒにより、実流量との差分ＱＥｒｒｏｒを適合値として求めることによって、補正量＝マップ（Ｒ，Ｓ）となり、実ＥＧＲ量Ｑｒｅａｌは、次式（８）によって求められる。
Ｑｒｅａｌ ＝ Ｑａｖｅ（１−ＱＥｒｒｏｒ） …（８）
【００６０】
図１０に示すように、ＥＧＲ流量センサ１８の出力信号のサンプリングは１ｍｓ毎に行うものとする。脈動が２５Ｈｚの場合には４０回サンプリングすることになるので、クランク角度で４．５℃Ａ毎にサンプリングすることに相当する。脈動が５０Ｈｚの場合には、２０回サンプリングであり、９℃Ａに相当する。脈動が７５Ｈｚでは、１３．５℃Ａ、１００Ｈｚでは、１８℃Ａ相当であり、サンプリング定理の上限（２回）以下であることを確認した。
【００６１】
所定のクランク角度（たとえばＢＴＤＣ７８℃Ａ）をサンプリング起点とし、次の気筒のＢＴＤＣ７８℃Ａまでの１８０℃Ａ間を１ｍｓ毎に、Ａ／Ｄ変換を実行する。１８０℃Ａ毎にサンプリング回数をチェックし、サンプリング回数に合わせたフーリエ変換係数から、サイン波成分とコサイン波成分用のフーリエ変換係数を選択し、Ａ／Ｄ変換結果に乗じて合計値を算出する。
【００６２】
フーリエ変換は、図１１に示されているように、以下の演算フローで行う。
サイン波成分用フーリエ係数をサンプリング毎に乗じる積和演算を行ってサイン波成分を算出する（ステップＳ１）。
サイン波成分＝Σ｛サイン波成分用フーリエ係数（ｉ）×Ａ／Ｄ値（ｉ）｝／サンプリング数
【００６３】
また、コサイン波成分用フーリエ係数をサンプリング毎に乗じる積和演算を行ってコサイン波成分を算出する（ステップＳ２）。
コサイン波成分＝Σ｛コサイン成分用フーリエ係数（ｉ）×Ａ／Ｄ値（ｉ）｝／サンプリング数
【００６４】
つぎに、コサイン波成分とサイン波成分をそれぞれ自乗して加算し、平方根をとって振幅値を求める（ステップＳ３）。
振幅値＝√（コサイン成分の２乗＋サイン成分の２乗）
この場合、演算時間を考慮して平方根算出にはテーブル変換値を用いてもよい。
【００６５】
つぎに、１８０℃Ａ間のＡ／Ｄ変換の積算を行い（ステップＳ４）、それをサンプリング数で割り、センサ部での平均流量Ｑａｖｅを算出する（ステップＳ５）。
Ｑａｖｅ ＝ Σ（Ａ／Ｄ値（ｉ））／サンプリング数
【００６６】
次に、ＥＧＲ流の脈動率Ｒを算出する（ステップＳ６）。
Ｒ ＝ Ａ／｛Ｑａｖｅ・Ｋ（Ｑｅｇｒ）^０．３５／ｆ｝
ここで、（Ｑａｖｅ）^０．３５は、演算時間を考慮してテーブル変換値を用いてもよい。
【００６７】
次に、１爆発行程毎に流れる単位流量Ｓを算出する（ステップＳ７）。
Ｓ ＝ Ｑａｖｅ／周波数＝Ｑａｖｅ×サンプリング数
【００６８】
補正率ＱＥｒｒｏｒは、予めＥＧＲ管で測定した実流量とＥＧＲ流量センサ信号出力との関係をマップ値として用意しておき、補正率ＱＥｒｒｏｒ＝ＭＡＰ（Ｓ，Ｒ）として求め（ステップＳ８）、Ｑｒｅａｌ＝Ｑａｖｅ×（１−ＱＥｒｒｏｒ）なる演算によって実ＥＧＲ流量Ｑｒｅａｌを算出する（ステップＳ９）。
【００６９】
図１２は、単位流量Ｓが所定値以下の場合の対応を示している。ＥＧＲ流量はＥＧＲ弁１７の通路面積にも依存する。この場合、ＥＧＲ弁開度より分かるバルブ通路面積とエンジン回転数との適合値から補正量を算出あるいは補正量マップ８０より検索し、ＥＧＲ流量センサ部でのＥＧＲ流量平均値Ｑｅｇｒに対して、補正することが可能である。ＥＧＲ弁１７のバルブ通路面積は、ＥＧＲ弁１７のリフト量またはＥＧＲ弁の回転角度から算出する。
【００７０】
また、ＥＧＲ流量はインテークマニホールド内の負圧にも依存する。このため、インテークマニホールド内の負圧を発生させるスロットル弁５の開度とエンジン回転数との適合値から補正量を算出して、ＥＧＲ流量センサ部でのＥＧＲ流量平均値に対して補正することも可能である。インテークマニホールド内の負圧またはスロットル開度はスロットル開度センサを用いる。
【００７１】
図１３に示されているように、低流量域では、ガス流れがゼロであっても逆流が存在し、流れの方向を区別できない双方向流検出センサでは、基準周波数の整数倍の成分が発生する。
【００７２】
特に、逆流があると、双方向流検出センサ出力信号は折り返し波形となるので、基本周波数に対して高次の周波数が現われる。高次の周波数が現われているときは、逆流があることを示唆している。
【００７３】
さらに、低流量域では平均流量に対して脈動幅が比較的大きい。さらに、ＥＧＲ流量センサ１８は脈動による順流と逆流を区別できないため、脈動率に対して補正率Ｑｅｒｒｏｒにばらつきが大きい。こうした領域では、脈動に伴う最小値が脈動の節点となるで、最小値を実ＥＧＲ流量Ｑｒｅａｌとする。
【００７４】
ＥＧＲ流量センサ出力と目標ＥＧＲ量とを比較して、比較結果が一致するようにＥＧＲ弁１７を制御するＥＧＲ弁開度制御にフィードバックループを用意してＥＧＲ弁１７を制御すれば、ＥＧＲクーラ１９やＥＧＲ弁１７の表面に煤が付着することによるＥＧＲ流路抵抗の増加に伴う流量低下の補正を行うことができる。
【００７５】
図１４（ａ）〜（ｃ）にＥＧＲ流量センサが汚損した場合の出力例を示す。
高圧タイプのＥＧＲガス還流の場合、排気ガスには煤が多く含まれている。煤は炭素成分だけではなく、未燃焼の燃料成分や不完全燃焼した炭化水素成分も含まれている。こうした煤はＥＧＲガス中にも含まれて、ＥＧＲ流量センサ１８のセンサエレメントやその周囲にも付着する。
【００７６】
煤がセンサエレメントに付着すると、ＥＧＲガスがセンサエレメントに触れることが少なくなるので、図１４（ａ）に示されているように、ＥＧＲ流量が実際に流れている量よりも少ない値が出力される。
【００７７】
一方、煤がガス温度測定エレメントに付着すると、ガス温度測定エレメントが断熱された形になるので、ＥＧＲガス温度の影響を受けにくくなる。このため、特にＥＧＲ量が大流量の場合、ガス温度測定エレメントとセンサエレメントの温度差が大きくなり、図１４（ｂ）に示されているように、センサ出力は実際に流れている量よりも大きな値が出力される。
【００７８】
センサエレメントとガス温度測定エレメントの両方に煤が付着すると、両エレメントが断熱された形となり、図１４（ｃ）に示されているように、実際に流れる流量よりも少ない値が出力される。
【００７９】
また、煤がエレメントにまだらに付着すると、エレメントの温度分布が不均一となって、煤が付着した部分が特に温度上昇することになり、エレメントの耐久性が劣化するおそれがある。
【００８０】
図１５は、ＥＧＲ流量センサ１８の汚損による出力低下を推定する診断プログラムのフローチャートである。
回転数と、吸入空気量と回転数から求めた１回毎の燃焼あたりの吸入空気量に基づいて求めた目標ＥＧＲ流量と、ＥＧＲ流量センサ出力とを比較して、その差が無くなるようにＥＧＲ制御弁を制御するフィードバックループを構成している場合、フィードバック制御量がハンチングして制御量の静定時間が所定時間よりも長い時には、ＥＧＲ流量センサ１８が汚損によって応答性が低下していると判定する（ステップＳ１１〜ステップＳ１４）。
【００８１】
運転状態が変化して、例えば加速する場合に、ＥＧＲ制御弁１７を閉じても、ＥＧＲ流量センサ出力が所定値以上の値を出している場合には、ＥＧＲ流量センサ１８が汚損によって出力のゼロ点がずれていると判定する（ステップＳ１５〜ステップＳ１７）。
【００８２】
加速後から定常運転状態に移って、ＥＧＲ制御弁１７を開いてＥＧＲガスを流すときに、ＥＧＲ流量センサ１８の出力が目標ＥＧＲ量に達しないか、達するまでの時間が長くかかり、ＥＧＲ制御弁開度が所定値以上に開いている時間が、所定時間以上の場合には、ＥＧＲ流量センサの汚損によってセンサ出力値が実際に流れている値よりも低い値を出力している汚損劣化判定を行う（ステップＳ１８〜ステップＳ２１）。
【００８３】
要約すると、ＥＧＲ流路を流れるガス流量の計測値、つまり、ＥＧＲ流量センサ１８の出力信号を用いてＥＧＲ流路を流れるガス流量をフィードバック制御している場合にフィードバック制御量がハンチングして制御量の静定時間が所定時間よりも長い場合、あるいはＥＧＲ停止時にＥＧＲ流量センサ１８が所定値以上の流量を示す出力信号を出力している場合、あるいはＥＧＲ開始後にＥＧＲ流量センサ１８が所定値以上の流量を示す出力信号を出力していないか所定値以上の流量を示す出力信号を出力までの時間が所定時間より場合の場合には、ＥＧＲ流量センサ１８が汚損されていると診断する。
【００８４】
また、一定の運転状態でも、ＥＧＲ制御弁１７の弁開度が所定範囲を超えているときには、ＥＧＲ流量センサ１８の出力信号が実際に流れている流量と異なる値を出力している可能性がある。上記の判定しきい値は、エンジンの動作時間の積算値または車両の走行距離の積算値に応じて変更を加えることができる。
【００８５】
図１６は、汚損による出力低下を推定するタイミングチャートである。
所定の時間間隔毎に吸入空気量と回転数を入力して目標ＥＧＲ量を算出する。そして、運転状態が所定の範囲内にあるときに定常運転状態と判断し、診断許可フラグを立てる。
【００８６】
例えば、エンジン回転数が所定の上下限内、且つ吸入空気量が所定の上下限内、且つ車速が所定の上下限内、且つアクセルペダル要求値が所定の上下限内、且つエンジン回転数、吸入空気量、車速、アクセルペダル等の値の時間的変化割合が所定値以下である時が所定時間以上継続しているときを定常運転状態とする。
定常運転状態時には、常時、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値を取り込み、目標ＥＧＲ量と比較する。
【００８７】
診断許可フラグが立っているとき、以下の診断を行う。
ＥＧＲ流量センサ１８の出力値と目標ＥＧＲ量との差の絶対値がしきい値以上の場合、診断用カウンタをインクリメントし、ＯＫカウンタをリセットする。そして、診断用カウンタがしきい値を上回ったとき、ＥＧＲ流量センサの汚損の可能性を示すフラグを立てる。
【００８８】
ＥＧＲ流量センサ１８の出力値と目標ＥＧＲ量との差の絶対値がしきい値を下回ったとき、診断用カウンタをリセットする。同時にＯＫカウンタをインクリメントする。ＯＫカウンタが所定値以上になったとき、ＥＧＲ流量センサ１８の汚損の可能性を示すフラグをリセットする。
【００８９】
汚損診断は、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値が目標ＥＧＲ量と常時かけ離れた値にへばりついている状態を診断できるが、ＥＧＲ流量センサ１８の出力に脈動が重畳している場合には、ＯＫとも汚損状態とも判断できないことになる。
【００９０】
この場合、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値と目標ＥＧＲ量との差の絶対値が、所定のしきい値より大きい期間が、所定の時間以内にどれだけあるかをカウントし、所定の割合以上にはずれている場合、汚損または脈動が大きい可能性があることを示すフラグを立てる。しきい値である所定の割合は、ＥＧＲ流量とＥＧＲ弁１７の開度の関数、または、予め設定したマップ値とする。
【００９１】
また、ＥＧＲ弁１７の開度を変化させてＥＧＲ流量センサ１８の出力をモニタしてＥＧＲ制御弁開度とセンサ出力との関係、例えば比率が所定の範囲内かどうかを判断してもよい。
【００９２】
図１７にセンサ汚損による補正量の算出結果をエンジン制御へ反映する例を示す。
上記に示したＥＧＲ流量センサ汚損の診断結果、または脈動の診断結果等に基づき、ＥＧＲ流量センサ１８の出力に汚損や脈動を示す可能性がある場合（ステップＳ３１）、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値に基づいて所定の補正量、または予め設定した別のフェールセーフ値を算出してＥＧＲ流量センサ１８の出力値に置き換えて使用する（ステップＳ３２〜ステップＳ３６）。
【００９３】
センサ汚損または脈動の可能性が無い場合、または、可能性が低いと推定される運転領域においては、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値そのものを使う（ステップＳ３７、ステップＳ３６）。
【００９４】
または、所定の運転状態における吸入空気量と回転数において、ＥＧＲ弁１７を所定の開度として、予め設定したまたは測定した標準状態でのＥＧＲ流量と、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値とを比較して、標準状態のＥＧＲ流量とＥＧＲ流量センサ１８の出力値との比率または差分を求めて、補正量として学習することで、他の運転領域へ学習値をＥＧＲ流量センサ１８の出力値に反映することで、補正が可能である。
【００９５】
例えば、比率を補正する場合には、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値に補正値を乗算する。または、差分を補正する場合はＥＧＲ流量センサ１８の出力値に補正値を加算する。この場合、加算した結果が負となる場合は、補正後の値をゼロとする。また、排気ブレーキを使ってエンジン出力をゼロとしている場合、ＥＧＲ制御弁１７８を全開とすることで、排気ガスが全てエンジンの吸入側に戻るようにして、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値を校正することが可能である。この場合、排気ブレーキを使ってかつ燃料噴射量をゼロとしている間は、エンジンの排気量×回転数に比例した値がＥＧＲ管を流れるので、還流率ηを１．０として目標ＥＧＲ量を計算することが可能である。このときのＥＧＲ流量センサ１８の出力値と目標ＥＧＲ量との比率または差分を補正量とすることが可能である。
【００９６】
電動過給器を使用している場合には、排気ブレーキをかけた状態のままで、エンジン停止中に電動過給器を回すと、ＥＧＲガスは還流率η＝１．０のままガスが流れるので、エンジン停止中にも補正量を算出可能である。
【００９７】
図１８は、ＥＧＲ流量センサ１８の汚損回復について説明する。
煤は、ＥＧＲ流量センサ１８だけでなく、ＥＧＲクーラ１９やＥＧＲ弁１７、ＥＧＲ通路内部にも付着し、新品時に比べて通路断面積を狭くする。この場合、標準の運転状態でのＥＧＲ流量が低下するので、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値が低下することになる。よって、煤を除去してセンサ出力値が回復することが期待される。
【００９８】
例えば、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値に対する補正値が所定の範囲外であれば（ステップＳ４１）、ＥＧＲ流量が大きい運転領域で、排気ガス温度をＤＰＦの煤を焼く温度まで上昇させる（ステップＳ４２）。これにより、ＤＰＦ内の煤だけでなくＥＧＲ通路内部の煤も焼くことができる（ステップＳ４３）。また、煤に帯電させて電気的に煤を集塵することも可能である。
【００９９】
ＥＧＲ流量センサ１８の上流側に煤フィルタを設けて、超音波で煤をフィルタにぶつけることで煤がＥＧＲ流量センサ１８に付着することを防止できる。または、ＥＧＲ通路内に超音波センサを設けて、超音波センサからＥＧＲ管の内面に向かって発する超音波の反射波を測定することで、反射率を測ることで堆積した煤の量を測定することが可能である。堆積した煤の量が所定のしきい値を超えていれば、ＥＧＲ通路内の煤を焼くような運転状態に移行するか、または、ＥＧＲ管の交換を運転者に知らせるようにフラグを立てて、運転席のエンジン警告灯に表示する。または、所定の走行距離毎に定期的なＥＧＲ管の交換を義務づける。
【０１００】
ＥＧＲ通路内部の表面に煤を分解しやすい触媒を塗布することで、比較的、低い温度で煤を分解するようにしてもよい。また、ＥＧＲ通路内部の表面にコーティング剤を塗布して、煤の付着を防止するようにしてもよい。
【０１０１】
ＥＧＲ流量センサ１８に用いる測定エレメントに煤が付着しないように、ガス温度よりも高温にしている。６００℃以上に設定することで煤の付着が無いことを確認した。エンジン始動時からＥＧＲ流量センサ１８に通電すると、測定エレメントが６００℃に達するまでは、ＥＧＲ流量センサ出力信号は異なる値を出力する可能性がある。
【０１０２】
そこで、所定の温度に達するまでの時間を測定開始のディレイとする。たとえば、センサエレメントの温度とガス温度との温度差が所定の温度となるまでの加熱期間は、センサエレメントの初期温度に依存する。
【０１０３】
そこで、図１９に示すように、ガス温度センサが出力する温度ＴＥＧＲＳＴがエンジン１の運転状態に対応した温度に達するまでは、ＥＧＲ流量センサ１８による流量測定を禁止するガス温度対応あるいは経過時間対応のディレイを設ける（ステップＳ５１〜ステップＳ５４）。ディレイ値（しきい値）は、始動時ガス温度センサ値に応じて適正値に設定される（ステップＳ５３）。エンジン始動後、ガス温度ＴＥＧＲがしきい値以上あるいは経過時間がしきい値以上になれば、ＥＧＲ流量センサ１８による流量測定を許可する（ステップＳ５４、ステップＳ５５）。
【０１０４】
なお、エンジン始動時からの経過時間に応じて、ＥＧＲ流量センサ１８の出力に対する補正量をテーブル値として用意しておき、始動時からＥＧＲ流量センサ１８の出力を使用したＥＧＲ制御も可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、内燃機関制御に関連したものであり、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】
【０１０６】
１ ディーゼルエンジン
８ 燃焼室
９ 燃料噴射弁
１７ ＥＧＲ制御弁（ＥＧＲ弁）
１８ ＥＧＲ流量センサ
５３ 目標ＥＧＲ率演算部
５４ 目標ＥＧＲ流量演算部
５５ ＥＧＲ弁開度制御部
５６ 出力特性補正部
７０ バイパス通路
１０１ ガス流量演算部
１０２ 脈動周波数演算部
１０３ ガス流量補正部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のＥＧＲ流量計測装置に係り、特に、排気ガス内のＮＯｘ低減やエンジン出力制御のためにＥＧＲ流量を制御する内燃機関のＥＧＲ流量を測定するＥＧＲ流量計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（エンジン）の燃費向上のため、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンが有望とされている。しかし、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンは排気ガスにＮＯｘを多く含む傾向がある。排気ガスに含まれるＮＯｘを低減するには、燃焼温度を低減することが有効であり、排気ガスの一部を吸気側に戻して燃焼制御を行う排気ガス再循環（ＥＧＲ）制御が従来より行われている。
【０００３】
ＥＧＲ制御におけるＥＧＲ流量（ガス流量）を測定するＥＧＲ流量計測装置として、２つの流量センサを用い、２つの流量センサが出力するセンサ信号の差分を計算してＥＧＲ流量を算出するものがある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１６７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＥＧＲ流路（ＥＧＲ配管）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流路の排気ガスは、排気圧力とインテーク（吸気）マニホールド内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流路を流れる排気ガスの流量（ＥＧＲ流量）は、排気圧力変動とインテークマニホールド内圧力の変動の影響を受けて変動する。
【０００６】
このため、エンジンの各気筒ごとの爆発に伴う排気圧力脈動変化と、吸気弁が開くことによって生じるインテークマニホールド内圧力脈動変動の時間的な位相変化を考慮しない従来方式では、ＥＧＲ流量を正確に測定することは困難であった。
【０００７】
また、ＥＧＲ流量センサを用いてＥＧＲ流路（ＥＧＲ配管）のＥＧＲ流量を測定する場合、ＥＧＲ流量センサは、ＥＧＲ流路内において排気ガスに含まれるＰＭ（煤）などの汚損物質を含む雰囲気に曝されるため、汚損物質の付着による経時変化によって正確な流量測定を行えなくなる。
【０００８】
このことに対して、ＥＧＲ流路をバイパスするバイパス通路内にＥＧＲ流量センサを取り付け、ＥＧＲ流量センサに排気ガス中の汚損物質が付着し難くすることが考えられる。バイパス通路は、ＥＧＲ流路内の排気ガス流れに対して１次遅れ系のフィルタ効果があり、脈動の影響を低減させる効果がある。しかし、脈動が大きくなると、ＥＧＲ流路内の排気ガスの逆流を判断することが困難になる。
【０００９】
本発明は、前記解決しようとする課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ＥＧＲ流路を流れる排気ガスの実流量を、排気圧力変動やインテークマニホールド内圧力の変動に拘わらず正確に測定するＥＧＲ流量計測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】
前記目的を達成するために、本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、内燃機関のＥＧＲ流路に取り付けられた流量検出手段と、前記流量検出手段の出力信号に基づいて前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量を演算するガス流量演算手段と、内燃機関の回転数に基づいて前記ＥＧＲ流路のガス流れに生じる脈動周波数あるいはそれを代表する値を演算する脈動周波数演算手段と、前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量を前記脈動周波数演算手段によって演算された脈動周波数に相関する補正値をもって補正するガス流量補正手段とを有する。
【００１１】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、好ましくは、前記ガス流量演算手段が、前記流量検出手段の出力信号に基づいて前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量の所定時間当たりの平均ガス流量を演算する。
【００１２】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、好ましくは、前記ガス流量補正手段が、前記脈動周波数演算手段によって演算された脈動周波数を基本波として複数の周波数成分を分析し、当該複数の周波数成分に基づく補正値をもって前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量の補正を行う。
【００１３】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、好ましくは、前記ガス流量補正手段が、前記ガス流量演算手段によるガス流量演算結果と前記脈動周波数演算手段による脈動周波数演算結果に基づいて脈動率を演算し、当該脈動率を一つのパラメータとして補正率を設定し、当該補正率を補正値として前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量の補正演算を行う。
【００１４】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、好ましくは、ガス流量補正手段が、前記ＥＧＲ流路に取り付けられて当該ＥＧＲ流路のガス流量を制御するＥＧＲ制御弁の弁開度あるいはそれを代表する値を一つのパラメータとして補正率を設定し、当該補正率を補正値として前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量の補正演算を行う。
【００１５】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、好ましくは、内燃機関の始動時からの所定時間が経過するまで、あるいは排気ガス温度が所定値に達するまでは、ＥＧＲ流量計測を禁止する。
【００１６】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、好ましくは、前記流量検出手段が汚損診断された場合には、前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量を所定の補正量あるいは予め設定した別のフェールセーフ値を算出して前記流量検出手段の出力値に置き換えて使用する。
【００１７】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置は、好ましくは、前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量の計測値を用いて前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量をフィードバック制御している場合にフィードバック制御量がハンチングして制御量の静定時間が所定時間よりも長い場合、あるいはＥＧＲ停止時に前記流量検出手段が所定値以上の流量を示す出力信号を出力している場合、あるいはＥＧＲ開始後に前記流量検出手段が所定値以上の流量を示す出力信号を出力していないか所定値以上の流量を示す出力信号を出力までの時間が所定時間より場合の場合には、前記流量検出手段が汚損されていると診断する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置によれば、流量検出手段の出力信号に基づいて演算されたガス流量が脈動周波数に相関する補正値をもって補正される。これにより、ＥＧＲ流路を流れる排気ガスの実流量を、排気圧力変動やインテークマニホールド内圧力の変動に拘わらず正確に測定することができる。
【００１９】
ＥＧＲ流路を流れる排気ガスの実流量を正確に測定できることにより、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンのＥＧＲ率を従来よりも正確に制御でき、排気ガスレベル低減を図る効果が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明によるＥＧＲ流量計測装置を適用されるディーゼルエンジンの全体構成図。
【図２】エンジン制御装置の概略構成図。
【図３】燃料噴射−ＥＧＲ流量制御装置の概略構成図。
【図４】ＥＧＲ流量センサの構成図。
【図５】ＥＧＲ流量センサの電気制御回路図。
【図６】ＥＧＲ流量センサの取付構造を示す説明図。
【図７】ＥＧＲ流量センサの取付位置とセンサ出力との関係を示す説明図。
【図８】本実施形態によるＥＧＲ流量計測装置の詳細を示すブロック図。
【図９】バイパス通路内センサ部信号振幅とＥＧＲ通路信号振幅とり関係を示す説明図。
【図１０】ＥＧＲ流量センサ信号出力のサンプリング説明図。
【図１１】本実施形態によるＥＧＲ流量計測装置によるＥＧＲ流量計算のフロー図。
【図１２】低流領域でのＥＧＲ量補正のブロック図。
【図１３】ＥＧＲ流量センサによる逆流検出と脈動の周波数成分を示す説明図。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）はＥＧＲ流量センサの汚損の出力特性を示すグラフ。
【図１５】ＥＧＲ流量センサの汚損診断ルーチンを示すフローチャート。
【図１６】ＥＧＲ流量センサの汚損診断のタイミングチャート。
【図１７】ＥＧＲ流量センサの汚損診断時の補正演算ルーチンを示すフローチャート。
【図１８】ＥＧＲ流量センサの煤焼き切りの手順を示すブロック図。
【図１９】ＥＧＲ流量センサの起動ディレイのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明によるＥＧＲ流量計測装置をディーゼルエンジンに適用した一つの実施形態について説明する。
図１に示されているように、ディーゼルエンジン１（以下、エンジン１と云う）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、エアフローメータ２によって質量流量を測定され、ターボチャージャ３のコンプレッサ３Ａによって過給される。過給された空気はインタークーラ４によって冷却され、スロットル弁５によって流量を計量され、インテークマニホールド６によって各気筒毎に分配され、エンジン１の吸気ポート７より燃焼室８内に吸入される。
【００２２】
エンジン１には燃焼室８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は、吸入空気量に応じた燃料を燃焼室８内に噴射する。燃焼室８に噴射された燃料は、燃焼室８内の吸入空気との混合気を生成し、燃焼室８内で燃焼する。
【００２３】
エンジン１が燃焼室８より排出する既燃焼ガス、つまり排気ガスは、排気ポート１０より排気管１１へ排出され、ターボチャージャ３のタービン３Ｂを駆動し、ｄｅ−ＮＯｘ触媒、ＳＣＲ触媒等による排気浄化触媒１２、ＤＰＦ（ディーゼル・パテキュレート・フィルタ）１３、排気消音器１４を経て大気中に放出される。
【００２４】
ターボチャージャ３のタービン３Ｂより排気ポート１０側の排気管１１の途中には、ＥＧＲ取入口１５が形成されている。排気管１１を流れる排気ガスの一部は、ＥＧＲ取入口１５よりＥＧＲ管１６を通ってＥＧＲ制御弁（ＥＧＲ弁）１７へ流れ、ＥＧＲ弁１７によって流量を定量的に制御され、ＥＧＲ流量センサ１８、ＥＧＲクーラ１９、ＥＧＲ管２０を経てインテークマニホールド６に形成されたＥＧＲ取出口２１に至り、ＥＧＲ取出口２１よりインテークマニホールド６内に還流する。
【００２５】
エンジン１には、エンジン回転数やクランク角度位置を測定するクランク角センサ２３、気筒判別を行うためのカム角センサ２４、エンジン１の冷却水温度を測定する水温センサ２５が取り付けられている（図２参照）。
【００２６】
図２は、エンジン制御装置の一つの実施形態を示している。エンジン制御装置は、電子制御式のものであり、エンジン１のイグニッションスイッチ２２よりオン・オフ信号を入力するデジタル入力回路３１と、クランク角センサ２３、カム角センサ２４よりセンサ信号（パルス信号）を入力するパルス信号入力回路３２と、エアフローセンサ２、水温センサ２５、ＥＧＲ流量センサ１８よりセンサ信号（アナログ信号）を入力するアナログ信号入力回路３３と、ＣＰＵ３４、ＲＯＭ３５、ＲＡＭ３６を含むマイクロコンピュータユニット３７と、ＥＧＲ弁１７、ＥＧＲクーラバイパス弁２６、ターボチャージャ３のウェストゲート２７へ指令信号を出力するデジタル出力回路３８と、燃料噴射弁９へ駆動パルスを出力するタイマ設定出力回路３９と、ＡＢＳ５０、ＧＰＳ５１、ＧＳＴ５２との通信を行う通信回路４０とを有する。
【００２７】
マイクロコンピュータユニット３７は、入力回路３１、３２、３３に入力したセンセ信号に基づいてエンジン１の運転状態を判断し、運転状態に応じた燃料噴射量を演算して出力回路３９にデータを転送する。
【００２８】
その他、マイクロコンピュータユニット３７は、エンジン１の運転状態に応じたＥＧＲ流量制御、ＥＧＲクーラ制御、ターボチャージャ３の過給制御のための演算処理を行う。
【００２９】
図３は、マイクロコンピュータユニット３７による燃料噴射−ＥＧＲ流量制御装置の実施形態を示している。当該制御装置は、クランク角センサ２３が出力するクランク角信号よりエンジン回転数を演算するエンジン回転数演算部５１を含む。
【００３０】
基本燃料噴射量演算部５２は、エアフローメータ２が出力する吸入空気量信号とエンジン回転数演算部５１が出力するエンジン回転数信号とを入力し、１回の燃焼行程毎の基本燃料噴射量（Ｔｐ）を演算する。燃料噴射制御に関しては、エンジン回転数と基本燃料噴射量に基づいて、基本燃料噴射量に対する空燃比補正項（ＫＭＲ）をマップ検索あるいは算出することが行われる。
【００３１】
目標ＥＧＲ率演算部５３は、エンジン回転数と基本燃料噴射量に基づいて目標ＥＧＲ率ηをマップ検索あるいは演算によって設定する。
目標ＥＧＲ流量演算部５４は、目標ＥＧＲ率ηと吸入空気量から、ＥＧＲ管１６、２０等によるＥＧＲ通路を流れるＥＧＲ流量の目標値を演算し、目標ＥＧＲ流量を算出する。
【００３２】
ＥＧＲ弁開度制御部５５は、ＥＧＲ流量センサ１８によって測定されガス流量補正手段である出力特性補正部５６によって補正されたＥＧＲ流量測定値と目標ＥＧＲ流量とを比較し、制御偏差がゼロになるように、ＥＧＲ弁１７の弁開度（バルブ通路面積）をフィードバック制御する。
【００３３】
なお、エンジン回転数と基本燃料噴射量に基づいて、予め設定した制御弁開度情報をマップ化しておいて、制御弁開度情報をＥＧＲ弁１７のコントローラに送ってもよい。
【００３４】
目標ＥＧＲ流量は、以下のように求めることができる。
エアフローメータ２によって測定される吸入空気量をＱｎｅｗ、ＥＧＲ流量をＱｅｇｒとすると、燃焼室８に入る吸入空気量Ｑｉｎと燃焼後の排気ガス流量Ｑｅｘとの関係は、次式（１）により表される。
Ｑｎｅｗ＋Ｑｅｇｒ ＝ Ｑｉｎ＝Ｑｅｘ …（１）
Ｑｅｇｒ ＝ Ｑｅｘ×η
【００３５】
よって、定常状態では、Ｑｅｘ＝Ｑｎｅｗ／（１−η）となり、ＥＧＲ流量Ｑｅｇｒは、次式（２）により表される。
Ｑｅｇｒ ＝ Ｑｎｅｗ×η／（１−η） …（２）
【００３６】
定常運転でのＥＧＲ流量Ｑｅｇｒ（制御目標値）と、ＥＧＲ流量センサ１８の出力信号に基づいて演算されたＥＧＲ流量とを比較し、両者が一致するように、ＥＧＲ弁１７の弁開度をフィードバック制御することによって、ＥＧＲ流量を制御することができる。
【００３７】
ＥＧＲ流量センサ１８は、熱線式の流量検出手段であり、図４に示されているように、ＥＧＲガスが流れるセンサ通路６１内に、流量測定用エレメントである発熱抵抗体６２ａと、発熱抵抗体６２ａの上流部あるいは下流部に配置されたガス温度測定エレメントである測温抵抗体６２の少なくとも２つの抵抗体が露出しており、コネクタ６３より流量に相当する電気信号をＥＣＵ（マイクロコンピュータ３７）へ出力する。
【００３８】
なお、ＥＧＲ流量センサ１８にマイクロコンピュータ（マイコン）を装着してＥＧＲ流量センサ１８をインテリジェンス化し、ＥＧＲ流量センサ内部のマイコンのＡ／Ｄ入力回路でＡ／Ｄ変換してマイコン内部でＥＧＲ流量センサ出力をリニアライズするデータ変換処理を行い、マイコンの通信出力、例えばシリアルポート出力やパラレルポート出力、ＣＡＮ等でデータを出力することも可能である。
【００３９】
図５は、ＥＧＲ流量センサ１８の電気回路を示している。ＥＧＲ流量センサ１８は、電源１０１に接続され、ガス流量に応じたセンサ信号Ｖｏｕｔを出力する。ＥＧＲ流量センサ１８は、発熱抵抗体６２ａ、測温抵抗体６２ｂ、抵抗素子６３、６４、６５からなるホイーストンブリッジ回路を含み、ブリッジ中点の電位差がゼロになるように差動増幅器６６、トランジスタ６７によって発熱抵抗体６２ａに流れる電流を調整するように構成されている。発熱抵抗体６２ａの加熱温度が低いと、差動増幅器１３の出力が大きくなり、更に加熱するように動作する。この構成により、空気流速によらず発熱抵抗体６２ａと測温抵抗体６２ｂの温度差が常に一定となるよう発熱抵抗体６２ａに流れる電流が制御される。
【００４０】
例えば、ガス温度を測定する測温抵抗体６２ｂをガス温度測定エレメントの温度を基準として、発熱抵抗体６２ａにはＥＧＲガス温度以上である約４００℃に保つように、センサエレメントとして、ガス温度測定エレメントに対して所定の温度差となるように、制御回路からの電流が流れている。制御回路から流れる電流を増幅器６８によって増幅することによりＥＧＲ流量に対応したセンサ出力（センサ信号Ｖｏｕｔ）を得ることができる。
【００４１】
ＥＧＲ流量センサ１８に流れるガスは、図６に示されているように、ＥＧＲ通路内に設けたバイパス通路７０に流れるガスである。バイパス通路６０は、渦巻状の通路を形成しており、流れ上流側の入口７１より入ったガスの流れを回転させ、側面に開口した出口７２よりガスが抜ける通路構造になっている。バイパス通路６０より上流側には、メッシュ部材７３とハニカム部材７４とが設けられている。これにより、ＥＧＲの流れが整流され、偏流が改善される。
【００４２】
バイパス通路７０を流れるガス流量Ｕｂは、簡易モデルを用いると、比例係数Ｋ、脈動周波数ｆ、バイパス通路７０外のメイン通路７５の流量をＵｍとすると、Ｕｂ＝Ｋ×Ｕｍ／ｆ＋（メイン通路圧力損失分）−（バイパス通路抵抗分）で表すことができる。
【００４３】
バイパス管の通路抵抗分の詳細は、次式（３）によって表される。
（λ×Ｕｂ^２）／（２Ｄ） …（３）
【００４４】
Ｄはバイパス通路面積、λはバイパスの流路抵抗係数であり、通路抵抗係数λが流量に比例するとすると、バイパス通路７０の通路抵抗分は、バイパス通路内流速のおおよそ３乗に比例（＝Ｕｂ^３）する。
【００４５】
よって、バイパス通路７０外の流量（メイン通路ガス流量）Ｕｍは、次式（４）によって表される。
Ｕｍ ＝ ｛Ｕｂ−（メイン通路圧力損失分）＋Ｕｂ^３｝×ｆ／Ｋ …（４）
【００４６】
近似的に、メイン通路圧力損失分をほぼゼロとすると、バイパス通路ガス流量Ｕｂは、メイン通路ガス流の３乗根に比例する。
【００４７】
所定の流量以下の環境、または、バイパス通路７０が持つ固有の周波数よりも脈動周波数が高い場合には、バイパス通路７０内の流れは、バイパス通路７０外（ＥＧＲ管）の流れに対して１次フィルタとして働き、脈動成分を低減する。また、バイパス通路７０外の流量の３乗根に比例する。大流量の環境では、バイパス通路７０通路を流れる流速が音速に近づき、バイパス通路７０内の流量とバイパス通路７０外（ＥＧＲ通路内）の流量が比例しないことになる。
【００４８】
よって、ＥＧＲ流量センサ１８は、所定の流量以下で、かつ所定の脈動周波数以下では、バイパス通路７０通路に流れる流量からＥＧＲ通路内の流れを求めることができる。実験結果から、バイパス通路７０外の流量Ｕｍの振幅に対して、バイパス通路７０内の流量Ｕｂの振幅は、バイパス通路７０外流量Ｕｍの３乗根を周波数ｆで割った値に比例することを確認した。
【００４９】
図７は、にＥＧＲ流量センサ１８の配置位置とセンサ出力との関係を示している。ＥＧＲガスは、排気管圧力と吸気管圧力の差に応じて、ＥＧＲガス管内を流れる。特に、高圧タイプのＥＧＲガス還流の場合には、排気管圧力は排気ガスの脈動の影響を大きく受けるので、ＥＧＲ通路内のガス流れには、エンジン回転数に応じた脈動が発生する。また、ＥＧＲ管の太さは長さに比べて小さいので、ＥＧＲ管の共鳴周波数に近いときには、脈動がさらに助長される。
【００５０】
脈動の影響を抑えるには、なるべくインテークマニホールドに近い位置にＥＧＲ流量センサ１８を設置してＥＧＲ流量を測定することが望ましい。また、ＥＧＲクーラ１９のバイパス通路弁が、クーラ側に開いていることきは、ＥＧＲクーラが流れの整流作用を持っているので、ＥＧＲクーラ１９の出口付近にＥＧＲ流量センサ１８を設置して測定することも可能である。また、ＥＧＲ弁１９の下流側ではＥＧＲ弁１９を起点とするガス流の旋回流が発生する。旋回流がＥＧＲ流量センサ１８のバイパス通路７０を設置した位置まで流れるので、偏流となり、均一な流れを測定できない。旋回流や偏流を改善するため、ＥＧＲ弁１７とＥＧＲ流量センサ１８の間にメッシュ部材７３と目の粗いハニカム部材７４を設ける。
【００５１】
本実施形態によるＥＧＲ流量計測装置の詳細を、図８を参照して説明する。ＥＧＲ流量計測装置は、ＥＧＲ流量センサ１８と、ガス流量演算部１０１と、脈動周波数演算部１０２と、ガス流量補正部１０３とを含む。
【００５２】
ガス流量演算部１０１は、ＥＧＲ流量センサ１８の出力信号よりＥＧＲ通路を流れるガス流量、すなわちＥＧＲ流量の所定時間当たりの平均流量Ｑａｖｅを演算する。
【００５３】
脈動周波数演算部１０２は、エンジン１の回転数に基づいてＥＧＲ通路のガス流れに生じる脈動周波数ｆあるいはそれを代表する値を演算する。
【００５４】
ガス流量補正部１０３は、ガス流量演算部１０１によって演算されたＥＧＲ平均流量Ｑａｖｅを脈動周波数演算部１０２によって演算された脈動周波数ｆに相関する補正値、たとえば、脈動周波数ｆを基本波として複数の周波数成分を分析し、当該複数の周波数成分に基づく補正値をもってＥＧＲ平均流量Ｑａｖｅの補正演算を行い、実ＥＧＲ流量Ｑｒｅａｌを算出する。
【００５５】
ガス流量補正部１０２は、ＥＧＲ平均流量Ｑａｖｅと脈動周波数ｆに基づいて脈動率Ｒを演算し、脈動率Ｒを一つのパラメータとして補正率を設定し、当該補正率を補正値としてＥＧＲ平均流量Ｑａｖｅの補正演算を行って良い。また、ＥＧＲ制御弁１７の弁開度あるいはそれを代表する値をもう一つのパラメータとして補正率を設定し、当該補正率を補正値として当該補正率を補正値としてＥＧＲ平均流量Ｑａｖｅの補正演算を行って良い。
【００５６】
前述のバイパス通路７０内で計ったＥＧＲ流量センサ１８の出力信号（センサ信号）の脈動振幅Ａと、ＥＧＲ通路内の脈動振幅Ｂを同時に測定した結果、バイパス通路７０内とＥＧＲ通路内の脈動振幅比率Ａ／Ｂは、次式（５）により表されることが分かった。
Ａ／Ｂ ＝ Ｋ｛（Ｑａｖｅ）^Ｎ）／ｆ｝ …（５）
指数Ｎは、実験から、図９に示されているように、０．３５程度で表されることがわかった。
【００５７】
よって、バイパス通路７０内に設置したＥＧＲ流量センサ１８の出力信号の脈動振幅Ａとセンサ部のＥＧＲ平均流量Ｑａｖｅに基づき、ＥＧＲ通路内の脈動振幅Ｂは、次式（６）により求めることができる。
Ｂ ＝ Ａ／Ｋ｛（Ｑａｖｅ）^０．３５／ｆ｝ …（６）
【００５８】
ＥＧＲ通路内を流れるガス流（ＥＧＲの流れ）の脈動率Ｒは、次式（７）によって表される。
Ｒ ＝ Ｂ／Ｑａｖｅ
＝ Ａ／｛Ｑａｖｅ・Ｋ（Ｑａｖｅ）^０．３５／ｆ｝ …（７）
【００５９】
１爆発毎に流れる単位流量Ｓは、Ｓ＝Ｑａｖｅ／周波数で求めることができる。
予め測定した単位時間流量Ｓと脈動率Ｒにより、実流量との差分ＱＥｒｒｏｒを適合値として求めることによって、補正量＝マップ（Ｒ，Ｓ）となり、実ＥＧＲ量Ｑｒｅａｌは、次式（８）によって求められる。
Ｑｒｅａｌ ＝ Ｑａｖｅ（１−ＱＥｒｒｏｒ） …（８）
【００６０】
図１０に示すように、ＥＧＲ流量センサ１８の出力信号のサンプリングは１ｍｓ毎に行うものとする。脈動が２５Ｈｚの場合には４０回サンプリングすることになるので、クランク角度で４．５℃Ａ毎にサンプリングすることに相当する。脈動が５０Ｈｚの場合には、２０回サンプリングであり、９℃Ａに相当する。脈動が７５Ｈｚでは、１３．５℃Ａ、１００Ｈｚでは、１８℃Ａ相当であり、サンプリング定理の上限（２回）以下であることを確認した。
【００６１】
所定のクランク角度（たとえばＢＴＤＣ７８℃Ａ）をサンプリング起点とし、次の気筒のＢＴＤＣ７８℃Ａまでの１８０℃Ａ間を１ｍｓ毎に、Ａ／Ｄ変換を実行する。１８０℃Ａ毎にサンプリング回数をチェックし、サンプリング回数に合わせたフーリエ変換係数から、サイン波成分とコサイン波成分用のフーリエ変換係数を選択し、Ａ／Ｄ変換結果に乗じて合計値を算出する。
【００６２】
フーリエ変換は、図１１に示されているように、以下の演算フローで行う。
サイン波成分用フーリエ係数をサンプリング毎に乗じる積和演算を行ってサイン波成分を算出する（ステップＳ１）。
サイン波成分＝Σ｛サイン波成分用フーリエ係数（ｉ）×Ａ／Ｄ値（ｉ）｝／サンプリング数
【００６３】
また、コサイン波成分用フーリエ係数をサンプリング毎に乗じる積和演算を行ってコサイン波成分を算出する（ステップＳ２）。
コサイン波成分＝Σ｛コサイン成分用フーリエ係数（ｉ）×Ａ／Ｄ値（ｉ）｝／サンプリング数
【００６４】
つぎに、コサイン波成分とサイン波成分をそれぞれ自乗して加算し、平方根をとって振幅値を求める（ステップＳ３）。
振幅値＝√（コサイン成分の２乗＋サイン成分の２乗）
この場合、演算時間を考慮して平方根算出にはテーブル変換値を用いてもよい。
【００６５】
つぎに、１８０℃Ａ間のＡ／Ｄ変換の積算を行い（ステップＳ４）、それをサンプリング数で割り、センサ部での平均流量Ｑａｖｅを算出する（ステップＳ５）。
Ｑａｖｅ ＝ Σ（Ａ／Ｄ値（ｉ））／サンプリング数
【００６６】
次に、ＥＧＲ流の脈動率Ｒを算出する（ステップＳ６）。
Ｒ ＝ Ａ／｛Ｑａｖｅ・Ｋ（Ｑｅｇｒ）^０．３５／ｆ｝
ここで、（Ｑａｖｅ）^０．３５は、演算時間を考慮してテーブル変換値を用いてもよい。
【００６７】
次に、１爆発行程毎に流れる単位流量Ｓを算出する（ステップＳ７）。
Ｓ ＝ Ｑａｖｅ／周波数＝Ｑａｖｅ×サンプリング数
【００６８】
補正率ＱＥｒｒｏｒは、予めＥＧＲ管で測定した実流量とＥＧＲ流量センサ信号出力との関係をマップ値として用意しておき、補正率ＱＥｒｒｏｒ＝ＭＡＰ（Ｓ，Ｒ）として求め（ステップＳ８）、Ｑｒｅａｌ＝Ｑａｖｅ×（１−ＱＥｒｒｏｒ）なる演算によって実ＥＧＲ流量Ｑｒｅａｌを算出する（ステップＳ９）。
【００６９】
図１２は、単位流量Ｓが所定値以下の場合の対応を示している。ＥＧＲ流量はＥＧＲ弁１７の通路面積にも依存する。この場合、ＥＧＲ弁開度より分かるバルブ通路面積とエンジン回転数との適合値から補正量を算出あるいは補正量マップ８０より検索し、ＥＧＲ流量センサ部でのＥＧＲ流量平均値Ｑｅｇｒに対して、補正することが可能である。ＥＧＲ弁１７のバルブ通路面積は、ＥＧＲ弁１７のリフト量またはＥＧＲ弁の回転角度から算出する。
【００７０】
また、ＥＧＲ流量はインテークマニホールド内の負圧にも依存する。このため、インテークマニホールド内の負圧を発生させるスロットル弁５の開度とエンジン回転数との適合値から補正量を算出して、ＥＧＲ流量センサ部でのＥＧＲ流量平均値に対して補正することも可能である。インテークマニホールド内の負圧またはスロットル開度はスロットル開度センサを用いる。
【００７１】
図１３に示されているように、低流量域では、ガス流れがゼロであっても逆流が存在し、流れの方向を区別できない双方向流検出センサでは、基準周波数の整数倍の成分が発生する。
【００７２】
特に、逆流があると、双方向流検出センサ出力信号は折り返し波形となるので、基本周波数に対して高次の周波数が現われる。高次の周波数が現われているときは、逆流があることを示唆している。
【００７３】
さらに、低流量域では平均流量に対して脈動幅が比較的大きい。さらに、ＥＧＲ流量センサ１８は脈動による順流と逆流を区別できないため、脈動率に対して補正率Ｑｅｒｒｏｒにばらつきが大きい。こうした領域では、脈動に伴う最小値が脈動の節点となるで、最小値を実ＥＧＲ流量Ｑｒｅａｌとする。
【００７４】
ＥＧＲ流量センサ出力と目標ＥＧＲ量とを比較して、比較結果が一致するようにＥＧＲ弁１７を制御するＥＧＲ弁開度制御にフィードバックループを用意してＥＧＲ弁１７を制御すれば、ＥＧＲクーラ１９やＥＧＲ弁１７の表面に煤が付着することによるＥＧＲ流路抵抗の増加に伴う流量低下の補正を行うことができる。
【００７５】
図１４（ａ）〜（ｃ）にＥＧＲ流量センサが汚損した場合の出力例を示す。
高圧タイプのＥＧＲガス還流の場合、排気ガスには煤が多く含まれている。煤は炭素成分だけではなく、未燃焼の燃料成分や不完全燃焼した炭化水素成分も含まれている。こうした煤はＥＧＲガス中にも含まれて、ＥＧＲ流量センサ１８のセンサエレメントやその周囲にも付着する。
【００７６】
煤がセンサエレメントに付着すると、ＥＧＲガスがセンサエレメントに触れることが少なくなるので、図１４（ａ）に示されているように、ＥＧＲ流量が実際に流れている量よりも少ない値が出力される。
【００７７】
一方、煤がガス温度測定エレメントに付着すると、ガス温度測定エレメントが断熱された形になるので、ＥＧＲガス温度の影響を受けにくくなる。このため、特にＥＧＲ量が大流量の場合、ガス温度測定エレメントとセンサエレメントの温度差が大きくなり、図１４（ｂ）に示されているように、センサ出力は実際に流れている量よりも大きな値が出力される。
【００７８】
センサエレメントとガス温度測定エレメントの両方に煤が付着すると、両エレメントが断熱された形となり、図１４（ｃ）に示されているように、実際に流れる流量よりも少ない値が出力される。
【００７９】
また、煤がエレメントにまだらに付着すると、エレメントの温度分布が不均一となって、煤が付着した部分が特に温度上昇することになり、エレメントの耐久性が劣化するおそれがある。
【００８０】
図１５は、ＥＧＲ流量センサ１８の汚損による出力低下を推定する診断プログラムのフローチャートである。
回転数と、吸入空気量と回転数から求めた１回毎の燃焼あたりの吸入空気量に基づいて求めた目標ＥＧＲ流量と、ＥＧＲ流量センサ出力とを比較して、その差が無くなるようにＥＧＲ制御弁を制御するフィードバックループを構成している場合、フィードバック制御量がハンチングして制御量の静定時間が所定時間よりも長い時には、ＥＧＲ流量センサ１８が汚損によって応答性が低下していると判定する（ステップＳ１１〜ステップＳ１４）。
【００８１】
運転状態が変化して、例えば加速する場合に、ＥＧＲ制御弁１７を閉じても、ＥＧＲ流量センサ出力が所定値以上の値を出している場合には、ＥＧＲ流量センサ１８が汚損によって出力のゼロ点がずれていると判定する（ステップＳ１５〜ステップＳ１７）。
【００８２】
加速後から定常運転状態に移って、ＥＧＲ制御弁１７を開いてＥＧＲガスを流すときに、ＥＧＲ流量センサ１８の出力が目標ＥＧＲ量に達しないか、達するまでの時間が長くかかり、ＥＧＲ制御弁開度が所定値以上に開いている時間が、所定時間以上の場合には、ＥＧＲ流量センサの汚損によってセンサ出力値が実際に流れている値よりも低い値を出力している汚損劣化判定を行う（ステップＳ１８〜ステップＳ２１）。
【００８３】
要約すると、ＥＧＲ流路を流れるガス流量の計測値、つまり、ＥＧＲ流量センサ１８の出力信号を用いてＥＧＲ流路を流れるガス流量をフィードバック制御している場合にフィードバック制御量がハンチングして制御量の静定時間が所定時間よりも長い場合、あるいはＥＧＲ停止時にＥＧＲ流量センサ１８が所定値以上の流量を示す出力信号を出力している場合、あるいはＥＧＲ開始後にＥＧＲ流量センサ１８が所定値以上の流量を示す出力信号を出力していないか所定値以上の流量を示す出力信号を出力までの時間が所定時間より場合の場合には、ＥＧＲ流量センサ１８が汚損されていると診断する。
【００８４】
また、一定の運転状態でも、ＥＧＲ制御弁１７の弁開度が所定範囲を超えているときには、ＥＧＲ流量センサ１８の出力信号が実際に流れている流量と異なる値を出力している可能性がある。上記の判定しきい値は、エンジンの動作時間の積算値または車両の走行距離の積算値に応じて変更を加えることができる。
【００８５】
図１６は、汚損による出力低下を推定するタイミングチャートである。
所定の時間間隔毎に吸入空気量と回転数を入力して目標ＥＧＲ量を算出する。そして、運転状態が所定の範囲内にあるときに定常運転状態と判断し、診断許可フラグを立てる。
【００８６】
例えば、エンジン回転数が所定の上下限内、且つ吸入空気量が所定の上下限内、且つ車速が所定の上下限内、且つアクセルペダル要求値が所定の上下限内、且つエンジン回転数、吸入空気量、車速、アクセルペダル等の値の時間的変化割合が所定値以下である時が所定時間以上継続しているときを定常運転状態とする。
定常運転状態時には、常時、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値を取り込み、目標ＥＧＲ量と比較する。
【００８７】
診断許可フラグが立っているとき、以下の診断を行う。
ＥＧＲ流量センサ１８の出力値と目標ＥＧＲ量との差の絶対値がしきい値以上の場合、診断用カウンタをインクリメントし、ＯＫカウンタをリセットする。そして、診断用カウンタがしきい値を上回ったとき、ＥＧＲ流量センサの汚損の可能性を示すフラグを立てる。
【００８８】
ＥＧＲ流量センサ１８の出力値と目標ＥＧＲ量との差の絶対値がしきい値を下回ったとき、診断用カウンタをリセットする。同時にＯＫカウンタをインクリメントする。ＯＫカウンタが所定値以上になったとき、ＥＧＲ流量センサ１８の汚損の可能性を示すフラグをリセットする。
【００８９】
汚損診断は、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値が目標ＥＧＲ量と常時かけ離れた値にへばりついている状態を診断できるが、ＥＧＲ流量センサ１８の出力に脈動が重畳している場合には、ＯＫとも汚損状態とも判断できないことになる。
【００９０】
この場合、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値と目標ＥＧＲ量との差の絶対値が、所定のしきい値より大きい期間が、所定の時間以内にどれだけあるかをカウントし、所定の割合以上にはずれている場合、汚損または脈動が大きい可能性があることを示すフラグを立てる。しきい値である所定の割合は、ＥＧＲ流量とＥＧＲ弁１７の開度の関数、または、予め設定したマップ値とする。
【００９１】
また、ＥＧＲ弁１７の開度を変化させてＥＧＲ流量センサ１８の出力をモニタしてＥＧＲ制御弁開度とセンサ出力との関係、例えば比率が所定の範囲内かどうかを判断してもよい。
【００９２】
図１７にセンサ汚損による補正量の算出結果をエンジン制御へ反映する例を示す。
上記に示したＥＧＲ流量センサ汚損の診断結果、または脈動の診断結果等に基づき、ＥＧＲ流量センサ１８の出力に汚損や脈動を示す可能性がある場合（ステップＳ３１）、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値に基づいて所定の補正量、または予め設定した別のフェールセーフ値を算出してＥＧＲ流量センサ１８の出力値に置き換えて使用する（ステップＳ３２〜ステップＳ３６）。
【００９３】
センサ汚損または脈動の可能性が無い場合、または、可能性が低いと推定される運転領域においては、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値そのものを使う（ステップＳ３７、ステップＳ３６）。
【００９４】
または、所定の運転状態における吸入空気量と回転数において、ＥＧＲ弁１７を所定の開度として、予め設定したまたは測定した標準状態でのＥＧＲ流量と、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値とを比較して、標準状態のＥＧＲ流量とＥＧＲ流量センサ１８の出力値との比率または差分を求めて、補正量として学習することで、他の運転領域へ学習値をＥＧＲ流量センサ１８の出力値に反映することで、補正が可能である。
【００９５】
例えば、比率を補正する場合には、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値に補正値を乗算する。または、差分を補正する場合はＥＧＲ流量センサ１８の出力値に補正値を加算する。この場合、加算した結果が負となる場合は、補正後の値をゼロとする。また、排気ブレーキを使ってエンジン出力をゼロとしている場合、ＥＧＲ制御弁１７８を全開とすることで、排気ガスが全てエンジンの吸入側に戻るようにして、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値を校正することが可能である。この場合、排気ブレーキを使ってかつ燃料噴射量をゼロとしている間は、エンジンの排気量×回転数に比例した値がＥＧＲ管を流れるので、還流率ηを１．０として目標ＥＧＲ量を計算することが可能である。このときのＥＧＲ流量センサ１８の出力値と目標ＥＧＲ量との比率または差分を補正量とすることが可能である。
【００９６】
電動過給器を使用している場合には、排気ブレーキをかけた状態のままで、エンジン停止中に電動過給器を回すと、ＥＧＲガスは還流率η＝１．０のままガスが流れるので、エンジン停止中にも補正量を算出可能である。
【００９７】
図１８は、ＥＧＲ流量センサ１８の汚損回復について説明する。
煤は、ＥＧＲ流量センサ１８だけでなく、ＥＧＲクーラ１９やＥＧＲ弁１７、ＥＧＲ通路内部にも付着し、新品時に比べて通路断面積を狭くする。この場合、標準の運転状態でのＥＧＲ流量が低下するので、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値が低下することになる。よって、煤を除去してセンサ出力値が回復することが期待される。
【００９８】
例えば、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値に対する補正値が所定の範囲外であれば（ステップＳ４１）、ＥＧＲ流量が大きい運転領域で、排気ガス温度をＤＰＦの煤を焼く温度まで上昇させる（ステップＳ４２）。これにより、ＤＰＦ内の煤だけでなくＥＧＲ通路内部の煤も焼くことができる（ステップＳ４３）。また、煤に帯電させて電気的に煤を集塵することも可能である。
【００９９】
ＥＧＲ流量センサ１８の上流側に煤フィルタを設けて、超音波で煤をフィルタにぶつけることで煤がＥＧＲ流量センサ１８に付着することを防止できる。または、ＥＧＲ通路内に超音波センサを設けて、超音波センサからＥＧＲ管の内面に向かって発する超音波の反射波を測定することで、反射率を測ることで堆積した煤の量を測定することが可能である。堆積した煤の量が所定のしきい値を超えていれば、ＥＧＲ通路内の煤を焼くような運転状態に移行するか、または、ＥＧＲ管の交換を運転者に知らせるようにフラグを立てて、運転席のエンジン警告灯に表示する。または、所定の走行距離毎に定期的なＥＧＲ管の交換を義務づける。
【０１００】
ＥＧＲ通路内部の表面に煤を分解しやすい触媒を塗布することで、比較的、低い温度で煤を分解するようにしてもよい。また、ＥＧＲ通路内部の表面にコーティング剤を塗布して、煤の付着を防止するようにしてもよい。
【０１０１】
ＥＧＲ流量センサ１８に用いる測定エレメントに煤が付着しないように、ガス温度よりも高温にしている。６００℃以上に設定することで煤の付着が無いことを確認した。エンジン始動時からＥＧＲ流量センサ１８に通電すると、測定エレメントが６００℃に達するまでは、ＥＧＲ流量センサ出力信号は異なる値を出力する可能性がある。
【０１０２】
そこで、所定の温度に達するまでの時間を測定開始のディレイとする。たとえば、センサエレメントの温度とガス温度との温度差が所定の温度となるまでの加熱期間は、センサエレメントの初期温度に依存する。
【０１０３】
そこで、図１９に示すように、ガス温度センサが出力する温度ＴＥＧＲＳＴがエンジン１の運転状態に対応した温度に達するまでは、ＥＧＲ流量センサ１８による流量測定を禁止するガス温度対応あるいは経過時間対応のディレイを設ける（ステップＳ５１〜ステップＳ５４）。ディレイ値（しきい値）は、始動時ガス温度センサ値に応じて適正値に設定される（ステップＳ５３）。エンジン始動後、ガス温度ＴＥＧＲがしきい値以上あるいは経過時間がしきい値以上になれば、ＥＧＲ流量センサ１８による流量測定を許可する（ステップＳ５４、ステップＳ５５）。
【０１０４】
なお、エンジン始動時からの経過時間に応じて、ＥＧＲ流量センサ１８の出力に対する補正量をテーブル値として用意しておき、始動時からＥＧＲ流量センサ１８の出力を使用したＥＧＲ制御も可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、内燃機関制御に関連したものであり、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】
【０１０６】
１ ディーゼルエンジン
８ 燃焼室
９ 燃料噴射弁
１７ ＥＧＲ制御弁（ＥＧＲ弁）
１８ ＥＧＲ流量センサ
５３ 目標ＥＧＲ率演算部
５４ 目標ＥＧＲ流量演算部
５５ ＥＧＲ弁開度制御部
５６ 出力特性補正部
７０ バイパス通路
１０１ ガス流量演算部
１０２ 脈動周波数演算部
１０３ ガス流量補正部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のＥＧＲ流路に取り付けられた流量検出手段と、
前記流量検出手段の出力信号に基づいて前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量を演算するガス流量演算手段と、
内燃機関の回転数に基づいて前記ＥＧＲ流路のガス流れに生じる脈動周波数あるいはそれを代表する値を演算する脈動周波数演算手段と、
前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量を前記脈動周波数演算手段によって演算された脈動周波数に相関する補正値をもって補正するガス流量補正手段と、
を有することを特徴とするＥＧＲ流量計測装置。
【請求項２】
前記ガス流量演算手段は、前記流量検出手段の出力信号に基づいて前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量の所定時間当たりの平均ガス流量を演算することを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ流量計測装置。
【請求項３】
前記ガス流量補正手段は、前記脈動周波数演算手段によって演算された脈動周波数を基本波として複数の周波数成分を分析し、当該複数の周波数成分に基づく補正値をもって前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量の補正を行う請求項１または２に記載のＥＧＲ流量計測装置。
【請求項４】
前記ガス流量補正手段は、前記ガス流量演算手段によるガス流量演算結果と前記脈動周波数演算手段による脈動周波数演算結果に基づいて脈動率を演算し、当該脈動率を一つのパラメータとして補正率を設定し、当該補正率を補正値として前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量の補正演算を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＥＧＲ流量計測装置。
【請求項５】
前記ガス流量補正手段は、前記ＥＧＲ流路に取り付けられて当該ＥＧＲ流路のガス流量を制御するＥＧＲ制御弁の弁開度あるいはそれを代表する値を一つのパラメータとして補正率を設定し、当該補正率を補正値として前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量の補正演算を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＥＧＲ流量計測装置。
【請求項６】
内燃機関の始動時からの所定時間が経過するまで、あるいは排気ガス温度が所定値に達するまでは、ＥＧＲ流量計測を禁止することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のＥＧＲ流量計測装置。
【請求項７】
前記流量検出手段が汚損診断された場合には、前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量を所定の補正量あるいは予め設定した別のフェールセーフ値を算出して前記流量検出手段の出力値に置き換えて使用することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のＥＧＲ流量計測装置。
【請求項８】
前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量の計測値を用いて前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量をフィードバック制御している場合にフィードバック制御量がハンチングして制御量の静定時間が所定時間よりも長い場合、あるいはＥＧＲ停止時に前記流量検出手段が所定値以上の流量を示す出力信号を出力している場合、あるいはＥＧＲ開始後に前記流量検出手段が所定値以上の流量を示す出力信号を出力していないか所定値以上の流量を示す出力信号を出力までの時間が所定時間より場合の場合には、前記流量検出手段が汚損されていると診断する請求項７に記載のＥＧＲ流量計測装置。
【請求項１】
内燃機関のＥＧＲ流路に取り付けられた流量検出手段と、
前記流量検出手段の出力信号に基づいて前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量を演算するガス流量演算手段と、
内燃機関の回転数に基づいて前記ＥＧＲ流路のガス流れに生じる脈動周波数あるいはそれを代表する値を演算する脈動周波数演算手段と、
前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量を前記脈動周波数演算手段によって演算された脈動周波数に相関する補正値をもって補正するガス流量補正手段と、
を有することを特徴とするＥＧＲ流量計測装置。
【請求項２】
前記ガス流量演算手段は、前記流量検出手段の出力信号に基づいて前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量の所定時間当たりの平均ガス流量を演算することを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ流量計測装置。
【請求項３】
前記ガス流量補正手段は、前記脈動周波数演算手段によって演算された脈動周波数を基本波として複数の周波数成分を分析し、当該複数の周波数成分に基づく補正値をもって前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量の補正を行う請求項１または２に記載のＥＧＲ流量計測装置。
【請求項４】
前記ガス流量補正手段は、前記ガス流量演算手段によるガス流量演算結果と前記脈動周波数演算手段による脈動周波数演算結果に基づいて脈動率を演算し、当該脈動率を一つのパラメータとして補正率を設定し、当該補正率を補正値として前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量の補正演算を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＥＧＲ流量計測装置。
【請求項５】
前記ガス流量補正手段は、前記ＥＧＲ流路に取り付けられて当該ＥＧＲ流路のガス流量を制御するＥＧＲ制御弁の弁開度あるいはそれを代表する値を一つのパラメータとして補正率を設定し、当該補正率を補正値として前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量の補正演算を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＥＧＲ流量計測装置。
【請求項６】
内燃機関の始動時からの所定時間が経過するまで、あるいは排気ガス温度が所定値に達するまでは、ＥＧＲ流量計測を禁止することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のＥＧＲ流量計測装置。
【請求項７】
前記流量検出手段が汚損診断された場合には、前記ガス流量演算手段によって演算されたガス流量を所定の補正量あるいは予め設定した別のフェールセーフ値を算出して前記流量検出手段の出力値に置き換えて使用することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のＥＧＲ流量計測装置。
【請求項８】
前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量の計測値を用いて前記ＥＧＲ流路を流れるガス流量をフィードバック制御している場合にフィードバック制御量がハンチングして制御量の静定時間が所定時間よりも長い場合、あるいはＥＧＲ停止時に前記流量検出手段が所定値以上の流量を示す出力信号を出力している場合、あるいはＥＧＲ開始後に前記流量検出手段が所定値以上の流量を示す出力信号を出力していないか所定値以上の流量を示す出力信号を出力までの時間が所定時間より場合の場合には、前記流量検出手段が汚損されていると診断する請求項７に記載のＥＧＲ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１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１０−１６９０３９（Ｐ２０１０−１６９０３９Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３４３８（Ｐ２００９−１３４３８）
【出願日】平成２１年１月２３日（２００９．１．２３）
【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２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２３日（２００９．１．２３）
【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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