(57)【要約】【課題】  ハードウェア構成上の制約を受けることなく、吸入空気量を精度良く算出する。【解決手段】  エアフロメータ出力GAを取得する（ステップ１００）。次に、機関回転数NE、スロットル開度TA及びエアバイパス弁開度θabvを取得する（ステップ１０２）。この取得した機関回転数NE、スロットル開度TA及びエアバイパス弁開度θabvに応じた補正係数Kabvを算出する（ステップ１０４）。この補正係数Kabvをエアフロメータ出力GAに乗算することで、最終エアフロメータ出力GAcを算出する（ステップ１０６）。【選択図】      図５
2007009867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機付き内燃機関の吸入空気量算出装置であって、
吸気通路における前記過給機の上流に設けられたエアフロメータと、
前記過給機のコンプレッサの上流側と下流側とを連通させるエアバイパス通路と、
前記エアバイパス通路を開閉するエアバイパス弁と、
エアバイパス弁開度を検出するエアバイパス弁開度検出手段と、
前記エアバイパス弁開度に基づいて前記エアフロメータの出力を補正する出力補正手段とを備えたことを特徴とする過給機付き内燃機関の吸入空気量算出装置。
【請求項２】
過給機付き内燃機関の吸入空気量算出装置であって、
吸気通路における前記過給機の上流に設けられたエアフロメータと、
前記過給機のコンプレッサの上流側と下流側とを連通させるエアバイパス通路と、
前記エアバイパス通路を開閉するエアバイパス弁と、
エアバイパス弁開度を検出するエアバイパス弁開度検出手段と、
機関回転数値を取得する機関回転数値取得手段と、
スロットル開度を取得するスロットル開度取得手段と、
前記機関回転数値と、前記スロットル開度と、前記エアバイパス弁開度とに基づいて、前記エアフロメータの出力を補正する出力補正手段とを備えたことを特徴とする過給機付き内燃機関の吸入空気量算出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の過給機付き内燃機関の吸入空気量算出装置において、
前記出力補正手段は、前記エアバイパス弁開度が大きい場合には小さい場合に比して、前記エアフロメータの出力を大きく補正するものであることを特徴とする過給機付き内燃機関の吸入空気量算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付き内燃機関に係り、特に吸入空気量の算出に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、過給機を備えた内燃機関が知られている。かかる内燃機関において、ターボサージを回避するため、過給機のコンプレッサの上流側と下流側とがエアバイパス通路によりバイパスされ、更にエアバイパス通路にエアバイパス弁が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２７９７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エアバイパス弁が開弁操作されると、吸気通路に偏流が生じてしまう。その結果、エアフロメータの出力がずれてしまい、吸入空気量を精度良く算出することができないという事態が生じうる。
そこで、該偏流の影響を受けないように、エアフロメータとエアバイパス通路との間隔を広くすることが考えられる。しかし、ハードウェア構成上の制約が加わってしまう。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ハードウェア構成上の制約を受けることなく、吸入空気量を精度良く算出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、過給機付き内燃機関の吸入空気量算出装置であって、
吸気通路における前記過給機の上流に設けられたエアフロメータと、
前記過給機のコンプレッサの上流側と下流側とを連通させるエアバイパス通路と、
前記エアバイパス通路を開閉するエアバイパス弁と、
エアバイパス弁開度を検出するエアバイパス弁開度検出手段と、
前記エアバイパス弁開度に基づいて前記エアフロメータの出力を補正する出力補正手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、過給機付き内燃機関の吸入空気量算出装置であって、
吸気通路における前記過給機の上流に設けられたエアフロメータと、
前記過給機のコンプレッサの上流側と下流側とを連通させるエアバイパス通路と、
前記エアバイパス通路を開閉するエアバイパス弁と、
エアバイパス弁開度を検出するエアバイパス弁開度検出手段と、
機関回転数値を取得する機関回転数値取得手段と、
スロットル開度を取得するスロットル開度取得手段と、
前記機関回転数値と、前記スロットル開度と、前記エアバイパス弁開度とに基づいて、前記エアフロメータの出力を補正する出力補正手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記出力補正手段は、前記エアバイパス弁開度が大きい場合には小さい場合に比して、前記エアフロメータの出力を大きく補正するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、エアフロメータの出力が、エアバイパス弁開度に基づいて補正される。これにより、エアバイパス弁の開弁操作に起因するエアフロメータの出力ずれを補正することができる。また、エアフロメータの出力ずれを回避するため、エアフロメータの配置位置が制約されない。よって、ハードウェア構成上の制約を受けることなく、吸入空気量を精度良く算出することができる。
【００１０】
第２の発明によれば、エアフロメータの出力が、前記機関回転数値と、スロットル開度と、エアバイパス弁開度とに基づいて補正される。これにより、エアバイパス弁の開弁操作に起因するエアフロメータの出力ずれを補正することができる。また、エアフロメータの出力ずれを回避するため、エアフロメータの配置位置が制約されない。よって、ハードウェア構成上の制約を受けることなく、吸入空気量を精度良く算出することができる。
【００１１】
第３の発明によれば、エアバイパス弁開度が大きい場合には小さい場合に比して、エアフロメータの出力が大きく補正される。よって、エアフロメータの出力ずれに応じて、適切な補正が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１３】
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態によるシステム構成を示す図である。本実施の形態のシステムは、過給機（ダーボチャージャ）を有するエンジンである。
本実施の形態のシステムは、複数の気筒２ａを有するエンジン本体２を備えている。エンジン本体２には冷却水温センサ４が設けられている。各気筒２ａのピストンは、それぞれクランク機構を介して共通のクランク軸６に接続されている。クランク軸６の近傍には、クランク角センサ８が設けられている。クランク角センサ８は、クランク軸６の回転角度を検出するように構成されている。
【００１４】
エンジン本体２には、吸気マニホールド１０が接続されている。吸気マニホールド１０には、過給圧センサ１２が設けられている。過給圧センサ１２は、後述するコンプレッサ３６ａによって過給された空気（以下「過給空気」という。）の圧力、すなわち、過給圧PIMを測定するように構成されている。
【００１５】
吸気マニホールド１０は、各気筒２ａに対応して吸気ポート１４を有している。各吸気ポート１４には、インジェクタ１６が設けられている。インジェクタ１６は、吸気ポート１４の近傍に燃料を噴射するように構成されている。複数のインジェクタ１６は、共通のデリバリーパイプ１８に接続されている。デリバリーパイプ１８は、燃料ポンプ２０を介して燃料タンク２２に連通している。
【００１６】
吸気マニホールド１０には吸気通路２４が接続されている。吸気通路２４の途中には、スロットルバルブ２６が設けられている。スロットルバルブ２６は、スロットルモータ２８により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２６は、アクセル開度センサ３０により検出されるアクセル開度AAに基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ２６の近傍には、スロットル開度センサ３２が設けられている。スロットル開度センサ３２は、スロットル開度TAを検出するように構成されている。
【００１７】
スロットルバルブ２６の上流には、インタークーラ３４が設けられている。インタークーラ３４は、過給空気を冷却するように構成されている。
【００１８】
インタークーラ３４の上流には、過給機３６のコンプレッサ３６ａが設けられている。コンプレッサ３６ａは、連結軸３６ｃを介してタービン３６ｂと連結されている。タービン３６ｂは、後述する排気通路４８に設けられている。このタービン３６ｂが排気エネルギにより回転駆動されることによって、コンプレッサ３６ａが回転駆動される。
【００１９】
コンプレッサ３６ａの上流にはエアフロメータ３８が設けられている。エアフロメータ３８として、例えば、ホットワイヤー式のエアフロメータを用いることができる。吸気通路２４の中心近傍に、エアフロメータ３８の測定部３８ａが配置される（図２参照）。該測定部３８ａには、熱線が設けられている。吸気通路２４を流れる空気により熱線が冷やされると、その熱線を所定温度にまで加熱する。エアフロメータ３８は、熱線の加熱に要した電気量に基づき、エアフロメータ出力GAを出力する。
エアフロメータ３８の上流にはエアクリーナ４０が設けられている。エアクリーナ４０の上流は、大気に開放されている。
【００２０】
コンプレッサ３６ａとエアフロメータ３８との間には、エアバイパス通路４２の一端が接続されている。エアバイパス通路４２の他端は、コンプレッサ３６ａとインタークーラ３４の間に接続されている。すなわち、コンプレッサ３６ａの上流側と下流側とが、エアバイパス通路４２により連通されている。エアバイパス通路４２の途中には、該エアバイパス通路４２を開閉するエアバイパス弁４４が設けられている。エアバイパス弁４４の近傍には、エアバイパス弁開度センサ４５が設けられている。エアバイパス弁開度センサ４５は、エアバイパス弁開度θabvを検出するように構成されている。
【００２１】
また、エンジン本体２には、上記吸気マニホールド１０と対向するように排気マニホールド４６が接続されている。排気マニホールド４６には排気通路４８が接続されている。上述したように、排気通路４８には、過給機３６のタービン３６ｂが設けられている。タービン３６ａは、排気通路４８を流通する排気ガスのエネルギによって回転駆動されるように構成されている。タービン３６ｂの下流には、排気ガスを浄化するための触媒５０が設けられている。触媒５０の上流には、空燃比センサ５２が設けられている。空燃比センサ５２は、排気空燃比を検出するように構成されている。
【００２２】
また、排気マニホールド４６にはＥＧＲ通路５４の一端が接続されている。ＥＧＲ通路５４の他端は、吸気マニホールド１０と吸気通路２４との接続部近傍に接続されている。吸気通路２４とＥＧＲ通路５４の他端との接続部近傍には、ＥＧＲバルブ５６が設けられている。ＥＧＲ通路５４の途中には、ＥＧＲ通路５４を流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ５８が設けられている。このＥＧＲバルブ５６が開弁されると、排気ガスの一部がＥＧＲ通路５４及びＥＧＲクーラ５８を通って吸気通路２４に戻される。排気ガスは空気に比べて酸素量が少ないため、ＮＯｘの生成量を低減することができる。
【００２３】
本実施の形態のシステムは、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。
ＥＣＵ６０の入力側には、冷却水温センサ４、クランク角センサ８、過給圧センサ１２、アクセル開度センサ３０、スロットル開度センサ３２、エアフロメータ３８、エアバイパス弁開度センサ４５等が接続されている。
また、ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ１６、燃料ポンプ２０、スロットルモータ２８、エアバイパス弁４４、ＥＧＲバルブ５６等が接続されている。
ＥＣＵ６０は、クランク角センサ８の出力に基づいて、機関回転数NEを算出する。
【００２４】
［実施の形態の特徴］
上記システムにおいて、エアバイパス弁４４が開弁操作されると、過給機３６により過給された空気の一部がエアバイパス通路４２を通ってコンプレッサ３６ａの上流側に戻される。これにより、コンプレッサ３６ａの圧力を低減することができる。その結果、ターボサージを回避することができる。
【００２５】
しかし、コンプレッサ３６ａの上流側に過給空気の一部が戻されることによって、コンプレッサ３６ａ上流において、空気の流れが変化してしまう。すなわち、偏流が生じてしまう。その結果、エアフロメータ３８の位置において、空気の流速分布が変化してしまう。以下、図２及び図３を参照して、偏流による空気の流速分布の変化について説明する。
【００２６】
図２は、偏流がない場合において、エアフロメータ３８の位置Ａでの空気の流速分布を示す図である。
図２に示すように、偏流がない場合には、エアフロメータ３８の位置Ａにおいて、符号Ｂで表されるような流速分布、すなわち、定常流の流速分布が得られる。この流速分布Ｂによれば、吸気通路２４の中央から壁面に近づくにつれて、該壁面との摩擦の影響により流速が低くなっている。このような流速分布Ｂが得られる場合には、測定部３８ａを流れる空気の流速、すなわち、符号Ｃで示す流速が測定される。また、この流速Ｃを一定時間積分することで、吸入空気量が算出される。
【００２７】
一方、図３は、偏流がある場合において、エアフロメータ３８の位置Ａでの空気の流速分布を示す図である。図３に示すように、偏流がある場合には、エアフロメータ３８の位置Ａにおいて、符号Ｄで表されるような流速分布が得られる。すなわち、偏流により、上記流速分布Ｂが流速分布Ｄに変化する。このような流速分布Ｄが得られる場合には、測定部３８ａを流れる空気の流速、すなわち、符号Ｅで示す流速が測定される。
従って、偏流の影響により、本来ならば流速Ｃが測定されるところが、流速Ｃよりも速い流速Ｅが測定されてしまう。よって、エアフロメータ出力GAが大きくなってしまう。このように、エアフロメータの出力ずれが生じてしまうと、吸入空気量が誤検出されてしまう。
【００２８】
ところで、上述した偏流の影響を回避するため、吸気通路２４とエアバイパス通路４２の合流部から離して、エアフロメータ３８を配置する方法が考えられる。つまり、図４において、距離ｄを長くする方法が考えられる。距離ｄは、エアフロメータ３８の中心位置Ａから、吸気通路２４とエアバイパス通路４２の合流部の中心位置Ｆまでの距離である。しかし、この方法はハードウェア構成上の規制が加わるため、好ましくない。すなわち、本実施の形態の内燃機関は過給機３６を有しているため、それだけでも搭載性が厳しい。エアフロメータ３８をこのように配置すると、更に搭載性が厳しくなってしまう。
【００２９】
そこで、本実施の形態では、偏流の影響によるエアフロメータ３８の出力ずれを補正する。ここで、エアバイパス弁４４の開度θabvが大きいほど、コンプレッサ３６ａ上流側に戻される空気量が多くなるため、偏流が大きくなる。よって、エアバイパス弁開度θabvが大きい場合には、該開度θabvが小さい場合に比して、エアフロメータ出力GAを大きく補正する。さらに、偏流に影響を与えるスロットル開度TA及び機関回転数NEを考慮して、エアフロメータ出力GAを補正する。
従って、本実施の形態によれば、偏流の影響によるエアフロメータ出力ずれを補正することで、吸入空気量を正確に算出することができる。
【００３０】
［実施の形態における具体的処理］
図５は、本実施の形態において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図５に示すルーチンによれば、先ず、エアフロメータ３８の出力GAを取得する（ステップ１００）。このステップ１００で取得されたエアフロメータ出力GAは、偏流の影響による出力ずれを含むものである。
【００３１】
次に、機関回転数NE、スロットル開度TA及びエアバイパス弁開度θabvを取得する（ステップ１０２）。
【００３２】
次に、ＥＣＵ６０内に予め記憶されたマップを参照して、補正係数Kabvを算出する（ステップ１０４）。ここで、補正係数Kabvは、偏流によるエアフロメータ３８の出力ずれを補正するものである。このステップ１０４では、上記ステップ１０２で取得された機関回転数NE、スロットル開度TA及びエアバイパス弁開度θabvに応じた補正係数Kabvが算出される。また、エアバイパス弁が全閉の場合は、補正係数Kabvは１にされる。これは、偏流が生じないか、若しくは、偏流の影響が著しく小さいためである。
【００３３】
図６は、補正係数Kabvを算出するためのマップにおいて、補正係数Kabvとエアバイパス弁開度θabvとスロットル開度TAとの関係の一例を示す図である。図６に示すように、エアバイパス弁開度θabvが大きい場合には、該開度θabvが小さい場合に比して、補正係数θabvが小さく算出される。すなわち、エアバイパス弁開度θabvが大きいほど、エアフロメータ出力GAが大きく補正される。また、スロットル開度TAが大きい場合には、該開度TAが小さい場合に比して、補正係数θabvが小さく算出される。すなわち、スロットル開度TAが大きいほど、エアフロメータ出力GAが大きく補正される。
【００３４】
また、図７は、補正係数Kabvを算出するためのマップにおいて、補正係数Kabvとエアバイパス開度θabvと機関回転数NEとの関係の一例を示す図である。図７に示すように、機関回転数NEが低い場合には、機関回転数NEが高い場合に比して、補正係数Kabvが小さく算出される。すなわち、機関回転数NEが低いほど、エアフロメータ出力GAが大きく補正される。
【００３５】
次に、上記ステップ１０４で算出された補正係数Kabvを用いて最終エアフロメータ出力GAcを算出する（ステップ１０６）。このステップ１０６では、上記ステップ１００で取得されたエアフロメータ出力GAに上記ステップ１０４で算出された補正係数Kabvが乗算される。これにより、エアフロメータ出力GAが補正される。すなわち、偏流によるエアフロメータ出力のずれが排除される。
【００３６】
以上説明したように、図５に示すルーチンによれば、エアバイパス開度θabvに基づいて補正係数Kabvが算出され、該補正係数Kabvを用いてエアフロメータ出力GAが補正される。これにより、エアバイパス弁４４の開弁操作に起因するエアフロメータ出力のずれを補正することができる。よって、吸入空気量を精度良く算出することができる。
【００３７】
ところで、本実施の形態では、偏流によりエアフロメータ出力GAが増加方向にずれる場合について説明したが、内燃機関の機種や、エアバイパス通路４２の配管径や、図４に示した距離ｄ等の影響により、エアフロメータ出力GAが減少方向にずれる場合が考えられる。この場合には、補正係数を１以上の値とすることで、エアフロメータ出力GAを増加させる補正を行うことにより、上記実施の形態と同様の効果が得られる。
また、本実施の形態では、図６に示すように、スロットル開度TAが大きいほど、補正係数Kabvが小さく算出されているが、本発明はこのように算出される場合に限られない。上記内燃機関の機種等の影響により、スロットル開度TAが小さいほど、補正係数Kabvが小さく算出される場合にも、本発明を適用することができる。
さらに、本実施の形態では、図７に示すように、機関回転数NEが低いほど、補正係数Kabvが小さく算出されているが、本発明はこのように補正係数Kabvが算出される場合に限られない。上記内燃機関の機種等の影響により、機関回転数NEが高いほど、補正係数Kabvが小さく算出される場合にも、本発明を適用することができる。
【００３８】
また、本実施の形態では、機関回転数NEをクランク角センサ８の出力に基づいて算出しているが、回転数センサにより検出するようにしてもよい。
【００３９】
尚、本実施の形態においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１０２の処理を実行することにより第１及び第２の発明における「エアバイパス弁開度検出手段」が、ステップ１０４及びステップ１０６の処理を実行することにより第１〜第３の発明における「出力補正手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態によるシステム構成を示す図である。
【図２】偏流がない場合において、エアフロメータの位置での空気の流速分布を示す図である。
【図３】偏流がある場合において、エアフロメータの位置での空気の流速分布を示す図である。
【図４】エアフロメータの配置位置を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図６】補正係数Kabvを算出するためのマップにおいて、補正係数Kabvとエアバイパス弁開度θabvとスロットル開度TAとの関係の一例を示す図である。
【図７】補正係数Kabvを算出するためのマップにおいて、補正係数Kabvとエアバイパス開度θabvと機関回転数NEとの関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
２    エンジン本体
２ａ  気筒
４    冷却水温センサ
６    クランク軸
８    クランク角センサ
１０  吸気マニホールド
１２  過給圧センサ
１４  吸気ポート
１６  インジェクタ
１８  デリバリーパイプ
２０  燃料ポンプ
２２  燃料タンク
２４  吸気通路
２６  スロットルバルブ
２８  スロットルモータ
３０  アクセル開度センサ
３２  スロットル開度センサ
３４  インタークーラ
３６  過給機
３６ａ  コンプレッサ
３６ｂ  タービン
３６ｃ  連結軸
３８  エアフロメータ
３８ａ  測定部
４０  エアクリーナ
４２  エアバイパス通路
４４  エアバイパス弁
４５  エアバイパス弁開度センサ
４６  排気マニホールド
４８  排気通路
５０  触媒
５２  空燃比センサ
５４  ＥＧＲ通路
５６  ＥＧＲバルブ
５８  ＥＧＲクーラ５８
６０  ＥＣＵ
【図１】
2007009867.tif 000003
【図２】
2007009867.tif 000004
【図３】
2007009867.tif 000005
【図４】
2007009867.tif 000006
【図５】
2007009867.tif 000007
【図６】
2007009867.tif 000008
【図７】
2007009867.tif 000009