(57)【要約】対向ピストンエンジンの空気処理システムでは、センサによって測定された質量空気流と、スーパチャージャを通る質量空気流とを比較することによって、質量空気流センサの動作が監視される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダ吸気ポートに結合されたスーパチャージャと２段ポンピング構成で直列に配置された圧縮機と、前記ポンピング構成で前記スーパチャージャの上流に配置された質量空気流センサとを備える対向ピストンエンジンにおいて、
エンジン制御ユニットは、
前記スーパチャージャを通る質量空気流を推定し、前記スーパチャージャを通る前記推定質量空気流と、前記質量空気流センサから得られる測定質量空気流とを比較し、
前記比較に応答して、空気処理装置に前記スーパチャージャを通る前記質量空気流を変化させるよう作動コマンドを発するようにプログラムされていることを特徴とする、対向ピストンエンジン。
【請求項２】
前記エンジン制御ユニットは、プログラム可能エンジン制御装置を備え、
前記プログラム可能エンジン制御装置は、前記スーパチャージャの上流の前記給気チャネル内の圧力をＰ１とし、前記スーパチャージャの下流の前記給気チャネル内の圧力をＰ２とする圧力比（Ｐ２／Ｐ１）を計算し、前記スーパチャージャのシャフト速度を測定し、前記圧力比および前記シャフト速度を入力値として用いてルックアップテーブルにアクセスすることにより質量空気流を決定することによって、前記スーパチャージャを通る質量空気流を推定するようにプログラムされている、請求項１に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３】
前記エンジン制御ユニットは、プログラム可能エンジン制御装置を備え、
前記プログラム可能エンジン制御装置は、前記エンジンの排気マニホールド内の圧力をＰｅｘｈとし、前記エンジンの吸気マニホールド内の圧力をＰｅｘｈとする圧力比（Ｐｅｘｈ／Ｐｉｍ）を計算し、エンジン回転速度を測定し、前記圧力比および前記エンジン回転速度を入力値として用いてルックアップテーブルにアクセスすることにより質量空気流を決定することによって、前記スーパチャージャを通る質量空気流を推定するようにプログラムされている、請求項１に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項４】
前記エンジン制御ユニットは、前記エンジンへの質量空気流を計算するようにプログラムされたプログラム式エンジン制御装置を備える、請求項１に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項５】
前記空気処理装置は、スーパチャージャバイパス弁およびスーパチャージャ駆動装置のうちの１つを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項６】
排気ガス再循環（ＥＧＲ）チャネルをさらに備える、請求項５に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項７】
前記スーパチャージャバイパス弁を備えるスーパチャージャバイパスチャネルをさらに備える、請求項５に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項８】
前記スーパチャージャ駆動装置は、電気駆動装置および前記エンジンのクランクシャフトに連結された機械的駆動装置のうちの１つを含む、請求項５に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項９】
前記圧縮機を駆動するように結合されたタービンをさらに備える、請求項５に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項１０】
対向ピストンエンジンの質量空気流センサ監視方法において、
前記対向ピストンエンジンのシリンダの吸気ポートに結合されたスーパチャージャに質量流を供給するステップと、
前記スーパチャージャを通る第１質量空気流を推定するステップと、
前記スーパチャージャの上流の質量空気流センサを用いて、前記スーパチャージャへの第２質量空気流を測定するステップと、
前記第１質量空気流と前記第２質量空気流とを比較するステップと、
前記比較に基づいて、前記スーパチャージャを通る前記質量空気流を変化させるための手段を作動させるステップと、を特徴とする方法。
【請求項１１】
前記スーパチャージャを通る前記質量空気流を変化させるための手段の作動が、前記比較が等価を示すとき、スーパチャージャバイパス弁およびスーパチャージャ駆動装置のうちの１つを作動させることを含む、請求項１０に記載の監視方法。
【請求項１２】
前記第２質量空気流が、第１質量空気流上限と第１質量空気流下限とによって画定される範囲内にあるときに等価が生じる、請求項１１に記載の監視方法。
【請求項１３】
前記スーパチャージャを通る質量空気流の推定が、前記スーパチャージャの上流の前記給気チャネル内の圧力をＰ１とし前記スーパチャージャの下流の前記給気チャネル内の圧力をＰ２とする圧力比（Ｐ２／Ｐ１）の決定と、前記スーパチャージャのシャフト速度の決定と、前記圧力比および前記シャフト速度に基づく質量空気流の決定とを含む、請求項１０に記載の監視方法。
【請求項１４】
前記スーパチャージャを通る質量空気流の推定が、前記エンジンの排気マニホールド内の圧力をＰｅｘｈとし前記エンジンの吸気マニホールド内の圧力をＰｅｘｈとする圧力比（Ｐｅｘｈ／Ｐｉｍ）の決定と、エンジン回転速度の決定と、前記圧力比および前記エンジン回転速度に基づく質量空気流の決定とを含む、請求項１０に記載の監視方法。
【請求項１５】
前記スーパチャージャを通る質量空気流の推定が、前記エンジンへの質量空気流の決定を含む、請求項１０に記載の監視方法。
【請求項１６】
前記比較によって前記第２質量空気流が第１質量空気流上限と第１質量空気流下限とにより定義される範囲内にあることが示されると、前記スーパチャージャを通る前記質量空気流を変更する手段の作動が、スーパチャージャバイパス弁およびスーパチャージャ駆動装置のうちの１つを作動させることを含む、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の監視方法。
【請求項１７】
前記比較によって前記ＭＡＦセンサの異常が示される場合に、故障表示手段を作動させることをさらに含む、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本特許出願は、２０１３年６月２５日に出願された共有の米国特許出願第１３／９２６，３６０号、米国特許出願公開第２０１４／０３７３８１４Ａ１号として公開され、現在、米国特許第９，２０６，７５１Ｂ２号の「ユニフロー掃気付き対向ピストンエンジンのためのエアハンドリング制御」、および２０１４年４月１２日に出願された共有の米国特許出願第１４／５６０，６１２号、米国特許出願公開第２０１６／０１６０７８１号として公開されている「スーパチャージャを備える対向ピストンエンジンのためのオンボード診断」の主題に関連する主題を含む。
【０００２】
技術分野は、内燃機関、特にユニフロー掃気対向ピストンエンジンである。より具体的には、この分野は、スーパチャージャを備えた対向ピストンエンジン内の質量空気流センサの監視に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の４ストロークサイクルの内燃機関では、シリンダ内の単一のピストンがクランクシャフトの完全な２回転の間に１サイクルの動作を完了する。吸気行程の間、上死点から下死点へのピストンの移動は、次の圧縮行程に備えて空気をシリンダ内に引き込む低圧環境を作り出す。このようにして、エンジンを通るガスの流れは、吸気行程中のピストンのポンピング作用によって助けられる。
【０００４】
２ストロークサイクルの対向ピストンエンジンでは、シリンダ内の２つの対向配置されたピストンが、クランクシャフトの１回転の間に１サイクルの動作を完了する。このサイクルは、圧縮行程とそれに続く動力行程とを含むが、ピストンの移動によってシリンダが新気で充填される明確な吸気ストロークを欠いている。その代わりに、動力行程の終わり近くでは、加圧された新気は、シリンダの一端部近くの吸気ポートを通ってシリンダに入り、排気が出るにつれて、シリンダの反対側の端部近くの排気ポートに向かって流れる。したがって、ガス（給気、排気、およびそれらの混合物）は、吸気ポートから排気ポートへと一方向にシリンダおよびエンジンを通って流れる。排気ポートを通って出る排気ガスの一方向の移動、それに続く吸気ポートを通って入る加圧空気の移動は、「ユニフロー掃気」と呼ばれる。掃気プロセスは、シリンダを通るガスの所望の一方向の流れを維持するために、エンジンの吸気ポートから排気ポートへの連続的な正の圧力差を必要とする。この連続的な正の圧力差がないと、燃焼が悪化し失敗する可能性がある。同時に、開いている時間が短いために、高い空気質量密度を吸気ポートに供給しなければならない。これら全ては、エンジン内でのポンピング作業を必要とし、それは４ストロークサイクルエンジンのように専用のピストンポンピングストロークによって補助されない。
【０００５】
対向ピストンエンジンにおいて、一方向のガスの流れを維持するために必要とされるポンピング作業は、新気をエンジンの中に移動させ、エンジンのシリンダの外に燃焼ガス（排気）を輸送する空気処理システム（「ガス交換」システムとも呼ばれる）によって行われる。ポンピング作業を行う空気処理要素は、１つまたは複数のガスタービン駆動圧縮機（例えばターボチャージャ）および／またはスーパチャージャ（「ブロワ」とも呼ばれる）などの機械駆動ポンプを含むことができる。一実施例では、圧縮機は、２段ポンピング構成でスーパチャージャと直列に配置される。ポンピング配置（シングルステージ、マルチステージ、またはその他）は、掃気プロセスを推進し、これは効果的な燃焼を確保し、エンジンの表示熱効率を高め、ピストン、リング、シリンダなどのエンジン部品の寿命を延ばすために重要である。明らかに、２ストロークサイクルの対向ピストンエンジンでは、空気の流れがエンジンの動作を制御する最も基本的な要素の１つである。
【０００６】
空気流を効果的に制御するために、流入空気の質量に関する情報（「質量空気流」）は、空気流状態の測定および空気処理装置を作動させるための精密かつ正確な制御パラメータ値の決定にとって極めて重要である。パラメータとしては、質量空気流はＳＩ単位で表されることが多く、例えばｋｇ／ｓ（キログラム／秒）で示される。多くの場合、対向ピストンエンジンの空気処理システムに入る空気質量の測定は、空気処理システムの給気チャネル内に配置された質量空気流センサによって可能になる。給気チャネル内の空気流圧力および温度の動力学は、そのような装置に極度の圧力をかける。したがって、エンジンの空気流に基づく制御を支える質量空気流測定の完全性および正確性を確実にするために、対向ピストンエンジンにおける質量空気流センサの動作を監視することが重要である。
【０００７】
特許文献１は、適切な機能性について空気処理システム要素を監視する対向ピストンエンジンのオンボード診断システムについて記載している。空気処理要素のオンボード診断のために準備される最初のステップは、質量空気流センサを含む空気処理センサの動作上の有効性を決定することを含む。質量空気流センサの故障により、それ以上の診断は無効になるため、空気処理診断プロセスが停止する。したがって、システムがセンサの測定機能を評価できるようにすることが望ましい。
【発明の概要】
【０００８】
ユニフロー掃気対向ピストンエンジンの空気処理システムにおける質量空気流（ＭＡＦ）センサの動作は、空気流特性、例えば空気処理システムのスーパチャージャを通る質量空気流量との比較によって監視される。
【０００９】
ユニフロー掃気対向ピストンエンジンの空気処理システムにおけるＭＡＦセンサの精度は、ＭＡＦセンサによって測定された質量空気流と、エンジンの２段ポンピング構成を通る質量空気流とを比較することによって評価される。
【００１０】
いくつかの例では、スーパチャージャを通る質量空気流は、スーパチャージャにわたる測定圧力比およびスーパチャージャのシャフト速度によってアクセスされるルックアップテーブルによって取得される。
【００１１】
他の例では、スーパチャージャを通る質量空気流は、推定、計算、および／またはプログラム宣言によって取得される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】空気処理システムを備えた対向ピストンエンジンを示す図であり、適切に「先行技術」と示されている。
【００１３】
【図２】質量空気流（ＭＡＦ）センサの動作を監視するように装備されたユニフロー掃気対向ピストンエンジンの空気処理システムを示す概略図である。
【００１４】
【図３】図２のＭＡＦセンサの動作を監視するように装備された例示的な制御機構を備える、図２の空気処理システムと共に使用することができる制御システムを示す概略図である。
【００１５】
【図４】好ましいＭＡＦ監視構成を示す概略図である。
【００１６】
【図５】図２のＭＡＦセンサを監視するために使用できる表を示す概略図である。
【００１７】
【図６】図３による制御機構の実施形態の動作によって実施される監視アルゴリズムを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
対向ピストンエンジンの実施例：
図１は、少なくとも１つのポート付きシリンダ５０を有する対向ピストンエンジン１０を概略的に示している。例えば、エンジンは、１つのポート付きシリンダ、２つのポート付きシリンダ、３つのポート付きシリンダ、または４つ以上のポート付きシリンダを有することができる。各ポート付きシリンダ５０は、ボア５２と、シリンダ壁のそれぞれの端部付近に形成または機械加工され長手方向に離間した吸気ポート５４および排気ポート５６とを有する。吸気ポート５４および排気ポート５６のそれぞれは、隣接する開口部が中実のブリッジによって分離されている開口部の１つまたは複数の周方向配列を含む。いくつかの説明では、各開口部は「ポート」と呼ばれる。しかしながら、そのような「ポート」の周方向配列の構造は、図１に示されるポート構造と変わらない。ピストン６０および６２は、それらの端面６１および６３が互いに対向するように、各シリンダのボア５２内に摺動可能に配置されている。ピストン６０の移動は、吸気ポート５４の動作を制御する。ピストン６２の移動は、排気ポート５６の動作を制御する。したがって、ポート５４および５６は「ピストン制御ポート」と呼ばれる。吸気ポートを制御するピストン６０（「吸気ピストン」）は、クランクシャフト７１に連結されている。エンジンの排気ポート（「排気ポート」）を制御するピストン６２は、クランクシャフト７２に連結されている。
【００１９】
各ピストンは、シリンダの一方の端部に最も近い下死点（ＢＣ）位置と、その端部から最も遠い上死点（ＴＣ）位置との間を移動する。ピストン６０および６２がそれぞれのＢＣ位置から離れると、それらはそれぞれのポートを閉じる。それらがＴＣ位置に向かって進むにつれて、その時点で閉じられている吸気ポートを通って入った空気はそれらの端面６１と６３の間で圧縮される。ピストンがそれらのＴＣ位置に近づくにつれて、ボア５２内でそれらの端面間に燃焼室が画定される。燃料は、シリンダ５０の側壁を貫通する開口部に配置された少なくとも１つの燃料噴射器ノズル７０を介して燃焼室に直接噴射される。燃料は、徐々に圧縮される給気と混合する。端面間で混合物がさらに圧縮されると、混合物は燃料を点火させる温度に達するが、場合によっては、スパークプラグまたはグロープラグによって点火が補助されてもよい。点火が行われると、続いて燃焼となる。燃焼の圧力は、ピストンを引き離し、それらを各ＢＣ位置に移動させる。ピストンがそれらのＢＣ位置を通って移動するにつれて、ユニフロー掃気プロセスで排気がシリンダから出され、給気がシリンダ内に入れられる。
【００２０】
エンジン１０は、エンジン１０に供給される給気の輸送、およびエンジン１０によって生成される排気ガスを管理する空気処理システム８０を含む。代表的な空気処理システム構造は、給気サブシステムと排気サブシステムとを含む。給気サブシステムは、新気を受け圧縮し、圧縮空気をエンジンの１つまたは複数の吸気ポートに輸送する給気チャネルを含む。１つ以上の段階の空気処理が提供され得る。例えば、給気サブシステムは、タービン駆動圧縮機およびスーパチャージャのうちの１つまたは両方を含むことができる。給気チャネルは通常、エンジンの１つまたは複数の吸気ポートに送出する前に給気（または給気を含むガスの混合物）を受け取って冷却するように結合された少なくとも１つの空気冷却器を含む。排気サブシステムは、排気生成物をエンジンの排気ポートから輸送して他の排気部品に送るための排気チャネルを含む。
【００２１】
対向ピストンエンジン用の典型的な空気処理システムが図１に示されている。空気処理システム８０は、共通シャフト１２３上で回転するタービン１２１と圧縮機１２２とを有するターボチャージャ１２０を備えることができる。タービン１２１は排気サブシステムに結合され、圧縮機１２２は給気サブシステムに結合される。ターボチャージャ１２０は、排気ポート５６から出て排気ポート５６から直接、または排気マニホールド１２５（シリンダブロック内の排気プレナムまたはチェストを含むことができる）から排気チャネル１２４に流れる排気ガスからエネルギーを抽出し、この排気マニホールドは、１つまたは複数の排気ポート５６を通って出される排気ガスを集める。これに関して、タービン１２１は、それを通過する排気ガスによって回転する。これにより、圧縮機１２２が回転し、新気を圧縮することによって給気を発生させる。圧縮機１２２によって出された給気は、給気チャネル１２６を通って冷却器１２７に流れ、そこでスーパチャージャ１１０によって吸気ポートによりポンプで送られる。スーパチャージャ１１０によって圧縮された給気は、１つまたは複数の吸気ポート５４への供給のために、冷却器１２９を介して吸気マニホールド１３０（シリンダブロック内の吸気プレナムまたはチェストを含むことができる）に出されることができる。いくつかの例では、不要な排出物を減らす目的で、排気生成物を排気ガス再循環（ＥＧＲ）チャネル１３１を介して給気チャネルに再循環させることができる。
【００２２】
対向ピストンエンジンの空気処理システム：
ユニフロー掃気対向ピストンエンジン用の空気処理システム２００が図２に概略的に示されている。対向ピストンエンジン（ＯＰＥ）は、それぞれ吸気ポート１５４および排気ポート１５６を含む複数のポート付きシリンダ１５０を含む。空気処理システム２００は、排気チャネル２０４と給気チャネル２０５とを含む。給気チャネル２０５内のスーパチャージャ２１０は、駆動ユニット２１２から入力回転動力を受け取る。この図は、駆動ユニット２１２をスーパチャージャ２１０とは別に示しているが、これは、これらの要素を単一のユニットに統合するという選択肢を排除することを意味するものではない。スーパチャージャ２１０は、入口２１３と出口２１４とを含む。スーパチャージャの出口２１４は、吸気マニホールド、チェスト、またはプレナム（ＩＮＴＡＫＥ）を介してエンジンの吸気ポート１５４に結合されている。
【００２３】
好ましくは、空気処理システム２００はまた、タービン２２１と圧縮機２２２とを備えたターボチャージャ２２０も含む。タービン２２１は排気チャネル２０４に結合され、圧縮機２２２はスーパチャージャ２１０の上流で給気チャネル２０５に結合される。圧縮機２２２とスーパチャージャ２１０との直列配置は、圧縮機２２２によって圧縮された給気チャネル内の空気をスーパチャージャ２１０が加速し、加速された圧縮給気（「ブースト」と呼ばれることもある）を吸気ポート１５４へ供給する２段ポンピング構成を形成する。任意選択で、空気処理システムは、ＥＧＲミキサ２２６を介して排気生成物を排気チャネル２０４から給気チャネル２０５に輸送するためのＥＧＲチャネル２３０を含むことができる。
【００２４】
図３に示すように、ＯＰＥエンジンはエンジン制御機構を備え、これは空気処理システム、燃料システム、冷却システム、および他のエンジンシステムを含む様々なエンジンシステムの動作を管理する関連のセンサ、アクチュエータ、およびエンジンの他の機械に接続された１つまたは複数の電子制御ユニットを含むコンピュータベースのシステムである。空気処理システムを管理するエンジン制御要素は、まとめて「空気処理制御機構」と呼ばれる。
【００２５】
図２および図３に示す空気処理システムのガス輸送構成の制御は、空気処理制御機構によって実施され、これは、様々な動作条件下で監視アルゴリズムを含む空気処理プロセスアルゴリズムを実行するようにプログラムされたＥＣＵ（エンジン制御ユニット）２４０、空気処理弁および関連するアクチュエータ、スーパチャージャ２１０、ならびにエンジンセンサを含む。空気処理システムの制御は可変バルブの作動によって行われる。これに関して、例えば、スーパチャージャシャント弁２３１（「再循環弁」または「バイパス弁」とも呼ばれる）は、吸気ポート１５４において給気圧を調整しサージを抑制するように、シャントチャネル２３２を介してスーパチャージャ２１０によって出される給気を輸送する。ＥＧＲ弁２３３は、排出物を制御するために、ＥＧＲ分岐２３０を通って給気チャネル２０５に輸送される排気ガスの量を調整する。高速で正確な自動運転のためには、空気処理システム内のこれらおよびその他の弁は、連続的可変設定を有する高速コンピュータ制御装置であることが好ましい。ＥＣＵ２４０は、ＥＣＵ発行の制御信号に応答して弁を作動させるアクチュエータ（図２には示されていない）と制御通信する。
【００２６】
ＥＣＵ２４０は、様々な空気処理センサによって空気処理システムの動作状態を監視する。これに関して、例えば、スーパチャージャの入口および出口給気圧は、それぞれガス圧センサ２５２および２５４で測定される。エンジンの吸気および排気圧は、それぞれガス圧センサ２５１および２５３によって測定される。ＥＧＲチャネル内の排気質量流はセンサ２５６によって測定される。スーパチャージャシャフト速度は、シャフト速度センサ２５７によって測定される。エンジン回転速度はクランクシャフト速度センサ２５８によって測定される。本明細書の目的のために、これらおよびその他のセンサは、物理的測定機器および／または仮想システムを含み得る。図に示されているセンサ位置は、物理的機器によって測定された場合に空気処理システム内で測定されたパラメータ値が得られ得る場所を示している。
【００２７】
ほとんどの場合、その作動に必要な回転動力を得るために、スーパチャージャ２１０は、通常クランクシャフトにより駆動される駆動装置を介して、エンジンに直接連結されている。これらの場合、スーパチャージャの速度はエンジンの速度に依存する。場合によっては、給気制御においてより大きな柔軟性と精度を得るために、エンジン速度とは無関係にスーパチャージャの速度を変えることができ、それが空気処理操作を改善し、そして最適なエンジン性能の達成に貢献できることが望ましい。例えば、低エンジン速度で迅速な加速が要求される場合は、スーパチャージャのより速い回転によって、エンジンクランクシャフトへの従来式の連結よりも高いブーストレベルを提供することが可能である。かくして、駆動装置２１２は、空気処理制御機構の命令のもとで、クランクシャフトから独立して、連続的、または増分的な可変速度でスーパチャージャを駆動することを可能にする変速機を備えている場合がある。あるいは、駆動装置２１２は電気装置であり得る。駆動装置２１２は別個の装置として示されているが、それをスーパチャージャと一体化して共に単一のユニットを形成することができる。これらの例のいくつかにおいて、スーパチャージャシャントバルブ２３１は余分であり得る。すなわち、可変速駆動によってもたらされるスーパチャージャ速度の可変性が大きいほど、ブースト圧を調整するためにバイパス弁が必要とされる可能性が低くなる。
【００２８】
しかしながら、駆動ユニットが限られた数の速度（例えば２つの速度）を提供するように構成され、ブースト圧の制御における柔軟性がスーパチャージャシャント弁の動作を必要とする場合もある。そのような例は本開示において対象とされる。
【００２９】
図３を参照すると、ＥＣＵ２４０は、様々なエンジンセンサによって測定されたエンジン状態に応じて、現在のエンジン動作状態によって要求される空気処理システムのガス輸送構成を構成するための空気処理制御プロセスを実行するように構成される。空気処理制御プロセスは、エンジン作動中に連続的に実行されるべき１つまたは複数の空気処理制御ルーチン２４２と、エンジンの作動時に繰り返し実行されるべき１つまたは複数の監視ルーチン２４４とを含む。
【００３０】
ＥＣＵ２４０は、マイクロプロセッサと、関連プログラム記憶装置と、メモリと、データ記憶装置とで構成される。ＥＣＵがさまざまな制御、監視、および診断プロセスを実行できるようにするコードは、プログラム記憶装置にある。ＥＣＵに関連付けられた、またはＥＣＵに組み込まれたインターフェース電子機器は、入力データ信号をフォーマットし、出力制御および情報信号を生成し、ＥＣＵをセンサ、アクチュエータ、ディスプレイ、インジケータ、およびその他の周辺機器と接続する。
【００３１】
エンジンが作動すると、ＥＣＵ２４０は、空気処理システムおよび燃料噴射システムの制御のためのプロセスを含む、様々なエンジンシステム制御プロセスを実行する。そのようなプロセスは、開ループおよび／または閉ループ空気処理プロセスを含み得る。これらのプロセスは、対向ピストンエンジンの空気処理システムの動作に関連する制御パラメータの値を使用し、その制御パラメータ値に基づいて空気処理要素を制御するための様々な手順を実行する。ＥＣＵ２４０は、センサ測定、テーブル検索、計算、推定、およびプログラム宣言を含むいくつかの手段のうちの任意の１つまたは複数によって制御パラメータ値を取得することができる。本明細書におけるデータ取得の任意の特定の手段の説明は、例示のみを目的としており、いかなる代替物も排除、否認、または放棄することを意図するものではない。ＥＣＵ２４０は、センサからデータ信号入力を受信するレジスタ２４５と、アクチュエータが空気処理装置を操作するための作動（制御）信号に変換されるコマンドを記憶するレジスタ２４７とを含む。コマンドに応答して、アクチュエータは関連装置を作動させる。例えば、コマンド受信後、バルブアクチュエータは、その関連するバルブをコマンドによって要求される状態に動かす作動信号にコマンドを変換する。この種の対向ピストン式空気処理制御機構の例については、上記に開示した関連の共同所有の米国特許出願第１３／９２６，３６０号および第１４／５６０，６１２号を参照のこと。
【００３２】
ＭＡＦセンサ監視：
本開示の一態様によれば、２段ポンピング構成でスーパチャージャと直列に配置された圧縮機を備えた対向ピストンエンジンは、ＭＡＦセンサが空気流を正確に測定しているか否かを判定するための監視システムを備えた空気処理制御機構を含む。別の例では、対向ピストンエンジン空気処理システムは、エンジンの吸気ポートに結合されたスーパチャージャを含む給気チャネルを備える。測定および推定された質量空気流測定値が比較され、アクチュエータはその比較に基づいてスーパチャージャを通る質量空気流を変える。本開示のさらに別の態様によれば、ＭＡＦセンサ出力をスーパチャージャ特性、例えばスーパチャージャを通る質量空気流と比較することによって、ＭＡＦセンサによって行われる空気流測定の品質をチェックするための監視方法が使用される。
【００３３】
必須ではないが好ましくは、本明細書によるＭＡＦセンサ監視は、オンボード診断（ＯＢＤ）システムに組み込まれており、したがってその一要素であり、このシステムによって診断結果および／または故障が検出され、診断制御プロセスによって１つまたは複数のＯＢＤ故障表示２６３を出力させるＯＢＤモニタ２６２によって報告される。そのような故障表示は、表示灯およびアイコン、診断コード、ならびに情報読み出しのうちの１つまたは複数を含み得る。
【００３４】
図２および図３は、ＭＡＦセンサが空気流を正しく測定しているか否かを判断するための監視システムを備えた空気処理制御機構を備える、２段ポンピング構成でスーパチャージャと直列に配置された圧縮機を有する対向ピストンエンジンを示す。監視システムは、ＥＣＵ２４０と、ガス圧力センサ２５２および２５４と、ＭＡＦセンサ２５５と、スーパチャージャ速度センサ２５７と、ＥＣＵ２４０上の１つまたは複数の監視ルーチンアルゴリズム２４４および関連するデータテーブル２４９とを含む。センサ２５２は、スーパチャージャ入口２１３付近のスーパチャージャ上流の給気チャネル内の給気圧力（Ｐ１）を測定する。センサ２５４は、スーパチャージャ出口２１４の付近のスーパチャージャ下流の給気チャネル内の圧力（Ｐ２）を測定する。スーパチャージャ速度センサ２５７は、スーパチャージャのシャフト速度（ＲＰＭＳＣ）を測定する。代替的または追加的な監視手順のために、空気処理制御機構は、ガス圧力センサ２５１および２５３と、エンジン回転速度センサ２５８とをさらに含み得る。センサ２５１は、吸気マニホールド、プレナム、またはエンジンのチェスト内の給気の圧力（Ｐｉｍ）を測定する。センサ２５３は、エンジンの排気マニホールド、プレナム、またはエンジンのチェスト内の排気の圧力（Ｐｅｘｈ）を測定する。エンジン回転速度センサ２５８は、エンジンのクランクシャフトの回転数（ＲＰＭＣ）を測定する。
【００３５】
図２は、ＭＡＦセンサ２５５が質量空気流を測定するために配置され得る給気サブシステム内の代替位置を示す。多くの場合、ＭＡＦセンサ２５５は、圧縮機入口の上流に配置され、そこでエンジンの給気サブシステムに取り込まれる新気を測定する。当然、この位置では、給気チャネル内においてＭＡＦセンサ２５５の下流にある出口を有するＥＧＲチャネルをエンジンが含む場合、エンジンに入る給気の総量は測定されないであろう。給気チャネル内における代わりとなる位置は、圧縮機出口とスーパチャージャ入口との間の位置である。エンジンにＥＧＲが装備されている場合、この位置はＥＧＲ出口の上方または下方にある。これら全ての場合において、ＭＡＦセンサはスーパチャージャ入口２１３の上流に配置されている。ＥＧＲまたはスーパチャージャを給気チャネルに導入することは任意選択であり、これらの要素の各出口は、給気チャネル内で圧縮機出口とスーパチャージャ入口との間の任意の順序で配置できることに留意されたい。
【００３６】
図４に示す好ましい監視モデルでは、ＭＡＦセンサ２５５は、スーパチャージャ２１０、スーパチャージャシャントチャネル２３２の出口、およびＥＧＲチャネル２３０の出口の上流で、給気チャネル２０５内に配置されている。一般に、示されている要素を通る質量ガス流は、以下の表に従って表される。
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【００３７】
スーパチャージャ２１０を通る質量給気流の知識を用いて、ＭＡＦセンサ２５５によって生成された質量空気流測定値は、２つの空気流値の比較によって連続的に監視され得る。第１のケース、ＥＧＲ排気流および給気チャネルへのシャント空気流がない場合、測定された質量空気流は、スーパチャージャ２１０を通る給気の流れと等しくなければならない。つまり、
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である。この場合、２つの値の比較が較正可能な閾値よりも大きい偏差を示す場合、ＭＡＦセンサ２５５の誤動作が示される。第２のケース、ＥＧＲまたはスーパチャージャシャント流がある場合、２つの値の比較が較正可能な閾値よりも大きい偏差を示す場合、
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および誤動作が確立される。あるいは、それぞれのケースにおいて、測定された質量空気流は、ある範囲の予測された上限および下限と比較されてもよい。全ての場合において、スーパチャージャ２１０を通る給気流量値
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は、ＭＡＦセンサ２５５によって行われる質量空気流測定値を監視および評価するための基礎を提供する。
【００３８】
スーパチャージャ２１０を通る質量給気流は、ＥＣＵ２４０によって実行されるテーブル参照、計算、推定、および／またはプログラム宣言によって決定され得る。第１の例では、スーパチャージャを通る質量流は、スーパチャージャ２１０にわたる圧力比およびスーパチャージャシャフト速度に基づいてマップから導出することができる。そのようなマップを使用して、測定されたスーパチャージャ圧力比およびスーパチャージャシャフト速度についてスーパチャージャを通るリアルタイム給気流量
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を決定することが可能である。この関係は、スーパチャージャ２１０に対してマッピングされ、図５に示される形態を有する二次元ルックアップテーブルとしてＥＣＵ２４０に記憶されることができ、これは第１および第２のパラメータの値によってインデックスされる。ＭＡＦセンサ監視プロセスでは、スーパチャージャを通る質量給気流
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のルックアップテーブル内の値は、スーパチャージャにわたる圧力比（Ｐ２／Ｐ１）およびスーパチャージャ速度（ＲＰＭｓｃ）によってインデックスされる。このような決定をするための例示的な方法は、関連する米国特許出願第１４／５６０，６１２号に開示されている。
【００３９】
他の例では、スーパチャージャ２１０を通る質量給気流は、エンジンにわたる圧力比およびクランクシャフト速度に基づいてマップから導出することができる。測定されたエンジン圧力比およびエンジンクランクシャフト速度についてスーパチャージャを通るリアルタイム給気流量
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が、このマップを使用して決定されることが可能である。この関係は、スーパチャージャ２１０に対してマッピングされ、図５に示される形態を有する二次元ルックアップテーブルとしてＥＣＵ２４０に記憶されることができ、それは第１および第２のパラメータの値によってインデックスされる。ＭＡＦセンサ監視プロセスのために、スーパチャージャを通る質量給気流のルックアップテーブル内の値は、エンジンにわたる圧力比（Ｐｅｘｈ／Ｐｉｍ）によってインデックスされ、ここで、Ｐｅｘｈは、排気マニホールド、プレナム、またはエンジンのチェスト内の圧力とし、Ｐｉｍは、エンジンの吸気マニホールド内の圧力、およびエンジン回転速度（ＲＰＭＣ）とする。このような決定をするための例示的な方法は、関連する米国特許第９，２０６，７５１号に開示されている。
【００４０】
他の例、ＥＧＲ流がゼロであるかまたは存在せず、スーパチャージャを通る質量流量がエンジンを通る質量空気流量にほぼ等しい場合には、スーパチャージャ２１０を通る質量給気流は、関連する米国特許第９，２０６，７５１号の式（３）に教示されているように、化学量論的空燃比（Ａ／Ｆ）ｓに基づいたエンジンを通る質量空気流の計算、推定または推論により導出されることが可能である。既知の空気／燃料の関係および指令されたエンジンの燃料噴射率について、スーパチャージャを通るリアルタイム給気流量
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が、この式を使用して決定されることが可能である。
【００４１】
図６は、図２および図３に示すような空気処理機構によって実行される、図１および図２の対向ピストンエンジンの質量空気流センサを監視するための方法６００を示す。ステップ６０２において、加圧空気の質量流がスーパチャージャ２１０を介して給気チャネル２０５を通って対向ピストンエンジンのシリンダ１５０の吸気ポート１５４に供給される。ステップ６０４において、ＥＣＵ２４０は、上述したルックアップ技法または計算技法のいずれか１つまたはそれらの任意の同等物を使用することによって、スーパチャージャ２１０を通る第１の質量空気流
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を推定する。必要であれば、ＥＣＵ２４０は、ＥＧＲおよび／またはスーパチャージャシャント流量を考慮するように推定値を調整する。ステップ６０６において、ＥＣＵ２４０は、スーパチャージャの上流に配置されたＭＡＦセンサ２５５を用いて、スーパチャージャへの第２の質量空気流
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を測定する。ステップ６０８において、ＥＣＵ２４０は、第１質量空気流と第２質量空気流とを比較する。比較に基づいて、ＥＣＵ２４０は、スーパチャージャ２１０を通る質量給気流を変更するための装置を作動させる。例えば、装置は、スーパチャージャシャント弁２３１またはスーパチャージャ駆動装置２１２の一方または両方を備えることができる。
【００４２】
ステップ６０８の比較動作は、単純に２つの空気流量値の間の算術差を測定することであり得る。第１空気流と第２空気流との間の差がゼロである、または予測される差の範囲内であることが比較によって示される場合、ステップ６１０でＥＣＵ２４０はＭＡＦセンサ２１０が正しく機能していると判断し、指令された通常の作動給気流レベルにスーパチャージャ２１０を設定する。通常の作動レベルは、通常の定常状態、過渡状態、または診断作動のために指令された空気流レベルを含み得る。一方、第１空気流と第２空気流との間の差がゼロでない、または予測される差の範囲外であることが比較によって示される場合、ステップ６１２で、ＥＣＵ２４０はＭＡＦセンサ２１０に異常があると判断し、劣化した、または異常な作動のために、指令された給気流量レベルにスーパチャージャ２１０を設定する。さらに、異常によって、ＥＣＵ２４０によって実行される診断制御プロセスを引き生じさせ、１つまたは複数のＯＢＤ故障表示を生成することができる。そのような故障表示は、表示灯およびアイコン、診断コード、ならびに情報読み出しのうちの１つまたは複数を含むことができる。例えばＭＡＦセンサ２５５を再試験する、または交換することによって、異常の原因を除去するためにステップ６１４で適切な修復措置が取られるまで、監視方法はステップ６１２に留まる。修復が完了すると、異常表示がリセットされ、ＭＡＦセンサの監視が再開される。
【００４３】
監視プロセス６００のステップ６１０および６１２におけるスーパチャージャシャント弁２３１および／またはスーパチャージャ駆動装置２１２の作動は、図３を参照して理解することができる。好ましくは、スーパチャージャシャント弁２３１は、ＥＣＵ２４０の制御下で電気機械式アクチュエータ２６４によって作動される。これに関して、ＥＣＵ２４０はシャント弁設定コマンド（ＳＨＵＮＴ＿ＳＥＴ）を生成し、これはインターフェース電子機器によって、アクチュエータ２６４に伝達される制御信号に変換される。例えば、制御信号はパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を含むことができ、これによってアクチュエータ２６４が、給気が弁を通過しない全閉位置と全開位置との間の範囲内の位置に、シャント弁２３１を設定する。可変速駆動装置２１２は、ＥＣＵ２４０の制御下で電気機械式アクチュエータ２６５によって駆動されることができる。これに関して、ＥＣＵコマンド（ＶＡＲ＿ＳＰ＿ＲＡＴ＿ＳＥＴ）は、インターフェース電子機器によって、アクチュエータ２６５に結合される制御信号、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に変換される。この制御構成により、可変速駆動装置２１２の駆動比（ＤＲ）を設定することができ、スーパチャージャの速度を可変制御することができる。あるいは、コマンド、作動、および動作シーケンスは、電動スーパチャージャ駆動装置に適合させることができる。
【００４４】
いくつかの態様では、ユニフロー掃気対向ピストンエンジンの空気処理システムでは、空気処理システム内に配置されたＭＡＦセンサの動作は、ＭＡＦセンサによって測定された質量空気流量と、空気処理システムの１つ以上の構成要素を通る質量空気流量とを比較することによって監視される。これらの例の多くにおいて、１つまたは複数の空気処理システムの構成要素は、ＭＡＦセンサの下流に配置されている。
【００４５】
いくつかの態様では、ユニフロー掃気対向ピストンエンジンの空気処理システムでは、空気処理システム内に配置されたＭＡＦセンサの動作は、ＭＡＦセンサによって測定された質量空気流量と、エンジンの空気処理システムの２段ポンピング構成を通る質量空気流量とを比較することによって監視される。
【００４６】
いくつかの態様では、ユニフロー掃気対向ピストンエンジンの空気処理システムでは、空気処理システム内に配置されたＭＡＦセンサの動作は、ＭＡＦセンサによって測定された質量空気流量と、エンジンの空気処理システムの２段ポンピング構成を通る質量空気流量とを比較することによって監視される。これらの態様では、２段ポンピング構成は、機械駆動スーパチャージャと直列のタービン駆動圧縮機を含むことができる。これらの態様の例では、タービン駆動圧縮機は、空気処理システム内の機械駆動スーパチャージャの上流に配置され、ＭＡＦセンサは、圧縮機の入口の上流、または圧縮機の出口とスーパチャージャの入口との間に配置される。
【００４７】
いくつかの態様では、対向ピストンエンジンの空気処理手段は、エンジンの吸気ポートに結合されたスーパチャージャを含む給気チャネルと、スーパチャージャを通る第１質量空気流の推定値を取得する手段と、スーパチャージャへの第２質量空気流の測定値を取得するスーパチャージャの上流の手段と、第１質量空気流と第２質量空気流とを比較するための手段と、比較に基づいてスーパチャージャを通る質量空気流を変更するための作動手段とを備える。
【００４８】
いくつかのさらなる態様では、対向ピストンエンジン空気処理手段は、スーパチャージャバイパス弁およびスーパチャージャ駆動装置のうちの１つを含む。
【００４９】
いくつかのさらなる態様では、第１質量空気流の推定値は、Ｐ１をスーパチャージャの上流の給気チャネル内の圧力とし、Ｐ２をスーパチャージャの下流の給気チャネル内の圧力とする圧力比（Ｐ２／Ｐ１）、およびスーパチャージャのシャフト速度に基づく質量空気流を含む。作動手段は、スーパチャージャバイパス弁およびスーパチャージャ駆動装置のうちの１つを含む場合があり得る。
【００５０】
いくつかのさらなる態様では、第１質量空気流の推定値は、Ｐｅｘｈをエンジンの排気マニホールド内の圧力とし、Ｐｉｍをエンジンの吸気マニホールド内の圧力とする圧力比（Ｐｅｘｈ／Ｐｉｍ）、およびエンジンの回転速度に基づく質量空気流である。作動手段は、スーパチャージャバイパス弁およびスーパチャージャ駆動装置のうちの１つを含む場合があり得る。
【００５１】
当業者であれば、前述の説明から、本明細書に記載されている広範な教示が多くの方法で実施できることを理解するであろう。したがって、過給対向ピストンエンジンにおけるＭＡＦセンサ監視を特定の例に関連して説明しているが、説明の基礎となる原理の真の範囲はそれほど限定的とされるべきではない。代わりに、説明および添付の特許請求の範囲を考慮すると、他の修正が当業者には明らかとなり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５２】
【特許文献１】米国特許出願第１４／５６０６１２号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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