JP2005273460A - エンジンの吸気流量の検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気通路に設けられた主流量センサに煤や塵埃等が堆積して、主流量センサの検出出力が低下しても、常に吸気流量を正確に検出する。
【解決手段】 エンジンの吸気通路１３に主流量センサ２１が設けられ、この主流量センサ２１により吸気通路１３を通る吸気流量を検出するように構成される。また吸気通路１３にこの吸気通路１３をバイパスするバイパス通路２７が設けられ、バイパス通路２７にこのバイパス通路２７を通る吸気流量を検出する補助流量センサ３１が設けられる。更にバイパス通路２７に補助流量センサ３１を挟むように一対のフィルタ３４，３４が装着され、補助流量センサ３１の検出出力により主流量センサ２１の検出出力を補正するように構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車等のエンジンに供給される吸気の流量を検出する装置に関するものである。

従来、この種の検出装置として、エンジンの吸気通路の途中にケーシングが設けられ、ケーシング内にこのケーシングを流通する吸気流量を検出する熱式流量計が設けられ、この熱式流量計から出力される電圧信号の応答遅れが出力補正部により補正されるように構成された吸入空気流量検出装置（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。この吸入空気流量検出装置では、エンジンの始動スイッチを閉じたときに、上記熱式流量計に電圧が印加されて所定の温度まで加熱され、ケーシング内を流通する吸気で熱式流量計の検出素子が冷却されることにより吸気流量に応じた電圧信号を出力するように構成される。また上記出力補正部は、エンジンの始動スイッチを閉じてから熱式流量計の検出素子が所定温度に達するまでの間における熱式流量計からの電圧信号の低下率を検出する低下率検出手段と、この低下率検出手段からの低下率に基づいて補正値を演算する補正値演算手段と、この補正値演算手段の補正値に基づいて熱式流量計から出力される電圧信号の応答遅れを補正する演算手段とを有する。
このように構成された吸入空気流量検出装置では、エンジンの始動直後から熱式流量計の検出素子が所定温度になるまでの間、熱流量計からの電圧信号が徐々に低下し、この低下率から補正値を熱式流量計毎に演算する。そして熱式流量計からの電圧信号をこの補正値で補正演算することにより、検出素子への塵埃等の付着による応答遅れを低減できるので、吸気流量を正確に検出できるようになっている。
特開平６−２８１４８４号公報（請求項１、段落［００３３］）

しかし、上記従来の特許文献１に示された吸入空気流量検出装置では、熱式流量計の検出素子への塵埃等の堆積により、検出素子の出力が次第に低下するため、検出素子への塵埃等の付着による熱式流量計の応答遅れを低減する補正を行っただけでは、吸気流量を正確に検出できなくなる問題点があった。
本発明の目的は、吸気通路に設けられた主流量センサに煤や塵埃等が堆積して、主流量センサの検出出力が低下しても、常に吸気流量を正確に検出できる、エンジンの吸気流量の検出装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、フィルタを小型できるとともに、バイパス通路に流入した吸気に含まれる煤や塵埃等の殆ど全てを捕集することにより、補助流量センサへの煤や塵埃等の付着を防止できる、エンジンの吸気流量の検出装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、エンジン１１の吸気通路１３に主流量センサ２１が設けられ、この主流量センサ２１により吸気通路１３を通る吸気流量を検出するように構成された装置の改良である。
その特徴ある構成は、吸気通路１３にこの吸気通路１３をバイパスするバイパス通路２７が設けられ、バイパス通路２７にこのバイパス通路２７を通る吸気流量を検出する補助流量センサ３１が設けられ、バイパス通路２７に補助流量センサ３１を挟むように一対のフィルタ３４，３４が装着され、補助流量センサ３１の検出出力により主流量センサ２１の検出出力を補正するように構成されたところにある。
この請求項１に記載されたエンジンの吸気流量の検出装置では、バイパス通路２７に流入した吸気がフィルタ３４を通過すると、この吸気から煤や塵埃等が除去されて補助流量センサ３１に達するため、補助流量センサ３１は常にバイパス通路２７を流れる吸気流量を正確に検出する。一方、吸気通路２７を通る吸気は煤等を含んだまま主流量センサ２１に達するため、主流量センサ２１には煤等が次第に堆積し、この主流量センサ２１の検出出力が次第に低下して、実際の吸気の流量より少ない流量を検出する。このため主流量センサ２１の検出する吸気流量が塵埃等の堆積により実際の吸気流量からずれてきたときに、補助流量センサ３１の検出する吸気流量との相関関係から、主流量センサ２１の検出する吸気流量を補正する。

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、バイパス通路２７の内径が吸気通路１３の内径より小さく形成されたことを特徴とする。
この請求項２に記載されたエンジンの吸気流量の検出装置では、吸気通路１３より小径のバイパス通路２７にフィルタ３４，３４を設けたので、フィルタ３４，３４を小型できる。
請求項３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、フィルタ３４が多孔質のコージェライトにより形成されたモノリス担体であることを特徴とする。
この請求項３に記載されたエンジンの吸気流量の検出装置では、フィルタ３４として、多孔質のコージェライトにより形成されたモノリス担体を用いると、バイパス通路２７に流入した吸気に含まれる煤や塵埃等の殆ど全てを捕集できる。

以上述べたように、本発明によれば、エンジンの吸気通路にこの吸気通路を通る吸気流量を検出する主流量センサを設け、吸気通路をバイパスするバイパス通路にこのバイパス通路を通る吸気流量を検出する補助流量センサを設け、更にバイパス通路に補助流量センサを挟むように一対のフィルタを装着したので、煤等の塵埃が次第に堆積して検出出力が次第に低下する主流量センサの検出出力を、煤や塵埃等が殆ど付着しない補助流量センサの検出出力にて補正することにより、常に吸気流量を正確に検出できる。
またバイパス通路の内径を吸気通路の内径より小さく形成すれば、フィルタを小型できる。
更にフィルタが多孔質のコージェライトにより形成されたモノリス担体であれば、バイパス通路に流入した吸気に含まれる煤や塵埃等の殆ど全てを捕集できるので、補助流量センサへの煤や塵埃等の付着を防止できる。

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２を介して吸気管１３が接続され、排気ポートには排気マニホルド１４を介して排気管１６が接続される。上記吸気マニホルド１２及び吸気管１３により吸気通路が構成される。吸気管１３には、ターボ過給機１７のコンプレッサ１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１６にはターボ過給機１７のタービン１７ｂが設けられる。コンプレッサ１７ａの回転翼とタービン１７ｂの回転翼とはシャフト１７ｃにより連結される。なお、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン１７ｂの回転翼及びシャフト１７ｃを介してコンプレッサ１７ａの回転翼が回転し、このコンプレッサ１７ａの回転翼の回転により吸気管１３内の吸気が圧縮されるように構成される。

エンジン１１の吸気管１３には、コンプレッサ１７ａより吸気上流側に位置するように、主流量センサ２１が設けられる（図１及び図２）。この主流量センサ２１は、吸気管１３に挿入された挿入部２２と、この挿入部２２を保持するとともに吸気管１３に取付けられる取付部２３とを備える（図１）。挿入部２２は、吸気管１３内の吸気に曝されかつ所定の温度まで加熱されるホットワイヤ２２ａと、吸気管１３内の吸気に曝されかつホットワイヤ２２ａと所定の間隔をあけて設けられたコールドワイヤ２２ｂと、ホットワイヤ２２ａ及びコールドワイヤ２２ｂを保持するとともにホットワイヤ２２ａ及びコールドワイヤ２２ｂを吸気に曝すように吸気を案内する案内保持具２２ｃと、吸気の温度を検出する温度センサとを有する（図１及び図３）。また取付部２３は、上記ホットワイヤ２２ａ及びコールドワイヤ２２ｂとともにブリッジ回路を構成する第１及び第２抵抗体２３ａ，２３ｂと、差動増幅器２３ｃと、パワートランジスタ２３ｄと、これらの抵抗体や差動増幅器等を収容するケース２３ｅとを有する（図１及び図３）。図３中の符号２４はバッテリである。この主流量センサ２１により吸気管１３を通る吸気流量が検出され、この検出出力はコントローラ２６の制御入力に電気的に接続される（図２及び図３）。

一方、吸気管１３には、上記主流量センサ２１の取付部２３より吸気上流側に位置するように、吸気管１３をバイパスするバイパス通路２７が設けられる（図１及び図２）。このバイパス通路２７の内径は吸気管１３の内径より小さく形成される。具体的には、バイパス管２７の内径は吸気管１３の内径の１／２〜１／４の範囲に形成されることが好ましい。またバイパス通路２７には、このバイパス通路２７を通る吸気流量を検出する補助流量センサ３１が設けられる（図１及び図３）。この補助流量センサ３１は、バイパス通路２７に挿入された挿入部３２と、この挿入部３２を保持するとともにバイパス通路２７に取付けられる取付部３３とを備える（図１）。挿入部３２は、バイパス通路２７内の吸気に曝されかつ所定の温度まで加熱されるホットワイヤ３２ａと、バイパス通路２７内の吸気に曝されかつホットワイヤ３２ａに接近して設けられたコールドワイヤ３２ｂと、ホットワイヤ３２ａ及びコールドワイヤ３２ｂを保持するとともにホットワイヤ３２ａ及びコールドワイヤ３２ｂを吸気に曝すように吸気を案内する案内保持具３２ｃと、吸気の温度を検出する温度センサとを有する（図１及び図３）。また取付部３３は、上記ホットワイヤ３２ａ及びコールドワイヤ３２ｂとともにブリッジ回路を構成する第１及び第２抵抗体３３ａ，３３ｂと、差動増幅器３３ｃと、パワートランジスタ３３ｄと、これらの抵抗体や差動増幅器等を収容するケース３３ｅとを有する（図１及び図３）。この補助流量センサ３１によりバイパス通路２７を通る吸気流量が検出され、この検出出力はコントローラ２６の制御入力に電気的に接続される（図２及び図３）。

図１に戻って、バイパス通路２７には、補助流量センサ３１を挟むように一対のフィルタ３４，３４が装着される。フィルタ３４としては、多孔質のコージェライトにより形成されたモノリス担体を用いることが好ましい。具体的には、フィルタ３４はコージェライトにより形成された多孔質の隔壁で仕切られた多角形断面を有し、隔壁により多数の互いに平行に形成された貫通孔の相隣接する入口部と出口部を交互に実質的に封止することにより構成される。またフィルタ３４の断面積は、バイパス通路２７を流れる吸気の流量が極端に少なくなるのを阻止するため、バイパス通路２７の孔面積より大きく形成される。このため、フィルタ３４はバイパス通路２７の孔径より大きな孔径を有するハウジング３６に装着される。

ターボ過給機１７のタービン１７ｂの回転翼のうち静翼の角度はエアシリンダ３７にて変更可能に構成され、この静翼の角度の変更によりタービン１７ｂ内の排ガス入口のノズル面積が変更されて、ターボ効率を制御できるようになっている（図２）。上記エアシリンダ３７はシリンダ用管路を介してエアタンクに接続され、このシリンダ用管路にはエアシリンダ３７に圧縮エアを給排する静翼調整弁３８が設けられる。またエンジン１１にはＥＧＲ装置４１が設けられる。このＥＧＲ装置４１は、排気管１６と吸気管１３とを連通接続するＥＧＲ通路４２と、このＥＧＲ通路４２に設けられたＥＧＲ弁４３とを有する。ＥＧＲ通路４２の一端はタービン１７ｂより排ガス下流側の排気管１６に接続され、他端はコンプレッサ１７ａと主流量センサ２１の間の吸気管１３に接続される。上記ＥＧＲ弁４３は排気管１６からＥＧＲ通路４２を通って吸気管１３に還流される排ガスの流量を調整可能な流量調整弁である。コントローラ２６の制御出力は上記静翼調整弁３８及びＥＧＲバルブ４３に電気的に接続される。またコントローラ２６にはメモリ４４が設けられ、主流量センサ２１と補助流量センサ３１の検出出力の初期の検出出力比（主流量センサ２１に煤や塵埃等が堆積する前の検出出力比）が記憶される。

このように構成されたエンジン１１の吸気流量の検出装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動すると、バッテリ２４からの通電により主流量センサ２１のホットワイヤ２２ａと補助流量センサ３１のホットワイヤ３２ａに電流が流れて、それぞれ所定の温度まで加熱される。この状態で吸気管１３内を吸気が流れると、主流量センサ２１のホットワイヤ２２ａの温度が低下するため、差動増幅器２３ｃがホットワイヤ２２ａの温度を一定に保つように電流を調整する。この結果、この電流値から吸気管１３を流れる吸気の流量が検出されて、コントローラ２６の制御入力に出力される。一方、バイパス通路２７内を吸気が流れると、補助流量センサ３１のホットワイヤ３２ａの温度が低下するため、差動増幅器３３ｃがホットワイヤ３２ａの温度を一定に保つように電流を調整する。この結果、この電流値からバイパス通路２７を流れる吸気の流量が検出されて、コントローラ２６の制御入力に出力される。コントローラ２６は上記主流量センサ２１及び補助流量センサ３１の各検出出力の比（以下、実際の検出出力比という）を算出してメモリ４４に記憶された初期の検出出力比と比較する。このとき主流量センサ２１のホットワイヤ２２ａやコールドワイヤ２２ｂに煤や塵埃等が堆積していないので、コントローラ２６は上記実際の検出出力比と初期の検出出力比が同一（図４の実線で示す。）であると判断する。従って、コントローラ２６は主流量センサ２１の検出出力を補正せずにこの主流量センサ２１の検出出力に基づいて静翼調整弁３８及びＥＧＲ弁４３を制御する。

一方、長年の車両の走行により主流量センサ２１のホットワイヤ２２ａやコールドワイヤ２２ｂに次第に煤や塵埃等が堆積してくる。但し、バイパス通路２７には補助流量センサ３１を挟むようにフィルタ３４，３４が設けられるため、補助流量センサ３１のホットワイヤ３２ａやコールドワイヤ３２ｂには煤や塵埃等は殆ど堆積しない。例えば、主流量センサ２１のホットワイヤ２２ａやコールドワイヤ２２ｂに煤や塵埃等が堆積して主流量センサ２１の検出出力が１％低下したとき、コントローラ２６は主流量センサ２１及び補助流量センサ３１の実際の検出出力比を算出してメモリ４４に記憶された初期の検出出力比と比較すると、実際の検出出力比が初期の検出出力比より１％低くなる（図４の破線で示す。）。この場合、コントローラ２６は、主流量センサ２１の検出出力を図４の破線で示す位置から実線で示す位置に補正し、この補正した主流量センサ２１の検出出力に基づいて静翼調整弁３８及びＥＧＲ弁４３を制御する。この結果、吸気管１３を通る吸気流量を常に正確に検出することができる。

なお、エンジン１１の排気量１．５リットルの車両を約２５万ｋｍ走行させると、主流量センサ２１の検出出力が約１１％低下するため、上記補正を行わない場合、排ガス中に含まれるＮＯｘが約３０％増加する。このため、主流量センサ２１の検出出力が１％低下する毎（ＮＯｘ変化量３％）に上記補正を行うことが好ましい。
また、バイパス通路を設けずに、吸気管にフィルタを設ける構造も考えられるけれども、この構造では、所定の流量を確保するため、フィルタが大型化する問題点がある。
更に、吸気管に主流量センサを設けずに、バイパス通路に設けた補助流量センサの検出出力のみに基づいて静翼調整弁及びＥＧＲ弁を制御する構成も考えられるけれども、この構成では、エンジン負荷により吸気管及びバイパス通路を流れる吸気の分流比が変化するため、メモリに複雑なマップを要しなければならず、制御が煩雑になる問題点がある。

本発明実施形態のエンジンの吸気流量の検出装置を含む図２のＡ部拡大構成図である。 上記吸気流量の検出装置を含むエンジンの構成図である。 主流量センサ及び補助流量センサを含む回路図である。 吸気通路を通る吸気の流量の変化に対する、バイパス通路を通る吸気の流量の変化を示す図である。

符号の説明

１１ ディーゼルエンジン
１３ 吸気管（吸気通路）
２１ 主流量センサ
２７ バイパス通路
３１ 補助流量センサ
３４ フィルタ

Claims (3)

1. エンジン(11)の吸気通路(13)に主流量センサ(21)が設けられ、この主流量センサ(21)により前記吸気通路(13)を通る吸気流量を検出するように構成された装置において、
   前記吸気通路(13)にこの吸気通路(13)をバイパスするバイパス通路(27)が設けられ、
   前記バイパス通路(27)にこのバイパス通路(27)を通る吸気流量を検出する補助流量センサ(31)が設けられ、
   前記バイパス通路(27)に前記補助流量センサ(31)を挟むように一対のフィルタ(34,34)が装着され、
   前記補助流量センサ(31)の検出出力により前記主流量センサ(21)の検出出力を補正するように構成された
   ことを特徴とするエンジンの吸気流量の検出装置。
2. バイパス通路(27)の内径が吸気通路(13)の内径より小さく形成された請求項１記載のエンジンの吸気流量の検出装置。
3. フィルタ(34)が多孔質のコージェライトにより形成されたモノリス担体である請求項１記載のエンジンの吸気流量の検出装置。

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