JP2008175150A - 空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現状の過給器上流の設置位置では、前記空気流量測定装置からＥＧＲ戻し位置までの間に、過給器，インタークーラー、及びダクト等が設置され、従って、ＥＧＲガス流量が変化した場合でも、空気流量測定装置部での空気流量の変化が物理的に遅れる問題を有しており、これによりＮＯｘ低減制御に課題を持っている。
【解決手段】過給器を有する内燃機関において、過給器下流に空気流量測定装置を設置することで、ＥＧＲガスの戻し部に限りなく近い位置への搭載を可能とし、これにより、ＥＧＲガスの流量変化を逐次精度よく計測することが可能となるため、特に過渡時での排気ガス、主にＮＯｘの低減に効果を発揮する。
【選択図】図４

Description

本発明は空気流量計測のために発熱抵抗体を用いた、発熱抵抗体式空気流量測定装置を備えた内燃機関の制御装置に関する発明であり、特に発熱抵抗体式空気流量計を過給器付き内燃機関の過給器下流に設置することを特徴としている。現在特に有効となる技術としては、欧州規制，日本の排気規制，北米排気規制に代表されるディーゼルエンジンに対して有効であり、将来ディーゼルエンジンのＮＯｘ及びススの排出低減に大きく貢献する発明である。

流量測定技術としては一般的には発熱抵抗体式空気流量測定装置が知られている。これは発熱抵抗体の奪われる熱量が流入流量に対し単調に増加する関係が有ることを利用したものであり、質量空気流量を直接測定出来るため自動車用内燃機関の空気流量計測のための流量計として広く使われている。

本発明に最も近い公知の技術として特許文献１がある。この公知技術はエンジン停止後に発熱抵抗体を約１０００℃に加熱して発熱抵抗体に付着した塵成分等を焼き切ってしまうものである。

また現在の内燃機関用の空気流量測定装置は、たとえ内燃機関に過給器が設置されていても過給器上流に設置されており、これは特に耐汚損性，耐圧性などが影響している。

特開昭６３−４１６４４号公報

現在、内燃機関を取り巻く排気環境規制は年々厳しくなってきており、それに伴って内燃機関の小型化及び過給器の設置、ＥＧＲガスの燃焼利用によるＮＯｘ低減手法などが一般的となってきている。

特にディーゼルエンジンでは、ＮＯｘ低減を促進するためＥＧＲガスを吸気系に循環させ、必要な領域において燃焼温度を低下させる制御を行っているが、この場合のＥＧＲガス検出用のセンサに空気流量測定装置が用いられている。

この場合、ＥＧＲガス流量が変化した場合の応答性に追従できる構成が必要となる。これに対して、現状の過給器上流の設置位置では、前記空気流量測定装置からＥＧＲ戻し位置までの間に、過給器，インタークーラー、及びダクト等が設置され、従って、ＥＧＲガス流量が変化した場合でも、空気流量測定装置部での空気流量の変化が物理的に遅れる問題を有しており、これによりＮＯｘ低減制御に課題を持っている。

上記のような課題を解決するために本発明では、以下のような方策により対応する事とした。

本発明によれば、過給器を有する内燃機関において、過給器下流に空気流量測定装置を設置することで、ＥＧＲガスの戻し部に限りなく近い位置への搭載を可能とし、これにより、ＥＧＲガスの流量変化を逐次精度よく計測することが可能となるため、特に過渡時での排気ガス、主にＮＯｘの低減に効果を発揮する。

本発明によれば、過給器付き内燃機関、特にディーゼルエンジンにおいて、高精度な
ＥＧＲガス制御を行うことを可能とし、これにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを大幅低減できる。

本発明の実施例を以下の図面に従い詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例を示す空気流量測定装置である。

空気流量測定装置内に構成される副通路６には、空気流量を測定する発熱抵抗体１及び吸入空気温度を測定する感温抵抗体２が設置され、前記発熱抵抗体１は前記感温抵抗体２の検出温度を基準として温度差プラスアルファで制御されている。

前記発熱抵抗体１の出力信号は、基板回路部３にて処理され、コネクタ４を介してエンジン制御用のコントローラへその出力を出力する。

吸入空気温度測定素子５は感温抵抗体２と別に設置され、吸入空気温度を計測する。温度測定信号は、前記空気流量測定装置同様にコネクタ４を介してエンジン制御用コントローラへ出力される。

図２に現在の過給器付き内燃機関のシステム構成の代表例を示す。

空気は吸気側より吸入され、空気流量測定装置１１を通過後、ターボコンプレッサー
１２に吸入される。その後、ターボ加圧で上昇した空気温度を低下させるためにインタークーラー１３を経由し、ダクト１４，スロットルバルブ１５を介して、インテークマニホールド１６，エンジン１７へと供給される。

ＥＧＲガスは排気マニホールド１８に設置されたＥＧＲガス配管１９から排出され、
ＥＧＲバルブ２０，ＥＧＲクーラー２１を通過して、インテークマニホールド１６に設置されるＥＧＲガス戻し部２２に供給される。

前記スロットルバルブ１５はＥＧＲガスの循環を促進するためにＥＧＲガス戻し部２２の上流に設置され、バルブの開閉による負圧変化によってＥＧＲを調整する役割を担っている。同様にＥＧＲバルブ２０もＥＧＲ流量調整用に設定されており、ＥＧＲクーラーはＥＧＲガス温度を低下させるために搭載される。

図２に示すように現在の構成では、空気流量測定装置１１とＥＧＲガス戻し部２２の距離が非常に長いため、ＥＧＲ戻し部で変化するＥＧＲガス流量の増減に対して、前記空気流量測定装置１１部では物理的な遅れが生じることから、正確な過渡状態を測定することができない。

空気流量測定装置の構成に対する特徴は、前記発熱抵抗体１の発熱温度をオイルの蒸発温度である２５０℃以上に設置すること、及び副通路６の構成では慣性効果を有する構造、或いは上流側から見た場合に前記発熱抵抗体１が見えない位置に設置することを特徴としている。この最も大きな理由として、ターボコンプレッサー１２下流では、ターボから発生するオイル分、ターボ上流に設置されることが多いブローバイガスなどのより、汚損環境が激しいことが理由であり、汚損影響を受けやすい前記空気流量測定装置１１の耐汚損対策が最も重要な課題となっている。

このような環境下で、前記発熱抵抗体１の過熱温度をオイル蒸発温度以上と設定することで、仮にオイルが前記発熱抵抗体１に付着した場合でも、加熱による浄化が可能であり、汚損対策が可能となる。前記発熱抵抗体がオイル焼損温度以上とする場合、少なくともターボコンプレッサーの運転状況下では前記発熱抵抗体の温度は２５０℃以上である必要がある。アイドル時や低負荷時はターボ過給せず、またブローバイもエンジン負荷が小さいことから逆流は発生しないため、ブローバイ内に含まれるオイル分が吸入される可能性も極めて低いため、この領域では発熱抵抗体の発熱温度が２５０℃以下でも汚損影響は小さいと思われる。

また同様に、オイル以外の粒子，カーボン，ダストなどの汚損物からも検出阻止を守る必要があり、これに対して図３に示す慣性分離を有する副通路６が必要となる。オイルが検出阻止、或いはその周辺に付着すると、カーボンやダスト汚損物の堆積を加速させることから、オイル環境下では例え発熱抵抗体の温度を上昇させる場合でも、検出阻止を防御する構成が必要となる。

図３の慣性分離のケースでは、副通路６の構成をサイクロン（渦巻き）状とすることで、質量を持った粒子を慣性効果でサイクロン通路の外側に分離し、その分離境界の内側に検出阻止を設置することを特徴としている。

図４に本発明の代表例を示す。

空気流量測定装置４１はインタークーラー下流４２，ダクト４３の下流及びスロットルバルブ４４の上流に設置されている。前記空気流量測定装置４１は現在の構成図２に比べてＥＧＲガス戻し部４５に近接して設置されており、これによりＥＧＲガスの過渡応答に対する物理的な遅れを解消することを可能とする。

図５に現在の搭載時の物理的な応答遅れ測定結果を示す。空気流量測定装置の出力特性５１はＥＧＲガスの過渡特性５２に対して大きく遅れていることが分かる。同様に減速時でも空気流量測定装置の出力５３はＥＧＲガス応答５４に対して大きな遅れを生じている。この遅れは、ＥＧＲ流量制御の精度を悪化させる要因となることから、本応答遅れはできるだけ小さくすることがシステムとして要求される。

本応答性を改善した場合、どれだけのＮＯｘ低減効果があるか計算したものが図６，図７である。図６は欧州走行モードにおける高速応答の効果、図７に北米走行モードにおける効果を示している。図６，図７に示すように、ＥＧＲガスの過渡応答を精度よく測定することで、ＮＯｘの大幅な削減が見込まれることが分かる。

尚、本空気流量測定装置及びシステム構成では、前記空気流量測定装置４１を前記スロットルバルブ４４の下流に設置したり、或いは前記ＥＧＲガス戻し部４５の下流に設置することも可能である。ＥＧＲガスと混合した後に空気流量測定装置を設置することの効果は、新規流量＋ＥＧＲガス流量の全流量を測定することにより、より正確な質量流量を測定できることである。

本発明の空気流量測定装置の断面図。 現在の内燃機関システム。 本発明の空気流量測定装置の断面図。 本発明の内燃機関システム。 本発明の効果を説明する図。 本発明の効果を説明する図。 本発明の効果を説明する図。

符号の説明

１ 発熱抵抗体
２ 感温抵抗体
３ 基板回路部
４ コネクタ
５ 吸入空気温度測定素子
６ 副通路
１１ 空気流量測定装置
１２ ターボコンプレッサー
１３ インタークーラー
１４，４３ ダクト
１５ スロットルバルブ
１６ インテークマニホールド
１７ エンジン
１８ 排気マニホールド
１９ ＥＧＲガス配管
２０ ＥＧＲバルブ
２１ ＥＧＲクーラー
２２，４５ ＥＧＲガス戻し部
３１ 汚損粒子
４１ 空気流量測定装置
４２ インタークーラー下流
４４ スロットルバルブ
５１ 空気流量測定装置出力特性
５２ ＥＧＲガス過渡特性
５３ 空気流量測定装置出力
５４ ＥＧＲガス応答

Claims (5)

1. 排気ガスを吸気系に還流させる還流通路と吸入空気を過給する過給機とを備えた内燃機関に取り付けられる吸気システムにおいて、
   前記還流通路の開口部と前記過給機との間の吸気通路に、副通路中に設置された流量測定素子と前記流量測定素子よりも上流側の前記副通路に設けられた曲がり部とを備えガスの流量を測定する流量測定手段を設けたことを特徴とする内燃機関に取り付けられる吸気システム。
2. 請求項１において、
   前記内燃機関は前記吸入空気を冷却するためのインタークーラーを備え、
   前記還流通路の開口部と前記インタークーラーとの間の吸気通路に、前記流量測定手段を設けたことを特徴とする内燃機関に取り付けられる吸気システム。
3. 請求項２において、
   前記吸気通路中に、前記還流通路の開口部からの還流ガスと吸入空気とが合流する合流部と、前記合流部に入る前記吸入空気の量を絞る絞り手段とを備え、
   前記絞り手段と前記インタークーラーとの間の吸気通路に、前記流量測定手段を設けたことを特徴とする内燃機関に取り付けられる吸気システム。
4. 加熱電流を印加して吸入空気への放熱を基に内燃機関の吸入空気流量を測定する空気流量測定装置の構成を、前記空気流量測定部の計測部が空気通路上流から見えない位置となるように副通路を構成、或いは前記副通路に慣性分離機能を有した構成のものにおいて、前記構成を有した空気流量測定装置を、過給器を有する内燃機関の吸気系内の、過給器下流に設置することを特徴とした内燃機関システム。
5. 加熱電流を印加して吸入空気への放熱を基に内燃機関の吸入空気流量を測定する空気流量測定装置にて、前記空気流量測定部の計測部の加熱温度を２５０℃以上とした構成において、前記構成を有した空気流量測定装置を過給器を有する内燃機関の吸気系内の過給器下流に設置することを特徴とした内燃機関システム。

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