JP2009008463A - 排気ガス再循環ガス流量測定装置および測定方法 - Google Patents

排気ガス再循環ガス流量測定装置および測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】
排気ガス再循環ガス流量測定に必要な時間や圧力損失が大きく、過渡運転時の制御遅れや排気ガス再循環ガス流量低下を招き、排気，燃費，出力が性能低下する。
【解決手段】
吸入空気量と排気ガス再循環ガス通路に設置した熱交換器前後の圧力を用いて、複数の方法にて排気ガス再循環ガス流量を測定し、測定流量の相互比較と測定方法の併用する。
【効果】
圧力損失を増加させること無く短い応答時間で高精度な排気ガス再循環ガス流量測定が可能となり、排気，燃費，出力の性能を向上させることが可能となる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、ディーゼル機関の排気ガス再循環装置に関するものであり、特に、排気ガス再循環流量測定を好適に行う技術に関するものである。
内燃機関における排気ガスの窒素酸化物放出量低減には、排気ガス再循環による燃焼温度の抑制が有効である。特にディーゼル機関においては、ガソリン機関に比べて排気ガス再循環量を大幅に増やすことが可能である。しかし、排気ガス再循環の流量を増やし過ぎると燃費悪化やすす増大の要因となる。このため運転状態に合わせた適切な排気ガス再循環流量を常に保つことが必要であり、運転条件の変化に対応できるように、高精度で応答時間の短い排気ガス再循環流量測定手段が必要となる。そのために、例えば特許文献１にはガス濃度検出器の測定値より排気ガス再循環流量を算出する技術が公開されている。その他、特許文献２では熱式流量計を用いて排気ガス再循環量を算出する技術が公開されている。
特開平０１−１７８７６０号公報 特開２００７−１０１４２６号公報
上記従来技術に関して、ガス濃度検出では測定に時間が掛かるため前記課題の解決に適さない。一方、もう一つの上記従来技術に関して、熱式のため応答時間は短いが、逆流測定が困難となる上、流路に発熱抵抗体を設置する必要があることから圧力損失を生じ、排気ガス再循環流量測定センサの設置に伴い排気ガス再循環流量が低下してしまうという課題があった。
上記目的を達成するため、本発明の一つは、内燃機関の排気ガス再循環ガス通路に設けられ、該排気ガス再循環ガス通路の流量を調節する制御弁と排気ガス再循環ガスを冷却する熱交換器と該熱交換器の前後通路における少なくとも２箇所以上の排気ガス再循環ガス圧力を測定する圧力センサ，排気ガス再循環ガスの温度を測定する温度センサ，吸入空気通路に設けられ、吸入空気流量を測定する吸入空気流量センサを備えた内燃機関において、前記圧力センサにて測定した少なくとも２箇所以上の圧力の波形の位相差時間と測定位置の異なる少なくとも２箇所以上の圧力測定位置間の排気ガス再循環ガス通路の距離と熱交換器の排気ガス再循環ガス通路断面積により排気ガス再循環ガス流量を算出する排気ガス再循環ガス流量測定手段（１）を有するようにした。本発明により、圧力損失源を追加設置せずに応答時間の短い流量測定が可能となる。
本発明の別の１つは、更に加えて、前記圧力センサにて測定した少なくとも２箇所以上の圧力値の差と熱交換器の排気ガス再循環ガス通路断面積により排気ガス再循環ガス流量を算出する排気ガス再循環ガス流量測定手段（２）を有するようにした。本発明により、複数の方法にて排気ガス再循環ガス流量を同時に測定し、測定値を比較することで補正必要性の判断が可能となる。
本発明の別の１つは、更に加えて、前記吸入空気流量センサにて測定した吸入空気流量と内燃機関の運転状態ごとに予め定めた値との差により、排気ガス再循環ガス流量を算出する排気ガス再循環ガス流量測定手段３を有するようにした。本発明により、複数の方法にて排気ガス再循環ガス流量を同時に測定し、測定値を比較することで補正必要性の判断が可能となる。補正が必要となった際、流量から熱交換器の排気ガス再循環ガス通路断面積の値を逆算することで、熱交換器の汚損程度を予測することが可能となる。
本発明の別の１つは、更に加えて、前記圧力センサにて測定した少なくとも２箇所以上の圧力値の差と圧力値の差の振幅との商と予め定めた値との差分１を算出する計算手段を有するようにした。本発明により、予め調査しておいた差分１と各方法における測定誤差の関係と前記計算結果を比較することで、最も精度の高い測定方法を予測することが可能となる。
本発明によれば、排気ガス再循環ガスの流量を高精度でかつ短い応答時間で測定することが可能となり、内燃機関が過渡的に動作している場合においても正確な排気ガス再循環ガスの流量測定が可能となる。この排気ガス再循環ガス流量測定値と排気ガス再循環ガス流量目標値を比較した結果を排気ガス再循環ガスの流量制御弁の開度に反映することで、燃費，窒素酸化物，すす，騒音などの内燃機関の出力性能を高精度に設定とできる効果がある。
以下、本発明の実施形態について図面と共に説明する。
図１は本発明の第一の実施例にかかるエンジンの制御装置の構成図を示している。図１中の１９はエンジンである。エンジン１９の上流からエアクリーナ１７，エアフローセンサ２，過給器のコンプレッサ６(ｂ)，インタークーラ１６，吸入空気量を調整するスロットル１３，吸気管２０，燃料噴射弁（以下、インジェクタ）５が配置されている。本実施例における吸入空気量制御手段は、前記コンプレッサ６(ｂ)，インタークーラ１６，スロットル１３であり、吸入空気量検出手段はエアフローセンサ２である。インジェクタ５は燃焼室１８に直接燃料噴射する形式としている。スロットル１３は電子制御スロットルであることが好ましく、電気式アクチュエータによってスロットルバルブを駆動するものである。本実施例においては、吸気管２０には吸気圧センサ１４が配されており、吸気管２０内の圧力を検出することで、好適な吸気量制御が可能となる。排気管２３には、排気圧力および排気温度センサ３が配されており、吸気管２０へ排気ガスを再循環する排気ガス再循環ガス通路９，排気ガス再循環ガス熱交換器１０，排気ガス再循環ガス流量制御弁１１が設置されている。またこの排気ガス再循環ガス流路９中に、排気ガス再循環ガスの圧力と温度を検出する排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２を配していることが本発明の特徴である。本実施例において、この排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２，排気圧力および排気温度センサ３，エアフローセンサ２は、排気ガス再循環ガス流量の測定に適用する。インジェクタ５からは、アクセル開度センサ１の開度信号αなどから演算される目標エンジントルクに応じて所定の燃料量が噴射され、スロットル１３の開度信号θtp，排気ガス再循環ガス流量制御弁１１の開度信号θegr ，コンプレッサ６(ｂ)の過給圧Ｐtin の出力値などに応じて、適宜補正する。８はエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵ）である。アクセル開度αやブレーキ状態などのユーザ要求，車速などの車両状態，エンジン冷却水温や排気温度などのエンジン運転条件に応じて、エンジン１９の燃焼モードや制御量などを決定するものである。
図２〜図４は本発明の測定方法における測定方法の一例を示したものである。
排気ガス再循環ガスを冷却する排気ガス再循環ガス熱交換器１０と該排気ガス再循環ガス熱交換器１０の前後通路における少なくとも２箇所以上の排気ガス再循環ガス圧力と排気ガス再循環ガスの温度を測定する排気圧力および排気温度センサ３，３′，３″、排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２，１２′，１２″の取付位置を示したものである。
温度と圧力の測定値はガス密度や音速を算出するために用いられるため、同一状態の空間を測定する必要があり、温度測定部３(ｔ)，３′(ｔ)，３″(ｔ)，１２(ｔ)，１２′(ｔ)，１２″(ｔ)と圧力測定部のうち静圧測定部３(ａ)，３′(ａ)，３″(ａ)，１２(ａ)，１２′(ａ)，１２″(ａ)と順流方向の動圧測定部３′(ｂ)，３″(ｂ)，１２′(ｂ)，１２″(ｂ)と逆流方向の動圧測定部３″(ｃ)，１２″(ｃ)のそれぞれを近づける必要がある。
温度測定部３(ｔ)，３′(ｔ)，３″(ｔ)，１２(ｔ)，１２′(ｔ)，１２″(ｔ)の測定位置はガスの空間的な平均温度が測定出来るように、通路断面の中央とし、これを熱交換器１０の前後２箇所に設置する。２箇所で測定した温度の和を求め、更にこの値と２の商を求めることで、測定対象となる排気ガス再循環ガス通路全体の空間的な平均値とし、熱交換器１０による熱損失分の測定温度誤差影響を低減する。圧力の測定はガス密度の計算の他、ガスの流れ方向判別や熱交換器１０の圧力損失，圧力伝播の検知を目的としている。
このため、最小構成となる図２における圧力の測定は、排気圧力および排気温度センサ３，排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２において、静圧測定部３(ａ)，１２(ａ)にて行われ、熱交換器１０前後の静圧のみの測定にて前記目的を達成している。
図３は熱交換器１０の前後に設置した排気圧力および排気温度センサ３′，排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２′において、圧力伝播の検知のみを順流方向の動圧測定部３′(ｂ)，１２′(ｂ)で測定するものであり、動圧測定部の圧力測定孔の向きがガスの流れ方向に向いていることから、圧力測定孔においては速度エネルギが圧力エネルギに変化し、より明確な振幅信号を得られるため、後で詳細に述べる圧力波形の位相差時間を用いて測定する排気ガス再循環ガス流量（１）の精度を向上することが可能となる。なお、排気ガス再循環ガス流量制御弁１１の代わりに逆止弁が付く場合や、排気圧力および排気温度センサ３′、排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２′により測定した熱交換器１０前後の静圧差より逆流条件であると判別した際に排気ガス再循環ガス流量制御弁１１を閉じる場合においては、逆流の流量測定が必要ないため必要な動圧測定方向は一方向のみとなる。この場合、排気圧力および排気温度センサ３，吸気圧センサ１４を用いることで、同時に吸気圧力と排気圧力を測定し、順流条件を判別した時点で再び排気ガス再循環ガス流量制御弁１１を開く制御等が行われる。
図４は逆流の流量測定を可能としたもので、熱交換器１０の前後に設置した排気圧力および排気温度センサ３″，排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２″において、圧力伝播の検知のみを順流方向の動圧測定部３″(ｂ)，１２″（ｂ）と逆流方向の動圧測定部３″(ｃ)，１２″(ｃ)で測定するものである。排気圧力および排気温度センサ３″，排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２″により測定した熱交換器１０前後の静圧差より順流条件であると判別した際に、順流方向の動圧測定部３′(ｂ)，１２′(ｂ)からの測定圧力値を圧力伝播の検知に用いる。また、排気圧力および排気温度センサ３″，排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２″により測定した熱交換器１０前後の静圧差より逆流条件であると判別した際に、順流方向の動圧測定部３′(ｃ)，１２′(ｃ)からの測定圧力値を圧力伝播の検知に用いることで逆流状態においても高精度な排気ガス再循環ガスの流量測定を可能とするものである。
図５，図６は本発明の測定方法における排気ガス再循環ガス流量計算の一例である。図５において、測定位置の異なる圧力波形を比較した際の時間差を位相時間差と定める。ここで、ガス流れのある気体を圧力が伝播する速度はガス流速に音速を加えた値となる。このことから以下の数式を用いることでガス流量を求めることが可能となる。
Figure 2009008463
記号の説明
ＱEGR[kg／ｈ]：排気ガス再循環ガス質量流量
Ｌ[ｍ]：異なる２箇所以上の圧力測定位置間の排気ガス再循環ガス通路の距離
ｄｔ[sec]：位相差時間
ｋ［−］：比熱比
Ｒ［Ｊ／kg・Ｋ］：気体定数
Ｔ1［Ｋ］：排気ガス再循環ガス熱交換器上流側の排気ガス再循環ガス温度
Ｔ2［Ｋ］：排気ガス再循環ガス熱交換器下流側の排気ガス再循環ガス温度
Ａ［ｍ2］：排気ガス再循環ガス通路断面積
ｐ1［Ｐａ］：排気ガス再循環ガス熱交換器上流側の排気ガス再循環ガス圧力
ｐ2［Ｐａ］：排気ガス再循環ガス熱交換器下流側の排気ガス再循環ガス圧力
式１を適用した際の位相時間差と流量の関係を図６に示す。上記方法により、差圧を用いることなく排気ガス再循環ガス流量を測定することが可能となり、ガス流速が低いために差圧の検出が困難な場合においても排気ガス再循環ガス流量を検出することが可能となる。ここで、ガス圧力とガス温度と位相差時間以外の項目については定数項であり一意的に決定されるが、実際には、偏流，乱流，ガス成分，湿度，熱交換器１０の交換熱量などにより誤差の影響を受けることから他の計測方法を併用した補正を行うことが好ましい。
図７は本発明の測定方法における排気ガス再循環ガス流量計算の別の一例である。２箇所の圧力差の平方根が流速と比例関係にあることから以下の数式を用いることでガス流量を求めることが可能となる。
Figure 2009008463
ここで、Δｐ[Ｐａ]：排気ガス再循環ガス熱交換器前後の排気ガス再循環ガス差圧（＝ｐ1−ｐ2）
式２を適用した際の差圧と流量の関係を図７に示す。上記方法により、圧力波形の脈動成分を用いることなく排気ガス再循環ガス流量を測定することが可能となり、脈動発生源から圧力測定箇所の間の圧力損失が大きく、圧力波形の脈動成分の検出が困難な場合においても排気ガス再循環ガス流量を検出することが可能となる。ここで、ガス圧力とガス温度と差圧以外の項目については定数項であり一意的に決定されるが、実際には偏流，乱流，ガス成分，湿度，熱交換器１０の交換熱量などにより誤差の影響を受けることから他の計測方法を併用した補正を行うことが好ましい。
図８は本発明の測定方法における排気ガス再循環ガス流量計算手順の一例をフローチャートで示したものである。
本発明の測定方法は、周期的に測定と演算を繰り返す。
最初に熱交換器１０の前後に取り付けられた排気圧力および排気温度センサ３，排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２から圧力値と温度値を取得する（ブロック１００１，１０１１）。
次にブロック１００１，１０１１にて測定したある時刻の圧力値とある時刻の温度値を元に、予め記憶しておいたデータベースと比較することにより音速を計算する（ブロック１０１２）。
次にブロック１００１により取得した圧力値の所定時間の履歴から得られる圧力波形の頂点の間隔（図５のＮ）を認識することで脈動周波数を検出する（ブロック１００２）。
次にブロック１００２により検出した脈動周波数と予め実験によって定めた定数の積算値をフィルタのバンドパス周波数に設定し、前記所定時間の圧力値の履歴から得られる圧力波形に対して周波数のバンドパスフィルタ処理を行い、不要なノイズ成分やうねり成分を除去する（ブロック１００３）。
次に圧力波形の位相の比較に必要な測定圧力値の履歴を抽出する。予め定めた指定周期とブロック１００２により検出した脈動周波数の商より抽出期間を計算し、ある時刻を中心とした測定圧力値の履歴を抽出する（ブロック１００４）。
次に圧力減衰補正を行う。熱交換器１０の圧力損失によって、ブロック１００３において抽出した圧力値の履歴より得た熱交換器１０の下流側の圧力波形は減衰する。このため、例えば熱交換器１０の上流側の圧力波形の頂点と熱交換器１０の下流側の圧力波形の頂点の位相を比較する際、双方の頂点の圧力値が異なると位相の比較精度が低下すると考えられる。そこで、減衰前の振幅（図５のａ）と減衰後の振幅（図５のｂ）の比率を求めて減衰比率（ａ／ｂ）とし、双方の圧力値の履歴の中の最大値と最小値が一致するように、減衰後の圧力値に減衰比率を掛けることで圧力減衰補正を行う。これによって、減衰による位相の比較精度の低下を低減する（ブロック１００５）。
次に、位相差時間（図５のｄｔ１）を検出する。ある時刻（図５のｔ１）における熱交換器１０下流側の減衰補正をした後の圧力値と同じ圧力値となっている熱交換器１０上流側の時刻との時間差を認識する。同じ圧力値が複数ある場合には、各時間差の絶対値が最も小さくなる場合の時間差を位相差時間とする（ブロック１００６）。
次に通路長さ値の設定を行う。これは圧力センサ取付位置間のガス通路長さ（図５のＬ）となる（ブロック１０１３）。
次に圧力伝播速度の計算を行う。ブロック１００６によって求めた位相差時間とブロック１０１３によって設定された通路長さ値の商を求める（ブロック１００７）。
次に流速の計算を行う。ブロック１００７にて求めた圧力伝播速度とブロック１０１２にて求めた音速の差を求める（ブロック１００８）。
次に通路断面積の設定を行う。これは熱交換器１０内部のガス通路断面積となる（ブロック１０１４）。
次に体積流量の計算を行う。ブロック１００８にて求めた流速とブロック１０１４にて設定した通路断面積の積を求める（ブロック１００９）。
次に質量流量の計算を行う。ブロック１００１で求めたある時刻の圧力値とブロック１０１１にて求めたある時刻のガス温度と予め実験によって測定した標準的な排気ガスの成分と予め実験によって測定した標準的な排気ガスの湿度より算定したガス定数により排気ガス再循環ガス密度を求め、これとブロック１００９にて求めた体積流量との積を求める（ブロック１０１０）。
以上により、排気ガス再循環ガス流量（１）の算出が可能となる。
図９は本発明の測定方法における排気ガス再循環ガス流量計算手順の一例をフローチャートで示したものである。
本発明の測定方法は、周期的に測定と演算を繰り返す。
最初に熱交換器１０の前後に取り付けられた排気圧力および排気温度センサ３，排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２から圧力値と温度値を取得する（ブロック１１０１，１１０８）。
次にブロック１１０１により取得した圧力値の所定時間の履歴から得られる圧力波形の頂点の間隔（図５のＮ）を認識することで脈動周波数を検出する（ブロック１１０２）。
次にブロック１１０２により検出した脈動周波数と予め実験によって定めた定数の積算値をフィルタのカットオフ周波数に設定し、前記所定時間の圧力値の履歴から得られる圧力波形に対して周波数のローパスフィルタ処理を行い、不要なノイズ成分を除去する（ブロック１１０３）。
次にブロック１１０３により取得した圧力波形の履歴点数のなかのある時刻における圧力値の差を求め、差圧とする（ブロック１１０４）。
次にブロック１１０１，１１０８により測定したある時刻における圧力値とある時刻における温度値およびブロック１１０４で求めたある時刻における差圧により流速を求める（ブロック１１０５）。
次に通路断面積の設定を行う。これは熱交換器１０内部のガス通路断面積となる（ブロック１１０９）。
次に体積流量の計算を行う。ブロック１１０５にて求めた流速とブロック１１０９にて設定した通路断面積の積を求める（ブロック１１０６）。
次に質量流量の計算を行う。ブロック１１０１で求めたある時刻の圧力値とブロック１１０８にて求めたある時刻のガス温度と予め実験によって測定した標準的な排気ガスの成分と予め実験によって測定した標準的な排気ガスの湿度より算定したガス定数により排気ガス再循環ガス密度を求め、これとブロック１１０６にて求めた体積流量との積を求める（ブロック１１０７）。
以上により、排気ガス再循環ガス流量（２）の算出が可能となる。
図１０は本発明の測定方法における排気ガス再循環ガス流量計算手順の一例をフローチャートで示したものである。
本発明の測定方法は、周期的に測定と演算を繰り返す。
最初に熱交換器１０の前後に取り付けられた排気圧力および排気温度センサ３，排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２から圧力値と温度値を取得する（ブロック１２０１，１２１２）。
次にブロック１２０１，１２１２により測定したある時刻の圧力値とある時刻の温度値を元に、予め記憶しておいたデータベースと比較することにより音速を計算する（ブロック１２１３）。
次にブロック１２０１により取得した圧力値の所定時間の履歴から得られる圧力波形の頂点の間隔（図５のＮ）を認識することで脈動周波数を検出する（ブロック１２０２）。
次にブロック１２０２により検出した脈動周波数と予め実験によって定めた定数の積算値をフィルタのカットオフ周波数に設定し、前記所定時間の圧力値の履歴から得られる圧力波形に対して周波数のローパスフィルタ処理を行い、不要なノイズ成分を除去する（ブロック１２０３）。
次に圧力波形の位相の比較に必要な測定圧力値の履歴を抽出する。ブロック１２０２により検出した脈動周波数と予め定めた指定周期を元に抽出期間を計算し、ある時刻を中心とした測定圧力値の履歴を抽出する（ブロック１２０４）。
次に圧力減衰補正を行う。熱交換器１０の圧力損失によって、ブロック１２０４において抽出した圧力値の履歴より得た熱交換器１０の下流側の圧力波形は減衰する。このため、例えば熱交換器１０の上流側の圧力波形の頂点と熱交換器１０の下流側の圧力波形の頂点の位相を比較する際、双方の頂点の圧力値が異なると位相の比較精度が低下すると考えられる。そこで、減衰前の振幅（図５のａ）と減衰後の振幅（図５のｂ）の比率を求めて減衰比率（ａ／ｂ）とし、双方の圧力値の履歴の中の最大値と最小値が一致するように、減衰後の圧力値に減衰比率を掛けることで圧力減衰補正を行う。これによって、減衰による位相の比較精度の低下を低減する（ブロック１２０５）。
次に、位相差時間（図５のｄｔ１）を検出する。ある時刻（図５のｔ１）における熱交換器１０の下流側の減衰補正をした後の圧力値と同じ圧力値となっている熱交換器１０の上流側の時刻との時間差を認識する。この時間差が複数ある場合には、時間差の絶対値が最も小さくなる場合の時間差を位相差時間とする（ブロック１２０６）。
次に圧力波形の位相補正を行う。熱交換器１０内を圧力が伝播するのに要したことによる位相差（図５のｄｔ）を補正するため、上流側の圧力測定時刻にブロック１２０６にて求めた位相差時間を加える（ブロック１２０７）。
次にブロック１２０７により取得した圧力波形の履歴点数のなかのある時刻における圧力値の差を求め、差圧とする（ブロック１２０８）。
次にブロック１２０１，１２１２により測定したある時刻における圧力値とある時刻における温度値およびブロック１２０８で求めたある時刻における差圧により流速を求める（ブロック１２０９）。
次に通路断面積の設定を行う。これは熱交換器１０内部のガス通路断面積となる（ブロック１２１４）。
次に体積流量の計算を行う。ブロック１２０９にて求めた流速とブロック１２１４にて設定した通路断面積の積を求める（ブロック１２１０）。
次に質量流量の計算を行う。ブロック１２０１で求めたある時刻の圧力値とブロック１２１２にて求めたある時刻のガス温度と予め実験によって測定した標準的な排気ガスの成分と予め実験によって測定した標準的な排気ガスの湿度より算定したガス定数により排気ガス再循環ガスの密度を求め、これとブロック１２１０にて求めた体積流量との積を求める（ブロック１２１１）。
以上により、排気ガス再循環ガス流量（２）の算出が可能となる。
図１１は、本発明の測定方法における排気ガス再循環ガス流量計算手順の別の一例をフローチャートで示したものである。
本発明の測定方法は、周期的に測定と演算を繰り返し、同時に測定した値を用いて排気ガス再循環ガス流量（１）と排気ガス再循環ガス流量（２）と排気ガス再循環ガス流量３を算出する。
ここで排気ガス再循環ガス流量３は、図１の排気ガス再循環ガス流量制御弁１１を閉じた状態において、吸気圧センサ１４によって測定した吸気圧とエンジン回転数ごとに吸入空気流量２４を予め実験によって測定して記憶しておき、この記憶した吸入空気流量２４と排気ガス再循環ガス流量制御弁１１を開いたときに測定した吸入空気流量２４′の差より求めるものである。
排気ガス再循環ガス流量３の妥当性については予め動作確認することで得たエンジン回転数と吸入空気流量と排気ガス再循環ガス流量制御弁１１の開度の関係データとの比較によって判別し、誤差が大きな場合はエンジン１９の運転状態もしくは測定装置の異常状態であると認識する。
最初に、熱交換器１０の上流側圧力値と下流側圧力値を比較する（ブロック１３０１）。
次にブロック１３０１の比較結果が順流条件であれば、排気ガス再循環ガス流量制御弁１１を開く（ブロック１３０２）。
次にブロック１３０１の比較結果が逆流条件であれば、排気ガス再循環ガス流量制御弁１１を閉じる（ブロック１３０３）。
次にブロック１３０２により排気ガス再循環ガス流量制御弁１１が開かれた場合は、排気ガス再循環ガス流量（１）と排気ガス再循環ガス流量３の比較を行う（ブロック１３０４）。
次にブロック１３０４により排気ガス再循環ガス流量（１）と排気ガス再循環ガス流量３の差が所定値（例えば、排気ガス再循環ガス流量３に対して±５％）以上であれば、双方の値が一致するように排気ガス再循環ガス流量（１）の計算に用いる排気ガス再循環ガス通路断面積の値を修正する（ブロック１３０５）。
次にブロック１３０２により排気ガス再循環ガス流量制御弁１１が開かれた場合は再循環ガス流量（２）と排気ガス再循環ガス流量３の比較を行う（ブロック１３０６）。
次にブロック１３０６により排気ガス再循環ガス流量（２）と排気ガス再循環ガス流量３の差が所定値（例えば、排気ガス再循環ガス流量３に対して±５％）以上であれば、双方の値が一致するように排気ガス再循環ガス流量（２）の計算に用いる排気ガス再循環ガス通路断面積の値を修正する（ブロック１３０７）。
次にブロック１３０３により排気ガス再循環ガス流量制御弁１１が閉じられた場合は排気ガス再循環ガス流量（２）の値が予め定めた値との比較を行う（ブロック１３０８）。
次にブロック１３０８により排気ガス再循環ガス流量（２）の値が予め定めた値との比較を行った結果、予め定めた値より大きいと確認された場合は排気ガス再循環ガス流量制御弁１１の機能不具合として認識する（ブロック１３０９）。
次にブロック１３０８により排気ガス再循環ガス流量（２）の値が予め定めた値との比較を行った結果、予め定めた値以下であると確認された場合は排気ガス再循環ガス流量（１）の値が予め定めた値との比較を行う（ブロック１３１０）。
次にブロック１３１０にて排気ガス再循環ガス流量（１）の値が予め定めた値との比較を行った結果、予め定めた値より大きいと確認された場合は、排気ガス再循環ガス流量（１）の値がゼロと一致するように、排気ガス再循環ガス流量（１）の計算に用いる測定位置の異なる少なくとも２箇所以上の圧力測定位置間の排気ガス再循環ガス通路の距離の値を修正する（ブロック１３１１）。
次に、ある時刻における熱交換器１０の上流側と下流側の静圧の差と静圧の差の振幅との商を求め、さらにこの値と予め定めた値との差を求める（ブロック１３１２）。
次にブロック１３１２で求めた値がゼロ以上の場合、またはブロック１３０９にて排気ガス再循環ガス流量制御弁１１の機能不具合を認識した場合は、排気ガス再循環ガス流量（１）を計算結果とする（ブロック１３１３）。
次にブロック１３１２で求めた値がゼロより小さい場合は、排気ガス再循環ガス流量（２）を計算結果とする（ブロック１３１４）。
図１２は、本発明の測定方法における排気ガス再循環ガス流量計算手順の別の一例を示したものである。
本発明の測定方法は、周期的に測定と演算を繰り返し、演算結果を記憶する。
最初に排気ガス再循環ガス流量（１）と排気ガス再循環ガス流量（２）と排気ガス再循環ガス流量３を演算し、演算結果を記憶する（ブロック１４０１〜１４０３）。
次に排気圧力および排気温度センサ３，排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２の圧力測定部にて測定した少なくとも２箇所以上のある時刻における静圧の差と静圧の差の振幅との商を求め、これを脈動振幅比とし、脈動振幅比を記憶する（ブロック１４０４）。
次にブロック１４０４にて記憶された演算結果のうち、予め定めた回数分の演算結果を抽出し、抽出した演算結果の平均値を演算し、演算結果を脈動振幅比の平均値として記録する（ブロック１４０７）。
次にブロック１４０１とブロック１４０２にて記憶された演算結果のうち、予め定めた回数分の演算結果を抽出し、ブロック１４０１で求めた排気ガス再循環ガス流量（１）とブロック１４０２で求めた排気ガス再循環ガス流量３の値を用いて最小二乗法による相関係数を演算し、演算結果を相関係数１として記録する（ブロック１４０５）。
次にブロック１４０２とブロック１４０４にて記憶された演算結果のうち、予め定めた回数分の演算結果を抽出し、ブロック１４０３で求めた排気ガス再循環ガス流量（２）とブロック１４０２で求めた排気ガス再循環ガス流量３の値を用いて最小二乗法による相関係数を演算し、演算結果を相関係数２として記録する（ブロック１４０６）。
次にブロック１４０５〜１４０７にて記憶された演算結果のうち、予め定めた回数分の演算結果を抽出し、ブロック１４０７で求めた脈動振幅比の平均値とブロック１４０５で求めた相関係数１の値を用いて最小二乗法により近似線（ａ）（図１３参照）を求める。同時に、ブロック１４０７で求めた脈動振幅比の平均値とブロック１４０６で求めた相関係数２の値を用いて最小二乗法により近似線（ｂ）（図１３参照）を求める。次に近似線（ａ）と近似線（ｂ）が交わる点における脈動振幅比を求め、この値を切り替え判別値とする（ブロック１４０８）。
次にブロック１４０８にて求めた切り替え判別値とある時刻におけるブロック１４０４にて求めた脈動振幅比を比較し、切り替え判別値に対して脈動振幅比が大きいか否かによって、出力する数値をブロック１４０１にて求めた排気ガス再循環ガス流量（１）とブロック１４０３にて求めた排気ガス再循環ガス流量（２）とで切り替える（ブロック１４０９）。
図１３は実施例８のブロック１４０８において脈動振幅比に対して測定精度の高い排気ガス再循環ガス流量計測方法を選択する方法の一例を示したものである。
排気ガス再循環ガス流量（１）と排気ガス再循環ガス流量（２）の測定精度は、熱交換器１０の上流側と下流側の静圧の差と静圧の差の振幅との商より求めた脈動振幅比と関係があると考えられる。このため、排気ガス再循環ガス流量３との近似計算により相関係数を求めることで、精度の高い測定方法を識別することが可能である。図１３の例においては双方が交差する脈動振幅比１００となる測定条件が切り替え判別値となり、相関係数の高い測定方法が切り替わる。これを予め実験によって算出して切り替え判別値の初期値とする。この切り替え判別値は熱交換器１０内通路の汚損状態によって最適値が変化することから、エンジン１９の稼動開始後は排気ガス再循環ガス流量の測定毎に相関評価を行い、常に切り替え判別値を見直し、修正することで排気ガス再循環ガス流量の測定精度の低下を低減する。
内燃機関用途に限らず、高精度脈動流量計として他分野の工業製品にも適用できる。
本発明における測定に必要な機器の位置付け及び接続構成を示した説明図である。 本発明における測定の実施を行う別のセンサ取付例を示した説明図である（実施例１）。 本発明における測定の実施方法を示した説明図である（実施例１）。 本発明における測定の実施方法を示した説明図である（実施例１）。 本発明における測定の実施方法を示した説明図である（実施例２）。 本発明における測定の実施方法を示した説明図である（実施例３）。 本発明における測定の１つの実施方法を示したフローチャートである（実施例４）。 本発明における測定の別の実施方法を示したフローチャートである（実施例５）。 本発明における測定の別の実施方法を示したフローチャートである（実施例６）。 本発明における測定の別の実施方法を示したフローチャートである（実施例７）。 本発明における測定の実施方法を示した説明図である（実施例８）。 本発明における測定の実施方法を示した説明図である（実施例８）。 脈動振幅比と相関係数との関係を示す図。
符号の説明
１ アクセル開度センサ
２ 吸入空気流量センサ
５ インジェクタ
７ 触媒
８ ＥＣＵ
９ 排気ガス再循環ガス通路
１０ 熱交換器
１１ 排気ガス再循環ガス流量制御弁
１３ スロットル
１４ 吸気圧センサ
１５ 燃料ポンプ
１６ インタークーラ
１７ エアクリーナ
１８ 燃焼室
１９ エンジン
２０ 吸気管
２２ 燃料配管
２３ 排気管
２４ 吸入空気流量
２５ 排気ガス再循環ガス流量
２６ 吸気流量

Claims (6)

  1. 内燃機関の排気ガス再循環ガス通路に設けられ、該排気ガス再循環ガス通路の流量を調節する制御弁と排気ガス再循環ガスを冷却する熱交換器と該熱交換器の前後通路における少なくとも２箇所以上の再循環ガス圧力を測定する圧力センサ，排気ガス再循環ガスの温度を測定する温度センサ，吸入空気通路に設けられ、吸入空気流量を測定する吸入空気流量センサを備えた排気ガス再循環ガス流量測定装置。
  2. 前記圧力センサにて測定した、測定位置の異なる少なくとも２箇所以上の圧力測定位置間の排気ガス再循環ガス通路の距離と圧力の波形の位相差時間と前記熱交換器の排気ガス再循環ガス通路断面積により排気ガス再循環ガス流量を算出する排気ガス再循環ガス流量測定手段１と、前記圧力センサにて測定した測定位置の異なる少なくとも２箇所以上の圧力の差と前記熱交換器の排気ガス再循環ガス通路断面積により排気ガス再循環ガス流量を算出する排気ガス再循環ガス流量測定手段２と、前記吸入空気流量センサにて測定した吸入空気流量と予め定めた値との差により排気ガス再循環ガス流量を算出する排気ガス再循環ガス流量測定手段３を具えたことを特徴とする再循環ガス流量測定方法。
  3. 請求項２において、前記制御弁を閉じ、かつ、前記排気ガス再循環ガス流量測定手段２により測定した排気ガス再循環ガス流量２が予め定めた値以下となる場合、前記排気ガス再循環ガス流量測定手段１により測定した排気ガス再循環ガス流量１の値がゼロとなるように、前記排気ガス再循環ガス流量測定手段１の計算に用いる前記測定位置の異なる少なくとも２箇所以上の圧力測定位置間の排気ガス再循環ガス通路の距離の値を修正することを特徴とする排気ガス再循環ガス流量測定方法。
  4. 請求項２において、前記排気ガス再循環ガス流量測定手段３によって測定した排気ガス再循環ガス流量３と、前記排気ガス再循環ガス流量測定手段１によって測定した排気ガス再循環ガス流量１の測定流量差が予め定めた値より大きい場合、前記測定流量差がゼロとなるように、前記排気ガス再循環ガス流量測定手段１の計算に用いる熱交換器の排気ガス再循環ガス通路断面積の値を修正することを特徴とする排気ガス再循環ガス流量測定方法。
  5. 請求項２において、前記排気ガス再循環ガス流量測定手段３によって測定した排気ガス再循環ガス流量３と、前記排気ガス再循環ガス流量測定手段２によって測定した排気ガス再循環ガス流量２の測定流量差が予め定めた値より大きい場合、前記測定流量差がゼロとなるように、前記排気ガス再循環ガス流量測定手段２の計算に用いる熱交換器の排気ガス再循環ガス通路断面積の値を修正することを特徴とする排気ガス再循環ガス流量測定方法。
  6. 請求項２において、前記圧力センサにて測定した少なくとも２箇所以上の圧力の差と圧力の差の振幅との商と、予め定めた値との差を用いて、排気ガス再循環ガス流量の測定に用いる前記排気ガス再循環ガス流量測定手段１と、前記排気ガス再循環ガス流量測定手段２のいずれか１つを選択することを特徴とする排気ガス再循環ガス流量測定方法。
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