JP2015206328A - 湿度検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】湿度センサで検出した湿度情報を複数の車載機器で共有するのに適した自動車エンジンの湿度検出システムを提供する。【解決手段】自動車エンジンの湿度検出システムは、エンジンが吸入する空気の湿度を検出する湿度センサと、該吸入空気と一緒に吸入された異物を捕捉するエアフィルタと、を備える自動車エンジンの湿度検出システムにおいて、前記湿度センサが前記エアフィルタの上流側に取り付けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車の内燃機関における吸入空気の湿度検出システムに関する。

空気中で燃料を燃焼させるエンジンや、乗員の快適性を維持するための空調システムは自動車に欠かせないものであり、いずれも空気を利用する。空気には湿度があるためこれらの制御用にそれぞれ湿度センサが使用されている。

特許文献１には、エンジン制御用として、エアクリーナー下流に湿度センサを装着する例が示されている。また、特許文献２には、空調制御用として、外気導入通路中に湿度センサを配置する例が示されている。

図１は従来の湿度センサの配置を示している。エンジン制御用の湿度センサ１００はエアフィルタ１０２の下流側に取り付けられており、外気１０４は最初の吸気ダクト１１０を通ってエアクリーナーのフィルタ上流ボックス１０３に導入され、エアフィルタ１０２を通過した後、フィルタ下流ボックス１０１を経てエンジン制御用湿度センサ１００に導入される。一方、空調制御用の外気湿度センサ１０８は外気１０４がワイパー駆動部近辺から導入され、ダッシュボード内のブロワによって内部へ圧送されるため、このブロワやダンパーの近傍に配置されるのが一般的である。

エンジン制御用の湿度センサ１００はエンジン制御ＥＣＵ（ＥＣＵ１）１０５に接続され、エンジン制御に利用される。一方、空調用の湿度センサ１０８は空調制御ＥＣＵ（ＥＣＵ２）１０６に接続されており、空調制御に利用される。ＥＣＵ１００とＥＣＵ１０５はＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの車内通信線１０７で接続されている。

これら二つのＥＣＵ１００、１０５は車内通信線１０７で接続されていても、湿度センサ１００および１０８が独立して配置されているため、どちらかを相互に利用することはない。

特開２００８−２８６０１９号公報 特開平１１−３４２７３４号公報

自動車に搭載される複数の制御装置で空気湿度センサの情報を利用する場合、その制御装置の制御対象によってそれぞれ湿度を測定すべき場所が異なるため、湿度センサを制御装置毎に設ける必要がある。たとえば室内空調制御装置は、車外空気の湿度が重要であるので外気導入口付近に湿度センサを設置する必要があるし、エンジン制御装置ではエンジン吸気部の湿度が重要であるので、エンジンの空気導入ダクトに配置する必要がある。このため同じ空気湿度を計測する目的であるにもかかわらず湿度センサを異なる場所にそれぞれ設置しており、制御システムの価格上昇や、配線信頼性の低下や、部品搭載場所の確保や、車両重量の増加などの課題があった。

本発明の目的は、湿度センサで検出した湿度情報を複数の車載機器で共有するのに適した自動車エンジンの湿度検出システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の自動車エンジンの湿度検出システムは、エンジンが吸入する空気の湿度を検出する湿度センサと、該吸入空気と一緒に吸入された異物を捕捉するエアフィルタと、を備える自動車エンジンの湿度検出システムにおいて、前記湿度センサが前記エアフィルタの上流側に取り付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、湿度センサで検出した湿度情報を複数の車載機器で共有するのに適した自動車エンジンの湿度検出システムを提供することが可能となる。

従来の技術を説明する概略図 本発明の一実施例における湿度センサの配置を示す概略図 本発明の一実施例における湿度センサの配置を示す概略図 本発明の一実施例における湿度センサの配置を示す概略図 車両停止後の湿度の挙動を示す概略図 単一の湿度センサで複数のＥＣＵへ湿度情報分配することを示す概略図 湿度の拡散が収束するまでの補正湿度値を説明する概略図 湿度の拡散の開始から収束までを判定する方法を説明する概略図 本発明の一実施例における車両停止後の湿度の挙動を示す概略図 本発明の一実施例における車両停止後の湿度の挙動を示す概略図 本発明の動きを説明するフローチャート

図１は従来の湿度センサの配置を示している。エンジン制御用の湿度センサ１００はエアフィルタ１０２の下流側に取り付けられており、外気１０４は最初の吸気ダクト１１０からエアクリーナー１１１のフィルタ上流ボックス１０３に導入され、エアフィルタ１０２を通過した後、フィルタ下流ボックス１０１を経てエンジン制御用湿度センサ１００に導入される。一方、空調制御用の外気湿度センサ１０８は外気１０４がワイパー駆動部近辺から導入され、ダッシュボード内のブロワによって内部へ圧送されるため、このブロワやダンパーの近傍に配置されるのが一般的である。エンジン制御用の湿度センサ１００はエンジン制御ＥＣＵ（ＥＣＵ１）１０５に接続され、エンジン制御に利用される。一方、空調用の湿度センサ１０８は空調制御ＥＣＵ（ＥＣＵ２）１０６に接続されており、空調制御に利用される。これらのＥＣＵ１０５、１０６はＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの車内通信線１０７で接続されている。

エンジン制御ＥＣＵ１０５と空調制御ＥＣＵ１０６は車内通信線１０７で接続されていても、湿度センサ１００および１０８が独立して配置されているため、どちらかを相互に利用することはない。

本発明の第一実施例について図２を用いて説明する。図２は本発明の湿度センサの配置を示している。本発明の第一実施例では湿度センサ１００は単一であり、エンジンの吸気流れにおける最初の吸気ダクト１１０上に配置される。湿度センサ１００の信号はエンジン制御用ＥＣＵ１０５のみに入力され、湿度センサ１００の情報は車内通信線１０７にて空調用ＥＣＵ１０６へ転送される。本発明の第一実施例の配置によれば、湿度センサ１００は外気１０４をエアクリーナー１１１よりも上流で湿度を検出することになり、エンジンから発生する水分や、エアフィルタ１０２が吸湿している水分の影響が少なくなるため、精度よく吸入空気に含まれる水分量を検出することができる。また、エアクリーナー１１１の下流側は、エンジン運転中や走行中にエンジン吸気または走行の動圧を受けるため、外気の湿度を精度よく検出することが難しいところ、本発明の第一実施例によれば外気１０４の湿度を精度よく検出できるようになる。そのため、エンジン制御用の湿度センサ１００の信号を用いて空調制御用も行う場合に特に有利である。

本発明の第二実施例について図４、図５、図７、図８を用いて説明する。なお、第一実施例と同様の構成については説明を省略する。

本発明者の誠意検討の結果、エンジン制御用の湿度センサ１００は、エンジンや車両が停止してから一定期間はエンジン側で発生した水分や、エアフィルタ１０２が吸湿した水分を検出してしまうため、エンジンが停止してから一定期間の間は外気１０４の湿度を正しく検出できない場合があることを発見した。

湿度を正しく検出できない状況について、図４Ａを用いて説明する。図４Ａにおけるグラフは横軸を時間、縦軸を湿度とし、エンジン運転中から停止、又は車両走行中から停車までのエンジン制御用湿度センサ１００が検出した信号を模式的に示したものである。ここでは絶対水分量を示す混合比を検出湿度として説明するが、これが相対湿度であっても本発明の効果は同一である。また、車両の走行と停車で車両状態を示しているが、これをエンジンの運転状態と置き換えてもよい。

車両が走行状態４０１であるときは、エンジンが外気を連続的に吸入しているため湿度センサ１００と外気の湿度４０６はほぼ同一で、エンジン制御用湿度センサ１００の情報を空調用ＥＣＵ１０６でも使用することが出来る。やがて車両が停止状態４０２となったとき、湿度４００は大きく上昇する。これはエンジンの燃焼に伴った水分がエンジン内や、排気系、さらにはＥＧＲ（排ガス再循環）冷却器内に残留しており、エンジン停止で吸気の流れが停止するため、湿度の拡散現象によってエンジン制御用湿度センサ１００にまで水分が到達するためである。湿度は空気中における水分の濃度と見なせるため、湿度拡散の速度Ｎａは以下の式に表される。
Ｎａ＝Ｄａｂ・（Ｃ₁−Ｃ₂）／δ
ここで、
（Ｃ₁−Ｃ₂） 拡散元と拡散先の濃度差（湿度差）
δ 距離
Ｄａｂ 拡散係数
これは拡散速度が湿度差に比例し、距離に反比例することを示している。

よって、湿度４００は、車両が停止すると湿度の拡散によって一時的に上昇するも、車両停止直後の水分はそれ以上増えないため、拡散によって徐々に濃度差が低下してゆき、最終的には外気の湿度４０６と同一になる。湿度センサ１００が車両停止後のエンジン水分を計測している状態は、外気の湿度を検出せねばならない空調制御用ＥＣＵ１０６では使用すべき値ではないため、湿度センサ１００の情報はエンジン制御用ＥＣＵ１０５だけで利用される。

このような制限は空調制御用ＥＣＵ１０６とっては制約となるが、エンジン水分の拡散が収束していない期間を推定すれば短縮可能である。これは一度エンジンからの水分拡散が収束した後は外気の水分の拡散を受けるため、再度外気の湿度４０６を検出可能となるためである。

本発明における第一の実施例では、この期間をＴｓｔｐ４０５とし、車両停止時からの経過時間によってエンジンからの水分拡散の収束を判断する。さらにこのＴｓｔｐ４０５はエンジン停止前のエンジン負荷、冷却水温、車両停止地点の高度、排気ガス再循環装置などの状態に応じて可変とすることが望ましい。

図４Ｂは本発明を使用したときの湿度センサ１００と、エンジン制御用ＥＣＵ１０５と空調制御用ＥＣＵ１０６の接続関係を示している。湿度センサ１００はエンジン制御用ＥＣＵ１０５にのみ接続され、湿度センサ１００が検出した湿度情報は社内通信線１０７を経由して空調制御用ＥＣＵ１０６へ送られる。空調制御用ＥＣＵ１０６は専用の湿度センサを具備しておらず、エンジン制御用ＥＣＵ１０５から送られてきた湿度情報を使用して空調の制御を行う。車両停止時では、空調制御用ＥＣＵ１０６は、水分の拡散が収束するまでは湿度情報を使用しない。すなわち、車両停止後における湿度の拡散が収束するまでの一定期間の間に湿度センサ１００で計測された値は、空調制御用ＥＣＵ１０６では用いないこととする。また、エンジンの状態で置き換えると、エンジン停止後における車両停止後における湿度の拡散が収束するまでの一定期間の間に湿度センサ１００で計測された値は、空調制御用ＥＣＵ１０６では用いないこととする。これにより、空調制御の誤動作を防止することが可能である。

本発明の第二実施例のさらなる好例を、図５を用いて説明する。図５には、空調制御用ＥＣＵ１０６で湿度情報を使用できない状態を防ぐために、エンジン制御用ＥＣＵ１０５が空調制御ＥＣＵ１０６用に補正を行い、空調制御ＥＣＵ１０６へ信号線１０７を介して送出した湿度情報を使用する例を示している。

エンジン制御用ＥＣＵ１０５は、車両が停止する直前の湿度情報を保持しこれをＨＵｈｏｌｄ５０１とする。湿度の拡散が収束していないと判断される間、このＨＵｈｏｌｄ５０１を空調制御ＥＣＵ１０６へ送出すれば、空調制御ＥＣＵ１０６専用の湿度センサがなくとも従来どおりの空調制御が可能である。

図８は前記の動作をＥＣＵ１０５とＥＣＵ１０６の区別なく複合的にフローチャートにしたものである。Ｓｔａｒｔ７００は任意の処理タスクから定期的に呼び出されるプログラムの一部の開始点を示している。車両が走行中であるかどうかを判定する処理７０１で車両が走行中であれば湿度センサ１００の情報はＥＣＵ１０５及びＥＣＵ１０６で利用できるため処理７０３へジャンプする。もし処理７０１で車両が停止中であれば湿度の拡散が収束したかどうかを判定する時間Ｔｓｔｐ４０５経過しているかどうかを処理７０２で判定する。Ｔｓｔｐ４０５経過していないならば、湿度の拡散が収束していないので処理７０５でＥＣＵ１０６が湿度センサ１００の情報を利用しないか、又はＥＣＵ１０５から車両停止直前の湿度情報ＨＵｈｏｌｄ５０１をＥＣＵ１０６へ送信し、その後はＥｎｄ７０６へジャンプして次の呼び出しを待つ。一方処理７０２でＴｓｔｐ経過している場合は、すでに湿度の拡散が収束したとみなし、車両が走行中であるときと同様に処理７０３を実行する。処理７０３を実行するときは処理７０４で常にＥＣＵ１０６用補正湿度ＨＵｈｏｌｄ５０１を計算、更新し処理７０５での利用に備える。

次に本発明の第二実施例における湿度センサ１００の取付位置について説明する。

まず、図１に示す従来例のように、エアフィルタ１０２の下流に湿度センサ１００を装着した場合について説明する。エアフィルタ１０２の下流を流れる空気は、エアフィルタ１０２により異物がほとんど除去されているため、エアフィルタ１０２の下流側に取り付けられる湿度センサ１００は、湿度センサ１００の汚損に対して有利である。そして、エアフィルタ１０２が吸湿している場合であっても、湿度センサ１００はこの水分を含んだ空気の湿度を検出することができ、エンジン制御の精度を高めることも可能である。すなわち、下流側においては、耐汚損性、エンジン制御の点で特に有利である。

また、本発明の第一実施例のように湿度センサ１００をエアフィルタの上流に装着した場合は、上述した第一実施例の効果を得ることが可能である。そして、エアフィルタの上流に装着した場合は、エンジンと湿度センサ１００の間にエアフィルタ１０２があり、エンジンから湿度センサ１００までの距離が長いことから、車両停車時（エンジン停止時）におけるエンジンからの水分の影響が小さくなる。そのため、図７Ｂに示すように、湿度の拡散が収束するまでの期間がエアフィルタの下流と比べて短くなり、湿度センサ１００で計測された値を空調制御用ＥＣＵ１０６では用いない期間が短くなる。よって、上流側においては空調制御の点で特に有利である。

本発明の第二実施例によれば、湿度センサをエンジン制御用と空調制御用に個別に設けずとも、湿度センサ１００のみで、湿度センサを利用したエンジン制御及び、空調制御が可能となる。

本発明の第三実施例を図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。なお、第一実施例、第二実施例と同様の構成については説明を省略する。本発明の第三実施例では湿度センサ１００を吸気レゾネータ３０１の中へ取り付けている。

図１に示す従来例では、湿度センサ１００を吸気ダクト１１０の吸気通路中へ挿入している構成としているが、この構成では湿度センサ本体と流れによって発生する圧力損失がエンジン性能を損なう場合がある。これは特にダクト内径の小さい小排気量エンジンで顕著である。一方、レシプロエンジンではエンジンの吸気運動が間欠であるために常に吸気が振動し、吸気ダクトを空気の流れとは逆向きに伝播して車外へ大きな吸気騒音が発生する。これを消音するため、多くのエンジンでヘルムホルツ共鳴を利用した吸気レゾネータ３０１、３０５が取り付けられている。吸気レゾネータ３０１、３０３は吸気ダクト１１０から分岐した格好で密閉容積を持つ。湿度センサ１００はこの容積内の空気の湿度を測定するよう取り付けられる。エンジン運転中は吸気の脈動による空気移動３０２が常に発生し、さらに前記拡散現象も加わるため、レゾネータ３０１、３０３内の空気湿度は吸気ダクト１１０内と大差がない。よってレゾネータ３０１、３０３内に湿度センサ１００を挿入した場合であっても、直接吸気ダクト１１０内に湿度センサ１００を挿入したときと大差ない湿度検出が可能である。この場合、湿度センサ１００が吸気通路に挿入されないため、湿度センサ１００を装着することによる圧力損失を低減することが出来る。さらに、湿度センサ１００の装着位置の自由度が高まる効果もある。そして、吸気ダクトに含まれる汚損物は慣性力に従い、レゾネータ３０１、３０３には進入しにくいため、耐汚損性が向上する。

本発明の第三実施例におけるレゾネータの取付位置及びその効果について説明する。

図３Ａのように、エアフィルタ１０２の下流に取り付けられているレゾネータ３０３に湿度センサ１００を装着した場合について説明する。エアフィルタの下流を流れる空気はエアフィルタにより異物がほとんど除去されているため、エアフィルタ１０２の下流側に取り付けられるレゾネータ３０３は、湿度センサ１００の汚損に対して有利である。また、エアフィルタ１０２が吸湿している場合であってもこの水分を検出することができ、エンジン制御の精度を高めることも出来る。そして、本発明の第二実施例と組み合わせた場合に、第二実施例の効果を更に得ることができる。すなわち、第二実施例において、エアフィルタ１０２の下流に取り付けられているレゾネータ３０３に湿度センサ１００を装着した場合、耐汚損性、エンジン制御の点で特に有利である。

次に、図３Ｂのように、エアフィルタ１０２の上流に取り付けられるレゾネータ３０１
に湿度センサ１００を装着した場合について説明する。エアフィルタの上流に湿度センサ１００が装着されている点で、第一実施例と同様の効果を奏する。そして、第二実施例と組み合わせた場合に、第二実施例で記載した効果を更に得ることができる。

図３Ａ及び図３Ｂでは湿度センサ１００をレゾネータ３０１、３０３に取り付けているが、吸気ダクト１１０とレゾネータ３０１、吸気ダクト３０５とレゾネータ３０３を接続する配管３０４や３０６に取り付けても同様の効果が得られる。

本発明の第四実施例について図６を用いて説明する。本発明の第四実施例は、Ｔｓｔｐを推定する別の実施例を示している。なお、第一から第三実施例と同様の構成については説明を省略する。図６におけるグラフは車両が走行している状態から停止した後の湿度４００の動きと、その微分値６０１の挙動である。車両が停止すると湿度が拡散を開始するため湿度４００は急激に上昇する。湿度４００の微分値６０１もプラスとなるため、しきい値６０２をこえたところで拡散の開始と判定する。その後湿度４００はピークをむかえ、外気の湿度４０６側へ降下を始める。このとき微分値６０１はマイナス側へ変化し、その値は徐々にゼロへ近づいてゆく。このマイナス側の微分値がしきい値６０３を超えたときを拡散の収束と見なす。つまり、拡散の収束期間６０４がより高い精度で決定できる。この実施例によれば車両停止直前の湿度や、エンジンからの水分量が変化してもそれに応じた拡散の収束判断が可能となり、ＥＣＵ２が湿度センサ１００の情報を直接利用できない期間が正確に把握できる。そして、第三実施例と組み合わせた場合に、第三実施例で記載した効果をさらに得ることができる。

上述したように、本発明によれば、車両に搭載される湿度センサを１つに集約できるため、制御システムの価格を低減できる。配線数が減少して制御システムの信頼性を高めることができる。複数の湿度センサ搭載場所の確保が不要となるため、ひいては車両を低価格で高い信頼性で軽量に製造できる。

１００ エンジン用湿度センサ
１０２ エアフィルタ
１０５ エンジン制御用ＥＣＵ
１０６ 空調制御用ＥＣＵ
１０７ 社内通信線
１０８ 空調用湿度センサ
１１０ エアフィルタ前の吸気ダクト
３０１ エアフィルタ前のレゾネータ
３０３ エアフィルタ後のレゾネータ
３０５ エアフィルタ後の吸気ダクト
４００ エンジン用湿度センサの検出湿度
４０６ 外気の湿度
５０１ ＥＣＵ２へ送出する補正湿度値
６０１ エンジン用湿度センサ検出値の微分値
６０２ 第一のしきい値
６０３ 第二のしきい値

Claims (15)

1. エンジンが吸入する空気の湿度を検出する湿度センサと、該吸入空気と一緒に吸入された異物を捕捉するエアフィルタと、を備える自動車エンジンの湿度検出システムにおいて、前記湿度センサが前記エアフィルタの上流側に取り付けられていることを特徴とする自動車エンジンの湿度検出システム。
2. 前記エアフィルタの上流側にレゾネータを有し、
   前記湿度センサが前記レゾネータ内に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の自動車エンジンの湿度検出システム。
3. 前記湿度センサで検出した湿度情報を、エンジン制御以外の他の車両制御にも利用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動車エンジンの湿度検出システム。
4. エンジンが停止状態における所定期間に前記湿度センサが検出した情報を前記他の車両制御は利用しないことを特徴とする請求項３に記載の自動車エンジンの湿度検出システム。
5. 前記所定期間では、前記他の車両制御は、エンジンが運状態である場合に前記湿度センサが検出した湿度情報を利用することを特徴とする請求項４に記載の自動車エンジンの湿度検出システム。
6. 前記他の車両制御は空調制御であり、前記湿度センサの検出情報を外気湿度として用いることを特徴とする請求項５に記載の自動車エンジンの湿度検出システム。
7. 前記所定期間は、エンジンが停止状態となったときから湿度の拡散が収束するまでの間であることを特徴とする請求項５に記載の自動車エンジンの湿度検出システム。
8. 前記所定期間は、湿度の拡散が開始してから湿度の拡散が収束するまでの間であることを特徴とする請求項５に記載の自動車エンジンの湿度検出システム。
9. 前記所定期間は、前記湿度センサの検出値が閾値以上となる期間であることを特徴とする請求項５に記載の自動車エンジンの湿度検出システム。
10. 前記閾値を、エンジン停止前のエンジン負荷、冷却水温、車両停止地点の高度、排気ガス再循環装置の動作状態の少なくとも一つによって可変することを特徴とした請求項９に記載の自動車エンジンの湿度検出システム。
11. 前記所定期間の開始が、車両が停止かつ、湿度センサで検出した湿度の微分値が第一の閾値を超えてからであることを特徴とする請求項５に記載の自動車エンジンの湿度検出システム。
12. 前記所定期間の終了が、前記微分値のマイナス側のピーク経過後であって第二のしきい値を超えるまでであり、前記第一のしきい値と前記第二のしきい値の符号が逆であることを特徴とする請求項１１に記載の自動車エンジンの湿度検出システム。
13. エンジンが停止状態である場合、前記他の車両制御は、湿度の拡散が収束するまでの間は前記湿度センサで検出した湿度情報を利用しないことを特徴とする請求項３に記載の自動車エンジンの湿度検出システム。
14. エンジンが停止状態である場合、前記他の車両制御は、湿度の拡散が収束するまでの間は、エンジンが運状態である場合に前記湿度センサが検出した湿度情報を利用することを特徴とする請求項３に記載の自動車エンジンの湿度検出システム。
15. エンジン制御用のＥＣＵと他の車両制御用のＥＣＵを有し、
    前記湿度センサの検出情報を信号性により各ＥＣＵに分配することを特徴とする請求項３に記載の自動車エンジンの湿度検出システム。