JP2019039400A - 内燃機関の排気ガス流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気系装置の作動状態を考慮して排気ガス流量を正確に推定する。【解決手段】内燃機関１の排気通路４の所定位置Ｐにおける排気ガス流量を測定するための装置は、内燃機関の吸気通路３に設けられた吸気流量センサ１３と、吸気流量センサにより検出された吸気流量に基づいて所定位置の排気ガス流量を推定する推定部１００と、排気通路に設けられ、作動状態に応じて所定位置の排気ガス流量を変化させる排気系装置３７とを備える。推定部は、現時点より遅延時間だけ前の吸気流量センサの検出値を現時点の排気ガス流量の値として推定し、排気系装置の作動状態が排気ガス流量減少側であるときには、排気ガス流量増加側であるときに比べ、遅延時間を短くする。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気ガス流量測定装置に係り、特に、内燃機関の排気通路の所定位置における排気ガス流量を測定するための装置に関する。

内燃機関においては一般的に、排気ガス流量をセンサにより直接検出することは比較的希であり、むしろ、吸気通路に設けられた吸気流量センサにより吸気流量を検出し、この吸気流量に基づいて排気ガス流量を推定することが多く行われている（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−１３８４２号公報

ところで、作動状態に応じて排気ガス流量を変化させる排気系装置が排気通路に設けられている場合がある。この場合、排気系装置の作動状態に応じて排気ガス流量が変化するため、その作動状態も考慮しないと、排気ガス流量を正確に推定することができない。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、排気系装置の作動状態を考慮して排気ガス流量を正確に推定することができる内燃機関の排気ガス流量測定装置を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
内燃機関の排気通路の所定位置における排気ガス流量を測定するための装置であって、
前記内燃機関の吸気通路に設けられた吸気流量センサと、
前記吸気流量センサにより検出された吸気流量に基づいて前記所定位置の排気ガス流量を推定する推定部と、
前記排気通路に設けられ、作動状態に応じて前記所定位置の排気ガス流量を変化させる排気系装置と、
を備え、
前記推定部は、
現時点より遅延時間だけ前の前記吸気流量センサの検出値を現時点の排気ガス流量の値として推定し、
前記排気系装置の作動状態が排気ガス流量減少側であるときには、排気ガス流量増加側であるときに比べ、前記遅延時間を短くする
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス流量測定装置が提供される。

好ましくは、前記推定部は、前記内燃機関の回転速度に基づいて基本遅延時間を算出し、前記排気系装置の作動状態に応じて補正値を算出し、前記基本遅延時間と前記補正値に基づいて前記遅延時間を算出し、
前記排気系装置の作動状態が排気ガス流量減少側であるときには、排気ガス流量増加側であるときに比べ、前記基本遅延時間をより短い時間に補正するような前記補正値を算出する。

好ましくは、前記排気系装置は、排気スロットルバルブを含み、
前記推定部は、前記排気スロットルバルブの開度が小さいときには、大きいときに比べ、前記遅延時間を短くする。

好ましくは、前記推定部は、前記排気スロットルバルブの開度が最小のとき、前記遅延時間をゼロとする。

本発明によれば、排気系装置の作動状態を考慮して排気ガス流量を正確に推定することができる。

内燃機関の構成を示す概略図である。 ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着特性を示すグラフである。 補正係数を算出するためのマップを示す。 尿素水噴射量に対する各量の関係を示すグラフである。 基本遅延時間を算出するためのマップを示す。 補正値を算出するためのマップを示す。 排気ガス流量測定ルーチンのフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し本発明は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

図１は、本実施形態の排気ガス流量測定装置が適用された内燃機関を示す。内燃機関（エンジンともいう）１は、車両（図示せず）に搭載された多気筒エンジンである。本実施形態において、車両はトラック等の大型車両であり、これに搭載される車両動力源としてのエンジン１は直列４気筒ディーゼルエンジンである。しかしながら、車両および内燃機関の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジン１はガソリンエンジンであってもよい。

エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に接続された吸気通路３および排気通路４と、ターボチャージャ１４と、燃料噴射装置５とを備える。エンジン本体２は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品とを含む。

燃料噴射装置５は、コモンレール式燃料噴射装置からなり、各気筒に設けられた燃料噴射弁すなわちインジェクタ７と、インジェクタ７に接続されたコモンレール８とを備える。インジェクタ７は、シリンダ９内すなわち燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタである。コモンレール８は、インジェクタ７から噴射される燃料を高圧状態で貯留する。

吸気通路３は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された吸気マニホールド１０と、吸気マニホールド１０の上流端に接続された吸気管１１とにより主に画成される。吸気マニホールド１０は、吸気管１１から送られてきた吸気を各気筒の吸気ポートに分配供給する。吸気管１１には、上流側から順に、エアクリーナ１２、エアフローメータ１３、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４Ｃ、インタークーラ１５、および電子制御式の吸気スロットルバルブ１６が設けられる。エアフローメータ１３は、エンジン１の単位時間当たりの吸入空気量すなわち吸気流量を検出するためのセンサであり、マスエアフロー（ＭＡＦ）センサ等とも称される。

排気通路４は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された排気マニホールド２０と、排気マニホールド２０の下流側に接続された排気管２１とにより主に画成される。排気マニホールド２０は、各気筒の排気ポートから送られてきた排気ガスを集合させる。排気管２１、もしくは排気マニホールド２０と排気管２１の間には、ターボチャージャ１４のタービン１４Ｔが設けられる。タービン１４Ｔより下流側の排気通路４には、上流側から順に、酸化触媒２２、フィルタ２３、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）２４およびアンモニア酸化触媒２６が設けられる。これらは排気後処理を実行する後処理部材をなす。フィルタ２３とＮＯｘ触媒２４の間の排気通路４には、還元剤としての尿素水を排気通路４内に噴射する還元剤噴射弁としての尿素インジェクタ２５が設けられる。

酸化触媒２２は、排気中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温する。フィルタ２３は、所謂連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタであり、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭとも称す）を捕集すると共に、その捕集したＰＭを貴金属と反応させて連続的に燃焼除去する。フィルタ２３には、ハニカム構造の基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのものが用いられる。

ＮＯｘ触媒２４は、尿素インジェクタ２５から噴射された尿素水を加水分解して得られるアンモニアを、排気中のＮＯｘと反応させて、ＮＯｘを還元浄化する。ＮＯｘ触媒２４は、ゼオライト又はアルミナなどの基材表面にＰｔなどの貴金属を担持したものや、その基材表面にＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持させたもの、その基材表面にチタニヤ／バナジウム触媒（Ｖ₂Ｏ₅／ＷＯ₃／ＴｉＯ₂）を担持させたもの等が例示できる。アンモニア酸化触媒２６は、ＮＯｘ触媒２４から排出された余剰アンモニアを酸化して浄化する。

エンジン１はＥＧＲ装置３０をも備える。ＥＧＲ装置３０は、排気通路４内（特に排気マニホールド２０内）の排気ガスの一部（ＥＧＲガスという）を吸気通路３内（特に吸気マニホールド１０内）に還流させるためのＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁３３とを備える。ＥＧＲ装置３０は外部ＥＧＲを実行するためのものである。

また、本実施形態は、それぞれ排気通路４に設けられた電子制御式の排気スロットルバルブ３７と、排気インジェクタ３８とを備える。本実施形態において、これらはタービン１４Ｔと酸化触媒２２の間の排気通路４に設けられ、排気スロットルバルブ３７より下流側に排気インジェクタ３８が配置される。但しこれらの設置位置は変更可能である。排気スロットルバルブ３７の作動状態に応じて排気ガス流量が変化させられる。排気インジェクタ３８は、主にフィルタ２３の再生時に排気通路４内に燃料を噴射するためのインジェクタである。

このエンジン１を制御するための制御装置が車両に搭載されている。制御装置は、制御ユニットもしくはコントローラをなす電子制御ユニット（ＥＣＵと称す）１００を有する。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、筒内インジェクタ７、吸気スロットルバルブ１６、尿素インジェクタ２５、ＥＧＲ弁３３、排気スロットルバルブ３７および排気インジェクタ３８を制御するように構成され、プログラムされている。なお特に断らない限り、吸気スロットルバルブ１６および排気スロットルバルブ３７は全開に制御されているものとする。

制御装置は、以下のセンサ類も有する。このセンサ類に関して、上述のエアフローメータ１３の他、エンジンの回転速度、具体的には毎分当たりの回転数（ｒｐｍ）を検出するための回転速度センサ４０と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ４１とが設けられる。また、酸化触媒２２、フィルタ２３およびＮＯｘ触媒２４の上流側入口部には排気温度を検出するための排気温センサ４２，４３，４４が設けられている。また、ＮＯｘ触媒２４の下流側出口部には排気温度を検出するための排気温センサ４６が設けられている。また、フィルタ２３の入口部および出口部の排気圧の差圧を検出するための差圧センサ４５が設けられている。

また、ＮＯｘ触媒２４の上流側入口部と下流側出口部には、それぞれ、排気中のＮＯｘを検出するための上流側ＮＯｘセンサ４７および下流側ＮＯｘセンサ４８が設けられている。これらＮＯｘセンサ４７，４８は、排気ガスのＮＯｘ濃度に相関した出力を発する。但しＮＯｘセンサ４７，４８はアンモニアも検出可能である。上流側ＮＯｘセンサ４７は尿素インジェクタ２５よりも上流側に設けられている。以上のセンサ類の出力信号はＥＣＵ１００に送られる。

次に、ＥＣＵ１００により実行される制御の内容について説明する。

まず、尿素インジェクタ２５から噴射される尿素水噴射量の制御の概要を説明する。尿素水噴射量Ｍは、概して後述する第１噴射量ＭＡと第２噴射量ＭＢと第３噴射量ＭＣの和として表され、式：Ｍ＝ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＣで表される。そしてＥＣＵ１００は、尿素水噴射量Ｍを算出すると共に、算出された尿素水噴射量Ｍに等しい量の尿素水を尿素インジェクタ２５から噴射させる。

第一に、ＮＯｘ触媒２４に流入するＮＯｘ量（流入ＮＯｘ量）に見合った第１噴射量ＭＡが算出される。流入ＮＯｘ量は、上流側ＮＯｘセンサ４７により検出されたＮＯｘ濃度と排気ガス流量の積で表される。排気ガス流量は、エアフローメータ１３により検出された吸気流量の値に基づいて算出される。流入ＮＯｘ量と第１噴射量ＭＡとの間の予め定められた関係、具体的にはマップ（関数でもよい。以下同様）が、ＥＣＵ１００に記憶され、ＥＣＵ１００はこのマップを参照して流入ＮＯｘ量に対応した第１噴射量ＭＡを算出する。ここでは、流入ＮＯｘを還元浄化するのに必要な最小限の噴射量、言い換えれば流入ＮＯｘ量に対し当量比が１となるような噴射量が第１噴射量ＭＡとして算出される。

なお、上流側ＮＯｘセンサ４７は排気通路４のより上流側の位置に設けられてもよい。また流入ＮＯｘ量は、エンジン運転状態（例えばエンジン回転数と筒内インジェクタ７の燃料噴射量）に基づいてＥＣＵ１００により推定してもよい。

第二に、ＮＯｘ触媒２４のアンモニア吸着量を目標吸着量に近づけるための第２噴射量ＭＢが算出される。すなわち、ＮＯｘ触媒２４はアンモニア吸着能を有し、多くのアンモニアを吸着する程、高いＮＯｘ浄化性能を発揮する。このため、ＮＯｘ触媒２４のアンモニア吸着量が推定されると共に、この推定吸着量と目標吸着量の差分に基づき、還元剤噴射量が制御される。アンモニア吸着量を推定する理由は、それを実測するのが困難だからである。

図２には、ＮＯｘ触媒２４のアンモニア吸着特性を示す。線ａは、実験等を通じて把握されるアンモニア吸着量の上限値もしくは吸着限界を示し、この上限値は、ＮＯｘ触媒２４の触媒温度が高くなる程、低くなる傾向がある。なお、実際のアンモニア吸着量が上限値のときにアンモニアが供給されると、そのアンモニアはＮＯｘ触媒２４に吸着できないので、ＮＯｘ触媒２４の下流側に流出し、アンモニアスリップを生じさせる。

線ａより所定のマージンだけ低吸着量側の目標値が線ｂの如く定められ、この線ｂがマップの形でＥＣＵ１００に記憶されている。

ＥＣＵ１００は、排気温センサ４４，４６の少なくとも一方の検出値に基づきＮＯｘ触媒２４の触媒温度を推定する。例えば、いずれか一方の検出値を触媒温度とみなしてもよいし、両方の検出値の平均値を触媒温度とみなしてもよい。そして推定した触媒温度（図２のＴｃ１）に対応したアンモニア吸着量の目標値Ｗｔ（図２のｃ点の値）をマップから算出する。なお触媒温度は直接検出してもよい。推定および検出を総称して取得という。

この目標吸着量Ｗｔと推定吸着量Ｗｅの差分ΔＷが式：ΔＷ＝Ｗｔ−Ｗｅにより求められ、この差分ΔＷに応じた第２噴射量ＭＢが算出される。差分ΔＷが大きい程、大きな第２噴射量ＭＢが算出される。

例えば図２のｄ点のように、推定吸着量Ｗｅが目標吸着量Ｗｔよりも少ない場合、差分ΔＷが正であるため、噴射量増大側の正の第２噴射量ＭＢが算出され、この第２噴射量ＭＢが噴射されることにより、推定吸着量Ｗｅが増大し、目標吸着量Ｗｔに徐々に近づいていく。他方、例えば図２のｅ点のように、推定吸着量Ｗｅが目標吸着量Ｗｔよりも多い場合、差分ΔＷが負であるため、ゼロまたは負の第２噴射量ＭＢが算出される。これにより、ＮＯｘ触媒２４に吸着したアンモニアがＮＯｘの還元に消費され、推定吸着量Ｗｅが減少し、目標吸着量Ｗｔに徐々に近づいていく。

アンモニア吸着量の推定方法については、公知方法を含め、様々な方法が採用可能である。本実施形態では、ＮＯｘ触媒２４におけるアンモニアとＮＯｘの反応を表す化学反応式に基づいて数学モデルを構築し、当該モデルに基づいてアンモニア吸着量をＥＣＵ１００により精度良く推定するようになっている。この際、ＥＣＵ１００は、尿素水噴射量Ｍ、ＮＯｘ触媒２４の触媒温度、排気ガス流量、上下流側ＮＯｘセンサ４７，４８の検出値、エンジン運転状態を表すエンジンパラメータ（エンジン回転数、燃料噴射量等）等のパラメータに基づいて、アンモニア吸着量を推定する。

第三に、ＮＯｘ触媒２４から流出したＮＯｘ量（流出ＮＯｘ量）に見合った第３噴射量ＭＣが算出される。具体的には、下流側ＮＯｘセンサ４８の出力（センサ出力）Ｖが所定の上限値Ｖｕｐ以下のときには、流出ＮＯｘ量が許容範囲内であるとして、ゼロの第３噴射量ＭＣが算出される。他方、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えたときには、流出ＮＯｘ量が許容範囲外であるため、尿素水噴射量を増やして流出ＮＯｘ量を抑制すべく、正の第３噴射量ＭＣが算出される。

このとき、センサ出力Ｖと上限値Ｖｕｐの差分ΔＶ（＝Ｖ−Ｖｕｐ）が算出され、この差分ΔＶに応じた第３噴射量ＭＣが算出される。こうして尿素水噴射量Ｍは、センサ出力Ｖに基づきフィードバック制御あるいはフィードバック補正されることとなる。

ここで本実施形態では、第３噴射量ＭＣは補正係数Ｋ（≧１）によって表される。つまり前式Ｍ＝ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＣは本実施形態の場合、Ｍ＝Ｋ×ＭＡ＋ＭＢ（＝ＭＡ＋ＭＢ＋（Ｋ−１）×ＭＡ）で表され、ＭＣ＝（Ｋ−１）×ＭＡとされる。図３に示すようなマップがＥＣＵ１００に記憶され、差分ΔＶがゼロから大きくなる程、１より大きな補正係数Ｋが算出される。また差分ΔＶがリミット値ΔＶ１（＞０）以上になったとき、補正係数Ｋはその上昇が抑制されてリミット値Ｋ１（＞１）に制限される。差分ΔＶがゼロ以下のとき補正係数Ｋは１である。

センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えたとき、差分ΔＶに応じた補正係数Ｋ（＞１）が算出され、ベース噴射量である第１噴射量ＭＡが補正係数Ｋによって増量補正され、その結果、尿素水噴射量Ｍが増量補正される。

なお、ここでは単純なフィードバック制御の例を示したが、フィードバック制御は周知のＰＩＤ制御等の手法を用いたより複雑なものであってもよい。また差分ΔＶに応じて第１噴射量ＭＡと無関係な加算項である第３噴射量ＭＣを算出し、式Ｍ＝ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＣにより尿素水噴射量Ｍを算出してもよい。

ところで、下流側ＮＯｘセンサ４８は、ＮＯｘだけでなく、アンモニアも検出可能であり、両者を区別して検出できない。このため、尿素水噴射量に対するＮＯｘ触媒下流側の流出ＮＯｘ量と、下流側ＮＯｘセンサ４８のセンサ出力と、ＮＯｘ触媒下流側に流出したアンモニア量（流出アンモニア量）との関係は、図４に示すようになる。

図の左端付近のように、尿素水噴射量が比較的少なく流入ＮＯｘ量に対して不足する場合、ＮＯｘ触媒２４が流入ＮＯｘを全て還元できないため、ＮＯｘ触媒下流側にＮＯｘが流出するＮＯｘスリップが起こる。そして流出ＮＯｘ量は多くなり、ＮＯｘセンサ出力も大きくなる。そして尿素水噴射量が増加するにつれ、尿素水噴射量が流入ＮＯｘ量に対して徐々に見合うようになって行くため、流出ＮＯｘ量が徐々に減少し、ＮＯｘセンサ出力も徐々に減少する。

しかし、更に尿素水噴射量を増加すると、尿素水噴射量が流入ＮＯｘ量に対して過剰となり、ＮＯｘ触媒２４から余剰のアンモニアが流出するアンモニアスリップが起こる。尿素水噴射量を増加するにつれ、流出アンモニア量も増加する。ＮＯｘセンサ４８はこのアンモニアを検出するため、尿素水噴射量を増加するにつれ、ＮＯｘセンサ出力は徐々に増加していくこととなる。

ＮＯｘスリップとアンモニアスリップがバランスするバランス点、すなわち、流出ＮＯｘ量と流出アンモニア量の両者をできるだけ最小化できる尿素水噴射量の値を図中Ｍｈで示す。Ｍｈより小噴射量側をＮＯｘスリップ領域、Ｍｈより大噴射量側をアンモニアスリップ領域とする。

ＮＯｘセンサ出力は、バランス点で極小値となる曲線を描く。よって、ＮＯｘセンサ出力のみによっては、ＮＯｘセンサ出力がＮＯｘスリップ領域にあるのか（ＮＯｘスリップが起こっているのか）、アンモニアスリップ領域にあるのか（アンモニアスリップが起こっているのか）を判別することができない。このため従来は、尿素水噴射量を強制的に増加または減少し、それに応じてＮＯｘセンサ出力が大小どちら側に変化するかを検出し、その結果に基づいて、ＮＯｘセンサ出力がいずれの領域にあるかを判別している。

例えば、尿素水噴射量を増量したときにＮＯｘセンサ出力が減少した場合はＮＯｘスリップ領域にある（ＮＯｘスリップが起こっている）と判定し、尿素水噴射量を増量したときにＮＯｘセンサ出力が増加した場合はアンモニアスリップ領域にある（アンモニアスリップが起こっている）と判定する。

さて、本実施形態において、排気ガス流量Ｇｅ（ｇ／ｓ）は、エアフローメータ１３により検出された吸気流量Ｇａ（ｇ／ｓ）の値に基づいて、ＥＣＵ１００により推定される。そして推定された排気ガス流量Ｇｅの値は、様々なパラメータの算出等に用いられる。本実施形態では前述したように、流入ＮＯｘ量の算出と、アンモニア吸着量の推定とに用いられる。またこの他、流出ＮＯｘ量の算出にも用いられる。流出ＮＯｘ量は、下流側ＮＯｘセンサ４８により検出されたＮＯｘ濃度と排気ガス流量との積で表される。流入ＮＯｘ量と流出ＮＯｘ量を用いてＮＯｘ浄化率も計算される（ＮＯｘ浄化率＝１−流出ＮＯｘ量／流入ＮＯｘ量）。これらのパラメータを用いて種々の診断も実行される。

本実施形態では、図１に示すように、排気通路４の所定位置Ｐ、具体的にはＮＯｘ触媒２４の上流側入口部に位置する上流側ＮＯｘセンサ４７の位置Ｐにおける排気ガス流量Ｇｅが推定される。但し所定位置Ｐは任意に設定可能である。

所定位置Ｐの排気ガス流量は、基本的に、エアフローメータ１３の位置から所定位置Ｐまでの輸送遅れ分の時間だけ前の時点での吸気流量に等しいとみなせる。言い換えれば、エアフローメータ１３で検出された吸気流量の値は、輸送遅れ分の時間だけ遅れて所定位置Ｐに出現する。従って本実施形態では、現時点ｔより遅延時間Ｄだけ前のエアフローメータ１３の検出値Ｇａ（ｔ−Ｄ）が、現時点ｔの排気ガス流量の値Ｇｅ（ｔ）として推定される。これは式で表すとＧｅ（ｔ）＝Ｇａ（ｔ−Ｄ）となる。遅延時間Ｄが輸送遅れ分の時間に相当する。

遅延時間Ｄは主に、エンジン回転数Ｎｅと、エアフローメータ１３から所定位置Ｐまでの距離（ガス通路長）との関数である。後者はエンジンに固有の一定値であるので、変数は前者のみである。よって本実施形態では遅延時間Ｄの基本値である基本遅延時間Ｄｂが、エンジン回転数Ｎｅに基づいてＥＣＵ１００により算出される。なおエンジン回転数Ｎｅ以外のパラメータにも基づいて基本遅延時間Ｄｂを算出してもよい。

具体的にはＥＣＵ１００は、回転速度センサ４０によってエンジン回転数Ｎｅを検出すると共に、図５に示すような予め記憶したマップに従って、エンジン回転数Ｎｅに対応した基本遅延時間Ｄｂを算出する。エンジン回転数Ｎｅが高い程、基本遅延時間Ｄｂは短くなる。

ところで、本実施形態では、作動状態に応じて排気ガス流量を変化させる排気系装置が排気通路４に設けられている。この排気系装置は具体的には、所定位置Ｐの上流側に設けられた排気スロットルバルブ３７であり、排気スロットルバルブ３７の作動状態、すなわち開度に応じて、所定位置Ｐの排気ガス流量が変化する。例えば、通常運転時もしくは排気ブレーキの非作動時に、排気スロットルバルブ３７の開度が最大の１００％（全開）であると、排気ガス流量は最大となる。しかし、排気ブレーキの作動時に、排気スロットルバルブ３７の開度が最小の０％（全閉）であると、排気ガス流量は最小となる。なお周知のように、開度が０％であっても、排気スロットルバルブ３７は僅かに開弁されて排気ガスの流通が許容される。このように排気ガス流量はエンジン回転数Ｎｅだけでなく、排気スロットルバルブ３７の開度に応じても変化される。

従来、こうした排気系装置の作動状態が考慮されておらず、遅延時間Ｄは基本遅延時間Ｄｂに等しく設定されていた。しかし、これだと排気ガス流量を正確に推定することができない。

例えば排気ブレーキの作動開始時に、排気スロットルバルブ３７の開度が全開から全閉に切り替わった直後、排気スロットルバルブ３７により排気ガスの流れが堰き止められるので、所定位置Ｐにおける実際の排気ガス流量は大幅に減少する。しかし、従来は一律に基本遅延時間Ｄｂだけ前のエアフローメータ検出値Ｇａ（ｔ−Ｄｂ）が排気ガス流量値Ｇｅ（ｔ）として推定されていた。このため、排気スロットルバルブ３７の開度が切り替わる前のエアフローメータ検出値が排気ガス流量値として推定される虞があり、必ずしも正確な排気ガス流量を推定できない。

所定位置Ｐから排気スロットルバルブ３７までの距離の方が、所定位置Ｐからエアフローメータ１３までの距離より大幅に短い。そのため、所定位置Ｐの実際の排気ガス流量は、所定位置Ｐからより近い位置にある排気スロットルバルブ３７の開度の影響を大きく受ける。

そこで本実施形態では、排気系装置の作動状態が排気ガス流量減少側であるときには、排気ガス流量増加側であるときに比べ、遅延時間Ｄを短くする。具体的には、排気スロットルバルブ３７の開度が小さいときには、大きいときに比べ、遅延時間Ｄを短くする。

こうすると、例えば排気スロットルバルブ３７の開度が全開のときには、通常通り、基本遅延時間Ｄｂに等しい遅延時間Ｄを用いる一方、排気スロットルバルブ３７の開度が全閉のときには、基本遅延時間Ｄｂより短い遅延時間Ｄを用いることができる。これにより、排気スロットルバルブ３７の開度が全閉のときには、現時点ｔにより近い前の時点でのエアフローメータ検出値を排気ガス流量値として推定することができ、排気スロットルバルブ３７の開度の影響を取り込んで排気ガス流量をより正確に推定することが可能となる。

ＥＣＵ１００は、図６に示すような所定のマップを用いて、排気スロットルバルブ３７の開度Ｓ（％）に応じた補正値Ｆを算出する。そして基本遅延時間Ｄｂと補正値Ｆに基づいて遅延時間Ｄを算出する。具体的には、基本遅延時間Ｄｂに補正値Ｆを乗じて遅延時間Ｄを算出する（Ｄ＝Ｄｂ×Ｆ）。

図６から理解されるように、開度Ｓが増加するほど補正値Ｆは増加し、開度Ｓが０（％）のとき補正値Ｆは最小のＦ１、開度Ｓが１００（％）のとき補正値Ｆは最大のＦ２である。本実施形態ではＦ１＝０、Ｆ２＝１である。よって開度Ｓが１００（％）のときには通常通り、基本遅延時間Ｄｂに等しい遅延時間Ｄが算出される。また開度Ｓが０（％）のときには、遅延時間Ｄがゼロとされ、現時点ｔのエアフローメータ検出値が排気ガス流量値として推定される。また開度Ｓが０（％）と１００（％）の間の中間開度のときには、ゼロより長く基本遅延時間Ｄｂより短い遅延時間Ｄが算出され、開度Ｓが１００（％）のときよりは現時点ｔに近い、前の時点でのエアフローメータ検出値が排気ガス流量値として推定される。

このように、排気系装置の作動状態（排気スロットルバルブ３７の開度）が排気ガス流量減少側（０（％）側）であるときには、排気ガス流量増加側（１００（％）側）であるときに比べ、基本遅延時間Ｄｂをより短い時間に補正するような補正値Ｆが算出される。

なお、図６の特性線は比例直線として描かれているが、これは単に傾向を示したに過ぎず、特性線は任意に変更可能である（図５も同様）。

上記によると、例えば排気ブレーキの非作動中に、排気スロットルバルブ３７の開度が全開に維持されているときには、遅延時間ＤがＤｂに等しくされ、Ｄｂだけ前の時点のエアフローメータ検出値Ｇａ（ｔ−Ｄｂ）が排気ガス流量値Ｇｅ（ｔ）として推定される。また例えば排気ブレーキの作動中に、排気スロットルバルブ３７の開度が全閉に維持されているときには、遅延時間Ｄがゼロとされ、現時点のエアフローメータ検出値Ｇａ（ｔ）が排気ガス流量値Ｇｅ（ｔ）として推定される。

また例えば排気ブレーキの作動開始時に、排気スロットルバルブ３７の開度が全開から全閉に切り替わったときには、遅延時間ＤもＤｂからゼロに切り替えられるので、その切替直後には現時点のエアフローメータ検出値Ｇａ（ｔ）が排気ガス流量値Ｇｅ（ｔ）として推定される。切り替え直後には排気ガス流量の減少に応答して吸気流量も減少するので、その減少した吸気流量の値であるエアフローメータ検出値Ｇａ（ｔ）を、排気ガス流量値Ｇｅ（ｔ）として推定できる。このため、実際の排気ガス流量の値を正確に推定することが可能である。

排気ガス流量を正確に推定することにより、この値に基づく様々なパラメータ（流入ＮＯｘ量等）を正確に算出可能となる。よって尿素水噴射量の制御等もより正確に行えるようになり、排ガス性能の悪化等を未然に回避することができる。またパラメータを用いた診断も正確に実行できるようになる。

次に、図７を参照して、本実施形態の排気ガス流量測定ルーチンを説明する。図示するルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期τ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、回転速度センサ４０によりエンジン回転数Ｎｅが検出され、エアフローメータ１３により吸気流量Ｇａが検出されると共に、ＥＣＵ１００により排気スロットルバルブ３７の開度Ｓが検出される。検出された吸気流量Ｇａのデータは検出毎にバッファに貯め込まれ、バッファには、現時点ｔから少なくとも基本遅延時間Ｄｂだけ前までの複数のデータが貯め込まれている。排気スロットルバルブ３７の開度Ｓは、ＥＣＵ１００から排気スロットルバルブ３７に指示した開度であり、ＥＣＵ１００の内部値である。

ステップＳ１０２では、エンジン回転数Ｎｅに応じた基本遅延時間Ｄｂが図５のマップから算出される。

ステップＳ１０３では、排気スロットルバルブ３７の開度Ｓに応じた補正値Ｆが図６のマップから算出される。

ステップＳ１０４では、基本遅延時間Ｄｂに補正値Ｆを乗じて遅延時間Ｄが算出される（Ｄ＝Ｄｂ×Ｆ）。

ステップＳ１０５では、現時点ｔから遅延時間Ｄだけ前の時点のエアフローメータ検出値Ｇａ（ｔ−Ｄ）が、現時点の排気ガス流量Ｇｅ（ｔ）として推定される。このとき例えば、バッファに貯め込まれた、遅延時間Ｄだけ前の時点に最も近い時点の吸気流量Ｇａのデータが、エアフローメータ検出値Ｇａ（ｔ−Ｄ）として採用される。

このように本実施形態では、排気ガス流量を測定する際、現時点ｔより遅延時間Ｄだけ前のエアフローメータ１３の検出値Ｇａ（ｔ−Ｄ）を現時点ｔの排気ガス流量Ｇｅ（ｔ）の値として推定し、排気スロットルバルブ３７の開度が排気ガス流量減少側（０（％）側）であるときには、排気ガス流量増加側（１００（％）側）であるときに比べ、遅延時間Ｄを短くする。このため、排気スロットルバルブ３７の開度を考慮して排気ガス流量を正確に推定することが可能となる。

上記の説明で理解されるように、本実施形態のエアフローメータ１３、ＥＣＵ１００および排気スロットルバルブ３７は、それぞれ特許請求の範囲にいう吸気流量センサ、推定部および排気系装置に相当する。

以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は他にも様々な実施形態が可能である。

（１）例えば遅延時間Ｄは、付加的もしくは代替的に、排気スロットルバルブ３７の開度の単位時間当たりの変化率、すなわち変化速度に応じて変化されてもよい。例えば開度の変化速度が速いほど、遅延時間Ｄを短く設定することが可能である。また例えば開度の変化速度が速いほど、小さい補正値Ｆを算出することが可能である。こうすると、排気スロットルバルブ３７の開度変化中に、開度変化速度を考慮して遅延時間Ｄを適切に設定することができ、排気ガス流量を正確に推定できる。

（２）排気スロットルバルブ３７の開度に応じた遅延時間Ｄの変化特性は、図６に示したような連続的かつリニアな特性でなくてもよく、例えば、所定の開度閾値を境に最長（Ｆ＝Ｆ２＝１）と最短（Ｆ＝Ｆ１＝０）が切り替わるよりシンプルなものであってもよい。あるいは、階段状に変化する特性であっても構わない。

（３）排気系装置は、排気スロットルバルブ３７以外のものであってもよい。また排気スロットルバルブ３７は、所定位置Ｐの下流側に設けられたものであってもよい。

（４）基本遅延時間Ｄｂに補正値を加算または減算して遅延時間Ｄを算出してもよい。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 内燃機関（エンジン）
３ 吸気通路
４ 排気通路
１３ エアフローメータ
３７ 排気スロットルバルブ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｐ 所定位置

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路の所定位置における排気ガス流量を測定するための装置であって、
   前記内燃機関の吸気通路に設けられた吸気流量センサと、
   前記吸気流量センサにより検出された吸気流量に基づいて前記所定位置の排気ガス流量を推定する推定部と、
   前記排気通路に設けられ、作動状態に応じて前記所定位置の排気ガス流量を変化させる排気系装置と、
   を備え、
   前記推定部は、
   現時点より遅延時間だけ前の前記吸気流量センサの検出値を現時点の排気ガス流量の値として推定し、
   前記排気系装置の作動状態が排気ガス流量減少側であるときには、排気ガス流量増加側であるときに比べ、前記遅延時間を短くする
   ことを特徴とする内燃機関の排気ガス流量測定装置。
2. 前記推定部は、前記内燃機関の回転速度に基づいて基本遅延時間を算出し、前記排気系装置の作動状態に応じて補正値を算出し、前記基本遅延時間と前記補正値に基づいて前記遅延時間を算出し、
   前記排気系装置の作動状態が排気ガス流量減少側であるときには、排気ガス流量増加側であるときに比べ、前記基本遅延時間をより短い時間に補正するような前記補正値を算出する
   請求項１に記載の内燃機関の排気ガス流量測定装置。
3. 前記排気系装置は、排気スロットルバルブを含み、
   前記推定部は、前記排気スロットルバルブの開度が小さいときには、大きいときに比べ、前記遅延時間を短くする
   請求項１または２に記載の内燃機関の排気ガス流量測定装置。
4. 前記推定部は、前記排気スロットルバルブの開度が最小のとき、前記遅延時間をゼロとする
   請求項３に記載の内燃機関の排気ガス流量測定装置。

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