JP4483115B2

JP4483115B2 - 燃料噴射制御装置および流体流量測定装置

Info

Publication number: JP4483115B2
Application number: JP2001101319A
Authority: JP
Inventors: 昇北原; 泰河野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002295292A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料噴射制御装置および流体流量測定装置に関し、特に内燃機関の吸気系、例えば自動車用エンジンの吸入空気量を空気の質量として直接検出可能な検出素子に、発熱抵抗体や熱線等の抵抗温度特性を利用して測定する燃料噴射制御装置および空気流量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流量を測定する流量測定装置として、自動車等の内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）の吸気流量を測定する熱式流量計が知られている。従来の熱式流量計は、吸気流量を高精度に測定するものであり、吸気流れ方向を検出するものではなかった。
【０００３】
４気筒以下のエンジンにおいて低回転且つ高負荷のとき吸気脈動が大きくなり、吸気弁と排気弁との開弁期間が重なると、ピストン上昇時に吸気弁から吸気が逆流することがある。吸気流れの順方向および逆方向に関わらず吸気流量だけを検出する従来の熱式流量計では、吸気が逆流したときも吸気流量として検出するので、燃焼室に吸入される吸気流量を正しく検出できない。ここで、流体流れの順方向とは本来流体が流れるべき方向を表し、逆方向とは順方向の逆方向を表している。
【０００４】
流れ方向を考慮して流体流量を検出するために、特開２０００−１９３５０５号公報に開示されている流量計に用いられる熱式流量センサは、流体温度検出体と、発熱抵抗体と、流量検出体とを備え、発熱抵抗体が吸気温度検出体より一定温度高い基準温度に設定されており、流量検出体は、吸気流れの方向に対して発熱抵抗体の上流側または下流側の一方にのみ配設されている。
【０００５】
上記公報に開示の発熱抵抗体は吸気流れ方向に対し直交するように複数回折れ曲がり吸気流れ方向に所定幅を有しているので、発熱抵抗体の吸気流れ方向に温度分布が生じる。したがって、吸気流れにより発熱抵抗体の上流側が冷却され上流部の温度が基準温度より低下すると、発熱抵抗体の温度を基準温度に保持するために吸気流れ下流部の温度が基準温度より上昇する。吸気流れが逆転すると、発熱抵抗体の温度分布も逆転する。したがって、流量検出体の温度により吸気流量および吸気流れ方向を検出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記熱式流量センサはセンサ自身の熱容量に起因する応答遅れがある。また、空気流量と前記熱式流量計の出力の間には非線形の対応関係がある。空気流量が脈動している場合この応答遅れや非線形性の影響を受けた熱式流量センサの出力をそのまま積分し平均値を求めると、真の吸気平均値より小さい値となる。
【０００７】
このような測定値のずれを補正するために、主通路である空気通路に副空気通路を設け、副空気通路に配置した熱式流量センサにより副空気通路を流れる空気流量を測定し、副空気通路を流れる空気流量に基づいて空気通路を流れる空気流量を測定する流量測定装置が知られている。
この副空気通路により補正する従来の方法では、順方向と逆方向で補正量は基本的に同じであるが、前記熱式流量センサのように発熱抵抗体の上流側に設けた流量検出体により流量を検出するものにおいては空気流量と熱式流量センサの出力との関係の非線形性度合いが順方向流れと逆方向流れとで異なる。したがって、順方向および逆方向の副空気通路による補正を両立する事ができず、逆流を含んだ脈動流の平均値を高精度に計測することができないことがあるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、副空気通路を有する上記従来の空気量測定装置における問題に鑑み、流体の順方向流れと逆方向流れのいずれであっても、高精度に流体の流量を検出可能な燃料噴射制御装置および流体流量測定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１から３のいずれかに記載の手段を採用することができる。この手段によると、順方向流れと逆方向流れで脈動時の補正効果量が異なる副流体通路を備えることにより、逆流を含んだ脈動流の流量平均値を高精度に計測することができる流体流量測定装置が提供される。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の参考例および実施の形態を図面によって説明する。
（参考例）
図１は本発明の参考例による燃料噴射制御装置の構成を示すブロック図である。図において、燃料噴射制御装置１０は発熱抵抗体式空気流量計（流体流量測定装置）１１と、その空気流量計１１の出力値である、例えば電圧値に基づいて噴射燃料の量を制御するエンジンコントロールユニット１２と、エンジンコントロールユニット１２により決定された燃料噴射量の燃料を噴射する燃料噴射弁１３とを備えている。
【００１３】
エンジンコントロールユニット１２は、空気流量計１１の出力電圧を空気の流量に変換する際に用いられる空気流量変換テーブル１２１と、変換されて得られた空気流量に基づいて噴射燃料の量を演算する噴射燃料演算装置１２２とを備えている。
流量−出力静特性は、図示のように、順流域も逆流域も非線形であるが、その非線形の度合いが、順方向流れと逆方向流れとで異なっている。この非線形の度合いの相違を補償するために、本参考例では、空気流量を算出する空気流量変換テーブル１２１を用いて空気流量計１１の出力電圧を流体流量値に変換する場合に、テーブル値として、順方向出力域では図に実線で示す流量−出力静特性を用い、逆方向出力域では図に一点鎖線で示すように、流量−出力静特性に補正を加えたものを使用している。具体的には、逆方向出力域（逆流）では同じ出力電圧に対して補正後の流量の絶対値が、補正のない出力ー流量特性による流量の絶対値より大きくなるように、流量−出力静特性を補正している。
【００１４】
補正を加える領域は、逆流領域に限定されず、順方向領域であっても、図１に一点鎖線で示すように、アイドル回転時の空気流量（最低空気流量ｑ0)以下の領域で補正を加えてもよい。
図２は流量測定装置内の熱式センサの流量−出力静特性を説明するグラフである。図において、縦軸は空気通路内に配置された副空気通路内に配設された発熱抵抗体式空気流量測定装置の中のセンサの出力電圧であり、横軸は空気通路内に流すべき空気の流量を示す。上記の補正が有効である理由を図２のグラフにより説明する。
【００１５】
まず、流量が０より多い順流域において空気の脈動があると、曲線２１で示す空気流量の変化が発生する。センサに応答遅れがない場合、曲線２２で示す完全応答の波形でセンサが応答するはずである。そしてこの場合はセンサ指示空気流量の平均値Ｍ０は実際の空気流量の曲線２１の平均値に一致する。ところが、実際にはセンサに応答遅れがあり、且つ、流量−出力静特性が非線形であるので、曲線２３で示すように振幅が完全応答の波形に比べて小さくなる。この結果、流量−出力静特性が非線形の領域ではセンサ指示の値を流量換算した波形は曲線２４で示すように曲線２１に比べて振幅が小さくなり、センサ指示空気流量の平均値Ｍ１は実際の平均値Ｍ０より少なくなって、リーン誤差を発生する。
【００１６】
一方、流量が０より少ない逆流域において空気の脈動があると、曲線２５で示す空気流量の変化が発生する。センサに応答遅れがない場合、曲線２６で示す完全応答の波形でセンサが応答するはずである。そしてこの場合はセンサ指示空気流量の平均値Ｍ２は実際の空気流量の曲線２５の平均値に一致する。ところが、実際にはセンサに応答遅れがあり、且つ、流量−出力静特性が非線形であるので、曲線２７で示すように振幅が完全応答の波形に比べて小さくなる。この結果、流量−出力静特性が非線形の領域ではセンサ指示流量は曲線２８で示すように曲線２５に比べて振幅が小さくなり、センサ指示空気流量の平均値Ｍ３は実際の平均値Ｍ２より多くなって、リッチ誤差を発生する。
【００１７】
これらのリーン誤差及びリッチ誤差が空気流量測定装置に副空気通路を設けることにより零になる補正をするが、図２に示すように、空気流量とセンサ出力電圧との関係の非線形の度合いは、順方向流れと逆方向流れとで異なるので、同じ吸気脈動振幅に対しては逆流域の方が流量の誤差が大きくなる。
そこで本発明の参考例においては、図１に示したように、順方向出力域では流量−出力静特性を用い、逆方向出力域では流量−出力静特性に補正を加えたテーブルを使用することにした。
【００１８】
図３は図１に示した空気流量変換テーブルを使用した場合の流量換算誤差−エンジン回転数の関係を示すグラフである。
図示のように、本発明の参考例によれば流量換算誤差はエンジン回転数によらずにほぼ一定であり、従来と比較して誤差が大幅に少なくなっている。
【００１９】
図４の（Ａ）は本発明の参考例による空気流量計１１内の流量検出部を示す平面図、（Ｂ）は図４の（Ａ）をｂ−ｂ線で切った断面図である。図において、流量検出部４０の半導体基板４１はシリコン等で形成されている。流量検出体４２および発熱抵抗体４３と対応する半導体基板４１の位置に空洞４１ａが形成されており、空洞４１ａを含む半導体基板４１上を絶縁膜４４が覆っている。空洞４１ａは図４の（Ｂ）に示す半導体基板４１の下面側から絶縁膜４４との境界面まで異方向性エッチングにより形成されている。吸気温検出体４５および４６、流量検出体４２、発熱抵抗体４３は吸気流れの順方向に対し、上流側からこの順で絶縁膜４４上に形成されている。発熱抵抗体４３はブリッジ回路により吸気温検出体４５より一定温度高い基準温度に設定されている。吸気温検出体４５は、発熱抵抗体４３の熱が温度検出に影響を及ぼさないように発熱抵抗体４３から離脱した位置に配設されている。流量検出体４２は抵抗体であり、吸気流れの順方向に対し発熱抵抗体４３の上流側に配設されている。
【００２０】
図４の（Ａ）に示すように、発熱抵抗体４３は吸気流れ方向に対し直行するように複数回折れ曲がっており、吸気流れ方向に所定幅を有している。端子４７は吸気温検出体４５および４６、流量検出体４２および発熱抵抗体４３と外部回路とを電気的に接続するためのものである。吸気温検出体４５および４６、流量検出体４２および発熱抵抗体４３は絶縁膜４８により覆われている。
【００２１】
図５は吸気流れ方向および吸気流量に対する流量検出体４２の検出温度の変化を示すグラフである。
流量検出体４２は吸気流れの順方向において発熱抵抗体４３の吸気流れ上流部近傍に配置されるので、流量検出体４２で検出する温度は発熱抵抗体４３の吸気流れ上流部とほぼ等しい温度になる。つまり、流量検出体４２の検出温度は、図５に示すように、吸気流れが順方向のとき基準温度よりも低くなり、逆方向のとき基準温度よりも高くなる。また流量検出体４２の検出温度と基準温度との差が大きくなるほど、吸気流れ方向に関わらず吸気流量が多いことを表している。
【００２２】
基準温度は吸気温検出体４５および４６の検出温度、つまり吸気温度により変動するので、図５に示す流量検出体４２の検出温度の変化を示すグラフも吸気温により変動する。
以上説明した参考例においては、空気流量計１１の出力をエンジンコントロールユニット１２に入力し、エンジンコントロールユニット１２内のテーブルを補正することにより、補正された空気流量値を得ているが、本発明はこれに限定されず、空気流量計１１の内部に空気流量変換テーブルを備え、その空気流量変換テーブルのテーブル値として、順方向出力域では流量−出力静特性を用い、逆方向出力域は流量−出力静特性に補正を加えたものを用いるようにしてもよい。
（実施の形態）
図６は本発明の実施の形態による発熱式空気流量測定装置の概略を示す部分断面図である。同図において、空気流量測定装置６０は、回路モジュール６１、流路部材６２および熱式流量センサ６３を有する。流路部材６２は吸気管６４に設けた取付孔６４ａに挿入され、主流路である空気流路６５に配設されている。
【００２３】
回路モジュール６１の制御回路は、流路部材６２内に設置されている熱式流量センサ６３と電気的に接続している。制御回路は、空気流量に応じて出力される熱式流量センサ６３の発熱抵抗体または感温抵抗体の信号を空気流量に応じた流量信号に変換し、変換した信号をワイヤハーネスを介しエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に送信する。
【００２４】
流路部材６２は、外管６６、隔壁６７および仕切壁６８を有している。隔壁６７は外管６６の底部から回路モジュール６１に向かって延びている。バイパス流路（副空気通路）６９は外管６６の内壁および隔壁６７で画成され、空気流路６５の空気流れと直交する逆Ｕ字形状に形成されている。バイパス流路６８の流入口６９ａおよび流出口６９ｂは空気流路６５に位置している。流入口６９ａは空気流路の上流側、流出口６９ｂは空気流路６５の下流側に向け開口している。
【００２５】
バイパス流路６９は、流入口６９ａから流入した空気が空気流路７１の一方の径方向に流れる上流流路７０と、上流流路７０の下流側に上流流路７０と平行に設けられ上流流路７０と反対の径方向に空気が流れる下流流路７１とを有している。
本発明の実施の形態により、熱式センサ６３が面している支流路７０ａを形成する外管６６の内壁に凸曲面を有し仕切壁６８に向けて突出した抵抗部材として凸部７３が形成されている。また熱式センサ６３が面していない支流路７０ｂを形成する外管６６の内壁に、凸曲面を有し仕切壁６８に向けて突出した抵抗部材として凸部７４が形成されている。
【００２６】
図７は図６における流路部材６２の一部の断面図である。同図において、仕切壁６８は空気流路６５の上流流路７０の空気流れに沿って延び、上流流路３５を二つの支流路７０ａ、７０ｂに仕切っている。仕切壁６８の支流路７０ａ側に熱式流量センサ６３が取り付けられている。
本実施の形態により、支流部７０ａを形成している外管６６の熱式流量センサ６４が面している内壁に空気の抵抗部として凸部７３が形成されており、熱式流量センサ６４が面していない支流路７０ｂを形成する外管６６の内壁に凸部７４が形成されている。凸部７３と凸部７４は、順方向流れと逆方向流れで脈動時の補正効果量が異なるような形状となっている。即ち、支流路７０ｂの通路抵抗は順方法流れ時のときよりも逆方向流れ時の方が空気抵抗が大きくなるように凸部７４が形成されている。
【００２７】
凸部７３は、センサ部の流れを整流し、センサ出力を安定させる効果がある。
図７は順方向の空気の流れを模式的に示しており、図８は空気の逆方向の流れを模式的に示している。図７および図８から分かるように、凸部７４の存在により、逆方向流れは順方向流れよりも流れにくくなっている。また、支流路７０ａの断面積をＳ１、支流路７０ｂの断面積をＳ２とすると、Ｓ１＞Ｓ２となっている。これにより、抵抗部材としての凸部７３および７４は、その抵抗部材による通路抵抗比が異なり、さらに通路抵抗比が順方向と逆方向で異なるものとなっている。
【００２８】
なお、図６の構成において外管６６の内壁に設ける凸部７４を、通路抵抗が順方向と逆方向で同じものを設ける場合は前述した参考例における発熱抵抗体式流量測定装置に適用できる。
なお、副空気通路の断面形状は図６および図７に示したものに限定されず、様々な変形が可能である。例えば、凸部７３を設けない場合、仕切壁６８の支流路７０ｂに面する側に抵抗部としての凸部７４と同様な形状を形成する場合等、通路抵抗比が順方向と逆方向で異なるものであればどのような形状でもよい。
【００２９】
また、上記実施の形態では流体として空気を用いたが、本発明はこれに限定されず、任意の流体の流量検出にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例による燃料噴射制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】流量測定装置内の熱式センサの流量−出力静特性を説明するグラフである。
【図３】図１に示した空気流量変換テーブルを使用した場合の流量換算誤差−エンジン回転数の関係を示すグラフである。
【図４】Ａ）は本発明の参考例による空気流量計内の流量検出部を示す平面図、（Ｂ）は図４の（Ａ）をＢ−Ｂ線で切った断面図である。
【図５】本発明の参考例における吸気流れ方向および吸気流量に対する流量検出体の検出温度の変化を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態による発熱式空気流量測定装置の概略を示す部分断面図である。
【図７】図６における流路部材の一部の断面図であって空気の順方向の流れを模式的に示す図である。
【図８】図６における流路部材の一部の断面図であって空気の逆方向の流れを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０…燃料噴射制御装置
１１…発熱抵抗体式空気流量計（発熱抵抗体式流体流量測定装置）
４２…流量検出体（流量検出抵抗体）
４３…発熱抵抗体
６２…流体通路
６９…バイパス流路（副空気流体通路）
７２、７３、７４…凸部
１２１…空気流量変換テーブル

Claims

流体通路内に配置された少なくとも一つの曲がりを有する副流体通路と、前記副流体通路内に配設された発熱抵抗体とを備え、流体流量および流体の流れる方向を検出する発熱抵抗体式流体流量測定装置において、前記副流体通路は、順方向流れと逆方向流れで脈動時の補正効果量が異なる副流体通路であり、前記副流体通路内に副流体通路を複数の支流路に仕切る仕切り壁を有する流路部材と前記支流路の一つに熱式流量センサを配置して、仕切り壁が仕切って形成した二つの支流路の両方の流路内壁に抵抗部材を設け、前記抵抗部材のうち、前記熱式流量センサが配置されていない支流路に設けられた抵抗部材による通路抵抗が順方向流れと逆方向流れとで異なる抵抗部材であることを特徴とする流体流量測定装置。
流体通路内に配置された少なくとも一つの曲がりを有する副流体通路と、前記副流体通路内に配設された発熱抵抗体とを備え、流体流量および流体の流れる方向を検出する発熱抵抗体式流体流量測定装置であって、センサ単体の流量−出力特性曲線の線形性が吸気流れ方向が順方向と逆方向とで異なるものにおいて、前記副流体通路は、順方向流れと逆方向流れで脈動時の補正効果量が異なる副流体通路であり、前記副流体通路内に副流体通路を複数の支流路に仕切る仕切り壁を有する流路部材と前記支流路の一つに熱式流量センサを配置して、仕切り壁が仕切って形成した二つの支流路の両方の流路内壁に抵抗部材を設け、前記抵抗部材のうち、前記熱式流量センサが配置されていない支流路に設けられた抵抗部材による通路抵抗が順方向流れと逆方向流れとで異なる抵抗部材であることを特徴とする流体流量測定装置。
流体通路内に配置された少なくとも一つの曲がりを有する副流体通路と、前記副流体通路内に配設された発熱抵抗体と、発熱抵抗体の上流又は下流のどちらか一方にのみ流量検出抵抗体とを備えた発熱抵抗体式流体流量測定装置において、前記副流体通路は、順方向流れと逆方向流れで脈動時の補正効果量が異なる副流体通路であり、前記副流体通路内に副流体通路を複数の支流路に仕切る仕切り壁を有する流路部材と前記支流路の一つに熱式流量センサを配置して、仕切り壁が仕切って形成した二つの支流路の両方の流路内壁に抵抗部材を設け、前記抵抗部材のうち、前記熱式流量センサが配置されていない支流路に設けられた抵抗部材による通路抵抗が順方向流れと逆方向流れとで異なる抵抗部材であることを特徴とする流体流量測定装置。