JP4493027B2

JP4493027B2 - ターボ過給機関の吸入空気量測定方法

Info

Publication number: JP4493027B2
Application number: JP2005271679A
Authority: JP
Inventors: 中清雅田
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2025-09-20
Also published as: JP2007085186A

Description

本発明は、ターボ過給機関の吸入空気量測定方法に関し、より詳しくはターボチャージャの回転数の検出によって該機関の吸入空気量を算出する吸入空気量測定方法に関する。

図５に、従来のターボ過給機関における吸入空気量の測定手段およびその測定結果に基づく各機器の制御手段の一例を示している。
ターボチャージャ２を備えた過給エンジン１において、その吸気系にはエアフィルタ４の後流にエアフローセンサ５が設けられ、そのエアフローセンサ５によって吸入空気量（Ｑ）が検出され制御装置１０に入力されている。制御装置１０からは、その吸入空気量検出値を基に燃料噴射装置３、ＥＧＲ制御装置６、ターボチャージャ可変ノズル２Ｎ、および吸気スロットル装置７等の各種装置への制御信号が出力されている。なお、図中の符号９Ａは大気圧センサ、９Ｂはブースト圧センサである。

このような吸入空気量（Ｑ）の測定手段として用いられるエアフローセンサ５は例えばオイルミストやデポジット等が、そのセンサ検出部に付着した場合に、センサ出力電圧に誤差を生じ、正確な吸入空気量の測定値が得られない。そして、不正確な吸入空気量を基に制御が行われると、本来あるべきエンジン性能が出力されず、また、エンジンの信頼性にも影響を及ぼす。
しかるに、エアフローセンサ５に対しては、例え上流にエアフィルタ４の配設があっても、ＣＶＳ１１のガスの逆流など上記の劣化要因を完全に排除することはできず、したがって、従来のエアフローセンサに対して、より耐劣化性に優れた測定手段への代替、あるいは他の測定手段の併設によって異常の検出・較正が行える吸入空気量の測定方法およびその手段の提供が望まれている。

なお、このような課題に対する先行技術としては、デポジットの付着後においても、エンジンへの空気量を要求流量に制御することができるスロットル開度制御装置が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００４−２８５８８４号公報

本発明は、上記の問題点に対処し、従来のエアフローセンサによる吸入空気量測定よりも信頼性を高めたターボ過給機関の吸入空気量測定方法の提供を目的としている。

本発明のターボ過給機関の吸入空気量測定方法は、吸入空気量を検出するエアフローセンサ（５）と、ターボ過給機のコンプレッサ（２Ｃ）回転数を検出する回転センサ（８）と、コンプレッサ入口圧を検出する大気圧センサ（９Ａ）と、コンプレッサ吐出圧を検出するブースト圧センサ（９Ｂ）とを備え、吸入空気量をパラメータとして制御装置（１０）に入力し運転制御を行っているターボ過給機関（１）の吸入空気量測定方法において、予めターボチャージャのコンプレッサ回転数（ｎ）及び圧力比（Ｐ_１／Ｐ_０）とコンプレッサ吐出空気量（ｑ）との関係特性（図４）を求めて制御装置（１０）の記憶手段（１０ａ）に記憶しておき、機関（１）の運転時に前記制御装置（１０）によって前記各センサ（回転センサ８、大気圧センサ９Ａ、ブースト圧センサ９Ｂ、エアフローセンサ５）が正常に作動しているかチェックを行い、それらに異常がなければ算出手段（１０ｂ）にて前記各センサ（８、９Ａ、９Ｂ）の検出値から前記記憶手段（１０ａ）を参照して吸入空気量推定値（ｑ）を求め、その推定値（ｑ）とエアフローセンサ（５）の検出値（Ｑ）とを比較し、その偏差（δ）がエンジン回転数と指示噴射量とから求められた閾値（Ｄ）以内であればエアフローセンサの検出値（Ｑ）を運転制御のパラメータとして出力し、前記偏差（δ）が前記閾値（Ｄ）を越えていれば警報手段（１２）に出力し前記吸入空気量推定値（ｑ）を運転制御のパラメータとして出力する。

上記の構成を具備する本発明は、以下の作用効果を奏する。
（１）ターボ過給エンジンの吸入空気量（Ｑ）をターボチャージャの回転数（ｎ）の計測を基に簡単に検出することができ、従来のエアフローセンサ５のようにオイルミストやデポジット付着による性能の劣化がない。
（２）エアフローセンサ５による計測手段と併設しバックアップシステムとすることで冗長性が増し、信頼性を高めてエンジンの運転制御をより確実に行うことができる。
すなわち、比較手段１０ｃにおいて、ターボチャージャ回転数（ｎ）に基づく算出吸入空気量（ｑ）とエアフローセンサ検出吸入空気量（Ｑ）との偏差値が閾値より大きいと判断された場合に、算出吸入空気量（ｑ）をバックアップ使用することで安全サイドの運転が確保できる。
（３）または、上記偏差値の過大の判断により警報手段１２が警報を発し運転者に知らせることで着実にエアフローセンサ８のメンテナンスを行うことができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、前記図５で説明した従来のターボ過給機関の吸入量測定手段の構成部品に対応する部品には同じ符号を付し、重複説明は省略する。
図１は本発明の吸入量測定手段の構成を示すブロック図である。図において、符号８はターボチャージャ・コンプレッサ２Ｃの回転数（ｎ）を検出するターボ回転センサ、符号９Ａはコンプレッサの入口圧（Ｐ_０）を検出する大気圧センサ、符号９Ｂはコンプレッサ２Ｃの吐出圧（Ｐ_１）を検出するブースト圧センサであり、これらの各センサ８、９Ａ、９Ｂおよびエアフローセンサ５の検出信号が制御装置１０に入力されている。

その制御装置１０には、コンプレッサ２Ｃの性能を記憶した記憶手段１０ａを備えている。その記憶手段１０ａは、例えば図４に示すようなコンプレッサ回転数（ｎ）に対する圧力比（Ｐ_１／Ｐ_０：縦軸）とコンプレッサ吐出空気量（ｑ：横軸）との関係を示す性能線図を予め記憶させてあり、吸入空気量算出手段１０ｂに随時呼び出しが可能にされている。

その吸入空気量算出手段１０ｂには、前記ターボ回転センサ８、大気圧センサ９Ａおよびブーストセンサ９Ｂから検出値が入力され、コンプレッサ性能線図（すなわち前記記憶手段１０ａ）を参照して圧力比である入口圧（Ｐ_０）と吐出圧（Ｐ_１）の比、およびコンプレッサ回転数（ｎ）からコンプレッサ吐出空気量を求め、エンジンの吸入空気量（ｑ）を算出する。なお、以下の説明において、この吸入空気量の算出値（ｑ）をエアフローセンサ５の計測値（Ｑ）と区別する場合には、吸入空気量推定値という。

そして、吸入空気量算出手段１０ｂから算出結果が比較手段１０ｃに出力され、その比較手段１０ｃにはエアフローセンサ５からの検出値が入力されており、ここで比較が行われる。その詳細は後記するが、こうして確定された吸入空気量（Ｑ）は、燃料噴射制御手段１１ａ、ＥＧＲ制御手段１１ｂ、ターボチャージャの可変ノズル制御手段１１ｃ、吸気スロットル制御手段１１ｄのそれぞれに出力されて各機器の制御が行われる。また、センサ検出空気量（Ｑ）がエラーと判定された場合には、警報手段１２に出力される。

次に、図２のフロー図（および図３の演算ブロック図）を参照して本発明による吸入空気量算出の手順を説明する。
まず、ステップＳ１において、各センサ（ターボ回転センサ８、ブースト圧センサ９Ｂ、大気圧センサ９Ａ、およびエアフローセンサ５）が正常に作動しているか否かのチェックを行う（Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄ）。ここで、これらのセンサのうち１つでも異常と判断されれば（ステップＳ２）、ステップＳ８で警報手段１２に出力してワーニングランプを点灯し、以降の空気量算出は中止する。

そして、いずれのセンサも正常と判断されれば、ステップＳ３では算出手段１０ｂにおいて、ターボ回転センサ８、大気圧センサ９Ａ、およびブーストセンサ９Ｂの検出値からコンプレッサ性能線図を参照して求めたコンプレッサ吐出空気量から吸入空気量推定値（ｑ：図ではＡ値）を算出する。

次に、エアフローセンサ５の検出値からセンサ検出吸入空気量（Ｑ：図ではＢ値）を求め（ステップＳ４）、比較手段１０ｃにおいて、そのセンサ検出吸入空気量（Ｑ）と前記吸入空気量推定値（ｑ）との偏差値（δ）が閾値（Ｄ）以内かの判定をする（ステップＳ５）。
そして、その偏差値（δ）が閾値（Ｄ）以内であれば、エアフローセンサ５の検出値が正常であるとして、その吸入空気量（Ｑ）による制御運転を行い（ステップＳ６）、もし偏差値（δ）が閾値（Ｄ）を越えていれば警報手段１２に出力して吸入空気量推定値（ｑ）によるバックアップ運転に切り換える（ステップＳ７）。

なお、前記比較判定を行う閾値（Ｄ）は一定値とせず、図３のＳ９に示すように、エンジン回転数および負荷（指示噴射量）の関数として最適値を求めるのが好ましい。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。

本発明の吸入空気量測定装置を説明するブロック図。本発明の吸入空気量測定方法の手順を示すフロー図。図２の演算ブロック図。コンプレッサの性能線図の一例を示す図。従来のターボ過給機関における吸入空気量測定手段の構成図。

符号の説明

１・・・ターボ過給エンジン
２・・・ターボチャージャ
２Ｃ・・・コンプレッサ
２Ｔ・・・タービン
２Ｎ・・・タービンノズル
３・・・燃料噴射装置
５・・・エアフローセンサ
６・・・ＥＧＲ装置
７・・・吸気スロットル装置
８・・・ターボ回転センサ
９Ａ・・・大気圧センサ
９Ｂ・・・ブーストセンサ
１０・・・制御装置
１０ａ・・・記憶手段
１０ｂ・・・算出手段
１０ｃ・・・比較手段
１１ａ・・・燃料噴射制御手段
１１ｂ・・・ＥＧＲ制御手段
１１ｃ・・・ＶＮＴ制御手段
１１ｄ・・・吸気スロットル制御手段
１２・・・警報手段

Claims

吸入空気量を検出するエアフローセンサ（５）と、ターボ過給機のコンプレッサ（２Ｃ）回転数を検出する回転センサ（８）と、コンプレッサ入口圧を検出する大気圧センサ（９Ａ）と、コンプレッサ吐出圧を検出するブースト圧センサ（９Ｂ）とを備え、吸入空気量をパラメータとして制御装置（１０）に入力し運転制御を行っているターボ過給機関（１）の吸入空気量測定方法において、予めターボチャージャのコンプレッサ回転数（ｎ）及び圧力比（Ｐ_１／Ｐ_０）とコンプレッサ吐出空気量（ｑ）との関係特性を求めて制御装置（１０）の記憶手段（１０ａ）に記憶しておき、機関（１）の運転時に前記制御装置（１０）によって前記各センサ（８、９Ａ、９Ｂ、５）が正常に作動しているかチェックを行い、それらに異常がなければ算出手段（１０ｂ）にて前記各センサ（８、９Ａ、９Ｂ）の検出値から前記記憶手段（１０ａ）を参照して吸入空気量推定値（ｑ）を求め、その推定値（ｑ）とエアフローセンサ（５）の検出値（Ｑ）とを比較し、その偏差（δ）がエンジン回転数と指示噴射量とから求められた閾値（Ｄ）以内であればエアフローセンサの検出値（Ｑ）を運転制御のパラメータとして出力し、前記偏差（δ）が前記閾値（Ｄ）を越えていれば警報手段（１２）に出力し前記吸入空気量推定値（ｑ）を運転制御のパラメータとして出力することを特徴とするターボ過給機関の吸入空気量測定方法。