KR100695982B1

KR100695982B1 - 발열저항체식공기유량측정장치및역류판정방법및오차보정방법

Info

Publication number: KR100695982B1
Application number: KR1019980037474A
Authority: KR
Inventors: 지히로 고바야시; 신야 이가라시; 마사유키 오자와; 아츠시 간케
Original assignee: 가부시키 가이샤 히다치 카 엔지니어링; 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 1997-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2007-07-20
Also published as: JPH1183584A; KR19990029707A; JP3283800B2; CN1140804C; EP0902261A1; CN1210981A

Abstract

본 발명은 내연기관의 공기유량의 검출에 있어서, 흡기관내의 맥동에 의하여 생기는 발열저항체식 공기유량 측정장치의 오차 보정을 적확하게 행하는 것이다.

이를 위하여, 역류가 직접 진입하기 어려운 부공기 통로내에 발열저항체를 배치하고, 역류에 의한 오차를 없앤 통로를 이용하여 순류파형의 최대치, 최소치 및 평균치를 이용하여 진폭과 평균치의 비율을 사용하여 역류의 유무를 판별함과 동시에 순류의 증가에 의한 오차분을 보정하는 것이다.

Description

발열저항체식 공기유량 측정장치 및 역류판정방법 및 오차보정방법

본 발명은 예를 들면, 열선 등을 사용하여 열선으로부터 공기로의 방열량을 기초로 공기유량을 측정하는 공기유량 측정장치에 있어서의 오차 보정방법으로서, 자동차의 내연기관 엔진에 흡입되는 공기유량을 측정할 때, 흡기맥동에 의하여 생기는 특히 역류에 의한 측정오차의 측정오차 보정방법에 관한 것이다.

발열저항체식 공기유량 측정장치의 맥동영역에 있어서의 측정오차 보정방법으로서는 일본국 특개평 8-105781호에 기재된 바와 같은 드로틀밸브 개방도(α) 및 회전수(N)에 의하여 보정맵을 가지는 방법이 일반적으로 공지의 기술로서 알려져 있다.

또 역류에 의한 검출오차를 발열저항체식 공기유량 측정장치에 이용되는 부통로를 사용하여 저감하는 방법으로서는 일본국 특공평 2-1518호가 있다. 이것은 굴곡을 가지는 부공기통로내에 발열저항체를 배치하여 적어도 엔진으로부터 에어크리너방향으로의 역류를 발열저항체에 직접 닿지 않는 구조로 함으로써 역류의 영향을 저감한 것이다.

또한 본 발명에 가장 가까운 공지의 기술로서는 일본국 특공소 59-17371호가 있다. 이 종래기술은 아날로그회로를 사용하여 발열저항체식 공기유량 측정장치로부터의 출력전압신호의 교류성분을 인출하여 보정에 사용하는 것이며, 주로 발열저항체가 가지는 비선형성 및 응답지연에 의한 검출유량의 마이너스오차(소위 이치 현상)의 개선을 도모한 것이다.

유량검출소자인 발열저항체는 그 구조상 흐름의 방향을 검출하는 것은 곤란하다. 이 때문에, 역류가 생기면 발열저항체는 역류도 순류라고 판단하여 검출해버려, 그만큼 오차로서 검출하여 버린다.

엔진의 흡기관내를 흐르는 공기류는 흡기밸브의 개폐에 따라 맥동류가 된다. 이 맥동의 크기는 드로틀밸브가 비교적 폐쇄된 경우에는 작고, 드로틀밸브의 완전개방 부근이 됨에 따라 큰 맥동류가 된다.

그 개요를 도 15를 사용하여 설명한다. 회전수를 일정하게 유지하면서 드로틀밸브를 서서히 개방해 가면 흡입유속(유량)의 증가에 따라 흡기관내의 맥동진폭도 서서히 커지며, 어느정도 커지면, 발열저항체의 출력은 자신이 가지는 비선형성 및 응답지연에 의하여 마이너스의 오차를 가지는 유량을 지시한다. 이것이 소위 이치현상이다. 이치현상의 발생 메카니즘을 도 13에 나타낸다. 또한 맥동진폭이 커지면, 흡기관내의 흐름은 역류를 수반하는 흐름이 된다. 그러나 발열저항체는 그 구조상 흐름의 방향을 검출하는 것은 곤란하며, 순류이거나 역류이더라도 단지 유속으로서 검출한다. 따라서 역류가 생겨도 발열저항체는 그것을 솔직하게 유속으로서 검출하여 그 결과, 플러스측의 오차를 나타내는 것이다.

이들 이유에 의하여 발열저항체식 공기유량 측정장치를 사용한 경우에는 역류시에는 얼마간의 오차보정이 반드시 필요하게 되는 것이다.

또 이 역류에 의한 검출오차는 단지 엔진으로부터 에어크리너측으로의 역류분을 방해하면 된다고 하는 것은 아니다. 이것은 역류로서 복귀되는 분, 순류분의 증가가 있기 때문이다. 필자들의 실험결과를 도 14에 나타낸다. 도 14는 흡기관내의 공기의 흐름을 순류와 역류를 특별한 방법에 의하여 측정한 결과이다. 흡입부압 10mmHg부근에서 역류가 나오기 시작하는 엔진상태이다. 이 경우, 순류와 역류를 구별하여 측정하고 있음에도 불구하고, 순류도 역류분과 거의 동일 경사를 가지고 출력이 증가하고 있다. 즉 이것은 상기한 역류로서 흡기관내로 복귀하는 분, 순류분이 증가하고 있기 때문이다.

이것을 방지하기 위해서는 순류와 역류를 구별하여 측정하고, 다시 순류분에서 역류분을 빼지 않으면 안되는 것이다. 그러나 그것을 위해서는 발열저항체의 응답성을 충분히 빠르게 하지 않으면 안된다. 그 때문에 발열저항체는 두께를 얇게 하거나 하여 소형화를 도모하고 열용량을 작게 하지 않으면 그것을 위한 응답성의 확보는 곤란하게 된다. 이와 같이 발열저항체를 작게하는 것은 발열저항체의 기계적인 강도를 내릴뿐만 아니라, 내오손성의 악화, 나아가서는 응답성이 빨라지는 만큼 출력노이즈특성의 악화가 걱정되어 평균유량 산출의 정밀도가 나빠지는 것이다.

상기 과제에 대응하기 위하여 적어도 한 개이상의 굴곡을 가지는 부공기통로내에 발열저항체를 배치하여 직접 역류가 발열저항체에 닿지 않도록 한 통로구조로하여 발열저항체의 검출치를 공기유량 변환하여 직선화한 후에 어느 일정시간 샘플링하여 그 시간내에 있어서의 최대치와 최소치를 구하여 그것들의 비율 등을 구함으로써 역류의 유무 및 보정을 행하는 것으로 하였다.

구체적인 설명을 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는 역류가 생기는 회전수로 회전수를 일정하게 유지하면서 서서히 드로틀밸브를 개방하여 흡입부압(BOOST)을 변화시켜 측정 포인트를 바꾸면서 발열저항체의 검출파형의 최대치(Qmax) 및 최소치(Qmin)를 측정하고, 횡축에 BOOST, 종축에 공기유량 환산치(AIR FLOW)로 플롯한 것이다. 또한 도 2에는 맥동진폭(Qmax-Qmin), 평균치로서 (Qmax + Qmin)/2의 값 및 맥동진폭을 평균치로 나눈 값((Qmax - Qmin)/((Qmax + Qmin)/2)를 더불어 기재하였다. 본 도에 있어서는 흡입부압이 약 -10mmHg부근에서 역류가 발생하고, 그것 이후의 흡입부압에서 플러스의 오차를 나타내고 있다.

도시한 그래프의 최대치와 최소치에 착안하면, 역류에 의하여 평균치가 증가하고 있는 경우에는 흡입부압에 대하여 최소치의 변화분은 작고, 최대치가 급격하게 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 또한 맥동진폭을 평균치로 나눈 값에도 착안하면, 맥동진폭의 크기에 따라 그 값도 증가하고 있다. 즉 이 맥동진폭을 평균치로 나눈 값에 역치를 마련하여 그 역치보다 작은 값에서는 역류가 없다고 판단하고, 역치보다도 큰 경우에는 역류가 있다고 판단하는 것이 가능하게 된다.

또한 역류가 있는 경우에는 그 값이 클수록 오차도 크다고 할 수 있다. 즉 도 3에 나타내는 관계가 있는 것이다. 도 3은 횡축에 맥동진폭을 평균치로 나눈 값((Qmax - Qmin)/((Qmax + Qmin)/2), 종축에 참값에 대한 오차를 나타낸 것이다. 이와 같이 맥동진폭을 평균치로 나눈 값과 오차와의 사이에는 단조로운 증가관계가 있기 때문에 이 상관을 포착하고 있으면, 발열저항체의 검출파형의 최대치와 최소치에 의하여 역류의 유무뿐만 아니라, 역류량도 개략 추정하는 것이 가능하게 된다.

또 발열저항체를 굴곡이 있는 부공기통로내에 배치하는 이유는 발열저항체의 검출파형이 역류에 의하여 뒤틀리는 것을 방지하기 위함이다. 주공기통로내에 발열저항체를 배치하여 도 2와 동일한 실험을 행한 결과를 도 9에, 출력파형을 도 8에 나타낸다. 도 2와의 큰 차이는 파형의 최소치가 역류의 증가와 함께 상승하는 점이다. 이것은 발열저항체가 역류를 솔직하게 검출하여 파형이 꺽여져서 이 때문에 파형이 크게 뒤틀리기 때문이다. 이로써 맥동진폭은 역류가 생긴 영역에서는 역류의 크기에 의하지 않고 거의 동일치를 나타내며, 또 역류가 커지면 맥동진폭을 평균치로 나눈 값은 반대로 작아진다. 따라서 도 3에 나타낸 단조증가의 관계가 얻어지지 않고 역류의 유무판정 및 역류량의 추정이 곤란하게 되는 것이다.

또 발열저항체의 검출치를 출력전압으로부터 공기유량으로 변환하는 것은 검출치의 평균치를 최대치와 최소치로부터 대략 구할 수 있기 때문이다. 발열저항체의 출력은 저유량에서 경사가 급하고, 고유량일수록 완만한 비선형인 출력이며, 도 4에 나타낸 바와 같은 사인파에 가까운 맥동파형을 검출하여도 저유량측이 예리하여 고유량이 완만한 파형이되어 버려 최대치와 최소치로부터 실제의 평균치를 구하는 것이 곤란하게 되는 것이다.

(실시예)

본 발명의 실시예를 이하의 도면에 따라 상세하게 설명한다.

먼저, 제일 먼저 발열처항체식 공기유량 측정장치의 동작원리에 관하여 설명한다. 도 16은 발열저항체식 공기유량 측정장치의 개략 구성회로도이다. 발열저항체식 공기유량 측정장치의 구동회로(91)는 크게 나누어 브리지회로와 피드백회로로 성립되어 있다. 흡입공기유량 측정을 행하기 위한 발열저항체(3RH), 흡입공기온도를 보상하기 위한 감온저항체(4RC 및 R10,R11)로 브리지회로를 조성하여 오퍼앰프(OP1)를 사용하여 피드백을 걸면서 발열저항체(3RH)와 감온저항체(4RC)간에 일정온도차를 유지하도록 발열저항체(3RH)에 가열전류(Ih)를 흘려 공기유량에 따른 출력신호(V2)를 출력한다. 즉 유속이 빠른 경우에는 발열저항체(3RH)로부터 빼앗기는 열량이 많기 때문에 가열전류(Ih)를 많이 흘린다. 이것에 대하여 유속이 느린 경우에는 발열저항체(Rh)로부터 빼앗기는 열량이 적기 때문에 가열전류도 적게 흘린다. 여기서 발열저항체(3Rh)로부터 빼앗기는 열량은 공기의 흐름의 방향에 의하지 않고 순류이든, 역류이든 동일하기 때문에 역류시에도 가열전류(Ih)가 흐르기 때문에 발열저항체식 공기유량 측정장치의 과대검출 오차가 생기는 것이다.

도 17은 발열저항체식 공기유량계의 일예를 나타내는 횡단면도이며, 도 18은 그 상류(좌측)에서 본 외관도이다.

발열저항체식 공기유량 측정장치의 구성부품으로서는 구동회로를 구성하는 회로기판(2)을 내장하는 하우징부재(1) 및 비도전성 부재에 의하여 형성되는 부공기통로 구성부재(10)등이 있고, 부공기통로 구성부재(10)중에는 공기유량검출을 위한 발열저항체(3), 흡입공기온도를 보상하기 위한 감온저항체(4)가 도전성부재에 의하여 구성된 지지체(5)를 개재하여 회로기판(2)과 전기적으로 접속되게 배치되고, 하우징, 회로기판, 부공기통로, 발열저항체, 감온저항체등, 이들을 발열저항체식 공기유량 측정장치의 일체의 모듈로서 구성되어 있다. 또 흡기관로를 구성하는 주공기통로 구성부재(20)의 벽면에는 구멍(25)이 뚫어져 있고, 이 구멍(25)으로 상기 발열저항체식 공기유량 측정장치의 부공기통로 부분을 외부로부터 삽입하여 부공기통로 구성부재의 벽면과 하우징부재(1)를 나사(7)등으로 기계적 강도를 유지하도록 고정되어 있다. 여기서 부공기통로가 삽입되는 주공기통로 부분은 대략 원통관이며, 주공기통로의 공기가 흐르는 유효단면적은 부공기통로의 출입구의 배치개소에서 거의 동일하다. 또 부공기통로 구성부재(10)와 주공기통로 구성부재간에 시일재(6)를 설치하여 기밀성을 유지하고 있다.

다음에 본 발명의 구체적인 내용에 관하여 설명한다.

먼저 도 1은 본 발명의 기본적인 개념의 일예를 나타낸 것이다. 오차 보정장치내에는 발열저항체식 공기유량 측정장치 검출파형으로부터 최대치, 최소치 및 역류에 의한 오차를 포함하는 평균치를 검출하여 일시적으로 소정시간 유지하기 위한 메모리, 진폭검출수단, 진폭비율 검출수단, 보정치 산출수단, 역류유무 판별수단 및 그것들로부터의 정보를 기초로 보정을 행하는 보정수단 등이 구비되어 있다. 엔진에서 역류가 발생하는 최저회전수를 750rpm으로 하면, 맥동파형의 일주기는 약 40ms이기 때문에 메모리에 스톡하기 위한 소정시간은 그것이상의 시간으로 하지 않으면 안된다. 또 역류를 정확하게 검출하기 위해서는 메모리에 스톡하기 위한 데이터의 샘플링은 2ms이하정도로 하여 파형의 극치인 최대치, 최소치 근방의 값을 놓치지 않도록 항시 20데이터 이상의 샘플링 값을 사용하는 것이 바람직하다. 다음에 메모리내에 있는 최대치(Qmax), 최소치(Qmin)를 사용하여 맥동진폭을 구함과 동시에 임시의 평균치로서 (Qmax + Qmin)/2를 구한다. (Qmax + Qmin)/2를 평균치로서 사용할 수 있는 것은 역류를 수반하는 큰 맥동상태가 될 경우에는 맥동파형이 대략 사인파에 가까운 것을 이용한 것이다. 원래 소정시간내의 평균치(적분치)를 이용하는 것이 바람직하나, 순차 평균치를 산출하는 것은 처리부하가 커지기 때문에 (Qmax + Qmin)/2를 대용하고 있다. 다음에 맥동진폭과 평균치를 기초로 그 비율을 구한다. 본 실시예에서는 맥동진폭을 평균치로 나눈 값을 비율의 값으로서 사용하고 있다. 다음에 상기한 비율의 값을 기초로 하여 흡기관내에 역류가 있는 지의 여부를 판정한다. 판정은 비율치에 소정의 역치를 마련하여 두고, 이 역치를 초과한 경우에는 역류가 있다고 판단하고, 역치이하에서는 역류가 없다고 판단하는 것이다. 역류가 없다고 판단한 경우에는 보정은 하지 않고, 그대로의 값을 공기유량 신호로서 출력하고, 역류가 있다고 판단한 경우에는 상기한 비율치에 따른 보정치를 산출하여 맥동파형에 보정을 가한 값을 공기유량 신호로서 출력하는 것이다.

다음에 도 1에 기재한 방법이 어떠한 메카니즘에 의하여 성립하는 지에 관하여 실험 데이터를 기초로 설명한다. 먼저 도 2는 회전수를 일정하게 유지하면서 드로틀밸브를 서서히 개방하여, 흡입부압(BOOST)을 포인트적으로 10점 바꾸면서 발열저항체가 검출하는 맥동파형의 최대치 (Qmax), 최소치 (Qmin)를 흡입부압마다 플롯한 도이다. 도중에는 이외에도 임시 평균치로서 (Qmax - Qmin)/2의 값, 진폭치 (Qmax - Qmin) 및 맥동진폭을 평균치로 나눈 값을 비율치((Qmax - Qmin)/((Qmax + Qmin)/2))를 나타내고 있다. 도 2에 나타낸 값을 계측하는 데 이용한 발열저항체는 주공기통로내에 대략 L자모양의 굴곡을 가지며, 역류가 생겨도 직접 파고들지 않는 부공기통로내에 배치하고 있다. 역류가 생기는 영역에 있어서는 평균치는 도시한 바와 같이 증가하나, 이 증가하는 원인은, 최소치는 그다지 변화하지 않는 데 대하여 최대치가 급격하게 증가하기 때문이다. 최소치는 그다지 변화하지 않는 이유는 상기한 바와 같이 역류가 생겨도 직접 파고들지 않는 부공기통로내에 발열저항체를배치하고 있기 때문이다.

도 2에서 맥동진폭은 흡입부압이 -20mmHg이하에서는 매우 작은 값을 나타내나, 그것이상의 경우에는 흡입부압에 따라 맥동진폭이 커지고, 그것에 따라 맥동진폭을 평균치로 나눈 비율치도 커진다. 즉

맥동진폭이 커짐 = 역류가 발생하기 쉬워짐

의 관계가 성립하나, 실제로는 동일 맥동진폭에서도 엔진회전수가 다른 경우가 있어 맥동진폭만으로는 역류를 오판정하게 된다. 이 때문에 평균유량에 대하여 맥동진폭이 어느정도의 비율인지를 검지하면, 상기한 오판정을 회피하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에 본 발명에서는 맥동진폭을 평균치로 나눈 값을 비율치((Qmax - Qmin)/((Qmax + Qmin)/2))의 값을 사용하여 역류의 유무판정 및 보정을 행하는 것으로 한 것이다.

도 3은 도 2의 값을 사용하여 횡축에 맥동진폭을 평균치로 나눈 값, 종축에 실제의 유량에 대한 발열저항체의 검출유량의 오차(ERROR)를 나타낸 도이다. 본 도면에서 맥동진폭을 평균치로 나눈 값이 약 0.3을 초과하면 역류에 의한 검출오차가 생기는 것을 알 수 있다. 이 때문에 0.3치를 역치로 하여 그것이하에서는 역류 없음, 그것이상에서는 역류있음으로 판단하여 역류가 있는 경우에는 도 3의 상관에 따른 보정을 행하면 역류에 의한 오차의 저감이 가능하게 되는 것이다. 단, 상기한 역치의 0.3은 통로구조에 의하여 변화하기 때문에 실제로는 통로에 따른 역치의 설정이 필요하게 된다.

다음에 구체적인 보정방법의 일예를 도 4 및 도 5를 사용하여 설명한다. 도 4 및 도 5에는 본 발명에 의한 보정전후의 파형 및 흡입부압 대 공기유량 특성의 값을 나타내었다. 도 5의 보정없음의 값은 도 2에 나타낸 (Qmax + Qmin)/2의 값과 동일하다. 본 검토결과는 상기한 바와 같이 어느 소정시간의 최대치와 최소치를 메모리내에 유지하여 두고, 최소치를 고정하여 최소치로부터 멀어질수록 실제의 측정치의 값을 내리는 보정을 행하고 있는 것이다. 예를 들어 엔진회전수의 1주기이상의 시간, 구체적으로는 아이들회전수가 750rpm이면 약 40ms이상, 600rpm이면 50ms이상. 이것을 식으로 나타내면, 식 1에 기재한 바와 같은 식이 된다.

[수학식 1]

Qnew = Qsamp - K0 × (Qsamp - Qmin) × K1 × K2

K0 : 게인 계수

K1 : 부하계수

K2 : 회전수 계수

식 1에 기재한 Qsamp는 실제의 측정치, Qnew는 보정한 후의 값, Qmin은 상기하였기 때문에 여기에서는 양쪽 모두 1이라고 생각하여도 좋다. 또 K0에 관해서는 부공기통로의 구조등에 의하기 위하여 임의의 수를 미리 실험등으로 구하여 넣어 둔다. 이와 같은 식으로 하면 최소치부근에 있어서는 실제의 측정치와 보정후의 값은 별로 변하지 않으나, 최소치로부터 멀어질수록 실제의 측정치로부터의 인수가 많아지고, 최대치에 있어서 가장 인수가 많아진다. 즉 맥동진폭을 작게하면서 평균치를 내릴 수 있는 것이다. 또한 본식에 의하면, 도 2에 나타내는 바와 같이 흡입부압에 따라 최소치가 별로 변화하지 않고 최대치가 크게 변화하는 경우에는 최대치가 커질수록 보정량이 커지기 때문에 흡입부압에 따른 보정이 가능하게 되어 결과적으로 도 5에 나타낸 바와 같이 역류에 의하여 생기고 있던 오차를 캔슬하는 것이 가능하게 되는 것이다.

본예에 나타낸 보정방법은 역류에 의하여 생긴 플러스측의 오차를 내리기 위하여 평균치를 내리는 보정을 행하였으나, 과제중에서 설명한 발열저항체가 가지는 비선형성과 역류로까지는 이르지 않는 맥동진폭에 의하여 생기는 마이너스 오차(소위 이치현상)의 경우에는 예를 들어 최대치를 고정하여 맥동진폭을 줄이는 보정을 행하면 반대로 평균치가 증가하기 때문에 마이너스 오차를 회피하는 것이 가능하게 된다. 이와 같은 본예에서 나타낸 최대치, 최소치를 고정하여 맥동진폭을 작게 하는 보정수단은 역류에 의한 플러스측의 오차저감 뿐만 아니라 마이너스측의 오차저감에도 효과를 나타내는 것이다.

다음에 상기한 식 1기재의 K1 및 K2에 관하여 설명한다. 먼저 도 6은 맥동진폭에 대한 발열저항체의 검출감도를 나타내는 주파수 특성의 일예를 나타낸 그래프이다. 발열저항체는 저주파수에서는 검출감도는 높으나, 주파수가 높아질수록 검출감도가 낮아진다. 이 때문에 동일 맥동진폭이라도 주파수가 변하면 검출하는 맥동진폭의 값이 변하는 것이다.

그 때문에 회전수에 따라 정확하게 보정을 행할 경우에는 회전수에 따른 보정이 필요하게 된다. 이 회전수에 따른 보정에 관해서는 예를 들어 엔진제어를 한번에 처리하는 엔진컨트롤유닛(ECU)에 의하여 본 보정을 행할 경우에는 엔진회전수 센서에 의하여 얻어진 회전수 신호가 ECU내에 있기 때문에 이 신호를 사용하여 상기한 도 6에 나타낸 주파수 특성에 따른 보정을 행할 수 있다. 이 엔진회전수에 따른 보정계수에 상당하는 것이 식 1에 나타낸 K2의 계수이다.

또 도 3에 나타낸 맥동진폭을 평균치로 나눈 값을 비율치((Qmax - Qmin)/((Qmax + Qmin)/2))와 검출오차의 관계는 직선적인 관계가 아니라 실험적으로는 대략 이승의 함수에서 근사할 수 있다. 이 때문에 엔진부하의 예를 들어 흡입부압이나 드로틀밸브 개방도 신호 등을 사용하여 엔진부하를 검출하여 그 부하상태에 따라 도 3에 나타낸 이승의 곡선을 사용하여 보정하면 정확한 보정이 가능하게 된다. 비교를 위하여 이 직선근사에 의한 보정결과를 도 7에 나타낸다. 도시한 바와 같이 직선보정에서는 맥동진폭을 평균치로 나눈 값을 비율치가 작은 영역(역류가 나오기 시작한 부근)에 있어서는 보정이 충분하지 않아 플러스측의 오차가 남고, 반대로 비율이 충분히 큰 영역에서는 보정이 많아 마이너스측의 오차를 나타낸다. 이것에 대하여 도 5에 나타낸 것이 이승에 의하여 근사한 곡선을 사용한 경우이다. 이것에는 대부분 플라스측에도 마이너스측에도 오차는 없어 양호한 결과를 얻을 수가 있는 것이다. 이 엔진부하에 따른 보정을 행하는 보정계수에 상당하는 것이 식 1에 나타낸 K1의 계수이다.

이 보정계수에 있어서도 본보정을 ECU으로 행하는 경우에는 흡입부압신호나 드로틀밸브 개방도 신호가 ECU내에 들어가 있기 때문에 보정치는 용이하게 나타내는 것이 가능하다. 상기한 바와 같은 엔진컨트롤유닛을 이용하여 본 발명의 보정을 행하기 위한 개념의 일례를 도 10에 나타낸다. 기본적으로는 도 1에 나타낸 내용과 동일하나, 엔진회전수와 드로틀밸브의 개방도를 검출하고, 그것들의 신호를 사용하여 보정치를 산출하고, 공기유량 신호로서 출력하는 것이다.

다음에 본 발명의 보정을 발열저항체식 공기유량 측정장치 자신이 행하는 실시예에 관하여 설명한다. 먼저 도 11은 개념을 나타낸 것이다. 발열저항체식 공기유량 측정장치 내부에 예를 들어 마이크로 컴퓨터 등을 이용한 오차 보정장치를 탑재하고, 공기유량 변환을 행함과 동시에 메모리내에 최대치, 최소치를 유지한다. 다음에 그 최대치, 최소치를 이용하여 맥동진폭, 평균치, 회전수 및 부하를 검출하고, 역류의 유무를 판별함과 동시에 보정치를 산출하고, 보정처리를 행한 후에 공기유량신호로서 출력한다. 보정방법에 관해서는 예를 들어 도 4에 기재한 바와 같은 최소치를 고정한 채 맥동진폭을 작게 하는 보정을 행한다. 여기서 부하 및 회전수의 검출수단에 관하여 식 2를 이용하여 설명한다.

[수학식 2]

식 2에 기재한 S1은 역류의 유무를 판별하기 위한 역치이다. 이 값은 본예에서는 도 3의 결과에서 0.3부근의 값으로 한다. 또 S2는 본 보정식을 설정하였을때의 엔진회전수에 있어서의 유량의 평균치를 나타낸 것이며, 본예에 있어서는 도 5에서 약 40kg/h로 설정한다. 먼저 식 1에 있어서의 K1의 부하에 상당하는 값으로서는 맥동진폭을 평균치로 나눈 값에서 역치를 뺀 값을 이용한다. 이로써 맥동진폭이 커짐에 따라 뺀양을 크게 하는 것이 가능하게 된다. 물론 도 3에 기재한 그래프의 상관을 다항식으로 나타내어 그 식을 이용하여 보정을 행하면 보정의 정밀도를 올리는 것이 가능하다.

또 회전수에 상당하는 K2의 값으로서는 보정식의 설정시 공기유량에 대하여 보정을 행할 때의 공기유량이 몇배로 되어 있는 지에서 회전수가 대략 어느정도인지를 알 수 있다. 보정식의 설정시 엔진회전수가 800rpm에서 40kg/h으로 하면, 예를 들어 평균치가 80kg/h로 검출한 경우에는 엔진회전수는 대략 1600rpm이라고 할 수 있다. 이것은 엔진회전수와 흡입공기유량이 대략 비례관계에 있는 것을 이용한 것이다.

상기 설명과 같이 발열저항체의 검출유량만을 이용한 경우에도 개략 엔진의 부하상태 및 회전수 상태를 알 수 있기 때문에 역류에 의하여 생긴 오차분을 자기 보정하여 출력하는 발열저항체식 공기유량 측정장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 상기한 보정방법은 역류에 의한 오차보정을 적확하게 하는 것이 가능한 반면, 예를 들어 도 12에 나타낸 바와 같은 맥동상태에 없는 경우에서 공기유량이 단계적으로 변화한 경우에 잘못 보정을 행하는 것을 생각할 수 있다. 이것은 최소치와 최대치의 관계가 단계적으로 유량이 변화하였기 때문에 생긴 것인지, 맥동진폭에 의한 것인지의 판단이 서지 않음에 의한 것이다. 이것은 엔진컨트롤유닛을 사용하여 본 보정을 행할 경우에는 비교적 간단하게 회피하는 것이 가능하다. 일예를 나타내면, 예를 들어 상기한 바와 같은 엔진회전수신호나 드로틀밸브 개방도 신호를 사용하여 분명하게 역류가 생기지 않은 영역에 있어서는 보정처리를 행하지 않도록 하면 도 12에 나타내는 바와 같은 오검출을 방지하는 것이 가능하다.

또 발열저항체식 공기유량 측정장치 자신이 자기보정할 경우에 있어서도 예를 들어 전회 보정출력한 출력치에 대하여 분명하게 크게 보정을 행하지 않으면 안되는 경우에 있어서는 보정을 행하지 않게 하면 오검출을 방지하는 것이 가능하게 된다. 필자들의 검토결과에서는 개략 10%이상의 출력차가 생긴 경우에 있어서 보정을 행하지 않도록 한 경우에는 단계적인 유량변화에 대해서도 오검출하지 않는 것을 확인하였다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 내연기관의 흡기관내의 역류 등에 의하여 생기는 발열저항체식 공기유량 측정장치의 측정오차를 저감하는 것이 가능하게 되고, 신뢰성이 높은 바이패스통로를 이용한 발열저항체식 공기유량 측정장치에 있어서도 맥동영향의 오차 보정을 적확하게 행할 수 있으며, 또한 역류시에 맥동진폭을 작게 하는 것이 가능하며, 평균유량을 산출하기 쉽게 할 수 있다. 그 결과, 고정도인 엔진의 연료제어를 행하는 것이 가능하게 된다.

마지막으로 도 19를 사용하여 전자연료 분사방식의 내연기관에 본 발명품을 적용한 일실시예를 나타낸다.

에어크리너(54)로부터 흡입된 흡입공기(67)는 발열저항체식 공기유량 측정장치의 바디(53), 흡입덕트(55), 드로틀 바디(58) 및 연료가 공급되는 인젝터(60)를 구비한 흡기 매니폴드(59)를 거쳐 엔진실린더(62)로 흡입된다. 한편, 엔진실린더에서 발생한 가스(63)는 배기 매니폴드(64)를 거쳐 배출된다.

발열저항체식 공기유량 측정장치의 회로모듈(52)로부터 출력되는 공기유량신호, 온도센서로부터의 흡입공기 온도신호, 드로틀각도센서(57)로부터 출력되는 드로틀밸브 각도신호, 배기 매니폴드(64)에 설치된 산소농도계(65)로부터 출력되는 산소농도신호 및 엔진회전 속도계(61)로부터 출력되는 엔진 회전속도 신호등, 이들을 입력하는 컨트롤유닛(66)은 이들의 신호를 순차 연산하여 최적한 연료분사량과 아이들 에어컨트롤 밸브개방도를 구하고, 그 값을 사용하여 상기 인젝터(60) 및 아이들 컨트롤밸브(66)를 제어한다.

본 발명에 의하면, 자동차 엔진등에 흡입되어 역류를 수반하는 맥동유하에 있어서도 고정도로 공기유량을 측정하는 발열저항체식 공기유량 측정장치의 측정오차 보정방법 또는 제어장치를 제공할 수 있기 때문에 엔진의 연료제어를 고정도로 행하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 개요를 나타내는 블록도,

도 2는 굴곡 통로내에서의 발열저항체가 검출하는 최대치, 최소치 및 이들을 이용하여 구한 값을 나타낸 도,

도 3은 맥동진폭을 평균치로 나눈 값과 검출오차의 상관을 나타내는 도,

도 4는 본 발명에서의 보정방법의 하나로서 최소치를 바꾸지 않고 맥동진폭을 작게 하도록 보정한 파형의 보정전후를 나타내는 도,

도 5는 본 발명의 효과를 나타내는 흡입부압 대 공기유량신호의 관계를 보정전후에서 비교한 도,

도 6은 발열저항체의 주파수 특성을 나타내는 도,

도 7은 보정계수를 직선근사와 평방근→직선근사를 이용하여 보정을 행한 비교를 나타내는 도,

도 8은 주공기 통로에 발열저항체를 배치한 경우의 맥동파형,

도 9는 주공기 통로내에서의 발열저항체가 검출하는 최대치, 최소치 및 이들을 이용하여 구한 값을 나타낸 도,

도 10은 본 발명의 다른 일실시예인 엔진 컨트롤 유닛을 이용한 경우의 개요를 나타내는 블록도,

도 11은 본 발명의 또다른 실시예인 발열저항체식 공기유량 측정장치 내부에서 회전수 및 부하상태를 검출하는 경우의 개요를 나타내는 블록도,

도 12는 단계적인 유량변화에 대한 본 발명의 오검출을 나타내는 도,

도 13은 발열저항체의 맥동진폭에 의하여 생기는 출력의 저하(이치 현상)의 메카니즘을 나타내는 도,

도 14는 흡기관내의 유속을 순류, 역류를 분리하여 측정하고, 횡축에 흡입부압, 종축에 평균유속을 나타낸 도,

도 15는 흡기관내의 흡입부압 마다의 맥동진폭상태를 나타낸 도,

도 16은 발열저항체식 공기유량 측정장치의 개략 회로구성을 나타내는 도,

도 17은 발열저항체식 공기유량 측정장치의 횡단면을 나타내는 도,

도 18은 도 17을 상류측에서 본 도,

도 19는 내연기관의 시스템구성을 나타내는 도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 하우징 부재 2 : 회로기판

3 : 발열저항체 4 : 감온 저항체

5 : 지지체 6 : 시일재

10 : 부공기통로 구성부재 11 : 부공기통로 입구

12 : 부공기통로 출구 13 : 세로통로

14 : 가로통로 20 : 주공기통로 구성부재

22 : 주공기통로 23 : 순방향 공기흐름

24 : 역방향 공기흐름 25 : 구멍

51 : 흡기온도 센서 52 : 모듈

53 : 바디 54 : 에어크리너

55 : 흡입덕트 56 : 아이들 에어컨트롤 밸브

57 : 드로틀 각도센서 58 : 드로틀 바디

59 : 흡기 매니폴드 60 : 인젝터

61 : 회전 속도계 62 : 엔진 실린더

63 : 가스 64 : 배기 매니폴드

65 : 산소 농도계 66 : 컨트롤 유닛

67 : 흡입공기

Claims

내연기관의 흡입공기통로내에 배치된 적어도 한 개이상의 굴곡을 가지는 부공기통로와,

상기 부공기통로내에 배치된 발열저항체를 구비한 발열저항체식 공기유량 측정장치에 있어서,

상기 발열저항체로부터 얻어진 공기유량 신호치의 최대치와 최소치에 의거하여 상기 흡입공기통로내의 역류의 유무를 판정하는 판정수단; 및

어느 소정시간내의 공기유량 신호치 중에서 상기 최대치와 상기 최소치를 구하는 수단을 구비하고,

상기 어느 소정시간은 상기 내연기관의 아이들 회전수의 주기이상의 시간인 것을 특징으로 하는 발열저항체식 공기유량 측정장치.
내연기관의 흡입공기통로내에 배치된 적어도 한 개이상의 굴곡을 가지는 부공기통로와,

상기 부공기통로내에 배치된 발열저항체를 구비한 발열저항체식 공기유량 측정장치에 있어서,

상기 발열저항체로부터 얻어진 공기유량 신호치의 최대치와 최소치에 의거하여 상기 흡입공기통로내에 생기는 역류에 의한 측정오차를 보정하는 보정수단; 및

어느 소정시간내의 공기유량 신호치 중에서 상기 최대치와 상기 최소치를 구하는 수단을 구비하고,

상기 어느 소정시간은 상기 내연기관의 아이들 회전수의 주기이상의 시간인 것을 특징으로 하는 발열저항체식 공기유량 측정장치.
내연기관의 흡입공기통로내에 배치된 적어도 한 개이상의 굴곡을 가지는 부공기통로와,

상기 부공기통로내에 배치된 발열저항체를 구비한 발열저항체식 공기유량 측정장치에 있어서,

상기 발열저항체로부터 얻어진 공기유량 신호치의 최대치와 최소치에 의거하여 상기 흡입공기통로내의 역류의 유무를 판정하는 판정수단; 및

어느 소정시간내의 공기유량 신호치중에서 상기 최대치와 상기 최소치를 구하는 수단을 구비하고,

상기 어느 소정시간은 상기 내연기관의 흡기행정시간에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 발열저항체식 공기유량 측정장치.
내연기관의 흡입공기통로내에 배치된 적어도 한 개이상의 굴곡을 가지는 부공기통로와,

상기 부공기통로내에 배치된 발열저항체를 구비한 발열저항체식 공기유량 측정장치에 있어서,

상기 발열저항체로부터 얻어진 공기유량 신호치의 최대치와 최소치에 의거하여 상기 흡입공기통로내에 생기는 역류에 의한 측정오차를 보정하는 보정수단; 및

어느 소정시간내의 공기유량 신호치중에서 상기 최대치와 상기 최소치를 구하는 수단을 구비하고,

상기 어느 소정시간은 상기 내연기관의 흡기행정시간에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 발열저항체식 공기유량 측정장치.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 판정수단이 역류있음을 판단한 경우에, 상기 공기유량신호를 보정하는 보정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 발열저항체식 공기유량 측정장치.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 판정수단은 다음식으로 구해지는 값(F)에 의거하여

F = (상기 최대치 - 상기 최소치) / ((상기 최대치 + 상기 최소치) / 2)

역류의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 발열저항체식 공기유량 측정장치.
제 5항에 있어서,

상기 판정수단은 다음식으로 구해지는 값(F)에 의거하여

F = (상기 최대치 - 상기 최소치) / ((상기 최대치 + 상기 최소치) / 2)

역류의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 발열저창체식 공기유량 측정장치.
제 2항 또는 제 4항에 있어서,

상기 보정수단은 다음식으로 구해지는 값(F)에 의거하여

F = (상기 최대치 - 상기 최소치) / ((상기 최대치 + 상기 최소치) / 2)

상기 측정오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 발열저항체식 공기유량 측정장치.
제 5항에 있어서,

상기 보정수단은 데이터의 샘플링마다 검출파형에 대하여 순차 보정을 행하여 맥동 일주기분의 평균유량을 변화시키는 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 발열저항체식 공기유량 측정장치.
제 5항에 있어서,

상기 보정수단은 검출파형의 최대치 및 최소치중의 어느 한쪽 값의 근방의 보정량은 작게 하고, 다른쪽 값에 근접할수록 보정량을 크게 하는 것을 특징으로 하는 발열저항체식 공기유량 측정장치.
제 10항에 있어서,

상기 검출파형의 최소치 근방은 보정량을 적게 하고, 최대치에 근접할수록 보정량을 크게 하여 맥동진폭을 작게 하고, 상기 내연기관의 흡기공정 일주기분의 평균유량을 내리는 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 발열저항체식 공기유량 측정장치.
제 9항에 있어서,

전회보정한 값에 대하여 대략 10%이상의 유량변화가 생긴 경우에는 보정을 행하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 발열저항체식 공기유량 측정장치.
발열저항체식 공기유량 측정장치로부터 입력된 공기유량 신호치의 최대치와 최소치에 의거하여 상기 발열저항체식 공기유량 측정장치의 피측정 공기통로내의 역류의 유무를 판정하는 판정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
발열저항체식 공기유량 측정장치로부터 입력된 공기유량 신호치의 최대치와 최소치에 의거하여 상기 발열저항체식 공기유량 측정장치의 피측정 공기통로내의 역류에 의한 측정오차를 보정하는 보정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
제 1항 내지 제 11항중의 어느 한항에 있어서,

상기 발열저항체식 공기유량 측정장치로부터의 신호에 의거하여 상기 내연기관에 공급하는 연료량을 제어하는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어시스템.
내연기관의 흡입공기통로내에 배치된 적어도 한 개이상의 굴곡을 가지는 부공기통로와, 상기 부공기통로내에 배치된 발열저항체를 구비한 발열저항체식 공기유량 측정장치의 역류판정방법으로서,

상기 발열저항체로부터 얻어진 공기유량 신호치의 최대치와 최소치를 검출하고,

검출된 상기 최대치와 상기 최소치에 의거하여 상기 흡입공기통로내의 역류의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 발열저항체식 공기유량 측정장치의 역류판정방법.
내연기관의 흡입공기통로내에 배치된 적어도 한 개이상의 굴곡을 가지는 부공기통로와, 상기 부공기통로내에 배치된 발열저항체를 구비한 발열저항체식 공기유량 측정장치의 오차보정방법으로서,

상기 발열저항체로부터 얻어진 공기유량 신호치의 최대치와 최소치를 검출하고,

검출된 상기 최대치와 최소치에 의거하여 발열저항체식 공기유량 측정장치의 피측정유체의 역류에 의한 측정오차를 보정하는 발열저항체식 공기유량 측정장치의 오차보정방법.