JP2020012814A - 計測制御装置及び流量計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】空気流量の補正精度を高めることができる計測制御装置及び流量計測装置を提供する。【解決手段】エアフロメータは、センシング部から出力信号が入力される処理部を有している。処理部は、センシング部からの出力値を補正する補正回路を有しており、補正回路は、上極値判定部56、周波数算出部59、脈動誤差算出部60、補正量算出部60a及び脈動誤差補正部61を有している。上極値判定部56は、出力値が上極値になったか否かを判定する。周波数算出部59は、出力値が上極値になった上極タイミングを用いて上極間隔を算出し、この上極間隔を用いて脈動周波数を算出する。脈動誤差算出部60は、脈動周波数等を用いて脈動誤差を算出し、補正量算出部60aは脈動誤差を用いて補正量を算出し、脈動誤差補正部61は補正量等を用いて空気流量の補正を行う。【選択図】図7
Description
この明細書による開示は、計測制御装置及び流量計測装置に関する。
空気流量を計測する構成として、例えば特許文献1には、内燃機関の制御を行うECUがエアフローセンサの出力値に基づいて空気流量を算出するという構成が開示されている。このECUには、エアフローセンサの検出信号に加えて、機関回転数を検出するクランク角センサの検出信号が入力される。ECUは、クランク角センサにより検出された機関回転数を用いて空気流量の脈動周波数を算出し、この脈動周波数を用いて、空気流量の脈動により生じる誤差である脈動誤差が小さくなるように空気流量の補正を行う。
しかしながら、上記特許文献1では、ECUが、内燃機関の制御処理に加えて空気流量の補正処理を行うため、ECUの処理負担が過剰に増加することが想定される。そこで、空気流量の補正処理をECUから独立した計測制御装置に実行させ、この計測制御装置が空気流量の補正結果をECUに対して出力する、という構成が考えられる。この構成では、ECUが空気流量の補正結果を取得でき、しかも、ECUの処理負担を低減することができる。ところが、この構成でも、計測制御装置が脈動周波数等の脈動状態を算出する場合に機関回転数を用いるのであれば、ECUは機関回転数を示す回転数情報を計測制御装置に対して出力する必要がある。このように、計測制御装置が空気流量の補正にECUからの回転数情報を用いる場合、回転数情報にノイズが含まれていることなどにより、空気流量の補正精度が低下することが懸念される。
本開示の主な目的は、空気流量の補正精度を高めることができる計測制御装置及び流量計測装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、開示された第1の態様は、
空気の流量に応じた信号を出力するセンシング部(22)の出力値を用いて空気流量を計測し、空気流量の計測結果(S2,Gave3)を所定の外部装置(46)に対して出力する計測制御装置(45)であって、
空気流量に生じる脈動の状態である脈動状態を、外部装置から取得するのではなく出力値を用いて算出する脈動状態算出部(56,57,58,59,81,82,83)と、
脈動状態算出部により算出された脈動状態を用いて空気流量の補正を行う流量補正部(61)と、
を備えている計測制御装置である。
空気の流量に応じた信号を出力するセンシング部(22)の出力値を用いて空気流量を計測し、空気流量の計測結果(S2,Gave3)を所定の外部装置(46)に対して出力する計測制御装置(45)であって、
空気流量に生じる脈動の状態である脈動状態を、外部装置から取得するのではなく出力値を用いて算出する脈動状態算出部(56,57,58,59,81,82,83)と、
脈動状態算出部により算出された脈動状態を用いて空気流量の補正を行う流量補正部(61)と、
を備えている計測制御装置である。
第1の態様によれば、外部装置から取得する脈動状態を空気流量の補正に用いるのではなく、脈動状態算出部がセンシング部の出力値を用いて算出した脈動状態を空気流量の補正に用いる。この構成では、外部装置から取得した脈動状態にノイズ等が含まれていることに起因して空気流量の補正精度が低下する、ということを回避できる。したがって、流量補正部による空気流量の補正精度を高めることができる。
第2の態様は、
空気流量を計測する流量計測装置(10)であって、
空気が流入する計測入口(35)及び空気が流出する計測出口(36)を有する計測流路(32)と、
計測流路において空気の流量に応じた信号を出力するセンシング部(22)と、
センシング部の出力値を用いて空気流量を計測し、空気流量の計測結果(S2,Gave3)を所定の外部装置(46)に対して出力する計測制御部(45)と、を備え、
計測制御部は、
空気流量に生じる脈動の状態である脈動状態を、外部装置から取得するのではなく出力値を用いて算出する脈動状態算出部(56,57,58,59,81,82,83)と、
脈動状態算出部により算出された脈動状態を用いて空気流量の補正を行う流量補正部(61)と、
を備えている流量計測装置である。
空気流量を計測する流量計測装置(10)であって、
空気が流入する計測入口(35)及び空気が流出する計測出口(36)を有する計測流路(32)と、
計測流路において空気の流量に応じた信号を出力するセンシング部(22)と、
センシング部の出力値を用いて空気流量を計測し、空気流量の計測結果(S2,Gave3)を所定の外部装置(46)に対して出力する計測制御部(45)と、を備え、
計測制御部は、
空気流量に生じる脈動の状態である脈動状態を、外部装置から取得するのではなく出力値を用いて算出する脈動状態算出部(56,57,58,59,81,82,83)と、
脈動状態算出部により算出された脈動状態を用いて空気流量の補正を行う流量補正部(61)と、
を備えている流量計測装置である。
第2の態様によれば、上記第1の態様と同様の効果を奏することができる。
第3の態様は、
内燃機関へ吸入される空気の流量に応じた信号を出力するセンシング部(22)の出力値を用いて空気流量を計測し、空気流量の計測結果(S2,Gave3)を所定の外部装置(46)に対して出力する計測制御装置(45)であって、
空気流量に生じる脈動の状態である脈動状態を、出力値を用いて算出する脈動状態算出部(56,57,58,59,81,82,83)と、
脈動状態算出部により算出された脈動状態を用いて空気流量の補正を行う流量補正部(61)と、
出力値の時間変化を表す波形から、所定のカットオフ周波数の成分を除去するフィルタ部(75)と、
を備え、
内燃機関の回転速度の時間変化を表す波形の周波数を回転変動周波数とし、
カットオフ周波数は、回転変動周波数の正の実数倍に設定されている計測制御装置である。
内燃機関へ吸入される空気の流量に応じた信号を出力するセンシング部(22)の出力値を用いて空気流量を計測し、空気流量の計測結果(S2,Gave3)を所定の外部装置(46)に対して出力する計測制御装置(45)であって、
空気流量に生じる脈動の状態である脈動状態を、出力値を用いて算出する脈動状態算出部(56,57,58,59,81,82,83)と、
脈動状態算出部により算出された脈動状態を用いて空気流量の補正を行う流量補正部(61)と、
出力値の時間変化を表す波形から、所定のカットオフ周波数の成分を除去するフィルタ部(75)と、
を備え、
内燃機関の回転速度の時間変化を表す波形の周波数を回転変動周波数とし、
カットオフ周波数は、回転変動周波数の正の実数倍に設定されている計測制御装置である。
第3の態様によっても、上記第1の態様と同様の効果を奏することができる。また、回転変動周波数の正の実数倍に設定されたカットオフ周波数でノイズ除去されるので、空気流量の補正精度をより一層高めることができる。
なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものにすぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施例の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。
(第1実施形態)
図1、図2に示すエアフロメータ10は、ガソリンエンジン等の内燃機関を有する燃焼システムに含まれている。この燃焼システムは車両に搭載されている。図3に示すように、エアフロメータ10は、燃焼システムにおいて、内燃機関に吸入空気を供給する吸気通路12に設けられており、吸気通路12を流れる吸入空気等の気体やガスといった流体の流量や温度、湿度、圧力等の物理量を計測する。この場合、エアフロメータ10が流量計測装置に相当する。
図1、図2に示すエアフロメータ10は、ガソリンエンジン等の内燃機関を有する燃焼システムに含まれている。この燃焼システムは車両に搭載されている。図3に示すように、エアフロメータ10は、燃焼システムにおいて、内燃機関に吸入空気を供給する吸気通路12に設けられており、吸気通路12を流れる吸入空気等の気体やガスといった流体の流量や温度、湿度、圧力等の物理量を計測する。この場合、エアフロメータ10が流量計測装置に相当する。
エアフロメータ10は、吸気通路12を形成する吸気ダクト等の吸気管12aに取り付けられている。吸気管12aには、その外周部を貫通する貫通孔としてエアフロ挿入孔12bが設けられている。このエアフロ挿入孔12bには円環状の管フランジ12cが取り付けられており、この管フランジ12cは吸気管12aに含まれている。エアフロメータ10は、管フランジ12c及びエアフロ挿入孔12bに挿入されることで吸気通路12に入り込んだ状態になっており、この状態で吸気管12aや管フランジ12cに固定されている。
本実施形態では、エアフロメータ10について、幅方向X、高さ方向Y及び奥行き方向Zが互いに直交している。エアフロメータ10は高さ方向Yに延びており、吸気通路12は奥行き方向Zに延びている。エアフロメータ10は、吸気通路12に入り込んだ入り込み部分10aと、吸気通路12に入り込まずに管フランジ12cから外部にはみ出したはみ出し部分10bとを有しており、これら入り込み部分10aとはみ出し部分10bとは高さ方向Yに並んでいる。エアフロメータ10においては、一対の端面10c,10dのうち、入り込み部分10aに含まれた方をエアフロ先端面10cと称し、はみ出し部分10bに含まれた方をエアフロ基端面10dと称する。この場合、エアフロ先端面10cとエアフロ基端面10dとが高さ方向Yに並んでいる。なお、エアフロ先端面10c及びエアフロ基端面10dは高さ方向Yに直交している。また、管フランジ12cの先端面も高さ方向Yに直交している。
図1、図2に示すように、エアフロメータ10は、ハウジング21と、吸入空気の流量を検出するセンシング部22(図3、図6参照)とを有している。センシング部22はハウジング本体24の内部空間24aに設けられている。ハウジング21は、例えば樹脂材料等により形成されている。エアフロメータ10においては、ハウジング21が吸気管12aに取り付けられていることで、センシング部22が、吸気通路12を流れる吸入空気と接触可能な状態になる。ハウジング21は、ハウジング本体24、リング保持部25、フランジ部27及びコネクタ部28を有しており、リング保持部25に対してOリング26(図3参照)が取り付けられている。
ハウジング本体24は全体として筒状に形成され、ハウジング21においては、リング保持部25、フランジ部27及びコネクタ部28がハウジング本体24に一体的に設けられた状態になっている。リング保持部25は入り込み部分10aに含まれ、フランジ部27及びコネクタ部28ははみ出し部分10bに含まれている。
リング保持部25は、管フランジ12cの内部に設けられており、Oリング26を高さ方向Yに位置ずれしないように保持している。Oリング26は、管フランジ12cの内部において吸気通路12を密閉するシール部材であり、リング保持部25の外周面と管フランジ12cの内周面との両方に密着している。フランジ部27には、エアフロメータ10を吸気管12aに固定するネジ等の固定具を固定するネジ孔等の固定孔が形成されている。コネクタ部28は、センシング部22に電気的に接続されたコネクタターミナルを保護する保護部である。
図3に示すように、ハウジング本体24は、吸気通路12を流れる吸入空気の一部が流れ込むバイパス流路30を形成している。バイパス流路30は、エアフロメータ10の入り込み部分10aに配置されている。バイパス流路30は、通過流路31及び計測流路32を有しており、これら通過流路31及び計測流路32は、ハウジング本体24の内部空間24aにより形成されている。なお、吸気通路12を主通路と称し、バイパス流路30を副通路と称することもできる。また、図3においては、Oリング26の図示を省略している。
通過流路31は、奥行き方向Zにハウジング本体24を貫通している。通過流路31は、その上流端部である流入口33と、下流端部である流出口34とを有している。これら流入口33と流出口34とは奥行き方向Zに並べられており、この奥行き方向Zが並び方向に相当する。計測流路32は、通過流路31の中間部分から分岐した分岐流路であり、この計測流路32にセンシング部22が設けられている。計測流路32は、その上流端部である計測入口35と、下流端部である計測出口36とを有している。通過流路31から計測流路32が分岐した部分はこれら通過流路31と計測流路32との境界部になっており、この境界部に計測入口35が含まれていることになる。なお、計測出口36が分岐出口に相当する。
センシング部22は、回路基板とこの回路基板に搭載された検出素子とを有しており、チップ式の流量センサである。検出素子は、発熱抵抗等のヒータ部と、このヒータ部により加熱された空気の温度を検出する温度検出部とを有しており、センシング部22は、検出素子での発熱に伴う温度の変化に応じた出力信号を出力する。なお、センシング部22を流量検出部と称することもできる。
エアフロメータ10は、センシング部22を含んで構成されたセンササブアッセンブリを有しており、このセンササブアッセンブリをセンサSA40と称する。センサSA40はハウジング本体24に収容されている。センサSA40は、センシング部22に加えて、センシング部22に電気的に接続された回路チップ41と、センシング部22や回路チップ41を保護するモールド部42とを有している。回路チップ41は各種処理を行うデジタル回路を有しており、直方体状のチップ部品である。センサSA40においては、センシング部22及び回路チップ41がリードフレームにより支持されており、回路チップ41がボンディングワイヤ等を介してセンシング部22やリードフレームに電気的に接続されている。
モールド部42は、モールド成型により成型された高分子樹脂等のモールド樹脂であり、リードフレームやボンディングワイヤに比べて高い絶縁性を有している。モールド部42は、回路チップ41やボンディングワイヤ等を封止した状態で回路チップ41やセンシング部22を保護している。センサSA40においては、モールド部42によりセンシング部22と回路チップ41とが1パッケージで実装されている。また、センサSA40がセンシングユニットに相当し、モールド部42がボデーに相当する。なお、センサSA40を検出ユニットやセンサ部と称することもできる。
センシング部22は、計測流路32での空気流量に応じた出力信号を回路チップに対して出力し、回路チップは、センシング部22の出力信号を用いて流量を算出する。回路チップの算出結果が、エアフロメータ10が計測した空気の流量ということになる。なお、高さ方向Yにおいて吸気通路12の中央位置にエアフロメータ10の流入口33及び流出口34が配置されている。高さ方向Yにおいて吸気通路12の中央位置を流れる吸入空気は、奥行き方向Zに沿って流れている。吸気通路12において吸入空気が流れる向きと、通過流路31において吸入空気が流れる向きとはほぼ一致している。なお、センシング部22は、熱式の流量センサに限定されず、超音波式の流量センサやカルマン渦式の流量センサ等であってもよい。
図4に示すように、ハウジング21の外周面を形成するハウジング本体24の外周面は、上流外面24b、下流外面24c及び一対の中間外面24dを有している。ハウジング本体24の外周面において、上流外面24bは吸気通路12の上流側を向いており、下流外面24cは吸気通路12の下流側を向いている。一対の中間外面24dは、幅方向Xにおいて互いに反対側を向いており、奥行き方向Zに延びた平坦面になっている。上流外面24bは、中間外面24dに対して傾斜した傾斜面になっている。この場合、上流外面24bは、幅方向Xにおいてハウジング本体24の幅寸法を吸気通路12での上流側に向けて徐々に小さくするように湾曲した傾斜面になっている。
中間外面24dは、奥行き方向Zにおいて上流外面24bと下流外面24cとの間に設けられている。この場合、上流外面24bと中間外面24dとは奥行き方向Zに並べられており、これら上流外面24bと中間外面24dとの境界部である面境界部24eは、高さ方向Yに延びている。上流外面24bと下流外面24cとは、奥行き方向Zにおいて互いに反対を向いた一対の端面である。
図3に示すように、流入口33は上流外面24bに設けられており、流出口34は下流外面24cに設けられている。この場合、流入口33と流出口34とは互いに反対向きに開放されている。図4に示すように、計測出口36は、面境界部24eを奥行き方向Zに跨ぐ位置に配置されていることで、上流外面24b及び中間外面24dの両方に設けられている。計測出口36においては、上流外面24bに配置された部分が流入口33と同じ側に向けて開放されており、中間外面24dに配置された部分が幅方向Xに開放されている。この場合、計測出口36は、幅方向Xに対して流入口33側に傾斜した方向を向いている。また、この場合、計測出口36は、流出口34側に向けては開放されていない。すなわち、計測出口36は、吸気通路12において下流側に向けては開放されていない状態になっている。
計測出口36は、面境界部24eに沿って延びた縦長の偏平形状になっている。計測出口36は、奥行き方向Zにおいて面境界部24eを基準にすると、中間外面24d寄りの位置に配置されている。計測出口36においては、中間外面24dに配置された部分の面積が、上流外面24bに配置された部分の面積より大きくなっている。この場合、奥行き方向Zにおいて、計測出口36の下流端部と面境界部24eとの離間距離が、計測出口36の上流端部と面境界部24eとの離間距離より大きくなっている。
計測流路32の内周面は、計測出口36を形成する形成面38a〜38cを有している。ハウジング本体24の外周部には、計測出口36を形成する貫通孔が設けられており、形成面38a〜38cはこの貫通孔の内周面に含まれている。形成面38a〜38cのうち上流形成面38aは計測出口36の上流端部36aを形成しており、下流形成面38bは計測出口36の下流端部36bを形成している。接続形成面38cは、上流形成面38aと下流形成面38bとを接続しており、これら形成面38a,38bを挟んで一対設けられている。
上流形成面38aは、奥行き方向Zに直交しており、計測出口36の上流端部36aからハウジング本体24の内部に向けて幅方向Xに延びている。下流形成面38bは、奥行き方向Zに対して傾斜しており、計測出口36の下流端部36bからハウジング本体24の内部に向けて上流外面24b側に真っ直ぐに延びた傾斜面になっている。
吸気通路12においてハウジング本体24の外周側で生じる吸入空気の流れについて簡単に説明する。吸気通路12を下流側に向けて流れる空気のうち、ハウジング本体24の上流外面24bに到達した空気は、傾斜面である上流外面24bに沿って進むことで向きを徐々に変えつつ計測出口36に到達する。このように、上流外面24bにより空気の向きが滑らかに変わるため、計測出口36の近傍で空気の剥離が生じにくくなっている。このため、計測流路32を流れる空気が計測出口36から流出しやすくなり、計測流路32内の流速が安定しやすくなる。
また、計測流路32を流れて計測出口36から吸気通路12に流出する空気は、傾斜面である下流形成面38bに沿って流れることで、吸気通路12での下流側に向けて流れやすくなる。この場合、下流形成面38bに沿って計測出口36から流出した空気が、吸気通路12を流れる吸入空気に合流する際に渦流など気流の乱れが発生しにくくなっているため、計測流路32内の流速が安定しやすくなる。
図3に示すように、計測流路32は、計測入口35と計測出口36との間にて折り返された折り返し形状になっている。計測流路32は、通過流路31から分岐した分岐路32aと、分岐路32aから流れ込んできた空気をセンシング部22に向けて案内する案内路32bと、センシング部22が設けられた検出路32cと、計測出口36から空気を排出する排出路32dとを有する。計測流路32においては、上流側から分岐路32a、案内路32b、検出路32c、排出路32d、の順で並べられている。
検出路32cは、奥行き方向Zに延びていることで通過流路31と平行になっており、通過流路31からはみ出し部分10b側に離間した位置に設けられている。分岐路32a、案内路32b及び排出路32dは、検出路32cと通過流路31との間に設けられている。案内路32b及び排出路32dは、検出路32cから通過流路31に向けて高さ方向Yに延びていることで互いに平行になっている。分岐路32aは、案内路32bと通過流路31との間に設けられており、通過流路31に対して傾斜した傾斜分岐路に相当する。分岐路32aは、計測入口35から奥行き方向Zに対して流出口34側に向けて延びており、真っ直ぐな流路になっている。排出路32dは、奥行き方向Zにおいて案内路32bよりも流入口33側に設けられており、計測出口36から検出路32cに向けて延びている。
図5に示すように、センサSA40はセンシング部22が検出路32cに入り込んだ位置に配置されている。センシング部22は、幅方向Xにおいて一対の中間外面24dの間に配置されており、奥行き方向Z及び高さ方向Yに延びている。センシング部22は、検出路32cを幅方向Xに仕切った状態になっている。
ハウジング21は、奥行き方向Zにおいてセンシング部22に向けて徐々に検出路32cを絞る検出絞り部37を有している。検出絞り部37は、検出路32cにおいて下流外面24c側の端部からセンシング部22に向けて検出路32cの断面積を徐々に小さくしている。また、検出絞り部37は、検出路32cにおいて上流外面24b側の端部からセンシング部22に向けて検出路32cの断面積を徐々に小さくしている。検出路32cにおいては、奥行き方向Zに直交する方向における断面の面積を断面積としている。検出路32cを空気がセンシング部22に向けて順方向に流れている場合、検出絞り部37は、検出路32cを徐々に絞ることで空気の流れる向きを整えることができ、整流機構に相当する。なお、検出絞り部37が絞り部に相当する。
検出絞り部37は、検出路32cの内周面においてセンシング部22に対向する位置に設けられている。検出絞り部37は、ハウジング本体24の内周面からセンシング部22に向けて突出しており、奥行き方向Zでの検出絞り部37の奥行き寸法D1は、奥行き方向Zでのセンシング部22の奥行き寸法D2より大きくなっている。また、高さ方向Yにおいてセンシング部22が存在する領域においては、奥行き方向Zでのモールド部42の奥行き寸法D3は、検出絞り部37の奥行き寸法D1より大きくなっている。
検出絞り部37は、幅方向Xにおいて先細りした形状になっている。具体的には、ハウジング本体24の内壁より幅方向Xに突出する検出絞り部37の基端部が最も幅の広い部分になっており、その先端部が最も幅の狭い部分になっている。検出絞り部37の基端部の幅寸法を上記の奥行き寸法D1としている。検出絞り部37は、センシング部22に向けて膨らんだ湾曲面を有している。なお、検出絞り部37は、センシング部22に向けて膨らんだテーパ形状であってもよい。
検出路32cの内周面のうちハウジング先端側の面を底面と称し、ハウジング基端側の面を天井面と称すると、検出路32cの底面はハウジング本体24により形成されている一方で、天井面はセンサSA40により形成されている。検出絞り部37は、検出路32cの底面から天井面に向けて延びている。検出絞り部37の外周面は高さ方向Yにおいて真っ直ぐに延びている。
検出路32cにおいては、モールド部42と検出絞り部37との離間距離が、奥行き方向Zにおいてセンシング部22に近付くにつれて徐々に小さくなっていく。この構成では、案内路32bから検出路32cに流れ込んだ吸入空気がモールド部42と検出絞り部37との間を通る場合、センシング部22に近付くにつれて吸入空気の流速が大きくなりやすい。この場合、センシング部22には適度な流速で吸入空気が付与されるため、センシング部22の出力が安定しやすくなり、検出精度を高めることができる。
吸気通路12において、エンジンの運転状態などに起因して吸入空気の流れに吸気脈動等の脈動が生じた場合、この脈動に伴って、上流側から流れる順流に加えて、下流側から順流とは逆向きに流れる逆流が発生することがある。吸気通路12においては流入口33が上流側に向けて開放されており、流入口33には順流が流入しやすくなっている。また、流出口34が下流側に向けて開放されており、流出口34には逆流が流入しやすくなっている。さらに、吸気通路12においては計測出口36が下流側に向けては開放されておらず、計測出口36には逆流が流入しにくくなっている。このため、計測出口36から逆流が流入した場合でも、計測出口36への逆流の流入態様が安定せず、計測流路32での空気流量が不安定になりやすい。
本実施形態とは異なり、例えば、ハウジング本体24において外周面の一部が下流側を向いた段差面であり、この段差面に計測出口36が形成された構成では、吸気通路12において段差面を通過する空気に渦流等の気流の乱れが発生しやすいと考えられる。これに対して、本実施形態では、計測出口36が段差面に形成された構成ではないため、計測出口36の周辺において気流の乱れが生じにくく、計測出口36への逆流の進入しやすさが変動するということが生じにくくなっている。このように、計測流路32にて不安定な逆流が発生しにくいため、エアフロメータ10において安定した脈動計測を実現できる。
図6に示すように、エアフロメータ10は、センシング部22の出力信号を処理する処理部45を有している。処理部45は、回路チップ41に設けられており、ECU(Electronic Control Unit)46に電気的に接続されている。ECU46は、内燃機関制御装置に相当し、エアフロメータ10からの計測信号などに基づいてエンジンを制御する機能を備えたエンジン制御装置である。この計測信号は、後程説明する脈動誤差補正部61によって補正された空気流量を示す電気信号である。処理部45とECU46片方向通信が可能になっており、処理部45からECU46への信号入力が行われる一方で、ECU46から処理部45への信号入力が行われない。なお、ECU46は、処理部45やエアフロメータ10から独立して設けられており、外部装置に相当する。
ECU46は、クランク角センサやカム角センサなどのエンジンセンサに電気的に接続されている。ECU46は、エンジンセンサの検出信号を用いて、エンジンの回転角度や回転速度、回転数等のエンジンパラメータを取得し、このエンジンパラメータを用いてエンジン制御を行う。吸気通路12にて吸入空気に発生する脈動は、エンジンパラメータに相関している。ただし、本実施形態のECU46は、エンジンパラメータを処理部45に対して出力せず、処理部45はセンシング部22の出力信号について補正等の処理を行う場合にエンジンパラメータを使用しない。なお、エンジンパラメータが外部情報に相当する。
センシング部22は、計測流路32を流れる空気流量に対応した出力信号を処理部45に対して出力する。この出力信号は、センシング部22から出力される電気信号やセンサ信号、検出信号であり、空気流量の値に対応する出力値がこの出力信号に含まれている。センシング部22は、計測流路32を計測入口35から計測出口36に向けて順方向に流れる空気、及び計測出口36から計測入口35に向けて逆方向に流れる空気のいずれについても空気流量を検出可能になっている。センシング部22の出力値は、計測流路32において空気が順方向に流れている場合は正の値になり、逆方向に流れている場合には負の値になる。
吸気通路12において空気の流れに脈動が発生した場合、センシング部22は、脈動の影響を受けて、出力値に真の空気流量に対する誤差が生じる。特に、センシング部22は、スロットル弁が全開側に操作されると脈動振幅や脈動率が大きくなりやすい。以下においては、この脈動による誤差を脈動誤差Errとも称する。また、真の空気流量とは、脈動の影響を受けていない空気流量である。なお、脈動率は、脈動振幅を平均値で割った値である。
処理部45は、センシング部22の出力値に基づいて空気流量を検出して、検出した空気流量をECU46へ出力する。処理部45は、センシング部22のヒータ部を駆動させる駆動回路49と、センシング部22の出力値を補正する補正回路50と、補正回路50の補正結果をECU46に対して出力する出力回路62とを有している。駆動回路49は、ヒータ部の駆動制御に加えて、ヒータ部の駆動などに用いられる電力をセンシング部22に供給する。また、駆動回路49は、補正回路50が補正処理を行う前の段階でセンシング部22の出力信号を増幅するなどの前処理を行う。
処理部45は、空気流量を計測する計測制御装置及び計測制御部に相当する。処理部45は、CPU等の演算処理装置と、プログラムとデータとを記憶する記憶装置とを有する。例えば、処理部45は、コンピュータによって読み取り可能な記憶装置を備えるマイクロコンピュータで実現される。処理部45は、記憶装置に記憶されているプログラムを演算処理装置が実行することで各種演算を行って空気流量を算出して、算出した空気流量をECU46へ出力する。
記憶装置は、コンピュータによって読み取り可能なプログラム及びデータを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリなどによって実現される。この記憶装置は、記憶媒体と言い換えることもできる。また、処理部45は、データを一時的に格納する揮発性メモリを備えていてもよい。
また、処理部45は、脈動誤差Errが生じた出力値を補正する機能を有している。言い換えると、処理部45は、出力信号の空気流量を、真の空気流量に近づけるように補正する。よって、処理部45は、脈動誤差Errを補正した空気流量を計測信号としてECU46へ出力する。計測信号には、出力値の補正結果である計測値が含まれている。
処理部45は、プログラムを実行することによって、複数の機能ブロックとして動作する。駆動回路49、補正回路50及び出力回路62はいずれも機能ブロックである。図7に示すように、補正回路50は、機能ブロックとして、A/D変換部51、サンプリング部52、ばらつき調整部53、変換テーブル54を有している。
A/D変換部51は、センシング部22から駆動回路49を介して補正回路50に入力された出力値をA/D変換する。サンプリング部52は、A/D変換された出力値をサンプリングして、都度のタイミングでサンプリング値を取得する。これらサンプリング値は出力値に含まれている。ばらつき調整部53は、センシング部22の個体差などエアフロメータ10の個体差によって計測値にばらつきが生じないように、センシング部22の出力値のばらつきを調整する。具体的には、ばらつき調整部53は、出力値と実際の空気流量との関係を示す流量出力特性や、流量出力特性と温度との関係を示す温度特性について個体ばらつきを低減する。
変換テーブル54は、サンプリング部52で取得したサンプリング値を空気流量に変換する。本実施形態では、変換テーブル54にて変換された値を、空気流量ではなくサンプリング値や出力値と称することがある。変換テーブル54は、流量出力特性を用いる変換テーブルである。
補正回路50は、機能ブロックとして、上極値判定部56、平均空気量算出部57、脈動振幅算出部58、周波数算出部59、脈動誤差算出部60、補正量算出部60a、脈動誤差補正部61を有している。
上極値判定部56は、変換テーブル54で変換されたサンプリング値が上極値Eaであるか否かを判定する。上極値Eaは、出力値が増加から減少に切り替わるタイミングでのサンプリング値である。上極値判定部56は、サンプリング値が上極値Eaになったタイミングを上極タイミングtaとして取得し、処理部45の記憶装置に記憶させる。そして、上極値判定部56は、上極タイミングtaを含む情報を脈動周期を示すタイミング情報として、平均空気量算出部57や脈動振幅算出部58、周波数算出部59に対して出力する。図7においては、センシング部22の出力値に関する情報の出力を実線で図示し、タイミング情報の出力を破線で図示している。なお、出力値が上極値Eaになったことがあらかじめ定められた特定条件に相当し、上極値判定部56が条件判定部に相当し、上極タイミングtaは出力値が特定条件に該当したタイミングに相当する。
周波数算出部59は、上極値判定部56からのタイミング情報を用いて、サンプリング値が上極値Eaになる間隔を上極間隔Waとして算出し、この上極間隔Waを用いて脈動周波数Fを算出する。例えば、図8に示すように、サンプリング値が上極値Eaになった後、サンプリング値が次に上極値Eaになった場合について、前の上極値Eaを第1上極値Ea1と称し、次の上極値Eaを第2上極値Ea2と称する。この場合、周波数算出部59は、サンプリング値が第1上極値Ea1になった第1上極タイミングta1と、第2上極値Ea2になった第2上極タイミングta2とを用いて、これら上極タイミングta1,ta2の間隔である上極間隔Waを算出する。そして、例えばF[Hz]=1/Wa[s]という関係を用いて脈動周波数Fを算出する。なお、上極間隔Waが時間間隔に相当する。
第1上極タイミングta1から第2上極タイミングta2までの期間について、空気が脈動している際の空気流量の最大値である脈動最大値Gmax(図10参照)は、第1上極値Ea1及び第2上極値Ea2のうち大きい方の値になる。これら上極値Ea1,Ea2が同じ値である場合は、その値が脈動最大値Gmaxになる。なお、第1上極値Ea1と第2上極値Ea2との平均値を脈動最大値Gmaxとしてもよい。
第1上極値Ea1と第2上極値Ea2との間には、出力値が減少から増加に切り替わるタイミングでのサンプリング値である下極値Ebが存在している。第1上極タイミングta1と第2上極タイミングta2との間においては、下極値Ebが1つしかないため、この下極値Ebが脈動最小値Gmin(図10参照)になる。
平均空気量算出部57は、変換テーブル54で変換したサンプリング値と、上極値判定部56からのタイミング情報とを用いて、空気流量の平均値である平均空気量Gave(図10参照)を算出する。平均空気量算出部57は、上極値判定部56の判定結果を用いて、平均空気量Gaveを算出する場合の対象期間を計測期間として設定し、この計測期間について平均空気量Gaveを算出する。例えば、図8においては、第1上極タイミングta1から第2上極タイミングta2までの期間を計測期間として設定した場合、この計測期間について平均空気量Gaveを算出する。
平均空気量算出部57は、例えば、積算平均を用いて平均空気量Gaveを算出する。ここでは、一例として、図9に示す波形を用いた平均空気量Gaveの算出に関して説明する。この例では、タイミングt1からタイミングtnを計測期間とし、タイミングt1の空気流量をG1、タイミングtnの空気流量をGnとしている。そして、平均空気量算出部57は、図9の式1を用いて、平均空気量Gaveを算出する。この場合、サンプリング数が少ない場合よりも、多い場合の方が、検出精度が比較的低い脈動最小値Gminの影響が低減された平均空気量Gaveを算出できる。
計測流路32においては、実際の空気流量が十分に多いと空気が計測出口36に向けて進む際に流線がゆらぎにくく、センシング部22を通過する空気の進行方向や流量が安定しやすいと考えられる。このため、実際の空気流量が十分に多いことでセンシング部22の検出精度が高くなりやすい。これに対して、実際の空気流量が少ないほど空気の進行方向や流量が不安定になりやすい。例えば、計測流路32において実際の空気流量が逆流が発生しない範囲で最も少ない場合、空気が計測出口36に向けて蛇行しながら進むことなどにより、空気の進行方向や流量が安定しないと考えられる。このため、実際の空気流量が少ないほどセンシング部22の検出精度が低下しやすい。したがって、出力値のうち脈動最小値Gminは、センシング部22の検出精度が比較的低くなってしまう。
脈動振幅算出部58は、変換テーブル54で変換したサンプリング値と、上極値判定部56からのタイミング情報とを用いて、空気流量にて生じる脈動の大きさである脈動振幅Paを算出する。脈動振幅算出部58は、計測期間を算出対象としており、図10に示すように、脈動最大値Gmaxと平均空気量Gaveとの差を取ることで空気流量の脈動振幅Paを算出する。つまり、脈動振幅算出部58は、空気流量の全振幅ではなく、空気流量の片振幅を求める。これは、上記のように検出精度が比較的低い脈動最小値Gminの影響を小さくするためである。なお、脈動振幅算出部58は、脈動最大値Gmaxと脈動最小値との差である全振幅を脈動振幅として算出してもよい。
センシング部22の出力値については、上極値Eaや脈動周波数F、脈動振幅Pa、平均空気量Gaveが、脈動の状態である脈動状態を示しており、脈動パラメータに相当する。この場合、上極値判定部56、平均空気量算出部57、脈動振幅算出部58及び周波数算出部59は、脈動状態を算出する脈動状態算出部に相当する。
脈動誤差算出部60は、空気流量について脈動振幅Paに相関した脈動誤差Errを算出する。脈動誤差算出部60は、例えば、脈動振幅Paと脈動誤差Errとが関連付けられたマップなどを用いて、空気流量の脈動誤差Errを予測する。つまり、脈動誤差算出部60は、脈動振幅算出部58によって脈動振幅Paが得られると、得られた脈動振幅Paに相関する脈動誤差Errをマップから抽出する。また、脈動誤差算出部60は、計測期間を対象として、脈動振幅Paに相関する脈動誤差Errを取得するとも言える。なお、脈動誤差算出部60が誤差算出部に相当する。
上述したように、エアフロメータ10は、吸気通路12を形成する吸気管12aに取り付けられている。よって、エアフロメータ10は、吸気管12aの形状の影響などによって、脈動振幅Paが大きくなるに連れて脈動誤差Errが大きくなるだけでなく、脈動振幅Paが大きくなるに連れて脈動誤差Errが小さくなることもありうる。このため、エアフロメータ10では、脈動振幅Paと脈動誤差Errとの関係を関数で表すことができない場合がある。したがって、エアフロメータ10は、上記のようにマップを用いることで、正確な脈動誤差Errを予測することができるので好ましい。なお、マップは、複数の脈動振幅Paと、各脈動振幅Paに相関した補正量Qとが関連付けられていてもよい。
しかしながら、エアフロメータ10は、センシング部22が直接、主空気通路に配置されている場合など、脈動振幅Paと脈動誤差Errとの関係を関数で表すことができる場合もある。この場合、エアフロメータ10は、この関数を用いて脈動誤差Errを算出してもよい。エアフロメータ10は、関数を用いて脈動誤差Errを算出することで、マップを持つ必要がないため、記憶装置の容量を減らすことができる。この点は、以下の実施形態でも同様である。つまり、以下の実施形態では、マップのかわりに関数を用いて脈動誤差Errを得てもよい。
なお、脈動誤差Errは、出力値によって得られた補正していない空気流量と、真の空気流量との差である。つまり、脈動誤差Errは、出力値が変換テーブル54によって変換された空気流量と、真の空気流量との差に相当する。よって、補正前の空気量を真の空気流量に近づけるための補正量Qは、脈動誤差Errがわかれば得ることができる。
図7に示すように、脈動誤差算出部60には、平均空気量算出部57で算出された平均空気量Gaveと、脈動振幅算出部58で算出された脈動振幅Paと、周波数算出部59で算出された脈動周波数Fとが入力される。脈動誤差算出部60は、これら平均空気量Gave、脈動振幅Pa及び脈動周波数Fを用いて脈動誤差Errを算出する。
空気の流れに脈動が生じた場合、平均空気量Gaveが大きくなるほど脈動振幅Paが大きくなりやすい。脈動振幅Paと脈動誤差Errとの関係を示す脈動特性において、脈動振幅Paと脈動誤差Errとがほぼ比例関係になっている場合、図11に示すように、脈動特性の近似線を直線で示すことができる。
Err=Ann×Pa+Bnn…(式2)
脈動特性の近似線については、上記式2の関係が成り立つ。この関係式は、脈動振幅Paを用いて脈動誤差Errを予測する誤差予測式であり、この誤差予測式においては、Annが近似線の傾きであり、Bnnが切片である。脈動特性においては、脈動誤差Errが補正パラメータに相当する。なお、脈動特性の近似線を曲線で示してもよい。この場合、脈動特性の近似線を示す式には、2次関数や3次関数など2次以上の関数が含まれることになる。
脈動特性の近似線については、上記式2の関係が成り立つ。この関係式は、脈動振幅Paを用いて脈動誤差Errを予測する誤差予測式であり、この誤差予測式においては、Annが近似線の傾きであり、Bnnが切片である。脈動特性においては、脈動誤差Errが補正パラメータに相当する。なお、脈動特性の近似線を曲線で示してもよい。この場合、脈動特性の近似線を示す式には、2次関数や3次関数など2次以上の関数が含まれることになる。
脈動特性は、平均空気量Gaveと脈動周波数Fとの組み合わせごとに設定されている。図12においては、平均空気量Gaveと脈動周波数Fとの組み合わせを示す各窓のそれぞれに、脈動特性を示す傾きAnn及び切片Bnnが設定されている。このような、平均空気量Gaveや脈動周波数Fと脈動特性との関係を示すマップを参照マップと称すると、この参照マップは2次元マップであり、処理部45の記憶装置に記憶されている。参照マップにおいては、平均空気量Gave及び脈動周波数Fのそれぞれについて、あらかじめ定められた所定の値に対して脈動特性が設定されている。なお、参照マップは、3次元マップや4次元マップなど3次元以上のマップでもよい。例えば、平均空気量Gaveと脈動周波数Fと脈動振幅Paとの関係を示す3次元マップを参照マップとしてもよい。
図12では、参照マップにおいて設定された平均空気量Gaveのマップ値をG1〜Gnとして示し、脈動周波数Fのマップ値をF1〜Fnとして示している。なお、脈動特性が補正特性に相当し、参照マップが参照情報に相当する。また、参照マップを補正マップと称し、参照情報を補正情報と称してもよい。
参照マップは、実機を用いた実験やシミュレーションなどによって、脈動振幅Paと、その脈動振幅Paに相関した脈動誤差Errとの関係を確認しておくことで作成できる。つまり、脈動誤差Errは、脈動振幅Paの値を変えて、実機を用いた実験やシミュレーションを行った場合に、脈動振幅Pa毎に得られた値と言える。なお、実施形態におけるその他のマップも、参照マップと同様に、実機を用いた実験やシミュレーションなどによって作成できる。
補正量算出部60aは、脈動誤差算出部60により算出された脈動誤差Errを用いて補正量Qを算出する。補正量算出部60aは、計測期間を算出対象としており、脈動誤差Errと補正量Qとの相関を示すマップ等の相関情報を用いて補正量Qを算出する。補正量Qは、出力値に対する補正の比率を示す値になっている。例えば、空気流量が大きくなるように出力値を補正する場合には補正量Qが1より大きい値になり、空気流量が小さくなるように出力値を補正する場合には補正量Qが1より小さい値になる。なお、補正の比率をゲインと称することもできる。
脈動誤差補正部61は、変換テーブル54で変換したサンプリング値と、補正量算出部60aで算出した補正量Qとを用いて、脈動誤差Errが小さくなるように空気流量を補正する。つまり、脈動誤差補正部61は、脈動の影響を受けた空気流量を、真の空気流量に近づけるように空気流量を補正する。ここでは、空気流量の補正対象として、平均空気量Gaveを採用する。
脈動誤差補正部61は、補正前の出力値S1を補正量Qで補正して補正後の出力値S2を算出する。本実施形態では、補正前の出力値S1に補正量Qを掛けることで補正後の出力値S2を算出する。この場合、S2=S1×Qという関係が成り立つ。例えば、補正量Qが1より大きい場合、図13に示すように、補正後の出力値S2が補正前の出力値S1より大きくなる。脈動誤差補正部61は計測期間を算出対象としており、補正前の出力値S1には、少なくとも上極値Ea及び下極値Ebが含まれている。なお、空気流量について、補正後の出力値S2が計測結果に相当する。また、脈動誤差補正部61が流量補正部に相当する。
補正回路50は、脈動誤差補正部61が算出した補正後の出力値S2を出力回路62に対して出力する。出力回路62は、補正後の出力値S2をECU46に対して出力する。ECU46は、出力回路62から入力された補正後の出力値S2を用いて、補正後の出力値S2の平均値を補正後の平均空気量Gave2として算出する。例えば、補正量Qが1より大きい場合、図13に示すように、補正後の平均空気量Gave2は補正前の平均空気量Gave1より大きくなる。
ここまで説明した本実施形態によれば、補正回路50は、ECU46が取得するエンジンパラメータを空気流量の補正に用いるのではなく、センシング部22の出力値を用いて算出した脈動周波数F等の脈動状態を空気流量の補正に用いる。この構成では、エンジンパラメータに含まれているノイズにより空気流量の補正精度が低下するということを回避できる。したがって、補正回路50による空気流量の補正精度を高めることができる。
また、この構成では、ECU46から出力された信号を処理部45が受信する必要がない。このため、処理部45は、片方向通信を行うための回路やプログラムを有していればよく、双方向通信を行うための回路やプログラムを有している必要がない。したがって、双方向通信を行うための回路やプログラムの分だけ、メモリなどの記憶容量を削減することや、処理部45のコストを低減すること、処理部45の構成を簡易化することができる。
さらに、脈動周波数F等の脈動状態を算出する処理がECU46ではなくエアフロメータ10の処理部45にて行われるため、ECU46の処理負担を低減できる。また、ECU46が処理部45への信号出力を行わないことでも、ECU46の処理負担が低減されている。これらのことからして、脈動状態を算出するためのプログラムを記憶するメモリや、演算中に用いるデータを一時的に記憶する仮メモリなどをECU46に搭載する必要がないため、ECU46のメモリなど記憶容量を削減することができる。
処理部45がエンジンパラメータ等の情報を含む信号をECU46から受信する場合、通信に要する時間の分だけ時間遅れが生じる。このため、処理部45がECU46から信号を受信したタイミングでは、この信号に含まれる情報は既に微小時間だけ過去の情報であり、処理部45がこの情報を用いて空気流量の補正を行うと、現在の空気流量を過去の情報で補正することになる。すなわち、空気流量の補正結果が補正遅れを含んでおり、補正遅れの分だけ補正精度が低下することが懸念される。これに対して、本実施形態によれば、処理部45が空気流量の補正にECU46からの情報を用いないため、時間遅れや補正遅れの分だけ補正精度が低下するということを抑制できる。
本実施形態によれば、脈動誤差補正部61が、補正前の出力値S1と補正量Qとを用いて補正後の出力値S1を計測結果として算出する。この構成では、計測期間において補正前の出力値S1の全てについて補正を行っているため、補正後の出力値S2の算出精度や、ECU46が算出する補正後の平均空気量Gave2の算出精度を高めることができる。本実施形態とは異なり、例えば、補正前の出力値S1について所定の基準値より大きい値を全て削除することで、補正前の平均空気量Gave1に比べて補正後の平均空気量Gave2を小さくする、という構成を想定する。この構成では、基準値より大きい出力値S1が補正後の平均空気量Gave2に寄与しないため、例えば基準値より大きい出力値S1の検出精度が比較的高くなっている場合には、補正後の平均空気量Gave2の算出精度が低下するということが懸念される。
本実施形態によれば、脈動パラメータのうち脈動周波数Fがセンシング部22の出力値を用いて算出される。この場合、エンジンパラメータを用いて脈動周波数Fを算出する構成とは異なり、エンジンパラメータに含まれるノイズにより脈動周波数Fの算出精度が低下するということを回避できる。エンジンパラメータを用いて脈動周波数Fを算出する構成では、脈動パラメータの中でも特に脈動周波数Fがエンジンパラメータのノイズの影響を受けやすい。このため、ECU46からのエンジンパラメータを用いずに脈動周波数Fを算出することは、脈動周波数Fの算出精度を高める上で効果的である。また、エアフロメータ10の回路内で脈動周波数Fを引数に補正値を決定することができ、その結果、補正精度を向上することができる。
ここで、吸気通路12にて吸入空気に生じる脈動とエンジン回転数とは異なることがある。例えば、吸入空気においては、吸気系や吸気バルブなどの影響によりエンジン回転数のn倍の脈動が主成分になる場合がある。このため、脈動誤差補正部61は、エンジンパラメータを用いて空気流量の補正を行う場合に、エンジンパラメータに含まれるエンジン回転数をn倍して空気流量の補正に用いる必要がある。これに対して、本実施形態によれば、周波数算出部59は、センシング部22の出力値を用いることでエンジン回転数のn倍に当たる脈動周波数Fを算出することができる。このため、脈動誤差補正部61は、この脈動周波数Fを用いて空気流量の補正を行う際の補正精度を高めることができる。
本実施形態によれば、出力値が第1上極値Ea1になった第1上極タイミングta1と、出力値が第2上極値Ea2になった第2上極タイミングta2との間隔である上極間隔Waを用いて脈動周波数Fが算出される。この構成では、上極値判定部56は、計測期間において上極値Eaに対応した上極タイミングtaさえ記憶装置に記憶させておけば、2つの上極タイミングta1,ta2を記憶装置から読み出して上極間隔Waを算出することができる。この場合、計測期間での全ての出力値に対応するタイミングを記憶装置に記憶させる必要がないため、記憶装置について容量の低減や小型化を実現することができる。
また、この構成では、上極間隔Waの逆数を算出することで脈動周波数Fを取得できるため、例えば出力値の変化率や変化態様を用いて脈動周波数Fを算出する構成とは異なり、脈動周波数Fを算出する場合に関数やマップを用いる必要がない。この場合、これら関数やマップを記憶装置に記憶させておく必要がないため、記憶装置について容量の低減や小型化をより確実に実現することができる。
さらに、この構成では、脈動に伴って増減する出力値に、増加から減少に切り替わる上極値Eaさえ存在すれば、上極間隔Waや脈動周波数Fを算出することができる。例えば、本実施形態とは異なり、増減を繰り返す出力値が増加中に所定の閾値を越えたタイミングの間隔を用いて脈動周波数Fを算出する構成では、出力値が閾値より小さい値で増減を繰り返している場合には脈動周波数Fの算出精度が低下することが懸念される。これに対して、本実施形態によれば、出力値が上極値Eaになったか否かの判定結果を用いて脈動周波数Fが算出されるため、出力値の大きさに関係なく脈動周波数Fの算出精度を高めることができる。
加えて、この構成では、脈動周波数Fの算出に用いる算出パラメータが上極値Eaである。上述したように、計測流路32での実際の空気流量が十分に多い場合の出力値はセンシング部22による検出精度が高くなっている。そこで、本実施形態では、例えば下極値Ebに比べて検出精度の高い上極値Eaを算出パラメータとしているため、脈動周波数Fの算出精度を高めることができる。
本実施形態によれば、センシング部22が設けられた計測流路32は通過流路31から分岐した分岐流路である。この構成では、ダスト等の異物が空気と共に流入口33から通過流路31に流れ込んだとしても、異物は計測入口35から計測流路32に進入せずに流出口34から外部に流出しやすくなっている。この場合、バイパス流路30は、計測流路32に流れ込む空気から異物を分離させる異物分離機能を有している。このため、計測流路32においてセンシング部22に異物が付着し、センシング部22にて検出される脈動の大きさが付着した異物によって変化して補正回路50が誤補正する、ということを抑制できる。すなわち、センシング部22への異物の付着によって脈動誤差補正部61の補正精度が低下するということを抑制できる。
本実施形態によれば、計測入口35側からセンシング部22に向けて検出絞り部37により計測流路32が徐々に絞られている。この構成では、計測流路32を計測入口35からセンシング部22に向けて流れる空気が検出絞り部37により整流されるため、センシング部22に到達した空気の流れが乱れているということが生じにくくなっている。すなわち、センシング部22の出力を安定させることができる。このため、センシング部22により検出された脈動波形がくずれて上極値Eaの検出を誤り、脈動周波数Fに誤差が生じて補正回路50が誤補正する、ということを抑制できる。すなわち、センシング部22に到達した空気が不安定な状態になっていることで脈動誤差補正部61の補正精度が低下するということを抑制できる。
本実施形態によれば、センサSA40が、処理部45を有する回路チップ41と、センシング部22と、これら回路チップ41及びセンシング部22を保護するモールド部42とを有している。このセンサSA40においては、回路チップ41とセンシング部22とがモールド部42により1パッケージ化されている。この構成では、回路チップ41とセンシング部22とを接続するボンディングワイヤ等の配線の距離を短縮できるため、センシング部22から処理部45に入力される信号に電気ノイズが乗ることを低減できる。このため、補正回路50がノイズを脈動振幅として誤検出して誤補正することや、ノイズにより脈動波形がくずれて上極値Eaの検出を誤って脈動周波数Fに誤差が生じて誤補正すること、などを抑制できる。さらに、回路チップ41とセンシング部22とを1パッケージ化することで、センサSA40の小型化や、小型化によるコストダウンを実現できる。
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、補正回路50においてセンシング部22の出力値を脈動振幅算出部58に入力する経路が1つだけ設けられていたが、第2実施形態では、出力値を脈動振幅算出部58に入力する経路が2つ設けられている。本実施形態では、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
上記第1実施形態では、補正回路50においてセンシング部22の出力値を脈動振幅算出部58に入力する経路が1つだけ設けられていたが、第2実施形態では、出力値を脈動振幅算出部58に入力する経路が2つ設けられている。本実施形態では、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図14に示すように、補正回路50は、変換テーブル54にて変換された出力値を脈動振幅算出部58に入力する第1経路70aと、変換テーブル54にて変換される前の出力値を脈動振幅算出部58に入力する第2経路70bとを有している。なお、図14では、第1経路70aの一部の図示を記号Aで省略している。
補正回路50は、上記第1実施形態と同じ機能ブロックに加えて、外乱除去部71、応答補償部72、振幅低減フィルタ部73、変換テーブル74、外乱除去フィルタ部75、サンプリング数増加部76、スイッチ部77、マイナスカット部78を有している。本実施形態では、変換テーブル54を第1変換テーブル54と称し、変換テーブル74を第2変換テーブル74と称する。
外乱除去部71は、ばらつき調整部53と第1変換テーブル54との間に設けられ、ばらつき調整部53の処理が施された出力値が入力される機能ブロックである。外乱除去部71は、前回の出力値に対する変化率が所定の基準値を越えるほどに大きい出力値の急変を制限する急変制限部であり、例えば変化量を所定値に制限する。例えば図15に示すノイズが出力値に含まれている場合に、このノイズが外乱除去部71により除去される。
応答補償部72は、外乱除去部71と第1変換テーブル54との間に設けられ、外乱除去部71の処理が施された出力値が入力される機能ブロックである。応答補償部72は、実際にセンシング部22が検出した空気流量の急激な変化を出力値に忠実に再現させるフィルタであり、例えばハイパスフィルタにより形成されている。応答補償部72により補償された出力値は、補償される前の出力値に比べて、応答が時間的に進んだ状態になり且つ周波数域が広くなっている。
振幅低減フィルタ部73は、第1変換テーブル54と脈動誤差補正部61との間に設けられ、第1変換テーブル54の処理が施された出力値が入力される機能ブロックである。振幅低減フィルタ部73は、出力値の脈動振幅Paをなまらせて低減するフィルタ部であり、例えばローパスフィルタにより形成されている。振幅低減フィルタ部73の処理は、第1変換テーブル54の処理の後に行われるため、出力値を用いて算出される平均空気量Gaveに変化は生じない。
第1経路70aは、第1変換テーブル54と脈動誤差補正部61との間に接続されており、第2経路70bは、外乱除去部71と応答補償部72との間に接続されている。これら経路70a,70bはいずれもスイッチ部77を介して脈動振幅算出部58に接続されている。スイッチ部77は、第1経路70a及び第2経路70bを択一的に脈動振幅算出部58に接続する切替部である。スイッチ部77が第1状態にある場合に、脈動振幅算出部58が第1経路70aに接続されている一方で第2経路70bに対しては遮断されている。スイッチ部77が第2状態にある場合に、脈動振幅算出部58が第2経路70bに接続されている一方で第1経路70aに対しては遮断されている。
スイッチ部77は、エアフロメータ10の製造時に第1状態及び第2状態のうち一方に設定され、車両に搭載された後は基本的に状態を保持する。なお、スイッチ部77は、車両に搭載された後にエンジン運転状態などに応じて状態が切り替えられてもよい。
第2変換テーブル74は、第2経路70bにおいて外乱除去部71とスイッチ部77との間に設けられ、外乱除去部71の処理が施された出力値が入力される機能ブロックである。第2変換テーブル74は、第1変換テーブル54とは異なり応答補償部72の処理が施される前の段階で、サンプリング部52で取得したサンプリング値を空気流量に変換する。
外乱除去フィルタ部75は、第2経路70bから分岐した経路において、第2変換テーブル74と上極値判定部56との間に設けられ、第2変換テーブル74の処理が施された出力値が入力される機能ブロックである。外乱除去フィルタ部75は、高調波成分である高次成分に含まれる出力値をなまらせて除去するフィルタ部であり、例えばローパスフィルタにより形成されている。外乱除去フィルタ部75は、フィルタ定数を可変設定可能になっている。
サンプリング数増加部76は、外乱除去フィルタ部75と上極値判定部56との間に設けられ、外乱除去フィルタ部75の処理が施された出力値が入力される機能ブロックである。サンプリング数増加部76は、サンプリング部52により取得されたサンプリング値を増加させるアップサンプリング部であり、サンプリング部52に比べて高い時間分解能を有している。サンプリング数増加部76は、可変フィルタやCICフィルタ等のフィルタにより形成されている。
周波数算出部59は、算出した脈動周波数Fを脈動誤差算出部60に加えて外乱除去フィルタ部75に対して出力する。外乱除去フィルタ部75は、周波数算出部59からの脈動周波数Fを用いて最適フィルタ定数をフィードバック制御する。
マイナスカット部78は、補正後の出力値S2のうちマイナスの出力値S2をカットし、カット後の出力値S3を算出する。図16に示すように、補正後の出力値S2に負の値であるマイナス値が含まれている場合、マイナスカット部78によりマイナス値がカットされてゼロにされることで、カット後の出力値S3にはマイナス値が含まれていない。その一方で、正の値であるプラス値については、補正後の出力値S2とカット後の出力値S3とが同じ値になっている。上述したように、ハウジング21においては、吸気通路12にて発生した逆流が計測出口36から流入しにくくなる位置に計測出口36が設置されているが、計測出口36からの逆流の進入がゼロになるとは限らない。この場合、計測出口36から進入した逆流の空気流量が不安定になり、その空気流量を精度良く計測することが困難になる。そこで、マイナスカット部78の処理を行うことで、空気流量の計測精度を高めることができる。
補正回路50は、脈動誤差補正部61が算出した補正後の平均空気量Gave2や補正後の出力値S2に加えて、マイナスカット部78が算出したカット後の出力値S3を、出力回路62に対して出力する。そして、これら補正後の平均空気量Gave2や補正後の出力値S2、カット後の出力値S3を、出力回路62がECU46に対して出力する。
(第3実施形態)
上記第1実施形態では、補正回路50が上極値判定部56を有していたが、第3実施形態では、補正回路50が下極値判定部81を有している。本実施形態では、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
上記第1実施形態では、補正回路50が上極値判定部56を有していたが、第3実施形態では、補正回路50が下極値判定部81を有している。本実施形態では、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図17に示すように、下極値判定部81は、補正回路50において変換テーブル54と周波数算出部59との間に設けられている。下極値判定部81は、変換テーブル54の処理が施されたサンプリング値が下極値Ebであるか否かを判定する。上述したように下極値Ebは、出力値が減少から増加に切り替わるタイミングでのサンプリング値である。下極値判定部81は、サンプリング値が下極値Ebになったタイミングを下極タイミングtbとして取得し、処理部45の記憶装置に記憶させる。そして、下極値判定部81は、下極タイミングtbを含む情報を脈動周期を示すタイミング情報として、平均空気量算出部57や脈動振幅算出部58、周波数算出部59に対して出力する。なお、出力値が下極値Ebになったことが特定条件に相当し、下極値判定部81が脈動状態算出部及び条件判定部に相当し、下極タイミングtbは出力値が特定条件に該当したタイミングに相当する。
周波数算出部59は、下極値判定部81からのタイミング情報を用いて、サンプリング値が下極値Ebになる間隔を下極間隔Wbとして算出し、この下極間隔Wbを用いて脈動周波数Fを算出する。例えば、図18に示すように、サンプリング値が下極値Ebになった後、サンプリング値が次に下極値Ebになった場合について、前の下極値Ebを第1下極値Eb1と称し、次の下極値Ebを第2下極値Eb2と称する。この場合、周波数算出部59は、サンプリング値が第1下極値Eb1になった第1下極タイミングtb1と、第2下極値Eb2になった第2下極タイミングtb2とを用いて、これら下極タイミングtb1,tb2の間隔である下極間隔Wbを算出する。そして、例えばF[Hz]=1/Wb[s]という関係を用いて脈動周波数Fを算出する。なお、下極間隔Wbが時間間隔に相当する。
第1下極タイミングtb1から第2下極タイミングtb2までの期間について、脈動最小値Gminは、第1下極値Eb1及び第2下極値Eb2のうち小さい方の値になる。これら下極値Eb1,Eb2が同じ値である場合は、その値が脈動最小値Gminになる。なお、第1下極値Eb1と第2下極値Eb2との平均値を脈動最小値Gminとしてもよい。
本実施形態によれば、出力値が第1下極値Eb1になった第1下極タイミングtb1と、出力値が第2下極値Eb2になった第2下極タイミングtb2との間隔である下極間隔Wbを用いて脈動周波数Fが算出される。この構成では、下極値判定部81は、計測期間において下極値Ebに対応した下極タイミングtbさえ記憶装置に記憶させておけば、2つの下極タイミングtb1,tb2を記憶装置から読み出して下極間隔Wbを算出することができる。したがって、上記第1実施形態と同様に、記憶装置について容量の低減や小型化を実現することができる。
また、この構成では、下極間隔Wbの逆数を算出することで脈動周波数Fを取得できるため、例えば出力値の変化率や変化態様を用いて脈動周波数Fを算出する構成とは異なり、脈動周波数Fを算出する場合に関数やマップを用いる必要がない。したがって、上記第1実施形態と同様に、記憶装置について容量の低減や小型化をより確実に実現することができる。
さらに、この構成では、脈動に伴って増減する出力値に、減少から増加に切り替わる下極値Ebさえ存在すれば、下極間隔Wbや脈動周波数Fを算出することができる。したがって、上記第1実施形態と同様に、出力値の大きさに関係なく脈動周波数Fの算出精度を高めることができる。
(第4実施形態)
上記第1実施形態では、補正回路50が上極値判定部56を有していたが、第4実施形態では、補正回路50が増加閾値判定部82を有している。本実施形態では、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
上記第1実施形態では、補正回路50が上極値判定部56を有していたが、第4実施形態では、補正回路50が増加閾値判定部82を有している。本実施形態では、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図19に示すように、増加閾値判定部82は、補正回路50において変換テーブル54と周波数算出部59との間に設けられている。増加閾値判定部82は、変換テーブル54の処理が施された出力値があらかじめ定められた増加閾値Ecを増加側に跨ぐように越えたか否かを判定する。増加閾値判定部82は、増加中の出力値が増加閾値Ecより大きくなった場合に、出力値が増加閾値Ecに到達したタイミングを増加タイミングtcとして取得し、処理部45の記憶装置に記憶させる。そして、増加閾値判定部82は、増加タイミングtcを含む情報を脈動周期を示すタイミング情報として、平均空気量算出部57や脈動振幅算出部58、周波数算出部59に対して出力する。なお、増加中の出力値が増加閾値Ecを増加側に越えたことが特定条件に相当し、増加閾値判定部82が脈動状態算出部、条件判定部及び増加判定部に相当し、増加タイミングtcは出力値が特定条件に該当したタイミングに相当する。
周波数算出部59は、増加閾値判定部82からのタイミング情報を用いて、増加中の出力値が増加閾値Ecを越える間隔を増加間隔Wcとして算出し、この増加間隔Wcを用いて脈動周波数Fを算出する。例えば、図20に示すように、増加中の出力値が増加閾値Ecを越えた後、増加中の出力値が次に増加閾値Ecを越えた場合を想定する。そして、前に出力値が増加閾値Ecを越えたタイミングを第1増加タイミングtc1と称し、次に出力値が増加閾値Ecを越えたタイミングを第2増加タイミングtc2と称する。この場合、周波数算出部59は、第1増加タイミングtc1と第2増加タイミングtc2とを用いて、これら増加タイミングtc1,tc2の間隔である増加間隔Wcを算出する。そして、例えばF[Hz]=1/Wc[s]という関係を用いて脈動周波数Fを算出する。なお、増加間隔Wcが時間間隔に相当する。
本実施形態によれば、増加中の出力値が増加閾値Ecを越えた増加タイミングtc1,tc2の間隔である増加間隔Wcを用いて脈動周波数Fが算出される。この構成では、増加閾値判定部82は、計測期間において増加タイミングtc1,tc2さえ記憶装置に記憶させておけば、2つの増加タイミングtc1,tc2を記憶装置から読み出して増加間隔Wcを算出することができる。したがって、上記第1実施形態と同様に、記憶装置について容量の低減や小型化を実現することができる。
また、この構成では、増加間隔Wcの逆数を算出することで脈動周波数Fを取得できるため、例えば出力値の変化率や変化態様を用いて脈動周波数Fを算出する構成とは異なり、脈動周波数Fを算出する場合に関数やマップを用いる必要がない。したがって、上記第1実施形態と同様に、記憶装置について容量の低減や小型化をより確実に実現することができる。
ここで、出力値がノイズ等による微小な増減を繰り返しながら実際の空気流量の変化に伴う全体としての大きな増減を繰り返している場合を想定する。この場合、出力値の大きな増減は、上極値Eaと下極値Ebとの真ん中に近い値の出力値ほど変化率が大きくなると考えられる。一方、出力値の微小な増減は、上極値Eaや下極値Ebに近い値であるか否かに関係なく変化率は大きくは変わらないと考えられる。
これに対して、本実施形態によれば、上極値Eaと下極値Ebとの真ん中に近い値を狙って増加閾値Ecを設定することが可能である。上述したように、極値Ea,Ebの真ん中に近い値では、出力値の大きな増減に伴う変化率が出力値の微小な増減に伴う変化率に比べて大きくなりやすいため、出力値の微小な増減に伴って出力値が増加閾値Ecを繰り返し越えるという事象が生じにくくなっている。したがって、出力値の増減態様に関係なく、実際の空気流量の変化に伴って出力値が増加閾値Ecを越えた増加タイミングtcを精度良く取得することができ、その結果、脈動周波数Fの算出精度を高めることができる。
なお、上極値Eaや下極値Ebに近い値では、出力値の大きな増減に伴う変化率が出力値の微小な増減に伴う変化率に比べて小さくなりやすい。このため、増加閾値Ecが上極値Eaや下極値Ebに近い値に設定された場合は、出力値の微小な増減に伴って出力値が増加閾値Ecを繰り返し越えるという事象が生じやすいと考えられる。この場合、増加タイミングtcや増加間隔Wcの算出精度が低下し、その結果、脈動周波数Fの算出精度が低下することが懸念される。このように、増加閾値Ecを適正な値に設定することについて改善の余地がある。
(第5実施形態)
上記第1実施形態では、補正回路50が上極値判定部56を有していたが、第5実施形態では、補正回路50が減少閾値判定部83を有している。本実施形態では、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
上記第1実施形態では、補正回路50が上極値判定部56を有していたが、第5実施形態では、補正回路50が減少閾値判定部83を有している。本実施形態では、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図21に示すように、減少閾値判定部83は、補正回路50において変換テーブル54と周波数算出部59との間に設けられている。減少閾値判定部83は、変換テーブル54の処理が施された出力値があらかじめ定められた減少閾値Edを減少側に跨ぐように越えたか否かを判定する。減少閾値判定部83は、減少中の出力値が減少閾値Edより小さくなった場合に、出力値が減少閾値Edに到達したタイミングを減少タイミングtdとして取得し、処理部45の記憶装置に記憶させる。そして、減少閾値判定部83は、減少タイミングtdを含む情報を脈動周期を示すタイミング情報として、平均空気量算出部57や脈動振幅算出部58、周波数算出部59に対して出力する。なお、減少中の出力値が減少閾値Edを減少側に越えたことが特定条件に相当し、減少閾値判定部83が脈動状態算出部、条件判定部及び減少判定部に相当し、減少タイミングtdは出力値が特定条件に該当したタイミングに相当する。
周波数算出部59は、減少閾値判定部83からのタイミング情報を用いて、減少中の出力値が減少閾値Edを越える間隔を減少間隔Wdとして算出し、この減少間隔Wdを用いて脈動周波数Fを算出する。例えば、図22に示すように、減少中の出力値が減少閾値Edを越えた後、減少中の出力値が次に減少閾値Edを越えた場合を想定する。そして、前に出力値が減少閾値Edを越えたタイミングを第1減少タイミングtd1と称し、次に出力値が減少閾値Edを越えたタイミングを第2減少タイミングtd2と称する。この場合、周波数算出部59は、第1減少タイミングtd1と第2減少タイミングtd2とを用いて、これら減少タイミングtd1,td2の間隔である減少間隔Wdを算出する。そして、例えばF[Hz]=1/Wd[s]という関係を用いて脈動周波数Fを算出する。なお、減少間隔Wdが時間間隔に相当する。
本実施形態によれば、減少中の出力値が減少閾値Edを越えた減少タイミングtd1,td2の間隔である減少間隔Wdを用いて脈動周波数Fが算出される。この構成では、減少閾値判定部83は、計測期間において減少タイミングtd1,td2さえ記憶装置に記憶させておけば、2つの減少タイミングtd1,td2を記憶装置から読み出して減少間隔Wdを算出することができる。したがって、上記第1実施形態と同様に、記憶装置について容量の低減や小型化を実現することができる。
また、この構成では、減少間隔Wdの逆数を算出することで脈動周波数Fを取得できるため、例えば出力値の変化率や変化態様を用いて脈動周波数Fを算出する構成とは異なり、脈動周波数Fを算出する場合に関数やマップを用いる必要がない。したがって、上記第1実施形態と同様に、記憶装置について容量の低減や小型化をより確実に実現することができる。
本実施形態によれば、上極値Eaと下極値Ebとの真ん中に近い値を狙って減少閾値Edを設定することが可能である。上述したように、極値Ea,Ebの真ん中に近い値では、出力値の大きな増減に伴う変化率が出力値の微小な増減に伴う変化率に比べて大きくなりやすいため、出力値の微小な増減に伴って出力値が減少閾値Edを繰り返し越えるという事象が生じにくくなっている。したがって、出力値の増減態様に関係なく、実際の空気流量の変化に伴って出力値が減少閾値Edを越えた減少タイミングtdを精度良く取得することができ、その結果、脈動周波数Fの算出精度を高めることができる。
なお、上極値Eaや下極値Ebに近い値では、出力値の大きな増減に伴う変化率が出力値の微小な増減に伴う変化率に比べて小さくなりやすい。このため、減少閾値Edが上極値Eaや下極値Ebに近い値に設定された場合は、出力値の微小な増減に伴って出力値が減少閾値Edを繰り返し越えるという事象が生じやすいと考えられる。この場合、減少タイミングtdや減少間隔Wdの算出精度が低下し、その結果、脈動周波数Fの算出精度が低下することが懸念される。このように、減少閾値Edを適正な値に設定することについて改善の余地がある。
(第6実施形態)
上記第1実施形態では、ECU46が補正後の平均空気量Gave2を算出したが、第6実施形態では、脈動誤差補正部61が補正後の平均空気量Gave3を算出する。本実施形態では、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
上記第1実施形態では、ECU46が補正後の平均空気量Gave2を算出したが、第6実施形態では、脈動誤差補正部61が補正後の平均空気量Gave3を算出する。本実施形態では、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
脈動誤差補正部61は、補正前の出力値S1を用いて補正後の出力値S2を算出するのではなく、補正前の出力値S1を用いて補正前の平均空気量Gave1を算出し、この平均空気量Gave1を補正量Qで補正して補正後の平均空気量Gave3を算出する。本実施形態では、補正前の平均空気量Gave1に補正量Qを掛けて、補正後の平均空気量Gave3を算出する。この場合、Gave3=Gave1×Qという関係が成り立つ。例えば、補正量Qが1より大きい場合、図23に示すように、補正後の平均空気量Gave3が補正前の平均空気量Gave1より大きくなる。
補正量算出部60aにより算出される補正量Qは、本実施形態と上記第1実施形態とで異なる値に設定される。すなわち、補正量Qは、脈動誤差補正部61が補正後の平均空気量Gave3の算出に用いるパラメータとして補正前の平均空気量Gave1を用いるか否かに応じて設定される。なお、補正量Qは、平均空気量Gave3の算出に用いるパラメータに関係なく設定されてもよい。また、空気流量について、補正後の平均空気量Gave3が平均値及び計測結果に相当する。
本実施形態によれば、脈動誤差補正部61が、補正前の平均空気量Gave1を用いて補正後の平均空気量Gave3を算出する。この構成では、計測期間において補正前の平均空気量Gave1の算出に出力値S1の全てを用いることが可能であるため、補正前の平均空気量Gave1及び補正後の平均空気量Gave3の算出精度を高めることができる。本実施形態とは異なり、例えば、補正前の出力値S1について所定の基準値より大きい値を全て削除し、残りの出力値S1を用いて補正前の平均空気量Gave1を算出する、という構成を想定する。この構成では、基準値より大きい出力値S1が補正前の平均空気量Gave1及び補正後の平均空気量Gave3に寄与しない。このため、例えば基準値より大きい出力値S1の検出精度が比較的高くなっている場合には、補正前の平均空気量Gave1及び補正後の平均空気量Gave3の算出精度が低下するということが懸念される。
なお、補正量算出部60aは、上記第1実施形態のECU46と同様に、補正前の出力値S1を用いて補正後の出力値S2を算出し、この出力値S2を用いて補正後の平均空気量Gave2を算出してもよい。また、本実施形態では、補正前の平均空気量Gave1を用いて補正後の平均空気量Gave2を算出する処理をECU46が行ってもよい。さらに、補正量算出部60a等が補正前の出力値S1を用いて算出するのは補正前の平均空気量Gave1でなくてもよい。例えば、補正前の平均空気量Gave1より大きかったり小さかったりする特定空気量を算出する。この場合、補正量算出部60a等は、補正前の特定空気量を用いて補正後の特定空気量を算出する。
(第7実施形態)
本実施形態は、以下に説明するノイズ除去機能を、上記第1実施形態に係る計測制御装置に追加したものである。
本実施形態は、以下に説明するノイズ除去機能を、上記第1実施形態に係る計測制御装置に追加したものである。
例えば、図25に示すように、センシング部22の出力値または変換テーブル54の変換値の時間変化を表す波形に、ノイズに起因した上極値Eanが生じる場合がある。このノイズは、電気的なノイズではなく、空気の乱れにより生じたものである。具体的には、内燃機関の任意の気筒が吸気行程から圧縮行程に切り替わる等、燃焼サイクルの各行程の切り替わりに起因して、吸気通路12を流れる吸入空気の流量(空気流量)が、その切り替わり時に不安定になる。このような空気の乱れに起因して、図25に示す波形において、上極値Ea1の直後にノイズ起因の上極値Eanが出現する。つまり、僅かに増減を繰り返す部分が波形中に現れる。
上極値判定部56は、ノイズ起因の上極値Eanについては、上極間隔Waの算出に用いる上極値ではないと否定判定してキャンセルする。具体的には、上極値Ea1が前回出現した上極タイミングta1から、今回の上極値Eanが出現したタイミングまでの期間に、出力値が所定の下閾値Ee以下に下がったか否かを、上極値判定部56は判定する。下閾値Ee以下に下がっていないと判定された場合には、今回の上極値Eanをノイズ起因のものであるとみなして、上述の如くキャンセルする。
下閾値Eeは、平均空気量算出部57で直前に算出された平均空気量Gaveに設定されている。なお、下閾値Eeは、平均空気量Gaveに加えて、周波数算出部59で直前に算出された脈動周波数Fに基づき設定されてもよい。例えば、平均空気量Gaveおよび脈動周波数Fと、下閾値Eeとの対応関係を示すマップを予めメモリに記憶させておき、そのマップを参照して、平均空気量Gaveおよび脈動周波数Fに基づき下閾値Eeを設定すればよい。或いは、下閾値Eeは、脈動周波数Fに基づき設定されてもよい。
例えば、脈動周波数Fが大きいほど下閾値Eeを小さい値に設定し、平均空気量Gaveが大きいほど下閾値Eeを小さい値に設定すればよい。或いは、脈動周波数Fが大きいほど下閾値Eeを大きい値に設定し、平均空気量Gaveが大きいほど下閾値Eeを大きい値に設定してもよい。
上述の如くキャンセルした後、上極値判定部56は、次回に出現する上極値Ea2を検出し、その検出タイミングを、第2上極タイミングta2とする。なお、前回に出現した上極値Ea1の検出タイミングは、第1上極タイミングta1に相当する。また、出力値が第1上極値Ea1または第2上極値Ea2になったことが、あらかじめ定められた特定条件に相当する。出力値がノイズ起因の上極値Eanになったことは、上述の如くキャンセルされるため、特定条件には相当しない。
周波数算出部59は、図7と同様にして、これら上極タイミングta1,ta2の間隔を上極間隔Waとして算出する。つまり、ノイズ起因の上極値Eanは、上述の如くキャンセルされるため、周波数算出部59による上極間隔Waの算出には用いられない。
脈動振幅算出部58は、図7と同様にして、変換テーブル54で変換したサンプリング値と、上極値判定部56からのタイミング情報とを用いて、脈動振幅Paを算出する。この脈動振幅Pa算出に用いられるタイミング情報には、ノイズ起因の上極値Eanの出現タイミングは含まれない。
平均空気量算出部57は、図7と同様にして、変換テーブル54で変換したサンプリング値と、上極値判定部56からのタイミング情報とを用いて、平均空気量Gaveを算出する。この平均空気量Gave算出に用いられるタイミング情報には、ノイズ起因の上極値Eanの出現タイミングは含まれない。
図26は、上極値判定部56による処理の手順を示すフローチャートである。図26に示す処理は、補正回路50に出力値が入力されている期間中、マイコンにより繰り返し実行される。先ず、ステップS10において、変換テーブル54で変換されたサンプリング値の波形において、現時点でのサンプリング値が流量増加中であるか否かを判定する。
増加中であると判定された場合、次のステップS11において、流量が増加から減少に変化したか否かを判定する。減少に変化していないと判定された場合にはステップS11の処理を繰り返す。減少に変化したと判定された場合には次のステップS12の処理を実行する。つまり、流量が増加から減少に切り替わるまで、ステップS12の処理を待機する。
続くステップS12では、現時点でのサンプリング値を上極値Eaとして検出する。ステップS12の処理の後、或いはステップS10にて増加中でないと判定された場合には、次のステップS13の処理を実行する。ステップS13では、流量が減少から増加に変化したか否かを判定する。増加に変化していないと判定された場合にはステップS13の処理を繰り返す。増加に変化したと判定された場合には、次のステップS14において、現時点でのサンプリング値が、所定の下閾値Ee以下になったか否かを判定する。
下閾値Ee以下になっていないと判定された場合には、ステップS13の処理に戻る。下閾値Ee以下になっていると判定された場合には、ステップS10の処理から実行を再開する。したがって、このようにステップS10を再開する際には、流量が増加に切り替わった直後であるため、ステップS10にて流量増加と判定されることになる。そして、流量が増加から減少に切り替わるまで待機して(ステップS11)、次の上極値Eaを検出する(ステップS12)こととなる。
要するに、上極値Eaを検出した後、増加に切り替わるまで待機して、増加に切り替わった後、次の上極値Eaの検出を待機する。但し、増加に切り替わった場合であっても、その時点でのサンプリング値が下閾値Ee以下になっていなければ、次の上極値Eaの検出を待機する状態には移行せず、増加に切り替わるまでの待機を継続する。
したがって、図26の処理によれば、前回の上極タイミングta1から今回の上極タイミングまでの期間に、出力値が所定の下閾値Ee以下に下がっていない場合には、今回の上極値EanはステップS12で検出されなくなる。これにより、ノイズ起因の上極値Eanは、実際の波形には出現するものの、ステップS12では検出されずにキャンセルされることとなる。
以上により、本実施形態によれば、上極値Ea1が前回出現した上極タイミングta1から、今回の上極値Eanが出現したタイミングまでの期間に、所定の下閾値Ee以下に下がったか否かを、上極値判定部56は判定する。そして、下閾値Ee以下に下がらなかった場合には、上極値判定部56は、今回出現の上極値Eanを否定判定してキャンセルする。そのため、燃焼サイクルの各行程の切り替わりに起因した空気の乱れ(ノイズ)に起因して出現する上極値Eanを、補正回路50による補正に用いないようにできる。よって、補正回路50による空気流量の補正精度が、空気の乱れに起因して低下することを抑制できる。
なお、この種の空気の乱れ(ノイズ)により波形に出現する脈動は、電気的なノイズとは異なり波長が長い。そのため、電気ノイズによる脈動の波長は、実際に空気流量が変動する際の変動波長とは大きく異なるものの、空気乱れによる脈動の波長は、変動波長に近い。よって、空気乱れに起因した脈動をフィルタ回路で除去することは、電気ノイズに起因した脈動をフィルタ回路で除去することに比べて、極めて困難である。このような課題に対し、本実施形態によれば、上述の如く、空気乱れに起因した上極値Eanをキャンセルできるので、空気流量の補正精度向上を実現可能である。
さらに本実施形態において、平均空気量Gaveおよび脈動周波数Fの少なくとも一方に基づき下閾値Eeが設定された場合、以下の効果も発揮される。すなわち、平均空気量Gaveや脈動周波数Fが動的に変化した場合であっても、空気乱れに起因した上極値Eanをキャンセルすることの確実性を向上できる。
(第8実施形態)
本実施形態は、以下に説明するノイズ除去機能を、上記第3実施形態に係る計測制御装置に追加したものである。
本実施形態は、以下に説明するノイズ除去機能を、上記第3実施形態に係る計測制御装置に追加したものである。
例えば、図27に示すように、センシング部22の出力値または変換テーブル54の変換値の時間変化を表す波形に、ノイズに起因した下極値Ebnが生じる場合がある。このノイズも図25と同様にして、燃焼サイクルの各行程の切り替わりに起因して生じる、吸入空気の乱れによって生じたものである。このような空気の乱れに起因して、図27に示す波形において、下極値Eb1の直後にノイズ起因の下極値Ebnが出現する。つまり、僅かに増減を繰り返す部分が波形中に現れる。
下極値判定部81は、ノイズ起因の下極値Ebnについては、下極間隔Wbの算出に用いる下極値ではないと否定判定してキャンセルする。具体的には、下極値Eb1が前回出現した下極タイミングtb1から、今回の下極値Ebnが出現したタイミングまでの期間に、出力値が所定の上閾値Ef以上に上がったか否かを、下極値判定部81は判定する。上閾値Ef以上に上がっていないと判定された場合には、今回の下極値Ebnをノイズ起因のものであるとみなして、上述の如くキャンセルする。
上閾値Efは、平均空気量算出部57で直前に算出された平均空気量Gaveに設定されている。なお、上閾値Efは、上記第7実施形態と同様にして、平均空気量Gaveおよび脈動周波数Fの少なくとも一方に基づき設定されてもよい。
上述の如くキャンセルした後、下極値判定部81は、次回に出現する下極値Eb2を検出し、その検出タイミングを、第2下極タイミングtb2とする。なお、前回に出現した下極値Eb1の検出タイミングは、第1下極タイミングtb1に相当する。また、出力値が第1下極値Eb1または第2下極値Eb2になったことが、あらかじめ定められた特定条件に相当する。出力値がノイズ起因の下極値Ebnになったことは、上述の如くキャンセルされるため、特定条件には相当しない。
周波数算出部59は、図17と同様にして、これら下極タイミングtb1,tb2の間隔を下極間隔Wbとして算出する。つまり、ノイズ起因の下極値Ebnは、上述の如くキャンセルされるため、周波数算出部59による下極間隔Wbの算出には用いられない。
脈動振幅算出部58は、図17と同様にして、変換テーブル54で変換したサンプリング値と、下極値判定部81からのタイミング情報とを用いて、脈動振幅Paを算出する。この脈動振幅Pa算出に用いられるタイミング情報には、ノイズ起因の下極値Ebnの出現タイミングは含まれない。
平均空気量算出部57は、図17と同様にして、変換テーブル54で変換したサンプリング値と、下極値判定部81からのタイミング情報とを用いて、平均空気量Gaveを算出する。この平均空気量Gave算出に用いられるタイミング情報には、ノイズ起因の下極値Ebnの出現タイミングは含まれない。
以上により、本実施形態によれば、下極値Eb1が前回出現した下極タイミングtb1から、今回の下極値Ebnが出現したタイミングまでの期間に、所定の上閾値Ef以上に上がったか否かを、下極値判定部81は判定する。そして、上閾値Ef以上に上がらなかった場合には、下極値判定部81は、今回出現の下極値Ebnを否定判定してキャンセルする。そのため、燃焼サイクルの各行程の切り替わりに起因した空気の乱れ(ノイズ)に起因して出現する下極値Ebnを、補正回路50による補正に用いないようにできる。よって、補正回路50による空気流量の補正精度が、空気の乱れに起因して低下することを抑制できる。
なお、空気乱れに起因した脈動をフィルタ回路で除去することは、電気ノイズに起因した脈動を除去することに比べて困難であることは、先述した通りである。このような課題に対し、本実施形態によれば、上述の如く、空気乱れに起因した下極値Ebnをキャンセルできるので、空気流量の補正精度向上を実現可能である。
さらに本実施形態において、平均空気量Gaveおよび脈動周波数Fの少なくとも一方に基づき上閾値Efが設定された場合、以下の効果も発揮される。すなわち、平均空気量Gaveや脈動周波数Fが動的に変化した場合であっても、空気乱れに起因した下極値Ebnをキャンセルすることの確実性を向上できる。
(第9実施形態)
本実施形態は、以下に説明するノイズ除去機能を、上記第4実施形態に係る計測制御装置に追加したものである。
本実施形態は、以下に説明するノイズ除去機能を、上記第4実施形態に係る計測制御装置に追加したものである。
例えば、図28に示すように、センシング部22の出力値または変換テーブル54の変換値の時間変化を表す波形中に、空気の乱れに起因して僅かに増減を繰り返すノイズ脈動部が現れる場合がある。そして、このようなノイズ脈動部が増加閾値Ecの近傍で出現すると、実際の空気流量の脈動周期とは異なるタイミングで、増加中の出力値が増加閾値Ecを越える場合がある。図28の例では、増加閾到達値Ecnが、ノイズ脈動に起因して増加閾値Ecを越えた時の空気流量の値である。このノイズ脈動も図25と同様にして、燃焼サイクルの各行程の切り替わりに起因して生じる、吸入空気の乱れによって生じたものである。
増加閾値判定部82は、ノイズ起因の増加閾到達値Ecnのタイミングについては、増加間隔Wcの算出に用いる値ではないと否定判定してキャンセルする。具体的には、増加閾到達値が前回出現したタイミングtc1から、今回の増加閾到達値が出現したタイミングまでの期間に、出力値が所定の上側閾値Egに達したか否かを、増加閾値判定部82は判定する。上側閾値Egに達していないと判定された場合には、今回の増加閾到達値Ecnをノイズ起因のものであるとみなして、上述の如くキャンセルする。
上側閾値Egは、平均空気量Gaveおよび脈動周波数Fの少なくとも一方に基づき設定されている。この設定に用いられる平均空気量Gaveには、平均空気量算出部57で直前に算出された値が用いられる。この設定に用いられる脈動周波数Fには、周波数算出部59で直前に算出された値が用いられる。
例えば、脈動周波数Fが大きいほど上側閾値Egを大きい値に設定し、平均空気量Gaveが大きいほど上側閾値Egを大きい値に設定すればよい。或いは、脈動周波数Fが大きいほど上側閾値Egを小さい値に設定し、平均空気量Gaveが大きいほど上側閾値Egを小さい値に設定してもよい。
上述の如くキャンセルした後、増加閾値判定部82は、次回に出現する増加閾到達値を検出し、その検出タイミングを、第2増加タイミングtc2とする。なお、前回に出現した増加閾到達値の検出タイミングは、第1増加タイミングtc1に相当する。また、出力値が増加閾到達値になったことが、あらかじめ定められた特定条件に相当する。出力値がノイズ起因の増加閾到達値Ecnになったことは、上述の如くキャンセルされるため、特定条件には相当しない。
周波数算出部59は、図19と同様にして、これら増加タイミングtc1,tc2の間隔を増加間隔Wcとして算出する。つまり、ノイズ起因の増加閾到達値Ecnは、上述の如くキャンセルされるため、周波数算出部59による増加間隔Wcの算出には用いられない。
脈動振幅算出部58は、図19と同様にして、変換テーブル54で変換したサンプリング値と、増加閾値判定部82からのタイミング情報とを用いて、脈動振幅Paを算出する。この脈動振幅Pa算出に用いられるタイミング情報には、ノイズ起因の増加閾到達値Ecnの出現タイミングは含まれない。
平均空気量算出部57は、図19と同様にして、変換テーブル54で変換したサンプリング値と、増加閾値判定部82からのタイミング情報とを用いて、平均空気量Gaveを算出する。この平均空気量Gave算出に用いられるタイミング情報には、ノイズ起因の増加閾到達値Ecnの出現タイミングは含まれない。
以上により、本実施形態によれば、増加中の出力値が増加閾値Ecを前回越えたタイミングから今回越えたタイミングまでの期間に、出力値が上側閾値Egに達したか否かを、増加閾値判定部82は判定する。そして、上側閾値Egに達しなかった場合には、増加閾値判定部82は、今回越えたタイミングを否定判定してキャンセルする。そのため、燃焼サイクルの各行程の切り替わりに起因した空気の乱れ(ノイズ)に起因して出現する増加閾到達値Ecnのタイミングを、補正回路50による補正に用いないようにできる。よって、補正回路50による空気流量の補正精度が、空気の乱れに起因して低下することを抑制できる。
なお、空気乱れに起因した脈動のフィルタ回路による除去が困難であることは、先述した通りである。このような課題に対し、本実施形態によれば、上述の如く、空気乱れに起因した増加閾到達値Ecnのタイミングをキャンセルできるので、空気流量の補正精度向上を実現可能である。
さらに本実施形態において、平均空気量Gaveおよび脈動周波数Fの少なくとも一方に基づき上側閾値Egが設定された場合、以下の効果も発揮される。すなわち、平均空気量Gaveや脈動周波数Fが動的に変化した場合であっても、空気乱れに起因した増加閾到達値Ecnのタイミングをキャンセルすることの確実性を向上できる。
(第10実施形態)
本実施形態は、以下に説明するノイズ除去機能を、上記第5実施形態に係る計測制御装置に追加したものである。
本実施形態は、以下に説明するノイズ除去機能を、上記第5実施形態に係る計測制御装置に追加したものである。
例えば、図29に示すように、先述したノイズ脈動部が減少閾値Edの近傍で出現すると、実際の空気流量の脈動周期とは異なるタイミングで、減少中の出力値が減少閾値Edを越える場合がある。図29の例では、減少閾到達値Ednが、ノイズ脈動に起因して減少閾値Edを越えた時の空気流量の値である。
減少閾値判定部83は、ノイズ起因の減少閾到達値Ednのタイミングについては、減少間隔Wdの算出に用いる値ではないと否定判定してキャンセルする。具体的には、減少閾到達値が前回出現したタイミングtd1から、今回の減少閾到達値が出現したタイミングまでの期間に、出力値が所定の下側閾値Ehに達したか否かを、減少閾値判定部83は判定する。下側閾値Ehに達していないと判定された場合には、今回の減少閾到達値Ednをノイズ起因のものであるとみなして、上述の如くキャンセルする。
下側閾値Ehは、上記第9実施形態と同様にして、平均空気量Gaveおよび脈動周波数Fの少なくとも一方に基づき設定されている。
上述の如くキャンセルした後、減少閾値判定部83は、次回に出現する減少閾到達値を検出し、その検出タイミングを、第2減少タイミングtd2とする。なお、前回に出現した減少閾到達値の検出タイミングは、第1減少タイミングtd1に相当する。また、出力値が減少閾到達値になったことが、あらかじめ定められた特定条件に相当する。出力値がノイズ起因の減少閾到達値Ednになったことは、上述の如くキャンセルされるため、特定条件には相当しない。
周波数算出部59は、図21と同様にして、これら減少タイミングtd1,td2の間隔を減少間隔Wdとして算出する。つまり、ノイズ起因の減少閾到達値Ednは、上述の如くキャンセルされるため、周波数算出部59による減少間隔Wdの算出には用いられない。
脈動振幅算出部58は、図21と同様にして、変換テーブル54で変換したサンプリング値と、減少閾値判定部83からのタイミング情報とを用いて、脈動振幅Paを算出する。この脈動振幅Pa算出に用いられるタイミング情報には、ノイズ起因の減少閾到達値Ednの出現タイミングは含まれない。
平均空気量算出部57は、図21と同様にして、変換テーブル54で変換したサンプリング値と、減少閾値判定部83からのタイミング情報とを用いて、平均空気量Gaveを算出する。この平均空気量Gave算出に用いられるタイミング情報には、ノイズ起因の減少閾到達値Ednの出現タイミングは含まれない。
以上により、本実施形態によれば、減少中の出力値が減少閾値Edを前回越えたタイミングから今回越えたタイミングまでの期間に、出力値が下側閾値Ehに達したか否かを、減少閾値判定部83は判定する。そして、下側閾値Ehに達しなかった場合には、減少閾値判定部83は、今回越えたタイミングを否定判定してキャンセルする。そのため、燃焼サイクルの各行程の切り替わりに起因した空気の乱れ(ノイズ)に起因して出現する減少閾到達値Ednのタイミングを、補正回路50による補正に用いないようにできる。よって、補正回路50による空気流量の補正精度が、空気の乱れに起因して低下することを抑制できる。
なお、空気乱れに起因した脈動のフィルタ回路による除去が困難であることは、先述した通りである。この課題に対し、本実施形態によれば、上述の如く、空気乱れに起因した減少閾到達値Ednのタイミングをキャンセルできるので、空気流量の補正精度向上を実現可能である。
さらに本実施形態において、平均空気量Gaveおよび脈動周波数Fの少なくとも一方に基づき下側閾値Ehが設定された場合、以下の効果も発揮される。すなわち、平均空気量Gaveや脈動周波数Fが動的に変化した場合であっても、空気乱れに起因した減少閾到達値Ednのタイミングをキャンセルすることの確実性を向上できる。
(第11実施形態)
本実施形態は、以下に説明するノイズ除去機能を、上記第7実施形態に係る計測制御装置に追加したものである。
本実施形態は、以下に説明するノイズ除去機能を、上記第7実施形態に係る計測制御装置に追加したものである。
例えば、図30に示す空気流量の波形には、電気的なノイズにより瞬時的に大きく変動した電気ノイズ値Enが出現している。この電気ノイズ値Enは、空気乱れ起因の上極値Eanと第1上極値Ea1との間に生じている。そのため、図26のステップS14において、下閾値Ee以下になったと判定されてしまい、次の上極値EanをステップS12で検出することとなる。つまり、電気ノイズ値Enが出現すると、空気乱れ起因の上極値Eanをキャンセルできないことが懸念される。
この場合、第1上極値Ea1と上極値Eanとの間隔が、上極間隔Wa1として算出される。また、上極値Eanと第2上極値Ea2との間隔が、上極間隔Wa2として算出される。その結果、空気乱れ起因の上極値Eanを用いた上極間隔Wa1,Wa2により、空気流量が補正され、補正回路50による空気流量の補正精度低下が懸念される。
この懸念に対し、本実施形態では、周波数算出部59により算出された脈動周波数Fが、所定の周波数閾値よりも大きい場合には、脈動誤差補正部61(流量補正部)による補正を禁止する。換言すると、脈動周波数Fの算出に用いられる上極間隔Wa1が所定の間隔閾値よりも短い場合には、脈動誤差補正部61による補正を禁止する。上述した周波数閾値は、固定された値であってもよいし、平均空気量Gaveおよび脈動周波数Fの少なくとも一方に基づき可変設定される値であってもよい。
このように補正を禁止するにあたり、脈動誤差補正部61が補正を禁止することに替えて、補正量算出部60aにより算出される補正量を強制的にゼロにしてもよい。或いは、脈動誤差算出部60により算出される脈動誤差を強制的にゼロにしてもよい。
以上により、本実施形態によれば、周波数算出部59により算出された脈動周波数Fが所定の周波数閾値よりも大きい場合には、脈動誤差補正部61による補正を禁止する。そのため、空気乱れ起因の上極値Eanをキャンセルできないといった上記懸念を軽減できる。
なお、本実施形態では、このような補正禁止を、上極値Eaのタイミングから脈動周波数Fを算出する制御に適用させている。これに対し、下極値Ebのタイミングから脈動周波数Fを算出する制御に適用させてもよい。或いは、増加閾値Ecを越えたタイミングから脈動周波数Fを算出する制御に適用させてもよい。或いは、減少閾値Edを越えたタイミングから脈動周波数Fを算出する制御に適用させてもよい。
(第12実施形態)
本実施形態は、以下に説明するノイズ除去機能を、上記第1実施形態に係る計測制御装置に追加したものである。
本実施形態は、以下に説明するノイズ除去機能を、上記第1実施形態に係る計測制御装置に追加したものである。
図7を用いて先述した脈動振幅算出部58は、変換テーブル54で変換したサンプリング値と、上極値判定部56からのタイミング情報とを用いて、脈動振幅Paを算出する。例えば、脈動最大値Gmaxと平均空気量Gaveとの差を取ることで空気流量の脈動振幅Paを算出する。そして、図25を用いて先述したノイズ起因の上極値Eanを、脈動振幅算出部58が脈動振幅Paの算出に用いた場合、脈動振幅Paが極端に小さい値になる。その結果、補正回路50による空気流量の補正精度が低下する。
或いは、空気流量が安定しており、殆ど脈動が無い場合であっても、空気の乱れに起因して、僅かな脈動振幅Paが生じる場合がある。この場合には、空気乱れ起因の脈動振幅Paを空気流量の補正に反映させると、補正回路50による空気流量の補正精度が低下する。
これらの課題に対し、本実施形態では、脈動振幅算出部58により算出された脈動振幅Paが、所定の脈動振幅閾値よりも小さい場合には、脈動誤差補正部61(流量補正部)による補正を禁止する。上述した脈動振幅閾値は、固定された値であってもよいし、平均空気量Gaveおよび脈動周波数Fの少なくとも一方に基づき可変設定される値であってもよい。
具体的には、図31に示す本実施形態では、図7に記載の機能ブロックに、以下に説明する脈動振幅閾値算出部60bが追加されている。なお、図14に示すマイナスカット部78と同様の機能を有するマイナスカット部61aも、本実施形態では追加されている。
脈動振幅閾値算出部60bは、周波数算出部59により算出された脈動周波数Fと、平均空気量算出部57により算出された平均空気量Gaveとを取得する。脈動振幅閾値算出部60bは、取得した脈動周波数Fと平均空気量Gaveに基づき、先述した脈動振幅閾値を算出する。
例えば、脈動周波数Fが大きいほど脈動振幅閾値を小さい値に設定し、平均空気量Gaveが大きいほど脈動振幅閾値を小さい値に設定すればよい。或いは、脈動周波数Fが大きいほど脈動振幅閾値を大きい値に設定し、平均空気量Gaveが大きいほど脈動振幅閾値を大きい値に設定してもよい。
脈動誤差算出部60は、脈動振幅閾値算出部60bから脈動振幅閾値を取得し、脈動振幅算出部58から脈動振幅Paを取得する。そして、取得した脈動振幅Paが脈動振幅閾値よりも小さい場合には、脈動誤差算出部60により算出される脈動誤差Errを強制的にゼロにする。これにより、脈動誤差補正部61(流量補正部)による補正が禁止される。
以上により、本実施形態によれば、脈動振幅Paが脈動振幅閾値よりも小さい場合には、脈動誤差補正部61(流量補正部)による補正を禁止する。そのため、ノイズ起因の上極値Eanを脈動振幅Paの算出に用いた場合であっても、補正回路50による空気流量の補正精度が低下することを抑制できる。
さらに本実施形態では、脈動振幅閾値は、平均空気量Gaveおよび脈動周波数Fの少なくとも一方に基づき設定される。よって、平均空気量Gaveや脈動周波数Fが動的に変化した場合であっても、空気乱れに起因した補正の禁止を実行することの確実性を向上できる。
(第13実施形態)
上記第12実施形態では、脈動振幅閾値算出部60bにより算出された脈動振幅閾値を脈動誤差算出部60が取得している。そして、脈動誤差算出部60が脈動誤差Errを強制的にゼロにすることで、脈動誤差補正部61による補正禁止を実現させている。これに対し本実施形態では、図32に示すように、脈動誤差補正部61が脈動振幅閾値を取得する。そして、脈動振幅Paが脈動振幅閾値よりも小さいか否かを脈動誤差補正部61が判定する。小さいと判定された場合には、脈動誤差補正部61が空気流量の補正を禁止する。以上により、本実施形態によっても上記第14実施形態と同様の効果が発揮される。
上記第12実施形態では、脈動振幅閾値算出部60bにより算出された脈動振幅閾値を脈動誤差算出部60が取得している。そして、脈動誤差算出部60が脈動誤差Errを強制的にゼロにすることで、脈動誤差補正部61による補正禁止を実現させている。これに対し本実施形態では、図32に示すように、脈動誤差補正部61が脈動振幅閾値を取得する。そして、脈動振幅Paが脈動振幅閾値よりも小さいか否かを脈動誤差補正部61が判定する。小さいと判定された場合には、脈動誤差補正部61が空気流量の補正を禁止する。以上により、本実施形態によっても上記第14実施形態と同様の効果が発揮される。
なお、本実施形態の変形例として、補正量算出部60aが脈動振幅閾値を取得して、脈動振幅Paが脈動振幅閾値よりも小さいか否かを判定するようにしてもよい。小さいと判定された場合には、補正量算出部60aが補正量Qを強制的にゼロにすることで、脈動誤差補正部61による補正禁止を実現させればよい。
本実施形態および上記第12実施形態に係る補正禁止の機能は、上極値Eaのタイミングから脈動周波数Fを算出する制御に適用されている。これに対し、上記補正禁止の機能は、下極値Ebのタイミングから脈動周波数Fを算出する制御に適用されてもよい。或いは、増加閾値Ecを越えたタイミングから脈動周波数Fを算出する制御に適用されてもよい。或いは、減少閾値Edを越えたタイミングから脈動周波数Fを算出する制御に適用されてもよい。
(第14実施形態)
本実施形態では、上述した周波数算出部59に以下の機能を追加させている。すなわち、周波数算出部59は、上限値以上の周波数と下限値未満の周波数を除外して、脈動周波数として算出する。つまり、周波数算出部59は、上限値未満かつ下限値以上の許容範囲内の周波数を、脈動周波数として算出する。
本実施形態では、上述した周波数算出部59に以下の機能を追加させている。すなわち、周波数算出部59は、上限値以上の周波数と下限値未満の周波数を除外して、脈動周波数として算出する。つまり、周波数算出部59は、上限値未満かつ下限値以上の許容範囲内の周波数を、脈動周波数として算出する。
さらに周波数算出部59は、変化率が上限変化率以上となっている周波数と下限変化率未満となっている周波数を除外して、脈動周波数として算出する。つまり、周波数算出部59は、変化率が上限値未満かつ下限値以上の許容範囲となっている時の周波数を、脈動周波数として算出する。なお、上記「変化率」とは、単位時間あたりに変化した周波数の変化量のことである。つまり、センシング部22の出力値または変換テーブル54の変換値の時間変化を表す波形において、その波形の傾きに「変化率」は相当する。
図33は、補正回路50に出力値が入力されている期間中、上記機能を発揮させるようにマイコンにより繰り返し実行される処理の手順を示す。
先ず、ステップS20において、先述した各実施形態の手法で周波数算出部59が算出した脈動周波数の値を、暫定値として設定する。続くステップS21では、ステップS20で設定した暫定値が許容範囲内であるか否かを判定する。
許容範囲内と判定された場合、続くステップS22において、ステップS20で設定した暫定値の変化率を算出する。具体的には、前回取得の周波数と今回取得の周波数との差分から変化率を算出する。続くステップS23では、ステップS22で算出した変化率が許容範囲であるか否かを判定する。
この変化率についても許容範囲内と判定された場合、続くステップS24において、ステップS20で設定した暫定値を、脈動周波数の決定値とする。換言すれば、許容範囲外の暫定値や許容範囲外の変化率となっている暫定値は、脈動周波数の決定値からは除外される。
一方、暫定値が許容範囲外と判定された場合、或いは、変化率が許容範囲外と判定された場合には、ステップS25において、脈動周波数の予測値を算出する。例えば、過去の脈動周波数の決定値を用いて、今回の脈動周波数の予測値を算出する。或いは、前回の脈動周波数の決定値を、今回の脈動周波数の予測値として算出する。続くステップS26では、ステップS25で算出した予測値を、脈動周波数の決定値とする。
以上により、本実施形態では、周波数算出部59は、許容範囲外の周波数を除外して脈動周波数を決定する。そのため、ノイズの影響を受けて許容範囲外となった周波数を脈動周波数として決定することが、回避される。
さらに本実施形態では、周波数算出部59は、変化率が許容範囲外となっている周波数を除外して脈動周波数を算出する。そのため、ノイズの影響を受けて許容範囲を超えて大きく変化または小さく変化している周波数を脈動周波数として決定することが、回避される。
(第15実施形態)
本実施形態では、上述した外乱除去フィルタ部75に以下の機能を追加させている。すなわち、エンジン回転数の時間変化を表す波形の周波数を回転変動周波数とする。なお、エンジン回転数とは、エンジンの出力軸が所定時間当りに回転した回数のことであり、エンジン回転速度に相当する。そして、外乱除去フィルタ部75は、サンプリング値の波形から所定のカットオフ周波数の成分を除去するように設定されている。そのカットオフ周波数は、回転変動周波数の正の実数倍に設定されている。この実数は、整数であっても整数でなくてもよい。
本実施形態では、上述した外乱除去フィルタ部75に以下の機能を追加させている。すなわち、エンジン回転数の時間変化を表す波形の周波数を回転変動周波数とする。なお、エンジン回転数とは、エンジンの出力軸が所定時間当りに回転した回数のことであり、エンジン回転速度に相当する。そして、外乱除去フィルタ部75は、サンプリング値の波形から所定のカットオフ周波数の成分を除去するように設定されている。そのカットオフ周波数は、回転変動周波数の正の実数倍に設定されている。この実数は、整数であっても整数でなくてもよい。
また、外乱除去フィルタ部75は、エンジン回転数が大きいほど、カットオフ周波数を大きい値に可変設定する機能を有する。但し、このような可変設定の機能は必須ではなく、固定して設定する場合には、特定の運転状態時の回転変動周波数に対して、その正の実数倍にカットオフ周波数は設定されている。
ここで、外乱除去フィルタ部75にはローパスフィルタが用いられており、サンプリング値の波形をなまらせて出力することは、上記第2実施形態にて先述した通りである。そして、カットオフ周波数が高周波数であるほど、上記なまらせる度合いを表す時定数は小さくなる。したがって、カットオフ周波数を可変設定することは、時定数を可変設定することを意味する。したがって、外乱除去フィルタ部75は、エンジン回転数が大きいほど、時定数を小さい値に可変設定するとも言える。
図34は、補正回路50に出力値が入力されている期間中、上記機能を発揮させるようにマイコンにより繰り返し実行される処理の手順を示す。
先ず、ステップS30において、後述するステップS32による時定数の設定が為されているか否かを判定する。例えば、ECU46を起動させて補正回路50を作動させる初期時には、時定数の設定がないと判定される。その場合には、ステップS34において、時定数を、予め記憶させておいた初期値に設定する。
一方、時定数の設定があると判定された場合、続くステップS31において、周波数算出部59で算出された脈動周波数の前回値を取得する。続くステップS32では、ステップS31で取得した脈動周波数に基づき時定数を可変設定する。具体的には、脈動周波数が高周波数であるほど時定数を小さい値に設定する。なお、脈動周波数が高周波数であるほど、エンジン回転数(回転変動周波数)が高周波数であることを意味する。よって、回転変動周波数高周波数であるほど時定数を小さい値に設定するとも言える。
続くステップS33では、ステップS32またはステップS34で設定された時定数を用いて、外乱除去フィルタ部75によるフィルタ処理を実行する。外乱除去フィルタ部75は、エンジン回転数の脈動周波数に起因した周波数ノイズ(高調波ノイズ)を、サンプリング波形から除去する。
なお、図14等に示す外乱除去部71は、図15に例示される瞬時的なノイズを除去する。外乱除去部71のカットオフ周波数は、外乱除去フィルタ部75のカットオフ周波数に比べて高周波数に設定されている。外乱除去部71の時定数は、外乱除去フィルタ部75の時定数に比べて小さい値に設定されている。
ここで、図14等に示す応答補償部72にはハイパスフィルタが用いられており、空気流量の急激な変化を出力値に忠実に再現させるフィルタであることは、上記第2実施形態にて先述した通りである。これにより、センシング部22による検出応答遅れによりなまっている波形が、実際の急激な変化の波形に修正される。そして、このようなハイパスフィルタの処理を実行すると、図13に例示されるように振幅が大きくなってしまう。そこで、図14等に示す振幅低減フィルタ部73は、このように大きくなった振幅を低減させるフィルタ処理を実行する。
但し、このように振幅を低減させた波形では、平均空気量Gaveが実際の平均値よりもプラス側にずれてしまう。そこで、図14等に示す平均空気量算出部57は、第1変換テーブル54ではなく第2変換テーブル74で変換された値を用いて平均空気量Gaveを算出している。つまり、平均空気量算出部57は、応答補償部72および振幅低減フィルタ部73のフィルタ処理が施されていない値を用いて、平均空気量Gaveを算出する。これにより、平均空気量Gaveの算出精度を向上させている。
以上により、本実施形態では、外乱除去フィルタ部75で用いられるカットオフ周波数は、エンジン回転に係る回転変動周波数の正の実数倍に設定されている。そのため、エンジン回転数の脈動周波数に起因した周波数ノイズ(高調波ノイズ)を、サンプリング波形から除去できる。よって、空気流量の計測精度を向上できる。
さらに本実施形態では、外乱除去フィルタ部75で用いられるカットオフ周波数は、エンジン回転速度が速いほど大きい値に可変設定される。そのため、エンジン回転速度の変化に伴い生じる高調波ノイズの周波数に合わせて、カットオフ周波数を可変設定できる。よって、空気流量の計測精度をより一層向上できる。
また、サンプリング数増加部76によりサンプリング数を増加させることにより、サンプリング波形の分解能を高めることができる。よって、脈動周波数の算出に用いる極値の検出精度を向上でき、ひいては空気流量の計測精度を向上できる。
さて、脈動状態算出部が、外部装置から取得するのではなく出力値を用いて脈動状態を算出するにあたり、以下のようなノイズがのりやすいことが懸念される。例えば、センシング部22に水が付着することに伴い生じる検出値の急激な変化である。このようなノイズは、外乱除去フィルタ部75により除去され得る。
(他の実施形態)
以上、本開示による複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
以上、本開示による複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
変形例1として、計測出口36は流出口34と同様に流入口33とは反対側を向いていてもよい。例えば、図24に示すように、奥行き方向Zにおいて計測出口36が流入口33と流出口34との間に設けられた構成とする。この構成では、ハウジング21の外周面から幅方向Xに突出した凸部に計測出口36が形成されていることで、計測出口36が流出口34と同様に吸気通路12の下流側に向けて開放されている。吸気通路12において、ハウジング21の外周面に沿って順方向に流れる空気が計測出口36を通過することで、計測出口36の周辺で渦流等の気流の乱れが発生しやすくなっている。このため、計測出口36が流入口33と反対側を向いていても、吸気通路12において空気の逆流が発生した場合に、この逆流が計測出口36に流入しにくいと考えられる。
これに対して、本変形例でも、脈動振幅Paを用いて脈動誤差Errが算出される。このため、逆流が計測出口36に流入しにくいことで空気流量の補正精度が低下しやすい状態になっていても、上記第1実施形態と同様に、その補正精度を高めることができる。また、上記第1実施形態において、計測出口36は、下流外面24cに設けられていることで、流入口33とは反対側に向けて開放されていてもよい。
変形例2として、ハウジング21において、計測出口36の一部が上流外面24bに設けられ、残りの部分が中間外面24dに設けられているのではなく、計測出口36全体が上流外面24b又は中間外面24dに設けられていてもよい。計測出口36全体が上流外面24bに設けられていると、計測出口36が流出口34とは反対側に向けて開放された構成が実現される。計測出口36全体が中間外面24dに設けられていると、計測出口36が幅方向Xに開放された構成が実現される。この構成では、計測出口36の開放向きが流入口33の開放向き及び流出口34の開放向きのいずれとも異なることになる。
変形例3として、バイパス流路30は計測流路32を有する一方で通過流路31は有していなくてもよい。この場合、計測入口35が計測出口36と同様にハウジング21の外面に形成され、吸気通路12を流れる空気が計測入口35からバイパス流路30に流れ込むことになる。
変形例4として、検出絞り部37等の絞り部は、計測流路32において少なくとも一部がセンシング部22よりも上流に設けられていれば、分岐路32aや案内路32bに設けられていてもよい。また、検出絞り部37は、幅方向Xにおいてハウジング本体24の内壁面からセンシング部22に向けて延びた一対の延出面と、これら延出面にかけ渡され且つ奥行き方向Zに真っ直ぐに延びたフラット面とを有していてもよい。延出面は、幅方向Xに真っ直ぐに延びた面でもよく、幅方向Xに対して傾斜した方向に真っ直ぐに延びた面でもよい。また、延出面は、外側に向けて膨らむように湾曲した湾曲面でもよく、内側に向けて凹むように湾曲した湾曲面でもよい。また、検出絞り部37は、一対の延出面のうち上流側の延出面だけを有していてもよい。この構成では、フラット面が検出路32cよりも下流側まで延びている。
変形例5として、補正量算出部60aは、ゲイン量等の補正割合を示す補正量Qではなく、オフセット量等の補正前の出力値S1と同じ単位の補正量Qを算出してもよい。この場合、脈動誤差補正部61は、補正前の出力値S1に補正量Qを加えることで補正後の出力値S2を算出する。上記第6実施形態においては、補正量算出部60aは、補正前の平均空気量Gave1と同じ単位の補正量Qを算出してもよい。この場合、脈動誤差補正部61は、補正前の平均空気量Gave1に補正量Qを加えることで補正後の平均空気量Gave3を算出する。
変形例6として、補正回路50は、上記第1実施形態の上極値判定部56と、上記第3実施形態の下極値判定部81と、上記第4実施形態の増加閾値判定部82と、上記第5実施形態の減少閾値判定部83との少なくとも2つを有していてもよい。この場合、周波数算出部59は、上極値判定部56、下極値判定部81、増加閾値判定部82及び減少閾値判定部83の少なくとも2つの判定結果のそれぞれについて脈動周波数を算出し、これら脈動周波数の平均をとるなどして脈動周波数Fを算出する。
変形例7として、平均空気量算出部57は、計測期間における空気流量の最小値である脈動最小値と脈動最大値との平均によって平均空気量Gaveを算出してもよい。また、平均空気量算出部57は、空気流量の最大値よりも検出精度が低い脈動最小値、又は脈動最小値と脈動最小値の前後数個の空気量を用いることなく、平均空気量Gaveを算出してもよい。
変形例8として、処理部45は、センシング部22からの出力値をマップや関数、高速フーリエ変換FFTなどで処理して脈動周波数Fを算出してもよい。
変形例9として、ECU46と処理部45とは双方向通信が可能になっていてもよい。例えば、ECU46はエンジンパラメータ等の外部情報を処理部45に対して出力してもよい。この場合でも、処理部45では、外部情報ではなくセンシング部22の出力値を用いて脈動周波数F等の脈動状態が算出される。
変形例10として、処理部45によって実現されていた機能は、ハードウェア及びソフトウェア、又はこれらの組み合わせによって実現してもよい。処理部45は、たとえば他の制御装置、たとえばECU46と通信し、他の制御装置が処理の一部又は全部を実行してもよい。処理部45は、電子回路によって実現される場合、多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路によって実現することができる。
10…流量計測装置としてのエアフロメータ、21…ハウジング、22…センシング部、31…通過流路、32…計測流路、33…流入口、34…流出口、35…計測入口、36…計測出口、37…絞り部としての検出絞り部、40…センシングユニットとしてのセンサSA、42…ボデーとしてのモールド部、45…計測制御装置及び計測制御部としての処理部、46…外部装置としてのECU、56…脈動状態算出部及び条件判定部としての上極値判定部、57…脈動状態算出部としての平均空気量算出部、58…脈動状態算出部としての脈動振幅算出部、59…脈動状態算出部としての周波数算出部、60…誤差補正部としての脈動誤差算出部、60a…補正量算出部、61…流量補正部としての脈動誤差補正部、81…脈動状態算出部及び条件判定部としての下極値判定部、82…脈動状態算出部、条件判定部及び増加判定部としての増加閾値判定部、83…脈動状態算出部、条件判定部及び減少判定部としての減少閾値判定部、Ea…上極値、Eb…下極値、Ec…増加閾値、Ed…減少閾値、F…脈動周波数、Gave1…平均値としての補正前の平均空気量、Gave3…計測結果及び平均値としての補正後の平均空気量、Q…補正量、S2…計測結果としての補正後の出力値、ta1…第1上極タイミング、ta2…第2上極タイミング、tb1…第1下極タイミング、tb2…第2下極タイミング、tc1…第1増加タイミング、tc2…第2増加タイミング、td1…第1減少タイミング、td2…第2減少タイミング、Wa…時間間隔としての上極間隔、Wb…時間間隔としての下極間隔、Wc…時間間隔としての増加間隔、Wd…時間間隔としての減少間隔。
Claims (27)
- 空気の流量に応じた信号を出力するセンシング部(22)の出力値を用いて空気流量を計測し、前記空気流量の計測結果(S2,Gave3)を所定の外部装置(46)に対して出力する計測制御装置(45)であって、
前記空気流量に生じる脈動の状態である脈動状態を、前記外部装置から取得するのではなく前記出力値を用いて算出する脈動状態算出部(56,57,58,59,81,82,83)と、
前記脈動状態算出部により算出された前記脈動状態を用いて前記空気流量の補正を行う流量補正部(61)と、
を備えている計測制御装置。 - 内燃機関へ吸入される空気の流量に応じた信号を出力するセンシング部(22)の出力値を用いて空気流量を計測し、前記空気流量の計測結果(S2,Gave3)を所定の外部装置(46)に対して出力する計測制御装置(45)であって、
前記空気流量に生じる脈動の状態である脈動状態を、前記出力値を用いて算出する脈動状態算出部(56,57,58,59,81,82,83)と、
前記脈動状態算出部により算出された前記脈動状態を用いて前記空気流量の補正を行う流量補正部(61)と、
前記出力値の時間変化を表す波形から、所定のカットオフ周波数の成分を除去するフィルタ部(75)と、
を備え、
前記内燃機関の回転速度の時間変化を表す波形の周波数を回転変動周波数とし、
前記カットオフ周波数は、前記回転変動周波数の正の実数倍に設定されている計測制御装置。 - 前記カットオフ周波数は、前記回転速度が速いほど大きい値に可変設定される請求項2に記載の計測制御装置。
- 前記出力値に脈動が含まれることで前記空気流量に生じる誤差である脈動誤差(Err)を算出する誤差算出部(60)と、
前記誤差算出部により算出された前記脈動誤差を用いて補正量(Q)を算出する補正量算出部(60a)と、
を備え、
前記流量補正部は、前記補正量で前記出力値を補正して補正後の出力値(S2)を前記計測結果として算出する、請求項1〜3のいずれか1つに記載の計測制御装置。 - 前記出力値に脈動が含まれることで前記空気流量に生じる誤差である脈動誤差(Err)を算出する誤差算出部(60)と、
前記誤差算出部により算出された前記脈動誤差を用いて補正量(Q)を算出する補正量算出部(60a)と、
を備え、
前記流量補正部は、前記出力値の平均値(Gave1)を算出し、前記平均値を前記補正量で補正した値(Gave3)を前記空気流量の補正結果として算出する、請求項1〜3のいずれか1つに記載の計測制御装置。 - 前記脈動状態を示す脈動パラメータには、前記空気流量に生じる脈動の周波数である脈動周波数(F)が含まれており、
前記脈動状態算出部は、
前記出力値を用いて前記脈動周波数を算出する周波数算出部(59)を有している、請求項1〜5のいずれか1つに記載の計測制御装置。 - 前記脈動状態算出部は、
前記出力値があらかじめ定められた特定条件に該当したか否かを判定する条件判定部(56,81,82,83)を有しており、
前記周波数算出部は、前記出力値が前記特定条件に該当したタイミング(ta1,tb1,tc1,td1)と、次に前記出力値が前記特定条件に該当したタイミング(ta2,tb2,tc2,td2)との時間間隔(Wa,Wb,Wc,Wd)を用いて前記脈動周波数を算出する、請求項6に記載の計測制御装置。 - 前記出力値の変化態様が増加から減少に切り替わる場合の前記出力値を上極値(Ea)と称すると、
前記脈動状態算出部は、前記出力値が前記上極値になったか否かを判定する上極値判定部(56)を有しており、
前記周波数算出部は、前記出力値が前記上極値になったタイミング(ta1)と、次に前記出力値が前記上極値になったタイミング(ta2)との時間間隔(Wa)を用いて前記脈動周波数を算出する、請求項6又は7に記載の計測制御装置。 - 前記出力値の時間変化を表す波形に前記上極値が前回出現したタイミングから今回出現したタイミングまでの期間に、前記出力値が所定の下閾値(Ee)以下に下がらなかった場合には、前記上極値判定部は、前記今回出現の前記上極値を否定判定してキャンセルする請求項8に記載の計測制御装置。
- 前記下閾値は、前記空気流量の平均値および前記脈動周波数の少なくとも一方に基づき設定される、請求項9に記載の計測制御装置。
- 前記出力値の変化態様が減少から増加に切り替わる場合の前記出力値を下極値(Eb)と称すると、
前記脈動状態算出部は、前記出力値が前記下極値になったか否かを判定する下極値判定部(81)を有しており、
前記周波数算出部は、前記出力値が前記下極値になったタイミング(tb1)と、次に前記出力値が前記下極値になったタイミング(tb2)との時間間隔(Wb)を用いて前記脈動周波数を算出する、請求項6〜10のいずれか1つに記載の計測制御装置。 - 前記出力値の時間変化を表す波形に前記下極値が前回出現したタイミングから今回出現したタイミングまでの期間に、前記出力値が所定の上閾値(Ee)以上に上がらなかった場合には、前記下極値判定部は、前記今回出現の前記下極値を否定判定してキャンセルする請求項11に記載の計測制御装置。
- 前記上閾値は、前記空気流量の平均値および前記脈動周波数の少なくとも一方に基づき設定される、請求項12に記載の計測制御装置。
- 前記脈動状態算出部は、増加中の前記出力値があらかじめ定められた増加閾値(Ec)を越えたか否かを判定する増加判定部(82)を有しており、
前記周波数算出部は、増加中の前記出力値が前記増加閾値を越えたタイミング(tc1)と、増加中の前記出力値が次に前記増加閾値を越えたタイミング(tc2)との時間間隔(Wc)を用いて前記脈動周波数を算出する、請求項6〜13のいずれか1つに記載の計測制御装置。 - 増加中の前記出力値が前記増加閾値を前回越えたタイミングから今回越えたタイミングまでの期間に、前記出力値が所定の上側閾値(Eg)に達しなかった場合には、前記増加判定部は、前記今回越えたタイミングを否定判定してキャンセルする請求項14に記載の計測制御装置。
- 前記脈動状態算出部は、減少中の前記出力値があらかじめ定められた減少閾値(Ed)を越えたか否かを判定する減少判定部(83)を有しており、
前記周波数算出部は、減少中の前記出力値が前記減少閾値を越えたタイミング(td1)と、減少中の前記出力値が次に前記減少閾値を越えたタイミング(td2)との時間間隔(Wd)を用いて前記脈動周波数を算出する、請求項6〜15のいずれか1つに記載の計測制御装置。 - 減少中の前記出力値が前記減少閾値を前回越えたタイミングから今回越えたタイミングまでの期間に、前記出力値が所定の下側閾値(Eh)に達しなかった場合には、前記減少判定部は、前記今回越えたタイミングを否定判定してキャンセルする請求項16に記載の計測制御装置。
- 前記周波数算出部により算出された前記脈動周波数が、所定の周波数閾値よりも大きい場合には、前記流量補正部による補正を禁止する、請求項6〜17のいずれか1つに記載の計測制御装置。
- 前記脈動状態を示す脈動パラメータには、前記空気流量に生じる脈動の振幅である脈動振幅(Pa)が含まれており、
前記脈動状態算出部は、前記出力値を用いて前記脈動振幅を算出する脈動振幅算出部(58)を有している、請求項6〜18のいずれか1つに記載の計測制御装置。 - 前記脈動振幅算出部により算出された前記脈動振幅が、所定の脈動振幅閾値よりも小さい場合には、前記流量補正部による補正を禁止する、請求項19に記載の計測制御装置。
- 前記脈動振幅閾値は、前記空気流量の平均値および前記脈動周波数の少なくとも一方に基づき設定される、請求項20に記載の計測制御装置。
- 前記周波数算出部は、上限周波数以上または下限周波数未満の周波数を除外して、前記脈動周波数を算出する請求項6〜21のいずれか1つに記載の計測制御装置。
- 前記周波数算出部は、変化率が上限変化率以上または下限変化率未満となっている周波数を除外して、前記脈動周波数を算出する請求項6〜22のいずれか1つに記載の計測制御装置。
- 空気流量を計測する流量計測装置(10)であって、
空気が流入する計測入口(35)及び前記空気が流出する計測出口(36)を有する計測流路(32)と、
前記計測流路において前記空気の流量に応じた信号を出力するセンシング部(22)と、
前記センシング部の出力値を用いて前記空気流量を計測し、前記空気流量の計測結果(S2,Gave3)を所定の外部装置(46)に対して出力する計測制御部(45)と、を備え、
前記計測制御部は、
前記空気流量に生じる脈動の状態である脈動状態を、前記外部装置から取得するのではなく前記出力値を用いて算出する脈動状態算出部(56,57,58,59,81,82,83)と、
前記脈動状態算出部により算出された前記脈動状態を用いて前記空気流量の補正を行う流量補正部(61)と、
を備えている流量計測装置。 - 前記空気が流入する流入口(33)及び前記空気が流出する流出口(34)を有する通過流路(31)を備え、
前記計測流路は、前記通過流路から分岐した分岐流路である、請求項24に記載の流量計測装置。 - 前記計測入口側から前記センシング部に向けて前記計測流路を徐々に絞る絞り部(37)を備えている、請求項24又は25に記載の流量計測装置。
- 前記センシング部と、前記計測制御部と、前記センシング部及び前記計測制御部を保護するボデー(42)とを有するセンシングユニット(40)と、
前記計測流路を形成し、前記センシングユニットを収容したハウジング(21)と、
を備えている請求項24〜26のいずれか1つに記載の流量計測装置。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021187357A1 (ja) * | 2020-03-17 | 2021-09-23 | 株式会社デンソー | 計測制御装置 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07119525A (ja) * | 1993-10-18 | 1995-05-09 | Aisan Ind Co Ltd | 内燃機関の吸入空気量検出装置 |
DE19620435C1 (de) * | 1996-05-21 | 1998-01-15 | Siemens Ag | Verfahren zur Kompensation eines Meßfehlers eines einen Luftmassenstrom repräsentierenden Meßsignals |
JPH1183584A (ja) * | 1997-09-11 | 1999-03-26 | Hitachi Ltd | 発熱抵抗体式空気流量測定装置および逆流判定方法および誤差補正方法 |
JP2012168005A (ja) * | 2011-02-14 | 2012-09-06 | Hitachi Automotive Systems Ltd | エンジンの吸入空気量測定装置 |
JP2013160121A (ja) * | 2012-02-03 | 2013-08-19 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 内燃機関の空気量計測装置及び空気量計測方法 |
JP2014185861A (ja) * | 2013-03-21 | 2014-10-02 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 熱式流量計 |
US20170167422A1 (en) * | 2015-12-15 | 2017-06-15 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for ascertaining a gas-mass flow in a combustion engine |
WO2018074120A1 (ja) * | 2016-10-19 | 2018-04-26 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 流量検出装置 |
-
2019
- 2019-06-11 JP JP2019108845A patent/JP2020012814A/ja active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07119525A (ja) * | 1993-10-18 | 1995-05-09 | Aisan Ind Co Ltd | 内燃機関の吸入空気量検出装置 |
DE19620435C1 (de) * | 1996-05-21 | 1998-01-15 | Siemens Ag | Verfahren zur Kompensation eines Meßfehlers eines einen Luftmassenstrom repräsentierenden Meßsignals |
JPH1183584A (ja) * | 1997-09-11 | 1999-03-26 | Hitachi Ltd | 発熱抵抗体式空気流量測定装置および逆流判定方法および誤差補正方法 |
JP2012168005A (ja) * | 2011-02-14 | 2012-09-06 | Hitachi Automotive Systems Ltd | エンジンの吸入空気量測定装置 |
JP2013160121A (ja) * | 2012-02-03 | 2013-08-19 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 内燃機関の空気量計測装置及び空気量計測方法 |
JP2014185861A (ja) * | 2013-03-21 | 2014-10-02 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 熱式流量計 |
US20170167422A1 (en) * | 2015-12-15 | 2017-06-15 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for ascertaining a gas-mass flow in a combustion engine |
WO2018074120A1 (ja) * | 2016-10-19 | 2018-04-26 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 流量検出装置 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021187357A1 (ja) * | 2020-03-17 | 2021-09-23 | 株式会社デンソー | 計測制御装置 |
JP2021148495A (ja) * | 2020-03-17 | 2021-09-27 | 株式会社デンソー | 計測制御装置 |
JP7259787B2 (ja) | 2020-03-17 | 2023-04-18 | 株式会社デンソー | 計測制御装置 |
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