JP2020134243A - 流量計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの吸気流量或いは排気流量を正確に計測できる流量計測システムを提供する。【解決手段】エンジンＥＧの吸気部或いは排気部に接続されている層流型流量計ＬＦＭと、演算装置５０とを有している流量計測システムであって、層流型流量計ＬＭＦは、ラミナーフローエレメントが設けられている本体部と、ラミナーフローエレメントの上流部及び下流部の差圧を計測する差圧センサ１１とが設けられ、演算装置５０は、差圧センサ１１の特性を示す差圧センサ特性情報２００を記憶している記憶部４１と、差圧センサ１１が計測した差圧を取得し、差圧センサ特性情報２００を用いて取得した差圧を補正し、補正により得られた補正差圧を用いてエンジンＥＧの吸気流量或いは排気流量を算出する流量算出部４３とを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、流量計測システムに関し、例えば、自動車のエンジンの吸気流量、或いはエンジンの排気流量を計測する流量計測システムに関する。

従来から、自動車のエンジンの性能試験において、エンジンに供給する空気の流量（吸気流量）を計測する計測システムが利用され、エンジンが駆動しているときに、エンジンがどのように吸気をしているのかを把握することが行われている。

上記の計測システムには、一般的に、エンジンの吸気部（空気供給部）に取り付けられた層流型流量計（ラミナーフローメータ）と、層流型流量計により計測された流体の差圧（ΔＰ）から空気の流量を算出する演算装置（コンピュータ等の演算装置）とを備えたものが用いられている。

また、層流型流量計は、空気が流れる円管状の本体部と、本体部の管内に保持されているラミナーフローエレメントと、ラミナーフローエレメントの上流部の静圧と、ラミナーフローエレメントの下流部の静圧との差圧（ΔＰ）を計測する差圧センサとを備えている。この差圧センサは、演算装置に計測した差圧(差圧情報)を出力するようになっている。また、演算装置は、流体の流れが層流であるときの流量と、管軸に沿う圧力差との関係を利用して、近似的に、取得した差圧（差圧情報）から空気の流量を算出している。
なお、層流型流量計の構成は、例えば、特許文献１、２に開示されている。

特開２００４―５３４８１号公報 実公平８―２５７６号公報

しかしながら、エンジンの性能試験において、層流型流量計を備えた計測システムでエンジンへの吸気流量を計測した場合、計測により得られた計測値と、実際に流れている流体の流量の値が異なることがあるという課題が生じている。すなわち、上述した従来技術は、エンジンが駆動しているときに、エンジンに対してどのように吸気がなされているのかを正確に計測することができない虞があった。特に、エンジンの運転状態が過渡状態にあるときには、計測して得られた計測値と、実際に流れている流体の流量の値が異なる。これは、層流型流量計の差圧センサが差圧をとる際に、流体の伝達の遅れなどが生じることなどに起因して、実際に流れている流体の差圧を正確に計測できないためである。
なお、エンジンの性能試験において、層流型流量計及び演算装置を備えた計測システムでエンジンからの排気流量を計測する場合においても、吸気流量と同様の理由により、正確に排気流量を計測することができない虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジンへの吸気流量、或いはエンジンからの排気流量を正確に計測できる流量計測システムを提供することにある。

上記技術的課題を解決するための本発明は、試験対象となるエンジンの吸気部或いは排気部に接続されている層流型流量計と、該層流型流量計が計測した差圧を取得し、その差圧を用いて前記エンジンの吸気流量或いは排気流量を算出する演算装置とを有している流量計測システムであって、前記層流型流量計は、ラミナーフローエレメントが設けられている本体部と、該ラミナーフローエレメントの上流部の静圧と、該ラミナーフローエレメントの下流部の静圧との差圧を計測し出力する差圧センサとが設けられ、前記演算装置は、前記差圧センサの特性を示す差圧センサ特性情報を記憶している記憶部と、前記差圧センサが計測した差圧を取得し、前記差圧センサ特性情報を用いて前記取得した差圧を補正し、該補正により得られた補正差圧を用いて前記エンジンの吸気流量或いは排気流量を算出する流量算出部とを有し、前記差圧センサ特性情報は、前記エンジンの吸気流量或いは排気流量を算出する処理をする前段階において、前記層流型流量計から差圧センサを取り外し、該差圧センサに空気を流入させ、前記差圧センサに流入される直前の空気の圧力を第１圧力として計測すると共に、前記差圧センサに差圧を第２圧力として計測させ、前記第１圧力及び前記第２圧力から求めたものであることを特徴とする。

このように、本発明の流量計測システムは、演算装置の記憶部に、前記差圧センサの特性を示す差圧センサ特性情報を記憶している。また、差圧センサ特性情報は、エンジンの吸気流量或いは排気流量を算出する処理をする前段階において、層流型流量計から差圧センサを取り外し、取り外した差圧センサに空気を流入させ、差圧センサに流入される直前の空気の圧力を第１圧力として計測すると共に、差圧センサに差圧を第２圧力として計測させ、前記第１圧力及び前記第２圧力から求めたものである。そして、演算装置の流量算出部が、差圧センサ特性情報を用いて、差圧センサで計測した差圧を補正し、補正により得られた補正差圧を用いて前記エンジンの吸気流量或いは排気流量を算出している。この構成によれば、層流型流量計により計測される差圧を実際に流れている流体の差圧の値に近づけることができ、その結果、エンジンへの吸気流量或いはエンジンからの排気流量を正確に計測できる。

また、前記差圧センサは、前記ラミナーフローエレメントの上流部或いは下流部の静圧を取得する第１接続管と、該ラミナーフローエレメントの下流部或いは上流部の静圧を取得する第２接続管と、前記第１、２接続管がそれぞれ接続され且つ前記上流部の静圧と前記下流部の静圧との差圧を計測するセンサ部とを有し、前記差圧センサ特性情報は、前記エンジンの吸気流量或いは排気流量を算出する処理をする前段階において、前記層流型流量計から差圧センサを取り外し、該取り外した差圧センサの第１接続管に空気流入路を接続し、該取り外した差圧センサの第２接続管の一方の端部を大気に開放した状態にした上で、該空気流入路を介して該差圧センサに空気を流入させ、前記第１接続管の近傍の前記空気流入路の圧力を第１圧力として計測すると共に、前記センサ部に前記第１接続管の圧力と、前記第２接続管の圧力との差圧を第２圧力として計測させ、前記第１圧力及び前記第２圧力の関係を周波数毎にゲイン及び位相で示した周波数特性情報に変換し、該周波数特性情報を伝達関数で示したものであることが望ましい。

このように、本発明の周波数特性情報は、層流型流量計から差圧センサを取り外し、該取り外した差圧センサの第１接続管に空気流入路を接続し、取り外した差圧センサの第２接続管の一方の端部を大気に開放した状態にした上で、空気流入路を介して差圧センサに空気を流入させ、第１接続管の近傍の空気流入路の圧力を第１圧力として計測すると共に、センサ部に第１接続管の圧力と第２接続管の圧力との差圧を第２圧力として計測させ、第１圧力及び第２圧力の関係を周波数毎にゲイン及び位相で示した周波数特性情報に変換し、その変換した周波数特性情報を伝達関数で示したものである。この構成によれば、差圧センサの個体差も反映させるこができるため、層流型流量計により計測される差圧を実際に流れている流体の差圧の値により正確に近づけることができる。

本発明によれば、エンジンへの吸気流量、或いはエンジンからの排気流量を正確に計測できる流量計測システムを提供することができる。

本発明の実施形態のエンジンの吸気流量を計測する流量計測システムの構成を示した模式図である。 本発明の実施形態の流量計測システムを構成する差圧センサの特性を示す差圧センサ特性情報を取得するための特性情報取得システムの構成を示した模式図である。 本発明の実施形態の特性情報取得システムにより計測して得られた差圧センサの計測値情報を登録した差圧センサの計測値情報データベースの一例を示した模式図である。 図３に示す計測値情報をグラフで示した模式図である。 本発明の実施形態の特性情報取得システムにより計測される差圧センサの計測値情報を周波数毎のゲイン及び位相に変換した情報を登録した計測値・周波数特性情報データベースの一例を示した模式図である。 図５に示す計測値・周波数特性情報データベースに登録されている情報から求めた伝達関数により得られたゲイン（伝達関数ゲイン）及び位相（伝達関数位相）を示す情報を登録した伝達関数・周波数特性情報データベースの一例を示した模式図である。 図５に示す計測値・周波数特性情報データベースに登録されている計測値ゲインと、図６に示す伝達関数・周波数特性情報データベースに登録されている伝達関数ゲインとをグラフで示した模式図である。 図５に示す計測値・周波数特性情報データベースに登録されている計測値位相と、図６に示す伝達関数・周波数特性情報データベースに登録されている伝達関数位相とをグラフで示した模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
本発明の実施形態は、エンジンＥＧの吸気流量を計測する流量計測システムの構成と、エンジンＥＧの吸気流量を計測する試験の前工程として行う流量計測システムの準備処理（及び計測システムの準備処理に用いるシステムの構成）とに特徴がある。以下では、流量計測システムの全体構成と、流量計測システムの準備処理と、流量計測システムによるエンジンＥＧの吸気流量の算出方法とを順番に説明していく。

《流量計測システムの構成》
先ず、本実施形態のエンジンＥＧの吸気流量を計測する流量計測システムの構成について、図１を参照しながら説明する。ここで、図１は、本実施形態のエンジンの吸気流量を計測する流量計測システムの構成を示した模式図である。
なお、本実施形態の流量計測システムを用いたエンジンＥＧの性能試験では、図示しないエンジン駆動システムによりエンジンを駆動させているが、エンジン駆動システムの構成は周知技術であると共に、本発明の特徴に関係しないため、説明を省略する。

図示するように、本実施形態の流量計測システムは、試験対象となる自動車のエンジンＥＧの吸気部である吸気管５にバアッファ管３０を介して接続されている層流型流量計ＬＦＭと、層流型流量計ＬＦＭが計測した「エンジンＥＧが吸気している空気（流体）の差圧（ΔＰ）」を取得し、その差圧（ΔＰ）を用いてエンジンＥＧの吸気流量を算出する演算装置４０とを有している。
なお、図中の符号７は、エンジンＥＧから排気ガスを排出するための排気管７を示している。

上記の層流型流量計ＬＦＭは、円管状の本体部１０と、本体部１０の管内に保持・収容されているラミナーフローエレメント（図示せず）と、ラミナーフローエレメントの上流部の静圧と、ラミナーフローエレメントの下流部の静圧との差圧（ΔＰ（上流部の静圧−下流部の静圧）を計測（検知）する差圧センサ１１とを備えている。

また、差圧センサ１１は、圧力を計測するセンサ部１１ａと、ラミナーフローエレメントの上流部の静圧を取得する上流側接続管１１ｂと、ラミナーフローエレメントの下流部の静圧を取得する下流側接続管１１ｃとを有している。上流側接続管１１ｂは、一端がセンサ部１１ａに接続され、他端部が本体部１０の内部のラミナーフローエレメントの上流部に接続されている。また、下流側接続管１１ｃは、一端がセンサ部１１ａに接続され、他端部が本体部１０の内部のラミナーフローエレメントの下流部に接続されている。
上記のセンサ部１１ａは、上流側接続管１１ｂから得られる上流部の静圧と、下流側接続管１１ｃから得られる下流部の静圧とから、ラミナーフローエレメントの上流部と下流部の差圧（ΔＰ）を計測（検知）し、演算装置４０に計測した差圧を示す信号（差圧情報）を出力するようになっている。

また、本体部１０の上流側（図中では向かって左側）には、エアクリーナ（空気清浄フィルタ）１３が接続されている。また、本体部１０の下流側（図中では向かって右側）には、筒状のディフューザ１２が接続されている。このディフューザ１２は、一端部が本体部１０の下流側に接続され、他端部がバッファー管３０を介して、エンジンＥＧの吸気管５に接続されている。なお、ディフューザ１２は、一端部から他端部に向けて断面積が徐々に小さくなっている。

そして、エンジン性能試験において、図示しないエンジン駆動システムによりエンジンＥＧを駆動させると、エアクリーナ１３に空気が流入され、その流入された空気が、層流型流量計ＬＦＭの本体部１０を通過して、ディフューザ１２、バッファー２０及び吸気管５を通ってエンジンＥＧに流入されていく。このとき、層流型流量計ＬＦＭは、本体部１０を流れてエンジンＥＧに流入される空気（流体）の差圧（ラミナーフローエレメントの上流部と下流部の差圧）を計測し、演算装置４０に計測した差圧を示す差圧情報を出力する。

また、演算装置４０は、層流型流量計ＬＦＭの差圧センサ１１に電気的に接続されており、差圧センサ１１から出力される差圧情報が入力され、入力により取得した差圧情報から、エンジンＥＧに流入している空気の流量（エンジンＥＧの吸気流量）を算出する。具体的には、演算装置４０は、エンジンＥＧの吸気流量の算出に利用する差圧センサ特性情報２００を記憶している記憶部４１と、外部機器からのデータの入力や外部機器へのデータの出力を行う入出力部４２と、エンジンＥＧの吸気流量を算出する流量算出部４３とを有している。

なお、記憶部４３に記憶されている差圧センサ特性情報２００は、後述する「流量計測システムの準備処理」により得られた差圧センサ１１の周波数特性情報を伝達関数で示したものである。

上記の入出力部４２は、差圧センサ１１が出力する差圧情報の入力を受け付けたり、或いは、演算装置４０と電気的に接続された表示装置（図示せず）に、流量算出部４３が算出したエンジンＥＧの吸気流量を出力したりする。
また、流量算出部４３は、記憶部４１から差圧センサ特性情報２００を読み出し、読み出した差圧センサ特性情報２００を用いて入出力部４２が受け付けた差圧情報を補正し、この補正により得られた補正差圧情報からエンジンＥＧの吸気流量を算出する。

また、演算装置４０のハードウェア構成は特に限定されるものではない。例えば、演算装置４０は、ＣＰＵ、補助記憶装置、主記憶装置、ネットワークインターフェース及び入出力インターフェースを備えるコンピュータ（１台或いは複数台のコンピュータ）により構成される。この場合、前記補助記憶装置には、入出力部４２及び流量算出部４３の機能を実現するためのプログラムが格納されている。また、前記補助記憶装置の所定領域には、上述した記憶部４１が形成されている。そして、入出力部４１及び流量算出部４２の機能は、ＣＰＵが補助記憶装置に格納された前記プログラムを前記主記憶装置にロードして実行することにより実現される。

《流量計測システムの準備処理》
次に、エンジンＥＧの吸気流量を計測する試験の前工程として行う流量計測システムの準備処理について説明する。
なお、この準備処理は、図１に示す流量計測システムから差圧センサ１１を取り外し、その取り外した差圧センサ１１の上流側接続管１１ｂに空気流入路８０を接続すると共に、空気流入路８０の上流側接続管１１ｂの近傍の位置に圧力センサ６０を取り付ける。また、差圧センサ１１の下流側接続管１１ｃを大気に開放した状態にする。そして、空気流入路８０を介して差圧センサ１１に空気を流入させ、圧力センサ６０に上流側接続管１１ｂの直前の空気の圧力を計測させると共に、差圧センサ１１に、空気流入路８０に接続された上流側接続管１１ｂの圧力と、大気に開放された下流側接続管１１ｃの圧力との差圧を計測させる。また、この準備処理では、上記の計測値（差圧センサ１１の計測値、圧力センサ６０の計測値）から差圧センサ特性情報２００を算出する工程（特性情報取得工程）と、流量計測システムに、取り外した差圧センサ１１を取り付け、且つ演算装置４０に算出した差圧センサ特性情報２００を記憶させる工程（流量計測システム設定工程）とを有している。

最初に、準備処理の特性情報取得工程について、図２〜図８を参照しながら説明する。
ここで、図２は、本実施形態の流量計測システムを構成する差圧センサの特性を示す差圧センサ特性情報を取得するための特性情報取得システムの構成を示した模式図である。図３は、本実施形態の特性情報取得システムにより計測して得られた差圧センサの計測値情報を登録した差圧センサの計測値情報データベースの一例を示した模式図である。図４は、図３に示す計測値情報をグラフで示した模式図である。図５は、本実施形態の特性情報取得システムにより計測される差圧センサの計測値情報を周波数毎のゲイン及び位相に変換した情報を登録した計測値・周波数特性情報データベースの一例を示した模式図である。図６は、図５に示す計測値・周波数特性情報データベースに登録されている情報から求めた伝達関数により得られたゲイン（伝達関数ゲイン）及び位相（伝達関数位相）を示す情報を登録した伝達関数・周波数特性情報データベースの一例を示した模式図である。図７は、図５に示す計測値・周波数特性情報データベースに登録されている計測値ゲインと、図６に示す伝達関数・周波数特性情報データベースに登録されている伝達関数ゲインとをグラフで示した模式図である。図８は、図５に示す計測値・周波数特性情報データベースに登録されている計測値位相と、図６に示す伝達関数・周波数特性情報データベースに登録されている伝達関数位相とをグラフで示した模式図である。

特性情報取得工程では、先ず、計測システムを構成する層流型流量計ＬＦＭから差圧センサ１１を取り外し、図２に示す特性情報取得システムに、取り外した差圧センサ１１を組み込む。

図示するように、特性情報取得システムは、差圧センサ１１と、差圧センサ１１の上流側接続管１１ｂに接続された空気流入路８０と、空気流入路８０の上流側接続管１１ｂとの接続部の近傍の位置に取り付けられた圧力センサ６０と、差圧センサ１１及び圧力センサ６０のそれぞれから計測値の入力を受け付ける計測装置５０とを備えている。なお、差圧センサ１１は、下流側接続管１１ｃの先端部が大気に開放された開放状態になっている。

具体的には、取り外した差圧センサ１１の上流側接続管１１ｂに空気流入路８０を接続し、空気流入路８０の上流側接続管１１ｂの近傍の位置に圧力センサ６０を取り付け、下流側接続管１１ｃを大気に開放した状態にし、センサ部１１ａ及び圧力センサ６０を計測装置５０に電気的に接続する。
なお、図示する例では、差圧センサ１１の上流側接続管１１ｂに空気流入路８０を接続し、下流側接続管１１ｃを大気に開放した状態にしているが、特にこれに限定されるものではない。差圧センサ１１の下流側接続管１１ｃに空気流入路８０を接続し、上流側接続管１１ｂを大気に開放した状態にしても良い。

さらに、特性情報取得システムには、空気流入路８０に設けられたバルブ（第１電磁バルブ７２、第２電磁バルブ７４）の開閉動作を制御するドライブ回路７１と、ドライブ回路７１に制御指令を送信するＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）７０とが設けられている。

また、空気流入路８０は、図示しない空気源から空気が流入される第１配管路８１と、第１配管路８１から分岐して差圧センサ１１の上流側接続管１１ｂに接続されている第２配管路８２とにより構成されている。

第１配管路８１は、一端（図中の上端）が空気源（図示せず）に接続されており、他端（図中の下端）に調整弁７５が設けられている。また、第１配管路８１は、一端と他端の間に、第１電磁バルブ７２及びレギュレータ（減圧弁）７３が設けられている。第１電磁バルブ７２は、レギュレータ７３よりも上端側に設けられている。また、第１配管路８１は、レギュレータ７３と調整弁７５との間の部位に第２配管路８２が接続されている。

第２配管路８２は、一端が第１配管路８１に接続されており、他端が差圧センサ１１の上流側接続管１１ｂに接続され、一端と他端の間に、第２電磁バルブ７４が設けられている。また、第２配管路８２のうち、第２電磁バルブ７４のバルブ出口７４ａと、差圧センサ１１の上流側接続管１１ｂとの接続部との間の部位に、差圧センサ１１に流入する空気の圧力を計測する圧力センサ６０（差圧センサ１１の空気流入部に入力される空気の入力圧力を計測する圧力センサ６０）が設けられている。

ＤＳＰ７０は、ドライブ回路７１に対して、電磁バルブ（第１電磁バルブ７２及び第２電磁バルブ７４）の開閉動作を指示する制御指令を送信する。
また、ドライブ回路７１は、ＤＳＰ７０からの制御指令にしたがい、第１電磁バルブ７２及び第２電磁バルブ７４のそれぞれに、開閉制御信号（開指示信号、閉指示信号）を送信し、第１電磁バルブ７２及び第２電磁バルブ７４の開閉動作を制御する。また、ドライブ回路７１は、計測装置５０とのインターフェースを持ち、電磁バルブ（第１電磁バルブ７２及び第２電磁バルブ７４）の動作状態の伝送、計測装置５０からのバルブ動作指示の受信などの機能を有していてもよい

また、第１電磁バルブ７２は、空気源（図示せず）から流入する空気（流体）の流入と流入停止を行う。具体的には、第１電磁バルブ７２は、ドライブ回路７１からの開指示信号を受信すると、第１電磁バルブ７３を開状態にし、第１電磁バルブ７３に流入してくる空気を通過させ、第１電磁バルブ７２よりも下流の第１配管路８１に空気を流入させる。また、第１電磁バルブ７２は、ドライブ回路７１からの閉指示信号を受信すると、第１電磁バルブ７２を閉状態にして第１配管路８１を封鎖して、第１電磁バルブ７２よりも下流の第１配管路８１に空気を流入させないようにする。

また、第２電磁バルブ７４は、差圧センサ１１への空気の流入と流入停止を行う。具体的には、第２電磁バルブ７４は、ドライブ回路７１からの開指示信号を受けると、第２電磁バルブ７４を開状態にし、第２電磁バルブ７４に流入してくる空気を通過させ、第２電磁バルブ７４よりも下流の第１配管路８２を介して差圧センサ１１に空気を流入させる。また、第２電磁バルブ７４は、ドライブ回路７１からの閉指示信号を受けると、第２電磁バルブ７４を閉状態にして第２配管路８２を封鎖して、第２電磁バルブ７４よりも下流の第２配管路８２に空気を流入させないようにする（差圧センサ１１に空気を流入させないようにする）。
なお、調整弁７５により、第１電磁バルブ７２が開状態のときには、常に第１配管路８１に空気が流れ、第１電磁バルブ及び第２電磁バルブ７４の両者を開状態にしたときにだけ、第２配管路８２にも空気が流れるようになる。

圧力センサ６０は、空気流入路８０の上流側接続管１１ｂの近傍の空気流入路８０の空気の圧力（上流側接続管１１ｂの直前の空気の圧力（第１圧力））を計測する。この圧力センサ６０により、差圧センサ１１に空気が流入、流出する際に発生する圧力（第１圧力）が計測される。また、圧力センサ６０は、計測装置５０に電気的に接続されており、計測装置５０に対して、計測した圧力（圧力を示す信号）を送信する。
また、本実施形態では、圧力センサ６０が計測する「空気流入路８０の上流側接続管１１ｂの近傍の空気流入路８０の空気の圧力（第１圧力）」を「入力圧力」という。
なお、アンプで入力圧力（入力圧力を示す信号）を増幅させた上で、計測装置５０に入力圧力を送信するようにしても良い。また、圧力センサ６０は、差圧センサ１１より高速応答でありかつ高分解能を有するセンサであることが望ましい。

また、図２に示す、差圧センサ１１では、センサ部１１ａが、空気流入路８０に接続された上流側接続管１１ｂの圧力と、大気に開放された下流側接続管１１ｃの圧力との差圧（第２圧力）を計測する。また、センサ部１１ａは、計測装置５０に電気的に接続されている。そして、差圧センサ１１は、センサ部１１ａが差圧を計測すると、計測装置５０に計測した差圧（差圧を示す情報）を送信する。また、本実施形態では、差圧センサ１１が計測する「差圧（第２圧力）」を「出力圧力」という。
なお、差圧センサ１１と計測装置５０との間にアンプを設けておいて、アンプで出力圧力（出力圧力を示す信号）を増幅させた上で、計測装置５０に出力圧力を送信するようにしても良い。

計測装置５０は、圧力センサ６０からの入力圧力（計測値）と、差圧センサ１１からの出力圧力（計測値）とを受信し、受信した計測値を用いて、差圧センサ特性情報２００を算出する。

具体的には、計測装置５０は、圧力センサ６０及び差圧センサ１１から計測値を取得する計測値取得部５１と、取得した計測値（入力圧力、出力圧力）を用いて差圧センサ特性情報２００を算出する特性情報算出部５２と、取得した計測値や算出した差圧センサ特性情報２００等を記憶する記憶部５３とを有している。

なお、計測装置５０のハードウェア構成は特に限定されるものではない。例えば、計測装置５０は、ＣＰＵ、補助記憶装置、主記憶装置、ネットワークインターフェース及び入出力インターフェースを備えるコンピュータ（１台或いは複数台のコンピュータ）により構成される。この場合、前記補助記憶装置には、計測値取得部５１及び特性情報算出部５２の機能を実現するためのプログラムが格納されている。また、前記補助記憶装置の所定領域には、上述した記憶部５３が形成されている。そして、計測値取得部５１及び特性情報算出部５２の機能は、ＣＰＵが補助記憶装置に格納された前記プログラムを前記主記憶装置にロードして実行することにより実現される。
また、前記コンピュータが、ＤＳＰ７０を制御可能な計測値取得部５１と連動して動作するプログラムおよびインターフェースを有してもよい。

そして、上記のように構成された特性情報取得システムにおいて、電磁バルブ（第１電磁バルブ７２及び第２電磁バルブ７４）の開閉動作を制御して、空気流入路８０を介して差圧センサ１１の上流側接続管１１ｂに空気を流入させ、圧力センサ６０に上流側接続管１１ｂの直前の空気の圧力（入力圧力）を計測させる。このときに、差圧センサ１１のセンサ部１１ａに、「空気流入路８０に接続された上流側接続管１１ｂの圧力と、大気に開放された下流側接続管１１ｃの圧力との差圧（出力圧力）」を計測させる。
例えば、電磁バルブ（第１電磁バルブ７２及び第２電磁バルブ７４）の開閉動作を制御して、ｓｔｅｐ応答の計測を「３００回」程度行い、計測装置５０に、圧力センサ６０からの計測値（入力圧力）と差圧センサ１１からの計測値（出力圧力）とを取得させる。

また、計測装置５０は、圧力センサ６０からの入力圧力（計測値）と、差圧センサ１１からの出力圧力に対して以下の処理を行うようになっている。
具体的には、計測装置５０の計測値取得部５１は、圧力センサ６０からの入力圧力（計測値）と、差圧センサ１１からの出力圧力（計測値）とを受信する。また、計測値取得部５１は、受信した計測値（入力圧力、出力圧力）に正規化処理を行った上で、各計測値（入力圧力、出力圧力）が計測された時間（計測値を受信した時間）に、正規化した計測値（入力圧力、出力圧力）を対応付けた計測値情報データベース１００（図３参照）を生成し、記憶部５３に計測値情報データベース１００を記憶させる。

計測値情報データベース１００は、図３に示すように、計測時間毎に、正規化された入力圧力と、正規化された出力圧力とが対応付けられて登録されている。
具体的には、計測値情報データベース１００は、時間（計測時間）を登録するフィールド１０１と、フィールド１０１に登録された時間における入力圧力（正規化後のデータ）を登録するフィールド１０２と、フィールド１０１に登録された時間における出力圧力（正規化後のデータ）を登録するフィールド１０３とを有するレコードにより構成されている。

なお、図４は、計測値情報データベース１００に登録されている入力圧力及び出力圧力をグラフで示したものであり、横軸（ｘ軸）に時間を示し、縦軸（ｙ軸）に圧力を示している。図示するグラフでは、「０．４９５秒から０．５１秒」の時間帯及びその近傍の時間帯において、入力圧力の値と、出力圧力の値とが異なっている。

特性情報算出部５２は、計測値情報データベース１００に登録されている計測値を用いて、差圧センサ１１の特性を示す差圧センサ特性情報２００を算出する。

具体的には、特性情報算出部５２は、計測値情報データベース１００に登録されている計測値情報（時間毎の計測値（正規後の計測値））を、周波数毎に、計測値ゲイン及び計測値位相で示した周波数特性情報に変換する。また、特性情報算出部５２は、計測値情報から変換した計測値周波数特性情報を登録した計測値・周波数特性情報データベース１１０を生成し、記憶部５３に、計測値・周波数特性情報データベース１１０（図５参照）を記憶させる。
なお、計測値情報データベース１００に登録されている計測値情報（時間毎の計測値（正規後の計測値））を、周波数毎に、計測値ゲイン及び計測値位相で示した周波数特性情報に変換する処理は、周知技術であるので説明を省略する。

計測値・周波数特性情報データベース１１０は、図５に示すように、周波数毎に、計測値ゲインと、計測値位相とが対応付けられて登録されている。
具体的には、計測値・周波数特性情報データベース１１０は、周波数を登録するフィールド１１１と、フィールド１１１に登録された周波数における計測値ゲインを登録するフィールド１１２と、フィールド１１１に登録された周波数における計測値位相を登録するフィールド１１３とを有するレコードにより構成されている。

また、特性情報算出部５２は、計測値周波数特性情報データベース１１０に登録されている計測値周波数特性情報から伝達関数Ｇ(s)を求めて差圧センサ特性情報２００として、記憶部５３に記憶させる。
伝達関数Ｇ(s)は所定の算出方法で求めることができる。たとえば、計測値周波数特性情報データベース１１０に登録されている入力圧力の計測値周波数特定情報からラプラス変換やＺ変換で得られるＵ(s)と、計測値周波数特性情報データベース１１０に登録されている出力圧力の計測値周波数特定情報からラプラス変換やＺ変換で得られるＹ(s)とを用いて得ることができる。
なお、本実施形態では、特性情報算出部５２が、所定の算出方法（プログラムで定められた手順）により伝達関数を求めているが、特にこれに限定されるものではない。ユーザが、計測値周波数特性情報データベース１１０に登録されている計測値周波数特性情報を利用して、周知の手法により伝達関数を求めても良い。この場合、ユーザは、計測装置５０に上記の求めた伝達関数を入力し、記憶部５３に伝達関数を記憶させるようにする。

なお、上記の伝達関数Ｇ(s)から、周波数毎の「ゲイン（ｄＢ）」及び周波数毎の「位相（ｄｅｇ）」が得られる。
具体的には、上記の伝達関数Ｇ(s)を用いて得られた周波数毎の「ゲイン（ｄＢ）及び位相（ｄｂ）」を纏めると、図６に示す、伝達関数・周波数特性情報データベース１２０を生成することができる。

伝達関数・周波数特性情報データベース１２０は、図６に示すように、周波数毎に、上記の伝達関数Ｇ(s)により得られた「ゲイン（伝達関数ゲイン）及び位相（伝達関数位相）」が対応付けられて登録されている。
具体的には、伝達関数・周波数特性情報データベース１２０は、周波数を登録するフィールド１２１と、フィールド１２１に登録された周波数におけるゲイン（伝達関数ゲイン）を登録するフィールド１２２と、フィールド１２１に登録された周波数における位相（伝達関数位相）を登録するフィールド１２３とを有するレコードにより構成されている。

なお、図７に示すように、伝達関数・周波数特性情報データベース１２０に登録されているゲイン（伝達関数ゲイン）は、計測値・周波数特性情報データベース１１０に登録された計測値ゲインと類似した周波数特性を示している。また、図８に示すように、伝達関数・周波数特性情報データベース１２０に登録されている位相（伝達関数位相）は、計測値・周波数特性情報データベース１１０に登録された計測値位相と類似している周波数特性を示している。このように、上述した伝達関数Ｇ(s)から、差圧センサ１１の周波数毎のゲイン及び位相を高精度に算出できる。

次に、準備処理の流量計測システム設定工程について説明する。
流量計測システム設定工程では、図１に示す流量計測システムの演算装置４０の記憶部４１に、上述した特性情報取得工程で求めた差圧センサ特性情報２００（上述した伝達関数Ｇ(s)）を記憶させる。例えば、計測システムの演算装置４０に計測装置５０を電気的に接続し、計測装置５０から演算装置４０に差圧センサ特性情報２００を送信し、演算装置４０の記憶部４１に差圧センサ特性情報２００を記憶させる。

さらに、流量計測システム設定工程では、上述した差圧センサ特性情報取得工程を行うために取り外した差圧センサ１１を、計測システムに戻して設置する。これにより、計測システム設定工程が完了する。

なお、本実施形態では、差圧センサ１１の特性を示す差圧センサ特性情報１２０として、「空気流入路８０が接続されている上流側接続管１１ｂの直前の空気の圧力（入力圧力）」及び「空気流入路８０が接続されている上流側接続管１１ｂの圧力と、大気に開放された下流側接続管１１ｃの圧力との差圧（出力圧力）」より求めた伝達関数Ｇ(s)を用いたが、これは一例である。

《エンジンＥＧの吸気流量の算出方法》
次に、図１に戻り、流量計測システムによるエンジンＥＧの吸気流量の算出方法について説明する。

上述したように、エンジン駆動システム（図示せず）によりエンジンＥＧを駆動させると、図示する計測システムのエアクリーナ１３に空気が流入され、その流入された空気が、層流型流量計ＬＦＭの本体部１０を通過して、ディフューザ１２、バッファー２０及び吸気管５を通ってエンジンＥＧに流入される。また、層流型流量計ＬＦＭは、本体部１０を流れてエンジンＥＧに流入される空気（流体）の差圧（ラミナーフローエレメントの上流部と下流部の差圧）を計測し、演算装置４０に計測した差圧を示す差圧情報を出力していく。

また、演算装置４０の入出力部４２は、差圧センサ１１から出力される差圧情報を受信する。また、演算装置４０の流量算出部４３は、入出力部４２から差圧情報を取得し、記憶部４１から差圧センサ特性情報２００を読み出し、読み出した差圧センサ特性情報２００を用いて入力された差圧情報を補正する。具体的には、流量算出部４３は、取得した差圧情報に対して、読み出した差圧センサ特性情報２００である伝達関数Ｇ(s)の逆伝達をかけて、補正差圧情報を算出する。そして、流量算出部４１は、補正差圧情報からエンジンＥＧの吸気流量を算出する。

なお、上記の補正差圧情報からエンジンＥＧの吸気流量を算出する処理は、周知技術である「層流型流量計ＬＦＭから取得した差圧情報からエンジンＥＧの吸気流量を算出する処理」と同じであるため（周知技術の処理の差圧情報を補正差圧情報に置き換えた処理であるため）、説明を省略する。

このように、本実施形態では、エンジンＥＧの吸気流量或いは排気流量を算出する処理をする前段階において、層流型流量計ＬＦＭから差圧センサ１１を取り外し、取り外した差圧センサ１１に空気を流入させ、差圧センサ１１に流入される直前の空気の圧力（入力圧力）を計測すると共に、差圧センサ１１に差圧（出力圧力）を計測させている。また、入力圧力及び出力圧力の関係を周波数毎にゲイン及び位相で示した周波数特性情報に変換し、その周波数特性情報を伝達関数で示した差圧センサ特性情報を求めている。そして、流量計測システムの演算装置４０の記憶部４１に、上記の計測値より求めた周波数特性情報を伝達関数で示した差圧センサ特性情報２００が記憶されている。
また、演算装置４０の流出量算出部４３が、差圧センサ特性情報２００を用いて、差圧センサ１１で計測した差圧を補正し、補正により得られた補正差圧を用いてエンジンＥＧの吸気流量を算出している。この構成によれば、層流型流量計ＬＭＦにより計測される差圧を実際に流れている流体の差圧の値に近づけることができ、その結果、エンジンＥＧへの吸気流量を正確に計測できる。

また、図２に示す特性情報取得システム（特性情報取得方法）では、エンジンＥＧへの吸気流量の計測に用いる層流型流量計ＬＦＭから差圧センサ１１を取り外した上で、その差圧センサ１１の上流側接続管１１ｂに空気を流入させる空気流入路８０を接続し、下流側接続管１１ｃを大気に開放した状態にし、且つ空気流入路８０の上流側接続管１１ｂの近傍の位置に圧力センサ６０が取り付けられている。そして、空気流入路８０を介して差圧センサ１１に空気を流入させ、圧力センサ６０に上流側接続管１１ｂの直前の空気の圧力（入力圧力）を計測させている。このときに、差圧センサ１１のセンサ部１１ａに、「空気流入路８０が接続されている上流側接続管１１ｂの圧力と、大気に開放された下流側接続管１１ｃの圧力との差圧（出力圧力）」を計測させている。

また、図２に示す特性情報取得システム（特性情報取得方法）では、計測された入力圧力及び出力圧力を用いて、計測された時間毎に該入力圧力及び出力圧力を対応付けた計測値情報を生成している。また、特性情報取得システムでは、生成した計測値情報を、周波数毎にゲイン及び位相で示した周波数特性情報に変換し、変換して得られた周波数特性情報を伝達関数で示した差圧センサ特性情報２００を生成している。そして、この差圧センサ特性情報２００を利用することにより、層流型流量計ＬＦＭにより計測される差圧を実際に流れている流体の差圧の値に近づけることができる。そのため、例えば、エンジンＥＧの性能試験におけるエンジンＥＧの吸気量或いは排気量の計測に、図２に示す特性情報取得システムで得られる差圧センサ特性情報を利用することで、エンジンへの吸気流量を正確に計測できる。

なお、本発明は、上述した実施形態の限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変更が可能になる。

例えば、図１に示す流量計測システムでは、エンジンＥＧの吸気部である吸気管５に層流型流量計ＬＦＭが接続されており、エンジンＥＧへの吸気流量を算出しているが特にこれに限定されるものではない。エンジンＥＧの排気部である排気管７に層流型流量計ＬＦＭを接続した場合や、排気管７と吸気管5を接続する、図にはない排気再循環管に接続した場合においても、演算装置４０がエンジンＥＧからの排気流量を正確に計測できるようになる。
この場合、演算装置４０の入出力部４２が、差圧センサ１１から出力される差圧情報を受信する。また、演算装置４０の流量算出部４３は、入出力部４２から差圧情報を取得し、記憶部４１から差圧センサ特性情報２００を読み出し、読み出した差圧センサ特性情報２００を用いて取得した差圧情報を補正する。具体的には、流量算出部４３は、取得した差圧情報に対して、読み出した差圧センサ特性情報２００である伝達関数の逆伝達をかけて、補正差圧情報を算出する。そして、流量算出部４１は、補正差圧情報からエンジンＥＧの排気流量を算出する。

ＥＧ…エンジン
５…吸気管
７…排気管

ＬＦＭ…層流型流量計
１０…本体部
１１…差圧センサ
１１ａ…センサ部（差圧センサ）
１１ｂ…上流側接続管（差圧センサ）
１１ｃ…下流側接続管（差圧センサ）
１２…ディフューザ
１３…エアクリーナ

３０…バアッファ管

４０…演算装置
４１…記憶部
４２…入出力部
４３…流量算出部
２００…差圧センサ特性情報

５０…計測装置
５１…計測値取得部
５２…特性情報算出部
５３…記憶部
６０…圧力センサ
７０…ＤＳＰ
７１…ドライブ回路
７２…第１電磁バルブ
７３…レギュレータ
７４…第２電磁バルブ
７４ａ…バルブ出口（第２電磁バルブ）
７５…調整弁

８０…空気流入路
８１…第１配管路（空気流入路）
８２…第２配管路（空気流入路）

Claims (2)

1. 試験対象となるエンジンの吸気部或いは排気部に接続されている層流型流量計と、該層流型流量計が計測した差圧を取得し、その差圧を用いて前記エンジンの吸気流量或いは排気流量を算出する演算装置とを有している流量計測システムであって、
   前記層流型流量計は、ラミナーフローエレメントが設けられている本体部と、該ラミナーフローエレメントの上流部の静圧と、該ラミナーフローエレメントの下流部の静圧との差圧を計測し出力する差圧センサとが設けられ、
   前記演算装置は、
   前記差圧センサの特性を示す差圧センサ特性情報を記憶している記憶部と、
   前記差圧センサが計測した差圧を取得し、前記差圧センサ特性情報を用いて前記取得した差圧を補正し、該補正により得られた補正差圧を用いて前記エンジンの吸気流量或いは排気流量を算出する流量算出部とを有し、
   前記差圧センサ特性情報は、前記エンジンの吸気流量或いは排気流量を算出する処理をする前段階において、前記層流型流量計から差圧センサを取り外し、該差圧センサに空気を流入させ、前記差圧センサに流入される直前の空気の圧力を第１圧力として計測すると共に、前記差圧センサに差圧を第２圧力として計測させ、前記第１圧力及び前記第２圧力から求めたものであることを特徴とする流量計測システム。
2. 前記差圧センサは、前記ラミナーフローエレメントの上流部或いは下流部の静圧を取得する第１接続管と、該ラミナーフローエレメントの下流部或いは上流部の静圧を取得する第２接続管と、前記第１、２接続管がそれぞれ接続され且つ前記上流部の静圧と前記下流部の静圧との差圧を計測するセンサ部とを有し、
   前記差圧センサ特性情報は、前記エンジンの吸気流量或いは排気流量を算出する処理をする前段階において、前記層流型流量計から差圧センサを取り外し、該取り外した差圧センサの第１接続管に空気流入路を接続し、該取り外した差圧センサの第２接続管の一方の端部を大気に開放した状態にした上で、該空気流入路を介して該差圧センサに空気を流入させ、前記第１接続管の近傍の前記空気流入路の圧力を第１圧力として計測すると共に、前記センサ部に前記第１接続管の圧力と、前記第２接続管の圧力との差圧を第２圧力として計測させ、前記第１圧力及び前記第２圧力の関係を周波数毎にゲイン及び位相で示した周波数特性情報に変換し、該周波数特性情報を伝達関数で示したものであることを特徴とする流量計測システム。
   

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