JP3344259B2 - 流体物理量計測方法およびその装置 - Google Patents
流体物理量計測方法およびその装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の圧力、流量
等を計測する新規な方法およびその装置に関する。
等を計測する新規な方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、自動車などで用いられる流量セン
サの主なものは３種類あり、それぞれ質量流量方式（マ
スフロー方式）、スピードデンシティ方式、α―Ｎ方式
（スロットル開度α―エンジン回転数Ｎ）方式である。
サの主なものは３種類あり、それぞれ質量流量方式（マ
スフロー方式）、スピードデンシティ方式、α―Ｎ方式
（スロットル開度α―エンジン回転数Ｎ）方式である。
【０００３】マスフロー方式は、熱線風速計などのエア
フローセンサを用いて、質量流量を直接検出しようとす
るもので、高価ではあるが現在のところ最も検出精度が
良好なものである。また、排ガス規制等にも対応が比較
的容易であって、次第に使用が拡大している。熱線や熱
膜など各種の技術が開発されている。
フローセンサを用いて、質量流量を直接検出しようとす
るもので、高価ではあるが現在のところ最も検出精度が
良好なものである。また、排ガス規制等にも対応が比較
的容易であって、次第に使用が拡大している。熱線や熱
膜など各種の技術が開発されている。
【０００４】スピードデンシティ方式は、エンジン回転
数Ｎとインテークマニホールド圧力により間接的に空気
流量を検出しようとするもので、検出精度はマスフロー
方式に劣るものの、簡単な構造のため広く用いられてい
る。
数Ｎとインテークマニホールド圧力により間接的に空気
流量を検出しようとするもので、検出精度はマスフロー
方式に劣るものの、簡単な構造のため広く用いられてい
る。
【０００５】α―Ｎ方式（スロットル開度α―エンジン
回転数Ｎ）方式は、スロットル開度αとエンジン回転数
Ｎから間接的に質量流量を検出しようとするものである
が、検出精度はスピードデンシテイ方式より劣り、採用
されている車種は少ない。
回転数Ｎ）方式は、スロットル開度αとエンジン回転数
Ｎから間接的に質量流量を検出しようとするものである
が、検出精度はスピードデンシテイ方式より劣り、採用
されている車種は少ない。
【０００６】ここでは、従来技術のうちでもっとも重要
であるマスフロー方式のエアフローセンサの概要につい
て説明する。図１６はエンジンの吸気系に取付けられた
エアフローセンサを示す図である。図において、１はエ
アクリーナ、２はエアクリーナ入り口、３はフィルタ
ー、４はエンジン吸入管、５はエアフローセンサのため
の整流板、６はエアフローセンサ、７はエアフローセン
サの電気回路部、８はスロットルバルブ、９は流入空
気、１０は同じくエンジンに吸入される空気、１１はリ
ード線、１２は車載計算機である。また、図１７はエア
フローセンサの詳細な構成を示す図である。図におい
て、４はエンジン吸入管、５はエアフローセンサのため
の整流板、９は流入空気、１０はエンジンに吸入される
空気、１１はリード線、１３は熱線や熱膜などのエアフ
ローセンサ、１４はエアフローセンサ支持棒、１５は温
度補償用の温度センサ、１６は温度センサ支持部材、１
７はベルマウス付きの管、１８は支持部材である。
であるマスフロー方式のエアフローセンサの概要につい
て説明する。図１６はエンジンの吸気系に取付けられた
エアフローセンサを示す図である。図において、１はエ
アクリーナ、２はエアクリーナ入り口、３はフィルタ
ー、４はエンジン吸入管、５はエアフローセンサのため
の整流板、６はエアフローセンサ、７はエアフローセン
サの電気回路部、８はスロットルバルブ、９は流入空
気、１０は同じくエンジンに吸入される空気、１１はリ
ード線、１２は車載計算機である。また、図１７はエア
フローセンサの詳細な構成を示す図である。図におい
て、４はエンジン吸入管、５はエアフローセンサのため
の整流板、９は流入空気、１０はエンジンに吸入される
空気、１１はリード線、１３は熱線や熱膜などのエアフ
ローセンサ、１４はエアフローセンサ支持棒、１５は温
度補償用の温度センサ、１６は温度センサ支持部材、１
７はベルマウス付きの管、１８は支持部材である。
【０００７】次に、従来技術の動作を図１６及び図１７
に従って説明する。エンジンなどが回転することによっ
て、エンジンの吸入管４の入り口に取り付けられたエア
クリーナ１の入り口２から空気が流入する（流入空気
９）。エアクリーナ１の直後近傍に、空気流の整流を行
う整流板５が設けられていて、なるべく一様な流れがエ
アフローセンサ６を通過するようになっている。エアフ
ローセンサは質量流量を電気回路部７で電気信号に変換
して、車載の計算機１２に伝え、計算機１２はそれに応
じて燃料噴射などの命令を発する。エアフローセンサを
通過した空気は、スロットルバルブ８を経てエンジンに
吸入される。エアフローセンサのより詳細な構造は図１
７に示されており、吸入される空気９はエアクリーナ１
などを通過したり、曲がった管路を通過したりするため
速度分布が一様でない。この非一様性は質量流量の正確
な検出を妨げるため、例えば網目を有する整流板５によ
って一様な速度分布を実現するようにしている。整流板
５を通過した流入空気９は、支持１８によってエンジン
の吸入管４に支持された、ベルマウス付きの管１７に流
入すると同時に、残りの空気はその外周を通過し、ベル
マウス付きの管１７の下流側で合流して（エンジンに吸
入される空気１０）、さらにエンジンに流れていくこと
になる。ベルマウス付きの管の中央部には、支持部材１
４に取り付けられた熱線や熱膜形式の風速計であるエア
フローセンサ１３が取り付けられていて、ベルマウス付
き管中央部を通過する質量流量に感応するようになって
いる。この質量流量信号は、エンジンの吸入管４の断面
を通過する質量流量と対応するよう較正されている。支
持１６に取り付けられた、温度補償センサ１５は吸入空
気の温度変化が、エアフローセンサ１３の検出値に与え
る影響を補償するもので、質量流量検出値の正確さを維
持するためのものである。ベルマウス付き管１７が、エ
ンジン吸入管４内に設置されている理由は、ベルマウス
付き管１７内になるべく、多くの流量を導入して偏流の
影響を避けようとするものである。
に従って説明する。エンジンなどが回転することによっ
て、エンジンの吸入管４の入り口に取り付けられたエア
クリーナ１の入り口２から空気が流入する（流入空気
９）。エアクリーナ１の直後近傍に、空気流の整流を行
う整流板５が設けられていて、なるべく一様な流れがエ
アフローセンサ６を通過するようになっている。エアフ
ローセンサは質量流量を電気回路部７で電気信号に変換
して、車載の計算機１２に伝え、計算機１２はそれに応
じて燃料噴射などの命令を発する。エアフローセンサを
通過した空気は、スロットルバルブ８を経てエンジンに
吸入される。エアフローセンサのより詳細な構造は図１
７に示されており、吸入される空気９はエアクリーナ１
などを通過したり、曲がった管路を通過したりするため
速度分布が一様でない。この非一様性は質量流量の正確
な検出を妨げるため、例えば網目を有する整流板５によ
って一様な速度分布を実現するようにしている。整流板
５を通過した流入空気９は、支持１８によってエンジン
の吸入管４に支持された、ベルマウス付きの管１７に流
入すると同時に、残りの空気はその外周を通過し、ベル
マウス付きの管１７の下流側で合流して（エンジンに吸
入される空気１０）、さらにエンジンに流れていくこと
になる。ベルマウス付きの管の中央部には、支持部材１
４に取り付けられた熱線や熱膜形式の風速計であるエア
フローセンサ１３が取り付けられていて、ベルマウス付
き管中央部を通過する質量流量に感応するようになって
いる。この質量流量信号は、エンジンの吸入管４の断面
を通過する質量流量と対応するよう較正されている。支
持１６に取り付けられた、温度補償センサ１５は吸入空
気の温度変化が、エアフローセンサ１３の検出値に与え
る影響を補償するもので、質量流量検出値の正確さを維
持するためのものである。ベルマウス付き管１７が、エ
ンジン吸入管４内に設置されている理由は、ベルマウス
付き管１７内になるべく、多くの流量を導入して偏流の
影響を避けようとするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術
は、以上のように構成されているので、整流板５やベル
マウス付き管１７、さらにエアフローセンサ１３や温度
センサ１５による流体抵抗は、結果としてエンジン出力
の低下を招き、その性能を僅かながら損ねるものになっ
ている。
は、以上のように構成されているので、整流板５やベル
マウス付き管１７、さらにエアフローセンサ１３や温度
センサ１５による流体抵抗は、結果としてエンジン出力
の低下を招き、その性能を僅かながら損ねるものになっ
ている。
【０００９】また、エアフローセンサ１３の応答速度に
問題がある。エアフローセンサ１３の構成によっては、
その熱容量が大きくなる場合があり、流体の変動とセン
サ信号の間に遅れが発生し、急速な制御を要求する場合
には問題となる。
問題がある。エアフローセンサ１３の構成によっては、
その熱容量が大きくなる場合があり、流体の変動とセン
サ信号の間に遅れが発生し、急速な制御を要求する場合
には問題となる。
【００１０】さらに、熱線や熱膜を用いた場合エアフロ
ーセンサ１３は逆流を検出することは自動的にはできな
いことに問題がある。エアフローセンサ１３は質量流量
には反応するが、流れの方向が変わっても絶えず正の値
を出力し、方向には応答しないからである。
ーセンサ１３は逆流を検出することは自動的にはできな
いことに問題がある。エアフローセンサ１３は質量流量
には反応するが、流れの方向が変わっても絶えず正の値
を出力し、方向には応答しないからである。
【００１１】本発明は上記のような課題を解決するため
になされたもので、センサ部の流体抵抗による圧力損失
に起因するエンジン出力低下、センサの熱容量における
応答遅れ、ならびに逆流検出に伴う困難を解消できる瞬
時流体物理量計測方法およびその装置を提供することを
目的とする。
になされたもので、センサ部の流体抵抗による圧力損失
に起因するエンジン出力低下、センサの熱容量における
応答遅れ、ならびに逆流検出に伴う困難を解消できる瞬
時流体物理量計測方法およびその装置を提供することを
目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成は、
流体管路上にΔｘ離れた上流及び下流の少なくとも二箇
所の圧力ｐ1及びｐ2を、それぞれ時間Δｔ毎に計測する
圧力計測手段を備え、圧力計測手段により計測した圧力
ｐ1及びｐ2に基づき、下記式(９−１)、(１０−１)、
(１１)及び(１３)から、時間Δｔ後における流体管路内
の流速ｕ2を求めることを特徴とする瞬時流体物理量計
測方法である。
流体管路上にΔｘ離れた上流及び下流の少なくとも二箇
所の圧力ｐ1及びｐ2を、それぞれ時間Δｔ毎に計測する
圧力計測手段を備え、圧力計測手段により計測した圧力
ｐ1及びｐ2に基づき、下記式(９−１)、(１０−１)、
(１１)及び(１３)から、時間Δｔ後における流体管路内
の流速ｕ2を求めることを特徴とする瞬時流体物理量計
測方法である。
【数５】 ただし、初期条件として、ｕ1＝０、ｕ2＝０、を与え、
ρ1＝ρ2、及びＴ1＝Ｔ2である所定値ρ1、ρ2、Ｔ1及
びＴ2を与える。なお、Ｔ 1 及びＴ 2 は温度、ρ 1 及びρ 2
は密度、Ｆ１は圧力損失項、γは定圧比熱比、Ｆ２はエ
ネルギー損失項、Ｒは空気のガス定数である。
ρ1＝ρ2、及びＴ1＝Ｔ2である所定値ρ1、ρ2、Ｔ1及
びＴ2を与える。なお、Ｔ 1 及びＴ 2 は温度、ρ 1 及びρ 2
は密度、Ｆ１は圧力損失項、γは定圧比熱比、Ｆ２はエ
ネルギー損失項、Ｒは空気のガス定数である。
【００１３】本発明の第２の構成は、流体管路上にΔｘ
離れた上流及び下流の少なくとも二箇所の圧力ｐ1及び
ｐ2を、それぞれ時間Δｔ毎に計測する圧力計測手段を
備え、圧力計測手段により計測した圧力ｐ1及びｐ2に基
づき、下記式(９−１)、(１０−１)、(１１)及び(１３)
から、時間Δｔ後における流体管路内の流速ｕ2を求
め、かつΔｔとΔｘとが下記式(１４)を満足するよう
に、上記圧力計測手段の位置を決めることを特徴とする
瞬時流体物理量計測装置である。
離れた上流及び下流の少なくとも二箇所の圧力ｐ1及び
ｐ2を、それぞれ時間Δｔ毎に計測する圧力計測手段を
備え、圧力計測手段により計測した圧力ｐ1及びｐ2に基
づき、下記式(９−１)、(１０−１)、(１１)及び(１３)
から、時間Δｔ後における流体管路内の流速ｕ2を求
め、かつΔｔとΔｘとが下記式(１４)を満足するよう
に、上記圧力計測手段の位置を決めることを特徴とする
瞬時流体物理量計測装置である。
【数６】 ただし、初期条件として、ｕ1＝０、ｕ2＝０、を与え、
ρ1＝ρ2、及びＴ1＝Ｔ2である所定値ρ1 、ρ2、Ｔ1及び
Ｔ2を与える。なお、Ｔ 1 及びＴ 2 は温度、ρ 1 及びρ 2 は
密度、Ｆ１は圧力損失項、γは定圧比熱比、Ｆ２はエネ
ルギー損失項、Ｒは空気のガス定数、ｃは局所音速、ｕ
は流速ｕ 2 である。
ρ1＝ρ2、及びＴ1＝Ｔ2である所定値ρ1 、ρ2、Ｔ1及び
Ｔ2を与える。なお、Ｔ 1 及びＴ 2 は温度、ρ 1 及びρ 2 は
密度、Ｆ１は圧力損失項、γは定圧比熱比、Ｆ２はエネ
ルギー損失項、Ｒは空気のガス定数、ｃは局所音速、ｕ
は流速ｕ 2 である。
【００１４】本発明の第３の構成は、 入口の圧力ｐ 1
を大気圧とし、入口からΔｘ離れた所の圧力ｐ 2 を時間
Δｔ毎に計測する圧力計測手段を備え、上記圧力ｐ 1 と
圧力計測手段により計測した圧力ｐ 2 に基づき、下記式
(９−１)、(１０−１)、(１１)及び(１３)から、時間Δ
ｔ後における流体管路内の流速ｕ2を求めることを特徴
とする瞬時流体物理量計測方法である。
を大気圧とし、入口からΔｘ離れた所の圧力ｐ 2 を時間
Δｔ毎に計測する圧力計測手段を備え、上記圧力ｐ 1 と
圧力計測手段により計測した圧力ｐ 2 に基づき、下記式
(９−１)、(１０−１)、(１１)及び(１３)から、時間Δ
ｔ後における流体管路内の流速ｕ2を求めることを特徴
とする瞬時流体物理量計測方法である。
【数７】 ただし、初期条件として、ｕ1＝０、ｕ2＝０、を与え、
ρ1＝ρ2、及びＴ1＝Ｔ2である所定値ρ1 、ρ2、Ｔ1及び
Ｔ2を与える。なお、Ｔ 1 及びＴ 2 は温度、ρ 1 及びρ 2 は
密度、Ｆ１は圧力損失項、γは定圧比熱比、Ｆ２はエネ
ルギー損失項、Ｒは空気のガス定数である。また、本発
明の第４の構成は、流体管路上にΔｘ離れた上流及び下
流の少なくとも二箇所の圧力ｐ 1 及びｐ 2 を、それぞれ時
間Δｔ毎に計測する圧力計測手段と、上記二箇所のうち
圧力ｐ 1 に対応する所の温度Ｔ 1 を計測する手段とを備
え、計測した温度Ｔ 1 と圧力計測手段により計測した圧
力ｐ 1 及びｐ 2 とに基づき、下記式(９−１)、(１０−
１)、(１１)及び(１３)から、時間Δｔ後における流体
管路内の流速ｕ 2 を求めることを特徴とする瞬時流体物
理量計測方法である。
ρ1＝ρ2、及びＴ1＝Ｔ2である所定値ρ1 、ρ2、Ｔ1及び
Ｔ2を与える。なお、Ｔ 1 及びＴ 2 は温度、ρ 1 及びρ 2 は
密度、Ｆ１は圧力損失項、γは定圧比熱比、Ｆ２はエネ
ルギー損失項、Ｒは空気のガス定数である。また、本発
明の第４の構成は、流体管路上にΔｘ離れた上流及び下
流の少なくとも二箇所の圧力ｐ 1 及びｐ 2 を、それぞれ時
間Δｔ毎に計測する圧力計測手段と、上記二箇所のうち
圧力ｐ 1 に対応する所の温度Ｔ 1 を計測する手段とを備
え、計測した温度Ｔ 1 と圧力計測手段により計測した圧
力ｐ 1 及びｐ 2 とに基づき、下記式(９−１)、(１０−
１)、(１１)及び(１３)から、時間Δｔ後における流体
管路内の流速ｕ 2 を求めることを特徴とする瞬時流体物
理量計測方法である。
【数８】 ただし、初期条件として、ｕ 1 ＝０、ｕ 2 ＝０、を与え、
ρ 1 ＝ρ 2 である所定値ρ 1 、ρ 2 を与える。なお、Ｔ 1 及
びＴ 2 は温度、ρ 1 及びρ 2 は密度、Ｆ１は圧力損失項、
γは定圧比熱比、Ｆ２はエネルギー損失項、Ｒは空気の
ガス定数である。
ρ 1 ＝ρ 2 である所定値ρ 1 、ρ 2 を与える。なお、Ｔ 1 及
びＴ 2 は温度、ρ 1 及びρ 2 は密度、Ｆ１は圧力損失項、
γは定圧比熱比、Ｆ２はエネルギー損失項、Ｒは空気の
ガス定数である。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１である質量
流量計の構成図である。図において、１はエアクリー
ナ、２はエアクリーナ入口、３はフィルター、４は直径
Ｄのエンジン吸入管、８はスロットル、９は流入空気、
１０はエンジンに吸入される空気、１１はリード線、１
２は車載計算機、１９はエンジン吸入管入口からの位置
に設けられた導圧管、２０は圧力センサである。
流量計の構成図である。図において、１はエアクリー
ナ、２はエアクリーナ入口、３はフィルター、４は直径
Ｄのエンジン吸入管、８はスロットル、９は流入空気、
１０はエンジンに吸入される空気、１１はリード線、１
２は車載計算機、１９はエンジン吸入管入口からの位置
に設けられた導圧管、２０は圧力センサである。
【００２３】次に動作について説明する。エンジンの回
転により、エアクリーナ１の入口２より流入空気９がフ
ィルター３をへて、直径Ｄのエンジン吸入管に流入す
る。さらに、スロットル８を経てエンジンに吸入される
（エンジンに吸入される空気１０）。エンジン吸入管４
の入口より長さの位置には導圧管１９が設けられてお
り、圧力センサ２０によってΔｔ秒ごとに刻々の圧力が
計測される。圧力センサの信号はリード線１１を介して
車載計算機１２に伝わり、以下に詳細を述べるようにエ
ンジン吸入管の入口と圧力測定部の間の管路に適用され
る、流体力学の支配方程式を刻々と数値的に解くことに
よって、圧力測定部を通過する各瞬間の質量流量を検出
する。要するに圧力センサ２０の信号を計算機１２によ
って質量流量に換算する方式である。今日の高速計算機
においては、１回のサンプリングデータに対する計算を
サンプリング間隔Δｔより短い時間内で実行することが
できるので、上記の計算はオンラインで連続的に行うこ
とができる。検出された刻々の質量流量の値は、例えば
エンジンの燃料噴射量を刻々決定するのに用いられる。
転により、エアクリーナ１の入口２より流入空気９がフ
ィルター３をへて、直径Ｄのエンジン吸入管に流入す
る。さらに、スロットル８を経てエンジンに吸入される
（エンジンに吸入される空気１０）。エンジン吸入管４
の入口より長さの位置には導圧管１９が設けられてお
り、圧力センサ２０によってΔｔ秒ごとに刻々の圧力が
計測される。圧力センサの信号はリード線１１を介して
車載計算機１２に伝わり、以下に詳細を述べるようにエ
ンジン吸入管の入口と圧力測定部の間の管路に適用され
る、流体力学の支配方程式を刻々と数値的に解くことに
よって、圧力測定部を通過する各瞬間の質量流量を検出
する。要するに圧力センサ２０の信号を計算機１２によ
って質量流量に換算する方式である。今日の高速計算機
においては、１回のサンプリングデータに対する計算を
サンプリング間隔Δｔより短い時間内で実行することが
できるので、上記の計算はオンラインで連続的に行うこ
とができる。検出された刻々の質量流量の値は、例えば
エンジンの燃料噴射量を刻々決定するのに用いられる。
【００２４】（１）圧力―質量流量換算手法の詳細 支配方程式：図２はエンジン吸入管入口および圧力測定
部の拡大図である。図において、４はエンジン吸入管、
９は流入空気、１９は吸入管４の入口からの位置にある
導圧管、２０は圧力センサ、２１は吸入管入口（開口
端）、ｘは吸入管入口から測った座標である。
部の拡大図である。図において、４はエンジン吸入管、
９は流入空気、１９は吸入管４の入口からの位置にある
導圧管、２０は圧力センサ、２１は吸入管入口（開口
端）、ｘは吸入管入口から測った座標である。
【００２５】直径Ｄで断面積一定のエンジン吸入管に沿
った流体力学の支配方程式は、一次元流の近似のもとで
は、下記の各方程式で表すことができる。 質量保存則： ∂ρ／∂ｔ＋∂（ρｕ）／∂ｘ＝０ （１） 運動量保存則： ρ∂ｕ／∂ｔ＋ρｕ∂ｕ／∂ｘ＝−∂ρ／∂ｘ−２ρｕ｜ｕ｜Ｃｆ／Ｄ （２） エネルギ保存則： ρ∂ｅ／∂ｔ＋ρｕ∂ｅ／∂ｘ＝−ｐ∂ｕ／∂ｘ−２ρｕ2｜ｕ｜Ｃｆ／Ｄ （３） 状態方程式： ｐ＝ρＲＴ （４） ここで、ρは密度、ｐは静圧、Ｔは静温（絶対温度）、
ｅは内部エネルギ：（＝ＣVＴ，ＣV：定積比熱）、ｕは
ｘ方向の速度、Ｒは空気のガス定数、Ｃf は管摩擦係
数、Ｄはエンジン吸入管の直径、ｘはエンジン吸入管４
に沿う座標である。
った流体力学の支配方程式は、一次元流の近似のもとで
は、下記の各方程式で表すことができる。 質量保存則： ∂ρ／∂ｔ＋∂（ρｕ）／∂ｘ＝０ （１） 運動量保存則： ρ∂ｕ／∂ｔ＋ρｕ∂ｕ／∂ｘ＝−∂ρ／∂ｘ−２ρｕ｜ｕ｜Ｃｆ／Ｄ （２） エネルギ保存則： ρ∂ｅ／∂ｔ＋ρｕ∂ｅ／∂ｘ＝−ｐ∂ｕ／∂ｘ−２ρｕ2｜ｕ｜Ｃｆ／Ｄ （３） 状態方程式： ｐ＝ρＲＴ （４） ここで、ρは密度、ｐは静圧、Ｔは静温（絶対温度）、
ｅは内部エネルギ：（＝ＣVＴ，ＣV：定積比熱）、ｕは
ｘ方向の速度、Ｒは空気のガス定数、Ｃf は管摩擦係
数、Ｄはエンジン吸入管の直径、ｘはエンジン吸入管４
に沿う座標である。
【００２６】エントロピｓの生成についても必要に応じ
て計算することができ、次式で表すことができる。 ∂ｓ／∂ｔ＋ｕ∂ｓ／∂ｘ＝２ｕ2｜ｕ｜Ｃｆ／（ＴＤ） （５） 式(１)―(４)、さらに(５)の方程式を、初期条件と境界
条件を与えて計算機１２により数値的に解く。エネルギ
式(３)には各種の表現があるが、どれを用いてもよい。
亜音速流に対象を限る場合、エンジン吸入管４の管入口
２１では、開口端２１の境界条件として、もしエアクリ
ーナ１の影響があまり大きくない場合には、近似的に圧
力が大気側の圧力に等しいという条件を用いることがで
きる。エアクリーナ１の影響がある場合にはその影響が
小さくなるように改善するか、エアクリーナ１内の状態
を境界条件として用いる。さらに開口端２１では、温
度、密度にもジャンプが無く、周囲の値に等しいと仮定
できる。実験によると、管入口での圧力には僅かの変動
があるが、簡単化して一定とみなす。測定点では、測定
した圧力を用いる。従って、圧力などの境界条件は、時
刻ｔと位置ｘの関数として、 管入口(ｘ＝０)：ｐ（ｔ，ｘ）＝ｐ（ｔ，０）＝ｐ e （大気圧＝一定値）， Ｔ（ｔ，０）＝Ｔ e ，ρ(ｔ，０)＝ρ e ｓ（ｔ，０）＝０ (６) 測定点(ｘ＝１)：ｐ（ｔ，１）measured(圧力センサ２０の出力) (７) 添え字ｅは大気側(ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ)の値で一定
値を表し、ｍｅａｓｕｒｅｄは測定値を意味している。
計算の開始時の初期条件としては、エンジン始動に対応
するような、静止状態(あるいは計算量が既知の状態)を
用いることができる。従って、 初期条件：ｕ（０，ｘ）＝０，ｐ（０，ｘ）＝ｐ e ，ρ（０，ｘ）＝ρ e Ｔ（０，ｘ）＝Ｔｅ，ｓ（０，ｘ）＝０ ただし、(０≦ｘ≦１) （８）
て計算することができ、次式で表すことができる。 ∂ｓ／∂ｔ＋ｕ∂ｓ／∂ｘ＝２ｕ2｜ｕ｜Ｃｆ／（ＴＤ） （５） 式(１)―(４)、さらに(５)の方程式を、初期条件と境界
条件を与えて計算機１２により数値的に解く。エネルギ
式(３)には各種の表現があるが、どれを用いてもよい。
亜音速流に対象を限る場合、エンジン吸入管４の管入口
２１では、開口端２１の境界条件として、もしエアクリ
ーナ１の影響があまり大きくない場合には、近似的に圧
力が大気側の圧力に等しいという条件を用いることがで
きる。エアクリーナ１の影響がある場合にはその影響が
小さくなるように改善するか、エアクリーナ１内の状態
を境界条件として用いる。さらに開口端２１では、温
度、密度にもジャンプが無く、周囲の値に等しいと仮定
できる。実験によると、管入口での圧力には僅かの変動
があるが、簡単化して一定とみなす。測定点では、測定
した圧力を用いる。従って、圧力などの境界条件は、時
刻ｔと位置ｘの関数として、 管入口(ｘ＝０)：ｐ（ｔ，ｘ）＝ｐ（ｔ，０）＝ｐ e （大気圧＝一定値）， Ｔ（ｔ，０）＝Ｔ e ，ρ(ｔ，０)＝ρ e ｓ（ｔ，０）＝０ (６) 測定点(ｘ＝１)：ｐ（ｔ，１）measured(圧力センサ２０の出力) (７) 添え字ｅは大気側(ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ)の値で一定
値を表し、ｍｅａｓｕｒｅｄは測定値を意味している。
計算の開始時の初期条件としては、エンジン始動に対応
するような、静止状態(あるいは計算量が既知の状態)を
用いることができる。従って、 初期条件：ｕ（０，ｘ）＝０，ｐ（０，ｘ）＝ｐ e ，ρ（０，ｘ）＝ρ e Ｔ（０，ｘ）＝Ｔｅ，ｓ（０，ｘ）＝０ ただし、(０≦ｘ≦１) （８）
【００２７】（２）支配方程式の離散化と測定―計算手
法 図３に示すように、エンジン吸入管４の０≦ｘ≦ｌの領
域を一計算領域２２あるいは一検査領域２２と考えて
（１）−（５）式を差分法によって離散化する。図３に
おいて、４はエンジン吸入管、９は流入空気、１９は導
圧管、２０は圧力センサ、２１はエンジン吸入管入口、
２２は計算領域（検査領域）である。
法 図３に示すように、エンジン吸入管４の０≦ｘ≦ｌの領
域を一計算領域２２あるいは一検査領域２２と考えて
（１）−（５）式を差分法によって離散化する。図３に
おいて、４はエンジン吸入管、９は流入空気、１９は導
圧管、２０は圧力センサ、２１はエンジン吸入管入口、
２２は計算領域（検査領域）である。
【００２８】エンジン吸入管４の入口２１での、圧力、
温度、密度が既知、速度が未知、圧力センサ２０位置で
の圧力が既知、温度、密度、速度が未知で、結局４未知
数となり、（１）―（４）の方程式を用いて解くことが
できる。エントロピについては、エンジン吸入管入口２
１で既知と仮定、圧力センサ２０の位置で未知として
（５）式で解けることになる。エントロピーを含める
と、各変数は以下の通りとなる。 ｘ＝０：ｋｎｏｗｎ（ｐ，ρ，Ｔ，ｓ），ｕｎｋｏｗｎ
（ｕ） ｘ＝ｌ：ｋｎｏｗｎ（ｐ），ｕｎｋｏｗｎ（ρ，Ｔ，
ｕ，ｓ） 添え字なしが測定点の値、添え字ｅがエンジン吸入管入
口２１の値を表わし、ｎｅｗは現在の時刻からΔｔ秒後
の値を表わすものとして、（１）―（５）式の差分式
は、時間及び空間についての一次精度の近似で以下のよ
うに表すことができる。
温度、密度が既知、速度が未知、圧力センサ２０位置で
の圧力が既知、温度、密度、速度が未知で、結局４未知
数となり、（１）―（４）の方程式を用いて解くことが
できる。エントロピについては、エンジン吸入管入口２
１で既知と仮定、圧力センサ２０の位置で未知として
（５）式で解けることになる。エントロピーを含める
と、各変数は以下の通りとなる。 ｘ＝０：ｋｎｏｗｎ（ｐ，ρ，Ｔ，ｓ），ｕｎｋｏｗｎ
（ｕ） ｘ＝ｌ：ｋｎｏｗｎ（ｐ），ｕｎｋｏｗｎ（ρ，Ｔ，
ｕ，ｓ） 添え字なしが測定点の値、添え字ｅがエンジン吸入管入
口２１の値を表わし、ｎｅｗは現在の時刻からΔｔ秒後
の値を表わすものとして、（１）―（５）式の差分式
は、時間及び空間についての一次精度の近似で以下のよ
うに表すことができる。
【００２９】
【数１】
【００３０】右辺の値は既知量である。圧力センサで計
測した圧力をｐに、周囲圧力をｐeに代入すればよい。
このように本手法では、刻々得られる圧力データをもと
にΔｔ秒後の流体物理量を（９）―（１３）式から計算
しようとするものである。密度と速度も得られるので、
質量流量も算出できる。但し、（１１），（１３）式で
は右辺にもΔｔ秒後の新しい圧力と密度ｐnew ，ρnew
を用いている。従って、ここではｔ＝ｔ，ｔ＝ｔ−Δｔ
の２つの時刻の変数値を用いるとなお良い。管における
摩擦効果をあらわす摩擦係数Ｃｆは、この場合管入口で
の流入損失、助走区間における損失、ならびに通常の意
味における摩擦損失などを全て影響として含んだもので
あり、現在のところ実験的に適正な値を決めることにな
る。
測した圧力をｐに、周囲圧力をｐeに代入すればよい。
このように本手法では、刻々得られる圧力データをもと
にΔｔ秒後の流体物理量を（９）―（１３）式から計算
しようとするものである。密度と速度も得られるので、
質量流量も算出できる。但し、（１１），（１３）式で
は右辺にもΔｔ秒後の新しい圧力と密度ｐnew ，ρnew
を用いている。従って、ここではｔ＝ｔ，ｔ＝ｔ−Δｔ
の２つの時刻の変数値を用いるとなお良い。管における
摩擦効果をあらわす摩擦係数Ｃｆは、この場合管入口で
の流入損失、助走区間における損失、ならびに通常の意
味における摩擦損失などを全て影響として含んだもので
あり、現在のところ実験的に適正な値を決めることにな
る。
【００３１】（３）本発明の検証実験とＣＦＬ条件 本発明の検証をするために図４に示すような装置で実験
を行った。図４において、４は吸入管、９は流入空気、
１１はリード線、１２は車載計算機、１９は導圧管、２
０は圧力センサ、２１はエンジン吸入管入口、２３は比
較校正用の熱線風速計、２４はエンジンを模擬するため
の空気圧縮機である。ｘは吸入管４に沿う座標、（＝５
１ｍｍ）は圧力センサ２０の位置、Ｄ（＝９ｍｍ）は吸
入管直径（内径）である。
を行った。図４において、４は吸入管、９は流入空気、
１１はリード線、１２は車載計算機、１９は導圧管、２
０は圧力センサ、２１はエンジン吸入管入口、２３は比
較校正用の熱線風速計、２４はエンジンを模擬するため
の空気圧縮機である。ｘは吸入管４に沿う座標、（＝５
１ｍｍ）は圧力センサ２０の位置、Ｄ（＝９ｍｍ）は吸
入管直径（内径）である。
【００３２】エンジンを模擬した、５０Ｈｚ４極モータ
単シリンダ２０ｌ／ｍｉｎクラスの往復動式空気圧縮機
２３の吸入口に、ビニールパイプ製の内径９ｍｍ、約８
０ｍｍ長さのモデル吸入管４を装着し、吸入管４の開口
端２１よりｘ＝ｌ＝５１ｍｍのところに外形１ｍｍ長さ
約２０ｍｍの導圧管１９を有する圧力センサ２０を取り
付けた。圧力センサ２０はあらかじめ較正をおこない、
圧力と電圧の関係を得た。直線性は極めてよい。吸入管
４の開口端２１に、空気流速を測定するために熱線風速
計２３を設置して、圧力測定から予測される開口端２１
における流速と比較に用いるようにした。熱線風速計２
３は速度に対して較正して用いた。
単シリンダ２０ｌ／ｍｉｎクラスの往復動式空気圧縮機
２３の吸入口に、ビニールパイプ製の内径９ｍｍ、約８
０ｍｍ長さのモデル吸入管４を装着し、吸入管４の開口
端２１よりｘ＝ｌ＝５１ｍｍのところに外形１ｍｍ長さ
約２０ｍｍの導圧管１９を有する圧力センサ２０を取り
付けた。圧力センサ２０はあらかじめ較正をおこない、
圧力と電圧の関係を得た。直線性は極めてよい。吸入管
４の開口端２１に、空気流速を測定するために熱線風速
計２３を設置して、圧力測定から予測される開口端２１
における流速と比較に用いるようにした。熱線風速計２
３は速度に対して較正して用いた。
【００３３】圧力センサの取り付け位置は、圧力測定の
サンプリング時間間隔をとすると、局所音速を用いて、
計算流体力学の場合と同じように次式で示すＣＦＬ条件
(Courant-Friedrich-Levy条件)を満足するように定め
る。 （ｃ±ｕ）Δｔ≦Δｘ （１４） ここではサンプリング周期を１０ｋＨｚとしたので、Δ
ｔ＝１／１００００秒であり、ｃ＝３４０ｍ／ｓ，ｕ＝
２０ｍ／ｓ，Δｘ＝ｌ＝５１ｍｍ＝０．０５１ｍである
ので（ｃ±ｕ）Δｔは０．０３２〜０．０３６ｍとな
り、ＣＦＬ条件を満たしている。この条件は、サンプリ
ング定理と同様な条件であって、流体中の変動量がサン
プリング時間間隔Δｔ中に計算対象となる検査体積中で
伝播可能で検出できるための条件となっている。サンプ
リング間隔Δｔを大きくとる場合は、圧力センサ２０の
位値Δｘも大きな値にしなければならない。
サンプリング時間間隔をとすると、局所音速を用いて、
計算流体力学の場合と同じように次式で示すＣＦＬ条件
(Courant-Friedrich-Levy条件)を満足するように定め
る。 （ｃ±ｕ）Δｔ≦Δｘ （１４） ここではサンプリング周期を１０ｋＨｚとしたので、Δ
ｔ＝１／１００００秒であり、ｃ＝３４０ｍ／ｓ，ｕ＝
２０ｍ／ｓ，Δｘ＝ｌ＝５１ｍｍ＝０．０５１ｍである
ので（ｃ±ｕ）Δｔは０．０３２〜０．０３６ｍとな
り、ＣＦＬ条件を満たしている。この条件は、サンプリ
ング定理と同様な条件であって、流体中の変動量がサン
プリング時間間隔Δｔ中に計算対象となる検査体積中で
伝播可能で検出できるための条件となっている。サンプ
リング間隔Δｔを大きくとる場合は、圧力センサ２０の
位値Δｘも大きな値にしなければならない。
【００３４】（４）検証実験結果 図４の往復動式空気圧縮機２４の、貯気タンク（図示せ
ず）の出口を全開して無負荷運転した場合のｘ＝５１ｍ
ｍにおける圧力センサ２０の出力と吸入管入口２１のｘ
＝０ｍｍにおける熱線風速計の測定値を示したのが図５
であり、サンプリング周波数１０ｋＨｚ、１０２４点の
データを示している。図５の圧力履歴を用い、方程式
（９）―（１３）を解けば、吸入管４の入口２１（ｘ＝
０ｍｍ）と圧力センサ２０位置（ｘ＝５１ｍｍ）での未
知の物理量の値が得られることになる。この計算結果の
うち、吸入管入口２１における流速の計算値と同位置で
測定した熱線風速計２３の流速と比較すれば、本手法の
有効性を確かめることができる。
ず）の出口を全開して無負荷運転した場合のｘ＝５１ｍ
ｍにおける圧力センサ２０の出力と吸入管入口２１のｘ
＝０ｍｍにおける熱線風速計の測定値を示したのが図５
であり、サンプリング周波数１０ｋＨｚ、１０２４点の
データを示している。図５の圧力履歴を用い、方程式
（９）―（１３）を解けば、吸入管４の入口２１（ｘ＝
０ｍｍ）と圧力センサ２０位置（ｘ＝５１ｍｍ）での未
知の物理量の値が得られることになる。この計算結果の
うち、吸入管入口２１における流速の計算値と同位置で
測定した熱線風速計２３の流速と比較すれば、本手法の
有効性を確かめることができる。
【００３５】本手法の特徴の１つは、計測体系中に流量
障害が存在しないことであり、このことは計測精度を低
下させる要因を排除できると同時に、エンジンの吸入管
１１等においては、エンジンの性能の低下の要因を排除
できることである。また、もう１つの特徴は、圧力計と
いう応答の速いセンサを使用できることにより、応答性
が速いことである。このことは前述のＣＦＬ条件を考慮
すると、計測体系の空間的分解能を高くすることができ
ることを意味する。
障害が存在しないことであり、このことは計測精度を低
下させる要因を排除できると同時に、エンジンの吸入管
１１等においては、エンジンの性能の低下の要因を排除
できることである。また、もう１つの特徴は、圧力計と
いう応答の速いセンサを使用できることにより、応答性
が速いことである。このことは前述のＣＦＬ条件を考慮
すると、計測体系の空間的分解能を高くすることができ
ることを意味する。
【００３６】図６に圧力信号の一周期分を図５より抽出
したものを示す。この圧力データを計算式（９）式に代
入することにより、圧力センサ２０の測定位置ｘ＝ｌ＝
５１ｍｍにおける速度ｕの履歴が求められ、（１３）式
で吸入管入口２１の速度ｕeが求まる。このようにし
て、計算からｕ（ｘ＝５１ｍｍ）ｕe （ｘ＝０ｍｍ）が
得られ、実験で ｕe（ｘ＝０ｍｍ）が計測されているの
で、これと比較すればよい。 ｕe（ｘ＝０ｍｍ）の計測
値を図７に示す。圧力測定データから速度を計算する場
合、摩擦係数Ｃf の値は実験的に決める必要があるの
で、この値を変化させて計算することにする。Ｃf は本
来レイノルズ数などの関数であるが、簡単のためここで
は定数としている。
したものを示す。この圧力データを計算式（９）式に代
入することにより、圧力センサ２０の測定位置ｘ＝ｌ＝
５１ｍｍにおける速度ｕの履歴が求められ、（１３）式
で吸入管入口２１の速度ｕeが求まる。このようにし
て、計算からｕ（ｘ＝５１ｍｍ）ｕe （ｘ＝０ｍｍ）が
得られ、実験で ｕe（ｘ＝０ｍｍ）が計測されているの
で、これと比較すればよい。 ｕe（ｘ＝０ｍｍ）の計測
値を図７に示す。圧力測定データから速度を計算する場
合、摩擦係数Ｃf の値は実験的に決める必要があるの
で、この値を変化させて計算することにする。Ｃf は本
来レイノルズ数などの関数であるが、簡単のためここで
は定数としている。
【００３７】図８にＣf を変化させて計算した速度 ｕe
（ｘ＝０ｍｍ）の計算値を図７に示された熱線風速計の
実験値と比較したものを示す。図８から適正な摩擦係数
は例えばＣf ＝０．２５であると見なすことができる。
各種の条件によってＣf の正しい値あるいは関数形を用
いることがこの手法のもっとも重要な点となる。Ｃf＝
Ｏ．２５の場合の、吸入管４の入口２１（ｘ＝０ｍｍ）
における計算された速度ｕe と熱線風速計２３によって
計測された速度ｕe との比較を図９として以下に再掲す
る。図９で注目すべきことは、熱線風速計２３では逆流
現象を検出できないが、圧力センサ２０の出力から流体
力学の支配方程式（１）―（５）を用いて速度を計算す
る本発明の方法では自動的に検出していると理解できる
ことである。
（ｘ＝０ｍｍ）の計算値を図７に示された熱線風速計の
実験値と比較したものを示す。図８から適正な摩擦係数
は例えばＣf ＝０．２５であると見なすことができる。
各種の条件によってＣf の正しい値あるいは関数形を用
いることがこの手法のもっとも重要な点となる。Ｃf＝
Ｏ．２５の場合の、吸入管４の入口２１（ｘ＝０ｍｍ）
における計算された速度ｕe と熱線風速計２３によって
計測された速度ｕe との比較を図９として以下に再掲す
る。図９で注目すべきことは、熱線風速計２３では逆流
現象を検出できないが、圧力センサ２０の出力から流体
力学の支配方程式（１）―（５）を用いて速度を計算す
る本発明の方法では自動的に検出していると理解できる
ことである。
【００３８】気柱の共振現象があると往復運動の逆流を
生じるが、従来の熱線風速計では絶対値表現しか得られ
ない。逆流が存在する時に絶対値表現による風速にもと
づいて流量を計算すると減算すべき逆流成分も加算され
て増加側の誤差を生じるが、逆流を検出できる本発明の
流量計測では、この誤差が生じない。この条件での圧力
測定点ｘ＝５１ｍｍにおける、質量流束、速度、圧力
（測定値）、密度、温度、エントロピの値も合わせて図
１０〜１５に示す。低速のため密度、温度の変化は殆ど
無視できる程度である。
生じるが、従来の熱線風速計では絶対値表現しか得られ
ない。逆流が存在する時に絶対値表現による風速にもと
づいて流量を計算すると減算すべき逆流成分も加算され
て増加側の誤差を生じるが、逆流を検出できる本発明の
流量計測では、この誤差が生じない。この条件での圧力
測定点ｘ＝５１ｍｍにおける、質量流束、速度、圧力
（測定値）、密度、温度、エントロピの値も合わせて図
１０〜１５に示す。低速のため密度、温度の変化は殆ど
無視できる程度である。
【００３９】実施の形態２．エアクリーナ１内で圧力変
動が生じる場合には、圧力センサをエアクリーナ１の位
置にも取付け、圧力センサ２０の取り付け位置との差圧
を検出するように構成してもよい。この場合エアクリー
ナ内では例えば等エントロピー変化として、吸入管４の
入口２１で、密度や温度の境界条件を与えることができ
る。実施の形態１においては、圧力センサを用いる例を
説明したが、圧力センサの替りに流速センサを用いて圧
力を計算出力とすることもできる。すなわち、吸入管入
口において不足している１個の流体物理量データを計算
領域２２の他端で補うことができれば、そこに用いるセ
ンサは圧力センサに限らず、他のセンサでもよい。結
局、方程式（１）〜（４）を解くための流体物理量デー
タを与えることができれば、本発明の流体物理量計測が
成立するのであって、４個の未知数に対して、計算領域
の両端にまたがって合計４個の流体物理量データが与え
られればよい。
動が生じる場合には、圧力センサをエアクリーナ１の位
置にも取付け、圧力センサ２０の取り付け位置との差圧
を検出するように構成してもよい。この場合エアクリー
ナ内では例えば等エントロピー変化として、吸入管４の
入口２１で、密度や温度の境界条件を与えることができ
る。実施の形態１においては、圧力センサを用いる例を
説明したが、圧力センサの替りに流速センサを用いて圧
力を計算出力とすることもできる。すなわち、吸入管入
口において不足している１個の流体物理量データを計算
領域２２の他端で補うことができれば、そこに用いるセ
ンサは圧力センサに限らず、他のセンサでもよい。結
局、方程式（１）〜（４）を解くための流体物理量デー
タを与えることができれば、本発明の流体物理量計測が
成立するのであって、４個の未知数に対して、計算領域
の両端にまたがって合計４個の流体物理量データが与え
られればよい。
【００４０】また、本手法は、入口側に動的流体機器が
接続され、出口側が解放端となった管路に対しても方程
式（１）〜（４）を対称的に用いて同様に適用すること
ができる。さらに、管路上に複数のセンサが設置され、
複数の直列計算領域を持つ管路に対しても、計算速度に
余裕があれば適用可能である。これは、例えば第１の計
算領域の出口側の物理量計算結果を、直ちに第２の計算
領域の入口側の境界条件に置き替えて、第２の計算領域
の物理量を計算し、同様にそれ以後の計算領域の物理量
を計算することによって可能となる。
接続され、出口側が解放端となった管路に対しても方程
式（１）〜（４）を対称的に用いて同様に適用すること
ができる。さらに、管路上に複数のセンサが設置され、
複数の直列計算領域を持つ管路に対しても、計算速度に
余裕があれば適用可能である。これは、例えば第１の計
算領域の出口側の物理量計算結果を、直ちに第２の計算
領域の入口側の境界条件に置き替えて、第２の計算領域
の物理量を計算し、同様にそれ以後の計算領域の物理量
を計算することによって可能となる。
【００４１】（９）ー（１３）式の時間積分は数値的に
行われるために、強制外力項となる圧力変動に支配され
る変動周期は正しく再現されるが、速度などの値が遂次
積分誤差の累積によりドリフトする場合がある。このよ
うな場合には、圧力変動などからエンジン周期を検出し
て、一周期ごとに値を修正するように計算機１２のプロ
グラムを構成することによってドリフトを除去すること
ができる。本発明では、流体力学の支配方程式（１）―
（５）は一次元のものを扱ったが、軸対象、二次元、三
次元でもよい。またこのような多次元の場合圧力センサ
は同一断面に複数個設けて、境界条件を正確にすること
もできる。エンジン吸入管は曲がり管であってもよい
し、断面積が変化するようなものでもよい。流体力学の
支配方程式を形状に応じて使い分ければよい。
行われるために、強制外力項となる圧力変動に支配され
る変動周期は正しく再現されるが、速度などの値が遂次
積分誤差の累積によりドリフトする場合がある。このよ
うな場合には、圧力変動などからエンジン周期を検出し
て、一周期ごとに値を修正するように計算機１２のプロ
グラムを構成することによってドリフトを除去すること
ができる。本発明では、流体力学の支配方程式（１）―
（５）は一次元のものを扱ったが、軸対象、二次元、三
次元でもよい。またこのような多次元の場合圧力センサ
は同一断面に複数個設けて、境界条件を正確にすること
もできる。エンジン吸入管は曲がり管であってもよい
し、断面積が変化するようなものでもよい。流体力学の
支配方程式を形状に応じて使い分ければよい。
【００４２】本発明の第１の構成によれば、流体管路上
にΔｘ離れた上流及び下流の少なくとも二箇所の圧力ｐ
1 及びｐ 2 を、それぞれ時間Δｔ毎に計測する圧力計測手
段を備え、圧力計測手段により計測した圧力ｐ 1 及びｐ 2
に基づき、上記(９−１)、(１０−１)、(１１)及び(１
３)式から、時間Δｔ後における流体管路内の流速ｕ2を
求めるように構成したので、流体管路内の瞬時流速を求
めることができるという効果がある。
にΔｘ離れた上流及び下流の少なくとも二箇所の圧力ｐ
1 及びｐ 2 を、それぞれ時間Δｔ毎に計測する圧力計測手
段を備え、圧力計測手段により計測した圧力ｐ 1 及びｐ 2
に基づき、上記(９−１)、(１０−１)、(１１)及び(１
３)式から、時間Δｔ後における流体管路内の流速ｕ2を
求めるように構成したので、流体管路内の瞬時流速を求
めることができるという効果がある。
【００４３】本発明の第２の構成によれば、流体管路上
にΔｘ離れた上流及び下流の少なくとも二箇所の圧力ｐ
1 及びｐ 2 を、それぞれ時間Δｔ毎に計測する圧力計測手
段を備え、圧力計測手段により計測した圧力ｐ 1 及びｐ 2
に基づき、上記(９−１)、(１０−１)、(１１)及び(１
３)式から、時間Δｔ後における流体管路内の流速ｕ2を
求め、かつΔｔとΔｘとが上記(１４)式を満足するよう
に、上記圧力センサの位置を決めたので、流体管路内の
瞬時流速を求めることができるという効果がある。
にΔｘ離れた上流及び下流の少なくとも二箇所の圧力ｐ
1 及びｐ 2 を、それぞれ時間Δｔ毎に計測する圧力計測手
段を備え、圧力計測手段により計測した圧力ｐ 1 及びｐ 2
に基づき、上記(９−１)、(１０−１)、(１１)及び(１
３)式から、時間Δｔ後における流体管路内の流速ｕ2を
求め、かつΔｔとΔｘとが上記(１４)式を満足するよう
に、上記圧力センサの位置を決めたので、流体管路内の
瞬時流速を求めることができるという効果がある。
【００４４】本発明の第３の構成によれば、入口の圧力
ｐ 1 を大気圧とし、入口からΔｘ離れた所の圧力ｐ 2 を時
間Δｔ毎に計測する圧力計測手段を備え、上記圧力ｐ 1
と圧力計測手段により計測した圧力ｐ 2 に基づき、下記
式(９−１)、(１０−１)、(１１)及び(１３)から、時間
Δｔ後における流体管路内の流速ｕ 2 を求めるようにし
たので、流体管路内の瞬時流速を求めることができると
いう効果がある。また、本発明の第４の構成によれば、
流体管路上にΔｘ離れた上流及び下流の少なくとも二箇
所の圧力ｐ 1 及びｐ 2 を、それぞれ時間Δｔ毎に計測する
圧力計測手段と、上記二箇所のうち圧力ｐ 1 に対応する
所の温度Ｔ 1 を計測する手段とを備え、計測した温度Ｔ 1
と圧力計測手段により計測した圧力ｐ 1 及びｐ 2 とに基づ
き、下記式(９−１)、(１０−１)、(１１)及び(１３)か
ら、時間Δｔ後における流体管路内の流速ｕ 2 を求める
ようにしたので、流体管路内の瞬時流速を求めることが
できるという効果がある。
ｐ 1 を大気圧とし、入口からΔｘ離れた所の圧力ｐ 2 を時
間Δｔ毎に計測する圧力計測手段を備え、上記圧力ｐ 1
と圧力計測手段により計測した圧力ｐ 2 に基づき、下記
式(９−１)、(１０−１)、(１１)及び(１３)から、時間
Δｔ後における流体管路内の流速ｕ 2 を求めるようにし
たので、流体管路内の瞬時流速を求めることができると
いう効果がある。また、本発明の第４の構成によれば、
流体管路上にΔｘ離れた上流及び下流の少なくとも二箇
所の圧力ｐ 1 及びｐ 2 を、それぞれ時間Δｔ毎に計測する
圧力計測手段と、上記二箇所のうち圧力ｐ 1 に対応する
所の温度Ｔ 1 を計測する手段とを備え、計測した温度Ｔ 1
と圧力計測手段により計測した圧力ｐ 1 及びｐ 2 とに基づ
き、下記式(９−１)、(１０−１)、(１１)及び(１３)か
ら、時間Δｔ後における流体管路内の流速ｕ 2 を求める
ようにしたので、流体管路内の瞬時流速を求めることが
できるという効果がある。
【００４５】
【図１】 本発明の実施の形態１である質量流量計の構
成図である。
成図である。
【図２】 エンジン吸管入口および圧力測定部の拡大図
である。
である。
【図３】 計算要素を説明するための図である。
【図４】 検証実験装置の構成を示す図である。
【図５】 吸入管の入口の速度と測定点の圧力との関係
を示す図である。
を示す図である。
【図６】 圧力測定値１周期分を示す図である。
【図７】 吸入管の入口における熱線風速計による計測
速度を示す図である。
速度を示す図である。
【図８】 Ｃf を変化させて計算した速度の計算値と図
７に示した熱線風速計の実験値との比較図である。
７に示した熱線風速計の実験値との比較図である。
【図９】 Ｃf ＝０．２５の場合の速度の測定値と圧力
から計算した値との比較図である。
から計算した値との比較図である。
【図１０】 質量流量を示す図である。
【図１１】 速度換算値を示す図である。
【図１２】 圧力変化換算値を示す図である。
【図１３】 密度変化換算値を示す図である。
【図１４】 温度変化換算値を示す図である。
【図１５】 エントロピ変化換算値を示す図である。
【図１６】 従来例としてのエンジンの吸気系に取付け
られたエアロフローセンサーを示す概略図である。
られたエアロフローセンサーを示す概略図である。
【図１７】 エアロフローセンサーの詳細な構成を示す
図である。
図である。
１ エアクリーナ、２ エアクリーナ入口、３ フイル
タ、４ 直径Ｄのエンジン吸入管、８ スロットル、９
流入空気、１０ エンジンに吸入される空気、１１
リード線、１２ 計算機、１９ 導圧管、２０ 圧力セ
ンサー、２１吸入管入口（開口端）、２２ 計算要素
（検査体積）、２３ 熱線風速計、２４空気圧縮機。
タ、４ 直径Ｄのエンジン吸入管、８ スロットル、９
流入空気、１０ エンジンに吸入される空気、１１
リード線、１２ 計算機、１９ 導圧管、２０ 圧力セ
ンサー、２１吸入管入口（開口端）、２２ 計算要素
（検査体積）、２３ 熱線風速計、２４空気圧縮機。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷本 考司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭51−46275（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−133899（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−140033（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−46275（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 23/00 G01F 1/00
Claims (4)
- 【請求項１】 流体管路上にΔｘ離れた上流及び下流の
少なくとも二箇所の圧力ｐ1及びｐ2を、それぞれ時間Δ
ｔ毎に計測する圧力計測手段を備え、圧力計測手段によ
り計測した圧力ｐ1及びｐ2に基づき、下記式(９−１)、
(１０−１)、(１１)及び(１３)から、時間Δｔ後におけ
る流体管路内の流速ｕ2を求めることを特徴とする瞬時
流体物理量計測方法。 【数１】 ただし、初期条件として、ｕ1＝０、ｕ2＝０、を与え、
ρ1＝ρ2、及び Ｔ1＝Ｔ2である所定値ρ1、ρ2、Ｔ
1及びＴ2を与える。なお、Ｔ 1 及びＴ 2 は温度、ρ 1 及び
ρ 2 は密度、Ｆ１は圧力損失項、γは定圧比熱比、Ｆ２
はエネルギー損失項、Ｒは空気のガス定数である。 - 【請求項２】 流体管路上にΔｘ離れた上流及び下流の
少なくとも二箇所の圧力ｐ1及びｐ2を、それぞれ時間Δ
ｔ毎に計測する圧力計測手段を備え、圧力計測手段によ
り計測した圧力ｐ1及びｐ2に基づき、下記式(９−１)、
(１０−１)、(１１)及び(１３)から、時間Δｔ後におけ
る流体管路内の流速ｕ2を求め、かつΔｔとΔｘとが下
記式(１４)を満足するように、上記圧力計測手段の位置
を決めることを特徴とする瞬時流体物理量計測装置。 【数２】 ただし、初期条件として、ｕ1＝０、ｕ2＝０、を与え、
ρ1＝ρ2、及びＴ1＝Ｔ2である所定値ρ1 、ρ2、Ｔ1及び
Ｔ2を与える。なお、Ｔ 1 及びＴ 2 は温度、ρ 1 及びρ 2 は
密度、Ｆ１は圧力損失項、γは定圧比熱比、Ｆ２はエネ
ルギー損失項、Ｒは空気のガス定数、ｃは局所音速、ｕ
は流速ｕ 2 である。 - 【請求項３】 入口の圧力ｐ 1 を大気圧とし、入口から
Δｘ離れた所の圧力ｐ 2 を時間Δｔ毎に計測する圧力計
測手段を備え、上記圧力ｐ 1 と圧力計測手段により計測
した圧力ｐ 2 に基づき、下記式(９−１)、(１０−１)、
(１１)及び(１３)から、時間Δｔ後における流体管路内
の流速ｕ2を求めることを特徴とする瞬時流体物理量計
測方法。 【数３】 ただし、初期条件として、ｕ1＝０、ｕ2＝０、を与え、
ρ1＝ρ2、及びＴ1＝Ｔ2である所定値ρ1 、ρ2、Ｔ1及び
Ｔ2を与える。なお、Ｔ 1 及びＴ 2 は温度、ρ 1 及びρ 2 は
密度、Ｆ１は圧力損失項、γは定圧比熱比、Ｆ２はエネ
ルギー損失項、Ｒは空気のガス定数である。 - 【請求項４】 流体管路上にΔｘ離れた上流及び下流の
少なくとも二箇所の圧力ｐ 1 及びｐ 2 を、それぞれ時間Δ
ｔ毎に計測する圧力計測手段と、上記二箇所のうち圧力
ｐ 1 に対応する所の温度Ｔ 1 を計測する手段とを備え、計
測した温度Ｔ 1 と圧力計測手段により計測した圧力ｐ 1 及
びｐ 2 とに基づき、下記式(９−１)、(１０−１)、(１
１)及び(１３)から、時間Δｔ後における流体管路内の
流速ｕ 2 を求めることを特徴とする瞬時流体物理量計測
方法。 【数４】 ただし、初期条件として、ｕ1＝０、ｕ2＝０、を与え、
ρ1＝ρ2である所定値ρ1、ρ2を与える。なお、Ｔ 1 及
びＴ 2 は温度、ρ 1 及びρ 2 は密度、Ｆ１は圧力損失項、
γは定圧比熱比、Ｆ２はエネルギー損失項、Ｒは空気の
ガス定数である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2791897A JP3344259B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 流体物理量計測方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2791897A JP3344259B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 流体物理量計測方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10227707A JPH10227707A (ja) | 1998-08-25 |
| JP3344259B2 true JP3344259B2 (ja) | 2002-11-11 |
Family
ID=12234275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2791897A Expired - Fee Related JP3344259B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 流体物理量計測方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3344259B2 (ja) |
-
1997
- 1997-02-12 JP JP2791897A patent/JP3344259B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10227707A (ja) | 1998-08-25 |
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