JP5454603B2

JP5454603B2 - 流量測定装置

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Publication number: JP5454603B2
Application number: JP2012061985A
Authority: JP
Inventors: 昇北原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: JP2012255768A; US20120291533A1; US8656764B2

Description

本発明は、主流の一部を取り込むバイパス流路に配設され、空気の流量に応じた電気信号を出力する流量センサと、出力−流量換算特性を用いて流量センサの出力を流量に変換する出力変換手段とを備える流量測定装置に関する。

流量測定装置は、流量センサから流量に応じた電気信号を出力する。そして出力された電気信号は所定の出力−流量換算特性（以下、換算マップと呼ぶ）によって流量に換算される。
なお、換算マップは、流量センサと通信可能な電子制御装置（ＥＣＵ）の記憶手段に記憶されており、ＥＣＵ内で換算マップに基づき電気信号を流量に換算される。

主流において、上流から下流に向かう流れを順流とし、下流から上流に向かう流れを逆流としたときに、順流だけでなく逆流についても流量を測定できる流量測定装置において、換算マップは順流領域と逆流領域とを分けて設定されている。

例えば、特許文献１に記載の流量測定装置では、図９に示すように、順流領域でも逆流領域でも静的な空気流状態に置かれた静特性での出力と流量の関係から作成された換算マップを有している。しかし、流量測定装置の使用時にバイパス流路に実際に発生する逆流は瞬間的なものであるため、静特性を前提として作成された図９の換算マップを用いると、逆流領域では測定誤差が生じる。
なお、特許文献１の技術では、流量測定装置の使用時に換算マップを補正しているが、補正処理が複雑となるため、補正をすることなく逆流領域の測定誤差を低減できることが望ましい。

特開平９−１５０１３号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、流量測定装置において、逆流領域における測定精度を向上させることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の流量測定装置は、主流の一部を取り込むバイパス流路に配設され、空気の流量に応じた電気信号を出力する流量センサと、出力−流量換算特性を用いて流量センサの出力を流量に変換する出力変換手段とを備える。

そして、主流において、上流から下流に向かう流れを順流とし、下流から上流に向かう流れを逆流としたときに、逆流領域の出力−流量換算特性は、逆流を含む脈動発生時における出力と流量の関係に基づいて設定されている。
本手段では、流量センサよりも応答性の高い高応答センサによって測定された波形であって、所定の応答時間で、逆流を含む脈動環境下の空気挙動を測定することによって得られる空気挙動波形を基準流量波形とし、基準流量波形に対して、流量センサの応答時間に合わせるように応答遅れ処理を施して得られる波形を流量センサ応答相当の流量波形とすると、逆流領域の前記出力−流量換算特性は流量センサ応答相当の流量波形に、脈動環境下での流量センサによる流量波形が適合するように設定されている。

流量測定装置の使用時にバイパス流路に発生する逆流は瞬間的なものである。すなわち、エンジンの駆動の影響を受けて主流に脈動が生じ、この脈動によってバイパス流路に動的な逆流が生じる。
そこで、本手段では、動特性によって逆流領域の出力−流量換算特性を設定している。つまり、予め、逆流領域の出力−流量換算特性は動特性に基づいて作成されている。
この逆流領域の出力−流量換算特性を用いて出力を換算するならば、逆流領域での流量測定が高精度に行える。
そして、従来のような流量測定装置の使用時に換算マップを補正するという複雑な処理が不要となり、簡便に逆流領域における測定精度を向上させることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の流量測定装置によれば、流量センサよりも応答性の高い高応答センサによって測定された波形であって、所定の応答時間で、逆流を含む脈動環境下で流量を測定することによって得られる空気挙動波形を基準流量波形とし、脈動環境下での流量センサによる流量波形に対して、所定の応答時間に合わせるように応答進み処理を施して得られる波形を基準応答相当の流量波形とすると、逆流領域の出力−流量換算特性は、基準流量波形に、基準応答相当の流量波形が適合するように設定されている。
本手段は、動特性によって逆流領域の出力−流量換算特性を設定するための一手段を開示するものである。これより、請求項１と同様の作用効果を奏する。

（ａ）は流量測定装置の内部を示す断面図であり、（ｂ）は流量測定装置を主流の下流側から見た図である（実施例１）。流量センサの要部を説明する図である（実施例１）。逆流領域の換算マップの作成方法の流れを説明する図である（実施例１）。出力−流量換算特性を示す図である（実施例１）。（ａ）は基準流量波形及び流量センサ応答相当の流量波形であり、（ｂ）は流量センサによる流量波形である（実施例１）。流量センサ出力波形から流量センサによる流量波形への換算を説明する図である（実施例１）。流量センサ出力波形から流量センサによる流量波形への換算を説明する図である（実施例１）。（ａ）は基準流量波形であり、（ｂ）は流量センサによる流量波形及び基準応答相当の流量波形である（実施例２）。出力−流量換算特性を示す図である（従来例）。

実施形態の流量測定装置は、主流の一部を取り込むバイパス流路が形成されたハウジングと、バイパス流路に配設され、空気の流量に応じた電気信号を出力する流量センサと、出力−流量換算特性を用いて流量センサの出力を流量に変換する出力変換手段とを備える。
そして、主流において、上流から下流に向かう流れを順流とし、下流から上流に向かう流れを逆流としたときに、逆流領域の出力−流量換算特性は、逆流を含む脈動発生時における出力と流量の関係に基づいて設定されている。

〔実施例１〕
〔実施例１の流量測定装置〕
実施例１の流量測定装置１の構成を、図１、図２を用いて説明する。
流量測定装置１は、例えば、自動車用エンジンへの吸入空気量を計測するエアフロメータであって、自動車用エンジンへの吸気路に取り付けられて使用されるものである。
流量測定装置１は、以下に説明するハウジング２、流量センサ３、回路チップ４、ＥＣＵ（図示せず）などにより構成される。

ハウジング２は、吸気路を流れる空気の流れ（主流）の上流側に向かって開口し、吸気路を順方向に流れる空気の一部を取り込む吸入口６と、吸入口６から取り込んだ空気を通すとともに流量センサ３を収容する内部流路７と、吸気路の下流側に向かって開口し、吸入口６から取り込まれて流量センサ３を通過した空気を吸気路に戻す放出口８とを備える。そして、流量センサ３は、吸入口６から取り込まれた空気との間に伝熱現象を発生させて質量流量相当の出力値を発生する。

なお、内部流路７における空気の流れ方向は、吸入口６を上流端とし放出口８を下流端とし、吸入口６から放出口８に向かう流れが順流となり、放出口８から吸入口６に向かう流れが逆流となる。
つまり、主流に順流（主流の上流から下流への流れ）が発生しているときは、吸入口６から放出口８へ空気が流れ、主流に逆流（主流の下流から上流への流れ）が発生しているときは、放出口８から吸入口６へ空気が流れる。

内部流路７は、例えば、吸入口６から下流側に連続する吸入流路１０と、放出口８から上流側に連続する放出流路１１と、流量センサ３を収容するとともに吸入流路１０と放出流路１１とを接続するように周回する周回流路１２とを有する。

吸入流路１０は、吸入口６から下流側に直線的に伸びるように設けられており、吸入流路１０における流れは、主流における順流と平行になる。そして、吸入流路１０の下流端には、吸入口６から取り込まれた空気に含まれるダストを直進させて排出するためのダスト排出流路１３が接続している。また、ダスト排出流路１３の下流端はダスト排出口１４を形成しており、ダスト排出流路１３は、ダスト排出口１４に向かって流路幅が先細りしている。

周回流路１２は、例えば、吸入流路１０と放出流路１１とに略Ｃ字状に接続し、吸入口６から取り込まれた空気を吸入流路１０から放出流路１１に向かって周回させる。また、流量センサ３は、周回流路１２において吸入流路１０における流れ方向とは逆の方向に流れる部分に収容されている。
すなわち、周回流路１２は主流の一部が取り込まれるバイパス流路となっており、この周回流路１２に配置された流量センサ３によって流量が検出される。

ここで、周回流路１２は、吸入流路１０の下流端において、吸入流路１０とダスト排出流路１３とからなる直線的な流路から略直角に曲がるように分岐している。つまり、吸入流路１０は、下流端において周回流路１２とダスト排出流路１３とに分岐しており、ダストは、慣性力により吸入流路１０からダスト排出流路１３に直進してダスト排出口１４から吸気路に排出され、空気は、吸入流路１０から周回流路１２に流れ方向を変えて流入する。

放出流路１１は、周回流路１２の下流端に接続して、周回流路１２の下流端から略直角に旋回させる曲がりをなしており、放出口８は曲がりの下流端に形成される（図１（ａ）参照）。
また、放出流路１１は、吸入流路１０に跨るように上流端から２つに分岐し、放出口８は、吸入流路１０の両側（図１（ｂ））の２箇所に形成されている。そして、放出口８は主流下流に向かって開口している。

流量センサ３は、周回流路１２を流れる空気の流量に応じて電気的な信号（例えば電圧信号）を出力するものである。
具体的には、図２に示すように、半導体基板に設けられたメンブレン１７上に、薄膜抵抗体で形成された発熱素子１８と感温素子１９とを有し、これらの素子１８、１９が回路チップ４に内蔵される回路基板（図示せず）に接続されている。

感温素子１９は、発熱素子１８の上流側に設けられる２つの測温抵抗体２１、２２と、発熱素子１８の下流側に設けられる２つの測温抵抗体２３、２４とを有している。そして、発熱素子１８および感温素子１９は、回路チップ４に内蔵される回路基板に電気的に接続されており、回路基板に設けられた出力回路及び増幅回路を介して、測温抵抗体２１、２２と測温抵抗体２３、２４との温度差に基づいて生じる電気信号を出力する。

回路チップ４は、発熱素子１８を設定温度に制御するための発熱体制御回路と、流量に応じた電圧を出力するための出力回路と、この出力回路の出力電圧を増幅する増幅回路とを有している。増幅回路は、書き込み可能なメモリを有しており、ゲイン及びオフセットを書き込める構成となっている。

ＥＣＵは、流量センサ３と通信可能な電子制御装置であって、流量センサ３の出力（電気信号）を流量（物理量）に変換するための換算マップ（出力−流量換算特性）を記憶するメモリと、換算マップを用いて流量センサ３の出力を流量に変換する演算回路とを備える。つまり、ＥＣＵは、本発明の出力変換手段として機能する。

〔実施例１の特徴〕
実施例１の特徴を図３〜図７を用いて説明する。
本実施例の逆流領域の換算マップは、逆流を含む脈動発生時における出力と流量の関係に基づいて設定されている。
以下に、逆流領域の換算マップの作成方法について説明する。

まず、図３のＡに示すように、逆流を含む脈動を発生させた空気流内に、流量測定装置１よりも応答性の高い高応答センサを配置して、高応答センサによって流量波形（図５（ａ）の実線波形）を得る。この流量波形を基準流量波形とする。

そして、図３のＩ→ＩＩに示すように、高応答センサが配されたのと同じ脈動条件下の空気流内に、流量測定装置１を配置して、流量センサ３からの出力を、順流領域における換算マップ（図４の実線）のみが設定された仮の換算マップによって流量に変換して、流量センサ３からの流量波形（図５（ｂ）の実線波形）を得る。
ここで、順流領域における換算マップは、静特性によって設定されている。すなわち、順流領域における換算マップは静的な空気流状態での出力流量関係から作成されている。
なお、図６は、図３のＩ→ＩＩで行う換算を説明する図である。図３のＩ→ＩＩで用いる仮の換算マップは、順流領域における換算マップのみが設定されており、逆流領域では流量をゼロとして出力する。

一方、図３のＡ→Ｂに示すように、基準流量波形に対しては、流量センサ３の応答相当に遅らせる応答遅れ処理を施して、流量センサ応答相当の流量波形（図５（ａ）の１点鎖線波形）を得る。ここで、応答遅れ処理とは、例えば、任意の時定数で１次遅れ処理をすることである。
そして、流量センサ３からの流量波形の逆流部分が、この流量センサ応答相当の流量波形の逆流部分の波形形状に適合するように、逆流領域の換算マップ（図４の破線）を作成する。

つまり、図７に示すように、流量センサ３からの出力を換算マップによって換算した流量波形の逆流部分（図５（ｂ）の破線波形）が、流量センサ応答相当の流量波形の逆流部分の波形形状に適合するように、逆流領域の換算マップが作成されている。
これにより、本実施例の逆流領域の換算マップは、逆流を含む脈動発生時における出力と流量の関係に基づいて設定される。

〔実施例１の作用効果〕
本実施例では、逆流領域の換算マップは、逆流を含む脈動発生時における出力と流量の関係に基づいて設定されている。

流量測定装置１の使用時に周回流路１２に発生する逆流は瞬間的なものである。すなわち、エンジンの駆動の影響を受けて主流に脈動が生じ、この脈動によって周回流路１２に動的な逆流が生じる。
そこで、本実施例では、流量測定装置１の使用時に近い特性を表す換算マップを持つために、動特性によって逆流領域の換算マップを設定している。つまり、予め、逆流領域の出力−流量換算特性は動特性に基づいて作成されている。

この逆流領域の出力−流量換算特性を用いて出力を換算するならば、逆流領域での流量測定が高精度に行える。
そして、従来のような流量測定装置の使用時に換算マップを補正するという複雑な処理が不要となり、簡便に逆流領域における測定精度を向上させることができる。

〔実施例２〕
実施例２を、図４、図８を用いて、実施例１とは異なる点を中心に説明する。
本実施例でも、逆流領域の換算マップは、逆流を含む脈動発生時における出力と流量の関係に基づいて設定されている。
以下に、本実施例での逆流領域の換算マップの作成方法について説明する。

まず、逆流を含む脈動を発生させた空気流内に、流量測定装置１よりも応答性の高い高応答センサを配置して、高応答センサによって流量波形を得る（図８（ａ）の実線波形参照）。この流量波形を基準流量波形とする。
そして、高応答センサが配されたのと同じ脈動条件下の空気流内に、流量測定装置１を配置して、流量センサ３からの流量波形を得る（図８（ｂ）の実線波形参照）。

そして、流量センサ３からの流量波形に対して、高応答センサ応答相当に進ませる応答進み処理を施して、高応答センサ応答相当の流量波形を得る。この流量波形を基準応答相当の流量波形と呼ぶ。
そして、基準応答相当の流量波形の逆流部分が、基準流量波形の逆流部分の波形形状に適合するように、逆流領域の換算マップ（図４の破線）を作成する。
これにより、本実施例の逆流領域の換算マップは、逆流を含む脈動発生時における出力と流量の関係に基づいて設定される。
これにより、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

〔変形例〕
実施例では、周回流路１２によって主流の一部を取り込むバイパス流路を設けていたが、バイパス流路の態様はこれに限らず、例えば、特許文献１の図７に記載のような、バイパス流路における順流が主流における順流と同じ方向であるバイパス流路の態様であってもよい。

また、実施例では、ＥＣＵが換算マップを有していたが、流量測定装置１の回路チップ４内に換算マップを有し、流量信号をＥＣＵに送信する態様であってもよい。

また、実施例では、脈動状態の空気挙動を高応答センサによって測定していたが、高応答センサに限らず、例えば、流量センサ３よりも応答遅れの大きいセンサを用いてもよい。その場合、実施例１では、基準流量波形に応答進み処理を施して流量センサ応答相当の流量波形を得る。そして、実施例２では、流量センサ３からの流量波形に応答遅れ処理を施して基準応答相当の流量波形を得る。
また、高応答センサに代えて、流量センサ３と同等の応答遅れを有するセンサを用いてもよい。

また、実施例では、順流領域における換算マップのみが設定された仮の換算マップによって、流量センサ３からの出力を流量に変換して流量波形を得ていたが、この仮の換算マップはこれに限定されるものではなく、例えば、逆流領域についても所定の出力−流量関数を有していてもよい。その場合、流量センサ３からの流量波形の逆流部分は、所定の出力−流量関数に応じた波形となるが、その波形が基準流量波形に基づく波形形状となるように、逆流領域の換算マップを定義し直すことになる。

１流量測定装置
２ハウジング
３流量センサ
１２周回流路（バイパス流路）

Claims

主流の一部を取り込むバイパス流路（１２）に配設され、空気の流量に応じた電気信号を出力する流量センサ（３）と、
出力−流量換算特性を用いて、前記流量センサ（３）の出力を流量に変換する出力変換手段とを備え、
前記主流において、上流から下流に向かう流れを順流とし、下流から上流に向かう流れを逆流としたときに、
逆流領域の前記出力−流量換算特性は、逆流を含む脈動発生時における出力と流量の関係に基づいて設定されている流量測定装置（１）であって、
前記流量センサ（３）よりも応答性の高い高応答センサによって測定された波形であって、所定の応答時間で、逆流を含む脈動環境下の空気挙動を測定することによって得られる空気挙動波形を基準流量波形とし、
前記基準流量波形に対して、前記流量センサ（３）の応答時間に合わせるように応答遅れ処理を施して得られる波形を流量センサ応答相当の流量波形とすると、
逆流領域の前記出力−流量換算特性は、前記流量センサ応答相当の流量波形に、前記脈動環境下での前記流量センサ（３）による流量波形が適合するように設定されていることを特徴とする流量測定装置。
主流の一部を取り込むバイパス流路（１２）に配設され、空気の流量に応じた電気信号を出力する流量センサ（３）と、
出力−流量換算特性を用いて、前記流量センサ（３）の出力を流量に変換する出力変換手段とを備え、
前記主流において、上流から下流に向かう流れを順流とし、下流から上流に向かう流れを逆流としたときに、
逆流領域の前記出力−流量換算特性は、逆流を含む脈動発生時における出力と流量の関係に基づいて設定されている流量測定装置（１）であって、
前記流量センサ（３）よりも応答性の高い高応答センサによって測定された波形であって、所定の応答時間で、逆流を含む脈動環境下で流量を測定することによって得られる空気挙動波形を基準流量波形とし、
前記脈動環境下での前記流量センサ（３）による流量波形に対して、前記所定の応答時間に合わせるように応答進み処理を施して得られる波形を基準応答相当の流量波形とすると、
逆流領域の前記出力−流量換算特性は、前記基準流量波形に、前記基準応答相当の流量波形が適合するように作成されていることを特徴とする流量測定装置。