JP6063356B2 - 空気流量測定装置の校正装置およびこれを用いた校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば順流から逆流に変化する被計測気体を測定する空気流量測定装置の流量検出性能を好適に校正することができる校正装置およびこれを用いた校正方法に関する。

たとえば、順流から逆流に切替わる代表的な流体流れとして、自動車の内燃機関の吸排気管を流れる脈動流がある。脈動流は、エンジンの排気量、バルブタイミング、吸排気管の形状により、振幅、周波数、形状が大きく変わることが知られている。各種条件で流れ状態が変わる前記脈動流を精度良く計測することが空気流量測定装置への要求の主たる部分である。よって、空気流量測定装置ではこれまでの順流のみの空気流量検出から、前記脈動流のような逆流を伴う流れを検出できるように、双方向検出型へと性能拡張がなされている。

一方で、双方向検出型へと性能拡張することによる調整時間の増大という課題がある。そのため、調整時間を短縮するために順流／逆流一体で高速かつ精度を損なわずに調整（校正）することが重要である。

たとえば、空気流量測定装置の流量検出性能を校正する技術として、特許文献１に記載の技術が提案されている。この特許文献には「校正すべき質量流センサを流れ通路内に配置し、流れ通路内に質量流を形成し、該質量流の値を時間と共に変化させることにより、流量検出性能を校正する」点が記載されている。

特表２００５−５３８３８６号公報

しかしながら、特許文献１に示す技術で、順流に対する逆流を計測する場合、空気流量測定装置またはこれを取り付けた主管を１８０度回転させて取付けることで、逆流流れを作り出したり、別の装置を用いたりして逆流を計測していた。この結果、空気流量測定装置や主管の取り外しによる脱着誤差が計測精度に内在するため、高精度に空気流量測定装置の流量検出性能を校正することができないことがあった。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、空気流量測定装置を脱着することなく順流および逆流の被計測気体を高速かつ高精度に校正することができる空気流量測定装置の校正装置およびこれを用いた校正方法を提供することにある。

上記課題を解決するべく、空気流量測定装置に流れる被計測気体の流量検出性能を校正するための空気流量測定装置の校正装置であって、前記校正装置には、被計測気体が流れる流路が形成されており、該流路には、供給された被計測気体を分流する分流部と、該分流部から前記被計測気体を一方側に流す第１の流路と、前記分流部から前記被計測気体を他方側に流す第２の流路と、前記第１の流路と第２の流路とを連通し、前記空気流量測定装置が配置される主流路と、前記第１の流路と前記第２の流路が合流する合流部とを備えており、前記分流部には、該分流部から前記第１の流路または前記第２の流路のいずれか一方に選択的に前記被計測気体が流れるように、前記被計測気体の流れを切替える分流部用切替部が配置され、前記合流部には、前記第１の流路または前記第２の流路のいずれか一方から前記合流部に選択的に前記被計測気体が流れるように、前記被計測気体の流れを切替える合流部用切替部が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、空気流量測定装置を脱着することなく順流および逆流の被計測気体を高速かつ高精度に校正することができる。

本発明の実施形態に係る空気流量測定装置を吸気管に取り付けた状態を説明する模式的断面図。 図１に示す空気流量測定装置をカバー部材側から見た分解斜視図。 図１に示す空気流量測定装置をベース部材側から見た分解斜視図。 本発明の第１の実施形態に係る空気流量測定装置の校正装置の模式図。 図４に示す校正装置で、順流の被計測流体の測定を説明するための模式図。 図４に示す校正装置で、逆流の被計測流体の測定を説明するための模式図。 図４に示す校正装置で、順流から逆流への切替時の空気流量測定装置が検出する流量の波形を示した図。 図４に示す校正装置に、マスタとなる空気流量測定装置を取り付けた状態を示した校正装置の模式図。 図４に示す校正装置に、温度センサ、上流側圧力センサ、下流側圧力センサを搭載した校正装置の模式図。 本発明の第２の実施形態に係る空気流量測定装置の校正装置の模式図であり、該校正装置で、順流の被計測流体の測定を説明するための模式図。 図１０に示す校正装置で、逆流の被計測流体の測定を説明するための模式図。

以下に、図１〜図１１を参照しながら、本発明の第１および第２の実施形態に係る空気流量測定装置の校正装置を説明する。

なお、本発明に係る以下の２つの実施形態は、自動車用の内燃機関に吸入される空気流量を測定するために用いられる空気流量測定装置の校正装置とこれを用いた校正方法であり、空気流量測定装置に流れる被計測気体の順流／逆流一体の調整（校正）を高速かつ高精度に行うことを目的としている。

なお、本実施形態で示す空気流量測定装置の構成部材について、これに限定されるものでなく、当該の構成部材以外の部材を搭載する流量測定装置についても、同様の効果を得られるということは言うまでもない。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の実施形態に係る空気流量測定装置を吸気管に取り付けた状態を説明する模式的断面図である。図２は、図１に示す空気流量測定装置をカバー部材側から見た分解斜視図である。図３は、図１に示す空気流量測定装置をベース部材側から見た分解斜視図である。なお、図１では、流量測定装置１の構成を説明する便宜上、図２および図３に示すカバー部材１２を省略されている。

図１に示すように、空気流量測定装置（エアーフローセンサ）１０は、内燃機関の流路に接続される主管（吸気管）９の主流路９１に配置される。空気流量測定装置１０は、主管９に形成された取り付け用の挿入穴９２に挿入されて、主管９に片持構造で取り付けられており、先端部分１０ａが主管９の主流路９１に位置している。

図２および３に示すように、空気流量測定装置１０は、ハウジング部材１１、カバー部材１２、ベース部材１３、および板状の回路基板１４を備えており、これが組み立てられた組立体である。具体的には、ハウジング部材１１とベース部材１３との間に回路基板１４を挟持させ、さらに、ベース部材１３とは反対側からカバー部材１２を取り付ける。これにより、空気流量測定装置１０の先端部分１０ａには、副通路１５が形成されることになる。

副通路１５は、主流路９１を流れる吸入空気（被計測気体）ＩＡの一部を取り込むように構成されており、主流路９１の上流側に副通路１５の入口１５ａが形成されており、主流路９１の下流側に副通路１５の出口１５ｂが形成されている。さらに、その副通路１５の内部には、被計測気体（吸入空気）ＩＡの流量を測定するセンサ素子（流量測定素子）１４ａが配置されている。

センサ素子１４ａは、板状の回路基板１４における一方の先端側に実装されており、回路基板１４に実装されたセンサ素子１４ａが副通路１５に配置されるように、回路基板１４は取り付けられている。これにより、副通路１５を流れる被計測気体をセンサ素子１４ａで測定（検出）することができる。さらに、回路基板１４は、電源、信号出力用の端子を備えたコネクタターミナル１６ａにアルミワイヤ１８を介して電気的に接続されている。

上述した如く、空気流量測定装置１０は、ベース部材１３、回路基板１４、ハウジング部材１１、およびカバー部材１２を順次積み重ねて組み立てられている。ハウジング部材１１は、プラスチック部品であり、回路基板１４と外部機器とを電気的に接続するためのコネクタターミナル１６ａを有するコネクタ１６とがインサート成形されている。

主流路９１内に位置する副通路１５には、主流路９１を流れる吸入空気（被計測気体）ＩＡの一部が分流して流れ込む。分流した被計測気体ＩＡの流量はセンサ素子１４ａにより検出され、この検出した流量から、内燃機関に吸入される吸入空気の全流量（吸入空気量）が測定（演算）される。空気流量測定装置１０は双方向検知型であり、燃焼室側に向かって流れる被計測気体ＩＡの順流（図１に示す被計測気体ＩＡの流れ）と、逆流（図１の矢印とは反対側の被計測気体ＩＡの流れ）である両方向の被計測気体ＩＡの流量を測定することが可能である。

図４は、本発明の第１の実施形態に係る空気流量測定装置１０の校正装置３の模式図である。校正装置３は、空気流量測定装置１０に流れる被計測気体の流量検出性能を校正するための装置であり、校正装置３に配置した空気流量測定装置１０で検出した流量の検出特性を調整するための装置である。本実施形態では、上述した如く、空気流量測定装置１０を流れる被計測気体ＩＡの順流の流量と、順流とは逆方向の流れ（逆流）の流量とを測定する。

図４に示すように、校正装置３には被計測気体ＩＡが流れる流路３０が形成されている。流路３０は、外部から装置に供給された被計測気体ＩＡを分流する分流部３１と、分流部３１から被計測気体ＩＡを一方側に流す第１の流路３２と、分流部３１から被計測気体ＩＡを他方側に流す第２の流路３３とを備えている。さらに、流路３０は、第１の流路３２と第２の流路３３とを連通し、空気流量測定装置１０が配置される主流路３４と、該主流路３４の下流において第１の流路３２と第２の流路３３が合流する合流部３５とを備えている。

分流部３１の上流には、フィルタ４１が流路３０を構成する配管に接続されており、合流部３５の下流には、流量調整部４２を介して、吸い込み用ポンプ（流量発生部）４３が流路３０を構成する配管に接続されている。

さらに、分流部３１には、分流部３１から第１の流路３２または第２の流路３３のいずれか一方に選択的に被計測気体ＩＡが流れるように、被計測気体ＩＡの流れを切替える分流部用切替部５１が配置されている。さらに、合流部３５には、第１の流路３２または第２の流路３３のいずれか一方から合流部３５に選択的に被計測気体ＩＡが流れるように、被計測気体ＩＡの流れを切替える合流部用切替部５２が配置されている。

本実施形態では、流路３０は配管を連結することにより形成されているが、流路を形成することができるのであれば、特にその装置構成は限定されない。また、分流部用切替部５１および合流部用切替部５２は、三方弁など容易に流路を切り替えることができるものであれば、特に限定されるものではない。

このような校正装置３を用いて、空気流量測定装置１０の流量検出性能を校正する。ここで、これまでは、順流と逆流の流量に対してその性能を調整する際には、一旦順流にて低流量から高流量もしくは高流量から低流量を測定した後で、空気流量測定装置およびこれが取付けられた主管のいずれかをチャッキングし１８０度回転することで逆流測定を行っていた。この場合、チャッキングによる脱着誤差が計測性能の精度に内在するために、必ずしも精度良い計測ができるわけでなく、管路または主管との再取付けに余分な時間がかかっていた。しかしながら、本実施形態に係る校正装置３を用いれば、このような点が改善される。

図５は、図４に示す校正装置で、順流の被計測流体の測定を説明するための模式図である。図６は、図４に示す校正装置で、逆流の被計測流体の測定を説明するための模式図である。図７は、図４に示す校正装置で、順流から逆流への切替時の空気流量測定装置が検出する流量の波形を示した図である。

まず、図５に示すように、分流部３１から第１の流路３２に被計測気体ＩＡが流れるように、分流部用切替部５１を切替え、かつ、第２の流路３３から合流部３５に被計測気体ＩＡが流れるように、合流部用切替部５２を切替えて、主流路３４に配置された空気流量測定装置１０で被計測気体ＩＡの流量を測定する。

これにより、被計測気体ＩＡは、フィルタ４１から分流部用切替部５１により、分流部３１から第１の流路３２に流れ、図の左から右の方向へ主流路３４を流れ（順流）、第２の流路３３から合流部３５に流れる。その後、被計測気体ＩＡは、流量調整部４２を介して、吸い込み用ポンプ（流量発生部）４３に吸い込まれる。ここで、流量調整部４２により、主流路３４に流れる被計測気体ＩＡの流量を調整しながら、空気流量測定装置１０で被計測気体ＩＡの流量を測定する。

次に、図６に示すように、測定後、主流路３４に配置された空気流量測定装置１０の配置状態を維持し、分流部３１から第２の流路３３に被計測気体ＩＡが流れるように、分流部用切替部５１を切替え、かつ、第１の流路３２から合流部３５に被計測気体ＩＡが流れるように、合流部用切替部５２を切替えて、主流路３４に配置された空気流量測定装置で被計測気体ＩＡの流量を測定する。

これにより、被計測気体ＩＡは、フィルタ４１から分流部用切替部５１により、分流部３１から第２の流路３３に流れ、図の右から左の方向へ主流路３４を流れ（逆流）、第１の流路３２から合流部３５に流れる。その後、被計測気体ＩＡは、流量調整部４２を介して、吸い込み用ポンプ（流量発生部）４３に吸い込まれる。ここで、流量調整部４２により、主流路３４に流れる被計測気体ＩＡの流量を調整しながら、空気流量測定装置１０で被計測気体ＩＡの流量を測定する。

このようにして、空気流量測定装置１０を校正装置３から脱着することなく、被計測気体ＩＡの流れ方向を逆転することができるので、これまでの空気流量測定装置１０の着脱誤差を抑制しかつ高速に順流／逆流の波形を、図７に示すように作り出すことができる。図７で得られた波形と、実際に主流路を流れる被計測気体の流量（流量調整部４２と吸い込み用ポンプ４３の設定値）等から、空気流量測定装置１０に流れる被計測気体ＩＡの流量検出性能の校正を行う（流量の誤差を補正する）。なお、切替の際の流れの安定化時間を考慮した場合に、分流部用切替部５１および合流部用切替部５２を同時に切替えることがよい。

さらに、図８に示すように、主流路３４に、空気流量測定装置１０の流量検出性能の校正の基準となる被計測気体ＩＡの流量を測定するマスタ空気流量測定装置５５がさらに配置されていてもよい。このようなマスタ空気流量測定装置５５を設けることにより、マスタ空気流量測定装置５５が測定した被計測気体の流量に合わせて、空気流量測定装置１０の流量の出力値を補正すれば、より迅速かつ正確に空気流量測定装置１０の流量検出性能を校正することができる。

さらに、図９に示すように、図４に示す校正装置に、温度センサ５６、上流側圧力センサ５７ａ、および下流側圧力センサ５７ｂを搭載してもよい。温度センサ５６により被計測流体の温度、上流側圧力センサ５７ａ、下流側圧力センサ５７ｂにより流量調整部４２の上流および下流の圧力を測定することにより、より精度のよい校正を行うことができる。

〔第２実施形態〕
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る空気流量測定装置の校正装置の模式図であり、該校正装置で、順流の被計測流体の測定を説明するための模式図であり、図１１は、図１０に示す校正装置で、逆流の被計測流体の測定を説明するための模式図である。

第２実施形態が、第１実施形態と相違する点は、校正装置に連通部用切替部５８、５９をさらに設けた点である。したがって、その他の構成は、第１実施形態に係る校正装置と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

図１０に示すように、本実施形態に係る校正装置３’には、第１の流路３２と主流路３４とが連通する連通部３８に、連通部３８から第１の流路３２の下流の流路３２ａまたは主流路３４のいずれか一方に選択的に被計測気体ＩＡが流れるように、被計測気体ＩＡの流れを切替える連通部用切替部５８が配置されている。

さらに、本実施形態に係る校正装置３’には、第２の流路３３と主流路３４とが連通する連通部３９に、連通部３９から第２の流路３３の下流の流路３３ａまたは主流路３４のいずれか一方に選択的に被計測気体ＩＡが流れるように、被計測気体ＩＡの流れを切替える連通部用切替部５９が配置されている。これらの連通部用切替部５８、５９は、分流部用切替部５１および合流部用切替部５２と同様に、三方弁など容易に流路を切り替えることができるものであれば、特に限定されるものではない。

このような校正装置３’を用いて、空気流量測定装置１０の校正を行う。まず、図１０に示すように、分流部３１から第１の流路３２に被計測気体ＩＡが流れるように、分流部用切替部５１を切替える。これに合わせて、第１の流路３２から連通部３８に被計測気体ＩＡが流れるように、第１の流路側の連通部用切替部５８を切替え、連通部３８から第２の流路３３に被計測気体が流れるように、第２の流路側の連通部用切替部５９を切替える。さらに、第１実施形態と同様に、第２の流路３３から合流部３５に被計測気体ＩＡが流れるように、合流部用切替部５２を切替えて、主流路３４に配置された空気流量測定装置１０で被計測気体ＩＡの流量を測定する。

これにより、被計測気体ＩＡは、フィルタ４１から分流部用切替部５１により、分流部３１から第１の流路３２に流れ、図の左から右の方向へ主流路３４を流れ（順流）、第２の流路３３から合流部３５に流れる。その後、被計測気体ＩＡは、流量調整部４２を介して、吸い込み用ポンプ（流量発生部）４３に吸い込まれる。ここで、流量調整部４２により、主流路３４に流れる被計測気体ＩＡの流量を調整しながら、空気流量測定装置１０で被計測気体ＩＡの流量を測定する。

本実施形態では、第１の流路３２から連通部３８に被計測気体ＩＡが流れるように、第１の流路側の連通部用切替部５８を切替えたので、連通部３８から第１の流路３２の下流の流路３２ａに被計測気体ＩＡは流れることなく遮断される。

さらに、連通部３９から第２の流路３３に被計測気体が流れるように、第２の流路側の連通部用切替部５９を切替えたので、連通部３９から第２の流路３３の上流の流路３３ｂに被計測気体ＩＡは流れることなく遮断される。

このような遮断により、流路３０に対して不要なエアポケットがなくなる。それにより、第１の流路３２の下流の流路３２ａ、第２の流路３３の上流の流路３３ｂを遮断してない場合に出現する気中共鳴、管路共鳴といった計測ばらつき要因の影響を抑制することができ、より高精度な流量調整を実施することができる。

次に、測定後、主流路３４に配置された空気流量測定装置１０の配置状態を維持し、分流部３１から第２の流路３３に被計測気体ＩＡが流れるように、分流部用切替部５１を切替える。これに合わせて、第２の流路３３から連通部３９に被計測気体ＩＡが流れるように、第２の流路側の連通部用切替部５９を切替え、連通部３８から第１の流路３２に被計測気体が流れるように、第１の流路側の連通部用切替部５８を切替える。さらに、第１実施形態と同様に、第１の流路３２から合流部３５に被計測気体ＩＡが流れるように、合流部用切替部５２を切替えて、主流路３４に配置された空気流量測定装置で被計測気体ＩＡの流量を測定する。

これにより、被計測気体ＩＡは、フィルタ４１から分流部用切替部５１により、分流部３１から第２の流路３３に流れ、図の右から左の方向へ主流路３４を流れ（逆流）、第１の流路３２から合流部３５に流れる。その後、被計測気体ＩＡは、流量調整部４２を介して、吸い込み用ポンプ（流量発生部）４３に吸い込まれる。ここで、流量調整部４２により、主流路３４に流れる被計測気体ＩＡの流量を調整しながら、空気流量測定装置１０で被計測気体ＩＡの流量を測定する。

本実施形態では、第２の流路３３から連通部３９に被計測気体ＩＡが流れるように、第１の流路側の連通部用切替部５９を切替えたので、連通部３９から第２の流路３３の下流の流路３３ａに被計測気体ＩＡは流れることなく遮断される。

さらに、連通部３８から第１の流路３２に被計測気体が流れるように、第１の流路側の連通部用切替部５８を切替えたので、連通部３８から第１の流路３２の上流の流路３２ｂに被計測気体ＩＡは流れることなく遮断される。

このような遮断により、逆流側においても流路３０に対して不要なエアポケットがなくなる。それにより、第２の流路３３の下流の流路３３ａ、第１の流路３２の上流の流路３２ｂを遮断してない場合に出現する気中共鳴、管路共鳴といった計測ばらつき要因の影響を抑制することができ、より高精度な流量調整を実施することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行なうことができるものである。

３,３’…校正装置
９…主管
１０…空気流量測定装置（エアーフローセンサ）
１０ａ…先端部分
１１…ハウジング部材
１２…カバー部材
１３…ベース部材
１４…回路基板
１４ａ…センサ素子（流量測定素子）
１５…副通路
１５ａ…副通路１５の入口
１５ｂ…副通路１５の出口
１６…コネクタ
１６ａ…コネクタターミナル
１８…アルミワイヤ
３０…流路
３１…分流部
３２…第１の流路
３２ａ…下流の流路
３２ｂ…上流の流路
３３…第２の流路
３３ａ…下流の流路
３３ｂ…上流の流路
３４…主流路
３５…合流部
４１…フィルタ
４２…流量調整部
４３…吸い込み用ポンプ（流量発生部）
５１…分流部用切替部
５２…合流部用切替部
５５…マスタ空気流量測定装置
５６…温度センサ
５７ａ…上流側圧力センサ
５７ｂ…下流側圧力センサ
５８，５９…連通部用切替部
９１…主流路
９２…挿入穴
ＩＡ…被計測気体

Claims (5)

1. 空気流量測定装置に流れる被計測気体の流量検出性能を校正するための空気流量測定装置の校正装置であって、
   前記校正装置には、被計測気体が流れる流路が形成されており、
   該流路には、供給された被計測気体を分流する分流部と、
   該分流部から前記被計測気体を一方側に流す第１の流路と、
   前記分流部から前記被計測気体を他方側に流す第２の流路と、
   前記第１の流路と第２の流路とを連通し、前記空気流量測定装置が配置される主流路と、
   前記第１の流路と前記第２の流路が合流する合流部とを備えており、
   前記分流部には、該分流部から前記第１の流路または前記第２の流路のいずれか一方に選択的に前記被計測気体が流れるように、前記被計測気体の流れを切替える分流部用切替部が配置され、
   前記合流部には、前記第１の流路または前記第２の流路のいずれか一方から前記合流部に選択的に前記被計測気体が流れるように、前記被計測気体の流れを切替える合流部用切替部が配置されていることを特徴とする空気流量測定装置の校正装置。
2. 前記第１および第２の流路と主流路とが連通する連通部には、該連通部から前記第１および第２の流路の下流の流路または主流路のいずれか一方に選択的に前記被計測気体が流れるように、前記被計測気体の流れを切替える連通部用切替部がさらに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の空気流量測定装置の校正装置。
3. 前記主流路には、前記空気流量測定装置の流量検出性能の校正の基準となる被計測気体の流量を検出する空気流量測定装置がさらに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の空気流量測定装置の校正装置。
4. 請求項１に記載の空気流量測定装置の校正装置を用いた空気流量測定装置の校正方法であって、
   前記分流部から第１の流路に前記被計測気体が流れるように、前記分流部用切替部を切替え、かつ、前記第２の流路から合流部に前記被計測気体が流れるように、前記合流部用切替を切替えて、前記主流路に配置された前記空気流量測定装置で被計測気体の流量を測定し、
   該測定後、前記主流路に配置された前記空気流量測定装置の配置状態を維持し、前記分流部から第２の流路に前記被計測気体が流れるように、前記分流部用切替部を切替え、かつ、前記第１の流路から合流部に前記被計測気体が流れるように、前記合流部用切替部を切替えて、前記主流路に配置された前記空気流量測定装置で被計測気体の流量を測定することを特徴とする空気流量測定装置の校正方法。
5. 請求項２に記載の空気流量測定装置の校正装置を用いた空気流量測定装置の校正方法であって、
   前記分流部から前記第１の流路に前記被計測気体が流れるように、前記分流部用切替部を切替え、
   前記第１の流路から前記連通部に前記被計測気体が流れるように、前記第１の流路側の前記連通部用切替部を切替え、
   前記連通部から前記第２の流路に前記被計測気体が流れるように、前記第２の流路側の前記連通部用切替部を切替え、
   かつ、前記第２の流路から合流部に前記被計測気体が流れるように、前記合流部用切替部を切替えて、前記主流路に配置された前記空気流量測定装置で被計測気体の流量を測定し、
   該測定後、前記主流路に配置された前記空気流量測定装置の配置状態を維持し、前記分流部から第２の流路に前記被計測気体が流れるように、前記分流部用切替部を切替え、
   前記第２の流路から前記連通部に前記被計測気体が流れるように、前記第２の流路側の前記連通部用切替部を切替え、
   前記連通部から前記第１の流路に前記被計測気体が流れるように、前記第１の流路側の前記連通部用切替部を切替えて、
   かつ、前記第１の流路から合流部に前記被計測気体が流れるように、前記合流部用切替部を切替えて、前記主流路に配置された前記空気流量測定装置で被計測気体の流量を測定することを特徴とする空気流量測定装置の校正方法。

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