JP6628754B2 - 流量測定システム - Google Patents

Description

本発明は、所定の主通路を流れる流体の流量の大きさおよび流れの方向を示す測定値を出力する流量測定システムに関するものであり、特に、内燃機関に吸入される吸入空気の流量を測定するために好適に利用することができる装置に係わる。

従来から、上記のような流量測定システムは、次のような筐体、検出部および演算部を備えるものが公知である。
すなわち、筐体は、主通路を流れる流体の一部を取り込み、再度、主通路に戻すためのバイパス通路を有し、主通路に配置される。また、検出部は、バイパス通路に配置され、バイパス通路を流れる流体の流量の大きさおよび流れの方向に応じた検出値を発生する。さらに、演算部は、検出値を用いて測定値を出力するための演算を行う。

なお、流量測定システムを、例えば、車両用の内燃機関の吸入空気の流量測定に適用する場合、筐体および検出部の機能は、例えば、周知構造を有するエアフローメータに備わっている。また、演算部の機能は、内燃機関の運転状態を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）に備わっている。

そして、上記のような流量測定システムでは、バイパス通路における流量の変化が主通路における流量の変化に遅れることが知られているので、演算部には、このような遅れを補償する機能が備わっている（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、検出部による検出値は、主通路における同時期の現実の流量に対して遅れた状態を示すものとなるので、演算部は、測定値を出力するための演算として、検出値に対する遅れの補償を行う。

ところで、遅れ補償のための演算には、主通路やバイパス通路における流体の運動方程式が用いられるが、この運動方程式には、それぞれ、主通路、バイパス通路の損失係数が含まれている。
しかし、流れ方向が順流から逆流に切り替わるときや逆流から順流に切り替わるとき、流れが乱れて損失が急激に増加する。このため、流れ方向の切り替わり時に測定値の精度が低下する可能性がある。

特許第４０７２８６０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、逆流発生の可能性がある主通路の流量を測定する流量測定システムにおいて、流れ方向が切り替わるときの測定精度の低下を抑制することにある。

本願発明の流量測定システムは、逆流発生の可能性がある所定の主通路を流れる流体の流量の大きさおよび流れの方向を示す測定値を出力するものであり、次の筐体、検出部および演算部を備える。
まず、筐体は、主通路を流れる流体の一部を取り込み、再度、主通路に戻すためのバイパス通路を有し、主通路に配置される。また、検出部は、バイパス通路に配置され、バイパス通路を流れる流体の流量の大きさおよび流れの方向に応じた検出値を発生する。さらに、演算部は、検出値を用いて測定値を出力するための演算を行う。

また、演算部は、バイパス通路における流量の変化が主通路における流量の変化に遅れることを必要に応じて補償することにより、測定値を算出する。そして、演算部は、主通路およびバイパス通路の少なくともいずれか一方の損失係数を用いて補償に必要な演算を行い、損失係数の算出では、損失係数の大きさが小さいとき、および、大きいときの少なくとも２通りの算出方法を使い分ける。
さらに、演算部は、主通路およびバイパス通路の少なくとも一方で流れの方向が変わったか否かを判定する判定部を有し、判定部により、流れの方向が変わったと判定した場合に損失係数の算出に関して大側の算出方法を使い、流れの方向が変わっていないと判定した場合に損失係数の算出に関して小側の算出方法を使う。

これにより、流れ方向の切り替わりに伴って流れの損失が急激に増加しても、損失係数に関して大側の算出方法を使って演算することで、遅れ補償を精度よく実行することができる。このため、流量測定システムにおいて、流れ方向が切り替わるときの測定精度の低下を抑制することができる。

内燃機関の制御システム全体の構成図である。 エアフローメータの構成を示す断面図である。 演算部を示すブロック図である。 メインルーチンの処理を示すフローチャートである。 第１サブルーチンの処理を示すフローチャートである。 第２サブルーチンの処理を示すフローチャートである。 放熱参酌部を示すブロック図である。

以下、本願発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明する。なお、実施例は具体例を開示するものであり、本願発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

〔実施例の構成〕
実施例の流量測定システム１（以下、測定システム１と略して呼ぶことがある。）の構成を、図面を用いて説明する。本実施例では、車両用の内燃機関（以下、機関２と略して呼ぶことがある。）の吸入空気の流量を測定するために、測定システム１を用いている。
そこで、機関２の制御システム全体の概略構成を、図１に基づいて先に説明する。
なお、機関２の制御システムには、機関２の運転状態を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）３が備わってる。

機関２において、吸気管４の上流部には吸入空気の流量を検出するエアフローメータ５が設けられている。エアフローメータ５の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ７によって開度調節されるスロットル弁８が設けられている。スロットル弁８の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ７と一体に設けられたスロットル開度センサ９により検出される。スロットル弁８の下流側にはサージタンク１０が設けられ、サージタンク１０には、各気筒の吸気ポートに通じる吸気マニホールド１１が取り付けられている。

機関２の吸気ポートおよび排気ポートには、それぞれ吸気弁および排気弁（両方とも図示せず。）が設けられている。また、機関２には気筒ごとに燃料噴射弁１２と点火プラグ１３とが設けられている。
機関２の排気ポートには排気マニホールド１５が接続され、その排気マニホールド１５の集合部に排気管１６が接続されている。排気管１６には、排気中の有害成分を浄化するための触媒１７が設けられている。なお。触媒１７の上流側には、排気を検出対象として混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１８が設けられている。

吸気管４と排気管１６との間には、ターボチャージャー２０が設けられている。ターボチャージャー２０は、吸気管４においてスロットル弁８の上流側に配置された吸気コンプレッサ２１と、排気管１６において触媒１７の上流側に配置された排気タービン２２と、吸気コンプレッサ２１および排気タービン２２を連結する回転軸２３とを備えている。排気管１６を流れる排気によって排気タービン２２が回転駆動されると、排気タービン２２の回転に伴い吸気コンプレッサ２１が回転駆動され、吸気コンプレッサ２１の回転により生じる圧縮力によって吸気が圧縮されて過給される。

吸気管４には、スロットル弁８の下流側に、過給された吸気を冷却する熱交換器としてのインタークーラ２４が設けられている。インタークーラ２４により吸気を冷却することで、空気の充填効率の低下を抑制することができる。インタークーラ２４は、例えば、水冷式であり、機関２の冷却水経路とは別の経路に配置されている。なお、実施例では、インタークーラ２４はサージタンク１０と一体に設けられている。

排気タービン２２の上流側と下流側とは、排気バイパス通路２６によって連通しており、排気バイパス通路２６に、排気バイパス通路２６を開閉するウェストゲートバルブ２７が設けられている（以下、ウェストゲートバルブ２７をＷＧＶ２７と呼ぶことがある。）。そして、ＷＧＶ２７の開閉に応じて排気タービン２２に供給される排気量が増減し、排気タービン２２および吸気コンプレッサ２１、それぞれの回転速度が調整される。

また、吸気コンプレッサ２１の上流側と下流側とは吸気バイパス通路２８によって連通しており、吸気バイパス通路２８に、吸気バイパス通路２８を開閉するエアバイパスバルブ２９が設けられている（以下、エアバイパスバルブ２９をＡＢＶ２９と呼ぶことがある。）。そして、ＡＢＶ２９が開弁することにより、ターボチャージャー２０とスロットル弁８との間の余剰圧力を開放して、いわゆる、ターボのサーシングを解消することができる。

機関２には、排気の一部を吸気管４内に還流するＥＧＲ装置３１が設けられている。ＥＧＲ装置３１は、吸気管４と排気管１６とを接続するＥＧＲ配管３２と、ＥＧＲ配管３２を流れる排気の流量を調節する電磁駆動式のＥＧＲ弁３３と、排気を冷却する熱交換器としてのＥＧＲクーラ３４とを備えている。ＥＧＲクーラ３４は、例えば、水冷式であり、機関２の冷却水経路に配置されている。
なお、ＥＧＲ配管３２は、排気管１６において排気タービン２２および触媒１７の下流側と、吸気管４において吸気コンプレッサ２１の上流側とを接続している。このため、ＥＧＲ装置３１は、いわゆる低圧ループ式の排気還流システムをなす。

また、機関２の制御システムには、機関２の所定クランク角ごとにクランク角信号を出力するクランク角センサ３６、機関２の冷却水温度を検出する水温センサ３７、吸気の温度を検出する吸気温センサ３８、外気の湿度を検出する湿度センサ３９、外気温を検出する外気温センサ４０、大気圧を検出する大気圧センサ４１等の各種センサが備わっている。

ＥＣＵ３は、周知のようにＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイコン４３を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで機関２の各種制御を実施する。すなわち、マイコン４３は、各種センサから入力される検出値に基づいて、スロットル弁８や燃料噴射弁１２、点火プラグ１３、ＥＧＲ弁３３、ＷＧＶ２７およびＡＢＶ２９等の動作を制御する。

続いて、測定システム１について詳述する。
流量測定システム１は、エアフローメータ５を構成する筐体４５および検出部４６、ならびにＥＣＵ３の機能の一部である演算部４７を備える。
まず、図２に示すエアフローメータ５を用いて筐体４５および検出部４６を説明する。

筐体４５は、吸気管４内の流れる流体の一部を取り込み、再度、吸気管４内に戻すためのバイパス通路４９を有し、吸気管４内に配置される（以下、吸気管４内の流体の通路を主通路５０と呼ぶことがある。）。ここで、バイパス通路４９は、主通路５０の流れにほぼ平行に直進する第１通路部５１と、第１通路部５１から分岐して筐体４５内で流れの方向を旋回させる第２通路部５２とを有し、第１通路部５１の出口５１ｇと第２通路部５２の出口５２ｇとは個別に存在する。

また、第２通路部５２は、流れ方向が３６０°旋回するように設けられ、さらに、分岐位置よりも上流側の第１通路部５１を挟むように２つに分岐している。このため、出口５２ｇは２つ存在し、２つの出口５２ｇは両方とも下流側に向かって開口している。

なお、バイパス通路４９の入口４９ｉは、筐体４５において上流側に向かって開口するように設けられている。また、出口５１ｇは、入口４９ｉおよび２つの出口５２ｇよりも下流側に存在し、２つの出口５２ｇは両方とも、流れ方向に関して入口４９ｉと出口５１ｇとの間に存在する。
このような構成により、バイパス通路４９では、流体中に含まれるダスト等が第１通路部５１を直進して出口５１ｇから主通路５０に戻り、ダスト等が低減した流体が第２通路部５２を通過する。

検出部４６は、例えば、次のような感応部５４と処理部５５とを内蔵するアセンブリとして設けられている。
感応部５４は、第２通路部５２を流れる流体の流量の大きさおよび流れの方向に応じた信号を発生する部分であり、例えば、以下のような周知構造を有する。すなわち、感応部５４は、通電に伴う発熱量を増減される発熱抵抗体、および、第２通路部５２の流れ方向に関して発熱抵抗体の上流側、下流側それぞれに配置される複数の測温抵抗体を基板表面に有する周知構造の熱式の流量センサである。

また、感応部５４は、第２通路部５２に突き出るように配置され、発熱抵抗体や測温抵抗体は第２通路部５２の流れに晒され、発熱抵抗体から流体への放熱によって上、下流側の測温抵抗体の間に温度差が生じる。
そして、バイパス通路４９の流量の増減に応じて発熱抵抗体の発熱量が増減するように発熱抵抗体への通電が制御され、この通電制御により、発熱抵抗体の温度は一定に保たれ、流量の増減に応じて上、下流側の測温抵抗体間の温度差が変動して、流量に応じた信号が発生する。

処理部５５は、発熱抵抗体への通電を制御するとともに、感応部５４が発生する信号に所定の変換処理を施し、検出部４６による検出値ＱＡとしてＥＣＵ３に出力する。
以上のような構成により、検出部４６は、第２通路部５２を流れる流体の流量および流れの方向に応じた検出値ＱＡを発生してＥＣＵ３に出力する。

続いて、ＥＣＵ３の機能の一部としての演算部４７を、図３のブロック図に基づき説明する。演算部４７は、エアフローメータ５から出力された検出値ＱＡを用いて、各種制御に用いるための数値としての測定値Ｑを出力するための演算を行う。

ここで、流量測定システム１では、バイパス通路４９における流量の変化が主通路５０における流量の変化に遅れる。そこで、演算部４７には、このような遅れを補償する機能が備わっている。すなわち、検出部４６による検出値ＱＡは、主通路５０における同時期の現実の流量に対して遅れた状態を示すものとなるので、演算部４７は、測定値Ｑを出力するための演算として、検出値ＱＡに対する遅れの補償を行う。

つまり、演算部４７は、バイパス通路４９における流量の変化が主通路５０における流量の変化に遅れることを必要に応じて補償することにより、測定値Ｑを算出する。
この補償において、演算部４７は、次のような演算を行って測定値Ｑを算出する。すなわち、吸気管４における（つまり、主通路５０における）圧力に関し、遅れに対する将来の補償値Ｐ０−Ｐ２（Ｐ０、Ｐ２については後述する。）、および、現在の流量の検出値ＱＡから推定される将来の遅れた値（以下、遅れ値Ｐ３と呼ぶことがある。）を算出する。

そして、遅れ値Ｐ３に補償値Ｐ０−Ｐ２を加算することで、主通路５０における遅れがない将来の圧力の値（以下、予測値Ｐと呼ぶことがある。）を算出し、予測値Ｐから、主通路５０における遅れがない将来の流量の数値を算出し、この数値を測定値Ｑとして出力する。

また、演算部４７は、補償値Ｐ０−Ｐ２を演算する過程で、主通路５０、バイパス通路４９それぞれの損失係数Ｃｓ、Ｃｂを両方とも算出して使用する。そして、損失係数Ｃｓの算出では、損失係数Ｃｓの大きさが小さいとき、および、大きいときの２通りの算出方法を使い分け、損失係数Ｃｂの算出では、損失係数Ｃｂの大きさが小さいとき、および、大きいときの２通りの算出方法を使い分ける。

さらに、演算部４７は、主通路５０およびバイパス通路４９の少なくとも一方で流れの方向が変わったか否かを判定する判定部を有し、判定部により、流れの方向が変わったと判定した場合に損失係数Ｃｓ、Ｃｂそれぞれで大側の算出方法を使い、流れの方向が変わっていないと判定した場合に損失係数Ｃｓ、Ｃｂそれぞれで小側の算出方法を使う。

以下、演算部４７による遅れ補償について図３〜図７を用いて詳述する。
まず、図３において、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は主通路５０における圧力の数値を表すものであり、Ｐ０は、機関２の運転状態に基づき算出される将来の値であり、補償値Ｐ０−Ｐ２の算出に用いられる（以下、Ｐ０をダミー予測値Ｐ０と呼ぶことがある。）。また、Ｐ２は、機関２の運転状態に基づき算出される将来の遅れた値であり、補償値Ｐ０−Ｐ２の算出に用いられる（以下、Ｐ２をダミー遅れ値Ｐ２と呼ぶことがある。）。また、Ｐ１は、機関２の運転状態に基づき算出される現在の値であり、ダミー遅れ値Ｐ２を算出するために用いられる（以下、Ｐ１をダミー推定値Ｐ１と呼ぶことがある。）。

また、ＱＡ０、ＱＡ１、ＱＡ２は主通路５０における流量の数値を表すものであり、ＱＡ０は、機関２の運転状態に基づき算出される将来の値であり、ダミー予測値Ｐ０の算出に用いられる（以下、ＱＡ０をダミー予測値ＱＡ０と呼ぶことがある。）。また、ＱＡ２は、機関２の運転状態に基づき算出される将来の遅れた値であり、ダミー遅れ値Ｐ２の算出に用いられる（以下、ＱＡ２をダミー遅れ値ＱＡ２と呼ぶことがある。）。また、ＱＡ１は、機関２の運転状態に基づき算出される現在の値であり、ダミー推定値Ｐ１を算出するために用いられる（以下、ＱＡ１をダミー推定値ＱＡ１と呼ぶことがある。）。

さらに、ＴＡ、ＴＡ０は、スロットル開度の数値を表すものであり、ＴＡは、スロットル開度センサ９による検出値であり（以下、検出値ＴＡと呼ぶことがある。）、ＴＡ０は、検出値ＴＡに基づき算出される将来の値である（以下、ＴＡ０を予測値ＴＡ０と呼ぶことがある。）。ＮＥは、クランク角センサ３６から出力されるクランク角信号に基づき算出される機関２の回転数であり、ＶＴは、ＥＣＵ３により設定されるバルブタイミングである（以下、ＮＥ、ＶＴをそれぞれ回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＴと呼ぶことがある。）。

続いて、演算部４７の機能を詳細に説明する。
演算部４７は、機関２の運転状態に基づきダミー予測値Ｐ０を算出する演算系統４７０と、機関２の運転状態に基づきダミー推定値Ｐ１を算出する演算系統４７１と、ダミー推定値Ｐ１を用いてダミー遅れ値Ｐ２を算出する演算系統４７２と、現在の流量の検出値ＱＡから遅れ値Ｐ３を算出する演算系統４７３とを有する。

演算系統４７０は、以下の予測部４７０Ｔ、予測部４７０Ｑおよび予測部４７０Ｐを有する。
予測部４７０Ｔは、スロットル開度に関し、検出値ＴＡを用いて将来の数値である予測値ＴＡ０を算出する。ここで、将来の数値とは、現在から所定時間経過後の数値であり、例えば、機関２の吸気バルブの閉弁時における数値である。そこで、予測部４７０Ｔは、機関２の回転数ＮＥとバルブタイミングＶＴとに基づき、検出値ＴＡから予測値ＴＡ０を算出する。

予測部４７０Ｑは、主通路５０の流量に関して、ダミー予測値ＱＡ０を算出する。そして、ダミー予測値ＱＡ０の算出において、予測部４７０Ｑは、スロットル開度の予測値ＴＡ０、機関２の回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＴ、主通路５０の圧力のダミー予測値Ｐ０等を用いる。なお、ダミー予測値Ｐ０は、次に説明する予測部４７０Ｐにおいて算出されるものである。
予測部４７０Ｐは、主通路５０の圧力に関して、ダミー予測値Ｐ０を算出する。そして、ダミー予測値Ｐ０の算出において、予測部４７０Ｐは、主通路５０の流量のダミー予測値ＱＡ０を用いる。

演算系統４７１は、推定部４７１Ｑおよび推定部４７１Ｐを有する。
推定部４７１Ｑは、主通路５０の流量に関して、ダミー推定値ＱＡ１を算出する。そして、ダミー推定値ＱＡ１の算出において、推定部４７１Ｑは、スロットル開度の検出値ＴＡ、機関２の回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＴ、主通路５０の圧力のダミー推定値Ｐ１等を用いる。なお、ダミー推定値Ｐ１は、次に説明する推定部４７１Ｐにおいて算出されるものである。
推定部４７１Ｐは、主通路５０の圧力に関して、ダミー推定値Ｐ１を算出する。そして、ダミー推定値Ｐ１の算出において、推定部４７１Ｐは、主通路５０の流量のダミー推定値ＱＡ１を用いる。

演算系統４７２は、予測部４７２Ｑおよび予測部４７２Ｐを有する。
予測部４７２Ｑは、主通路５０の流量に関して、ダミー遅れ値ＱＡ２を算出する。そして、ダミー遅れ値ＱＡ２の算出において、予測部４７２Ｑは、後記するバイパス参酌部５７および放熱参酌部５８を用いてダミー遅れ値ＱＡ２を算出する。なお、ダミー遅れ値ＱＡ２の算出には、ダミー推定値Ｐ１が用いられる。
予測部４７２Ｐは、主通路５０の圧力に関して、ダミー遅れ値Ｐ２を算出する。そして、ダミー遅れ値Ｐ２の算出において、予測部４７２Ｐは、主通路５０の流量のダミー遅れ値ＱＡ２を用いる。

演算系統４７３は、予測部４７３Ｐを有する。
予測部４７３Ｐは、主通路５０の圧力に関して、遅れ値Ｐ３を算出する。そして、遅れ値Ｐ３の算出において、予測部４７３Ｐは、エアフローメータ５の検出値ＱＡを用いる。
なお、遅れ値Ｐ３とダミー遅れ値Ｐ２とは同応答である。

そして、演算系統４７０により算出したダミー予測値Ｐ０から、演算系統４７１、４７２により算出したダミー遅れ値Ｐ２を減算して、遅れに対する将来の補償値Ｐ０−Ｐ２を算出し、将来の補償値Ｐ０−Ｐ２を、演算系統４７３により算出した将来の遅れ値Ｐ３に加算する。
これにより、遅れがない予測値Ｐを算出し、予測値Ｐを所定のマップ等に当てはめて、遅れがない流量の測定値Ｑを算出する。

次に、予測部４７２Ｑが有するバイパス参酌部５７および放熱参酌部５８について詳述する。
エアフローメータ５のように、バイパス通路４９に熱式の流量センサを収容する構造によれば、主通路５０の流量の変化に対し、バイパス通路４９の流量の変化が遅れる。また、検出部４６をなすアセンブリ等の熱容量に起因して発熱抵抗体から流体への放熱が遅れる。
これら２つの主な遅れ要因により、エアフローメータ５による検出値ＱＡは、主通路５０における同時期の現実の流量に対して遅れた状態を示すものとなる。

そこで、流体がバイパス通路４９を通過することによる検出値ＱＡの遅れ（以下、バイパス起因の遅れ、と呼ぶことがある。）を考慮した補償を行うため、予測部４７２Ｑにバイパス参酌部５７が設けられている。また、発熱抵抗体から流体への放熱が遅れることによる検出値ＱＡの遅れ（以下、放熱起因の遅れ、と呼ぶことがある。）を考慮した補償を行うため、予測部４７２Ｑに放熱参酌部５８が設けられている。

以下、バイパス参酌部５７、放熱参酌部５８の機能を、図４、図５および図６それぞれに示すメインルーチン、第１サブルーチン、第２サブルーチンに基づき説明する。なお、第１サブルーチンは、メインルーチンの中の１つのステップであり、第２サブルーチンは、第１サブルーチンの中の１つのステップである。そして、メインルーチンは、機関２の運転中に所定周期で実行される。

メインルーチンによれば、まず、ステップＳ１０１で、演算系統４７１の推定部４７１Ｑから出力される流量のダミー推定値ＱＡ１を読み込む。次に、ステップＳ１０２で、流れの状態が過渡状態であるか否かを判定する。この判定は、例えば、前回のメインルーチン処理で読み込まれたダミー推定値ＱＡ１（ｉ−１）と、今回のメインルーチン処理で読み込まれたダミー推定値ＱＡ１（ｉ）とを比較することにより、行うことができる。そして、過渡状態であると判定すれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０３に進み、過渡状態ではない（つまり、定常状態である）と判定すれば（ＮＯ）、ステップＳ１０５に進む。

次に、ステップＳ１０３で、流量が低流量領域であるか、または、流量の変化量が大きいか否かをダミー推定値ＱＡ１を用いて判定する。
その結果、流量が低流量領域である、または、流量の変化量が大きい、と判定すれば（ＹＥＳ）、バイパス起因の遅れが大きくなると判断してステップＳ１０４に進む。また、流量が低流量領域ではない、かつ、流量の変化量が小さい、と判定すれば（ＮＯ）、ステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０４では、図５に示す第１サブルーチンを実行する。
メインルーチンにおけるステップＳ１０４、つまり、第１サブルーチンの全ステップはバイパス参酌部５７であり、主通路５０における流量に関し、ダミー推定値ＱＡ１からダミー遅れ値ＱＡ１１を算出する。ここで、ダミー遅れ値ＱＡ１１は、主通路５０における流量の数値を表すものであり、ダミー推定値ＱＡ１に対しバイパス起因の遅れの分だけ遅れた値である。
以下、第１サブルーチンの各ステップを説明する。

まず、ステップＳ２０１で、ダミー推定値ＱＡ１と流体の密度ρと流路断面積Ｓを用いて次の数式１により、主通路５０の流速Ｕｓを算出する。
〔数式１〕

なお、流路断面積Ｓは、エアフローメータ５の取付位置における主通路５０の断面のうち、エアフローメータ５の投影領域を除く領域の面積である。
また、密度ρは、所定のマップや数式を用いて、現在の流体の温度と大気圧に基づき算出することができる。なお、密度ρを求めるためのマップや数式では、流体の温度が高いほど密度ρが小さく、大気圧が高いほど空気密度ρが大きくなるように設定されている。

次に、ステップＳ２０２で、図６に示す第２サブルーチンを実行する。第２サブルーチンは、ダミー遅れ値ＱＡ１１を算出するときに利用する損失係数Ｃｓ、Ｃｂを算出するためのルーチンである。

第２サブルーチンでは、まず、ステップＳ３０１で、主通路５０およびバイパス通路４９の少なくとも一方で流れの方向が変わったか否かを判定する。つまり、ステップＳ３０１は、上記した判定部として機能する。そして、流れの方向が変わったと判定した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ３０２に進んで損失係数Ｃｓ、Ｃｂの算出方法を両方とも大側の算出方法に設定し、流れの方向が変わっていないと判定した場合（ＮＯ）、ステップＳ３０３に進んで損失係数Ｃｓ、Ｃｂの算出方法を両方とも小側の算出方法に設定する。

すなわち、流れ方向が順流から逆流に切り替わるときや逆流から順流に切り替わるときには、流れが乱れて損失が急激に増加する。このため、流れ方向の切り替わり時に測定値Ｑの精度が低下する可能性がある。そこで、流れ方向が切り替わったときには、損失の急激な増加に対応して損失係数Ｃｓ、Ｃｂの算出方法を両方とも大側の算出方法に設定する。また、流れ方向が切り替わっていないときには、損失係数Ｃｓ、Ｃｂの算出方法を両方とも小側の算出方法に設定する。

ここで、ステップＳ３０１では、流量の大きさ（絶対値）が所定の閾値よりも小さくなったと判定したときに、流れの方向が変わったと判定する。なお、閾値は、例えば、２ｇ／ｓｅｃが好ましく、より好ましくは０．５ｇ／ｓｅｃである。
また、この判定には、ダミー予測値ＱＡ０、ダミー推定値ＱＡ１、ダミー遅れ値ＱＡ２、ダミー遅れ値ＱＡ１１、検出値ＱＡ等、流量に関する様々な数値を用いることができる。

例えば、ダミー予測値ＱＡ０に関して閾値を設定するとともに、ダミー予測値ＱＡ０が閾値よりも小さくなったと判定したときに、流れの方向が変わったと判定してもよく、ダミー推定値ＱＡ１に関して閾値を設定するとともに、ダミー推定値ＱＡ１が閾値よりも小さくなったと判定したときに、流れの方向が変わったと判定してもよい。

なお、、ダミー予測値ＱＡ０、ダミー推定値ＱＡ１、ダミー遅れ値ＱＡ２、ダミー遅れ値ＱＡ１１の数値を閾値と比較することにより、主通路５０で流れの方向が変わったか否かを判定することができる。また、検出値ＱＡの数値を閾値と比較することにより、バイパス通路４９で流れの方向が変わったか否かを判定することができる。

また、ステップＳ３０３で設定される小側の算出方法では、例えば、流量および流量の変化率をパラメータとして所定のマップや数式に従って損失係数Ｃｓ、Ｃｂを算出する。また、ステップＳ３０２で設定される大側の算出方法にでは、例えば、損失係数Ｃｓ、Ｃｂをそれぞれ固定値に設定し、この固定値は、小側の数値算出用のマップや数式により算出される数値よりも遥かに大きい数値として設定されている。

なお、小側の数値算出用のマップや数式によれば、損失係数Ｃｓ、Ｃｂは、流量が大きいほど小さくなるように、また、流量の変化量が大きいほど大きくなるように設定されている。また、大側数値用の固定値や、小側数値算出用のマップや数式は、損失係数Ｃｓ、Ｃｂごとに個別に設定されている。

次に、第１サブルーチンに戻ってステップＳ２０３で、バイパス通路４９の流速Ｕｂを算出する。
ここで、流速Ｕｂは、下記の数式２、３それぞれに示した主通路５０、バイパス通路４９における流体の運動方程式を利用することにより、下記の数式４のように表すことができる。

〔数式２〕
〔数式３〕
〔数式４〕

数式２〜４において、ΔＰは入口４９ｉと出口５２ｇとの圧力差であり、Ｌｂは第１、第２通路部５１、５２に沿って入口４９ｉから出口５２ｇに進むときの経路長であり、Ｌｓは筐体４５の外側で主通路５０の流れに沿って入口から出口ａ、ｂに進むときの経路長である。また、Ｕｓ（ｉ）は主通路５０の流速の今回値であり、Ｕｓ（ｉ−１）は主通路５０の流速の前回値である。また、Ｕｂ（ｉ）はバイパス通路４９の流速の今回値であり、Ｕｂ（ｉ−１）はバイパス通路４９の流速の前回値である。
そして、数式２、３を流速Ｕｂ（ｉ）について解くことにより、数式４が導かれる。

次に、ステップＳ２０４で、遅れ流速Ｕｓｂを算出する。ここで、遅れ流速Ｕｓｂとは、主通路５０の流量変化に対するバイパス通路４９の流量変化の遅れ分だけ流速Ｕｓに対して遅れをもたせたものである。また、遅れ流速Ｕｓｂの算出には、上記の運動方程式（数式２、３）が定常時にも成立するとして（つまり、時間微分している項を０として）求めた次の数式５を用いる。
〔数式５〕

次に、ステップＳ２０５で、遅れ流速Ｕｓｂと空気密度ρと流路断面積Ｓとを用いて下記の数式６によりダミー遅れ値ＱＡ１１を算出する。
〔数式６〕

次に、メインルーチンに戻ってステップＳ１０５で、主通路５０の流量に関し、ダミー遅れ値ＱＡ１１に放熱起因の遅れを加味したダミー遅れ値ＱＡ２を算出する。つまり、ステップＳ１０５は放熱参酌部５８として機能する。
以下、放熱参酌部５８を図７に基づき説明する。

放熱参酌部５８は、完全放熱量算出部６０、１次遅れ処理部６１および時定数算出部６２等を有する。
完全放熱量算出部６０は、ダミー遅れ値ＱＡ１１を用いて、アセンブリ等の熱容量および質量等に基づく、応答遅れを含まない完全な放熱量（以下、完全放熱量Ｗと呼ぶことがある。）を、マップ等に基づき算出する。

１次遅れ処理部６１は、アセンブリを含む放熱系の１次遅れの時定数τを用いて完全放熱量Ｗに対し１次遅れ処理を実施し、応答遅れを含む放熱量（以下、応答放熱量ｗと呼ぶことがある。）を算出する。
時定数算出部６２は、エアフローメータ５による検出値ＱＡに応じて、１次遅れ処理部６１で用いる時定数τをマップ等を利用して算出する。
そして、応答放熱量ｗに応じた空気流量をマップ等を用いて算出し、算出した値をダミー遅れ値ＱＡ２とする。

なお、ステップＳ１０５の処理、つまり、放熱参酌部５８は、ステップＳ１０２で流れの状態が定常状態であると判定した場合、および、ステップＳ１０３で流量が低流量領域ではない、かつ、流量の変化量が小さい、と判定した場合にも、実行される。すなわち、バイパス参酌部５７が実行されないときにも（ダミー遅れ値ＱＡ１１が算出されないときにも、）、放熱参酌部５８は実行される。この場合、完全放熱量算出部６０は、ダミー推定値ＱＡ１を用いて完全放熱量Ｗを算出する。

〔実施例の効果〕
実施例の測定システム１によれば、ＥＣＵ３は、バイパス通路４９における流量の変化が主通路５０における流量の変化に遅れることを必要に応じて補償することにより、主通路５０における流量の測定値Ｑを算出する。また、ＥＣＵ３は、主通路５０およびバイパス通路４９それぞれの損失係数Ｃｓ、Ｃｂを算出するとともに、算出した損失係数Ｃｓ、Ｃｂを用いて補償に必要な演算を行う。そして、損失係数Ｃｓの算出では、損失係数Ｃｓの大きさが小さいとき、および、大きいときの２通りの算出方法を使い分け、損失係数Ｃｂの算出では、損失係数Ｃｂの大きさが小さいとき、および、大きいときの２通りの算出方法を使い分ける。

さらに、ＥＣＵ３は、主通路５０で流れの方向が変わったか否かを判定する判定部を有し、判定部により、流れの方向が変わったと判定した場合に損失係数Ｃｓ、Ｃｂに関して大側の算出方法を使い、流れの方向が変わっていないと判定した場合に小側の算出方法を使う。
これにより、流れ方向の切り替わりに伴って流れの損失が急激に増加しても、損失係数Ｃｓ、Ｃｂに関して大側の算出方法を使って演算することで、遅れ補償を精度よく実行することができる。このため、測定システム１において、流れ方向が切り替わるときの測定精度の低下を抑制することができる。

特に、ＡＢＶ２９の開弁によりターボのサージングを解消する場合、サージングによる脈動もなく、吸排気による吸気脈動も小さくなり、低流量かつ流れ方向の切り替わりが頻発する状態になる。
このため、測定精度の低下を抑制する効果は、ＡＢＶ２９の開弁によりターボのサージングを解消する場合に、特に顕著である。

また、測定システム１によれば、ＥＣＵ３は、流量の大きさが所定の閾値よりも小さくなったと判定したときに、流れの方向が変わったと判定する。
これにより、流れの方向が変わったか否かの判定を、簡易に実行することができる。

〔変形例〕
本願発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。
例えば、実施例の測定システム１によれば、ＥＣＵ３は、流量の大きさが所定の閾値よりも小さくなったと判定したときに、流れの方向が変わったと判定していたが、判定部の態様は、このようなものに限定されない。

例えば、流量の数値の符号が＋から−に、または、−から＋に切り替わったときに流れの方向が変わったと判定してもよい。この場合も、流量の数値には、ダミー予測値ＱＡ０、ダミー推定値ＱＡ１、ダミー遅れ値ＱＡ２、ダミー遅れ値ＱＡ１１、検出値ＱＡ等、流量に関する様々な数値を用いることができる。また、符号が切り替わったか否かの判定には、これらの数値の今回値と前回値との比較を利用してもよく、前回値と前々回値との比較を利用してもよい。

さらに、機関２の回転数ＮＥ、スロットル開度、吸気管４の負圧、ターボチャージャー２０の回転数およびＡＢＶ２９の動作等に基づき、流れの方向が変わったか否かを判定してもよい。

また、実施例の測定システム１によれば、ＥＣＵ３は、流れの方向が切り替わっていないと判定した時に、所定のマップや数式により損失係数Ｃｓ、Ｃｂを算出し、流れの方向が切り替わったと判定した時に、マップや数式により算出される数値よりも遥かに大きい固定値を損失係数Ｃｓ、Ｃｂとしたが、損失係数Ｃｓ、Ｃｂの態様は、このようなものに限定されない。

例えば、流れの方向が切り替わっていないと判定した時に、所定のマップや数式により損失係数Ｃｓ、Ｃｂを算出し、流れの方向が切り替わったと判定した時に、マップや数式により算出される数値に所定の係数を乗じることで損失係数Ｃｓ、Ｃｂを算出してもよい。

１ 流量測定システム ４５ 筐体 ４６ 検出部 ４７ 演算部 ４９ バイパス通路 ５０ 主通路 Ｑ 測定値 ＱＡ 検出値 Ｃｓ、Ｃｂ 損失係数

Claims (2)

1. 逆流発生の可能性がある所定の主通路（５０）を流れる流体の流量の大きさおよび流れの方向を示す測定値（Ｑ）を出力する流量測定システム（１）において、
   前記主通路を流れる流体の一部を取り込み、再度、前記主通路に戻すためのバイパス通路（４９）を有し、前記主通路に配置される筐体（４５）と、
   前記バイパス通路に配置され、前記バイパス通路を流れる流体の流量の大きさおよび流れの方向に応じた検出値（ＱＡ）を発生する検出部（４６）と、
   前記検出値を用いて、前記測定値を出力するための演算を行う演算部（４７）とを備え、
   この演算部は、前記バイパス通路における流量の変化が前記主通路における流量の変化に遅れることを必要に応じて補償することにより、前記測定値を算出し、
   また、前記演算部は、前記主通路および前記バイパス通路の少なくともいずれか一方の損失係数（Ｃｓ、Ｃｂ）を用いて補償に必要な演算を行い、前記損失係数の算出では、前記損失係数の大きさが小さいとき、および、大きいときの少なくとも２通りの算出方法を使い分け、
   さらに、前記演算部は、前記主通路および前記バイパス通路の少なくとも一方で流れの方向が変わったか否かを判定する判定部を有し、この判定部により、流れの方向が変わったと判定した場合に前記損失係数の算出に関して大側の算出方法を使い、流れの方向が変わっていないと判定した場合に前記損失係数の算出に関して小側の算出方法を使うことを特徴とする流量測定システム。
2. 請求項１に記載の流量測定システムにおいて、
   前記判定部は、前記主通路および前記バイパス通路の少なくとも一方の流量の大きさが所定の閾値よりも小さくなったと判定したときに、前記主通路および前記バイパス通路の少なくとも一方で流れの方向が変わったと判定することを特徴とする流量測定システム。