JP6694523B2 - 気体流量測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、空気流量を測定する熱式流量測定装置に係わり、補正定数を並べたマップ(テーブル)に基づいて、測定した空気流量を補正する気体流量測定装置に関する。
自動車用エンジンにおいては、燃料噴射量を制御するために吸入空気流量を測定する必要がある。吸入空気流量を測定する装置の一種に、発熱抵抗体を用いた熱式流量測定装置がある。この熱式流量測定装置は、流量検出素子に形成される流量検出部と計測対象である吸入空気流量との間で熱伝達を行うことにより、吸入空気流量を計測するように構成されており、計測環境から受ける熱影響を正しく補正することで、高精度な吸入空気流量の計測を行うことができる。
車載用の熱式流量測定装置は、エンジンに吸入空気を取り込むための吸気管に取り付けられている。このため、エンジンが発生する熱や自然環境における気温変化、さらには太陽の直射により加熱された車体から受ける熱などにより変化する温度の影響を受ける。従って、熱式流量測定装置では、この温度影響を小さくするために吸入空気流量を高精度に補正する必要があり、気体温度または基板温度等に基づいて吸入空気流量の検出信号を補正することで、温度影響を低減している。
一方、検出信号を目標の出力特性に近づけるように調整する熱式流量測定装置として、特開2007−071889号公報(特許文献1)に記載された熱式空気流量計が知られている。特許文献1の熱式空気流量計は、温度依存性を有する発熱抵抗素子を空気流路に配置して、この発熱抵抗素子を有するゲージ回路の出力値から空気流量を測定している。この熱式空気流量計は空気流量−出力特性に関するマップデータを有する演算回路を備え、この演算回路はマップデータの領域を空気流量の低流領域を高流領域よりも細かく分割し、空気流量領域ごとに出力特性を補正する。これにより、特許文献1の熱式空気流量計は、小規模な回路構成で高精度な空気流量測定を実現させている(要約参照)。
特開2007−071889号公報
近年では、燃費改善や排気規制強化のため、熱式流量測定装置に要求される精度が向上されており、さらに、エンジン排気量のダウンサイジング化に伴い、エンジンルーム内のレイアウトの縮小化が進んでいる。そのため、熱式流量測定装置が使用される環境がエンジンに近づくことで、温度変化が激しい環境下で吸入空気流量の測定を高精度化することが要求されている。このような環境下で使用される熱式流量測定装置では、吸入空気の温度が大きく変化することで、流量毎に必要な補正値(補正量)も異なる。
特許文献1の熱式空気流量計は、最低限の分解能で吸入空気流量の測定精度を向上させるために、データの領域を不等間隔に分割したマップ(補正マップ)を用いている。
一般的に、温度影響を補正するためのマップは温度と流量との2次元マップである。吸気温度などの温度が変わった場合には、その温度に応じた吸気流量に補正するための補正値が2次元マップに基づいて算出され、吸入空気流量の測定値が補正される。
2次元マップは、例えば図12Bに示すように、横軸を温度、縦軸を吸入空気流量とするマップである。補正値(補正データ)は、等間隔で設定された各温度と等間隔で設定された各流量とに対応させて、黒丸で示す格子点に設定される。この場合、補正値は、横軸方向の並び(温度が変化する方向の列)と縦軸方向の並び(吸入空気流量が変化する方向の列)とが直交するように並ぶ直交格子の格子点に設定される。特許文献1のようにデータの領域を不等間隔に分割したとしても、格子の間隔が不等間隔になるだけで、補正値は直交格子の格子点に設定されることになる。
一般的に、補正値を予め実験的などにより求めてマップに記憶する場合、得られる補正値が直交格子の格子点に一致するデータとなることはない。このため、得られた補正値から内挿するなどして、直交格子の格子点に対応する補正値を算出する方法が考えられる。しかし、単純に内挿して直交格子の格子点に対応する補正値を算出すると、算出した補正値の誤差が大きくなり、吸入空気流量の補正精度が悪化してしまう課題があった。
本発明の目的は、温度と吸入空気流量とに対応させて補正値を記憶する補正マップを用いて吸入空気流量の高精度な温度補正が可能な熱式流量測定装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の気体流量測定装置は、
流量を環境温度の影響を有する状態で検出する流量検出素子と、
環境温度を検出する温度検出部と、
縦軸または横軸のいずれか一方を入力流量軸とし他方を入力温度軸とし、前記縦軸と前記横軸とにより構成される補正マップの上に設定される、前記流量検出素子が検出する流量検出信号の補正量を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記補正量を用いて前記流量検出信号を補正する補正演算部と、を備えた気体流量測定装置において、
前記補正量は、前記補正マップ上において、相互に直交する縦格子と横格子とがそれぞれ前記横軸の方向と前記縦軸の方向とに複数ずつ配置された直交格子の格子点から外れた位置を取得点とする補正量であり、前記補正マップ上における前記取得点が前記補正マップ上における前記補正量の設定点として設定され、
前記記憶部は前記補正マップ上における前記取得点の位置情報を記憶し、
前記補正演算部は、流量測定時に、前記流量検出素子で検出される流量検出信号から前記位置情報に基づいて前記補正マップを参照する参照入力流量を求め、また前記温度検出部で検出される温度検出信号から前記位置情報に基づいて前記補正マップを参照する参照入力温度を求め、前記参照入力流量に対応する前記入力流量軸の入力流量と前記参照入力温度に対応する前記入力温度軸の入力温度とに対応する補正量を求める。
また上記課題を解決するために、本発明の気体流量測定装置は、
流量を環境温度の影響を有する状態で検出する流量検出素子と、
環境温度を検出する温度検出部と、
縦軸または横軸のいずれか一方を入力流量軸とし他方を入力温度軸とし、前記縦軸と前記横軸とにより構成される補正マップの上に設定される、前記流量検出素子が検出する流量検出信号の補正量を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記補正量を用いて前記流量検出信号を補正する補正演算部と、
を備えた気体流量測定装置において、
前記補正量は、前記補正マップ上において、相互に直交する縦格子と横格子とがそれぞれ前記横軸の方向と前記縦軸の方向とに複数ずつ配置された直交格子の格子点から外れた位置を取得点とする補正量であり、
前記記憶部は前記補正マップ上における前記取得点の位置情報を記憶し、
前記補正マップ上における前記取得点は、前記直交格子の前記格子点に一致するように再配置され、
前記位置情報は、前記取得点を前記格子点に対応付ける情報であり、
前記補正演算部は、流量測定時に、前記流量検出素子で検出される流量検出信号から前記位置情報に基づいて前記補正マップを参照する参照入力流量を求め、また前記温度検出部で検出される温度検出信号から前記位置情報に基づいて前記補正マップを参照する参照入力温度を求め、前記参照入力流量に対応する前記入力流量軸の入力流量と前記参照入力温度に対応する前記入力温度軸の入力温度とに対応する補正量を求めることを特徴とする気体流量測定装置。
本発明によれば、適正な補正量に対して誤差の小さい補正値を補正マップに記憶でき、吸入空気流量の高精度な温度補正が可能になる。
本発明の熱式流量測定装置の空気通路ボディへの装着図である。 図1のA-A’断面図である。 本発明の第一実施例に係る熱式流量測定装置の回路(基板を用いた場合)である。 本発明の第一実施例に係る熱式流量測定装置の回路(チップパッケージを用いた場合)である。 本発明の第一実施例に係る吸入空気流量信号の補正ロジック図である。 第一実施例のロジックにおけるマップ内のデータ配置図である。 本発明の第二実施例に係る吸入空気流量信号の補正ロジック図である。 第二実施例のロジックにおけるマップ内のデータ配置図である。 第二実施例のロジックにおける流量信号の伸縮マップである。 第二実施例のロジックにおける温度信号の伸縮マップである。 本発明の第三実施例に係る吸入空気流量信号の補正ロジック図である。 第三実施例のロジックにおける2次係数の伸縮マップである。 本発明の実施例に係る熱式流量測定装置の出力誤差を示す図である。 直交格子で構成された2次元マップを用いた場合の吸入空気流量信号の補正ロジック図である。 図12Aのロジックにおけるマップ内のデータ配置図である。 格子点の近傍にある二つの入力点から格子点の補正定数を算出する線形補間の概念図である。 二つの格子点の中間にある参照入力流量Q’の補正定数を算出する線形補間の概念図である。
以下、本発明による熱式流量測定装置(気体流量測定装置)の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明の第一実施例について、図1から図5Bを用いて説明する。
図1は、本発明の熱式流量測定装置の空気通路ボディへの装着図である。図2は、図1のA-A’断面図である。なお、図1および図2で説明する構成は、後述する第二実施例及び第三実施例にも共通して用いられる。
熱式流量測定装置1は、内燃機関の吸気流路を形成する吸気通路ボディ(吸気管)3に取り付けられ、吸気通路ボディ3の内側に構成された主通路6を流れる気体(空気)8の流量を測定する。このために、熱式流量測定装置1は吸気通路ボディ3の内側で気体(空気)8にさらされる。熱式流量測定装置1の内部には基板5が設けられ、基板5に気体温度検出素子2が備え付けられている。気体温度検出素子2は吸入される気体にさらされるように、熱式流量測定装置1の上流側の部分に備え付けられている。なお気体温度検出素子2は、サーミスタあるいは気体温度測定抵抗体とも呼ばれる。
熱式流量測定装置1には副通路7が設けられており、副通路7の内部に吸気流量検出素子4が配置されている。吸気流量検出素子4は流量検出素子4と呼んで接する場合もある。
図3は、本発明の第一実施例に係る熱式流量測定装置の回路(基板を用いた場合)である。
基板5には、気体温度検出素子2の他に、固定抵抗9や吸気流量検出素子4が備え付けられており、この固定抵抗9と気体温度検出素子2との直列回路で気体温度検出回路22が構成されている。気体温度検出回路22は副通路7から隔離された位置に配置されている。固定抵抗9は基板5に直接実装されてもよいが、基板5上に設けられる集積回路21内に設けられても良い。ここで、集積回路21としては、LSIやマイコンなどが考えられる。
吸気流量検出素子4は副通路7を流れる気体(空気)の流量を検出する素子であり、熱式流量測定装置1は吸気流量検出素子4で検出した副通路7を流れる気体の流量に基づいて主通路6を流れる気体8の流量を測定する。
図3において、気体温度検出素子2で検出した気体温度は、基板5上の気体温度検出回路22により電圧信号に変換され、アナログ-デジタル変換器(AD3)14に入力される。また、集積回路21内には、基板5の温度を検出するために温度センサ12が備え付けられている。
温度センサ12は、集積回路21内の温度を検出することで、基板5の温度に相当する温度を検出する。これにより、気体温度と熱式流量測定装置1のそれぞれの温度を検出することが出来る。
気体温度検出回路22は、主通路(吸気流路)6に露出するように配置した気体温度検出素子2と固定抵抗9とを直列接続して構成されており、気体温度検出回路22にはレギュレータ23から出力される定電圧が供給される。固定抵抗9と気体温度検出素子2との分圧値がアナログ-デジタル変換器(AD3)14を介してデジタル信号処理回路(DSP)10に入力される。デジタル信号処理回路(DSP)10には発振器20からの信号も入力されている。
気体温度検出素子2で検出される気体温度および温度センサ12で検出される基板5の温度(基板温度)は、吸気流量検出素子4が配置された環境の温度(環境温度)として用いられ、吸気流量検出素子4で検出される気体流量検出信号Qaを補正して環境温度の影響を低減するために用いられる。すなわち、気体温度検出素子2および温度センサ12は、気体流量検出信号Qaを補正するための環境温度を検出する温度検出部(温度検出素子)として用いられる。このような温度検出部として、気体温度検出素子2および温度センサ12以外の温度センサを設けてもよい。
吸気流量検出素子4で検出される気体流量検出信号Qaおよび気体温度検出素子2で検出した気体温度検出信号Taは、デジタル信号処理回路(DSP)10において補正される。
この補正は、吸気流量検出素子4からの気体流量検出信号Qaをアナログ-デジタル変換器(AD1)11によって変換したデジタル値、集積回路21内の温度センサ12からの基板温度検出信号Tpをアナログ-デジタル変換器(AD2)13によって変換したデジタル値、および気体温度検出素子2(気体温度検出回路22)からの気体温度検出信号Taをアナログ-デジタル変換器(AD3)14によって変換したデジタル値等の複数のデジタル値に基づいて、補正マップを用いて行われる。以下、補正マップは単にマップと呼んで説明する。このマップを用いた補正については、後で詳細に説明する。
ここで各信号を次のように定義する。補正された気体流量信号を気体流量補正信号と呼ぶ。同様に、補正された気体温度信号を気体温度補正信号と呼び、補正された基板温度検出信号Tpを基板温度補正信号と呼ぶ。検出した気体流量検出信号Qaと補正した気体流量補正信号Qaoutとを特に区別する必要が無い場合は、気体流量信号と呼んで説明する。また検出した気体温度検出信号Taと補正した気体温度補正信号とを特に区別する必要が無い場合は気体温度信号と呼んで説明し、基板温度検出信号Tpと補正した基板温度補正信号とを特に区別する必要が無い場合は基板温度信号と呼んで説明する。
気体流量補正信号および気体温度補正信号のデジタル値は、デジタル-アナログ変換(DA1)16およびデジタル-アナログ変換器(DA2)18を用いてアナログ変換され、電圧信号として出力される。一方、気体流量補正信号のデジタル値をフリーランニングカウンタ(FRC1)17を用いてアナログ変換すると、周波数信号として出力される。同様に、気体温度補正信号のデジタル値をフリーランニングカウンタ(FRC2)19を用いてアナログ変換すると、周波数信号として出力される。さらに、気体流量補正信号と気体温度補正信号とはSENT信号生成器27を用いてSENT信号として複合信号で出力される。ここで、SENTとはSAEで規定されるデジタル通信方式である。
これら、デジタル-アナログ変換器16,18とフリーランニングカウンタ17,19とSENT生成器27との出力は、マルチプレクサ(MUX1)24およびマルチプレクサ(MUX2)25の設定で選択され、気体流量信号の出力信号Qoutおよび気体温度信号の出力信号Toutとして出力される。マルチプレクサの設定は,PROM15内の定数できりかえることができる。さらに、熱式流量測定装置1はECU26と電気的に接続され、気体流量信号の出力信号Qoutおよび気体温度信号の出力信号ToutをECU26に送っている。また、熱式流量測定装置1はECU26から電源Vccと接地電源GNDの供給を受けている。
上述した集積回路21は、吸気流量(気体流量検出信号Qa)を補正するための補正演算部(補正演算回路)を構成する。なお、補正演算部を補正部と呼んで説明する場合もある。
図4は、本発明の第一実施例に係る熱式流量測定装置の回路(チップパッケージを用いた場合)である。
図3では基板5に気体温度検出回路22を設ける例を説明したが、図4に示すように、気体温度検出回路22や吸気流量検出素子4が樹脂でパッケージされたチップパッケージ28で構成されていても良い。
次に、気体温度信号を用いて気体流量信号を補正する方法について説明する。
本実施例では、気体流量信号を補正するためにマップを用いる。マップとは、規格化された気体流量信号と気体温度信号に対する補正定数とを格子状に並べたものをいい、このマップを用いて気体流量信号および気体温度信号に応じて気体流量信号の補正値を算出する方法をマップ補正という。
図5Aは、本発明の第一実施例に係る吸入空気流量信号の補正ロジック図である。
本実施例では、気体流量検出信号Qa、基板温度検出信号Tp、気体温度検出信号Taをデジタル値に変換した信号を用いて補正を行うにあたって、補正に用いる温度信号に関しては、基板温度検出信号Tpまたは気体温度検出信号Taのいずれか一方を選択するスイッチ29が設けられている。スイッチ29はPROM(PROMは,EPROM,EEPROM,フラッシュなどの不揮発メモリである)15内の定数によって切り替えることが可能である。また、マップでは、任意の温度ごとに格子点が配列されており、格子点に各格子点の温度Tおよび流量Qに応じた補正定数(補正量)が格納されている。気体温度検出信号Taまたは基板温度検出信号Tpが示す温度Tと気体流量検出信号Qaが示す流量Qとが格子点間にある場合は、格子点間を線形補間することによって補正定数が算出され、算出された補正定数を用いて気体流量検出信号Qaが補正される。これによって広い範囲の温度の補正を可能としている。
「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したように、一般的なマップは、格子点が等間隔に並んだ直交格子で構成された2次元マップである。直交格子で構成された2次元マップについて、図12Aおよび図12Bを用いて説明する。図12Aは、直交格子で構成された2次元マップを用いた場合の吸入空気流量信号の補正ロジック図である。図12Bは、図12Aのロジックにおけるマップ内のデータ配置図である。
上述したように、温度信号としては、気体温度検出素子2からの気体温度検出信号Taまたは温度センサ12からの基板温度検出信号Tpを用いることができる。以下、温度信号として、気体温度検出素子2からの気体温度検出信号Taを用いる例について説明する。基板温度検出信号Tpを用いる場合は、以下の説明における気体温度検出信号Taを基板温度検出信号Tpに置き換えることで、本発明に係る実施例を実施することができる。
マップ100’ では、規格化された気体流量信号(入力流量Q)と気体温度信号(入力温度T)との交点を格子点101と呼び、格子点101に補正定数(補正量)が与えられている。すなわちマップ100’は、直交格子で構成されている。ここで直交格子とは、格子点101が縦軸方向および横軸方向に直線状に並び、横格子103および縦格子104が相互に直交するように交わる格子を意味する。さらに一般的な直交格子では、横格子103および縦格子104が縦軸方向および横軸方向にそれぞれ等間隔に並び、両格子103,104の交点である格子点101が縦軸方向および横軸方向に等間隔に並んでいる。
実際に得られる補正定数の流量と温度とは、図12Bに白丸102で示すように、格子点101からずれている。白丸102は、補正定数が取得された補正定数取得点(温度T、流量Q)を示す。以下、マップ上における白丸の入力温度軸上および入力流量軸上における位置(座標)を取得点102と呼んで説明する。
取得点102の格子点101からのずれ量は、温度に応じて、横軸(入力温度軸)方向および縦軸(入力流量軸)方向に変化する。このため、例えば常温25℃(T3)における取得点102は、一点鎖線L3上に並んでおり、マップ100’の格子点101に近接するように格子点101の分解能(間隔)を最適に設定しても、他の温度T2,T4では一点鎖線L2,L4上に並ぶ取得点102が温度T2,T4上の格子点101から大きくずれる。このことから、各取得点102に最適な、入力温度軸方向および入力流量軸方向における格子の分解能(格子点の間隔)は温度に応じて変化し、各温度において同じではないことが見出された。
取得点102と格子点101とがずれている場合、格子点101の近傍にある取得点102について線形補間を行い、格子点101の補正定数を算出する。この場合、算出される補正定数は大きな誤差を含む可能性がる。
図13は、格子点の近傍にある二つの入力点から格子点の補正定数を算出する線形補間の概念図である。
図13に示すように、補正定数(補正量)±Qは気体流量に対して曲線を描いて変化する。このため、隣り合う二つの取得点102における気体流量QnとQn+1とを用いて格子点101における気体流量Qmに対する補正定数を線形補間すると、格子点101に設定される補正定数にΔ±Qの誤差(補間誤差)が生じる。このため、直交格子で構成されたマップ100’の格子点101を補正定数の設定点(格納点)105とすると、マップに格納される補正定数に補正の高精度化を制限する補間誤差が発生する可能性がある。その結果、気体流量補正信号に検出精度の高精度化を制限する誤差が生じ、熱式流量測定装置1で測定する吸入空気流量の高精度化に限界が生じることになる。
そこで、本実施例では、図5Bに示すようなマップ100Aを用いる。図5Bは、第一実施例のロジックにおけるマップ内のデータ配置図である。
マップ100Aは、ひずみ格子で構成されることにより、得られる補正定数に対して格子の分解能が最適化される。このため、取得点102と格子点101とを一致させることができ、取得点102の補正定数がそのままマップ100Aに格納される。すなわち、取得点102が補正定数の設定点(格納点)105となる。このため、補間誤差を含まない補正定数をマップAに格納することができる。すなわち、格子の分解能が最適化されることで、高精度に流量の温度特性を補正することが可能となる。
ひずみ格子は、マップ100Aの横軸方向および縦軸方向の少なくともいずれか一方で、格子点の間隔が不均一になるように、格子点101が設定された状態を意味する。本実施例では、横軸方向および縦軸方向の両方において、格子点101の間隔が不均一になるように、格子点101が設定されている。この場合、格子点101は特定の温度T(T1,T2,T3,T4,T5)において一直線上に並ばず、縦軸方向に並ぶ格子点101の間隔が不均一である。また、格子点101は特定の入力流量Q(Q1,Q2,Q3,Q4,Q5)において一直線上に並ばず、横軸方向に並ぶ格子点101の間隔が不均一である。すなわち、縦格子103および横格子104が直線ではなく、折れ線状になる。
ひずみ格子としたことにより、各格子点101のマップ100A上における位置を記憶しておく必要がある。このため、各格子点101における図5Bの入力温度Tおよび入力流量Qの値をPROM(またはEPROM)15に記憶する。各格子点101の入力温度Tおよび入力流量Qの値は入力温度Tを横軸(縦軸)とし、入力流量Qを縦軸(横軸)とする直交座標系における座標値とみなすことができる。このように本実施例では、ひずみ格子を用いるために、マップ100A上における各格子点101(取得点102)の位置情報が記憶される。
本実施例では、記憶される位置情報は、入力流量Q軸における補正定数設定点105の入力流量値と、入力温度T軸における補正定数設定点105の入力温度値である。ここで、補正定数設定点105の入力流量値および入力温度値は、入力流量値および入力温度値に限定されることなく、これらの入力流量値および入力温度値に対応する値、またはこれらの入力流量値および入力温度値に相当する値を含む。
次に、気体流量検出信号Qaを補正する動作について説明する。
エンジンの稼働中に測定される気体温度検出信号Taに基づいて気体流量検出信号Qaを補正する場合、検出された気体温度検出信号Taを入力温度Tとして、また気体流量検出信号Qaを入力流量Qとして、マップ100Aを参照する。この場合、気体流量検出信号Qaおよび気体温度検出信号Taは、マップ100Aを参照する参照入力流量Qおよび参照入力温度Tとして用いられる。
以下、エンジンの稼働中に測定される気体温度検出信号Taおよび気体流量検出信号Qaにより特定されるマップ上における位置を実測点と呼ぶ。
気体温度検出信号Taおよび気体流量検出信号Qaが格子点101の入力温度Tおよび入力流量Qに一致しない場合、デジタル信号処理回路(DSP)10において、実測点の近傍に存在する複数の格子点101について線形補間を行い、実測点の気体温度検出信号Taおよび気体流量検出信号Qaに対応する補正定数を算出する。そして、算出した補正定数に基づいて気体流量検出信号Qaを補正する。
本実施例は、補正定数を格納するマップ100Aに特徴があり、マップ100Aに格納された補正定数を用いて気体流量検出信号Qaを補正する具体的な動作(方法)については、従来知られている動作(方法)を適用することができる。
本実施例では、実測点の補正定数を算出する際に線形補間による誤差が生じるが、格子点101には高精度な補正定数が与えられているため、気体温度検出信号Taおよび気体流量検出信号Qaに対応する高精度な補正定数を算出することができる。
なお、実測点の補正定数を算出する際の補間の方法については、線形補間に限定される訳ではない。線形補間以外の補間方法により複数の格子点101の間を内挿して補正定数を求めてもよい。
次に、第二実施例について、図6A、図6B、図7および図8を用いて説明する。第一実施例と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
図6Aは、本発明の第二実施例に係る吸入空気流量信号の補正ロジック図である。図6Bは、第二実施例のロジックにおけるマップ内のデータ配置図である。
第一実施例では格子点101を理想的な位置(取得点102に一致する位置)に配列する例を示したが、第二実施例では、第一実施例で説明した取得点102を伸縮させることによって、取得点102の補正定数を直交格子(103,104)における格子点101の補正定数として設定する。すなわち、図6Bのマップ100Bに示すように、取得点102が直交格子の格子点101に一致するように取得点102の位置をずらし、取得点102の補正定数(補正量)を格子点101に格納(設定)する。これにより、取得点102の位置が直交格子の格子点101の位置と対応するように変換され、取得点102の位置が直交格子の格子点101の位置と一致するように、取得点102が再配列される。
本実施例では、直交格子(103,104)の格子点101が補正定数の設定点(格納点)となる。なお、本実施例および後述の実施例3における直交格子(103,104)は、格子点101が縦軸方向および横軸方向に直線上に並んだ格子であり、複数の格子103,104が等間隔に並んだものだけでなく、不等間隔に並んだ格子を含む。
取得点102の再配列について、図7および図8を用いて説明する。図7は、第二実施例のロジックにおける流量信号の伸縮マップである。図8は、第二実施例のロジックにおける温度信号の伸縮マップである。
本実施例では、伸縮テーブル30A(図7)と伸縮テーブル30B(図8)とを備え、取得点102の位置が直交格子の格子点101の位置と一致するように、取得点102を再配列する。伸縮テーブル30Aは、取得点102における入力温度T(T1,T2,T3,…,Tn)および入力流量Q(Q1,Q2,Q3,…,Qn)を、取得点102を一致させる格子点101における入力流量Q’(Q’1,Q’2,Q’3,…,Q’n)に対応付けるテーブルである。伸縮テーブル30Bは、取得点102における入力温度T(T1,T2,T3,…,Tn)および入力流量Q(Q1,Q2,Q3,…,Qn)を、取得点102を一致させる格子点101における入力温度T’(T’1,T’2,T’3,…,T’n)に対応付けるテーブルである。なお、第一実施例で説明したように、気体温度検出信号Taに替えて基板温度検出信号Tpを用いてもよいため、図7および図8における入力温度TはTa1(Tp1),Ta2(Tp2),Ta3(Tp3),…,Tan(Tpn))と表記している。
以下の説明では、再配置された取得点102の入力流量Q’(Q’1,Q’2,Q’3,…,Q’n)および入力温度T’(T’1,T’2,T’3,…,T’n)を、変換入力流量Q’(Q’1,Q’2,Q’3,…,Q’n)および変換入力温度T’(T’1,T’2,T’3,…,T’n)と呼ぶ。変換入力流量Q’(Q’1,Q’2,Q’3,…,Q’n)および変換入力温度T’(T’1,T’2,T’3,…,T’n)は補正マップ100Bにおける格子点101の入力流量および入力温度に一致する。
伸縮テーブル30Aおよび伸縮テーブル30Bは、マップ100B上における格子点101と取得点102との間の位置関係を示す情報(位置情報)を格納する。すなわち、伸縮テーブル30Aおよび伸縮テーブル30Bに格納される位置情報は、取得点102を再配置される格子点101に対応付ける位置情報である。
本実施例のマップ100Bは、格子点101を基準にすると、直交格子により構成されている。一方、取得点102を基準にすると、取得点102を格子点101に一致させるために、横軸(入力温度T軸)と縦軸(入力流量Q軸)とを各取得点102に対応させて伸縮させていることになる。従って、特定の入力温度Tの直線上に一列に並んだ複数の取得点102は、実際には相互に異なる入力温度を有している。また、特定の入力流量Qの直線上に一列に並んだ複数の取得点102は、実際には相互に異なる入力流量を有している。すなわち、取得点102はひずみ格子のひずみ格子点に一致するように設定され、このひずみ格子点が直交格子点に一致するようにひずみ格子が伸縮されて直交格子に変換されることにより、取得点102が直交格子の直交格子点に再配列される。このことは、取得点102を基準にすると、マップ100Bがひずみ格子により構成されていることに変わりないことを意味する。
次に、気体流量検出信号Qaを補正する動作について説明する。
エンジンの稼働中に測定される気体温度検出信号Taに基づいて気体流量検出信号Qaを補正する場合、検出された気体温度検出信号Taを入力温度Tとして、また気体流量検出信号Qaを入力流量Qとして、入力温度Tおよび入力流量Qを、マップ100Bを参照する参照値に変換した後、マップ100Bを参照する。マップ100Bを参照するために変換された入力温度Tおよび入力流量Qを、参照入力温度Tおよび参照入力流量Qと呼ぶ。
このために本実施例では、補正マップ100Bの直前に、流量の入力信号Q(気体流量検出信号Qaのデジタル値)を伸縮させるため、図7に示す伸縮テーブル30Aを設ける。これにより、補正マップ100Bを参照する前に伸縮テーブル30Aを参照して、エンジンの稼働中に測定される入力信号Q(気体流量検出信号Qaのデジタル値)を参照入力流量Q’に変換する。また、温度の入力信号T(気体温度検出信号Taのデジタル値)を伸縮させるため、補正マップ100Bの直前に、図8に示す伸縮テーブル30Bを設ける。これにより、補正マップ100Bを参照する前に伸縮テーブル30Bを参照して、入力信号Tを参照入力温度T’に変換する。次に、参照入力流量Q’および参照入力温度T’を用いてマップ100Bを参照し、補正定数を求める。
本実施例においては、エンジンの稼働中に測定される気体温度検出信号Taが取得点102の入力温度Tに一致しない場合、デジタル信号処理回路(DSP)10において、気体温度検出信号Taの近傍に存在する二つの取得点102の入力温度Tについて線形補間を行い、参照入力温度T’を算出する。同様に、エンジンの稼働中に測定される気体流量検出信号Qaが取得点102の入力流量Qに一致しない場合、デジタル信号処理回路(DSP)10において、気体流量検出信号Qaの近傍に存在する二つの取得点102の入力流量Qについて線形補間を行い、参照入力流量Q’を算出する。
本実施例において、参照入力流量Q’および参照入力温度T’は、変換入力流量Q’および変換入力温度T’を変換するために用いた伸縮テーブル30Aおよび伸縮テーブル30Bを用いて、同様な伸縮率(変換率)で変換される。
参照入力流量Q’および参照入力温度T’を用いて補正マップ100Bを参照し、気体温度検出信号Taおよび気体流量検出信号Qaに対応する補正定数を算出する。そして、算出した補正定数に基づいて気体流量検出信号Qaを補正する。補正マップ100Bを用いて補正定数を求める動作(方法)および気体流量検出信号Qaを補正する動作(方法)は、第一実施例と同様である。
また、流量信号を変換する伸縮テーブル30Aに入力される流量の入力信号Qは、温度依存性を有する。そこで、伸縮テーブル30Aを参照する際に、流量信号Qだけでなく、温度信号T(Ta)を取り込み、温度依存性を緩和する構成にしている。もう一方の温度信号を変換する伸縮テーブル30Bに入力される温度の入力信号Tは、流量依存性を有する。そこで、伸縮テーブル30Bを参照する際に、流量信号Qを取り込み、流量依存性を緩和する構成となっている。
なお、第一実施例で説明したように、気体温度検出信号Taに替えて基板温度検出信号Tpを用いてもよい。また、図7の伸縮テーブルに替えて伸縮関数を用いてもよい。また、図8の伸縮テーブルに替えて伸縮関数を用いてもよい。
本実施例によれば、格子点101から見た補正マップ100Bが直交格子であり、全格子点101の位置情報(座標)を記憶する必要が無い。すなわち、図6Bの縦軸におけるQ’1,Q’2,Q’3,Q’4,Q’5の5つの位置情報と、横軸におけるT’1,T’2,T’3,T’4,T’5の5つの位置情報とを記憶することにより、25(5×5)個分の格子点101の位置を特定することができる。また、格子点に格納される補正定数は補間による誤差を含まない高精度なデータであり、第一実施例と同様の補正精度を得ることが可能である。従って本実施例では、補正精度を高め、かつメモリおよび演算負荷を低減できることから、演算処理部のサイズを低減し、演算速度を向上させた熱式流量測定装置1を得ることができる。
次に、第三実施例について、図9および図10を用いて説明する。図9は、第三実施例に係る吸入空気流量信号の補正ロジック図である。図10は、第三実施例のロジックにおける2次係数の伸縮マップである。第一実施例および第二実施例と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施例では、第二実施例における、補正マップ100Bの直前に設けられる伸縮テーブル30Aが、テーブルと関数との組合せ30Cに変更されている。すなわち本実施例では、図10に示すテーブル31と後述する(式1)、(式2)および(式3)とを用いて、取得点102の入力流量Q(Q1,Q2,Q3,…,Qn)を図6Bの変換入力流量Q’(Q’1,Q’2,Q’3,…,Q’n)に対応付ける。このテーブルと関数との組合せ30Cに係る構成以外の構成及び動作は、第二実施例と同様である。以下、第二実施例と異なる、テーブル31と(式1)、(式2)および(式3)とを用いて、入力流量Q(Q1,Q2,Q3,…,Qn)を変換入力流量Q’(Q’1,Q’2,Q’3,…,Q’n)に対応付ける動作について、説明する。
本実施例では、入力流量Qを変換入力流量Q’に対応付ける式3の最高次数を2次としている。この場合、2次の係数が図10に示すテーブル31として設けられている。さらに、2次の係数Kaから各次数の係数Kb,Kcは以下のように算出される。
Kb=Ka*a1 …(式1) Kc=Ka*a2 …(式2)ここで、a1,a2は予め設定されている定数である。
Qの変換方法としては、以下の式によって変換入力流量Q’が算出される。すなわち、式3により、エンジンの稼働中に吸気流量検出素子4で検出される気体流量検出信号Qaが変換入力流量Q’に変換される。
Q’=Q-(Ka*Tp^2(or Ta^2)+Kb*Tp(or Ta)+Kc) …(式3)
第二実施例と同様に変換された変換入力温度T’と、本実施例の変換入力流量Q’とを用いて、取得点102が補正マップ100Bの格子点101に変換される。
本実施例では、第二実施例の伸縮テーブル30Aの代わりに、テーブル31のデータ、定数a1,a2、式1、式2および式3が、マップ100B上における格子点101と取得点102との間の位置関係を示す情報として格納される。
次に、気体流量検出信号Qaを補正する動作について説明する。
エンジンの稼働中に測定される気体温度検出信号Taに基づいて気体流量検出信号Qaを補正する場合、気体流量検出信号Qaを入力流量Qとしてテーブル31を参照し、入力流量Qに対応する係数Kaを決定する。決定した係数Kaから式1および式2を用いて係数Kb,Kcを算出し、式3を用いて参照入力流量Q’を算出する。
本実施例においては、エンジンの稼働中に測定される気体流量検出信号Qaが取得点102の入力流量Q(0,Q1,Q2,Q3,…,Qn)に一致しない場合、デジタル信号処理回路(DSP)10において、気体流量検出信号Qaの近傍に存在する二つの取得点102の入力流量Qについて線形補間を行い、係数Kaを算出する。
補正マップ100Bを用いて補正定数を求める動作(方法)および気体流量検出信号Qaを補正する動作(方法)は、第一実施例および第二実施例と同様である。
本実施例においても、第二実施例と同様に、取得点102を基準にすると、マップ100Bがひずみ格子により構成されていることに変わりない。
本実施例によれば、伸縮テーブル31の格子点数を簡易化でき、ソフト容量および計算負荷を最小限とし、ひずみ格子と同等の効果を得ることが可能である。また、2次以上の高次の関数を設ける場合においても、最高次数の係数のみテーブルで設け、その他の各次数の係数は最高次数から算出する。これにより、係数の記憶容量を低減することができる。
なお、本実施例では気体流量検出信号Qaについて説明したが、気体温度信号TpあるいはTaに関して同じ変換を行っても同じ効果が得られる。
以下、第一実施例、第二実施例および第三実施例に共通する特徴について説明する。
まず、参照入力流量Q’(第一実施例の参照入力流量Q)における補正定数±Q’mを、二つの格子点における流量値(以下、格子点流量値と呼ぶ)Q’n,Q’n+1の間で線形補間を行って求める場合に発生する誤差(以下、補間誤差と呼ぶ)について説明する。
図14は、二つの格子点の中間にある参照入力流量Q’の補正定数を算出する線形補間の概念図である。なお図14では、参照入力温度T’は格子点の入力温度に一致しているものと仮定する。また、第一実施例では参照入力流量をQと表記しているが、図14では第一実施例における参照入力流量Qを含めて参照入力流量Q’と表記する。
参照入力流量Q’の参照値Q’mが二つの格子点流量値(取得点流量値)Q’n,Q’n+1の中間にある場合、二つの格子点流量値Q’n,Q’n+1の補正定数±Q’nと±Q’n+1との間を線形補間して、補正定数±Q’mを算出する。この場合、算出した補正定数±Q’mはΔ±Q’の誤差(補間誤差)を有する。特に図14のような曲線の場合、補間誤差は二つの格子点流量値Q’n,Q’n+1の中央値で最大となる。補正定数の曲線によっては、二つの格子点流量値Q’n,Q’n+1の中央値で補間誤差が最大になるとは限らないが、補間誤差が最大になる流量値は二つの格子点流量値Q’n,Q’n+1の中間(必ずしも中央を意味しない)、すなわち二つの格子点101の中間(必ずしも中央を意味しない)に存在する。
図11は、本発明の実施例に係る熱式流量測定装置の出力誤差を示す図である。
図11において、出力1は気体温度検出素子2からの気体温度検出信号Taまたは温度センサ12からの基板温度検出信号Tpを用いて気体流量検出素子4の気体流量検出信号Qaを補正した場合の補間誤差(%)を示す。また出力2は気体温度検出信号Taおよび温度センサ12以外のセンサ(例えば外付けしたサーミスタ)を用いて検出した温度を用いて気体流量検出素子4の気体流量検出信号Qaを補正した場合の補間誤差(%)を示す。出力1および出力2において、参照入力流量および参照入力温度が格子点101(設定点105)に一致する場合は、格子点101に設定された補正定数をそのまま用いることができ、線形補間を行う必要がないため、補間誤差が発生しない。このため、参照入力流量および参照入力温度が格子点101(設定点105)に一致する場合の補間誤差は0%になる。
本発明に係る実施例では、図11の出力2のように、気体温度検出素子2および温度センサ12とは異なる温度センサの温度を用いて気体流量検出信号Qaを補正する場合、出力1と出力2との間で格子点101(設定点105)がずれる。このため、補間誤差が0%になる流量点はずれる。すなわち、出力1が流量軸(補間誤差0%)を横切る流量点と出力2が流量軸(補間誤差0%)を横切る流量点とが異なる位置になる。また、図14を用いて説明したように、補間誤差が最大となる点(ピーク位置)は格子点101(設定点105)の中間に存在し、出力1のピーク位置と出力2のピーク位置とは異なる位置となる。
一方、直交格子の格子点101に、複数の補正定数取得点102間を線形補間して求めた補正定数を格納する補正マップ100’を用いた場合、補正定数が設定される格子点101が等間隔に並ぶ。また、どのような温度センサまたは温度検出素子を用いても、格子点101の間隔(すなわち補正定数の設定点の間隔)は一定であり、変化しない。その結果、出力1が流量軸(補間誤差0%)を横切る流量点と出力2が流量軸(補間誤差0%)を横切る流量点とは同じ位置になる。また、補間誤差が最大となる点(ピーク位置)は格子点101の中間に存在し、出力1のピーク位置(流量点)と出力2のピーク位置(流量点)とは同じ位置になる。
ひずみ格子を用いた場合には、どのような方式を用いていても、図11に示す特徴を有する。そして、本実施例に係る熱式流量測定装置1は各温度および各流量に格子位置を変更することが可能である。
ここで、吸気流量検出素子4を支持する支持部として、吸気流量検出素子4の一部を樹脂により封止するパッケージ構造を例に挙げたが、セラミック基板やプリント基板、樹脂成型体等、吸気流量検出素子4を支持しつつ吸気を分流させるような他の構造でも良い。
本発明に係る実施例によれば、吸気温度と吸気流量による2次元補正マップ(2次元補正テーブル)が設けられており、吸気温度が変わっても吸気流量補正マップの分割間隔が常温時の分割間隔と異なり、また各温度で最適な分割間隔とすることで、高精度な温度補正が可能な熱式流量測定装置を提供することができる。
また本発明によれば、検出した吸気流量を補正するための補正マップ(補正テーブル)と吸気温度を検出するための吸気温度検出素子を備え、吸気温度に応じて吸気流量の補正マップの格子間隔(分解能)を最適化することで、温度変化の大きな環境下でも吸気温度に影響することなく、高精度に吸入空気流量を検出することができる。
また、実験的などにより求められる補正値を単純に記憶しようとすると、補正値の記憶に必要なデータ量が膨大となり、装置が大掛かりなものとなる。しかし、本発明に係る実施例によれば、補正値の記憶に必要なデータ量を少なくすることができ、装置を小型化することができる。
1…熱式流量測定装置(気体流量測定装置)、2…気体温度検出素子、3…吸気通路ボディ(吸気管)、4…吸気流量検出素子、5…基板、6…主通路、7…副通路、8…気体(空気)の流れ、9…固定抵抗,10…デジタル信号処理回路DSP、11…アナログ-デジタル変換器AD1、12…集積回路内の温度センサ、13…アナログ-デジタル変換器AD2、14…アナログ-デジタル変換器AD3、15…PROM(EPROM)、16…デジタル-アナログ変換器DA1、17…フリーランニングカウンタFRC1、18…デジタル-アナログ変換器DA2、19…フリーランニングカウンタFRC2、20…発振器、21…集積回路、22…気体温度検出回路、23…レギュレータ、24…マルチプレクサMUX1、25…マルチプレクサMUX2、26…エンジンコントロールユニットECU、27…SENT生成器、28…チップパッケージ、29…スイッチ、30A…伸縮テーブル、30B…伸縮テーブル、31…テーブル、100A…補正マップ、100B…補正マップ、101…格子点、102…補正定数取得点(取得点)、103…横格子、104…縦格子、105…補正定数の設定点。

Claims (6)

  1. 流量を環境温度の影響を有する状態で検出する流量検出素子と、
    環境温度を検出する温度検出部と、
    縦軸または横軸のいずれか一方を入力流量軸とし他方を入力温度軸とし、前記縦軸と前記横軸とにより構成される補正マップの上に設定される、前記流量検出素子が検出する流量検出信号の補正量を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された前記補正量を用いて前記流量検出信号を補正する補正演算部と、
    を備えた気体流量測定装置において、
    前記補正量は、前記補正マップ上において、相互に直交する縦格子と横格子とがそれぞれ前記横軸の方向と前記縦軸の方向とに複数ずつ配置された直交格子の格子点から外れた位置を取得点とする補正量であり、前記補正マップ上における前記取得点が前記補正マップ上における前記補正量の設定点として設定され、
    前記記憶部は前記補正マップ上における前記取得点の位置情報を記憶し、
    前記補正演算部は、流量測定時に、前記流量検出素子で検出される流量検出信号から前記位置情報に基づいて前記補正マップを参照する参照入力流量を求め、また前記温度検出部で検出される温度検出信号から前記位置情報に基づいて前記補正マップを参照する参照入力温度を求め、前記参照入力流量に対応する前記入力流量軸の入力流量と前記参照入力温度に対応する前記入力温度軸の入力温度とに対応する補正量を求めることを特徴とする気体流量測定装置。
  2. 請求項1に記載の気体流量測定装置において
    記位置情報は、前記入力流量軸における前記設定点の入力流量値および前記入力温度軸における前記設定点の入力温度値であることを特徴とする気体流量測定装置。
  3. 流量を環境温度の影響を有する状態で検出する流量検出素子と、
    環境温度を検出する温度検出部と、
    縦軸または横軸のいずれか一方を入力流量軸とし他方を入力温度軸とし、前記縦軸と前記横軸とにより構成される補正マップの上に設定される、前記流量検出素子が検出する流量検出信号の補正量を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された前記補正量を用いて前記流量検出信号を補正する補正演算部と、
    を備えた気体流量測定装置において、
    前記補正量は、前記補正マップ上において、相互に直交する縦格子と横格子とがそれぞれ前記横軸の方向と前記縦軸の方向とに複数ずつ配置された直交格子の格子点から外れた位置を取得点とする補正量であり、
    前記記憶部は前記補正マップ上における前記取得点の位置情報を記憶し、
    前記補正マップ上における前記取得点は、前記直交格子の前記格子点に一致するように再配置され、
    前記位置情報は、前記取得点を前記格子点に対応付ける情報であり、
    前記補正演算部は、流量測定時に、前記流量検出素子で検出される流量検出信号から前記位置情報に基づいて前記補正マップを参照する参照入力流量を求め、また前記温度検出部で検出される温度検出信号から前記位置情報に基づいて前記補正マップを参照する参照入力温度を求め、前記参照入力流量に対応する前記入力流量軸の入力流量と前記参照入力温度に対応する前記入力温度軸の入力温度とに対応する補正量を求めることを特徴とする気体流量測定装置。
  4. 請求項3に記載の気体流量測定装置において、
    前記位置情報のうち前記入力流量軸に関する位置情報、または、前記入力温度軸に関する位置情報、または、前記入力流量軸に関する位置情報と前記入力温度軸に関する位置情報との両方は、2次以上の関数と前記関数の最高次数の係数とを含んで構成されることを特徴とする気体流量測定装置。
  5. 請求項2に記載の気体流量測定装置において、
    前記流量検出素子が検出する流量検出信号を補正した流量補正信号に生じる誤差は、前記設定点の入力流量値で0%になり、
    前記温度検出部で検出した温度検出信号を用いた場合の誤差特性と、前記温度検出部以外の温度センサで検出した温度検出信号を用いた場合の誤差特性とでは、異なる入力流量値で誤差が0%になることを特徴とする気体流量測定装置。
  6. 請求項3に記載の気体流量測定装置において、
    前記流量検出素子が検出する流量検出信号を補正した流量補正信号に生じる誤差は、前記格子点の入力流量値で0%になり、
    前記温度検出部で検出した温度検出信号を用いた場合の誤差特性と、前記温度検出部以外の温度センサで検出した温度検出信号を用いた場合の誤差特性とでは、異なる入力流量値で誤差が0%になることを特徴とする気体流量測定装置。
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