WO2023100232A1

WO2023100232A1 - 空気流量計測装置及び空気流量計測方法

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Publication number: WO2023100232A1
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Inventors: 昌大松本; 良介土井; 優志荒木
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Filing date: 2021-11-30
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Abstract

空気流量計測装置は、管内を移動する空気流の空気流量を検出して、空気流量に対応する入力信号を生成する空気流量検出装置と、入力信号に基づいて空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定し、空気流が層流であると判定した場合に入力信号に対して比例演算を行った出力結果を用いて演算した結果、又は空気流が乱流であると判定した場合に入力信号に対して２乗演算を行った出力結果を用いて演算した結果を、空気流量に応じた出力信号として出力する演算部と、を備える。

Description

空気流量計測装置及び空気流量計測方法

　本発明は、空気流量計測装置及び空気流量計測方法に関する。

　従来、管内を移動する空気の流量を計測する空気流量計測装置が用いられていた。空気流量計測装置は、エンジンの燃費を改善するための指標となる空気流量を計測するための装置である。このため、空気流量計測装置は、例えば、自動車用エンジンの吸気管に設置されている。吸気管内の空気は、吸気行程でシリンダ内に吸気される。その後、燃焼行程、膨張行程、排気行程を経て、再び吸気行程が行われる。

　ところで、エンジンの燃費を改善すると、吸気管内の空気の流れに脈動が生じることが知られている。この原理を簡単に説明する。シリンダ内でピストン運動が行われると、ピストン運動に合わせて吸気管内の空気の流速が変化する。このような空気の流速の変化を脈動と呼ぶ。吸気管内で脈動が発生すると、空気流量計測装置が計測する空気流量に影響が生じ、空気流量の平均値（平均流量）に誤差（「脈動誤差」と呼ぶ）が生じる。脈動誤差は、空気流量計測装置が計測する空気流量の平均値と、真の空気流量の平均値との差分を表す。脈動振幅率は、脈動振幅と平均流量の比率で脈動の大きさを表す指標である。一般に脈動振幅率が大きくなると脈動誤差は増加する。

　例えば、吸気管に設けられるスロットルバルブが閉じられ、吸気管内の空気が流れづらくなると、エネルギー損失が生じるため、燃費が悪くなる。ただし、スロットルバルブが閉じられた状態であれば、エンジンで脈動が発生しても、吸気管に脈動の影響は及びにくい。一方で、燃費を改善するためには、スロットルバルブが開かれる。スロットルバルブが開かれた状態であれば、エンジンで発生した脈動の影響が吸気管内の空気に及びやすくなり、空気流量に生じる脈動誤差の影響が大きくなる。

　脈動誤差を低減する方法の一例として、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１には、空気流量検出素子が計測した副通路の空気流量から、吸気管を流れる空気流量を求める技術が記載されている。

特開２０１８－２０５１３４号公報

　ここで、特許文献１に記載された従来の空気流量計測装置の設置場所について説明する。
　図１は、空気流量検出装置の設置場所の例を示す図である。図１では、従来の空気流量検出装置１００について説明するが、後述する実施形態に係る空気流量検出装置２についても空気流量検出装置１００と同様に配置される。

　エンジンに取り込まれる空気は、吸気管１６を図１の左側から右側に移動する。ここで、吸気管１６の一部に空気を分岐する副通路１７を設ける。そして、吸気管１６の副通路１７の設置個所に対応する部分を、吸気管１６の大部分の空気が流れる主通路１８と呼ぶ。副通路１７には、空気流量検出装置１００が設置され、副通路１７の空気流量を検出する。空気流量検出装置１００は、副通路１７を流れる空気を検出すると検出信号を出力する。不図示の電子制御装置は、空気流量検出装置１００が出力した検出信号に基づいて、副通路１７を流れる空気の空気流量Ｑ_２を求める。そして、電子制御装置は、副通路１７の空気流量Ｑ_２から数値計算により主通路１８の空気流量Ｑ_１を求める。

　副通路１７に空気流量検出装置１００を配置することは空気流量検出装置１００の汚損や水対策に有用である。しかし、副通路１７の通路径は、主通路１８の通路径に対して小さい。一般的に、通路を流れる空気の空気流は、流速が小さい時は層流であり、流速が大きい時は乱流になる。また、通路径が小さい程、層流から乱流に変化する時の流速は大きくなる。このため、主通路１８の流量Ｑ_１を徐々に増加させていくと、主通路１８の流れは早い段階で乱流になるが、副通路１７の流れは層流の状態である。また、層流と乱流では圧力損失の計算式が異なる。

　しかしながら、特許文献１に開示された従来技術では、全ての流量範囲を乱流の計算式で計算していた。このため、副通路１７の空気流量Ｑ_２から数値計算により主通路１８の空気流量Ｑ_１を求める際に、特に低流量域（例えば、低脈動振幅率（０～１００％））での空気流量の脈動誤差が大きくなっていた。つまり、副通路１７の空気流量Ｑ_２から数値計算により主通路１８の空気流量Ｑ_１を求めるには層流と乱流で計算式を変える必要があるが、上記の従来技術ではこのことに対する配慮が欠けていた。

　本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、低流量域における空気流量の脈動誤差を低減することを目的とする。

　本発明に係る空気流量計測装置は、管内を移動する空気流の空気流量を検出して、空気流量に対応する入力信号を生成する空気流量検出装置と、入力信号に基づいて空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定し、空気流が層流であると判定した場合に入力信号に対して比例演算を行った出力結果を用いて演算した結果、又は空気流が乱流であると判定した場合に入力信号に対して２乗演算を行った出力結果を用いて演算した結果を、空気流量に応じた出力信号として出力する演算部と、を備える。

　本発明によれば、低流量域における脈動誤差を低減して空気流量を求めることが可能となる。

空気流量検出装置の設置場所の例を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る空気流量計測装置の構成例を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る層流乱流判定部の内部構成例を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る空気流量検出装置の出力信号に対する第１入力信号演算部の出力特性の一例を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る空気流量検出装置の出力信号に対する第２入力信号演算部の出力特性の一例を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る空気流量検出装置の出力信号に対する切替部の出力特性の一例を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る計算機のハードウェア構成例を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態に係る層流乱流判定部の構成例を示すブロック図である。本発明の第３の実施の形態に係る層流乱流判定部の構成例を示すブロック図である。本発明の第４の実施の形態に係る層流乱流判定部の構成例を示すブロック図である。本発明の第５の実施の形態に係る層流乱流判定部の構成例を示すブロック図である。

　以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

［第１の実施形態］
　まず、本発明の第１の実施形態に係る空気流量計測装置の構成例について、図１から図６を参照して説明する。
　図１は第１の実施形態に係る空気流量検出装置の設置場所の例を示す図である。図２は第１の実施形態に係る空気流量計測装置１の構成例を示す図である。図３は、図２に示す層流乱流判定部５の構成例を示す図である。図４は、図２に示す第１入力信号演算部６の入出力特性の例を示す図である。図５は、図２に示す第２入力信号演算部７の入出力特性の例を示す図である。図６は、図２に示す切替部８の出力の例を示す図である。

　図２に示すように、本実施形態に係る空気流量計測装置１は、図１に示した空気流量検出装置２に加えて、演算部３を備える。
　空気流量検出装置（空気流量検出装置２）は、空気流量計測装置１が計測対象とする、図１に示した管内（例えば、副通路１７内）を移動する空気の空気流量Ｑ_２を検出して、空気流量Ｑ_２に対応する入力信号Ｑｓｅｎを生成する。入力信号Ｑｓｅｎは、副通路１７における空気流量Ｑ_２に応じた信号として、演算部３に入力される。

　演算部３は、空気流量検出装置２から入力された入力信号Ｑｓｅｎに対して所定の演算処理を行って、空気流量に応じた出力信号Ｑｏｕｔを出力する。ここで、演算部（演算部３）は、入力信号Ｑｓｅｎに基づいて空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定し、空気流が層流であると判定した場合に入力信号Ｑｓｅｎに対して比例演算を行った出力結果を用いて演算した結果、又は空気流が乱流であると判定した場合に入力信号Ｑｓｅｎに対して２乗演算を行った出力結果を用いて演算した結果を、空気流量に応じた出力信号Ｑｏｕｔとして出力する。この演算部３は、第３入力信号演算部４、層流乱流判定部５、第１入力信号演算部６、第２入力信号演算部７、切替部８、減算部１０、積分部１１、出力信号演算部９、及び加算部１２を備える。図２に示す演算部３が有する各機能部には、後述する式（５）で用いられる各項における計算式及び値を付している。

　第３入力信号演算部（第３入力信号演算部４）は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎに対して所定の演算を行う。例えば、第３入力信号演算部４は、副通路１７の通路長Ｌ_２を、主通路１８の通路長Ｌ_１で除算した値を、入力信号Ｑｓｅｎで表される空気流量Ｑ_２に乗じる演算を行う。

　層流乱流判定部（層流乱流判定部５）は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎに基づいて、空気流量検出装置２の周囲を流れる空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定する。第１の実施形態に係る層流乱流判定部５は、基準値と、空気流量Ｑ_２の絶対値とを比較することにより、空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定している。

　第１入力信号演算部（第１入力信号演算部６）は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎに対して２乗演算を行う。２乗演算により、空気流量Ｑ_２に対して乱流の出力結果Ｐ_２が得られる。
　第２入力信号演算部（第２入力信号演算部７）は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎに対して比例演算を行う。比例演算により、空気流量Ｑ_２に対して層流の出力結果Ｐ_２が得られる。

　切替部（切替部８）は、層流乱流判定部（層流乱流判定部５）の判定結果に基づいて、第１入力信号演算部（第１入力信号演算部６）の出力結果と、第２入力信号演算部（第２入力信号演算部７）の出力結果とを切り替え、切り替えた出力結果Ｐ_２を減算部１０に出力する。
　出力信号演算部（出力信号演算部９）は、加算部１２からの出力信号Ｑｏｕｔに対して２乗演算を行って出力結果Ｐ_１を減算部１０に出力する。

　減算部（減算部１０）は、切替部８（切替部８）により切り替えられた、第１入力信号演算部（第１入力信号演算部６）の出力結果Ｐ_２、又は第２入力信号演算部（第２入力信号演算部７）の出力結果Ｐ_２と、出力信号演算部（出力信号演算部９）の出力結果Ｐ_１との差分を求める。
　積分部（積分部１１）は、減算部（減算部１０）により求められた差分を積分して積分結果を出力する。
　加算部（加算部１２）は、第３入力信号演算部（第３入力信号演算部４）の出力結果と、積分部（積分部１１）積分結果とを加算して、演算部（演算部３）の出力信号Ｑｏｕｔを出力する。

　次に、図３を参照して層流乱流判定部５の構成を説明する。
　図３は、層流乱流判定部５の内部構成例を示す図である。

　層流乱流判定部（層流乱流判定部５）は、入力信号Ｑｓｅｎの瞬時値に基づいて、空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定する。このため、層流乱流判定部５は、絶対値検出回路１３、基準値発生回路１４、及び比較部１５を備える。

　絶対値検出回路１３は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎの絶対値を求める。
　基準値発生回路１４は、基準値を発生する。
　比較部１５は、絶対値検出回路１３の出力と、基準値発生回路１４の出力とを比較する。
　つまり、層流乱流判定部５は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎの瞬時値の絶対値を絶対値検出回路１３で求める。そして、層流乱流判定部５は、この絶対値が基準値発生回路１４の出力（基準値）よりも大きければ乱流と判定し、基準値発生回路１４の出力以下であれば層流と判定した判定結果を切替部８に出力する。

　次に、図４を参照して、図２に示した第１入力信号演算部６の動作の例を説明する。
　図４は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎに対する第１入力信号演算部６の出力特性の一例を示す図である。図４に示すグラフの横軸は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎの値を表し、縦軸は、第１入力信号演算部６の出力結果Ｐ_２を表す。

　第１入力信号演算部６は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎが正の時は、入力信号Ｑｓｅｎに対して単純に２乗演算を行った結果を出力する。一方、入力信号Ｑｓｅｎが負の時は、第１入力信号演算部６は、入力信号Ｑｓｅｎに対して２乗演算を行う。そして、第１入力信号演算部６は、入力信号Ｑｓｅｎの符号を負に変換した結果を出力する。入力信号Ｑｓｅｎが負の時とは、管内を空気が逆流していることを表す。例えば、脈動振幅率が大きくなると、吸気管１６を流れる空気が逆流し始める。このような処理により、第１入力信号演算部６は、図４に示す出力信号を発生させる。

　次に、図５を参照して、図２に示した第２入力信号演算部７の動作の例を説明する。
　図５は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎに対する第２入力信号演算部７の出力特性の一例を示す図である。図５に示すグラフの横軸は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎの値を表し、縦軸は、第２入力信号演算部７の出力結果Ｐ_２を表す。

　第２入力信号演算部７は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎに対して比例演算した結果を出力する。このような処理により、第２入力信号演算部７は、図５に示す出力信号を発生させる。

　次に、図６を参照して、図２に示した切替部８の動作の例を説明する。
　図６は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎに対する切替部８の出力特性の一例を示す図である。図６に示すグラフの横軸は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎの値を表し、縦軸は、切替部８の出力結果Ｐ_２を表す。

　切替部８は、層流乱流判定部５の出力の瞬時値に応じて、第１入力信号演算部６の出力と、第２入力信号演算部７の出力とを切り替えて出力する。層流乱流判定部５は空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎの瞬時値の絶対値が基準値発生回路１４の出力よりも大きければ乱流と判定し、入力信号Ｑｓｅｎの瞬時値の絶対値が基準値発生回路１４の出力以下であれば層流と判定した判定結果を出力する。そして、切替部８は、空気流を乱流と判定した判定結果が入力された場合に第１入力信号演算部６の出力結果を出力する。一方、切替部８は、空気流を層流と判定した判定結果が入力された場合に第２入力信号演算部７の出力結果を出力する。

　図６には、切替部８による乱流又は層流の判定に際して用いられる遷移点（１）、（２）の例が示される。遷移点（１）、（２）は、層流と乱流の判定結果を切替える点であり、図３に示した基準値発生回路１４から基準値として発生した値に対応する。

　例えば、空気流量検出装置２の設置位置を中心として吸気管１６が対称な形状であれば、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎの「０」から正負の方向に等距離で離れた位置に遷移点（１）、（２）が設定される。すなわち、遷移点（１）、（２）は、基準値発生回路１４から基準値として出力された値である。

　図６に示すように切替部８の出力は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎの瞬時値の絶対値が基準値発生回路１４の出力よりも小さい時は、第２入力信号演算部７の出力（空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎに対して比例した出力）になる。一方、切替部８の出力は、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎの瞬時値の絶対値が基準値発生回路１４の出力よりも大きい時は第１入力信号演算部６の出力（空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎに対して２乗演算した出力）になる。図６では、遷移点（１）、（２）を基準として、切替部８の出力である判定結果（層流又は乱流）を記載している。

　なお、吸気管１６が非対称な形状であれば、空気流が順流であるか、逆流であるかによって遷移点の値が変わる。例えば、吸気管１６が絞られたり、膨らんだり、曲げられたりすると、吸気管１６が非対称な形状となりやすい。この場合、各遷移点に合わせて２つの比較部１５を設けて、２つの比較部１５が各遷移点に応じて層流又は乱流を判定してもよい。

　次に、空気流量計測装置１の吸気管１６への配置例について、図１を参照して説明する。吸気管１６には空気流Ｑが流入し、この吸気管１６には主通路１８と副通路１７が設けられ、副通路１７に空気流量検出装置２が設置されている。

　次に、空気流量計測装置１の動作の例を説明する。図１に示したように吸気管１６を流れる空気流量Ｑの空気流は、主通路１８と副通路１７に分流する。主通路１８の流量をＱ_１、副通路１７の流量をＱ_２とすると、主通路１８の上流側の面Ａと下流側の面Ｂとの圧力差Δｐはナビエ・ストークスの式から以下の様に表される。

　ここで、式（１）、（２）の各定数は以下のように定義される。
　ρ：流体の密度
　Δｐ：面Ａと面Ｂの圧力差
　Ｌ_１：主通路１８の通路長
　Ｌ_２：副通路１７の通路長
　Ｃ_１：主通路１８の損失係数
　Ｃ_２：副通路１７の損失係数

　ここで、式（１）に式（２）を代入し、流量Ｑ_１を求めると、以下の式（３）を得る。

　ここで、Ｑ＝Ｑ_１＋Ｑ_２なので、吸気管１６を流れる空気の空気流量Ｑは、以下の式（４）で表される。

　ここで、流量Ｑ_１に比べて流量Ｑ_２が十分小さいと仮定できる場合、吸気管１６を流れる空気流量Ｑは以下の式（５）で表される。

　空気流量計測装置１が計測する空気流の流量は副通路１７の流量Ｑ_２であるので、空気流量計測装置１が式（５）を解くことで、流量Ｑ_２から空気流量Ｑの流量を時々刻々と求めることができる。これは吸気管１６を流れる空気流量Ｑが脈動状態でも成り立ち、副通路１７の流量Ｑ_２から吸気管１６を流れる空気流量Ｑを時々刻々と求めることができる。

　即ち、空気流量計測装置１は、吸気管１６を流れる流量Ｑが如何なる脈動状態であったとしても、脈動の影響を受けずに正確に吸気管１６を流れる流量Ｑを求めることが可能になる。つまり、脈動によって生じる脈動誤差を無くすことができる。また、本実施形態に係る空気流量計測装置１は、脈動波形が正弦波で無く高調波を含む歪んだ波形であっても副通路１７の流量Ｑ_２から吸気管１６を流れる空気流量Ｑを時々刻々と求めることができるので、脈動誤差の低減を図ることができる。

　上述した特許文献１では、主通路１８の損失係数Ｃ_１と副通路１７の損失係数Ｃ_２を固定値と考えていた。しかし、空気流が層流の時、損失係数が流量に反比例する。つまり、圧力差Δｐは空気流量に比例する。このことに対する配慮が特許文献１では考慮に欠けていたので、低流量での脈動誤差が増加していた。

　特に、副通路１７の通路幅は主通路１８の通路幅と比べて狭いので、より高流量まで層流状態を維持する副通路１７に対して層流から乱流へ遷移する時の影響が大きい。このことから本実施形態では、副通路１７側の演算に際して層流から乱流への遷移を配慮した、式（５）を演算可能とする、図２に示した構成を採用した。空気流量計測装置１は、副通路１７の流量Ｑ_２が乱流になるような高流量域であれば、式（５）の積分内における第１項を、第１入力信号演算部６の出力に変更する。

　一方、空気流量計測装置１は、副通路１７の流量Ｑ_２が層流になるような低流量域（例えば、アイドリング時における流速が１ｍ／秒以下）であれば、式（５）の積分内における第１項を、第２入力信号演算部７の出力に変更する。このため、空気流量計測装置１は、副通路１７の流量Ｑ_２が層流になるような低流量域であっても、より高精度に副通路１７の流量Ｑ_２から吸気管１６を流れる空気流量Ｑを時々刻々と求めることができる。このため、空気流量計測装置１は、従来よりも低流量域の脈動誤差を低減できる脈動誤差補正処理を提供することができる。

＜計算機のハードウェア構成＞
　次に、空気流量計測装置１を構成する計算機３０のハードウェア構成を説明する。
　図７は、計算機３０のハードウェア構成例を示すブロック図である。計算機３０は、本実施の形態に係る空気流量計測装置１として動作可能なコンピューターとして用いられるハードウェアの一例である。本実施の形態に係る空気流量計測装置１は、計算機３０（コンピューター）がプログラムを実行することにより、図２に示した各機能ブロックが連携して行う空気流量計測方法を実現することが可能である。

　計算機３０は、バス３４にそれぞれ接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）３１、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２、及びＲＡＭ（Random Access Memory）３３を備える。さらに、計算機３０は、不揮発性ストレージ３５及びネットワークインターフェイス３６を備える。

　ＣＰＵ３１は、本実施の形態に係る各機能を実現するソフトウェアのプログラムコードをＲＯＭ３２から読み出してＲＡＭ３３にロードし、実行する。ＲＡＭ３３には、ＣＰＵ３１の演算処理の途中で発生した変数やパラメーター等が一時的に書き込まれ、これらの変数やパラメーター等がＣＰＵ３１によって適宜読み出される。ただし、ＣＰＵ３１に代えてＭＰＵ（Micro Processing Unit）を用いてもよい。図２に示した演算部３の各機能は、ＣＰＵ３１が実行するプログラムにより実現される。

　不揮発性ストレージ３５としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、磁気テープ又は不揮発性のメモリ等が用いられる。この不揮発性ストレージ３５には、ＯＳ（Operating System）、各種のパラメーターの他に、計算機３０を機能させるためのプログラムが記録されている。ＲＯＭ３２及び不揮発性ストレージ３５は、ＣＰＵ３１が動作するために必要なプログラムやデータ等を記録しており、計算機３０によって実行されるプログラムを格納したコンピューター読取可能な非一過性の記憶媒体の一例として用いられる。

　ネットワークインターフェイス３６には、例えば、ＮＩＣ（Network Interface Card）等が用いられ、ＮＩＣの端子に接続されたＬＡＮ（Local Area Network）、専用線等を介して各種のデータを装置間で送受信することが可能である。例えば、出力信号Ｑｏｕｔは、ネットワークインターフェイス３６を通じて、空気流量計測装置１に接続される外部の装置（他の電子制御装置等）に出力される。

　以上説明した第１の実施形態に係る空気流量計測装置１では、演算部３が層流と乱流の遷移を考慮して出力結果を切り換えるので、脈動誤差を低減した結果が得られる。このため、低流量域であっても、脈動誤差が低減された正確な空気流量の計測結果を得ることが可能となる。

［第２の実施形態］
　次に、本発明の第２の実施形態に係る空気流量計測装置の構成例について、図８を参照して説明する。
　図８は、第２の実施形態に係る層流乱流判定部５Ａの構成例を示すブロック図である。

　第２の実施形態に係る空気流量計測装置１は、基本的には第１の実施形態に係る空気流量計測装置１と同じであるが、層流乱流判定部５の構成を図８の様に変更した層流乱流判定部５Ａを備える点が異なる。第２の実施形態に係る層流乱流判定部５Ａは、第１の実施形態に係る層流乱流判定部５と基本的には同じように層流と乱流を判定する機能を有する。ただし、層流乱流判定部（層流乱流判定部５Ａ）は、入力信号Ｑｓｅｎの微分値に基づいて、空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定する。そこで、層流乱流判定部５Ａには、入力信号Ｑｓｅｎを微分する微分回路１９と、入力信号Ｑｓｅｎと、微分回路１９との出力の差分を求める減算部２０（第２減算部の一例）を付加した。

　層流から乱流に遷移する流速は定常流では流速に依存し、流速が小さい時は層流、流速が大きい時は乱流になる。しかし、加速流では加速度が大きくなるほど、層流から乱流に遷移する流速が大きくなり、減速流では加速度が大きくなるほど、層流から乱流に遷移する流速が小さくなる。第２の実施形態に係る空気流量計測装置１は脈動流を扱うので、加速流と減速流を繰り返す。

　このことに対応するため、第２の実施形態では微分回路１９を設けて流速の加速度を求め、入力信号Ｑｓｅｎと、微分回路１９の出力値との差分を求める減算部２０を設けた。減算部２０により、流速の加速度が大きくなるほど、入力信号Ｑｓｅｎから減じられる流速が大きくなる。逆に、流速の加速度が小さくなるほど、入力信号Ｑｓｅｎから減じられる流速が小さくなる。

　このため、減算部２０を設けることで、層流乱流判定部５Ａが加速度による層流と乱流の遷移点（図６を参照）をより正確に求めることができる。遷移点は、第１の実施形態と同様に、比較部１５で判定されるが、本実施形態では、遷移点に対して、加速度の変化分が補償される。このことにより、第２の実施形態に係る空気流量計測装置１は、従来よりも低流量域の脈動誤差を低減できる脈動誤差補正処理を提供することができる。

［第３の実施形態］
　次に、本発明の第３の実施形態に係る空気流量計測装置の構成例について、図９を参照して説明する。
　図９は、第３の実施形態に係る層流乱流判定部５Ｂの構成例を示すブロック図である。

　第３の実施形態に係る空気流量計測装置１は、基本的には第１の実施形態に係る空気流量計測装置１と同じであるが、層流乱流判定部５の構成を図９の様に変更した層流乱流判定部５Ｂを備える点が異なる。第３の実施形態に係る層流乱流判定部５Ｂは、第１の実施形態に係る層流乱流判定部５と基本的には同じように層流と乱流を判定する機能を有する。ただし、層流乱流判定部（層流乱流判定部５Ｂ）は、入力信号Ｑｓｅｎの平均値に基づいて、空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定する。そこで、層流乱流判定部５Ｂには、入力信号Ｑｓｅｎの平均値を求める平均値演算回路２１と、入力信号Ｑｓｅｎと平均値演算回路２１の出力の和を求める加算部２２を付加した。

　層流から乱流に遷移する流速は定常流では流速に依存し、流速が小さい時は層流、流速が大きい時は乱流になる。しかし、脈動流では流速の平均値が影響を受けやすい。このことに対応するため、第３の実施形態では平均値演算回路２１を設けて流速の平均値を求め、入力信号Ｑｓｅｎと、平均値演算回路２１が出力する平均値とを加算する加算部２２を設けた。流速の平均値が大きくなるほど、加算部２２により入力信号Ｑｓｅｎに加算される流速が大きくなる。逆に、流速の平均値が小さくなるほど、加算部２２により入力信号Ｑｓｅｎに加算される流速が小さくなる。

　このため、加算部２２を設けることで、層流乱流判定部５Ｂが流速の平均値による層流と乱流の遷移点（図６を参照）をより正確に求めることができる。遷移点は、第１の実施形態と同様に、比較部１５で判定される。このことにより、第３の実施形態に係る空気流量計測装置１は、従来よりも低流量域の脈動誤差を低減できる脈動誤差補正処理を提供することができる。

［第４の実施形態］
　次に、本発明の第４の実施形態に係る空気流量計測装置の構成例について、図１０を参照して説明する。
　図１０は、第４の実施形態に係る層流乱流判定部５Ｃの構成例を示すブロック図である。

　第４の実施形態に係る空気流量計測装置１は基本的には第１の実施形態に係る空気流量計測装置１と同じであるが、層流乱流判定部５の構成を図１０の様に変更した層流乱流判定部５Ｃを備える点が異なる。第４の実施形態に係る層流乱流判定部５Ｃは、第１の実施形態に係る層流乱流判定部５と基本的には同じように層流と乱流を判定する機能を有する。ただし、層流乱流判定部（層流乱流判定部５Ｃ）は、入力信号Ｑｓｅｎの時間関数に基づいて、空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定する。そこで、層流乱流判定部５Ｃには、入力信号Ｑｓｅｎを遅延させる時間関数回路２３を付加した。

　層流から乱流への遷移、又は乱流から層流への遷移は所定の流速になれば即座に遷移するわけではなく、時間的に遅延する。このことに対応するため、第４の実施形態では時間関数回路２３を設けて入力信号Ｑｓｅｎを遅延させることにより、層流と乱流の遷移点（図６を参照）を時間的にもより正確に求めることができるようにした。ここで、時間関数とは、上述したように入力信号Ｑｓｅｎを遅延させる関数である。空気流が層流になるには成長時間が必要であるので、この成長時間分だけ遅延させる処理が行われる。このことにより、第４の実施形態に係る空気流量計測装置１は、従来よりも低流量域の脈動誤差を低減できる脈動誤差補正処理を提供することができる。

［第５の実施形態］
　次に、本発明の第５の実施形態に係る空気流量計測装置の構成例について、図１１を参照して説明する。
　図１１は、第５の実施形態に係る層流乱流判定部５Ｄの構成例を示すブロック図である。

　第５の実施形態に係る空気流量計測装置１は基本的には第１の実施形態に係る空気流量計測装置１と同じであるが、層流乱流判定部５の構成を図１１の様に変更した層流乱流判定部５Ｄを備える点が異なる。第５の実施形態に係る層流乱流判定部５Ｄは、第１の実施形態に係る層流乱流判定部５と基本的には同じように層流と乱流を判定する機能を有する。ただし、層流乱流判定部（層流乱流判定部５Ｄ）は、入力信号Ｑｓｅｎのノイズ量に基づいて、空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定する。そこで、層流乱流判定部５Ｄには、入力信号Ｑｓｅｎのノイズ量を検出するノイズ量検出回路２４を付加した。

　層流から乱流への遷移は流速、加速度、遅延などの影響を受けるので正確な把握は難しい。しかし、層流と乱流では空気流の乱れが変化することが知られている。このような空気流の乱れを「ノイズ」と呼ぶ。乱流は、流路中に渦が発生し、流速が変化するのでノイズが大きい。一方、層流は、渦がなく、流速が変化しないのでノイズが小さい。したがって、比較部１５は、層流と乱流の違いをノイズの大きさで判定することが可能となる。したがって、空気流量検出装置２の入力信号Ｑｓｅｎのノイズ量を検出することで層流と乱流を区別できる。第５の実施形態ではノイズ量検出回路２４を設けて層流と乱流の遷移を求めることができるようにした。このことにより、第５の実施形態に係る空気流量計測装置１は、従来よりも低流量域の脈動誤差を低減できる脈動誤差補正処理を提供することができる。

［変形例］
　上述した各実施形態に係る空気流量計測装置１は、車両等に搭載される電子制御装置により構成されるものとする。そして、各実施形態に係る演算部３を、電子制御装置の一機能としてよい。この電子制御装置は、車両以外にも、空気流量検出装置２が設置される管内の空気流量を計測可能な装置として用いられてもよい。

　なお、本発明は上述した各実施形態に限られるものではなく、請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
　例えば、上述した各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために装置の構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

　１…空気流量計測装置、２…空気流量検出装置、３…演算部、４…第３入力信号演算部、５，５Ａ～５Ｄ…層流乱流判定部、６…第１入力信号演算部、７…第２入力信号演算部、８…切替部、９…減算部、１０…積分部、１１…出力信号演算部、１２…加算部、１３…絶対値検出回路、１４…基準値発生回路、１５…比較器、１６…吸気管、１７…副通路、１８…主通路

Claims

　管内を移動する空気流の空気流量を検出して、前記空気流量に対応する入力信号を生成する空気流量検出装置と、
　前記入力信号に基づいて前記空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定し、前記空気流が層流であると判定した場合に前記入力信号に対して比例演算を行った出力結果を用いて演算した結果、又は前記空気流が乱流であると判定した場合に前記入力信号に対して２乗演算を行った出力結果を用いて演算した結果を、前記空気流量に応じた出力信号として出力する演算部と、を備える
　空気流量計測装置。
　前記演算部は、
　前記入力信号に対して２乗演算を行う第１入力信号演算部と、
　前記入力信号に対して比例演算を行う第２入力信号演算部と、
　前記入力信号に対して、前記空気流量検出装置が設置される管の長さに基づく演算を行う第３入力信号演算部と、
　前記空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定する層流乱流判定部と、
　前記層流乱流判定部の判定結果に基づいて前記第１入力信号演算部の出力結果と、前記第２入力信号演算部の出力結果とを切り替える切替部と、
　前記出力信号に対して２乗演算を行う出力信号演算部と、
　前記切替部により切り替えられた、前記第１入力信号演算部の出力結果、又は前記第２入力信号演算部の出力結果と、前記出力信号演算部の出力結果との差分を求める減算部と、
　前記差分を積分して積分結果を出力する積分部と、
　前記第３入力信号演算部の出力結果と、前記積分結果とを加算した前記出力信号を出力する加算部と、を有する
　請求項１に記載の空気流量計測装置。
　前記層流乱流判定部は、前記入力信号の瞬時値に基づいて、前記空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定する
　請求項２に記載の空気流量計測装置。
　前記層流乱流判定部は、前記入力信号の微分値に基づいて、前記空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定する
　請求項２に記載の空気流量計測装置。
　前記層流乱流判定部は、前記入力信号の平均値に基づいて、前記空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定する
　請求項２に記載の空気流量計測装置。
　前記層流乱流判定部は、前記入力信号の時間関数に基づいて、前記空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定する
　請求項２に記載の空気流量計測装置。
　前記層流乱流判定部は、前記入力信号のノイズ量に基づいて、前記空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定する
　請求項２に記載の空気流量計測装置。
　管内を移動する空気流の空気流量を検出する空気流量検出装置と、演算部とを備える空気流量計測装置で行われる空気流量計測方法であって、
　前記空気流量検出装置が、前記空気流量を検出して、前記空気流量に対応する入力信号を生成する処理と、
　前記演算部が、前記入力信号に基づいて前記空気流が層流又は乱流のいずれであるかを判定し、前記空気流が層流であると判定した場合に前記入力信号に対して比例演算を行った出力結果を用いて演算した結果、又は前記空気流が乱流であると判定した場合に前記入力信号に対して２乗演算を行った出力結果を用いて演算した結果を、前記空気流量に応じた出力信号として出力する処理と、を含む
　空気流量計測方法。