流体流量計及びＭＡＦ測定方法
【課題】性能の経年変化を補うことのできる流体流量計及びＭＡＦ測定方法を提供する。
【解決手段】流路２内が隔壁４によって分割形成された主流路５及び副流路６と、主流路５と副流路６に配置された熱線流速計３ｍ，３ｓと、副流路６に接続され対象流体が流路２に流されないときに校正用流体を副流路６に導入する校正用流体導入機構７と、副流路６の熱線流速計３ｓで測定された校正用流体の測定質量流量が正しい質量流量となるよう副流路６の熱線流速計３ｓを校正し、主流路５における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量と副流路６における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量との差異がなくなるよう主流路５の熱線流速計３ｍを校正する校正演算部８とを備えた。
【解決手段】流路２内が隔壁４によって分割形成された主流路５及び副流路６と、主流路５と副流路６に配置された熱線流速計３ｍ，３ｓと、副流路６に接続され対象流体が流路２に流されないときに校正用流体を副流路６に導入する校正用流体導入機構７と、副流路６の熱線流速計３ｓで測定された校正用流体の測定質量流量が正しい質量流量となるよう副流路６の熱線流速計３ｓを校正し、主流路５における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量と副流路６における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量との差異がなくなるよう主流路５の熱線流速計３ｍを校正する校正演算部８とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、性能の経年変化を補うことのできる流体流量計及びＭＡＦ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの新気流量を測定するＭＡＦ（Mass Air Flow）センサ（以下、流体流量計という）には、熱線流速計が用いられる。
【０００３】
熱線流速計は、電圧を印加してジュール熱を発生すると共に温度を測定するセンシング部を有し、このセンシング部を流体が通過するように構成されている。熱線流速計の測定原理は、センシング部を流体中に配置し、ジュール熱によりセンシング部が到達するべき温度と実際にセンシング部が測定した温度から、センシング部が流体により奪われた熱量を求め、この熱量からセンシング部を通過した流体の質量流量を求めるものである。
【０００４】
センシング部が流体により奪われる熱量は、流体の熱伝達率、流体の質量流量、流体の単位質量当たりの熱容量、流体の通過面積の積で決まる。すなわち、
奪われた熱量（ΔＱ）／（熱伝達率×単位質量当たりの熱容量×通過面積）
を求めることで、センシング部を通過した流体の質量流量を求めることができる。熱線流速計は、この流体の質量流量を表す電圧を出力するようになっている。
【０００５】
センシング部を通過する流体の質量流量とこの種の流体流量計の出力電圧は、リニアな関係にある。
【０００６】
自動車の分野においては、流体流量計を吸気ダクトに装着した後、この吸気ダクトをエンジンに装着したアセンブリ品を製造する。そのアセンブリ品全体について、流体流量計の出力電圧と実際に吸気ダクトに流れる新気流量との関係を測定する。このようにして測定された流体流量計の出力電圧と実際に吸気ダクトに流れる新気流量との関係を、関数表記するか又はマップ表記してエンジン制御装置に組み込む。流体流量計で測定した新気流量は、エンジンのＥＧＲ制御に用いられる場合が多い。
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
エンジンから排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するために、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）が用いられる。ＥＧＲ率の制御はＭＡＦ制御方式で行われる。ＭＡＦ制御方式では、エンジンの回転速度（ｒｐｍ）と燃料量（Ｑｍｍ3／ｓｔ）に対してＥＧＲ率の目標が決まると、その目標となるＥＧＲ率でＥＧＲを負荷したときの新気流量として目標新気流量ＭＡＦ０が決まる。一方、流体流量計では実際の新気流量として測定新気流量ＭＡＦが測定される。ＥＧＲ管中に設けられたＥＧＲバルブの開度（通路面積）を制御すると、ＥＧＲ量が変化するので、ＥＧＲ管の出口に合流される吸気ダクトにおいて新気流量が変化すると共に、ＥＧＲ率が変化する。新気流量が変化すると、流体流量計で測定する測定新気流量ＭＡＦが変化する。従って、測定新気流量ＭＡＦ＝目標新気流量ＭＡＦ０となるようにＥＧＲバルブを開度制御することで、ＥＧＲ率を目標値に制御することができる。
【０００９】
将来の排気ガス規制では、市場走行中の車両であっても、径時劣化後の排気ガス量が規制される。しかし、流体流量計の性能が経年変化すると、真の新気流量が測定できなくなる。新気流量が正しく測定できなくなると、ＥＧＲ率制御によるＮＯｘ、ＰＭ、ＨＣ、ＣＯ等の規制物質の排出量が規制値内に制御できなくなる。例えば、真の新気流量に対する測定新気流量ＭＡＦが減少すると、ＥＧＲ率は過小側に制御され、ＮＯｘの量が増加して排気ガスの浄化性能が悪化する。逆に、真の新気流量に対する測定新気流量ＭＡＦが増加すると、ＥＧＲ率は過大側に制御され、煤が増加すると共に燃費が上昇し、排気ガスの浄化性能と経済性が悪化する。
【００１０】
しかし、流体流量計の性能が経年変化したことを知る手段が従来にはない。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、性能の経年変化を補うことのできる流体流量計及びＭＡＦ測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の流体流量計は、流路に流れる対象流体の質量流量を熱線流速計で測定する流体流量計において、上記流路内が隔壁によって分割形成された主流路及び副流路と、これら主流路と副流路にそれぞれ配置された熱線流速計と、上記副流路に接続され対象流体が流されないときに校正用流体を導入する校正用流体導入機構と、上記副流路の熱線流速計で測定された校正用流体の測定質量流量が正しい質量流量となるよう上記副流路の熱線流速計を校正し、上記主流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量と上記副流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量との差異がなくなるよう上記主流路の熱線流速計を校正する校正演算部と、を備えたものである。
【００１３】
上記校正用流体導入機構は、上記校正用流体を収容するシリンダと、該シリンダ内の校正用流体を払い出すピストンと、該ピストンの変位を測定するピストン変位センサと、払い出し中の校正用流体の圧力を測定する払い出し圧力センサと、校正用流体の温度を測定する温度センサと、上記副流路の圧力を測定する副流路圧力センサとを備え、上記校正演算部は、上記ピストンの速度が一定か又は払い出し中の校正用流体の圧力が一定であれば上記副流路に導入されている校正用流体の質量流量が一定であると判定し、校正用流体の質量流量が一定であるときに、上記払い出し中の校正用流体の圧力と校正用流体の温度と上記副流路の圧力とから上記副流路における校正用流体の正しい質量流量を求めてもよい。
【００１４】
上記副流路は、上記隔壁の対象流体が流れ込む側を上記熱線流速計から所定距離の位置で塞ぐ仕切り板と、該仕切り板に形成され所定流路面積を有する対象流体入口と、対象流体が流れ込む方向と反対方向から校正用流体を導入するために上記隔壁の対象流体が流れ出す側に配置され、上記熱線流速計からの距離が上記対象流体入口から上記熱線流速計までの距離と等距離であって、上記対象流体入口と流路面積が等しいノズルとを備えてもよい。
【００１５】
上記流路が車両の吸気ダクトであって、該吸気ダクトを流れる対象流体がエンジンに配給される空気であってもよい。
【００１６】
上記校正演算部は、キースイッチ投入後のエンジン始動前に上記校正用流体導入機構により校正用流体としての空気を上記副流路に導入させて校正用流体の質量流量を測定して上記副流路の熱線流速計を校正し、エンジン始動後のアイドリング時に上記主流路に流れる空気の質量流量と上記副流路に流れる空気の質量流量とを測定して上記主流路の熱線流速計を校正してもよい。
【００１７】
また、本発明のＭＡＦ測定方法は、車両の吸気ダクトからエンジンに配給される空気の質量流量を熱線流速計で測定するＭＡＦ測定方法において、上記吸気ダクト内を隔壁によって主流路及び副流路に分割形成し、上記主流路と副流路にそれぞれ熱線流速計を配置し、上記副流路に校正用流体を導入する校正用流体導入機構を接続しておき、キースイッチ投入後のエンジン始動前に上記校正用流体導入機構により空気を上記副流路に導入させて該空気の質量流量を測定し、その測定質量流量が正しい質量流量となるよう上記副流路の熱線流速計を校正し、エンジン始動後のアイドリング時に上記主流路に流れる空気の質量流量と上記副流路に流れる空気の質量流量とを測定し、上記主流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量と上記副流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量との差異がなくなるよう上記主流路の熱線流速計を校正するものである。
【００１８】
あらかじめ上記吸気ダクトに試験用の一定量の空気を流して各熱線流速計により上記主流路と上記副流路に流れる空気の質量流量をそれぞれ測定し、上記主流路における測定質量流量と上記副流路における測定質量流量との比を分割比としておき、この分割比を用いて上記総質量流量を推定してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２０】
（１）性能の経年変化を補うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２２】
図１に示されるように、本発明に係る流体流量計１は、流路２に流れる対象流体の質量流量を熱線流速計３で測定する流体流量計１において、流路２内が隔壁４によって分割形成された主流路５及び副流路６と、これら主流路５と副流路６にそれぞれ配置された熱線流速計３ｍ，３ｓと、副流路６に接続され対象流体が流路２に流されないときに校正用流体を副流路６に導入する校正用流体導入機構７と、副流路６の熱線流速計３ｓで測定された校正用流体の測定質量流量が正しい質量流量となるよう副流路６の熱線流速計３ｓを校正し、主流路５における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量と副流路６における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量との差異がなくなるよう主流路５の熱線流速計３ｍを校正する校正演算部８とを備えたものである。
【００２３】
本実施形態においては、流体流量計１は、車両のＭＡＦ測定に適用される。流路２は車両の吸気ダクト２であり、吸気ダクト２を流れる対象流体は図示しないエンジンに配給される空気である。吸気ダクト２は、図示より左側において大気に連通しており、図示より右側においてＥＧＲ管と合流されエンジンに至る。車両にはエンジンコントローラとしてのコンピュータ９が搭載されており、本実施形態では校正演算部８はコンピュータ９が所定のプログラムを実行することで実現される。コンピュータ９には、これ以降に述べる各種のセンサ、スイッチ及びアクチュエータはもとより、車両に一般的に搭載されるセンサ、スイッチ、アクチュエータ、表示器が入出力として接続されている。
【００２４】
隔壁４は、吸気ダクト２の内部に、吸気ダクト２の長手方向に所定の長さにわたり吸気ダクト２の中心線（図示せず）と平行に設けられる。断面で見ると、吸気ダクト２はほぼ円形であり、隔壁４は弦をなすように、吸気ダクト２の一部を分割している。吸気ダクト２を流れる空気は、隔壁４が設けられている区間においては、隔壁４より図示上部に形成された主流路５と隔壁４より図示下部に形成されたの副流路６とに分かれて流れることになる。
【００２５】
熱線流速計３ｍ，３ｓは、主流路５と副流路６の長手方向同じ位置に、吸気ダクト２の径方向に対向させて設けられる。熱線流速計３自体は従来より知られているものであるから、ここでは詳しい説明を省略する。
【００２６】
副流路６は、隔壁４の対象流体（ここではエンジンに送るための空気）が流れ込む側を熱線流速計３ｓから所定距離の位置で塞ぐ仕切り板１０と、仕切り板１０に形成され所定流路面積を有する対象流体入口１１と、対象流体が流れ込む方向と反対方向から校正用流体を導入するために隔壁４の対象流体が流れ出す側に配置されたノズル１２とを備える。熱線流速計３ｓからノズル１２までの距離ｘ（図２参照）は、対象流体入口１１から熱線流速計３ｓまでの距離ｘと等距離である。ノズル１２の流路面積は、対象流体入口１１の流路面積に等しい。
【００２７】
仕切り板１０は、隔壁４の下部、すなわち副流路６の全体を遮蔽するように形成されている。この仕切り板１０に対象流体入口１１が形成されているので、主流路５の流路面積Ａｍが断面図に投影される主流路５の面積そのものであるのに対して、副流路６の実質的な流路面積Ａｓは対象流体入口１１の面積となる。Ａｍ≫Ａｓである。
【００２８】
ノズル１２は、校正用流体導入機構７に連結されており、校正用流体導入機構７から供給される校正用流体を副流路６内にエンジンに送るための空気とは逆方向から導入して熱線流速計３ｓに吹き付けるようになっている。
【００２９】
本実施形態では、対象流体入口１１は円孔であり、ノズル１２は円管であるので、対象流体入口１１の開口直径ｄとノズル１２の噴口の開口直径ｄが等しく形成されることで、対象流体入口１１とノズル１２の流路面積が等しくなっている。従って、ノズル１２の噴口の流路面積もまたＡｓである。なお、熱線流速計３ｓからノズル１２までの距離ｘは、ノズル１２から噴出した噴流がポテンシャルコア領域以上で完全発達領域となる距離が望ましい。従って、副流路６が円管で構成される場合は、距離ｘは、ノズル１２の噴口の開口直径ｄ（＝対象流体入口１１の開口直径ｄ）の８倍以上が望ましい。副流路６が平面で構成される場合は、距離ｘは、開口直径ｄの７倍以上が望ましい。
【００３０】
対象流体入口１１は、仕切り板１０の最下点から所定の高さ（吸気ダクト２の中心線から径方向下方に所定の距離）の位置に設けられている。ノズル１２は、吸気ダクト２の外部から副流路６内に挿入され、仕切り板１０の最下点から所定の高さに噴口が位置するよう設けられている。対象流体入口１１とノズル１２の噴口は、互いに同軸（図５参照）となるよう、対向させて配置される。
【００３１】
対象流体入口１１とノズル１２の噴口が互いに同軸となるよう対向配置されると共に、熱線流速計３ｓからノズル１２までの距離ｘと対象流体入口１１から熱線流速計３ｓまでの距離ｘとが等距離であり、かつ、対象流体入口１１の開口直径ｄとノズル１２の噴口の開口直径ｄが等しい。つまり、対象流体入口１１とノズル１２が熱線流速計３ｓを挟んで（熱線流速計３ｓを対称軸にして）対称の位置にある。これにより、後述するエンジン運転中に流路２からエンジンに送られる空気が副流路６に流れるときの空気の速度分布と、エンジン停止中にノズル１２から噴出される校正用流体（空気）の速度分布とを同じ（対称）にすることができる。
【００３２】
さらに、熱線流速計３ｓのセンシング部（図示せず）と、ノズル１２の噴口の中心と、対象流体入口１１の中心は、共通中心線Ｃ（図３参照）に配置される。中心線Ｃは、副流路６の中心に配置される。これにより、後述するエンジン運転中には副流路６を通過する空気の最大速度（最大質量流量）を熱線流速計３ｓで測定することができ、エンジン停止中にノズル１２から噴出される空気の最大速度（最大質量流量）を熱線流速計３ｓで測定することができる。
【００３３】
校正用流体導入機構７は、校正用流体を収容するシリンダ１３と、シリンダ１３内の校正用流体を払い出すピストン１４と、ピストン１４の変位を測定するピストン変位センサ１５と、払い出し中の校正用流体の圧力を測定する払い出し圧力センサ１６と、校正用流体の温度を測定する温度センサ１７と、副流路６の圧力を測定する副流路圧力センサ１８とを備える。ピストン変位センサ１５が測定するピストン１４の変位は、時間測定機能を有するコンピュータ９において、時間微分することにより、速度に変換することができる。
【００３４】
シリンダ１３には、校正用流体としての空気を所定の体積蓄積することができる。ピストン１４は、シリンダ１３内を区画するピストンヘッドと、シリンダ１３内外をシリンダ１３の管軸方向に貫くピストンロッドと、そのピストンロッドをストローク駆動するアクチュエータとを備える。本実施形態では、アクチュエータはコンピュータ９の制御で動作する電動モータ１９である。シリンダ１３内の空気を所望した体積だけ払い出すには、アクチュエータによりピストン１４を応分の変位だけ駆動すればよい。シリンダ１３とノズル１２との間は、払い出し管で連結されている。払い出し圧力センサ１６と温度センサ１７は払い出し管に設置される。
【００３５】
校正演算部８は、ピストン１４の速度が一定か又は払い出し中の校正用流体の圧力が一定であれば副流路６に導入されている校正用流体の質量流量が一定であると判定し、また、校正用流体の質量流量が一定であるときに、上記払い出し中の校正用流体の圧力と校正用流体の温度と副流路６の圧力とから副流路６における校正用流体の正しい質量流量を求めるようになっている。
【００３６】
校正演算部８は、キースイッチ投入後のエンジン始動前に校正用流体導入機構７により校正用流体としての空気を副流路６に導入させ、熱線流速計３ｓで校正用流体の質量流量を測定すると同時に、もうひとつ別の手段で校正用流体の正しい質量流量を測定し、両者の比較から副流路６の熱線流速計３ｓを校正するようになっている。
【００３７】
また、校正演算部８は、エンジン始動後のアイドリング時に主流路５に流れる空気の質量流量と副流路６に流れる空気の質量流量とを測定してその測定結果から主流路５の熱線流速計３ｍを校正するようになっている。すなわち、校正用流体による校正後の熱線流速計３ｓで測定した空気の質量流量ＭＡＦｓに分割比Ｂ又は分割比Ｂ＋１を掛けた値を吸気ダクト２に流れる全空気の質量流量（総質量流量という）と推定する。主流路５の熱線流速計３ｍで測定した空気の質量流量ＭＡＦｍに１又は（１＋１／Ｂ）を掛けた値を吸気ダクト２に流れる全空気の質量流量（総質量流量という）と推定する。２つの推定による総質量流量が異なる（差が所定値以内でない）場合は、熱線流速計３ｍの出力電圧と吸気ダクト２に流れる全空気の質量流量との関係を校正することになる。熱線流速計３ｍの出力電圧に所定の校正係数を掛けることにより、校正を行う。校正係数は、例えば、ＭＡＦｓ×（１＋Ｂ）／ＭＡＦｍである。なお、分割比Ｂと校正係数については後に詳述する。
【００３８】
以下、図１の流体流量計１を用いて行う本発明のＭＡＦ測定方法を説明する。
【００３９】
既に説明したように、流体流量計１は、吸気ダクト２内を隔壁４によって主流路５及び副流路６に分割形成し、主流路５と副流路６にそれぞれ熱線流速計３ｍ，３ｓを配置し、副流路６に校正用流体を導入する校正用流体導入機構７を接続したものである。
【００４０】
本発明のＭＡＦ測定方法にあっては、流体流量計１を吸気ダクト２に装着した際（つまり車両の製造工程中）に、あらかじめ試験を行う。すなわち、吸気ダクト２に試験用の一定質量流量の空気を流して各熱線流速計３ｍ，３ｓにより主流路５と副流路６に流れる空気の質量流量をそれぞれ測定する。この試験測定の結果に基づき、主流路５における測定質量流量と副流路６における測定質量流量との比を計算して分割比Ｂとしておく。この分割比Ｂは後述する総質量流量を求める際に用いるものである。
【００４１】
図３に示されるように、主流路５においても副流路６においても流速と質量流量は比例する（ただし、流れが静的とする）。主流路５における測定質量流量ＱｍTEST（添え文字ＴＥＳＴは試験時を示す）と副流路６における測定質量流量ＱｓTESTとの比ＱｍTEST／ＱｓTESTが分割比Ｂである。分割比Ｂは流速によらず一定である。本発明においては、分割比Ｂは、１００以上が望ましい。また、質量流量測定に要求される精度を考慮し、流体流量計１の精度が要求精度を満たすように分割比Ｂの最適値を実験により決定することもできる。
【００４２】
吸気ダクト２に試験用の一定量の空気を流したときの分割比Ｂを求めておくことで、副流路６における測定質量流量から主流路５における質量流量を推定することができる。従って、熱線流速計３ｓが劣化した後、前述の校正用流体を用いた熱線流速計３ｓの校正を行えば、この劣化した熱線流速計３ｓによる測定質量流量を校正した質量流量から主流路５における質量流量を推定することも考えられる。しかし、ノズル１２の噴口直径及び対象流体入口１１が小さいので、エンジン負荷が増し、吸気ダクト２を流れる空気の質量流量が増えると、副流路６に流れる空気の速度が増す。副流路６に流れる空気の速度が増すと、流れがチョークされ、分割比Ｂが試験時とは変わる可能性がある。分割比Ｂが試験時と変わると、副流路６の測定質量流量から主流路５の質量流量を正しく推定できない。そこで、本発明のＭＡＦ測定方法にあっては、エンジン始動後のアイドリング時に、主流路５の熱線流速計３ｍの校正を行う。これについては、後に詳述する。
【００４３】
試験時、図１のように熱線流速計３ｍ，３ｓを取り付けた吸気ダクト２に、時間当たり一定の質量流量（ＱａTEST／ｓ）の試験用空気を流し、熱線流速計３ｍ，３ｓの出力電圧Ｖｍ，Ｖｓ（測定質量流量ＱｍTEST＝Ｆ（Ｖｍ），ＱｓTEST＝Ｆ（Ｖｓ））を測定する。Ｆ（Ｖｍ）とは、Ｖｍの関数という意味である。これにより、分割比Ｂ（Ｑｍ／Ｑｓ）と出力電圧Ｖｍ，Ｖｓと測定質量流量Ｑｍ，Ｑｓの関係が求まる。なお、吸気ダクト２を流れる空気の総質量流量ＱａをＱａ＝Ｆ１（Ｖｍ），Ｑａ＝Ｆ２（Ｖｓ）というように表しておいてもよい。
【００４４】
図４に示されるように、吸気ダクト２を流れる空気の総質量流量をＱａ、熱線流速計３ｍによる主流路５の測定質量流量をＱｍ、熱線流速計３ｓによる副流路６の測定質量流量をＱｓとする。主流路５の流路面積Ａｍは投影面積Ａｍ、副流路６の実質的な流路面積Ａｓは対象流体入口１１の面積Ａｓ＝ノズル１２の噴口面積Ａｓであり、Ａｍ≫Ａｓである。質量流量の単位はｇ／ｓである。分割比Ｂ＝Ｑｍ／Ｑｓである。
【００４５】
このとき、対象流体入口１１における流れがチョークされない条件では、
Ｑａ＝Ｑｍ＋Ｑｓ
である。よって、
Ｑａ＝（１＋Ｂ）×Ｑｓ
＝（１＋１／Ｂ）×Ｑｍ
である。
【００４６】
ここで、分割比Ｂが１に対して充分に大きいとすると、
Ｑａ≒Ｂ×Ｑｓ≒Ｑｍ
となる。
【００４７】
次に、本発明のＭＡＦ測定方法にあっては、キースイッチ投入後のエンジン始動前に校正用流体導入機構７により空気を副流路６に導入させて該空気の質量流量を測定し、その測定質量流量が正しい質量流量となるよう副流路６の熱線流速計３ｓを校正する。
【００４８】
図５に示されるように、副流路６において、キースイッチ投入後のエンジン始動前に校正用流体導入機構７によりノズル１２から副流路６に導入される空気は、共通中心線Ｃを中心にして速度分布する。最大速度は共通中心線Ｃ上に現れる。一方、エンジン始動後のアイドリング時に副流路６に流れる空気も、共通中心線Ｃを中心にして速度分布し、その最大速度は共通中心線Ｃ上に現れる。このように、両者の速度分布は熱線流速計３ｓに対して対称となる。熱線流速計３ｓは、両者の速度分布についてそれぞれ最大速度を測定することができる。
【００４９】
図６に示されるように、横軸に質量流量熱を取り、縦軸に出力電圧を取って、線流速計３のセンシング部を流れる流体の質量流量と熱線流速計３の出力電圧との関係をグラフにすると、質量流量と出力電圧との関係は直線的である。しかし、熱線流速計３が経年変化によって劣化すると、比例係数が変化する。すなわち、同じ質量流量に対する出力電圧がずれる。このまま校正することなく、熱線流速計３の測定質量流量を採用すると、実際の質量流量よりも少ない値になってしまう。
【００５０】
本発明では、ノズル１２から噴出する校正用流体の質量流量が経年変化によらず一定であることから、随時、熱線流速計３ｓを校正することができる。すなわち、図６のように劣化により同じ質量流量に対する出力電圧がずれても、熱線流速計３ｓの出力電圧に掛ける係数を更新することで劣化前と同じ質量流量が測定できるようになる。
【００５１】
次に、熱線流速計３ｓの校正の際に行う質量流量一定の判定方法を説明する。
【００５２】
既に述べたように、キースイッチ投入後のエンジン始動前に校正用流体導入機構７により空気を副流路６に導入させて空気の質量流量を測定する。このとき、シリンダ１３から払い出された空気がノズル１２から噴出する。本発明では、ノズル１２から噴出する空気の質量流量が時間的に一定であるという判定を行う。
【００５３】
図７に示されるように、時間Ｔを横軸に取り、ピストン１４の速度Ｖｌを縦軸に取り、ピストン１４を駆動し始めてからのピストン１４の速度変化を示すと、ピストン１４の速度Ｖｌは駆動開始後徐々に増加して一定に達する。すなわち、速度Ｖｌの時間微分値ｄＶｌ／ｄＴが０となる。ピストン１４の速度が一定となる時間範囲が図に示される。校正演算部８は、ピストン１４の速度Ｖｌが一定であれば副流路６に導入されている校正用流体の質量流量が一定であると判定する。
【００５４】
校正演算部８は、校正用流体の質量流量が一定であると判定したときに、払い出し中の空気の圧力（払い出し圧力センサ１６が測定した払い出し管内の圧力）と空気の温度（温度センサ１７が測定した払い出し管内の温度）と副流路６の圧力（副流路圧力センサ１８が測定した副流路６内の圧力）とから副流路６における空気の質量流量ＱｓREF（添え文字ＲＥＦは校正用流体導入機構７において測定したことを示す）を求める。
【００５５】
すなわち、質量流量ＱｓREFは、
ＱｓREF＝Ａｓ×｛（２×γ）／（γ−１）×Ｐ２×ρ
×［（Ｐ１／Ｐ２）(2/γ)−（Ｐ１／Ｐ２）(γ+1)/γ］｝
ここで、Ａｓはノズル１２の噴口面積、γは比熱比、Ｐ２は払い出し管内圧、ρは空気密度、Ｐ１は副流路内圧である。この演算式は、Ｐ１／Ｐ２が臨界圧力比以下のとき成立する。
【００５６】
図８に示されるように、時間Ｔを横軸に取り、払い出し管内圧力Ｐを縦軸に取り、ピストン１４を駆動し始めてからの払い出し管内圧力変化を示すと、払い出し管内圧力Ｐは駆動開始後徐々に増加して一定に達する。すなわち、圧力Ｐの時間微分値ｄＰ／ｄＴが０となる。払い出し管内圧力Ｐが一定となる時間範囲が図に示される。校正演算部８は、払い出し管内圧力Ｐが一定であれば副流路６に導入されている校正用流体の質量流量が一定であると判定する。この場合も、校正演算部８は、前述と同様にして質量流量ＱｓREFを求めることができる。
【００５７】
このように、校正用流体導入機構７により空気を副流路６に導入させたときに、副流路６に流れる空気の質量流量ＱｓREFを校正用流体導入機構７の要素でもって測定する。
【００５８】
質量流量ＱｓREFから吸気ダクト２を流れる空気の総質量流量Ｑａｃを演算すると、分割比Ｂが１に対して充分に大きいとき、
Ｑａｃ≒Ｂ×ＱｓREF
であり、分割比Ｂが小さいときは、
Ｑａｃ＝（１＋Ｂ）×ＱｓREF
である。
【００５９】
このとき、同時に、副流路６における空気の質量流量を熱線流速計３ｓで測定する。この質量流量ＱｓCAL（添え文字ＣＡＬはキースイッチ投入後のエンジン始動前に熱線流速計３ｓで測定したことを示す）から吸気ダクト２を流れる空気の総質量流量（実際には流れていない）Ｑａｖを仮想的に演算することができる。すなわち、分割比Ｂが１に対して充分に大きいとき、
Ｑａｖ≒Ｂ×ＱｓCAL
である。分割比Ｂが小さい（１に対して充分に大きくはないの意）ときは、
Ｑａｖ＝（１＋Ｂ）×ＱｓCAL
である。
【００６０】
このようにして求めた総質量流量Ｑａｖと総質量流量Ｑａｃが互いに等しい場合（実用上では両者の差異が誤差として許容できる所定範囲内の場合）、熱線流速計３ｓは、正しい質量流量を測定していると考えられる。
【００６１】
総質量流量Ｑａｖと総質量流量Ｑａｃが異なる場合（実用上では両者の差異が所定範囲外の場合）、熱線流速計３ｓが劣化していると考えられる。そこで、熱線流速計３ｓを校正することになる。
【００６２】
熱線流速計３ｓの校正に用いる係数を副流路校正係数Ｈｓとすると、
Ｈｓ＝Ｑａｖ／Ｑａｃ
とする。このようにして、キースイッチ投入後のエンジン始動前に、熱線流速計３ｓを校正する副流路校正係数Ｈｓを決定することができる。これ以後は、熱線流速計３ｓが測定した値に副流路校正係数Ｈｓを掛けて測定質量流量とする。すなわち、エンジン停止時に、エンジン運転中の副流路空気流を模擬した空気流を与えて熱線流速計３ｓの劣化を判定しておくと共に、エンジン運転中には、模擬した空気流に相当する空気流が正しく測定できるよう副流路校正係数Ｈｓを用いる。
【００６３】
図９に示されるように、熱線流速計３における質量流量と出力電圧との関係は直線的である。熱線流速計３が経年変化によって劣化すると、比例係数が変化して正しい出力電圧が出なくなる。熱線流速計３ｓについては、劣化後の出力電圧（読み値）に副流路校正係数Ｈｓを掛けることで劣化前と同等の演算値が得られる。
【００６４】
次に、本発明のＭＡＦ測定方法にあっては、エンジン始動後のアイドリング時に主流路５に流れる空気の質量流量と副流路６に流れる空気の質量流量とを測定し、主流路５における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量と副流路６における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量との差異がなくなるよう主流路５の熱線流速計３ｍを校正する。
【００６５】
エンジン始動後のアイドリング時は、吸気ダクト２を流れる空気の質量流量がアイドリングよりも高エンジン回転時に比べて小さい。
【００６６】
このとき、主流路５に設けられた熱線流速計３ｍによる測定質量流量ＱｍIDLE（添え字ＩＤＬＥはエンジン始動後のアイドリング時に測定したことを示す）から吸気ダクト２を流れる空気の総質量流量ＱａｍIDLEを推定演算する。分割比Ｂが１に対して充分に大きいとき、
ＱａｍIDLE≒ＱｍIDLE
である。分割比Ｂが小さい（１に対して充分に大きくはないの意）ときは、
ＱａｍIDLE＝（１＋１／Ｂ）×ＱｍIDLEである。
【００６７】
一方、副流路６に設けられた熱線流速計３ｓによる測定質量流量ＱｓIDLEからも吸気ダクト２を流れる空気の総質量流量ＱａｓIDLEを推定演算する。分割比Ｂが１に対して充分に大きいとき、
ＱａｓIDLE≒Ｂ×ＱｓIDLE
である。分割比Ｂが小さいときは、
ＱａｓIDLE＝（１＋Ｂ）×ＱｓIDLEである。
【００６８】
このようにして求めた総質量流量ＱａｍIDLEと総質量流量ＱａｓIDLEが互いに等しい場合（実用上では両者の差異が誤差として許容できる所定範囲内の場合）、各々の熱線流速計３ｍ，３ｓは、どちらも正しい値を測定していると考えられる。
【００６９】
総質量流量ＱａｍIDLEと総質量流量ＱａｓIDLEが異なる場合（実用上では両者の差異が所定範囲外の場合）、熱線流速計３ｍが劣化していると考えられる。熱線流速計３ｓは、キースイッチ投入後のエンジン始動前に校正してあるからである。そこで、熱線流速計３ｍを校正することになる。
【００７０】
熱線流速計３ｍの校正に用いる係数を主流路校正係数Ｈｍとすると、
Ｈｍ＝ＱａｓIDLE／ＱａｍIDLE
とする。このようにして、エンジン始動後のアイドリング時に、熱線流速計３ｍを校正する主流路校正係数Ｈｍを決定することができる。
【００７１】
以上説明したように、本発明は、流路２に流れる対象流体の質量流量を熱線流速計３で測定する流体流量計１において、流路２内が隔壁４によって分割形成された主流路５及び副流路６と、これら主流路５と副流路６にそれぞれ配置された熱線流速計３ｍ，３ｓと、副流路６に接続され対象流体が流路２に流されないときに校正用流体を副流路６に導入する校正用流体導入機構７と、副流路６の熱線流速計３ｓで測定された校正用流体の測定質量流量が正しい質量流量となるよう副流路６の熱線流速計３ｓを校正し、主流路５における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量と副流路６における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量との差異がなくなるよう主流路５の熱線流速計３ｍを校正する校正演算部８とを備えたことにより、熱線流速計３ｍ，３ｓの性能の経年変化を補うことができる。
【００７２】
特に車両においては、校正演算部８は、キースイッチ投入後のエンジン始動前に校正用流体導入機構７により校正用流体としての空気を副流路６に導入させて校正用流体の質量流量を測定して副流路６の熱線流速計３ｓを校正し、エンジン始動後のアイドリング時に主流路５に流れる空気の質量流量と副流路６に流れる空気の質量流量とを測定して主流路５の熱線流速計３ｍを校正するようにしたので、吸気ダクト２に外部空気が流れ込まないエンジン始動前に校正用流体を用いた熱線流速計３ｓの校正を行うことができると共に、吸気ダクト２の空気の質量流量が比較的少ないアイドリング時に熱線流速計３ｍの校正を行うことができる。
【００７３】
車両においては、熱線流速計３の劣化が自動的に校正されることにより、エミッションや燃費に関する性能劣化を抑制することができる。
【００７４】
なお、本発明では、隔壁４から副流路６を遮蔽するように形成された仕切り板１０に対象流体入口１１を設ける。対象流体入口１１の開口直径ｄが小さいので、吸気ダクト２を流れる空気の質量流量が多い場合には、対象流体入口１１において流れがチョークされることがある。従って、吸気ダクト２の空気の質量流量が比較的少ないアイドリング時に熱線流速計３ｍの校正を行うのは好ましい。
【００７５】
本発明では、試験時に測定した主流路５における測定質量流量と副流路６における測定質量流量との比を分割比Ｂとして、その後、継続してこの分割比Ｂを演算に用いる。分割比Ｂは、機械的構造の因子である主流路５の流路面積Ａｍと副流路６の実質的な流路面積Ａｓとによって概ね決まる。流路２（主流路５、副流路６）が変形したり、詰まりを生じたりしない限り、分割比Ｂは変化しない。しかし、対象流体入口１１の開口直径ｄが小さいので、汚染によって副流路６の流路面積Ａｓが変わると、分割比Ｂが変化する。Low Pressure EGR方式を採用するエンジンに本発明の流体流量計１を適用する場合には、ＥＧＲガスが新気と合流される位置よりも上流であって、エアクリーナよりも下流に流体流量計１を設置すると、流体流量計１が汚染されるのを防ぐことができる。
【００７６】
以下、本発明の校正演算部８としてコンピュータ９が実行するアルゴリズムを説明する。なお、図１０のフローチャート中に記入されている等式は、右辺を左辺に代入するというコンピュータプログラム特有の数式表現である。
【００７７】
図１０に示されるように、車両のキースイッチが投入されると、コンピュータ９が起動される。ステップＳ１において、キースイッチがオンであることが認識される。ステップＳ２において、校正用流体導入機構７（エアシリンダ）が作動しノズル１２から副流路６へ校正用の空気が導入される。ステップＳ３において、コンピュータ９内のタイマが以後の時間測定のため作動開始される。ステップＳ４において、上記タイマの瞬時値を読み取ることで時間が測定される。
【００７８】
ステップＳ５において、校正用流体導入機構７におけるピストン１４のストローク（ピストンリフト）が測定される。ステップＳ６において、ストロークと時間よりピストン１４の速度が演算される。ステップＳ６−１において、ピストン１４の速度の時間当たりの変化（加速度）が演算される。ステップＳ７において、ピストン１４の速度変化がほぼ０かどうか比較判定される。ＮＯであれば、ピストン１４の速度は一定でない。このとき、ステップＳ８において、ピストン１４のストロークの前回値が今回値に更新され、時間の前回値が今回値に更新され、ピストン１４の速度の前回値が今回値に更新される。ステップＳ４に戻る。
【００７９】
ステップＳ７の判定がＹＥＳであれば、ピストン１４の速度は一定である。このとき、ステップＳ７−１において、払い出し圧力センサ１６の出力値を読み取ることにより、払い出し管に生じている払い出し圧力（エアシリンダ吐出圧）が測定され、温度センサ１７の出力値を読み取ることにより、払い出し空気の温度が測定される。ステップＳ９において、タイマが停止される。ステップＳ１０に進む。
【００８０】
ステップＳ１０において、払い出し圧力と、払い出し空気の温度と、ノズル１２の噴口面積とを用いて、ノズル１２より噴出される校正用の空気の正しい質量流量Ｑｓ（ＱｓREFであるが図１０では添え字を省略測定する）が演算される。ステップＳ１１において、校正用の空気の正しい質量流量Ｑｓと分割比Ｂを用いて吸気ダクト２の総質量流量Ｑａｖが演算される。これは、エンジン駆動時に校正用の空気と同量の空気（新気）が副流路６に流れたとして、そのとき吸気ダクト２の全体に流れているであろう総質量流量である。
【００８１】
ステップＳ１２において、副流路６内の熱線流速計３ｓにより校正用の空気の質量流量Ｑｓ（ＱｓCALであるが図１０では添え字を省略測定する；以下同様）が測定され、これより吸気ダクト２の総質量流量Ｑａｃが演算される。これは、ステップＳ１１と同様の総質量流量推定を熱線流速計３ｓの実測値から行うものである。なお、コンピュータ９の演算処理速度が校正用の空気流の変化より充分に速いので、ステップＳ１２での測定・演算はステップＳ７−１からステップＳ１０までの測定・演算とほぼ同時であり、同じ一定の校正用の空気流に基づくものとなる。
【００８２】
ステップＳ１１で求めた吸気ダクト２の総質量流量ＱａｖとステップＳ１２で求めた吸気ダクト２の総質量流量Ｑａｃとが互いに等しければ、熱線流速計３ｓは劣化していないことになる。両者の総質量流量に差異があれば、熱線流速計３ｓは劣化していることになる。このとき、両者の差が劣化による誤差となる。ステップＳ１３において、総質量流量Ｑａｖと総質量流量Ｑａｃの比により、副流路校正係数Ｈｓが演算される。
【００８３】
以上、ステップＳ１からステップＳ１３までが、キースイッチ投入後のエンジン始動前に実行される。その後、エンジンが始動されると、ステップＳ１４において、エンジン始動が認識される。
【００８４】
エンジン始動後のアイドリング時に、ステップＳ１５において、副流路６内の熱線流速計３ｓにより空気の質量流量Ｑｓが測定され、さらに、この質量流量Ｑｓと分配比Ｂと副流路校正係数Ｈｓから吸気ダクト２全体の総質量流量Ｑａｓが演算される。
【００８５】
一方、ステップＳ１６において、主流路５内の熱線流速計３ｍにより空気の質量流量Ｑｍが測定され、さらに、この質量流量Ｑｍと分配比Ｂとから吸気ダクト２全体の総質量流量Ｑａｍが演算される。ステップＳ１５の総質量流量ＱａｓとステップＳ１６の総質量流量Ｑａｍとが互いに等しければ、熱線流速計３ｍは劣化していないことになる。両者の総質量流量に差異があれば、熱線流速計３ｍは劣化していることになる。このとき、両者の差が劣化による誤差となる。
【００８６】
ステップＳ１７において、総質量流量Ｑａｓと総質量流量Ｑａｍの比により、主流路校正係数Ｈｍが演算される。熱線流速計３ｍの劣化がなければＨｍ＝１である。
【００８７】
ステップＳ１８において、関数Ｆ（Ｖｍ）を求める。関数Ｆ（Ｖｍ）は、このアルゴリズムが実行される最初は、初期（試験時）に熱線流速計３ｍの出力電圧Ｖｍと空気の質量流量Ｑｍとの関係を求めた初期関数Ｆ（Ｖｍ）TESTである。この初期関数Ｆ（Ｖｍ）TESTに主流路校正係数Ｈｍを掛けて劣化後の新たな関数Ｆ（Ｖｍ）とする。
【００８８】
ステップＳ１９より、通常のエンジン制御に進む。
【００８９】
以上のアルゴリズム中、ノズル１２より噴出される校正用の空気の質量流量を演算する手順（破線で囲む部分）は、次の手順に置き換えることができる。
【００９０】
図１１に示されるように、ステップＳ５において、払い出し圧力センサ１６の出力値を読み取ることにより、払い出し管に生じている払い出し圧力（エアシリンダ吐出圧）が測定される。ステップＳ６において、払い出し圧力の変化が演算される。ステップＳ７において、払い出し圧力の変化がほぼ０かどうか比較判定される。ＮＯであれば、払い出し圧力は一定でない。このとき、ステップＳ８において、払い出し圧力の前回値が今回値に更新され、時間の前回値が今回値に更新される。ステップＳ４に戻る。ステップＳ７の判定がＹＥＳであれば、払い出し圧力は一定である。このとき、ステップＳ７−１に進む。
【００９１】
以上の手順において、副流路校正係数Ｈｓ、主流路校正係数Ｈｍの両方又はいずれか一方が、所定の許容限界値（例えば、１０％増減）に達したら、熱線流速計３ｓ、熱線流速計３ｍの交換警告を車両の表示器に表示するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一実施形態を示す車両のＭＡＦ測定に適用される流体流量計の構成図である。
【図２】図１の流体流量計における副流路内配置詳細図である。
【図３】本発明で演算に用いる分割比を説明するための流速対質量流量特性図である。
【図４】本発明の流体流量計の試験時における諸量を定義するための流体流量計の断面図である。
【図５】本発明の副流路における質量流量測定を説明するための副流路断面拡大図である。
【図６】熱線流速計の劣化前と劣化後の流速対質量流量特性図である。
【図７】本発明の校正用流体導入機構におけるピストン速度の時間特性図である。
【図８】本発明の校正用流体導入機構における払い出し管内圧力の時間特性図である。
【図９】本発明の熱線流速計における質量流量対出力電圧特性図である。
【図１０】本発明の校正演算部としてコンピュータが実行するアルゴリズムのフローチャートである。
【図１１】本発明のノズルより噴出される校正用の空気の質量流量を演算する別の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９３】
１ 流体流量計
２ 流路（吸気ダクト）
３ 熱線流速計
３ｍ 主流路の熱線流速計
３ｓ 副流路の熱線流速計
４ 隔壁
５ 主流路
６ 副流路
７ 校正用流体導入機構
８ 校正演算部
９ コンピュータ
１０ 仕切り板
１１ 対象流体入口
１２ ノズル
１３ シリンダ
１４ ピストン
１５ ピストン変位センサ
１６ 払い出し圧力センサ
１７ 温度センサ
１８ 副流路圧力センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、性能の経年変化を補うことのできる流体流量計及びＭＡＦ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの新気流量を測定するＭＡＦ（Mass Air Flow）センサ（以下、流体流量計という）には、熱線流速計が用いられる。
【０００３】
熱線流速計は、電圧を印加してジュール熱を発生すると共に温度を測定するセンシング部を有し、このセンシング部を流体が通過するように構成されている。熱線流速計の測定原理は、センシング部を流体中に配置し、ジュール熱によりセンシング部が到達するべき温度と実際にセンシング部が測定した温度から、センシング部が流体により奪われた熱量を求め、この熱量からセンシング部を通過した流体の質量流量を求めるものである。
【０００４】
センシング部が流体により奪われる熱量は、流体の熱伝達率、流体の質量流量、流体の単位質量当たりの熱容量、流体の通過面積の積で決まる。すなわち、
奪われた熱量（ΔＱ）／（熱伝達率×単位質量当たりの熱容量×通過面積）
を求めることで、センシング部を通過した流体の質量流量を求めることができる。熱線流速計は、この流体の質量流量を表す電圧を出力するようになっている。
【０００５】
センシング部を通過する流体の質量流量とこの種の流体流量計の出力電圧は、リニアな関係にある。
【０００６】
自動車の分野においては、流体流量計を吸気ダクトに装着した後、この吸気ダクトをエンジンに装着したアセンブリ品を製造する。そのアセンブリ品全体について、流体流量計の出力電圧と実際に吸気ダクトに流れる新気流量との関係を測定する。このようにして測定された流体流量計の出力電圧と実際に吸気ダクトに流れる新気流量との関係を、関数表記するか又はマップ表記してエンジン制御装置に組み込む。流体流量計で測定した新気流量は、エンジンのＥＧＲ制御に用いられる場合が多い。
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
エンジンから排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するために、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）が用いられる。ＥＧＲ率の制御はＭＡＦ制御方式で行われる。ＭＡＦ制御方式では、エンジンの回転速度（ｒｐｍ）と燃料量（Ｑｍｍ3／ｓｔ）に対してＥＧＲ率の目標が決まると、その目標となるＥＧＲ率でＥＧＲを負荷したときの新気流量として目標新気流量ＭＡＦ０が決まる。一方、流体流量計では実際の新気流量として測定新気流量ＭＡＦが測定される。ＥＧＲ管中に設けられたＥＧＲバルブの開度（通路面積）を制御すると、ＥＧＲ量が変化するので、ＥＧＲ管の出口に合流される吸気ダクトにおいて新気流量が変化すると共に、ＥＧＲ率が変化する。新気流量が変化すると、流体流量計で測定する測定新気流量ＭＡＦが変化する。従って、測定新気流量ＭＡＦ＝目標新気流量ＭＡＦ０となるようにＥＧＲバルブを開度制御することで、ＥＧＲ率を目標値に制御することができる。
【０００９】
将来の排気ガス規制では、市場走行中の車両であっても、径時劣化後の排気ガス量が規制される。しかし、流体流量計の性能が経年変化すると、真の新気流量が測定できなくなる。新気流量が正しく測定できなくなると、ＥＧＲ率制御によるＮＯｘ、ＰＭ、ＨＣ、ＣＯ等の規制物質の排出量が規制値内に制御できなくなる。例えば、真の新気流量に対する測定新気流量ＭＡＦが減少すると、ＥＧＲ率は過小側に制御され、ＮＯｘの量が増加して排気ガスの浄化性能が悪化する。逆に、真の新気流量に対する測定新気流量ＭＡＦが増加すると、ＥＧＲ率は過大側に制御され、煤が増加すると共に燃費が上昇し、排気ガスの浄化性能と経済性が悪化する。
【００１０】
しかし、流体流量計の性能が経年変化したことを知る手段が従来にはない。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、性能の経年変化を補うことのできる流体流量計及びＭＡＦ測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の流体流量計は、流路に流れる対象流体の質量流量を熱線流速計で測定する流体流量計において、上記流路内が隔壁によって分割形成された主流路及び副流路と、これら主流路と副流路にそれぞれ配置された熱線流速計と、上記副流路に接続され対象流体が流されないときに校正用流体を導入する校正用流体導入機構と、上記副流路の熱線流速計で測定された校正用流体の測定質量流量が正しい質量流量となるよう上記副流路の熱線流速計を校正し、上記主流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量と上記副流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量との差異がなくなるよう上記主流路の熱線流速計を校正する校正演算部と、を備えたものである。
【００１３】
上記校正用流体導入機構は、上記校正用流体を収容するシリンダと、該シリンダ内の校正用流体を払い出すピストンと、該ピストンの変位を測定するピストン変位センサと、払い出し中の校正用流体の圧力を測定する払い出し圧力センサと、校正用流体の温度を測定する温度センサと、上記副流路の圧力を測定する副流路圧力センサとを備え、上記校正演算部は、上記ピストンの速度が一定か又は払い出し中の校正用流体の圧力が一定であれば上記副流路に導入されている校正用流体の質量流量が一定であると判定し、校正用流体の質量流量が一定であるときに、上記払い出し中の校正用流体の圧力と校正用流体の温度と上記副流路の圧力とから上記副流路における校正用流体の正しい質量流量を求めてもよい。
【００１４】
上記副流路は、上記隔壁の対象流体が流れ込む側を上記熱線流速計から所定距離の位置で塞ぐ仕切り板と、該仕切り板に形成され所定流路面積を有する対象流体入口と、対象流体が流れ込む方向と反対方向から校正用流体を導入するために上記隔壁の対象流体が流れ出す側に配置され、上記熱線流速計からの距離が上記対象流体入口から上記熱線流速計までの距離と等距離であって、上記対象流体入口と流路面積が等しいノズルとを備えてもよい。
【００１５】
上記流路が車両の吸気ダクトであって、該吸気ダクトを流れる対象流体がエンジンに配給される空気であってもよい。
【００１６】
上記校正演算部は、キースイッチ投入後のエンジン始動前に上記校正用流体導入機構により校正用流体としての空気を上記副流路に導入させて校正用流体の質量流量を測定して上記副流路の熱線流速計を校正し、エンジン始動後のアイドリング時に上記主流路に流れる空気の質量流量と上記副流路に流れる空気の質量流量とを測定して上記主流路の熱線流速計を校正してもよい。
【００１７】
また、本発明のＭＡＦ測定方法は、車両の吸気ダクトからエンジンに配給される空気の質量流量を熱線流速計で測定するＭＡＦ測定方法において、上記吸気ダクト内を隔壁によって主流路及び副流路に分割形成し、上記主流路と副流路にそれぞれ熱線流速計を配置し、上記副流路に校正用流体を導入する校正用流体導入機構を接続しておき、キースイッチ投入後のエンジン始動前に上記校正用流体導入機構により空気を上記副流路に導入させて該空気の質量流量を測定し、その測定質量流量が正しい質量流量となるよう上記副流路の熱線流速計を校正し、エンジン始動後のアイドリング時に上記主流路に流れる空気の質量流量と上記副流路に流れる空気の質量流量とを測定し、上記主流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量と上記副流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量との差異がなくなるよう上記主流路の熱線流速計を校正するものである。
【００１８】
あらかじめ上記吸気ダクトに試験用の一定量の空気を流して各熱線流速計により上記主流路と上記副流路に流れる空気の質量流量をそれぞれ測定し、上記主流路における測定質量流量と上記副流路における測定質量流量との比を分割比としておき、この分割比を用いて上記総質量流量を推定してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２０】
（１）性能の経年変化を補うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２２】
図１に示されるように、本発明に係る流体流量計１は、流路２に流れる対象流体の質量流量を熱線流速計３で測定する流体流量計１において、流路２内が隔壁４によって分割形成された主流路５及び副流路６と、これら主流路５と副流路６にそれぞれ配置された熱線流速計３ｍ，３ｓと、副流路６に接続され対象流体が流路２に流されないときに校正用流体を副流路６に導入する校正用流体導入機構７と、副流路６の熱線流速計３ｓで測定された校正用流体の測定質量流量が正しい質量流量となるよう副流路６の熱線流速計３ｓを校正し、主流路５における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量と副流路６における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量との差異がなくなるよう主流路５の熱線流速計３ｍを校正する校正演算部８とを備えたものである。
【００２３】
本実施形態においては、流体流量計１は、車両のＭＡＦ測定に適用される。流路２は車両の吸気ダクト２であり、吸気ダクト２を流れる対象流体は図示しないエンジンに配給される空気である。吸気ダクト２は、図示より左側において大気に連通しており、図示より右側においてＥＧＲ管と合流されエンジンに至る。車両にはエンジンコントローラとしてのコンピュータ９が搭載されており、本実施形態では校正演算部８はコンピュータ９が所定のプログラムを実行することで実現される。コンピュータ９には、これ以降に述べる各種のセンサ、スイッチ及びアクチュエータはもとより、車両に一般的に搭載されるセンサ、スイッチ、アクチュエータ、表示器が入出力として接続されている。
【００２４】
隔壁４は、吸気ダクト２の内部に、吸気ダクト２の長手方向に所定の長さにわたり吸気ダクト２の中心線（図示せず）と平行に設けられる。断面で見ると、吸気ダクト２はほぼ円形であり、隔壁４は弦をなすように、吸気ダクト２の一部を分割している。吸気ダクト２を流れる空気は、隔壁４が設けられている区間においては、隔壁４より図示上部に形成された主流路５と隔壁４より図示下部に形成されたの副流路６とに分かれて流れることになる。
【００２５】
熱線流速計３ｍ，３ｓは、主流路５と副流路６の長手方向同じ位置に、吸気ダクト２の径方向に対向させて設けられる。熱線流速計３自体は従来より知られているものであるから、ここでは詳しい説明を省略する。
【００２６】
副流路６は、隔壁４の対象流体（ここではエンジンに送るための空気）が流れ込む側を熱線流速計３ｓから所定距離の位置で塞ぐ仕切り板１０と、仕切り板１０に形成され所定流路面積を有する対象流体入口１１と、対象流体が流れ込む方向と反対方向から校正用流体を導入するために隔壁４の対象流体が流れ出す側に配置されたノズル１２とを備える。熱線流速計３ｓからノズル１２までの距離ｘ（図２参照）は、対象流体入口１１から熱線流速計３ｓまでの距離ｘと等距離である。ノズル１２の流路面積は、対象流体入口１１の流路面積に等しい。
【００２７】
仕切り板１０は、隔壁４の下部、すなわち副流路６の全体を遮蔽するように形成されている。この仕切り板１０に対象流体入口１１が形成されているので、主流路５の流路面積Ａｍが断面図に投影される主流路５の面積そのものであるのに対して、副流路６の実質的な流路面積Ａｓは対象流体入口１１の面積となる。Ａｍ≫Ａｓである。
【００２８】
ノズル１２は、校正用流体導入機構７に連結されており、校正用流体導入機構７から供給される校正用流体を副流路６内にエンジンに送るための空気とは逆方向から導入して熱線流速計３ｓに吹き付けるようになっている。
【００２９】
本実施形態では、対象流体入口１１は円孔であり、ノズル１２は円管であるので、対象流体入口１１の開口直径ｄとノズル１２の噴口の開口直径ｄが等しく形成されることで、対象流体入口１１とノズル１２の流路面積が等しくなっている。従って、ノズル１２の噴口の流路面積もまたＡｓである。なお、熱線流速計３ｓからノズル１２までの距離ｘは、ノズル１２から噴出した噴流がポテンシャルコア領域以上で完全発達領域となる距離が望ましい。従って、副流路６が円管で構成される場合は、距離ｘは、ノズル１２の噴口の開口直径ｄ（＝対象流体入口１１の開口直径ｄ）の８倍以上が望ましい。副流路６が平面で構成される場合は、距離ｘは、開口直径ｄの７倍以上が望ましい。
【００３０】
対象流体入口１１は、仕切り板１０の最下点から所定の高さ（吸気ダクト２の中心線から径方向下方に所定の距離）の位置に設けられている。ノズル１２は、吸気ダクト２の外部から副流路６内に挿入され、仕切り板１０の最下点から所定の高さに噴口が位置するよう設けられている。対象流体入口１１とノズル１２の噴口は、互いに同軸（図５参照）となるよう、対向させて配置される。
【００３１】
対象流体入口１１とノズル１２の噴口が互いに同軸となるよう対向配置されると共に、熱線流速計３ｓからノズル１２までの距離ｘと対象流体入口１１から熱線流速計３ｓまでの距離ｘとが等距離であり、かつ、対象流体入口１１の開口直径ｄとノズル１２の噴口の開口直径ｄが等しい。つまり、対象流体入口１１とノズル１２が熱線流速計３ｓを挟んで（熱線流速計３ｓを対称軸にして）対称の位置にある。これにより、後述するエンジン運転中に流路２からエンジンに送られる空気が副流路６に流れるときの空気の速度分布と、エンジン停止中にノズル１２から噴出される校正用流体（空気）の速度分布とを同じ（対称）にすることができる。
【００３２】
さらに、熱線流速計３ｓのセンシング部（図示せず）と、ノズル１２の噴口の中心と、対象流体入口１１の中心は、共通中心線Ｃ（図３参照）に配置される。中心線Ｃは、副流路６の中心に配置される。これにより、後述するエンジン運転中には副流路６を通過する空気の最大速度（最大質量流量）を熱線流速計３ｓで測定することができ、エンジン停止中にノズル１２から噴出される空気の最大速度（最大質量流量）を熱線流速計３ｓで測定することができる。
【００３３】
校正用流体導入機構７は、校正用流体を収容するシリンダ１３と、シリンダ１３内の校正用流体を払い出すピストン１４と、ピストン１４の変位を測定するピストン変位センサ１５と、払い出し中の校正用流体の圧力を測定する払い出し圧力センサ１６と、校正用流体の温度を測定する温度センサ１７と、副流路６の圧力を測定する副流路圧力センサ１８とを備える。ピストン変位センサ１５が測定するピストン１４の変位は、時間測定機能を有するコンピュータ９において、時間微分することにより、速度に変換することができる。
【００３４】
シリンダ１３には、校正用流体としての空気を所定の体積蓄積することができる。ピストン１４は、シリンダ１３内を区画するピストンヘッドと、シリンダ１３内外をシリンダ１３の管軸方向に貫くピストンロッドと、そのピストンロッドをストローク駆動するアクチュエータとを備える。本実施形態では、アクチュエータはコンピュータ９の制御で動作する電動モータ１９である。シリンダ１３内の空気を所望した体積だけ払い出すには、アクチュエータによりピストン１４を応分の変位だけ駆動すればよい。シリンダ１３とノズル１２との間は、払い出し管で連結されている。払い出し圧力センサ１６と温度センサ１７は払い出し管に設置される。
【００３５】
校正演算部８は、ピストン１４の速度が一定か又は払い出し中の校正用流体の圧力が一定であれば副流路６に導入されている校正用流体の質量流量が一定であると判定し、また、校正用流体の質量流量が一定であるときに、上記払い出し中の校正用流体の圧力と校正用流体の温度と副流路６の圧力とから副流路６における校正用流体の正しい質量流量を求めるようになっている。
【００３６】
校正演算部８は、キースイッチ投入後のエンジン始動前に校正用流体導入機構７により校正用流体としての空気を副流路６に導入させ、熱線流速計３ｓで校正用流体の質量流量を測定すると同時に、もうひとつ別の手段で校正用流体の正しい質量流量を測定し、両者の比較から副流路６の熱線流速計３ｓを校正するようになっている。
【００３７】
また、校正演算部８は、エンジン始動後のアイドリング時に主流路５に流れる空気の質量流量と副流路６に流れる空気の質量流量とを測定してその測定結果から主流路５の熱線流速計３ｍを校正するようになっている。すなわち、校正用流体による校正後の熱線流速計３ｓで測定した空気の質量流量ＭＡＦｓに分割比Ｂ又は分割比Ｂ＋１を掛けた値を吸気ダクト２に流れる全空気の質量流量（総質量流量という）と推定する。主流路５の熱線流速計３ｍで測定した空気の質量流量ＭＡＦｍに１又は（１＋１／Ｂ）を掛けた値を吸気ダクト２に流れる全空気の質量流量（総質量流量という）と推定する。２つの推定による総質量流量が異なる（差が所定値以内でない）場合は、熱線流速計３ｍの出力電圧と吸気ダクト２に流れる全空気の質量流量との関係を校正することになる。熱線流速計３ｍの出力電圧に所定の校正係数を掛けることにより、校正を行う。校正係数は、例えば、ＭＡＦｓ×（１＋Ｂ）／ＭＡＦｍである。なお、分割比Ｂと校正係数については後に詳述する。
【００３８】
以下、図１の流体流量計１を用いて行う本発明のＭＡＦ測定方法を説明する。
【００３９】
既に説明したように、流体流量計１は、吸気ダクト２内を隔壁４によって主流路５及び副流路６に分割形成し、主流路５と副流路６にそれぞれ熱線流速計３ｍ，３ｓを配置し、副流路６に校正用流体を導入する校正用流体導入機構７を接続したものである。
【００４０】
本発明のＭＡＦ測定方法にあっては、流体流量計１を吸気ダクト２に装着した際（つまり車両の製造工程中）に、あらかじめ試験を行う。すなわち、吸気ダクト２に試験用の一定質量流量の空気を流して各熱線流速計３ｍ，３ｓにより主流路５と副流路６に流れる空気の質量流量をそれぞれ測定する。この試験測定の結果に基づき、主流路５における測定質量流量と副流路６における測定質量流量との比を計算して分割比Ｂとしておく。この分割比Ｂは後述する総質量流量を求める際に用いるものである。
【００４１】
図３に示されるように、主流路５においても副流路６においても流速と質量流量は比例する（ただし、流れが静的とする）。主流路５における測定質量流量ＱｍTEST（添え文字ＴＥＳＴは試験時を示す）と副流路６における測定質量流量ＱｓTESTとの比ＱｍTEST／ＱｓTESTが分割比Ｂである。分割比Ｂは流速によらず一定である。本発明においては、分割比Ｂは、１００以上が望ましい。また、質量流量測定に要求される精度を考慮し、流体流量計１の精度が要求精度を満たすように分割比Ｂの最適値を実験により決定することもできる。
【００４２】
吸気ダクト２に試験用の一定量の空気を流したときの分割比Ｂを求めておくことで、副流路６における測定質量流量から主流路５における質量流量を推定することができる。従って、熱線流速計３ｓが劣化した後、前述の校正用流体を用いた熱線流速計３ｓの校正を行えば、この劣化した熱線流速計３ｓによる測定質量流量を校正した質量流量から主流路５における質量流量を推定することも考えられる。しかし、ノズル１２の噴口直径及び対象流体入口１１が小さいので、エンジン負荷が増し、吸気ダクト２を流れる空気の質量流量が増えると、副流路６に流れる空気の速度が増す。副流路６に流れる空気の速度が増すと、流れがチョークされ、分割比Ｂが試験時とは変わる可能性がある。分割比Ｂが試験時と変わると、副流路６の測定質量流量から主流路５の質量流量を正しく推定できない。そこで、本発明のＭＡＦ測定方法にあっては、エンジン始動後のアイドリング時に、主流路５の熱線流速計３ｍの校正を行う。これについては、後に詳述する。
【００４３】
試験時、図１のように熱線流速計３ｍ，３ｓを取り付けた吸気ダクト２に、時間当たり一定の質量流量（ＱａTEST／ｓ）の試験用空気を流し、熱線流速計３ｍ，３ｓの出力電圧Ｖｍ，Ｖｓ（測定質量流量ＱｍTEST＝Ｆ（Ｖｍ），ＱｓTEST＝Ｆ（Ｖｓ））を測定する。Ｆ（Ｖｍ）とは、Ｖｍの関数という意味である。これにより、分割比Ｂ（Ｑｍ／Ｑｓ）と出力電圧Ｖｍ，Ｖｓと測定質量流量Ｑｍ，Ｑｓの関係が求まる。なお、吸気ダクト２を流れる空気の総質量流量ＱａをＱａ＝Ｆ１（Ｖｍ），Ｑａ＝Ｆ２（Ｖｓ）というように表しておいてもよい。
【００４４】
図４に示されるように、吸気ダクト２を流れる空気の総質量流量をＱａ、熱線流速計３ｍによる主流路５の測定質量流量をＱｍ、熱線流速計３ｓによる副流路６の測定質量流量をＱｓとする。主流路５の流路面積Ａｍは投影面積Ａｍ、副流路６の実質的な流路面積Ａｓは対象流体入口１１の面積Ａｓ＝ノズル１２の噴口面積Ａｓであり、Ａｍ≫Ａｓである。質量流量の単位はｇ／ｓである。分割比Ｂ＝Ｑｍ／Ｑｓである。
【００４５】
このとき、対象流体入口１１における流れがチョークされない条件では、
Ｑａ＝Ｑｍ＋Ｑｓ
である。よって、
Ｑａ＝（１＋Ｂ）×Ｑｓ
＝（１＋１／Ｂ）×Ｑｍ
である。
【００４６】
ここで、分割比Ｂが１に対して充分に大きいとすると、
Ｑａ≒Ｂ×Ｑｓ≒Ｑｍ
となる。
【００４７】
次に、本発明のＭＡＦ測定方法にあっては、キースイッチ投入後のエンジン始動前に校正用流体導入機構７により空気を副流路６に導入させて該空気の質量流量を測定し、その測定質量流量が正しい質量流量となるよう副流路６の熱線流速計３ｓを校正する。
【００４８】
図５に示されるように、副流路６において、キースイッチ投入後のエンジン始動前に校正用流体導入機構７によりノズル１２から副流路６に導入される空気は、共通中心線Ｃを中心にして速度分布する。最大速度は共通中心線Ｃ上に現れる。一方、エンジン始動後のアイドリング時に副流路６に流れる空気も、共通中心線Ｃを中心にして速度分布し、その最大速度は共通中心線Ｃ上に現れる。このように、両者の速度分布は熱線流速計３ｓに対して対称となる。熱線流速計３ｓは、両者の速度分布についてそれぞれ最大速度を測定することができる。
【００４９】
図６に示されるように、横軸に質量流量熱を取り、縦軸に出力電圧を取って、線流速計３のセンシング部を流れる流体の質量流量と熱線流速計３の出力電圧との関係をグラフにすると、質量流量と出力電圧との関係は直線的である。しかし、熱線流速計３が経年変化によって劣化すると、比例係数が変化する。すなわち、同じ質量流量に対する出力電圧がずれる。このまま校正することなく、熱線流速計３の測定質量流量を採用すると、実際の質量流量よりも少ない値になってしまう。
【００５０】
本発明では、ノズル１２から噴出する校正用流体の質量流量が経年変化によらず一定であることから、随時、熱線流速計３ｓを校正することができる。すなわち、図６のように劣化により同じ質量流量に対する出力電圧がずれても、熱線流速計３ｓの出力電圧に掛ける係数を更新することで劣化前と同じ質量流量が測定できるようになる。
【００５１】
次に、熱線流速計３ｓの校正の際に行う質量流量一定の判定方法を説明する。
【００５２】
既に述べたように、キースイッチ投入後のエンジン始動前に校正用流体導入機構７により空気を副流路６に導入させて空気の質量流量を測定する。このとき、シリンダ１３から払い出された空気がノズル１２から噴出する。本発明では、ノズル１２から噴出する空気の質量流量が時間的に一定であるという判定を行う。
【００５３】
図７に示されるように、時間Ｔを横軸に取り、ピストン１４の速度Ｖｌを縦軸に取り、ピストン１４を駆動し始めてからのピストン１４の速度変化を示すと、ピストン１４の速度Ｖｌは駆動開始後徐々に増加して一定に達する。すなわち、速度Ｖｌの時間微分値ｄＶｌ／ｄＴが０となる。ピストン１４の速度が一定となる時間範囲が図に示される。校正演算部８は、ピストン１４の速度Ｖｌが一定であれば副流路６に導入されている校正用流体の質量流量が一定であると判定する。
【００５４】
校正演算部８は、校正用流体の質量流量が一定であると判定したときに、払い出し中の空気の圧力（払い出し圧力センサ１６が測定した払い出し管内の圧力）と空気の温度（温度センサ１７が測定した払い出し管内の温度）と副流路６の圧力（副流路圧力センサ１８が測定した副流路６内の圧力）とから副流路６における空気の質量流量ＱｓREF（添え文字ＲＥＦは校正用流体導入機構７において測定したことを示す）を求める。
【００５５】
すなわち、質量流量ＱｓREFは、
ＱｓREF＝Ａｓ×｛（２×γ）／（γ−１）×Ｐ２×ρ
×［（Ｐ１／Ｐ２）(2/γ)−（Ｐ１／Ｐ２）(γ+1)/γ］｝
ここで、Ａｓはノズル１２の噴口面積、γは比熱比、Ｐ２は払い出し管内圧、ρは空気密度、Ｐ１は副流路内圧である。この演算式は、Ｐ１／Ｐ２が臨界圧力比以下のとき成立する。
【００５６】
図８に示されるように、時間Ｔを横軸に取り、払い出し管内圧力Ｐを縦軸に取り、ピストン１４を駆動し始めてからの払い出し管内圧力変化を示すと、払い出し管内圧力Ｐは駆動開始後徐々に増加して一定に達する。すなわち、圧力Ｐの時間微分値ｄＰ／ｄＴが０となる。払い出し管内圧力Ｐが一定となる時間範囲が図に示される。校正演算部８は、払い出し管内圧力Ｐが一定であれば副流路６に導入されている校正用流体の質量流量が一定であると判定する。この場合も、校正演算部８は、前述と同様にして質量流量ＱｓREFを求めることができる。
【００５７】
このように、校正用流体導入機構７により空気を副流路６に導入させたときに、副流路６に流れる空気の質量流量ＱｓREFを校正用流体導入機構７の要素でもって測定する。
【００５８】
質量流量ＱｓREFから吸気ダクト２を流れる空気の総質量流量Ｑａｃを演算すると、分割比Ｂが１に対して充分に大きいとき、
Ｑａｃ≒Ｂ×ＱｓREF
であり、分割比Ｂが小さいときは、
Ｑａｃ＝（１＋Ｂ）×ＱｓREF
である。
【００５９】
このとき、同時に、副流路６における空気の質量流量を熱線流速計３ｓで測定する。この質量流量ＱｓCAL（添え文字ＣＡＬはキースイッチ投入後のエンジン始動前に熱線流速計３ｓで測定したことを示す）から吸気ダクト２を流れる空気の総質量流量（実際には流れていない）Ｑａｖを仮想的に演算することができる。すなわち、分割比Ｂが１に対して充分に大きいとき、
Ｑａｖ≒Ｂ×ＱｓCAL
である。分割比Ｂが小さい（１に対して充分に大きくはないの意）ときは、
Ｑａｖ＝（１＋Ｂ）×ＱｓCAL
である。
【００６０】
このようにして求めた総質量流量Ｑａｖと総質量流量Ｑａｃが互いに等しい場合（実用上では両者の差異が誤差として許容できる所定範囲内の場合）、熱線流速計３ｓは、正しい質量流量を測定していると考えられる。
【００６１】
総質量流量Ｑａｖと総質量流量Ｑａｃが異なる場合（実用上では両者の差異が所定範囲外の場合）、熱線流速計３ｓが劣化していると考えられる。そこで、熱線流速計３ｓを校正することになる。
【００６２】
熱線流速計３ｓの校正に用いる係数を副流路校正係数Ｈｓとすると、
Ｈｓ＝Ｑａｖ／Ｑａｃ
とする。このようにして、キースイッチ投入後のエンジン始動前に、熱線流速計３ｓを校正する副流路校正係数Ｈｓを決定することができる。これ以後は、熱線流速計３ｓが測定した値に副流路校正係数Ｈｓを掛けて測定質量流量とする。すなわち、エンジン停止時に、エンジン運転中の副流路空気流を模擬した空気流を与えて熱線流速計３ｓの劣化を判定しておくと共に、エンジン運転中には、模擬した空気流に相当する空気流が正しく測定できるよう副流路校正係数Ｈｓを用いる。
【００６３】
図９に示されるように、熱線流速計３における質量流量と出力電圧との関係は直線的である。熱線流速計３が経年変化によって劣化すると、比例係数が変化して正しい出力電圧が出なくなる。熱線流速計３ｓについては、劣化後の出力電圧（読み値）に副流路校正係数Ｈｓを掛けることで劣化前と同等の演算値が得られる。
【００６４】
次に、本発明のＭＡＦ測定方法にあっては、エンジン始動後のアイドリング時に主流路５に流れる空気の質量流量と副流路６に流れる空気の質量流量とを測定し、主流路５における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量と副流路６における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量との差異がなくなるよう主流路５の熱線流速計３ｍを校正する。
【００６５】
エンジン始動後のアイドリング時は、吸気ダクト２を流れる空気の質量流量がアイドリングよりも高エンジン回転時に比べて小さい。
【００６６】
このとき、主流路５に設けられた熱線流速計３ｍによる測定質量流量ＱｍIDLE（添え字ＩＤＬＥはエンジン始動後のアイドリング時に測定したことを示す）から吸気ダクト２を流れる空気の総質量流量ＱａｍIDLEを推定演算する。分割比Ｂが１に対して充分に大きいとき、
ＱａｍIDLE≒ＱｍIDLE
である。分割比Ｂが小さい（１に対して充分に大きくはないの意）ときは、
ＱａｍIDLE＝（１＋１／Ｂ）×ＱｍIDLEである。
【００６７】
一方、副流路６に設けられた熱線流速計３ｓによる測定質量流量ＱｓIDLEからも吸気ダクト２を流れる空気の総質量流量ＱａｓIDLEを推定演算する。分割比Ｂが１に対して充分に大きいとき、
ＱａｓIDLE≒Ｂ×ＱｓIDLE
である。分割比Ｂが小さいときは、
ＱａｓIDLE＝（１＋Ｂ）×ＱｓIDLEである。
【００６８】
このようにして求めた総質量流量ＱａｍIDLEと総質量流量ＱａｓIDLEが互いに等しい場合（実用上では両者の差異が誤差として許容できる所定範囲内の場合）、各々の熱線流速計３ｍ，３ｓは、どちらも正しい値を測定していると考えられる。
【００６９】
総質量流量ＱａｍIDLEと総質量流量ＱａｓIDLEが異なる場合（実用上では両者の差異が所定範囲外の場合）、熱線流速計３ｍが劣化していると考えられる。熱線流速計３ｓは、キースイッチ投入後のエンジン始動前に校正してあるからである。そこで、熱線流速計３ｍを校正することになる。
【００７０】
熱線流速計３ｍの校正に用いる係数を主流路校正係数Ｈｍとすると、
Ｈｍ＝ＱａｓIDLE／ＱａｍIDLE
とする。このようにして、エンジン始動後のアイドリング時に、熱線流速計３ｍを校正する主流路校正係数Ｈｍを決定することができる。
【００７１】
以上説明したように、本発明は、流路２に流れる対象流体の質量流量を熱線流速計３で測定する流体流量計１において、流路２内が隔壁４によって分割形成された主流路５及び副流路６と、これら主流路５と副流路６にそれぞれ配置された熱線流速計３ｍ，３ｓと、副流路６に接続され対象流体が流路２に流されないときに校正用流体を副流路６に導入する校正用流体導入機構７と、副流路６の熱線流速計３ｓで測定された校正用流体の測定質量流量が正しい質量流量となるよう副流路６の熱線流速計３ｓを校正し、主流路５における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量と副流路６における対象流体の測定質量流量から推定される流路２の総質量流量との差異がなくなるよう主流路５の熱線流速計３ｍを校正する校正演算部８とを備えたことにより、熱線流速計３ｍ，３ｓの性能の経年変化を補うことができる。
【００７２】
特に車両においては、校正演算部８は、キースイッチ投入後のエンジン始動前に校正用流体導入機構７により校正用流体としての空気を副流路６に導入させて校正用流体の質量流量を測定して副流路６の熱線流速計３ｓを校正し、エンジン始動後のアイドリング時に主流路５に流れる空気の質量流量と副流路６に流れる空気の質量流量とを測定して主流路５の熱線流速計３ｍを校正するようにしたので、吸気ダクト２に外部空気が流れ込まないエンジン始動前に校正用流体を用いた熱線流速計３ｓの校正を行うことができると共に、吸気ダクト２の空気の質量流量が比較的少ないアイドリング時に熱線流速計３ｍの校正を行うことができる。
【００７３】
車両においては、熱線流速計３の劣化が自動的に校正されることにより、エミッションや燃費に関する性能劣化を抑制することができる。
【００７４】
なお、本発明では、隔壁４から副流路６を遮蔽するように形成された仕切り板１０に対象流体入口１１を設ける。対象流体入口１１の開口直径ｄが小さいので、吸気ダクト２を流れる空気の質量流量が多い場合には、対象流体入口１１において流れがチョークされることがある。従って、吸気ダクト２の空気の質量流量が比較的少ないアイドリング時に熱線流速計３ｍの校正を行うのは好ましい。
【００７５】
本発明では、試験時に測定した主流路５における測定質量流量と副流路６における測定質量流量との比を分割比Ｂとして、その後、継続してこの分割比Ｂを演算に用いる。分割比Ｂは、機械的構造の因子である主流路５の流路面積Ａｍと副流路６の実質的な流路面積Ａｓとによって概ね決まる。流路２（主流路５、副流路６）が変形したり、詰まりを生じたりしない限り、分割比Ｂは変化しない。しかし、対象流体入口１１の開口直径ｄが小さいので、汚染によって副流路６の流路面積Ａｓが変わると、分割比Ｂが変化する。Low Pressure EGR方式を採用するエンジンに本発明の流体流量計１を適用する場合には、ＥＧＲガスが新気と合流される位置よりも上流であって、エアクリーナよりも下流に流体流量計１を設置すると、流体流量計１が汚染されるのを防ぐことができる。
【００７６】
以下、本発明の校正演算部８としてコンピュータ９が実行するアルゴリズムを説明する。なお、図１０のフローチャート中に記入されている等式は、右辺を左辺に代入するというコンピュータプログラム特有の数式表現である。
【００７７】
図１０に示されるように、車両のキースイッチが投入されると、コンピュータ９が起動される。ステップＳ１において、キースイッチがオンであることが認識される。ステップＳ２において、校正用流体導入機構７（エアシリンダ）が作動しノズル１２から副流路６へ校正用の空気が導入される。ステップＳ３において、コンピュータ９内のタイマが以後の時間測定のため作動開始される。ステップＳ４において、上記タイマの瞬時値を読み取ることで時間が測定される。
【００７８】
ステップＳ５において、校正用流体導入機構７におけるピストン１４のストローク（ピストンリフト）が測定される。ステップＳ６において、ストロークと時間よりピストン１４の速度が演算される。ステップＳ６−１において、ピストン１４の速度の時間当たりの変化（加速度）が演算される。ステップＳ７において、ピストン１４の速度変化がほぼ０かどうか比較判定される。ＮＯであれば、ピストン１４の速度は一定でない。このとき、ステップＳ８において、ピストン１４のストロークの前回値が今回値に更新され、時間の前回値が今回値に更新され、ピストン１４の速度の前回値が今回値に更新される。ステップＳ４に戻る。
【００７９】
ステップＳ７の判定がＹＥＳであれば、ピストン１４の速度は一定である。このとき、ステップＳ７−１において、払い出し圧力センサ１６の出力値を読み取ることにより、払い出し管に生じている払い出し圧力（エアシリンダ吐出圧）が測定され、温度センサ１７の出力値を読み取ることにより、払い出し空気の温度が測定される。ステップＳ９において、タイマが停止される。ステップＳ１０に進む。
【００８０】
ステップＳ１０において、払い出し圧力と、払い出し空気の温度と、ノズル１２の噴口面積とを用いて、ノズル１２より噴出される校正用の空気の正しい質量流量Ｑｓ（ＱｓREFであるが図１０では添え字を省略測定する）が演算される。ステップＳ１１において、校正用の空気の正しい質量流量Ｑｓと分割比Ｂを用いて吸気ダクト２の総質量流量Ｑａｖが演算される。これは、エンジン駆動時に校正用の空気と同量の空気（新気）が副流路６に流れたとして、そのとき吸気ダクト２の全体に流れているであろう総質量流量である。
【００８１】
ステップＳ１２において、副流路６内の熱線流速計３ｓにより校正用の空気の質量流量Ｑｓ（ＱｓCALであるが図１０では添え字を省略測定する；以下同様）が測定され、これより吸気ダクト２の総質量流量Ｑａｃが演算される。これは、ステップＳ１１と同様の総質量流量推定を熱線流速計３ｓの実測値から行うものである。なお、コンピュータ９の演算処理速度が校正用の空気流の変化より充分に速いので、ステップＳ１２での測定・演算はステップＳ７−１からステップＳ１０までの測定・演算とほぼ同時であり、同じ一定の校正用の空気流に基づくものとなる。
【００８２】
ステップＳ１１で求めた吸気ダクト２の総質量流量ＱａｖとステップＳ１２で求めた吸気ダクト２の総質量流量Ｑａｃとが互いに等しければ、熱線流速計３ｓは劣化していないことになる。両者の総質量流量に差異があれば、熱線流速計３ｓは劣化していることになる。このとき、両者の差が劣化による誤差となる。ステップＳ１３において、総質量流量Ｑａｖと総質量流量Ｑａｃの比により、副流路校正係数Ｈｓが演算される。
【００８３】
以上、ステップＳ１からステップＳ１３までが、キースイッチ投入後のエンジン始動前に実行される。その後、エンジンが始動されると、ステップＳ１４において、エンジン始動が認識される。
【００８４】
エンジン始動後のアイドリング時に、ステップＳ１５において、副流路６内の熱線流速計３ｓにより空気の質量流量Ｑｓが測定され、さらに、この質量流量Ｑｓと分配比Ｂと副流路校正係数Ｈｓから吸気ダクト２全体の総質量流量Ｑａｓが演算される。
【００８５】
一方、ステップＳ１６において、主流路５内の熱線流速計３ｍにより空気の質量流量Ｑｍが測定され、さらに、この質量流量Ｑｍと分配比Ｂとから吸気ダクト２全体の総質量流量Ｑａｍが演算される。ステップＳ１５の総質量流量ＱａｓとステップＳ１６の総質量流量Ｑａｍとが互いに等しければ、熱線流速計３ｍは劣化していないことになる。両者の総質量流量に差異があれば、熱線流速計３ｍは劣化していることになる。このとき、両者の差が劣化による誤差となる。
【００８６】
ステップＳ１７において、総質量流量Ｑａｓと総質量流量Ｑａｍの比により、主流路校正係数Ｈｍが演算される。熱線流速計３ｍの劣化がなければＨｍ＝１である。
【００８７】
ステップＳ１８において、関数Ｆ（Ｖｍ）を求める。関数Ｆ（Ｖｍ）は、このアルゴリズムが実行される最初は、初期（試験時）に熱線流速計３ｍの出力電圧Ｖｍと空気の質量流量Ｑｍとの関係を求めた初期関数Ｆ（Ｖｍ）TESTである。この初期関数Ｆ（Ｖｍ）TESTに主流路校正係数Ｈｍを掛けて劣化後の新たな関数Ｆ（Ｖｍ）とする。
【００８８】
ステップＳ１９より、通常のエンジン制御に進む。
【００８９】
以上のアルゴリズム中、ノズル１２より噴出される校正用の空気の質量流量を演算する手順（破線で囲む部分）は、次の手順に置き換えることができる。
【００９０】
図１１に示されるように、ステップＳ５において、払い出し圧力センサ１６の出力値を読み取ることにより、払い出し管に生じている払い出し圧力（エアシリンダ吐出圧）が測定される。ステップＳ６において、払い出し圧力の変化が演算される。ステップＳ７において、払い出し圧力の変化がほぼ０かどうか比較判定される。ＮＯであれば、払い出し圧力は一定でない。このとき、ステップＳ８において、払い出し圧力の前回値が今回値に更新され、時間の前回値が今回値に更新される。ステップＳ４に戻る。ステップＳ７の判定がＹＥＳであれば、払い出し圧力は一定である。このとき、ステップＳ７−１に進む。
【００９１】
以上の手順において、副流路校正係数Ｈｓ、主流路校正係数Ｈｍの両方又はいずれか一方が、所定の許容限界値（例えば、１０％増減）に達したら、熱線流速計３ｓ、熱線流速計３ｍの交換警告を車両の表示器に表示するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一実施形態を示す車両のＭＡＦ測定に適用される流体流量計の構成図である。
【図２】図１の流体流量計における副流路内配置詳細図である。
【図３】本発明で演算に用いる分割比を説明するための流速対質量流量特性図である。
【図４】本発明の流体流量計の試験時における諸量を定義するための流体流量計の断面図である。
【図５】本発明の副流路における質量流量測定を説明するための副流路断面拡大図である。
【図６】熱線流速計の劣化前と劣化後の流速対質量流量特性図である。
【図７】本発明の校正用流体導入機構におけるピストン速度の時間特性図である。
【図８】本発明の校正用流体導入機構における払い出し管内圧力の時間特性図である。
【図９】本発明の熱線流速計における質量流量対出力電圧特性図である。
【図１０】本発明の校正演算部としてコンピュータが実行するアルゴリズムのフローチャートである。
【図１１】本発明のノズルより噴出される校正用の空気の質量流量を演算する別の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９３】
１ 流体流量計
２ 流路（吸気ダクト）
３ 熱線流速計
３ｍ 主流路の熱線流速計
３ｓ 副流路の熱線流速計
４ 隔壁
５ 主流路
６ 副流路
７ 校正用流体導入機構
８ 校正演算部
９ コンピュータ
１０ 仕切り板
１１ 対象流体入口
１２ ノズル
１３ シリンダ
１４ ピストン
１５ ピストン変位センサ
１６ 払い出し圧力センサ
１７ 温度センサ
１８ 副流路圧力センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路に流れる対象流体の質量流量を熱線流速計で測定する流体流量計において、
上記流路内が隔壁によって分割形成された主流路及び副流路と、
これら主流路と副流路にそれぞれ配置された熱線流速計と、
上記副流路に接続され対象流体が流されないときに校正用流体を導入する校正用流体導入機構と、
上記副流路の熱線流速計で測定された校正用流体の測定質量流量が正しい質量流量となるよう上記副流路の熱線流速計を校正し、上記主流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量と上記副流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量との差異がなくなるよう上記主流路の熱線流速計を校正する校正演算部と、
を備えたことを特徴とする流体流量計。
【請求項２】
上記校正用流体導入機構は、上記校正用流体を収容するシリンダと、該シリンダ内の校正用流体を払い出すピストンと、該ピストンの変位を測定するピストン変位センサと、払い出し中の校正用流体の圧力を測定する払い出し圧力センサと、校正用流体の温度を測定する温度センサと、上記副流路の圧力を測定する副流路圧力センサとを備え、
上記校正演算部は、上記ピストンの速度が一定か又は払い出し中の校正用流体の圧力が一定であれば上記副流路に導入されている校正用流体の質量流量が一定であると判定し、校正用流体の質量流量が一定であるときに、上記払い出し中の校正用流体の圧力と校正用流体の温度と上記副流路の圧力とから上記副流路における校正用流体の正しい質量流量を求めることを特徴とする請求項１記載の流体流量計。
【請求項３】
上記副流路は、上記隔壁の対象流体が流れ込む側を上記熱線流速計から所定距離の位置で塞ぐ仕切り板と、該仕切り板に形成され所定流路面積を有する対象流体入口と、対象流体が流れ込む方向と反対方向から校正用流体を導入するために上記隔壁の対象流体が流れ出す側に配置され、上記熱線流速計からの距離が上記対象流体入口から上記熱線流速計までの距離と等距離であって、上記対象流体入口と流路面積が等しいノズルとを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の流体流量計。
【請求項４】
上記流路が車両の吸気ダクトであって、該吸気ダクトを流れる対象流体がエンジンに配給される空気であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の流体流量計。
【請求項５】
上記校正演算部は、キースイッチ投入後のエンジン始動前に上記校正用流体導入機構により校正用流体としての空気を上記副流路に導入させて校正用流体の質量流量を測定して上記副流路の熱線流速計を校正し、エンジン始動後のアイドリング時に上記主流路に流れる空気の質量流量と上記副流路に流れる空気の質量流量とを測定して上記主流路の熱線流速計を校正することを特徴とする請求項４記載の流体流量計。
【請求項６】
車両の吸気ダクトからエンジンに配給される空気の質量流量を熱線流速計で測定するＭＡＦ測定方法において、
上記吸気ダクト内を隔壁によって主流路及び副流路に分割形成し、上記主流路と副流路にそれぞれ熱線流速計を配置し、上記副流路に校正用流体を導入する校正用流体導入機構を接続しておき、
キースイッチ投入後のエンジン始動前に上記校正用流体導入機構により空気を上記副流路に導入させて該空気の質量流量を測定し、その測定質量流量が正しい質量流量となるよう上記副流路の熱線流速計を校正し、
エンジン始動後のアイドリング時に上記主流路に流れる空気の質量流量と上記副流路に流れる空気の質量流量とを測定し、
上記主流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量と上記副流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量との差異がなくなるよう上記主流路の熱線流速計を校正する、
ことを特徴とするＭＡＦ測定方法。
【請求項７】
あらかじめ上記吸気ダクトに試験用の一定量の空気を流して各熱線流速計により上記主流路と上記副流路に流れる空気の質量流量をそれぞれ測定し、上記主流路における測定質量流量と上記副流路における測定質量流量との比を分割比としておき、この分割比を用いて上記総質量流量を推定することを特徴とする請求項６記載のＭＡＦ測定方法。
【請求項１】
流路に流れる対象流体の質量流量を熱線流速計で測定する流体流量計において、
上記流路内が隔壁によって分割形成された主流路及び副流路と、
これら主流路と副流路にそれぞれ配置された熱線流速計と、
上記副流路に接続され対象流体が流されないときに校正用流体を導入する校正用流体導入機構と、
上記副流路の熱線流速計で測定された校正用流体の測定質量流量が正しい質量流量となるよう上記副流路の熱線流速計を校正し、上記主流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量と上記副流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量との差異がなくなるよう上記主流路の熱線流速計を校正する校正演算部と、
を備えたことを特徴とする流体流量計。
【請求項２】
上記校正用流体導入機構は、上記校正用流体を収容するシリンダと、該シリンダ内の校正用流体を払い出すピストンと、該ピストンの変位を測定するピストン変位センサと、払い出し中の校正用流体の圧力を測定する払い出し圧力センサと、校正用流体の温度を測定する温度センサと、上記副流路の圧力を測定する副流路圧力センサとを備え、
上記校正演算部は、上記ピストンの速度が一定か又は払い出し中の校正用流体の圧力が一定であれば上記副流路に導入されている校正用流体の質量流量が一定であると判定し、校正用流体の質量流量が一定であるときに、上記払い出し中の校正用流体の圧力と校正用流体の温度と上記副流路の圧力とから上記副流路における校正用流体の正しい質量流量を求めることを特徴とする請求項１記載の流体流量計。
【請求項３】
上記副流路は、上記隔壁の対象流体が流れ込む側を上記熱線流速計から所定距離の位置で塞ぐ仕切り板と、該仕切り板に形成され所定流路面積を有する対象流体入口と、対象流体が流れ込む方向と反対方向から校正用流体を導入するために上記隔壁の対象流体が流れ出す側に配置され、上記熱線流速計からの距離が上記対象流体入口から上記熱線流速計までの距離と等距離であって、上記対象流体入口と流路面積が等しいノズルとを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の流体流量計。
【請求項４】
上記流路が車両の吸気ダクトであって、該吸気ダクトを流れる対象流体がエンジンに配給される空気であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の流体流量計。
【請求項５】
上記校正演算部は、キースイッチ投入後のエンジン始動前に上記校正用流体導入機構により校正用流体としての空気を上記副流路に導入させて校正用流体の質量流量を測定して上記副流路の熱線流速計を校正し、エンジン始動後のアイドリング時に上記主流路に流れる空気の質量流量と上記副流路に流れる空気の質量流量とを測定して上記主流路の熱線流速計を校正することを特徴とする請求項４記載の流体流量計。
【請求項６】
車両の吸気ダクトからエンジンに配給される空気の質量流量を熱線流速計で測定するＭＡＦ測定方法において、
上記吸気ダクト内を隔壁によって主流路及び副流路に分割形成し、上記主流路と副流路にそれぞれ熱線流速計を配置し、上記副流路に校正用流体を導入する校正用流体導入機構を接続しておき、
キースイッチ投入後のエンジン始動前に上記校正用流体導入機構により空気を上記副流路に導入させて該空気の質量流量を測定し、その測定質量流量が正しい質量流量となるよう上記副流路の熱線流速計を校正し、
エンジン始動後のアイドリング時に上記主流路に流れる空気の質量流量と上記副流路に流れる空気の質量流量とを測定し、
上記主流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量と上記副流路における対象流体の測定質量流量から推定される上記流路の総質量流量との差異がなくなるよう上記主流路の熱線流速計を校正する、
ことを特徴とするＭＡＦ測定方法。
【請求項７】
あらかじめ上記吸気ダクトに試験用の一定量の空気を流して各熱線流速計により上記主流路と上記副流路に流れる空気の質量流量をそれぞれ測定し、上記主流路における測定質量流量と上記副流路における測定質量流量との比を分割比としておき、この分割比を用いて上記総質量流量を推定することを特徴とする請求項６記載のＭＡＦ測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−６６１０７（Ｐ２０１０−６６１０７Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３２２９１（Ｐ２００８−２３２２９１）
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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