JP2018146270A - 流量測定システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】測定システムのECUは、主通路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。
【選択図】図6
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〔数式1〕
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。
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。
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3〕
〔数式4〕
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。
〔数式5〕
〔数式6〕
以下、放熱参酌部58を図7に基づき説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (2)
- 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。 - 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。
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