JP2019100182A - 吸入空気量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気がエアフローメータを逆流したときにも、精度良く吸入空気量を計測することができる吸入空気量計測装置を提供する。【解決手段】吸気通路１１を流れる吸気を主流通路とバイパス通路とに分流し、バイパス通路の吸気流量の計測結果（供給電流ＩＡ）を出力するバイパス方式のエアフローメータ１３の計測結果からエンジン１０の吸入空気量を算出する電子制御ユニット２３は、吸入空気量の算出に際して、エアフローメータ１３の主流通路の損失係数とバイパス通路の損失係数とに基づき、主流通路の吸気の流量変化に対するバイパス通路の吸気の流量変化の応答遅れ分の遅れ補償を行い、且つ同遅れ補償に用いる主流通路及びバイパス通路の各損失係数の値を、主流通路を吸気が順方向に流れる順流時と逆方向に流れる逆流時とで変更する。【選択図】図１

Description

本発明は、バイパス方式のエアフローメータを用いてエンジンの吸入空気量を計測する吸入空気量計測装置に関する。

車載等のエンジンの吸入空気量の計測装置として、吸気通路を流れる吸気を主流通路とバイパス通路とに分流し、バイパス通路の吸気流量の計測結果を出力するバイパス方式のエアフローメータを備えたものがある。こうした吸入空気量計測装置では、エアフローメータが出力するバイパス通路の吸気流量（バイパス流量）の計測結果に基づきエンジンの吸入空気量を算出することで同吸入空気量の計測を行っている。なお、主流通路の吸気流量（主流流量）の変化に対してバイパス流量は遅れて変化する。こうした主流流量の変化に対するバイパス流量の変化の応答遅れ（バイパス遅れ）の時間は、主流通路及びバイパス通路の損失係数から求めることができる。特許文献１に記載の吸入空気量計測装置では、吸入空気量の算出に際して、主流通路及びバイパス通路の損失係数に基づき、バイパス遅れ分の遅れ補償を行うことで、値の同期を取っている。

特開２００６−２５８１号公報

ところで、エアフローメータでは、吸気通路を流れる吸気の脈動等に応じて一時的に吸気が逆流することがある。これに対して、上記従来の吸入空気量計測装置では、こうしたエアフローメータでの吸気の逆流を考慮せずにバイパス遅れの補償を行っており、逆流の発生時に吸入空気量の計測精度が低下する。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、吸気がエアフローメータを逆流したときにも、精度良く吸入空気量を計測することができる吸入空気量計測装置を提供することにある。

上記課題を解決する吸入空気量計測装置は、吸気通路を流れる吸気を主流通路とバイパス通路とに分流し、バイパス通路の吸気流量の計測結果を出力するバイパス方式のエアフローメータと、同エアフローメータの計測結果からエンジンの吸入空気量を算出する演算処理装置と、を備えている。エアフローメータにおける主流通路の吸気流量（主流流量）の変化に対して、バイパス通路の吸気流量（バイパス流量）は遅れて変化する。こうした主流流量の変化に対するバイパス流量の変化の応答遅れ（バイパス遅れ）は、エアフローメータが出力するバイパス流量の計測結果にも含まれる。こうしたバイパス遅れを含むエアフローメータの計測結果に対して値の同期を取るために、吸入空気量の算出に際してバイパス遅れ分の遅れ補償、又は進み補償を行うことがある。

バイパス遅れの時間は、主流通路の損失係数とバイパス通路の損失係数とに基づき算出することができる。そこで、上記吸入空気量計測装置における演算処理装置は、吸入空気量の算出に際して、主流通路の損失係数とバイパス通路の損失係数とに基づいて主流通路の吸気流量の変化に対するバイパス通路の吸気流量の変化の応答遅れ分の遅れ補償又は進み補償を行っている。

一方、エアフローメータにおける主流通路やバイパス通路の形状は吸気の流れ方向に対して非対称であるため、両通路の損失係数は順流時と逆流時とで異なった値となる。そのため、逆流時にも、順流時と同じ値を損失係数に設定してバイパス遅れの補償を行うと、同補償が不適切となって吸入空気量の計測精度が低下してしまう。これに対して上記吸入空気量計測装置における演算処理装置は、バイパス遅れの補償に用いる主流通路の損失係数及びバイパス通路の損失係数の値を、主流通路を吸気が順方向に流れる順流時と逆方向に流れる逆流時とで変更している。そのため、順流時、逆流時のいずれにも的確なバイパス遅れの補償が可能となる。したがって、上記吸入空気量計測装置によれば、エアフローメータを吸気が逆流したときにも、精度良く吸入空気量を計測することができる。

主流通路やバイパス通路の損失係数は、各通路を流れる吸気の流速やその流速の変化量に応じて変化する。そのため、上記バイパス遅れの補償は、流速やその変化量に応じて、各通路の損失係数の値を変更して行うことが望ましい。一方、順流時と逆流時との損失係数の変化は、主流通路及びバイパス通路の双方において同様の傾向を示す。よって、上記吸入空気量計測装置における演算処理装置は、上記バイパス遅れの補償に用いる各損失係数を以下の態様で算出するよう構成できる。すなわち、順流時の補償に用いる主流通路の損失係数の値である順流時主流損失係数を、同主流通路を流れる吸気の流速及び同流速の変化量の少なくとも一方に基づき算出するとともに、順流時の補償に用いるバイパス通路の損失係数の値である順流時バイパス損失係数を、同バイパス通路を流れる吸気の流速及び同流速の変化量の少なくとも一方に基づき算出する。そして、順流時主流損失係数に既定の逆流補正係数を乗算した積を逆流時のバイパス遅れの補償に用いる主流通路の損失係数の値として算出するとともに、順流時バイパス損失係数に上記逆流補正係数を乗算した積を逆流時の補償に用いるバイパス通路の損失係数の値として算出する。

吸入空気量計測装置の一実施形態が適用されるエンジンの吸気系の構成を示す模式図。 同吸入空気量計測装置に設けられたエアフローメータの模式的な断面図。 同吸入空気量計測装置での吸入空気量の算出にかかる処理の流れを示すブロック図。 同吸入空気量計測装置が吸入空気量の算出に際して実行するバイパス遅れ補償ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 主流流速及び主流流速変化量と順流時主流損失係数Ｃｓ０との関係を示すグラフ。 バイパス流速及びバイパス流速変化量と順流時バイパス損失係数Ｃｂ０との関係を示すグラフ。

以下、吸入空気量計測装置の一実施形態を、図１〜図６を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の吸入空気量計測装置が適用されるエンジン１０の吸気通路１１の最上流部には、同吸気通路１１に取り込んだ吸気を浄化するエアクリーナ１２が設けられている。そして、吸気通路１１におけるエアクリーナ１２よりも下流側の部分には、エアフローメータ１３が設けられている。また、吸気通路１１におけるエアフローメータ１３よりも下流側の部分には、ＤＣモータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１４と、同スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度ＴＡ）を検出するスロットル開度センサ１５と、が設けられている。

吸気通路１１におけるスロットルバルブ１４よりも下流側の部分には、サージタンク１６が設けられている。サージタンク１６には、その内部の吸気の圧力（吸気圧ＰＭ）を検出する吸気圧センサ１７が設けられている。サージタンク１６は、気筒別に吸気を分流するための分枝管である吸気マニホールド１８及び気筒別の吸気ポート１９を介して各気筒の燃焼室２０に接続されている。各気筒の吸気ポート１９には、燃料を噴射する燃料噴射弁２１がそれぞれ取り付けられている。また、各気筒の吸気ポート１９と燃焼室２０との間の部分には、燃焼室２０に対して吸気ポート１９を開閉する吸気弁２２がそれぞれ設けられている。

エアフローメータ１３及び吸気圧センサ１７の検出信号は、エンジン制御用の電子制御ユニット２３に入力されている。また、電子制御ユニット２３には、大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ２４、エンジン１０の出力軸であるクランク軸が既定の角度回転する毎にパルス信号ＣＲＮＫを出力するクランク角センサ２５、アクセルペダルの踏込量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ２６の各検出信号も入力されている。

電子制御ユニット２３は、エンジン制御のための各種プログラムが予め記憶されたメモリ２３Ａと、メモリ２３Ａに記憶されたプログラムを読み込んで実行するマイクロコンピュータ２３Ｂと、を備えている。後述する各処理は、メモリ２３Ａから各々の処理に対応したプログラムをマイクロコンピュータ２３Ｂが読み込んで実行することで、実現されている。なお、電子制御ユニット２３は、エンジン制御にかかる処理の１つとして、クランク角センサ２５が出力したパルス信号ＣＲＮＫからエンジン回転数ＮＥを演算する処理を行っている。

続いて、図２を参照して、エアフローメータ１３の構成を説明する。エアフローメータ１３は、吸気通路１１を流れる吸気を主流通路２７と略Ｕ字形状のバイパス通路２８とに分流させるバイパス方式のエアフローメータとして構成されている。エアフローメータ１３のバイパス通路２８には、白金線等の熱線３０と温度センサ３１とにより構成された熱式の流量計２９が設置されている。

さらに、エアフローメータ１３には、熱線３０の供給電流ＩＡを制御する電流制御回路３２が設けられている。電流制御回路３２は、熱線３０の供給電流ＩＡと印加電圧との関係から同熱線３０の温度を求めるとともに、温度センサ３１が検出した吸気の温度に対する熱線３０の温度差を一定に保つように同熱線３０の供給電流ＩＡを制御する。

熱線３０の発熱量は供給電流ＩＡに応じて変化し、吸気に対する熱線３０の放熱量は、吸気と熱線３０との温度差と吸気の流量との双方に応じて変化する。そのため、発熱量と放熱量とが釣り合って吸気と熱線３０との温度差が一定に保たれた状態となったときの熱線３０の供給電流ＩＡは、バイパス通路２８の吸気流量（バイパス流量）に応じて一義に定まる値となる。エアフローメータ１３は、こうした熱線３０の供給電流ＩＡを計測結果として電子制御ユニット２３に出力している。

電子制御ユニット２３は、エアフローメータ１３から入力した供給電流ＩＡに基づいてエンジン１０の吸入空気量Ｑを算出している。本実施形態の吸入空気量計測装置では、こうした電子制御ユニット２３が、エアフローメータ１３の計測結果から吸入空気量Ｑを算出する演算処理装置に対応する構成となっている。

（吸入空気量算出）
図３に、吸入空気量Ｑの算出にかかる電子制御ユニット２３の処理の流れを示す。吸入空気量Ｑの算出は、電子スロットルモデルＭ１、ＴＡモデルＭ２、吸気管モデルＭ３、吸気弁モデルＭ４、及びＡＦＭモデルＭ５の各物理モデルを用いて行われる。なお、図中には、図示の都合上、ＴＡモデルＭ２、吸気管モデルＭ３、及び吸気弁モデルＭ４がそれぞれ複数記載されているが、実体はそれぞれ一つずつである。

電子スロットルモデルＭ１は、現在のスロットル開度ＴＡ、アクセル開度ＡＣＣＰ等から、現在より既定時間経過後のスロットル開度の予測値（将来スロットル開度ＴＡ０）を演算して出力する。こうした電子スロットルモデルＭ１は、スロットルバルブ１４の挙動の物理モデルに従って、上記将来スロットル開度ＴＡ０を演算するプログラムとして実装されている。

ＴＡモデルＭ２は、スロットル開度、エンジン回転数、及び吸気圧等に基づき、主流流量の推定値を演算して出力する。こうしたＴＡモデルＭ２は、スロットルバルブ１４を通過する吸気の挙動の物理モデルに従って、上記主流流量の推定値を演算するプログラムとして実装されている。

吸気管モデルＭ３は、主流流量に基づき、吸気通路１１におけるスロットルバルブ１４よりも下流側の部分の吸気の圧力（吸気圧）の推定値を演算して出力する。こうした吸気管モデルＭ３は、吸気通路１１を流れる吸気の挙動の物理モデルに従って、上記吸気圧の推定値を演算するプログラムとして実装されている。なお、吸気管モデルＭ３の吸気圧の推定値の演算結果には、吸気弁２２の開閉動作に伴う吸気の挙動の物理モデルである吸気弁モデルＭ４が演算した吸気弁２２の開閉に伴う吸気圧の変動分が反映されている。

ＡＦＭモデルＭ５は、入力された主流流量に対して、エアフローメータ１３の応答遅れ分の遅れ補償を行った値を演算して出力する。ＡＦＭモデルＭ５は、バイパス遅れモデルＭ６と、放熱遅れモデルＭ７との２つのモデルにより構成されている。バイパス遅れモデルＭ６は、入力値に対して、主流流量の変化に対するバイパス流量の変化の応答遅れ（バイパス遅れ）分の遅れ補償を行った値を出力するプログラムとして実装されている。また、放熱遅れモデルＭ７は、入力値に対して、主流流量の変化に対する熱線３０の放熱量の変化の応答遅れ（放熱遅れ）分の遅れ補償を行った値を出力するプログラムとして実装されている。

電子制御ユニット２３は、予測吸気圧演算処理Ｓ１、ＡＦＭ出力吸気圧演算処理Ｓ２、現在吸気圧演算処理Ｓ３、ＡＦＭ同期吸気圧演算処理Ｓ４、及び吸入空気量算出処理Ｓ５の各処理を既定の演算周期毎に繰り返し実行することで、同演算周期毎に吸入空気量Ｑを算出している。

予測吸気圧演算処理Ｓ１では、現在から既定時間経過後の吸気圧の予測値である将来吸気圧Ｐ０の演算が行われる。本処理Ｓ１ではまず、現在のスロットル開度ＴＡ、アクセル開度ＡＣＣＰの検出値を電子スロットルモデルＭ１に入力することで、将来スロットル開度ＴＡ０が演算される。次に、その将来スロットル開度ＴＡ０の演算値、現在のエンジン回転数ＮＥ、及び前回の演算周期における将来吸気圧Ｐ０の演算値をＴＡモデルＭ２に入力して、現在から既定時間経過後の主流流量の予測値である将来主流流量ＱＡ０が演算される。さらに、その将来主流流量ＱＡ０の演算値を吸気管モデルＭ３に入力することで将来吸気圧Ｐ０が演算され、その将来吸気圧Ｐ０の演算値が吸入空気量算出処理Ｓ５に受け渡される。

ＡＦＭ出力吸気圧演算処理Ｓ２は、エアフローメータ１３の計測結果から求められた吸気圧の推定値であるＡＦＭ出力吸気圧Ｐ１の演算が行われる。本処理Ｓ２ではまず、エアフローメータ１３の出力である熱線３０の供給電流ＩＡから計測主流流量ＱＡが演算される。ここでの計測主流流量ＱＡの演算は、予め実験等で求められた定常時の主流流量と供給電流ＩＡとの関係が記憶された演算マップＭＰ１を用いて行われる。次に、その計測主流流量ＱＡの演算値を吸気管モデルＭ３に入力することでＡＦＭ出力吸気圧Ｐ１が演算され、そのＡＦＭ出力吸気圧Ｐ１の演算値が吸入空気量算出処理Ｓ５に受け渡される。なお、こうしてエアフローメータ１３の計測結果から演算したＡＦＭ出力吸気圧Ｐ１の値は、現在の吸気圧に対してエアフローメータ１３の応答遅れ分の遅れを有した値となっている。

現在吸気圧演算処理Ｓ３では、現在の吸気圧の推定値である現在吸気圧Ｐ２の演算が行われる。すなわち、本処理Ｓ３ではまず、現在のスロットル開度ＴＡ、及びエンジン回転数ＮＥの検出値、及び前回の演算周期における現在吸気圧Ｐ２の演算値をＴＡモデルＭ２に入力することで、現在の主流流量の推定値である現在主流流量ＱＡ１が演算される。そして、その現在主流流量ＱＡ１の演算値を吸気管モデルＭ３に入力することで、現在吸気圧Ｐ２が演算される。なお、本処理Ｓ３での現在主流流量ＱＡ１の演算値は、ＡＦＭ同期吸気圧演算処理Ｓ４に受け渡される。

ＡＦＭ同期吸気圧演算処理Ｓ４では、現在吸気圧Ｐ２に対して、エアフローメータ１３の応答遅れ分の遅れ補償を行った値であるＡＦＭ同期吸気圧Ｐ３が演算される。本処理Ｓ４では、現在吸気圧演算処理Ｓ３で演算した現在主流流量ＱＡ１をバイパス遅れモデルＭ６に入力することで、現在主流流量ＱＡ１に対してバイパス遅れ分の遅れ補償を行った値であるバイパス遅れ補償流量ＱＡ２が演算される。続いて、そのバイパス遅れ補償流量ＱＡ２を放熱遅れモデルＭ７に入力することで、バイパス遅れ補償流量ＱＡ２に対して放熱遅れ分の遅れ補償を行った値である放熱遅れ補償流量ＱＡ３が演算される。こうして演算された放熱遅れ補償流量ＱＡ３の値は、現在主流流量ＱＡ１に対して、バイパス遅れと放熱遅れの合計分の、すなわちエアフローメータ１３の応答遅れ分の遅れを有した値となる。さらに本処理Ｓ４では、放熱遅れ補償流量ＱＡ３の演算値を吸気管モデルＭ３に入力することで、ＡＦＭ同期吸気圧Ｐ３が演算され、そのＡＦＭ同期吸気圧Ｐ３の演算値が吸入空気量算出処理Ｓ５に受け渡される。こうして演算したＡＦＭ同期吸気圧Ｐ３の値は、ＡＦＭ出力吸気圧Ｐ１と同応答の値となる。

吸入空気量算出処理Ｓ５では、ＡＦＭ出力吸気圧Ｐ１の値からＡＦＭ同期吸気圧Ｐ３の値を引いた差を、将来吸気圧Ｐ０の値に加えた和（Ｐ０＋Ｐ１−Ｐ３）が、予測吸気圧Ｐの値として演算される。そして、予め実験等で求められたエンジン１０の吸気圧と吸入空気量との関係を記憶した演算マップＭＰ２を参照して、予測吸気圧Ｐの値から吸入空気量Ｑが算出される。こうして算出した吸入空気量Ｑの値は、現在から既定時間経過後における吸入空気量の予測値となっている。

（バイパス遅れモデル）
図４に、上述のバイパス遅れモデルＭ６におけるバイパス遅れ補償流量ＱＡ２の演算のために電子制御ユニット２３が実行するバイパス遅れ補償ルーチンの処理手順を示す。電子制御ユニット２３は、上述の演算周期毎に本ルーチンの処理を繰り返し実行する。

本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、現在主流流量ＱＡ１、空気密度ρ、及びエアフローメータ１３の取付位置における吸気通路１１の流路断面積Ｓに基づき、式（１）の関係を満たす値となるように主流通路２７の吸気流速（主流流速Ｕｓ［ｉ］）の演算が行われる。なお、空気密度ρは、温度センサ３１が検出した吸気の温度と大気圧センサ２４が検出した大気圧ＰＡとから演算して求められている。

続いて、ステップＳ１１０において、順流時主流損失係数Ｃｓ０の演算が行われる。順流時主流損失係数Ｃｓ０は、エアフローメータ１３を吸気が順方向（燃焼室１７に向かう方向）に流れる順流時における主流通路２７の損失係数を表している。そしてその値は、前回の演算周期における本ルーチンの実行時に演算した主流流速Ｕｓの値（前回主流流速Ｕｓ［ｉ−１］）と、同主流流速Ｕｓの変化量（主流流速変化量ΔＵｓ）と、に基づいて演算されている。なお、本実施形態では、前々回の演算周期における主流流速Ｕｓの演算値を前回主流流速Ｕｓ［ｉ−１］から減算した差を主流流速変化量ΔＵｓの値として用いている。

図５は、順流時主流損失係数Ｃｓ０の演算に用いる演算マップにおける前回主流流速Ｕｓ［ｉ−１］、及び主流流速変化量ΔＵｓと、順流時主流損失係数Ｃｓ０の値との関係を示している。同図に示すように、順流時主流損失係数Ｃｓ０の値は、前回主流流速Ｕｓ［ｉ−１］が低いほど、或いは主流流速変化量ΔＵｓが大きいほど、大きい値となるように演算されている。

続くステップＳ１２０では、順流時バイパス損失係数Ｃｂ０の演算が行われる。順流時バイパス損失係数Ｃｂ０は、順流時におけるバイパス通路２８の損失係数を表している。そしてその値は、前回の演算周期における本ルーチンの実行時に演算したバイパス流速Ｕｂの値（前回バイパス流速Ｕｂ［ｉ−１］）と、同バイパス流速Ｕｂの変化量（バイパス流速変化量ΔＵｂ）と、に基づいて演算されている。なお、本実施形態では、前々回の演算周期におけるバイパス流速Ｕｂの演算値を前回バイパス流速Ｕｂ［ｉ−１］から減算した差を、バイパス流速変化量ΔＵｂの値として用いている。

図６は、順流時バイパス損失係数Ｃｂ０の演算に用いる演算マップにおける前回バイパス流速Ｕｂ［ｉ−１］、及びバイパス流速変化量ΔＵｂと、順流時バイパス損失係数Ｃｂ０の値との関係を示している。同図に示すように、順流時バイパス損失係数Ｃｂ０の値は、前回バイパス流速Ｕｂ［ｉ−１］が低いほど、或いはバイパス流速変化量ΔＵｂが大きいほど、大きい値となるように演算されている。

続いて、ステップＳ１３０において、現在主流流量ＱＡ１が０以上の値であるか否かが判定される。現在主流流量ＱＡ１の値の正負は、主流通路２７における吸気の流れ方向を表す。すなわち、現在主流流量ＱＡ１の値は、主流通路２７を順方向に吸気が流れる順流時には正の値となり、主流通路２７を逆方向（エアクリーナ１２に戻る方向）に吸気が流れる逆流時には負の値となる。ちなみに、本ルーチンでは便宜上、現在主流流量ＱＡ１の値が「０」の場合は順流時であるとして処理を行っている。

現在主流流量ＱＡ１が０以上の値となる順流時には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４０に処理が進められる。ステップＳ１４０では、ステップＳ１１０で演算した順流時主流損失係数Ｃｓ０の値が、後述のステップＳ１６０でのバイパス流速Ｕｂ［ｉ］の演算に用いる主流通路２７の損失係数Ｃｓの値として設定される。また、同ステップＳ１４０では、ステップＳ１２０で演算した順流時バイパス損失係数Ｃｂ０の値が、上記バイパス流速Ｕｂ［ｉ］の演算に用いるバイパス通路２８の損失係数Ｃｂの値として設定される。

これに対して現在主流流量ＱＡ１が負の値となる逆流時には（Ｓ１３０：ＮＯ）、ステップＳ１５０に処理が進められる。ステップＳ１５０では、ステップＳ１１０で演算した順流時主流損失係数Ｃｓ０の値に既定の逆流補正係数Ｒｅを乗算した積が、上記バイパス流速Ｕｂ［ｉ］の演算に用いる主流通路２７の損失係数Ｃｓの値として設定される。また、同ステップＳ１５０では、ステップＳ１２０で演算した順流時バイパス損失係数Ｃｂ０の値に上記逆流補正係数Ｒｅを乗算した積が、上記バイパス流速Ｕｂ［ｉ］の演算に用いるバイパス通路２８の損失係数Ｃｂの値として設定される。

ステップＳ１４０及びステップＳ１５０のいずれの場合にも、損失係数Ｃｓ、Ｃｂの値の設定後には、ステップＳ１６０に処理が進められる。そして、そのステップＳ１６０において、バイパス通路２８を流れる吸気の流速であるバイパス流速Ｕｂ［ｉ］の演算が行われる。

ここで、主流通路２７、バイパス通路２８の流体運動方程式はそれぞれ、式（２）、式（３）のように表せる。式（２）、（３）において、「ΔＰ」は主流通路２７及びバイパス通路２８の入口と出口の圧力差を、「Ｌｓ」は主流通路２７の長さを、「Ｌｂ」はバイパス通路２８の長さをそれぞれ表している。

これらの式（２）、（３）をバイパス流速Ｕｂ［ｉ］について解くことで、式（４）の関係が導き出される。上述のステップＳ１６０では、主流流速Ｕｓ［ｉ］、損失係数Ｃｓ、Ｃｂ、及び前回の演算周期における主流流速及びバイパス流速の演算値である前回主流流速Ｕｓ［ｉ−１］及び前回バイパス流速Ｕｂ［ｉ−１］に基づき、式（４）の関係を満たす値となるようにバイパス流速Ｕｂ［ｉ］の値が演算されている。

続いてステップＳ１７０において、現在の主流流速Ｕｓ［ｉ］、及び上記損失係数Ｃｓ、Ｃｂに基づき、式（５）の関係を満たす値となるようにバイパス遅れ主流流速Ｕｓｂが演算される。バイパス遅れ主流流速Ｕｓｂは、現在の主流流速Ｕｓ［ｉ］に対して、バイパス遅れ分の遅れ補償を行った値を示している。式（５）の関係は、上述の式（２）及び式（３）を、定常時にも成立するものとして時間微分の項を「０」とした上で主流流速Ｕｓについて解くことで導き出されている。

その後、ステップＳ１８０において、上記バイパス遅れ主流流速Ｕｓｂ、空気密度ρ、及び流路断面積Ｓに基づき、式（６）の関係を満たす値となるようにバイパス遅れ補償流量ＱＡ２の値が演算される。そして以上をもって、今回の本ルーチンの処理が終了される。

（放熱遅れモデル）
上述のようにＡＦＭ同期吸気圧演算処理Ｓ４では、バイパス遅れ補償流量ＱＡ２を放熱遅れモデルＭ７に入力することで、同バイパス遅れ補償流量ＱＡ２に対して放熱遅れ分の遅れ補償を行った値を放熱遅れ補償流量ＱＡ３の値として演算している。このときの放熱遅れモデルＭ７では、以下の態様で放熱遅れ補償流量ＱＡ３の値が演算される。

放熱遅れモデルＭ７ではまず、バイパス遅れ補償流量ＱＡ２に基づき、完全放熱量Ｗの値が演算される。完全放熱量Ｗは、主流流量をバイパス遅れ補償流量ＱＡ２の値分の流量に保持したときの熱線３０の放熱量の収束値を表しており、その値は、予め実験等で求められた主流流量と熱線３０の放熱量の収束値との関係を記憶した演算マップを用いて演算される。続いて、完全放熱量Ｗに対して、計測主流流量ＱＡに基づき演算された時定数τによる１次遅れ処理を施した値が、応答放熱量ｗの値として演算される。そして、その応答放熱量ｗから放熱遅れ補償流量ＱＡ３の値が演算される。放熱遅れ補償流量ＱＡ３の演算は、予め実験等で求められた定常時の主流流量と熱線３０の放熱量との関係を記憶した演算マップを用いて行われる。すなわち、同演算マップにおける応答放熱量ｗと同値の放熱量に対応する主流流量の値が、放熱遅れ補償流量ＱＡ３の値として演算される。

（本実施形態の作用効果）
本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態では、物理モデルより求めた現在主流流量ＱＡ１に対して、エアフローメータ１３のバイパス遅れ分の遅れ補償を行った値として、バイパス遅れ補償流量ＱＡ２を求めている。さらにそのバイパス遅れ補償流量ＱＡ２に対して、エアフローメータ１３の放熱遅れ分の遅れ補償を行った値として、放熱遅れ補償流量ＱＡ３を求めている。こうした放熱遅れ補償流量ＱＡ３から演算されたＡＦＭ同期吸気圧Ｐ３は、エアフローメータ１３の計測結果から求めた吸気圧であるＡＦＭ出力吸気圧Ｐ１と同応答の値となる。よって、ＡＦＭ出力吸気圧Ｐ１に対するＡＦＭ同期吸気圧Ｐ３の差は、エアフローメータ１３の計測結果に対する物理モデルの予測結果のずれに相当する値となる。

本実施形態では、物理モデルより求めた将来（現在から既定時間経過後）の吸気圧の予測値である将来吸気圧Ｐ０に対して、ＡＦＭ出力吸気圧Ｐ１に対するＡＦＭ同期吸気圧Ｐ３の差を加算した値を、吸入空気量Ｑの算出に用いる吸気圧である予測吸気圧Ｐの値として求めている。そのため、物理モデルによる予測値にエアフローメータ１３の計測結果を反映して、精度良く吸入空気量Ｑを算出することができる。

なお、上記バイパス遅れ補償流量ＱＡ２は、現在主流流量ＱＡ１に対して、主流通路２７及びバイパス通路２８の損失係数Ｃｓ、Ｃｂを用いた遅れ補償を行うことで演算されている。一方、エアフローメータ１３では、吸気通路１１内の吸気の脈動等により、吸気が逆流することがある。エアフローメータ１３における主流通路２７やバイパス通路２８の形状は、吸気の流れ方向に対して非対称であるため、順流時と逆流時とでは主流通路２７及びバイパス通路２８の損失係数Ｃｓ、Ｃｂは異なった値となる。

これに対して本実施形態では、順流時と逆流時とで、バイパス遅れ分の遅れ補償（バイパス遅れ補償流量ＱＡ２の演算）に用いる損失係数Ｃｓ、Ｃｂの値を変更している。そのため、順流時、逆流時のいずれにもバイパス遅れ分の遅れ補償を的確に行うことが可能となる。したがって、本実施形態の吸入空気量計測装置によれば、エアフローメータ１３を吸気が逆流したときにも、精度良く吸入空気量を計測することができる。

なお、順流時と逆流時との損失係数Ｃｓ、Ｃｂの変化は、主流通路２７、バイパス通路２８の双方で同様の傾向を示す。そこで本実施形態では、順流時の値（順流時主流損失係数Ｃｓ０、順流時バイパス損失係数Ｃｂ０）に既定の逆流補正係数Ｒｅを乗算した積を、逆流時のバイパス遅れ補償に用いる損失係数Ｃｓ、Ｃｂの値として算出するようにしている。こうした場合、順流時用の損失係数Ｃｓ、Ｃｂの演算マップとは別に逆流時用の損失係数Ｃｓ、Ｃｂの演算マップを用意する必要がなく、その分、損失係数の算出ロジックの構築が簡単となる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、主流通路２７及びバイパス通路２８の損失係数を、それら通路の流速と同流速の変化量との双方に基づいて算出していたが、流速、同流速の変化量のいずれか一方に基づいて算出するようにしてもよい。また、主流通路２７及びバイパス通路２８における流速やその変化量に対する損失係数の変化が限定的である場合には、順流時主流損失係数Ｃｓ０や順流時バイパス損失係数Ｃｂ０を固定値としても良い。

・順流時主流損失係数Ｃｓ０及び順流時バイパス損失係数Ｃｂ０の演算マップとは別に逆流時用の演算マップを用意して、その演算マップを用いて逆流時のバイパス遅れの補償に用いる損失係数Ｃｓ、Ｃｂの値を演算するようにしてもよい。

・吸入空気量の変化が少ないエンジン１０の定常運転時や吸入空気量が少ないエンジン１０の低負荷運転時には、吸入空気量の計測（算出）精度に対するエアフローメータ１３の応答遅れの影響は限定的となる。このようなエアフローメータ１３の応答遅れの影響が小さい運転状態にあるときには、ＡＦＭ同期吸気圧演算処理Ｓ４を行わず、ＡＦＭ同期吸気圧Ｐ３の替わりに現在吸気圧Ｐ２を用いて予測吸気圧Ｐを算出するようにしてもよい。

・上記バイパス遅れモデルＭ６の逆モデル、及び放熱遅れモデルＭ７の逆モデルを計測主流流量ＱＡに適用すれば、同計測主流流量ＱＡに対してエアフローメータ１３の計測結果に対して応答遅れ分の進み補償を行った値を演算することができる。こうして演算した値は、現在主流流量ＱＡ１と同応答の（応答遅れがゼロの）値となる。そこで、計測主流流量ＱＡに対して上記進み補償を行った値を吸気管モデルＭ３に入力して演算した吸気圧をＡＦＭ出力吸気圧Ｐ１の替わりに用いるとともに、現在吸気圧Ｐ２をＡＦＭ同期吸気圧Ｐ３の替わりに用いて予測吸気圧Ｐを演算する構成としてもよい。

・上記実施形態の吸入空気量計測装置では、エアフローメータ１３の計測結果に基づき、将来（現在より既定時間経過後）の吸入空気量の予測値を算出していた。これに対して、将来の吸入空気量の予測値ではなく、現在の吸入空気量をエアフローメータの検出結果から算出するように吸入空気量計測装置を構成することもできる。こうした場合、エアフローメータ１３の計測結果に対して、バイパス遅れモデルＭ６の逆モデル、及び放熱遅れモデルＭ７の逆モデルを適用して、エアフローメータ１３の応答遅れ分の進み補償を行った値を求め、その値から現在の吸入空気量を算出することになる。こうした場合にも、バイパス遅れモデルＭ６の逆モデルで使用する主流通路２７及びバイパス通路２８の損失係数Ｃｓ、Ｃｂの値を、順流時と逆流時とで変更すれば、吸気がエアフローメータ１３を逆流したときにも、現在の吸入空気量を精度良く計測することができる。

・吸気の流量変化に対する熱線３０の放熱量の変化の遅れが小さい場合には、放熱遅れモデルＭ７（又はその逆モデル）を用いず、バイパス遅れモデルＭ６（又はその逆モデル）だけでエアフローメータ１３の応答遅れ分の遅れ補償／進み補償を行うようにしてもよい。

・上記実施形態では、バイパス通路２８に設置した熱線３０の吸気温度に対する温度差を一定に保つために必要な同熱線３０の供給電流ＩＡをバイパス通路２８の吸気流量の計測結果として出力するエアフローメータ１３を採用していた。このエアフローメータ１３の替わりに、バイパス通路の吸気流量の計測態様の異なるエアフローメータを採用してもよい。例えば、発熱ヒータ、及びその発熱ヒータの上流側、下流側にそれぞれ温度センサが設置されたシリコンチップ等の基板をバイパス通路に配置して、上記２つの温度センサの温度検出値の差をバイパス通路の吸気流量の計測結果として出力するエアフローメータなどである。要は、吸気通路を流れる吸気を主流通路とバイパス通路とに分流し、バイパス通路の吸気流量の計測結果を出力するバイパス方式のエアフローメータであれば、上記実施形態のエアフローメータ１３の代替として採用可能である。

１０…エンジン、１１…吸気通路、１３…エアフローメータ、２３…電子制御ユニット（演算処理装置）、２７…主流通路、２８…バイパス通路、２９…流量計（３０…熱線、３１…温度センサ）、３２…電流制御回路。

Claims (2)

1. 吸気通路を流れる吸気を主流通路とバイパス通路とに分流し、前記バイパス通路の吸気流量の計測結果を出力するバイパス方式のエアフローメータと、同エアフローメータの計測結果からエンジンの吸入空気量を算出する演算処理装置と、を備えた吸入空気量計測装置において、
   前記演算処理装置は、前記吸入空気量の算出に際して、前記主流通路の損失係数と前記バイパス通路の損失係数とに基づき、前記主流通路の吸気流量の変化に対する前記バイパス通路の吸気流量の変化の応答遅れ分の遅れ補償又は進み補償を行い、且つ前記補償に用いる前記主流通路及び前記バイパス通路の各損失係数の値を、前記主流通路を吸気が順方向に流れる順流時と逆方向に流れる逆流時とで変更する
   吸入空気量計測装置。
2. 前記演算処理装置は、前記順流時の前記補償に用いる前記主流通路の損失係数の値である順流時主流損失係数を、同主流通路の吸気の流速及び同流速の変化量の少なくとも一方に基づき算出するとともに、前記順流時の前記補償に用いる前記バイパス通路の損失係数の値である順流時バイパス損失係数を、同バイパス通路の吸気の流速及び同流速の変化量の少なくとも一方に基づき算出し、
   且つ、前記順流時主流損失係数に既定の逆流補正係数を乗算した積を前記逆流時の前記補償に用いる前記主流通路の損失係数の値として算出するとともに、前記順流時バイパス損失係数に前記逆流補正係数を乗算した積を前記逆流時の前記補償に用いる前記バイパス通路の損失係数の値として算出する
   請求項１に記載の吸入空気量計測装置。