(57)【要約】【課題】入力信号の脈動状態の変化に高速に追従できる空気流量計を提供する。【解決手段】空気流量計１は、測定対象の空気流量に関する入力信号Ｑｓｅｎを生成する空気流量検出素子３と、入力信号Ｑｓｅｎに基づいて空気流量に応じた出力信号Ｑｏｕｔを生成するための演算を行う演算部２とを備える。演算部２は、出力信号Ｑｏｕｔに対して１より大なる累乗演算を含む演算を行う出力信号演算部７と、入力信号Ｑｓｅｎに対して演算を行う入力信号演算部４と、出力信号演算部７による演算結果と、入力信号演算部４による演算結果との差分を求める減算部５と、減算部５により求められた差分を積分する積分器６とを有し、出力信号Ｑｏｕｔは、積分器６からの出力に基づいて生成される。【選択図】図１
2018205134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の空気流量に関する入力信号を生成する空気流量検出素子と、
前記入力信号に基づいて前記空気流量に応じた出力信号を生成するための演算を行う演算部と、を備え、
前記演算部は、
前記出力信号に対して１より大なる累乗演算を含む演算を行う出力信号演算部と、
前記入力信号に対して演算を行う入力信号演算部と、
前記出力信号演算部による演算結果と、前記入力信号演算部による演算結果との差分を求める減算部と、
前記減算部により求められた前記差分を積分する積分器と、を有し、
前記出力信号は、前記積分器からの出力に基づいて生成される空気流量計。
【請求項２】
請求項１に記載の空気流量計において、
前記出力信号演算部は、前記累乗演算において前記出力信号の２乗を演算する空気流量計。
【請求項３】
請求項１に記載の空気流量計において、
前記出力信号演算部は、前記出力信号に所定の比例定数を乗算する第１の乗算器と、前記出力信号に前記累乗演算を行う第１の累乗器とを有し、
前記第１の乗算器は、前記出力信号の極性に応じて前記比例定数を変化させる空気流量計。
【請求項４】
請求項１に記載の空気流量計において、
前記出力信号演算部は、前記出力信号が表す前記空気流量の大きさに応じて前記累乗演算の累乗数を変化させる空気流量計。
【請求項５】
請求項１に記載の空気流量計において、
前記入力信号演算部は、前記入力信号に対して１より大なる累乗演算を行う第２の累乗器を有する空気流量計。
【請求項６】
請求項１に記載の空気流量計において、
前記入力信号演算部は、前記入力信号に所定の比例定数を乗算する第２の乗算器を有し、
前記第２の乗算器は、前記入力信号の極性に応じて前記比例定数を変化させる空気流量計。
【請求項７】
請求項１に記載の空気流量計において、
前記演算部は、
前記入力信号に対して演算を行う第２入力信号演算部と、
前記積分器からの出力と、前記第２入力信号演算部による演算結果との和を演算する加算部と、をさらに有し、
前記出力信号は、前記加算部からの出力に基づいて生成される空気流量計。
【請求項８】
請求項７に記載の空気流量計において、
前記第２入力信号演算部は、前記入力信号に所定の比例定数を乗算する第３の乗算器を有し、
前記第３の乗算器は、前記入力信号の極性に応じて前記比例定数を変化させる空気流量計。
【請求項９】
請求項１に記載の空気流量計において、
前記演算部は、前記入力信号から所定の遮断周波数以上の周波数成分を遮断するローパスフィルタ機能を有し、
前記遮断周波数は、前記出力信号の瞬時値に応じて変化する空気流量計。
【請求項１０】
測定対象の空気流量に関する入力信号を生成する空気流量検出素子と、
前記入力信号に基づいて前記空気流量に応じた出力信号を生成するための演算を行う演算部と、を備え、
前記演算部は、前記入力信号から所定の遮断周波数以上の周波数成分を遮断するローパスフィルタ機能を有し、
前記遮断周波数は、前記出力信号の瞬時値に応じて変化する空気流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気流量検出素子からの入力信号に応じて空気流量信号を出力する空気流量計において、入力信号の脈動によって生じる脈動誤差の低減が求められている。脈動誤差の低減方法の例としては、特許文献１に開示された技術が知られている。この技術では、吸気量検出器からの入力信号に基づいて、マイコンにおいて平均処理部で平均値を求めると共に、高周波分析部で高速フーリエ変換を用いて周波数と脈動振幅を求める。そして、得られた平均値、周波数、脈動振幅から、マイコンの補正部において補正量を算出し、入力信号を補正する。これにより、吸気量検出器からの入力信号の脈動によって生じる脈動誤差を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１２７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された従来技術では、高周波分析部に高速フーリエ変換を使用している。高速フーリエ変換において、所望の周波数分析範囲と分解能を得ようとすると、所定の長さの観測時間とサンプリング周波数を必要とする。また、周波数分析範囲と分解能に応じて演算量が指数的に増加する。したがって、高速フーリエ変換の結果が出力されるまでに、所定の観測時間と所定の演算時間を必要とし、補正量の算出までに長時間を要してしまうため、入力信号の脈動状態の変化に追従できない。このように、上記従来技術では入力信号の脈動状態の変化に対する配慮が欠けていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、入力信号の脈動状態の変化に高速に追従できる空気流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様による空気流量計は、測定対象の空気流量に関する入力信号を生成する空気流量検出素子と、前記入力信号に基づいて前記空気流量に応じた出力信号を生成するための演算を行う演算部と、を備え、前記演算部は、前記出力信号に対して１より大なる累乗演算を含む演算を行う出力信号演算部と、前記入力信号に対して演算を行う入力信号演算部と、前記出力信号演算部による演算結果と、前記入力信号演算部による演算結果との差分を求める減算部と、前記減算部により求められた前記差分を積分する積分器と、を有し、前記出力信号は、前記積分器からの出力に基づいて生成される。
本発明の他の一態様による空気流量計は、測定対象の空気流量に関する入力信号を生成する空気流量検出素子と、前記入力信号に基づいて前記空気流量に応じた出力信号を生成するための演算を行う演算部と、を備え、前記演算部は、前記入力信号から所定の遮断周波数以上の周波数成分を遮断するローパスフィルタ機能を有し、前記遮断周波数は、前記出力信号の瞬時値に応じて変化する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、入力信号の脈動状態の変化に高速に追従できる空気流量計を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る空気流量計の構成を示す図
【図２】出力信号演算部の構成を示す図
【図３】入力信号演算部の構成を示す図
【図４】吸気管内での空気流量計の配置例を示す図
【図５】空気流量に対する出力信号演算部の出力特性の一例を示す図
【図６】空気流量に対する出力信号演算部の出力特性の別の一例を示す図
【図７】空気流量に対する出力信号演算部の出力特性のさらに別の一例を示す図
【図８】直流レベルがそれぞれ異なる出力信号の波形例を示す図
【図９】出力信号の各波形の周波数特性例を示す図
【図１０】出力信号の直流レベルと遮断周波数との関係を示す図
【図１１】入力信号をステップ状に変化させた時の出力信号の波形例を示す図
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る空気流量計の構成を示す図
【図１３】第２入力信号演算部の構成を示す図
【図１４】空気流量に対する第２入力信号演算部の出力特性の一例を示す図
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る空気流量計の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態は、矛盾しない限り組み合わせ可能である。
【００１０】
（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について、図１から図１１を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る空気流量計１の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の空気流量計１は、演算部２と空気流量検出素子３により構成される。空気流量検出素子３は、空気流量計１が測定対象とする空気流量に関する信号を生成し、演算部２への入力信号Ｑｓｅｎとして出力する。演算部２は、空気流量検出素子３から入力された入力信号Ｑｓｅｎに基づいて、空気流量に応じた出力信号Ｑｏｕｔを生成するための演算を行う。
【００１１】
演算部２は、入力信号演算部４と、減算部５と、積分器６と、出力信号演算部７とを有する。入力信号演算部４は、空気流量検出素子３からの入力信号Ｑｓｅｎに対して所定の演算を行う。出力信号演算部７は、出力信号Ｑｏｕｔに対して、１より大なる累乗演算を含む所定の演算を行う。なお、入力信号演算部４と出力信号演算部７がそれぞれ行う演算の詳細については、後で説明する。
【００１２】
減算部５は、出力信号演算部７による演算結果と、入力信号演算部４による演算結果との差分を求める。積分器６は、減算部５により求められた差分を積分することで、出力信号Ｑｏｕｔを生成して出力する。
【００１３】
図２は、出力信号演算部７の構成を示す図である。出力信号演算部７は、図２に示すように、出力信号Ｑｏｕｔに所定の比例定数を乗算する乗算器８と、出力信号Ｑｏｕｔの累乗演算を行う累乗器９により構成される。
【００１４】
図３は、入力信号演算部４の構成を示す図である。入力信号演算部４は、図３に示すように、入力信号Ｑｓｅｎに所定の比例定数を乗算する乗算器１０と、入力信号Ｑｓｅｎの累乗演算を行う累乗器１１により構成される。
【００１５】
次に、図４により空気流量計１の吸気管への配置を説明する。図４は、吸気管内での空気流量計１の配置例を示す図である。図４に示すように、吸気管１２には、空気流量計１が測定対象とする空気流量Ｑの空気流が流入する。この吸気管１２には、主通路１３と、主通路１３から分岐した副通路１４が設けられている。副通路１４には、空気流量計１が設置されている。
【００１６】
吸気管１２を流れる空気流量Ｑは、主通路１３と副通路１４に分流する。主通路１３と副通路１４のそれぞれにおける空気流量をＱ１，Ｑ２とすると、図４に示す面Ａと面Ｂの圧力差Δｐは、ナビエ・ストークスの式から以下の式（１）、（２）のように表される。
【００１７】
【数１】
2018205134.tif 000003
【数２】
2018205134.tif 000004
【００１８】
式（１）、（２）における各定数は以下のとおりである。
ρ：流体の密度
Ｌ１：主通路１３の通路長
Ｌ２：副通路１４の通路長
Ｃ１：主通路１３の損失係数
Ｃ２：副通路１４の損失係数
【００１９】
ここで、式（１）に式（２）を代入し、Ｑ１を求めると、以下の式（３）を得る。
【００２０】
【数３】
2018205134.tif 000005
【００２１】
ここで、Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２なので、吸気管１２を流れる空気流量Ｑは、以下の式（４）で求められる。
【００２２】
【数４】
2018205134.tif 000006
【００２３】
ここで、Ｑ１に比べてＱ２が十分小さいと仮定できる場合、式（４）は以下の式（５）のように変形できる。
【００２４】
【数５】
2018205134.tif 000007
【００２５】
さらに、Ｑの流速変化が十分に遅いと仮定できる場合、式（５）は以下の式（６）のように変形できる。
【００２６】
【数６】
2018205134.tif 000008
【００２７】
図４の配置において、空気流量計１が空気流量検出素子３により実際に計測する空気流量は、副通路１４の空気流量Ｑ２である。そのため、上記の式（６）を解くことで、空気流量検出素子３が計測した副通路１４の空気流量Ｑ２から、吸気管１２を流れる空気流量Ｑを時々刻々と求めることができる。これは、吸気管１２を流れる空気流量Ｑが脈動状態であっても成り立つ。すなわち、式（６）により、吸気管１２を流れる空気流量Ｑが如何なる脈動状態であったとしても、その脈動の影響を受けずに、正確に吸気管１２を流れる空気流量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。
【００２８】
また、上記の式（６）により、空気流量検出素子３から演算部２に入力される入力信号の脈動波形が正弦波で無く高調波を含む歪んだ波形でも、副通路１４の空気流量Ｑ２から、吸気管１２を流れる空気流量Ｑを時々刻々と求めることができる。そのため、脈動誤差の低減を図ることができる。
【００２９】
特許文献１の従来技術では、入力信号の脈動波形から平均値、周波数、脈動振幅を代表値として求め、これらに基づいて補正量を算出している。そのため、脈動波形から求めたこれらの値が等しければ、入力信号に対して同じ補正が働く。しかし、実際の入力信号の脈動波形は大きな歪を有する波形であり、従来技術ではこの歪に対応して適切な補正量を算出することができなかった。一方、本実施形態の空気流量計１では、前述の式（６）を用いて、副通路１４の空気流量Ｑ２から吸気管１２を流れる空気流量Ｑを時々刻々と求める方式とする。そのため、入力信号の脈動波形が歪んでいたとしても、副通路１４の流量Ｑ２から吸気管１２を流れる空気流量Ｑを時々刻々と求めることができる。つまり、脈動波形の歪に影響されない入力信号の補正方法を提供できる。
【００３０】
本実施形態の空気流量計１では、出力信号演算部７において、式（６）の右辺の第２項、すなわちＣ１／２／Ｌ１＊Ｑ＊Ｑを求める演算を行う。具体的には、Ｑ＝Ｑｏｕｔとして、乗算器８により、Ｃ１／２／Ｌ１に相当する比例定数の乗算を出力信号Ｑｏｕｔに対して行うと共に、累乗器９により、Ｑｏｕｔ＊Ｑｏｕｔに相当する累乗演算、すなわち出力信号Ｑｏｕｔの２乗演算を行う。また、入力信号演算部４において、式（６）の右辺の第１項、すなわちＣ２／２／Ｌ１＊Ｑ２＊Ｑ２を求める演算を行う。具体的には、Ｑ２＝Ｑｓｅｎとして、乗算器１０により、Ｃ２／２／Ｌ１に相当する比例定数の乗算を入力信号Ｑｓｅｎに対して行うと共に、累乗器１１により、Ｑｓｅｎ＊Ｑｓｅｎに相当する累乗演算、すなわち入力信号Ｑｓｅｎの２乗演算を行う。そして、減算部５により、出力信号演算部７の演算結果と入力信号演算部４の演算結果との差分を求めた後、積分器６により、減算部５で求められた差分を積分する。これにより、式（６）で示した陰関数を解いて、脈動誤差が除去された出力信号Ｑｏｕｔを求められるようにしている。
【００３１】
本実施形態の空気流量計１は、上記の構成により、少ない演算量で高速な処理を可能とし、入力信号の脈動状態の変化に高速に追従できる脈動誤差補正処理を提供している。
【００３２】
なお、以上説明した演算処理において、殆どの場合には損失係数Ｃ１，Ｃ２を固定値として扱って問題ないため、累乗器９、１１では、式（６）に合わせて累乗数を２とし、出力信号Ｑｏｕｔ、入力信号Ｑｓｅｎをそれぞれ２乗している。しかしながら、実際の吸気管１２の通路構造では、損失係数Ｃ１，Ｃ２は空気流量Ｑ１，Ｑ２の関数としてそれぞれ表される。このことを考慮して、本実施形態の空気流量計１では、以下で説明するように出力信号演算部７の出力特性を変化させるようにしてもよい。
【００３３】
図５は、空気流量Ｑに対する出力信号演算部７の出力特性の一例を示す図である。図５では、空気流量Ｑの１．５乗、２乗、２．５乗にそれぞれ比例する出力信号演算部７の出力特性の例を示している。出力信号演算部７の累乗器９では、吸気管１２の通路構造や、出力信号Ｑｏｕｔが表す空気流量Ｑの大きさに応じて、出力信号Ｑｏｕｔに対する累乗演算の累乗数を変化させることで、こうした出力特性の変化を実現することとしてもよい。なお、一般的には１より大なる累乗が必要であるため、累乗数には少なくとも１より大きな値が設定される。
【００３４】
また、図５に示す出力信号演算部７の出力特性の例では、空気流量Ｑの極性（正負）に応じて、出力信号演算部７の出力の極性（正負）も切り替えられている。すなわち、出力信号Ｑｏｕｔが正の空気流量Ｑの値を示す場合は、出力信号演算部７の出力も正の値とし、反対に出力信号Ｑｏｕｔが負の空気流量Ｑの値を示す場合は、出力信号演算部７の出力も負の値としている。こうすることで、空気流量Ｑに逆流が生じても、演算部２が正常に動作するようにしている。
【００３５】
なお、図５の例では、出力信号演算部７の出力特性を、原点を中心に点対称として、出力信号Ｑｏｕｔが正の場合と負の場合に同じ割合で増減するようにしている。これは、副通路１４が対称構造を有しており、空気流量Ｑが逆流しても副通路１４の通路長Ｌ２や損失係数Ｃ２が変化しないことを前提としている。しかし、実際の吸気管１２の通路構造では、副通路１４に非対称構造を持たせる場合がある。これに対応するため、本実施形態の空気流量計１では、出力信号Ｑｏｕｔの極性に応じて出力信号演算部７の出力特性を変化させるようにしてもよい。その例を以下に図６を参照して説明する。
【００３６】
図６は、空気流量に対する出力信号演算部７の出力特性の別の一例を示す図である。図６の例では、負の空気流量Ｑに対応する領域１と、正の空気流量Ｑに対応する領域２とで、出力信号演算部７の出力の傾きが変化している。出力信号演算部７の乗算器８では、出力信号Ｑｏｕｔの極性に応じて、出力信号Ｑｏｕｔに乗じる比例定数を変化させることで、こうした出力特性の変化を実現することができる。
【００３７】
以上説明したように、出力信号演算部７において、出力信号Ｑｏｕｔの極性に応じて乗算器８の比例定数を変化させることで、非対称な通路構造の副通路１４についても、本実施形態の空気流量計１を適用して脈動誤差補正を行うことが可能である。
【００３８】
ここで、上述したような出力特性の変化は、出力信号演算部７に限ったことではなく、入力信号演算部４に対しても同様に適用可能である。つまり、実際の吸気管１２の通路構造を考えた場合、前述のように損失係数Ｃ１，Ｃ２は空気流量Ｑ１，Ｑ２の関数になる。そのため、出力信号演算部７に対して図５で説明したのと同様に、入力信号演算部４の出力特性についても、空気流量Ｑの１．５乗に比例した特性にしたり、２乗に比例した特性にしたり、２．５乗に比例した特性にしたりすることが好ましい。具体的には、入力信号演算部４の累乗器１１において、吸気管１２の通路構造や、入力信号Ｑｓｅｎが表す空気流量Ｑ２の大きさに応じて、入力信号Ｑｓｅｎに対する累乗演算の累乗数を変化させることで、こうした出力特性の変化を実現することができる。なお、一般的には１より大なる累乗が必要であるため、累乗数には少なくとも１より大きな値が設定される。また、実際の吸気管１２の通路構造では、副通路１４に非対称構造を持たせる場合がある。そこで、これに対応するため、出力信号演算部７に対して図６で説明したのと同様に、入力信号Ｑｓｅｎの極性に応じて入力信号演算部４の出力特性を変化させるようにしてもよい。具体的には、入力信号演算部４の乗算器１０において、入力信号Ｑｓｅｎの極性に応じて入力信号Ｑｓｅｎに乗じる比例定数を変化させることで、こうした出力特性の変化を実現することができる。これにより、非対称な通路構造の副通路１４についても、本実施形態の空気流量計１を適用して脈動誤差補正を行うことが可能である。
【００３９】
次に、演算部２のループゲインの調整について説明する。本実施形態の空気流量計１では、図１に示したように、演算部２において、出力信号演算部７と減算部５と積分器６により構成される閉ループ系が存在する。この閉ループ系は原理的には安定であるが、実際に演算部２においてアナログ回路、デジタル回路あるいはプログラムとしてこれを実装すると、回路遅延や演算周期による遅延が生じる。この遅延により、ループゲインが大きくなり過ぎると閉ループ系が不安定になる場合がある。そこで、本実施形態の空気流量計１では、上記のように閉ループ系が不安定になるのを避けるために、空気流量Ｑが大きいときにはループゲインを小さくするように調整することが好ましい。その例を以下に図７を参照して説明する。
【００４０】
図７は、空気流量に対する出力信号演算部７の出力特性のさらに別の一例を示す図である。図７の例では、負の空気流量Ｑに対応する領域１については図６と同様であるが、正の空気流量Ｑに対応する領域が２つの領域（領域２、領域３）に分かれており、これらの領域間で出力信号演算部７の出力が変化している。出力信号演算部７の累乗器９では、出力信号Ｑｏｕｔが表す空気流量Ｑの大きさに応じて、出力信号Ｑｏｕｔに対する累乗演算の累乗数を変化させる。具体的には、大流量域に相当する領域３では、領域２よりも累乗器９で行う累乗演算の累乗数が小さくなるようにする。これにより、図７のような出力特性の変化を実現することができる。
【００４１】
演算部２における閉ループ系のループゲインは、出力信号演算部７と減算部５と積分器６の各々のゲインの積により決定される。出力信号演算部７では累乗器９により出力信号Ｑｏｕｔの累乗演算を行うため、出力信号Ｑｏｕｔが表す空気流量Ｑが大きくなるに従い、出力信号演算部７のゲインが累乗的に増加する。そこで、出力信号演算部７のゲインの増加を所定の範囲内に収めるため、本実施形態の空気流量計１では、図７中の領域３のような大流量域において、出力信号演算部７が行う累乗演算の累乗数を小さくしてゲインの増加を抑えることが好ましい。これにより、演算部２における閉ループ系のループゲインが大きくなり過ぎて、閉ループ系が不安定になることを防止できる。換言すれば、本実施形態の空気流量計１において、演算部２は演算周期を遅くしても安定に動作できる。そのため、より安価な回路構成を採用できる。
【００４２】
次に、演算部２のローパスフィルタ特性について説明する。本実施形態の空気流量計１では、前述のように演算部２において、出力信号演算部７と減算部５と積分器６により構成される閉ループ系が存在する。この閉ループ系は、積分器６に出力信号演算部７でフィードバックを行ったフィードバック系と見なすことができ、演算部２に入力される入力信号Ｑｓｅｎに対してＬＰＦ（ローパスフィルタ）特性を持つ。このＬＰＦ特性の遮断周波数は、出力信号演算部７のゲインに比例する。また、出力信号演算部７は累乗器９により出力信号Ｑｏｕｔの累乗演算を行うため、出力信号Ｑｏｕｔが表す空気流量Ｑが大きくなるほど出力信号演算部７のゲインが増加し、演算部２のＬＰＦ特性における遮断周波数も増加する。
【００４３】
上記の空気流量Ｑと遮断周波数との関係を、図８、図９、図１０を参照して以下に説明する。図８は、直流レベルがそれぞれ異なる出力信号Ｑｏｕｔの波形例を示す図であり、図９は、図８に示した出力信号Ｑｏｕｔの各波形の周波数特性例を示す図であり、図１０は、出力信号Ｑｏｕｔの直流レベルと演算部２のＬＰＦ特性の遮断周波数との関係を示す図である。
【００４４】
演算部２のＬＰＦ特性における遮断周波数は、出力信号Ｑｏｕｔの大きさに応じて変化する。そのため、例えば図８に示すように出力信号Ｑｏｕｔの直流レベルを変化させた場合には、図９に示すように、出力信号Ｑｏｕｔの直流レベルの増加に応じて、遮断周波数が増加するようなＬＰＦ特性となる。つまり、出力信号Ｑｏｕｔの直流レベルの増加に応じて、演算部２のＬＰＦ特性における遮断周波数が増加する。特に、出力信号演算部７の累乗器９の特性が２乗特性であり、出力信号Ｑｏｕｔに対する累乗演算の累乗数が２である場合には、図１０に示すように、演算部２のＬＰＦ特性における遮断周波数は、出力信号Ｑｏｕｔに比例して変化する。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の空気流量計１では、出力信号Ｑｏｕｔの直流レベルに応じて、演算部２のＬＰＦ特性における遮断周波数が変化する。これにより、入力信号Ｑｓｅｎの直流レベルに応じて遮断周波数が変化する場合と比べて、演算部２の応答性を向上させることができる。この点について、以下に図１１を参照して説明する。
【００４６】
図１１は、入力信号Ｑｓｅｎをステップ状に変化させた時の出力信号Ｑｏｕｔの波形例を示す図である。図１１（ａ）に示すように、ステップ状に変化する入力信号Ｑｓｅｎが演算部２に入力されると、演算部２のＬＰＦ特性における遮断周波数が入力信号Ｑｓｅｎに比例すると仮定した場合には、図１１（ｂ）のような波形の出力信号Ｑｏｕｔが演算部２から出力される。この出力信号Ｑｏｕｔの波形は、立ち上がりが素早い一方で、立ち下りが非常に遅い。そのため、入力信号Ｑｓｅｎの変化に対して、演算部２からの出力信号Ｑｏｕｔは大幅な応答遅れを生じてしまうことが分かる。このように、遮断周波数が入力信号Ｑｓｅｎに比例する場合には、立ち下り時に入力信号Ｑｓｅｎがゼロに近づくため、演算部２の応答性が極端に低下する。
【００４７】
これに対して、本実施形態の空気流量計１では、演算部２のＬＰＦ特性における遮断周波数が入力信号Ｑｓｅｎではなく、出力信号Ｑｏｕｔに比例する。この場合、図１１（ｃ）のような波形の出力信号Ｑｏｕｔが演算部２から出力される。この出力信号Ｑｏｕｔの波形は、立ち上がりと立ち下りの両方が十分に早い。そのため、入力信号Ｑｓｅｎの変化に対して、演算部２からの出力信号Ｑｏｕｔは極端な応答遅れが生じないことが分かる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態の空気流量計１では、演算部２のＬＰＦ特性における遮断周波数を出力信号Ｑｏｕｔに比例させることで、遮断周波数を入力信号Ｑｓｅｎに比例させた場合に生じる極端な応答遅れを回避することができる。そのため、演算部２の応答性を向上させることができる。
【００４９】
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００５０】
（１）空気流量計１は、測定対象の空気流量に関する入力信号Ｑｓｅｎを生成する空気流量検出素子３と、入力信号Ｑｓｅｎに基づいて空気流量に応じた出力信号Ｑｏｕｔを生成するための演算を行う演算部２とを備える。演算部２は、出力信号Ｑｏｕｔに対して１より大なる累乗演算を含む演算を行う出力信号演算部７と、入力信号Ｑｓｅｎに対して演算を行う入力信号演算部４と、出力信号演算部７による演算結果と、入力信号演算部４による演算結果との差分を求める減算部５と、減算部５により求められた差分を積分する積分器６とを有し、出力信号Ｑｏｕｔは、積分器６からの出力に基づいて生成される。このようにしたので、前述の式（６）の関数を解いて、脈動誤差が除去された出力信号Ｑｏｕｔを求めることができる。したがって、入力信号Ｑｓｅｎの脈動状態の変化に高速に追従できる空気流量計１を提供することが可能となる。
【００５１】
（２）出力信号演算部７の累乗器９は、出力信号Ｑｏｕｔに対する累乗演算において、例えば出力信号の２乗を演算する。このようにしたので、式（６）の右辺の第２項におけるＱ＊Ｑに相当する演算を、出力信号演算部７において実現できる。
【００５２】
（３）出力信号演算部７は、出力信号Ｑｏｕｔに所定の比例定数を乗算する乗算器８と、出力信号Ｑｏｕｔに累乗演算を行う累乗器９とを有する。乗算器８は、図６で説明したように、出力信号Ｑｏｕｔの極性に応じて比例定数を変化させるようにしてもよい。このようにすれば、非対称な通路構造の空気流量を計測する場合でも、脈動誤差補正を行うことが可能となる。
【００５３】
（４）出力信号演算部７は、図５で説明したように、出力信号Ｑｏｕｔが表す空気流量の大きさに応じて累乗演算の累乗数を変化させることとしてもよい。このようにすれば、空気流量の計測を行う実際の通路構造における空気流量に応じた損失係数の変化を考慮して、正確な脈動誤差補正が可能となる。
【００５４】
（５）入力信号演算部４は、入力信号Ｑｓｅｎに対して１より大なる累乗演算を行う累乗器１１を有する。このようにしたので、式（６）の右辺の第１項におけるＱ＊Ｑに相当する演算を、出力信号演算部７において実現できる。また、空気流量の計測を行う実際の通路構造における空気流量に応じた損失係数の変化を考慮して、正確な脈動誤差補正が可能となる。
【００５５】
（６）入力信号演算部４は、入力信号Ｑｓｅｎに所定の比例定数を乗算する乗算器１０を有する。乗算器１０は、入力信号Ｑｓｅｎの極性に応じて比例定数を変化させるようにしてもよい。このようにすれば、非対称な通路構造の空気流量を計測する場合でも、脈動誤差補正を行うことが可能となる。
【００５６】
（７）演算部２は、入力信号Ｑｓｅｎから所定の遮断周波数以上の周波数成分を遮断するローパスフィルタ機能を有しており、このローパスフィルタ機能の遮断周波数は、出力信号Ｑｏｕｔの瞬時値に応じて変化する。このようにしたので、演算部２の応答性を向上させることができる。
【００５７】
（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について、図１２から図１４により説明する。図１２は、本発明の第２の実施形態に係る空気流量計１Ａの構成を示す図である。本実施形態の空気流量計１Ａは、第１の実施形態で説明した空気流量計１の演算部２に代えて、演算部２Ａを備えている。演算部２Ａは、基本的には演算部２と同様の構成を有しているが、第２入力信号演算部１５と、加算部１６とをさらに有する点が異なっている。第２入力信号演算部１５は、空気流量検出素子３から演算部２Ａに入力される入力信号Ｑｓｅｎに対して所定の演算を行う。加算部１６は、積分器６からの出力、すなわち出力信号演算部７による演算結果と入力信号演算部４による演算結果との差分と、第２入力信号演算部１５による演算結果との和を演算することで、出力信号Ｑｏｕｔを生成して出力する。
【００５８】
図１３は、第２入力信号演算部１５の構成を示す図である。第２入力信号演算部１５は、図１３に示すように、入力信号Ｑｓｅｎに所定の比例定数を乗算する乗算器１７と、入力信号Ｑｓｅｎの累乗演算を行う累乗器１８により構成される。
【００５９】
本実施形態の空気流量計１Ａでは、第２入力信号演算部１５において、式（５）の右辺の第１項、すなわちＬ２／Ｌ１＊Ｑ２を求める演算を行う。具体的には、Ｑ２＝Ｑｓｅｎとして、乗算器１７により、Ｌ２／Ｌ１に相当する比例定数の乗算を入力信号Ｑｓｅｎに対して行うと共に、累乗器１８により、＊Ｑｓｅｎに相当する累乗演算、すなわち入力信号Ｑｓｅｎの１乗演算を行う。そして、加算部１６により、積分器６からの出力、すなわち式（６）の右辺に相当する値に対して、第２入力信号演算部１５による演算結果を加算する演算を行う。これにより、式（５）で表される関数を解いて、より高周波の脈動が含まれる入力信号Ｑｓｅｎについても、脈動誤差が除去された出力信号Ｑｏｕｔを求めることができる。その結果、より一層正確に、吸気管１２を流れる空気流量Ｑを時々刻々と求めることができる。つまり、例えば自動車のエンジンにおいて用いられる空気流量計のように、測定対象とする空気流量に高周波の脈動が発生する空気流量計に対しても、本発明を適用可能となる。
【００６０】
なお、本実施形態の第２入力信号演算部１５についても、第１の実施形態で説明した入力信号演算部４と同様に、入力信号Ｑｓｅｎの極性に応じて出力特性を変化させるようにしてもよい。図１４は、空気流量に対する第２入力信号演算部１５の出力特性の一例を示す図である。図１４の例では、負の空気流量Ｑに対応する領域１と、正の空気流量Ｑに対応する領域２とで、第２入力信号演算部１５の出力の傾きが変化している。第２入力信号演算部１５の乗算器１７では、入力信号Ｑｓｅｎの極性に応じて、入力信号Ｑｓｅｎに乗じる比例定数を変化させることで、こうした出力特性の変化を実現することができる。例えばこのようにして、第２入力信号演算部１５において、入力信号Ｑｓｅｎの極性に応じて乗算器１７の比例定数を変化させることができる。これにより、非対称な通路構造でも本実施形態の空気流量計１Ａを適用して、脈動誤差補正を行うことが可能となる。
【００６１】
以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、演算部２Ａは、入力信号Ｑｓｅｎに対して演算を行う第２入力信号演算部１５と、積分器６からの出力と第２入力信号演算部１５による演算結果との和を演算する加算部１６とをさらに有し、出力信号Ｑｏｕｔは、加算部１６からの出力に基づいて生成される。このようにしたので、より高周波の脈動が含まれる入力信号Ｑｓｅｎについても、脈動誤差が除去された出力信号Ｑｏｕｔを求めることができる。
【００６２】
また、本発明の第２の実施形態によれば、第２入力信号演算部１５は、入力信号Ｑｓｅｎに所定の比例定数を乗算する乗算器１７を有する。乗算器１７は、入力信号Ｑｓｅｎの極性に応じて前記比例定数を変化させるようにしてもよい。このようにすれば、非対称な通路構造の空気流量を計測する場合でも、脈動誤差補正を行うことが可能となる。
【００６３】
（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について、図１５により説明する。図１５は、本発明の第３の実施形態に係る空気流量計１Ｂの構成を示す図である。本実施形態の空気流量計１Ｂは、第１の実施形態で説明した空気流量計１の演算部２に代えて、演算部２Ｂを備えている。演算部２Ｂは、基本的には第２の実施形態で説明した演算部２Ａと同様の構成を有しているが、加算部１９をさらに有する点が異なっている。加算部１９は、空気流量検出素子３から演算部２Ｂに入力される入力信号Ｑｓｅｎと、加算部１６からの出力との和を演算することで、出力信号Ｑｏｕｔを生成して出力する。
【００６４】
本実施形態の空気流量計１Ｂでは、加算部１９において、式（４）の右辺の第３項、すなわち＋Ｑ２を求める演算を行う。具体的には、Ｑ２＝Ｑｓｅｎとして、加算部１９により、加算部１６からの出力、すなわち式（５）の右辺に相当する値に対して、入力信号Ｑｓｅｎを加算する演算を行う。これにより、式（４）で表される関数を解いて、より一層高精度に、吸気管１２を流れる空気流量Ｑを時々刻々と求めることができる。つまり、低流量領域においても高精度に計測することが必要な空気流量計に対しても、本発明を適用可能となる。
【００６５】
以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、第１および第２の実施形態で説明したのと同様の作用効果を奏する。
【００６６】
なお、以上説明した各実施形態では、演算部２、２Ａ、２Ｂのそれぞれにおいて、加算、減算、乗算、累乗の各種演算を行うことで入力信号Ｑｓｅｎから出力信号Ｑｏｕｔを求める例を説明したが、これらの演算のうち任意のものを、予め定められた関係に基づく演算等に置き換えてもよい。例えば、入力値と出力値の関係を所定の数値間隔で一対一に表したマップ情報を演算部２、２Ａ、２Ｂにおいて予め保存しておき、このマップ情報を用いた演算により、演算部２、２Ａ、２Ｂがそれぞれ行う演算の一部または全部を代替することも可能である。
【００６７】
以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
１，１Ａ，１Ｂ‥空気流量計、２，２Ａ，２Ｂ‥演算部、３‥空気流量検出素子、
４‥入力信号演算部、５‥減算部、６‥積分器、７‥出力信号演算部、８‥乗算器、
９‥累乗器、１０‥乗算器、１１‥累乗器、１２‥吸気管、１３‥主通路、
１４‥副通路、１５‥第２入力信号演算部、１６‥加算部、１７‥乗算器、
１８‥累乗器、１９‥加算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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