流量計(jì)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】提供一種能夠高精度地計(jì)測(cè)排氣的質(zhì)量流量的流量計(jì)測(cè)裝置。在流量計(jì)測(cè)裝置(1)中，激光分配器(40)使片狀的激光在激光導(dǎo)入管(20)內(nèi)往復(fù)一次，拍攝部(50)使T／n與拍攝的時(shí)刻同步，并將拍攝時(shí)間設(shè)為T(mén)／2n，拍攝第一圖像～第八圖像，控制運(yùn)算部(90)基于連續(xù)的兩周期量的第一圖像～第八圖像，算出各圖像上的多個(gè)坐標(biāo)中的每周期T的排氣的移動(dòng)向量，將所述移動(dòng)向量平均化為一個(gè)移動(dòng)向量，將第一圖像～第八圖像中的平均化的一個(gè)移動(dòng)向量的Y分量分別設(shè)為排氣的移動(dòng)量By1～移動(dòng)量By8，將它們的算術(shù)平均設(shè)為排氣的代表移動(dòng)量B，根據(jù)排氣的代表移動(dòng)量B，算出排氣的實(shí)際流速S，根據(jù)排氣的實(shí)際流速S，算出排氣的實(shí)際流量Qm，并基于排氣的實(shí)際流量Qm，算出排氣的質(zhì)量流量M。
【專利說(shuō)明】流量計(jì)測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對(duì)流體的流量進(jìn)行計(jì)測(cè)的流量計(jì)測(cè)裝置，尤其是涉及通過(guò)圖像處理來(lái)計(jì)測(cè)從設(shè)于機(jī)動(dòng)車等的發(fā)動(dòng)機(jī)排出的排氣的質(zhì)量流量的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為對(duì)氣體的質(zhì)量流量進(jìn)行計(jì)測(cè)的流量計(jì)測(cè)裝置，廣為周知有使用了皮托管或節(jié)流孔板等的差壓式的流量計(jì)測(cè)裝置、使用了超聲波傳感器的超聲波式的流量計(jì)測(cè)裝置、使用了具有多個(gè)管的分層元素的層流式的流量計(jì)測(cè)裝置、以及使用了加熱器(熱線)的熱線式的流量計(jì)測(cè)裝置等。
[0003]然而，在計(jì)測(cè)從設(shè)于機(jī)動(dòng)車等的發(fā)動(dòng)機(jī)排出的排氣的質(zhì)量流量時(shí)，難以采用上述那樣的流量計(jì)測(cè)裝置。
[0004]這是因?yàn)椋艢饩哂孝虐瑲怏w成分以外的物質(zhì)(水蒸氣冷凝后的水滴、未燃燃料、及發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油等)，(2)由溫度及發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的變化等引起的流速的變動(dòng)幅度大，(3)包含與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及汽缸數(shù)成比例的壓力脈動(dòng)，(4)由于排氣管的彎曲部等的影響而流動(dòng)發(fā)生偏斜這樣的特性，由于上述(I)?(4)所示的排氣的特性，而利用上述的流量計(jì)測(cè)裝置的話，無(wú)法高精度地計(jì)測(cè)排氣的質(zhì)量流量。
[0005]另外，專利文獻(xiàn)I公開(kāi)了一種通過(guò)PIV(Particle Image Velocimetry:粒子圖像測(cè)速)處理，對(duì)在導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)的流體進(jìn)行解析的裝置。
[0006]專利文獻(xiàn)I記載的裝置在隔開(kāi)微少的時(shí)間間隔的兩個(gè)時(shí)刻，向流體流動(dòng)的導(dǎo)管內(nèi)照射片狀的激光，同時(shí)拍攝由片狀的激光產(chǎn)生的導(dǎo)管的內(nèi)部空間的剖切面的圖像，基于該兩個(gè)時(shí)刻的拍攝圖像，來(lái)算出流體的粒子的移動(dòng)量。通過(guò)使用如此算出的流體的粒子的移動(dòng)量，而能夠算出在導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)的流體的質(zhì)量流量。
[0007]然而，專利文獻(xiàn)I記載的裝置雖然能夠拍攝導(dǎo)管內(nèi)的任意的場(chǎng)所，但未考慮流體的流動(dòng)的偏斜，在使用于排氣的質(zhì)量流量的計(jì)測(cè)時(shí)，無(wú)法高精度地計(jì)測(cè)排氣的質(zhì)量流量。
[0008]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2008-215999號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明的概要
[0012]發(fā)明所要解決的課題
[0013]本發(fā)明課題在于提供一種能夠高精度地計(jì)測(cè)排氣的質(zhì)量流量的流量計(jì)測(cè)裝置。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]本發(fā)明的流量計(jì)測(cè)裝置計(jì)測(cè)從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的排氣的質(zhì)量流量，其具備:導(dǎo)管，所述排氣與示蹤物一起在所述導(dǎo)管的內(nèi)部流動(dòng)；照射部，其照射激光；激光分配器，其將從所述照射部照射的激光反射成為沿著所述排氣的流動(dòng)方向?qū)⑺鰧?dǎo)管的內(nèi)部空間剖切那樣的片狀的激光，并使該片狀的激光沿著與所述排氣的流動(dòng)方向正交的方向推移；拍攝部，其拍攝由所述激光分配器形成的片狀的激光產(chǎn)生的所述導(dǎo)管的內(nèi)部空間的剖切面的圖像；以及控制運(yùn)算部，其算出所述排氣的質(zhì)量流量，
[0016]所述激光分配器使所述片狀的激光在沿著其推移的方向的、所述導(dǎo)管內(nèi)的整個(gè)范圍往復(fù)一次，所述拍攝部將所述片狀的激光在所述導(dǎo)管內(nèi)往復(fù)一次的時(shí)間設(shè)為一周期，使對(duì)一周期進(jìn)行了多等分的時(shí)間與拍攝的時(shí)刻同步，并將拍攝時(shí)間設(shè)為比對(duì)一周期進(jìn)行了多等分的時(shí)間短的時(shí)間的情況下，在一周期的期間隔開(kāi)一定的時(shí)間間隔，拍攝多個(gè)圖像，所述控制運(yùn)算部從所述拍攝部獲得連續(xù)的兩周期量的所述多個(gè)圖像，基于連續(xù)的兩周期量的所述多個(gè)圖像，算出各圖像上的多個(gè)坐標(biāo)中的每一周期的所述排氣的移動(dòng)向量，將各圖像上的多個(gè)坐標(biāo)中的所述排氣的移動(dòng)向量平均化為一個(gè)移動(dòng)向量，將各圖像上的平均化的一個(gè)移動(dòng)向量中的、所述排氣的流動(dòng)方向的分量設(shè)為所述排氣的移動(dòng)量，將所述多個(gè)圖像中的所述排氣的移動(dòng)量的算術(shù)平均設(shè)為所述排氣的代表移動(dòng)量，根據(jù)所述排氣的代表移動(dòng)量，算出所述排氣的實(shí)際流速，根據(jù)所述排氣的實(shí)際流速，算出所述排氣的實(shí)際流量，并基于所述排氣的實(shí)際流量，算出所述排氣的質(zhì)量流量。
[0017]在本發(fā)明的流量計(jì)測(cè)裝置中，優(yōu)選的是，所述拍攝部對(duì)各圖像的拍攝時(shí)間是對(duì)一周期進(jìn)行多等分的時(shí)間的一半。
[0018]在本發(fā)明的流量計(jì)測(cè)裝置中，優(yōu)選的是，所述控制運(yùn)算部使用在比一周期小的時(shí)間間隔中算出的各圖像上的多個(gè)坐標(biāo)中的所述排氣的移動(dòng)向量，從在一周期量的時(shí)間間隔中算出的各圖像上的多個(gè)坐標(biāo)中的所述排氣的移動(dòng)向量中除去錯(cuò)誤向量。
[0019]在本發(fā)明的流量計(jì)測(cè)裝置中，優(yōu)選的是，所述控制運(yùn)算部提取連續(xù)的兩周期量的所述多個(gè)圖像中的所述排氣的濃淡的等高線，基于提取了所述排氣的濃淡的等高線的、連續(xù)的兩周期量的所述多個(gè)圖像，算出各圖像上的多個(gè)坐標(biāo)中的所述排氣的移動(dòng)向量。
[0020]在本發(fā)明的流量計(jì)測(cè)裝置中，優(yōu)選的是，還具備:絕對(duì)壓計(jì)，其計(jì)測(cè)在所述導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)的所述排氣的絕對(duì)壓力；管狀的旁路，其以與所述導(dǎo)管的內(nèi)部連通的方式將兩端部安裝于所述導(dǎo)管；以及壓力計(jì)，其計(jì)測(cè)在所述旁路內(nèi)流動(dòng)的所述排氣的壓力，所述控制運(yùn)算部基于由所述壓力計(jì)計(jì)測(cè)到的在所述旁路內(nèi)流動(dòng)的所述排氣的壓力，算出所述旁路內(nèi)的氣柱的一次固有振動(dòng)頻率，根據(jù)所述旁路內(nèi)的氣柱的一次固有振動(dòng)頻率算出所述旁路內(nèi)的音速，根據(jù)所述旁路內(nèi)的音速算出所述排氣氣氛下的音速，基于所述排氣氣氛下的音速，算出所述排氣的瞬時(shí)溫度，根據(jù)所述排氣的瞬時(shí)溫度、所述排氣的絕對(duì)壓力及所述排氣的實(shí)際流量，算出所述排氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，基于所述排氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，算出所述排氣的質(zhì)量流量。
[0021]在本發(fā)明的流量計(jì)測(cè)裝置中，優(yōu)選的是，還具備計(jì)測(cè)在所述導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)的所述排氣的空燃比的空燃比計(jì)，所述控制運(yùn)算部基于所述排氣的空燃比、及作為所述排氣的根源的燃料的性狀，算出所述排氣的平均分子量，根據(jù)所述排氣的平均分子量算出所述排氣的密度，基于所述排氣的密度，算出所述排氣的質(zhì)量流量。
[0022]發(fā)明效果
[0023]根據(jù)本發(fā)明，能夠高精度地計(jì)測(cè)排氣的質(zhì)量流量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0024]圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的流量計(jì)測(cè)裝置的圖；
[0025]圖2是表示激光分配器、拍攝部、絕對(duì)壓計(jì)、空燃比計(jì)、及溫度計(jì)測(cè)部的相對(duì)于控制運(yùn)算部的關(guān)系的框圖；
[0026]圖3是表示激光分配器對(duì)激光的分配、及拍攝部進(jìn)行的拍攝的時(shí)刻的圖；
[0027]圖4是表示拍攝部進(jìn)行的拍攝的時(shí)刻的圖；
[0028]圖5是表示通過(guò)拍攝部在一周期期間拍攝到的多個(gè)圖像的圖；
[0029]圖6是表示排氣的質(zhì)量流量的算出工序的流程圖；
[0030]圖7是表示PIV處理的情況的圖，(a)是表示在第一時(shí)刻拍攝到的圖像的圖，(b)是表示在第二時(shí)刻拍攝到的圖像的圖，(C)是表示從第一時(shí)刻到第二時(shí)刻的流體的移動(dòng)向量的圖；
[0031]圖8是表示制成等高線圖像的情況的圖，(a)表示濃淡圖像的圖，(b)是表示等高線圖像的圖；
[0032]圖9是表示本發(fā)明的PIV處理的情況的圖；
[0033]圖10是表示示蹤物與干擾物質(zhì)之間的粒子時(shí)間常數(shù)的區(qū)別的圖；
[0034]圖11是表示示蹤物與干擾物質(zhì)之間的到達(dá)規(guī)定的速度所需的時(shí)間的區(qū)別的圖；
[0035]圖12是表示示蹤物與干擾物質(zhì)之間的移動(dòng)量的分布的區(qū)別的圖，(a)是表示一周期量的時(shí)間間隔的示蹤物及干擾物質(zhì)的移動(dòng)量的分布的圖，(b)是表示比一周期小的時(shí)間間隔的示蹤物及干擾物質(zhì)的移動(dòng)量的分布的圖；
[0036]圖13是表示將錯(cuò)誤向量除去的情況的圖；
[0037]圖14是表示排氣的瞬時(shí)溫度的算出工序的流程圖；
[0038]圖15是表示排氣的密度的算出工序的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]以下，參照?qǐng)D1?圖5，說(shuō)明本發(fā)明的流量計(jì)測(cè)裝置的一個(gè)實(shí)施方式的流量計(jì)測(cè)裝置I。
[0040]流量計(jì)測(cè)裝置I是計(jì)測(cè)從設(shè)于機(jī)動(dòng)車等的發(fā)動(dòng)機(jī)排出的排氣的流量(嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是質(zhì)量流量M [kg / s])的裝置。
[0041]需要說(shuō)明的是，將圖1中的箭頭Y所指的方向設(shè)為排氣的流動(dòng)方向，將排氣的流動(dòng)方向上的上游側(cè)簡(jiǎn)稱為“上游側(cè)”，將排氣的流動(dòng)方向上的下游側(cè)簡(jiǎn)稱為“下游側(cè)”。
[0042]另外，將圖1中的箭頭X所指的方向設(shè)為流量計(jì)測(cè)裝置I的后方向來(lái)規(guī)定前后方向，將圖1中的箭頭Z所指的方向設(shè)為流量計(jì)測(cè)裝置I的上方向來(lái)規(guī)定上下方向。
[0043]如圖1所示，流量計(jì)測(cè)裝置I具備示蹤物導(dǎo)入管10、激光導(dǎo)入管20、照射部30、激光分配器40、拍攝部50、絕對(duì)壓計(jì)60、60、空燃比計(jì)70、溫度計(jì)測(cè)部80、及控制運(yùn)算部90 (參照?qǐng)D2)。
[0044]示蹤物導(dǎo)入管10是大致圓筒狀的導(dǎo)管，為了使排氣在其內(nèi)部流動(dòng)而配置在排氣的流動(dòng)路徑上。詳細(xì)而言，示蹤物導(dǎo)入管10在其上游側(cè)的端部，與機(jī)動(dòng)車等的排氣管El連接。積存于示蹤物分配器11的示蹤物向示蹤物導(dǎo)入管10的內(nèi)部導(dǎo)入，示蹤物與排氣一起在示蹤物導(dǎo)入管10內(nèi)流動(dòng)。
[0045]在此，示蹤物是指為了實(shí)現(xiàn)排氣的可視化而使用的粒子狀的物質(zhì)。通常，雖然無(wú)法直接拍攝排氣，但是當(dāng)向混入有示蹤物的排氣照射激光等時(shí)，發(fā)生示蹤物引起的米氏散射而產(chǎn)生散射光，因此，通過(guò)向排氣混入示蹤物，而將示蹤物作為排氣進(jìn)行可視化，從而能夠進(jìn)行排氣的拍攝。
[0046]示蹤物分配器11是積存規(guī)定量的示蹤物的構(gòu)件，向示蹤物導(dǎo)入管10的內(nèi)部供給示蹤物。
[0047]示蹤物導(dǎo)入管10在其下游側(cè)的端部，與激光導(dǎo)入管20連接。S卩，在上游側(cè)配置示蹤物導(dǎo)入管10，在下游側(cè)配置激光導(dǎo)入管20。
[0048]激光導(dǎo)入管20是筒狀的導(dǎo)管，外周形狀形成為大致長(zhǎng)方體狀，內(nèi)周形狀以相對(duì)于示蹤物導(dǎo)入管10的內(nèi)周面而成為齊面的方式形成。激光導(dǎo)入管20與示蹤物導(dǎo)入管10同樣地，為了使排氣在其內(nèi)部流動(dòng)而配置在排氣的流動(dòng)路徑上。詳細(xì)而言，激光導(dǎo)入管20在其下游側(cè)的端部，與機(jī)動(dòng)車等的排氣管E2連接。
[0049]如此，從排氣管El向示蹤物導(dǎo)入管10流入的排氣在示蹤物導(dǎo)入管10中被混入示蹤物，向激光導(dǎo)入管20流動(dòng)之后，向排氣管E2流出。
[0050]照射部30是朝向激光分配器40照射射束狀的激光的構(gòu)件。
[0051]激光分配器40是將從照射部30照射的射束狀的激光反射成為沿著排氣的流動(dòng)方向?qū)⒓す鈱?dǎo)入管20的內(nèi)部空間剖切那樣的片狀的激光的構(gòu)件，可應(yīng)用MEMS (Micro ElectroMechanical Systems:微機(jī)電系統(tǒng))反射鏡等。激光分配器40以可擺動(dòng)的方式設(shè)置在與排氣的流動(dòng)方向平行地延伸的軸41上，且配置在激光導(dǎo)入管20的上方。激光分配器40使片狀的激光以與激光分配器40的擺動(dòng)角度對(duì)應(yīng)的角度，通過(guò)在激光導(dǎo)入管20的上表面形成的激光導(dǎo)入窗21，向激光導(dǎo)入管20的內(nèi)部入射。
[0052]需要說(shuō)明的是，激光導(dǎo)入窗21由能夠?qū)⑼ㄟ^(guò)激光分配器40形成的片狀的激光向激光導(dǎo)入管20的內(nèi)部導(dǎo)入的具有透過(guò)性的原材料構(gòu)成，在激光導(dǎo)入管20的上表面，從激光導(dǎo)入管20的外周面形成至內(nèi)周面。
[0053]拍攝部50是經(jīng)由在激光導(dǎo)入管20的前表面形成的拍攝用窗22，來(lái)拍攝由片狀的激光產(chǎn)生的激光導(dǎo)入管20的內(nèi)部空間的剖切面的構(gòu)件。拍攝部50以其拍攝方向與排氣的流動(dòng)方向正交的方式配置在拍攝用窗22的前方。因此，基于拍攝部50的拍攝圖像成為YZ平面(排氣的流動(dòng)方向與上下方向所成的面)的圖像。
[0054]需要說(shuō)明的是，拍攝用窗22是用于從激光導(dǎo)入管20的外部能夠拍攝激光導(dǎo)入管20的內(nèi)部的透明的構(gòu)件，在激光導(dǎo)入管20的前表面，從激光導(dǎo)入管20的外周面形成至內(nèi)周面。
[0055]絕對(duì)壓計(jì)60、60是對(duì)流量計(jì)測(cè)裝置I中的排氣的絕對(duì)壓力Pm[kPa *abs]進(jìn)行計(jì)測(cè)的構(gòu)件。絕對(duì)壓計(jì)60、60在激光導(dǎo)入管20的上表面，以?shī)A持激光導(dǎo)入窗21的方式分別配置在激光導(dǎo)入管20的上游側(cè)及下游側(cè)。通過(guò)絕對(duì)壓計(jì)60、60計(jì)測(cè)到的兩個(gè)不同位置(激光導(dǎo)入管20的上游側(cè)及下游側(cè))的排氣的絕對(duì)壓的平均值被使用作為排氣中的被照射片狀的激光的部分的絕對(duì)壓力Pm[kPa.abs]。這是因?yàn)椋鞠Ｍ苯佑?jì)測(cè)排氣中的被照射片狀的激光的部分的絕對(duì)壓力Pm[kPa.abs]，但是在基于拍攝部50的排氣的拍攝的情況上，以計(jì)測(cè)該部分的絕對(duì)壓力的方式配置絕對(duì)壓計(jì)60的情況比較困難。但是，可以進(jìn)行將由一個(gè)絕對(duì)壓計(jì)60計(jì)測(cè)到的排氣的絕對(duì)壓力作為排氣中的被照射片狀的激光的部分的絕對(duì)壓力Pm[kPa.abs]的情況等。[0056]空燃比計(jì)70是對(duì)流量計(jì)測(cè)裝置I中的排氣的空燃比Rm進(jìn)行計(jì)測(cè)的構(gòu)件，配置在示蹤物導(dǎo)入管10的上部。
[0057]溫度計(jì)測(cè)部80是對(duì)流量計(jì)測(cè)裝置I中的排氣的瞬時(shí)溫度Tm[°C ]進(jìn)行計(jì)測(cè)的構(gòu)件，具備旁路81、壓力計(jì)82。需要說(shuō)明的是，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，排氣的瞬時(shí)溫度Tm[°C]不是由溫度計(jì)測(cè)部80直接計(jì)測(cè)到的值，而基于由壓力計(jì)82計(jì)測(cè)到的在旁路81內(nèi)流動(dòng)的排氣的壓力、及空燃比Rm等來(lái)算出。關(guān)于算出排氣的瞬時(shí)溫度Tm[°C ]的方法的詳情在后面敘述。
[0058]旁路81是與激光導(dǎo)入管20的內(nèi)部連通的管狀構(gòu)件，配置在比拍攝用窗22靠下游側(cè)的位置。旁路81的兩端部在沿著排氣的流動(dòng)方向相互分離的狀態(tài)下，以使旁路81的內(nèi)部與激光導(dǎo)入管20的內(nèi)部連通的方式，安裝在激光導(dǎo)入管20的下表面。
[0059]壓力計(jì)82是計(jì)測(cè)在旁路81內(nèi)流動(dòng)的排氣的壓力的構(gòu)件，安裝于旁路81。
[0060]如圖2所示，控制運(yùn)算部90與激光分配器40及拍攝部50電連接，并控制激光分配器40及拍攝部50的動(dòng)作。
[0061]如圖3所示，控制運(yùn)算部90使激光分配器40在規(guī)定的范圍(圖3中的雙點(diǎn)劃線所示的激光分配器40的從位置Pl到位置P2的范圍)內(nèi)擺動(dòng)，從而使通過(guò)激光分配器40反射的片狀的激光在激光導(dǎo)入管20內(nèi)的前后方向上的整個(gè)范圍內(nèi)推移。
[0062]當(dāng)將圖3所示的位置Pl設(shè)為激光分配器40的初始位置時(shí)，激光分配器40轉(zhuǎn)動(dòng)到位置P2然后再次返回位置Pl為止(往復(fù)一次)成為激光分配器40的一周期(規(guī)定為“周期T[s] ”)。換言之，由激光分配器40反射的片狀的激光在激光導(dǎo)入管20內(nèi)的前后方向上的整個(gè)范圍內(nèi)往復(fù)一次的時(shí)間成為周期T[s]。
[0063]在此，將周期T [s]進(jìn)行η等分(在本實(shí)施方式中，η=8)，激光分配器40處于作為初始位置的位置Pl的時(shí)間為to，從to經(jīng)過(guò)了 T / n[s]的時(shí)間為tl，從tl經(jīng)過(guò)了 T / n[s]的時(shí)間為t2，從t2經(jīng)過(guò)了 T / n[s]的時(shí)間為t3，從t3經(jīng)過(guò)了 T / n[s]的時(shí)間即激光分配器40到達(dá)位置P2的時(shí)間為t4，從t4經(jīng)過(guò)了 T / n[s]的時(shí)間為t5，從t5經(jīng)過(guò)了 T /n[s]的時(shí)間為t6，從t6經(jīng)過(guò)了 T / n[s]的時(shí)間為t7，從t7經(jīng)過(guò)了 T / n[s]的時(shí)間即激光分配器40再次返回位置Pl的時(shí)間為t8。這種情況下，如圖3(a)所示，在從t0到t4的時(shí)間(T / 2[s])內(nèi)，激光分配器40從位置Pl向位置P2轉(zhuǎn)動(dòng)，這成為周期T[s]中的片狀的激光的去路。而且，如圖3(b)所示，在從t4到t8的時(shí)間(T / 2[s])內(nèi)，激光分配器40從位置P2向位置Pl轉(zhuǎn)動(dòng)，這成為周期T[s]中的片狀的激光的回路。
[0064]如此，在激光分配器40擺動(dòng)的作用下，沿著排氣的流動(dòng)方向延伸的片狀的激光的照射位置進(jìn)行推移，該激光在T / 2[s]，分配于激光導(dǎo)入管20內(nèi)的前后方向上的整個(gè)范圍。
[0065]控制運(yùn)算部90使拍攝部50經(jīng)由激光導(dǎo)入管20的拍攝用窗22，在周期T[s]期間隔開(kāi)一定的時(shí)間間隔，拍攝η次(在本實(shí)施方式中，η=8)由片狀的激光產(chǎn)生的激光導(dǎo)入管20的內(nèi)部空間的剖切面。
[0066]詳細(xì)而言，拍攝部50將其拍攝時(shí)間(快門(mén)的打開(kāi)時(shí)間)設(shè)為T(mén) / n[s]的50%(T / 2n [s])，在從t0經(jīng)過(guò)T / 2n[s]為止進(jìn)行拍攝(參照?qǐng)D3(a)中的Al的范圍)，在從tl經(jīng)過(guò)T / 2n[s]為止進(jìn)行拍攝(參照?qǐng)D3(a)中的A2的范圍)，在從t2經(jīng)過(guò)T / 2n[s]為止進(jìn)行拍攝(參照?qǐng)D3(a)中的A3的范圍)，在從t3經(jīng)過(guò)T / 2n[s]為止進(jìn)行拍攝(參照?qǐng)D3 (a)中的A4的范圍)，在從t4經(jīng)過(guò)T / 2n [s]為止進(jìn)行拍攝(參照?qǐng)D3 (b)中的A5的范圍)，在從t5經(jīng)過(guò)T / 2n[s]為止進(jìn)行拍攝(參照?qǐng)D3(b)中的A6的范圍)，在從t6經(jīng)過(guò)T / 2n[s]為止進(jìn)行拍攝(參照?qǐng)D3(b)中的A7的范圍)，在從t7經(jīng)過(guò)T / 2n[s]為止進(jìn)行拍攝(參照?qǐng)D3(b)中的AS的范圍)。
[0067]此時(shí)的拍攝部50的快門(mén)的狀態(tài)如圖4所示。
[0068]根據(jù)圖4，拍攝部50的快門(mén)在從t0經(jīng)過(guò)T/2n[s]為止期間，在從tl經(jīng)過(guò)T/2n[s]為止期間，在從t2經(jīng)過(guò)T/2n[s]為止期間，在從t3經(jīng)過(guò)T/2n[s]為止期間，在從t4經(jīng)過(guò)T/2n[s]為止期間，在從t5經(jīng)過(guò)T/2n[s]為止期間，在從t6經(jīng)過(guò)T/2n[s]為止期間，在從t7經(jīng)過(guò)T/2n[s]為止期間打開(kāi)，在其他的時(shí)間關(guān)閉。
[0069]如此，使激光分配器40的周期T[s]的I/η與拍攝部50的拍攝的時(shí)刻同步，并將拍攝部50的拍攝時(shí)間(快門(mén)的打開(kāi)時(shí)間)設(shè)為T(mén)/n[s]的50% (T/2n[s])，對(duì)應(yīng)于片狀的激光在周期T [s]內(nèi)推移時(shí)的去路及回路而獲得η個(gè)拍攝圖像，由此拍攝激光導(dǎo)入管20內(nèi)的前后方向上的整個(gè)范圍。
[0070]由此，能夠把握激光導(dǎo)入管20內(nèi)的前后方向上的不同位置處的排氣的流動(dòng)，并拍攝激光導(dǎo)入管20的內(nèi)部整體。
[0071]需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施方式中，將基于拍攝部50的各拍攝圖像的拍攝時(shí)間設(shè)為對(duì)一周期進(jìn)行了 η等分的時(shí)間的一半即T/2n[s]，但并未限定于此，只要是比對(duì)一周期進(jìn)行了 η等分的時(shí)間短的時(shí)間即可。
[0072]由拍攝部50拍攝的η個(gè)(在本實(shí)施方式中，η = 8)圖像如圖5所示。
[0073]位于YZ平面(排氣的流動(dòng)方向與上下方向所成的面)上的拍攝圖像沿著X軸(前后方向)排列η個(gè)。圖5中的Al?Α8對(duì)應(yīng)于圖3中的Al?Α8，將在Al的范圍內(nèi)拍攝到的圖像定義為“第一圖像”，將在Α2的范圍內(nèi)拍攝到的圖像定義為“第二圖像”，以下同樣地定義至“第八圖像”，當(dāng)考慮到激光導(dǎo)入管20內(nèi)的前后方向的位置時(shí)，隨著朝向后方向，依次配置第一圖像、第八圖像、第二圖像、第七圖像、第三圖像、第六圖像、第四圖像、第五圖像。如此配置的η個(gè)拍攝圖像表示激光導(dǎo)入管20的內(nèi)部整體的排氣的狀態(tài)。
[0074]需要說(shuō)明的是，圖5中的多個(gè)涂白的圓表示向排氣混入的示蹤物。
[0075]另外，如圖2所示，控制運(yùn)算部90與絕對(duì)壓計(jì)60、60、空燃比計(jì)70、及溫度計(jì)測(cè)部80電連接，基于由絕對(duì)壓計(jì)60、60計(jì)測(cè)到的排氣的絕對(duì)壓力Pm[kPa.abs]、由空燃比計(jì)70計(jì)測(cè)到的排氣的空燃比Rm、及由溫度計(jì)測(cè)部80計(jì)測(cè)到的排氣的瞬時(shí)溫度Tm[°C]，來(lái)算出流量計(jì)測(cè)裝置I中的排氣的質(zhì)量流量M [kg/s]。
[0076]以下，參照?qǐng)D6?圖15，詳細(xì)說(shuō)明基于控制運(yùn)算部90的排氣的質(zhì)量流量M[kg/s]的算出。
[0077]如圖6所示，在步驟SI中，控制運(yùn)算部90獲得由拍攝部50拍攝到的連續(xù)的兩周期量的第一圖像?第八圖像、即總計(jì)16個(gè)拍攝圖像。
[0078]詳細(xì)而言，控制運(yùn)算部90在周期T[s]期間使第一圖像?第八圖像由拍攝部50拍攝之后，再次在周期T[s]期間使第一圖像?第八圖像由拍攝部50拍攝，由此獲得兩周期量的第一圖像?第八圖像。
[0079]在如此拍攝到的第一圖像?第八圖像中，在第一周期拍攝到的圖像與第二周期拍攝到的圖像之間，分別具有周期T[s]量的時(shí)間間隔。
[0080]控制運(yùn)算部90在獲得了兩周期量的第一圖像?第八圖像之后，使控制階段向步驟S2轉(zhuǎn)移。[0081]在步驟S2中，控制運(yùn)算部90對(duì)于兩周期量的第一圖像?第八圖像，進(jìn)行PIV (Particle Image Velocimetry)處理。
[0082]在此，PIV處理是指通過(guò)在相互隔開(kāi)微少時(shí)間間隔的第一時(shí)刻及第二時(shí)刻中進(jìn)行流體(在本實(shí)施方式中為排氣)的拍攝所得到的兩個(gè)拍攝圖像的圖案匹配，來(lái)算出流體的各位置處的移動(dòng)量的手法。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施方式中的第一時(shí)刻與第二時(shí)刻的時(shí)間間隔是周期T[S]。
[0083]在此，說(shuō)明使用了相互相關(guān)法的PIV處理。
[0084]如圖7(a)所示，在第一時(shí)刻拍攝到的圖像表示為f(y，z)，如圖7(b)所示，在比第一時(shí)刻靠后的時(shí)刻即第二時(shí)刻拍攝到的圖像表示為g(y，z)時(shí)，相對(duì)于圖像f(y，z)中的以坐標(biāo)(y，z)為中心的mXn像素的范圍，使圖像g(y，z)中的以坐標(biāo)(y，z)為中心的mXn像素的范圍錯(cuò)開(kāi)，并如下述的數(shù)學(xué)式I那樣，提取相互相關(guān)系數(shù)Rfg成為最大的坐標(biāo)(y+ζ，
Z+ η) ο
[0085]通過(guò)將此反復(fù)進(jìn)行，而如圖7(c)所示，能夠算出從第一時(shí)刻到第二時(shí)刻的流體的移動(dòng)量。需要說(shuō)明的是，圖7(c)所示的涂黑箭頭表示流體的移動(dòng)向量。
[0086][數(shù)學(xué)式I]
【權(quán)利要求】
1.一種流量計(jì)測(cè)裝置，計(jì)測(cè)從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的排氣的質(zhì)量流量，所述流量計(jì)測(cè)裝置的特征在于，具備: 導(dǎo)管，所述排氣與示蹤物一起在所述導(dǎo)管的內(nèi)部流動(dòng)； 照射部，其照射激光； 激光分配器，其將從所述照射部照射的激光反射成為沿著所述排氣的流動(dòng)方向?qū)⑺鰧?dǎo)管的內(nèi)部空間剖切那樣的片狀的激光，并使該片狀的激光沿著與所述排氣的流動(dòng)方向正交的方向推移； 拍攝部，其拍攝由所述激光分配器形成的片狀的激光產(chǎn)生的所述導(dǎo)管的內(nèi)部空間的剖切面的圖像；以及 控制運(yùn)算部，其算出所述排氣的質(zhì)量流量， 所述激光分配器使所述片狀的激光在沿著其推移的方向的、所述導(dǎo)管內(nèi)的整個(gè)范圍往復(fù)一次， 所述拍攝部在將 所述片狀的激光在所述導(dǎo)管內(nèi)往復(fù)一次的時(shí)間設(shè)為一周期，使對(duì)一周期進(jìn)行了多等分的時(shí)間與攝像的時(shí)刻同步，并將攝像時(shí)間設(shè)為比對(duì)一周期進(jìn)行了多等分的時(shí)間短的時(shí)間的情況下，在一周期的期間隔開(kāi)一定的時(shí)間間隔，拍攝多個(gè)圖像， 所述控制運(yùn)算部 從所述拍攝部獲得連續(xù)的兩周期量的所述多個(gè)圖像， 基于連續(xù)的兩周期量的所述多個(gè)圖像，算出各圖像上的多個(gè)坐標(biāo)中的每一周期的所述排氣的移動(dòng)向量， 將各圖像上的多個(gè)坐標(biāo)中的所述排氣的移動(dòng)向量平均化為一個(gè)移動(dòng)向量， 將各圖像上的平均化的一個(gè)移動(dòng)向量中的、所述排氣的流動(dòng)方向的分量設(shè)為所述排氣的移動(dòng)量， 將所述多個(gè)圖像中的所述排氣的移動(dòng)量的算術(shù)平均設(shè)為所述排氣的代表移動(dòng)量， 根據(jù)所述排氣的代表移動(dòng)量，算出所述排氣的實(shí)際流速， 根據(jù)所述排氣的實(shí)際流速，算出所述排氣的實(shí)際流量， 基于所述排氣的實(shí)際流量，算出所述排氣的質(zhì)量流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量計(jì)測(cè)裝置，其特征在于， 所述拍攝部對(duì)各圖像的拍攝時(shí)間是對(duì)一周期進(jìn)行多等分的時(shí)間的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流量計(jì)測(cè)裝置，其特征在于， 所述控制運(yùn)算部 使用在比一周期小的時(shí)間間隔中算出的各圖像上的多個(gè)坐標(biāo)中的所述排氣的移動(dòng)向量，從在一周期量的時(shí)間間隔中算出的各圖像上的多個(gè)坐標(biāo)中的所述排氣的移動(dòng)向量中除去錯(cuò)誤向量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的流量計(jì)測(cè)裝置，其特征在于， 所述控制運(yùn)算部 提取連續(xù)的兩周期量的所述多個(gè)圖像中的所述排氣的濃淡的等高線， 基于提取了所述排氣的濃淡的等高線的、連續(xù)的兩周期量的所述多個(gè)圖像，算出各圖像上的多個(gè)坐標(biāo)中的所述排氣的移動(dòng)向量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的流量計(jì)測(cè)裝置，其特征在于，還具備: 絕對(duì)壓計(jì)，其計(jì)測(cè)在所述導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)的所述排氣的絕對(duì)壓力； 管狀的旁路，其以與所述導(dǎo)管的內(nèi)部連通的方式將兩端部安裝于所述導(dǎo)管；以及 壓力計(jì)，其計(jì)測(cè)在所述旁路內(nèi)流動(dòng)的所述排氣的壓力， 所述控制運(yùn)算部 基于由所述壓力計(jì)計(jì)測(cè)到的在所述旁路內(nèi)流動(dòng)的所述排氣的壓力，算出所述旁路內(nèi)的氣柱的一次固有振動(dòng)頻率， 根據(jù)所述旁路內(nèi)的氣柱的一次固有振動(dòng)頻率算出所述旁路內(nèi)的音速， 根據(jù)所述旁路內(nèi)的音速算出所述排氣氣氛下的音速， 基于所述排氣氣氛下的音速，算出所述排氣的瞬時(shí)溫度， 根據(jù)所述排氣的瞬時(shí)溫度、所述排氣的絕對(duì)壓力及所述排氣的實(shí)際流量，算出所述排氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量， 基于所述排氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，算出所述排氣的質(zhì)量流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的流量計(jì)測(cè)裝置，其特征在于， 還具備計(jì)測(cè)在所述導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)的所述排氣的空燃比的空燃比計(jì)， 所述控制運(yùn)算部 基于所述排氣的空燃比、及作`為所述排氣的根源的燃料的性狀，算出所述排氣的平均分子量， 根據(jù)所述排氣的平均分子量算出所述排氣的密度， 基于所述排氣的密度，算出所述排氣的質(zhì)量流量。
【文檔編號(hào)】G01F1/86GK103443594SQ201180069302
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月15日
【發(fā)明者】黑川敏邦 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社