JP2004333358A - Air flow rate detection device - Google Patents

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JP2004333358A JP2003131497A JP2003131497A JP2004333358A JP 2004333358 A JP2004333358 A JP 2004333358A JP 2003131497 A JP2003131497 A JP 2003131497A JP 2003131497 A JP2003131497 A JP 2003131497A JP 2004333358 A JP2004333358 A JP 2004333358A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal air flow rate detection device high in detection precision at a low cost. <P>SOLUTION: To heighten the voltage level of the air flow signal Vo output from the detection circuit 12 of the air flow rate detection device for heightening the detection sensitivity of the air flow rate can be satisfied by setting the resistance of a feed back resistor R3 high. The output offset voltage of an operational amplifier OP in the air flow rate signal Vo becomes equal to the input offset voltage, therefore the output offset voltage does't vary even the resistance of the feedback resister R3 is set high. Consequently, error in the air flow rate signal Vo does not increase and reduction of detection precision can be prevented even when the detection sensitivity is heightened. The detection precision of the air flow rate can be heighten by decreasing the temperature drift of the differential amplifier Da, because the output level of the differential amplifier Da can follow the fluctuation of the emitter voltage of a transistor Ta for current control, even the offset voltage of the differential amplifier Da is set zero. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気流量検出装置に係り、詳しくは、発熱抵抗を用いた熱式の空気流量検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車用エンジンには、低公害化および低燃費化を図るため、電子制御式燃料噴射装置を備えたものが広く使用されている。
電子制御式燃料噴射装置を備えたエンジンでは、吸入空気に燃料を噴射して混合気を生成することから、燃料の噴射量を最適化するため、吸入空気の空気流量を正確に検出することが必要である。
空気流量を検出するための空気流量検出装置には種々の方式があるが、発熱抵抗体（または熱線）を用いる熱式（または熱線式）は、質量空気流量を直接検出可能であるため、自動車用エンジンには好適である。
【０００３】
従来より、発熱抵抗を含む４個の抵抗からなる２組のブリッジ回路と、各ブリッジ回路における各発熱抵抗の端子電圧の差電圧を増幅する差動増幅器とを備え、その差動増幅器の出力電圧を空気流量に対応した空気流量信号とし、当該出力電圧の正負に基づいて空気流の正逆方向を検出するようにした熱式の空気流量検出装置（空気流量計）が提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００４】
また、発熱抵抗を含む５個の抵抗からなるブリッジ回路と、発熱抵抗に流れる電流を出力電流に変換するオペアンプおよびトランジスタ等から構成された「カレントミラー回路」とを備え、当該出力電流を空気流量に対応した空気流量信号とする熱式の空気流量検出装置（空気流量計）が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
ちなみに、特許文献３では、オペアンプおよびトランジスタ等から構成された回路を「カレントミラー回路」と呼んでいるが、一般的には、このような回路をカレントミラー回路とは呼ばない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２８０６１３号公報（第４〜７頁、図１、図２、図３）
【特許文献２】
特開平８−１０５７８０号公報（第２〜３頁、図５、図６、図７）
【特許文献３】
特開平６−１０２０７３号公報（第３頁、図１、図３、図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１０は、従来より本出願人が実用化している空気流量検出装置１００を示す概略構成図である。
空気流量検出装置１００は、発熱抵抗（ヒータ抵抗）Ｒｈ、温度補償用抵抗Ｒｃ、リード線ＷＪ、回路ケース１０２、検出回路１０４などから構成され、自動車用エンジンの吸気管ＩＭの途中に設けられている。
【０００７】
発熱抵抗Ｒｈおよび温度補償用抵抗Ｒｃは、温度変化に敏感に反応して抵抗値が変化する感温性の導電材料（例えば、白金、タングステンなど）からなり、具体的には、絶縁基板材上に形成された感温性導電材料の薄膜や、絶縁筒体に巻回された感温性導電材料の線材などから形成されている。
尚、各抵抗Ｒｈ，Ｒｃのうち少なくとも発熱抵抗Ｒｈを感温性導電材料の線材によって形成した場合は、熱線式の空気流量検出装置と呼ばれる。
【０００８】
各抵抗Ｒｈ，Ｒｃは、吸気管ＩＭにおいてスロットルバルブ（図示略）よりも上流側に設けられたベンチュリＩＭａの最狭部に離間して配置されている。そして、各抵抗Ｒｈ，Ｒｃの両端部からそれぞれ引き出されたリード線ＷＪは、吸気管ＩＭの外側に取り付けられた回路ケース１０２に接続されている。
【０００９】
回路ケース１０２内には検出回路１０４が収容されている。
空気流量検出装置１００は、吸気管ＩＭ内をエンジンの燃焼室（図示略）へ向けて矢印Ａ方向に流れる空気の流量を各抵抗Ｒｈ，Ｒｃによって検出し、その空気流量に対応した空気流量信号Ｖｏを検出回路１０４から出力する。
【００１０】
図１１は、検出回路１０４の電気的構成を示す回路図である。
検出回路１０４は、抵抗（基準用抵抗）Ｒｓ、抵抗（流量調整用抵抗）Ｒａ、差動増幅器Ｄａ、電流制御用トランジスタＴａ、ボルテージフォロア１１０、反転増幅回路１１２から構成されている。そして、検出回路１０４には自動車の車載バッテリ（図示略）から直流電源ＶＢが供給されている。
【００１１】
抵抗Ｒｓと発熱抵抗Ｒｈは直列に接続され、抵抗Ｒａと温度補償用抵抗Ｒｃは直列に接続され、各抵抗Ｒｓ，Ｒｈと各抵抗Ｒａ，Ｒｃとは並列に接続され、各抵抗Ｒｓ，Ｒａにおける各抵抗Ｒｈ，Ｒｃに接続されている側とは反対側の端子は接地され、４個の抵抗Ｒｓ，Ｒｈ，Ｒａ，Ｒｃからなるブリッジ回路が構成されている。
ここで、温度補償用抵抗Ｒｃは発熱抵抗Ｒｈよりも十分に大きな抵抗値に設定されている。
また、発熱抵抗Ｒｈが十分に発熱した状態で、各抵抗Ｒｈ，Ｒｓと各抵抗Ｒｃ，Ｒａの抵抗値比が完全に一致するように設計されている。
【００１２】
電流制御用トランジスタＴａはＮＰＮトランジスタであり、そのコレクタは直流電源ＶＢに接続され、そのエミッタは各抵抗Ｒｈ，Ｒｃにおける各抵抗Ｒｓ，Ｒａに接続されている側とは反対側の端子に接続されている。
【００１３】
差動増幅器Ｄａはオペアンプによって構成され、その非反転入力端子は各抵抗Ｒｓ，Ｒｈ間の接続点Ｎａに接続され、その反転入力端子は各抵抗Ｒａ，Ｒｃ間の接続点Ｎｂに接続され、その出力端子は電流制御用トランジスタＴａのベースに接続されている。
【００１４】
ボルテージフォロア１１０はオペアンプによって構成され、その入力端子は接続点Ｎａに接続され、その出力端子は反転増幅回路１１２の入力抵抗Ｒ４に接続されている。
【００１５】
反転増幅回路１１２は、オペアンプＯＰおよび各抵抗Ｒ１〜Ｒ４から構成されている。
各抵抗Ｒ１，Ｒ２は直流電源ＶＢと接地間に直列接続され、各抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値比によって直流電源ＶＢの電圧が分圧され、各抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点から基準電圧Ｖｒが生成されている。
【００１６】
オペアンプＯＰの非反転入力端子には、基準電圧Ｖｒが入力されている。また、オペアンプＯＰの反転入力端子は、負帰還抵抗Ｒ３を介して出力端子に接続されると共に、入力抵抗Ｒ４を介してボルテージフォロア１１０の出力端子に接続されている。そして、オペアンプＯＰの出力端子から電圧信号である空気流量信号Ｖｏが出力される。
【００１７】
次に、空気流量検出装置１００の動作について説明する。
差動増幅器Ｄａは、各接続点Ｎａ，Ｎｂ間の電位差（発熱抵抗Ｒｈの端子間電圧と温度補償用抵抗Ｒｃの端子間電圧との電位差）に基づいて、電流制御用トランジスタＴａを制御することにより、直流電源ＶＢから各抵抗Ｒｈ，Ｒｃへ流れる電流を制御し、各接続点Ｎａ，Ｎｂ間の電位差がゼロになるようにすることで、各抵抗Ｒｈ，Ｒｃの抵抗値比を一定に保つように制御する。
【００１８】
このとき、吸気管ＩＭ内を空気が流れると、その空気流量が多いほど発熱抵抗Ｒｈが冷却されて温度が下がり抵抗値が減少しようとする。そこで、発熱抵抗Ｒｈの温度を上げて抵抗値を元の値に戻して一定に保つように、差動増幅器Ｄａが電流制御用トランジスタＴａを制御し、発熱抵抗Ｒｈに流れる電流が増加される。すると、接続点Ｎａの電位Ｖｉが上昇する。
【００１９】
つまり、吸気管ＩＭ内の空気流量が多いほど、発熱抵抗Ｒｈに流れる電流が増加され、接続点Ｎａの電位Ｖｉが上昇する。従って、接続点Ｎａの電位Ｖｉは、吸気管ＩＭ内の空気流量に対応した電位値になる。
【００２０】
ここで、温度補償用抵抗Ｒｃは発熱抵抗Ｒｈよりも十分に大きな抵抗値に設定されているため、温度補償用抵抗Ｒｃには発熱抵抗Ｒｈより少ない電流しか流れない。そのため、温度補償用抵抗Ｒｃの温度は、吸気管ＩＭ内の空気温度とほぼ等しくなる。
また、吸気管ＩＭ内を流れる空気の流速が速いほど、各抵抗Ｒｈ，Ｒｃが冷却されて温度が下がるが、各抵抗Ｒｈ，Ｒｃの感温性を同一に設定しておけば、空気流速による各抵抗Ｒｈ，Ｒｃの温度変化は同じになる。
【００２１】
従って、各抵抗Ｒｈ，Ｒｃへ流れる電流を制御し、各接続点Ｎａ，Ｎｂ間の電位差がゼロになるようにして各抵抗Ｒｈ，Ｒｃの抵抗値比を一定に保つようにすれば、吸気管ＩＭ内の空気流速に関係なく吸気管ＩＭ内の空気温度と発熱抵抗Ｒｈの温度との差を一定温度に保つことができる。
【００２２】
つまり、差動増幅器Ｄａおよび電流制御用トランジスタＴａは、吸気管ＩＭ内の空気流速に関係なく吸気管ＩＭ内の空気温度と発熱抵抗Ｒｈの温度との差を一定温度に保つように制御していることになる。
【００２３】
そして、温度補償用抵抗Ｒｃは、吸気管ＩＭ内の空気温度による発熱抵抗Ｒｈの温度変化を補償するように機能する。
また、抵抗Ｒｓの抵抗値を調整することにより、吸気管ＩＭ内の空気流量に対する接続点Ｎａの電位Ｖｉを適宜設定することができる。
【００２４】
そして、接続点Ｎａの電位Ｖｉは、ボルテージフォロア１１０を介して、反転増幅回路１１２へ入力される。
尚、ボルテージフォロア１１０を設けているのは、接続点Ｎａから入力抵抗Ｒ４へ電流が流れることにより接続点Ｎａの電位Ｖｉが変動するのを防止するためである。
反転増幅回路１１２は、接続点Ｎａの電位（入力電圧）Ｖｉを電圧増幅して空気流量信号（出力電圧）Ｖｏを生成する。
【００２５】
ここで、反転増幅回路１１２の増幅度（ゲイン）Ｇは、入力抵抗Ｒ４と負帰還抵抗Ｒ３の抵抗値に基づき、負帰還抵抗Ｒ３の抵抗値（「Ｒ３」と記載する）を入力抵抗Ｒ４の抵抗値（「Ｒ４」と記載する）で除算した値（Ｇ＝Ｒ３／Ｒ４）になる。
【００２６】
そして、空気流量信号（出力電圧）Ｖｏは、接続点Ｎａの電位（入力電圧）Ｖｉ、増幅度Ｇ、電圧Ｖｐに基づき、式（１）によって求められる。
尚、電圧Ｖｐは、各抵抗値Ｒ３，Ｒ４および基準電圧Ｖｒに基づき、式（２）によって求められる。
【００２７】
Ｖｏ＝Ｖｐ−Ｇ・Ｖｉ＝Ｖｐ−（Ｒ３／Ｒ４）・Ｖｉ ………式（１）
【００２８】
Ｖｐ＝Ｖｒ・（Ｒ４＋Ｒ３）／Ｒ４ ………式（２）
【００２９】
そのため、各抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を調整して基準電圧Ｖｒを任意に設定することにより、接続点Ｎａの電位Ｖｉに対する空気流量信号Ｖｏの電位を適宜設定することができる。
【００３０】
従来の空気流量検出装置１００には、以下の問題があった。
（１）空気流量検出装置１００において、空気流量信号Ｖｏの電圧レベルを高くして検出感度を高めるには、式（１）に示すように、反転増幅回路１１２の増幅度（ゲイン）Ｇを高く設定する必要がある。
しかし、反転増幅回路１１２で用いられる実際のオペアンプＯＰにはオフセットがある。
【００３１】
そのため、反転増幅回路１１２の増幅度Ｇを高く設定すると、空気流量信号Ｖｏに含まれるオペアンプＯＰの出力オフセット電圧も増幅度Ｇの増大分だけ高くなってしまい、その出力オフセット電圧分だけ空気流量信号Ｖｏに誤差が生じることになる。
【００３２】
従って、空気流量信号Ｖｏの電圧レベルを高くすることによる空気流量検出装置１００の高感度化に対して、空気流量信号Ｖｏの誤差が大きくなり、空気流量の検出精度が低下するという問題があった。
【００３３】
そこで、オペアンプＯＰの出力オフセット電圧を減少させるために、オフセットヌル端子を備えたオペアンプＯＰを使用し、そのオフセットヌル端子に可変抵抗を接続し、その可変抵抗の中間端子にマイナス電圧を印加し、接続点Ｎａの電位（入力電圧）Ｖｉがゼロのときに空気流量信号（出力電圧）Ｖｏもゼロになるように可変抵抗を調整（中間端子に接続された可動片の位置調整）することが考えられる。
【００３４】
しかし、その場合には、オフセットヌル端子を備えたオペアンプＯＰ、可変抵抗、マイナス電源を用意しなければならず、部品点数が多くなって部品コストが高くなるという問題がある。加えて、可変抵抗の調整に手間を要することから製造コストが高くなるという問題もある。
【００３５】
ところで、特許文献１，２の空気流量検出装置は、２組のブリッジ回路における各発熱抵抗の端子電圧の差電圧を増幅する差動増幅器を備えているが、その差動増幅器の出力レベルを高くして空気流量の検出感度を上げるには、当該差動増幅器の増幅度を高くしなければならない。
【００３６】
そのため、特許文献１，２の前記差動増幅器をオペアンプによって構成する場合には、前記した空気流量検出装置１００と同様の問題がある。また、オペアンプを使用せずにディスクリート回路などで特許文献１，２の前記差動増幅器を構成する場合にも、差動増幅器には出力オフセット電圧が生じるため、前記した空気流量検出装置１００と同様の問題がある。
【００３７】
（２）ブリッジ回路を構成する各抵抗Ｒｈ，Ｒｃ，Ｒｓ，Ｒａは、発熱抵抗Ｒｈが十分に発熱した状態で、各抵抗Ｒｈ，Ｒｓと各抵抗Ｒｃ，Ｒａの抵抗値比が完全に一致するように設計されている。
【００３８】
このとき、オペアンプによって構成されている差動増幅器Ｄａの入力オフセット電圧がゼロであると、電流制御用トランジスタＴａのエミッタ電位（各抵抗Ｒｈ，Ｒｃの共通端子の電位）の変動に対して差動増幅器Ｄａの出力レベルが追従せず、ブリッジ回路および差動増幅器Ｄａから構成される回路は、安定な電圧状態でなくなって発振を起こしてしまう。
【００３９】
そこで、従来の空気流量検出装置１００では、差動増幅器Ｄａの入力オフセット電圧を十分に大きなマイナス電圧値（例えば、−３ｍＶ程度）に設定することにより、電流制御用トランジスタＴａのエミッタ電位の変動に対して差動増幅器Ｄａの出力レベルを追従させ、ブリッジ回路および差動増幅器Ｄａから構成される回路を安定な電圧状態にして発振を防止している。
【００４０】
しかし、オペアンプは一般的に室温におけるオフセットとオフセットの温度特性が一次の相関にあるため、オペアンプによって構成されている差動増幅器Ｄａにおいて、入力オフセット電圧を大きく設定すると、温度ドリフト（入力オフセット電圧が周囲の温度変化によって変動を起こす現象）が大きくなってしまう。
【００４１】
その結果、空気流量検出装置１００における空気流量の検出精度が低下するという問題があった。
【００４２】
ところで、オペアンプを使用せずにディスクリート回路などで差動増幅器Ｄａを構成する場合にも、差動増幅器Ｄａには入力オフセット電圧が生じ、その入力オフセット電圧を大きく設定すると温度ドリフトも大きくなるため、前記した空気流量検出装置１００と同様の問題がある。
【００４３】
そこで、差動増幅器Ｄａの温度ドリフトを補正するための補正回路を検出回路１０４に追加することが考えられる。
しかし、その場合には、補正回路の分だけ部品点数が多くなるため、部品コストが高くなるという問題がある。加えて、補正回路を確実に機能させるには、差動増幅器Ｄａの温度ドリフト特性に合わせて補正回路の補正特性を最適に調整する必要があり、その調整に手間を要することから製造コストが高くなるという問題もある。
【００４４】
ところで、特許文献１〜３の空気流量検出装置についても、発熱抵抗を含む複数個の抵抗からなるブリッジ回路を用いるため、前記した空気流量検出装置１００と同様の問題がある。
【００４５】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、空気流量の検出精度が高い空気流量検出装置を低コストに提供することにある。
【００４６】
【課題を解決するための手段・作用および発明の効果】
（請求項１）
係る目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、空気流路内に流れる空気流量を検出し、その空気流量に対応した空気流量信号を出力する空気流量検出装置であって、
前記空気流路内に設けられた発熱抵抗と、
前記空気流路内にて前記発熱抵抗と離間して配置された温度補償用抵抗と、
前記発熱抵抗の端子間電圧と前記温度補償用抵抗の端子間電圧との電位差に基づいて直流電源から前記発熱抵抗および前記温度補償用抵抗へ供給される電流を制御することにより、前記空気流路内の空気流速に関係なく前記空気流路内の空気温度と前記発熱抵抗の温度との差を一定温度に保つ電流制御回路と、
前記発熱抵抗に流れる電流に対応した電流を前記温度補償用抵抗へ流すと共に、前記発熱抵抗に流れる電流に対応した電流を前記空気流量信号として出力する二連出力形のカレントミラー回路と
を備えたことを技術的特徴とする。
【００４７】
従って、請求項１に記載の発明では、従来の熱式空気流量検出装置のように発熱抵抗を含む複数個の抵抗からなるブリッジ回路を設けるのではなく、発熱抵抗に流れる電流に対応した電流を温度補償用抵抗へ流すと共に、発熱抵抗に流れる電流に対応した電流を空気流量信号として出力する二連出力形のカレントミラー回路を設けている。
【００４８】
そのため、請求項１に記載の発明によれば、前記ブリッジ回路に起因する回路の不安定性や温度ドリフトの影響を受けることなく、空気流路内の空気流速に関係なく空気流路内の空気温度と発熱抵抗の温度との差を一定温度に保つ制御を電流制御回路が確実に行うことが可能になり、空気流量の検出精度を高めることができる。
【００４９】
また、請求項１に記載の発明によれば、前記ブリッジ回路に起因する回路の不安定性や温度ドリフトの影響を補正するための補正回路が必要ないため、その補正回路の部品コストおよび製造コストの分だけ、空気流量検出装置の低コストかを図ることができる。
【００５０】
そして、請求項１に記載の発明によれば、空気流量信号が電流信号であるため、空気流量信号が入力される外部装置と空気流量検出装置とを接続するコネクタ部分の接触抵抗の影響により、外部装置に入力誤差が生じるのを防止できる。
【００５１】
（請求項２）
次に、請求項２に記載の発明は、空気流路内に流れる空気流量を検出し、その空気流量に対応した空気流量信号を出力する空気流量検出装置であって、
前記空気流路内に設けられた第１発熱抵抗と、
前記空気流路内にて第１発熱抵抗と離間して配置された第１温度補償用抵抗と、
第１発熱抵抗の端子間電圧と第１温度補償用抵抗の端子間電圧との電位差に基づいて直流電源から第１発熱抵抗および第１温度補償用抵抗へ供給される電流を制御することにより、前記空気流路内の空気流速に関係なく前記空気流路内の空気温度と第１発熱抵抗の温度との差を一定温度に保つ第１電流制御回路と、
第１発熱抵抗に流れる電流に対応した電流を前記温度補償用抵抗へ流すと共に、前記発熱抵抗に流れる電流に対応した第１電流を出力する二連出力形の第１カレントミラー回路と、
前記空気流路内に設けられた第２発熱抵抗と、
前記空気流路内にて第２発熱抵抗と離間して配置された第２温度補償用抵抗と、
第２発熱抵抗の端子間電圧と第２温度補償用抵抗の端子間電圧との電位差に基づいて直流電源から第２発熱抵抗および第２温度補償用抵抗へ供給される電流を制御することにより、前記空気流路内の空気流速に関係なく前記空気流路内の空気温度と第２発熱抵抗の温度との差を一定温度に保つ第２電流制御回路と、
第２発熱抵抗に流れる電流に対応した電流を前記温度補償用抵抗へ流すと共に、前記発熱抵抗に流れる電流に対応した第２電流を出力する二連出力形の第２カレントミラー回路と、
第１カレントミラー回路の出力した第１電流と、第２カレントミラー回路の出力した第２電流との差電流を生成し、その差電流を前記空気流量信号として出力する差電流出力回路と
を備え、
前記空気流内を正方向に空気が流れると第２発熱抵抗に比べて第１発熱抵抗の方が冷却されて温度が下がり、前記空気流内を逆方向に空気が流れると第１発熱抵抗に比べて第２発熱抵抗の方が冷却されて温度が下がるように第１発熱抵抗および第２発熱抵抗が配置されていることを技術的特徴とする。
【００５２】
従って、請求項２に記載の発明によれば、請求項１と同様の作用・効果を得ることができる。
また、請求項２に記載の発明によれば、第１カレントミラー回路の出力した第１電流と第２カレントミラー回路の出力した第２電流との差電流が空気流量信号になるため、その空気流量信号に基づいて空気流路内を流れる空気の正逆方向を検出することができる。
【００５３】
（請求項３）
次に、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の空気流量検出装置において、電流信号である前記空気流量信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路を備えたことを技術的特徴とする。
従って、請求項３に記載の発明によれば、電圧信号である空気流量信号を空気流量検出装置から出力することが可能になる。
【００５４】
（用語の説明）
尚、上述した［特許請求の範囲］および［課題を解決するための手段および発明の効果］に記載した構成要素と、後述する［発明の実施の形態］に記載した構成部材との対応関係は以下のようになっている。
「空気流路」は、吸気管ＩＭに該当する。
「電流制御回路」は、差動増幅器Ｄａおよび電流制御用トランジスタＴａから構成される。
【００５５】
「第１発熱抵抗」は、発熱抵抗Ｒｈａに該当する。
「第１温度補償用抵抗」は、温度補償用抵抗Ｒｃａに該当する。
「第１電流制御回路」は、検出回路１２ａの差動増幅器Ｄａおよび電流制御用トランジスタＴａから構成される。
「第１電流」は、コレクタ電流Ｉｃａに該当する。
「第１カレントミラー回路」は、カレントミラー回路１４ａに該当する。
【００５６】
「第２発熱抵抗」は、発熱抵抗Ｒｈｂに該当する。
「第２温度補償用抵抗」は、温度補償用抵抗Ｒｃｂに該当する。
「第２電流制御回路」は、検出回路１２ｂの差動増幅器Ｄａおよび電流制御用トランジスタＴａから構成される。
「第２電流」は、コレクタ電流Ｉｃｂに該当する。
「第２カレントミラー回路」は、カレントミラー回路１４ｂに該当する。
「差電流」は、電流Ｉｘに該当する。
「差電流出力回路」は、カレントミラー回路５４および各カレントミラー回路１４ａ，１４ｂの各トランジスタＴｄから構成される。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した第１〜第３実施形態の空気流量検出装置について図面を参照しながら説明する。
尚、各実施形態において、図１０および図１１に示した従来の形態と同一構成部材については符号を等しくしてその詳細な説明を省略してある。また、第２および第３実施形態において、第１実施形態と同一構成部材については符号を等しくしてその詳細な説明を省略してある。
【００５８】
［第１実施形態］
図１０は、第１実施形態の空気流量検出装置１０を示す概略構成図である。
空気流量検出装置１０は、発熱抵抗（ヒータ抵抗）Ｒｈ、温度補償用抵抗Ｒｃ、リード線ＷＪ、回路ケース１０２、検出回路１２などから構成され、自動車用エンジンの吸気管ＩＭの途中に設けられている。
【００５９】
回路ケース１０２内には検出回路１２が収容されている。
そして、空気流量検出装置１０は、吸気管ＩＭ内をエンジンの燃焼室（図示略）へ向けて矢印Ａ方向に流れる空気の流量を各抵抗Ｒｈ，Ｒｃによって検出し、その空気流量に対応した空気流量信号Ｖｏを検出回路１２から出力する。
【００６０】
図１は、第１実施形態における検出回路１２の電気的構成を示す回路図である。
検出回路１２は、差動増幅器Ｄａ、電流制御用トランジスタＴａ、カレントミラー回路１４、電流電圧変換回路（Ｉ−Ｖ変換器）１６から構成されている。そして、検出回路１２には自動車の車載バッテリ（図示略）から直流電源ＶＢが供給されている。
【００６１】
カレントミラー回路１４は、３個のＮＰＮトランジスタＴｂ，Ｔｃ，Ｔｄから構成されたワイドラー型の二連出力形カレントミラー回路である。
各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのエミッタは接地され、入力側トランジスタＴｂのベースは出力側の各トランジスタＴｃ，Ｔｄのベースに結合されている。
尚、各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのエミッタ接地電流増幅率β（ｈＦＥ）は十分に高い値に設定されている。
【００６２】
入力側トランジスタＴｂはベースとコレクタを結合したダイオード接続にされており、入力側トランジスタＴｂのベースおよびコレクタは、接続点Ｎｉにて発熱抵抗Ｒｈに接続されている。
出力側トランジスタＴｃのコレクタは、接続点Ｎｏにて温度補償用抵抗Ｒｃに接続されている。
【００６３】
温度補償用抵抗Ｒｃは発熱抵抗Ｒｈよりも十分に大きな抵抗値に設定されている。
電流制御用トランジスタＴａはＮＰＮトランジスタであり、そのコレクタは直流電源ＶＢに接続され、そのエミッタは各抵抗Ｒｈ，Ｒｃにおける各接続点Ｎｉ，Ｎｏに接続されている側とは反対側の端子に接続されている。
【００６４】
差動増幅器Ｄａはオペアンプによって構成され、その非反転入力端子は接続点Ｎｉに接続され、その反転入力端子は接続点Ｎｏに接続され、その出力端子は電流制御用トランジスタＴａのベースに接続されている。
【００６５】
電流電圧変換回路１６は、オペアンプＯＰおよび各抵抗Ｒ１〜Ｒ３から構成されている。
各抵抗Ｒ１，Ｒ２は直流電源ＶＢと接地間に直列接続され、各抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値比によって直流電源ＶＢの電圧が分圧され、各抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点から基準電圧Ｖｒが生成されている。
【００６６】
オペアンプＯＰの非反転入力端子には、基準電圧Ｖｒが入力されている。また、オペアンプＯＰの反転入力端子は、負帰還抵抗Ｒ３を介して出力端子に接続されると共に、カレントミラー回路１４の出力側トランジスタＴｄのコレクタに接続されている。そして、オペアンプＯＰの出力端子から電圧信号である空気流量信号Ｖｏが出力される。
【００６７】
（第１実施形態の動作）
次に、第１実施形態の空気流量検出装置１０の動作について説明する。
差動増幅器Ｄａは、各接続点Ｎｉ，Ｎｏ間の電位差（発熱抵抗Ｒｈの端子間電圧と温度補償用抵抗Ｒｃの端子間電圧との電位差）に基づいて、電流制御用トランジスタＴａを制御することにより、直流電源ＶＢから各抵抗Ｒｈ，Ｒｃへ流れる電流を制御し、各接続点Ｎｉ，Ｎｏ間の電位差がゼロになるようにすることで、各抵抗Ｒｈ，Ｒｃの抵抗値比を一定に保つように制御する。
【００６８】
このとき、吸気管ＩＭ内を空気が流れると、その空気流量が多いほど発熱抵抗Ｒｈが冷却されて温度が下がり抵抗値が減少しようとする。そこで、発熱抵抗Ｒｈの温度を上げて抵抗値を元の値に戻して一定に保つように、差動増幅器Ｄａが電流制御用トランジスタＴａを制御し、発熱抵抗Ｒｈに流れる電流が増加される。
つまり、吸気管ＩＭ内の空気流量が多いほど、発熱抵抗Ｒｈに流れる電流が増加される。
【００６９】
ここで、温度補償用抵抗Ｒｃは発熱抵抗Ｒｈよりも十分に大きな抵抗値に設定されているため、温度補償用抵抗Ｒｃには発熱抵抗Ｒｈより少ない電流しか流れない。そのため、温度補償用抵抗Ｒｃの温度は、吸気管ＩＭ内の空気温度とほぼ等しくなる。
また、吸気管ＩＭ内を流れる空気の流速が速いほど、各抵抗Ｒｈ，Ｒｃが冷却されて温度が下がるが、各抵抗Ｒｈ，Ｒｃの感温性を同一に設定しておけば、空気流速による各抵抗Ｒｈ，Ｒｃの温度変化は同じになる。
【００７０】
従って、各抵抗Ｒｈ，Ｒｃへ流れる電流を制御し、各接続点Ｎａ，Ｎｂ間の電位差がゼロになるようにして各抵抗Ｒｈ，Ｒｃの抵抗値比を一定に保つようにすれば、吸気管ＩＭ内の空気流速に関係なく吸気管ＩＭ内の空気温度と発熱抵抗Ｒｈの温度との差を一定温度に保つことができる。
【００７１】
つまり、差動増幅器Ｄａおよび電流制御用トランジスタＴａは、吸気管ＩＭ内の空気流速に関係なく吸気管ＩＭ内の空気温度と発熱抵抗Ｒｈの温度との差を一定温度に保つように制御していることになる。
そして、温度補償用抵抗Ｒｃは、吸気管ＩＭ内の空気温度による発熱抵抗Ｒｈの温度変化を補償するように機能する。
【００７２】
ところで、差動増幅器Ｄａはオペアンプによって構成されているため、その非反転入力端子の入力インピーダンスは極めて高く、非反転入力端子には電流が流れ込まない。そのため、発熱抵抗Ｒｈに流れる電流は、カレントミラー回路１４の入力側トランジスタＴｂのコレクタ電流Ｉｃと、各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのベース電流との合計値になる。
【００７３】
そして、各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのエミッタ接地電流増幅率β（ｈＦＥ）は十分に高い値に設定されている。そのため、各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのベース電流の合計値に比べて、入力側トランジスタＴｂのコレクタ電流Ｉｃは非常に大きい。また、出力側の各トランジスタＴｃ，Ｔｄのコレクタ電流Ｉｃはそれぞれ、入力側トランジスタＴｂのコレクタ電流Ｉｃと等しくなる。
【００７４】
従って、カレントミラー回路１４の各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのコレクタ電流Ｉｃは、発熱抵抗Ｒｈに流れる電流とほぼ等しくなる。そして、吸気管ＩＭ内の空気流量が多いほど発熱抵抗Ｒｈに流れる電流が増加されるため、各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのコレクタ電流Ｉｃは、吸気管ＩＭ内の空気流量に対応した電流値になる。
【００７５】
ところで、電流電圧変換回路１６を構成するオペアンプＯＰの反転入力端子の入力インピーダンスは極めて高く、反転入力端子には電流が流れ込まない。
そのため、出力側トランジスタＴｄのコレクタ電流Ｉｃは、オペアンプＯＰの出力側端子から負帰還抵抗Ｒ３へ流れる。
つまり、カレントミラー回路１４の出力側トランジスタＴｄは、電流電圧変換回路１６へ入力電流を供給する電流源として機能する。
【００７６】
そして、電流電圧変換回路１６は、カレントミラー回路１４の出力側トランジスタＴｄのコレクタ電流（入力電流）Ｉｃを電流電圧変換（Ｉ−Ｖ変換）して、電圧信号である空気流量信号（出力電圧）Ｖｏを生成する。
ここで、空気流量信号（出力電圧）Ｖｏは、コレクタ電流（入力電流）Ｉｃ、負帰還抵抗Ｒ３の抵抗値Ｒ３、基準電圧Ｖｒに基づき、式（３）によって求められる。
【００７７】
Ｖｏ＝Ｖｒ＋Ｒ３・Ｉｃ ………式（３）
【００７８】
そのため、各抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を調整して基準電圧Ｖｒを任意に設定することにより、発熱抵抗Ｒｈを流れる電流（≒各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのコレクタ電流）に対する空気流量信号Ｖｏの電位を適宜設定することができる。
【００７９】
（第１実施形態の作用・効果）
以上詳述した第１実施形態の空気流量検出装置１０によれば、以下の作用・効果を得ることができる。
【００８０】
［１］空気流量検出装置１０において、空気流量信号Ｖｏの電圧レベルを高くして検出感度を高めるには、式（３）に示すように、負帰還抵抗Ｒ３の抵抗値Ｒ３を高く設定すればよい。
【００８１】
ところで、電流電圧変換回路１６で用いられる実際のオペアンプＯＰにはオフセットがある。しかし、電流電圧変換回路１６において、空気流量信号Ｖｏに含まれるオペアンプＯＰの入力オフセット電圧は増幅度（ゲイン）＝１で伝達するため、出力オフセット電圧は入力オフセット電圧と等しくなり、負帰還抵抗Ｒ３の抵抗値を高く設定しても、出力オフセット電圧は変わらない。
【００８２】
従って、空気流量信号Ｖｏの電圧レベルを高くすることによる空気流量検出装置１０の高感度化に対して、空気流量信号Ｖｏの誤差が増大することはなく、空気流量の検出精度の低下を防止できる。
【００８３】
また、前記した従来の空気流量検出装置１００においてオペアンプＯＰの出力オフセット電圧を減少させるために必要な部品コストおよび製造コストは、空気流量検出装置１０では必要ない。
従って、空気流量検出装置１０によれば、従来の空気流量検出装置１００に比べ、空気流量の検出精度を高めた上で、低コスト化を図ることができる。
【００８４】
［２］空気流量検出装置１０では、従来の空気流量検出装置１００のような４個の抵抗Ｒｈ，Ｒｃ，Ｒｓ，Ｒａからなるブリッジ回路を用いず、各抵抗Ｒｈ，Ｒｃはそれぞれカレントミラー回路１４の各トランジスタＴｂ，Ｔｃのコレクタに接続されている。
そして、入力側トランジスタＴｂはダイオード接続にされているため、発熱抵抗Ｒｈとの接続点Ｎｉの電位は入力側トランジスタＴｂのベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ（＝約０．６Ｖ）になって固定される。
【００８５】
そのため、オペアンプによって構成されている差動増幅器Ｄａの入力オフセット電圧をゼロに設定しても、電流制御用トランジスタＴａのエミッタ電位の変動に対して差動増幅器Ｄａの出力レベルを追従させることが可能であり、各抵抗Ｒｈ，Ｒｃと差動増幅器Ｄａおよび各トランジスタＴｂ，Ｔｃから構成される回路を安定な電圧状態にして発振を防止することができる。
【００８６】
ところで、オペアンプは一般的に室温におけるオフセットとオフセットの温度特性が一次の相関にあるため、オペアンプによって構成されている差動増幅器Ｄａにおいて、入力オフセット電圧をゼロに設定すれば、温度ドリフト（入力オフセット電圧が周囲の温度変化によって変動を起こす現象）を小さくできる。
【００８７】
そして、温度ドリフトが小さな差動増幅器Ｄａを用いれば、差動増幅器Ｄａが収容されている回路ケース１０２の周囲温度が変化した場合でも、電流制御用トランジスタＴａを正確に制御可能になり、各抵抗Ｒｈ，Ｒｃの抵抗値比を一定に保つ制御を確実に行うことができる。
【００８８】
従って、空気流量検出装置１０によれば、差動増幅器Ｄａの入力オフセット電圧をゼロに設定することで、検出回路１２の安定性を維持しながら、空気流量の検出精度を高めることができる。
【００８９】
また、前記した従来の空気流量検出装置１００において差動増幅器Ｄａの温度ドリフトを補正するために必要な部品コストおよび製造コストは、空気流量検出装置１０では必要ない。
従って、空気流量検出装置１０によれば、従来の空気流量検出装置１００に比べ、空気流量の検出精度を高めた上で、低コスト化を図ることができる。
【００９０】
［第１実施形態の変形例］
次に、第１実施形態におけるカレントミラー回路１４の構成を一部変更した各変形例について図面を参照しながら説明する。尚、各変形例において、第１実施形態と異なるのはカレントミラー回路１４の構成だけであり、その他の構成部材については第１実施形態と符号を等しくしてある。
【００９１】
［第１変形例］
図２は、第１変形例における検出回路１２の電気的構成を示す回路図である。
第１変形例において、第１実施形態のカレントミラー回路１４と異なるのは、図１に示すようにダイオード接続にされた入力側トランジスタＴｂが、ダイオードＤｉに置き換えられている点である。
【００９２】
つまり、第１変形例のカレントミラー回路１４は、ワイドラー型の簡略形（シンプルミラー）回路である。
第１変形例によれば、第１実施形態と同等の効果が得られる上に、入力側トランジスタＴｂをダイオードＤｉに置き換えることで部品コストを低減できる。
【００９３】
［第２変形例］
図３は、第２変形例における検出回路１２の電気的構成を示す回路図である。
第２変形例において、第１実施形態のカレントミラー回路１４と異なるのは、各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのエミッタがそれぞれエミッタ抵抗Ｒｅを介して接地されている点である。
【００９４】
つまり、第２変形例のカレントミラー回路１４は、ワイドラー型のエミッタ抵抗追加形回路である。
第２変形例によれば、第１実施形態に比べて、各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのコレクタ電流Ｉｃを高精度に等しくすることが可能になると共に、カレントミラー回路１４の安定性を高めることができる。
【００９５】
［第３変形例］
図４は、第３変形例における検出回路１２の電気的構成を示す回路図である。
第３変形例において、第１実施形態のカレントミラー回路１４と異なるのは、ＮＰＮトランジスタＴｅが追加されている点である。
トランジスタＴｅのベースは入力側トランジスタＴｂのコレクタに結合され、トランジスタＴｅのエミッタは各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのベースに結合され、トランジスタＴｅのコレクタは直流電源ＶＢに接続されている。つまり、各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのベース電流は、トランジスタＴｅから供給される。
【００９６】
つまり、第３変形例のカレントミラー回路１４は、ベース電流補償型回路である。
第３変形例によれば、第１実施形態に比べて、各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのコレクタ電流Ｉｃを高精度に等しくすることができる。但し、トランジスタＴｅのベース電流が、入力側トランジスタＴｂのコレクタ電流に与える影響が無視できるほど小さいことが条件である。
【００９７】
［第４変形例］
図５は、第４変形例における検出回路１２の電気的構成を示す回路図である。
第４変形例において、第１実施形態のカレントミラー回路１４と異なるのは、入力側トランジスタＴｂのダイオード接続が解除され、出力側トランジスタＴｃがダイオード接続にされ、ＮＰＮトランジスタＴｆが追加されている点である。
【００９８】
トランジスタＴｆのベースは入力側トランジスタＴｂのコレクタに結合され、トランジスタＴｆのエミッタは出力側トランジスタＴｃのコレクタに結合され、トランジスタＴｆのコレクタは温度補償用抵抗Ｒｃおよび差動増幅器Ｄａの反転入力端子に接続されている。
【００９９】
つまり、第４変形例のカレントミラー回路１４は、ウイルソン型回路である。
第４変形例によれば、第１実施形態に比べて、各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのコレクタ電流Ｉｃを高精度に等しくすることができる。
【０１００】
［第５変形例］
図６は、第５変形例における検出回路１２の電気的構成を示す回路図である。
第５変形例において、第４変形例のカレントミラー回路１４と異なるのは、ダイオード接続にされたＮＰＮトランジスタＴｇが追加されている点である。
【０１０１】
トランジスタＴｇのコレクタは発熱抵抗Ｒｈおよび差動増幅器Ｄａの非反転入力端子に接続され、トランジスタＴｇのエミッタは入力側トランジスタＴｂのコレクタに結合され、各トランジスタＴｇ，Ｔｆのベースは結合されて差動増幅器Ｄａの非反転入力端子に接続されると共にトランジスタＴｇのコレクタに接続されている。
【０１０２】
つまり、第５変形例のカレントミラー回路１４は、高精度ウイルソン型回路である。
第５変形例によれば、第４変形例に比べて、各トランジスタＴｂ，Ｔｃの動作条件が同じになるため、各トランジスタＴｂ〜Ｔｄのコレクタ電流Ｉｃを更に高精度に等しくすることができる。
【０１０３】
［第２実施形態］
図７は、第２実施形態における検出回路２０の電気的構成を示す回路図である。
検出回路２０において、第１実施形態の検出回路１２と異なるのは、電流電圧変換回路１６が省かれている点である。
つまり、検出回路２０は、カレントミラー回路１４の出力側トランジスタＴｄのコレクタ電流Ｉｃを、吸気管ＩＭ内の空気流量に対応した電流信号である空気流量信号Ｉｏとして出力する。
【０１０４】
従って、第２実施形態によれば、空気流量信号Ｉｏが電流信号であるため、空気流量信号Ｉｏが入力される外部装置（図示略）と検出回路２０とを接続するコネクタ部分（図示略）の接触抵抗の影響により、外部装置に入力誤差が生じるのを防止できる。
【０１０５】
ところで、前記外部装置内において、入力された空気流量信号Ｉｏを電圧信号に変換するには、例えば、電流電圧変換回路１６と同じ構成の電流電圧変換回路を用いるか、または、特許文献３の図１０に開示されているような入力装置（空気流量信号Ｉｏを電圧信号に変換する基準抵抗と、その基準抵抗で検知した電圧をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを備えた入力装置）を用いればよい。
【０１０６】
［第３実施形態］
図８は、第３実施形態の空気流量検出装置５０を示す概略構成図である。
空気流量検出装置５０は、発熱抵抗（ヒータ抵抗）Ｒｈａ，Ｒｈｂ、温度補償用抵抗Ｒｃａ，Ｒｃｂ、リード線ＷＪ、回路ケース１０２、検出回路５２などから構成され、自動車用エンジンの吸気管ＩＭの途中に設けられている。
【０１０７】
各発熱抵抗Ｒｈａ，Ｒｈｂは第１実施形態の発熱抵抗Ｒｈと同一構成かつ同一抵抗値であり、各温度補償用抵抗Ｒｃａ，Ｒｃｂは第１実施形態の温度補償用抵抗Ｒｃと同一構成かつ同一抵抗値である。
各抵抗Ｒｈａ，Ｒｃａ，Ｒｈｂ，Ｒｃｂは、吸気管ＩＭにおいてスロットルバルブ（図示略）よりも上流側に設けられたベンチュリＩＭａの最狭部に離間して配置されている。ここで、発熱抵抗Ｒｈａは吸気管ＩＭの上流側に向けて配置され、発熱抵抗Ｒｈｂは吸気管ＩＭの下流側に向けて配置されている。そして、各抵抗Ｒｈａ，Ｒｃａ，Ｒｈｂ，Ｒｃｂの両端部からそれぞれ引き出されたリード線ＷＪは、吸気管ＩＭの外側に取り付けられた回路ケース１０２に接続されている。
【０１０８】
回路ケース１０２内には検出回路５２が収容されている。
そして、空気流量検出装置５０は、吸気管ＩＭ内をエンジンの燃焼室（図示略）へ向けて矢印Ａ方向（正方向）に流れる空気流量、または吸気管ＩＭ内を燃焼室から外部へ向けて矢印Ｂ方向（逆方向）に流れる空気流量を各抵抗Ｒｈａ，Ｒｃａ，Ｒｈｂ，Ｒｃｂによって検出し、その空気流量に対応した空気流量信号Ｖｏを検出回路５２から出力する。
【０１０９】
図９は、第３実施形態における検出回路５２の電気的構成を示す回路図である。
検出回路５２は、２組の検出回路１２ａ，１２ｂ、カレントミラー回路５４、電流電圧変換回路１６から構成されている。
各検出回路１２ａ，１２ｂは第２実施形態の検出回路１２と同一構成である。
検出回路１２ａは、差動増幅器Ｄａ、電流制御用トランジスタＴａ、カレントミラー回路１４ａから構成されている。検出回路１２ｂは、差動増幅器Ｄａ、電流制御用トランジスタＴａ、カレントミラー回路１４ｂから構成されている。
【０１１０】
各カレントミラー回路１４ａ，１４ｂは第１実施形態のカレントミラー回路１４と同一構成である。
各抵抗Ｒｈａ，Ｒｃａはカレントミラー回路１４ａに接続され、各抵抗Ｒｈｂ，Ｒｃｂはカレントミラー回路１４ｂに接続されている。
そして、検出回路５２には自動車の車載バッテリ（図示略）から直流電源ＶＢが供給されている。
【０１１１】
カレントミラー回路５４は、２個のＰＮＰトランジスタＴｘ，Ｔｙから構成されたワイドラー型回路である。
各トランジスタＴｘ，Ｔｙのエミッタは直流電源ＶＢに接続されている。
尚、各トランジスタＴｘ，Ｔｙのエミッタ接地電流増幅率β（ｈＦＥ）は十分に高い値に設定されている。
【０１１２】
入力側トランジスタＴｘはベースとコレクタを結合したダイオード接続にされており、入力側トランジスタＴｂのベースおよびコレクタは、カレントミラー回路１４ａの出力側トランジスタＴｄのコレクタに接続されている。
出力側トランジスタＴｘのコレクタは、カレントミラー回路１４ｂの出力側トランジスタＴｄのコレクタに接続されると共に、電流電圧変換回路１６のオペアンプＯＰの反転入力端子に接続されている。
【０１１３】
（第３実施形態の作用・効果）
カレントミラー回路５４の入力側トランジスタＴｘのコレクタ電流は、カレントミラー回路１４ａの出力側トランジスタＴｄのコレクタ電流Ｉｃａと等しくなる。
そして、カレントミラー回路５４の出力側トランジスタＴｘのコレクタ電流は、入力側トランジスタＴｘのコレクタ電流Ｉｃａと等しくなる。
【０１１４】
ところで、電流電圧変換回路１６を構成するオペアンプＯＰの反転入力端子の入力インピーダンスは極めて高く、反転入力端子には電流が流れ込まない。
そのため、オペアンプＯＰの出力側端子から負帰還抵抗Ｒ３へ流れる電流Ｉｘは、各カレントミラー回路１４ａ，１４ｂの出力側トランジスタＴｄのコレクタ電流Ｉｃａ，Ｉｃｂに基づき、式（４）によって求められる。
【０１１５】
Ｉｘ＝Ｉｃｂ−Ｉｃａ ………式（４）
【０１１６】
そして、電流電圧変換回路１６は、負帰還抵抗Ｒ３に流れる電流Ｉｘを電流電圧変換（Ｉ−Ｖ変換）して、電圧信号である空気流量信号（出力電圧）Ｖｏを生成する。
ここで、空気流量信号（出力電圧）Ｖｏは、電流（入力電流）Ｉｘ、負帰還抵抗Ｒ３の抵抗値Ｒ３、基準電圧Ｖｒに基づき、式（５）によって求められる。
【０１１７】
Ｖｏ＝Ｖｒ＋Ｒ３・Ｉｘ ………式（５）
【０１１８】
従って、空気流量信号Ｖｏは、各カレントミラー回路１４ｂ，１４ａの出力側トランジスタＴｄのコレクタ電流Ｉｃｂ，Ｉｃａの差電流Ｉｘを電流電圧変換した電圧信号になる。
【０１１９】
ところで、カレントミラー回路１４ａの出力側トランジスタＴｄのコレクタ電流Ｉｃａは、発熱抵抗Ｒｈａに流れる電流とほぼ等しい。また、カレントミラー回路１４ｂの出力側トランジスタＴｄのコレクタ電流Ｉｃｂは、発熱抵抗Ｒｈｂに流れる電流とほぼ等しい。
そのため、空気流量信号Ｖｏは、各発熱抵抗Ｒｈａ，Ｒｈｂにそれぞれ流れる電流の差電流を電流電圧変換した電圧信号になる。
【０１２０】
ここで、発熱抵抗Ｒｈａは吸気管ＩＭの上流側に向けて配置され、発熱抵抗Ｒｈｂは吸気管ＩＭの下流側に向けて配置されている。
従って、吸気管ＩＭ内をエンジンの燃焼室へ向けて矢印Ａ方向（正方向）に空気が流れると、発熱抵抗Ｒｈｂに比べて発熱抵抗Ｒｈａの方が冷却されて温度が下がるため、発熱抵抗Ｒｈｂに流れる電流に比べて発熱抵抗Ｒｈａに流れる電流の方が増加する。
つまり、矢印Ａ方向に空気が流れると、式（４）に示す電流Ｉｘは負の値になる。
【０１２１】
反対に、吸気管ＩＭ内を燃焼室から外部へ向けて矢印Ｂ方向（逆方向）に空気が流れると、発熱抵抗Ｒｈａに比べて発熱抵抗Ｒｈｂの方が冷却されて温度が下がるため、発熱抵抗Ｒｈａに流れる電流に比べて発熱抵抗Ｒｈｂに流れる電流の方が増加する。
つまり、矢印Ｂ方向に空気が流れると、式（４）に示す電流Ｉｘは正の値になる。
【０１２２】
そのため、例えば、基準電圧Ｖｒをゼロに設定した場合、式（５）に示すように、矢印Ａ方向（正方向）に空気が流れると空気流量信号Ｖｏは負の値になり、矢印Ｂ方向（逆方向）に空気が流れると空気流量信号Ｖｏは正の値になる。
従って、第３実施形態の空気流量検出装置５０によれば、第１実施形態と同様の作用・効果が得られることに加え、空気流量信号Ｖｏの正負に基づいて空気流の正逆方向を検出することができる。
【０１２３】
ところで、多気筒の自動車用エンジンでは、各気筒内のピストンの往復動に応じて各吸気弁（図示略）が開弁する毎に、吸気管ＩＭ内を吸入空気が各気筒内に向けて矢印Ａ方向（正方向）に吸い込まれるため、吸気管ＩＭ内の空気流速は各吸気弁の開閉に応じて増減を繰返し脈動するようになる。
【０１２４】
特に、気筒数が少ない自動車用エンジンの場合（例えば４気筒以下の場合）、自動車用エンジンの回転数が低速域から中速域に達して吸排気量が増大してくると、吸気弁と排気弁（図示略）の開閉がオーバラップし、排気の一部が吸気弁の開弁に伴って吸気管ＩＭ内に吹き返すため、矢印Ｂ方向（逆方向）に流れる空気流が発生することがある。
【０１２５】
このように、吸気管ＩＭ内に逆流が生じた場合で、第１および第２実施形態の空気流量検出装置５０では、逆流により吸入空気流量を実際よりも過大に検出するおそれがあった。
しかし、第３実施形態の空気流量検出装置５０によれば、空気流の正逆方向を検出可能であるため、吸入空気量を高精度に検出して燃料噴射量を最適化することができる。
【０１２６】
［別の実施形態］
ところで、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
【０１２７】
［１］各実施形態において、カレントミラー回路１４（１４ａ，１４ｂ），５４は、入力側トランジスタのコレクタ電流と出力側トランジスタのコレクタ電流とが等しくなるようにしたが、入力側と出力側の電流が一定比率で対応するようにしてもよい。
【０１２８】
［２］第３実施形態についても、第２実施形態と同様に、電流電圧変換回路１６を省き、電流Ｉｘを電流信号である空気流量信号として出力するようにしてもよい。
【０１２９】
［３］各実施形態において、ワイドラー型のカレントミラー回路１４（１４ａ，１４ｂ），５４を構成するバイポーラトランジスタＴｂ〜Ｔｄ，Ｔｘ，ＴｙをＭＯＳ−ＦＥＴに置き換えてもよい。
ＭＯＳ−ＦＥＴを用いれば、各トランジスタＴｂ〜Ｔｄ，Ｔｘ，Ｔｙのコレクタ電流を更に高精度に等しくすることができる。
【０１３０】
［４］差動増幅器Ｄａはオペアンプによって構成されているが、ディスクリート回路などで構成してもよい。また、オペアンプＯＰについても、ディスクリート回路などで構成してもよい。
【０１３１】
［５］第２実施形態のカレントミラー回路１４および第３実施形態の各カレントミラー回路１４ａ，１４ｂ，５４についても、第１実施形態の各変形例と同様の構成にしてもよい。
【０１３２】
［６］第３実施形態の各抵抗Ｒｈａ，Ｒｃａ，Ｒｈｂ，Ｒｃｂを、特許文献１の図１および図２に開示されているのと同様にして、吸気管ＩＭ内に配置してもよい。
つまり、吸気管ＩＭ内に第１空気通路と第２空気通路とを設け、第１空気通路内に各抵抗Ｒｈａ，Ｒｃａを配置し、第２空気通路内に各抵抗Ｒｈｂ，Ｒｃｂを配置する。
【０１３３】
尚、第１空気通路は、吸気管ＩＭ内を正方向に流れる空気流に対しては流速を速くし、逆方向に流れる空気流に対しては流速を遅くするような形状に形成するる。また、第２空気通路は、吸気管ＩＭ内を逆方向に流れる空気流に対しては流速を速くし、正方向に流れる空気流に対しては流速を遅くするような形状に形成する。
【０１３４】
例えば、第１空気通路は正方向の空気流に対して上流側の開口端の方が下流側の開口端よりも小径となるように形成し、第２空気通路は逆方向の空気流に対して下流側の開口端が上流側の開口端よりも小径となるように形成し、各空気通路は互いに逆向きに拡開するテーパ形状にする。
このようにすれば、本願発明の作用・効果に加えて、特許文献１の作用・効果をも得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明を具体化した第１実施形態の空気流量検出装置１０における検出回路１２の電気的構成を示す回路図である。
【図２】図２は、第１実施形態の第１変形例における検出回路１２の電気的構成を示す回路図である。
【図３】図３は、第１実施形態の第２変形例における検出回路１２の電気的構成を示す回路図である。
【図４】図４は、第１実施形態の第３変形例における検出回路１２の電気的構成を示す回路図である。
【図５】図５は、第１実施形態の第４変形例における検出回路１２の電気的構成を示す回路図である。
【図６】図６は、第１実施形態の第５変形例における検出回路１２の電気的構成を示す回路図である。
【図７】図７は、本発明を具体化した第２実施形態における検出回路２０の電気的構成を示す回路図である。
【図８】図８は、本発明を具体化した第３実施形態の空気流量検出装置５０を示す概略構成図である。
【図９】図９は、第３実施形態における検出回路５２の電気的構成を示す回路図である。
【図１０】図１０は、第１および第２実施形態の空気流量検出装置１０および従来の空気流量検出装置１００を示す概略構成図である。
【図１１】図１１は、従来の空気流量検出装置１００における検出回路１０４の電気的構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１０，５０…空気流量検出装置
１２，１２ａ，１２ｂ，２０，５２…検出回路
１４，１４ａ，１４ｂ，５４…カレントミラー回路
１６…電流電圧変換回路
ＩＭ…吸気管
Ｄａ…差動増幅器
Ｔａ…電流制御用トランジスタ
Ｒｈ，Ｒｈａ，Ｒｈｂ…発熱抵抗
Ｒｃ，Ｒｃａ，Ｒｃｂ…温度補償用抵抗
Ｉｃ，Ｉｃａ，Ｉｃｂ…コレクタ電流
Ｉｘ…差電流[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an air flow detecting device, and more particularly, to a thermal air flow detecting device using a heating resistor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, an automobile engine equipped with an electronically controlled fuel injection device has been widely used in order to reduce pollution and fuel consumption.
In an engine equipped with an electronically controlled fuel injection system, fuel is injected into the intake air to generate a mixture, so that the air flow rate of the intake air can be accurately detected to optimize the fuel injection amount. is necessary.
There are various types of air flow rate detecting devices for detecting the air flow rate. However, a thermal type (or a hot wire type) using a heating resistor (or a hot wire) can directly detect a mass air flow rate. It is suitable for an engine for use.
[0003]
Conventionally, there are provided two sets of bridge circuits including four resistors including a heating resistor, and a differential amplifier for amplifying a difference voltage between terminal voltages of the heating resistors in each bridge circuit, and an output voltage of the differential amplifier. Is an air flow rate signal corresponding to the air flow rate, and a thermal type air flow rate detection device (air flow meter) has been proposed which detects the forward / reverse direction of the air flow based on the positive / negative of the output voltage. , Patent Documents 1 and 2).
[0004]
Further, a bridge circuit including five resistors including a heating resistor, and a “current mirror circuit” including an operational amplifier and a transistor for converting a current flowing through the heating resistor into an output current are provided. There has been proposed a thermal type air flow rate detection device (air flow meter) that generates an air flow rate signal corresponding to (for example, see Patent Document 3).
Incidentally, in Patent Literature 3, a circuit including an operational amplifier, a transistor, and the like is called a “current mirror circuit”, but such a circuit is generally not called a current mirror circuit.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-7-280613 (pages 4 to 7, FIGS. 1, 2 and 3)
[Patent Document 2]
JP-A-8-105780 (pages 2-3, FIGS. 5, 6, and 7)
[Patent Document 3]
JP-A-6-102073 (page 3, FIG. 1, FIG. 3, FIG. 4)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an air flow rate detection device 100 conventionally used by the present applicant.
The air flow detecting device 100 includes a heating resistor (heater resistor) Rh, a temperature compensating resistor Rc, a lead wire WJ, a circuit case 102, a detection circuit 104, and the like, and is provided in the middle of an intake pipe IM of an automobile engine. I have.
[0007]
The heat generating resistor Rh and the temperature compensating resistor Rc are made of a temperature-sensitive conductive material (for example, platinum, tungsten, or the like) whose resistance value changes in response to a temperature change. Is formed of a thin film of a temperature-sensitive conductive material formed on the substrate or a wire of the temperature-sensitive conductive material wound around an insulating cylinder.
When at least the heat generating resistor Rh among the resistors Rh and Rc is formed of a wire made of a temperature-sensitive conductive material, it is called a hot wire type air flow detecting device.
[0008]
The resistances Rh and Rc are spaced apart from each other at the narrowest part of a venturi IMa provided upstream of a throttle valve (not shown) in the intake pipe IM. The lead wires WJ respectively drawn from both ends of the resistors Rh and Rc are connected to a circuit case 102 attached outside the intake pipe IM.
[0009]
A detection circuit 104 is housed in the circuit case 102.
The air flow detecting device 100 detects the flow rate of air flowing in the direction of arrow A in the intake pipe IM toward the combustion chamber (not shown) of the engine by the resistances Rh and Rc, and an air flow rate signal corresponding to the air flow rate. Vo is output from the detection circuit 104.
[0010]
FIG. 11 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the detection circuit 104.
The detection circuit 104 includes a resistor (reference resistor) Rs, a resistor (flow control resistor) Ra, a differential amplifier Da, a current control transistor Ta, a voltage follower 110, and an inverting amplifier circuit 112. The detection circuit 104 is supplied with a DC power supply VB from a vehicle battery (not shown) of the vehicle.
[0011]
The resistor Rs and the heating resistor Rh are connected in series, the resistor Ra and the resistor Rc for temperature compensation are connected in series, the resistors Rs and Rh are connected in parallel with the resistors Ra and Rc, and the resistors Rs and Ra are connected in parallel. The terminal on the side opposite to the side connected to each of the resistors Rh and Rc is grounded to form a bridge circuit composed of four resistors Rs, Rh, Ra and Rc.
Here, the temperature compensating resistor Rc is set to a sufficiently larger resistance value than the heating resistor Rh.
Further, it is designed such that the resistance value ratio of each of the resistors Rh, Rs and each of the resistors Rc, Ra completely matches in a state where the heat generating resistor Rh has sufficiently generated heat.
[0012]
The current control transistor Ta is an NPN transistor, its collector is connected to the DC power supply VB, and its emitter is connected to a terminal of each of the resistors Rh and Rc opposite to the side connected to each of the resistors Rs and Ra. ing.
[0013]
The differential amplifier Da is composed of an operational amplifier, and its non-inverting input terminal is connected to a connection point Na between the resistors Rs and Rh, and its inverting input terminal is connected to a connection point Nb between the resistors Ra and Rc. The output terminal is connected to the base of the current control transistor Ta.
[0014]
The voltage follower 110 is configured by an operational amplifier, and its input terminal is connected to the connection point Na, and its output terminal is connected to the input resistor R4 of the inverting amplifier circuit 112.
[0015]
The inverting amplifier circuit 112 includes an operational amplifier OP and resistors R1 to R4.
Each of the resistors R1 and R2 is connected in series between the DC power supply VB and the ground, the voltage of the DC power supply VB is divided by the resistance value ratio of each of the resistors R1 and R2, and the reference voltage Vr is supplied from the connection point of each of the resistors R1 and R2. Has been generated.
[0016]
The reference voltage Vr is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP. The inverting input terminal of the operational amplifier OP is connected to an output terminal via a negative feedback resistor R3, and is connected to an output terminal of the voltage follower 110 via an input resistor R4. Then, an air flow rate signal Vo, which is a voltage signal, is output from the output terminal of the operational amplifier OP.
[0017]
Next, the operation of the air flow detection device 100 will be described.
The differential amplifier Da controls the current control transistor Ta based on the potential difference between the connection points Na and Nb (the potential difference between the terminal voltage of the heating resistor Rh and the terminal voltage of the temperature compensation resistor Rc). By controlling the current flowing from the DC power supply VB to each of the resistances Rh and Rc so that the potential difference between the connection points Na and Nb becomes zero, the resistance value ratio of each of the resistances Rh and Rc is kept constant. Control.
[0018]
At this time, when the air flows through the intake pipe IM, the larger the air flow rate is, the more the heat generating resistor Rh is cooled and the temperature decreases, and the resistance value tends to decrease. Therefore, the differential amplifier Da controls the current control transistor Ta so that the temperature of the heating resistor Rh is raised and the resistance value is returned to the original value and kept constant, and the current flowing through the heating resistor Rh is increased. Then, the potential Vi of the connection point Na increases.
[0019]
That is, as the air flow rate in the intake pipe IM increases, the current flowing through the heating resistor Rh increases, and the potential Vi at the connection point Na increases. Therefore, the potential Vi at the connection point Na has a potential value corresponding to the air flow rate in the intake pipe IM.
[0020]
Here, since the temperature compensating resistor Rc is set to a sufficiently larger resistance value than the heat generating resistor Rh, only a smaller current flows through the temperature compensating resistor Rc than the heat generating resistor Rh. Therefore, the temperature of the temperature compensation resistor Rc is substantially equal to the air temperature in the intake pipe IM.
Further, as the flow velocity of the air flowing through the intake pipe IM increases, the resistances Rh and Rc are cooled and the temperature decreases. However, if the temperature sensitivities of the resistances Rh and Rc are set to be the same, the resistance depends on the air flow velocity. The temperature changes of the resistors Rh and Rc are the same.
[0021]
Therefore, if the current flowing through each of the resistors Rh and Rc is controlled so that the potential difference between each of the connection points Na and Nb becomes zero and the resistance value ratio of each of the resistors Rh and Rc is kept constant, the intake pipe can be controlled. The difference between the temperature of the air in the intake pipe IM and the temperature of the heating resistor Rh can be kept constant regardless of the air flow velocity in the IM.
[0022]
In other words, the differential amplifier Da and the current control transistor Ta are controlled so as to keep the difference between the temperature of the air in the intake pipe IM and the temperature of the heating resistor Rh at a constant temperature regardless of the air flow velocity in the intake pipe IM. Will be.
[0023]
The temperature compensating resistor Rc functions to compensate for a temperature change of the heat generating resistor Rh due to the air temperature in the intake pipe IM.
Further, by adjusting the resistance value of the resistor Rs, the potential Vi of the connection point Na with respect to the air flow rate in the intake pipe IM can be appropriately set.
[0024]
Then, the potential Vi at the connection point Na is input to the inverting amplifier circuit 112 via the voltage follower 110.
The voltage follower 110 is provided to prevent the potential Vi at the connection point Na from fluctuating due to the current flowing from the connection point Na to the input resistor R4.
The inverting amplifier circuit 112 voltage-amplifies the potential (input voltage) Vi at the connection point Na to generate an air flow signal (output voltage) Vo.
[0025]
Here, the amplification degree (gain) G of the inverting amplifier circuit 112 is based on the resistance values of the input resistance R4 and the negative feedback resistance R3, and the resistance value of the negative feedback resistance R3 (described as “R3”) is determined by the input resistance R4. It becomes a value (G = R3 / R4) divided by the resistance value (described as “R4”).
[0026]
Then, the air flow rate signal (output voltage) Vo is obtained by Expression (1) based on the potential (input voltage) Vi, the amplification degree G, and the voltage Vp of the connection point Na.
Note that the voltage Vp is obtained by Expression (2) based on the resistance values R3 and R4 and the reference voltage Vr.
[0027]
Vo = Vp−G · Vi = Vp− (R3 / R4) · Vi Equation (1)
[0028]
Vp = Vr · (R4 + R3) / R4 Equation (2)
[0029]
Therefore, by adjusting the resistance values of the resistors R1 and R2 and arbitrarily setting the reference voltage Vr, the potential of the air flow signal Vo with respect to the potential Vi of the connection point Na can be appropriately set.
[0030]
The conventional air flow detecting device 100 has the following problems.
(1) In the air flow detection device 100, in order to increase the voltage level of the air flow signal Vo to increase the detection sensitivity, as shown in Expression (1), the amplification (gain) G of the inverting amplifier circuit 112 is increased. Must be set.
However, the actual operational amplifier OP used in the inverting amplifier circuit 112 has an offset.
[0031]
Therefore, when the amplification G of the inverting amplifier circuit 112 is set high, the output offset voltage of the operational amplifier OP included in the air flow signal Vo also increases by the increase in the amplification G, and the air flow signal is increased by the output offset voltage. An error will occur in Vo.
[0032]
Therefore, there is a problem that the error of the air flow rate signal Vo increases and the detection accuracy of the air flow rate decreases, as the sensitivity of the air flow rate detection apparatus 100 increases by increasing the voltage level of the air flow rate signal Vo. .
[0033]
Therefore, in order to reduce the output offset voltage of the operational amplifier OP, an operational amplifier OP having an offset null terminal is used, a variable resistor is connected to the offset null terminal, and a negative voltage is applied to an intermediate terminal of the variable resistor. It is conceivable to adjust the variable resistor (position adjustment of the movable piece connected to the intermediate terminal) so that the air flow signal (output voltage) Vo becomes zero when the potential (input voltage) Vi of the connection point Na is zero. Can be
[0034]
However, in this case, an operational amplifier OP having an offset null terminal, a variable resistor, and a negative power supply must be prepared, and there is a problem that the number of parts increases and the parts cost increases. In addition, there is also a problem that the production cost is increased since the adjustment of the variable resistance requires time and effort.
[0035]
By the way, the air flow detecting devices of Patent Documents 1 and 2 include a differential amplifier for amplifying the difference voltage between the terminal voltages of the respective heating resistors in the two sets of bridge circuits. In order to increase the detection sensitivity of the air flow rate, the amplification degree of the differential amplifier must be increased.
[0036]
Therefore, when the differential amplifiers of Patent Documents 1 and 2 are configured by operational amplifiers, there is a problem similar to that of the air flow detecting device 100 described above. Also, when the differential amplifier of Patent Documents 1 and 2 is configured by a discrete circuit or the like without using an operational amplifier, an output offset voltage is generated in the differential amplifier. There is a problem.
[0037]
(2) Each of the resistors Rh, Rc, Rs, and Ra constituting the bridge circuit has a resistance value ratio of each of the resistors Rh, Rs and each of the resistors Rc, Ra completely matched in a state where the heat generating resistor Rh is sufficiently heated. It is designed to be.
[0038]
At this time, if the input offset voltage of the differential amplifier Da constituted by the operational amplifier is zero, the differential offset against the fluctuation of the emitter potential of the current control transistor Ta (the potential of the common terminal of the resistors Rh and Rc) is obtained. The output level of the amplifier Da does not follow, and the circuit composed of the bridge circuit and the differential amplifier Da does not have a stable voltage state and oscillates.
[0039]
Therefore, in the conventional air flow detecting device 100, by setting the input offset voltage of the differential amplifier Da to a sufficiently large negative voltage value (for example, about −3 mV), it is possible to prevent the fluctuation of the emitter potential of the current control transistor Ta. On the other hand, the output level of the differential amplifier Da is made to follow, and the circuit composed of the bridge circuit and the differential amplifier Da is set in a stable voltage state to prevent oscillation.
[0040]
However, an operational amplifier generally has a first-order correlation between the offset at room temperature and the temperature characteristic of the offset. Therefore, when the input offset voltage is set to be large in the differential amplifier Da configured by the operational amplifier, the temperature drift (the input offset voltage becomes Phenomenon that causes fluctuation due to a change in ambient temperature) is increased.
[0041]
As a result, there is a problem that the detection accuracy of the air flow rate in the air flow rate detection device 100 decreases.
[0042]
By the way, even when the differential amplifier Da is configured by a discrete circuit or the like without using the operational amplifier, an input offset voltage is generated in the differential amplifier Da, and if the input offset voltage is set to be large, the temperature drift also increases. There is a problem similar to that of the air flow detecting device 100 described above.
[0043]
Therefore, it is conceivable to add a correction circuit for correcting the temperature drift of the differential amplifier Da to the detection circuit 104.
However, in this case, the number of components is increased by the amount of the correction circuit, so that there is a problem that component costs increase. In addition, in order for the correction circuit to function reliably, it is necessary to optimally adjust the correction characteristics of the correction circuit in accordance with the temperature drift characteristics of the differential amplifier Da. There is also the problem of becoming.
[0044]
By the way, the air flow detection devices of Patent Documents 1 to 3 also have the same problem as the above-described air flow detection device 100 because a bridge circuit including a plurality of resistors including a heating resistor is used.
[0045]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide an air flow detecting device having a high air flow detecting accuracy at a low cost.
[0046]
Means and Action for Solving the Problems and Effects of the Invention
(Claim 1)
The invention according to claim 1 made in order to achieve such an object is an air flow detection device that detects an air flow rate flowing in an air flow path and outputs an air flow rate signal corresponding to the air flow rate,
A heating resistor provided in the air flow path;
A temperature compensating resistor disposed apart from the heat generating resistor in the air flow path;
The air flow path is controlled by controlling a current supplied from a DC power supply to the heating resistor and the temperature compensating resistor based on a potential difference between a terminal voltage of the heating resistor and a voltage between terminals of the temperature compensating resistor. A current control circuit that keeps the difference between the temperature of the air in the air flow path and the temperature of the heating resistor at a constant temperature regardless of the air flow velocity in the inside,
A current mirror circuit of a dual output type for flowing a current corresponding to the current flowing through the heating resistor to the temperature compensating resistor, and outputting a current corresponding to the current flowing to the heating resistor as the air flow signal;
Technical features are provided.
[0047]
Therefore, according to the first aspect of the present invention, instead of providing a bridge circuit including a plurality of resistors including a heating resistor as in a conventional thermal air flow detecting device, a current corresponding to a current flowing through the heating resistor is provided. A dual output type current mirror circuit is provided for flowing the current to the temperature compensating resistor and outputting a current corresponding to the current flowing to the heating resistor as an air flow signal.
[0048]
Therefore, according to the first aspect of the present invention, the air temperature in the air flow path is not affected by the circuit instability and temperature drift caused by the bridge circuit, regardless of the air flow velocity in the air flow path. The current control circuit can reliably control the difference between the temperature of the heating resistor and the temperature of the heating resistor at a constant temperature, and the accuracy of detecting the air flow rate can be improved.
[0049]
According to the first aspect of the present invention, since there is no need for a correction circuit for correcting the influence of the temperature drift and the instability of the circuit due to the bridge circuit, the component cost and the manufacturing cost of the correction circuit are reduced. The cost of the air flow detecting device can be reduced by the amount.
[0050]
According to the first aspect of the present invention, since the air flow rate signal is a current signal, the air flow rate signal is input and the influence of the contact resistance of the connector portion connecting the external device and the air flow rate detection device to An input error can be prevented from occurring in the external device.
[0051]
(Claim 2)
Next, an invention according to claim 2 is an air flow rate detection device that detects an air flow rate flowing in an air flow path and outputs an air flow rate signal corresponding to the air flow rate,
A first heating resistor provided in the air flow path;
A first temperature compensating resistor disposed apart from the first heat generating resistor in the air flow path;
By controlling the current supplied from the DC power supply to the first heating resistor and the first temperature compensation resistor based on the potential difference between the terminal voltage of the first heating resistor and the terminal voltage of the first temperature compensation resistor, A first current control circuit that keeps a difference between the temperature of the air in the air flow path and the temperature of the first heating resistor at a constant temperature regardless of the air flow velocity in the air flow path;
A dual output first current mirror circuit that supplies a current corresponding to the current flowing through the first heating resistor to the temperature compensation resistor and outputs a first current corresponding to the current flowing through the heating resistor;
A second heating resistor provided in the air flow path;
A second temperature compensating resistor disposed apart from the second heat generating resistor in the air flow path;
By controlling the current supplied from the DC power supply to the second heating resistor and the second temperature compensation resistor based on the potential difference between the terminal voltage of the second heating resistor and the terminal voltage of the second temperature compensation resistor, A second current control circuit that keeps a difference between the temperature of the air in the air flow path and the temperature of the second heating resistor at a constant temperature regardless of the air flow velocity in the air flow path;
A dual output second current mirror circuit that outputs a current corresponding to a current flowing through the second heating resistor to the temperature compensation resistor and outputs a second current corresponding to the current flowing through the heating resistor;
A difference current output circuit that generates a difference current between the first current output from the first current mirror circuit and the second current output from the second current mirror circuit, and outputs the difference current as the air flow signal;
With
When air flows in the air flow in the forward direction, the first heating resistor is cooled and its temperature is lower than that of the second heating resistor, and when air flows in the air flow in the opposite direction, the first heating resistor is cooled. A technical feature is that the first heating resistor and the second heating resistor are arranged such that the second heating resistor is cooled and the temperature is lowered.
[0052]
Therefore, according to the invention described in claim 2, the same operation and effect as in claim 1 can be obtained.
According to the second aspect of the present invention, since the difference current between the first current output from the first current mirror circuit and the second current output from the second current mirror circuit becomes an air flow signal, The forward and reverse directions of the air flowing in the air flow path can be detected based on the flow signal.
[0053]
(Claim 3)
Next, according to a third aspect of the present invention, in the air flow rate detecting device according to the first or second aspect, a current-voltage conversion circuit for converting the air flow rate signal, which is a current signal, into a voltage signal is provided. Is a technical feature.
Therefore, according to the third aspect of the invention, it is possible to output an air flow rate signal which is a voltage signal from the air flow rate detection device.
[0054]
(Explanation of terms)
The correspondence between the constituent elements described in the above-mentioned [Claims] and [Means for Solving the Problems and Effects of the Invention] and the constituent members described in [Embodiments of the Invention] described below are as follows. It is as follows.
The “air flow path” corresponds to the intake pipe IM.
The “current control circuit” includes a differential amplifier Da and a current control transistor Ta.
[0055]
The “first heating resistor” corresponds to the heating resistor Rha.
The “first temperature compensation resistor” corresponds to the temperature compensation resistor Rca.
The “first current control circuit” includes the differential amplifier Da of the detection circuit 12a and the current control transistor Ta.
The “first current” corresponds to the collector current Ica.
The “first current mirror circuit” corresponds to the current mirror circuit 14a.
[0056]
The “second heat generating resistance” corresponds to the heat generating resistance Rhb.
The “second temperature compensation resistor” corresponds to the temperature compensation resistor Rcb.
The “second current control circuit” includes the differential amplifier Da of the detection circuit 12b and the current control transistor Ta.
The “second current” corresponds to the collector current Icb.
The “second current mirror circuit” corresponds to the current mirror circuit 14b.
“Difference current” corresponds to the current Ix.
The “difference current output circuit” includes the current mirror circuit 54 and the transistors Td of the current mirror circuits 14a and 14b.
[0057]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, air flow detecting devices according to first to third embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In each embodiment, the same components as those of the conventional embodiment shown in FIGS. 10 and 11 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Further, in the second and third embodiments, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0058]
[First Embodiment]
FIG. 10 is a schematic configuration diagram illustrating the air flow detection device 10 according to the first embodiment.
The air flow detecting device 10 includes a heating resistor (heater resistor) Rh, a temperature compensating resistor Rc, a lead wire WJ, a circuit case 102, a detection circuit 12, and the like, and is provided in the middle of an intake pipe IM of an automobile engine. I have.
[0059]
The detection circuit 12 is housed in the circuit case 102.
Then, the air flow rate detecting device 10 detects the flow rate of air flowing in the direction of arrow A toward the combustion chamber (not shown) of the engine through the intake pipe IM by means of the respective resistors Rh and Rc, and detects air corresponding to the air flow rate. The flow rate signal Vo is output from the detection circuit 12.
[0060]
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating an electrical configuration of the detection circuit 12 according to the first embodiment.
The detection circuit 12 includes a differential amplifier Da, a current control transistor Ta, a current mirror circuit 14, and a current-voltage conversion circuit (IV converter) 16. The detection circuit 12 is supplied with a DC power supply VB from an on-board battery (not shown) of the vehicle.
[0061]
The current mirror circuit 14 is a Widler-type dual-output current mirror circuit including three NPN transistors Tb, Tc, and Td.
The emitters of the transistors Tb to Td are grounded, and the base of the input-side transistor Tb is coupled to the base of each of the output-side transistors Tc and Td.
Note that the grounded emitter current gain β (hFE) of each of the transistors Tb to Td is set to a sufficiently high value.
[0062]
The input-side transistor Tb is diode-connected to connect the base and the collector, and the base and the collector of the input-side transistor Tb are connected to the heating resistor Rh at a connection point Ni.
The collector of the output side transistor Tc is connected to the temperature compensation resistor Rc at the connection point No.
[0063]
The temperature compensating resistor Rc is set to a resistance value sufficiently larger than the heat generating resistor Rh.
The current control transistor Ta is an NPN transistor, the collector of which is connected to the DC power supply VB, and the emitter of which is connected to a terminal of each of the resistors Rh and Rc opposite to the side connected to each of the connection points Ni and No. Have been.
[0064]
The differential amplifier Da is composed of an operational amplifier, its non-inverting input terminal is connected to the connection point Ni, its inverting input terminal is connected to the connection point No, and its output terminal is connected to the base of the current control transistor Ta. I have.
[0065]
The current-voltage conversion circuit 16 includes an operational amplifier OP and resistors R1 to R3.
Each of the resistors R1 and R2 is connected in series between the DC power supply VB and the ground, the voltage of the DC power supply VB is divided by the resistance value ratio of each of the resistors R1 and R2, and the reference voltage Vr is supplied from the connection point of each of the resistors R1 and R2. Has been generated.
[0066]
The reference voltage Vr is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP. The inverting input terminal of the operational amplifier OP is connected to the output terminal via a negative feedback resistor R3 and to the collector of the output transistor Td of the current mirror circuit 14. Then, an air flow rate signal Vo, which is a voltage signal, is output from the output terminal of the operational amplifier OP.
[0067]
(Operation of First Embodiment)
Next, the operation of the air flow detecting device 10 according to the first embodiment will be described.
The differential amplifier Da controls the current control transistor Ta based on the potential difference between the connection points Ni and No (the potential difference between the terminal voltage of the heating resistor Rh and the terminal voltage of the temperature compensation resistor Rc). By controlling the current flowing from the DC power supply VB to each of the resistors Rh and Rc so that the potential difference between the connection points Ni and No becomes zero, the resistance value ratio of each of the resistors Rh and Rc is kept constant. Control.
[0068]
At this time, when the air flows through the intake pipe IM, the larger the air flow rate is, the more the heat generating resistor Rh is cooled and the temperature decreases, and the resistance value tends to decrease. Therefore, the differential amplifier Da controls the current control transistor Ta so that the temperature of the heating resistor Rh is raised and the resistance value is returned to the original value and kept constant, and the current flowing through the heating resistor Rh is increased.
That is, as the air flow rate in the intake pipe IM increases, the current flowing through the heating resistor Rh increases.
[0069]
Here, since the temperature compensating resistor Rc is set to a sufficiently larger resistance value than the heat generating resistor Rh, only a smaller current flows through the temperature compensating resistor Rc than the heat generating resistor Rh. Therefore, the temperature of the temperature compensation resistor Rc is substantially equal to the air temperature in the intake pipe IM.
Further, as the flow velocity of the air flowing through the intake pipe IM increases, the resistances Rh and Rc are cooled and the temperature decreases. However, if the temperature sensitivities of the resistances Rh and Rc are set to be the same, the resistance depends on the air flow velocity. The temperature changes of the resistors Rh and Rc are the same.
[0070]
Therefore, if the current flowing through each of the resistors Rh and Rc is controlled so that the potential difference between each of the connection points Na and Nb becomes zero and the resistance value ratio of each of the resistors Rh and Rc is kept constant, the intake pipe can be controlled. The difference between the temperature of the air in the intake pipe IM and the temperature of the heating resistor Rh can be kept constant regardless of the air flow velocity in the IM.
[0071]
In other words, the differential amplifier Da and the current control transistor Ta are controlled so as to keep the difference between the temperature of the air in the intake pipe IM and the temperature of the heating resistor Rh at a constant temperature regardless of the air flow velocity in the intake pipe IM. Will be.
The temperature compensating resistor Rc functions to compensate for a temperature change of the heat generating resistor Rh due to the air temperature in the intake pipe IM.
[0072]
By the way, since the differential amplifier Da is constituted by an operational amplifier, the input impedance of its non-inverting input terminal is extremely high, and no current flows into the non-inverting input terminal. Therefore, the current flowing through the heating resistor Rh is the sum of the collector current Ic of the input-side transistor Tb of the current mirror circuit 14 and the base current of each of the transistors Tb to Td.
[0073]
The grounded emitter current gain β (hFE) of each of the transistors Tb to Td is set to a sufficiently high value. Therefore, the collector current Ic of the input-side transistor Tb is much larger than the sum of the base currents of the transistors Tb to Td. The collector current Ic of each of the output-side transistors Tc and Td is equal to the collector current Ic of the input-side transistor Tb.
[0074]
Therefore, the collector current Ic of each of the transistors Tb to Td of the current mirror circuit 14 is substantially equal to the current flowing through the heating resistor Rh. Since the current flowing through the heating resistor Rh increases as the air flow rate in the intake pipe IM increases, the collector current Ic of each of the transistors Tb to Td becomes a current value corresponding to the air flow rate in the intake pipe IM.
[0075]
Incidentally, the input impedance of the inverting input terminal of the operational amplifier OP constituting the current-voltage conversion circuit 16 is extremely high, and no current flows into the inverting input terminal.
Therefore, the collector current Ic of the output transistor Td flows from the output terminal of the operational amplifier OP to the negative feedback resistor R3.
That is, the output-side transistor Td of the current mirror circuit 14 functions as a current source that supplies an input current to the current-voltage conversion circuit 16.
[0076]
The current-to-voltage conversion circuit 16 converts the collector current (input current) Ic of the output-side transistor Td of the current mirror circuit 14 into a current-to-voltage (IV) conversion, and outputs an air flow signal (output voltage) as a voltage signal. Generate Vo.
Here, the air flow rate signal (output voltage) Vo is obtained by Expression (3) based on the collector current (input current) Ic, the resistance value R3 of the negative feedback resistor R3, and the reference voltage Vr.
[0077]
Vo = Vr + R3 · Ic Equation (3)
[0078]
Therefore, by adjusting the resistance values of the resistors R1 and R2 and arbitrarily setting the reference voltage Vr, the potential of the air flow signal Vo with respect to the current flowing through the heating resistor Rh (≒ collector current of each of the transistors Tb to Td) is reduced. It can be set appropriately.
[0079]
(Operation and Effect of First Embodiment)
According to the air flow detecting device 10 of the first embodiment described in detail above, the following operations and effects can be obtained.
[0080]
[1] In the air flow detection device 10, in order to increase the voltage level of the air flow signal Vo and increase the detection sensitivity, as shown in Expression (3), the resistance value R3 of the negative feedback resistor R3 is set to be high. Good.
[0081]
The actual operational amplifier OP used in the current-voltage conversion circuit 16 has an offset. However, in the current-voltage conversion circuit 16, the input offset voltage of the operational amplifier OP included in the air flow signal Vo is transmitted with the amplification (gain) = 1, so that the output offset voltage becomes equal to the input offset voltage, and the negative feedback resistor R3 , The output offset voltage does not change.
[0082]
Therefore, the error of the air flow rate signal Vo does not increase and the detection accuracy of the air flow rate can be prevented from lowering in response to the increase in the sensitivity of the air flow rate detection apparatus 10 by increasing the voltage level of the air flow rate signal Vo. .
[0083]
Further, the component flow and the manufacturing cost necessary for reducing the output offset voltage of the operational amplifier OP in the above-described conventional air flow detecting device 100 are not required in the air flow detecting device 10.
Therefore, according to the air flow detecting device 10, compared to the conventional air flow detecting device 100, the detection accuracy of the air flow can be improved and the cost can be reduced.
[0084]
[2] The air flow detection device 10 does not use a bridge circuit composed of four resistors Rh, Rc, Rs, and Ra unlike the conventional air flow detection device 100, and each of the resistors Rh and Rc is a current mirror circuit 14 respectively. Of the transistors Tb and Tc.
Since the input-side transistor Tb is diode-connected, the potential of the connection point Ni with the heating resistor Rh is fixed at the base-emitter voltage VBE (= about 0.6 V) of the input-side transistor Tb. .
[0085]
Therefore, even if the input offset voltage of the differential amplifier Da constituted by the operational amplifier is set to zero, the output level of the differential amplifier Da can follow the fluctuation of the emitter potential of the current control transistor Ta. Thus, the circuit composed of the resistors Rh and Rc, the differential amplifier Da and the transistors Tb and Tc can be set to a stable voltage state to prevent oscillation.
[0086]
By the way, since the operational amplifier generally has a first-order correlation between the offset at room temperature and the temperature characteristic of the offset, if the input offset voltage is set to zero in the differential amplifier Da constituted by the operational amplifier, the temperature drift (input offset) A phenomenon in which voltage fluctuates due to a change in ambient temperature) can be reduced.
[0087]
If the differential amplifier Da having a small temperature drift is used, even when the ambient temperature of the circuit case 102 in which the differential amplifier Da is accommodated changes, the current control transistor Ta can be accurately controlled, and each resistor Ta can be controlled. Control for keeping the resistance value ratio of Rh and Rc constant can be reliably performed.
[0088]
Therefore, according to the air flow detection device 10, by setting the input offset voltage of the differential amplifier Da to zero, the detection accuracy of the air flow can be enhanced while maintaining the stability of the detection circuit 12.
[0089]
Further, the component flow and the manufacturing cost required for correcting the temperature drift of the differential amplifier Da in the above-described conventional air flow detecting device 100 are not required in the air flow detecting device 10.
Therefore, according to the air flow detecting device 10, compared to the conventional air flow detecting device 100, the detection accuracy of the air flow can be improved and the cost can be reduced.
[0090]
[Modification of First Embodiment]
Next, modified examples in which the configuration of the current mirror circuit 14 in the first embodiment is partially changed will be described with reference to the drawings. In each modification, only the configuration of the current mirror circuit 14 is different from that of the first embodiment, and the other components are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment.
[0091]
[First Modification]
FIG. 2 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the detection circuit 12 according to the first modification.
The first modification is different from the current mirror circuit 14 of the first embodiment in that the diode-connected input-side transistor Tb is replaced with a diode Di as shown in FIG.
[0092]
That is, the current mirror circuit 14 of the first modification is a Widlar-type simplified (simple mirror) circuit.
According to the first modified example, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the cost of parts can be reduced by replacing the input-side transistor Tb with the diode Di.
[0093]
[Second Modification]
FIG. 3 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the detection circuit 12 according to the second modification.
The second modification differs from the current mirror circuit 14 of the first embodiment in that the emitters of the transistors Tb to Td are grounded via the respective emitter resistors Re.
[0094]
That is, the current mirror circuit 14 of the second modified example is a Widlar-type emitter resistance additional circuit.
According to the second modification, the collector current Ic of each of the transistors Tb to Td can be equalized with high accuracy compared to the first embodiment, and the stability of the current mirror circuit 14 can be increased. .
[0095]
[Third Modification]
FIG. 4 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the detection circuit 12 according to the third modification.
The third modification is different from the current mirror circuit 14 of the first embodiment in that an NPN transistor Te is added.
The base of the transistor Te is coupled to the collector of the input-side transistor Tb, the emitter of the transistor Te is coupled to the base of each of the transistors Tb to Td, and the collector of the transistor Te is connected to the DC power supply VB. That is, the base current of each of the transistors Tb to Td is supplied from the transistor Te.
[0096]
That is, the current mirror circuit 14 of the third modification is a base current compensation type circuit.
According to the third modified example, the collector current Ic of each of the transistors Tb to Td can be equalized with higher accuracy than in the first embodiment. However, the condition is that the base current of the transistor Te has a negligible effect on the collector current of the input-side transistor Tb.
[0097]
[Fourth Modification]
FIG. 5 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the detection circuit 12 according to the fourth modification.
The fourth modification differs from the current mirror circuit 14 of the first embodiment in that the diode connection of the input transistor Tb is released, the output transistor Tc is diode-connected, and an NPN transistor Tf is added. It is.
[0098]
The base of the transistor Tf is coupled to the collector of the input transistor Tb, the emitter of the transistor Tf is coupled to the collector of the output transistor Tc, and the collector of the transistor Tf is connected to the temperature compensation resistor Rc and the inverting input terminal of the differential amplifier Da. It is connected.
[0099]
That is, the current mirror circuit 14 of the fourth modified example is a Wilson-type circuit.
According to the fourth modified example, the collector current Ic of each of the transistors Tb to Td can be equalized with higher accuracy than in the first embodiment.
[0100]
[Fifth Modification]
FIG. 6 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the detection circuit 12 according to the fifth modification.
The fifth modified example is different from the current mirror circuit 14 of the fourth modified example in that a diode-connected NPN transistor Tg is added.
[0101]
The collector of the transistor Tg is connected to the heating resistor Rh and the non-inverting input terminal of the differential amplifier Da, the emitter of the transistor Tg is connected to the collector of the input side transistor Tb, and the bases of the transistors Tg and Tf are connected to the differential. It is connected to the non-inverting input terminal of the amplifier Da and to the collector of the transistor Tg.
[0102]
That is, the current mirror circuit 14 of the fifth modification is a high-accuracy Wilson-type circuit.
According to the fifth modification, since the operating conditions of the transistors Tb and Tc are the same as in the fourth modification, the collector current Ic of each of the transistors Tb to Td can be equalized with higher accuracy.
[0103]
[Second embodiment]
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating an electrical configuration of the detection circuit 20 according to the second embodiment.
The detection circuit 20 differs from the detection circuit 12 of the first embodiment in that the current-voltage conversion circuit 16 is omitted.
That is, the detection circuit 20 outputs the collector current Ic of the output-side transistor Td of the current mirror circuit 14 as an air flow signal Io which is a current signal corresponding to the air flow in the intake pipe IM.
[0104]
Therefore, according to the second embodiment, since the air flow signal Io is a current signal, the connector (not shown) for connecting the external device (not shown) to which the air flow signal Io is input and the detection circuit 20 with each other. An input error can be prevented from occurring in the external device due to the influence of the contact resistance.
[0105]
By the way, in order to convert the input air flow rate signal Io into a voltage signal in the external device, for example, a current-voltage conversion circuit having the same configuration as the current-voltage conversion circuit 16 is used, or FIG. 10 (an input device including a reference resistor for converting the air flow rate signal Io into a voltage signal, and an A / D converter for converting a voltage detected by the reference resistor into a digital signal) May be used.
[0106]
[Third embodiment]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating an air flow detection device 50 according to the third embodiment.
The air flow detecting device 50 includes heating resistors (heater resistors) Rha and Rhb, temperature compensating resistors Rca and Rcb, a lead wire WJ, a circuit case 102, a detecting circuit 52, and the like, and is located in the middle of an intake pipe IM of an automobile engine. It is provided in.
[0107]
Each of the heating resistors Rha and Rhb has the same configuration and the same resistance value as the heating resistor Rh of the first embodiment, and each of the temperature compensation resistors Rca and Rcb has the same configuration and the same resistor as the temperature compensation resistor Rc of the first embodiment. Value.
The resistances Rha, Rca, Rhb, and Rcb are spaced apart from each other at a narrowest portion of a venturi IMa provided upstream of a throttle valve (not shown) in the intake pipe IM. Here, the heating resistor Rha is arranged toward the upstream side of the intake pipe IM, and the heating resistor Rhb is arranged toward the downstream side of the intake pipe IM. The lead wires WJ respectively drawn from both ends of the resistors Rha, Rca, Rhb, Rcb are connected to a circuit case 102 attached outside the intake pipe IM.
[0108]
The detection circuit 52 is housed in the circuit case 102.
Then, the air flow detecting device 50 directs the air flow in the direction of arrow A (positive direction) toward the combustion chamber (not shown) of the engine through the intake pipe IM, or the air flow from the combustion chamber to the outside inside the intake pipe IM. The flow rate of air flowing in the direction of arrow B (reverse direction) is detected by each of the resistors Rha, Rca, Rhb, and Rcb, and an air flow rate signal Vo corresponding to the detected flow rate is output from the detection circuit 52.
[0109]
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating an electrical configuration of the detection circuit 52 according to the third embodiment.
The detection circuit 52 includes two sets of detection circuits 12a and 12b, a current mirror circuit 54, and a current-voltage conversion circuit 16.
Each of the detection circuits 12a and 12b has the same configuration as the detection circuit 12 of the second embodiment.
The detection circuit 12a includes a differential amplifier Da, a current control transistor Ta, and a current mirror circuit 14a. The detection circuit 12b includes a differential amplifier Da, a current control transistor Ta, and a current mirror circuit 14b.
[0110]
Each of the current mirror circuits 14a and 14b has the same configuration as the current mirror circuit 14 of the first embodiment.
Each resistor Rha, Rca is connected to the current mirror circuit 14a, and each resistor Rhb, Rcb is connected to the current mirror circuit 14b.
The detection circuit 52 is supplied with a DC power supply VB from a vehicle battery (not shown) of the vehicle.
[0111]
The current mirror circuit 54 is a Widlar type circuit composed of two PNP transistors Tx and Ty.
The emitters of the transistors Tx and Ty are connected to a DC power supply VB.
Note that the grounded emitter current gain β (hFE) of each of the transistors Tx and Ty is set to a sufficiently high value.
[0112]
The input-side transistor Tx is diode-connected with its base and collector coupled, and the base and collector of the input-side transistor Tb are connected to the collector of the output-side transistor Td of the current mirror circuit 14a.
The collector of the output transistor Tx is connected to the collector of the output transistor Td of the current mirror circuit 14b and to the inverting input terminal of the operational amplifier OP of the current-voltage conversion circuit 16.
[0113]
(Operation / Effect of Third Embodiment)
The collector current of the input transistor Tx of the current mirror circuit 54 is equal to the collector current Ica of the output transistor Td of the current mirror circuit 14a.
Then, the collector current of the output side transistor Tx of the current mirror circuit 54 becomes equal to the collector current Ica of the input side transistor Tx.
[0114]
Incidentally, the input impedance of the inverting input terminal of the operational amplifier OP constituting the current-voltage conversion circuit 16 is extremely high, and no current flows into the inverting input terminal.
Therefore, the current Ix flowing from the output terminal of the operational amplifier OP to the negative feedback resistor R3 is obtained by the equation (4) based on the collector currents Ica and Icb of the output transistors Td of the current mirror circuits 14a and 14b.
[0115]
Ix = Icb-Ica Equation (4)
[0116]
Then, the current-voltage conversion circuit 16 performs current-voltage conversion (IV conversion) of the current Ix flowing through the negative feedback resistor R3, and generates an air flow rate signal (output voltage) Vo that is a voltage signal.
Here, the air flow rate signal (output voltage) Vo is obtained by Expression (5) based on the current (input current) Ix, the resistance value R3 of the negative feedback resistor R3, and the reference voltage Vr.
[0117]
Vo = Vr + R3 · Ix Equation (5)
[0118]
Therefore, the air flow signal Vo is a voltage signal obtained by current-voltage conversion of the difference current Ix between the collector currents Icb and Ica of the output side transistors Td of the current mirror circuits 14b and 14a.
[0119]
Incidentally, the collector current Ica of the output side transistor Td of the current mirror circuit 14a is substantially equal to the current flowing through the heating resistor Rha. The collector current Icb of the output transistor Td of the current mirror circuit 14b is substantially equal to the current flowing through the heating resistor Rhb.
Therefore, the air flow rate signal Vo is a voltage signal obtained by current-to-voltage conversion of a difference current between currents flowing through the respective heating resistors Rha and Rhb.
[0120]
Here, the heating resistor Rha is arranged toward the upstream side of the intake pipe IM, and the heating resistor Rhb is arranged toward the downstream side of the intake pipe IM.
Therefore, when air flows in the direction of the arrow A (positive direction) in the intake pipe IM toward the combustion chamber of the engine, the heating resistor Rha is cooled and the temperature is reduced as compared with the heating resistor Rhb, so that the heating resistor Rhb The current flowing through the heating resistor Rha is greater than the current flowing through the heating resistor Rha.
That is, when air flows in the direction of arrow A, the current Ix shown in Expression (4) takes a negative value.
[0121]
Conversely, when air flows in the direction of arrow B (reverse direction) from the combustion chamber to the outside in the intake pipe IM, the heat generating resistor Rhb is cooled and the temperature is reduced as compared with the heat generating resistor Rha, so that the heat generating resistance is reduced. The current flowing through the heating resistor Rhb is greater than the current flowing through Rha.
That is, when air flows in the direction of arrow B, the current Ix shown in Expression (4) takes a positive value.
[0122]
Therefore, for example, when the reference voltage Vr is set to zero, as shown in Expression (5), when air flows in the direction of the arrow A (positive direction), the air flow signal Vo takes a negative value, and the direction of the arrow B ( When air flows in the reverse direction), the air flow signal Vo takes a positive value.
Therefore, according to the air flow detecting device 50 of the third embodiment, in addition to obtaining the same operation and effect as the first embodiment, the forward / reverse direction of the air flow is detected based on the positive / negative of the air flow signal Vo. can do.
[0123]
By the way, in a multi-cylinder automobile engine, each time each intake valve (not shown) opens according to the reciprocating motion of the piston in each cylinder, the intake air flows through the intake pipe IM toward each cylinder. Since the air is sucked in the direction A (positive direction), the air flow velocity in the intake pipe IM repeatedly increases and decreases according to the opening and closing of each intake valve.
[0124]
In particular, in the case of an automobile engine having a small number of cylinders (for example, in the case of four or less cylinders), if the intake / exhaust amount of the automobile engine increases from a low speed range to a medium speed range and the intake / exhaust amount increases, the intake valve and the exhaust gas are exhausted. The opening and closing of valves (not shown) overlap, and a part of the exhaust gas blows back into the intake pipe IM with the opening of the intake valve, so that an airflow flowing in the direction of arrow B (reverse direction) may occur. .
[0125]
As described above, in the case where the backflow occurs in the intake pipe IM, the airflow detection devices 50 of the first and second embodiments have a possibility that the backflow causes the intake airflow to be detected to be excessively large.
However, according to the air flow detecting device 50 of the third embodiment, since the forward / reverse direction of the air flow can be detected, the amount of intake air can be detected with high accuracy to optimize the fuel injection amount.
[0126]
[Another embodiment]
By the way, the present invention is not limited to the above embodiments, and may be embodied as follows, and even in such a case, the same or more actions and effects as those of the above embodiments can be obtained.
[0127]
[1] In each of the embodiments, the current mirror circuits 14 (14a, 14b) and 54 are configured such that the collector current of the input-side transistor and the collector current of the output-side transistor are equal. May correspond at a fixed ratio.
[0128]
[2] Also in the third embodiment, the current-voltage conversion circuit 16 may be omitted and the current Ix may be output as an air flow signal, which is a current signal, as in the second embodiment.
[0129]
[3] In each embodiment, the bipolar transistors Tb to Td, Tx, Ty constituting the Widlar type current mirror circuits 14 (14a, 14b), 54 may be replaced with MOS-FETs.
If a MOS-FET is used, the collector currents of the transistors Tb to Td, Tx, and Ty can be equalized with higher accuracy.
[0130]
[4] The differential amplifier Da is configured by an operational amplifier, but may be configured by a discrete circuit or the like. Further, the operational amplifier OP may be configured by a discrete circuit or the like.
[0131]
[5] The current mirror circuit 14 of the second embodiment and each of the current mirror circuits 14a, 14b, 54 of the third embodiment may have the same configuration as that of each modification of the first embodiment.
[0132]
[6] The resistors Rha, Rca, Rhb, and Rcb of the third embodiment may be arranged in the intake pipe IM in the same manner as disclosed in FIGS. 1 and 2 of Patent Document 1.
That is, a first air passage and a second air passage are provided in the intake pipe IM, the resistors Rha and Rca are arranged in the first air passage, and the resistors Rhb and Rcb are arranged in the second air passage.
[0133]
The first air passage is formed in such a shape that the flow velocity is increased for the airflow flowing in the intake pipe IM in the forward direction, and the flow velocity is decreased for the airflow flowing in the reverse direction. Further, the second air passage is formed in such a shape that the flow velocity is increased with respect to the air flow flowing in the intake pipe IM in the reverse direction, and is decreased with respect to the air flow flowing in the forward direction.
[0134]
For example, the first air passage is formed so that the upstream open end has a smaller diameter than the downstream open end with respect to the forward air flow, and the second air passage is formed with respect to the reverse air flow. Thus, the downstream opening end is formed to have a smaller diameter than the upstream opening end, and the air passages are tapered so as to expand in opposite directions.
By doing so, the operation and effect of Patent Document 1 can be obtained in addition to the operation and effect of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an electrical configuration of a detection circuit 12 in an air flow detection device 10 according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an electrical configuration of a detection circuit 12 according to a first modification of the first embodiment.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an electrical configuration of a detection circuit 12 according to a second modification of the first embodiment.
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an electrical configuration of a detection circuit 12 according to a third modification of the first embodiment.
FIG. 5 is a circuit diagram showing an electrical configuration of a detection circuit 12 according to a fourth modification of the first embodiment.
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an electrical configuration of a detection circuit 12 according to a fifth modification of the first embodiment.
FIG. 7 is a circuit diagram showing an electrical configuration of a detection circuit 20 according to a second embodiment of the invention.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an air flow detecting device 50 according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating an electrical configuration of a detection circuit 52 according to the third embodiment.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an air flow detecting device 10 of the first and second embodiments and a conventional air flow detecting device 100.
FIG. 11 is a circuit diagram showing an electrical configuration of a detection circuit 104 in a conventional air flow detection device 100.
[Explanation of symbols]
10,50 ... Air flow rate detection device
12, 12a, 12b, 20, 52 ... detection circuit
14, 14a, 14b, 54 ... current mirror circuit
16 ... Current-voltage conversion circuit
IM ... intake pipe
Da: Differential amplifier
Ta: current control transistor
Rh, Rha, Rhb ... Heating resistance
Rc, Rca, Rcb: Temperature compensation resistor
Ic, Ica, Icb ... Collector current
Ix: Difference current

Claims (3)

空気流路内に流れる空気流量を検出し、その空気流量に対応した空気流量信号を出力する空気流量検出装置であって、
前記空気流路内に設けられた発熱抵抗と、
前記空気流路内にて前記発熱抵抗と離間して配置された温度補償用抵抗と、
前記発熱抵抗の端子間電圧と前記温度補償用抵抗の端子間電圧との電位差に基づいて直流電源から前記発熱抵抗および前記温度補償用抵抗へ供給される電流を制御することにより、前記空気流路内の空気流速に関係なく前記空気流路内の空気温度と前記発熱抵抗の温度との差を一定温度に保つ電流制御回路と、
前記発熱抵抗に流れる電流に対応した電流を前記温度補償用抵抗へ流すと共に、前記発熱抵抗に流れる電流に対応した電流を前記空気流量信号として出力する二連出力形のカレントミラー回路と
を備えたことを特徴とする熱式の空気流量検出装置。An air flow rate detection device that detects an air flow rate flowing in an air flow path and outputs an air flow rate signal corresponding to the air flow rate,
A heating resistor provided in the air flow path;
A temperature compensating resistor disposed apart from the heat generating resistor in the air flow path;
The air flow path is controlled by controlling a current supplied from a DC power supply to the heating resistor and the temperature compensating resistor based on a potential difference between a terminal voltage of the heating resistor and a voltage between terminals of the temperature compensating resistor. A current control circuit that keeps the difference between the temperature of the air in the air flow path and the temperature of the heating resistor at a constant temperature regardless of the air flow velocity in the inside,
A current mirror circuit of a dual output type that supplies a current corresponding to the current flowing through the heating resistor to the temperature compensation resistor and outputs a current corresponding to the current flowing through the heating resistor as the air flow signal. A thermal type air flow detecting device, characterized in that: 空気流路内に流れる空気流量を検出し、その空気流量に対応した空気流量信号を出力する空気流量検出装置であって、
前記空気流路内に設けられた第１発熱抵抗と、
前記空気流路内にて第１発熱抵抗と離間して配置された第１温度補償用抵抗と、
第１発熱抵抗の端子間電圧と第１温度補償用抵抗の端子間電圧との電位差に基づいて直流電源から第１発熱抵抗および第１温度補償用抵抗へ供給される電流を制御することにより、前記空気流路内の空気流速に関係なく前記空気流路内の空気温度と第１発熱抵抗の温度との差を一定温度に保つ第１電流制御回路と、
第１発熱抵抗に流れる電流に対応した電流を前記温度補償用抵抗へ流すと共に、前記発熱抵抗に流れる電流に対応した第１電流を出力する二連出力形の第１カレントミラー回路と、
前記空気流路内に設けられた第２発熱抵抗と、
前記空気流路内にて第２発熱抵抗と離間して配置された第２温度補償用抵抗と、
第２発熱抵抗の端子間電圧と第２温度補償用抵抗の端子間電圧との電位差に基づいて直流電源から第２発熱抵抗および第２温度補償用抵抗へ供給される電流を制御することにより、前記空気流路内の空気流速に関係なく前記空気流路内の空気温度と第２発熱抵抗の温度との差を一定温度に保つ第２電流制御回路と、
第２発熱抵抗に流れる電流に対応した電流を前記温度補償用抵抗へ流すと共に、前記発熱抵抗に流れる電流に対応した第２電流を出力する二連出力形の第２カレントミラー回路と、
第１カレントミラー回路の出力した第１電流と、第２カレントミラー回路の出力した第２電流との差電流を生成し、その差電流を前記空気流量信号として出力する差電流出力回路と
を備え、
前記空気流内を正方向に空気が流れると第２発熱抵抗に比べて第１発熱抵抗の方が冷却されて温度が下がり、前記空気流内を逆方向に空気が流れると第１発熱抵抗に比べて第２発熱抵抗の方が冷却されて温度が下がるように第１発熱抵抗および第２発熱抵抗が配置されていることを特徴とする熱式の空気流量検出装置。An air flow rate detection device that detects an air flow rate flowing in an air flow path and outputs an air flow rate signal corresponding to the air flow rate,
A first heating resistor provided in the air flow path;
A first temperature compensating resistor disposed apart from the first heat generating resistor in the air flow path;
By controlling the current supplied from the DC power supply to the first heating resistor and the first temperature compensation resistor based on the potential difference between the terminal voltage of the first heating resistor and the terminal voltage of the first temperature compensation resistor, A first current control circuit that keeps a difference between the temperature of the air in the air flow path and the temperature of the first heating resistor at a constant temperature regardless of the air flow velocity in the air flow path;
A dual output first current mirror circuit that supplies a current corresponding to the current flowing through the first heating resistor to the temperature compensation resistor and outputs a first current corresponding to the current flowing through the heating resistor;
A second heating resistor provided in the air flow path;
A second temperature compensating resistor disposed apart from the second heat generating resistor in the air flow path;
By controlling the current supplied from the DC power supply to the second heating resistor and the second temperature compensation resistor based on the potential difference between the terminal voltage of the second heating resistor and the terminal voltage of the second temperature compensation resistor, A second current control circuit that keeps a difference between the temperature of the air in the air flow path and the temperature of the second heating resistor at a constant temperature regardless of the air flow velocity in the air flow path;
A dual output second current mirror circuit that outputs a current corresponding to a current flowing through the second heating resistor to the temperature compensation resistor and outputs a second current corresponding to the current flowing through the heating resistor;
A difference current output circuit that generates a difference current between the first current output from the first current mirror circuit and the second current output from the second current mirror circuit, and outputs the difference current as the air flow signal. ,
When air flows in the air flow in the forward direction, the first heating resistor is cooled and its temperature is lower than that of the second heating resistor, and when air flows in the air flow in the opposite direction, the first heating resistor is cooled. A thermal air flow detecting device, wherein the first heating resistor and the second heating resistor are arranged such that the second heating resistor is cooled and the temperature is lowered. 請求項１または請求項２に記載の空気流量検出装置において、
電流信号である前記空気流量信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路を備えたことを特徴とする発熱抵抗式の空気流量検出装置。The air flow detecting device according to claim 1 or 2,
A heating resistance type air flow detecting device, comprising: a current-voltage conversion circuit for converting the air flow signal, which is a current signal, into a voltage signal.
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JP2006201077A (en) * 2005-01-21 2006-08-03 Hitachi Ltd Thermal air flowmeter

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