JP2004340937A - パルス幅変調を用いる流量センサの温度制御 - Google Patents

Abstract

【課題】改善された、少なくとも１つの電気ヒータ抵抗Ｒ_Ｈを有し且つヒータ抵抗Ｒ_Ｈの温度制御部を有する、内燃機関のための流量センサを提案する。
【解決手段】ヒータ抵抗Ｒ_Ｈの温度制御を、ヒータ電流Ｉ_Ｈのパルス幅変調ＰＷＭにより行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも１つの電気ヒータ抵抗を有し且つヒータ抵抗の温度制御のための制御器を有する、内燃機関のための流量センサに関する。

ホットフィルム−空気量測定器として又はヒータ線−空気量測定器として構成することのできる内燃機関のための流量センサでは、ヒータ抵抗が所定の温度に加熱される。このことは電圧を印加することにより行われ、該電圧は、ヒータ抵抗の前もって与えられた温度が調整設定されるように決められている。一般に、ヒータ抵抗の温度は周囲温度に依存して決定される。これまで温度制御は、ヒータ抵抗に印加される電圧を制御する電子回路により実現されている。前記回路には、ヒータ抵抗の所望の電圧を保持するために、内燃機関または自動車の車載の配電網に加わっている車内配電電圧を、値ΔＵだけ低減しなければならないという欠点がある。差電圧ΔＵが電子制御装置に生じて、損失電力Ｐ_{Ｖｅｒｌｕｓｔ} ＝ ΔＵ^＊Ｉ_Ｈが生ぜしめられる（このとき、Ｉ_Ｈはヒータ抵抗を流れる電流を表す。）。

損失電力は電子回路の加熱をもたらす。電子回路の加熱により熱的ドリフトが生ぜしめられ、このことは流量センサの信号品質に対してネガティブに作用する。さらに、電子制御装置の寿命が熱発生により短くなる。

本発明の課題は、上記の欠点を克服するように、改善された冒頭に述べた形式の流量センサを提案することにある。

上記課題は本発明により、請求項１の特徴部に記載の構成によって解決される。

少なくとも１つの電気ヒータ抵抗を有し、少なくとも１つの温度センサを有し、且つヒータ抵抗の温度制御部を有する、本発明の内燃機関のための流量センサでは、ヒータ抵抗の温度制御が、ヒータ電圧Ｕ_Ｈのパルス幅変調により行われる。

ここでは、ヒータ電圧Ｕ_Ｈは、内燃機関ないし自動車の車内配電電圧と比して同じであるか又は僅かに小さい。このようにして、電子制御装置の電圧降下は著しく低減されている。このとき出力制御は、パワーエレクトロニクスの制御可能なスイッチが、ヒータ抵抗と車内配電網との電気接続を短時間オンにし、引き続いて再びオフにすることにより実施される。電気接続がオンにされている時間と電気接続がオフにされている時間との比により、ヒータ抵抗の出力制御が行われる。このような形式の出力制御はパルス幅変調と称され、別の適用分野から周知である。

電子制御装置のスイッチが開放されている場合、スイッチに車内の全配電電圧が印加されるが、この時間中何ら電流は流れず、したがって当該切換え状態では、電子制御装置において何ら損失電力は生じない。電子制御装置のスイッチが閉成されている場合、スイッチにおいて電圧降下はほとんど生ぜず、したがって当該切換え状態でも、電子制御装置において何ら損失電力は生じない。

それ故、本発明の温度制御では、電子制御装置の加熱はほとんど全く生じない。したがって、電子制御装置の望ましくない熱的ドリフトはほとんど完全に除去される。その結果、流量センサの信号品質は、電子制御装置の寿命と同様に改善される。本発明の制御コンセプトは、コストの観点からも有利である。

本発明の流量センサの変形例では、ヒータ抵抗の温度制御部が制御可能なスイッチ、特に、ヒータ抵抗の温度に依存してオン・オフされるトランジスタを含んでいると有利であることが分かった。

ここでは、スイッチのスイッチング時間が支持体材料を含むヒータ抵抗の熱的時定数よりも非常に短いと、特に有利である。というのは、前記手段により、ヒータ抵抗の時間的に一定な温度が得られるからである。ただし電気エネルギーの供給は一定でなく、電気エネルギーは短い時間間隔にて高出力で伝送され、該時間間隔には、出力伝送のないほぼ同様に短い時間間隔が後続する。

本発明の有利な実施形態を以下図面を参照して詳細に説明する。

図１に、ホットフィルム−空気量測定器１が略線的に示されている。ホットフィルム−空気量測定器１はシリコンチップ３から成り、該シリコンチップは、ヒータ抵抗Ｒ_Ｈの領域に切欠け部を有している。ヒータ抵抗Ｒ_Ｈのすぐ近傍にヒータ温度センサＳ_Ｈが設けられており、該ヒータ温度センサを用いて、ヒータ抵抗Ｒ_Ｈの温度が測定される。シリコンチップ３上に、空気温度センサＳ_Ｌが設けられている。ヒータ温度センサＳ_Ｈ及び空気温度センサＳ_Ｌによって測定される値を用いて、ヒータ抵抗Ｒ_Ｈの温度は、空気温度に対して一定の超過温度で制御される。この温度制御は、ヒータ抵抗Ｒ_Ｈに供給される電力を制御することにより行われる。

図１に示したホットフィルム−空気量センサの出力量は、２つの温度センサＳ_１及びＳ_２によって検出される、ホットフィルム−空気量センサ１の上方の空気の温度である。空気流は図１において、Ｑ_ＬＭで表されている矢印により示されている。

ホットフィルム−空気量測定器１の下方に、静止空気（Ｑ_ＬＭ＝０）および流動空気（Ｑ_ＬＭ＞０）の温度経過が示されている。この場合、静止空気では、温度センサＳ_１とＳ_２との温度差が０であることが示されている。流動空気では、流れ方向において流れの上流に位置する温度センサＳ_１は、ヒータ抵抗Ｒ_Ｈより流れの下流に配置した温度センサＳ_２よりも、低い空気温度を検出する。温度センサＳ_１とＳ_２との温度差の基準は、流量センサを流れる空気流量Ｑ_ＬＭに関する尺度である。

本発明は、図１のホットフィルム−空気量測定器１に限定されるものではなく、ダブルヒータ原理によって作動する温度センサを用いない空気量測定器の場合にも使用できる。

図２に基づき、ヒータ抵抗Ｒ_Ｈの本発明による出力制御部を説明する。出力制御部はマイクロチップ上に設けられている。マイクロチップを用いて、車内配電電圧Ｕ_Ｂとヒータ抵抗Ｒ_Ｈとの間の電気的接続が制御される。本発明では、ヒータ抵抗Ｒ_Ｈの温度制御部は、制御可能なスイッチ５により、車内配電電圧Ｕ_Ｂとヒータ抵抗Ｒ_Ｈとの電気接続が短い時間間隔で開放および閉成されるように設けられている。車内配電電圧Ｕ_Ｂとヒータ抵抗Ｒ_Ｈとの間に電気接続が生じている時間と、当該電気接続が遮断されている時間との比により、ヒータ抵抗Ｒ_Ｈの出力制御が行われる。このような形式の出力制御は、パルス幅変調と称される。図２に、前記の形式の出力制御が線７によって具体的に示されている。

スイッチ５が開放されている場合、車内のほぼ全配電電圧がスイッチ５に印加される。しかし、スイッチ５に電流が流れないので、前記切換え状態の間にスイッチ５において損失電力は生じない。

スイッチ５が閉成されている場合、ヒータ抵抗Ｒ_Ｈにフルの車内配電電圧Ｕ_Ｂが印加され、相応の電流がヒータ抵抗Ｒ_Ｈを流れる。そしてこのことにより、該ヒータ抵抗が加熱される。閉成状態におけるスイッチ５の損失電力は、ヒータ抵抗の電力に比して非常に僅かであり、したがって、スイッチ５の損失電力が電子制御部の加熱を生じさせることはほとんどない。それ故、電子回路の温度のドリフトが殆ど生ずることがなく、したがって本発明のヒータ抵抗Ｒ_Ｈの出力制御により、本発明の流量センサの出力信号が改善される。

ホットフィルム−空気量測定器の略線図である。

ヒータ抵抗の本発明の温度制御を簡単に示した図である。

符号の説明

１ ホットフィルム−空気量測定器
３ シリコンチップ
５ スイッチ
Ｒ_Ｈ ヒータ抵抗
Ｓ_１，Ｓ_２ 温度センサ
Ｓ_Ｈ ヒータ温度センサ
Ｓ_Ｌ 空気温度センサ

Claims (7)

1. 少なくとも１つの電気ヒータ抵抗（Ｒ_Ｈ）を有し且つ該ヒータ抵抗（Ｒ_Ｈ）の温度制御部を有する、内燃機関のための流量センサにおいて、
   ヒータ抵抗（Ｒ_Ｈ）の温度制御が、ヒータ電流（Ｉ_Ｈ）のパルス幅変調（ＰＷＭ）により行われることを特徴とする、流量センサ。
2. 前記流量センサがホットフィルム−空気量測定器（Ｒ_Ｈ）として構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の流量センサ。
3. 前記流量センサが、ヒータ線−空気量測定器として構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の流量センサ。
4. 前記ヒータ抵抗（Ｒ_Ｈ）の温度制御部は、該ヒータ抵抗（Ｒ_Ｈ）の温度に依存して閉成および開放される制御可能なスイッチ（５）を含むことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の流量センサ。
5. 前記スイッチ（５）のスイッチング時間は、前記ヒータ抵抗（Ｒ_Ｈ）の時定数よりも非常に短いことを特徴とする、請求項４に記載の流量センサ。
6. スイッチ（５）としてトランジスタが用いられることを特徴とする、請求項４又は５に記載の流量センサ。
7. 少なくとも１つの電気ヒータ抵抗（Ｒ_Ｈ）の温度を検出するための少なくとも１つの温度センサ（Ｓ_１，Ｓ_２）が設けられていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の流量センサ。

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