JP2005181096A - 発熱抵抗体式流体流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱抵抗体の汚損による発熱特性変化を、正確に補正して、高精度の気体流量を測定可能な気体流量測定装置を実現する。
【解決手段】第２の発熱抵抗体３０に汚損物が付着すると抵抗値が変化するため算出手段３２によりその両端電圧を測定して抵抗値を算出して温度を算出し、温度検出素子３１の検出温度と比較する。比較結果から第２の発熱抵抗体３０の汚損度を判断する。第２の発熱抵抗体３０と第１の発熱抵抗体３とは同様な環境に配置され、第２の発熱抵抗体３０の汚損度は第１の発熱抵抗体３の汚損度と同等と判断することができる。温度比較結果から算出できる汚損度に基づいて、第１の発熱抵抗体３の出力補正値を算出する。この補正値により第１の発熱抵抗体３の出力値が補正される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気流量等の気体流量を測定する発熱抵抗体式気体流量測定装置に関する。

発熱抵抗体式気体流量測定装置の例としては、自動車用の内燃機関に吸入される空気流量を測定する発熱抵抗体式空気流量測定装置が知られている。

この発熱抵抗体式空気流量測定装置は、発熱抵抗体から奪われる熱量が流入空気流量に対して単調に増加する関係が有ることを利用したものであり、直接、質量流量を測定出来るため自動車用燃料制御に使用される流量測定装置として広く用いられている。

この発熱抵抗体空気流量測定装置において、流量測定精度の向上を図る技術として、特許文献１に記載された「空気流量測定装置を用いた内燃機関の制御方法」ある。

この特許文献１に記載された技術は、内燃機関に吸入される空気流量を測定する空気流量測定装置において、吸入空気流量がゼロの場合に得られる出力信号に基づいて、空気流量測定装置の自己診断を行い、この自己診断結果により、吸入空気流量信号の補正或いは異常警告を行う機能を有する内燃機関の制御方法である。

この特許文献１記載の技術においては、吸入空気量をゼロとするために、エンジンのキーをオフとした後、所定時間が経過するまでは、発熱抵抗体式空気流量測定装置とエンジンコントロールユニットへ通電を行い、自己診断を行う必要がある。

特開平１１−２９５１２５号公報

ところで、発熱抵抗体式空気流量測定装置は、空気への放熱量を計測して空気流量を計測する装置である。つまり、空気流量が少ない時は流速が遅く、熱線からの空気への放熱量が少なく、逆に空気流量が多い時は流速が速く、空気への放熱量は多くなることを利用して空気流量を測定する装置である。

したがって、発熱抵抗体である熱線が耐久劣化等で、同一条件でありながら、その放熱量が変化すると初期値からの特性値が変化してしまう。この耐久劣化の最も顕著なのが、ダスト等が熱線に付着した場合による汚損影響である。

例えば、内燃機関の吸気流量を測定する場合には、吸入空気に含まれる塵埃、エンジン側から吸気管内に排出されるオイル成分やカーボン成分等が発熱抵抗体に付着することが考えられる。

しかしながら、一般的には、内燃機関に使用される発熱抵抗体式空気流量測定装置は、エアクリーナの下流に取り付けられている。このため、吸入空気に含まれる大部分の塵等のダスト成分は、エアクリーナのフィルタが吸着して、発熱抵抗体式空気流量測定装置の熱線部には到達しない。

しかし、数ミクロンの大きさの微小なダストはフィルタを通過して、発熱抵抗体式空気流量測定装置まで達してしまう。この微小なダスト成分は長期間経過することにより、熱線部に堆積し、この堆積したダスト成分が熱線部を覆い、熱線をコーティングした状態になってしまう。

このダストが堆積した状態では、熱線から直接、熱量を放散することが出来なくなってしまう。正確には、堆積したダストの熱伝導を介して、空気中に放熱する。

このダストは、時間経過とともに蓄積されるので、ダストの熱伝導分は初期状態から変化していき、発熱抵抗体式空気流量測定装置の耐久劣化量として現われる。

この変化する劣化量の補正は非常に難しい。何故なら、空気流量計測中は、アクセル開度や回転数は一定ではなく、空気流量は常に変化しているからである。また、アクセル開度と回転数とを一定とし、空気流量を一定として、補正しようとしても、それは、体積流量を一定にしたに過ぎず、日々の温度や気圧の違いでも空気密度に差が出るため、エンジン制御に必要な質量空気流量で見た場合には一定にはならない。

また、公知技術である特許文献１のように、吸入空気量が０となった後に、流量信号の補正を行う技術では、車両動作中における発熱抵抗体の耐久劣化量補正処理を行うことはできない。

本発明の目的は、発熱抵抗体の汚損による発熱特性変化を、正確に補正して、高精度の気体流量を測定可能な気体流量測定装置を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
つまり、本発明においては、発熱抵抗体式気体流量測定装置における気体流量測定用の発熱抵抗体が、どの程度劣化したかを検出する手段として、気体流量測定用の発熱抵抗体とは別に、第２の発熱抵抗体を設け、この第２の発熱抵抗体の劣化度を検出することにより、気体流量測定用の発熱抵抗体の劣化度を算出し、算出した劣化度に基づいて、気体流量を補正する。

これにより、直接的に質量気体流量での計測誤差を補正することが可能となる。

気体流量測定に用いる第１の発熱抵抗体とは別の第２の発熱抵抗体を気体温度によらず一定電流により加熱すれば、第２の発熱抵抗体に汚損物等が付着した際に放熱特性が変化する。この場合、第２の発熱抵抗体の発熱温度特性の変化は、第１の発熱抵抗体の発熱温度特性の変化と同様なものであると考えられる。

第の２発熱抵抗体の発熱温度から算出される気体温度と、例えばサーミスタ等の吸気温度センサ等から得られる実際の気体温度とを比較する事により気体流量計測用の第１の発熱抵抗体の汚損による劣化量が得られ、その結果その補正量を算出する事が可能となる。

発熱抵抗体の汚損による発熱特性変化を、正確に補正して、高精度の気体流量を測定可能な気体流量測定装置を実現することができる。

また、本発明を、内燃機関の制御システムに発熱抵抗体式気体流量測定装置に適用すれば、エンジンの燃焼を常に最良の状態にする事ができ、低排気ガス化が可能となる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の実施形態では、本発明を内燃機関の動作制御に用いられる発熱抵抗体式空気流量測定装置に適用した場合の例について説明する。

まず、最初に、本発明による発熱抵抗体式空気流量測定装置の動作原理について説明する。図１は、本発明の一実施形態である発熱抵抗体式空気流量測定装置の概略構成回路図である。

図１において、発熱抵抗体式空気流量測定装置の駆動回路は大きく分けてブリッジ回路と、フィードバック回路とから成り立っている。ブリッジ回路は、吸入空気流量測定を行うための第１の発熱抵抗体３と、吸入空気温度を補償するための感温抵抗体４と、この感温抵抗体４に直列接続された抵抗体８と、発熱抵抗体３に直列接続された抵抗９とを備えている。

そして、発熱抵抗体３と抵抗８との接続点は、オペアンプ１１の一方の入力端子に接続され、感温抵抗体４と抵抗９との接続点は、オペアンプ１１の他方の入力端子に接続される。発熱抵抗体３と感温抵抗体４とは、主空気通路２２中の空気流が流れる箇所に配置されている。

オペアンプ１１の出力信号は、トランジスタ１２のベースに供給される。このトランジスタ１２のコレクタは電圧源に接続され、エミッタは、発熱抵抗体３と感温抵抗体４との接続点に接続される。

オペアンプ１１を使いトランジスタ１２を介してフィードバックをかけながら発熱抵抗体３と感温抵抗体４との間に一定温度差を保つように発熱抵抗体３に加熱電流Ｉｈを流して空気流量に応じた出力信号Ｖ２（発熱抵抗体３の電流信号）を出力する。

つまり、空気流の流速が速い場合には、発熱抵抗体３から奪われる熱量が多いため加熱電流Ｉｈを多く流す。これに対して、空気流の流速が遅い場合には発熱抵抗体３から奪われる熱量が少ないため、加熱電流も少なくてすむ。

第２の発熱抵抗体３０も、第１の発熱抵抗体３と同様に、主空気通路２２中の空気流が流れる箇所に配置される。この第２の発熱抵抗体３０は、定電圧源１３に接続され、一定電流により加熱されるようになっている。また、この第２の発熱抵抗体３０の加熱温度は吸入空気温度によって変化する。

つまり、吸入空気温度が高い場合には第２の発熱抵抗体３０の加熱温度は高く、吸入空気温度が低い場合には加熱温度は低くなる。また、この第２の発熱抵抗体３０の平均的な加熱温度は空気流量計測用の第１の発熱抵抗体３と、ほぼ同じような加熱温度となるように電圧源１３の電圧値を設定する。

サーミスタ等の吸入温度計測手段である温度計測素子３１も、主空気通路２２中の空気流が流れる箇所に配置される。

第２の発熱抵抗体３０の両端電圧は、加熱温度算出手段３２により計測され、計測された両端電圧から、その時点における第２の発熱抵抗体３０の抵抗値が算出される。そして、算出された抵抗値に対応した温度が過熱温度算出手段３２により、算出され、算出された温度がエンジンコントロールユニット６６に供給される。

このエンジンコントロールユニット６６には、温度検出素子３１により検出された温度情報も供給される。さらに、このエンジンコントロールユニット６６には、発熱抵抗体３からの空気流量に応じた出力信号Ｖ２も供給されている。

そして、エンジンコントロールユニット６６は、温度検出素子３１からの温度情報と、第２の発熱抵抗体３０に基づく温度情報とに従って、第１の発熱抵抗体３からの出力信号を補正処理し、吸入空気流量を算出する。エンジンコントロールユニット６６は、算出した吸入空気流量に従って、インジェクタ６０に指令信号を出力する。

図２は、エンジンコントロールユニット６６の、本発明に関連する部分の機能ブロック図である。

エンジンコントロールユニット６６は、温度比較手段３３と、補正量算出手段３４と、補正処理手段３５と、吸入空気流量算出手段３６とを備えている。温度比較手段３３は、加熱温度算出手段３２からの温度と、吸気温度計測素子３１からの温度とを比較する。

ここで、第２の発熱抵抗体３０に汚損物が付着すると、その抵抗値が変化するため、第２の発熱抵抗体３０の両端電圧を測定して抵抗値を算出し、温度を算出し、実際の温度と比較すれば、その比較結果から第２の発熱抵抗体３０の汚損度を判断することができる。第２の発熱抵抗体３０と第１の発熱抵抗体３とは、同様な環境に配置されているので、第２の発熱抵抗体３０の汚損度は、第１の発熱抵抗体３の汚損度と同等と判断することができる。

温度比較手段３３による温度比較結果は、補正量算出手段３４に供給される。この補正量算出手段３４は、温度比較結果から算出できる汚損度に基づいて、予め実験等により得られた汚損度と放熱特性との関係を示すデータに基づいて、第１の発熱抵抗体３の出力補正値を算出する。

そして、補正量算出手段３４により算出された補正量が、補正処理手段３５に供給される。この補正処理手段３５には、第１の発熱抵抗体３からの出力信号も供給されており、この第１の発熱抵抗体３からの出力信号が、補正量算出手段３４から供給された補正量により補正され、吸入空気流量信号出力手段３６に供給される。この吸入空気流量信号出力手段３６から出力される吸入空気流量信号に基づいて、インジェクタ６０等の動作が制御される。

図３は、本発明の一実施形態による発熱抵抗体式空気流量測定装置が、内燃機関の制御用に適用される場合の、より具体的な例の縦断面であり、図４はその上流（左側）から見た横断面図である。

発熱抵抗体式空気流量測定装置の構成部品としては、駆動回路を構成する回路基板２を内蔵するハウジング部材１及び非導電性部材により形成される副空気通路構成部材１０等があり、副空気通路構成部材１０の中には空気流量検出のための第１の発熱抵抗体３と、吸入空気温度を補償するための感温抵抗体４と、第２の発熱抵抗体３０と、吸気温度計測手段３１とが導電性部材により構成された支持体５を介して回路基板２と電気的に接続されるように配置される。

また、ハウジング１、回路基板２、副空気通路１０、発熱抵抗体３、３０、感温抵抗体４、吸気温度計測手段３１等は、発熱抵抗体式空気流量測定装置の一体のモジュールとして構成されている。

また、吸気管路を構成する主空気構成部材２０の壁面には穴２５が形成されており、この穴２５より発熱抵抗体式空気流量測定装置の副空気通路１４を外部より挿入して副空気通路１０の構成部材の壁面とハウジング部材１とをネジ７等で機械的強度を保つように固定されている。

また、副空気通路１０の構成部材と主空気通路２２構成部材との間にシール材６を取り付けて、吸気管内外の気密性を保っている。

以上のように、本発明の一実施形態によれば、一定電流が流される第２の発熱抵抗の両端電圧を測定して抵抗値を算出し、算出した抵抗値に対応する温度と、実際の温度を測定する温度検出素子により測定された温度とを比較することにより第２の発熱抵抗体の汚損度を測定することができる。

第２の発熱抵抗体は、第１の発熱抵抗体と同等の環境に配置されているので、第２の発熱抵抗体の汚損度は、第１の発熱抵抗体の汚損度と、ほぼ同一としてよい。

そして、その汚損度に応じて、第１の発熱抵抗体の出力信号を補正するように構成したので、発熱抵抗体の汚損による発熱特性変化を、正確に補正して、高精度の空気流量を測定可能な発熱抵抗体式空気流量測定装置を実現することができる。

次に、本発明の発熱抵抗体式空気流量測定装置を内燃機関のエンジン制御システムに適用した場合の例を説明する。

図５は、上記エンジン制御システムの全体概略構成図である。
図５において、エアクリーナ５４から吸入された吸入空気６７は、発熱抵抗式空気流量測定装置のボディ５３、吸入ダクト５５、スロットルボディ５８及び燃料が供給されるインジェクタ６０を備えたインテークマニホールド５９を経て、エンジンシリンダ６２に吸入される。一方、エンジンシリンダ６２で発生したガス６３は排気マニホールド６４を経て排出される。

吸気温度センサ５１からの吸気温度信号、発熱抵抗式空気流量測定装置の回路モジュール５２から出力される空気流量信号、温度センサからの吸入空気温度信号、アイドルエアコントロールバルブ５６のスロットル角度センサ５７から出力されるスロットルバルブ角度信号、排気マニホールド６４に設けられた酸素濃度計６５から出力される酸素濃度信号及び、エンジン回転速度計６１から出力されるエンジン回転速度信号等がエンジンコントロールユニット６６に供給される。

そして、このコントロールユニット６６は、供給された、これらの信号を逐次演算して最適な燃料噴射量とアイドルエアコントロールバルブ開度（吸入空気流量）を求め、その値を使ってインジェクタ６０及びアイドルコントロールバルブ５６の動作を制御する。

この図５に示したエンジン制御システムに本発明の発熱抵抗体式空気流量測定装置を適用すれば、エンジン動作中であっても、常時、正確な空気流量を測定することが可能であり、高精度なエンジン制御を行うことができる。

また、エンジンの燃料燃焼を最良の状態に制御することが可能であるため、排気ガスの悪質化を防止することができる。

なお、上述した例は、本発明を内燃機関の空気流量測定装置に適用した場合の例であるが、空気流量の測定に限らず、発熱抵抗体が汚損される状況で使用される流量測定装置であれば、適用することが可能である。

また、空気流量の測定に限らず、水素等の他の気体の流量測定装置にも敵今日適用することができる。

また、上述した例においては、ダストの付着等の汚損による発熱抵抗体の放熱特性変化の補正について説明したが、汚損以外に理由により放熱特性が変化した場合でも、本発明は、その補正が可能である。

本発明の一実施形態である発熱抵抗体式空気流量測定装置の概略構成回路図である。 エンジンコントロールユニットの、本発明に関連する部分の機能ブロック図である。 本発明の一実施形態による発熱抵抗体式空気流量測定装置が内燃機関の制御用に適用される場合の概略縦断面図である。 本発明の一実施形態による発熱抵抗体式空気流量測定装置が内燃機関の制御用に適用される場合の概略横断面図である。 本発明を電子燃料噴射方式の内燃機関に適用した場合のエンジン制御システム全体の概略構成図である。

符号の説明

１ ハウジング部材
２ 回路基板
３ 第１の発熱抵抗体
４ 感温抵抗体
５ 導電性支持体
６ シール材
７ ネジ部材
８、９ 抵抗
１０ 副空気通路
１１ オペアンプ
１２ トランジスタ
１３ 電圧源
１４ 副空気通路
２０ 主空気通路構成部材
２２ 主空気通路
２５ 副空気通路挿入穴
３０ 第２発熱抵抗体
３１ 吸気温度計測手段
３２ 加熱温度算出手段
３３ 温度比較手段
３４ 補正量算出手段
３５ 補正処理手段
３６ 吸入空気量信号出力手段
５１ 吸気温度センサ
５２ 回路モジュール
５３ ボディ
５４ エアクリーナ
５５ 吸入ダクト
５６ アイドルエアコントロールバルブ
５７ スロットル角度センサ
５８ スロットルボディ
５９ 吸気マニホールド
６０ インジェクタ
６１ 回転速度計
６２ エンジンシリンダ
６４ 排気マニホールド
６５ 酸素濃度計
６６ コントロールユニット

Claims (8)

1. 発熱抵抗体へ加熱電流を流して発熱し、気体への放熱量に基づいて気体流量を測定する発熱抵抗体式気体流量測定装置において、
   加熱電流に基づいて気体流量を測定するための出力値を得る第１の発熱抵抗体と、
   上記第１の発熱抵抗体の放熱特性の変化を算出するための第２の発熱抵抗体と、
   上記第２の発熱抵抗体の放熱特性を検出し、検出した放熱特性に基づいて、上記第１の発熱抵抗体の放熱特性の変化を算出し、上記第１の発熱抵抗体の出力値を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする発熱抵抗体式気体流量測定装置。
2. 請求項１記載の発熱抵抗体式気体流量測定装置において、上記第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体は、同一の気体流路に配置され、上記第２の発熱抵抗体には、ほぼ一定の電流が供給されて加熱されることを特徴とする発熱抵抗体式気体流量測定装置。
3. 請求項２記載の発熱抵抗体式気体流量測定装置において、上記第２の発熱抵抗体の加熱温度は、上記第１の発熱抵抗体の平均的な加熱温度とほぼ同じ温度とすることを特徴とする発熱抵抗体式気体流量測定装置。
4. 請求項２記載の発熱抵抗体式気体流量測定装置において、上記気体流路に配置され、気体温度を計測する温度検出素子を備えることを特徴とする発熱抵抗体式気体流量測定装置。
5. 請求項２記載の発熱抵抗体式気体流量測定装置において、上記補正手段は、上記第２の発熱抵抗体の発熱温度を算出する発熱温度算出手段を有し、この発熱温度算出手段により算出された発熱温度に基づいて、上記第２の発熱抵抗体の放熱特性を検出することを特徴とする発熱抵抗体式気体流量測定装置。
6. 請求項４記載の発熱抵抗体式気体流量測定装置において、上記補正手段は、上記第２の発熱抵抗体の発熱温度を算出する発熱温度算出手段と、この発熱温度算出手段により算出された発熱温度と上記温度検出素子により検出された検出温度とを比較する温度比較手段と、この温度比較手段による比較結果に基づいて、上記第１の発熱手段の出力値の補正量を算出する補正量算出手段と、この補正量算出手段により算出された補正量に基づき、上記第１の発熱抵抗体の出力値を補正する補正処理手段とを備えることを特徴とする発熱抵抗体式気体流量測定装置。
7. 発熱抵抗体へ加熱電流を流して発熱し、内燃機関の吸入空気への放熱量に基づいて吸入空気流量を測定する発熱抵抗体式空気流量測定装置において、
   吸入空気流路に配置され、加熱電流に基づいて空気流量を測定するための出力値を得る第１の発熱抵抗体と、
   上記吸入空気通路に配置され、上記第１の発熱抵抗体の放熱特性の変化を算出するための第２の発熱抵抗体と、
   上記吸入空気通路に配置され、吸入空気温度を計測する温度検出素子と、
   上記第２の発熱抵抗体の発熱温度を算出する発熱温度算出手段と、
   上記発熱温度算出手段により算出された発熱温度と上記温度検出素子により検出された検出温度とを比較する温度比較手段と、
   上記温度比較手段による比較結果に基づいて、上記第１の発熱手段の出力値の補正量を算出する補正量算出手段と、
   上記補正量算出手段により算出された補正量に基づき、上記第１の発熱抵抗体の出力値を補正する補正処理手段と、
   を備えることを特徴とする発熱抵抗体式空気流量測定装置。
8. 発熱抵抗体へ加熱電流を流して発熱し、内燃機関の吸入空気への放熱量に基づいて吸入空気流量を測定し、測定した吸入空気流量に従って、エンジンへの吸入空気流量及び燃料供給量を制御する内燃機関のエンジン制御システムにおいて、
   吸入空気流路に配置され、加熱電流に基づいて空気流量を測定するための出力値を得る第１の発熱抵抗体と、
   上記吸入空気通路に配置され、上記第１の発熱抵抗体の放熱特性の変化を算出するための第２の発熱抵抗体と、
   上記吸入空気通路に配置され、吸入空気温度を計測する温度検出素子と、
   上記第２の発熱抵抗体の発熱温度を算出する発熱温度算出手段と、
   上記発熱温度算出手段により算出された発熱温度と上記温度検出素子により検出された検出温度とを比較する温度比較手段と、上記温度比較手段による比較結果に基づいて、上記第１の発熱手段の出力値の補正量を算出する補正量算出手段と、上記補正量算出手段により算出された補正量に基づき、上記第１の発熱抵抗体の出力値を補正する補正処理手段と、この補正処理手段により補正された上記出力値に基づいて吸入空気流量を算出し、算出した吸入空気流量に基づいてエンジンへの吸入空気流量及び燃料供給量を制御するエンジンコントロールユニットと、
   を備えることを特徴とする内燃機関のエンジン制御システム。
   

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