JP2861310B2

JP2861310B2 - 空気流量計

Info

Publication number: JP2861310B2
Application number: JP2185761A
Authority: JP
Inventors: 明信森山; 亮下園
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1990-07-13
Filing date: 1990-07-13
Publication date: 1999-02-24
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: JPH0472524A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、計測用の空気流量計に係わり、例えば、内
燃機関の吸気通路を通過する空気の流量を計測して制御
用エアフローセンサを校正するための空気流量計に関す
る。

（従来の技術）吸気通路を通過した空気流量を発熱抵抗を用いて検出
するセンサ（以下、エアフローセンサと呼ぶ。）は、空
気の流れる方向を検出することができない。そのため、
吸気通路内を逆流が流れたときも、通常の方向に流れた
ものとして計測してしまい、正しい空気流量を計測する
ことができない。

このような問題点を解決するために、第９図に示すよ
うな発熱抵抗を用いたエアフローセンサが考えられてい
る（特開昭57−116220号公報参照）。同図において、54
は円柱体または中空円筒体のボビンである。51,52はフ
ィルム状の発熱抵抗である。

フィルム状発熱抵抗51はボビン54の側面の吸気通路上
流側に張り付けられ、吸気通路の上流から下流へ流れる
空気流（矢印Ａ）を検出する。また、フィルム状発熱抵
抗51の抵抗値は信号線61,62によって検出される。

フィルム状発熱抵抗52はボビン54の側面の吸気通路下
流側に張り付けられ、吸気通路の下流から上流へ流れる
空気流（矢印Ｂ）を検出する。また、フィルム状発熱抵
抗52の抵抗値は信号線63,64によって検出される。

53は白金線からなる線状の発熱抵抗であり、ボビン54
の周囲の空気流によって影響を受けない位置に設置さ
れ、線状発熱抵抗53は両方向に流れる空気の流量を検出
する。また、線状発熱抵抗53の抵抗値は信号線65,66に
よって検出される。

フィルム状発熱抵抗51,52および線状発熱抵抗53は、
周囲に空気の流れが生じると、放散熱量が変化し、抵抗
値も変化する。そして、フィルム状発熱抵抗51,52およ
び線状発熱抵抗53の抵抗値は図示しない検出回路によっ
て検出される。検出回路は、フィルム状発熱抵抗51,52
および線状発熱抵抗53のそれぞれの抵抗値に対応した電
圧信号V₁,V₂およびV₃を出力する。

上記構成によると、線状発熱抵抗53は空気流の方向に
関係なく常に空気流量を検出している。また、吸気通路
の上流から下流へ（図中の矢印Ａの向き）空気が流れた
とき、フィルム状発熱抵抗51表面でも空気の流れが生じ
る。一方、フィルム状発熱抵抗52はボビン54の下流にな
っているため、フィルム状発熱抵抗52表面では空気の流
れはほとんど生じない。その結果、電圧信号V₂の値より
も電圧信号V₁の値が大きくなる。

逆に、吸気通路の下流から上流へ（図中の矢印Ａの向
き）空気が流れたとき、すなわち逆流が生じたとき、フ
ィルム状発熱抵抗52表面で空気の流れが生じる。一方、
フィルム状発熱抵抗51はボビン54の下流になっているた
め、フィルム状発熱抵抗51表面では空気の流れはほとん
ど生じない。その結果、電圧信号V₁の値よりも電圧信号
V₂の値が大きくなる。

従って、電圧信号V₁,V₂の値を比較し、どちらの値が
大きいか判断することによって、吸気通路内をどちらの
向きに空気が流れているかを判断することができる。例
えば、電圧信号V₁の値よりも電圧信号V₂の値が大きい場
合、吸気通路内に逆流が流れていると判断できる。この
とき、電圧信号V₃の値の符号を反転させることによって
電圧信号V₃を補正することができ、空気流量を測定でき
る。

（発明が解決しようとする課題）上記のエアフローセンサにおいては、正確に空気の流
れる方向を判断するために、矢印Ａの向きの流速と矢印
Ｂの向きの流速が等しいとき、電圧信号V₁とV₂の値も等
しくならなければならない。しかしながら、二つのフィ
ルム状発熱抵抗51,52の製造時のバラツキが生じた場
合、またはボビン54の設置位置や設置の角度に誤差があ
った場合など、等しい流速に対してフィルム状発熱抵抗
51,52の抵抗値が等しくならない恐れがある。そのた
め、逆流に起因する信号の判別が正しく行われず、空気
流量を正しく測定できない恐れがあった。

本発明は、発熱抵抗を複数個用いることなく逆流に起
因する信号の判別を行える空気流量計を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、吸気通路内に設置された発熱抵抗と、上記
発熱抵抗の抵抗値に基づいて電気信号を出力する信号出
力手段と、前記電気信号の隣り合う三つの極大値および
前記三つの極大値に挟まれる二つの極小値を検出する検
出手段と、前記三つの極大値のなかの両端の極大値に対
する中央の極大値の比がいずれも所定値よりも小さいと
き、または両端の極大値から中央の極大値を減じた差が
いずれも所定値よりも大きいとき、前記二つの極小値の
間の電気信号を逆流に起因する信号であると判別する逆
流判別手段と、を備えることを特徴とする。

（作用）本発明によると、吸気通路内の空気流量によって、発
熱抵抗の放散熱量が変化し、放散熱量の変化に応じて発
熱抵抗の抵抗値が変化する。そして、信号出力手段によ
って、発熱抵抗の抵抗値に基づいて電気信号が出力され
る。

このとき、発熱抵抗によって空気流の方向は検出され
ないため、信号出力手段は逆流に起因する信号と順流方
向の空気流に起因する信号とを区別せずに出力する。

次に、検出手段によって、信号出力手段から出力され
た電気信号の隣り合う三つの極大値と三つの極大値に挟
まれる二つの極小値とが検出される。

吸気通路内に逆流を含む脈動流が生じている場合、空
気流の向きが変わるときに、吸気通路内に空気流が生じ
ない瞬間があり、信号出力手段から出力された電気信号
は極小値となる。また、順流方向の空気流の流量に比べ
逆流の流量は小さいので、逆流に起因する信号は脈動流
に起因する信号よりも小さい値を示す。

このような性質により、逆流判別手段によって、三つ
の極大値のうち両端の極大値に対する中央の極大値の比
がいずれも所定値より小さいとき、または三つの極大値
のうち両端の極大値から中央の極大値を減じた差がいず
れも所定値より大きいときに、二つの極小値の間の電気
信号は逆流に起因する信号であることが判別される。

（実施例）第１図から第８図に基づいて、本発明の実施例につい
て説明する。第１図は本発明の構成を示している。同図
中、４はエアクリーナ、５はエンジン制御用エアフロー
センサ、６はダクト、７は絞り弁、８は吸気管であり、
これらによりエンジン本体９の吸気系を構成する。10は
吸気通路内を通過した空気流量を測定し、前記吸気系の
特性を調べるための計測用エアフローセンサであり、検
出回路20に接続される。検出回路20は所定期間に吸気通
路を通過した空気流量Ｑを算出する。検出回路20によっ
て求められた空気流量Ｑは表示部28に表示されると同時
に、電気信号としてレコーダ30に出力され、レコーダ30
は測定結果をハードコピーとして出力する。そして、上
記測定結果は、例えば制御用エアフローセンサ５の校正
に利用される。

なお、エアフローセンサ10はエアクリーナ４よりも上
流に設置されるのが、これに限るものではなく、絞り弁
７より上流位置であれば特に制限されない。

第２図はエアフローセンサ10の構成を示したものであ
る。11は白金線からなる発熱抵抗であり、空気の流速に
応じて抵抗値を変化させる。発熱抵抗11の両端はコネク
タ部14に接続され、コネクタ部14は検出回路20の入力端
子（後述）に接続される。12は整流用アダプタであり、
13a,13b,13cは整流用の金網である。

第３図は検出装置20の構成を示すブロック図である。
21は検出装置20の入力端子であり、エアフローセンサ10
のコネクタ部14に接続される。22は検出回路であり、エ
アフローセンサ10に設置された発熱抵抗11の抵抗値を検
出し、この抵抗値に基づいて発熱抵抗11付近の流速に応
じた電圧信号Ｖを出力する。

23は校正値設定器であり、電圧信号Ｖから瞬間の空気
流量ｑを求めるための校正関数が入力される。校正関数
は、第４図（ａ）に示した校正曲線をもとに、第４図
（ｂ）のテーブルデータ化された数値を使用する。

第３図において、24はA/D変換器などの入力インター
フェイスであり、検出回路22や校正値設定器23から入力
されたアナログの電圧信号をデジタルの信号に変換す
る。

25はCPUであり、吸気通路内の順流、逆流を含む脈動
流および逆流を含まない脈動流の判別を行うとともに、
一定時間の吸気流量Ｑを演算する。

26はメモリであり、CPU25によってデータの書き込み
や読み出しが行われる。

27はD/A変換器などの出力インターフェイスであり、C
PU25から入力されたデジタルの電圧信号をアナログの信
号に変換する。

28は、CPU25によって演算された一定時間の空気流量
Ｑを表示する表示部である。

29は、検出装置20の出力端子であり、レコーダ30が接
続される。

次に上記装置の動作について説明する。

エンジンが動作しているとき、吸気通路内に空気の流
れが生じる。この空気の流れによって、エアフローセン
サ10内の線状発熱抵抗11の抵抗値が変化する。そして、
検出装置20内の検出回路22によって、線状発熱抵抗11の
抵抗値が検出され、空気流量に応じた電圧信号Ｖが検出
される。

電圧信号Ｖは入力インターフェイス24を介して、CPU2
5に入力される。CPU25は、１［msec］ごとに電圧信号Ｖ
を読み込む。そして、校正値設定器23に入力された校正
関数を一度メモリ26に書き込んだ後、校正関数のテーブ
ルルックアップを行い、電圧信号Ｖに対応する空気流量
ｑを読み込む。なお、テーブルデータ化されていない値
の電圧信号が入力された場合は、補間計算を行い空気流
量ｑを求める。電圧信号Ｖから変換された空気流量ｑは
後述のフローチャートにしたがって、順流、逆流を含ま
ない脈動流、逆流を含む脈動流のいずれかに判別され
る。そして、逆流のデータは符号を反転させ逆流でない
データは符号をそのままにして、メモリ26に書き込まれ
る。

第５図に示すように、メモリ26には空気流量ｑの保存
のために０から99までのアドレスがあり、１［msec］ご
とにアドレス0,アドレス1,アドレス2,…と順次データが
書き込まれていく。アドレス99にデータが書き込まれた
後は、アドレス０に新しいデータが書き込まれ、古いデ
ータは消去される。このようにして、メモリ26には常に
最新の100［msec］のデータが書き込まれることにな
る。CPU25は100［msec］のデータの平均をとり、１［ms
ec］ごとに空気流量Ｑとして出力する。

CPU25によって平均された一定時間の空気流量Ｑの値
は、表示部28に表示されるとともに、レコーダ30によっ
て記録される。

ここで、第６図に、検出回路22から出力される電圧信
号Ｖを校正関数によって変換した空気流量ｑの様子を示
す。第６図の曲線41,42,43はそれぞれ、順流、逆流を含
まない脈動流、逆流を含む脈動流に対する空気流量ｑで
ある。また、曲線43において、43aは順流方向の空気流
に起因する信号であり、43bは逆流に起因する信号であ
る。この図から明らかなように、逆流に起因する信号43
bの極大値は順流方向の空気流に起因する信号43aの極大
値よりも小さくなるという性質を有している。

曲線43にように、逆流も順流方向の流れとして検出さ
れるのは、線状発熱抵抗11が空気流の向きを判別できな
いためである。従って、全体の空気流量を正しく求める
には、逆流分を判別し、補正する必要がある。

第７図に示すフローチャートにしたがって、CPU25
は、順流、逆流を含まない脈動流、逆流を含む脈動流を
判別する。

第７図において、ステップ100は、フローチャートの
スタートを示しており、検出装置20の電源がオンにな
り、CPU25が立ち上がったときにスタートする。ステッ
プ101では、フローチャートがスタートした直後から、
空気流量ｑの最初の二つの極大値q_TO1,q_TO2を検出する
（第８図Ａ参照）。前記の逆流を含む脈動流に起因する
信号の性質により、これら二つの極大値のうち他方より
値の大きい極大値は、逆流によるものではないと考えら
れるので、次のステップ102では、二つの極大値q_TO1,q
_TO2を比較する。極大値q_TO1が極大値q_TO2以上のとき
（ステップ102のYes）、極大値q_TO1付近は逆流ではない
と考えられ、ステップ103に進む。そして、ステップ103
では、極大値q_TO1の名称を変更し、極大値q_T1とする。
逆に、極大値q_TO1が極大値q_TO2より小さいとき（ステッ
プ102のNo）、極大値q_TO2付近は逆流ではないと考えら
れステップ104に進む。そして、ステップ104では、極大
値q_TO2の名称を変更し、極大値q_T1とする。以上のステ
ップにより、極大値q_T1は常に順流方向の空気流に設定
される。

次に、ステップ111以降では、極大値q_T1および極大値
q_T1に続いて現れる２つの極大値を検出し、逆流による
信号か否かの検出を行う。まず、はステップ111では、
前述のステップ103,104および後述するステップ117,12
7,137で決めた極大値q_T1と、極大値q_T1に対応する時間t
_T1を読み込む。ステップ112では、極大値q_T1の次に現れ
る極小値q_B1、および極小値q_B1に対する時間t_B1を読み
込む（第８図Ｂ参照）。ステップ113では、極大値q_T1に
対する極小値q_B1の比Δq_TBを計算する。

ステップ114では、比Δq_TBが所定値以上か否か比較す
る。比Δq_TBが所定値以上のとき（ステップ114のYe
s）、すなわち極大値q_T1に比べて極小値q_B1が少しだけ
小さいときは、極大値q_T1と極小値q_B1との差は計測時の
バラツキによって生じたものであり、脈動流ではないと
考えられる（第８図Ｃ参照）。そのため、ステップ115
に進み極小値q_B1の次に現れる極大値q_T2、および極大値
q_T2に対する時間t_T2を読み込む。そして、ステップ116
で、時間t_T1から時間t_T2までの空気流量ｑのデータをメ
モリ26に書き込み、ステップ117で極大値q_T2の名称を変
更して極大値q_T1とした後、ステップ112に戻る。

一方、ステップ114における比較の結果、比Δq_TBが所
定値より小さいとき（ステップ114のNo）、すなわち極
大値q_T1に比べて極小値q_B1がかなり小さいときは、吸気
通路内には脈動流が流れていると考えられるため、ステ
ップ122に進む。そして、ステップ122で、極小値q_B1の
次に現れる極大値q_T2、および極大値q_T2に対応する時間
t_T2を読み込み、（第８図Ｄ参照）ステップ123で、極大
値q_T1に対する極大値q_T2の比Δq_T12を計算する。

ステップ124では、比Δq_T12が所定値以上か否か比較
する。比Δq_T12が所定値以上のとき（ステップ124のYe
s）、すなわち極大値q_T1に比べて極大値q_T2が少しだけ
小さいか、あるいは極大値q_T1より極大値q_T2が大きいと
き、逆流を含む脈動流は流れていないと考えられるの
で、ステップ126に進む。そして、ステップ126では、時
間t_T1から時間t_T2までの空気流量ｑのデータをメモリ26
に書き込む。そして、ステップ127では、極大値q_T2の名
称を変更して極大値q_T1とした後、ステップ112に戻る。

一方、ステップ124における比較の結果、比Δq_T12が
所定値より小さいとき（ステップ124のNo）、すなわち
極大値q_T1に比べて極大値q_T2がかなり小さいとき、時間
t_T2付近では吸気通路内に逆流を含む脈動流が流れてい
る可能性があると考えられ、ステップ131に進む。そし
て、ステップ131では、極大値q_T2の次に現れる極小値q
_B2および極小値q_B2に対応する時間t_B2を読み込み、ステ
ップ132で、極小値q_B2の次に現れる極大値q_T3および極
大値q_T3に対応する時間t_T3を読み込む。ステップ133で
は、極大値q_T3に対する極大値q_T2の比Δq_T32を計算す
る。

ステップ134では、比Δq_T32が所定値より小さいか否
か比較する。否Δq_T32が所定値より小さいとき（ステッ
プ134のYes;第８図Ｅ参照）、すなわち極大値q_T3に比べ
て極大値q_T2がかなり小さいとき、時間t_T2付近では吸気
通路内に逆流を含む脈動流が流れていると考えられるの
で、ステップ135に進む。そして、ステップ135では、時
間t_B1から時間t_B2までの空気流量ｑのデータの符号を反
転させ（第８図Ｆ参照）、ステップ136で、時間t_T1から
時間t_T2までの空気流量ｑのデータをメモリ26に書き込
む。

一方、ステップ134における比較の結果、比Δq_T32が
所定値以上のとき（ステップ134のNo;第８図Ｇ参照）、
すなわち極大値q_T3に比べて極大値q_T2が少しだけ小さい
か、あるいは極大値q_T3よりも極大値q_T2が大きいとき、
極大値q_T1よりも極大値q_T2が小さくなったのは空気流量
が急激に減少した脈動流が流れたためであり、逆流を含
む脈動流が流れたためではないかと考えられるので、ス
テップ136に進む。そして、ステップ136で、時間t_T1か
ら時間t_T2までの空気流量ｑのデータをメモリ26に書き
込む。次のステップ137では、極大値q_T3の名称を変更し
て極大値q_T1とした後、ステップ112に戻る。

以上のようにして、メモリ26に書き込まれた空気流量
ｑのデータは、CPU25によって平均化され、一定時間の
空気流量Ｑとして、表示部28またはレコーダ30に出力さ
れる。

以上のように本実施例によれば、検出回路22によって
線状発熱抵抗11の抵抗値を検出した後、空気流量に応じ
た電圧信号Ｖを出力し、CPU25によって電圧信号Ｖを空
気流量ｑに変換した。そして、空気流量ｑの極大値q_T1
と極小値q_B1との比から順流かあるいは脈動流かを判別
し、極大値q_T1と極大値q_T2との比および極大値q_T3と極
大値q_T2との比から逆流を含む脈動流かあるいは逆流を
含まない脈動流かを判別し、逆流を含む脈動流であると
判別されたときには、逆流分を補正して、一定時間内の
空気流量Ｑを演算するようにした。そのため、従来のよ
うに発熱抵抗を複数個用いることなしに、逆流を検出す
ることができ、発熱抵抗を複数用いたときに比べ、精度
が向上しコストを低減することができるという効果が得
られる。また、本実施例では、ステップ114やステップ1
24によって、極大値q_T3を検出する前に逆流が含まれな
いと判断したときには、早めにステップ112に戻るよう
にしたため、演算速度を早くすることができる。

なお、本実施例では、ステップ114,124,134で極大値q
_T1と極小値q_B1との比、極大値q_T1と極大値q_T2との比お
よび極大値q_T3と極大値q_T2との比を求め、上記の比が所
定値以下のとき、順流、逆流を含む脈動流および順流を
含まない脈動流の判別をするようにしたが、これに限る
ものではない。すなわち、それぞれの差を取り、所定値
以上の差があったとき、順流、逆流を含まない脈動流ま
たは逆流を含む脈動流であると判別するようにしてもよ
い。

また、本実施例装置は逆流を判別するまでに、エンジ
ン回転数の１周期を必要とするが、本装置は計測用であ
るため、問題とはならない。

（発明の効果）本発明によれば、吸気通路内に発熱抵抗を設置し、信
号出力手段によって、発熱抵抗の抵抗値に基づいて電気
信号が出力される。次に、検出手段によって、信号出力
手段から出力された電気信号の隣り合う３つの極大値と
３つの極大値に挟まれる二つの極小値を検出し、逆流判
別手段によって３つの極大値のうち両端の極大値に対す
る中央の極大値の比が所定値より小さいとき、または両
端の極大値から中央の極大値を減じた差が所定値より大
きいとき、２つの極小値の間の電気信号は逆流に起因す
る信号であると判別するようにした。そのため、発熱抵
抗を複数設ける必要がなく、発熱抵抗の取り付け誤差に
よって感度が変化することがない。従って、各発熱抵抗
間の感度の整合を取る必要がなく、吸気通路内の逆流に
起因する信号を低コストで正確に判別することができる
という効果が得られる。その結果、空気流量を高い精度
で求めることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の構成を示すブロック図、第２図は本
実施例のエアフローセンサの部分断面図、第３図は本実
施例の検出装置のブロック図、第４図は校正関数を示す
図、第５図はメモリのアドレスの説明図、第６図は空気
流量の説明図、第７図はCPUの動作を示すフローチャー
ト、第８図は各状態における空気流量ｑの特性図、第９
図は従来例の構成を示す斜視図、である。 10……エアフローセンサ、20……検出装置

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01F 1/68 G01F 1/72 F02D 41/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気通路内に設置された発熱抵抗と、上記発熱抵抗の抵抗値に基づいて電気信号を出力する信
号出力手段と、前記電気信号の隣り合う三つの極大値および前記三つの
極大値に挟まれる二つの極小値を検出する検出手段と、前記三つの極大値のなかの両端の極大値に対する中央の
極大値の比がいずれも所定値より小さいとき、または両
端の極大値から中央の極大値を減じた差がいずれも所定
値より大きいとき、前記二つの極小値の間の電気信号を
逆流に起因する信号であると判別する逆流判別手段と、を備えることを特徴とする空気流量計。