JP2883702B2 - 流体の流量を検出する測定抵抗の温度制御方法及び装置 - Google Patents
流体の流量を検出する測定抵抗の温度制御方法及び装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、流体の流量を検出する測定抵抗の温度検出
方法及び装置さらに詳細には、流体の流量を検出する測
定抵抗、特に自動車の内燃機関に用いられる空気量測定
器の熱線あるいは熱薄膜に流れる電流をオンオフ制御す
ることによって流体の温度より高い動作温度に加熱され
る測定抵抗の温度制御方法及び装置に関する。
方法及び装置さらに詳細には、流体の流量を検出する測
定抵抗、特に自動車の内燃機関に用いられる空気量測定
器の熱線あるいは熱薄膜に流れる電流をオンオフ制御す
ることによって流体の温度より高い動作温度に加熱され
る測定抵抗の温度制御方法及び装置に関する。
［従来の技術］ 自動車技術において、空気量測定器において温度制御
される測定抵抗、特に熱線あるいは熱薄膜を用いて内燃
機関の吸気量の検出が行われている。吸入された空気流
は加熱された熱線を通過する。測定抵抗は電気的なブリ
ッジ回路の一部を構成している。測定抵抗は電流をオン
オフ制御することによって一定の動作温度（測定温度）
に維持される。この原理によって必要とされる加熱電流
によってエンジンに吸気された空気流量を求めることが
でき、空気流量に相当するデータが制御装置に入力され
て、内燃機関が最適な動作点に調節される。
される測定抵抗、特に熱線あるいは熱薄膜を用いて内燃
機関の吸気量の検出が行われている。吸入された空気流
は加熱された熱線を通過する。測定抵抗は電気的なブリ
ッジ回路の一部を構成している。測定抵抗は電流をオン
オフ制御することによって一定の動作温度（測定温度）
に維持される。この原理によって必要とされる加熱電流
によってエンジンに吸気された空気流量を求めることが
でき、空気流量に相当するデータが制御装置に入力され
て、内燃機関が最適な動作点に調節される。
空気流量を検出する測定抵抗を温度制御する従来の方
法においては、使用される電源電圧（自動車の電源電
圧、バッテリー電圧）が電圧安定化回路に入力され、安
定化された電圧によってオンオフ駆動が行われる。安定
化された電圧は駆動電圧より低いので、内燃機関の始動
後比較的長い時間が経たないと測定抵抗が動作温度に達
しない。特に、例えばバッテリーないし電源電圧が消耗
により低下した場合にも問題が生じる。というのは電圧
安定化回路は入力電圧と出力電圧の間に十分な電位差が
ある場合にしか完璧に作動しないからである。
法においては、使用される電源電圧（自動車の電源電
圧、バッテリー電圧）が電圧安定化回路に入力され、安
定化された電圧によってオンオフ駆動が行われる。安定
化された電圧は駆動電圧より低いので、内燃機関の始動
後比較的長い時間が経たないと測定抵抗が動作温度に達
しない。特に、例えばバッテリーないし電源電圧が消耗
により低下した場合にも問題が生じる。というのは電圧
安定化回路は入力電圧と出力電圧の間に十分な電位差が
ある場合にしか完璧に作動しないからである。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上述の従来の欠点を解決するためになされ
たもので、電源電圧が不安定ないし不十分であっても流
体の流量を正確に求めることができる流体の流量を検出
する測定抵抗の温度制御方法及び装置を提供することを
その課題とする。
たもので、電源電圧が不安定ないし不十分であっても流
体の流量を正確に求めることができる流体の流量を検出
する測定抵抗の温度制御方法及び装置を提供することを
その課題とする。
［課題を解決するための手段］ 上記の課題は本発明方法においては、請求項第１項に
記載の特徴によって解決され、本発明装置においては、
請求項第２項及び第３項に記載の特徴によって解決され
る。
記載の特徴によって解決され、本発明装置においては、
請求項第２項及び第３項に記載の特徴によって解決され
る。
［作用］ 請求の範囲第１項に記載の特徴を有する本発明方法に
おいては、オンオフ制御された加熱電圧の大きさをパル
スデューティー比を定めるときに考慮できるという利点
がある。電源電圧の状態によって、例えば比較的大きい
加熱電圧が使用できる場合には、大きなパルスデューテ
ィー比を用いてオンオフ制御が行われる。電源電圧が低
下し、あるいは比較的小さい電源電圧しか使用できない
場合には、それに応じてパルスデューティー比を調節す
ることができる。
おいては、オンオフ制御された加熱電圧の大きさをパル
スデューティー比を定めるときに考慮できるという利点
がある。電源電圧の状態によって、例えば比較的大きい
加熱電圧が使用できる場合には、大きなパルスデューテ
ィー比を用いてオンオフ制御が行われる。電源電圧が低
下し、あるいは比較的小さい電源電圧しか使用できない
場合には、それに応じてパルスデューティー比を調節す
ることができる。
本発明においてはパルスデューティー比は、パルス周
期のパルス期間に対する比で用いられる。この比の逆数
を用いる場合には、この逆数の値は加熱電圧が増大する
につれて減少する。公知の技術に比較して、本発明方法
に必要な費用は削減される。というのは加熱電圧用に電
圧を安定化することが必要ないからである。さらに、常
に供給される実際の最大加熱電圧を使用することができ
るので、それに応じて大きな電位が得られ、測定抵抗は
きわめて迅速に動作温度に達する。さらに、公知の装置
においては、電圧の急落により加熱電圧の電圧安定化が
保証できなくなると常に測定誤差が発生していたが、本
発明では、電源電圧が変動しても測定誤差は発生しなく
なる。
期のパルス期間に対する比で用いられる。この比の逆数
を用いる場合には、この逆数の値は加熱電圧が増大する
につれて減少する。公知の技術に比較して、本発明方法
に必要な費用は削減される。というのは加熱電圧用に電
圧を安定化することが必要ないからである。さらに、常
に供給される実際の最大加熱電圧を使用することができ
るので、それに応じて大きな電位が得られ、測定抵抗は
きわめて迅速に動作温度に達する。さらに、公知の装置
においては、電圧の急落により加熱電圧の電圧安定化が
保証できなくなると常に測定誤差が発生していたが、本
発明では、電源電圧が変動しても測定誤差は発生しなく
なる。
本発明の好ましい実施例によれば、加熱電圧として制
御可能な電気的スイッチング素子を介して供給される電
源電圧が用いられる。すでれ説明したように、電源電圧
は上述の自動車の電源電圧（バッテリー電圧）とするこ
とができる。
御可能な電気的スイッチング素子を介して供給される電
源電圧が用いられる。すでれ説明したように、電源電圧
は上述の自動車の電源電圧（バッテリー電圧）とするこ
とができる。
本発明はさらに、流体の流量を検出する測定抵抗、特
に自動車の内燃機関に用いられる空気量測定器の熱線あ
るいは熱薄膜に流れる電流をオンオフ制御することによ
って流体の温度より高い動作温度に加熱される測定抵抗
の温度制御装置に関するもので、スイッチング素子をオ
ンオフ制御する制御回路によって、それぞれ実際に供給
される加熱電圧の大きさに応じたパルスデューティー比
が得られる。
に自動車の内燃機関に用いられる空気量測定器の熱線あ
るいは熱薄膜に流れる電流をオンオフ制御することによ
って流体の温度より高い動作温度に加熱される測定抵抗
の温度制御装置に関するもので、スイッチング素子をオ
ンオフ制御する制御回路によって、それぞれ実際に供給
される加熱電圧の大きさに応じたパルスデューティー比
が得られる。
制御回路は、特にマイクロコントローラによって形成
することができる。
することができる。
好ましい実施例によれば、ブリッジ回路が設けられて
おり、ブリッジ回路は分圧器として形成された２つのブ
リッジ分岐路からなり、２つのブリッジ分岐路の一方に
測定抵抗が接続される。流体の流量が変化すると、それ
によって動作温度に維持されていた測定抵抗の冷却効果
に変化が生じる。従って抵抗値が変化し、それによって
ブリッジ回路に離調が生じる。ブリッジの離調によって
調節器に制御偏差が発生し、調節器は加熱電圧の大きさ
に従ってパルスデューティー比を変化させて、測定抵抗
に所定の動作温度が得られるようにする。従ってパルス
デューティー比は加熱電圧の大きさを定めることにな
り、それによって流体の流量を求めることが可能にな
る。
おり、ブリッジ回路は分圧器として形成された２つのブ
リッジ分岐路からなり、２つのブリッジ分岐路の一方に
測定抵抗が接続される。流体の流量が変化すると、それ
によって動作温度に維持されていた測定抵抗の冷却効果
に変化が生じる。従って抵抗値が変化し、それによって
ブリッジ回路に離調が生じる。ブリッジの離調によって
調節器に制御偏差が発生し、調節器は加熱電圧の大きさ
に従ってパルスデューティー比を変化させて、測定抵抗
に所定の動作温度が得られるようにする。従ってパルス
デューティー比は加熱電圧の大きさを定めることにな
り、それによって流体の流量を求めることが可能にな
る。
好ましくはスイッチング素子によって駆動され、測定
抵抗と伝熱接触する加熱抵抗が設けられる。あるいは測
定抵抗自体にオンオフされる電流を流しその電流による
加熱により測定抵抗を動作温度にするようにブリッジ回
路を構成することもできる。
抵抗と伝熱接触する加熱抵抗が設けられる。あるいは測
定抵抗自体にオンオフされる電流を流しその電流による
加熱により測定抵抗を動作温度にするようにブリッジ回
路を構成することもできる。
測定抵抗を加熱する加熱抵抗が設けられている場合に
は、電圧安定化回路を設けてブリッシ回路に安定化した
電圧を供給することができる。電圧安定化回路にさらに
マイクロコントローラを接続することもできる。
は、電圧安定化回路を設けてブリッシ回路に安定化した
電圧を供給することができる。電圧安定化回路にさらに
マイクロコントローラを接続することもできる。
実際に供給される加熱電圧の大きさを検出するため
に、スイッチング素子の出力がマイクロコントローラの
第１のポートに接続されている。このようにすることに
よって電源電圧の電圧変動だけでなく、スイッチング素
子の許容誤差も考慮することができる。スイッチング素
子は好ましくはトランジスタとして形成されており、そ
のベースはマイクロコントローラの第２のポートに接続
されている。この第２のポートによってトランジスタの
駆動が行われる。
に、スイッチング素子の出力がマイクロコントローラの
第１のポートに接続されている。このようにすることに
よって電源電圧の電圧変動だけでなく、スイッチング素
子の許容誤差も考慮することができる。スイッチング素
子は好ましくはトランジスタとして形成されており、そ
のベースはマイクロコントローラの第２のポートに接続
されている。この第２のポートによってトランジスタの
駆動が行われる。
すでに説明したように、測定抵抗の動作温度の調節は
調節器によって行われる。マイクロコントローラの計算
の負担を軽減するために、好ましい実施例によれば、鋸
波発生器が設けられており、その鋸波電圧が比較器に入
力されてブリッジ電圧と比較され、一致が得られた場合
にはスイッチング素子の作動が行われる。マイクロコン
トローラは鋸波発生器の少なくとも一部を構成してい
る。しかしその計算容量は、ブリッジ電圧を処理して流
体の流量を検出するのにほとんど用いられてしまう。
調節器によって行われる。マイクロコントローラの計算
の負担を軽減するために、好ましい実施例によれば、鋸
波発生器が設けられており、その鋸波電圧が比較器に入
力されてブリッジ電圧と比較され、一致が得られた場合
にはスイッチング素子の作動が行われる。マイクロコン
トローラは鋸波発生器の少なくとも一部を構成してい
る。しかしその計算容量は、ブリッジ電圧を処理して流
体の流量を検出するのにほとんど用いられてしまう。
従って鋸波電圧の形成にマイクロコントローラを用い
ないならば、調節器単独で、すなわちマイクロコントロ
ーラの支援なしに、動作温度を調節することができる。
鋸波電圧は斜めに上昇する側面を有するので、ブリッシ
電圧の変化に伴って一致点も変化し、それによってパル
スデューティー比を調節することができる。パルスデュ
ーティー比はさらに加熱電圧の大きさにも関係する。そ
のために加熱電圧がマイクロコントローラに入力され
て、マイクロコントローラが加熱電圧を処理してその処
理結果に応じて鋸波電圧を変化させる。鋸波電圧はその
振幅及び／あるいは周波数及び／あるいは形状に関して
変化される。
ないならば、調節器単独で、すなわちマイクロコントロ
ーラの支援なしに、動作温度を調節することができる。
鋸波電圧は斜めに上昇する側面を有するので、ブリッシ
電圧の変化に伴って一致点も変化し、それによってパル
スデューティー比を調節することができる。パルスデュ
ーティー比はさらに加熱電圧の大きさにも関係する。そ
のために加熱電圧がマイクロコントローラに入力され
て、マイクロコントローラが加熱電圧を処理してその処
理結果に応じて鋸波電圧を変化させる。鋸波電圧はその
振幅及び／あるいは周波数及び／あるいは形状に関して
変化される。
［実施例］ 次に、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第１図には、流体の流量を検出する測定抵抗RSの温度
制御を行う回路装置が図示されている。測定抵抗RSは熱
薄膜あるいは熱線式の空気量測定器の熱薄膜あるいは熱
線である。測定抵抗は、加熱抵抗RHと熱的に接触してい
て、例えば自動車の内燃機関の空気流量を検出するの
に用いられる。測定抵抗RSは内燃機関の吸気管の特に絞
り弁の領域に配置されている。
制御を行う回路装置が図示されている。測定抵抗RSは熱
薄膜あるいは熱線式の空気量測定器の熱薄膜あるいは熱
線である。測定抵抗は、加熱抵抗RHと熱的に接触してい
て、例えば自動車の内燃機関の空気流量を検出するの
に用いられる。測定抵抗RSは内燃機関の吸気管の特に絞
り弁の領域に配置されている。
温度測定に用いられる測定抵抗RSは、２つの分圧器２
と３から形成されたブリッジ回路１の一部を構成してい
る。分圧器２には測定抵抗RSと可変抵抗R1が設けられて
いる。分圧器３は感温抵抗RKとそれに直列に接続された
抵抗R2から形成されている。２つの分圧器２と３は接続
点４と５で互いに接続されて、ブリッジ回路１を形成し
ている。ブリッジ回路の電圧取り出し端子６と７は導線
８と９を介してマイクロコントローラ11として形成され
た制御回路10に接続されている。電圧取り出し端子６に
接続されている導線８からは測定電圧USを取り出すこと
ができる。電圧取り出し端子６は測定抵抗RSと抵抗R1の
接続点を形成している。電圧取り出し端子７は抵抗RKと
R2の間に設けられており、導線９に接続され、導線９に
は基準電圧UKが発生する。導線８はマイクロコントロー
ラ11の端子12に接続されており、導線９は端子13に接続
されている。電圧取り出し端子６と７の間にはブリッジ
電圧UBrが発生し、この電圧が端子12と13を介してマイ
クロコントローラ11に入力されて処理される。
と３から形成されたブリッジ回路１の一部を構成してい
る。分圧器２には測定抵抗RSと可変抵抗R1が設けられて
いる。分圧器３は感温抵抗RKとそれに直列に接続された
抵抗R2から形成されている。２つの分圧器２と３は接続
点４と５で互いに接続されて、ブリッジ回路１を形成し
ている。ブリッジ回路の電圧取り出し端子６と７は導線
８と９を介してマイクロコントローラ11として形成され
た制御回路10に接続されている。電圧取り出し端子６に
接続されている導線８からは測定電圧USを取り出すこと
ができる。電圧取り出し端子６は測定抵抗RSと抵抗R1の
接続点を形成している。電圧取り出し端子７は抵抗RKと
R2の間に設けられており、導線９に接続され、導線９に
は基準電圧UKが発生する。導線８はマイクロコントロー
ラ11の端子12に接続されており、導線９は端子13に接続
されている。電圧取り出し端子６と７の間にはブリッジ
電圧UBrが発生し、この電圧が端子12と13を介してマイ
クロコントローラ11に入力されて処理される。
第１図の回路装置は、電源電圧（自動車の供給電圧）
で駆動される。従ってこの場合の電源電圧は自動車バッ
テリーのバッテリー電圧UBである。バッテリー電圧UBは
電圧安定化回路14に供給されて、同回路の出力15には安
定化された電圧U Stabが現もる。安定化された電圧は導
線16を介してブリッジ回路１の端子４に供給される。端
子５はアース17と接続されており、バッテリーの他の極
アース17に接続されている。電圧安定化回路はさらにマ
イクロコントローラ11にも給電を行う。
で駆動される。従ってこの場合の電源電圧は自動車バッ
テリーのバッテリー電圧UBである。バッテリー電圧UBは
電圧安定化回路14に供給されて、同回路の出力15には安
定化された電圧U Stabが現もる。安定化された電圧は導
線16を介してブリッジ回路１の端子４に供給される。端
子５はアース17と接続されており、バッテリーの他の極
アース17に接続されている。電圧安定化回路はさらにマ
イクロコントローラ11にも給電を行う。
電気的なスイッチング素子18がバッテリー電圧UB並び
に導線19を介して加熱抵抗RHに接続されており、加熱抵
抗の他方の端子はアース17に接続されている。加熱抵抗
RHは、すでに説明したように、測定抵抗RSに対して伝熱
接触している。加熱抵抗RHに流れる電流によって空気流
量が求められる。スイッチング素子18はトランジスタ
T1として形成されており、そのエミッタはバッテリー電
圧UBと接続され、コレクタは導線19と接続されている。
コレクタはさらに導線20を介してマイクロコントローラ
11の第１のポート21と接続されている。トランジスタT1
のベースは導線22を介してマイクロコントローラ11の第
２のポート23と接続されている。マイクロコントローラ
11には導線20を介して加熱電圧UHが入力される。マイク
ロコントローラの第２のポート23にはパルスデューティ
ー比βが出力され、導線22介してトランジスタT1のベー
スを駆動する。
に導線19を介して加熱抵抗RHに接続されており、加熱抵
抗の他方の端子はアース17に接続されている。加熱抵抗
RHは、すでに説明したように、測定抵抗RSに対して伝熱
接触している。加熱抵抗RHに流れる電流によって空気流
量が求められる。スイッチング素子18はトランジスタ
T1として形成されており、そのエミッタはバッテリー電
圧UBと接続され、コレクタは導線19と接続されている。
コレクタはさらに導線20を介してマイクロコントローラ
11の第１のポート21と接続されている。トランジスタT1
のベースは導線22を介してマイクロコントローラ11の第
２のポート23と接続されている。マイクロコントローラ
11には導線20を介して加熱電圧UHが入力される。マイク
ロコントローラの第２のポート23にはパルスデューティ
ー比βが出力され、導線22介してトランジスタT1のベー
スを駆動する。
測定抵抗RSは加熱抵抗RHと感温抵抗RKと共に内燃機関
の吸気管内に配置されている。吸気管は点線24で囲んで
示されている。それぞれ空気流量に従って測定抵抗RSが
冷却される毎に、加熱抵抗RHによって加熱され測定抵抗
は一定の動作温度に維持される。例えば空気流量が増加
すると、後述する調節器を介して加熱抵抗RHの加熱電力
が増大されて、動作温度に保持される。感温抵抗RKも空
気流内に配置されているので、この抵抗が周囲温度θｕ
をとり、ブリッジ回路１の温度補償を行う。マイクロコ
ントローラ11の出力25には空気流量に相当する信号が
現れる。
の吸気管内に配置されている。吸気管は点線24で囲んで
示されている。それぞれ空気流量に従って測定抵抗RSが
冷却される毎に、加熱抵抗RHによって加熱され測定抵抗
は一定の動作温度に維持される。例えば空気流量が増加
すると、後述する調節器を介して加熱抵抗RHの加熱電力
が増大されて、動作温度に保持される。感温抵抗RKも空
気流内に配置されているので、この抵抗が周囲温度θｕ
をとり、ブリッジ回路１の温度補償を行う。マイクロコ
ントローラ11の出力25には空気流量に相当する信号が
現れる。
次に第１図の回路装置の機能を説明する。
内燃機関の吸気管内の空気流量の変化によって、冷
却効果が異なることにより測定抵抗RSの抵抗値が変化す
る。この変化によって分圧器２の分圧比が変化するの
で、それに応じた測定電圧USが発生する。吸気流の温度
に変化が生じる場合には、感温抵抗RKが応答し、それに
よって基準電圧UKの補正が行われる。以下では、周囲温
度θｕが一定であるとする。この場合、空気流量の変
化によってブリッジの離調が生じることによりブリッジ
電圧UBrが変化する。ブリッジ電圧UBrはマイクロコント
ローラ11において処理される。処理の結果として出力25
から空気流量が取り出される。
却効果が異なることにより測定抵抗RSの抵抗値が変化す
る。この変化によって分圧器２の分圧比が変化するの
で、それに応じた測定電圧USが発生する。吸気流の温度
に変化が生じる場合には、感温抵抗RKが応答し、それに
よって基準電圧UKの補正が行われる。以下では、周囲温
度θｕが一定であるとする。この場合、空気流量の変
化によってブリッジの離調が生じることによりブリッジ
電圧UBrが変化する。ブリッジ電圧UBrはマイクロコント
ローラ11において処理される。処理の結果として出力25
から空気流量が取り出される。
この空気流量が内燃機関の制御装置に入力されて、
それぞれの走行状態にとって最適な駆動点の算出に用い
られる。測定抵抗RSの変化によってもたらされたブリッ
ジ離調の後に測定抵抗RSを動作温度に戻すために、ブリ
ッジ電圧UBrがマイクロコントローラ11によって処理さ
れてクロックパルスが形成される。このクロックパルス
は第２のポート23に出力され、導線22を介してトランジ
スタT1を作動させる。従って加熱抵抗RHのオンオフ駆動
が行われる。加熱抵抗RHは所定期間高い電力で、従って
高い温度に加熱され、測定抵抗RSは動作温度となって、
この温度においてブリッジが平衡する。
それぞれの走行状態にとって最適な駆動点の算出に用い
られる。測定抵抗RSの変化によってもたらされたブリッ
ジ離調の後に測定抵抗RSを動作温度に戻すために、ブリ
ッジ電圧UBrがマイクロコントローラ11によって処理さ
れてクロックパルスが形成される。このクロックパルス
は第２のポート23に出力され、導線22を介してトランジ
スタT1を作動させる。従って加熱抵抗RHのオンオフ駆動
が行われる。加熱抵抗RHは所定期間高い電力で、従って
高い温度に加熱され、測定抵抗RSは動作温度となって、
この温度においてブリッジが平衡する。
本発明によれば、クロックパルスのデューティー比は
加熱電圧UHの大きさによって調節される。加熱抵抗RHに
印加される加熱電圧UHとして、トランジスタT1のコレク
タ・エミッタ間の電圧降下の分だけ減少したバッテリー
電圧UBが使用される。上記の電圧降下は飽和電圧U Sat
と呼ばれる。それぞれ実際に供給される加熱電圧UHに関
するデータは、マイクロコントローラ11の第１のポート
21を介して得られる。
加熱電圧UHの大きさによって調節される。加熱抵抗RHに
印加される加熱電圧UHとして、トランジスタT1のコレク
タ・エミッタ間の電圧降下の分だけ減少したバッテリー
電圧UBが使用される。上記の電圧降下は飽和電圧U Sat
と呼ばれる。それぞれ実際に供給される加熱電圧UHに関
するデータは、マイクロコントローラ11の第１のポート
21を介して得られる。
次に第１図に示す回路の機能をさらに詳細に説明す
る。
る。
加熱抵抗RHにはトランジスタT1によって加熱電圧UHが
供給される。この加熱電圧は次式で表される。
供給される。この加熱電圧は次式で表される。
UH＝UB-U Sat なお、トランジスタT1のオンオフ制御はパルスデュー
ティー比βに従って行われ、このパルスデューティー比
βはマイクロコントローラ11の第２のポート23から出力
される。従って加熱抵抗RHで得られる電力PHは次のよう
になる。
ティー比βに従って行われ、このパルスデューティー比
βはマイクロコントローラ11の第２のポート23から出力
される。従って加熱抵抗RHで得られる電力PHは次のよう
になる。
PH＝β（UH2/RH） （１） それによって加熱抵抗RHに熱が発生し、この熱量が通
過する空気流量により取り除かれる。
過する空気流量により取り除かれる。
定常状態においては次の式が成立つ。
β（（UH2/RH）＝ｇ（）・TUH （２） なお、ｇ（）は空気流量の関数値、TUHは加熱抵抗
の温度を示す。（２）式はいわゆるキングの公式であ
る。
の温度を示す。（２）式はいわゆるキングの公式であ
る。
加熱抵抗の温度が一定である場合には、加熱抵抗RHの
抵抗値も一定の値を有する。従って次の式が成立する。
抵抗値も一定の値を有する。従って次の式が成立する。
RH＝RH20［１＋αＨ・TUH］ （３） なお、RH20は加熱抵抗RHの20℃における抵抗値であっ
て、αＨは20℃に関するRHの温度係数を示す。マイクロ
コントローラ11において加熱電圧UHの大きさを求める
と、パルスデューティー比βから空気流量を求めるこ
とができる。パルスデューティー比βに関しては次の式
が当てはまる。
て、αＨは20℃に関するRHの温度係数を示す。マイクロ
コントローラ11において加熱電圧UHの大きさを求める
と、パルスデューティー比βから空気流量を求めるこ
とができる。パルスデューティー比βに関しては次の式
が当てはまる。
β＝ｇ（）｛（TUH・RH）／UH2｝ （４） 式（４）において分数部分はわかっているので、パル
スデューティー比βから空気流量を求めることができ
る。
スデューティー比βから空気流量を求めることができ
る。
加熱抵抗の温度TUHは、次のようにして一定に保たれ
る。
る。
測定抵抗RSは加熱抵抗RHと緊密に熱接触している。従
って次の式が得られる。
って次の式が得られる。
TUS＝k0・TUS （５） 従って測定抵抗の温度TUSは係数k0を介して加熱抵抗
の温度TUHと関連付けられる。
の温度TUHと関連付けられる。
測定抵抗RSについては加熱抵抗RHの場合と同様に、次
の式が当てはまる。
の式が当てはまる。
RS＝RS20［１＋αＳ・TUS］ （６） なお、RS20は20℃のときの測定抵抗の抵抗値であり、
αＳは測定抵抗RSの温度係数である。
αＳは測定抵抗RSの温度係数である。
ブリッジ回路１において測定抵抗RSは感温抵抗RK及び
抵抗R1とR2と一緒に配置されているので、基準電圧UK及
び測定電圧USについて次の式が成り立つ。
抵抗R1とR2と一緒に配置されているので、基準電圧UK及
び測定電圧USについて次の式が成り立つ。
UK＝｛RK/（RK＋R2）｝U Stab （７） US＝｛RS/（RS＋R1）｝U Stab （８） 電圧UKとUSはマイクロコントローラ11において処理さ
れる。マイクロコントローラはソフトウエアを介してパ
ルスデューティー比βを制御して、基準電圧UKが測定電
圧USに等しくなるようにする。その場合には次の式が成
立する。
れる。マイクロコントローラはソフトウエアを介してパ
ルスデューティー比βを制御して、基準電圧UKが測定電
圧USに等しくなるようにする。その場合には次の式が成
立する。
RS＝｛RK/R2｝R1＝一定 （９） 但し、周囲温度（吸気温度に相当する）は一定とす
る。
る。
このことから、測定抵抗RSの温度TUS及び加熱抵抗RH
の温度TUHは、吸気温度が一定なら一定であることがわ
かる。
の温度TUHは、吸気温度が一定なら一定であることがわ
かる。
マイクロコントローラ11においては、次のような処理
が行われる。基準電圧UK、測定電圧US及び加熱電圧UHが
アナログからディジタルに変換され、次式が得られる。
が行われる。基準電圧UK、測定電圧US及び加熱電圧UHが
アナログからディジタルに変換され、次式が得られる。
UK＝｛RK/（RK＋R2）｝U Stabないし NK＝｛UK/U Stab｝Ｎ ＝｛RK/（RK＋R2）｝Ｎ （10） US＝｛RS/（RS＋R1）｝U Stabないし NS＝｛US/U Stab｝Ｎ ＝｛RS/（RS＋R1）｝Ｎ （11） 但し、NKとNSはビット数であって、Ｎは最大のビット
数である。これは２の累乗によって決定される。
数である。これは２の累乗によって決定される。
従って次の式が成り立つ。
Ｎ＝２のＸ乗 なお、Ｘは正の整数である。Ｘ＝８であれば、 Ｎ＝256になる。
以上の説明から明らかなように、定常状態においては
ND＝NS−NKが「０」になるように制御が行われる。動作
温度からのずれは、次のように定義される。
ND＝NS−NKが「０」になるように制御が行われる。動作
温度からのずれは、次のように定義される。
ΔND＝ΔNS−ΔNK ＝Ｎ｛R1/(RS+R1)2｝ΔRS ＝Ｎ｛R1RS20/(RS+R1)2｝・αＳ・ΔTUS （12） （５）式を用いて代入すると、 ΔTUH＝｛(RS+R1)2／（R1・RS20）｝・｛1/（k0・α
Ｓ）｝｛ΔND/N｝ （13） （４）式から次の式が得られる。
Ｓ）｝｛ΔND/N｝ （13） （４）式から次の式が得られる。
β＝ｋ（、UH）・TUH・ ［１＋αＨ・TUH］ （14） なお、ｋは係数である。空気流量と加熱電圧UHが一
定であって、加熱抵抗の温度TUHのみが変化する場合に
は、 Δβ＝ｋ（、UH）｛ΔTUH［１＋αＨ・THU］＋TUH・
αＨ・TUH｝ ＝ｋ（、UH）［１＋２αＨ・TUH］・ΔTUH （15） となり、（14）で割り算すると Δβ＝β｛（１＋２αＨ・TUH）／（１＋αＨ・TUH）｝
・｛ΔTUH/TUH｝ （16） となる。
定であって、加熱抵抗の温度TUHのみが変化する場合に
は、 Δβ＝ｋ（、UH）｛ΔTUH［１＋αＨ・THU］＋TUH・
αＨ・TUH｝ ＝ｋ（、UH）［１＋２αＨ・TUH］・ΔTUH （15） となり、（14）で割り算すると Δβ＝β｛（１＋２αＨ・TUH）／（１＋αＨ・TUH）｝
・｛ΔTUH/TUH｝ （16） となる。
（13）式を用いると次のようになる。
Δβ＝β｛（１＋２αＨ・TUH）／（１＋αＨ・TUH）｝
・｛1/（k0αSTUH）｝・｛(RS+R1)2／（R1・RS20）｝・
｛ΔND/N｝＝ｋ・β・（ΔN/N） （17） これによって次の制御式が得られる Δβ／β＝ｋ・（ΔN/N） この（17）式はパルスデューティー比βに関する制御
信号を示している。次の式が成り立つ。
・｛1/（k0αSTUH）｝・｛(RS+R1)2／（R1・RS20）｝・
｛ΔND/N｝＝ｋ・β・（ΔN/N） （17） これによって次の制御式が得られる Δβ／β＝ｋ・（ΔN/N） この（17）式はパルスデューティー比βに関する制御
信号を示している。次の式が成り立つ。
βＮ＋１＝βＮ＋Δβ βは所定の期間におけるパルスデューティー比である
と考えられるので、βＮ＋１は次の期間のパルスデュー
ティー比を示す。従って次の式が成り立つ。
と考えられるので、βＮ＋１は次の期間のパルスデュー
ティー比を示す。従って次の式が成り立つ。
βＮ＋１＝βＮ＋ｋ・βＮ・（ΔN/N） βＮ＋１＝βＮ｛１＋ｋ・（ΔND/N）｝ （18） これは反復計算式であって、マイクロコントローラ11
のソフトウエアによって容易に実現することができる。
式（４）から空気流量ｍを得るために、感温抵抗RKを用
いて次のようになるように、温度補償が行われる。
のソフトウエアによって容易に実現することができる。
式（４）から空気流量ｍを得るために、感温抵抗RKを用
いて次のようになるように、温度補償が行われる。
ｆ（）＝ｇ（）・TUH・RH≠ｆ（θｕ） （19） 但し、ｆ（）は空気流量に関係する関数を示す。
ｆ（θｕ）についても同様である。
ｆ（θｕ）についても同様である。
その場合には次の式が成り立つ ｆ（）＝βＮ＋１・UH2 （20） パルス電圧UHのアナログ／ディジタル変換の結果とし
て次の式が得られる。
て次の式が得られる。
NH＝（UH/U Stab）・Ｎ （21） 従って次の式が得られる。
ｆ（）＝βＮ＋１｛（NH/N）U Stab｝2 ＝k1・βＮ＋１・NH2 （22） これらの関係は第２図に示すマップ値データを用いる
と最も良く処理することができ、このマップ値データに
よって関数ｆ（）の線形化を行うこともできる。
と最も良く処理することができ、このマップ値データに
よって関数ｆ（）の線形化を行うこともできる。
マイクロコントローラ11からアナログ電圧、周波数、
ビットワードなどとして出力させることができる。
ビットワードなどとして出力させることができる。
第３図には本発明の他の実施例が示されており、同実
施例においては温度制御はマイクロコントローラ11を介
して行われないので、計算の負担が減少する。それによ
って制御速度も向上する。第１図に示す実施例と比較し
て同一の部分には同一の参照符号が付されている。バッ
テリー電圧UBは第１図に示す実施例の場合と同様に、ト
ランジスタT1のエミッタに供給され、トランジスタT1の
コレクタは加熱抵抗RHに接続されている。トランジスタ
T1のエミッタとベース間には抵抗R3が接続されている。
バッテリー電圧UBはさらに電圧安定化回路14にも給電を
行なう。電圧安定化回路の出力に安定化された電圧U St
abが発生し、それがマイクロコントローラ11に供給され
る。
施例においては温度制御はマイクロコントローラ11を介
して行われないので、計算の負担が減少する。それによ
って制御速度も向上する。第１図に示す実施例と比較し
て同一の部分には同一の参照符号が付されている。バッ
テリー電圧UBは第１図に示す実施例の場合と同様に、ト
ランジスタT1のエミッタに供給され、トランジスタT1の
コレクタは加熱抵抗RHに接続されている。トランジスタ
T1のエミッタとベース間には抵抗R3が接続されている。
バッテリー電圧UBはさらに電圧安定化回路14にも給電を
行なう。電圧安定化回路の出力に安定化された電圧U St
abが発生し、それがマイクロコントローラ11に供給され
る。
さらに、２つの抵抗R4とR5の直列回路からなり、安定
化された電圧U Stabとアース17の間に接続される分圧器
26が設けられている。導線16を介して安定化された電圧
U Stabがブリッジ回路１に給電され、ブリッジ回路１は
第１図の実施例の場合と同様に形成されている。ブリッ
ジ電圧UBrは第１の比較器29の入力27と28に供給され、
比較器29の出力は導線31を介してマイクロコントローラ
11の入力32に接続されている。さらに第２の比較器33が
設けられており、比較器の一方の入力34は分圧器26の電
圧取り出し端子35に接続されている。比較器33の他方の
入力36は接続点37に接続されている。
化された電圧U Stabとアース17の間に接続される分圧器
26が設けられている。導線16を介して安定化された電圧
U Stabがブリッジ回路１に給電され、ブリッジ回路１は
第１図の実施例の場合と同様に形成されている。ブリッ
ジ電圧UBrは第１の比較器29の入力27と28に供給され、
比較器29の出力は導線31を介してマイクロコントローラ
11の入力32に接続されている。さらに第２の比較器33が
設けられており、比較器の一方の入力34は分圧器26の電
圧取り出し端子35に接続されている。比較器33の他方の
入力36は接続点37に接続されている。
接続点37にはコンデンサC1が接続されており、コンデ
ンサC1はアース17に接続されている。マイクロコントロ
ーラ11には２つの出力38と39が設けられており、出力38
は抵抗R6を介してダイオードD1のアノードに接続されて
おり、ダイオードのカソードは接続点37に接続されてい
る。出力39は抵抗R7を介してトランジスタT2のベースに
接続されており、トランジスタT2のエミッタはアース17
に接続され、コレクタは接続点37に接続されている。
ンサC1はアース17に接続されている。マイクロコントロ
ーラ11には２つの出力38と39が設けられており、出力38
は抵抗R6を介してダイオードD1のアノードに接続されて
おり、ダイオードのカソードは接続点37に接続されてい
る。出力39は抵抗R7を介してトランジスタT2のベースに
接続されており、トランジスタT2のエミッタはアース17
に接続され、コレクタは接続点37に接続されている。
第３の比較器41の一方の入力40は接続点37に接続され
ている。比較器41の他方の入力42は導線31を介して第１
の比較器41の出力43と接続されている。比較器41の出力
43は抵抗R8を介してトランジスタT1のベースに接続され
ている。トランジスタT1のコレクタは抵抗R9を介してマ
イクロコントローラ11の第１のポート23と接続されてい
る。このポートは抵抗R10を介してアースに接続されて
いる。さらに水晶発振子ＱとコンデンサC2からなる直列
回路が形成されており、マイクロコントローラ11と接続
されている。マイクロコントローラ11の一部はコンデン
サC1と共に鋸波発生器44を構成している。
ている。比較器41の他方の入力42は導線31を介して第１
の比較器41の出力43と接続されている。比較器41の出力
43は抵抗R8を介してトランジスタT1のベースに接続され
ている。トランジスタT1のコレクタは抵抗R9を介してマ
イクロコントローラ11の第１のポート23と接続されてい
る。このポートは抵抗R10を介してアースに接続されて
いる。さらに水晶発振子ＱとコンデンサC2からなる直列
回路が形成されており、マイクロコントローラ11と接続
されている。マイクロコントローラ11の一部はコンデン
サC1と共に鋸波発生器44を構成している。
第３図に示す回路の機能を以下で説明する。
マイクロコントローラ11の出力38に矩形パルス列が形
成され、それによってコンデンサC1が充電される。コン
デンサC1の電位が次の電圧、すなわち Ｕ＝｛R5/（R5＋R4）｝U Stab に達する度に、第２の比較器33を介して割り込みルーチ
ンが開始される。割り込みルーチンによりその出力39を
介してトランジスタT2が作動され、コンデンサC1を放電
させる。従って接続点36には鋸波電圧が生じる。この鋸
波電圧が第３の比較器41によってブリッジ電圧UBrに接
続された第１の比較器29の出力値と比較される。それぞ
れ第１の比較器29の出力電圧に応じて出力43にパルスデ
ューティー比βが生じ、それによってトランジスタT1が
駆動される。パルスデューティー比βは、加熱抵抗RHに
一定の値に制御された動作温度（所定温度）が生じるよ
うに、設定される。本発明によればさらに、加熱電圧UH
の大きさがマイクロコントローラ11に入力される。な
お、この加熱電圧は抵抗R9とR10から形成される分圧器
を介して加熱電圧に比例する信号として第１のポート23
に印加される。マイクロコントローラ11はこの比例信号
を処理して、その出力38に発生する矩形パルス列を適当
な方法で調節する。
成され、それによってコンデンサC1が充電される。コン
デンサC1の電位が次の電圧、すなわち Ｕ＝｛R5/（R5＋R4）｝U Stab に達する度に、第２の比較器33を介して割り込みルーチ
ンが開始される。割り込みルーチンによりその出力39を
介してトランジスタT2が作動され、コンデンサC1を放電
させる。従って接続点36には鋸波電圧が生じる。この鋸
波電圧が第３の比較器41によってブリッジ電圧UBrに接
続された第１の比較器29の出力値と比較される。それぞ
れ第１の比較器29の出力電圧に応じて出力43にパルスデ
ューティー比βが生じ、それによってトランジスタT1が
駆動される。パルスデューティー比βは、加熱抵抗RHに
一定の値に制御された動作温度（所定温度）が生じるよ
うに、設定される。本発明によればさらに、加熱電圧UH
の大きさがマイクロコントローラ11に入力される。な
お、この加熱電圧は抵抗R9とR10から形成される分圧器
を介して加熱電圧に比例する信号として第１のポート23
に印加される。マイクロコントローラ11はこの比例信号
を処理して、その出力38に発生する矩形パルス列を適当
な方法で調節する。
第３図に示す実施例においては、マイクロコントロー
ラ11は温度調節に関しては単に鋸波を形成するための矩
形パルス列を発生させるためだけにしか用いられていな
い。マイクロコントローラは第１の比較器29から供給さ
れ、入力32に印加されるブリッジ回路１の信号を処理し
て、出力25に空気流量ｍを示す信号を発生する。従って
加熱抵抗RHの温度調節は、マイクロコンピュータ11なし
で行われる。
ラ11は温度調節に関しては単に鋸波を形成するための矩
形パルス列を発生させるためだけにしか用いられていな
い。マイクロコントローラは第１の比較器29から供給さ
れ、入力32に印加されるブリッジ回路１の信号を処理し
て、出力25に空気流量ｍを示す信号を発生する。従って
加熱抵抗RHの温度調節は、マイクロコンピュータ11なし
で行われる。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電
源電圧が不安定ないし不十分であっても流体の流量を正
確に求めることができる流体の流量を検出することが可
能になる。
源電圧が不安定ないし不十分であっても流体の流量を正
確に求めることができる流体の流量を検出することが可
能になる。
第１図は流量測定器の測定抵抗の温度制御装置の原理を
示す回路図、第２図は３次元マップ値を示すグラフ図、
第３図は他の実施例による回路構成を示す回路図であ
る。 １……ブリッジ回路 ２、３……分圧器 ６、７……電圧取り出し端子 10……制御回路 11……マイクロコントローラ 21……第１のポート 23……第２のポート RH……加熱抵抗 RS……測定抵抗
示す回路図、第２図は３次元マップ値を示すグラフ図、
第３図は他の実施例による回路構成を示す回路図であ
る。 １……ブリッジ回路 ２、３……分圧器 ６、７……電圧取り出し端子 10……制御回路 11……マイクロコントローラ 21……第１のポート 23……第２のポート RH……加熱抵抗 RS……測定抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01F 1/08 F02D 45/00
Claims (14)
- 【請求項１】流体の流量を検出する測定抵抗、特に自動
車の内燃機関用空気量測定器の熱線あるいは熱薄膜であ
って、電流をオンオフ制御することによって動作温度が
流体の温度より高くなる熱線あるいは熱薄膜の温度制御
方法において、 オンオフ制御のパルスデューティー比（β）を、それぞ
れ実際に供給される測定抵抗（RS）を加熱する加熱電圧
（UH）の大きさに従って調節し、 加熱電圧（UH）として制御可能な電気的スイッチング素
子（18）を介して供給される電源電圧を用い、該電源電
圧が自動車のバッテリー電圧であることを特徴とする流
体の流量を検出する測定抵抗の温度制御方法。 - 【請求項２】流体の流量を検出する測定抵抗、特に自動
車の内燃機関用空気量測定器の熱線あるいは熱薄膜であ
って、電流をオンオフ制御することによって動作温度が
流体の温度より高くなる熱線あるいは熱薄膜の温度制御
装置において、 自動車のバッテリー電圧が供給される電気的なスイッチ
ング素子（18）と、 前記スイッチング素子（18）をオンオフ制御する制御回
路（10）とを設け、 前記スイッチング素子（18）を介して自動車のバッテリ
ー電圧より測定抵抗（RS）を加熱する加熱電圧（UH）を
発生させ、 前記オンオフ制御のパルスデューティー比（β）を前記
加熱電圧（UH）の大きさに従って調節することを特徴と
する流体の流量を検出する測定抵抗の温度制御装置。 - 【請求項３】流体の流量を検出する測定抵抗、特に自動
車の内燃機関用空気量測定器の熱線あるいは熱薄膜であ
って、電流をオンオフ制御することによって動作温度が
流体の温度より高くなる熱線あるいは熱薄膜の温度制御
装置において、 測定抵抗（RS）に伝熱接触する加熱抵抗（RH）と、 導通時前記加熱抵抗に加熱電圧（UH）を供給する電気的
なスイッチング素子（18）と、 前記スイッチング素子（18）をオンオフ制御する制御回
路（10）とを設け、 前記オンオフ制御のパルスデューティー比（β）を前記
加熱電圧（UH）の大きさに従って調節することを特徴と
する流体の流量を検出する測定抵抗の温度制御装置。 - 【請求項４】制御回路（10）がマイクロコントローラ
（11）によって形成されていることを特徴とする請求項
第２項あるいは第３項に記載の装置。 - 【請求項５】分圧器（２、３）として形成された２つの
ブリッジ分岐路を有するブリッジ回路（１）が設けら
れ、一方の分圧器（２）に測定抵抗（RS）が接続される
ことを特徴とする請求項第２項から第４項のいずれか１
項に記載の装置。 - 【請求項６】マイクロコントローラ（11）とブリッジ回
路（１）に給電を行う電圧安定化回路（14）が設けられ
ていることを特徴とする請求項第２項から第５項のいず
れか１項に記載の装置。 - 【請求項７】分圧器（２、３）の電圧取り出し端子
（６、７）間に現れるブリッジ電圧（UBr）をマイクロ
コントローラ（11）によって処理し流体の流量（）検
出することを特徴とする請求項第２項から第６項のいず
れか１項に記載の装置。 - 【請求項８】実際に供給される加熱電圧（UH）の大きさ
を検出するために、スイッチング素子（18）の出力がマ
イクロコントローラ（11）の第１のポート（21）と接続
されることを特徴とする請求項第２項から第７項のいず
れか１項に記載の装置。 - 【請求項９】スイッチング素子（18）がトランジスタ
（T1）であって、そのベースがマイクロコントローラ
（11）の第２のポート（23）に接続されていることを特
徴とする請求項第２項から第８項のいずれか１項に記載
の装置。 - 【請求項１０】動作温度を調節する調節器が設けられて
いることを特徴とする請求項第２項からの第９項のいず
れか１項に記載の装置。 - 【請求項１１】鋸波発生器（44）が設けられ、その鋸波
電圧が比較器（41）に入力されてブリッジ電圧（UBr）
と比較され、一致した場合スイッチング素子（18）が作
動されることを特徴とする請求項第２項から第10項のい
ずれか１項に記載の装置。 - 【請求項１２】マイクロコントローラ（11）が鋸波発生
器（44）の少なくとも一部を構成していることを特徴と
する請求項第２項から第11項のいずれか１項に記載の装
置。 - 【請求項１３】マイクロコントローラ（11）によりブリ
ッジ電圧（UBr）を処理し流体の流量（）を検出する
ことを特徴とする請求項第２項から第12項のいずれか１
項に記載の装置。 - 【請求項１４】鋸波電圧が加熱電圧（UH）の大きさに関
係することを特徴とする請求項第２項から第13項のいず
れか１項に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3938286.9 | 1989-11-17 | ||
| DE3938286A DE3938286C2 (de) | 1989-11-17 | 1989-11-17 | Verfahren und Vorrichtung zur Temperatursteuerung eines den Durchsatz einer strömenden Fluidmasse erfassenden Meßwiderstands |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03172716A JPH03172716A (ja) | 1991-07-26 |
| JP2883702B2 true JP2883702B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=6393760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2241343A Expired - Fee Related JP2883702B2 (ja) | 1989-11-17 | 1990-09-13 | 流体の流量を検出する測定抵抗の温度制御方法及び装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5193388A (ja) |
| JP (1) | JP2883702B2 (ja) |
| KR (1) | KR0172449B1 (ja) |
| DE (1) | DE3938286C2 (ja) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4231831A1 (de) * | 1992-09-23 | 1994-03-24 | Pierburg Gmbh | Steuer- und Auswerteschaltung für einen Luftmassenstromsensor |
| US5445018A (en) * | 1994-01-27 | 1995-08-29 | Intek, Inc. | System and method for measuring the rate of fuel comsumption of an internal combustion engine |
| US5753815A (en) * | 1994-11-17 | 1998-05-19 | Ricoh Company, Ltd. | Thermo-sensitive flow sensor for measuring flow velocity and flow rate of a gas |
| KR970059713A (ko) * | 1996-01-17 | 1997-08-12 | 가나이 쯔도무 | 발열 저항체 타입 공기 유속 측정 장치 |
| DE19603340A1 (de) * | 1996-01-31 | 1997-08-07 | Bosch Gmbh Robert | Einrichtung zur Bestimmung des Durchsatzes eines strömenden Mediums |
| DE19742426B9 (de) * | 1997-09-25 | 2004-09-09 | Sew-Eurodrive Gmbh & Co | Schaltungsanordnung |
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