JP3741029B2

JP3741029B2 - 気体流量計

Info

Publication number: JP3741029B2
Application number: JP2001358655A
Authority: JP
Inventors: 隆史松村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2021-11-26
Also published as: JP2003156374A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体の流量を計測する装置に関する。特には自動車エンジンの制御に用いる気体流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの吸入空気量を検出する発熱抵抗体式気体流量計がある。この発熱抵抗体式気体流量計は気体通路中に配置された発熱抵抗体が所定温度に加熱され、その加熱電流から吸入空気量を検出するように構成されている。
【０００３】
この発熱抵抗体式気体流量計の出力信号は、電圧出力のほかに、エンジンコントロールユニットでの測定誤差を低減するため、外部基準電圧に比例させた信号に変換して出力するレシオメトリック電圧出力，パルス出力などの方式がある。
【０００４】
レシオメトリック電圧出力の発熱抵抗体式気体流量計の例としては、特開平２−８５７２４号公報に記載された吸入空気量検出装置がある。この公報記載の吸入空気量検出装置では、吸入空気量検出回路からの出力信号を、エンジンコントロールユニットのアナログ・デジタル変換器に供給される基準電圧の変動に応じて補正し、アナログ・デジタル変換器に出力する補正回路（レシオメトリック回路）が備えられている。このレシオメトリック回路により、アナログ・デジタル変換器に供給される基準電圧の変動に関係なく正確な吸入空気量を検出可能な吸入空気流量計が実現される。
【０００５】
また、パルス出力の発熱抵抗体式気体流量計の例としては、特許2846613 号公報に記載された空気流量計がある。この公報記載の空気流量計では、空気流量検出回路からの出力電圧は電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscilator：VCO)によって電圧の値に比例した周波数をもつパルス電圧に変換され、出力されるようになっている。
【０００６】
さらに最近では、気体流量計の調整精度の向上を図るため、特許3073089 号公報に記載された空気流量計のように、空気量検出回路からの出力電圧をデジタル信号に変換後、デジタル調整してアナログ信号に戻して出力させる方法もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平２−８５７２４号公報に記載された従来技術にあっては、発熱抵抗体に流れる電流が大きくなると、基準電位（ＧＮＤ）配線抵抗による電圧降下が大きくなり、レシオメトリック回路の基準電位となる接地電位が、エンジンコントロールユニットの基準電位となる接地電位より高くなり、レシオメトリック回路の増幅率が低下するため、誤差が発生し、気体流量計の出力信号の精度が低下するという問題点があった。
【０００８】
また、気体流量計の出力がパルス出力の場合、センサの調整手段がデジタル補正方式だとデジタル値から直接パルス出力にした方が回路構成が小さくなるが、この場合発振器を用いる必要がある。発振器として、ＩＣ上に集積化できるＣＲ発振器を用いると、抵抗の温度特性が大きいので、基準としている発振周波数が変わって、出力パルスの周波数が変わり、誤差が発生するという問題点があった。
【０００９】
本発明の目的はパルス出力型気体流量計において、温度変化による出力誤差の小さい気体流量計を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、エンジンコントロールユニットに気体流量をパルス信号として出力する気体流量計であって、気体通路中に配置される抵抗体に流れる電流または発生電圧を検出することにより、前記気体通路中を流れる気体流量を検出する気体流量検出手段と、前記気体流量検出手段からの信号をゼロ点／スパン調整する調整手段と、外部のエンジンコントロールユニットから入力された基準周波数に基づいて、前記調整手段からの信号を前記パルス信号に変換するパルス変換手段とを備えたことにより達成される。
【００１１】
（１）気体通路中に配置される抵抗体に流れる電流や発生電圧を検出することにより、前記気体通路中を流れる気体流量を電圧信号として出力する気体流量検出回路と、検出した気体流量に基づいた信号をゼロ点／スパン調整して出力する調整回路を備えた気体流量計において、外部基準周波数に比例させた信号に変換して出力するパルス出力回路を備える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、気体流量計の一例であるパルス出力型発熱抵抗体式気体流量計について、図示の実施例により詳細に説明する。図１は本発明の実施例であるパルス出力型発熱抵抗体式気体流量計１０、ならびにエンジンコントロールユニット２００との接続を表わした概略回路構成図である。
【００１６】
まず、気体流量検出回路２０については、主に、演算増幅器１１０，パワートランジスタ２５，発熱抵抗体（ホットワイヤ、あるいは熱線などとも呼ばれる）２１，気体温度測定抵抗体（コールドワイヤ、あるいは冷線などとも呼ばれる）２２，抵抗２３，２４から構成され、また、調整回路については、主に、アナログ・デジタル変換器１２１，１２２、温度センサ１３０，デジタル演算器１４０，ＲＡＭ１４１，ＲＯＭ１４２，ＥＥＰＲＯＭ１４３などのメモリ、パルス出力回路１５０，発振器１６０などからなる。これらの要素のうち、演算増幅器110,アナログ・デジタル変換器１２１，１２２，温度センサ１３０，デジタル演算器１４０，ＲＡＭ１４１，ＲＯＭ１４２，ＥＥＰＲＯＭ１４３などのメモリ，パルス出力回路１５０，発振器１６０は１チップの集積回路１００上にまとめることが可能である。
【００１７】
気体流量検出回路２０は、発熱抵抗体２１の温度を常に一定にする、つまり、演算増幅器１１０でブリッジバランスを保って、抵抗値を一定にする回路であり、気体流量が多いほど、発熱抵抗体２１からの放熱が増えるので、加熱電流が増える。この加熱電流は、抵抗２３の両端の電圧に比例するので、この電圧を測定すれば気体流量を検出できる。
【００１８】
電流検出抵抗２３で変換された電圧出力をアナログ・デジタル変換器１２１にてデジタル値に変換する。また、温度センサ１３０出力もアナログ・デジタル変換器１２２にてデジタル値に変換する。これら２つのデジタル値をデジタル演算器１４０に入力し、ＲＯＭ１４２に記憶されている所定のプログラムによりゼロ点・スパン調整、およびアナログ・デジタル変換器１２１などの温度補正を計算にて行い、その結果をデジタル出力する。なお、この演算におけるゼロ点・スパンの調整係数は、ＥＥＰＲＯＭなどのメモリ１４３に予め記憶されている。また、デジタル演算器１４０は、非線形な演算が容易であるため、出力の調整において、ゼロ点・スパン調整のみならず、非線形調整を容易に行うことが可能である。この非線形調整により、調整精度は±２％以下となる。計算結果のデジタル信号はパルス出力回路１５０に入力し、パルス信号に変換して所望の気体流量に対するパルス出力を得る。
【００１９】
パルス出力回路の基準周波数は内部の発振器１６０からの周波数と例えばエンジンコントロールユニット２００などの外部発振器２１０からの基準周波数を必要に応じて切り替えられるようにスイッチ１７０を設けている。内部発振器160については集積化しやすいようにＣＲ発振器を用いる。ＣＲ発振器に用いられる抵抗は、温度係数が大きく、温度変化により周波数が変化する。この温度変化による発振周波数の変化は、チップ内部の温度センサ１３０の出力を用いて補正が可能であるが、完全にゼロに補正することは不可能である。一方、エンジンコントロールユニット２００の発振器２１０には温度安定性の高い水晶発振器からの周波数を用いているので、この安定した周波数を気体流量計１０のパルス出力の基準周波数に用いることにより、温度変化に対しても誤差のない出力を得ることができる。また、気体流量計１０からエンジンコントロールユニット２００に入力されるパルス信号はカウンタ２１１で測定されるが、このカウンタ２１１も同じ基準周波数を用いているので、測定安定性が良くなる。
【００２０】
次に、図２にパルス出力回路１５０の概略回路構成の一例を示す。パルス出力回路１５０は、カウンタ１５１,Ｔ−フリップフロップ１５２,定数発生器１５３，スイッチ１５４，遅延器１５５，加減算器１５６により構成される。図３に回路の動作チャートを示す。カウンタ１５１ではクロック入力がＨｉとなる毎にカウンタ１５１のカウンタ値から入力デジタル値を減算する。このカウンタは例えば図４に示すように、遅延器１５７とマイナスのときにＨｉを出力する符号判定回路１５８、および加算器１５９から構成される。カウンタ１５１のカウンタ値がマイナスとなって、カウンタ出力がＬｏ→Ｈｉとなると、Ｔ−フリップフロップ１５２は出力を反転させ、さらに、次のクロック入力で、定数発生器１５３とカウンタ１５１の間にあるスイッチ１５４に遅延器１５５からの出力でトリガをかけて、カウンタ１５１にある定数値を加える。これにより、カウンタ１５１のカウンタ値は正となって、カウンタ出力はＨｉ→Ｌｏとなる。この動作の繰り返しにより、図３から、このパルス出力回路１５０のパルス周期Ｔｏｕｔの期待値は、
Ｔｏｕｔ＝（定数／入力値）×Ｔ×２
であることが容易に導かれる。ここでＴはクロックの周期とする。
【００２１】
したがって、周波数は周期の逆数であるから、デジタル入力値に比例した周波数を持つパルス出力が得られる。
【００２２】
本実施例によれば、パルス出力型気体流量計において、エンジンコントロールユニットなどから外部周波数基準を用いることにより、内部発振器の温度特性を無視できるので、温度変化による出力パルス信号の誤差がなくなる。気体流量計からエンジンコントロールユニットに入力されるパルス信号はカウンタで測定されるが、このカウンタも同じ基準周波数を用いているので、測定安定性が良くなる。
【００２３】
また、簡単な回路構成で精度のよいパルス出力回路を提供できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、温度変化による出力誤差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であるパルス出力型発熱抵抗気体流量計、ならびにエンジンコントロールユニットとの接続を表わした概略回路構成図。
【図２】パルス出力回路の概略回路構成の一例。
【図３】パルス出力回路の動作チャート。
【図４】カウンタの概略構成の一例。
【符号の説明】
１０…パルス出力型発熱抵抗体式気体流量計、２０…気体流量検出回路、２１…発熱抵抗体、２２…気体温度測定抵抗体、２３，２４…抵抗、１２１，１２２…アナログ・デジタル変換器、１３０…温度センサ、１４０…デジタル演算器、１５０…パルス出力回路、１５１，２１１…カウンタ、１５２…Ｔ−フリップフロップ、１５３…定数発生器、１５４…スイッチ、１６０，２１０…発振器、１７０…スイッチ、２００…エンジンコントロールユニット。

Claims

エンジンコントロールユニットに気体流量をパルス信号として出力する気体流量計であって、
気体通路中に配置される抵抗体に流れる電流または発生電圧を検出することにより、前記気体通路中を流れる気体流量を検出する気体流量検出手段と、
前記気体流量検出手段からの信号をゼロ点／スパン調整する調整手段と、
外部のエンジンコントロールユニットから入力された基準周波数に基づいて、前記調整手段からの信号を前記パルス信号に変換するパルス変換手段とを備えたことを特徴とする気体流量計。
請求項１において、
前記調整手段はゼロ点／スパン調整した信号をデジタル値として出力し、
前記パルス変換手段は、カウンタ値が負となるとＨｉを出力するカウンタ、およびカウンタの出力を入力としたＴ−フリップフロップを有し、前記カウンタはクロック入力が
Ｈｉとなる毎にカウンタ値から入力値を減算し、カウンタ値が負となって、前記気体流量計のパルス出力であるＴ−フリップフロップの出力が反転し、かつ、カウンタに定数を加えることの繰り返しにより、前記デジタル値に比例した周波数を持つパルス信号を発生することを特徴とする気体流量計。
請求項１において、
基準周波数を発生させる周波数発生手段と、
前記エンジンコントロールユニットから入力された基準周波数と前記周波数発生手段で発生させた基準周波数とを切り替えて前記パルス変換手段に出力する切替手段とを備え、
前記パルス変換手段が前記切替手段の出力した基準周波数に基づいて、前記調整手段からの信号を前記パルス信号に変換することを特徴とする気体流量計。