JP5284864B2 - 熱式空気流量計 - Google Patents

Description

本発明は、気体（空気）の流量を熱式により計測する熱式空気流量計に係り、特に自動車のエンジンに吸入される空気流量を検出するに適した熱式空気流量計に関する。

自動車のエンジン吸入空気流量計の従来例としては、特許文献１に記載されているような発熱抵抗体の過熱制御電流値を検出し、空気流量に変換する方式のものや、発熱抵抗体の上下流に配置された感温抵抗体への熱影響を温度差信号として検出し、それをブリッジ回路の電圧として捕らえる方式のもが知られている。

また特許文献２では熱式空気流量計で発生する出力応答性に関して、立ち上がりと立ち下がり特性をそれぞれ別々の補正を行うことで、検出部で発生する応答差を低減する手法が提案されている。

特開２００３−１８５４８１号公報 特開平１１−３５１９３８号公報

ところで、これらの熱式空気流量計が設置され使用される実際の車両環境下では、エンジン回転に同期した空気脈動が発生する。このような非定常な状態でも、検出した空気流量平均値と実際にエンジンに吸い込まれる空気流量とは一致していなければならないが、下記の要因によって誤差が発生する。

（１）検出素子の熱容量による応答遅れ
（２）流量の立ち上がりと立ち下がりでの応答差
（３）検出素子から空気へ伝わる熱量が空気流量に依存するために、応答性が空気流量依存性を持つこと
が挙げられる。

（１）は、検出素子の大きさと熱絶縁性に依存するが、小型化には限界があるため、応答遅れは少なからず発生する。
（２）は、先の従来例での解決が図られているが、この対策だけでは実エンジンでの脈動現象を正確に捕らえることはできない。
（３）は、これまで解決策が見つかっていない課題である。

このように、熱式空気流量計において、流量の立ち上がりと立ち下がりでの応答差や応答性には空気流量による依存性があるために、空気脈動時に検出した流量（検出流量）に誤差が発生する。このような非定常な状態でも、精度良くエンジンを制御するには、検出した空気流量平均値が実際にエンジンに吸い込まれる空気流量と一致していなければならない。

そこで、本発明は、上記する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、検出流量の立ち上がりと立ち下がりでの応答差や、応答性に空気流量依存性があるために、これにより空気脈動時に発生する検出誤差を低減することができる熱式空気流量計を提供することにある。

前記課題を解決すべく、本発明に係る熱式流量計は、流体を加熱する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に電流を流すことで、前記発熱抵抗体の加熱制御する加熱駆動回路と、前記発熱抵抗体で加熱された流体の温度を検出する感温抵抗体と、を備え、前記発熱抵抗体により発熱した流体の熱量に基づいて、前記流体の流量を検出する点を基本構成として、少なくとも検出流量と、検出流量の（時間）変化量と、に基づいて流量補正量を演算し、これを用いて検出流量を補正する点に着眼したものであり、以下のいずれかの点に特徴点を少なくとも有するものである。

第一の発明に係る熱式流量計は、前記検出流量の時間変化量と、前記検出流量に応じて設定された流量補正係数と、に基づいて、前記流量補正量を演算する点を特徴とするものである。

第二の発明に係る熱式流量計は、検出流量の値を、検出流量の値に応じた変換率で、非線形に変換し、変換した検出流量の時間変化量に基づいて、流量補正量を演算する点を特徴とするものである。

第三の発明に係る熱式流量計は、検出流量の時間変化量の項と、検出流量の時間を変数とした２階微分あるいはそれ以上の高次の微分の項と、を含む演算式を用いて、流量補正量を演算する点を特徴とするものである。

これら本発明に係る熱式空気流量計によれば、空気脈動が大きいエンジンシステムでも正確に空気流量が検出できる、また、検出素子の信頼性を損なうことなく、応答性が速く、且つ検出波形の歪の少ない流量を得ることができる。

第一実施形態に係る熱式空気流量計を備えた空気流量計測システム構成を示した図。 図１に示す流量検出部の平面図。 図２に示す流量検出部の断面図。 本実施形態の熱式空気流量計が実際に車両で使われる状態の実装断面模式図。 実使用状態における熱式空気流量計近傍の実際の空気流量と、従来の熱式空気流量計によって検出された検出流量との、脈動時における波形を示した図。 図１に示す熱式空気流量計の特性調整回路と、エンジン制御装置の構成のブロック図、及び図１に示す熱式空気流量計の応答補償処理演算回路のフロー図。 本実施形態に係る応答補償処理演算回路のステップ応答特性を示す図であり、（ａ）は、検出流量を、ステップ的に変化させた波形図、（ｂ）は、（ａ）の場合の応答補償フィルタ６０の出力を示した波形図、（ｃ）は、（ｂ）に示す応答補償フィルタを用いた場合の検出流量の補正後の波形を示した波形図。 本実施形態に係る熱式空気流量計を実際のエンジン取り付け状態で使用した時の波形図。 脈動の大きさに対する流量計の検出誤差特性を示した図。 バイパス通路内において空気流れに微小乱れが発生した場合の熱式空気流量計の波形図。 第二実施形態に係る熱式空気流量計の特性調整回路と、エンジン制御装置の構成のブロック図。 第三実施形態に係る熱式空気流量計の特性調整回路と、エンジン制御装置の構成のブロック図。 第四実施形態に係る熱式空気流量計を備えた空気流量計測システム構成を示した図。 図１３に示す熱式空気流量計を実際のエンジン取り付け状態で使用した時の波形図。

以下に、図面を参照して、本発明に係る熱式空気流量計のいくつかの実施形態に基づいて説明する。

〔第一実施形態〕
図１は、本実施形態に係る熱式空気流量計を備えた空気流量計測システム構成を示したものである。本空気流量計測システムは、空気流量計（熱式空気流量計）１、エンジン制御装置２、及びこれらを駆動するための電源３によって構成される。熱式空気流量計１は、空気流量を検知し電気信号に変換する流量検出部４、流量検出部内に配置されるヒータ抵抗（発熱抵抗体）７に電流を加熱制御する駆動回路（加熱駆動回路）５、及び流量検出部４で検出された電気信号を一定の入出力特性となるように補正する特性調整回路（流量演算手段）６によって構成される。

流量検出部４は、ヒータ抵抗（発熱抵抗体）７及び非加熱抵抗（感温抵抗体）９を備えており、これらは、駆動回路５に接続されている。ヒータ抵抗７は、後述する駆動回路５から電流が通電されることにより発熱し、少なくとも周囲温度よりも高い温度に、その周囲の流体（空気）を加熱するものである。非加熱抵抗９は、ヒータ抵抗７で加熱された流体の温度を検出するものであり、この検出した温度が一定となるように、ヒータ抵抗７は、駆動回路５により加熱制御される。

さらに、流量検出部４は、ヒータ抵抗７の下流側近傍に配置された温度センサ（温度検出抵抗体）１１，１２と、ヒータ抵抗７の上流側近傍に配置された温度センサ（温度検出抵抗体）１３，１４と、を備えており、これらは、定電圧源２６により接続され、ブリッジ回路４５を構成している。

駆動回路５は、その内部に配置された固定抵抗８，１０、及びオペアンプ１５を備えており、これによりヒータ抵抗７を加熱制御するヒータ制御回路として構成されている。この駆動回路５によって、オペアンプ１５からの電流が、ヒータ抵抗７に通電され、ヒータ抵抗７の加熱温度が周囲温度（流体）に対して一定値になるように、非加熱抵抗９の検出温度に基づいて、加熱制御される。

このようにして、ブリッジ回路４５の平衡状態からの変化に基づいて、温度センサ間においてヒータ抵抗７による流体の温度分布の変化（熱量）を、流体の流量（検出流量Ｑ）として検出している。空気流量が変化した場合、これらの温度センサに加わるヒータ抵抗からの熱影響が変化することを捕らえることで、空気流量と方向に応じた電圧信号が得られる。

図２に流量検出部４の平面図、図３に流量検出部４の断面図を示す。ヒータ抵抗７は縦長に抵抗が折り返したパターンで、この両側に上述した温度センサ１１，１２，１３，１４が配置された構造となっている。

このヒータ抵抗７と温度センサ１１，１２，１３，１４は、例えばシリコン基板４１の裏面からエッチングされ、熱容量が小さなダイヤフラム構造部４０に配置される。非加熱抵抗９は、ヒータ抵抗７の加熱による温度影響を受けにくい場所に配置されている。これらの素子は回路部との電気的接続を取るため、電極取り出し部４２から、例えば金線ワイヤボンディング等で接続される。また、温度センサ１１，１２，１３，１４、及び非加熱抵抗９のパターンのある場所が最も厚みがある構造となっている。本実施形態においては、温度センサ１１，１２，１３，１４のブリッジ中点の電位が、特性調整回路６に入力される。

特性調整回路６は、流量検出部４で検出された電気信号（検出流量）を補正して、流量を演算するものであり、アナログ・デジタル変換回路１６、応答補償処理演算回路１７、出力調整処理演算回路１８、及びデジタル・アナログ変換回路１９を備えている。

アナログ・デジタル変換回路１６は、流量に応じた電圧値をデジタル値に変換して読み取り、応答補償処理演算回路（流量補正量演算手段）１７に出力される。応答補償処理演算回路１７は、センサの応答性を補償するための流量補正量の演算を実施する（処理内容の詳細は後述する）。その後、出力調整処理演算回路（流量補正手段）１８に伝達され、流量補正量に基づいて検出流量を補正することにより検出流量Ｑを補正し、補正した流量を、規定の入出力特性に調整する。調整されたデジタル値は、デジタル・アナログ変換回路１９によってアナログ信号に変換された後、熱式空気流量計１の出力信号Ｖｏｕｔとして、エンジン制御装置２に出力される。

さらに、特性調整回路６は、この他にも、応答補償処理演算回路１７、出力調整処理演算回路１８で演算するための補償データや調整データを記憶しておくメモリ回路２０、及び各回路に電源を供給するための電源回路２１をさらに備えている。

熱式空気流量計１の出力信号Ｖｏｕｔは、エンジン制御装置２内のアナログ・デジタル変換回路２２に送られ、デジタル信号に変換された後、このデジタル信号を流量に変換して、流量信号Ｑｏｕｔが得られる。この流量信号Ｑｏｕｔを元に、エンジン制御処理演算回路２４により演算処理が行われ、最適な燃料噴射量が求められる。なお、この他エンジン制御装置２内には、各回路部に電源を供給するための電源回路２５を有している。

図４に、本実施形態の熱式空気流量計が実際に車両で使われる状態の実装断面模式図を示す。熱式空気流量計１は、空気通路管（吸気管）５１内に挿入される形で実装され、熱式空気流量計１と空気通路管５１との固定はフランジ５９によって行なわれる。

また、熱式空気流量計１のハウジング５８には、検出素子（流量検出部）４や回路素子５７が搭載された回路基板５６が実装される。吸気管内を流れる空気流５２は空気取り入れ口５３によって熱式空気流量計内に分流され、バイパス通路５４を通って検出素子４上を迂回し、バイパス出口５５からメイン通路管内に戻される。

このような実使用環境では、エンジンで発生した脈動流が発生し、熱式空気流量計の検出特性に影響を与えることがあり、ここで、これまでの熱式流量計の検出特性について、以下の図５を参照して、簡単に説明する。

図５は、実使用状態における熱式空気流量計近傍の実際の空気流量と、従来の熱式空気流量計によって検出された検出流量（前述のエンジン制御装置内で求められた流量信号Ｑｏｕｔ）との、脈動時における波形を比較して示した図である。

波形Ｗ１が真の流量の波形を表わしており、波形Ｗ２が流量計の出力を元に得られた流量検出信号の波形である。この例示した波形は、空気脈動成分を含む流量がゼロ流量よりも下回るほど大きく脈動している場合（すなわち逆流している瞬間もある場合）を示している。

このような空気流量を熱式空気流量計で検出した場合、応答遅れによって波形Ｗ２のような信号が得られる。この信号波形Ｗ２は、真値である波形Ｗ１に対して、単純に振幅が減り、位相がずれるような相違だけではない。

具体的には、まず１点目の相違点は、波形の立ち上がり部分Ｕ１が、波形の立ち下がりＤ２よりも早いという点であり、この点が特徴点として挙げられる。このような相違点が生ずる理由は、ヒータ抵抗７の加熱速度と放熱速度が対象ではないことによる。すなわち、熱式空気流量計のヒータ抵抗７の駆動回路によって加熱されるが、上述したように、ヒータ抵抗７は、放熱により冷却されることによるものである。

また２点目の相違点は、高流量と低流量では応答性に差があり、低流量の波形の部分Ｄ３は、高流量の波形の部分Ｄ２に比べてなだらかであり、低流量の方の応答性の方が、高流量に比べて遅れが大きい点である。これは空気流量によって、ヒータ抵抗７から奪われる熱量に差があり、低流量ほど熱が奪われにくいためである。このため、真の流量信号波形Ｗ１の平均値（平均流量）Ａ１と、熱式空気流量計の検出波形Ｗ２の平均値（平均流量）Ａ２との間には差が発生し、これが検出誤差となる。

図６は、図１に示す熱式空気流量計１の特性調整回路６と、エンジン制御装置２の構成のブロック図を示しており、図１に示す熱式空気流量計の応答補償処理演算回路のフロー図も合わせて示している。尚、メモリ回路２０と電源回路２１、２５の図示は省略してある。

本実施形態に示した応答補償処理演算回路１７は、応答補償フィルタ６０によって構成されており、Ａ／Ｄ変換された入力信号（検出流量）をＱ、流量補正係数をａ、及び、検出流量の時間変化量（時間を変数として検出流量を微分した値）をｄＱ／ｄｔをとして、下記の（１）の流量補正量の演算式に従って、流量補正係数ａと、検出流量の時間変化量ｄＱ／ｄｔとを乗じて、流量補正量ｃａを演算する。

ｃａ＝ａ・ｄＱ／ｄｔ （１）

このように応答補償フィルタ６０は、検出流量の時間変化量ｄＱ／ｄｔ、すなわち、検出流量（入力信号）を時間で１階微分演算した変化量（時間変化量）に基づいて、流量補正量を演算するので、検出の応答性を早めることができる。

また、この流量補正定数ａは、流量信号（検出流量）Ｑの値に応じて設定されている。すなわち、流量補正係数ａは、検出流量Ｑの増減に応じて異なる定数が選ばれるように、応答補償フィルタ６０に出力可能なように、メモリ回路２０の補正テーブルｔｂにそのデータが保持されている。

この補正テーブルｔｂは、図６に示すように、検出流量の変化量（ｄＱ／ｄｔ）が正の場合（検出流量が増加した場合）、検出流量の変化量（ｄＱ／ｄｔ）が負の場合（検出流量が減少したの場合）のそれぞれの場合において、検出流量に応じた流量補正係数ａのデータが保持されている。例えば、検出流量の変化量が負であり、そのときの検出された流量Ｑが、Ｑ１≦Ｑ＜Ｑ２の範囲にある場合には、流量補正係数ａはａｍ１に設定されている。また、検出流量Ｑの変化量が正であり、そのときの検出された流量Ｑが、Ｑ２≦Ｑ＜Ｑ３の範囲にある場合には、流量補正係数ａはａｐ２に設定されている。

図６に示すように、検出流量の変化量（ｄＱ／ｄｔ）が正の場合（検出流量が増加した場合）、検出流量の変化量（ｄＱ／ｄｔ）が負の場合（検出流量が減少したの場合）のいずれの場合であっても、そのとき検出流量Ｑの値（大きさ）が小さくなるに従って、流量補正係数ａが大きくなるように、流量補正係数（ａｍ１＞ａｍ２＞…＞ａｍｎ，ａｐ１＞ａｐ２＞…＞ａｐｎ）が設定される。これにより、後述するように、熱式空気流量計の流量検出部固有の特徴である高流量に比べて低流量における応答の遅れを抑制することができる。

さらに、検出流量が同じ範囲、又は同じ値にある場合において、検出流量Ｑの変化量が正（ｄＱ／ｄｔ＞０）の場合の流量補正係数が、検出流量Ｑの変化量が負の場合（ｄＱ／ｄｔ＜０）の流量補正係数よりも小さくなるように設定されている（ａｍ１＞ａｐ１，ａｍ２＞ａｐ２，…ａｍｎ＞ａｐｎ）。例えば、検出流量Ｑが、Ｑ１≦Ｑ＜Ｑ２の範囲にあり、検出流量Ｑの変化量が正（ｄＱ／ｄｔ＞０）の場合の流量補正係数ａｐ２は、検出流量Ｑの変化量が負（ｄＱ／ｄｔ＜０）の場合の流量補正係数ａｍ２よりも小さくなるように設定されている（ａｍ１＜ａｐ１）。これにより、後述するように、熱式空気流量計の流量検出部固有の特徴である検出流量Ｑの立ち上がりと立ち下りにおける応答性の違い（立下り時の応答性の遅れ）抑制することができる。

なお、流量補正係数ａは、検出流量に応じて上述したように設定されているが、各流量補正係数は、流量の変化量（波形の立ち上がり、立ち下り）、流量の大きさに合わせて、真値の流量の波形により近くなるように実験または解析により設定すればよい。

このような補正テーブルｔｂを用いて、流量補正量ｃａを演算する。具体的には、ステップ６１において、補償処理動作（流量補正量演算処理）としては、まず入力された流量信号（検出流量）Ｑと、検出流量の変化信号（検出流量変化量）ｄＱ／ｄｔを用いて、（１）検出流量Ｑがどの範囲にあるか、（２）検出流量Ｑの変化量（時間変化量）が、正か負の判定をする流量値判定処理が行われる。

次に、ステップ６２において、補正テーブルｔｂに格納された、流量信号Ｑ１（最低流量）からＱｎ（最高流量）の各範囲と、流量変化信号（流量変化量）ｄＱ／ｄｔの符号に合わせて、予めメモリ回路２０に記憶された応答補償定数（流量補正係数）が選択される。

例えば、検出流量の変化量（ｄＱ／ｄｔ）が負の時（即ち検出流量が減少時）に、検出流量Ｑが、最低流量Ｑ１≦Ｑ＜Ｑ２の範囲であれば、流量補正係数ａとしてａｍ１の値が選択され、検出流量Ｑが、流量Ｑｎ−１≦Ｑ≦最高流量Ｑｎの範囲にあれば、流量補正係数ａとしてａｍｎの値が選択され、このようにして補償定数選択処理が実行される。

その後、ステップ６３に進み、選択された流量補正係数ａと、検出流量の変化量ｄＱ／ｄｔに基づいて（具体的にはこれらを乗じることにより）、応答補償演算処理が実行される（流量補正量ｃａが演算される）。これにより、検出流量毎に応答補償の大きさが異なるようにフィルタの特性を設定できる。そして、出力調整処理演算回路１８において、流量補正量ｃａに基づいて、検出流量Ｑを補正する（具体的には、補正後の流量Ｑａ＝検出流量Ｑ＋流量補正量ｃａの演算をする）。以上のような構成とすることで、波形の立ち上がりと立ち下がり、及び流量値によって最適な応答補償の大きさを設定できるようになる。

図７は、本実施形態に係る応答補償処理演算回路のステップ応答特性を示す図であり、応答補償フィルタ６０の入力信号（検出流量）Ｑを、（ａ）は、ステップ的に変化させた波形図である。図７（ａ）に示すように、検出流量Ｑは、低流量側のステップ入力信号の波形を波形Ｑａ、高流量側のステップ入力信号の波形を波形Ｑｂとし、それぞれ同じ振幅の入力信号を与える。

図７（ｂ）は、（ａ）の場合の応答補償フィルタ６０の出力を示している。上述したように、補正テーブルにおいて、低流量側の応答補償定数（流量補正係数）を大きく、高流量側の応答補償定数（流量補正係数）を小さく設定し、且つ、立ち上がりよりも立ち下がりの補正定数を大きく設定しているので、応答補償処理後の出力値（流量補正量）ｃａの波形は、低流量では波形ｃａａ、高流量側では波形ｃａｂのようになり、検出流量Ｑと検出流量の変化の方向によって異なる微分波形となる。

図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示す応答補償フィルタを用いた場合の検出流量の補正後の波形を示している。本実施形態の応答補償処理演算回路を使用しない場合の検出波形Ｑｏｕｔは、高流量では波形Ｗｂ、低流量では波形Ｗａのようになる。どちらも流量検出部の応答遅れによって検出波形には遅れが見られると共に、流量の大小、及び立ち上がりと立ち下りにも差が見られる。しかし本実施形態の如くの応答補償処理演算回路を適用し、検出流量を補正した場合には、高流量では波形Ｗｃｂ、低流量では波形Ｗｃａのようになり、流量値や流量の立ち上がりや立ち下がりに依存せず、真値の波形Ｑａ，Ｑｂに近い応答性の改善された波形が得られる。

図８は、本実施形態に係る熱式空気流量計を実際のエンジン取り付け状態で使用した時の波形を示している。真の空気流量の波形がＷ１であるのに対して、従来の熱式空気流量計を元に得られた検出信号Ｑｏｕｔの波形はＷ２であったが、本発明の熱式空気流量計を用いた場合は波形Ｗ３のようになり、応答性が改善されると共に、波形の歪も改善される。このことによって検出流量の平均値（平均流量）Ａ３は真の空気流量の平均値Ａ１に近づき、補正なしの平均値Ａ２に比べて、脈動の大きな実使用状態でも誤差の少ない正確な流量検出が可能となる。

尚、本実施形態では波形の立ち上がりと立ち下がりの情報（すなわち、流量の変化量ｄＱ／ｄｔ）、及び空気流量値（検出流量Ｑ）のそれぞれの組み合わせで応答補償フィルタ定数（流量補正係数）を選択できるようにしてあるが、波形の立ち上がりと立ち下がりだけの情報で流量補正係数を設定しこれを選択したり、あるいは空気流量値だけの情報から流量補正係数を設定しこれを選択する構成とすることにより、検出流量Ｑを補正することでも一定の効果を得ることができることは明らかである。

図９は、脈動の大きさに対する流量計の検出誤差特性を示した図である。横軸には空気流量の平均値に対する脈動振幅の割合を表わした脈動率を取り、縦軸には真の空気流量の平均値と、熱式空気流量計の信号によってエンジン制御装置内で求めた空気流量信号Ｑｏｕｔの平均値との誤差を取ったものである。右側の領域程、脈動が大きい場合を示しており、ある値以上になると逆流が発生する領域になる。真値の値は、脈動率にかかわらず、誤差が０の値となる。

本実施形態の応答補償処理を行う前の脈動誤差特性（補正を行わないの場合）は、点線に示したように脈動率によって変化し、特に高脈動領域では大きな誤差を示している。一方、本実施形態の応答補償処理後の特性（補正を行った場合）は、検出波形が改善されたことで脈動率の大きな領域でも誤差の少ない特性となる。

以上のような構成とすることで、検出素子の応答性や放熱特性によって生じる様々な検出波形歪による誤差を低減でき、特に高脈動時の特性を大きく改善できるという効果を期待することができる。

図１０にバイパス通路内において空気流れに微小乱れが発生した場合の熱式空気流量計の波形図である。流量計の検出波形は、補正を行わない場合には、流量の波形Ｗ２のように乱れが発生し、流量平均値Ａ２’には誤差が生じる。このような乱れのある波形においても、図６に示したような応答補正による最適な流量補正係数の設定を施し、これを選択して流量補正量ｃａを演算して検出流量Ｑを補正することにより、補正後の流量の波形は波形Ｗ３ようになり、その結果平均流量Ａ３も誤差の少ない正確な値を検出可能となる。

〔第二実施形態〕
図１１に第二実施形態に係る熱式空気流量計の特性調整回路と、エンジン制御装置の構成のブロック図を示している。以下に、第一実施形態と相違する点のみを述べ、第二実施形態のうち第一実施形態と同じ構成は、詳細な説明を省略する。

本実施形態では応答補償フィルタ６０Ａの構成が、第一実施形態のようなテーブル方式ではなく、流量補正量の演算式に、検出流量Ｑの変化量（１階微分）の項と、検出流量Ｑの時間を変数とした２階微分の項と、からなる２階微分方程式（演算式）を用いて、流量補正料を演算するものである。すなわち、本実施形態では、第一実施形態に示したように、流量補正係数ａを補正テーブルを用いて設定しておらず、検出流量の変化量の流量補正係数ａは一定値に設定されており、その代りに、式（２）に示すように時間を変数として検出流量を２階微分した項ｂ・ｄＱ^２／ｄｔ^２を、流量補正量の演算式にさらに加えたものである。なお、ｂは、流量補正係数であり一定の値である。

ｃａ＝ａ・ｄＱ／ｄｔ＋ｂ・ｄＱ^２／ｄｔ^２ （２）

そして、予め実験等により流量補正係数ａ，ｂに最適な値を入力することで応答補償量（補正量）に流量依存性を持たせることができる。このような演算式による応答補正では、メモリ容量を低減した状態で流量値に応じた応答補償量を変えることができ、脈動時の検出誤差を低減できるという効果が得られる。

本実施形態では、流量補正係数ａ，ｂを定数としたが、流量補正係数ａを、第一実施形態に示す如く、検出流量の変化量と、検出流量の時間変化量の符号とに基づく補正テーブルｔｂを用いて設定してもよく、これにより、さらに正確な流量を得ることができる。また、本実施形態では、２階微分以上の高次の項を含む方程式で演算を行っても良いことは明らかである。

〔第三実施形態〕
図１２に第三実施形態に係る熱式空気流量計の特性調整回路と、エンジン制御装置の構成のブロック図を示している。以下に、第一実施形態と相違する点のみを述べ、第三実施形態のうち第一実施形態と同じ構成は、詳細な説明を省略する。

本実施形態が、第一実施形態と相違する点は、応答補償フィルタ６０Ｂの前に、検出流量の検出波形を非線形に変換する非線形変換回路（非線形変換手段）８６を設け、応答補償フィルタ６０Ｂの後に非線形性を元に戻す非線形逆変換回路８７を持たせた点である。

まず、非線形変換回路８６が、検出流量Ｑの値を、検出流量Ｑの値に応じた変換率（検出流量Ｑに応じて変化する変換率）で乗じることで、非線形に変換する。具体的には、検出流量Ｑの値が大きくなるに従って変換率（＞１）の値が小さくなるように変換率が設定され、これにより検出流量Ｑを変換して、Ｑｆとする。

この結果、検出流量Ｑの波形のカーブ特性を、検出流量Ｑが大きくなるに従って、流量の変化量が小さくなるに変換するので、変換した検出流量Ｑｆを、応答補償フィルタ６０Ｂに入力される特性カーブを低流量では大きく変化し、高流量では小さく変化するような特性にすることができる。

次に、応答補償フィルタ（補正量演算手段）が、変換した検出流量Ｑｆの時間変化量（ｄＱｆ／ｄｔ）に基づいて、流量補正量ｃａを演算する。変化量（ｄＱｆ／ｄｔ）は、非線形変換回路８６により、上述したように変換された（応答補償フィルタ演算を行った）ので、低流量に比べて、高流量の方がより大きい流量補正量ｃａの値となり、低流量ではより大きな補償がかかることになる。

そして、非線形逆変換回路８７で、変換された検出流量Ｑｆを検出流量Ｑとなるように、元に戻す変換を行い、出力調整処理演算回路（流量補正手段）１８で、この検出流量Ｑを流量補正量ｃａに基づいて補正する。
以上のような構成とすることでも、比較的簡易な構成において流量値に応じた応答補償量を変えることができ、脈動時の検出誤差を低減できるという効果が得られる。

〔第四実施形態〕
図１３は、第四実施形態に係る熱式空気流量計を備えた空気流量計測システム構成を示した図である。図１３に示す熱式空気流量計は、第一実施形態と流量検出部の構成が異なる。以下に、第一実施形態と相違する点のみを述べ、第四実施形態のうち第一実施形態と同じ構成は、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る熱式空気流量計１Ａの流量検出部４Ａは、第一実施形態のブリッジ回路４５を有さず、１つの発熱抵抗体９０と空気温度検出抵抗体（感温抵抗体）９１を用い、発熱抵抗体９０が空気温度（流体温度）に対して一定温度高くなるように、空気温度検出抵抗体９１の出力値に基づいて、駆動回路５により加熱制御される構成のものであり、空気流量に応じて発熱抵抗体９０から奪われる熱量を補う加熱電流量から空気流量を検出するものである。本実施形態の熱式空気流量計では流量の方向は検出できないものである。

本実施形態のように、逆流を検出することができない熱式空気流量計を用いた場合であっても、図１４に示すように、真の空気流量波形Ｗ１に対して、従来の熱式空気流量計を元に得られた検出信号ＱｏｕｔはＷ２であったが、本実施形態の熱式空気流量計を用いた場合は波形Ｗ３のようになり、応答性が改善されると共に、波形の歪も改善される。このことによって検出流量の平均値（平均流量）Ａ３は真の空気流量の平均値Ａ１に近づき、補正なしの平均値Ａ２に比べて、脈動の大きな実使用状態でも誤差の少ない正確な流量検出が可能となる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。

第一実施形態では、補正テーブルを用いて設定したが、流量補正係数を検出流量及び検出流量の変化量を２変数とした関数からなる演算式により、求めてもよい。

空気流量と空気温度を検出する装置、例えば飛行機や船舶、また空気以外の媒体、例えば水素等の流量検出装置で、高い信頼性を要求されるものに利用可能である。

１，１Ａ：熱式空気流量計、２：エンジン制御装置、３：電源、４：流量検出部（検出素子）、５：駆動回路（加熱駆動回路）、６：特性調整回路（流量演算手段）、７：ヒータ抵抗（発熱抵抗体）、９：非加熱抵抗（感温抵抗体）、８，１０：固定抵抗、１１，１２：下流側温度センサ、１３，１４：上流側温度センサ、１５：オペアンプ、１６：アナログ・デジタル変換回路、１７：応答補償処理演算回路（流量補正量演算手段）、１８：出力調整処理演算回路（流量補正手段）、１９：デジタル・アナログ変換回路、２０：メモリ回路、２１：電源回路、２２：アナログ・デジタル変換回路、２４：エンジン制御処理演算回路、２５：電源回路、２６：定電圧源、４０：ダイヤフラム構造部、４１：シリコン基板、４２：電極取り出し部、５１：空気通路管、５２：空気流、５３：空気取り入れ口、５４：バイパス通路、５５：バイパス出口、５６：回路基板、５７：回路素子、５８：ハウジング、５９：フランジ、６０，６０Ａ，６０Ｂ：応答補償フィルタ、８６：非線形変換回路、８７：非線形逆変換回路、９０：発熱抵抗体、９１：空気温度検出抵抗体（感温抵抗体）、Ｑ：検出流量、ｃａ：流量補正量、ｔｂ：補正テーブル

Claims (3)

1. 流体を加熱する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に電流を流すことで、前記発熱抵抗体を加熱制御する加熱駆動回路と、前記発熱抵抗体で加熱された前記流体の温度を検出する感温抵抗体と、を備え、前記発熱抵抗体により発熱した流体の熱量に基づいて、前記流体の流量を検出する熱式空気流量計であって、
   前記検出流量の変化量と、前記検出流量に応じて設定された流量補正係数と、に基づいて、流量補正量を演算する流量補正量演算手段と、該流量補正量に基づいて前記検出流量を補正する流量補正手段とを備え、
   前記検出流量の値が小さくなるに従って、前記流量補正係数が大きくなるように、前記流量補正係数が設定されていることを特徴とする熱式空気流量計。
2. 前記検出流量の変化量が正の場合の前記流量補正係数が、前記検出流量の変化量が負の場合の前記流量補正係数よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の熱式空気流量計。
3. 前記流量補正量を演算する演算式に、前記検出流量の２階微分あるいはそれ以上の高次の微分の項をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の熱式空気流量計。

Images