JP6312885B1 - 熱式空気流量計 - Google Patents
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Abstract
【課題】逆流を伴う脈動流が発生した場合にも精度の良い流量計測を安価な構成で実現し得る熱式空気流量計を提供する。【解決手段】信号処理部３は、センサ２５の出力信号に対してその交流成分の振幅増加処理を行った第1振幅増加信号と第２振幅増加信号をそれぞれ出力する応答補正部７と、第２振幅増加信号と予め設定された比較閾値ＴＨとを比較し、比較閾値に対して負側になる第２振幅増加信号の負側部分に応じた負側の比較信号を出力する比較信号出力部８と、比較信号を平均化した平均信号を出力する平均化処理部９と、平均信号に対して予め設定された調整係数を乗算した係数倍信号を出力する係数倍処理部１０と、係数倍信号により第1振幅増加信号を減少補正した値を、流量信号として出力する信号補正処理部１１とを備え、比較閾値ＴＨは、少なくとも吸入空気の順流方向について予め計測されたセンサ２５の出力特性に基づいて設定される。【選択図】図４
Description
本発明は、内燃機関の吸入空気の流量を検出する熱式空気流量計に関するものである。
自動車等に搭載される内燃機関の電子制御式の燃料噴射システムにおいて、吸入空気の質量流量を計測できる熱式空気流量計が広く使用されている。
しかし、内燃機関の回転数が低く、且つ高負荷の運転条件において、逆流を伴う脈動流が発生する。
そのため、逆流検出が出来ない従来の熱式空気流量計では大きな流量検出誤差が発生していた。
この逆流を伴う脈動流の計測時の流量検出誤差を低減するため、空気の流れ方向を検出し、逆流を検出したときに、流量信号を補正する方法が提案されている。
しかし、内燃機関の回転数が低く、且つ高負荷の運転条件において、逆流を伴う脈動流が発生する。
そのため、逆流検出が出来ない従来の熱式空気流量計では大きな流量検出誤差が発生していた。
この逆流を伴う脈動流の計測時の流量検出誤差を低減するため、空気の流れ方向を検出し、逆流を検出したときに、流量信号を補正する方法が提案されている。
例えば特許文献１の技術では、逆流を伴う脈動が発生した場合、差動増幅部２にて逆流方向の流量信号を取り出しパルスに変換した後、LPF部にて平滑化し、元の流量信号から減算することで脈動補正を行っている。
しかしながら、差動増幅部２にて逆流方向の流量信号Ｖｄ１を取り出す際の基準電圧については設定方法が述べられておらず、他電子部品のばらつきが逆流方向の流量信号を取り出す際の基準電圧に影響を与え、結果的にセンサ個々での脈動特性のバラツキが大きくなる問題が挙げられる。
本発明は、従来技術における上記問題点を解決するためになされたものであり、逆流を伴う脈動流が発生した場合にも精度の良い流量計測を安価な構成で実現し得る熱式空気流量計を提供することを目的とする。
本発明は、内燃機関に吸入される吸入空気が流れる吸気管内に配置され、前記吸入空気の一部を取り込んで流すバイパス流路と、
前記バイパス流路内に配置された流量検出素子を有し、前記吸気管内を順流方向及び逆流方向に流れる前記吸入空気の流量に応じた出力信号を出力するセンサと、
前記センサの出力信号を処理する信号処理部とを備えた熱式空気流量計において、
前記信号処理部は、
前記センサの出力信号に対してその交流成分の振幅増加処理を行った第1振幅増加信号と第２振幅増加信号をそれぞれ出力する応答補正部と、
前記第２振幅増加信号と予め設定された比較閾値とを比較し、前記比較閾値に対して負側になる前記第２振幅増加信号の負側部分に応じた負側の比較信号を出力する比較信号出力部と、
前記比較信号を平均化した平均信号を出力する平均化処理部と、
前記平均信号に対して予め設定された調整係数を乗算した係数倍信号を出力する係数倍処理部と、
前記係数倍信号により前記第1振幅増加信号を減少補正した値を、流量信号として出力する信号補正処理部とを備え、
前記比較閾値は、予め計測された前記センサの出力特性に基づいて設定される。
前記バイパス流路内に配置された流量検出素子を有し、前記吸気管内を順流方向及び逆流方向に流れる前記吸入空気の流量に応じた出力信号を出力するセンサと、
前記センサの出力信号を処理する信号処理部とを備えた熱式空気流量計において、
前記信号処理部は、
前記センサの出力信号に対してその交流成分の振幅増加処理を行った第1振幅増加信号と第２振幅増加信号をそれぞれ出力する応答補正部と、
前記第２振幅増加信号と予め設定された比較閾値とを比較し、前記比較閾値に対して負側になる前記第２振幅増加信号の負側部分に応じた負側の比較信号を出力する比較信号出力部と、
前記比較信号を平均化した平均信号を出力する平均化処理部と、
前記平均信号に対して予め設定された調整係数を乗算した係数倍信号を出力する係数倍処理部と、
前記係数倍信号により前記第1振幅増加信号を減少補正した値を、流量信号として出力する信号補正処理部とを備え、
前記比較閾値は、予め計測された前記センサの出力特性に基づいて設定される。
本発明によれば脈動補正に影響を与える比較閾値をセンサ個々にて精度よく設定でき、更には逆流特性を計測しない場合においても比較閾値を精度良く設定することが可能であるため、逆流特性計測用の設備投資が不要であること、また組み立て時の工数削減が可能である。
実施の形態１.
本実施の形態に係る熱式空気流量計１について図面を参照して説明する。
熱式空気流量計１は、内燃機関に吸入される吸入空気が流れる吸気管３５に取り付けられる。
図１は、吸気管３５に取り付けられた状態の熱式空気流量計１を、吸入空気の流れ方向Ｘに平行な平面で切断した側断面図である。
熱式空気流量計１の本体部２６が、吸気管３５に設けられた挿入孔３６を通って吸気管３５内に挿入された状態で、熱式空気流量計１のフランジ部３０が吸気管３５に固定されている。
本実施の形態に係る熱式空気流量計１について図面を参照して説明する。
熱式空気流量計１は、内燃機関に吸入される吸入空気が流れる吸気管３５に取り付けられる。
図１は、吸気管３５に取り付けられた状態の熱式空気流量計１を、吸入空気の流れ方向Ｘに平行な平面で切断した側断面図である。
熱式空気流量計１の本体部２６が、吸気管３５に設けられた挿入孔３６を通って吸気管３５内に挿入された状態で、熱式空気流量計１のフランジ部３０が吸気管３５に固定されている。
熱式空気流量計１は、吸気管３５内に配置され、吸気管３５内を流れる吸入空気の一部を取り込んで流すバイパス流路２９と、バイパス流路２９内に配置された流量検出素子２４を有するセンサ２５と、センサ２５の出力信号Ｖｍを処理する信号処理部３と、を備えている。
本体部２６には、熱式空気流量計１の吸気管３５内への挿入方向に沿って、コネクタ部３３、回路収納部２７、バイパス流路２９が形成されている。
回路収納部２７内には、後述するセンサ２５の差分電流出力回路１８及び信号処理部３の処理回路が搭載された回路基板２８が収納されている。
各回路の駆動電源２２及び信号処理部３の流量信号Ｖｏｕｔは、コネクタ部３３を介して外部の電源及び制御装置に接続される。
回路収納部２７内には、後述するセンサ２５の差分電流出力回路１８及び信号処理部３の処理回路が搭載された回路基板２８が収納されている。
各回路の駆動電源２２及び信号処理部３の流量信号Ｖｏｕｔは、コネクタ部３３を介して外部の電源及び制御装置に接続される。
＜バイパス流路２９＞
吸気管３５内の吸入空気は、内燃機関の運転中は、通常は、順流方向Ｘ１に流れる。
順流方向Ｘ１は、吸気管３５の吸入口から内燃機関に向かって流れる方向である。
しかし、熱式空気流量計１よりも順流方向Ｘ１の下流側の吸気管３５に設けられたスロットルバルブが開き、スロットルバルブの上下流の圧力差が減少すると、内燃機関側から熱式空気流量計１に圧力脈動が伝達する。
この圧力脈動により、熱式空気流量計１付近を流れる吸入吸気の流量が脈動する。
伝達する圧力脈動の振幅が増加すると、脈動流において逆流方向Ｘ２に流れる区間が生じる。
逆流方向Ｘ２は、内燃機関から吸気管３５の吸入口に向かって流れる方向である。
吸気管３５内の吸入空気は、内燃機関の運転中は、通常は、順流方向Ｘ１に流れる。
順流方向Ｘ１は、吸気管３５の吸入口から内燃機関に向かって流れる方向である。
しかし、熱式空気流量計１よりも順流方向Ｘ１の下流側の吸気管３５に設けられたスロットルバルブが開き、スロットルバルブの上下流の圧力差が減少すると、内燃機関側から熱式空気流量計１に圧力脈動が伝達する。
この圧力脈動により、熱式空気流量計１付近を流れる吸入吸気の流量が脈動する。
伝達する圧力脈動の振幅が増加すると、脈動流において逆流方向Ｘ２に流れる区間が生じる。
逆流方向Ｘ２は、内燃機関から吸気管３５の吸入口に向かって流れる方向である。
このように吸気管３５内の吸入空気は、順流方向Ｘ１だけでなく、脈動の影響により逆流方向Ｘ２にも流れる。
そして、バイパス流路２９は、吸気管３５内の吸入空気の順流方向Ｘ１又は逆流方向Ｘ２に応じた方向の空気を流すように構成されている。
すなわち、吸気管３５内を吸入空気が順流方向Ｘ１に流れている場合は、バイパス流路２９内を空気が順流方向Ｘ１に流れる。
一方、吸気管３５内を吸入空気が逆流方向Ｘ２に流れている場合は、バイパス流路２９内を空気が逆流方向Ｘ２に流れる。
そして、バイパス流路２９は、吸気管３５内の吸入空気の順流方向Ｘ１又は逆流方向Ｘ２に応じた方向の空気を流すように構成されている。
すなわち、吸気管３５内を吸入空気が順流方向Ｘ１に流れている場合は、バイパス流路２９内を空気が順流方向Ｘ１に流れる。
一方、吸気管３５内を吸入空気が逆流方向Ｘ２に流れている場合は、バイパス流路２９内を空気が逆流方向Ｘ２に流れる。
本実施の形態では、バイパス流路２９は、順流方向Ｘ１の上流側に向いて開口する流入口３１と、流れ方向Ｘに直交する方向（本例では本体部２６の挿入方向）に向いて開口する流出口３２と、を備えている。
順流方向Ｘ１に流れる吸入空気の一部は、流入口３１に流入した後、バイパス流路２９内を順流方向Ｘ１に流れて、流量検出素子２４を通過した後、流出口３２から吸気管３５内に流出する。
一方、逆流方向Ｘ２に流れる吸入空気の一部は、流出口３２に流入した後、バイパス流路２９内を逆流方向Ｘ２に流れて、流量検出素子２４を通過した後、流入口３１から吸気管３５内に流出する。
流出口３２は、流れ方向Ｘに直交する方向に開口しているので、順流方向Ｘ１及び逆流方向Ｘ２の吸入空気の流量が同じである条件において、流出口３２に流入する逆流方向Ｘ２の吸入空気の流量は、流入口３１に流入する順流方向Ｘ１の吸入空気の流量よりも少なくなる。
なお、本実施の形態では、バイパス流路２９には、副流出口３７が設けられているが、副流出口３７が設けられなくともよい。
順流方向Ｘ１に流れる吸入空気の一部は、流入口３１に流入した後、バイパス流路２９内を順流方向Ｘ１に流れて、流量検出素子２４を通過した後、流出口３２から吸気管３５内に流出する。
一方、逆流方向Ｘ２に流れる吸入空気の一部は、流出口３２に流入した後、バイパス流路２９内を逆流方向Ｘ２に流れて、流量検出素子２４を通過した後、流入口３１から吸気管３５内に流出する。
流出口３２は、流れ方向Ｘに直交する方向に開口しているので、順流方向Ｘ１及び逆流方向Ｘ２の吸入空気の流量が同じである条件において、流出口３２に流入する逆流方向Ｘ２の吸入空気の流量は、流入口３１に流入する順流方向Ｘ１の吸入空気の流量よりも少なくなる。
なお、本実施の形態では、バイパス流路２９には、副流出口３７が設けられているが、副流出口３７が設けられなくともよい。
＜センサ２５＞
センサ２５は、バイパス流路２９内に配置された流量検出素子２４を有する。
図２は、流量検出素子２４の平面図である。
図３は、図２のＡ−Ａ位置の流量検出素子２４の断面図である。
センサ２５は、流量検出素子２４として、順流方向Ｘ１の上流側の発熱抵抗体である上流発熱抵抗体１８１と、上流発熱抵抗体１８１の順流方向Ｘ１の下流側に配置された発熱抵抗体である下流発熱抵抗体１８２と、を備えている。
センサ２５は、バイパス流路２９内に配置された流量検出素子２４を有する。
図２は、流量検出素子２４の平面図である。
図３は、図２のＡ−Ａ位置の流量検出素子２４の断面図である。
センサ２５は、流量検出素子２４として、順流方向Ｘ１の上流側の発熱抵抗体である上流発熱抵抗体１８１と、上流発熱抵抗体１８１の順流方向Ｘ１の下流側に配置された発熱抵抗体である下流発熱抵抗体１８２と、を備えている。
空気が順流方向Ｘ１に流れる場合は、下流発熱抵抗体１８２に比べて上流発熱抵抗体１８１の温度が相対的に低くなる。
空気が逆流方向Ｘ２に流れる場合は、上流発熱抵抗体１８１に比べて下流発熱抵抗体１８２の温度が相対的に低くなる。
また、順流方向Ｘ１又は逆流方向Ｘ２の流量が増加するに従って、相対的な温度差が増加する。
発熱抵抗体１８１、１８２は、温度が低下するに従って、抵抗値が低くなる。
詳細は後述するが、相対的な温度差による抵抗差を利用することにより、流れ方向を検出することができると共に、流量の大きさを検出できる。
空気が逆流方向Ｘ２に流れる場合は、上流発熱抵抗体１８１に比べて下流発熱抵抗体１８２の温度が相対的に低くなる。
また、順流方向Ｘ１又は逆流方向Ｘ２の流量が増加するに従って、相対的な温度差が増加する。
発熱抵抗体１８１、１８２は、温度が低下するに従って、抵抗値が低くなる。
詳細は後述するが、相対的な温度差による抵抗差を利用することにより、流れ方向を検出することができると共に、流量の大きさを検出できる。
流量検出素子２４は、シリコン基板２４１と、その表面に形成された絶縁膜２４２とからなり、絶縁膜２４２の内部に、上流発熱抵抗体１８１及び下流発熱抵抗体１８２が形成されている。
絶縁膜２４２における発熱抵抗体１８１、１８２の形成部分の裏面側のシリコン基板２４１は、エッチング等により除去されており、その結果、発熱抵抗体１８１、１８２の形成部分は、薄膜構造となっている。
絶縁膜２４２における発熱抵抗体１８１、１８２の形成部分の裏面側のシリコン基板２４１は、エッチング等により除去されており、その結果、発熱抵抗体１８１、１８２の形成部分は、薄膜構造となっている。
図４は、センサ２５の回路図及び信号処理部３のブロック図である。
センサ２５は、上流発熱抵抗体１８１の両端電圧を予め設定された上流電圧値に保つために上流発熱抵抗体１８１に流れる上流電流Ｉｈｕと、下流発熱抵抗体１８２の両端電圧を予め設定された下流電圧値に保つために下流発熱抵抗体１８２に流れる下流電流Ｉｈｄと、の差に応じた出力信号Ｖｍを生成する差分電流出力回路１８を備えている。
センサ２５は、上流発熱抵抗体１８１の両端電圧を予め設定された上流電圧値に保つために上流発熱抵抗体１８１に流れる上流電流Ｉｈｕと、下流発熱抵抗体１８２の両端電圧を予め設定された下流電圧値に保つために下流発熱抵抗体１８２に流れる下流電流Ｉｈｄと、の差に応じた出力信号Ｖｍを生成する差分電流出力回路１８を備えている。
本実施の形態では、差分電流出力回路１８は、上流固定抵抗２０、下流固定抵抗１９、オペアンプ２３、及び出力抵抗２１を備えている。
オペアンプ２３の出力端子と、オペアンプ２３の−側入力端子とは、出力抵抗２１を介して接続されている。
この接続により、オペアンプ２３の−側入力端子と＋側入力端子とに電位差が生じた場合に、電位差を無くすように、出力抵抗２１に電流が流れる負帰還回路が構成されている。
オペアンプ２３の出力端子と、オペアンプ２３の−側入力端子とは、出力抵抗２１を介して接続されている。
この接続により、オペアンプ２３の−側入力端子と＋側入力端子とに電位差が生じた場合に、電位差を無くすように、出力抵抗２１に電流が流れる負帰還回路が構成されている。
下流固定抵抗１９及び上流固定抵抗２０は、この順で、電源２２とグランドとの間に直列接続されている。
下流固定抵抗１９と上流固定抵抗２０との接続部が、オペアンプ２３の＋側入力端子に接続される。
よって、電源電圧Ｖｃを下流固定抵抗１９及び上流固定抵抗２０により分圧した電圧が、オペアンプ２３の＋側入力端子に入力される。
電源電圧Ｖｃを分圧した上流固定抵抗２０の両端電圧が上流電圧値となり、電源電圧Ｖｃを分圧した下流固定抵抗１９の両端電圧が下流電圧値となる。
本実施の形態では、上流固定抵抗２０及び下流固定抵抗１９は、同じ抵抗値Ｒとされており、上流電圧値及び下流電圧値は、同じ電源電圧Ｖｃの１／２となり、オペアンプ２３の＋側入力端子には、電源電圧Ｖｃの１／２が入力される。
下流固定抵抗１９と上流固定抵抗２０との接続部が、オペアンプ２３の＋側入力端子に接続される。
よって、電源電圧Ｖｃを下流固定抵抗１９及び上流固定抵抗２０により分圧した電圧が、オペアンプ２３の＋側入力端子に入力される。
電源電圧Ｖｃを分圧した上流固定抵抗２０の両端電圧が上流電圧値となり、電源電圧Ｖｃを分圧した下流固定抵抗１９の両端電圧が下流電圧値となる。
本実施の形態では、上流固定抵抗２０及び下流固定抵抗１９は、同じ抵抗値Ｒとされており、上流電圧値及び下流電圧値は、同じ電源電圧Ｖｃの１／２となり、オペアンプ２３の＋側入力端子には、電源電圧Ｖｃの１／２が入力される。
また、下流発熱抵抗体１８２及び上流発熱抵抗体１８１は、この順で、電源２２とグランドとの間に直列接続されている。
下流発熱抵抗体１８２と上流発熱抵抗体１８１との接続部が、オペアンプ２３の−側入力端子に接続される。
よって、電源電圧Ｖｃを下流発熱抵抗体１８２及び上流発熱抵抗体１８１により分圧した電圧Ｖｈが、オペアンプ２３の−側入力端子に入力される。
本実施の形態では、下流発熱抵抗体１８２及び上流発熱抵抗体１８１は、同じ温度であれば、同じ抵抗値となる。
下流発熱抵抗体１８２と上流発熱抵抗体１８１との接続部が、オペアンプ２３の−側入力端子に接続される。
よって、電源電圧Ｖｃを下流発熱抵抗体１８２及び上流発熱抵抗体１８１により分圧した電圧Ｖｈが、オペアンプ２３の−側入力端子に入力される。
本実施の形態では、下流発熱抵抗体１８２及び上流発熱抵抗体１８１は、同じ温度であれば、同じ抵抗値となる。
順流方向Ｘ１の流れの場合は、下流発熱抵抗体１８２に比べ上流発熱抵抗体１８１の温度が相対的に低下するため、下流発熱抵抗体１８２に比べ上流発熱抵抗体１８１の抵抗値が相対的に低下する。
その結果、オペアンプ２３の−側入力端子の電圧Ｖｈが、オペアンプ２３の＋側入力端子の電圧（Ｖｃ／２）よりも低くなる。
そのため、オペアンプ２３の出力端子の電圧Ｖｍが、−側入力端子の電圧Ｖｈよりも高くなり、出力抵抗２１を出力端子側から−側入力端子側に向かって電流Ｉｍが流れる。
また、上流発熱抵抗体１８１を流れる上流電流Ｉｈｕは、下流発熱抵抗体１８２を流れる下流電流Ｉｈｄよりも大きくなる。
出力抵抗２１の電流Ｉｍは、式（１）のように表せられる。
順流方向Ｘ１の流量が増加するに従って、上流発熱抵抗体１８１の相対的な温度低下量及び抵抗値低下量が増加するため、電流Ｉｍが増加する。
Ｉｈｕ＞Ｉｈｄ
Ｉｍ＝Ｉｈｕ−Ｉｈｄ＞０ ・・・（１）
その結果、オペアンプ２３の−側入力端子の電圧Ｖｈが、オペアンプ２３の＋側入力端子の電圧（Ｖｃ／２）よりも低くなる。
そのため、オペアンプ２３の出力端子の電圧Ｖｍが、−側入力端子の電圧Ｖｈよりも高くなり、出力抵抗２１を出力端子側から−側入力端子側に向かって電流Ｉｍが流れる。
また、上流発熱抵抗体１８１を流れる上流電流Ｉｈｕは、下流発熱抵抗体１８２を流れる下流電流Ｉｈｄよりも大きくなる。
出力抵抗２１の電流Ｉｍは、式（１）のように表せられる。
順流方向Ｘ１の流量が増加するに従って、上流発熱抵抗体１８１の相対的な温度低下量及び抵抗値低下量が増加するため、電流Ｉｍが増加する。
Ｉｈｕ＞Ｉｈｄ
Ｉｍ＝Ｉｈｕ−Ｉｈｄ＞０ ・・・（１）
一方、逆流方向Ｘ２の流れの場合は、上流発熱抵抗体１８１に比べ下流発熱抵抗体１８２の温度が相対的に低下するため、上流発熱抵抗体１８１に比べ下流発熱抵抗体１８２の抵抗値が相対的に低下する。
その結果、オペアンプ２３の−側入力端子の電圧Ｖｈが、オペアンプ２３の＋側入力端子の電圧（Ｖｃ／２）よりも高くなる。
そのため、オペアンプ２３の出力端子の電圧Ｖｍが、−側入力端子の電圧Ｖｈよりも低くなり、出力抵抗２１を−側入力端子側から出力端子側に向かって電流Ｉｍが流れる。
また、下流発熱抵抗体１８２を流れる下流電流Ｉｈｄは、上流発熱抵抗体１８１を流れる上流電流Ｉｈｕよりも大きくなる。
電流Ｉｍは、式（２）のように表せられる。
逆流方向Ｘ２の流量が増加するに従って、下流発熱抵抗体１８２の相対的な温度低下量及び抵抗値低下量が増加するため電流Ｉｍが減少する。
Ｉｈｕ＜Ｉｈｄ
Ｉｍ＝Ｉｈｕ−Ｉｈｄ＜０ ・・・（２）
その結果、オペアンプ２３の−側入力端子の電圧Ｖｈが、オペアンプ２３の＋側入力端子の電圧（Ｖｃ／２）よりも高くなる。
そのため、オペアンプ２３の出力端子の電圧Ｖｍが、−側入力端子の電圧Ｖｈよりも低くなり、出力抵抗２１を−側入力端子側から出力端子側に向かって電流Ｉｍが流れる。
また、下流発熱抵抗体１８２を流れる下流電流Ｉｈｄは、上流発熱抵抗体１８１を流れる上流電流Ｉｈｕよりも大きくなる。
電流Ｉｍは、式（２）のように表せられる。
逆流方向Ｘ２の流量が増加するに従って、下流発熱抵抗体１８２の相対的な温度低下量及び抵抗値低下量が増加するため電流Ｉｍが減少する。
Ｉｈｕ＜Ｉｈｄ
Ｉｍ＝Ｉｈｕ−Ｉｈｄ＜０ ・・・（２）
オペアンプ２３の出力端子の電圧Ｖｍ、すなわち、センサ２５の出力信号Ｖｍは、式（３）のように表せられる。
ここで、Ｒｍは、出力抵抗２１の抵抗値である。
よって、図５に示すように、センサ２５の出力信号Ｖｍは、順流及び逆流のいずれにおいても、流量の増加に従って、単調増加する特性となる。
Ｖｍ＝Ｖｃ／２＋Ｒｍ×Ｉｍ ・・・（３）
ここで、Ｒｍは、出力抵抗２１の抵抗値である。
よって、図５に示すように、センサ２５の出力信号Ｖｍは、順流及び逆流のいずれにおいても、流量の増加に従って、単調増加する特性となる。
Ｖｍ＝Ｖｃ／２＋Ｒｍ×Ｉｍ ・・・（３）
本実施の形態に係るセンサ２５の出力特性を図５に示す。
順流方向Ｘ１の流量を正の値とし、逆流方向Ｘ２の流量を負の値としている。
すなわち、順流方向Ｘ１の流量の大きさが増加するに従って、流量が０（ゼロ）から増加し、逆流方向Ｘ２の流量の大きさが増加するに従って、流量が０から減少する。
センサ２５の出力特性は、非線形の単調増加特性となっている。
また、センサ２５の出力特性は、流量が０より大きい順流方向Ｘ１側と、流量が０より小さい逆流方向Ｘ２側とで異なる特性となっている。
具体的には、センサ２５の出力特性は、順流方向Ｘ１側では、流量が０から増加するに従って、流量の増加に対する出力信号Ｖｍの増加の傾きが減少する特性となっている。
センサ２５の出力特性は、逆流方向Ｘ２側では、流量が０から減少するに従って、流量の減少に対する出力信号Ｖｍの減少の傾きが減少する特性となっている。
また、バイパス流路２９の流入口３１及び流出口３２の開口方向の差異等により、順流方向Ｘ１及び逆流方向Ｘ２の吸入空気の流量の大きさが同じである条件において、順流方向Ｘ１に比べて逆流方向Ｘ２の流量に対する出力感度が低くなっている。
すなわち、順流方向Ｘ１に比べて逆流方向Ｘ２の流量に対する出力信号Ｖｍの傾きが小さくなっている。
順流方向Ｘ１の流量を正の値とし、逆流方向Ｘ２の流量を負の値としている。
すなわち、順流方向Ｘ１の流量の大きさが増加するに従って、流量が０（ゼロ）から増加し、逆流方向Ｘ２の流量の大きさが増加するに従って、流量が０から減少する。
センサ２５の出力特性は、非線形の単調増加特性となっている。
また、センサ２５の出力特性は、流量が０より大きい順流方向Ｘ１側と、流量が０より小さい逆流方向Ｘ２側とで異なる特性となっている。
具体的には、センサ２５の出力特性は、順流方向Ｘ１側では、流量が０から増加するに従って、流量の増加に対する出力信号Ｖｍの増加の傾きが減少する特性となっている。
センサ２５の出力特性は、逆流方向Ｘ２側では、流量が０から減少するに従って、流量の減少に対する出力信号Ｖｍの減少の傾きが減少する特性となっている。
また、バイパス流路２９の流入口３１及び流出口３２の開口方向の差異等により、順流方向Ｘ１及び逆流方向Ｘ２の吸入空気の流量の大きさが同じである条件において、順流方向Ｘ１に比べて逆流方向Ｘ２の流量に対する出力感度が低くなっている。
すなわち、順流方向Ｘ１に比べて逆流方向Ｘ２の流量に対する出力信号Ｖｍの傾きが小さくなっている。
流量の変化に対する発熱抵抗体１８１、１８２の温度変化には、発熱抵抗体の熱容量等による応答遅れがある。
そのため、真の流量に対して、センサ２５の出力信号Ｖｍには応答遅れがある。
脈動流が生じた場合に、脈動流の真の振幅に対して、センサ２５の出力信号Ｖｍに対応する脈動流の振幅が減少する。
そのため、真の流量に対して、センサ２５の出力信号Ｖｍには応答遅れがある。
脈動流が生じた場合に、脈動流の真の振幅に対して、センサ２５の出力信号Ｖｍに対応する脈動流の振幅が減少する。
＜信号処理部３＞
信号処理部３は、センサ２５の出力信号Ｖｍを処理して、流量信号Ｖｏｕｔを出力する。信号処理部３は、図４に示すように、応答補正部７、比較信号出力部８、平均化処理部９、係数倍処理部１０、及び信号補正処理部１１を備えている。
信号処理部３は、センサ２５の出力信号Ｖｍを処理して、流量信号Ｖｏｕｔを出力する。信号処理部３は、図４に示すように、応答補正部７、比較信号出力部８、平均化処理部９、係数倍処理部１０、及び信号補正処理部１１を備えている。
信号処理部３の各処理部７〜１１等は、処理回路により実現される。
本実施の形態では、信号処理部３は、デジタル処理回路により構成されている。
具体的には、信号処理部３は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の演算処理装置、演算処理装置とデータのやり取りをする記憶装置、演算処理装置にセンサ２５の出力信号Ｖｍを入力するＡ／Ｄ変換器（アナログ−デジタル変換器）、外部に演算処理装置が処理した流量信号Ｖｏｕｔを出力するＤ／Ａ変換器（デジタル−アナログ変換器）等を備えている。
信号処理部３の各処理部７〜１１等の各機能は、演算処理装置が、記憶装置に記憶されたプログラムを実行し、記憶装置、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等と協働することにより実現される。
なお、各処理部７〜１１等が用いる比較閾値ＴＨ等の設定データは、プログラムの一部として、記憶装置に記憶されている。
本実施の形態では、信号処理部３は、デジタル処理回路により構成されている。
具体的には、信号処理部３は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の演算処理装置、演算処理装置とデータのやり取りをする記憶装置、演算処理装置にセンサ２５の出力信号Ｖｍを入力するＡ／Ｄ変換器（アナログ−デジタル変換器）、外部に演算処理装置が処理した流量信号Ｖｏｕｔを出力するＤ／Ａ変換器（デジタル−アナログ変換器）等を備えている。
信号処理部３の各処理部７〜１１等の各機能は、演算処理装置が、記憶装置に記憶されたプログラムを実行し、記憶装置、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等と協働することにより実現される。
なお、各処理部７〜１１等が用いる比較閾値ＴＨ等の設定データは、プログラムの一部として、記憶装置に記憶されている。
逆流を伴う脈動流が発生した場合の、流量検出誤差の発生のメカニズムを説明する。
本実施の形態と異なる比較例に係る、逆流検出が不可能なセンサの場合、図６の右上のグラフに示すように、逆流発生域では、センサの出力信号は、無風時出力よりも高くなる。そのため、センサの出力信号をそのまま流量に換算すると、逆流発生時の波形が順流側に折り返されたような波形になる。
内燃機関の制御にとって重要になる、脈動１周期の検出平均流量は、真の平均流量よりも大きくなり、検出誤差（以下、脈動誤差と称す）が発生する。
本実施の形態と異なる比較例に係る、逆流検出が不可能なセンサの場合、図６の右上のグラフに示すように、逆流発生域では、センサの出力信号は、無風時出力よりも高くなる。そのため、センサの出力信号をそのまま流量に換算すると、逆流発生時の波形が順流側に折り返されたような波形になる。
内燃機関の制御にとって重要になる、脈動１周期の検出平均流量は、真の平均流量よりも大きくなり、検出誤差（以下、脈動誤差と称す）が発生する。
本実施の形態のように逆流検出が可能なセンサ２５を用いても、本実施の形態と異なる処理を行う比較例の場合は、図７に示すように、上述したセンサ２５の非線形の出力特性、及び出力信号Ｖｍの応答遅れにより、センサ２５の出力信号Ｖｍに基づいて検出した検出平均流量が、真の平均流量に対して正側にシフトする脈動誤差が発生する。
これは、上述したように、逆流発生域において、逆流流量の大きさが増加するに従って、流量に対する出力信号Ｖｍの傾きが減少するため、逆流流量の大きさの増加に対する出力信号Ｖｍの感度が低下する。
また、バイパス流路２９の流入口３１及び流出口３２の開口方向の差異によって、逆流流量に対する出力信号Ｖｍの感度が低くなる。
そのため、応答遅れがないと仮定した場合の出力信号Ｖｍは、逆流流量の大きさの増加に対する感度が低くなり、応答遅れがある場合の出力信号Ｖｍは、感度が高い順流流量側（正側）にシフトする。
よって、応答遅れがある出力信号Ｖｍに基づいて検出した検出平均流量が、真の平均流量に対して正側にシフトする。
また、バイパス流路２９の流入口３１及び流出口３２の開口方向の差異によって、逆流流量に対する出力信号Ｖｍの感度が低くなる。
そのため、応答遅れがないと仮定した場合の出力信号Ｖｍは、逆流流量の大きさの増加に対する感度が低くなり、応答遅れがある場合の出力信号Ｖｍは、感度が高い順流流量側（正側）にシフトする。
よって、応答遅れがある出力信号Ｖｍに基づいて検出した検出平均流量が、真の平均流量に対して正側にシフトする。
この比較例の場合は、図８に示すように、横軸を振幅比とし、縦軸を脈動誤差とすると、振幅比が１より大きい逆流発生域では、振幅比が１より大きくなるに従って、脈動誤差が正側に大きくなっている。
ここで、振幅比は、脈動流の平均流量Ｑａｖｅに対する脈動流の振幅Ｑａｍｐの比（＝Ｑａｍｐ／Ｑａｖｅ）であり、脈動誤差は、真の平均流量に対する検出平均流量の比（＝検出平均流量／真の平均流量−１）である。
ここで、振幅比は、脈動流の平均流量Ｑａｖｅに対する脈動流の振幅Ｑａｍｐの比（＝Ｑａｍｐ／Ｑａｖｅ）であり、脈動誤差は、真の平均流量に対する検出平均流量の比（＝検出平均流量／真の平均流量−１）である。
そこで、本実施の形態では、以下で説明するように、逆流を伴う脈動流が発生した場合の検出平均流量の正側のシフト量を低減するために、流量信号Ｖｏｕｔを減少させる減少補正を行うように構成されている。
すなわち、応答補正部７は、センサ２５の出力信号Ｖｍに対して交流成分の振幅増加処理を行った振幅増加信号を出力する。
比較信号出力部８は、振幅増加信号と予め設定された比較閾値ＴＨとを比較し、比較閾値ＴＨに対して負側になる振幅増加信号の負側部分に応じた負側の比較信号Ｖｆｃを出力する。
平均化処理部９は、比較信号Ｖｆｃを平均化した平均信号Ｖｆｃａを出力する。
係数倍処理部１０は、平均信号Ｖｆｃａに対して予め設定された調整係数Ｋａｄを乗算した係数倍信号Ｖｆｋを出力する。
信号補正処理部１１は、係数倍信号Ｖｆｋにより振幅増加信号を減少補正した値を、流量信号Ｖｏｕｔとして出力する。
すなわち、応答補正部７は、センサ２５の出力信号Ｖｍに対して交流成分の振幅増加処理を行った振幅増加信号を出力する。
比較信号出力部８は、振幅増加信号と予め設定された比較閾値ＴＨとを比較し、比較閾値ＴＨに対して負側になる振幅増加信号の負側部分に応じた負側の比較信号Ｖｆｃを出力する。
平均化処理部９は、比較信号Ｖｆｃを平均化した平均信号Ｖｆｃａを出力する。
係数倍処理部１０は、平均信号Ｖｆｃａに対して予め設定された調整係数Ｋａｄを乗算した係数倍信号Ｖｆｋを出力する。
信号補正処理部１１は、係数倍信号Ｖｆｋにより振幅増加信号を減少補正した値を、流量信号Ｖｏｕｔとして出力する。
センサ２５の応答遅れにより、出力信号Ｖｍは、脈動流の交流成分の振幅が低下している。
応答補正部７により、出力信号Ｖｍの交流成分の振幅を増加させ、センサ２５の応答遅れの影響を低減することができる。
しかし、交流成分の振幅増加処理を行うだけでは、検出平均流量の正側のシフトを解消することはできない。
そこで、比較閾値ＴＨに対して負側になる振幅増加信号の負側部分に応じた負側の比較信号Ｖｆｃを出力することにより、逆流流量に対応する成分を抽出できる。
比較信号Ｖｆｃを平均化した平均信号Ｖｆｃａを出力することにより、逆流流量の平均値に対応する信号を出力できる。
平均信号Ｖｆｃａに対して調整係数Ｋａｄを乗算した係数倍信号Ｖｆｋを出力することにより、逆流流量によって生じた、検出平均流量の正側のシフト量に対応する信号を出力できる。
そして、係数倍信号Ｖｆｋにより振幅増加信号を減少補正した値を流量信号Ｖｏｕｔとして出力することにより、逆流流量によって生じた、検出平均流量の正側のシフト量を低減することができる。
応答補正部７により、出力信号Ｖｍの交流成分の振幅を増加させ、センサ２５の応答遅れの影響を低減することができる。
しかし、交流成分の振幅増加処理を行うだけでは、検出平均流量の正側のシフトを解消することはできない。
そこで、比較閾値ＴＨに対して負側になる振幅増加信号の負側部分に応じた負側の比較信号Ｖｆｃを出力することにより、逆流流量に対応する成分を抽出できる。
比較信号Ｖｆｃを平均化した平均信号Ｖｆｃａを出力することにより、逆流流量の平均値に対応する信号を出力できる。
平均信号Ｖｆｃａに対して調整係数Ｋａｄを乗算した係数倍信号Ｖｆｋを出力することにより、逆流流量によって生じた、検出平均流量の正側のシフト量に対応する信号を出力できる。
そして、係数倍信号Ｖｆｋにより振幅増加信号を減少補正した値を流量信号Ｖｏｕｔとして出力することにより、逆流流量によって生じた、検出平均流量の正側のシフト量を低減することができる。
本実施の形態では、図４に示すように、応答補正部７は、センサ２５の出力信号Ｖｍに対してその交流成分の第１の振幅増加処理を行った第１振幅増加信号Ｖｆ１を出力すると共に、センサ２５の出力信号Ｖｍに対して交流成分の第２の振幅増加処理を行った第２振幅増加信号Ｖｆ２を出力するように構成されている。
そして、比較信号出力部８は、第２振幅増加信号Ｖｆ２と比較閾値ＴＨとを比較して、負側の比較信号Ｖｆｃを出力する。
信号補正処理部１１は、係数倍信号Ｖｆｋにより第１振幅増加信号Ｖｆ１を減少補正した値を、流量信号Ｖｏｕｔとして出力する。
そして、比較信号出力部８は、第２振幅増加信号Ｖｆ２と比較閾値ＴＨとを比較して、負側の比較信号Ｖｆｃを出力する。
信号補正処理部１１は、係数倍信号Ｖｆｋにより第１振幅増加信号Ｖｆ１を減少補正した値を、流量信号Ｖｏｕｔとして出力する。
この構成によれば、２つの振幅増加処理が行われるので、流量信号Ｖｏｕｔのベース信号となる第１振幅増加信号Ｖｆ１を出力するために適した第１の振幅増加処理を行うことができると共に、シフト量の低減処理のために適した第２の振幅増加処理を行うことができる。
すなわち、応答補正及びシフト補正のそれぞれの目的に適した振幅増加処理を行うことができ、流量信号Ｖｏｕｔの処理精度を向上させることができる。
すなわち、応答補正及びシフト補正のそれぞれの目的に適した振幅増加処理を行うことができ、流量信号Ｖｏｕｔの処理精度を向上させることができる。
図９に、本実施の形態に係る動作波形を示す。
図９（ａ）に示すような逆流を伴う脈動流が発生した場合、Ａ／Ｄ変換されたセンサ２５の出力信号Ｖｍは、図９（ｂ）に示すようになる。
センサ２５の出力信号Ｖｍは、応答遅れにより交流成分の振幅が減少している。
図９（ａ）に示すような逆流を伴う脈動流が発生した場合、Ａ／Ｄ変換されたセンサ２５の出力信号Ｖｍは、図９（ｂ）に示すようになる。
センサ２５の出力信号Ｖｍは、応答遅れにより交流成分の振幅が減少している。
図９（ｃ）に示す第１振幅増加信号Ｖｆ１は、応答補正部７の第１の振幅増加処理により、出力信号Ｖｍよりも交流成分の振幅が増加されている。
また、図９（ｄ）に示す第２振幅増加信号Ｖｆ２は、応答補正部７の第２の振幅増加処理により、出力信号Ｖｍよりも交流成分の振幅が増加されている。
振幅増加処理には、センサ２５の応答遅れ特性の逆特性となる応答進み処理等が用いられる。
応答進み処理の設定定数は、第１の振幅増加処理と第２の振幅増加処理とで、それぞれの目的に合わせて、異なる値に設定されている。
また、図９（ｄ）に示す第２振幅増加信号Ｖｆ２は、応答補正部７の第２の振幅増加処理により、出力信号Ｖｍよりも交流成分の振幅が増加されている。
振幅増加処理には、センサ２５の応答遅れ特性の逆特性となる応答進み処理等が用いられる。
応答進み処理の設定定数は、第１の振幅増加処理と第２の振幅増加処理とで、それぞれの目的に合わせて、異なる値に設定されている。
本実施の形態では、図９（ｄ）（ｅ）（ｆ）、及び式（４）に示すように、比較信号出力部８は、第２振幅増加信号Ｖｆ２と比較閾値ＴＨとを比較し、比較閾値ＴＨに対して負側になる第２振幅増加信号Ｖｆ２の負側部分を抽出する。
そして、比較信号出力部８は、比較閾値ＴＨに対して負側になる第２振幅増加信号Ｖｆ２の負側部分がある場合は、第２振幅増加信号Ｖｆ２の負側部分の絶対値を、負側の比較信号Ｖｆｃとして出力する。
比較信号出力部８は、第２振幅増加信号Ｖｆ２の負側部分がない場合は、０を負側の比較信号Ｖｆｃとして出力する。
逆流流量が大きくなるに従って、負側の比較信号Ｖｆｃは大きくなる。
１）Ｖｆ２＜ＴＨの場合
Ｖｆｃ＝｜Ｖｆ２−ＴＨ｜ ・・・（４）
２）Ｖｆ２≧ＴＨの場合
Ｖｆｃ＝０
そして、比較信号出力部８は、比較閾値ＴＨに対して負側になる第２振幅増加信号Ｖｆ２の負側部分がある場合は、第２振幅増加信号Ｖｆ２の負側部分の絶対値を、負側の比較信号Ｖｆｃとして出力する。
比較信号出力部８は、第２振幅増加信号Ｖｆ２の負側部分がない場合は、０を負側の比較信号Ｖｆｃとして出力する。
逆流流量が大きくなるに従って、負側の比較信号Ｖｆｃは大きくなる。
１）Ｖｆ２＜ＴＨの場合
Ｖｆｃ＝｜Ｖｆ２−ＴＨ｜ ・・・（４）
２）Ｖｆ２≧ＴＨの場合
Ｖｆｃ＝０
図９（ｇ）に示すように、平均化処理部９は、比較信号Ｖｆｃを平均化した平均信号Ｖｆｃａを出力する。
平均化処理は、移動平均処理、ローパスフィルタ処理等により行われる。
図９（ｈ）、及び式（５）に示すように、係数倍処理部１０は、平均信号Ｖｆｃａに対して調整係数Ｋａｄを乗算した値を、係数倍信号Ｖｆｋとして出力する。
Ｖｆｋ＝Ｋａｄ×Ｖｆｃ ・・・（５）
平均化処理は、移動平均処理、ローパスフィルタ処理等により行われる。
図９（ｈ）、及び式（５）に示すように、係数倍処理部１０は、平均信号Ｖｆｃａに対して調整係数Ｋａｄを乗算した値を、係数倍信号Ｖｆｋとして出力する。
Ｖｆｋ＝Ｋａｄ×Ｖｆｃ ・・・（５）
図９に示すように、信号補正処理部１１は、第１振幅増加信号Ｖｆ１から正の値となる係数倍信号Ｖｆｋを減算した値を、流量信号Ｖｏｕｔとして出力する。
流量信号Ｖｏｕｔから算出される検出平均流量を、真の平均流量に近づけることができる。
また、逆流流量が大きくなるに従って係数倍信号Ｖｆｋが大きくなるため、逆流流量が大きくなるに従って増加する正側のシフト量を適切に低減することができる。
その結果、図１０に示すように、振幅比が１より大きくなる逆流発生域において、脈動誤差を低減することができる。
流量信号Ｖｏｕｔから算出される検出平均流量を、真の平均流量に近づけることができる。
また、逆流流量が大きくなるに従って係数倍信号Ｖｆｋが大きくなるため、逆流流量が大きくなるに従って増加する正側のシフト量を適切に低減することができる。
その結果、図１０に示すように、振幅比が１より大きくなる逆流発生域において、脈動誤差を低減することができる。
しかしながら、上述した比較信号出力部８の比較閾値ＴＨついてはセンサ個々で逆流特性が異なることなるため、センサ個々で設定する比較閾値ＴＨも異なる。
よってセンサ個々で最適な比較閾値ＴＨを設定することが信号処理部３での補正精度を高めるに当たって重要である。
よってセンサ個々で最適な比較閾値ＴＨを設定することが信号処理部３での補正精度を高めるに当たって重要である。
本実施の形態の比較閾値設定方法では、上流から下流に向かう流れを順流とし、下流から上流に向かう流れを逆流とした際に、センサの逆流側の流量特性を計測し、目標とする流量に相当する流量信号を比較閾値ＴＨとして設定する。
例として組み付けバラツキなどの影響により図１１に示すようにセンサ１とセンサ２でセンサ単体の逆流特性は異なるが、センサ毎にて逆流特性を計測することにより目標とする比較閾値を精度良く求めることが可能である。
例として組み付けバラツキなどの影響により図１１に示すようにセンサ１とセンサ２でセンサ単体の逆流特性は異なるが、センサ毎にて逆流特性を計測することにより目標とする比較閾値を精度良く求めることが可能である。
以上のように、本実施の形態によれば、内燃機関に吸入される吸入空気が流れる吸気管内に配置され、前記吸入空気の一部を取り込んで流すバイパス流路と、
前記バイパス流路内に配置された流量検出素子を有し、前記吸気管内を順流方向及び逆流方向に流れる前記吸入空気の流量に応じた出力信号を出力するセンサと、
前記センサの出力信号を処理する信号処理部とを備えた熱式空気流量計において、
前記信号処理部は、
前記センサの出力信号に対してその交流成分の振幅増加処理を行った第1振幅増加信号と第２振幅増加信号をそれぞれ出力する応答補正部と、
前記第２振幅増加信号と予め設定された比較閾値とを比較し、前記比較閾値に対して負側になる前記第２振幅増加信号の負側部分に応じた負側の比較信号を出力する比較信号出力部と、
前記比較信号を平均化した平均信号を出力する平均化処理部と、
前記平均信号に対して予め設定された調整係数を乗算した係数倍信号を出力する係数倍処理部と、
前記係数倍信号により前記第1振幅増加信号を減少補正した値を、流量信号として出力する信号補正処理部とを備え、
前記比較閾値は、予め計測された前記センサの逆流側の流量特性に基づき設定される。
前記バイパス流路内に配置された流量検出素子を有し、前記吸気管内を順流方向及び逆流方向に流れる前記吸入空気の流量に応じた出力信号を出力するセンサと、
前記センサの出力信号を処理する信号処理部とを備えた熱式空気流量計において、
前記信号処理部は、
前記センサの出力信号に対してその交流成分の振幅増加処理を行った第1振幅増加信号と第２振幅増加信号をそれぞれ出力する応答補正部と、
前記第２振幅増加信号と予め設定された比較閾値とを比較し、前記比較閾値に対して負側になる前記第２振幅増加信号の負側部分に応じた負側の比較信号を出力する比較信号出力部と、
前記比較信号を平均化した平均信号を出力する平均化処理部と、
前記平均信号に対して予め設定された調整係数を乗算した係数倍信号を出力する係数倍処理部と、
前記係数倍信号により前記第1振幅増加信号を減少補正した値を、流量信号として出力する信号補正処理部とを備え、
前記比較閾値は、予め計測された前記センサの逆流側の流量特性に基づき設定される。
実施の形態２．
実施の形態１においては、計測したセンサの逆流側の流量特性に基づき比較閾値ＴＨを算出したが、実施の形態２としては、計測した順流特性と調整値の値を用いて比較閾値を算出する例について説明する。
センサ組み立て時、順流特性の調整は所望の特性に合わせるように、以下式（６）に示すようにゲインＧとオフセットＤｏｆｆにてセンサの生出力Ｄｍに対し補正が行われる。
ここでＤｍはセンサの生出力ＶｍをＡ／Ｄ変換した値である。
Ｄｏｕｔ＝Ｇ（Ｄｍ−Ｄｏｆｆ） ・・・（６）
実際の流量特性試験機で確認できるパラメーターは補正後の出力Ｄｏｕｔ、ゲインＧ、オフセットＤｏｆｆであるため、比較閾値ＴＨ算出用に式（６）よりＤｍを求める。求めたＤｍを以下式（７）に代入することで、比較閾値ＴＨを算出することが可能となる。
ＴＨ＝Ｄｍ（１）− Ｋ*（Ｄｍ（２）−Ｄｍ（１））/（Ｑｍ（２）−Ｑｍ（１））
・・・ （７）
ここでＴＨは比較閾値に相当するセンサの流量信号、Ｋ*は係数、Ｄｍ（１）、Ｄｍ（２）はセンサの順流側流量信号２点、Ｑｍ（１）、Ｑｍ（２）はＤｍ（１）、Ｄｍ（２）それぞれに相当する流量値である。
式（７）を用いた場合でのセンサ個々での比較閾値ＴＨのばらつきを求め、ばらつきの上限値、中央値、下限値にて比較閾値を設定した際に逆流を伴う脈動条件１、２での脈動誤差を図１２に示す。
比較閾値ＴＨが上限値、中央値、下限値全ての場合において脈動誤差は実使用環境にて実害無いレベルに収まっている。
また、実施の形態２では逆流を計測する必要がないため、逆流計測装置が不要であることや、組み立て時の工数を削減できる利点がある。
なお、比較閾値ＴＨの算出に用いたセンサの流量信号はＡ／Ｄ変換前の値を用いても可能なことは言うまでも無い。
実施の形態１においては、計測したセンサの逆流側の流量特性に基づき比較閾値ＴＨを算出したが、実施の形態２としては、計測した順流特性と調整値の値を用いて比較閾値を算出する例について説明する。
センサ組み立て時、順流特性の調整は所望の特性に合わせるように、以下式（６）に示すようにゲインＧとオフセットＤｏｆｆにてセンサの生出力Ｄｍに対し補正が行われる。
ここでＤｍはセンサの生出力ＶｍをＡ／Ｄ変換した値である。
Ｄｏｕｔ＝Ｇ（Ｄｍ−Ｄｏｆｆ） ・・・（６）
実際の流量特性試験機で確認できるパラメーターは補正後の出力Ｄｏｕｔ、ゲインＧ、オフセットＤｏｆｆであるため、比較閾値ＴＨ算出用に式（６）よりＤｍを求める。求めたＤｍを以下式（７）に代入することで、比較閾値ＴＨを算出することが可能となる。
ＴＨ＝Ｄｍ（１）− Ｋ*（Ｄｍ（２）−Ｄｍ（１））/（Ｑｍ（２）−Ｑｍ（１））
・・・ （７）
ここでＴＨは比較閾値に相当するセンサの流量信号、Ｋ*は係数、Ｄｍ（１）、Ｄｍ（２）はセンサの順流側流量信号２点、Ｑｍ（１）、Ｑｍ（２）はＤｍ（１）、Ｄｍ（２）それぞれに相当する流量値である。
式（７）を用いた場合でのセンサ個々での比較閾値ＴＨのばらつきを求め、ばらつきの上限値、中央値、下限値にて比較閾値を設定した際に逆流を伴う脈動条件１、２での脈動誤差を図１２に示す。
比較閾値ＴＨが上限値、中央値、下限値全ての場合において脈動誤差は実使用環境にて実害無いレベルに収まっている。
また、実施の形態２では逆流を計測する必要がないため、逆流計測装置が不要であることや、組み立て時の工数を削減できる利点がある。
なお、比較閾値ＴＨの算出に用いたセンサの流量信号はＡ／Ｄ変換前の値を用いても可能なことは言うまでも無い。
実施の形態３．
実施の形態２で記述した式（７）にて、Ｄｍ（２）としてセンサの無風時の流量信号Ｄｍ（０）を用いた場合でも精度良く比較閾値ＴＨを求めることができる。
ＴＨ＝Ｄｍ（０）− Ｋ*（Ｄｍ（１）−Ｄｍ（０））/Ｑｍ（１）・・・ （８）
ここではＴＨは比較閾値に相当するセンサの流量信号、Ｋ*は係数、Ｄｍ（１） はセンサの順流側流量信号、Ｄｍ（０）は無風時におけるセンサの流量信号、Ｑｍ（１）はＤｍ（１）に相当する流量値である。
実施の形態３にて比較閾値ＴＨを算出した場合においても、比較閾値ＴＨのばらつきは実施の形態２で述べた結果と同等レベルであり、脈動誤差に与える影響も実害の無いレベルである。
更には実施の形態２に比べ流量特性試験機にて流量を流しながら計測する点を1点削減することができ、組み立て時の工数を削減することが可能である。
実施の形態２で記述した式（７）にて、Ｄｍ（２）としてセンサの無風時の流量信号Ｄｍ（０）を用いた場合でも精度良く比較閾値ＴＨを求めることができる。
ＴＨ＝Ｄｍ（０）− Ｋ*（Ｄｍ（１）−Ｄｍ（０））/Ｑｍ（１）・・・ （８）
ここではＴＨは比較閾値に相当するセンサの流量信号、Ｋ*は係数、Ｄｍ（１） はセンサの順流側流量信号、Ｄｍ（０）は無風時におけるセンサの流量信号、Ｑｍ（１）はＤｍ（１）に相当する流量値である。
実施の形態３にて比較閾値ＴＨを算出した場合においても、比較閾値ＴＨのばらつきは実施の形態２で述べた結果と同等レベルであり、脈動誤差に与える影響も実害の無いレベルである。
更には実施の形態２に比べ流量特性試験機にて流量を流しながら計測する点を1点削減することができ、組み立て時の工数を削減することが可能である。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１ 熱式空気流量計、３ 信号処理部、７ 応答補正部、８ 比較信号出力部、９ 平均化処理部、１０ 係数倍処理部、１１ 信号補正処理部、１８ 差分電流出力回路、１９
下流固定抵抗、２０ 上流固定抵抗、２１ 出力抵抗、２２ 駆動電源、２３ オペアンプ、２４ 流量検出素子、２５ センサ、２６ 本体部、２７ 回路収納部、２８ 回路基板、２９ バイパス流路、３０ フランジ部、３１ 流入口、３２ 流出口、３３ コネクタ部、３５ 吸気管、１８１ 上流発熱抵抗体、１８２ 下流発熱抵抗体、２４１
シリコン基板、２４２ 絶縁膜
下流固定抵抗、２０ 上流固定抵抗、２１ 出力抵抗、２２ 駆動電源、２３ オペアンプ、２４ 流量検出素子、２５ センサ、２６ 本体部、２７ 回路収納部、２８ 回路基板、２９ バイパス流路、３０ フランジ部、３１ 流入口、３２ 流出口、３３ コネクタ部、３５ 吸気管、１８１ 上流発熱抵抗体、１８２ 下流発熱抵抗体、２４１
シリコン基板、２４２ 絶縁膜
Claims (5)
- 内燃機関に吸入される吸入空気が流れる吸気管内に配置され、前記吸入空気の一部を取り込んで流すバイパス流路と、
前記バイパス流路内に配置された流量検出素子を有し、前記吸気管内を順流方向及び逆流方向に流れる前記吸入空気の流量に応じた出力信号を出力するセンサと、
前記センサの出力信号を処理する信号処理部とを備えた熱式空気流量計において、
前記信号処理部は、
前記センサの出力信号に対してその交流成分の振幅増加処理を行った第1振幅増加信号と第２振幅増加信号をそれぞれ出力する応答補正部と、
前記第２振幅増加信号と予め設定された比較閾値とを比較し、前記比較閾値に対して負側になる前記第２振幅増加信号の負側部分に応じた負側の比較信号を出力する比較信号出力部と、
前記比較信号を平均化した平均信号を出力する平均化処理部と、
前記平均信号に対して予め設定された調整係数を乗算した係数倍信号を出力する係数倍処理部と、
前記係数倍信号により前記第1振幅増加信号を減少補正した値を、流量信号として出力する信号補正処理部とを備え、
前記比較閾値は、予め計測された前記センサの出力特性に基づいて設定されることを特徴とする熱式空気流量計。 - 前記比較閾値は、前記センサの出力特性として逆流側の流量特性に基づき設定されることを特徴とする請求項1に記載の熱式空気流量計。
- 前記比較閾値は、前記センサの出力特性における、少なくとも２つの順流側流量点の流量信号より算出した近似式により設定されることを特徴とする請求項１に記載の熱式空気流量計。
- 前記比較閾値は、前記センサの出力特性における、順流側特性の１つの流量点と無風時の出力から算出した近似式により設定されることを特徴とする請求項１に記載の熱式空気流量計。
- 前記センサは、前記流量検出素子として、前記吸入空気の上流側に配置された上流発熱抵抗体と、前記上流発熱抵抗体に対して前記吸入空気の下流側に配置された下流発熱抵抗体とを備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱式空気流量計。
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|---|---|---|---|---|
| CN113167620A (zh) * | 2018-11-29 | 2021-07-23 | 日立安斯泰莫株式会社 | 物理量测定装置 |
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-
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