JP6355156B2 - エアフロセンサ駆動制御方法及びホットフィルム式エアフロセンサ - Google Patents

Description

本発明は、空気流量を検出するエアフロセンサに係り、特に、車両に用いられるホットフィルム式エアフロセンサにおける動作特性の改善等を図ったものに関する。

車両のエンジンを最適な動作状態とするため、エンジンの動作制御においては、種々のセンサによる検出信号が用いられており、例えば、エンジンの燃料噴射制御等に必要とされる吸入空気量を検出するエアフロセンサなどは重要なセンサの１つである。
かかるエアフロセンサには、例えば、ホットフィルム式エアフロセンサ等、種々のタイプのものが提案、実用化されている（例えば、特許文献１等参照）。

ところで、上述のホットフィルム式エアフロセンサは、半導体基板上に薄膜フィルム状にヒータが形成され、そのヒータの通電によりヒータ上部に生ずる暖かい空気が、検出対象の吸入空気により移動せしめられる際の周囲の温度変化をヒータ近傍に配設された温度センサによって検出し、その検出温度の変化に基づいて吸入空気量の検出を可能としたものである。
かかるホットフィルム式エアフロセンサは、検出の解像度や精度を最適に維持するため、通常、ヒータの発熱量が一定となるように駆動制御される構成となっている。

特表２０１０−５２８３０３号公報（第６−９頁、図１−図５）

しかしながら、車両の動作状態によっては、必ずしも高い解像度や精度が必要とされない場合もあるが、従来のホットフィルム式エアフロセンサにおいては、使用環境や使用状態等に関わらず、唯一定められた所定の発熱状態となるよう駆動されるため、場合によっては、不必要な電力消費を継続することとなり、近年における車両のさらなる省電力化等の要請に十分応えることができないという問題があった。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、車両の動作状態に応じた適切な通電状態を得ることのできるエアフロセンサ駆動制御方法及びホットフィルム式エアフロセンサを提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るエアフロセンサ駆動制御方法は、
ヒータの通電によって前記ヒータ近傍に生じた暖気が外部から流入する空気の流れによって移動する際の周辺の温度の変化を基に前記外部から流入する空気の量を検出可能に構成されてなる車両搭載のホットフィルム式エアフロセンサの駆動制御方法であって、
前記ヒータの通電状態を複数に区分し、その区分に応じた通電条件を外部から入力される動作モード信号に応じて選択可能とし、選択された通電条件に応じて前記ヒータの通電駆動を行うことで、前記ヒータの発熱温度を変更可能に構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るホットフィルム式エアフロセンサは、
ヒータへの通電制御を行う制御回路と、前記制御回路による前記ヒータへ対する通電制御に基づいて前記ヒータへの通電を行うドライブ回路とを有してなり、車両の吸入空気量の検出に用いられる車両搭載のホットフィルム式エアフロセンサであって、
前記制御回路は、複数に区分された前記ヒータの通電状態に対応した通電条件が予め記憶せしめられ、外部から入力される動作モード信号に応じて前記通電条件が選択され、前記選択された通電条件に応じて前記ドライブ回路を介して前記ヒータを通電駆動可能に構成されてなり、前記ヒータの発熱温度を変更可能としてなるものである。

本発明によれば、ヒータの通電状態が１つに固定されていた従来と異なり、複数選択可能とし、しかも、車両の動作状態に応じて選択されるようにしたので、検出の解像度や精度を車両の動作状態に応じて相応の状態として、必要以上の電力消費を回避することができるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態におけるホットフィルム式エアフロセンサの電気的構成部分の構成例を示す構成図である。 本発明の実施の形態におけるホットフィルム式エアフロセンサの動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態におけるホットフィルム式エアフロセンサ２０２の構成例について、図１を参照しつつ説明する。

図１には、ホットフィルム式エアフロセンサ２０２の、特に、電気的な構成部分についての構成例が示されている。
本発明の実施の形態におけるホットフィルム式エアフロセンサ２０２は、例えば、車両に搭載されて、エンジンへの吸入空気量を検出するために用いられるものである。
かかるホットフィルム式エアフロセンサ２０２は、その内部に、半導体基板（図示せず）上にフィルム状に形成されたヒータ１を有すると共に、ヒータ１の通電を行うドライブ回路（図１においては「ＤＲＶ」と表記）３０２と、ドライブ回路３０２を介してヒータ１の駆動制御を行う制御回路（図１においては「ＤＳＰ」と表記）３０１とを有して構成されたものとなっている。かかる構成は、基本的に従来と同様であるが、本発明の実施の形態におけるホットフィルム式エアフロセンサ２０２は、後述するように、ヒータ１の通電駆動の手法が従来と異なるものとなっている。

制御回路３０１は、例えば、ＤＳＰ(digital signal pocessor)やＡＳＩＣ( application specific integrated circuit)を主たる構成要素として構成されてなるもので、後述する本発明の実施の形態におけるエアフロセンサ駆動制御処理が実行可能に構成されてなるものである。かかる制御回路３０１は、ヒータ１の通電駆動の手法が従来と異なる点を除けば、基本的な構成、動作は従来と同様のものである。
ホットフィルム式エアフロセンサ２０２から出力される検出信号、すなわち、吸入空気量に相当する信号は、車両の動作制御を行う電子制御ユニット（図１においては「ＥＣＵ」と表記）２０１へ入力され、燃料噴射制御処理等に供されるようになっている。

また、従来のホットフィルム式エアフロセンサと異なり、本発明の実施の形態におけるホットフィルム式エアフロセンサ２０２においては、電子制御ユニット２０１から、後述するようにホットフィルム式エアフロセンサ２０２の動作モードを設定する動作モード信号が制御回路３０１へ入力され、動作モード信号に応じた駆動制御が行われるようになっている。

図２には、制御回路３０１により実行される本発明の実施の形態におけるエアフロセンサ駆動制御処理の手順がフローチャートに示されており、以下、同図を参照しつつ、その内容について説明する。
最初に、本発明の実施の形態におけるエアフロセンサ駆動制御処理について概括的に説明する。
まず、従来構成のホットフィルム式エアフロセンサは、ヒータ１の発熱温度が予め定められた１つの発熱温度となるようにフィードバック制御により通電駆動されるようになっている。

これに対して、本発明の実施の形態におけるホットフィルム式エアフロセンサ２０２においては、エアフロセンサ駆動制御処理の実行によって、従来同様の通電状態（以下、この通電状態を「通常モード」と称する）と、ヒータ１を従来の設定温度よりやや低い温度状態とする通電状態（以下、この通電状態を「中消費モード」と称する）と、ヒータ１を中消費モードより低い温度状態とする通電状態（以下、この通電状態を「低消費モード」と称する）の、３つの通電状態に使い分け可能となっている。

以下、具体的に説明すれば、制御回路３０１による処理が開始されると、最初に、動作モード信号の読み込みが行われる（図２のステップＳ１０２参照）。
動作モード信号は、先に述べたホットフィルム式エアフロセンサ２０２の動作モードを定める信号で、電子制御ユニット２０１において車両の動作状態等を考慮して決定され、所定の信号形式で電子制御ユニット２０１から入力されるようになっているものである。

次いで、動作モード信号が、本発明の実施の形態における３つの通電状態、すなわち、通常モード、中消費モード、及び、低消費モードの内の、通常モードに対応する所定の信号であるか否かが判定される（図２のステップＳ１０４参照）。
なお、動作モード信号の信号形式は、特定の信号形式に限定される必要はなく、任意に選定して良いものである。例えば、ディジタル信号を用いて、本発明の実施の形態のように、３つの動作モードを選択する場合には、２ビット信号を用いれば、３つの動作モードを指定することが可能である。

ステップＳ１０４において、動作モード信号は、通常モードの設定に対応する信号であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、次述するステップＳ１０６の処理へ進む一方、通常モードでは無いと判定された場合（ＮＯの場合）には、後述するステップＳ１１０の処理へ進むこととなる。
ステップＳ１０６においては、制御回路３０１の適宜な記憶領域に予め記憶されている通常モードでの通電駆動に必要な駆動データ（通電条件）の読み出しが行われ、ステップＳ１０８の処理へ進む。なお、通電条件は、ヒータ１を所望の発熱温度とするために必要とされる通電電流、電圧等を意味する。

ステップＳ１０８においては、ステップＳ１０６で読み出された通常モード駆動データに基づいて、制御回路３０１によるドライバ回路３０２を介してのヒータ１の通電駆動が行われる。
この通電駆動は、基本的には、従来と同様に、通常モードでの所定温度Ｔ１となるように制御回路３０１によるフィードバック制御となっている。なお、かかる通電駆動は、他のモードでも同様である。

一方、ステップＳ１１０においては、動作モード信号が、中消費モードに対応する所定の信号であるか否かが判定され、動作モード信号は、中消費モードに対応する所定の信号であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、次述するステップＳ１１２の処理へ進む一方、中消費モードではないと判定された場合（ＮＯの場合）には、低消費モードであるとして、後述するステップＳ１１６の処理へ進むこととなる。

ステップＳ１１２においては、制御回路３０１の適宜な記憶領域に予め記憶されている中消費モードでの通電駆動に必要な駆動データの読み出しが行われ、ステップＳ１１４の処理へ進む。
ステップＳ１１４においては、ステップＳ１１２で読み出された中消費モード駆動データに基づいて、制御回路３０１によるドライバ回路３０２を介してのヒータ１の通電駆動が行われる。
すなわち、ヒータ１の温度が、中消費モードでの所定温度Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）となるように制御回路３０１によるフィードバック制御に基づく通電駆動が行われる。

ステップＳ１１６においては、制御回路３０１の適宜な記憶領域に予め記憶されている低消費モードでの通電駆動に必要な駆動データの読み出しが行われ、ステップＳ１１８の処理へ進む。
ステップＳ１１８においては、ステップＳ１１６で読み出された低消費モード駆動データに基づいて、制御回路３０１によるドライバ回路３０２を介してのヒータ１の通電駆動が行われる。
すなわち、ヒータ１の温度が、低消費モードでの所定温度Ｔ３（Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３）となるように制御回路３０１によるフィードバック制御に基づく通電駆動が行われる。

ホットフィルム式エアフロセンサ２０２は、ヒータ１の発熱量が大きい程、解像度や精度が向上することは従来から知られている通りであるが、通常は、必要とされる検出信号の精度等を考慮して１つの発熱量、又は、発熱温度が定められたものとなっており、その発熱量、発熱温度は、ほぼ最大の解像度、精度となる値が選択される。
本願発明においては、先の所定温度Ｔ１が、上述のように通常１つ定められる温度であり、この状態が最も検出信号の解像度、精度が高い状態である。

これに対して、所定温度Ｔ３は、車両の動作状態の中で、ホットフィルム式エアフロセンサ２０２の検出信号の解像度、精度が最も低くても支障のない温度として、車両の仕様、ホットフィルム式エアフロセンサ２０２の動作特性等を考慮しつつ、試験結果やシミュレーション結果に基づいて選定されたものである。したがって、所定温度Ｔ３においては、ヒータ１の消費電力は最低の状態となる。なお、ヒータ１の温度を所定温度Ｔ３として用いるに適する車両の動作状態としては、例えば、ほぼ一定の高速走行状態にある場合を挙げることができる。

また、所定温Ｔ２は、所定温度Ｔ１と所定温度Ｔ３とのほぼ中間の値であり、検出信号の解像度、精度として、最大である必要はないが、所定温度Ｔ３の場合を上回る解像度、精度を要する場合として選定されるものであり、その具体的な値は、先に述べたように、車両の仕様、ホットフィルム式エアフロセンサ２０２の動作特性等を考慮して、試験結果やシミュレーション結果に基づいて定めるのが好適である。

上述のようにして、ステップＳ１０８、Ｓ１１４、Ｓ１１８のいずれかが実行された後は、先のステップＳ１０２へ戻り、一連の処理が再び繰り返されることとなる。
なお、上述した本発明の実施の形態においては、ホットフィルム式エアフロセンサ２０２の動作モードを、通常モード、中消費モード、及び、低消費モードの３つとしたが、この３つのモードに限定される必要はなく、車両の具体的な仕様等を考慮して、任意の複数の動作モードを設定して良いものである。例えば、最も簡素な例としては、通常モードと低消費モードの２つの動作モードを用いるようにしても良い。

必要とされる検出信号の解像度、精度を悪化させることなく消費電力の低減を可能とするホットフィルム式エアフロセンサの駆動制御が所望される車両に適用できる。

１…ヒータ
２０１…電子制御ユニット
２０２…ホットフィルム式エアフロセンサ
３０１…制御回路
３０２…ドライブ回路

Claims (2)

1. ヒータの通電によって前記ヒータ近傍に生じた暖気が外部から流入する空気の流れによって移動する際の周辺の温度の変化を基に前記外部から流入する空気の量を検出可能に構成されてなる車両搭載のホットフィルム式エアフロセンサの駆動制御方法であって、
   前記ヒータの通電状態を複数に区分し、その区分に応じた通電条件を外部から入力される動作モード信号に応じて選択可能とし、選択された通電条件に応じて前記ヒータの通電駆動を行うことで、前記ヒータの発熱温度を変更可能とし、
   前記通電条件は、前記ヒータの発熱温度が第１の発熱温度となる様フィードバック制御する第１の通電条件と、前記ヒータの発熱温度が第２の発熱温度となる様フィードバック制御する第２の通電条件とを含み、前記第２の通電条件における車両の速度は前記第１の通電条件における車両の速度よりも速く、前記第２の発熱温度は前記第１の発熱温度よりも低いことを特徴とするエアフロセンサ駆動制御方法。
2. ヒータへの通電制御を行う制御回路と、前記制御回路による前記ヒータへ対する通電制御に基づいて前記ヒータへの通電を行うドライブ回路とを有してなり、車両の吸入空気量の検出に用いられる車両搭載のホットフィルム式エアフロセンサであって、
   前記制御回路は、複数に区分された前記ヒータの通電状態に対応した通電条件が予め記憶せしめられ、外部から入力される動作モード信号に応じて前記通電条件が選択され、前記選択された通電条件に応じて前記ドライブ回路を介して前記ヒータを通電駆動可能に構成されてなり、前記ヒータの発熱温度を変更可能とし、
   前記通電条件は、前記ヒータの発熱温度が第１の発熱温度となる様フィードバック制御する第１の通電条件と、前記ヒータの発熱温度が第２の発熱温度となる様フィードバック制御する第２の通電条件とを含み、前記第２の通電条件における車両の速度は前記第１の通電条件における車両の速度よりも速く、前記第２の発熱温度は前記第１の発熱温度よりも低くなる様に制御されることを特徴とするホットフィルム式エアフロセンサ。

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