JPH0221217A - 熱線式空気流量計 - Google Patents

熱線式空気流量計

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JPH0221217A
JPH0221217A JP63170017A JP17001788A JPH0221217A JP H0221217 A JPH0221217 A JP H0221217A JP 63170017 A JP63170017 A JP 63170017A JP 17001788 A JP17001788 A JP 17001788A JP H0221217 A JPH0221217 A JP H0221217A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ガソリンエンジンなどの内燃機関の吸入空気
流量計測用の熱線式空気流量計に係り、特に、自動車用
ガソリンエンジンに好適な熱線式空気流量計に関する。
[従来の技術] 自動車の高性能化と排ガス規制への充分な対応のため、
吸入空気流量を検出し、その検出結果に基づいてエンジ
ン制御を行なう方式のシステムが広く実用化されており
、これに応じて、種々の方式の空気流量計についての提
案がされており、それぞれ実際に使用されているが、そ
の一種に熱線式空気流量計、いわゆるホットワイヤエア
フローセンサがある。
ところで、自動車用の電子制御装置は、そのほとんどが
マイクロコンピュータで構成されているため、その入力
信号を発生する機器となる空気流量計なども、その検出
信号はデジタル化して制御装置に取込む必要があり、こ
のため、自動車用の空気流量計としては、その出力信号
が直接、デジタル化に好ましい形で得られるものが望ま
しく、このため、例えば、特開昭62−11023号公
報に開示されているように、エンジンの回転に同期して
、熱線に供給する電流を断続させ、このときでの、熱線
の温度が所定値に達するまでの時間が空気流量の所定の
関数になっていることを利用して、直接、流量をパルス
幅に変換して出力するようにした、いわばパルス幅変調
空気流量計とでも言うべきものが開示されており、以下
、この従来例について第2図及び第3図により説明する
と、第2図において、1は熱線(熱線プローブのこと)
でホットワイヤなどと呼ばれるもの、2は温度補償用の
抵抗線(温度プローブのこと)でコールドワイヤなどと
呼ばれるもの、3はコンパレータ、4はフリップ・フロ
ップ、5はスイッチ、6は定゛准流源である。
フリップ・フロップ4のセット端子には、エンジンが回
転するごとに、その所定回転角ごとに発生する、いわゆ
るクランク角信号が入力されるようになっており、この
信号が入力されると、フリップ・フロップ4の出力Q端
子はHI G Hレベルとなり、この結果、スイッチ5
がオンとなって定電流源6から熱線1に電流が供給され
る。そこで、熱線1の温度が上昇して、その抵抗値が増
加する。
熱線1が所定の温度に達すると、コンパレータ3の出力
がHIGHレベルとなり、この信号が、フリップ・フロ
ップ4のリセット端子に入力され、フリップ・フロップ
4の出力Q端子はLOWレベルとなる。これによりスイ
ッチ5はオフされ、熱線1への電流供給が遮断される。
この熱線1への電流供給の遮断は、フリップ・フロップ
のセット端子に、次のクランク信号が入力されるまで継
続され、この間、熱線1は、吸入空気流により冷却され
る。
そこで、空気流量が多い場合には、上述の加熱電流遮断
期間中での熱線1が冷却される度合いが強くなり1次に
熱線1を所定の温度まで加熱するのに必要な電流供給時
間が長くなる。
従って、空気流量Qよは、第3図に示すように、電流供
給時間Tとクランク角信号の周期T。(エンジン回転速
度Nの送致に対応)との関数として求めることができる
のである。
[発明が解決しようとする課題] ところで、自動車用エンジンの吸入空気流量計測用とし
ては、機器差や経年変化などを考慮した上で、なおかつ
、所定のかなり高い精度が要求される。
しかしながら、上記した従来技術は、エンジンの回転数
が比較的低速で、かつ比較的負荷が重い状態にあるとき
での、吸入空気脈動の影響や、熱線プローブの熱容量の
影響について配慮がされておらず、充分な精度の保持の
点で問題があった。
ここで、このような空気流量計に使用されている熱線プ
ローブについて説明すると、このような熱線プローブと
しては、自動車での使用という見地から、比較的構造が
簡単で、しかも耐久性に富んだものが要求されることか
ら、例えば、第4図。
第5図に示すものの使用が従来から提案されている。
ここで、第4図は、特願昭53−42547号の出願な
どで提案されているもので、セラミックス製の円筒60
をボビンとし、こわに細い白金線61を巻き、さらに、
その表面をガラスなどの被覆材62で覆い、適当なリー
ド線63を介して支持材64に保持させたものであり、
また、第5図は、同じくセラミックス製の平板65の表
面に、薄膜、厚膜技術により、その抵抗値が温度依存性
を有する所定の抵抗材料からなる膜抵抗体66を形成さ
せ、所定の支持部材67に取りつけたちのである。
従って、このような熱線プローブを用いると、その熱容
量がかなり大きくなるので、この熱線プローブに対する
電流の供給、遮断に際して現れる温度変化は、あまり大
きくならず、このため、これを検出するための比較器と
して、かなり高精度のものが必要になり、コストアップ
になる上、この比較器が有するオフセット特性などによ
り、高精度の保持が困難になってしまうのである。
本発明の目的は、吸入空気流量の計測を、常に充分な信
頼性のもとで、高精度を保って行なうことができ、自動
車用として実用上充分な機能を与えることができる熱線
式空気流量計をローコス!−で提供することにある。
[課題を解決するための手段] 上記目的は、吸入空気脈動に対する補償機能や、その他
の各種の補償機能や調整機能を付加することにより達成
される。すなわち、エンジン回転数と、絞り弁などのエ
ンジンの吸入空気流量を制御する手段の開度との関係と
して補正信号を発生する手段や、電流の断続制御用のフ
リップ・フロップ回路のリセットを保持する手段、エン
ジンの点火信号をマスクする手段、或いは熱線プローブ
の温度判定用の比較器のオフセットを補正する手段を設
けることにより達成されるのである。
[作用] 吸入空気の脈動は、エンジン回転数が低く、かつ絞り弁
の開度が大きくなれば、それに応じて増加するから、こ
れらの回転数や開度の関数として与えられる補償データ
で補正を行なうことにより、高精度が得られ、フリップ
・フロップ回路のリセットが確実に保持されたり1点火
信号がマスクされれば誤動作がなくなり、比較器のオフ
セットが無くなれば精度が増し、高精度と高信頼性が得
られる。
[実施例] 以下1本発明による熱線式空気流量計について、図示の
実施例により詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例で、この第1図において、1
は熱線、2は抵抗線、3.11はコンパレータ、4はフ
リップ・フロップ、7,8はトランジスタ、9.、Lo
、12,14は抵抗、13は可変抵抗、15はクランク
角センサ、16は起動用電源、17はマスク回路、18
は出力調整回路、20は制御用のマイクロコンピュータ
である。
フリップ・フロップ4がクランク角センサ15からの信
号によりセットされると、その出力τ端子はLOWにな
り、この結果、トランジスタ7がオフし、トランジスタ
8はオンする。
他方、フリップ・フロップ4がコンパレータ3の出力に
よりリセットされると出力τ端子はII I G 14
になり、トランジスタ7がオンで、トランジスタ8はオ
フになる。
この結果、トランジスタ8が第2図の従来例におけるス
イッチ5として機能し、フリップ・フロップ4の出力Q
端子から空気流量Qaに応じてパルス幅が変化している
パルス信号が得られることになる。
ところで、トランジスタ8がオンしているときでの、こ
のトランジスタ8のベース電流はコンパレータ11から
供給されるが、このコンパレータ11は、定電圧源から
抵抗12と可変抵抗13で分圧されて与えられる所定の
基準電圧Vrと、抵抗9による電圧降下IRgとを比較
し、それらの差に応じた電流を出力するようになってお
り、この結果、電源から熱線1に供給される加熱電流工
は、基準電圧vrで定まる所定値に定電流化されること
になり、熱線1の加熱電流Iの定電流化が充分に与えら
れることになっている。
ところで、このような機器で使用するコンパレータとし
ては、当然のこととして、素子として供給されるものが
使用され、このため、個々の素子ごとに存在する特性の
ばらつきを避けることができない。この結果、コンパレ
ータ3として組み込まれたちのしこよっては、その入力
オフセット電圧のばらつきなどにより、電流供給遮断時
にも、その出力がHIGHになってしまうものがある。
しかして、このような素子が組み込まれてしまった場合
には、フリップ・フロップ4のSET入力が変化しても
、状態が反転せず、熱線1に電流が供給されず、流量計
としての動作が開始せず、無調整での使用が困難になる
そこで、この実施例では、起動用電源回路16が設けて
あり、所定の定電圧源からダイオード16aを介して、
コンパレータ3の一人力に微小電位が印加されるように
構成してあり、これにより、無調整で常に確実に動作す
る空気流量計が容易に提供できるようにしている。
次に、マスク回路17は、点火信号をマスクしてノイズ
による誤動作を防止するためのもので、その詳細は第6
図に示すように構成されており、ここで、17aは電子
スイッチ、17bはモノマルチバイブレータである。
電子スイッチ17aはアナログスイッチや論理回路の組
み合わせからなるデジタルスイッチで構成され、クラン
ク角センサ15からの信号が、この電子スイッチ17a
を介してフリップ・フロップ4のセット入力に供給され
るように接続されている。
モノマルチバイブレータ17bは、点火信号によってト
リガされ、以後、所定の時定数を持ってリセットし、ト
リガされている間だけ電子スイッチ1,7aを閉じる働
きをする。
第7図の■に示すように、クランク角センサ15からの
信号に点火ノイズが重畳されていたときでも、この点火
ノイズが現われる期間には、電子スイッチ17aがモノ
マルチバイブレータ17bの働きによりオフ制御される
ため、点火ノイズはマスクされ、誤動作を防止すること
ができる。
ところで、このような流量計では、空気流量信号となる
熱線1の加熱電流供給時間を所定の特性に合わせるため
には、ゲイン調整とゼロ点調整が必要である。
まず、ゲイン調整は、第1図の抵抗13をトリミングし
て熱線1への供給電流を調整することにより、或いは、
抵抗10をトリミングして熱線1の到達設定温度を変え
ることにより、それぞれ実現することができる。
次に、この実施例では、出力調整回路18が設けてあり
、これにより、ゼロ点調整を行なうことができるように
なっている。
第8図は、この出力調整回路18の詳細を示したもので
、2個の1−ランジスタ18a、18bと、コンパレー
タ18c、それに3個の固定抵抗18dないし18fと
可変抵抗18g、18h、さらにはコンデンサ18iで
構成されているもので、この動作を第9図によって説明
する。
まず、フリップ・フロップ4のQ出力端子に現れる信号
は、図の■に示すようになるが、この信号はトランジス
タ18a、18bと抵抗18dないし18f、それにコ
ンデンサ18gにより処理され、図示の■に示すように
、立ち上がりと立ち下がりに時定数を持った波形に変換
される。
次に、この■の信号は、コンパレータ18cの十入力端
子に入力され、2個の可変抵抗18g。
18hにより設定されている、所定のレベルLと比較さ
れ、このコンパレータ18cの出力に■で示す波形の信
号が得られることになる。
従って、このコンパレータ18cの一人力端子の電位レ
ベルLを可変抵抗18g、18hの調整により変化させ
てやれば、コンパレータ18cの出力端子■に得られる
信号のパルス幅を調整出来、出力調整回路18によりゼ
ロ点調整が可能になるのである。
次に、コンピュータ2oによる信号処理について説明す
る。
出力調整回路18の出力は、まず、空気流量演算手段2
0aに入力される。この演算手段20aによる処理は加
熱電流供給時間Tと、吸気工程時間T。から、吸気工程
中にシリンダ内に吸入された空気量I Q aを求める
処理であり、その詳細を第10図と第11図により説明
する。
一般に、この加熱電流供給時間Tと吸気工程時間T。(
エンジン回転速度の逆数)、それにシリンダ吸入空気量
I Q aの3者の関係は、第10図のようになる。こ
こで、図の縦軸におけるCは、定数(0を含む)である
そこで、この実施例では、この第10図の関係をテーブ
ル化し、これをデータTとT。、それに定数Cで検索し
、所定のデータIQaを求めるようになっている。
第11図は、このときの処理内容を示すフローチャート
で、演算手段20aにより実行されるものであり、この
処理に入ると、まず、必要なデータの取り込みを行なう
(ステップ32)。次に、第10図のテーブルを検索す
るのに必要な演算を行なう(ステップ33)。そのあと
、テーブル検索によりシリンダ吸入空気量IQaを演算
するのである(ステップ34)。
ところで、このようにして演算し、計測した空気量は、
吸入空気がほぼ一定になっているときには、充分に高い
精度が得られるが、この吸入空気に脈動があると、かな
りの誤差を生じ、精度が低下する。
そこで、この実施例では、補正演算手段20bを設け、
常に高精度が得られるようにしており。
以下、この処理について説明する。
まず、このときの吸入空気の脈動による誤差は、第12
図のようになっている。すなわち、吸入空気流量を制御
する絞り弁の開度が小さくなると吸入空気の脈動が増し
、このため真の空気量に対して測定値が減少してくる。
そこで、この実施例では、第13図のようなマツプを用
意し、このマツプをエンジン回転数N (1/To)と
絞り弁開度で検索し、補正値αを求め、これにより、デ
ータI Q aを補正して真の空気量が得られるように
しているのである。
このときの、補正演算手段20bによる処理を示したの
が第14図のフローチャートで、この処理の実行に入る
と、まず、マツプ検索に必要な各種のデータの取り込み
を行なう(ステップ36)。
次に、第13図のマツプを検索して補正値αを求める(
ステップ37)。最後に、この補正値αを演算手段20
aの出力信号に乗算(ステップ38)して補正処理を終
るのである。
従って、この実施例によれば、エンジンの運転状態がど
のような場合でも、常に正確な吸入空気流量の計測が可
能で、高精度の空燃比制御を得ることができる。ここで
、20cは、この空燃比制御のための燃料供給量を演算
する燃料敗演算手段である。
ところで、以上の説明では、各手段20a、20b、2
0dをそれぞれブロックに分けて説明したが、これらに
よる処理は、全体として、コンピュータ20によって実
行されている。
第15図は、このコンピュータ20の構成を示したもの
で、CPU41を備え、入力信号のうち、エンジンの冷
却水温度や絞り弁開度などのアナログ信号は、アナログ
入力ポート42から入力され、他方、クランク角センサ
15(エンジン回転数計測用)からの信号や出力調整回
路18からの信号などのパルス信号は、デジタル入力ポ
ート43から取り込まれるようになっている。
CPU41はデジタル演算を行なうセントラルプロセツ
シングユニットで、演算中のデータなどの一時的な記憶
のためのRAM44、プログラムが記憶しであるROM
45と共に上記した各種の演算処理を実行する。ここで
、出力回路46.47はそれぞれ燃料噴射弁や点火装置
などである。
次に、第16図は本発明の他の一実施例で、これは、上
記した特公昭61−16026号公報で開示されている
熱線流量計踵動回路に本発明を適用したもので、熱線1
の両端の電位を抵抗50と51で分割して取り出すと共
に、温度補償用の抵抗線2を第2のコンパレータ53の
帰還回路に挿入したもので、このコンパレータ53の出
力は、もとからあるコンパレータ3の一人力に接続する
ようになっている。
この実施例では、抵抗g2に流れる電流を小さくするこ
とができ、この結果、抵抗線2の抵抗値が少なくても動
作でき、従って、熱線1と抵抗線2として、同一形状、
同一抵抗値のものが使用できるという効果があるもので
ある。
また、この実施例では、コンパレータ53の出力インピ
ーダンスが極めて低いことから、起動用電源回路16と
して、図示のように、所定の電位点とコンパレータ3の
一人力とを、単に抵抗16bを介して接続するようにし
たものを用いるだけでよく、第1図の実施例のように、
ダイオード16aを用いる必要はない。
第17図は、さらに本発明の他の一実施例で、コンパレ
ータ3の入力オフセットについて、対処したものである
周知のように、このようなコンパレータには、その入力
にオフセット特性がある。そして、既に、説明したよう
に、このようなコンパレータとしては、素子として供給
されるものをそのまま使用せざるを得ず、このため、そ
の特性にもばらつきがあり、このオフセット電圧ΔUに
ついても、使用するコンパレータごとに、かなりのばら
つきを示す。
一方、この流量計では、図示の電圧Va、Vbが Va +ΔU=V b となったとき、コンパレータ3の出力信号が切り替わる
従って、このままでは、このオフセット電圧ΔUのため
、流量計の精度が低下し、かつ、特性にもばらつきが現
われ、高精度が保てない。
また、このオフセット電圧ΔUには、温度依存性があり
、この結果、さらに精度に悪影響を与える。
そこで、この実施例では、抵抗60と可変抵抗61から
なる′面圧設定回路を設け、ここで設定された所定の電
圧Vcを、抵抗62を介してコンパレータ3の入力端子
に印加し、これによりオフセット電圧ΔUを打ち消すよ
うにしている。なお、このオフセット電圧ΔUの極性は
、使用するコンパレータにより反転する場合があり、こ
のため、極性に応じて、図の破線で示しであるように、
接続を替えてやる必要がある。
従って、この実施例によれば、使用したコンパレータに
拘らず、常に高精度の空気流量計測が可能である。なお
、このとき、実際には、コンパレータ3の出力電圧をi
il’l定しながら、可変抵抗61をトリミングしてや
ればよい。
次に、このオフセット調整の他の一実施例を第18図に
示す。
この実施例は、コンパレータ3がオペアンプであること
を利用したもので、このオペアンプの回路構成は第19
図に示すようになっているので、その端子■と■にそれ
ぞれ可変抵抗63.64を接続することによりオフセッ
ト電圧を打ち消すようにしたものである。
次に、第20図は、さらに本発明の別の一実施例で、第
16図で説明した、第2のコンパレーダ53を用いた流
量計にオフセット電圧の打ち消し方式を適用した例であ
り、抵抗60と可変抵抗61を付加することにより、コ
ンパレータ53と、さらにコンパレータ3の双方による
総合オフセット電圧が相殺できるようにしたものである
。また、この場合でも、この総合オフセット電圧の極性
により、破線で示すように接続替えを行なえばよい。
そして、このときも、可変抵抗61の1−リミングによ
り、最適な動作点に設定してやればよいことも、同じで
ある。
ところで、この実施例でも、コンパレータ3の入力端子
のいずれかに、所定の定電圧を印加してやるようにして
もよいが、このとき、このコンパレータ3は、実質的に
は増幅率が無限大のオペアンプどなっているから、この
ような構成では、印加すべき定電圧が僅か変化しても、
総合オフセット電圧の打ち消しに大きな変化が現われて
しまう。
しかして、この実施例では、コンパレータ53にオフセ
ット電圧打ち消し用の電圧を印加しており、このとき、
このコンパレータ53のオペアンプとしての増幅率は、
かなり小さく抑えられているため、上記の電圧の変化に
対する応答は、かなり緩やかで、この結果、オフセット
調整を簡単に行なうことができる。
[発明の効果] 本発明によれば、どのような場合でも、常に適切な対応
が可能で、使用条件の如何を問わず、必要な精度を確保
し、正確な空気流量の計測を行なうことができるから、
自動車用の空燃比制御などを常に高精度で行なうことが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による熱線式空気流量計の一実施例を示
すブロック図、第2図は熱線式空気流量計の従来例を示
すブロック図、第3図は熱線式空気流量計の動作原理の
説明図、第4図および第5図は熱線プローブの構造例を
示す説明図、第6図はマスク回路の詳細ブロック図、第
7図はマスク回路の動作説明図、第8図は出力調整回路
の詳細を示す回路図、第9図は出力調整回路の動作説明
図、第10図は空気流量の特性図、第11図は空気流量
算定処理を示すフローチャート、第12図は空気脈動誤
差を説明する特性図、第13図は補正用マツプの説明図
、第14図は補正処理を示すフローチャート、第15図
はコンピュータのブロック図、第16図は本発明の他の
一実施例を示すブロック図、第17図は本発明のさらに
別の一実施例を示すブロック図、第18図はオフセット
調整回路の一実施例を示す説明図、第19図はオフセッ
ト調整回路の詳細回路図、第20図は本発明のさらに別
の一実施例を示すブロック図である。 1・・・・・・熱線(熱線プローブ)、2・・・・・抵
抗線(温度プローブ)、3,11.53・・・・・・コ
ンパレータ、4・・・・・・フリップ・フロップ、15
・・・・・クランク角センサ、16・・・・・・起動用
電源回路、17・・・・・・マスク回路、18・・・・
・・出力調整回路、20・・・・・コンピュータ。 第2図 第4図 第3図 第8図 第6図 第9図 第7図 ■ ■ 第1O図 IQa=f、”Qadt 第1I図 第14図 第12図 敗り弁開力j 第13図 絞りヂた関7i 第15図 第旧図 第19図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、エンジン吸入空気流量検出用の熱線プローブに対す
    る加熱電流の供給をエンジンの回転に同期して断続させ
    ることにより、流量検出用の信号をパルス幅信号として
    直接発生させる方式の熱線式空気流量計において、エン
    ジンの回転周期と吸入空気流量制御手段の制御開度とを
    変数として補正データを発生する演算手段を設け、該補
    正データにより上記パルス幅信号から演算した空気流量
    データを補正するように構成したことを特徴とする熱線
    式空気流量計。 2、エンジン吸入空気流量検出用の熱線プローブに対す
    る加熱電流の供給をエンジンの回転に同期して断続させ
    ることにより、流量検出用の信号をパルス幅信号として
    直接発生させる方式の熱線式空気流量計において、上記
    熱線プローブの電流が遮断されているときに、上記加熱
    電流の供給を断続させるためのフリップ・フロップ回路
    のリセット入力の論理レベルを強制的に0に保つレベル
    設定手段が設けられていることを特徴とする熱線式空気
    流量計。 3、エンジン吸入空気流量検出用の熱線プローブに対す
    る加熱電流の供給をエンジンの回転に同期して断続させ
    ることにより、流量検出用の信号をパルス幅信号として
    直接発生させる方式の熱線式空気流量計において、上記
    エンジンの点火時期を含む所定の時間ごとに動作するマ
    スク手段を設け、このマスク手段を介して上記加熱電流
    の供給を断続させるためのフリップ・フロップ回路に対
    するセット入力信号を伝達するように構成したことを特
    徴とする熱線式空気流量計。 4、エンジン吸入空気流量検出用の熱線プローブに対す
    る加熱電流の供給をエンジンの回転に同期して断続させ
    ることにより、流量検出用の信号をパルス幅信号として
    直接発生させる方式の熱線式空気流量計において、上記
    熱線プローブ加熱時での該熱線プローブの温度が所定値
    に達したことを検出する比較器に所定の電圧を印加する
    電圧供給手段を設け、該比較器のオフセツトを打ち消す
    ように構成したことを特徴とする熱線式空気流量計。 5、特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかにお
    いて、上記パルス幅信号のパルス幅を調整する処理回路
    を設け、検出信号の較正が行えるように構成したことを
    特徴とする熱線式空気流量計。
JP63170017A 1988-06-15 1988-07-09 熱線式空気流量計 Expired - Lifetime JPH0654250B2 (ja)

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JP63170017A JPH0654250B2 (ja) 1988-07-09 1988-07-09 熱線式空気流量計
US07/365,552 US4966033A (en) 1988-06-15 1989-06-13 Air flow metering apparatus for internal combustion engines
EP89306063A EP0347218B1 (en) 1988-06-15 1989-06-15 Air flow metering apparatus for internal combustion engines
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019200181A (ja) * 2018-05-18 2019-11-21 株式会社デンソー 気体流量測定装置および気体流量測定方法

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