JPH02234024A - 熱式流量センサの信号処理方法 - Google Patents

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〕 この発明は、流体の流量を検出する熱式流量センサに関
するもので、特に、流量変化に対する応答性を改善する
信号処理方法に関するものである．〔従来の技術〕 従来の熱弐流量センサとしては、内燃機関の吸入空気流
量を検出する熱式空気流量センサがよく知られており、
代表的なものとして吸気通路内に配設された白金線の温
度が一定となるよ・う白金線への通電電流を制１１ｍ　
シ、この電流値に対応して空気流量信号を得るホットワ
イヤ式空気流量センサが公知である．又、該白金線の代
りにアルミナ基板やフィルムに白金を蒸着した熱式空気
流量センサがホットワイヤ式空気流量センサの廉価版と
して最近注目されてきている． ところで、これらの熱式空気流量センサにおいては、定
温度に制御された温度依存抵抗への通電電流を検知して
空気流量を計測するものであるため、該温度依存抵抗な
らびにその保持部材への熱伝導及び蓄熱により計測すべ
き空気流量が変化した時出力応答が遅れ、検出特性に誤
差を生じることが知られている． 第６図％　ｌａ）はこの種の熱式空気流量センサ（１１
を示すもので、αυは空気が流れる通路を兼ねる管状の
ハウジングであり、空気の流れる方向を矢印で示してい
るＩＩＲＭは空気流量を検出する為の温度依存抵抗で、
第６図（ｂ）に示すようにアルミナ基板（社）の上に白
金を印刷あるいは蒸着した後トリミングして形成された
もので、他の抵抗Ｒｌｌ　，ＲＮとともに空気通路内に
配設されている．Ｒイ．Ｒｗ．ＲＫ　．Ｒ．．Ｒｔ　は
周知のブリフジ回路構成で抵抗値検出装置を形成し、差
動増巾器亜とによって閉ループを形成してＲ。の温度又
は抵抗値が一定となるよう制御される．このため、空気
流量に対応してＲＮの通電電流が決定され、該電流値と
ＲＮの抵抗値の積から出力電圧０３を得ることができる
．次に、このような熱式空気流量センサ（１》の空気流
量変化時の応答遅れについて説明する。第７図は空気流
量をステップ状に変化させた時の熱式空気流量センサの
応答を示す図であり、その特性はＡ点を節とする折れ線
に略等しい応答を示す．ここで横軸はステップ変化後の
経過時間、縦軸は空気流量変化率を示す．Ａ点までの時
間遅れは、白金抵抗Ｒ．の熱応答及び回路の応答遅れが
主として起因し、Ａ点での目標値との偏差及びＡ点から
目標へ収れんするまでの時間は主として白金抵抗Ｒ．の
保持部材であるアルミナ基板（自）への熱伝導，蓄熱に
より生じるものである．第８図は上記動作を説明するた
めの図であり、アルミナ基板α嚇に対し白金抵抗Ｒ＋＋
の位１を基準に距離を横軸にとった時のアルミナ基板α
善上の温度分布を示す。白金抵抗ＲＨ部付近の温度は前
述の回路により空気温度に対し十分高い一定の温度に制
御されている。

ここで、白金抵抗Ｒ，Ｉにおいて発生した熱は空気中へ
放出されるとともに白金抵抗Ｒ．部からアルミナ基板（
ロ）へ伝熱・蓄熱されることになる。該閉ループ回路は
この熱損失を補って白金抵抗ＲＩＩへの電流をＩｆｍす
る．従って、所定の空気流量に対する熱式空気流量セン
ナ（１１の出力はアルミナ基板圓への伝熱蓄熱分を含ん
だものとなるが、アルミナ基板Ｑ４１上の熱の平衡がと
れた状態での特性即ち定常状態では正確な流量特性が得
られる．ところが、空気流量が変化する場合は上記熱平
衡がとれない為流量特性に誤差を住ずることになる．第
８図の１１　は空気流量が少ない時の温度分布であり、
１．は空気流量が大きい時を示す．ここで、ｌ，が１１
の下方になるのは流れる空気流量によってアルミナ基板
（ロ）の冷却効果が異なる為である．小流量から大流量
へ空気流量をステップ変化させた時は最終的には温度分
布がｌ２になるが、初期はｌ２に対応する空気流量であ
るのにＪ．の温度分布となり白金抵抗Ｒｌ４への供給ｔ
流、即ち、熱式空気流量センサ（１）出力は本来の出力
より少なくなる．即ち、空気流量の変化があった時は変
化前の空気流量に対応する温度分布と変化後の空気流量
に対応する温度分布の差に対応した初期流量誤差を生じ
、温度分布が変化後の空気流量に対する定常状態になる
までの時間誤差が暫ｍレながら継続することになる．こ
の度合いは第６図に示す熱式空気流量センサ（１）では
、保持部材であるアルミナ基仮α船の伝熱・蓄熱の影響
が大きく、内燃機関の燃料噴射装置で実用化可能な程度
の応答性・耐久性をもつセンサとすべ《白金抵抗ＲＨの
面積、アルミナ基Ｆｉ（ロ）の厚みなどを考慮して製作
したものでも初期流量偏差が最大３０％、偏差の４１続
時間が５　００ｖｓ程度となり、このような応答遅れは
内燃機関の燃料１１１１１上許容し難いものである．こ
のような欠点を改善する方法として例えば特開昭６１　
−　２６８２３号公報に示されるような温度依存抵抗を
用いるものが提案されている。第９図はこの温度依存抵
抗を示すもので、円環状アルミナ基体α船の外表面に白
金薄膜を蒸着し、レーザートリミングによりアルミナ基
体αａの全体に白金抵抗Ｒ０を形成するとともに白金線
よりなるリード４Ｉ［（１９をアルミナ基体（財）の両
端開口部より挿入し、導電ペーストＱｌで固着すること
により構成されている．このようにアルミナ基体に対す
る白金抵抗ＲＮの面積を大きくすることによって流量が
変化したときの保持部材の温度特性への影響を小さくす
ることが可能となり、応答性を向上することができる．
〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、このような従来の熱式空気流置センサに
おいては、センサ自体の構造が複雑化して製造が困難な
ものとなり、あるいは価格が高《なるなどの問題があっ
た． この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、構造が簡単で廉価な熱式流量センサを用い、
信号処理によって応答性を改善するようにした信号処理
方法を促供するものである．（！Ｉｆｌを解決するため
の手段〕 この発明は、温度依存抵抗と該抵抗を支持する保持部材
とからなる熱式流量センサを備えたものにおいて、流量
が定常状態を維持した平衡状態にあるときの流量に対応
した第１の演算値を予じめ設定しておき、流量に対応し
た値から第１の演算値を求めるとともに、流量が変動し
たときの上記第１の演算値からのずれに対応し、かつ、
流量増大時と減少時とで異なる補正割合いにより演算す
る第２の演算値を求め、これら第１、第２の演算値によ
り流量センサの出力を補正するようにしたものである． 〔作用〕 この発明における信号処理方法は、平衡状態にあるとき
の流量に対応して設定された第１の演算値とこの第１の
演算値とのずれに対応して演算される第２の演算値とに
より流量センサの出力を補正するように構成されたもの
で、温度依存抵抗及び抵抗保持部材の温度特性に伴なう
応答遅れを解消させることが可能となる． 〔実施例〕 以下、この発明を一実施例である熱式空気流量センサを
用いた燃料噴射装宜について説明する。

第１図において、（１１は第６図に示された形式の熱式
空気流置センサ、｛２｝は該空気流量センサ（１）を収
容する吸気通路、《３》は吸入空気量を調整するスロッ
トルバルブ、（４）はサージタンク、（５）はインテー
クマ二ホールド、（６）はエンジン、（７）はエンジン
（６）における気筒毎のインテークマ二一ホールドに取
付けられたインジェクタ、（８）はエンジン（６）のカ
ムシャフト軸に取付けられたディストリービエータ内に
設けられ、クランク軸の回転位置を検出するクランク角
センサ、（９）は空気流量センサ（１）からの空気流量
信号及びクランク角センサ（８）からのエンジン回転数
信号を主に図示しない各種センサなどによる補正演算を
行ないインジェクタ（？）の噴射パルス巾を制御する信
号処理器で、第２図に示すように熱式空気流量センサ（
１１の出力゛電圧信号をディジタル交換するＡ／Ｄ変換
器（９１）と、クランク角センサ（８）の出力信号を波
形整形するディジタルインタフェース（９２）と、これ
らの出力を受けて演算処理を行なう中央処理装置（　Ｃ
　Ｐ　Ｕ）（９３）　　と、プログラムおよ．びデータ
などが記憶されたＲＯＭ（９４）と、データを一時記憶
するＲ　Ａ　Ｍ　（９５）と、出力信号を発生する駆動
回路（９６）とから構成されている．基本の演算処理方
法としては、空気流量センサのＡ／Ｄ値、クランク角セ
ンサからの回転数信号などを用い後述する空気流量の補
正演算を行ない、これらの信号、演算値により周知の方
法で燃料噴射パルス中を計算して駆動回路（９６）によ
りインジェクタ｛７｝を制御することになる．ところで
、このような燃料噴射装置に用いられる熱式空気流量セ
ンサ（１１は上述したようにアルミナ基板Ｑ４）の伝熱
・蓄熱特性により応答遅れが避けられないものであり、
本発明による応答性改善処理が必要となる． 以下、この発明の一実施例である信号処理方法を第３図
、第・４図、第５図を用いて説明する．まず、信号処理
器（９）は所定の時間間隔で空気流量センサロ｝の出力
電圧をＡ／Ｄ変ｔｏした値により予じめ測定された流量
特性に基づき相当する流量を求めておき、ステップ１０
１においてクランク角センサ《８》による割込み信号（
４気筒エンジンの場合１０００ｒｐ−の回転時は３０ｍ
秒毎）が入力されると、これらの時間における流量の積
算値と積算回数とから回転信号間の平均空気流量Ｑａを
演算する．次に、ステップ１０２において、空気流量セ
ンサ（１）が定常状態、すなわち熱的に平衡状態にある
ときの平均空気流量Ｑａに対するデータＣＱｓ＋ａｘを
予じめ設定されたテーブルを参照して求める．このテー
ブルは、内燃機関に用いられる実用空気流量計測域が数
ｇ／秒〜１００ｇ／秒程度の場合、第３図（ｂｌに示す
ように最低流量で０．３、中流量以上で０となり、しか
も、低流量域で空気流量Ｑａの増加に伴なって減少する
値を持つように構成されている． この第１の演算値ＣＱｍａｘは空気流量Ｑａに対応して
変化するアルミナ基板Ｑ４１の温度特性を表わすものと
考えられる． 次に、ステップ１０３において、第３図（Ｃｌに示され
た処理ルーチンにより演算された第２の演算値ＣＱをＲ
　Ａ　Ｍ　（９５）より読み出す．この第２の演算値Ｃ
Ｑは次のルーチンにより設定される．すなわち、図にお
いて、例えば１　００ｓｓに設定された定時間割込信号
が入力されると、ステップ３０１において、空気流量Ｑ
ａに対応する新しい値ＣＱｍａｘが直前の値と等しいか
否かを判別し、両者が一致している場合は平衡状態にあ
るものとしてその値ＣＱｍａｘを第２の演算値ＣＱとし
て保持する．また、両者が不一致である場合、ステップ
３０２において、直前の値ＣＱが第１演算値Ｃ　Ｑｕａ
ｙより大であるか否かを判定して大である場合にはステ
ップ３０３で所定値ΔＣ，Ｉを減算し、小である場合に
はステップ３０４で所定値ΔＣＬを加算する．このよう
にして一定時間毎に第２の演算値ＣＱを第１の演算値Ｃ
Ｑｍａｘに近づけるように演算処理を行なわせ、第１の
演算値ＣＱｍａｘとの大小関係に応じた第２の演算値Ｃ
ＱをＲ　Ａ　Ｍ　（９５）に記憶させることができる． ここで、温度依存性抵抗Ｒ．を保持するアルミナ基板（
ロ）の熱時定数は第４図に示すように流量の増加に伴な
って小さくなる特性を有しており、例えば流量が３ｇ／
秒から５０ｇ／秒までステップ状に変化した場合の第２
の演算値ＣＱが第１の演算値ＣＱｓａｘに一致する時間
は流量が５０ｇ／秒から３ｇ秒に変化した場合のそれに
比べて短かくなる．このため、補正割合いを減算時に加
算時より大（ΔＣＨ＞ΔＣｔ　）とするように設定して
いる． 次に、ステップ１０４において、第１の演算値Ｃ（：ｌ
＋ａｘ　と第２の演算値ＣＱとから補正係数Ｃを求め、
ステップ１０５において、この補正係数Ｃを平均空気流
量Ｑａに乗算することにより補正された実質空気ＩＱａ
”が算出されることになる．第５図は、このような空気
流量センサ（１１を用い空気流量が急激に増減した場合
のタイムチャートを示すもので、時間【０にスロットル
バルプ（３）を急激に解放してその開度状態（大流量状
態〉を維持し、その後、む，時にスロットルバルブ（３
）を急激に閉鎖状態に復帰させた場合を示している．こ
こで、第５図Ｔａ）の実線は実際の吸入空気１ｉＱの変
化を示し、点線は空気流量センサ（１）により示される
吸入空気量Ｑａの変化を示している．すなわち、空気流
量センサ（１１の出力Ｑａはセンサ自体の応答特性によ
り変化した後、Ａ点（１＋時）において、第７図に示す
ようなアルミナ基板（ロ）の温変特性に伴なって応答性
が低下し、実際の空気流量を示す信号が得られるｔ！時
までの時間遅れが生じる．この１１〜ｔ，時の時間は数
１００ｍ秒〜１秒とｔ．〜１．時の５０ｍ秒に比して無
視できないものであり、また、【，〜ｔ，時の時間はｔ
１〜ｔ，時の時間の約２倍となり、非常に大きな時間が
必要になる．一方、空気流量センサ（１１の出力Ｑａに
伴なって第１の演算値Ｃ　Ｑｓａｘ　は第５図世｝に点
線で示すように変化し、また、第２の演算４１ｉ　Ｃ　
Ｑも第３図（Ｃｌに示す演算に伴なって実線で示すよう
に変化する．したがって、補正係数Ｃは第５図（Ｃｌに
示すように第１．第２の演算値ＣＱｍａｘ　，ＣＱの偏
差に応して変動することになり、この補正係数Ｃを空気
流量センサ（１１の出力Ｑａに乗算することによって実
際の吸入空気ｉ１Ｑに近似した吸入空気量を表わす信号
Ｑａ”を得ることができる． このように、本発明においては、空気流量センサ（１）
の出力に対してこの出力が平衡状態において発生する第
１の演算値ＣＱａ＋ａｘを予じめ記憶させておき、この
第１の演算値ＣＱ＊ａｘの変化及び第１の演算値ＣＱｓ
＋ａｘとの大小関係に応じ、かつ、流量増大時の補正割
合い八〇Ｍを減少時の補正割合いΔＣＬより大として演
算して第２の演算値ＣＱを形成させるとともにこれらの
演算値によって補正係数Ｃを算出させ、空気流量センサ
｛１）の出力に補正係数Ｃを乗算させて補正させるよう
に構成したため、温度依存抵抗を支持する保持部材によ
る熱的影響を解消することができ、空気流量を検出する
際の応答特性を改善することが可能となる． なお、上述の実施例においては、第１の演算値を空気流
量センサ（１）の出力に応じて予じめ設定するように構
成したが、この第１の演算値は空気流量に対応した値に
すぎないものであり、内燃機関において空気流量を表わ
すパラメータとして用いられているブースト値と回転数
あるいはスロットル開度と回転数とによって第１の演算
値を求めるように構成してもよい．又、熱式流量センサ
として内燃機関の空気流量センサについて説明したが、
温度依存抵抗及びその保持部材の温度又は温度分布が流
体の流量変化に対して流量に対する平衡値からずれを生
じ、流量特性に誤差を生じる熱式流量センサであればよ
く、例えば、内燃機関のＥＧＲガス流量センサにも適用
することができる．さらに、信号処理方法として、実施
例では熱式空気流量センサの流量値を補正するように構
成したが、流量センサの出力値又はこの出力値をＡ／Ｄ
変換した値を用いるようにしてもよい．〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば熱式流量センサにおけ
る温度依存祇抗及びその保持部材の熱応答遅れを信号処
理により補正することが可能となり、しかも、流量増大
時と減少時とにおいて保持部材の温度特性に対応した補
正割合いで補正値を演算するように構成したため、構造
が簡単で安価な熱式流量センサを用いて応答性の良好な
流量測定を可能とすることができる．

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である内燃機関の燃料噴射
装置を示す基本構成図、第２図は第１図における燃料噴
射装置の信号処理器を示すブロック図、第３図は本発明
の信号処理方法を示すフローチャートおよび特性図、第
４図は保持部材の熱時定数を示す特性図、第５図はタイ
ムチャートを示す図、第６図は内燃機関の熱弐空気流量
センサを示すブロック図、第７図は空気流量をステップ
変化させた時の該センサの空気流量変化率を示す図、第
８図はセンサの熱応答遅れを説明する図、第９図は従来
の温度依存抵抗を示す概要図である．図中、ｉｌｌは空
気流量センサ、（３》はスロットルバルブ、《６》はエ
ンジン、《刀はインジェクタ、（８）はクランク角セン
サ、《９》は信号処理器、ＲＨは温度依存抵抗、（自）
は保持部材であるアルミナ基板、ＣＱ一ａＸは第１の演
算値、ＣＱは第２の演算値を示す．なお、図中、同一符
号は同一あるいは相当する部分を示すものとする．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）温度に依存して抵抗値が変動する温度依存抵抗と
   この温度依存抵抗を支持する保持部材とを有し、上記温
   度依存抵抗を介して形成される出力信号に基づき、流体
   の流量を検出する熱式流量センサを備えたものにおいて
   、上記流体の流量が定常状態を維持した平衡状態にある
   ときの上記流量に対応した第１の演算値を予じめ設定し
   ておき、上記流量に対応した値から上記第１の演算値を
   求めるとともに、上記流体の流量が変動したときの上記
   第１の演算値からのずれに対応し、かつ、上記流体の流
   量増大時と減少時とで異なる補正割合いにより演算する
   第２の演算値を求め、これら第１、第２の演算値により
   上記流量センサの出力を補正するようにしたことを特徴
   とする熱式流量センサの信号処理方法。