JPH02234025A - 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置センサに関
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〕 従来の熱式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御し、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、該瀧度依存抵抗な
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
差を生しることが知られている． 第５図（ａｌはこの種の熱式空気流量センサ（１）を示
すもので、αＤ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．
ＲＨは空・気流量を検出する為の温度依存抵抗で、第５
図伽》に示すようにアルミナ基板（ロ）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Ｒエ，ＲＮとともに空気通路内に配設されて
いる−　Ｒｘ　，ＲＮ　，Ｒｌｌ　．Ｒ＋　，Ｒ＊　は
周知のブリッジ回路構成で抵抗値検出装置を形成し、差
動増巾器（財）とによって閉ループを形成してＲ９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Ｒエの通電電流が決定され、該電流
値とＲ０の抵抗値の積から出力電圧ｎ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６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ＲＭ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Ｒｗ
の保持部材であるアルミナ基板０４１への熱伝導，蓄熱
により生じるものである．第７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荀に対し白金抵抗Ｒ，
ｌの位置を基準に距離を横軸にとった時のアルミナ基板
ａｅ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．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Ｑ４１へ伝熱・蓄熱されることになる．該
閉ルーブ回路はこの熱損失を補って白金抵抗Ｒ，ｌへの
電流を制御する．従って、所定の空気流量に対する熱式
空気流量センサ（１》の出力はアルミナ基板（自）への
伝熱蓄熱分を含んだものとなるが、アルミナ基板（財）
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生ず
ることになる．第７図の！，は空気流量が少ない時の温
度分布であり、！８は空気流量が大きい時を示す．ここ
で、ｌ，がｌ１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
終的には温度分布かず８になるが、初期は１８に対応す
る空気流量であるのにｌ１の温度分布となり白金抵抗Ｒ
．八の供給電流、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減しながら継続するこ
とになる．この度合いは第５図に示す熱式空気流量セン
サ（１１では、保持部材であるアルミナ基板（ロ）の伝
熱・蓄力の影響が大きく、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ぺく
白金抵抗Ｒ，Ｉの面積、アルミナ基板（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％
、偏差の継続時間が５　００ｍｓ程度となり、このよう
な応答遅れは内燃機関の燃料制御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８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（ロ）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０４）の全体に白金抵抗ＲＫを形成すると
ともに白金線よりなるリード線０９をアルミナ基体（ロ
）の両端開口部より挿入し、導電ペースト０１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Ｒ．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量センサに
おいては、センサ自体の構造が複雑化して製造が困龍な
ものとなり、あるいは価格が高く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
方法を提供するものである．（！！題を解決するための
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
た債から第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た第２の
演算値を求め、これら第１、第２の演算値の差を流量セ
ンサ出力に加算又は減夏して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加減算により補正するように構
成されたもので、簡単な演算処理によって温度依存抵抗
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
用いた燃料噴射装置について説明する．第１図において
、＋１１は第５図に示された形式の熱式空気流量センサ
、《２）は該空気流量センサ（１１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ニーホールドに取付けられたイン
ジェクタ、（８）はエンジン《６》のカムシ中フト軸に
取付けられたディストリービュータ内に設けられ、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（１１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《η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
号をディジタル変換するＡ／Ｄｉ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｛ａｔ、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
巾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弐空気流量センサ（１）は上述し
たようにアルミナ基板（社）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（１）の出力電圧をＡ
／Ｄ変換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１０１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ｉｌｌ
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ＣＱｍａｘ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＃
！機関に用いられる実用空気流量計測域が数ｇ／秒〜１
００ｇ／秒程度の場合、第３ｒ１！Ｊ山》に示すように
最低流量で３０、中流量以上でＯ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α船の温
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、ステソプ３０１　において、空気流量
Ｑａ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、両者が一敗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、両者が不一敗である場合、ステッ
プ３０２において，直前の値ＣＱが第１演算値ＣＱＩＩ
ａκより大であるか否かを判定し、大である場合にはス
テップ３０３において所定価ΔＣを減算し、小である場
合にはステップ３０４において、所定値ΔＣ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ｌ
の演算値ＣＱｓａｘに近づけるように演算処理を行なわ
せ、第１の演算値ＣＱｓａｘ　との大小関係に応じた第
２の演算値ＣＱをＲ　Ａ　Ｍ　（９５）に記憶させるこ
とができる． ここで、第１１第２の演算値Ｃ　Ｑｍａｘ　　Ｃ　Ｑは
ともにＯ〜３０ｇ／秒の値をとり、Ｃ　Ｑ　＞　Ｃ　Ｑ
＋ｍａｘのとき補正は増加側に、ＣＱ＜ＣＱｓａｘのと
き減少側に行なわれる．　次に、ステップ１０４におい
て、第２の演算値ＣＱと第１の演算値（：Ｑｍａｘとの
差を平均空気流量Ｑａに加算して補正された実質空気量
Ｑａ”を算出することになる．第４図は、このような空
気流量センサ（１）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ｔｏにスロー／
　｝ルバルブ（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、ｔ，時にスロットルバル
プ（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４図１ａｌの実線は実際の吸入空気ＩＱ
の変化を示し、点線は空気流量センサ（１１により示さ
れる吸入空気ＩＱａ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６図に
示すようなアルミナ基板（ロ）の温度特性に伴なって応
答性が低下し、実際の空気流量を示す信号が得られるｔ
８時までの時間遅れが生じる．この１，〜【雪時の時間
は数１００ｍ秒〜１秒とｔ．〜ｔ１時の５０ｍ秒に比し
て無視できないものである．一方、空気流量センサｆｌ
ｌの出力Ｑａに伴なって第１の演算値ＣＱｍａκは第４
図山｝に点線で示すように変化し、また、第２の演算値
ＣＱ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、第１，第２の演算値ＣＱｍ
ａｙ　．ＣＱの偏差（ＣＱＣＱｓａｘ）は第４図Ｔｅｌ
に示すように変動することになり、この偏差（ＣＱ−Ｃ
Ｑ＊ａｘ）を空気流量センサ（１）の出力Ｑａに加算す
ることによって実際の吸入空気量Ｑ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．なお、ここ
で、偏差は第１の演算値ＣＱｍａｘから第２の演算値Ｃ
Ｑを減算してもよく、この場合、この偏差値（ＣＱｍａ
ｙ−ＣＱ）を空気流量センサ（１１の出力Ｑａから減算
させる必要がある． このように、本発明においては、空気流量センサ（１１
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ＣＱ＋ｓａｘを予じめ記憶させておき、この
第１の演算値ＣＱｓａｘの変化及び第１の演算値ＣＱｓ
ａｘ　との大小関係に応じて変化する第２の演算値ＣＱ
を形成させるとともにこれらの演算値の差を空気流量セ
ンサ＋１）の出力に加算又は減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．また、本発
明の処理方法によれば、補正をテーブルの参照、演算値
の大小比較、加減算等の比較的簡単な演算処理により行
なわせることができるため、補正に要する時間を短縮す
ることができ、回転信号による割込処理時間内で演算処
理を行なわせることができる効果もある． なお、上述の実施例においては、第１の演算値を空気流
置センサ（１１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、
Ｍ［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！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攪センサであればよ
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変喚した値を用いる
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
る温度依存抵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、流量変化
量に応じて変化する第１，第２の演算値を用いて加減算
により演算処理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図はタイムチャートを示す図、第５図は内燃機関の熱
式空気流量センサを示すブロック図、第６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７図はセンサの熱応答遅れを説明する図、第
８図は従来の温度依存抵抗を示す概要図である． 図中、（１）は空気流量センサ、（３）はスロットルバ
ルブ、（６）はエンジン、｛７｝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、Ｑ４１は保持部材であるアルミナ基板、Ｃ
Ｑｗａｘ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． 代理人　　　大　　岩　　増　　雄 第１図 第２図 ２冫 第３図 （η） 第３図 第５図 （？） ！ 第８図 温度 第７図

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た第２の演算値を求め
   、これら第１、第２の演算値の差を上記流量センサの出
   力に加算又は減算して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。