JPH02249923A - 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及び安定性
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（ａｌはこの種の熱式空気ｉ１ｉセンサ（１１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
。Ｒ，は空気流量を検出する為の温度依存抵抗で、第６
図（ｂｌに示すようにアルミナ基板０荀の上に白金を印
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イ、Ｒ，とともに空気通路内に配設されて
いる。Ｒｎ、Ｒｓ。

ＲＫ　、Ｒ＋　、Ｒｚ　は周知のブリッジ回路構成で抵
抗値検出装置を形成し、差動増巾蓋面とによって閉ルー
プを形成してＲｏ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α罎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（１１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Ｒ８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ＲＨ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Ｑ４］に対し白金抵
抗Ｒ１ｌの位置を基準に距離を横軸にとった時のアルミ
ナ基板（１４１上の温度分布を示す。白金抵抗Ｒ，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Ｑ４
１へ伝熱・蓄熱されることになる。咳閉ループ回路はこ
の熱損失を補って白金抵抗Ｒイへの電流を制御する。従
って、所定の空気ｆｉｆｆｉに対する熱式空気流量セン
サ（１１の出力はアルミナ基板θ船への伝熱蓄熱分を含
んだものとなるが、アルミナ基板０４１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８図のｌ、は空気流量が少ない時の温度分布であり、
Ｉ２２は空気流量が大きい時を示す、ここで、ｐ！がβ
１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００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１２になるが、初期は１ｚに対応する空気流量であ
るのに１１の温度分布となり白金抵抗ＲＨへの供給ｉＩ
ｔ流、即ち、熱式空気流量センサｆｌ）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からｍ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ｆｉｌで
は、保持部材であるアルミナ基板００の伝熱・蓄熱の影
響が大きく、内Ｐ、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く白金抵抗Ｒ
，の面積、アルミナ基板Ｑ４１の厚みなどを考慮して製
作したものでも初期流！偏差が最大３０％、偏差の継続
時間が５００＋ｍｓ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６３
−１３４９１９号公報に示されるように熱式空気流量セ
ンサの構造を工夫して空気流量変化に対する応答特性を
改善するものが知られている。

〔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、センサ自体で応答性を改善しているため、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
が高くなるなどの問題点があった。

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止ともに安定性をも
確保するようにした信号処理方法を提供するものである
。

〔課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の演算値を予しめ設定しておき、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た第２の
演算値を求め、上記第１の演算値と上記第２の演算値と
の偏差が所定値を越えたときこれら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、これら演算値の偏差が所定値より大のとき流量セ
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
解消させるとともに安定性を確保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ｉｔ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、（］）は上述の第６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（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
ンテークマニホールド、（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ホ−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ドリーピユータ
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）がらのエンジン回
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（７）の噴射パルス中を制御す
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（１）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Ｒ　ＯＭ　（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ｆｉｔ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
１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。第３図において、
まず、信号処理器（９）は所定の時間間隔で空気流量セ
ンサ（１１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１１０００ｒｐの
回転時は３０ｍ秒毎）が入力されると、これらの時間に
おける流量の積算埴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０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ＮＱａに対するデータ
ＣＱａ＋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〜ｌｏｏｇ／秒程度の場合、第４
図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ＩＱａ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Ｃに１ｗａｘは空気流Ｉ　Ｑ　ａ　＆
こ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におし）て、第３図（ｂｌに示さ
れた処理ルーチンにより演算された第２の演算イ直ＣＱ
をＲＡ　Ｍ　（９５）より読み出す、この第２の演算値
ＣＱ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ｌ　００ｍ５に設定された定時間割込信
号が入力されると、ステップ゛３０１Ｇこおし）て、平
均空気Ｑａに対応する新しし）イ直ＣＱｍａｘカベ直前
の値と等しいか否かを判別し、両者力鴫一致している場
合は平衡状態にあるものとしてそのイ直ＣＱｍａｘを第
２の演算値ＣＱとして保（寺する。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ＣＱｓ＋ａｘより大であるか否かを判定して
大である場合に番よステップ３０３で所定値△Ｃを減算
し、小である場合に口よステップ３０４で所定値ΔＣを
加算する。このようにして第２の演算値ＣＱを第１の演
算（直ＣＱｍａｘ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ＣＱをＲＡ　Ｍ　（９５）に記憶させることが
できる。

次に、ステップ１０４において、第１の演算値ＣＱｎ＋
ａｘ　と第２の演算値ＣＱとの絶対値の差む１わゆる偏
差を求め、この偏差が所定値により大きいか否かを判定
する。この偏差が所定（ｉ　Ｋより小さい場合、ステッ
プ１０５において空気流量センサ（１）の出力による平
均空気流量Ｑａをそのまま実質空気流ｉ１　Ｑ　ａ“と
して保持するとともに所定値により大きい場合、ステツ
１０６において補正係数Ｃを求め、さらに、ステップ１
０７においてこの補正係数Ｃを平均空気流量Ｑａに乗算
して実質空気量Ｑａ″を算出することになる。

第５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にスロットルバルブ（３）を急激に解放し
てその流量状Ｂ（大流量状態）を維持し、その後、ｔｓ
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（ａｌの実線は
実際の吸入空気５１Ｑ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量Ｑａの変化を示し
ている。すなわち、空気流量センサ（１）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Ｑ４１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１、時までの時間遅れが生じる。こ
のｔ１〜ｔ２時の時間は数１００ｍ秒〜１秒とｔ０〜ｔ
１時の５０ｍ秒に比して無視できないものである。一方
、空気ｆＬＭセンサ（１）の出力Ｑａに伴なって第１の
演算値ＣＱｍａχは第５図（ｂ）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Ｃｂ）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（Ｃ１に示すように第１．第２の演
算値ＣＱｍａｘ、ＣＱの偏差に応じ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（１）の出力Ｑ
ａに乗算することによって実際の吸入空気量Ｑに近位し
た吸入空気量Ｑａ”を表わす信号を得ることができる。

ところで、内燃機関においては、吸入空気量が比較的ゆ
るやかに変動する定常状態に近い状態においても脈動を
伴なうことがあり、この場合、上述のような補正演算を
行なわせると、補正後の流量値の変動が大きくなり、実
質空気流量を表わす信号が不安定なものとなる恐れがあ
る。このため、本願発明においては、ステップ１０４に
おいて第１、第２の演算値ＣＱ＋ｍａｘ、ＣＱの偏差が
所定値に以上か否かを判定させ、偏差が小さいいわゆる
脈動状態にあるときは定常状態にあるものと見なして補
正演算を阻止させており、このように構成することによ
って出力信号の安定化を図ることが可能となる。

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（ｉｃＱｎ＋ａｘを予じめ記憶させておき、こ
の第１の演算値ＣＱｍａｘの変化及び第１の演算値ＣＱ
ｍａｘ　との大小関係に応じて変化する第２の演算値Ｃ
Ｑ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、しかも、第１、第２の演算値ＣＱｍａ
ｘ　、ＣＱの偏差が所定値以上のとき空気流量センサ（
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とともに安定性
を確保することができる。

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）の出力に応じて予し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通用
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、脈動等の
比較的ゆるやかな流量変動に応答させることがないため
、構造が簡単で安価な熱式流量センサを用い、応答性の
良好で、かつ、安定性のある流量測定を行なわせること
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、第４図は第１の
演算値を示す特性図、第５図は動作状態を示すタイムチ
ャート、第６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図番よセン
サの熱応答遅れを説明する図である。 図中、＋１１は空気流量センサ、（３）はスロットルノ
イルブ、（６）はエンジン、（７）はインジェクタ、（
８）しよりランク角センサ、（９）は信号処理器、ＲＨ
は温度依存抵抗、０船は保持部材であるアルミナ基板、
ＣＱｍａｘ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 第３図 （σ） 第３図 第６図 第７図 時間 １鷹 第８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、上記第１の演算値と上記第２の演算値との偏差が所
   定値を越えたときこれら第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。