JPH02290514A - 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
気流菫センサが公知である。又、該白金線の代シにアル
ミナ基板やフイルムに白金を蒸着した熱式空気流量セン
ナ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皺センサにおいては、定
ｍｌ度に制御でれた温度依存抵抗への辿電電ａを検知し
て空気流量を計測するものであるため、該ｌＭ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
すべき空気流菫が変化し九時出力応答が遅れ、検出特性
に誤差を生じることが知られている。

第５図（ａ）はこの種の熱式窒気流量センサ（１）を示
すもので、αυは空気が流れる通路を兼ねた管状のハク
ジングであシ、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
（ｂ）に示すようにアルミナ基板α樽の上に白金を印刷
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ＲＫ，ＲＭとともに空気皿路内に配設されてい
る。ＲＨ　ｅ　ＲＭ　ａ　ＲＫ　＋　ＲＩ　，Ｒ２は周
知のブリッジ回路構成で抵抗値倹出装置を形成し、差動
増巾器（６）とによって閉ループを形成してＲＨの一度
又は抵抗値が一定となるよう制鉤ざれる。

このため、空気流量に対応してＲＨの通電′４ｔ＆が決
定され、該電流値とＲＭの抵抗値の積から出力電圧口を
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。弟６図は空気流量
をステップ状に変化させた時の熱式窒気流艙センサの応
答を示す図であ９、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０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ＲＨＯ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
標値へ収れんするまでの時間は主として白金抵抗Ｒｌｉ
の保持部材であるアルミナ基板ａ＜への熱伝導，蓄熱に
よシ生じるものである。第７図は上記動作を説明するだ
めの図であシ、アルミナ基板σ◆に対し白金抵抗ＲＨの
位置を基準に距離を横軸にとった時のアルミナ基板α→
上の温度分布を示す。白金抵抗ＲＨ部付近の温度は前述
の回路により窒気温度に対し十分静い一定の湿度に制鐸
されている。ここで、白金抵抗ＲＨ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ＲＨ部からアル
ミナ基板α養へ伝熱．蓄熱されることになる。核閉ルー
プ回路はこの熱損失を補って白金抵抗ＲＨ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量セ
ンサ（１）の出力はアルミナ基板α僧への伝熱蓄熱分を
含んだものとなるが、アルミナ基板（ｌＬ脣上の熱の平
衡がとれた状態での特注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６１は空気流量が少ない時の温度分布であ
り，　ｔ２は空気流量が大きい時を示す。ここで、ｔ２
が１．０下方になるのは流れる空気流槍によってアルミ
ナ基板Ｑ４１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
湿度分布がｔ２になるが、初期はｔ２に対応する空気流
量であるのにｔ１のＭＬ度分布となシ白金抵抗ＲＨへの
供給電流、即ち、熱式空気流量センサ（１）出力は本来
の出力よシ少なくなる。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
気流菫に対応する彪度分布の差に対応した初期流筺誤差
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臀減しながら幡続することにな
る。この度合いは第５図に示す熱式空気流量センサ（１
）では、保持部材であるアルミナ基板α４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く白金抵抗
ＲＨの面積、アルミナ基板α僧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チ、偏差の継続
時間が５００ｍｓ程度となシ、このような応答遅れは内
燃機関の燃料制御上許容し麹いものである。

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鼠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昧題〕 しかしながら、このような従来の熱式空気流ｔセンサに
おいては、センナ自体の構造が複雑化して製造が困難な
ものとなう、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、構造が藺単で朦価で熱式流重センサを用い、
信号処理によって応答性を改嵜するようにした僅号処理
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た第２の
演算値を求め、かつ、これら！ｌ．ｉ２の演算値に基づ
き流菫が増大側に変動するときのみ流量センナの出力を
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Ｍ２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とともに流量減
少時の過補正を防止させることがり能となる。

〔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睨明する。

第１図において、（１）は第５図に示された形式の熱式
空気流意センサ、（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｝’，（６）ハエンジン、（７）ハエンジ
ン（６）における気筒毎のインテークマ二ホールドに取
付叶られたインジエクタ、（８）はエンジン（６）のカ
ムシャフト軸に取付けられたダイス｝　ＩＪ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（１）からの空気流
量信号及びクランク角センナ（８）からのエンジン回転
故信号を主に図示しない各種センナなどによる補正演算
を行ないインジエクタ（７）の噴射パルス巾を制御する
信号処理器で、！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、クランク角センナ（８》の出力信号を波
形整形するデイジタルインタフエース（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（ＣＰ
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ＲＡＭ
　（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、演算値によシ周知の方法で燃料噴射パ
ルスｌ】を計算して駆動回路（９６）によりインジエク
タ（７）　ｆｔ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
気流址センサ（１）は上述したようにアルミナ基板α◆
の伝熱，蓄熱特性によシ応谷遅れが避けられないもので
あシ、本允明による応吾性改嵜処理が必要となる。

以下、この発明の一実施例である信号処理方法をｔｌＥ
５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（３）によ
る割込み伯号（４気筒エンジンの場合１０００ｒｐｍの
回転時は３０ｍ秒毎）が入力されると、これらの時間に
おける流址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ｔ　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。Ｃのテーブルは、内
燃機関に用いられる夾用仝気流ｔｉｔ測域が数ｇ／秒〜
ｌｏｏｇ／ｌ少程度の場合、第３図（ｂ）に示すように
最低流量で０．３、中流証以上で０となり、しかも、低
流ｔ域で空気流ｔＱａ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。

とのｉｌの演算値ＣＱｍａｘは空気流ｊｔＱａに対応し
て変化するアルミナ基板Ｑ偕の温度特注を表わすものと
考えられる。

次に、ステップ１０３において、第３図（Ｃ）に示され
た処理ルーチンによ９演算された第２の演算値ＣＱ　ｔ
ｌ−ＲＡＭ（９５）よシ絖み出す０この第２の演算値Ｃ
Ｑは次のルーチンによシ設定される０すなわち、図にお
いて、例えば１００ｍｓ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ｊｔＱ
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１ｆｉＪＥ値ＣＱｍ
ａｘよう大であるか否かを判定して大でめる場合にはス
テップ３０３で所定値ΔｃＨ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
にして一定時闇毎に第２の演算値ＣＱを１＠１の演算値
ＣＱｍａｘに近づけるように演算処理を行なわせ、第１
の演算値ＣＱ＋ｎａｘとの大小関係に応じた第２の演算
値ＣＱｆｔＲＡＭ（９５）に記這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ＣＱｍａ
ｘとｉ２のａｍ値ＣＱとを比較し、第２のｙＬ真値ＣＱ
が大でおる場合、流量が増大側に変動しているとして、
第１，第２の演算値ＣＱｍａｘ，　ＣＱに基づきステッ
プ１０５で補正係数Ｃを演算する。また、第２の演算値
ＣＱが小である場合は、流量が減少側に変動しておク、
補正係数ＣをｌＫ設定する０その後、ステップ１０６に
おいて、この補正係数Ｃを平均空気流量Ｑ＆に乗算する
ことによシ補正された実質空気量Ｑａ１１が算出される
ことになる。

第４図は、このような空気流量センナ（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にスロットルパルブ（３）を急激に開放し
てその開度状ＩＭ（大流量状態）を維持し、その後、ｔ
３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４図（ａ）の実線
は実際の吸入空気ｆＱの変化を示し、点線は空気流量セ
ンサ（１）によシ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シ変化した後、Ａ点（ｔ１時
）において、第６図に示すようなアルミナ基板α◆のａ
１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ｔ２時までの時間遅れが生じる。こ
のｔｌＮｔ２時の時間は数１００ｍ秒〜１秒とｔＯＮｔ
１時の５０ｍ秒に比して無視できないものであシ、また
、ｔ３〜ｔ５時の時間はｔ１〜ｔ２時の時間の約２倍と
なシ、非常に大きな時間が必要になる。一方、空気流量
センサ（１）の出力Ｑａに伴なってｉｌの演算値ＣＱｍ
ａｘは第４図（ｂＪ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（Ｑ）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、補正係故Ｃは
第４図（ｃ）に示すように第１，第２の演算値ＣＱｍａ
ｘ　，　ＣＱの偏差に応じて変動することになシ、この
補正係政Ｃを空気流量センサ（１）の出力Ｑａに朱算す
ることによって実際の吸入空気ｊｔＱに近似した吸入！
気量を表わす信号Ｑａ０を得ることができる。

ところで、このような補正演算を流量が減少側に変動す
る際に行なわせると、空気流前センサ（１）の出力を流
量に近似させるものであるが、センサ（１）や各部品の
バラツキにより近似値が英際の空気流鷺Ｑよシ小さくな
る可能性が生じ、この場合、燃料が不足して空燃比がリ
一ン化することになる。

特に、加減速を繰シ返し行なうと、この誤差の影響が大
きく生じ、エンジンストールを生ずることになる。この
ため、ステップ１０４において、流量が城少［Ｋ変動し
ているときは、補正係敗Ｃを１として補正を禁止し、補
正の行き過ぎが生じないように構成している。

なお、この補正を禁止する結果、空気流量センサ（１）
の出力Ｑａが実際の空気流量Ｑに比して大きくなシ、燃
料が多く供給されることになるが、減速時は元々エンジ
ンが車両を駆動する状態でないため、空燃比が多少リッ
チ化するのみで大きな問題を生ずることがない０ 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
すぎないものであシ、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政
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。また、流量変動方向
の判定は、スロットルバルブ（３）の開閉状態など他の
ノくラメータによって判定させることもできるＯさらに
、信号処理方法として、実際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、流量センナの出
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Ｏさらにまた、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。

〔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
理によシ補正することが可能とな夛、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とともに流量減少側の変動に対す
る補正を禁止することによって過補正による悪影響を阻
止することができる。

【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ａｔ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ナの空気流量変化率を
示す図、第７図はセンナの熱応答遅れを説明する図であ
る。 図中、（１）は空気流量センサ、（３）はスロットルバ
ルプ、（６）はエンジ／、（７）はインジエクタ、（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、α◆は保持部材であるアルミナ基板、ＣＱ
ｍａｘは＄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０

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
   、かつ、この第２の演算値および上記第１の演算値に基
   づき上記流体の流量が増大側に変動するときのみ上記流
   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。