JPH0335126A

JPH0335126A - 熱式空気流量計

Info

Publication number: JPH0335126A
Application number: JP1169980A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nishimura; 豊西村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1991-02-15
Anticipated expiration: 2013-03-04
Also published as: JP2721400B2

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、内燃機関の吸入空気（給気という）流量を、
電熱線の温度抵抗特性を利用して検出する方式の空気流
量計に係り、特に、電子式燃料噴射制御方式の自動車用
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〕

自動車用のエンジン、例えばガソリンエンジンでは、そ
れに要求される厳しい排ガス規制をクリアするため、給
気流量を計測して、それに対応した量の燃料を供給する
ようにした、いわゆる給気流量計測による空燃比制御方
式が広く採用されており、このための空気流量計として
、近年、熱線式空気流量計、いわゆるホットワイヤエア
ーフローセンサが広く使用されるようになっている。

ところで、従来の、この種の熱線式空気流量計は、例え
ば特公昭６１−１８０２６号公報、特開昭６１−２８３
８２５号公報、或いは特開昭６１−３５３１１号公報な
どに見られるように、第１６図に示すようなブリッジ型
や、第１７図に示すような非ブリッジ型などと呼ばれる
、熱線などを含む流量検出部りを備え、そこから得られ
る検出信号Ｖａから給気流量Ｑａを得るのであるが、こ
のとき、熱線プローブなどの特性のバラツキを吸収し、
所定の計測誤差範囲に納めるため、適当な調整処理が必
要であり、このため、従来は、第２図に示すように信号
処理回路Ｑを設け、これにより、第３図に示すような調
整処理を施して、流量Ｑａを得るようになっていた。

なお、これら第２図、第１６図、それに第１７図の回路
において、流量検出部りは、ホットワイヤなどと呼ばれ
る熱線プローブ１、コールドワイヤなどと呼ばれる温度
プローブ２、熱線定温度制御用の平衡条件を決定するた
めの素子となる抵抗素子３．４などにより構成されてい
る。

また、信号処理回路Ｑはオペアンプ５、抵抗素子６．７
．８などにより構成されており、上記した調整処理は、
半固定抵抗からなる抵抗素子７．８の抵抗値を調整する
により行なわれ、具体的には、抵抗素子７により増幅率
を、そして抵抗素子８により減算量をそれぞれ調整し、
これにより、第３図に示すように、予め定めである、所
定の２点の給気流量Ｑａ＋、Ｑａｘのもとで、検出信号
Ｖａがそれぞれ所定値Ｖａ、、Ｖａ、になるようにして
調整するのである。

なお、この第３図で、■は実際の流量特性、■は検出特
性である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、給気流量計測範囲のワイドレンジ化に
ついて充分な配慮がされておらず、自動車用エンジンの
制御などに適用した際に要求される所定の測定精度の維
持が困難であるという問題があった。

つまり、従来技術では、第３図で説明したように、検出
特性■が、測定範囲内の給気流量が比較的少ない部分と
、かなり多くなっている部分の２点で、実際の流量特性
のに対して較正できるにすぎないため、その他の部分で
の流量検出精度について保証することができず、流量計
測範囲がワイドレンジ化するに伴い、誤差が増加する可
能性が増し、自動車用などとして、ワイドレンジ化した
場合には、所定の検出精度の保持が困難になるのである
。

本発明の目的は、広い給気流量計測範囲にわたって所定
の検出精度を容易に維持することができ、自動車用エン
ジンに適用して、常に確実に高精度の制御が可能な熱線
式空気流量計を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、一方では、給気流
量検出部からの検出信号の較正に使用される信号処理部
を少なくとも２系統設け、これらを検出信号のレベル範
囲に応じて使い分けるようにしたものであり、他方では
、給気流量検出部からの検出信号の較正に使用される信
号処理部の特性が切換わるようにし、検出信号のレベル
範囲ごとに、これらの特性の一方により検出信号が処理
されるようにしたものである。

〔作用〕

信号処理部ごとに２点で検出信号の較正が可能になるの
で、流量計測範囲内では少なくとも３点での検出信号の
較正が行なえることになり、或いは、信号処理部の特性
が変わるごとに２点での検出（ｆｆ号の較正が可能にな
るので、同じく流量計測範囲内では少なくとも３点での
検出信号の較正が行なえることになり、流量計測範囲が
広くなっても計測精度の低下を少なく抑えることが出来
、高精度を容易に維持できる。

〔実施例］以下、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、図において、Ｑｌ、Ｑ２
は第１と第２の信号処理回路で、給気流量計測部りから
供給される検出信号Ｖａを六方し、それぞれ処理信号Ｖ
ａ　、Ｖｍを出力するようになっており、それぞれオペ
アンプ８．９と、抵抗素子１０〜１２．１３〜１５で構
成されている。

１６はマイコンなどからなる演算部で、信号処理回路Ｑ
ｌ、Ｑ２から出力される処理信号ｖＡ。

■、を取り込み、所定の演算処理により給気流量Ｑａを
与えるように動作する。

なお、給気流量計測部りは第１７図で説明した非ブリッ
ジ型のものが使用されている。

演算部１６は自動車のエンジン制御用のもので、第４図
に示すように、ＣＰＵ　２０．バス２４１、タイマー２
２、割り込み制御部２３、回転数カウンタ２４、ディジ
タル入力ボート２５、アナログ入力ボート２６、電源バ
ックアップされたＲＡＭ２７、ＲＯＭ２８、出力回路２
９．３０などを備え、信号処理回路Ｑｌ、Ｑ２から出力
される処理信号ＶＡ、Ｖ、は、絞り弁開度センサなどの
アナログ信号と共にアナログ入力ボート２６を介して取
り込まれ、クランク角センサなどからのディジタル信号
はディジタル入力ボート２５を介して取り込まれる。ま
た、これらとは別に、回転センサからの信号は回転数カ
ウンタ２４に取り込まれ、回転数データとして使用され
る。

自動車のキースイッチ３１がオンされると、バッテリ３
２からＣＰＵ２０などに電力が供給され、ＲＯＭ２８に
格納されているプログラムが起動され、演算結果が出力
回路２９．３０を介して、所定の制御信号として燃料噴
射弁や点火装置に供給され、所定の状態にエンジンが制
御される。

次に、給気流量Ｑａの演算処理について、第５図のフロ
ーチャートにより説明する。

この第５図の処理は、例えばタイマ割り込みなどにより
所定の周期ごとに実行されるもので、まず処理３５では
、各信号処理回路Ｑ１．Ｑ２から出力される処理信号Ｖ
ａ　、Ｖｍの読み込みを行ない、続いて判断処理３６で
、一方の処理信号■。

を、予め設定しである所定の基準値Ｖｏと比較し、処理
信号Ｖ、のレベルが基準値ｖｏのレベル以上あるか否か
を調べ、まず、結果がＹｅｓのときには、処理３７で処
理信号Ｖｉを検出信号Ｖａとし、続いて第６図、第７図
、第８図のいずれか１のテーブルを用い、その中でＶＢ
に関するテーブル部分子Ｖｓを使用して検出信号Ｖａか
ら給気流量Ｑａを検索して求める。しかして、判断処理
３６の結果がＮＯになっている間は処理３９で処理信号
Ｖ、を検出信号Ｖａとし、これにより続く処理４０で、
今度はＶａに関するテーブル部分子ｖＡの検索により給
気流量Ｑａを求めるようにするのである。

なお、このとき、通常は、テーブル作成に必要なメモリ
容量が少なくて済むように、比較的データ数の少ないテ
ーブルが使用されるので、処理信号■、又は■、から給
気流量Ｑａを求める際、補間演算により高精度が得られ
るようにしている。

従って、この実施例では、第６図乃至第８図のいずれか
のテーブルの１を用い、その中で処理信号Ｖ３のレベル
が所定値ｖ０未溝のときと、所定値Ｖ０以上のときとで
、検出信号Ｖａから給気流量Ｑａを求めるためのテーブ
ル特性を変えて検索が行なわれるように動作し、結局、
検出信号Ｖａのレベルに応じて複数の信号処理特性が切
換えられて給気流量の検出が行なわれることになる。

そこで、まず、第６図のテーブルを使用するようにした
実施例について説明すると、この場合には、第１図から
明らかなように、第６図のテーブル部分子ＶＡが検索さ
れる領域では、第１の信号処理回路Ｑｌによる処理信号
ｖＡが使用されるのであるから、このときは、実際の流
量特性のに対する検出特性■の較正を、抵抗素子１０．
１１゜１２の調整により行なうことができ、他方、テー
ブル部分子Ｖ、が検索される領域では、第２の信号処理
回路Ｑ２による処理信号Ｖｍが使用されるのであるから
、今度は、実際の流量特性のに対する検出特性■の較正
が、抵抗素子１３．１４．１５の調整により得られるこ
とになり、結局、計測範囲の全域を２分割して部分的に
較正でき、この結果、３点で調整し、較正することがで
るので、実際の流量特性のに対する検出特性■の近似が
充分に得られ、計測精度を高く保持できることになる。

この第６図のテーブルを使用した実施例による給気流量
Ｑａの計測結果をＡ／Ｄコンバータでディジタル変換し
たときの、給気流量の読み取り精度を、Ａ／Ｄコンバー
タのビット数をパラメータにして第９図に示す。

この第９図から明らかなように、ビット数を多くするに
つれ精度は高くなり、１０ビツトのときの実施例によれ
ば、最大給気流量が５００ｋｇ／ｈの計測範囲のほぼ全
域にわたり、誤差２％以下の精度を保つことが出来た。

ところで、第６図のテーブルでは、各テーブル部分子　
ＶＡ　、　Ｔ　Ｖｍが連続しているが、これを第７図に
示すように、検出信号Ｖａと給気流量Ｑａの関係が２本
の不連続線になっており、低流量域で流量に対する信号
の変化が大きくなっているテーブルとしてもよい。

この実施例では、それぞれ第１と第２の信号処理回路Ｑ
ｌ、Ｑ２により、低流量域での較正と高流量域での較正
を行なうことになり、計測範囲全体で４点での調整を行
なっていることになり、従って、この第７図のテーブル
を用いた実施例によれば、第１０図に示すように、同じ
＜１０ビツトの場合でも、低流量でさらに精度を高くす
ることができ、誤差１％以下の精度を容易に得ることが
出来る。なお、この第１０図で、破線の特性は、連続し
たテーブルの場合を示している。また、このときのテー
ブルとしては、図示のように２本の不連続線からなるテ
ーブルに限らず、３本以上のテーブルとしてもよい。

さらに、本発明では、第８図のように、高給気流量域で
も流量に対する信号の変化が大きくなるような不連続線
からなるテーブルを用いて実施してもよい。

このように第８図のテーブルを用いた実施例による計測
精度特性を第１１図に示す。この図から明らかなように
、低流量域から高流量域の全域にわたって充分な精度が
得られることが判る。なお、この図において、破線の特
性は第６図のテーブルを用いた実施例によるものである
。又、この第８図のテーブルにおいても、２本の不連続
線に限らず、３本以上の不連続線によるテーブルとして
もよいことは、言うまでもない。

第１２図は本発明の他の一実施例で、図において、４１
はアナログスイッチ、４２はコンパレータであり、演算
部１６は、これらアナログスイッチ４１とコンパレータ
４２の出力Ｖ、　Ｆをそれぞれ読み込むようになってい
るが、それ以外の構成は第１図の実施例と同じである。

アナログスイッチ４１は第１の信号処理回路Ｑｌの処理
信号■、と第２の信号処理回路Ｑ２の処理信号ｖｓとを
、コンパレータ４２の出力Ｆのレベルに応じて切換え、
信号Ｖとして演算部１６に入力する働きをする。このと
き、信号Ｆがローレベルのときには、アナログスイッチ
４１は図示のように処理信号■いを信号Ｖとして出力し
、信号Ｆがハイレベルになったときには、処理信号Ｖｌ
ｌを信号■として出力するように動作する。

コンパレータ４２は、第２の信号処理回路Ｑ２からの処
理信号ＶＢを入力し、これと、予め設定しである所定の
基準値Ｖｏとを比較し、■、≧Ｖ０が満足したときハイレベルになる信号Ｆを出力する働き
をする。

従って、この第１２図の実施例は、第１図の実施例にお
ける演算部１６によるソフトウェア処理の一部を、アナ
ログスイッチ４１とコンパレータ４２によるハードウェ
ア処理に置き換えたものということができ、このため、
給気流量Ｑａの計測処理の内容は第１３図に示すように
なっている。

すなわち、まず処理４３でアナログスイッチ４１の出力
信号Ｖと、コンパレータ４２の出力信号Ｆの読み込みを
実行し、次の判断処理４４で信号Ｆのレベルがローかハ
イがを調べる。そして、この結果により処理４５と４６
のいずれかを実行するのである。なお、これらの処理４
５．４６は、既に説明した第５図の処理３８．４ｏと同
じなので、説明は割愛する。

従って、この第１２図の実施例によっても、第１図の実
施例と同じく、それぞれ第６図、第７図、第８図のいず
れかのテーブルを採用することにより、同じく、それぞ
れに対応して第９図、第１０図、第１１図で説明した計
測精度を得ることが出来る。

次に、第１４図は本発明のさらに別の一実施例で、図に
おいて、４９はＶ／ｆ（電圧／周波数）コンバータであ
り、その他は第１２図の実施例と同じである。

この実施例では、アナログスイッチ４１の出力信号Ｖは
、この■／ｆコンバータ４９に入力され、ここで信号■
の電圧に応じた周波数の信号ｆに変換されてから演算部
１６に取り込まれるので、この間での信号伝送路に存在
する電圧降下や、接地部での電位変動などの影響を受け
ず、また、電気的なノイズに強いなどの特徴を備え、高
い信頼性を与えることが出来る。

さらに、第１５図も本発明の一実施例で、信号処理回路
Ｑ３を折線近似関数発生回路で構成したものであり、従
って、この実施例では、第６図で説明したテーブルを用
いた場合と同じ特性による動作となる。なお、さらに、
この実施例では、流量検出ｓＤとして、第１６図で説明
したブリッジ型のものが使用されている。

この第１５図において、５０はオペアンプ、５１．５２
は帰還用抵抗素子、５３はダイオード、５４は近似特性
切換点調整用の抵抗素子、５５．５６は減算量調整用の
抵抗素子である。

オペアンプ５０の出力電圧が、抵抗素子５４を介して定
電圧源からダイオード５３に印加されている電圧に比し
て低いときには、このダイオード５３は導通しているか
ら、オペアンプ５ｏの帰還抵抗は抵抗素子５１と５２の
並列抵抗となり、他方、オペアンプ５０の出力電圧がダ
イオード５３に印加されている電圧よりも高くなると、
このダイオード５３は遮断状態になるので、このときに
は、帰還抵抗は抵抗素子５１によるものだけとなり、従
って、このオペアンプ５ｏの増幅度は、その出力電圧が
所定値未満のときと、それ以上のときとで変化し、上記
したように折線近似関数発生回路として動作する。

そこで、これらの抵抗素子５１．５２．５４．５５、そ
れに５６を適当に調整することにより、第６図に示すよ
うに、実際の流量特性のに対して検出特性■を３点で一
致させ、折線特性で近似させることが出来ることになり
、第９図で説明したように、充分に小さな誤差で流量検
出が可能になす、高精度を得ることが出来る。

なお、この実施例は、ダイオード５３を含む帰還回路が
１回路だけとなっており、このため、第６図に示すよう
に、２種類の折線特性による近似となり、調整点は３点
になるが、これも、さらにダイオードによる帰還回路を
増加させることにより、４点以上の調整点での較正を可
能にすることもでき、さらに計測精度を向上させること
が出来る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、熱線式空気流量計の較正を、計測範囲
の中の少なくとも３点で行なうことができるから、計測
誤差を充分に小さく抑えることが出来、計測範囲を広く
しても高い精度が容易に保持できるから、熱線式空気流
量計のワイドレンジ化に充分に対応でき、自動車用ガソ
リンエンジンの制御に適用して、その高性能化を充分に
図ることが出来る。

【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
す回路図、第２図は熱線式空気流量計の従来例を示す回
路図、第３図はその調整動作の説明図、第４図は演算部
の一実施例を示すブロック図、第５図は本発明の一実施
例の動作を説明するフローチャート、第６図、第７図、
それに第８図はそれぞれ本発明の各実施例における検出
特性の説明図、第９図、第１０図、それに第１１図はそ
れぞれ本発明の各実施例による検出精度の説明図、第１
２図は本発明の他の一実施例を示す回路図、第１３図は
その動作説明用のフローチャート、第１４図はさらに本
発明の別の一実施例を示す回路図、第１５図は本発明の
さらに別の一実施例を示す回路図、第１６図はブリッジ
型熱線式空気流量計の一例を示す回路図、第１７図は非
ブリッジ型熱線式空気流量計の一例を示す回路図である
。１・・・・・・熱線プローブ、２・・・・・・温度プロ
ーブ、３．４・・・・・・抵抗素子、８％９・・・・・
・オペアンプ、１０〜１５・・・・・・抵抗素子、１６
・・・・・・演算部、Ｑｌ・・・・・・第１の信号処理
回路、Ｑ２・・・・・・第２の信号処理回路。第１図Ｄ：渇量欣出部Ｑｌ：　第１の信Ｊ９′光９里団路Ｑ２：　す２の信テ処月Ｈ可路第図第図ａ１Ｇ２光］秤めｉＱＱ第図第６図讐１レルｔ　Ｑａ第１０図第１１図堂％ｆｉｔ＊　（ＫＱ／ｈ）第１２図第１３図第１５図第１６図

Claims

【特許請求の範囲】１、流量検出部からの検出信号に所定の調整処理を施し
て空気流量を検出する方式の熱線式空気流量計において
、入出力特性を異にする少なくとも２の信号処理手段を
設け、上記検出信号のレベル範囲に応じて複数の上記信
号処理手段のいずれか１を逐次選択し、この選択した信
号処理手段により上記所定の調整処理が施されるように
構成したことを特徴とする熱線式空気流量計。２、流量検出部からの検出信号に所定の調整処理を施し
て空気流量を検出する方式の熱線式空気流量計において
、入力信号のレベルに応じて入出力特性が少なくとも２
の異なった特性に夫々変化する信号処理手段を設け、こ
の信号処理手段により上記所定の調整処理が施されるよ
うに構成したことを特徴とする熱線式空気流量計。