JPH0358046B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、エンジンの吸入空気量などを測定
するカルマン渦型の吸入空気量センサの信号処理
回路に関する。

エンジンの吸入空気量を測定しながら燃料噴射
量を増減するようにしたいわゆる電子制御式燃料
噴射エンジンでは、吸入空気の流量を正確に測定
する必要がある。このため、吸入空気量センサで
得た信号を処理する回路として第１図に示すよう
なものがある。

１はブリツジ回路で、熱的渦検出器２、抵抗
３，４並びに５から構成され、電力増幅器７によ
り印加電圧を与えられている。

熱的渦検出器２は、熱線、熱フイルム、サーミ
スタ等からなり、吸入空気の流れに対して略直交
し、両側に空気流速に比例した周期のカルマン渦
を交互に発生させる渦検出体の下流に配設され、
作動時に供給された電流により発熱しているが、
カルマン渦が通過するたびにその表面が冷却され
るので、渦発生周期と同一の周期で、この熱的渦
検出器２の抵抗値が変動することになる。

従つて、ブリツジ回路１で熱的渦検出器２がカ
ルマン渦を検出して抵抗値が変化すると、ブリツ
ジ回路１の平衡がくずれ、この抵抗値の不平衡が
差動増幅器６に不平衡電圧信号として入力し、次
段の電力増幅器７で増幅される。

８は可変ハイパスフイルタで、結合コンデンサ
９、電界効果トランジスタ（FET）１０、抵抗
１１、コンデンサ１２からなり、差動増幅器６か
ら出力した不平衡電圧を抵抗１１、コンデンサ１
２により平滑した電圧でFET１０を駆動させ、
高流量域の渦生成の不安定性や流れ自体のゆらぎ
により、電力増幅器７より出力する出力信号に含
まれるカルマン渦の放出周波数に比べて低い周波
数成分を遮断して出力する。

ただし、このハイパスフイルタ８のカツトオフ
周波数は流量に応じて変えられるようになつてい
る。

１３は交流増幅器で、ハイパスフイルタ８より
出力した電圧信号を増幅して出力し、次段のコン
パレータ１４は、この交流増幅器１３で増幅され
た電圧信号を矩形波に変換して出力する。

こうして矩形波に変換された信号を、たとえば
演算回路に入力する。この演算回路では矩形波信
号より渦の周波数を求め、この渦の周波数よりこ
れに比例する空気流速を求め、この空気流速に断
面積を乗じて機関の吸入空気量が演算される。こ
の演算回路の信号に基づいて制御回路で燃料噴射
量を増減することになる。

以上のように、ハイパスフイルタ８は、高流量
域に、カルマン渦の放出周波数より低い周波数を
有するゆらぎ成分を除去して渦検出の精度を高め
ている。

第２図Ａは電力増幅器７の出力波形で、同図
A₁は微小流量域Ｌの、同図A₂は高流量域Ｈのそ
れぞれの拡大波形である。また同図Ｂは微小流量
域Ｌ、高流量域Ｈのスペクトラム分析結果を示
す。

同図Ｂで高流量域Ｈに先鋭的に現われているピ
ーク値がカルマン渦の放出周波数に対応し、この
放出周波数より低い周波数成分が同図A₂にみら
れるように出力波形のゆらぎの原因となつている
わけである。

従つて電力増幅器７の出力信号をハイパスフイ
ルタ８を通すことにより、高流量域にカルマン渦
の放出周波数より低い周波数成分が遮断されるの
で、ハイパスフイルタ８を通過後の波形はゆらぎ
成分の混じつていない波形となる訳である。

しかしながら、このような従来の信号処理回路
にあつては、カルマン渦の放出周波数より低いゆ
らぎ成分を除去するものであるので、高流量域に
あつてはよく放出周波数を検出するが、自動車エ
ンジンのように微小流量域の検出も要求される場
合には、熱的渦検出器に特有の問題が生じる。

すなわち、微小流量域にはカルマン渦の生成が
微弱であるためカルマン渦による流速変動が極め
て小さく、この流速変動と、熱的渦検出器自体で
生じる微小渦や自然対流による空気の乱れとを判
別できない状況となる点である。

すなわち、第２図Ｂの微小流量域Ｌにみられる
ようにカルマン渦による放出周波数は左端の先鋭
的なピーク値に相当し、この放出周波数よりも今
度は高い周波数成分が多く含まれており、この放
出周波数よりも高い周波数成分が同図A₁のよう
に微小流量域の放出周波数の検出を困難にしてい
る。

本発明は微小流量域には渦発生体自体で生じる
微小渦や自然対流で生じる空気の乱れの周波数成
分が、この流量下で生じるカルマン渦の放出周波
数に比べて高い（矢印Ｘ）ことに着目し、微小流
量域に作動するフイルタ回路（ローパスフイル
タ）を設けて微小流量域にカルマン渦の放出周波
数より高い周波数成分を遮断し、微小流量域のカ
ルマン渦の検出精度を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では、吸入空
気の流れに対して略直交する渦発生体と、この渦
発生体の下流に位置して吸入空気流量に対応して
発生する渦の発生周期を検出する渦検出器と、渦
検出量の出力成分のうち微小流量域におけるカル
マン渦の発生周波数以上の周波数成分を遮断する
フイルタ回路と、前記出力成分のうちの直流成分
に基づいて流量域を判定し、かつこの判定結果に
基づいて所定の微小流量域にて前記フイルタ回路
を作動させる手段とを設けた。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第３図は、所定のカツトオフ周波数を有するフ
イルタ回路（ローパスフイルタ）と、微小流量以
上でこのローパスフイルタをカツトする手段を設
けた一実施例で、第１図と実質的に同一の部分に
は同一の符号を付して示す。すなわち１は熱的渦
検出器２と抵抗３，４並びに５から構成されるブ
リツジ回路、６は差動増幅器、７は電力増幅器、
９は結合コンデンサ、１３は交流増幅器、１４は
コンパレータである。

１５は所定のカツトオフ周波数を有するローパ
スフイルタで、抵抗１６とコンデンサ１７とから
構成される。

１９はコンパレータで、電力増幅器７からの出
力と所定の基準電圧（比較電圧）を比較し、抵抗
１６と並列に接続されたスイツチ２０を開閉作動
し、電力増幅器７からの出力が比較電圧より低い
場合、すなわち、微小流量域にはコンパレータ１
９の出力が零レベルにあり、スイツチ２０は開成
しているので、ローパスフイルタ１５は機能して
いる。電力増幅器７からの出力が比較電圧以上と
なつた場合、すなわち、高流量時にはコンパレー
タ１９はスイツチ２０を閉成して抵抗１６の両端
を短絡するのでローパスフイルタ１５は機能せず
電力増幅器７の出力信号は、そのまま通過する。
２１はバツフアアンプで入力する電圧信号を波形
整形して出力する。

このようにして、コンパレータ１９により微小
流量域はローパスフイルタ１５が機能して微小流
量域に渦発生体自体で生じる微小渦や自然対流で
生じる乱れによるカルマン渦の放出周波数よりも
高い周波数成分を遮断して微小流量域のカルマン
渦の検出精度を高めている。また、微小流量域の
判定は、ブリツジ回路１の出力から差動増幅器６
及び電力増幅器７を介して取り出した直流成分を
コンパレータ１９にて所定の基準値と比較するこ
とにより行うようにしてあるので、所定の微小流
量域を確実に判別して効率の良い制御を行うこと
ができる。

第４図はコンパレータ１９によつて開閉作動す
るスイツチ２０を平滑コンデンサ２２と直列接続
した上で、フイードバツク抵抗２３とともに交流
増幅器１３に並列接続した他の実施例で、第３図
と実質的に同一の部分には同一の符号を付して示
す。

コンパレータ１９は、第３図と同じく、電力増
幅器７からの出力と比較電圧を比較し、比較電圧
より低い場合、すなわち、微小流量域には、今度
はスイツチ２０を閉成して平滑コンデンサ２２を
機能させ、比較電圧より高い場合、すなわち高流
量域にはスイツチ２０を開成して平滑コンデンサ
２２を開放する。フイードバツク抵抗２３は周波
数特性を良好にするものである。

このようにしてコンパレータ１９により微小流
量域は平滑コンデンサ２２がローパスフイルタと
して機能し、カルマン渦の放出周波数以上の高周
波成分を遮断して微小流量域のカルマン渦の検出
精度を高めている。

第５図は、渦発生体の下流に２個の熱的渦検出
器２，２′を配置し、この一対の検出信号をそれ
ぞれ増幅する電力増幅器７，７′の出力を交流増
幅器１３で差動増幅させることにより、定常流に
対する周波数成分を除去し、カルマン渦に同期し
た流速変動の周波数成分のみを安定に検出する他
の実施例で、第４図と実質的に同一の部分には同
一の符号を付して示す。

この場合は電力増幅器７，７′のそれぞれとコ
ンパレータ１９の間にはバツフアアンプ２４，２
４′が介装される。２５，２５′は抵抗である。

従つて、電力増幅器７，７′の出力がバツフア
アンプ２４，２４′を介して平均されるので、電
力増幅器７，７′の出力に含まれるカルマン渦に
同期した逆相の流速成分が除去され、コンパレー
タ１９に入力する時には定常流に対応した安定な
信号が得られることになる。

コンパレータ１９では、この安定した信号をレ
ベル判定し、第４図と同じく、微小流量域にはス
イツチ２０を閉成して平滑コンデンサ２２をロー
パスフイルタとして機能させカルマン渦の放出周
波数以上の高周波成分を遮断してカルマン渦に同
期した流速変動の周波数成分のみを検出するので
微小流量域の検出精度を高め、高流量域になると
スイツチ２０を開成してコンデンサ２２を開放す
る。

第６図は、微小流量域にローパスフイルタとし
ての平滑コンデンサ２２を作動させる第５図の実
施例に加えて、高流量域に問題となる低周波のゆ
らぎ成分を、高流量域に作動して遮断するハイパ
スフイルタを介装した他の実施例で、第５図と実
質的に同一部分には同一の符号を付して示す。

コンパレータ１９に並列接続されたもう１つの
コンパレータ１９′により開閉作動するスイツチ
２０′とコンデンサ２２′を直列接続した上で、コ
ンデンサ９″に並列接続する。コンデンサ９″，２
２′からなるカツプリングコンデンサと抵抗１
６″は交流増幅器１３，１３′間に介装される。２
３′はフイードバツク抵抗である。

コンパレータ１９′はコンパレータ１９と同じ
く、バツフアアンプ２４，２４′を介して平均さ
れた定常流に対応する信号をレベル判定し、微小
流量域にはスイツチ２０′を閉成しており、コン
デンサ９″，２２′で決定されるカツトオフ周波数
以下の信号を遮断して交流増幅器１３′に入力し
ている。高流量域になると、コンパレータ１９′
はスイツチ２０′を開成するので、今度はカツト
オフ周波数がコンデンサ９″のみによつて決定さ
れ、カツトオフ周波数が高くなる。すなわち、高
流量域にはコンパレータ１９′が作動して、カツ
トオフ周波数を高めることにより、コンデンサ
９″がハイパスフイルタとして作動し、高流量域
に生ずるカルマン渦の放出周波数以下の低周波ゆ
らぎ成分を遮断する。

従つて微小流量域にはコンパレータ１９が作動
してローパスフイルタとしての平滑コンデンサ２
２を機能させて微小流量域の高周波成分を遮断
し、高流量域にはコンパレータ１９′が作動して
ハイパスフイルタとしてのコンデンサ９″のみが
作動し、高流量域の低周波成分を遮断するので、
微小流量域から高流量域まで安定したカルマン渦
の検出ができることになる。

なお本発明の信号処理回路は熱的渦検出器にの
み通用するのではなく、超音波等の他の渦検出器
に対しても車体振動等の影響を除くことができる
ので有効である。

以上のように本発明によれば、吸入空気の流れ
に対して略直交する渦発生体と、この渦発生体の
下流に位置して吸入空気流量に対応して発生する
渦の発生周期を検出する渦検出器と、渦検出器の
出力成分のうち微小流量域におけるカルマン渦の
発生周波数以上の周波数成分を遮断するフイルタ
回路と、すくなくとも微小流量域でこのフイルタ
回路と、前記出力成分のうち直流成分流に基づい
て流量域を判定し、かつこの判定結果に基づいて
所定の微小流量域にて前記フイルタ回路を作動さ
せる手段とを設けたので、当該所定の微小流量域
に生じる対流の影響並びに熱的渦検出器が発生す
る流体変動などの高周波のノイズ成分を確実に除
去することができ、従つてカルマン渦の特定微小
流量域での検出精度を確実に高めることができる
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の信号処理回路、第２図Ａは電
力増幅器の出力波形、同図A₁，A₂は微小流量域、
高流量域のそれぞれの拡大波形、同図Ｂは微小流
量域、高流量域のスペクトラム分析結果を示す
図、第３図は本発明の一実施例を示す信号処理回
路、第４図、第５図並びに第６図はそれぞれ他の
実施例を示す信号処理回路である。 ２，２′……熱的渦検出器、６，６′……差動増
幅器、７，７′……電力増幅器、９，９′，９″…
…結合コンデンサ、１３，１３′……交流増幅器、
１４，１９，１９′……コンパレータ、１５……
ローパスフイルタ、２０，２０′……スイツチ、
２１，２４，２４′……バツフアアンプ、２２，
２２′……コンデンサ、２３，２３′……フイード
バツク抵抗、２５，２５′……抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸入空気の流れに対して略直交する渦発生体
   と、この渦発生体の下流に位置して吸入空気流量
   に対応して発生する渦の発生周期を検出する渦検
   出器と、渦検出量の出力成分のうち微小流量域に
   おけるカルマン渦の発生周波数以上の周波数成分
   を遮断するフイルタ回路と、前記出力成分のうち
   の直流成分に基づいて流量域を判定し、かつこの
   判定結果に基づいて所定の微小流量域にて前記フ
   イルタ回路を作動させる手段とを設けたことを特
   徴とする吸入空気量センサの信号処理回路。