JPH0523366B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えばエンジンを電子的に空燃比
制御する場合に、そのエンジンの運転状態を検出
するためのセンサ機構として効果的に使用される
ように、吸気管に流れる吸入空気量を検出する熱
式の空気流量測定装置に関する。

［背景技術］ 電子的にエンジンの空燃比制御を実行する場
合、このエンジンの運転状態を常時監視して、そ
の運転状態に対応した信号を検出して、この検出
信号に基づき例えば上記エンジンに対する燃料噴
射量、点火時期等を演算し、この演算結果に基づ
いて燃料噴射制御、さらに点火時期制御を実行す
るものである。

このようなエンジンの運転状態の監視手段とし
ては、エンジンの回転速度検出センサ、エンジン
の冷却水温センサ、排気温度センサ、スロツトル
開度センサ等が存在するものであるが、エンジン
の運転状態に直接的に関連するものとして、吸入
空気量を検出測定する空気流量測定装置が存在す
る。

このようなエンジンの制御装置において効果的
に使用され、特に電気的な流量測定信号が直接的
に取出されるものとして、例えば特開昭55−
104538号公報に示されるような、温度によつて抵
抗値の変化する低抗体によつて構成され、加熱電
力によつて加熱制御される感温抵抗体を使用する
ことが考えられている。

このような感温低抗体を用いるような熱式の空
気流量制御測定装置にあつては、上記感温低抗体
を例えば測定すべき空気の通路である吸気管の中
に設定し、加熱制御される上記感温低抗体の温度
変化状態を、上記抵抗体の抵抗値変化状態を観測
することによつて検出するものである。すなわ
ち、上記感温抵抗体は空気流による放熱効果によ
つて温度状態が変化されるものであり、加熱電流
の供給される感温低抗体の温度変化状態を観測す
ることによつて、上記空気量が測定されるように
なるものである。

しかし、このような熱式の空気流量測定装置に
あつては、感温低抗体の温度特性も関連して、そ
の出力特性に温度特性が存在する状態となる。こ
の出力温度特性は、伝熱係数T_Cが温度に依存す
るものであることから生ずるものである。

この伝熱係数は「T_C＝α＋β√」で表現さ
れるもので、その定数αおよびβが温度によつて
変化することによつて、出力においても温度依存
性誤差を有するようになる。ここで、μρは測定
空気の質量流速であり、αおよびβはそれぞれ空
気粘度および比熱の伝熱導度の関数であつて、こ
のα、βは空気温度が変化することによつてわず
かに変化し、これに伴つて伝熱係数も変化するよ
うになるものである。

このような感度低抗体の温度状態、すなわち抵
抗値の状態を観測するためには、上記感温低抗体
を含む状態でブリツジ回路を構成すればよい。そ
うして、このようなブリツジ回路で上記のような
温度依存性誤差を補償するためには、上記ブリツ
ジ回路の感温低抗体を含まない１つの枝部分を、
大きな温度係数を有する抵抗と温度係数零の抵抗
とによつて構成し、このブリツジ回路出力の温度
特性を調整するようにすることによつて、リニア
な補正を行うことが考えられる。

しかし、この出力誤差を発生させる伝熱係数
T_Cは、上記式からも明らかなように２次の温度
依存項を有するものであり、したがつて上記のよ
うな手段では完全な温度性誤差の補償を期待する
ことはできない。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもの
で、電熱係数に関係して発生する出力の温度依存
性誤差を、上記伝熱係数の２次の温度依存項が確
実に補正されるように補償し、温度依存性のない
安定した空気流量測定信号が得られるようにし
て、例えばエンジンの電子的な制御が確実に正確
な状態で実行されるようにする熱式の空気流量測
定装置を提供しようするものである。

［問題点を解決するための手段］ そこで本発明、上記目的を達成するために、測
定すべき空気流中に設けられた第１の感温素子
と、 測定すべき空気流中に設けられた第２の感温素
子と、 前記第１の感温素子へ電力を提供する電力調節
回路と、 前記第１の感温素子の温度が前記第２の感温素
子の温度より所定温度高くするように前記第１の
感温素子に供給される電力を調節し、空気流量の
測定出力信号を出力する制御回路と、 前記空気の温度に応じて、前記空気の通常温度
付近で高い電圧となり、それより高い温度および
低い温度で低い電圧となるように前記第１の感温
素子に供給される電力の電圧値を調節し、前記第
１の感温素子の伝熱係数による前記測定出力信号
の温度依存性を補償する電圧調節回路と を備えることを特徴とする熱式空気流量測定装置
という技術的手段を採用する。

［作用］ したがつて、上記のように構成される熱式の空
気流量測定装置にあつては、感温素子に対して供
給される加熱電力において温度特性が存在するよ
うに設定されているものであるため、特に上記加
熱電力の温度特性、すなわち感温素子の加熱特性
がその出力特性を補償する方向に設定されるよう
になるものであるため、上記感温素子による空気
流量測定出力信号の誤差の発生要素が消去される
ようになり、空気流量に対応した出力信号が、温
度に関与されることなく確実に発生されるように
なる。

［実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。第１図はその構成を示すもので、この空
気流量測定装置が例えばエンジンの電子的制御ユ
ニツトに対する、エンジンの運転状態検出手段の
１つとして使用される場合を例にして示してい
る。

このような空気流量測定装置がエンジンの制御
用に用いられる場合、この測定装置は上記エンジ
ンに対する吸入空気量を測定するために使用され
るもので、このエンジンの吸気管１１の内部に、
測定検出素子となる感温素子１２が設定される。
この感温素子は、例えば白金等の温度抵抗性を有
する抵抗発熱線によつて構成されるもので、吸気
管１１の中に流れる空気流によつて放熱制御され
る状態に設定されている。また、上記吸気管１１
の中には、上記感温素子１２と同様に温度抵抗特
性を有する抵抗線からなる補助感温素子１３が設
置されているもので、この補助感温素子１３は吸
気管１１に流れる空気の温度計測用に用いられ
る。

そして、上記感温素子１２および補助感温素子
１３は、それぞれ固定の抵抗素子１４および１５
と直列的に接続し、この各直列回路の一端に電源
を供給し他端を接地するようにして、上記各直列
回路を１つの枝とするブリツジ回路が構成される
ようにする。そして、このブリツジ回路に対して
は、例えば自動車用バツテリ等による電源を、端
子１６から制御スイツチ素子となるトランジスタ
１７を介して供給設定するものである。

上記ブリツジ回路からの出力信号は、コンパレ
ータ１８によつて検出されるようになつているも
ので、感温素子１２の温度が、補助感温素子１３
で測定される空気温度に対して特定される温度状
態まで上昇した時に、上記コンパレータ１８から
の出力信号が立上がるように構成されている。そ
して、上記コンパレータ１８からの出力信号は、
フリツプフロツプ回路１９に対してリセツト指令
信号として供給されている。このフリツプフロツ
プ回路１９に対しては、図では示されないエンジ
ンの回転に同期する状態で立上がる、トリガ状態
の通電開始信号が制御端子２０からセツト指令信
号として供給されている。

上記フリツプフロツプ回路１９からのセツト状
態で立上がる出力信号は、適宜増幅器を介して出
力端子２１から出力信号として取出されるもので
あり、また前記トランジスタ１７のベースに対し
て制御信号として供給する。すなわち、トランジ
スタ１７はフリツプフロツプ回路１９のセツト状
態の時に導通制御され、感温素子１２を含むブリ
ツジ回路に対して電力を供給するようになるもの
で、この電力によつて感温素子１２が発熱制御さ
れるようになる。ここで、上記出力信号は、フリ
ツプフロツプ回路１９のセツトおよびリセツト動
作に対応する時間幅の制御されたパルス状信号で
なるもので、そのパルス信号のパルス幅すなわち
時間幅が、空気流量測定情報となるものである。

また、上記加熱電力を開閉制御するトランジス
タ１７の回路部分には、加熱電力の電圧を制御す
る基準電圧設定回路２２が設定されている。この
回路２２は例えば感温素子１２に対する加熱電力
の基準電圧が発生されるようになつているもの
で、その電圧出力信号は差動増幅器２４の非反転
入力端子に対して供給されている。また、この差
動増幅器２４の反転入力端子に対しては、上記感
温素子１２に対する加熱電力の電圧信号が結合さ
れており、この差動増幅器２４の出力信号で上記
トランジスタ１７のベースを制御するように構成
する。

上記のように構成される空気流量測定装置は、
通常次のようにして流量測定動作が実行される。
すなわち、例えばエンジンの回転に同期する状態
で発生される通電開始信号は第２図のＡに示す状
態で発生されるものとすると、この信号の発生に
対してフリツプフロツプ回路１９がセツト制御さ
れる。したがつて、このフリツプフロツプ回路１
９からの出力信号は、同図のＢに示すように立上
がり、このフリツプフロツプ回路１９からの信号
の立上がりに対応して、トランジスタ１７が導通
制御される。トランジスタ１７が通電設定される
と、感温素子１２に対して加熱電流が供給され、
この感温素子１２は発熱してその温度が同図のＣ
に示すように上昇するようになる。

感温素子１２の温度が上昇すると、この感温素
子１２の抵抗値がその温度に対応して上昇するよ
うになり、この感温素子１２の抵抗値に対応して
コンパレータ１８に供給される電圧信号が降下す
る状態となる。この場合、補助感温素子１３は吸
気管１１に流れる空気温度に対応した抵抗値の状
態に設定されているもので、感温素子１２の温度
が空気温度に対して特定される温度以上に高い状
態となると、上記コンパレータ１８の出力信号が
第２図のＤに示すように立上がるようになり、こ
のコンパレータ１８からの出力信号によつて、上
記フリツプフロツプ回路１９がリセツト制御され
る。すなわち、このフリツプフロツプ回路１９か
らの出力信号は、通電開始信号で立上がり、コン
パレータ１７の出力信号で立下がるようになり、
そのセツト状態における時間幅は、上記Ｃ図に示
す感温素子１２の温度上昇状態に対応するように
なる。

この感温素子１２の加熱電流の高級された時の
温度上昇状態は、吸気管１１に流れる空気流の速
度、すなわち感温素子１２に作用する放熱効果に
よつて定まるようになるものである。したがつ
て、上記フリツプフロツプ回路１９のセツト時の
時間幅は、吸気管１１の空気流量に対応するよう
になり、出力端子２１からのフリツプフロツプ回
路１９からの出力信号に対応するパスル状信号の
パルス時間幅は、測定空気流量に対応する状態と
なる。この出力信号は、測定空気流量が時間幅と
して表現されているものであるため、例えばマイ
クロコンピユータ等に入力させる場合には、上記
時間幅がクロツク信号で計数されるデイジタルデ
ータとしてそのまま使用できるようになるもので
ある。

このような熱式の空気量測定装置にあつては、
その出力特性が通常前述したような伝熱係数T_C
の温度依存性に対応する温度特性を有する。した
がつて、上記装置の通電開始信号の１回の発生に
対応する出力信号の時間幅t_p、すなわち感温素子
１２に対する加熱時間幅について考察してみる
と、以下のようになる。

（V²／R_H）t_p＝（α＋β√）×Ａ・ΔT_H・t_N……(1
) 但し、 Ｖ：感温素子１２の印加電圧 R_H：感温素子１２の抵抗値 t_p：加熱時間幅 Ａ：感温素子１２の放熱面積 ΔT_H：感温素子１２の空気に対する温度差 t_N：通電開始信号周期 ここで、感温素子１２に対する加熱電力の電圧
値Ｖを一定となるように制御すると、上記時間幅
t_pは略次のように表現されるようになる。

t_p∝（α＋β√）／Ｎ ……(2) 但し、上記通電開始信号がエンジンの回転に同
期して発生されるものとした場合のエンジン回転
数をＮとするもので、t_N∝１／Ｎの関係がある。

したがつて、上記t_pはエンジン１回転当りの平
均空気流量の関数となるもので、このt_pによつて
吸気管１１内の空気流量が計測されるものであ
る。

上記時間幅t_pを表現する式に含まれる伝熱係数
T_C（＝α＋β√）は、温度に関係する関数αお
よびβによつて定まるもので、この伝熱関数T_C
は空気温度の変化に対応して変化するようにな
る。第３図は、上記伝熱係数の状態を空気温度20
℃を基準にして示しているもので、温度20℃部分
でふくらむ２次曲線となる。したがつて、感温素
子１２に対して供給設定される加熱電力の電圧値
を一定状態に基準設定したような場合には、第４
図にＡで示すように一定の空気流量の場合であつ
ても、温度変化によつて時間幅t_pが変化するよう
になる。すなわち、空気流量測定出力信号に温度
特性が存在するようになり、その検出精度が不安
定な状態となる。

このような状態を補正する手段として、前述し
たように補助感温素子１３の回路部分に温度特性
をもたせることが考えられる。例えば補助感温素
子１３を正の温度特性を有する素子によつて構成
することによつて、コンパレータ１８の入力電圧
信号間の温度特性、すなわちΔT_Hを空気温度に対
して負の温度特性を有するように補正するもので
あるが、このΔT_Hは空気温度に対してリニアな特
性しか得られない。したがつて、この空気流量測
定装置の出力特性は、第４図にＢで示すようにな
り、２次の温度特性を補償することはできない。

したがつて、上記の装置にあつては、感温素子
１２に対する加熱電力の電圧値を基準設定させる
基準電圧設定回路２２の出力電圧特性を、温度変
化に対応して可変制御させるように構成する。す
なわち、第５図に示すように出力誤差が負の方向
に発生する（出力パルス時間幅が短い方向に誤差
がでる）低温状態および高温状態では基準電源電
圧が低く制御され、正の方向に誤差が発生する
（出力パルス時間幅が長くなる方向に誤差がでる）
状態となる常温状態にあつては、基準電源電圧が
高い状態に設定されるようにするものである。

第６図は上記のような出力電圧に温度特性を設
定するための基準電圧設定回路２２の具体的構成
例を示すもので、この回路はバンドギヤツプ型電
源回路によつて構成される。この第６図に示す回
路の出力電圧特性V_putは、次の式で表現される。
V_put＝V_gp＋（ｍ−１）kT／ｇ 但し、 V_gp：トランジスタを構成するシリコンの０〓の
時のエネルギーバンドギヤツプ ｇ；電荷 ｋ；ボルツマン定数 Ｔ；温度 すなわち、温度補正後にあつてもトランジスタ
のベース・エミツタ間電圧の非直線性に起因する
微少な温度依存性 （ｍ−１）kT／ｇ の項を含んでいる。この非直線成分は、このバン
ドギヤツプ定電圧源を構成するトランジスタのベ
ース・エミツタ間の電圧、抵抗の温度特性等を調
整することによつて調節設定できる。すなわち、
このバンドギヤツプ型電源回路の温度特性を第５
図に示すような状態に設定することによつて、上
記空気量測定装置の温度に依存する誤差成分がキ
ヤンセルされるようになるものである。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によると、感温素子の
伝熱特性により発生する流量測定出力信号の２次
曲線的な温度特性を確実に補償できるようにな
る。このため、空気温度の変化に対して影響を受
けることなく、安定して空気流量が測定されると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る熱式空気流
量測定装置を説明する構成図、第２図は上記装置
の動作状態を説明する信号波形図、第３図は上記
のような装置の空気温度に対する伝熱係数の状態
を示す図、第４図は測定素子部分の出力の状態を
説明する図、第５図は上記装置において必要とさ
れる電圧補正の状態を説明する図、第６図は上記
実施例における基準電圧設定回路の例を示す回路
図である。 １１……吸気管、１２……感温素子、１３……
補助感温素子、１７……トランジスタ（加熱電力
制御用）、１８……コンパレータ、１９……フリ
ツプフロツプ回路、２２……基準電圧設定回路、
２４……差動増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定すべき空気流中に設けられた第１の感温
   素子と、 測定すべき空気流中に設けられた第２の感温素
   子と、 前記第１の感温素子へ電力を供給する電力調節
   回路と、 前記第１の感温素子の温度が前記第２の感温素
   子の温度より所定温度高くなるように前記第１の
   感温素子に供給される電力を調節し、空気流量の
   測定出力信号を出力する制御回路と、 前記空気の温度に応じて、前記空気の通常温度
   付近で高い電圧となり、それより高い温度および
   低い温度で低い電圧となるように前記第１の感温
   素子に供給される電力の電圧値を調節し、前記第
   １の感温素子の伝熱係数による前記測定出力信号
   の温度依存性を補償する電圧調節回路と を備えることを特徴とする熱式空気流量測定装
   置。 ２ 前記電圧調節回路は、バンドギヤツプ型電源
   で構成するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の熱式空気流量測定装置。