JPH0523367B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば自動車用エンジン等の制御
に利用されるもので、このエンジンの運転状態を
検出する信号の１つとして使用されるようになる
吸入空気量検出手段を構成する熱式空気流量測定
装置に関する。

［背景技術］ 例えば自動車用エンジンにあつては、その燃料
噴射量、点火時期等をマイクロコンピユータを用
いて構成されるエンジン制御ユニツト（ECU）
によつて制御するようにしている。このような制
御ユニツトにあつては、エンジンの運転状態を監
視するセンサ類からの検出信号が用いられている
もので、例えばエンジンの回転数信号、冷却水温
検出信号、スロツトル開度信号、空燃比検出信
号、バツテリ電圧信号等が、上記制御ユニツトに
対して供給設定されるようになつている。そし
て、エンジンの運転状態に最も関連するものとし
て、吸入空気量の検出信号も上記制御ユニツトに
対して供給設定され、燃料噴射量、点火時期等の
演算のために使用されるようになる。

このようなエンジン制御用に用いられる空気流
量測定装置としては、種々のものが考えられてい
るものであるが、例えば熱式の空気流量測定装置
が知られている。

この熱式の空気流量測定装置は、吸気管の中に
加熱電力によつて発熱制御される温度一抵抗特性
を有する感温素子を設定するようにして構成され
るもので、この感温素子の温度状態を観測するこ
とによつて、上記吸気管に流れる空気の量を測定
するようにしているものである。

すなわち、感温素子は吸入空気流中に設定され
ているものであるため、吸入空気流量に対応した
放熱特性が設定されるようになるものであり、し
たがつて例えば吸入空気量の大きい状態では、上
記加熱電力による感温素子の温度上昇速度は小さ
な状態となる。また、感温素子を同じ温度状態に
保つためには、空気流量の大きい程大きな加熱電
力が必要となるものであり、感温素子の温度状態
と加熱電力の状態から、吸気管に流れる空気流量
を算出できるようになる。

しかし、このような熱式空気流量測定装置にあ
つては、吸気管に流れる空気流のエンジンの回転
に伴う脈動成分が測定信号に現れるようになるも
のであり、またダイナミツクレンジを充分に大き
くすることが困難である。また、エンジン制御ユ
ニツトはデイジタル信号を使用するようになるも
のであるが、空気流量測定信号がアナログ信号で
ある場合、この測定信号を高精度にデイジタル信
号に変換する必要があり、必然的に高精度のＡ／
Ｄ変換器が要求され、この測定装置の構成を複雑
化している。

［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、例えば高精度のＡ／Ｄ変換器を使用すること
なく、マイクロコンピユータ等で構成される制御
ユニツトにおいて効果的に利用されるようなデイ
ジタル的な測定信号が得られるようにすると共
に、吸気管の脈動等の影響を受けることなく測定
動作されることを可能にし、また信号処理過程に
おける処理精度が効果的に向上されて高精度の空
気流量測定信号が得られ、例えばエンジン制御ユ
ニツトと共にエンジン制御システムにおいて効果
的に利用されるようにする熱式空気流量測定装置
を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る熱式空気流量測定装
置は、測定すべき空気流の設定される例えば吸気
管の中に温度−抵抗特性を有する感温素子を設定
するものであり、この感温素子には例えばエンジ
ン回転に同期する状態で発生される周期的なスタ
ート信号に対応して加熱電力を供給設定し、感温
素子の温度が特定される温度状態に達した状態で
上記加熱電力を断つように制御する。そして、上
記加熱電力の供給時間幅を表現したパルス状信号
を発生するものであり、さらにこのパルス状信号
の立上がり部分および立下がり部分それぞれに対
応して一対のパルス信号を発生するようにする。
そして、この一対のパルス信号はその両パルス信
号の先頭エツジ間隔が上記パルス信号の時間幅、
すなわち上記加熱電力の供給時間幅に相当する測
定信号となるものである。

［作用］ 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、例えばエンジン回転に同期する状態
で発生されるスタート信号に対応して感温素子に
対する加熱電力が立上がり制御され、この感温素
子の温度が空気流量に対応する状態で上昇するよ
うになる。そして、この感温素子の温度が例えば
空気温度に対して特定される温度差が設定される
まで上昇したときに上記加熱電力が遮断制御され
るものであり、したがつてこの加熱電力の供給時
間幅が、上記空気流量の関数となる状態となるも
ので、この時間幅を表現したパルス状の信号が測
定出力信号となるものである。しかし、この測定
出力信号を例えばエンジン制御ユニツトにおいて
使用する場合、時定数回路を含む波形整形回路に
供給し、この波形整形回路の出力信号から、上記
時間幅を観測して空気流量測定データを取出すよ
うになる。しかし、このように時定数回路を介し
て信号を取出す場合、その入力信号の波高値、波
形整形のための閾値等を高精度に設定しないと、
精度の高い測定データを得ることができない。し
かし、上記空気流量測定装置にあつて、上記パル
ス状の出力信号の立上がりおよび立下がりそれぞ
れに対応して一対のパルス信号を発生しており、
この一対のパルス信号はその両パルス信号の先頭
エツジ間隔が上記パルス状の出力信号の時間幅に
対応した測定信号となるものである。したがつ
て、波高値、閾値等が変動しても空気流量測定デ
ータは常に正確に得られるようになる。

［発明の実施例］ 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図はエンジンの吸入空気流量を測定
する場合を例にした実施例を示すもので、エンジ
ンの吸気管１１の内部に感温素子１２および空気
温度を測定するための空気温度測定素子１３を設
定する。上記感温素子１２は、例えば白金等の温
度−抵抗時性を有するヒータ部材によつて構成さ
れるもので、加熱電力が供給されることによつて
発熱され、特に吸気管に流れる空気流にさらされ
るように設定されている。また、空気温度測定素
子１３は、上記感温素子１２と同様に温度−抵抗
特性を有するように設定され、空気温度に対応し
た抵抗値が設定されるようになつている。

そして、上記感温素子１２および空気温度測定
素子１３に対しては、それぞれ固定の抵抗１４お
よび抵抗１５と１６の直列回路が接続されている
ものであり、感温素子１２と抵抗１４との接続点
Ａ、および抵抗１５と１６との接続点Ｂを出力端
子とするブリツジ回路が構成されるようになつて
いる。そして、このブリツジ回路の入力端子とな
る感温素子１２と空気温度測定素子１３との接続
点に、トランジスタ１７で構成される開閉素子を
介して、電源＋Ｂが接続されるようにする。

上記ブリツジ回路の出力端子となるＡおよびＢ
点の電位は、コンパレータ１８で比較されるよう
にする。このコンパレータ１８からは、Ａ点の電
位がＢ点の電位より下降した状態となつたとき、
すなわち感温素子１２の温度が空気温度測定素子
１３で測定される空気温度より、特定される温度
差が設定されるまで上昇した状態となつたとき
に、出力信号が発生されるようになつている。そ
して、このコンパレータ１８からの出力信号は、
フリツプフロツプ 回路１９のリセツト端子に対して供給し、コン
パレータ１８の出力信号でフリツプフロツプ回路
１９がリセツト制御されるようにする。

上記フリツプフロツプ回路１９のセツト端子に
対しては、エンジン制御ユニツト２０からのスタ
ート信号Tinが供給されるもので、このスタート
信号Tinは、エンジンの回転に同期する状態で発
生されるパルス信号によつて構成される。このフ
リツプフロツプ回路１９のセツト時の出力信号Ｑ
は、時定数回路２１を介してコンパレータ２２に
供給するもので、このコンパレータ２２では抵抗
２３および２４によつて設定される基準電圧と比
較し、時定数回路２１からの信号電圧が上記基準
電圧より高い状態でこのコンパレータ２２から出
力信号が発生され、この信号は上記Ｑ端子からの
信号と共に排他的オア回路２５に供給する。そし
て、この排他的オア回路２５からの出力信号は出
力回路２６に供給され、この出力回路２６からの
出力信号がエンジン制御ユニツト２０に対して、
空気流量測定信号Toutとして供給されるように
なるものである。

また、フリツプフロツプ回路１９からのリセツ
ト時の信号は、トランジスタ２７を制御する。
このトランジスタ２７は上記トランジスタ１７の
ベースを制御するもので、フリツプフロツプ回路
１９のセツト状態でトランジスタ２７が状態に制
御され、トランジスタ１７がオン状態に制御され
るようになつている。すなわち、フリツプフロツ
プ回路１９のセツト状態のときにトランジスタ１
７がオン制御され、感温素子１２を含むブリツジ
回路に加熱電力が供給設定されるようになつてい
る。

上記ブリツジ回路に対して供給される加熱電力
の電圧値は、OPアンプ２８で基準電圧電源２９
からの基準電圧と対比し、このOPアンプ２８か
らの出力信号によつて上記トランジスタ１７のベ
ースを制御し、上記加熱電力の電圧値が基準制御
されるようにする。

すなわち、上記のように構成される空気流量測
定装置にあつて、エンジン制御ユニツト２０から
第２図Ａに示すようなエンジンの回転に同期する
スタート信号Tinが発生されたとすると、この信
号によつてフリツプフロツプ回路１９がセツトさ
れ、そのＱ端子からの出力信号は第２図Ｂに示す
ように立上がる。このようにフリツプフロツプ回
路１９がセツトされると、トランジスタ１７はオ
ン状態に制御され、ブリツジ回路の感温素子１２
に対して基準電圧制御された加熱電力が供給さ
れ、この感温素子１２の温度が第２図Ｃに示すよ
うに吸気管１１に流れる吸気流量に対応する速度
で上昇するようになる。そして、この感温素子１
２の温度が空気温度測定素子１３で測定される空
気温度に対して、特定される温度差が設定される
まで上昇すると、コンパレータ１８から第２図Ｄ
に示すように出力信号が発生され、この信号によ
つてフリツプフロツプ回路１９がリセツトされる
ようになる。すなわち、加熱電力の供給される感
温素子１２の温度は、測定すべき空気流量に逆比
例する速度で上昇されるようになるものであるた
め、具体的には空気流量が大きい程温度上昇速度
が遅くなる状態で温度上昇するようになるため、
第２図Ｂに示すフリツプフロツプ回路１９のセツ
トされている間の時間幅、すなわち感温素子１２
に対する加熱電力の供給時間幅が測定空気流量を
表現するようになる。

すなわち、第３図のＡに示すようなスタート信
号Tinに対して同図のＢに示すようなフリツプフ
ロツプ回路１９のセツト状態に対応するパルス状
の測定出力信号が得られるもので、この信号は時
定数回路２１に供給され、その立上がり部分およ
び立下がり部分が積分されて、この時定数回路２
１からの出力信号は第３図のＣに示すようにな
る。そして、コンパレータ２２からは、抵抗２３
および２４で設定される閾値より上記Ｃ図の入力
信号レベルが高い状態で出力信号が発生され、し
たがつて排他的オア回路２５からはＢ図に示した
信号の立上がりおよび立下がりにそれぞれ対応し
て立上がる第３図Ｄに示すような正極性の一対の
パルス信号が発生される。そしてこの信号は、出
力回路２６を介してエンジン制御ユニツト２０に
対して空気流量測定信号として取込まれるように
なる。

すなわち、空気流量測定情報をパルス時間幅で
表現する状態のフリツプフロツプ回路１９のセツ
ト時のパルス状の出力信号から、上記時間幅を表
現する矩形波部分の立上がりおよび立下がりのエ
ツジ部分が一対のパルス信号によつて表現される
ようになる。そして、この一対のパルス信号の先
頭エツジの間隔を測定することによつて、空気流
量測定情報が得られるようになるものである。

ところで、エンジン制御ユニツト２０は、通常
第４図に示すように入力段にイグニツシヨンパル
スノイズ等のノイズ除去のために、時定数が数十
〜数百μSのRCフイルタ２０１を挿入している。
例えば第５図のＡ１に示すような時間幅Ｔの情報
を持つパルス信号が、上記制御ユニツト２０の入
力部分ａに入力されたとすると、すなわち第１図
に示したフリツプフロツプ回路１９のＱ端子から
の出力信号を、直接に出力回路２６を介して出力
したパルス信号が入力されたとすると、エンジン
制御ユニツト２０のフイルタ２０１通過後のｂ部
分の信号は第５図Ｂ１に示すようになり、この信
号かコンパレータ２０２に入力される。

上記コンパレータ２０２で、その閾値が第５図
Ｂ１でａに示すような場合は、エンジン制御ユニ
ツト２０のCPUへの出力点ｃのには第５図Ｃ１
に示すような波形が、また閾値がｂの場合は第５
図Ｄ１に示すような波形が現れる。すなわち、上
記Ｃ１図の波形は時間幅Ｔより短く、Ｄ１図の波
形は時間幅Ｔより大きくなる。つまり、閾値の変
化が出力パルス幅に影響を与えるようになる。

この閾値は、この制御ユニツト２０の電源電圧
を分圧して作り出すようにしているものであるた
め、上記出力信号のパルス幅はエンジン制御ユニ
ツト２０の電源の電圧変動の影響を受ける。

またその他に、例えば第５図Ｅ１に実線で示す
ようにパルス信号のハイレベル（波高値）が高く
なると、制御ユニツト２０の閾値レベルが一定で
あつても、この制御ユニツト２０の点ｃの信号波
形は第５図Ｇ１のように時間幅Ｔより長くなる。
つまり、パルス幅は出力回路２６側の電源電圧の
変動の影響も受ける。したがつて、エンジン制御
ユニツト２０側および出力回路２６側の電源装置
として高精度のものが要求されるようになる。

これに対して、上記実施例に示した装置にあつ
ては、第５図Ａ２で示すような一対のパルス信号
を第４図で示すようなエンジン制御ユニツト２０
の入力点ａに供給するようにしているものであ
り、したがつてこの一対のパルス信号の先頭エツ
ジの時間間隔Ｔは、第５図のＡ２〜Ｇ２からも明
かとなるように、閾値の変化パルス信号の波高値
の変化に対して影響を受けないものとなる。この
ため、出力回路２６、およびエンジン制御ユニツ
ト２０の電源装置は、特に高精度のものにするこ
とが要求されないものであり、またエンジン制御
ユニツト２０に入力されるパルス信号の波高値電
圧の調整も不要となる。

したがつてこの出力回路２６から得られる信号
を、例えばエンジン制御ユニツト２０の内部でノ
イズ除去のために積分したような場合であつて
も、第３図Ｂに示すパルス信号のパルス時間幅が
再現されるものである。この場合、特にエンジン
制御ユニツト２０側および出力回路２６側で高精
度の電源装置等がっ要求されることなく高精度の
空気流量測定動作が実行されるものであり、例え
ば自動車用のエンジンの吸入空気流量の測定に際
して、効果的に利用できるものである。

尚、上記実施例の説明ではエンジン制御ユニツ
ト２０に入力される一対のパルス信号は、第５図
Ａ２に示すように正極性の立上がりパルス信号で
あつたが、第３図Ｂに示すパルス状信号の立上が
りおよび立下がりにそれぞれ対応して立下がる負
極性の一対のパルス信号が、エンジン制御ユニツ
ト２０に対して供給されるように構成しても、同
様の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る熱式空気流量測定
装置にあつては、特に高精度の電源装置等を利用
することなく簡単に構成できるものであり、且つ
マイクロコンピユータ等においても効果的に使用
されるようなデイジタル的に表現された空気流量
測定信号が得られる。しかも、この測定信号は例
えば積分時定数、信号レベル等を考慮することな
く精度の確実に保証される状態の空気流量測定情
報として、制御ユニツト部分に取込まれるように
なるものであり、例えばエンジンの運転状態な監
視手段の１つとして効果的に使用できるものであ
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図は上記測定
装置の測定動作状態を説明する信号波形図、第３
図は上記測定装置の測定信号出力状態を説明する
信号波形図、第４図は上記実施例におけるエンジ
ン制御ユニツトの測定信号入力段部分を取出して
示す構成図、第５図は第３図のＤに示す信号ある
いは同図のＤに示す一対のパルス信号がエンジン
制御ユニツトに対して入力された場合の波形変化
状態を説明する信号波形図である。 １１……吸気管、１２……感温素子、１３……
空気温度測定素子、１７……トランジスタ（加熱
電力開閉素子）、１８，２２……コンパレータ、
２０……エンジン制御ユニツト、２１……時定数
回路、２５……排他的オア回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定すべき空気流中に設定され、加熱電力に
   よつて発熱制御されるようにした温度−抵抗特性
   を有する感温素子と、 周期的に発生されるスタート信号によつて上記
   感温素子に対する加熱電力を立上がり制御する手
   段と、 上記加熱電力によつて発熱制御された上記感温
   素子の温度が特定される温度状態まで上昇したこ
   とを検知し、上記加熱電力を遮断制御する手段
   と、 上記感温素子に対する加熱電力の供給時間幅に
   対応するパルス時間幅を表現したパルス状信号を
   発生する手段と、 この手段で発生されたパルス状信号の立上がり
   および立下がり部分にそれぞれ対応してともに立
   上がりあるいは共に立下がる一対のパルス信号を
   発生する手段とを具備し、 この一対のパルス信号の先頭エツジ間隔が上記
   パルス時間幅に対応した空気流量測定信号とされ
   るようにしたことを特徴とする熱式空気流量測定
   装置。