JPH0548402B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、内燃機関を電子的に制御する場合
に、その機関の運転状態を検出する手段として効
果的に使用される吸入空気流量を測定検出する空
気流量検出装置に関する。

［発明の背景技術］ 内燃機関を電子的に制御する場合に、この機関
の運転状態を常に監視する必要のあるのであり、
その運電状態の監視手段として機関の回転速度検
出手段、機関温度検出手段、排気温度検出手段、
スロツトル開度検出手段等と共に、吸入空気量の
測定検出手段が設けられている。この吸入空気量
検出手段としては、例えば熱式の空気流量センサ
が用いられるもので、このセンサは吸気管の中に
配置設定され、空気流量に対応した、発熱制御さ
れる感温素子の温度変化状態を検出測定するもの
である。

すなわち、温度抵抗特性を有する感温素子をア
ナログ的に制御される加熱電流によつて一定温度
に加熱制御し、空気流量に対応して上記感温素子
から放熱される熱量を、感温素子の抵抗変化によ
つて検出測定するように構成するものである。具
体的には、感温素子に流れる電流値の変化によつ
て吸気管中の空気流量が計測されるように構成す
る。

しかし、このような感温素子をアナログ的に制
御される電流によつて、一定温度に加熱制御する
ような構成のものにあつては、空気流量が例えば
100倍変化するのに対して、測定電流値は約２倍
しか変化しないものであり、その測定感度は極め
て小さい状態にある。このため、この空気流量セ
ンサを内燃機関の制御用として用いるためには、
検出信号の増幅回路に対してオフセツト処理手段
を設ける必要が生じ、そのための制御回路が複雑
化する傾向にある。

また、マイクロコンピユータを用いて機関制御
装置を構成する場合、センサからのアナログ的出
力信号をデイジタルデータに変換して制御回路部
に供給するように構成する必要があり、この場合
充分高精度のもとにアナログ−デイジタル変換を
行なわなければならない。すなわち、高分解能の
Ａ／Ｄ変換器、およびこのＡ／Ｄ変換器の基準電
圧電源として極めて高精度のものが要求される。

さらに、このような定電流型抵抗線式のものの
他に、定温度型抵抗線式、定電位差型抵抗線式等
の制御手段を伴うものが存在するが、これらも上
記同様の問題点を備えている。

また、このような感温素子の制御手段として
は、上記のような問題点を解決する手段として、
パルス加熱制御手段によつて感温素子を一定温度
に制御することが考えられている。しかし、この
ようなパルス加熱制御手段を用いるものにあつて
も、その出力値はある程度大きなものとすること
ができるが、加熱電流を制御するパルス周期の精
度、さらに加熱電圧の制御精度も要求されるもの
であり、動作環境の制約も受ける状態にある。さ
らに、制御対象となる内燃機関のための信号処理
に問題の生ずるおそれがある。

［発明の目的］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもの
で、感温素子をパルス状の電流によつて加熱制御
するような状態で、さらに回路構成を簡略化する
ことができるようにするもので、検出出力信号の
Ａ／Ｄ変換等の特別の処理を必要とせずに、デイ
ジタル的デーダが直接的に出力されるようにし
て、例えば内燃機関の電子的制御に際して効果的
に利用できるようにする空気流量検出装置を提供
しようとするものである。

［発明の構成］ 本発明は上記目的を達成するために、 測定空気流通路に対して配置設定され、加熱電
流を供給されて発熱するとともに、測定空気の流
量に応じて温度が変化する感温素子と、 前記感温素子の所定の特定温度状態までの温度
変化を検知し、所定のパルス幅の基準パルス信号
を発生するパルス発生手段と、 前記パルス発生手段から発生される前記基準パ
ルス信号に応じて前記感温素子に供給する加熱電
流を断続する加熱電流制御手段と、 前記パルス発生手段から発生される前記基準パ
ルス信号の発生周期を前記測定空気の流量として
出力する出力手段と を備えることを特徴とする空気流量検出装置とい
う技術的手段を採用する。

［発明の作用］ 上記の本発明の構成によると、感温素子への加
熱電流が加熱電流制御手段により断続され、感温
素子は加熱電流により発熱するとともに、その温
度が測定空気の流量に応じて変化する。一方、パ
ルス発生手段は、感温素子の所定の特定温度状態
までの温度変化を検知し、所定のパルス幅の基準
パルス信号を発生する。そして、この基準パルス
信号に応じて加熱電流制御手段が感温素子に供給
する加熱電流を断続する。このため、基準パルス
信号は、感温素子の温度が所定の特定温度状態ま
で変化するのに要する時間に対応した周期で発生
され、しかも感温素子の温度は測定空気の流量に
応じて変化することから、基準パルス信号の発生
周期は測定空気の流量に応じた値となる。そし
て、本発明では、この基準パルス信号の発生周期
が測定空気の流量として出力される。

なお、感温素子は、加熱電流に応じて発熱し、
測定空気の流量に応じて放熱量が変化して自らの
温度が変化する抵抗体を使用することができ、こ
の抵抗体の温度をパルス発生手段が検出し基準パ
ルス信号を発生することで加熱電流が断続制御さ
れる。そして、測定空気を流量に応じて基準パル
ス信号の周期が変化する。

また、感温素子は、加熱電流に応じて発熱する
発熱抵抗体と、この発熱抵抗体の近傍に設けら
れ、測定空気の流量に応じて発熱抵抗体からの伝
熱量が変化して自らの温度が変化する感温抵抗体
とで構成することができ、感温抵抗体の温度がパ
ルス発生手段により検知されて測定空気の流量に
応じた周期で基準パルス信号が発生されるように
構成することができ、この感温抵抗体の温度をパ
ルス発生手段が検知し基準パルス信号を発生する
ことで発熱抵抗体への加熱電流が断続制御され
る。そして、測定空気を流量に応じて基準パルス
信号の周期が変化する。

［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図は空気流量検出装置を適用するエ
ンジン１１の制御システムの構成を示しているも
ので、この制御システムではエンジン１１の運転
状態に対応して、燃料の噴射量を電子的に制御し
ているものである。すなわち、エアフイルタ１２
からの吸入空気は、吸気管１３を介して吸入され
るもので、アクセルペダル１４で駆動されるスロ
ツトル弁１５部分を通つて上記エンジン１１の各
気筒に対して供給されるようになつている。上記
吸気管１３の内部には、熱式の空気流量検出装置
１６を構成する感温素子１７が設定されている。
この感温素子１７は、電流によつて加熱制御さ
れ、その温度によつて抵抗値が変化する温度特性
を有する例えば白金線等によりヒータによつて構
成される。そして、この空気流量検出装置１６か
らの検出信号は、マイクロコンピユータによつて
構成され、エンジン制御処理装置を含むエンジン
制御ユニツト１８に対して供給されるものであ
り、また上記感温素子１７はこの制御ユニツト１
８からの指令によつて加熱電流制御されるように
なつている。このエンジン制御ユニツト１８に対
しては、その他にエンジン１１の回転状態を検出
する回転速度検出装置１９からの検出信号、特に
図では示しないがエンジン１１の冷却水温検出信
号、排気温度検出信号、空燃比検出信号等が、運
転状態検出信号として供給されているもので、こ
れら検出信号に対応して、その時のエンジン１１
の運転状況に最も適合した燃料噴射量を算出し、
エンジン１１の各気筒に対してそれぞれ対応設定
されるユニツトインジエクタ２０ａ，２０ｂ，…
に対して、燃料噴射時間設定信号として供給し、
その開弁時間を指令設定して噴射される燃料量を
制御設定しているものである。

この場合の、燃料噴射量を設定する信号は、デ
ユーテイの設定されるパルス状の信号とされるも
ので、このパルス状の信号の時間幅に相当するデ
ータ一旦各気筒に対して設定されるレジスタ２１
ａ，２１ｂ，…に記憶設定して安定化し、その時
間範囲でインジエクタが開弁制御されるようにし
ている。

上記回転速度検出装置１９は、エンジン１１と
同軸的に回転駆動されるカム１９１，１９２、多
数の歯を備えた回転板１９３を備え、これらカム
１９１，１９２および回転板１９３それぞれに対
して電磁ピツクアツプ１９４〜１９６を対向設定
して、これらピツクアツプ１９４〜１９６から、
エンジン１１の特定回転角に対する信号、回転角
度位置を計数検出する信号を取り出すようにして
いる。

上記エンジン１１の各気筒に対してそれぞれ設
けられたインジエクタ２０ａ，２０ｂ，…に対し
ては、フユエルポンプ２２によつて燃料タンク２
３から取り出される燃料が、分配器２４を介して
分配供給されている。ここで、分配器２４に供給
される燃料の圧力は、プレツシヤレギユレータ２
５によつて一定に制御されるようになつているも
ので、上記演算算出されるインジエクタ部の開弁
時間によつて噴射燃料量が正確に設定制御される
ようになつている。

上記エンジン制御ユニツト１８は、イグナイタ
２６に対しても指令を与え、デイストリビユータ
２７を介して各気筒に対してそれぞれ設けられる
点火コイル２８ａ，２８ｂ，…に対して点火信号
を分配供給し、前記運転状態の検出信号に対応し
た、運転状況に適合するエンジン１１の運転制御
を実行するようにしている。

第２図は上記のようなエンジン制御システムに
おいて使用されている空気流量検出装置１６の感
温素子１７を取り出して示しているもので、セラ
ミツクボビン１７１に対して温度特性を有する抵
抗線として白金抵抗線１７２を巻回設定する。こ
のボビン１７１の両端部分には、それぞれ良導電
体でなるシヤフト１７３，１７４を支持軸として
突設し、このシヤフト１７３，１７４をそれぞれ
良導電体でなるピン１７５，１７６で支持設定す
るもので、このピン１７５，１７６を介して抵抗
線１７２に対して加熱電流が供給されるようにし
ている。このように構成される感温素子１７の抵
抗線１７２部分は、吸気管１３の内部で、この吸
気管１３内部を通過する空気流に対してさらされ
るように設定されている。

第３図は上記感温素子１７の他の例を示すもの
で、温度特性を有する発熱体となる抵抗線１７２
は、絶縁体からなる膜１７７に対して印刷配線等
によつて形成し、この膜１７７を絶縁体でなる支
持基板１７８で支持設定させるようにする。そし
て、この基板１７８の面に対して上記抵抗線１７
２に接続される配線１７９ａ，１７９ｂを形成
し、上記抵抗線１７２に対して加熱電流が供給さ
れるようにしている。

第４図は上記のようにエンジン制御システムに
対して効果的に設定使用される空気流量検出装置
１６の回路構成を示しているもので、吸気管１３
の内部には前述したような感温素子１７が固定設
定されている。そして、この吸気管１３の内部に
は、さらに空気感温素子３０が固定設定されてい
るもので、この感温素子３０は吸気管１３に流れ
る空気の温度を検出するために用いられる。すな
わち、この感温素子３０は上記感温素子１７と同
様に白金線によつて構成されるもので、吸気管１
３に流れる空気温度に対応してその抵抗値が設定
されるものである。

そして、この両感温素子１７および３０と、固
定の抵抗３１および３２によつてブリツジ回路を
構成するもので、感温素子１７および３０それぞ
れと抵抗３１および３２とのそれぞれ接続点は、
差動アンプ３３の入力部分に接続し、感温素子１
７の温度変化を検出するようにしている。すなわ
ち、空気感温素子３０の検出温度に比較して感温
素子１７の温度がある特定温度まで上昇すると、
差動アンプ３３からの出力信号が立ち上がり、基
準パルス発生回路３４に対してパルス発生指令を
供給するようになる。この基準パルス発生回路３
４は、例えば単安定マルチバイブレータによつて
構成されるもので、差動アンプ３３からの信号の
立ち上がりに同期して、特定されるパルス幅のパ
ルス信号を発生するものである。この基準パルス
発生回路３４からの出力信号は、この空気流量検
出装置１６の出力信号として取り出されるもので
あり、またこの回路３４からの出力パルス信号
は、バツフアアンプ３５を介して定電圧制御回路
３６に対して供給する。

この定電圧制御回路３６は、上記バツフアアン
プ３５からの出力信号と基準電圧電源回路３７か
らの電圧信号とを加算する状態の電圧信号と、抵
抗３８および３９による分圧電圧とを比較する比
較器４０を備えるもので、この比較器４０からの
出力信号で電源電圧の供給されるトランジスタ４
１の導通状態を制御するように構成されるものあ
る。

すなわち、基準パルス発生回路３４から出力パ
ルス信号に対応してトランジスタ４１が導通制御
され、パルス状に断続された電源制御を行なうも
のであり、このトランジスタ４１は前記感温素子
１７および３０を含むブリツジ回路に対しての電
源を制御し、感温素子１７に対してパルス状に断
続制御される加熱電流を供給するようになる。

このように構成される空気流量検出装置１６に
おいて、感温素子１７に対しては、例えば第５図
のＡに示すように特定されるパルス幅の加熱電流
が供給される。そして、感温素子の温度は上記加
熱電流の立ち上がりと共に第５図のＢに太線で示
すような状態で上昇するものであり、また上記加
熱電流の立ち下がりと共に、空気流による放熱作
用によつて上記感温素子１７の温度は低下するよ
うになる。この場合、この温度低下の状態は、吸
気管１３の中に流れる空気流量に対応する状態と
なるもので、空気流量の増大と共に感温素子１７
の放熱効果が上昇し、温度低下速度が上昇するよ
うになる。すなわち、空気流量に対応して感温素
子１７の放熱特性と共に加熱特性も変化するよう
になるもので、上記Ｂ図で実線で示す特性に対し
て、この状態より空気流量が増大した場合には、
同図に破線で示すような状態となる。

このような感温素子１７の温度変化状態は、差
動アンプ３３によつて監視されていもので、例え
ば空気感温素子３０と抵抗３２によつて定まる設
定温度状態が上記Ｂ図で模軸の細線に示す状態に
あるとすると、感温素子１７の温度（太線）が上
記設定温度（細線）に相当する点まで下降する時
に、第５図のＣに示すように差動アンプ３３の出
力信号が立ち上がるようになるものである。ここ
で、上記設定温度（細線）は空気温度に対して一
定幅の高い温度として設定されるようにしてい
る。

このようにして、差動アンプ３３から第５図の
Ｃに示すような出力信号が発生されると、基準パ
ルス発生回路３４において同図Ｄに示すような特
定されるパルス幅のパルス信号が発生されるよう
になるもので、このパルス信号の発生周期は、Ｂ
図に示した感温素子１７の温度低下特性に対応し
て設定されるようになる。すなわち、基準パルス
発生回路３４からの発生パルス信号の周期Ｔは、
吸気管１３中に流れる空気流量に対応する状態と
なるもので、この基準パルス発生回路３４からの
出力信号は、この空気流量検出装置１６の出力信
号として、前記エンジン制御ユニツト１８に対し
て供給され、噴射燃料量の演算のために供される
ものである。そして、この信号はさらに定電圧制
御回路３６への制御信号となもので、この回路３
６のトランジスタ４１を制御することによつて、
同図のＡに示したような加熱電流制御が実行され
るものである。この図で、T′は同図のＢに示し
た空気流量の増大する破線で示した場合のパルス
周期を示している。

第６図は、上記のように構成される装置１６の
空気流量に対するパルス周期Ｔの関係を示したも
ので、この場合の基準パルス発生回路３４で発生
されるパルス信号の時間幅は、１〜２ｍ秒であ
る。

上記実施例では、一定パルス幅の信号に対応し
て感温素子１７を加熱制御し、この加熱行程の終
了後の放熱時間によつて、空気流量に対応した周
期が設定されるようにした。しかしこのように加
熱制御される感温素子１７にあつては、空気流量
に対応して加熱時間も変化する状態となるもので
あり、したがつて特定される温度までの加熱時間
を見るようにしてもよいものである。第７図はこ
のような場合の実施例を示すものであつて、感温
素子１７の温度変化を検出している差動アンプ３
３の出力信号の立ち下がりに同期して基準パルス
発生回路３４を駆動制御し、この回路３４からの
パルス信号出力によつて直接的にトランジスタ４
１を制御して、パルス状にした加熱電流の発生周
期が加熱に要する時間幅によつて変化されるよう
にするものである。

第８図は上記のように構成した場合の空気流量
に対するパルス周期Ｔの関係を示している。

尚、これまでの実施例では、感温素子１７を温
度特性を有する発熱抵抗線で構成する状態で説明
したが、これは発熱するヒータ部分とその温度を
検出する温度検出部分とを分離する状態で構成し
てもよいものである。第９図はこのような場合の
感温素子１７部分の構成を示しているもので、発
熱電流の供給されるヒータとなる加温素子５０
と、この加熱素子５０に対して近接設定され、加
熱素子５０の温度に対応して抵抗値が変化される
感温抵抗素子５１とによつて感温素子１７が構成
されるものである。ここで、加熱素子５０は空気
流に直角状態で張られた白金線によつて構成さ
れ、また感温抵抗素子５１は加熱素子５１に例え
ば0.4mmの間隔で空気流の下流側に張られた、加
熱素子５１よりも線径が小さく抵抗値の高い白金
線で構成される。そして、この感温抵抗素子５１
によつてブリツジ回路を構成するようにするもの
である。

第１０図はエンジ制御に用いるワンチツプマイ
クロコンピユータ等で構成される制御ユニツト１
８を、空気流量測定の信号処理に使用する場合の
実施例を示したもので、差動アンプ３３からの出
力信号を制御ユニツト１８に対して供給する。こ
のユニツト１８に対しては、例えばスロツトル全
閉信号、スタータ信号、回転速度信号等のエンジ
ン情報Ａを供給し、またＡ／Ｄ変換器５２で例え
ば冷却水温センサ、スロツトル開度信号等のアナ
ログ状のエンジン情報Ｂを入力している。そし
て、この制御ユニツト１８から上記差動アンプ３
３からの出力信号に対応するパルス状信号を発生
し、この信号を定電圧制御回路３６のトランジス
タ５３を制御し、比較器４０に対する信号を制御
するようにしている。そして、この制御ユニツト
１８から上記入力情報に対応して演算された燃料
噴射量信号を増幅段５４に出力し、図示されない
インジエクタに対して燃料噴射信号として供給す
るようにするものである。

第１１図は上記装置の制御ユニツト１８の動作
状態を説明するフローチヤートであり、まずＡに
示すようにエンジン起動に対応してステツプ１０
０で示すように、エンジン情報に基づいて補正量
Ｋを演算して、燃料噴射量制御を実行して、運転
状態に対応したエンジン制御が実行されるように
する。そして、このようなエンジン制御状態に対
応して、Ｂ図に示すように空気流量信号の割り込
みが発生する状態で、ステツプ101で感温素子１
７の加熱時間を出力レジスタに対してセツトす
る。すなわち、このセツトされた加熱時間に対応
する加熱電流が、感温素子１７に対してパルス状
に断続供給されるようになるもので、この状態で
ステツプ102において差動アンプ３３の出力によ
つてパルス周期を読み込むようにされる。そし
て、このパルス周期を空気流量値に変換し、燃料
噴射量演算に供するようにするものである。

すなわち、Ｃ図に示すように噴射割り込みのタ
イミングで、ステツプ103で示すように上記空気
流量をエンジン回転数で演算し、噴射基本パルス
を演算する。そして、ステツプ104のようにこの
基本パルスを補正値Ｋで補正し、ステツプ105の
ように噴射終了時刻をレジスタにセツトして、実
質噴射時間すなわち噴射量を設定するものであ
る。

［発明の効果］ 以上に述べた本発明の構成によると、感温素子
の温度を検知して発生される所定のパルス幅の基
準パルス信号に応じて感温素子への加熱電流を断
続制御し、この基準パルス信号の発生周期が測定
空気の流量に応じて変化するように構成している
から、デジタル的に変化する基準パルス信号によ
つて測定空気の流量を知ることができる。

このため、測定空気の流量を示す信号がデジタ
ル的な信号であるため、高精度の増幅回路などを
必要とせず、出力信号の処理回路を簡単に構成で
き、デジタル的演算処理回路への入力を容易にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る空気流量検出装置の使
用されるエンジン制御システムを説明する構成
図、第２図および第３図はそれぞれ上記検出装置
に使用される感温素子の構成例を示す図、第４図
はこの発明の一実施例に係る空気流量検出装置を
説明する構成図、第５図は上記装置の動作を説明
する信号波形図、第６図は同じく出力特性を説明
する図、第７図はこの発明の他の実施例を説明す
る構成図、第８図はこの実施例の出力特性を示す
図、第９図は感温素子の他の例を示す構成図、第
１０図はこの発明のさらに他の実施例を説明する
構成図、第１１図はこの実施例の動作状態を説明
するフローチヤートである。 １１……エンジン、１３……吸気管、１６……
空気流量検出装置、１７……感温素子、１８……
エンジン制御ユニツト、３０……空気感温素子、
３３……差動アンプ、３４……基準パルス発生回
路、３６……定電圧制御回路、３７……基準電圧
電源、４１……トランジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定空気流通路に対して配置設定され、加熱
   電流を供給されて発熱するとともに、測定空気の
   流量に応じて温度が変化する感温素子と、 前記感温素子の所定の特定温度状態までの温度
   変化を検知し、所定のパルス幅の基準パルス信号
   を発生するパルス発生手段と、 前記パルス発生手段から発生される前記基準パ
   ルス信号に応じて前記感温素子に供給する加熱電
   流を断続する加熱電流制御手段と、 前記パルス発生手段から発生される前記基準パ
   ルス信号の発生周期を前記測定空気の流量として
   出力する出力手段と を備えることを特徴とする空気流量検出装置。 ２ 前記感温素子は、加熱電流に応じて発熱し、
   測定空気の流量に応じて放熱量が変化して自らの
   温度が変化する抵抗体を備えることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の空気流量検出装
   置。 ３ 前記感温素子は、加熱電流に応じて発熱する
   発熱抵抗体と、この発熱抵抗体の近傍に設けら
   れ、測定空気の流量に応じて発熱抵抗体からの伝
   熱量が変化して自らの温度が変化する感温抵抗体
   とを備え、前記感温抵抗体の温度が前記パルス発
   生手段により検知され、前記発熱抵抗体への加熱
   電流が前記加熱電流制御手段により断続されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の空
   気流量検出装置。