JPH06103196B2 - エンジンの吸気量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、自動車用エンジンの電子制御燃料噴射装置
の吸入空気量計として使用されるエンジンの吸気量測定
装置に関する。

〔従来の技術〕

導管内に渦発生体を設け、その下流に発生したカルマン
渦の発生周波数より流体の流量を測定する方法として、
たとえば、実開昭54−41665号広報がある。これは流路
を介して送受波される超音波信号波が流体中に発生する
カルマン渦により位相変調されることを利用したもので
あり、この変調された位相を復調することにより、渦信
号をアナログ電気信号として検出するようにしたもので
ある。

このアナログ電気信号は一般には、その用途からさらに
電圧比較器にて所定の電圧と比較することにより、２値
化され、上記渦発生周波数をもったカルマン渦パルスと
して出力される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、このカルマン渦流量センサをエンジンの吸気
量センサとして使用した場合、次のような問題を生じ
る。すなわち、スロットル弁が高開度に位置するとき、
エンジンの吸気動作による空気の脈動が吸気通路および
この吸気脈動に応動して前記アナログ電気信号の出力レ
ベルが大きく変動する。

このような出力信号を前述したような方法にてパルス化
すると、所謂「パルスの歯抜け」を生じるが、この問題
を解決するためになされた考案としては、例えば、実開
昭57−72119号公報がある。これは、上記アナログ電気
信号を微分回路に通すことにより吸気脈動による変動分
を除去しようとするものであるが、このようにすると、
信号の周波数が低い領域では信号のレベルも同時に低減
されてしまう。

従って、上記実開昭57−72119号公報においては、カル
マン渦パルスの発生周波数に応じて装置自身が上記微分
回路の特性を変化させるようにしているが、これはパル
ス回路の出力によりその入力特性を変化させているもの
であり、一旦パルスの歯抜けが生じた場合には、以降そ
の歯抜け状態を持続し続けるという問題を生じる。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、エンジンの吸気脈動の影響を受けることなく、常
に吸入空気量に正確に対応したカルマン渦パルスを出力
し得るエンジンの吸気量測定装置を得ることを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るエンジンの吸気量測定装置は、エンジン
の吸気通路内に挿入された渦発生体と、前記渦発生体の
下流側で前記吸気通路を横断するように超音波を出す超
音波送波用振動子と、前記吸気通路を横断した超音波を
受信する超音波受波用振動子と、送波超音波と受波超音
波との位相差をデイジタル量の電気信号として得る手段
と、これら一連のデイジタル量を比較してデイジタル量
が減少から増加へ移行した後、所定以上増加したときに
一つの信号を出しまたデイジタル量が増加から減少へ移
行した後、所定値以上減少したときに一つの信号を出す
手段と、前記の一つの信号でリセットまたはセットされ
たもう一つの前記の一つの信号でセット又はリセットさ
れる２値化手段とを備えてなることを特徴とする。

前記の位相差をデイジタル量の電気信号として得る手段
は、発振器からの高い周波数をカウンタの最上位ビット
を出力させることにより分周して超音波送波用振動子の
ための駆動回路へパルスを送ると共に前記カウンタのカ
ウント出力をラッチ回路に入力し、他方、前記超音波受
波用振動子の出力波形を波形整形回路により矩形波にな
し、この矩形波の立ち上がりで前記ラッチ回路がその時
点のカウンタのカウント数をマイクロプロセッサへ通す
ように構成されている。

〔作用〕

一個のカルマン渦が一対の送受波用振動子の間を通過す
る間に多数個の超音波のパルスがそのカルマン渦を通過
するのであるが、その渦の巻く方向によっても異なって
くるがカルマン渦の前部では超音波は例えば速く通過す
るであろうし、カルマン渦の後部では超音波は例えば遅
く通過するであろう。つまりカルマン渦を通過する超音
波は渦の前部と後部とでは伝播速度が異なっている。従
って超音波送波用振動子から出た超音波が超音波受波用
振動子に到達する時間が変わってくるのである。この到
達時間を送波超音波と受波超音波との位相差として得る
のである。

かかる到達時間が増加から減少に転じそして更に減少か
ら増加に転じたときあるいは減少から増加に転じそして
増加から減少に転じたとき一つのカルマン渦が通過した
と判定出来るのであるがこれを２値化手段で達成してい
るのである。

〔実施例〕

以下、この発明のエンジンの吸気量測定装置の実施例を
図について説明する。第１図はこの発明の一実施例の構
成を示すブロック図である。この第１図において、エン
ジンの吸気通路内の所定位置に渦発生体２が配置されて
おり、この渦発生体２の後方に発生するカルマン渦（こ
の発生周波数は実使用上約10Hz〜2.5kHzである）を超音
波受波用振動子４で検出するようになっている。

超音波送波用振動子３は駆動回路８により励振されて超
音波を出す。駆動回路８は電圧制御発振器６からの高い
周波数をカウンタ７により分周された周波数のパルスで
作動される。

超音波受波用振動子４は約40kHzの周波数にて共振点を
有し、超音波送波用振動子３と対向してエンジンの吸気
通路１に設けられ、吸気通路１を通して約40kHzの周波
数にて共振点をもつ超音波送波用振動子３から出た超音
波を超音波受波用振動子４で受波するようになってい
る。

この超音波送波用振動子３がその共振点にて励振されて
いるか否かを共振点検出回路５で検出し、その検出出力
を電圧制御発振器６に出力するようになっている。

この電圧制御発振器６は、共振点検出回路５にて制御さ
れて、約20MHzの周波数にて発振する。この電圧制御発
振器６の出力パルスをカウンタ７で計数すると共にカウ
ンタ７の最上位ビットで分周する。このカウンタ７で分
周されたパルスにて駆動回路８は前記超音波送波用振動
子３を励振する。カウンタ７は９ビットからなるもの
で、その最上位ビットで電圧制御発振器６の周波数を51
2分周する。

超音波送波用振動子３からの超音波パルスはカルマン渦
中を伝播して前記超音波受波用振動子４に達して正弦波
状出力を出す。この出力信号を波形整形回路９で波形整
形して矩形波パルスを得る。この波形整形回路９からの
出力信号ｄとカウンタ７からの出力信号ｃとは当然位相
がずれているつまり位相差（到達時間）がある。なぜな
らば駆動回路８から超音波送波用振動子３、カルマン
渦、超音波受波用振動子４を経て波形整形回路９に達す
るまでに時間がかかるからである。そして、この位相差
はカルマン渦の通過につれて周期的に変化しているので
ある。しかし周期的に変化しているとは言え、規則正し
い変化ではない。このような不規則な変化にもかかわら
ずカルマン渦の通過数を正確にかつ安価に測定するため
に、本発明では以下のようにした。

波形整形回路９で得られたパルスの立ち上がりのタイミ
ングにて、ラッチ回路10（９ビットからなる）は前記カ
ウンタ７の内容を取り込む。このカウント数は位相差に
比例したデイジタル量である。このラッチ回路10の出
力、すなわちデイジタル量の増減をマイクロプロセッサ
11で判定するようになっており、このマイクロプロセッ
サ11の判定結果に応じて、フリップフロップ回路12（以
下、FFという）がセット，リセットされるようになって
いる。FF12の出力の一パルスが一つのカルマン渦となっ
ている。

次に動作について説明する。第２図は前記第１図の各部
信号の様子を示したタイミングチャートである。第２図
の（Ａ）は電圧制御発振器６の出力ａ、すなわち、カウ
ンタ７のクロック入力を示す。第２図の（Ｂ）はカウン
タ７の計数値ｂを示す。第２図の（Ｃ）はこのカウンタ
７の最上位ビットすなわち、超音波送波用振動子３の駆
動パルスを示す。第２図の（Ｄ）は波形整形回路９の出
力ｄを示す。第２図の（Ｂ）のｅはラッチ回路10のラッ
チ内容ｅを示している。

この第２図の（Ｂ）に示すように、９ビットからなるカ
ウンタ７はそのクロック入力、すなわち、電圧制御発振
器６の出力ａを０から511の間で循環的に計数する。ま
た、その最上位ビットは電圧制御発振器６の出力ａを51
2分周した駆動パルスｃとなっている。

超音波送波用振動子３は駆動回路８を介してこの駆動パ
ルスｃにて励振される。電圧制御発振器６はこのパルス
ｃによる励振周波数が超音波送波用振動子３の共振周波
数と一致するように共振点検出回路５により帰還制御さ
れている。

この共振周波数は前述したように約40kHzであるので、
電圧制御発振器６の発振周波数はこの40kHzを512倍した
値、すなわち約20MHzに制御されている。

このようにして、超音波送波用振動子３より発せられた
超音波は吸気通路１内のカルマン渦中を伝播して超音波
受波用振動子４に伝わる。

この超音波受波用振動子４の出力波形は周波数約40kHz
のほぼ正弦波となっているが、これを波形整形回路９に
より整形すると、受信パルスｄ（第２図（Ｄ））が得ら
れる。このパルスｄの立ち上がりタイミングにてカウン
タ７の内容をラッチ回路10に取り込む。

すなわち、カウンタ７は前述したような分周器として動
作するとともに、送信波ｃの１周期の位相360度を512分
割して計数する位相カウンタとしても機能しているの
で、受信パルスｄの立ち上がりタイミングにてそのカウ
ント値をラッチすれば、そのカウント値は位相差（すな
わち超音波信号の伝播時間）を示す。

以上のようにして送波超音波と受波超音波との位相差が
デイジタル量の電気信号ｅとして検出される。このデイ
ジタル量（ｅ）の変化の周波数（第３図の（Ａ）参照）
がカルマン渦発生周波数（第３図の（Ｂ）参照）とな
る。この渦発生周波数は実使用上約10Hz〜2500Hzの範囲
にある。

次に、マイクロプロセッサ11にてこの電気信号ｅのデイ
ジタル量の増減を判定することにより、カルマン渦パル
スｆを得る動作について述べる。

第３図に電気信号ｅのデイジタル量の変動とFF12の出力
端Ｑの出力（すなわちカルマン渦パルスｆ）のタイミン
グチャートを示す。

この第３図の（Ａ）に示すように、マイクロプロセッサ
11は電気信号ｅのデイジタル量の値が減少から増加に反
転した後、その増加量が２以上になるとFF12をセット
し、次に、この値が増加から減少に反転した後、その減
少量が２以上になるとFF12をリセットする。

なお、ここで述べた数値「２」とは前記ラッチ回路10の
ラッチ内容に対応した値であって、振動子の駆動パルス
ｃの１周期360度を512として計数したときの「２」であ
る。

次に、以上のマイクロプロセッサ11による処理を第４図
に示すフローチャートにしたがって詳述する。マイクロ
プロセッサ11はまず処理S1にて前記受信パルスｄの立ち
上がりが到来するまで待機する。

次に、この立ち上がりが到来すると、その時点では前記
ラッチ回路10には電気信号ｅのデイジタル量がラッチさ
れているので、処理S2にてそのラッチデータを読み込
み、メモリM1に格納しておく。

次に処理S3にて、この読み込まれた電気信号のデイジタ
ル量の値の増減極性の反転を判定する。すなわち、この
値が増加から減少へ、または減少から増加へ反転したか
否かを判定する。そして、反転したことが判定されたな
らば、処理S4にて先のメモリM1の内容、すなわち、その
時点の電気信号ｅのデイジタル量の値を他のメモリM2へ
格納する。

したがって、このメモリM2は、電気信号ｅのデイジタル
量の値の増加時には、その「谷」の値（第３図中D1）を
記憶し、電気信号ｅのデイジタル量の値の減少時にはそ
の「山」の値（第３図中D2）を記憶している。

次に処理S5およびS6にて、メモリM1に格納された電気信
号ｅのデイジタル量の値が、このメモリM2に記憶された
値よりも「２」以上増加していれば、外部のFF12をセッ
トし、また処理S7およびS8にてこの電気信号ｅのデイジ
タル量の値がメモリM2の値より「２」以上減少していれ
ば、FF12をリセットする。

以降、以上一連の処理を受信パルスｄの立ち上がりに同
期して循環的に繰り返す。

なお、第５図に受信パルスｄの立ち上がりタイミング
と、マイクロプロセッサ11による処理の実行タイミング
との関係を示す。

このように、マイクロプロセッサ11による処理を受信パ
ルスｄに同期して行わないと、処理S2にてラッチ回路10
の出力データすなわち電気信号ｅのデイジタル量を読み
込む際、この読み込み動作中に受信パルスｄの立ち上が
りが到電すると、誤ったデータを読み込んでしまう可能
性がある。

したがって、この発明のように、マイクロプロセッサ11
の処理を受信パルスｄに同期して行うことは重要なこと
である。

以上のようにして、電気信号ｅのデイジタル量からこれ
を２値化してカルマン渦パルスが得られるが、この２値
化処理は上述したように電気信号ｅのデイジタル量の増
減量をマイクロプロセッサ11により検出することにより
行っており、その信号レベルに依存していないため、従
来例に見られたような吸気脈動による影響は受けない。

また、この増減量の検出をこのようにマイクロプロセッ
サ11にて行っているので、従来装置のような電気信号の
デイジタル量の変化の周波数による影響もない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、カルマン渦信号の変化
分を検出することにより２値化を行い、かつ、この２値
化処理をデイジタル的に行うようにしたので、吸気脈動
の影響を受けることなく、常に真値のカルマン渦パルス
を出力し得るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のエンジンの吸気量測定装置の一実施
例の構成を示すブロック図、第２図および第３図はそれ
ぞれ第１図に示す実施例の各部の信号を示すタイミング
チャート、第４図は第１図に示す実施例の信号処理の手
順を示すフローチャート、第５図は第４図の信号処理手
順のタイミングチャートである。 １……エンジンの吸気通路、２……渦発生体、３……超
音波送波用振動子、４……超音波受波用振動子、５……
共振点検出回路、６……電圧制御発振器、７……カウン
タ、８……駆動回路、９……波形整形回路、10……ラッ
チ回路、11……マイクロプロセッサ、12……フリップフ
ロップ回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの吸気通路内に挿入された渦発生
   体と、この渦発生体の下流側で前記吸気通路を横断する
   ように超音波を出す超音波送波用振動子と、前記吸気通
   路を横断した超音波を受信する超音波受波用振動子と送
   波超音波と、受波超音波との位相差をデイジタル量の電
   気信号として得る手段と、これら一連のデイジタル量を
   比較してデイジタル量が減少から増加へ移行した後、所
   定以上増加したときに一つの信号を出しまたデイジタル
   量が増加から減少へ移行した後、所定値以上減少したと
   きに一つの信号を出す手段と、前記の一つの信号でリセ
   ットまたはセットされもう一つの前記の一つの信号でセ
   ットまたはリセットされる２値化手段とを備えてなるこ
   とを特徴とするエンジンの吸気量測定装置。
2. 【請求項２】前記の位相差をデイジタル量の電気信号と
   して得る手段は、発振器６からの高い周波数をカウンタ
   ７の最上位ビットを出力させることにより分周して超音
   波送波用振動子３のための駆動回路８へパルスを送ると
   共に前記カウンタ７のカウント出力をラッチ回路10に入
   力し、他方、前記超音波受波用振動子４の出力波形を波
   形整形回路９により矩形波になし、この矩形波の立ち上
   がりで前記ラッチ回路10がその時点のカウンタ７のカウ
   ント数をマイクロプロセッサ11へ通すように構成されて
   いる特許請求の範囲第１項記載のエンジンの吸気量測定
   装置。