JPH063385B2 - 熱式空気流量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この場合は、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、スロッ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、温度によって抵抗値の変化する抵抗体に
よって構成され、加熱電力によっ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。

このような感温抵抗体を用いるような熱式の空気流量測
定装置にあっては、上記感温抵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
上記感温抵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っ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
って温度状態が変化されるものであり、加熱電流の供給
される感温抵抗体の温度変化状態を観測することによっ
て、上記空気流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って
は、感温抵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Ｔｃ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 で表現されるもので、その定数αおよびβが温度によっ
て変化することによって、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
の熱伝導度の関数であって、このα，βは空気温度が変
化することによってわずかに変化し、これに伴って伝熱
係数も変化するようになるものである。

このような感温抵抗体の温度状態、すなわち抵抗値の状
態を観測するためには、上記感温抵抗体を含む状態でビ
リッジ回路を構成すればよい。そして、このようなブリ
ッ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、上記ブリッジ回路の感温抵抗体を含まない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
抵抗とによって構成し、このブリッジ回路出力の温度特
性を調整するようにすることによって、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Ｔｃ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、したがって上記のような手段では完全な温度
依存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、伝熱
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、温度依存性に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とするものである。

［問題点を解決するための手段］ そこで本発明は、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、 前記第１の感温素子に供給される電力の電圧値を調節す
る電圧調節回路と、 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電圧調節回路からの出力電圧を補
正し、前記第２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インピーダンス回路と 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］ したがって、上記のように構成される熱式の空気流量測
定装置にあっては、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ットに対する、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、例えば白金線等の温度
抵抗特性を有する抵抗発熱線によって構成されるもの
で、吸気管11の中に流れる空気流によって放熱制御され
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つの枝とするブリッジ回路が
構成されるようにする。そして、このブリッジ回路に対
しては、例えば自動車用バッ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。

上記ブリッジ回路からの出力信号は、コンパレータ18に
よって検出されるようになっているもので、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
リップフロップ回路19に対してリセット指令信号として
供給されている。このフリップフロップ回路19に対して
は、図では示されてい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
からセット指令信号として供給されている。

上記フリップフロップ回路19からのセット状態で立上が
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はフリップフロップ回路19のセット
状態の時に導通制御され、感温素子12を含むブリッジ回
路に対して電力を供給するようになるもので、この電力
によって感温素子12が発熱制御されるようになる。ここ
で、上記出力信号は、フリップフロップ回路19のセット
およびリセッ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、そのパルス状信号のパルス幅す
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って
いるもので、その電圧出力信号は抵抗23を介して差動増
幅器24の非反転入力端子に対して供給されてる。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。この場合、上記基準設
定電圧信号回路は温度抵抗特性を有する抵抗25を介して
接地されているもので、差動増幅器24に対して作用する
基準電圧値は、抵抗25の温度特性によって制御設定され
るようになっている。

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応してフリップフロップ回路
19がセット制御される。したがって、このフリップフロ
ップ回路19からの出力信号は、同図の（Ｂ）に示すよう
に立上がり、このフリップフロップ回路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が導通設定されると、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
電圧信号が下降する状態となる。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
力信号によって、上記フリップフロップ回路19がリセッ
ト制御される。すなわち、このフリップフロップ回路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、そのセット状
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の加熱電流の供給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って定まるようになるもの
である。したがって、上記フリップフロップ回路19のセ
ット時の時間幅は、吸気管11の空気流量に対応するよう
になり、出力端子21からのフリップフロップ回路19から
の出力信号に対応するパルス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ュータ等に入力させる場合
には、上記時間幅がクロッ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流量測定装置にあっては、その出
力特性が通常前述したような伝熱係数Ｔｃの温度依存性
に対応する温度特性を有する。したがって、上記装置の
通電開始信号の１回に発生に対応する出力信号の時間幅
ｔ_０、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。

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_０：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_０は略次のよう
に表現されるようになる。

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。

したがって、上記ｔ_０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_０によって吸気管11内
の空気流量が計測されるものである。

上記時間幅ｔ_０を表現する式に含まれる伝熱係数Ｔｃ は、温度に関係する関数αおよびβによって定まるもの
で、この伝熱係数Ｔｃ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。したがって、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っても、温度変化によって
時間幅ｔ_０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
する素子によって構成することによって、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
しか補正できない。したがって、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
度特性項を補償することはできない。

したがって、この実施例にあっては感温素子12を含むブ
リッジ回路に対して供給される加熱電力の電圧を、上記
第４図のＢに示す特性を補正するように制御するように
構成するもので、この補正を抵抗25によって行わせるよ
うにする。

すなわち、この抵抗25に対して第５図に示すような温度
特性を設定することによって差動増幅器24に対して供給
される基準電圧値を制御するように構成するもので、こ
の抵抗25によって感温素子12に対して供給される加熱電
流に対して温度特性を設定し、温度の変化に影響のされ
ない空気流量測定信号が得られるように上記加熱電力の
電圧値を設定制御するものである。

上記第５図に示したような温度特性を有する抵抗25部分
に対応する回路としては種々のものが考えられるもので
あるが、例えば第６図に示すような構成の回路を使用す
ればよい。この回路はトランジスタＱ１およびＱ２の温
度特性を利用して、上記説明したような温度特性を設定
し、基準電圧値に対して温度特性を設定するようにした
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
置を説明する回路構成図、第２図は上記実施例の空気流
量測定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補正出力の状態を説明する
図、第５図は上記装置において使用される補正用の抵抗
の特性を説明する図、第６図は上記温度特性の補正を実
行する抵抗に対応する部分の具体例を示す回路図であ
る。 12…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）、18…コンパレータ、19…
フリップフロップ回路、22…基準電圧設定回路、24…差
動増幅器、25…抵抗（補正用）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 進 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 衣川 真澄 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 鈴木 淳志 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、 前記第１の感温素子に供給される電力の電圧値を調節す
   る電圧調節回路と、 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電圧調節回路からの出力電圧を補
   正し、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インピーダンス回路と を備えることを特徴とする熱式空気流量測定装置。