JPH063387B2 - 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］ この発明は、例えばエンジンの吸入空気量を電子的に測
定し、上記エンジンの電子的な制御に際して使用される
ようにする、例えばエンジンの吸気管に対して設定され
る熱式の空気流量測定装置に関する。

［背景技術］ エンジンに対する例えば燃料噴射量を電子的に制御する
場合、このエンジンの運転状態を常時監視する必要があ
る。このようなエンジンの運転状態の監視手段として
は、エンジンの回転数センサ、冷却水温センサ、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係するものとして、吸入空気流量
センサが存在する。

このような吸入空気流量センサを構成する測定手段とし
ては種々のものが存在するものであるが、例えば特開昭
５５−９８６２１号公報に示されるように、空気流によ
る放熱効果を利用した熱式の空気流量測定装置が考えら
れている。すなわち、吸気管の中に温度によって抵抗値
の変化する抵抗素子によって構成した感温素子を設定
し、この感温素子に対して加熱電力を供給制御するよう
にしているものである。この場合、上記感温素子に対し
ては、吸気管を流れる空気流が接触しているものである
ため、その放熱効果が空気流量に対応して設定されてい
るものであり、したがって、この感温素子の温度を特定
される温 度状態に保つために必要となる加熱電力量は、上記吸気
管に流れる空気流量に対応するようになる。すなわち、
感温素子に対して供給される加熱電力の状態を監視する
ことによって、吸気管に流れる空気流量が測定できるよ
うになるものであるが、この場合の測定出力は、例えば
電流量等のアナログ値として得られるようになる。

しかし、このような吸入空気流量の測定値を使用するよ
うなエンジンの制御装置は、通常マイクロコンピュータ
によって構成されるものであり、入力データとしてはデ
ィジタルデータが要求される、したがって、上記のよう
な測定装置からの測定出力信号は、高精度のＡ／Ｄ変換
回路によってディジタルデータに変換して、マイクロコ
ンピュータによって構成されるエンジン制御装置に対し
て供給されるようになる。

［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
ばエンジンの吸気管に流れる空気流量をディジタル的な
データによって表現されるようにする測定出力が得られ
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。

また、この発明の他の目的は、測定すべき空気量が大き
く変化するような状態となった場合にあっても、その空
気流量を正確に表現した測定出力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に効果的に使用で
きるようにする熱式空気流量測定装置を提供することに
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にあっ
ては、温度抵抗特性を有する感温素子を、測定すべき空
気流中に設定するものであり、この感温素子に対しては
特定される周期で発生されるスタートパルス信号にそれ
ぞれ対応して立上がる加熱電力を供給し、発熱制御され
るようにする。そして、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ときに上記加熱電力を遮断制御
し、この加熱電力の供給時間幅を表現した信号を出力信
号とする。この場合、上記感温素子に対する加熱電力の
電圧値は基準電圧設定手段によって設定されているもの
であるが、その電圧値は、測定空気流量の上限状態で、
上記測定出力信号で表現される時間幅が上記スタートパ
ルス信号の周期の半分を越えない状態に設定させるよう
にするものである。

［作用］ 上記のように構成される装置にあっては、例えばエンジ
ンの吸入空気流量を測定する場合、エンジンの回転に同
期する状態でスタートパルス信号を発生し、このスター
トパルス信号に対応して感温素子に対する加熱電力が立
上がり制御される。この場合、加熱電力は基準電圧設定
手段によって一定電圧状態に設定されているものである
ため、感温素子の温度は吸入空気流量に反比例する速度
で上昇するようになる。そして、この感温素子の温度が
特定される温度状態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るため、この加熱電力の供給時
間幅が測定空気流量に対応するようになる。すなわち、
空気流量測定出力は、例えばシステムクロック信号によ
って計数される時間幅を表現したディジタルデータとし
て表現されるようになるものであり、この測定出力が直
接的にマイクロコンピュータによる制御装置の入力信号
として使用されるようになる。

このような測定過程において、測定すべき空気流量が増
大して上記測定出力の時間幅、すなわち感温素子に対す
る加熱電力の供給時間幅が、上記スタートパルス信号の
発生周期の半分を越える状態となると、感温素子に対す
る加熱電力が遮断されてから再び加熱電力が立上がるま
での時間幅が小さな状態となる。したがって、この状態
では感温素子が冷却される前に加熱電力が供給されるよ
うになるものであるため、特定される温度まで温度上昇
される時間幅が小さなものとなり、正確な空気流量測定
が不可能となる。

しかし、加熱電力の電圧値を測定空気流量の上限値で測
定時間幅がスタートパルス周期の半分を越えない状態と
なるように設定したものであるため、この空気流量測定
装置にあっては、いかなる場合であっても、正確な空気
流量測定出力が発生されるようになるものである。

［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、吸入空気が流れるように設定
される吸気管11の内部に、感温素子12および温度測定素
子13が配置設定されている。この感温素子12および温度
測定素子13は、共に温度に対応した抵抗値の設定される
温度−抵抗特性を有する抵抗素子によって構成されるも
のであり、例えば白金線によって構成されている。そし
て、感温素子12に対しては直列的に固定の抵抗14が接続
され、また温度測定素子13に対しては固定の抵抗15およ
び16の直列回路が接続されているもので、これら感温素
子12、温度測定素子13および抵抗14〜16は、ブリッジ回
路を構成するようになる。そして、感温素子12と温度測
定素子14との接続点にトランジスタ17からなる開閉素子
を介して加熱電力が供給されるものであり、また感温素
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がこのブリッジ回路の出力端子となり、この点ａおよ
びｂの電位がコンパレータ18で比較されるようになって
いる。

すなわち、トランジスタ17がオン状態となった場合に
は、上記ブリッジ回路に対して加熱電力が供給され、特
に感温素子12が発熱制御されるようになっている。この
場合、温度測定素子13は、吸気管11に流れる空気の温度
の対応した抵抗値に設定されているものであり、感温素
子12は加熱電力によって上昇した温度状態に対応した抵
抗値に設定される。したがって、感温素子12の温度が上
記空気温度に対して特定される温度差が設定される状態
まで上昇したときに、コンパレータ18からの出力信号が
立上がるようになる。

ここで、上記感温素子12は吸気管11の中に設定され、吸
入空気流にさらされる状態となっているものであるた
め、この感温素子12の放熱効果が上記空気流によって制
御され、加熱電力が供給されたときの、この感温素子12
の温度上昇速度は上記空気流量に対応する関係となる。
具体的には、空気流量の大きい状態では、加熱電力が供
給されてから、感温素子12の温度が上記特定温度状態ま
で上昇するために多くの時間を必要とするようになるも
のであり、したがって感温素子12が特定温度状態まで上
昇するに必要な加熱電力の供給時間幅は、吸気管11に流
れる空気流量に比例するようになる。

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のリセット端子に対して供給する。このフリッ
プフロップ回路19は、周期的な状態で発生されるスター
トパルス信号によってセット制御されるものであり、こ
のフリップフロップ回路19のセット状態における出力信
号は、バッファ20を介して測定出力信号として取出さ
れ、この図では特に示していないがエンジン制御ユニッ
トに対して、吸入空気流量測定検出信号として供給され
るようになる。また、上記バッファ20からの出力信号は
上記トランジスタ17のベースに対して供給されているも
ので、フリップフロップ回路19のセット状態のときに、
トランジスタ17がオン状態に設定され、上記感温素子12
を含むブリッジ回路に対して加熱電力が供給設定される
ようにする。

この場合、上記感温素子12に対して供給される加熱電力
は、基準電圧電源21およびＯＰアンプ22によって構成さ
れる定電圧制御回路によって、基準電圧電源21で設定さ
れる電圧値に対応した特定電圧状態に保たれるようにな
っている。

上記スタートパルス信号は、例えばこのエンジンの回転
に同期する状態で発生されるものであり、例えばエンジ
ンの特定される回転角に対応して発生される回転信号に
基づいて得られる信号を使用する。

すなわち、上記のように構成される空気流量測定装置に
おいて、例えばエンジンの回転に同期する状態で第２図
の（Ａ）に示すようなスタートパルス信号が周期的に発
生されたとすると、このスタートパルス信号にそれぞれ
対応する状態でフリップフロップ回路19が第２図（Ｂ）
に示すようにセット制御される。このフリップフロップ
回路19がセットされると、その出力信号によってトラン
ジスタ17がオン制御され、感温素子12を含むブリッジ回
路に対して、定電圧制御された加熱電力が供給されるよ
うになる。そして、この加熱電力によって感温素子12は
発熱され、その温度が吸気管11に流れる空気流量に対応
する状態で、第２図の（Ｃ）に示すように上昇されるよ
うになる。この場合の感温素子12の温度上昇速度は、前
述したように空気流量の大きい状態で遅くなるものであ
り、第２図（Ｃ）の温度上昇角度が減少するようにな
る。

このようにして感温素子12の温度が上昇して、その温度
が温度測定素子13で観測される吸気温度に対して特定さ
れる温度幅が設定される状態まで上昇すると、コンパレ
ータ18から出力信号が発生されるようになり、このコン
パレータ18の出力信号によって上記フリップフロップ回
路19がリセットされる。すなわち、第２図（Ｂ）の信号
が立下がり制御され、トランジスタ17がオフ制御され
て、感温素子12に対する加熱電力が遮断制御されるよう
になる。

すなわち、フリップフロップ回路19はスタートパルス信
号が発生されてから、感温素子12の温度が特定される温
度状態まで上昇される期間セット設定されるものであ
り、そのセットされている時間間隔は吸気管11に流れる
吸入空気量に比例するようになる。したがって、このフ
リップフロップ回路19のセット状態における時間幅を表
現したパルス状の出力信号は、この空気流量測定装置の
測定出力信号として使用されるようになるものであり、
この信号が例えばエンジン制御ユニットに対して供給さ
れ、上記パルス状出力信号で表現されるパルス時間幅デ
ータが、吸入空気流量検出信号として取り込まれるよう
になるものである。

このパルス状の出力信号のパルス時間幅は、例えばシス
テムクロック信号等によって計数することによってディ
ジタルデータとしてそのまま使用されるものであり、エ
ンジン制御ユニットにおいて効果的に使用されるように
なる。

このような測定動作が実行される場合、感温素子12は加
熱電力によって、その温度が空気温度に対して特定され
る温度差が設定されるまで発熱制御され、その後感温素
子12の温度が加熱初期温度状態まで冷却される必要があ
る。

しかし、例えば測定される空気流量が大きく、例えば第
３図の（Ａ）に示すスタートパルスの発生周期に対し
て、感温素子12の温度が特定される温度まで上昇する時
間幅が、同図の（Ｂ）にｆで示すように１／２を越える
ような状態となると、感温素子12に対する加熱電力が断
たれ、この感温素子12の温度が初期温度状態まで下降す
る以前に、次のスタートパルス信号が発生されるように
なる。したがって、この感温素子12に対しては、その温
度が初期温度状態より高い状態で加熱電力が供給開始さ
れるようになり、この加熱電力によって感温素子12の温
度が所定の温度状態まで上昇するために必要な時間幅
は、ｇで示すように小さなものとなってしまう。

すなわち、フリッチプフロップ回路19のセット時間幅で
表現される第３図の（Ｃ）に示すような測定出力信号の
パルス時間幅は、正常値Ｆに対してＧに示すように異常
な小さな状態となる。したがって、このような状態では
正常な空気流量測定を実現することができない。

このため、上記空気流量測定装置にあっては、感温素子
12に対して供給される加熱電力の電圧値を、吸気管11に
流れる空気流量が最大となっても、感温素子12の温度が
所定の温度状態まで上昇するに必要な時間幅が、スター
トパルス信号の発生周期の１／２を越える状態とならな
いように設定するものである。

具体的には、使用最大空気量状態（例えば２００ｇ／
Ｓ）が設定された状態における測定出力信号で表現され
る時間幅が、エンジンの最大回転数（例えば８０００ｒ
ｐｍ）で発生されるスタートパルス信号の発生周期に対
して１／２以下の状態とされるように、基準電圧電源21
の発生基準電圧値を調整するものである。

したがって、このように感温素子12に対して供給される
加熱電力の電圧値を基準設定すれば、吸気管11に流れる
空気流量が、このエンジンで要求される最大空気量の状
態となり、且つエンジンの回転数が最大状態となり、ス
タートパルス信号の発生周期が最少の状態となったとし
ても、測定出力信号で表現される時間幅が、上記スター
トパルス発生周期の１／２を越えることがない。したが
って、感温素子12は確実に初期温度状態まで温度が下降
した状態でスタートパルス信号が発生されるようにな
り、常に精度の高い空気流量測定動作が実行されるよう
になる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る空気流量測定装置にあって
は、空気流量がディジタル的に表現される状態で発生さ
れるようになるものであり、例えばエンジンの吸入空気
流量測定手段として効果的に利用できるものである。こ
の場合、この測定出力信号の状態は、エンジンで要求さ
れる燃料噴射量と対応するような状態であるため、例え
ば燃料噴射量演算制御に障害が発生したような場合に、
この空気流量測定信号が特に効果的に利用できるもので
ある。そして、この測定装置にあっては、特に感温素子
の温度上昇速度を、確実に精度の高い測定動作が実行で
きる状態に制御設定されるものであり、その信頼性の向
上に大きな効果が発揮されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る空気流量測定装置を
説明する回路構成図、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特
定される異常な測定出力発生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…温度測定素子、17…ト
ランジスタ（開閉素子）、１８…コンパレータ、19…フ
リップフロップ回路、21…基準電圧電源、22……ＯＰア
ンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 千昭 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 佐藤 善久 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 山田 利貴 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定された温度抵抗
   特性の設定された感温素子と、 特定される周期で発生される通電開始指令となるスター
   トパルス信号にそれぞれ対応して上記感温素子に対して
   加熱電力を供給設定する手段と、 上記加熱電力によって上記感温素子の温度が特定される
   温度状態まで上昇されたことを検出する手段と、 この手段からの検出信号に基づいて上記加熱電力を遮断
   制御し、上記感温素子に対する電力供給時間幅を表現し
   た測定出力信号を発生する手段と、 上記感温素子に供給される加熱電力の電圧を特定された
   値に設定する基準電圧設定手段とを具備し、 この基準電圧設定手段で設定される上記加熱電力の電圧
   は、上記測定空気流の上限空気量で、上記測定出力信号
   で表現される時間幅が上記スタートパルス信号の発生周
   期の半分を越えない状態に設定するようにしたことを特
   徴とする熱式空気流量測定装置。