JPH0687020B2 - 発熱抵抗式空気流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、抵抗ブリツジ形の発熱抵抗式空気流量計に係
り、特に、自動車用ガソリンエンジンの吸気流量センサ
として好適な熱線式空気流量計に関する。

［従来の技術］ 各種の内燃機関のうち、特に自動車用のガソリンエンジ
ンにおいては、その回転速度及び出力の制御範囲が極め
て広く、その上、厳しい非ガス規制のもとにあり、従つ
て、どのような運転状態にあつても常に正確な空燃比制
御が要求される。

そこで、このため、近年、マイコン（マイクロコンピュ
ータ）を用い、エンジンの吸入空気流量などの各種の運
転状態を総合的に判断して空燃比や点火時期の制御を行
なうようにしたマイコン制御方式のエンジン制御装置が
広く採用されるようになつてきている。

ところで、このようなエンジン制御のための吸気流量セ
ンサの一種に、いわゆる熱線式空気流量計があるが、こ
の熱線式空気流量計では、空気温度に対する補正が不可
欠で、このため、抵抗ブリツジ回路に温度検出用抵抗素
子を用いるのが一般的である。

しかして、このような抵抗ブリッジ回路に温度検出用抵
抗素子を含ませる方式では、この温度検出用抵抗素子と
して比較的高抵抗値のものを使用する必要があるが、こ
のような高抵抗値の素子を用いた場合には、温度変化に
対する追従性の良いものが得難いという問題がある。

そこで、このような温度変化に対する追従性の改善のた
めに、例えば、特開昭55−43447号公報による提案が知
られているが、この公報による方式では、演算増幅器な
どによる増幅作用を利用し、これによる空気温度検出用
抵抗素子に発生する電圧降下を増幅するようにし、これ
により比較的抵抗値の低い素子が使用できるようにして
いる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、温度検出用抵抗素子での電圧を増幅し
ているため、この増幅のために使用している増幅器の入
力オフセツト電圧も増幅されてしまう点について配慮が
されておらず、この増幅されて現れてしまうオフセツト
電圧の温度特性により、上記した追従性や安定性に問題
があった。

本発明の目的は、空気温度検出用抵抗素子に発生する電
圧降下を増幅するための増幅器が不要で、この増幅器を
用いることによるオフセツト電圧の問題が発生せず、充
分に低い抵抗値の温度検出用抵抗素子の使用が可能で、
追従性と信頼性に富んだ、高精度の熱線式空気流量計を
容易に提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、流量計測用の抵抗ブリッジ回路と、温度検
出用の抵抗ブリツジ回路とを独立に設け、温度検出用の
抵抗ブリツジ回路での平衡用可変抵抗素子と流量計測用
の抵抗ブリツジ回路での平衡用可変抵抗素子とを連動制
御することにより達成される。

［作用］ 抵抗ブリッジ回路が、空気流量計測用と温度検出用とで
独立しているので、空気流量計測用の発熱抵抗素子と空
気温度検出用抵抗素子に流れる電流値を、それらの抵抗
値とは特に関係なく、別個に、任意の値に設定すること
ができるようになり、比較的低抵抗値の空気温度検出用
抵抗素子の使用が、増幅器などを使用することなく、可
能になる。

［実施例］ 以下、本発明による熱線式空気流量計について、図示の
実施例により詳細に説明する。

まず、第１図は本発明の一実施例を原理的な構成で示し
たもので、図において、１は発熱抵抗体、２は空気温度
検出抵抗体、3,7はブリツジ回路用の抵抗、4,8は演算増
幅器からなる比較回路、5,6は電気的な制御信号により
抵抗値の制御が可能な可変抵抗素子、９は調整用の抵
抗、10は電流制御用のトランジスタ、11,12は定電流回
路である。

発熱抵抗体１と空気温度検出抵抗体２はペアにされ、流
量を計測すべき空気流通路、例えばガソリンエンジンの
吸入空気流路内に設置される。

抵抗3,7は共にブリツジ回路の抵抗素子であるが、この
うち抵抗３は発熱抵抗体１の電流検出抵抗として機能
し、抵抗７は可変抵抗素子５の電流検出抵抗して機能す
る。

比較回路４は発熱抵抗体１を含む抵抗ブリツジ回路、す
なわち流量計測用の定温度制御ブリツジ回路の平衡状態
を検出し、それに応じてトランジスタ10に制御信号を与
え、発熱抵抗体１に供給される電流を制御する働きをす
る。

可変抵抗素子5,6は、いずれも比較回路８の出力で連動
して制御され、常に同じ抵抗値に制御される。

このとき、可変抵抗素子６の方は、空気温度検出抵抗体
２と定電流回路11,12と共に第２の抵抗ブリッジ回路、
すなわち温度補償制御ブリッジ回路を構成しており、こ
の温度補償制御ブリッジ回路の平衡状態により比較回路
８が出力を発生するため、結局、この可変抵抗素子６の
抵抗値は、空気温度検出抵抗体２の抵抗値、すなわち空
気温度に応じて制御されることになる。

この実施列例の動作は以下のようになる。すなわち、い
ま、発熱抵抗体１に直列に接続された抵抗３の抵抗値を
R₃、定温度制御ブリツジ回路内の可変抵抗素子５の低抗
値をＲ_Ｖ、この可変抵抗素子５に直列に接続されている
抵抗７の抵抗値をR₇とすれば、発熱抵抗体１の抵抗値Ｒ
_Ｈは次の（１）式となる。

Ｒ_Ｒ＝R₃×Ｒ_Ｖ/R₇ ……（１） 一方、温度補償制御ブリツジ回路内に含まれている空気
温度検出抵抗体２には、定電流回路12により、それが発
熱しない程度の定電流Ｉ_Ｃが、そして、同じく可変抵抗
素子６には、定電流回路11により、上記の電流Ｉ_Ｃより
小さな値の定電流Ｉ_Ｓがそれぞれ供給されるようになつ
ており、そして、比較回路８により空気温度検出用抵抗
体２と可変抵抗素子６の電圧降下が等しくなるように、
この可変抵抗素子６の抵抗値が制御されるが、このとき
の可変抵抗素子６の抵抗値Ｒ_Ｖは次の（２）式で表わさ
れる。

Ｒ_Ｖ＝（Ｒ_Ｃ＋R₉）Ｉ_Ｃ/I_Ｓ ……（２） なお、この式で、R₉は空気温度特性調整用の抵抗９の抵
抗値である。

ここで、上記したように、可変抵抗素子５と６は共に比
較回路８の出力で抵抗値が連動して制御されているか
ら、これらの抵抗値Ｒ_Ｖは等しくされ、結局、流量計測
用の定温度制御ブリツジ回路内の可変抵抗素子５の抵抗
値は空気温度に応じて変化し、空気流量の計測に温度補
償を与えることができることになるのである。

そして、この実施例によれば、流量計測用の定温度制御
ブリツジ回路内に空気温度検出抵抗体２が組み込まれて
いないので、この抵抗体２に流れる電流Ｉ_Ｃの値は任意
に定めることができ、且つ、可変抵抗素子６の抵抗値と
して、空気温度検出抵抗体２の抵抗値Ｒ_ＣのＩ_Ｃ/I_Ｓ倍
の抵抗値のものを用いることができ、結局、この抵抗体
２の抵抗値として充分に低い値のものを用いることがで
きることになり、空気の温度変化に充分に追従可能な流
量計を得ることができる。

なお、流量計測値は、例えば、抵抗３に現れる電圧降下
として得ることができるのは、いうまでもない。

次に、本発明のさらに具体的な一実施例について、第２
図により説明する。

この第２図の実施例は、可変抵抗素子としてペアになつ
た２個のFET（電界効果トランジスタ）50,60を用いたも
ので、図において、13,14はカーレントミラー回路を構
成するトランジスタ、15ないし18は抵抗である。

温度補償制御ブリツジ回路の比較回路８の出力を抵抗1
7,18で所定値に分割し、それをトランジスタ13,14のベ
ースに供給し、これによりFET50,60のドレイン・ゲート
間に接続されている抵抗15,16に流れる電流を制御し、
ソース・ドレイン間に定電流回路11から定電流Ｉ_ｔが流
れるように構成されているFET60の電圧と、定電流回路1
2から定電流Ｉ_Ｃが流れるように構成されている空気温
度検出用抵抗体２と抵抗９による電圧とが等しくなるよ
うに、制御が行なわれる。

従つて、この実施例によつても、FET50の抵抗値は、空
気温度検出用抵抗体２と抵抗９の和の抵抗値のＩ_Ｃ/I_ｔ
倍にできるので、空気温度検出用抵抗体２の抵抗値を充
分に低くすることができ、良好な応答性を容易に得るこ
とができる。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

まず、第３図は可変抵抗素子として複数個のFETを直列
に接続した素子51,61を用いた実施例で、これらのFETの
各ドレイン・ゲート間に接続されている抵抗15,16に等
しい電流が流れるように制御が行なわれ、これにより空
気温度検出抵抗体２として低抵抗値のものが使用可能に
なると共に、FET1個当りのソース・ドレイン間にかかる
電圧を小さくできるため、可変抵抗素子しての直線性を
大きく改善することができ、良好な精度を得ることがで
きる。

第４図も本発明の一実施例で、この実施例は、可変抵抗
素子としての複数個のバイポーラトランジスタを直列に
接続した素子52,62を用いたものである。

従つて、この第４図の実施例によつても、空気温度検出
用抵抗体２として充分に低い抵抗値のものが使用可能に
なる上、可変抵抗素子の直線性を充分に改善することが
でき、精度の良い空気流量計測を得ることができる。

なお、以上の実施例では、いずれも可変抵抗素子として
FETやバイポーラトランジスタを使用しているが、本発
明はこれに限らず、電気信号により抵抗値の制御が可能
ならどのような可変抵抗素子により実施してもよいこと
は、いうまでもない。

さらに、これらの可変抵抗素子としては、２個の素子を
同一のパッケージに収容した、いわゆるペアトランジス
タを用いてもよい。このようなペアトランジスタでは、
２個の素子の特性が良く揃つたものが得易く、しかも熱
的な結果も良好なので、特に望ましい。

［発明の効果］ 本発明によれば、流量計測用の発熱抵抗体の定温度制御
回路中に増幅回路を設けることなく、空気温度検出抵抗
体として充分に低い抵抗値のものが使用できるから、オ
フセツト電圧の影響を充分に抑え、応答性の良い、高速
度の熱線式空気流量計を容易に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による発熱抵抗式空気流量計の原理的な
構成による一実施例を示す回路図、第２図は電界効果ト
ランジスタを用いた本発明の具体的な一実施例を示す回
路図、第３図は複数個の電界効果トランジスタによる本
発明の一実施例を示す回路図、第４図はバイポーラトラ
ンジスタによる本発明の一実施例を示す回路図である。 １……発熱抵抗体、２……空気温度検出抵抗体、4,8…
…比較回路、5,6……可変抵抗素子。

フロントページの続き (72)発明者 米田 浩志 茨城県勝田市大字東石川西古内3085番地５ 日立オートモテイブエンジニアリング株 式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気通路中に設置した発熱抵抗素子を一辺
   に含む抵抗ブリッジ回路を備え、この発熱抵抗素子に供
   給されている電流を、該発熱抵抗素子が定温度を保つよ
   うに制御することにより、上記電流の値の関数として空
   気流量を計測する方式の発熱抵抗式空気流量計におい
   て、空気温度検出用抵抗素子をブリッジの一辺の抵抗体
   素子とする温度検出用抵抗ブリッジ回路と、この温度検
   出用抵抗ブリッジ回路の平衡用可変抵抗素子の抵抗値を
   制御して平衡条件を自動的に保つ電子回路と、この温度
   検出用抵抗ブリッジ回路の平衡用可変抵抗素子と連動し
   て抵抗値が制御される第２の可変抵抗素子を設け、この
   第２の可変抵抗素子により上記発熱抵抗素子を含む抵抗
   ブリッジ回路が構成されていることを特徴とする発熱抵
   抗式空気流量計。
2. 【請求項２】請求項１の発明において、上記温度検出用
   抵抗ブリッジ回路の平衡用可変抵抗素子と上記第２の可
   変抵抗素子が、いずれもトランジスタであることを特徴
   とする発熱抵抗式空気流量計。
3. 【請求項３】請求項２の発明において、上記トランジス
   タが、相互に熱結合された複合対トランジスタであるこ
   とを特徴とする発熱抵抗式空気流量計。
4. 【請求項４】請求項２の発明において、上記トランジス
   タが少なくとも２のトランジスタを直列接続した複合素
   子であることを特徴とする発熱抵抗式空気流量計。
5. 【請求項５】請求項４の発明において、上記トランジス
   タが電界効果トランジスタであることを特徴とする発熱
   抵抗式空気流量計。
6. 【請求項６】請求項４の発明において、上記トランジス
   タがバイポーラトランジスタであることを特徴とする発
   熱抵抗式空気流量計。