JPH0763588A - 熱式流量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱式流量検出装置の応答特性を改善するこ
と。特に温度センサ支持部への伝熱損失に起因する応答
遅れを改善すること。 【構成】 第１のブリッジ分岐に流体温度を測定する第
１の感温抵抗体と、第２のブリッジ分岐に加熱電流によ
って発熱するとともに流体の流れによって冷却される第
２の感温抵抗体とを備えたブリッジ回路と、前記第１お
よび第２の感温抵抗体の電圧差を増幅する差動増幅器
と、前記第１および第２の感温抵抗体の温度差が一定と
なるように前記加熱電流を制御する定温度制御制御回路
とを備えた熱式流量検出装置において、前記差動増幅器
の入力回路にオフセット電圧を設けるとともに前記加熱
電流の微分信号を発生する微分回路を備え、該微分信号
に応じて前記オフセット電圧を一時的に変化させる。ま
た、前記微分信号に基づいて一時的に前記ブリッジ回路
への印加電圧を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はエンジンの吸入空気量
等を測定する熱式流量検出装置の応答性の改良に関し、
特にその制御回路構成の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に自動車のエンジンの電子制御式燃
料噴射装置においては、空燃比制御のためエンジンへの
吸入空気量を精度良く計測することが重要である。この
空気流量検出装置として従来ベーン式のものが主流であ
ったが、最近、小形で質量流量が得られ、応答性の良い
熱式流量検出装置が普及しつつある。この熱式流量検出
装置の流量検出素子はセラミック基板上に白金等の感温
抵抗膜または白金線を巻いて形成している。熱式流量検
出装置の原理はこの感温抵抗体の抵抗の温度による変化
を利用して、第１の感温抵抗体で空気温度を検出し、第
２の感温抵抗体の温度が前記第１の感温抵抗体の温度よ
り一定温度高くなるように第２の感温抵抗体へ電流を供
給する。第２の感温抵抗体が気流によって冷却されると
温度を一定に保つ様に供給される電流が増加し、この電
流値の変化から流速が測定される。この様な制御方式を
定温度差制御方式または定温度制御方式と呼んでいる。

【０００３】図６に従来の定温度差制御回路の構成図を
示す。図６において２は第２感温抵抗体、５は第１感温
抵抗体を示し、８，９，10の固定抵抗によりブリッジ回
路を構成し、差動増幅器７の入力に接続される。６は上
記ブリッジ回路に電流を供給するためのトランジスタ、
20は上記ブリッジ回路の出力と差動増幅器７の入力間に
接続された直流オフセット電圧を示す。流量が増加する
と発熱した第２感温抵抗体が冷却され、抵抗値が小さく
なるために上記第２感温抵抗体と固定抵抗９の接続点の
電位が上がる。この電圧変化により、差動増幅器７の非
反転入力電圧が上がるため出力電圧も上がり、トランジ
スタ６を介してブリッジ回路に電流が供給され、第２感
温抵抗体の温度は一定温度に保持される。一般に差動増
幅器７は１次遅れ特性を有し、また第２感温抵抗体も熱
的遅れを伴うため定温度差制御回路は２次遅れの様相を
呈する。上記直流オフセット電圧は２次遅れの系を安定
に動作させるために設けられており、全流量範囲で回路
が安定に動作するように調整される。

【０００４】第２感温抵抗体２における発熱量は空気中
への熱伝達以外に感温抵抗体の支持部への熱伝導損失と
して消費されるため流量が大きく変化した場合、この支
持部への熱伝導損失が無視できず、また熱伝導損失が長
い時間をかけて徐々に変化するため応答性が悪くなる。
例えば流量が急激に増大した場合、図２(a) のＣに示す
ように流量信号は最終流量より少し低い流量レベルから
流量変化率が小さくなる応答波形を示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の熱式流量検出装
置はフィードバック回路を構成することにより、第２感
温抵抗体が定温度制御されるため、その熱的遅れを補償
することができるが、定温度制御されていない支持部の
温度が流量変動に応じて変化するため、流量変動に対す
る応答性が悪くなる。これに対して、差動増幅器の入力
段に設けた直流オフセット電圧を小さくすることで応答
性をある程度改善することができるが、小さくなりすぎ
ると特に大流量域で発振したり、また定常状態における
Ｓ／Ｎ比が悪くなったりする。

【０００６】さらに比較的大きな流量変動に対する応答
性改善の方法として例えば特開平２−２１３７２４では
流量変動時にあらかじめ設定した演算値とのずれに対応
して流量検出装置の出力をソフトウエアで補正する方法
を提案している。しかし、この方法では流量検出装置の
応答特性に対応した演算値をあらかじめ設定する必要が
あり、またマイクロコンピュータにおける演算処理に時
間を要するといった問題がある。

【０００７】この発明は上記の様な問題点を解消するた
めになされたもので、比較的大きな流量変動に対する応
答性に優れた熱式流量検出装置を得ることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の熱式流量検出
装置は、流体温度検出用の第１感温抵抗体と発熱用の第
２感温抵抗体からブリッジ回路を構成し、上記ブリッジ
回路の不平衡電圧を増幅する差動増幅器の出力をブリッ
ジ回路に帰還して構成した定温度制御回路において、上
記ブリッジ回路出力と上記差動増幅器の間にオフセット
電圧を設けるとともに、このオフセット電圧を流量変動
に応じて一時的に変化させるような構成とする。

【０００９】また、上記定温度差制御回路において、流
量変動に応じて上記ブリッジ回路の出力電圧を一時的に
変化させるような構成とする。

【００１０】

【作用】この発明における熱式流量検出装置の定温度差
制御回路は、ブリッジ回路の出力と差動増幅器の入力間
に設けたオフセット電圧を流量変動に応じて一時的に変
化させる構造としたので、流量変動時にはフィードバッ
ク回路が共振的になり、オーバーシュートまたはアンダ
ーシュートが生じることにより見かけ上流量変動に対す
る応答性が向上する。

【００１１】また、定温度差制御回路において、流量変
動に応じて上記ブリッジ回路の出力電圧を一時的に変化
させるような構成とすることにより、例えば流量増大時
には、ブリッジ回路の不平衡電圧がより増大し、それに
伴い差動増幅器の出力も上昇して応答性が向上する。

【００１２】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例を図に基づいて説明
する。まず、図１はこの発明の実施例１の熱式流量検出
装置に係わる定温度差制御回路を示すものである。図中
５は流体温度検出用の第１感温抵抗体、２は加熱電流の
供給により発熱する第２感温抵抗体、８，９，10，21は
固定抵抗、７はブリッジ回路の不平衡電圧を増幅する差
動増幅器、６はブリッジ回路に電流を供給するための電
力増幅器であるトランジスタ、15は定電流源であり、固
定抵抗21とともに上記差動増幅器７の非反転入力端子に
オフセット電圧ΔＥを構成する。上述した回路構成は従
来の定温度差制御回路と同様な構成からなる。11は微分
回路で上記固定抵抗９の両端電圧の微分信号を出力す
る。12，13は比較器Ａ、比較器Ｂで、上記微分回路の出
力電圧と既定電圧を比較し、微分信号の絶対値が一定レ
ベルを越えたときに出力がハイレベルになるように設定
されている。16は定電流回路で上記比較器Ａ，Ｂの出力
電圧を電流に変換し、比較器Ａまたは比較器Ｂの出力が
ハイレベルの時に上記差動増幅器の非反転増幅器から一
定電流吸い込むような構成となっている。

【００１３】次に、この定温度差制御回路の動作につい
て図２(a) 、(b) 、(c) 、(d) に基づき説明する。図中
(a) のＡで示したようなステップ流量変動に対する本実
施例の応答波形Ｂを従来の回路による応答波形Ｃと比較
して示す。流量がステップ状に増大する場合、ブリッジ
の不平衡電圧が増幅、帰還されて加熱電流が急激に増大
し、微分回路11から図２(b) に示す様な微分信号波形が
得られる。これを図中一点鎖線で示す電圧レベルと比較
して大きい場合、比較器Ａ12の出力がハイレベルとな
り、図２(c) に示すような吸い込み電流が流れる。差動
増幅器の入力段に設けたオフセット電圧ΔＥは図１に示
したように定電流源17と固定抵抗21により構成されてい
るため、上記吸い込み電流の動作によりオフセット電圧
が図２(d)に示す様に一時的に減少する。オフセット電
圧は小さい程、フィードバック回路は共振的な特性とな
ることから流量信号は同図(a) のＢに示す様にオーバー
シュートを伴う応答波形となるために従来の応答波形Ｃ
に比べて元のステップ波形に近づき応答性が改善でき
る。なおオフセット電圧は数mV程度で吸い込み電流は10
μＡ程度であり、第２感温抵抗体２を流れる加熱電流に
比べて十分小さい。

【００１４】流量が減少する場合も上述した動作と同様
にしてオフセット電圧が一時的に小さくなり、応答波形
がアンダーシュートを伴うために見かけ上応答性が改善
される。

【００１５】上記のように構成されたこの発明の熱式流
量検出装置は、定温度差制御回路の差動増幅器の入力段
に流量変動に応じて増減するオフセット電圧を設けたた
めに流量が急激に変化した時はフィードバック回路が共
振的になり、オーバーシュート及びアンダーシュートが
現れるため見かけ上応答特性が改善できる。また上記オ
フセット電圧は定常状態では従来例と同じで変化しない
ためにＳ／Ｎ比の小さい安定した動作を示す。

【００１６】実施例２．図３はこの発明の実施例２に係
わる定温度差制御回路を示すもので、第１感温抵抗体
５、第２感温抵抗体２及び固定抵抗８，９，10からブリ
ッジ回路を構成し、ブリッジ回路の出力は差動増幅器７
に接続され、トランジタス６を介してブリッジ回路に帰
還されている。オフセット電圧20は従来例と同様に上記
差動増幅器７の非反転入力端子に接続されており、フィ
ードバック系の動作を安定ならしめている。11は微分回
路で上記固定抵抗９の両端電圧の微分信号を出力する。
12，13は比較器Ａ、比較器Ｂで、上記微分回路の出力電
圧と既定電圧を比較し、微分信号の絶対値が一定レベル
を越えたときに出力がハイレベルになるように設定され
ている。14，15は定電流回路Ａ、定電流回路Ｂで上記比
較器Ａ，Ｂの出力電圧を電流に変換し、比較器Ａまたは
比較器Ｂの出力がハイレベルの時に上記差動増幅器の非
反転入力端子、または反転入力端子から一定電流吸い込
むような構成となっている。

【００１７】次に、この定温度差制御回路の動作につい
て図４(a) 、(b) 、(c) 、(d) に基づき説明する。図中
(a) のＡで示したようなステップ流量変動に対する本実
施例の応答波形Ｂを従来の回路による応答波形Ｃと比較
して示す。流量がステップ状に増大する場合、第２感温
抵抗体が冷却により抵抗値が下がり、差動増幅器の非反
転入力端子の電圧が上がるため差動増幅器の出力電圧が
上がり、トランジスタから供給される加熱電流が増大
し、ブリッジが平衡に保たれる。この時の流量信号を微
分回路に入力することにより図４(b) に示す様な微分信
号波形が得られる。これを比較器Ｂにて図中一点鎖線で
示す電圧レベルＰと比較して大きい場合、比較器Ｂ13の
出力がハイレベルとなり、定電流回路Ｂ15から図４(d)
に示すような吸い込み電流が流れる。ブリッジ回路から
上記吸い込み電流が流れることにより差動増幅器の反転
入力端子の電圧が下がり、差動増幅器の出力は増大す
る。よって上記のような電流吸い込み機構を有しない従
来の定温度差制御回路に比べて加熱電流の変動量が大き
く、早く平衡状態に達することができる。

【００１８】また、流量がステップ状に減少する場合は
上述した動作と同様に、比較器Ａ12にて図中一点鎖線で
示す電圧レベルＱと比較して小さい場合、比較器Ａの出
力がハイレベルになり図４(C) に示すような電流がブリ
ッジ回路から吸い込まれる機構になっている。これに伴
い差動増幅器の非反転側のブリッジ出力電圧が下がり、
差動増幅器の出力は低減する。よって従来の定温度差制
御回路に比べて早く平衡状態に達することができる。

【００１９】実施例３．図５はこの発明の実施例３に係
わる定温度差制御回路を示すもので、上記実施例１と実
施例２を合成させた構成となっている。微分回路11、比
較器Ａ12により流量信号の立ち上がりポイントを検出
し、定電流回路14でブリッジ回路に一時的に定電流を供
給することにより非反転側ブリッジ出力電圧が上昇し、
速い立ち上がり特性を実現させている。一方、流量の立
ち下がりポイントでは反対に定電流吸い込みにより非反
転側ブリッジ出力電圧を下げて、立ち下がり応答特性を
改善させている。

【００２０】また、比較器Ａ12、比較器Ｂ13の出力はダ
イオード18，19を介して定電流回路16にＯＲ接続されて
おり、流量の立ち上がり、立ち下がりいづれの場合も定
電流吸い込みによりオフセット電圧を一時的に減少さ
せ、フィードバック系を共振的にすることでさらに応答
性が改善できる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、この発明の熱式流量検出
装置は、定温度差制御回路においてブリッジ回路と差動
増幅器の間に設けたオフセット電圧を流量信号の微分信
号に基づき変化させる構成としたので流量変化の大きい
場合、一時的にフィードバック回路を共振的にすること
が可能であり、流量検出精度を損なうことなく、流量変
動に対する応答性が向上する。

【００２２】また、この発明の熱式流量検出装置の定温
度差制御回路は、流量変動時には流量信号の微分信号に
基づき、一時的にブリッジ回路の平衡状態からのずれを
さらに増大させるように上記定温度差制御回路に信号を
加える構成としたので流量変動に対する応答性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の熱式流量検出装置に係わ
る定温度差制御回路の構成図である。

【図２】この発明の実施例１に係わる電子回路の動作を
示す特性図である。

【図３】この発明の実施例２の熱式流量検出装置に係わ
る定温度差制御回路の構成図である。

【図４】この発明の実施例２に係わる電子回路の動作を
示す特性図である。

【図５】この発明の実施例３の熱式流量検出装置に係わ
る定温度差制御回路の構成図である。

【図６】従来の熱式流量検出装置に係わる定温度差制御
回路の構成図である。

【符号の説明】

２ 第２感温抵抗体 ５ 第１感温抵抗体 ６ トランジスタ ７ 差動増幅器 ８ 固定抵抗 ９ 固定抵抗 10 固定抵抗 11 微分回路 12 比較器Ａ 13 比較器Ｂ 14 定電流回路Ａ 15 定電流回路Ｂ 16 定電流回路 17 定電流回路 20 オフセット電圧

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のブリッジ分岐に流体温度を測定す
   る第１の感温抵抗体と、第２のブリッジ分岐に加熱電流
   によって発熱するとともに流体の流れによって冷却され
   る第２の感温抵抗体とを備えたブリッジ回路と、前記第
   １および第２の感温抵抗体の電圧差を増幅する差動増幅
   器と、前記第１および第２の感温抵抗体の温度差が一定
   となるように前記加熱電流を制御する定温度制御制御回
   路とを備えた熱式流量検出装置において、前記差動増幅
   器の入力回路にオフセット電圧を設けるとともに前記加
   熱電流の微分信号を発生する微分回路を備え、該微分信
   号に応じて前記オフセット電圧を一時的に変化させるこ
   とを特徴とする熱式流量検出装置。
2. 【請求項２】 第１のブリッジ分岐に流体温度を測定す
   る第１の感温抵抗体と、第２のブリッジ分岐に加熱電流
   によって発熱するとともに流体の流れによって冷却され
   る第２の感温抵抗体とを備えたブリッジ回路と、前記第
   １および第２の感温抵抗体の電圧差を増幅する差動増幅
   器と、前記第１および第２の感温抵抗体の温度差が一定
   となるように前記加熱電流を制御する定温度制御制御回
   路とを備えた熱式流量検出装置において、前記差動増幅
   器の入力回路にオフセット電圧を設けるとともに前記加
   熱電流の微分信号を発生する微分回路を備え、該微分信
   号に応じて前記ブリッジ回路への印加電圧を一時的に変
   化させることを特徴とする熱式流量検出装置。