JPH10267718A

JPH10267718A - 空気流量測定装置

Info

Publication number: JPH10267718A
Application number: JP9069480A
Authority: JP
Inventors: Akira Ando; 亮安藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】測定する空気の流速に関係無く、発熱抵抗体の
応答遅れを補償し、応答性の良い空気流量測定装置を実
現する。【解決手段】発熱抵抗体１１、温度補償抵抗１２、抵抗
１３、１４、から構成されるホイートストンブリッジ回
路を、点Ａ（抵抗１１と抵抗１３との接続点）、点Ｂ
（抵抗１２と抵抗１４との接続点）間の電位差がゼロに
なるように、差動増幅器１５、トランジスタ１６で調節
するように構成されている。１０は電源である。この構
成により、発熱抵抗体１１と温度補償抵抗１２との温度
差は一定に保たれる。このとき、空気流速に対応する信
号は、発熱抵抗体１１を流れる電流であり、Ａ点の電位
から求めることができる。発熱抵抗体１１に流れる電流
の変化は、空気流速の変化に対し応答遅れがあるので、
応答遅れを補償するための応答補償回路２が、抵抗１１
と抵抗１３との接続点であるＡ点に接続してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジン等
の制御に用いる空気流量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の内燃機関の空気流量測定装置
としては、質量空気量を直接検知できることから、熱線
式のものが多く用いられている。

【０００３】上記熱線式の空気流量装置において、吸入
空気が逆流した場合には、あたかも順流の空気が流れた
と同様な検出信号が出力されてしまい、正確な吸入空気
量を算出することができない。

【０００４】このため、上流側と下流側とに、別個に熱
線を配置し、それぞれの出力信号から順流か逆流かを検
知し、順流時と逆流時とで、それぞれの熱線からの出力
信号を切り換えて、空気流量演算部に出力し、この空気
量演算部で空気流量を補正するように構成されている。

【０００５】しかし、熱線信号に応答遅れが存在する場
合があるため、空気流に脈動が発生したときには、上記
熱線からの出力信号の切り換えに遅れが生じ、順流時に
逆流信号として演算部に出力され、逆流時に順流信号と
して演算部に出力されることがあった。このため、正確
な空気流量の演算が行えないという問題があった。

【０００６】上記問題を解決するための吸入空気量測定
装置としては、特開平８−１４５７５４号公報に記載さ
れたものがある。この特開平８−１４５７５４号公報に
記載された空気流量測定装置においては、空気流の上流
側及び下流側に配置された２つの熱線素子からの、それ
ぞれの出力信号の位相を進ませる２つのイコライザ回路
が設けられている。

【０００７】そして、これら２つのイコライザ回路によ
り、それぞれの熱線からの出力信号の応答遅れが改善さ
れ、空気流の順方向、逆方向信号に基づいて、２つのイ
コライザ回路からの出力信号を切り換えて、空気流量演
算部に出力する。これにより、安価でありながら、応答
遅れが解消され、空気流量の検出精度が向上された空気
流量測定装置を実現しようとするものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特開平
８−１４５７５４号公報に記載の空気流量測定装置にあ
っては、発熱抵抗体である熱線の応答時定数を常に一定
として応答補償を行っている。

【０００９】しかしながら、発熱抵抗体の応答時定数
は、一定ではなく、空気流速により変化する。したがっ
て、従来の空気流量測定装置にあっては、全ての流速範
囲で応答遅れの補償をすることができず、空気流量の測
定を、広範囲の流速範囲では高精度で行うことはできな
かった。

【００１０】本発明の目的は、測定する空気の流速に関
係無く、発熱抵抗体の応答遅れを補償し、応答性の良い
空気流量測定装置を実現することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

（１）上記目的を達成するため、本発明は次のように構
成される。すなわち、空気通路中に配置された発熱抵抗
体を所定温度に加熱するとともに、その加熱電流を検出
して空気流量に応じた信号を出力する空気流量検出部
に、上記発熱抵抗体の応答遅れを補償する応答補償回路
を備えた空気流量測定装置において、上記応答補償回路
は、上記空気通路中を流れる空気の流速に応じて、上記
応答補償回路の応答時定数を変化させる手段を有する。

【００１２】発熱抵抗体の応答時定数は、一定ではな
く、空気流速により変化する。したがって、空気通路中
を流れる空気の流速に応じて、応答補償回路の応答時定
数を変化させるように構成すれば、測定する空気の流速
に関係無く、発熱抵抗体の応答遅れを補償し、応答性の
良い空気流量測定装置を実現することができる。

【００１３】（２）好ましくは、上記（１）において、
上記応答補償回路の応答時定数は、応答補償回路内の抵
抗手段の抵抗値を制御することで決定される。

【００１４】（３）また、好ましくは、上記（１）又は
（２）において、上記応答補償回路は、第１の抵抗及び
第１のコンデンサを有する低域通過フィルタと、第２の
抵抗、第２のコンデンサ及び制御抵抗を有する高域通過
フィルタと、上記制御抵抗の抵抗値を上記空気流速に応
じて変化させる制御電源とを備え、上記第１の抵抗、第
２の抵抗及び上記制御抵抗とで入出力特性が決定され、
上記第１のコンデンサ及び第２のコンデンサで位相進み
要素が決定されて、これら入出力特性及び位相進み要素
により上記応答補償が行われる。

【００１５】（４）また、好ましくは、上記（１）又は
（２）において、上記応答補償回路は、位相の進み要素
を決定するコンデンサと、差動増幅器と、制御抵抗と、
この制御抵抗の抵抗値を上記空気流速に応じて変化させ
る制御電源とを備える。

【００１６】応答補償回路に、差動増幅器を備えるよう
に構成することで、この応答補償回路の利得を１以上に
することができ、応答補償回路は、小さい信号の応答補
償も可能となる。

【００１７】（５）また、好ましくは、上記（４）にお
いて、上記応答補償回路は、上記差動増幅器の前段に、
第１の抵抗、第２の抵抗、第１のコンデンサ及び第２の
コンデンサを有する低域通過フィルタを備え、この低域
通過フィルタにより、上記差動増幅器の入力信号から高
周波数帯のノイズが除去される。

【００１８】（６）また、好ましくは、上記（２）にお
いて、上記応答時定数を決定する抵抗手段は、互いに直
列に接続された第１の抵抗及び第１の電解効果形トラン
ジスタと、上記第１の抵抗及び第１の電解効果形トラン
ジスタと並列に接続され、互いに直列に接続された第２
の抵抗及び第２の電解効果トランジスタと、インバータ
回路と、上記第１の電解効果形トランジスタのゲートに
パルス信号を供給するとともに、上記インバータ回路を
介して、上記第２の電解効果形トランジスタのゲートに
パルス信号を供給するパルス発振器とを備え、このパル
ス発振器は、上記空気通路中を流れる空気の流速により
制御された時比率のパルス信号を、上記第１及び第２の
電解効果形トランジスタに供給することにより、上記第
１及び第２の抵抗の平均の抵抗値を制御する。

【００１９】（７）また、好ましくは、上記（６）にお
いて、上記パルス発振器から出力されるパルス信号は、
空気流量の平均値をＶａとし、ｂを定数としたときに、
Ｖref＝Ｋ₁／（Ｖａ＊Ｖａ−ｂ）の式で表される制御電
圧Ｖrefにより時比率が決定される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施形
態である空気流量測定装置１の概略構成図である。図１
において、発熱抵抗体１１、温度補償抵抗１２、抵抗１
３、１４、から構成されるホイートストンブリッジ回路
を、図中の点Ａ（抵抗１１と抵抗１３との接続点）、点
Ｂ（抵抗１２と抵抗１４との接続点）間の電位差がゼロ
になるように、差動増幅器１５、トランジスタ１６で調
節するように構成されている。１０は電源である。

【００２１】この構成により、発熱抵抗体１１と温度補
償抵抗１２との温度差は一定に保たれる。このとき、空
気流速に対応する信号は、発熱抵抗体１１を流れる電流
であり、図中のＡ点の電位から求めることができる。

【００２２】発熱抵抗体１１に流れる電流の変化は、空
気流速の変化に対し応答遅れがあるので、応答遅れを補
償するための応答補償回路２が、抵抗１１と抵抗１３と
の接続点であるＡ点に接続してある。

【００２３】図２は、図１の応答補償回路２の内部構成
を示す図である。図２において、応答補償回路２は、抵
抗２１、コンデンサ２３で構成される低域通過フィルタ
と、抵抗２２、制御電源４０からの電圧で制御される制
御抵抗５ａ、５ｂ、コンデンサ２４で構成される高域通
過フィルタとから構成される。

【００２４】抵抗２１の一方端は、上記Ａ点に接続され
る入力端子に接続され、この抵抗２１の他方端は、コン
デンサ２３を介して接地される。また、抵抗２１の上記
他方端は、抵抗２２及び制御抵抗５ｂを介して接地され
る。また、抵抗２２と制御抵抗５ｂとの接続中点は、制
御抵抗５ａを介して、応答補償回路２の出力端子に接続
される。さらに、抵抗２１と抵抗２２との接続中点は、
コンデンサ２４を介して上記出力端子に接続される。そ
して、制御抵抗５ａ及び制御抵抗５ｂは、制御電源４０
からの制御電圧によりそれらの抵抗値が制御される。

【００２５】また、第１の抵抗である抵抗２１、第２の
抵抗である抵抗２２及び上記制御抵抗５ａ、５ｂとで入
出力特性が決定され、第１のコンデンサであるコンデン
サ２３及び第２のコンデンサであるコンデンサ２４とで
位相進み要素が決定されて、これら入出力特性及び位相
進み要素により応答補償が行われる。

【００２６】上記応答補償回路２は、上記低域通過フィ
ルタで高周波数成分を取り除き、上記高域通過フィルタ
で低周波数成分を取り除いて、所望の周波数成分のみを
通す帯域通過フィルタである。

【００２７】発熱抵抗体１１の応答遅れの時定数は、空
気流速により変化する。このため、高精度の応答補償を
行うためには、応答補償回路２の時定数を空気流速に合
わせて変化させる必要がある。応答補償回路２の時定数
は制御抵抗５ａ、５ｂの抵抗値により決定できる。上述
したように、これら制御抵抗５ａ、５ｂは、制御電源４
０からの制御電圧により抵抗値が変わる。

【００２８】このため、空気流速に対応した信号を参照
信号とし、応答補償回路２の時定数が発熱抵抗体１１の
応答遅れを補償する値となるように、制御電源４０から
の制御電圧を適切に制御すれば、空気流速に関係無く、
高精度の応答補償を実現することができる。

【００２９】図３は、図２に示した応答補償回路２の他
の例を示す図である。この図３に示す応答補償回路２ａ
は、差動増幅器３１を用いて構成した例である。図３に
おいて、入力端子Ｅには図１に示したＡ点が接続され、
入力端子Ｅに空気流量信号が入力される。そして、入力
端子Ｅは、差動増幅器３１の正の入力端子に接続され
る。また、差動増幅器３１の負の入力端子は、コンデン
サ３２を介して接地される。このコンデンサ３２と、差
動増幅器３１の負の入力端子との接続点は、制御抵抗５
を介して差動増幅器３１の出力端子に接続される。そし
て、この制御抵抗５は、制御電源４０からの制御電圧に
より抵抗値が変化される。

【００３０】この図３に示した応答補償回路２ａは、入
力端子Ｅに空気流量信号が入力され、空気流量の平均値
を参照にして、出力電圧が制御される制御電源４０によ
り抵抗値が決定される制御抵抗５とコンデンサ３２とで
位相を補償し出力する高域通過フィルタである。この応
答補償回路２ａは、差動増幅器３１を用いることで、こ
の応答補償回路２ａの利得を１以上にすることができ
る。このため、応答補償回路２ａは、小さい信号の応答
補償も可能となる。

【００３１】図４は、図２に示した応答補償回路２の、
さらに他の例を示す図である。この図４に示した応答補
償回路２ｂは、図３に示した応答補償回路２ａに抵抗４
１、４２、コンデンサ４３、４４とから構成される低域
通過フィルタを備え、帯域通過フィルタとした応答補償
回路である。

【００３２】図４において、抵抗４１の一方端は、応答
補償回路２ｂの入力端子に接続され、抵抗４１の他方端
は、コンデンサ４３を介して接地される。また、抵抗４
１とコンデンサ４３との接続点は、抵抗４２及びコンデ
ンサ４４を介して接地される。そして、抵抗４２とコン
デンサ４４との接続点は、差動増幅器４６の正の入力端
子に接続される。

【００３３】また、図３の例と同様に、差動増幅器４６
の負の入力端子は、コンデンサ４４を介して接地され
る。このコンデンサ４４と、差動増幅器４６の負の入力
端子との接続点は、制御抵抗５を介して差動増幅器４６
の出力端子に接続される。そして、制御抵抗５は、制御
電源４０からの制御電圧により抵抗値が変化される。

【００３４】この図４に示した応答補償回路２ｂは、小
さい信号の応答補償も可能であるとともに、低域通過フ
ィルタにより高周波数のノイズを除去することができ、
ノイズの少ない良好な波形を得ることが出来る。

【００３５】図５は、制御抵抗５、５ａ、５ｂの構成例
を示す図である。制御抵抗５、５ａ、５ｂは、抵抗５
１、５２、電解効果トランジスタ５３、５４、インバー
タ回路５５、パルス発振器５６から構成されている。パ
ルス発信器５６は、制御電源４０からの制御電圧に比例
した時比率のパルス信号を出力する。

【００３６】電解効果トランジスタ５３のゲートは、前
記パルス発振器５６に接続され、電解効果トランジスタ
５４のゲートは、インバータ回路５５を介してパルス発
振器５６に接続される。また、電解効果トランジスタ５
３のソース又はドレインは、抵抗５１を介して端子Ｃに
接続される。電解効果トランジスタ５３のドレイン又は
ソースは、端子Ｄに接続される。また、電解効果トラン
ジスタ５４のソース又はドレインは、抵抗５２を介して
端子Ｃに接続され、電解効果トランジスタ５４のドレイ
ン又はソースは、端子Ｄに接続される。

【００３７】つまり、抵抗５１と電解効果トランジスタ
５３とは、互いに直列に接続される。そして、抵抗５２
と電解効果トランジスタ５４とは互いに直列に接続さ
れ、これら抵抗５２と電解効果トランジスタ５４とが、
抵抗５１と電解効果トランジスタ５３とに並列に接続さ
れる。

【００３８】上述した制御抵抗５、５ａ又は５ｂの構成
により、２つの端子Ｃ、Ｄ間の抵抗値の時間平均は、抵
抗５１、５２の抵抗値の間で、制御電圧に対して線形に
変化する。

【００３９】図６は、制御電源４０の構成例を示す図で
ある。この図６において、制御電源４０の入力信号は、
自乗回路６１及びゼロ点調整回路６２を介して逆数回路
６３に供給される。そして、逆数回路６３からの出力信
号が、制御電源４０の出力信号として出力される。

【００４０】ここで、発熱抵抗体１１の応答時定数τ
は、空気流速をｕとすると、次式（１）で表される。 τ＝０．０２＊ｕ^(-0.5) −−−（１）このため、制御抵抗５の抵抗値が、制御電圧に対し線形
に変化するようにした場合、制御電源４０の出力制御電
圧Ｖｂは次式（２）となれば良い。Ｖｂ＝ａ₁ｕ^(-0.5) −−−（２）ただし、ａ₁は係数である。

【００４１】また、空気流量信号の出力Ｖａと空気流速
ｕとは、次式（３）の関係がある。Ｖａ⁴＝ａ₂ｕ −−−（３）ただし、ａ₂は係数である。

【００４２】したがって、空気流量信号Ｖａを自乗回路
６１で２乗し、ゼロ点調整回路６２でゼロ点を調整した
後、逆数回路６３で逆数をとれば、上記（２）式を実現
することが出来る。

【００４３】結局、次式（４）に示す制御電圧Ｖrefを
演算することとすればよい。Ｖref＝Ｖｂ＝Ｋ₁／（Ｖａ²−ｂ） −−−（４）ただし、Ｋ₁、ｂは係数である（ｂはゼロ点調整用の係
数）。

【００４４】上述した制御電源４０によれば、自乗回路
６１、ゼロ点調整回路６２、逆数回路６３は、それぞれ
アナログデバイスからなる回路で構成できるため、マイ
クロコンピュータを用いるよりも安価であり、演算処理
時間を必要としないので速い応答が得られるという効果
がある。

【００４５】図７は、本発明の第２の実施形態である空
気流量測定装置１ａの概略構成図である。この第２の実
施形態においては、発熱抵抗体１１の応答遅れを補償す
る応答補償回路２０１の後段に、空気流量測定装置全体
の応答遅れを補償する駆動回路用応答補償回路２０２を
接続し、空気流量測定装置の応答精度を更に向上したも
のである。抵抗体用応答補償回路２０１は、図１の例に
おける応答補償回路２と同様な構成となっている。その
他の構成は、図１の例と、この図７とは同様となってい
る。つまり、図１の例における抵抗１１〜１４は、図７
の例の抵抗７１〜７４に対応し、図１の例における電源
１０は、図７の例の電源７０に対応する。また、図１の
例におけるトランジスタ１６は、図７の例の差動増幅器
７５に対応する。

【００４６】発熱抵抗体１１の応答遅れと、差動増幅器
７５やトランジスタ７６等の駆動回路の応答遅れとで
は、時定数が異なるため、それぞれ別の応答補償回路を
用いて、応答補償を行なう必要がある。したがって、こ
の例においては、上記駆動回路の応答補償を行うための
補償回路２０２を備えたものである。なお、駆動回路用
応答補償回路２０２の構成は、抵抗体用応答補償回路と
同様な構成となっているが、制御電源４０の仕様が異な
り、変化させる時定数が異なるように構成されている。

【００４７】本発明の第２の実施形態によれば、第１の
実施形態と同様な効果を得ることができる他、空気流量
測定装置の応答精度を更に向上することができる。

【００４８】なお、上述した実施形態においては、制御
抵抗の抵抗値を変化させることにより、時定数を変化さ
せるように構成したが、抵抗ではなく、コンデンサの容
量値を変化させて、時定数を変化させるてもよい。例え
ば、図２のコンデンサ２４を可変容量形のコンデンサと
し、空気流速に応じて、このコンデンサの容量値を変化
させる構成とすることも可能である。

【００４９】また、図示した例は、空気流の上流又は下
流側の一方に配置される発熱抵抗を示したが、上流側及
び下流側にも発熱抵抗体を配置して、逆流補正可能とす
ることができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、次のような効果がある。空気通路中を流れ
る空気の流速に応じて、応答補償回路の応答時定数を変
化させるように構成したので、測定する空気の流速に関
係無く、発熱抵抗体の応答遅れを補償し、応答性の良い
空気流量測定装置を実現することができる。

【００５１】また、応答補償回路に、差動増幅器を用い
れば、応答補償回路の利得を１以上にすることができ、
小さい信号の応答補償も可能となる。

【００５２】また、発熱抵抗体の応答遅れを補償する応
答補償回路の後段に、空気流量測定装置全体の応答遅れ
を補償する駆動回路用応答補償回路を接続するように構
成すれば、空気流量測定装置の応答精度を更に向上する
ことができる。

【００５３】また、平均化されていない瞬時瞬時のエン
ジンに供給される空気流量信号を得ることができるの
で、最適なエンジン制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態である空気流量測定装
置の概略構成図である。

【図２】図１の応答補償回路の内部構成を示す図であ
る。

【図３】図２に示した応答補償回路の他の例を示す図で
ある。

【図４】図２に示した応答補償回路の、さらに他の例を
示す図である。

【図５】制御抵抗の構成例を示す図である。

【図６】制御電源の構成例を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施形態である空気流量測定装
置の概略構成図である。

【符号の説明】

１、１ａ空気流量測定装置２、２ａ、２ｂ、２０１応答補償回路５、５ａ、５ｂ制御抵抗１０、７０電源１１、７１発熱抵抗体１２、７２温度補償抵抗１３、１４、２１、２２、４１、４２、５１、５２、７
３、７４抵抗１５、３１、４６、７５差動増幅器１６、７６トランジスタ２３、２４、３２、４３、４４、４５コンデンサ３６パルス発振器４０制御電源５３、５４電解効果トランジスタ５５インバータ回路６１２乗回路６２ゼロ点調整回路６３逆数回路２０２駆動回路用応答補償回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気通路中に配置された発熱抵抗体を所定
温度に加熱するとともに、その加熱電流を検出して空気
流量に応じた信号を出力する空気流量検出部に、上記発
熱抵抗体の応答遅れを補償する応答補償回路を備えた空
気流量測定装置において、上記応答補償回路は、上記空気通路中を流れる空気の流
速に応じて、上記応答補償回路の応答時定数を変化させ
る手段を有することを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項２】請求項１記載の空気流量測定装置におい
て、上記応答補償回路の応答時定数は、応答補償回路内
の抵抗手段の抵抗値を制御することで決定されることを
特徴とする空気流量測定装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の空気流量測定装置に
おいて、上記応答補償回路は、第１の抵抗及び第１のコ
ンデンサを有する低域通過フィルタと、第２の抵抗、第
２のコンデンサ及び制御抵抗を有する高域通過フィルタ
と、上記制御抵抗の抵抗値を上記空気流速に応じて変化
させる制御電源とを備え、上記第１の抵抗、第２の抵抗
及び上記制御抵抗とで入出力特性が決定され、上記第１
のコンデンサ及び第２のコンデンサで位相進み要素が決
定されて、これら入出力特性及び位相進み要素により上
記応答補償が行われることを特徴とする空気流量測定装
置。
【請求項４】請求項１又は２記載の空気流量測定装置に
おいて、上記応答補償回路は、位相の進み要素を決定す
るコンデンサと、差動増幅器と、制御抵抗と、この制御
抵抗の抵抗値を上記空気流速に応じて変化させる制御電
源とを備えることを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項５】請求項４記載の空気流量測定装置におい
て、上記応答補償回路は、上記差動増幅器の前段に、第
１の抵抗、第２の抵抗、第１のコンデンサ及び第２のコ
ンデンサを有する低域通過フィルタを備え、この低域通
過フィルタにより、上記差動増幅器の入力信号から高周
波数帯のノイズが除去されることを特徴とする空気流量
測定装置。
【請求項６】請求項２記載の空気流量測定装置におい
て、上記応答時定数を決定する抵抗手段は、互いに直列
に接続された第１の抵抗及び第１の電解効果形トランジ
スタと、上記第１の抵抗及び第１の電解効果形トランジ
スタと並列に接続され、互いに直列に接続された第２の
抵抗及び第２の電解効果トランジスタと、インバータ回
路と、上記第１の電解効果形トランジスタのゲートにパ
ルス信号を供給するとともに、上記インバータ回路を介
して、上記第２の電解効果形トランジスタのゲートにパ
ルス信号を供給するパルス発振器とを備え、このパルス
発振器は、上記空気通路中を流れる空気の流速により制
御された時比率のパルス信号を、上記第１及び第２の電
解効果形トランジスタに供給することにより、上記第１
及び第２の抵抗の平均の抵抗値を制御することを特徴と
する空気流量測定装置。
【請求項７】請求項６記載の空気流量測定装置におい
て、上記パルス発振器から出力されるパルス信号は、空
気流量の平均値をＶａとし、ｂを定数としたときに、Ｖ
ref＝Ｋ₁／（Ｖａ＊Ｖａ−ｂ）の式で表される制御電圧
Ｖrefにより時比率が決定されることを特徴とする空気
流量測定装置。