JPH10300544A

JPH10300544A - 空気流量測定方法及び装置

Info

Publication number: JPH10300544A
Application number: JP9107356A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sugaya; 菅家　　厚; Masato Isogai; 正人磯貝; Kaoru Uchiyama; 内山　　薫; Yasuo Makie; 泰生牧絵; Chihiro Kobayashi; 千尋小林
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】逆流の有無を遅れなく判定し、空気流量の測定
精度を向上させる。【解決手段】マイコン４０は、熱線プローブ１１から得
られる応答遅れのある検出信号の応答遅れを補償し、応
答遅れを補償した検出信号の最大値と最小値に基づいて
しきい値を設定して逆流区間を判定する。そして、判定
した逆流区間に応じて検出信号を補正して正確な空気流
量測定を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気流量の測定方
法及び装置に係り、特に内燃機関の吸気量検出に好適な
空気流量の測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から自動車などの内燃機関の電子制
御燃料噴射装置に設けられて吸入空気量を測定する空気
流量装置としては、質量空気量を直接検知することがで
きることから、熱線式のものが多数使われている。

【０００３】ここで、４気筒以下のエンジンの低回転数
や重負荷時のように、吸入空気量の脈動振幅が大きく一
部の逆流を伴う脈動流の場合には、従来の空気流量測定
装置では精度が低下するために、特開昭６２−８２１号
公報等に記載されたような装置が提案されている。

【０００４】空気流量の逆流量の補正方法として、空気
流の方向を検知せずに補正する方式として、特公昭５９
−１７３７１号公報には、空気流量の交流分を検出し波
形全体に補正を加えて誤差をなくする方法が開示されて
いる。

【０００５】また、空気流量波形の特徴を検出して空気
流の方向を判別する方法として、特公平４−７２５２４
号公報には、空気流量の極大極小値を検出して方向を判
別する方法が開示され、特公平５−５４８９０号公報に
は、差分により変化点を検出して方向を判別する方法が
開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】吸気弁がオーバーラッ
プしているときにピストンの上昇に伴って排気弁側から
正圧で吸気弁側に戻る空気の吹き返し現象による逆流
を、熱線式の空気流量計で測定すると、その信号は順流
と逆流の流れの方向に関係なく流速の絶対値に対応した
正の検出信号となる。従って、逆流時にあたかも順流の
ような検出信号となるので、真の平均空気流量よりも大
きい検出信号を出力することになる。このときの測定誤
差は３０〜１００％に達する。

【０００７】また、熱線プローブの出力信号と空気流量
はキングの式と呼ばれる次式によって表される。

【０００８】 Ih・Ih・Rh=(C1+C2√Q)(Th-Ta) …（数１）ここでIhは熱線電流、Rhは熱線抵抗、Thは熱線の表面温
度、Taは空気の温度、Qは空気流量、C1，C2は熱線で決
まる定数である。

【０００９】しかし、自動車の内燃機関の吸気流量計測
に用いる空気流量測定装置の熱線プローブは、機械的な
信頼性を確保するために、太い線やある程度の熱容量を
有するように構成されている場合が多い。そのために、
吸気脈動時の動的な流量変動に対して応答遅れを有し、
脈動時に正確な脈動波形を計測することができず、検出
誤差を含みやすいといった問題がある。

【００１０】そして、これらの問題を解決するために、
脈動の極大極小値や差分により変化点を用いて空気流の
方向を検出する方法は、逆流区間の判定は、吸気の脈動
周期が一周期以上遅れてからの判定となり、判定遅れを
生じるという問題がある。更に、脈動振幅に高調波成分
が生じると、逆流が発生していない領域でも逆流が発生
したと誤判断したりする問題がある。

【００１１】本発明の１つの目的は、熱線プローブの比
較的大きな熱容量による応答遅れを軽減することによ
り、気流の脈動を遅れなく正確に計測することができる
空気流量測定方法及び装置を提供することにある。

【００１２】本発明の他の目的は、気流の脈動の極大極
小値を利用して気流の向き（順流と逆流）を遅れなく判
定することができる空気流量測定方法及び装置を提供す
ることにある。

【００１３】本発明の更に他の目的は、気流の脈動の高
調波成分に影響されて気流の向きを誤判定することがな
い空気流量測定方法及び装置を提供することにある。

【００１４】本発明の更に他の目的は、空気流量を遅れ
なく正確に計測することができる空気流量測定方法及び
装置を提供することにある。

【００１５】本発明の更に他の目的は、アナログ信号形
態の空気流量信号を容易に出力することができる空気流
量測定方法及び装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの特徴は、
空気流量の脈動時の測定誤差を低減するために、熱線プ
ローブから得られる流量検出信号の応答遅れを回復さ
せ、応答遅れを回復した検出信号に基づいてしきい値を
算出し、このしきい値と応答遅れを回復した検出信号の
交差点に基づいて空気の流れの方向を推定することによ
り、遅れなく順流区間と逆流区間を識別して補正処理を
行うことができるようにし、逆流発生時の平均空気流量
の測定精度を高めることにある。

【００１７】本発明の他の特徴は、発熱抵抗体の放散熱
量に応じたアナログ信号形態の検出信号をディジタル信
号形態の検出信号に変換し、予め記憶させた補正信号値
との空気流量の誤差を計算し、空気流量の誤差信号のみ
をアナログ信号形態に変換し、前記発熱抵抗体の放散熱
量に応じたアナログ信号形態の検出信号と加減算するこ
とによって空気流量の誤差の補正するようにすることに
ある。

【００１８】本発明の更に他の特徴は、検出信号の応答
遅れを回復させ、応答遅れを回復させた検出信号に基づ
いてしきい値を算出し、しきい値と応答遅れを回復させ
た検出信号の交差点により空気の流れの方向を推定し、
流れの方向に応じた空気流量の誤差を計算し、空気流量
の誤差信号のみをアナログ信号形態に変換し、前記発熱
抵抗体の放散熱量に応じて発生したアナログ信号形態の
検出信号と加減算することによって空気流量の誤差の補
正することにある。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施形態を
図１により説明する。

【００２０】熱線駆動回路１は、電源１０に接続されて
付勢され、空気流量に応じた電圧信号を出力する。この
熱線駆動回路１は、空気流量に反応する発熱抵抗体１
１，温度補償抵抗体１２，抵抗体１３，１４で構成され
るホイーストンブリッジ回路を備え、ブリッジ中点の電
位差がゼロになるように差動増幅器１５とトランジスタ
１６によって発熱抵抗体１１に流れる電流を調整するよ
うに構成されている。発熱抵抗体１１は、例えばセラミ
ックなどの熱伝導性の良い絶縁材料で作られた円筒状ま
たは円柱状のボビンの表面に、発熱体として白金やタン
グステンの熱線を巻き、被覆材としてガラスやセラミッ
クスをコーティングしたものや板状のガラスやセラミッ
クやシリコンなどの基板上に、発熱体として白金やタン
グステンの薄膜や厚膜を形成した熱線プローブとして構
成され、空気流量を計測する空気通路、例えば内燃機関
の吸気通路内に設置されて該通路を流れる空気に熱を奪
われる。また、温度補償抵抗体１２は、空気の温度に応
じた抵抗値が得られるような位置に設置される。

【００２１】このように構成された熱線駆動回路１は、
発熱抵抗体１１の抵抗値が空気流量に影響されずに所定
値（温度補償抵抗体１２と所定の比を維持する）となる
ように、すなわち温度が所定値になるように動作する。
空気通路内に設置された発熱抵抗体１１は該空気通路を
流れる空気流量に応じて放熱し、この放熱を補うように
該発熱抵抗体１１を発熱させる電流が該発熱抵抗体１１
に流されることになることから、発熱抵抗体１１と抵抗
体１３の中点からは空気流量に対応する大きさの電圧信
号が得られる。

【００２２】ゼロスパン回路２は、差動増幅器２１と抵
抗体２２，２３，２４，２５，２６，２７によって構成
され、前記熱線駆動回路１から出力される信号電圧を入
力し、空気流量に応じた検出電圧Ｖｏｕｔを出力する。

【００２３】前記検出電圧Ｖｏｕｔを入力して吸入空気
流量Ｑａを演算して出力するマイクロコンピュータ（マ
イコン）４０は、データの入出力及び演算処理を実行す
るＣＰＵ４１と、ＣＰＵ４１が演算処理に使用するラン
ダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４２と、検出電圧Ｖｏｕ
ｔと空気流量Ｑａの関係式（流量マップ）やプログラム
を格納した不揮発性メモリ（ＲＯＭ）４３と、発熱抵抗
体１１の抵抗値のばらつき等の個体差情報を格納する書
き換え可能なメモリ（ＰＲＯＭ）４４と、前記ゼロスパ
ン回路２から入力する前記検出電圧Ｖｏｕｔをディジタ
ル信号に変換するアナログ・ディジタル変換器４５と、
空気流量Ｑａを出力するシリアルのディジタルインター
フェイスを構成するシリアルコミュニケーションポート
４６と、その他の入出力ポート４７と、内部クロック信
号を発生する発振器４８を備える。

【００２４】このマイコン４０において、ＣＰＵ４１
は、アナログ・ディジタル変換器４５を介して入力した
検出電圧Ｖｏｕｔのディジタル量に基づいて検出電圧と
空気流量の関係式（流量マップ）により空気流量Ｑａを
演算し、この演算結果（Ｑａ）をシリアルコミュニケー
ションポート４６からエンジンコントロールユニット等
に出力する。また、この空気流量演算過程において、Ｃ
ＰＵ４１は、演算により求めた空気流量の検出電圧波形
に基づいて逆流区間を推定する。

【００２５】書き換え可能なＰＲＯＭ４４は、マイコン
４０に内蔵させずに外付けにしても良く、１回以上の書
き込みができるものであれば、ヒューズ型のＲＯＭや電
気的に消去可能なＥＥＰＲＯＭ、一括消去するフラッシ
ュＲＯＭ、強誘電体膜の分極現象を利用した高速な不揮
発性メモリなどであっても良い。

【００２６】次に、第１の実施形態の動作の詳細を図２
により説明する。脈動時に逆流と呼ばれる吸気弁の開弁
時間がオーバーラップしているときの真の空気流量は、
図２（１）に示すように、ゼロ点をクロスするようなサ
インカーブを描く。このとき、応答遅れのない理想的な
特性の熱線プローブは、空気の流れの向きに関係なく流
量検出電圧を出力するために、図２（２）に示すよう
に、逆流時でも順流時と同じ極性の検出電圧を出力する
ことになり、ゼロ点で反転したような電圧波形となる。
このような検出電圧が得られれば、例えば、演算により
逆流区間を求める方法では、検出電圧のゼロ点との交差
点より逆流区間を判定することができる。しかし、熱線
プローブに応答遅れがある場合には、図２（３）に示す
ように、順流側の検出電圧がゼロになる前に逆流の検出
電圧が重なり、それぞれ遅れた順流及び逆流の検出電圧
が重畳したような全体的に鈍った検出電圧波形となる。
このような検出電圧波形では、順流と逆流の変化点にお
いて検出電圧はゼロ点を通らないために、順流と逆流の
判別が難しい。

【００２７】この実施形態では、応答遅れのある熱線プ
ローブの出力電圧を、数値演算により応答遅れを補償し
て空気流量を求めるようにした。応答遅れを補償する手
段は、演算増幅器やコンデンサ，抵抗を用いた電気回路
によるものであっても良い。

【００２８】応答性を数値演算により補償する場合は、
例えば、次のような演算を行う。

【００２９】 Vc=0.5・(V0+V1)+(K・f(V))(V0-V1) …（数２）ここで、V0は現在の検出電圧、V1は一定時間前の検出電
圧、Kは変化分の係数、f(V)は出力電圧の入力依存性を
示す関数、Vcは応答性を補償した出力（検出）電圧であ
る。この出力電圧Vcを空気流量に変換することで、図２
（４）に示すように、応答性を補償した空気流量検出波
形を得ることができる。変化分の係数であるKは、現在
の検出電圧と一定時間前の検出電圧の差が正と負の場合
に異なる係数を用いれば、より効果的に応答遅れを補償
することができる。

【００３０】そして、このように応答性を補償した空気
流量検出波形を用いて逆流区間を判定することにより、
判定精度を向上させることができる。しかし、実際に
は、応答遅れのある熱線プローブを用いた場合には、応
答遅れを完全に回復させることができない。これは、応
答遅れのある熱線プローブの電圧信号が順流と逆流の変
化点で重畳して合成した電圧信号となることから、電圧
信号を完全に分離することができないためである。ま
た、応答遅れの補償をマイコン４０などの演算処理で行
う場合には、アナログ・ディジタル変換器４５のサンプ
リング周波数やマイコン４０の処理能力によって時間軸
分解能が限定されるために、応答遅れを完全に回復させ
ることができなくなる。サンプリングには１KHz以上の
周波数を使用することが望ましい。応答遅れが完全に回
復されないとすると、検出電圧は、順流と逆流の変化点
でゼロ点とクロスせずに、流量の最小値にオフセット電
圧が生じる。また、このオフセット電圧は、内燃機関の
回転数によって変動するために一定ではない。

【００３１】そこで、図２（５）に示すように、応答性
を補償した流量検出波形の一定時間内に於ける最大値と
最小値を求め、この最大値と最小値を基準としてしきい
値レベル１，レベル２を決定し、応答性を補償した検出
電圧の脈動振幅としきい値とのクロス点により周期及び
順流，逆流の変化点を求めるようにする。しきい値レベ
ル１は、例えば、最大値と最小値の中間値とし、しきい
値レベル２は、最小値に一定のレベルや最大値と最小値
との差の何分の１かを加算することで求める。

【００３２】図２（６）は、各しきい値レベル１，２と
応答性を補償した空気流量検出波形の比較判定出力を示
している。レベル１による判定出力LvHiは、脈動の基準
周期を示している。レベル２による判定出力LvLoは、逆
流開始と終了のタイミングを示している。レベル２によ
る出力LvLoで逆流区間と判定できるのは、位相関係によ
りレベル１による判定出力LvHiがゼロの場合と限定でき
るため、例えば、レベル１による判定出力LvHiがゼロの
場合にのみ、レベル２による判定出力LvLoのオンオフ信
号の最初の立ち下がりでセットし、２回目の立ち下がり
でリセットするような論理的な判断をすることにより、
論理合成した信号LvBidはほぼ正確な逆流区間を示すこ
とができるようになる。

【００３３】論理合成して求めた逆流区間LvBidによ
り、応答遅れのある熱線プローブの出力電圧信号（図２
（３））を流量のゼロ点を基準にして反転するように合
成すれば、図２（７）に示すように、逆流分を補正した
流量検出電圧波形が得られる。応答遅れによる測定誤差
が問題になる場合には、応答性を補償した空気流量波形
を用いれば良い。

【００３４】次に、この実施形態での誤判定防止方法を
図３により説明する。応答遅れを完全に回復することが
できない場合や、しきい値を求めるときに流量の平均値
を基準にした場合には、レベル２による判定出力LvLoに
おいて、逆流開始と終了のどちらかが検出できない場合
がある。ここでは、終了を検出することができない場合
の誤判定防止を例示する。先に述べたように、レベル１
による判定出力LvHiがゼロの場合にのみ、レベル２によ
る判定出力LvLoのオンオフ信号の最初の立ち下がりでセ
ットし、２回目の立ち下がりでリセットする論理処理を
行うが、立ち下がり信号がない場合には、レベル１によ
る判定出力LvHiがハイレベルになって強制的に逆流の判
定出力LvBidがゼロとなるまでを逆流区間とする判定状
態が続き、これが誤判定の要因となる。

【００３５】レベル１による判定出力LvHiがゼロの期間
以上は逆流区間とする判定がないために、脈動一周期の
平均流量としての計測誤差は小さいが、この誤判定は、
次のようなマスク処理を施すことで防ぐことができるよ
うになる。まず、レベル１による判定出力LvHiを一定時
間遅らせた判定出力LvHi2をつくる。それぞれの信号の
排他的論理和をとることにより位相差区間をハイレベル
とした信号を生成し、これをマスク領域HiMaskとする。
逆流の判定出力LvBidにも同様の位相遅れを持たせ、マ
スク領域HiMaskのハイレベル区間を強制的に逆流のない
区間とすることで、誤判定をなくしたマスク処理後の逆
流区間信号LvBid2を得ることができる。この逆流区間信
号LvBid2を用いる場合は、応答遅れのある熱線プローブ
の出力にも位相差を設けることで、より正確に逆流分を
補正した流量検出波形が得られる。この実施例によれ
ば、応答遅れのある熱線プローブであっても空気流量の
逆流量を検出することができ、流量計測精度を向上する
ことができる。

【００３６】次に、第１の実施形態を実現する場合のマ
イコン４０の信号処理アルゴリズムの構成を図４により
説明する。まず、ゼロスパン回路２から入力される空気
流量に応じたアナログ信号形態の検出電圧をＡ／Ｄ変換
（アナログ・ディジタル変換）処理６０によりディジタ
ル形態に変換して取り込む。次に、ディジタルフィルタ
処理６１によりディジタル値を加算平均するなどしてノ
イズを取り除く。この流量検出電圧に対応したディジタ
ル値をリニアライズ処理６２により空気流量変換テーブ
ルなどを用いて空気流量に変換する。逆流補正処理が不
要な通常の運転状態では、この演算処理により得た空気
流量を測定結果としてエンジンコントロールユニットに
出力する。

【００３７】逆流補正処理７０は、逆流区間を判定し、
逆流に伴う空気流量の測定誤差を低減する。この処理
は、エンジンコントロールユニットで実現しても、専用
のマイコンを使用して実現しても良い。逆流補正処理７
０は、先のディジタルフィルタ処理６１によりノイズを
除去したディジタル形態の空気流量検出値に対して応答
性の補償処理７１を施し、リニアライズ処理７２により
空気流量に変換する。応答性を補償した空気流量は、バ
ッファ取り込み処理７３においてバッファメモリに一定
時間保存し、バッファメモリ内の空気流量値の最大値及
び最小値判定処理７４を行った後にしきい値作成処理７
５を実行する。次に、このしきい値を使用して、逆流周
期・区間判定処理７６を行って逆流区間を求める。

【００３８】また、最大最小値にに基づいて、逆流が発
生しない脈動領域での逆流期間の判定を無効にする例外
判定処理７７を実行する。

【００３９】また、リニアライズ処理６２により取得し
た空気流量は、バッファ取り込み処理７８によってバッ
ファメモリに取り込んで位相遅れを持たせた空気流量を
発生し、逆流区間，例外判定を加味して逆流波形合成処
理７９を行うことで、逆流を補正した空気流量（図２
（７））を得る。

【００４０】この実施形態の逆流補正処理は、通常の空
気流量の演算処理よりも高速にすれはより効果的で、１
KHz以上の繰り返し周波数で演算することが望ましい。
この実施形態によれば、専用のマイコンなどで実現した
場合は、特別に基準信号を用いないで空気流量の脈動周
期のみでも逆流区間を正確に判定することができるの
で、エンジンコントロールユニットからのクランク角基
準信号を受け取らなくても良く、配線数を減らすことが
できる。そして、逆流区間の誤判定を少なくできるため
流量計測確度、信頼性を向上することができる。

【００４１】次に、本発明の第２の実施形態を図５によ
り説明する。この実施形態は、応答遅れのある熱線プロ
ーブ１１を気管９内に設置したバイパス通路８内に設け
たものである。バイパス通路８は迂回通路とすること
で、内燃機関からの吹き返しなどによる汚れを防いだり
整流効果が得られると共に熱線プローブ１１の位置での
逆流検出量を低減し、逆流補正がない状態での逆流誤差
を低減する。

【００４２】次に、バイパス通路８を使用した場合の逆
流補正について、図６を用いて説明する。図６（１）
は、バイパス通路８を使用した場合の空気流量検出波形
であるが、バイパス通路８の効果により、逆流側の信号
の特徴がほとんど無いような波形になっている。この波
形に対して、通常の応答性補償を行った場合は、図６
（２）に示すように、逆流時の反転は生じるがアンバラ
ンスな最小値をとることになる。その結果、レベル２の
設定条件では逆流区間を判定することができなくなる不
具合が生じる。この問題を解決するには、例えば先に示
した（数２）における出力電圧との変化分の微係数であ
るKを、正と負の場合で大きく変えることでより、逆流
区間判定に都合良く応答遅れを補償することができるよ
うになる。これを図６（３）に示すが、本来の熱線プロ
ーブ１１の立ち上がり立ち下がりの応答遅れに対して、
バイパス通路８の慣性効果により応答性が影響される。
これを考慮して応答性を補償する必要があり、この実施
形態では微係数であるKが負の場合には、正の場合より
１．５倍から２倍程度と大きくすれは良好な結果を得ら
れている。図６（３）に示すように、逆流時の反転する
最小値が均等になり、レベル２のしきい値により確実に
検出することができるようになる。

【００４３】この実施形態のように、バイパス通路８に
より応答性の対象性がより顕著に微係数の正負で変わっ
た場合には、微係数の符号により加える係数を変えて応
答性を補償すると、より効果的に逆流量の補正を行うこ
とができ、同時に、バイパス通路８の整流効果などを享
受することで、信頼性に優れた空気流量測定装置を提供
することができるようになる。

【００４４】次に、本発明の第３の実施形態を図７によ
り説明する。この実施形態は、応答遅れのある熱線プロ
ーブの出力信号を、マイコン４０に内蔵したアナログ・
ディジタル変換器４５に入力すると共に加算回路３に入
力する。マイコン４０は、先の実施形態と同様に応答性
を補償する処理を行い、振幅情報によりしきい値を決め
ることで逆流区間を判定する。更に、マイコン４０は、
順流区間では一定の電圧値を、逆流区間ではアナログ・
ディジタル変換器４５で変換した電圧サンプル値に所定
の演算を施した値を前記一定の電圧値から減算してディ
ジタル・アナログ変換器４９から補正出力電圧Ｑｅとし
て出力する。

【００４５】マイコン４０のディジタル・アナログ変換
器４９の出力電圧Ｑｅは加算回路３に入力し、先の応答
遅れのある熱線プローブの検出電圧Ｖｏｕｔとアナログ
信号形態で演算処理を施して空気流量Ｑａとして出力す
ることで、逆流による流量誤差を減らすことができる。
図８は、このアナログ演算の動作原理波形を示してい
る。

【００４６】加算回路３は、演算増幅器３１と抵抗３
２，３３，３４，３５及びコンデンサ３６によって構成
し、平滑効果を持たせた加算（減算）回路である。この
加算回路３の出力電圧（空気流量）Ｑａをアナログ・デ
ィジタル変換器４５に入力することで、マイコン４０に
より、ディジタル・アナログ変換器４９や加算回路３な
どの異常を検出すると共に演算増幅器３１のオフセット
誤差などを総合して誤差を管理できるようにする。熱線
プロープ（発熱抵抗体）１１の抵抗値のばらつきによっ
て生じるばらつきと、アナログ・ディジタル変換器４５
やディジタル・アナログ変換器４９や加算回路３の誤差
情報は、マイコン４０の書き換え可能なメモリ４４に調
整データとして記録しておき、演算誤差補正に利用す
る。

【００４７】この実施形態では、特にマイコン４０のデ
ィジタル・アナログ変換器４９の出力分解能が８ビット
程度と小さくても、通常のアナログ電圧の出力分解能を
確保しつつ逆流時における精度を向上させることがで
き、エンジンコントロールユニットとアナログインター
フェイスを用いた場合の空気流量測定系のシステムコス
トを低減することができる。

【００４８】次に、本発明の第４の実施形態を図９によ
り説明する。この実施形態は、応答遅れのある熱線プロ
ーブの出力電圧を、マイコン４０内のアナログ・ディジ
タル変換器４５に入力すると共に加算回路３に入力する
構成である。マイコン４０では、先の実施形態と同様に
応答性を補償し、振幅情報に基づいてしきい値を決める
ことで逆流区間を判定する。更に、マイコン４０は、順
流区間では一定の電圧値を発生させ、逆流区間ではアナ
ログ・ディジタル変換器４５で検出した電圧サンプル値
に一定の演算を施した値を前記一定の電圧値から減算
し、これらの電圧をＰＷＭタイマ５０により電圧値に対
応したパルス幅に変換して出力する。

【００４９】抵抗５２，５３とコンデンサ５３，５５で
構成した平滑回路５１は、ＰＷＭタイマ５０のパルス幅
出力信号を平滑してアナログ電圧に変換し、スイッチ回
路５６を介して加算回路３に入力する。先の応答遅れの
ある熱線プローブの出力電圧Ｖｏｕｔもスイッチ回路５
６を介して加算回路３に入力し、アナログ電圧形態での
演算処理を施して空気流量Ｑａとして出力する。

【００５０】スイッチ回路５６は、マイコン４０の入出
力ポート（Ｉ／Ｏ）４７の出力信号により切り替え接点
５６ａ，５６ｂが動作するように接続され、マイコン４
０の起動時や熱線プローブの出力信号の異常を検出した
場合に、演算増幅器３１の入力をグランドや基準電圧に
切り替えて加算回路３の出力信号をゼロ（安全な値）に
するためのものである。ここで使用するスイッチ回路５
６は、例えばＣＭＯＳプロセスで作られたアナログスイ
ッチやバイポーラプロセスで作られたトランジスタを用
いたアナログスイッチなどであり、特に限定されるもの
ではない。

【００５１】この実施形態では、特にマイコン４０のＰ
ＷＭタイマ５０と平滑回路５１を用いてアナログ形態の
信号を出力するようにしたことで、ディジタル・アナロ
グ変換器を使うよりもマイコン４０のチップ面積を低減
してコストを低減することができる。また、誤動作をな
くすことで空気流量測定装置の信頼性を向上することが
できる。

【００５２】マイコンを使用した実施形態では、測定精
度の向上や制御系の安定性や安全性向上のために種々の
信号処理機能を付加することができる。例えば、検出信
号の最大値と最小値の差により検出した流量の振幅値に
より流れの方向の推定を制限したり、空気流量の誤差信
号が起動時やセンサ異常時のように一定条件下において
予想される範囲を越えた値となって異常と判定されるよ
うな場合には、出力信号を所定の値に保持するようにす
ることにより、異常な測定（検出）信号の出力を防止
し、制御系の安定性や安全性を向上させることができ
る。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、通常の熱線プローブを
用いた熱線式の空気流量測定では熱容量による応答遅れ
によって測定誤差が増大するような脈動や逆流を伴う空
気流量を精度良く測定することができる効果が得られ
る。

【００５４】特に、脈動及び逆流を含む空気流量を単一
極性の検出信号として出力する熱線プローブの流量検出
信号の応答遅れを補償した後に該検出信号の一定時間内
の最大値と最小値に基づいてしきい値レベルを決定し、
このしきい値レベルと応答遅れを補償した後の検出信号
を比較して順流区間と逆流区間を判定するようにしたの
で、順流区間と逆流区間を正確に識別することができ、
吸気流量を正確に測定するための信号処理を可能にす
る。

【００５５】また、順流区間と逆流区間を判定する処理
を行うマイコンでは、これらの処理のほかに誤差補正信
号を生成してアナログ信号形態で出力し、外付けのアナ
ログ演算回路により検出信号を補正して誤差を補正する
ようにしたので、アナログ信号形態の流量検出信号が必
要な内燃機関制御システムに好都合な検出信号を出力す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す空気流量測定装
置のブロック図である。

【図２】図１に示した空気流量測定装置における逆流区
間判定動作の原理を説明する信号波形図である。

【図３】図１に示した空気流量装置における逆流区間判
定の誤動作防止の原理を説明する信号波形図である。

【図４】図１に示した空気流量測定装置におけ空気流量
測定処理アルゴリズムのフローチャートである。

【図５】本発明になる第２の実施形態を示す空気流量測
定装置におけるバイパス通路の縦断側面図である。

【図６】図５に示した空気流量測定装置のバイパス通路
を用いた場合の熱線プローブの出力信号の応答遅れ補償
の原理を示す信号波形図である。

【図７】本発明の第３の実施形態を示す空気流量測定装
置のブロック図である。

【図８】図７に示した空気流量測定装置が実行するアナ
ログ演算による流量測定処理の原理を示す信号波形図で
ある。

【図９】本発明の第４の実施形態を示す空気流量測定装
置のブロック図である。

【符号の説明】

１…熱線駆動回路、２…ゼロスパン回路、３…加算回
路、１１…発熱抵抗体（熱線プローブ）、１２…温度補
償抵抗，１３，１４，２２，２３，２４，２５，２６，
２７…抵抗、１５，２１…差動増幅器、１６…トランジ
スタ、４０…マイクロコンピュータ（マイコン）、４１
…ＣＰＵ、４２…ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、
４３…不揮発性メモリ（ＲＯＭ）、４４…書き換え可能
メモリ、４５…アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換
器、４６…シリアルコミュニケーションポート。

フロントページの続き (72)発明者内山薫茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者牧絵泰生茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者小林千尋茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の吸気通路内に発熱抵抗体を設置
し、前記吸気通路内を流れる吸入空気への前記発熱抵抗
体からの放散熱量に応じた検出信号を発生させ、この検
出信号に基づいて前記吸気通路内を流れる空気流量を計
測する熱線式の空気流量測定装置において、前記検出信号の応答遅れを回復させる手段と、応答遅れ
を回復させた検出信号に基づいてしきい値を算出する手
段と、このしきい値と応答遅れを回復させた検出信号の
交差点に基づいて空気の流れの方向を推定する手段を設
けたことを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項２】請求項１において、前記しきい値を算出す
る手段は、前記応答性を回復した検出信号の一定区間に
おける最大値と最小値を検出し、最大値と最小値の差に
より流量の振幅値を検出し、最小値に流量の振幅値の一
定の割合の値を加算することにより決定するようにした
ことを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項３】請求項１において、前記しきい値を算出す
る手段は、前記応答性を回復した検出信号の一定区間に
おける平均値及び最大値と最小値を検出し、最大値と最
小値の差により流量の振幅値を検出し、平均値に流量の
振幅値の一定の割合の値を減算することにより決定する
ようにしたことを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項４】請求項１において、前記応答遅れを回復さ
せる手段は、応答遅れのある検出信号の前後の差を微係
数としてとり、この微係数が正の場合と負の場合では異
なる係数を乗算するようにしたことを特徴とする空気流
量測定装置。
【請求項５】請求項１において、前記発熱抵抗体はバイ
パス通路内に配置し、バイパス通路による応答性の変化
分を前記発熱抵抗体の流量に対する応答遅れを回復する
手段に加えて検出信号の応答遅れを回復するようにした
ことを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項６】内燃機関の吸気通路内を発熱抵抗体を設置
し、前記吸気通路内を流れる吸入空気への前記発熱抵抗
体からの放散熱量に応じた検出信号を発生させ、この検
出信号に基づいて前記吸気通路内を流れる空気流量を計
測する熱線式の空気流量測定装置において、前記発熱抵抗体の放散熱量に応じたアナログ信号形態の
検出信号をディジタル信号形態の検出信号に変換し、予
め記憶させた補正信号値との空気流量の誤差を計算し、
空気流量の誤差信号のみをアナログ信号形態に変換し、
前記発熱抵抗体の放散熱量に応じたアナログ信号形態の
検出信号と加減算することによって空気流量の誤差の補
正するようにしたことを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項７】内燃機関の吸気通路内に発熱抵抗体を設置
し、前記吸気通路内を流れる吸入空気への前記発熱抵抗
体からの放散熱量に応じたアナログ信号形態の検出信号
を発生させ、この検出信号に基づいて前記吸気通路内を
流れる空気流量を計測する熱線式の空気流量測定装置に
おいて、前記検出信号の応答遅れを回復させる手段と、応答遅れ
を回復させた検出信号に基づいてしきい値を算出する手
段と、しきい値と応答遅れを回復させた検出信号の交差
点により空気の流れの方向を推定する手段と、流れの方
向に応じた空気流量の誤差を計算し、空気流量の誤差信
号のみをアナログ信号形態に変換し、前記発熱抵抗体の
放散熱量に応じて発生したアナログ信号形態の検出信号
と加減算することによって空気流量の誤差の補正する手
段を設けたことを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項８】内燃機関の吸気通路内に発熱抵抗体を設置
し、前記吸気通路内を流れる吸入空気への前記発熱抵抗
体からの放散熱量に応じた検出信号を発生させ、この検
出信号に基づいて前記吸気通路内を流れる空気流量を計
測する空気流量測定方法において、前記検出信号の応答遅れを回復させ、応答遅れを回復さ
せた検出信号に基づいてしきい値を算出し、このしきい
値と応答遅れを回復させた検出信号の交差点に基づいて
空気の流れの方向を推定することを特徴とする空気流量
測定方法。
【請求項９】内燃機関の吸気通路内を発熱抵抗体を設置
し、前記吸気通路内を流れる吸入空気への前記発熱抵抗
体からの放散熱量に応じた検出信号を発生させ、この検
出信号に基づいて前記吸気通路内を流れる空気流量を計
測する空気流量測定方法において、前記発熱抵抗体の放散熱量に応じたアナログ信号形態の
検出信号をディジタル信号形態の検出信号に変換し、予
め記憶させた補正信号値との空気流量の誤差を計算し、
空気流量の誤差信号のみをアナログ信号形態に変換し、
前記発熱抵抗体の放散熱量に応じたアナログ信号形態の
検出信号と加減算することによって空気流量の誤差の補
正することを特徴とする空気流量測定方法。
【請求項１０】内燃機関の吸気通路内に発熱抵抗体を設
置し、前記吸気通路内を流れる吸入空気への前記発熱抵
抗体からの放散熱量に応じたアナログ信号形態の検出信
号を発生させ、この検出信号に基づいて前記吸気通路内
を流れる空気流量を計測する空気流量測定方法におい
て、前記検出信号の応答遅れを回復させ、応答遅れを回復さ
せた検出信号に基づいてしきい値を算出し、しきい値と
応答遅れを回復させた検出信号の交差点により空気の流
れの方向を推定し、流れの方向に応じた空気流量の誤差
を計算し、空気流量の誤差信号のみをアナログ信号形態
に変換し、前記発熱抵抗体の放散熱量に応じて発生した
アナログ信号形態の検出信号と加減算することによって
空気流量の誤差の補正することを特徴とする空気流量測
定方法。