JPH1151730A - 空気流量測定装置 - Google Patents

空気流量測定装置

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Publication number
JPH1151730A
JPH1151730A JP9213525A JP21352597A JPH1151730A JP H1151730 A JPH1151730 A JP H1151730A JP 9213525 A JP9213525 A JP 9213525A JP 21352597 A JP21352597 A JP 21352597A JP H1151730 A JPH1151730 A JP H1151730A
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JP
Japan
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voltage
zener
air flow
zener diode
measuring device
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JP9213525A
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Inventor
Shinobu Tashiro
忍 田代
Shinya Igarashi
信弥 五十嵐
Kaoru Uchiyama
内山  薫
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Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐電波障害特性に優れ、常に高精度を保つこ
とができるようにした空気流量測定装置を提供するこ
と。 【解決手段】 空気流量測定用感温抵抗体Rh と、その
駆動回路70、出力電圧調整回路80、それに基準電圧
回路90からなる空気流量測定装置において、基準電圧
回路90を、抵抗91〜93と、ツェナーダイオード9
4〜96からなる定電圧回路で構成し、このとき、ツェ
ナーダイオード94〜96の各ツェナー電圧を夫々VZ
94、VZ95、VZ96 とすると、これらのツェナー電圧
と、電源電圧VB と基準電圧Vref について、以下の関
係が成立するように構成したもの。 VB >VZ96>VZ95>VZ94 =Vref 【効果】 ツェナーダイオードはノイズに強いので、シ
ールド部材や電波ノイズフィルタを設置することなく耐
電波障害特性が向上でき、逆接に強いことから、ICパ
ッケージなどの小型化と軽量化ができ、信頼性が高く、
電波障害特性に優れた空気流量測定装置をローコストで
容易に提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱抵抗方式の空気
流量測定装置に係り、特に自動車用内燃機関の吸入空気
流量を測定するのに好適な空気流量測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関の空燃比を正確に制御するため
には、吸入空気流量の測定が欠かせない。そこで、従来
から種々の方式の空気流量測定装置が提案され、実用に
供されているが、その一方式に熱式の空気流量計があ
る。
【0003】この熱式空気流量計は、空気流路内に配置
された感温抵抗体を空気流量検出素子として備え、これ
を検出回路に接続してある。この検出回路は、駆動回路
とも呼ばれ、これにより感温抵抗体に電流を供給して発
熱させ、このとき、感温抵抗体の温度が、エンジン(内
燃機関)に供給される吸入空気の温度よりも常に一定の
温度だけ高くなるように、供給電流の大きさを制御す
る。
【0004】空気が流れると、感温抵抗体から奪われる
熱量が増加し、その割合は空気の流れる速度に応じて変
化し、加熱に必要な電流の値も変化する。この結果、感
温抵抗体に流される電流の大きさは空気の流速に対応し
た値になり、空気流路の断面積から空気流量に変換する
ことにより、空気流量を測定することができるのであ
る。
【0005】こうして検出された空気流量を表す信号は
出力調整回路に入力され、ここでエンジン制御装置に必
要な入力電圧範囲に調整され、空気流量測定装置の出力
信号として出力されるが、このとき駆動回路と出力調整
回路では、所定の値の基準電圧を必要とする。そこで、
従来から、例えば図6に示すように、基準電圧回路90
を設け、これから駆動回路70と、出力調整回路80に
基準電圧Vref を供給するようになっている。
【0006】この図6の基準電圧回路90は、例えば特
開昭58−87420号公報に記載されているもので、
現在、広く実用に供されているものであり、図示のよう
に、抵抗R15、R16、R17、R27、R28、ツ
ェナーダイオードZD1、ZD2、コンデンサC2、C
3、それにオペアンプOP3とで構成されている。そし
て、この基準電圧回路90では、まずツェナーダイオー
ドZD1と抵抗R27により、電源電圧VB からツェナ
ーダイオードZD1のツェナー電圧で決まる電圧を作
り、これをオペアンプOP3で緩衝して取り出し、基準
電圧Vref を得るようになっている。
【0007】ここで、この熱式空気流量測定装置におけ
る測定精度の高精度化のためには、基準電圧回路から出
力される基準電圧Vref を、外乱要因に影響されること
なく充分に安定化する必要がある。例えば、空気流量測
定装置における測定精度を左右する要因の一例に温度変
化がある。しかして、上記従来技術では、ツェナーダイ
オードZD1の温度特性を選定しておくことにより、温
度変化による各抵抗やデバイスの特性変化を相殺するこ
とができ、高い測定精度を容易に得ることができる。
【0008】さらに、この従来技術では、他の外乱要因
であるバッテリなどの電源電圧VBの変動に対しても、
オペアンプOP3により基準電圧Vref が一定に制御さ
れるようになっており、この点でも高精度が保証されて
おり、優れた技術であるということができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、電磁
波ノイズの影響について、配慮が充分にされているとは
言えず、電波障害による基準電圧の精度低下の点に問題
があった。以下、この従来技術の問題について説明す
る。まず、従来技術ではオペアンプが用いられている。
しかして、このオペアンプは、無線機や、携帯電話など
から発生される電波に弱く、電磁波ノイズにより出力信
号値に変動を生じ易い。この結果、安定した基準電圧V
ref が得られなくなって精度が低下してしまうのであ
る。
【0010】ところで、このような電波障害の対策とし
ては、電子回路を全て覆うようにシールド(電磁波遮蔽
部)を設けるか、電子回路中に進入した電波ノイズを逃
がすための三端子コンデンサ、又はコンデンサとインダ
クタからなるノイズフィルタを挿入するか、若しくは、
これらシールドとフィルタの両方を適用するのが一般的
である。
【0011】しかしながら、このような電波障害対策
は、シールド部材の追加やフィルタ素子の追加を要し、
何れにしても製造工程の煩雑化と製品コストの増大を招
き、フィルタ素子の追加に至っては、回路構成の複雑化
も招いてしまうことになる。
【0012】また、オペアンプは、動作電源端子とGN
D端子が逆に接続されると、破損されてしまうので、こ
れを回避するための保護用素子の追加を要することにな
り、この点でも構成の複雑化と製品コストの増大化を招
いてしまう。
【0013】本発明の目的は、耐電波障害特性に優れ、
常に高精度を保つことができるようにした空気流量測定
装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的は、空気流量測
定用の感温抵抗体を有する駆動回路部と、この駆動回路
部の出力を調整する出力調整回路部と、これらの回路に
基準電圧を供給する基準電圧回路部とを備えた空気流量
測定装置において、前記基準電圧回路部に、ツェナーダ
イオードによる少なくとも2段の定電圧回路を設け、外
部から供給された電源電圧が、前記2段の定電圧回路に
より安定化され、前記基準電圧として前記駆動回路部と
出力電圧調整部に供給されるようにして達成される。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明による空気流量測定
装置について、図示の実施形態により詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態で、図において、91〜9
3は抵抗で、94〜96はツェナーダイオードであり、
その他の構成は、図6で説明した従来技術による回路と
同じである。そして、この基準電圧回路90において、
まず、抵抗91、92、93を、基準電圧Vref が現わ
れる端子Tref と、電源電圧VB が印加されている端子
Bの間に直列に接続する。
【0016】次に、まず第1のツェナーダイオード94
は、そのカソードが抵抗93と端子Tref の接続点に接
続され、アノードは接地に接続する。この結果、このツ
ェナーダイオード94は、抵抗91と共に第1の定電圧
回路を構成することになる。
【0017】次に、第2のツェナーダイオード95は、
そのカソードが抵抗91と抵抗92の接続点に接続さ
れ、アノードが接地に接続される。この結果、このツェ
ナーダイオード95は、抵抗92と共に第2の定電圧回
路を構成することになる。
【0018】更に第3のツェナーダイオード96は、そ
のカソードが抵抗92と抵抗93の接続点に接続され、
アノードは接地に接続される。この結果、このツェナー
ダイオード96は、抵抗93と共に第3の定電圧回路を
構成することになる。
【0019】そして、このとき、これらツェナーダイオ
ード94〜96の各ツェナー電圧を夫々VZ94、V
95、VZ96 とすると、これらのツェナー電圧につい
ては、それら及び電源電圧VB と基準電圧Vref に関し
て、以下の関係が成立するように構成してある。 VB >VZ96>VZ95>VZ94 =Vref
【0020】そこで、いま、エンジン制御装置の電源が
投入され、端子TB に電源電圧VBが印加されたとする
と、この電圧VB は、まず第3のツェナーダイオード9
6により、そのツェナー電圧VZ96 に安定化され、次
に、この電圧VZ96 に安定化された電圧が第2のツェ
ナーダイオード95により、さらにそのツェナー電圧V
95 に安定化され、抵抗93を介して第1のツェナー
ダイオード94に印加され、ここで最終的に、そのツェ
ナー電圧VZ94 に安定化されることになり、端子Tref
に、充分に安定化された基準電圧Vref を発生させる
ことができる。
【0021】このとき、ツェナーダイオードによる電圧
安定化機能は、そのツェナー効果に由来する素子特有の
もので、ツェナー電圧がノイズで変化することは無く、
従って、この実施形態によれば、シールド部材の適用
や、ノイズフィルタの設置などの対策を講じることな
く、充分な耐電波障害特性を持たせることができる。
【0022】この結果、上記実施形態によれば、回路構
成の単純化や、部品点数の削減による製品コストの低減
を充分に得ることができる。また、ツェナーダイオード
は、オペアンプとは異なり、逆極性電圧の印加に強いの
で、別途、保護用の素子を必要とせず、この結果、IC
パッケージなどの小型化、軽量化を充分に図ることがで
きる。
【0023】ここで、駆動回路70と、出力調整回路8
0が、温度依存性を持たない場合には、各ツェナーダイ
オード94〜96の内、少なくとも第1のツェナーダイ
オード94については、そのツェナー電圧の温度依存性
が0のものを使用する必要がある。
【0024】周知のように、ツェナーダイオードの電圧
温度依存性は、ツェナー電圧の値により決り、概ねツェ
ナー電圧≒5(V)のツェナーダイオードで、その温度係
数がほぼ0(mV/℃)となり、以下の電圧では負に、以
上の電圧では正になる。従って、上記の場合には、第1
のツェナーダイオード94として、ツェナー電圧が5
(V)程度のものを使用すれば良い。一方、駆動回路70
と出力調整回路80が温度依存性を有する場合には、こ
の温度依存性を相殺させる方向の電圧温度係数を持つツ
ェナーダイオードを選定して使用すれば良い。
【0025】次に、図1の実施形態で、ツェナーダイオ
ードからなる定電圧回路が多段配置されている理由につ
いて説明する。周知のように、ツェナーダイオードを用
いた定電圧回路は、適用電源電圧範囲が広くとれない。
これは、電源電圧が或る程度以上に高くないと、ツェナ
ーダイオードに流れる電流が、定電圧特性に必要なツェ
ナー降伏領域を外れてしまうためである。従って、基準
電圧Vref を作り出す定電圧回路のツェナーダイオード
については、ツェナー降伏領域に達するツェナー電流を
確保しつつ、或る上限を越えないようにする必要があ
り、これが、図1の実施形態で、ツェナーダイオードか
らなる定電圧回路を多段配置した理由である。
【0026】換言すれば、電源電圧VB の変動幅があま
り広くなければ、定電圧回路を多段配置しなければなら
ないとする理由は必ずしも無いことになるが、本発明が
対象といる空気流量測定装置は、主たる用途がエンジン
制御用であると考えて良く、この場合には、空気流量測
定装置の電源は自動車のバッテリとならざるを得ず、こ
の結果、電源電圧VB の大きな変動が免れない。従っ
て、ツェナーダイオードからなる定電圧回路を多段配置
する必要があり、そうでなければ、ほとんど実用に耐え
ないからである。
【0027】具体的に説明すると、自動車のバッテリに
は、一般的に12(V)と24(V)の2種類ある。そし
て、例えば12(V)のバッテリの場合、その電圧は、ス
タータによるエンジン始動時には6(V)程度にまで降下
してしまう。従って、自動車用の空気流量測定装置で
は、それに供給される電源の電圧VBの変動範囲として
は、6(V)〜24(V)を想定し、この範囲内の何れの電
源電圧によっても安定した基準電圧Vref が得られるよ
うに構成しなければならない。
【0028】そこで、まず、ツェナーダイオード2段構
成による基準電圧回路について、考察してみることにす
る。図4は、2段構成によるツェナーダイオード定電圧
回路でのツェナー電圧特性で、ここでは、駆動回路と出
力調整回路が温度依存性を持たない場合を想定し、この
ため基準電圧Vref を決定する素子として、ツェナー電
圧VZ1 が5(V)のツェナーダイオードAを用い、前段
の素子として、ツェナー電圧VZ2 が7(V)のツェナー
ダイオードBを用いて構成したものである。
【0029】この場合、図4の特性から明らかなよう
に、電源電圧VB が8(V)近傍より低い電圧になると、
ツェナー電圧VZ が低下し、一定に保たれなくなって、
電圧安定化機能が失われてにいることが判る。これは、
電源電圧VB が8(V)近傍より低下した場合、ツェナー
ダイオードAのツェナー電圧VZ1 (=5(V))との電圧
差が少なくなって、このツェナーダイオードAに流れる
ツェナー電流が不足し、定電圧を保つのに必要なツェナ
ー降伏領域を外れるためである。
【0030】なお、このとき、ツェナー電圧VZ2 が7
(V)のツェナーダイオードBには電流が流れなくなって
いるため、このツェナーダイオードBの端子間電圧は定
電圧化されず、そのまま電源電圧VB の変動に追従して
いるだけになる。
【0031】そこで、この図4の回路を、図1の基準電
圧回路90として適用し、本発明の他の実施形態による
空気流量測定装置とした場合の空気流量測定特性につい
て見ると、図5に示すようになる。この図5は、電源電
圧VB に対する空気流量測定装置の出力電圧V0 特性
を、空気流量Qをパラメータにして示したもので、空気
流量Q=10(kg/h)前後がエンジン始動時及びアイ
ドリング時の吸入空気流量に相当する。
【0032】そして、この図5からすると、電源電圧V
B が6(V)になったとき、出力電圧V0 にプラス方向の
誤差か生じていることが判る。これは、図4に示すよう
に、電源電圧VB が或る程度まで低下してくると、出力
調整回路80の基準電圧Vref も低下してしまうため、
これに伴って出力電圧V0 が上昇してしまうからであ
る。ここで、出力調整回路80の基準電圧Vref と出力
電圧Vo の関係を数式で示すと、次の(1)式となる。な
お、R18〜R22は、夫々図中に示してある抵抗の抵
抗値である。
【0033】
【数1】
【0034】この(1)式からも、出力調整回路80で
は、基準電圧Vref の変化に応じて、出力電圧Vo が変
化してしまうことが判り、従って、この図4に示した他
の実施形態の場合には、エンジン始動時などで、バッテ
リ電圧が6(V)近くまで降下したときには、エンジンの
吸入空気流量の測定に誤差を生じてしまうことになり、
電源電圧VB の最低値が8(V)程度保証される場合を除
いては、適用に多少の問題が残る。
【0035】次に、図1に示した本発明の実施形態によ
る場合について説明する。まず、ここでは、電源電圧V
B の変動範囲の最低電圧が6(V)であることを勘案し
て、基準電圧Vref を2(V)に定め、これにより、第1
のツェナーダイオード94として、ツェナー電圧VZ94
=2(V)程度のツェナーダイオードが用いられるように
する。そして、これにより、電源電圧VB との間に十分
な電位差が与えられ、この結果、ツェナー電流量を確保
して定電圧化が得られるようにする。
【0036】なお、このとき、この基準電圧Vref とし
ては、駆動回路70から出力される空気流量に対応した
出力信号V2 の最高電圧値よりも高い値に設定する必要
がある。また、ツェナー電圧が2(V)と低いツェナーダ
イオードは、上記したように、通常、負の温度係数を持
つ。従って、温度依存性を0にしたい場合は、これも周
知の温度補償型のツェナーダイオードを用いてやれば良
い。
【0037】次に、第2のツェナーダイオード95に
は、ツェナー電圧VZ95=5(V)程度のツェナーダイオ
ードを用いる。この第2のツェナーダイオード95は、
第1のツェナーダイオード94に定電流を供給するもの
であるが、このためには、電源電圧VB の変動範囲の最
低電圧として想定してある電圧よりも低いツェナー電圧
に設定する必要があり、このため、ツェナー電圧VZ95
=5(V)に設定してある。
【0038】また、第3のツェナーダイオード96に
は、ツェナー電圧VZ96=11(V)程度のツェナーダイ
オードを用いる。この第3のツェナーダイオード96を
設けることにより、第2のツェナーダイオード95にか
かる電圧の最大値を、電源電圧VB の変動範囲の最高電
圧として想定してある電圧24(V)から、その半分以下
の電圧11(V)にまで下げることができる。この結果、
ツェナーダイオード95の許容損失(最大定格)を越えな
いように設けられている電流制限用の抵抗92の抵抗値
を小さな値に設定することができ、この結果、電源電圧
B が6(V)程度にまで低下したときでも、充分にツェ
ナーダイオード95に流れる電流が確保でき、ツェナー
降伏状態からの外れを抑え、常に安定した基準電圧V
ref を得ることができる。
【0039】図2は、このときの各ツェナーダイオード
による特性であり、この図から明らかなように、図1の
実施形態によれば、電源電圧VB が6(V)以下にまで低
下しても基準電圧Vref は一定に保たれることが判る。
【0040】なお、第3のツェナーダイオード96のツ
ェナー電圧を、例えば電源電圧VBの変動範囲の最高電
圧の1/3以下などの低い電圧に設定したとすると、そ
の電流制限用である抵抗93の消費電力が増し、発熱な
どの問題が生じるので、実用的ではなくなる。
【0041】図3は、上記のように設定したとき、図1
の実施形態による空気流量測定装置で得られた空気流量
測定特性で、図5のときと同様に、電源電圧VB に対す
る空気流量測定装置の出力電圧V0 特性を、空気流量Q
をパラメータにして示したものである。
【0042】この図3の特性図から明らかなように、図
1の実施形態によれば、外部から供給される電源電圧V
B が6(V)まで降下したときでも、基準電圧回路90か
ら安定した基準電圧Vref が供給でき、空気流量がそれ
ほど大きくない流量では、空気流量測定装置の出力電圧
O に誤差を生じる虞れがなく、正確な流量検出を行う
ことができる。
【0043】なお、この図3の場合、電源電圧VB が6
(V)付近まで低下したとき、空気流量Qが大きな領域で
は誤差が生じてしまうが、電源電圧VB がここまで低下
するのは、殆どがエンジン始動時に限られる。しかし
て、エンジン始動時の吸入空気流量Qは、上記したよう
に、10(kg/h)前後とかなり小さな値になっている
ので、実用上、誤差が問題になる虞れはない。
【0044】従って、上記実施形態によれば、自動車用
エンジンの吸入空気流量測定装置に適用しても、流量測
定に誤差を生じる虞れがなく、エンジン始動時も含め
て、常に的確にエンジンを制御することができる。
【0045】
【発明の効果】本発明によれば、ツェナーダイオードを
用いているので、電磁波ノイズの影響を受ける虞れがな
く、従って、シールド部材や電波ノイズフィルタの設置
を要することなく、耐電波障害特性を充分に向上させる
ことができる。また、本発明によれば、同じくツェナー
ダイオードを用いているので、電源端子の逆接続に強
く、このため保護用の追加素子を必要とせず、さらにツ
ェナーダイオード自体の素子構成が単純であることによ
り、ICパッケージの小型化、軽量化が容易になり、信
頼性が高く、耐電波障害特性に優れた空気流量測定装置
をローコストで容易に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による空気流量測定装置の一実施形態を
示す回路図である。
【図2】本発明の一実施形態によるツェナー電圧特性図
である。
【図3】本発明の一実施形態による空気流量の特性図で
ある。
【図4】本発明の他の一実施形態によるツェナー電圧特
性図である。
【図5】本発明の他の一実施形態による空気流量の特性
図である。
【図6】従来技術による空気流量測定装置の一例を示す
回路図である。
【符号の説明】
Rh 感温抵抗体(空気流量測定素子) 70 駆動回路(定温度制御回路) 80 出力調整回路 90 基準電圧回路(定電圧回路) 91、92、93 抵抗 94、95、96 ツェナーダイオード VB 電源電圧(バッテリ電圧) V2 駆動回路70の出力信号(電圧) Vo 出力電圧(流量検出信号)
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空気流量測定用の感温抵抗体を有する駆
    動回路部と、この駆動回路部の出力を調整する出力調整
    回路部と、これらの回路に基準電圧を供給する基準電圧
    回路部とを備えた空気流量測定装置において、 前記基準電圧回路部に、ツェナーダイオードによる少な
    くとも2段の定電圧回路を設け、 外部から供給された電源電圧が、前記2段の定電圧回路
    により安定化され、前記基準電圧として前記駆動回路部
    と出力電圧調整部に供給されるように構成したことを特
    徴とする空気流量測定装置。
  2. 【請求項2】 請求項1の発明において、 前記定電圧回路が、少なくとも3段のツェナーダイオー
    ドを有し、 最終段のツェナーダイオードが、ツェナー電流によりツ
    ェナー電圧温度係数が変化するツェナーダイオードで構
    成されていることを特徴とする空気流量測定装置。
  3. 【請求項3】 請求項2の発明において、 前記最終段のツェナーダイオードが有するツェナー電圧
    温度係数により、温度変化による空気流量の測定誤差の
    低減が得られるに、前記最終段のツェナーダイオードの
    直列抵抗の抵抗値の調整により、ツェナー電流が最適化
    されていることを特徴とする空気流量測定装置。
  4. 【請求項4】 請求項1の発明において、 前記定電圧回路が、少なくとも3段のツェナーダイオー
    ドを有し、 最終段のツェナーダイオードのツェナー電圧が、前記駆
    動回路部から出力される空気流量に対応した出力信号の
    最高電圧よりも高く、前記電源電圧の変動範囲における
    最低電圧よりも低い電圧になるように構成されているこ
    とを特徴とする空気流量測定装置。
  5. 【請求項5】 請求項4の発明において、 前記ツェナーダイオードの内、初段と最終段の間のツェ
    ナーダイオードが、前記最終段に配置されたツェナーダ
    イオードのツェナー電圧と、前記電源電圧の変動範囲に
    おける最低電圧とのほぼ中間のツェナー電圧を有するツ
    ェナーダイオードであることを特徴とする空気流量測定
    装置。
  6. 【請求項6】 請求項4の発明において、 前記ツェナーダイオードの内、初段のツェナーダイオー
    ドが、前記電源電圧の変動範囲における最高電圧に対し
    て、1/3から2/3のツェナー電圧を有するツェナー
    ダイオードであることを特徴とする空気流量測定装置。
JP9213525A 1997-08-07 1997-08-07 空気流量測定装置 Pending JPH1151730A (ja)

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