JPS62110123A - エンジン用熱式空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、エンジンの吸入空気量を電子的に測定し、
上記エンジンの電子的な制御に際して使用されるエンジ
ンの吸気管に対して設定されるエンジン用熱式空気流量
測定装置に関する。

〔従来技術〕

エンジンに対する例えば燃料噴射量を電子的に制御する
場合、このエンジンの運転状態を常時監視する必要があ
る。このようなエンジンの運転状態の監視手段としては
、エンジンの回転数センサ、冷却水温センサ、スロット
ル開度センサ等が存在するものであるが、特にエンジン
の運転状態に直接的に関係するものとして、吸入空気流
量センサが存在する。

このような吸入空気流量センサを構成する測定手段とし
ては種々のものが存在するものであるが、例えば特開昭
５５−９８６２１号公報に示されるように、空気流によ
る放熱効果を利用した熱式の空気流量測定装置が考えら
れている。すなわち、吸気管の中に温度によって抵抗値
の変化する抵抗素子によって構成した感温素子を設定し
、この感温素子に対して加熱電力を供給制御するように
しているものである。この場合、上記感温素子に対して
は、吸気管を流れる空気流が接触しているものであるた
め、その放熱効果が空気流量に対応して設定されている
ものであり、したがって、この感温素子の温度を特定さ
れる温度状態に保つために必要となる加熱電力量は、上
記吸気管に流れる空気流量に対応するようになる。すな
わち、感温素子に対して供給される加熱電力の状態を監
視することによって、吸気管に流れる空気流量が測定で
きるようになるものであるが、この場合の測定出力は、
例えば電流量等のアナログ値として得られるようになる
。

しかし、このような吸入空気流量の測定値を使用するよ
うなエンジンの制御装置は、通常マイクロコンピュータ
によって構成されるものであり、入力データとしてはデ
ィジタルデータが要求される。したがって、上記のよう
な測定装置からの測定出力信号は、高精度のＡ／Ｄ変換
回路によってディジタルデータに変換して、マイクロコ
ンピュータによって構成されるエンジン制御装置に対し
て供給されるようになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は上記のような点に鑑み、エンジンの吸気管に
流れる空気流量をディジタル的なデータによって表現さ
れるようにした測定出力が得られるエンジン用熱式空気
流量測定装置を提供しようとするものである。

さらに、この発明のもう一つの目的は、熱式空気流量測
定装置をエンジンに装着した際に、該測定装置にて測定
されることなく、吸気管途中で空気が洩れ込んでエンジ
ン本体に流入する空気量と該測定装置で測定された空気
量との間にずれが生じたとしても、そのずれを充分に補
償できうるように構成したエンジン用熱式空気流量測定
装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の問題点を解決するために、本発明においては、第
７図に示すごとく、 エンジンの吸気管の中に設定された温度抵抗特性の設定
された感温素子と、 特定される周期で発生される通電開始指令となるスター
トパルス信号にそれぞれ対応して上記感温素子に対して
加熱電力を供給する加熱電力供給手段と、 上記加熱電力によって上記感温素子の温度が特定され゛
る温度状態まで上昇されたことを検出する検出手段と、 この検出手段からの検出信号に基づいて上記加熱電力供
給手段に対して上記加熱電力の供給を遮断制御する遮断
制御手段と、 上記加熱電力供給手段における上記感温素子に対する電
力供給の時間間隔に対応した測定出力信号を発生する信
号発生手段と、 上記信号発生手段にて発生される測定出力信号と空気流
量との関係を微調整する微調整手段と、を備えたことを
特徴とするエンジン用熱式空気流量測定装置としている
。

〔作用〕 上記構成とすることにより、エンジン吸入される空気流
量をディジタルデータとして得ることが可能となり、さ
らに上記洩れ込み空気に対する補償が可能となる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に示すのは、エンジンに装着される熱式空気流量
測定装置１０の一実施例構成を示すもので、この熱式空
気流量測定装置１０は第５図に示すようにエンジン１の
吸気系の一部に設けられる。

第５図において、エンジン１に対して吸気管２が設定さ
れており、この吸気管２の中には吸入空気流量を調整す
るスロットル弁３が設定されている。

熱式空気流量測定装置１０はエアクリーナ４とスロット
ル弁３との間に設定されており、エアクリ−す４を介し
て吸入された吸入空気の流量に対応したディジタル信号
を出力する。そして熱式空気流量測定装置１０の出力は
エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５に入力される。ＥＣ
Ｕ３には、熱式空気流量測定装置１０からの信号の他に
エンジン１に備えられた各種センサからの信号が入力さ
れており、各信号に応じて各種演算を実行してその演算
結果に応じて例えば燃料噴射弁６に対して駆動指令信号
を出力する。またＥＣＵ３は熱式空気流量測定装置１０
に対して、特定される周期、例えばエンジン回転に同期
した周期でスタートパルス信号を出力する。

第１図において、吸入空気が流れるように設定される吸
気管２の内部に、感温素子１２および温度測定素子１３
が配置設定されている。この感温素子１２および温度測
定素子１３は、共に温度に対応した抵抗値の設定される
温度−抵抗特性を有する抵抗素子によって構成されるも
のであり、例えば、白金線によって構成されている。そ
して、感温素子１２に対しては直列的に固定の抵抗１４
が接続され、また温度測定素子１３に対しては固定の抵
抗１５が直列に接続されているもので、これら感温素子
１２、温度測定素子１３および抵抗１４．１５は、ブリ
ッジ回路１６を構成するようになる。そして、感温素子
１２と温度測定素子１３との接続点にトランジスタ１７
からなる開閉素子を介して加熱電力が供給されるもので
あり、また感温素子１２と抵抗１４との接続点ａおよび
温度検出素子１３と抵抗１５との接続点すがこのブリッ
ジ回路１６の出力端子となり、この点ａおよびｂの電位
すなわちブリ、・ジ回路１６の各中点電位がＲＣ回路１
８を介してコンパレータ１９にそれぞれ入力され、コン
パレータ１９で比較されるようになっている。そして、
このＲＣ回路１８は接続点ａおよびｂとコンパレータ１
９との間にそれぞれ直列に接続される可変抵抗１８１，
１８２と、可変抵抗１８１とコンパレータ１９との間と
、可１抵抗１８２とコンパレータ１９との間とを接続し
て設定されるコンデンサ１８３とから構成される。

すなわち、トランジスタ１７がオン状態となった場合に
は、上記ブリッジ回路１６に対して加熱電力が供給され
、特に感温素子１２が発熱制御されるようになっている
。この場合、温度測定素子１３は、吸気管１）に流れる
空気の温度に対応した抵抗値に設定されているものであ
り、感温素子１２は加熱電力によって上昇した温度状態
に対応した抵抗値に設定される。したがって、感温素子
１２の温度が上記空気温度に対して特定される温度差に
より設定される温度状態以上に上昇したときに、ブリッ
ジ回路１６の接続点ａ、ｂの電位状態が逆転する。この
電位状態の逆転がＲＣ回路１８を介してコンパレータ１
９へと伝達されて、コンパレータ１８からの出力信号が
立上がるようになる。

ここで、上記感温素子１２は吸気管１）の中に設定され
、吸入空気流にさらされる状態となっているものである
ため、この感温素子１２の放熱効果が上記空気流によっ
て制御され、感温電力が供給されたときの、この感温素
子１２の温度上昇速度は上記空気流量に対応する関係と
なる。具体的には、空気流量の大きい状態では、加熱電
力が供給されてから、感温素子１２の温度が上記特定温
度状態以上に上昇するために多くの時間を必要とするよ
うになるものであり、したがって感温素子１２が特定温
度状態以上に上昇するに必要な加熱電力の供給時間幅は
、吸気管１）に流れる空気流量に比例するようになる。

上記コンパレータ１８からの出力信号は、フリップフロ
ップ回路２０のリセット端子に対して供給する。このフ
リップフロップ回路２０は、周期的な状態で発生される
ＥＣＵ３からのスタートパルス信号によってセット制御
されるものであり、このフリップフロップ回路２０のセ
ント状態における出力信号は、バッファ２１を介して測
定出力信号として取出され、ＥＣＵ３に対して、吸入空
気流量測定検出信号として供給されるようになる。

また、上記バッファ２１からの出力信号は上記トランジ
スタ１７のベースに対して供給されているもので、フリ
ップフロップ回路２０のセット状態のときに、トランジ
スタ１７がオン状態に設定され、上記感温素子１２を含
むブリッジ回路に対して加熱電力が供給設定されるよう
にする。

この場合、上記感温素子１２に対して供給される加熱電
力は、基準電圧電源２２、ＯＰアンプ２３、および複数
の固定抵抗によって構成される定電圧制御回路によって
、基準電圧電′ａ２２と固定抵抗とで設定される電圧値
に対応した特定電圧状態に保たれるようになっている。

上記スタートパルス信号は、例えばこのエンジン１の回
転に同期する状態で発生されるものであり、例えばエン
ジン１の特定される回転角に対応して発生される回転信
号に基づいて得られる信号を使用する。

すなわち、上記のように構成される空気流量測定装置に
おいて、例えばエンジンの回転に同期する状態で第２図
の（Ａ）に示すようなスタートパルス信号が周期的に発
生されたとすると、このスタートパルス信号にそれぞれ
対応する状態でフリップフロップ回路２０が第２図（Ｂ
）に示すようにセット制御部される。このフリップフロ
ップ回路２０がセットされると、その出力信号によって
トランジスタ１７がオン制御され、感温素子１２を含む
ブリッジ回路１６に対して、定電圧制御された加熱電力
が供給されるようになる。そして、この加熱電力によっ
て感温素子１２は発熱され、その温度が吸気管１）に流
れる空気流量に対応する状態で、第２図の（Ｃ）に示す
ように上昇されるようになる。この場合の感温素子１２
の温度上昇速度は、前述したように空気流量の小さい状
態で速（（実線）、また空気流量の大きい状態で遅く（
破線）なるものであり、第２図（Ｃ）の温度上昇角度が
変化するようになる。

このようにして感温素子１２の温度が上昇して、その温
度が温度測定素子１３で観測される吸気温度に対して特
定される温度幅が設定される状態以上に、上昇すると、
コンパレータ１９から出力信号がＲＣ回路１８により生
じる微小な遅れ時間Ｔｄ経過後に発生されるようになり
、このコンパレータ１９の出力信号によって上記フリッ
プフロップ回路２０がリセットされる。すなわち、第２
図ＣＢ）の信号が立下がり制御され、トランジスタ１７
がオフ制御されて、感温素子１２に対する加熱電力が遮
断制御されるようになる。

すなわち、フリップフロップ回路２０はスタートパルス
信号が発生されてから、感温素子１２の温度が特定され
る温度状態以上に上昇されて、さらにＲＣ回路１８によ
る遅れ時間Ｔｄ経過するまでの期間セットされるもので
あり、そのセットされている時間間隔に対応した時間幅
を有するパルス状の出力信号、すなわち、第２図の（Ｂ
）に示されるパルス状の出力信号がＥＣＵ３に対して供
給される。

ところで、この熱式空気流量測定装置１０を大量生産し
た場合、通常、吸気管２に対して設定する前にある所定
の空気流量状態で所望の時間幅のパルス状の出力信号が
得られるように製作するのであるが、吸気管２に対して
設定した場合に、この熱式空気流量測定装置１０とエン
ジン１と間の吸気管２の途中の洩れ込み空気が受理であ
るが発生ずるため、熱式空気流量測定装置１０にて測定
されることなくエンジン１へと吸入される空気流量によ
り、出力信号から得られる吸入空気流量と実際にエンジ
ンｌに吸入される吸入空気流量との間にずれが生じるよ
うになり、そしてこのずれは洩れ込み空気量が流量に関
係なく一定であるので、低流量状態にある程、全体吸入
空気量に対する洩れ込み空気量の割合が大きくなるもの
である。

しかしながら、上述の熱式空気流量測定装置１０からの
パルス状出力信号の時間幅はエンジン１回転当りの吸入
空気流ＩＧ／Ｎおよび回転数Ｎに対して所定の関数関係
にあり、そして上記ＲＣ回路１８による遅れ時間Ｔｄが
上記洩れ込み空気量を補償するように出力信号の時間幅
を微調整する。

この点について以下に述べる。

原理的にはコンパレータ１９の判定する空気温度に対す
る設定温度差ΔＴが感温素子１２の温度変化幅に対して
充分大きいとすると感温素子１２まわりのエネルギーバ
ランスは （Ｖ”　／Ｒｏ　）　　・　（Ｔｏ、ｔ　／Ｔ１ｆｉ）
＝ｈＡΔＴ−となる。ここで、■：感温素子印加電圧Ｒ
Ｈ：感温素子抵抗値 Ｔ　ｏｕｔ　　：加熱時間 Ｔ、７：加熱周期 ｈ：伝熱係数 Ａ：゛感温素子放熱面積 ΔＴ：感温素子の空気との温度差 である。

また ｈ−α＋βＪて　　　　　　　　−（２）Ｔｉ、ｉｏＣ
Ｉ　／Ｎ　　　　　　　　−（３）Ｖ　＝　ｃ　ｏ　ｎ
　ｓ　ｔ　　　　　　　　−（４１であり、ここでα、
β：定数、Ｇ：単位時間当りの吸入空気流量、Ｎ：エン
ジン回転数である。

上記各式を整理すると、 ’ｒ、ｕＬ＝Ｋ　・（α＋βｎ）７Ｎ ＝Ｋ・　（（α／Ｎ）＋　（β／ＪＫ）・〜ａ丁Σ玉’
−）　　　　　　　　　　　−（５）となり、つまり出
力信号の時間幅Ｔ０□はエンジ（１）ン１回転当りの吸
入空気流量Ｇ／Ｎと回転数Ｎとの関数であることが（５
）式から解かる。なおＫは定数である。

そして第３図は上記（５）式の関係に基づいて、出力信
号の時間幅Ｔ。ｕｔに対する各回転数毎のエンジン１回
転当りの吸入空気流量Ｇ／Ｎの変化を示しており、さら
にＲＣ回路１８の時定数を変えることで出力信号の時間
幅Ｔ。ｕｔが変化して、求められるエンジン１回転当り
の吸入空気流量が変化することが示されている。なお、
実線はＲＣ回路１８の時定数を２０μｓに、また破線は
時定数を２００μｓに設定したときのものである。また
第４図はＲＣ回路１８の時定数２０μｓに設定した場合
から時定数２００μｓに設定した場合に（５）式に基づ
いて求められるエンジン１回転当りの吸入空気流ＩＣ／
Ｎの特性変化率を示すものである。

第３図、第４図によれば、エンジン回転数が低い場合は
ど変化率が大きく、さらにエンジン１回転当りの吸入空
気流量が少ない時はど変化率が大きい。つまり、一定時
間当りの吸入空気量が少ない時はど遅れ時間Ｔｄによる
吸入空気流量と出力信号の時間幅との関係の変化率が大
きくなることを示しており、この特性を利用することで
上記洩れ込み空気量による測定空気流量と実際の吸入空
気流量とのずれを充分補償し得ることが解かる。

従って、上記構成の熱式空気流量測定装置１０を吸気管
２に対して設定して、上記洩れ込み空気量に対応した遅
れ時間Ｔｄが出力信号の時間幅Ｔ　ｏ　ｕ　ｔに対して
設定されるように遅れ時間Ｔｄに対応して選定された時
定数を有するＲＣ回路１８を設定することで、上記洩れ
込み空気量を補償するように出力信号の時間幅と一回転
当りの吸入空気流量との関係を微調整することが可能と
なる。

ところで、ＲＣ回路１８の時定数は洩れ込み空気量によ
って決まるのであるが、洩れ込み空気量は熱式空気流量
測定装置１０で測定される空気流量より少なく、本発明
者が確認したところによれば時定数は２０μｓ〜３００
μｓの間で設定することが好ましい。

以上のことから、上述の熱式空気流量測定装置１０にお
けるフリップフロップ回路２０のセットされている時間
間隔は吸気管２の途中から洩れ込んだ空気量も考慮した
エンジン１に吸入される空気流量に対応するようになる
。

したがって、このフリップフロップ回路２０のセット状
態における時間幅を表現したパルス状の出力信号は、こ
の空気流量測定装置の測定出力信号として使用されるよ
うになるものであり、この信号がＥＣＵ３に対して供給
され、上記パルス状出力信号で表現されるパルス時間幅
データが、吸入空気流量検出信号として取り込まれるよ
うになるものである。

このパルス状の出力信号のパルス時間幅は、例えばシス
テムクロック信号等によって計数することによってディ
ジタルデータとしてそのまま使用されるものであり、Ｅ
ＣＵ３において効果的に使用されるようになる。

なお上記実施例において、ＲＣ回路１８に可変抵抗１８
１．１８２を設定したのは、吸気管２の途中からの洩れ
込み空気量が経時変化により初期の特性から変化した場
合に再度、微調整を可能とするためである。なお、初期
の洩れ込み空気量の微調整する場合は上記可変抵抗１８
１，１８２を固定抵抗としてもかまわない。

また上記構成は感温素子１２自体の温度−抵抗特性のバ
ラツキも補償することも可能であり、例えばバツクファ
イア発生により感温素子１２の温度−抵抗特性の変化し
た場合も、可変抵抗１８１゜１８２の抵抗値を調整して
ＲＣ回路１８の時定数を変えることで補償することも可
能である。

第６図に示すのは本発明の他の実施例構成であって、可
変抵抗１８４、コンデンサ１８５からなるＲＣ回路１８
′をコンパレータ１９の出力側にて設定しても、コンパ
レータ１９からの出力信号をＲＣ回路１８′により微小
な遅れ時間Ｔｄを設定してフリップフロップ回路２０の
リセット端子に入力させることで、上記実施例と同様な
効果が得られる。そして本構成によれば、上記実施例に
比べて可変抵抗が１個少なくて済み、また可変抵抗が１
個だけなので調整も節単になるという若干の効果を有す
る。

〔発明の効果〕

以上、述べたようにこの発明によれば、エンジンの吸気
管の中に設定された温度抵抗特性の設定された感温素子
と、 特定される周期で発生される通電開始指令となるスター
トパルス信号にそれぞれ対応して上記感温素子に対して
加熱電力を供給する加熱電力供給手段と、 上記加熱電力によって上記感温素子の温度が特定される
温度状態まで上昇されたことを検出する検出手段と、 この検出手段からの検出信号に基づいて上記加熱電力供
給手段に対して上記加熱電力の供給を遮断制御する遮断
制御手段と、 上記加熱電力供給手段における上記感温素子に対する電
力供給の時間間隔に対応した測定出力信号を発生する信
号発生手段と、 上記信号発生手段にて発生される測定出力信号と空気流
量との関係を微調整する微調整手段と、を備えたことを
特徴とするエンジン用熱式空気流量測定装置としたこと
から、 エンジンの吸気管を流れる空気流量を感温素子に対する
加熱電力の供給時間幅というディジタル的なデータで表
現された測定出力信号で得られるので、高精度のＡ／Ｄ
変換処理を施すことなく、マイクロコンピュータで構成
されるエンジンの制御ユニットにおいて効果的に利用で
きるようになり・ また、エンジンの吸気管の途中からの洩れ込み空気があ
って、実際にエンジンに吸入される空気流量と測定によ
る空気流量との間にずれが生じたとしても、上記微調整
手段により洩れ込み空気量によるずれを補償するように
測定出力と空気流量との関係の？Ｘｋ調整が可能である
ので、充分な測定精度が保証できるという優れた効果が
ある。

また、前記微調整手段を利用して市場でのエンジンのア
イドル空燃比調整にもちいることができるという優れた
効果もある。

さらに感温素子自体の特性バラツキに対しても微調整手
段によりそのバラツキを補償することもできるという効
果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るエンジン用熱式空気
流量測定装置の構成を示す回路構成図、第２図は上記測
定装置の測定動作状態を示す信号波形図、第３図は第１
図構成において時定数の異なるＲＣ回路を設定した場合
の出力信号Ｔ。ｕｔに対するエンジン１回転当りの吸入
空気量Ｇ／Ｎの算出データの違いを示すグラフ、第４図
は第３図の特性の変化率を示すグラフ、第５図は本発明
のエンジン用熱式空気流量測定装置を有するエンジンの
模式的な構成図、第６図は本発明の他の実施例を示す回
路構成図、第７図は本発明の概略的な構成を示すブロッ
ク図である。 １・・・エンジン、２・・・吸気管、５・・・ＥＣＵ、
１２・・・感温素子、１３・・・温度測定素子、１７・
・・トランジスタ（開閉素子）、１８．１８’・・・Ｒ
Ｃ回路。 １９・・・コンパレータ、２０・・・フリップフロップ
回路、１８１，１８２，１８４・・・可変抵抗、１８３
゜１８５・・・コンデンサ。 代理人弁理士　　岡　部　　　隆 第１図 第２図 Ｇ／Ｎ　（ｇ／ｒｅｖ、） 第４図 Ｇ／Ｎ　　（Ｇ／ＲＥＶ、） 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの吸気管の中に設定された温度抵抗特性
   の設定された感温素子と、 特定される周期で発生される通電開始指令となるスター
   トパルス信号にそれぞれ対応して上記感温素子に対して
   加熱電力を供給する加熱電力供給手段と、 上記加熱電力によって上記感温素子の温度が特定される
   温度状態まで上昇されたことを検出する検出手段と、 この検出手段からの検出信号に基づいて上記加熱電力供
   給手段に対して上記加熱電力の供給を遮断制御する遮断
   制御手段と、 上記加熱電力供給手段における上記感温素子に対する電
   力供給の時間間隔に対応した測定出力信号を発生する信
   号発生手段と、 上記信号発生手段にて発生される測定出力信号と空気流
   量との関係を微調整する微調整手段と、を備えたことを
   特徴とするエンジン用熱式空気流量測定装置。
2. （２）上記感温素子はブリッジ回路中の一辺に設定され
   、このブリッジ回路の各中点電位と上記検出手段を構成
   するコンパレータとが接続されており、このコンパレー
   タの入力側と出力側とのいずれか一方に上記微調整手段
   を構成する抵抗とコンデンサとからなるＲＣ回路が設定
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のエンジン用熱式空気流量測定装置。
3. （３）上記ＲＣ回路の抵抗は可変抵抗であることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載のエンジン用熱式空気
   流量測定装置。