JPS6255515A - 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、例えば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
ようにする、例えばエンジンの吸気管に対して設定され
る熱式の空気流量測定装置に関する。

［背景技術］ エンジンに対する燃料噴射量等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し、その監視デー
タに基づいてエンジン制御データを算出させるようにす
る必要がある。このようなエンジンの電子的制御のため
に使用される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、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量センサを構成する測定手段として
は種々存在するものであるが、例えば特開昭５５−９８
６２１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される感温素子を設定し、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
管に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−に対応して設定されるようになる。

したがって、この感温素子の温度を特定される状態に保
つために必要となる加熱電力量は、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、感温素子に供給
される加熱電力の供給状態を監視することによって吸気
管に流れる空気流量を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利用するエ
ンジン制御ユニットは、通常マイクロコンピュータによ
って構成されている。したがって、上記のような測定ｉ
置からの出力信号は、高精度のＡ　／　Ｄ変換器によっ
てディジタルデータに変換して上記制御ユニットで使用
されるようにする必要があり、その信号変換手段の精度
が直接的に測定精度に影響するようになる。

［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なされたもので、例え
ば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測定出力信号が得られ、電子
的に制御ユニット等において効果的に高ｖＪ度の状態で
使用できるようにする熱式空気流量測定装置を提供しよ
うとするものである。

またこの発明にあっては、さらに電源電圧が例えば異常
に低下して測定動作が正常に実行できないような状態と
なった場合に、加熱電力の供給される感温素子を効果的
に保護制御して、信頼性が充分に向上されるようにする
空気流量測定装置を提供しようとしているものである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る熱式空気流量測定装置にあっ
ては、温度抵抗特性を有する感温素子を測定すべき空気
流中に設定するものであり、この感温素子に対して特定
される周期で発生されるスタートパルス信号にそれぞれ
対応して立上がる加熱電力を供給し、発熱制御されるよ
うにする。そして、上記感温素子の温度が特定される温
度状態まで上昇したときに上記加熱電力を遮断制御し、
この加熱電力の供給時間幅を表現した出力信号が得られ
るようにする。また、上記感温素子に対して供給される
加熱電力の電源電圧状態を監視する手段を設け、例えば
電源電圧が異常に低下した状態を検出した場合に、上記
感温素子に対する加熱電力の供給を禁止制御するように
しているものである。

［作用］ 上記のように構成される空気流量測定装置にあっては、
例えばエンジンの回転に同期するスタートパルス信号に
それぞれ対応して感温素子に対する加熱電力が立上がり
制御される。そして、感温素子の温度が特定される温度
状態まで上昇すると上記加熱電力が遮断制御されるもの
で、この加熱電力の供給時間幅が測定すべき空気流量に
対応する状態となるものである。

しかし、このような測定装置において例えば電＃ｉ電圧
が異常に低下したような状態となると、加熱電力が供給
されても感温素子の温度上昇速度は非常に遅い状態とな
るものであるが、上記測定装置の電源が供給設定される
電源回路から上記電源電圧より低い一定電圧の供給設定
される回路素子の作動状態が、上記電源電圧が上記電源
回路で設定される電圧より低下した状態で保証されなく
なる。そして、感温素子は高温状態が持続して設定され
るようになる可能性があり、感温素子の焼損等の障害を
発生するおそれがある。しかし、上記測定装置にあって
は、電源電圧状態の異常状態が検出手段によって検出さ
れると、感温素子に対する加熱電力の供給状態が禁止さ
れるようになるものであり、感温素子は確実に保護され
るようになる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はエンジンの吸入空気流量を測定する場合を例に
した熱式空気流量測定装置の回路構成を示すものであり
、エンジンの吸気管１１の中に感温素子１２および温度
測定素子１３が、この吸気管１１に流れる空気流にざら
されるような状態で設定される。上記感温素子１２およ
び温度測定素子１３は、共に例えば白金線等の温度によ
って抵抗値が変化する温度抵抗素子によって構成される
ものであり、特に温度測定素子１３は吸気管１１に流れ
る空気の温度に対応した抵抗値状態に設定されるように
なっている。

上記感温素子１２に対しては固定の抵抗１４が接続され
、また温度測定素子１３には抵抗１５および１６の直列
回路が接続されているものであり、感温素子１２、温度
測定素子１３および抵抗１４〜１６によってブリッジ回
路が構成されるようになっている。そしてこのブリッジ
回路の入力端である感温素子１２と温度測定素子１３と
の接続点には、トランジスタ１１による開閉素子を介し
て加熱電力が供給されるようになっているものであり、
この加熱電力によって感温素子１２が発熱制御されるよ
うになる。また、感温素子１２と抵抗１４との接続点ａ
１および抵抗１５と１６との接続点すは、このブリッジ
回路の出力端子となるもので、この出力点ａおよびｂの
電位がコンパレータ１８で比較されるようになっている
。

すなわち、感温素子１２の温度が温度測定素子１３によ
って測定される空気温度に対して、特定される温度差が
設定されるまで上昇したときに、点ａの電位が点すの電
位より低くなり、コンパレータ１８からの出力信号が立
上がるように設定されているものである。

このコンパレータ１８がらの出力信号は、フリップフロ
ップ回路１９のリセット端子に対し供給されると共に、
出力回路２ｏに供給され、この出力回路２０からのコン
パレータ１８がらのの出力信号に対応する出力信号は、
エンジン制御ユニット２１に対して測定入力信号として
取り込まれる。

上記エンジン制御ユニット２１は、例えばエンジンに対
する燃料噴射量制御、点火時期制御等を実行するもので
、特に図では示していないがエンジンの回転信号、冷却
水温信号、スロットル開度信号、空燃比検出信号等が供
給され、これら入力信号に基づいて燃料噴射量、点火時
期等を演算するものである。また、上記エンジン回転信
号に基づいて、このエンジンの特定される回転角に対応
するスタートパルス信号を発生するもので、このエンジ
ン回転に同期するスタートパルス信号は、上記フリップ
７０ツブ回路１９に対してセット指令信号として供給さ
れる。

そして、上記フリップフロップ回路１９のセット状態に
おける出力信号は、前記トランジスタ１７のベースに対
して供給し、フリップフロップ回路１９のセット状態で
このトランジスタ１７がオン制御され、感温素子１２を
含むブリッジ回路に対して加熱電力が供給されるように
なっている。

ここで、トランジスタ１７を介して感温素子１２に供給
される加熱電力の電圧値は、○Ｐアンプ２２で基準電圧
電源２３からの基準電圧と比較されているものであり、
このｏＰアンプ２２からの出力信号によって上記トラン
ジスタ１７のベース電位を制御するようになっている。

すなわち、感温素子１２に供給される加熱電力の電圧は
、基準電圧電源２３で設定される基準電圧にしたがって
定電圧制御されるようになっている。

また、この空気流量測定装置にあっては、トランジスタ
１７に供給される電源電圧子Ｂの電圧状態をヒータ（感
温素子１２）保護回路２４において監視するようになっ
ている。そして、この保護回路２４では電源電圧がこの
測定装置の正常作動状態が保証されないような最低動作
電圧以下の状態に低下した状！！！（例えば７Ｖ以下）
を検出するもので、この電圧低下状態を検出した場合に
は出力ラインＴＥＩに信号を発生するようになり、トラ
ンジスタ１７のベースを接地電位に設定して、このトラ
ンジスタ１７をオフ状態に固定するように制御するもの
である。すなわち、感温素子１２に対する加熱電力の供
給が禁止されるようにしているものである。

ここで、上記空気流量測定装置を構成する回路素子とな
るコンパレータ１８、フリップフロップ回路１９、出力
回路２０、ＯＰアンプ２２等に対しては、電源十Ｂの供
給される電源回路２５からの作動電圧が供給設定され、
その作動が保証されるようになっている。この作動電圧
は電源電圧子Ｂよりも低い一定電圧に設定されるように
なっているもので、電源電圧子Ｂが変動しても上記回路
素子部分の電圧が極力変動しないようにしてその作動状
態が安定設定されるようにしている。この場合、例えば
電源電圧子Ｂが約１２Ｖ〜８Ｖの間を変動しても、゛　
コンパレータ１８等には約７Ｖの安定した電圧が供給さ
れるようにしている。

第２図は上記保護回路２４の具体的な回路例を示すもの
で、その入力端には上記トランジスタ１７に対して供給
される＋ＢＮ源が接続されている。そして、この回路に
あっては、スレッショルド電圧を設定する定電圧ダイオ
ード３１を備えるもので、このダイオード３１で設定さ
れる電圧によってトランジスタ３２のベースを制御する
ようになっている。

このトランジスタ３２のエミッタ回路には、抵抗３３お
よび３４の分圧回路を形成するもので、この分圧回路で
検出された電圧は、作動用電圧として電源電圧＋Ｂが直
接供給設定されているコンパレータ３５に対して供給す
る。

このコンパレータ３５に対しては、抵抗３６および３７
で上記入力電圧＋Ｂを分圧した電圧が比較電圧として供
給されているもので、このコンパレータ３５では電源電
圧が所定の動作電圧状態にあるときにハイレベルの出力
信号を発生し、上記電源電圧が上記測定装置の動作を保
証できないような低い状態となったときに、ローレベル
の出力信号を発生するようになっている。

そして、このコンパレータ３５からの出力信号はトラン
ジスタ３８のベースに供給し、コンパレータ３５からハ
イレベルの出力信号の得られる状態でトランジスタ３８
がオンｅ１ｍされるようにする。このトランジスタ３８
のコレクタ回路には、さらにトランジスタ３９のベース
が接続され、トランジスタ３８のオン状態でトランジス
タ３９がオフ状態に制御されるようにする。このトラン
ジスタ３９は、この保護回路２４の出力ラインＴｓを接
地するものであり、このトランジスタ３９のオン状態で
、感温素子１２に対して加熱電力を供給制御するトラン
ジスタ１７がオフ状態に制御され、上記加熱電力の供給
が禁止制御されるようになっている。

すなわち、このように構成される保護回路２４にあって
は、コンパレータ３５の負側入力端は、定電圧ダイオー
ド３１で規定される電圧からトランジスタ３２のエミッ
タ・ベース間の電圧を引いた電圧を、抵抗３３および３
４で分圧した電位が供給設定されている。そして、この
コンパレータの正側入力端子には、電ａ電圧十Ｂを抵抗
３Ｇおよび３７で分圧した電位が供給されているもので
あり、測定装置が正常に動作する電源電圧状態では、コ
ンパレータ３５からハイレベルの出力信号が発生される
ように調整設定されている。したがって、電源電圧子Ｂ
が正常の電圧値を保つ状態では、トランジスタ３８がオ
ン状態に設定され、トランジスタ３９がオフ状態とされ
て、加熱電力制御用のトランジスタ１７はフリップフロ
ップ回路１９によって制御されるようになっている。

また、電源電圧＋Ｂが下降し、この電源電圧状態に伴っ
て電源回路２５のコンパレータ１８等に対する作動用電
圧も下降するようになって、測定装置の正常動作を保証
できないような状態となった場合には、コンパレータ３
５の出力がローレベルとなってトランジスタ３８をオフ
制御し、トランジスタ３９をオン状態として上記トラン
ジスタ１７のベースを接地し、このトランジスタ１７は
フリップフロップ回路１９の出力に関係なく、オフ状態
に設定されるようにするものである。

このような保護回路２４を備えた空気流量測定装置は、
次のようにして測定動作が実行される。すなわち、エン
ジン制御ユニット２１から、例えばエンジンの回転に同
期する状態でスタートパルス信号が発生されると、この
信号によってフリップフロップ回路１９がセットされ、
トランジスタ１７をオン制御するようになる。したがっ
て、この状態で′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され、感温素子１２が発熱制御され
る。

この場合、感温素子１２は吸気管１１の中に設定され、
吸入空気流にさらされる状態であるため、この感温素子
１２の放熱効果が上記空気流によって設定されるように
なり、上記加熱電力が供給されることによる感温素子１
２の温度上昇速度は、吸気管１１に流れる空気流量に対
応するようになる。具体的には、空気流量が大きい程、
上記加熱電力による感温素子１２の温度上昇速度が遅く
なるものである。

そして、上記のように加熱電力が感温素子１２に対して
供給されるようになり、この感温素子１２の温度が温度
測定素子１３で測定される空気温度に対して特定される
温度幅が設・定されるまで上昇すると、コンパレータ１
８からの出力信号が立上がって、フリップフロップ回路
１９がリセットされるようになる。そして、このフリッ
プフロップ回路１９のリセットに対応してトランジスタ
１７がオフ制御されて、感温素子１２に対する加熱電力
が遮断割面されるようになるものである。

すなわち、感温素子１２に対しては、スタートパルス信
号に対応して、感温素子１２の温度が特定される温度状
態まで上昇するまでの開側熱電力が供給制御されるもの
であり、またこの感温素子１２の温度上昇速度は吸気管
１１に流れる空気流量に対応するものであるため、上記
加熱電力の供給時間幅は、吸気管に流れる空気流量に比
例する状態となる。

したがって、エンジン制御ユニット２１において、スタ
ートパルス信号が発生されてから、出力回路２０から信
号が発生されるまでの時間幅を測定するようにすれば、
その測定時間幅が測定空気流量に対応するようにり、こ
の測定データが吸入空気量データとして使用されるよう
になるものである。

すなわち、エンジン制御ユニット２１では、ディジタル
状態とした吸入空気流量データを取り込むようになるも
のである。

このような空気流口測定動作は、電ｉｌａ電圧十Ｂが正
常な状態である場合には、正常に安定して実行されるも
のであるが、例えばこの電源電圧子Ｂがこの測定装置の
正常な作動が保証されないような最低動作電圧以下の状
態まで低下したような場合には、電源回路２５からの作
動用電圧は電源回路２５内の電圧降下分も加わって、充
分な電圧値が設定されず、コンパレータ１８が正常に動
作しなくなり、フリップフロップ回路１９をリセット制
御せず、感温素子１２に対して連続的に加熱電力を供給
するような状態となる可能性がある。したがって、この
ような状態となると、感温素子１２の温度が例えば３０
０℃以上の高温状態となり、この感温素子１２を焼損す
るような障害を発生するようになって、この測定装置の
正常測定動作が保証できない状態となる。また、ブリッ
ジ回路に対する印加電圧が設定値以下の状態となると、
上記加熱電力の時間幅か異常に長くなり、正常測定動作
が実行されないばかりか、上記同様に感温素子１２を焼
損するようになる。

しかし、上記実施例に示した空気流量測定装置にあって
は、電源電圧子Ｂがこの測定装置の最低動作電圧以下の
状態となった場合には、これをヒータ保護回路２４で検
出するようになり、加熱電力を制御するトランジスタ１
１をオフ状態に設定保持するようになる。したがって、
感温素子１２に対する加熱電力が強制的に遮断保持され
るようになって、上記のような障害の発生は未然に防止
されるようになるものである。

尚、ヒータ保護回路２４内のコンパレータ３５も電源電
圧子Ｂの変動による影響を受けるものであるが、このコ
ンパレータ３５はその作動用電源電圧は電源子Ｂから直
接供給されているものであるため、このコンパレータ３
５が正常に動作しなくなったときには電源電圧も極めて
低下している状態となっている、したがって、トランジ
スタ１１を介して感温素子１２に与えられる加熱電力は
充分に少なく、この加熱電力が感温素子１２に連続的に
供給されたとしても、この感温素子１２が放熱すること
によってこの！！！温素子１２に障害が発生するような
ことはない。

′　ところで、上記実施例ではヒータ保護回路２４によ
って加熱電力料■用のトランジスタ１７をオフ制御する
ようにしたが、これは保護回路２４の検出信号によって
、例えばエンジン制御ユニット２１内でスタートパルス
信号をマスクし、加熱電力の立上がりを禁止し、感温素
子１２に対する加熱電力の供給を禁止制御するようにし
ても同様に実施できる。

また、実施例では電源電圧がこの測定装置の最低動作電
圧より低下した場合の保護手段について説明したが、逆
に電源電圧が異常に上昇した場合でも、保護回路によっ
てこの異常電圧状態を検出し、上記実施例のようにして
感温素子１２に対して供給される加熱電力を禁止制御す
るようにしてもよいものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る熱式空気流量測定装置にあ
って、測定すべき空気流量を時間幅によって測定するこ
とができるようになるものであり、例えばマイクロコン
ピュータ等において直接的に使用できる効果的な空気流
量測定出力信号が得られるようになる。また、このよう
な測定装置において、電源電圧が異常状態となった場合
には、測定動作が正常に実行されずに特に感温素子等に
障害が発生するようになるものであるが、この測定装置
にあってはこのような電源電圧の異常状態で感温素子に
対する加熱電力の供給が確実に禁止制御されるものであ
り、この測定装置の信頼性の向上に大きな効果を発揮す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る熱式空気流量測定装
置を説明する回路構成図、第２図は上記実施例で使用さ
れるヒータ保護回路を説明する回路図である。 １１・・・吸気管、１２・・・感温素子、１３・・・温
度測定素子、１７・・・トランジスタ（加熱電力開閉）
、１８・・・コンパレータ、１９・・・フリップフロッ
プ回路、２１・・・エンジン制御ユニット、２３・・・
基準電圧電源、２４・・・ヒータ保護回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　測定すべき空気流中に設定された温度抵抗特性
   を有する感温素子と、 特定された周期で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、上記感温素子に対する加熱電力
   を供給制御する開閉素子と、上記加熱電力によって上記
   感温素子が特定される温度状態まで上昇されたことを検
   出する手段と、 この手段からの検出信号に基づいて上記開閉素子を制御
   し、上記感温素子に対する加熱電力を遮断制御する手段
   と、 上記感温素子に対する加熱電力供給時間幅を表現した信
   号を測定信号として出力する手段と、上記感温素子に対
   する加熱電力の電源電圧を監視して、この電源電圧が測
   定動作の正常動作を保証できない異常状態となったこと
   を検出する異常電圧状態検出手段と、 この検出手段からの異常電圧状態検出信号で異常電圧が
   検出された状態で、上記加熱電力に対する加熱電力の供
   給を禁止する保護手段と、を具備したことを特徴とする
   熱式空気流量測定装置。
2. （２）　上記異常電圧状態検出手段は、上記電源電圧が
   測定の正常動作の保証されない低い電圧状態となったこ
   とを検出する回路によつて構成されるようにした特許請
   求の範囲第１項記載の熱式空気流量測定装置。
3. （３）　上記保護手段は、上記異常電圧状態検出手段で
   異常電圧が検出された状態で、上記開閉素子を閉じる状
   態に設定し、上記感温素子への加熱電力の供給を遮断す
   るように構成した特許請求の範囲第１項記載の熱式空気
   流量測定装置。
4. （４）　上記保護手段は、上記異常電圧状態検出手段で
   異常電圧を検出した状態で、上記スタートパルス信号を
   マスクする手段によつて構成されるようにした特許請求
   の範囲第１項記載の熱式空気流量測定装置。