JPS6255516A - 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流量を測定し、
上記エンジンの電子的な制御手段で効果的に使用できる
ようにする熱式の空気流量測定装置に関する。

［背景技術］ エンジンの例えば燃料噴射量、点火時期等を電子的に制
御する場合、このエンジンの運転状態を監視したデータ
が必要となってくる。例えば、工ンジンの回転速度デー
タ、冷却水温データ、スロットル開度データ等と共に、
吸入空気量データが必要となる。そして、ここで要求さ
れるデータの形態は、電子的な制御ユニットを構成する
マイクロコンピュータにおいて効果的に使用できるディ
ジタル的なデータであることが要望されるものであり、
吸入空気流量の測定手段として、ディジタル的な測定出
力が得られるものが考えられている。

すなわち、吸気管の中に温度によって抵抗値の変化する
感温素子を設定し、この感温素子に加熱電力を供給して
発熱制御して、この感温素子の温度が特定される温度ま
で上昇するに必要な時間幅を測定するもので、この測定
時間幅が空気流量を表現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供給される加熱電力は
、定電圧制御する必要があるものであり、定電圧制御回
路によって上記加熱電力のオン・オフ制御と共に電圧制
御が実行されるようにしている。

例えば、加熱電力はパワートランジスタによって周期的
に立上がり制御されるようにするものであり、また感温
素子の温度が所定の温度まで上昇したときに、上記パワ
ートランジスタをオフ制御して、加熱電力を遮断制御さ
せるようにする。この場合、上記パワートランジスタか
ら感温素子に供給される加熱電力の電圧を、設定される
基準電圧と差動増幅器で比較し、この差動増幅器の出力
で上記パワートランジスタのベースバイアスを制御する
。そして、上記加熱電力の電圧が基準設定されるように
している。

この場合、上記パワートランジスタのオン・オフ制御は
、このトランジスタのベース回路を接地するように接続
した制御用トランジスタによって行なうものであり、パ
ワートランジスタをオン制御する場合は、制御用トラン
ジスタをオフ制御し、パワートランジスタをオフして加
熱電力を遮断する場合には、制御用トランジスタをオン
制御するようにしている。

このようにして感温素子に対する加熱電力の制御手段に
おいて、上記差動増幅器の出力段が、例えばＮＰＮＩ−
ランジスタによって構成されていたとすると、上記制御
用トランジスタのオン状態で、上記ＮＰＮｔ−ランジス
タの出力部分が強制的に接地される状態となる。したが
って、この出力段のＮＰＮトランジスタがオフ状態であ
ったとしても、この出力段に接続設定されている位相補
償用のコンデンサの出力側が接地電位とされる。

そして、このような状態で加熱電力を立上がらせるため
に制御用トランジスタがオフ状態に反転制御されると、
上記コンデンサの出力側電圧は所定の電圧まで充電され
るようになり、この差動増幅器の出力電圧も上昇するよ
うになる。しかし、この差動増幅器の出力電圧は、定電
圧制御を実行するための所定のフィードバック制御する
電圧まで急峻に立上がらず、第５図で示すようにこの差
動増幅器のスルーレートによって定まる傾きをもって立
上がるようになる。したがって、この立上がりの遅れ分
が加熱電力の立上がり電圧に表現されるようになり、空
気流量測定誤差を発生させる要因となっている。

［発明が解決しようとする問題点コ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、特に
加熱電力がその立上がりから所定の電圧状態に設定され
るようにして、感温素子の発熱制御が正確に実行される
ようにし、例えばエンジンの吸入空気流量の測定が常に
正確な状態で実行されるようにした熱式空気流量測定装
置を提供しようとするものである。

［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、測定すべき空気流中に設定される感温素子に対す
る加熱電力をトランジスタによってオン・オフ制御する
ようにしているものであり、このトランジスタのベース
をスイッチ素子によって接地回路に接続することによっ
て、トランジスタがオフ状態に制御されるようにしてい
る。そして、感温素子に対して供給制御される加熱電力
の電圧は、差動増幅器によって基準電圧と対比し、この
差動増幅器の出力によって上記トランジスタのベースを
制御して、上記加熱電力を定電圧制御するように構成し
ている。この場合、上記差動増幅器の出力段に設定され
る位相補償用のコンデンサの出力側は、特に上記スイッ
チ素子のオン状態で所定の電位に設定されるようにする
ものである。

［作用コ このように構成される空気流量測定装置にあっては、上
記スイッチ素子をオフ状態に設定することによって、感
温素子に対して定電圧設定された加熱電力が供給される
ものであり、スイッチ素子のオン状態でトランジスタが
オフ制御され、上記加熱電力が遮断制御されるようにな
る。そして、このスイッチ素子のオン状態では、上記差
動増幅器の出力側が接地回路に接続される状態となるも
のであるが、この差動増幅器の出力段に接続される位相
補償用のコンデンサの出力側は、所定の電位状態に設定
されるようになる。したがって、上記スイッチ素子がオ
フ制御され、トランジスタがオン制御されて加熱電力が
立上がる状態で、差動増幅器の出力はスルーレートによ
る遅れのない状態で立上がるようになる。このため、加
熱電力はその立上がり時から所定の定電圧制御がされる
ようになって、感温素子の発熱制御が高精度の立上がり
で実行されるようになり、精度の高い空気流量測定動作
がされるようになるものである。

し発明の実施例］ 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測定装置を構成する場
合を例にして示すもので、吸気管１１の中に感温素子１
２および温度測定素子１３が設定される。この感温素子
１２および温度測定素子１３は、共に温度によって抵抗
値の変化する例えば白金線等による抵抗素子によって構
成されるものであり、この感温素子１２および温度抵抗
素子１３は、吸気管１１を流れる空気流に接触されるよ
うに設定されている。

感湿素子１２は固定の抵抗１４を介して接地され、また
温度測定素子１３は固定の抵抗１５および１６を直列に
介して接地されるようになっているものであり、これら
感温素子１２、温度測定素子１３、および抵抗１４〜１
６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となる感温素子１
２と温度抵抗素子との接続点には、トランジスタ１７を
介して加熱電力が供給制御されるようになっている。

上記ブリッジ回路の出力端となる感温素子１２と抵抗１
４との接続点ａおよび抵抗１５と１６との接続点すは、
コンパレータ１８に接続されるものであり、感温素子１
２の温度が温度測定素子１３で測定される吸入空気温度
より、特定される温度差が設定されるまで上昇したとき
に、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。

このコンパレータ１８からの出力信号は、フリップフロ
ップ回路１９をリセット制御する。このフリップフロッ
プ回路１９は、エンジン制御ユニット２０から発生され
るスタートパルス信号Ｔｉｎによってセット制御される
ようになっているものであり、このスタートパルス信号
Ｔｉｎはエンジンの回転に同期する状態で周期的に発生
されるようになっている。

そして、このフリップフロップ回路１９のセット時の出
力信号Ｑは、適宜バッファアンプを介して出力回路２１
に導き、測定出力信号ＴＯ１ｌｔとしてエンジン制御ユ
ニット２０に供給する。また、フリップフロップ回路の
リセット時出力Ｑは、スイッチ素子２２を制御するよう
になっているもので、このスイッチ素子２２は上記トラ
ンジスタ１７のベース回路を接地する。すなわち、スイ
ッチ素子２２のオン状態でトランジスタ１７がオフ制御
され、スイッチ２２のオフ状態でトランジスタ１７がオ
ン制御されるようになっている。したがって、フリップ
フロップ回路１９のセット状態でトランジスタ１７がオ
ン状態となって、感温素子１２を含むブリッジ回路に加
熱電力が供給設定されるようになる。

トランジスタ１１を介して感温素子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
圧と差動増幅器２４で対比′され、その差動出力によっ
てトランジスタ１７のベースが制御されるようにする。

すなわち、上記加熱電力の電圧は上記基準電圧によって
基準制御され、定電圧設定されるようになっている。

すなわら、この空気流量測定装置にあっては、エンジン
制御ユニット２０からエンジン回転に同期する状態でス
タートパルス信号Ｔｉｎが発生されると、この信号によ
ってリセット状態にあったフリップフロップ回路１９が
セットされ、スイッチ素子２２がオフ制御されるように
なる。したがって、トランジスタ１７がオンし、定電圧
制御された加熱電力が感温素子１２を含むブリッジ回路
に供給される。

そして、感温素子１２はこの加熱電力によって発熱され
、その温度が上昇するようになる。この場合、感温素子
１２に対しては吸気管１１に流れる空気流が接触して、
その放熱効果が上記空気流によって設定されるようにな
るものであるため、感温素子１２の温度上昇速度は空気
流に影響されるようになる。

具体的には、空気流量の大きい状態で温度上昇速度が小
さく、空気流量の小さな状態で温度上昇速度が大きくな
る。

そして、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差が設定される
まで上昇すると、コンパレータ１８から出力信号が発生
され、フリップフロップ回路１９がリセットされる。そ
して、スイッチ素子２２がオン制御され、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。

ここで、感温素子１２に加熱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、吸気管に流れる空気
流量に反比例する状態となるものであるため、感温素子
１２に加熱電流が供給されてから、遮断制御されるまで
の時間幅は、吸気管１１に流れる吸入空気流量に対応す
るようになる。したがって、フリップフロップ回路１９
のセット状態で発生されるパルス状の出力信号のパルス
時間幅は、測定空気流量を表現するようになる。

すなわち、出力回路２１に対しては、測定空気流量を表
現したパルス状信号が供給されるようになり、この出力
回路２１ではこのパルス状信号を適宜波形整形してエン
ジン制御ユニット２０に対して測定出力信号Ｔｏｕｔを
供給するようになるものである。

第２図は上記加熱電力を定電圧制御するための差動増幅
器２４に対応する部分を詳細に示すもので、この差動増
幅器２４の差動対部分には、詳細は示していないが加熱
電力の電圧信号および基準電圧信号が供給されている。

そして、その差動出力は出力段を構成するトランジスタ
Ｔｒ１に対して供給されるもので、のトランジスタＴｒ
１からの出力信号はトランジスタＴｒ２で増幅してＰＮ
ＰトランジスタＴｒ３を制御するようになる。そして、
このトランジスタＴｒ３のコレクタと出力段の入力部分
との間には、位相補償用のコンデンサＣが接続されてい
る。

そして、通常状態にあっては、このトランジスタＴｒ３
のコレクタ出力によってトランジスタ１７のベースを制
御するようになる。

この場合、トランジスタ１７のベース回路は、例えばト
ランジスタ素子によって構成されるスイッチ素子２２を
介して接地されるようになっているものであり、したが
ってこのスイッチ素子２２のオン状態では上記トランジ
スタＴｒ３のコレクタ回路は接地され、コンデンサＣの
出力側が接地電位とされるものである。したがって、こ
の状態でスイッチ素子２２がオフ制御され、トランジス
タ１７を介して感温素子１２に供給する加熱電力が立上
がったときには、コンデンサＣの出力側電位は急峻に立
上がらず、第５図で示したような立上がり特性となるも
のである。

そこで上記差動増幅器２４にあっては、上記ＮＰＮトラ
ンジスタＴｒ３の出力でさらにＰＮＰトランジスタ７ｒ
４を制御するようにし、このトランジスタＴｒ４によっ
てトランジスタ１７を制ｍ＋するように構成する。

すなわち、スイッチ素子２２がオン状態にあるときは、
出力段のトランジスタＴｒ３はオフ状態となっているも
のであり、したがってコンデンサＣの出力側は、電圧Ｖ
ｃｃに設定されるようになる。したがって、スイッチ索
子２２がオン状態からオフ状態に反転すると、この差動
増幅器２４の出力電圧は第３図に示すように接地電位か
ら瞬時にＶｃｃまで立上がり、その後所定の電圧までス
ルーレートによって定まる傾きで立下がり安定するよう
になる。

ここで、スイッチ素子２２がオン状態のときに、コンデ
ンサＣの出力側の点Ａを、予めブリッジ回路に供給され
る加熱電力の設定電圧状態の保持されるようにしておけ
ば、コンデンサＣの出力側電位は上記設定電圧に保たれ
、第３図に破線で示すように理想的な立上がりを示すよ
うになる。

第６図は位相補償用のコンデンサＣの出力側電位を設定
する手段の例を示すもので、トランジスタｌ”ｒ３のコ
レクタとトランジスタＴｒ４のコレクタとの間に、電３
Ｎ　Ｖ　ＣＣに対して順方向となるように４個のダイオ
ードＤを直列にして接続する。すなわち、Ａ点はこの４
個のダイオードＤの電圧降下分（０，７ＶＸ４）に対応
する電位２．８ｖに保たれるようになり、ブリッジ回路
の供給電圧が２．８■のときに、加熱電力の立上がりを
理想的な状態とすることができる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る熱式空気流旦測定装置にあ
っては、測定空気流量を時間幅で表現したディジタル的
な状態の空気流量測定信号が発生されるものであり、マ
イクロコンピュータ等を利用した電子的な制御ユニット
において、効果的に利用できるようになるものであり、
エンジン制御に好適な状態となる。また、この測定装置
において感温素子に対して断続して供給されるようにな
る加熱電力は、急峻に立上がる定電圧制御されたものと
することができ、空気流量測定精度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空気流量測定装置を
説明する回路構成図、第２図は上記装置で使用される差
動増幅器部分を取出して示す回路図、第３図は上記測定
装置の加熱電力の立上がり特性を説明する図、第４図は
上記差動増幅器部分の他の例を示す回路図、第５図は通
常の差動増幅器による制御特性を説明する図である。 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・・・フリツプフロツ
プ回路、２０・・・エンジン制御ユニット、２２・・・
スイッチ素子、２３・・・基準電圧電源、２４・・・差
動増幅器、Ｃ・・・位相補償用コンデンサ。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦・・・　４　図 第５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　測定すべき空気流中に設定された、温度によつて抵抗
   値の変化する特性を有する感温素子と、上記感温素子に
   対して加熱電力を供給制御する開閉制御素子として使用
   されるトランジスタと、このトランジスタのベース回路
   を接地回路に接続制御してオン・オフ制御する制御用の
   スイッチ素子と、 周期的に発生されるスタートパルス信号によって上記ス
   イッチ素子をオフ制御し、上記トランジスタを介して供
   給される上記感温素子に対する加熱電力を立上がり制御
   する手段と、 上記感温素子の温度が上記加熱電力によつて特定される
   温度まで上昇したことを検知し、上記スイッチ素子をオ
   ン制御して上記感温素子に対する加熱電力を遮断制御す
   る手段と、 上記トランジスタを介して感温素子に供給される加熱電
   力の電圧を設定される基準電圧と対比して上記トランジ
   スタを制御し、上記加熱電力の電圧を定電圧制御する差
   動増幅器とを具備し、この差動増幅器の出力段部分の位
   相補償用のコンデンサの出力側が、上記スイッチ素子の
   オン状態で、所定の電位状態に設定されるようにしたこ
   とを特徴とする熱式空気流量測定装置。