JPS6255518A - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、例えばエンジンの吸入空気流量を測定し、
電子的なエンジン制御ユニットにおいて、上記エンジン
の電子１Ｉｉ１１１１１のために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］ 例えば、自動車等に搭載されるエンジンにあっては、そ
の燃料噴射量、点火時期等をマイクロコンピュータを用
いた電子的な制御ユニットによって制御することが行わ
れている。このような電子的なエンジン制御、を実行す
る場合、このエンジンの運転状態を電子的に監視し、そ
の監視データを制御ユニットに対して供給して、この制
御ユニットにおいては上記監視データに基づいて燃料噴
射量等のエンジン制御データを演算している。

このようなエンジン制御のためのエンジンの運転状態の
監視手段としては種々のものが存在するものであるが、
例えばエンジンの吸入空気流量の状態は、常時エンジン
の運転状態に直接的に関係するものとして、監視測定さ
れているものである。

このような吸入空気流量の測定手段としては、例えば特
開昭５５−９８６２１号公報に示されるように、温度−
抵抗特性を有する感温素子を吸気管の中に設定する空気
流量測定手段が知られている。すなわち、感温素子に対
して加熱電力を供給して発熱制御させ、この感温素子の
温度状態を監視して、その温度が特定される温度状態に
保つために要求される加熱電力量から、空気流面が算出
されるようにしているものである。

しかし、このような測定装置にあっては、測定出力信号
が電流値のようなアナログデータでなるものであるため
、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、エンジン制御ユニットで使用されるようにする
必要がある。すなわち、信号処理に精度の高い回路要素
が要求されるものであり、また精度の高い空気流量測定
データを得ることが困難である。

このような点を考慮して、空気流量が時間幅によって表
現されるようにした熱式の空気流量測定装置が本件出願
人によって提案されている。すなわち、感温素子に対し
て定電圧制御された加熱電力を供給し、感温素子が特定
温度状態まで上昇するに必要な時間幅をパルス状信号に
よって表現するようにしているものである。すなわち、
このパルス状信号のパルス時間幅をクロック信号にょっ
て計数することによってディジタル状の空気流口データ
が得られるようになる。

また、このようなパルス状の信号は出力回路で　□波形
整形を実行する場合、電圧の不安定が原因となってパル
ス時間幅が正確に表現されない場合が存在する。このよ
うな点を考慮して１つのパルス状出力信号を一対のパル
ス信号によって表現して、この一対のパルス信号の周期
幅を計測するようにした出力回路を構成することが考え
られている。

第４図はパルス状信号のパルス時間幅を一対のパルス信
号で表現されるようにする出力回路の例を示すもので、
入力信号ａとしては、第５図（Ａ）に示すようなパルス
幅Ｔの信号が供給される。また、この出力回路にあって
は、定電流回路１１を介して充電制御されるコンデンサ
１２を備えるもので、このコンデンサ１２は入力信号の
存在しない状態で、インバータ１３の出力によって閉じ
られるように制御されるスイッチ１４を介して放電状態
に設定されている。この場合、この放電回路には定電流
回路１５が設けられている。

したがって、上記コンデンサ１２は入力信号ａの立上が
りと共にスイッチ１４が開路されるため、定電流回路１
１を介して特定される時定数で充電されるようになり、
その充電電位は第５図で（Ｂ）に示すようになる。そし
て、この充電電位が基準電′ｇＡ１６で設定される電位
ｖｔｈを越えるとコンパレータ１７が出力反転し、イン
バータ１８の出力が第５図の（Ｃ）に示すように立上が
る。このインバータ１８からの出力信号は、上記入力信
号と共に排他的オア回路１９に供給されているものであ
り、したがってこの排他的オア回路１９がらの出力信号
は、入力信号の立上がりエツジで立上がり、コンパレー
タ１７の出力の反転と共に立下がる第５図の（Ｄ）にＩ
で示すような第１のパルス信号を表現するようになる。

そして、この状態でコンデンサ１２は電源電圧状態まで
充電される。

そして、第５図（Ａ）に示す入力信号が立下がると、ス
イッチ１４が閉じられてコンデンサ１２が定電流回路１
５を介して放電されるようになり、このコンデンサ１２
の端子電圧が基準電源１６の電圧を越えて低下する状態
でコンパレータ１８の出力が反転する。そして、排他的
オア回路１９から入力信号の立下がりエツジで立上がる
第５図（Ｄ＞に示すパルス信号■が得られるようになる
。

すなわち、入力パルス状信号の立上がりおよび・立下が
りエツジにそれぞれ対応した第１および第２のパルス信
号■および■が得られるものであり、この両パルス信号
の時間間隔が時間幅Ｔを表現するようになる。

しかし、このような出力回路を用いた場合、例えば第６
図の（Ａ）に示すように入力パルス状信号のパルス時間
幅が非常に小さな状態となった場合、同図の（Ｂ）に示
すようにコンデンサ１２が充分に充電される前に入力信
号の立下がりエツジが到来する状態となる。このような
状態となると入力信号の立下がりエツジによってコンデ
ンサ１２の放電開始が制御されるときには、このコンデ
ンサ１２の端子電位が充分に上昇していないため、極く
小時間の間にその端子電位がコンパレータ１１の基準電
圧状態となり、コンパレータ１７の出力が反転する。し
たがって、インバータ１８の出力信号は第６図＜Ｃ＞に
示すようになり、さらに排他的オア回路１９から得られ
る出力信号は、同図（Ｄ）に示すようになる。

すなわち、このような状態では、入力信号の立上がりに
対応する第１のパルス信号工は、時間幅ｔ１の正常状態
で発生されるが入力信号の立下がりに対応する第２のパ
ルス信号■は、非常の小さな時間幅ｔ２の状態となる。

したがって、このような状態の測定出力信号の、特に第
２のパルス信号のパルス幅は、計測に必要な時間幅を設
定できない状態も発生するおそれがある。

［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、空気
流量測定信号は時間幅を表現したパルス状信号で構成さ
れる場合、このパルス状信号の表現時間幅を第１および
第２のパルス信号によって効果的に表現されるようにす
ると共に、特にこの第１および第２のパルス信号のパル
ス幅が、確実に制御ユニット等で計測可能な状態に設定
され、空気流量測定信号が効果的に電子的に制御で使用
され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。

［問題点を解決するための手段１ すなわち、この発明に係る空気流量測定装置にあっては
、測定すべき空気流中に温度−抵抗特性を有する感温素
子を設定し、この感温素子に対して加熱電力を供給制御
して、感温素子の温度が特定される温度状態まで上昇す
るに必要な時間幅を、パルス幅によって表現したパルス
状信号を測定信号として取出すようにする。この測定信
号は、その立上がりおよび立下がりエツジでそれぞれ立
上がる第１および第２のパルス信号を発生する出力回路
に供給するもので、この出力回路では上記両エツジの検
出と共に、所定の時定数で充電および放電開始されるコ
ンデンサを備え、このコンデンサの電位が設定されるレ
ベルを越える状態で上記第１および第２のパルスを立下
がり制御し、さらに上記コンデンサを急速に充電あるい
は放電制御するようにしているものである。

［作用］ 上記のような空気流量測定装置にあっては、その出力回
路でパルス状の信号が入力されるとその信号の立上がり
および立下がりにそれぞれ対応して第１および第２のパ
ルス信号が立上がるようになる。この場合、コンデンサ
が所定の時定数で充電され、あるいは放電されるように
なるものであり、このコンデンサの端子電位が設定レベ
ルを越える状態で上記第１および第２のパルスが立下が
り制御される。この場合、コンデンサの電位が設定レベ
ルを越える状態で急速に充電あるいは放電制御されるも
のであるため、このコンデンサの電位は上記第１および
第２のパルスが発生された状態で次の動作の待機状態の
電位にまで急速に充放電制御され、したがって上記第１
および第２のパルス信号のパルス幅は、安定した状態に
設定され、制御ユニット等で効果的に計測読み取られる
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図はその構成を示したもので、エンジンの吸入空気
流量を測定する場合を例にして示している。すなわち、
吸気管２１の中に感温素子２２および温度測定素子２３
が設定されているもので、これら感温素子２２および温
度測定素子２３は温度によって抵抗値が変化設定される
、例えば白金線等による抵抗素子によって構成され、そ
れぞれ吸気管２１に流れる空気流に対して接触するよう
に設定されている。そして、この感温素子２２には固定
の抵抗２４が接続され、さらに温度測定素子２３には抵
抗２５オよび２６の直列回路が接続されて、ブリッジ回
路が構成されるようになっている。そして、上記感温素
子２２と温度測定素子２３との接続点に、トランジスタ
２７を介して加熱電力が供給されるようにする。

また、上記感温素子２２と抵抗２４との接続点ａ、およ
び抵抗２５と２６との接続点すはそれぞれコンパレータ
２８に対して接続されているもので、上記加熱電力によ
って感温素子２２の温度が温度測定素子２３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
上昇したときに、上記コンパレータ２８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２８からの出力信号は、フリップフロ
ップ回路２９をリセットする。このフリップフロップ回
路２，９は、エンジン制御ユニット３０で発生されるス
タートパルス信号Ｔｉｎによってセット制御されるもの
で、このスタートパルス信号は、例えばエンジンの回転
に同期する状態で周期的に発生されるものである。

このフリップフロップ回路２９のリセットが出力端子Ｑ
からの出力信号は、バッファを適宜介してスイッチ素子
３１を投入制御する。このスイッチ素子３１は上記トラ
ンジスタ２７のベース回路を接地としているもので、こ
のスイッチ素子３１０開路状態、すなわちフリップフロ
ップ回路２９のセット状態でトランジスタ２７がオン制
御され、感温素子２２を含むブリッジ回路に加熱電力を
供給設定するようになる。また、フリップフロップ回路
２９のセラ１〜側出力端子Ｑからの出力信号は、バッフ
ァを介して出力回路３２に導かれ、この出力回路３２か
らのフリップフロップ回路２９のセット状態に対応する
出力信号は、測定出力信号ＴＯｔｌｔとしてエンジン制
御ユニット３０に供給する。

ここで、上記トランジスタ２７から感湿素子２２部に供
給される加熱電力の電圧は、基準電圧電源３３で設定さ
れる基準電圧とＯＰアンプ３４で対比されているもので
、このＯＰアンプ３４の出力信号でトランジスタ２７の
ベース電位を制御するようにしている。すなわち、感温
素子２２を含むブリッジ回路に供給される加熱電力の電
圧は、上記基準電圧を基準にして定電圧制御されるよう
にしている。

すなわち、上記のように構成される空気流ｍ１ｌｌｉ定
装置にあっては、エンジンの回転に同期する状態で発生
されるスタートパルス信号Ｔｉｎによってフリップフロ
ップ回路２９がセットされ、加熱電力が立上がり制御さ
れ、感温素子２２が発熱されるようになる。そして、こ
の感温素子２２の温度が空気温度に対して特定される温
度状態まで上昇すると、コンパレータ２８から出力信号
が発生され、フリップフロップ回路２９をリセットして
、上記加熱電力が遮断制御される。この場合、感温素子
２２は吸入空気流に接触される状態に設定され、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２２の加熱電力による温度上昇速
度は、上記空気流量に反比例するようになる。したがっ
て、加熱゛電力が立上がり、コンパレータ２８から出力
信号が発生されるまでの時間幅は、吸気管２１に流れる
吸入空気流量に対応するように　′なる。すなわち、フ
リップフロップ回路２９のＱ端子から得られる、そのセ
ットおよびリセットに対応して発生されるパルス状信号
のパルス時間幅は、測定空気流量を表現するようになる
。そして、このパルス状出力信号は、出力回路３２に供
給され、この出力回路３２から上記パルス時間幅に相当
する時間幅を表現して信号は、空気流量測定信号として
エンジン制御ユニット３０に対して供給されるようにな
る。

第２図は上記出力回路３２を詳細にして示すもので、そ
の入力端子４１に対しては、上記フリップフロップ回路
２９のセット状態でハイレベルとなる第３図で（Ａ）で
示すような信号が入力される。この信号は、スタートパ
ルス信号に同期して立上がり、空気流量測定時間幅Ｔを
表現するパルス状信号でなる。この入力信号は、アンド
回路４２、ノア回路３３および排他的オア回路４４に対
して供給され、さらにインバータ４５に供給される。

上記アンド回路４２およびノア回路４３からの出力信号
は、それぞれスイッチ素子４６および４７を投入制御す
るもので、スイッチ素子４６は定電流回路４８゜並列接
続され、またスイッチ素子４７は同じく定電流回路４９
に並列に接続されている。そして、上記定電流回路４９
はスイッチ素子５０を介して接地されているもので、こ
のスイッチ素子５０は上記インバータ４５の出力で投入
制御される輿うになっている。

上記定電流回路４８は電源ＶＣＣに対して接続されてい
るもので、コンデンサ５１に対して充電電流を供給する
ものであり、またスイッチ素子５０が投入されている状
態で、このコンデンサ５１の充電電荷が定電流回路４９
を介して放電されるようになっている。

このコンデンサ５１の端子電圧は、コンパレータ５２で
基準電源５３で設定される基準電圧と比較されているも
ので、コンデンサ５１の端子電圧が基準電圧を越える状
態でコンパレータ５２からの出力信号がローレベルとな
るように設定されている。このコンパレータ５２からの
出力信号は、インバータ５４で反転して前記排他的オア
回路４４に供給すると共に、アンド回路４２およびノア
回路４３に供給する。

すなわち、入力端子に供給される信号がローレベルの状
態である初期状態では、コンデンサ５１は放電状態であ
り、コンパレータ５２の出力はハイレベルとなっていて
、インバータ５４の出力はローレベルである。したがっ
て、この状態ではアンド回路４２からは出力信号が発生
されず、スイッチ素子４６は開路状態となっているもの
であり、またノア回路４３の出力によってスイッチ４７
が投入され、コンデンサ５１の端子電圧は接地電位であ
る。

このような状態で第３図の（Ａ）に示す時間幅Ｔ１のパ
ルス状信号が入力されると、アンド回路４２の出力は第
３図（Ｂ）に示すようにそのままであるが、その立上が
りエツジに対応してインバータ４５の出力が反転してス
イッチ素子５０を開路すると共に、ノア回路４３の出力
が第３図（Ｃ）で示すように立下がりスイッチ素子４７
が開路される。

すなわち、この状態でコンデンサ５１に対する時定数の
設定された充電回路が形成されるようになるもので、コ
ンデンサ５１は定電流回路４８を介して充電されてその
端子電圧は第３図に（Ｄ）で示すように上昇する。そし
て、このコンデンサ５１の端子電圧が、基準電源５３で
設定される基準電圧ｖｔｈを越えると、コンパレータ５
４の出力が反転し、インバータ５４の出力が第３図（Ｅ
）に示すようになる。したがって、排他的オア回路４４
からは、入力信号の立上がりと共に立上がり、インバー
タ５４の出力の立上がりと共に立下がる第３図の（Ｆ）
に示す第１のパルス信号■が発生される。また、同時に
このインバータ５４のハイレベルとなった出力によって
アンド回路４２のゲートが開かれるようになり、スイッ
チ素子４６を投入してコンデンサ５１を電源電圧Ｖｃｃ
まで急速充電する。すなわち、コンデンサ５１の端子電
圧は、第３図の（Ｄ）で示されるように、ｖｔｈを越え
る状態で急速にＶｃｃにまで充電されるようになるもの
である。

そして、次に入力信号の立下がりエツジが入力されるよ
うになると、アンド回路４２の出力がローレベルとなっ
てスイッチ素子４６が開かれてコンデンサ５１に対する
急速充電回路が断たれる。また、インバータ４５の出力
によってスイッチ素子５０が投入され、コンデンサ５１
の時定数を持った放電回路が形成される。したがって、
コンデンサ５１の端子電圧は、第３図（Ｄ）に示される
ように時定数を持って低下し、その端子電圧がｖｔｈを
越えたときにコンパレータ５２の出力が反転して、イン
バータ５４の出力がローレベルとなる。そして、この状
態でノア回路４３の出力がハイレベルとなり、スイッチ
素子４７を閉じてコンデンサ５１を急速放電するように
なる。

そして、排他的オア回路４４からは、第３図（Ｆ）に■
で示すような第２のパルス信号が発生されるようになる
もので、第１のパルス信号工と第２のパルス信号■との
時間間隔Ｔ１は入力信号のパルス時間幅Ｔ１と一致する
ようになる。したがって、この第１および第２のパルス
信号がエンジン制御ユニット３０に供給され、そのパル
ス間隔Ｔ１が空気流量測定データとして計測され、エン
ジン制御データを演譚するために使用されるようになる
ものである。

また、この出力回路３２に対して、第３図（Ａ）に示す
ように小ざな時間幅Ｔ２を表現した空気流量測定信号が
入力された場合を想定してみると、入力パルス状信号の
立上がりによってコンデンサ５１が充電され、その端子
電圧がｖｔｈに達すると直ちにスイッチ素子４６が投入
されて、このコンデンサ５１が急速充電される。したが
って、第１のパルス信号が発生されてからすぐに入力信
号が立下がるような状態となっても、このときにはコン
デン・す５１の端子電圧はＶｃｃの状態となっているも
のであり、第２のパルス信号の形成制御が正常に実行さ
れるようになる。すなわち、入力パルス状信号で表現さ
れたパルス時間幅が狭い状態であっても、第１および第
２のパルス信号の幅は等しいｔの状態に設定され、エン
ジン制御ユニット３０において確実に計測検知されるよ
うになる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る空気流量測定装置にあって
は、パルス時間幅によって測定空気量を表現したパルス
状の測定信号が発生されるものであるため、その時間幅
を計測することによって空気流山信号がディジタル的に
得られるようになる。

しかし、このようなパルス時間幅で測定値を表現したパ
ルス状信号をそのまま使用する場合には、制御ユニット
部のフィルタ機能を含む入力回路によって、パルス信号
の立下がりおよび立下がり部分を積分し、設定される閾
値によってその積分波形を読み取り、波形整形をして入
力するものであるが、信号レベル等の変化によって読み
取り時間幅に誤差がでる可能性があった。しかし、上記
の　。

ように測定信号のパルス時間幅を第１および第２の一対
のパルス信号によって表現し、この一対のパルス信号の
立上がりタイミング時間幅によって測定データを読み取
られるようにしたので、非常に正確な状態で空気流山信
号データが読み取られるようになる。また、この場合上
記第１および第２のパルス信号のそれぞれパルス幅は、
確実に安定した幅に設定することができるようになって
いるものであり、したがってこの一対のパルス信号によ
る空気流量測定出力信号は確実に計３１１Ｊ読取られる
ようになる。

【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
れる出力回路の例を示す回路図、第３図は上記出力回路
の動作状態を説明する信号波形図、第４図はこれまで考
えられていた出力回路の例を示す回路図、第５図は上記
出力回路の動作状態を説明する信号波形図、第６図は同
じく入力信号が特殊な場合の動作を説明する信号波形図
である。 ２１・・・吸気管、２２・・・感温素子、２３・・・温
度測定素子、２７・・・トランジスタ（加熱電力開閉）
、２８・・・コンパレータ、２９・・・フリップフロッ
プ回路、３０・・・エンジン制御ユニット、３２・・・
出力回路、４２・・・アンド回路、４３・・・ノア回路
、４４・・・排他的オア回路、４６．４７．５０・・・
スイッチ素子、４８．４９・・・定電流回路、５１・・
・コンデンサ、５２川コンパレータ。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第３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
   が変化する特性を有する抵抗素子によつて構成される感
   温素子を備え、この感温素子に加熱電力を供給すること
   によって上記感温素子が特定される温度状態まで上昇す
   るに必要な時間幅をパルス幅によつて表現したパルス状
   出力信号を発生する空気流量測定部と、 上記パルス状出力信号の立上がりおよび立下がりエッジ
   にそれぞれ対応して立上がる、上記１つのパルス状出力
   信号に対して第１および第２のパルス信号を形成する出
   力回路とを具備し、この出力回路は、上記パルス状信号
   の立上がりエッジで特定される時定数で充電あるいは放
   電開始されるコンデンサ、 このコンデンサの電位が特定される電位になった状態で
   急速に充電あるいは放電制御する手段、上記パルス状信
   号の立下がりエッジで上記コンデンサを特定される時定
   数で放電あるいは充電制御する手段、 このコンデンサの電位が特定される電位となった状態で
   上記コンデンサを急速に放電あるいは充電制御する手段
   を備え、 上記パルス状信号の立上がりおよび立下がりエッジそれ
   ぞれで立上がり、上記コンデンサの電位が特定されるレ
   ベル状態となるまで変化した状態となるまで持続する第
   １および第２のパルス信号が出力信号として出力される
   ようにしたことを特徴とする熱式空気流量測定装置。