JP2551972B2 - 内燃機関の吸入空気量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は内燃機関の吸入空気量測定装置に関するも
のである。

［従来技術］ 従来、内燃機関の吸入空気量の測定に熱式空気量計を
用いた吸入空気量測定装置が、例えば特開昭55-50121号
公報や特開昭62-55517号公報にて開示されている。この
装置においては、その出力特性に温度特性が存在し、こ
の出力特性は、吸入空気量検出抵抗体からの放熱係数に
温度依存性があることから生じる。この温度特性を補償
するため、例えば特開昭62-55517号公報では第６図に示
すように、吸気管１内に設置され、空気温度により抵抗
値が変化する温度測定素子２と、同じく吸気管１内に設
置される吸入空気量測定用抵抗体３と、温度依存性を持
たない固定抵抗4,5,6とによってブリッジ回路を形成
し、同ブリッジ回路にて温度特性を補正するようになっ
ていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、放熱係数の温度特性は、吸入空気量測定用抵
抗体３の形状、材質、構成によっては吸入空気量に対し
て一定の特性とならず流量依存性をもつ場合があり、そ
の場合流量の大小に拘らず一定の補正を行なう従来の制
御方式では、測定する全空気量範囲に渡って、理想的な
温度特性の補償ができないという問題があった。

即ち、第７図に示すように、吸入空気量測定用抵抗体
３は支持基板７上に配置され、断熱部材８を介して支持
部材９に取付けられる。吸入空気量測定用抵抗体３から
の放熱経路は、測定する空気への熱伝達と、支持基板
７、断熱部材８を介して支持部材９への伝導伝熱の２つ
が存在する。そして、吸入空気量測定用抵抗体３の制御
温度をTH、測定する空気の温度をTa、両者TH,Taの温度
差をΔTH、空気の質量流速をｕ・ρとすると（ただし、
ｕは空気の流速、ρは空気の密度）、空気への熱伝達熱
量Q1と各部材7,8,9を介しての熱伝導熱量Q2は、 Q2＝α（Ta）・K2・ΔTH ただし、K1,K2は吸入空気量測定用抵抗体の形状、材
料、構成により決まる定数、β（Ta）は測定する空気の
物性値、α（Ta）は伝導伝熱経路を構成する材質7,8,9
の熱伝導度。

となり、総放熱量QTOTALは、 となる。

ここで、 と表す。

そして、第８図に総放熱係数Ｈ（Ta）の空気量による
変化を、第９図に の温度による変化を、第10図にα（Ta）・K2の温度によ
る変化の一般的な例を示す。第８図に示すように、 は質量流速ｕ・ρの関数であり、質量流速ｕ・ρの増加
に伴い単調に増加し、α（Ta）・K2は、質量流速ｕ・ρ
に対して一定の値になる。従って、質量流速ｕ・ρの大
小によって両者の総放熱係数Ｈ（Ta）に対する割合が変
化する。又、両者のそれぞれの温度特性は、第９図に示
すようにβ が温度の増加に伴い増加する正の温度特性を、又、第10
図に示すようにα（Ta）・K2が逆に温度の増加に伴い減
少する負の温度特性を持つ。その結果として、総放熱係
数Ｈ（Ta）の温度特性は、第11図（ａ），（ｂ），
（ｃ）に示すように空気流量によって異なり、それぞれ
の空気流量G1,G2,G3（G1＜G2＜G3）で異なる回路側での
補正が必要となる。

しかし、第６図に示す従来の装置では空気流量に無関
係に一定の補正しかできないため第12図に示すように、
例えば空気温度を20℃基準に設定した場合、その基準温
度である20℃から外れた−20℃や80℃においては、特定
の流量（G2）では最適な補正ができ出力誤差をなくする
ことができるが、他の流量（G1,G3）では補正が最適で
ないため誤差が発生し、全空気量範囲にわたって理想的
な温度特性の補正ができなかった。

この発明の目的は、全空気量範囲にわたって最適なる
温度補性を行なうことができる内燃機関の吸入空気量測
定装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は上記目的を達成すべく、測定すべき空気流
中に設置され、空気温度により抵抗値が変化する温度測
定素子と、測定すべき空気流中に設置される吸入空気量
測定用抵抗体と、温度依存性を持たない固定抵抗体とに
よりブリッジ回路を形成し、その温度特性の補正を行な
いつつ内燃機関の吸入空気量を測定するようにした内燃
機関の吸入空気量測定装置において、その抵抗値が異な
る前記固定抵抗体を複数組設けるとともに、その複数組
の固定抵抗体のいずれかを吸入空気量に応じて選択する
選択手段を設けた内燃機関の吸入空気量測定装置をその
要旨とするものである。

［作用］ 吸入空気量に応じて選択手段が、抵抗値が異なる複数
組の固定抵抗体のうちのいずれかを選択し、その固定抵
抗体による補正特性にて温度補正が行なわれる。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って
説明する。

第１図に示すように、内燃機関としてのエンジンの燃
焼室は吸気管11を介して空気を吸入するようになってい
る。吸気管11内には吸入空気量測定用抵抗体12と温度測
定素子13とが配置されている。この吸入空気量測定用抵
抗体12及び温度測定素子13は温度に対応した抵抗値で設
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、白金線等が使用される。吸入空気量測定用抵抗体
12及び温度測定素子13との接続点にはトランジスタTrを
介して加熱電力が供給されるようになっている。

前記吸入空気量測定用抵抗体12は固定抵抗14を介して
アースされている。一方、温度測定素子13は、切換手段
としての第１の切換回路15、直列接続してなる固定抵抗
体としての固定抵抗16,17とを介してアースされてい
る。又、温度測定素子13は、前記第１の切換回路15を介
して同じく直列接続してなる固定抵抗体としての固定抵
抗18,19が接続され、同抵抗18,19を介してアースされて
いる。この２組の固定抵抗16,17と固定抵抗18,19とは、
吸入空気量測定用抵抗体12の形状、材質等によって決め
られた異なる抵抗値を持つものである。そして、第１の
切換回路15の切換動作により、前記温度測定素子13に対
し固定抵抗16,17が接続された状態、又は固定抵抗18,19
が接続された状態に切換えることができるようになって
いる。

本実施例においては、吸入空気量測定用抵抗体12、温
度測定素子13、固定抵抗14、固定抵抗16,17又は固定抵
抗18,19とからブリッジ回路が構成されている。

前記固定抵抗16と固定抵抗17との間の接続点ａと、固
定抵抗18と固定抵抗19との間の接続点ｂとはそれぞれ切
換手段としての第２の切換回路20を介してコンパレータ
21の一方の入力端子に接続されている。そして、第２の
切換回路20の切換動作により、接続点ａとコンパレータ
21とが接続された状態、又は接続点ｂとコンパレータ21
とが接続された状態に切換えることができるようになっ
ている。この第２の切換回路20と前記第１の切換回路15
とは、図示しないエンジン制御用ユニットからの空気量
の大小によって発せられる切換信号によって、両切換回
路20,15が切換動作するようになっている。

又、前記吸入空気量測定用抵抗体12と固定抵抗14との
間の接続点ｃは前記コンパレータ21の他方の入力端子に
接続され、接続点ａ若しくはｂと接続点ｃの電位がコン
パレータ21で比較される。即ち、前記トランジスタTrが
オン状態で加熱電力が供給されたときの接続点ａ若しく
はｂと接続点ｃの電位が比較され、吸入空気量測定用抵
抗体12の温度が空気温度に対し特定される温度差が設定
される状態まで上昇したときにコンパレータ21から信号
が出力される。

前記コンパレータ21の出力端子はフリップフロップ回
路22のリセット端子に接続され、同回路22は周期的に出
力されるスタートパルス信号によってセットされる。こ
のフリップフロップ回路22の出力信号は、バッファ23を
介して図示しないエンジン制御ユニットに吸入空気流量
測定信号として供給される。又、バッファ23の出力信号
は前記トランジスタTrのベース端子に出力され、フリッ
プフロップ回路22がセット状態のときトランジスタTrを
オン状態にする。

又、前記吸入空気量測定用抵抗体12に対して供給され
る加熱電力は、基準電源24及びオペアンプ25によって構
成される定電圧回路によって、基準電源24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。又、上記スタートパルス信号の周期は、測定空気
流量の上限状態でバッファ23の出力信号の時間幅が同ス
タートパルス信号の周期の半分を越えないように設定さ
れている。即ち、吸入空気量測定用抵抗体12が完全に冷
却されたのちブリッジ回路に加熱電力が供給されるよう
になっている。

次に、このように構成した内燃機関の吸入空気量測定
装置の作用を説明する。

まず、空気量の大小によって図示しないエンジン制御
用ユニットから第１と第２の切換回路15,20の切換動作
を行なわせるための切換信号が出力され、固定抵抗16,1
7若しくは固定抵抗18,19を使用して接続点ａ若しくはｂ
と接続点ｃとの電位をコンパレータ21で比較するように
する。

このいずれかが選択された状態で、エンジンの回転に
同期してスタートパルス信号がフリップフロップ回路22
に出力されると、同フリップフロップ回路22がセットさ
れそのセットにて同回路22から信号が出力されてトラン
ジスタTrがオンする。すると、ブリッジ回路に加熱電力
が供給され吸入空気量測定用抵抗体12が発熱され、その
温度が吸気管11内を流れる空気流量に対応して上昇す
る。そして、吸入空気量測定用抵抗体12の温度が温度測
定素子13で観測される吸気温度に対し特定される温度幅
まで上昇すると、コンパレータ21からフリップフロップ
回路22のリセット端子に信号が出力され、同回路22がリ
セットされる。

このフリップフロップ回路22がセット中に出力される
信号が前記スタートパルス信号に基づいて出力されてか
らコンパレータ21からの信号により終了するまでの時間
をクロック信号数としてカウントすることにより吸気管
11に流れる吸入空気量を測定することができる。

以後、図示しないエンジン制御用ユニットからの空気
量の大小によって、第１と第２の切換回路15,20の切換
動作を行なわせるための切換信号が出力されつつ、スタ
ートパルス信号が出力されるたびにフリップフロップ回
路22のセット時間がシステムクロック信号等によってカ
ウントされ、吸気管11に流れる吸入空気量がデジタルデ
ータとして測定される。

この２組の直列抵抗16,17及び18,19を使った場合の補
正を第２図に示す。直列抵抗16,17を使ったブリッシ回
路を、18,19を使った場合をとすると、両者の補正
が異なる調整を行なっていることとなり、空気量の小さ
い領域では、ブリッジ、大きい領域ではブリッジを
用いる。従って、第３図に示すように、全空気量範囲に
わたって出力誤差の少ない温度特性を得ることができ
る。

このように本実施例においては、その抵抗値が異なる
固定抵抗体を２組、即ち、直列の固定抵抗16,17と直列
の固定抵抗18,19を設けるとともに、その複数組の固定
抵抗のいずれかを第１と第２の選択回路15,20にて吸入
空気量に応じて選択するようにした。従って、その選択
された固定抵抗による補正特性にて温度補正が行なわれ
るので全空気量範囲にわたってより高精度な温度特性の
補償が実現でき、最適なる補正を行なうことができる。

尚、この発明は上記実施例に限定されることはなく、
例えば、上記実施例ではエンジン制御用ユニットからの
切換信号でブリッジ回路の抵抗を切換えて使用をした
が、第４図に示すように、吸入空気量測定装置内に出力
信号を積分する積分器26、切換レベルを設定する比較電
圧発生器27を設け、両者26,27を比較する比較手段28
と、比較手段28からの出力により切換信号を発生する切
換信号発生器29を備え、吸入空気量測定装置内で切換え
の判断及び動作を行なう構成としてもよい。即ち、空気
流量を代表する電気信号にて切換動作するようにしても
よい。

又、上記各実施例ではデジタル制御方式についての実
施例を示したが、第５図に示すように、アナログ制御方
式についても適用できる。即ち、接続点ｃの電位を求め
ることによりアナログ値の流量測定を行なってもよい。

さらに、上記実施例では２組の固定抵抗16,17と固定
抵抗18,19を設けたが、３組以上としてもよい。

又、これまでの説明では、総放熱係数Ｈ（Ta）が空気
流量によって変化する例として空気への熱伝達と各部材
7,8,9を介しての熱伝導に着目してきたが、例えば、空
気への熱伝達と放射伝熱の和として総放熱係数が定まる
場合についても本発明によって総放熱係数の温度特性の
空気流量による変化を精度良く補償することが可能とな
る。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、全空気量範囲
にわたって最適なる温度補正を行なうことができる優れ
た効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した内燃機関の吸入空気量測
定装置の電気的構成を示す図、第２図は温度と補正量と
の関係を示す図、第３図は空気流量と出力誤差との関係
を示す図、第４図は別例の内燃機関の吸入空気量測定装
置の電気的構成を示す図、第５図は他の別例の内燃機関
の吸入空気量測定装置の電気的構成を示す図、第６図は
従来の内燃機関の吸入空気量測定装置の電気的構成を示
す図、第７図は熱の流れを説明するための吸入空気量測
定用抵抗体の取付位置付近の斜視図、第８図は空気流量
と放熱係数との関係を示す図、第９図は温度と放熱係数
の変化率との関係を示す図、第10図は温度と放熱係数の
変化率との関係を示す図、第11図（ａ），（ｂ），
（ｃ）はそれぞれ温度と放熱係数の変化率との関係を示
す図、第12図は従来の内燃機関の吸入空気量測定装置に
おける空気流量と出力誤差との関係を示す図である。 11は吸気管、12は吸入空気量測定用抵抗体、13は温度測
定素子、15は切換手段としての第１の切換回路、16は固
定抵抗体としての固定抵抗、17は固定抵抗体としての固
定抵抗、18は固定抵抗体としての固定抵抗、19は固定抵
抗体としての固定抵抗、20は切換手段としての第２の切
換回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定すべき空気流中に設置され、空気温度
   により抵抗値が変化する温度測定素子と、 測定すべき空気流中に設置される吸入空気量測定用抵抗
   体と、 温度依存性を持たない固定抵抗体と によりブリッジ回路を形成し、その温度特性の補正を行
   ないつつ内燃機関の吸入空気量を測定するようにした内
   燃機関の吸入空気量測定装置において、 その抵抗値が異なる前記固定抵抗体を複数組設けるとと
   もに、その複数組の固定抵抗体のいずれかを吸入空気量
   に応じて選択する選択手段を設けたことを特徴とする内
   燃機関の吸入空気量測定装置。