JPH063388B2 - 熱式空気流量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、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
の電子制御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、空気流量が算出
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よっ
て計数することによってディジタル状の空気流量データ
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11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源16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からの出力信号は、入力信号の立上がりエ
ッジで立上がり、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15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ッジで立上がる第５図（Ｄ）に
示すパルス信号II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
エッジにそれぞれ対応した第１および第２のパルス信号
ＩおよびII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
の立下がりエッ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ッ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の端子電位を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17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Ｉ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II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］ 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ッジでそれぞれ
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ッジの
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および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ｂ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29
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周期する状
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31の開路状態、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
にする。また、フリップフロップ回路29のセット側出力
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Ｔ
out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から感温素子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Ｏ
Ｐ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量測定装置に
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を定電流回路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ようになってい
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
エッ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54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
りと共に立上がる第３図の（Ｆ）に示す第１のパルス信
号Ｉ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ッジが入力されるよ
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
つ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II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Ｉと第２のパルス信号II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
制御データを演算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
うに小さな時間幅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サ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量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、パルス信号の立上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量測定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
に計測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…コンパレータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 善久 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 衣川 真澄 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 鈴木 淳志 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定すべき空気流中に設定された温度によ
   って抵抗値が変化する特性を有する抵抗素子によって構
   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って表現し
   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。