JPH0267922A - 吸入空気量検出装置 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は吸気通路、特に内燃機関の吸気通路を流れる吸
入空気の流量を検出する吸入空気量検出装置に係る。

［従来の技術］ 内燃機関の吸入空気量を検出する流量検出装置に関して
は、吸入空気通路中に吸入空気の流れに平行に吸気温度
検出素子と流速検出素子を配設した流量検出装置が知ら
れており、例えば特開昭６０−２３００１９号公報に開
示されている。

これら何れの検出素子も感熱抵抗体を有し、これら感熱
抵抗体と固定抵抗でブリッジ回路を構成すると共に、流
速検出素子に加熱抵抗体を並設し、この加熱抵抗体によ
り流速検出素子の感熱抵抗体の温度が吸気温度検出素子
のそれより所定温度高くなるように制御している。即ち
、吸入空気に奪われる熱量に応じて変化する流速検出素
子の感熱抵抗体の温度に応じて、加熱抵抗体への供給電
流を制御することにより前記所定温度差を維持し、その
ときの電流値から流速を検出し、この流速から流量を検
出するというものである。

上記の流量検出装置は流速検出素子を加熱抵抗体により
加熱する間接加熱型であるが、流速検出素子としては例
えば特開昭６２−１７７４１８号公報に記載のように、
感熱抵抗体自体が発熱する自己発熱型もある。尚、同公
報に記載の流量検出装置は熱線が支持体に巻回されたも
のであるが、前掲の公報に記載のものにあってはシリコ
ンチップに薄膜の感熱抵抗体が形成され簡単な構成とな
っている。

同様に、加熱抵抗体を含む全ての抵抗体を薄膜抵抗で形
成し一つの素子に構成した技術がＳＡＥ技術報告資料（
ＳＡＥ８８０５６０号”Ｈｏｔ−Ｆｉ１１１＋八ｉｒ　
Ｍａｓｓ　Ｍｅｔｅｒ″Ｒ，５ａｕｅｒ著、１９８１３
年２月２９日〜３月４日の国際会議報告）に記載されて
いる。同資料には、空気流量割合のステップ変化により
一般的な流量検出装置の応答時間に二つの段階が生ずる
ことが指摘されている。即ち、出力の最終値の７０％迄
は急峻な上昇率を示すが、その後は緩かに最終値に漸近
するというものである。この理由として、最初の段階で
は変化した空気流量割合により素子の表面温度が変化し
、これに即応して加熱抵抗体への供給電流が変化し、従
って出力が急峻な変化を示すと説明されている。

そして、変化した空気流により素子の表面の温度分布が
変化し、これにより素子の板面上を素子支持部に向って
熱が伝達する結果、出力の最終値に対し緩かに漸近する
ことになり、結局誤差の原因となる旨解説されている。

而して、同資料に記載の技術にあっては、加熱抵抗体を
流速検出素子の感熱抵抗体より長くすることにより上記
の問題に対処している。

［発明が解決しようとする課題］ 然し乍ら、上記資料に記載の技術は間接加熱型の流量検
出装置に係り、加熱抵抗体に改良を加えたものであるた
め、前述の自己発熱型の流量検出装置には適用し得ない
。また、上記技術は素子の熱伝達に対する構造的対応で
ありて、素子製造時に個々の加熱抵抗体のバラツキが流
量検出時の応答性に影響を与えることになるため高精度
の製造技術が要求される。

そこで、本発明は自己発熱型あるいは間接加熱型を問わ
ず、また流速検出素子の構造に拘らず、ブリッジ回路に
対し外部回路を付加することにより、上述の出力の緩か
に最終値に漸近する部分を補償することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は測定対象の吸入空
気の流速による温度変化に応じて抵抗値が変化する流速
検出抵抗体及び前記吸入空気の温度に応じて抵抗値が変
化する吸気温度検出抵抗体を含むブリッジ回路と、該ブ
リッジ回路の不平衡電位差を出力すると共に該出力に応
じて当該ブリッジ回路の平衡条件を維持するように前記
流速検出抵抗体を加熱制御する検出回路を備えた吸入空
気量検出装置において、前記検出回路の出力を微分する
微分回路と、該微分回路の出力を前記検出回路の出力に
加算して出力する加算回路とを備えたものである。

そして、前記微分回路の入力側及び出力側の何れか一方
に、前記微分回路の人力及び出力の何れか一方を所定レ
ベル範囲に制限する制限回路を設けることとが好ましい
。

［作用］ 上記の構成になる吸入空気量検出装置においては、常時
は流速検出抵抗体が吸気温度に比し所定温度高い温度に
加熱された状態でブリッジ回路の平衡条件が成立してい
る。吸入空気の導入に伴ない、流速検出抵抗体の熱量が
吸入空気に奪われ温度が低下すると、その抵抗値が減少
する。このためブリッジ回路が不平衡となり、その出力
電位差が検出されると共に該出力に応じて流速検出抵抗
体がブリッジ回路の平衡条件を維持するように加熱制御
される。

上記検出回路の出力は微分回路によって微分され、この
微分出力と前記検出回路の出力とが加算回路により加算
されて最終出力となる。検出回路の出力は急峻な立上り
部分と緩かに最終値に漸近する部分を有するが、微分回
路の時定数は微分出力が後者を補う値に設定され、従っ
て微分出力と検出回路の出力とが加算されると後者の緩
かに最終値に漸近する部分が消失する。而して、最終出
力は迅速に最終値に至り、この最終値の出力から吸入空
気の流量が求められる。

また、上記構成に制限回路を付加した構成にあっては、
微分回路の入力あるいは出力が所定レベルに制限され、
吸入空気量の変化割合が所定範囲を超える場合であって
もオーバーシュートを生ずることはない。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る吸入空気量検出装置の
ブロック図を示すもので、第２図は自己発熱型流速検出
抵抗体Ｒ３を備えた流速検出素子１１と吸気温度検出抵
抗体ＲＴを備えた吸気温度検出素子１２が内燃機関の吸
気筒１０に取着された状態を示し、第１図のブロック図
を構成する電気回路を含む検出装置１５に流速検出抵抗
体Ｒ３及び吸気温度検出抵抗体ＲＴが接続されている。

尚、第２図中、白抜矢印は吸入空気の流れ方向を示す。

先ず第２図の構成を説明すると、流速検出素子１１は平
板状の基材の端部の板面部に薄膜状の感熱抵抗体から成
る流速検出抵抗体ＲＳが付着されている。具体的には、
セラミックやシリコン等で平板状に形成され二酸化硅素
等の絶縁膜が形成された基材に、蒸着、焼成等により白
金等の感熱抵抗体の薄膜が形成される。同様の方法で金
等のポンディングパッドが基材に形成され、感熱抵抗体
の端部と電気的に接続される。吸気温度検出素子１２も
、流速検出素子１１と同様に、基材に感熱抵抗体から成
る吸気温度検出抵抗体ＲＴ及びポンディングパッドが付
着、形成されている。

これら流速検出素子１１及び吸気温度検出素子１２は何
れもセンサホルダ１３に支承され、その板面部が吸気の
流れに平行になるように配置されて吸気筒１０に固着さ
れる。即ち、流速検出抵抗体Ｒ３及び吸気温度検出抵抗
体ＲＴは何れも吸気の流れに平行な平面上に配設されて
いる。そして、流速検出抵抗体Ｒ３及び吸気温度検出抵
抗体ＲＴは夫々ポンディングパッドに電気的に接続され
た一対のリード線を介して、検出装置１５に接続されて
いる。

尚、流速検出抵抗体Ｒ３及び吸気温度検出抵抗体ＲＴは
何れも温度に対する抵抗値変化即ち温度係数が大きく且
つ直線性を示すものであるが、流速検出抵抗体Ｒ３の抵
抗値Ｒ８と吸気温度検出抵抗体ＲＴの抵抗値ＲＴがＲｓ
＜＜ＲＴとなるように設定されている。

そして、検出装置１５は第１図に示したように構成され
ている。即ち、検出装置１５は流速検出抵抗体Ｒ８及び
吸気温度検出抵抗体ＲＴを含み固定抵抗と共にブリッジ
を形成するブリッジ回路１と、このブリッジ回路１の不
平衡電位差を出力する検出部を有すると共に、この検出
部の出力に応じて平衡条件を維持するように流速検出抵
抗体Ｒ８を加熱制御する増幅部を有する検出回路２と、
この検出回路２の出力を所定レベルに制限する制限回路
３を介して入力しこれを微分する微分回路４と、微分回
路４の出力を検出回路２の出力に加算する加算回路５と
から成る。

第３図は第１図のブロック図の具体的回路を示し、流速
検出抵抗体Ｒ３は固定抵抗Ｒ１を介して接地され（ＧＮ
Ｄ）、吸気温度検出抵抗体ＲＴは固定抵抗Ｒ２を介して
接地され（ＧＮＤ）、これらによりブリッジ回路１が形
成されている。

流速検出抵抗体Ｒ３と固定抵抗Ｒ１の接続点は・検出回
路２のオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に接続され、
吸気温度検出抵抗体ＲＴと固定抵抗Ｒ２の接続点は反転
入力端子に接続されており、オペアンプＯＰ１の出力側
は電源電流を制御するトランジスタＴｒのベースに接続
されている。

トランジスタＴｒのコレクタ側は電源（＋ＶＢ）に接続
され、エミッタ側は吸気温度検出抵抗体ＲＴ及び流速検
出抵抗体Ｒ３即ちブリッジ回路の入力端に接続されてい
る。

流速検出抵抗体ＲＳは前述のように吸気温度検比抵抗体
ＲＴより抵抗値が小さく設定されているため電源（＋Ｖ
ａ　）から電流が供給されると大電流が流れて発熱する
。従って、流速検出抵抗体ＲＳと吸気温度検出抵抗体Ｒ
Ｔが同じ雰囲気温度下に置かれても流速検出抵抗体Ｒ３
は一定の温度だけ高い温度を示すことになるので、固定
抵抗Ｒ１，Ｒ２の値は流速検出抵抗体Ｒ３が吸気温度よ
り所定温度差ΔＴｏだけ高い値を示すときにブリッジ回
路の平衡条件が成立するように設定される。

流速検出抵抗体Ｒ３と固定抵抗Ｒ１の接続点はオペアン
プＯＰＩの非反転入力端子に接続されると共に、制限回
路３の抵抗Ｒ３及び加算回路５の抵抗Ｒ５に接続され検
出回路２の出力が供給される。

制限回路３は抵抗Ｒ３及びこれに接続されたツェナーダ
イオードＺＤから成り、検出回路２の出力即ち不平衡電
位差に対して上限値が設定され微分回路４に出力される
。

微分回路４は抵抗Ｒ３及びツェナーダイオードＺＤに接
続されたコンデンサＣ１とこれに接続された抵抗Ｒ４か
ら成り、バッファとして機能するオペアンプＯＰ２を介
して加算回路５の抵抗Ｒ６に接続されている。加算回路
５はこの抵抗Ｒ６と検出回路２に接続される抵抗Ｒ５と
がオペアンプＯＰ３の非反転入力端子に接続されてなり
、オペアンプＯＰ３の出力端子から出力信号（ＶＭ　）
が出力される。

以上の構成になる本発明の一実施例の作用を説明する。

先ず第２図において、吸気筒１０に吸入空気が導入され
ないときには、流速検出抵抗体Ｒ５は吸気温度検出抵抗
体ＲＴで検出される吸気温度に比し所定温度差△Ｔ０高
い温度となっており、この状態でブリッジ回路１の平衡
条件が成立している。

そして吸気筒１０に吸入空気が導入されると、吸入空気
によって熱量が奪われるため流速検出抵抗体Ｒ３の所定
温度差△Ｔ０を保てなくなる。従フて、所定温度差△Ｔ
０を保つためには流速検出抵抗体Ｒ５に更に電流が供給
されねばならず、この必要供給電流は吸入空気の流速と
所定の関係にあり、流速が大となると必要供給電流も大
となる。換言すれば所定温度差ΔＴ０を保つための必要
供給電流が大となると流速が大であり、従って流量が大
ということになる。

流速検出抵抗体ＲＳが所定温度差ΔＴｏより小となると
、その抵抗値が小さくなり第３図のブリッジ回路１の平
衡条件がくずれ、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子側
が高電位になるため出力側が高レベルとなりトランジス
タＴｒが駆動され、ブリッジ回路１に対し電源（＋Ｖａ
　）から電流が・供給される。すると、流速検出抵抗体
Ｒ５の発熱量が増加し、所定温度差へＴ０に至ったとこ
ろでブリッジ回路１の平衡条件が成立する。而して、こ
の間に流速検出抵抗体ＲＳに供給される電流に対応した
電圧信号としてとり出される検出回路２の出力が吸入空
気の流速、従って吸入空気量を示すこととなる。

上記検出回路２の出力は第４図（ａ）に示した出力波形
を呈し、急峻な立上り部と共に、緩かに最終値に漸近す
る部分を有している。従って、出力の最終値の９５％に
至るまでの立上り応答時間ｔ１は長く、同様に出力の最
終値の９０％に至るまでの立下り応答時間ｔ２も長くな
っている。

このような検出回路２の出力が加算回路５に供給される
と共に、制限回路３を介して微分回路４に供給される。

そして、この微分出力が上記加算回路５に供給された出
力に加算される。従って、微分回路４の出力波形は第４
図（ｂ）のようになり、これが加算回路５において第４
図（ａ）の出力波形と重合されて第４図（ｃ）の波形が
形成される。即ち、微分回路４の出力により、検出回路
２の出力の緩かに最終値に漸近する部分が第４図（Ｃ）
に斜線で示したように補償され、立上り応答時間Ｔ、及
び立下り応答時間Ｔ２は第４図（ａ）のｔｌ及びｔ２に
比し大巾に短縮され、加算回路５の出力（ＶＭ　’）は
極めて短い応答時間の信号となる。

尚、吸入空気量の変化が急であると微分回路４の出力が
大となり、第５図に示したようにオ−バーシュートが生
じ、立上り及び立ち下り応答時間Ｔ３．Ｔ４も長くなる
。前述のように出力の最終値に緩かに漸近する部分は流
速検出抵抗体ＲＳと吸気温度の温度差によって生ずる支
持部等への熱伝達に起因して形成されるものであフて、
吸入空気量の変化には関係なく略一定として扱うことが
できる。そこで、制限回路３により微分回路４に入力す
る検出回路２の出力に上限が設けられ、吸入空気量の変
化に対しても安定した補償を行なうことができるように
構成されている。

以上のように、第１図乃至第３図に示した実施例によれ
ば、第４図（ａ）の出力がそのまま検出出力とされる従
来技術と異なり、第４図（Ｃ）に示したような応答時間
の短い安定した出力を確保することができる。

第６図は本発明の吸入空気量検出装置の他の実施例に係
り、第３図の実施例に比し、制限回路３を廃し代って微
分回路４の出力側に制限回路６を設けたものである。そ
の余の構成は第３図の実施例と同一であるので同一符号
を付して説明は省略する。制限回路６はダイオードＤＩ
、Ｄ２が抵抗Ｒ７を介してオペアンプＯＰ２の出力側に
接続されたもので、微分回路４の微分出力に上限値を設
けることとしたものである。

吸入空気量の変化が急で、検出回路２の出力が例えば第
７図（ａ）の実線から破線の状態へ変化し、その変化が
急であると、微分回路４の出力は第７図（ｂ）に破線で
示したような微分出力となる。従って、この微分出力を
そのまま加算回路５にて検出回路２の出力に加算すると
、第８図に示すように微分出力によって斜線部分が重合
されオーバーシュートとなる。

これに対し、第６図に記載の実施例においては、微分回
路４の出力は制限回路６により出力の上下限が所定レベ
ルに抑えられ、第７図（ｂ）の−点鎖線の範囲内にある
実線で示した出力波形とされる。而して、加算回路５の
出力（ｖ２）は第７図（Ｃ）に示したように、斜線部分
が補償された立上り及び立下り時間が短い出力に制御さ
れ、吸入空気量が変化して破線で示した波形となっても
オーバーシュートが生ずることなく安定した出力が確保
される。本実施例においては、例えばノイズ信号が混入
し急峻な立上りあるいは立下り信号が微分回路４から出
力されても、このような信号は制限回路６によって制限
されるため加算回路５の出力（ＶＭ　）に影響を与える
ことはない。

尚、以上の実施例においては流速検出素子に関し感熱抵
抗体自体が発熱する所謂自己発熱型としたが加熱抵抗体
を並設した所謂間接加熱型の流速検出素子を用いること
としてもよい。

［発明の効果］ 本発明は上記のように構成したので以下の効果を奏する
。

即ち、本発明によればブリッジ回路に接続した検出回路
に対し微分回路と加算回路を接続することにより、ブリ
ッジ回路の出力における緩かに最終値に漸近する部分を
補償し、立上り及び立下り時間が短い出力を得、結局従
来に比し応答時間が短縮され良好な応答性を得ることが
できる。

しかも、本発明においては、自己発熱型あるいは間接加
熱型という流速検出素子の構造上の相違に無関係に上記
のように応答性を良好なものとすることができる。従っ
て、既存の流速検出素子に対しても外部回路を付加する
という簡単な方法で応答性を改善することができる。

また、ブリッジ回路及び検出回路の制御ループに対して
外部回路で出力補償が行なわれるので吸入空気量の変動
に対して制御ループに発振が生ずるおそれはない。

更に、微分回路の入力側あるいは出力側に制限回路を設
けたものにあっては吸入空気量の急激な変化に対しても
オーバーシュートを生ずることなく安定した出力を確保
することができる。

以上のように本発明によれば種々の効果が得られるが、
特に最終出力値に対する僅かな偏差が問題となるような
吸入空気量検出装置に有効であり、例えば吸入空気の流
量の９５％に対し出力電圧は９０％以上を呈するという
ように感度が一定でない装置に対しても有効に機能する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の吸入空気量検出装置の一実施例のブロ
ック図、 第２図は、上記実施例の吸入空気量検出装置における流
速検出素子及び吸気温度検出素子の取付状態を示す断面
図、 第３図は、第１図の実施例の具体的電気回路図、第４図
（ａ）乃至（ｃ）は、第３図の電気回路図における各ブ
ロックの出力波形を示し、第４図（ａ）は検出回路２の
出力波形図、第４図（ｂ）は微分回路４の出力波形図、
第４図（Ｃ）は加算回路５の出力波形図であり、第５図
は、第３図の電気回路から制限回路３を除いたときの加
算回路５の出力波形図、 第６図は本発明の吸入空気量検出装置の他の実施例の電
気回路図、 第７図（ａ）乃至（Ｃ）は第６図の電気回路図における
各ブロックの出力波形を示し、 第７図（ａ）は検出回路２の出力波形図、第７図（ｂ）
は微分回路４の出力波形図、第７図（ｅ）は加算回路５
の出力波形図であって第８図は第６図の電気回路から制
限回路６を除いたときの加算回路５の出力波形図である
。 ２・・・検出回路。 ４・・・微分回路。 ６・・・制限回路。 ！・・・ブリッジ回路。 ３・・・制限回路。 ５・・・加算回路。 １０・・・吸気筒。 １１・・・流速検出素子。 １２・・・吸気温度検出素子。 Ｒ５・・・流速検出抵抗体。 ＲＴ・・・吸気温度検出抵抗体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定対象の吸入空気の流速による温度変化に応じ
   て抵抗値が変化する流速検出抵抗体及び前記吸入空気の
   温度に応じて抵抗値が変化する吸気温度検出抵抗体を含
   むブリッジ回路と、該ブリッジ回路の不平衡電位差を出
   力すると共に該出力に応じて当該ブリッジ回路の平衡条
   件を維持するように前記流速検出抵抗体を加熱制御する
   検出回路を備えた吸入空気量検出装置において、前記検
   出回路の出力を微分する微分回路と、該微分回路の出力
   を前記検出回路の出力に加算して出力する加算回路とを
   備えたことを特徴とする吸入空気量検出装置。
2. （２）前記微分回路の入力側及び出力側の何れか一方に
   、前記微分回路の入力及び出力の何れか一方を所定レベ
   ル範囲に制限する制限回路を設けたことを特徴とする請
   求項１記載の吸入空気量検出装置。