JPH0356409B2

JPH0356409B2 -

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Publication number: JPH0356409B2
Application number: JP58161480A
Authority: JP
Priority date: 1983-09-02
Filing date: 1983-09-02
Publication date: 1991-08-28
Also published as: JPS6053814A; US4571991A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、例えば内燃機関の吸入空気流量を
測定検出するために用いる熱線式空気流量測定装
置に関する。

例えば、自動車用のエンジンの電子式制御装置
にあつては、このエンジンの運転状態を観測する
ための一つの要素として吸入空気流量が検出され
るが、このための測定手段として空気流量センサ
が用いられる。このような空気流量センサとして
は、熱線式流量計を質量流量計として用いるもの
であるが知られており、これは通常空気流で熱の
奪われる電気発熱体（ヒータ）と、吸気温度補償
用の感温素子（温度計）とを用いて制御系を構成
している。すなわち、温度計さらに抵抗回路によ
つてブリツジ回路を構成し、空気流量によつて変
化するヒータの温度を電流の変化によつて検出さ
せるようにすると共に、この電流変化に対応して
上記ブリツジ回路に対する電源回路を制御して、
上記ヒータの温度を一定に保つように制御する。
そして、このときのヒータに流れる電流値を抵抗
回路等によつて検出することによつて、空気流量
に対応した電圧信号を取り出すものである。

しかし、このような空気流量センサを内燃機関
の制御のために用いると、長い間の使用で特にヒ
ータ部分に汚れが付着して空気流量と出力との関
係が変化するようになり、正確な流量検出信号を
得ることが困難な状態となる。

ヒータに対して汚れが付着すると、一般的にヒ
ータと空気との間の熱の伝播特性が悪くなり、空
気流量が同じである場合でもヒータに流れる電流
の少ない状態でこのヒータは同じ温度となり、ブ
リツジ回路のバランスがとれる状態となる。すな
わち、ヒータに対する汚れの付着状態が増加する
と共に、空気流量が一定であつても出力電圧値が
低下する状態となる。したがつて、このような出
力信号を用いて空気流量を逆算すると、実際の空
気量よりも小さい流量信号を得る状態となるもの
であり、このセンサを内燃機関制御装置の吸入空
気測定装置として使用すると、冬期にはバツクフ
アイアを発生させ、さらにセンサのヒータ部分に
汚れを付着させる結果となる。そして、検出空気
量が実際よりも小さ目となり、燃料噴射量も要求
量に比較して少なくなり、空燃比がリーン側にず
れる状態となる。そして、またバツクフアイアを
発生する状態となる。

このような問題点を解決する手段として、ヒー
タを高温に加熱し付着している汚れを焼き切るこ
とが考えられている。しかし、このようにヒータ
を高温に加熱しても、汚れは完全に焼ける状態と
はならず焼結してヒータに付着した状態のままと
なるものであり、根本的な解決とはならない。

この発明は上記のような点に鑑みなされたもの
で、例えばヒータに対して汚れが付着する状態と
なつた場合でも、空気流量に正確に対応した測定
検出信号が得られる空気流量測定装置を提供しよ
うとするものである。

すなわち、この発明に係る空気流量測定装置
は、空気流路中に配設され正の温度係数を有する
抵抗体よりなるヒータと、該ヒータの下流側に設
けられ該ヒータ熱を受熱する正の温度係数を有す
る抵抗体よりなる受熱体と、空気流路中に配設さ
れ前記ヒータからの熱影響を受けることなく空気
流温度を検知する正の温度係数を有する抵抗体よ
りなる温度計と、前記ヒータおよび該ヒータに第
一の接続点で接続されたバランス抵抗からなる第
一の直列回路と、前記受熱体と前記温度計とを第
二の接続点で接続し、前記第一の直列回路ととも
にブリツジ回路を形成する第二の直列回路と、前
記第一および第二の接続点の電位差が所定の値と
なるよう上記ブリツジ回路に対する供給電流を可
変制御する制御回路とを具備し、上記バランス抵
抗を流れる電流値から空気流量を検出するように
している。

従つて、本発明によれば、もしも仮にヒータに
汚れが付着すると、ヒータ内部の温度が上昇する
結果、ヒータ抵抗が増大し第一の接続点の電圧が
降下する。一方、汚れによつて遮られるため、ヒ
ータより熱影響を受ける受熱体の温度は低下して
その内部抵抗が減少する。また受熱体に直列接続
された温度計はヒータ熱の影響を受けずに純粋に
空気流温度を検知する。従つて、第二の接続点の
電圧も第一の接続点の電圧と同様汚れの影響のみ
を受けて降下する。上記ブリツジ回路は、第一お
よび第二の接続点の電位差が所定の値となるよう
に電流制御されるため、ヒータの汚れ状態に関係
なく上記バランス抵抗を流れる電流値から空気流
量を検出することができる。

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図はこの測定装置で使用される空気流
検出器１０の要部を取り出して示したもので、例
えばセラミツク板でなる第１および第２の巻枠１
１および１２を矢印で示す空気流の方向に対して
平行となるように間隔をおいて並べて設定する。
この第１の巻枠１１には白金抵抗線でなるヒータ
１３、および同じく白金線による正の温度係数を
有する抵抗線でなる受熱体１４を交互に巻装して
なる。また、第２の巻枠１２には、同じく白金線
でなる正の温度係数の抵抗線による温度計１５が
巻装される。

この検出器１０は、ヒータ１３に対して加熱電
流を供給しこのヒータを発熱させることによつて
動作状態とされるもので、このヒータ１３と同じ
巻枠１１に巻かれた受熱体１４の抵抗値は、ヒー
タ１３の発熱量、質量流速および自身の温度−抵
抗特性で決定される。また、第２の巻枠１２に巻
かれた温度計１５の抵抗値は、ヒータ１３の影響
を受けることなくその時の空気温度および自身の
温度−抵抗特性で決定される。したがつて、受熱
体１４および温度計１５の関係をブリツジ回路で
観測することによつて、空気流量に対応した出力
信号が取り出されるようになるものである。

第２図は上記のような検出器１０を用いた空気
流量測定装置の構成を示すもので、ヒータ１３は
固定抵抗（バランス抵抗）１６を介して接地す
る。また、受熱体１４と温度計１５とは直列に接
続し、その受熱体１４部を接地するもので、ヒー
タ１３と温度計１５を接続することによつてブリ
ツジ回路が構成されるようにする。そして、この
ブリツジ回路には、トランジスタ１７を介して直
流電源Vbを接続する。上記ブリツジ回路のヒー
タ１３と抵抗１６との接続点からの電圧信号は、
出力端子１８から検出出力信号として取り出すよ
うにすると共に、OPアンプ１９の反転入力端子
部に供給する。このOPアンプ１９の非反転入力
端子部には、定電圧源２０により、受熱体１４と
抵抗１５の接続点と所定の電位差を保つた信号を
供給するもので、このOPアンプ１９からの出力
信号は抵抗２１を介して上記トランジスタ１７の
ベースに対して制御信号として供給する。このト
ランジスタ１７のエミツタとベースとの間には、
抵抗２２が接続されている。

すなわち、上記のような空気流量検出器１０を
用いた流量測定装置において、第１図で矢印で示
す空気流量が増加する状態となると、ヒータ１３
の温度は低下するようになる。このヒータ１３の
温度が低下するとその抵抗値も低下し、OPアン
プ１９に対する反転入力電圧が上昇する状態とな
り、また同時に受熱体１４の温度が低下するよう
になる。そして、この受熱体１４の温度が低下す
ることによつてその抵抗値も低下し、上記OPア
ンプ１９の非反転入力電圧が低下するようにな
り、したがつてOPアンプ１９の出力信号電圧が
低下してトランジスタ１７のベース電流を増加さ
せるようになる。すなわち、トランジスタ１７の
コレクタ電流を増加させ、ヒータ１３の発熱電流
が増加されてその温度が上昇されるようになり、
その抵抗値が増大されるようになる。このような
ブリツジ回路の状態を保たせるような動作を行な
うことによつて、出力端子１８からはその発熱電
流に対応した、すなわち空気流量に対応した電圧
信号が取り出されるようになるものである。

すなわち、ヒータ１３の温度を検出する受熱体
１４がブリツジ回路の一辺を構成する状態とした
ことによつて、ヒータ１３に対しての汚れの付着
による誤差の発生の状態が、次のような状態で軽
減されるようになる。

まず、ヒータ１３に対して汚れが付着すると、
ヒータ１３に対する同一電流値でヒータ１３の温
度が上昇するようになる。このため、電流値が等
しい状態でもヒータ１３の抵抗値は増大するよう
になり、OPアンプ１９の反転入力電圧は低下し、
それと共にヒータ１３の汚れと空気流との境界面
温度は低下するようになつて、受熱体１４の温度
が低下する状態となる。したがつて、この受熱体
１４の抵抗値は低下し、OPアンプ１９の非反転
入力電圧が低下して、OPアンプ１９の両入力電
圧が同じ方向にずれる状態となる。すなわち、ヒ
ータ１３に対して汚れが付着する状態となつたと
しても、その汚れがこの空気流測定装置の出力に
影響を与える状態は非常に少ない状態となるもの
であり、特に内燃機関に対して取り付け使用する
ような場合でも、常に安定した特性の測定検出信
号が得られ、良好な空燃比制御を効果的に実行さ
せることができるようになるものである。

第３図はこの発明の他の実施例を示すもので、
ヒータ１３に流れる電流に対応する電圧信号を抵
抗２３および２４で分割し、OPアンプ１９の反
転入力電圧信号として用いるようにする。このよ
うに構成すれば、前記実施例に比較して基本的な
ブリツジ回路を構成するヒータ１３、抵抗１６、
受熱体１４、温度計１５の定数の自由度が大きく
なるものである。

ここで、バランス抵抗１６で発生される電圧信
号を直接出力として使用するようにすると、出力
電圧の絶対値が小さすぎて、それ以後の処理過程
において精度の確保、信号対雑音比の確保が困難
となる場合がある。このような点を考慮するに
は、例えば第４図に示すように前記バランス抵抗
１６に対応する部分を２個の直列にした抵抗２５
および２６に分割設定し、この両抵抗２５，２６
の接続点から出力信号が取り出すようにする。こ
の場合、前記抵抗１６の値と、抵抗２６の値とを
等しく設定し、抵抗２５の値を適当に選定するよ
うにすれば、消費電流や出力の最大−最小比はほ
とんど変えずに、出力電圧の絶対値のみを大きく
することができる。

前記抵抗１６の値を大きくすることによつて
も、出力電圧を大きくすることのできるものであ
るが、この場合回路全体の消費電流も増加するよ
うになり、放熱やコストの点で不利な状態とな
る。

以上のようにこの発明によれば、ヒータ部分に
対して汚れが付着する状態となつた場合でも、常
に空気流量と出力信号との関係が、ある特定され
る状態に設定されるものであり、空気流量を長期
間にわたり高精度に測定検出し得るようになる。
したがつて、この空気流量測定装置を例えば自動
車用のエンジンの電子的制御装置に対する吸入空
気量センサとして用いるようにすれば、この制御
装置に対して常に精度の高い測定検出信号を供給
するようになり、空燃比の制御を常に安定して良
好な状態で実行させるようになるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る装置において使用され
る空気流量検出器の構成を説明する図、第２図は
この発明の一実施例に係る空気流量測定検出装置
を説明するための電気回路図、第３図および第４
図はそれぞれこの発明の他の実施例を説明する電
気回路図である。１３……ヒータ、１４……受熱体、１５……温
度計、１６……固定抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】１空気流路中に配設され正の温度係数を有する
抵抗体よりなるヒータと、該ヒータの下流側に設けられ該ヒータ熱を受熱
する正の温度係数を有する抵抗体よりなる受熱体
と、空気流路中に配設され前記ヒータからの熱影響
を受けることなく空気流温度を検知する正の温度
係数を有する抵抗体よりなる温度計と、前記ヒータおよび該ヒータに第一の接続点で接
続されたバランス抵抗からなる第一の直列回路
と、前記受熱体と前記温度計とを第二の接続点で接
続し、前記第一の直列回路とともにブリツジ回路
を形成する第二の直列回路と、前記第一および第二の接続点の電位差が所定の
値となるよう上記ブリツジ回路に対する供給電流
を可変制御する制御回路とを具備し、上記バランス抵抗を流れる電流値から空気流量
を検出するようにしたことを特徴とする空気流量
測定装置。