JPH06100484B2 - 熱式空気流量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、例えば内燃機関を電子的に制御する場合
に、その機関の運転状況の判別検出信号の１つである吸
入空気流量を検出する空気流量測定装置に関する。

［発明の背景技術］ 内燃機関を電子的に制御する場合、この機関の運転状態
を常時監視して、その運転状態に対応した信号を検出
し、この検出信号に基づいて例えば燃料噴射量等を設定
制御するものである。この運転状態の監視手段として
は、機関の回転速度検出装置、機関温度検出装置、排気
温度検出装置、スロットル開度検出装置等があるもので
あるが、機関の運転状態に直接的に影響するものとし
て、吸入空気流量の検出装置が存在する。この空気流量
検出装置としては、例えば熱式の空気流量センサが知ら
れているもので、このセンサは吸気管の中に配置設定さ
れ発熱制御される感温素子を備え、空気流量に対応した
感温素子の温度変化状態を監視測定するものである。

例えば、温度抵抗特性を有する抵抗素子によって構成さ
れる感温素子を、アナログ的に制御される加熱電流によ
って一定温度状態に加熱制御し、空気流量によって変化
する上記感温素子からの放熱量をその抵抗変化によって
検出するものである。具体的には、感温素子に流れる電
流値の変化によってエンジン吸気管中の空気流量が測定
されるようになるものである。

しかし、このような空気流量測定装置の場合、空気流量
変化に対する測定電流値の変化は非常に小さな状態とな
るものであり、加熱同期信号の入力手段や、測定検出信
号の出力手段に対して種々の工夫を施す必要が生じ、そ
の構成が必然的に複雑化する状態にある。

［発明の目的］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、充分
簡単に構成できる状態で、測定空気流量の変化に対して
充分に追従する測定信号が得られ、例えば内燃機関の電
子的制御装置に対する機関状態検出信号として効果的に
使用されるようにする熱式の空気流量測定装置を提供し
ようとするものである。

加熱同期信号を外部から与えるようにすると、そのため
の特別の信号線が必要となるものであり、種々の制約を
受けるようになる。したがって、この発明においては特
に加熱同期信号を外部から与えるようにした場合にあっ
ても、そのための入力端子等の特別の端子機構を設ける
ことなく、例えば自動車のエンジンルーム等に対しても
効果的に設置可能とされるようにする熱式空気流量測定
装置を提供することを目的とする。

［発明の概要］ この発明に係る熱式空気流量測定装置は、内燃機関の吸
入空気通路に設けられた吸入空気量を検出する計測部
と、この計測部の外部に設定される制御部とを備えるも
ので、さらに前記計測部と前記制御部との間に設けられ
た１つの信号線を備え、前記計測部は、測定空気中に設
定された温度抵抗特性を有する加熱制御される感温素
子、前記１の信号線を介して設定される加熱同期信号に
より第１の状態に設定され、また前記感温素子を含むブ
リッジ回路からの前記感温素子の温度が特定される温度
以上に上昇した状態の検出信号で反転される反転回路手
段、この反転回路手段が第１の状態に設定されたときに
前記温温素子を含むブリッジ回路に加熱電流を供給する
加熱電流制御手段、前記１の信号線から前記加熱同期信
号を入力すると共に、前記反転回路手段からの第１の状
態に対応する出力信号を前記１の信号線に出力する計測
部入出力手段とを備えて構成され、さらに前記制御部
は、前記１の信号線から前記出力信号を入力すると共
に、前記１の信号線に前記加熱同期信号を出力する制御
部入出力回路を備える。

［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図は空気流量測定装置を適用するエンジン11の制御
システムの構成を示すもので、この制御システムではエ
ンジン11の運転状態に対応して、燃料の噴射量を電子的
に制御しているものである。すなわち、エアフィルタ12
からの吸入空気は吸気管13を介して吸入されるもので、
アクセルペダル14で駆動されるスロットル弁15部分を通
って、上記エンジン11の各気筒に対して供給される。上
記吸気管13の内部には、熱式の空気流量測定装置16を構
成する感温素子17が配置設定さている。この感温素子17
は、電流によって加熱制御され、その温度によって抵抗
値の変化する温度特性を持った例えば白金線等でなるヒ
ータによって構成されている。そして、この空気流量測
定装置16からの検出信号は、マイクロコンピュータによ
って構成され、エンジン制御処理装置を含むエンジン制
御ユニット18に対して供給されるものであり、また上記
感温素子17はこの制御ユニット18からの指令によって加
熱制御されるようになっている。このエンジン制御ユニ
ット18に対しては、その他にエンジン11の回転状態を検
出する回転速度検出装置19からの検出信号、特に図では
示してないがエンジン11の冷却水温検出信号、空燃比検
出信号等が、運転状態検出信号として供給されている。
そして、これら検出信号に対応して、その時のエンジン
11の運転状況に最も適合した燃料噴射量を算出し、エン
ジン11の各気筒にそれぞれ対応設定されるユニットイン
エジェクタ20a、20b、…に対して、燃料噴射時間設定信
号として供給し、その開弁時間を指令設定して噴射され
る燃料量を設定制御するものである。

この場合の、燃料噴射量を設定する信号は、デューティ
の設定されるパルス状の信号とされるもので、このパル
ス状信号の時間幅に相当するデータは、一旦各気筒に対
応して設定されるレジスタ21a、21b、…に対して記憶設
定して安定化し、その設定時間幅でインジェクタが開弁
制御されるものである。

ここで、上記回転速度検出装置19はエンジン11と同軸的
に回転駆動されるカム191、192、さらに多数の歯を備え
た回転板193を備え、これらカム191、192、および回転
板193それぞれに対して電磁ピックアップ194〜196を対
向設定し、これらピックアップ194〜196からエンジン11
の特定回転角に対応する信号、回転角度位置を計数検出
する信号を取り出すようにしている。

上記エンジン11の各気筒に対してそれぞれ設けられたイ
ンジェクタ20a、20b、…に対しては、フュエルポンプ22
によって燃料タンク23から取り出される燃料が、分配器
24を介して分配供給されている。ここで、上記分配器24
に対して供給される燃料の圧力は、プレッシャレギュレ
ータ25によって一定に制御されているもので、上記演算
算出されるインジェクタ部の開弁時間によって、噴射燃
料量が正確に設定制御されるようになっている。

上記エンジン制御ユニット18は、イグナイタ26に対して
も指令を与え、ディストリビュータ27を介して、各気筒
にそれぞれ設けられる点火コイル28a、28b、…に対して
点火信号を分配供給し、前記運転状態の検出信号に対応
した、運転状況に適合するエンジン11の運転制御を実行
させるようにしているものである。

第２図は上記のようなエンジン制御システムにおいて使
用されている空気流量測定装置16の感温素子17を取り出
して示しているもので、セラミックボビン171に対して
温度特性を有する抵抗線として白金抵抗線172を巻回設
定する。このボビン171の両端部分には、それぞれ良導
電体でなるシャフト173、174を支持軸として突設し、こ
のシャフト173、174はそれぞれ良導電体でなるピン17
5、176で支持設定するもので、このピン175、176を介し
て抵抗線172に対して加熱電流が供給されるようにして
いる。このように構成される感温素子17の抵抗線172部
分は、吸気管13の内部で通過する空気流に対してさらさ
れうように設定されている。

第３図は上記感温素子17の他の例を示すもので、温度特
性を有する発熱体となる抵抗線172は、絶縁体からなる
膜177に対して印刷配線等によって形成し、この膜177を
絶縁体でなる支持基板178で支持設定する。そして、こ
の基板178の面に対して上記抵抗線172に接続設定される
配線179a、179bを形成し、上記抵抗線172に対して加熱
電流が供給されるようにしているものである。

第４図は上記のようにして使用される空気流量測定装置
16の基本的な回路構成を説明するもので、吸気管13の内
部には前述したように感温素子17が固定設定され、さら
にこの吸気管13の内部には補助感温素子30が設定されて
いる。この補助感温素子30は、上記感温素子17と同様に
白金等の温度特性を有する抵抗線によって構成されるも
ので、吸気管13の内部を通過する空気の温度に対応して
その抵抗値が設定され、空気温度測定手段として用いら
れるものである。そして、この両感温素子17および30
と、固定の抵抗31および32とによってブリッジ回路を構
成するもので、感温素子17および30それぞれと、抵抗31
および32とのそれぞれ接続点は、コンパレータ33の入力
端子部に接続して、感温素子17の温度変化状態を検出す
るようにしている。

すなわち、感温素子17に対して加熱電流が供給され、そ
の温度が補助感温素子30で検出された空気温度に対して
ある特定された温度差以上に上昇した時に、コンパレー
タ33からの出力信号が立ち上がるようになるもので、こ
のコンパレータ33からの出力信号によってエッジトリガ
入力をもつフリップフロップ回路34をリセットするよう
にしている。この場合、このフリップフロップ回路34
は、前記エンジン11の回転に同期した回転速度検出装置
19からの回転同期信号によって、エンジン11の特定回転
角に対応してセット制御されるもので、このフリップフ
ロップ回路34はエンジン11の回転角に同期する状態でセ
ット制御され、感温素子17の特定温度状態までの温度上
昇に対応してリセット制御され、このセットおよびリセ
ット動作に対応してパルス波形状の信号を発生するよう
になる。

そして、このフリップフロップ回路34からのセット時出
力信号は、バッファアンプ35を介してパルス幅の制御さ
れた出力信号として取り出すようにすると共に、トラン
ジスタ36のベース電極を制御して、上記感温素子17、30
を含むブリッジ回路に対する電源をパルス状に断続制御
するようにしている。この場合、基準電圧設定回路37か
らの基準電圧の供給される差動アンプ38によって、上記
ブリッジ回路に対する電圧を監視し、この差動アンプ38
の出力信号によって上記トランジスタ36のベース電位を
制御して、上記パルス状電源の電圧を基準設定するよう
にしている。

すなわち、上記のように構成される装置にあって、エン
ジン11の回転に同期する信号が第５図（Ａ）に示す状態
で発生されたとすると、この信号に対応してフリップフ
ロップ回路34がセットされ、この回路34からの出力信号
は同図の（Ｂ）に示すように立上がる。そして、この信
号の立上がりに対応してトランジスタ36がオン状態に設
定され、感温素子17に対して加熱電流が供給されるよう
になるもので、この加熱電流に対応して感温素子17の温
度が同図（Ｃ）に示すように上昇する。

このようにして、感温素子17の温度が上昇してその抵抗
値が上昇して、その端子電圧が補助感温素子30で設定さ
れる電位よりも下降する状態となると、コンパレータ33
からの出力信号が同図（Ｄ）に示すように立上がり、フ
リップフロップ回路34をリセットするようになる。

すなわち、感温素子17に対する加熱電流が一定の状態に
あるときは、吸気管13内の空気流量に対応した状態で感
温素子17の温度が上昇するものであり、したがってフリ
ップフロップ回路34のセット時よりリセットされるまで
の時間間隔は、上記空気流量に対応する状態となる。す
なわち、このフリップフロップ回路34のセットされてい
る時間間隔は、吸入空気流量に対応するものであり、こ
のフリップフロップ回路34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の信号の時間幅は、上記空気
流量に対応する状態となり、この信号がこの空気流量測
定装置16の出力信号としてエンジン制御ユニット18に対
して供給され、燃料噴射量の演算制御に対して使用され
るようになる。

このように構成される空気流量測定装置において、感温
素子17に対する加熱信号を発生制御する同期信号は、こ
の装置の内部で発生するよりも上記第４図で示したよう
に外部から与えるようにした方が好ましい。すなわち、
このような測定装置が自動車用エンジンの制御システム
に対して使用される場合、この装置は自動車のエンジン
ルームに対して取り付け設定されるようになる。このエ
ンジンルームは温度、振動等の環境条件の厳しいもので
あり、同期信号発生回路を内蔵設定するに好ましい環境
とはならない。また、同期信号の発生状態の自由度の点
で、同期信号の発生状態を例えばエンジンの運転状態に
対応して可変制御したいような場合も存在する。例え
ば、上記例で説明したように同期信号をエンジンの回転
数状態に対応して発生されるようにすると、測定出力信
号のパルス幅が回転数で割り算された状態となり、信号
の伝送に好ましい状態に圧縮される。また、出力信号パ
ルス幅を一定な状態となるように同期信号発生状態を制
御すると、測定空気量は周波数として検出できる状態と
なる。

しかし、同期信号を外部から与えるようにすると、第４
図でも示したように同期信号伝送用の信号線を必要とす
るようになるものであり、このための特別の端子を必要
とし、その他ノイズ、コスト等の配線上の制約を受ける
ようになる。

したがって、この発明にあっては上記のような点をさら
に改善するものであって、特に同期信号を外部から与え
る状態とした場合であっても、そのための入力端子等の
特別の端子機構を必要とせずに、例えば自動車のエンジ
ンルーム等に対しても効果的に設置可能な状態とする空
気流量測定装置を提供しようとしているものである。

第６図はそのための実施例回路を示すものであって、フ
リップフロップ回路34からのバッファ35を介して取出さ
れる出力信号は、オープンコレクタ型のバッファ回路41
を介して端子40から出力されるようにする。この端子40
はこのようにしてこの測定装置の信号出力端子として作
用するものであり、この端子から取出された信号は前記
エンジン制御ユニット18に対して供給される。

また、この端子40はこの測定装置に対する加熱同期信号
入力端子としても使用されるもので、例えばエンジンの
回転同期信号がオープンコレクタ型のバッファ回路42を
介して端子40に供給され、この端子40に供給された同期
信号はフリップフロップ回路34に対してセット指令とし
て供給されるようになるものである。尚、この第６図で
示した回路の入出力は負論理で行われるようになるもの
で、第４図と同一構成部分は同一符号を付して、その説
明は省略する。

第７図は上記オープンコレクタ型のバッファ回路41の具
体的回路例を示しているもので、この回路は出力が高レ
ベルとなるときハイ・インピーダンスとなるように構成
されているものである。同期信号の供給されるバッファ
回路42も同様に構成されている。

したがって、このように構成される空気流量測定装置に
よれば、エンジンの回転等に対応して発生された同期信
号は、バッファ回路42を介して端子40に対して入力さ
れ、フリップフロップ回路34をセット制御するようにな
り、第５図で説明したような空気流量測定動作が実行さ
れるようになる。この入力信号の到来とほぼ同時にフリ
ップフロップ回路34からの信号が端子40に出力されるよ
うになる。そして、フリップフロップ回路34のセットお
よびリセット動作に対応するこの測定装置の出力信号
は、バッファ回路41を介して取出されるようになるもの
であるが、この時すでにフリップフロップ回路34はセッ
ト状態であり、出力信号がフリップフロップ回路34のセ
ット入力に対して供給されても、測定装置の動作に影響
を与えることはない。

第８図は上記装置の動作状態を説明する信号波形を示し
ているもので、バッファ回路42に対する同期信号が
（Ａ）図に示す状態であるとすると、フリップフロップ
回路34は（Ｂ）図に示す状態でセットおよびリセット制
御され、トランジスタ36を制御する信号は（Ｃ）図に示
すようになる。

尚、上記実施例ではバッファ回路41、42をオープンコレ
クタ型で説明してきたが、このバッファ回路41および42
はトライステート型で構成するようにしてもよい。

第９図はバッファ回路41として使用されるトライステー
ト型回路を示しているもので、入力端子51に対して入力
信号が結合されると共に、制御端子52に対してコントロ
ール信号が供給されるもので、このコントロール信号の
レベルの状態に対応してトランジスタ53および54が相反
的に制御されるようになっている。すなわち、上記コン
トロール信号がＨレベルの状態では、上記入力信号が反
転されて出力端子55に現れるようになるものであり、コ
ントロール信号がＬレベルのときは、出力端子55がハイ
インピーダンスとなるものである。この回路を具体的に
第６図に接続する場合は、入力端子51と制御端子52とを
接続して、入力端子として使用するようになるものであ
る。

また、第10図はバッファ回路42として使用されるトライ
ステート型回路を示しているもので、制御端子52に対す
るコントロール信号がＬレベルの時は、入力端子51に結
合される信号はそのまま出力端子55に対して伝達され
る。そして、コントロール信号がＨレベルの時は、出力
端子55がハイインピダンスとなるものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、充分簡単な構成状態
で、例えば内燃機関の吸気管に流れる空気流量を効果的
に測定できるようになるものであり、特にその測定動作
に使用される同期信号を外部から与えるようにした場
合、その同期信号のための配線回路が単純化して構成で
きるもので、ノイズ対策上で非常に有利なものとするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に関係するエンジンの制御システムを
説明する構成図、第２図および第３図はそれぞれ上記制
御システムで使用される空気流量測定装置を構成する感
温素子部分の例を示す構成図、第４図は上記空気流量測
定装置の基本的構成状態を説明する回路図、第５図は上
記第４図で示した回路の動作は状態を説明する信号波形
図、第６図はこの発明の一実施例に係る空気流量測定装
置を説明する回路図、第７図は上記実施例で使用される
オープンコレクタ型バッファ回路の例を示す回路図、第
８図は上記実施例の動作状態を説明する信号波形図、第
９図および第10図はそれぞれトライステート型バッファ
回路の例を説明する回路図である。 11……エンジン、13……吸気管、16……空気流量測定装
置、17……感温素子、18……エンジン制御ユニット、30
……補助感温素子、34……フリップフロップ回路、36…
…トランジスタ、40……端子（入出力用）、41、42……
オープンコレクタ型バッファ回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 千昭 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 山田 利貴 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸入空気通路に設けられた吸入
   空気量を検出する計測部と、この計測部の外部に設定さ
   れる制御部とを備える熱式空気流量検出装置において、 前記計測部と前記制御部との間に設けられた１つの信号
   線を備え、 前記計測部は、 測定空気中に設定された温度抵抗特性を有する加熱制御
   される感温素子と、 前記１の信号線を介して設定される加熱同期信号により
   第１の状態に設定され、また前記感温素子を含むブリッ
   ジ回路からの前記感温素子の温度が特定される温度以上
   に上昇した状態の検出信号で反転される反転回路手段
   と、 この反転回路手段が第１の状態に設定されたときに前記
   温温素子を含むブリッジ回路に加熱電流を供給する加熱
   電流制御手段と、 前記１の信号線から前記加熱同期信号を入力すると共
   に、前記反転回路手段からの第１の状態に対応する出力
   信号を前記１の信号線に出力する計測部入出力手段とを
   備えて構成され、 さらに前記制御部は、 前記１の信号線から前記出力信号を入力すると共に、前
   記１の信号線に前記加熱同期信号を出力する制御部入出
   力回路を備える、 ことを特徴とする熱式空気流量測定装置。
2. 【請求項２】前記制御部は、前記内燃機関の運転状態に
   応じて前記加熱同期信号の発生周期を変化させることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱式空気流量測
   定装置。