JP2003156374A - 気体流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】パルス出力型気体流量計において、温度変化に
よる出力誤差の小さい気体流量計を提供すること。 【解決手段】パルス出力回路の基準周波数として、エン
ジンコントロールユニット(ＥＣＵ)などから出力される
外部発振器を用いる。 【効果】温度変化による周波数変化の大きい内部発振器
を基準にしないので、温度変化による出力パルス信号の
誤差がなくなる。また、気体流量計からＥＣＵに入力さ
れるパルス信号はカウンタで測定されるが、このカウン
タも同じ基準周波数を用いているので、測定安定性が良
くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体の流量を計測
する装置に関する。特には自動車エンジンの制御に用い
る気体流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの吸入空気量を検出する発熱抵
抗体式気体流量計がある。この発熱抵抗体式気体流量計
は気体通路中に配置された発熱抵抗体が所定温度に加熱
され、その加熱電流から吸入空気量を検出するように構
成されている。

【０００３】この発熱抵抗体式気体流量計の出力信号
は、電圧出力のほかに、エンジンコントロールユニット
での測定誤差を低減するため、外部基準電圧に比例させ
た信号に変換して出力するレシオメトリック電圧出力，
パルス出力などの方式がある。

【０００４】レシオメトリック電圧出力の発熱抵抗体式
気体流量計の例としては、特開平２−８５７２４号公報
に記載された吸入空気量検出装置がある。この公報記載
の吸入空気量検出装置では、吸入空気量検出回路からの
出力信号を、エンジンコントロールユニットのアナログ
・デジタル変換器に供給される基準電圧の変動に応じて
補正し、アナログ・デジタル変換器に出力する補正回路
（レシオメトリック回路）が備えられている。このレシ
オメトリック回路により、アナログ・デジタル変換器に
供給される基準電圧の変動に関係なく正確な吸入空気量
を検出可能な吸入空気流量計が実現される。

【０００５】また、パルス出力の発熱抵抗体式気体流量
計の例としては、特許2846613 号公報に記載された空気
流量計がある。この公報記載の空気流量計では、空気流
量検出回路からの出力電圧は電圧制御発振器（Voltage
Controlled Oscilator：VCO)によって電圧の値に比例し
た周波数をもつパルス電圧に変換され、出力されるよう
になっている。

【０００６】さらに最近では、気体流量計の調整精度の
向上を図るため、特許3073089 号公報に記載された空気
流量計のように、空気量検出回路からの出力電圧をデジ
タル信号に変換後、デジタル調整してアナログ信号に戻
して出力させる方法もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平２−８５７２４号公報に記載された従来技術にあっ
ては、発熱抵抗体に流れる電流が大きくなると、基準電
位（ＧＮＤ）配線抵抗による電圧降下が大きくなり、レ
シオメトリック回路の基準電位となる接地電位が、エン
ジンコントロールユニットの基準電位となる接地電位よ
り高くなり、レシオメトリック回路の増幅率が低下する
ため、誤差が発生し、気体流量計の出力信号の精度が低
下するという問題点があった。

【０００８】また、気体流量計の出力がパルス出力の場
合、センサの調整手段がデジタル補正方式だとデジタル
値から直接パルス出力にした方が回路構成が小さくなる
が、この場合発振器を用いる必要がある。発振器とし
て、ＩＣ上に集積化できるＣＲ発振器を用いると、抵抗
の温度特性が大きいので、基準としている発振周波数が
変わって、出力パルスの周波数が変わり、誤差が発生す
るという問題点があった。

【０００９】本発明の目的はパルス出力型気体流量計に
おいて、温度変化による出力誤差の小さい気体流量計を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、請求項に記
載の発明により達成される。例えば次のように構成す
る。

【００１１】（１）気体通路中に配置される抵抗体に流
れる電流や発生電圧を検出することにより、前記気体通
路中を流れる気体流量を電圧信号として出力する気体流
量検出回路と、検出した気体流量に基づいた信号をゼロ
点／スパン調整して出力する調整回路を備えた気体流量
計において、外部基準周波数に比例させた信号に変換し
て出力するパルス出力回路を備える。

【００１２】これにより、温度変化に対して周波数変化
の小さい外部発振器周波数を基準周波数として用いるの
で、気体流量計の温度変化によるパルス出力の誤差が小
さくなる。

【００１３】（２）気体通路中に配置される抵抗体に流
れる電流や発生電圧を検出することにより、前記気体通
路中を流れる気体流量を電圧信号として出力する気体流
量検出回路と、検出した気体流量に基づいた信号をゼロ
点／スパン調整してデジタル値を出力する調整回路を備
えた気体流量計において、パルス出力回路は、カウンタ
値が負となるとＨｉを出力するカウンタ、および、カウ
ンタの出力を入力としたＴ−フリップフロップを有し、
前記カウンタはクロック入力がＨｉとなる毎にカウンタ
値から入力値を減算し、カウンタ値が負となって、気体
流量計のパルス出力であるＴ−フリップフロップの出力
が反転し、かつ、カウンタに定数を加えることの繰り返
しにより、前記デジタル値の入力に比例した周波数を持
つパルス出力が得られるパルス出力回路を備える。

【００１４】これにより、簡単な回路構成で精度のよい
パルス出力回路が構成できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、気体流量計の一例であるパ
ルス出力型発熱抵抗体式気体流量計について、図示の実
施例により詳細に説明する。図１は本発明の実施例であ
るパルス出力型発熱抵抗体式気体流量計１０、ならびに
エンジンコントロールユニット２００との接続を表わし
た概略回路構成図である。

【００１６】まず、気体流量検出回路２０については、
主に、演算増幅器１１０，パワートランジスタ２５，発
熱抵抗体（ホットワイヤ、あるいは熱線などとも呼ばれ
る）２１，気体温度測定抵抗体（コールドワイヤ、ある
いは冷線などとも呼ばれる）２２，抵抗２３，２４から
構成され、また、調整回路については、主に、アナログ
・デジタル変換器１２１，１２２、温度センサ１３０，
デジタル演算器１４０，ＲＡＭ１４１，ＲＯＭ１４２，
ＥＥＰＲＯＭ１４３などのメモリ、パルス出力回路１５
０，発振器１６０などからなる。これらの要素のうち、
演算増幅器110,アナログ・デジタル変換器１２１，１２
２，温度センサ１３０，デジタル演算器１４０，ＲＡＭ
１４１，ＲＯＭ１４２，ＥＥＰＲＯＭ１４３などのメモ
リ，パルス出力回路１５０，発振器１６０は１チップの
集積回路１００上にまとめることが可能である。

【００１７】気体流量検出回路２０は、発熱抵抗体２１
の温度を常に一定にする、つまり、演算増幅器１１０で
ブリッジバランスを保って、抵抗値を一定にする回路で
あり、気体流量が多いほど、発熱抵抗体２１からの放熱
が増えるので、加熱電流が増える。この加熱電流は、抵
抗２３の両端の電圧に比例するので、この電圧を測定す
れば気体流量を検出できる。

【００１８】電流検出抵抗２３で変換された電圧出力を
アナログ・デジタル変換器１２１にてデジタル値に変換
する。また、温度センサ１３０出力もアナログ・デジタ
ル変換器１２２にてデジタル値に変換する。これら２つ
のデジタル値をデジタル演算器１４０に入力し、ＲＯＭ
１４２に記憶されている所定のプログラムによりゼロ点
・スパン調整、およびアナログ・デジタル変換器１２１
などの温度補正を計算にて行い、その結果をデジタル出
力する。なお、この演算におけるゼロ点・スパンの調整
係数は、ＥＥＰＲＯＭなどのメモリ１４３に予め記憶さ
れている。また、デジタル演算器１４０は、非線形な演
算が容易であるため、出力の調整において、ゼロ点・ス
パン調整のみならず、非線形調整を容易に行うことが可
能である。この非線形調整により、調整精度は±２％以
下となる。計算結果のデジタル信号はパルス出力回路１
５０に入力し、パルス信号に変換して所望の気体流量に
対するパルス出力を得る。

【００１９】パルス出力回路の基準周波数は内部の発振
器１６０からの周波数と例えばエンジンコントロールユ
ニット２００などの外部発振器２１０からの基準周波数
を必要に応じて切り替えられるようにスイッチ１７０を
設けている。内部発振器160については集積化しやすい
ようにＣＲ発振器を用いる。ＣＲ発振器に用いられる抵
抗は、温度係数が大きく、温度変化により周波数が変化
する。この温度変化による発振周波数の変化は、チップ
内部の温度センサ１３０の出力を用いて補正が可能であ
るが、完全にゼロに補正することは不可能である。一
方、エンジンコントロールユニット２００の発振器２１
０には温度安定性の高い水晶発振器からの周波数を用い
ているので、この安定した周波数を気体流量計１０のパ
ルス出力の基準周波数に用いることにより、温度変化に
対しても誤差のない出力を得ることができる。また、気
体流量計１０からエンジンコントロールユニット２００
に入力されるパルス信号はカウンタ２１１で測定される
が、このカウンタ２１１も同じ基準周波数を用いている
ので、測定安定性が良くなる。

【００２０】次に、図２にパルス出力回路１５０の概略
回路構成の一例を示す。パルス出力回路１５０は、カウ
ンタ１５１,Ｔ−フリップフロップ１５２,定数発生器１
５３，スイッチ１５４，遅延器１５５，加減算器１５６
により構成される。図３に回路の動作チャートを示す。
カウンタ１５１ではクロック入力がＨｉとなる毎にカウ
ンタ１５１のカウンタ値から入力デジタル値を減算す
る。このカウンタは例えば図４に示すように、遅延器１
５７とマイナスのときにＨｉを出力する符号判定回路１
５８、および加算器１５９から構成される。カウンタ１
５１のカウンタ値がマイナスとなって、カウンタ出力が
Ｌｏ→Ｈｉとなると、Ｔ−フリップフロップ１５２は出
力を反転させ、さらに、次のクロック入力で、定数発生
器１５３とカウンタ１５１の間にあるスイッチ１５４に
遅延器１５５からの出力でトリガをかけて、カウンタ１
５１にある定数値を加える。これにより、カウンタ１５
１のカウンタ値は正となって、カウンタ出力はＨｉ→Ｌ
ｏとなる。この動作の繰り返しにより、図３から、この
パルス出力回路１５０のパルス周期Ｔｏｕｔの期待値
は、 Ｔｏｕｔ＝（定数／入力値）×Ｔ×２ であることが容易に導かれる。ここでＴはクロックの周
期とする。

【００２１】したがって、周波数は周期の逆数であるか
ら、デジタル入力値に比例した周波数を持つパルス出力
が得られる。

【００２２】本実施例によれば、パルス出力型気体流量
計において、エンジンコントロールユニットなどから外
部周波数基準を用いることにより、内部発振器の温度特
性を無視できるので、温度変化による出力パルス信号の
誤差がなくなる。気体流量計からエンジンコントロール
ユニットに入力されるパルス信号はカウンタで測定され
るが、このカウンタも同じ基準周波数を用いているの
で、測定安定性が良くなる。

【００２３】また、簡単な回路構成で精度のよいパルス
出力回路を提供できる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、温度変化による出力誤
差を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるパルス出力型発熱抵抗気
体流量計、ならびにエンジンコントロールユニットとの
接続を表わした概略回路構成図。

【図２】パルス出力回路の概略回路構成の一例。

【図３】パルス出力回路の動作チャート。

【図４】カウンタの概略構成の一例。

【符号の説明】

１０…パルス出力型発熱抵抗体式気体流量計、２０…気
体流量検出回路、２１…発熱抵抗体、２２…気体温度測
定抵抗体、２３，２４…抵抗、１２１，１２２…アナロ
グ・デジタル変換器、１３０…温度センサ、１４０…デ
ジタル演算器、１５０…パルス出力回路、１５１，２１
１…カウンタ、１５２…Ｔ−フリップフロップ、１５３
…定数発生器、１５４…スイッチ、１６０，２１０…発
振器、１７０…スイッチ、２００…エンジンコントロー
ルユニット。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気体通路中に配置される抵抗体に流れる電
   流または発生電圧を検出することにより、前記気体通路
   中を流れる気体流量を電圧信号として出力する気体流量
   検出回路と、検出した気体流量に基づいた信号をゼロ点
   ／スパン調整して出力する調整回路を備えた気体流量計
   において、 外部基準周波数に比例させた信号に変換して出力するパ
   ルス出力回路を備えることを特徴とする気体流量計。
2. 【請求項２】気体通路中に配置される抵抗体に流れる電
   流や発生電圧を検出することにより、前記気体通路中を
   流れる気体流量を電圧信号として出力する気体流量検出
   回路と、検出した気体流量に基づいた信号をゼロ点／ス
   パン調整してデジタル値を出力する調整回路を備えた気
   体流量計において、 パルス出力回路は、カウンタ値が負となるとＨｉを出力
   するカウンタ、およびカウンタの出力を入力としたＴ−
   フリップフロップを有し、 前記カウンタはクロック入力がＨｉとなる毎にカウンタ
   値から入力値を減算し、カウンタ値が負となって、前記
   気体流量計のパルス出力であるＴ−フリップフロップの
   出力が反転し、かつ、カウンタに定数を加えることの繰
   り返しにより、前記デジタル値の入力に比例した周波数
   を持つパルス出力が得られるパルス出力回路を有するこ
   とを特徴とする気体流量計。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の内燃機関用の気体
   流量計。