JPH0235315A - 熱線式空気流量計 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガソリンエンジンなどの内燃機関の吸入空気
流量計測用の熱線式空気流量計に係り、特に、自動車用
ガソリンエンジンに好適な熱線式空気流量計に関する。

［従来の技術］ 自動車用ガソリンエンジンなどでは、その高性請ケ排ガ
ス規制への充分な対応のため、吸入空気流量を検出して
エンジン制御を行なうシステムが広く実用化されており
、これに対応して各種の方式の空気流量計が使用されて
いるが、その一種に熱線式空気流量計、いわゆるホツＩ
−ワイヤエアフローセンサがある。

ところで、この熱線式空気流量計の従来技術として、例
えば、特開昭ダターＯダ３ｆ”７７　号公報があり、こ
れは、低消費電力、かつ温度補償も充分で、優れた特性
を与えるものとして知られている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、そこに使用されている差動増幅器、い
わゆるオペアンプのオフセット電圧について充分な配慮
がされておらず、応答性の点で問題があった。

すなわち、この従来技術は、第３図に示すように、抵抗
１〜３と、空気流量検出用熱抵抗素子、すなわちホット
ワイヤ４からなる変形平衡ブリッジ回路と、この変形平
衡ブリッジ回路の平衡状態を検出するオペアンプ５、こ
のオペアンプ５の出力で制御され、ホットワイヤ４を含
む変形平衡ブリッジ回路に流れ込む電流を制御する働き
をする１−ランジスタロと、抵抗７，８と共に温度補償
用の帰還回路を構成する温度補償用熱抵抗素子、すなわ
ちコールドワイヤ９を備えたオペアンプ」○、それに直
流電源１１からなり、空気流量の関数としての電圧出力
■２が得られるようにしたものであるが、ここで使用さ
れているオペアンプ５，１０には、それぞれオフセラ１
〜電圧Ｖ。１．１ＶＯ２があるにもかかわらず、これら
についての配慮がなされておらず、上記のように、応答
性に問題があるのである。

一 この点について、さらに詳しく説明すると、まず、この
第３図において、出力電圧ｖ２を、ブリッジ回路の入力
電圧ｖ１と、オペアンプ５，１０のオフセット電圧Ｖ。

１１ＶＯ２、それに各抵抗１〜３．７．８及びコールド
ワイヤ９の抵抗値Ｒ１〜Ｒ３，Ｒ７，Ｒ１１，及びＲｃ
で表わすと（１）式のようになる。

ここで、Ｒよ＝１０Ω、Ｒ２＝９にΩ、　Ｒ３＝４００
Ω。

Ｒ７＝２３２Ω、Ｒ，＝１１Ω、Ｒｃ−２０Ωとすると
、（１）式の■。、と■。２の項の係数は、それぞれ、 となる。

従って、オペアンプ５と１０が単独にもつオフセット電
圧■。□１ＶＯ２は約６倍にも増幅されて現われること
になる。なお、何倍になるかは（１）式中の定数の値に
より異なる。

次に、オフセット電圧とセンサ出力との関係について説
明すると、同じく、第３図から次の式が導かれる。なお
、ＲＲはホラ１ヘワイヤ４の抵抗値である。

Ｖ１＝Ｋ　（ｖｐｌ−ｖＮ１＋ｖｏ、）　　　　−−（
４）Ｖ２＝　Ｉ　。Ｒ１−−（５） ■９、＝■２＋■１・Ｒ３・・・・（６）ＶＰ、、＝Ａ
　（ｖ２＋ｖ。、）　　　　　　　　・・４７）Ｉ　ｈ
＝　　（ｖｌ　　Ｖ２）　　／　ＲＰＩ　　　　　　　
　−”’（９）ニー−（ｖ１Ｖ２）　／　（Ｒ２＋Ｒ３
）　　・・・・（１０）以上の式からホットワイヤ４を
流れる電流工８を導くと次式となる。

この式の右辺で変化する項はＲ８のみであり、その他の
項は定数とみなせる。

従って、（１１）式を変形すると、 （Ａ、Ｂ、Ｃは定数） さらに、第３図の２個のオペアンプ５，１０としては、
はぼ同じものを使用する場合が多いので、ｖｏ、＝ｖｏ
２とおくことができ、この結果、となる。

ここで、■、、′を計算すると、 となる。

一方、ホットワイヤ４の発熱量と空気流量との関係は、
有名なキングの法則で知られるように、次式で表わされ
る。

Ｉｈ”Ｒ）ｌ＝　　（ｘ＋ｙ、ｒ丁）　（ＲＩ４Ｒｔ　
）　・　・（１５）ここで、Ｒ２は常温時でのホットワ
イヤ４の抵抗値、Ｕは流速、ＸとＹはホラ１ヘワイヤ４
及び流体に依存する定数である。

（１５）式を変形すると、 となる。

次に、第３図の回路の電圧、電流は（１４）式と（］Ｂ
６式を同時に満足する点で安定的に存在することになる
。これを第４図に示す。

この図は横軸にＲ８、縦軸に■や′をとったものであり
、まず、（１４）式からきまるカーブは、図に示すよう
に、ＲＯ（＝−Ｂ／Ａ＞Ｏ）で無限大となり、Ｒ，＝ω
で零となる。（１４）式から明らかなように、オフセッ
ト電圧Ｖ。１が大きいとカーブは右側に寄り、図に示す
ようにカーブＣ□−Ｂ、−Ａ１のオフセット電圧を■。

□−１とすると、この値より大きいオフセラｌへ電圧■
。、−２をもつ場合には、カーブはＣ２−Ｂ２−Ａ、と
なり、さらに大きい場合（Ｖ、、　３）にはＢ３−Ｂ３
−Ａ３となる。

一方、（１６）式からきまるカーブはＲＨ”　Ｒｔから
右上に向かって伸びるカーブとなる。

従って、両者の交点であるＡ　１．Ａ２　、Ａ３ｇ　Ｂ
　）　ｇＢ２．　Ｂ３．　Ｃ１，Ｃ？、、　Ｂ３が安定
存在点となる。

ここで、まず、流量がＵ＝Ｏであったとすると、回路は
オフセット電圧の大きさにより、Ａ１又はＡ２又はＡ３
で安定している。

次に、流量がＵ、に変化したとすると、安定点はＢ１．
Ｂ２．Ｂ３へと移る。このとき、Ｂ１Ａ１の長さくＢ２
Ａ２の長さくＢ５Ａ３の長さの関係があり、オフセット
電圧の大きい回路はど、１つの安定点から次の安定点へ
の距離が必ず長くなり、この分、応答時間は長くなり、
これは実験的にも解析的にも明らかになっている。

以」二より、回路のオフセット電圧の影響を低減するこ
とが応答性の面から大切であることがわかる。

以上は静的な解析に基づ＜Ｉｈ”とＲＨの関係を示した
ものであるが、■２とｖｌの関係で見ると（１）式のよ
うになり、Ｒ，の変化でＶ□が変化し、さらにｖ２が変
化し、その結果がオペアンプで増幅され、フィードバッ
クされて再び■１が変化することになる。従って、ダイ
ナミック的には、（１）式で示すようなオフセラ１〜電
圧の影響を受ける。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、変形平衡ブリッジ回路を通常の平衡ブリッ
ジ回路に戻し、差動増幅器との接続を変更することによ
り達成される。

［作用］ 通常の平衡ブリッジ回路にし、これに対する平衡検出用
の差動増幅器と、温度補償用差動増幅器の接続を変更す
ることにより、これら２個の差動増幅器によるオフセッ
ト電圧成分の総和が、これらの差動増幅器の各々が単独
に有するオフセラ１〜電正値の合計値よりも小さくなり
、応答性が改善される。

［実施例］ 以下、本発明による熱線式空気流量計について、図示の
実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、この実施例が第３図の従
来例と異なる点は、抵抗３の下端がオペアンプ１０の非
反転入力に接続されず、グラン１く（共通電位点）に接
続され、ホットワイヤ４を含む抵抗１〜３からなるブリ
ッジ回路が変形平衡型ではなくて、平衡型に戻されてい
る点である。

この図より以下の式が導かれる。

Ｖｌ−ＶＮ、、＝Ｉ２Ｒ２・・（１７）ＶＮ１＝　Ｉ　
２Ｒ３（１８） ＶＰ、−ＶＮ２＝　＋４（Ｒ８＋ＲＣ）　　　−・・・
（＋９）ＶＮ２＝　Ｉ　、　Ｒ７＝−−（２０）Ｖｐ、
　　ＶＮ−＋　Ｖｏｌ−○　　　　　　−−（２１）■
２−ｖＮ２＋ｖｏ、＝Ｏ・・・・（２２）以上より、 ・・・（２４） （２４）式のオフセット電圧の影響項は、これを■ア。

ＦＦとすると、 であり、（２）　、　（３）式と同じ定数を入れると、
ＶＴＯＦＦ＝　０．８８Ｖｏ、　＋　Ｖ、　　　　　　
−−（２６）これは、第３図の従来例におけるオフセッ
トの影響よりも充分に小さい。すなわち、 ＶＴＯＦＦ＝　０．８８Ｖｏ、　＋　Ｖｏ２＜　６　Ｖ
、１＋　６　Ｖ。

となっており、従って、この実施例によれば、応答速度
が高い、優れた特性の熱線式空気流量計を得ることがで
きる。

また、（２５）式と（２６）式によれば、となっている
ことが容易に理解でき、従って、この実施例によれば、
全体的に影響するオフセット電圧ＶＴＯＦＦは、２個の
オペアンプ５，１０がそれぞれ単独にもっているオフセ
ット電圧の総和よりも小さくなっていることが判る。

次に、本発明の他の一実施例を第２図に示す。

この第２図の実施例が、第１図の実施例と異なる点は、
温度補償用のオペアンプ１０が、平衡検］１ 出用のオペアンプ５による帰還ループ内から外され、出
力電圧Ｖ、を取り出す経路として構成されており、これ
により一旦、温度補正されないままで出力電圧■２を発
生させたあと、コールドワイヤ９を帰還回路としてもつ
オペアンプ１０により温度補償するようになっている点
である。

この第２図の実施例の動作条件は、次のようにして導出
される。

Ｖｌ−ＶＮ□＝　Ｉ　２Ｒ２−−（２９）Ｖ、１＝Ｉ、
Ｒ，・・（３０） Ｉ　４　（Ｒ７＋Ｒ１１＋　ＲＣ）　＝Ｖ３　　　　　
・・・・・・（３１）ＶＰ□−ＶＮ、＋Ｖ、、＝　Ｏ−
−（３２）Ｖ３＝Ａ（Ｖ２−ＶＮ□−Ｖ、、）　　　　
−・・・（３３）Ｖ、２＝　Ｉ　、−Ｒ７−−（３４） 以上の式から、 （３４）式の中で、オフセット電圧の総和ＶＴＯＦＦは
、（２）式と（３）式を計算したときと同じ数値を入れ
ると、 ｖＴｏｒＦ−０，５６７（ｖｏ１＋■。２）〈ｖｏ１＋
ｖ。２となり、従って、この実施例でも、回路全体とし
て影響を受けるオフセット電圧の大きさは、２個のオペ
アンプ５，１０が各々単独に有しているオフセット電圧
値の総和よりも小さくすることができ、充分に応答性の
改善が図れることが判る。

［発明の効果コ 本発明によれば、差動増幅器が有するオフセット電圧の
影響を充分に低減することができるから、複数の差動増
幅器を用いた高性能の熱線式空気流量計の特長を充分に
活用し、応答性に優れた吸入吸気流量計に容易に提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱線式空気流量計の一実施例を示
す回路図、第２図は同しく他の一実施例を示す回路図、
第３図は熱線式空気流量計の従来例を示す回路図、第４
図は動作説明用の特性図である。 １〜３・・・・抵抗、４　・ホラ１へワイヤ（空気流量
検出用熱抵抗素子）、５．１０　・・オペアンプ、６　
　トランジスタ、７，８　・・・抵抗、９　　コールド
ワイヤ（温度補償用熱抵抗素子）、１１直流電源。 代理人　弁理士　　武　順次部（外１名）第 図 １〜３・・・・抵抗 ４・　　・　°ホットワイヤ ５．１０　　・・オヤア′ノア９ ６・・・　・　　トランジスタ ７．８・・・・・抵抗 ９・・・・・・　コールドワイヤ ｌｌ・・・・・　直流電５及

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空気流量検出用熱抵抗素子を１辺に含み、直流電圧
   入力端子と共通電位に接続された抵抗ブリッジ回路と、
   該抵抗ブリッジ回路の電圧平衡状態を検出する差動増幅
   器と、上記直流電圧入力端子と直流電源との間に接続さ
   れた電流制御素子とを備え、該電流制御素子の制御入力
   に上記差動増幅器の出力を供給して上記空気流量検出用
   熱抵抗素子の加熱電流を制御する方式の熱線式空気流量
   計において、上記抵抗ブリッジ回路の上記空気流量検出
   用熱抵抗素子を含む１辺の電圧平衡検出点と上記差動増
   幅器の非反転入力との間に入力と出力が接続された第２
   の差動増幅器と、この第２の差動増幅器の反転入力と出
   力との間に接続した温度補償用熱抵抗素子とを設け、空
   気流量の検出値に対する温度補償が、上記加熱電流を制
   御するための帰還ループ内で行われるように構成したこ
   とを特徴とする熱線式空気流量計。 ２、空気流量検出用熱抵抗素子を１辺に含み、直流電圧
   入力端子と共通電位間に接続された抵抗ブリッジ回路と
   、該抵抗ブリッジ回路の電圧平衡状態を検出する差動増
   幅器と、上記直流電圧入力端子と直流電源との間に接続
   された電流制御素子とを備え、該電流制御素子の制御入
   力に上記差動増幅器の出力を供給して上記空気流量検出
   用熱抵抗素子の加熱電流を制御する方式の熱線式空気流
   量計において、上記抵抗ブリッジ回路の上記空気流量検
   出用熱抵抗素子を含む１辺の電圧平衡検出点に非反転入
   力が接続された第２の差動増幅器と、この第２の差動増
   幅器の反転入力と出力との間に接続した温度補償用熱抵
   抗素子とを設け、該第２の差動増幅器の出力に温度補償
   された空気流量の検出値が得られるように構成したこと
   を特徴とする熱線式空気流量計。