JPS59162414A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は熱線式空気流量計に係シ、特に内燃機関の吸入
空気量を検出するだめの熱線式空気流量計に関する。

〔従来技術〕

最近ではエンジンの制御機能を向上させる目的テマイク
ロコンピュータを使用したエンジンの総合的制御が行わ
れつつある。

一方、自動車の車種および用途に応じてエンジンに必要
な制御機能は様々でアシ、それゆえマイクロコンピュー
タを使用したエンジン制御システムではエンジン制御装
装置を操作するソフトウェアとして車種および用途に応
じて汎用性ある、すなわち各種の制御機能の修正、変更
および追加が可能であるものがコスト面あるいは制御性
の向上といった観点から要請される。

一般に原理的には燃料噴射弁に第１図図示Ａの如きパル
スを与えるとこの与えられたパルスの時間だけ燃料噴射
弁が開くようになっている。このような燃料噴射弁は模
式的に示すと第２図の如き構成を有している。すなわち
テーパー状に形成された燃料噴射口１にプランジャー２
が当接するように構成されている。このプランジャー２
の後端にはバネ３が設けられておりこのバネ３によって
常時プランジャー２が前記燃料噴射口１に当接されてい
るように構成されている。このプランジャー２の回シに
はコイル４が設けられておりこのコイル４に電流を流し
てバネ３のバネ力に抗して弁を開くようになっている。

弁が開いた際燃料はプランジャー２と燃料噴射口１との
隙間を通って排出される。どのコイル４に第１図Ａに示
す如きパルス時間だけ電流を流しプランジャー２を矢印
ａの如き方向に移動して燃料を噴射させるわけである。

このように電磁弁を必要燃料量供給するだめに駆動させ
る訳であるが、この必要燃料量を決定する必要がある。

燃料は、一般に吸入空気量との相関においてリーン、リ
ッチが決定され、理論空燃比になるように制御される。

したがって、吸入空気量が測定され、この吸入空気量に
応じて燃料量が決定されなければならない。

従来、内燃機関が吸入する空気量は、吸気マ二フオルド
圧から間接的に、あるいは直接空気流量を検出して吸気
行程中のトータル量を求める方法がとられていた。前者
は間接的方法であるため精度が悪く、機関の機差や劣化
の影響を受け、また応答性が悪いという欠点を有してお
シ、後者は精度が高く（読み値±１％）、ダイナミック
・レンジが広い（１：５０）流量センサを必要とし、コ
スト高となる欠点を有していた。流量センサとして、い
わゆる熱線流量センサを用いると低コスト化が可能であ
シ、またその出力特性の非線型性は相対誤差を均一化し
て広いダイナミック・レンジを許容する特長があシ望ま
しい。

一般に、熱線式空気流量センサを用いた空気流量の測定
は熱線の損失流量と空気流量（速）との間の非線形関係
を利用したもので従来よシ第３図に示す如きブリッジ回
路を用いた定温度差アナログ駆動法が広く知られている
（例えば、ＵＳＰ３７４７５７７など）。−例を示すな
らば、交流電源５１にスイッチ５２を介し抵抗５３，５
４．摺動抵抗５５．熱線５６によって構成されるブリッ
ジ７０に交流電力が供給される。このブリッジ７０の一
端は接地されており、このブリッジ５２の出力端には、
差動増幅器５７が接続されでいる。この差動増幅器５７
は、ブリッジ７０の平衡がくずれたときにブリッジ７０
の両端に生じる差電圧を増幅するものである。この差動
増幅器５７には、ローパスフィルタ５８が接続されてお
り、このローパスフィルタ５８には比較器５９が接続さ
れている。この比較器５９には、パルス発振器６０によ
って発振される一定周期のパルスに基づいてこのパルス
発振器６０に接続される積分回路６１において作られる
三角波が入力するように構成されている。この比較器５
９は、ローパスフィルタ５８より人力されるブリッジ７
０の差電圧信号と積分回路６１とを比較して、三角波が
差電圧信号よシＨ１のときＨｉレベルを、三角波が差電
圧信号よｐＬＯＷ　のときＬＯＷ　　レベルを出力する
ものである。この比較器５９には、パルス電力増幅器６
２が接続されでおり、比較器５９の出力信号がこのパル
ス電力増幅６２に入力される。この比較器５９からの出
力によって時比率が決定され、この時比率に基づき、パ
ルス電力増幅器６２は、前記スイッチ５２のＯＮ、ＯＦ
Ｆ信号を出力する。

このように構成される熱線式空気流量センサは、流れの
中に置かれた熱線と空気の間の熱伝達量にと質量流量ｑ
Ａ　　（正確には密度換算流速。ここでは断面積一定と
し質量流量であられす）との間に、Ｋ　＝　Ｃ】十Ｃ２
■Ｇ　　　　・・・・・・　（１）ここでＣＩ−に−Ａ
−ａ Ｃ２＝に−Ａ−ｂ Ｋ：熱線・空気間の熱伝達係数 Ａ：熱線の表面積 ａ、ｂ：定数 の関係があることを利用し、流速あるいは流量を計測す
る方法であり、流速計として永い歴史を有している。熱
線への供給電力と熱伝達量との間に平衡が成立するとき
、次の関係が成シ立つ。

ｌ２Ｒ１１／４．２−＜Ｃ１＋Ｃ２Ｖ’（１＼　（Ｔｉ
Ｎ−’Ｉ’ａ）・−・（２）ここでＴＨ：熱線の温度 Ｔ、：空気の温度 ＲＨ：熱線の抵抗 ■　＝熱線に流れる電流 流量ＱＡを電流Ｉのみの関数として検出するには、（２
）式においてＴｗ−Ｔ−１すなわち熱線と周囲の空気と
の温度差が一定であることが望ましく、これはまた熱伝
達係数の変化を小さくできる一長所があり、今日広く使
われている。具体的には熱線ブリッジの一片に同種の感
温抵抗体を配し、ブリッジ平衡・がとれるよう、ブリッ
ジ印加電圧を制御する。このような駆動方法において、
供給熱量を計測するには電流Ｉを検出し、それを平方す
る必要がある。更に流量Ｑ、を知るには（２）式より、
熱線の抵抗Ｒｗを乗じて平方する。

このようにして空気流量ＱＡが求められ、この求められ
た空気流量とエンジン状態とによって供給燃料量が決定
される。この決定された供給燃料量が実際に供給される
ように電磁弁駆動回路が動作する。

ところがエンジン吸入空気量は、一定ではなく、第４図
に示す如く小さな脈動を有しており、流量センサからの
出力信号は吸入空気流に対し非線型関係を有し、応答す
る出力信号から吸入行程の空気量を空気流量の積算の形
で求める必要があシ、この積算をするには複雑な演算処
理が必要である。

すなわち、ホットワイヤ出力電圧Ｖは、質量流量をｑＡ
とすると、 ｖ＝Ｖ’　Ｃ＋十Ｃ２Ｖｑｈ　　　　　・・・−（３）
と求まり、（１）式はさらに、 Ｖ　”　＝　Ｃｒ十Ｃ２Ｖ’　ＱＡ　　　　　＝−（４
）となる。いま、回転数Ｎ−〇、質量流量ｑＡ＝０のと
きのホットワイヤ出力電圧Ｖ’ｋＶ＝Ｖｏ　とすると、
（２）式は、 ＶＯ”ＣＩ　　　　　　　　　・・・・・・・・・・・
・　（５）となる。したがって、（２）式、（３）式よ
り、Ｖ２＝Ｖｏ＋ＣｚＶ”ｒ丁　　　・−・−（６）と
、瞬時瞬時の質量流量ｑＡが（力式によって求められる
。したがって、１吸気工程間の平均空気量９人は、次の
ようになる。

また、１吸気工程当たシの燃料噴射量Ｑ、は、Ｎを回転
数、Ｋを定数とすると、 したがって、９人を求めることにより１回転当りの燃料
噴射量Ｑ、が回転数によって決定される訳である。

このような熱線式流量計は、第５図に示す如く吸気管３
０に取シ付けられている。この吸気管３０は、メイン通
路２１とバイパス通路２２を有している。このバイパス
通路２２中にホットワイヤ１００とコールドワイヤ２０
０とがホルダ２０によって支持されて設けられている。

このホルダ２０内に設けられているリード線を兼ねるピ
ン１０６と１０７によって、モジュール２４のプリント
基板２５上に設けられた制御回路に接続されている。こ
の制御回路はカバー２６によっておおわれている。

このバイパス通路２１中に設置されるホットワイヤ１０
０は、第６図に示す如き構成を有している。すなわち、
ボビン１０１′に白金線１０２がまかれ、この上にガラ
スコーティング１０３がなされている。このボビン１０
１は２本のリード線１０４によってピン１０７に支持さ
れている。

このようなホントワイヤ１００が、バイパス通路２２内
に取付けられ、流量を計測する際の温度分布は第７図に
示す如くなる。すなわち、ホットワイヤ１００の白金線
１０２に通電して自己発熱を生じると、ガラスコーティ
ング１０３のまわシの温度分布は、第７図Ａに示す如く
なる。ところが、エンジンの運転条件の急激な変化が生
じ吸入空気量が一時に急増すると、その際に温度下降が
生じ、第７図Ｂに示す如き温度分布特性となる。

これは、リードａ１０４とピン１０７の溶接部の温度は
空気温度Ｔ、にほぼ等しいことによるためである。

このため、従来のホットワイヤにあっては、大巾に冷却
されるため再び第７図Ａにまでに温度分布が戻るのに時
間を要し、応答性が悪いという欠点を有していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、応答性の良い熱線式空気流量計を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、白金線によって加熱される部分と、このホッ
トワイヤの保持とに温度差があり、ホットワイヤが通常
の加熱温度まで戻るに時間を要することに鑑み、ホット
ワイヤの保持部に、自己の温度がある設定した温度に自
動的に調整する正温度抵抗係数素子を設けることにより
、ホットワイヤの保持部近傍の温度を所定値まで上げて
おくことにより応答性を良くしようというものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

第８図には、本発明の一実施例が示されている。

図中、第７図図示従来例と同一の符号の付されているも
のは同一の部品・同一の機能を有するものである。

図において、ポビン１０１に巻かれた白金線１０２をお
おってガラスコーティング１０３が設けられている。こ
のボビン１０１を支持すると共に白金線１０２の接続さ
れたリード線１０４がピン１０７に固着されている。こ
のピン１０７の上部リード線１０４の接続点近傍に正温
度抵抗係数素子１０５が取りつけられておシ、この正温
度抵抗係数素子１０５は、一定発熱体すなわち、設ける
ときにある温度になるように製作して設けると、その後
、通電しておけば、設定温度になるように抵抗値を自己
が制御して保持する機能を有するものである。

また、吸入空気流量を感知する発熱抵抗体のポットワイ
ヤ１００及び吸入空気温度を感知する抵抗体のコールド
ワイヤ２００は、いずれも直径φ０．５、長さ２ｍｍ程
度のアルミナ製ボビンｌ０ＩＫ白金線１０２を巻線し、
その両端をリード線１０４に溶接した後、表面にガラス
コーティング１０３を行なった非常に小形のものである
。

また、モジュール７と、ポットワイヤ１ｏｏと、コール
ドワイヤ２００と、正温度抵抗係数素子１０５は、それ
ぞれピン１０６，１０７．リード線１０８によシミ気的
に接続されている。

第９図には、熱線式空気流量計の回路図が示されている
。

図において、１００はホットワイヤ、２００はコールド
ワイヤ、１０５は正温度抵抗係数素子、几１．Ｒ２，Ｒ
３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７゜Ｒ８は抵抗、Ｔｒｉはト
ランジスタ、ＯＰＩ。

ＯＦ２はオペアンプである。への電源端子にはバッテリ
の（＋）が、出力端子Ｂには本流量計の出力信号を使っ
てエンジン制御をするマイクロコンピュータの入力端が
、アース端子Ｃにはバッテリノ（−）及び前記マイクロ
コンピュータの７−ス端子が接続されている。

第１０図には本実施例がバイパス通路２２に装着された
状態を示すものであり、第５図図示従来例と異なる点は
ない。異なる点はホットワイヤの構成点だけでおる。

このように構成されるものでおるから、パワートランジ
スタＴｒｉによってホットワイヤ１００に電流を供給し
、ホットワイヤ１００を通電、常温プラス１７０Ｃにま
で加熱し、ホットワイヤ１００の温度を吸入空気温度よ
り一定温度高く保つ。このとき、コールドワイヤ２００
には発熱が無視できる程度の微少電流しか流れないよう
にしであるため、コールドワイヤ２００は吸入空気温度
と同一温度であシ、吸入空気温度の補正を行なっている
。空気流が、ホットワイヤ１００に当ると、ホットワイ
ヤ１００の温度が下シ、ホットワイヤ１００の抵抗値が
変化する。そこで前記したホットワイヤ駆動部の動作に
よって常にホットワイヤ１００の温度と吸入空気温度の
差が一定になるように制御される。この動作は、ホット
ワイヤ１００の両端の電位差を抵抗Ｒ，１と抵抗Ｒ２″
ｒ！分割した電圧と、ホットワイヤ１００を流れた電流
によって生ずる抵抗Ｒ３の電圧降下をオペアンプＯＰ１
によって増幅した電圧とが常に等しくなるように帰還を
かけでいる。

空気流量Ｑムとホットワイヤ１００を流れる電流Ｉの関
係は、 Ｉ２・Ｒｉｏ　（１＋ａＴＨ）＝　（Ｃ’ｌ＋Ｃ２ｖ／
Ｑ＊１（Ｔｎ−Ｔ−）・・・・・・　ａ＠ 但しＲＴＩｏ：ＯＣのホットワイヤ１００の抵抗値 α　：ホットワイヤ１００の抵抗温度係数 ＴＨ：ホットワイヤ１００の温度（空気温度） Ｃ’ｌ　＋　ｃ７２：定数 と表わされる。

ここで（Ｔｎ−Ｔ−）が（１＋αＴＩりに比例すれば、
ホットワイヤを流れる電流Ｉは空気流量ＱＡのみに依存
する。したがって、ホットワイヤ１００の電流Ｉを測定
することにより（抵抗Ｒ３の電圧降下とじて）空気温度
の影響を受けずに空気流量を測定する。

また、正温度抵抗係数素子１０５は、ホットワイヤ１０
０によって検出される最大空気流量時のホットワイヤ温
度Ｔｏ以下のホットワイヤの（常温＋１７００）よシも
１０Ｃ位低い温度に安定する特性を有するもので、常に
一定温度に保持されるよう通電加熱されている。

したがって、空気流量が変化しないときは、第１１図Ａ
に示す如き温度分布を示している。いま空気流量が急激
に増加すると、一時的に、ホットワイヤ１００の温度低
下は第１１図Ｂに示す如く少なく、駆動回路によって一
時的に供給する熱量が小さくなる。したがって、短い時
間で新しいバランス状態に入ることができる。

したがって、本実施例によれば、空気流量が急激に増加
した場合のホットワイヤ１００の温度低下が少なく、駆
動回路で一時的に供給する熱量が小さくなるため、小さ
な時間で新しいバランス状態に入ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、応答性を良くす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料噴射弁に与えられるパルスと燃料噴射弁の
応答を示す図、第２図は燃料噴射弁であるプランジャの
模式図、第３図は熱線式流量計の回路図、第４図はクラ
ンク軸回転角度に対するホットワイヤ出力電圧の出力特
性図、第５図は従来のホットワイヤを吸気管に取付けた
図、第６図は従来のホットワイヤの構成図、第７図は従
来のホットワイヤの温度分布図、第８図は本発明の実施
例を示す図、第９図は本実施例を駆動する回路図、第１
０図は本実施例に係るホットワイヤを吸気管内に取シつ
けた図、第１１図は本実施例の温度分布図である。 １００・・・ホットワイヤ、１０１・・・ボビン、１０
２・・・白金線、１０３・・・ガラスコーティング、１
０４・・・リード線、１０５・・・正温度抵抗係数素子
、１０７７１ 第Ｚ　２ Ｂ 第　８　　図 第　１０　困

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空気の流量に応じて抵抗値の変化するホットセンサ
   と、温度補償用のコールドセンサと、前記ホットセンサ
   の発熱によってホットセンサの温度が一定温度になるよ
   うに供給電流を制御する制御回路とを備え、前記ホット
   センサと前記コールドセンサを吸気管のバイパス通路内
   に設け、′前記ホットセンサに供給される電流値の変化
   によって吸入空気量を測定する熱線式空気流量計におい
   て、上記ホットセンサを支持固定する保持部材を設定さ
   れた温度に保つ手段を設けたことを特徴とする熱線式空
   気流量計。 ２、特許請求の範囲第１項記載の発明において、上記手
   段は、正温度抵抗係数素子であることを特徴とする熱線
   式空気流量計。