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WO2017038312A1 - 空気流量計 - Google Patents

空気流量計 Download PDF

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佐藤　亮
松本　昌大
哲 浅野
晃 小田部
和紀 鈴木
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • G01F5/00—Measuring a proportion of the volume flow

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for measuring a flow rate of a gas to be measured, and more particularly to an air flow meter for measuring a flow rate of intake air of an internal combustion engine of an automobile.
  • An object of the present invention is to provide an accurate air flow meter.
  • a representative air flow meter of the present invention is an air flow meter provided with a calculation circuit for correcting an output, and the calculation circuit includes an adjustment element for output characteristics of the air flow meter.
  • FIG. 10 is a characteristic diagram of setting a region of wall temperature correction characteristics described in the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a characteristic diagram for setting a region of wall temperature correction characteristics described in the fourth embodiment.
  • FIG. 1 shows a circuit configuration of an air flow meter when the present invention is applied.
  • the constant temperature control bridge 1 includes a heating resistor 4, a temperature measuring resistor 5 for measuring bridge circuit temperature, a temperature measuring resistor 6 for compensating intake air temperature, and fixed resistors 7-8.
  • the heater control circuit 23 controls the current that flows through the heating resistor 4 so that the temperature difference between the temperature measuring resistor 5 for measuring the bridge circuit temperature and the temperature measuring resistor 6 for compensating the intake air temperature is constant.
  • a temperature difference bridge 2 for detecting the amount of heat released from the heating resistor 4 is disposed around the heating resistor 4 of the constant temperature control bridge 1.
  • the temperature difference bridge 2 is composed of resistance temperature detectors 9 to 12, and can detect the air flow rate and direction.
  • the flow rate signal detected by the temperature difference bridge 2 varies depending on the individual circuit, so it is necessary to adjust the flow rate signal to the target output characteristics. Also, the output of the intake air temperature sensor 3 needs to be adjusted to a target characteristic.
  • the adjustment method to the target output characteristics includes adjustment by a second-order or higher polynomial and adjustment by a correction map.
  • the adjustment is performed by connecting to an external computer.
  • the output characteristic adjustment circuit 27 is an LSI circuit in which a heater control circuit and an arithmetic function are integrated, and an oscillator (hereinafter referred to as OSC) 20 for driving the entire circuit and a heater control circuit for controlling the constant temperature control bridge 1.
  • OSC oscillator
  • circuit temperature sensor 19 that detects the temperature of the circuit, and air flow signal conversion
  • MUX multiplexers
  • storage circuit for example, EPROM
  • ROM 29 for storing a program for controlling DSP 22 and intermediate data to be calculated by DSP 22
  • a protection circuit 35 for protecting the circuit when an excessive surge is applied to the power supply VCC.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram showing an output adjustment function executed by the DSP 22.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram of the gain (K2) 41.
  • the characteristics of step response of zero (0) and 1 are shown with the threshold as a boundary.
  • This threshold value can be set arbitrarily, and is preferably set in consideration of the degree of deterioration with time and characteristic variations of the circuit temperature sensor and the intake air temperature sensor.
  • This configuration has the advantage that characteristic fluctuations at discontinuities around the threshold can be reduced.
  • FIG. 7 shows a characteristic diagram of the correction amount ⁇ Y output from the wall temperature correction 36.
  • ) between the corrected output (TLSI) of the circuit temperature sensor 19 and the corrected output (TA) of the intake air temperature sensor 3 is a secondary characteristic up to the threshold value.
  • the primary characteristic is obtained with the threshold as a boundary.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-mentioned implementation reward has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them, for example, with an integrated circuit.
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.
  • Information such as programs, maps, correction values and the like for realizing each function can be stored in a storage device such as a memory, ROM, EPROM, or flash memory.

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Abstract

精度の良い空気流量計を提供すること　出力を補正する演算回路を備えた空気流量計において、前記演算回路には、前記空気流量計の出力特性の調整要素として空気温度及びセンサモジュール温度を取り入れ、 前記 空気温度と前記センサモジュール温度との温度差に応じて出力特性を補正し、 かつ、前 記空気温度と前記センサモジュール温度との差の絶対値が小さいときは補正量を小さくする。

Description

空気流量計
　本発明は、被計測気体の流量を計測する装置に係り、特に、自動車の内燃機関の吸入空気の流量を計測する空気流量計に関する。
　自動車用の空気流量計の温度特性補正方法には、特開２０１０－２１６９０６号公報（特許文献１）に記載の技術がある。この公報には、「空気温度及びセンサモジュール温度を出力特性の調整要素として取り入れるようにし、前記空気温度及び前記センサモジュール温度の差分に応じた出力特性の温度補正を行う」という記載がある。
特開２０１０－２１６９０６号公報
　特許文献１では、空気温度及びセンサモジュール温度を２つの温度センサでそれぞれ検出し、検出温度の差分に応じた補正を行うことが記載されているが、２つの温度センサの経時劣化度合いの違いによる温度差や温度センサの個々の特性ばらつきによる温度差の影響が想定されていなかった。そのため、２つの温度センサが経時劣化度合いの差や特性ばらつきにより、同じ温度であるにもかかわらず違う温度を出力した場合、空気流量計の出力に誤差を生じさせてしまうことがある。
　本発明の目的は、精度の良い空気流量計を提供することにある。
　上記課題を解決するために、代表的な本発明の空気流量計は、出力を補正する演算回路を備えた空気流量計において、前記演算回路には、前記空気流量計の出力特性の調整要素として空気温度及びセンサモジュール温度を取り入れ、 前記空気温度と前記センサモジュール温度との温度差に応じて出力特性を補正し、 かつ、前記空気温度と前記センサモジュール温度との差の絶対値が小さいときは補正量を小さくするものである。
　本発明によれば、精度の良い空気流量計を提供することが可能となる。
本発明を自動車用空気流量計に適用した場合の回路構成図。 図１におけるＤＳＰ内部に実装されている演算システムのブロック図。 実施例１記載の壁温補正部の補正特性図。 実施例１記載の壁温補正特性の領域設定の特性図。 実施例２記載の壁温補正部の補正特性図。 実施例２記載の壁温補正特性の領域設定の特性図。 実施例３記載の壁温補正部の補正特性図。 実施例３記載の壁温補正特性の領域設定の特性図。 実施例４記載の壁温補正部の補正特性図。 実施例４記載の壁温補正特性の領域設定の特性図。
　以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
　図１は、本発明を適用した場合の空気流量計の回路構成である。定温度制御ブリッジ１は、発熱抵抗体４、ブリッジ回路温度測定用測温抵抗体５、吸気温度補償用の測温抵抗体６、固定抵抗体７～８より構成される。ヒータ制御回路２３は、ブリッジ回路温度測定用測温抵抗体５と吸気温度補償用測温抵抗体６の温度差が一定となるように発熱抵抗体４へ流す電流を制御する。
　定温度制御ブリッジ１の発熱抵抗体４の周囲に、発熱抵抗体４から放出される熱量を検出する温度差ブリッジ２が配置される。温度差ブリッジ２は、測温抵抗体９～１２で構成され、空気流量及び方向を検出することが出来る。
　空気温度を測定する吸気温度センサ３は、固定抵抗体１３、温度により抵抗値が変化する感温抵抗体１４により構成される。
　温度差ブリッジ２で検出された流量信号は、個々の回路によりばらつきがあるため目標の出力特性になるように調整する必要がある。また吸気温度センサ３の出力も目標の特性に調整する必要がある。
　目標出力特性への調整方法としては、２次以上の多項式による調整や、補正マップによる調整が挙げられる。また調整は、外部コンピュータと接続して行うものである。
　出力特性調整回路２７は、ヒータ制御回路及び演算機能が一体となったＬＳＩ回路であり、回路全体を駆動するための発振器（以下ＯＳＣと称する）２０、定温度制御ブリッジ１を制御するヒータ制御回路２３、定温度制御ブリッジ１、温度差ブリッジ２、吸気温度センサ３及び出力特性調整回路２７を駆動する電源である定電圧回路１５、回路の温度を検出する回路温度センサ１９、空気流量信号を変換するＡ／Ｄ変換器１６、吸気温度センサ３出力信号を変換するＡ／Ｄ変換器１７、回路温度センサ１９の出力信号を変換するＡ／Ｄ変換器１８、空気流量信号及び吸気温度センサ信号の補正を実施する演算回路（ディジタルシグナルプロセッサ、以下ＤＳＰと称す）２２、ＤＳＰ２２で演算したデジタル出力値を電圧値へ変換するＤ／Ａ変換器２５、２６、周波数へ変換するフリーランニングカウンター（以下ＦＲＣと称する）３０，３１、デジタル出力であるＳＥＮＴ３２、出力調整を行うため外部コンピュータと通信を行う通信回路（シリアルコミュニケーションインターフェース、以下ＳＣＩと称す）２４、出力形態を切り替えるマルチプレクサ（以下ＭＵＸと称す）３３、３４、調整データを書込む記憶回路（例えばＥＰＲＯＭ）２１、ＤＳＰ２２を制御するプログラムを格納するＲＯＭ２９、ＤＳＰ２２で計算する途中データを一時的に格納するＲＡＭ２８、電源ＶＣＣへ過大なサージが印加された場合に回路を保護する保護回路３５を備えている。
　図２は、ＤＳＰ２２で実行する出力調整機能を示した回路ブロック図である。
　入力信号として温度差ブリッジ２の出力、回路温度センサ１９の出力、吸気温度センサ３の出力を出力特性の調整要素として取り込んでいる。調整は、まず回路温度センサ１９の出力を直線補正３８、吸気温度センサ３の出力を直線補正３９において同じ目標値に調整する。この調整値は任意に設定可能で、温度と目標値をリニアな関係に設定することが望ましい。次に温度差ブリッジ２の出力をゼロスパン補正４０において、ゼロ点調整およびスパン調整を行う。
　次に壁温補正３６において、回路温度と吸気温度に差がある状態（壁温状態）時の特性補正を実施する。壁温補正３６では、補正後の回路温度センサ１９の出力（ＴＬＳＩ）と補正後の吸気温度センサ３の出力（ＴＡ）の差分（ＴＡ－ＴＬＳＩ）に各流量で異なる最適な定数（Ｋ１）４２を掛け合わせる。さらに、Ｋ１にＴＡ－ＴＬＳＩ応じたゲイン（Ｋ２）４１を掛け合わせ、壁温補正量（ΔＹ）を求め、温度差ブリッジ２の出力のゼロスパン調整後流量信号（ＱＡ）に足し合わせている。壁温補正３６で実施している計算式を（１）に示す。
　ＱＡ１＝ＱＡ＋Ｋ１×Ｋ２×（ＴＡ－ＴＬＳＩ）・・・（１）
　最後に、補正後の回路温度センサ１９の出力（ＴＬＳＩ）に応じた補正を出力補正マップ３７のデータを用いて壁温補正後の流量信号（ＱＡ１）を補正し、流量信号を目標値に合わせる。また同時に、補正後の吸気温度センサ３の出力（ＴＡ）は、温度信号として出力される。また本補正は、マップによる補正のみでなく、多項式による補正でも対応可能である。多項式による補正のメリットとしては、記憶回路２１、ＲＯＭ２９の容量が小さくて済むことであり、容量が小さければチップサイズの縮小が可能となり低コストが出来る。またマップによる補正のメリットとしては、入力に対する補正量の急激な変化に対応可能であり、高精度化が可能となる点である。
　図３は、壁温補正３６から出力される補正量ΔＹの特性図を示したものである。補正後の回路温度センサ１９の出力（ＴＬＳＩ）と補正後の吸気温度センサ３の出力（ＴＡ）の差分（ＴＡ－ＴＬＳＩ）の絶対値（｜ＴＡ－ＴＬＳＩ｜）が閾値まではΔＹがゼロとなり、閾値を境に傾きＫ１の１次特性となる。
　図４は、ゲイン（Ｋ２）４１の特性図を示したものである。閾値を境にゼロ（０）と１のステップ応答の特性を示している。この閾値は、任意に設定可能であり、回路温度センサと吸気温度センサの経時劣化度合いや特性ばらつきを考慮して設定するのが望ましい。
　本実施例は、実施例１記載の回路構成において壁温補正３６で実施される補正特性の異なるものを対象としたものである。
　図５は、壁温補正３６から出力される補正量ΔＹの特性図を示したものである。補正後の回路温度センサ１９の出力（ＴＬＳＩ）と補正後の吸気温度センサ３の出力（ＴＡ）の差分（ＴＡ－ＴＬＳＩ）の絶対値（｜ＴＡ－ＴＬＳＩ｜）が閾値まではΔＹがゼロとなり、閾値を境に傾きＫ１に近づく１次特性となる。
　図６は、ゲイン（Ｋ２）４１の特性図を示したものである。閾値までがゼロとなり、閾値以降で１次の特性を示している。
　本構成をとることで、閾値前後の不連続点での特性変動を小さくすることができる利点がある。
　本実施例では実施例１記載の回路構成において、壁温補正３６で実施される補正特性の異なるもを対象としたものである。
　図７は、壁温補正３６から出力される補正量ΔＹの特性図を示したものである。補正後の回路温度センサ１９の出力（ＴＬＳＩ）と補正後の吸気温度センサ３の出力（ＴＡ）の差分（ＴＡ－ＴＬＳＩ）の絶対値（｜ＴＡ－ＴＬＳＩ｜）が閾値までは２次特性となり、閾値を境に１次特性となる。
　図８は、ゲイン（Ｋ２）４１の特性図を示したものである。閾値までが１次特性となり、閾値を境にＫ２＝１の特性を示している。
　本構成をとることで、閾値前後の特性変動を小さくでき、且つ閾値以降は、傾きＫ１の１次特性とすることができる利点がある。
　本実施例では、実施例１記載の回路構成において壁温補正３６で実施される補正特性の異なるもを対象としたものである。
　図９は、壁温補正３６から出力される補正量ΔＹの特性図を示したものである。補正後の回路温度センサ１９の出力（ＴＬＳＩ）と補正後の吸気温度センサ３の出力（ＴＡ）の差分（ＴＡ－ＴＬＳＩ）の絶対値（｜ＴＡ－ＴＬＳＩ｜）が閾値１まではΔＹがゼロとなり、閾値１から閾値２までは２次特性となり、閾値２以降では１次特性となる。
　図１０は、ゲイン（Ｋ２）４１の特性図を示したものである。閾値１まではゼロとなり、閾値１から閾値２までは１次特性となり、閾値２以降Ｋ２＝１の特性を示している。
　本構成をとることで、閾値１及び閾値２前後の特性変動を小さくでき、且つ閾値２以降は、傾きＫ１の１次特性とすることができる利点がある。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施礼は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、マップ、補正値等の情報は、メモリやＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等の記憶装置におくことができる。
　１・・・定温度制御ブリッジ、２・・・温度差ブリッジ、３・・・吸気温度センサ、４・・・発熱抵抗体、５～６・・・測温抵抗体、７～８、１３・・・固定抵抗体、９～１２・・・測温抵抗体、１４・・・感温抵抗体、１５・・・定電圧回路、１６～１８・・・Ａ／Ｄ変換器、１９・・・回路温度センサ、２１・・・記憶回路、２２・・・ＤＳＰ、２３・・・ヒータ制御回路、２４・・・ＳＣＩ、２５～２６・・・Ｄ／Ａ変換器、２７・・・出力特性調整回路、２８・・・ＲＡＭ、２９・・・ＲＯＭ、３０～３１・・・ＦＲＣ、３２・・・ＳＥＮＴ、３３～３４・・・ＭＵＸ、３５・・・保護回路、３６・・・壁温補正、３７・・・出力補正、３８～３９・・・直線補正、４０・・・ゼロスパン補正

Claims (6)

  1. 　出力を補正する演算回路を備えた空気流量計において、
    　前記演算回路には、前記空気流量計の出力特性の調整要素として空気温度及びセンサモジュール温度を取り入れ、
      前記空気温度と前記センサモジュール温度との温度差に応じて出力特性を補正し、
      かつ、前記空気温度と前記センサモジュール温度との差の絶対値が小さいときは補正量を小さくすることを特徴とする空気流量計。
  2. 　請求項１記載の空気流量計において、
    　前記出力特性の補正量は、変化率が異なる第一の領域と第二の領域を有することを特徴とする空気流量計。
  3. 　請求項２記載の空気流量計において、
    　前記第一の領域は、前記第二の領域の変化率より小さい変化率であることを特徴とする空気流量計。
  4. 　請求項２または３に記載の空気流量計において、
    　前記第一の領域は、前記空気温度と前記センサモジュール温度との温度差に対する補正量の変化率がゼロであり、
    　前記第二の領域の変化率は、１次特性を有していることを特徴とする空気流量計。
  5. 　請求項２または３に記載の空気流量計において、
    　前記第一の領域は、前記空気温度と前記センサモジュール温度との温度差に対する補正量の変化率が２次特性であり、
    　前記第二の領域の変化率は、１次特性を有していることを特徴とする空気流量計。
  6. 　請求項２または３に記載の空気流量計において、
    　前記第一の領域は、前記空気温度と前記センサモジュール温度との温度差に対する補正量の変化率がゼロであり、
    　前記第二の領域の変化率は、２次特性を有していることを特徴とする空気流量計。
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