(57)【要約】【課題】  簡易な方法で且つ、通常動作時でも判断可能な空気流量検出素子の破壊を検出する方法の提示にある。また破壊に至らない軽微な特性変化に対して、特別な素子を追加せずに自己校正する手段を提示するものである。【解決手段】  通常動作時の破壊故障を検出するためにヒーター部の温度を制御するための加熱電流印加部の電圧、あるいはパルス幅変調のデューティーを検出し、最大または最小値が一定時間以上続く場合は破壊と判断するようにしたものである。また、ヒーターの加熱温度を制御する定温度制御回路の動作を停止させた状態で、空気流量変換回路からの検出信号が規定の値に入っていることを検出し故障の有無を判断、あるいは自己校正するようにしたものである。更に、空気流量検出素子の温度差検出抵抗の近傍に自己診断用ヒーター抵抗を付加し、そのヒーターのオン−オフ時の検出信号差から故障の有無を診断するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流により発熱するヒーターと周囲温度を検出する抵抗体を備え、前記ヒーターの温度が一定値になるように制御する定温度制御回路を備え、ヒーターの上下流側に配置された感温素子の抵抗値が、ヒーターからの熱影響が気体流量に応じて変化することを捕らえ、流量信号を電気信号に変換する流量変換回路を備え、前記流量変換回路の出力信号を所定の信号レベルに増幅する信号増幅回路を持った流量計であって、
定温度制御回路のＰＷＭ（パルス幅変調）信号かまたは制御電圧値を検出し、判定する自己校正回路を備えることを特徴とする流量計。
【請求項２】
電流により発熱するヒーターと周囲温度を検出する抵抗体を備え、前記ヒーターの温度が一定値になるように制御する定温度制御回路を備え、ヒーターの上下流側に配置された感温素子の抵抗値が、ヒーターからの熱影響が気体流量に応じて変化することを捕らえ、流量信号を電気信号に変換する流量変換回路を備え、前記流量変換回路の出力信号を所定の信号レベルに増幅する信号増幅回路を持った流量計であって、
流量変換回路の自己校正は、定温度制御回路の動作を停止した状態での流量変換回路の出力を用いることを特徴とする流量計。
【請求項３】
電流により発熱するヒーターと周囲温度を検出する抵抗体を備え、前記ヒーターの温度が一定値になるように制御する定温度制御回路を備え、ヒーターの上下流側に配置された感温素子の抵抗値が、ヒーターからの熱影響が気体流量に応じて変化することを捕らえ、流量信号を電気信号に変換する流量変換回路を備え、前記流量変換回路の出力信号を所定の信号レベルに増幅する信号増幅回路を持った流量計であって、
流量変換回路の自己校正は、感温素子に隣接して配置された自己診断用過熱素子に通電することによってなることを特徴とする流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体の流量を計測する流量計、特に自動車のエンジンに吸入される空気流量を検出するに適した空気流量計に関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジン吸入空気流量計の従来例としては、特許文献１に記載されているような発熱抵抗体の過熱制御電流値を検出し、空気流量に変換する方式のものや、発熱抵抗体の上下流に配置された感温抵抗への熱影響を温度差信号として検出し、それをブリッジ回路の電圧として捕らえる方式が知られている。
【０００３】
また、空気流量検出素子の故障診断方式としては、特許文献２に記載されているようなダイヤフラムが破壊していることを検出するための抵抗が配置され、その抵抗値から故障を診断する方法や、特許文献３に記載されているような検出素子に並列に固定抵抗を接続し、擬似的に出力を変化させる方法、また、特許文献４に記載されているようなエンジンシステム内での診断方法が提案されている。
【０００４】
しかし、これらの従来例ではセンサの故障診断のために新たに抵抗を配置する必要があり、コスト的に満足できる方法ではなかった。また、検出素子の温度から抵抗値に変換する検出特性の診断が行えず、破壊に至らない軽度な特性変化に対しての考慮が十分ではなかった。更に、自己診断は空気流量が流れていない時のみにしかできず、通常動作時に発生した故障を流量計自身で判断することはできなかった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８５４８１号公報
【特許文献２】特開平１１−１１８５７１号公報
【特許文献３】特開平３−３３６１９号公報
【特許文献４】特開平１１−２９５１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、１つめに簡易な方法で且つ、通常動作時でも判断可能な空気流量検出素子の破壊を検出する方法の提示にある。また２つめに破壊に至らない軽微な特性変化に対して、特別な素子を追加せずに自己校正する手段を提示するものである。３つめに空気流量の検出素子の検出特性である温度に対する抵抗変化特性を確認できるようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１の課題を解決するために、通常動作時の破壊故障を検出するためにヒーター部の温度を制御するための加熱電流印加部の電圧、あるいはパルス幅変調のデューティーを検出し、最大または最小値が一定時間以上続く場合は破壊と判断するようにしたものである。
【０００８】
また、第２の課題を解決するために、ヒーターの加熱温度を制御する定温度制御回路の動作を停止させた状態で、空気流量変換回路からの検出信号が規定の値に入っていることを検出し故障の有無を判断、あるいは自己校正するようにしたものである。
【０００９】
更に、第３の課題を解決するために、空気流量検出素子の温度差検出抵抗の近傍に自己診断用ヒーター抵抗を付加し、そのヒーターのオン−オフ時の検出信号差から故障の有無を診断するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の空気流量計は検出素子の破壊故障を簡易な方法で動作中常に自己診断することができる。また、破壊に至らない軽微な特性変化については自己校正することができ、検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の空気流量検出計のブロック構成を表したものである。発熱抵抗体であるヒーター９と空気温度を検出するためのコールドフィルム抵抗体１０、及び固定抵抗
１１，１２がヒーターブリッジ回路１として接続され、被測定体の空気流通路内に配置される。また、ヒーターブリッジ回路１に隣接し、ヒーター９の上下流側に配置した感温抵抗体１３，１４，１５，１６の抵抗変化から空気流量を検出するように構成した温度差ブリッジ回路３も空気通路内に配置される。
【００１３】
ヒーターブリッジ回路１は定温度制御回路２によってヒーターの温度が一定値になるように加熱制御される。また、温度差ブリッジ回路３の検出信号は信号増幅出力調整回路４によって所定の入出力特性に増幅調整され、出力端子６から出力される。本空気流量計は電源端子５、及びグランド端子７によって駆動される。
【００１４】
図２は、本発明の空気流量計の実装状態の断面構造を示したものである。本発明の空気流量計は通路管２８内に挿入され、フランジ２０によって通路管に固定される。通路管内には回路基板２５の一部が納められる密閉室２１と通路管内の空気を分流するバイパス通路２２が曲がり通路管２３を介してバイパス通路出口２４から空気が排出される。このバイパス通路内の空気流量は回路基板２５上に実装された空気流量検出素子２７の周囲を通り、流量が抵抗変化に変換され検出される。検出された流量信号は回路基板上の回路素子２６によって増幅され出力される。通常は流れ方向２９に空気が流れているが、エンジンの脈動によって一次的には逆方向３０にも空気が流れる。本発明の空気流量計はこの順逆両方向の空気を測定することができる。
【００１５】
図３は本発明の第一の実施例で示したブロック構成を実現するための具体的回路構成を示したものである。ヒーターブリッジ回路１は一定温度に加熱制御されたヒーター９と空気温度検出するコールドフィルム抵抗体１０と固定抵抗１１，１２がブリッジ状に接続されている。このブリッジ回路の信号をオペアンプ３２と加熱電流を供給するためのトランジスタ３１によって構成される定温度制御回路２によってヒーターの温度が一定になるようにフィードバック制御される。
【００１６】
ヒーターの上下流側に配置された感温抵抗体１３，１４，１５，１６が温度差ブリッジ回路３を形成し、空気流量に応じた電圧信号が出力される。この温度差出力信号がオペアンプ３３，３４と抵抗３６，３７，３８，３９によってそれぞれバッファリングされ、オペアンプ３５，抵抗４０，４１，４２，４３，４４によって構成される信号増幅調整回路で所定の入出力特性に調整されて出力端子６から出力される。
【００１７】
ここで後程図６にて説明する空気流量検出素子２７のダイヤフラム６７が突然破損した場合を想定する。定温度制御回路の制御電圧Ｖ１は、正常時にはある所定の電圧内で動作している。ところが破損等の故障時にはＶ１電圧は通常動作電圧よりも高いか或いは低い電圧に張り付く。この異常電圧を故障診断回路１７内の抵抗５３，５６ａ，５６ｂ，５８，トランジスタ５５ａ，５６ｂ，ＯＲ回路５７によって構成される判定回路で検出し、診断信号Ｄを出力する。この診断信号によって出力端子６は常に０Ｖに固定されるため、システムに異常を知らせることができる。
【００１８】
図４は、ダイヤフラム破損異常時の動作を示したものである。検出する空気流量に応じて制御電圧Ｖ１と出力電圧Ｖｏｕｔ（端子７の電圧）が変化しているが、故障発生時には制御電圧Ｖ１が通常動作範囲外に張り付く。この電圧を検出した自己診断回路の出力ＤはＨｉｇｈ電圧（例えば５Ｖ）になり、このため、出力電圧は０Ｖに固定されることになり、システムに異常を伝えることができる。
【００１９】
更に、自己校正・診断信号を印加することで、ゼロ点の自動校正や温度差ブリッジ回路側の診断を実現できる。これは、図３の自己診断回路１７内のトランジスタ４５，４８，抵抗４６，４７，４９，コンデンサ５０によって構成されるアクティブ診断回路に診断信号が端子５２から印加されることによって実現できる。
【００２０】
図５の診断ダイヤグラムを用いてアクティブ自己診断動作を説明する。
【００２１】
自動車のエンジンキーがオフ時にコントロールユニットから供給される電源ＶＣＣはキーオフ診断のため供給され続けるようにする。その後一定時間後にシステムから自己診断開始信号ＤＩＡＧが入力されると、ヒーター制御回路の動作は停止し、空気流量計の出力は温度差ブリッジ信号のゼロ点出力まで変化する。ここでゼロ点出力とは、ヒーター電流が流れていない状態（加熱されていない状態）であり、エンジンも停止状態のため、吸入空気も流れていない状態を示している。その後ゼロ点電圧を制御ユニットがサンプリングし、初期のゼロ点からのずれ量を演算し、変化している場合はそのずれ量を次回キーオン時に補正するために、ユニット内のメモリに記憶する。次回キーオン時にはこのメモリ内のゼロ点補正データを空気流量計の出力信号から差し引くことで、校正ができる。また、異常にずれ量が大きいときは故障と判断し、フェールセーフモードに移行し、次回キーオン時にドライバーに知らせるようにすることもできる。
【００２２】
更に時間が経過すると温度差ブリッジ回路の感温抵抗体近傍に配置された自己診断用ヒーター５１がオンし、温度差ブリッジ回路に温度的なアンバランスを生じさせる。この時の出力信号変化量Ａから、温度センサが正しく動作していることを検出し、正常か否かをシステム側の制御ユニット内で判断できる。
【００２３】
図６は、本発明に使われる空気流量検出素子の詳細を表したものである。空気流量検出素子６０は、白金またはポリシリコン等で形成されるヒーター９，ヒーターの上下流側に配置されヒーターからの熱影響によって抵抗値が変化する感温抵抗体１４，１５，１３，１６，空気温度を検出するコールドフィルム抵抗体１０、それらを電気的に外部へ伝達するための接続パッド６５によって構成される。更に感温抵抗体の片側（図示では左側）には近接して自己診断用ヒーター５１が配置される。コールドフィルム抵抗体と接続パッド以外の素子はすべて基板裏面がエッチングされたダイヤフラム６７の上に配置されている。以上のような構成とすることで自己診断機能をもった空気流量計を実現できる。
【００２４】
図７は本発明の他の回路実施例を示したものである。
【００２５】
ヒーターブリッジ回路１と温度差ブリッジ回路３の構成は図３と同様であるが、ヒーターの定温度制御回路２と出力調整回路４、及び自己診断回路１７をデジタル回路で構成した場合の例を示す。ヒータ−の加熱制御は制御ブリッジ回路の検出信号をコンパレータ
７０に入力し、デジタル信号に変化される。これをＰＩ制御回路７１に入力し、ＰＷＭ回路でパルス幅信号に変換し、ドライバー７３によってオン−オフ制御されることでヒーターの加熱温度が一定値になるように制御する。
【００２６】
一方、温度差ブリッジ回路からの信号はＡ／Ｄ変換器７４によってデジタル信号に変換され、ＤＳＰ７５によって演算処理され、これをＤ／Ａ変換器７６によってアナログ信号に戻して出力端子６から出力される。ＤＳＰではＲＯＭに記憶されたプログラムと補正データに基づいて所定の特性に補正演算される。
【００２７】
このような構成のデジタル補正型の空気流量計の自己診断は以下のようにすることで実現できる。まず、ダイヤフラム破損等の以上が発生した場合、ヒーターの加熱制御信号であるＰＷＭ信号を自己診断回路７８で判断し異常と判断した場合にはＤＳＰに信号を送ることで出力をフェールセーフ電圧に固定することでユニットに異常を伝えることができる。
【００２８】
また、アクテイブ校正と温度差信号の診断は、自己診断信号５２が印加されると、抵抗７９とトランジスタ８３，８４を介してトランジスタ８０がオフ動作となり、ヒーターの加熱電流がシャットダウンされる。この時の出力信号をモニターすることで自己校正と自己診断がアナログ回路の場合と同様に実施できる。また、その後、ＦＦ回路８１によって遅延された診断信号がドライバー８２を駆動し、温度差ブリッジ回路の感温抵抗体の片側を過熱することで、同じくアナログ回路と同様に温度差ブリッジの自己診断と校正ができる。また、ユニット内で実施していた空気流量計の校正演算を、デジタル回路の場合は、比較的簡単に空気流量計の中で実現することができる。何故ならば流量計内部にＤＳＰとメモリをもっているからである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
空気流量を検出する装置、例えば飛行機や船舶、また空気以外の媒体、例えば水素等の流量検出装置で、高い信頼性を要求されるものに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の空気流量計のブロック構成。
【図２】本発明の空気流量計の実装構造。
【図３】本発明の空気流量計の回路図。
【図４】本発明の空気流量計の異常動作説明図。
【図５】本発明の空気流量計の自己診断動作説明図。
【図６】本発明の空気流量計の流量検出素子の模式図。
【図７】本発明の空気流量計の他の回路図。
【符号の説明】
【００３１】
１…ヒーターブリッジ回路、２…定温度制御回路、３…温度差ブリッジ回路、４…信号増幅出力調整回路、５…電源端子、６…出力端子、７…グランド端子、９…ヒーター、
１０…コールドフィルム抵抗体、１１，１２…抵抗。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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