[发明专利]流量测定装置

说明书

本发明是申请人株式会社日立制作所于2007年1月19日提出的申请号为200710003957.1的、发明名称为“流量测定装置”发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及对空气等流体的流量进行测量的装置。

背景技术

作为具有输出与流量相对应的非线性信号的检测元件的代表性的流量测定装置，公知有热式流量计。热式流量计例如可直接检测汽车等的内燃机的吸入空气的质量流量，该流量测量值用于电子控制式的燃料喷射控制的运算数据。

热式空气流量计的检测元件中使用的发热电阻具有温度依赖性，例如存在如下类型：将铂线卷绕到绕线筒上并用玻璃进行覆盖的热线式；在陶瓷基板上或硅基板上形成薄膜电阻的薄膜式。

作为流量的测量方法，存在如下方式。一个方式为：对根据空气流量而吸收热的发热电阻进行加热控制，使其相对于空气温度具有一定的温度差，将该发热电阻中流动的电流变换为电压，来直接检测空气流量。另一个方式为：在发热电阻的空气流向的两侧配置温度检测电阻(感温电阻)，根据该温度检测电阻的温度差来检测空气流量。

流经引擎的吸气管的空气伴随引擎的吸气阀的开闭动作而脉动，因此被检测的传感器(流量计)输出信号也伴随脉动。另一方面，热式流量计的输出电压在低流量域急剧地变化(灵敏度高)，随着变为高流量域而缓慢地变化(灵敏度低)，具有所谓的非线性输出特性。

在该非线性输出特性中，流量的四次方根可表现为传感器输出电压(金氏公式：キングの式)。图20表示该输出特性Qref。纵轴是传感器输出电压(V)，横轴是空气流量。在图20中，作为一例，表示了与脉动比较大的流量Qa相对的传感器输出电压Vin、和与脉动比较小的流量Qaf相对的传感器输出电压Vinf。实际上，即使描绘如Sin波的曲线的脉动流量，传感器输出电压也会变成在正的一侧压缩而在负的一侧拉伸的稍微变形了的波形。若将包含这样的脉动成分的输出电压直接平均值化，则表面来看流量的平均值会减少(误差)。脉动越大该误差越大。例如，在图20中，传感器输出电压Vin的本来的平均值应是Vave1，但表面来看的平均值是Vave2，产生误差Vave1—Vave2。但是，若脉动明显包含逆流，则流量的平均值从表面来看会增加。尤其是，四汽缸以下的引擎在低转速运转域或重负载时，吸入空气量的脉动振幅大，存在产生伴随一部分逆流的脉动流的情况。在该情况下，从表面来看，流量检测信号中会产生正方向的脉动误差。脉动误差将成为测量精度低下的原因。另外，脉动的程度(脉动率)与传感器输出的误差的关系，参照图8、图10在后面描述。

在特开2000—161122号公报中记载了为降低这样的脉动误差而采用可变滤波器的方式。

另外，作为现有的降低脉动误差的技术，公知有对传感器输出电压进行线性化处理的技术。线性化处理通常实际测量相对于流量的传感器的电压信号，将成为基准的特性曲线(称作主(master)特性Qref)存储到引擎控制单元等，利用该特性曲线进行线性化处理(V—Q变换处理)。

传感器输出电压的脉动成分还包括噪声等的误差成分。为了减少该误差成分，公知有如下方法：在进行所述线性化处理之前，利用硬件滤波器(hard filter)对信号进行平滑处理，然后进行线性处理化。

如图21所示，该方法进行平滑化使得振幅减小(例如，将V1振幅变为V2振幅)，而不改变输出电压值(发热电阻的检测信号)的平均值本身。这样，若在对检测信号滤波(平滑处理)之后进行线性化(V—Q变换处理)，则如图21所示，换算空气量的平均值也产生误差。

为了减小这样的误差，在特开平11—316145号公报和特开平11—337382号公报中，提出了一种在对传感器输出电压进行线性处理化(V—Q变换)之后，通过滤波器进行平滑化处理的方式。另外，通过滤波器降低了脉动振幅后的流量信号，再次被非线性化处理(Q—V变换)，并被D—A变换，输入到引擎控制单元。

在特开2004—20454号公报中提出了如下方式：在根据调整用参数对检测元件的非线性输出信号进行了输出调整之后，进行平均值调整的不均等线性化处理。该方式能够根据脉动的大小来适当调整平均值，可获得精度更高的空气流量信号。

专利文献1：特开2000—161122号公报

专利文献2：特开平11—316145号公报

专利文献3：特开平11—337382号公报

专利文献4：特开2004—20454号公报

发明内容