流量測定装置
【課題】流量センサからの出力信号である流量電圧信号をデジタルデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換回路を備えた流量測定装置において、出力変動を低減させるとともに、流量検出精度を向上させる。
【解決手段】流量測定装置１は、流量電圧信号のデジタルデータ（流量デジタルデータ）を用いて演算処理を行うデジタル演算部１４を備え、デジタル演算部１４において、流量デジタルデータを少なくとも連続する２個以上の所定個数での移動平均により平均化処理を行う。すなわち、流量測定装置１内で、流量デジタルデータの平均化処理をする。これによれば、流量測定装置１内で、流量デジタルデータの全てを用いて平均化処理ができるため、ＥＣＵ１７に取り込んでＥＣＵ１７内で平均化処理する場合と比較して、平均化処理の精度を向上させることができる。
【解決手段】流量測定装置１は、流量電圧信号のデジタルデータ（流量デジタルデータ）を用いて演算処理を行うデジタル演算部１４を備え、デジタル演算部１４において、流量デジタルデータを少なくとも連続する２個以上の所定個数での移動平均により平均化処理を行う。すなわち、流量測定装置１内で、流量デジタルデータの平均化処理をする。これによれば、流量測定装置１内で、流量デジタルデータの全てを用いて平均化処理ができるため、ＥＣＵ１７に取り込んでＥＣＵ１７内で平均化処理する場合と比較して、平均化処理の精度を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量検出部からの出力信号である流量電圧信号をデジタルデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換回路を備えた流量測定装置に関するもので、特に内燃機関の流量測定装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
流量測定装置は、例えば、自動車用エンジンの吸入空気量を計測するもので、流路を流れる空気の流量を検出する流量検出部を有し、流量に応じた出力信号を出力する。
ところで、この出力信号は空気の流れの影響で変動する。そこで、出力信号の変動が回転変動やトルク変動に及ぼす影響を小さくするため、出力信号に平均化処理を施す技術がある。
【０００３】
例えば、特許文献１では、流量測定装置からの出力信号に基づき空気流量を算出し、アイドル運転中の場合にのみ、流量測定装置からの出力信号の平滑化処理を行う点が開示されている。これによれば、アイドル運転時の流量測定装置の流量検出精度が向上する。
しかしながら、アイドル運転時以外でも、空気流量が大きくなった場合に、流量測定装置付近で不安定な空気の流れが発生すると、空気流量の出力信号が変動し、回転変動やトルク変動に影響を与える虞があるが、これに対する対策はとられていない。
【０００４】
なお、本出願人は、流量測定装置内で、流量検出部から空気の流量に応じて出力される電圧信号（流量電圧信号）をＡ／Ｄ変換して出力する技術、及び、流量電圧信号に対するＡ／Ｄ変換のサンプリング周期を短くする技術を発明している（特願２０１０−１０７３３０参照）。
【０００５】
このような流量測定装置において、流量測定装置から出力されるデータをＥＣＵ（エンジン制御ユニット）に取り込んで、ＥＣＵ内で平均化処理することも考えられるが、ＥＣＵはある所定周期で流量測定装置のデータを取り込むため、電圧信号に対するＡ／Ｄ変換のサンプリング周期が短いと、全てのデータを取り込むことができず、平均化の精度が悪くなり、流量検出精度が悪化する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１５９３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、流量検出部からの出力信号である流量電圧信号をデジタルデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換回路を備えた流量測定装置において、出力変動を低減させるとともに、流量検出精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の流量測定装置は、流路を流れる空気の流量を検出し、流量に応じた電圧（以下、流量電圧信号と呼ぶ）を出力する流量検出部と、この流量検出部からの流量電圧信号をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換部と、このアナログ／デジタル変換部により得られる流量電圧信号のデジタルデータ（以下、流量デジタルデータと呼ぶ）を用いて演算処理を行う信号処理部とを備える。
【０００９】
信号処理部は、流量デジタルデータを、少なくとも連続する２個以上の所定個数のデータで平均化する。そして、平均化された流量デジタルデータが流量信号として出力される。
【００１０】
すなわち、本発明では、流量測定装置内で、流量デジタルデータの平均化処理をする。これによれば、流量電圧信号に対するデジタルデータ変換のサンプリング周期に応じて、デジタルデータ全てを用いて平均化処理をすることができる。このため、ＥＣＵに取り込んでＥＣＵ内で平均化処理する場合と比較して、平均化処理の精度を向上させることができるので、出力変動を低減させるとともに、流量検出精度を向上させることができる。
【００１１】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の流量測定装置によれば、信号処理部は、移動平均によって流量デジタルデータを平均化する。
これは、請求項１の実施態様の１つであり、請求項１と同様の作用効果を奏する。
【００１２】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の流量測定装置によれば、信号処理部は、平均化のデータ個数を運転条件によって切り替える。
例えば、空気流量が安定している運転条件では、平均化のデータ個数を多くし、空気流量の流量変化が過渡時であるような運転条件では、平均化のデータ個数を少なくすることで、平均化精度をより向上することができる。
【００１３】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の流量測定装置は、平均化された流量デジタルデータを、周波数信号に変換して、流量信号として出力する周波数変換部を備える。
例えば、流量デジタルデータを電圧信号に変換してＥＣＵに出力する場合、ＥＣＵ内の電源電圧のばらつきや、ハーネス線の電圧降下、コネクタ類の接触抵抗変動などの影響を受けて流量デジタルデータの電圧信号が変動し、流量検出精度が低下することがある。しかし、流量デジタルデータを周波数信号に変換するならば、そのような影響を受けることがなく、流量検出精度が向上する。
【００１４】
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の流量測定装置は、流量電圧信号の補正処理に用いる複数の基準電圧信号を出力する基準電圧発生部と、複数の基準電圧信号および流量電圧信号を所定の順序で順次選択するマルチプレクサとを備える。
そして、アナログ／デジタル変換部は、複数の基準電圧信号および流量電圧信号をマルチプレクサによって選択された順序で順次サンプリングしてデジタルデータに変換し、信号処理部は、流量デジタルデータを、アナログ／デジタル変換部により得られる複数の基準電圧信号のデジタルデータに基づいて設定される直線補正式を用いて補正する。
【００１５】
これによれば、アナログ／デジタル変換部から出力された流量電圧信号のデジタルデータのアナログ−デジタル変換特性は、非線形（非直線）となっているが、信号処理部で直線補正されるため、デジタルデータへの変換誤差を低減でき、流量検出精度を向上させることができる。
【００１６】
〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の流量測定装置は、流路を流れる空気の温度を検出し、温度に応じた電圧を出力する温度検出部を備える。
そして、マルチプレクサは、複数の基準電圧信号、温度検出部の出力信号である温度電圧信号および流量電圧信号を所定の順序で順次選択し、アナログ／デジタル変換部は、複数の基準電圧信号、温度電圧信号および流量電圧信号をマルチプレクサによって選択された順序で順次サンプリングしてデジタルデータに変換し、信号処理部は、流量デジタルデータを、アナログ／デジタル変換部により得られる温度電圧信号のデジタルデータを用いて補正する。
【００１７】
これによれば、流量検出部の個体差に起因して流量出力特性や温度特性にばらつきがある場合であっても、流量検出部の個体差ばらつきを補正できるので、流量検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】流量測定装置の断面図である（実施例１）。
【図２】流量測定装置の基本的構成を示すブロック図である（実施例１）。
【図３】平均化処理による効果を示す図である（実施例１）。
【図４】流量測定装置を搭載する内燃機関（ガソリンエンジン）及び周辺装置を表す概略図である（実施例３）。
【図５】（ａ）は流量測定装置の基本的構成を示すブロック図であり、（ｂ）はセンサチップを示した模式図である（実施例４）。
【図６】複数の基準電圧信号、温度電圧信号および流量電圧信号をサンプリングするタイミングを示したフローチャートである（実施例４）。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の流量測定装置は、流路を流れる空気の流量を検出し、流量電圧信号を出力する流量検出部と、この流量検出部からの流量電圧信号をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換部と、このアナログ／デジタル変換部により得られる流量デジタルデータを用いて演算処理を行う信号処理部とを備える。
【００２０】
信号処理部は、流量デジタルデータを、少なくとも連続する２個以上の所定個数のデータで平均化する。
そして、平均化された流量デジタルデータが流量信号として出力される。
すなわち、本発明の流量測定装置は、流量測定装置内で流量デジタルデータの平均化処理をする。
【実施例】
【００２１】
〔実施例１〕
実施例１の流量測定装置１の構成を、図１〜図３を用いて説明する。
流量測定装置１は、例えば、自動車用エンジンの吸入空気量を計測するエアフローメータであり、エアクリーナの下流側に接続するダクト２に取り付けられている。
流量測定装置１は、空気の流量に応じて検出信号を出力する流量センサ３（流量検出部）と、流量センサ３と電気的に接続し、流量センサ３の入出力を制御する電子回路を有する回路モジュール４とを備える（図１参照）。
【００２２】
流量センサ３は、半導体基板の表面に薄膜抵抗体で形成された発熱素子（図示せず）と感温素子（図示せず）とを有する。
流量測定装置１は、ダクト２の内部を流れる空気（主流）の一部を取り込むバイパス流路５を形成する樹脂製のハウジング６を備え、流量センサ３はバイパス流路５に配置され、バイパス流路５の流量に応じて電圧信号を出力する。
なお、本実施例では、バイパス流路５は、このバイパス流路５からさらに分岐したサブバイパス流路７を有しており、サブバイパス流路７に流量センサ３が配置されている。なお、サブバイパス流路７の出口８は、ハウジング６の側面で主流下流方向に開口している。
【００２３】
回路モジュール４は、流量センサ３と入出力可能に接続されており、流量センサ３から出力される検出信号を演算及び増幅して出力する演算処理回路１２等の電子回路が内蔵されている（図２参照）。
演算処理回路１２は、Ａ／Ｄ変換部１３（アナログ／デジタル変換部）と、デジタル演算部１４（信号処理部）と、周波数変換部１５と、出力部１６とを有する（図２参照）。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換部１３は、流量センサ３からの流量電圧信号をデジタルデータに変換する回路である。
デジタル演算部１４は、Ａ／Ｄ変換部１３により得られる流量電圧信号のデジタルデータ（すなわち、流量デジタルデータ）を用いて演算処理を行う回路である。
周波数変換部１５は、デジタル演算部１４から出力される流量デジタルデータを周波数信号に変換して流量信号として出力する回路である。
出力部１６は、周波数変換部１５により得られる周波数信号をＥＣＵ１７（エンジン制御ユニット）に出力する回路である。
【００２５】
〔実施例１の特徴〕
実施例１の流量測定装置１では、デジタル演算部１４において、流量デジタルデータを少なくとも連続する２個以上の所定個数での移動平均により平均化処理を行う。
そして、平均化処理された流量デジタルデータが、周波数変換部１５において周波数信号に変換され、流量信号としてＥＣＵ１７に出力される。
なお、平均化の方法は、単純移動平均、加重移動平均、指数移動平均等様々な方法が取り得る。
【００２６】
図３は、平均化処理を行った場合の流量信号及び平均化処理を行わない場合の流量信号の変動幅を示す図である。
図３では、例として、連続する２個のデータの平均値を順次算出する単純移動平均により平均化処理した流量信号（単純平均（２個））、連続する２個のデータによる加重移動平均により平均化処理した流量信号（加重平均（２個））、連続する２個のデータによる指数移動平均により平均化処理した流量信号（指数平均（２個））、連続する４個のデータの平均値を順次算出する単純移動平均により平均化処理した流量信号（単純平均（４個））の変動幅を示している。
【００２７】
図３によれば、平均化処理を行った場合は、平均化処理を行わない場合（平均化無）と比べ、流量信号の変動幅が少なくなっていることが分かる。
つまり、平均化処理を行うことにより、流量測定装置１からの出力変動が低減されるため、回転変動やトルク変動が小さくなる。
【００２８】
そして、本実施例では、流量測定装置１内で、流量デジタルデータの平均化処理をするため、流量電圧信号に対するデジタルデータ変換のサンプリング周期に応じて、デジタルデータ全てを用いて平均化処理をすることができる。
【００２９】
なお、流量測定装置１から出力されるデータをＥＣＵ１７に取り込んで、ＥＣＵ１７内で平均化処理する場合、ＥＣＵ１７はある所定周期でしか流量測定装置１のデータを取り込まないため、電圧信号に対するＡ／Ｄ変換のサンプリング周期が短いと、全てのデータを取り込むことができず、平均化の精度が悪くなり、流量検出精度が悪化する虞がある。しかし、本実施例では、流量測定装置１内で、流量デジタルデータの全てを用いて平均化処理ができるため、ＥＣＵ１７に取り込んでＥＣＵ１７内で平均化処理する場合と比較して、平均化処理の精度を向上させることができる。
【００３０】
〔実施例２〕
実施例２を、実施例１とは異なる点を中心に説明する。
実施例２の流量測定装置１では、デジタル演算部１４における平均化処理の際に用いる平均化のデータ個数を運転条件によって切り替える。
すなわち、流量測定装置１内で、時系列に対しての空気流量の変動幅を監視し、変動幅に応じてデータ個数を決める。
【００３１】
例えば、変動幅が所定値以内の場合には、多いデータ個数（例えば６個）で移動平均を行い、変動幅が所定値以上の場合には、少ないデータ個数（例えば４個）で移動平均を行う。これによれば、実施例１の効果に加えて、空気流量の変動幅が大きい運転条件のときでも平均化精度が向上するという作用効果を奏する。
【００３２】
〔実施例３〕
実施例３を、実施例２とは異なる点を中心に、図４を用いて説明する。
実施例３の流量測定装置１はガソリンエンジン２０に搭載されるものであって、エンジン回転数とスロットル開度の変動に応じて、デジタル演算部１４における平均化処理の際に用いる平均化のデータ個数を切り替える。
【００３３】
すなわち、ＥＣＵ１７に入力されるエンジン回転数センサ２１及びスロットル開度センサ２２からの出力信号により、ＥＣＵ１７内でエンジン回転数とスロットル開度の変動を監視し、エンジン回転数とスロットル開度の変動幅が所定値以上になった場合、ＥＣＵ１７からデジタル演算部１４にデータ個数切替指令が送られ、デジタル演算部１４において平均化処理の際に用いる平均化のデータ個数が切り替えられる。
なお、ＥＣＵ１７は、流量測定装置１から入力された流量信号に基づいて噴射量を算出し、燃料噴射弁２３に制御信号を送る。
【００３４】
これにより、実施例１の作用効果に加えて実施例２と同様の効果を得ることができる。
なお、エンジン回転数とスロットル開度の変動ではなく、トルク変動を監視し、トルク変動幅に応じてデジタル演算部１４における平均化処理の際に用いる平均化のデータ個数を切り替えてもよい。
【００３５】
〔実施例４〕
実施例４を、実施例１とは異なる点を中心に、図５、図６を用いて説明する。
実施例４の流量測定装置１は、流量センサ３、Ａ／Ｄ変換部１３、デジタル演算部１４、周波数変換部１５、出力部１６に加えて、複数の基準電圧信号を出力する基準電圧発生部２７と、流路を流れる空気の温度を検出する温度検出部２８と、複数の信号を所定の順序で順次選択するマルチプレクサ２９とを備える（図５（ａ）参照）。
【００３６】
本実施例の流量センサ３は、センサチップ（シリコンチップ、回路基板）の薄膜部の中央に発熱抵抗体３１を配置し、この発熱抵抗体３１を中心にして空気の流れ方向（吸気流方向）に沿った上流側に空気流量電圧信号検出用の温度検出抵抗体３２、３３を配置し、下流側に空気流量電圧信号検出用の温度検出抵抗体３４、３５を配置している（図５（ｂ）参照）。
そして、発熱抵抗体３１の発熱温度を制御するヒータ温度制御回路３６と、発熱抵抗体３１の発熱により生じる温度分布を基にダクト２を流れる空気流量と流れ方向とに応じた電圧を出力する空気流量検出回路３７とを備える。
【００３７】
発熱抵抗体３１は、温度により抵抗値が変化すると共に、加熱電流が流れると発熱する。
ヒータ温度制御回路３６は、固定抵抗器４０と温度検出抵抗体４１とが直列に接続され、固定抵抗器４２と傍熱抵抗器４３とが直列に接続されてヒータ温度制御ブリッジ回路（第１ブリッジ回路）が構成されている。
【００３８】
なお、温度検出抵抗体４１は、周囲の温度（吸気温度）により抵抗値が変化する感温抵抗体であって、センサチップ上において発熱抵抗体３１の発熱の影響を受けない場所に配置されている。
傍熱抵抗器４３は、発熱抵抗体３１の熱を受けて抵抗値が変化する感温抵抗体であって、センサチップ上において発熱抵抗体３１の発熱の影響を受ける場所に配置されている。
また、第１ブリッジ回路の固定抵抗器４０と固定抵抗器４２との接続点には、所定の電源電圧（５Ｖ以下の定電圧）が印加されている。また、第１ブリッジ回路の温度検出抵抗体４１と傍熱抵抗器４３との接続点の電位は、グランド（ＧＮＤ）電位となっている。
【００３９】
また、ヒータ温度制御回路３６は、第１ブリッジ回路の他に、差動増幅器（オペアンプ）４４、トランジスタ４５等を備え、温度検出抵抗体４１により検出される吸気温度に応じて発熱抵抗体３１への供給電力を可変制御して傍熱抵抗器４３の温度を温度検出抵抗体４１により検出される吸気温度よりも一定の温度だけ高くするように構成されている。
【００４０】
空気流量検出回路３７は、温度検出抵抗体３２と温度検出抵抗体３４とが直列接続され、温度検出抵抗体３３と温度検出抵抗体３５とが直列接続されて流量信号検出ブリッジ回路（第２ブリッジ回路）が構成されている。
なお、温度検出抵抗体３２〜３５は、それぞれ、抵抗値が温度により変化する温度検出感温抵抗体であって、発熱抵抗体３１の上流側において下流側から順に温度検出抵抗体３２、温度検出抵抗体３３と配置されており、発熱抵抗体３１の下流側において上流側から順に温度検出抵抗体３４、温度検出抵抗体３５と配置されている（図５（ｂ）参照）。
【００４１】
また、第２ブリッジ回路の温度検出抵抗体３４と温度検出抵抗体３３との接続点には、電源電圧（５Ｖ以下の定電圧）が印加されている。また、第２ブリッジ回路の温度検出抵抗体３２と温度検出抵抗体３５との接続点の電位は、グランド（ＧＮＤ）電位となっている。
空気流量検出回路３７は、第２ブリッジ回路の他に、差動増幅器（オペアンプ）４８等を備え、差動増幅器４８により第２ブリッジ回路のブリッジ出力電圧（ブリッジ間電位差）を求め、このブリッジ出力電圧を増幅して空気流量電圧信号Ｖｑとしてマルチプレクサ２９に出力する。
【００４２】
基準電圧発生部２７は、互いに電圧値の異なる３種類の基準電圧信号（基準電圧信号Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３）を出力する回路であり、基準電圧信号Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ３をそれぞれマルチプレクサ２９に出力する第１〜３基準電位生成部ＲＥＦ１〜３を有している。
基準電圧信号Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ３は、後述するアナログ−デジタル変換特性の直線補正処理（Ａ／Ｄ直線補正処理）に用いられる。
【００４３】
温度検出部２８は、センサチップ上に配置され、流通する空気の温度（吸気温度）を検出し、この吸気温度に応じた電圧を出力する回路であって、固定抵抗器５０と温度検出抵抗体５１とが直列接続され、固定抵抗器５０の一端に定電圧Ｖｃｃを印加することにより、固定抵抗器５０と温度検出抵抗体５１との接続点から定電圧Ｖｃｃの分圧値を取り出せるように構成されている。定電圧Ｖｃｃの分圧値は、演算増幅器（オペアンプ）５２により増幅されて吸気温度電圧信号Ｖｔとしてマルチプレクサ２９に出力される。
【００４４】
マルチプレクサ２９の５つのアナログスイッチのうちの３つの第１〜第３アナログスイッチには、基準電圧信号（Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３）を出力する基準電圧発生部２７が接続されており、第４アナログスイッチには、吸気温度電圧信号Ｖｔを出力する温度検出部２８が接続されており、第５アナログスイッチには、空気流量電圧信号Ｖｑを出力する空気流量検出回路３７が接続されている。
【００４５】
Ａ／Ｄ変換部１３は、マルチプレクサ２９によって選択された順序で第１〜第５アナログ入力電圧信号（基準電圧信号Ｖｒｅｆ３、基準電圧信号Ｖｒｅｆ２、基準電圧信号Ｖｒｅｆ１、吸気温度電圧信号Ｖｔ、空気流量電圧信号Ｖｑ）を順次サンプリングすると共に、各第１〜第５アナログ入力電圧信号をサンプリングする毎に各第１〜第５アナログ入力電圧信号のデジタルデータに変換する。
【００４６】
デジタル演算部１４は、Ａ／Ｄ変換部１３からの流量デジタルデータに、直線補正処理及び出力ばらつき補正処理（後述する）を実施する。また、流量デジタルデータの平均化処理を行う。
周波数変換部１５は、デジタル演算部１４より出力された流量デジタルデータを周波数信号に変換する。
出力部１６は、ＮＭＯＳＦＥＴ５５、固定抵抗器５６、バイパスコンデンサ５７、およびツェナダイオード５８等を備え、周波数変換部１５より出力された周波数信号をＥＣＵ１７のマイクロコンピュータへ出力する。
【００４７】
なお、本実施例では、マルチプレクサ２９は、サンプリング制御パルス信号に従って、複数の基準電圧信号Ｖｒｅｆ３、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ１および吸気温度電圧信号Ｖｔのうちの１つの電圧信号をＡ／Ｄ変換部１３へ出力する毎に、空気流量電圧信号ＶｑをＡ／Ｄ変換部１３へ出力するように構成されている。すなわち、空気流量電圧信号Ｖｑのサンプリングタイミングを、基準電圧信号Ｖｒｅｆ３、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ１、および吸気温度電圧信号Ｖｔのうち隣合う２つのアナログ入力電圧信号のサンプリングタイミング間に挿入するように構成されている。これによれば、空気流量電圧信号Ｖｑのサンプリング周期Ｔ２を短くできる。
【００４８】
具体的には、図６のフローチャートに示す処理が実施される。
すなわち、空気流量電圧信号ＶｑをＡ／Ｄ変換してＡ／Ｄ変換結果（Ａ／Ｄ変換出力データ）であるデジタルデータ（流量デジタルデータ）をレジスタに格納する（ステップＳ１）。そして、基準電圧信号Ｖｒｅｆ３のサンプリングタイミングと、基準電圧信号Ｖｒｅｆ２のサンプリングタイミングとの間に、空気流量電圧信号Ｖｑのサンプリングタイミングを入れる（ステップＳ２〜Ｓ３）。そして、ステップＳ２〜Ｓ３の処理と並行して、流量デジタルデータに対して、後述するＡ／Ｄ直線補正処理および出力ばらつき補正処理が実行され（ステップＳ１１）、補正処理後の流量デジタルデータの平均化処理がなされ（ステップＳ１２）、平均化処理後の流量デジタルデータを周波数信号に変換する周波数変換処理が実行される（ステップＳ１３）。そして、ステップＳ１３で得られた周波数信号をＥＣＵ１７に出力する（ステップＳ１４）。
ここで、ステップＳ１２では、実施例１〜３に記載のような移動平均を用いた平均化処理がなされる。
【００４９】
ステップＳ４〜Ｓ８でも、同様に、空気流量電圧信号Ｖｑの流量デジタルデータをレジスタに格納するたびに、ステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を実施する。
なお、基準電圧信号Ｖｒｅｆ３、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ１、吸気温度電圧信号Ｖｔのデジタルデータも、レジスタに格納される（ステップＳ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８）。そして、これらのデジタルデータはＡ／Ｄ直線補正処理および出力ばらつき補正処理のために用いられる。
【００５０】
〔Ａ／Ｄ直線補正処理〕
Ａ／Ｄ変換部１３のアナログ−デジタル変換特性は非線形性を有しているため、最終的なセンサ出力精度が低下する虞がある。そこで、本実施例では、Ａ／Ｄ変換部１３からの流量デジタルデータに対して直線補正を行う。
具体的には、Ａ／Ｄ変換部１３への入力電圧範囲Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘを、中心電圧Ｖｃを境界にして領域１と領域２に２等分割し、各領域毎に、アナログ−デジタル変換特性を示す曲線を直線近似する。そして、近似直線上の点を理想Ａ／Ｄ直線上の点に変換する変換式を領域毎に導出する。このようにして得られた変換式にてＡ／Ｄ変換部１３からの流量デジタルデータを変換することにより、直線補正が実現される。ここで、Ｖｍｉｎ、Ｖｃ、Ｖｍａｘが、それぞれ基準電圧信号Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３である。
なお、Ａ／Ｄ直線補正処理のさらに具体的な方法は、特許第４０７４８２３号公報に開示されている。
【００５１】
〔出力ばらつき補正処理（温度特性補正処理）〕
流量センサ３で流量に応じて出力される電圧は温度（吸気温度）に応じて変化する。そのため、温度（吸気温度電圧信号Ｖｔのデジタルデータ）に基づいて出力電圧を補正（温度特性補正）する必要がある。
しかし、流量センサ３の個体差に起因して、流量に応じた出力電圧と温度との関係が測定流量毎にばらつく場合があるため、温度のみではなく、流量に基づいて、流量デジタルデータの温度特性補正を行う。
なお、出力ばらつき補正処理のさらに具体的な方法は、特開２００９−２８８１５３号公報に開示されている。
【００５２】
実施例４でも、流量測定装置１内で、流量デジタルデータの全てを用いて平均化処理ができるため、ＥＣＵ１７に取り込んでＥＣＵ１７内で平均化処理する場合と比較して、平均化処理の精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 流量測定装置
２ ダクト
３ 流量センサ（流量検出部）
１３ Ａ／Ｄ変換部（アナログ／デジタル変換部）
１４ デジタル演算部（信号処理部）
１５ 周波数変換部
２７ 基準電圧発生部
２８ 温度検出部
２９ マルチプレクサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量検出部からの出力信号である流量電圧信号をデジタルデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換回路を備えた流量測定装置に関するもので、特に内燃機関の流量測定装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
流量測定装置は、例えば、自動車用エンジンの吸入空気量を計測するもので、流路を流れる空気の流量を検出する流量検出部を有し、流量に応じた出力信号を出力する。
ところで、この出力信号は空気の流れの影響で変動する。そこで、出力信号の変動が回転変動やトルク変動に及ぼす影響を小さくするため、出力信号に平均化処理を施す技術がある。
【０００３】
例えば、特許文献１では、流量測定装置からの出力信号に基づき空気流量を算出し、アイドル運転中の場合にのみ、流量測定装置からの出力信号の平滑化処理を行う点が開示されている。これによれば、アイドル運転時の流量測定装置の流量検出精度が向上する。
しかしながら、アイドル運転時以外でも、空気流量が大きくなった場合に、流量測定装置付近で不安定な空気の流れが発生すると、空気流量の出力信号が変動し、回転変動やトルク変動に影響を与える虞があるが、これに対する対策はとられていない。
【０００４】
なお、本出願人は、流量測定装置内で、流量検出部から空気の流量に応じて出力される電圧信号（流量電圧信号）をＡ／Ｄ変換して出力する技術、及び、流量電圧信号に対するＡ／Ｄ変換のサンプリング周期を短くする技術を発明している（特願２０１０−１０７３３０参照）。
【０００５】
このような流量測定装置において、流量測定装置から出力されるデータをＥＣＵ（エンジン制御ユニット）に取り込んで、ＥＣＵ内で平均化処理することも考えられるが、ＥＣＵはある所定周期で流量測定装置のデータを取り込むため、電圧信号に対するＡ／Ｄ変換のサンプリング周期が短いと、全てのデータを取り込むことができず、平均化の精度が悪くなり、流量検出精度が悪化する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１５９３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、流量検出部からの出力信号である流量電圧信号をデジタルデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換回路を備えた流量測定装置において、出力変動を低減させるとともに、流量検出精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の流量測定装置は、流路を流れる空気の流量を検出し、流量に応じた電圧（以下、流量電圧信号と呼ぶ）を出力する流量検出部と、この流量検出部からの流量電圧信号をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換部と、このアナログ／デジタル変換部により得られる流量電圧信号のデジタルデータ（以下、流量デジタルデータと呼ぶ）を用いて演算処理を行う信号処理部とを備える。
【０００９】
信号処理部は、流量デジタルデータを、少なくとも連続する２個以上の所定個数のデータで平均化する。そして、平均化された流量デジタルデータが流量信号として出力される。
【００１０】
すなわち、本発明では、流量測定装置内で、流量デジタルデータの平均化処理をする。これによれば、流量電圧信号に対するデジタルデータ変換のサンプリング周期に応じて、デジタルデータ全てを用いて平均化処理をすることができる。このため、ＥＣＵに取り込んでＥＣＵ内で平均化処理する場合と比較して、平均化処理の精度を向上させることができるので、出力変動を低減させるとともに、流量検出精度を向上させることができる。
【００１１】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の流量測定装置によれば、信号処理部は、移動平均によって流量デジタルデータを平均化する。
これは、請求項１の実施態様の１つであり、請求項１と同様の作用効果を奏する。
【００１２】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の流量測定装置によれば、信号処理部は、平均化のデータ個数を運転条件によって切り替える。
例えば、空気流量が安定している運転条件では、平均化のデータ個数を多くし、空気流量の流量変化が過渡時であるような運転条件では、平均化のデータ個数を少なくすることで、平均化精度をより向上することができる。
【００１３】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の流量測定装置は、平均化された流量デジタルデータを、周波数信号に変換して、流量信号として出力する周波数変換部を備える。
例えば、流量デジタルデータを電圧信号に変換してＥＣＵに出力する場合、ＥＣＵ内の電源電圧のばらつきや、ハーネス線の電圧降下、コネクタ類の接触抵抗変動などの影響を受けて流量デジタルデータの電圧信号が変動し、流量検出精度が低下することがある。しかし、流量デジタルデータを周波数信号に変換するならば、そのような影響を受けることがなく、流量検出精度が向上する。
【００１４】
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の流量測定装置は、流量電圧信号の補正処理に用いる複数の基準電圧信号を出力する基準電圧発生部と、複数の基準電圧信号および流量電圧信号を所定の順序で順次選択するマルチプレクサとを備える。
そして、アナログ／デジタル変換部は、複数の基準電圧信号および流量電圧信号をマルチプレクサによって選択された順序で順次サンプリングしてデジタルデータに変換し、信号処理部は、流量デジタルデータを、アナログ／デジタル変換部により得られる複数の基準電圧信号のデジタルデータに基づいて設定される直線補正式を用いて補正する。
【００１５】
これによれば、アナログ／デジタル変換部から出力された流量電圧信号のデジタルデータのアナログ−デジタル変換特性は、非線形（非直線）となっているが、信号処理部で直線補正されるため、デジタルデータへの変換誤差を低減でき、流量検出精度を向上させることができる。
【００１６】
〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の流量測定装置は、流路を流れる空気の温度を検出し、温度に応じた電圧を出力する温度検出部を備える。
そして、マルチプレクサは、複数の基準電圧信号、温度検出部の出力信号である温度電圧信号および流量電圧信号を所定の順序で順次選択し、アナログ／デジタル変換部は、複数の基準電圧信号、温度電圧信号および流量電圧信号をマルチプレクサによって選択された順序で順次サンプリングしてデジタルデータに変換し、信号処理部は、流量デジタルデータを、アナログ／デジタル変換部により得られる温度電圧信号のデジタルデータを用いて補正する。
【００１７】
これによれば、流量検出部の個体差に起因して流量出力特性や温度特性にばらつきがある場合であっても、流量検出部の個体差ばらつきを補正できるので、流量検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】流量測定装置の断面図である（実施例１）。
【図２】流量測定装置の基本的構成を示すブロック図である（実施例１）。
【図３】平均化処理による効果を示す図である（実施例１）。
【図４】流量測定装置を搭載する内燃機関（ガソリンエンジン）及び周辺装置を表す概略図である（実施例３）。
【図５】（ａ）は流量測定装置の基本的構成を示すブロック図であり、（ｂ）はセンサチップを示した模式図である（実施例４）。
【図６】複数の基準電圧信号、温度電圧信号および流量電圧信号をサンプリングするタイミングを示したフローチャートである（実施例４）。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の流量測定装置は、流路を流れる空気の流量を検出し、流量電圧信号を出力する流量検出部と、この流量検出部からの流量電圧信号をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換部と、このアナログ／デジタル変換部により得られる流量デジタルデータを用いて演算処理を行う信号処理部とを備える。
【００２０】
信号処理部は、流量デジタルデータを、少なくとも連続する２個以上の所定個数のデータで平均化する。
そして、平均化された流量デジタルデータが流量信号として出力される。
すなわち、本発明の流量測定装置は、流量測定装置内で流量デジタルデータの平均化処理をする。
【実施例】
【００２１】
〔実施例１〕
実施例１の流量測定装置１の構成を、図１〜図３を用いて説明する。
流量測定装置１は、例えば、自動車用エンジンの吸入空気量を計測するエアフローメータであり、エアクリーナの下流側に接続するダクト２に取り付けられている。
流量測定装置１は、空気の流量に応じて検出信号を出力する流量センサ３（流量検出部）と、流量センサ３と電気的に接続し、流量センサ３の入出力を制御する電子回路を有する回路モジュール４とを備える（図１参照）。
【００２２】
流量センサ３は、半導体基板の表面に薄膜抵抗体で形成された発熱素子（図示せず）と感温素子（図示せず）とを有する。
流量測定装置１は、ダクト２の内部を流れる空気（主流）の一部を取り込むバイパス流路５を形成する樹脂製のハウジング６を備え、流量センサ３はバイパス流路５に配置され、バイパス流路５の流量に応じて電圧信号を出力する。
なお、本実施例では、バイパス流路５は、このバイパス流路５からさらに分岐したサブバイパス流路７を有しており、サブバイパス流路７に流量センサ３が配置されている。なお、サブバイパス流路７の出口８は、ハウジング６の側面で主流下流方向に開口している。
【００２３】
回路モジュール４は、流量センサ３と入出力可能に接続されており、流量センサ３から出力される検出信号を演算及び増幅して出力する演算処理回路１２等の電子回路が内蔵されている（図２参照）。
演算処理回路１２は、Ａ／Ｄ変換部１３（アナログ／デジタル変換部）と、デジタル演算部１４（信号処理部）と、周波数変換部１５と、出力部１６とを有する（図２参照）。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換部１３は、流量センサ３からの流量電圧信号をデジタルデータに変換する回路である。
デジタル演算部１４は、Ａ／Ｄ変換部１３により得られる流量電圧信号のデジタルデータ（すなわち、流量デジタルデータ）を用いて演算処理を行う回路である。
周波数変換部１５は、デジタル演算部１４から出力される流量デジタルデータを周波数信号に変換して流量信号として出力する回路である。
出力部１６は、周波数変換部１５により得られる周波数信号をＥＣＵ１７（エンジン制御ユニット）に出力する回路である。
【００２５】
〔実施例１の特徴〕
実施例１の流量測定装置１では、デジタル演算部１４において、流量デジタルデータを少なくとも連続する２個以上の所定個数での移動平均により平均化処理を行う。
そして、平均化処理された流量デジタルデータが、周波数変換部１５において周波数信号に変換され、流量信号としてＥＣＵ１７に出力される。
なお、平均化の方法は、単純移動平均、加重移動平均、指数移動平均等様々な方法が取り得る。
【００２６】
図３は、平均化処理を行った場合の流量信号及び平均化処理を行わない場合の流量信号の変動幅を示す図である。
図３では、例として、連続する２個のデータの平均値を順次算出する単純移動平均により平均化処理した流量信号（単純平均（２個））、連続する２個のデータによる加重移動平均により平均化処理した流量信号（加重平均（２個））、連続する２個のデータによる指数移動平均により平均化処理した流量信号（指数平均（２個））、連続する４個のデータの平均値を順次算出する単純移動平均により平均化処理した流量信号（単純平均（４個））の変動幅を示している。
【００２７】
図３によれば、平均化処理を行った場合は、平均化処理を行わない場合（平均化無）と比べ、流量信号の変動幅が少なくなっていることが分かる。
つまり、平均化処理を行うことにより、流量測定装置１からの出力変動が低減されるため、回転変動やトルク変動が小さくなる。
【００２８】
そして、本実施例では、流量測定装置１内で、流量デジタルデータの平均化処理をするため、流量電圧信号に対するデジタルデータ変換のサンプリング周期に応じて、デジタルデータ全てを用いて平均化処理をすることができる。
【００２９】
なお、流量測定装置１から出力されるデータをＥＣＵ１７に取り込んで、ＥＣＵ１７内で平均化処理する場合、ＥＣＵ１７はある所定周期でしか流量測定装置１のデータを取り込まないため、電圧信号に対するＡ／Ｄ変換のサンプリング周期が短いと、全てのデータを取り込むことができず、平均化の精度が悪くなり、流量検出精度が悪化する虞がある。しかし、本実施例では、流量測定装置１内で、流量デジタルデータの全てを用いて平均化処理ができるため、ＥＣＵ１７に取り込んでＥＣＵ１７内で平均化処理する場合と比較して、平均化処理の精度を向上させることができる。
【００３０】
〔実施例２〕
実施例２を、実施例１とは異なる点を中心に説明する。
実施例２の流量測定装置１では、デジタル演算部１４における平均化処理の際に用いる平均化のデータ個数を運転条件によって切り替える。
すなわち、流量測定装置１内で、時系列に対しての空気流量の変動幅を監視し、変動幅に応じてデータ個数を決める。
【００３１】
例えば、変動幅が所定値以内の場合には、多いデータ個数（例えば６個）で移動平均を行い、変動幅が所定値以上の場合には、少ないデータ個数（例えば４個）で移動平均を行う。これによれば、実施例１の効果に加えて、空気流量の変動幅が大きい運転条件のときでも平均化精度が向上するという作用効果を奏する。
【００３２】
〔実施例３〕
実施例３を、実施例２とは異なる点を中心に、図４を用いて説明する。
実施例３の流量測定装置１はガソリンエンジン２０に搭載されるものであって、エンジン回転数とスロットル開度の変動に応じて、デジタル演算部１４における平均化処理の際に用いる平均化のデータ個数を切り替える。
【００３３】
すなわち、ＥＣＵ１７に入力されるエンジン回転数センサ２１及びスロットル開度センサ２２からの出力信号により、ＥＣＵ１７内でエンジン回転数とスロットル開度の変動を監視し、エンジン回転数とスロットル開度の変動幅が所定値以上になった場合、ＥＣＵ１７からデジタル演算部１４にデータ個数切替指令が送られ、デジタル演算部１４において平均化処理の際に用いる平均化のデータ個数が切り替えられる。
なお、ＥＣＵ１７は、流量測定装置１から入力された流量信号に基づいて噴射量を算出し、燃料噴射弁２３に制御信号を送る。
【００３４】
これにより、実施例１の作用効果に加えて実施例２と同様の効果を得ることができる。
なお、エンジン回転数とスロットル開度の変動ではなく、トルク変動を監視し、トルク変動幅に応じてデジタル演算部１４における平均化処理の際に用いる平均化のデータ個数を切り替えてもよい。
【００３５】
〔実施例４〕
実施例４を、実施例１とは異なる点を中心に、図５、図６を用いて説明する。
実施例４の流量測定装置１は、流量センサ３、Ａ／Ｄ変換部１３、デジタル演算部１４、周波数変換部１５、出力部１６に加えて、複数の基準電圧信号を出力する基準電圧発生部２７と、流路を流れる空気の温度を検出する温度検出部２８と、複数の信号を所定の順序で順次選択するマルチプレクサ２９とを備える（図５（ａ）参照）。
【００３６】
本実施例の流量センサ３は、センサチップ（シリコンチップ、回路基板）の薄膜部の中央に発熱抵抗体３１を配置し、この発熱抵抗体３１を中心にして空気の流れ方向（吸気流方向）に沿った上流側に空気流量電圧信号検出用の温度検出抵抗体３２、３３を配置し、下流側に空気流量電圧信号検出用の温度検出抵抗体３４、３５を配置している（図５（ｂ）参照）。
そして、発熱抵抗体３１の発熱温度を制御するヒータ温度制御回路３６と、発熱抵抗体３１の発熱により生じる温度分布を基にダクト２を流れる空気流量と流れ方向とに応じた電圧を出力する空気流量検出回路３７とを備える。
【００３７】
発熱抵抗体３１は、温度により抵抗値が変化すると共に、加熱電流が流れると発熱する。
ヒータ温度制御回路３６は、固定抵抗器４０と温度検出抵抗体４１とが直列に接続され、固定抵抗器４２と傍熱抵抗器４３とが直列に接続されてヒータ温度制御ブリッジ回路（第１ブリッジ回路）が構成されている。
【００３８】
なお、温度検出抵抗体４１は、周囲の温度（吸気温度）により抵抗値が変化する感温抵抗体であって、センサチップ上において発熱抵抗体３１の発熱の影響を受けない場所に配置されている。
傍熱抵抗器４３は、発熱抵抗体３１の熱を受けて抵抗値が変化する感温抵抗体であって、センサチップ上において発熱抵抗体３１の発熱の影響を受ける場所に配置されている。
また、第１ブリッジ回路の固定抵抗器４０と固定抵抗器４２との接続点には、所定の電源電圧（５Ｖ以下の定電圧）が印加されている。また、第１ブリッジ回路の温度検出抵抗体４１と傍熱抵抗器４３との接続点の電位は、グランド（ＧＮＤ）電位となっている。
【００３９】
また、ヒータ温度制御回路３６は、第１ブリッジ回路の他に、差動増幅器（オペアンプ）４４、トランジスタ４５等を備え、温度検出抵抗体４１により検出される吸気温度に応じて発熱抵抗体３１への供給電力を可変制御して傍熱抵抗器４３の温度を温度検出抵抗体４１により検出される吸気温度よりも一定の温度だけ高くするように構成されている。
【００４０】
空気流量検出回路３７は、温度検出抵抗体３２と温度検出抵抗体３４とが直列接続され、温度検出抵抗体３３と温度検出抵抗体３５とが直列接続されて流量信号検出ブリッジ回路（第２ブリッジ回路）が構成されている。
なお、温度検出抵抗体３２〜３５は、それぞれ、抵抗値が温度により変化する温度検出感温抵抗体であって、発熱抵抗体３１の上流側において下流側から順に温度検出抵抗体３２、温度検出抵抗体３３と配置されており、発熱抵抗体３１の下流側において上流側から順に温度検出抵抗体３４、温度検出抵抗体３５と配置されている（図５（ｂ）参照）。
【００４１】
また、第２ブリッジ回路の温度検出抵抗体３４と温度検出抵抗体３３との接続点には、電源電圧（５Ｖ以下の定電圧）が印加されている。また、第２ブリッジ回路の温度検出抵抗体３２と温度検出抵抗体３５との接続点の電位は、グランド（ＧＮＤ）電位となっている。
空気流量検出回路３７は、第２ブリッジ回路の他に、差動増幅器（オペアンプ）４８等を備え、差動増幅器４８により第２ブリッジ回路のブリッジ出力電圧（ブリッジ間電位差）を求め、このブリッジ出力電圧を増幅して空気流量電圧信号Ｖｑとしてマルチプレクサ２９に出力する。
【００４２】
基準電圧発生部２７は、互いに電圧値の異なる３種類の基準電圧信号（基準電圧信号Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３）を出力する回路であり、基準電圧信号Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ３をそれぞれマルチプレクサ２９に出力する第１〜３基準電位生成部ＲＥＦ１〜３を有している。
基準電圧信号Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ３は、後述するアナログ−デジタル変換特性の直線補正処理（Ａ／Ｄ直線補正処理）に用いられる。
【００４３】
温度検出部２８は、センサチップ上に配置され、流通する空気の温度（吸気温度）を検出し、この吸気温度に応じた電圧を出力する回路であって、固定抵抗器５０と温度検出抵抗体５１とが直列接続され、固定抵抗器５０の一端に定電圧Ｖｃｃを印加することにより、固定抵抗器５０と温度検出抵抗体５１との接続点から定電圧Ｖｃｃの分圧値を取り出せるように構成されている。定電圧Ｖｃｃの分圧値は、演算増幅器（オペアンプ）５２により増幅されて吸気温度電圧信号Ｖｔとしてマルチプレクサ２９に出力される。
【００４４】
マルチプレクサ２９の５つのアナログスイッチのうちの３つの第１〜第３アナログスイッチには、基準電圧信号（Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３）を出力する基準電圧発生部２７が接続されており、第４アナログスイッチには、吸気温度電圧信号Ｖｔを出力する温度検出部２８が接続されており、第５アナログスイッチには、空気流量電圧信号Ｖｑを出力する空気流量検出回路３７が接続されている。
【００４５】
Ａ／Ｄ変換部１３は、マルチプレクサ２９によって選択された順序で第１〜第５アナログ入力電圧信号（基準電圧信号Ｖｒｅｆ３、基準電圧信号Ｖｒｅｆ２、基準電圧信号Ｖｒｅｆ１、吸気温度電圧信号Ｖｔ、空気流量電圧信号Ｖｑ）を順次サンプリングすると共に、各第１〜第５アナログ入力電圧信号をサンプリングする毎に各第１〜第５アナログ入力電圧信号のデジタルデータに変換する。
【００４６】
デジタル演算部１４は、Ａ／Ｄ変換部１３からの流量デジタルデータに、直線補正処理及び出力ばらつき補正処理（後述する）を実施する。また、流量デジタルデータの平均化処理を行う。
周波数変換部１５は、デジタル演算部１４より出力された流量デジタルデータを周波数信号に変換する。
出力部１６は、ＮＭＯＳＦＥＴ５５、固定抵抗器５６、バイパスコンデンサ５７、およびツェナダイオード５８等を備え、周波数変換部１５より出力された周波数信号をＥＣＵ１７のマイクロコンピュータへ出力する。
【００４７】
なお、本実施例では、マルチプレクサ２９は、サンプリング制御パルス信号に従って、複数の基準電圧信号Ｖｒｅｆ３、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ１および吸気温度電圧信号Ｖｔのうちの１つの電圧信号をＡ／Ｄ変換部１３へ出力する毎に、空気流量電圧信号ＶｑをＡ／Ｄ変換部１３へ出力するように構成されている。すなわち、空気流量電圧信号Ｖｑのサンプリングタイミングを、基準電圧信号Ｖｒｅｆ３、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ１、および吸気温度電圧信号Ｖｔのうち隣合う２つのアナログ入力電圧信号のサンプリングタイミング間に挿入するように構成されている。これによれば、空気流量電圧信号Ｖｑのサンプリング周期Ｔ２を短くできる。
【００４８】
具体的には、図６のフローチャートに示す処理が実施される。
すなわち、空気流量電圧信号ＶｑをＡ／Ｄ変換してＡ／Ｄ変換結果（Ａ／Ｄ変換出力データ）であるデジタルデータ（流量デジタルデータ）をレジスタに格納する（ステップＳ１）。そして、基準電圧信号Ｖｒｅｆ３のサンプリングタイミングと、基準電圧信号Ｖｒｅｆ２のサンプリングタイミングとの間に、空気流量電圧信号Ｖｑのサンプリングタイミングを入れる（ステップＳ２〜Ｓ３）。そして、ステップＳ２〜Ｓ３の処理と並行して、流量デジタルデータに対して、後述するＡ／Ｄ直線補正処理および出力ばらつき補正処理が実行され（ステップＳ１１）、補正処理後の流量デジタルデータの平均化処理がなされ（ステップＳ１２）、平均化処理後の流量デジタルデータを周波数信号に変換する周波数変換処理が実行される（ステップＳ１３）。そして、ステップＳ１３で得られた周波数信号をＥＣＵ１７に出力する（ステップＳ１４）。
ここで、ステップＳ１２では、実施例１〜３に記載のような移動平均を用いた平均化処理がなされる。
【００４９】
ステップＳ４〜Ｓ８でも、同様に、空気流量電圧信号Ｖｑの流量デジタルデータをレジスタに格納するたびに、ステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を実施する。
なお、基準電圧信号Ｖｒｅｆ３、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ１、吸気温度電圧信号Ｖｔのデジタルデータも、レジスタに格納される（ステップＳ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８）。そして、これらのデジタルデータはＡ／Ｄ直線補正処理および出力ばらつき補正処理のために用いられる。
【００５０】
〔Ａ／Ｄ直線補正処理〕
Ａ／Ｄ変換部１３のアナログ−デジタル変換特性は非線形性を有しているため、最終的なセンサ出力精度が低下する虞がある。そこで、本実施例では、Ａ／Ｄ変換部１３からの流量デジタルデータに対して直線補正を行う。
具体的には、Ａ／Ｄ変換部１３への入力電圧範囲Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘを、中心電圧Ｖｃを境界にして領域１と領域２に２等分割し、各領域毎に、アナログ−デジタル変換特性を示す曲線を直線近似する。そして、近似直線上の点を理想Ａ／Ｄ直線上の点に変換する変換式を領域毎に導出する。このようにして得られた変換式にてＡ／Ｄ変換部１３からの流量デジタルデータを変換することにより、直線補正が実現される。ここで、Ｖｍｉｎ、Ｖｃ、Ｖｍａｘが、それぞれ基準電圧信号Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３である。
なお、Ａ／Ｄ直線補正処理のさらに具体的な方法は、特許第４０７４８２３号公報に開示されている。
【００５１】
〔出力ばらつき補正処理（温度特性補正処理）〕
流量センサ３で流量に応じて出力される電圧は温度（吸気温度）に応じて変化する。そのため、温度（吸気温度電圧信号Ｖｔのデジタルデータ）に基づいて出力電圧を補正（温度特性補正）する必要がある。
しかし、流量センサ３の個体差に起因して、流量に応じた出力電圧と温度との関係が測定流量毎にばらつく場合があるため、温度のみではなく、流量に基づいて、流量デジタルデータの温度特性補正を行う。
なお、出力ばらつき補正処理のさらに具体的な方法は、特開２００９−２８８１５３号公報に開示されている。
【００５２】
実施例４でも、流量測定装置１内で、流量デジタルデータの全てを用いて平均化処理ができるため、ＥＣＵ１７に取り込んでＥＣＵ１７内で平均化処理する場合と比較して、平均化処理の精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 流量測定装置
２ ダクト
３ 流量センサ（流量検出部）
１３ Ａ／Ｄ変換部（アナログ／デジタル変換部）
１４ デジタル演算部（信号処理部）
１５ 周波数変換部
２７ 基準電圧発生部
２８ 温度検出部
２９ マルチプレクサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を流れる空気の流量を検出し、流量に応じた電圧（以下、流量電圧信号と呼ぶ）を出力する流量検出部と、
この流量検出部からの前記流量電圧信号をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換部と、
このアナログ／デジタル変換部により得られる前記流量電圧信号のデジタルデータ（以下、流量デジタルデータと呼ぶ）を用いて演算処理を行う信号処理部とを備えた流量測定装置であって、
前記信号処理部は、前記流量デジタルデータを、少なくとも連続する２個以上の所定個数のデータで平均化し、
平均化された前記流量デジタルデータが流量信号として出力されることを特徴とする流量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流量測定装置において、
前記信号処理部は、移動平均によって前記流量デジタルデータを平均化することを特徴とする流量測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流量測定装置において、
前記信号処理部は、前記所定個数を運転条件によって切り替えることを特徴とする流量測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の流量測定装置において、
平均化された前記流量デジタルデータを、周波数信号に変換して、流量信号として出力する周波数変換部を備えることを特徴とする流量測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の流量測定装置において、
前記流量電圧信号の補正処理に用いる複数の基準電圧信号を出力する基準電圧発生部と、
前記複数の基準電圧信号および前記流量電圧信号を所定の順序で順次選択するマルチプレクサとを備え、
前記アナログ／デジタル変換部は、前記複数の基準電圧信号および前記流量電圧信号を前記マルチプレクサによって選択された順序で順次サンプリングしてデジタルデータに変換し、
前記信号処理部は、前記流量デジタルデータを、前記アナログ／デジタル変換部により得られる前記複数の基準電圧信号のデジタルデータに基づいて設定される直線補正式を用いて補正することを特徴とする流量測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の流量測定装置において、
前記流路を流れる空気の温度を検出し、温度に応じた電圧を出力する温度検出部を備え、
前記マルチプレクサは、前記複数の基準電圧信号、前記温度検出部の出力信号である温度電圧信号および前記流量電圧信号を所定の順序で順次選択し、
前記アナログ／デジタル変換部は、前記複数の基準電圧信号、前記温度電圧信号および前記流量電圧信号を前記マルチプレクサによって選択された順序で順次サンプリングしてデジタルデータに変換し、
前記信号処理部は、前記流量デジタルデータを、前記アナログ／デジタル変換部により得られる前記温度電圧信号のデジタルデータを用いて補正することを特徴とする流量測定装置。
【請求項１】
流路を流れる空気の流量を検出し、流量に応じた電圧（以下、流量電圧信号と呼ぶ）を出力する流量検出部と、
この流量検出部からの前記流量電圧信号をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換部と、
このアナログ／デジタル変換部により得られる前記流量電圧信号のデジタルデータ（以下、流量デジタルデータと呼ぶ）を用いて演算処理を行う信号処理部とを備えた流量測定装置であって、
前記信号処理部は、前記流量デジタルデータを、少なくとも連続する２個以上の所定個数のデータで平均化し、
平均化された前記流量デジタルデータが流量信号として出力されることを特徴とする流量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流量測定装置において、
前記信号処理部は、移動平均によって前記流量デジタルデータを平均化することを特徴とする流量測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流量測定装置において、
前記信号処理部は、前記所定個数を運転条件によって切り替えることを特徴とする流量測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の流量測定装置において、
平均化された前記流量デジタルデータを、周波数信号に変換して、流量信号として出力する周波数変換部を備えることを特徴とする流量測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の流量測定装置において、
前記流量電圧信号の補正処理に用いる複数の基準電圧信号を出力する基準電圧発生部と、
前記複数の基準電圧信号および前記流量電圧信号を所定の順序で順次選択するマルチプレクサとを備え、
前記アナログ／デジタル変換部は、前記複数の基準電圧信号および前記流量電圧信号を前記マルチプレクサによって選択された順序で順次サンプリングしてデジタルデータに変換し、
前記信号処理部は、前記流量デジタルデータを、前記アナログ／デジタル変換部により得られる前記複数の基準電圧信号のデジタルデータに基づいて設定される直線補正式を用いて補正することを特徴とする流量測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の流量測定装置において、
前記流路を流れる空気の温度を検出し、温度に応じた電圧を出力する温度検出部を備え、
前記マルチプレクサは、前記複数の基準電圧信号、前記温度検出部の出力信号である温度電圧信号および前記流量電圧信号を所定の順序で順次選択し、
前記アナログ／デジタル変換部は、前記複数の基準電圧信号、前記温度電圧信号および前記流量電圧信号を前記マルチプレクサによって選択された順序で順次サンプリングしてデジタルデータに変換し、
前記信号処理部は、前記流量デジタルデータを、前記アナログ／デジタル変換部により得られる前記温度電圧信号のデジタルデータを用いて補正することを特徴とする流量測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−９３１５５（Ｐ２０１２−９３１５５Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３９２７２（Ｐ２０１０−２３９２７２）
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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