JP2003262596A

JP2003262596A - 気体の種類を特定するための方法およびシステム

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Publication number: JP2003262596A
Application number: JP2003001629A
Authority: JP
Inventors: George Saikalis; サイカリスジョージ; Shigeru Obo; 茂於保; Takashi Kadohiro; 崇角廣
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2003-09-19
Also published as: US6640626B2; CN1495424A; DE60306819T2; EP1329715A3; US20030136175A1; EP1329715A2; DE60306819D1; EP1329715B1

Abstract

(57)【要約】【課題】気体の種類を特定するための方法とシステムを
提供すること。【解決手段】本システムは、気体に接触し、気体の第一
状態を示す第一の電気出力信号を発生する第一のセンサ
を含む。同様に、第二のセンサもまた、気体に接触し、
気体の第二状態を示す第二の電気出力信号を発生する。
プロセッサは、第一および第二のセンサからの出力信号
を入力信号として受け取り、計算によって、あるいはプ
ロセッサに読み取り可能なメモリに格納された参照テー
ブルによって気体の種類を決定する。気体の第一および
第二の状態は、温度、質量流量、温度および圧力の一群
から選択されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体の種類を特定
するためのシステムおよび方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の多くの自動車は、液体燃料システ
ムに代わり、あるいはそれに加えて可燃性気体燃料を用
いている。このような液体燃料システムは、通常、ガソ
リンに加えジーゼル燃料を含んでいる。

【０００３】現状では、自動車に用いられる気体燃料に
は、いくつかの種類がある。例えば、現在使用している
気体燃料は、プロパンとメタン、あるいはそれらの混合
物を含んでいる。

【０００４】気体燃料エンジンでの燃料の燃焼効率を上
げるためには、気体燃料エンジンの質量流量あるいは回
転数を監視することが必要である。この情報を得るため
に、気体燃料が流量計の中を流れるように、熱線センサ
すなわち熱素子流量センサとして知られる質量流量セン
サが、気体燃料源とエンジンの間の流路に直列に接続さ
れている。そして、流量計は、気体燃料の質量流量に比
例した電気出力信号を発生し、その出力信号は、自動車
のエンジン燃焼を制御するマイクロプロセッサで構成さ
れた電子制御ユニット（ＥＣＵ）に入力信号として接続
されている。このエンジン燃焼制御は、燃料効率を最大
にするためだけではく、有害物質の放出を最小にするた
めに必要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
の熱線質量流量センサは、本質的に、センサ中の気体流
に対して非線形出力信号を発生する。従って、従来の気
体流量センサは、予め決められた種類の気体に対して便
宜上設計されたもの、例えば、プロパンのための気体流
量センサあるいはメタンのための気体流量センサとなっ
ていて、質量流量センサからの出力から実際の質量流量
を求めるために、各々の流量センサは、それ自身に独自
の較正曲線を用いている。さらに、従来の熱線センサ
は、ブリッジ回路と内部抵抗を使って、温度変動を補償
している。しかし、この内部温度抵抗補償は、気体の種
類に応じて変化する。しかし、この温度抵抗補償の初期
値は、気体の種類ごとに異なっている。従って、これら
の従来の熱線質量流量センサを通る質量流量は、センサ
中で同一の質量流量に対しても気体の種類に応じて異な
る値に変化する。

【０００６】内燃エンジンの効率的で低公害の、そし
て、安全な動作を実現するためには、ＥＣＵがエンジン
のために適切なエンジン燃焼を制御が可能となるよう
に、ＥＣＵは、エンジンに用いられる気体燃料の種類を
事前に認識する必要がある。従って、多くの気体燃料内
燃エンジンは、単一の気体の種類に対して設計がなされ
較正される。しかし、誤った種類の気体燃料が気体燃料
エンジンに供給されるような状況や、液化プロパンガス
と圧縮天然ガスなどの２つあるいはそれ以上の異なる種
類の気体燃料を用いて、エンジンを動作することが望ま
しいような状況が起こりうる。

【０００７】気体の種類を識別することは、燃料電池へ
の応用など他の種類の気体システムで望まれることでも
ある。

【０００８】現時点で、内燃エンジンに与えられる気体
燃料の種類を決定するためのシステムあるいは方法で既
知のものはない。

【０００９】本発明は、内燃エンジンあるいは他の気体
システムに供される、気体燃料の種類を決定するための
システムおよび方法の両者を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】簡潔に述べると、本発明
のシステムは、気体に接触する第一のセンサを含んでい
る。この第一のセンサは、気体の第一の状態を示す第一
の電気出力信号を発生する。

【００１１】同様に、第二のセンサもまた気体に接触し
ている。この第二のセンサは、気体の第二の状態を示す
第一の電気出力信号を発生する。第一と第二のセンサ
は、例えば、気体の質量流量について、同一の気体特性
をもっているが、異なる較正による流量センサを用いて
いる。

【００１２】これらのセンサの両方からの出力信号は、
マイクロプロセッサで構成された処理手段にその入力信
号として接続されている。さらに、この処理手段は、二
つあるいはそれ以上の動作状態でのセンサからの出力
と、気体の種類を決定することができるあらかじめ整列
された参照テーブルとを比較する。もう一つの方法とし
て、処理手段は、気体の種類を決定することができる。

【００１３】さらに、気体の第一と第二の状態は、温
度、（気体流速に直接比例した）質量流量、温度および
圧力の一群から選択される。

【００１４】

【発明の実施の形態】まず、図１および図２を引用して
説明する。図１は、従来の熱線あるいは熱線流量センサ
を示すものであり、流量メータ中を流れる気体燃料の質
量流量あるいは流速に比例した出力信号Ｖｏを発生す
る。

【００１５】次に、特に図１において、気体流量センサ
からの出力電圧Ｖ２は、計算の簡単化のために１０Ωの
抵抗２０によって測定される。さらに、質量流量センサ
は、ブリッジ回路およびゲイン／オフセット構成段２１
を用いて、出力電圧Ｖｏを出力し、ここで、このブリッ
ジ回路は、内部温度補償抵抗２２を含んでいる。内部温
度補償抵抗２２は、気体の種類の関数として変化する。
例えば、もしこの気体流量センサがメタンガスの流れを
検出するように設計されている場合には、図１に示した
回路では、内部温度補償抵抗２２の値は、約１７．５Ω
である。逆に、プロパンガスの質量流量を測定するよう
に設計された内部温度補償抵抗２２の値は、約３２Ωで
ある。

【００１６】図２は、同一の温度補償抵抗２２を用いた
質量流量センサについて、二つの異なる種類の気体に関
する質量流量Ｑの関数として出力Ｖｏを示したものであ
る。特に、グラフ２１は、メタンに関して、センサから
の出力Ｖｏを質量流量Ｑの関数として示したものであ
り、一方、グラフ２６は、気化プロパンに関して、質量
流量センサからの出力Ｖｏを質量流量Ｑの関数として示
したものである。

【００１７】図２から分かるように、気化メタンについ
ての第一の質量流量Ｑ１では、質量流量センサは、出力
信号Ｖｏを発生する。しかし、気体がメタンではなくプ
ロパンの場合には、これと同一の電圧出力信号Ｖｏもま
た、異なる流量Ｑ１で発生する。従って、気体の種類が
識別された場合にのみ、この流量メータからの質量流量
の値を、質量流量メータからの出力Ｖｏによって決定す
ることができる。

【００１８】以下でより詳細に説明するように、第一の
検出方法は、二つの独立した質量流量センサを用い、こ
こで、一方のセンサは、メタンなど予め指定された気体
に対応した内部温度補償を有し、他方のセンサは、プロ
パンのように前記と異なる予め指定された気体に対応し
た内部温度補償を有する。

【００１９】従来の多くの熱線すなわち熱素子質量流量
センサは、センサを介して気体流に熱を伝達する加熱さ
れた線を用いる。図１に示す回路のようなブリッジ回路
は、加熱された線に流す電流を変化させて、熱線の温度
と気体の温度との間の温度差分を、予め定められた一定
値、一般的には２００℃に維持する。そして、（図１
の）抵抗２０に変化電流を流すことにより、その変化電
流にもとづき電圧出力信号Ｖｏが得られる。

【００２０】質量流量センサを介した加熱された線から
気体流への熱伝達係数ｈは、以下の式により表されるキ
ングの法則によって決定される。

【数１】ここで、Ｃ１およびＣ２は、定数であり、Ｓｈは、熱線
（π・Ｄ・Ｌ）の表面積であり、ｕは、気体流速［ｍ／
ｓ］であり、Ｄは、熱線の直径［ｍ］であり、ｖ（Ｔ
Ｆ）は、動粘性係数［ｍ２／ｓ］であり、λ（ＴＦ）
は、熱伝導率［Ｗ／ｍ・Ｋ］であり、ＴＦは、熱線表面
（膜）温度［Ｋ］であり、Ｌは、熱線の長さ［ｍ］であ
り、βは、経験的に決定された係数である。

【００２１】上記のキングの法則から分かるように、気
体の流速、気体の動粘性係数、気体の熱伝導率およびの
熱伝達係数の間には直接的な関係がある。さらに、動粘
性係数（ｖ（ＴＦ））と熱伝達率（λ（ＴＦ））は、両
者ともに、気体の温度と気体の種類の関数として変化す
る。

【００２２】熱対流、あるいは熱線から質量流量メータ
中の気体への熱伝達は、以下の式により決定される。Ｐ＝ｈ・ΔＴここで、Ｐは出力、ｈはキングの法則の輸送係数、およ
びΔＴは、熱線と周囲雰囲気（通常、２００℃）との間
の温度差分である。

【００２３】質量流量センサからの電圧出力Ｖｏ（図
１）は、熱線中での電力消費に比例している。一方、こ
の電力は、熱線中を流れる電流に比例している。

【００２４】ここで、以下のように仮定すると、 ΔＴ＝２００℃ Ｔ_Ａ＝２０℃ ここで、Ｔ_Ａは周囲雰囲気の温度であり、ここで、Ｒ_Ｈは熱線の抵抗値であり、ここで、Ｒ_２０は、抵抗２０の抵抗値であり、１０Ωで
ある。ｉは、熱素子を流れる電流である。さらに、熱素
子の抵抗は、以下の式により定義される。Ｒ_Ｈ＝Ｒ_０（１＋αＴ_Ｈ）＝１８．５６（１＋０．００３８７＊２２０）＝３４．３７Ω ここで、Ｒ_０は、周囲雰囲気温度での熱素子の抵抗値で
ある。

【００２５】従って、図１に示すような、平衡型熱線ブ
リッジ制御回路では、熱素子センサからの出力電圧Ｖ２
は、以下のようになる。

【数２】

【００２６】従って、質量流量センサからの出力電圧
は、加熱素子を介して流れ、図１の抵抗２０の中も流れ
る電流に依存する。すなわち、加熱素子中を流れる電流
は、加熱素子を横切る流速に比例する。さらに、気体温
度の関数である動粘性係数と、気体温度の関数である熱
伝導率の両方の違いは、ともに気体の種類の関数となっ
て変化する。

【００２７】（第一の検出方法）前述の背景となる情報
と図３を引用して、第一の気体の種類の検出方法につい
て、以下詳細に説明する。図２に概略を示すように、本
発明のシステム３０には、加圧された気体入口３２と、
燃焼エンジン、燃料電池あるいは他の気体システムに流
体的に接続された気体出口３４との間に直列に置かれた
流管３１が備えられている。さらに、図３から明らかな
ように、エンジン、燃料電池あるいは他の気体消費装置
への気体流のすべては、流管３１の中を流れる。

【００２８】第一の検出方法は、プロパンのように予め
指定された気体の種類に対応した内部温度補償をもった
第一の加熱素子質量流量センサ４０を用いる。上述した
方法で熱線４２が熱を気体流に伝えるために、センサ４
０の加熱素子４２は、入口３２から出口３４への気体流
に接触するように配置されている。さらに、センサ４０
は、第一の予め指定された気体の種類に対応して較正さ
れた質量流量センサを用いて、気体の第一の状態、すな
わち、気体の質量流量を表す出力信号Ｖｏを、電気的な
結線４６を介して、マイクロプロセッサで構成された処
理ユニット４４に送る。

【００２９】さらに、図３によれば、第一の検出方法
は、メタンのように予め指定された気体の種類に対応し
た内部温度補償をもった第二の加熱素子質量流量センサ
５０を用いる。第二のセンサ５０は気体と接触した熱素
子５２を有し、予め指定された第二の気体の種類に対応
して較正された質量流量センサを用いて、処理手段４４
への入力信号となり、気体の第二の状態、すなわち気体
の質量流量を表す出力信号Ｖｏ'を結線４５上に送る。
しかし、センサ４０と５０は、異なる内部温度較正と補
償特性をもつため、入口３２から出口３４への同一の気
体流に対して、センサ４０と５０からの電圧出力Ｖｏお
よびＶｏ’は、それらの異なる内部調整あるいは較正お
よび温度補償特性によって、互いに異なる値となる。し
かし、センサ４０および５０の熱線４２および５３は、
管路３１の同一の口径内に収められているため、センサ
４０および５０からの電圧出力ＶｏおよびＶｏ’は、各
々、管路３１内の同一の質量流量に対し、基本的に、同
一のものとなる。

【００３０】プロパンに対応して較正された第一のセン
サ４０では、プロパンに対応して較正された第一のセン
サ４０からの電圧出力Ｖｏは、以下のようにキングの法
則を簡単化して表すことができる。Ｖ_０＝Ａｕ^β
＋Ｂここで、ｕは空気流速度であり、βは変数であ
り、経験的に０．３５と定められている。

【００３１】同様に、第二のセンサ５０からの出力信号
Ｖｏ’もまた、以下の簡単化した式によって表すことが
できる。Ｖ_０’＝Ａ’ｕ^β ＋Ｂ’ ここで、Ａ＝ｆ（Ｇ，Ｏ，λ，ν，Ｔ_Ｈ，Ｔ_Ａ）Ｂ＝ｆ（Ｇ，Ｏ，λ，ν，Ｔ_Ｈ，Ｔ_Ａ）Ａ’＝ｆ（Ｇ’，Ｏ’，λ，ν，Ｔ_Ｈ，Ｔ_Ａ）Ｂ’＝ｆ（Ｇ’，Ｏ’，λ，ν，Ｔ_Ｈ，Ｔ_Ａ）ここで、Ｇ，Ｏ，Ｇ’，Ｏ’は、回路出力段の利得およ
びオフセット、すなわち、二つの流量センサ４０および
５０の内部較正および温度補償である。

【００３２】比Ａ／ＢおよびＡ’／Ｂ’は、既知の比で
ある。従って、上記の式は、以下の式となる。Ｖ_１＝Ａｕ_１ ^β ＋ＢＶ_２＝Ａｕ_２ ^β ＋ＢおよびＶ_１’＝Ａ’ｕ_１ ^β ＋Ｂ’ Ｖ_２’＝Ａ’ｕ_２ ^β ＋Ｂ’ ここで、Ｖ_１は、第一の空気流速でのセンサ４０からの
第一の電圧出力、Ｖ_２は、第二の空気流速でのセンサ４
０からの電圧出力、Ｖ_１’は、第一の空気流速での第二
のセンサ５０からの電圧出力、Ｖ_２’は、第二の空気流
速での第二のセンサ５０からの電圧出力である。

【００３３】従って、電圧Ｖ_１およびＶ_１’は、各々、
管路３１を通る第一の気体速度でのセンサ４０および５
０から決定できる。同様に、電圧Ｖ_２およびＶ_２’は、
各々、管路３１を通る異なる気体速度あるいは質量流量
での、センサ４０および５０センサ４０および５０の出
力電圧を表す。これらの４つの出力電圧、Ｖ_１、Ｖ_２、
Ｖ_１’およびＶ_２’は、入力信号として処理手段に送ら
れ、４つの独立した式を有効に表す。このように、未知
の残りの4変数Ｂ、Ｂ'、ｕ_１およびｕ_２の値は、マイク
ロプロセッサで構成された処理手段４４によって求める
ことができる。

【００３４】特に、内部写像、参照テーブルおよび／あ
るいは数学的な数式によって、以下を決定する。ｕ_１＝ｆ（Ｖ）ｕ_２＝ｆ（Ｖ’） Δｕ＝ｕ_２ − ｕ_１ここで、ｕ_１は、第一のセンサ４０からの気体流量、ｕ
_２は、センサ５０からの気体流量、Δｕは、所定の時刻
での、気体流量ｕ_１と気体流量ｕ_２との間の差である。

【００３５】そして、管路３１で、異なる時刻における
異なる気体流速での、センサ４０および５０から数点の
逐次測定を行ない、気体速度の関数として求められた計
算値Δｕを、図４のグラフに示す。従って、図４から
は、Δｕの値およびΔｕのグラフの傾きは、気体の種類
の関数として変化することが分かる。マイクロプロセッ
サで構成された処理手段４４は、メモリ４７（図３）に
格納された参照テーブル、写像あるいは数式を用いて、
ΔｕとΔｕの傾きの関数として気体の種類を決定する。

【００３６】（第二の検出方法）図５は、本発明の第二
の実施例を示すものであり、ここでは、第一の熱素子質
量流量変換器８０は、管路８４中に置かれ、入口３２と
出口３４の間の気体に接触した熱素子８２を有してい
る。同様に、第二の加熱素子質量流量変換器８６は、管
路８４中に置かれ、入口３２と出口３４の間の気体に接
触する熱線８８を有しているが、管路８４中では、第一
のセンサ８０の熱線８２が置かれている管路８４の部分
とは口径が異なる管路８４の部分に置かれている。セン
サ８０と８６の両方は、同一の気体、例えば、メタンに
対応して較正され、両方からは、処理手段４４に電気出
力信号が送られる。前述したように、センサ８０からの
出力信号Ｖｏおよび第二のセンサ８６からの出力信号Ｖ
ｏ'は、管路８４中の質量流量あるいは気体流速に比例
する。

【００３７】温度センサ９０もまた、管路８４中を流れ
る周囲気体の温度を表す電気出力信号を処理手段４４に
送る。

【００３８】二つの気体流量センサ８０および８６は、
同一の気体の種類に対応して較正されているため、これ
ら二つのセンサ８０および８６に対応した、質量流量に
対する電圧出力の較正は、同一のものとなる。しかし、
管路８４の口径が異なるため、同一の質量流量に対して
は、二つの流量センサ８０と８６の間には速度差が生じ
る。内部温度補償、すなわち抵抗２０（図１）は、セン
サ８０と８６の両方に対して同一であるため、キングの
法則は、以下のように簡単化される。

【数３】ここで、Ｖ_２＝２４．１２３√ｈおよびＶｏ＝ＡＶ_２＋
Ｂである。これは、

【数４】の形に簡単化される。出力速度を測定することにより、
以下の式が求まる。

【数５】ここで、ｕ_１は、口径１での速度である。

【数６】ここで、ｕ_２は、口径２での速度である。ここで、Ｖｏ
は、センサ８０からの出力であり、一方、Ｖｏ'は、セ
ンサ８６からの出力である。

【００３９】本発明の第一の実施例にあるように、管路
８４中の異なる流量で、気体流量センサ８０および８６
からの複数の測定値を用いることにより、計算値Δｕ、
すなわちｕ_２−ｕ_１を、気体流速およびΔｕの関数とし
て決定することができ、それのグラフを図４に示す。処
理手段４４は、写像、参照テーブルあるいは数学的な数
式に加え、温度センサ９０からの出力値を用いることに
より、Δｕおよびその傾きの関数として、気体の種類を
推定することができる。

【００４０】（第三の検出方法）図６は、本発明の他の
実施例を示すものであり、ここでは、気体が流れる管路
１０２に、単一の気体流量センサ１００が設けられてい
る。しかし、本発明の第一の実施例とは異なり、流量セ
ンサ１００は、周囲温度センサ１０８に加え、二つの加
熱素子１０４および１０６を用いている。さらに、二つ
の加熱素子１０４および１０６の各々は、図１に示した
種類の回路を有しているが、加熱素子１０４および１０
６は、各々、特定の異なる種類の気体に対応した内部温
度補償および調整を有している点が異なる。例えば、加
熱素子１０４を駆動する回路は、メタンに対応して調整
および較正されていて、一方、加熱素子１０６を駆動す
る回路は、プロパンのような異なる気体に対応して較正
および調整されているものであってよい。

【００４１】図６に示す本発明の第三の実施例は、基本
的には、図３に示した本発明の第一の実施例と同一であ
るが、二つの独立して異なる気体に対応して較正された
センサ４０および５０（図１）を用いる代わりに、本発
明の第三の実施例は、２つの分離した加熱素子１０４お
よび１０６を有する単一のセンサ１００を用いている。
しかし、本発明の第三の実施例では、気体の種類を決定
するための計算と方法は、本発明の第一の実施例と実質
的に同一であるため、ここでは既述のものを引用するも
のとする。

【００４２】（第四の検出方法）図７は、本発明の第四
の実施例の概略を示すものであり、ここでは、二つの異
なる加熱素子１１０および１１２が、システムの気体流
の中に配置されている。加熱素子１１０および１１２
は、各々に対応したブリッジと電源ドライバ１１４およ
び１１６を有しており、ドライバ１１４および１１６か
らの出力ＶｏおよびＶｏ'は、各々、加熱素子１１０お
よび１１２を通る気体流量に比例する。これらの出力Ｖ
ｏおよびＶｏ'は、入力信号としてマイクロプロセッサ
で構成された処理手段４４に接続されている。さらに、
システム中で、気体に接触している温度プローブは、シ
ステム中の周囲温度に比例した電気出力信号を発生す
る。温度プローブ１１８の出力もまた、入力信号として
処理手段４４に接続されている。

【００４３】本発明の第一から第三の実施例では、周囲
気体の温度と熱線の温度の差、ΔＴは、従来のとおりに
一定の２００℃に保たれていた。しかし、本発明の第四
の実施例では、気体の種類を特定するために、Δｕの値
とΔｕの傾きの両方を求めるのに必要な独立した式を生
成するために、周囲温度と第一の加熱素子１１０との間
の温度差、ΔＴは、第一の温度差、例えば２００℃に保
持される。逆に、周囲温度と第二の加熱素子１１２との
間の温度差、ΔＴは、異なる温度差、例えば１６０℃に
保持される。そして、複数の測定を行い、Δｕの値とΔ
ｕの傾きの両方を生成することができ、これにより前述
の方法、すなわち、処理手段４４から利用可能な計算機
メモリ中に格納された参照テーブル、写像あるいは数学
的な式によって気体の種類が決定される。

【００４４】（第五の検出方法）図８は、本発明の第五
の実施例を示すものであり、これは、流れる気体がない
状態のもとで、気体の種類を検出するために用いられ
る。図８に示すように、システムは、ブリッジと電力ド
ライバ１２２を介して駆動される加熱素子１２０を含ん
でいる。ブリッジと電力ドライバ１２２は、前述した方
法で、処理手段４４への出力信号Ｖｏを発生する。

【００４５】温度プローブ１２６もまた、気体の周囲温
度を表す電気出力信号を、入力信号として処理手段４４
に送る。

【００４６】しかし、本発明の前述した実施例とは異な
り、本システムでは、圧力変換器１１２が気体と接触
し、気体の圧力を表す電気出力信号を処理手段４４に送
る。

【００４７】質量流量（ｕ）をゼロとしたので、キング
の法則は簡単化され、熱伝達率に比例するものとなる。
端的に言うと、キングの法則は、次式のように簡単化さ
れる。

【数７】および

【数８】

【００４８】従って、気体の種類が変化すると、熱伝達
率も同様に変化する。しかし、気体への熱伝達は、熱線
のまわりの気体の密度の変化に敏感であるため、気体の
圧力変換器１２８が必要となる。気体の圧力、すなわち
密度が上昇すると、加熱素子１２０から気体への熱損失
が増し、従って、出力電圧が同様に上昇する。

【００４９】処理手段４４は、キングの法則の上記のよ
うに簡素化した式を解くことにより、参照テーブル、写
像あるいは数学的な式を用いて、気体の種類を決定する
ことができる。

【００５０】本発明の第五の実施例の変形としては、複
数のデータを収集するために、熱線１２０と周囲空気と
の間の温度差を変化させるものがある。そして、これら
の異なる測定点の間を結ぶ傾斜を求め、この傾斜に基づ
き気体の種類を決定する。このような参照テーブルは、
実験あるいはシミュレーションにより得られた値に基づ
いて作ることができる。

【００５１】（第六の検出方法）図９は、本発明の第六
の実施例を示すものであり、熱線流量センサ１５０、温
度センサ１５４および二つの気体圧力センサ１５２およ
び１５６を用いるものである。センサ１５０、１５２、
１５４および１５６の全ては、気体入口１７２と出口１
７４との間に直列に流体的に接続された管路１７０に、
気体流と接触して設けられている。これらのセンサ１５
０から１５６の各々は、マイクロプロセッサで構成され
た処理手段４４への入力信号として、測定された気体の
状態を表す電気出力信号を生成する。

【００５２】図９によれば、質量流量センサ１５０と圧
力センサ１５２は、ともに、管路１７０のベンチュリ１
５８の中に配置され、一方、気体圧力センサ１５６は、
ベンチュリ１５８の上流側に配置される。

【００５３】熱線質量流量センサ１５０と圧力センサ１
５２の双方に対応する質量流量は以下の式によって決定
される。Ｑ_ＧＦＳ＝ｆ（ｕ，Ｔ_Ｇ）Ｑ_ＰＲＥＳ＝ｆ（Ｐ_１，Ｐ_２，ｄ，Ｔ_Ｇ）ここで、Ｑは、質量流量、ｕは、質量流速、Ｐ_１は、圧
力変換器１５６での圧力、Ｐ_２は、圧力変換器１５２で
の圧力であり、ＴＧは、温度センサによって決定された
気体温度である。

【００５４】図１０によれば、ベルヌーイの式により、
以下のようになる。

【数９】

【００５５】ベンチュリによって生じる速度の関係は、
以下の連続の式によって定義される。

【数１０】ここで、Ａ_１およびＡ_２は口径であり、ベルヌーイの式
は下記となる。

【数１１】従って、

【数１２】および

【数１３】

【００５６】本システムにおける質量流量は、以下の式
により推定することができる。Ｑ_ＰＲＥＳ＝Ａ_１・
ｕ_１・ρ

【００５７】気体流量センサから質量流量（Ｑ_ＧＦＳ）
を測定し、圧力変換器を用いて流量（Ｑ_ＰＲＥＳ）を推
定することにより、二つの検出方法の間の誤差を評価す
ることができて、参照テーブルあるいは他の計算手法に
より、補償係数と気体の種類を求めることができる。

【００５８】

【発明の効果】以上のように、本発明は、各々が気体の
状態を表す出力信号を生成する二つあるいはそれ以上の
数のセンサを用いて、気体システム中で気体の種類を検
出するための新しいシステムと方法を提供するものであ
る。気体の種類が特定されると、熱線質量流量センサ
は、特定された気体の種類に応じて、較正あるいは調節
される。

【００５９】以上、本発明を説明してきたが、添付の特
許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨を逸脱す
ることなく、幾多の変形が可能であることは、当業者に
とって自明である。

【図面の簡単な説明】（以下の詳細な説明を参照し添付の図面とあわせて読む
ことにより、本発明をよりよく理解することができる。
ここで、異なる図面に現れる同一の部分には、同一の引
用符号を与えるものとする。）

【図１】簡単化した従来の熱線電流制御回路を示す概略
図である。

【図２】二つの異なる気体の種類について、センサから
の出力を流量の関数として示すグラフである。

【図３】本発明の第一の実施例を示すブロック図であ
る。

【図４】本発明の第一の実施例の動作を示すグラフであ
る。

【図５】本発明の第二の実施例を示すブロック図であ
る。

【図６】本発明の第三の実施例を示すブロック図であ
る。

【図７】本発明の第四の実施例を示すブロック図であ
る。

【図８】本発明の第五の実施例を示すブロック図であ
る。

【図９】本発明の第六の実施例を示すブロック図であ
る。

【図１０】本発明の第六の実施例の動作を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

３０・・・本発明のシステム３１・・・流管４０・・・熱線質量流量センサ４２・・・熱線４４・・・処理ユニット４６・・・結線５０・・・第二の熱線質量流量センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者於保茂アメリカ合衆国ミシガン州 48335 ファーミントンヒルズトールパイン 35432 (72)発明者角廣崇アメリカ合衆国ミシガン州 48152 リボニアサンセットストリート 20222 Ｆターム(参考） 2F035 AA06 EA00 2G040 AA02 AB08 AB09 AB12 BA04 BA23 CB02 CB08 CB12 DA02 DA12 DA15 EA02 EB02 GA05 GA07 HA16 ZA05 2G060 AA01 AB17 AB18 AE19 AF07 BA05 BD02 BD08 HB06 HC08 HC13 HC19 HD03 KA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体と接触しているセンサであって、気体
の第一の状態を示す第一の電気出力信号を生成する第一
のセンサ、気体と接触しているセンサであって、気体の第二の状態
を示す第二の電気出力信号を生成する第二のセンサ、お
よび気体の種類を決定するために、前記第一および第二
の出力信号を入力信号として受け取る処理手段をから構
成される気体の種類を特定するシステムであって、前記第一および第二の気体の状態の各々は、温度、質量
流量、温度および圧力の一群から選択されることを特徴
とするシステム。
【請求項２】請求項１記載のシステムにおいて、前記第一のセンサは、第一の予め決定された気体の種類
に対応した温度補償設定を有する非線形質量流量センサ
を含み、前記第二のセンサは、第二の予め決定された気体の種類
に対応した温度補償設定を有する非線形質量流量センサ
を含み、前記第一および第二の予め定められた気体の種類は、互
いに異なることを特徴とするシステム。
【請求項３】請求項１記載のシステムにおいて、前記第一のセンサは、第一の断面積をもつ第一の穴中に
置かれた質量流量センサを含み、前記第二のセンサは、前記第一の断面積とは異なる第二
の断面積をもつ第二の穴中に置かれた質量流量センサを
含み、前記第一および第二の穴は、流体的に互いに直列に接続
されていることを特徴とするシステム。
【請求項４】請求項３記載のシステムにおいて、前記第一および第二のセンサは、各々、予め定められた
気体の種類に対応した温度補償設定を有する非線形質量
流量センサを含むことを特徴とするシステム。
【請求項５】請求項４記載のシステムにおいて、前記第一および第二のセンサは、両者とも、同一の気体
の種類に対応した前記温度補償設定を有し該システム
は、気体と接触する温度センサを含み、前記温度センサ
は、気体温度に比例した電気出力信号を発生し、前記温
度センサの出力信号は、入力信号として前記処理手段へ
接続されていることを特徴とするシステム。
【請求項６】請求項２記載のシステムにおいて、前記第一および前記第二の流量センサは、熱線質量流量
センサを含み、前記流量センサの前記熱線質量流量セン
サは、共通の容器に収められていることを特徴とするシ
ステム。
【請求項７】請求項１記載のシステムにおいて、前記第一のセンサは、熱線を有する流量センサを含み、前記第二のセンサは、気体の温度を測定する温度センサ
と、前記流量センサ中の質量流量が一定となるように、
前記熱線と前記気体の温度差を変化させるための手段を
含むことを特徴とするシステム。
【請求項８】請求項１記載のシステムにおいて、前記第一のセンサは、熱線を有する流量センサを含み、前記第二のセンサは、気体の温度を測定する温度センサ
と、熱線を有する第二の流量センサと、前記第一の流量
センサの前記熱線の第一の温度変化を維持するための手
段と、前記第二の流量センサの前記熱線の第二の温度変
化を維持するための手段とを含み、前記第一および第二の温度変化は、互いに異なることを
特徴とするシステム。
【請求項９】請求項１記載のシステムにおいて、前記第一のセンサは、熱線を有する流量センサを含み、
前記第二のセンサは圧力センサを含むことを特徴とする
システム。
【請求項１０】請求項９記載のシステムは、気体の温度を示す出力信号を発生する温度センサと、前
記熱線と前記気体温度との間の温度差を変化させる手段
とを含むことを特徴とするシステム。
【請求項１１】請求項１記載のシステムにおいて、前記第一のセンサは、質量流量センサを含み、前記第二のセンサは、第一の予め定められた断面積をも
つ穴内に前記質量流量センサに対して直列に置かれた圧
力センサと、第二の予め定められた断面積をもつ穴内に
前記第一の穴に対して直列に置かれた第二の圧力センサ
とを含み、前記第二の圧力センサは、気体圧力を表す出力信号を前
記処理手段に送ることを特徴とするシステム。
【請求項１２】請求項１記載のシステムにおいて、前記処理手段は、読み取り可能な電子メモリと、前記電
子メモリ中に格納された少なくとも一つの参照テーブル
とを有するマイクロプロセッサを含むことを特徴とする
システム。
【請求項１３】気体の容積中の気体の種類を決定する方
法であって、気体と接触した第一のセンサであって、該第一のセンサ
は気体の第一の状態を示す第一の電気出力信号を生成す
るセンサによって、気体の容積中の気体の第一の状態を
測定するステップと、気体と接触した第二のセンサであって、該第二のセンサ
は気体の第一の状態を示す第二の電気出力信号を生成す
るセンサによって、気体の容積中の気体の第二の状態を
測定するステップと、前記第一および第二のセンサからの前記出力を処理し、
前記センサの出力を予め定められた値と比較することに
より気体の種類を決定するステップとを含む方法であっ
て、前記第一および第二の気体の状態は、各々は、温度、質
量流量、温度および圧力の一群から選択されることを特
徴とする方法。
【請求項１４】請求項１３記載の方法において、前記第
一および第二の状態は、各々、気体の質量流量を含むこ
とを特徴とする方法。
【請求項１５】請求項１３記載の方法は、さらに、気体
の温度を測定し、前記処理ステップにおいて変数因子と
して気体温度を利用するステップを含むことを特徴とす
る方法。
【請求項１６】請求項１３記載の方法において、前記状
態の一つは、気体の圧力を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】請求項１３記載の方法において、前記状
態の一つは、気体の温度を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】請求項１３記載の方法において、前記処
理ステップは、前記センサからの前記出力を、電子メモ
リ中に格納され予め定められたテーブルと比較するステ
ップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】気体と接触した第一のセンサであって、
該第一のセンサは気体の第一の状態を示す第一の電気出
力信号を生成するセンサと、気体と接触した第二のセンサであって、該第二のセンサ
は気体の第二の状態を示す第二の電気出力信号を生成す
るセンサと、気体の種類を決定するために、前記第一および第二の出
力信号を入力信号として受け取る処理手段とを含む、気
体燃料自動車の内燃エンジンの気体の種類を特定するシ
ステムであって前記第一および第二の気体の状態の各々
は、温度、質量流量、温度および圧力の一群から選択さ
れることを特徴とするシステム。