JP2928671B2

JP2928671B2 - 熱式流量計

Info

Publication number: JP2928671B2
Application number: JP3355801A
Authority: JP
Inventors: 徹菊地; 泰人矢島
Original assignee: NIPPON GAISHI KK
Current assignee: NIPPON GAISHI KK
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1999-08-03
Anticipated expiration: 2014-08-03
Also published as: JPH05172606A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、ホットワイヤ、ホットフィルム
等の流量検知用の発熱抵抗体素子を用いて、気体通路内
の流通気体量を検出するようにした熱式流量計に係り、
特に、流通気体中に混在する塵埃やオイル等が発熱抵抗
体素子に付着することに起因する、発熱抵抗体素子の出
力変化を補正することができ、内燃機関の吸入空気量の
測定等に有利に用いられ得る熱式流量計に関する。

【０００２】

【背景技術】従来より、内燃機関の吸気系空気通路等の
気体通路には、各種の流量計が設けられて、該気体通路
内の流通気体量を測定するようになっている。そして、
そのような流量計の一つとして、例えば特公平１−４５
００９号公報や実開平２−１２２３１７号公報等に明ら
かにされているような、ホットワイヤやホットフィルム
等の流量検知用の発熱抵抗体素子を用いた熱式流量計が
知られている。

【０００３】具体的に、かかる熱式流量計は、図７に示
されるように構成されている。そこにおいて、２は所定
の気体通路内に配設される発熱抵抗体素子であって、該
発熱抵抗体素子２を一辺に配置すると共に、温度補償用
の感熱抵抗体素子４及び固定抵抗６を組み入れて、ブリ
ッジ回路８が組まれている。なお、それら発熱抵抗体素
子２及び感熱抵抗体素子４は、よく知られているよう
に、抵抗体としての白金線若しくは白金薄膜がアルミナ
パイプの外周表面に形成されてなる構造を有するもので
ある。また、このブリッジ回路８の一対の検出端子１
０，１０間の電位差が一定となるように、演算増幅器１
４とトランジスタ１６，１８とからなる負帰還ループが
設けられており、該ブリッジ回路８の一対の電源端子１
２，１２間の印加電圧を可変制御するようになってい
る。２０は動作電源である。

【０００４】そして、このようなブリッジ回路８では、
前記発熱抵抗体素子２が流通気体により冷却され、その
抵抗値が変化せしめられることによって、前記一対の検
出端子１０，１０の片方から、流通気体量に応じて変化
する電圧Ｖ_Qが取り出されるようになっており、この電
圧Ｖ_Qは、更に演算増幅器２２に入力されるようになっ
ている。一方、該演算増幅器２２には、定電圧回路２４
より基準電圧Ｖ_refが入力されるようになっており、前
記電圧Ｖ_Qと該基準電圧Ｖ_refとが比較されることによ
って、その差に基づいて、流通気体量が求められるよう
になっているのである。

【０００５】しかしながら、かかる熱式流量計において
は、流通気体中に混在する粉塵や内燃機関のブローバイ
ガス中のオイル分等が前記発熱抵抗体素子２に付着する
ことが避けられず、それによって、該発熱抵抗体素子２
から流通気体中への熱伝導率が変化して、出力電圧Ｖ_Q
が変化してしまう問題がある。そして、その結果、該熱
式流量計の測定値が流通気体量に正確に対応しなくな
り、検出精度が低下するといった大きな問題を内在して
いるのである。具体的には、流通気体の低流量域側で出
力電圧Ｖ_Qのレベルが実際よりも上昇し、高流量域側で
出力電圧Ｖ_Qのレベルが実際よりも低下してしまい、図
８に示す如き出力変化が生じるのである。また、『ＳＡ
Ｅｐａｐｅｒ８３１０１８』等に詳しく述べられて
いるように、発熱抵抗体素子２に付着した塵埃やオイル
分の量が多くなる程、出力変化は大きくなるのである。

【０００６】

【解決課題】本発明は、このような状況下において為さ
れたものであり、その解決課題とするところは、発熱抵
抗体素子に塵埃やオイル分等が付着することによって惹
起される、熱式流量計の出力変化を補正し得るように為
し、検出精度が良好に維持されるようにすることにあ
る。

【０００７】

【解決手段】そして、上記の課題を解決するために、本
発明にあっては、気体通路内に発熱抵抗体素子を設け、
該発熱抵抗体素子から流通気体への伝熱量の変化による
該発熱抵抗体素子の抵抗値変化を検知して、該気体通路
内の流通気体量を測定する熱式流量計において、前記気
体通路内に、該発熱抵抗体素子に向かって所定の光を投
射する投光装置と、該発熱抵抗体素子による遮断によっ
て減光した光を受光すると共に、表面に付着物が存在し
ない状態の該発熱抵抗体素子による遮断幅ａ ₁ によって
減光した光の受光量と、表面に付着物が付着した該発熱
抵抗体素子による遮断幅ａ ₂ によって次第に減少する光
の受光量とから、補正信号を出力する受光装置と、該受
光装置から出力される補正信号に基づいて、該発熱抵抗
体素子の抵抗値変化に基づいて取り出される出力信号を
補正する補正回路を設けたことを特徴とする熱式流量計
を、その要旨とするものである。

【０００８】

【０００９】

【作用・効果】このような本発明に従う熱式流量計にお
いては、発熱抵抗体素子に塵埃やオイル分等が付着する
と、該発熱抵抗体素子の出力電圧が変化し、流通気体量
の測定値が変化すると同時に、該発熱抵抗体素子にて遮
断される投光量が減少して、受光装置における受光量が
次第に減少することとなる。即ち、この対応関係より、
塵埃やオイル分の付着量が光学的に測定され得るのであ
り、且つその結果がフィードバックされることによっ
て、発熱抵抗体素子における出力変化、延いては、流通
気体量の測定値の変化が良好に補正され得るのである。
それ故、発熱抵抗体素子に塵埃やオイル分等が漸次付着
するにも拘わらず、熱式流量計の検出精度は長期に亘っ
て良好に維持されるのである。

【００１０】

【００１１】

【実施例】以下に、本発明をより具体的に明らかにする
ために、本発明に係る熱式流量計の代表的な例につい
て、図面に基づいて詳細に説明することとする。

【００１２】先ず、図１及び図２には、本発明に従う構
造の熱式流量計の一つが、自動車用内燃機関の吸気系空
気通路３０に取り付けられた状態において、概略的に示
されている。そこにおいて、３２は空気流量測定用の発
熱抵抗体素子、３４は温度補償用の感熱抵抗体素子であ
って、何れも公知の構造を有する。そして、それぞれ、
発熱抵抗体素子３２が空気流通方向の上流側（図１にお
いて左側）に、感熱抵抗体素子３４が下流側（図１にお
いて右側）に位置するようにして、空気通路３０内に配
設された導電性の材質からなる複数のポスト３６に対し
て橋渡し状に溶接固定されて、該空気通路３０内の所定
位置に配置せしめられている。また、空気通路３０の壁
部外周面には、前記ポスト３６に接続して、それら発熱
抵抗体素子３２及び感熱抵抗体素子３４を通電制御す
る、制御回路３８が取り付けられている。そして、制御
回路３８内には、図７に示される如きブリッジ回路が構
成されているのである。

【００１３】従って、該制御回路３８においては、実開
平２−１２２３１７号公報や特公平１−４５００９号公
報等に詳述されている如く、発熱抵抗体素子３２が吸入
空気により冷却され、その抵抗値が変化せしめられるこ
とによって、ブリッジ回路の検出端子から、吸入空気量
に応じて変化する電圧Ｖ_Qが取り出される。そして、こ
の電圧Ｖ_Qが基準電圧Ｖ_refと比較されることによっ
て、その差に基づいて吸入空気量が求められるのであ
り、その結果が、信号Ｓ₁として、該制御回路３８より
出力され、補正回路５６に入力されるようになってい
る。

【００１４】また、前記制御回路３８の取付位置に対応
する空気通路３０内の位置には、空気流通方向の上流側
より発熱抵抗体素子３２に向かって所定の光を投射する
投光装置４０が設けられており、また、該投光装置４０
に対応する空気通路３０内の下流側の位置に、発熱抵抗
体素子３２を通過した光を受光する受光装置４２が取り
付けられている。

【００１５】より具体的には、図３に示されているよう
に、投光装置４０は、略有底円筒形状のハウジング４５
に対して、光源４４と、該光源４４より発せられる光を
平行光線に変えるレンズ４６と、絞りとしてのスリット
４８とが組み付けられて構成されており、所定の光を発
熱抵抗体素子３２に向かって投射するようになってい
る。一方、受光装置４２は、略有底円筒形状のハウジン
グ５５に対して、絞りとしてのスリット５４と、該スリ
ット５４を通過した光を集束するレンズ５２と、光検出
器５０とが組み付けられて構成されており、発熱抵抗体
素子３２を通過した光、換言すれば該発熱抵抗体素子３
２による遮断によって減光した光を受光して、その受光
量を検出するようになっている。なお、前記光源４４に
は、ランプ、レーザー、発光ダイオード等の各種のもの
が使用され得、また、前記光検出器５０には、フォトト
ランジスタ、フォトダイオード、光電管、太陽電池等の
各種のものが使用される。

【００１６】このような投光・受光装置４０，４２で
は、発熱抵抗体素子３２を光束内に位置せしめることに
より、受光装置４２の光検出器５０において、該発熱抵
抗体素子３２にて光が遮られた影の部分が差し引かれ
て、受光量が検出されることとなる。そして、発熱抵抗
体素子３２に塵埃やオイル分等の付着物６２が付着して
いくのに伴って、図４のように影の部分は増加して行く
ことから（ａ₂＞ａ₁）、その分が差し引かれることに
よって、受光量は次第に減少することとなる。従って、
この対応関係より、受光装置４２で検出される受光量に
て、塵埃の付着量が検出されるのであって、この受光量
が信号Ｓ₂として出力され、増幅器５８を経て、補正信
号として補正回路５６に入力されているのである。

【００１７】かくして、補正回路５６では、前記制御回
路３８より出力された信号Ｓ₁が、受光装置４２より出
力された信号Ｓ₂により補正されて、補正後の信号Ｓ₃
が出力されることとなる。換言すれば、発熱抵抗体素子
３２に塵埃やオイル分等が付着して、該素子の出力電圧
が変化し、信号Ｓ₁が次第に誤差を含むようになった場
合でも、熱式流量計の出力Ｓ₃は、空気通路３０内の吸
入空気量に良好に対応することとなるのである。それ
故、熱式流量計の検出精度が長期に亘って良好に維持さ
れるのである。

【００１８】なお、かかる熱式流量計において、投光装
置４０，受光装置４２の取付位置を逆にして、受光装置
４２を制御回路３８に近接して設ければ、増幅器５８及
び補正回路５６を制御回路３８内に含ませることが容易
となり、有利に小型化を図ることができる。また、図５
に示されているように、投光装置４０及び受光装置４２
にカバー６０を設けて、それら装置のレンズ４６，５２
等に塵埃やオイル分等が付着することを防止するように
しても良い。

【００１９】さらに、図６には、本発明に従う構造の熱
式流量計の異なる実施例が、前記実施例と同様に、自動
車用内燃機関の吸気系空気通路３０に取り付けられた状
態において、示されている。なお、ここでは、前記実施
例と同様な構造のものには同じ符号を付して、説明を省
略した。また、補正回路は図面より省略した。

【００２０】そこにおいて、発熱抵抗体素子３２と感熱
抵抗体素子３４とは、それぞれ、空気通路３０内に配設
された複数のポスト３６に対して橋渡し状に溶接固定さ
れて、空気流通方向の上流側（図６において左側）に感
熱抵抗体素子３４が、下流側（図６において右側）に発
熱抵抗体素子３２が位置せしめられている。そして、空
気通路３０の壁部外周面に取り付けられた制御回路３８
により、それらが通電制御されて、発熱抵抗体素子３２
で検出された吸入空気量に対応した出力電圧が、信号Ｓ
₁として出力されるようになっている。

【００２１】また、前記空気通路３０内には、空気流通
方向の下流側より発熱抵抗体素子３２に向かって所定の
光を投射する投光装置４０が設けられており、更に、該
投光装置４０に近接して、発熱抵抗体素子３２から反射
される光を受光する受光装置４２が取り付けられてい
る。そして、該受光装置４２で検出された受光量が、補
正信号Ｓ₂として出力され、補正回路に入力されるよう
になっているのである。即ち、発熱抵抗体素子３２に塵
埃、オイル分等が付着して行くに従って、該発熱抵抗体
素子３２の表面の反射率が低下し、受光装置４２にて検
出される受光量が次第に減少していくことから、この対
応関係より、受光装置４２で検出される反射光量（受光
量）にて、塵埃の付着量が検出されるのである。

【００２２】かくして、補正回路では、前記制御回路３
８より出力された信号Ｓ₁が、受光装置４２より出力さ
れた信号Ｓ₂により補正されて、補正後の信号Ｓ₃が出
力されることとなる。それ故、このような熱式流量計に
あっても、発熱抵抗体素子３２に塵埃やオイル分等が付
着することによって生じる検出精度の低下が良好に防止
され得るのである。

【００２３】以上、本発明の代表的な実施例について詳
述してきたが、本発明が、そのような実施例の記載によ
って、何等の制約をも受けるものでないことは、言うま
でもないところである。また、本発明には、上記の実施
例の他にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、
当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を
加え得るものであることが、理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱式流量計の一例について、その
構成を概略的に示す説明図である。

【図２】図１の熱式流量計の空気通路内の構造を示す横
断面説明図である。

【図３】図１の熱式流量計の投光装置、受光装置及び発
熱抵抗体素子の位置関係を示す説明図である。

【図４】図３において、発熱抵抗体素子に塵埃等が付着
した状態を示す説明図である。

【図５】投光装置及び受光装置に設けられるカバーの一
例を示す説明図である。

【図６】本発明に係る熱式流量計の他の例を示す説明図
である。

【図７】従来の熱式流量計の一例を示す回路図である。

【図８】発熱抵抗体素子に塵埃等が付着した場合の熱式
流量計における出力変化を示すグラフである。

【符号の説明】

３０空気通路３２発熱抵抗体素子３４感熱抵抗体素子３６ポスト３８制御回路４０投光装置４２受光装置４４光源４６レンズ５０光検出器５２レンズ５６補正回路５８増幅器６０カバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01F 1/68 F02D 45/00 366

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】気体通路内に発熱抵抗体素子を設け、該
発熱抵抗体素子から流通気体への伝熱量の変化による該
発熱抵抗体素子の抵抗値変化を検知して、該気体通路内
の流通気体量を測定する熱式流量計において、前記気体通路内に、該発熱抵抗体素子に向かって所定の
光を投射する投光装置と、該発熱抵抗体素子による遮断
によって減光した光を受光すると共に、表面に付着物が
存在しない状態の該発熱抵抗体素子による遮断幅ａ ₁ に
よって減光した光の受光量と、表面に付着物が付着した
該発熱抵抗体素子による遮断幅ａ ₂ によって次第に減少
する光の受光量とから、補正信号を出力する受光装置
と、該受光装置から出力される補正信号に基づいて、該
発熱抵抗体素子の抵抗値変化に基づいて取り出される出
力信号を補正する補正回路を設けたことを特徴とする熱
式流量計。