JPH0145009B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、熱式流量計に係り、特に、内燃機関
の吸入空気量を検出するに好適な熱式流量計に関
する。

〔従来技術〕

従来、燃料噴射装置を備えた内燃機関において
は、種々のセンサを用い、これらのセンサからの
信号に基づいて内燃機関の状態を検出した上で、
燃料噴射装置による燃料噴射量の制御等を行つて
いる。これらのセンサの１つとして、吸入空気量
を測定する流量計がある。流量計には、種々の方
式のものが知られているが、特開昭55−48618号
公報にあるような温度依存性抵抗を用いた熱式流
量計が、その測定精度の点から注目されている。
現在、本出願人が実用化しているものは、次のよ
うなものである。すなわち、直径0.5mm、長さ２
mmのアルミナ製のボビンの周囲に、直径20μｍの
白金線を巻いた構造のものを熱式流量計の温度依
存抵抗体として用いている。このボビンの両端に
白金を主成分とする接着剤によりリードワイヤを
固定している。さらに、このリードワイヤが支柱
に点溶接されている。従来のこのような構成の流
量計を用いると、流量が急激に増加した時の応答
性が悪いという問題点があつた。

また、上述の構成の流量計は、主として多点燃
料噴射システムのエンジンに用いられている。近
年、単点燃料噴射システムのエンジンについて研
究がなされているが、このシステムに上述の構成
の流量計を用いた場合、加速時の応答性が悪く、
流量計の応答性改善が必要であることが判明し
た。即ち、単点燃料噴射システムの場合には、エ
ンジンの吸気管の集合部に噴射弁が１個あるのみ
であるため、多点燃料噴射システムに比べて、燃
料噴射位置からシリンダ入口までの距離が長くな
り、シリンダまでの燃料の到達時間が長くなる。
また、燃料噴射位置から各シリンダまでの距離が
それぞれ異なる。そのため、エンジンの機種が変
り、吸気管の形状が変わる毎にきめ細いマツチン
グが必要である。したがつて、特に高速で高精度
の流量計を用いてエンジンの吸入空気の脈動流に
よく追従して、検出精度を向上させる必要があ
る。

そこで、従来の流量計の応答性について検討す
ると、流量をステツプ的に変化させた時の応答性
において、時定数で1τ（フルスケールの63％に到
達する時間）は速く、3τ（フルスケールの95％に
到達する時間）は遅かつた。ここで、1τは流量計
の駆動回路の応答性によつて定まり、3τは、感温
抵抗体とその支持部の熱特性によつて定まる。

〔発明の目的〕

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、熱的応答性のよい流量計を
提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、絶縁性の円筒支持体の内径d₂と、円
筒の両端にガラスにより固定されるリードワイヤ
の外径d₃の比d₂／d₃を1.7以上にしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、図面を用いて本発明の一実施例について
説明する。

第１図において、発熱抵抗体エレメント１は他
の抵抗１１，１２，１３とブリツジを構成する。
これらのブリツジ抵抗の差電圧をアンプ１４を介
して差動増巾し、トランジスタ１５を駆動するフ
イードバツク回路を構成している。発熱抵抗体１
は温度補償用抵抗体１３と共に流体通路に配置
し、周囲温度に対して、常に所定の温度差（約
100℃〜200℃程度）を保つようにフイードバツク
回路を介して制御する。これらの駆動回路部は、
第２図に示すように、ハウジング２０の中に収納
されている。抵抗１および１３は、それぞれエレ
メント支持ピン２１，２２，２３，２４により支
持され、これらの支持ピンをインサートした４端
子ホルダ２５と一体にして流体通路を構成するチ
ヤンバに組付けられる。チヤンバは入口部３０か
ら主通路３１に開口する静圧取込口３２を経由し
て、バイパス通路３３が形成されている。バイパ
ス通路３３の中央直管部３４に発熱抵抗体エレメ
ント１と温度補償用抵抗体エレメント１３を配置
する。さらにバイパス通路３３の下流は主通路３
１の円周方向にリング状に所定の距離進んで、主
通路３１のベンチユリー部３５で合流する。吐出
口３６はダクトによりエンジンの吸気管にスロツ
トルチヤンバを中継して連結される。尚、チヤン
バ入口部３０はエアクリーナに接続される。吐出
口３６はスロツトルチヤンバを中継して吸気管に
連結される。単点燃料噴射用流量計の典形的な構
成は流量計がインジエクタを内蔵するスロツトル
チヤンバと一体となり、吸気管の集合部に直接取
付けられる構造となつている。

発熱抵抗体エレメント１の詳細について第３図
を用いて説明する。電気的絶縁物質であるアルミ
ナ製のパイプ２の外径はd₁であり、内径はd₂であ
る。このパイプ２の両端には、白金の外径がd₃の
リードワイヤ３，４が挿入され、接着剤６によつ
て接着されている。接着剤６は、硼珪酸ガラス粉
末を用い1000℃以上で溶融して接着する。パイプ
２の外周には、白金の細線７が巻き回され、両端
はリードワイヤ３，４にそれぞれ点溶接されてい
る。白金の細線７および点溶接部をつつむよう
に、バインダに配合した鉛ガラスの粉末を塗布
し、600℃前後で焼成して、保護層を形成する。

以上の構成において、パイプ２の外径d₁、内径
d₂、およびリードワイヤ３，４の外径d₃をそれぞ
れ変え、空気流量をステツプ的に変化させた場合
の応答特性の変化を測定した。その結果の一例を
第４図に示す。第４図は、パイプ２の外径d₁が
0.6mm、内径が0.3mm、リードワイヤ３，４の外径
d₃が0.225mmである。この例において、ステツプ
立上り時の3τの応答時間は、1700ｍｓであり、ス
テツプ立下り時の3τの応答時間は、107ｍｓであ
る。特に、立上り時の応答時間の長いことがわか
る。

それに対して、第５図の例は、パイプ２の外径
d₁が0.6mm、内径d₂が0.3mm、リードワイヤ３，４
の外径d₃が0.16mmの場合であり、ステツプ立上り
時の3τの応答時間は、142ｍｓに大巾に改善され
ており、立下り時の3τの応答時間は、65ｍｓに改
善されている。

そこで、パイプ２の外径d₁は0.6mm、内径d₂が
0.3mmとした時、リードワイヤ３，４の外径d₃を
0.225mm、0.2mm、0.18mm、0.175mm、0.16mm、0.15
mmと変化させた時のステツプ立上りの3τの応答時
間について、d₂とd₃の比に対して図示すると第６
図のようになつた。すなわち、d₂とd₃の比d₂／d₃
が1.7以上において、応答時間が著しく改善され
ていることがわかる。そして、d₂／d₃の値が１に
近い場合には、接着層の厚さが薄く、断熱効果が
ほとんど得られない。

パイプ内径とリード径の差が大きくなり、その
間隙を埋めている接着層がパイプ側から伝達され
た熱を受けてリード側へ熱を伝達し始め、あるい
は伝熱し始めて時間がほとんど経過しないうちに
パイプ側はほとんど熱的にバランスし、また、接
着層の温度分布もほぼ最終値に達する如く、ガラ
ス接着層の熱の移動を阻止し、速く温度勾配のバ
ランスをとる適正ガラス層は、d₂／d₃値で1.7付
近である。これ以上のガラス接着層を形成しても
応答時間にはほとんど影響を及ぼさないが、リー
ド径が細くなり、機械的強度抗張力800grが低下
するためd₃＝φ0.13が限界となる。加工時のばら
つきなどを考慮すればd₂／d₃＝0.18 0.20が最適値
である。

また、パイプの外径d₁は、0.35mmのものについ
ても検討したが、ほぼ同じ結果が得られている。
また、パイプの外径d₁が、あまり大きくなるとパ
イプの熱容量が大きくなりすぎるので、応答性が
悪くなる。

接着剤としては、硼珪酸ガラス以外には、軟化
点800℃以上の鉛ガラスでもよい。

白金細線の上にオーバーコートするガラスは、
軟化点500〜700℃の鉛ガラスを用いる。

立上りの応答時間が短縮できたことにより、立
上り、立下りの応答時間の差が小さくなり、エン
ジンの脈動流を検出する場合に平均値に接近した
精度で流量検出が可能となり、流量の検出精度が
向上する効果も得ることができる。

抵抗体は白金薄膜、白金厚膜でも形成できる。
即ち、スパツタ、イオンプレーテング蒸着、など
により白金薄膜を形成するか、または白金の厚膜
印刷、あるいは白金ペースト塗布などにより着膜
後、高温中、で熱処理する。処理温度は薄膜では
700〜800℃、厚膜では900〜1000℃である。この
ようにして形成された膜抵抗体は、レーザでトリ
ミングすることにより一定の抵抗値におさめるこ
とができる。

第７図は、本発明の他の実施例を示している。
発熱感温抵抗体１を４端子ホルダ２５に取付ける
際にリード３，４はボビン端から例えば1.5mmで
直角に曲げることによりコの字形に形成できる。
ボビン側端から外径φ0.8のステンレスの支柱２
１，２２、までの距離l₂をボビン長l₁に対して、
l₁／l₂＜1/1.5とする。即ち、例えばボビン長l₁＝
2.0に対して、リード長l₂＝3.5とする。このよう
にして組込まれた４端子ホルダアツセンブリは発
熱抵抗体１の駆動回路２０に電気的に接続され、
インジエクタ内蔵のスロツトルチヤンバと一体と
し、単点燃料噴射システムに組込み、４サイクル
４シリンダエンジンでマツチングした結果、動作
は正常であり、加速時の運転性は、気化器仕様車
以上であることが確認できた。

実施例に示した構造で30G、20〜1KHz３分掃
引Ｘ、Ｙ、Ｚ軸各3Hrの振動耐久に充分耐えるこ
とが確認できた。さらに耐振性に最も過酷な流れ
の方向に合わせた60Gの加振1Hrにも充分耐久で
きた。また、20〜1KHzの範囲で共振点もなく、
機械的には充分耐久性のあることが確認できた。
電気的には、発熱感温抵抗体の設定温度300℃４
秒ON、４秒OFFの断続通電試験において1000サ
イクルに耐えることを中間チエツクで確認済であ
る。

一方このようなガラス接着層による断熱構造は
定温度に加熱される抵抗体の消費エネルギを縮少
せしめる効果がある。第８図に縦軸が抵抗体に供
給される電力I² _HR_H、横軸が流量Ｑの平方根とし
て従来形と改良形の熱特性を比較して表わす。改
良形の消費電力は低流量側で約1/1.5縮少されて
いる。また軸方向の温度差が比較的小さくなり、
流れに対する感度も10％程度向上している。

本発明の実施例によれば、 (1) ボビンとリードをガラス接着で断熱し、また
リードの断面積を縮少して、支柱への熱ヒケを
減少せしめ、立上り応答時間を短縮できる。

(2) エレメントに供給する電力を減少せしめ、空
気流に対する放熱特性の感度を向上せしめるこ
とができる。

(3) 立上り、立下りの応答時間差を少なくして、
脈動流の平均値の真値に近い値が検出でき流量
測定精度を向上せしめることができる。

(4) 発熱感温抵抗体、温度補償用感温抵抗体をバ
イパス通路に配置することによりバツクフアイ
ヤや塵埃の影響が軽減できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば応答時間の速い空気流量計が提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明の一実施例の概略
構成図であり、第４図乃至第６図は、本発明に基
づく実験結果図であり、第７図は、本発明の他の
実施例の概略構成図であり、第８図は、従来例と
本発明の一実施例の消費電力の比較図である。 １……発熱体エレメント、２……パイプ、３，
４……リードワイヤ、６……接着剤、７……細
線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 絶縁性物質からなる円筒状の支持体と、この
   支持体の上に形成された感熱抵抗体と、上記支持
   体の両端にさしこまれ、上記支持体にガラスによ
   り接着されるリードワイヤとを有し、上記感熱抵
   抗体の温度による抵抗変化に基づいて流体の流量
   を測定し、上記支持体の内径をd₂とし、上記リー
   ドワイヤの外径をd₃とする時、d₂／d₃を1.7以上
   にしたことを特徴とする熱式流量計。