JPH0617051Y2 - 渦流量計検出器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 技術分野 本考案は、常圧の気体、主としてエンジンに供給する空
気流量を計測する渦流量検出器に関する。

従来技術 空気流量の測定は、近年、自動車用エンジンの空燃費の
改良による高効率化、排ガスによる大気汚染の除去等を
目的として重要性を増している。エンジン回転数のアイ
ドリング時等における低速回転から最大馬力を発生する
高速回転に亘る高範囲な変化に対応して、吸入空気量に
見合った完全燃焼する量の燃料を噴射することが要求さ
れる。空気流量の計測範囲は、エンジンの高馬力化傾向
に伴って更に増大される。渦流量計は測定レンジが広
く、上述の要求を充たすものであり、実用化も進んでい
る。渦流量計の渦検出器は熱式，光学式，超音波，静電
容量式等多岐に亘るが、静電容量式は構造が簡単で、検
出感度も高いことから多用されている。静電容量式には
第５図に示した方式のものがある。第５図において、１
０は空気流量計の本体で、エンジンのエヤクリーナによ
り除塵された空気は矢標Ｑ方向から流入し整流器１１に
より整流され渦発生体１２に導入され、流量に比例した
数の渦１３が単位時間当り発生する。渦１３の発生に伴
って空気密度と流速の２乗とに比例した変動圧力ΔＰが
発生する。該変動圧力ΔＰは渦発生体１２近傍の本体１
０の面に配設された導圧口１４，１４から静電容量渦検
出器Ｉに導管１５，１５により導入される。実際は導管
１５，１５はなく導圧口１４，１４が導管となるが、説
明のために導管１５，１５を記入したものである。静電
容量渦検出器Ｉは空室３を有する受圧筐１と、該空室３
を２分して空室３内に固着する固定電極４と、該固定電
極４により２分された各々の空室３内に固定電極４に等
しい距離を隔てて平行して絶縁材８により受圧筐１の空
室３内に絶縁固着された可撓性金属板の可動電極６，７
とから構成される。この固定電極４と可動電極６，７と
は固定電極４を共通電極として対をなす静電容量を形成
する。可動電極６，７は受圧筐１の両側壁に開口する渦
圧導入口２，２に導入される渦変動圧力ΔＰに応動し
て、同一方向に変位する。固定電極４に穿孔された連通
口５は可動電極６，７の応動を助ける絞りを形成する。
可動電極６，７に囲まれた固定電極４を含む空間には流
量計本体１０からの被側空気は流入しないので固定電極
４と可動電極６，７との空室内にダストが付着して絶縁
低下をもたらすことはなく、長期安定した静電検出が可
能となる。尚、固定電極４と可動電極６，７とのなす渦
の変動圧力により生じた静電容量の容量差は、インピー
ダンスブリッヂ（図示せず）等の不平衡電圧として電気
量に変換される。

従来技術の問題点 上述した従来の静電容量式の渦検出器は、固定電極４を
共通電極として可動電極６，７の外部には渦変動圧力Δ
Ｐの高圧側および低圧側が交互に作用して、可動電極
６，７は高圧側では固定電極４に接近し低圧側では離間
する運動、即ち、固定電極４に対し同一方向に応動す
る。外部振動が加わる場合も可動電極６，７はこれと同
様の運動をするので雑音信号として、渦信号に変換しＳ
／Ｎを悪化した。また、高馬力エンジンで空気流量が大
きく、流速も速くなると、流速の２乗に比例する圧力差
ΔＰも大きくなり、連通孔５を流通する空気の流れ抵抗
が小さい場合、固定電極４と可動電極６，７とは接触し
て静電容量はなくなり計測不能となる。この形式の検出
器においては固定電極４と可動電極６，７とは極く近接
して配置することにより高感度になり連通孔５を大きく
することにより高流速応答性を高めており、前記問題点
を生じ易くしている。

尚、静電容量式の渦検出器においては固定電極を共通電
極として可動電極を検出電極とした対をなす静電容量の
誘導体としてシリコン油等の液体を封入することもあっ
たが、液体は誘電率は高いが、粘性が高いため応答性が
悪く、高速空気流量において数ＫHzの周波数で発生する
渦変動に応答できず、また気泡を除去することが困難で
ある等の問題点があるために自動車エンジン用の空気流
量計には採用することはできない。

問題点解決のための手段 本考案は、上述した従来の空気計測用渦流量計の静電式
渦検出器の問題点を解決するためになされたもので、固
定電極に対して可動電極を同一側面に対向し検出感度を
低下させることなく外部振動雑音を相殺し、Ｓ／Ｎを高
め、固定電極と可動電極とが極く近接して高感度な静電
検出器であっても固定電極と可動電極との連通路に絞り
を調整可能に配設し広い流量範囲において高感度な渦検
出を可能にすることを目的とするものである。この目的
は、下記の構成によって達成される。すなわち、ケーシ
ング内に互いに離間した並設された２つの空室の各々の
上部壁面に絶縁固着した固定電極と、前記空室を２分
し、該固定電極の各々に等しい距離を隔てて配設された
可動電極とにより形成される一対の静電容量と、空室上
部壁面の各々を貫通して静電容量空室に連通する連通路
と、渦変動圧を空室下部に導入する導通路とを穿設し、
渦信号を一対の静電容量の各々の静電容量差として検知
する常圧気体流量計において、前記導圧路に絞り配設
し、その絞り量と、絞りと静電容量空室とで形成される
おくれ要素の遮断周波数を、流量に従って変化する静電
容量差を規定値にする渦信号周波数とすることを特徴と
したものである。

実施例 第１図は、本考案の一実施例を説明するための図で、第
５図に示した渦流量計本体１０、渦発生体１２を除いた
静電式渦検出器Ｉに相当する部分（以下単に検出器と呼
ぶ）の構造のみを示した。すなわちこの検出器は第５図
の場合と同様渦流量計の本体１０に装着される。２０は
ケーシングで、絶縁材料からなり、本体１０の導圧口に
連通する渦変動圧力ΔＰの導通路２７，２８を穿設して
おり本体１０に固設される。該ケーシング２０内には対
をなす空室２１，２２が設けられ、各々は前記導通路２
７，２８に連通する。空室２１，２２は略等しい面積の
上部壁面２１ａ，２２ａと下部壁面２１ｄ，２２ｄを有
しており、上部壁面２１ａ，２２ａには各々板状の固定
電極２３，２４が固着される。２５，２６はステンレス
等の耐蝕性・高張力の金属薄板からなる可動電極で、前
記固定電極２３，２４に等しい距離を隔てて対向して、
固定電極２３，可動電極２５および固定電極２４、可動
電極２６との間で略等しい静電容量を形成する。可動電
極２５，２６は空室２１，２２を静電容量を形成する上
部空部２１ｂ，２２ｂと、下部壁面２１ｄ，２２ｄを貫
通し導通路２７，２８に連通する下部空室２１ｃ，２２
ｃとに２分し、ケーシング２０に固着される。６０は連
通路で、固定電極２３，２４を貫通して上部空室２１
ｂ，２２ｂを連通し、該連通路６０の略中央部には、該
連通路６０の流路断面を調節可能にケーシング２０に螺
合される絞り２９が配設されており、絞り量の調節後は
ナット２９ａにより螺着される。

次に、以上に述べた本考案の絞り２９の作用について述
べる。上部空室２１ｂ，２２ｂおよび連通路６０の空間
は常圧の乾燥空気で充たされており、流量計本体１０を
流通する空気の乾湿、および温度に関係なく静電容量の
固定電極２３，２４および可動電極２５，２６間の絶縁
を確保している。空気流量が小さい間は、導通路２７，
２８より導入される差圧信号ΔＰも小さく、従って、可
動電極２５，２６に作用する互いに反対する圧縮，吸引
の変動応力も小さいので、上部空室２１ｂ，２２ｂの容
積変化も小さい。しかし、差圧信号ΔＰは空気密度と流
速の２乗に比例して増大するので、空気流量の増大に伴
って急速に増大する。可動電極２５，２６の最大撓み量
は圧力に比例するので、前述のごとく可動電極２５，２
６と固定電極２３，２４とは接触するに到り、流速の２
乗に比例した圧力変化に対して双曲線的に増加した静電
容量は、この時点で零となる。絞り２９と空間上空２１
ｂ，２２ｂの容積とは１次おくれ要素となるので、差圧
信号ΔＰによる可動電極２５，２６の動きに対して制御
効果をもたらす、従って、静電容量差信号の大きさを所
定の値に設定した流量値に対して、前記おくれ要素の遮
断周波数となるように絞り２９を調節することにより静
電容量差信号の増大を適当に抑制するとともに、渦によ
る変動圧力が増大して対向する電極が接触し、測定不能
となる危険がある限界流量も増大する。

第２図は、前記絞り２９を自動的に行なう他の実施例を
示すもので、連通路６０の流通方向からみた断面図であ
る。図において、３０は第１図のケーシング２０に配設
された筐体で、該筐体３０内に連通路６０を前述した量
遮閉する弁板３６を密閉する駆動部が収納されている。
弁板３６は一端にコア３２を固着したロット３２ａと接
続され、該ロッド３２ａは外周を筐体３０の空室３０ａ
内壁に固着された板ばね３３により上下方向にのみ移動
するように支持される。該弁板３６は、ロッド３２ａに
固着された皿状の冠座３４と空室底部のケーシング２０
との間に伸長して配設されたばね３５により、前記冠座
３４をストッパ３１ｂに当接し、常時連通路６０を開路
している。３１はコイルで、通電によりコア３２をばね
３５の伸長力に抗して吸引し、冠座３４をケーシング２
０に当接する移動量だけ弁板３６を移動し、この分連通
路６０を閉路する。この様子は図の点線で示す。

第３図は、第２図のコイル３２を駆動するブロック図で
あり、静電容量差に比例した渦信号を整形回路Ａにおい
て整形後、渦信号のピーク値をピークホールド回路Ｂに
よりホールドし、該ホールド値と所定流量における渦信
号のピーク値に相当して定められた基準電圧Ｃと比較回
路Ｄで比較し、ピークホールド値が基準電圧Ｃを越した
ときに出力される出力値をヒステリシス回路Ｅを介して
増幅（Ｆ），ホールド（Ｇ）し、増幅（Ｈ）後、コイル
３１を駆動する。図においては、渦信号をピーク値によ
り選別したが、単位時間当りの渦信号の数として周波数
−電圧変換し、該電圧値と基準電圧値を比較する方法も
あるが、周波数−電圧変換回路には積分回路が含まれ、
応答性の点で満足なものではない。尚、第２図において
は、弁板３６を電磁駆動しているが、渦発生体の前後流
における圧力差を利用して圧力駆動方式によっても可能
である。

第４図は圧力駆動方式の一実施例を示す図で、図におい
て、渦流量計の本体１０から静電容量検出器に信号差圧
を導入する構成は、第１図、第５図と同様であり、これ
ら同一の構成，要素に対しては同一の参照符号を付して
その説明は省略する。連通路６０の中間には絞り室４０
内に収容された、可撓膜４１，４２とで構成された絞り
手段が連通している。可撓膜４１，４２は周辺部に突起
４１ａ，４２ａが形成され、中央部にはばね５０が配設
され、このばね５０のばね力により伸張しており、絞り
は突起４１ａ，４２ａとにより挟持された円周空間が絞
り部を形成しており、ばね５０のばね力が絞り量を規定
する。絞り室４０の可撓膜４１，４２とで区画される空
室５１，５２には下流圧力口４６および上流圧力口４５
が配設されており、各々には、流量計本体１０に配設さ
れた下流側導圧口４４および上流側導圧口４３が導管４
８，４７を介して連通して渦発生体１２の下流および上
流側圧力を空室５１，５２に印加している。渦発生体１
２の圧力損失は流速の２乗に比例して増加するので、可
撓膜４１，４２はばね力に抗して押圧され突起４１ａ，
４２ａ間の絞り部も絞られる。

効果 上述した本考案の静電容量式の渦流量計検出器において
は、静電容量を形成する上部空室および連通路には乾燥
空気及び絞り手段が配設されているので、誘電体は液体
ではなく応答性が優れ、自動車エンジンの高馬力時にお
いての高流速、高渦周波にも追従することが可能で、絞
りを調整することにより電極間距離を小さくして高感度
にすることができ、しかも広い流量範囲の計測を可能に
する。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本考案の渦流量計検出器の一実施例を説明す
るための構成図、第２図は、他の実施例を示す構成図、
第３図は第２図の駆動回路のブロック図、第４図は、本
考案の他の実施例を示す図、第５図は従来技術を説明す
るための図である。 １０…渦流量計本体，１２…渦発生体，２０…ケーシン
グ、２１，２２…空室，６０…連通路，２９…絞り。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシング内に、互いに離間して並設され
   た２つの空室の各々の上部壁面に絶縁固着した固定電極
   と、前記空室を上部空室と下部空室とに２分し、前記固
   定電極の各々に等しい距離を隔てて配設された可動電極
   と、前記上部空室壁面の各々を貫通して各々の前記上部
   空室間を連通する連通路と、渦発生体の両側部からカル
   マン渦に対応して発生する変動圧を各々の前記下部空室
   に導入する導通路とを穿設し、渦信号を各々の前記固定
   電極と可動電極とで構成された一対の静電容量の各々の
   静電容量差として検知する常圧気体渦流量計において、
   前記連通路に絞りを配設し、その絞り量と、前記上部空
   室の容積とで形成されるおくれ要素の遮断周波数を、流
   量に従って変化する静電容量差を規定値にする渦信号周
   波数としたことを特徴とする渦流量計検出器。
2. 【請求項２】絞りを、静電容量差信号のピーク値を保持
   するピークホルド回路と、基準電圧を出力する基準電圧
   発生器と、前記保持された前記ピーク値の静電容量差信
   号と基準電圧とを比較する比較回路と、該比較回路の出
   力により絞り機構を駆動する絞り駆動回路と、該駆動回
   路の出力に応動して導通路を前記基準電圧により定めら
   れる一定量絞る弁板とで構成した請求項第１項記載の渦
   流量計検出器。
3. 【請求項３】絞りを、上下端面の、一方に、渦発生体上
   の流側圧力、他方に下流側圧力を導入する圧力口および
   両側面に、連通路との接続口を有する筒状の絞り室と、
   該、絞り室内を気密に空室上下に区画し、前記接続口と
   連通する平行な２枚の板状体で、各々に同一方向に突出
   する環状の突起からなる絞りを有する可撓膜と、該可撓
   膜間に張設されたばねとで構成したことを特徴とする請
   求項第１項記載の渦流量計検出器。