JPS59162413A - 熱式流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、内燃機関に吸入さ
れる空気量を測定するに好適な熱式流量計に関する。

〔従来技術〕

内燃機関の吸入空気量を測定する方式としては、可動ベ
ーン形のものや、カルマン渦を利用するものなど種々の
ものが知られている。また、熱式流量計は、例えば、Ｕ
ＳＰ　３，７４７，５７７、ＵＳＰ４．３０４，１２８
などによって知られており、これは、一般に応答性が良
い、空気の質量流量が測定できるなどの理由によって、
近年広く用いられてきている。この熱式流量計は、流量
検知部として、直径７０μｍ〜１００μｍの白金線を吸
気筒内に張る構成である。しかしながら、この構成では
、耐久性に不安があり、特に内燃機関が不調である時に
生ずるバツクファイアによって、機械的損傷を受は易い
という欠点がある。

そこで、これらの欠点に対処するために、ＵＳＰ４．２
６４，９６１に記載♀ように、吸気管を流れる空気の一
部をバイパス管に導き、このバイパス管の中に流量検知
部としての白金線を取付けるものがしられている。ここ
で、バイパス管の直径は１ｃｒｎ以内と小さいため、流
量検知部もコンパクトにする必要がある。一方、白金線
の抵抗値が温度によって変化する現象を利用して流量を
測定するものであるため、白金線の抵抗値は大きい方が
感度が高い。そこで、絶縁物のボビンの外周に、白金Ｉ
Ｊ’ｒ巻くことによ）流量検知部を構成し、コン・【ク
ト化と高抵抗化を図っている。しかしながら、このよう
に構成にすると、支持体であるボビンの熱容量のために
、上述の方式に比べて、応答性が悪いという問題が生じ
てきた。この問題は、バイパス管を用いる場合に限らず
、コンパクトな流量検知部を用いる場合に生ずるもので
ある。

そして、この応答性の問題は、例えば、上述の熱式流量
計を単点燃料噴射システムに適用する場合に問題となる
。

即ち単点燃料噴射の場合にはエンジンの吸気管の集合部
に噴射弁が１ケあるのみで多点噴射に比し、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
での燃料の到着時間が長くなる。一方、噴射弁から各シ
リンダ塩の距離がそれぞれ異なっているため、実車のマ
ツチングが難しくなってきている。これをコンピュータ
のソフトで補正する試みがなされたがいずれも不充分で
あった。結局、単点噴射の場合には１ケの噴射弁で各シ
リンダに燃料を分配する構成のために機種が変わり、吸
気管の形状が変わる毎にきめ細い実車でのマツチングが
必要であ乞。従って、゛特に加゛速時や高速回転域では
高精度の流量センサを用いて、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。

さらに、この応答性の問題は、単点燃料噴射システムの
ように内燃機関の制御に用いる場合だけでなく、一般の
流量測定の場合でも、流量変化が早い場合には、同様に
問題となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、コンパクトな流量検知部を備え、しか
も、応答性のよい熱式流量計を提供するにある。

本発明者らが、従来の巻線タイプの流量検知部について
、種々実験・検討を行った結果、以下のことが明らかと
なった。

すなわち、従来の流量検知部１は、長さ２咽の絶縁物質
からなるボビンの両側に、支持体および導電体兼用のｐ
ｔリードを固定し、このボビン上に白金線を等間隔で巻
いていた。そして、この白金線に通電して、一定温度で
発熱制御されているときの温度分布は、中央部が高温で
、リード部に向って低く傾斜している。したがって、例
えば、流量検知部の設定温度ｅ１７０Ｃにしたとき（こ
れは、流量検知部の抵抗値が所定値となるように設定す
ることによって行なわれる）、中央部の最高温度は、約
２５０Ｃになっていた。

このように温度分布が大きくなっている原因として、次
のことが考えられる。す、なゎち、抵抗線　−に電流が
流れ初めは各単位長さ当シの発熱量は同じであるが、伝
熱にょシ巻線と接しているガラスコート、ボビン、リー
ドなどにそれぞれ温度差が生じる。そして、その温度差
が抵抗線の各部の抵抗値を変え、例えば、中央部などが
、局部的に抵抗値が上昇して、さらに発熱量も上昇する
原因につながっているためである。具体的な構造につい
て検討すると、第１にボビンの中央部が中壁であり、両
端部にはリードやリードの接着剤があって、両者の体積
が異なり、熱容量に差が生じている。

第２に、両端部からはそれぞれ貴金属のリードが出てお
り熱のひけが生ずる。

〔発明の概要〕

本発明は、流量検知部の集中発熱を防止し、均一な温度
分布となるようにするため、絶縁性支持体上に形成され
る発熱抵抗体の単位長あたシの抵抗値を、中央部に比べ
て両端部の方企大きくするようにしたものである。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例について、以下図面を用いて説明する
。

第１図は、本発明の一実施例の部分縦断面図であり、第
２図は、第１図の一部を取り除いた平面図であり、第３
図は、第１図の一部を取り除いた底面図である。図にお
いて、１０は、ボディ部であシ、アルミダイキャストに
よシ作られる。ボディ部１０の上には、ヘッド部１１が
取付けられている。ヘッド部の上流には、エアクリーナ
が接続されている。１２は、スカート部であり、アルミ
ダイキャストにより作られる。スカート部１２の下流は
、エンジンに接続される。ボディ部１０とスカート部１
２は、４個のネジにより固定される。

ボディ部１０とスカート部１２の内壁の一部は、ベンチ
ュリ部１４を形成している。ボディ部１０は、メイン通
路１６とともにノ（イノくス通路１８が形成されている
。）（イノ（ス通路１８は、メイン通路１６と平行な直
線部分１８−１と、メイン通路１６の周囲を取り巻く曲
線部分１８−２力１ら構成される。第３図は、第１図の
スカート部１２を取りはずした状態で第１図を下方から
見た図である。

この第３図かられかるように〕（イノ（ス通路１８の周
していｂｏそして、第１図に示されるように、バイパス
通路１８の出口１８−３は横長のス１ノット状に形成さ
れている。・＜佇＜ス通路１８の直線部１８−１内には
、センサとして、空気流量泪す定用の感熱抵抗２０と、
空気の温度補償用の感熱抵抗２２が配置されている。こ
の２つの感熱抵抗２０．２２はサポートピンに固定され
、このサポートビンは、熱絶縁性物質２４の中を通して
、回路ケースｚ６内の電気回路に接続されているうこの
電気回路の詳細については、後述する。感熱抵抗２０．
２２としては、熱線式のものか、熱フイルム式のものか
用いられる。感熱抵抗の詳細については、後述する。

電気回路の一例について、第４図を用いて説明する。

自動車のバッテリなどの電源から電圧Ｖｍ７５”）ラン
ジスタ３０を介して、流速測定用の感熱抵抗２０に供給
される。感熱抵抗２０と直列に抵抗３２が接続されてお
シ、この抵抗３２は、感熱抵抗２０を流れる電流を測定
するのに用いられる。

感熱抵抗２０の両端電圧は、抵抗３４と３６により分圧
される。この分圧された電圧は、抵抗３８を介して差動
増巾器４０の一方の入力端子に接続されている。Ａよ４
２の負入力は、抵抗４４を介して接地される。温度補償
用感熱抵抗２２と抵抗４６は、Ａ□ｐ４２の帰還抵抗と
なる。Ａ□、４２の出力は、抵抗４８を介してＡ−ｐ　
４０の正入力に接続されている。したがって、Ａ、、　
４０は、分圧された感熱抵抗２００両端電圧と、感熱抵
抗２０と抵抗３２の接続点Ｂの電圧を空気温に応じた増
巾率でＡ。、４２により増巾した電圧が等しくなるよう
に出力を出す。Ａ、、、　４０出力は、トランジスタ３
０のベースに供給され、Ａ、、、　４０は、この入力が
等しくなるように出力を出してトランジスタ３０を制御
する。その結果、感熱抵抗２０は、一定温度に保たれる
。その温度は、感熱抵抗２０゜２２の周囲の空気温度よ
シはぼ１７０Ｃ高い温度である。定電圧源５０からは、
抵抗５２と可変抵抗５４の直列回路が接続されている。

そして、抵抗５２と５４の接続点は、抵抗５６を介して
Ａｍｐ４２の負入力に接続されている。これらの抵抗は
、オフセット調整に用いられる。また、バッテリの電圧
ＶＢに接続された定電圧源５０の出力は、抵抗５２．５
４により分圧される。抵抗５２と５４の接続点は、ダイ
オード５６を介して、Ａｏｌ、　４０の正入力に接続さ
れる。これらの回路は起動回路である。すなわち、自動
車のキースイッチをＯＮにした時、ダイオード５６を介
して一定電圧金印加することにより、Ａ、、４０の２人
力を異ならせ、Ａ、ｐ４０の出力を強制的に出させるよ
うにしている。感熱抵抗２０と抵抗３２の接続点Ｂは、
増巾器５８に接続される。増巾器５８は、抵抗３２の両
端電圧を出力する。抵抗３２の抵抗値は一定であるため
、Ａ、、、ｐ５６の出力は、抵抗３２を流れる電流、す
なわち、感熱抵抗２０を流す電流をあられしており、空
気流量の信号となる。また、八〇。

４０の出力も感熱抵抗２０を流れる電流をあられしてお
り、空気流量の信号となる。

次に、流量検知部である感熱抵抗の一例の詳細構成につ
いて、第５図を用いて説明する。

第５図（ａ）は、流量検知部の顕微鏡写真を転写したも
のである。そして、実際の寸法の５０倍に拡大しである
。同図（ｂ）　？ま、（ａ）の部分断面図である。

中空のアルミナポビン１００の両端からは、白金製のリ
ード１０２，１０４が挿入されており、両者は、硼珪酸
ガラス１０６．１０８によって接着されている。ボビン
１００の外周には、白金線１１０が巻かれており、その
巻き方は、中央が疎であり、両端が密となっている。す
なわち、従来の均等巻きとは異なっている。白金線１１
０の両端末１１２，１１４は、リード１０２，１０４に
点溶接されている。さらに、白金線１１０の周囲には、
鉛ガラスをかけ、６００Ｃで焼成して、１０〜２０μの
保護膜１１６を形成している。リード１０２，１０４の
両端は、支持ピン１１８（右側の支持ピンは図示せず）
に点溶接している。

ここで、ボビン１１０は、電気絶縁性の物質であればよ
く、アルミナの他に、マグネシア７、ジルコニアなどが
ある。リード１０２，１０４としては、導電性があれば
よく、他の金属線を用いることができる。接着剤１ｏ６
．ｔｏｓは、白金ペーストか金属合金を用いることがで
きる。白金線１１０は、導電性があり、熱抵抗係数が大
きいものであれば、他の金属でもよいが、安定性の点か
らは、白金が好ましい。また、白金は、線に限らず、フ
ィルム上のものであってもよい。

次に、第５図の実施例の各部の寸法について説明する。

０　ボビン１００の全長Ｌ：２問 ０　ボビン１００の両端であって白金線を密に２巻きに
くい部分の長さｔｌ：０．１咽 ０　ボビン１００の両端側で、白金線を密に巻いである
部分の長さＡ２　：０．４５ｍｍ０　ボビン１００の中
央で、白金線が疎に巻いである部分の長さＡ３　：０．
Ｑ調 ０　ボビン１００の両端にさしこまれているリード１０
２，１０４の長さＡ４：０．５囚０　ボビン１００の外
径ｄ１：ｏ、５胡０　ボビン１００の内径ｄ２：０．３
ｗｎ０　リード１０２，１０４の外径ｄ３　：ｏ、１５
咽０　支持ピン１１８の外径ｄ４：０．８ｗｎここで、
通常のシャープペンシルのしん（外径０、５　ｒｔｍ　
）の先端部分と、本実施例のボビン１００は、はぼ同じ
寸法でろムいかにコンパクトであるかが理解されよう。

次に、白金線の巻き方について説明する。ボビン１００
の両端の密部分には、白金線１１０が１４回巻かれてい
る。白金線１１０の太さは、２０μであシ、ある白金線
と他の白金線の間のギャップは、１２μである。一方、
ボビン１００の両側の線部分には、白金線１１ｏが７回
巻かれている。したがって、白金線と他の白金線の間の
ギャップは、１０８μである。尚、ボビン１００の両端
一杯まで密に巻いた方がよいわけであるが、巻き始めの
部分は、巻きにくいため、必ずしも十分な密状態にはし
にくいものである。

ここで、ボビン１００の中央部の長さは、全長の約′５
０％であシ、両端部も併せるとほぼ５０％となる。しか
し、中央部は、中空であるため、中央部と両端部の体積
比は、４０％対６０％となる。

したがって、熱容量の比も、はぼこれに等しくなる。さ
らに、両端部には、リード１０２，１０４が接続しであ
るため、熱ヒケ分を考慮する必要がある。そこで、中央
部に、白金線の全長の２０％、すなわち、白金線の全抵
抗の２０％分を、両端部に、それぞれ、白金線の全長の
４０％ずつ、すなわち、白金線の全抵抗の４０％分ずつ
を巻いである。

その結果、流量検知部の温度分布は、第５図（Ｃ）のよ
うになシ、中央と両端の温度差は、１０ｃ以下となり、
最高温度も２００Ｃ前後と低くなった。

そして、この例に基づいて応答性を測定した。その結果
は、第６図に示す通シである。一方、従来の白金線を等
ピッチ巻きにしたもの（巻数は同じく３５回で、等ピッ
チであるため、線間ギャップは３５μ）の応答性につい
て第７図に示す。

この図は、時間０の時に、空気流量をＯＫ４／Ｈから２
００Ｋｇ／Ｈにステップ的増加させた場合の流量計の応
答出力、および、その逆に、空気流量を２００に７／Ｈ
からＯＫｇ／Ｈにステップ的に減少させた場合の流量計
の応答出力を表わしている。

そして、図中の数字は、流量変化後、フルスケールの９
５％に至るまでの応答時間３τを表わしている。すなわ
ち、従来のものにあっては、立ち上シ応答時間が１７０
０ｍ５であり、立ち下シ応答時がｌ　Ｑ　７　ｍ　５で
あったものが、本実施例では、立ち上９応答時間１０５
　ｍ　ｓ、立ち下シ応答時間５　Ｑ　ｍ　３に改善され
ている。特に、立ち上シ応答時間は、約１／７に短縮さ
れている。

立ち上りの応答時間が短縮されたことにより、立ち上シ
立ち下り応答時間差が小さく、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がある。

また、空気の流れに伝達する熱量も増加し熱量センサと
しての感度が向上する。第８図に縦軸に抵抗体に供給す
る電流Ｉ　）ｒの２乗、横軸に流量Ｑの平方根をとって
、従来形と抵抗線の荒捲についての２つの特性を示す。

中央荒捲の場合には従来形に比して低流量量体での消費
電力が１５％低くなっている。更に空気の流れに伝達す
る熱量は勾配で約２０％向上しており、感度の向上が計
れる。

次に巻数比を変えて実験を行った。その結果を表１に示
す。

すなわち、従来のものは、等ピッチで全部で３５回巻い
たものである。それに対して、例１は、表　　　　１ 上述の実施例の場合で、両側に１４回疎に巻き、中央に
は、７回密に巻いた場合である。両側の０．４５ｍの長
さの区間には、１４回以上巻くことは（隣り同志の白金
線が触れてしまうため）困難である。そこで、全体の巻
数は変えずに、例２のように、両側を１３回巻きにし、
中央を９回巻きにして実験を行った。この結果は、立ち
上り１８０ｍ５゜立ち下り３３　ｍ　５であって、従来
よりは改善されているが、例１よシはおとっている。す
なわち、例２のものであっては、両端からの熱ヒケがあ
り、また、中央部が両端よシ高温にな、つて、温度分布
のバラツキがあったためと考える。例３は、両側の巻数
は例１と変えず、中央の巻数を２回多くして、中央部の
温度を少し高目にしたものである。

この例では、はぼ例１と同じ応答となっている。

すなわち、中央に比べて両端を密に巻くことにより応答
性の改善を図ることができる。そして、疎密の程度は、
全体の熱容量の分布２両端からの熱ヒケの程度に応じで
実験的に決めるのが好ましい。

上述の例では、全体の熱容量を大きくしないためと、リ
ードの取付けやすさの点から中空ボビンを用いているが
、これは、円柱状、平板上の支持体であってもよい。そ
の場合、熱容量はほぼ均一になるので、熱ヒケを主に考
慮すればよい。

また、白金線の変わシに、白金フィルムを使うことがで
き、その場合は、円筒ボビンにあってはスパイラル状又
は平板ボビンにあってはジグザグ状にレーザトリミング
して、抵抗値を増加させる必要があるが、トリミングに
より除去できる部分の巾は一定であるため、ボビンの軸
方向でのトリミングの送、！ｌｌｌヲ変えて、中央の抵
抗値を小さく、両端の抵抗値を大きくすれば、同じ効果
をもたらすことができる。

本発明の一実施例によれば、流量検知部の温度の分布を
ほぼ均一にして空気の流れに対する熱伝達量を向上させ
ることができるため、感度が向上し、流量測定精度が向
上する。

また、ボビンの最高温度を下げることによって立ち上り
応答時間を速くすることができる。

また、立ち−Ｆシ、立ち下り応答時間の差を少なくして
脈動量の真値に近い値が検出でき、流量測定精度が向上
するヶ 〔発明の効果〕 本発明によれば、熱式流量計の応答性が向上する。

【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構造図であり
、第４図は、本発明の一実施例の回路図であり、第５図
は、本発明の一実施例の詳細構造図であり、第６図は、
本発明の一実施例による実験データ図であり、第７図は
、従来例の実験データ図で＝ｌ、第８図は、本発明の一
実施例と従来例の比較データ図である。 １００・・・ボビン、１０２，１０４・−・リード、１
１０第１２ 箋２の 第３０ ご

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体によシ熱が持ち去られる現象を用いる流量検知
   部を有する熱式流量計において、上記流量検知部は、支
   持体と、この支持体の上に形成された感熱抵抗体と、こ
   の支持体の両端に取付けられたリードからなり、この支
   持体の両側における上記感熱抵抗体の単位長当シの抵抗
   値が、この支持体の中央における上記感熱抵抗体の単位
   長当シの抵抗値よシも大きくなるように、上記支持体上
   に感熱抵抗体を形成したこと１ｒ：％徴とする熱式流量
   計。 ２、特許請求の範囲第１項記載の流量計において、上記
   感熱抵抗体は、線状であシ、上記支持体の両側は密に、
   中央は疎となるように、支持体の外周に巻かれているこ
   とを特徴とする熱式流量計。 ３、％許請求の範囲第１項記載の流量計において、上記
   感熱抵抗体は、膜状であシ、上記支持体表面に膜形成後
   、トリミングされるものであり、そのトリミングのピッ
   チが、支持体の両側では細く、支持体の中央では粗いこ
   とを特徴とする熱式流量計。