JPS5917371B2 - 流量検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ヌ 本発明は脈動流をもつ流体の流量、流速の測定に関
するものである。

即ち、内燃機関やレジプロポンプ、ダイヤフラムポンプ
等の流量の測定装置である。

特に内燃機関では電子制御燃料噴射エンジンの空気流量
検出’０ 器として有効である。従来機械式の流量計等
が用いられていたが、耐振性や耐久性、品質のバラツキ
、コスト等の問題が多く、複雑であつた。

例えば傾板式流量計等はポテンショメータ等を’５使つ
ており、摺動抵抗が有シヒステリシス等もあつた。

本発明は応答性は良いが、出力の特性等がリニアーでな
い熱線流速計（第４図イ参照）をエンジンに使用する技
術である。

■０ 脈動流での熱線流速計出力は太い熱線では応答性
が悪く検出出力が遅れ、かつ振幅が小さくなるいわゆる
なまつてくる。

それを第１５図ｂに示す。実線ａが実流量、鎖線ｃが細
熱線使用の場合である。また細く応答の良い熱線出力で
は変動分が大■５ きくそのままの信号でエンジンを制
御するのは困難であるためフィルターをかけ出力を平滑
化する必要がある。そしてこれらの出力がなまつた場合
、またはフィルターをかけた場合の出力電圧は定常流で
の同じ平均流速時とのズレを生じそれは最大３０では２
０％以上に達する事がわかつた。この原因を第４図を用
いて説明する。同図においてイ部は熱線出力の流量に対
する特性を示し、口部は吸気の脈動流が大きい流量波形
の例である。

そしてハ部は出力波形を示している。３５流量力和部Ｂ
の波形のように脈動をもつと、応答性のよい細い熱線の
場合イ部の熱線出力特性Ａにより瞬時出力を出力電圧に
変換するとハ部の出力波形Ｃとなるはずである。

また波形Ｃの出力平均値から流量を求めるとＱ，となり
、真の平均流量Ｑに対して負の誤差を生じる事が原因の
一つであると考えられる。また太い熱線の場合出力がな
まるが、そのなまつた波形をリニアライス後平均しても
上記平均流量ＱとならずＱとＱ，の間の出力となる事が
判明した。

一般的にはこれらの問題を解決するため計測器等では応
答性の良い細い熱線の出力をリニアライザーに通してか
らフイルタ一にかけて平均化するのが正統法であるが、
これは応答のよいリニアライザーが必要なためコスト高
であり、しかも細い熱線は切れやすく耐久性が無いため
実用的でない。

そこで本発明では少なくとも脈動分が波形に出てくる程
度の太さか、それ以下の太さの熱線を使いその脈動分を
たくみに利用した脈動時の補正回路を用いて正確な平均
流量を得ることを目的としたものである。附図を参照し
て説明すると、第１図は本発明の実施例であるエンジン
への応用システムプロツク図を示す。

第１図においては吸気系路に設けられた熱線１と吸気温
度補正のためのセンサ２により制御される熱線制御回路
３を用い質量流量に関係した出力が得られる。

そしてその出力の脈動による交流成分を検出する交流成
分検出回路４とその交流成分により出力が補正される出
力補正回路５をもつ。出力補正回路５の出力をもつてエ
ンジン制御回路６を制御しその出力をもつてインジエク
タ７を制御する。出力補正回路５及びエンジン制御回路
６はエンジン回転信号８，９等を加昧制御する事もでき
る。又エンジン制御回路６の出力は各種アクチユエータ
１０の制御にも利用される。向１１はインテークマニホ
ールド、１２は絞弁、１３はエアクリーナを示す。なお
第３図にその具体的回路の一例を示し、第５図に第３図
の各部波形を示す。

第３図及び第５図は出力変動幅×０．２５を出力電圧に
土のせした場合の回路図とその波形の説明図である。こ
れを説明すると第３図に訃いて第１図と対応部分は同一
番号を附して示してあるが、交流成分検出回路４は変動
巾検出回路としその各部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの波形
を第５図に示している。

Ａは熱線制御回路３の出力波形でその波動は第４図イに
示す熱線制御回路の流量対出力電圧特性により得られる
。Ｂ，Ｃはその波動の上限値及び下限値に基ずく電圧で
あり、その差電圧がＤで示される。

その差Ｄの２５％を補正電圧Ｅとして出力電圧Ａに上乗
せして補正出力Ｆとするものである。２５％の上乗せは
実験上適切なる値として選定したものである。

その関係を更に説明すると、第６図は流量計（熱線制御
回路）の流量に対する出力関係図で、実線Ｘは定常流の
場合を示し破線Ｙは出力平均後リニアライスした場合の
一定脈動率（脈動振巾の流量平均値に対する比率）の脈
動流の場合であり、前に述べた理由から後者は破線示の
ように低下する。

その現象がエンジンでは特に低吸入負圧時に脈動が激し
く第７図イのＦのように熱線制御回路出力では定常流で
でるべき出力（実線Ｘ）に対し特にエンジン出力大なる
部分つまり低吸入負圧時ほど吸気脈動が大きく指示流量
の低下が見られる。それを第７図口とハに示す。口図は
細い熱線の場合かまたは太めの熱線でも脈動周波数が低
い場合の吸入負圧に対する流量を示し、またハ図は太い
熱線を用いた場合のそれを示す。ここでＸは真の流量平
均値、Ｂは真の流量の最大値、Ｃは同最小値を示し、ま
た熱線出力の最大指示値はＤ、最小指示値はＥである。
なお熱線の出力平均値の指示量がＦであり、第３図の実
施例で補正した出力がＧである。つまり熱線出力平均値
から求めた特性Ｆの流量落ちこみ部を真の流量平均値Ｘ
に近ずけるよう補正を行なうのが本発明の主目的である
。第３図の実施例ではその補正法として第７図口に示す
ように熱線出力の変動幅Ａボルトの１／４を、特性Ｆに
加える事で真の流量平均値Ｘにより近い出力指示値Ｇを
得る事ができるものである。第８図は真の流量Ｘと補正
後の流量指示値である破線Ｇを示すが、破線Ｇで吸入負
圧０附近から実線Ｘから離れるのは脈動が大きいため逆
流が生じている場合にこの熱線制御回路３では熱線１が
流速のみを検知するため吸気脈動の正のみならず負の流
速時も同様に測定し上乗せするためで、この土乗せ部分
ではその影響が著しいが、高負荷時には燃料を増量する
方が車両性能上好ましいこともあり実用土はこの測定結
果による増量部分は影響が少ない。だが正の誤差として
大きくなりすぎる場合には流量出力を回転速度に依存さ
せて制限している。

その結果第９図の本発明で示すＡ／Ｆ特性となる。上記
実施例ではかなジの精度（±３（Ｆ６程度）が確保でき
るがエンジン回転速度により脈動周波数が変わるため応
答性の悪い太い熱線だと出力波形のなまり度合がかわる
ため回転速度の変化により少し精度が悪くなる（第７図
ハのＧ参照）。そこでエンジン又は各種ポンプの回転速
度によりその補正係数をかえてやるシステムにすると精
度は逆流のある場合は除いて±１．５％以下となつた。
第１図のエンジン回転信号８はこれを行なうためのもの
である。本発明によりエンジンでの燃料噴射量を制御し
た場合（第１図参照）空燃比Ａ／Ｆが一定に精度良く定
められる事を第９図に示す。

第２図は第１図実施例を簡素化したもので（特許請求の
範囲第３項に相当）熱線制御回路１００の出力の上限検
出回路１０１、下限検出回路１０２の出力から出力決定
回路１０３にて制御出力を決定し、これを直接エンジン
制御回路１０４に附加するもので、１０５は必要に応じ
附加するエンジン回転信号を示す。

第１０図は第２図の具体的な回路例を示し、出力決定回
路１０３によつて上、下限巾の７５％出力点の出力Ｈが
補正に適切として取出すものである。

第１１図はその波形図を示す。

なお応答性の良すぎる熱線を使用する場合（１０μ径以
下）、熱線制御回路の出力をフイルタ一に通してからの
補正が好ましい。

これは応答性が良すぎて乱流渦の出力がそのまま出てく
るため出力変動がいちじるしいためである。第１２図、
第１３図及び第１４図は特許請求の範囲第４項記載の発
明の実施例のプロツク図、回路図、波形等を示す。

第１２図に訃いて２００は熱線流速検出回路、２０１は
フイルタ一、２０２はピーク検出器、２０３は流量信号
を示し、第１３図はその具体的回路を示し、第１４図は
その出力波形を示す。

熱線検出回路２００の出力Ａは第１４図のように乱流成
分Ｎを含み該乱流成分Ｎをフイルタ一２０１を通して除
去した出力Ｎのピーク値をピーク検出器２０２に卦いて
検出する。Ｎ′は点火ノイズである。ピーク検出器２０
２の時定数を適当に選定すればその出力は破線示Ｒのよ
うになり、その平滑値を適当な値に設定することができ
るので、その値をもつて制御出力とすることができる。
応答性の良すぎる熱源を用いたＤノイズがのる場合はこ
のようにフイルタ一が必要となる。またビーク検出器２
０２に使われているダイオード（第１３図参照）や第３
図の４、第１０図の１０１，１０２に用いたダイオード
は理想ダイオードで構成される事が好ましい。この実施
例の場合応答性の悪い熱線でも又エンジン回転により出
力のなまｂかたがかわつても精度を確保できる。

これはピーク検出器の時定数によジ熱線流速検出回路２
００よりの出力のなまｂによる誤差が容易に打ちけされ
るためである。本発明の効果は下記の通りである。特に
応答性の良い細い熱線を使う必要はなく、ある程度太い
熱線（８０〜１００μ）を使える。

また高速のリニアライザー等を使う必要がなく、平均出
力をリニアライスすればよいためコスト安となる。簡単
な補正回路を使うだけでエンジンの条件にあつた燃料噴
射量が得られ精度上も良好である。

特許請求の範囲第３項記載の実施例の場合簡単な回路構
造となる。特許請求の範囲第２項記載の実施例にすると
熱線の応答が悪い場合に適して卦り、エンジン回転の変
化による誤差をなくす事ができる。

な卦エンジン全開時は吸気脈動の逆流による誤差（熱線
風速計は方向を測れない）が出てくるためエンジン全開
時Ａ／Ｆがリツチとなるが、これはエンジンに要求され
る性能と特性が合つており、流量センサのみで全開補正
ができるメリツトもでてくる（特に４気筒エンジンに有
利）。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の要領を説明する実
施例のプロツク図である。 第３図は第１図の具体的回路例、第４図イ部は熱線制御
回路の出力特性図、口部は脈動の流量波形、ハ部は出力
波形、第５図は第３図に示す各部波形図である。第６図
は熱線制御回路出力が定常流に対し脈動流が低下する関
係を説明する図、第７図イは本発明による補正をしない
場合の従来の熱線制御回路の出力特性の説明図、口とハ
は誤差と補正分の特性を示す。第８図は本発明による補
正をした場合の測定出力特性の説明図、第９図は本発明
の測定出力により燃料噴射量を制御した場合のエンジン
空燃比特性を説明する図である。第１０図は第２図を具
体化した回路例で、第１１図はその波形説明図である。
第１２図、第１３図及び第１４図は本発明の他の実施例
の説明図で、第１２図はプロツク図、第１３図は具体的
回路図、第１４図はその出力波形の説明図である。第１
５図は流量脈動に対する出力波形のなまｂを説明する図
である。１・・・・・・熱線、２・・・・・・温度セン
サ、３・・・・・・熱線制制回路、４・・・・・・交流
成分検出回路、５・・・・・・出力補正回路、６・・・
・・・エンジン制御回路、７・・・・・・インジエクタ
、８・・・・・・エンジン回転信号、９・・・・・・エ
ンジン回転信号等、１０・・・・・・各種アクチユエー
タ、１１・・・・・・インナークマニホールド、１２・
・・・・・絞弁、１３・・・・・・エアクリーナ、１０
０・・・・・・熱線制御回路、１０１・・・・・・上限
検出回路、１０２・・・・・・下限検出回路、１０３・
・・・・・出力決定回路、１０４・・・・・・エンジン
制御回路、１０５・・・・・・エンジン回転信号、２０
０・・・・・・熱線流速検出回路、２０１・・・・・・
フイルタ一２０２・・・・・・ピーク検出器、２０３・
・・・・・流量信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関又はポンプ等の流量検出手段として、流体
   中に加熱線を設定する熱線流速検出手段と、それより流
   速に関係した出力を発生させる熱線制御回路と、流速に
   関係した出力の交流成分の大きさを検出する交流成分検
   出手段と、その交流成分の大きさで流速に関係した出力
   を実流量値に近づけるよう補正する出力補正回路をもつ
   事を特徴とした流量検出装置。 ２ 上記出力補正回路が、上記交流成分検出手段とエン
   ジン又はポンプ回転信号により補正常数を決める事を特
   徴とした特許請求の範囲第１項記載の流量検出装置。 ３ 流速に関係した出力の上限を検出する上限検出回路
   と下限を検出する下限検出回路をもち、またその上限と
   下限の信号により補正された出力信号を発生する信号決
   定回路をもつ事を特徴とした特許請求の範囲第１項記載
   の流量検出装置。 ４ 内燃機関又はポンプ等の流量検出手段として、流体
   中に加熱源を設定する熱線流速検出手段と、それより流
   速に関係した出力を発生させる熱線制御回路と、熱線流
   速検出手段よりの出力変化のピークを検出するピーク検
   出回路をもち、そのピーク信号より実流量値に近づくよ
   うに補正された流速信号を得るようにした事を特徴とし
   た流量検出装置。