JPS604408B2 - カルマン渦流量計 - Google Patents

カルマン渦流量計

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JPS604408B2
JPS604408B2 JP55161865A JP16186580A JPS604408B2 JP S604408 B2 JPS604408 B2 JP S604408B2 JP 55161865 A JP55161865 A JP 55161865A JP 16186580 A JP16186580 A JP 16186580A JP S604408 B2 JPS604408 B2 JP S604408B2
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    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • F02D41/185Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow using a vortex flow sensor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車用エンジンの吸入空気量センサとして
使用するに適したカルマン渦流量計に関する。
従来のカルマン渦流量計としては、第1図にその概略的
構成を示したように、流体が流れるダクトー内に設置さ
れた渦発生体2の両側部を蓮通する貫通孔3内に熱線4
を架設し、カルマン渦5の発生いに伴って貫通孔3内に
生じる流れを、熱線4の放熱量の変化を利用して渦発生
に同期した交流信号に変換して検出し、この交流信号の
周波数または周期より流速または流量を計測するものが
ある。
図中、矢印6はダクト1内の流れの方向を示す。第2図
はその回路構成図で、7は渦検出器、8,9,10は熱
線4とともにブリッジ11を機成する固定抵抗、12は
ブリッジ11の不平衡電圧を検知して熱線4の温度(抵
抗値)を一定に保つようにブリッジ11への印加電圧を
自動調整する定温度制御回路、13は渦検出器7の出力
信号を増幅する交流増幅器、14は増幅された渦検出器
出力信号を矩形波に変換する波形変換回路であり、その
出力周波数は渦発生周波数f=k・v/d(k:比例常
数、v:流速、d:渦発生体の流の方向に直角な幅)に
対応する。したがって、単位時間内の矩形波出力(パル
ス)をカウントすることにより、流速または流量に対応
したディジタル量が得られる。しかしながら、従来のカ
ルマン渦流量計では、渦発生体の貫通孔内に熱線が内蔵
されている構造上の制約から渦発生体を小形化するのに
限度があり、このため単位流量当りの渦発生周波数を上
げられず、計測値の分解能を十分高くできないという欠
点がある。
また、熱線が断線するとその瞬間から計測機能が失われ
るため、このカルマン渦流量計を自動車用エンジンの吸
入空気量センサとして用い、その計測値に基づいて燃料
噴射量などを制御する場合、熱線の断線と同時に車両が
走行不能になるという問題点があった。
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、熱線に
よる渦検出器を2組用い、そのおのおのの熱線を渦発生
体の周辺または下流側に配置して渦発生に伴う流体の流
速変動を交互に電圧変動として検出し、それらの出力信
号の交流成分のみを差動的に増幅して得た信号を矩形波
に変換する構成とすることにより、渦発生体をさらに小
形化して単位流量当りの出力周波数の増大を可能にする
とともに、いずれか一方の熱線が断線した場合にも他方
の熱線により車両の定常走行に必要な計測機能を維持し
、かつ熱線が断線したことを運転者が認知できるように
して上試問題点の解決を図ったものである。
以下、本発明の実施例を図面によって説明する。
第3図および第4図は渦発生体と熱線の配置例を示す図
である。
図中、1は角形断面を有するダクトであり、たとえばエ
ンジンの吸気管路の途中に接続される。2はdを有する
2枚の板状体を対向配置して構成された渦発生体であり
「両端がダクトーに固定されている。
15a,15bは渦発生体2の下流側の渦通過領域に左
右対称に配置された2本の熱線であり、おのおのの熱線
はターミナル16a,16b間および17a,17b間
に架設され、ターミナル16a,16bおよび17a,
17bはそれぞれ絶縁体からなるスベーサ18a,18
bおよび19a,19bを介してダクトー内に固定され
ている。
2川まダクト入口に設置された整流用ハニカムである。
このように構成した場合「 2本の熱線15a,15b
は矢印6で示す流体の流れによって渦発生体2の両側に
発生するカルマン渦5に交互にさらされ、放熱量が変化
する。渦発生体2の形状は上記形状に限らず、渦の生成
に通したものであればどのような形状でもよい。
また、熱線15a,15bを装着する位置も上記位置に
限らず、渦発生に伴う流体の流速変動を交互に検出でき
る位置であればどこでもよく、たとえば流れに向った渦
発生体2の前面部あるいは両側部など、渦発生領域に近
接した周辺部に配置してもよい。第5図は本発明による
カルマン渦流量計の回路構成の概要を示すブロック図、
第6図は回路構成の具体例を示す図である。
図中、21a,21bは2組の渦検出器であり「次の各
部から構成されている。22a,23a,24aは固定
抵抗であり、熱線15aとともにブリッジ25aを機成
する。
26aは定温度制御回路であり、たとえば第6図に示す
ように差動増幅器27a、制御トラジスタ28aを主体
として構成され、ブリッジ25aの不平衡電圧を差動増
幅器27aで増幅ししその出力をブリッジ25aの電源
側に接続された制御トランジスタ28aのベースに負帰
還してブリッジ25aに印加される電圧を変えることに
より、熱線15aの温度(抵抗値)を一定に保つ作用を
する回路である。
同様に22b,23b,24bは熱線15bとともにブ
リッジ25bを構成する固定抵抗、26bは26aと同
様の機能を有する定温度制御回路で、第6図の差敷増幅
器27b、制御トランジスタ28bを主体として構成さ
れる。
このように2本の熱線15a,15bと、そのおのおの
に付帯して設けられたブリッジ25a,25bおよび定
温度制御回路26a,26bからなる加熱回路によって
2組の独立した渦検出器が構成されている。
ここで、熱線15a,15bはダクト1内の流れにさら
されているため、定常的な流れと、その中に発生するカ
ルマン渦による局所的な流速変動によって熱線の放熱量
が変化し、この放熱量の変化に対し熱線温度をほぼ一定
に保持しようとする定温度制御回路26a,26bの作
用によって熱線15a,15bに印加される電圧が変動
する(放熱量が増加すると熱線温度を上げようとして印
加電圧が大きくなる)。
この電圧変動を熱線15a,15bと固定抵抗24a,
24bの接続点より取り出し出力信号■,■として用い
る。
この出力信号@,■は定常的な流れの流速に対応した直
流成分と、カルマン渦による局所的な流速変動に対応し
た交流成分とを含んでおり、渦発生体2の両側に発生す
るカルマン渦5に2本の熱線15a,15bが交互にさ
らされることから、出力信号@,■の交流成分は渦発生
に同期して互に180oの位相差を持つことになる。2
9a,29bは渦検出器21a,21bのおのおのの出
力端に接続されたカップリングコンデンサであり、この
コンデンサを通して直流成分を除去された信号@,■が
差動増幅器30により差動的に増幅され、その出力信号
@は波形変換回路31で矩形波■に変換される。
第6図において、差動増幅器30の(十)入力には電流
電圧(十V)を抵抗32,33で分圧して得られた電圧
が基準電位として与えられており、同じ電圧が波形変換
回路31を構成するコンパレータの基準電圧としても用
いられる。
次に、上記のように構成されたカルマン渦流量計を自動
車用エンジンの吸入空気量センサとして用いた場合の動
作を第7図および第8図を参照して説明する。
第7図は渦検出器21a,21bともに正常に作動して
いる時の各部の信号波形図であり、T,およびT3は定
常走行領域、Lは急加速領域、T4は漸次減速領域を示
している。
この図に見られるように、カップリングコンデンサ29
a,29bを用いて渦検出器出力信号@,■の直流成分
を除去し、交流信号@,■として差動増幅器301こ入
力することにより、熱線15a,15bの抵抗値にバラ
ッキがある場合や表面の汚染度の違いにより熱線15a
,15bの放熱特性(渦検出感度)に差異が生じた場合
などでも、差動増幅器30の出力としては一定の直流レ
ベルを持つ安定した交流信号■が得られ、T.〜T4の
全領域で渦を忠実に検出できる。
コンデンサ29a,29bかないと、渦検出器出力信号
■,■の直流成分の差も増幅されるため、差動増幅器3
0の出力は直流レベルのゆらぎを含んだ不安定なものと
なり、渦検出機能がそこなわれてしまう。
第8図はいずれか一方の熱線(例として15b)が断線
した場合の各部の信号波形図であり、T,〜T3は第7
図と同様の領域を示している。
断線時には熱線抵抗が無限大となるため、定温度制御回
路26a,26bは熱線抵抗を下げようとして印加電圧
を極小値に安定させる働きをし、断線側の渦検出器を2
1bとすると、その出力■は一定の直流レベルになる。
この場合、コンデンサ29a,29bの直流阻止作用に
より断線側の渦検出器21bに結合されている差動増幅
器30の入力■は一定の基準電位に保たれ、正常に作動
している他方の渦検出器21aの出力の交流成分@のみ
が増幅されるこ−とになるため、第8図の最終出力波形
■に見られるように、定常走行時(T,およびT3)の
渦検出機能は何らそこなわれることがない。しかし「断
線後の急加速時(T2)などの急激な流速変動に対して
は、第7図に示したような正常時の2本の熱線による差
動検出機能が働かないため、このような急激な流速変動
時にのみ最終出力波形女五をこパルス欠落部34が生じ
、エンジンが不調になることから、運転者は流量計の異
常を認知することができる。
以上説明したように本発明によるカルマン渦流量計を自
動車用エンジンの吸入空気量センサとして使用すれば、
2本の熱線のいずれかが断線した場合でも残りの1本の
熱線によって車両定常走行に必要な計測機能が維持され
るうえ、断線後の急加速時などのように急激な流速変動
が生じた時に最終出力のパルス欠落からくるエンジンの
不調により断線を認知できるので、部品交換のため必要
な場所(サービスステーション)まで車両を自力走行さ
せることが可能となり、熱線の断線により走行不能とな
るのを防止できる。
さらに、熱線を渦発生体の外に配置したことにより渦発
生体を小形化して単位流量当りの渦発生周波数、したが
って出力周波数を増大させることができるので、計測値
の分解能が向上し、急加減途時の過渡特性を改善できる
という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のカルマン渦流量計の渦発生体と熱線の配
置を示す縦断面図、第2図はその回路構成を示すブロッ
ク図、第3図は本発明によるカルマン渦流量計の渦発生
体と熱線の配置例を示す縦断面図、第4図はそのx−X
線にそった横断面図、第5図はその回路構成を示すブロ
ック図、第6図は回路構成の具体例を示す図、第7図イ
〜こは正常作動時の各部信号波形図、第8図イ〜二は熱
線が1本断線した時の各部信号波形図である。 1・・…・ダクト、2…・・・渦発生体、3…・・・カ
ルマン渦、15a,15b…・・・熱線、21a,21
b・・・・・・渦検出器、25a,25b・・・・・・
ブリッジ、26a,26b…・・・定温度制御回路、2
9a,29b…・・・カップリングコンデンサ、30・
・・…差動増幅器、31……波形変換回路。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 流体が流れるダクト内に設置された渦発生体と、該
    渦発生体の周辺もしくは下流側に配置された2本の熱線
    とを有するカルマン渦流量計において、該2本の熱線と
    そのおのおのに付帯して設けられた加熱回路により渦発
    生に伴う流体の流速変動を交互に電圧変動として検出す
    る2組の渦検出器と、該渦検出器のおのおのの出力端に
    コンデンサを介して結合され各渦検出器の出力信号の交
    流成分の差をとる差動増幅器と、該差動増幅器の出力を
    矩形波に変換する波形変換回路とを有することを特徴と
    するカルマン渦流量計。
JP55161865A 1980-11-19 1980-11-19 カルマン渦流量計 Expired JPS604408B2 (ja)

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JPS5786013A JPS5786013A (en) 1982-05-28
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