JPS6141919A - 熱線式流量計 - 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〕 本発明は熱線式流量計に係り、特に複数個所の流量を検
知するのに適した熱線式流量計に関する。

〔発宛の背景〕

自動車用の燃料供給系は、気化器と燃料噴射システムに
大別され、後者には機械式のものと電気式のものとがあ
る。電気式の燃料噴射システムにおいては１機関の運転
状態を知るため、吸入空気量あるいは吸気管圧力、絞り
弁開度、エンジン回転数などの信号をセンサで検知する
ことが行われている、現在の主流は吸入空気量とエンジ
ン回転数を検知して行う方式が主流であるが、吸収管圧
力とエンジン回転数による方式、いわゆるスピードデン
シティ方式も数多く採用されつつある。一方、燃料噴射
の方式としては、各気筒ごとに別個に燃料を供給するマ
ルチポイント式と、各気筒の集合部に単一に燃料を供給
するシングルポイント式とがある。前者はコストは高く
なるが、出力。

レスポンス等で後者より優れている。しがし構成の複雑
化、混合気形成などに課題を有しており。

上記後者のシングルポイント式も徐々に実用化の数を増
している。さらに第１図に示したように、上記両者の中
間的な方式も検討され出している。

これは２気筒の集合部にそれぞれ燃料を噴射する方式で
ある。４気筒エンジン１の吸気マニホルド２はそれぞれ
２気筒分を集合し、その上流に絞り弁４，５を配し、そ
の上流はエアクリーナ１０と接続されている。燃料は上
記絞り弁の上流あるいは下流部で噴射し、それぞれ２気
筒分をまがなうように構成されている。この方式の場合
、空気流量を検知する方式では、絞り弁４，５の開度特
性のバラツキを吸収するために、２個の空気流量計が必
要となるので、現在では、両者の吸気マニホルド間を連
通孔６で連通し、両者の圧力をバランスさせた上で、こ
の吸気管圧カフを検知し、またエンジン回転数８も検知
し、この両者をデジタル回路９に導びいて演算し、これ
に見合った燃料を噴射するという方式、すなわち、スピ
ードデンシティ方式が有望視されている。しかし、スピ
ードデンシティ方式の場合、ＥＧＲが付加されたシステ
ム、ターボチャージャが付加されたシステム等では十分
な機関負荷情報検知手段とは断定できない面を有してい
るのが現状である。したがって。

低コストな空気量検知方式の出現が望まれる。

また一方、燃料の計量方式という面でみると、電磁弁に
より燃料通路開口面積を時間的に開閉し、その開閉時間
比により燃料量を制御する間欠式と。

燃料通路開口面積を連続的に制御する連続式とに分離さ
れる。ここで後者は面積制御のため、機械的な寸法精度
で流量計量精度が決定されてしまうため、高精度な制御
には従来不向きとされてきた。

しかし、特開昭４８−７８３２７　　（υ５Ｐ、３７４
７５７７　）のように、燃料流量を検知して、それが空
気流量に見合った量であるかどうか比較し、最適値に対
して偏差がある場合にはその偏差がゼロとするように閉
ループ制御することにより、上記燃料量の計量誤差を吸
収するという方式を採用し、これによって、上記課題を
解決することができる。しかし第２図に示したように、
吸気マニホルド２，３にそれぞれ燃料を供給する場合、
その燃料計量部１１Ａ。

１１Ｂは図のように２個所必要となり、この場合燃料流
量センサもそれぞれ２個必要となる。したがってこのよ
うな場合もセンサの数が増して、コスト高になり、製品
化への併置となる。

以上述べたごとく、空気流量、燃料流量とも、複数個所
のものを検知することが望まれているが、その場合単に
センサ数を増加することで対処するとコスト高となり製
品化への併置になるという問題点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的とするところは、複数個所の流量を計測す
るために、安価な熱線式流量計を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴とするところは、流量センサとして熱線式
のものを用い、その駆動処理回路を共通化することによ
りコストアップを抑止するようにしたところにある。即
ち、流量検知部（プローブ）は計測個所毎に１個ずつ配
置し、これらのセンシング信号を時分割的に１個の駆動
処理回路で処理するようにしたものである。

［発明の実施例〕 熱線式の流量計あるいは流速計は一般的には気体用とし
て用いられており、その−路構成の概略は第３図に示し
たごとくである。温度依存性の抵抗値を持つ流速検知用
抵抗体１２、温度補償用抵抗体１３をそれぞれホイース
トンブリツジの各辺に配置し、該ブリッジの中点の電位
差がゼロすなわち、Ｒ，−Ｒ，＝Ｒ，−（Ｒｃ＋ｒ）の
関係となるように、差動増幅器１４、トランジスタ１５
により流速検知用抵抗体１２への供給電流を加減して閉
ループ制御し、そのときの供給電流を空気流量信号とす
るものである。ここで、空気温度が変化した場合には、
その空気温度を温度補償抵抗体１３を検知して、流速検
知用抵抗体１２との温度差がほぼ一定となるようにして
、空気温度の影響を受けないようにしているが、厳密に
はさらに固定抵抗１６を温度補償抵抗体１３と直列に接
続してこれを補償している。熱線駆動処理回路としては
、さらにこの中点のブリッジ電圧をゼロスパン回路１７
に導き、所定の信号レベルに変換して出力するような構
成となっている。

次に熱線式流量計による液体流量の検出の場合について
は、第４図に示したごとき回路構成が必要となる。第３
図の気体流量用の場合と異なるのは、温度厳密補償用の
固定抵抗体１６を流速検知用抵抗体１２と直列に接続す
るようにし、また。

流速検知用抵抗体１２の設定表面温度を気体の場合に比
べて十分小さくするようにした点であり。

それ以外は両者はぼ同様な構成である。ここではゼロス
パン回路１７は記載省略した。

本発明は、以上の気体、液体用いずれの場合も、流速検
知用抵抗体１２、温度補償抵抗体１３のみを検知対象の
流路に複数個だけ配置し、その他の回路植成部品は共有
化することによってそのコストを大幅に抑止したもので
ある。

第５図は本発明の一実施例を示したもので、２点計測の
場合である。このため２個の流速検知用抵抗体１８．１
９が測定対象の２個所の流路にそれぞれ設置され、この
流路は第１図、第２図のごとくほぼ同等な環境雰囲気下
であるとする。従って、温度補償抵抗体１３は、このい
ずれか一方の流路に設置するものとする。また、この場
合、測定対象流体は空気などの気体である。しかし、燃
料のごとき液体の場合には第４図で説明したように厳密
温度補償用の固定抵抗１６を第５図のＡ点に挿入すれば
よく他は同じであるから、ここでは。

空気の場合についてだけ説明する。流速検知用抵抗体１
８と１９はホイーストンブリツジの一辺に並列に接続さ
れ、その下段にトランジスタ２０、トランジスタ２１を
それぞれ接続する。トランジスタ２０は増巾器２２によ
って駆動され、トランジスタ２１は反転増巾器２３によ
って駆動されるようになっている。そして上記両増巾器
は同一のパルス波形を入力する接続となっている。ホイ
ーストンブリツジの中点の電圧はゼロスパン回路１７に
送られた後、Ａ／Ｄコンバータ２４を介してマイクロコ
ンピュータ２５にディジタル信号として入力される。そ
の他構成が第３図と同様なものは説明を省略する。

この回路の動作特性を第６図を用いて説明する。

信号入力端２６には５０％デユティのクロックＣＰが入
力される。そうすると、増巾器２２の出力Ｂはクロック
ＣＰと同じ波形、反転増巾器２３からはこれを反転した
パルス波形Ｃが出力される。

したがって、このパルス波形Ｂ、Ｃによってトランジス
タ２０．２１は交互にオンするから流速検知用抵抗体１
８．１９には交互に加熱電流Ｄ１（実線）、Ｄ２（点線
）が供給される。したがって、ホイーストンブリツジの
中点（第５図のＡ点）の電圧Ｅはこの両者の和の波形と
なり、これはゼロスパン回路１７を介してＡ／Ｄコンバ
ータ２４にレベル整形された形で入力される。ここでＡ
／Ｄコンバータによる信号取り込みは、信号入力端２６
のパルスＣＰに対して適当な時間差をもって同期して行
い、ディジタル信号に変換する０例えば、第６図Ｅの波
形をパルスＣＰの立ち上り、立ち下り時からΔｔだけ遅
れた時点のＥ、、Ｅ、をおのおの毎回取り込めばよい、
この取り込み周期はさらに遅くしてもよい。

なお、クロックパルスＣＰの周期が流速検知用抵抗体の
放熱時定数より長くなると上記抵抗体は加熱電流が供給
されない時間帯に表面温度が低くなるので、次に加熱電
流が供給された場合、表面温度を設定値に保つためにい
ったん過大な電流を供給するようになる。この様子を第
７図に示した。

すなわちクロックパルスＣＰが小さい周波数だと、抵抗
体１８．１９に供給される電流Ｄｉ、Ｄ２は、電流供給
直後に急激に大きくなり、その後設定表面温度に達する
と所定値にバランスするようになる、これによって中点
の電圧Ｅにもスパイクが生じるので、Ａ／Ｄコンバータ
２４への信号取り込みも、十分な時間ΔｔＸδだけ遅ら
せて電圧がバランスした状態の（ｆｆ号Ｅ、、Ｅ、を交
互に取り込むようにする必要がある。

第８図は本発明の第二の実施例を示したもので、第５図
のものと異なる点は、温度補償用抵抗体を流路毎に設置
するようにした点であり、このため同抵抗体２７．２８
がトランジスタ２９．３０と夫々直列接続されている。

したがって、この回路窃成のものでは、流体温度が異な
る２個所の流量を検知することができる。この回路は流
速検知用抵抗体１８に加熱電流を流したときには、温度
補償抵抗体２７をホイーストンブリツジの構成抵抗とし
、流速検知用抵抗体１９に加熱電流を流したときには温
度補償抵抗体２８をホイーストンブリツジの構成抵抗と
なるように動作させるものである。すなわち、抵抗体１
８用のトランジスタ２゜の駆動用信号を抵抗体２７の下
段のトランジスタ２９に接続し、抵抗体１９用のトラン
ジスタ２１の駆動用信号を抵抗体２８の下段のトランジ
スタ３０に接続し、トランジスタ２０がＯＮになるとト
ランジスタ２９が同時にＯＮ、トランジスタ２１がＯＮ
になるとトランジスタ３０が同時にＯＮになるという構
成である。この場合もＡ／Ｄコンバータへの信号取り込
みは前記と同様に行う。

以上示した実施例はいずれも、流速検知用抵抗体の表面
温度を流体の温度に対して所定の温度差に保持するため
の加熱電流値を電圧信号に変換してその信号レベルを空
気流量信号として出力する方法であった０次に、上記温
度差を一定に保持するのに、加熱電流一定で加熱時間を
制御することにより行う方法について述べる。

第９図はその方法を用いた第三の実施例である２測定対
象の流路は２個所、その温度は両者同一の場合の植成例
を示した。すなわち、第５図に示した条件と同一の場合
について適用できる１回路構成は第５図とほぼ類似して
いる。ここでは第５図と異なる点のみについて説明する
。クロックパルスＣＰは一定周波数で入力され、増巾器
２２、反転増巾器２３に接続されるとともに、てぃ倍回
路３１により半分の周期すなわち２倍の周波数のクロッ
クパルスとなり、演算増巾器３２の一方の端子に入力さ
れる。一方、差動増幅器１４がらの偏差信号が上記演算
増幅器３２のもう一方の端子に入力される。演算増幅器
３２ではこの両者の信号より、偏差に応じたデユーティ
パルスをクロックパルス間かくごとに発生し、これをト
ランジスタ１５に入力する。トランジスタ１５ではこの
信号を受けて、流速検知用抵抗体１８．１９に時分割的
に所定時間間かくで電流を供給するように動作する。演
算増幅器３２からの出力信号とてい倍回路３１からの出
力はまたカウンタ回路３３に導かれ、増幅器３２の出力
パルスのＯＮ時間がパルスごとにカウントして求められ
、そのディジタル値がマイクロコンピュータ３４に導か
れる。

以上の構成における動作を第１０図を用いて詳細に説明
する。クロックパルスＣＰは５０％デユーティでその周
波数は一定である。このクロックパルスにより増幅器３
２、反転増幅器２３からの　２（出力パルスＢ、Ｃは互
いに反転した形のパルスである。したがって第５図の場
合と同様にトランジスタ２０．２１はこのクロックＢ、
Ｃにより交互に動作可能となる。一方、てい倍回路３１
に導かれたクロックパルスＣＰからは、その立ち上り。

立ち下りごとにパルスが生成され、２倍の周波数のクロ
ックＦに変換される。したがって、タロツクパルスＣＰ
の立ち上りに対応するクロックパルスＦの発生後はトラ
ンジスタ２０側がＯＮとなっているので、流速検知用抵
抗体１８に加熱電流が流れ、差動増幅器１４に生じた偏
差が演算増幅器３２に導かれ、その偏差が雰となるよう
なデユーティのパルスＧが決定され、トランジスタ１５
を介して流速検知用抵抗体１８にそのＯＮ時間だけ加熱
電流が供給される。一方、クロックパルスＣＰの立ち下
りに対応したクロックパルスＦｌ生後はトランジスタ２
１側がＯＮとなっているので、流速検知用抵抗体重９に
加熱電流が流れ、差動増幅器１４に生じた偏差が演算増
幅器３２に導かれ、その偏差が零となるようなディーテ
ィパルスＨが決定され、トランジスタ１５を介して流速
検知用抵抗体１９にそのＯＮ時間だけ加熱電流が供給さ
れる。したがって演算増幅器３２の出力段の波形工は上
記の波形Ｇ、Ｈの和となるが、各パルス波形Ｇ、Ｈのパ
ルス幅Ｔ、、Ｔ、はそれぞれの流速検知用抵抗体１８．
１９が設置された流路の空気流量の大きさに対応するの
で、これを流量信号として用いることができる。そこで
この演算増幅器３２の出力信号ＩはクロックパルスＦと
ともにカウンタ３３に導かれ、それぞれの時間Ｔ、、Ｔ
。

がカウントされ、ディジタル信号に変換されたのちマイ
クロコンピュータ３４に導かれ、所定の演算によりそれ
ぞれの流路の流量が求められる。

なお、８定対象の複数個所の温度が異なっている場合に
ついては、第８図の回路に第９図で示した方法を付加す
ることにより容易に行えるので。

ここでは説明を省略する。また、流体が燃料の場合でも
前述したように厳密温度補償用の固定抵抗を流速検知用
抵抗体と直列に入れるだけで、他の回路構成は全く同一
でよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、測定流
体が気体でも液体でも、特に自動車用のごとき空気、燃
料のいずれのものでも、検知部（プローブ）のみを流量
検出個所ごとに設置し、その他の駆動処理回路は１個で
共有化することによって低価格で複数個所の流量を検出
できる熱線式流量計を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２連式の吸気系を有したエンジンの系統図、第
２図は２連式の燃料供給系の概念図、第３図は空気流量
検知用の熱線式流量計の回路図。 第４図は燃料流量検知用の熱線式流量計の回路図、第５
図は本発明の一実施例の回路構成図、第６図及び第７図
は第５図の回路の動作波形図、第８図は第５図を変形し
た本発明の第二の実施例を示す図、第９図は本発明の第
三の実施例を示す図、第１０図はその動作波形図である
。 １８．１９・・・流速検知用抵抗体、１３，２７゜２８
・・・温度補償抵抗体、１４・・・差動増幅器、１５゜
２０．２１，２９，３０・・・トランジスタ、２４・・
・Ａ／Ｄコンバータ、２５，３４・・・マイクロコンピ
ュータ、３１・・・てい倍回路、３２・・・演算増幅器
、３３・・・カウンタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ホイーストンブリツジの一辺に流速検知用抵抗体を
   他辺に温度補償抵抗体を設置し、温度補償抵抗体で検知
   した流体温度に対して一定温度差を流速検知用抵抗体の
   表面が保持するように流速検知用抵抗体に加熱電流を供
   給し、該供給した加熱電流値を流量信号として抽出する
   ように構成した熱線流量計において、流速検知用抵抗体
   は測定点毎に１個ずつ設置し、温度補償抵抗体は測定点
   の１つまたはすべてに１個ずつ設置するとともに、各測
   定点対応の流速検知用抵抗体を時分割的にホイーストン
   ブリツジの対応辺に順次接続し、もし各測定点毎に設置
   されている場合には温度補償抵抗体をもホイーストンブ
   リツジの対応辺に同時に接続してその時の上記加熱電流
   値を抽出する共通処理手段を設け、かくして複数個所の
   流量信号を検知できるようにしたことを特徴とする熱線
   式流量計。 ２、前記加熱電流は流速検知用抵抗体に連続的に供給さ
   れ、その電流値はアナログディジタル変換器を介して抽
   出されるように構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の熱線式流量計。 ３、前記加熱電流は流速検知用抵抗体に一定の大きさの
   可変パルス幅電流として供給され、その電流値はカウン
   タによるパルス幅計測によつて抽出されるように構成し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱線式
   流量計。