JPS63265118A - 流量センサ - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、流れ方向の変化する流体の流量全検出する
流量センサに関するものである。

〔従来の技術〕

流体中に配設された加熱抵抗体を含むブリッジ回路（以
下、ブリッジという）の熱平衡状態から流量を検出する
方式の流量センサが従来より用いられている。白金線を
加熱抵抗体とする従来の空気量上ン丈に関して以下口面
により説明する。

第７図（ａ）は従来の熱線形空気量センサの計測機構部
を示す管路の長手方向に沿って切断して示す断面図であ
シ、第７図（ｂ）は第７図（ＩＬ）の側面図である。こ
の第７図（ａ）、第７図（ｂ）において、管路１内Ｋａ
、ｂ点の熱線支持体２を介して熱線ＲＨが空気の流れに
直交する平面内に張装されている。さらに、空気温セン
ナＲＣが流路１中に配設されている。

第８図は前記熱線ＲＨおよび空気温センｔＲｃを含むブ
リッジと、このブリッジが熱平衡を保つように温度制御
を行なう回路を示す図面であシ抵抗Ｒ１シよびＲ２と熱
線ＲＨと吸気温センｆＲＣとによジグリッツが構成され
、誤差増幅器１０１０両入力はブリッジの接続点す、ｆ
に接続され、誤差増幅器１０１の出力はトランゾスタ１
０２のペースに接続され、トランゾスタ１０２のエミッ
タはブリッジの一端ａに接続され、トランゾスタ１０２
のコレクタは電源１０３の（＋）端子に接続されている
。ブリッジの他の一端ｇはｔ源１０３の（へ）端子に接
続されている。

以上のように構成された流量センサの動作は公知である
ので、詳細な説明は省略するが、接続点す、ｆの電圧が
等しくなったときこの回路は平衡状態に達し、このとき
熱線ＲＨには流量に対応する電ｆｉＩＨがｆｉ：ｆ’ｉ
−ている。ｂ点の電圧ＶｏはＩｎ”Ｒ２であるので、こ
の電圧ＶＯが流量信号として用いられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のａｔセンプは以上のように構成され、流ｎ方向に
対称であるので、流れの方向が検出できないことは自明
である。したがって、内燃機関の吸入空気などｆＬｎ方
向が頻繁に変化する流量を計測する場合不都合であった
。

第９図は内燃機関の吸入空気に対応する出力の一例を示
した図でろって、ＱＰ　の部分は機関側に向って流れる
流量を、ＱＢ　の部分は機関から吹き返され、逆方向に
流れる流量に対応する。

このＱｎ　は本来波層のごとく出力されるべきところを
流量センサが逆流検出できないため、実線のごとく出力
されている。

機関が真に吸入した空気量は図から明らかなように（Ｑ
ｒ−Ｑｎ）であるが、吸気量センサ出力は（ＱＦ＋ＱＲ
）と出力されるので、２Ｑｎの検出誤差を有している。

機関が吹き返す空気量ＱＢ　は相当に大きく、２ＱＲの
誤差は真値に対して５０ｔｓを超えることが多く、機関
制御用にこの流量センサを使用することは問題でおった
。

このような問題点を考慮して特許公開昭５９−１４８８
２１号公報に示す発明が提案されている。

同出願においては、流量センサの出力波形の形状から具
体的には波形の最大値と最ｌト値とから逆流が生じてい
る期間を推定して、前記（ＱＦ　　ＱＲ）の値ｔ−ｇ出
する方法が示されている。

しかしながら、内燃機関の吹き返しによる波形は一般的
に複雑で、必ず第９図に示したような単純な波形とはな
らない。

何故なら機関の吹返した空気は吸気管内で共振し極大値
、極／Ｊ−１値が多数発生することが多いからである。

したがって、予め定めである吹き返し期間を推定するだ
めの論理が適用できる場合は少く実用にならない。

さら【、同出願では、この問題点を解決するための方策
として、流量センナの前後の差圧により吹き返しの期間
を検出する方式が示さｎているが、この差圧が極めて微
少であること、および差圧と流量の間に不安定な位相差
が存在することの二つの理由で、実用的な方法とは言え
ない。

この発Ｅ！Ａは、かかる問題点を解決するためになさｎ
たもので、吹き返しの波形に関わらず逆流を常に正確に
検出できる流量センｔを得ることｔ目的とする。

〔問題点を解決するための＋段〕

この発明に係る流にセンサは、流れに沿う少くとも−り
の平面内に張装するとともに、中間端子を設け、この中
間端子によって分割された各部の抵抗値または各部の印
加電圧の関係によって流れ方向を検出する加熱抵抗体を
設けたものでｂる。

〔作　用〕

この発明においては、分割された加熱抵抗体は流れ方向
に前後に張装されているので、流れ方向が変化したとき
分割された加熱抵抗体の抵抗値の比率か変化し、それぞ
れに印加さｎでいる電圧に差異が生じ、この電圧差を流
れの方向を示す信号とする。

〔実施例〕

以下、この発明のｉ量センサの実施例を図面によ！Ｊ説
明する。第１図はその一実施例におけるＩＪＱ熱抵机体
を１路に張装した状態を示す凶である。

この第１図において、第７図（勾、第７囚（ｂ）と同一
部分には同一符号・と付して述べる。この第１図にふ・
ｂて、′ら゛路１にＰ）１足の間隔をもった位置ａ。

ｂに熱線支持体２か収シ付けられておシ、この熱＆ｉ立
持体２の中間位置において、熱線支持体２と！″Ｃ反対
側に一子Ｃが管路１に設けられておフ、このムチＣＪａ
ｄより熱蒜ＲＨＩ、ＲＨ２が２分割さ扛ている。

すなわち、熱線ＲＨＩ、ＲＨ２の各一端ｔユ熱線支持体
２に固定され、熱線支持体１４Ｈ１、ＲＨ２の中間点か
端子ＣＶＣ接続されている。この熱線ＲＨＩ。

ＲＨ２はＤｔ体のａれに沿う平面内に張装されている。

７１ＩＪ熱抵抗体としては熱線のほかホットフィルムや
、コイル状に〆ビンに巻回された抵抗体など種々あるが
、この実施例では白金による熱線の例を示している。

熱線ＲＨＩおよびＲＨ２が図示のごとく配置しであるの
で、流れ方向が変化したとき熱応答に時間差が生じる。

また、ＲＣは管路１に設けられた吸気温センサである。

次に、第２図は前記熱！ＲＨＩおよびＲＨ２と吸気はセ
ンナＲＣを含むブリッジとこのブリッジを制御する回路
を示す回路図であシ、第８図の回路に対して熱線ＲＨＩ
およびＲＨ２に並列に接続された抵抗Ｒ３およびＲ４の
直列・体と接続点Ｃ／（第１図の端子Ｃ）およびｈに入
力を接続された電圧比較器（または演算増幅器）１０４
と、この電圧比較器１０４の動作にヒステリシスを与え
る抵抗Ｒ５とが付加されている。この抵抗Ｒ５は電圧比
較器１０４の出力端と接続点り間に接続されている。そ
の他の部分は第８図と同様である。

次に、第２図の回路の動作を第３図を併用して説明する
。熱線ＲＨＩとＲＨ２の直列体ｆｔ温度制御して、光量
に対応する出力ＶＯを発生させる機構および動作は従来
例と変わらないので説８Ａを割愛する。

空気の流れが変わると熱線ＲＨＩおよびＲＨ２の熱応答
時間により熱平衡状態が変わることは第１図の説明にて
述べた通フであって、このときＲＨＩ／ＲＨ２の比率が
変化する。

熱線ＲＨＩおよびＲＨ２の長さの比をαとし、抵抗Ｒ３
およびＲ４の比率をこれにほぼ等しく定めると流れの方
向が変化するときＲ）ｉｌ／ＲＨ２の比率は第３図（ｂ
）に示すように動作する。

まず、熱的に安定している状態でＲＨＩ／ＲＨ２＝α＝
Ｒ３／Ｒ４の関係にあシ、流れが正から静止を経て逆に
変るｔｌ　　の時刻において熱線ＲＨ２が先に冷却され
抵抗値が低下するので、ＲＨＩ／ＲＨ２＜α＝Ｒ３／Ｒ
４となる。

逆流が続くと、温度の安定化にともないＲＨＩ／ＲＨ２
＝α＝Ｒ３／Ｒ４に徐々に回復していき、その後流れが
逆から静止を経て正に変わるｔｚ　　の時刻において熱
線ＲＨＩが先に冷却され、抵抗値が低下するので、ＲＨ
Ｉ／ＲＨ２＞α＝　Ｒ３／Ｒ４となる。

電圧比較器１０４は抵抗Ｒ５によってヒステリシスを与
えられるので動作状態において反転のスレショールドレ
ベルはＲ３／Ｒ５／Ｒ４とＲ３／Ｒ４／Ｒ５に切シ換わ
る。ただし、Ｒ３／　Ｒ５およびＲ４／／Ｒ５はおのお
のＲ３とＲ５、Ｒ４とＲ５の並列抵抗値を意味する。

電圧比較器１０４にこのような特性を与えられているの
で、第３図（ｅ）に示すように、電圧比較器１０４の出
力ｖ。は時刻ｔｘ　、　ｔｚ　テｒｎ」からｒＬＪ、「
Ｌ」からｒＨＪと反転する。

したがって、出力ｖｃ　　が「Ｌ」レベルにある期間が
第３図（ａ）の逆流Ｑ、Ｈに対応する。これにより、図
示はしないが、演算装置にこの出力ｖｃ　　を第３図（
ａ）のｉｔ出力ＶＯとともに入力することによって、真
に機関が吸入した空気量（ＱＦＱＲ）　　を演算するこ
とは容易である。

また、流量センサ自体で逆流に対応する部分の極性を反
転し、流量出力ＶＯの波線で示したように出力すること
も容易である。

熱線ＲＨＩとＲＨ２を適度な距離を隔てるように張装す
ると、上ｆＬ０１ｉＩの熱線が下流側の熱線に熱量を与
えるため、正流期間中および逆流期間中において継続的
ＫＲＨＩ／ＲＨ２＞αおよびＲＨＩ／ＲＨ２くαの関係
が接続できる。

この場合は電圧比較器１０４に特にヒステリシスを与え
なくても同様の動作が得られること紘自明である。熱線
ＲＨｉとＲＨ２の比率αは動作を対称にするためほぼ［
月に設定するのが簡単であり好ましい。

しかしながら、機関の吸気管路は一般的に正方向と逆方
向でインピーダンスが異なる。そのため、流れ方向によ
って熱線の感度が多少異なる場合がある。この場合は、
感度に合わせてαの値を適度に定めると、上述の動作は
一層確実なものになる。

次に、この発明の他の実施例について説明する。

第４図は熱線に適度な長さを与えて、所望の感度を得る
ため、管路１のｄ、ｃ、ｅ点で折返し張装した場合であ
る。

この場合、熱線支持体のａ−０問およびｃ　−ｂ間を使
って上述の逆流検出が可能であるのは言うまでもないが
、正逆検出感度を高めるために熱線支持体のａ−ｄ間の
熱線ＲＨ４と熱線支持体のｂ−ｅ間の熱１ＲＨ１の抵抗
値を使って逆流を検出することも可能である。

第５図は第４図の構成に対応する回路図であって、第２
図の回路と重複する部分は省略しである。

この第５図において、熱線ＲＨＩ〜ＲＨ４および抵抗Ｒ
２ｔ−直列に接続して、抵抗Ｒ２の一端は電源１０３の
負極に接続し、熱線ＲＨＩの一端はトランジスタ１０２
のエミッタに接続するようになっている。

また、熱線ＲＨＩの両端間および熱線ＲＨ４の両端間に
差ｆ！ＩＩ増＠器１０５および１０６がそれぞれ接続し
ておシ、熱−ＲＨＩおよびＲＨ４に印加されている電圧
がおのおの増頓出力されている。

これらの増幅器１０５，１０６の出力′ｆ！：′ｉ１．
圧比較器１０４によって比較することによって、第２図
の実施例と同様逆Ｎ、を検出可能であり、かつ、熱ｉ　
ＲＨＩとＲＨ４に充分な距離が与えられるので、よ〕好
感匿な応答を得ることができる。

なお、第５図の電圧比較器１０４に第２図の実施例と同
様にヒステリシスを与えてもよい。

さらに、他の実施例を第６図によって説明する。

第６図（＆）はその管路１の長手方向に沿って断面した
図であフ、第６図（ｂ）は第６図（〜の側面図である。

コノ第６図（ＩＩＬ）、＠６図（ｂ）において、熱！Ｒ
ＨＩ　　およびＲＨ２は各々流れに沿う独立の平面内に
熱線支持体のａ、ｂ点と端子Ｃ間に張装しである場合で
ある。

熱線ＲＨＩとＲＨ２が異なる平面内に張装されているの
で、流れの上流側になる熱線によって発生する撹乱が下
流側の熱線に影Ｖを与えないので、良好な流量検出が可
能である。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおシ、加熱抵抗体が流体の流
れに沿う平面内に張装され、中間部で分割され、分割さ
れた加熱抵抗体の抵抗値または印加電圧を比較するよう
に構成したので、流体の流れの方向が検出でき、しかも
、流量に対応する複雑な出力波形を使わないので、常に
信頼性の高い逆流検出信号を得られる。

また、従来の流量センナの加熱抵抗体に中間端子を設け
るのみで、加熱抵抗体を新たに追加する必要がないこと
および中間端子は従来よ）加熱抵抗体の張装に使用され
ている支持体を利用できるとともに、分割された加熱抵
抗体の抵抗値の比率を極めて少規模な回路構成で検出可
能であるなどのすぐれた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

ａ！１図はこの発明の流量センサの一実施例における加
熱抵抗体の管路内の張装状態の一例を示す断面図、第２
図は第１図の加熱抵抗体を含むこの発明の流量センナの
回路の一実施例の回路図、第３図は同上流量上ンブの動
作を説明するための図、第４図はこの発明の流量センサ
の他の実施例における加熱抵抗体の管路内の張装状態を
示す断面図、第５因は第４図の加熱抵抗体を含むこの発
明の流量センサの他の実施例の第２図とは異なる部分の
回路図、第６図（ｊＬ）はこの発明の流量センサのさら
に異なる他の実施例における加熱抵抗体の管路内の張装
状態を示す断面図、第６図（ｂ）は第６図（ａ）の側面
図、第７図（ＩＬ）は従来の流量センサにおける加熱抵
抗体の管路内の張装状態を示す断面図、第７図（ｂ）は
第７図（ａ）の側面１、第８図は第７図（ａ）および第
７図（ｂ）の加熱抵抗体を含む従来の流量センナの回路
図、第９図は従来の流量センサの動作を説明するための
図である。 ＲＨＩ、ＲＨ２，ＲＨ３，ＲＨ４・・・熱線、Ｒ３，Ｒ
４・・・抵抗、ＲＣ・・・空気温センサ、１０４・・−
電圧比較器または演算増幅器。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）管路内の流体の流れに沿う少くとも一つの平面内
   に張装された加熱抵抗体を含むブリッジ回路と、このブ
   リッジ回路が所定の熱平衡を保つように制御する温度制
   御手段と、前記加熱抵抗体の中間部に設けられこの加熱
   抵抗体を分割する端子と、この端子によつて分割された
   前記加熱抵抗体の各部の抵抗値または印加電圧の関係に
   よつて流れの方向を検出する方向検出手段とを備えてな
   ることを特徴とする流量センサ。
2. （２）方向検出手段は加熱抵抗体の両端間に並列に接続
   された第１および第２の抵抗の直列接続体とこの加熱抵
   抗体の中間の端子および第１および第２の抵抗の接続点
   の電圧の差を増幅してその出力より空気の流れの方向を
   検出する出力を出す演算増幅器または電圧比較器とを備
   えてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   流量センサ。
3. （３）方向検出手段は分割された加熱抵抗体のおのおの
   の両端間に両入力を接続された複数の差動増幅器と、こ
   の複数の差動増幅器の出力の差を比較してその出力によ
   り空気の流れの方向を検出する出力を出す電圧比較器と
   を備えてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の流量センサ。