KR820002255B1 - 공기유량 측정장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

공기유량 측정장치

제1도는 본 발명 공기유량 측정장치의 1실시예를 나타낸 개략단면도.

제2도는 제1도에 나타낸 제어유니트의 1실시예를 나타낸 블럭회로도.

제3도 및 제4도는 본 발명에 의한 공기유량 측정장치의 상기 제어유니트가 행하는 연료량(Gf) 산출의 각 수순을 나타낸 플로우챠트.

제5도 및 제6도는 차압유량계의 압력셀서와 열식유량계의 발열체의 배치에 관한 별도의 실시예를 나타낸 개략단면도.

제7도는 본 발명에 적용하여 가장 적합한 발열체의 배치에 관한 별도의 실시예를 나타낸 개략부분 단면도.

제8도는 발열체를 지지하는 부재의 별도의 실시예를 나타낸 개략 단면도.

제9도는 발열체 및 공기온도 검지부재를 지지하는 지지체의 별도의 실시예를 나타낸 개략사시도.

제10도는 공지의 열식유량계를 나타낸 개략회로도.

제11도는 본 발명에 적용하여 가장 적합한 열식유량계의 실시예를 나타낸 회로도.

제12도는 본 발명에 적용하여 가장 적합한 열식 유량계의 다른 실시예를 나타낸 회로도.

제13a도, 제13b도 및 제13c도는 제12도에 나타낸 회로의 각점에 있어서의 각 파형을 나타낸 그래프이다.

공기의 통로에 배치된 발열체에 부착하는 먼지 등에 의해 시간이 경과됨에 따라 변하는 방열특성을 차압식(差壓式) 공기유량측정장치에 의해 얻어진 측정값으로써 교정함에 따라 내연기관의 흡입공기유량을 측정하는 장치. 본 발명은 자동차용 내연기관의 흡입공기량을 측정하는 장치에 관한 것이다.

종래에 자동차용 내연기관의 흡입공기량을 측정하는 측정장치로서는 미국특허 제3,796,198에 게시되어 있는 바와 같은 열식유량계(熱式流量計)가 있다. 상기 특허에는 공기흐름중에 열선과 같은 전기적 발열체를 배치하고 그 발열체로부터 공기유량에 따라 방열되는 방열량으로써 흡입공기 유량을 구하여 그것이 내연기관의 연료제어에 이용되고 있다. 또 미국특허 제3,969,614에 게시되어 있는 바와 같은 차압식유량계가 알려져 있다. 그 특허에는 드로틀밸브로 부터 하류(下流)의 흡기관을 흐르는 공기유량의 변화에 따라 변화하는 부압의 차를 검출함으로써 공기유량을 측정하는 차압식 유량계가 나타내져 있으며 그것이 내연기관의 연료제어에 이용되고 있다.

종래의 차압식유량계는 경시(經時) 변화에 의한 측정정밀도의 저하가 없으나(무시할 수 있는 정도로 적음) 저유량 영역에 있어서 충분한 측정밀도가 얻어지지 않는 결점이 있었다. 한편 종래의 열식유량계 에서는 경시변화에 따라 공기유량 측정의 정밀도가 저하하는 결점이 있었다. 즉 공기 흐름중에 배치된 열선과 같은 발열체에 공기중의 먼지가 시간이 경과됨에 따라 부착되므로 방열특성이 변화하는 점, 즉 열선의 유효 표면적이 변화하는 점 및 열선의 방열량이 변화함으로써 열식 유량계의 측정정밀도가 저하하는 점이다.

본 발명의 목적은 열식유량계가 가지는 경년(시) 변화를 보정할 수 있는 유량계를 제공하는데 있다. 본 발명에 의하면 차압식 유량계에 의해 얻어진 공기유량을 나타내는 값과 열식유량계의 출력값으로써 열식유량계의 경시변화계수가 교정(較正)되고 이 교정된 계수를 이용하여 상기 열식유량계의 출력값에서 양호한 정밀도의 공기유량이 측정되는 장치가 제공된다. 본 발명의 한 관점에 따르면 다음의 장치가 제공된다.

내연기관에 있어서의 주 벤츄리의 흡입공기 유량의 변화에 따라 압력차를 검지하는 압력센서를 구비하여 압력센서의 출력으로써 공기유량을 측정하는 차압식 유량측정수단과, 공기의 흐름중에 배치된 전기적 발열수단을 포함하여 발열수단으보 부터 공기중으로 발열량에 대응하는 신호를 검지하는 수단과, 검지수단의 출력과 시간이 경과됨에 따라 변화하는 계수를 사용하는 소정의 함수(關數)에 의해 공기유량을 검지하는 열식유량 측정수단과, 차압식 유량측정수단의 출력과 검지수단의 출력으로써 함수에 있어서의 상기 계수로 교정하는 수단과, 교정수단에 의해 교정된 계수와 검지수단의 출력을 사용하여 함수에 의해 상기 흡입 공기유량을 산출하는 수단등을 포함하는 공기유량 측정장치. 본 발명의 또 다른 관점에 따르면 다음과 같은 장치가 제공된다.

내연기관에 있어서의 주 벤츄리의 흡입공기유량의 변화에 따라 변화하는 소정의 2점간의 압력차를 검지하는 압력센서를 구비하여 압력센서의 출력으로써 소정의 제1함수에 의해 상기 공기유량을 측정하는 차압식유량 측정수단과, 소정의 공기 통로중에 전기적 발열체를 유지시키는 지지수단과, 전기적 발열체를 포함하여 발열체로 부터 공기중으로의 방열량에 대응한 신호를 전기적으로 검지하는 수단과, 검지수단의 출력과 시간이 경과됨에 따라 변화하는 계수를 사용하는 소정의 제2함수에 의거하여 상기 공기유량을 검지하는 열식유량 측정수단과, 차압식유량 측정수단의 출력과 상기 검지수단의 출력으로써 제2함수에 있어서의 계수를 교정하는 수단과, 교정수단에 의해 교정된 계수와 검지수단의 출력을 사용하여 제2함수에 의거하여 상기 흡입공기 유량을 연산하는 수단등을 포함하는 공기유량 측정장치.

그리고 상기의 다른 목적, 본 발명의 특색과 이점은 첨부 도면을 참조하여 아래와 같이 설명함으로써 더 명백해질 것이다.

제1도는 본 발명 공기유량 측정장치의 1실시예를 나타낸다. 도면에 있어서 주 벤츄리(1)는 금속제 벤츄리챔버보디(2)에 의해 획정(劃定)되어 내연기관에의 공기통로를 형성한다. 바이패스통로(3)는 보디(2)의 일부에 설치되어 주벤츄리(1)를 통과하는 공기의 일부가 화살표로 나타낸 바와 같이 바이패스 통로(3)를 통과한다. 바이패스통로(3)의 입구부에는 오리피스(4)가 설치되고 또 출구에는 오리피스(3A)가 설치되어 그들은 주 벤츄리(1)를 통과하는 공기유량과 바이패스통로를 통과하는 공기량과의 비(분류비)를 획정하기 위한 것이다. 바이패스통로의 출구는 주벤츄리의 최협부(1A)에 위치하여 있다. 주벤츄리(1)의 하류에는 공지의 드로틀밸브(5)가 설치되며 그리고 연료를 분사하기 위한 연료분사기(6)가 드로틀챔버(7)에 설치되어 있다. 주 벤츄리의 입구부에는 먼지 등이 바이패스 통로에 들어오는 것을 방지하기 위한 커버(8)가 설치되어 있으며 주 벤츄리의 상류에는 에어필터장치(9)가 설치되어 있다.

상기 바이패스통로 내에는 열식유량계의 발열체(10)가 배치되어 있고 그 발열체(10)는 발열체를 구동하여 공기의 유량을 나타내는 출력신호(V)를 출력하는 열식유량계(11)가 접속되며 그리고 이 열식유량계의 출력(V)는 제어유니트(200)에 입력된다.

차압변환기(15)(차압센서)는 에어크리너하류, 즉 주벤츄리 입구부의 공기압과 벤츄리 최협부(1A)의 공기압과의 차압을 전기적으로 측정하여 차압신호(ΔP)를 출력하는 것으로써 그 자체는 공지의 것이다. 이 신호(ΔP)도 제어유니트(200)에 입력된다. 이 차압센서(15)를 사용하는 대신 점선으로 나타내는 바와 같이 주벤츄리 입구부와 드로틀밸브(5)의 하류와의 사이의 공기차압을 검지하는 차압센서(20)를 사용할 수도 있다.

제2도는 제1도의 제어 유니트의 1실시예를 나타낸다. 이 제어유니트에 입력되는 신호는 대별하면 3가지가 있다. 그 첫째는 아날로그 신호로써 열식유량계(11)의 출력(V), 차압센서(15)의 출력(ΔP), 대체적 차압센서(20)를 사용하는 경우는 그 출력(P), 공기온도(Ta).

둘째로는 고레벨 또는 저레벨인가의 신호 즉 ON 또는 OFF의 상태를 나타낸 신호로써 드로틀밸브(5)가 전폐위치인지의 여부를 나타내는 신호(θTH)이다. 신호(θTH)는 밸브(5)의 동작과 연동하는 스위치(SW)(도시하지 않음)를 사용하여 얻어진다. 이 신호는 1비트의 디지틀 신호로써 취급할 수 있다.

셋째는 패널열(列) 신호이다. 도시하고 있지 않지만 엔진의 회전수를 나타낸 패널신호(N), 기준 크랭크 각신호 CRP 라든가 포지션펄스신호 CPP가 있고 공지의 크랭크각센서(도시하지 않음)로 부터 이러한 신호가 보내져 온다. 종래 CRP는 4기통 엔진의 경우 크랭크 각 180도마다 1펄스가 출력되며, 6기통의 경우 120도, 8기통의 경우 90도마다 1펄스가 출력된다. CPP는 예컨대 크랭크각의 0.5도 마다 출력된다.

제어유니트(200)에 포함되는 CPU(208)은 디지틀연산 처리를 행하는 중앙처리기이고 ROM(207)은 제어프로그램 및 고정데이터를 격납하기 위한 기억소자이며, RAM(209)은 독출(read out) 및 가입가능한 기억소자이다. CPU(208)가 버스를 거쳐서 I/O 포오트(210)에 멀티플렉서 제어신호를 부여하면 I/0포오트(210)는 제어선(220)을 거쳐 예컨데, 열식유량계의 출력신호(V)를 A/D 콘버어터(204)에 취입한다.

입출력포오트회로(210)는 입력신호를 A/D 콘버어터(204) 및 스위치(SW)로 부터의 신호(θTH), 및 크랭크각신호 CRP, CPP 신호를 받아 CPU(208)에 버스를 거쳐 신호를 보낸다. 또 CPU(208)로 부터 I/O포오트를 거쳐 제어신호 Gf×IGN이 분사기라든가 점화코일(18)에 각각 보내진다. 그리고 상기 제어유니트를 구성하는 각 회로 및 소자에 전원단자(+B)로 부터 전압이 인가되고 있는 것은 당연하나 도면에서는 그 기재를 생략한다. 그리고 분사기(6) 및 점화코일(18)에는 각각 밸브를 구동하기 위한 전자코일 및 전자에너지를 축적하기 위한 1차코일(19)(제1도)이 설치되고 이 코일의 1단은 전원단자(B)에 접속되며 타단은 입출력 인터페이스회로(210)에 접속되어 신호(Gf) 및 IGN에 의해 분사기(6)나 점화코일(18)에 흘러 들어가는 전류가 제어된다.

열선식 유량계(11)의 신호(V)와 기관흡입공기의 질량유량(G)과의 사이에는 다음의 관계가 있다.

여기에 Tw : 발열체 즉 열선의 온도

Ta : 흡입공기의 오도

S : 열선의 표면적

A, B : 정수

여기서 열선식 유량계의 경시변화로써는 센서 표면에의 먼지의 부착에 따른 열선의 유효 표면적(S)의 변화 그리고 열선 저항값의 경시변화에 따른 Tw의 변화가 일어난다. 그래서(1) 식을 다음(2)식과 같이 고칠수가 있다.

여기에 K=(Tw-Ta)×S 그렇게 하면 시간이 경과됨에 따라 변화(경시변화)하는 정수는 K뿐이다. 따라서 K의 값을 적당하게 수정 즉 교정함으로써 열선유량계의 출력 경시변화의 문제를 해결할 수 있다. 그리고 량산시의 열선유량계의 출력의 변화도, (1)식의 표면적(S), 열선온도(Tw)의 변화에 수반하는 것이므로(2)식의 K의 값을 각각의 유량계 마다 수정함으로써, 량산시의 열선 유량계의 출력의 변화도 보정할 수 있다. 이하 K의 값을 교정정수라고 칭한다. 한편 제1도에 나타낸 차압센서(15)의 출력(ΔP)과 기관 흡입공기의 질량유량(G)과의 관계는 (3)식과 같이 된다.

여기에 C : 유량계수, As : 유로단면적, ΔP : 벤츄리차압, g : 중력의 가속도, r : 비중량

여기서 C, As, g는 거의 정수(D)라고 생각할 수 있기 때문에 공기의 비중량(r)과 벤츄리차압(ΔP)을 구하면 흡입공기의 질량유량(G)을 구할 수 있다. 또 공기의 비중량(r)은 대부분 공기온도의 함수이므로 공기온도센서, 후술하는 제7도의(69) 또는 제9도 (84) 또는 제10도의 R₄등을 설치하여 비중량(r)을 구한다. 또(3)식으로서 제1도에 나타낸 차압센서(15)에 의해 공기유량을 구하는 방법은 다음과 같다.

공기유량(G)이 클때 정밀도가 좋다는 것은 알려져 있기 때문에 제1도에 나타낸 차압센서(15)의 출력(ΔP)이 어느 소정의 값(ΔP)₀보다 클때에 P와 공기의 비중량(r)(공기온도)를 구하여 (3)식으로써 질량유량(G)을 구하고 그리고(2)식으로, 앞서 구해진 G와 열선유량계의 출력(V)을 대입하여 교정정수(K)를 구한다. 이후는 (2)식으로써 이 갱신된 교정정수(K)와(열신유량계의 출력(V)에 의해 흡입공기유량(G)을 구하고 공지의 수단으로써 필요연료유량(Gf)을 연산에 의해 구한다.

이와 같은 연산처리를 행하는 제어유니트(200)의 동작을 제3도 및 제4도의 플로우챠트를 사용하여 이하 설명한다. 또 이들의 프로그램은 엔진의 어느 운전 조건의 변화 또는 이미 지령된 시간의 경과에 따라 기동된다. 우선 제1스텝(301)에서는 열식유량계(11)의 출력(V), 차압센서(15)의 출력(ΔP)의 각 신호를 취입한다. 그 동작은 연료계나 점화계의 제어를 하기 위해 전술한 바와 같이 CPU의 제어하에 멀티플렉서 A/D 콘버어터를 거쳐 높은 빈도로 행해지고 있으므로 그 때문에 데이터를 이 프로그램 처리를 위해 RAM의 결정된 에리어에 격납하는 것이다.

다음에 스텝(302)에서는 미리 ROM(207)에 기억되어 있던 기준값(ΔP)₀가 CPU(208)로 부터의지령으로 버스를 거쳐 독출되어 신호(ΔP)와의 비교가 CPU(208)에서 행해진다. 그 비교결과 ΔP의 값이 소정의 기준값(ΔP) 보다 클때에는 스텝(305)에서 공기 온도를 나타내는 신호(Ta)의 디지틀화된 신호가 CPU(208)의 지령하에 독출된다.

그리고 다음의 스텝(306)에서는 독출된 신호(Ta)로서 공기 비중량(r)의 연산이 소정의 연산식에 의해 행해진다. 그리고 스텝(307)에서는 스텝(306)의 연산결과의 r와 독출된 신호(ΔP)를 사용하여 이미 프로그램된 제(3)식에 의해 공기유량(G)이 산출된다. 다음에 스텝(308)에서는 스텝(307)에서 구한 결과값(G)와 이미 독출되어 있는 값(V)으로서 CPU(208)의 제어하에(2)로서 나타내지는 연산식에 의해 교정계수(K)를 산출한다. 이 계수(K)의 산출은 항시 산출하는 것이 아니고 소정의 시간간격을 두고 산출해도 좋다. 즉 점선으로 나타낸 바와 같이 스텝(308)은 생략될 수 있다.

이 산출결과 K는 예컨데, RAM(209)에 스토어 도어 후술하는 스텝(303)에 의해 필요에 따라 독출된다. 스텝(307)에서 산출된 값(G)은 스텝(304)의 연산에 사용되며 엔진의 1회전당의 공급연료량(Gf)이 산출된다. 스텝(304)의 식중 E는 정수이다.

이상 기술한 바와 같이 차압신호(ΔP)가 기준값(ΔP)₀보다 크게된 때에는 즉 공기유량이 큰 경우에는 차압식 유량기의 출력(G)은 정밀도가 양호하기 때문에 그 출력(G)을 사용해서 연료제어가 행해진다.

한편 ΔP＜(ΔP)₀의 경우 즉 유량이 작은 경우에는 차압식 유량계의 상기 출력(G)을 사용하여 연료의 제어를 하지 않고 대신 열식유량계에 의해 (2)식을 사용하여 출력(G)을 구하여 이 값(G)에 따라 연료의 제어를 행하는 것이다.

이 (2)식의 연산에 있어서는 경시변화하는 계수(K)로서 상술한 스텝(308)에 의해 산출된 교정계수(K)가 사용되는 점에 주목해야 할 것이다. 따라서 열식유량계의 방열체의 먼지등의 부착에 의해 생기는 열식유량계의 출력의 오차가 스텝(308)에 의한 교정된 계수(K)를 사용함으로써 수정되는 것이다. 다음에 ΔP＜(ΔP)₀의 경우에 관해 제3도의 플로우챠트에 따라 기술한다. 스텝(302)에서 ΔP

(ΔP)₀가 성립하지 않았다고 판별되면 독출된 값(V)와 RAM(209)에서 독출된 전술한 스텝(308)의 결과값(K)가 독출되어 CPU(208)의 제어하에 미리 ROM(207)에 프로그램되어 있는 (2)식의 연산이 행해져 공기유량(G)이 산출된다.

이 값(G)에 의해 스텝(304)에서는 연료량(Gf)이 산출된다. 이상 기술한 제3도의 플로우챠트는 압력센서(15)가 주 벤츄리입구부와 주 벤츄리 최협부(1A)와의 사이에 공기압차를 검지하는 경우의 것이었으나 제4도는 압력센서(20)(제1도)가 주 벤츄리 입구부와 드로틀밸브의 하류와의 사이의 공기압차를 검지하는 경우의 것이다.

이와 같은 공기압 측정에 있어서는 소위 배기환류(EGR)가 행해지면 공기압 측정 센서는 공기유량과 환류된 배기가스유량과의 양자의 합계량을 측정하게 되어 공기유량만을 정확하게 측정할 수 없게된다. 그래서 배기환류를 행하지 않은 운전 조건에서는 흡기압력을 측정하여 하기의 (4)식으로 흡입공기유량을 구하고 배기환류를 행하는 운전조건에서는 열선식유량계에 의해 공기유량을 구하는 것이 유효하다. 그리고 열선식유량계의 경시변화를 보상하기 위하여 흡기압력(P)과 기관회전수(N)에 의해 구해진 흡입공기 유량신호로써 제3도에서 기술한 계수의 교정과 같이 열선식 유량계를 교정하는것이 유효하다. 압력센서(20)의 출력과 엔진흡입공기유량(C)과의 사이는 다음의 관계가 있다.

여기서 N : 엔진 회전수

i : 실린더수와 2사이클엔진 또는 4사이클 엔진에서 결정하는 정수(예컨데 4실린더 4사이클 엔진이라면 i=2)

Vℓ : 기관배기 용량

P : 드로틀밸브 하류의 압력(흡기압력)

Ta : 흡입기공기의 절대온도

이와 같은 연산처리를 하는 제어유니트(200)의동작을 제4도의 플로우챠트를 사용하여 이하 설명한다. 우선 제1스텝(401)에서는 열식유량계(11)의 출력(V)이 앞서 설명한 바와 같이 독입(read)되고 또 엔진회전수(N)도 도입된다. 다음에 스텝(402)에서는 EGR이 지금 행해지고 있는지의 여부가 판단된다. 이것은 환류배기가스 통로를 차단하는 밸브가 닫혀 있는가의 여부에 따라 ON-OFF 신호를 내는 스위치(도시하지 않음)로서 제2도의 신호(EGR)를 얻을 수 있다. 스텝(402)에서 EGR이 행해지고 있다고 판단되면 스텝(403)에 의해 압력센서(20)로 부터 차압신호(P)와 공기온도(Ta)가 다시 독입되어 다음의 스텝에서 그들의 값(V), (P), (Ta)로 부터 다음의 식으로서 1회전당의 필요연료량(Gf)이 산출된다.

F는 정수

이와 같이 EGR이 행해지지 않은 모드에서는 이 스텝(404)에서 얻어진 결과값(Gf)가 연료제어에 사용된다. 스텝(405)에서는 제(4)식에 의해 연산이 행해져 공기유량(G)이 얻어지고 이 값(G)와 독입된 값(V)로써 교정정수(K)의 산출이 행해진다. 이 고정정수의 연산은 전술한 바와 같이 항상 필요치는 않으며 적당한 시간 간격을 두고 행하면 좋다. (점선으로 나타낸다) 산출된 교정정수는 전술한 바와 같이 RAM(209)에 스토어 된다.

한편 EGR이 행해지고 있는 경우에는 전술한 바와 같이 차압유량계의 측정값이 정확하게 얻어지지 않기 때문에 연료량(Gf)을 열식유량계에서 얻는 것이다. 이 때 발열체의 먼지 등에 의한 경시변화는 스텝(406)에서 얻어진 이미 교정된 정수(K)에 의해 보정되기 때문에 먼지 등의 부착에 기인하는 측정값 오차는 제거되는 점에 주의해야 할 것이다.

이와 같이 EGR이 행해지고 있는 경우에는 스텝(407)에서 교정계수(K)와 값(V)를 사용하여 공기유량(G)이 구해지고, 다음에 스텝(408)에서는 스텝(304)과 마찬가지의 연산식에 의해 스텝(407)에서 얻어진 값(G)을 사용하여 연료량(Gf)이 산출되는 것이다. 이 신호(Gf)에 의해 분사기(6)가 제어된다.

제5도 및 제6도는 차압유량계의 압력센서와 열식유량계의 발열체의 배치에 관한 별도의 실시예를 나타낸다. 제1도에 있어서의 그들의 배치와 비하여 제5도에서 상이한 것은 열선(10)이 주벤츄리 챔버보디(2)에 설치된 바이패스통로(60)에 설치되어 주벤츄리(1)를 거쳐 그 바이패스통로(60)와 대향한 부분에 압력센서(15)에 설치하는 통로(50)가 설치되어 있다.

바이패스통로(60)의 입구와 출구에 각각 설치된 오리피스(61), (62)는 주벤츄리를 흐르는 공기량과 바이패스통로(60)를 흐르는 공기량과의 비(분류비)를 소정의 일정값으로 확정하기 위한 것이다. 오리피스(62)는 주벤츄리의 최협부(最狹部)(1A)에 위치하고 있다.

제6도는 제5도에 비하여 열선(10)의 배치만이 다를뿐 열선(10)은 주(主) 벤츄리(1) 내에 같은 측으로 설치된 통상의 부(副) 벤츄리(65)내에 설치되어 있다. 이 실시예에 있어서도 주 벤츄리를 통과하는 공기량과 부벤츄리(65)를 통과하는 공기량과의 비는 일정하게 획정되어 있다. 이 실시예에 있어서는 부벤츄리(65)를 통과하는 공기량이 제1도 및 제5도로 나타낸 바이패스통로(60)를 통과하는 공기량에 비하여 크기 때문에 통로의 벽면 마찰에 의한 악영향을 받지 않고 이 실시예의 배치에 의하는 공기량비가 높은 정밀도로 유지되는 이점이 있다.

제7도에서 제9도까지의 도면은 본 발명에 적용되는데 가장 적합한 발열체 배치 및 발열체 지지구성의 각 실시예를 나타낸다. 제7도는 공기통로내에 설치되는 발열체(10) 및 공기의 온도를 감지하는 부재의 배치를 나타낸다. 공기통로는 제6도와 같은 부벤츄리(65)에서 형성되어도 좋으며 바이패스통로(60)라도 좋으나 제7도에서는 중공(中空)원통(66)으로써 형성된다.

발열체(10)는 열 절연재 예컨대, 세라믹으로 된 원주(64)의 외표면에 복수회 강겨진 발열저항체로서의 백금 세선(63)을 가지며 그 세선의 양단은 피복된 리드선(68)에 의해 접속되어 있다.

이와 같은 발열체(10)는 공지이다. 또 백금선의 대신 텅스텐의 가느다란 선 혹은 막상(膜狀)의 발열체를 사용하는 것도 가능하다. (69)는 예컨대 더어미스터 등의 온도검지부재로써 공기의 온도를 측정하는 것이다. 다음에 상세히 설명하지만 열식유량계에 있어서는 이 발열체(10)와 공기온도검지부재(69)가 저항브리지의 2변을 구성하도록 하여 열식유량계의 출력이 공기온도로서 보정된다.

이 경우 발열체(10)가 인가전류에 의해 가열되면 그 발열체로 부터의 열의 일부는 금속세선을 지지하는 지지원주(64), 리드선(68)을 통하여 원통(66)의 방향으로 빠진다. 또 열의 일부는 복사에 의해 원통(66)의 방향으로 빠진다.

이러한 열의 유출은 유량계의 출력값에 영향을 주므로 가능한한 적은것이 바람직하다. 따라서 가능한한 지지원주(64), 리드선(68)을 가느다랗게 만들어 복사열의 손실을 방지하는 것이 바람직하다. 제7도의 실시예에서는 발열체(10)가 부재(69)보다도 상류에 있으므로 발열체(10)는 혼란이 없는 공기중에 존재한다.

따라서 적절한 방열을 기대할 수 있다.

제8도는 발열저항을 지지하는 부재의 별도의 실시예를 나타낸 것으로써 발열저항체(70)는 그 내부에 중공부분(71)을 가진 지지부재(72)에 의해 지지되어 있다.

이 지지부재는 예컨대 세라믹제 또는 유리이다. 또 지지부재(72)와 같은 재료로 저항체(70)의 표면이 피복되어 환경의 변화로부터 보호된다. 이러한 구조의 지지부재(72)는 중공부분이 있으므로 지지부재자체의 열용량이 적기 때문에 방열 응답성에 있어서 우수한 것이다.

제9도는 발열저항체 및 공기온도검지부재를 지지하는 지지체의 별도의 실시예를 나타낸 것으로써 80은 백금 또는 은을 주체로 한 페이스트를 막상의 평판(81)에 도포한 것을 녹여 붙여서 제조되는 발열저항체인 것이 바람직하다.

지지기판(81)은 세라믹 또는 유리의 평판으로 일단은 예컨대 세라믹 또는 합성수지로 된 단열성 지지체(82)에 고정되어 있으며 타단에는 관통공(83)이 설치되어 이 관통공의 개구부에 공기온도 검지부재(84)(예컨대 더어미스터)가 그 전극선(85)에 접속되고 또 지지체(82)의 타단면에 설치된 터미널(86)에 접속되어 있다. 마찬가지로 상기 저항체(80)의 양단은 터미널(87)에 접속되어 있다. 이와 같은 저항체는 예컨대 전술한 원통(66)의 측면에 지지체(82)가 삽입할 수 있도록 (도시하지 않음)구멍을 설치하여 이 구멍으로 부터 원통(66)의 공기 통로내에 삽입될 수 있다. 그때의 공기가 흐르는 방향은 제9도의 화살표를 나타내진다.

제10도는 그 자체 공지의 일식유량계를 나타내지는 본 발명에도 적용 가능한 것이다. 저항(R₁)과 발열저항체로서의 저항(R₅)과는 저항 브리지회로의 대변을 구서하여 저항(R₂)과 저항(R₃) 및 공기 온도검지기의 저항(R₄)의 합과는 같은 브리지 회로의 다른 대변을 구성하고 있다.

지금 R₁=R₂라고 설정하면 R₃+R₄=R₅인때 A·B사이의 전압(V_AB)는 영이지만 발열저항체의 방열량의 변화에 의존하여 저항(R₅)의 값이 변화한다.

그 변화에 따라 변화하는 전압(V_AB)는 증폭기(90)에 의해 증폭되어 트랜지스터(T_r)의 베이스에 인가되므로 전원(E)으로 부터 브리지회로에의 전류가 전압(V_AB)이 영이 되도록 제어한다.

이와 같은 제어동작을 하여서 공기유량이 변화하면 그에 응동하는 방열량의 변화로써 저항(R₅)을 흐르는 전류는 변화하여 B·C점 사이의 전압(V_BC)는 증폭기(92)를 거쳐서 공기유량을 나타내는 신호(V)로서 출력된다.

제11도는 본 발명 장치에 적용하여 가장 적합한 열식유량계를 나타낸다.

공기온도검지용 저항을 저항 브리지에 조입할 때는 전류에 의한 과열을 피하기 위해 커다란 저항값의 소자로 하는 것이 필요하게 된다. 그 때문에 그 소자의 형상도 크게 되고 응답성이 나쁘게 된다.

이것을 방지하기 위해 제11도에 나타낸 바와 같은 구성을 택하는 것이 바람직하다. 도면중 트랜지스터(T_r2)는 전압 또는 전류에 의해 저항값이 변화하는 소자라면 그외의 예컨대, FET, 정열형(停熱型)더어미스터라도 좋다.

저항기 (R₆), (R₇), (R₈) 및 트랜지스터(T_r2)로서 구성되는 브리지의 평형이 항상 취해지도록 증폭기(100)에 의해 부귀환을 절면

R₇·R₈=R₆·R_Tr또는 R₈≪R₆

으로 하면 온도보상용 브리지(101)의 전체의 합성저항은

로 된다. 즉 R₈의 저항값이 등가적으로 크게 되어 형상이 작아도 저항값이 크고 응답성이 높은 온도보상용으로 저항된다. 그리고 제10도의 저항 브리지와 저항기(R₁), (R₂)이 온도보상용브리지(101) 및 발열저항(R₅)에서 휘스톤브리지가 구성된다. (102)는 제10도의 증폭기(90)와 마찬가지로 브리지 양단의 전위차(V_AB)를 증폭하는 제어용 증폭기이고 (103)은 트랜지스터(T_r)와마찬가지의 동작을 하는 전류 부우스터이다. 브리지 양단의 전위차(V_AB)가 영이 되도록 (103)에 의해 발열저항(R₅)에 흐르는 전류를 가감하면 그때 전류값이 흡입공기량에 대응하는 값으로 된다. 따라서 저항기(R₂)의 양단의 전위차(V_BC)를 취출하면 이 전위차(V_BC)가 흡입공기량에 대응한다. 그리고 흡입공기의 흐름은 피스톤의 왕복운동에 따른 흡기맥동을 하기 위해 흡입공기 측정부에서 제13a도에서 나타난 바와 같이 정상 운전시에도 흡입공기의 유속은 대부분 주기적으로 변동한다. 그러므로 기관에 흡입하는 공기량을 구하기 위해서는 맥동을 제거하기 위한 평균화 처리가 필요하게 된다. 제11도에 있어서는 브리지에 의해 얻어진 전위차(V_BC)(흡입공기량에 대응하는 값)를 그 자체 공지의 적분회로(104)를 통하여 평균화 처리하여 흡입공기유량 신호로 하고 있다.

그리고 이 신호를 콤퓨터에 보내서 상기 연산을 행한다. 그래서 자동차용 기관의 회전수는 예컨대 600rpm에서 6000rpm까지 약 10배로 변화한다. 그러므로 제13a도에 나타난 흡기맥동 주파수도 기관 회전수에 대응하여 약 10배로 변화한다. 따라서 바라건대는 제11도의 적분회로(104)의 적분 시정수는 기관회전수에 대응하여 바꿔야 할 필요가 있다.

이 구체적 실시예를 제12도와 제13b도 및 제13c도에 나타낸다. 제12도에 있어서 발열저항을 포함하는 휘이스톤(110)의 양단의 전위차(V_BC)(신호 S_A에 대응한다)를 제11도의 회로(104)의 마찬가지 적분회로(111)에 입력한다.

한편 (112)는 엔진 회전에 동기한 신호를 발생하는 장치로써 그 신호를 제13b도에 나타낸 바와 같은 파형을 출력하는 단안정 멀티바이브레이터(113)에 입력한다. 멀티바이브레이터(113)의 출력(S_B)을 MOS스위치(114)의 게이트단에 입력한다.

바이브레이터(113)의 출력(S_B)이 저레벨시에는 MOS스위치 (114)가 OFF되어 브리지(110)의 출력(S_A)은 적분회로(111)에 의해 적분된다(제13c도 참조). 한편 바이브레이터(113)의 출력이 고레벨로 되면 MOS스위치가 ON되므로 적분회로 (111)의 콘덴서(116)의 양단은 단락되고 적분은 리세트된다(제13c도 참조). 이와 같이하여 저항브리지(110)로 부터의 신호(S_A)는 기관의 회전에 동기하여 적분 리세트가 반복되어 리세트 되기 직전의 적분값(V)만이 샘플호울드회로(118)에 의해 흡입공기량 신호로서 취출된다.

이 신호(V)를 제어유니트(200)에 보내서 전기와 마찬가지의 연산을 수행한다. 이와 같은 흡기 맥동하에 있어서의 평균흡입 공기유량을 구하는 수단은 열선유량계만이 아니라 벤츄리계의 출력(압력계의 출력)에도 적용되어 평균흡입공기량을 얻을 수가 있다.

Claims (1)

1. 엔진의 주벤츄리(1)를 통과하여 흐르는 흡입공기 유량의 변화에 따라 변하는 차압신호(ΔP)를 나타내는 출력을 발생시키는 동시에 주벤츄리(1)의 바이패스통로(3)와 결합된 차압센서 수단과, 흡입공기의 흐름중에 배치된 전기적 발열수단을 포함함으로써 이 발열 수단으로 부터 공기의 흐름으로 방출되는 열량을 검지하여 방열량에 대응하는 출력(V)을 발생시키기 위한 열식 공기유량측정수단과, 상기 공기유량 측정수단의 출력(V)에 따라 주벤츄리(1)를 통하여 흐르는 흡입공기유량(G)과 소정의 제1 대수함수의 근거하에서 시간 경과에 따라 변화하는 교정정수(K)를 산술적으로 계산하기 위한 제1 수단과, 소정의 제2대수 함수에 따른 차압센서 수단의 출력(ΔP)에 따라 주벤츄리(1)를 통과하여 흐르는 흡입공기유량(G)을 산술적으로 계산하기 위한 제2수단 등에 있어서, 상기 제2수단에 의해 얻어진 유량(G)과 제1대수 함수에 따른 공기유량측정수단의 출력(V)에 따라 교정정수(K')를 산술적으로 얻기 위한 제3수단과 교정정수(K')와 제1대수 함수에 의한 공기유량측정수단의 출력(V)에 따라 적당한 흡입공기유량(G')을 산술적으로 계산하기 위한 제4수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 공기유량 측정장치.

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