KR910000360B1 - 감열식 공기유량계 - Google Patents

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내용 없음.

Description

감열식 공기유량계

제1도는 본원 발명의 일실시예의 발열저항체의 구조도.

제2a도 내지 제2e도는 발열저항체의 제조공정도.

제3도는 감열식 공기유량계를 구비한 내연기관의 단면도.

제4도는 감열식 공기유량계의 구동회로도.

제5도는 본원 발명 및 종래 기술의 응답성도.

본원 발명은 감열식 공기유량계에 관한 것이며, 특히 내연기관의 흡입공기량을 검출하는 감열식 공기유량계에 관한 것이다.

종래의 보빈식의 감열식 공기유량계는 일본국 특허공개 공보 제1984-31412호에 개시된 바와 같이, 발열 저항체인 백금선을 세라믹 등의 보빈에 코일형으로 감아서 구성되며, 코일형으로 감은 백금선은 유리재로 코우팅하고, 백금선에 리이드선이 접속되며, 지지체가 보빈 및 코우팅유리재를 지지한다.

감열식 공기유량계의 보빈 자체를 가열하는 열 및 보빈과 리이드선을 따라서 지지체에 전달되는 열량을 무시할 수 없으며, 특히 공기유량의 변동에 대해 과도응답이 지연되기 때문에, 자동차의 급가속, 급감속시에 서어징이 발생한다고 하는 결점이 있었다.

감열식 공기유량계는 일반적으로 내연기관의 주공기통로를 우회하는 바이패스공기통로내에 설치된다. 바이패스공기통로내에 배설된 감열식 공기유량계는 뛰어난 내맥동성(耐脈動性) 또는 맥동류의 평균치의 정확한 검출 및 내백화이어성 또는 백화이어현상에 대한 높은 내충격성을 가지고 있다.

또, 미합중국 특허 제3,824,966호에 개시된 바에 의하면, 공기유량계의 백금선이 주공기통로내에 배설되며, 온도감지저항체로서 백금선이 루우프형태로 스페이서에 의해 링내에 지지된다.

그러나, 상기 미합중국 특허에 기재되어 있는 직선 루우프형의 백금선을 구비한 공기유량계가 감열식 공기유량계의 바이패스공기 통로에 사용되면, 다음과 같은 결함이 있다. 바이패스공기통로의 간극이 주공기통로의 간극보다 비교적 작기 때문에, 루우프형의 백금선의 길이는 소정의 길이로 제한되어 짧아진다. 이와 같이 직선 루우프형 백금선의 길이가 짧기 때문에, 공기유량계의 전기 저항치가 작게 되며, 공기유량계의 출력특성의 변화가 크다.

본원 발명의 목적은 공기유량의 급격한 변화시의 응답성을 향상시킨 감열식 공기유량계를 제공하는데 있다.

본원 발명의 또 하나의 목적은 최종치 도달시간을 향상시킨 감열식 공기유량계를 제공하는데 있다.

본원 발명의 다른 목적은 서어징현상이 감소된 공기유량계를 제공하는데 있다.

본원 발명의 또다른 목적은 지지체를 통한 열전도량이 감소된 감열식 공기유량계를 제공하는데 있다.

감열식 공기유량계에 의하면, 발열저항체는 코일형의 금속선의 양끝쪽을 제외하고 코일형으로 감긴 금속선의 표면을 코우팅한 유리재로 구성되어 있으며, 발열저항체는 보빈이 없다.

발열저항체는 심선(芯線)을 설치하고, 금속선을 코일형으로 심선에 감고, 심선과 금속선에 유리재를 코우팅하고, 유리재를 소성하여, 산으로 심선을 제거하므로서 형성된다.

본원 발명의 발열저항체는 저항치가 온도의존성이 높은 저항체이다.

감열식 공기유량계에 있어서, 이와 같은 발열저항체는 공기유속 측정발열체 및 공기온도측정발열체로서 사용된다. 공기유속층정발열체는 일반적으로 열선센서라고 부르며, 공기온도측정요소는 일반적으로 냉선센서라고 부른다.

본원 발명의 보빈이 없는 감열식 공기 유량계를 이용하므로서, 발열저항체의 금속선에 발생된 열량은 지지체나 리이드선을 통하여 거의 전달되지 않으며, 거의 공기를 통하여 전달된다. 따라서, 과도응답성은 예를 들면 공기의 유량이 급변할 때 상당히 개선된다.

그리고, 코일형으로 감긴 금속선의 표면은 유리재로 코우팅되므로, 본원 발명의 감열식 공기유량계는 내부식성이 크게 되며, 금속선의 양끝쪽은 겹쳐서 감겨지므로, 본원 발명의 보빈이 없는 감열식 공기유량계는 기계적 강도가 크게 개선된다.

다음에, 본원 발명의 일실시예에 의한 감열식 공기유량계에 대하여 상세히 설명한다. 제1도는 감열식 공기유량계에 사용되는 발열저항체에 구조도이다.

흡입공기량을 검출하는 발열저항체(1)는 코일형으로 감긴 백금선(2)은 있으나, 보빈은 없다. 코일형으로 감긴 백금선(2)의 외경은 약 20㎛이며 길이는 5mm이다.

백금선(2)의 양끝은 각각 2개의 지지체(3)에 용접된다. 백금선(2)의 표면은 내부식성 및 기계적 강도면에서 대략 원통형으로 무기질 유리재(4)로 코우팅된다. 발열저항체(1)의 양끝은 유리재(4)로 코우팅하지 않고 남겨두며, 지지체(3)와의 용접성을 고려하여 겹쳐서 감는다.

보빈이 없는 발열저항체(1)의 제조방법의 일례를 제조순서에 따라 제2a도 내지 제2e도에 의하여 설명한다.

제2a도는 심선(18)의 구조도이다. 심선(18)은 직선형으로 외경이 약 0.5mm인 몰리브덴(Mo)선으로 되어있으며, Mo심선(18)은 백금선(2)을 그 표면에 감는 심선으로 사용된다.

제2b도는 심선(18)에 감긴 백금선(2)을 나타낸다. 백금선(2)은 코일권선기에 의해 Mo심선(18)의 표면에 코일형으로 연속해서 감는다. 백금선(2)을 밀접한 코일상태로 감으며, 약 5mm간격을 두고 겹친 상태로 감는다.

제2c도는 Mo심선(18)의 표면을 감는 백금선(2)의 일례이며, Mo심선(18)에 코일형으로 감긴 단일 백금선(2)의 양쪽에서 겹쳐 감긴 부분의 중앙을 절단하여 약 5mm길이로 한 것을 나타낸다.

제2d도는 무기질 유리재(4)로 코우팅하여 소성시킨 Mo심선(18)과 백금선(2)을 나타낸다. 백금선(2)은 양끝쪽을 제외하고는 유리재(4)내에 오우버코우팅되어 있다.

제2e도는 보빈을 제거한 발열저항체(1)를 나타낸다. 질산 및 황산의 혼산(混酸)을 사용하여 제2d도에 나타낸 결합체로부터 Mo심선(18)을 제거하므로서 발열저항체(1)가 이루어진다. 이와 같이, 발열저항체(1)에는 보빈이 없다.

보빈이 없는 발열저항체(1)는 그 양끝에서 지지체(3)와 용접된다.

발열저항체(1)는 또한 리이드선에 용접되며, 리이드선은 지지체(3)에 접속될 수도 있다.

보빈이 없는 상기 발열저항체(1)를 구비한 감열식 공기유량계는 내연기관의 바이패스공기통로내에 배설된다. 보빈이 없는 상기 발열저저항체(1)는 이와 같이 동일한 구성의 부재로서 공기유속측정발열체(1A) 및 공기온도측정발열체(1B)로서 사용된다. 공기온도측정발열체(1B)는 감열식 공기유량계의 한 구성부분을 형성한다.

제3도에서 보는 바와 같이, 열선으로서 공기유속측정발열체(1A) 및 냉선으로서 공기온도측정발열체(1B)를 구비한 감열식 공기유량계는 내연기관의 바이패스공기통로(102)에 설치된다. 내연기관의 보디(103)는 주공기통로(101)와 이 주공기통로(101)로부터 분기된 바이패스공기통로(102)를 가지고 있다. 흡입공기의 대부분은 주공기통로(101)를 통과하고, 흡입공기의 일부는 바이패스공기통로(102)를 우회한다.

제4도에 감열식 공기유량계의 전기구동회로를 나타낸다. 전기구동회로는 공기유속측정발열체(1A), 공기온도측정발열체(1B), 연산증폭기(6),(7), 파워트랜지스터(8), 콘덴서(9), 및 저항(10), (11), (12), (13), (14)으로 구성되어 있다.

파워트랜지스터(8)의 콜렉터단자는 배터리의 (+)극에 접속되며, 저항(10)의 어스단자는 배터리의 (-)극에 각각 접속되어 있다. 저항(10)과 공기유속측정발열체(1A)사이의 접속점(17)은 마이크로프로세서의 입력단자와 접속된다. 마이크로프로세서는 감열식 공기유량계의 출력신호를 사용하여 내연기관을 제어한다.

상기 전기구동회로에서, 파워트랜지스터(8)에 의해 공기유속측정발열체(1A)에 전류를 공급하여, 공기유속측정발열체(1A)를 가열한다. 공기유속측정발열체(1A)의 온도는 항상 공기온도측정발열체(1B)의 온도보다 일정온도만큼 높아지도록 제어된다. 이때, 공기온도측정발열체(1B)는 발열을 무시할 수 있을 정도의 미소전류만을 흐르게 하고, 흡입공기온도를 검출하도록 하여, 흡입공기의 온도보정용으로서 사용한다.

여기서 공기류가 공기유속측정발열체(1A)에 닿으면, 상기 구동회로의 동작에 의해 공기유속측정발열체(1A)와 공기온도측정발열체(1B)간의 온도차가 항상 일정하게 되도록 제어된다.

상기 구동회로의 동작은 공기유속측정발열체(1A)의 양끝의 전압차를 저항(11)과 (12)로 분할한 전압과, 공기유속측정발열체(1A)를 흐르는 전류에 의해 발생하는 저항(10)의 전압강하를 연산증폭기로 증폭한 전압이 항상 같아지도록 피이드백기능을 하고 있다.

공기유량이 변하면, 공기유속측정발열체(1A)를 흐르는 전류가 변화하여, 그 전류에 따른 저항(10)의 전압강하로 공기유량을 측정할 수 있게 된다.

본원 발명의 보빈이 없는 감열식 공기유량계의 상기 구조를 채택하므로서, 공기유속측정발열체(1A) 및 공기온도측정발열체(1B)인 백금선(2)에 발생하는 열량은 지지체(3) 또는 리이드선을 통하여 전달되는 양은 거의 없고, 대부분이 공기에 빼앗긴다.

본원 발명의 상기 실시예에서, 보빈식 공기유량계와 같이, 보빈을 가열하거나 또는 보빈을 따라서 지지체나 리이드선으로 도피하는 열량을 대폭 경감시킬 수 있기 때문에, 예를 들면 공기유량이 급변했을 경우의 과도응답이 대폭 향상된다.

제5도는 본원 발명의 실시예의 보빈이 없는 감열식 공기유량계의 응답특성을 나타낸다. 시험방법은 소닉테스트스탠드를 사용하였으며, 공기유량의 변화에 따라 감열식 공기유량계의 출력전압을 유량으로 환산한 것이다.

제5도에서, 곡선(Al)은 공기유량이 저유량(약 20kg/h)에서 고유량(약 200kg/h)의로 전환했을 때 본원 발명의 보빈이 없는 감열식 공기유량계를 나타내며, 곡선(Bl)은 보빈이 있는 감열식 공기유량계를 나타낸다. 곡선(A2)은 공기유량이 고유량(약 200kg/h)에서 저유량(약 20kg/h)으로 전환했을 때 본원 발명의 보빈이 없는 감열식 공기유량계를 나타내며, 곡선(B2)은 보빈이 있는 감열식 공기유량계를 나타낸다. 본원 발명의 보빈이 없는 감열식 공기유량계는 종래의 기술로서의 보빈이 있는 감열식 공기유량계와 비교해서 최종치 도달시간이 대폭 향상되어 있다.

상기와 같이 그 구조를 개선하였으므로 자동차의 급가속, 급감속시에 있어서도, 실제의 공기량변화에 따라서 본원 발명의 보빈이 없는 감열식 공기유량계가 신호를 출력할 수 있기 때문에, 적절한 인젝터의 분사량을 결정할 수 있으므로, 서어징 등의 문제를 해소할 수 있다.

또, 공기유속측정발열체 및 공기온도측정발열체로서 사용되는 발열저항체의 구조가 보빈이 없는 형태로 단순하기 때문에 생산성도 향상되어 염가의 발열저항체를 제공할 수 있다.

코일형으로 감긴 백금선의 표면이 무기질의 유리재로 코우팅되어 있기 때문에 본원 발명의 감열식 공기유량계는 뛰어난 내부식성을 지니며, 백금선의 양끝쪽은 겸쳐서 감겨져 있으므로 본원 발명의 보빈이 없는 감열식 공기유량계는 기계적 강도가 뛰어나게 향상된다.

본원 발명의 상기 실시예에서 금속선으로서 백금선에 대해 설명되어 있지만, 텅스텐선도 이용할 수 있으며 백금선과 동일한 효과를 기대할 수 있다.

Claims (4)

1. 보디(103)의 공기통로(101,102)중에 배설되어 공기유량을 측정하는 발열저항체(1 ; 1A,1B)와, 이 발열저항체(1 ; 1A,1B)의 전류를 제어하는 동시에 상기 발열저항체(1 ; 1A,1B)의 저항치에 대한 전기출력신호로서 공기유량에 대응한 신호를 출력하는 전기구동회로로 이루어지며, 상기 발열저항체(1 ; 1A,1B)는 코일형으로 감긴 백금선(2)으로 구성되며, 코일형으로 감긴 백금선(2)의 표면을 양끝쪽을 제외하고 유리재(4)로 코우팅하는 자동차용 감열식 공기유량계에 있어서, 상기 발열저항체(1 ; 1A,1B)내에는 관통공을 가지며, 이 관통공의 외주부가 코일형으로 감긴 백금선(2)의 내주부로 되는 것을 특징으로 하는 자동차용 감열식 공기유량계.
2. 제1항에 있어서, 상기 발열저항체(1 ; 1A,1B)의 코일형으로 감긴 백금선(2)은 양끝쪽이 겸쳐서 감겨지며, 상기 발열저항체(1 ; 1A,1B)의 코일형으로 감긴 백금선(2)의 겹쳐서 감겨진 부분은 지지체(3) 또는 리이드선에 용접되는 것을 특징으로 하는 자동차용 감열식 공기유량계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발열저항체(1 ; 1A,1B)는 공기유속측정발열체(1A) 및 공기온도측정발열체(1B)인 것을 특징으로 하는 자동차용 감열식 공기유량계.
4. 제1항에 있어서, 심선(18)을 몰리브덴선으로 하는 것을 특징으로 하는 자동차용 감열식 공기유량계.

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