KR920009908B1 - 열선형 공기유량계 - Google Patents

열선형 공기유량계 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

열선형 공기유량계
제1도는 본 발명에 따른 열선형 공기유량계의 제1실시예를 나타낸 회로도.
제2도는 종래의 열선형 공기유량계에 따라 점진적으로 공기유량비가 변화하는 동안의 공기유량계를 나타내는 신호를 보여주는 특성도.
제3도는 제1도에 도시된 본 발명의 실시예에 따라 점진적으로 공기유량비가 변화하는 동안의 공기유량비를 나타내는 신호를 보여주는 특성도.
제4도는 본 발명에 따른 열선형 공기유량계의 제2실시예를 나타낸 부분회로도.
제5도는 본 발명에 따른 열선형 공기유량계의 제3실시예를 나타낸 회로도.
제6도는 본 발명에 따른 열선형 공기유량계의 제4실시예를 나타낸 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 발열용 열선온도의존성 저항 2 : 온도검출용 냉선온도의존성 저항
3 : 전류검출용 저항 4 : 증폭기
5, 6 : 연산증폭기 7 : 스위칭 트랜지스터
VB: 전원전압 VCC: 기준전압
16 : 이상기 19 : 캐패시터
본 발명은 공기유량통로에 설치된 발열용 온도의존성 저항에서 공기유량의 냉각작용을 이용하여 공기유량비를 측정하는 열선형 공기유량계에 관한 것으로, 특히 권선형, 박막형 및 후막형 온도의존성 저항등의 발열부를 지지하는 비발열부와 발열부로 형성된 발열용 온도의존성 저항을 포함하는 열선형 공기유량계에 관한 것이다. 본 발명의 열선형 공기유량계는 자동차용 내연기관의 흡입공기유량의 측정에 적합하다.
열선형 공기유량계에서 사용되는 권선형, 박막형 및 후막형 온도의존성 저항등의 발열부를 지지하는 비발열부와 발열부로 형성된 발열용 온도의존성 저항은 두 종류의 열적관성을 갖고 있으며, 그 제1열적관성은 발열부에 의해 한정되어, 공기유량비신호에서 1단지연을 야기시키고, 다른 제2열적관성은 비발열부에 의해 한정되어, 열선형 공기유량계가 동작하는 동안의 유량비에 응하여 공기유량비신호에서 2단지연을 야기시킨다.
자동차용 내연기관의 연료량이 공기유량계로 부터 검출된 공기유량비신호에 따라 제어되므로서, 공기유량비가 변화하는 동안에 공기유량비신호가 지연되거나 부적절하게 되어 자동차용 내연기관에 대해 부적절한 연료제어를 야기시킨다.
열선저항의 비발열부의 열적관성으로 인해 검출된 공기유량비신호에 2단지연이 실질적으로 있기 때문에, 지금까지 예를들면 1987년 12월 29일자로 공고된 미국특허 제4,715,224호에 기술된 바와 같이, 공기유량비의 변화로 인해 야기되는 공기유량비신호에서 2단지연을 최소화하기 위하여 비발열부의 열적관성을 감소시키는 것이 시도되었다.
그러나, 이러한 시도는 비발열부를 갖는 열선저항의 구조 및 제조적인 한계를 갖는다.
본 발명의 목적은 공기유량비가 변화하는 동안 응답신호에서 2단지연의 실질적인 부분을 보상, 제거 또는 삭제함으로서, 공기유량비가 변화하는 동안 충분한 응답성을 갖는 비발열 지지부재를 포함하는 발열용 온도의존성 저항을 이용하는 열선형 공기유량계를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 이상회로를 발열용 온도의존성 저항에 대해 상수온도 제어를 실행하는 궤환제어회로에 조합하여 실행되며, 공기유량비가 변화하는 동안에 발열용 온도의존성 저항의 출력단자에서 검출되는 공기유량비신호에서 2단지연을 보상하는데 충분한 소정의 위상지연특성을 갖도록 궤환제어회로의 전달특성이 조절된다.
본 발명의 열선형 공기유량계는 발열부재와 이 발열부재를 지지하는 비발열부재로 구성된 발열성 온도의존성 저항과; 발열용 온도의존성 저항으로 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 트랜지스터와; 발열용 온도의존성 저항을 궤환제어회로로 이루어지며, 그 궤환제어회로는 발열용 온도의존성 저항이 소정의 온도로 유지되도록 스위칭 트랜지스터의 전도성을 제어하는 제1연산증폭기를 포함하고, 또한 궤환제어는 발열용 온도의존성 저항이 비발열부재로 인한 공기유량비신호에서의 2단지연을 보상하는데 충분한 전달특성을 갖는 위상지연 궤환신호를 궤환제어회로에 제공하는 이상회로를 포함한다.
발열용 온도의존성 저항의 제2열적관성으로 인해 야기된 2단지연에 따라 궤환제어회로의 전달특성에 대해 소정의 위상지연이 제공되어 2단지연이 보상되므로서, 공기유량비가 변화할때 본 발명의 열선형 공기유량계 전체의 응답특성이 개선된다.
본 발명의 다른 관점에서 볼 때, 출력궤환신호의 위상이 궤환제어회로에 인가된 입력궤환회로의 위상보다 지연되기 때문에, 유량비가 증가하는 방향으로 변화하는 경우에 출력궤환신호는 마치 발열용 온도의존성 저항이 과냉각된 것처럼 나타나게되버려 열전류가 증가되게되고, 유량비가 감소하는 방향으로 변화하는 경우에 출력궤환신호는 마치 발열용 온도의존성 저항이 과열된 것처럼 나타나게 되버려 열전류가 감소하게 된다. 즉, 본 발명은 발열용 온도의존성 저항의 비발열 지지부재의 열적관성으로 인해 공기유량비신호의 응답에 포함된 2단지연을 감소시키도록 오버슈우팅(overshooting)현상을 이용한다.
본 발명에 따른 열선형 공기유량계는 첨부된 도면에 따라 상세하게 설명될 것이다.
전체도면을 통하여 동일부호는 동일한 수치 또는 동일 소자를 나타낸다.
제1도는 본 발명의 일실시예를 나타낸다. 1은 발열용 열선온도의존성 저항, 2는 온도검출용 냉선온도의존성 저항, 3은 전류검출용 저항, 4는 증폭기, 5와6은 연산증폭기, 7은 전류유량을 발열용 저항(1)으로 제어하는 스위칭 트랜지스터, 8 내지 18는 저항, 16은 이상기, 17과 18은 저항, 19는 캐패시터, 27은 베이스 저항, VB는 전원전압, VCC는 기준전압을 나타낸다.
발열용 저항(1)은, 예를들면 저항선이 보빈둘레에 감겨진 권선형 저항 또는 박막저항이 기판상에 형성된 박막형 저항으로 해도 좋다. 발열용 저항(1)은 저항의 온도에 따라 저항성이 변화한다. 발열용 저항(1)은 유량비를 측정하고자 하는 공기유량통로에 배치된다.
온도검출용 저항(2)은 일반적으로 발열용 저항(1)과 동일구조를 가지고 공기의 온도를 검출하도록 공기유량통로에 배치된다.
전류검출용 저항(3)은 전압(V2)이 발열용 저항(1)에 공급되어 측정하고자 하는 공기유량비를 나타내는 전류 (i)를 검출한다.
증폭기(4)는 연산증폭기(5)를 구비하여 전압(V2)을 증폭하고 그 증폭된 전압을 연산증폭기(6)로 출력한다. 저항(8, 9)은 온도검출용 저항(2)에 결합되어 온도를 보상하고, 저항(10~13)은 연산증폭기(5)의 오프셋(offset)전압을 조절한다. 저항(14, 15)은 증폭회로 (4)의 직류 증폭비를 결정한다.
연산증폭기(6)는 증폭기(4)로부터 궤환제어신호(V0)를 입력하므로서 발열용 저항(1)을 통해 흐르는 전류(i)에의해 생성된 전압(V1)과 증폭기(4)의 제어신호(V0)가 동일하게 되도록 트랜지스터(7)를 제어한다.
그러므로 증폭기(4), 연산증폭기(6) 및 트랜지스터(7)는 발열용 저항(1)의 전류(i)에 대하여 궤환제어시스템을 구성한다. 그 전류(i)는 발열용 저항의 상수값을 유지하도록 제어된다. 바꾸어 말해 발열용 저항(1)이 상수온도로 유지되도록 제어되므로서 전압(V2)이 공기유량비를 나타낸다. 더욱 상세하게 전류(i)에 의해 가열된 발열용 저항(1)은 발열용저항(1)이 배치된 공기유량통로를 통해 흐르는 공기에 의해 냉각된다. 그 결과 발열용 저항(1)의 온도는 전(i)에 의한 가열량과 공기유량에 의한 냉각량 사이에서 평형상태가 된다. 결과적으로 전류(i)가 발열용 저항(1)의 온도 즉, 저항치가 매순간마다 상수로 제어된다면, 전류(i)는 공기유량비에 따라 변화한다. 따라서 공기유량비는 전류(i)로서 검출된다.
종래 기술에서와 같이, 이상기(16)가 제공되지 않고, 증폭기(4)의 출력(V0)이 연산증폭기(6)에 입력된다고 가정하면, 공기유량계의 출력은 상기한 바와 같이 전압(V2)으로서 얻어지지만, 발열용 저항(1)에 존재하는 제2열적관성의 영향으로 인해 2단지연이 발생된다. 공기유량비의 점진적인 변화에 대한 응답특성은 제2도에 도시되어 있다.
발열용 저항(1)이 코일보빈과 기판등의 비발열부를 갖는 경우에 2단지연이 발생되기 때문에, 공기유량비의 변화에 따른 비발열부의 온도변화는 발열부의 온도변화에 대해서 지연된다.
그러나 본 발명의 실시예에서는 제1도로부터 명백한 바와 같이 증폭기(4)의 출력에서 연산증폭기(6)로 이어지는 궤환시스템에 이상기(16)가 제공된다. 이상기(16)는 서로 직렬로 결합되어 있는 제1저항(17), 제2저항(18) 및 캐패시터(19)로 이루어져 직렬회로로 구성된다. 전체 직렬회로의 양단(a, c)간에 전압(V0)이 입력으로서 인가되고, 제2저항(18)과 캐패시터(19)로 구성된 직렬회로의 양단(b, c)에서 출력전압(V0 *)이 얻어지므로서, 궤환신호에서 충분한 위상지연을 행하도록 전달특성을 변경하여 공기유량비신호에서 2단지연을 보상하게 된다.
이상기(16)는 증폭기(4)의 출력(V0)의 상수일때 그 출력(V0 *)을 상수값으로 유지하지만, 증폭기(4)의 출력(V0)이 변화하면 이상기(16)는 출력(V0)에 대해 다음의 시정수 (T)와 이상기(16)에의해 한정된 조절량(l)으로 위상지연을 유도하여 출력(V0 *)으로 변경한다.
T=(R17+R18)ㆍC
l=R18/(R17+R18)
여기에서 R17는 R18은 각각 저항을 나타내고, C는 캐패시터(19)를 나타낸다.
즉, 비변화 직류신호성분이아닌 변화하는 신호성분에 대응하는 고주파성분에서만 이상기(16)의 이득이 감소된다.
그결과, 발열용 저항(1)을 통해 흐르는 전류(i)에 대해 출력궤환신호에서 소정의 위상지연이 발생되고, 발열용 저항(1)의 제2열적관성에 대한 최적보상이 얻어지므로서, 공기유량비의 변화에대한 검출전압(V2)에서 2단지연이 보상된다.
제3도와 제2도와 동일한 방법으로 공기유량비에대해 점진적인 변화가 발생될때의 출력전압(V2)의 특성을 나타낸다. 제1도의 실시예에 따른 제3도로 부터 명백한 바와 같이, 출력전압(V2)의 2단지연을 억제하여 충분한 응답특성을 얻을수가 있게 된다.
제4도는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 것으로 제1도에 도시된 증폭기(4)와 대응되는 부분만을 나타낸다. 이상기(16)는 증폭기(4)내의 연산증폭기(5)의 부궤환회로로 사용된다. 이 실시예는 제1도에서 설명된 바와 같은 연산증폭기(5, 6) 사이의 이상기(16) 대신에 배치된다.
제5도는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 것으로, 발열용 저항(1)이 온도검출용 저항(2), 전류검출용 저항(3) 및 새롭게 부가된 기준저항(20)과 함께 브리지회로를 형성하고, 이 브리지회로와 연산증폭기(5) 사이에 이상기(16)를 배치하므로서, 등가적인 브리지회로가 발열용 저항(1)을 상수온도로 유지되게 제어한다.
제6도는 저항(21, 22)으로 구성된 전압분압회로가 분압전압을 연산증폭기(6)의 반전단자에 인가하는 발열용 저항(1)과 병렬로 접속되고 온도검출용 저항(2)이 연산증폭기(5)의 부궤환회로에 배치된 것을 제외하고는, 제1도에 도시된 것과 동일한 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 것이며, 동도면에서 23은 연산증폭기(5)용 부궤환 저항이고, 24와 28은 연산증폭기(5)의 오프셋 조절용 저항이며, 25와 26은 연산증폭기(6)용 입력저항이다.
제4,5,6도에 도시된 실시예에서, 또한 발열용 저항(1)의 궤환제어시스템에 이상기 (16)를 삽입하고, 이상기(16)의 조절량(l)과 시정수(T)를 적절하게 설정하므로서, 출력전압(V2)의 2단지연을 제거하여 충분한 응답특성을 얻을 수가 있다.
본 발명에 따르면 공기유량비의 변화에 대해서 제2열적관성을 갖는 발열용 저항을 이용하는 열선형 공기유량계의 출력에서 2단지연에 대한 보상이 가능하기 때문에, 공기유량비의 변화에 대해서 공기유량계의 출력응답특성을 충분히 향상시키는 효과가 있다.
또한 본 발명은 위상보상이 상수온도제어용 궤환루프로 도입되고, 전기적인 잡음등의 외부방해에 대응하는 고주파성분에 대하여 궤환제어회로의 이득이 감소되기 때문에, 출력의 S/N비가 향상되는 효과를 갖는다.

Claims (7)

  1. 발열부재와 이 발열부재를 지지하는 비발열부재로 구성되어 공기유량통로에 배치된 발열용 온도의존성 저항과; 상기 발열용 온도의존성 저항에 직렬접속된 전류검출용 저항과; 상기 발열용 온도의존성 저항에 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 트랜지스터와; 상기 발열용 온도의존성 저항을 소정의 온도로 유지하는 궤환제어회로로 구성되고, 상기 궤환제어회로가 충분히 위상지연을 억제할수 있는 전달특성을 갖는 궤환신호를 상기 궤환제어회로에 제공하여 상기 발열용 온도의존성 저항의 비발열부재의 열적관성으로 인해 야기되는 유량계의 출력신호에서의 2단지연을 보상하는 이상회로를 포함하는 열선형 공기유량계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 궤환제어회로가 위상지연된 궤환신호에 관하여 상기 스위칭 트랜지스터의 전도성을 제어하는 제1연산증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열선형 공기유량계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 궤환제어회로가 궤환신호를 증폭하는 제2연산증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열선형 공기유량계.
  4. 제3항에 있어서, 상기 이상회로가 상기 제1 및 제2연산증폭기 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 열선형 공기유량계.
  5. 제3항에 있어서, 상기 이상회로가 상기 제2연산증폭기의 부궤환회로에 배치되는 것을 특징으로 하는 열선형 공기유량계.
  6. 제4항에 있어서, 상기 궤환제어회로가 상기 발열용 온도의존성 저항과 병렬로 접속된 전압분압회로를 더 포함하고, 상기 전압분압회로에서의 분압전압이 상기 제1연산증폭기의 입력단에 입력되며, 공기유량통로에 배치된 온도검출용 온도의존성 저항이 상기 제2연산증폭기의 부궤환회로에 배열되는 것을 특징으로 하는 열선형 공기유량계.
  7. 제2항에 있어서, 상기 궤환제어회로가 공기통로에 배치된 온도검출용 저항과 기준저항으로 구성되는 직렬회로를 더 포함하고, 상기 직렬회로가 상기 발열용 온도의존성 저항과 상기 전류검출용 저항을 구성하는 직렬회로에 병렬로 접속되어 브리지회로를 구성하며, 상기 이상회로가 상기 브리지회로와 상기 연산증폭기 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 열선형 공기유량계.
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