JPH0342409B2

JPH0342409B2 -

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Publication number: JPH0342409B2
Application number: JP58035957A
Authority: JP
Priority date: 1983-03-07
Filing date: 1983-03-07
Publication date: 1991-06-27
Also published as: JPS59162413A; EP0118117A1; EP0118117B1; DE3465515D1; US4559814A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、熱式流量計に係り、特に、内燃機関
に吸入される空気量を測定するに好適な熱式流量
計に関する。

〔従来技術〕

内燃機関の吸入空気量を測定する方式として
は、可動ベーン形のものや、カルマン渦を利用す
るものなど種々のものが知られている。また、熱
式流量計は、例えば、USP3747577、
USP4304128などによつて知られており、これ
は、一般に応答性が良い、空気の質量流量が測定
できるなどの理由によつて、近年広く用いられて
きている。この熱式流量計は、流量検知部とし
て、直径70μｍ〜100μｍの白金線を吸気筒内に張
る構成である。しかしながら、この構成では、耐
久性に不安があり、特に内燃機関が不調である時
に生ずるバツクフアイアによつて、機械的損傷を
受け易いという欠点がある。

そこで、これらの欠点に対処するために、
USP4264961に記載のように、吸気管を流れる空
気の一部をバイパス管に導き、このバイパス管の
中に流量検知部としての白金線を取付けるものが
しられている。ここで、バイパス管の直径は１cm
以内と小さいため、流量検知部もコンパクトにす
る必要がある。一方、白金線の抵抗値が温度によ
つて変化する現象を利用して流量を測定するもの
であるため、白金線の抵抗値は大きい方が感度が
高い。そこで、絶縁物のボビンの外周に、白金線
を巻くことにより流量検知部を構成し、コンパク
ト化と高抵抗化を図つている。しかしながら、こ
のように構成すると、支持体であるボビンの熱容
量のために、上述の方式に比べて、応答性が悪い
という問題が生じてきた。この問題は、バイパス
管を用いる場合に限らず、コンパクトな流量検知
部を用いる場合に生ずるものである。

そして、この応答性の問題は、例えば、上述の
熱式流量計を単点燃料噴射システムに適用する場
合に問題となる。

即ち単点燃料噴射の場合にはエンジンの吸気管
の集合部に噴射弁が１ケあるのみで多点噴射に比
し、燃料噴射位置からシリンダ入口までの距離が
長くなり、シリンダまでの燃料の到着時間が長く
なる。一方、噴射弁から各シリンダ迄の距離がそ
れぞれ異なつているため、実車のマツチングが難
しくなつてきている。これをコンピユータのソフ
トで補正する試みがなされたがいずれも不充分で
あつた。結局、単点噴射の場合には１ケの噴射弁
で各シリンダに燃料を分配する構成のために機種
が変わり、吸気管の形状が変わる毎にきめ細い実
車でのマツチングが必要である。従つて、特に加
速時や高速回転域では高精度の流量センサを用い
て、エンジンの吸入空気の脈動流によく追従して
検出精度を向上させる必要がある。

さらに、この応答性の問題は、単点燃料噴射シ
ステムのように内燃機関の制御に用いる場合だけ
でなく、一般の流量測定の場合でも、流量変化が
早い場合には、同様に問題となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、コンパクトな流量検知部を備
え、しかも、応答性のよい熱式流量計を提供する
にある。

本発明者らが、従来の巻線タイプの流量検知部
について、種々実験・検討を行つた結果、以下の
ことが明らかとなつた。

すなわち、従来の流量検知部は、長さ２mmの絶
縁物質からなるボビンの両側に、支持体および導
電体兼用のptリードを固定し、このボビン上に白
金線を等間隔で巻いていた。そして、この白金線
に通電して、一定温度で発熱制御されているとき
の温度分布は、中央部が高温で、リード部に向つ
て傾斜している。したがつて、例えば、流量検知
部の設定温度を170℃にしたとき（これは、流量
検知部の抵抗値が所定値となるように設定するこ
とによつて行なわれる）、中央部の最高温度は、
約250℃になつていた。

このように温度分布が大きくなつている原因と
して、次のことが考えられる。すなわち、抵抗線
に電流が流れ初めは各単位長さ当りの発熱量は同
じであるが、伝熱により巻線と接しているガラス
コート、ボビン、ロードなどにそれぞれ温度差が
生じる。そして、その温度差が抵抗線の各部の抵
抗値を変え、例えば、中央部などが、局部点に抵
抗値が上昇して、さらに発熱量も上昇する原因に
つながつているためである。具体的な構造につい
て検討すると、第１にボビンの中央部が中空であ
り、両端部にはリードやリードの接着剤があつ
て、両者の体積が異なり、熱容量に差が生じてい
る。第２に、両端部からはそれぞれ貴金属のリー
ドが出ており熱のひけが生ずる。

〔発明の概要〕

本発明は、流量検知部の集中発熱を防止し、均
一な温度分布となるようにするため、絶縁性支持
体上に形成される発熱抵抗体の単位長あたりの抵
抗値を、中央部に比べて両端部の方を大きくする
ようにしたものである。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例について、以下図面を用いて
説明する。

第１図は、本発明の一実施例の部分縦断面図で
あり、第２図は、第１図の一部を取り除いた平面
図であり、第３図は、第１図の一部を取り除いた
底面図である。図において、１０は、ボデイ部で
あり、アルミダイキヤストにより作られる。ボデ
イ部１０の上には、ヘツド部１１が取付けられて
いる。ヘツド部の上流には、エアクリーナが接続
されている。１２は、スカート部であり、アルミ
ダイキヤストにより作られる。スカート部１２の
下流は、エンジンに接続される。ボデイ部１０と
スカート部１２は、４個のネジにより固定され
る。ボデイ部１０とスカート部１２の内壁の一部
は、ベンチユリ部１４を形成している。ボデイ部
１０は、メイン通路１６とともにバイバス通路１
８が形成されている。バイパス通路１８は、メイ
ン通路１６と平行な直線部分１８−１と、メイン
通路１６の周囲を取り巻く曲線部分１８−２から
構成される。第３図は、第１図のスカート部１２
を取りはずした状態で第１図を下方から見た図で
ある。この第３図からわかるようにバイバス通路
１８の曲線部１８−２は、メイン通路１６の周囲
を約3/4周している。そして、第１図で示される
ように、バイバス通路１８の出口１８−３は横長
のスリツト状に形成されている。バイバス通路１
８の直線部１８−１内には、センサとして、空気
流量測定用の感熱抵抗２０と、空気の温度補償用
の感熱抵抗２２が配置されている。この２つの感
熱抵抗２０，２２はサポートピンに固定され、こ
のサポートピンは、熱絶縁性物質２４の中を通し
て、回路ケース２６内の電気回路に接続されてい
る。この電気回路の詳細については、後述する。
感熱抵抗体２０，２２としては、熱線式のもの
か、熱フイルム式のものが用いられる。感熱抵抗
の詳細については、後述する。

電気回路の一例について、第４図を用いて説明
する。

自動車のバツテリなどの電圧から電圧V_Bがト
ランジスタ３０を介して、流速測定用の感熱抵抗
２０に供給される。感熱抵抗２０と直列に抵抗３
２が接続されており、この抵抗３２は、感熱抵抗
２０を流れる電流を測定するのに用いられる。感
熱抵抗２０の両端電圧は、抵抗３４と３６により
分圧される。この分圧された電圧は、抵抗３８を
介して差動増巾器４０の一方の入力端子に接続さ
れている。A_np４２の負入力は、抵抗４４を介し
て接地される。温度補償用感熱抵抗２２と抵抗４
６は、A_np４２の帰還抵抗となる。A_np４２の出
力は、抵抗４８を介してA_np４０の正入力に接続
されている。したがつて、A_np４０は、分圧され
た感熱抵抗２０の両端電圧と、感熱抵抗２０と抵
抗３２の接続点Ｂの電圧を空気温に応じた増巾率
でA_np４２により増巾した電圧が等しくなるよう
に出力を出す。A_np４０の出力は、トランジスタ
３０のベースに供給され、A_np４０は、この入力
が等しくなるように出力を出してトランジストタ
３０を制御する。その結果、感熱抵抗２０は、一
定温度に保たれる。その温度は、感熱抵抗２０，
２２の周囲の空気温度よりほぼ170℃高い温度で
ある。定電圧源５０からは、抵抗５２と可変抵抗
５４の直列回路が接続されている。そして、抵抗
５２と５４の接続点は、抵抗５６を介してA_np４
２の負入力に接続されている。これらの抵抗は、
オフセツト調整に用いられる。また、バツテリの
電圧V_Bに接続された定電圧源５０の出力は、抵
抗５２，５４により分圧される。抵抗５２と５４
の接続点は、ダイオード５６を介して、A_np４０
の正入力に接続される。これらの回路は起動回路
である。すなわち、自動車のキースイツチをON
にした時、ダイオード５６を介して一定電圧を印
加することにより、A_np４０の２入力を異なら
せ、A_np４０の出力を強制的に出させるようにし
ている。感熱抵抗２０と抵抗３２の接続点Ｂは、
増巾器５８に接続される。増巾器５８は、抵抗３
２の両端電圧を出力する。抵抗３２の抵抗値は一
定であるため、A_np５６の出力は、抵抗３２を流
れる電流、すなわち、感熱抵抗２０を流す電流を
あらわしており、空気流量の信号となる。また、
A_np４０の出力も感熱抵抗２０を流れる電流をあ
らわしており、空気流量の信号となる。

次に、流量検知部である感熱抵抗の一例の詳細
構成について、第５図を用いて説明する。

第５図ａは、流量検知部の顕微鏡写真を転写し
たものである。そして、実際の寸法の50倍に拡大
してある。同図ｂは、ａの部分断面図である。

中空のアルミナボビン100の両端からは、白金
製のリード１０２，１０４が挿入されており、両
者は、硼珪酸ガラス１０６，１０８によつて接着
されている。ボビン１００の外周には、白金線１
１０が巻かれており、その巻き方は、中央が疎で
あり、両端が密となつている。すなわち、従来の
均等巻きとは異なつている。白金線１１０の両端
末１１２，１１４は、リード１０２，１０４に点
溶接されている。さらに、白金線１１０の周囲に
は、鉛ガラスをかけ、600℃で焼成して、10〜
20μの保護膜１１６を形成している。リード１０
２，１０４の両端は、支持ピン１１８（右側の支
持ピンは図示せず）に点溶接している。

ここで、ボビン１１０は、電気絶縁性の物質で
あればよく、アルミナの他に、マグネシア、ジル
コニアなどがある。リード１０２，１０４として
は、導電性があればよく、他の金属線を用いるこ
とができる。接着剤１０６，１０８は白金ペース
トが金属合金を用いることができる。白金線１１
０は、導電性がり、熱抵抗係数が大きいものであ
れば、他の金属でもよいが、安定性の点からは、
白金が好ましい。また、白金は、線に限らず、フ
イルムの上のものであつてもよい。

次に、第５図の実施例の各部の寸法について説
明する。

Γボビン１００の全長Ｌ：２mm Γボビン１００の両端であつて白金線を密に巻き
にくい部分の長さl₁：0.1mm Γボビン１００の両端側で、白金線を密に巻いて
ある部分の長さl₂：0.45mm Γボビン１００の中央で、白金線が疎に巻いてあ
う部分の長さl₃：0.9mm Γボビン１００の両端にさしこまれているリード
１０２，１０４の長さl₄：0.5mm Γボビン１００の外径d₁：0.5mm Γボビン１００の内径d₂：0.3mm Γリード１０２，１０４の外径d₃：0.15mm Γ支持ピン１１８の外径d₄：0.8mm ここで、通常のシヤープペンシルのしん（外径
0.5mm）の先端部分と、本実施例のボビン１００
は、ほぼ同じ寸法であり、いかにコンパクトであ
るかが理解されよう。

次に、白金線の巻き方について説明する。ボビ
ン１００の両端の密部分には、白金線１１０が14
回巻かれている。白金線１１０の太さは、20μで
あり、ある白金線と他の白金線の間のギヤツプ
は、12μである。一方、ボビン１００の両側の疎
部分には、白金線１１０が７回巻かれている。し
たがつて、白金線と他の白金線の間のギヤツプ
は、180μである。尚、ボビン１００の両端一杯
まで密に巻いた方がよいわけであるが、巻き始め
の部分は、巻きにくいため、必ずしも十分な密状
態にはしにくいものである。

ここで、ボビン１００の中央部の長さは、全長
の約50％であり、両端部も併せるとほぼ50％とな
る。しかし、中央部は、中空であるため、中央部
と両端部の体積比は、40％対60％となる。したが
つて、熱容量の比も、ほぼこれに等しくなる。さ
らに、両端部には、リード１０２，１０４が接続
してあるため、熱ヒケ分を考慮する必要がある。
そこで、中央部に、白金線の全長の20％、すなわ
ち、白金線の全抵抗の20％分を、両端部にそれぞ
れ、白金線の全長の40％ずつ、すなわち、白金線
の全抵抗の40％ずつを巻いてある。

その結果、流量検知部の温度分布は、第５図ｃ
のようになり、中央と両端の温度差は、10℃以下
となり、最高温度も200℃前後と低くなつた。そ
して、この例に基づいて応答性を測定した。その
結果は、第６図に示す通りである。一方、従来の
白金線を等ピツチ巻きにしたもの（巻数は同じく
35回で、等ピツチであるため、線間ギヤツプは
35μ）の応答性について第７図に示す。

この図は、時間０の時に、空気流量を０Kg／Ｈ
から200Kg／Ｈにステツプ的増加させた場合の流
量計の応答出力、および、その逆に、空気流量を
200Kg／Ｈから０Kg／Ｈにステツプ的に減少させ
た場合の流量計の応答出力を表わしている。そし
て、図中の数字は、流量変化後、フルスケールの
95％に至るまでの応答時間3τを表わしている。す
なわち、従来のものにあつては、立ち上り応答時
間が1700ｍｓであり、立ち下り応答時間が107ｍ
ｓであつたものが、本実施例では、立ち上り応答
時間105ｍｓ、立ち下り応答時間60ｍｓに改善さ
れている。特に、立ち上り応答時間は、約1/7に
短縮されている。

立ち上りの応答時間が短縮されたことにより、
立ち上り立ち下り応答時間差が小さく、エンジン
の脈動流を検出する場合に、平均値に接近した精
度で流量検出が可能となり流量の検出精度が向上
する効果がある。

また、空気の流れに伝達する熱量も増加し熱量
センサとしての感度が向上する。第８図に縦軸に
抵抗体に供給する電流I_Hの２乗、横軸に流量Ｑの
平方根をとつて、従来形と抵抗線の荒捲について
の２つの特性を示す。中央荒捲の場合には従来形
に比して低流量量側での消費電力が15％低くなつ
ている。更に空気の流れに伝達する熱量は勾配で
約20％向上しており、感度の向上が計れる。

次に巻数比を変えて実験を行つた。その結果を
表１に示す。

すなわち、従来のものは、等ピツチで全部で35
回巻いたものである。それに対して、例１は、 ■■■ 亀の甲［0007］ ■■■ 上述の実施例の場合で、両側に14回疎に巻き、
中央には、７回巻いた場合である。両側の0.45mm
の長さの区間には、14回以上巻くことは（隣り同
志の白金線が触れてしまうため）困難である。そ
こで、全体の巻数は変えずに、例２のように、両
側を13回巻にし、中央を９回巻きにして実験を行
つた。この結果は、立ち上り180ｍｓ、立ち下り
83ｍｓであつて、従来より改善されているが、例
１よりはおとつている。すなわち、例２のもので
あつては、両端からの熱ヒゲがあり、また、中央
部が両端より高温になつて、温度分布のバラツキ
があつたためと考える。例３は、両側の巻数は例
１と変えず、中央の巻数を２回多くして、中央部
の温度を少し高目にしたものである。こと例で
は、ほぼ例１と同じ応答となつている。

すなわち、中央に比べて両端を密に巻くことに
より応答性の改善を図ることができる。そして、
疎密の程度は、全体の熱容量の分布、両端からの
熱ヒケの程度に応じて実験的に決めるのが好まし
い。

上述の例では、全体の熱容量を大きくしないた
めと、リードの取付けやすさの点から中空ボビン
を用いているが、これは、円柱状、平板上の支持
体であつてもよい。その場合、熱容量はほぼ均一
になるので、熱ヒケを主に考慮すればよい。

また、白金線の変わりに、白金フイルムを使う
ことができ、その場合は、円筒ボビンにあつては
スパイラル状又は平板ボビンにあつてはジグザグ
状にレーザトリミングして、抵抗値を増加させる
必要があるが、トリミングにより除去できる部分
の巾は一定であるため、ボビンの軸方向でのトリ
ミングの送りを変えて、中央の抵抗値を小さく、
両端の抵抗値を大きくすれば、同じ効果をもたら
すことができる。

本発明の一実施例によれば、流量検知部の温度
の分布をほぼ均一にして空気の流れに対する熱伝
達量を向上させることができるため、感度が向上
し、流量測定精度が向上する。

また、ボビンの最高温度を下げることによつて
立ち上り応答時間を速くすることができる。

また、立ち上り、立ち下り応答時間の差を少な
くして脈動量の真値に近い値が検出でき、流量測
定精度が向上する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、熱式流量計の応答性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明の一実施例の構造
図であり、第４図は、本発明の一実施例の回路図
であり、第５図は、本発明の一実施例の詳細構造
図であり、第６図は、本発明の一実施例による実
験データ図であり、第７図は、従来例の実験デー
タであり、第７図は、従来例の実験データ図であ
り、第８図は、本発明の一実施例と従来例の比較
データ図である。１００……ボビン、１０２，１０４……リー
ド、１１０……白金線。

Claims

【特許請求の範囲】１流体により熱が持ち去られる現象を用いる流
量検知部を有する熱式流量計において、上記流量
検知部は、支持体と、この支持体の上に形成され
た感熱抵抗体と、この支持体の両端に取付けられ
たリードからなり、この支持体の両側における上
記感熱抵抗体の単位長当りの抵抗値が、この支持
体の中央における上記感熱抵抗体の単位長当りの
抵抗値よりも大きくなるように、上記支持体上に
感熱抵抗体を形成したことを特徴とする熱式流量
計。２特許請求の範囲第１項記載の流量計におい
て、上記感熱抵抗体は、線状であり、上記支持体
の両側は密に、中央は疎となるように、支持体の
外周に巻かれていることを特徴とする熱式流量
計。３特許請求の範囲第１項記載の流量計におい
て、上記感熱抵抗体は、膜状であり、上記支持体
表面に膜形成後、トリミングされるものであり、
そのトリミングのピツチが、支持体の両側では細
く、支持体の中央では粗いことを特徴とする熱式
流量計。