JPS587523A - 車両用超音波式空気流量計 - Google Patents

車両用超音波式空気流量計

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JPS587523A
JPS587523A JP56105861A JP10586181A JPS587523A JP S587523 A JPS587523 A JP S587523A JP 56105861 A JP56105861 A JP 56105861A JP 10586181 A JP10586181 A JP 10586181A JP S587523 A JPS587523 A JP S587523A
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JP
Japan
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ultrasonic
air flow
transmitting element
air
receiver
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JP56105861A
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English (en)
Inventor
Kazumitsu Taniuchi
谷内 和満
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters

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  • Electromagnetism (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

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】 本発明は、順方向・逆方向の2基の超音波送受信器を傾
斜姿勢にて吸気通路に設け、該超音波送受信器の出力信
号の位相差に基づくことにより吸気通路を流れる空気の
量を計測できるようにした車両用の超音波式空気流量計
に関する。
従来、自動車用の空気流量計には、熱線式のもの、ポテ
ンシオメータを用いたもの、或は超音波を用いたものが
ある。超音波を用いるものでは、カルマン渦を発生させ
これによって空気流量を計測するものであるが、いずれ
にせよ上記各空気流量計共にセンサ部或は渦発生体を空
気流入通路内に設けているため圧力損失を伴うと云う欠
点を有している。
殊に、カルマン渦検出型超音波式流量計は、単位時間当
りのカルマン渦の発生数を数えることにより空気の流速
を計測するようにしているため、低流速領域では層流と
なり、渦が発生しにくいと云う欠点及び高流速領域で渦
流状態が不安定になるという問題点があった。
本発明者は、上記した技術課題に鑑み、これを有効に解
決すべく本発明を成したものである。
本発明の目的は、車両の吸気通路に一定の断面形状を有
した管体を設け、当該管体に送信素子、受信素子から成
る超−音波送受信器を傾斜姿勢にて2基取り付けてセン
サ部を形成し、空気流に対して順方向・逆方向の超音波
を発射し、その位相差に基づいて空気量を計測するよう
にした車両用超音波式空気流量計を提供することにある
本発明の目的は、以上の構成によって、吸気通路内に抵
抗体を配置させる必要性をなくして圧力損失の発生を防
止し、低速領域でも良好な感度で空気量を計測すること
が出来、且つ計測をリアルタイムで行うことにより応答
性を早くシ、−更に、センサ部の設計自由度を高めるこ
とにより小型・軽量化を可能とし、二輪車へのまり用等
汎用性をも向上することが出来る車両用超音波式空気流
量計を提供することにある。
以下に本発明の好適一実施例を添付図面に従って詳述す
る。
第1図に車両部分に配設された本発明の全体的構成の概
要を示す。本発明に係る超音波式空気流量計のセンサ部
1は吸気通路2のスロットル弁3の上流部分に配設され
る。当該空気流量計はセンサ部1に傾斜姿勢の2基の超
音波送受信器4,5を並列に設け、そのうち1基は吸気
通路2内の空気の流れAに対して順方向に、他の1基は
逆方向に超音波を発生させるように構成される。又セン
サ部1の内部には、サーミスタ6が設けられ、内部の空
気温度が計測される。超音波送受信器4,5、サーミス
タ6の夫々の出力信号は、位相差検出・温度補正回路7
に入力され、そこで所定の信号処理された後、その出力
信号でインジェクタ駆動用制御回路8を作動させ、その
後インジェクタ9を適宜に駆動してシリンダ10内に噴
射される燃料を調節制御する。
本発明に係る超音波空気流量計はセンサ部に傾斜姿勢に
した順方向・逆方向の2基の超音波送受信器4,5を並
設し、夫々の出力信号の位相差を求め、更に補正を施し
て空気の流速を求める処に特徴がある。
次に位相差法の原理を第2図に基づき概説する。
空気流量計内の空気の流れ方向Aに対してθの角度をも
って、送信素子、受信素子の対から成る2基の超音波送
受信器4,5を方向Bに直交する方向と並べて配設し、
夫々の超音波送受信器に於て、順方向B1逆方向Cの方
向に超音波を発生させる。
送信素子、受信素子の間隔をtとする。ここで空た信号
が夫々出力されることになる。但し、ここでCは音速で
ある。
従って、tr、trによりVに比例した時間差Δt=2
vtCO5θ t 驚−t I”  c、   (但し、C>vと仮定
)が得られる。これによって、vヴΔtc′を得る。尚
、音速Cは温度により変化するため、本発明では特に走
行車両に使用するものと云う観点から一次式の近似で温
度補正を行うものとする。
次に本装置を具体的に説明する。第3図、第4図、第5
図は超音波式空気流量計のセンサ部の装置構成図である
。吸気口に入った空気は上流側のハニカム整流板11を
通過し、流量計のセンサ部1の本体の通路12、及び下
流側のハニカム整流板13を通り抜けてエンジンのシリ
ンダに供給される。一定の断面形状を有する管体から成
る、本体通路12を形成するケースの土壁部には超音波
振動子の送信素子5bと受信素子4aを並列に設け、他
方ケースの下壁部には送信素子4bと受信素子5aを並
列に配設する。送信素子4bと受信素子4aは対となっ
て超音波送受信器4を成し、又送信素子5bと受信素子
5aは対となって超音に超音波を発生する。
斜する如く取り付けられる。又送信素子5bと受信素子
4aとの間には隔壁板(超音波遮蔽板)14が配置され
る。′これは送信素子5bと受信素子4aが干渉するの
を防止するためであり、同様の隔壁板は下壁の送信素子
4bと受信素子5aとの間にも設けられている。
更に土壁、下壁に取り付けられる送信素子4b。
5b、受信素子4a、5aはセンサ部本体の夫々の壁部
の外側に取り付けられる。これは各素子がれをかく乱し
、圧力損失を発生するのを防止するためである。そこで
、第4図で明らかなように、送信素子5.b1受信素子
4aとセンサ部1の上壁の開口部15との間には金網ド
ーム16が介設され、且つ開口部15の部分にも楕円リ
ング17を用いて金網18が設けられている。斯くする
ことによって超音波は外気とかかわり合うことなく送信
素子5bより出、又受信素子4aに入ることが出来る。
斯る上壁部に於ける送信素子と受信素子・の取付構造は
下壁部に設けられる送受信素子についても同様である。
上記の取付状態に於て、送信素子、受信素子には上蓋1
9.19が被せられる。当該上蓋内には吸音材(グラス
ウール)20が詰められ、本体通路12の内面には全て
吸音材(不織布)が貼り付けられている。
尚、下流側の・・ニカム整流板13の土壁には温度セン
サであるサーミスタ6が、又送信素子4b。
5b1受信素子4a、5aの後端部には回路部に接続さ
れる送信用、受信用のリード線21.22が設けられる
第6図は、受信素子4a、5aより出力された信号を処
理し、その位相差に基づいて空気の流速、流量を求める
回路である。この接続関係を概略的に第7図に、又各点
での信号波形を第8図に示す。
信号処理回路は、位相差検出回路部、温度補正回路部、
信号発生回路部から成り、夫々について以下に分脱する
位相差検出回路部では、順逆夫々の超音波送受信器4,
5の出力信号に基づいて、位相差を時間に変換する回路
D1当該時間を電圧に変換する回路E1当該電圧のピー
ク値をサンプルホールドする回路Fを動作せしめて位相
差を電気的に検出する。先ず、順方向の超音波送受信器
4の出力信号の処理を述べると、連続方形波23S点a
で送信される超音波は、受信素子4aに於て正弦波形2
4;点すで出力される0点すでの正弦波24は、増幅器
25で増幅された後、抵抗26.27により直流電圧を
加えられ、バイアスされた波形28;点Cとなる。バイ
アスした直流電圧をスレッシュホールドレベルとして波
形2Bをフンパレータ29に通すと波形整形された方形
波30;点dが得られる。この方形波30はコンデンサ
31、抵抗32で微分されて立上りパルス33、立下り
パルス3残;点eを得る。斯る立下りパルス34のみを
インバータ35で反転し、フリップフロップ3bのセッ
ト人力37;点fとしてセット端子Sに入力せしめる。
逆方向の超音波送受信器5の出力信号につい・でも、上
記の信号処理と同様な処理を行い、この処理によってフ
リップフロップ36のリセット入力381点qを得、こ
れをフリップフロップ36のリセット端子Hに入力せし
める。
上記セット人力37とリセット人力38によりフリップ
フロップ36の出力には位相時間差Δtに等しいパルス
幅を有する方形波信号39;点りを得ることが出来る。
以上の回路構成が位相差一時間変換回路りの構成である
フリップフロップ36で得られた方形波39は抵抗40
、コンデンサ41から成る回路で積分されてノコギリ波
形42;点jに変形される。これが時間−電圧変換回路
−Eの作用である。
次の段階では、ノコギリ波42のピーク値ヲサンプルホ
ールドするのであるが、そのためのタイミング信号には
、7リツプフロツプ36の出力信号をコンデンサ44、
抵抗45で微分した後、イ/パータ46で反転して得ら
れる信号43;点iを用いることとする。そして上記の
ピーク値のサンプルホールドは、ノコギリ波42をバッ
ファ用増幅器47に通し、その後に於てタイミング信号
43でアナログスイッチ4Bを開閉してコンデンサ49
に充電することによって行われる。
コンデンサ49にノコギリ波のピーク値が保持されれば
、ノコギリ波の波形は不要となるため。
タイミング信号43に基づき抵抗50、コンデンサ51
、OR回路52を利用して遅延させた信号53;点kを
形成し、当該信号53を用いて適宜なタイミングでアナ
ログスイッチ54をオンし、コンデンサ41を放電させ
てノコギリ波42を消去する。
以上の回路構成がサンプルホールド回路Fの構成であり
、サンプルホールド回路Fの出力は、コンデンサ49の
電位としてバッファ用増幅器55を通した後に第8図(
1)の如き波形56で得ることが出来る。即ち、位相時
間差Δtに対応した電圧値が出力されることになる。
次に温度補正回路では、温度センサである゛サーミスタ
6及び抵抗56.57.58.59によって、25℃の
温度を中心値として温度変化ΔTに応じて線形的に変化
させるようにした電位変化ΔVを点mに生じさせる。こ
こではΔV=α1ΔT(a、は比例定数)の関係が成り
立つ。又差動増幅器60の6.0の増幅率をα鵞とすれ
ば、その出力はα1ΔV(=α纂α曾ΔT)となる。次
に、差動増幅器60の出力は更に増幅器61により増幅
される。その増幅率をβとすると、増幅器61の出力は
α會βΔVとなる。
ここでα諺βΔV==XΔTとなるようにβの値を予め
設定する。βは抵抗62.63の夫々の抵抗値によって
設定される。上記に於て、Kは温度補正定数r=1+に
ΔTに於ける定数にであるので、点0での電位はにΔT
に等しくなる。他方点pに於ては、その電位が1〔v〕
となるように抵抗64゜6−5により回路設計されてお
り、これを増幅器66を介してにΔTと加算し、その出
力に於ては、温度補正定数γ=1+にΔTに等しい電位
を得ることが出来る。
以上に於て、点tに於ける位相差検出回路の信号と点q
に於ける温度補正回路の信号を乗算回路67に於て乗算
する子と、空気の流速に相当する電圧をその出力に得る
こ々が出来る。その後、乗算回路67の出力を電圧制御
発振器68で電圧−周波数変換し、分周回路69で所定
の周波数に変信骨を出力せしめる。電圧−周波数変換回
路68以後の回路構成が信号発生回路の構成である。
以上の説明から明らかなように本発明によれば、七/°
す部である流量計本体の通路には気流の妨げとなるもの
は何も存在し得ないから圧力損失がなくエンジン性能上
好ましく、センサ部の設計についても自由度が大きいと
云う利点を有する。又流速測定に際して渦の発生を利用
していないため低速領域での計測感度も高いものとする
ことが出来る0 更に、超音波送受信器をセンサ部通路の外部゛に金網ド
ームを利用して取り付け、センサ部内壁面等に吸音材を
使用したため、超音波の反射、外乱ノイズ等による信号
出力の乱れを低減することが可能となった。
超音波送受信器を2基用意してリアルタイムで順方向・
逆方向の位相差時間Δtを求めるようにし、且つ温度補
正も一次式近似でリアルタイムで行うようにしたため、
応答も速く計測精度も高いと云う利点を有する。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例を示し、第1図は全体系読図、
第2図は位相差法を説明するための図、第3図は空気流
量計本体の一部分を断面とした分解斜視図、第4図は第
3図中4−4線断面図、第5図は第3図中X一方向矢視
図、第6図は回路部の接続図、第7図は回路部の概要的
ブロック図、第8図は第7図中の各点の波形図である。 尚図面中、1は空気流量計のセンサ部、2は吸気通路、
4,5は超音波送受信器、6はサーミスタ、7は位相差
検出、温度補正回路、11.13はハニカム整流板、1
4は離隔板、16.18は金網、19は上蓋、20は吸
音材である。 特 許 出 願 人  本田技研工業株式会社代理人 
弁理士 下 1)容一部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  一端を大気に通じ、他端を燃焼室に通じせし
    めた吸気通路に、超音波送受信器を備えるセンサ部を介
    設した、内燃機関の超音波式空気流量く配置される送信
    素子、受信素子の対から成る少なくとも2基の超音波送
    受信器を、その超音波発射方向が空気流に対して斜めに
    交差する如く設け、第一の超音波送受信器では空気流に
    対して順方向に超音波を発射し、第二の超音波送受信器
    では空気流に対して逆方向に超音波を発射し、各超音波
    送受信器の出力信号よりその位相差を求め、二つの出力
    信号の位相差に基づいて吸気通路内の空気量を計測する
    ようにしたことを特徴とする車両用超音波式空気流量計
  2. (2)  前記センサ部に取や付けられる超音波送受信
    器を2基とし、両超音波送受信器を並べて設け、各超音
    波送受信器の送信素子、受信素子をセンサ部本体の外部
    に配設し、センサ部本体の内部と送信素子、受信素子と
    の間にシールド用金網部材を介設したことを特徴とする
    特許 音波式空気流量計。
  3. (3)  前記センサ部本体を成す管体の内面に吸音材
    を設けたことを特徴とする前記特許請求の範囲第1項記
    載の車両用超音波式空気流量計。
  4. (4)  各超音波送受信器の同一側に並列に配設され
    た送信素子、受信素子との間に超音波遮蔽板゛を介設し
    たことを特徴とする前記特許請求の範囲第2項記載の車
    両用超音波式空気流量計。
JP56105861A 1981-07-07 1981-07-07 車両用超音波式空気流量計 Pending JPS587523A (ja)

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