JPS63122963A - 流動方向測定装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は電気的に加熱される加熱素子と、少なくとも１
つの温度測定素子とを有する、実質的に決った方向に流
れる既知の流体流の流動方向測定装置に関する。

従来の技術 内燃機関の燃料噴射の制御は吸入空気の流体流に依存し
て行なわれる。流体流の測定には多くの場合、電熱方式
で動作する流量測定装置が用いられる。この種の測定装
置は温度補償に少なくとも１つの温度測定素子を有する
。実際の流量測定装置は、実質的に流体の中に設けられ
た電気的に加熱可能な抵抗素子である。この加熱素子か
らの熱放出が流量に対する尺度であって、流量が大きけ
れば大きい程熱放出量も大きくなる。

この種の流量測定装置は流動方向に関しては非常に不感
である。何故なら、流れが前の方向に向いているか、後
の方向に向いているかに関係なく、熱放出量に相応する
実質的に同一の電気信号が送出されるからである。換言
すれば、公知の流量の測定装置は流量のみを検出し、こ
の流体流の流れる方向を検出しない。内燃機関の吸入装
置において、一定の動作状態では、エアコラムが振動し
、この振動が定常な流れに重畳されるので流れが急激に
脈動することがわかつた。毎分の回転数と気筒数に応じ
て振動の基本周波数は１０〜１００ＯＨｚの範囲で変動
する。流速と振動の振幅に応じて短期間の間、逆流が発
生する。上述の流量測定装置の測定原理に基づき、逆流
は吸入流と同じ様な測定信号を発生させ、その結果結局
燃料が機関に過剰に供給される。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、例えば内燃機関の吸入装置に使用可能
であって、脈動の期間中に脈動空気流に迅速に応答する
流動方向測定装置を提供することである。

問題点を解決するための手段 上述の課題は本発明によシ、特許請求の範囲第１項の上
位概念に記載の装置に砕いて、加熱素子に隣接して２つ
の温度測定素子を設けることによって解決される。その
際、流れ方向に応じ、一方の温度測定素子を加熱素子の
上流側に、他方の温度測定素子を加熱素子の下流側に配
置する。それにより加熱素子から熱がその都度の下流側
に配置された温度ｐ測定素子へ伝達され、その結果この
温度測定素子は上流側に配置された温度ｌ測定素子より
も常に高い温度を有するようになる。温度が異なるので
、２つの温度測定素子は異なった電気信号を送出し、そ
れら電気信号の差は流れ方向に応じて正または負となる
。

本発明の有利な実施例では、流体の流れの中に１つの加
熱素子が設けられ、２つの温度測定素子のそれぞれ１つ
が流れの中で発熱体の、前と後に配置される。温度測定
素子を発熱体に対し対称に配置すると有利である。温度
測定素子の迅速な応答は、この温度測定素子の慣性質量
が小さくかつ加熱素子との間隔を小さくすることによっ
て得られる。この装置を流れの中央に配置することによ
り容易に応答感度を高めることができる。

加熱素子から、下流に位置する温度測定素子への熱伝達
が、種々の流速の場合に確実に行われるようにするため
に加熱素子とこの加熱素子に対応して設けられた温度測
定素子とを層流の領域で配置する。層流は例えば装置の
前と後にそれぞれ、蜂の巣のような平行なチャネルが走
行している”流体整流素子”を配置することによって得
られる。

２つの温度測定素子から送出される信号のレベルは流れ
方向に依存するのみならず、流体の流速並びに加熱素子
の温度に依存する。均一な信号レベルは加熱素子の温度
を制御することによシ得られる。加熱素子の温度は有利
には一定の絶対値に制御するか、または流れる流体の温
度に対し一定の差を有する値に制御する。

加熱素子をＰＴＣ−ピル状体（錠剤形）とすることによ
り装置を特に安価に構成できる。ＰＴＣ−ビル状体は適
当な受動接続にて、能動素子を必要とすることなく、安
定した温度に制御する。

本発明の実施例では温度測定素子を温度に依存する抵抗
素子として構成し、それら抵抗素子を分圧器としてブリ
ッジ回路に設けられる。その場合温度変化により抵抗変
化が生じそれがブリッジ回路の不平衡をひき起し、その
結果ブリッジ対角点から取出される電圧は流れ方向に従
って正または負となる。

ニッケルまたはプラチナのような、正の温度係数（ＰＴ
Ｃ）と高い安定性を有する金属抵抗素子が細い線材、薄
い膜またはフィルムとして容易に製作できるので都合が
よい。負の温度係数（ＮＴＣ）を有する抵抗素子は、温
度係数を大きくひいてはセンサ信号を大きくする必要が
ある場合には有利である。

抵抗素子を迅速に応答するようにするためにはこの抵抗
素子をワイヤ状に構成すればよい。

その際、抵抗素子を固定しないで流れの中に設け、当該
線材の断面積を変化して線材の慣性質量、ひいては抵抗
素子の応答時間を制御することができる。ここで“線材
”とは細長く形成されている抵抗を意味し、断面は丸形
でも角形でも扁平でもよい。特に迅速に応答する細い線
材の場合は、機械的安定性について考慮しなければなら
ない。抵抗は直線状でもミアンダ状でもスパイラル状で
もよく、またミアンダ状またはスパイラル状の平面は有
利には流れに対し長手方向に配置される。

抵抗素子を膜状に形成すると有利である。その際、抵抗
層は少ない熱容量と高い熱伝導率を有する基板に被着さ
れる。

この種の抵抗素子は例えばマイクロ技術によるモジュー
ルに集積できる。

均一なセンサ感度は、加熱素子の給電電圧を制御する制
御ユニットを設けることによシ得られる。このようにし
て流体の流量が少ない時でも多い時でも、測定抵抗は同
一の温度のもとで、測定が行なわれる。給電電圧を調整
するため例えば流量測定装置の信号を利用することがで
きる。しかしながら、給電電圧を２つの温度に依存する
抵抗素子の１つの抵抗に依存して、この抵抗が常に一定
値を保持するように制御することもできる。それにより
測定信号は、流れの影響を受けかつ温度に依存する第２
抵抗素子の抵抗値にだけ依存する。

本発明の別の実施例では、熱電素子を温度測定素子とし
て使用する。熱電素子は迅速に応答するという利点とフ
ィルム技術によシ、例えば熱電素子バッテリーまたは半
導体素子として種々の形で安価に製作できるという利点
を有する。

流体の流動方向に関する情報は２つの温度測定素子の温
度差から導出される。従って熱電素子を使用する際に装
置内で、２つの熱電素子の電気的に同一極性の２つの脚
部を直接相互に接続して、個々の熱電素子のそれぞれに
１つの脚部のみが外部に導出されるようにすると有利で
ある。それによυ、この２つの脚部の間には２つの熱電
素子の電位差のみが生ずる。２つの脚部は同一の材質か
ら成っているので、電気接続素子に発生する熱電圧は自
動的に補償される。

−点での温度測定が必要でない場合、熱電圧を高めるた
めに複数の熱電素子を１つの熱電素子バッテリーに直列
接続することができる。

本発明の別の実施例では、それ自体公知の、吸入空気流
の流量に依存して燃料の噴射の制御を行なう装置に接続
することが提案される。その際、燃料の調量は温度測定
素子から送出された信号に依存して行なわれる。このよ
うにして、所定の動作状態で発生する燃料の過剰調量が
、本発明による装置を介し内燃機関の吸入装置の中で逆
流が検出されると直ちに低減される。

本発明による装置の特に有利な実施例においては、温度
測定素子を増幅器の入力側と接続し、この増幅器の出力
側をシュミット−トリガ回路を介して制御ユニットの１
つの入力側と接続し、またこの制御ユニットの第２入力
側を流量測定装置と接続し、出力側を燃料調量装置と接
続する。その場合、それ自体公知の流量測定装置から同
様に公知の燃料調量装置へ供給される測定信号は、本発
明によると、流動方向測定装置から供給された補正信号
により制御される。これら２つの信号とも急激に脈動す
る吸入空気流によって常時変化するので、方向性に依存
する補正信号を閾値スイッチとして動作するシュミット
−トリガ回路に供給して、信号レベルが低い時の制御回
路の不必要な、制御変動を抑圧する。

さらに、脈動により変化する制御ユニットの出力信号を
燃料／調量装置への入力側に供給する前に積分器によっ
て平滑にすると有利である。

流量測定装置と流動方向測定装置とが互いに隔れていた
り、異なった応答時間を有する限シ、これら２つの装置
の信号が時間的にずれて到達することがある。従って、
シュミット−トリガ回路の出力側と制御ユニットの入力
側との間に移相器を設けると有利である。補正信号の持
続期間と異なる測定信号制御期間が所望される特別な場
合には、制御ユニットの入力側の前に単安定マルチバイ
ブレータを接続するとよい。そのようにして到来するパ
ルスが短かなとき相応に延長したり、また長すぎるとき
短縮することができる。

補正信号による測定信号の制御には基本的に種々の方法
がある。その場合、補正信号を逆流が生じた時にのみ送
出するのが有利である。即ち、吸入方向の流れの時は、
信号が制御ユニツトに供給されないようにする。補正信
号による測定信号の有利な制御方法は実質的に次の６つ
である。

１、　制御ユニットは流量測定装置から到来する測定信
号を、補正信号が制御ユニットの第２入力側に加わって
いる間にわたって抑圧することができる。このようにし
て簡単に、不必要で有害な燃料の過剰調量を回避できる
。

この種の装置では、出力信号を平滑にする積分器が特に
重要となる。

２、制御ユニットは、入力側に補正信号が加わっている
期間に検出された測定信号を、補正信号が到来しない期
間に検出された測定信号の値から減算することができる
。しかしこの制御方法は理論的には正しいが、流量も流
動方向も完全に慣性特性を示さず、また双方を同一の測
定条件の下で検出することができることを前提としてい
る。この前提条件を実質的に満たすには大きなコストが
かかる。流量測定装置もまだある程度の積分特性を有す
る。何故なら逆流の際に測定素子によって加熱された空
気は通常の流動方向に変化した後、もう−度測定素子と
接触し、それにより空気の冷却度が低減されるからであ
る。従って、次の制御法が経済的で最も有意義であるこ
とがわかる。

６、制御ユニットは入力側に補正信号が加わっている期
間に検出された測定信号の値を前もって決められた部分
値に低減することができる。

この部分値を前もって設定、または流量および／または
機関の回転数に依存して設定することにより、種々の動
作状態と測定装置の技術的必要性に最適に適合させるこ
とができる。

本発明の他の詳細、利点、および特徴は特許請求の範囲
、およびこれら特許請求の範囲を引用すべき特徴部分−
それ自体および／またはそれらの組合せ、−からのみ明
らかとなるのではなく、図面に示された有利な実施例に
ついての以下の説明からも明らかとなる。

実施例 第１図は本発明による装置の実施例の側面図である。第
１図は流体路・１０中の、温度測定素子１２と１４の幾
可学的配置を示し、それら温度測定素子１２と１４の中
央には加熱素子１６が配置されている。温度測定素子１
２と１４は線材として路線的に側面図に示されており、
それら線材は流体路１０内を流れる流体の中央を横切っ
て配置されている。加熱素子１６として温度測定素子に
対し平行に、長手方向に延在した扁平体が示されている
。温度測定素子１２と１４の配置は加熱素子１６に対し
対称である。

例えば第１図において、流体が左から右へ流れる場合、
温度測定素子１２の周りを影響を受けていない流入流体
が流れる。また温度測定素子１４は加熱素子１６よシ下
流にある。したがってこの場合、温度測定素子１４は付
加的に加熱される。流動方向が逆の場合、つまり温度測
定素子に対する流れが右から左へと逆になると、温度測
定素子の電気特性が逆に変化する。乱流の影響を回避す
るために、装置の両側に”流体整流素子″３２並びに３
４が配置されている。

この流体整流素子は多数の平行する流体チャネルを有す
るハチの巣状の部材である。このようにして、本来の測
定装置には常に層状に流体が流れることが保証される。

電圧源４８から供給される、加熱素子１６に対する給電
電圧は流量を測定装置６６の測定信号に依存して制御さ
れる。それによシ、流量が大きい時は流量が少ない時よ
シも加熱素子１６をより強く加熱する、言い換えると流
量の少ない時の加熱素子１６の過加熱が防止される。加
熱素子１６に対する給電電圧は、加熱素子１６の温度が
、流入する流体の温度よりも所定の値だけ高くなるよう
に制御する。

第２図には参照番号１２と１４及び４２と４４によりブ
リッジ回路の抵抗が示されており、抵抗１２と１４並び
に抵抗４２と４４はそれぞれ分圧器として接続されてい
る。ブリッジ回路の給電は可変電圧／電流源５０を介し
て行なわれる。抵抗４２と４４は固定抵抗であり、抵抗
１２と１４は温度に依存する抵抗素子である。

それら抵抗素子１２．１４は流れる流体中の相互異なっ
た位置に配置されており、流体を加熱する加熱素子に対
し異なった位置にあるので、温度に依存する抵抗素子１
２と１４は流れによシ異なった強さで加熱され、その結
果抵抗素子１２と１４の抵抗の抵抗値の変化は異なる。

そのため、抵抗４２と４４との間、および抵抗素子１２
と１４との間の測定点すなわちゾリッゾ対角点に電位差
が発生する。この電位差から増幅器５２を介して補正信
号が形成される。

第６図には参照番号１１２と１１４にて熱電素子が示さ
れ博いる。それら熱電素子１１２と１１４は、第１図に
示す装置では温度測定素子１２．１４として設けられて
いる。２つの熱電。

素子１１２，１１４のそれぞれ同一極性の脚部は直接相
互に接続されている。その際、他方の２つの脚部は増幅
器５２と接続されている。このようにして増幅器５２に
は２つの熱電素子１１２．１１４の差信号のみが供給さ
れ、その差信号が流動方向の検出に用いられる。熱電素
子を使用する利点は、熱電素子の機械的強度が高いとい
うことのみならず、測定信号を外部の電流源とは無関係
に使用できるということである。

実施例では、銅−コンスタンタンから成る熱電素子が用
いられる。高い熱起電力を得るために複数の熱電対が１
つの熱電素子パッチ−に直列に接続されている。

第４図は増幅器５２から送出された補正信号の処理経路
を示す。閾値スイッチとして用いるシュミット−トリガ
回路５４は一方で低すぎる信号をろ波して除去し、他方
で一定の信号を入力信号の大きさとは無関係に送出する
。シュミット−トリガ回路５４の出力側は制御ユニット
６４の入力側６０と接続されている。制御ユニット６４
の別の入力側６２に、流量測定装置６６の測定信号が供
給される。制御ユニット６４の出力側は燃料調量装置７
０と接続されている。信号が脈動する原因となる流体の
脈動は積分器６８を用いて平滑にされる。流量測定装置
６６と流動方向検出に用いられる抵抗素子１２と１４と
は吸入装置内の異なった個所に配置されており、異なっ
た応答時間を有することもあるため、信号の同期のため
に移相器５６が設けられている。測定信号のパルス幅を
補正するために、さらに単安定マルチバイブレータ５８
が設けられており、この単安定マルチバイブレータ５８
によって、補正信号のパルス幅を、入力信号のパルス幅
と異なるように制御することが可能である。

制御ユニット６４の役目は、流量測定装置　　４６６に
よって主Ｚとして制御され、燃料調量装置７０へ供給さ
れる信号を、補正信号に応じて整合制御することである
。逆流時にのみ発生する補正信号に応じて、脈動のこの
逆流期間に到来した流量測定装置６６の測定信号を制御
ユニット６４によって抑圧するか、あるいは他の期間に
到来した測定信号の値から減算するか、または測定信号
は測定値とゼロの間にある部分値に低減する。ここで部
分値の程度は機関回転数と流量の大きさとに依存する。

発明の効果 本発明によシ、内燃機関の吸入装置に使用可能であって
、脈動の期間中に迅速に応答する、脈動空気流の流動方
向測定装置が得られる。本発明による装置を、吸入空気
の流体流量に依存して燃料噴射の制御を行なう公知の装
置に接続することによシ、本発明による装置を介して内

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の実施例の側面略図、第２図
は温度に依存する抵抗を有する本発明の装置に使用され
るブリッジ回路の回路図、第６図は熱電素子を有する本
発明の装置の一部の回路略図、第４図は本発明を燃料調
量装置の制御に実施した回路装置の略図である。 １０・・・流体路、１２．１４−・・・抵抗素子、１６
・・・加熱素子、３２．３４・・・流体整流素子、４２
゜４４・・・固定抵抗、４８・・・加熱素子用電源、５
０・・・ブリッジ回路用電源、５２・・・増幅器、５４
・・・シュミット−トリが回路、５６・・・移相器、５
８・・・単安定マルチバイブレータ、６０．６２・・・
入力側、６４・・・制御ユニット、６６・・・流量測定
装置、６８・・・積分器、７０・・・燃料調量装置、１
１２゜１１４・・・熱電素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気的に加熱される加熱素子と、少なくとも１つの
   温度測定素子とを有し、実質的に決った方向に流れる既
   知の流体流の流動方向測定装置において、加熱素子（１
   ６）に隣接して２つの温度測定素子（１２、１４）が設
   けられており、流れ方向に応じて、一方の前記温度測定
   素子（１２または１４）は加熱素子（１６）の上流側に
   、他方の前記温度測定素子（１４または１２）は加熱素
   子（１６）の下流側に設けられていることを特徴とする
   流動方向測定装置。 ２、加熱素子（１６）と該加熱素子（１６）に配属され
   た温度測定素子（１２と１４）とは層流の領域に配置さ
   れている特許請求の範囲第１項記載の流動方向測定装置
   。 ３、加熱素子（１６）は温度制御装置（４８）と接続さ
   れている特許請求の範囲第１項または第２項記載の流動
   方向測定装置。 ４、加熱素子（１６）はＰＴＣ−ピル状体として構成さ
   れている特許請求の範囲第３項記載の流動方向測定装置
   。 ５、温度測定素子（１２、１４）は分圧器としてブリッ
   ジ回路（１２、１４、４２、４４）に設けられた温度に
   依存する抵抗素子である前記特許請求の範囲各項記載の
   うちいずれか１項に記載の流動方向測定装置。 ６、抵抗素子（１２、１４）は正の温度係数を有する特
   許請求の範囲第５項記載の流動方向測定装置。 ７、抵抗素子（１２、１４）は負の温度係数を有する特
   許請求の範囲第５項記載の流動方向測定装置。 ８、抵抗素子（１２、１４）はワイヤ状に構成されてい
   る特許請求の範囲第６項または第７項記載の流動方向測
   定装置。 ９、抵抗素子（１２、１４）は膜状に構成されている特
   許請求の範囲第６項または第７項記載の流動方向測定用
   装置。 １０、ブリッジ回路（１２、１４；４２、４４）の給電
   電圧を制御する制御ユニット（５０）が温度に依存する
   抵抗素子（１２、１４）の測定温度を調整するために設
   けられている特許請求の範囲第５項記載の流動方向測定
   装置。 １１、温度測定素子は熱電素子（１１２、１１４）であ
   る前記特許請求の範囲第１項から第４項いずれか１項に
   記載の流動方向測定装置。 １２、加熱素子（１６）のそれぞれ前および後に配置さ
   れた熱電素子（１１２、１１４）は、逆の極性で電気的
   に継続接続されている特許請求の範囲第１１項記載の流
   動方向測定装置。 １３、吸入空気量の流体流に依存して内燃機関の燃料噴
   射の制御を行なう装置と接続されており、その際燃料の
   調量は温度測定素子（１２、１４）から送出された信号
   に依存して行なわれる特許請求の範囲第１項記載の流動
   方向測定装置。 １４、温度測定素子（１２、１４または１１２、１１４
   ）は増幅器（５２）の入力側と接続されており、該増幅
   器（５２）の出力側はシュミット−トリガ回路（５４）
   を介して制御ユニット（６４）の入力側（６０）と接続
   されており、前記制御ユニット（６４）の第２入力側（
   ６２）は流量測定装置（６６）と接続されており、また
   出力側は燃料調量装置（７０）と接続されている特許請
   求の範囲第１３項記載の流動方向測定装置。 １５、制御ユニット（６４）の出力側と燃料調量装置（
   ７０）の入力側との間には積分器（６８）が設けられて
   いる特許請求の範囲第１４項記載の流動方向測定装置。 １６、シュミット−トリガ回路（５４）の出力側と制御
   ユニット（６４）の入力側との間には移相器（５６）お
   よび／または単安定マルチバイブレータ（５８）が設け
   られている特許請求の範囲第１５項記載の流動方向測定
   装置。 １７、制御ユニット（６４）は流量測定装置（６６）か
   ら到来する測定信号を、補正信号が入力側（６０）に加
   わっているとき抑圧する特許請求の範囲第１４項記載の
   流動方向測定装置。 １８、制御ユニット（６４）は入力側（６０）に補正信
   号の加わっている期間に検出された測定信号の値を、補
   正信号が加わらない期間に検出された測定信号の値から
   減算する特許請求の範囲第１４項記載の流動方向測定装
   置。 １９、制御ユニット（６４）は入力側（６０）に補正信
   号の加わっている期間に検出された測定信号の値を、前
   もって定めた部分値にまで低減する特許請求の範囲第１
   ４項記載の流動方向測定装置。