KR19990013637A - 열형 유량측정 장치 및 그 온도오차 보정수단 - Google Patents
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Abstract
열형 유량측정 장치에 의한 유량 검출에서는, 유체온도와 회로온도가 다른 경우에도 온도 변화에 기인하는 측정오차가 감소된 유량값이 얻어질 수 있다.
열형 유량측정 장치의 유체의 온도변화에 기인하는 측정오차는 유량에 상관없이 일정한 비율로 측정오차를 조절함으로써 유체의 온도에 기초하여 보정될 수 있다. 한편, 회로의 온도특성은 거의 0%로 조절된다.
Description
본 발명은 자동차의 내연기관 안으로 흡입되는 공기유량을 측정하는 열형 유량측정 장치 및 측정오차 보정 장치에 관한 것이다.
환경보호와 자원절약의 관점에서, 자동차의 엔진에서 보다 더 정밀한 연소 제어를 필요로 하고, 흡입공기 유량을 고정밀도로 검출할 수 있는 공기 유량계가 요구된다. 공기의 질량 유동을 직접 측정하는 열형 유량측정 장치를 채용하는 이러한 제어 시스템이 오늘날 주류를 이루고 있다.
이러한 측정장치 중 하나가 일본국 특허 공개 No 8-278178호(1996)에 개시되어 있다. 상기 측정 장치는 전기 회로의 온도 특성을 갖는 열형 유량측정 장치의 온도특성을 상쇄하도록 구성되어 있다. 좀 더 상세하게는, 위에 개시된 열형 유량측정 장치는, 열형 유량측정 장치 내에 통합된 기준전압 발생회로의 온도특성에 대한, 측정오차를 상쇄하도록 유량 의존성을 제공함으로써, 공기유량에 대하여 온도의 변화에 의존하는 측정오차의 의존성을 보정한다.
다른 종래의 측정장치는 일본국 특허 공개 No. 60-100218 호에 개시되어 있다. 이 종래 기술은 열형 유량측정 장치의 온도측정의 보정 방법을 개시하고 있다.
전자는 전기회로의 온도특성에 의해 유량에 대응하는 유체의 온도변화에 의존하도록 발열저항체, 온도감지 저항 등으로 형성된 브리지 회로의 출력에 포함된 온도오차를 상쇄한다. 따라서, 유체의 온도와 전기회로의 온도 사이에 차이가 발생될 때 보정이 수행되지 않게 된다는 문제점이 있다.
후자에서는, 온도특성의 보정이 측정된 공기유량을 고려하지 않고 흡입공기 온도에 응답하는 한정된 전압값만을 가지고 유량신호를 조절함으로써 수행된다. 그러나 실제 상황에서는, 공기유량에 대응하는 출력신호는 발열저항체 내를 흐르는 공기의 온도에 영향을 받게 된다. 이러한 것은 다음의 이유에 의해 초래된다.
열형 유량측정 장치는 브리지회로를 구성하는데, 출력전압(Vout)은 다음의 수학식 1에 의해 정의된다.
상기 수학식 1에서, 정수 A 및 B는 공기유량(Q)에 대하여 일정하지만, 온도에 민감한 특성을 가지고 있다. 이는 정수 A 및 B가 공기의 열전도성에 영향을 받기 때문이다. 환언하면, 정수 A 및 B는 열전도성 및 동점성계수와 같은 물성치의 변화를 반영한다. 따라서, 온도(T)에 대한 브리지회로 출력의 미분계수, 즉 dV/dT는 공기유량에 의존한다. 또한, 발열저항체로부터 이 발열저항체가 지지되는 부재로의 열전도의 영향은 공기유량 의존성의 다른 요인이다. 따라서, 종래기술에서, 온도특성의 보정이 더 넓은 유량 범위 및 더 넓은 작업온도 범위에서 수립될 수 없다는 문제가 있게 된다.
본 발명의 목적은 더 넓은 범위의 공기유량 및 더 넓은 범위의 작업온도를 갖는 열형 유량측정 장치의 온도특성을 향상시키는 것이다.
도 1은 본 발명의 전형적인 실시예로서 제어 시스템의 구성을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 사용되는 열형 유량측정 장치의 일실시예의 단면도,
도 3은 도 2를 상류측에서 본 외양도,
도 4는 도 2의 열형 유량측정장치의 전기회로의 회로도,
도 5는 열형 유량측정장치의 유체온도에 기인한 측정오차의 종래예를 도시하는 도면,
도 6은 열형 유량측정 장치의 회로의 온도측정의 종래예를 도시하는 도면,
도 7은 열형 유량측정 장치의 하나의 온도오차의 종래예를 도시하는 도면,
도 8은 열형 유량측정 장치의 유체온도에 기인하는 측정오차의 종래예를 도시하는 도면,
도 9는 열형 유량측정 장치의 회로의 온도특성의 종래예를 도시하는 도면,
도 10은 열형 유량측정 장치의 단일의 온도오차의 종래예를 도시하는 도면,
도 11은 본 발명에 따르는 열형 유량측정 장치의 유체온도에 기인하는 측정오차를 도시하는 도면,
도 12는 본 발명에 따르는 열형 유량측정 장치의 유체 온도와 측정오차의 관계를 도시하는 도면,
도 13은 본 발명의 열형 유량측정 장치의 회로의 온도특성을 도시하는 도면,
도 14는 보정 전에, 본 발명에 따르는 열형 유량측정 장치의 단일의 온도오차를 도시하는 도면,
도 15는 보정 후에, 본 발명에 따르는 열형 유량측정 장치의 단일 온도오차를 도시하는 도면,
도 16은 본 발명의 보정처리부를 갖는 열형 유량측정 장치의 일실시예의 단면도,
도 17은 본 발명에 사용된 내연기관의 제어시스템의 구성을 도시하는 도면,
도 18은 본 발명에서 측정오차를 도시하는 블록도,
도 19는 본 발명을 이해하는데 필요한 내연기관의 구성요소의 개략도,
도 20은 본 발명의 열형 유량측정 장치에서 흡입공기 온도가 높을 때 측정오차를 나타내는 그래프,
도 21은 본 발명의 열형 유량측정 장치에서 흡입공기 온도가 낮을 때 측정오차를 나타내는 그래프,
도 22는 본 발명의 보정값의 예를 도시하는 온도값 및 공기유량값으로 구성된 보정맵,
도 23은 열형 유량측정 장치의 회로도,
도 24는 열형 유량측정 장치의 단면도,
도 25는 도 24의 왼쪽(상류측)에서 본 단면도이다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 열형 유량측정 장치는, 열형 유량측정 장치의 유체의 온도 변화에 의해 초래되는 측정오차를 보정하도록 설계되고, 열형 유량측정 장치의 온도오차가 유량과 상관없는 일정한 비율로 되도록 만들어지므로, 온도신호만에 의해 기초하여 일정하게 될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 열형 유량측정장치의 출력 온도특성의 공기유량 의존성을 위해 오차를 보상하도록, 측정된 온도를 보정하는데 사용되는 마이크로컴퓨터를 사용하여, 흡기관 내의 흡입공기 온도가 측정된다.
본 발명의 실시예가 도 1 내지 도 25를 참조하여 이하에 설명된다.
본 발명의 대표적인 실시예로서 온도오차 보정장치를 사용한 제어시스템의 구성이 도 1에 도시된다.
열형 유량측정 장치(1)는, 유량을 검출하는 발열저항체(11) 및 유체의 온도에 의존하는 저항값을 갖는 온도감지 저항체이고 발열저항체의 가열온도에 기준이 되는 기준저항체(12)를, 유로(40) 내에 위치되도록 장착하고, 발열저항체(11), 기준저항체(12) 및 다른 저항체들(17, 18)을 갖는 브리지 회로를 형성함으로써 구성된다. 상기 발열저항체(11)는 그 온도가 주어진 일정한 온도로 기준저항체(12)에 의해 검출되는 유체의 온도보다 높게 유지되도록 제어된다. 따라서, 발열저항체(11)로부터 유체로의 발열량과 동일한 열량이 공급되도록 전류가 발열저항체(12)로 공급되기 때문에, 발열저항체(11)를 통과하여 흐르는 전류값은 유체의 유량에 대응하는 신호가 된다. 상기 전류는 고정저항인 저항(17)에 의해 전압으로 변환되고, 유량신호(15)를 출력하는 출력특성 조절회로(14)에 의해 조절된다.
반면에, 유체온도 검출장치(2)는, 서미스터(thermistor)와 같은 온도감지 저항체(21)를 유로(40) 내에 배열함으로써, 저항 자체 또는 일정한 전류를 공급하는 전압값을 온도신호(22)로서 출력하도록 설계된다.
상술한 유체신호(15) 및 온도신호(22)는 다른 신호들(31)과 함께 제어 유닛(4)으로 입력된다. 각각의 입력신호들은 A/D 컨버터(7)에 의해 디지털 값으로 변환되고 마이크로컴퓨터(9) 내에서 처리된다. 여기서, 유량신호는 유량에 대하여 비선형적인 전압신호이기 때문에, 유량신호가 디지털값으로 변환된 이후에 유량변환부(6) 내에서 선형적인 유량값으로 더 변환되고, 온도보정 유닛(3) 내에서 유체의 온도변화에 기인하는 측정오차를 보정한 유량신호가 되어, 감소된 온도오차를 갖는 유량을 얻게된다. 온도보정 이후의 유량신호, 온도신호 및 다른 신호들은 제어부(5)로 입력되고, 엔진 또는 장비의 제어신호(32)가 제어유닛(4)에 의해 D/A 컨버터와 같은 인터페이스를 거쳐 출력된다.
다음으로, 본 발명에 사용되는 열형 유량측정 장치의 일실시예로, 내연기관의 흡입공기 유량을 측정하는 열형 유량측정 장치의 구성이 도 2 의 단면도 및 도 3의 상류측에서 본 외관도를 참조하여 설명된다.
열형 유량측정 장치의 구성은 현존하는 제품과 다를 필요는 없고, 여기서는 도시된 실시예의 개략적인 것만이 설명될 것이다.
열형 유량측정 장치는, 전기회로를 형성하는 회로기판(52)을 수용하는 하우징(51), 이 하우징(51)에 고정되는 보조통로 형성 부재(56), 및 유체통로가 되는 보디(41)로 구성된다. 유량을 검출하는 발열저항체(11) 및 기준저항체(12)는 양단부에 전도성 리드(54)를 가지고, 단자(53) 상에 전도성 리드(54)의 양단부를 고정함으로써 보조통로(43) 내에 고정되어 배열된다. 단자(53)는 전도성 재료로 만들어지고, 하우징 안쪽으로 연장되어 와이어(57)를 통해 회로기판(52)에 연결된다. 측정 대상인 흡입공기(44)는 주통로(42)로서 보디(41) 내에 형성되는 유체통로를 통해 흐르고, 흡입공기의 일부가 보조통로(43)를 통해 흐르도록 분기되어 발열저항체(11)의 발열량에 기초하여 전기회로에 의해 공기유량에 대응하는 신호를 얻게된다. 이 신호는 커넥터(55)를 거쳐 외부장치로 출력된다.
열형 유량측정 장치의 전기회로의 회로도가 도 4에 도시된다. 이 회로도는 발열저항체(11)의 가열온도를 제어하고, 유량에 대응하는 신호(19)가 얻어질 수 있는 제어회로(61)와, 제너 다이오드(64) 및 다이오드(65)의 온도특성을 활용하여 온도변화 기인하는 출력의 변화를 보정하기 위한 온도보상회로(62), 및 상기 유량에 대응하는 신호(19)의 제로레벨과 게인을 조절하여 소정의 유량특성을 적용하기 위한 출력특성 조절회로(63)로 나뉘게 된다.
제어회로(61)는 도 1에 도시된 브리지회로와는 구성이 다르지만, 기준저항체(12)의 저항값에 대응하는 공기온도에 대하여 발열저항체(11)의 온도가 주어진 일정한 온도로 높아지도록 제어하는 것으로, 단순브리지와 동일한 기능을 갖는 회로이다.
상기 온도보상회로(62)는 제너다이오드(64) 및 다이오드(65)의 온도특성을 활용한 저항체(66) 또는 저항체(67)를 조절함으로써 임의의 온도특성을 갖는 출력특성 조절회로(63)의 기준전압(68)을 얻는데 적용된다.
상기 출력특성 조절회로(63)는 제어회로(61)의 유량에 대응하는 신호(19)를 입력하고, 연산증폭기(69)에 의한 제로스팬 조절에 의해 소정의 유량특성에 맞추어진 유량신호(15)를 얻는다. 여기서, 제로점 조절용으로 기준이 되는 전압은 온도보상회로(62)에 의해 임의의 온도특성으로 조절되어 유량신호(15)의 온도특성을 조절하는 것을 가능하게 한다.
도 5 내지 도 7은 20℃에서 0%의 출력특성의 오차로 하여 80℃ 및 -40℃의 온도에서 측정오차를 종래의 온도오차 조절의 경우에서 열형 유량측정 장치의 유량신호의 온도특성을 도시한다.
도 5는 회로기판의 저항 및 소자의 온도특성을 무시하여 유체의 온도가 80℃ 또는 -40℃로 변할 때 측정오차를 도시한다. 유체의 온도 변화에 의한 유량측정 오차는 도 5에 도시된 유량에 의해 변하게 되고, 즉 열전도성, 동점성계수 등과 같은 유체의 물성치가 변하게 되고, 리드 등의 열전도성에 영향을 받는 유량 의존성을 갖는다.
측정오차는 기준저항체(12)와 직렬로 연결된 저항체(13)에 의해 조절될 수 있다. 통상적으로, 저항(13)은 유량의 전체 영역에 걸쳐 측정오차가 0에 가깝도록 도 5에 도시된 바와 같은 정도로 설정된다.
한편, 회로기판 상의 저항과 소자의 온도특성은 각 소자 및 각 저항체의 온도특성의 합으로 나타나고, 상술된 온도보상 회로에 의해 조절될 수 있다. 상기 온도특성은 유량에 상관없는 일정한 전압이 된다. 그러나, 유량으로 변환한 측정오차는 저유량에서 커지고 고유량에서 작아진다. 따라서, 도 5에 도시된 측정오차의 유량의존성을 가능한 한 상쇄하기 위해서는, 온도특성이 도 6에 도시된 약간의 측정오차를 갖도록 조절이 수행된다.
상술된 바와 같이, 유체 및 회로가 동일한 온도로 변할 경우, 측정오차는 도 7에 도시된 것과 같이 된다. 열형 유량측정 장치가 유체 온도를 기준으로 발열양에 의해 유량을 측정하기 때문에, 온도 변화에 기인한 측정오차가 다른 유량측정 방법과 비교하여 작아지게 된다. 도 7에 도시된 최대 오차는 수 % 이고 종래에는 큰 문제로 고려되지 않았다.
그러나, 최근 더한 정밀도를 필요로 하고, 온도변화에 기인한 측정오차의 감소를 요구하고 있다. 종래 기술로 설명된 일본국 미심사 특허 공보 평 8-278178호에 개시된 열형 유량측정 장치는 이러한 것에 대한 하나의 해결책을 제공한다. 이는 온도보상 회로(62)의 출력이 되는 기준 전압(68)의 온도특성을 위한 유량특성을 제공함으로써, 유체온도의 변화에 의해 초래되는 측정오차의 유량 의존성을 상쇄하도록 설계된 것이다.
즉, 상술된 종래의 온도오차 조절이 수행될 때, 유체의 온도에 기인하는 측정오차는 동일하다(도 8). 그러나. 도 9에 도시된 바와 같이 회로기판의 온도특성의 조절을 가능하게 함으로써, 유체 및 회로의 온도가 동일한 온도로 변할 때의 측정오차가 도 10에 도시된 바와 같이 거의 0%가 된다.
그러나, 일본 공개특허 미심사 평 8-278178호에 개시된 조절방법에도, 회로의 온도와 유체의 온도가 거의 동일할 경우에 보정이 수행되지만, 이들 사이에 온도가 다를 경우에는 적당한 보정이 불가능하게 된다. 예를 들어, 자동차의 엔진 안으로 유입되는 흡입공기 유량을 측정하는 열형 유량측정 장치에서, 열형 유량측정 장치가 엔진룸 안에 장착되어 회로부가 배치되는 엔진으로부터 열을 받아 회로부가 가열된 상태에서 차가운 공기가 흡입될 경우 등은, 흡입공기의 온도가 약 20℃인 반면 회로부의 온도가 약 80℃로 가열되는 상황을 고려할 수 있다. 또한, 자동차가 엔진을 충분히 워밍업한 이후에 상당히 차가운 대기로 구동되는 경우에는, 회로부의 온도가 약 20℃이고, 흡입공기의 온도가 약 -40℃인 것도 가능하다.
따라서, 전자의 예에서, 회로기판의 온도특성은 그 자체로 유량신호의 측정오차가 되고, 후자의 예에서는, 흡입공기의 온도변화에 의해 초래되는 측정오차가 회로의 온도특성에 의해 보정 되지 않고 그 자체로 유량신호의 측정오차가 된다.
따라서, 본 발명은 유체의 온도와 회로의 온도가 다를 경우에도, 유체의 온도에 기초한 보정에 의해 유체의 온도변화에 의해 초래되는 측정오차를 감소시키고, 측정오차를 상술한 온도보상회로(62)에 의해 거의 0%로 만들도록 회로기판의 저항 및 소자의 온도특성을 조절함으로써, 온도오차를 억제한 유량값을 일정하게 얻을 수 있게 한다.
그러나, 유체의 온도변화에 의해 초래되는 측정오차가 상술된 바와 같은 종래의 조절에서는 유량의존성을 가지고 있기 때문에, 유량 및 온도의 맵으로부터 보정계수를 유도하는 것과 같이 실질적인 부하를 야기하는 보정이 필요하게 된다.
본 발명은 상기 보정을 매우 용이하게 수행하기 위해, 유체의 온도변화에 기인한 측정오차의 0% 를 찾지 않고도, 유량의존성을 피하도록 유량과 상관없이 일정한 측정오차가 초래되도록 열형 유량측정 장치를 조절하는 것이다. 반대로, 유체의 온도변화에 기인한 측정오차를 상쇄시키는 조절을 수행하지 않고도, 회로의 온도특성이 측정오차가 초래되지 않도록 (거의 0%로) 조절 또는 설정하기만 하면 된다.
상술된 바와 같은 유체의 온도변화에 기인한 측정오차의 조절은, 예를 들어 기준저항(12)과 직렬로 배열된 저항체(13)의 저항값을 변경함으로써 수행될 수 있다. 유체의 온도가 저항체(13)의 저항값을 변경하면서 유체의 온도가 20℃에서 80℃로 또는 -40℃로 변경될 때, 측정오차가 도 11의 종래의 조절과 비교하여 도시된다. 저항체(13)의 저항값이 변화된 개발제품에서, 유체의 온도변화에 기인한 측정오차는 80℃에서 음의 오차로 되지만 유량과 상관없이 거의 일정하고, -40℃에서는 양의 오차가 되지만 이는 일정한 비율이다. 유체의 온도변화에 기인한 측정오차가 유량의존성을 갖지 않고 평탄하게 될 때에는, 측정오차가 발열저항체(11)와 기준저항체(12)를 형성하는 재료 및 그 구조에 의존하여 변하게 된다. 그러나, 성능 및 신뢰성의 관점에서, 측정오차를 0%에서 평탄하게 만드는 것은 어렵다. 따라서, 본 발명의 요점은 측정오차를 0%로 만들지 않고도 쉽게 설정되는 저항값을 변경함으로서 유량의존성을 피하는 측정오차를 조절하는 것이다.
한편, 일정한 비율의 측정오차는 도 12에 도시된 바와 같이 온도와 거의 선형적인 상관관계를 나타낸다. 따라서, 유체의 온도변화에 기인한 측정오차의 보정은, 실제 측정된 유체온도와 기준온도(도시된 실시예에서는 20℃) 사이의 온도차에 도 12의 경사계수를 곱함으로서 보정된 오차를 구하고, 그 오차에 대응하는 양으로 열형 유량측정 장치로부터 얻어지는 유량을 보정함으로써 유량과 상관없이 유체의 온도변화에 기인한 측정오차가 보정된 유량을 얻을 수 있게 된다. 따라서, 본 발명은 간단한 선형식에 의해 유체의 온도변화에 기인한 측정오차의 보정을 행할 수 있게 하고, 보정처리를 매우 용이하게 수행하게 하여, 처리부의 부하가 더 작아지게 된다.
한편, 회로의 온도특성은 상술한 기준전압 회로(62)에 의해 회로의 온도특성의 거의 0%를 얻을 수 있도록 조절되고, 또는 대안적으로, 저항 및 소자의 온도특성을 작게 설정함으로써 도 13에 도시된 바와 같이 측정오차를 거의 0%로 만들 수 있다.
따라서, 유체의 온도변화에 기인한 측정오차의 보정부를 열형 유량측정장치의 외부 처리유닛 또는 제어유닛에 의해 처리할 경우, 열형 유량측정장치의 총 온도오차는 도 14에 도시된 유체온도에 기인한 측정오차와 실질적으로 동일하게 된다. 그러나, 유체온도에 의존하는 측정오차는 보정처리부에 의해 유체의 온도에 기초하여 보정된다. 따라서, 보정 이후의 유량값은 도 15에 도시된 바와 같이 온도변화에 기인한 오차가 거의 0%가 될 수 있다. 이러한 방법으로, 유체온도 및 회로온도의 영향이 개별적으로 보정되기 때문에, 유체온도 및 회로온도가 상술된 바와 같이 다른 조건에서도, 온도에 기인한 측정오차가 감소된 유량이 얻어진다.
다음으로, 상술한 유체온도에 의존하는 특정오차의 보정처리부를 갖는 열형 유량측정 장치의 일실시예와 관련하여, 열형 유량측정 장치의 단면도인 도 16을 참조하여 설명한다. 유량을 검출하는 발열저항체(11) 및 유체의 발열저항체의 가열온도의 기준이 되는 기준저항체(12)는, 전기회로(52)를 내부에 수용하는 하우징(51)과 일체로 형성된 보조통로(43) 내에 배열되고, 단자(53) 및 와이어(57)를 거쳐 전기회로(52)와 전기적으로 연결된다.
전기회로(52)는 제어회로(61), 기준 전압회로(62) 및 출력특성 조절회로(63)에 부가적으로, CPU(71), A/D 컨버터, 메모리(73), 인터페이스(74) 등을 가지고, 전기회로 내에서 디지털 변환을 가능하게 하고 연산처리를 수행한다. 한편, 유체의 온도측정용으로, 서미스터 등을 개별적으로 배열하는 방법도 고려될 수 있다. 그러나, 기준저항체(12) 양단에서의 전압으로부터 유체온도를 유도하는 것도 가능하다. 기준저항체(12)를 통하여 흐르는 전류가 유량에 의존하여 변하기 때문에, 기준저항체(12) 양단에서의 전압으로부터 유체온도가 얻어질 수 없다. 그러나, 도시된 실시예에서는, CPU(71)에 의한 연산처리가 가능하다. 또한, 유량신호가 얻어질 수 있기 때문에, 기준저항체(12) 양단에서의 전압에 기초하여 유량에 대응하는 값의 연산처리 의해, 유체온도에 대응하는 신호를 얻는 것이 가능하다. 따라서, A/D 컨버터에 의해 디지털 변환된 유량신호의 유체의 온도변화에 의존하는 측정오차를 상술한 바와 같이 유량신호에 상관없는 일정한 비율로 되도록 조절함으로써, CPU(71)에 의한 보정에 의해 유체의 온도에 기초하여 온도오차가 감소될 수 있게 된다.
한편, 도시된 실시예에서, 회로기판(52)이 주통로(42) 내에 설치되기 때문에, 회로기판이 주통로의 외부에 배치된 경우 보다 회로온도가 유체온도에 더 근접하게 된다. 따라서, 유체온도 및 회로온도가 실질적으로 동일한 것으로 가정하여 온도오차의 통합된 보정을 하는 것이 가능하게 된다. 그러나, 회로온도가 유체 보다 더 용이하게 하우징을 통한 열전도에 기인한 외부열에 의해 영향을 받기 때문에, 그리고 회로가 저항체나 소자 등으로부터 자체적으로 가열되기 때문에, 유체 및 회로가 완전히 동일한 온도로 될 수는 없다. 따라서, 상기 회로의 온도특성은 개별적으로 온도오차가 거의 0%가 되도록 조절되는 것이 바람직하다.
따라서, CPU(71)에 의해 수치적으로 보정된 유량신호와 유체의 온도신호는 커넥터 단자(75)로부터 인터페이스(74)를 거쳐 외부장치로 출력된다. 반면에, 연산처리용 계수 등과 같은 수치데이타가 메모리(73) 내에 저장된다. 이는 메모리(73) 내의 데이터를 다시 씀으로써 개별적인 조절을 수행하는 것을 가능하게 한다. 마지막으로, 본 발명이 내연기관을 제어하는데 적용된 경우의 실시예가 내연기관의 구성을 도시한 도면인 도 17을 참조하여 설명된다.
엔진 실린더(101) 내로 도입된 공기는 스로틀밸브(102) 및 아이들 제어밸브(103)에 의해 제어된다. 흡입공기(110)가 외부로부터 에어클리너(104) 안으로 도입되어, 필터(105)를 거쳐 열형 유량측정 장치(1) 및 스로틀 보디(115)를 통과하여, 엔진 실린더(101) 내로 도입되고, 연소 후에 배기가스(111)로서 배출된다. 한편, 에어클리너(104) 내에는 흡입공기 온도센서(106)가 배열된다. 배기 파이프 내에는, 공연비 센서(107)가 배열된다. 또한, 엔진 내에는, 크랭크각 센서(108)가 배열된다. 스로틀 보디(115) 내에는, 스로틀각 센서(109)가 배열된다. 제어유닛(112)에는, 공기유량 신호, 흡입공기온도 신호, 공연비 신호, 크랭크각(엔진속도) 신호, 스로틀각 신호가 입력된다. 제어유닛(112)은 입력신호에 기초하여 엔진을 최적으로 조절하도록 인젝터(113)의 연료제어 신호 및 아이들 제어밸브(103)의 개방각 신호를 입력한다.
여기서, 열형 유량측정 장치(1)의 흡입공기 온도의 변화에 의해 초래되는 측정오차를 유량에 상관없이 일정한 비율이 되도록 조절함으로써, 제어유닛(112) 내에서 흡입공기 온도 신호에 기초하여 보정하는 것이 가능하게 되고, 흡입공기 온도에 의한 측정오차를 감소시킨 유량값이 얻어지고, 보다 정밀한 엔진제어가 가능하게 된다.
상기 본 발명의 실시예에 따르면, 열형 유량측정 장치의 유체의 온도변화에 의해 초래되는 측정오차가 유체온도에 기초하여 용이하게 보정되기 때문에, 유체의 온도 및 회로의 온도가 서로 다른 상황에서도, 측정오차가 초래되지 않도록 열형 유량측정 장치의 회로의 온도특성을 조절함으로써, 측정오차가 명백히 감소된 유량값을 얻는 것이 가능하게 된다. 따라서 열형 유량측정장치에 사용된 시스템의 정밀도를 향상시키는 것이 시스템의 큰 변경을 필요로 하지 않고도 용이하게 달성될 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예가 첨부도면에 상세하게 설명된다.
먼저, 열형 공기유량측정 장치의 작동의 기초이론이 설명된다. 도 23은 열형 공기유량측정 장치의 개략적인 회로도이다. 열형 공기유량측정 장치의 구동회로(91)는 브리지회로 및 피드백회로로 주로 구성된다. 흡입공기 유량을 측정하는 발열저항체(3)(RH), 흡입공기 유량을 보상하는 열감지 저항(3)(RC), 및 저항체(R10, R11)가 브리지회로를 형성하고, 연산증폭기(OP1)에 의해 피드백 작동이 수행되고, 발열저항체(3)(RH) 및 온도감지 저항체(4)(RC) 사이에 서로 다른 일정한 온도를 유지하도록 발열저항체(3)(RH)로 가열전류(lh)를 보냄으로써 공기유량에 대응하는 출력신호(V2)가 산출된다. 예를 들어, 공기흐름이 원하는 것보다 더 빠른 경우에는, 발열저항체(3)(RH)에서 제거되는 열량이 크게 되므로, 가열전류(lh)가 더 공급되도록 만들어지고, 공기흐름이 원하는 것 보다 더 느린 경우에는, 발열저항체(3)(RH)에서 제거되는 열량이 작게 되므로, 가열전류(lh)가 감소되도록 또는 충분히 작게 되도록 만들어진다.
도 24는 열형 공기유량측정 장치의 일예를 도시하는 단면도이고, 도 25는 열형 공기유량측정 장치의 예를 상류측(도 23의 왼쪽)에서 본 외관도이다.
열형 공기유량측정 장치의 구성성분으로는, 구동회로를 형성하는 회로기판(52)을 내장하는 하우징부재(51), 및 비전도성 재료로 형성된 보조통로 구성 부재(56)가 있다. 보조통로 구성 부재(56)에서, 공기유량을 검출하는 발열저항체(11) 및 흡입공기 온도를 보상하는 온도감지 저항체(21)가 전도성 재료로 구성된 지지부재(53)를 통하여 회로기판에 전기적으로 연결되도록 배열되므로, 하우징, 기본 회로기판, 보조통로, 발열저항체, 온도감지 저항체 등과 함께 단일의 모듈이 열형 공기유량측정 장치 내에 형성된다. 더욱이, 흡기관을 형성하는 주통로(41)의 측벽 상에 구멍(85)이 형성되고, 열형 공기유량측정 장치의 보조통로 부분이 외측으로부터 상기 구멍(85) 안으로 삽입되고, 하우징 부재(51)가 나사(87)로 기계적으로 보조통로 구성 부재의 측벽 상에 고정된다. 보조통로가 삽입되는 주통로 구성부재는 원통형 관이고, 주통로 내의 공기가 흐르는 그 유효 단면적은 보조통로의 입구 및 출구에서 거의 동일하다. 보조통로 구성부재(56)와 주통로 구성부재 사이에는 실링재료가 삽입되어 기밀성을 유지한다.
다음으로, 본 발명의 상세한 실시형태가 아래에 설명된다.
먼저, 도 19는 내연기관 내의 흡기관의 구성요소가 도시된다. 공기흐름의 상류측으로부터 설명된다. 에어클리너는 에어클리너 더티측 케이스(150)와 에어클리너 클린측 케이스(151) 사이에 에어클리너 엘리먼트(152)가 삽입되어 형성된다. 에어클리너 하류측에는 열형 공기유량측정 장치의 구성재료로 사용된 바디부재(160)로 주통로의 일부가 형성되고, 흡입공기 덕트(158)로 흡기 매니폴드(155)와 바디부재(160)를 연결함으로써 전체 흡기관이 형성된다.
내연기관 내의 다양한 센서로부터의 신호는 엔진 제어를 위해 엔진제어유닛(이하 ECU라 칭한다)(100)에 의해 처리되고 사용된다. 따라서, 본 발명의 열형 공기유량측정 장치 내의 측정온도의 오차보정은 ECU(100) 내에서 또한 수행된다.
ECU(100)는 그 내부에 입력회로부(101), 출력회로부(102), 중앙처리장치(이하 CPU라 칭함)(103), 및 메모리(104)를 가진다. ECU(100)의 구성요소들 사이의 정보교환은 화살표 (195a, 105b)로 표시된 성분에 의해 수행된다.
흡기덕트(158) 내에는 흡입공기 온도센서(157)가 장착되어 흡입공기 온도(Ta)를 측정하고, 발열저항체(11)에 의해 흡기관 내를 흐르는 흡입공기 유량이 측정되고, 이 모두는 ECU(100)로 보내진다. 온도에 기인한 측정오차가 메모리(104) 내에 저장된 보정값을 기준으로 CPU(103)에 의해 보정되고 공기유량 신호가 산출되어, 연료분사 작동을 위해 얻어진 공기유량 신호에 대응하는 제어신호(Tp)가 인젝터(154)로 보내진다. 내연기관 내에서 흡입공기 유량을 계산하는 단계가 도 18에 도시된다.
흡기관 내를 흐르는 흡입공기 유량은 발열저항체(11)에 의해 측정되고 이 측정된 전압이 출력전압(Vo)으로서 구동회로모듈(161)로부터 공급된다. 출력전압(Vo)이 ECU(100)로 공급될 때, 출력전압(Vo)은 A/D 컨버터(170) 내의 디지털 신호처리에 의해 VoD 로 변환된다. 상기 디지털 신호(VoD)는 컨버터(171)에 의해 공기유량으로 더욱 변환되고, 시간(T) 동안 적분기(173)에 의해 적분된다. 다음으로, 엔진회전 속도 신호(Ne)가 ECU(100) 안으로 받아들여져 연산유닛(173) 내에서 단일 실린더 당 공기 유량(Qa)을 계산하는데 사용된다. 흡입공기 온도 신호로부터 공기유량(Qa) 및 흡입공기 온도 신호를 조합함으로써, 본 발명의 열형 공기유량측정 장치 내의 온도변화에 기인한 측정오차의 보정이 처리유닛(174) 내에서 수행되고, 보정신호는 인젝터(154)용 분사신호로서 출력된다.
오차보정 처리용으로서, 예를 들어, 도 20 및 도 21에 도시된 보정처리가 수행된다. 도 20은 열형 공기유량측정 장치의 회로모듈부의 온도가 20℃이고 흡입공기 온도가 80℃ 이 때 측정오차를, 열형 공기유량측정 장치의 회로모듈부의 온도 및 흡입공기 온도 모두가 20℃일 때를 기준으로 하여 그래프로 나타낸 것이다. 적은 유량에서의 오차는 양이고 많은 유량에서의 오차는 음이다. 보정값은 오차를 상쇄하도록 적은 유량에서는 음이고 많은 유량에서는 양이 된다.
도 21은 열형 공기유량측정 장치의 회로모듈부의 온도 및 흡입공기 온도 모두가 20℃ 일 때, 흡입공기 온도가 -30℃일 때만을 기준으로 하여 측정오차를 그래프로 나타낸다. 적은 유량에서 오차는 음이고 많은 유량에서의 오차는 양이다. 보정값은 오차를 상쇄하도록 도 20에 도시된 바와 같이 적당히 받아들여진다.
이와 같이, 열형 공기유량측정 장치 내의 측정오차로서 서로 다른 유량 및 온도에 따라 변하기 때문에, 도 18에 도시된 처리유닛(174) 내의 보정처리는 공기유량 및 흡입공기 온도를 기입하고, 도 22에 도시된 바와 같이 흡입공기 온도 및 흡입공기 유량용의 보정값을 담고 있는 맵을 기준으로 함으로써 수행된다.
상기 설명에서, 보정처리가 ECU에 의해 처리되는 것을 가정하였으나, 최근에는, 흡입공기 온도센서를 포함하는 기능이 확장된 열형 공기유량측정 장치가 상용 제품으로 사용된다. 예를 들어, 마이크로컴퓨터가 열형 공기유량측정 장치 안에 설치되고, 흡입공기 온도와 공기유량이 마이크로프로세서에 의해 측정되고 온도변화에 기인한 측정오차가 보정된 이후의 흡입공기 유량신호와 흡입공기 온도 신호를 ECU에 보내는 시스템 구조 또한 상술된 바와 동일한 효과를 가져온다.
본 발명의 상기한 바와 같은 실시예에 따르면, 보다 넓은 공기유량 범위에서 온도변화에 기인한 측정오차를 보정하는 것이 가능한 열형 공기유량측정 장치를 제공할 수 있게 된다.
상술한 설명에 따라, 본 발명이 많은 변경을 할 수 있는 것은 명백하다. 기술적으로 숙련된 사람에 의해 여기 함유된 설명으로부터 지엽적인 수단이 유도될 수 있다. 이러한 모든 변형 및 수정은 다음의 청구항에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 범위와 정신에 포함된다는 것을 고려하여야 한다.
Claims (15)
- 열형 유량측정 장치의 유체의 온도변화에 의존하여 초래되는 유량의 측정오차를 유량에 상관없는 일정한 비율로 조절하고, 유체의 온도에 의존하는 유체의 측정값을 유량에 상관없이 일정하게 보정하는 것을 특징으로 하는 열형 유량측정 장치의 온도오차 보정 장치.
- 열형 유량측정 장치의 유체의 온도변화에 의존하여 초래되는 유량의 측정오차를 유량에 상관없는 일정한 비율로 조절하고, 유량의 측정값 및 유체온도의 함수 의해 유량의 상기 측정오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 열형 유량측정 장치의 온도오차 보정 장치.
- 열형 유량측정 장치의 유체의 온도변화에 의존하여 초래되는 유량의 측정오차를 유량에 상관없는 일정한 비율로 조절하고, 유체온도의 선형함수로서 유체의 측정값의 보정계수를 유도하여, 유량의 상기 측정오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 열형 유량측정 장치의 온도오차 보정 장치.
- 열형 유량측정 장치의 유체의 온도변화에 의존하여 초래되는 유량의 측정오차를 유량에 상관없는 일정한 비율로 조절하고 유량에 대응하는 신호로 출력하는 열형 유량측정 장치,유체의 온도를 검출하고 온도에 대응하는 신호로 출력하는 온도측정 장치, 및상기 열형 유량측정 장치의 출력신호와 상기 온도측정 장치의 출력신호를 입력하며, 온도신호에 기초하여 상기 열형 유량측정 장치의 유체의 온도변화에 의존하여 초래되는 유량의 측정오차를 보정하는, 제 1항에 기재된 온도오차 보정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량측정 시스템.
- 제 4항에 기재된 유량 측정 시스템과, 상기 열형 유량측정 장치의 온도오차를 보정함으로써 얻어지는 유량에 의존하여 장비 또는 엔진의 제어를 수행하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템
- 열형 유량측정 장치의 출력신호와 유체온도 검출장치의 출력신호를 입력하고, 상기 열형 유량측정 장치의 유체의 온도변화에 의존하여 초래되는 측정오차가 보정된 유량값을 출력하는 처리 유닛을 가지는 유닛과, 상기 보정된 유체에 의존하여 장비 또는 엔진용으로 제어 신호를 출력하는 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
- 제 1항에 정의된 온도오차 보정을 수행하기 위해 유체의 온도변화에 의존하여 초래되는 유량의 측정오차를 유량에 상관없이 일정한 비율로 조절하는 것을 특징으로 하는 열형 유량측정 장치.
- 발열저항체로부터의 발열량 또는 가열되는 저항체의 온도에 기초하여 유체의 유량에 대응하는 신호를 출력하는 열형 유량측정 장치에 있어서,유량측정부, 유체의 온도를 측정하는 온도측정부, 및 유체의 온도변화에 의해 초래되는 유량의 측정오차를 제 1항에 정의된 온도오차 보정장치에 의해 보정하는 기능을 갖는 처리부를 일체로 하는 것을 특징으로 하는 열형 유량측정 장치.
- 제 8항에 있어서,발열(가열) 저항체와 함께 브리지 회로를 구성하고, 유체의 온도에 대응하는 저항값이 되는 온도감지 저항체가 되며 발열저항체의 가열온도의 기준이 되는 기준 저항체에 의해 유체의 온도를 유도하고, 상기 측정된 온도에 기초하여 유체의 온도변화에 의존하는 유량의 측정오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 열형 유량측정 장치.
- 제 8항에 있어서,상기 처리부로 입력되는 유량에 대응하는 신호의, 유체의 온도변화에 의존하여 초래되는 유량의 측정오차가 유량신호가 출력되도록 유량에 상관없는 일정한 비율로 조절되고, 유량의 측정오차는 유체의 온도 및 이 유체의 온도에 대응하는 온도 신호에 기초하여 보정되는 것을 특징으로 하는 열형 유량측정 장치.
- 제 1항에 있어서,유체의 유량측정용으로 발열저항체와 함께 브리지회로를 형성하고 발열저항체의 가열온도의 기준이 되는 기준저항체와 직렬로 배열된 저항체의 저항값에 의해, 유체의 온도변화에 의존하여 초래되는 유량의 측정오차를, 유량과 상관없이 일정한 비율로 조절하는 것을 특징으로 하는 열형 유량측정 장치, 온도오차 보정 장치, 제어 시스템 또는 유량측정 시스템.
- 흡입공기로 방출되는 열을 검출하고 가열하는 전류를 전송함으로써 흡입공기 유량을 측정하는 열형 유량측정 장치의 측정오차 보정 방법에 있어서,흡입공기 온도를 측정하는 단계; 및흡입공기 온도 및 흡입공기 유량에 응답하여 상기 측정오차를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정오차 보정 방법.
- 제 12항에 있어서,출력신호 보정 방법은,상기 열형 유량측정 장치 내에 흡입공기 유량값과 흡입공기 온도를 포함하는 맵을 준비하는 단계; 및상기 맵 내에 저장된 보정값을 참조함으로써 흡입공기 온도에 대응하는 흡입공기 유량신호를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열형 유량측정 장치의 측정오차 보정 방법.
- 제 1항의 보정 방법을 수행하는 열형 유량측정 장치를 구비하거나 또는 상기 보정방법을 위한 보정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
- 흡입공기로 방출하는 열을 검출하고 가열하는 전류를 전송함으로써 흡입공기 유량을 측정하는 열형 유량측정 장치의 측정오차 보정 방법에 있어서,내연기관에 사용되는 상기 방법은,상기 내연기관의 흡기관 내의 흡입공기 온도를 측정하는 수단; 및상기 흡입공기 온도에 응답하여 평균 유량을 보정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정오차 보정 방법.
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