JP2006170804A - Gas flow meter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの吸入空気および排気ガス等のガスの質量流量を計測するガス流量計に関するものである。 The present invention relates to a gas flow meter for measuring a mass flow rate of gas such as engine intake air and exhaust gas.
近来にあっては、排気の一部を吸気系に戻すことでNOx低減を図る排気還流(EGR)が広く使用されるようになってきている。その還流量(EGR量)は、燃焼の安定度などと両立するように精度よく制御する必要があり、特にディーゼルエンジンに適用する場合は、EGR過多になるとスモークの発生が大となるため、エンジンの運転状況に応じた高精度なEGR制御が必要である。 In recent years, exhaust gas recirculation (EGR) that reduces NOx by returning a part of exhaust gas to the intake system has been widely used. The recirculation amount (EGR amount) needs to be accurately controlled so as to be compatible with the stability of combustion and the like, and particularly when applied to a diesel engine, if excessive EGR occurs, the generation of smoke increases. Therefore, highly accurate EGR control according to the driving situation is required.
ところで従来のEGR制御としては、特表2003−516496号公報がある。この従来例では、吸気通路内に吸入される新気吸入空気量を計測するガス流量計と排気還流路に設けられたEGRガス量を計測するガス流量計から構成されており、夫々のガス流量計により計測された新気吸入空気量とEGRガス量から、EGR率(=EGRガス量/(新気吸入量+EGRガス量))に基づいて制御を行うようになっている。EGR率を高精度に制御する為には、新気吸入空気量およびEGRガス量を正確に検出するガス流量計が必要となる。 Incidentally, as a conventional EGR control, there is JP-T-2003-516696. This conventional example is composed of a gas flow meter for measuring the amount of fresh air taken into the intake passage and a gas flow meter for measuring the amount of EGR gas provided in the exhaust gas recirculation path. Control is performed based on the EGR rate (= EGR gas amount / (fresh air intake amount + EGR gas amount)) from the fresh air intake air amount and the EGR gas amount measured by the meter. In order to control the EGR rate with high accuracy, a gas flow meter that accurately detects the fresh air intake air amount and the EGR gas amount is required.
ガス流量計は、一定の高温状態に加熱した発熱センサ素子を吸入空気または排気ガスの流れの中に配置し、吸入空気または排気ガスにより冷却される発熱センサ素子を常に一定温度に保つために流れる電流値を測定することにより、吸入空気または排気ガスの質量流量を算出する。従って、発熱センサ素子は、常に吸入空気または排気ガスの流れにさらされている。 A gas flow meter places a heat sensor element heated to a constant high temperature in the flow of intake air or exhaust gas, and flows to keep the heat sensor element cooled by the intake air or exhaust gas at a constant temperature at all times. The mass flow rate of intake air or exhaust gas is calculated by measuring the current value. Therefore, the heat generation sensor element is always exposed to the flow of intake air or exhaust gas.
吸入空気では、エアクリーナを通過させた後で発熱センサ素子を通過するのであるが、塵埃や排気ガス等を含んでいるため、発熱センサ素子等に汚れが付着する。一方、排気ガスでは、更に排気ガス中のオイルやカーボン等が多量に付着する問題があった。発熱センサ素子に汚れが付着すると、発熱センサ素子が直接吸入空気または排気ガスに触れないため、質量流量の計測に誤差が発生する問題があった。 The intake air passes through the heat cleaner element after passing through the air cleaner. However, since it contains dust, exhaust gas, etc., dirt adheres to the heat sensor element. On the other hand, the exhaust gas has a problem that a large amount of oil, carbon, etc. in the exhaust gas adheres. When dirt is attached to the heat generation sensor element, the heat generation sensor element does not directly touch the intake air or the exhaust gas, so that there is a problem that an error occurs in the measurement of the mass flow rate.
その問題を解決するため、従来例では、発熱センサ素子に汚れが付着しないようにする工夫がなされている。例えば、特開昭59−206714号公報においては、発熱センサ素子の温度を高くすることにより、発熱センサ素子に付着した油分等を揮発させる方法が記載されている。 In order to solve the problem, the conventional example has been devised to prevent dirt from adhering to the heat generation sensor element. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 59-206714 describes a method of volatilizing oil or the like adhering to a heat generation sensor element by increasing the temperature of the heat generation sensor element.
上記従来例の発熱センサ素子1では、図9および図10に示す様に、セラミックボビン6に発熱抵抗体として白金線7が巻かれて保護ガラス9により表面を保護コートしてなる発熱素子部2と、該発熱素子部2の両側に電気接続するリード部3a,3bが接着ガラス8により上記セラミックボビン6の中に接続され、リード部3a,3bは外部回路と電気接続する為の固定部4a,4bによりガス流路内に固定されている。
In the
この様に構成された従来の発熱センサ素子1では、吸入空気または排気ガス5に晒されると図11に示す様に、発熱センサ素子1を構成するうち、発熱素子部2は、高温であるためカーボン等の付着を防止できるが、発熱素子部2の両側に接続するリード部3a,
3bおよび固定部4a,4bは温度が低下するため、オイル等を介在したカーボン等の汚れ10が多量に付着し、ガスの質量流量の計測に誤差を発生させる問題が残っている。
In the conventional heat
Since the temperature of the 3b and the
つまり、発熱素子部2は吸入空気または排気ガス5の温度より一定温度(170から
300℃)高く制御されるため、発熱素子部2に付着する油分等は揮発するため、発熱素子部2の汚れは問題とならない。しかし、リード部3a,3bおよび固定部4a,4bは油分が揮発するほど加熱されないため、リード部3a,3bおよび固定部4a,4bには油分等が付着し、更にカーボン等の汚れ10が時間の経過とともに付着堆積する。
That is, since the
特に、リード部3a,3bのA部にカーボン等の汚れ10が付着すると、高流量領域では、汚れ10がリード部と吸入空気または排気ガス5間の熱絶縁効果を示し放熱が減少し、発熱センサ素子1の温度を一定に保つために必要とする電流値が減少し質量流量にマイナス誤差が生ずる。一方、低流量領域では、汚れ10が発熱素子部2と固定部4a,4b間の熱抵抗を減少させ、発熱素子部2から固定部4a,4bへの熱伝導(熱の漏れ)が増大することから電流値が増大し、質量流量にプラスの誤差が発生する。
In particular, when
汚れ10の付着を防止する別の従来例の特許文献1では、リード部3a,3bの一方を長くして固定部4から発熱素子部2の上流側に折り返して汚れ10に対して遮蔽効果をもたせる提案がされている。
In
しかしながら、この様に発熱素子部2の上流側に遮蔽部を設けたことにより、吸入空気または排気ガス5の流れに乱流が発生し発熱素子部2に影響を与える為に、質量流量の計測に誤差を発生する問題がある。
However, since the shielding portion is provided on the upstream side of the
更に、汚れ10の付着を防止する従来例として、特開平7−120288号公報がある。この従来例では、図12に示す様に、発熱センサ素子が、セラミックボビン6に白金線7を巻き表面をガラスコートしてなる発熱素子部2と、発熱素子部2の両側に接続するリード部3a,3bより構成されると共に、リード部3a,3bの表面に断熱部材11が形成されている。
Further, as a conventional example for preventing the adhesion of the
この様に構成することにより、リード部3a,3bの外周に断熱部材11が形成されているので、リード部から放熱がほとんどなく、リード部に汚れ10が付着している場合と、付着していない場合とで発熱センサ素子の受ける影響は殆ど変わらないとしている。
With this configuration, since the
しかしながら、この様に構成された従来例では、リード部に付着する汚れ10を低減する効果が無く、汚れ10が多量に付着した場合には質量流量の計測に誤差を発生する。また、リード部3a,3bの外周に断熱部材11を形成したことにより、リード部の有効断面積が増加し発熱素子部2と固定部4a,4b間の熱抵抗を減少させ、発熱素子部2から固定部4a,4bへの熱伝導(熱の漏れ)が増大することから消費電力が増大する問題がある。
However, the conventional example configured as described above has no effect of reducing the
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、発熱センサ素子に付着する汚れによりガスの質量流量の計測に誤差が発生することを防止した信頼性の高いガス流量計を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a highly reliable gas flow meter that prevents an error from occurring in the measurement of the mass flow rate of the gas due to dirt adhering to the heat generation sensor element. The purpose is to do.
(請求項1を解決するための手段)
上記の目的は、被測定ガスの流れの中に配設した発熱センサ素子に流れる電流値に基づいてガスの質量流量を検出するガス流量計において、
前記発熱センサ素子が、セラミックボビンに発熱抵抗体を形成し表面を保護コートしてなる発熱素子部と、該発熱素子部の両側に電気接続するリード部と、該リード部をガス流路内に固定するとともに外部回路と電気接続する為の固定部より構成され、
前記両端のリード部は、発熱素子部との接合部近傍において2本に分岐して第一リード部と第二リード部の組および第三リード部と第四リード部の組を構成し、夫々のリード部の他端が前記夫々のリード部に対応した固定部に接続固定されており、
前記第二と第四リード部は夫々第一リード部と第三リード部のガス流れの上流側に、第一リード部と第三リード部がガス流に直接晒されないように配置し、
前記第一リード部と第三リード部に通電して発熱素子部を加熱して被測定ガスの質量流量を計測するように構成したことにより、
計測に係わる前記第一リード部と第三リード部は第二と第四リード部の下流に隠れることからガス流の直撃が避けられ、前記第一リード部と第三リード部に付着するカーボン等の汚れを防止することができ信頼性の高い質量流量の計測が可能となる。
(Means for Solving Claim 1)
In the gas flowmeter for detecting the mass flow rate of the gas based on the current value flowing through the heat generation sensor element arranged in the flow of the gas to be measured,
The heat generating sensor element includes a heat generating element formed by forming a heat generating resistor on a ceramic bobbin and protecting the surface, a lead part electrically connected to both sides of the heat generating element part, and the lead part in the gas flow path. It consists of a fixed part for fixing and electrical connection with an external circuit,
The lead portions at both ends branch into two in the vicinity of the joint portion with the heat generating element portion to constitute a set of a first lead portion and a second lead portion and a set of a third lead portion and a fourth lead portion, respectively. The other end of the lead portion is connected and fixed to a fixing portion corresponding to each lead portion,
The second and fourth lead portions are arranged upstream of the gas flow of the first lead portion and the third lead portion, respectively, so that the first lead portion and the third lead portion are not directly exposed to the gas flow,
By energizing the first lead part and the third lead part and heating the heating element part to measure the mass flow rate of the gas to be measured,
The first lead part and the third lead part related to the measurement are hidden downstream of the second and fourth lead parts, so that direct hit of the gas flow is avoided, and the carbon attached to the first lead part and the third lead part, etc. Therefore, the mass flow rate can be measured with high reliability.
(請求項2を解決するための手段)
前記ガス流量計の計測期間の前後の適切な時期に、前記第一リード部から第二リード部を経由して第四リード部から第三リード部に加熱電流の一部が流れるように分岐を形成し、第二と第四リード部を加熱して前記第二と第四リード部に付着した付着物を除去する回路手段を設けたことにより、更に、信頼性の高い質量流量の計測が可能となる。
(Means for Solving Claim 2)
At an appropriate time before and after the measurement period of the gas flow meter, branch so that a part of the heating current flows from the first lead part to the third lead part via the second lead part. It is possible to measure the mass flow rate with higher reliability by providing circuit means to remove the deposits attached to the second and fourth lead parts by forming and heating the second and fourth lead parts. It becomes.
(請求項3を解決するための手段)
前記ガス流量計において、第二と第四リード部に加熱電流の一部が到る分岐手段として、第二と第四リード部の各固定部間にスイッチング素子と調整抵抗を直列接続し、
所定のタイミング信号にてスッチング素子が導通し、且つ、調整抵抗にて第一リード部から第二リード部を経由して第四リード部から第三リード部に流れる加熱電流と、第一リード部から発熱素子部を経由して第三リード部に流れる加熱電流の比を所定の値になるように調整して、
第二と第四リード部を加熱して前記第二と第四リード部に付着した付着物を除去するように構成したことにより、信頼性の高い質量流量の計測が可能となる。
(Means for Solving Claim 3)
In the gas flow meter, as a branching means that a part of the heating current reaches the second and fourth lead parts, a switching element and an adjustment resistor are connected in series between the fixed parts of the second and fourth lead parts,
The switching element is turned on by a predetermined timing signal, and the heating current flows from the fourth lead part to the third lead part via the second lead part from the first lead part by the adjusting resistor, and the first lead part. Adjust the ratio of the heating current flowing from the heating element part to the third lead part to a predetermined value,
Since the second and fourth lead portions are heated to remove the deposits attached to the second and fourth lead portions, the mass flow rate can be measured with high reliability.
(請求項4を解決するための手段)
前記被測定ガスが内燃機関における吸入空気および排気ガスである場合に、更に効果的にリード部に付着する汚れを防止することができ質量流量の計測に誤差が発生することを防止できるガス流量計を実現することが出来る。
(Means for Solving Claim 4)
When the gas to be measured is intake air and exhaust gas in an internal combustion engine, a gas flow meter that can more effectively prevent dirt adhering to the lead portion and prevent occurrence of errors in mass flow measurement. Can be realized.
(請求項5を解決するための手段)
前記発熱抵抗体は白金線を巻線したものであり、前記保護コートはガラス材料からなることにより、高精度のガス流量計を実現することが出来る。
(Means for Solving Claim 5)
The heating resistor is formed by winding a platinum wire, and the protective coating is made of a glass material, so that a highly accurate gas flow meter can be realized.
(請求項6を解決するための手段)
前記発熱素子部はカーボン等が堆積しないように発熱素子部の平均温度が400℃以上に保持することにより、更に、リード部に付着するカーボン等の汚れを防止することができ信頼性の高い質量流量の計測が可能となる。
(Means for Solving Claim 6)
The heat generating element portion maintains an average temperature of the heat generating element portion at 400 ° C. or higher so that carbon or the like is not deposited, thereby further preventing contamination of carbon or the like adhering to the lead portion. The flow rate can be measured.
(請求項7を解決するための手段)
被測定ガスの流れの中にガスの温度を検出するガス温度センサ素子を更に配設し、前記発熱センサ素子の温度を該ガス温度センサ素子の温度から一定温度高く制御して、前記発熱センサ素子に流れる電流値に基づいてガスの質量流量を検出する様に構成したことにより、高精度のガス流量計を実現することが出来る。
(Means for Solving Claim 7)
A gas temperature sensor element for detecting a gas temperature is further provided in the flow of the gas to be measured, and the temperature of the heat generation sensor element is controlled to be higher than the temperature of the gas temperature sensor element by a predetermined temperature. By configuring so that the mass flow rate of the gas is detected based on the value of the current flowing through the gas, a highly accurate gas flow meter can be realized.
(請求項8を解決するための手段)
被測定ガスの流れの中にガスの温度を検出するガス温度センサ素子を更に配設し、前記発熱センサ素子の温度を一定温度に制御するとともに、前記発熱センサ素子に流れる電流値に基づいてガスの質量流量を検出するとともに前記ガス温度センサ素子により検出されるガス温度によりガスの質量流量を補正することにより、更に、リード部に付着するカーボン等の汚れを防止することができ信頼性の高い質量流量の計測が可能となる。
(Means for Solving Claim 8)
A gas temperature sensor element for detecting the temperature of the gas is further provided in the flow of the gas to be measured, and the temperature of the heat generation sensor element is controlled to a constant temperature, and the gas is measured based on the current value flowing through the heat generation sensor element. By detecting the mass flow rate of the gas and correcting the mass flow rate of the gas based on the gas temperature detected by the gas temperature sensor element, it is possible to further prevent contamination such as carbon adhering to the lead portion and to have high reliability. Measurement of mass flow rate is possible.
以上の本発明によれば、発熱センサ素子に付着する汚れによるガス質量流量の計測誤差を防止した高信頼のガス流量計が提供できるので、内燃機関の高精度のEGR制御ができ、スモークおよびNOx低減が達成されるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention described above, a highly reliable gas flow meter that prevents measurement errors in the gas mass flow rate due to dirt adhering to the heat generation sensor element can be provided, so that highly accurate EGR control of the internal combustion engine can be performed, and smoke and NOx An excellent effect is achieved in that reduction is achieved.
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図2は、本発明を適用した実施例であるガス流量計を用いたEGR制御装置であり、以下構成を説明する。 FIG. 2 shows an EGR control apparatus using a gas flow meter which is an embodiment to which the present invention is applied, and the configuration will be described below.
このEGR制御装置は、内燃機関エンジン12と、これに吸入空気13を供給する為にエアクリーナ14とスロットル弁15が設置された吸気通路16と、排気ガス20をクリーン化するための排気ガス触媒19を通して排出する排気管18と、排気を還流(再循環)させるための排気還流路24に設けられたEGR弁23と、排気ガスを冷却しシリンダ吸入効率を高める為のEGRクーラ22と、吸気通路16に設けられその吸入空気量を計測するガス流量計17と、排気還流路24に設けられた再循環排気ガス量を計測するガス流量計25と、運転状況に応じてEGR弁23,スロットル弁15および燃料噴射インジェクター26を動作させるコントロールユニット21とにより主として構成されている。
This EGR control device includes an
排気還流路24は、排気通路18及び吸気通路16にこれらを短絡するように接続されている。EGR弁23とスロットル弁15は、コントロールユニット21に結線され、その開度に応じて排気通路18を流れる排気ガスの一部を吸気通路16に合流させて、エンジン12に還流させるようになっている。
The exhaust
本発明を適用した実施例であるガス流量計17,25は、吸気通路16および排気還流路24に夫々配置され、吸入空気量および再循環排気ガス量を計測してEGR率(=EGRガス量/(新気吸入量+EGRガス量))としてエンジンの運転状況に応じた高精度な
EGR制御を実現して、排気ガスのスモークおよびNOxを低減する。
図3が、本発明を適用した第一の実施例であるガス流量計17,25の構成を示したもので、図1が、ガス流量計17,25を構成する発熱センサ素子1を示したものである。
FIG. 3 shows the configuration of the
まずは、図3にて、ガス流量計17,25の動作原理について説明する。図3の16,24が吸気通路および排気還流路で、通路16,24に発熱センサ素子1およびガス温度センサ素子27が配置される。3a,3c,3bおよび3dは、発熱センサ素子1の第一,第二,第三および第四のリード部でそれぞれ抵抗値を有する。30は電源、28は発熱センサ素子1に加熱電流を流すためのトランジスタ、33が第二のリード部3cと第四のリード部3d間に調整抵抗32cとともに直列接続されたスイッチング素子(トランジスタ)で、32a,32bは抵抗、29が差動増幅器、21はコントロールユニットである。
First, the principle of operation of the
ここで、発熱センサ素子1は、第一のリード部3aと第三のリード部3bを介して、ガス温度センサ素子27,抵抗32a,32bよりなるブリッジ回路を構成する。通常のガス流量の計測時には、スイッチング素子33はオフとなり第二のリード部3cと第四のリード部3dには電流が流れずオープンとなっている。ブリッジ回路の端子31a,31bの電圧が差動増幅器29に入力され、発熱センサ素子1の温度(Th)がガス温度に対応するガス温度センサ素子27の温度(Te)よりある一定温度(ΔTh=Th−Te)高くなり、且つガス中のオイルやカーボンが付着しない400℃以上になるように各抵抗値32a,32bが設定され差動増幅器29によりフィードバック制御される。
Here, the heat
吸入空気量および再循環排気ガス量の計測には、発熱センサ素子1に流す加熱電流に対応する抵抗32aの端子31aの電圧がコントロールユニット21に入力されて計測する。つまり、吸入空気量および再循環排気ガス量が増大すると発熱センサ素子1がガスの熱伝達効果により冷却され、発熱センサ素子1を一定温度(ΔTh=Th−Te)高くなるようフィードバック制御されていることから発熱センサ素子1に流れる加熱電流(=31aの端子電圧)が増大し質量流量として検出できる。
For measuring the intake air amount and the recirculated exhaust gas amount, the voltage of the terminal 31a of the
発熱センサ素子1の放熱電力Phと被測定ガスの質量流量Qeの関係は、下式のキングの式で表される。
The relationship between the heat radiation power Ph of the heat
Ph=(a+b√(Qe))ΔTh …(1)
ここで、(1)式の第一項(a)は熱伝導効果による寄与分で第二項(b)は被測定ガスによる熱伝達効果による寄与分である。
Ph = (a + b√ (Qe)) ΔTh (1)
Here, the first term (a) of the equation (1) is a contribution due to the heat conduction effect, and the second term (b) is a contribution due to the heat transfer effect due to the gas to be measured.
一方、ガス流量計の計測期間が終わった後または計測前の適切な時期に、第二と第四リード部3c,3dを加熱して前記第二と第四リード部3c,3dに付着した付着物を除去する。
On the other hand, after the measurement period of the gas flow meter is over or at an appropriate time before the measurement, the second and
コントロールユニット21からの所定のタイミング信号にてスッチング素子33が導通し第一リード部3aから第二リード部3cと調整抵抗32cを経由して第四リード部3dから第三リード部3bに加熱電流の一部が流れるように分岐を形成し、第二と第四リード部3c,3dを加熱して前記第二と第四リード部3c,3dに付着した付着物を除去する。
The switching
この時、調整抵抗32cは、上記の分岐に流れる加熱電流と、第一リード部3aから発熱素子部2を経由して第三リード部3bに流れる加熱電流の比を所定の値になるように調整し、第二と第四リード部を適切に加熱して前記第二と第四リード部3c,3dに付着した付着物を除去することから信頼性の高い質量流量の計測が可能となる。
At this time, the
図1の発熱センサ素子1は、セラミックボビンに発熱抵抗体を形成し表面を保護コートしてなる発熱素子部2と、発熱素子部2の両側に電気接続するリード部3a,3b,3c,3dと、リード部をガス流路16,24内に固定するとともに外部回路と電気接続する為の固定部4a,4b,4c,4dより構成される。
The heat
リード部は、発熱素子部2との接合部近傍において2本に分岐して第一リード部3aと第二リード部3cの組および第三リード部3bと第四リード部3dの組を構成し、夫々のリード部の他端が前記夫々のリード部に対応した固定部4a,4b,4c,4dに接続固定されており、第二と第四リード部3c,3dは夫々第一リード部と第三リード部3a,3bのガス流れの上流側に、第一リード部と第三リード部3a,3bが排気ガス5に直接晒されないように配置されている。
The lead portion divides into two in the vicinity of the joint portion with the heat
固定部4a,4b,4c,4dとリード部3a,3b,3c,3dの一端は、夫々溶接により固定されている。リード部3a,3b,3c,3dの他端は、発熱素子部2との接合部近傍において第一リード部3aと第二リード部3cの組および第三リード部3bと第四リード部3dの組が夫々溶接され、溶接部から固定部に向けて2本に分岐する構造となっている。また、溶接部から発熱素子部2に向けての発熱素子部2との接合部では、図
10の従来例と同様にセラミックボビン6と接着ガラス8を介してリード部3c,3dが固定されている。
One end of each of the fixing
固定部4a,4b,4c,4dは、例えばステンレス等の導電性金属により構成されている。また、リード部3a,3b,3c,3dは、直径150μの例えば白金系の合金等の導電性線材により構成されている。白金線7に対しては、通常のガス流量の計測時には、固定部4a,4bおよびリード部3a,3bを介して電流が流される。
The fixing
また、リード部3a,3cの溶接部からセラミックボビン6近傍のリード部3cの表面に白金線7の一端が溶接されている。一端が溶接された白金線7は、セラミックボビン6の外周に一定間隔で巻き付けられて、発熱素子部2を形成している。白金線7の他端は、リード部3b,3dの溶接部の内側のリード部3dに2,3周巻かれた後、リード部3dの表面に溶接されている。本実施例の白金線7の直径は、20μである。
One end of the
また、白金線7の表面に保護ガラス膜9が形成されている。本実施例では、保護ガラス膜9は数μmから数十μm厚さの放熱性のガラスコーティングにより構成されている。ガラスコーティングは、リード部3c,3dの白金線7が巻かれている部分まで形成されている。ガラスコーティングの目的は、白金線7をセラミックボビン6に固定させ、白金線7に緩みが発生するのを防止すること、および白金線7を保護することである。
A
以上の様に構成した本発明の第一の実施例であるガス流量計では、第二と第四リード部3c,3dは夫々第一リード部と第三リード部3a,3bのガス流れの上流側に第一リード部と第三リード部3a,3bが排気ガス5に直接晒されないように配置されていることから、排気ガス5内のオイルやカーボン等の汚れが第二と第四リード部3c,3dにトラップされて、計測に用いられる第一リード部と第三リード部3a,3bには付着しないことから、正確な質量流量の計測が可能となる。
In the gas flow meter according to the first embodiment of the present invention configured as described above, the second and
また、第二と第四リード部3c,3dに一旦付着したオイルやカーボン等の汚れは、ガス流量計の計測期間が終わった後または計測前の適切な時期に、第二と第四リード部3c,3dを加熱して前記第二と第四リード部3c,3dに付着した付着物を除去することが出来る。
In addition, oil and carbon dirt once attached to the second and
以下、本発明の第一の実施例であるガス流量計の効果を図によって説明する。 The effects of the gas flow meter according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図4が、本発明の第一の実施例であるガス流量計を構成する発熱センサ素子1内燃機関エンジンの吸気通路16または排気還流路24に配置して長時間運転した後のオイルやカーボン等の汚れ10の付着状況を示したものである。発熱素子部2は400℃以上の高温に加熱されていることから汚れ10の付着が無い。また、ガス流量の計測に用いられる第一リード部と第三リード部3a,3bには発熱素子部2を加熱するために34に示す様に加熱電流が流れている。第二と第四リード部3c,3dには、排気ガス5内のオイルやカーボン等の直撃を受けることから汚れ10が付着するが、ガス流量の計測に用いられる第一リード部と第三リード部3a,3bには上流側の第二と第四リード部3c,3dにトラップされて汚れ10の付着を防止することが出来る。
FIG. 4 shows the
図5には、第二と第四リード部3c,3dに付着した付着物を除去する方法の説明図を示す。第二と第四リード部3c,3dに一旦付着したオイルやカーボン等の汚れは、ガス流量計の計測期間が終わった後または計測前の適切な時期に、第二と第四リード部3c,3dを加熱して前記第二と第四リード部3c,3dに付着した付着物を除去する。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a method for removing the deposits attached to the second and
コントロールユニット21からの所定のタイミング信号にてスッチング素子33が導通すると、図中に示す矢印34の方向に第一リード部3aから第二リード部3cへと、更に第四リード部3dから第三リード部3bに加熱電流の一部が流れる。また、発熱素子部2には35に示したルートで同じく並列に加熱電流が流れる。34と35の両ルートの加熱電流は、調整抵抗32cと発熱素子部2の抵抗比により適切に調整され、第二と第四リード部3c,3dを加熱して付着物10を除去する。
When the switching
図6に、第二と第四リード部3c,3dと発熱素子部2の温度分布を示す。図の36が、ガス流量計の計測期間で第二と第四リード部3c,3dに加熱電流が流れていない場合の温度分布で、37が、計測期間の前後の第二と第四リード部3c,3dに加熱電流が分岐して通電した場合の温度分布である。発熱素子部2の中心では同じ温度であるが、リード部3c,3dの温度で差異がある。第二と第四リード部3c,3dに加熱電流が分岐して通電した場合、リード部3c,3d全ての領域にて温度が高くなっており、特にA部では大きく温度が上昇する。
FIG. 6 shows the temperature distribution of the second and
上記の様に、リード部3c,3d全ての領域にて温度が高くなることから、第二と第四リード部3c,3dに一旦付着したオイルやカーボン等の汚れ10は、ガス流量計の計測期間が終わった後または計測前の適切な時期に、除去することが可能となる。
As described above, since the temperature becomes high in the entire region of the
図6では、計測期間の前後の第二と第四リード部3c,3dに加熱電流が分岐して通電した場合の発熱素子部2の温度が分岐前と同じ温度としたが、よりオイルやカーボン等の汚れ10の除去効果を高める為に分岐前より更に高く設定することも可能である。この場合には、図3の回路構成において調整抵抗32cを適切な抵抗に調整するとともに、スイッチング素子33と同期して電源30の電圧を切替回路により昇圧する構成としても良い。
In FIG. 6, the temperature of the
図7は、内燃機関エンジンの吸気通路16または排気還流路24に配置して長時間運転した後、排気ガス5の質量流量の計測誤差を示したものである。図で、38が従来例で、
39が本発明の発熱センサ素子1の測定結果である。38の従来例では、低流量領域でプラス、高流量領域ではマイナスの大きな誤差を示すが、本発明の発熱センサ素子1では殆ど変化が無い。
FIG. 7 shows the measurement error of the mass flow rate of the
39 is a measurement result of the heat
質量流量の計測に関して、出力は先の(1)式のキングの式で表され、特にΔTh=
(Th−Te)に比例する。従って、発熱センサ素子1においては、特に発熱素子部2やリード部3a,3bのA部の高温部が出力に大きく影響する。温度の低い固定部4a,
4b,4c,4dとその近傍のリード部は、あまり出力に影響しない。本発明の発熱センサ素子1では、発熱素子部2およびリード部3a,3bのA部にオイルやカーボン等の汚れ10が付着しないことから、殆ど出力変化が無く安定した出力となる。
Regarding the measurement of the mass flow rate, the output is expressed by the above-mentioned King equation (1), and in particular, ΔTh =
It is proportional to (Th-Te). Accordingly, in the heat
4b, 4c, 4d and the lead portions in the vicinity thereof do not significantly affect the output. In the heat generating
図8が、本発明を適用した第二の実施例であるガス流量計17,25の構成を示したものである。この実施例では、発熱センサ素子1の温度制御が上記の第一の実施例と異なっている。
FIG. 8 shows the configuration of
図の通路16,24内には、発熱センサ素子1とガス温度センサ素子27が配置される。図3の第一の実施例では、発熱センサ素子1がガス温度センサ素子27とブリッジ回路を構成していたが、本実施例では、ガス温度センサ素子27が抵抗32dと置き換わっている。この為、第一の実施例では、発熱センサ素子1の温度(Th)がガス温度に対応するガス温度センサ素子27の温度(Te)よりある一定温度(ΔTh=Th−Te)高くなるようフィードバック制御されていたが、本実施例では、ガス温度(Te)に関係無く一定のヒータ温度(Th)に制御される。
The heat
この様に一定の発熱センサ素子1の温度(Th)に制御することにより、ガス温度(Te)の温度変化が大きく変化した場合でも温度(Th)が一定となることから過温度に発熱センサ素子1が加熱されることが無く不具合の発生が防止できる。また、発熱センサ素子1の温度(Th)をガス温度(Te)によらず常に400℃以上の一定値に制御することによりカーボン等の浮遊物の付着を防止でき信頼性の高い構成が実現できる。
Thus, by controlling the temperature (Th) of the heat
一方、一定の温度(Th)に制御した場合には、質量流量の出力はガス温度(Te)に強く依存する。このため、通路16,24内にガス温度センサ素子27を配置して、ガス温度(Te)出力を端子31cからコントロールユニット21に取り込み発熱センサ素子1に流れる加熱電流(=31aの端子電圧)の出力補正を行う。
On the other hand, when controlled to a constant temperature (Th), the output of the mass flow rate strongly depends on the gas temperature (Te). For this reason, the gas
この実施例においても、スイッチング素子33や調整抵抗32c等の動作は先の第一の実施例と同じ動作を行い、第二と第四リード部3c,3dに一旦付着したオイルやカーボン等の汚れ10は、ガス流量計の計測期間が終わった後または計測前の適切な時期に、除去することが可能となる。
Also in this embodiment, the operation of the switching
以上、いくつかの実施例について本発明を説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形改良が可能である。 Although the present invention has been described with respect to several embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1…発熱センサ素子、2…発熱素子部、3a,3b,3c,3d…リード部、4a,
4b,4c,4d…固定部、5…排気ガス、6…セラミックボビン、7…白金線、8…接着ガラス、9…保護ガラス。
DESCRIPTION OF
4b, 4c, 4d ... fixed part, 5 ... exhaust gas, 6 ... ceramic bobbin, 7 ... platinum wire, 8 ... adhesive glass, 9 ... protective glass.
Claims (12)
前記発熱センサ素子が、ボビンに発熱抵抗体を形成し表面を保護コートしてなる発熱素子部と、該発熱素子部の両側に電気接続するリード部と、該リード部をガス流路内に固定するとともに外部回路と電気接続する為の固定部より構成され、
前記両端のリード部は、発熱素子部との接合部近傍において2本に分岐して第一リード部と第二リード部の組および第三リード部と第四リード部の組を構成し、夫々のリード部の他端が前記夫々のリード部に対応した固定部に接続固定されており、
前記第二と第四リード部は夫々第一リード部と第三リード部のガス流れの上流側に、第一リード部と第三リード部がガス流に直接晒されないように配置し、
前記第一リード部と第三リード部に通電して発熱素子部を加熱して被測定ガスの質量流量を計測するように構成したことを特徴とするガス流量計。 In a gas flow meter that detects the mass flow rate of a gas based on the value of a current flowing through a heat generation sensor element arranged in the flow of the gas to be measured,
The heating sensor element is a heating element formed by forming a heating resistor on the bobbin and protecting the surface, a lead part electrically connected to both sides of the heating element part, and the lead part fixed in the gas flow path And is composed of a fixed part for electrical connection with an external circuit,
The lead portions at both ends branch into two in the vicinity of the joint portion with the heat generating element portion to constitute a set of a first lead portion and a second lead portion and a set of a third lead portion and a fourth lead portion, respectively. The other end of the lead portion is connected and fixed to a fixing portion corresponding to each lead portion,
The second and fourth lead portions are arranged upstream of the gas flow of the first lead portion and the third lead portion, respectively, so that the first lead portion and the third lead portion are not directly exposed to the gas flow,
A gas flow meter configured to measure the mass flow rate of the gas to be measured by energizing the first lead portion and the third lead portion to heat the heating element portion.
前記第一リード部から第二リード部を経由して第四リード部から第三リード部に加熱電流の一部が流れるように分岐を形成し、第二と第四リード部を加熱して前記第二と第四リード部に付着した付着物を除去する回路手段を設けたことを特徴とするガス流量計。 In the gas flowmeter according to claim 1, at an appropriate time before and after the measurement period,
A branch is formed so that a part of the heating current flows from the fourth lead part to the third lead part via the second lead part from the first lead part, and the second and fourth lead parts are heated to A gas flow meter comprising circuit means for removing deposits adhering to the second and fourth lead portions.
所定のタイミング信号にてスッチング素子が導通し、且つ、調整抵抗にて第一リード部から第二リード部を経由して第四リード部から第三リード部に流れる加熱電流と、第一リード部から発熱素子部を経由して第三リード部に流れる加熱電流の比を所定の値になるように調整して、
第二と第四リード部を加熱して前記第二と第四リード部に付着した付着物を除去することを特徴とするガス流量計。 3. The gas flowmeter according to claim 2, wherein a switching element and an adjustment resistor are provided between the fixed portions of the second and fourth lead portions as branching means that a part of the heating current reaches the second and fourth lead portions. Connected in series,
The switching element is turned on by a predetermined timing signal, and the heating current flows from the fourth lead part to the third lead part via the second lead part from the first lead part by the adjusting resistor, and the first lead part. Adjust the ratio of the heating current flowing from the heating element part to the third lead part to a predetermined value,
A gas flowmeter characterized in that the second and fourth lead portions are heated to remove deposits attached to the second and fourth lead portions.
前記発熱センサ素子が、ボビンに発熱抵抗体を形成し表面を保護コートしてなる発熱素子部と、該発熱素子部の両側に電気接続するリード部と、該リード部をガス流路内に固定するとともに外部回路と電気接続する為の固定部より構成され、
前記リード部は、少なくとも発熱素子部との接合部近傍において2本に分岐して第一リード部と第二リード部の組および反対側の第三リード部からなり、夫々のリード部の他端が前記夫々のリード部に対応した固定部に接続固定されており、
前記第一リード部と第三リード部に通電して発熱素子部を加熱して被測定ガスの質量流量を計測するように構成し、更に、
前記第一リード部から第二リード部を経由して電流を流し前記第一リード部に付着した付着物を除去することを特徴とするガス流量計。 In a gas flow meter that detects the mass flow rate of a gas based on the value of a current flowing through a heat generation sensor element arranged in the flow of the gas to be measured,
The heating sensor element is a heating element formed by forming a heating resistor on the bobbin and protecting the surface, a lead part electrically connected to both sides of the heating element part, and the lead part fixed in the gas flow path And is composed of a fixed part for electrical connection with an external circuit,
The lead portion is divided into two at least in the vicinity of the joint with the heat generating element portion, and is composed of a set of a first lead portion and a second lead portion and an opposite third lead portion, and the other end of each lead portion Are connected and fixed to the fixing portions corresponding to the respective lead portions,
The first lead portion and the third lead portion are energized to heat the heating element portion and measure the mass flow rate of the gas to be measured.
A gas flowmeter characterized in that an electric current is passed from the first lead portion via the second lead portion to remove deposits attached to the first lead portion.
前記第一リード部から第二リード部を経由して第四リード部から第三リード部に加熱電流の一部が流れるように分岐を形成し、第二と第四リード部を加熱して前記第二と第四リード部に付着した付着物を除去することを特徴とするガス流量計。 The gas flowmeter according to claim 1, further comprising a fourth lead portion branched from the vicinity of the heating element of the third lead portion,
A branch is formed so that a part of the heating current flows from the fourth lead part to the third lead part via the second lead part from the first lead part, and the second and fourth lead parts are heated to A gas flowmeter characterized by removing deposits adhering to the second and fourth lead portions.
所定のタイミング信号にてスッチング素子が導通し、且つ、調整抵抗にて第一リード部から第二リード部を経由して第四リード部から第三リード部に流れる加熱電流と、第一リード部から発熱素子部を経由して第三リード部に流れる加熱電流の比を所定の値になるように調整して、
第二と第四リード部を加熱して前記第二と第四リード部に付着した付着物を除去することを特徴とするガス流量計。 The gas flow meter according to claim 10, wherein a switching element and an adjusting resistor are provided between the fixed portions of the second and fourth lead portions as branching means that a part of the heating current reaches the second and fourth lead portions. Connected in series,
The switching element is turned on by a predetermined timing signal, and the heating current flows from the fourth lead part to the third lead part via the second lead part from the first lead part by the adjusting resistor, and the first lead part. Adjust the ratio of the heating current flowing from the heating element part to the third lead part to a predetermined value,
A gas flowmeter characterized in that the second and fourth lead portions are heated to remove deposits attached to the second and fourth lead portions.
12. The gas flow meter according to claim 9, wherein the gas to be measured includes exhaust gas in an internal combustion engine.
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- 2004-12-16 JP JP2004363788A patent/JP2006170804A/en active Pending
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