(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧マニホルドと、この空気圧マニホルドがさらに、
マニホルド本体及び、
流体源に接触した高圧側と低圧側とを有する流量リストリクタ及び、
前記流体源と前記流量リストリクタの高圧側の間に接続されている制御弁を含み、
実際の流量を計算して制御信号を生成することにより前記流量リストリクタを介する流量を調整する電子制御システムと、当該制御信号が周囲温度及び圧力変化による影響を補償されたものであり、その制御信号によって前記制御弁の開きが調節され、これにより前記流量リストリクタを流れる流体の流量が所望の流量に調節され、当該電子制御システムがさらに、
前記制御弁と前記流量リストリクタの間の流体の圧力に対応する流体圧力信号を生成する流体圧力センサ及び、
前記マニホルドの温度に対応する温度信号を生成する温度センサ及び、
周囲圧力に対応する周囲圧力信号を生成する周囲圧力センサ及び、
前記流体圧力信号、前記温度信号、前記周囲圧力信号を受容するように接続されているメモリを有するコンピュータを含み、
前記コンピュータが、前記流体圧力信号、前記温度信号、前記周囲圧力信号に基づいて、実際の流量を計算することができるように、前記周囲圧力信号、前記温度信号、前記流体圧力信号に関して、前記流量リストリクタを通る流体の流れが特徴付けられて前記コンピュータに記憶されている流量リストリクタモデルと、前記コンピュータが、計算された流量から所望の流量へと流体の流量を調節するための制御信号を生成し、
前記マニホルド本体が、熱伝導性材料からなり、前記流量リストリクタ、前記流体圧力センサ、前記周囲圧力センサ、前記温度センサが全て、前記マニホルド本体と熱接触状態で取り付けられている装置。
【請求項２】
前記流量リストリクタモデルが、次式
【数１】
0003891600.tif 000007
に基づき、ここで
αｆ＝［α］/Ｕ
βｆ＝［β］/（Ｍ０．５）であり、
Ｑ＝ガス流量
Ｐｓ＝ガス源圧力
Ｐａ＝下流側圧力
Ｔｆ＝フリット温度
Ｕ＝ガスによって決まる粘度定数
Ｍ＝ガスの分子量
α＝流量リストリクタの特性であり、較正を介して決定される定数
β＝流量リストリクタの特性であり、較正を介して決定される定数である請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記流量リストリクタモデルのＡ／Ｄカウントに応じた流体圧力信号が、次式
Ｃｐ＝Ａ＋Ｃ・ｔｃ＋（Ｂ＋Ｄ・ｔｃ）・ｐ１
と表され、ここで
Ａ＝０℃及び０psigにおけるオフセット（Ａ／Ｄカウント）
Ｂ＝圧力感度（カウント／psi）
Ｃ＝温度感度（Ａ／Ｄカウント/℃）
Ｄ＝温度による圧力感度の変化（Ａ／Ｄカウント/psi/℃）
ｐ１＝ガス源ゲージ圧力（psig）＝Ｐｓ−［大気圧］
ｔｃ＝サーミスタ温度（℃）である請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記電子制御システムが、前記流量リストリクタと熱接触状態で取り付けられている温度センサの出力と前記流量リストリクタの温度との間の応答関係の特性を表す温度センサモデルをさらに含み、Ａ／Ｄカウントにおける前記流量リストリクタの温度ＣｔがＥ＋Ｆ・ｔｃに等しく、ここで
Ｅ＝０℃でのオフセット（Ａ／Ｄカウント）
Ｆ＝温度感度（Ａ／Ｄカウント/℃）
ｔｃ＝較正温度
である請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記周囲圧力センサが、関係Ｐa＝ｊ(Ｃa)に従って大気圧に比例する周囲圧力信号を生成し、ここで
Ｐa＝周囲圧力
Ｃa＝Ａ／Ｄカウントにおけるセンサの応答である請求項１に記載の装置。
【請求項６】
さらに、前記マニホルドが、それぞれ前記マニホルド本体と熱接触状態で取り付けられているとともに流量を制限する複数の流量リストリクタからなる請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記マニホルド本体がアルミニウムからなる請求項６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の分配及び調整を提供する方法及び装置に関し、特に、流体の圧力及び流量を精確に制御するための温度補償式の空気圧マニホルドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、流体の流量は、電子制御式流量調整器を用いることにより電子的に調整することが可能である。この電子制御式流量調整器は、流量リストリクタの上流側に配置された圧力センサにより生成される制御信号に応じてその流量リストリクタの上流側の流体の圧力を調整するものである。自動車の分野では、かかる流量調整をガソリンエンジンのインテークマニホルドまたは流体分配システムに用いることが可能である。ガスクロマトグラフィの分野では、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）検出器は、精確に調整された流体供給を必要とし、その流体の分配は空気圧マニホルドによって行われる。
【０００３】
当業界で周知のガスクロマトグラフ装置を図１に示す。ガスクロマトグラフ10は、直接噴射に適した順圧(forward pressure)調整設計で構成されている。検出器30は、当業界で既知のＧＣ検出器のうち任意のものとすることができる。一般に、検出器30は、時間に関する物理化学特性の大きさを決定する。多くのクロマトグラフ検出器の性能は、使用される担体流体の流量または圧力によって決まる。検出器の担体流体の圧力または流量を修正することにより、例えば、炎光光度検出器（ＦＰＤ）または水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）の検出感度を最適化することが可能となり、又、窒素リン検出器（ＮＰＤ）のビードの溶剤消光(solvent quenching)を最小限に抑えることが可能となる。
【０００４】
当業界で周知のように、また図１に示すように、典型的な検出器の空気圧マニホルドは、３つの流体源13a,13b,13cを３つの独立した弁14a,14b,14cに供給する。それらの弁は、担体流体成分の圧力及び流量の両方を制御する働きをする。流量リストリクタ15a,15b,15cを通る流体の流れによって背圧が生じるので、センサ16a,16b,16cは、成分流体の圧力または流量に関して安定した電子信号を生成することが可能になる。制御信号がプロセッサ40に供給され、次いでそのプロセッサ40が弁14a,14b,14cに制御信号を供給して、成分流体の圧力が調整される。
【０００５】
プロセッサ40は、弁14a,14b,14cの動作を指示する制御信号を生成することにより、圧力を所望レベルに維持することができる。その生成される制御信号は、デジタル形式であるため、デジタルアナログ変換器によってアナログ形式に変換され、弁14a,14b,14cへの伝送に先立ち増幅器により適正に増幅される。センサ16a,16b,16cにより検知された流体圧力のプロセッサ40への供給は、まず、圧力センサ16a,16b,16cにより生成されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換器によってアナログ信号からデジタル信号に変換することにより行われる。そのＡ／Ｄ変換器により生成されたデジタル信号がプロセッサ40へ供給される。
【０００６】
残念なことに、流量リストリクタ15a,15b,15cを通る流体の流量は、不安定であり、流量リストリクタの構成、流量リストリクタを流れる流体のタイプ、流体の温度（本質的にはマニホルドの温度）、及び流量リストリクタの上流側及び下流側の両方における流体の圧力によって変動する。更に、圧力センサ16a,16b,16cは、流量調節の誤差を生じさせ得る温度変動に感応する。クロマトグラフ領域の繰り返し精度を向上させるために、検出器の流体流量を更に安定させ、マニホルドの温度変動を更に低減させることが必要である。
【０００７】
温度に関する感受性を解消するための方法の１つとして、断熱材料で構成された制御式の加熱区域内に流量検知及び制御装置を収容する、というものがある。その加熱区域内の温度センサ及びヒータは、フィードバックを行って流量リストリクタ及び圧力センサの温度を一定に保ち、これにより、誤差を生成する変数としての温度が除去される。
【０００８】
残念なことに、加熱区域を組み込むことにより、装置の較正及び部品に関連して製造コストが上昇する。これに加え、加熱区域の調整に必要となる部品が故障する可能性が、周囲温度よりも高いマニホルド温度での連続的な動作により一層高くなるので、装置の信頼性が低下する。更に、加熱区域は、装置の動作に先立ち安定化させるために長い始動時間を必要とするものである。
【０００９】
流量リストリクタの変動及び温度依存性に起因する圧力流量関係の不精確性を修正するためのもう１つの技術として、極めて多数の異なる動作温度及び圧力で広範囲の多点較正を行う、というものがある。その較正結果は、ＥＥＰＲＯＭにセーブされて、制御弁に対するフィードバック信号の調整に用いられる。各較正点は、圧力センサ信号出力、周囲圧力信号出力、及び温度信号を、流量リストリクタを通る流体の流量に関連づけるものである。流体及び流量リストリクタの各組み合わせ毎に、別個の組をなす較正が必要になる。残念なことに、かかる較正のコストにより、この技術は商業上妥当でないものとなってしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、加熱区域を用いることなく周囲温度及び圧力の変化に関して自動的に流体流量の補償を行う空気圧マニホルド設計が必要とされている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、検出器の流体圧力及び流量の周囲温度及び圧力補償に関する電子的圧力制御を行う単純化された方法及び装置を提供するものである。空気圧マニホルドは、流量リストリクタの高圧側及び低圧側の両方における流体圧力、並びに流量リストリクタ及び圧力センサの温度を測定して、それらに関する信号を生成する、複数の熱結合されたセンサを備えている。
【００１２】
(1)流量リストリクタを流れる流体、(2)温度センサ、及び、(3)圧力センサについての温度及び圧力変動による影響の特性を表す複数のファームウェアモデルを記憶させるためにコンピュータメモリが使用される。例えば、流量リストリクタを通る流体の流れの特性は次のように表すことができる。
【００１３】
【数１】
0003891600.tif 000002
【００１４】
未知の定数を求めるために、複数の既知の温度及び圧力の空気圧マニホルドのキャリヤーで空気圧マニホルドを動作させて複数のセンサ出力電圧を測定することが可能である。流量式の定数αｆ,βｆは、測定されたセンサ出力電圧を流量リストリクタ式に代入し、その定数について解を求めることにより得られる。
【００１５】
複数のセンサの出力電圧を修正するためのドリフト出力電圧を生成して動作温度及び圧力の変動に関する補償を行うために、現在の動作温度及び圧力が測定されて特性式に代入される。
【００１６】
代替的には、所定範囲の周囲温度及び圧力を流量リストリクタ式に代入することにより、空気圧マニホルドの動作に先立ちルックアップテーブルを作成することが可能である。動作中には、周囲温度及び圧力が測定されて、ルックアップテーブルの対応するドリフト電圧へのアクセスに用いられる。修正されたセンサ出力電圧は、センサ出力電圧と複数のドリフト電圧とを組み合わせることによって得られる。これらのステップは、周囲温度及び圧力の変化に対するリアルタイムの補償を確保するために、空気圧マニホルドの動作全体にわたり連続的に繰り返される。
【００１７】
流体リストリクタを通る流体の流れを制御するために、修正された圧力センサ出力電圧が、流体源と流量リストリクタとの間の比例弁を開閉するためのフィードバック制御信号として用いられる。
【００１８】
流量リストリクタ、圧力センサ、及び温度センサを熱結合させることにより、温度の変動により生じる誤差を最小限に抑えると共に、ファームウェアモデルを単純化することが可能になる。
【００１９】
本発明の他の態様及び利点については、本発明の原理を例示した図面に関して行う以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【００２０】
【実施例】
図２は、本発明の好適実施例を示すものであり、検出器の担体流体205の圧力及び流量の周囲温度及び圧力についての補償に関する電子的圧力制御を有するガスクロマトグラフ10で実施されたものとして示されている。検出器の空気圧マニホルド210は典型的には、３つの流体源13a,13b,13cを３つの別個の弁14a,14b,14cに供給する。これらの弁は、流体リストリクタ15a,15b,15cを通る担体流体の圧力及びその結果として生じる流量を制御する働きをする。圧力センサ16a,16b,16cは、対応する担体流体の圧力に関して安定した出力電圧レベルを提供するものである。温度センサ219は圧力センサ16bに結合されている。圧力センサ16a,16b,16c及び流量リストリクタは全て熱伝導性バーに取り付けられており、温度センサ219の出力電圧が圧力センサ及び流量センサの全ての温度を表すようになっている。
【００２１】
補償を行うために、現在の温度値及び圧力値を４つのファームウェアモデルに代入することにより複数のドリフト電圧が計算される。それらのファームウェアモデルは、流量リストリクタに対する周囲圧力及び温度の変化による影響、即ち圧力センサ及び温度センサの出力に対する温度による影響の特性を表すものである。この計算の後、そのドリフト電圧がセンサ16〜16cの出力電圧に加えられて、対応する比例弁の適正な制御が保証される。これら数値モデル間の関係を図３に示す。検出器は、典型的には１つ以上の担体流体を有し、その各々が、十分な補償を行うために１つ又は２つ以上の数値モデルを必要とする。
【００２２】
I．流量リストリクタ、温度センサ、及び圧力センサモデルの導出
１．流量リストリクタモデル
流量リストリクタモデルは、A.E.Scheidegger著の「The Physics of Flow Through a Porous Media」(University of Toronto Press, Tronto 1974, p172)に基づくものであり、次の通りとなる。
【００２３】
【数２】
0003891600.tif 000003
【００２４】
ここで、
ｖ＝「浸透速度」
ｅ＝adzumi定数＝0.9
Ａ＝多孔性媒体の断面積
Ｅ＝(Ｎ・ｒ4)/ｔ
Ｆ＝(Ｎ・ｒ3)/ｔ
Ｎ＝面積Ａにおける孔数                                         ｒ＝孔の平均半径
ｔ＝多孔性媒体の厚さ
Ｒ＝一般ガス定数
Ｍ＝ガスの分子量
ｕｇ＝ガス粘度
ｐｒ＝ガス圧力
ｄｐｒ＝デルタ圧力比(pr)
Ｔｇ＝ガス温度
である。
【００２５】
この式を修正して、次のように流量リストリクタを通る流体の流量をモデル化することができる。
【００２６】
【数３】
0003891600.tif 000004
【００２７】
ここで、
Ｑ＝ガス流量（sccm）
Ｐs＝ガス源圧力（psia）＝［ゲージ圧力］＋［大気圧］
Ｐa＝下流側圧力（psia）＝［通常は大気圧］
Ｔf＝フリット温度（゜Ｋ）＝［℃］＋273.18
Ｕ,Ｎ＝ガスによって決まる粘度定数（μＰ：マイクロポアズ)を単位とする粘度）
Ｍ＝ガスの分子量
α＝流量リストリクタの特性であり、較正を介して決定される定数
β＝流量リストリクタの特性であり、較正を介して決定される定数
である。この式は、ファームウェアにより用いるために次のように修正することができる。
【００２８】
【数４】
0003891600.tif 000005
【００２９】
ここで、
ｐ1 ＝ガス源ゲージ圧力（psig）＝Ｐs−［大気圧］
αｆ＝［α］/Ｕ
βｆ＝［β］/（Ｍ0.5）
ｎ＝Ｎ＋１
である。
【００３０】
定数「αｆ」及び「βｆ」は、流量に対応する出力電圧を流量式に代入してそれら定数を求めることができるように、２つの既知の流量での較正手順を各マニホルド毎に実行することにより求められる。各流量リストリクタ毎に（及び流量リストリクタを流れる流体の各タイプ毎に）定数が決まると、それら定数が元のモデルに代入され、システム動作中の読み出しに備えて、完全なモデルが記憶される。好適実施例では、流量リストリクタの下流側の圧力を近似するために大気圧が利用される。従って、流量リストリクタの下流側に圧力降下が生じる程度に誤差項が導入されることになる。代替実施例では、下流側圧力センサを組み込んで流量リストリクタモデルに実際の下流側圧力を代入し、下流側圧力降下を一層精確に補償することも可能である。
【００３１】
２．温度センサモデル
流量リストリクタの温度は、流量リストリクタを通る流体の流量に影響する。流量リストリクタの温度と、その流量リストリクタに熱接触状態で取り付けられた温度センサの出力との応答関係の特性を表す温度センサモデルが開発されている。この応答関係の線形近似は２つの較正点しか必要とせず、即ち、次の通りとなる。
【００３２】
Ｃt＝Ｅ＋Ｆ・ｔc
ここで、
Ｃt＝サーミスタ応答（Ａ／Ｄカウント）
Ｅ ＝０℃でのオフセット（Ａ／Ｄカウント）
Ｆ ＝温度感度（Ａ／Ｄカウント/℃）
ｔc＝較正温度
である。
【００３３】
３．上流側圧力センサモデル
上流側圧力センサと圧力源及び圧力センサの温度との応答関係のモデルは、次のように表すことができる。
【００３４】
Ｃp＝Ａ＋Ｃ・ｔc＋（Ｂ＋Ｄ・ｔc）・ｐ1
ここで、
Ｃp＝センサ応答（Ａ／Ｄカウント）
Ａ＝０℃及び０psigにおけるオフセット（Ａ／Ｄカウント）
Ｂ＝圧力感度（カウント/psi）
ｐ1＝ガス源ゲージ圧力（psig）＝Ｐs−［大気圧］
ｔc＝サーミスタ温度（℃）
圧力センサ式の一次導関数(dＣp/dｔc)は、圧力の関数であり、圧力センサの出力信号のドリフト(または温度感度)の特性を表すものとなり、次のように表すことができる。
【００３５】
dＣp/dｔc＝Ｃ＋Ｄ・ｐ1
ここで、
Ｃ＝温度感度（Ａ／Ｄカウント/℃）
Ｄ＝温度による圧力感度の変化（Ａ／Ｄカウント/psi/℃）
式の組み合わせにより再整理が行われ、定数Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄは後述のようにして較正により求められる。
【００３６】
II．較正手順
図４は、較正手順の各ステップを示すフローチャートである。ステップ410で、圧力センサを保持するＰＣ基板がテストオーブン内に配置され、ステップ420で、各センサに流体が２つの異なる圧力で加えられ、ステップ430で、異なる温度及び圧力で得られた出力電圧を用いて圧力センサ式及び温度センサ式から定数Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ,Ｆが計算され、ステップ440で、マニホルドが組み立てられ、これには流量リストリクタ、ＰＣ基板、及び圧力センサが含まれ、ステップ450で、組み立てられた空気圧マニホルドがテキスト取付具(text fixture)に配置され、ステップ460で、流体が２つの異なる圧力で加えられてそれぞれの流体の流量及び温度に対応する出力電圧が求められ、ステップ470で、異なる流量で測定された出力電圧値を流体流量式に代入することにより複数の式が生成され、これらの式の解が求められると同時に流体流量式における定数が決定される。
【００３７】
ファームウェアモデルは、検出器の担体流体の各タイプ毎に求めなければならない未知の定数を含んでいる。
【００３８】
特に、各圧力センサ毎に、２つの圧力（その一方は０psigとすることが可能）で圧力センサ出力電圧Ｖoが測定され、その各々は、予測されるＧＣ温度動作範囲を表す２つの異なる温度（その一方は公称35℃）で行われる。各流量リストリクタ毎に、ゼロ流量以外の２つの流量及び公称35℃における「流量・対・圧力」の特性を表すために、圧力センサ出力電圧Ｖoのデータが求められる。かかるデータはチャネルで用いる各流体毎に必要となる。サーミスタモデルの場合には、２つの異なる温度における「温度センサの温度・対・Ａ／Ｄ変換器のカウント」の特性を表すデータを収集しなければならない。
【００３９】
本発明の代替実施例では、流量リストリクタ及び圧力センサがそれぞれ温度センサを１つずつ備えているので、それらを熱結合する必要はない。よって、それに従ってファームウェアモデルを修正しなければならない。更に、流量リストリクタの下流側に圧力センサを追加して周囲圧力の測定の代わりとすることが可能である。
【００４０】
III．電子装置
図７は、本発明のハードウェア部分の典型的な構成を示すものである。図示のように、幾つかの流量リストリクタは熱伝導性の高いバーを介して互いに熱結合される。その構成材料はアルミニウムである。本装置には、図示のように、流量リストリクタの上流側圧力を測定する圧力センサが１つだけ取り付けられている。この圧力センサは、熱伝導性バーとの緊密な熱接触状態が形成されるよう取り付けられている。好適実施例では、全ての流量リストリクタの低圧側には周囲への通気孔が設けられている。単一の周囲圧力センサが用いられ、それにより測定された圧力信号は全ての測定に利用される。各流量リストリクタの低圧側が同じ圧力でない場合には、複数の圧力センサが必要になる。
【００４１】
要約すれば、特性式の生成に用いられるステップは次の通りである。
【００４２】
２つの温度及び圧力で流量を測定してα、β、及び温度係数(tempco)を計算し、狭い流量及び圧力範囲に関して線形化を行い、温度補償のためにdａ/dＴ及びdｂ/dＴを測定し、流量特性式からdａ/dＴ及びdｂ/dＴを計算する。
【００４３】
図８は、可変戻り電流を伴うセンサを示す概略図である。この戻り電流及び固有抵抗に起因する電圧降下を軽く考えるべきではない。典型的なセンサ用途では、センサの帯域幅は電流と直接関係する。一方、表面実装に起因して回路密度が高くなるにつれてプリント回路基板上の導体幅が狭くなる。約14.2g（0.5oz)の銅製プリント回路基板における典型的な約0.2mm（0.008inch)のトレース幅は、約2.4mΩ/mm(60mΩ/inch)の抵抗をもたらす。コネクタ抵抗もまた、数十mΩだけ変動し得る。電圧降下は、μＶレベルで及びmＶレベルでさえも、信号の保全性に重大な影響を与え得るものとなる。電流ループは、導体の抵抗に反応せず、遠隔信号伝送に広く用いられているが、帯域幅のみ制限される。能動接地回路もまた広く用いられているが、安定性に関する問題を呈する場合がある。また、良好に強制された(good forced)接地を達成するために、広帯域幅の設計も必要になる。これらはどれも、センサコネクタの両端における電圧降下を解消するものとはならない。
【００４４】
図９は、温度センサが圧力センサと一体化される態様を示す概略図である。これは、圧力検知と温度検知との良好な熱整合を提供するものとなる。感温抵抗器(Ｒt)を用いることにより、Ｒ1,Ｒ2,Ｒtの組み合わせで、広い温度範囲にわたり温度出力と良好な電流整合との両方が可能になる。温度センサは、熱伝導性バーと良好な熱接触状態にある限り、他の手段により取り付けることも可能である。
【００４５】
重要な利点は、設計の単純さである。部品を加熱しないことにより、動作温度範囲を拡大することが可能となる。加熱区域よりも低い動作温度により、信頼性が向上する。また、モジュールの温度が常に平衡状態に保たれるので、モジュールの始動時間がなくなる。加熱部品の局部的な加熱による温度勾配が生じないので、温度性能も向上する。更に、大始動電力、熱制御ループの安定性、及びライン過渡感度に関する問題も存在しない。
【００４６】
較正により、電圧基準及びアナログ部品に関する精度上の要件が緩和される。これは、データ収集システムの一部としてＡ／Ｄが利用されておりセンサのＶoが基準電圧の一部として測定可能であると仮定することによって説明することができる。Ａ／Ｄ及び電圧基準が同じ流体源から導出される場合には、その基準流体源の温度ドリフト及び低周波ノイズは重要ではない。モジュールの個々の部品に起因する全ての温度ドリフトは、単一の温度ドリフト項として一まとめにされて較正される。
【００４７】
一層高い性能を達成するために、感温部品を使用して広い温度範囲にわたり接地電流を相殺することにより、電流整合を用いて広い温度範囲にわたり接地電流を減少させることが可能になる。この設計には受動回路が利用される。これにより、安定性及び過渡現象上の問題を生成し得る能動接地回路との相互作用を伴うことなく、センサがその全帯域幅で動作することが可能になる。受動回路もまた、ＲＦ免疫性に関する問題を有するものであるが、信頼性の一層高いものである。この構成における任意数のセンサに関して、幾つかの温度センサを並列につなぐことが可能である。従って、単一の温度読み取りを用いて、必要なＡ／Ｄチャネル数を減らすことが可能である。
【００４８】
ガスクロマトグラフィの分野における特定の実施例に関して本発明の説明及び図示を行ってきたが、当業者には明らかなように、自動車エンジン設計の分野、又は、供給される流体の測定及び制御のために周囲温度及び圧力の変化の補償を行うことが必要とされる他の分野にも本発明が等しく適用可能となるように修正及び変更を行うことが可能である。例えば、自動車エンジンの燃料／空気混合体は典型的には、インテークマニホルドを通る空気の流量を測定し、次いでインテークマニホルド中へ噴射される燃料の量を制御することによって制御される。本発明は、この用途に極めて適したものであり、エンジンの動作効率及び性能を高めるために用いることが可能である。
【００４９】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
【００５０】
１．実際の流量を計算して制御信号を生成することにより流量リストリクタを流れる流体の流量を所望の流量に調整する電子制御式空気圧マニホルドであって、前記制御信号が、周囲温度及び圧力の変化による影響が補償されたものであり、その制御信号によって制御弁の開きが調節され、これにより流量リストリクタを流れる流体の圧力及びそれに対応する流量が所望の流量に調節される、電子制御式空気圧マニホルドであって、
メモリを備えたコンピュータと、
マニホルドが周囲温度に維持されるように熱伝導性材料からなるマニホルド本体と、
そのマニホルド本体に熱接触状態で取り付けられ、流体源に接触した高圧側と低圧側とを有する流量リストリクタと、
前記マニホルド本体に熱接触状態で取り付けられ、圧力調整器と流量リストリクタとの間の流体の圧力に対応する流体圧力信号を生成する流体圧力センサと、
前記マニホルド本体に熱接触状態で取り付けられ、周囲圧力に対応する周囲圧力信号を生成する周囲圧力センサと、
前記マニホルド本体に熱接触状態で取り付けられ、前記マニホルドの温度に対応する温度信号を生成する温度センサと、
流量リストリクタを通る流体の流れの特性を、周囲圧力信号、温度信号、及び流体圧力信号に関して表す流量リストリクタモデルであって、測定された信号に基づいてコンピュータが実際の流量を計算することができるように前記コンピュータに記憶されている、流量リストリクタモデルと
を備えており、前記コンピュータが、計算された流量から所望の流量へと流体の流量を調節するための制御信号を生成することを特徴とする、電子制御式空気圧マニホルド。
【００５１】
２．前記制御信号に応じて前記制御弁の開きを調節するために前記マニホルド本体に熱接触状態で取り付けられた電子制御弁を備えている、前項１に記載の電子制御式空気圧マニホルド。
【００５２】
３．前記の流体の流れをモデル化する式において、流体の流量が、
【００５３】
【数５】
0003891600.tif 000006
【００５４】
と表される、前項１に記載の電子制御式空気圧マニホルド。
【００５５】
４．前記式により更に上流側圧力がモデル化され、その圧力が、
Ｃp＝Ａ＋Ｃ・ｔc＋（Ｂ＋Ｄ・ｔc）・ｐ1
と表される、前項１に記載の電子制御式ニューマティックマニホルド。
【００５６】
５．前記流量リストリクタの温度をモデル化するとき、
Ｃt＝Ｅ＋Ｆ・ｔc
と表され、ここで、
Ｃt＝サーミスタ応答（Ａ／Ｄカウント）、
Ｅ ＝０℃でのオフセット（Ａ／Ｄカウント）
Ｆ ＝温度感度（Ａ／Ｄカウント/℃）
ｔc＝較正温度
である、前項１に記載の電子制御式空気圧マニホルド。
【００５７】
６．関係Ｐa＝ｊ(Ｃa)に従って大気圧に比例する周囲圧力信号を生成する周囲圧力センサを更に備えている、前項１に記載の電子制御式空気圧マニホルド。
【００５８】
７．「Ａ／Ｄ電圧・対・カウント」の関係Ｃa＝ｋ(Ｖa)（周囲圧力センサからのＡ／Ｄカウント）、Ｃp＝ｍ(Ｖp)（流体源圧力センサからのＡ／Ｄカウント）、Ｃt＝ｎ(Ｖt)（温度センサ電圧からのＡ／Ｄカウント）、及び、Ｇ＝流体特性が、ＲＯＭに記憶されており、Ｐa＝周囲圧力、Ｐs＝流体源圧力である、前項１に記載の電子制御式空気圧マニホルド。
【００５９】
８．熱伝導性表面に取り付けられた流量制限のための複数の流量リストリクタを備えている、前項１に記載の電子制御式空気圧マニホルド。
【００６０】
９．前記熱伝導性表面がアルミニウムからなる、前項８に記載の電子制御式空気圧マニホルド。
【００６１】
10．温度補償式マニホルドの流量リストリクタを通る流体の流量を調整するための方法であって、
圧力センサの温度を検知し、
前記流量リストリクタの上流側の流体の圧力を検知し、
前記の検知した温度及び前記流量リストリクタを通る流体に対する圧力に関して流体リストリクタを通る流量をモデル化した式を記憶させ、
所望の流体流量を生じさせる所望の上流側圧力に対応する制御信号を計算し、
その制御信号に基づいて弁の調節を行う、
という各ステップを備えている、前記の流量調整方法。
【００６２】
11．圧力センサ、流量リストリクタ、及びマニホルドを互いに熱接触状態で取り付けて各部品が確実に同じ温度で動作するようにするステップを更に含む、前項10に記載の流量調整方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子的に制御される担体流体を備えた３つの検出器を有する従来のガスクロマトグラフを単純化して示す概略図である。
【図２】電子的に制御される担体流体を備えた３つの検出器を有する本発明の好適実施例によるガスクロマトグラフを単純化して示す概略図である。
【図３】ファームウェアモデル間の関係を示すブロック図である。
【図４】較正手順を示すフローチャートである。
【図５】検出器マニホルドを正面側から見て示す斜視図である。
【図６】検出器マニホルドを背面側から見て示す斜視図である。
【図７】本発明のハードウェア部分の典型的な構成を示す概略図である。
【図８】可変戻り電流を伴うセンサを示す概略図である。
【図９】温度センサが圧力センサと一体化される態様を示す概略図である。
【符号の説明】
10           ガスクロマトグラフ
13a,13b,13c  流体源
14a,14b,14c  弁
15a,15b,15c  流体リストリクタ
16a,16b,16c  圧力センサ
40           プロセッサ
205          担体流体
210          空気圧マニホルド
219          温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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