CN1690666A - 具有传感器的空气流量测量装置 - Google Patents

Abstract

传感器(4)由加热元件(4a)和热敏元件(4b)组成。该传感器(4)安装在一区域，在此区域中，从旁路进口(8)流入进气通道(6a)的测量空气大体上成直角弯曲，并且其流动收缩。可选地，传感器(4)也可布置在从旁路进口(8)进入的测量空气大体上成直角拐弯的区域的紧后面的区域中。加热元件(4a)和热敏元件(4b)的纵向分别布置成与测量本体(3)厚度方向上的两个侧面平行。因此，即使当测量空气的流量变化时，由于该变化所产生的影响也不会作用到流量测量上。因此，可以在加热元件(4a)纵向范围内对由低到高的最大流量进行测量。

Description

具有传感器的空气流量测量装置

技术领域

本发明涉及一种空气流量测量装置，具有其中形成有旁路的空气通道，以及安装在旁路中用于测量空气流量的传感器。

背景技术

在日本专利申请JP-A-9-287985中公开了一种空气流量测量装置，用于测量内燃机中流入的空气进气量。如图11A，B所示，该空气流量测量装置包括旁路100，进入的部分空气通经该旁路100。该空气流量测量装置包括位于该旁路100中的传感器。

该旁路100具有在相对于进气流向的方向上开口的进口110。此外，如图11B中箭头所示，旁路100的形状使得从进口110流入的空气大体上成直角拐弯。在该旁路100的中间位置设有弯曲部分。该弯曲部分改变空气流向。位于该弯曲部分上游侧和下游侧的通道被隔墙120隔开。

传感器包括用于测量空气流量的加热元件130。该加热元件130被布置在旁路100的弯曲部分上游侧通道中。然而如图11A所示，该加热元件130的布置方向为使其纵向垂直于形成旁路100的两个侧面。这里，所述的两个侧面垂直于空气流向。加热元件130纵向布置在图11A中的水平方向上。参考图11B，加热元件130布置在这样一个位置，其相对于旁路100的中心偏移即移动到隔墙120一侧。

在上述空气流量测量装置中，从进口110流入的空气在流向上大体成直角转弯。因此，如附图12B所示，随着流入该旁路100的空气流速变高，在弯曲部分上游侧通道中以实线所示的流速分布状态X中的最大流速偏向于隔墙120一侧。也就是说当空气相对于弯曲部分上游侧通道的中心朝隔墙120一侧偏移时，其流速是稳定的。因此，加热元件130被安装在相对于通道中心朝隔墙120一侧偏移的位置，以提高测量精度。

当空气进气量很大，即流速很高时，上述的传统结构是有效的。然而如图12A所示，在流量低，即空气进气量小的情况下，流速分布状态X围绕着弯曲部分上游侧旁路100的中心而形成。

因此当流量低时，流速分布状态X在旁路100中成抛物线状。因此，当加热元件130布置在朝隔墙120一侧偏移的位置时，将在流速分布状态X中流速很低的区域中测量流量。因此，当流量低时测量精度退化，并且流量测量的动态范围也变小。

发明内容

鉴于上述的问题，本发明的一个目的是提供一种空气流量测量装置，其能提高测量精度而不用考虑空气的流速，并且其能扩大流量测量的动态范围。

本发明的空气流量测量装置包括旁路和加热元件。空气通道中流动的空气能够部分流经该旁路。加热元件安装在该旁路中。加热元件基于辐射至空气的热量来测量空气流量。该旁路限定出进口、进气通道和出气通道。该进口在与流经空气通道的空气流向相反的方向上开口，以使通经进口的空气弯曲成预定的流向，并且流入到进气通道中。该出气通道通过弯曲部分和进气通道连接，在弯曲部分中，从进气通道流入的空气进一步改变流向。加热元件布置在进气通道中。该加热元件被布置成使其纵向大体上与流经空气通道的空气流向平行。

该加热元件被安装在一个区域中，在此区域中，从进口流入并且弯曲成预定流向的空气流动收缩。加热元件布置在从进口流入的空气弯曲成预定流向的区域的紧后面的区域中。

空气流量测量装置还包括节流阀部分。该节流阀部分安装在进气通道的一个侧面上。该进气通道的侧面垂直于加热元件的纵向。在从安装有加热元件的区域的上游到安装加热元件的区域，该节流阀部分逐渐减小进气通道的横截面。

弯曲部分在其内部的一个内侧限定出一内侧通路，在该通路中，从进口流入的空气弯曲成预定流向进入进气通道，同时流速降低。该弯曲部分在其内部的一个外侧限定出一外侧通路，在该通路中，从进口流入的空气弯曲成预定流向进入进气通道，同时流速增加。节流阀部分具有一个端侧，布置在内侧通路的延长部上。节流阀还具有另一个端侧，布置在外侧通路的延长部上。节流阀在外侧通路上的高度比内侧通路上的低。

该节流阀部分成锥形，在高度上从一端侧到另一端侧逐渐降低。节流阀部分成R形，在高度上从一端侧到另一端侧逐渐降低。该节流阀部分在高度上从一端侧到另一侧阶梯式地降低。

因此，空气流量测量装置能够提高测量精度，并且能够扩大流量测量的动态范围而不用考虑流量的变化。

附图说明

在下面参考附图的详细说明中，本发明上述以及其他的目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中：

附图1A是本发明第一实施例的空气流量计从横向看的横剖面视图，附图1B是本发明第一实施例的空气流量计从厚度上看的横剖面视图。

附图2A是第一实施例的空气流量计从底部看的平面图，附图2B根据第一实施例，示出进气通道中的传感器的放大图。

附图3是根据第一实施例，显示空气流量计安装在进气管上的横剖面视图。

附图4A、4B是根据第一实施例，显示流速分布状态的横剖面视图。

附图5是第一实施例中的流速相对于传统空气流量计标准的流速的变化率图表。

附图6A是本发明第二实施例的进气通道的横剖面视图，其中具有传感器，附图6B是根据本发明的第二实施例，显示沿图6A中A-A线截取的进气通道中节流阀部分的横剖面视图。

附图7A是相关技术中的进气通道的横剖面视图，其中具有传感器，附图7B根据相关技术，显示测量本体从底部看的平面图。

附图8A是第二实施例的进气通道的横剖面视图，其中具有传感器，附图8B根据第二实施例，显示测量本体从底部看的平面图。

附图9是根据第二实施例，显示测量本体从底部看的平面图。

附图10是根据第二实施例，显示测量本体从底部看的平面图。

附图11A是现有技术的空气流量计从横向看的横剖面视图，附图11B是根据现有技术的空气流量计从厚度上看的横剖面视图。

附图12A、12B是现有技术显示流速分布状态的横剖面视图。

具体实施方式

(第一实施例)

如附图1A、1B所示，空气流量测量装置作为空气流量计1来测量内燃机的进气流量。如附图3所示，空气流量计1安装到其内部形成有空气通道的进气管2上。空气流量计1由测量本体3，、传感器4，、电路组件5等部件构成。

测量本体3穿过进气管2中的安装孔2a被插入到进气管内部。通过安装孔2a插入的该测量本体3暴露在通经进气管2的气流中。

测量本体3成扁平状，在附图1A所示的厚度方向上具有一定的厚度。附图1A所示的该测量本体3的厚度小于测量本体3在附图1B所示的横向上的宽度。测量本体3的横向沿着流经进气管2的空气流向安装(附图3)。这里，流经进气管2的空气称为主流，并且主流的流通称为主流流通。

参考附图1A、1B，测量本体3中具有旁路6，其中主流流通的一部分作为测量空气而流经旁路6。参考附图1B，旁路6具有一个U形转弯部分(弯曲部分)，其为U形，即附图1B中具有隔墙7的倒U形，测量空气沿此U形转弯部分回转180度。进气通道6a在U形转弯部分的上游侧沿着进气管2的径向在旁路6中形成。出气通道6b在U形转弯部分的下游侧沿着进气管2的径向在旁路6中形成。

此外，在测量本体3中还有旁路进口8，测量空气通过该旁路进口8流入旁路6中。在测量本体3中还有旁路出口9、10，测量空气通过该旁路出口9、10流出旁路6。

参考附图1B，旁路进口8开口很大，以从测量本体3上面对主流的前面延伸到测量本体3的底面。因此，从旁路进口8流入的测量空气相对于旁路进口8大体上成直角拐弯，使得测量空气流经进气通道6a，如附图1B中的箭头标志所示。

旁路出口9、10包括一个主出口9和一个副出口10，主出口9通向旁路6的下游端，副出口10安装在旁路6的U形转弯部分和主出口9之间。

传感器4包括用来测量空气流量的加热元件4a和用于温度补偿的热敏元件4b。元件4a，4b各自通过接线端11连接到容纳在电路组件5中的基板上(未示出)，。

传感器4布置装在旁路6中U形拐弯部分的上游侧。也就是说，该传感器4布置在该进气通道6a的内部。特别地，传感器4布置在一个区域，在此区域中，当测量空气流大体上成直角拐弯时，从旁路进口8流入进气通道6a的测量空气的流动收缩。可选地，传感器4布置在测量空气相对于该旁路进口8大体上成直角拐弯的区域的紧后面的区域中。

此外，加热元件4a和热敏元件4b的纵向末端分别和接线端11电连接。参照附图1B，该加热元件4a和热敏元件4b的纵向大体位于与流经进气管2的主流流通(附图3)平行的方向上。也就是说，加热元件4a和热敏元件4b的纵向分别布置成与测量本体3厚度方向上的两个侧面平行。

如附图2A，2B所示，该加热元件4a和该热敏元件4b布置成使其纵向中心大体上设置在进气通道6a的中心处。加热元件4a和热敏元件4b的纵向大体上与附图2A和2B中的水平方向平行。

如附图3所示，电路组件5和测量本体3的上部成为一个整体，并且安装在进气管2的外部。电路组件5以使加热元件4a的加热温度和由热敏元件4b所检测的进气温度之间的温差保持恒定的方式控制着流向加热元件4a的电流。此外，电路组件5通过线束(未示出)与ECU(电子控制单元，未示出)相连，以便电路组件5输出一个电压信号给ECU。该电压信号与流过加热元件4a的电流成正比例。ECU根据电路组件5上输出的电压信号对进气流量进行测量。此外，用于连接线束的连接器12(附图1A，1B)整体地模制在电路组件5的侧面。

在具有上述结构的空气流量计1中，测量空气通过旁路进口8流入，并且大体上以直角拐弯使得测量空气流过进气通道6a。因此，随着测量空气的流量增加，在进气通道6a中的流速分布中，测量空气的最大流速偏移，即，移动到隔墙7一侧。在上述结构中，加热元件4a在纵向大体上平行于主流。因此，即使当测量空气的流量改变时，在测量流量的过程中，由于测量空气流量的变化产生的影响也很难作用到加热元件4a上。也就是说，如图4B所示，当流量高时，所产生的流速分布状态X，会使其最大流量偏移到气流外侧，该气流从旁路进口8进入并且大体上拐了一个直角的弯。然而，加热元件4a的纵向大体上平行于主流，从而能够在加热元件4a的纵向范围内的测量最大流量。

相反地，当流量低时，最大流量不偏移到气流外侧，即隔墙7一侧。如附图4A所示，当流量低时，流速分布状态X围绕着进气通道6a的中心形成。因此，如同流量高时一样，可在加热元件4a的整个长度范围内的测量最大流量。如附图11A，11B所示，传统流量计的结构是，加热元件130的纵向大体上与构成旁路100的两侧面垂直。这里，旁路100的两侧面大体上平行于主流。

这里，附图5是一个当第一实施例的空气流量计1中的空气流量F与作为标准的传统流量计中的空气流量相比发生变化时，显示流速的变化比率V之间关系的测量结果。也就是说，附图5中所示的垂直轴的标准位置0(％)点相当于传统流量计的流速。流速的变化比率V显示了当空气流量F变化时，第一实施例的空气流量计1中的流速和传统流量计中流速之间的比率。如附图5所示，随着流量的减小，第一实施例中的空气流量计1的流速变为大于传统流量计的流速。也就是说，与传统流量计的流速相比较，第一实施例中的空气流量计1的流速中流量低的范围增加。因此，与传统结构的空气流量计相比较，空气流量计1的测量精度得到提高。因此，流量测量的动态量程扩大了。

另外，第一实施例中，加热元件4a安装在一个区域，在此区域中，从旁路进口8流入进气通道6a的测量空气大体上成直角拐弯并且测量空气的流动收缩。可选地，加热元件4a可布置在流经旁路进口8的测量空气大体上成直角拐弯的区域的紧后面的区域中。因此，保证在测量空气平稳的状态下对空气的流量进行测量，使得测量精度得到了提高。

(第二实施例)

如附图6A，6B所示，第二实施例显示了在第一实施例的空气流量计1上安装了节流阀部分13。该节流阀部分13相对于与加热元件4a和热敏元件4b的纵向垂直的方向在两侧安装在空气流量计1的内表面上。也就是说，节流阀部分13相对于测量本体3的厚度方向在两侧边安装在空气流量计1的内表面上。测量本体3的厚度方向相当于附图6B中的水平方向。该节流阀部分13从安装有传感器4的区域的上游区域开始，朝布置有传感器4的区域逐渐地缩小通道横截面。

测量空气从旁路进口8流进，并且大体上拐了一个直角的弯。接着通过节流阀部分13固定测量空气的流向，稳定测量空气的流动。也就是说，防止测量空气出现紊流。因此测量精度得到提高。

而且，在除传感器4的纵向以外的方向上流动的空气流向都能够得到定向，所以气流是稳定的。因此测量精度得到提高。

然而，如图7B所示，当节流阀部分13在整个加热元件4a纵向上的高度恒定时，会出现以下问题。

也就是说，在第一实施例的空气流量计中，测量空气从旁路进口8流入，并且大体上以直角拐弯，接着流入进气通道6a。因此如附图7A所示，和第一实施例类似，随着测量空气的流量增加，流速分布状态X中的最大流速偏向于隔墙7一侧。在这种情况下，当该加热元件4a相对于其纵向不重合时，无法在流速分布状态X中最大流速处进行流量的测量。

该节流阀部分13沿着加热元件4a的纵向在高度上有变化，以便限制空气流量计1的性能漂移，即使当加热元件4a装配的位置变化时也能如此。特别是，即使当加热元件4a装配的位置相对于加热元件4a和接线端11连接的位置产生纵向上的变化时，空气流量计1的性能漂移也能得到限制。来自旁路进口8并且大体上经直角拐弯后流入进气通道6a的该测量空气，在弯曲部分内侧的流速减少，并且在弯曲部分外侧的流速增加。这里，弯曲部分内侧被称为内侧通路，弯曲部分外侧被称为外侧通路。如附图8B所示，节流阀部分13成锥形，例如，从布置在内侧通路延长部上的一端侧到布置在外侧通路延长部上的另一端侧，其高度发生变化。节流阀部分13的所述一端侧位于与隔墙7相对的一侧，所述另一端侧位于隔墙7一侧。

如附图8A所示，由于这种结构，流速分布状态X在进气通道6a中成辐射状形成，并且最大流速的漂移得到限制。因此，即使当加热元件4a装配的位置变化时，空气流量计1的性能漂移也能够被限制。如附图9所示，节流阀部分13可做成R形，即圆形。也就是说，例如如同附图8B中所示的锥形一样，节流阀部分13从与隔墙7相对的一侧到位于隔墙7一侧，在高度上逐渐地减小，同时其外周边成弯曲状。可选地，如附图10所示，节流阀部分13可形成为从与隔墙7相对的一侧至隔墙7一侧，在高度上成阶梯式地减小。

在附图7A至10所示的上述实例中，该节流阀部分13的部件相对于垂直于加热元件4a和热敏元件4b的纵向的方向被安装在两侧。然而，节流阀部分13也可以在旁路6中设在至少一侧上。

具有上述结构的空气流量测量装置(空气流量计)1中，加热元件4a的纵向布置在其中空气流速分布在进气通道6a中的方向上。在进气通道6a中分布有空气流速变高的区域和空气流速变低的区域。因此，即使由于流经空气通道(进气管)2的空气流量的变化而使进气通道6a中的流速分布改变的时候，因流速分布的改变而导致的影响也不会作用到流量测量上。也就是说，当流量高时，在流速分布状态中的最大流速偏向于气流外侧，该气流相对于进口(旁路进口)8按一个预定方向弯曲。然而，在上述结构中，加热元件4a布置在其中空气流速分布在进气通道6a中的方向上，即，加热元件4a大体上沿着主流的流向布置。因此，能够在加热元件4a的纵向范围内测量具有最大流速的气流。

当流量低时，最大流速的气流并不偏向气流的外侧，并且流速分布状态围绕着进气通道6a的中心形成。因此，如同流量高时一样，可在加热元件4a纵向范围内测量具有最大流速的气流。

在上述结构中，加热元件4a被安装在一个区域，在此区域中，空气在由进口8进入并且按一个预定方向拐弯后马上其流动收缩。

空气从进口8进入并流经进气通道6a，并且按一个预定的方向拐弯。由于气流中产生的惯性力而使气流产生收缩。接着，产生二次流，并且由于拐弯产生的漂流得到恢复，所以气流得到扩展。在这个状况下，气流在扩展区域变得紊乱。因此，当加热元件4a被安装在气流扩展区域时，测量的准确性降低。相反地，在气流收缩的区域，气流被定向并且稳定化。因此，当加热元件4a被安装在气流收缩的区域时，测量精度能够得到提高。

在上述结构中，加热元件4a被安装在一个由进口8流入的空气流向弯曲成预定方向的区域的紧后面的区域中。

在这个气流转弯成预定方向的区域的紧后面的区域中，气流会产生惯性力，所以气流收缩。加热元件4a布置在这个气流转弯成预定方向的区域的紧后面的区域中，使得测量精度被提高。

在上述结构中，空气流量测量装置1包括节流阀部分13。该节流阀部分13安装在进气通道6a的侧面上。该进气通道6a的侧面大体上垂直于加热元件4a的纵向。也就是说，进气通道6a的侧面大体上平行于空气通道2中的主流的流向。节流阀部分13从安装有加热元件4a的区域的上游开始，到安装有加热元件4a的区域，逐渐进气通道6a的横截面。

因为这个结构，从进口8流入并且流向变为预定方向的空气在流经节流阀部分13时，气流受到控制，即，其方向被定向。因此，气流被稳定，使得测量精度得到提高。

而且，在除加热元件4a的纵向以外流动的空气的流向都能够得到定向，所以气流是稳定的。因此测量精度得到提高。

在上述结构中，弯曲部分在其内部内侧上形成有内侧通路，在该通路中，从进口8流入的气流转弯成预定方向，进入进气通道6a，同时流速降低。此外，弯曲部分在其内部外侧上形成有外侧通路，在该通路中，从进口8流入的气流转弯成预定方向，进入进气通道6a，同时流速增加。该节流阀部分13具有一个端侧，布置在内侧通路的延长部上。该节流阀13具有另一个端侧。该节流阀部分13的另一个端侧布置在外侧通路的延长部上。节流阀部分13在外侧通路上的高度比内侧通路上的低。也就是说，如附图8B、9、10所示，节流阀部分13在外侧通路一侧的流道比内侧通路一侧的流道的横截面宽。

由于这种结构，节流阀部分13在另一端侧的流道宽度，即，位于外侧通路一侧的流道宽度，比一端侧的流道宽度，即，位于内侧通路一侧的流道宽度大。因此，进气通道6a中的流速分布状态是一致的，使得流速分布状态的偏差得到限制。因此，即使当加热元件4a装配的位置变化时，空气流量测量装置1的性能漂移也能够被限制。

在该空气流量测量装置1中，节流阀部分13成锥形，在高度上从一端侧到另一端侧逐渐降低。可选地，该节流阀也可成一R形状，在高度上从一端侧到另一端侧逐渐降低。可选地，该节流阀部分在高度上从一端侧到另一端侧阶梯式地降低。也就是说，该节流阀部分13在测量本体3的厚度方向上，从一端侧到另一端侧，即从内侧通路一侧到外侧通路一侧，高度逐渐降低。

因此，即使当加热元件4a装配的位置变化时，空气流量测量装置1的性能变化也能够被限制。

上述实施例的结构视情况能够进行组合。

在不脱离本发明精神的前题下，可以对上述实施例进行各种更改和代替。

Claims (8)

1.一种空气流量测量装置(1)，其特征在于包括：

旁路(6)，通过它，在空气通道(2)中流动的空气可以部分流动；以及

布置在旁路(6)中的加热元件(4a)，加热元件根据其辐射给空气的热量来测量空气的流量，

其中该旁路(6)限定了进口(8)、进气通道(6a)和出气通道(6b)，

该进口(8)在与流经空气通道(2)的空气流动方向相对的方向上开口，使得流经进口(8)的空气弯曲成预定流向弯，并且流入进气通道(6a)，

该出气通道(6b)通过弯曲部分与该进气通道(6a)连接，在弯曲部分中，从进气通道(6a)流入的空气进一步改变流向，

该加热元件(4a)安装在进气通道(6a)中，并且

该加热元件(4a)布置成使加热元件的纵向大体上与流经空气通道(2)的空气流向平行。

2.根据权利要求1所述的空气流量测量装置(1)，其特征在于该加热元件(4a)被布置在一个区域，在此区域中，从进口(8)流入并且弯曲成预定流向的空气的流动收缩。

3.根据权利要求1所述的空气流量测量装置(1)，其特征在于加热元件(4a)布置在从进口(8)流入的空气弯曲成预定流向的区域的紧后面的区域中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的空气流量测量装置(1)，其特征在于更进一步包括：

设在进气通道(6a)一侧面上的节流阀部分(13)，该进气通道(6a)的侧面垂直于加热元件(4a)的纵向，

其中节流阀部分(13)从安装有加热元件(4a)的区域的上游开始，到安装有加热元件(4a)的区域，逐渐缩小进气通道(6a)的横截面。

5.根据权利要求4所述的空气流量测量装置(1)，

其特征在于弯曲部分在其内部的内侧上限定出一个内侧通路，在该通路中，从进口(8)流入的空气弯曲成预定流向，进入进气通道(6a)，同时流速降低，

弯曲部分在其内部的外侧上限定出一个外侧通路，在该通路中，从进口(8)流入的空气弯曲成预定流向，进入进气通道(6a)，同时流速增加，

节流阀部分(13)具有一端侧，该一端侧布置在内侧通路的延长部上，

节流阀部分(13)具有另一端侧，该另一端侧布置在外侧通路的延长部上，并且

节流阀部分(13)在外侧通路上的高度比在内侧通路上的高度低。

6.根据权利要求5所述的空气流量测量装置(1)，其特征在于节流阀部分(13)成锥形，在高度上从所述一端侧到所述另一端侧逐渐降低。

7.根据权利要求5所述的空气流量测量装置(1)，其中节流阀部分(13)成R形，在高度上从所述一端侧到所述另一端侧逐渐降低。

8.根据权利要求5所述的空气流量测量装置(1)，其中节流阀部分(13)在高度上从所述一端侧到所述另一端侧阶梯式降低。

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