JP2002005712A - 空気流量測定装置 - Google Patents
空気流量測定装置Info
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Abstract
量計測素子の汚損もしくは経時劣化及び破損を低減した
発熱抵抗体式空気流量計測装置を提供する。 【解決手段】本発明は、上記課題を解決するために、空
気流量計測素子が設置される副通路の流路形状を規定し
た物である。 【効果】本発明に寄れば新規の製造方法等を用いること
なく、上記目的を達成した発熱抵抗体式空気流量計測装
置を安価に提供することが出来る。
Description
空気流量測定装置に係わり、特に内燃機関に吸入される
空気流量を測定することを主目的とした発熱抵抗体式空
気流量測定装置に関する。
測素子を保護し、汚損による経時劣化を防止する構造と
しては下記に上げる数種の構造が知られている。(1)
特開平11−248505号は副通路曲折部外周壁に粘
着性を持たせ侵入したダストをトラップする構造である
が、トラップされたダストが粘着材表面を完全に覆って
しまった後は効果が無くなり、短期的な効果しか見られ
ず、自動車用流量計としての長期間の使用はまったく考
慮されていない。また水分等には効果が無いと言う問題
がある。(2)特願昭54−128927号は副通路入
口に吸気通路を流れる空気の動圧が加わらない静圧型の
副通路を採用する事により、副通路内へのダストの侵入
を防止する構造であるが、本構造では副通路内に流れ込
む空気流量自体が極端に減少してしまう欠点が有り、安
定した空気流量の計測が困難である。(3)ドイツ公開
DE−19815654−A1は副通路内を二つの通路
に分け、第一の副通路に流量計測素子を配置している。
副通路内に侵入したダストはその速度ベクトル方向に開
口している第二の副通路に分離される構造となっている
が、その構成上、副通路内を流れる空気の主流は流量計
測素子を設置していない第二の副通路となってしまい、
第一副通路内では十分な安定した空気流が得られず、流
量計測精度が大幅に悪化する懸念が有る。
体式空気流量測定装置は主に自動車用内燃機関の吸気通
路内に設置される。この吸気通路には流入空気清浄用の
フィルターエレメントが設置されているが、その清浄効
果は100%ではなく、吸入空気に含まれるダストもし
くは液分などがフィルターエレメントを通過して発熱抵
抗体式空気流量測定装置が設置されている吸気通路部分
まで到達する事がある。また、市場においては正規品以
外の粗悪なフィルターエレメントを使用するケースもま
ま有る。この場合には更にダスト等の異物が侵入する可
能性は大きくなる。吸入空気に含まれるダストが発熱抵
抗体式空気流量測定装置の流量計測素子に付着すると、
流量計測素子の放熱特性が変化して、出力特性変化を起
こす問題がある。また、エレメントの構造と進入ダスト
の粒径及び速度によっては流量計測素子自体が破損する
問題も考えられる。その他にも水等の液体が計測素子に
付着すると素子の急激な温度変化による経時劣化及び瞬
間的な放熱量の変化による出力異常もしくは熱応力によ
る破損が発生する問題も有る。
載の発明により解決される。例えば、流量計測素子に汚
損劣化,経時変化,破損等のダメージを与える空気中に
含まれるダストもしくは液滴をその自身の持っている慣
性力により分離する事が可能で、尚且つ流量計測素子が
設置される部位で十分な空気流を保持する事が可能な副
通路形状を採用している。
空気流は通路形状に沿って流れる、それに対し、空気中
に含まれる塵埃等の粒は自身の持っている重量と流入速
度による慣性力により極力直進しようとするため、渦巻
き状の通路外周壁に衝突する。その後は慣性力が遠心力
として作用するために、ダスト等の異物は副通路外壁に
沿うように進行し、副通路ほぼ中央付近に配置される流
量計測素子部は通過しない。この場合でも空気自体の慣
性力はダスト等に比較すると非常に小さいため、副通路
中央付近及び内周壁付近でも安定した計測に必要な十分
な流量が得られる。また、渦巻き型通路の外周壁と通路
を構成する側壁の接合部に一定の傾斜を設ける事によ
り、ダストが傾斜壁に衝突した場合の反射方向をより通
路外周部に導く事も可能であり、この構造により更にダ
ストの分離効果は増加する。
部外周接線方向にダスト排出孔を設けた場合は、前記ダ
ストの慣性の効果により副通路外周壁付近に集められた
ダストを効果的に副通路外へ排出させる事ができる。
て、副通路入口の投影底部壁面に一定の角度を設け、そ
の角度を持った底部壁面の最底部にダスト排出孔を設け
る。副通路中に流入したダストは自身の持っている重量
と速度による慣性力によって直進し、副通路底部の角度
を持った壁面に衝突する。この時壁面の持っている角度
によってダストはダスト排出孔方向へ反射し、副通路外
へ排出される。
では流量計測素子自身が副通路入口部より直視不可能な
位置に配置される。本構造によれば副通路内に進入した
ダストは進入時の速度そのままで流量計測素子に衝突す
る事無く、一度もしくは数度にわたり副通路壁面に衝突
する事によりその自身の持っている運動エネルギーを減
少させる。よって副通路内に進入したダストは本発明の
意図する本来の効果である慣性力を利用した気液もしく
は気固分離の作用が上手く働かない条件が発生しても、
そのダストが流量計測素子部分に到達した時には運動エ
ネルギーが著しく減少しており、ダスト衝突により流量
計測素子が破損に至る可能性は著しく減少させる事が可
能である。
みにより達成されるため、経時的な効果の減少は発生せ
ず、継続的に同様な効果が得られる。
から図12により説明する。
式空気流量計測装置の縦断面図である。自動車用内燃機
関の吸気通路1に発熱抵抗体式空気流量計のモジュール
ハウジング2がモジュールフランジ2を介して取りつけ
られている。モジュールハウジング2先端部には副通路
7が形成され、副通路7内部には流量計測素子3が設置
されている。流量計測素子3(ここでは発熱抵抗体)は
モジュールハウジング2内部に設置された電子回路4と
電気的に接続され、更に電子回路4はコネクタ6を介し
て外部と電気的に接続される。副通路7は吸気通路1内
部を流れる空気流に垂直に開口した副通路入口部9と吸
気通路1内部を流れる空気流と平行につまり、副通路側
壁面72に開口した副通路出口部10を有している。更
に副通路7はその最底部にて連続的な曲面にて180°
迂回しており、流量計測素子3は副通路7の迂回部下流
側つまり副通路出口部10の形成される側に設置されて
いる。本構造によれば、副通路7内部に侵入した塵埃等
の異物はその自身の持っている速度と質量による慣性力
により副通路最底部迂回部8において、迂回部の最外周
部分に沿うように進行するため、副通路7のほぼ中心付
近に設置されている流量計測素子3に衝突することな
く、副通路出口部10より再度吸気通路1へ排出され
る。
の縦断面図である。流量計測素子3を内部に有する副通
路7は連続的な曲面にて約360°渦巻状に迂回してい
る。流量計測素子3は副通路が約180°迂回した近傍
の副通路7ほぼ中央部に設置され、副通路入口部9は吸
気通路を流れる空気流に垂直方向に、また副通路出口部
10は副通路7が約360°迂回した先端の副通路側壁
面に開口している。本構造によれば、副通路7内に進入
した塵埃等の異物はその自身の持っている速度と質量に
よる慣性力により副通路7外周壁部分に沿うように進行
するため、副通路7のほぼ中心付近に設置されている流
量計測素子3に衝突することなく、副通路出口部10よ
り再度吸気通路1へ排出される。更に本構造によれば副
通路7の迂回は連続的に形成されているため、通路曲折
部内周部分の下流で発生する剥離渦の発生も効果的に抑
制することが出来、安定したノイズの少ない発熱抵抗体
式空気流量計測装置の出力を得ることが可能である。更
に本構造では副通路全体の大きさを変えることなく、副
通路出口部10の位置を変えることが可能である、これ
により副通路入口部9と副通路出口部10の相対距離を
変更することが出来る。副通路入口と出口のの相対距離
は副通路全体の慣性効果を決定する重要な要素であり、
これを自由に変更できることにより、自動車用内燃機関
の吸気通路内で発生する脈動流の発熱抵抗体式空気流量
計測装置に与える影響度を調節することが可能となる。
路断面形状の一実施例を示している。図3−1は特に形
状を考慮しておらず、この場合には副通路7内部に侵入
した異物は副通路外周壁面71にほぼ垂直に衝突するこ
ととなるため、壁面に衝突した異物は再度副通路中央部
方向へ反射してしまう可能性がある。実際にはこの反射
と衝突を繰り返しながら徐々に副通路外周壁面に沿うよ
うに流れていくのであるが、図3−2〜図3−4では副
通路外周壁面の形状を考慮することにより、異物を効果
的に副通路最外周部へガイドすることを目的としてい
る。図3−2は副通路外周壁面71を半円形状としてい
る。図3−3は副通路外周壁面71と副通路側壁面72
の接合部の片側に面取りを設け、また図3−4は副通路
外周壁面71と副通路側壁面72の接合部の両側に面取
りを設けている。何れの構造でも、副通路外周壁面71
に衝突した塵埃等の異物は壁面の形成する角度によって
より副通路最外周部方向へ反射することとなり、より効
果的に異物を副通路最外周部へ集めることが可能とな
る。
した一実施例の縦断面図である。図2に対して、流量計
測素子3の副通路内空気流における下流側の副通路側壁
面に副通路出口部10の開口面積に対して1/2以下の
面積の通気孔11を設置している。本構造によれば、副
通路7の持っている慣性効果を効果的に調節することが
可能となり、自動車用内燃機関の吸気通路内で発生する
脈動流の発熱抵抗体式空気流量計測装置に与える影響度
を調節することが可能となる。更に、本渦巻状副通路構
造では、静止空気状態では副通路7内部に水が溜まりや
すいと言う欠点があるが、この通気孔11により副通路
内に進入した水は静止空気状態でも効果的に副通路7外
部に排出される。
構造の一部を変更した一実施例の縦断面図である。何れ
の例も吸気通路内を流れる空気流に対する副通路7の最
下流部分でその外周壁面から曲率の接線方向に高さ1mm
程度の通気孔を設けている。本実施例によれば、副通路
7の迂回構造によりその外周壁部分に集められた塵埃等
の異物は効果的に通気孔より吸気通路1へ排出され、流
量計測素子3が設置されている部分へは到達することな
く、よりいっそう流量計測素子の経時変化及び破損等の
発生を押さえることが可能となる。本構造では副通路7
断面積と通気孔11断面積の比を10:1以下とするこ
とで、副通路7の持つ性能を殆ど損なうことなく、前記
異物排出を効果的に行うことが可能である。更に、本通
気孔は副通路7内へ静止空気状態で水等が溜まりやすい
と言う欠点も同時に解消することが可能である。
の縦断面図である。副通路7は吸気通路1内部を流れる
空気流に垂直に開口した副通路入口部9と吸気通路1内
部を流れる空気流と平行につまり、副通路側壁面72に
開口した副通路出口部10を有している。更に副通路7
はその最底部にて180°迂回しており、流量計測素子
3は副通路7の迂回部下流側つまり副通路出口部10の
形成される側に設置されている。更に副通路7における
最底部の副通路入口部9よりの投影面には一定の角度を
持った第一縦通路底部傾斜面12が形成され、この傾斜
面12の先端部には通気孔11が形成される。本構造に
よれば副通路7に侵入した塵埃等の異物はその自身の持
っている速度と重量により、副通路最底部迂回部でも直
進しようとして、第一縦通路底部傾斜面12に衝突す
る。この時塵埃等の異物はその速度ベクトル方向と傾斜
面の角度により通気孔11方向へ反射し、副通路7外へ
排出される。
さ寸法を小さくするために第一縦通路底部傾斜面の形状
を工夫した一実施例であり、形状の持つ効果及び作用は
図8の実施例と同一である。
横通路76の構成を変えた一実施例であり、副通路7内
に進入した異物に対する効果及び作用は図7の実施例と
同様である。図11は本発明の効果を確認するために実
施したCAE計算結果の一例である。実線は通路壁面、
点線は空気中のダストの軌跡を示す。副通路入口部9よ
り侵入したダストは副通路外周壁面71に衝突−反射を
繰り返しながら徐々に副通路外周壁面71に沿って進行
していくことが確認される。尚、壁を横切る粒子は出口
(入口)を出た粒子である。
施したCAE計算結果の一例である。実線は通路壁面、
点線は空気中のダストの軌跡を示す。副通路入口部9よ
り侵入したダストは直線的に進行し、第一縦通路底部傾
斜面12に衝突する。その後ダストは傾斜面の角度によ
り通気孔11方向に反射し、副通路7外へ排出されるこ
とが確認できる。
量測定装置の流量計測素子を改良する事無く、その通路
構造のみにより、半永久的に異物の流量計測素子への付
着による、経時劣化を効果的に防止する事が可能であ
り、更に異物の衝突による流量計測素子の破損を効果的
に防止する事が可能である。尚且つ、本構造によれば、
従来の発熱抵抗体式空気流量測定装置の製造方法を変更
する事無く従来構造品と同等のコストで目的を達成する
事が可能である。
計測装置の縦断面図。
図。
例。
例の縦断面図。
た一実施例の縦断面図。
た一実施例の縦断面図。
である。
形状を変更した一実施例の縦断面図。
一実施例の縦断面図。
た一実施例の縦断面図。
E計算結果の一例。
E計算結果の一例。
3…流量計測素子、4…電子回路、5…モジュールフラ
ンジ、6…コネクタ、7…副通路、8…副通路最底部迂
回部、9…副通路入口部、10…副通路出口部、11…
通気孔、12…第一縦通路底部傾斜面、71…副通路外
周壁面、72…副通路側壁面、73…第一縦通路、74
…第二縦通路、75…第一横通路、76…第二横通路。
Claims (19)
- 【請求項1】空気流量を計測する計測素子と、 前記計測素子が配置され、出口が前記主空気流に平行に
開口する副通路と、 前記副通路が構成され、主空気流中に配置されるハウジ
ングと、を備えた空気流量測定装置において、 前記計測素子よりも入口側副通路壁面が曲率を持つこと
を特徴とする空気流量測定装置。 - 【請求項2】請求項1において、 前記計測素子よりも前記出口側副通路壁面が曲率を持つ
ことを特徴とする空気流量測定装置。 - 【請求項3】請求項2において、 前記入口側副通路壁面の曲率より前記出口側副通路壁面
の曲率が大であることを特徴とする空気流量測定装置。 - 【請求項4】請求項1において、 前記副通路は、前記出口を囲うように前記ハウジングに
構成されていることを特徴とする空気流量測定装置。 - 【請求項5】空気流量を計測する計測素子と、 前記計測素子が配置され、屈曲部をもつ副通路と、 前記副通路が構成され、主空気流中に配置されるハウジ
ングと、を備えた空気流量測定装置において、 前記屈曲部は前記計測素子よりも入口側に設けられ、 前記計測素子よりも入口側副通路壁面に前記主空気流に
連通する穴が設けられていることを特徴とする空気流量
測定装置。 - 【請求項6】請求項5において、 前記穴の開口面は、入口から前記副通路に入った空気流
が向きを変える副通路壁面に設けられていることを特徴
とする空気流量測定装置。 - 【請求項7】請求項6において、 前記穴の開口面は、前記副通路側よりも前記主空気流側
が小であることを特徴とする空気流量測定装置。 - 【請求項8】内燃機関の吸気通路に取り付けられ、空気
流量を検出する機能を有した発熱抵抗体(以下、流量計
測素子とする)を内部に有する副通路と、前記流量計測
素子と電気的に接続された電子回路とを備えた発熱抵抗
体式空気流量測定装置において、前記副通路の入口部が
前記吸気通路の上流側に開口し、前記副通路は前記吸気
通路に対する最下流部にて180°以上の連続した曲率
により迂回し、前記流量計測素子は前記副通路の迂回部
下流の前記副通路中央部付近に設置され、前記副通路出
口部は流量計測素子の前記吸気通路における上流側で前
記吸気通路の軸線と水平面に開口している事を特徴とす
る、発熱抵抗体式空気流量測定装置。 - 【請求項9】内燃機関の吸気通路に取り付けられ、空気
流量を検出する機能を有した流量計測素子を内部に有す
る副通路と、前記流量計測素子と電気的に接続された電
子回路とを備えた発熱抵抗体式空気流量測定装置におい
て、前記副通路の入口部が前記吸気通路の上流側に開口
し、前記副通路は連続した曲率により270°から36
0°渦巻き状に迂回し、前記流量計測素子は前記副通路
が入口より180°迂回した近傍の前記副通路中央部付
近に設置され、前記副通路出口部は前記副通路の先端部
で前記吸気通路の軸線と水平面に開口している事を特徴
とする、発熱抵抗体式空気流量測定装置。 - 【請求項10】請求項8または9に記載の発熱抵抗体式
空気流量測定装置において、前記副通路の迂回部を形成
する通路外周内壁面と側壁面の片側もしくは両側の接合
部に面取り状の傾斜面を設けた事を特徴とする発熱抵抗
体式空気流量測定装置。 - 【請求項11】請求項8または9に記載の発熱抵抗体式
空気流量測定装置において、前記副通路の迂回部を形成
する通路外周内壁面をU字形状とした事を特徴とする発
熱抵抗体式空気流量測定装置。 - 【請求項12】請求項9,10または11のいずれかに
記載の発熱抵抗体式空気流量測定装置において、前記副
通路外周部側壁かつ前記副通路内空気流に対する前記流
量計測素子の直下流部の片側もしくは両側に前記副通路
出口開口面積に対して1/2以下の面積の通気孔を設け
た事を特徴とする発熱抵抗体式空気流量測定装置。 - 【請求項13】請求項8から11のいずれかに記載の発
熱抵抗体式空気流量測定装置において、前記吸気通路の
空気流に対する最下流部に位置する前記副通路の迂回部
と前記流量計測素子の間に位置する前記副通路の外周壁
部分より、その接線方向に高さ1mm程度の通気孔を設け
た事を特徴とする発熱抵抗体式空気流量測定装置。 - 【請求項14】内燃機関の吸気通路に取り付けられ、空
気流量を検出する機能を有した発熱抵抗体(以下、流量
計測素子とする)を内部に有する副通路と、前記流量計
測素子と電気的に接続された電子回路とを備えた発熱抵
抗体式空気流量測定装置において、前記副通路は前記吸
気通路の軸線方向に水平な第一縦通路及び前記吸気通路
の軸線方向に垂直な第一横通路を有し、前記第一縦通路
の前記吸気通路の空気流に対し上流側に位置する一端は
前記吸気通路の軸線方向に対して垂直面に開口し、前記
第一縦通路のもう一端は前記第一横通路と接続される。
前記第一縦通路と前記第一横通路の接合部分つまり前記
第一縦通路の底面は前記第一横通路方向から前記吸気通
路の空気流方向に対し下流側に向かって一定の傾斜が設
けられており、この傾斜面の先端と前記第一縦通路を構
成する壁面が接合する部分に通気孔を設けた事を特徴と
する発熱抵抗体式空気流量測定装置。 - 【請求項15】請求項14に記載の発熱抵抗体式空気流
量測定装置において、前記第一縦通路の底面に形成され
る傾斜面の傾斜角度が、前記吸気通路の軸線に対して4
5°±15°である事を特徴とする発熱抵抗体式空気流
量測定装置。 - 【請求項16】請求項14または15に記載の発熱抵抗
体式空気流量測定装置において、前記第一縦通路底面に
形成された前記傾斜面が、前記第一縦通路開口面の前記
吸気通路の軸線方向に対する投影面と一致もしくはそれ
以上である事を特徴とする発熱抵抗体式空気流量測定装
置。 - 【請求項17】請求項14〜16のいずれか記載の発熱
抵抗体式空気流量測定装置において、前記副通路は前記
吸気通路の軸線方向と平行で更にその内部に前記流量計
測素子を有する第二縦通路を有し、直管もしくは曲り管
にて形成される前記第一横通路は前記第一縦通路と前記
第二縦通路の前記吸気通路に対する最下流部で前記第一
縦通路と前記第二縦通路を接続しおり、前記第二縦通路
の前記吸気通路に対する最上流部の副通路を構成する側
壁の片側もしくは両側に前記副通路出口が開口している
事を特徴とする発熱抵抗体式空気流量測定装置。 - 【請求項18】請求項14〜16のいずれか記載の発熱
抵抗体式空気流量測定装置において、前記副通路は前記
吸気通路の軸線方向と平行で更にその内部に前記流量計
測素子を有する第二縦通路を有し、直管もしくは曲り管
にて形成される前記第一横通路は前記第一縦通路の前記
吸気通路に対する最下流部と前記第二縦通路の前記吸気
通路に対する最上流部を接続しおり、前記第二縦通路の
前記吸気通路に対する最下流部の副通路を構成する側壁
の片側もしくは両側に前記副通路出口が開口している事
を特徴とする発熱抵抗体式空気流量測定装置。 - 【請求項19】請求項14〜16のいずれか記載の発熱
抵抗体式空気流量測定装置において、前記副通路は前記
吸気通路の軸線方向と平行で更にその内部に前記流量計
測素子を有する第二縦通路及び前記吸気通路の軸線方向
に垂直な第二横通路を有し、直管もしくは曲り管にて形
成される前記第一横通路は前記第一縦通路の前記吸気通
路に対する最下流部と前記第二縦通路の前記吸気通路に
対する最上流部を接続しおり、前記第二横通路は前記第
二縦通路の前記吸気通路に対する最下流部と接続され、
前記第二横通路のもう一端における副通路を構成する側
壁の片側もしくは両側に前記副通路出口が開口している
事を特徴とする発熱抵抗体式空気流量測定装置。
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