JP2002202167A - 質量空気流量センサ - Google Patents

質量空気流量センサ

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JP2002202167A JP2001357958A JP2001357958A JP2002202167A JP 2002202167 A JP2002202167 A JP 2002202167A JP 2001357958 A JP2001357958 A JP 2001357958A JP 2001357958 A JP2001357958 A JP 2001357958A JP 2002202167 A JP2002202167 A JP 2002202167A
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flow sensor
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Jr Steven M Lutowsky
マイケル ルトウスキ ジュニア スティーブン
James Christopher Driscoll
クリストファー ドリスコール ジェイムズ
Edward P Mcleskey
ポール マクレスキー エドワード
John F Foss
フランク フォス ジョン
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    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • G01F1/69—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element of resistive type
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    • G01F5/00—Measuring a proportion of the volume flow

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、高い効率を有し、低コスト
で、汚染に対する感度が低い質量空気流量センサを提供
することにある。 【解決手段】 ハウジング１４と、エーロフォイル要素
１６と、該エーロフォイル要素１６の表面上に取り付け
られた少なくとも１つのセンサ要素２２とを有する質量
空気流量センサ１０であって、空気流に与える乱れを最
小にできかつ小さい空気流での性能を改善できる質量空
気流量センサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広くは、質量空気
流量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】質量空気流量センサ（mass air flow se
nsors：ＭＡＳＦ）は、最適な空気／燃料比を得るた
め、内燃機関によく使用されている。質量空気流量セン
サは、しばしば、正の係数をもつ抵抗器（即ち、正温度
係数抵抗器）である「ホット」要素内に一定温度が維持
される「ホットワイヤ」原理で作動する。ホット要素は
中を通る電流により加熱され、かつ接近してくる空気流
中または空気流サンプリングチューブすなわち「バイパ
ス」中に配置される。第２周囲要素すなわち「コール
ド」要素も同じ態様でかつホット要素と電気的に並列に
配置される。空気がホット要素上を流れると、空気はホ
ット要素を冷却して、該要素の抵抗を有効に低下させ
る。抵抗が小さいほど大きい電流が流れ、ホット要素と
コールド要素との間に一定の温度差を維持できる。電流
のこの変化により、エンジンコンピュータに送られる電
圧に変化が生じる。
【０００３】質量空気流量センサは自動車業界で知られ
ているが、既存のＭＡＳＦ設計は好ましくない特性を有
している。既知の１つの設計は、差圧バイパスを使用し
てホットセンサを通る必要速度を増大させ、エンジンア
イドル運転時の小空気流を測定している。しかしなが
ら、この設計は、ＭＡＦＳの入口と出口との間に大きな
圧力降下を引き起こす。この圧力降下は、ＭＡＦＳが使
用される空気導入システムの全消散損を増大させ、従っ
てエンジンに空気を供給するＡＩＳ（吸気システム：Ai
r Induction System）の効率を低下させる。これは極め
て好ましくないことである。
【０００４】ＭＡＦＳを通る圧力降下の大きさを減少さ
せる試みにおいて、既存の幾つかの差圧バイパス設計
は、接近する空気流中へのセンサの侵入を制限すること
を試みている。しかしながら、この設計は、空気流中に
ＭＡＦＳを取り付ける際の厳格な公差を要求する。これ
らの設計によるＭＡＦＳの取付け誤差により出力に変化
が生じ、この結果、エンジン性能に悪影響を与えること
がある。このような変化を最小にするのに要する厳格な
公差は、質量空気流量センサおよび吸気システムに好ま
しくないコスト上昇をもたらす。
【０００５】現在のＭＡＦＳの設計はまた、接近する空
気流に対してセンサ要素を配置するという好ましくない
特性を有している。センサ要素のこの露出は、空気流中
の粒子によるセンサ要素の汚染の危険性を増大させる。
センサ要素の汚染は、質量空気流量センサの出力に変化
を引き起こす原因となる。質量空気流量センサの出力が
変化すると、空気／燃料の混合気が希薄になり過ぎ、エ
ンジンにデトネーション（爆発的燃焼）および損傷を引
き起こす。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、ＭＡＦＳを通
る空気の圧力降下を低減させ、厳格な公差の必要性をな
くしかつセンサ要素の汚染の危険性を低減できる質量空
気流量センサの設計が強く望まれている。
【０００７】従って本発明の目的は、高い効率を有し、
低コストで、汚染に対する感度が低い質量空気流量セン
サを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の目的によれば、
ハウジングを有し、該ハウジング内にエーロフォイル要
素が配置されており、該エーロフォイル要素の表面に少
なくとも１つのセンサ要素が取り付けられた構成の質量
空気流量センサが提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の他の目的および特徴は、
添付図面および特許請求の範囲の記載に関連して述べる
本発明の好ましい実施形態についての以下の詳細な説明
から明らかになる。
【００１０】図１を参照すると、本発明による質量空気
流量センサ１０の一実施形態が示されている。この質量
空気流量センサ１０は自動車に使用するのが好ましい
が、自動車以外の用途を含む他の種々の用途にも使用で
きる。
【００１１】図２は、本発明による質量空気流量センサ
１０の断面図であり、該センサ１０が吸気管１２内に配
置されている状態を示している。質量空気流量センサ１
０はハウジング１４を有している。一実施形態では、ハ
ウジング１４はプラスチックで作られているが、その構
造には種々の材料を使用できる。ハウジング１４は種々
の形状に形成できるが、好ましい一実施形態では、ハウ
ジング１４は、一般に、吸気管１２を通過する空気に与
える影響を最小にするエーロフォイル（翼）形状に形成
される。
【００１２】また、質量空気流量センサ１０は、横断部
材の自由端での空気乱流がセンサ要素２２（図３参照）
を通る空気流に与える悪影響を更に低減させるため、吸
気管１２の全直径に届くようにして配置することができ
る。
【００１３】質量空気流量センサ１０は更に、エーロフ
ォイル（翼型）要素１６を有している。一実施形態では
エーロフォイル要素１６はハウジング１４と一体に形成
されるが、他の実施形態では、エーロフォイル要素１６
は別体に形成することもできる。
【００１４】図２に示す質量空気流量センサ１０の３−
３線に沿った断面図である図３を参照する。エーロフォ
イル要素１６は一般的なエーロフォイル形状で示されて
いるが、種々のエーロフォイル形状が当業界で知られて
いる。図示の実施形態では、エーロフォイル要素１６は
大きい横断面部分１８および小さい横断面部分２０を有
し、大きい横断面部分１８は、吸気管１２内で小さい横
断面部分２０より上流側に位置している。しかしなが
ら、他の実施形態では、異なる形状および構成にするこ
ともできる。
【００１５】質量空気流量センサ１０はまた、エーロフ
ォイル要素１６の表面上に取り付けられた少なくとも１
つのセンサ要素２２を有している。図３には２つのセン
サ要素２２を備えた一般的な構成が示されているが、セ
ンサ要素２２の個数を変えることもできる。センサ要素
２２はエーロフォイル要素１６の表面上に取り付けられ
ている。エーロフォイル要素１６の表面上でのセンサ要
素２２のこの配置によって、空気がセンサ１６上を通過
するときに空気に与える乱れを最小にしつつセンサ要素
２２を空気に露出させることができる。一例として、幾
つかの質量空気流量センサにより引き起こされる圧力降
下が最小になった。また、エーロフォイル要素１６は接
近する空気を加速でき、従ってセンサ要素２２のダイナ
ミック・レンジを改善できる。これにより、小さい空気
流量を正確に測定するセンサ要素２２の能力を改善でき
る。
【００１６】種々の形式のセンサ要素２２が当業界で知
られているが、一実施形態では、センサを通る空気流量
を測定するセンサとして正の係数をもつ抵抗器を使用す
る。この抵抗器は、公知の「ホットワイヤ」原理に基い
て作動する。この構成では、空気の周囲温度を検出する
のに、コールドワイヤとして知られている周囲抵抗器
（ambient resistor）すなわち周囲センサ２４を使用す
る。空気流量を検出するのに、ホットワイヤとして知ら
れている第２抵抗器すなわちホットセンサ要素２３が使
用される。両センサ要素２２は空気流中に配置される。
ホットセンサ要素２３は、該センサ要素２３の温度が周
囲センサ要素２４からの特定勾配に到達するまで、ホッ
トセンサ要素２３に電流を流すことにより加熱される。
ホットセンサ要素２３を通る空気流量が増大すると、熱
が多量に空気に伝達される。このため、ホットセンサ要
素２３の温度が低下し始め、従ってその抵抗が低下す
る。ホットセンサ要素２３の抵抗が低下し始めると、回
路は、ホットセンサ要素２３を通る電流を増大させるこ
とにより、ホットセンサ要素２３により消費される電力
量を増大させる。
【００１７】質量空気流量センサ１０には、第１空気流
コントローラ２６および第２空気流コントローラ２８を
設けることもできる。第１空気流コントローラ２６およ
び第２空気流コントローラ２８は、エーロフォイル要素
１６の両側に配置されている。質量空気流量センサ１０
はこれらのコントローラ２６、２８がなくても作動でき
るが、これらのコントローラは、センサ要素２２を通る
空気の速度を制御しかつ増大させるのに有効である。こ
の構成により、質量空気流量センサ１０のダイナミック
・レンジが一層改善され、従って空気流量が少ない状態
での質量空気流量センサ１０の性能が一層改善される。
コントローラ２６、２８は種々の形状に形成できるが、
１つの好ましい実施形態は、コントローラをエーロフォ
イル形状に形成してコントローラの抵抗を小さくしかつ
性能を向上させるものである。エーロフォイル要素１６
と同様に、第１空気流コントローラ２６および第２空気
流コントローラ２８はハウジングとは別体に形成できる
が、別の実施形態ではコントローラ２６、２８をハウジ
ングと一体部材として形成できる。第１空気流コントロ
ーラ２６および第２空気流コントローラ２８を説明した
が、空気流コントローラの個数を変更し、または空気流
コントローラを全く設けないで質量空気流量センサ１０
を構成できることがわかる。
【００１８】図４に示すように、センサ要素２２はエー
ロフォイル要素１６の表面の任意の部分に取り付けるこ
とができるが、一実施形態では、センサ要素２２はエー
ロフォイル要素１６の頂部（apex）３０より下流側に配
置される。センサ要素２２を頂部３０より下流側に配置
することにより、空気流中の汚染物質３２がセンサ要素
２２上に集められる傾向を小さくでき、従って汚染物質
３２によるセンサ要素２２の性能低下が最小限に留めら
れる。
【００１９】以上、本発明を１つ以上の実施形態に関連
して説明したが、説明した特定の機構および技術は本発
明の原理の単なる例示であると理解すべきである。本発
明の方法および装置には、特許請求の範囲に記載した本
発明の精神および範囲から逸脱することなく多くの変更
を行うことができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による質量空気流量センサの一実施形態
を示す図面である。
【図２】図１の質量空気流量センサの断面図であり、吸
気管内に取り付けられた状態を示すものである。
【図３】図２に示した質量空気流量センサをその３−３
線に沿って切断した断面図である。
【図４】図３に示した質量空気流量センサの別の図面で
ある。
【符号の説明】
１０ 質量空気流量センサ １２ 吸気管 １４ ハウジング １６ エーロフォイル要素 ２２ センサ要素 ２３ ホットセンサ要素（第２抵抗器） ２４ 周囲センサ ２６ 第１空気流コントローラ ２８ 第２空気流コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ クリストファー ドリスコー ル アメリカ合衆国 ミシガン州 48310 ス ターリング ハイツ ディクソン 4067 (72)発明者 エドワード ポール マクレスキー アメリカ合衆国 ミシガン州 48328 ウ ォーターフォード ワトキンス レイク ロード 2115 (72)発明者 ジョン フランク フォス アメリカ合衆国 ミシガン州 48864 オ ークモス ナコマ ドライヴ 4731 Ｆターム(参考） 2F035 AA02 EA04

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハウジングと、 エーロフォイル要素と、 少なくとも１つのセンサ要素とを有し、該センサ要素が
    エーロフォイル要素の表面に又はこれに隣接して取り付
    けられていることを特徴とする質量空気流量センサ。
  2. 【請求項２】 前記少なくとも１つのセンサ要素は正の
    係数をもつ抵抗器であることを特徴とする請求項１記載
    の質量空気流量センサ。
  3. 【請求項３】 前記少なくとも１つのセンサ要素はエー
    ロフォイル要素の頂部より下流側に取り付けられている
    ことを特徴とする請求項１記載の質量空気流量センサ。
  4. 【請求項４】 前記エーロフォイル要素は大きい横断面
    部分および小さい横断面部分を有し、大きい横断面部分
    は小さい横断面部分より上流側に位置していることを特
    徴とする請求項１記載の質量空気流量センサ。
  5. 【請求項５】 第１空気流コントローラと、 第２空気流コントローラとを更に有し、第１空気流コン
    トローラおよび第２空気流コントローラはエーロフォイ
    ル要素の両側に配置されており、第１空気流コントロー
    ラおよび第２空気流コントローラはエーロフォイル要素
    を通る空気流を制御することを特徴とする請求項１記載
    の質量空気流量センサ。
  6. 【請求項６】 前記第１空気流コントローラおよび第２
    空気流コントローラはエーロフォイルであることを特徴
    とする請求項５記載の質量空気流量センサ。
  7. 【請求項７】 前記エーロフォイル要素、第１空気流コ
    ントローラおよび第２空気流コントローラはハウジング
    の一部として形成されていることを特徴とする請求項５
    記載の質量空気流量センサ。
  8. 【請求項８】 前記エーロフォイル要素は、吸気管のほ
    ぼ中心に配置されることを特徴とする請求項１記載の質
    量空気流量センサ。
  9. 【請求項９】 前記少なくとも１つのセンサ要素は２つ
    のセンサ要素を備え、２つのセンサ要素はホットワイヤ
    原理に従って作動することを特徴とする請求項１記載の
    質量空気流量センサ。
  10. 【請求項１０】 前記ハウジングは吸気管の全直径に届
    くように配置されることを特徴とする請求項１記載の質
    量空気流量センサ。
  11. 【請求項１１】 ハウジングと、 エーロフォイル要素と、 該エーロフォイル要素の表面上または表面に隣接して配
    置された少なくとも１つのセンサ要素と、 第１空気流コントローラと、 第２空気流コントローラとを有し、第１空気流コントロ
    ーラおよび第２空気流コントローラは、エーロフォイル
    要素の両側に配置されかつエーロフォイル要素を通る空
    気流を制御することを特徴とする質量空気流量センサ。
  12. 【請求項１２】 前記少なくとも１つのセンサ要素は正
    の係数をもつ抵抗器であることを特徴とする請求項１１
    記載の質量空気流量センサ。
  13. 【請求項１３】 前記少なくとも１つのセンサ要素は、
    エーロフォイル要素の頂部より下流側に取り付けられて
    いることを特徴とする請求項１１記載の質量空気流量セ
    ンサ。
  14. 【請求項１４】 前記エーロフォイル要素は大きい横断
    面部分および小さい横断面部分を有し、大きい横断面部
    分は小さい横断面部分より上流側に位置していることを
    特徴とする請求項１１記載の質量空気流量センサ。
  15. 【請求項１５】 前記第１空気流コントローラおよび第
    ２空気流コントローラはエーロフォイルであることを特
    徴とする請求項１１記載の質量空気流量センサ。
  16. 【請求項１６】 前記エーロフォイル要素、第１空気流
    コントローラおよび第２空気流コントローラはハウジン
    グの一部として形成されていることを特徴とする請求項
    １１記載の質量空気流量センサ。
  17. 【請求項１７】 前記エーロフォイル要素は、吸気管の
    ほぼ中心に配置されることを特徴とする請求項１１記載
    の質量空気流量センサ。
  18. 【請求項１８】 前記少なくとも１つのセンサ要素は２
    つのセンサ要素を備え、２つのセンサ要素はホットワイ
    ヤ原理に従って作動することを特徴とする請求項１１記
    載の質量空気流量センサ。
JP2001357958A 2000-11-22 2001-11-22 質量空気流量センサ Pending JP2002202167A (ja)

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