JP2005201684A - 空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失が低減されるとともに、検知素子の取り付け位置精度が向上し、かつ部品点数が削減されることで各部品の組み付けバラツキが低く抑えられ、測定精度が向上する。
【解決手段】主通路３の軸線方向に沿って空気の上流側に一端部が指向しているとともに空気の下流側に他端部が指向し、かつ途中屈曲された溝５が形成されたベース１と、支持基板１１およびこの支持基板１１の一面に搭載され空気の流量を検知する感熱抵抗素子１３を含み、ベース１に対面接合することで溝５と協同して副通路１４を形成した回路モジュール２とを備え、支持基板１１の一面側の感熱抵抗素子１３は、副通路１４に露出しており、また支持基板１１の他面側は、主通路３に露出している。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の吸気管に取り付けられ吸気管内部の主通路に流れる空気の流量を測定する空気流量測定装置に関するものである。

従来、空気流量測定装置は、内燃機関の吸気管の主通路に流れる空気の流量を測定するのに用いられており、近年、内燃機関の高出力化に伴う吸気流量測定範囲の拡大やエミッション規制の強化により、低流量領域での測定精度向上と過渡時の測定精度の向上が要求されてきている。
この空気流量測定装置の一例として、例えば特許文献１に記載されたものは、流量検知素子と電子回路部品が、セラミック材などにより矩形状に形成された支持基材の長手方向の異なる位置に実装されている。また、支持基材に実装された電子回路が収納されたハウジングと、主通路の主流方向に流体を通流させて支持基材を冷却する通流路及び主通路方向と逆方向に通流させ前記流量検知素子が配置された副通路がそれぞれ形成された副流通路体を備えている。

特開２００３−３５５７８号公報

このような従来の空気流量測定装置は、副通路の中央部分に支持基材が保持されているので、支持基材の位置ずれや空気の流れに対する角度ずれが生じ易く、その結果測定精度が低下してしまうという問題点があった。
また、流量検知素子を保持するための部品と、流量検知素子に空気を導入するための通路を形成するための部品とをそれぞれ個別に必要とし、部品点数が多くなりそれだけ組み付け工数も多くかかるとともに、部品の寸法バラツキ、組み付けによるバラツキにより、測定精度が低下してしまうという問題点もあった。

また、副通路の中央部分に流量検知素子が搭載された支持基材が存在するため、支持基材により圧力損失が増大してしまうという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、圧力損失が低減されるとともに、検知素子の取り付け位置精度が向上し、かつ部品点数が削減されることで各部品の組み付けバラツキが低く抑えられ、その結果測定精度が向上した空気流量測定装置を得ることを目的とする。

この発明に係る空気流量測定装置は、主通路の軸線方向に沿って空気の上流側に一端部が指向しているとともに前記空気の下流側に他端部が指向し、かつ途中屈曲された溝が形成されたベースと、支持基板およびこの支持基板の一面に搭載され前記空気の流量を検知する検知素子を含み、前記ベースに対面接合することで前記溝と協同して副通路を形成した回路モジュールとを備え、前記支持基板の前記一面側の前記検知素子は、前記副通路に露出しており、また前記支持基板の他面側は、前記主通路に露出している。

この発明の空気流量測定装置によれば、検知素子が搭載された支持基板が副通路の一部を構成したことにより、圧力損失が低減されるとともに、検知素子の取り付け位置精度が向上し、かつ部品点数が削減されることで各部品の組み付けバラツキが低く抑えられるので、測定精度が向上するという効果がある。

以下、この発明の各実施の形態について説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１の空気流量測定装置を示す正面図、図２は図１の側断面、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。
この空気流量測定装置は、内部に主通路３を有する吸気管４に取り付けられており、矩形状をしたベース１と、このベース１に対面接合された回路モジュール２とを備えている。
ベース１には、主通路３の軸線方向に沿って空気の上流側に一端部が指向しているとともに空気の下流側に他端部が指向し、かつ途中Ｌの字形状に屈曲された溝５が形成されている。溝５内の各コーナ部は空気の流れを円滑にするために曲面形状である。また、ベース１には溝５と画成された室８が形成されている。ベース１には内部にターミナル１０がインサートモールドされたコネクタ９が連続して設けられている。コネクタ９には吸気管４の取付孔７との間をシールするＯリング６が嵌着されている。

図４に示す回路モジュール２は、セラミック材やガラスエポキシ材に導体パターンが印刷形成された支持基板１１と、この支持基板１１の一面に搭載された各種の電子部品１２と、この電子部品１２と電気的に接続され空気の流量を検知する検知素子である感熱抵抗素子１３とを備えている。この感熱抵抗素子１３は、例えば、シリコン基板上に薄膜状の発熱素子を形成し、その裏面側の一部をエッチングにより除去したものである。この感熱抵抗素子１３は、支持基板１１の一面に形成された凹部に、支持基板１１の表面と同一面になるように取り付けられている。
ベース１には回路モジュール２が対面して接合されており、室８には各電子部品１２が収まっている。また、ベース１の溝５と支持基板１１の一面とにより副通路１４が形成されている。この副通路１４には感熱抵抗素子１３が露出している。支持基板１１の他面は、主通路３に露出している。

なお、副通路１４は、下記の理由により設けられている。
内燃機関の運転状態によって吸入空気には脈動流が生じるが、感熱抵抗素子１３は空気流量と出力の関係が非線形であり、かつ感熱抵抗素子１３の熱的な遅れがあるために、感熱抵抗素子１３からの出力を逐一空気流量変換した流量検出信号の平均値は、実際に主通路３に流れる空気流量より小さくなる。この不都合を解消するために、感熱抵抗素子１３が配置された副通路１４を主通路３よりも長くして、副通路１４の空気流の慣性力を大きくすることで、副通路１４の平均流量を主通路３の流量よりも増加させることで、主通路３に流れる実際の空気流量よりも低い流量検出信号の平均値の低下を賄っている。また、副通路１４は、脈動を抑制し、また整流作用もある。

上記構成の空気流量測定装置によれば、副通路１４の一部を構成する支持基板１１に、感熱抵抗素子１３が予め取り付けられているので、ベース１に支持基板１１を取り付けることで、副通路１４内に配置される感熱抵抗素子１３の位置は定まり、組立が簡単であるとともに、感熱抵抗素子１３は副通路１４内の所定の位置に配置される。
また、感熱抵抗素子１３は、副通路１４の壁面に取り付けられており、副通路１４内で流速が遅い位置で流速を測定しているので、空気中の飛散してくるダストの速度は遅いため、ダストが感熱抵抗素子１３に衝突するときのエネルギーは低く、感熱抵抗素子１３の破損は起こりにくい。

また、支持基板１１の面と同一面になるように感熱抵抗素子１３が設けられているので、感熱抵抗素子１３近傍の凹凸に起因する空気の流れの乱れや、感熱抵抗素子１３表面上でのダストの堆積の発生が防止され、測定検出精度が安定化する。

本願発明者は、実施の形態１のもの（実施の形態１の例）と、特許文献１のもの（従来例）とを対比して実際に空気流量測定を行った。
図５、図６はそのときの測定結果であり、図５は空気振幅率と空気流量変化率との関係を示す図、図６は振幅率１における空気流量波形を示す図である。
この測定時における脈動流の条件は、脈動周波数が６２．５［Ｈｚ］で、主通路内の平均流量が３０［ｇ／ｓ］であった。
図５から分かるように、実施の形態１の場合は、従来例の場合と比較して流量平均値が増加した（例えば、振幅率１のとき実施の形態１の場合は２０％、従来例の場合は１０％それぞれ主通路内の平均流量よりも増大している）。
即ち、主通路の流量に対して副通路の流量の増大は、実施の形態１の例の方が大きく、それだけ実施の形態１の例の方が副通路としての機能を果たしていることが分かる。
また、図６から、従来例の場合と比べて、実施の形態１の例の場合は脈動振幅が低減したことが分かる。

このことより、感熱抵抗素子１３を用いたことにより生じる不都合、即ち感熱抵抗素子１３による流量検出信号の平均値が、実際の流量より小さくなるという不都合を解消するために、副通路１４を主通路３よりも長くしなければならないが、その増大量は実施の形態１の例の方が、従来例の場合と比較して短い副通路長で足り、装置の小型化が図れる。

さらに、回路モジュール２の裏面全面が空気に曝されるため、コネクタ９側からの熱や、電子部品１２の自己発熱により回路モジュール２自身が昇温しても、効率的に冷却される。その結果、回路モジュール２の温度が主通路３内の吸気温度とほぼ一致することから、感熱抵抗素子１３の熱による影響が低減され、空気流量の測定精度が向上する。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２の空気流量測定装置を示す要部切断断面図である。
この実施の形態では、支持基板１１およびベース１が対面接合された上流側の端面形状が、支持基板１１に対して垂直でかつ軸線方向に沿って切断したときに曲面形状をしている。また、支持基板１１およびベース１が対面接合された下流側の端面形状も、支持基板１１に対して垂直でかつ軸線方向に沿って切断したときに曲面形状をしている。また、支持基板１１とベース１とが対面接合されたものの断面形状は、中心軸線に対して左右対称である。
その他の構成は、実施の形態１と同じである。

この空気流量測定装置によれば、支持基板１１およびベース１の全体断面形状が流線形状（雨滴形状）であるので、実施の形態１と比較して空気抵抗が低減されるばかりでなく、空気は副通路１４の入口部から副通路１４内に円滑に流入し、また出口部から円滑に流出し、測定精度が向上するとともに圧力損失が低減される。

図８は本願発明者が実験により求めた圧力損失特性図であり、図９は同じく本願発明者が実験により求めた出力特性図である。
図８、図９では、実施の形態２のもの（実施の形態２の例）と、上記従来例とを比較したときの図である。
図８から実施の形態２の場合は従来例の場合と比較して圧力損失が約１／２であり、また図９から実施の形態２の場合は従来例の場合と比較して、低流量域における出力の安定性も１／２であることが分かる。

実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３の空気流量測定装置を示す要部切断断面図である。
この実施の形態では、支持基板１１の他面側（反感熱抵抗素子１３側）に、支持基板１１の他面を覆ったカバー１５が設けられている。このカバー１５は例えばＰＢＴ（ポリブチレンフタレート）で構成されている。
このカバー１５が付設された支持基板１１およびベース１が接合された上流側の端面形状が、支持基板１１に対して垂直でかつ軸線方向に沿って切断したときに曲面形状である。また、カバー１５が付設された支持基板１１およびベース１が接合された下流側の端面形状が、支持基板１１に対して垂直でかつ軸線方向に沿って切断したときに曲面形状である。また、カバー１５が付設された支持基板１１とベース１とが対面接合されたものの断面形状は、中心軸線に対して左右対称である。
その他の構成は、実施の形態１と同じである。

この空気流量測定装置によれば、実施の形態２と同様の効果を得ることができるとともに、カバー１５は樹脂材で構成されているので、空気流量測定装置の主通路３内の部位での流線形状が実施の形態２のものと比較してより容易に形成される。

なお、実施の形態２、３では支持基板１１およびベース１が接合された下流側の端面形状も曲面形状であったが、上流側の端面形状のみを曲面形状にした空気流量測定装置であっても、勿論圧力損失が低減される。
また、各実施の形態１〜３では、検知素子として感熱抵抗素子を用いた場合について説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、空気の流量を検知するものであればよい。

この発明の実施の形態１の空気流量測定装置を示す正面図である。 図１の側断面である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。 図１の回路モジュールを示す全体斜視図である。 空気振幅率と空気流量変化率との関係を示す図である。 振幅率１における空気流量波形を示す図である。 この発明の実施の形態２の空気流量測定装置を示す要部断面図である。 空気流量測定装置における圧力損失特性図である。 空気流量測定装置における出力特性図である。 この発明の実施の形態３の空気流量測定装置を示す要部切断断面図である。

符号の説明

１ ベース、２ 回路モジュール、３ 主通路、４ 通気管、５ 溝、１１ 支持基板、１３ 感熱抵抗素子（検知素子）、１４ 副通路、１５ カバー。

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気管に取り付けられ吸気管内部の主通路に流れる空気の流量を測定する空気流量測定装置であって、
   前記主通路の軸線方向に沿って前記空気の上流側に一端部が指向しているとともに前記空気の下流側に他端部が指向し、かつ途中屈曲された溝が形成されたベースと、
   支持基板およびこの支持基板の一面に搭載され前記空気の流量を検知する検知素子を含み、前記ベースに対面接合することで前記溝と協同して副通路を形成した回路モジュールとを備え、
   前記支持基板の前記一面側の前記検知素子は、前記副通路に露出しており、また前記支持基板の他面側は、前記主通路に露出している空気流量測定装置。
2. 前記支持基板の凹部に、支持基板の面と同一面になるように前記検知素子が設けられている請求項１に記載の空気流量測定装置。
3. 前記支持基板および前記ベースが接合された前記上流側の端面形状が、支持基板に対して垂直でかつ前記軸線方向に沿って切断したときに曲面形状である請求項１または請求項２に記載の空気流量測定装置。
4. さらに、前記支持基板および前記ベースが接合された前記下流側の端面形状が、支持基板に対して垂直でかつ前記軸線方向に沿って切断したときに曲面形状であり、かつ中心軸線に対して左右対称である請求項３に記載の空気流量測定装置。
5. 前記支持基板の前記他面側には、支持基板の他面を覆ったカバーが設けられており、このカバーが付設された前記支持基板および前記ベースが接合された前記上流側の端面形状が、支持基板に対して垂直でかつ前記軸線方向に沿って切断したときに曲面形状である請求項１または請求項２に記載の空気流量測定装置。

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