JP2011220836A

JP2011220836A - 空気流量測定装置

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Publication number: JP2011220836A
Application number: JP2010090423A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kitahara; 昇北原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-11-04
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: DE102011006528B4; JP5263216B2; DE102011006528A1

Abstract

【課題】エンジンに吸入される空気の流量を測定する空気流量測定装置１において、空気脈動や空気偏流の影響を受けにくい構造を提供する。
【解決手段】空気流量測定装置１によれば、放出口８は吸気路の下流側に向かって開口している。これにより、吸気路において順方向に流れる空気が偏流しても、放出口８からの空気の放出はほとんど影響を受けない。また、放出流路１１を形成する流路壁にはスリット１７が設けられている。そして、吸気路を逆方向に空気が流れた場合に、内部流路７には放出口８から空気の一部が流入し、放出口８から流入した空気はスリット１７から吸気路に戻る。このため、空気脈動がセンサ２の出力値に及ぼす影響を低減することができる。以上により、空気流量測定装置１において、空気脈動や空気偏流の影響を受けにくい構造を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンへの吸気路に配され、エンジンに吸入される空気の流量（以下、空気流量と略して呼ぶことがある。）を測定する空気流量測定装置に関する。
なお、以下の説明では、吸気路における流れに関し、エアクリーナ（上流）からエンジン（下流）に向かう方向を順方向と呼び、エンジン（下流）からエアクリーナ（上流）に向かう方向を逆方向と呼ぶ。

従来から、例えば、エンジンに吸入される空気の流量測定には、空気流量として質量流量を直接的に測定できる利点から、空気との間に伝熱現象を発生させて質量流量相当の出力値を発生する熱式センサが広く利用されている。この熱式センサは、空気に熱を与える発熱体を有し、例えば、発熱体から熱的影響を受けていない状態の空気の温度と発熱体の温度との温度差が所定の数値となるように、発熱体の発熱を制御する。

この結果、発熱体から空気に与える熱量と空気流量との相関は、図７（ｂ）に示すように、熱量を縦軸にとって空気流量を横軸にとった場合に上に凸となる。つまり、熱量は、空気流量の増加に合わせて増加するものの、空気流量に対する熱量の増加率は空気流量の増加に合わせて減少する。そして、熱式センサは、この上に凸の相関に基づく制御により発熱体から空気に与えた熱量に応じて、質量流量相当の出力値を発生する。

ここで、吸気路における空気の流れには、エンジンのバルブ開閉により脈動が発生して順方向および逆方向の流れが交互に繰り返され、熱式センサの出力値も脈動に応じて増減を繰り返す。この結果、熱式センサによる測定値は、熱量と空気流量との相関が上に凸であることに起因して不可避的に真値よりも低いものになってしまう。そこで、熱式センサの出力値を高めて測定値を真値に近付けるために、図７（ａ）に示すように、吸気路における直線的な流れを迂回する内部流路１０１を形成して内部流路１０１に熱式センサ１０２を配する空気流量測定装置１００が広く採用されている。

すなわち、内部流路１０１に取り込まれず吸気路を直進した場合の流路長をＬ１、内部流路１０１の流路長をＬ２とすると、空気流量測定装置１００は、直線的な流れを迂回する内部流路１０１を形成して内部流路１０１に熱式センサ１０２を配することにより、Ｌ２／Ｌ１に応じて出力値を高める補正機能を有するようになる。そして、この補正機能によれば、Ｌ２／Ｌ１を大きくするほど出力値を高めることができるので、Ｌ２／Ｌ１を所望の数値に設定することで、脈動により生じる測定値低下を解消することができる。

ところで、このような空気流量測定装置１００では、内部流路１０１を流れた空気を吸気路に戻す必要があり、空気を吸気路に戻すための放出口１０３には種々のパターンが考えられている。例えば、特許文献１によれば、放出口の面方向が吸気路の流れ方向と平行であり、放出口からの空気の流出方向は吸気路の流れ方向に直交している。また、特許文献２によれば、放出口の面方向が吸気路の流れ方向に垂直であり、放出口は吸気路の下流側に向かって開口している。そして、放出口からの空気の流出方向は吸気路の流れ方向と略一致している。

しかし、これらの放出口の設け方にはそれぞれ一長一短があり、種々の課題を抱えている。すなわち、特許文献１によれば、放出口の面方向が吸気路の流れ方向と平行であることから、脈動により装置外で逆方向の流れが生じても、逆方向に流れる空気が放出口から内部流路に向かって流入しにくく、脈動による出力値低下が抑制される。しかし、装置外で順方向に流れる空気が放出口に向かうように偏流した場合、偏流した空気は容易に放出口から内部流路に流入してしまい、放出口からの空気の放出が妨げられて出力値が変動してしまう。

また、特許文献２によれば、放出口は吸気路の下流側に向かって開口していることから、順方向に流れる空気が偏流しても、放出口からの空気の放出はほとんど影響を受けない。しかし、逆方向に流れる空気は容易に放出口から流入するので、脈動による測定値低下を避けることが極めて困難である。

また、従来の空気流量測定装置１００は、上記のように、測定値向上のためにＬ２／Ｌ１に応じた補正機能を有するが、この補正機能による測定値の上げ幅は、Ｌ２／Ｌ１に応じてほぼ一定に定まっている。これに対し、脈動による測定値の低下幅は、空気流量の真値や脈動の周波数（エンジン回転数）に応じて様々に変動する。このため、特定範囲の空気流量や特定範囲のエンジン回転数において測定値が真値に略一致するようにＬ２／Ｌ１を設定しても、空気流量やエンジン回転数がそれぞれの特定範囲を大きく外れた場合、測定値の低下に対する補正が過小になったり過大になったりする虞が大きい。

特開２００７−３２７７９０号公報特許第４１６９８０２号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、エンジンに吸入される空気の流量を測定する空気流量測定装置において、空気脈動や空気偏流の影響を受けにくい構造を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の空気流量測定装置は、エンジンへの吸気路に配され、吸気路を上流から下流に向かう順方向に流れる空気の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させることでエンジンに吸入される空気の流量を測定するものである。
また、空気流量測定装置は、吸気路の上流側に向かって開口し、吸気路を順方向に流れる空気の一部を取り込む吸入口と、吸入口から取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させるセンサを収容する内部流路と、吸気路の下流側に向かって開口し、吸入口から取り込まれてセンサを通過した空気を吸気路に戻す放出口とを備える。

また、内部流路における空気の流れ方向に関して、吸入口を上流端とし放出口を下流端とすると、センサよりも下流側の内部流路には曲がりが形成されており、曲がりを形成する流路壁には、内部流路と吸気路とを連通するスリットが設けられている。そして、吸気路を下流から上流に向かう逆方向に空気が流れた場合に、内部流路には放出口から空気の一部が流入し、放出口から流入した空気はスリットから吸気路に戻る。

まず、この空気流量測定装置によれば、放出口は吸気路の下流側に向かって開口していることから、吸気路において順方向に流れる空気が偏流しても、放出口からの空気の放出はほとんど影響を受けない。また、吸気路において逆方向に流れる空気は、容易に放出口から流入して内部流路を上流に向かって逆方向に流れるものの、センサに到達する前にスリットから吸気路に戻る。このため、空気脈動がセンサの出力値に及ぼす影響を低減することができるので、測定値の低下を抑制することができる。
以上により、空気流量測定装置において、空気脈動や空気偏流の影響を受けにくい構造を提供することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の空気流量測定装置によれば、曲がりの下流端は放出口であり、スリットは、曲がりを形成する流路壁の内、曲がりにより生じる旋回流の最外周を画する流路壁において、曲がりの上流端から下流側に伸びるように設けられている。
これにより、放出口から流入した空気を、より多くスリットから吸気路に戻すことができるので、空気脈動がセンサの出力値に及ぼす影響をさらに低減して測定値の低下を抑制することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の空気流量測定装置によれば、放出口とスリットとは、各々の長手方向が略一致するように設けられており、スリットの長手方向の長さは、放出口の長手方向の長さの１／３以上である。
これにより、放出口から流入した空気を、より多くスリットから吸気路に戻すことができるので、空気脈動がセンサの出力値に及ぼす影響をさらに低減して測定値の低下を抑制することができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の空気流量測定装置によれば、スリットは、長手方向に垂直な方向における幅が２ｍｍ以下である。
これにより、センサを通過した順方向に流れる空気が、放出口に達することなくスリットから吸気路に戻ってしまう事態を抑制することができる。このため、Ｌ２／Ｌ１がスリットを設けることにより変動するのを抑制することができる。

また、スリットの長手方向に垂直な方向における幅が大きすぎると、吸気路における偏流の影響により、逆方向に流れる空気をスリットから充分に逃すことができなくなる虞がある。そこで、上記の幅を２ｍｍ以下に設定して偏流の影響を抑えることで、スリットから充分に空気を逃すことができる。

空気流量測定装置の内部を示す断面図である（実施例）。（ａ）は空気流量測定装置のＬ２／Ｌ１を示す断面図であり、（ｂ）は空気流量と熱量との相関を示す相関図である（実施例）。空気流量測定装置の側面図である（実施例）。空気流量測定装置の背面図である（実施例）。空気流量測定装置の正面図である（実施例）。空気流量測定装置の下面図である（実施例）。（ａ）は空気流量測定装置の内部を示す断面図であり、（ｂ）は空気流量と熱量との相関を示す相関図である（従来例）。

実施形態の空気流量測定装置は、エンジンへの吸気路に配され、吸気路を上流から下流に向かう順方向に流れる空気の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させることでエンジンに吸入される空気の流量を測定するものである。
また、空気流量測定装置は、吸気路の上流側に向かって開口し、吸気路を順方向に流れる空気の一部を取り込む吸入口と、吸入口から取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させるセンサを収容する内部流路と、吸気路の下流側に向かって開口し、吸入口から取り込まれてセンサを通過した空気を吸気路に戻す放出口とを備える。

また、曲がりの下流端は放出口であり、スリットは、曲がりを形成する流路壁の内、曲がりにより生じる旋回流の最外周を画する流路壁において、曲がりの上流端から下流側に伸びるように設けられている。
また、放出口とスリットとは、各々の長手方向が略一致するように設けられており、スリットの長手方向の長さは、放出口の長手方向の長さの１／３以上である。
さらに、スリットは、長手方向に垂直な方向における幅が２ｍｍ以下である。

〔実施例の構成〕
実施例の空気流量測定装置１の構成を、図１〜図６を用いて説明する。
空気流量測定装置１は、エンジンへの吸気路に突出するように配されてエンジンに吸入される空気の流量を測定するために用いられている。
なお、以下の説明では、吸気路において、エアクリーナ（上流）からエンジン（下流）に向かう方向を順方向と呼び、エンジン（下流）からエアクリーナ（上流）に向かう方向を逆方向と呼ぶ。

そして、空気流量測定装置１は、吸気路を順方向に流れる空気の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させることで空気流量としての質量流量を直接的に測定するものである。

すなわち、空気流量測定装置１は、空気との間に伝熱現象を発生させて質量流量相当の出力値を発生する熱式センサ（以下、センサと略して呼ぶ。）２、センサ２を収容する筐体３、センサ２から得られる出力値を電子制御装置（ＥＣＵ：図示せず）に出力するためのコネクタ４等を備える。そして、ＥＣＵは、空気流量測定装置１から得られる出力値に基づいてエンジンに吸入される空気の流量を把握するとともに、把握した空気流量に基づいて燃料噴射制御等の各種の制御処理を実行する。

センサ２は、空気に熱を与える発熱体（図示せず）を有し、例えば、発熱体から熱的影響を受けていない状態の空気の温度と発熱体の温度との温度差が所定の数値となるように、発熱体の発熱を制御する。これにより、発熱体から空気に与える熱量と空気流量との相関は、熱量を縦軸にとって空気流量を横軸にとった場合に上に凸となる（図２（ｂ）参照）。つまり、熱量は、空気流量の増加に合わせて増加するものの、空気流量に対する熱量の増加率は空気流量の増加に合わせて減少する。そして、センサ２は、この上に凸の相関に基づく制御により発熱体から空気に与えた熱量に応じて、質量流量相当の出力値を発生する。

筐体３は、例えば、吸気路の上流側に向かって開口し、吸気路を順方向に流れる空気の一部を取り込む吸入口６と、吸入口６から取り込んだ空気を通すとともにセンサ２を収容する内部流路７と、吸気路の下流側に向かって開口し、吸入口６から取り込まれてセンサ２を通過した空気を吸気路に戻す放出口８とを備える。そして、センサ２は、吸入口６から取り込まれた空気との間に伝熱現象を発生させて質量流量相当の出力値を発生する。

なお、以下の説明では、内部流路７における空気の流れ方向に関して、吸入口６を上流端とし放出口８を下流端とし、吸入口６から放出口８に向かう流れ方向を順方向とし、放出口８から吸入口６に向かう流れ方向を逆方向とする。

内部流路７は、例えば、吸入口６から下流側に連続する吸入流路１０と、放出口８から上流側に連続する放出流路１１と、センサ２を収容するとともに吸入流路１０と放出流路１１とを接続するように周回する周回流路１２とを有する。

吸入流路１０は、吸入口６から下流側に直線的に伸びるように設けられており、吸入流路１０における流れは、吸気路における順方向の流れと平行になる。そして、吸入流路１０の下流端には、吸入口６から取り込まれた空気に含まれるダストを直進させて排出するためのダスト排出流路１３が接続している。また、ダスト排出流路１３の下流端はダスト排出口１４を形成しており、ダスト排出流路１３は、ダスト排出口１４に向かって流路幅が先細りしている。

周回流路１２は、例えば、吸入流路１０と放出流路１１とに略Ｃ字状に接続し、吸入口６から取り込まれた空気を吸入流路１０から放出流路１１に向かって周回させる。また、センサ２は、周回流路１２において吸入流路１０における流れ方向とは逆の方向に流れる部分に収容されている。

ここで、周回流路１２は、吸入流路１０の下流端において、吸入流路１０とダスト排出流路１３とからなる直線的な流路から略直角に曲がるように分岐している。つまり、吸入流路１０は、下流端において周回流路１２とダスト排出流路１３とに分岐しており、ダストは、慣性力により吸入流路１０からダスト排出流路１３に直進してダスト排出口１４から吸気路に排出され、空気は、吸入流路１０から周回流路１２に流れ方向を変えて流入する。

放出流路１１は、周回流路１２の下流端に接続して、周回流路１２の下流端における順方向の流れを略直角に旋回させる曲がりをなしており、放出口８は曲がりの下流端である。また、放出流路１１は、吸入流路１０に跨るように上流端から２つに分岐し、放出口８は、吸入流路１０の両側の２箇所に形成されている（図１、図２、図５および図６参照）。つまり、放出流路１１は、吸入流路１０や周回流路１２の流路軸を含む切断面を対称面（図４〜図６参照）として鏡映対称をなすように２つに分岐している。

以上により、内部流路７は、吸気路における直線的な流れを迂回するように設けられており、吸入口６から取り込まれた空気に、吸気路における直線的な流れを迂回させることで、センサ２の出力値を高める補正機能を有している（図２参照）。

すなわち、内部流路７に取り込まれず吸気路を直進した場合の流路長をＬ１、内部流路７の流路長をＬ２とすると、空気流量測定装置１は、直線的な流れを迂回する内部流路７を形成して内部流路７にセンサ２を配することにより、Ｌ２／Ｌ１に応じて出力値を高める補正機能を有する。そして、この補正機能によれば、Ｌ２／Ｌ１を大きくするほど出力値を高めることができる。

ここで、筐体３の内、放出流路１１の外側の流路壁をなす部分を出口カバー１５と呼ぶ。
出口カバー１５には、吸気路や吸入流路１０の流れ方向に垂直なスリット１７が設けられており、スリット１７は、内部流路７と吸気路とを連通している（図１〜図３参照）。そして、吸気路を逆方向に空気が流れた場合に、内部流路７には放出口８から空気の一部が流入し、放出口８から流入した空気はスリット１７から吸気路に戻る。

また、スリット１７は、出口カバー１５の内、放出流路１１に生じる旋回流の最外周を画する部分において、放出流路１１の上流端から下流側に伸びるように設けられている。
すなわち、スリット１７は、放出流路１１に生じる順方向の旋回流を示す流線の内、旋回周の最外周を通る流線Ａに沿うように設けられ、流線Ａの放出流路１１における上流端から流線Ａに沿って下流側に伸びるように設けられている。

また、放出口８とスリット１７とは、各々の長手方向が略一致するように設けられており（図１〜図３参照）、スリット１７の長手方向の長さは、放出口８の長手方向の長さの１／３以上である（図３参照）。
さらに、スリット１７は、長手方向に垂直な方向における幅が２ｍｍ以下である（図３参照）。

〔実施例の効果〕
空気流量測定装置１によれば、放出口８は吸気路の下流側に向かって開口している。
これにより、吸気路において順方向に流れる空気が偏流しても、放出口８からの空気の放出はほとんど影響を受けない。

また、放出流路１１は、センサ２を収容する周回流路１２の下流端に接続して、周回流路１２の下流端における順方向の流れを略直角に旋回させる曲がりをなし、放出流路１１を形成する流路壁には、内部流路７と吸気路とを連通するスリット１７が設けられている。そして、吸気路を逆方向に空気が流れた場合に、内部流路７には放出口８から空気の一部が流入し、放出口８から流入した空気はスリット１７から吸気路に戻る。

これにより、吸気路において逆方向に流れる空気は、容易に放出口８から流入して内部流路７を逆方向に流れるものの、センサ２に到達する前にスリット１７から吸気路に戻る。このため、空気脈動がセンサ２の出力値に及ぼす影響を低減することができるので、測定値の低下を抑制することができる。
以上により、空気流量測定装置１において、空気脈動や空気偏流の影響を受けにくい構造を提供することができる。

また、放出流路１１としての曲がりの下流端は放出口８であり、スリット１７は、曲がりを形成する流路壁の内、曲がりにより生じる旋回流の最外周を画する流路壁において、曲がりの上流端から下流側に伸びるように設けられている。
これにより、放出口８から流入した空気を、より多くスリット１７から吸気路に戻すことができるので、空気脈動がセンサ２の出力値に及ぼす影響をさらに低減して測定値の低下を抑制することができる。

また、放出口８とスリット１７とは、各々の長手方向が略一致するように設けられており、スリット１７の長手方向の長さは、放出口８の長手方向の長さの１／３以上である。
これにより、放出口８から流入した空気を、より多くスリット１７から吸気路に戻すことができるので、空気脈動がセンサ２の出力値に及ぼす影響をさらに低減して測定値の低下を抑制することができる。

また、スリット１７は、長手方向に垂直な方向における幅が２ｍｍ以下である。
これにより、センサ２を通過した順方向に流れる空気が、放出口８に達することなくスリット１７から吸気路に戻ってしまう事態を抑制することができる。このため、Ｌ２／Ｌ１がスリット１７を設けることにより変動するのを抑制することができる。

また、スリット１７の長手方向に垂直な方向における幅が大きすぎると、吸気路における偏流の影響により、逆方向に流れる空気をスリット１７から充分に逃すことができなくなる虞がある。そこで、スリット１７の長手方向に垂直な方向における幅を２ｍｍ以下に設定して偏流の影響を抑えることで、スリット１７から充分に空気を逃すことができる。

〔変形例〕
空気流量測定装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の空気流量測定装置１によれば、放出流路１１は曲がりのみにより形成されており、曲がりの下流端が放出口８であったが、放出口８から上流側に直線的に連続する直進路を放出流路１１の一部として設け、直進路の上流端に曲がりを接続してもよい。

１空気流量測定装置
２センサ
６吸入口
７内部流路
８放出口
１７スリット

Claims

エンジンへの吸気路に配され、この吸気路を上流から下流に向かう順方向に流れる空気の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させることで前記エンジンに吸入される空気の流量を測定する空気流量測定装置において、
前記吸気路の上流側に向かって開口し、前記吸気路を前記順方向に流れる空気の一部を取り込む吸入口と、
前記吸入口から取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させるセンサを収容する内部流路と、
前記吸気路の下流側に向かって開口し、前記吸入口から取り込まれて前記センサを通過した空気を前記吸気路に戻す放出口とを備え、
前記内部流路における空気の流れ方向に関して、前記吸入口を上流端とし前記放出口を下流端とすると、
前記センサよりも下流側の前記内部流路には曲がりが形成されており、
この曲がりを形成する流路壁には、前記内部流路と前記吸気路とを連通するスリットが設けられ、
前記吸気路を下流から上流に向かう逆方向に空気が流れた場合に、前記内部流路には前記放出口から空気の一部が流入し、前記放出口から流入した空気は前記スリットから前記吸気路に戻ることを特徴とする空気流量測定装置。
請求項１に記載の空気流量測定装置において、
前記曲がりの下流端は前記放出口であり、
前記スリットは、前記曲がりを形成する流路壁の内、前記曲がりにより生じる旋回流の最外周を画する流路壁において、前記曲がりの上流端から下流側に伸びるよう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１または請求項２に記載の空気流量測定装置において、
前記放出口と前記スリットとは、各々の長手方向が略一致するように設けられており、
前記スリットの長手方向の長さは、前記放出口の長手方向の長さの１／３以上であることを特徴とする空気流量測定装置。
請求項３に記載の空気流量測定装置において、
前記スリットは、長手方向に垂直な方向における幅が２ｍｍ以下であることを特徴とする空気流量測定装置。