JP2013019674A - 空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気流量測定装置１において、バイパス流路の出口９を吸気主流に平行に設けた場合に生じる問題を解消するとともに、吸気脈動に伴う逆流のバイパス流路への進入を抑制する。
【解決手段】バイパス流路の出口９を、吸気路に対して吸気主流の下流側に向かって開口させる。また、筐体５の外壁には、出口９よりも吸気主流の下流側において外側に伸びる突出部１５を設ける。さらに、出口投影領域９αが突出部投影領域１５αに含まれるように、出口９および突出部１５を設ける。これにより、バイパス流路の出口９を吸気主流に平行に設けた場合に生じる問題を解消することができるとともに、吸気脈動に伴う逆流のバイパス流路への進入を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、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。

従来から、空気との伝熱を利用して空気の流量を測定する熱式の空気流量測定装置が公知であり、例えば、内燃機関への吸気路に配置され、内燃機関に吸入される吸気の流量（以下、吸気量と呼ぶことがある。）を測定するために利用されている。

すなわち、この空気流量測定装置は、吸気路を流れる吸気主流の一部を取り込んで吸気量に応じた電気信号を発生するものであり、取り込んだ吸気を通すバイパス流路を形成する筐体と、バイパス流路に収容されて取り込んだ吸気との伝熱により電気信号を発生するセンサとを備える。そして、空気流量測定装置は、吸気主流が通る吸気路に直接的にセンサを配置するのではなく、バイパス流路にセンサを配置することで、吸気路における吸気主流の乱れの影響を低減してばらつきの少ない測定値を出力する。

また、吸気主流には、内燃機関のバルブ開閉に応じて不可避的に脈動が発生するので、吸気量は、脈動の大側ピーク値と脈動の小側ピーク値との間で振動しながら経時変化する。この結果、空気との伝熱により測定値を出力する熱式の測定方法であることに起因して、測定値は真値としての脈動中心値よりも低くなり、マイナス側の誤差が発生してしまう。そこで、空気流量測定装置は、パイパス流路における流路長を、バイパス流路を通らずに吸気路を直進した場合の流路長よりも長くすることで、測定値のマイナス側誤差の解消を図っている。

ところで、近年のＥＧＲの普及等により、吸気脈動は振幅が大きくなる傾向にあり、脈動の振幅が大きくなると周期的に逆流が発生する。
そして、逆流が発生するほどに吸気脈動が大きくなると、逆流と順流との判別ができないセンサが配置されている場合、逆流に関してもプラス側に検出してしまうのでプラス側誤差が発生してしまう。また、逆流と順流との判別ができるセンサが配置されている場合でも、マイナス側誤差が大きくなってしまうので、マイナス側誤差解消のために、より流路長が長いバイパス流路が必要になってしまう。

そこで、例えば特許文献１では、バイパス流路の出口の下流側に、逆流のバイパス流路への流入を抑制するための構造を設けた空気流量測定装置が開示されている。
しかし、特許文献１の空気流量測定装置によれば、バイパス流路の出口は吸気主流に平行であり、出口面の法線が吸気主流に垂直であるため、バイパス流路を通った吸気は、出口からバイパス流路外に流出しても吸気主流への円滑な合流が困難である。さらに、バイパス流路の出口面の法線が吸気主流に垂直であることに起因して、バイパス流路の出口近傍では、吸気主流の流れが、バイパス流路から流出した流れにより局所的に曲げられてしまい、結果として吸気主流の圧損が大きくなってしまう。

さらに、特許文献１のバイパス流路の出口は、吸気主流に平行であるため、そもそも逆流が進入しにくい構造であり、逆流の進入よりも、吸気主流の乱れに伴う進入が顕著である。このため、特許文献１の空気流量測定装置は、吸気主流の乱れによる誤差が大きいものと考えられる。
なお、特許文献１の空気流量測定装置は、吸気路を形成する管部材とバイパス流路を形成する筐体とが一体となっているダクト一体型の装置であり、装置自体が大型化してしまい、寸法公差が大となって製品間での性能ばらつきが大きいものである。

特開平６−３０７９０６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、空気流量測定装置において、バイパス流路の出口が吸気主流に平行であることに起因する問題を解消するとともに、吸気脈動に伴う逆流のバイパス流路への進入を抑制することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、空気流量測定装置は、内燃機関に吸入される吸気が流れる吸気路に配置され、吸気の主流の一部を取り込んで吸気流量に応じた電気信号を発生するものであり、取り込んだ吸気を通すバイパス流路を形成する筐体と、バイパス流路に収容されて取り込んだ吸気との伝熱により電気信号を発生するセンサとを備える。

さらに、バイパス流路の出口は、吸気路に対して主流の下流側に向かって開口し、出口よりも主流の下流側における筐体の外壁には、外側に伸びる突出部が設けられている。そして、主流の方向に垂直な投影面に突出部および出口をそれぞれ垂直に投影することで形成される突出部投影領域および出口投影領域は互いに重なる。

まず、バイパス流路の出口を吸気路に対して主流の下流側に向かって開口するように設けることで、バイパス流路の出口が吸気主流に平行であることに起因する問題を解消することができる。また、バイパス流路の出口を主流の下流側に向かって開口させることで、逆流のバイパス流路への進入が容易になるものの、出口よりも主流の下流側における筐体の外壁に突出部を設け、さらに、突出部投影領域および出口投影領域が互いに重なるように突出部を設けることで、逆流のバイパス流路への進入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、バイパス流路の出口が吸気主流に平行であることに起因する問題を解消することができるとともに、吸気脈動に伴う逆流のバイパス流路への進入を抑制することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、出口投影領域は突出部投影領域に含まれている。
これにより、バイパス流路の出口は、下流側において全面的に突出部により覆われる。このため、逆流の進入抑制効果をさらに高めることができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、突出部は、出口と主流の方向に対向する出口対向面を有する。そして、出口対向面は、主流の下流側ほど外側に広がる平面または曲面からなる。
これにより、バイパス流路を通過して出口から流出した空気の流れを、出口対向面に沿わせることで、円滑に吸気主流に合流させることができる。

空気流量測定装置の内部を示す断面図である（実施例１）。 （ａ）は空気流量測定装置の側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は突出部の斜視図である（実施例１）。 （ａ）は空気流量測定装置の側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ）は突出部の斜視図であり、（ｄ）は突出部の背面図である（実施例２）。 （ａ）は空気流量測定装置の側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図であり、（ｃ）は突出部の斜視図である（変形例）。 （ａ）は空気流量測定装置の側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図であり、（ｃ）は突出部の斜視図である（変形例）。

実施形態の空気流量測定装置は、内燃機関に吸入される吸気が流れる吸気路に配置され、吸気の主流の一部を取り込んで吸気流量に応じた電気信号を発生するものであり、取り込んだ吸気を通すバイパス流路を形成する筐体と、バイパス流路に収容されて取り込んだ吸気との伝熱により電気信号を発生するセンサとを備える。

また、バイパス流路の出口は、吸気路に対して主流の下流側に向かって開口し、出口よりも主流の下流側における筐体の外壁には、外側に伸びる突出部が設けられている。そして、主流の方向に垂直な投影面に突出部および出口をそれぞれ垂直に投影することで形成される突出部投影領域および出口投影領域は互いに重なる。
また、出口投影領域は突出部投影領域に含まれている。
さらに、突出部は、出口と主流の方向に対向する出口対向面を有する。そして、出口対向面は、主流の下流側ほど外側に広がる平面または曲面からなる。

〔実施例１の構成〕
実施例１の空気流量測定装置１の構成を、図１を用いて説明する。
空気流量測定装置１は、空気との伝熱を利用して空気流量を測定するものであり、例えば、内燃機関（図示せず）への吸気路２に配置され、内燃機関に吸入される吸気の流量（吸気量）を測定するために利用されている。

すなわち、空気流量測定装置１は、吸気路２に配置され、吸気主流の一部を取り込んで吸気量に応じた電気信号を発生するものであり、取り込んだ吸気を通すバイパス流路４を形成する筐体５と、バイパス流路４に収容されて取り込んだ吸気との伝熱により電気信号を発生するセンサチップ６とを備える。
なお、センサチップ６で発生した電気信号は、所定の処理が施されて空気流量測定装置１の外部の電子制御装置に出力され、例えば、燃料噴射制御等の各種の制御処理に利用される。

また、バイパス流路４は、吸気路２に対し吸気主流の上流側に向かって開口する吸気の入口８と、吸気路２に対し吸気主流の下流側に向かって開口する吸気の出口９と、入口８から直線的に伸び、吸気路２における吸気主流と同じ方向に向かって吸気を直進させる直進路１０と、直進路１０を直進してきた吸気を周回させて出口９に向かわせる周回路１１とを有する。なお、直進路１０には、ダストを排出するためのダスト排出路１２が直線的に接続しており、ダスト排出路１２の下流端は、吸気路２に対し吸気主流の下流側に向かって開口するダスト排出口１３をなす。

また、センサチップ６は、周回路１１の最も奥側であって直進路１０から最も遠い位置に突出している。そして、周回路１１は下流側で２つに分岐しており、出口９は２つ設けられている。なお、周回路１１においてセンサチップ６が配置される位置では、空気の流れは、直進路１０における流れや吸気路２における吸気主流の流れとは逆向きである。

以上により、空気流量測定装置１は、吸気主流が通る吸気路２に直接的にセンサチップ６を配置するのではなく、バイパス流路４にセンサチップ６を配置することで、吸気路２における吸気主流の乱れの影響を直接的に受けることなく、ばらつきの少ない測定値を出力している。また、空気流量測定装置１は、周回路１１等を設けることで、バイパス流路４の流路長をバイパス流路４に取り込まれず吸気路２を直進した場合の流路長よりも長くして、吸気脈動により生じる測定値低下の解消を図っている。

〔実施例１の特徴および効果〕
実施例１の空気流量測定装置１の特徴を、図１および図２を用いて説明する。
空気流量測定装置１によれば、バイパス流路４の出口９は、吸気路２に対して吸気主流の下流側に向かって開口している。また、筐体５の外壁には、出口９よりも吸気主流の下流側において外側に伸びる突出部１５が設けられている。ここで、突出部１５は、直角三角形の断面を有する三角柱状に設けられている。

そして、吸気主流の方向に垂直な投影面に突出部１５および出口９をそれぞれ垂直に投影することで形成される突出部投影領域１５αおよび出口投影領域９αを考えると、出口投影領域９αは突出部投影領域１５αに含まれている。

これにより、まず、バイパス流路４の出口９が吸気主流に対して非平行になるので、出口９を吸気主流に平行に設けた場合に生じる問題を解消することができる。また、出口９が吸気主流に対して非平行になることにより、逆流のバイパス流路４への進入が容易になるものの、突出部投影領域１５αが出口投影領域９αを含むように突出部１５を設けることで、逆流のバイパス流路４への進入を抑制することができる。

このため、空気流量測定装置１において、バイパス流路４の出口９を吸気主流に平行に設けた場合に生じる問題を解消することができるとともに、吸気脈動に伴う逆流のバイパス流路４への進入を抑制することができる。

なお、突出部投影領域１５αが出口投影領域９αを含んでいるので、バイパス流路４の出口９は、下流側において全面的に突出部１５により覆われる。このため、突出部１５による逆流の進入抑制効果は極めて高い。

また、突出部１５は、出口９と吸気主流の方向に対向する出口対向面１６を有し、出口対向面１６は、吸気主流の下流側ほど外側に広がる平面である。
これにより、バイパス流路４を通過して出口９から流出した空気の流れを、出口対向面１６に沿わせることで、円滑に吸気主流に合流させることができる。

〔実施例２〕
実施例２の空気流量測定装置１によれば、図３に示すように、突出部１５は、直角三角形の断面を有する三角柱状の部分１５ａと、部分１５ａの長手方向の両端において対称的に設けられた三角錐状の部分１５ｂ、１５ｃとからなる。そして、突出部投影領域１５αおよび出口投影領域９αを考えると、出口投影領域９αは、突出部投影領域１５αに含まれており、より詳しくは、突出部投影領域１５αの内、部分１５ａを投影した領域に含まれている。

〔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、出口投影領域９αは突出部投影領域１５αに含まれていたが、出口投影領域９αが突出部投影領域１５αに完全に含まれるのではなく、出口投影領域９αの一部が突出部投影領域１５αに含まれるように、出口投影領域９αと突出部投影領域１５αとが互いに重なるように出口９や突出部１５を設けてもよい。

すなわち、図４に示すように、突出部１５を三角錐状に設けて、出口投影領域９αと突出部投影領域１５αとが互いに重なるようにしてもよく、図５に示すように、突出部１５を球体の一部に略一致する形状に設けて、出口投影領域９αと突出部投影領域１５αとが互いに重なるようにしてもよい。

また、実施例の空気流量測定装置１によれば、出口対向面１６は平面であったが、出口対向面１６を曲面として設けてもよく、曲面と平面との組合せとして設けてもよく、異なる複数の平面の組合せとして設けてもよい。
さらに、実施例の空気流量測定装置１は、吸気量を検出するためのセンサをセンサチップ６により構成していたが、センサチップ６に替えて、例えば、白金線を巻回したボビンによりセンサを構成してもよい。

１ 空気流量測定装置
２ 吸気路
４ バイパス流路
５ 筐体
６ センサチップ（センサ）
９ 出口
９α 出口投影領域
１５ 突出部
１５α 突出部投影領域
１６ 出口対向面

Claims (3)

1. 内燃機関に吸入される吸気が流れる吸気路に配置され、吸気の主流の一部を取り込んで吸気流量に応じた電気信号を発生する空気流量測定装置において、
   取り込んだ吸気を通すバイパス流路を形成する筐体と、
   前記バイパス流路に収容されて取り込んだ吸気との伝熱により電気信号を発生するセンサとを備え、
   前記バイパス流路の出口は、前記吸気路に対して前記主流の下流側に向かって開口し、
   前記出口よりも前記主流の下流側における前記筐体の外壁には、外側に伸びる突出部が設けられ、
   前記主流の方向に垂直な投影面に前記突出部および前記出口をそれぞれ垂直に投影することで形成される突出部投影領域および出口投影領域は互いに重なることを特徴とする空気流量測定装置。
2. 請求項１に記載の空気流量測定装置において、
   前記出口投影領域は前記突出部投影領域に含まれていることを特徴とする空気流量測定装置。
3. 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、
   前記突出部は、前記出口と前記主流の方向に対向する出口対向面を有し、
   この出口対向面は、前記主流の下流側ほど外側に広がる平面または曲面からなることを特徴とする空気流量測定装置。

Images