JP2013024610A

JP2013024610A - 空気流量測定装置

Info

Publication number: JP2013024610A
Application number: JP2011157256A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kamiya; 信一神谷; Noboru Kitahara; 昇北原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-07-16
Filing date: 2011-07-16
Publication date: 2013-02-04
Anticipated expiration: 2031-07-16
Also published as: JP5397425B2; US8950248B2; US20130014573A1

Abstract

【課題】熱式の空気流量測定装置１により脈動を伴う流れの流量を測定する場合に、バイパス流路における圧損上昇を伴うことなく、マイナス側誤差の発生を抑制する。
【解決手段】空気流量測定装置１によれば、筐体５の外壁にはバイパス流路の出口９が開口している。そして、バイパス流路４の出口９は、吸気路における吸気の流れに垂直であって吸気の流れの下流側に向かって開口する垂直開口部２２と、吸入空気の流れに非垂直に設けられた非垂直開口部２３とが連続する一続きの開口部である。これにより、吸気の脈動によって吸気路に逆流が発生する場合に、吸気の逆流がバイパス流路に流入するのを抑制することができる。このため、電気信号や測定値の脈動の振幅を縮小することができるので、マイナス側誤差の発生を抑制することができる。以上により、バイパス流路における圧損上昇を伴うことなく、マイナス側誤差の発生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、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入空気の流量（以下、吸入空気を吸気と呼ぶことがあり、吸入空気の流量を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の流れ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（例えば、特許文献１、２参照）。

また、吸気路の吸気の流れには、内燃機関のバルブ開閉等により脈動が発生することがあり、吸気に脈動が発生した場合の吸気量は、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、電気信号や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、空気流量測定装置では、バイパス流路における流路長Ｌ２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Ｌ１よりも長くすることで、Ｌ２／Ｌ１の数値に応じた電気信号や測定値の嵩上げ幅を設定して測定値のマイナス側誤差の解消を図っている（例えば、特許文献１、２参照）。

また、近年のＥＧＲの普及等により、吸気の脈動は振幅が大きくなる傾向にあり、周期的に逆流が発生する場合がある。この場合、逆流が出口からバイパス流路に流入するので、センサには、プラス側ばかりでなくマイナス側の電気信号を発生するものが採用され、順流と併せて逆流に関しても検出可能となっている。

ところで、逆流を検出可能としても、吸気脈動の振幅増大によりマイナス側誤差も大きくなるので、嵩上げ幅をより大きく設定しなければならなくなり、Ｌ２をＬ１に対してさらに長くする必要がある。しかし、Ｌ２の延長は、バイパス流路における圧損上昇を伴うので限界があり、マイナス側誤差を解消するために、別の観点から対策を考える必要がある。

特表２００２−５０６５２８号公報特開２００３−０８３７８８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、熱式の空気流量測定装置により脈動を伴う流れの流量を測定する場合に、バイパス流路における圧損上昇を伴うことなく、マイナス側誤差の発生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入空気が流れる吸気路に配置され、吸気路を流れる吸入空気の一部を取り込んで吸入空気の流量に応じた電気信号を発生する。また、空気流量測定装置は、取り込んだ吸入空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入空気との伝熱により電気信号を発生するセンサとを備え、筐体の外壁にはバイパス流路の出口が開口している。

そして、バイパス流路の出口は、吸気路における吸入空気の流れの下流側に向かって開口し、吸気路における吸入空気の流れに垂直に設けられた垂直開口部と、吸気路における吸入空気の流れに非垂直に設けられた非垂直開口部とが連続する一続きの開口部である。

これにより、吸気の脈動によって吸気路に逆流が発生する場合に、吸気の逆流がバイパス流路に流入するのを抑制することができる。このため、電気信号や測定値の脈動の振幅を縮小することができるので、マイナス側誤差の発生を抑制することができる。
以上により、バイパス流路における圧損上昇を伴うことなく、マイナス側誤差の発生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、筐体は、吸気路において流速が小さい路壁近傍から流速が大きい中央に向かって突出している。そして、非垂直開口部は、筐体が突出する方向に関する垂直開口部の両端の内の何れか一方の端にのみ連続し、さらに、垂直開口部に対し傾斜して交差するように連続している。
これにより、垂直開口部と非垂直開口部との交差角を調節することで、逆流の流入量を簡便に増減することができる。このため、マイナス側誤差の調節を容易に行うことができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、バイパス流路の出口は２つ以上設けられており、出口ごとに、垂直開口部と非垂直開口部とが連続する一続きの開口部が形成されている。
これにより、逆流の流入抑制を複数の出口に分けて行うことができる。このため、吸気路における偏流に対して、逆流のバイパス流路への流入量を平均することができるので、流量の測定精度を高めることができる。

（ａ）は空気流量測定装置の内部を示す断面図であり、（ｂ）は空気流量測定装置の要部を示す正面図である（実施例）。（ａ）は空気流量測定装置の要部を示す側面図であり、（ｂ）は空気流量測定装置の要部を示す半正面図である（実施例）。（ａ）は空気流量測定装置の要部を示す側面図であり、（ｂ）は空気流量測定装置の要部を示す半正面図である（変形例）。（ａ）は空気流量測定装置の要部を示す側面図であり、（ｂ）は空気流量測定装置の要部を示す半正面図である（変形例）。（ａ）は空気流量測定装置の要部を示す側面図であり、（ｂ）は空気流量測定装置の要部を示す半正面図である（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入空気が流れる吸気路に配置され、吸気路を流れる吸入空気の一部を取り込んで吸入空気の流量に応じた電気信号を発生する。また、空気流量測定装置は、取り込んだ吸入空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入空気との伝熱により電気信号を発生するセンサとを備え、筐体の外壁にはバイパス流路の出口が開口している。

また、筐体は、吸気路において流速が小さい路壁近傍から流速が大きい中央に向かって突出している。そして、非垂直開口部は、筐体が突出する方向に関する垂直開口部の両端の内の何れか一方の端にのみ連続し、さらに、垂直開口部に対し傾斜して交差するように連続している。
さらに、バイパス流路の出口は２つ以上設けられており、出口ごとに、垂直開口部と非垂直開口部とが連続する一続きの開口部が形成されている。

〔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。

そして、筐体５は、吸気路２において流速が小さい路壁近傍から流速が大きい中央に向かって突出しており、筐体５が突出する方向は、吸気路２における吸気の流れに垂直である。
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（図示せず）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に対し吸気の流れの上流側に向かって開口する吸気の入口８と、吸気路２に対し吸気の流れ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における吸気の流れ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。これにより、バイパス流路４の流路長Ｌ２は、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Ｌ１よりも長くなる。

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に対し吸気の流れ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における吸気の流れ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等を設けて流路長Ｌ２を流路長Ｌ１よりも長くすることで、Ｌ２／Ｌ１の数値に応じた測定値の嵩上げ幅を設定して脈動を伴う流れの流量を測定することにより生じる測定値低下の解消を図っている。

〔実施例の特徴〕
実施例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。
まず、吸気路２において吸気が流れる方向をＸ軸方向とし、筐体５が吸気路２において突出する方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方に垂直な方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸方向に関して下流側を一端側とし、上流側を他端側とする。また、Ｙ軸方向に関して流速が大きい中央側を一端側とし、流速が小さい路壁側を他端側とする。さらに、Ｚ軸方向に関して、空気流量測定装置１を正面から視たときに（Ｘ軸方向の一端側から視たときに、）、左側を一端側とし、右側を他端側とする。

空気流量測定装置１によれば、バイパス流路４の２つの出口９は筐体５の外壁に開口している。また、２つの出口９は、Ｚ軸方向に対称となるようにダスト排出口１３を挟んでＺ軸方向一端側および他端側に設けられている（以下、Ｚ軸方向一端側、他端側に設けられた出口９を、それぞれ出口９ａ、９ｂと呼ぶことがある。）。

さらに、筐体５の外壁の内、出口９ａを下流端とするバイパス流路４の下流域を構成する部分は、Ｚ軸方向に関して一端側に凸曲面状に膨らむ膨出壁１５ａであり、膨出壁１５ａは、下流縁が出口９ａの開口縁によって縁取りされている。同様に、出口９ｂを下流端とするバイパス流路４の下流域を構成する部分は、Ｚ軸方向に関して他端側に凸曲面状に膨らむ膨出壁１５ｂであり、膨出壁１５ｂは、下流縁が出口９ｂの開口縁によって縁取りされている。そして、膨出壁１５ａ、１５ｂは、Ｚ軸方向に対称となるように直進路１０やダスト排出路１２を挟んでＺ軸方向一端側および他端側に設けられている。

ここで、膨出壁１５ａ、１５ｂは、例えば、次のような仮想膨出壁１６ａ、１６ｂの一部を切り取ったものと同様の形状である。すなわち、仮想膨出壁１６ａ、１６ｂは、それぞれ、Ｚ軸方向一端側、他端側から視た場合に、次のような半楕円形の投影図を呈する。つまり、仮想膨出壁１６ａ、１６ｂの投影図は、長軸がＸ軸方向に平行、かつ短軸がＹ軸方向に平行であり、短軸に沿って楕円を半分に切断することで得られる半楕円であり、Ｘ軸方向の一端側に短軸が位置している。

そして、膨出壁１５ａ、１５ｂは、それぞれ、仮想膨出壁１６ａ、１６ｂのＸ軸方向一端側かつＹ軸方向の一端側の一部を、短軸部分１８の周縁から楕円弧部分１９の周縁に向かって直線状または曲線状に切り取ったものに相当する。つまり、膨出壁１５ａ、１５ｂの周縁は、それぞれ、短軸部分１８、楕円弧部分１９および切り取り部分２０からなる。
これにより、出口９ａ、９ｂは、それぞれ、次に説明する垂直開口部２２と非垂直開口部２３とが連続する一続きの開口部となる。

垂直開口部２２は、吸気路２における吸気の流れの下流側（Ｘ軸方向の一端側）に向かって開口し、吸気の流れに垂直となる開口部であり、Ｘ軸方向に垂直かつＹ軸方向に平行である。また、非垂直開口部２３は、吸気の流れに非垂直に設けられた開口部である。そして、非垂直開口部２３は、垂直開口部２２のＹ軸方向一端に連続し、垂直開口部２２に対し傾斜して交差するように連続している。また、切り取り部分２０と短軸部分１８との交差部において、切り取り部分２０がＸ軸方向から傾斜する傾斜角は鋭角である。

〔実施例の効果〕
実施例の空気流量測定装置１によれば、筐体５の外壁にはバイパス流路４の出口９が開口している。そして、バイパス流路４の出口９は、吸気路２における吸気の流れに垂直であって吸気の流れの下流側に向かって開口する垂直開口部２２と、吸入空気の流れに非垂直に設けられた非垂直開口部２３とが連続する一続きの開口部である。

これにより、吸気の脈動によって吸気路２に逆流が発生する場合に、吸気の逆流がバイパス流路４に流入するのを抑制することができる。このため、電気信号や測定値の脈動の振幅を縮小することができるので、マイナス側誤差の発生を抑制することができる。
以上により、バイパス流路４における圧損上昇を伴うことなく、マイナス側誤差の発生を抑制することができる。

また、非垂直開口部２３は、垂直開口部２２のＹ軸方向一端に連続し、さらに、垂直開口部２２に対し傾斜して交差するように連続している。
これにより、垂直開口部２２と非垂直開口部２３との間に形成される交差角（傾斜角に９０°を加算したもの）を調節することで、逆流の流入量を簡便に増減することができる。このため、マイナス側誤差の調節を容易に行うことができる。

また、出口９は出口９ａ、９ｂの２つに分かれて設けられており、出口９ａ、９ｂごとに、垂直開口部２２と非垂直開口部２３とが連続する一続きの開口部が形成されている。
これにより、逆流の流入抑制を２つの出口９ａ、９ｂに分けて行うことができる。このため、吸気路２における偏流に対して、逆流のバイパス流路４への流入量を平均することができるので、流量の測定精度を高めることができる。

〔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、膨出壁１５ａ、１５ｂは、仮想膨出壁１６ａ、１６ｂのＸ軸方向一端側かつＹ軸方向一端側の一部を、短軸部分１８の周縁から楕円弧部分１９の周縁に向かって直線状または曲線状に切り取ったものに相当していたが、膨出壁１５ａ、１５ｂの態様はこのようなものに限定されない。

例えば、図３に示すように、仮想膨出壁１６ａ、１６ｂのＹ軸方向一端側の一部をＸ軸方向に平行に切り取ることで膨出壁１５ａ、１５ｂを設けてもよい。この場合、出口９ａ、９ｂにおいて、非垂直開口部２３は、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に垂直であってＹ軸方向の一端側に向かって開口している。また、垂直開口部２２と非垂直開口部２３とは直行して連続しており、傾斜角は０°であり、交差角は９０°である。

また、図４に示すように、仮想膨出壁１６ａ、１６ｂのＸ軸方向一端側かつＹ軸方向中央領域を、Ｘ軸およびＹ軸の両方向に平行に切り取ることで膨出壁１５ａ、１５ｂを設けてもよい。この場合、出口９ａ、９ｂにおいて、非垂直開口部２３は、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に垂直であってＹ軸方向一端側に向かって開口している部分２３Ａと、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に垂直であってＹ軸方向他端側に向かって開口している部分２３Ｂとに分かれている。

そして、垂直開口部２２は、Ｙ軸方向他端側に形成される部分２２Ａ、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に関し部分２２Ａと同位置にあってＹ軸方向一端側に形成される部分２２Ｂ、Ｘ軸方向に関し部分２２Ａ、２２Ｂよりも他端側にあってＹ軸方向に関し部分２２Ａ、２２Ｂの間に形成される部分２２Ｃに分かれている。これにより、部分２２Ａ、２３Ａ、部分２３Ａ、２２Ｃ、部分２２Ｃ、２３Ｂ、部分２３Ｂ、２２Ｂは、それぞれ直行して連続しており、一続きの開口部が形成されている。

また、図５に示すように、仮想膨出壁１６ａ、１６ｂのＸ軸方向一端側かつＹ軸方向一端側の一部、および、Ｘ軸方向一端側かつＹ軸方向他端側の一部を、両方とも短軸部分１８の周縁から楕円弧部分１９の周縁に向かって直線状または曲線状に切り取ることで膨出壁１５ａ、１５ｂを設けてもよい。この場合、出口９ａ、９ｂにおいて、非垂直開口部２３は、Ｙ軸方向一端側でＸ軸方向に対し傾斜している部分２３Ａと、Ｙ軸方向他端側でＸ軸方向に対し傾斜している部分２３Ｂとに分かれている。

そして、部分２３Ａは、垂直開口部２２のＹ軸方向一端に連続し、さらに、垂直開口部２２に対し傾斜して交差するように連続しており、部分２３Ｂは、垂直開口部２２のＹ軸方向他端に連続し、さらに、垂直開口部２２に対し傾斜して交差するように連続している。

また、実施例の空気流量測定装置１によれば、仮想膨出壁１６ａ、１６ｂは、それぞれ、Ｚ軸方向一端側、他端側から視た場合に、Ｘ軸方向一端側が短軸部分１８となる半楕円形の投影図を呈するものであったが、仮想膨出壁１６ａ、１６ｂの形状は、このような態様に限定されない。例えば、仮想膨出壁１６ａ、１６ｂを、Ｚ軸方向一端側、他端側から視た場合の投影図が、楕円形、円形、その他の２次曲線形をＹ軸方向に沿って切断したものや、２次曲線以外の曲線をＹ軸方向に沿って切断したものとしてもよい。また、垂直開口部２２や非垂直開口部２３の開口縁以外にも直線状の周縁形状が含まれるように仮想膨出壁１６ａ、１６ｂを設定してもよい。

また、実施例の空気流量測定装置１によれば、出口９は、出口９ａ、９ｂの２つに分かれて設けられていたが、出口９を３つ以上に分けて設けてもよい。この場合、分かれたそれぞれの出口９を、全て、垂直開口部２２と非垂直開口部２３とが連続する一続きの開口部としてもよい。

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、９ａ、９ｂ出口（バイパス流路の出口）
２２垂直開口部
２３非垂直開口部

Claims

内燃機関に吸入される吸入空気が流れる吸気路に配置され、この吸気路を流れる吸入空気の一部を取り込んで吸入空気の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、
取り込んだ吸入空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入空気との伝熱により電気信号を発生するセンサとを備え、
前記筐体の外壁には、前記バイパス流路の出口が開口しており、
前記バイパス流路の出口は、
前記吸気路における吸入空気の流れの下流側に向かって開口し、前記吸気路における吸入空気の流れに垂直に設けられた垂直開口部と、
前記吸気路における吸入空気の流れに非垂直に設けられた非垂直開口部とが連続する一続きの開口部であ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、
前記筐体は、前記吸気路において流速が小さい路壁近傍から流速が大きい中央に向かって突出しており、
前記非垂直開口部は、前記筐体が突出する方向に関する前記垂直開口部の両端の内の何れか一方の端にのみ連続し、さらに、前記垂直開口部に対し傾斜して交差するように連続し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、
前記バイパス流路の出口は２つ以上設けられており、
出口ごとに、前記垂直開口部と前記非垂直開口部とが連続する一続きの開口部が形成されていることを特徴とする空気流量測定装置。