JP2515535B2 - 空気流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は空気流量計に関するものであり、特に、内燃
機関の吸気管に配置され、そのセンサとして白金等の熱
線式センサを用いた空気流量計に関するものである。

（従来の技術） 内燃機関の吸気管に配置される空気流量計には、種々
の方式のものがあるが、その中でも、センサとして白金
線等の熱線を用いたいわゆる熱線式の空気流量計は、応
答が良く、また単位時間当りに流れる空気の質量が測定
できる等の理由により、広く用いられている。

このような空気流量計においては、センサは、例えば
特開昭56−108911号公報、実開昭59−158030号公報等に
記載されているように、吸気管内に配置された筒状体内
に設けられたり、あるいは特開昭59−190623号公報等に
記載されているように、吸気管内の吸気通路から分岐す
るように配置されたバイパス通路の直線部内に設けられ
たりしている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した従来の技術は、次のような問題点を有してい
た。

（１）吸入空気量を正確に測定するには、吸気管内を通
過する空気を層流状態にして、センサに当てる必要があ
る。

ところが、センサが吸気管内に配置された筒状体内に
設けられている場合には、該筒状体内の空気流に乱れが
多く、空気流を層流状態にするのは困難である場合が多
く、またこの結果、必然的に前記筒状体を空気流通過方
向に長く形成しなければならなくなる。

したがって、空気流量計が少なくとも前記空気流方向
に大型化する。

また、バックファイアが生じたときに、その爆風によ
り、センサが損傷を受けやすく、当該空気流量計の寿命
が短くなるという欠点もある。

さらに、バックファイアが生じたときにも、その爆風
を吸入空気として検出してしまうので、正確な吸入空気
量を測定することができない。

（２）センサがバイパス通路内に配置されている場合に
は、該バイパス通路の、空気流下流側における端部が吸
気管内側面部に開口しているため、該端部よりバイパス
通路内の空気が吸引され、この結果、該バイパス通路内
の空気流を比較的層流状態にしやすい。

ところが、センサが配置されたバイパス通路の直線部
は、前記吸気管内側面部に開口したバイパス通路の後端
部と屈曲して接続されているので、該屈曲部において空
気流が乱れやすい。したがって、センサは、前記バイパ
ス通路の直線部の、空気流下流側を避けて配置される必
要がある。

この結果、前記バイパス通路は比較的長く形成されな
くてはならなくなり、当該空気流量計が前記空気流方向
に大型化する。

さらに、前記バイパス通路は、吸気管側壁内部、ある
いは側壁外面に直接形成されるために、該バイパス通路
を構成する壁面に、当該内燃機関で発生する熱が伝導
し、センサ、あるいはバイパス通路を通過する空気が加
熱されてしまうおそれがある。この結果、空気流量の計
測が不正確になる。

本発明は、前述の問題点を解決するためになされたも
のである。

（問題点を解決するための手段および作用） 前記の問題点を解決するために、本発明は、その内部
に熱線式センサを備えたセンシング通路と、該センシン
グ通路の中心線を対称軸としてその周囲に配置されたベ
ンチュリ形状の複数の吸気通路とを設けるとともに、前
記センシング通路と前記吸気通路のベンチュリ最狭部と
を連通するように連通路を設け、さらに、前記センシン
グ通路をベンチュリ形状に形成し、該ベンチュリの最狭
部に前記熱線式センサを配置するという手段を講じた点
に特徴がある。

これにより、センシング通路内に流入する空気が、前
記連通路を介して、前記吸気通路内を通過する空気流に
より放射状に広がるように吸引され、かつこのとき、セ
ンシング通路内に流入する空気が、ベンチュリ部におい
て絞られながら該センシング通路内を通過するので、前
記センシング通路内の空気流が、該空気流通過方向にあ
まり移動することなく、確実に層流状態になるという作
用効果を生じさせ、また、バックファイアによる爆風
が、前記センサが配置されたセンシング通路内に流入し
ないという作用効果を生じさせた点に特徴がある。

また、センシング通路の周りに吸気通路が複数配置さ
れているので、センシング通路からの空気流が単一の吸
気通路に流出する場合と比較して負圧の程度を大きくす
ることができる。しかも、センシング通路は吸気通路の
ベンチュリ最狭部と連結されていて、センシング通路か
ら出た空気は吸気通路のベンチュリ最狭部の層流域に合
流するため、センシング通路から吸気通路までの円滑な
空気の流れを確保できる。

さらに、例えば、吸気管の下流側に隣接してバタフラ
イ形の絞り弁が配置されている場合には、絞り弁の回転
中心軸近傍では流速が小さく、該回転中心軸から離れて
いる部分では流速が大きくなっている。このような場
合、本発明ではセンシング通路の中心軸を対称軸として
吸気通路を配置しているので、前記流速の大きい部分に
吸気通路を一致させて組み付けることができ、結果的に
該流速の大きい部分の負圧により吸気通路内の空気の流
速を高めることができる。

（実施例） 以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。

第１図は第３図をＢ−Ｂ線で切断した断面図、第２図
は本発明の第１の実施例の側面図、第３図は第２図を空
気流上流側から見た本発明の第１の実施例の正面図、第
４図は第２図を空気流下流側から見た本発明の第１の実
施例の背面図、第５図は第１図をＣ−Ｃ線で切断した断
面図である。第５図においては、第１〜４図に示された
カバー13、および該カバー13内に配置された回路基板11
（第１図）等は省略されている。

まず、第２図において、空気流量計100は、車両に搭
載された内燃機関の吸気管に配置される。空気流量計10
0には、その両端部にジョイント101および102が接続さ
れ、前記ジョイント101は、吸気管のエアクリーナ（図
示せず）側に、また前記ジョイント102は、吸気管の燃
料噴射弁および絞り弁（いずれも図示せず）側に、それ
ぞれ接続される。

したがって、エアクリーナから吸入される空気は、矢
印Ａ方向に通過する。

つぎに、第1,3,5図において、上流側ボディ１の、前
記ジョイント101との接続部側には、ジョイント101の内
径とほぼ同一の内径を有する大径部1Bが形成され、さら
に該大径部1Bの周囲には、Ｏリング配置用の環状溝1Z、
および前記ジョイント101と接続を行うための複数のボ
ルト穴1Yが形成されている。

また、前記上流側ボディ１の、下流側ボディ２と対向
する側には、Ｏリング15配置用の環状溝1Wおよび複数の
めねじ18B（第５図）が形成されている。

前記上流側ボディ１の中央部には、この例において
は、第１図に示されるように、筒状の圧入カラー３およ
びターミナルカラー４が配置されている。前記圧入カラ
ー３およびターミナルカラー４の内壁は、吸入空気量を
検出するセンシング通路21を構成している。そして、前
記センシング通路21は、符号Ｇで示される範囲が最狭部
となるようなベンチュリ形状に形成されている。

前記圧入カラー３およびターミナルカラー４は、樹
脂、セラミック、金属等の材料により形成されている。

また、前記圧入カラー３およびターミナルカラー４
は、上流側ボディ１および／あるいは後述するターミナ
ルホルダ５等と一体的に形成されてもよい。

前記圧入カラー３の空気流上流側端部（以下、先端部
という）、すなわちセンシング通路21の先端部は、後述
する吸気通路29よりも、空気流上流側に突出するように
描かれているが、前記吸気通路29の先端部と同一面とな
るように、あるいは該先端部よりも空気流下流側に後退
するように構成されてもよい。

前記上流側ボディ１の、圧入カラー３およびターミナ
ルカラー４の外側には、複数の吸気通路1Aが穿設されて
いる。

熱線式の空気流量センサ７および温度補償センサ８
は、この例においては、センシング通路21内の、ベンチ
ュリ最狭部Ｇに配置されている。前記センサ7,8のリー
ド線は、おねじ19Dにより上流側ボディ１に取付けられ
たターミナルホルダ５を介して、当該上流側ボディ１の
外部に引出されている。

前記ターミナルホルダ５は、樹脂、セラミック、金属
等の材料により形成されている。

前記空気流量センサ７および温度補償センサ８を用い
て吸入空気量を検出するための吸入空気量検出回路は、
上流側ボディ１の外壁に固着された回路基板11に形成さ
れている。そして、この回路基板11に、前記リード線が
接続されている。

前記回路基板11には、前記吸入空気量検出回路に加え
て、該検出回路により検出された吸入空気量に応じた燃
料を燃料噴射弁より噴射するために、前記検出回路より
出力された信号を増幅し、そしてその増幅信号より燃料
噴射弁の開弁時間（デューティ比）を設定する制御回路
が形成されている。前記吸入空気量検出回路および制御
回路は、公知であるので、その説明は省略する。

前記回路基板11は、電気的外乱を遮る特性を有する、
樹脂性のカバー13で覆われている。前記カバー13は、上
流側ボディ１との間にガスケット14を配置した状態で、
おねじ19Cにより上流側ボディ１に取付けられている。

符号12は、電力制御用抵抗素子である。

前記センシング通路21の、空気流下流側における端部
（以下、後端部という）には、後述する下流側ボディ２
の中央部に取付けられた整流器６が配置される。

前記整流器６は、下流側ボディ２と一体に形成されて
もよい。

つぎに、第1,4,5図において、前記下流側ボディ２
の、前記ジョイント102との接続部側には、該ジョイン
ト102の内径とほぼ同一の内径を有する大径部2Bが形成
され、さらに該大径部2Bの周囲には、Ｏリング配置用の
環状溝2Z、および前記ジョイント102と接続を行うため
の複数のボルト穴2Yが形成されている。

前記下流側ボディ２には、前述したように、前記セン
シング通路21の後端部に対応するように、おねじ19Aに
より整流器６が固着されている。前記整流器６は、セン
シング通路21の底部を構成する。

前記整流器６は、この例においては、その中央部が空
気流上流に向かって突出するように形成されているが、
本発明においては特にこれのみに限定されることはな
く、平板状、あるいは空気流下流側に凹部を有するよう
に形成されてもよい。

また、前記下流側ボディ２の、前記整流器６の周囲に
は、前記上流側ボディ１に形成された吸気通路1Aに対応
するように、複数の吸気通路2Aが形成されている。

前記下流側ボディ２は、上流側ボディ１の環状溝1Wに
Ｏリング15を配置した状態で、上流側ボディ１に固着さ
れる。前記固着は、上流側ボディ１に形成されためねじ
18B（第５図）に、おねじ19B（第４図）を螺合させるこ
とにより行われる。

前記各吸気通路1Aおよび吸気通路2Aにより構成される
吸気通路29は、センシング通路21と平行になるように形
成されている。

また、この実施例においては、前記吸気通路29は、ベ
ンチュリ形状に形成されているが、本発明においては特
にこれのみに限定されることはなく、単に筒状となるよ
うに形成されてもよい。

前記上流側ボディ１およびターミナルカラー４、なら
びに下流側ボディ２には、第1,3,5図に示されたよう
に、それらが接合されたときに、前記センシング通路21
が、前記各吸気通路29の側壁に連通するように、連通路
22が形成されている。前記連通路22は、この実施例にお
いては、センシング通路21の底部、すなわち前記整流器
６の側面に沿うように形成されている。

以上の構成を有する本発明の第１の実施例において、
当該空気流量計100が搭載された内燃機関の運転を開始
すると、該内燃機関の吸気管先端部に配置されたエアク
リーナから空気が吸引され、空気流量計100内を矢印Ａ
方向（第1,2図）に通過する。前述したように、センシ
ング通路21は、各吸気通路29の側壁に開口しているの
で、該センシング通路21内に流入した空気は、連通路22
より前記各吸気通路29内に吸引される。

ここで、前述したように、各吸気通路29は、それぞれ
同一の形状を有するとともに、第３〜５図に示したよう
に、その隣合うもの同士の距離が等しくなるように、か
つそれぞれの、センシング通路21の中心部からの距離が
等しくなるように、形成されている。さらに、前記各連
通路22の形状も、同一である。

この結果、センシング通路21内に流入した空気は、該
センシング通路21の後端部中央から放射状に広がるよう
に均一に流出するので、該センシング通路21内を通過す
る空気流は、該空気流の通過方向にあまり移動すること
なく、層流状態となることができる。この結果、前記セ
ンシング通路21、ひいては当該空気流量計を、空気流通
過方向にあまり長く形成することなく、吸入空気量の検
出を正確に行うことができる。

また、センシング通路21はベンチュリ状に形成されて
いるので、該センシング通路21の、少なくともベンチュ
リ最狭部Ｇにおいては、空気流が絞られて、該空気流の
速度が増加するので、該空気流は、さらに確実に層流状
態になることができる。

したがって、この実施例のように、前記ベンチュリ最
狭部Ｇに空気流量センサ７および温度補償センサ８を配
置しておけば、センシング通路21をベンチュリ状に形成
しない場合に比べて、センシング通路21、すなわち当該
空気流量計100をさらに短く製作することが可能であ
る。

第６図は本発明の第２の実施例の断面図であり、第１
図と同様の図である。第６図において、第１図と同一の
符号は、同一または同等部分をあらわしているので、そ
の説明は省略する。

第６図において、空気流量計200の中央部には、セン
シング通路221を構成する圧入カラー203およびターミナ
ルカラー204が配置されている。前記センシング通路221
は、符号Ｈで示される範囲がその最狭部となるようなベ
ンチュリ形状に形成されている。

前記センシング通路221は、該センシング通路221のベ
ンチュリ最狭部Ｈに、空気流量センサ７のみが配置され
るように、形成されている。

以上の構成を有する本発明の第２の実施例において
は、前述の説明より明らかなように、空気流量センサ７
のみに、確実に層流状態の空気流を当てることができ
る。

熱線式センサを備えた空気流量計において、該センサ
として、空気流量センサおよび温度補償センサを用いる
ことは公知であり、また前記温度補償センサは、前記空
気流量センサの出力信号を空気流の温度に応じて補正す
る為に設けられている。

したがって、一般的には、前記空気流量センサの出力
信号は、温度補償センサの出力信号よりも正確に検出さ
れるべきである。

本発明の第２の実施例は、このような観点から創作さ
れたものであり、熱線式センサのうち、少なくとも空気
流量センサ７に層流状態の空気流を当てることができれ
ば、比較的高精度で吸入空気量を測定することができ
る。

第７図は本発明の第３の実施例の断面図であり、第1,
6図と同様の図である。第７図において、第1,6図と同一
の符号は、同一または同等部分をあらわしているので、
その説明は省略する。

第７図において、空気流量計300の中央部には、セン
シング通路321を構成する圧入カラー303およびターミナ
ルカラー304が配置されている。前記センシング通路321
は、符号Ｉで示される範囲がその最狭部となるようなベ
ンチュリ形状に形成されている。

前掲した第1,6図、およびこの第７図においては、空
気流量センサ７は温度補償センサ８よりも空気流上流側
に配置してある。これは、第６図に関して前述したよう
に、空気流量センサ７の出力信号は、温度補償センサ８
の出力信号に比較して正確に正確に検出される必要があ
るため、温度補償センサ８を配置したことにより乱れる
空気流を、空気流量センサ７に当てないようにするため
であり、また温度補償センサ８より発生する熱が空気流
量センサ７に影響を与えないようにするためである。換
言すれば、空気流量センサ７を温度補償センサ８よりも
空気流下流側に配置すると、該温度補償センサ８により
乱れ、かつ加熱された空気流が空気流量センサ７に当た
り、これにより空気流量センサ７の出力信号が不正確に
なるおそれがあるために、前記空気流量センサ７は、温
度補償センサ８よりも空気流上流側に配置してある。

この実施例においては、空気流下流側に配置された温
度補償センサ８のみがベンチュリ最狭部Ｉ内に配置され
るように、センシング通路321を形成し、これにより、
空気流量センサ７を通過して乱れた空気流を前記ベンチ
ュリ最狭部Ｉにおいて絞り、該空気流を極力層流状態に
戻して温度補償センサ８に当てるようにしている。

この第３の実施例では、空気流量センサ７がベンチュ
リ最狭部に配置されていないので、該空気流量センサ７
に層流状態の空気流を当てるために、センシング通路32
1を、第１および第２の実施例に比較して空気流通過方
向に若干長くして層流領域を形成する必要があるが、こ
の実施例では、最狭部の上流側に層流領域を形成するこ
とにより、空気流量センサ７および温度補償センサ８の
双方のセンサに、確実に層流状態の空気流を当てること
ができるので、当該空気流量計300による吸入空気量の
測定を極めて正確に行うことができる。

なお、この実施例においては、２つのセンサ7,8の双
方に層流状態の空気流を確実に当てることができるの
で、空気流量センサ７を温度補償センサ８よりも空気流
下流側に配置しても、該温度補償センサ８の熱影響が空
気流量センサ７にあまり及ばないときは、該各センサ7,
8をそのように配置し、そして、空気流量センサ７のみ
がベンチュリ最狭部に配置されるように、センシング通
路を形成するようにしてもよい。

また、前述の説明においては、連通路22は、その中央
部が空気流上流側に向って突出するように形成された整
流器６の表面に沿うように形成されるものとしたが、本
発明においては、特にこれのみに限定されることはな
い。

つまり、前記連通路22は、吸気通路29内を通過する空
気の流れにより、センシング通路内を通過する空気を吸
引して、該センシング通路内を通過する空気を層流状態
とするものであり、そのための最適な形状は、前記セン
シング通路もしくは吸気通路29の形状、大きさ、長さ、
または当該内燃機関の排気量、気筒数、吸気管形状、吸
気管長さ等の種々の要因により変化する。したがって、
連通路22は、前記各要因に応じた形状に形成されること
が望ましい。

また、前述の説明においては、連通路22は、１つの吸
気通路29に対して１つだけ設けられるものとしたが、本
発明は特にこれのみに限定されることはなく、１つの吸
気通路29に対して２以上設けられてもよい。

さらに、センシング通路の周囲には、空気流通過方向
から見た形状が円形で、同一の大きさの吸気通路29が、
互いに隣合うもの同士の距離が等しくなるように、かつ
センシング通路の中心からの距離が等しくなるように、
４個形成されているが、本発明においては、特にこれの
みに限定されることはない。

つまり、前記吸気通路29は、連通路22を介して、セン
シング通路21内の空気流を吸引することにより、該セン
シング通路21内の空気流を層流にするためのものであ
り、そのための最適な形状、個数および配列は、前記セ
ンシング通路21もしくは連通路22の断面形状、大きさ、
長さ、または当該内燃機関の排気量、気筒数、吸気管形
状、吸気管長さ等の種々の要因により変化する。したが
って、前記吸気通路29の形状、個数および配列は、前記
種々の要因に応じて、変形されることが望ましい。

さらに、吸気通路29はセンシング通路の周囲に複数設
けられ、その各々に１つずつ連通路22が形成されるもの
として説明したが、センシング通路を取巻くように、す
なわちＣ字形状に１つだけ吸気通路を設け、該吸気通路
に連通路を複数個、あるいは該吸気通路に沿うようなＣ
字形状の連通路を１つ形成するようにしても良い。

さらにまた、吸気通路29がベンチュリ状を成している
ときは、該吸気通路29は、第1,6,7図においては、その
ベンチュリ最狭部に連通路22が開口するように形成され
ているが、本発明は特にこれのみに限定されることはな
く、前記ベンチュリ最狭部から空気流上流側あるいは下
流側にずれた位置に連通路22が開口するように形成され
てもよい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、そ
の内部に熱線式センサを備えたセンシング通路の周囲
に、吸気通路を設けるとともに、センシング通路と前記
吸気通路の側面とを連通する連通路を設け、さらに前記
センシング通路をベンチュリ形状に形成し、該ベンチュ
リの最狭部に前記熱線式センサを配置したので、次のよ
うな効果が達成される。

（１）前記吸気通路を通過する空気流により、センシン
グ通路内に流入する空気がその底部側より放射状に吸引
され、かつセンシング通路のベンチュリ部において、該
センシング通路内を通過する空気流が絞られるので、該
空気が空気流通過方向にあまり移動することなく、確実
に層流状態になる。

さらに、前記ベンチュリの最狭部に熱線式センサを配
置し、かつ前記ベンチュリの周囲に配置した複数の吸気
通路とベンチュリとを連通したので、最大流速ないしは
層流領域での空気流の測定が可能になり、最大の感度を
得ることができる。

したがって、当該空気流量計を前記空気流通過方向に
あまり大きく形成することなく、熱線式センサに層流状
態の空気流を当てることができ、これにより、吸入空気
量の測定を確実に正確に行うことができる。

（２）センシング通路は、吸気通路の側面と連通してい
るので、換言すれば、センシング通路は底部を備えてい
るので、バックファイアが生じても、前記センシング通
路内に配置されたセンサが爆風にさらされにくくなる。

この結果、バックファイアによりセンサの寿命が短く
なったり、劣化したりすることが少なくなる。

また、バックファイアによる爆風を吸入空気量として
計測することが少なくなるので、常に正確な吸入空気量
を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第３図をＢ−Ｂ線で切断した断面図である。第
２図は本発明の第１の実施例の側面図である。第３図は
第２図を空気流上流側から見た本発明の第１の実施例の
正面図である。第４図は第２図を空気流下流側から見た
本発明の第１の実施例の背面図である。第５図は第１図
をＣ−Ｃ線で切断した断面図である。第６図は本発明の
第２の実施例の断面図である。第７図は本発明の第３の
実施例の断面図である。 １……上流側ボディ、1A,2A,29……吸気通路、２……下
流側ボディ、3,203,303……圧入カラー、4,204,304……
ターミナルカラー、５……ターミナルホルダ、６……整
流器、７……空気流量センサ、８……温度補償センサ、
11……回路基板、21,221,321……センシング通路、22…
…連通路、100,200,300……空気流量計、G,H,I……ベン
チュリ最狭部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸入空気量を計測すべく内燃機関の吸気管
   に介装される空気流量計であって、 前記吸気管のほぼ中心線上に配置され、ベンチュリ形状
   に形成されたセンシング通路と、 該センシング通路の中心線を対称軸としてその周囲に配
   置され、ベンチュリ形状に形成された複数の吸気通路
   と、 前記センシング通路の下流端部および前記吸気通路のベ
   ンチュリ最狭部を連通する連通路と、 前記センシング通路に配置された熱線式空気流量センサ
   および温度補償センサとを具備し、 前記空気流量センサが、前記センシング通路のベンチュ
   リ最狭部およびその上流側の層流領域のいずれかに配置
   されたことを特徴とする空気流量計。
2. 【請求項２】前記センシング通路は、空気流下流側に底
   部を有することを特徴とする前記特許請求の範囲第１項
   記載の空気流量計。