JP2851884B2 - 熱式空気流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の吸入空気（吸気という）流量
を、抵抗体の温度抵抗特性を利用して検出する方式の空
気流量計に係り、特に、電子式燃料噴射制御方式の自動
車用ガソリンエンジンに好適な熱式空気流量計に関す
る。

〔従来の技術〕

自動車用のエンジン、例えばガソリンエンジンでは、
それに要求される厳しい排ガス規制をクリアするため、
吸気流量を計測して、それに対応した量の燃料を供給す
るようにした、いわゆる吸気流量計測による空燃比制御
方式が広く採用されており、このための空気流量計とし
て、近年、熱式空気流量計、いわゆるホットワイヤエア
ーフローセンサが広く使用されるようになっている。

ところで、この熱式空気流量計は、原理的には空気の
流速を検出し、この流速の検出結果から流量を計測する
ものであり、従って、計測部での流速分布の変化により
計測誤差を生じ、また空気流速の細かな変化を拾い易
く、検出信号のSN比低下を伴ないやすい。

特に、近年に、エンジンからの影響を少なくするた
め、抵抗体などの検出素子をバイパス通路に設けるよう
にした、いわゆるバイパス方式の熱式空気流量計では、
この流速分布の変化による計測誤差の発生が著しい。

そこで、例えば特開昭62−187219公報、特開昭62−23
2517号公報、或いは特開昭63−210625公報などに見られ
るように、整流格子に用いてSN比の低下を抑えるように
した、バイパス方式の熱式空気流量計が従来から知られ
ていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、流量検出部の上流側での吸気通路構
造の影響を受けやすい点について配慮がされておらず、
検出特性のバラツキや、SN比低下の問題があった。

本発明の目的は、実車装着時でのエアクリーナの形状
などによる影響が充分に抑えられ、且つ、高いSN比が容
易に得られるローコストの熱式空気流量計を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、流量検出部の上
流側の吸気通路に絞りと整流格子とを一体化して設置し
たものである。

〔作用〕

流量検出部の上流側の吸気通路に設置された絞りは、
その上流側に現われる偏流が下流に影響するのを抑える
ように働き、この絞りと一体になった整流格子は、該絞
りにより引き起こされる空気流に乱れを整えるように働
くので、検出特性のバラツキとSN比の低下が抑えられ
る。そして、このとき、絞りの整流格子とが一体化され
ているので、流量計本体を分割する必要が無くなり、コ
ストアップを抑えることが出来る。

〔実施例〕 以下、本発明による熱式空気流量計について、図示の
実施例により詳細に説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例で、これらの図
において、１はアルミダイキャスト製のボディ（流量計
本体）で、ほぼ円筒状の主空気通路1Aを形成すると共
に、この主空気通路1Aをほぼ直角に横切ってバイパス路
２が形成してある。そして、このバイパス路２は、主空
気通路1Aの上流側に開口部2Aと、主空気通路1Aとほぼ平
行になった部分2Bとを有しており、この部分2Bの中に抵
抗素子３と感温抵抗素子４が取付けてある。

５は電子回路モジュールで、抵抗素子３と感温抵抗素
子４が接続され、吸気流量を表わす電気信号を発生する
働きをする。

ボディ１の上流側（第１図の下側）には、絞りとして
作用するリング部材６が取付けてあり、このリング部材
６の開口を覆うようにして、整流格子として作用するメ
ッシュ部材７が設けてある。

ボディ１に対する部材６の取付けは、このボディ１に
形成してある段部に部材６を当て、上流側からスナップ
リングからなる抑え部材８を挿入することにより行われ
る。なお、この抑え部材８はボディ１の内面に形成して
ある溝に嵌まり込むようになっている。

リング部材６とメッシュ部材７の詳細を示したのが第
３図で、リング部材６はアルミ板のプレス加工で作ら
れ、その周辺部を折り曲げ、メッシュ部材７を挟みこん
だ後、加圧し、加締成形して一体化されている。なお、
この第３図で、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は断面図を
それぞれ示している。

次に、この実施例の動作について説明する。

エンジンが回転すると、図示してないエアクリーナな
どを介して、ボデイ１の上流側から矢印イに示すように
吸気流が現われ、リング部材６の開口にあるメッシュ部
材７を通過して、矢印ロで示すようにボディ１内に流入
する。そして、この吸気流の一部は、矢印ハで示すよう
に、開口部2Aからバイパス路２内に分流し、矢印ニ、ホ
で示すようにバイパス路２内の通路2Cを通り、この通路
2Cの出口からボディ１の主空気通路1Aに合流する。

このとき、バイパス路２内に分流した空気流が抵抗素
子３と感温抵抗素子４の周囲を通過し、これにより電子
回路モジュール５から流量信号が出力され、流量計測が
得られることになる。

そして、このとき、リング部材６による絞り作用によ
り吸気流速分布の変化、すなわち、偏流の影響が抑えら
れ、メッシュ部材７による整流作用により空気流の乱れ
の影響が抑えられるのであるが、この点について以下に
詳述する。

まず、第４図、第５図に示すように、リング部材６な
どからなる絞りと、メッシュ部材７などからなる整流格
子のいずれも設けられていなかったとする。そして、こ
のときの偏流の状態が第４図では流速分布Ａ（矢印は流
速ベクトルを表わす）で示すようになっており、他方、
第５図では流速分布Ｂで示すようになっていたとする。
なお、このような流速分布の違いは、上流側での吸気通
路の構造や吸気流量の大きさなどにより発生すること
は、上記した通りである。

いま、これらの図において、主空気通路1A内に流入し
た全空気流量をＱとする。そして、第４図の状態でバイ
パス路２内に取り込まれる空気流量をQ1、第５図の状態
で、同じくバイパス路２に取り込まれる空気流量をQ2と
する。

ところで、バイパス路２内に取り込まれる空気流量
は、バイパス路２の開口部2Aの面積ａと、この開口部2A
に当る空気の流速Ｖによって決まる。

そこで、これら第４図と第５図のいずれかの場合にも
全空気流量Ｑが等しいものとした上で、両者を比較して
みると、まず、第４図の場合には流速分布がＡで示すよ
うになっているので、ここでの空気流量Q1は流速V1によ
るものとなり、他方、第５図の場合には流速分布Ｂにな
っていることから、この場合での空気流量Q2は流速V2に
よるものとなっている。

しかして、これらの図を比較してみれば明らかなよう
に、流速分布の違いから、全空気流量Ｑが等しいにもか
かわらず、 V1＞V2 なっており、この結果、全空気流量Ｑの検出結果に差を
生じてしまう。

このことは、熱式空気流量計を実装したときでの、そ
の上流側における空気通路の構成、例えばエアクリーナ
の構造や取付け方向などの違いにより、吸気流量検出精
度に大きさ差を生じてくることを示しており、これが従
来技術で検出誤差を生じてしまう理由である。

次に、第６図に示すように、絞り10をバイパス路２の
開口部2Aの上流側に設置した場合を想定してみる。

そうすると、上流側から流入した空気流は、絞り10を
通過して下流に流れてゆくときに、この絞り10による絞
り込み作用を受け、この一時的な絞り込みにより偏流が
なまされてしまう。

この結果、いま、流速分布Ａで示すような偏流をもっ
て空気が取り込まれたとしても、この偏流Ａは絞り10に
近ずくにつれてＣに示すようになまされ、絞り10を経過
した後では、Ｄに示すように、主空気通路1Aのほぼ中心
で最大流速を示す、偏流のない流速分布をとるようにさ
れる。なお、このことは、空気流入部分での流速分布が
第５図の流速分布Ｂに示すような偏流状態になっていた
ときでも同じである。

第７図は起り得る偏流の最大偏差を想定して、第４図
及び第５図の絞り10が無い場合での特性（白丸）と、第
６図の絞り10を設けた場合どの特性（黒丸）とを示した
もので、横軸に全吸気流量Ｑをとり、縦軸に、流速V1に
基準にして、流速V2の変化を示したものである。

この第７図から明らかなように、絞り10を設けること
により、上流側での偏流の影響を充分に抑えることが出
来るのが判る。

ところで、このように絞り10を設けると、この絞り10
の下流側では、この絞り10による新たな空気流の乱れが
発生してしまう。SN比の低下をもたらしてしまう。

そこで、本発明では、第１図の実施例に示すように、
絞りとして作用するリング状部材６の開口に、整流格子
として作用するメッシュ部材７を一体に取付け、このメ
ッシュ部材７により空気流を整流し、これによりSN比の
低下を抑えるようにしたものである。

第８図は、メッシュ部材７をリング部材６に設けなか
ったときの、全吸気流量Ｑに対するSN比特性（白丸）
と、メッシュ部材７が設けられている場合、つまり第１
図の実施例の場合のSN比特性（黒丸）とを、比較のため
に、並べて示したもので、メッシュ部材を設けたことに
よるSN比の著しい改善を容易に理解することが出来る。

従って、この第１図乃至第３図で説明した本発明の実
施例によれば、特性のバラツキとSN比の低下とを充分に
抑え、高精度の熱線式空気流量計を容易に得ることが出
来、且つ、このとき、絞りとして作用するリング部材６
と、整流格子として作用するメッシュ部材７とが一体に
構成されているため、これらの取付けが極めて容易にな
り、さらに、ボディ１を分割することなく、リング部材
６とメッシュ７の取付けが可能になり、充分なコストダ
ウンを図ることが出来る。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

まず、第９図の実施例は、第３図の実施例におけるリ
ング状部材６をベルマウス状に形成した円錐リング状部
材6Aとしたものであり、この部材6Aの広い方の開口部に
メッシュ部材７を取付けたものである。

この第９図の実施例によれば、絞り作用による空気流
の乱れを最小限に抑え、メッシュ部材７による整流効果
が充分に得られるため、さらに優れた吸気流量検出特性
のバラツキ抑制効果と、良好なSN比とを容易に得ること
が出来る。

第10図も本発明の一実施例で、金属板材のプレス加工
や、プラスチック成形加工などにより、絞りとなるリン
グ部分11と、整流格子となる格子部分12とを完全な一体
成形物として作成したものである。

この第10図の実施例によれば、製作工程が少なくて済
むため、さらにコストダウンが可能になる。

さらに第11図及び第12図も本発明の一実施例で、この
実施例は、メッシュ部材７を取付けるリング部材６の開
口を充分に大きくし、代わりにスナップリングからなる
抑え部材８の内径を小さくし、この抑え部材８の開口部
により絞り機能が与えられるように構成したものであ
る。

ところで、このような熱式空気流量計では、プラスチ
ック製のボディにより構成する場合がある。そこで、こ
のボディを熱可塑性のプラスチックで作成し、絞りと整
流格子の取付けをプラスチックの可塑性を利用して行う
ようにしてもよく、このようにして本発明の一実施例を
第13図の断面図及びその一部であるＡの部分を第14図に
拡大図として示す。これらの図において、プラスチック
製のボディ1Pは、その上流側の開口端1aが肉薄に作成さ
れており、ここにメッシュ部材７を一体化したリング部
材６を挿入してから、第14図の拡大図に示すように、こ
の開口端1aを加熱軟化してから、部分1bとして示すよう
に折り曲げ、リング部材６をボディ1Pに取付けるのであ
る。このとき、この折り曲げた部分1bにより絞りが形成
されるようにする。

従って、この第13図及び第14図に示す実施例によれ
ば、絞りと整流格子の取付けに特別な部品を必要とせ
ず、本体がプラスチック製であることと相俟って、充分
にコストダウンを得ることが出来る。

ところで、本発明の実施に際しての、リング部材６な
どによる絞りの程度については、以下のようにして決め
ればよい。すなわち、この絞りによる空気流の絞り込み
量は、それが多いほど上流側での偏流の影響は少なくな
るが、反面、圧力損失が増加してゆくし、またSN比の低
下抑制効果にも影響が現われてくる。

そこで、この絞りによる空気通路の絞り込み量として
は、この熱式空気流量計のボディがもっている最小通路
断面積とほぼ同じ面積、例えば、この最小通路断面積の
0.8〜1.2倍の範囲に定めるのが適当である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、熱式空気流量計の検出素子の上流側
に、絞りと整流格子の双方を設けるようにしたので、実
装状態の違いにより吸気流に偏流が現われても、その影
響を最小限に抑え、SN比の低下も充分に対処できるた
め、高精度の吸気流量検出が可能になる上、絞りと整流
格子の双方が一体化されているので、構成の簡略化に伴
うコストダウンを充分に得ることが出来、エンジン制御
に適用して、この高性能化を充分に図ることが出来る熱
式空気流量計をローコストで容易に提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱式空気流量計の一実施例を示す
断面図、第２図は同じくその正面図、第３図（ａ）、
（ｂ）はリング部材とメッシュ部材の一実施例を示す正
面図と断面図、第４図、第５図、それに第６図はそれぞ
れ偏流による誤差発生の説明図、第７図及び第８図はそ
れぞれ検出特性図、第９図はリング部材とメッシュ部材
の他の一実施例を示す断面図、第10図（ａ）、（ｂ）は
リング部材とメッシュ部材のさらに別の一実施例を示す
正面図と断面図、第11図は本発明の他の一実施例を示す
断面図、第12図は同じくその正面図、第13図はさらに本
発明の別の一実施例を示す断面図、第14図はその一部拡
大断面図である。 １……熱式空気流量計のアルミダイキャスト製のボディ
（流量計本体）、２……バイパス路、３……抵抗素子、
４……感温抵抗素子、５……電子回路モジュール、６…
…絞りとして作用するリング部材、７……整流格子とし
て作用するメッシュ部材、８……スナップリングからな
る抑え部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 信弥 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番 地３ 日立オートモテイブエンジニアリ ング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−187019（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−162737（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−48613（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−145321（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01F 1/68

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流量を計測すべき空気が流通する主空気通
   路の内側周辺部近傍に、空気流入方向の上流側に開口し
   た空気流入口を有するバイパス通路を備え、該バイパス
   通路内に設置した抵抗素子により流量を計測する方式の
   熱式空気流量計において、 上記主空気通路内の上記バイパス通路の空気流入口の上
   流側に配置した空気流調整用の整流格子と、 該整流格子の保持部材で形成され、上記主空気通路の空
   気流通面積を縮小させる絞り部材とを設け、 上記絞り部材により吸気流速分布の変化による影響を抑
   え、上記整流格子により空気流の乱れを抑えるように構
   成したことを特徴とする熱式空気流量計。
2. 【請求項２】流量を計測すべき空気が流通する主空気通
   路の内側周辺部近傍に、空気流入方向の上流側に開口し
   た空気流入口を有するバイパス通路を備え、該バイパス
   通路内に設置した抵抗素子により流量を計測する方式の
   熱式空気流量計において、 上記主空気通路内の上記バイパス通路の空気流入口の上
   流側に配置した空気流調整用の整流格子と、 該整流格子の周辺部の格子を塞ぐことにより形成され、
   上記主空気通路の空気流通面積を縮小させる絞り部材と
   を設け、 上記絞り部材により吸気流速分布の変化による影響を抑
   え、上記整流格子により空気流に乱れを抑えるように構
   成したことを特徴とする熱式空気流量計。
3. 【請求項３】請求項１の発明において、 上記整流格子と絞り部材とが一体形成されていることを
   特徴とする熱式空気流量計。