JP2921150B2 - 熱式空気流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱式空気流量計に係わ
り、特に、吸入空気量を検出する発熱抵抗体を備えた副
流路が主流路内に配置される軸流方式の自動車用内燃機
関の吸入空気流量を測定するのに好適な熱式空気流量計
に関する。

【０００２】

【従来の技術】主流路をほぼ直角方向に横切る方向に副
流路を設けた熱線式流量計において、副流路内で流れの
方向を１８０゜かえる部分をもつ例は、特開昭57−6410
9号，特開昭61−65053 号などがある。

【０００３】特開昭57−64109 号は、半径方向副流路内
を、半径方向に延在する仕切壁によって相異なる二つの
平面に分離し、かつその接続部は軸方向の流路によって
形成されている。しかるに仕切板により通路を二分して
いるため実装構造が複雑になり、かつ流れを１８０゜変
える流路のコーナ部が薄板で構成されているため、通路
の圧力損失が大きく、流速の低下及び流速変動が大きく
なり熱線式流量計の出力ノイズが増大するなどの欠点を
有していた。また、特開昭61−65053 号は仕切板の代わ
りにブロック体を開いて、副流路内の流れの向きを２つ
の直角エルボ管により９０゜ずつ２度変えてやることに
より１８０゜向きを変えている。本例の場合も流路が同
一平面上に構成されておらず、実装構造が複雑となり、
直角エルボ管部での圧力損失が大きく前記と同様の問題
を有していた。また、副流路が主流路内に配置される従
来の軸流方式の熱線式空気流量計は、特開平1−206223
号公報に記載のように、主流路に開口する入口開口を有
しかつ主流路と平行に形成された軸方向副流路と、主流
路に直角な方向でかつ径方向に一直線上に形成され、そ
れぞれ主流路の壁面付近で開口する出口開口を有する２
つの半径方向副流路とから副流路が構成され、熱線素子
が軸方向副流路に配置される構成となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】４気筒エンジンでは吸
気脈動等によって発生する空気流量計の平均出力電圧の
二値現象（出力の反転現象）が特に問題となっており、
この二値現象の低減に対しては副流路の流路長を長く
し、脈動の大きさを減じることが効果があることが分か
っているが、従来の軸流式熱線式空気流量計では半径方
向副流路の流路長がエンジン仕様、吸気管路の構造によ
っては十分でなく二値現象の発生する場合もあるという
問題があった。

【０００５】本発明の目的は、吸気脈動の影響の少な
い、小型で生産性の良い熱式空気流量計を提供すること
である。

【０００６】また、空気流量計の上流側には剥離や旋回
流発生の原因となるエアクリーナやダクトが配置されて
おり、このため、空気流量計の上流側にはそれら剥離や
旋回流に起因して径方向および周方向位置によって流速
分布が不均一となり、いわゆる偏流が生じる。この偏流
（流速の不均一分布）のパターンはエアクリーナやダク
トの配置位置や形状等によって変化し、２つの半径方向
幅流路の出口開口が主通路の壁面付近で開口している従
来の熱線式空気流量計はこのような偏流の変化の影響を
受け易く、偏流のパターンが変化すると測定値も変化す
るという問題があった。吸気系通路の設計において、エ
アクリーナやダクトの配置位置や形状等は機種により様
々であり、機種が違うと空気流量計が偏流のパターンの
違いによる影響を受けるという問題がある。その結果製
品毎に正確な流量測定を可能にするための調整が必要と
なり、汎用性ある空気流量計を提供することができな
い。本発明の別の目的は、流量計の上流側に設けられた
構造物等の違いによる空気流の偏流のパターンの違いに
よる影響を受け難い熱線式空気流量計を提供することで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、空気流路中
に配置されるブロック体と、前記ブロック体に設けら
れ、壁によって仕切られる第１の流路と第２の流路とか
らなる副流路と、前記副流路中に設けられた発熱抵抗体
とを備え、前記副流路の出口が前記副流路の入口近傍に
設けられた熱式空気流量計において、第１の流路と第２
の流路との間の流路に設けられた曲率を有する屈曲部を
備え、前記ブロック体は溝を有する第１の部材と第２の
部材とから成り、前記第１の部材と前記第２の部材とを
合わせて固定することにより、前記溝が前記第１の流路
と前記第２の流路と前記屈曲部の流路とを形成すること
によって達成される。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【作用】主流路とほぼ直角方向のただひとつの面内にほ
ぼ１８０°流れの方向を変える少なくとも１箇所の屈曲
通路部を有するように半径方向副流路を形成することに
より、半径方向副流路の流路長を長くとることが可能と
なり、十分な脈動減衰効果が得られかつ、同一面上に流
路を形成することで実装構造が簡単となる。特に１８０
゜流れの方向を変える屈曲通路部分を圧力損失の少ない
曲率を持った屈曲部で構成すれば流速低下を防ぐことが
でき、曲がりのコーナ部で発生する流れの剥離域の時間
変動で発生する出力ノイズも低減できるので、出力特性
が安定し、かつエンジンからの吸気脈動による二値現象
の生じ難い構造が得られる。

【００１３】またエアクリーナやダクトの配置位置や形
状等が変化したときの空気流量計の上流側における偏流
の変化の影響は周辺部で大きく中央部で小さく、半径方
向副流路の入口及び出口開口を主流路の中央部から主流
路半径の１／２の範囲内に位置させることにより偏流の
変化に対して影響の受け難い構造が得られる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図６により
説明する。

【００１５】図１および図２において、アルミダイカス
ト製のボディ１には主流路２が形成され、主流路２には
主流路２を半径方向に横切るボディ１と一体のブロック
体３が位置し、このブロック体３に吸入空気の一部が通
過する副流路４が形成されている。副流路４は、主流路
２の中心部に開口する入口開口４ａを有しかつ主流路２
と平行に形成された軸方向副流路４ｂと、主流路２に直
角な方向でかつ180°異なる半径方向に形成され、主流
路２に開口する出口開口４ｃ，４ｄをそれぞれ有する２
つの半径方向副流路４ｅ，４ｆとからなっている。半径
方向副流路４ｅ，４ｆはブロック体３の底面に開口する
溝の形をなし、ブロック体３の底面に通路カバー５を取
付ねじ６で固定することによりその溝が閉じられてい
る。なお、図１は通路カバー５を取り外した状態を示
し、取付ねじ６が螺合するねじ孔が符号６ａで示されて
いる。

【００１６】また、２つの半径方向副流路４ｅ，４ｆは
それぞれほぼ１８０°流れの方向を変えるベント部４
ｇ，４ｈを有し、それらの出口開口４ｃ，４ｆは第３図
に示すように主流路２の中心軸より主流路半径ｄの１／
２の範囲内に位置している。

【００１７】以上の２つの半径方向副流路４ｅ，４ｆを
形成するブロック体３は主流路２を２つの主流路部分２
ａ，２ｂに区分しており、半径方向副流路４ｅ，４ｆの
出口開口４ｃ，４ｄはこれら主流路部分２ａ，２ｂのそ
れぞれに開口している。

【００１８】一方、軸方向副流路４ｂ内には吸入空気量
を検出する発熱抵抗体７と吸入空気温度を検出する感温
抵抗体８とが配置され、ボディ１には発熱抵抗体７で検
出した吸入空気量を電気信号に変換する電子制御モジュ
ール９が設置されている。

【００１９】ボディ１に吸入された空気は主流路２と副
流路４に分流して流れる。副流路４内を流れる空気は軸
方向副流路４ｂ内を通りかつ発熱抵抗体７および感温抵
抗体８を通過し、半径方向副流路４ｄ，４ｆをさらに分
流して流れ、出口開口４ｃ，４ｄより流出して主流路部
分２ａ，２ｂに合流する。ところで、ボディ１は、プラ
スチック等のアルミダイカスト以外の全ての材料を用い
ても良いことは言うまでもない。

【００２０】以上のように構成した本実施例の熱式空気
流量計において、副流路４の圧力損失と、副流路４出入
口間の主流路２の圧力損失が、等しいとして主流路２と
副流路４の関係を求めると、

【００２１】

【数１】

【００２２】Ｌ_m ：主流路等価通路長 Ｕ ：主流路流速 Ｃ_m ：主流路抵抗係数 ｌ_b ：副流路等価通路長 ｕ ：副流路流速 Ｃ_b ： 副流路抵抗係数 したがって、主流流速と副流流速の動的関係は、定常項
を

【００２３】

【数２】

【００２４】したがって、

【００２５】

【数３】

【００２６】となり、副流路出入口間の長さＬ_m に対し
て、副流路全長ｌ_b を長くすればするほど、主流流速の
動的脈動変化に対して、副流流速の脈動変化を減衰させ
ることができる。

【００２７】４気筒エンジンでは吸気脈動等によって発
生する空気流量計の出力電圧の二値現象が特に問題とな
っている。即ち、スロットルバルブ開度を大きくしてBo
ost圧(負圧)を増大させてゆくと、スロットルバルブが
全開に近い高開度ではBoost圧があるレベルを越えると
空気流量計で検出される空気量は図５に示すように低下
する特性となる。このため、この付近での空気量が検出
された場合これに対応するBoost 圧（開度）が２点ある
ので、実車装着時にその値を取り込んだ制御部では対応
する運転条件が判別できなくなる。これが二値現象であ
るが、上述のごとくｌ_b をＬ_m に対して大きくすれば、
副流路内の脈動を減衰することができるため、二値防止
に極めて効果がある。

【００２８】本実施例によれば、上述のように半径方向
副流路４ｅ，４ｆの出口開口４ｃ，４ｄを主流路中央部
に配置する構成を採用するに際して、半径方向副流路４
ｅ，４ｆにほぼ１８０°流れの方向を変えるベント部４
ｇ，４ｈを設けている。この構成により、半径方向副流
路４ｅ，４ｆの流路長を主流路２の半径以上の長さとす
ることが可能となり、特に本実施例のように、半径方向
副流路４ｅ，４ｆの出口開口４ｃ，４ｆを主流路半径ｄ
の１／２の範囲内に位置させた場合は、半径方向副流路
４ｅ，４ｆの流路長が主流路２の半径の約２倍以上とな
り、副流路内の吸気脈動を減衰させ、エンジンからの吸
気脈動による二値現象の生じ難い構造とすることができ
る。

【００２９】次に、主流流速と副流流速の静的関係を求
めると、定常時の時

【００３０】

【数４】

【００３１】となり、副流流速は主流流速に依存するこ
とがわかる。

【００３２】一方、空気流量計の上流側の流速分布は前
述したようにエアクリーナの構造やダクトの形状によっ
てかわり、およそ図４（ａ）〜（ｄ）に示すパタ−ンが
考えられる。図４（ａ）は半径方向および周方向位置で
流速がほぼ一様な等流量（平均流速）時もので、図４
（ｂ）〜（ｄ）は半径方向および周方向位置によって流
速がでない偏流時のものである。このような流速分布は
若干の増減があったとしても副流路出口開口部でも同様
である。この図から分かるように、主流路を形成するボ
ディ１の壁部付近では主流路中央部に比較して、偏流パ
ターンが変化するとそれに応じて流速が比較的大きく変
化する。

【００３３】このような（ａ）から（ｄ）の流速分布に
空気流量計がさらされたとき、図４（ａ）に示す従来の
流量計のように副流路の出口開口１０ａ，１０ｂが主流
路の側壁近傍に設けられていると、この周囲の主流路の
流速Ｕの比較的大きな変化のため副流路内の流速ｕが変
り易い。特に、副流路の出口開口が一方だけに設けられ
ている場合はその影響は大きい。また、両側に２個設け
た図示の場合でも図４（ｂ）および（ｃ）の場合には一
方に片寄った流れとなり易く、図４(ａ)および（ｄ）の
場合の両側に流れる場合と比べると、通路抵抗が変って
くるため流速を変動させる要因となる。

【００３４】これに対し、主流路中央付近の流れは非常
に特別な流れの場合以外、壁近傍の流れに比べていずれ
の流速分布においても流速変化が小さい。したがって、
本実施例のように半径方向副流路４ｅ，４ｆの出口開口
４ｃ，４ｄを中央部に配置することは、入口の流速分布
（偏流）変化に対して出力変化を小さくすることに有効
である。

【００３５】したがって、本実施例の空気流量計では副
流路４の入口開口４ａのみでなく出口開口４ｃ，４ｄを
も主流路２の中央部に配置することにより、流速分布の
変化の影響を受けにくい構造となり、種々の製品に対し
て汎用性ある空気流量計を提供することができる。

【００３６】また、筆者らの実験では、副流路４の入口
開口及び出口開口位置を主流路中心軸より主流路半径の
１／２の範囲内に位置していれば、同等の効果が得られ
ることがわかつている。

【００３７】本発明の他の実施例を図６により説明す
る。図６は図１と同様に通路カバーを取り外した状態を
示す。本実施例は半径方向副流路を異なる半径方向に３
個設けたものである。

【００３８】図６において、ブロック体３Ａは主流路２
を３つの部分に区分する形状をしており、このブロック
体３Ａに入口開口が主流路２の中央部に位置する軸方向
副流路２ｂと、ブロック体３Ａの形状に対応して３本の
半径方向副流路４０ａ，40ｂ，４０ｃが設けられてい
る。半径方向副流路４０ａ，４０ｂ，４０ｃは各々上記
実施例の半径方向副流路４ｅ，４ｆと同じ形状を有し、
それぞれ出口開口４０ｄ，４０ｅ，４０ｆは主流路中央
部に位置し、かつほぼ１８０°流れの方向を変えるベン
ト部４０ｇ，４０ｈ，４０ｉを有している。この構成に
よっても上述の実施例と同様の効果を得ることができ
る。なお、半径方向副流路を４本以上にしてもよいこと
は勿論であり、この場合も同様の効果が得られる。

【００３９】本発明のさらに他の幾つかの実施例を図７
〜図９により説明する。これら実施例も図１と同様に通
路カバーを取り外した状態を示す。

【００４０】図７の実施例は、ブロック体３Ｂを片持ち
構造とし、このブロック体３Ｂに入口開口が主流路２の
中央部に位置する軸方向副流路２ｂと、ブロック体３Ｂ
の形状に対応して１本の半径方向副流路４１ａを設けた
ものである。半径方向副流路４１ａは上記実施例の半径
方向副流路４ｅ，４ｆと同じ形状を有し、出口開口４１
ｂは主流路中央部に位置し、かつほぼ１８０°流れの方
向を変えるベント部４１ｃを有している。本実施例によ
っても実質的に上述の実施例と同じ効果が得られると共
に、ブロック体３Ｂが片持ち構造なので主流路の障害が
減り、圧力損失の低減効果がある。

【００４１】さらに本実施例によれば、ブロック体３Ｂ
をボディ１と別体構造とし、これに電子制御モジュール
９を組み込んだものをセンサユニットとしてボディ１に
取り付けることが可能であり、これにより主通路ボディ
１の構造が簡単になり、またセンサユニット単体で扱え
るので電子制御モジュールの初期調整およびメンテナン
スが容易になるという効果がある。

【００４２】図８の実施例は、図１のブロック体３Ａと
同じように主流路２を横切るブロック体３Ｃを設け、こ
のブロック体３Ｃに、入口開口が主流路２の中央部に位
置する軸方向副流路２ｂと、１本の半径方向副流路４２
ａを設けたものである。半径方向副流路４２ａは主流路
中央部に位置する１つの出口開口４２ｂと、ほぼ１８０
°流れの方向を変える２個のベント部４２ｃ，４２ｄを
有し、結果として主流路半径の約４倍の流路長を有して
いる。本実施例によれば、副流路長がさらに長くなるた
め下流側の吸気脈動による二値現象をさらに低減でき、
特に吸気脈動の大きい４気筒エンジンに対して有効であ
る。

【００４３】図９の実施例は、ブロック体３Ｄを図７の
実施例のブロック体３Ｂと同様に片持ち構造とし、この
ブロック体３Ｄに入口開口が主流路２の中央部に位置す
る軸方向副流路２ｂと、軸方向副流路２ｂに接続される
単一の流路部分４３ａと、この流路部分４３ａから分岐
した２つの流路部分４３ｂ，４３ｃからなる複合形状の
半径方向副流路４３ｅとが設けられている。半径方向副
流路４３ｅの分岐流路部分４３ｂ，４３ｃはそれぞれ主
流路中央部に位置する出口開口４３ｆ，４３ｇを有して
いる。また、流路部分４３ｂ，４３ｃが単一の流路部分
４３ａから分岐する箇所にほぼ１８０°流れの方向を変
えるベント部４３ｈ，４３ｉが形成されている。本実施
例によれば、図７の実施例よりも半径方向副流路の流路
長が長くなるので二値現象の低減により有効であると共
に、図７の実施例と同様にブロック体３Ｄと電子制御モ
ジュール９とでセンサユニットを構成することが可能で
あり、電子制御モジュールの初期調整およびメンテナン
スが容易になるという効果がある。

【００４４】次に、図１０から図１３を用いて別の実施
例について説明する。図１０の実施例は、図１のブロッ
ク体３Ａと同じように主流路２を横切るブロック体３Ｅ
を設け、このブロック体３Ｃに入口が主流路２の中央部
に位置する軸方向副流路２ｂとブロック体３Ｅの形状に
対応して一本の半径方向副流路４１ａを設けたものであ
る。半径方向副流路は、流れ方向を１８０°変えるベン
ト部４２ｃを有し、出口開口４２ｂは主流路２の軸中心
に対して偏心した位置にある。

【００４５】図１１の実施例は、主流路を横切るブロッ
ク体３Ｆを設け、このブロック体３Ｃに入口が主流路２
の軸中心に対し偏心した位置にある軸方向副流路２ｂと
ブロック体３Ｆの形状に対応して一本の半径方向副流路
４１ａを設けたものである。半径方向副流路は同様に流
れ方向を１８０°変えるベント部４２ｃを有し、出口開
口４２ｂも主流路軸中心に対して偏心した位置にある。

【００４６】図１２の実施例は、図１のブロック体３Ａ
と同じように主流路２を横切るブロック体３Ｇを設け、
このブロック体３Ｇに入口開口が主流路２に対し偏心し
た位置にある軸方向副流路４６ａと、１本の半径方向副
流路４６ｂを設けたものである。半径方向副流路４６ｂ
は主流路中央部に位置する１つの出口開口４６ｃと、ほ
ぼ１８０°流れの方向を変える１個のベント部４６ｄを
有し、結果として主流路半径の約３倍の流路長となって
いる。

【００４７】また図１３の実施例は、同様のブロック体
３Ｉに入口開口が主流路２の軸中心に対し偏心した位置
にある軸方向副流路４６ａと、１本の複合形状の半径方
向副流路４７ａを設けたものである。複合形状の半径方
向副流路４７ａは、図９の実施例のように、軸方向副流
路３６ａに接続される単一の流路部分４７ｂと、この流
路部分４７ｂから分岐した２つの流路部分４７ｃ，４７
ｄとからなり、分岐流路部分４７ｃ,４７ｄはそれぞれ
主流路中央部に位置する出口開口４７ｅ,４７ｆを有
し、流路部分４７ｂから分岐する箇所にほぼ１８０°流
れの方向を変えるベント部４７ｇ，４７ｈが形成されて
いる。

【００４８】図１０から図１３の実施例においても副流
路長が長くなるため下流側の吸気脈動による二値現象防
止に顕著な効果がある。

【００４９】なお、図１１，図１２および図１３の実施
例では共に軸方向副流路４６ａの入口位置が主流路中央
より偏心しているので、偏流安定性を増すためにその入
口形状を楕円形にすることもできる。

【００５０】本発明によれば、精度が良く、小型で生産
性に優れた熱式空気流量計が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による熱線式空気流量計の通
路カバーを取り外した状態の下面図。

【図２】本発明の一実施例による熱線式空気流量計の断
面図。

【図３】主流路に対する副流路の出口開口の位置関係を
説明するための図。

【図４】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる偏流パターン
を示し、偏流の変化と空気流量計への影響を説明するた
めの図。

【図５】二値現象の特性図。

【図６】本発明の他の実施例による熱線式空気流量計の
図１と同様な下面図。

【図７】本発明のさらに他の実施例による熱線式空気流
量計を示す図１と同様な下面図。

【図８】本発明のさらに他の実施例による熱線式空気流
量計を示す図１と同様な下面図。

【図９】本発明のさらに他の実施例による熱線式空気流
量計を示す図１と同様な下面図。

【図１０】本発明のさらに他の実施例による熱線式空気
流量計を示す図１と同様な下面図。

【図１１】本発明のさらに他の実施例による熱線式空気
流量計を示す図１と同様な下面図。

【図１２】本発明のさらに他の実施例による熱線式空気
流量計を示す図１と同様な下面図。

【図１３】本発明のさらに他の実施例による熱線式空気
流量計を示す図１と同様な下面図。

【符号の説明】

１…ボディ、２…主流路、３，３Ａ〜３Ｉ…ブロック
体、４…副流路、４ａ…入口開口、４ｂ…軸方向副流
路、４ｃ，４ｄ…出口開口、４ｅ，４ｆ…半径方向副流
路、４ｇ，４ｈ…ベント部、７…熱線素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−206223（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−185118（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−65053（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−67526（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01F 1/68

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気流路中に配置されるブロック体と、 前記ブロック体に設けられ、壁によって仕切られる第１
   の流路と第２の流路とからなる副流路と、 前記副流路中に設けられた発熱抵抗体とを備え、 前記副流路の出口が前記副流路の入口近傍に設けられた
   熱式空気流量計において、 第１の流路と第２の流路との間の流路に設けられた曲率
   を有する屈曲部を備え、 前記ブロック体は溝を有する第１の部材と第２の部材と
   から成り、 前記第１の部材と前記第２の部材とを合わせて固定する
   ことにより、前記溝が前記第１の流路と前記第２の流路
   と前記屈曲部の流路とを形成することを特徴とする熱式
   空気流量計。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記屈曲部がほぼ１８０°流路の方向を変えることを特
   徴とする熱式空気流量計。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記第１の部材はプラスチックであり、前記第２の部材
   がネジによって取り付けられることを特徴とする熱式空
   気流量計。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記入口と前記出口が、前記空気流路の中心軸から前記
   空気流路の半径の１／２の範囲内に配置されることを特
   徴とする熱式空気流量計。