JP3064106B2 - 空気流量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空気流量測定装置に係わ
り、例えば自動車用エンジンの吸入空気流量を検出する
のに好適な空気流量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、自動車エンジン等においては、燃
費向上及び排気ガス浄化を図るため、吸入空気流量を測
定して燃料噴射制御手段（マイクロコンピュータ制御）
により空燃比、点火タイミングを制御するシステムが主
流である。

【０００３】このような吸入空気流量を測定する空気流
量計には、例えば熱線等の発熱抵抗体の抵抗温度特性を
利用し、空気流量を測定するものが有る。この種の空気
流量計は、質量流量を直接測定できるため、高速応答性
に優れ、配置スペースをさ程要しない等の利点を有し、
自動車エンジンの吸入空気流量測定用として適している
が、空気中に含まれるダスト（塵等）の汚れ粒子が付着
し、その付着量が次第に増大していくと、発熱抵抗体と
空気との熱交換が損なわれ経時的に出力特性が低下する
問題を有していた。

【０００４】この汚れ粒子の要因は種々考えられる。代
表的な一例として次のようなものがある。すなわち、空
気流量計の上流に位置するエアフィルタからは、フィル
タに含まれる油成分が微粒子となって空気中に放たれる
が、この油成分は発熱抵抗体に付着するとその熱により
不燃性の固形粒子に変質し、これが汚れ粒子となったり
する。

【０００５】燃料噴射制御自動車エンジンにおいては、
空気と燃料のそれぞれの質量比は理想的に１４．７：１
（理想混合比）であり、出力特性の低下は、この比が薄
い側（リーン）になってしまう。このため、エンジンに
無理が生じ、最悪の場合にはエンジンのピストンやシリ
ンダー等の破損につながる恐れがある。

【０００６】以上のような問題に対処するため、特開平
１−３１４９２１号公報に開示される空気流量測定装置
では、学習機能を持たせソフトによる経時的な測定精度
の低下を補正する方式を採用したり、特開昭６３−６４
２１号公報に開示されるように、空気通路中に設けた発
熱抵抗体の上流側に吸入空気中の汚れ粒子を捕らえる電
熱網を設置し、この電熱網に汚れ粒子を焼切るための加
熱電流を適時通電して、発熱抵抗体への汚れ粒子の付着
を防止する構造がとられていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
な発熱抵抗体への汚れ粒子の付着防止技術のうち、ソフ
トによる補正においては、発熱抵抗体の汚損状態による
計測誤差補正値を算出することが困難であり、また、吸
入空気中の汚れ粒子を捕らえる電熱網を設置する方式の
ものは、回路の複雑化、電熱網の寿命等の課題が残る。

【０００８】本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目
的は、上記のような問題を有することなく、発熱抵抗体
への汚れ粒子が付着した場合でも安定した測定精度を長
期にわたり保持できる空気流量測定装置を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、基本的には次のような課題解決手段を提
案する。

【００１０】一つは、主空気通路に流れる空気の一部を
流入させて該主空気通路に再び流出させる副空気通路を
有し、この副空気通路に空気流量検出素子（例えば発熱
抵抗素子）を設けた空気流量測定装置において、前記副
空気通路のうち空気流量検出素子より下流側の位置に該
副空気通路を通過する空気流の汚れ粒子を捕らえる捕捉
手段を設け、この汚れ粒子捕捉手段は捕捉面が上流側に
向いて捕捉面下流側に剥離渦を発生させ、かつ捕捉面の
汚れ粒子の付着量の増大に伴い剥離渦の発生を抑える形
状としてあり、この捕捉面の汚れ粒子付着量を利用して
副空気通路の通気抵抗を変えるよう設定した（これを第
１の発明とする）。

【００１１】もう一つは、空気通路に空気流量検出素子
が設けてある空気流量測定装置において、前記空気通路
のうち前記空気流量検出素子の上流側に、一部が密な網
目で残りが粗な網目或いは網目無しとしたネットを設
け、この粗の網目或いは網目無しの部分を前記空気流量
検出素子の位置に臨ませ、前記粗の網目或いは網目無し
の周囲に前記密な網目を配置した（これを第２の発明と
する）。

【００１２】

【作用】

第１の発明の作用…副空気通路に設けた空気流量検出素
子は、空気流に含まれる汚れ粒子が検出面に次第に付着
していくことで、その汚れ粒子付着量の累積に伴い感度
特性が経時的に低下し空気流量検出素子の出力が低下す
る。

【００１３】一方、汚れ粒子捕捉手段は、その捕捉面が
上流側に向いているので、捕捉面が副空気通路中で障害
物となり、初期状態ではその捕捉面の存在により捕捉面
下流側で比較的大きな剥離渦が発生し、副空気通路全体
の通気抵抗が大きくなるが、この捕捉面に空気流中の汚
れ粒子が捕らえられてその付着量が累積していくと、捕
捉面の付着物がなだらかな斜面或いは曲面を形成するこ
とで、この付着物表面に沿って空気の流れが滑らかにな
っていき、捕捉面下流側の剥離渦の発生を徐々に抑え副
空気通路全体の通気抵抗が小さくなる。副空気通路の通
気抵抗が変化するということは、副空気通路の有効断面
積が変化して副空気通路と主空気通路に流れる空気量配
分が変化することでもある。

【００１４】したがって、副空気通路に流れる空気量か
ら主，副を含めた空気通路全体の空気流量を測定する場
合には、仮りに、空気流量検出素子の感度が一定であれ
ば、副空気通路の通気抵抗の大きい初期状態（副空気通
路の有効断面積が小さい状態）では全体の空気流量を少
なめに、また副空気通路の通気抵抗が小さくなった状態
（副空気通路の有効断面積が大きい状態）では全体の空
気流量を多めに測定することになるが、本発明では、上
記したように副空気通路の有効断面積が小さいときは空
気流量検出素子の感度が良好で、副空気通路の有効断面
積が大きいときは空気流量検出素子の感度が低下するの
で、結果的には、汚れ粒子付着に伴う空気流量検出素子
の感度特性の変化と副空気通路有効断面積の変化による
出力変化とが相殺することで空気流量検出素子への汚れ
粒子が付着した場合でも安定した空気流量測定精度を長
期にわたり保持できる。

【００１５】第２の発明の作用…本発明の場合は、第１
の発明のような副空気通路のある無しにかかわらず、汚
れ粒子付着による空気流量検出素子の感度低下を次のよ
うに補償する。

【００１６】空気通路を通過する空気流に含まれる汚れ
粒子は、ネットの密な網目部分に次第に付着していく
と、この密な網目部分の通気抵抗が大きくなり、その
分、粗の網目（あるいは網目無し）の部分に空気が集中
して流れる。その結果、ネットの粗（あるいは網目無
し）下流側にある空気流量検出素子にかけての空気流速
が局部的に増大する。したがって、空気流量検出素子が
汚れ粒子付着の累積により感度特性（出力）が低下して
も、上記の空気流の速められた分だけ空気流量検出素子
の出力を持ち上げるので、安定した空気流量測定精度を
長期にわたり保持できる。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例を図面により説明する。

【００１８】図１は本発明の第１実施例を示し、同図
（ａ）がその全体断面図、同図（ｂ），（ｃ）がそのう
ちの一部（副空気通路）の空気流の経時変化を示す説明
図で、本実施例の空気流量測定装置はエンジンの吸入空
気流量を測定するものである。

【００１９】図１において、空気通路を構成するボディ
１の内部には、主空気通路２のほかに副空気通路３が設
けてある。副空気通路３は、主空気通路２の通路を横断
するブリッジ４の中央に軸方向に向けて設けた通路３ａ
と、この通路３ａと下流側で垂直に交わる通路３ｂとで
構成されてＴの字形の通路構造を呈する。通路３ｂはブ
リッジ４の一側壁を溝形として、その溝をカバー５で覆
うことで形成され、両端に主空気通路２に臨む出口７，
７が配設してある。副空気通路３の入口６は、通路３ｂ
の上流側に向いて開口する。副空気通路３には、主空気
通路２に流れる空気の一部を導いて主空気通路２に再び
流出させる。

【００２０】副空気通路３のうち通路３ａに空気流量検
出素子となる発熱抵抗体８及び吸入空気温度を検出する
ための温度補償用の感温抵抗体９が配置されている。発
熱抵抗体８は、例えば熱線タイプのものを用いる。発熱
抵抗体８と感温抵抗体９は駆動回路上でブリッジ回路を
となるように構成されており、温度補償を伴いつつ空気
流量に応じた出力特性を得るよう設定してある。すなわ
ち、発熱抵抗体３は、通過する空気流速により奪われる
熱量が変化するが、この時に駆動回路１０から発熱抵抗
体８に空気温度に対し一定の温度差を保つような加熱電
流が供給制御される。この加熱電流は空気流量と比例関
係にあり、これから、主，副を含めた空気通路全体の空
気流量を測定する。

【００２１】発熱抵抗体８及び感温抵抗体９とは導電性
を有する支持体１１により接続され、駆動回路モジュー
ル１０と電気的に接続されている。

【００２２】副空気通路３のうち軸方向の通路３ａの内
壁のうち、発熱抵抗体８及び感温抵抗体９の下流に副空
気通路を通過する空気流中の汚れ粒子を捕らえる捕捉手
段１２が設けてある。この捕捉手段１２は、種々の態様
のものが考えられ、本実施例では、副空気通路の空気の
流れを受ける段差により構成され、図１（ｂ）に示すよ
うに、その空気を受ける面１２ａの下流がテーパ状に広
がる形状としてある。

【００２３】このような段差１２を形成することで、捕
捉面１２ａが上流側に向いた状態となり、副空気通路３
において、空気流は発熱抵抗体８及び感温抵抗体９を通
過後、壁面付近において捕捉面１２ａに当たるため、そ
の下流側で剥離渦Ｓを発生させる。剥離渦Ｓが生じる
と、その剥離領域は通路における抵抗となり、このため
副空気通路３に流れる通路有効断面積Ａは副空気通路内
径に対して小さくなり、副空気流量も少なくなってしま
う。このため発熱抵抗体８の検出する流量は剥離渦Ｓの
無い時に比べ小さくなる。図１（ｂ）は、汚れ粒子が未
だ発熱抵抗体８及び感温抵抗体９や段差１２に付着して
いない初期状態で、この時の剥離渦Ｓが大きく、副空気
通路３内の通気抵抗が最も大きい状態にある。

【００２４】空気流中には汚れ粒子が含まれており、数
年あるいは数万ｋｍ走行していくうちに汚れ粒子は副空
気通路３における発熱抵抗体８、感温抵抗体９、支持体
１１及び段差１２の捕捉面１２ａに主に積もる。図１
（ｃ）にこの状態を示す。発熱抵抗体８に汚れ粒子が積
もると汚れ粒子Ｄ１により熱が遮断されるため、発熱量
に対して奪われる熱量が少なくなり、空気流量測定装置
の出力（感度特性）が実際よりも低下する。この傾向は
高流量になる程大きくなる。

【００２５】一方、捕捉面１２ａに空気流中の汚れ粒子
が捕らえられてその付着量が累積していくと、捕捉面１
２ａの段差が無くなりなだらかな面になり捕捉面１２の
付着物Ｄ２の表面に沿って空気の流れが滑らかにに流
れ、捕捉面下流側の剥離渦Ｓの発生を抑え副空気通路３
全体の通気抵抗が小さくなり、図１（ｃ）に示すよう
に、副空気通路３の有効断面積Ａが大きくなる。副空気
通路３の通気抵抗（通路有効断面積）が変化するという
ことは、副空気通路３と主空気通路２に流れる空気量配
分が変化することでもある。この空気量配分が変化する
と、仮に発熱抵抗素子８が常に一定の感度特性（出力特
性）であれば、副空気通路３の通路抵抗が大きい場合
（有効断面積Ａが小さい場合）には、実際の空気流量値
よりも少なめの空気流量測定を行い、副空気通路３の通
路抵抗が小さい場合（有効断面積Ａが大きい場合）に
は、実際の空気流量値よりも多めの空気流量測定を行
う。

【００２６】しかし、本実施例によれば、図２に示すよ
うに、初期状態では発熱抵抗体８の感度特性が良好な反
面、副空気通路３の有効断面積Ａが小さく、経時的な汚
れ粒子付着量Ｄ１，Ｄ２が経時的に増大すると、発熱抵
抗体８の感度特性が低下する反面、副空気通路３の有効
断面積Ａが増し、結果的には、発熱抵抗体８の出力誤差
となる感度特性変化と有効断面積変化による出力変化分
が相殺、換言すれば発熱抵抗体８の感度特性が低下する
につれてその分有効断面積Ａの増加による出力が持ち上
げるので、空気流量検出素子への汚れ粒子が付着した場
合でも安定した測定精度を長期にわたり保持できる。な
お、図２では、空気流量を横軸に、出力電圧誤差を縦軸
に示した。

【００２７】図３に第１実施例の変形例（第２実施例）
を示す。図中、図１に用いた符号と同一のものは同一或
いは共通する要素を示す（図４以降の図面も同様であ
る）。本実施例は、段差１２の汚れ粒子捕捉面１２ａに
溝１３を設け、汚れ粒子が積もり易くした構造である。

【００２８】図４も第１実施例の変形例（第３実施例）
である。本実施例は段差１２を副空気通路３を構成する
ボディと別部材としたものである。

【００２９】図５は本発明の第４実施例で、本実施例で
は、副空気通路３内のうち発熱抵抗体８及び感温抵抗体
９の下流位置の一部に副空気通路３を横切るようにした
ブリッジ状の障害物１２′を配置したものである。障害
物１２′は２個配置したものを例示してあるが、通路内
に入り込む汚れ粒子の度合いにより、１個でもよく３個
以上であってもよい。

【００３０】この障害物１２′はその汚れ粒子捕捉面１
２ａ′が上流側に面して空気流の流れを受ける面として
あり、障害物１２′の側壁は上流側から下流側に向けて
流線形に近い形状としてある。１個でも複数個でもかま
わない。また、障害物１９の下流側は汚れ粒子が積もっ
た時に圧力損失が回復しやすいように流線型に近い形に
したものである。

【００３１】図５のうち（ａ）は、汚れ粒子が付着して
いない初期状態を示し、この場合には、障害物１２′の
汚れ粒子捕捉面１２ａ′に空気流が当たってその下流側
に生じる剥離渦Ｓが大きく、各障害物１２′・副空気通
路３内壁間の通路有効断面積Ａ２と障害物１２′・１
２′間の通路有効断面積Ａ１が小さく、副空気通路３の
通路抵抗が大きくなる。

【００３２】図５の（ｂ）は、経時的な使用により汚れ
粒子が発熱抵抗体８と感温抵抗体９や障害物１２′の捕
捉面１２ａ′に累積した状態となる。この場合には、捕
捉面１２ａ′の付着物Ｄ１が滑らかな曲面となり、それ
に沿って流れる空気が滑らかとなって剥離渦Ｓを小さく
する。その結果、副空気通路３の通気抵抗が小さくなっ
て有効断面積Ａ１，Ａ２が共に大きくなる。従って、上
記第１実施例で述べたと同様に汚れ粒子付着による空気
流量検出素子の感度特性低下を副空気通路３の通気抵抗
の変化により補償することになる。

【００３３】図６は本発明の第５実施例で、同図の
（ａ）が縦断面図、同図（ｂ）がそれを上流側から見た
図である。

【００３４】本実施例は、いままで述べた実施例と異な
り副空気通路を有さないタイプの空気流量計である。

【００３５】本実施例は、ボディ１内の空気通路２に発
熱抵抗体８及び感温抵抗体９を配置し、その上流側に整
流体として機能する円形ネット２０を設けた。このネッ
ト２０は、中央が粗い網目２０ｂでその周辺の環状領域
が密な網目２０ａで構成してあり、粗い網目２０ｂを発
熱抵抗体８及び感温抵抗体９に臨ませている。

【００３６】本実施例によれば、空気流に含まれる汚れ
粒子は、経時的に発熱抵抗体８及び感温抵抗体９に付着
するほかに、その上流のネット２０のうち密な網目２０
ａの部分に主に付着する。これにより、ネット２０の密
な網目２０ａは通気抵抗が大きくなり、空気は通気抵抗
の小さい粗い網目２０ｂを集中的に流れて発熱抵抗体８
及び感温抵抗体９の上流側を主に通過しようとするた
め、発熱抵抗体８の検出する位置での流速は増加する。
したがって、発熱抵抗体８等の空気流量検出素子に汚れ
粒子が付着して感度特性が低下しても、その分、流速増
加により空気流量測定装置の出力電圧は持ち上げるの
で、前記した各実施例同様に安定した空気流量測定精度
を長期にわたり保持できる。

【００３７】図７は本発明の第６実施例を示す断面図で
ある。

【００３８】本実施例は、主空気通路２の内部に副空気
通路３を設けた空気流量計で、その内部にフィルムタイ
プの発熱抵抗体８′を設けている。副空気通路３には第
１実施例で述べたと同様の汚れ粒子捕捉手段１２を設け
ており、また、この主空気通路２のうち、副空気通路３
の上下流に位置して整流体３０を配置している。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、空気流に含まれる汚れ
粒子を利用して副空気通路の通気抵抗を変化させたり、
或いは空気通路の空気流量検出位置における空気流速を
変化させることで、汚れ粒子に伴う空気流量検出素子の
感度特性の変化を補償するので、簡単な構造により安定
した空気流量測定精度を長期にわたり保持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１実施例を示す断面図、
（ｂ）はその副空気通路のダスト付着前の空気の流れを
示す図、（ｃ）は副空気通路のダスト付着後の空気の流
れを示す図

【図２】第１実施例におけるダスト付着後の流速誤差を
示すグラフ図

【図３】本発明の第２実施例の一部（副空気通路）を示
す断面図

【図４】本発明の第３実施例の一部（副空気通路）を示
す断面図

【図５】（ａ）は本発明の第４実施例の副空気通路のダ
スト付着前の空気の流れを示す図、（ｂ）は副空気通路
のダスト付着後の空気の流れを示す図

【図６】（ａ）は本発明の第５実施例を示す縦断面図、
（ｂ）はその上流側から見た図

【図７】本発明の第６実施例を示す断面図

【符号の説明】

１…ボディ、２…主空気通路、３…副空気通路、８…発
熱抵抗体、９…感温抵抗体、１０…駆動回路モジュー
ル、１２，１２′…汚れ粒子捕捉手段（段差，障害
物）、１２ａ…捕捉面、２０…ネット、２０ａ…密な網
目、２０ｂ…粗な網目、Ａ，Ａ１，Ａ２…通路有効断面
積、Ｄ１，Ｄ２…汚れ粒子付着物、Ｓ…剥離渦

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津曲 守 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社日立製作所自動車機器事業部内 審査官 森口 正治 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/68 G01F 1/00 G01F 15/12

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主空気通路に流れる空気の一部を流入さ
   せて該主空気通路に再び流出させる副空気通路を有し、
   この副空気通路に空気流量検出素子を設けた空気流量測
   定装置において、 前記副空気通路のうち前記空気流量検出素子より下流側
   の位置に該副空気通路を通過する空気流の汚れ粒子を捕
   らえる捕捉手段を設け、この汚れ粒子捕捉手段は捕捉面
   が上流側に向いて捕捉面下流側に剥離渦を発生させ、か
   つ捕捉面の汚れ粒子の付着量の増大に伴い剥離渦の発生
   を抑える形状としてあり、この捕捉面の汚れ粒子付着量
   を利用して前記副空気通路の通気抵抗を変えるよう設定
   したことを特徴とする空気流量測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記副空気通路内壁
   のうち前記空気流量検出素子の下流位置に副空気通路の
   空気の流れを受ける段差を設け、この段差により前記汚
   れ粒子捕捉手段を構成したことを特徴とする空気流量測
   定装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記段差は、その副
   空気通路の空気の流れを受ける面に溝が設けてあること
   を特徴とする空気流量測定装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記副空気通路内の
   うち前記空気流量検出素子の下流位置の一部に副空気通
   路の空気の流れを受ける障害物を設け、この障害物は上
   流側から下流側に向けて流線形に近い形状とし、この障
   害物により前記汚れ粒子捕捉手段を構成したことを特徴
   とする空気流量測定装置。
5. 【請求項５】 請求項２又は請求項３において、前記段
   差は副空気通路を構成するボディと別部材としてあるこ
   とを特徴とする空気流量測定装置
6. 【請求項６】 空気通路に空気流量検出素子が設けてあ
   る空気流量測定装置において、前記空気通路のうち前記
   空気流量検出素子の上流側に、一部が密な網目で残りが
   粗な網目或いは網目無しとしたネットを設け、この粗の
   網目或いは網目無しの部分を前記空気流量検出素子の位
   置に臨ませ、前記粗の網目或いは網目無しの周囲に前記
   密な網目を配置して成ることを特徴とする空気流量測定
   装置。