JP3543735B2 - 空気流量測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気流量を測定する空気流量測定装置に関し、特にエンジンに吸入される空気流量の測定に好適な空気流量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、空気と燃料の混合比を電子制御する自動車等のエンジンに用いられ、吸入する空気流量を測定する装置として、質量空気量を直接に検知することができる熱線式空気流量計が多く使われている。熱線式空気流量計は、吸気通路の径に比べて体格の小さい熱線等の発熱抵抗体からの熱伝達量の変化により吸気通路断面の一部の流速を感知し、全体の吸気流量を測定するものである。熱線式空気流量計は直接空気の質量が検出できるので、吸気流量を高精度に測定できる利点がある。
【０００３】
ここで、レシプロ式等のエンジンの低回転数運転時や重負荷運転時においては、吸気通路内での吸気流れは脈動振幅の大きい脈動流れとなっており、一部運転域では逆流を伴う吸気流れとなっている。
【０００４】
この逆流を伴う脈動流れを熱線式空気流量計で測定すると、その計測された信号は、順流と逆流の流れ方向に関係なく流速の絶対値に対応した正の検出信号となって、真の空気流量よりも大きな検出信号を出力する。
【０００５】
また、熱線式空気流量計の流速を感知する熱線プローブは、機械的信頼性が得られる程度の太さの線材で構成され、ある程度の熱容量を有している。このため、脈動流れ発生時の動的な流量変動に対して、応答遅れとなって正確に脈動流れを計測できず検出誤差が発生しやすい。
【０００６】
このように、脈動流れを伴う吸気流れの場合は、従来の空気流量測定装置では測定精度が低下する。
【０００７】
そこで、脈動流れを伴う吸気流量の測定精度を向上させるために、特公平５−５４８９０号公報および特開平１０−３００５４４号公報等に開示されている空気流量測定装置は、脈動した吸気流れの検出信号を電気回路で補正処理をして測定精度を向上させている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特公平５−５４８９０号公報および特開平１０−３００５４４号公報等に開示されている空気流量測定装置は、発生する脈動した吸気流れを電気回路で補正処理して測定精度を向上させているため、電気回路が複雑となり空気流量測定装置のコストが上がってしまう。また、脈動振幅の大きい脈動流れが生じる領域の測定精度を向上させるために、電気回路による補正処理を用いて吸気流量の測定誤差を軽減させているのであって、脈動振幅の大きい脈動流れが生じる領域がゆえに、測定精度の低下は免れない。
【０００９】
本発明の目的は上記の点に鑑み、発生する脈動流れ自体を簡素な構成で低減させ、吸気流量の測定精度を向上させることができる空気流量測定装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１記載の空気流量測定装置によると、エアークリナーの吸気通路下流側に流量計を設け、このエアークリナーケース内に収容したクリーナーエレメントより吸気通路上流側に、吸気通路の内部と大気圧力状態にある吸気通路の外部との間を連通する空気通路を備えた。この大気圧力状態にある吸気通路の外部と連通する空気通路を設けることで、吸気通路内で発生する脈動流れの圧力の高い部分は、空気通路より外部へ抜ける。これにより、吸気流れの脈動振幅は平坦化されスムースな流れとなる。また、脈動流れの圧力の低い部分であって大気圧力よりも低い負圧状態となる場合には、吸気通路の外部より空気通路を通って空気が流入し、吸気流れの脈動振幅は平坦化される効果がある。このように、発生する脈動流れ自体を簡潔な構成で低減させ、吸気流量の測定精度を向上させることができる空気流量測定装置を提供できる。
【００１１】
また、空気通路をクリーナーエレメントより吸気通路上流側に設けることで、異物を含んだ空気をクリーナーエレメントより吸気通路下流側に混入させることがない。
【００１２】
本発明の請求項２記載の空気流量測定装置によると、クリーナーケースは、クリーンサイドケースとダスティサイドケースおよび入口ダクトとからなり、空気通路をダスティサイドケースの壁面あるいは入口ダクトの壁面の少なくとも一方に備える構成とした。このように、従来のクリーナーケースを構成する壁面に、吸気通路の内部と大気圧力状態にある外部との間を連通する空気通路を設けるのみの簡便な構成となり、低コストな空気流量測定装置を提供できる。
【００１３】
本発明の請求項３記載の空気流量測定装置によると、空気通路をダスティサイドケースの壁面であって底部壁面に備えることで、ダスティサイドケース内に溜まる水等をケース外に排出することと、請求項１記載の脈動が原因による吸気測定誤差を大幅に低下させることとを、兼ね備えた効果が発揮できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態である空気流量測定装置を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下説明する空気流量測定装置は、空気と燃料の混合比を電子制御する自動車等のエンジンに用いられ、吸入する空気流量を測定するための熱線式空気流量計等の流量計を備えた空気流量測定装置であって、空気流量測定装置内の吸気通路内で発生する脈動流れ自体を低減させ、吸気流量の測定精度を向上させることが可能な空気流量測定装置とした一実施形態を図１に示す。
【００１５】
なお流量計は、本実施形態の熱線式空気流量計に限定されるものではなく、例えばカルマン渦式流量計等の流量計であっても脈動流れを低減させて、吸気流量の測定精度を向上することができる。
【００１６】
図１に示すように、空気流量測定装置１は、クリーナーケース、および流量計からなる。クリーナーケースは、内部に図示しないエンジンに吸入される吸入空気中の異物をろ過するクリナーエレメント４を備えている。クリーナーケースは、クリーナーエレメント４より吸気通路下流側のクリーンサイドケース２と、クリーナーエレメント４より吸気通路上流側のダスティサイドケース３により構成される。クリーンサイドケース２とダスティサイドケース３とは相互に脱着可能であり、クリーナーエレメント４の交換が可能に構成される。そして、ダスティサイドケース３の吸気通路上流側には吸入空気を取り入れる入口ダクト５が、およびクリーンサイドケース２の吸気通路下流側には出口ダクト６が、それぞれ樹脂により一体で形成されている。
【００１７】
クリーナーエレメント４より吸気通路上流側の位置であり、かつクリーナーケース内の吸気通路内部と大気圧力状態にある外部との間を連通する空気の通路として、ダスティサイドケース３の壁面に空気通路８を形成した。この空気通路８は、従来のクリーナーケースを構成するダスティサイドケース３の壁面に、穴を設けるのみの簡素な構成である。
【００１８】
また、空気通路８をクリーナーエレメント４より吸気通路上流側に設けることで、異物を含んだ空気をクリーナーエレメント４より吸気通路下流側に混入させることがない。
【００１９】
この空気通路８の断面形状は本実施形態では円形の例を示したが、どのような形状であってもよい。空気通路８の大きさ（断面積）については、後述する。
【００２０】
出口ダクト６は、図３に示すように円筒状に形成されており、抵抗温度特性を利用して空気流量を測定する流量計として、例えば熱線式空気流量計７が取り付けられている。この熱線式空気流量計７の概略構成を、図３に示す。図３は、図１に示した空気流量測定装置をＡ方向から見た部分拡大図である。
【００２１】
図３に示すように熱線式空気流量計７は、回路モジュール２５、バイパス部材２０からなる。回路モジュール２５は、出口ダクト６の外周部に固定され、回路モジュール２５と結合されているバイパス部材２０が出口ダクト６の内部に挿入されている。
【００２２】
回路モジュール２５は、回路部２３および流量測定素子２１を有している。また、回路部２３には、空気温度を測定するサーミスタ２２、ならびに感温素子および発熱素子からなる流量測定素子２１が接続されている。バイパス部材２０内には、逆Ｕ字形状のバイパス流路２４が形成されている。そして、発熱素子に供給する電力と感温素子で検出する温度とに基づいて、バイパス流路２４を流通する空気流量が測定され、この結果に基づいて吸入空気量が測定される。
【００２３】
次に、図１に示した空気流量測定装置１が吸入する空気の流れについて説明する。入口ダクト５から流入した吸入空気の流れは、ダスティサイドケース３に導かれ、吸入空気中の異物をクリーナーエレメント４により除去し、クリーンサイドケース２、出口ダクト６へと導かれる。そして、出口ダクト６に熱線式空気流量計７が取り付けられて、出口ダクト６内の吸気通路断面の一部の流速を、熱線式空気流量計７に設けられた流量測定素子２１が感知し、全体の吸気流量を測定している。
【００２４】
上記した吸気経路内を吸入空気が流れ、この吸入空気の流れに脈動流れを伴う場合において、ダスティサイドケース３に設ける空気通路８の大きさ（断面積）は、以下の事項を勘案して決定される。
【００２５】
図４は、図１で示した空気流量測定装置１を装着した図示しないエンジンにおける吸気流量測定時での空気通路８の断面積と、脈動が原因による吸気測定誤差との関係を示す特性図である。この吸気流量測定時での測定条件は、最も脈動振幅が大きく逆流を伴う脈動流れの発生しやすい領域であって、かつ使用頻度の高い領域であるエンジン回転１５００ｒｐｍ、全負荷時の場合を例として示した。図４中の吸気測定誤差は、空気通路８の断面積を変化させて熱線式空気流量計７が検出した吸気流量と、真の吸気流量とから算出した誤差率を表わす。また、この時の入口ダクト５での吸気通路最大断面積は、３．６×１０^-3（ｍ²）である。
【００２６】
前述した条件において、空気通路８の断面積は図４中Ａ点で示すように、７．８×１０^-5（ｍ²）を略境界として７．８×１０^-5（ｍ²）より大きくすることにより脈動が原因による吸気測定誤差を大幅に低下させることができる。
【００２７】
また、７．８×１０^-5（ｍ²）から図４中Ｂ点の０．７×１０^-3（ｍ²）の間は、前述した誤差の低下は微減となる傾向があり、０．７×１０^-3（ｍ²）を略境界として前述した誤差の低下は飽和する。
【００２８】
ここで、空気通路８の断面積を大きくしすぎると、水等の異物混入の問題が発生しやすくなるとともに、脈動が原因による吸気測定誤差を低下させる効果も減少するので、本例では７．８×１０^-5（ｍ²）近傍を選択するのが望ましい。
【００２９】
前述した、最適な空気通路８の断面積は、運転条件により異なるが、最も脈動振幅が大きく逆流を伴う脈動流れの発生しやすい領域であって、かつ使用頻度の高い領域に適合した空気通路８の断面積とすることにより、最大限に脈動低減効果を発揮できる空気流量測定装置１となる。
【００３０】
また、最適な空気通路８の断面積は、エンジンおよび吸気通路を構成する吸気系全ての諸元により、種々変わるものである。
【００３１】
次に、空気通路８を設けることにより、脈動が原因による吸気測定誤差を大幅に低下させる効果が得られるプロセスを説明する。
【００３２】
図５は、図１に示した空気流量測定装置１を用いて吸気流量を測定する原理を説明する流量検出信号波形図である。図５中（イ）は、空気通路８を設ける前における吸気流量を示し、図５中（ロ）は、空気通路８を設けた後における吸気流量を示す。
【００３３】
吸気通路内（ダスティサイドケース３内）で発生する脈動流れのうち、圧力波の高い部分が圧力波の低い部分に比べて、空気通路を経て大気圧力状態にある外部へ空気が抜けやすい。これにより、吸気流れの脈動振幅は平坦化されスムースな流れとなる。
【００３４】
また、脈動流れのうち圧力波の低い部分であって、大気圧力よりも低い負圧状態となる場合には、吸気通路の外部より空気通路８を通って空気が流入し、吸気流れの脈動振幅は平坦化される効果がある。このように、発生する脈動流れ自体を簡潔な構成の空気通路８を設けることで低減させ、吸気流量の測定精度を向上させることができる空気流量測定装置１を提供できる。
【００３５】
（変形例）
図２は、図１の空気流量測定装置１に対して空気通路の位置および数が異なる例を示した変形例による空気流量測定装置の下面図である。
【００３６】
図２の空気流量測定装置１０は、空気通路をダスティサイドケース３の壁面に２個（８ａ、８ｂ） 、および入口ダクト５の壁面に１個（８ｃ） 、全部で双方に３個備えた例を示す。
【００３７】
図２のように、空気通路（８ａ、８ｂ、８ｃ）を複数個設ける場合においては、空気通路８ａ、８ｂ、８ｃの断面積の合計面積を、図１に１個備えた空気通路８の断面積と同等とする。このように、空気通路（８ａ、８ｂ、８ｃ）を複数個設けることにより、分散された１個の空気通路の断面積は小さくなり、水等の異物混入の問題が発生しにくくなる効果がある。
【００３８】
また、空気通路（８ａ、８ｂ、８ｃ）をダスティサイドケース３の壁面、および入口ダクト５の壁面双方に分散して備えても、脈動が原因による吸気測定誤差を大幅に低下させる効果は、図１の空気流量測定装置１と同様に得られる。
【００３９】
また、従来のクリーナーケースを構成するダスティサイドケース３の壁面、および入口ダクト５の壁面に、吸気通路の内部と大気圧力状態にある外部との間を連通する穴形状の空気通路（８ａ、８ｂ、８ｃ ）を設けるのみの簡素な構成とであるため、低コストで上述した効果のある空気流量測定装置を提供できる。
【００４０】
また、図２に示すように、空気通路８ａ、８ｂをダスティサイドケース１３の底部壁面に備えることで、ダスティサイドケース１３内に溜まる水等をケース外に排出することと、脈動が原因による吸気測定誤差を大幅に低下させることとを、兼ね備えた効果が発揮できる。ダスティサイドケース１３内に溜まる水の多くは、入口ダクト１５方向より、飛散してダスティサイドケース１３内の底部に溜まるものである。
【００４１】
なお、前述した空気通路の配置例の以外にも、クリーナーエレメントより吸気通路上流側であれば、例えば入口ダクト５の壁面のみに備えてもよいし、空気通路の数は限定されるものではない。このように空気通路を分散させて備えても、空気通路を備えることによる脈動を低減させる効果は同様に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気流量測定装置を示す全体構成図である。
【図２】本発明の変形例による空気流量測定装置の下面図である。
【図３】図１に示した空気流量測定装置をＡ方向から見た部分拡大図である。
【図４】図１に示した空気流量測定装置での空気通路の断面積と脈動による吸気測定誤差の関係を示す特性図である。
【図５】本発明の空気流量測定装置を用いて吸気流量を測定する原理を説明する流量検出信号波形図である。
【符号の説明】
１ 空気流量測定装置
２ クリーンサイドケース
３ ダスティサイドケース
４ クリーナーエレメント
５ 入口ダクト
７ 熱線式空気流量計（流量計）
８ 空気通路

Claims (3)

1. 吸入された空気中の異物を除去するクリーナーエレメントと前記クリーナーエレメントを収容するクリーナーケースとからなるエアークリーナーと、
   前記エアークリナーの吸気通路下流側に設けられる流量計と、
   前記クリーナーエレメントより吸気通路上流側に設けられ、前記吸気通路の内部と大気圧力状態にある前記吸気通路の外部との間を連通する空気通路とを備えることを特徴とする空気流量測定装置。
2. 前記クリーナーケースは、前記クリーナーエレメントより前記吸気通路下流側のクリーンサイドケースと、前記クリーナーエレメントより前記吸気通路上流側のダスティサイドケースおよび前記ダスティサイドケースの吸気通路上流側に接続された入口ダクトと、を備え、
   前記空気通路を、前記ダスティサイドケースの壁面、あるいは前記入口ダクトの壁面の少なくとも一方に備えることを特徴とする請求項１記載の空気流量測定装置。
3. 前記空気通路を、前記ダスティサイドケースの底部壁面に備えることを特徴とする請求項２記載の空気流量測定装置。

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