JP3709385B2

JP3709385B2 - 内燃機関用気体流量測定装置

Info

Publication number: JP3709385B2
Application number: JP2002191580A
Authority: JP
Inventors: 幸夫加藤; 博鬼川; 信弥五十嵐; 晃 ▲高▼砂
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2022-07-01
Also published as: EP1970676A1; EP1378729A1; US20040003659A1; US6915688B2; JP2004037131A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸入気体量を測定する気体流量測定装置に係わり、特に気体を吸入する吸気通路の気体流量を測定することを主目的とした気体流量測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の主目的である水飛沫による計測素子への影響を低減する事を主眼に記載された公知例は見られないが、本発明と類似して吸気中に含まれる異物の慣性力を利用して異物を分離する事を目的とした従来技術は下記が上げられる。
【０００３】
（１）特開平１１−２４８５０５号は副通路内を二つの通路に分け、第一の副通路に流量計測素子を配置している。副通路内に侵入したダストはその速度ベクトル方向に開口している第二の副通路に分離される構造となっているが、その構成上、副通路内を流れる空気の主流は流量計測素子を設置していない第二の副通路となってしまい、第一副通路内では十分な安定した空気流が得られず、流量計測精度が大幅に悪化する懸念が有る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明による気体流量測定装置は主に気体を吸入する吸気通路内、特に自動車用内燃機関の吸気通路中に設置される。自動車用内燃機関の吸気通路には水に代表される液体が浸入する可能性があり、気体流量測定装置が設置されている吸気通路部分まで到着する事が有る。吸気中に含まれる液体飛沫が流量計測素子に付着すると、計測素子の瞬間的な放熱量の変化による出力変動が発生し、急激な温度変化による経時劣化、更には熱応力による破損が発生する可能性も有る。
本発明の目的は、吸気中に含まれる液体飛沫や塵などが流量計測素子に付着することが少ない内燃機関用気体流量測定装置を創作することにある。
【０００５】
上記目的は、気体を吸入する吸気通路を構成する主通路と、前記主通路を流れる気体の一部が流入する副通路と、前記副通路内部に気体流量を検出する流量検出素子を配置し、前記流量検出素子と電気的に接続された電子回路を有する内燃機関用気体流量測定装置であって、前記副通路は、前記吸気通路の気体の主流方向上流側から下流側へ形成され前記主流方向に対して傾斜した第一通路と、前記第一通路に設けられ、前記吸気通路の気体の主流方向上流側に向けて開口した副通路入口部と、前記主流方向下流側から上流側へ形成され前記流量計測素子を配置した第二通路と、前記主流方向下流側で前記第一通路と前記第二通路を結ぶ第三通路と、前記第二通路に設けられた副通路出口部とを有し、前記第一通路の外周壁面がまっすぐに形成されたことにより達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は流量計測素子に経時変化，破損，出力変動等のダメージを与える気体中に含まれる液体飛沫をその自身の持っている慣性力により分離する事が可能で、尚且つ流量計測素子が設置される部位で十分な気体流を保持する事が可能な副通路形状を採用している。
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図１から図１２により説明する。
【０００９】
図１は本発明の一実施例を示す気体流量測定装置の縦断面図である。気体を吸入する吸気通路８に気体流量測定装置のモジュールハウジング６がモジュールフランジ１０を介して取り付けられている。モジュールハウジング６の先端部には副通路４が形成され、副通路４内部には発熱抵抗体１，温度補償抵抗２，温度センサ３が配置されている。発熱抵抗体１，温度補償抵抗２はモジュールハウジング６内部に配置された電子回路５と電気的に接続され、さらに電子回路５はコネクタ９を介して外部と電気的に接続される。副通路４は吸気通路８上流方向から下流方向へ向かう第一通路４１，下流方向から上流方向へ形成される第二通路４２，第一通路４１と第二通路４２の吸気通路８に対する下流端付近を連通する第三通路４３と、第二通路４２の下流端付近（吸気通路８に対しては上流側）に吸入吸気の主流方向１４に対し略平行に開口した副通路出口部１２とからなる迂回した形状を構成している。更に、第一通路４１は、吸気通路８の軸線方向に対して傾斜した通路で有り発熱抵抗体１，温度補償抵抗２，温度センサ３は、第二通路４２内に配置されている。なお主流方向１４は、一点鎖線で示された軸線と同一方向である。第一通路の軸線は、鎖線Ｃ−Ｃで示してある。
【００１０】
本構造によれば、副通路４内部に進入した液体はその自身の持っている速度と質量による慣性力により直進し、吸気通路８の軸線方向に対して傾斜している第一通路４１の壁面に衝突付着する。壁面に付着した液分は吸気中に再飛散することなく、そのまま副通路４の迂回方向に対する外周壁面４４に沿って進行し、副通路４の後方付近に配置されている発熱抵抗体１に接触する事なく、副通路出口部１２より再度吸気通路８へ排出される。この場合でも気体自身の慣性力は水飛沫等に比較すると非常に小さいため、気体流は迂回している副通路形状に沿って流れ、流量計測素子部でも安定した計測に必要な十分な流速が得られる。
【００１１】
図２は、本発明の一実施例を示す気体流量測定装置の副通路４の縦断面図で有り、副通路の迂回部形状の一例である。第三通路４３と第一通路４１及び第二通路４２の接合部は副通路迂回方向に対する外周方向の壁面４４が連続した曲線により構成されている。
【００１２】
図３は、本発明の他の実施例を示す気体流量測定装置の副通路４の縦断面図である。図１の実施例に対し、副通路４内部にある第一通路４１と第三通路４３の接合部付近に副通路４と吸気通路８を連通する孔１５を設けたことを特徴とする。右側は気体流量測定装置の副通路４の縦断面図であり、左側は吸気通路８の下流側から見た側面図である。本構造によれば、第一通路４１の副通路外周壁面４４に付着した液体を発熱抵抗体１に至る前に、効果的に副通路４外へ排出することができる。
【００１３】
図４は、図１及び図３に示した副通路出口部１２の位置を変更した他の実施例の縦断面図である。配置は図３と同じである。本構造の副通路出口部１２は、吸気通路８内部を流れる吸気流と略平行に開口し、吸気通路８上流側において副通路入口部１１方向に約９０°迂回して副通路両側壁面４５に開口した副通路出口部１２を設けている。本構造によれば、吸気通路８の軸線上における副通路入口部１１と副通路出口部１２を変える事なく副通路４の長さを増加する事が可能となりほぼ同一形寸法内で、脈動流発生時の出力検出誤差を低減できる。
【００１４】
図５は、図３に対し、副通路４の第一通路４１と第三通路４３の接続部が直線的に接続される通路構造の他の実施例の縦断面図である。配置は図３と同じである。更に、第一通路４１の副通路外周壁面４４が吸気通路８の上流方向から下流方向に直進した正面に副通路４と吸気通路８を連通する孔１５を設けた。本構造によれば、副通路４に進入し第一通路４１の副通路外周壁面４４に付着した液体は、副通路外周壁面４４に沿って直進する。その直進した方向に設けた孔１５より液体を発熱抵抗体１に至る前に効果的に副通路４外へ排出する事が可能である。
【００１５】
図６は、図３に対し第一通路４１と第三通路４３の接合部付近に副通路４の迂回方向に対して内周と外周方向に分離する隔壁１３を設けた他の実施例の縦断面図である。配置は図３と同じである。本構造では、副通路４中に進入した液体は自身の持っている重量と速度による慣性力によって直進し、第三通路４３の副通路外周壁面４４に衝突する。隔壁１３を設けたことによって、傾斜通路部分で副通路外周壁面４４に付着した液分が副通路迂回部分に発生する渦流等の影響により再飛散する事を防止している。よって、副通路外周壁面４４に付着した液分はより効果的に副通路４の副通路外周壁面４４に沿って進行する。
【００１６】
図７は、図６に対し副通路出口部１２の形状を図４と同一とした他の実施例の縦断面図である。
【００１７】
図８は、図１の副通路４の軸線方向と垂直な線Ａ−Ａに沿った断面を示す図であり、副通路４の通路断面形状の他の実施例を示している。
【００１８】
図９は、図１の副通路４の軸線方向と垂直な線Ａ−Ａに沿った断面を示す図であり、副通路４の通路断面形状の他の実施例を示している。副通路４の迂回方向に対して外周側に位置する副通路外周壁面４４と副通路４を形成する吸気通路８の軸線方向と略平行に配置される副通路両側壁面４５との接続部に面取り状の傾斜面を設けた。本構造より、副通路４に進入した液体副通路４の迂回方向に対する副通路外周壁面４４、つまり溝１７により付着した液体は効果的に集まる。また、溝１７の副通路両側壁面４５にある程度の傾斜を設ける事によって、水飛沫が副通路外周壁に衝突した場合の反射方向をより通路外周部に導く事も可能で有り、この構造により更に水飛沫の分離効果は増加する。その角度は、６０〜120度の範囲が効果的である。
【００１９】
図１０は、図１のＡ−Ａ断面を示す図であり、副通路４の通路断面形状の他の実施例を示している。副通路４の迂回方向に対して外周側に位置する副通路両側壁面４５をＵ字形状とした。本構造より、副通路４に進入した液体は副通路外周壁面４４の最外周部１８に集まる。
【００２０】
図１１は、図１のＡ−Ａ断面を示す図であり、副通路４の通路断面形状の他の実施例を示している。副通路外周壁面４４と副通路両側壁面４５の接合部に溝１７を設け、溝１７の副通路４中心側の側壁面は副通路両側壁面４５に対し、角度を有している。本実施例では３０〜６０度としている。本構造より、副通路４に進入した液体は副通路外周壁面４４の溝１７の二箇所に集まる。
【００２１】
図１２は、図１のＢ−Ｂ断面を示す図であり、副通路４の通路断面形状の他の実施例を示している。副通路４内に配置している発熱抵抗体１付近に絞り部１６を設ける。本構造より、発熱抵抗体１付近の第二通路４２面積が縮小される。よって副通路４に侵入した吸気の流速速度が速くなる。たとえ遅い吸気流量を吸入しても吸気の乱れが安定し、出力ノイズを低減することができる。
【００２２】
以上、吸気中に含まれる液体について述べてきたが、吸気中に含まれる塵埃は液滴と同様にその自身の持っている慣性力により直進しようとする。そのため、副通路外周部に集約され、副通路ほぼ中央部に配置される流量計測素子に衝突する事無く副通路外へ排出される。よって塵埃が流量計測素子に付着して流量計測素子の熱容量が変化することにより発生する気体流量測定装置の経時的な出力変化を効果的に防止することができ、また塵埃等が流量計測素子に衝突する事により発生する流量計測素子自身の機械的ダメージも防止することができる。更に、副通路内に侵入した塵埃等は一度もしくは数度に渡り副通路壁に衝突する、この衝突により塵埃が有している運動エネルギーを消費してしまうため、塵埃等が流量計測素子部に到達するときにはその運動エネルギーが減少しており、流量計測素子に衝突してしまった場合でも流量計測素子が受けるダメージを軽減することができる。
【００２３】
更に、副通路の形状のみに特徴を持つため、経時的に効果が減少することはなく、効果は継続的なものとなる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、吸気中に含まれる液体飛沫や塵などが流量計測素子に付着することを少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である気体流量測定装置の縦断面図である。
【図２】本発明の実施例である気体流量測定装置の副通路部の縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施例である気体流量測定装置の副通路部の縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施例である気体流量測定装置の副通路部の縦断面図である。
【図５】本発明の他の実施例である気体流量測定装置の副通路部の縦断面図である。
【図６】本発明の他の実施例である気体流量測定装置の副通路部の縦断面図である。
【図７】本発明の他の実施例である気体流量測定装置の副通路部の縦断面図である。
【図８】本発明の実施例である副通路部の断面形状を示す模式図である。
【図９】本発明の他の実施例である副通路部の断面形状を示す模式図である。
【図１０】本発明の他の実施例である副通路部の断面形状を示す模式図である。
【図１１】本発明の他の実施例である副通路部の断面形状を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施例である副通路部の横断面図である。
【符号の説明】
１…発熱抵抗体、２…温度補償抵抗、３…温度センサ、４…副通路、５…電子回路、６…モジュールハウジング、７…主通路管、８…吸気通路、９…コネクタ、１０…モジュールフランジ、１１…副通路入口部、１２…副通路出口部、１３…隔壁、１４…主流方向、１５…孔、１６…絞り部、１７…溝、１８…副通路壁面最外周部、４１…第一通路、４２…第二通路、４３…第三通路、４４…副通路外周壁面、４５…副通路両側壁面。

Claims

気体を吸入する吸気通路を構成する主通路と、
前記主通路を流れる気体の一部が流入する副通路と、
前記副通路内部に気体流量を検出する流量検出素子を配置し、前記流量検出素子と電気的に接続された電子回路を有する内燃機関用気体流量測定装置であって、
前記副通路は、
前記吸気通路の気体の主流方向上流側から下流側へ形成され前記主流方向に対して傾斜した第一通路と、
前記第一通路に設けられ、前記吸気通路の気体の主流方向上流側に向けて開口した副通路入口部と、
前記主流方向下流側から上流側へ形成され前記流量計測素子を配置した第二通路と、
前記主流方向下流側で前記第一通路と前記第二通路を結ぶ第三通路と、
前記第二通路に設けられた副通路出口部と
を有し、
前記第一通路の外周壁面がまっすぐに形成されたことを特徴とする内燃機関用気体流量測定装置。
発熱抵抗体からなる前記流量計測素子と、吸入した気体の温度を補償する温度補償抵抗と、吸入した気体の温度を測定する温度センサを前記第二通路内に設けたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用気体流量測定装置。
前記第三通路と前記第一通路が接合されてなる前記副通路の迂回部と、前記第三通路と前記第二通路の接合されてなる前記副通路の迂回部を設け、前記２つの迂回部双方もしくはどちらか一方の副通路の外周壁面は連続した曲線により構成されたことを特徴とする請求項１乃至２記載の内燃機関用気体流量測定装置。
前記第一通路と前記第三通路が接合されてなる前記副通路の迂回部の外周壁面に、前記副通路と前記吸気通路を連通する孔を設けたことを特徴とする請求項１乃至３記載の内燃機関用気体流量測定装置。
前記第一通路，前記第二通路及び前記第三通路の何れかの通路、もしくはすべての通路で前記副通路の迂回方向に対する外周面に、前記副通路の軸線方向と略平行な溝を設けたことを特徴とする請求項１乃至４記載の内燃機関用気体流量計測装置。
前記副通路の副通路軸線方向に垂直な前記副通路断面形状が略方形であり、前記副通路迂回方向に対する外周面に設けられた前記副通路の軸線方向と略平行な溝の両側壁面は互いに平行ではなく、前記溝の両側壁面がなす角度が６０〜１２０度であることを特徴とする請求項５記載の内燃機関用気体流量測定装置。
前記副通路の副通路軸線方向に垂直な前記副通路断面形状が略方形であり、前記副通路迂回方向に対する外周面にある前記溝は、前記外周面が前記吸気通路と略平行に配置される前記副通路を構成する両側壁面と接合される近傍にそれぞれ配置され、且つ前記溝の前記副通路中心側に位置する側壁面は前記側壁面に対して３０〜６０度の角度を持つことを特徴とする請求項５記載の内燃機関用気体流量測定装置。
前記副通路の軸線方向に垂直な副通路断面形状が略方形であり、前記副通路の迂回方向に対する外周壁面と、前記副通路の両側壁面と前記外周壁面との接合部が曲面であることを特徴とする請求項５記載の内燃機関用気体流量計測装置。
前記第一通路と前記第三通路の接合部付近に、前記副通路の迂回方向に対して前記副通路を内周と外周方向に分離する隔壁を設けたことを特徴とする請求項３乃至８記載の内燃機関用気体流量測定装置。
前記第二通路部と前記第三通路部の接合部付近から前記流量計測素子部付近の間に、絞り部を設けたことを特徴とする請求項１乃至９記載の内燃機関用気体流量測定装置。