JP3867106B2 - 空気流量測定モジュール - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気系を構成してその吸入空気流量を測定する空気流量測定装置に係り、特に自動車のエンジンに吸入される空気流量を測定するのに適する発熱抵抗式空気流量測定装置に関する。

本発明に最も近い公知例として、特許公報平4−75385号記載の空気流量計がある。しかし、特許公報平4−75385号では、主流路，副流路及び回路部の取付固定法については開示されておらず、また、副流路が主流路内をブリッジ状に両端支持される構造となっているため、本発明の第一の目的である回路部と副流路部を一体のモジュール化し、主流路の大きさによらず標準化したモジュールを種々の内燃機関に適用可能な構造とはなっていない。また、副流路の構造が複雑になるため計測精度の劣化が懸念され、数部品を結合して形成する必要が生じるためコストが高くなること等から実用化に適するものには至っていない。さらに、主流路が吸気系の異なる位置に配置されることによる環境の変化への対応やモジュールと主流路の取付ばらつきへの対応について十分考慮した構造とはなっていない。

本発明は、発熱抵抗式空気流量測定装置の最大の課題である内燃機関のシステムコスト
の低減を達成するために、回路部と副流路部を一体化したモジュールに発熱抵抗式空気流
量測定装置のほとんどの機能を持たせ、そのモジュールをひとつの製品として取り扱える
ようにしたものである。更に、取付ばらつきによる計測精度悪化の低減を図り、さらに取り扱い性の向上を図ったものである。

上記課題は、電子回路を内蔵した回路ハウジングと、曲がり部を有する副流路が構成された副流路構成部材と、前記副流路内に配置される検出素子とが一体に構成され、前記副流路構成部材を主流路を構成する壁に設けられた挿入穴から挿入し、前記副流路が前記主流路内に位置するように前記副流路構成部材を設置する空気流量測定モジュールであって、前記副流路構成部材はプラスチック製であり、プラスチック製のホルダと一体に組み付けられると共に、前記プラスチック製のホルダは前記副流路構成部材の反対側でベース部材に固定され、かつ前記検出素子が固定されるターミナルが前記ホルダの内部を貫通して前記検出素子が前記副流路内に位置するよう前記副流路構成部材と一体化され、前記副流路構成部材は、主流路を流れる主流と垂直な面及び主流と平行な面よりなり、主流に対して垂直方向に延びる空気取り込みのための副流路の入口開口面と、前記検出素子を通過した空気が流れ、かつ前記入口開口面よりも主流の下流側に配置され、主流と垂直な面及び主流と平行な面によって形成されて主流と垂直方向に延び、断面がほぼ長方形状の出口流路と、を形成し、前記副流路構成部材の主流方向の長さを前記入口開口面の前記出口流路の流れ方向と垂直な幅の約２倍程度にしたことを特徴とする空気流量測定モジュールによって解決される。

本発明によれば、発熱抵抗式空気流量測定装置の最大の課題である内燃機関のシステムコストの低減を達成するために、回路部と副流路部を一体化したモジュールに発熱抵抗式空気流量測定装置のほとんどの機能を持たせ、そのモジュールをひとつの製品として取り扱えるようにできる。更に、取付ばらつきによる計測精度悪化の低減を図り、さらに取り扱い性の向上できる。

本発明の実施例について簡単に説明し、後で図面を用いて更に詳細に説明する。
内燃機関のシステムコストを低減するために、発熱抵抗式空気流量測定装置のコスト低
減と他の吸気系部品との一体化によるシステムの部品点数の削減を図っている。まず、回
路部と副流路部を一体化したモジュールとすることによって、比較的コストの高い流量計
ボディを単純管路である主流路と主流路の壁面に設けた穴と回路の固定面で構成し、大幅
なコスト低減を可能とした。また、副流路を構成する部品の形状も単純化及び小型化し、
回路部との一体化も容易とし、回路部と副流路部を結合する部品の一体化を図り空気流量
測定装置のコスト低減を達成した。さらに、流量計ボディの形状が単純化されたため、流
量計ボディを別部材で作成せず他の吸気系部品と一体に形成することを可能とし、システ
ムの部品点数を削減した。また、主流路の設定される位置や主流路の大きさが変わっても
標準化したモジュールを適用可能としている。
小形・軽量化のためには、副流路をその機能を損なうことなく、副流路形状の単純化，
曲がり流路による通路全長の維持，感温抵抗体の副流路の直角曲がり部への配置，副流路
の主流方向に垂直な第２通路を主流方向より主流と垂直な方向が長い断面形状とすること
などで副流路の主流方向長さを低減し、副流路の主流方向に垂直な第２通路も短く抑えて
副流路を構成する部材を小型・軽量化するとともに、主流路中の副流路構成部材の占める
割合を小さくし、副流路形状も圧力損失を生じにくくすることで主流路の断面積を大きく
せずにすむ構造として主流路の小型・軽量化を可能としている。また、副流路を挿入する
ための主流路壁面の穴は、副流路を構成する部材の幅と長さの比を大きくしないようにし
て径の小さい円形とすることを可能として、挿入穴の形成を容易化し、回路の小型化に対
応できるようにした。
環境変化への対応としては、主流路内の空気の流れが吸気系の位置によって変化するこ
とへの対応と、空気流量測定装置の置かれる位置による温度変化への対応を図っている。
主流路中に脈動流が生じることによる計測誤差に対しては、副流路をＬ字形の曲がり流路
とし、主流方向に平行な第１通路と垂直な第２通路の長さの比を最適化しており、逆流の
発生に対しては、副流路の出口開口面を主流方向と平行な面に形成し、出口部の上流にひ
さし状の突起を設けている。主流路の偏流による計測誤差に対しては、副流路の入口開口
面を受皿状とし、出口上流に傾斜面を設けるとともに、主流路中の副流路の出入口の配置
を最適化している。主流路の乱流，旋回流に対しては、副流路の全長を十分長くし、第１
通路の断面積に対して第２通路の断面積を大きくすることを可能とし、出口上流に両側に
壁のある傾斜面を設けている。温度変化に対しては、吸入空気の温度を計測する感温抵抗
体をベース部材から離れた位置で副流路の直角曲がり部の内側コーナの近くに固定し、発
熱抵抗体は感温抵抗体よりもベース部材に近い位置に固定している。また、発熱抵抗体の
固定位置による計測精度の悪化を防止するために、副流路の入口開口部の受皿状の底面と
第１通路が作るコーナから発熱抵抗体の間隔を適正化している。
モジュールの主流路への取付ばらつきに対しては、副流路を構成する部材の副流路部の
ベース部材と平行な断面の外形を長方形あるいは台形等副流路の入口開口面のある主流方
向と垂直な面と主流方向と平行な面が設けられる形状とすること、副流路の出口開口面を
主流方向と平行な面に形成し、入口開口面の出口方向を堀り込んだ受皿状としていること
により対応している。
取り扱い性の向上に対しては、回路部と副流路部が一体のモジュールとなっていること
、主流路の挿入穴はベース部材で覆いかくされる大きさとし、Ｏリング，パッキンガスケ
ット等により、挿入穴部からの空気もれを防止可能としていること、Ｏリングを装着する
溝を形成しＯリング付のモジュール化を達成していること及びモジュールを主流路に着脱
可能に固定していることにより対応している。
回路部と副流路部を一体化したモジュールとし、そのモジュールに発熱抵抗式空気流量
測定装置のほとんどの機能を持たせたことにより、モジュールはひとつの製品として取り
扱えるものとなった。これにより、内燃機関を取りまとめる企業、例えば自動車メーカは
、安価な発熱抵抗式空気流量測定装置を得ることができ、また、吸気系の自由なレイアウ
トが可能となる。
モジュールは、電子回路を回路ハウジング及びカバーにより保護し、発熱抵抗体及び感
温抵抗体は副流路構成部材により保護されているため、取り扱いによる事故を防止してい
る。
副流路をＬ字形の曲がり流路とすることにより、副流路の全長を十分に長く設定できる
ため、副流路の出口部の主流路の空気の流れの乱れによる発熱抵抗体付近の空気の流れへ
の影響を軽減している。また、副流路の出口上流に両側に壁のある傾斜面を設けた構造に
より、副流路出口部の主流路の流れを方向性の整った慣性力の強い安定した流れと、主流
路の流れの乱れ自体を低減している。副流路の入口開口面を主流路の流れ方向に垂直な面
に開口し、出口開口面を主流方向に平行な面に開口しているのは、入口に動圧を受け出口
を静圧で引くようにして出入口間の圧力差を高め、副流路に流入する空気の流速を高めて
副流路内の流れを安定化するためである。さらに、副流路の第２通路の断面形状を幅広く
しているのは、副流路構成部材の主流方向の長さを短く抑えながら断面積を確保して副流
路が直角に曲がることで生じる流れのはく離による第２通路の流れ面積の減少を補い、副
流路に流入する空気の流速減少を防止して発熱抵抗体付近の流れを安定化するためである
。このように、副流路内、特に発熱抵抗体付近の流れを安定化することにより空気流量測
定装置の出力ノイズを減少し計測精度を高める効果がある。また、Ｌ字形の副流路は、主
流路に脈動流が生じた時の発熱抵抗体の放熱特性の非線形性と応答遅れにより生じるマイ
ナス誤差を、副流路の出入口間の主流路の相対長さに対して副流路の長さを長くとり造流
路内の流れに慣性効果を持たせることで脈動時の出力をプラス変化させて前記マイナス誤
差を相殺し、脈動による出力誤差を低減する効果がある。副流路の第１通路の長さに対し
て第２通路の長さを２倍としているのは、前記のＬ字形副流路における慣性効果の度合を
前記マイナス誤差を相殺するのに最適な長さ比としたものである。さらに、副流路の出口
開口面をベース部材と平行な面に設け、副流路構成部材を回路側に固定した片持ち構造と
しているため、主流路の壁面に回路部を固定することで副流路部も主流路に固定され、片
持ちのため主流路の大きさが異なる場合でも主流路の中心と回路部取付面の間隔を一定に
することにより、主流路の中心と副流路の出入口の位置を変えずに標準化したモジュール
を適用することが可能である。
発熱抵抗体を第１通路中に、感温抵抗体を直角曲がり部に配置するのは、第１通路の長
さを短く抑えることを可能とするためで、両抵抗体を近接して配置することによる熱的流
れ的干渉を防止し、発熱抵抗体は流れの安定化を図りやすい第１通路に配置することで計
測誤差を低減している。第１通路の長さを短くして副流路構成部材の主流と変更な長さを
短くできると、その長さを、副流路構成部材の幅が空気流量計の圧力損失の増加が問題と
ならない程度に小さくても２倍以内とすることができるため、主流路の壁面に設ける副流
路を差し込むための挿入穴を比較的小さな円形とできるため、挿入穴の形成が容易となり
、主流路形成の複雑化，大型化を防止できる。また、挿入穴はベース部材に覆いかくされ
る大きさにできるため、回路部のさらなる小型化に対する余裕を確保でき、ベース部材の
底面と主流路の外壁の回路部固定面の間を、Ｏリング，パッキン，ガスケットなどでシー
ルし、挿入穴部から主流路内外の空気もれを防止でき、空気もれによる計測誤差を防止で
きる。また、挿入穴を円形としているのでＯリングによる径シールも可能である。
ベース部材を基準にして、ターミナルをホルダに保持してベース部材を貫通するように
固定し、ベース部材の上面に電子回路，回路ハウジングを固定し、回路ハウジングの上面
をカバーで覆い、ベース部材の下面のターミナルあるいはホルダに発熱抵抗体及び感温抵
抗体を固定し、副流路構成部材に設けた穴にホルダ及びターミナルを挿入して、発熱抵抗
体と感温抵抗体が副流路内に位置するように副流路構成部材をホルダあるいはベース部材
に固定する方法は、製造が容易であり、生産コストの低減が図れる。さらに、ベース部材
と回路ハウジング，ベース部材とホルダ等の一体化が可能であるため、部品の点数の削減
が可能で一層のコスト低減が図れる。また、各部品の固定は、インサート成形，接着，溶
着等固定のための追加部品を要せずに行える構造となっている。さらに、副流路構成部材
とホルダあるいはベース部材の接合面に溝を形成することができ、その溝にＯリングを装
着しておけば挿入穴のシールのためのＯリングを脱落の心配無しに一体化したモジュール
が得られ、取り扱い性をより向上したモジュールが得られる。
副流路構成部材の副流路部のベース部材と平行な断面の外形を長方形あるいは台形等副
流路の入口開口面のある主流方向と垂直な面と主流方向と平行な面のある形状とすること
により、モジュールを主流路へ取り付けた時のモジュール回転方向に対する取付角度のば
らつきによる計測誤差を低減できる。主流路の流れ方向に対してモジュールの取付角度が
曲がっていると副流路の入口開口面の有効面積（主流方向に垂直な断面に投影した面積）
が減少するため、副流路へ流入する空気流量が減少しマイナス側の出力誤差を引き起こす
ように作用する。反面、副流路構成部材の主流に平行な面は、モジュールの取付角度が曲
がっていると主流路の有効面積を減少するため、副流路へ流入する空気流量を増加しプラ
ス側の出力誤差を引き起こすように作用するため、両作用が相殺されてモジュール取付角
度のばらつきによる計測誤差を低減できる。一般的な主流路の断面積及び副流路構成部材
の大きさを考慮すると、副流路入口開口部の幅に対して主流方向に平行な面の主流方向長
さを約２倍程度とすると上記の相殺効果が適切となる。副流路構成部材の副流路部のベー
ス部材と平行な断面の外形と、台形あるいは台形と長方形を組み合わせた形状としている
のは、上記の取付角度の影響低減効果を損なわず、また、第２通路の断面積を減少させず
に副流路構成部材の上面に生じる動圧を減少し、空気流量測定装置の圧力損失を低減する
ためである。さらに、副流路構成部材の下流底面を円弧状にしているのは、下流のはく離
渦を小さくし圧力損失を低減するためと、第２通路の断面も一辺を円弧状として拡大する
ことも可能なためである。前記副流路の断面外形の最も長い対角線の長さと主流路の壁面
に設けた円形の挿入穴の直径をほぼ同じにしているのは、挿入穴を小さく抑えるためであ
る。
副流路の入口開口面の出口方向を堀り下げた受皿状にしているのは、主流路の広範囲の
部分から副流路に空気を取り込むようにし、主流路中に偏流が生じた時の計測誤差を低減
することが第１の目的である。この偏流時の計測誤差の低減作用は、副流路出口上流の傾
斜面にもある。偏流により、出口上流の流速が速くなると傾斜面の下流に生じるはく離域
が広がり、副流路出口の吸い出し効果が大きくなって副流路に流入する空気流量が増加し
、反対に出口上流の流速が遅くなると出口のはく離域が小さくなり副流路に流入する空気
流量が減少するため、副流路の入口開口面の上流流速の変化による副流路流入流量の影響
度とうまく相殺し合う位置関係に出入口を設置すると偏流による計測誤差が低減できる。
この作用が最も有効となるのは、第１通路を主流路の中心から偏心した位置に設け、主流
路の中心付近を含む範囲に受皿状の部分を広げ、副流路の出口を主流路の中心に対して入
口の反対部分に設けた時である。また、この受皿状の入口開口部は、回路固定面や主流路
壁面の挿入穴が傾いたことによる副流路構成部材の上下流方向の傾きばらつきによる計測
誤差の低減効果がある。副流路の出口方向が主流路の上流方向に傾くと、出口開口面は主
流路の上流側から見えるようになる方向に傾くため、出口開口面に若干の動圧が生じる、
あるいは負圧が減少するため、副流路の出入口間の圧力差が小さくなり副流路へ流入する
空気流量が減少し、マイナスの計測誤差を生じるように作用する。一方、受皿状の開口面
は第１通路が下流になる方向に傾くため、主流路の中心付近の流れをより副流路へ導きや
すくするとともに、第１通路中に生じるはく離域が大きくなり発熱抵抗体付近の流速を速
めるためプラス側の計測誤差を生じるように作用する。この両作用は互いに相殺し合うた
め、上記の副流路構成部材の傾きばらつきによる計測誤差を低減できる。反対に出口が下
流側になるように傾くと、出口部は負圧が大きくなり、入口部は副流路に空気の取り入れ
にくい方向に傾くとともに第１通路内のはく離域を小さくするため、出入口の作用が相殺
し合って計測誤差を低減できる。
感温抵抗体を第１通路の中心線よりベース部材から離れる位置に固定するのは、感温抵
抗体を直角曲がり部の中で最も流速の速い内側コーナ近くに位置させ、吸気温度の検出精
度を向上させるとともに、吸入空気温度と空気流量測定装置の周囲の温度に差が生じるよ
うな温度環境下において、ターミナルやホルダを介しての熱伝導により、例えば周囲温度
が高い時、周囲からホルダ及びターミナルを伝わった熱により感温抵抗体の温度が吸気温
度より高くなるような吸気温度検出誤差を減少する作用を持たせるためである。感温抵抗
体が吸気温度より高く誤計測するとプラス側の流量計測誤差を生じる。一方、発熱抵抗体
は、周囲温度が高い環境下ではターミナル及びボルダへの熱伝導による放熱量が減少する
ためマイナス側の流量計測誤差を生じるように作用する。従って、両抵抗体への影響度を
等しくすれば吸気温度と周囲温度が異なる環境での計測誤差を低減できる。実際には、両
抵抗体の温度の違いにより、熱伝導の影響度及び空気への熱伝達による影響度が異なるた
め、単純に発熱抵抗体と感温抵抗体のターミナル及びホルダの熱抵抗を等しくしても不十
分であり、感温抵抗体側は熱抵抗を大きくし、発熱抵抗体側は感温抵抗体側より熱抵抗を
小さくすると良い。感温抵抗体をベース部材より離れた位置に固定し、発熱抵抗体を感温
抵抗体よりベース部材に近づけて固定することにより、上記の温度環境下での計測誤差を
低減するための両抵抗体の適切な熱的バランスを容易に得ることができる。
発熱抵抗体の第１通路内の配置位置は、第１通路内の主流内、すなわち流速が速く安定
した流れの中に配置する必要がある。従って、上記のような温度環境を考慮した発熱抵抗
体の配置に際しても、感温抵抗体との位置関係のみでなく第１通路中の位置に対しても配
慮しなければならない。単純円管通路であれば主流はその中心付近となるが、受皿状の開
口面を持つ直角曲がり通路での第１通路中の主流の位置を決定する要因として、受皿状入
口開口面の底面と第１通路によって形成される第１のコーナにより生じるはく離流により
主流を管路中心よりもベース部材方向に動かす作用と、直角曲がり部で内側コーナ（第２
のコーナ）近くの流速が速くなることにより主流を管路中心よりもベース部材から離れる
方向に動かす作用がある。すなわち、前記第１のコーナと第２のコーナの位置関係が第１
通路内の主流の位置に影響し、両コーナを結ぶ壁面である第１通路のベース部材から最も
離れた内壁と発熱抵抗体との間隔を適切にとれば、発熱抵抗体を第１通路の主流中に配置
することができる。一般的な副流路の大きさでは、第１通路のベース部材から最も離れた
内壁から上記第１のコーナと第２のコーナの間隔の１／２〜１倍ベース部材方向に離れた
部分が第１通路の主流の範囲となる。
第１通路の断面形状を半円と長方形を組み合わせた形とするのは、発熱抵抗体と感温抵
抗体の位置関係を適切としながら、発熱抵抗体を第１通路の主流内に配置するためのひと
つの手段である。すなわち、発熱抵抗体の位置は感温抵抗体との関係から最適化し、第１
通路の主流の位置を発熱抵抗体付近に動かすために、前記第１のコーナと第２のコーナを
持つベース部材から最も離れた第１通路内壁の位置を自由に設定できる形状としたもので
ある。
以上のように、本発明の副流路部の構成には、環境変化や取付ばらつき及び装着性に対
する多くの機能を持たせているが、副流路構成部材は、複数の部品を組み合わせる必要が
無く、ひとつのプラスチック成形品として形成可能な単純な形状を維持している。従って
、モジュール自体のコストを安く抑えることを可能としている。また、主流路の形状を単
純化できたこと、モジュールがひとつの製品として取り扱うことが可能な機能，構造とな
っていること、環境変化や取付ばらつきにも対応できること等から、他の吸気系部品に主
流路を一体化することが可能となり、また、モジュールの標準化も可能なことから内燃機
関のシステムコストの低減も達成できる。さらに、モジュールは、回路部を主流路外壁に
取り付けるだけで主流路に固定可能としているので装着性が良く、着脱可能に固定するこ
とも容易である。着脱可能な固定とすれば、市場での故障等への対応もモジュール部のみ
を交換することで容易に対応できる。
以下、本発明の実施例を図１〜図１４により説明する。

図１は本発明の一実施例の横断面図であり、図２はその上流側（左側）から見た外観図である。

ベース部材７の上面には、電子回路８及び回路ハウジング９が固定され、外部機器と電気的に接続するためのコネクタ１１は回路ハウジング９に一体化され、回路ハウジング９の上面はカバー１０によって覆われている。電子回路８と電気的に接続しているターミナル１３はベース部材７の下面方向に引き出され、発熱抵抗体１と感温抵抗体２がターミナル１３と電気的に接続されて固定されている。副流路３は、ベース部材７と垂直な面に開口する入口開口面３０１と、入口開口面からベース部材と平行に延びる第１通路３０２と、ベース部材と垂直な方向に延びる第１通路の約２倍の長さを有する第２通路３０４と、ベース部材と垂直な面に開口する出口開口面３０５及び第１通路３０２と第２通路３０４の交点部分にあたる直角曲がり部３０３によって構成されるＬ字形の流路であり、発熱抵抗体１が第１通路３０２内に、感温抵抗体２が直角曲がり部３０３内に位置するように、副流路構成部材４がベース部材７に固定される。上記によって、発熱抵抗式空気流量測定装置の回路部と副流路部を一体化したモジュールが構成される。

一方、主流路５を構成する流量計ボディ６の壁面には、副流路構成部材４を差し込むための挿入穴１４及びベース部材７を取り付ける取付固定面１５が設けられている。この流量計ボディ６に、副流路３の第１通路３０２が主流路５の流れ方向１７と平行になるように副流路構成部材４を挿入穴１４から主流路５内に差し込み、挿入穴１４の周囲がシールされるように取付固定面１５とベース部材７の底面の間にゴムパッキン１６をはさんでベース部材７が主流路外壁にネジ１８により固定されている。

上記実施例に対して、さらに種々の環境下における計測精度の悪化を低減する構成及び副流路構成部材とベース部材の固定法を具体化した実施例の横断面図を図３に、その上流側（左側）から見た外観図を図４に示す。

ターミナル１３がホルダ１９の内部を貫通するようにターミナル１３をホルダ１９と一体化し、ベース部材７の穴部を通してベース部材７とホルダ１９が固定される。ここで、ターミナル１３とホルダ１９及びベース部材７の種々の固定法を挙げると、ターミナル
１３及びベース部材７が金属製でホルダ１９がプラスチック製で、ホルダ１９の成形時にターミナル１３とベース部材７をインサート成形することにより３者を一体化する方法，ターミナル１３とホルダ１９をインサート成形しベース部材７と接着等により固定する方法、あるいは、図３では別部材として示しているが、ベース部材７とホルダ１９をひとつのプラスチック成形品としてターミナル１３をインサート成形する方法、及び、最も部品点数を少なくするために、回路ハウジング９とベース部材７とホルダ１９をひとつのプラスチック成形品としてターミナル１３をインサート成形する方法等がある。電子回路８は、ベース部材７あるいはホルダ１９の上面に固定され、ターミナル１３とワイヤ等の導電性部材２２を介して電気的に接続される。また、回路ハウジング９もベース部材７の上面に固定され、回路ハウジング９の上面はカバー１０を固定することによって覆われる。

一方、ターミナル１３の電子回路８の反対端部には、発熱抵抗体１及び感温抵抗体２が電気的に接続固定される。本実施例では、感温抵抗体２を副流路３の直角曲がり部３０３の内部でその内側コーナ近くに位置するように固定し、発熱抵抗体１は副流路３の第１通路３０２内で感温抵抗体２よりもベース部材７に近い位置になるように固定して、温度変化の激しい環境においても計測誤差を低減できる構成としている。

副流路構成部材４には、前記第一の実施例と同様に入口開口面３０１，第１通路３０２，直角曲がり部３０３，第２通路３０４，出口開口面３０５から構成されるＬ字形の流路に加えて、副流路３内に取り込む空気を広範囲、特に主流路５の中心付近から導くことを目的とした周囲に壁を残して堀り込んだ受皿状入口３０６，出口部の流れを安定化することを目的とした両側に壁のある傾斜面３０７とその傾斜面の先端を出口開口面３０５より下方に出張らせた出口庇３０８、及び、ホルダ１９を挿入する穴４０１とホルダ１９との接合面４０２が設けられている。また、副流路３の第１通路３０２は、発熱抵抗体１の固定位置を温度影響を優先して第１通路３０２の中心よりもベース部材７に近付く方向として、第１通路３０２の流れと垂直な断面中で流速が比較的速く流れの安定した範囲を発熱抵抗体１の固定部に持ってくるために、半円形と長方形を合わせた断面形状とし、受皿状入口３０６の底面と第１通路３０２の作るコーナと直角曲がり部３０３の内側コーナの間隔に対して前記両コーナをつなぐ第１通路３０２の内壁と発熱抵抗体１の間隔が１／２から１（同間隔）となるようにしている。さらに、第２通路３０４と平行な肉盗み穴４０３を設け、副流路構成部材４を均肉化しプラスチック成形のひけによる形状変化を防止するとともに、材料費及び重量を低減している。

この副流路構成部材４は、ホルダ挿入穴４０１にホルダ１９を差し込み、接合面４０２でホルダ１９と接着固定される。ここで、ホルダ１９に設けた段差と副流路構成部材の接合面４０２により溝部４０４が形成される。この溝部４０４はＯリング２０の装着溝であり、Ｏリング２０により主流路壁面の挿入穴１４がシールされる構成となっている。上記により、回路部と副流路部及び挿入穴シール用のＯリングが一体化したモジュールが構成される。

これを前記第一の実施例と同様に流量計ボディ６に固定することにより、発熱抵抗式空気流量測定装置が完成される。本実施例では挿入穴シール用のＯリングがモジュールに装着されているため、ゴムパッキンは不要である。本実施例では、回路ハウジング９をベース部材７とともにネジ１８にて固定し回路ハウジングの固定強度を増加したものを示しており、また、流量計ボディ６の主流路５の入口面に整流格子２１を装着し、さらに計測精度を改善したものを示している。

図５は第二の実施例で示した発熱抵抗式空気流量測定装置の回路部と副流路部を一体化したモジュールの横断面図で、図６はその下方（出口方向）から見た外観図である。

副流路構成部材４のベース部材７と平行な断面の外形は、ホルダ１９の挿入部が円形で、副流路部が第１通路の流れ方向と垂直な辺の長さに対して第１通路の流れ方向と平行な辺の長さが１〜２倍になっている長方形としている。また、ホルダ１９の主流路壁面の挿入穴１４に差し込まれる部分の外形も円形としており、その直径を副流路部の長方形断面の対角線の長さとほぼ等しくしているため、主流路壁面に設ける挿入穴を比較的小さな円形とすることができる。さらに、副流路の入口開口面３０１の第２通路３０４の流れ方向と垂直な開口幅は、前記副流路部の長方形断面の第１通路３０２と平行な辺の長さの約１／２としており、第２通路３０４の断面形状は、第１通路３０２と平行な辺より垂直な辺の方が長い長方形としている。

図７及び図８は、図６と同様に図５の下方から見た外観図である。図７は、ホルダ１９の主流路壁面の挿入穴１４に差し込まれる部分のベース部材７と平行な断面の外形は図６と同じ直径の円形とし、副流路の第２通路３０４の形状も図６と等しくして、副流路構成部材４の副流路部のベース部材７と平行な断面の外形を台形と長方形を組み合わせた形状としたものである。図８は、さらに第２通路の下流側底面及び副流路部の断面外形の下流側底面を円弧状としたものである。

図９はエンジンの吸入空気量をコントロールするバルブ２３を有するスロットルボディ２４に図５に示したモジュールを挿入して成る発熱抵抗式空気流量測定装置を示したものである。流量計測部はバルブ上流に配置しており、空気の流れは図示左側から右側へ流れる。副空気通路を持つスロットルボディ一体形発熱抵抗式空気流量計は、既に製品化されているが、副空気通路部材がスロットルボディと一体で構成されているか、又は、モジュールの回路を覆うハウジング部材がスロットルボディと一体で構成されておりスロットルボディの構造がかなり複雑化してしまう。これに対し、図９に示す本発明の実施例によればハウジング部材及び副空気通路部材がモジュールと一体化されているため、スロットルボディの構造を簡素化することが可能となる。また、スロットルバルブを持たない吸気系（例えばディーゼル車）ではモジュールを直接インテークマニホールドへ装着することも可能である。

図１０は、エンジンルーム内に配置されるエアクリーナの一部に図５に示したモジュールを取り付けた実施例を示したものである。エアクリーナは新規空気を取込むための導入ダクト２５を有する上流側ケース部材２６と吸気ダクト３０とエアクリーナを接続するための接続ダクト２８を有する下流側ケース部材２７で空気中のダストを除去するためのフィルタ２９をはさみ込んで固定する構造である。当然ではあるが空気の流れは図示矢印の様に流れ、接続ダクト２８にはフィルタ２９によりダストが除去されたクリーンな空気が流れる。ここで、接続ダクト２８の一部に発熱抵抗式空気流量測定装置の副空気通路部を挿入するための挿入穴１４があいており、これをネジ等を使って接続ダクト２８とモジュールとを機械的に固定する。これにより、前記した主空気通路を構成するボディの代りに接続ダクト２８の様なエアクリーナの一部分を使って主空気通路を構成することが可能となりボディを必要としないモジュール単体での安価な発熱抵抗式空気流量測定装置を提供することが可能となる。

図１１に示す例は基本的には図１０と同様にエアクリーナの一部に図５に示すモジュールを取り付けた実施例を示したものである。図１０では下流側ケース部材２７の外側に設けた接続ダクト２８の一部に発熱抵抗式空気流量測定装置のモジュール部を取り付けたが、図１１では、下流側ケース部材２７の内側にダクト３１が設けられており、ダクト３１の一部に挿入穴１４を設けモジュールを取り付けた例を示したものである。尚、図にはダクト３１の先端部分は空気の流れを整流化するためにベルマウス状にしている。本構造の様に発熱抵抗式空気流量測定装置のモジュールをエアクリーナ内部に入れることにより図１０に示した接続ダクト２８に相当する部分の長さを短くできるため、吸気系のコンパクト化を図ることが可能である。尚図１０に示した接続ダクト２８及び図１１に示したダクト３１は図示ではエアクリーナ下流側ケース部材２７と一体で記述したが各々別体で製作し後から機械的強度を保つ様に固定してもかまわない。

図１２は別の実施例を示す発熱抵抗式空気流量測定装置の横断面であり、図１３はその上流側（左側）から見た図である。図３〜図４との相違は主空気通路を構成するボディ
３２の内径を大きくしたものである。ボディ内径を大きくすると単純に考えれば、副空気通路の内、流量を計測するための発熱抵抗体１が配置される第１通路３０２及び入口開口面３０１がボディ壁面近くに片寄ってしまう。この場合、仮にボディ３２の上流側の形状（エアクリーナ及びダクト形状）によりボディ３２内において空気の流れに偏流が生じた場合、壁面に近い場所においてはその偏流によって発熱抵抗式空気流量測定装置の計測誤差を生じてしまう。通常管内を流れる流速分布は管の中心部分が最も流速が速く、壁面に近づくにつれておそくなる様に放物線に近い分布を示す。すなわち管内の中心では平均流速より流速は速く壁面ではおそくなり、流速の平均値は中心よりズレた位置で計測することが望まれる。このため、本発明品においては副空気通路の出入口を管中心からズラして平均流速の値を副空気通路に取込む様にしている（副空気通路内を流れる流速値を決めるのは出入口の圧力差であり出入口共に管中心よりズラす必要が有る）。しかし、偏流の大部分はこの最も流速の速い位置が中心位置からズレてしまい、中心に対し一方が速い流速の値を示し、他方はおそい流速の値を示してしまう。このため速い流速分布の位置に副空気通路の入口開口面３０１が有ると、平均流速よりプラス側の計測誤差が生じ、逆におそい位置に有るとマイナス側の計測誤差を生じる。

この様にボディ３２の内径を大きくした場合においても偏流による計測誤差をおさえるためにボディ３２にベース部材７を取り付ける取付面３３を図示の様にボディ３２外径より掘下げて、かつ、ボディ３２内壁がモジュール取付部において異径となる様な形状とし、ボディ３２内径の中心に対し出入口までの各々の距離がほぼ同じ様になる様な構造としたものである。尚この場合、ボディ３２内壁がモジュール取付部において内壁が凸となる様になるため、その部分の上下流は空気の流れを極力乱さない様に図示３４，３５の様にゆるやかに傾斜させることが望まれる。

最後に、図１４を使い電子燃料噴射方式の内燃機関に本発明品を適用した一実施例を示す。

エアクリーナ１００から吸入された吸入空気１０１は、発熱抵抗式空気流量測定装置
１０２のボディ，吸気ダクト１０３，スロットルボディ１０４及び燃料が供給されるインジェクタ１０５を備えたマニホールド１０６を経て、エンジンシリンダ１０７に吸入される。一方エンジンシリンダで発生したガス１０８は排気マニホールド１０９を経て排出される。

発熱抵抗式空気流量計の回路モジュール１１０から出力される空気流量信号，スロット
ル角度センサ１１１から出力されるスロットルバルブ開度信号，排気マニホールド１０９
に設けられた酸素濃度計１１２から出力される酸素濃度信号及びエンジン回転速度計113
から出力される回転速度信号を入力するコントロールユニット１１４はこれらの信号を演
算して最適な燃料噴射量とアイドルエアコントロールバルブ開度を求め、その値を前記イ
ンジェクタ１０５及びアイドルエアコントロールバルブ１１５を制御する。
本実施例によれば、発熱抵抗式空気流量測定装置としてのほとんどの機能をモジュールに持たせることにより、モジュールを１つの製品として扱え、例えば、エアクリーナの一部や、吸気ダクトの一部等にモジュールを取り付けることにより、発熱抵抗式空気流量測定装置としての機能を十分に果すことができさらに、１種類のモジュールを各エンジンに流用できるためマッチング等が容易となり、内燃機関のシステムコストの低減を達成することが可能となる。
また、従来の主空気通路を構成するボディを要する発熱抵抗式空気流量測定においてもコストの内、大きなウェイトを占めていたボディを単純な筒状にすることができる。また、上記した様に１種類のモジュールに発熱抵抗式空気流量測定装置としての機能を持たせることにより、ボディのメイン径のみにより搭載エンジンの排気量に応じた発熱抵抗式空気流量測定装置の標準化及びシリーズ化ができ、これらの効果により従来の副空気通路一体のボディを有する発熱抵抗式空気流量測定装置と比べ約１０〜２０％程度コスト低減可能となる。
さらに、市場において、発熱抵抗式空気流量測定装置に何らかの異常が生じた場合においてもモジュール単品だけの交換で済むため市場における発熱抵抗式空気流量測定装置の取扱い性の向上を図ることが可能となる。

本発明の一実施例を示す発熱抵抗式空気流量測定装置の横断面図。 図１を空気の流れの上流側から見た図。 計測精度向上を目的とした一実施例を示す発熱抵抗式空気流量測定装置の横断面。 図３を空気の流れの上流側から見た図。 図３のモジュール単品図。 図５を副空気通路の出口方向から見た図。 図６に対し副空気通路の上流側形状を変えた一実施例。 図７に対し副空気通路の上流側形状を変えた一実施例。 本発明の一実施例を示すスロットルボディ一体形発熱抵抗式空気流量測定装置の横断面図。 本発明の一実施例を示す発熱抵抗式空気流量測定装置一体形エアクリーナの横断面図。 本発明の一実施例を示す発熱抵抗式空気流量測定装置内蔵形エアクリーナの横断面図。 本発明の一実施例を示すボディ内径を広げた場合の発熱抵抗式空気流量測定装置の横断面図。 図１２を空気の流れの上流側から見た図。 本発明品を用いた内燃機関の制御システム図。

符号の説明

１…発熱抵抗体、２…感温抵抗体、３…副流路、４…副流路構成部材、５…主流路、６…流量計ボディ、７…ベース部材、８…電子回路、９…回路ハウジング、１０…カバー、１１…コネクタ、１３…ターミナル、１４…挿入穴、１５…取付固定面、１６…ゴムパッキン、１７…流れ方向、１８…ネジ、１９…ホルダ、２０…Ｏリング、２１…整流格子、２２…導電性部材、２３…バルブ、２４，１０４…スロットルボディ、２５…導入ダクト、２６…上流側ケース部材、２７…下流側ケース部材、２８…接続ダクト、２９…フィルタ、３０…吸気ダクト、３１…ダクト、３２…ボディ、３３…取付面、１００…エアクリーナ、１０１…吸入空気、１０２…発熱抵抗式空気流量測定装置、１０３…吸気ダクト、１０５…インジェクタ、１０６…マニホールド、１０７…エンジンシリンダ、１０８…ガス、１０９…排気マニホールド、１１０…回路モジュール、１１１…スロットル角度センサ、１１２…酸素濃度計、１１３…回転速度計、１１４…コントロールユニット、１１５…アイドルエアコントロールバルブ、３０１…入口開口面、３０２…第１通路、３０３…直角曲がり部、３０４…第２通路、３０５…出口開口面、３０６…受皿状入口、３０７…傾斜面、３０８…出口庇、４０１…ホルダ挿入穴、４０２…接合面、４０３…肉盗み穴、４０４…溝部。

Claims (3)

1. 電子回路を内蔵した回路ハウジングと、
   曲がり部を有する副流路が構成された副流路構成部材と、
   前記副流路内に配置される検出素子とが一体に構成され、前記副流路構成部材を主流路を構成する壁に設けられた挿入穴から挿入し、前記副流路が前記主流路内に位置するように前記副流路構成部材を設置する空気流量測定モジュールであって、
   前記副流路構成部材はプラスチック製であり、プラスチック製のホルダと一体に組み付
   けられると共に、
   前記プラスチック製のホルダは前記副流路構成部材の反対側でベース部材に固定され、
   かつ前記検出素子が固定されるターミナルが前記ホルダの内部を貫通して前記検出素子が
   前記副流路内に位置するよう前記副流路構成部材と一体化され、
   前記副流路構成部材は、主流路を流れる主流と垂直な面及び主流と平行な面よりなり、主流に対して垂直方向に延びる空気取り込みのための副流路の入口開口面と、
   前記検出素子を通過した空気が流れ、かつ前記入口開口面よりも主流の下流側に配置され、主流と垂直な面及び主流と平行な面によって形成されて主流と垂直方向に延び、断面がほぼ長方形状の出口流路と、を形成し、
   前記副流路構成部材の主流方向の長さを前記入口開口面の前記出口流路の流れ方向と垂直な幅の約２倍程度にしたことを特徴とする空気流量測定モジュール。
2. 請求項１または２において、
   前記出口流路を形成する面のうち、主流に対する最下流側の面は、円弧状をなすことを特徴とする空気流量測定モジュール。
3. 請求項１または２において、
   前記入口開口面の前記出口流路の流れ方向と垂直な幅よりも前記出口流路の断面の主流と垂直な幅の方が大であることを特徴とする空気流量測定モジュール。

Images