JP4089654B2 - 空気流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気通路内にバイパス通路を形成し、そのバイパス通路内に空気流量を測定するためのセンシング部を配置した空気流量測定装置に関する。

従来技術として、例えば、特許文献１に記載された空気流量測定装置がある。
この空気流量測定装置は、発熱素子を備えたバイパス通路の出入り口間に、バイパス通路と主空気通路とを連通する穴を設け、この穴のバイパス通路側と主空気通路側との圧力差により、バイパス通路から穴を通って主空気通路へ空気が流れ出る様に構成されている。これにより、バイパス通路内の発熱素子部の流速が増加するため、低流量時での計測精度の向上を図ることができる。

また、内燃機関の吸入空気量を測定する場合に、バイパス通路の途中に空気の流れ方向が変化する曲がり部を設けてバイパス通路の長さを調整することにより、吸気脈動の影響による測定誤差を低減する方法が公知である。
ところで、上記の特許文献１に開示されている様に、バイパス通路の途中に穴を設けた場合は、バイパス通路を流れる空気の一部が前記穴から主空気通路へ流れ出るため、バイパス通路の長さを変更した場合と同等の効果を期待できる。
特開平１１−２３３３６号公報

ところが、バイパス通路に曲がり部を設けた場合は、曲がり部の内側寄りを流れる空気の経路と、曲がり部の外側寄りを流れる空気の経路とで穴の位置が同じであるため、それぞれの経路で吸気脈動の補正効果に差が発生して、十分な補正精度が得られないという問題がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、吸気脈動の影響による測定誤差を低減できる空気流量測定装置を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、空気が流れる空気通路内にバイパス通路を形成すると共に、そのバイパス通路の途中に空気の流れ方向が変化する曲がり部を設けた測定用ボディと、バイパス通路内に配設され、バイパス通路を流れる空気の流量を測定するセンシング部とを備えた空気流量測定装置において、外側を空気が流れる測定用ボディの壁面には、曲がり部とバイパス通路の下流端に開口する通路出口との間にサブ出口が開口し、サブ出口には、少なくとも第１のサブ出口と第２のサブ出口とが形成され、その第１のサブ出口と第２のサブ出口は、曲がり部の内側寄りを流れる空気の経路と外側寄りを流れる空気の経路との間で異なる経路上に開口し、且つバイパス通路を流れる空気の流れ方向に異なる位置に設けられていることを特徴とする。

上記の構成によれば、バイパス通路を流れる空気の経路に応じて、少なくとも第１のサブ出口と第２のサブ出口とを設け、且つ両サブ出口の位置が空気の流れ方向において異なるので、それぞれの空気経路でバイパス通路の実質的な長さを調整可能である。その結果、バイパス通路に曲がり部が設けられる場合でも、空気が流れる経路に応じて第１のサブ出口および第２のサブ出口を設けることで、吸気脈動の補正精度を向上でき、吸気脈動の影響による測定誤差を低減できる。

具体的には、第１のサブ出口は、曲がり部の内側寄りを流れる空気の経路上に位置し、第２のサブ出口は、曲がり部の外側寄りを流れる空気の経路上に位置している。
この場合、曲がり部の内側寄りを流れる空気の経路と曲がり部の外側寄りを流れる空気の経路とに応じて、第１のサブ出口と第２のサブ出口を設けることにより、吸気脈動の補正精度を向上できる。

また、第１のサブ出口は、第２のサブ出口より下流側に設けられている。
これによれば、曲がり部の内側寄りを流れる空気の経路より、曲がり部の外側寄りを流れる空気の経路の方が通路長さが長くなるため、各空気経路の通路長さに応じて、第１のサブ出口を第２のサブ出口より下流側に設けることで、吸気脈動の補正精度を向上できる。

（請求項２の発明）
本発明は、空気が流れる空気通路内にバイパス通路を形成すると共に、そのバイパス通路の途中に空気の流れ方向が変化する曲がり部を設けた測定用ボディと、バイパス通路内に配設され、バイパス通路を流れる空気の流量を測定するセンシング部とを備えた空気流量測定装置において、外側を空気が流れる測定用ボディの壁面には、曲がり部とバイパス通路の下流端に開口する通路出口との間にサブ出口が開口し、サブ出口は、曲がり部の内側寄りを流れる空気の経路上に位置する内側開口部と、曲がり部の外側寄りを流れる空気の経路上に開口する外側開口部とを有すると共に、両開口部が連続した１つの開口部として形成され、且つバイパス通路を流れる空気の流れ方向にずれた位置に設けられていることを特徴とする。

上記の構成によれば、バイパス通路を流れる空気の経路に応じて、内側開口部と外側開口部とを設け、且つ両開口部の位置が空気の流れ方向にずれているので、それぞれの空気経路でバイパス通路の実質的な長さを調整可能である。その結果、バイパス通路に曲がり部が設けられる場合でも、空気が流れる経路に応じて内側開口部と外側開口部とを設けることにより、吸気脈動の補正精度を向上することができ、吸気脈動の影響による測定誤差を低減できる。

具体的には、サブ出口は、外側開口部より内側開口部の方が下流側に設けられている。
これによれば、曲がり部の内側寄りを流れる空気の経路より、曲がり部の外側寄りを流れる空気の経路の方が通路長さが長くなるため、各経路の通路長さに応じて、内側開口部を外側開口部より下流側に形成することで、吸気脈動の補正精度を向上できる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した空気流量測定装置において、サブ出口が開口する測定用ボディの壁面には、サブ出口に対して、測定用ボディの外側を流れる空気を遮ることができる流れ除け手段が設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、サブ出口に対して、測定用ボディの外側を流れる空気が流れ除け手段によって遮られるため、サブ出口において、サブ出口から空気通路へ流れ出た空気と、測定用ボディの外側を流れる空気とが衝突することはなく、サブ出口での流れの損失を低減できる。その結果、サブ出口より流出する空気の流速が低下することはなく、吸気脈動の補正効率を向上できる。

（請求項４の発明）
請求項３に記載した空気流量測定装置において、サブ出口が開口する測定用ボディの壁面には、測定用ボディの外側を流れる空気の流れ方向に対し、サブ出口の開口部より上流側に、流れ除け手段としての段差部が設けられていることを特徴とする。
この場合、サブ出口を段差部の低い面に形成することで、容易に流れ除け手段を設けることができる。

（請求項５の発明）
請求項３または４に記載した空気流量測定装置において、サブ出口は、バイパス通路を流れる空気の流れ方向に開口する開口部を有していることを特徴とする。
この構成では、バイパス通路を流れる空気が、その流れ方向に開口するサブ出口の開口部より空気通路へ流れ出ることができる（サブ出口で空気の流れ方向が変化しない）ので、サブ出口より流出する空気の流速低下がなく、吸気脈動の補正効率を向上できる。

（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れかの空気流量測定装置において、センシング部は、空気への放熱量を基に空気流量を測定する発熱素子を備えることを特徴とする。
本発明の空気流量測定装置は、サブ出口によるバイパス通路長の調整により、脈動特性を改善できるので、センシング部に発熱素子を使用することで生じる脈動時の測定誤差を低減できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１（ａ）エアフロメータの厚み方向を示す断面図、（ｂ）エアフロメータの横幅方向を示す断面図である。
実施例１に記載する空気流量測定装置は、内燃機関の吸入空気量を測定するエアフロメータ１として使用されるものであり、図２に示す様に、本発明の空気通路を形成する吸気ダクト２に取り付けられる。このエアフロメータ１は、以下に説明する測定用ボディ３と、センシング部４、および回路モジュール５等より構成される。

測定用ボディ３は、吸気ダクト２に形成された取付け孔２ａより吸気ダクト２の内部に挿入され、吸気ダクト２を流れる空気に晒されている。
この測定用ボディ３は、図１（ｂ）に示す横幅方向に対し、図１（ａ）に示す厚み方向が薄い偏平形状に設けられ、その横幅方向が、吸気ダクト２を流れる空気の流れ方向に沿って配置されている（図２参照）。なお、以下の説明では、吸気ダクト２を流れる空気を主流と呼び、その主流の流れを主流流れと呼ぶ。

測定用ボディ３の内部には、図１に示す様に、主流の一部が測定空気として流れるバイパス通路６が形成されている。そのバイパス通路６は、図１（ｂ）に示す様に、仕切壁７を介してＵ字状（図１では逆Ｕ字状）に形成され、測定空気の流れ方向が１８０度変化するＵターン部（本発明の曲がり部）が設けられている。このバイパス通路６は、Ｕターン部より上流側の通路（流入通路６ａと呼ぶ）と、Ｕターン部より下流側の通路（流出通路６ｂと呼ぶ）とが、吸気ダクト２の径方向に沿って形成されている。

また、測定用ボディ３には、測定空気がバイパス通路６に流入するバイパス入口８と、測定空気がバイパス通路６から流出するバイパス出口９、１０とが形成されている。
バイパス入口８は、図１（ｂ）に示す様に、主流流れに対向する測定用ボディ３の前面から測定用ボディ３の底面にかけて大きく開口している。従って、バイパス入口８より流入する測定空気は、図中の矢印で示す様に、バイパス入口８から略直角方向に曲がって流入通路６ａを流れることになる。

バイパス出口９、１０は、バイパス通路６の下流端に開口するメイン出口９と、バイパス通路６のＵターン部とメイン出口９との間に設けられるサブ出口１０とを有している。 メイン出口９は、Ｕターン部より下流側の流出通路６ｂを形成する測定用ボディ３の側壁面下部に形成されている。より具体的には、図１（ｂ）に示す様に、測定用ボディ３の厚み方向の側壁面において、流出通路６ｂの内側寄り（仕切壁７寄り）に設けられ、測定用ボディ３の上下方向に長い長方形に開口している。

サブ出口１０は、バイパス通路６の内側寄りを流れる空気の経路上に位置する第１のサブ出口１０ａと、バイパス通路６の外側寄りを流れる空気の経路上に位置する第２のサブ出口１０ｂとを有し、それぞれ測定用ボディ３の厚み方向の側壁面に開口している。但し、第１のサブ出口１０ａと第２のサブ出口１０ｂは、バイパス通路６を流れる測定空気の流れ方向において、異なる位置に設けられている。この実施例１では、図１（ｂ）に示す様に、第１のサブ出口１０ａの方が第２のサブ出口１０ｂより下流側に設けられている。

センシング部４は、空気流量を測定するための発熱素子４ａと、温度補償用の感温素子４ｂとを有し、それぞれターミナル１１を介して回路モジュール５の内部に収容される回路基板（図示せず）に接続されている。
このセンシング部４は、バイパス通路６のＵターン部より上流側、つまり流入通路６ａ内に配置されている。具体的には、バイパス入口８から流入通路６ａに流入した測定空気が、略直角方向に曲がって流れる際に縮流する領域、あるいは、バイパス入口８より略直角方向に曲がった直後に配置されている。

また、発熱素子４ａと感温素子４ｂは、図１（ｂ）に示す様に、それぞれ、長手方向の両端部が前記ターミナル１１に電気的に接続され、且つそれぞれの長手方向が、吸気ダクト２を流れる主流流れ（図２参照）と略平行な向きに配置されている。言い換えると、発熱素子４ａと感温素子４ｂは、それぞれの長手方向が、測定用ボディ３の厚み方向の両側面と平行に配置されている。

回路モジュール５は、測定用ボディ３の上部に一体的に設けられ、図２に示す様に、吸気ダクト２の外側に取り出されている。この回路モジュール５は、発熱素子４ａの発熱温度と感温素子４ｂの検出温度（吸入空気の温度）との温度差を一定に保つように、発熱素子４ａに流れる電流を制御する。また、回路モジュール５は、図示しないワイヤハーネスを介してＥＣＵ（電子制御装置／図示せず）に接続され、発熱素子４ａに流れる電流に比例した電圧信号をＥＣＵへ出力する。ＥＣＵでは、回路モジュール５より出力される電圧信号を基に吸入空気量を測定する。なお、回路モジュール５の側部には、ワイヤハーネスを接続するためのコネクタ１２（図１参照）が一体成形されている。

（実施例１の作用および効果）
上記の構成を有するエアフロメータ１は、Ｕターン部を有するバイパス通路６の内側寄りを流れる空気の経路上に第１のサブ出口１０ａが設けられ、バイパス通路６の外側寄りを流れる空気の経路上に第２のサブ出口１０ｂが設けられており、その第１のサブ出口１０ａと第２のサブ出口１０ｂとが、測定空気の流れ方向において異なる位置に設けられている。この構成によれば、バイパス通路６の内側寄りを流れる空気の経路と、外側寄りを流れる空気の経路とで、第１のサブ出口１０ａと第２のサブ出口１０ｂとの位置に応じて、バイパス通路６の実質的な長さを調整することができる。その結果、吸気脈動の補正精度が向上して、吸気脈動の影響による測定誤差を低減できる。

（実施例１に係わる変形例）
実施例１に記載した第１のサブ出口１０ａと第２のサブ出口１０ｂは、測定用ボディ３の両側壁面に分けて設けても良い。つまり、図３（ａ）に示す様に、測定用ボディ３の一方の側壁面に第１のサブ出口１０ａを形成し、図３（ｂ）に示す様に、測定用ボディ３の他方の側壁面に第２のサブ出口１０ｂを形成しても良い。
あるいは、図４（ａ）に示す様に、測定用ボディ３の一方の側壁面（または他方の側壁面）のみに第１のサブ出口１０ａと第２のサブ出口１０ｂを形成しても良い。したがって、測定用ボディ３の他方の側壁面（または一方の側壁面）には、図４（ｂ）に示す様に、メイン出口９のみが形成されている。

また、実施例１では、第１のサブ出口１０ａを第２のサブ出口１０ｂより下流側に配置した例を示したが、吸気系の態様が異なる場合（主流流れに偏りがあり、吸気脈動の影響が異なる場合）には、第１のサブ出口１０ａを第２のサブ出口１０ｂより上流側に配置した方が良いこともある。従って、第１のサブ出口１０ａと第２のサブ出口１０ｂとの位置関係は、吸気系の態様に応じて、適宜変更することができる。

さらに、第１のサブ出口１０ａと第２のサブ出口１０ｂは、例えば、両方とも、バイパス通路６の内側寄りを流れる空気の経路上に配置することも可能であり、あるいは、両方とも、バイパス通路６の外側寄りを流れる空気の経路上に配置することも可能である。つまり、バイパス通路６の内側寄りと外側寄りとの間で第１のサブ出口１０ａと第２のサブ出口１０ｂを何処に配置するかは、吸気系の態様（主流流れの偏りによる吸気脈動の影響の大小）に応じて適宜変更することができる。

また、第１のサブ出口１０ａと第２のサブ出口１０ｂの他に、第３のサブ出口を設けても良い。この第３のサブ出口は、バイパス通路６の内側寄りと外側寄りとの間で、第１のサブ出口１０ａおよび第２のサブ出口１０ｂと異なる位置に設けられ、且つ測定空気の流れ方向にも異なる位置に設けられる。
実施例１では、測定用ボディ３の厚み方向の側壁面にメイン出口９を形成しているが、測定用ボディ３の底面にメイン出口９を形成することも可能である。

図５はエアフロメータ１の横幅方向を示す断面図である。
実施例２は、サブ出口１０の他の例を示すものである。そのサブ出口１０は、図５に示す様に、バイパス通路６の内側寄りを流れる空気の経路上に位置する内側開口部１０ｉと、バイパス通路６の外側寄りを流れる空気の経路上に開口する外側開口部１０ｏとを有し、両開口部１０ｉ、１０ｏが連続した１つの開口部として形成され、且つ、外側開口部１０ｏより内側開口部１０ｉの方が下流側に設けられている。この実施例２の場合でも、実施例１と同様に、バイパス通路６の内側寄りを流れる空気の経路と、外側寄りを流れる空気の経路とで、バイパス通路６の実質的な長さを調整することができるので、吸気脈動の補正精度を向上でき、吸気脈動の影響による測定誤差を低減できる。

この実施例２では、図５に示す様に、測定空気の流れ方向に対し、サブ出口１０を斜めに形成することで、バイパス通路６の内側寄り経路と外側寄り経路とに対応して内側開口部１０ｉと外側開口部１０ｏとを設けることができるが、これ以外にも、例えば、図６に示す様に、内側開口部１０ｉと外側開口部１０ｏとをそれぞれ矩形状に形成して、両開口部１０ｉ、１０ｏを連続した１つの開口部として設けることも可能である。

図７はエアフロメータ１の斜視図である。
実施例３では、実施例１または２に記載したエアフロメータ１において、サブ出口１０に対して主流流れを遮ることができる流れ除け手段を設けた場合の一例を示す。
流れ除け手段としては、図７に示す様に、バイパス通路６のＵターン部より上流側の流入通路６ａを形成する測定用ボディ３の側壁面に対して、流出通路６ｂを形成する測定用ボディ３の側壁面（メイン出口９およびサブ出口１０が開口する側壁面）を低く形成して、両側壁面の間に段差部１３を設けることで実現できる。

上記の構成によれば、図８に示す様に、主流流れに対し、サブ出口１０が段差部１３の隠れた位置に開口しているので、サブ出口１０から流れ出る空気と主流流れとの衝突が抑制される。その結果、サブ出口１０での流れの損失を低減できるので、サブ出口１０より流出する空気の流速が低下することはなく、吸気脈動の補正効率を向上できる。
また、サブ出口１０は、図７および図８に示す様に、測定空気の流れ方向に開口する開口部を有することもできる。この場合、測定空気が、その流れ方向に開口するサブ出口１０の開口部より流れ出ることができる（サブ出口１０で測定空気の流れ方向が変化しない）ので、サブ出口１０より流出する測定空気の流速低下が殆どなく、吸気脈動の補正効率を向上できる。

（ａ）エアフロメータの厚み方向を示す断面図、（ｂ）エアフロメータの横幅方向を示す断面図である（実施例１）。 エアフロメータを吸気ダクトに取り付けた状態を示す断面図である。 サブ出口の配置を示す測定用ボディの側面図である（実施例１の変形例）。 サブ出口の配置を示す測定用ボディの側面図である（実施例１の変形例）。 エアフロメータの横幅方向を示す断面図である（実施例２）。 エアフロメータの横幅方向を示す断面図である（実施例２）。 エアフロメータの斜視図である（実施例３）。 エアフロメータの底面を示す平面図である（実施例３）。

符号の説明

１ エアフロメータ（空気流量測定装置）
２ 吸気ダクト（空気通路）
３ 測定用ボディ
４ センシング部
４ａ 発熱素子
６ バイパス通路
９ メイン出口（通路出口）
１０ サブ出口
１０ａ 第１のサブ出口
１０ｂ 第２のサブ出口
１０ｉ 内側開口部
１０ｏ 外側開口部
１３ 段差部（流れ除け手段）

Claims (6)

1. 空気が流れる空気通路内にバイパス通路を形成すると共に、そのバイパス通路の途中に空気の流れ方向が変化する曲がり部を設けた測定用ボディと、
   前記バイパス通路内に配設され、前記バイパス通路を流れる空気の流量を測定するセンシング部とを備えた空気流量測定装置において、
   外側を空気が流れる前記測定用ボディの壁面には、前記曲がり部と前記バイパス通路の下流端に開口する通路出口との間にサブ出口が開口し、
   前記サブ出口には、少なくとも第１のサブ出口と第２のサブ出口とが形成され、
   前記第１のサブ出口は、前記曲がり部の内側寄りを流れる空気の経路上に位置し、前記第２のサブ出口は、前記曲がり部の外側寄りを流れる空気の経路上に位置し、
   且つ、前記第１のサブ出口は、前記第２のサブ出口より下流側に設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
2. 空気が流れる空気通路内にバイパス通路を形成すると共に、そのバイパス通路の途中に空気の流れ方向が変化する曲がり部を設けた測定用ボディと、
   前記バイパス通路内に配設され、前記バイパス通路を流れる空気の流量を測定するセンシング部とを備えた空気流量測定装置において、
   外側を空気が流れる前記測定用ボディの壁面には、前記曲がり部と前記バイパス通路の下流端に開口する通路出口との間にサブ出口が開口し、
   前記サブ出口は、前記曲がり部の内側寄りを流れる空気の経路上に位置する内側開口部と、前記曲がり部の外側寄りを流れる空気の経路上に開口する外側開口部とを有すると共に、両開口部が連続した１つの開口部として形成され、
   且つ、前記サブ出口は、前記外側開口部より前記内側開口部の方が下流側に設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
3. 請求項１または２に記載の空気流量測定装置において、
   前記サブ出口が開口する前記測定用ボディの壁面には、前記サブ出口に対して、前記測定用ボディの外側を流れる空気を遮ることができる流れ除け手段が設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
4. 請求項３に記載した空気流量測定装置において、
   前記サブ出口が開口する前記測定用ボディの壁面には、前記測定用ボディの外側を流れる空気の流れ方向に対し、前記サブ出口の開口部より上流側に、前記流れ除け手段としての段差部が設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
5. 請求項３または４に記載した空気流量測定装置において、
   前記サブ出口は、前記バイパス通路を流れる空気の流れ方向に開口する開口部を有していることを特徴とする空気流量測定装置。
6. 請求項１〜５に記載した何れかの空気流量測定装置において、
   前記センシング部は、空気への放熱量を基に空気流量を測定する発熱素子を備えることを特徴とする空気流量測定装置。

Images