JP4140553B2 - 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、例えば、内燃機関の吸入空気量を測定するもので、図７に示す様に、吸入空気の一部が流れるバイパス通路１００を有し、このバイパス通路１００の内部に空気流量を測定するためのセンシング部１１０を備えている。
バイパス通路１００には、空気の流れ方向に向かって通路断面積を三次元的に徐々に減少させる絞り部１２０が設けられている。この絞り部１２０を設けることにより、バイパス通路１００に流入した空気の乱れが抑制されるため、安定した出力を得ることが可能である。

ところが、バイパス通路１００に絞り部１２０を設けると、吸入空気量が少ない低流量時には、絞り部１２０による圧損の影響が大きくなる。また、絞り部１２０の通路断面積が最も狭くなる最狭部より下流方向に向かって通路断面積が拡大しているため、図７に示す様に、通路内中央部から通路内壁側に向かう流れの剥離（渦）が発生する。このため、低流量時の空気流速が低下すると共に、流速が不安定となって、計測精度が悪化する問題が生じる。
これに対し、図８に示す様に、絞り部１２０の下流側を切断した様な形状、つまり、バイパス通路１００の通路断面積が最も狭くなる最狭部で絞り部１２０を終了することにより、圧損の影響を小さくできる。
特開２００２−３５７４６５号公報

しかし、図８に示す絞り部１２０の形状では、絞り部１２０の終了と共に通路断面積が急激に拡大するため、図７に示した構成より、絞り部１２０の下流側で流れの剥離が発生しやすく、空気流れに乱れが生じる。このため、絞り部１２０の途中に配置されているセンシング部１１０での計測精度が却って低下する恐れがある。また、バイパス通路１００に流入した空気が図示下方から上方へ向かって流れる時は、絞り部１２０の下流端（平面部１３０）が上方を向いて配置されるため、その平面部１３０にダスト等が堆積し易くなるという問題がある。

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、バイパス通路に絞り部を設けたことによる圧損を小さくでき、且つセンシング部の近傍で空気流の剥離や乱れを抑制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、空気通路内にバイパス通路を形成し、こ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であり、バイパス通路には、このバイパス通路を流れる空気の流れ方向（以下、バイパス流れ方向と呼ぶ）に所定の範囲で通路幅を減少させる絞り部が設けられ、この絞り部は、バイパス流れ方向に向かって通路幅を徐々に減少させる第１の絞り部と、この第１の絞り部の通路幅が最も狭くなる最狭部の直下流側に、その最狭部より通路幅が段付き状に拡大すると共に、バイパス流れ方向に所定の長さに渡って通路幅を一定に絞る第２の絞り部とが設けられている。また、センシング部は、空気流量を計測する発熱素子及び空気の温度を測定する感温素子を含み、当該発熱素子及び感温素子の両方が、第１の絞り部が設けられている範囲内に配置されていることを特徴とする。

上記の絞り部は、第１の絞り部の下流側（最狭部の直下流側）に第２の絞り部を設けて、第１の絞り部の最狭部より下流側の通路幅を段付き状に拡大しているので、絞り部を設けたことによる圧損を小さくできる。その結果、バイパス通路に流入する空気流量が少ない低流量時でも、圧損の低減により空気流速が速くなるため、低流量域でも計測精度を向上できる。
また、第１の絞り部の下流側に第２の絞り部を設けて、その第２の絞り部により、バイパス流れ方向に所定の長さに渡って通路幅を一定に絞っているので、バイパス通路の通路幅が急激に拡大することはなく、センシング部の近傍で空気流れの剥離を抑制できる。その結果、乱れの少ない安定した空気流を得ることができ、低流量時においても空気流速が安定し、且つ流速が増大するので、安定した出力を得ることが可能である。

また、第１の絞り部と第２の絞り部との間に設けられる段差部は、第１の絞り部の最狭部から第２の絞り部にかけて通路幅が徐々に拡大する第１の傾斜面として設けられていることを特徴とする。この構成によれば、絞り部が設けられているバイパス通路内を天地方向の下方から上方へ向かって空気が流れる時でも、第１の絞り部と第２の絞り部との段差部（傾斜面）にダスト等が付着しにくくなり、段差部（傾斜面）へのダストの堆積を低減できる。

また、第２の絞り部の下流側端部は、バイパス通路の内面に向かって段付き状に拡大して傾斜する第２の傾斜面として設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、絞り部が設けられているバイパス通路内を天地方向の下方から上方へ向かって空気が流れる時でも、第２の絞り部の下流側端部（傾斜面）にダスト等が付着しにくくなり、第２の絞り部の下流側端部（傾斜面）へのダストの堆積を低減できる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した空気流量測定装置において、第２の絞り部は、バイパス通路の横幅方向全体、あるいはバイパス通路の横幅方向の一部に設けられていることを特徴とする。
本発明の絞り部は、例えば、バイパス通路の長さ、バイパス通路の出口位置、バイパス通路の形状等に応じて、第２の絞り部をバイパス通路の横幅方向全体、あるいはバイパス通路の横幅方向の一部に設けることができる。

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はエアフロメータ１の断面図である。
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３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に示す横幅方向に対し、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３参照）。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、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、流入通路６ａを形成する厚み方向の両側内面に、流入通路６ａの通路幅（厚み方向の幅）を減少させる絞り部８が設けられている。
この絞り部８は、図２（ｂ）に示す様に、流入通路６ａを流れる測定空気の流れ方向（図示矢印で示す方向）に向かって、流入通路６ａの通路幅を徐々に減少させる第１の絞り部８ａと、この第１の絞り部８ａの通路幅が最も狭くなる最狭部Ｂの直下流側に、その最狭部Ｂより通路幅が段付き状に拡大すると共に、測定空気の流れ方向に所定の長さに渡って通路幅を一定に絞る第２の絞り部８ｂとが設けられている。

第１の絞り部８ａは、図２（ｂ）に示す様に、測定空気の流れ方向に向かって、ボディ内面からの高さが緩やかに大きくなり、最狭部Ｂで終了している。第２の絞り部８ｂは、第１の絞り部８ａとの間に段差部８ｃを介して連続的に設けられ、第２の絞り部８ｂの全長（空気流れ方向の長さ）に渡って、ボディ内面からの高さが一定に設けられている。
なお、第１の絞り部８ａと第２の絞り部８ｂとの間に設けられる段差部８ｃは、第１の絞り部８ａの最狭部Ｂから第２の絞り部８ｂにかけて通路幅が徐々に拡大する傾斜面（第１の傾斜面）として設けられている。また、第２の絞り部８ｂの下流側端部８ｄは、流入通路６ａの内面に向かって傾斜する傾斜面（第２の傾斜面）として設けられている。
この第１の絞り部８ａと第２の絞り部８ｂは、図２（ａ）に示す様に、流入通路６ａの横幅方向（図示左右方向）全体に渡って設けられている。

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９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１０、１１とが形成されている。
バイパス入口９は、図１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９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９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１０、１１は、バイパス通路６の下流端に開口するメイン出口１０と、バイパス通路６のＵターン部とメイン出口１０との間に設けられるサブ出口１１とを有している。

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、温度測定用の感温素子４ｂとを有し、それぞれターミナル１２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、図２（ｂ）に示す様に、流入通路６ａ内の絞り部８によって通路幅が狭く形成されている部位に配置されている。

また、発熱素子４ａと感温素子４ｂは、図１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１２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３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１３（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、センシング部４が配置される流入通路６ａに絞り部８を設けることで、バイパス入口９より流入通路６ａ内に流入した測定空気の乱れを抑制することができる。特に、絞り部８は、第１の絞り部８ａの下流側に第２の絞り部８ｂを設けて、第１の絞り部８ａの最狭部Ｂより下流側の通路幅を段付き状に拡大しているので、絞り部８を設けたことによる圧損を小さくできる。その結果、流入通路６ａに流入する空気量が少ない低流量時でも、圧損の低減によって空気流速が速くなるため、低流量域の計測精度を向上でき、低流量域から高流量域まで計測レンジを拡大できる。

また、第１の絞り部８ａの下流側に設けた第２の絞り部８ｂにより、測定空気の流れ方向に所定の長さに渡って通路幅を一定に絞っているので、流入通路６ａの通路幅が急激に拡大することはなく、センシング部４の近傍で空気流れの剥離（渦）を抑制できる。その結果、図４に矢印で示す様に、第１の絞り部８ａを通過した後でも空気流れの剥離や乱れがなく、安定した空気流速を維持できるため、低流量時においても安定した出力を得ることが可能である。

更に、実施例１に記載した絞り部８は、図２（ｂ）および図４に示す様に、第１の絞り部８ａと第２の絞り部８ｂとの間に設けられる段差部８ｃ、および第２の絞り部８ｂの下流側端部８ｄが、それぞれ傾斜面として設けられている。この場合、流入通路６ａ内を天地方向の下方から上方へ向かって測定空気が流れる本実施例のエアフロメータ１においても、各傾斜面にダスト等が付着しにくくなり、傾斜面へのダストの堆積を低減できる。

（実施例１の変形例）
実施例１では、図５（ａ）に示す様に、第２の絞り部８ｂを流入通路６ａの横幅方向全体に渡って設けているが、図５（ｂ）〜（ｄ）に示す様に、流入通路６ａの横幅方向の一部に設けることもできる。この場合、第２の絞り部８ｂの位置は、例えば、バイパス通路６の長さ、バイパス出口１０、１１の位置、バイパス通路６の形状等に応じて決めることができる。
また、第２の絞り部８ｂを流入通路６ａの横幅方向全体に設ける場合でも、図６（ａ）〜（ｄ）に示す様に、第２の絞り部８ｂの形状を変更することができる。

実施例１では、流入通路６ａを形成する厚み方向の両側内面に絞り部８を設けた例を記載したが、流入通路６ａを形成する厚み方向の何方か一方の片側内面にのみ絞り部８を設けることもできる。
また、センシング部４は、発熱素子４ａを用いているが、その他の計測素子（例えば半導体式）を用いることもできる。
さらに、バイパス通路６は、測定空気の流れ方向が変化しない形状、つまり吸気ダクト２と平行に形成することもできる。

エアフロメータの横幅方向を示す断面図である。 （ａ）絞り部を示す流入通路の横幅方向の断面図、（ｂ）絞り部を示す流入通路の厚み方向の断面図である。 エアフロメータを吸気ダクトに取付けた状態を示す断面図である。 絞り部の形状を示す流入通路の横幅方向の断面図である。 第２の絞り部の形状を示す流入通路の横幅方向の断面図である。 第２の絞り部の形状を示す流入通路の横幅方向の断面図である。 従来技術に係わる絞り部の形状を示すバイパス通路の断面図である。 従来技術に係わる絞り部の形状を示すバイパス通路の断面図である。

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
６ バイパス通路
８ 絞り部
８ａ 第１の絞り部
８ｂ 第２の絞り部
８ｃ 第１の絞り部と第２の絞り部との段差部
８ｄ 第２の絞り部の下流側端部

Claims (2)

1. 空気通路内にバイパス通路を形成し、こ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おいて、
   前記バイパス通路には、このバイパス通路を流れる空気の流れ方向（以下、バイパス流れ方向と呼ぶ）に所定の範囲で通路幅を減少させる絞り部が設けられ、この絞り部は、バイパス流れ方向に向かって通路幅を徐々に減少させる第１の絞り部と、この第１の絞り部の通路幅が最も狭くなる最狭部の直下流側に、その最狭部より通路幅が段付き状に拡大すると共に、バイパス流れ方向に所定の長さに渡って通路幅を前記バイパス通路の通路幅よりも狭く一定に絞る第２の絞り部とが設けられ、
   前記第１の絞り部と前記第２の絞り部との間に設けられる段差部は、前記第１の絞り部の最狭部から前記第２の絞り部にかけて通路幅が徐々に拡大する第１の傾斜面として設けられ、
   前記第２の絞り部の下流側端部は、前記バイパス通路の内面に向かって段付き状に拡大して傾斜する第２の傾斜面として設けられており、
   前記センシング部は、前記空気流量を計測する発熱素子及び前記空気の温度を測定する感温素子を含み、当該発熱素子及び感温素子の両方が、前記第１の絞り部が設けられている範囲内に配置されていることを特徴とする空気流量測定装置。
2. 請求項１に記載した空気流量測定装置において、
   前記第２の絞り部は、前記バイパス通路の横幅方向全体、あるいは前記バイパス通路の横幅方向の一部に設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。

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