JP4289691B2 - 吸気管圧力検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車用内燃機関の吸気管に設けられて、吸気管内の圧力を検出する吸気管圧力検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の吸気管圧力検出装置の構成を図7に示す。図中、圧力検出装置の本体ハウジング1内には、圧力室2が形成してあり、その内部に圧力検出器4が設置されている。上記圧力室2の底面からは、圧力導入管3が延びており、該圧力導入管3の他端は、図8のように、ホース33、フィルタ34を介してスロットル弁S下流の吸気管6壁に接続されている。しかして、吸気管6内の圧力はフィルタ34、ホース33を経て圧力導入管3より上記圧力室2内に導入され、圧力検出部4によって検出される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図8に模式的に示すように、圧力検出装置が設置されるスロットル弁S下流の吸気管6内には、スロットル弁Sとその周囲の吸気管内壁61との隙間62から侵入する水蒸気wが存在している。また、ブローバイガス還流路に連通するブローバイガス導入口63からは、水蒸気wの他、カーボン等の燃焼生成物Cが侵入してくる。その中でも、特に、水蒸気wは、フィルタ34を通過して圧力検出装置内に侵入してくる可能性が高く、このため、以下に示すような問題があった。
【0004】
冬期など、フィルタ34やホース33、圧力検出装置の温度が低い場合、フィルタ34を通過した水蒸気wが結露して水滴となり、結露水Wとしてホース33や圧力室2の内壁面に付着する。この結露水Wは、図7(a)のように、圧力導入管3の開口端の周囲への結露水W1 や、その正面の圧力検出器4周辺への結露水W2 が主となる。結露水W2 の場合は、これらが結合して圧力検出器4を覆ってしまうことがある。この時、結露水W2 の付着自体は圧力検出への影響はほとんどないが、外気温がさらに低下して氷点下になり、結露水W2 が氷結して圧力検出器4を覆うと、圧力検出が困難になるという問題があった。また、結露水W1 と結露水W2 が、図7(b)に示すようにつながり、そのまま氷結して、圧力検出が困難になる場合があった。圧力導入管3内での氷結も同様で、氷結した氷によって管路31が閉塞すると、正確な圧力検出ができなくなるおそれがあった。
【0005】
ここで、吸気管内の汚染物質が圧力検出装置へ侵入するのを防止する手段として、例えば、特開昭58−66034号公報や実開昭57−138037号公報には、吸気管より圧力検出装置に至る通路途中に、汚染物質を捕獲するための室を設けることが開示されている。しかしながら、これらはオイルやガソリン、微細粒子を捕獲対象とするもので、水蒸気は内燃機関の運転時、停止時にガス交換または拡散の作用で容易に圧力検出装置内に侵入してしまうため、十分な効果が得られない。
【0006】
一方、圧力検出装置内に侵入する水蒸気の量を低減するには、圧力室の容積を小さくし、ガス交換量を少なくすることが考えられる。しかしながら、容積を小さくするために、例えば、図9に示すように、圧力室2の高さを低く形成した場合、侵入する水蒸気の量、すなわち結露水Wの量は少なくなるが、圧力検出器4と圧力室2の底面22とが接近するため、圧力検出器4側の結露水と底面22側の結露水が結合しやすい。また、圧力室2の底面22に付着した結露水Wまたは氷結した氷Iが、スロットル弁Sの急開時、吸気管から圧力検出装置方向へ向かう急激な気流(図9に矢印で示す)に乗って移動し、圧力検出器4への入出力線43に接触または衝突して、これを切断するおそれがある。
【0007】
しかして、本発明の目的は、圧力検出精度に影響を及ぼす水蒸気の、圧力検出装置内への侵入をできるだけ少なくすること、また、侵入した水蒸気の結露、氷結を抑制し、仮に結露や氷結が発生してもこれら結露水や氷結した氷が圧力検出器へ付着、あるいは衝突することを防止して、吸気管圧力検出装置の信頼性を高めることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明請求項1の構成において、内燃機関の吸気管圧力検出装置は、吸気管に連通する圧力導入管と、該圧力導入管が連結されるハウジング内に設けられ上記圧力導入管を通じて上記吸気管内の圧力が導入される圧力室と、該圧力室内に設置される圧力検出器とを備えている。そして、上記課題を解決するために、上記圧力導入管を上記圧力室の内壁面に開口させ、上記圧力検出器を、上記圧力導入管と対向する内壁面であって上記圧力導入管の正面からずらした位置に設置するとともに、上記圧力室内に管路を形成しない構成としたことを特徴とする。
上記構成によれば、上記圧力検出器が上記圧力導入管の正面に位置しないので、上記圧力室内に侵入する水蒸気が、直接、上記圧力検出器に衝突することがない。よって、上記圧力検出器へ水滴が付着する確率が減少し、上記圧力検出器表面での結露、氷結を抑制する効果が大きい。
【0009】
請求項2の構成では、上記圧力室の内部容積をV(mm 3 )、内部表面積をS(mm 2 )、上記圧力室の内部容積と同容積の球の半径をrc(mm)とした時に、Fs=(S/V)/(3/rc)で表される値Fsが、1.8以下となるようにしている。
上記圧力室は、内部容積が小さいほどガス交換量が少なくなって、侵入する水蒸気量が減少し、同じ内部容積であれば、単位容積あたりの表面積(S/V)が小さいほど、結露量が減少する。これは、内部表面積が小さいと結露が生じる壁面が少ないため、侵入する水蒸気量が同じであっても結露しにくくなるからである。単位容積あたりの表面積は球が最も小さいので、単位容積あたりの表面積(S/V)が、同一容積の球における値(3/rc)に近いほど、その効果は高くなる。具体的には、(S/V)を(3/rc)で割った値Fsが1.8以下であるときに、内部表面積が従来に比し十分小さくなり、結露量の低減効果が得られる。かくして、圧力室内への水蒸気の侵入を極力少なくし、侵入した水蒸気の結露、氷結を抑制して、圧力検出精度を大きく向上させることができる。
【0010】
請求項3の構成では、上記圧力室の上記圧力導入管が接続される壁面を上記圧力導入管に向けて下り傾斜する傾斜面とする。上記圧力導入管が接続される壁面を傾斜面とすることで、内部容積および内部表面積が小さい圧力室形状を容易に実現することができる。しかも上記圧力導入管と対向する壁面との距離が比較的大きいので、仮に、結露が発生し、結露水が気流に乗って移動しても、圧力検出器に接触、衝突することを防止でき、圧力検出器の入出力線の断線が防止できる。さらに、上記圧力導入管に向けて壁面が下り傾斜しているため、結露した水が上記圧力導入管から排出されやすく、上記圧力室内での氷結を防止する効果が高い。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図1に基づいて説明する。図1(a)は吸気管圧力検出装置の全体構成を示すもので、圧力検出装置本体1は、下部ハウジング11とその上部に覆着される上部ハウジング12とからなる。下部ハウジング11は、図1(b)、(c)の如く、図の左半部に半円形の凹部13を有し、右半部には半円形の凸部14が形成してある。一方、上部ハウジング12の下面には、円形凹部15が形成してあり、これを下部ハウジング11に嵌着すると、円形凹部15の左半部と下部ハウジング11の凹部13とで、圧力室2が形成される(図1(a))。下部ハウジング11の上記凸部14は、上記円形凹部15の右半部と嵌合する。
【0017】
上記下部ハウジング11の下面中央部には、圧力導入管3が連結され、該圧力導入管3の一端は、上記圧力室2の底面21となる上記凹部13の壁面を貫通して上記圧力室2内部と連通している。上記圧力導入管3の他端は図略のホース、フィルタを介して内燃機関の吸気管に連通している。
【0018】
上記圧力導入管3に対向する上記圧力室2の上部内壁面には、圧力検出器4が設置されている。上記圧力検出器4は、上部ハウジング12下面に固定されるガラス製の台座41上に圧力検出部42となるセンサチップを固定してなり、その表面は、ガソリン等の液体から保護するためのゲル状の保護膜で被覆されている。圧力検出部42からは、検出した圧力を電気信号として伝える入出力線43が延びており、上部ハウジング12内に設けられ、圧力信号を電圧変換する増幅回路5に接続されている。
【0019】
ここで、圧力検出器4は、上記圧力導入管3の正面からずらした位置に配置し、侵入する水蒸気が直接衝突するのを防止する。具体的には、上記圧力導入管3の延長線上の位置から、約5〜20mmずれた位置に配置するのがよい。これにより、圧力検出器4表面に水滴が付着する確率が減り、検出精度をより向上させることができる。
【0020】
本発明では、上記圧力室2を、その内部容積に対しできるだけ内部表面積が小さくなるように形成する。具体的には、上記圧力室2の底面21となる上記凹部13の壁面をすり鉢状となして、上記圧力導入管3に向けて下り傾斜する傾斜面となしてある。この底面21形状は、すり鉢状に限らず、例えば球面状等、他の形状としてもよい。
【0021】
さらに、本発明では、内部容積に対する内部表面積の大きさを判断する目安として、図2の(2)式で表されるFs値を導入する。今、図2に示すように、ある圧力検出装置の圧力室2の内部容積をV、内部表面積をSとすると、単位容積あたりの内部表面積は(S/V)で表される。また、同一容積における内部表面積の大きさは球が最も小さくなることから、内部容積Vの球を考え、その内部表面積をSc、半径をrcとする。この球の単位容積あたりの内部表面積(Sc/V)を求める式は、図2の(1)式のようになり、簡単にすると(3/rc)で表される。そこで、(S/V)を(Sc/V)で割った値をFsとすると、Fs値は(2)式のようになる。
Fs=(S/V)/(Sc/V)
=(S/V)/(3/rc)・・・(2)
【0022】
このFs値が、1に近づけば近づくほど、その圧力検出装置の単位容積あたりの内部表面積(S/V)が、球に近いことを意味する。すなわち、水滴が結露する表面が減少し、結果として、結露する量が少なくなる。そこで、内部容積、内部表面積の異なるいくつかの圧力検出装置を用意し、それらについて結露の発生量とFs値の関係を調べたところ、図3のように、Fs値が小さいほど圧力検出装置内での結露量は少なくなる傾向が見られた。この時、湿気、圧力等の条件は、車両内燃機関に搭載する場合と同じになるようにした。また、このうち、現在、市場で流通している装置は、Fs値が1.8より大きいものであり、従って、Fs値が1.8以下となるように内部容積V、内部表面積Sを設定すれば、従来品より結露水量を少なくすることができる。
【0023】
このように、上記構成によれば、圧力室2の底面21を傾斜面として内部容積を小さくしたので、圧力検出装置内へ侵入する水蒸気の量が大幅に低減する。しかも、圧力検出器4と圧力室2の底面21との距離dが十分大きく、圧力検出器4と圧力室2の底面21が接近しすぎることもない。さらにFs値を1.8以下として、内部表面積ができるだけ小さくなるようにしたので、圧力導入管3の管路31を通って内部に侵入した水蒸気が結露しにくく、圧力検出器4は、圧力導入管3の対向位置にないので、圧力検出器4へ水蒸気が直接衝突して付着することが防止できる。また、圧力室2の底面21が圧力導入管3に向けて下り傾斜しているため、結露水が圧力導入管3から外部へ排出されやすい。かくして、圧力室2内での氷結を極力少なくして、検出精度の低下を防止することができる。
【0024】
なお、本実施の形態では、上記圧力室2を圧力検出装置本体1の左半部のみに形成し、上面から見た形状が半円形となるようにしたが、円形や1/4円、あるいは円形に限らず、角形等としてもちろんよい。
【0025】
図4(a)〜(c)に本発明の第2の実施の形態を示す。本実施の形態では、上記圧力導入管3の端縁より、上記圧力室2内部へ突出する筒状突出部たる筒状壁32を設けている。その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。
【0026】
上記筒状壁32により、上記圧力導入管3から上記圧力室2内へ侵入してくる水蒸気を含んだ空気の流れは、図4(a)に矢印で示すように曲げられ、筒状壁32周囲のくぼみ16に達してここで結露する。この時、上記空気の流れの速度は、筒状壁32を設置しない第1の実施の形態に比較して、はるかに速くなる。これは、筒状壁32の上端とこれに対向する円形凹部15の表面15aとの距離L(筒状壁32の対向位置に圧力検出器4がある場合にはその表面との距離)が、第1の実施の形態における相当部分(圧力導入管3の開口端と円形凹部15表面との距離)よりも小さくなるためであり、筒状壁32の上端縁と円形凹部15の表面15aとの間に形成される隙間Xを通る際に、流れが速くなることによる。このため、水蒸気を含んだ空気の流れが、圧力検出器4表面に到達しにくくなり、圧力検出器4表面での結露が抑制される。また、空気の流れによって、圧力検出器4表面に付着した結露水が飛ばされやすくなる。
【0027】
特に、この距離Lを適当な値にすることで、圧力検出器4表面への結露をほとんどなくすことができる。通常、車両に使用される圧力検出装置の内部容積は、100〜1000mm3 程度である。前記した空気の流れは、主として吸気管の圧力脈動(通常、最大150mmHg程度)により発生し、その流れの量は、圧力室2の内部容積の大きさに比例する。本発明者等が、上記図4の構成において、筒状壁32に対向する円形凹部15の表面15aへの結露がほとんどない距離Lを調べたところ、下記表1のような結果が得られた。
【0028】
【表1】
【0029】
従って、この結果より、上記圧力室2の内部容積をV(mm3 )として、距離L(mm)が、下記(3)式、
L≦V×3.33×10-3・・・(3)
を満足するように距離Lを設定することにより、結露の防止が可能となる。
【0030】
また、第1の実施の形態では、上記圧力室2の傾斜する底面より結露水が流れ落ち、上記圧力導入管3から排出されるようにしたが、本実施の形態では、上記筒状壁32により、この結露水をせき止める。この時、上記筒状壁32の高さを適切に設定し、冬期1シーズンに溜まる結露水を十分保持できるようにすれば、圧力導入管3内へ排出される結露水が氷結して、管路31を閉塞するおそれがなくなる。
【0031】
この筒状壁32の高さの適切な値を調べるために、図5(a)に示すように、内部容積900mm3 、底面21がすり鉢状の圧力室2を有する圧力検出装置について、以下のような実験を行った。外気温−15℃、片道45分の通勤に毎日使用した場合を想定して、温度、湿度、圧力、圧力脈動、圧力変動等が、実際の走行状態と同じになるような疑似的環境下において、圧力検出装置内部の結露水の蓄積量を計測した。結果を図5(b)に示す。
【0032】
図5(b)の結果より、圧力検出装置内部の結露水は、大きな圧力変動、振動、蒸発により、外部へは排出されずに蓄積する一方で、冬期1シーズンを8か月(例えば北米、北欧など)として計算すると蓄積量は466mgとなる。この量を、内部容積900mm3 の図5(a)の圧力検出装置で、結露水が圧力導入管3へ流出しないようにするには、計算上、筒状壁32の高さは5mm必要となる。ただし、実際の圧力検出装置は、内部容積100mm3 程度のものまであり、この時、筒状壁32の高さは0.5mmでよい。内部容積と筒状壁32の高さの関係を下記表2に示す。これより筒状壁32の高さは、0.5mm〜5mmの範囲とし、内部容積や使用環境等に応じて適宜設定すればよいことがわかる。
【0033】
【表2】
【0034】
図6(a)、(b)に本発明の第3の実施の形態を示す。本実施の形態では、上記圧力室2の内部形状を直方体状としており、圧力室2の内部表面積の大きさを表すFs値は(2)式を満たしていない。上記圧力導入管3の端縁には、上記第2の実施の形態同様、上記圧力室2内部へ突出する筒状壁32が設けてあり、上記筒状壁32の上端と対向する圧力室2の上面2aとの距離L、および筒状壁32の高さHについては、上記第2の実施の形態と同様である。また、圧力検出器4は、図6(b)に示すように、上記筒状壁32の正面2bからずらした位置において、圧力室2の上面2a内に台座41が埋設固定してある。
【0035】
上記構成においても、筒状壁32を設けることによる、上記第2の実施の形態同様の効果が得られる。しかして、上記圧力導入管3内の管路31を通って上記圧力室2内を行き来する水蒸気を含んだ空気の流れは、上記筒状壁32の上端と対向する圧力室2の上面2aとの間に形成される隙間Xを通る際に速度が速くなる。このため、空気の流れの正面2b、ないしそれ以外の圧力室2の上面2aに結露水が付着したとしても、空気の流れによって吹き飛ばされてしまう。空気の流れは、その後、筒状壁32の外壁に沿って下方へ向かい、圧力室2の底面で結露する。このように、圧力検出器4を上記圧力導入管3の正面からずらし、筒状壁32を設けた場合は、Fs値が(2)式を満たすように上記圧力室2の形状を変更する必要は必ずしもなく、圧力検出器4表面での結露を抑制して、検出精度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施の形態を示す圧力検出装置の全体断面図、(b)は(a)のA−A線断面図、(c)は下部ハウジングの全体斜視図である。
【図2】Fs値の算出方法を説明するための図である。
【図3】Fs値と結露水量の関係を示す図である。
【図4】(a)は本発明の第2の実施の形態を示す圧力検出装置の全体断面図、(b)は(a)のA´−A´線断面図、(c)は下部ハウジングの全体斜視図である。
【図5】(a)は圧力検出装置内部の結露水の蓄積量を計測するための試験方法を説明するための図、(b)は日数−結露水量の関係を示す図である。
【図6】(a)は本発明の第3の実施の形態を示す圧力検出装置の全体断面図、(b)は(a)のB−B線断面図である。
【図7】従来の圧力検出装置の全体断面図である。
【図8】従来の圧力検出装置を内燃機関に設置した状態を示す模式図である。
【図9】従来の圧力検出装置の全体断面図である。
【符号の説明】
S スロットル
w 水滴
W1 、W2 結露水
X 隙間
I 氷
1 圧力検出装置本体
11 下部ハウジング
12 上部ハウジング
13 凹部
14 凸部
15 円形凹部
15a 表面
16 くぼみ
2 圧力室
21 底面(壁面)
2a 上面
2b 正面
3 圧力導入管
31 管路
32 筒状壁(筒状突出部)
33 ホース
34 フィルタ
4 圧力検出器
41 台座
42 圧力検出部
43 入出力線
5 増幅回路
6 吸気管
61 吸気管内壁
62 隙間
63 ブローバイガス導入口
Claims (3)
- 内燃機関の吸気管圧力を検出するための装置であって、吸気管に連通する圧力導入管と、該圧力導入管が連結されるハウジング内に設けられ上記圧力導入管を通じて上記吸気管内の圧力が導入される圧力室と、該圧力室内に設置される圧力検出器とを備え、上記圧力導入管を上記圧力室の内壁面に開口させるとともに、上記圧力検出器を、上記圧力導入管と対向する壁面に設け、かつ上記圧力導入管の正面からずらして設置し、かつ圧力室内に管路を形成しない構成としたことを特徴とする吸気管圧力検出装置。
- 上記圧力室の内部容積をV(mm3)、内部表面積をS(mm2)、上記圧力室の内部容積と同容積の球の半径をrc(mm)とした時に、Fs=(S/V)/(3/rc)で表される値Fsが、1.8以下となるようにしたことを特徴とする請求項1記載の吸気管圧力検出装置。
- 上記圧力室の上記圧力導入管が接続される壁面を上記圧力導入管に向けて下り傾斜する傾斜面とした請求項1または2記載の吸気管圧力検出装置。
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