JP4289691B2

JP4289691B2 - 吸気管圧力検出装置

Info

Publication number: JP4289691B2
Application number: JP24034397A
Authority: JP
Inventors: 泰之川辺; 聖彦渡辺; 典朗松田; 治伊藤; 之啓加藤
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2017-08-21
Also published as: JPH1164145A

Description

【０００１】
【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

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。