JP4488030B2 - 空気流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込む副流路と、この副流路を流れる空気の一部を取り込む副副流路とを有し、この副副流路の内部に配置される流量センサによって空気流量を測定する空気流量測定装置に関する。

従来技術として、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、内燃機関に吸入される空気量を測定するエアフロメータであり、図４に示す様に、内燃機関の吸気通路１００に配置されるセンサボディ１１０を有している。センサボディ１１０には、吸気通路１００を流れる空気（内燃機関に吸入される空気）の一部を取り込む副流路１２０と、この副流路１２０を流れる空気の一部を取り込む副副流路１３０とが形成され、この副副流路１３０の内部に流量センサ１４０が配置されている。なお、副副流路１３０は、仕切壁１５０の周囲に略Ｕ字状に形成され、その副副流路１３０のＵターン部（折り返し部）に流量センサ１４０が配置されている。
特開２００５−１４０７５３号公報

ところが、上記の空気流量測定装置では、吸気脈動の影響などで慣性力を失ったダストが副副流路１３０の入口に滞留した場合に、そのダストが次の吸気時に副副流路１３０に流入して、流量センサ１４０に衝突することがある。この場合、副副流路１３０に流入したダストは、副副流路１３０に生じる空気の流れにより十分に加速された状態で流量センサ１４０に衝突するため、流量センサ１４０にダメージを与える恐れがある。特に、流量センサ１４０に薄膜式の測定素子を使用する場合は、ダストの衝突によって測定素子が容易に損傷する恐れがある。

また、副流路１２０から副副流路１３０へ取り込まれる空気は、図５に示す様に、副副流路１３０の入口で流れ方向が略直角に曲がるため、その曲がりにより縮流された流れが副副流路１３０の内部で徐々に拡大しながら流量センサ１４０に到達する。その結果、空気の乱れが発生して、流量センサ１４０の出力変動が大きくなる問題があった。
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、ダストの衝突による流量センサへのダメージを低減でき、且つ、流量センサの出力変動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、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込む副流路と、この副流路に設けられ、副流路の出口方向に向かって流路断面積を次第に減少する絞り部と、この絞り部より上流側で副流路より分岐して設けられ、副流路を流れる空気の一部を取り込む副副流路と、この副副流路を流れる空気の流量を測定する流量センサとを有する空気流量測定装置において、流量センサは、副流路より分岐する副副流路の入口に配置されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、副流路に絞り部を設けたことにより、副流路の入口側と出口側との圧力差が大きくなるため、流量センサでの測定に十分な空気量を副副流路へ流すことができ、検出精度が安定する。
また、副流路を流れる空気の一部が副副流路へ取り込まれる際に、大きな慣性力を持った（速度が速い）ダストは、副副流路へ流入しない。さらに、流量センサを副副流路の入口に配置しているので、副副流路の入口に滞留していたダストが副副流路へ流入しても、十分に加速されることなく流量センサに衝突する。この場合、ダストが流量センサに衝突する時のスピードが低くなるため、ダストの衝突による流量センサのダメージを低減できる。
また、副流路から副副流路に取り込まれた空気は、副副流路の入口で縮流された状態、つまり、乱れが発生する前に流量センサに到達するので、流速安定性が良く、流量センサの出力変動を抑制できる。

さらに、請求項１の発明では、副副流路の入口は、副流路より分岐する上流側の入口端部をＡ点、下流側の入口端部をＢ点、Ａ点より上流側の副流路の中心を通る軸線を基準線と呼ぶ時に、Ｂ点は、基準線に対してＡ点より遠い位置に設けられており、Ａ点とＢ点との間に開口する副副流路の入口に流量センサの一部が掛かる様に配置されていることを特徴とする。
副副流路の入口は、Ｂ点がＡ点より基準線に対し遠い位置に設けられている、つまり、副副流路の入口が副流路の出口方向に傾いているので、副流路を流れるダストが副副流路へ入りにくくなり、副副流路の入口に配置される流量センサへのダストの衝突を少なくできる。

（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、流量センサは、半導体基板の表面に形成された薄膜抵抗体を有し、この半導体基板を支持する支持部材の少なくとも一部が、Ａ点とＢ点との間に開口する副副流路の入口に掛かる様に配置されていることを特徴とする。
薄膜抵抗体を用いた流量センサでは、ダストの衝突によって薄膜抵抗体が容易に損傷する恐れが高い。これに対し、本発明の空気流量測定装置は、流量センサを副副流路の入口に配置することにより、流量センサに衝突する時のダストのスピードが低くなるため、ダストの慣性エネルギが小さくなり、ダストの衝突による薄膜抵抗体の損傷を防ぐことが可能である。

（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、副流路は、Ｂ点より副流路の出口方向に向かって副流路の流路断面積が次第に小さくなる様に設けられた傾斜面を有し、この傾斜面が副流路の絞り部を形成していることを特徴とする。
上記の構成によれば、副流路を流れる空気の動圧が傾斜面に加わることにより、流量センサでの測定に十分な空気を副副流路へ流すことができるので、流量センサの検出精度が安定する。

（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかの空気流量測定装置において、ダクトは、内燃機関の吸気ポートに通じる吸気通路を形成し、内燃機関に吸引される空気がダクトの内部を流れることを特徴とする。
本発明の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として好適に用いることができる。

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は空気流量測定装置１の断面図である。
実施例１に示す空気流量測定装置１は、例えば、自動車用エンジンの吸入空気量を計測するエアフロメータであり、以下に説明するセンサボディ２、流量センサ３、および回路モジュール４等より構成される。
センサボディ２は、図１に示す様に、エンジンの吸気ダクト５に形成された取付け孔５ａより吸気ダクト５の内部に挿入されている。このセンサボディ２には、吸気ダクト５の内部を図示左側から右側に向かって流れる空気（エンジンに吸引される空気）の一部を取り込む副流路６と、この副流路６を流れる空気の一部を取り込む副副流路７とが形成されている。

副流路６は、吸気ダクト５の上流側（図１の左側）に向かって開口する入口６ａと、吸気ダクト５の下流側に向かって開口する出口６ｂとを有し、吸気ダクト５の内部を流れる空気の流れ方向に沿って入口６ａから出口６ｂまで略直線状に形成されている。また、副流路６の下流側には、副流路６を流れる空気の動圧を受ける傾斜面８が設けられている。 副副流路７は、副流路６から分岐する入口７ａ（図２参照）と、副流路６の出口６ｂの周囲に環状に形成される出口７ｂとを有し、入口７ａと出口７ｂとの間に空気の流れ方向が１８０度変化（Ｕターン）するＵターン部が設けられている。

副副流路７の入口は、図２に示す様に、副流路６より分岐する上流側の入口端部をＡ点、下流側の入口端部をＢ点、Ａ点より上流側の副流路６の中心を通る軸線を基準線（図中一点鎖線で示す）と呼ぶ時に、Ｂ点は、基準線に対してＡ点より遠い位置に設けられている。つまり、基準線からＡ点までの距離より、基準線からＢ点までの距離の方が大きく設けられ、Ａ点とＢ点との間に開口する副副流路７の入口７ａが副流路６の出口方向に傾いて形成されている。
また、上記の傾斜面８は、Ｂ点より副流路６の出口方向に向かって副流路６の流路断面積が次第に小さくなる様に設けられ、副流路６の絞り部を形成している。

流量センサ３は、副副流路７を流れる空気の流量を計測して電気的な信号（例えば電圧信号）として出力するもので、例えば、半導体基板の表面に薄膜抵抗体で形成された発熱素子と感温素子（共に図示せず）とを有し、これらの素子が回路モジュール４に内蔵される回路基板（図示せず）に接続されている。この流量センサ３は、副副流路７の入口７ａに配置されている。具体的には、図１に示す様に、上述の基準線に対して前記Ａ点より外側（図示上側）に配置され、且つ、Ａ点とＢ点との間に開口する副副流路７の入口７ａに流量センサ３の一部（例えば半導体基板の一部）が掛かる様に配置されている。
回路モジュール４は、センサボディ２と一体に設けられ、吸気ダクト５の外側に配置される（図１参照）。この回路モジュール４は、発熱素子の温度と感温素子で検出される空気温度との差が一定になるように、発熱素子に流れる電流値を制御している。

続いて、空気流量測定装置１の作用を説明する。
エンジンの始動により、吸気ダクト５の内部に空気の流れが発生すると、空気の一部がセンサボディ２の副流路６に取り込まれ、更に、副流路６を流れる空気の一部が副副流路７に取り込まれる。この時、副副流路７に配置された流量センサ３では、副副流路７を流れる空気の流速が大きくなると、発熱素子の放熱量が増大するため、感温素子で測定される空気温度との温度差を一定に保つために、発熱素子に通電される電流値が大きくなる。逆に、副副流路７を流れる空気の流速が小さくなると、発熱素子の放熱量が低減するため、発熱素子に通電される電流値が小さくなる。この発熱素子に通電される電流値に応じた電気信号（例えば電圧信号）が、回路モジュール４から外部のＥＣＵ（電子制御装置）へ出力されて、ＥＣＵにより吸気量が測定される。

（実施例１の効果）
本実施例の空気流量測定装置１は、副副流路７の入口７ａが副流路６の出口方向に傾いている、つまり、図２に示した基準線（一点鎖線）に対してＡ点よりＢ点の方が遠い位置にあるので、副流路６を流れるダストが副副流路７へ入りにくくなり、大きな慣性力を持った（速度が速い）ダストは、副副流路７へ流入することはない。また、流量センサ３を副副流路７の入口７ａに配置しているので、副流路６を流れる空気の一部が副副流路７へ取り込まれる際に、副副流路７の入口７ａに滞留していたダストが副副流路７へ流入しても、十分に加速されることなく流量センサ３に衝突する。この場合、ダストが流量センサ３に衝突する時のスピードが低くなるため、ダストの衝突による流量センサ３のダメージを低減できる。

また、副流路６から副副流路７に取り込まれた空気は、副副流路７の入口７ａで縮流された状態、つまり、乱れが発生する前に流量センサ３に到達するので、流速安定性が良く、流量センサ３の出力変動を抑制できる。
さらに、副流路６の下流側に傾斜面８（絞り部）を設けているので、副流路６を流れる空気の動圧が傾斜面８に加わることにより、副流路６の入口側と出口側との圧力差が大きくなる。その結果、流量センサ３での測定に十分な空気量を副副流路７へ流すことができ、検出精度が安定する。

図３は空気流量測定装置１の断面図である。
この実施例２に係る空気流量測定装置１は、副流路６に設けられる絞り部の構成が実施例１とは異なる。その絞り部の具体的な構成を以下に説明する。
副副流路７の入口７ａが設けられる副流路６の径方向〔図３（ａ）に示す上下方向〕を副流路６の高さ方向と呼び、その高さ方向と直交する副流路６の径方向を副流路６の幅方向と呼ぶ時に、副流路６の絞り部は、図３（ｂ）に示す様に、副流路６の幅方向（図示上下方向）の両側に設けられた一対の壁面９によって構成される。その一対の壁面９は、副流路６の高さ方向と平行に形成され、且つ、一対の壁面９の間隔が副流路６の出口６ｂに向かって次第に小さくなる様に、副流路６の軸線に対し傾斜して設けられている。

なお、副副流路７の入口７ａは、実施例１と同じく、基準線に対してＡ点よりＢ点の方が遠い位置に設けられている。つまり、Ａ点とＢ点との間に開口する副副流路７の入口７ａが副流路６の出口方向に傾いて形成されている。また、Ｂ点より下流側の副流路６は、高さ方向の寸法が副流路６の出口６ｂまで同一に設けられている。
流量センサ３は、Ａ点とＢ点との間に開口する副副流路７の入口７ａに掛かる様に配置されている。

上記の構成により、実施例１と同様の効果を得ることができる。すなわち、副副流路７の入口７ａが副流路６の出口方向に傾いているので、副流路６を流れるダストが副副流路７へ入りにくくなる。また、流量センサ３を副副流路７の入口７ａに配置しているので、副流路６を流れる空気の一部が副副流路７へ取り込まれる際に、副副流路７の入口７ａに滞留していたダストが副副流路７へ流入しても、十分に加速されることなく流量センサ３に衝突する。この場合、ダストが流量センサ３に衝突する時のスピードが低くなるため、ダストの衝突による流量センサ３のダメージを低減できる。

また、副流路６から副副流路７に取り込まれた空気は、副副流路７の入口７ａで縮流された状態、つまり、乱れが発生する前に流量センサ３に到達するので、流速安定性が良く、流量センサ３の出力変動を抑制できる。
さらに、副流路６に絞り部（一対の壁面９）を設けているので、副流路６を流れる空気の動圧が一対の壁面９に加わることにより、副流路６の入口側と出口側との圧力差が大きくなる。その結果、流量センサ３での測定に十分な空気量を副副流路７へ流すことができ、検出精度が安定する。

（変形例）
実施例１では、流量センサ３の一部（例えば半導体基板の一部）が副副流路７の入口７ａに掛かる様に配置されるが、半導体基板を支持する支持部材の少なくとも一部が副副流路７の入口７ａに掛かる様に配置しても良い。

空気流量測定装置の断面図である（実施例１）。 センサボディの断面図である（実施例１）。 （ａ）空気流量測定装置の断面図、（ｂ）副流路に設けられた絞り部の構成を示す断面図（Ａ−Ａ断面図）である（実施例２）。 従来技術に係る空気流量測定装置の断面図である。 従来技術に係る空気流量測定装置の断面図である。

符号の説明

１ 空気流量測定装置
３ 流量センサ
５ 吸気ダクト（ダクト）
６ 副流路
７ 副副流路
８ 傾斜面（絞り部）
９ 一対の壁面（絞り部）

Claims (4)

1. ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込む副流路と、この副流路に設けられ、前記副流路の出口方向に向かって流路断面積を次第に減少する絞り部と、この絞り部より上流側で前記副流路より分岐して設けられ、前記副流路を流れる空気の一部を取り込む副副流路と、この副副流路を流れる空気の流量を測定する流量センサとを有する空気流量測定装置において、前記流量センサは、前記副流路より分岐する前記副副流路の入口に配置されており、前記副副流路の入口は、前記副流路より分岐する上流側の入口端部をＡ点、下流側の入口端部をＢ点、前記Ａ点より上流側の前記副流路の中心を通る軸線を基準線と呼ぶ時に、前記Ｂ点は、前記基準線に対して前記Ａ点より遠い位置に設けられており、前記Ａ点と前記Ｂ点との間に開口する前記副副流路の入口に前記流量センサの一部が掛かる様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、前記流量センサは、半導体基板の表面に形成された薄膜抵抗体を有し、前記半導体基板を支持する支持部材の少なくとも一部が、前記Ａ点と前記Ｂ点との間に開口する前記副副流路の入口に掛かる様に配置さ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に記載した空気流量測定装置において、前記副流路は、前記Ｂ点より前記副流路の出口方向に向かって前記副流路の流路断面積が次第に小さくなる様に設けられた傾斜面を有し、この傾斜面が前記副流路の絞り部を形成していることを特徴とする空気流量測定装置。
4. 請求項１〜３に記載した何れかの空気流量測定装置において、前記ダクトは、内燃機関の吸気ポートに通じる吸気通路を形成し、前記内燃機関に吸引される空気が前記ダクトの内部を流れることを特徴とする空気流量測定装置。

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