JP4569831B2 - 空気流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気流路を流れる空気流量を測定する空気流量測定装置に関する。

空気流路を流れる空気流量を検出する従来技術の空気流量測定装置としては、特許文献１に開示される空気流量測定装置を挙げることができる。特許文献１に開示される空気流量測定装置は、熱線として発熱抵抗体を用いて流体の流量を検出する熱線式流量センサであって、図５に示すように、横断面形状が角形の入口側バイパス通路９１７の一部に形成される絞り部９２０は、空気流れ方向に対し絞り部始端９２５から絞り部終端９２６まで両側壁に形成され、また支持部材９２７、９２９は絞り部終端９２６の絞り部出口側空間部９２１に絞り部９２０の入口側からみて凸状の絞り面の陰に隠れる位置に設けられるため、入口側バイパス通路９１７を流れる空気流が直接的に支持部材９２７、９２９に当たらないので、空気の乱れが発生しにくい。従って、整流された空気流の中で良好な空気流量信号が出力される。空気流量の小領域から大領域までの幅広い範囲において空気流の乱れが発生し難い状況で流量検出を行うので、熱式センシング部の出力変動を抑えられる。
特開平１１−１１８５５９号公報

ところで、空気流量測定装置において圧力損失を低減させようとすると、バイパス通路を細くする必要がある。バイパス通路を細くすると、限られた断面内において発熱抵抗体や、空気の温度を測定する感温素子などを配置する必要があり、バイパス通路内の空気流速が安定した中央部分に発熱抵抗体を配置することが困難になり、発熱抵抗体を配置する位置のばらつきに起因する特性の変化が問題になる。

バイパス通路内の空気の流れに直交する方向における流速分布は中央付近が最も高い上に、直交する方向に位置がずれた場合の流速変化も中央付近が最もなだらか（フラット）なので、発熱抵抗体を中央付近に配置することが望ましい。発熱抵抗体を中央付近に配置できれば、その位置が少々偏って配置されても発熱抵抗体にて検出される流量が大きく変わることはない。しかしながら、元々偏った位置に発熱抵抗体が配置されている場合には、組み付け精度の限界などから更にその位置が僅かにでもずれると、発熱抵抗体を中央に配置した場合と比較して流量の変化が相対的に大きくなるため発熱抵抗体を配置する位置のずれは特性変化の一因になる。

本発明は上記実情に鑑み完成されたものであり、バイパス通路中の中央付近に発熱抵抗体を配置できない場合でも発熱抵抗体を配置する位置のずれが問題になり難い空気流量測定装置を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する本発明の空気流量測定装置は、空気流路を流れる空気流量を測定する熱式の空気流量測定装置であって、
前記空気流路を迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路内であって前記バイパス通路の断面中央から偏った位置に配置される流量測定素子と、前記バイパス通路内で前記流量測定素子の上流側であって、断面方向で前記流量測定装置が位置する前記断面中央から偏った側の一部断面を絞る絞り部と、を有することを特徴とする。

本発明の空気流量測定装置は、バイパス通路の断面中央に配置することが困難であるために断面中央から偏った位置に発熱抵抗体が配置されている場合に、製造上の理由などに由来するばらつきで発熱抵抗体を配置する位置がずれたとしても、流量測定の特性の変化を小さくできるものである。

つまり、バイパス通路の発熱抵抗体の上流側に局所的に流速を増速する絞り部を設けることで流速分布を発熱抵抗体が偏った方向にずらすことが可能になり、発熱抵抗体を中央に配置した場合と同程度にまでずれによる影響を小さくできる。ここで、絞り部は、バイパス通路断面の発熱抵抗体が断面中央から偏った方向に設けている。そうすることで発熱抵抗体が偏った方向における流速を増速することが可能になり、発熱抵抗体が配置した位置を中心とした適正な流速分布を実現でき、発熱抵抗体を中央に配置した場合と同程度にまで特性変化の発生に抑えることが可能になる。

特に、前記絞り部は前記バイパス通路の壁面近傍にて前記バイパス通路を絞る部材を採用することで、絞りの程度を大きくして抵抗を大きくしなくても充分な効果が発揮できる。

そして、前記絞り部は前記バイパス通路の壁面近傍にあって前期流量測定素子が前記断面中央から偏った側の一部断面を絞る部材を採用できる。

また、前記バイパス通路は、入口側バイパス通路と出口側バイパス通路とが一端部で接続された状態でＵ字状に隣接する部材にすることができる。

更にまた、前記バイパス通路断面における前記流量測定素子が配置された位置とずれた位置であって該バイパス通路内に配置された感温素子を有することができる。

本発明の空気流量測定装置は、上記構成を有することから以下の作用効果を発揮する。すなわち、発熱抵抗体を配置する位置に応じて、バイパス通路内で適正な流量分布が実現できるので、発熱抵抗体の配置位置がばらついても特性の変化が小さくなる。

以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図面に基づいて説明する。本発明の空気流量測定装置（以下、「エアフローメータ」という）を内燃機関の吸入空気流量を測定する装置に適用した一実施例について以下説明する。エアフローメータ２は、図４に示すように、内燃機関の吸気管１に取り付けられている。このエアフローメータ２は、取付部７、ベンチュリ流路部５、バイパス流路部６、センシング部（流量測定素子：発熱抵抗体）及び回路モジュール部９から構成されている。

取付部７は、このエアフローメータ２を吸気管１に取り付ける部分で、吸気管１に形成される取付穴にプラグイン方式により取り付けられている。この取付部７は、ベンチュリ流路部５とバイパス流路部６と樹脂により一体成形されている。ベンチュリ流路部５は、吸気管１の内部の空気流路３のほぼ中央部分に位置する。このベンチュリ流路部５は、吸気管１内を流れる吸入空気の一部を通過させるベンチュリ通路１３を有する。このベンチュリ通路１３の内壁は、吸気管１の軸方向に沿って空気流路３と平行に位置する。

バイパス流路部６は、取付部７とベンチュリ流路部５とを接続する部分に形成される。バイパス流路部６は取付部７とベンチュリ流路部５と樹脂により一体成形されている。このバイパス流路部６は、筒状の外管１５とこの外管１５の内部に形成される仕切壁１６とを有する。外管１５は、内部に、仕切壁１６と、この外管１５の内壁と仕切壁１６とにより仕切られるバイパス通路１４を有する。バイパス通路１４は、図３及び４に示すように、ほぼ逆Ｕ字状の通路に形成され、横断面形状が矩形である。仕切壁１６の上端２３の上流側に入口側バイパス通路１７が形成され、下流側に出口側バイパス通路１８が形成される。

センシング部８は、前述の絞り部から絞り部出口側空間部２１にかけて設けられている。センシング部８は、４本の支持部材２７、２８、２９及び３０と、流量測定素子としての発熱素子（発熱抵抗体）３１と、感温素子３２とからなる。

発熱素子３１は、入口側バイパス通路１７に配置される。発熱素子３１は感温素子３２よりもわずかに下流側に配置される。発熱素子３１及び感温素子３２は抵抗体の両端に配線部材が延設された全体として棒状の部材であり、バイパス通路１４内の空気の流れに直交する方向（空気流路３内での空気の流れの方向）に向いており、バイパス通路１４内で空気が流れる方向から見ると並列して配置されている。発熱素子３１が配置されている部位は入口側バイパス通路１７の断面中央近傍であるが、僅かに偏っている。偏りの方向は図１の左方、図３の紙面奥方向である。発熱素子３１が偏る理由としては圧力損失や占有空間を小さくするために入口側バイパス通路１７の断面を小さくしているためである。つまり、入り口バイパス通路１７の断面を極限まで小さくしていることから、加工上の理由などにより発熱素子３１及び感温素子３２を最適な部位にへの配置が困難になるからである。

発熱素子３１の両端は、支持部材２７及び２８の自由端に支持され、感温素子３２の両端も、支持部材２９及び３０の自由端に支持されている。支持部材２７、２８、２９及び３０の固定端は取付部７の内壁に固定されており、両素子３１及び３２の配線を兼ねている。

絞り部２０は、外管１５の内壁に両側から凸状に入口側バイパス通路１７の流路面積を小さくするように形成される。絞り部２０は空気流路３での空気の流れ方向から見て、それぞれ、左右方向から入口側バイパス通路１７の断面を絞る絞り部２０ａと、前後方向から入口側バイパス通路１７の断面を絞り流速分布を発熱素子３１の偏りに応じて調節する絞り部２０ｂとから構成される。

絞り部２０は、絞り部始端から絞り部終端に至る間に通路中央に向かって凸状に形成される、これにより、入口側バイパス通路１７の通路横断面積が上流側から下流側に次第に緩慢に小さくなり、やがて入口側バイパス通路１７の通路横断面積が最小になり、この最小通路横断面積部の下流側で通路横断面積が連続的に急速に大きくなる。絞り部２０ａは入口側バイパス通路１７の断面を一様に絞る形態である。絞り部２０ｂは入口側バイパス通路１７の発熱素子３１が偏った方向側の半分程度（図１の左方、図３の紙面奥方向）の断面を絞る形態である。

絞り部出口側空間部２１は、絞り部終端の下流側に形成され、バイパス通路１４の通常の有効開口面積を有する。この絞り部出口側空間部２１は、仕切壁１６の上端２３の部分で終了し、その下流側が出口側バイパス通路１８に接続される。出口側バイパス通路１８は、取付部７からベンチュリ流路部５に向けてほぼ一様な有効開口面積をもつように形成され、出口側バイパス通路１８の終端がベンチュリ通路１３に連通する。

また、支持部材２７、２８は、入口側バイパス通路１７の上流側から下流側の開口を覗くと、絞り部仕切り２０ｃの陰に位置する。これにより、入口側バイパス通路１７の絞り部２０を通り絞り部終端から絞り部出口側空間部２１に入る空気流が乱れを発生することなしに最も安定した流れを形成する。

回路モジュール部９は、回路部と、空気流路３の空気温度を測定する空気温度測定素子としてのサーミスタ３５を備えている。回路部は、ハウジング３４、制御回路３９、放熱板、コネクタ３６及びカバー３８を有する。回路部は、発熱素子３１及び感温素子３２への通電を制御するとともに、流量検出信号を出力する制御回路３９が回路部の樹脂製のハウジング３４内に収容されている。

次に、空気の流れについて説明する。吸気管１を流れる空気の一部は、エアフローメータ２の外管１５の入口１９に流入する。入口１９に流入した空気は、ベンチュリ通路１３に入る流れと入口側バイパス通路１７に入る流れとに別れる。

ベンチュリ通路１３に入る流れはベンチュリ通路１３の下流側で空気の流速が増大するので負圧を発生する。この負圧により出口側バイパス通路１８の空気を吸引する。その結果、入口側バイパス通路１７から流入してバイパス通路１４を流れる空気の流速が速くなる。

発熱素子３１は制御回路３９により電力が供給され、バイパス通路１４を流れる空気の温度との差が一定になるように制御される。具体的には発熱素子３１に供給する電流値から算出される発熱素子３１の温度と感温素子３２で検出する空気温度との差が一定となるように制御回路３９で発熱素子３１に供給する電流値を制御し、制御回路３９からこの電流値を流量検出信号として出力する。

この実施例によると、入口側バイパス通路１７内に流入した空気流れは、絞り部２０ａを通過し整流される。そして、絞り部２０ｂにより空気の流れが一部増速されることで絞り部２０ｂが設けられている側の空気の流れが速くなり、流速分布を適正に変化させることができる。絞り部２０ｂが設けられていないと、図２（ａ）に示すように、図１のII-II'断面における流速は左右対称になり中央ｃの流速が一番高く、発熱素子３１が配置されている位置ｓは流速が一番高い部分からずれることになる。その結果、発熱素子３１が配置される位置ｓが僅かでもずれると検出する流速が大きく変化することになる。

そして、絞り部２０ｂが設けられることで、図２（ｂ）に示すように、図１のII-II'断面における流速は左右非対称になる。つまり、絞り部２０ｂによりａで示す増速成分だけ増速されたことで、絞り部２０ｂが無い場合の流速分布ｎにａで示す増速成分が加わり発熱素子３１が配置された位置ｓにおける流速が最も高く且つ位置ｓ近傍における流速変化が最もなだらかな流速分布ｍとなる。その結果、発熱素子３１が配置される位置ｓがずれても絞り部２０ｂが無い場合よりも検出する流速の値の変化を小さくできる。

本実施例によると、絞り部２０ａにより流れが増速されるため、流量測定精度が高められる。また、絞り部２０ｂにより発熱素子３１を配置する位置に応じて適正な流速分布を実現することができるので、発熱素子３１の取り付け位置の誤差による特性変化を少なくできる。

また、絞り部仕切り２０ｃにより絞り部２０ｂがある部分とない部分を概略区切ることにより絞り部２０ｂの効果を強めることができ少ない絞り量で適正な流速分布を実現できる。

本実施例のエアフローメータの一部切欠断面を示した正面図である。 本実施例のエアフローメータの発熱素子近傍の流速分布を示す図である。（ａ）：絞り部２０ｂが無い場合、（ｂ）：絞り部２０ｂを設けた場合。 本実施例のエアフローメータの一部切欠断面を示した側面図である。 本実施例のエアフローメータの取付状態を示す断面図である。 従来のエアフローメータの一部切欠断面を示した正面図である。

符号の説明

１…吸気管
２…エアフローメータ（空気流量測定装置）
５…ベンチュリ流路部
６…バイパス流路部
７…取付部
９…回路モジュール部
１１…取付穴
１３…ベンチュリ通路
１４…バイパス通路
１５…外管
１６…仕切壁
１７…入口側バイパス通路
１８…出口側バイパス通路
２０（２０ａ、２０ｂ）…絞り部
２１…絞り部出口側空間部
２３…上端
２７、２８、２９、３０…支持部材
３１…発熱素子（流量測定素子）
３２…感温素子
３５…サーミスタ

Claims (4)

1. 空気流路を流れる空気流量を測定する熱式の空気流量測定装置であって、
   前記空気流路を迂回するバイパス通路と、
   前記バイパス通路内であって前記バイパス通路の断面中央から偏った位置に配置される流量測定素子と、
   前記バイパス通路内で前記流量測定素子の上流側であって、断面方向で前記流量測定装置が位置する前記断面中央から偏った側の一部断面を絞る絞り部と、
   を有することを特徴とする空気流量測定装置。
2. 前記絞り部は前記バイパス通路の壁面近傍にて前記バイパス通路を絞る部材である請求項１に記載の空気流量測定装置。
3. 前記絞り部は前記バイパス通路の壁面近傍にあって前記流量測定素子が前記断面中央
   から偏った側の一部断面を絞る部材である請求項１に記載の空気流量測定装置。
4. 前記バイパス通路断面における前記流量測定素子が配置された位置とずれた位置であって該バイパス通路内に配置された感温素子を有する請求項１〜３のいずれかに記載の空気流量測定装置。

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