JP4979262B2 - 流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、気体の流量を検出する流量測定装置に係り、特には、気体の一部を流量検出部が設けられた副通路内導入し気体の流量を計測する流量測定装置に関する。

発熱抵抗体式空気流量測定装置は車輌の吸気ダクトに装着され、吸入空気流量を計測する役割を持っている。車輌の吸気ダクトは通常アクセルに連動して吸入空気が流れるが、雨天時等においては、空気と一緒に水滴も吸入されてしまう。水滴が流量検出素子である発熱抵抗体に衝突すると、発熱抵抗体の放熱量が過大となり計測誤差を生じる。これは空気への放熱量と比較して水の放熱量が大きいために生じる。この問題を解決するために特許文献１では発熱抵抗体の上流側に迂回部を設け遠心力により水滴と空気を分離させる通路を設けている。更に、通路部に迂回部を設けると通路内に水が溜まりやすくなるためその水を排出させるために迂回部に水抜き穴を設けている。

特開２００４−３７１３１号公報

車輌で急加速を行うと流量急変時において、従来技術のような迂回通路を持つ副空気通路で迂回部手前の通路途中にある水抜き穴付近では通路内部の圧力が高くなり、ボディ内主通路の圧力が低くなってしまうため、空気が副空気通路内の水抜き穴から吸気管へ流出してしまい検出素子への流れが減少してしまう。特に流量急変時の非定常な流れにおいては、発熱抵抗式流量測定装置の検出精度の悪化が大きい。

副空気通路周辺の空気の流れは定常時と流量急変時（非定常）とで大きく異なる。図９
に示す図は流量急変時前後の副空気通路周辺の空気の流れをＣＡＥにより解析した結果で
ある。上中段のグラフは主空気通路の流速(量)を急増させたときの、主空気通路と副空気
通路内の流量を示す。下段の図は流速ベクトルを矢印で示している。定常時（−５０ｍｓ
〜０ｍｓ）には副空気通路出口部は空気のはくりが生じており圧力が低くなっているため
出口から流出しやすく、発熱抵抗体部にも流量（流速）が十分に流れる構造となっている
。これに対して、流量が急変している最中（０ｍｓ〜５０ｍｓ）の周辺の空気の流れでは
出口部の空気の剥離が薄くなっており、副空気通路部の流れをふさいでしまうような流れ
となってしまう。このため出口から空気が流出しにくくなってしまい、その結果として迂
回部の設けた水抜き穴からの空気流出が増加してしまう。また図１０に水抜き穴を塞いだ
形状でＣＡＥにより同様の解析を行った結果であり、定常時と過渡時の空気の流れを示す
がどちらの場合においても計測部付近の流速は遅くなっていないため水抜き穴が主要因で
ある事が確認された。我々は、このような非定常時（過渡時）における水抜き穴による検
出精度の悪化という新たな課題を見出した。

本発明の目的は、水抜き穴を有する流量測定装置において、非定常時（過渡時）における検出精度の悪化を少なくすることにある。

上記目的を達成するために、本発明の流量測定装置は、曲がり部を有する副通路を構成する副通路部材と、前記副通路に設けられ通電により発熱する抵抗体と、前記副通路の曲がり部または前記副通路の曲がり部に対して流体の上流側に、前記副通路と前記主通路を連通する第一の連通孔と、前記副通路の曲がり部に対して流体の下流側に設けられ、前記副通路の側壁面の一面に形成された前記副通路外から見たときに凹んでいる第一の絞りと前記副通路の側壁面の他面に形成された前記副通路外から見たときに凹んでいる第二の絞りとを向かい合わせるように形成することで前記副通路の通路幅が狭まるようにしている絞り部と、を備え、前記抵抗体が前記絞り部の最狭部に設けられ、前記副通路の入り口が主通路内に位置するように設置されている発熱抵抗式流量測定装置であって、前記副通路の出口と前記抵抗体との間に、前記副通路と前記主通路とを連通する第二の連通孔を設け、前記第二の連通孔は、前記絞り部のうち前記第一の絞りおよび前記第二の絞りのそれぞれに設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、水抜き穴を有する流量測定装置において、非定常時（過渡時）における検出精度の悪化を少なくすることができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面にて説明する。

図１，図２に示した、発熱抵抗体式空気流量測定装置は本発明を実施するための最良の形態である。また図３は断面Ｂ−Ｂを上流側から見た図である。本発熱抵抗体式空気流量測定装置は内部に主空気通路２を形成する流量計測ボディ１と、主空気通路２に流量測定部を有し、主空気通路２を流れる空気流量を計測する計測部とを含んで構成される。

図１，図２，図３において、計測部には流量測定用の発熱抵抗体３及び、温度検出用の感温抵抗体４を有しており発熱抵抗体３及び感温抵抗体４を支持するための複数個の支持ターミナル５と、電子回路として回路基板６がある。また回路基板６を収容するために両側が空洞となっているハウジング７には上記した複数個のターミナル５が支持され、片側が開放している、コの字形状の副空気通路８を形成してこの副空気通路８に発熱抵抗体３及び感温抵抗体４を内設する副通路部材と回路基板を搭載し、ハウジング７の空洞の一方側の開放面と片側解放形状の副空気通路８の片側開放面とを一緒に被覆する金属製のアルミベース９がある。またハウジング７の空洞となっている他方側の開放面を被覆する被覆体としてカーバー１０を形成する。そしてハウジング７は、プラスチック材から一体成形品であって、回路基板６を内包し保護するための前述の空洞を形成する枠体部と流量測定用の発熱抵抗体３及び感温抵抗体４を支持している複数個の支持ターミナル５を固持する固定部とから構成される。尚、感温抵抗体４は、流量測定用の発熱抵抗体３の加熱温度と吸気温度との温度差を一定に制御するために設けられた吸気温度検出用の抵抗体である。また、各抵抗体は支持ターミナル５に溶接によって固定される。

またハウジング７に隣接し並設されている副通路部材は入り口開口部１０と第一の流路１１と曲がり部１２と第二の流路１３と出口開口部１４とから形成される副空気通路８の内部に有する。また、入り口開口部１０と曲がり部１２の間には副空気通路内への水溜り防止用の水抜き穴１５が配置されている。そして、出口開口部１４と曲がり部１３の間には段差形状の凹１７が設けられている。本副空気の特徴としては感温抵抗体４と、流量測定用の発熱抵抗体３が曲がり部１２と出口開口部１４の間に構成されているため外部からは流量計測素子が隠された構造となっている。また出口開口部１４は副空気通路８とアルミベース９の両側に対称となるように開けられている。

図４は副空気通路８の曲がり部１２から出口開口部１４付近までの部分の断面Ａ−Ａを上側から見た図の一例である。流量測定用の発熱抵抗体３付近は通路幅が細く絞られている。また、流量測定用の発熱抵抗体３と通路出口開口部１４の間には段差形状の凹１７と穴１６とが設けられた構造となっている。図４の断面図より、段差形状の凹１７はその絞り部１８と通路壁面部１９の間となる部分の副空気通路構成部２０の両側に開けられた構造となっている。また流量測定用の発熱抵抗体３より下流側に配置した段差形状の凹１７は、通路出口開口部１４と流量測定用の発熱抵抗体３の間に位置している。例え副空気通路出口開口部１４の空気の剥離が薄くなっても絞り下流部が凹部となっているため段差形状の凹１７の圧力が低くなるので、通路である穴１６から空気が流出しやすくなる。これにより流量急変時においても通路内部から主空気通路２への排出を行う事が出来る。

上記実施例に対して、他構造で精度改善を図った構成を断面図５に示す。図４と同様に流量測定用の発熱抵抗体３と通路出口開口部１４の間に段差形状の凹１７と穴１６とが開けられている。出口開口部１４と段差形状の凹１７の間の断面形状は出口開口部１４と段差形状の凹１７両方においてひさし効果が得られるような構造となっている。これによりひさしによる空気の排出効果を高めることが可能となる。尚、図５では断面形状が台形
２１となっているが出口開口部１４と段差形状の凹１７いずれもひさし形状となる断面形状であれば同じ効果を得る事が可能である。これにより定常時は通路出口開口部１４から流量急変時おいては、通路出口開口部１４と穴１６の両方から流出が可能となる。

上記実施例に対して、他構造で精度改善を図った構成を断面図６に示す。図６は図４と同位置で断面した図の一例であり、流量測定用の発熱抵抗体３付近において通路幅が絞られた形状が出口まで延長された形状を特徴としている。これにより出口開口部１４までの通路幅が最後まで絞られているため、出口開口部１４がひさしの役割を果たす事が可能となる。これにより、副空気通路出口開口部１４の空気の剥離が無くなり外部の圧力が低くなっているため、出口開口部１４から空気が流出しやすくなる。これにより流量急変時においても主空気通路２の流れに妨げられる事なく通路内部から主空気通路２への排出を行う事が出来る。

上記実施例に対して、他構造で精度改善を図った構成を断面図７に示す。図７は図４と同位置で断面した図の一例であり、図４に対して絞り部１８の長さは図１の形状と変わらないが、出口の位置が副空気通路の上流側にある絞り部１８まで近づいた形状となっている。この形状においても、出口開口部１４がひさしの役割を果たす事が可能となるため、図４の形状と同等の効果を持つ事が可能となる。また出口開口部１４が上流側に近づく事で副空気通路の通路長も短くなるため過渡の流れの伝達を早める事も可能にする事が出来る。

上記実施例に対して、他構造で精度改善を図った構成を断面図８に示す。図８は図３と同じ位置で断面した図であり、流量測定用の発熱抵抗体３付近は通路幅が細く絞られた絞り部１８となっている。そして出口開口部１４においては、主通路から見て出口開口部
１４の上流端の部分が下流端の部分に隠れてしまうようなひさし効果を持つ突起物２２が取り付けられている。これにより、副空気通路出口開口部１４の空気の剥離が無くなり外部の圧力が低くなるため、出口開口部１４から空気が流出しやすくなる。よって流量急変時においても主空気通路２の流れに妨げられる事なく通路内部から主空気通路２への排出を行う事が出来る。

本実施例のＣＡＥ実験結果を図１１に示す。またこの穴は主空気通路の流れの上流側から見た際に、隠れてしまうような段差形状となっている。この段差形状の穴を設ける事で、例え副空気通路出口部の空気の剥離が薄くなっても絞り下流部が凹部となっているため段差形状の穴外部の圧力が低くなっており、段差形状の穴から空気が流出しやすくなる。これにより流量急変時においても発熱抵抗体部を流れる流量（流速）を確保する事ができるので発熱抵抗式流量測定装置の出力値が過渡時においてマイナス側へ落ち込んでしまう事をなくす事が出来る。

本実施例によれば、流量急変時においても、発熱抵抗体式空気流量測定装置の出力値がマイナス側へ落ち込んでしまう事がない立ち上がりを実現する事が可能となる。

最後に、図１２を使い電子燃料噴射方式の内燃機関に本発明品を適用した一実施例を示す。エアクリーナ５４から吸入された吸入空気６７は、発熱抵抗式空気流量測定装置のボディ５３，吸入ダクト５５，スロットルボディ５８及び燃料が供給されるインジェクタ
６０を備えたインテークマニホールド５９を経て、エンジンシリンダ６２に吸入される。一方、エンジンシリンダで発生したガス６３は排気マニホールド６４を経て排出される。

発熱抵抗式空気流量測定装置の回路モジュール５２から出力される空気流量信号，温度センサからの吸入空気温度信号，スロットル角度センサ５７から出力されるスロットルバルブ角度信号，排気マニホールド６４に設けられた酸素濃度計６５から出力される酸素濃度信号及び、エンジン回転速度計６１から出力されるエンジン回転速度信号等、これらを入力するコントロールユニット６６はこれらの信号を逐次演算して最適な燃料噴射量とアイドルエアコントロールバルブ開度を求め、その値を使って前記インジェクタ６０及びアイドルコントロールバルブ６６を制御する。

本発明は、気体の流量測定全般に利用可能である。特には、エンジンなどに吸入される空気量の測定にも利用可能である。また、水素などの流量測定にも利用可能である。

本発明の実施例である流量測定装置の流れ方向に対して縦断面図。 本発明の実施例である流量測定装置の流れ方向に対して縦断面図。 本発明の実施例である流量測定装置の流れ方向に対して横断面図。 本発明の他の実施例である流量測定装置のＡ−Ａ横断面図。 本発明の他の実施例である流量測定装置のＡ−Ａ横断面図。 本発明の他の実施例である流量測定装置のＡ−Ａ横断面図。 本発明の他の実施例である流量測定装置のＡ−Ａ横断面図。 本発明の他の実施例である流量測定装置のＡ−Ａ横断面図。 流量急変時における流れ解析結果を示す図。 流量急変時における流れ解析結果を示す図。 流量急変時における流れ解析結果を示す図。 内燃機関図。

符号の説明

１…ボディ、２…主空気通路、４…感温抵抗体、６…回路基板、７…ハウジング、８…副空気通路、１５…水抜き穴、１６…穴。

Claims (3)

1. 曲がり部を有する副通路を構成する副通路部材と、
   前記副通路に設けられ通電により発熱する抵抗体と、
   前記副通路の曲がり部または前記副通路の曲がり部に対して流体の上流側に、前記副通路と前記主通路を連通する第一の連通孔と、
   前記副通路の曲がり部に対して流体の下流側に設けられ、前記副通路の側壁面の一面に形成された前記副通路外から見たときに凹んでいる第一の絞りと前記副通路の側壁面の他面に形成された前記副通路外から見たときに凹んでいる第二の絞りとを向かい合わせるように形成することで前記副通路の通路幅が狭まるようにしている絞り部と、を備え、
   前記抵抗体が前記絞り部の最狭部に設けられ、
   前記副通路の入り口が主通路内に位置するように設置されている発熱抵抗式流量測定装置であって、
   前記副通路の出口と前記抵抗体との間に、前記副通路と前記主通路とを連通する第二の連通孔を設け、
   前記第二の連通孔は、前記絞り部のうち前記第一の絞りおよび前記第二の絞りのそれぞれに設けられていることを特徴とする発熱抵抗式流量測定装置。
2. 請求項１に記載の発熱抵抗式流量測定装置であって、
   前記絞り部の最狭部は、前記主通路の流れ方向に沿った主通路側の面とほぼ平行に形成されたことを特徴とする発熱抵抗し気流量測定装置。
3. 請求項１に記載の発熱抵抗式流量測定装置と、
   前記発熱抵抗式流量測定装置からの信号に基づいて、エンジンに供給する燃料量を制御するエンジンコントロールと、
   を備えたエンジンコントロールシステム。

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