JP5024272B2 - 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流量を測定するためのセンシング部と、ダクトの内部を流れる空気の温度を測定するための空気温度センサとを具備した空気流量測定装置に関する。

従来、自動車用エンジンの吸入空気量を測定する空気流量測定装置には、エンジンに吸入される吸入空気の温度を測定する吸気温センサを取り付けたものが知られている。
例えば、特許文献１には、図４（ａ）に示す様に、ダクト１００の内部に挿入されるセンサボディ１１０の側面に吸気温センサ１２０（例えばサーミスタ）が近接して配置され、ダクト１００の外部に配置されるコネクタ１３０〔図４（ｂ）参照〕にリード線１４０（電気導通部）を介して電気的に接続されている。
また、特許文献２には、図５に示す様に、ダクト１００の内部を流れる空気の流れ方向に対し、センサボディ１１０の上流側（図示左側）に吸気温センサ１２０を近接して配置した例、あるいは、図６に示す様に、センサボディ１１０に形成されるバイパス流路１５０の内部に吸気温センサ１２０を配置した例などが開示されている。
特開平１１−１１８５５９号公報 特開平８−２１９８３８号公報

ところが、特許文献１に記載された従来技術では、例えば、図４（ａ）に矢印ａで示す様に、空気流量測定装置の回路モジュール１６０で発生するパワー系の熱がリード線１４０を伝って吸気温センサ１２０に熱伝導される。あるいは、回路モジュール１６０で発生するパワー系の熱だけでなく、図４（ｂ）に矢印ｂで示す様に、エンジンルーム内の熱がセンサボディ１１０に伝達され、そのセンサボディ１１０から吸気温センサ１２０に輻射熱として伝わる。
また、特許文献２に記載された従来技術において、吸気温センサ１２０をセンサボディ１１０の上流側に配置した例では、図５に示した様に、吸気温センサ１２０の搭載位置よりバイパス流路１５０の入口の方が上流側へ突き出ているため、センサボディ１１０から吸気温センサ１２０に伝わる輻射熱の影響が大きくなる。つまり、吸気温センサ１２０の周囲をセンサボディ１１０の表面が断面Ｌ字型に囲んでいるため、吸気温センサ１２０が配設されている部分に空気が淀みやすくなり、且つ、吸気温センサ１２０がセンサボディ１１０から受ける輻射熱も大きくなる。

さらに、特許文献２に記載された従来技術において、吸気温センサ１２０をバイパス流路１５０の内部に配置した例では、吸気温センサ１２０が熱を帯びたバイパス流路１５０に囲まれるため、輻射熱の影響が大きくなる。
上記の結果、特許文献１および特許文献２に係る従来技術によれば、吸気温センサ１２０がリード線１４０を介して直接伝わる熱の影響、または、センサボディ１１０からの輻射熱の影響等により、ダクト１００内を流れる吸入空気の真の温度を精度良く測定できない問題が生じる。特に、図７に示す様に、エンジンの吸気量が少ないアイドル域では、空気によって吸気温センサ１２０を冷却する効果が小さいため、上記の問題はより大きくなる傾向にある。
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、ダクト内を流れる空気の温度を測定するための空気温度センサを備え、その空気温度センサに伝わる熱の影響を抑制することにより、空気の温度を精度良く測定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、ダクトの内部に挿入され、そのダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路を形成するセンサボディと、バイパス流路を流れる空気流量を測定するためのセンシング部と、このセンシング部への通電電流を制御する機能を有する回路モジュールと、ダクトの外部に配置され、外部電源より回路モジュールに電力を供給すると共に、回路モジュールで生成される電気信号を外部に出力するコネクタとを備え、且つ、ダクトの内部を流れる空気の温度を測定するための空気温度センサを有し、この空気温度センサが、リード線を介してコネクタに電気的に接続されている空気流量測定装置であって、空気温度センサおよびリード線は、ダクトの内部を流れる空気の流れ方向に対し、センサボディの最も上流端より上流側に配置されていることを特徴とする。

本発明の空気流量測定装置は、空気温度センサおよびリード線がセンサボディの最も上流端より上流側に配置されるので、空気温度センサの周囲に空気の淀みが生じることはなく、ダクトの内部を流れる空気が効果的に空気温度センサに当たる。つまり、より多くの空気が空気温度センサに当たるため、空気温度センサがセンサボディから受ける輻射熱の影響を小さくできる。また、リード線は、センサボディの内部に配設されることはなく、センサボディの外部に露出しているので、リード線に当たる空気によってリード線自体が冷やされるため、そのリード線を通じて空気温度センサに伝わる熱の影響も小さくできる。上記の結果、ダクトの内部を流れる空気の温度を空気温度センサにより精度良く測定できる。

また、リード線は、銅より熱伝導率の低い材料で形成されていて、センサボディの外部に露出して空気に晒されていることを特徴とする。
本発明に係る空気流量測定装置の一例として、自動車用エンジンの吸入空気量を測定するエアフロメータが存在するが、現行のエアフロメータに取り付けられる空気温度センサ（吸気温センサ）には、一般に、銅製のリード線が使用されている。これに対し、銅より熱伝導率の低い材料、例えば、アルミ、鉄、白金等でリード線を形成することにより、リード線から空気温度センサへの熱伝導を抑制できるので、熱伝導の影響による温度誤差を小さくできる。
しかも、リード線は、センサボディの内部に配設されることはなく、センサボディの外部に露出して空気に晒されているので、リード線に当たる空気によってリード線自体が冷やされるため、そのリード線を通じて吸気温センサに伝わる熱の影響も小さくできる。上記の結果、吸気ダクトの内部を流れる空気の温度を吸気温センサにより精度良く測定できる。

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はエアフロメータ１の断面図である。
実施例１に示す空気流量測定装置は、例えば、自動車用エンジンの吸入空気量を測定するエアフロメータ１であり、以下に説明するセンサボディ２、センシング部３、回路モジュール４、および吸気温センサ５等により構成される。
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６に形成された丸孔より吸気ダクト６の内部に挿入され、センサボディ２と丸孔との間がＯリング７によって気密にシールされている。
このセンサボディ２には、吸気ダクト６の内部を図示左側から右側に向かって流れる空気（エンジンに吸入される空気）の一部を取り込むバイパス流路８が形成されている。

バイパス流路８は、吸気ダクト６の上流側（図１の左側）に向かって開口する入口８ａと、吸気ダクト６の下流側に向かって開口する出口８ｂとを有し、且つ、入口側と出口側との間に仕切壁９が設けられ、この仕切壁９により、入口８ａと出口８ｂとの間に空気の流れ方向が１８０度変化（Ｕターン）するＵターン部が形成されている。また、仕切壁９には、バイパス流路８の入口８ａと出口８ｂとを直接連通する連通孔１０が形成されている。つまり、吸気ダクト６の内部を流れる空気は、その一部がバイパス流路８の入口８ａから連通孔１０を通り抜けて、そのままバイパス流路８の出口８ｂより流出し、一部の空気が、図示矢印で示す様に、入口８ａよりバイパス流路８の内部へ流れ込み、Ｕターン部で折り返した後、出口８ｂより流出する。

センシング部３は、空気流量を測定するための発熱素子３ａと、温度補償用の感温素子３ｂとを有し、それぞれターミナルを介して回路モジュール４の内部に収容される回路基板（図示せず）と電気的に接続されている。
回路モジュール４は、センサボディ２の上部に設けられ、図１に示す様に、吸気ダクト６の外部に取り出され、コネクタ１１と一体化されている。この回路モジュール４は、発熱素子３ａの発熱温度と、感温素子３ｂによって検出される空気温度との差を一定に保つように、発熱素子３ａに流れる電流を制御する。また、回路モジュール４は、センシング部３で測定される空気流量に対応した電気信号（例えば発熱素子３ａに流れる電流に比例した電圧信号）を生成し、コネクタ１１に接続される外部のＥＣＵ（エンジン制御用の電子制御装置）へ出力する。
コネクタ１１は、外部電源より回路モジュール４に電力を供給すると共に、回路モジュール４で生成される電気信号をＥＣＵへ出力する働きを有する。

吸気温センサ５は、吸気ダクト６を流れる空気（エンジンが吸入する空気）の温度を測定するもので、例えば、周知のサーミスタが使用される。この吸気温センサ５は、エアフロメータ１の機能である吸入空気量を測定する働きには関与していないが、エアフロメータ１に付属して取り付けられ、リード線１２を介してコネクタ１１と電気的に接続されている。
吸気温センサ５およびリード線１２は、図１に示す様に、センサボディ２の外部に露出しており、且つ、吸気ダクト６の内部を流れる空気の流れ方向に対し、センサボディ２の最も上流端より上流側に配置されている。また、吸気温センサ５およびリード線１２は、バイパス流路８の入口開口面に掛からない位置、つまり、バイパス流路８の入口開口面から外れた位置に配置されている。

（本実施例の作用および効果）
なお、エアフロメータ１の作動は従来周知の通りであり、説明を省略する。
本実施例のエアフロメータ１は、吸気温センサ５およびリード線１２がセンサボディ２の最も上流端より上流側に配置されるので、吸気温センサ５の周囲に空気の淀みが生じることはなく、吸気ダクト６の内部を流れる空気が直接、吸気温センサ５に当たる。つまり、より多くの空気が吸気温センサ５に効率良く当たるため、吸気温センサ５がセンサボディ２から受ける輻射熱の影響を小さくできる。

また、リード線１２は、センサボディ２の内部に配設されることはなく、センサボディ２の外部に露出して空気に晒されているので、リード線１２に当たる空気によってリード線１２自体が冷やされるため、そのリード線１２を通じて吸気温センサ５に伝わる熱の影響も小さくできる。上記の結果、吸気ダクト６の内部を流れる空気の温度を吸気温センサ５により精度良く測定できる。
なお、上記の実施例１では、吸気温センサ５がバイパス流路８の入口開口面に掛からない位置に配置する例を記載しているが、バイパス流路８の入口開口面の内側に吸気温センサ５が入り込んでいる場合でも、本実施例と同等の作用効果を得ることができ、吸気温を精度良く測定できることに変わりはない。

図２はエアフロメータ１の正面図である。
本実施例のエアフロメータ１は、図２に示す様に、吸気温センサ５をセンサボディ２の側面から所定距離Ｌだけ離して配置した一例である。具体的には、吸気温センサ５の中心がセンサボディ２の側面から５ｍｍ以上離れた位置に配設されている。
本実施例のエアフロメータ１は、実施例１に記載した様に、吸気ダクト６の壁面に丸孔を開けて、その丸孔から吸気ダクト６の内部にセンサボディ２を挿入して取り付けられる。この場合、吸気ダクト６に開ける丸孔の内径を小さくするためには、センサボディ２の体格を小さく構成する必要がある。

そこで、上述の特許文献１に示される様に、吸気温センサ５をセンサボディ２の側面に近接して配置するタイプの従来品では、一般に、センサボディ２の側面から吸気温センサ５の中心までの距離Ｌが略２ｍｍとなっている。つまり、吸気温センサ５をセンサボディ２の側面に近接して配置することで、吸気温センサ５およびリード線１２を保護する保護壁１３を含めたセンサボディ２全体の体格を小さく構成している。この従来品では、吸気温センサ５の搭載位置を設定する際に、センサボディ２からの輻射熱やリード線１２を通じて伝わる熱の影響を考慮した設計が行われていないため、吸気ダクト６の内部を流れる空気の温度を吸気温センサ５により精度良く測定することができないと言う問題を生じ、この問題に対する具体的な対策が行われていなかった。言い換えると、吸気温センサ５への輻射熱や熱伝導の影響により、吸気温センサ５の測定精度が低下すると言う課題認識を持っていないことが実情である。

これに対し、本願発明者は、センサボディ２の側面から吸気温センサ５の中心までの距離Ｌと、吸気温センサ５の温度誤差（吸気温センサ５で測定される空気温度と、真の空気温度との差）との関係を実験により求めた。その実験結果によると、図３に示す様に、センサボディ２の側面から吸気温センサ５の中心までの距離Ｌが５ｍｍより小さくなると、その距離Ｌが小さくなる程、つまり、吸気温センサ５がセンサボディ２の側面に近づく程、温度誤差が急激に大きくなり、センサボディ２の側面から吸気温センサ５の中心までの距離Ｌが５ｍｍ以上になると、その距離Ｌが大きくなるに連れて、温度誤差が次第に小さくなることが確認された。
ここで、センサボディ２と吸気温センサ５との間の距離Ｌが大きくなる程、センサボディ２から吸気温センサ５が受ける輻射熱の影響が小さくなることは言うまでもないことである。

しかし、本願発明者は、上記の実験により、吸気温センサ５の中心がセンサボディ２の側面に近づくに連れて、温度誤差が急激に大きくなる変化点が存在することを見い出した。その変化点が５ｍｍの距離Ｌであり、センサボディ２の側面と吸気温センサ５の中心との間に５ｍｍ以上の距離Ｌを確保することで、輻射熱の影響による吸気温センサ５の温度誤差を小さくできることが分かった。
また、吸気温センサ５の中心をセンサボディ２の側面から５ｍｍ以上離すことで、センサボディ２と吸気温センサ５との間を通り抜ける空気の流れが良くなるため、その空気の流れにより吸気温センサ５を冷却できる効果も期待できる。上記の結果、吸気温センサ５の温度誤差が小さくでき、吸気温度を精度良く測定できる。
なお、この実施例２に係る発明は、センサボディ２の側面に近接して吸気温センサ５を配置する場合に限定されるのではなく、例えば、実施例１に係る発明にも適用できる。つまり、吸気温センサ５の中心をセンサボディ２の上流側に５ｍｍ以上離して配置する場合でも、同様に吸気温センサ５の温度誤差を小さくでき、吸気温度を精度良く測定できる。

本実施例では、吸気温センサ５のリード線１２を銅より熱伝導率の低い材料で形成することを特徴とする。
従来のエアフロメータに取り付けられる吸気温センサには、一般に、銅製のリード線が使用されている。これに対し、銅より熱伝導率の低い材料、例えば、アルミ、鉄、白金等でリード線１２を形成することにより、リード線１２から吸気温センサ５への熱伝導を抑制できるので、熱伝導の影響による吸気温センサ５の温度誤差を小さくできる。
なお、この実施例３は、実施例１に記載した構成および実施例２に記載した構成のどちらにも適用できる。

（変形例）
本発明は、エアフロメータ１に対する吸気温センサ５の搭載位置およびリード線１２の材質に関するものであり、センサボディ２の形状やセンサボディ２に形成されるバイパス流路８の形状、および、センシング部３の構成等は、実施例１および実施例２に記載した例に限定されるものではありません。例えば、センシング部３には、半導体基板の表面に薄膜抵抗体によって発熱素子と感温素子とを形成したセンサチップを使用することも可能である。

エアフロメータの断面図である（実施例１）。 エアフロメータの正面図である（実施例２）。 吸気温センサの搭載位置と温度誤差との関係を示すグラフである。 （ａ）従来技術に係る空気流量測定装置の正面図、（ｂ）同空気流量測定装置の側面図である。 従来技術に係る空気流量測定装置の断面図である。 従来技術に係る空気流量測定装置の断面図である。 空気流量による温度誤差の影響を示すグラフである。

符号の説明

１ エアフロメータ（空気流量測定装置）
２ センサボディ
３ センシング部
４ 回路モジュール
５ 吸気温センサ（空気温度センサ）
６ 吸気ダクト
８ バイパス流路
１１ コネクタ
１２ リード線

Claims (1)

1. ダクトの内部に挿入され、そのダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路を形成するセンサボディと、
   前記バイパス流路を流れる空気流量を測定するためのセンシング部と、
   このセンシング部への通電電流を制御する機能を有する回路モジュールと、
   前記ダクトの外部に配置され、外部電源より前記回路モジュールに電力を供給すると共に、前記回路モジュールで生成される電気信号を外部に出力するコネクタとを備え、且つ、前記ダクトの内部を流れる空気の温度を測定するための空気温度センサを有し、この空気温度センサが、リード線を介して前記コネクタに電気的に接続されている空気流量測定装置であって、
   前記空気温度センサおよび前記リード線は、前記ダクトの内部を流れる空気の流れ方向に対し、前記センサボディの最も上流端より上流側に配置されており、
   前記リード線は、銅より熱伝導率の低い材料で形成されていて、前記センサボディの外部に露出して空気に晒されていることを特徴とする空気流量測定装置。

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