JP5263324B2 - 空気流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気の流量を測定する空気流量測定装置に関するものである。

従来から、空気との伝熱を利用して空気流量を測定する熱式の空気流量測定装置が公知であり、例えば、内燃機関への吸気路に配置され、内燃機関に吸入される吸気の流量（以下、吸気量と呼ぶことがある。）を測定するために利用されている。

従来の空気流量測定装置１００は、例えば、図５に示すように、吸気路１０１に配置され、吸気の一部を取り込んで吸気量に応じた電気信号を発生するものであり、取り込んだ吸気を通すとともに取り込んだ吸気との伝熱により電気信号を発生するセンサチップ１０２を収容するバイパス流路１０３を備える。そして、空気流量測定装置１００は、吸気主流が通る吸気路１０１に直接的にセンサチップ１０２を配置するのではなく、バイパス流路１０３にセンサチップ１０２を配置することで、吸気路１０１における吸気主流の乱れの影響を受けることなく、ばらつきの少ない測定値を出力することができる。

また、吸気路１０１における吸気主流には、内燃機関のバルブ開閉に応じて不可避的に脈動が発生する。つまり、吸気量は、脈動最大値と脈動最小値との間で振動しながら経時変化する。この結果、センサチップ１０２が空気との伝熱により電気信号を発生する熱式であることに起因して、測定値は、真値としての脈動中心値よりも低くなってしまう。

そして、空気流量測定装置１００は、バイパス流路１０３を形成してバイパス流路１０３にセンサチップ１０２を配置することで、測定値のマイナス側へのずれを解消している。すなわち、バイパス流路１０３に取り込まれず吸気路１０１を直進した場合の流路長をＬ１、バイパス流路１０３の流路長をＬ２とすると、空気流量測定装置１００は、Ｌ２／Ｌ１に応じて測定値を高める補正機能を有する。そして、この補正機能によれば、Ｌ２／Ｌ１を大きくするほど測定値を高めることができるので、Ｌ２／Ｌ１を所望の数値に設定することで、脈動により生じる測定値低下を解消している。

ところで、近年のＥＧＲの普及等により、吸気脈動は振幅が大きくなる傾向にあり、脈動の振幅が大きくなると周期的に逆流が発生する。
そこで、バイパス流路１０３への逆流の流入を抑制することで、吸気脈動が測定値に及ぼす影響（測定値のマイナス側へのずれ）を緩和する技術が考えられている。

例えば、特許文献１の空気流量測定装置によれば、バイパス流路の出口を構成する壁の一部を切り欠いてスリットとし、スリットから逆流の一部を逃すようにしてセンサチップに達する逆流の流量を低減している。

また、特許文献２の空気流量測定装置によれば、バイパス流路の出口とは別に逆流を取り込むゲートが設けられている。そして、ゲートに取り込まれた逆流は、バイパス流路の出口からバイパス流路に流入した逆流に対して横から噴出し、出口から流入した逆流をセンサチップが配置されていない別の流路に向かわせる。これにより、センサチップに達する逆流の流量を低減している。

さらに、特許文献３の空気流量測定装置によれば、特許文献２と同様の流路構成において、出口から流入した逆流が流れ込む別の流路にも別のセンサチップが配置され、逆流の流量が測定可能となっている。
しかし、いずれの空気流量測定装置においても、バイパス流路に流入した逆流は、流入時とは異なる方向に向きを変えなければ吸気路に戻ることができず、今後、さらに脈動の振幅が大きくなった場合、逆流の影響を緩和することが困難になるものと想定される。

特開２００７−３０９９０９号公報 特開平７−１１３６７２号公報 特開平７−２０９０５１号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、空気流量測定装置において、吸気脈動の振幅が大きい場合でも、測定値に及ぼす逆流の影響を緩和することができる構造を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、空気流量測定装置は、内燃機関に吸入される吸気が流れる吸気路に配置され、吸気の主流の一部を取り込んで吸気流量に応じた電気信号を発生する。
また、空気流量測定装置は、取り込んだ吸気を通すとともに、取り込んだ吸気との伝熱により電気信号を発生するセンサを収容するバイパス流路を備え、バイパス流路は、吸気路に対して主流の上流側に向かって開口する入口と、吸気路に対して主流の下流側に向かって開口する出口とを有する。

そして、出口を主流の上流側に向かってバイパス流路の流路壁に直線的に投影することで形成される出口投影領域には、バイパス流路と吸気路とを連通させる穴が設けられている。
これにより、出口からバイパス流路に流入した逆流は、流入時と同じ方向に直進することで容易に出口投影領域に到達し、穴から吸気路に戻ることができる。このため、空気流量測定装置において、吸気脈動の振幅が大きくなっても、測定値に及ぼす逆流の影響を緩和することができる。
さらに、請求項１の手段によれば、バイパス流路を有する筐体の外壁面は吸気路に露出している。そして、外壁面には、吸気路の側に凸状に膨らむとともに主流の上流側に向かって先細となる曲面が設けられ、この曲面は、上流端が、入口を形成する入口縁を越えない位置で穴と連通するとともに、下流端が、出口を形成する出口縁に連なっている。
これにより、曲面に沿う吸気の流れは、剥離することなく安定して出口縁に到達することができる。このため、バイパス流路を通って出口から吸気路に戻る流れと、曲面に沿って安定した流れとが合流することで、バイパス流路における流れが安定するので、測定値の精度を高めることができる。
そして、このような効果を有する曲面を筐体の外壁面に設ける場合、出口投影領域が確実に存在するので、出口投影領域の一部または全部を穴にする効果を顕著に得ることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、出口投影領域に占める穴の割合、および出口投影領域における穴の位置の少なくとも一方に応じて、測定値の補正量が設定されている。
センサに到達する逆流が多いほど、測定値に対する脈動の影響が大きくなって測定値の下げ幅が拡大する。

このため、出口投影領域に占める穴の割合や出口投影領域における穴の位置を可変することにより、センサに到達する逆流の流量を増減して測定値の下げ幅を操作することができる。
すなわち、穴は測定値の低下を緩和する補正機能を有するので、センサ自身の測定値の下げ幅や、バイパス流路の補正機能による測定値の上げ幅に応じて、穴による上げ幅（プラス側への補正量）を設定して、過不足なく測定値を補正することができる。

空気流量測定装置の内部を示す断面図である（実施例）。 （ａ）は空気流量測定装置の背面図であり、（ｂ）は空気流量測定装置の正面図であり、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である（実施例）。 （ａ）〜（ｃ）は空気流量測定装置の正面図である（変形例）。 （ａ）〜（ｃ）は空気流量測定装置の正面図である（変形例）。 空気流量測定装置の内部を示す断面図である（従来例）。

実施形態の空気流量測定装置は、内燃機関に吸入される吸気が流れる吸気路に配置され、吸気の主流の一部を取り込んで吸気流量に応じた電気信号を発生する。
また、空気流量測定装置は、取り込んだ吸気を通すとともに、取り込んだ吸気との伝熱により電気信号を発生するセンサを収容するバイパス流路を備え、バイパス流路は、吸気路に対して主流の上流側に向かって開口する入口と、吸気路に対して主流の下流側に向かって開口する出口とを有する。そして、出口を主流の上流側に向かってバイパス流路の流路壁に直線的に投影することで形成される出口投影領域には、バイパス流路と吸気路とを連通させる穴が設けられている。

また、出口投影領域に占める穴の割合、および出口投影領域における穴の位置の少なくとも一方に応じて、測定値の補正量が設定されている。
さらに、バイパス流路を有する筐体の外壁面は吸気路に露出している。そして、外壁面には、吸気路の側に凸状に膨らむとともに主流の上流側に向かって先細となる曲面が設けられ、この曲面は、上流端が、入口を形成する入口縁を越えない位置で穴と連通するとともに、下流端が、出口を形成する出口縁に連なっている。

〔実施例の構成〕
実施例の空気流量測定装置１の構成を、図１および図２を用いて説明する。
空気流量測定装置１は、空気との伝熱を利用して空気流量を測定するものであり、例えば、内燃機関（図示せず）への吸気路２に配置され、内燃機関に吸入される吸気の流量（吸気量）を測定するために利用されている。すなわち、空気流量測定装置１は、吸気路２に配置され、吸気主流の一部を取り込んで吸気量に応じた電気信号を発生する。

つまり、空気流量測定装置１は、吸気量を示す電気信号を発生するセンサチップ３と、センサチップ３を収容するとともに取り込んだ吸気を通すバイパス流路４を形成する筐体５とを備える。なお、センサチップ３で発生した電気信号は、所定の処理が施されて空気流量測定装置１の外部の電子制御装置に出力され、例えば、燃料噴射制御等の各種の制御処理に利用される。

また、バイパス流路４は、吸気路２に対し吸気主流の上流側に向かって開口する吸気の入口８と、吸気路２に対し吸気主流の下流側に向かって開口する吸気の出口９と、入口８から直線的に伸び、吸気路２における吸気主流と同じ方向に向かって吸気を直進させる直進路１０と、直進路１０を直進してきた吸気を周回させて出口９に向かわせる周回路１１とを有する。なお、直進路１０には、ダストを排出するためのダスト排出路１２が直線的に接続しており、ダスト排出路１２の下流端は、吸気路２に対し吸気主流の下流側に向かって開口するダスト排出口１３をなす。

ここで、センサチップ３は、周回路１１において周回している吸気が吸気主流とは逆向きに流れる領域に突出している。また、周回路１１は下流側で２つに分岐しており、出口９は２つ設けられている。

以上により、空気流量測定装置１は、吸気主流が通る吸気路２に直接的にセンサチップ３を配置するのではなく、バイパス流路４にセンサチップ３を配置することで、吸気路２における吸気主流の乱れの影響を直接的に受けることなく、ばらつきの少ない測定値を出力することができる。

また、バイパス流路４に取り込まれず吸気路２を直進した場合の流路長をＬ１、バイパス流路４の流路長をＬ２とすると、空気流量測定装置１は、バイパス流路４にセンサチップ３を配置することでＬ２／Ｌ１に応じて測定値を高め、吸気脈動により生じる測定値低下の解消を図っている。

〔実施例の特徴〕
実施例の空気流量測定装置１の特徴を、図１および図２を用いて説明する。
空気流量測定装置１によれば、入口８から取り込まれた吸気は、直進路１０を吸気主流と同じ方向に向かって直進し、周回路１１とダスト排出路１２との分岐に到達する。そして、周回路１１とダスト排出路１２との分岐において、吸気の大部分は周回路１１に流入し、ごく一部がダストを伴ってダスト排出路１２に流入する。

ここで、周回路１１は、３つの直線路と４つの曲がりから構成される。
すなわち、周回路１１は、周回路１１とダスト排出路１２との分岐する位置から曲がった吸気の流れを直線的に導く第１の直線路１６ａ、センサチップ３を収容するとともに吸気主流とは逆向きに吸気の流れを直線的に導く第２の直線路１６ｂ、センサチップ３を通過後の吸気の流れを周回路１１が２つに分岐する位置まで直線的に導く第３の直線路１６ｃを有する。

また、周回路１１は、直進路１０と第１の直線路１６ａとの間を接続する第１の曲がり１７ａ、第１、第２の直線路１６ａ、１６ｂの間を接続する第２の曲がり１７ｂ、第２、第３の直線路１６ｂ、１６ｃの間を接続する第３の曲がり１７ｃ、および第３の直線路１６ｃと２つの出口９との間を接続する２つの第４の曲がり１７ｄを有し、第４の曲がり１７ｄの下流端が出口９となっている。

このため、直進路１０から周回路１１に流入した吸気は、第１の曲がり１７ａ、第１の直線路１６ａ、第２の曲がり１７ｂ、第２の直線路１６ｂ、第３の曲がり１７ｃ、第３の直線路１６ｃ、および第４の曲がり１７ｄを順次に通過して出口９に到達する。この間、吸気は、第２の直線路１６ｂにてセンサチップ３を通過し、センサチップ３との伝熱によりセンサチップ３に電気信号を発生させる。

また、筐体５は、入口８、直進路１０、ダスト排出路１２およびダスト排出口１３等を単独で形成する本体１９と、本体１９とともに出口９を形成する２つの出口カバー２０とを具備し、周回路１１を構成する直線路および曲がりの内、第１〜第３の直線路１６ａ〜１６ｃ、および第１〜第３の曲がり１７ａ〜１７ｃは本体１９に設けられ、第４の曲がり１７ｄは本体１９の両側面を出口カバー２０で覆うことにより設けられている。

ここで、本体１９の両側面には第３の直線路１６ｃと第４の曲がり１７ｄとを連通するための窓２１が設けられており、第３の直線路１６ｃを通過した吸気は、窓２１から第４の曲がり１７ｄに流入して出口９に到達する。
さらに、出口カバー２０の外壁面は、吸気路２の側に凸状に膨らむとともに主流の上流側に向かって先細となる曲面２２である。そして、曲面２２の下流端は出口９を形成する出口縁９ａとなっている。

そして、出口９を吸気主流の上流側に向かってバイパス流路４の流路壁に直線的に投影することで形成される出口投影領域αには、バイパス流路４と吸気路２とを連通させる穴２４が設けられている。
よって、曲面２２の上流端は、入口８を形成する入口縁を越えない位置で穴２４と連通している。
ここで、図２（ｂ）において、穴２４は、右下がりのハッチングと左下がりのハッチングとが交差する範囲であり、出口投影領域αは、右下がりのハッチングと左下がりのハッチングとが交差する範囲、および右下がりのハッチングのみが占める範囲の２つの範囲である。

つまり、出口投影領域αは、第４の曲がり１７ｄを形成する流路壁に形成され、出口投影領域αを形成する流路壁（出口カバー２０の壁部）の内、吸気主流の上流端にあった部分２０ａ（図２（ｄ）参照）が全面的に貫通して穴２４となっている。
そして、空気流量測定装置１では、吸気脈動の振幅が大きくなって逆流が周期的に発生する場合に、出口９から流入した逆流を穴２４から吸気路２に戻すことで、センサチップ３に到達する逆流の流量を抑制する。

これにより、空気流量測定装置１は、吸気脈動の振幅増大により測定値がマイナス側にずれるのを緩和している。つまり、空気流量測定装置１は、バイパス流路４に流入した逆流をセンサチップ３に到達する前に穴２４から吸気路２に戻すことで、測定値をプラス側に補正している。そして、空気流量測定装置１では、出口投影領域αに占める穴２４の割合、および出口投影領域αにおける穴２４の位置に応じて、測定値のプラス側への補正量が設定されている。

〔実施例の効果〕
実施例の空気流量測定装置１によれば、バイパス流路４の出口９は、吸気路２に対して吸気主流の下流側に向かって開口する。そして、出口９を吸気主流の上流側に向かってバイパス流路４の流路壁に直線的に投影することで形成される出口投影領域αには、バイパス流路４と吸気路２とを連通させる穴２４が設けられている。

これにより、出口９からバイパス流路４に流入した逆流は、流入時と同じ方向に直進することで容易に出口投影領域αに到達し、穴２４から吸気路２に戻ることができる。このため、空気流量測定装置１において、吸気脈動の振幅が大きくなっても、測定値に及ぼす逆流の影響を緩和することができる。

また、実施例の空気流量測定装置１によれば、出口投影領域αに占める穴２４の割合、および出口投影領域αにおける穴２４の位置に応じて、測定値のプラス側への補正量が設定されている。
センサチップ３に到達する逆流が多いほど、測定値に対する脈動の影響が大きくなって測定値の下げ幅が拡大する。

このため、出口投影領域αに占める穴２４の割合や出口投影領域αにおける穴２４の位置を可変することにより、センサチップ３に到達する逆流の流量を増減して測定値の下げ幅を操作することができる。すなわち、穴２４は測定値の低下を緩和する補正機能を有するので、センサチップ３自身の測定値の下げ幅や、バイパス流路４のＬ２／Ｌ１に応じた補正機能による測定値の上げ幅に応じて、穴２４による上げ幅（プラス側への補正量）を設定して、過不足なく測定値を補正することができる。

また、実施例の空気流量測定装置１によれば、出口カバー２０の外壁面は、吸気路２の側に凸状に膨らむとともに吸気主流の上流側に向かって先細となる曲面２２である。そして、曲面２２は、上流端が、入口８を形成する入口縁を越えない位置で穴２４と連通するとともに、下流端が、出口を形成する出口縁９ａに連なっている。

これにより、曲面２２に沿う吸気の流れは、剥離することなく安定して出口縁９ａに到達することができる。このため、バイパス流路４を通って出口９から吸気路２に戻る流れと、曲面２２に沿って安定した流れとが合流することで、バイパス流路４における流れが安定するので、測定値の精度を高めることができる。
そして、このような効果を有する曲面２２が設けられている場合、出口投影領域αが確実に存在するので、出口投影領域αに穴２４を設ける効果を顕著に得ることができる。

〔変形例〕
空気流量測定装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の空気流量測定装置１によれば、穴２４は、出口投影領域αを形成する流路壁の内、吸気主流の上流端にある部分２０ａが全面的に貫通して穴２４となっていたが、部分２０ａの一部を貫通させて穴２４としてもよい。

この場合、図３および図４に示すように、出口投影領域αに占める穴２４の割合や出口投影領域αにおける穴２４の位置を、様々に可変することができる（出口投影領域αおよび穴２４の図示方法は、図２（ｂ）と同様である。）。

そして、出口投影領域αに占める穴２４の割合や出口投影領域αにおける穴２４の位置を可変することにより、センサチップ３に到達する逆流の流量を増減して測定値の下げ幅を操作することができる。すなわち、センサチップ３自身の測定値の下げ幅や、バイパス流路４のＬ２／Ｌ１に応じた補正機能による測定値の上げ幅に応じて、出口投影領域αに占める穴２４の割合や出口投影領域αにおける穴２４の位置を設定することで、過不足なく測定値を補正することができる。

また、バイパス流路４の構成に関して、実施例に限定されず様々な変形例を考えることができる。
例えば、実施例の空気流量測定装置１によれば、バイパス流路４の最後の曲がり（第４の曲がり１７ｄ）の下流端が出口９であり、バイパス流路４を通った吸気は最後の曲がりから直ちに出口９に到達して吸気路２に戻されたが、最後の曲がりの下流側に直線路を追加し、追加された直線路の下流端に出口９を設けてもよい。

また、実施例の空気流量測定装置１によれば、穴２４は、出口投影領域αからはみ出すことなく出口投影領域α内に設けられていたが、穴２４の一部が出口投影領域αからはみ出すように穴２４を設けてもよい。
さらに、実施例の空気流量測定装置１は、吸気量を検出するためのセンサをセンサチップ３により構成していたが、センサチップ３に替えて、例えば、白金線を巻回したボビンによりセンサを構成してもよい。

１ 空気流量測定装置
２ 吸気路
３ センサチップ（センサ）
４ バイパス流路
５ 筐体
９ 出口
９ａ 出口縁
２２ 曲面
２４ 穴
α 出口投影領域

Claims (2)

1. 内燃機関に吸入される吸気が流れる吸気路に配置され、吸気の主流の一部を取り込んで吸気流量に応じた電気信号を発生する空気流量測定装置において、
   取り込んだ吸気を通すとともに、取り込んだ吸気との伝熱により電気信号を発生するセンサを収容するバイパス流路を備え、
   このバイパス流路は、前記吸気路に対して前記主流の上流側に向かって開口する入口と、前記吸気路に対して前記主流の下流側に向かって開口する出口とを有しており、
   前記出口を前記主流の上流側に向かって前記バイパス流路の流路壁に直線的に投影することで形成される出口投影領域には、前記バイパス流路と前記吸気路とを連通させる穴が設けられており、
   前記バイパス流路を有する筐体の外壁面は前記吸気路に露出しており、
   前記外壁面には、前記吸気路の側に凸状に膨らむとともに前記主流の上流側に向かって先細となる曲面が設けられ、
   この曲面は、上流端が、前記入口を形成する入口縁を越えない位置で前記穴と連通するとともに、下流端が、前記出口を形成する出口縁に連なっていることを特徴とする空気流量測定装置。
2. 請求項１に記載の空気流量測定装置において、
   前記出口投影領域に占める前記穴の割合、および前記出口投影領域における前記穴の位置の少なくとも一方に応じて、測定値の補正量が設定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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