JP5501302B2 - 空気流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は空気流量測定装置に係り、特に、内燃機関内を流れる吸気量を検出するのに適する空気流量測定装置に関する。

空気流量測定装置は、その性能の維持のために、主通路内に空気流量を感知する発熱抵抗体を直接配置せず、主通路内に配設される副通路を有し副通路内に空気流量を感知する発熱抵抗体を配置する技術が一般的に用いられている。

副通路内の流れは主通路の流れに準じて変化するが、副通路内の流れは副通路の形状に依存した流体流れの不安定領域を持つことがある。このような、副通路内の流体流れの不安定領域は流量の計測誤差を生じさせる。

副通路内の不安定な流体流れは主通路の流れと副通路の流れの相乗効果をもつことが一般的で、どちらか片方のバランスを崩すことで不安定性を解消できる。

例えば特許文献１には、主通路に通路断面積が計測流体の流れの下流側に徐々に減少する絞り部を有する構造が開示されている。特許文献１では、主通路内の流体流れを調節することで、副通路内の流体流れの不安定領域を解消する手段を用いていた。

特開平１１−３２５９９７号公報

しかしながら、空気流量測定装置の取り付け環境に応じて主通路内を流れる流体流れは変化してしまうため、これにより副通路内の流体流れの不安定領域もそれぞれ異なってしまう。すなわち、副通路内の流体流れの不安定領域を解消するために主通路内の通路構造によって流体流れを調節している特許文献１では、その都度、主通路の形状や整流部材を改変する必要があった。そのため、主通路内の流体流れがどのような状態であっても、副通路内の流体流れが不安定になることなく、適正な主通路内の流体流れを検出し、流量の計測誤差を低減することが望まれていた。

本発明の目的は、流量計測の計測精度を向上した空気流量測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の空気流量測定装置は、被計測流体が流れる主通路内に配置され前記被計測流体の一部を取り込む副通路と、前記副通路内に設けられた発熱抵抗体と、を有する空気流量測定装置において、前記副通路は、曲がり部と、前記曲がり部に対して流れの上流側に設けられた貫通孔と、前記貫通孔よりも流れの上流側に設けられた剥離流を形成する剥離流形成部材と、を有する。

本発明によれば、流量計測の計測精度を向上した空気流量測定装置を提供することができる。

空気流量測定装置を主管に取り付けた状態の概略線断面図である。 空気流量測定装置の分解図である。 貫通孔周辺を拡大した図。 図３−Ａに剥離流形成部材を配置した図である。 主通路と副通路の流速相関関係の図。 剥離流形成部材による出力ノイズ低減メカニズムの図。 剥離流形成部材を配置した場合の主通路と副通路の流速相関関係の図。 剥離流形成部材による縮流効果を示す図。 ３現象の相関関係が必要な場合の剥離流形成部材を示す図。 ３現象の流体相関関係の図。 剥離流形成部材の形状と再付着距離の関係を示す図。 複数の突起高さを備える剥離流形成部材の形状の図。

以下、本発明の流量測定装置の実施例について図面を用いて詳細に説明する。

本発明に係る以下の実施例は、自動車用の内燃機関に吸入される空気流量を測定するために用いられる空気流量測定装置に係り、空気流量測定装置の計測誤差の発生を抑止し、安定した流量測定を行えるような構造を提供するものである。

なお、本発明は、空気流量測定装置の構成部材について限定するものでなく、当該の構成部材以外の部材を搭載する流量測定装置についても、同様の発明効果を得られるということは言うまでもない。

以下、本発明の第１実施例について具体的に説明する。図１は、空気流量測定装置を主管に取り付けた状態の概略線断面図である。図２は、空気流量測定装置の分解図である。

図１、図２に示すように、空気流量測定装置１は、ハウジング部材１０およびカバー部材１１と、ベース部材８、副通路部材２１、電子回路基板７の組立体であり、主管３に形成された挿入穴４に挿入され、副通路部材２１とべース部材８およびハウジング部材１０の一部で構成される副通路５や電子回路基板７が主管３による主通路２に位置するように取り付けられる。

電子回路基板７は、自動車のエンジンルーム内に設置されることを考慮して高温にも耐えうるアルミナセラミックスを板状に成形したものがよい。

そして、当該アルミナセラミックスの表面に厚膜半導体や厚膜抵抗体ペーストが印刷され、その後、焼成により導体及び抵抗体パターンが形成される。この導体パターン上にパワートランジスタ１５がはんだ等により実装される。

さらに、電子回路基板７は、ベース部材８に接着固定され、ハウジング部材１０により保護されるように、電子回路基板７の側面のほぼ全周に亘ってハウジング部材１０で囲われている。ベース部材８は、ハウジング部材１０に接着固定、もしくはインサート成形により一体化されている。

流量を計測する発熱抵抗体１７と吸入空気１６の温度を検出し温度保証を行うための感温抵抗体１８がハウジング部材１０に金属端子１３を介して接続されている。そして、副通路部材２１と電子回路基板７がベース部材８に積み重ねて組み立てられている。

ハウジング部材１０は、例えばプラスチック部品であり、発熱抵抗体１７と感温抵抗体１８とを溶接等により保持するための金属端子１３と、電子回路基板７と外部機器とを電気的に接続するためのコネクタターミナル６を有するコネクタ１４がインサート成形されている。なお、発熱抵抗体１７および感温抵抗体１８と電子回路基板７は金属ワイヤ９を介して電気的に接続されており、また電気回路基板７とコネクタターミナル６も同様に金属ワイヤ９を介して電気的に接続されている。

上述したように、ハウジング部材１０、ベース部材８、副通路部材２１により、副通路５が形成されており、副通路５は主通路２内に位置するように空気流量測定装置１が取り付けられている。これにより、主通路２を流れる吸入空気１６の一部を副通路５へ取り込む（分流させている）。そして、その分流した空気の流量を副通路５内に設けられた発熱抵抗体１７より検出してエンジンに吸入される空気の流量を検出する。

本実施例では、副通路５は、副通路５の入口からの吸入空気１６と汚損物を、発熱抵抗体１７より上流側に配置した副通路内曲がり部１９により遠心分離することを可能とする。汚損物の一種である水は遠心分離された後、貫通孔２０から主通路２に排出される。

次に、上記流量測定装置を使用する上での問題点を説明する。

前記の空気流量測定装置１では、副通路５内の流れに、副通路５の形状に依存した、不安定な流れが存在し、これが主通路２の流れと副通路５の流れに相乗効果を持つことが知られている。
具体的な説明を図３−Ａで示す。副通路５内の貫通孔２０の近傍をＢ点、主通路２側の貫通孔２０近傍をＣ点とすると、主通路２の流体流れがある流速の場合にＢ点とＣ点の圧力が拮抗する。ここで、Ｂ点とＣ点の圧力が拮抗する流量は、瞬時点のみではないのは明らかである。当該の圧力拮抗状態により貫通孔２０を介して副通路５と主通路２で空気振動２３が発生する。その結果、発熱抵抗体１７が当該空気振動２３を検知して空気流量測定装置１の検出信号出力ノイズになり、流量の計測誤差を生じてしまう。

即ち、図４に示す主通路２と副通路５の流速相関関係にあるように、空気流量測定装置１では、主通路２がある流速の場合に発熱抵抗体１７がノイズを検出する流体流れの不安定領域が存在することがわかる。

この問題を解決すべく、本実施例では、図３−Ｂに示す剥離流形成部材２２を貫通孔２０に対して流体流れの上流側の副通路５内に配置する。なお、剥離流形成部材２２は貫通孔２０と同位置に配置することでもよい。ここで剥離流形成部材２２とは、以下に詳述するが副通路内を流れる流体の流れに剥離流１２を生じさせる部材である。

次に、本実施例における剥離流形成部材２２を用いた出力ノイズの低減メカニズムを、図５を用いて詳細に説明する。

図５のように、副通路内吸入空気２４が、剥離流形成部材２２の先端部に衝突することにより、剥離流１２を生じる。これを利用して、図４の流体流れの不安定領域にて、貫通孔２０まで、到達する剥離流１２を発生させることで、貫通孔２０を介した出力ノイズを抑えることが可能となる。即ち、図６に示すように、剥離流形成部材２２を配置した場合の主通路２と副通路５の流速相関関係から、相関関係が２現象となることで出力ノイズが発生する不安定な流体流れの領域を回避することができる。

当該の剥離流形成部材２２によって生じる剥離流１２は、剥離流形成部材２２の形状を適正化することにより、流量検出を担う発熱抵抗体１７近傍に影響を及ぼす剥離流１２としてならないように調節できる。

ここで、剥離流形成部材２２の形状は多くの場合が考えられるが、剥離流１２で貫通孔２０を覆うことでノイズを抑制するという効果を考えた場合、図１０に示すように、先端が尖った突起状の剥離流形成部材２２が、剥離再付着距離２７（剥離点から剥離解消点までの距離）を長くできるため良い。

また、柱状の突起であっても効果を奏するが、図１０に示すように、前縁剥離流２５で流体のエネルギー損失があるため、後縁剥離流２６に起因した剥離再付着距離２７が、突起状の場合に比べ短くなる。そのため、柱状の剥離流形成部材２２が突起状の場合と同様の効果を得る場合は、貫通孔２０上流側の近くに配置する、あるいは、剥離流形成部材２２の流体流れ方向の厚みを小さくすることが望ましい。

このように、本実施例では、貫通孔２０に対して流体流れの上流側の副通路に剥離流形成部材２２を設けることによって、貫通孔２０まで到達する剥離流１２を生じさせることで不安定な流体流れの領域を回避することが可能となる。これにより、貫通孔２０を介した出力ノイズを抑え、計測精度の向上が図れる。

また、剥離流形成部材２２による別の効果を説明する。剥離流形成部材２２によって剥離流１２が生じるが、この剥離流１２には副通路５内部の流体通路の縮流効果がある。

図７を用いて、剥離流１２による副通路５内部の流体通路の縮流効果を説明する。

剥離流形成部材２２によって生じる剥離流１２は、主通路２の吸入空気１６から分流して流れる副通路５内の流体の流れを阻害する性質上、副通路５を構成する部材と同じに働く。

すなわち、剥離流１２は流体でありながらも副通路５の構成部材として機能することになる。この、剥離流１２が縮流部材として働くことにより、副通路内吸入空気２４の流れに祝流効果が働き、縮流された部分の流速が早くなり副通路５内流速分布に偏りが生まれる。

当該流速分布の偏りにより、副通路５内の流体流量を検知する発熱抵抗体１７部分に流れる流体流速と、主通路２を流れる吸入空気１６との間の相関関係が変化し、剥離流１２が生じている期間と剥離流１２が介在しない期間に相関関係が異なって現れる。

これにより、本発明による主通路２と流量検出用の発熱抵抗体１７部分における流体流速の相関関係に２現性を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例では、第１の実施例と異なる構成の説明とし、第１の実施例と同様の構成は符号を同じくして説明を省略する。第１の実施例と異なる点は、本実施例では剥離流形成部材２２を複数個有する形態としている点である。

剥離流形成部材２２において、目的とする主通路２と副通路５の流体流速の相関関係を適合させる上で、例えば、３現象の相関関係が必要な場合、図８に示す第２の剥離流形成部材３０ｂにより図９に示す第２の相関関係３１ｂを設け、さらに第１の剥離流形成部材３０ａにより第３の相関関係３１ｃを得る方法である。なお、第３の相関関係３１ｃを得るため、すなわち、より剥離流の効果を得るために第１の剥離流形成部材３０ａは第２の剥離流形成部材３０ｂよりも突起の高さを高くしている。これにより、より剥離流の効果を得ることが可能となる。さらに、図１１に示すように、剥離流形成部材２２の幅を広くした上で、突起の高さを階段状に複数に分けても同様の効果を得られる。

ここで、第１の相関関係３１ａは、剥離流１２の効果が得られないか、もしくは剥離流１２の効果が著しく低調な領域の相関関係である。

なお、剥離流形成部材２２の位置は実施例１と同様、貫通孔２０に対して流体流れの上流側あるいは貫通孔２０と同位置に配置することが望ましい。

本実施例により、以下のような効果が得られる。

流体が流れる主通路２内に配置された副通路５内に、剥離流形成部材２２を配置することで、剥離による剥離流１２が発生する。この剥離流１２により、貫通孔２０からの空気振動２３を抑えることが可能となる。これにより出力ノイズを低減し、計測精度を向上した空気流量測定装置１を実現することができる。そして、複数の剥離流形成部材２２を有することにより、より精度良く所望の剥離流１２を生じさせることが可能となり、より計測精度を向上することが可能となる。

１ 空気流量測定装置
２ 主通路
３ 主管
４ 挿入穴
５ 副通路
６ コネクタターミナル
７ 電子回路基板
８ ベース部材
９ 金属ワイヤ
１０ ハウジング部材
１１ カバー部材
１２ 剥離流
１３ 金属端子
１４ コネクタ
１５ パワートランジスタ
１６ 吸入空気
１７ 発熱抵抗体
１８ 感温抵抗体
１９ 副通路内曲がり部
２０ 貫通孔
２１ 副通路部材
２２ 剥離流形成部材
２３ 空気振動
２４ 副通路内吸入空気
２５ 前縁剥離流
２６ 後縁剥離流
２７ 剥離再付着距離
３０ａ 第１の剥離流形成部材
３０ｂ 第２の剥離流形成部材
３１ａ 第１の相関関係
３１ｂ 第２の相関関係
３１ｃ 第３の相関関係

Claims (5)

1. 被計測流体が流れる主通路内に配置され前記被計測流体の一部を取り込む副通路と、前記副通路内に設けられた発熱抵抗体と、を有する空気流量測定装置において、
   前記副通路は、曲がり部と、前記曲がり部に対して流れの上流側に設けられた貫通孔と、前記貫通孔よりも流れの上流側に設けられた剥離流を形成する剥離流形成部材と、を有することを特徴とする空気流量測定装置。
2. 請求項１に記載の流量測定装置において、
   前記剥離流形成部材の形状は、先端が尖った突起形状であることを特徴とする空気流量測定装置。
3. 請求項１に記載の流量測定装置において、
   前記剥離流形成部材の形状は、柱状の突起形状であることを特徴とする空気流量測定装置。
4. 請求項１乃至請求項３に記載の流量測定装置において、
   前記剥離流形成部材を複数個形成したことを特徴とする空気流量測定装置。
5. 請求項１乃至請求項３に記載の流量測定装置において、
   前記剥離流形成部材が突起方向に複数の段差を形成したことを特徴とする空気流量測定装置。