JPH04204018A - 内燃機関用空気流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関用空気流量計に係り、特に、自動車
用エンジンの吸気系に係り、特に、その吸入空気量を検
出、制御するのに適する内燃機関用空気流量計に関する
。

〔従来の技術〕

内燃機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比に保
つことは、排気ガスの清浄化、燃比の向上のために重要
である。これらを実現するには、内燃機関への吸入空気
量を正確に計測し、燃料供給制御を行う必要がある。近
年、このような要求に応える供給空気流量検出装置とし
て、米国特許３７４７５７７号、カルマン渦の発生数を
計測する方式％式％ 気温度などから間接的に空気流量を推算する方式の米国
特許４０５０４２８号などが公知となっている。

実用に耐える内燃機関用空気流量計に要求される条件は
、機関ピストンの往復動により生じる。

偏りおよび乱れを含んだ脈動流を１対５０ないし、１対
１００という広い流量範囲で、機関および外気温度の多
様な条件下で空気流量を正確に検出し、エンジン油、空
°気中の塵埃１機関のバツクファイア等による汚損に対
し、耐久性をもち、かつ、軽量コンパクトであり、低コ
ストで製造できることである。

このような問題のうち、吸気管路内の流れの状態に着目
した場合、流量計の上流側の吸気管路系の形状によって
引き起こされる流れの偏り（偏流）が流量計の計測値変
動を引き起こすという問題があり、この問題を解消する
ために、第３図、第４図のように流れが管路内周壁面の
影響を受けにくい、主流路軸中心部に、計測空気流の取
入口、および、熱線素子を設け、計測値（流量）変動を
許容値以下のレベルに抑えようとするものがある。

ところで、第３図、第４図において副流路５内に設置さ
れた熱線素子２付近の流速は、使用範囲内の最小流量域
での計測精度を確保するため、あるレベル以上の大きさ
の流速でなければならず、これは、副流路５内の流速の
下限となる。また、熱線素子の感度の経年変化の原因と
なる最大流量域で熱線に付着する塵埃による汚損を防ぐ
ため、副流路５内の流速は、あるレベル以下でなければ
ならず、これは、副流路５内の流速の上限となる。

このため、エンジン制御の要求仕様が異なる各場合につ
いて各空気流量計の熱線素子２付近の流速が流速範囲内
に収まるようにするには、主流路９の直径を変えてやる
必要がある。ここで熱線素子２および感温抵抗体３は、
モールド絶縁体１１ａに埋蔵されたターミナルｌｌｂに
よって、信号処理基板を内蔵するモジュール４と電気的
接続されている。このターミナルｌｌｂに着目した場合
、従来の熱線式空気流量計は、第５図、第６図に示すよ
うに、主流路直径を変えたとき、副流路５の入口を流速
変動の少ない場所に設置することを目的として、副流路
５と主流路９の位置関係が、幾何学的に第３図、第４図
と相似となるようにしている。

従って、主流路９と副流路５の幾何学的位置関係が固定
されるため、第５図、第６図に示すように、副流路５の
入口と主流路９の載置関係が幾何学的に相似な構造では
、主流路９の直径を前述の理由により変えた場合、主空
気流通路９の直径が変わる分だけモジュール４のターミ
ナルｌｌｂおよび絶縁体１１ａの長さを変えなければな
らなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、第３図ないし第６図に示すような構造
をもつ、計測流量と精度の範囲の異なる複数仕様の流量
計の各々について、熱線及び感温抵抗体を信号処理回路
と接続するためのターミナル長さの異なる複数仕様のモ
ジュールを製作しなければならない。このように従来技
術ではモジュールの共用化についての考慮がなされてお
らず、製造コストが高くなるという問題があった。また
、製造工程内で異種モジュールを混入して組み立ててし
まうという品質管理上の問題、第５図、第６図にみるよ
うにモジュールを長くしなけれぼらないことにより、組
み立ての際に、挿入部取付誤差が生じやすいという製造
上の問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決することは、複数の、異なるエンジン仕
様によって決まる、直径の異なる各主流路断面内に関し
、 ｉ）主流路軸中心を中心として、その直径が主流路径の
１／３〜１／２の円領域内。

を選び、流量計副流路入口を１）の領域内に設置し、流
速検出子の保持体長さ（絶縁モールド長さ）を統一する
ことにより実現できる。

また、この課題を解決することは、流量計副流路入口お
よび流速検出子の設置位置をｊ）の領域内とし、流速検
出子の保持体長さ（絶縁モールド長さ）を統一すること
によってもできる。

また、この課題を解決することは、流量計副流路入口を
その底部に位置させた、凹状部を形成し、この凹状部が
ｉ）の領域内に含まれるようにし、流速検出子の保持体
長さを統一することによってもできる。

また、この課題を解決することは、流速検出子の設置位
置をｉ）の領域内とし、流速検出子の保持体長さ（絶縁
モールド長さ）を統一することによってもできる。

また、この課゛題を解決することは、流量計副流路入口
および線熱素子の設置位置をｉ）の領域内とし、流速検
出子の保持体長さをエンジンの制御仕様によって決まる
最小の主流路径の１／２に統一することによってもでき
る。

〔作用〕

エンジンの複数制御仕様により決まる。主流路径の異な
る複数の空気流量計に対し、流速検出子および（または
）、副流路入口設置位置を各主流路断面内の軸中心を中
心とし、主流路直径の１／３ないし１／２の直径をもつ
円領域内とし、かつ、流速検出素子の支持体長さを等し
くする。流速検出子および（または）、副流路入口を円
領域内に置くことは、計測流速変動を許容レベル以下に
抑えることを可能とし、検出素子の支持体長さを等しく
することは、流速検出子および支持体をその構成部分と
する回路モジュールの共通化を可能とする。これにより
、吸気配管内での取付位置による計測値変動の少ない内
燃機関用空気流量計を低コストで実現できる。

〔実施例〕

空気流量計を内燃機関の吸気系に設置する場合、大きな
問題となるのは、流量計の上流側の吸気配管系要素によ
って引き起こされる偏流が空気流量計計測部の流速変動
を引き起こすことである。上流側の吸気配管系は、複数
の直角曲り、ベントなどを持ちこれらの曲り部で作用す
る遠心力による空気流の偏り、流体的な剥離によって生
しる渦などによって偏流が発生し、流速変動を引き起こ
す。

第７図、第８図は吸気配管系を構成する、基本的な配管
要素について、その内部で発生している主流軸方向成分
の偏流の分布を示した図であり、第７図は、曲率半径が
ほぼ主流路直径に等しい場合のベンド管の直後の等流速
線図、第８図は、直角曲り部の直後の等流速線図を示す
。

第７図、第８図いずれの場合にも、曲りの内側の方向、
すなわち、図中、断面上方には、はく離による急な流速
勾配が発生し、断面の内壁周辺部も壁摩擦の影響による
、流速勾配が発生している。

このため、流速は主流路軸中心付近が比較的安定した流
速分布をもつといえる。

より一般的な吸気配管系の場合、吸気配管は複数の曲り
要素により成り立っているが、流速勾配に大きく影響す
るのは、その直前の配管要素であり、基本要素について
述べたことは、複数の基本要素を組み合わせた、多くの
配管系についても成り立つ。このため、配管系レイアウ
トが予め定まっていないか、あるいは、多様な吸気配管
系について、空気流量計の計測値の安定性を確保して、
その汎用性を実現するためには、副流路の入口および熱
線素子を主流路の軸中心に置くことが望ましい。

以下、本発明の第一の実施例を第１図ないし第６図を用
いて説明する。第１図および第１図の■−ｎ矢視断面で
ある第２図において、ダイキャスト製ボディ１は、主流
路中に突出した壁面要素の内部に、ボディと一体構造の
副流路５を主流路９の軸中心から偏心した位置に設置し
ている。副流路５内には、内燃機関へ供給する吸入空気
８を熱線風速計の原理により計測するための熱線素子２
と感温抵抗体３が設置してあり、副流路５内に流入した
空気８は、副流路の途中で断面半径方向に分流され、分
流した空気は、それぞれ、副流路出口６から主流路９の
中に吹き出される。副流路５の主流路半径方向の通路の
一部を成す、板状カバー７は、副流路５内への逆流の侵
入を妨げる作用をし、バツクファイア等の吹き戻しから
、熱線素子２と感温抵抗素子３を保護する働きをする。

熱線素子２と感温抵抗体素子３と、信号処理回路基板を
内蔵する回路モジュール４は、絶縁モールド１１ａによ
り絶縁されたターミナルｌｌｂにより電気的に接続され
ている。

回路モジュール４の動作は次のようである。

まず、空気流中に電気的に加熱した、熱線素子２を置き
、これをブリッジ回路を構成する一低抗とし、その温度
を一定に保つような回路構成を与える。このとき、熱線
素子２付近の流速変動により、発熱量に変化が生じた場
合の抵抗体両端の電流の変化から流量を検知する。回路
モジュール４内のブリッジ回路は、熱線素子２の抵抗値
を一定に保つように構成され、熱線素子２は抵抗の温度
依存性の大きい白金、ニッケルなどを線、薄膜などに加
工し、これを単独、あるいは、セラミック。

ガラス、ポリイミド樹脂などのボビン、板などに巻線し
たものである。内燃機関用熱線式空気流量計では、熱線
素子２とは個別に温度補償用の感温抵抗体が設置され、
これもブリッジ回路の一低抗を成している。

ここで第３図および第３図のｒＶ−ｍＶ矢視断面を示す
第４図の空気流量計を、エンジン制御仕様により決まる
、複数仕様のうち、最小主流路径をもつ場合であるとす
る。ターミナルｌｌｂをもつ回路モジュール４は、ボデ
ィ１の主流路突出部に設けられた副流路内に貫通する孔
に、０リング１２を介して絶縁モールドｌｌａを挿入、
固定される。

一方、第１図および第２図の空気流量計は、第３図、第
４図と同一の長さをもつ絶縁モールドｌｌａを最大主流
路径のボディ１に挿入した場合を示し−ている。このと
き絶縁モールドｌｌａの長さは、第３図に示す最小主流
路径をもつ流量計に組み込んだとき、ターミナルｌｌｂ
の先端部、熱線素子２が主流路の軸中心に設置できるよ
うに決めである。このため、第１図の場合には、ターミ
ナル１１ｂの位置は、幾何学的関係により、主流路軸の
中心から偏心した位置となっている。本実施例の場合、
絶縁モジュールｌｌａの長さは、その主流路中への突出
部長さが最小主流路径の約１／３、すなわち、主流路軸
中心を中心とし、直径が主流路径の１／３の円周上にな
るようにとっである。

本実施例では、複数仕様の流量計のうち主流路が最小と
最大の場合のみを示したが、第９図に示すようにマウン
ト部２００の高さが等しく、主流路直径が上述の最大径
り。Ｘと最小径Ｄｍｔｎ、およびこれらの中間径Ｄｍｔ
ｎであるすべての流量計について、ターミナルｌｌｂ先
端部、熱線素子２の設置位置を単一長さの絶縁モールド
で主流路軸中心を中心とする、直径が主流路の約１／３
の円内の領域に含まれるように支持することができる。

このため、最小流路径によって決まるターミナル１１ｂ
、Ｍ縁モールドｌｌａの長さを共通仕様として製作した
回路モジュール４を使用すれば、流量計の平均製造コス
トを低減し、組み立て工程内での異種モールドの混入を
防ぐことができる。本実施例は、流速検出子として、熱
線素子を用いているが、他の流速、あるいは、流量の検
出原理による素子を用いる場合にも適用可能である。

第１Ｏ図、第１１図は、副流路５の入口を吸気系主流路
の軸中心付近に設置して主流路軸中心を中心とする円心
円上を３６０°回転した場合の設置位置の変化に伴う副
流路入口部内の平均流速の変動を示すグラフであり、グ
ラフには、副流路入口形状が、主流路直径の約１１５の
円形の場合と、縦長さが主流路直径の約１／３の長円形
の場合の二側が示しである。第１０図は第７図のベント
要素、第１１図は第８図の直角−り要素に対応している
。各図中、横軸は、主流路断面内での副流路入口の乗っ
ている円周の半径を示し、副流路入口位置を示す基準と
して、円形の場合には、その中心、長円形の場合は、図
中、上方の半円の中心を用いてる。各図中の左上には、
等流速線図の上に、流速分布の勾配が最も急である曲り
の内側の半径方向を示すため、経路Ｃ，Ｐよ、ｃ２ｐ２
．副流路入口位置０１，０２、副流路を断面内で３６ｏ
°回転させるときの円周Ｃ１，Ｃ２を重ねて描いである
。

また、グラフの横座標は、０１，０２の乗っている円の
半径を示すため、主流路軸中心を基準にしたｒ、主流路
内周壁上を基準にしたＱの二通りの変数を使って、主流
路の直径を単位にして記入しである。縦座標は、副流路
を各図中の円周Ｃ０，Ｃ２に沿って３６０°回転させた
ときの副流路入口部内の平均流速の変動率の輻を示して
おり、次式のλて定義したものである。

（０≦θ≦３６０’） ここに、７０２円周Ｃ０またはＣ２上での任意位置での
副流路入口部内平均流速 ｕＯ：円周Ｃ１，Ｃ，と○、ｐ、、ｏ２ｐ２の交点上で
の副流路入口部内子 均流速 第１０図、第１１図のグラフより分るように、この二側
のいずれの場合でも副流路入口位置が、ｒ＝Ｄ／４（Ｄ
は主流路直径）または、Ｑ＝Ｄ／３の円周上での平均流
速変動率λの値は、円形副流路の場合で１５％程度、長
円形副流路の場合で８％程度であり、副流路を設置する
ために、十分。

実用的なレベルである。また、この場合に比べて変動率
は大きくなるが、長円形の副流路入口形状の場合には、
ｎ　＝　Ｄ　／　４　（ｒ　＝　’Ｄ　／　４　）程度
であっても、λ＝２１〜２２％程度であり、十分実用的
なレベルである。

第１０図、第１１図よりλの値は、主流路軸を中心とし
た、直径が約Ｄ／３〜Ｄ／２の円内で少なくとも上記の
レベル以下であり、この領域内に副流路を設置すること
が、計測流量の安定化のために有効であることが分る。

本発明の第二の実施例を第１２図ないし第１５図に示す
。第１２図および、その断面■−測矢視図である第１３
図は、エンジンの制御仕様によって決まる。複数の流量
計のうち、最小流路径をもつものを示し、第１４図およ
びその断面乃゛−ぶである第１５図は、同様に最大流路
径を持つものを示す。本実施例の場合にも、最小流路径
によって決まる絶縁モールドｌｌａ長さを統一すること
により、回路モジュール４を共通仕様とし、低コスト化
することができる。本実施例は、第一の実施例と異なり
、副流路５が長円形の副流路人口凹部１３を持つ流量計
に適用した例である。本実施例では副流路人口凹部１３
が、はぼ、前述の流速変動の安定した円領域内に収納ま
るように設定しである。本実施例では、第一の実施例で
期待できる利点の他に、計測流量の変動をさらに低レベ
ルに抑えたまま、絶縁モールドｌｌａの長さを短くして
、流量計の低コスト化を図れるという複合的な利点があ
る。

本発明の第三の実施例を第１６図ないし第１９図に示す
。第１６図、第１９図は、吸入空気の流速検出子をセラ
ミック等の基板１０１上に形成した、薄膜抵抗体１０１
ａを主流路内に設置することにより構成した空気流量計
においても、本発明を利用することで回路モジュール４
０１．モールド１１０を共通化し、コスト低減できるこ
とを示している。第１６図、第１７図の例では、基板１
０１全体が前述の円形領域内に含まれるように設置しで
あるが、基板全体は、第１８図、第１９図の基板１０３
にみるように前述の円形領域内である必要はない。第１
８図、第１９図の例では、主流路径の１／２よりも長い
基板１０３上に、複数の薄膜抵抗体１０３ａ、１０３ｂ
を形成した熱線素子を用いているが、薄膜抵抗体１０３
ａ。

１０３ｂのみが前述の円形領域内に含まれるように構成
しである。この実施例でも絶縁モールド１１２と、基板
１０３の長さを統一し１回路モジュール４０１を共通化
することにより、流量計の製造コストを低減することが
できることは、第１６図、第１７図の実施例の場合と同
様である。

本発明の第四の実施例を第２０図ないし第２３図に示す
。第２０図およびその断面ＸＸＩ−ＸＸＩである第２１
図は、エンジンの制御仕様により決まる複数の流量計の
うち、最小流路径を持つものを示し、第２２図およびそ
の断面Ｗ−店である第２３図は、同様に最大流路径を持
つものを示す。

本実施例の場合にも第一ないし第三の実施例の場合と同
様に、絶縁モールド１１２ａの長さを統一し、回路モジ
ュール４を、共通仕様とすることにより、平均製造コス
トを低減することができる。

ただし、本実施例の場合には、第一ないし第三の実施例
の場合とは異なり、ターミナル１１２ｂ先端部の熱線素
子２は、前述の、主流路軸中心を中心とし、直径が主流
路径の１／３ないし１／２の円内に含まれておらず、副
流路５の入口のみを、この円内に設置するようにしてい
る。本例では、副流路５の入口部分は、ボディ１とは別
体であり、副流路の一部分をはめ込みによって構成する
ための流入部カバー２５によって、流速分布の安定した
上記の円内に設置しである。本実施例の場合、−流入部
カバー２５を別部品として製作しなければならないとい
う欠点を持つが、＃！Ａｌｌ！−ルド１１２ａの長さは
、第一ないし、第三の実施例に比べて短かくできるため
、Ｉ！縁上モールド１１２ａボディ１に挿入組み立てす
る際の取り付は誤差を小さくでき、さらに、回路モジュ
ール４の原価低減ができるという利点がある。

第２４図、第２５図は、第四の実施例の第２０図ないし
第２３図とは異なる実現方法を示す。本実施例では、副
流路の入口を前述の円形領域内に設置するために、流入
部カバー２５を使わずに、流入部パイプ２６を使ってい
る。本実施例の場合にも第２０図ないし第２３図の実施
例と同様の利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、共通仕様の回路モジュールを複数の異
なる主流路径をもつボディに対して共通化することがで
きるため、モジュールの平均製造コストの低減、製造工
程での異種モジュールの混入取付防止の効果がある。さ
らに計測ターミナル長さを短かくできるため、回路モジ
ュール−個当りの製造コストが低減でき、挿入取付位置
の誤差を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例のうち最大主流路径をも
つ流量計を軸線を通る垂直面で切った断面図、第２図は
、第１図のｎ−ｎ矢視断面図、第３図は本発明の第一の
実施例の最小主流路径をもつ流量計を軸線を通る垂直面
で切った断面図、第４図は第３図のｒＶ−ＩＶ矢視断面
図、第５図は、従来の軸中心設置型空気流量計のうち、
最大主流路径をもつ流量計を軸線を通る垂直面で切った
断面図、第６図は第５図のＶＩ−ＶＩ矢視断面図、第７
図。 第８図は、吸気配管断面内で生じている偏流の例を示す
流速分布図、第９図は、主流路径の異なる複数の空気流
量計に本発明を適用した場合を示す説明図、第１０図、
第１１図は、主流軸中心付近の流速変動状態を示すため
の特性図、第１２図は、本発明の第二の実施例のうち、
最小主流路径をもつ流量計を軸線を通る垂直面で切った
断面図、第１３図は、第１２図の■−■矢視断面図、第
１４図は、本発明の第二の実施例のうち、最大主流路径
をもつ流量計を軸線を通り垂直面で切った断面図、第１
５図は第１４図の店−双矢視断面図、第１６図、第１８
図は、本発明の第三の実施例のうち、最小主流路径をも
つ流量計を軸線に垂直な面で切った断面図、第１７図、
第１９図は、本発明の第三の実施例のうち、最小主流路
径をもつ流量計を軸線に垂直な面で切った断面図、第２
０図は、本発明の第四の実施例のうち、最小主流路径を
もつものを軸線を通る垂直面で切った断面図、第２１図
は第２０図の衷−双矢視断面図、第２２図は、本発明の
第四の実施例のうち、最大主流路径をもつ流量計を軸線
に垂直な面で切った断面図、第２３図は第２２図の罵−
ρ皿矢視断面図、第２４図は、第四の別の実施例のうち
、最小主流路径をもつものを軸線を通る垂直面で切った
断面図、第２５図は、第四の別の実施例のうち、最大主
流路径をもつものを軸線を通る垂直面で切った断面図で
ある。 ｌ・・・ボディ、２・・・熱線素子、３・・・感温抵抗
体、４・・・回路モジュール、５・・・副流路、６・・
・副流路出口、７・・・板状カバー、８・・・吸入空気
、９・・・主流路、１１ａ・・・絶縁モールド、ｌｌｂ
・・・ターミナル、１２・・・○リング、１３・・・副
流路人口凹部、２５・。 ■３．８〜３６［Ｆ］２８〜２６ ０４．４〜４００２８〜２４■１２〜ＯδΦａ、ｏ−ｓ
、ｂ■２−１１−２．０の０８−０４羊位（＃ｓ　）早
　？　目　　　　　　・・ 汽〔％〕 汽（％〕 第　１２　　Ｕ 第７４０ 第　／６菌　　　　　　　第　７７０ ｏ１ 第１と図　　　　　　第７９図 第　２０　乞 第　２４　　口 第　２５凹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、内燃機関へ供給される空気が通過する主流路、前記
   主流路が前記内燃機関の仕様により相異なる複数の内径
   をもつもの、前記主流路内に位置し、前記主流路を流れ
   る空気の流れと同方向に形成された第一の副流路、前記
   第一の副流路に配置された空気流の変動を検出する検出
   子、前記検出子の物理的パラメータ変化によって空気量
   に関連した信号を出力する電気的パラメータ検出手段、
   前記第一の副流路とほぼ直角に交差し、かつ、交差する
   点から分岐し、前記主流路に合流する第一の副流路、前
   記第一の副流路の前記主流路内への設置位置が、前記複
   数の相異なる主流路で互いに相似でないもの、とより成
   る内燃機関用空気流量計。