JPH06288805A

JPH06288805A - 空気流量計

Info

Publication number: JPH06288805A
Application number: JP5096772A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ogawa; 胖小川
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 1993-03-30
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で流入空気の偏流や旋回流をなく
し、エンジン側から発生する脈動影響をなくす。【構成】断面積一定な流入部２とベンチュリ３とを同
軸で一体に成形した流管１内に、ベンチュリ３の拡大開
口部３ａから最小絞り部３ｂまでの絞り比が等しく、長
さが略等しい内筒４を複数の支持板５で同軸に支持し、
流入部２の前面に網目を有するネット６を配設する。流
入された空気は、内筒４の後流に僅かに離れて配設され
た熱センサ７により低流速でも絞り比分増速され、しか
もネット６で偏流や旋回流のない正規分布流れとして検
知される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、空気流量計に関し、より詳細に
は、自動車エンジンの吸入空気の質量流量を測定する空
気流量計の構造に関する。

【０００２】

【従来技術】最近の自動車には、低公害で効率のよい自
動車用エンジンとするために空燃比を正しく制御する電
子制御式燃料噴射装置を装着することが一般的になって
いる。空燃比を制御するためには空気の質量流量を正し
く計測することが必要になり、従来、吸入空気流の動圧
により回動するベーンの角度に応じて空気流量を計測す
るベーン式のものが使用されていた。しかし、ベーン式
の空気流量計は精度及び応答性が悪いので、最近では、
渦流量計や熱式流量計が使用されている。

【０００３】渦流量計は、渦発生体から流出するカルマ
ン渦が単位時間当りに発生する数は、流量に比例するこ
とを利用した流量計であり、広い流量範囲に亘って高い
精度で空気流量を計測できるが、空気流量は体積流量で
あり、空燃比制御に必要な質量流量とするために、別
に、空気の圧力を測定する圧力センサを必要とするとい
う問題があった。

【０００４】また、前記熱式流量計は、空気流内に熱線
を置いたときの電流により加熱された熱線の発熱量は流
れによる放熱量とつり合い、放熱量が空気の質量流量と
定圧比熱との関数であることを利用した流量計である。
このような熱式流量計では、例えば加熱電流が多く流れ
る流速検出用の熱線抵抗と、加熱しない程度の電流が流
れる雰囲気温度検出用の熱線抵抗とブリッジの２辺に配
設して流速検出用と雰囲気温度検出用との温度差が一定
となるように制御されたときのブリッジ電流から空気流
量を求めている。

【０００５】この方式の熱式流量計によるブリッジ電流
は、空気質量流量の４乗根に比例するので熱式流量計は
特別に他のセンサを必要とせず空気の質量流量が求めら
れるという長所を有するが、大流量域では高精度となる
が小流量域では精度が低下するという欠点がある。この
ことは、熱式流量計に流入する空気の流れ影響を受け易
いという問題点があることを意味する。

【０００６】通常自動車用の空気流量計は、上流側にエ
アクリーナを、下流側にはスロットル弁を介してエンジ
ンに到る吸気系に配設されている。このときの空気流量
計の取付姿勢は、エアークリーナ側およびスロットル側
に対しても流量計として理想的な正規分布の流れを生じ
させる直管状には配設されておらず、通常、湾曲した流
路となっているので、偏流や旋回流のある流れとなる。
しかも、エンジン側の吸排気にともない発生する脈動の
影響を受けるので、熱式の空気流量計の動的特性は、特
に、小流量域が不安定な器差を有していて理想的な空燃
比特性を得ることはできなかった。

【０００７】従来、熱式の空気流量計としては、吸入空
気の主流路に対して直角な副流路を有し、副流路内に熱
式センサを配設する構造のものと、主流路内に同軸な副
流路を有する構造のものが提示されている。

【０００８】しかし、前者の、主流路に直角な副流路を
有する構造の空気流量計は、主流路と副流路の面積比は
一定であっても、レイノルズ数の変化に伴う流体抵抗比
が変化するので流量比は一定とならず、副流路内を流れ
る空気の流量は、吸入空気量を真に代表する流れとはな
らず、流速、温度による補正を必要とした。

【０００９】また、後者の、主流路中に同軸な副流路を
有する構造の空気流量計でも前者程ではないが、流量比
が一定でないという同様な問題があり、しかも、副流路
は、主流路内の一方側のみで支持されているので主流路
内の流れは、非対称の流れとなり、更に、副流路に流れ
る空気の流速と、主流路内の空気流速とは、エアクリー
ナから流れる空気の偏流影響や旋回流等の影響を受け、
流量変化による分流比の変動が大きく、また、動的特性
にも悪影響があった。

【００１０】図４は、従来の空気流量計の断面図で、エ
アクリーナから流出する空気の流れや偏流がある場合で
も精度に影響を与えないことを目的とした特開平４−２
１２０２２号に開示された空気流量計である。

【００１１】図４に示した空気流量計２０は、流入口２
２から流出口２３に向けて拡大する上流部を有するハウ
ジング２１内に、リブ２５で同軸に支持され下流側に向
け断面積が拡大する中央部位２４ａを有する中央部材２
４を配設して、ハウジング２１とで主流路２６を形成し
ている。主流路２６は、上流側で絞られ、下流側で拡大
した環状流路である。この主流路２６に対して、中央部
材２４の軸方向のバイパス流路２７を経て直角方向に流
れを変え、再び主流路２６方向に合流する経方向流路３
１と出口流路３２とが開口している。バイパス流路２７
には流速測定用抵抗体と温度補償用抵抗体とからなる流
量検出素子３３が配設されている。

【００１２】以上の如く構成された空気流量計は、流入
側の空気流れに偏流がある場合には、主流路２６内の軸
回りに偏流を打ち消す方向の旋流に応じた旋回を発生さ
せて出流路２７内の空気流れを偏流のない流れとして、
バイパス流を偏流のない均一な流れの中に流出させると
いう原理に基づくものである。

【００１３】しかし、図４に示した空気流量計の主流路
は、まず流入側２２の環状流路２８から流出側２３側の
環状流路２９に向けて拡大流路が形成されている。しか
し、拡大流路は本質的に不安定な流れであり、不安定な
流れにバイパス流を配設しても安定流れは得られないこ
と。また、バイパス流を形成することにより流量計の形
状が複雑になること、更には、バイパス流は、バイパス
流路２６から径方向流路３１に直角方向に流れを変える
ので、バイパス流路２７方向の面に空気中に含まれるダ
ストが、動圧により付着し、長期安定した空気流を検知
する場合の信頼性に問題がある。

【００１４】

【目的】本発明は、上述の実情に鑑みなされたもので、
エアクリーナから偏流や旋回流を有して流れる空気流の
影響や、後流側のエンジン駆動による脈動の影響を受け
難く、且つ小流量から大流量域まで長期安定した器差特
性が得られる空気流量計を提供することを目的とするも
のである。

【００１５】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
断面形状が軸対称な筒状体で、断面積一定な流入部、お
よび該流入部下流に向けて絞られ再び拡大した断面積と
なるベンチュリを一体に成形した流管と、前記ベンチュ
リの流入部位置から最小絞りの位置までの絞り比を等し
く長さが前記位置間の距離と略等しい内筒と、該内筒を
前記流管に該流管と同軸に固定する複数の支持板と、前
記内筒内を流れる空気の質量流量を検知する流量検知素
子とからなること、更には、（２）前記（１）におい
て、前記流入管の流入部に網目状のネットを配設したこ
と、更には、（３）前記（２）において前記網目状のネ
ットの下流に、該網目状のネットと隣接してハニカム整
流器を配設したことを特徴とするものである。以下、本
発明の実施例に基づいて説明する。

【００１６】図１（ａ），（ｂ）は、本発明による空気
流量計の一例を説明するための構造図で、（ａ）図は
（ｂ）図の矢視Ａ−Ａ線断面図、（ｂ）図は流れ方向か
らみた正面図であり、図中、１は流管、２は流入部、３
はベンチュリ、４は内筒、５は支持板、６はネット、７
は熱センサ、８は流速検出素子、９は温度補償素子、１
０は取付板である。

【００１７】図１において、流管１は矢印Ｑで示した流
れ方向に軸０−０′に軸対称な筒状体で、断面一様な流
入部２と、流入部２に接続するベンチュリ３とからなっ
ている。周知のようにベンチュリ３は、拡大開口部３ａ
から後流に向けて連続的に流路が絞られ、最小絞り部３
ｂに達し、再び拡大開口部３ａと同一の断面積の開口部
３ｃに向けて拡大する絞り管である。

【００１８】内筒４は、前記流管１の内部に配設されベ
ンチュリ３の開口部３ａから最小絞り部３ｂ迄の絞り比
を長さ方向に等しく、長さがこの区間とほぼ等しい絞り
管である。すなわち、ベンチュリ３の拡大開口部３ａの
半径をＲ₁（＝流入部２の半径）、内筒４の流入側開口
部４ａの半径をｒ₁とし、ベンチュリ３の最小絞り部３
ｂの半径をＤ₂、内筒４の流出側半径をｒ₂とすると、Ｒ₁／ｒ₁＝Ｒ₂／ｒ₂ （１）の関係があり、ベンチュリ３の流入側開口３ａと内筒４
の流入側開口４ａとの面積比と、ベンチュリ３の最小絞
り部３ｂと内筒４の流出側開口４ｂとの面積比とは等し
く選んである。

【００１９】内筒４はベンチュリ３の内壁面に複数の支
持板５（図においては４枚）により、ベンチュリ３と同
軸に支持されている。支持板５は流れＱ方向に平行な板
状体で好ましくは断面流線形をなしている。支持板５の
数は２枚、３枚、５枚と等間隔に配設されていればよ
い。

【００２０】ネット６は、流入部２の流入口２ａ側に該
流入口２ａの面を覆うように配設された網目を有する板
状体で、金属繊維又は樹脂繊維からなっている。

【００２１】熱センサ７は内筒４の流出口開口４ｂの後
流に一端がベンチュリ３の内壁面に固着された取付板１
０の他端に、流速検出素子８と温度補償素子９とを僅か
に離間して配設した流量センサで、流速検出素子８およ
び温度補償素子９は白金とロジウムとの合金やサーミス
タ又は半導体素子等の熱応答性の優れた熱的素子で、流
速検出素子８及び温度補償素子９とは内筒４の軸０−
０′線上配置されている。

【００２２】図２（ａ）,（ｂ）は、本発明に係る整流
効果を説明するための図で、図１（ａ）,（ｂ）の如く
構成された空気流量計に、例えば、軸０−０′の下方が
流速の大きい流速分布Ｐの偏流と矢印方向旋回成分Ｒの
空気流が流入したとする。まず、偏流成分についてみる
と、空気流がネット６に達するとネット６上に動圧が発
生し流速の大きさに従って動圧が大きい下半分方向から
動圧の低い上半分に向いた方向のベクトルＶｖの流れが
生ずる。このベクトルＶｖは偏流のある流速分布Ｐを正
規分布の流れにする。

【００２３】また、旋回成分Ｒの流れは、ネット６の網
目に流れて抵抗を受け、旋回成分Ｒの流れは停止する。
従って空気流は偏流や旋回流のない正規分布流れとなり
ベンチュリ３および内筒４に流入する。

【００２４】また、前記の流速分布Ｐの空気流がネット
６により正規分布に整流され流入平均流速Ｖｉが得られ
たとして、これが内筒４により絞られ流出平均流速Ｖ₀
で流出したとすると、流出平均流速Ｖ₀と流入平均流速
Ｖ_iとの比は流入開口面積と流出開口面積との比、すな
わち、ｒ₁ ²とｒ₂ ²との比となり増進されるので、この
分、動圧が増大し、後流のエンジンから逆流する脈動の
影響が小さくなる。しかもベンチュリ３内の流速と等し
い比で絞られるので、ベンチュリの最小絞り部３ｂにお
ける流出空気流の流れ分布も正規分布の状態を保持す
る。

【００２５】以上の説明においては、ネット６を流入部
２の開口部に取り付けた場合の偏流および旋回流の除去
について述べたが、（１）式を満足する条件で、ベンチ
ュリ３と内筒４とを同軸に配設しているので、上流側と
下流側とで連続した流速分布となり、しかも支持板５に
より旋回流れは取り除かれて合流するので軸０−０′上
では、ほぼ平均流速になり、軸０−０′線上に配設され
た熱センサ７により、ほぼ平均した流速を検出できるの
で、ネット６がない場合でも有効である。

【００２６】図３（ａ）,（ｂ）は、本発明による空気
流量計の、他の実施例を説明するための図で、（ａ）図
は部分側断面図、（ｂ）図は（ａ）図の矢視Ｂ−Ｂ線部
分断面図であり、図中、１１はハニカム整流器であり、
図１と同じ作用をする部分には図１と同一の参照番号を
付している。

【００２７】図１，２において説明したネット６の整流
効果は網目が小さい程、大きいが、逆に圧損を大きく
し、高速な空気流を流すことができなくなる。このため
に網目を小さくすると整流効果が低下するので、ネット
６の下流側に、ネット６に隣接してハニカム１１ａを有
するハニカム整流器１１を配設したものである。簡単な
ハニカム整流器１１を配設することにより低い圧損で高
い整流効果が得られる。

【００２８】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、エヤクリーナと、スロットル弁との間に配設する自
動車用吸入用の空気流量計を熱式流量計として、該熱式
流量計の流管を断面一対な流入部と、ベンチュリとを一
体にし、ベンチュリの流入口から最小絞り部まで等しい
絞り比で略等しい長さの内筒を同軸に配設し、更にベン
チュリの流入口に網目を有するネットを覆うようにした
ので、偏流や旋回成分がなくなる。しかも同一絞りで増
速された空気流を熱センサで検知するので、高流速の正
規分布の流れとなりエンジン側から生ずる脈動の影響は
小さくなり、従来低流速で不安定だった熱式流量計を安
定にして、広い流量範囲の空気の質量流量を高精度に測
定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空気流量計の一例を説明するた
めの構造図である。

【図２】本発明に係る整流効果を説明するための図で
ある。

【図３】本発明による空気流量計の、他の実施例を説
明するための図である。

【図４】本発明による空気流量計の断面図である。

【符号の説明】

１…流管、２…流入部、３…ベンチュリ、４…内筒、５
…支持板、６…ネット、７…熱センサ、８…流速検出素
子、９…温度補償素子、１０…取付板、１１…ハニカム
整流器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面形状が軸対称な筒状体で、断面積一
定な流入部、および該流入部下流に向けて絞られ再び拡
大した断面積となるベンチュリを一体に成形した流管
と、前記ベンチュリの流入部位置から最小絞りの位置ま
での絞り比を等しく長さが前記位置間の距離と略等しい
内筒と、該内筒を前記流管に該流管と同軸に固定する複
数の支持板と、前記内筒内を流れる空気の質量流量を検
知する流量検知素子とからなることを特徴とする空気流
量計。
【請求項２】前記流入管の流入部に網目状のネットを
配設したことを特徴とする請求項１に記載の空気流量
計。
【請求項３】前記網目状のネットの下流に、該網目状
のネットと隣接してハニカム整流器を配設したことを特
徴とする請求項２記載の空気流量計。