JPH0777444A

JPH0777444A - 内燃機関の吸入空気量センサ

Info

Publication number: JPH0777444A
Application number: JP5222952A
Authority: JP
Inventors: Mikio Naruse; 幹夫成瀬; Kazuki Mizoguchi; 和貴溝口
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-09-08
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】吸気通路内の流速分布の不均一による誤差を
抑制するとともに、低流速域での応答性を高め、かつ圧
力損失を小さくする。【構成】吸入空気量センサ１のハウジング３内に位置
する吸気通路２は、通路断面積が徐々に縮小する絞り通
路部２ａと、通路断面積が一定のスロート部２ｂと、通
路断面積が徐々に拡大する拡大通路部２ｃとからなる。
流量検出素子４は、流れ方向に直交して吸気通路２全体
を横切るように設けられている。流量検出素子４は、絞
り通路部２ａとスロート部２ｂとの境界に位置してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱式流量計からなる
内燃機関の吸入空気量センサの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の吸入空気量センサとして、ホ
ットワイヤ式あるいはホットフィルム式等の熱式流量計
の原理を利用したものが従来から知られているが、吸気
通路の断面の一箇所に白金線等からなる流量検出素子が
配設される形となるため、吸気通路断面における各部の
流速分布が不均一となると、比較的大きな誤差が発生す
る。

【０００３】そこで、従来、例えば特開平１−２８８７
２５号公報において、吸気通路全体を横切るように平板
状の流量検出素子を設けた吸入空気量センサが提案され
ている。この平板状の流量検出素子は、吸気が通流可能
なように多数の開口部を有し、かつ吸気通路と直交する
ように配置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに吸気通路の全体に亙って大きな流量検出素子を配設
すると、検出素子付近の流速が小さくなる低流量時に、
十分な応答性が得られない、という問題がある。また、
流量検出素子によって、センサ全体における圧力損失が
大きくなる、という不具合もある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の吸入空気量センサは、吸気流の下流に向かうに従って
吸気通路断面積が徐々に縮小する絞り通路部と、この絞
り通路部よりも下流側に位置し、かつ下流に向かうに従
って吸気通路断面積が徐々に拡大する拡大通路部と、上
記絞り通路部の下流端部に近接して配置され、かつ流れ
方向に直交して吸気通路全体を横切るように設けられた
熱抵抗体からなる流量検出素子と、を備えたことを特徴
としている。

【０００６】

【作用】吸気通路内を流れてきた吸気流は、絞り通路部
によって絞られ、かつ流量検出素子を通過した後に、拡
大通路部でもって再び広がっていく。これにより、流量
検出素子付近での流速が高くなるとともに、流量検出素
子が小型となり、その応答性が向上する。

【０００７】

【実施例】以下、この発明に係る吸入空気量センサの一
実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【０００８】図１および図２は、吸入空気量センサ１の
第１実施例を示している。この吸入空気量センサ１は、
内燃機関の吸気通路２を構成する吸気ダクト９の途中に
介装される筒状のハウジング３を有し、かつ該ハウジン
グ３内の吸気通路２を横切るように、熱抵抗体からなる
流量検出素子４が配設されている。上記ハウジング３内
の吸気通路２は、吸気流の下流に向かうに従って通路断
面積が徐々に縮小する絞り通路部２ａと、この絞り通路
部２ａの下流に接続された通路断面積が一定のスロート
部２ｂと、このスロート部２ｂの下流に接続され、かつ
下流に向かうに従って通路断面積が徐々にに拡大する拡
大通路部２ｃと、から構成されている。この実施例で
は、上記絞り通路部２ａおよび拡大通路部２ｃがそれぞ
れ円錐形に形成されている。そして、上記流量検出素子
４は、上記絞り通路部２ａの下流端部つまりスロート部
２ｂとの境界に位置し、流れ方向に直交して吸気通路２
全体を横切るように設けられている。上記スロート部２
ｂの長さＬは、後述するように、２０ｍｍ以下であるこ
とが望ましい。

【０００９】図３は、上記流量検出素子４の詳細を示し
ている。この流量検出素子４は、３重に設けた同心円状
の円環部５ａ，５ｂ，５ｃを直線状の連結部５ｄで連結
した形の検出部５を有し、かつ連結部５ｄ両端部にそれ
ぞれ電極部６が形成されている。また、連結部５ｄと直
交するように直線状をなす絶縁性の支持部７を備えてお
り、この支持部７によっても円環部５ａ，５ｂ，５ｃが
支持されている。そして、この支持部７の両端および連
結部５ｄの両端が取付部８となっており、該取付部８が
ハウジング３内周面に支持されている。また電極部６は
後述する検出回路に接続される。

【００１０】上記流量検出素子４は、その全体が同一の
基板により形成されている。図４は、流量検出素子４の
断面構造を示すもので、アルミナ等のセラミックスから
なる基板１１上に、白金薄膜抵抗層１２が形成されてお
り、更にその上に、ＳｉＯ₂あるいはＳｉ−Ｎ_Xからなる
絶縁性の保護層１３が形成されている。これらの白金薄
膜抵抗層１２および保護層１３は、いずれも厚膜焼成法
により形成されている。そして、電極部６は、保護層１
３を具備せずに白金薄膜抵抗層１２を露出させることに
より構成され、支持部７および取付部８は更に白金薄膜
抵抗層１２を具備せずに基板１１自体を露出させること
により構成されている。尚、白金薄膜抵抗層１２が吸気
流上流へ向かうように装着されている。

【００１１】図５は、上記流量検出素子４に接続される
検出回路の基本的な構成を示している。この検出回路
は、流量検出素子４と温度補償抵抗２１と抵抗Ｒ₁，
Ｒ₂，Ｒ₃とによって構成されるブリッジ回路２２を主体
とし、更に、このブリッジ回路２２の不平衡電圧を増幅
するオペアンプ２３と、オペアンプ２３の出力により動
作してブリッジ回路２２に加える電圧を制御するトラン
ジスタ２４とを備えている。これにより、一般的な熱式
流量計と同様に、流量検出素子４の温度Ｔ_Wを一定温度
に保つように作用し、端子２５，２６間の電圧Ｖ_Wでも
って吸気流量Ｑが示されることになる。ここで、吸気流
量Ｑと電圧Ｖ_Wとの間には、次式で示される関係があ
る。

【００１２】

【数１】Ｖ_W ² ＝Ｒ_W（Ａ＋ＢＱⁿ）（Ｔ_W−Ｔ₀）但し、Ａ，Ｂ，ｎは定数、Ｒ_Wは検出素子４の抵抗値、
Ｔ₀は吸気温度である。

【００１３】次に、図６は、スロート部２ｂの長さを０
つまり実質的にスロート部２ｂが存在しないようにした
第２実施例を示している。

【００１４】また図７は、上流側の絞り通路部２ａを、
断面がＲ形状となるノズル形状にした第３実施例を示し
ている。

【００１５】更に、図８は、Ｒ形状とした絞り通路部２
ａと上流側の吸気通路２内周面との接続部２５を、滑ら
かに連続させた第４実施例を示している。

【００１６】上記のように構成することにより、流量検
出素子４を通過する吸気流の流速が高められ、しかも流
量検出素子４が小型化されるため、低流量時の応答性が
向上する。一例を挙げると、吸入空気量センサ１の入口
の通路内径が８０ｍｍ、スロート部２ｂの内径が５６ｍ
ｍ、検出素子４の前面の面積とスロート部２ｂの断面積
との比が０．２に設定される。このような場合に、吸気
流量が２００ｋｇ／ｈであるとすると、検出素子４付近
での平均流速は１８．７２ｍ／ｓである。これに対し、
吸気通路２を絞らないものとすると、平均流速は９．１
７ｍ／ｓとなってしまう。また、スロート部２ｂの通路
断面積がセンサ入口の約半分となるため、検出素子４の
大きさが約半分となり、センサの応答性を左右する熱時
定数が小さくなる。白金薄膜抵抗層１２の厚さを０．０
２μｍ、検出素子４各部の幅を１ｍｍとすれば、流量が
２００ｋｇ／ｈの場合に、通路内径５６ｍｍに対応する
ものでは、熱時定数が２．１ｍｓ程度となり、通路内径
８０ｍｍに対応するものでは、４．０ｍｓ程度となる。
従って、吸気通路２を絞らない場合に比較して、流速お
よび熱時定数の双方の点で応答性向上が達成できる。

【００１７】次に、スロート部２ｂの長さＬおよび検出
素子４の取付位置について説明する。

【００１８】図９〜図１１は、スロート部２ｂの長さＬ
を変化させて圧力損失Ｐへの影響を測定した実験結果を
示している。尚、実験のモデルは、吸入空気量センサ１
の入口の通路内径を８０ｍｍ、スロート部２ｂの内径を
５６ｍｍとしたものであり、流量検出素子４を具備しな
い通路構造のみの比較である。図９が、図１に示した第
１実施例の通路構造の特性、図１０が、図７に示した第
３実施例の通路構造の特性、図１１が、図８に示した第
４実施例の通路構造の特性をそれぞれ示す。

【００１９】また、図１２は上記の実験に用いた実験装
置の構成を示す。これは吸引型ポンプ３１により試験流
路部３２を通して空気を通流させ、試験流路の前後差圧
を測定するようにしたものであり、同時に、全体の流量
が層流流量計３３により計測される。３４はポンプ３１
の電源、３５はスライダック、３６は差圧を検出する差
圧トランスミッター、３７はデジタルマルチメータ、３
８は流量を記録するアナライジングレコーダである。

【００２０】上記試験流路部３２は、図１３に示すよう
に構成されており、試験流路３９の上流側９０ｍｍの位
置に上流側圧力導入口４０を、下流側４９０ｍｍの位置
に下流側圧力導入口４１をそれぞれ設けた。

【００２１】上記の図９〜図１１に明らかなように、い
ずれの通路構造においても、スロート部２ｂの長さＬが
０〜２０ｍｍのときに圧力損失が小さくなる。これは、
２０ｍｍ以上になると、スロート部２ｂの壁面で流れの
剥離が生じるため、圧力損失が増大するものと考えられ
る。

【００２２】次に、図１４，図１５は、検出素子４の取
付位置を変化させた場合の圧力損失Ｐを示している。こ
こでは、スロート部２ｂ上流端からの距離ｌでもって取
付位置を表している（図１６参照）。図１４は、図１に
示した円錐形の通路構造においてスロート部２ｂの長さ
Ｌが異なるものについて対比して示してあり、また図１
５は、第３実施例の通路構造と第４実施例の通路構造と
における特性を対比して示してある。

【００２３】この図１４，図１５に明らかなように、通
路構造やスロート部２ｂの長さＬにかかわらず、ｌ＝０
ｍｍ、つまり検出素子４をスロート部２ｂの上流端（絞
り通路部２ａの下流端）に設けると、圧力損失Ｐが小さ
くなる。これは、ｌ＝０ｍｍのときはスロート部２ｂ入
口で渦の発生率が小さいので、圧力損失が小さくなるも
のと考えられる。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の吸入空気量センサによれば、流量検出
素子が吸気通路全体を横切るように設けられているた
め、通路断面積各部の流速分布が不均一となっても大き
な誤差を生じることがない。そして、吸気流を絞ること
により、流量検出素子付近での流速が高くなるととも
に、流量検出素子が小型化でき、低流量域での応答性が
向上する。また、絞り通路部の下流端部に近接して流量
検出素子を配設することにより、圧力損失の増大を最小
限に抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る吸入空気量センサの第１実施例
を示す断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図３】流量検出素子の正面図。

【図４】流量検出素子の拡大断面図。

【図５】検出回路の一例を示す回路図。

【図６】吸入空気量センサの第２実施例を示す断面図。

【図７】吸入空気量センサの第３実施例を示す断面図。

【図８】吸入空気量センサの第４実施例を示す断面図。

【図９】第１実施例の通路構造においてスロート部の長
さと圧力損失との関係を示す特性図。

【図１０】第３実施例の通路構造においてスロート部の
長さと圧力損失との関係を示す特性図。

【図１１】第４実施例の通路構造においてスロート部の
長さと圧力損失との関係を示す特性図。

【図１２】実験装置の構成を示す説明図。

【図１３】実験装置の要部を示す説明図。

【図１４】第１実施例の通路構造において流量検出素子
の取付位置と圧力損失との関係を示す特性図。

【図１５】通路構造を異ならせた場合の流量検出素子の
取付位置と圧力損失との関係を示す特性図。

【図１６】検出素子の取付位置の説明図。

【符号の説明】

１…吸入空気量センサ２…吸気通路２ａ…絞り通路部２ｂ…スロート部２ｃ…拡大通路部４…検出検出素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気流の下流に向かうに従って吸気通路
断面積が徐々に縮小する絞り通路部と、この絞り通路部よりも下流側に位置し、かつ下流に向か
うに従って吸気通路断面積が徐々に拡大する拡大通路部
と、上記絞り通路部の下流端部に近接して配置され、かつ流
れ方向に直交して吸気通路全体を横切るように設けられ
た熱抵抗体からなる流量検出素子と、を備えたことを特徴とする内燃機関の吸入空気量セン
サ。