JPH07891Y2

JPH07891Y2 - 吸入空気流量検出装置

Info

Publication number: JPH07891Y2
Application number: JP14417388U
Authority: JP
Inventors: 治桜井; 卓也中島
Original assignee: 株式会社ユニシアジェックス
Priority date: 1988-11-04
Filing date: 1988-11-04
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2003-11-04
Also published as: JPH0265122U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、例えば自動車用エンジン等の吸入空気流量を
検出するのに好適に用いられる吸入空気流量検出装置に
関し、特に、吸気管の途中に屈曲部等を設けた場合で
も、検出精度が低下するのを防止できるようにした吸入
空気流量検出装置に関する。

〔従来の技術〕

第10図に従来技術の吸入空気流量検出装置を示す。

図において、１は吸入空気流量検出装置の本体を構成す
るケーシングを示し、該ケーシング１は円筒状のパイプ
等によって形成され、その両端側は円筒状の管部材2,3
と接続されている。ここで、該ケーシング１は管部材2,
3と共にエンジンのシリンダ（図示せず）と連通する吸
気管を構成し、管部材２の一端側にはエアクリーナ（図
示せず）等が設けられている。そして、該ケーシング１
および管部材2,3はエアクリーナで清浄化した空気（外
気）を管部材３の他端側に接続されるシリンダ内へとピ
ストン（図示せず）の往復動に応じて吸込ませるように
なっている。

４はケーシング１内に細長棒状のブラケット５を介して
取付けられた熱線素子を示し、該熱線素子４は温度変化
に対応して抵抗値が変化する白金線等からなる感熱抵抗
体によって形成され、外部からリード線6,6等を介して
加熱されることにより熱線流量計（ホットワイヤエアフ
ロメータ）を構成するようになっている。ここで、該熱
線素子４はブラケット５を介してケーシング１の中心軸
上に配設され、この中心軸上を通る空気の流速V₁または
V₂等を検知することにより、図示しないコントロールユ
ニット等で平均流速を演算させ、平均流速Ｖと断面積Ａ
とから流量Ｑを求める下記の式、Ｑ＝AV……（１）から吸入空気流量を検出するようになっている。

即ち、ケーシング１および管部材2,3等からなる吸気管
は直線状に伸長しているので、内部を流通する吸入空気
流は吸気管中心軸に対して対称となり、その流速分布は
図中２点鎖線で例示する如く、遅いときには流速分布F₁
となり、速くなる流速分布F₂となる。そして、該熱線素
子４は吸入空気の流速V₁,V₂等が速くなればなる程冷却
され、抵抗値が変化するから、例えば流速分布F₁,F₂の
うち中心軸上を通る流速V₁,V₂を前記抵抗値の変化とし
て検知し、この流速V₁,V₂から流速分布F₁,F₂の平均流速
を演算させることによって、吸入空気流量を検出するよ
うになっている。

従来技術の吸入空気流量検出装置は上述の如き構成を有
するもので、ケーシング１の中心軸上に配設され、外部
から各リード線６等を介して通電され加熱されている熱
線素子４はケーシング１内を流通する吸入空気によって
冷却され、中心軸上を通る吸入空気の流速V₁,V₂等を抵
抗値の変化として検知することにより、吸入空気流量を
逐一検出できるようになっている。

ところで、最近の自動車等にあっては、ケーシング１お
よび管部材2,3からなる吸気管等を収容しているエンジ
ンルーム（図示せず）内に、電子制御用の各種機器等を
組込むようにしているから、吸気管等を収容するエンジ
ンルーム内のスペースが大幅に制限され、吸気管の一部
を構成する管部材２等を第11図中に例示するように、屈
曲部7Aを有する管部材７と取替える必要が生じている。

〔考案が解決しようとする課題〕而して、第11図に示す従来技術にあっては、管部材７の
屈曲部7Aにより下流側の流速分布に偏りが生じ、ケーシ
ング１内を流れる吸入空気は偏流状態となることがあ
る。この場合、流速V₁の如く流速が遅いときの流速分布
F₁は第10図と第11図とでそれ程変化しないものの、流速
が流速V₂の如く速くなると、流速分布F₂は第11図中に示
す如く偏流の度合が大きくなってしまう。

このため、第11図に示す従来技術では、熱線素子４によ
って流速V₂を検知しても、流速分布F₂の平均流速を求め
ることが難しくなり、吸入空気流量を正確に検出できな
くなるという未解決な問題がある。

また、ケーシング１の上流端等に第12図に示す如く絞り
部８を設ければ、吸入空気流が偏流状態となるのを可及
的に防止できることは知られている。しかし、この場合
には吸入空気流の通気抵抗が絞り部８によって増大し、
圧力損失が大となるから、エンジンの高回転、高負荷時
に吸入空気量が制限され、エンジンの最大出力が低下し
てしまうという問題がある。即ち、絞り部８は断面円弧
（４分の１円）形状に形成しているに過ぎないから、絞
り部８の下流端8A近傍で第13図に示す如く逆流９等が発
生して、境界層剥離点10が下流端8Aよりも大幅に前方と
なり、吸入空気の有効流路面積Ｓが第12図に示す如く絞
り部８の下流側で狭められ、吸入空気量が制限されてし
まう。

本考案は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもの
で、本考案は吸気管の途中に屈曲部等が介在する場合で
も吸入空気流量の検出精度を確保でき、エンジンの最大
出力を向上できるようにした吸入空気流量検出装置を提
供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

上述した課題を解決するために、請求項１の考案は、吸
気管の途中に設けられるケーシングと、該ケーシングの
上流側に設けられ、絞り部と該絞り部の下流側に直線状
に伸長し該絞り部下流側での境界層剥離を抑えるストレ
ート部とからなる絞り部材と、該絞り部材のストレート
部よりも下流側に位置して前記ケーシング内に前記絞り
部と同軸に配設され、前記絞り部よりも小径に形成され
たベンチュリ管と、該ベンチュリ管の下流側寄りに位置
して該ベンチュリ管内に設けられた流量検出用の熱線素
子とからなる構成を採用している。

請求項２の考案は、吸気管の途中に設けられるケーシン
グと、該ケーシングの上流側に設けられ、絞り部と該絞
り部の下流側内面に該絞り部下流側での境界層剥離を抑
えるように形成された凸部または凹部からなる絞り部材
と、該絞り部材の凸部または凹部よりも下流側に位置し
て前記ケーシング内に前記絞り部と同軸に配設され、前
記絞り部よりも小径に形成されたベンチュリ管と、該ベ
ンチュリ管の下流側寄りに位置して該ベンチュリ管内に
設けられた流量検出用の熱線素子とからなる構成を採用
している。

〔作用〕

上記構成により、偏流状態の吸入空気流がケーシング内
に流入してきても、この空気流を絞り部材の絞り部で予
め均一化してベンチュリ管内に流入させることでき、絞
り部よりも小径なベンチュリ管内ではレイノルズ数が小
さくなって流速分布を安定させ得る。また、絞り部材に
形成したストレート部または凸部，凹部によって境界層
剥離を抑制でき、下流側の有効流路面積を広げることが
できる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を第１図ないし第９図に基づいて
説明する。なお、実施例では前述した第11図に示す従来
技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を
省略するものとする。

而して、第１図ないし第５図は本考案の第１の実施例を
示している。

図中、11は吸入空気流量検出装置の本体を構成するケー
シングを示し、該ケーシング11は従来技術で述べたケー
シング１と同様に管部材3,7と共に吸気管を構成するも
のの、該ケーシング11の長さ方向中間部には略長方形の
箱形状に形成された取付部11Aが設けられ、該取付部11A
には後述のベンチュリ管14が取付けられている。また、
該ケーシング11の軸方向両端側には径方向外向きに突出
するフランジ部11B,11Cが形成され、該フランジ部11B,1
1Cは後述の絞り部材12を介して管部材７と管部材３とに
衝合されている。

12は、ケーシング11の上流端に位置して、該ケーシング
11と管部材７との間に設けられた絞り部材を示し、該絞
り部材12は、上流側から下流側へと断面円弧（４分の１
円）形状に縮径されたリング状の絞り部12Aと、該絞り
部12Aの下流側に位置して軸方向に直管状に伸長し、該
絞り部12A下流側での境界層剥離を抑えるストレート部1
2Bと、前記絞り部12Aの外周側に位置し、ビス13等を介
してケーシング11のフランジ部11Bに固定された環状の
固定部12Cとからなり、該固定部12Cによって絞り部12A
およびストレート部12Bはケーシング11の中心軸O-O上に
同軸に位置決めされている。そして、該絞り部12Aは管
部材７側からケーシング11内へと矢示Ａ方向に流入して
くる、例えば偏流状態の吸入空気流をその絞り作用によ
って中心軸O-Oを中心とした比較的均一でかつ対称な流
れに整えるようになっている。また、前記ストレート部
12Bは第３図に示す如く、例えば5mm程度の長さ寸法ｌを
有し、後述の境界層剥離点18を絞り部12Aの後方（下流
側）へと第４図、第５図に示す如く移動させることによ
って、吸入空気の有効流路面積Ｓを広げるようになって
いる。

14は絞り部材12のストレート部12Bよりも下流側に位置
して、ケーシング11内に取付部11Aを介して設けられた
ベンチュリ管を示し、該ベンチュリ管14は第２図にも示
す如く、その上流端に位置し、下流側へと断面円弧（４
分の１円）形状に縮径されたベルマウス形状の開口部14
Aと、該開口部14Aから下流側へと所定長さをもって円筒
状に伸びた小径の絞り管部14Bと、該絞り管部14Bから下
流側へと比較的小さな傾斜角で漸次拡径するように伸び
たテーパ管部14Cと、該テーパ管部14Cから下流端まで所
定長さをもって円筒状に伸び、絞り管部14Bよりも大径
に形成された直管部14Dとから構成されている。

また、該ベンチュリ管14には絞り管部14B、直管部14D等
の外周側にブラケット板14E,14Fが設けられ、該ベンチ
ュリ管14はブラケット板14E,14Fを介してケーシング11
の取付部11Aに取付けられている。そして、該ベンチュ
リ管14は絞り部12Aと同軸に中心軸O-O上に配設され、そ
の通路面積は絞り部12A（ストレート部12B）よりも小径
に形成されている。

15はベンチュリ管14のテーパ管部14Cと直管部14Dとの間
に位置して、該ベンチュリ管14内に細長棒状のブラケッ
ト16を介して取付けられた熱線素子を示し、該熱線素子
15は従来技術で述べた熱線素子４を同様に形成され、リ
ード線17,17を介して外部から通電されることにより所
定温度まで加熱される。そして、該熱線素子15は中心軸
O-O上に配設され、この中心軸O-O上を通る吸入空気の流
速V₃等を代表流速として検知することにより、コントロ
ールユニット等で平均流速を演算させ、前記（１）式に
基づき吸入空気流量を検出するようになっている。

本実施例による吸入空気流量検出装置は上述の如き構成
を有するもので、次にその検出動作について説明する。

まず、管部材７側から矢示Ａ方向に流通してくる吸入空
気流は管部材７の屈曲部7A等により偏流状態となって絞
り部材12の位置に達する。しかし、該絞り部材12には下
流側へと断面円弧状に縮径した絞り部12Aが形成されて
いるから、前記偏流状態の空気流は該絞り部12Aの絞り
作用によって中心軸O-Oを中心とした比較的対称な流れ
に均一化され、ケーシング11内へと流入してゆく。そし
て、この空気流の一部はベンチュリ管14内へと分流して
流入するようになる。

ここで、該ベンチュリ管14は断面円弧状の開口部14A下
流側に絞り部12Aよりも小径な絞り管部14Bを有し、該絞
り管部14Bの下流側に漸次拡径するテーパ管部14Cと円筒
状の直管部14Dとを有し、該直管部14Dとテーパ管部14C
との間に中心軸O-O上に位置して熱線素子15を設けてい
るから、ベンリュリ管14の開口部14Aより流入してくる
比較的均一な空気流は絞り管部14Bで絞られた後に、テ
ーパ管部14C内で徐々に中心軸O-Oを中心としたより均一
で対称な流れに整えられ、直管部14D側へと熱線素子15
の位置を通過するときには、第２図中に例示するように
一様かつ安定な流速分布F₃を得ることができる。

また、ケーシング11の上流端に設けた絞り部材12には絞
り部12Aの下流側に位置して境界層剥離抑制部としての
ストレート部12Bを形成し、該ストレート部12Bを絞り部
12Aから下流側へと長さ寸法ｌをもって直管状に伸長さ
せたから、吸入空気流の境界層剥離点18を第４図、第５
図に示す如く絞り部12Aの下流側へと後方に移動させ
て、ストレート部12B下流の逆流19を可及的に小さくす
ることができ、絞り部材12の下流側における吸入空気の
有効流路面積Ｓを第12図に示した従来技術のものより広
げることができ、エンジンの高回転、高負荷時の吸入空
気量を適宜に増大させることができる。

従って本実施例では、ケーシング11の上流端に絞り部12
Aを設け、該絞り部12Aの下流側に小径の分流通路を形成
するベンチュリ管14を同軸に直列配置する構成としたか
ら、ケーシング11の上流側に屈曲部7A等を有する管部材
７を配設した場合でも、ベンチュリ管14内の熱線素子15
の位置では一様かつ安定な流速分布F₃を得ることがで
き、該熱線素子15により流速分布F₃のうち中心軸O-O上
を通る流速V₃を代表流速として検知することによって、
平均流速を精度よく求めることができ、吸入空気流量の
検出精度を効果的に向上できる。

また、ベンチュリ管14によって小径の分流通路を形成し
ているから、ベンチュリ管14内ではレイノルズ数が小さ
くなって、流速分布F₃等の安定性をさらに高めることが
でき、管部材７の屈曲部7A等の形状をさらに曲率の大き
なものに変更しても検出精度が低下したりするのを防止
できる。さらに、ケーシング11の上流側に屈曲部7Aを有
する管部材７等を接続できるから、エンジンルーム内の
吸気管収納スペースを有効に活用でき、レイアウト設計
時の自由度を向上できる上に、絞り部材12に設けたスト
レート部12Bにより、エンジンの高回転、高負荷時にお
ける吸入空気量を適宜に増大でき、エンジンの最大出力
を向上できる等、種々の効果を奏する。

次に、第６図ないし第８図は本考案の第２の実施例を示
し、本実施例では前記第１の実施例と同一の構成要素に
同一の符号を付し、その説明を省略するものとするに、
本実施例の特徴は、ケーシング11の上流端に設ける絞り
部材21を、絞り部21Aと、該絞り部21Aの下流側内面に形
成された、例えば２個の環状凸部21B,21Bと、絞り部21A
の外周側に位置する環状の固定部21Cとから構成したこ
とにある。

ここで、絞り部材21の絞り部21Aおよび固定部21Cは前記
第１の実施例で述べた絞り部材12の絞り部12A、固定部1
2Cと同様に形成され、各環状凸部21Bは絞り部21Aの下流
側内面を全周に亘って延びる小さな半円形状突起によっ
て形成されている。そして、該各環状凸部21Bは境界層
剥離を抑え、境界層剥離点22を下流側の環状凸部21Bの
頂点近傍まで後方に移動させ、逆流23を小さくできるよ
うになっている。

かくして、このように構成される本実施例でも前記第１
の実施例とほぼ同様の作用効果を得ることができる。

なお、前記第２の実施例では、絞り部21Aの下流側内周
に境界層剥離抑制部として２個の環状凸部21B,21Bを形
成するものとして述べたが、環状凸部21Bの個数は１個
または３個以上としてもよく、該環状凸部21Bに替え
て、第９図に示す変形例の如く絞り部21Aの下流側内面
に小さな半円形状の環状凹部21B′,21B′を形成するよ
うにしてもよい。

また、前記各実施例では、ベンチュリ管14のテーパ管部
14Cと直管部14Dとの間に位置して、該ベンチュリ管14内
に熱線素子15を設けるものとして述べたが、これに替え
て、テーパ管部14Cの下流側または直管部14D内の所定位
置に熱線素子15を設けるようにしてもよい。

また、熱線素子15としてはセラミックの筒体等に白金線
を巻回したり、白金薄膜を蒸着したりすることにより形
成される小径の抵抗素子を用いてもよく、あるいは円形
状の枠体に白金線を張設することにより形成される熱線
抵抗体等を用いてもよい。

〔考案の効果〕

以上詳述した通り、本考案によれば、ケーシングの上流
側に絞り部とストレート部または凸部，凹部とからなる
絞り部材を設け、これらよりも下流側に位置してケーシ
ング内に絞り部より小径のベンチュリ管を設け、該ベン
チュリ管内の下流側寄りの位置に熱線素子を設けたか
ら、絞り部とベンチュリ管とによって吸入空気流を均一
化して、熱線素子の位置で一様かつ安定な流速分布を得
ることができ、流量の検出精度を確保できる上に、エン
ジンの高回転、高負荷時の吸入空気量を確保でき、エン
ジンの最大出力を向上できる等、種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本考案の第１の実施例を示し、第
１図は流量検出装置を示す縦断面図、第２図は第１図中
のII-II矢示方向拡大断面図、第３図は絞り部材を示す
拡大縦断面図、第４図は第３図中の要部拡大図、第５図
は絞り部材およびケーシングの要部拡大縦断面図、第６
図ないし第８図は第２の実施例を示し、第６図は絞り部
材の縦断面図、第７図は第６図中の要部を拡大して示す
境界層の説明図、第８図は第６図中の要部拡大図、第９
図は第２の実施例の変形例を示す第８図と同様の要部拡
大図、第10図は従来技術を示す流量検出装置の縦断面
図、第11図は他の従来技術を示す流量検出装置の縦断面
図、第12図および第13図は別の従来技術を示し、第12図
はケーシングに設けた絞り部等の要部縦断面図、第13図
は第12図中の要部拡大図である。 3,7……管部材、11……ケーシング、12,21……絞り部
材、12A,21A……絞り部、12B……ストレート部、12C,21
C……固定部、14……ベンチュリ管、15……熱線素子、1
8,22……境界層剥離点、21B……環状凸部、21B′……環
状凹部。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】吸気管の途中に設けられるケーシングと、
該ケーシングの上流側に設けられ、絞り部と該絞り部の
下流側に直線状に伸長し該絞り部下流側での境界層剥離
を抑えるストレート部とからなる絞り部材と、該絞り部
材のストレート部よりも下流側に位置して前記ケーシン
グ内に前記絞り部と同軸に配設され、前記絞り部よりも
小径に形成されたベンチュリ管と、該ベンチュリ管の下
流側寄りに位置して該ベンチュリ管内に設けられた流量
検出用の熱線素子とから構成してなる吸入空気流量検出
装置。
【請求項２】吸気管の途中に設けられるケーシングと、
該ケーシングの上流側に設けられ、絞り部と該絞り部の
下流側内面に該絞り部下流側での境界層剥離を抑えるよ
うに形成された凸部または凹部からなる絞り部材と、該
絞り部材の凸部または凹部よりも下流側に位置して前記
ケーシング内に前記絞り部と同軸に配設され、前記絞り
部よりも小径に形成されたベンチュリ管と、該ベンチュ
リ管の下流側寄りに位置して該ベンチュリ管内に設けら
れた流量検出用の熱線素子とから構成してなる吸入空気
流量検出装置。