JPH08145756A - 空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】空気流量測定装置の主通路内に副通路を設置
し、副通路は逆流発生時の流速が順流低流量時の流速よ
りも小さくなるようにし、副通路内には空気の流れ方向
を判別する発熱抵抗体を設置する。また、空気流量測定
用の発熱抵抗体を、主通路内の副通路以外の場所に１本
だけ設置し、順流，逆流関係なく、両方の空気流量を測
定する。発熱抵抗体と発熱抵抗体の信号を処理すること
により、逆流を生じる流体の吸入空気流量を測定する。 【効果】逆流を伴う脈動流下でも正確な流量検出ができ
る内燃機関の制御システムを提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸入空気流
量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】順方向と逆方向の流量を検出可能な空気
流量測定装置は、特開昭62−812 号公報に記載の公知例
がある。しかし、この公知例の構造は、順方向，逆方向
に各々二つの空気流量測定用発熱抵抗体，感温抵抗体及
び駆動回路を各々二つ有しているため、生産性が非常に
悪く、コストも高い。また、二つの発熱抵抗体の設置位
置が同じ通路内であるため、順，逆流測定用発熱抵抗体
部分での流速変化が小さく、判定が非常に微妙である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】自動車のエンジンに吸
入される空気のように、逆流を伴う脈動流を生じる流れ
に対しても適切に順方向と逆方向の流量を検出する空気
流量測定装置が必要とされる。このような流量測定装置
の応用範囲は種々考えられるが、特に、自動車エンジン
の吸入空気流量測定において、特定の回転数域のスロッ
トル全開付近で脈動を伴う逆流が生じたときのプラス誤
差を無くすことが可能となり、運転条件によらず正確な
燃料制御を達成することができる。そのための課題とし
て、下記の項目が挙げられる。

【０００４】（１）逆流発生時、方向判別用発熱抵抗体
の出力が規定値を越えないこと。

【０００５】（２）流量検出精度が優れること。

【０００６】（３）流路の流体抵抗が大きくならないこ
と。

【０００７】（４）順流時、方向判別用発熱抵抗体の出
力が、流量検出用発熱抵抗体の出力を上回ること。

【０００８】（５）周期の短い脈動流に対応が可能であ
ること。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に以下の方策を講じた。

【００１０】（１）逆流が発生した場合、方向判別用発
熱抵抗体設置部に空気がほとんど流れ込まない構造を有
する副通路を、主通路内部に設置することにより、発熱
抵抗体の出力が、規定値以下となるように構成した。

【００１１】（２）主通路を単純な管路とし、順方向と
逆方向の流れの変化による副通路の出入口間の圧力変化
に影響を与える因子を無くし、副通路内の流れもスムー
ズになる構成として順方向と逆方向の流れの切替え時間
を短縮した。

【００１２】（３）空気流量測定用発熱抵抗体を順流側
と逆流側を対称に測定できる位置に設置することによ
り、一つの発熱抵抗体での検出精度を向上することがで
きる。

【００１３】（４）副通路内の方向判別用発熱抵抗体設
置部分を、絞り形状とすることにより、前記発熱抵抗体
部での流速を速くする構造とした。

【００１４】

【作用】順流と逆流流量の測定を可能にする空気流量測
定装置において、空気流量検出用発熱抵抗体を一つにす
ることにより、電圧に対する空気流量特性の調整が一つ
の発熱抵抗体のみとなり、生産性の向上を促すことがで
きる。また、本空気流量測定用発熱抵抗体を、順流側と
逆流側で対称となる位置に設置することより、順，逆流
時のどちらでも、同じように吸入空気流量が検出でき
る。更に、空気流量検出用と方向判別用の発熱抵抗体が
独立し、全く別の場所に設置されているため、ノイズ，
上流影響等の他特性では、空気流量検出用発熱抵抗体の
み対応するだけで良く、また脈動対策による副作用を受
けることも無くなる。

【００１５】主空気通路内部に、順流と逆流で流入する
空気の流速が大幅に変化するよう構成された副通路を設
置することにより、発熱抵抗体を空気流入方向判別用と
して使用することができ、またこれにより、順，逆流の
判別を電圧のみで、基準電圧以上，以下として簡単に制
御することを可能とする。また、本副通路設置による方
式は、流入判別発熱抵抗体設置部を順，逆流側で反対に
することにより、逆流時に出力を発信する方式に簡単に
変更することができ、いろいろなシステムに対応でき
る。

【００１６】方向判別用発熱抵抗体の出力が規定以下の
とき、方向判別用と空気流量検出用の発熱抵抗体の出力
を比較し、空気流量検出用の発熱抵抗体の出力が大きい
とき、逆流と判別することにより、流れ方向判別抵抗体
の基準出力値以下での順流時の空気流量測定誤差を補正
することができ、より精度の高い空気流量測定装置とす
ることができる。

【００１７】通路構成上、逆流時の出力は、方向判別用
発熱抵抗体が、空気流量測定用発熱抵抗体より出力小と
なるため、順流時に方向判別用発熱抵抗体の出力を空気
流量測定用発熱抵抗体より常時大とすることにより、空
気流量測定用発熱抵抗体が方向判別用発熱抵抗体の出力
を上回ったとき逆流と判断することができる。これは、
実際に応答性の遅れにより、規定電圧までの到達が不十
分となることが考えられ、この応答性の遅れに対応する
方策である。順流時、方向判別用発熱抵抗体の出力を大
きくするため、副通路の発熱抵抗体設置部上流に絞り形
状を設けると、方向判別用発熱抵抗体の調整が簡単にな
り、生産性を向上できる。また、方向判別用発熱抵抗体
の調整を、空気流量検出用の発熱抵抗体の調整より勾配
を急にすることで、出力電圧大を可能にでき、また、高
流量時の検出精度が要求されないので、空気流量検出用
の調整精度と比べ非常にラフな調整で良く、生産性を向
上させることができる。

【００１８】空気流量測定用発熱抵抗体を上，下流対称
に設置することにより、一つの発熱抵抗体で順，逆流の
両方の空気流量を測定可能とすることができる。これに
より、流量調整は、一方向からの調整だけで良く、生産
性を向上することができる。また、空気流量測定用発熱
抵抗体を方向判別用発熱抵抗体が設置されている副通路
以外にもう一つ設置した副通路（以下、サブ通路）に設
置することにより、空気流量測定用発熱抵抗体設置部分
での通気抵抗を大きくし、耐エレメント汚損対策とする
ことができる。さらに、サブ通路の上下流入り口部を縮
流路あるいは受け皿状とすることにより、上流影響を低
減できる。

【００１９】副通路及びサブ通路を主通路に一体成形す
ることにより、ボディのばらつきを減らし、特性ばらつ
きを低減できる。逆に、副通路及びサブ通路を電子回路
側と一体成形することにより、生産性を向上することが
できる。さらに、サブ通路のみ主通路と一体成形し、副
通路を電子回路側と一体成形することにより、生産性を
向上し、特性ばらつきをも低減することができる。

【００２０】このように、方向検出用発熱抵抗体を設置
することにより、流量測定用の出力を１本にすることが
でき、更に、流量の流れ方向を検出する信号を出力する
ことで、逆流流量を測定することを可能にしている。更
に、方向検出信号を、例えば、順流時はプラス、逆流時
はマイナスとしてやれば、吸入空気流量は、流量信号を
単に合計した出力でみることができる。これにより、例
えば、内燃機関に吸入される空気流量を測定する場合、
流れが逆流を伴う脈動流となっていても、順方向流量か
ら逆流分を差し引いた流量を流量測定装置が出力するた
め、その出力は実際に内燃機関に吸入される空気流量と
等しくなる。従って、自動車エンジン等においても逆流
を伴う脈動流となる運転条件で、逆流による流量測定装
置の流量信号と実際にエンジンに吸入される空気流量と
の不一致によるプラス誤差を生じさせることは無くな
り、常に適切な燃料制御が可能となる。

【００２１】

【実施例】以下に本発明における実施例を図１ないし図
１３に基づいて説明する。

【００２２】図１は本発明の一実施例を示す空気流量計
の図である。流体の流れは、左から右への流れを９と
し、右から左への流れを１０とする。また、図２は図１
の左側（流れ９の上流側）から見た図である。空気流量
計は主通路８を作るボディ１の一部に挿入孔３を設け、
主通路と外部とを連通させ、そこへ流量測定用発熱抵抗
体６及び感温抵抗体７を備えるサブ通路２０１及び、方
向検出用の発熱抵抗体１０２を備える副通路１０１を挿
入し、流量測定用発熱抵抗体６，感温抵抗体７及び方向
検出用発熱抵抗体１０２を非導電性部材のホルダ４に覆
われた、導電性部材により成るターミナル５を介して、
ボディ１の外部にある駆動回路内蔵モジュール２と電気
的に接続して成る構造である。また、副通路２０１及び
サブ通路１０１と駆動回路内蔵モジュール２との機械的
強度は、非導電性部材によりつくられたホルダ４を介し
て接着等を施すことにより接続される。

【００２３】副通路１０１の構造は、空気の流れが順流
の場合、通路１０３を通り、逆流が発生した場合は通路
１０４を通り、方向検出用発熱抵抗体１０２部分には逆
流がほとんど流れ込まない構造となっている。副通路１
０１の順流側通路１０３の入り口部は、方向判別用発熱
抵抗体設置部分の流速が速くなるように、縮流形状１０
６とし、さらに、通路１０３も同様に徐々に通路が狭く
なるように構成している。逆流側の通路１０４では、発
熱抵抗体部分への空気の流入を極力防ぐため、逆流入り
口部１０７と空気の流れを分けるために設置される分離
体１０５とを、上下あるいは左右に、空気通路面積が拡
がるようにオフセットさせる。また、副通路内部での通
気抵抗を小さくするため、通路内の最狭部面積を逆流入
り口部１０７の断面積と同等以上とする。これにより、
副通路内の圧力損失を低減し、空気の流れをスムーズに
できるため、方向判別用発熱抵抗体１０２設置部分への
逆流の流入を防ぐことができる。

【００２４】サブ通路２０１内に設置する発熱抵抗体
は、空気流量測定用発熱抵抗体６であり、この発熱抵抗
体６のみで順流，逆流の空気流量を測定する。サブ通路
２０１の構成は、説明のように一発熱抵抗体で二方向の
空気流量を測定するため、順方向と逆方向のボディの構
成が、ほぼ同形状となる必要がある。また、流量測定用
発熱抵抗体６の設置位置は、サブ通路２０１のほぼ中央
とすることが有効である。また、空気流量測定用発熱抵
抗体は、サブ通路内に設置しなくても、主通路内にじか
に設置することも可能である。副通路１０１が図示のよ
うに複雑であり、前後対称形でない場合、順流と逆流の
サブ通路２０１への空気の流入量が相違すると思われ
る。このため、副通路の上下流入り口部にリブ等によ
り、空気溜り２０２，２０３を設置することで、空気有
効通路を上下流で相似形とし、サブ通路への空気流入を
制御することが有効である。

【００２５】副通路及びサブ通路を縦に一直線にするこ
とで、主通路の有効断面積を増やし、圧力損失を低減す
ることが出来る。

【００２６】ホルダ４内にはターミナル５を６本を有
し、２本ずつほぼ平行に設置され、上流側からほぼ等間
隔で前，中，後に設置される。空気流量検出用発熱抵抗
体は、上下流で同じ流量となるような測定が要求される
ため、中の位置に設置されたターミナルに溶接する。ま
た、生産性等考えた場合、前あるいは後に空気流量測定
用発熱抵抗体を溶接し、中の位置のターミナルに方向判
別用発熱抵抗体を設置すれば、発熱抵抗体の溶接性が良
くなる。

【００２７】副通路１０１及びサブ通路２０１は一体成
形し（この成形部品を以下バイパスとする）、電子回路
駆動用モジュール２のベース１１と発熱抵抗体設置用タ
ーミナル５を一体成形し（この成形品を以下ベースぶく
みとする）、このバイパスとベースぶくみを挿入合体
し、接着剤等で硬化することで、主通路側をどんがらな
円柱とすることができ、ボディの原価低減を図ることが
できる。また、ボディが円柱であるため、ボディ自体の
ばらつきが小さくなると考えられ、発熱抵抗体の調整に
おいて、バイパスのみの調整を可能とし、生産性を向上
させることができる。

【００２８】バイパスをボディと一体成形すると、バイ
パスの取付け誤差が無くなり空気流量特性のばらつきを
低減することが可能である。

【００２９】図３，図４は図１に対しての応用となる一
実施例の空気流量測定装置を示す図である。方向判別用
発熱抵抗体１０２と空気流量測定用発熱抵抗体６の設置
場所を変えたことにより、脈動流への対策による他の特
性（ノイズ，上流影響等）への副作用が低減できること
が、本発明の利点である。図４に示すように、空気流量
測定用発熱抵抗体を設置するサブ通路形状を直管路とす
ることにより、出力ノイズを低減でき、また、通気抵抗
を与えることにより、発熱抵抗体の耐汚損性を良くする
ことができる。

【００３０】本空気流量測定装置の上流影響低減法とし
て空気流量測定用発熱抵抗体６を設置するサブ通路２０
１の上下流入り口部に図５,図６に示す縮流路２０５,２
０６を設置するか、またはサブ通路の上下流入り口部
を、図７，図８に示す受け皿状とすることが有効であ
る。

【００３１】図９に本発明の空気流量測定装置に用いら
れる電子回路の一実施例を示す。二つの発熱抵抗体を制
御する回路は独立した二つの回路からなり、流量検出Ｈ
Ｗ加熱制御回路はブリッジ回路、方向判別用回路は定電
流回路となっている。また、出力調整回路により流量検
出ＨＷの出力を調整して流量信号としている。流量検出
ＨＷ加熱制御回路は、空気流量測定用発熱抵抗体６の加
熱温度を制御する回路である。方向判別用回路は、一定
の規定電圧に対して上か下かを出力し、例えば、規定電
圧以下が逆流であると規定した場合、出力が下の場合に
逆流と判断する。本回路における出力信号は、方向判別
信号と流量信号の２種類の信号を発信し、流量信号で
は、順流も逆流も同じ一つの信号として出力する。脈動
により発生した逆流流量は、例えば、方向判別信号の出
力を規定電圧以上ならプラス、以下ならマイナスとし、
前流量出力信号を方向判別信号に対応して、プラス，マ
イナスさせ、その合計を出力することにより、逆流分を
差し引いた空気流量即ち、実際にエンジンに吸入された
空気流量にほぼ同じ空気流量に対する出力を可能にす
る。

【００３２】図１１に図９に示す電子回路における出力
信号を示す。

【００３３】エンジンの脈動に対して、流量信号は逆流
分を正方向に出力するだけの違いを見せている。それに
対して方向判別信号は、逆流成分をほとんど含まず順流
側のみを出力している。ここで、方向判別信号に規定電
圧を設け、この規定電圧以下が逆流であると判断するよ
う設定すれば、図に示す逆流部分を逆流と判断し出力す
る。

【００３４】図１０は、本発明の空気流量測定に用いら
れる電子回路の一実施例を示す。二つの発熱抵抗体を制
御する回路は独立した二つのブリッジ回路からなってい
る。方向判別信号は、空気流量信号と方向判別信号を比
較し、方向判別用信号が小さくなった場合、逆流と判断
するよう構成されている。この場合、順流時において方
向判別信号がいつも流量信号より大きいということが必
要となる。そこで、方向判別用発熱抵抗体を、主通路よ
りも確実に流速が速い位置に設置するか、もしくは副通
路よりも流速が遅くなるサブ通路に流量検出用発熱抵抗
体を設置するということが有効である。また回路で対策
する場合は、方向判別信号の調整を、流量検出用信号に
対して勾配が急になるように調整することが有効であ
る。この場合、方向判別信号の調整は、高流量側におい
て非常にラフな調整とすることができ、生産性を向上す
ることができる。

【００３５】図１２は図１０の電子回路を使用した場合
の出力を示したものである。

【００３６】流れが順流の場合、方向判別信号が常時流
量信号より高く出力され、逆流が入った場合、方向判別
信号が流量信号より低くなる。これにより、方向判別信
号が流量信号より小さくなった場合を逆流と判断し、逆
流流量を測定する。本回路を使用すると、発熱抵抗体の
応答性遅れがあった場合に、規定電圧を設定することな
く逆流を判断できる。

【００３７】図１３は、本発明と従来例の空気流量測定
装置の出力電圧特性を示したものである。エンジン回転
数をパラメータにとり、エンジン吸入負圧△Ｐに対する
空気流量測定装置の出力電圧Ｖｏ（平均値）を示してい
る。本発明による一実施例の検討結果では、エンジン回
転数２０００rpm の場合、エンジン吸入負圧が０（ゼ
ロ）の付近で、出力電圧が急増する跳ね上り現象が起き
ている。これは、図１３の従来品の出力波形に示すよう
に、従来品では発熱抵抗体が逆流を検知することによ
り、出力波形がプラス値としてカウントされ、実際の平
均出力電圧Ｖｏより高い値の出力電圧Ｖｏを示すことに
より、発生したものである。本発明によれば、プラスカ
ウントがされず、また、逆流流量も測定するため、実際
の平均出力電圧により近い値を出力することを可能にす
る。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、方向検出用発熱抵抗体
を使用することにより、空気流量検出用発熱抵抗体が一
つで、順，逆流の両方の流量を測定することを可能に
し、生産性を考え、且つ、実際の流量により近い測定を
可能にした高精度な空気流量測定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す空気流量測定装置の説
明図。

【図２】図１の左側の側面図。

【図３】本発明の一実施例を示す空気流量測定装置の側
面図。

【図４】図３のＢ−Ｂ断面図。

【図５】本発明の一実施例を示す空気流量測定装置の側
面図。

【図６】図５のＣ−Ｃ断面図。

【図７】本発明の一実施例を示す空気流量測定装置の側
面図。

【図８】図７のＤ−Ｄ断面図。

【図９】本発明の一実施例を示す空気流量測定装置の制
御用の回路図。

【図１０】本発明の一実施例を示す空気流量測定装置の
制御用の回路図。

【図１１】本発明の空気流量測定装置の出力特性図。

【図１２】本発明の空気流量測定装置の出力特性図。

【図１３】本発明の空気流量測定装置の出力特性図。

【符号の説明】

１…ボディ、２…駆動回路内蔵モジュール、３…副通路
挿入孔、４…ホルダ、５…ターミナル、６…流量測定用
発熱抵抗体、７…感温抵抗体、８…主通路、１１…ベー
ス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 信弥 茨城県ひたちなか市大字高場字鹿島谷津 2477番地３日立オートモティブエンジニア リング株式会社内 (72)発明者 津曲 守 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主通路の内部に副通路を設け、前記副通路
   の内部に第一の発熱抵抗体を備えた空気流量測定装置に
   おいて、前記副通路を順流と逆流で流速の異なる構成と
   し、主空気通路の内部に流量測定用の第二の発熱抵抗体
   を配置することを特徴とする空気流量測定装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記第二の発熱抵抗体
   を、順流側と逆流側を対称に構成した副通路内部に設置
   する空気流量測定装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記第一の発熱抵抗体
   は、主通路に逆流が生じた場合の流速が、主通路に流れ
   る順流の最低流量検出時より小さくなるように副通路を
   構成し、前記第一の発熱抵抗体が、順流時の最低流量時
   の出力より小さいとき逆流と判別する空気流量測定装
   置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記方向判別用の発熱
   抵抗体部分の順流時最高流入流速が逆流時の流入流速よ
   り小さくなるように構成し、前記第一の発熱抵抗体の出
   力が規定以上となったとき逆流と判別する空気流量測定
   装置。
5. 【請求項５】請求項１において、前記第一の発熱抵抗体
   の出力が規定値以下のとき、前記第二の発熱抵抗体の出
   力と比較し、前記第一の発熱抵抗体の出力の方が小さい
   とき逆流と判別する空気流量測定装置。
6. 【請求項６】請求項１において、前記第一の発熱抵抗体
   は、順流時、前記第二の発熱抵抗体に比べ、出力大とな
   るよう通路に配置し、前記第一および第二の発熱抵抗体
   の出力を比較し、前記第二の発熱抵抗体の出力が、前記
   第一の発熱抵抗体の出力を上回ったとき、逆流と判別す
   る空気流量測定装置。
7. 【請求項７】請求項１において、前記第一の発熱抵抗体
   を、前記第二の発熱抵抗体の調整に比べ、勾配を急にす
   るよう調整する空気流量測定装置。
8. 【請求項８】請求項６において、順流時、副通路に設置
   された前記第一の発熱抵抗体の出力が、前記第二の発熱
   抵抗体の出力より大きくなるよう調整された空気流量測
   定装置。
9. 【請求項９】請求項１において、前記第二の発熱抵抗体
   部をサブ通路に設置し、前記サブ通路の上，下流入り口
   部に同形状の縮流路を対称に設置した空気流量測定装
   置。
10. 【請求項１０】請求項１において、前記第二の発熱抵抗
    体部を前記サブ通路に設置し、前記サブ通路の上，下流
    入り口部を受け皿状に形成されている空気流量測定装
    置。
11. 【請求項１１】請求項１において、前記副通路の前記第
    一の発熱抵抗体設置部を、上流から下流に向かって絞り
    形状にする空気流量測定装置。
12. 【請求項１２】請求項１ないし１１において、前記副通
    路及び前記サブ通路の両方あるいは片方が、前記主通路
    を構成する部材と一体に形成されている空気流量測定装
    置。
13. 【請求項１３】請求項１ないし１１において、前記副通
    路及び前記サブ通路の両方あるいは片方が、前記第一ま
    たは第二の発熱抵抗体の加熱制御あるいは信号処理を行
    う電子回路を内装した回路モジュールと一体化するよう
    に構成されている空気流量測定装置。
14. 【請求項１４】請求項１ないし１１において、前記副通
    路を前記電子回路を内装した回路モジュールと一体化
    し、前記サブ通路を前記主通路と一体化するように構成
    されている空気流量測定装置。
15. 【請求項１５】請求項１ないし１４において、前記第一
    の発熱抵抗体及び前記第二の発熱抵抗体を加熱制御する
    ことにより、順流，逆流の両流量を出力可能な電子回路
    を有する空気流量測定装置。
16. 【請求項１６】請求項１５において、順流あるいは逆流
    の片側の流量信号を規定したレベルより大きい信号と
    し、もう一つの流量信号を前記規定レベルより反転した
    小さい信号として出力する空気流量測定装置。
17. 【請求項１７】請求項１ないし１６において、前記主通
    路以外を一体化し、測定対象となる流体の流れる流路に
    前記副通路及び前記サブ通路を挿入して、流量検出を行
    う空気流量測定装置。
18. 【請求項１８】請求項１５または１６において、前記流
    量測定装置の出力信号を基に、流体の順方向と逆方向の
    流量を検出し、その検出流量に対して適切な制御を行う
    システム。
19. 【請求項１９】請求項１５または１６において、前記流
    量測定装置の出力信号を基に、逆流を伴う脈動流下にお
    いても正確な流量を検出し適切な制御を行うシステム。
20. 【請求項２０】請求項１ないし１９に記載の流量測定装
    置を備えた内燃機関の吸気系。
21. 【請求項２１】請求項１５または１６において、前記流
    量測定装置の出力信号を基に、逆流を伴う脈動流下で
    も、正確な内燃機関の吸入空気流量を検出し、検出した
    空気流量に応じた制御を行う内燃機関の制御システム。