JPH1114420A - 発熱抵抗体式空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】単純な構成で実車装着時の逆流影響の低減を図
り、低価格で取り扱い性に優れた発熱抵抗体式空気流量
測定装置を提供する。 【解決手段】主空気通路内に少なくとも一つ以上の曲が
りを有する副空気通路内に発熱抵抗体を配置して逆流が
直接副空気通路内に進入することを防ぎ、更に副空気通
路の出口部より上流側に位置する主空気通路内部側壁周
囲にテーパ状の広がり管路等を設け、発熱抵抗体配置位
置の上流側が最も速くなるように逆流の流速分布を変え
る構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に用いら
れる空気流量を測定する発熱抵抗体式空気流量測定装置
の吸気脈動により生じる計測誤差の低減を図るものに関
する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関に用いられる発熱抵抗体式空気
流量測定装置の逆流影響の低減を図る従来技術として、
特開平2−1518 号に記載の逆方向の流れに対して壁を設
けて、発熱抵抗体に直接逆流が当たらない様な通路構造
が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】流量検出素子である発
熱抵抗体は、その構造上流れの方向を検出することは困
難である。このため、逆流が生じると発熱抵抗体は逆流
も順流と判断して検出してしまい、その分が誤差として
検出される。

【０００４】エンジンの吸気管内を流れる空気流は、吸
気バルブの開閉に伴い脈動流となる。この脈動の大きさ
は、スロットルバルブが比較的閉じた場合には小さく、
スロットルバルブの全開付近となるにつれて大きな脈動
流となる。

【０００５】その概要を図７を使い説明する。回転数を
一定に保ちながらスロットルバルブを徐々に開けていく
と吸入流速（流量）の増加に伴い、吸気管内の脈動振幅
も徐々に大きくなり、ある程度大きくなると発熱抵抗体
の出力は、自身の持つ非線形性及び応答遅れにより、マ
イナスの誤差を持つ流量を指示してしまう。これがいわ
ゆる二値現象である。

【０００６】二値現象の発生メカニズムを図８に示す。
さらに脈動振幅が大きくなると吸気管内の流れは逆流を
伴うような流れになる。しかしながら発熱抵抗体はその
構造上、流れの方向を検出することは困難であり、順流
でも逆流でも単に流速として検出する。そのため、逆流
が生じても発熱抵抗体はそれを素直に流速として検出し
てしまい、その結果プラス側に誤差を示すのである。

【０００７】また、この逆流による検出誤差は、単にエ
ンジンからエアクリーナ側への逆流分を防げば良いとい
うものではない。これは逆流として戻る分、順流分の増
加があるためである。本発明者らの実験結果を図９に示
す。

【０００８】図は吸気管内の空気の流れを順流と逆流と
を特別な手法により測定した結果である。吸入負圧１０
mmＨｇ付近から逆流が出始めるエンジン状態である。こ
の場合順流と逆流とを区別して測定しているにも関わら
ず、順流も逆流分とほぼ同じ傾斜をもって出力が増加し
ている。即ち、これは前記した逆流として吸気管内に戻
る分順流分が増加しているためである。従って逆流分の
誤差低減のためには、逆流発生時には順流分をも低下或
いは補正しければならないのである。

【０００９】本発明の目的は、単純な構成で実車装着時
の逆流影響の低減を図り、低価格で取り扱い性に優れた
発熱抵抗体式空気流量測定装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、発熱抵抗体を少なくとも一つの曲がりを有する副空
気通路内に配置し、副空気通路の出口部より上流側に位
置する内部側壁周囲に広がり管等を設けることにより、
図４のように逆流時に順流の流速分布を変えることがで
き、逆流が持つ慣性の力を利用して、発熱抵抗体が検出
する位置における順流の流速値を下げることが可能とな
る。

【００１１】図４にその概要を示す。主空気通路２０の
内部側壁周囲に形成された広がり２１有りでの流速分布
を図４（ａ）に、無しでの流速分布が図４（ｂ）であ
る。広がりがないほぼ直管な通路だと図に示す通り順流
と逆流とでは、流量に差があるものの流速分布には差が
ない。

【００１２】これに対し拡がり管にすると、広がり管は
逆流側から見ると逆に縮流管となり縮流される中心付近
の流速が速まる流速分布となる。このため逆流流速の速
い位置においては、逆流の持つ慣性力が高まり、次の瞬
間に順流になろうとした時に順流となり難しくなり、平
均流速よりも低い順流流速となる。

【００１３】逆に逆流流速の低い場所においては、逆流
の持つ感性力が弱いために平均流速よりも高い順流流速
となる。この流速分布を逆流影響の低減手段として利用
したのが本発明である。

【００１４】広がり管を副空気通路出口上流としたの
は、副空気通路内に逆流が進入し難い構造とするためで
ある。本発明においては、曲がりを持つ副空気通路を用
いて副空気通路内への逆流の進入を防ぐことが前提とな
る。空気の流れは圧力の高い位置から低い位置へ流れ
る。このため逆流時に副空気通路の出口部分を、入り口
部分と比較して主空気通路の有効面積を広くしておけ
ば、同じ場合と比較して相対的に圧力は出口部分で低く
なり、副空気通路内に逆流の進入を更に防ぐことが可能
となるのである。

【００１５】また、拡がり管の開始位置を副空気通路入
り口の上流としたのは、副空気通路を構成する部材によ
り逆流の流速分布が崩れることを防ぐためである。しか
し、入り口からあまり遠すぎると定常流（順流）の時に
拡がり管の影響により、管路壁面付近に剥離渦が発生
し、副空気通路入り口部の空気の流れが乱れてしまうた
め、あまり遠すぎるのも良くはない。本発明者らの実験
によれば、副空気通路入り口より約１０mm程度であれ
ば、空気の乱れが副空気通路入り口部分の流速に影響し
ないことを確認している。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づき詳
細に説明する。

【００１７】まず最初に、発熱抵抗体式空気流量測定装
置の動作原理について説明する。図３は熱抵抗体式空気
流量測定装置の概略構成回路図である。駆動回路１は大
きく分けてブリッジ回路とフィードバック回路から成り
立っている。吸入空気流量測定を行うための発熱抵抗体
３ＲＨ，吸入空気温度を補償するための感温抵抗体４Ｒ
Ｃ及びＲ１０，Ｒ１１でブリッジ回路を組み、オペアン
プＯＰ１を使いフィードバックをかけながら発熱抵抗体
３ＲＨと感温抵抗体４ＲＣの間に一定温度差を保つよう
に、発熱抵抗体３ＲＨに加熱電流Ｉｈを流して空気流量
に応じた出力信号Ｖ２を出力する。つまり流速の速い場
合には発熱抵抗体３ＲＨから奪われる熱量が多いため加
熱電流Ｉｈを多く流す。

【００１８】これに対して流速の遅い場合には発熱抵抗
体Ｒｈから奪われる熱量が少ないため加熱電流も少なく
てすむのである。ここで発熱抵抗体３Ｒｈから奪われる
熱量は空気の流れの方向によらず順流でも逆流でも同じ
であるため、逆流時にも加熱電流Ｉｈが流れて発熱抵抗
体式空気流量測定装置の過大検出誤差が生じるのであ
る。

【００１９】次に、本発明の一実施例の発熱抵抗体式空
気流量測定装置の通路部における具体的な構成を図１と
図２に示す。図１は通路部の断面であり、図２は、図１
の上流側から見た側面図である。

【００２０】流量測定用の測定モジュール５２と、主空
気通路２２を形成するボディ５３と、ボディ５３に測定
モジュール５２を取り付ける部品としてのネジ５４ａや
シール５４ｂ等で構成される。

【００２１】測定モジュール５２は、駆動回路を搭載す
る回路基板２を内蔵するハウジング１と非導電性部材か
らなる副空気通路１０とから主に構成され、副空気通路
１０には、空気流量検出のための発熱抵抗体３と、吸入
空気温度を補償するための感温抵抗体４とが、導電性部
材からなる支持体５に介して、回路基板２と電気的に接
続されるよう配置されている。

【００２２】副空気通路１０は、順方向空気流れ２３に
対して、垂直方向に開口している副空気通路入口１１
と、前記副空気通路入口１１に平行に延長している縦通
路13ａと、前記縦通路１３ａに連通し垂直に延長してい
る横通路１３ｂと、前記横通路１３ｂに対して平行に開
口している副空気通路出口１２で形成されている。

【００２３】ボディ５３としての主空気通路２０は、挿
入された副空気通路１０の副空気通路出口部１２より上
流側に、主空気通路２０の内部側壁周囲に形成された広
がり２１を有している。

【００２４】図５の吸気管構成部材４１ａは、例えば、
図に示すようなエアクリーナに本発明の広がりを設けて
主空気通路を構成される。前記吸気管構成部材４１ａに
発熱抵抗体式空気流量測定装置の副空気通路部分を、主
空気通路に挿入することで通路部分を構成している。こ
のような構成とすることにより、内燃機関の吸気系シス
テムにおけるシステムコストの低減が可能となる。

【００２５】最後に図６を使い電気燃料噴射方式の内燃
機関に本発明を適用した一実施例を示す。エアクリーナ
６８から吸入された吸入空気６７は、発熱抵抗体式空気
流量測定装置のボディ５３，吸入ダクト５５，スロット
ルボディ５８、及び、燃料が供給されるインジェクタ６
０を備えたインテークマニホールド５９を経て、エンジ
ンシリンダ６２に吸入される。一方、エンジンシリンダ
で発生したガス６３は排気マニホールド６４を経て排出
される。

【００２６】発熱抵抗体式空気流量測定装置の測定モジ
ュール５２から出力される空気流量信号，温度センサか
らの吸入空気信号，スロットル角度センサ５７から出力
されるスロットルバルブ角度信号，排気マニホールド６
４に設けた酸素濃度計６５から出力される信号及びエン
ジン回転速度計６１から出力されるエンジン回転速度信
号等、これらをコントロールユニット６６の信号を逐次
演算して最適な燃料噴射量とアイドルコントロールバル
ブ開度を求め、その値を使って前記インジェクタ６０及
びアイドルコントロールバルブ５６を制御する。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば自動車エンジン等に吸入
され、逆流を伴うような脈動流下においても高精度に空
気流量を測定する発熱抵抗体式空気流量測定装置を得る
ことができる。またこれを用いてエンジンの燃料制御を
高精度に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の発熱抵抗体式空気流量
測定装置を示す正面断面図。

【図２】図１の上流側から見た側面図。

【図３】図１の発熱抵抗体式空気流量測定装置を示す回
路構成図。

【図４】従来の主空気通路と本発明の主空気通路での流
速分布を示す測定モジュール取り付け面から見た正面
（断面）図。

【図５】本発明による他の実施例の発熱抵抗体式空気流
量測定装置を示す断面図。

【図６】内燃機関の燃料噴射システムを示す図。

【図７】発熱抵抗体式空気流量測定装置の脈動流下にお
ける脈動誤差を説明する図。

【図８】発熱抵抗体式空気流量測定装置の脈動流下にお
ける二値現象を説明する図。

【図９】吸気管路内における順逆流の平均流速を示す
図。

【符号の説明】 １…ハウジング、２…回路基板、３…発熱抵抗体、４…
感温抵抗体、５…支持体、１０…副空気通路、１１…副
空気通路入口（入口開口部）、１２…副空気通路出口
（出口開口部）、１３ａ…縦通路、１３ｂ…横通路、２
０…主空気通路体、２１…広がり、２２…主空気通路、
２３…順方向空気流れ、２４…逆方向空気流れ、２５…
穴、４１…エアクリーナクリーンサイド、４１ａ…吸気
管構成部材、４２…エアクリーナダーティサイド、４３
…エアフィルタエレメント、５２…測定モジュール、５
３…ボディ、５４ａ…ネジ、５４ｂ…シール、５５…ダ
クト、５７…スロットル角度センサ、５８…スロットル
ボディ、５９…吸気マニホールド、６０…インジェク
タ、６１…回転速度計、６２…エンジンシリンダ、６３
…排気ガス、６４…排気マニホールド、６５…酸素濃度
計、６６…コントロールユニット、６７…吸入空気、６
８…エアクリーナ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気管路に配置され加熱電流を
   流して発熱する発熱抵抗体を用いて、吸入空気への放熱
   量を基に吸入空気量を測定する発熱抵抗体式空気流量測
   定装置において、前記発熱抵抗体を少なくとも一つの曲
   がりを有する副空気通路内に配置し、逆流が生じた場合
   に逆流の流速分布を発熱抵抗体配置位置の上流で平均流
   速より早い分布を得る手段を主空気通路内壁に設けたこ
   とを特徴とする発熱抵抗体式空気流量測定装置。
2. 【請求項２】請求項１において、副空気通路入り口上流
   から副空気通路入り口と出口の間にかけて主空気通路が
   拡がり管となる主空気通路を有することを特徴とする発
   熱抵抗体式空気流量測定装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の主空気通路の拡がり管の
   開始位置は、副空気通路入り口からほぼ１０mm以内であ
   ることを特徴とする発熱抵抗体式空気流量測定装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の発熱抵抗
   体式空気流量測定装置を用いて、燃料の供給量を制御す
   ることを特徴とする内燃機関の燃料制御システム。