KR0163415B1 - 내연기관용 공기유량계 - Google Patents

Abstract

내연기관용 공기유량계는 주류로와, 상기 주류로 내부에 돌출 되어 소정의 길이를 갖고 상기 주류로를 통과한 공기 흐름방향에 병렬로 배치된 부류로로 구성된 내연기관의 흡기통로를 구비한다. 흡기 유량 계측용 센서는 부류로 내부에 배치된다.

주류로는 점차로 감소되는 주류로의 교차 단면적 부분을 구비한다. 상기 교차 단면적 감소부분 근방에 부류로의 출구가 배치된다.

Description

내연기관용 공기유량계

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 내연기관용 공기 유량계의 평면도.

제2도는 제1실시예의 측면도.

제3도는 본 발명의 제2실시예에 따른 내연기관용 공기 유량계의 측면도.

제4도는 제2 실시예의 평면도.

제5도는 제2실시예의 내부통로의 상태를 표시하는 분해도.

제6도 및 제7도는 서로 다른 방향에서 본 제2실시예의 측면도.

제8도는 스로틀밸브의 설명도.

제9도 및 제10도는 마찬가지로 핫 와이어 모듈(hot wire module)의 부착 상태를 표시하는 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의설명

1 : 스로틀바디 2 : 주류로(主流路)

2a : 입구 2b : 상류부

2c : 하류부 2e : 단차(段差)

3 : 부류로(副流路) 3a : 리브(rib)

4 : 원통부 5 : 핫 와이어 엘리먼트부

8 : 테이퍼부 9 : 벤트부

10 ; 출구부 12 : 매시

본 발명은 부류로 방식(副流路方式)의 열선형 공기유량계에 관한 것으로서, 특히 자동차용 가솔린 엔진의 흡기유량센서로 사용하기에 적당한 엔진 제어장치에 관한 것이다.

각종의 내연기관 특히 자동차용의 가솔린엔진에 있어서, 회전속도 및 출력의 제어범위가 매우 넓고 엔진은 배기가스의 엄격한 규제를 받는다.

그러므로, 엔진의 운전상태에 관계없이 정확한 공연비(空燃比)제어가 수행되도록 요구된다.

상기 언급된 상황하에서, MICOM(micro computer)을 사용하여 흡입공기유량을 포함하는 엔진의 각종 운전상태를 종합적으로 판단하여 공연비나 점화시기가 제어되도록 한 MICOM 제어형 엔진제어장치가 최근 널리 채택되어왔다.

그런데 최근 이같은 엔진제어를 위한 흡기유량센서로서는 소위 연선형 공기유량계가 널리 사용되어 왔다.

그 예들로는 일본 특개소 58-109815호 및 특개소 58-109816호의 각 공보에 나타나 있다.

이들의 종래 예에서 내연기관의 습기통로는 주류로와, 상기 주류로 내부에 돌출하여 소정 길이를 갖는 부류로로 구성되며, 상기 부류로는 주류로를 통하여 공기유통 방향과 거의 평행하게 연장된 부분을 갖는다. 즉, 상기 종래 예는 내부에 흡기유량계측용의 센서소자가 배치된 부류로 시스템의 열선형 공기유량계를 나타낸다. 부류로의 출구를 주류로의 확대부 근방, 혹은 그 직관부(straight pipe section)에 구멍이 트이도록 되어 있다.

그러나, 상기 종래 기술은 센서소자가 배치되어 있는 부류로의 출구부분에서의 공기의 흐름의 안정성에 관한 배려가 되어 있지 않다. 즉, 엔진의 회전으로 인한 공기류의 맥동과 무관한 공기 흐름의 혼란(turbulence)이 해당 출구부분에 있어서 현저하며, 그러한 공기 흐름의 혼란은 흡입 공기 유량의 계측에 바람직하지 않게 영향을 주기 쉽다는 문제가 발생한다.

이같은 문제를 해결하기 위해 흡입공기의 흐름을 안정화하도록 흡기류 통로에 그물(mesh)부재(部材)나 벌집(honey comb)부재 등의 정류(整流)부재가 설치된 해결수단이 제공된다. 그러나, 이 경우에는 제조비용이 매우 고가가 되지 않을 수 없게 된다.

본 발명의 목적은 제조비용을 상승시키기 쉬운 부재를 사용하지 않고 공기 흐름의 안정화를 충분히 얻을 수 있는 내연기관용 공기유량계를 제공하여 공기의 흐름을 항상 고정밀로 측정 가능하게 하는데 있다.

상기 목적은 주류로에서의 공기의 흐름이 부류로의 출구부분에서 제한되도록 주류로의 형상을 설정하는 것에 의하여 달성된다.

부류로에서 흘러나온 공기는 이 부류로의 출구근방에서 주류로의 공기의 흐름에 합류한다.

주류로가 부류로의 출구 근방에서 제한되는 영역에서, 공기의 흐름은 축류(縮流)가 된다. 즉, 공기 흐름의 정류 작용이 일어난다. 결과적으로 혼란이 없는 공기흐름의 검출결과를 얻을 수 있다.

이하 본 발명에 의한 내연기관용 공기유량계에 관하여 도시한 실시예에 의하여 상세히 설명한다.

제1도 및 제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 내연기관용 공기 유량계를 나타낸다.

엔진의 흡입부압(負壓)에 의하여 에어클리너(도시하지 않음)에서 흡입된 공기는 스로틀바디(throttle body)(1)의 입구(2a)에서 벨마우스(bell-mouth)의 형태로 제한된다. 그 후, 주류로(2)를 통하여 압축된 부분과 부류로(3)를 통하여 압축된 다른 부분의 2부분으로 분리된다.

부류로(3)의 입구는 원통으로 되어 있고, 주류로(2)의 축선과 부류로(3)의 축선을 평행하다. 부류로(3)는 주류로(2)내에 편심하여 배치되어 있다.

부류로(3)에 유입된 공기는 10mm이상의 길이를 가진 원통부(4)를 통과하여 핫 와이어 엘리먼트부(5)에 이르른다. 이 핫 와이어 엘리번트부(5)에서, 공기로부터의 열량을 통과하는 공기의 유속에 따라 빼앗기게 된다.

그러므로, 빼앗긴 열량을 보충하기 위하여 전자전류가 핫 와이어 모듈(6)에서 핫 와이어 엘리먼트부(5)로 공급된다.

상기 전자전류의 레벨에 비례한 출력을 핫 와이어 엘리먼트부(5)에서 발생시키는 것에 의하여, 공기의 유속에 따른 출력을 얻을 수가 있다.

이 출력의 레벨에 따라서 소정량의 연료를 엔진에 공급하여 엔진에 대한 최적의 공기비를 제공한다.

주류로(2)는 스로틀바디(1)의 입구 측에 배치되고 그 내부에 부류로(3)를 구비한 상류부(2b)와, 스로틀바디(1)의 출구 측에 배치되고 그 내부에 스로틀밸브(throttle valve)(7)를 구비한 하류부(2c)와, 이들 상류부(2b) 및 하류부(2c)간에 있는 테이퍼부(87)로서 구성되어 있다. 상류부(2b)의 내경보다도 하류부(2c)의 내경쪽이 작게되도록 형성되어 있다.

상류부(2b)의 단면적은 하류부(2c)의 단면적의 1.1배 이상이다.

그러면 상기한 것과 같이, 핫 와이어 엘리먼트부(5)를 통하여 유입되고 통과된 공기는 벤트(bent)부(9)에 직각으로 휘어진다. 그후, 공기는 부류로의 출구부(10)에서 주류로(2)내에 토출되어 주류로(2)내의 공기와 합류한다.

한편, 주류로(2)에 유입한 공기는 상류부(2b)를 통하여 흐른 후, 테이퍼부(8)에 의해 제한되고, 그 후, 하류부(2c)로 진행한다.

결과적으로 공기의 흐름에 대한 정류작용이 나타나서 이 테이퍼부(8)에서 공기의 흐름의 혼란이 억제되어 충분히 안정된 공기의 흐름상태가 된다.

부류로(3)의 출구부(10)는 도시하는 것과 같이 주류로(2)의 테이퍼부(8)의 근방에 위치하도록 되어 있다. 더 상세하게는 제2도에 있어서, 부류로(3)의 출구부(10)의 축선과 테이퍼부(8)의 하류끝단과의 사이의 거리(L)는 적어도 주류로(2)의 반경보다도 작게 되도록 제조된다. 어떤 실시예에서는 거리(L)를 스로틀밸브(7)의 반경의 1.1배보다도 작게되도록 하고 있다.

이 결과 부류로(3)를 통하여 흐르는 공기는 이 테이퍼부(8)의 근방에서 충분히 안정화되어 있는 주류로(2)내의 공기의 흐름 속으로 토출된다.

따라서, 핫 와이어 엘리먼트부(5)의 근방에서의 공기의 흐름의 혼란도 충분히 억제되고, 이것에 의해 핫 와이어 엘리먼트부(5) 근방에서의 공기 흐름이 안정화된다. 그 결과, 공기 흐름이 충분히 안정화된 동안 공기 유량의 계측결과를 얻게 된다. 따라서 높은 정밀도로서의 측정 결과를 용이하게 얻을 수가 있다.

제1실시예에서는, 도면에서 명백한 것과 같이 상기 벤트부(9)에서 부류로의 출구부(10)로 향해 흐르는 공기의 방향은 스로틀샤프트의 축선과 수직으로 되어 있다.

다음에 제3도 내지 제10도는 본 발명의 제2실시예에 따른 내연기관용 공기유량계를 보다 상세히 나타낸 것이다.

주요한 구성은 제1도 및 제2도로 나타낸 본 발명의 제1실시예와 같으며, 같은 부품은 같은 참조번호로서 표시한다.

스로틀바디(1)의 주류로(2)는 제3도에 표시하는 것과 같이 구성되어 있다.

즉, 입구부(2a)는 공기의 흐름이 스므스하게 축류되도록 둥글게 휘거나 또는 벨 마우스 형상으로 되어 있다. 입구부(2a)d 정류용의 매시(12)가 고정된 단차(2e)가 설치되고, 매시(12)는 움직이는 일이 없도록 스냅링(13)으로 위에서 눌려져 있다. 매시(12) 둘레의 가장자리는 매시가 흐트러지는 일 이 없도록 금속부재로서 코킹(caulking)하는 것에 의하여 고정된다. 부류로의 출구부(10) 근처의 주류로(2)는 테이퍼부(8)에서 급격히 내경이 제한된다. 이 테이퍼부(8)의 중간에 블로바이가스(blowby gas)의 환류(還流)구멍이 트여져 있다. 입구부(2a)에서 테이퍼부(8) 사이의 주류로(2)의 상류부(2b)는 내경의 변화가 없다. 테이프부(8)에 의해 제한된다. 이후에 위치하는 주류로의 하류부(2c)는 스로틀밸브(7)의 계량부의 하류부까지 내경의 변화는 없다. 부류로(3)의 출구부(10) 근방의 테이퍼부(8)의 하류부와 스로틀밸브(7) 상류부간의 영역에 IAC통로 입구가 개방되어 있다. 스로틀밸브(7)의 하류에 IAC통로 출구가 개방되어 있다.

블로바이가스 환류통로(20)는 다음가 같이 구성되어 있다. 즉, 인테이크매니폴드(intake manifold)에 개방되어 있는 블로바이가스 환류통로(20)는 스로틀바디(1)와 인테이크 매니폴드의 접촉면을 통과하여 스로틀바디의 주류로(2)와 평행으로 연장된다. 그 후, 블로바이가스 환류통로(20)는 스로틀밸브(7)의 상류영역에서 직각으로 구부러져서 주류로(2)와 합류한다.(제5도, 제6도 참조) 상기 주류로(2)와 평행인 블로바이가스통로(20)는 다이캐스트로 형성되며 기계가공하고 있지 않다. 그러므로 통로(20)는 테이퍼된다.

상기의 블로바이가스통로(20)와 직각인 통로(21)는 스로틀바디(1)의 외부에서 주류로(2)를 향하여 가공되고, 외부로부터 플러그(22)에 의하여 막혀져 있다. (제7도 참조)

주류로의 내부 벽면에서 블로바이가스 환류통로(20)의 출구는 주류로의 상류에서 보아 타부재를 차다하지 않는 개소에서 개방된다.

스로틀바디(1)와 인테이크매니폴드의 접촉면간은 블로바이가스통로(20)와 외기와의 통기를 차단하기 위해 실링(sealing)된다.

IAC 통로는 다음과 같이 구성되어 있다. 즉, IAC 통로의 인테이크 캐니폴드측의 개방부분의 상류 측은 스로틀바디(1)의 아래 면에 홈(30)에 의하여 형성되고, 반면에 개방부분의 하류 측은 인테이크 매니폴드의 윗면에 의해 형성된다. IAC 통로 개방부는 스로틀바디(1)와 인테이크 매니폴드의 접촉면을 실링 하는 가스킷에 의하여 밀폐된다.

스텝핑모터타입(stepping motor type)의 IAC 밸브는 주류로에 대하여 거의 수직으로 밸브가 작동하도록 스로틀바디(1)에 장착되어 있다. 스로틀밸브(7)의 상류 측에서 IAC 통로의 입구구멍가 스로틀밸브(7)의 하류 측에서 IAC 통로의 출구구멍사이에 적어도 3개소의 직각으로 구부러진 부분이 제공된다. 직각으로 구부러진 3부분 중 적어도 1개소는 불가피하게 외기와 통하게 된다. 상기 외기와 통하는 것은 플러그에 의하여 막고 있다. 인테이크매니폴드의 부압에 의하여 여는 방향으로 힘이 IAC 밸브에 걸리도록 IAC 통로가 구성되어 있다. IAC 통로의 상류 측의 입구단면은 원형이며 하류 측의 출구단면은 타원형이다. 온수통로는 다음과 같이 구성되어 있다. 즉, 스로틀바디(1)는 보어(bore)부 및 베어링(bearing)부를 구비한다. 이 보어부와 베어링 부의 근방에서 온수를 유도하기 위한 온수통로가 형성된다. 온수통로는 상류층은 스로틀바디(1)의 아랫면에 다이캐스팅에 의하여 형성된 홈으로 구성되고, 반면에 하류 측은 인테이크 매니폴드 윗면에 형성된다 인테이크 매니폴드와 플랜지의 접촉면들의 사이를 통해 온수통로에서 외부 및 주류로로의 온수 누수는 0 링(0 ring)이 붙은 가스킷에 의하여 밀폐된다. 상기 온수통로의 홈은 기계적으로 가공하지 않고 다이캐스트주조만에 의하여 형성하기 때문에 다이캐스트를 트리밍(trimming)하기 위해 테이퍼된다.

인테이크 매니폴드에는 온수출구와 온수입구가 개방된다. 온수출구로부터 토출된 온수는 홈으로 구성된 온수통로를 통하여 통과하고, 그후 온수입구로부터 인테이크 매니폴드로 되돌아온다.

스로틀밸브(7)는 다음과 같이 구성되어 있다. 즉, 스로틀밸브(7)는 Al 판재의 프레스물품이며 외주부는 기계가공이 요구되지 않는다. 스로틀샤프트의 스러스트 백클러시(thrust backlash)는 홈의 폭과 스러트스 플레이트의 두께간의 차이에 의해 결정되고, 상기 차이는 스로틀샤프트에 형성된 홈에 스러스트 플레이트를 삽입하고, 스로틀바디에 스러스트 블래이트를 고정시킴으로서 생성된다.

슬로틀밸브(7)는 완전히 닫혔을 때에 일정한 누수가 생기도록 구멍(7a)을 가진다.(제8도 참조)

인테이크미니폴드에 스로틀바디를 고정하는 것은 다음과 같이 하여 이루어진다. 3개의 스터드볼트(stud bolt)는 스로틀바디 플랜지의 3개의 구멍에 각각 삽입되어 너트(nut)로 조여진다.

스로틀바디는 사이에 0-링이 삽입되어 플라스틱가스킷으로 인테이크 매니폴드에 고정된다.

스로틀바디 플랜지의 3개의 구멍은 φ20의 보디형 랜치(wrench)를 위한 공간을 확보할 수 있는 위치에 배치되고, 스로틀바디와 인테이크 매니폴드간의 면압(面壓)을 균일하게 할 수 있도록 배치된다.

부류로는 다음과 같이 구성되어 있다. 매시로부터 하류부쪽으로 13mm 떨어진 곳의 위치에서, 부류로의 입구는 주류로와 평행하게 배치되다. 그리고 부류로는 주류로의 축으로부터 20mm 편심되어 있다.

주류로(2)의 입구에 설치된 상기 매시(12)로부터 하류부쪽으로 13mm떨어진 위치에서, 부류로(3)의 입구는 주류로와 평행으로 배치되고, 부류로는 주류로의 축으로부터 20mm 편심된다. 부류로(3)의 입구부는 다이캐스팅으로 둥글려진다. 부류로는 구멍이 둥글려진 모양으로 연속되고 주류로와 평행하게 연장되는 방식으로 φ 10의 가공구멍이 형성된다. 부류로는 φ 10의 가공된 구멍을 가지는 원통(A)과, 브리지(bridge) 형태로 주류로에 교차하고 원통(A)에 직각으로 교차하는 원통(B)을 포함한다. 2개의 원통(A, B)은 서로 일체로 이루어진다. 원통들(A, B)사이에 한정된 코너에 주류로에 평행하게 연장된 리브(rib)(3a)가 제공되어, 다이캐스팅의 유동성 및 기계적 강도를 개선하고 있다. 원통(B)은 원통(A)의 내경과 직교하는 φ 11의 내경을 갖는다. 원통(A)에 대응하는 스로틀바디(1)의 내경과 직교하는 φ 11이 내경을 갖는다. 원통(A)에 대응하는 스로틀바디(1)의 벽은 몰드로 커버된 핫 와이어 선단부를 갖는 과손방지형 핫 와이어 모듈이 수용되도록 핫 와이어 모듈의 위치에서 더 큰 두께를 갖는다.

원통(B)의 중간에 우묵한 곳이 설치되어 원통(B)의 내경통로가 스로틀바디(1)의 주류로에 연결되도록 하는 기능을 한다. 상기 우묵패인 부분은 반원통이며 모서리 부분은 둥글려진다. 원통(B)의 내부면 에는 스트로크 조정 가능한 조정나사가 제공되며, 상기 조정나사는 원통(B)과 동축으로, 원통(A)이 배치된 부분에 대응하는 스로틀밸브의 끝단에 배치된다. 이 조정나사는 반원통 출구부분에서 발생되는 유속저항을 조정하는 기능을 한다.

구멍은 스로틀바디 외부에서 조정나사를 삽입하도록 제공된다. 이 구멍은 스토로크 조정이 이루어진 후, 플러그로 고정된다. 이것은 생산품을 시장으로 배급한 후 스트로크의 재조정을 불가능하게 한다.

스로틀바디(1)의 외형은 다음과 같이 구성되어 있다. 스로틀바디(1)의 외주 면은 주류로에 평행인 평면판이 스로틀바디(1)와 일체적으로 형성되어 핫 와이어 모듈(6)이 나사에 의하여 평면판 위에 장착된다.(제9도, 제10도 참조)

상기 제3도 내지 제10도에서 설명한 제2실시예에 의하면 주류로(2)의 입구부에 매시(12)가 제공된다. 추가로, 테이퍼부(8)가 제공되고 테이퍼부(8)의 근방에 부류로(3)의 출구부(10)가 배치된다. 결과적으로, 매시(12)에 의한 공기흐름의 안정화를 얻음과 동시에 테이퍼부(8)의 근방에 부류로의 출구부(10)를 배치함으로 인한 공기흐름의 안정화를 이룰 수 있다.

그리하여 주류로(2) 앞에 덧붙인 에어클리너 등의 차이에 의하여 난류가 생기기 쉬운 경우에서, 높은 정밀도의 공기 유량 계측을 얻을 수가 있다.

본 발명에 따르면, 주류로와 부류로의 합류부에서 공기를 제한함으로써, 공기 흐름의 혼란을 감소시킬 수 있다. 그러므로, 볼 발명이 열선형 공기유량센서 등에 적용될 때, 측정출력 레벨의 변동을 감소시킬 수 있다. 이것은 공기 유량 계측을 정확하고 안정하게 실행할 수 있도록 한다. 따라서, 엔진의 공연비를 고정밀로 제어할 수 있다. 또한, 이것에 의하여 자동차 엔진회전수의 변동을 감소시키는 효과를 값싼 구조로서 얻을 수가 있다.

Claims (6)

1. 주류로와, 소정의 길이로 주류로 내부에 돌출된 부분을 갖고, 주류로를 통하여 통과하는 공기 흐름 방향에 병렬인 부류로와, 흡기 유량 계측을 위해 부류로 내부에 배치된 센서소자로 구성된 내연기관용 흡기 통로를 구비하고, 상기 주류로는 교차 단면적이 감소하는 부분을 가지며, 상기 부류로의 출구는 상기 교차 단면적이 감소하는 부부에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 공기유량계.
2. 제1항에 있어서, 상기 부류로의 출구의 축은 상기 주류로의 교차 단면적이 변화하는 부분의 단면적 감소 끝단에 대응하는 위치에서 상기 주류로 반경에 대응하는 위치 이내의 범위에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 공기유량계.
3. 제2항에 있어서, 상기 부류로의 출구의 축은 상기 주류로의 교차 단면적이 변화하는 부분의 단면적 감소 끝단에 대응하는 위치에서 주류로의 상류부쪽의 영역이내에 위치하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 공기유량계.
4. 제1항에 있어서, 상기 주류로의 교차 단면적 변화부분은 원추형이고, 그 원추의 각도가 10도 이상인 것을 특징으로 하는 내연기관용 공기유량계.
5. 제1항에 있어서, 상기 주류로의 교차 단면적 변화 부분은 내부적으로 다른 직경을 가지는 계단벽 형태인 것을 특징으로 하는 내연기관용 공기유량계.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 주류로의 교차 단면적 변화부분의 상류부의 직경은 하류부의- 직경 크기의 1.1배 이상이 되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 공기유량계.

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