KR20050074250A - 공기 유량 측정 장치 - Google Patents

Abstract

압력 손실이 저감됨과 함께, 검지 소자의 부착 위치 정밀도가 향상하고, 또한 부품 개수가 삭감됨으로써 각 부품의 조립 편차가 낮게 억제되고, 측정 정밀도가 향상한다.

주통로(3)의 축선 방향에 따라 공기의 상류측으로 일단부가 지향하고 있음과 함께 공기의 하류측으로 타단부가 지향하고, 또한 도중 굴곡된 홈(5)이 형성된 베이스(1)와, 지지 기판(11) 및 이 지지 기판(11)의 일면에 탑재되고 공기의 유량을 검지하는 감열 저항 소자(13)를 포함하고, 베이스(1)에 대면 접합함으로써 홈(5)과 협동하여 부통로(14)를 형성한 회로 모듈(2)을 구비하고, 지지 기판(11)의 일면측의 감열 저항 소자(13)는, 부통로(14)에 노출하여 있고, 그 지지 기판(11)의 타면측은 주통로(3)에 노출하여 있다.

Description

공기 유량 측정 장치{AIR FLOW RATE MEASURING DEVICE}

기술 분야

본 발명은, 내연 기관의 흡기관에 부착되고 흡기관 내부의 주통로에 흐르는 공기의 유량을 측정하는 공기 유량 측정 장치에 관한 것이다.

배경 기술

종래, 공기 유량 측정 장치는, 내연 기관의 흡기관의 주통로에 흐르는 공기의 유량을 측정하는데 이용되고 있고, 근래, 내연 기관의 고출력화에 수반하는 흡기 유량 측정 범위의 확대나 배출 가스 규제의 강화에 의해, 저유량 영역에서의 측정 정밀도 향상과 과도시의 측정 정밀도의 향상이 요구되어 오고 있다.

이 공기 유량 측정 장치의 한 예로서, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재된 것은, 유량 검지 소자와 전자 회로 부품이, 세라믹재 등에 의해 직사각형 형상으로 형성된 지지 기재의 길이 방향의 다른 위치에 실장되어 있다. 또한, 지지 기재에 실장된 전자 회로가 수납된 하우징과, 주통로의 주류 방향으로 유체를 통류시키고 지지 기재를 냉각하는 통류로 및 주통로 방향과 역방향으로 통류시키고 상기 유량 검지 소자가 배치된 부통로가 각각 형성된 부유통로체를 구비하고 있다.

[특허 문헌 1]

특개2003-35578호 공보

이와 같은 종래의 공기 유량 측정 장치는, 부통로의 중앙 부분에 지지 기재가 지지되어 있기 때문에, 지지 기재의 위치 어긋남이나 공기의 흐름에 대한 각도 어긋남이 생기기 쉽고, 그 결과 측정 정밀도가 저하되어 버린다는 문제점이 있다.

또한, 유량 검지 소자를 지지하기 위한 부품과, 유량 검지 소자에 공기를 도입하기 위한 통로를 형성하기 위한 부품을 각각 개별적으로 필요로 하고, 부품 개수가 많아지고 그만큼 조립 공수도 많이 걸림과 함께, 부품의 치수 편차, 조립에 의한 편차에 의해, 측정 정밀도가 저하되어 버린다는 문제점도 있다.

또한, 부통로의 중앙 부분에 유량 검지 소자가 탑재된 지지 기재가 존재하기 때문에, 지지 기재에 의해 압력 손실이 증대하여 버린다는 문제점도 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하는 것을 과제로 하는 것으로서, 압력 손실이 저감됨과 함께, 검지 소자의 부착 위치 정밀도가 향상하고, 또한 부품 개수가 삭감됨으로써 각 부품의 조립 편차가 낮게 억제되고, 그 결과 측정 정밀도가 향상한 공기 유량 측정 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 공기 유량 측정 장치는, 주통로의 축선 방향에 따라 공기의 상류측으로 일단부가 지향하고 있음과 함께 상기 공기의 하류측으로 타단부가 지향하고, 또한 도중 굴곡된 홈이 형성된 베이스와, 지지 기판 및 이 지지 기판의 일면에 탑재되고 상기 공기의 유량을 검지하는 검지 소자를 포함하고, 상기 베이스에 대면 접합함으로써 상기 홈과 협동하여 부통로를 형성한 회로 모듈을 구비하고, 상기 지지 기판의 상기 일면측의 상기 검지 소자는, 상기 부통로에 노출하여 있고, 또한 상기 지지 기판의 타면측은, 상기 주통로에 노출하여 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 각 실시의 형태에 관해 설명하지만, 각 도면에 있어서, 동일 또는 상당 부재, 부위에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명한다.

실시의 형태 1

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 관해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1의 공기 유량 측정 장치를 도시한 정면도, 도 2는 도 1의 측단면, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 화살표 단면도이다.

이 공기 유량 측정 장치는, 내부에 주통로(3)을 갖는 흡기관(4)에 부착되어 있고, 직사각형 형상을 한 베이스(1)와, 이 베이스(1)에 대면 접합된 회로 모듈(2)을 구비하고 있다.

베이스(1)에는, 주통로(3)의 축선 방향에 따라 공기의 상류측으로 일단부가 지향하고 있음과 함께 공기의 하류측으로 타단부가 지향하고, 또한 도중 L자 형상으로 굴곡된 홈(5)이 형성되어 있다. 홈(5) 내의 각 코너부는 공기의 흐름을 원활히 하기 위해 곡면 형상이다. 또한, 베이스(1)에는 홈(5)과 구획된 실(8)이 형성되어 있다. 베이스(1)에는 내부에 터미널(10)이 인서트 몰드된 커넥터(9)가 연속하여 마련되어 있다. 커넥터(9)에는 흡기관(4)의 부착 구멍(7)과의 사이를 실링하는 0링(6)을 끼워 부착하고 있다.

도 4에 도시한 회로 모듈(2)은, 세라믹재나 유리-에폭시재에 도체 패턴이 인쇄 형성된 지지 기판(11)와, 이 지지 기판(11)의 일면에 탑재된 각종의 전자 부품(12)과, 이 전자 부품(12)과 전기적으로 접속되고 공기의 유량을 검지하는 검지 소자인 감열 저항 소자(13)를 구비하고 있다. 이 감열 저항 소자(13)는, 예를 들면, 실리콘 기판상에 박막 형상의 발열 소자를 형성하고, 그 이면측의 일부를 에칭에 의해 제거한 것이다. 이 감열 저항 소자(13)는, 지지 기판(11)의 일면에 형성된 오목부에, 지지 기판(11)의 표면과 동일면이 되도록 부착되어 있다.

베이스(1)에는 회로 모듈(2)이 대면하여 접합되어 있고, 실(8)에는 각 전자 부품(12)이 수납되어 있다. 또한, 베이스(1)의 홈(5)과 지지 기판(11)의 일면에 의해 부통로(14)가 형성되어 있다. 이 부통로(14)에는 감열 저항 소자(13)가 노출하여 있다. 지지 기판(11)의 타면은, 주통로(3)에 노출하여 있다.

또한, 부통로(14)는, 하기한 이유에 의해 마련되어 있다.

내연 기관의 운전 상태에 의해 흡입 공기에는 맥동류가 생기는데, 감열 저항 소자(13)는 공기 유량과 출력의 관계가 비선형이고, 또한 감열 저항 소자(13)의 열적인 지연이 있기 때문에, 감열 저항 소자(13)로부터의 출력을 하나하나 공기 유량 변환한 유량 검출 신호의 평균치는, 실제로 주통로(3)에 흐르는 공기 유량보다 작아진다. 이 부적합함을 해소하기 위해, 감열 저항 소자(13)가 배치된 부통로(14)를 주통로(3)보다도 길게 하여, 부통로(14)의 공기류의 관성력을 크게 함으로써, 부통로(14)의 평균 유량을 주통로(3)의 유량보다도 증가시킴으로써, 주통로(3)에 흐르는 실제의 공기 유량보다도 낮은 유량 검출 신호의 평균치의 저하를 충당하고 있다. 또한, 부통로(14)는, 맥동을 억제하고, 또한 정류(整流) 작용도 있다.

상기 구성의 공기 유량 측정 장치에 의하면, 부통로(14)의 일부를 구성하는 지지 기판(11)에, 감열 저항 소자(13)가 미리 부착되어 있기 때문에, 베이스(1)에 지지 기판(11)을 부착함으로써, 부통로(14) 내에 배치된 감열 저항 소자(13)의 위치는 정하여지고, 조립이 간단함과 함께, 감열 저항 소자(13)는 부통로(14) 내의 소정의 위치에 배치된다.

또한, 감열 저항 소자(13)는, 부통로(14)의 벽면에 부착되어 있고, 부통로(14) 내에서 유속이 느린 위치에서 유속을 측정하고 있기 때문에, 공기중의 비산하여 오는 먼지의 속도는 느리기 때문에, 먼지가 감열 저항 소자(13)에 충돌할 때의 에너지는 낮고, 감열 저항 소자(13)의 파손은 일어나기 어렵다.

또한, 지지 기판(11)의 면과 동일면이 되도록 감열 저항 소자(13)가 마련되어 있기 때문에, 감열 저항 소자(13) 부근의 요철에 기인하는 공기의 흐름의 혼란이나, 감열 저항 소자(13) 표면상에서의 먼지의 퇴적의 발생이 방지되고, 측정 검출 정밀도가 안정화된다.

본원 발명자는, 실시의 형태 1의 것(실시의 형태 1의 예)과, 특허 문헌 1의 것(종래 예)을 대비하여 실제로 공기 유량 측정을 행하였다.

도 5, 도 6은 그 때의 측정 결과로서, 도 5는 공기 진폭율과 공기 유량 변화율과의 관계를 도시한 도면, 도 6은 진폭율 1에서의 공기 유량 파형을 도시한 도면이다.

이 측정시에 있어서의 맥동류의 조건은, 맥동 주파수가 62.5[Hz]이고, 주통로 내의 평균 유량이 30[g/s]였다.

도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시의 형태 1의 경우는, 종래 예의 경우와 비교하여 유량 평균치가 증가하였다(예를 들면, 진폭율 1일 때 실시의 형태 1의 경우는 20%, 종래 예의 경우는 10% 각각 주통로 내의 평균 유량보다도 증대하고 있다).

즉, 주통로의 유량에 대해 부통로의 유량의 증대는, 실시의 형태 1의 예의 쪽이 크고, 그만큼 실시의 형태 1의 예의 쪽이 부통로로서의 기능을 다하고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 6으로부터, 종래 예의 경우와 비교하여, 실시의 형태 1의 예의 경우는 맥동 진폭이 저감한 것을 알 수 있다.

이로써, 감열 저항 소자(13)를 이용함에 의해 생기는 부적당함, 즉 감열 저항 소자(13)에 의한 유량 검출 신호의 평균치가, 실제의 유량보다 작아진다는 부적당함을 해소하기 위해, 부통로(14)를 주통로(3)보다도 길게 하여야 하지만, 그 증대량은 실시의 형태 1의 예의 쪽이, 종래 예의 경우와 비교하여 짧은 부통로 길이로 족하고, 장치의 소형화가 도모될 수 있다.

또한, 회로 모듈(2)의 이면 전체면이 공기에 노출되기 때문에, 커넥터(9)측으로부터의 열이나, 전자 부품(12)의 자기 발열에 의해 회로 모듈(2) 자신이 승온하더라도, 효율적으로 냉각된다. 그 결과, 회로 모듈(2)의 온도가 주통로(3) 내의 흡기 온도와 거의 일치하기 때문에, 감열 저항 소자(13)의 열에 의한 영향이 저감되고, 공기 유량의 측정 정밀도가 향상한다.

실시의 형태 2

도 7은 본 발명의 실시의 형태 2의 공기 유량 측정 장치를 도시한 주요부 절단 단면도이다.

본 실시의 형태에서는, 지지 기판(11) 및 베이스(1)가 대면 접합된 상류측의 단면 형상이, 지지 기판(11)에 대해 수직이며 또한 축선 방향에 따라 절단한 때에 곡면 형상을 하고 있다. 또한, 지지 기판(11) 및 베이스(1)가 대면 접합된 하류측의 단면 형상도, 지지 기판(11)에 대해 수직이며 또한 축선 방향에 따라 절단한 때에 곡면 형상을 하고 있다. 또한, 지지 기판(11)과 베이스(1)가 대면 접합된 것이지만 단면 형상은, 중심축선에 대해 좌우 대칭이다.

그 밖의 구성은, 실시의 형태 1과 같다.

이 공기 유량 측정 장치에 의하면, 지지 기판(11) 및 베이스(1)의 전체 단면 형상이 유선형 형상(빗방울 형상)이기 때문에, 실시의 형태 1과 비교하여 공기 저항이 저감될 뿐만 아니라, 공기는 부통로(14)의 입구부로부터 부통로(14) 내로 원활히 유입하고, 또한 출구부로부터 원활히 유출되고, 측정 정밀도가 향상함과 함께 압력 손실이 저감된다.

도 8은 본원 발명자가 실험에 의해 구한 압력 손실 특성도이고, 도 9는 마찬가지로 본원 발명자가 실험에 의해 구한 출력 특성도이다.

도 8, 도 9에서는, 실시의 형태 2의 것(실시의 형태 2의 예)과, 상기 종래예를 비교한 때의 도면이다.

도 8로부터 실시의 형태 2의 경우는 종래예의 경우와 비교하여 압력 손실이 약 1/2이고, 또한 도 9로부터 실시의 형태 2의 경우는 종래예의 경우와 비교하여, 저유량역에 있어서의 출력의 안정성도 1/2인 것을 알 수 있다.

실시의 형태 3

도 10은 본 발명의 실시의 형태 3의 공기 유량 측정 장치를 도시한 주요부 절단 단면도이다.

본 실시의 형태에서는, 지지 기판(11)의 타면측(반(反) 감열 저항 소자(13)측)에, 지지 기판(11) 외면을 덮은 커버(15)가 마련되어 있다. 이 커버(15)는 예를 들면 PBT(폴리부틸렌프탈레이트)로 구성되어 있다. 이 커버(15)가 부착 마련된 지지 기판(11) 및 베이스(1)가 접합된 상류측의 단면 형상이, 지지 기판(11)에 대해 수직이며 또한 축선 방향에 따라 절단한 때에 곡면 형상이다. 또한, 커버(15)가 부착 마련된 지지 기판(11) 및 베이스(1)가 접합된 하류측의 단면 형상이, 지지 기판(11)에 대해 수직이며 또한 축선 방향에 따라 절단한 때에 곡면 형상이다. 또한, 커버(15)가 부착 마련된 지지 기판(11)과 베이스(1)가 대면 접합된 것이지만 단면 형상은, 중심축선에 대해 좌우 대칭이다. 그 밖의 구성은, 실시의 형태 1과 같다.

이 공기 유량 측정 장치에 의하면, 실시의 형태 2와 같은 효과를 얻을 수 있음과 함께, 커버(15)는 수지재로 구성되어 있기 때문에, 공기 유량 측정 장치의 주통로(3) 내의 부위에서의 유선(流線) 형상이 본 실시의 형태 2의 것과 비교하여 보다 용이하게 형성된다.

또한, 실시의 형태 2, 3에서는 지지 기판(11) 및 베이스(1)가 접합된 하류측의 단면 형상도 곡면 형상이였지만, 상류측의 단면 형상만을 곡면 형상으로 한 공기 유량 측정 장치라도, 물론 압력 손실이 저감된다.

또한, 각 실시의 형태 1 내지 3에서는, 검지 소자로서 감열 저항 소자를 이용한 경우에 관해 설명하였지만, 물론 이것으로 한정되는 것이 아니고, 공기의 유량을 검지하는 것이라면 좋다.

본 발명의 공기 유량 측정 장치에 의하면, 검지 소자가 탑재된 지지 기판이 부통로의 일부를 구성함에 의해, 압력 손실이 저감됨과 함께, 검지 소자의 부착 위치 정밀도가 향상하고, 또한 부품 개수가 삭감됨으로써 각 부품의 조립 편차가 낮게 억제되기 때문에, 측정 정밀도가 향상한다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1의 공기 유량 측정 장치를 도시한 정면도.

도 2는 도 1의 측단면.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 화살표 단면도.

도 4는 도 1의 회로 모듈을 도시한 전체 사시도.

도 5는 공기 진폭율과 공기 유량 변화율과의 관계를 도시한 도면.

도 6은 진폭율 1에서의 공기 유량 파형을 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 실시의 형태 2의 공기 유량 측정 장치를 도시한 주요부 단면도.

도 8은 공기 유량 측정 장치에 있어서의 압력 손실 특성도.

도 9는 공기 유량 측정 장치에 있어서의 출력 특성도.

도 10은 본 발명의 실시의 형태 3의 공기 유량 측정 장치를 도시한 주요부 절단 단면도.

♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♠

1 : 베이스 2 : 회로 모듈

3 : 주통로 4 : 통풍관

5 : 홈 11 : 지지 기판

13 : 감열 저항 소자(검지 소자) 14 : 부통로

15 : 커버

Claims (3)

1. 내연 기관의 흡기관에 부착되고 흡기관 내부의 주통로에 흐르는 공기의 유량을 측정하는 공기 유량 측정 장치로서,

   상기 주통로의 축선 방향에 따라 상기 공기의 상류측으로 일단부가 지향하고 있음과 함께 상기 공기의 하류측으로 타단부가 지향하고, 또한 도중 굴곡된 홈이 형성된 베이스와,

   지지 기판 및 이 지지 기판의 일면에 탑재되고 상기 공기의 유량을 검지하는 검지 소자를 포함하고, 상기 베이스에 대면 접합함으로써 상기 홈과 협동하여 부통로를 형성한 회로 모듈을 구비하고,

   상기 지지 기판의 상기 일면측의 상기 검지 소자는, 상기 부통로에 노출하여 있고, 또한 상기 지지 기판의 타면측은, 상기 주통로에 노출하여 있는 것을 특징으로 하는 공기 유량 측정 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 지지 기판의 오목부에, 지지 기판의 면과 동일면이 되도록 상기 검지 소자가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 유량 측정 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 지지 기판 및 상기 베이스가 접합된 상기 상류측의 단면 형상이, 지지 기판에 대해 수직이며 또한 상기 축선 방향에 따라 절단한 때에 곡면 형상인 것을 특징으로 하는 공기 유량 측정 장치.