(57)【要約】【課題】発熱抵抗体式空気流量測定装置の計測精度の確保と塵付着による特性変化量の低減が目的であり、特にナノ粒子径の煤（カーボン）に対しても特性変化量を最小限に抑える事を目的とする。【解決手段】発熱抵抗体への空気の当たる角度と塵の衝突する角度に差を持たせる事で、流量計の計測精度と塵の付着低減を両立する事とした。例えば、曲り通路の曲り頂点以降に発熱抵抗体を傾けて配置し、曲り通路途中では例え重量の軽い煤であっても、遠心力により曲りの外側に分離される方向に塵は飛来し、空気の流れ角度と塵の飛来し発熱抵抗体の放熱面への衝突角度を変える事が出来る。これにより、空気の流れは流量計の計測精度を保ちながら、発熱抵抗体の放熱面への塵の衝突する角度をきつくして塵を更に付着し難くする事が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱電流を流して発熱し、吸入空気への放熱を基に空気流量を測定する発熱抵抗体式空気流量測定装置であり、主空気通路の一部の空気の流れを取り込む副空気通路内に前記流量を計測するための発熱抵抗体を有する発熱抵抗体式空気流量測定装置において、
吸入空気と共に塵等の異物を吸入された際に、空気の流れ方向角度が所定の場所で鋭角となり、且つ、塵等の異物の衝突角度が更に鋭角となるような位置に発熱抵抗体の放熱面を設置する事を特徴とする発熱抵抗体式空気流量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発熱抵抗体式空気流量測定装置において、副空気通路には少なくとも一つの曲り部を有しており、曲り部の頂点より下流に発熱抵抗体を設置し、副空気通路内の曲り内側の空気流れ方向角度が鋭角となるような位置に発熱抵抗体の放熱面を設置する事を特徴とする発熱抵抗体式空気流量測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発熱抵抗体設置角度は、副空気通路内の曲り内側の空気流れ方向角度が略２０〜５０度の範囲にある事を特徴とする発熱抵抗体式空気流量測定装置。
【請求項４】
加熱電流を流して発熱し、吸入空気への放熱を基に空気流量を測定する発熱抵抗体式空気流量測定装置であり、主空気通路の一部の空気の流れを取り込む副空気通路内に前記流量を計測するための発熱抵抗体を有する発熱抵抗体式空気流量測定装置において、
副空気通路には少なくとも一つの曲り部を有しており、曲り部の頂点より下流に発熱抵抗体を設置し、副空気通路内の曲り内側の空気流れ方向角度が略２０〜５０度の範囲となるような位置に発熱抵抗体の放熱面を設置する事を特徴とする発熱抵抗体式空気流量測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載のいずれかの発熱抵抗体式空気流量測定装置を使用してなる事を特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。
【請求項６】
副通路中に測定素子を設置して、流体の流量を測定する流量測定装置において、
前記副通路は前記測定素子が設置される直通路部分と、前記通路部分よりも入口側にある曲通路部分とを有し、
前記測定素子は前記直通路部分の軸方向に対して傾けて設置されたことを特徴とする流量測定装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記測定素子は、前記曲通路部分を通過した異物が前記測定素子の表面と脱角に衝突するするように傾けて設置されたことを特徴とする流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車用の内燃機関に吸入される空気流量を測定するために用いられる発熱抵抗体式空気流量測定装置に関し、特に吸気管内に空気と一緒に吸入される塵等による空気流量計測誤差の低減に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用の流量測定技術としては発熱抵抗体式空気流量測定装置が知られている。これは発熱抵抗体の奪われる熱量が流入流量に対し単調に増加する関係が有ることを利用したものであり、質量流量を直接測定出来るため特に自動車の空燃比制御用流量計として広く使われている。特許文献１では発熱抵抗体の上流側に迂回部を設け、遠心力により塵と空気を分離させる通路が公知技術として知られている。
【０００３】
また、本発明の構成に最も近い公知技術として特許文献２がある。これは、副空気通路内の制限された空間に長い発熱抵抗体を斜めに配置して応答性の改善を行ったものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３７１３１号公報
【特許文献２】特公平６−１７８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発熱抵抗体式空気流量測定装置は車輌の吸気ダクトの一部に装着され、吸入空気流量を測定する役割を持つ。車輌の吸気ダクトは通常、アクセルに連動して吸入空気流量が流れ、アクセルを踏み込み量が増加するとダクト内へ吸入される空気流量も増加する。吸入空気量が増加すると空気だけでなく、空気中に浮遊するダストや、前を走行する車輌のタイヤでまき上げられた塵等も空気と一緒に吸入されてしまう。発熱抵抗体は加熱されているため、一般的には塵は付着し難いとされているが、塵の種類と飛来量によっては経年的には少しずつではあるが塵の付着が認められる。発熱抵抗体式空気流量測定装置の流量検出部である発熱抵抗体部に塵が付着すると、発熱抵抗体からの放熱量が変化してしまい発熱抵抗体式空気流量測定装置の計測誤差となってしまう。
【０００６】
塵等はエアクリーナ内のエアフィルタで捕獲する事は可能であるが、塵の大きさによってはエアフィルタを通過してエンジン内へ入り込んでしまう。エアフィルタで捕獲できる塵の粒子径は一般的には約１０μｍ程度であるとされており、それ以下の粒子径では容易にエアフィルタを通過してしまう。
【０００７】
近年、特にディーゼルエンジンにおいては、排気ガスのクリーン化が施され、目視で判るような大きさの煤（カーボン）を大気に排出することは少なくなってきている。しかし、燃料噴射時の微粒化等により、目視では判別出来ないような細かな粒子径の煤が排出されるようになってきている。この粒子は数十ナノメートルであり、このナノ粒子径の煤が前記した理由により発熱抵抗体に付着してしまう事が近年課題として取り上げられるようになってきている。
【０００８】
ナノ粒子径の煤ではその細かさから、付着した際に今までの煤と比べ高密度に堆積してしまい、その堆積力が非常に強いものとなる。従来の煤であれば堆積した際の密度は低いため堆積力は弱く、例えばエンジンの振動等により堆積物が落下してしまう事も有り、発熱抵抗体の放熱量の変化が初期状態に戻る事も有った。しかし、高密度に堆積した煤では従来の煤と比べエンジンの振動等での落下がし難くなってしまい、発熱抵抗体にいつまでも煤が堆積したままとなってしまい、放熱量が変化したままとなってしまう。また、ナノ粒子径の煤は非常に重量が軽いため、従来技術では効果の有った遠心分離による塵（煤）の分離効果は十分には発揮できないといった課題も有る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本課題に対応するため発熱抵抗体の放熱面と空気の流れ及び塵の衝突角度に着目をし改良を行う。
【００１０】
まず、空気の流れに対して発熱抵抗体の放熱面を傾ける事とした。これにより放熱面の止水域（空気流れの留まる領域）が無くなり、更に傾けた事で発熱面の流れによるせん断応力が大きくなり、塵が付着しても流れの力で塵を引き剥がそうとする力が働く。このため、発熱抵抗体の放熱面には常に空気の流れが生じるため塵は付着し難くなる。この傾ける角度をきつくするほど放熱面への塵の付着は減少するが、逆に空気の当たる表面積が減少してしまい、流速（流量）に対する感度が鈍ってしまい、流量計としての計測精度が悪化してしまう。このため傾ける角度には限界があり、それと同時に塵の付着を防止するのにも限界が生じてしまう。
【００１１】
このため、空気の当たる角度と塵の衝突する角度に差を持たせる事で、流量計の計測精度と塵の付着低減を両立する事とした。これは例えば、曲り通路の曲り頂点以降に発熱抵抗体を傾けて配置する事で達成される。曲り通路途中では例え重量の軽い煤であっても、遠心力により曲りの外側に分離される方向に塵は副空気通路内を流れる。このため、この遠心力により生じる空気の流れ方向との角度差により、発熱抵抗体の放熱面への衝突角度と空気の流れ方向の角度を変える事が出来るのである。つまり、空気の流れは流量計の計測精度を保ちながら、発熱抵抗体の放熱面への塵の衝突する角度をきつくして塵を更に付着し難くする事が可能となるのである。
【発明の効果】
【００１２】
上記の構成により、発熱抵抗体への塵の付着を低減する事が可能となる。特に今後のディーゼルエンジン等で課題となるナノ粒子径の煤（カーボン）の付着による発熱抵抗体式空気流量測定装置の経年による特性変化量を低減する事が可能となる。これにより、エンジンの燃料制御を長期間高精度に保つ事が可能となり、長期間に渡り排出ガスのクリーンな車輌を市場に送り込むことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は自動車用の内燃機関に吸入される空気流量を測定するために用いられる発熱抵抗体式空気流量測定装置の吸気管内に空気と一緒に吸入される水等の液体による空気流量計測誤差の低減方法として考案したものである。
【実施例】
【００１４】
本発明の実施例を以下の図面に従い詳細に説明する。
【００１５】
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６は発熱抵抗体式空気流量測定装置の概略構成回路図である。発熱抵抗体式空気流量測定装置の駆動回路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4RC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。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。
【００１６】
図７は発熱抵抗式空気流量計の一例を示す横断面であり、図８はその上流（左側）から見た外観図である。
【００１７】
発熱抵抗体式空気流量測定装置の構成部品としては駆動回路を構成する回路基板２を内蔵するハウジング部材１及び非導電性部材により形成される副空気通路構成部材１０等があり、副空気通路構成部材１０の中には空気流量検出のための発熱抵抗体３，吸入空気温度を補償するための感温抵抗体４が導電性部材により構成された支持体５を介して回路基板２と電気的に接続されるように配置され、ハウジング，回路基板，副空気通路，発熱抵抗体，感温抵抗体等、これらを発熱抵抗体式空気流量測定装置の一体のモジュールとして構成されている。また、吸気管路を構成する主空気通路構成部材２０の壁面には穴２５があけられており、この穴２５より前記発熱抵抗体式空気流量測定装置の副空気通路部分を外部より挿入して副空気通路構成部材の壁面とハウジング部材１とをネジ７等で機械的強度を保つように固定されている。また、副空気通路構成部材１０と主空気通路構成部材の間にシール材６を取り付けて、吸気管内外との気密性を保っている。
【００１８】
副空気通路内に設置される発熱抵抗体３ＲＨは例えば図３のような形状であり、アルミナ等の耐熱絶縁材で構成された筒状のボビンに白金線等を巻線したり、或いは白金膜を蒸着し、両端を導電性部材により構成されるリード材と支持材を介して、電気的導通を取ると同時に機械的な固定を行う。また、白金線等の上にはガラス材等によりコーティングを施し、耐腐食性の向上を図ると同時に、表面の凹凸を無くして塵等の異物の付着を最小限に抑える工夫が取られている。
【００１９】
次に発熱抵抗体の汚損時の特性変化について説明する。図４に示したようなボビン状の発熱抵抗体の場合には、空気の当たる正面が最も発熱が促進され、特に高流速時にはこの正面での発熱が支配的となる。一方で図に示すＡ点では空気の流れがよどんでしまうため、空気の流れによるせん断力が最も弱い位置であり、塵が付着し易い場所でもある。つまり、吸入空気中に塵等が入り込み、図示Ａ点に付着するとＡ点を基点としてその周囲にも塵が積もり最終的には三角状の山形に塵が付着してしまう。このため、最も発熱量が多い部分が塵で覆われてしまうため、発熱量が減少してしまい特性変化量としてはマイナスの特性変化を示すのである。これを横軸を流速として、縦軸を特性変化量とすると図５に示すように高流速ほどマイナスとなる右下がりの特性変化を示し、実際の空気量に対して少ない空気量であると検出するのである。このため、内燃機関でこの現象が生じると、実際の空気量に対して、少ない燃料を噴射する事となり空燃比が薄くなり、燃焼温度が高くなって最悪の場合にはエンジンの焼付け等の不具合を起こしてしまうのである。
【００２０】
次に本発明の具体的な副空気通路と発熱抵抗体の設置位置について図１を使い説明する。主空気通路構成部材１００にて構成される主空気通路１０１内に配置された副空気通路１２０は副空気通路構成部材１０２により形成され、副空気通路入口１２１，曲り通路
１２２，曲り下流直線部１２３，副空気通路出口１２４から構成される。また、曲り通路１２２は主空気通路下流側から上流側へほぼ１８０°迂回する形となっており、迂回部では最も下流側となる場所が曲り通路の頂点１２５となる。流量計測部である発熱抵抗体
１１０は曲り通路の曲り終端または、曲り下流直線部１２３の始点近傍の位置に設置されており、リード材１１１と一体で支持材１０３を介して駆動回路（図示せず）と電気的に接続されている。本来であれば駆動回路の一部を構成する感温抵抗体も図示すべきであるが、今回の発明には感温抵抗体の位置には特に重要視しないため、発熱抵抗体近傍に有れば良いとして今回の図示には省略した。
【００２１】
発熱抵抗体１１０近傍の構成と副空気通路１２０内の流線を図２に示す。空気の流れる流線はほぼ通路の形状に沿った流線方向を示し、発熱抵抗体１１０とリード材１１１は共に副空気通路内の空気の流線に対して傾いて取り付けられる。一方、空気と一緒に副空気通路１２０内に流れ込んだ塵１５０は副空気通路１２０の曲り通路１２２を通過する際に遠心力により曲りの外側に進行しようとする流線となる。このため、空気はほぼ発熱抵抗体１１０の傾けた角度で発熱抵抗体１１０に当たるが、塵が当たる角度は更にきつい角度となる。つまり、塵１５０は発熱抵抗体１１０の放熱面と平行に近い角度で発熱抵抗体
１１０に衝突しようとするため、衝突の際のエネルギーが分散され発熱抵抗体１１０に付着し難くなり、更に空気の流れが発熱抵抗体１１０の放熱面に沿って流れるため、付着しようとする塵を剥がすようなせん断応力が働き、更に塵の付着をし難くくするのである。本実施例では、発熱抵抗体を曲り通路１２２の下流端に設置した位置で説明をしたが、曲り通路下流端からあまり離れすぎると効果は充分に発揮できない。効果を期待できる範囲としては、下流端から曲り通路の半径以内の距離であれば効果は期待できる。また、今回は円筒状のボビン形の発熱抵抗体を例に取ったが、板材に抵抗体を蒸着したような構造体で有っても同様な効果は得られる。
【００２２】
尚、当然ではあるが、曲り通路１２２の曲り途中に発熱抵抗体を設置しても効果は同様に得られる。しかし、遠心分離の効果を充分に発揮するためには曲り通路１２２の曲り頂点１２５より下流に有る事が望ましい。
【００２３】
最後に、図９を使い電子燃料噴射方式の内燃機関に本発明品を適用した一実施例を示す。エアクリーナ５４から吸入された吸入空気６７は、発熱抵抗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６０を備えた吸気マニホールド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。
【００２４】
発熱抵抗式空気流量測定装置の回路モジュール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温度信号，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６４に設けられた酸素濃度計６５から出力される酸素濃度信号及び、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、これらを入力するコントロールユニット６６はこれらの信号を逐次演算して最適な燃料噴射量とアイドルエア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及びアイドルエアコントロールバルブ５６を制御する。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
車輌でのエンジン制御が主な使用用途になるが、船舶や発電機等のディーゼルエンジンを使った制御に対しても同様に利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例を示す副通路の縦断面図。
【図２】図１の発熱抵抗体近傍詳細図。
【図３】発熱抵抗体の構造を示す。
【図４】発熱抵抗体への塵堆積を示す図。
【図５】発熱抵抗体へ塵が付着した場合の特性変化を示す。
【図６】発熱抵抗体式空気流量測定装置の略駆動回路。
【図７】代表的な発熱抵抗体式空気流量測定装置横断面図。
【図８】図７を上流側から見た図。
【図９】発熱抵抗体式空気流量測定装置を使ったシステム概略図。
【符号の説明】
【００２７】
１…ハウジング部材、２…回路基板、３，１１０…発熱抵抗体、４…感温抵抗体、５…導電性支持体、６…シール材、７…ネジ部材、１０，１０２…副空気通路構成部材、１４，１２０…副空気通路、２０，１００…主空気通路構成部材、２２，１０１…主空気通路、２５…副空気通路挿入穴、５１…吸気温度センサ、５２…モジュール、５３…ボディ、５４…エアクリーナ、５５…ダクト、５６…アイドルエアコントロールバルブ、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…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、１０３…支持材、１１１…リード材、１２１…副空気通路入口、１２２…曲り通路、１２３…直線部、１２４…副空気通路出口、１２５…曲り頂点、１５０…塵。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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