(57)【要約】【課題】出力変動低減と脈動特性とを両立した空気流量測定装置の提供。【解決手段】熱式の空気流量測定装置であって、空気流路を迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路内に配置される流量測定素子３１と、流量測定素子３１の上流側に配置され、流量測定素子３１に流れる空気を絞る第１絞り部２０ａと、流量測定素子３１が配置された部位以外を流れる空気を絞り、第１絞り部２０ａよりも絞り比が大きい第２絞り部２０ｂ及び２０ｃとをもち、流量測定素子３１が配置された部位以外の流速を大きくする絞り部と、を有することを特徴とする。つまり、絞り部により絞ることで出力変動を低減させることが可能になった上で、流量測定素子近傍の流速は増加しないような絞り部を採用することで、脈動時特性変化量の低減も実現できた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流路を流れる空気流量を測定する熱式の空気流量測定装置であって、
前記空気流路を迂回するバイパス通路と、
前記バイパス通路内に配置される流量測定素子と、
前記バイパス通路内で前記流量測定素子の上流側に配置され、前記流量測定素子が配置された部位以外の流速を大きくする絞り部と、
を有することを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項２】
前記絞り部は、
前記流量測定素子に流れる空気を絞る第１絞り部と、
該流量測定素子が配置された部位以外を流れ且つ少なくとも該流量測定素子近傍を流れる空気を絞り、該第１絞り部よりも絞り比が大きい第２絞り部と、をもつ請求項１に記載の空気流量測定装置。
【請求項３】
前記絞り部は、前記バイパス通路内にて凸状部材から構成され、
該凸状部材は前記バイパス通路内の空気の流れ方向に平行移動した場合に前記流量測定素子が対応する部分が切り欠かれて絞り比が小さくされている請求項１又は２に記載の空気流量測定装置。
【請求項４】
前記バイパス通路は、入口側バイパス通路と出口側バイパス通路とが一端部で接続された状態でＵ字状に隣接する部材である請求項１〜３のいずれかに記載の空気流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気流路を流れる空気流量を測定する空気流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気流路を流れる空気流量を検出する従来技術の空気流量測定装置としては、特許文献１に開示される空気流量測定装置を挙げることができる。特許文献１に開示される空気流量測定装置は、熱線として発熱抵抗体を用いて流体の流量を検出する熱線式流量センサであって、図５に示すように、横断面形状が角形の入口側バイパス通路９１７の一部に形成される絞り部９２０は、空気流れ方向に対し絞り部始端９２５から絞り部終端９２６まで両側壁に形成され、また支持部材９２７、９２９は絞り部終端９２６の絞り部出口側空間部９２１に絞り部９２０の入口側からみて凸状の絞り面の陰に隠れる位置に設けられるため、入口側バイパス通路９１７を流れる空気流が直接的に支持部材９２７、９２９に当たらないので、空気の乱れが発生しにくい。従って、整流された空気流の中で良好な空気流量信号が出力される。空気流量の小領域から大領域までの幅広い範囲において空気流の乱れが発生し難い状況で流量検出を行うので、熱式センシング部の出力変動を抑えられる。
【特許文献１】特開平１１−１１８５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、空気流量測定装置においては空気流量測定装置の出力変動低減及び脈動時特性変化低減の両立が求められる。ここで、出力変動とは一定空気流量を計測しているときに空気流量測定装置の出力が変動する変動幅のことであり変動幅は小さい方が良い。脈動時特性変化とは平均流量が同じ定常流と脈動流を計測した場合に空気流量測定装置の出力平均値が定常流に比べて脈動時に変化する量である当然変化量は小さい方が良い。
【０００４】
具体的には、出力変動低減にはセンサ部の上流において空気の流れを絞ることが有効であるが、流れを絞るとセンサ部近傍における流速分布を発達させることになり、脈動が生じると、センサ部近傍の流速分布がフラット化して実際よりも低い流速が出力されるおそれがあることが判った。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑み完成されたものであり、出力変動低減と脈動時出力変化低減とを両立することを目指し、特徴的な絞り部を採用した空気流量測定装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明の空気流量測定装置は、空気流路を流れる空気流量を測定する熱式の空気流量測定装置であって、
前記空気流路を迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路内に配置される流量測定素子と、前記バイパス通路内で前記流量測定素子の上流側に配置され、前記流量測定素子が配置された部位以外の流速を大きくする絞り部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
つまり、絞り部により絞ることで出力変動を低減させることが可能になった上で、流量測定素子近傍の流速は増加しないような絞り部を採用することで、脈動特性の向上も実現できた。
【０００８】
そして、前記絞り部は、前記流量測定素子に流れる空気を絞る第１絞り部と、該流量測定素子が配置された部位以外を流れ且つ少なくとも該流量測定素子近傍を流れる空気を絞り、該第１絞り部よりも絞り比が大きい第２絞り部と、をもつことが望ましい。流量測定素子を通過する空気についても絞ることで整流効果を発揮させた上でそれ以外の部位の流れをさらに絞ることで脈動時特性変化量を増加させることなく出力変動を低減させている。
【０００９】
特に、前記絞り部は、前記バイパス通路内にて凸状部材から構成され、
該凸状部材は前記バイパス通路内の空気の流れ方向に平行移動した場合に前記流量測定素子が対応する部分が切り欠かれて絞り比が小さくされている構成を採用することが望ましい。
【００１０】
また、前記バイパス通路は、入口側バイパス通路と出口側バイパス通路とが一端部で接続された状態でＵ字状に隣接する部材である構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の空気流量測定装置は、上記構成を有することから以下の作用効果を発揮する。すなわち、出力変動低減のために空気の流れを絞る場合に、流量測定素子近傍への絞り部の影響が小さくなるような形態を採用することで脈動時特性変化量を低減させることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図面に基づいて説明する。本発明の空気流量測定装置（以下、「エアフローメータ」という）を内燃機関の吸入空気流量を測定する装置に適用した一実施例について以下説明する。エアフローメータ２は、図４に示すように、内燃機関の吸気管１に取り付けられている。このエアフローメータ２は、取付部７、ベンチュリ流路部５、バイパス流路部６、センシング部（流量測定素子：発熱抵抗体）及び回路モジュール部９から構成されている。
【００１３】
取付部７は、このエアフローメータ２を吸気管１に取り付ける部分で、吸気管１に形成される取付穴にプラグイン方式により取り付けられている。この取付部７は、ベンチュリ流路部５とバイパス流路部６と樹脂により一体成形されている。ベンチュリ流路部５は、吸気管１の内部の空気流路３のほぼ中央部分に位置する。このベンチュリ流路部５は、吸気管１内を流れる吸入空気の一部を通過させるベンチュリ通路１３を有する。このベンチュリ通路１３の内壁は、吸気管１の軸方向に沿って空気流路３と平行に位置する。
【００１４】
バイパス流路部６は、取付部７とベンチュリ流路部５とを接続する部分に形成される。バイパス流路部６は取付部７とベンチュリ流路部５と樹脂により一体成形されている。このバイパス流路部６は、筒状の外管１５とこの外管１５の内部に形成される仕切壁１６とを有する。外管１５は、内部に、仕切壁１６と、この外管１５の内壁と仕切壁１６とにより仕切られるバイパス通路１４を有する。バイパス通路１４は、図３及び４に示すように、ほぼ逆Ｕ字状の通路に形成され、横断面形状が矩形である。仕切壁１６の上端２３の上流側に入口側バイパス通路１７が形成され、下流側に出口側バイパス通路１８が形成される。
【００１５】
センシング部８は、前述の絞り部から絞り部出口側空間部２１にかけて設けられている。センシング部８は、４本の支持部材２７、２８、２９及び３０と、流量測定素子としての発熱素子（発熱抵抗体）３１と、感温素子３２とからなる。
【００１６】
発熱素子３１は、入口側バイパス通路１７に配置される。発熱素子３１は感温素子３２よりもわずかに下流側に配置される。発熱素子３１及び感温素子３２は抵抗体の両端に配線部材が延設された全体として棒状の部材であり、バイパス通路１４内の空気の流れに直交する方向（空気流路３内での空気の流れの方向）に向いており、バイパス通路１４内で空気が流れる方向から見ると並列して配置されている。発熱素子３１が配置されている部位は入口側バイパス通路１７の断面の概ね中央近傍である。
【００１７】
発熱素子３１の両端は、支持部材２７及び２８の自由端に支持され、感温素子３２の両端も、支持部材２９及び３０の自由端に支持されている。支持部材２７、２８、２９及び３０の固定端は取付部７の内壁に固定されており、両素子３１及び３２の配線を兼ねている。
【００１８】
絞り部２０は、外管１５の内壁に両側から凸状に入口側バイパス通路１７の流路面積を小さくするように形成された凸状部材である。絞り部２０は絞り部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び２０ｄから構成される。第１絞り部としての絞り部２０ａ及び２０ｄの組み合わせは発熱素子３１に流れる空気を絞る部材である。従来技術のエアフローメータがもつ絞り部９２０（図５）と同様に、入口側バイパス通路１７の通路横断面積が上流側から下流側に次第に緩慢に小さくなり、やがて入口側バイパス通路１７の通路横断面積が最小になり、この最小通路横断面積部の下流側で通路横断面積が連続的に急速に大きくなるものである。絞り部２０ａ及び２０ｄは概ね対称な断面形状をもつ。
【００１９】
第２絞り部としての絞り部２０ｂ及び２０ｃと絞り部２０ｄとの組み合わせは発熱素子３１以外の部位で、且つ、発熱素子３１近傍を流れる空気を絞る部材であって、絞り部２０ａ及び２０ｄよりも絞り比が大きい。この絞り部２０ｂ及び２０ｃと絞り部２０ｄとの組み合わせ絞り部２０ａを幅方向から挟むように設けられている。具体的には、図１及び図３に示すように、発熱素子３１の発熱する部位に流れる空気が通過する部位には設けずにその両端に流れる空気を絞るように設けられている。
【００２０】
つまり、発熱素子３１に至る流路には絞り部２０ａ及び２０ｄを配設し、それ以外の部位を流れる流路には絞り部２０ａ及び２０ｄよりも絞り比が大きい絞り２０ｂ及び２０ｃを配設している。また、これらの絞り部２０と感温素子３２との位置関係（絞り部２０の内部に感温素子３２が配設されている）により、感温素子３２に流れる空気についても整流することができ、感温素子３２を通過することで乱れる空気の流れを発熱素子３１に接触させることを抑制できる。
【００２１】
絞り部出口側空間部２１は、絞り部終端の下流側に形成され、バイパス通路１４の通常の有効開口面積を有する。この絞り部出口側空間部２１は、仕切壁１６の上端２３の部分で終了し、その下流側が出口側バイパス通路１８に接続される。出口側バイパス通路１８は、取付部７からベンチュリ流路部５に向けてほぼ一様な有効開口面積をもつように形成され、出口側バイパス通路１８の終端がベンチュリ通路１３に連通する。
【００２２】
また、支持部材２７、２８、２９及び３０は、入口側バイパス通路１７の上流側から下流側の開口を覗くと、絞り部２０の最小通路横断面積部の山の陰になる程度に外管１５の両側の内壁に近いに位置する。これにより、入口側バイパス通路１７の絞り部２０を通り絞り部終端から絞り部出口側空間部２１に入る空気流が乱れを発生することなしに最も安定した流れを形成する。
【００２３】
回路モジュール部９は、回路部と、空気流路３の空気温度を測定する空気温度測定素子としてのサーミスタ３５を備えている。回路部は、ハウジング３４、制御回路３９、放熱板、コネクタ３６及びカバー３８を有する。回路部は、発熱素子３１及び感温素子３２への通電を制御するとともに、流量検出信号を出力する制御回路３９が回路部の樹脂製のハウジング３４内に収容されている。
【００２４】
次に、空気の流れについて説明する。吸気管１を流れる空気の一部は、エアフローメータ２の外管１５の入口１９に流入する。入口１９に流入した空気は、ベンチュリ通路１３に入る流れと入口側バイパス通路１７に入る流れとに別れる。
【００２５】
ベンチュリ通路１３に入る流れはベンチュリ通路１３の下流側で空気の流速が増大するので負圧を発生する。この負圧により出口側バイパス通路１８の空気を吸引する。その結果、入口側バイパス通路１７から流入してバイパス通路１４を流れる空気の流速が速くなる。
【００２６】
発熱素子３１は制御回路３９により電力が供給され、バイパス通路１４を流れる空気の温度との差が一定になるように制御される。具体的には発熱素子３１に供給する電流値から算出される発熱素子３１の温度と感温素子３２で検出する空気温度との差が一定となるように制御回路３９で発熱素子３１に供給する電流値を制御し、制御回路３９からこの電流値を流量検出信号として出力する。
【００２７】
この実施例によると、入口側バイパス通路１７内に流入した空気流れは、絞り部２０を通過し整流される。発熱素子３１以外の部位には絞り２０ｂ及び２０ｃにて大きく絞られた流速の速い空気が流れていき、発熱素子３１には絞り２０ｂ及び２０ｃよりも絞り比が小さい絞り２０ａ及び２０ｄにより整流されることになる。発熱素子３１以外の部位に流れる流速の速い空気の流れにより出力変動低減効果を発揮できる。
【００２８】
そして、発熱素子３１に流れる空気に対しては大きく絞っていないので、大きな脈動が加わった場合でも発熱素子３１近傍におけるフラット化の進行が抑制できるので精度低下を防止できる。
【００２９】
本実施例によると、絞り部２０ｂ及び２０ｃにより流れが絞られるため、出力変動低減効果を発揮できると共に脈動時特性変化量の低減も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施例のエアフローメータの一部切欠断面を示した側面図である。
【図２】本実施例のエアフローメータの一部切欠断面を示した正面図である。
【図３】本実施例の一部断面図である。
【図４】本実施例のエアフローメータの取付状態を示す断面図である。
【図５】従来のエアフローメータの一部切欠断面を示した正面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…吸気管
２…エアフローメータ（空気流量測定装置）
５…ベンチュリ流路部
６…バイパス流路部
７…取付部
９…回路モジュール部
１１…取付穴
１３…ベンチュリ通路
１４…バイパス通路
１５…外管
１６…仕切壁
１７…入口側バイパス通路
１８…出口側バイパス通路
２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）…絞り部
２１…絞り部出口側空間部
２３…上端
２７、２８、２９、３０…支持部材
３１…発熱素子（流量測定素子）
３２…感温素子
３５…サーミスタ
【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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