(57)【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、
空気を流す空気通路と、
この空気通路を迂回するバイパス通路と、
このバイパス通路に設けられる流量測定素子と、
前記バイパス通路で前記流量測定素子の上流側に設けられ、通路横断面積が上流側から下流側に次第に小さくなることにより通路断面積が最小となる最小通路横断面積部を有し、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大きくなる絞り部と、
この絞り部の下流側で空気流れ方向に対し陰の位置に設けられ、前記流量測定素子を支持する支持部材とを備えることを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項２】
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からなるＵ字状であり、前記絞り部は、前記入口側バイパス通路に位置することを特徴とする請求項１記載の空気流量測定装置。
【請求項３】
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、
空気を流す空気通路と、
この空気通路を迂回し、入口側バイパス通路と出口側バイパス通路からなるＵ字状のバイパス通路と、
前記入口側バイパス通路に設けられる流量測定素子と、
前記入口側バイパス通路で前記流量測定素子の上流側に設けられ、通路横断面積が上流側から下流側に次第に小さくなることにより通路断面積が最小となる最小通路横断面積部を有し、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大きくなる絞り部と、
この絞り部の下流側で空気流れ方向に対し陰の位置に設けられ、前記流量測定素子を支持する支持部材とを備えることを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項４】
前記バイパス通路の一部は横断面形状が角形であり、空気流れ方向に対し両側の絞り部が絞り部始端から絞り部終端まで形成され、
前記支持部材は、絞り部終端の出口側に絞り部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ことを特徴とする請求項１または２記載の空気流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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もので、例えば内燃機関の吸気装置に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、空気流路を流れる空気流量を検出する空気流量測定装置として、実公平６−２３９４２号公報ならびに実公平５−２４１８９号公報に開示される空気流量測定装置が知られている。
実公平６−２３９４２号公報に開示される空気流量測定装置は、熱線として加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、熱線Ｒｈおよび空気音センサＲｃを含むブリッジ回路と、このブリッジ回路が熱平衡を保つように温度制御を行う回路とを有する。抵抗Ｒ1 、Ｒ2 、熱線Ｒｈおよび空気温センサＲｃとによりブリッジ回路が構成され、差動増幅器の両入力はブリッジ回路の接続点ｂ、ｆに接続されている。ブリッジ回路の接続点ｂ、ｆの電圧が等しくなったとき、このブリッジ回路は平衡状態に達し、このとき熱線Ｒｈに流量に対応した電流Ｉｈが流れ、ｂ点の電圧Ｖｏは、Ｉｈ・Ｒ2 で表され、この電圧Ｖｏが流量信号として用いられる。
【０００３】
実公平５−２４１８９号公報に開示される流量計は、熱線として加熱抵抗体を用いて流体の流量を検出する流量センサであって、ホットフイルム素子の一対のリードを空気流路の上流側に近接して覆う一対の塵付着防止部材を設けている。この一対の塵付着防止部材によって空気流の下流側の陰にホットフィルムのリードが位置するため、空気中のオイルや塵はこの塵付着防止部に付着し、リードへの付着を防止する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記実公平６−２３９４２号公報によると、流体を流通する円筒状ハウジングの熱線上流側の内面と熱線下流側の内面とほぼ同一形状にしたと記載されるのみで、熱線の上流側に絞り部を形成する思想についての開示はないし、その示唆もない。
【０００５】
またこの公報に開示される従来例では、熱線の上流側に凸部を有し、この凸部の下流側終端部に段差が形成されるため、この下流側終端部の段差での空気流れの剥離による渦が周期的に発生し、この渦による周期的な流速変動を熱線Ｒｈが検出し、検出出力に不要な周期的変動に伴う誤差を生じやすい。
実公平５−２４１８９号公報に開示される熱線式流量計によると、ホットフィルム素子のリードにオイルや塵が付着するのを効果的に防止するために一対の塵付着防止部材を設けている。このものでは、塵付着防止の課題を解決する思想を具現化したもので、塵の堆積によるホットフィルム素子の放熱特性変化を回避し、空気流量の測定精度を安定化する。この公報に開示される思想と具現化された構造とについては、空気流れの乱れを防止することによる出力変化を低減する思想の開示はないため、本発明の思想と相違する。
【０００６】
近年、内燃機関の吸入空気量を測定する方法として熱式エアフローメータ、たとえば熱線式流量計を用いるものが知られている。この熱線式流量計は、吸入空気の質量を直接的に検出できる利点がある。また、この流量計のセンシング部は微少で応答が速い発熱抵抗体を用い、流路横断面内の一点での流速を測定することにより管路全体を流れる流量を測定する。このため、センシング部の上流から下流に流れる空気流の乱れが大きいと、流量計出力の変動が大きくなる。この空気の乱れを整流するために各種の整流機構を設けたものが知られている。
【０００７】
一方、内燃機関の出力向上を目的として吸気管圧力損失を低減するため熱式エアフローメータの体格を小型化する要請がある。熱式エアフローメータを小型化すると整流機構の設置が困難になるため、センシング部が空気の乱れの影響を受けやすい。空気の乱れの影響を受けやすいと流量計出力の変動が大きくなるため、内燃機関の排ガス中のエミッションに悪影響を与える。
【０００８】
本発明の目的は、センシング部の整流機構の設置と測定装置本体の小型化を両立するようにした空気流量測定装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、熱式センシング部の出力変動を抑えることと小型化を両立した空気流量測定装置を提供することを目的とする。
本発明の別の目的は、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ようにした空気流量測定装置を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、内燃機関の始動時の初期から適正な空気流量測定を可能にした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】
本発明の請求項１記載の空気流量測定装置によると、バイパス通路に絞り部が設けられ、流量測定素子が設けられる。そして、この流量測定素子を支持する支持部材は、絞り部の下流側で空気流れの陰の位置に設けられる。これにより、絞り部により整流された空気の流れ中に流量測定素子がさらされているため、空気流の乱れの発生しにくい環境で安定した流量測定が行える。空気流れ中の汚れが支持部材に付着し難いので、流量測定素子の出力を高精度に維持できる。
【００１１】
本発明の請求項２記載の空気流量測定装置によると、バイパス通路がＵ字状であるからバイパス通路長に対し相対的に小型化できる。入口側バイパス通路に絞り部が設けられるため、入口側バイパス通路に位置する感度の良い領域で流量測定できる。
本発明の請求項３記載の空気流量測定装置によると、絞り部により整流された空気の流れ中に流量測定素子がさらされているため、空気流の乱れの発生しにくい環境で安定した流量測定が行える。空気流れ中の汚れが支持部材に付着し難いので、流量測定素子の出力を高精度に維持できる。また、バイパス通路がＵ字状であるからバイパス通路長に対し相対的に小型化できる。入口側バイパス通路に絞り部が設けられるため、入口側バイパス通路に位置する感度の良い領域で流量測定できる。
【００１２】
本発明の請求項４記載の空気流量測定装置によると、横断面形状が角形のバイパス通路の一部に形成される絞り部は、空気流れ方向に対し絞り部始端から絞り部終端まで両側壁に形成され、また支持部材は絞り部終端の出口側に絞り部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、バイパス通路の絞り部を流れる空気流が直接的に支持部材に当たらないので、空気の乱れが発生しにくいので、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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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を図１〜図５に示す。
エアフローメータ２は、図５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８および回路モジュール部９から構成されている。
【００１４】
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１１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の内部の空気通路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通路３と平行に位置する。
【００１５】
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、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５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。
【００１６】
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る。絞り部２０は、絞り部始端２５から絞り部終端２６に至る間に通路中央に向かって凸状に形成される、これにより、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。
【００１７】
絞り部出口側空間部２１は、絞り部終端２６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。
【００１８】
センシング部８は、前述の絞り部出口側空間部２１に設けられている。センシング部８は、４本の支持部材２７、２８、２９、３０と、流量測定素子としての発熱素子３１および感温素子３２とからなる。発熱素子３１の両端は、支持部材２７と２８の自由端に支持され、感温素子３２の両端は、支持部材２９と３０の自由端に支持されている。支持部材２７、２８、２９、３０の固定端は取付部７の内壁に固定されている。発熱素子３１は、入口側バイパス通路１７の感温素子３２よりもわずかに上流側に位置し逆Ｕ字状の曲がり部の内側に位置している。発熱素子３１と感温素子３２は、いずれも絞り部２０の絞り部終端２６よりも下流側に位置している。また、支持部材２７、２８、２９、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２６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。この最も安定した状態つまり空気流の乱れが発生し難い環境に発熱素子３１と感温素子３２とが配置されている。
【００１９】
回路モジュール部９は、回路部と、空気通路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３７、コネクタ３６およびカバー３８を有する。回路部は、発熱素子３１および感温素子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。
【００２０】
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。入口側バイパス通路１７に流入した空気は、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が発生する。この負圧により出口側バイパス通路１８の空気が吸引され、バイパス通路１４を流れる空気の流速が速くなる。そして、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。
【００２１】
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。この整流された空気流れの環境に発熱素子３１および感温素子３２がさらされている。絞り部２０によって形成される空気通路の極下流にセンシング部８を配置することにより、空気流れが乱れるより前に流量検出を行える。
【００２２】
本実施例によると、絞り部２０により流れが増速されるため、流量測定精度がさらに高められる。また入口側バイパス通路１７の絞り部出口側空間部２１内の空気の流れの安定した最適環境に発熱素子３１と感温素子３２が配置され、しかも、空気流量の少ないときから多いときまでの幅広い空気流量の範囲において安定した空気流れ環境に発熱素子３１および感温素子３２がさらされているため、絞り部２０で整流された流れの中で流量測定精度を高めることができる。
【００２３】
（実験例）
次に、本発明の実施例によるエアフローメータの出力変動幅についての空気流量依存性について調査した。実験の条件は次のとおりである。
絞り比  =   絞り部の最少面積／絞り部より上流のバイパス通路面積
実験例１として、この絞り比の値を固定し、そのときの空気流量と出力変動幅の関係を実験した。また、実験例２として、絞り比を変化させ、そのときの空気流量と出力変動幅の関係を実験した。
【００２４】
実験結果は図６に示す通りである。
図６に示すように、空気流量が中間流量域たとえば１０〜３０ｇ／ｓの範囲においては出力変動幅がどの絞り比においても相対的に大きいことがわかる。
また、一般に空気流量が１０ｇ／ｓ以下の微少流量域においては、どの絞り比においても空気流量が少ないほど出力変動幅は小さいことがわかる。
【００２５】
図６に示すグラフから理解されるように、絞り比が０．７以下のときには、出力変動幅が空気流量の小流量域から大流量域までのほぼ全域にわたり相対的に出力変動幅が最大値が小さいため、バイパス流路の絞り部を形成したことによる流量検出信号の出力が安定するという効果が得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるエアフローメータの斜視図である。
【図２】図１に示す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３】図１に示すエアフローメータの図２とは異なる方向から見た部分切欠側面図である。
【図４】図１に示すエアフローメータの底面図である。
【図５】本発明の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６】本発明の実施例によるエアフローメータの空気流量と出力変動幅の関係を示すデータ図である。
【符号の説明】
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
８      センシング部（流量測定素子）
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      絞り部
２１      絞り部出口側空間部
２３      上端
２５      絞り部始端（絞り部）
２６      絞り部終端（絞り部）
２７、２８、２９、３０    支持部材
３１      発熱素子（流量測定素子）
３２      感温素子（流量測定素子）
【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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