(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空気流量測定装置であって、
前記空気流路内に配設され、前記空気流路内を流れる空気の一部が流入するバイパス流路を形成するバイパス部材と、
前記バイパス流路内に配設され空気流量を検出するセンサ部と、
前記バイパス流路は前記空気流路の空気流れと交差し前記バイパス流路の空気が流出する下流流路を有し、前記下流流路と連通し前記下流流路の下流側に位置する流出部は、前記空気流路の空気流れの上流側の面と、前記空気流路の空気流れおよび前記下流流路の空気流れと直交する方向で対向する対向面とにより三方を覆われているとともに、前記空気流路の空気流れ方向および前記下流流路の空気流れ方向に開口していることを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項２】
前記バイパス流路は、前記下流流路を含みＵ字状に形成されてい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】
前記バイパス流路の流路長をＬ1 、前記空気流路の空気流れ方向に沿った前記バイパス流路の入口から出口までの長さをＬ2 とすると、４．０≦Ｌ1 ／Ｌ2 ≦５．８であることを特徴とする請求項２記載の空気流量測定装置。
【請求項４】
前記バイパス部材は、前記バイパス流路から空気を吸い出すベンチュリ通路を形成していることを特徴とする請求項１、２または３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、空気流路内にバイパス流路を設け、バイパス流路を流れる空気流量を測定することにより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。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンの空気流路内にセンサ部を配設することにより吸入空気流量を測定し、エンジンに供給する空気量を高精度に制御する空気流量測定装置が知られている。
しかしながら、エンジンの吹き返し等により空気流路内に発生する吸気脈動周波数が高く、かつ脈動の振幅が大きい場合、センサ部の応答遅れ等によって実際の空気流量を正しく測定できないことがある。例えば、センサ部として発熱抵抗体および感温抵抗体を用いる熱式流量測定装置では、抵抗体の放熱量が空気流れの流速の平方根に比例する非線形特性であるから、抵抗体の応答遅れによって実際の流速よりも低い流速を検出することがある。
【０００３】
このような検出誤差を低減するため、特公平６−１７８１０号公報、特開平８−１９３８６３号公報および特開平９−４３０２０号公報に開示されているように、空気流路内にバイパス流路を設け、バイパス流路内に配設したセンサ部によりバイパス流路を流れる空気流量を測定し、バイパス流路の空気流量から主流路である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が知られている。これらバイパス流路を有する空気流量測定装置では、バイパス流路の長さと、空気流路の空気流れ方向に沿ったバイパス流路の入口から出口までの長さとの割合を調整することにより、バイパス流路内の脈動を低減し、空気流量の測定精度を高めることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空気流路とバイパス流路との合流部で互いの空気流れが衝突することによりバイパス流路内の流速が低下するとともにバイパス流路内の空気流れに乱れが生じ、空気流路の空気流量を高精度に測定できないという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、簡単な構成でバイパス流路内の流速低下ならびにバイパス流路内の空気流れの乱れを低減し、高精度に空気流量を測定する空気流量測定装置を提供することにある。
【０００６】
【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、バイパス流路の下流側に位置する流出部は、空気流路の空気流れの上流側の面と、空気流路の空気流れおよび下流流路の空気流れと直交する方向で対向する対向面とにより三方を覆われているとともに、空気流路の空気流れ方向および下流流路の空気流れ方向に開口している。したがって、バイパス流路から流出する空気流れの一部は空気流路の空気流れと合流する前に空気流路の下流側に向けて流出部から徐々に流出しているので、バイパス流路の空気流れと空気流路の空気流れとは緩やかに合流する。これにより、バイパス流路から滑らかに空気が流出し、バイパス流路における空気流れの流速低下および空気流れの乱れを低減するので、空気流路の流量を高精度に測定できる。
【０００７】
本発明の請求項２記載の空気流量測定装置によると、バイパス流路がＵ字状に形成されているので、空気流路からバイパス流路に流入する空気がセンサ部に衝突する前にバイパス部材の内壁に衝突し、付着力のある空気中の異物が内壁に付着して除去される。これにより、空気流路内の異物がセンサ部に直接衝突してセンサ部に付着することを低減するので、センサ部が経時変化することを防止できる。
【０００８】
本発明の請求項３記載の空気流量測定装置によると、バイパス流路の流路長Ｌ1 と、空気流路の空気流れ方向に沿ったバイパス流路の入口から出口までの長さＬ2 との割合（Ｌ1 ／Ｌ2 ）を４．０≦Ｌ1 ／Ｌ2 ≦５．８とすることにより、バイパス流路内に発生する脈動を低減することができる。さらに、Ｌ1 ／Ｌ2 ≦５．８としたことによりバイパス流路の流路長Ｌ1 を所定値以下に抑えている。つまり、Ｕ字状に形成したバイパス流路の下流流路の流路長が所定値以下に抑えられるので、バイパス流路の上流流路から下流流路に向きを変えバイパス流路から流出する空気流れが主流の流れ方向の成分を有する。したがって、バイパス流路から流出する空気は主流と直交して合流せずバイパス流れと主流とが滑らかに合流するので、バイパス流路の空気流れの流速を増加することができる。
【０００９】
本発明の請求項４記載の空気流量測定装置によると、バイパス流路から空気を吸い出すベンチュリ通路を設けることによりバイパス流路の空気流れの流速を高めているので、空気流量を高精度に測定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による空気流量測定装置を図１および図２に示す。図１および図２に示す空気流量測定装置１０は、例えばエンジンの吸気管に取り付けられており、吸気管により形成されている空気流路を流れエンジンに供給される空気量を測定する。
【００１１】
図２に示すように、空気流量測定装置１０は、流量測定部である回路モジュール２０およびバイパス部材３０からなる。回路モジュール２０とバイパス部材３０とは接着または溶着で結合されている。
回路モジュール２０は吸気管の外に突出している回路部２１およびセンサ部を有する。センサ部は、感温抵抗体２２および発熱抵抗体２４を有する。この他に回路モジュール２０は、図１に示すように吸気管内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２６を備えている。
【００１２】
回路部２１内に収容されている図示しない制御回路は、図２に示すように支持部材２３、２５、２７（図１参照）を介して感温抵抗体２２、発熱抵抗体２４およびサーミスタ２６（図１参照）と電気的に接続している。制御回路は、感温抵抗体２２および発熱抵抗体２４への通電を制御するとともに、後述するバイパス流路４０を流れる空気流量に応じて感温抵抗体２２および発熱抵抗体２４で検出した空気流量の検出信号、ならびにサーミスタ２６（図１参照）で検出した空気温度の検出信号をコネクタ２８から出力する。
【００１３】
感温抵抗体２２および発熱抵抗体２４は、バイパス流路４０の上流流路４１と連通流路４３との連通部近傍に配設されている。感温抵抗体２２は、発熱抵抗体２４に触れる空気の温度を測定するため、発熱抵抗体２４の放熱の影響を受けない範囲で発熱抵抗体２４の近くに設置することが好ましい。
発熱抵抗体２４に供給する電流値から算出される発熱抵抗体２４の温度と感温抵抗体２２で検出する空気温度との差が一定になるように回路部２１で発熱抵抗体２４に供給する電流値を制御し、回路部２１からこの電流値を流量検出信号として出力する。
【００１４】
バイパス部材３０は、外管３１と、回路部２１と反対側の外管３１の底部に位置するベンチュリ管３５と、ベンチュリ管３５から回路部２１に向かって延びる隔壁３６とを有し、一体に形成されている。外管３１は、上流壁３２、隔壁３６を挟んで上流壁３２と対向する下流壁３４、上流壁３２と下流壁３４とを連結する一対の側壁３３を有する。側壁３３およびベンチュリ管３５は空気流れに沿って平行に配置されている。両側壁３３の対向面３３ａは空気流路の空気流れおよび下流流路４２の空気流れと直交する方向で対向している。ベンチュリ管３５には空気流路の一部であり主流が流れるベンチュリ流路３５ａが形成されている。
【００１５】
バイパス流路４０は、外管３１の内壁および隔壁３６で形成されており、隔壁３６により上流流路４１と下流流路４２とが仕切られている。バイパス流路４０は、上流流路４１、連通流路４３および下流流路４２によりＵ字状に形成されている。上流流路４１および下流流路４２は空気流路の空気流れと直交する方向に平行に形成されており、連通流路４３により連通している。上流流路４１から下流流路４２に向かう空気流れは、連通流路４３で流れ方向が変わる。入口４４からバイパス流路４０に流入した空気は、上流流路４１、連通流路４３、下流流路４２、下流流路４２の下流側端面に位置するバイパス流路４０の出口４５を通過し、流出部４６から空気流路に流出する。
【００１６】
流出部４６は下流流路４２と連通し下流流路４２の下流側に位置し、両側壁３３の対向面３３ａ、ならびに流出部４６に対し空気流路の上流側の面である隔壁３６の壁面３６ａにより三方を覆われている。また流出部４６は、下流流路４２の空気流れ方向、および空気流路の空気流れ方向に連続して開口しており、この二面からバイパス流路４０を通る空気が流出する。
【００１７】
バイパス流路４０の流路長をＬ1 、空気流路の空気流れ方向に沿ったバイパス流路４０の入口４４から出口４５までの長さをＬ2 とすると、４．０≦Ｌ1 ／Ｌ2 ≦５．８になるように下流壁３４の長さが調整されている。流路長Ｌ1 はバイパス流路４０の中心を通りバイパス流路４０の入口４４から出口４５までの長さ、すなわち上流壁３２の切れ目から下流壁３４の切れ目までの長さを表し、長さＬ2 は空気流路の流れ方向に沿い入口４４の中心から出口４５の中心までの長さを表している。
【００１８】
上流流路４１の流路面積は下流流路４２の流路面積よりも小さいので、上流流路４１を流れる空気流れの流速は下流流路４２を流れる空気流れの流速よりも速い。前述したように、感温抵抗体２２および発熱抵抗体２４は上流流路４１と連通流路４３との連通部近傍、すなわちバイパス流路４０内の流速が速い箇所に配設されているので、感温抵抗体２２および発熱抵抗体２４により高精度に空気流量を検出し、この検出信号に基づいて高精度に空気流量を測定できる。
【００１９】
次に、空気流量測定装置１０の作動について説明する。
図３に示すように、吸気管１に形成された空気流路２からバイパス流路４０に流入した空気は、バイパス流路４０の上流流路４１に向かう流れと、ベンチュリ管３５内のベンチュリ流路３５ａに向かう流れとに別れる。上流流路４１を流れる空気流れは、連通流路４３から下流流路４２に向かう。ベンチュリ管３５の下流側は空気の流速が増加するので負圧が発生する。この負圧によりバイパス流路４０の空気が吸引されバイパス流路４０内の空気の流速が速くなる。
【００２０】
下流流路４２から流出部４６に向かう空気流れの一部は、ベンチュリ管３５の下流側でベンチュリ流路３５ａから流出する主流の空気流れと直接合流し、流出部４６から空気流路２に流出する。また下流流路４２から流出部４６に向かう空気流れの一部は、流出部４６の空気流路２の上流側が隔壁３６により遮られ、流出部４６の空気流路２の下流側が開口しているので、ベンチュリ流路３５ａから流出する空気流れと合流する前に空気流路２の下流側に流出している。
【００２１】
第１実施例と比較するために図４に示す比較例について説明する。比較例は、外管５０の下流壁５１がベンチュリ管３５の上端位置まで延びているので、バイパス流路５２の出口５４は下流流路５３の空気流れ方向だけに開口しており、空気流路の空気流れ方向に開口していない。つまり、（Ｌ1 ／Ｌ2 ）＜（Ｌ3 ／Ｌ2 ）である。
【００２２】
図５に示すように、比較例の出口５４から流出する空気流れの殆どはベンリュリ通路３５ａの下流側の空気流れと直接合流する。したがって、バイパス流路５２から滑らかに空気が流出することが妨げられるので、バイパス流路５２を流れる空気流れの流速が低下するとともに、バイパス流路５２を流れる空気流れに乱れが生じる。
【００２３】
一方第１実施例では、流出部４６は下流流路４２の下流側だけでなく空気流路２の下流側にも開口しているので、主流であるベンチュリ流路３５ａを流れる空気流れと合流する前に、下流壁３４の切れ目から徐々に空気流路２に空気が流出する。したがって、バイパス流路４０の空気流れはベンチュリ流路３５ａおよび空気流路を流れる主流と滑らかに合流するので、図６から判るように、空気流路を流れる空気流量に関係なく第１実施例の方が比較例よりもバイパス流路における空気流れの流速が増加している。図６において流速比とは、バイパス流路５２を流れる比較例の空気流れの流速に対しバイパス流路４０を流れる第１実施例の空気流れの流速の比を表している。
【００２４】
また第１実施例では、４．０≦Ｌ1 ／Ｌ2 ≦５．８を満たすようにＬ1 およびＬ2 を調整することにより、バイパス流路４０内に発生する脈動を低減することができる。さらに、下流流路４２の流路長が所定値以下に制限されるので、上流流路４１から向きを変えて下流流路４２を流れる空気流れはベンチュリ流れと合流する際にベンチュリ流れ方向の成分を有する。これによりバイパス流路４０とベンチュリ流路３５ａとの合流部で互いの空気流れが滑らかに合流し、かつベンチュリ管３５の下流側で発生する負圧によりバイパス流路４０の空気が吸引されるので、空気流路を流れる空気流量が同じであれば図７に示すようにバイパス流路を流れる空気流れの流速が比較例よりも速くなっている。
【００２５】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図８および図９に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
空気流量測定装置１１のバイパス部材６０は外管６１および隔壁６５を有している。外管６１は、上流壁６２、隔壁６５を挟んで上流壁６２と対向する下流壁６４、上流壁６２と下流壁６４とを連結する側壁６３を有する。隔壁６５はバイパス流路７０の上流流路７１と下流流路７２とを仕切っている。
【００２６】
流出部７３は下流流路７２と連通し下流流路７２の下流側に位置し、両側壁６３の対向面６３ａ、ならびに流出部７３に対し空気流路２の上流側に位置する隔壁６５の内壁面６５ａにより三方を覆われている。また流出部７３は、下流流路７６の空気流れ方向、および空気流路２の空気流れ方向に開口しており、この二面からバイパス流路７０を通る空気が流出する。
【００２７】
第２実施例のバイパス部材６０はベンチュリ管を設けていないので、バイパス流路７０の空気流れの流速は第１実施例よりも低下する。しかし、流出部７３からバイパス流路７０の空気が徐々に空気流路２に流出することにより、バイパス流路の空気流れの流速低下および空気流れの乱れを低減している。
以上説明した本発明の実施の形態を示す上記複数の実施例では、バイパス流路の流出部に対し空気流路の上流側が隔壁で遮られ、下流流路の空気流れ方向ならびに空気流路の空気流れ方向に流出部が開口している。したがって、バイパス流路から流出する空気流れは空気流路の空気流れである主流と合流する前に徐々に流出部から流出しているので、主流と滑らかに合流する。これにより、バイパス流路の空気流れの流速低下および空気流れの乱れを低減し、センサ部において高精度に空気流量を検出することができる。
【００２８】
上記複数の実施例では、バイパス流路の断面形状はほぼ四角形状に形成されているが、四角形状に限らず例えば円形状でもよい。
本発明は、内燃機関の空気流量を測定する装置に限定されず、種々の空気流路を流れる空気流量を測定する装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による空気流量測定装置を示す斜視図である。
【図２】第１実施例による空気流量測定装置を示す断面図である。
【図３】（Ａ）は第１実施例の空気流れを示す三次元数値解析シミュレーション図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】第１実施例の比較例による空気流量測定装置を示す断面図である。
【図５】（Ａ）は比較例の空気流れを示す三次元数値解析シミュレーション図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】流量と比較例の流速に対する第１実施例の流速比との関係を示す特性図である。
【図７】バイパス流路の入口から出口までの距離に対するバイパス流路長の割合と、比較例の流速に対する第１実施例の流速比との関係を示す特性図である。
【図８】本発明の第２実施例による空気流量測定装置を示す断面図である。
【図９】図８のIX方向矢視図である。
【符号の説明】
１      吸気管
２      空気流路
１０、１１      空気流量測定装置
２０      回路モジュール
２２      感温抵抗体（センサ部）
２４      発熱抵抗体（センサ部）
２６      サーミスタ
３０      バイパス部材
３１      外管
３３      側壁
３３ａ    対向面
３５      ベンチュリ管
３５ａ    ベンチュリ流路
３６      隔壁
３６ａ    壁面（上流側の面）
４０      バイパス流路
４１      上流流路
４２      下流流路
４３      連通流路
４４      入口
４５      出口
４６      流出部
６０      バイパス部材
６１      外管
７０      バイパス流路
７１      上流流路
７２      下流流路
７３      流出部
【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】
0003758111.tif 000009
【図９】
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