JPH10281836A - 発熱抵抗式空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】定常流から脈動流、さらに逆流を伴う脈動流と
なる吸入空気の流量を、常に高精度に計測可能とし、耐
汚損性を向上した発熱抵抗式空気流量測定装置を提供す
る。 【解決手段】曲がり部を有する幅空気通路に逆流を導入
する流路を設け、順流時には曲がり副通路として機能
し、逆流時には逆流を計測して演算回路により補正計算
し、常に高精度な空気流量の計測を可能とした。さら
に、発熱抵抗体への逆流の流れ方向と順流の流れ方向が
交差するように逆流導入流路を設け、順流時に発熱抵抗
体の上流側に堆積したダスト等を、逆流により除去し
て、耐汚損性を向上可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発熱抵抗式空気流量
測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明と同様の通路構造を有する従来技
術として、特開平8−114475 号公報に記載の発熱抵抗式
流量測定装置がある。この従来技術は、二つの発熱抵抗
体の放熱量の差から順流か逆流かを判別し、順流流量及
び逆流流量に応じた信号を出力するものであった。本発
明は、発熱抵抗式空気流量測定装置に演算機能を持た
せ、逆流発生時の誤差を補正して出力するものである。

【０００３】また、演算による逆流誤差低減を図った従
来技術としては、例えば特開昭61−213728号等種々の公
知例がある。本発明は、それらの演算を用いて逆流誤差
の低減をするのに適した発熱抵抗式空気流量測定装置の
通路構造に関するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
通路構造に関する従来技術である特開平8−114475 号公
報に記載の発熱抵抗式空気流量測定装置と同様に、定常
流から脈動流、さらに逆流を伴う脈動流のように順方向
と逆方向の流れが混在する場合まで常に空気の流量を適
正に検出することができる発熱抵抗式空気流量測定装置
を提供することにある。

【０００５】さらに、ダストやオイル等の検出素子への
付着量を抑え、汚損による検出誤差を低減した信頼性の
高い発熱抵抗式空気流量測定装置を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、発熱抵抗体の流量検出信号を基に、逆流を伴う脈動
流においても適正な流量信号が得られるように演算回路
により逆流による誤差の補正を行うものであり、下記の
通路構造を形成した。

【０００７】（１）内燃機関の吸気通路を構成する主通
路を流れる空気の一部が流出する副通路を、内部に発熱
抵抗体を設けた第一の流路と、第一の流路に流入した順
方向の流れの大部分が流れる第二の流路と、発熱抵抗体
部分に逆方向の流れを導く第三の流路により形成し、順
方向の流れを計測するのに適した流路形状を第一の流路
と第二の流量で形成し、第三の流路は逆流を導入するの
に適した形状とする。

【０００８】（２）内部に発熱抵抗体を配した副通路に
曲がり部を設け、順流に対する副通路の入口を主通路の
中心軸に対して垂直な面に開口し、順流に対する副通路
の出口を主通路の中心軸に対して平行な面に開口するよ
うに前記第一の流路と第二の流路を形成する。しかし、
主通路に逆流が生じた場合、前記第一の流路と第二の流
路では発熱抵抗体部分に逆流が生じ難いため、逆流を導
入するための第三の流路を設ける。このとき、順流の流
量計測には第一の流路と第二の流路を最適な形状とし、
第三の流路は順流ができるだけ流れないように第１及び
第二の流路と比べ断面積を小さくする、ノズル状とす
る、あるいは順流の動圧を受けない形状とする。

【０００９】（３）上記通路構造において、第三の流路
の断面積を小さくする、流路長を長くとる、ノズル状と
する、あるいは曲がり通路とすることにより、逆流に含
まれるオイルや排気ガス，未燃ガス等が発熱抵抗体部に
流れる量を低減し、発熱抵抗体の汚損を低減する。

【００１０】（４）上記通路構造において、第一の流路
を流れる順流の流れ方向と第三の流路から流出する逆流
の流れ方向が発熱抵抗体部で交差するようにして、発熱
抵抗体に堆積したダスト等の堆積物が互いの流れによっ
て脱落するように第三の流路を形成する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１ない
し図１０により説明する。

【００１２】まず、第一の実施例の横断面図を図１に、
その上流側（左側）から見た斜視図を図２に、さらに、
図２のＡ−Ａ断面図を図３に示す。

【００１３】ターミナル１３がホルダ１９の内部を貫通
するようにターミナル１３をホルダ１９と一体化し、ベ
ース部材７の穴部を通してベース部材７とホルダ１９が
固定される。電子回路８は、発熱抵抗体を加熱制御する
制御回路や各種の補正を行う演算回路等から成り、ベー
ス部材７あるいはホルダ１９の上面に固定され、ターミ
ナル１３とワイヤ等の導電性部材２２を介して電気的に
接続される。また、回路ハウジング９もベース部材７の
上面に固定され、回路ハウジング９の上面はカバー１０
を固定することによって覆われる。

【００１４】一方、ターミナル１３の電子回路８の反対
端部には、発熱抵抗体１及び感温抵抗体２が配置され電
気的に接続固定される。

【００１５】副通路構成部材４には、入口開口面３０
１，流路３０２，直角曲がり３０３，流路３０４，出口
開口面３０５から構成されるＬ字形の流路に加えて、順
方向の流れに対して広がり管路となるノズル状の流路３
０９が発熱抵抗体方向に突出して設けられており、その
最小内径を発熱抵抗体１の受感部の長さとほぼ同じとし
ている。さらに、副通路３内に取り込む空気を広範囲、
特に主通路５の中心付近から導くことを目的とした周囲
に壁を残して堀り込んだ受皿状入口３０６，出口部の流
れを安定化するため両側に壁のある傾斜面３０７とその
傾斜面の先端を出口開口面３０５より下方に出張らせた
出口庇３０８、及びホルダ１９を挿入する穴４０１とホ
ルダ１９との接合面４０２が副通路構成部材４に形成さ
れている。また、副通路３の流路３０２は、発熱抵抗体
１の固定位置を流路３０２の中心よりもベース部材７に
近付く方向として、流路３０９も発熱抵抗体１の設置位
置と同軸状にして直角曲がり部３０３の外側コーナ方向
へずらして順方向の流れが流路３０９を流入し難くして
いる。そのため、流路３０２の流れと垂直な断面中で流
速が比較的速く流れの安定した範囲を発熱抵抗体１の固
定部に持ってくるために、半円形と長方形を合わせた断
面形状とし、受皿状入口３０６の底面と流路３０２の作
るコーナと直角曲がり部３０３の内側コーナの間隔に対
して両コーナをつなぐ流路３０２の内壁と発熱抵抗体１
の間隔が１／２から１（同間隔）となるようにしてい
る。さらに、流路３０４と平行な肉盗み穴４０３を設
け、副通路構成部材４を均肉化しプラスチック成形のひ
けによる形状変化を防止するとともに、材料費及び重量
を低減している。

【００１６】副通路構成部材４は、ホルダ挿入穴４０１
にホルダ１９を差し込み、接合面４０２でホルダ１９と
接着固定される。ここで、ホルダ１９に設けた段差と副
通路構成部材の接合面４０２により溝部４０４が形成さ
れる。この溝部４０４はＯリング２０の装着溝であり、
Ｏリング２０により主通路壁面の挿入穴１４がシールさ
れる。このようにして回路部と副通路及び挿入穴シール
用のＯリングが一体化したモジュールが構成される。

【００１７】これを流量計ボディ６に固定することによ
り、発熱抵抗式空気流量測定装置が完成される。

【００１８】本実施例によれば、内燃機関の吸気通路の
一部となる流量計ボディ６の内部を主通路５として、そ
の主通路５を流れる空気が順流のときには、副通路３の
流路３０２を流れ、発熱抵抗体１の配置部を流れた空気
の大部分が流路３０４を流れて出口開口面３０５から主
通路５の流れと合流する。ここで、流路３０９は順流に
対して広がり管路となるノズル状の流路としており、そ
のノズルの先端は副通路３の曲がり部３０３の内側付近
に開口しているため（順流は曲がり部３０３の外側を主
に流れる）、流路３０９を流れる順流は非常に微量とな
る。従って、順流時には、副通路３は流路３０２と流路
３０４からなる曲がり流路と等価であり、曲がり副通路
の有する脈動流における計測誤差低減，出力ノイズの低
減，耐汚損性向上等の効果を有する。一方、主通路５に
逆流が生じたときには、流路309から逆流が発熱抵抗体
１を配した流路３０２に導入される。従って、発熱抵抗
体１により逆流に応じた信号が得られるため、これを演
算回路により補正計算することが可能となる。さらに、
図４及び図５に示すように、逆流の発熱抵抗体１への流
れ方向１７２は、順流の流れ方向１７１に対して交差す
るように流路３０９が形成されている。このため、順流
により発熱抵抗体１の上流に堆積したダスト等の汚損物
５０は、逆流時に逆流により除去されるため、汚損によ
る計測誤差の低減が図れ、耐汚損性の向上が可能とな
る。

【００１９】次に、本発明の実施例の横断面図を図６
に、そのＢ−Ｂ断面図を図７に、図７のＣ−Ｃ断面拡大
図を図８に示す。

【００２０】発熱抵抗体１の加熱制御を行う制御回路
や、各種の補正等を行う演算回路等に有する電子回路８
は、回路ハウジング９の底面に固定される。回路ハウジ
ング９は、発熱抵抗体１及び感温抵抗体２を接続固定す
るターミナル１３と、外部機器と電気的に接続するため
のコネクタ１１を有し、ターミナル１３とコネクタター
ミナル１２はワイヤ等の導電性部材２２により電子回路
８と電気的に接続され、カバー１０を回路ハウジング９
に接続することにより、電子回路８は覆い隠される。

【００２１】一方、ターミナル１３の電子回路の反対側
端部には発熱抵抗体１及び感温抵抗体２が接続固定さ
れ、副通路構成部材４を発熱抵抗体１及び感温抵抗体２
が流路３０２内に位置するように副通路構成部材４を回
路ハウジング９と一体固定する。

【００２２】副通路構成部材４には、副通路３の入口開
口面３０１，内部に発熱抵抗体１及び感温抵抗体２を配
した流路３０２，発熱抵抗体１の下流のＵ字状に曲がる
曲がり部３０３から再び上流側に戻る形状とした流路３
０４，流路３０４の端部で下側に開口した出口開口面３
０５からなるＵ字形の流路に加えて、流路３０２の発熱
抵抗体１の側面付近で副通路の内部と外部を導通して発
熱抵抗体１に逆流を導く流路３０９が形成されている。

【００２３】流路３０９は、流路３０２の内壁面では発
熱抵抗体１の発熱部断面とほぼ等しい形状の略長方形の
穴状であり、外壁面は下流方向のみテーパ３１０を形成
して、略直角三角形状の断面を持つ流路としている。従
って、流路３０９は、順流時には副通路３の流れ方向と
平行な内壁面に設けられ、流れ方向が短辺となる小さな
長方形開口面から広がり管路となるため、流路３０９を
介して副通路の内部から外部へ流出する空気は微量であ
り、副通路３は流路３０９が無いのとほぼ等価な曲がり
副通路の機能を有する。一方、逆流時には、主通路５の
逆流がテーパ３１０に沿って垂直面３１１より発熱抵抗
体１に向けて副通路内に導入される。このため、発熱抵
抗体１により逆流に応じた信号が得られるため、これを
演算回路により補正計算することが可能である。さら
に、この逆流の発熱抵抗体１に対する流れ方向は順流時
とほぼ垂直に交わるため、順流により発熱抵抗体１の上
流に堆積したダスト等の汚損物５０は、逆流時に除去さ
れ、耐汚損性の向上が可能となる。

【００２４】図９はエンジンルーム内に配置されるエア
クリーナの一部を流量計ボディの替わりとして図１の実
施例に示した空気流量測定装置を装着した状態を示した
ものである。エアクリーナは新規空気を取込むための導
入ダクト２５を有する上流側ケース部材２６と吸気ダク
ト３０とエアクリーナを接続するためのダクト２８を有
する下流側ケース部材２７で空気中のダストを除去する
ためのフィルタ部材２９をはさみ込んで固定する構造で
ある。当然ではあるが空気の順方向の流れは図示矢印の
様に流れ、ダクト２８にはフィルタ２９によりダストが
除去されたクリーンな空気が流れる。ここで、ダクト２
８の一部に発熱抵抗式空気流量測定装置の副空気通路部
を挿入するための挿入穴１４があいており、これをねじ
等を使ってダクト２８とモジュールとを機械的に固定す
る。これにより、主空気通路を構成するボディの代りに
ダクト２８の様なエアクリーナの一部分を使って主空気
通路を構成することが可能となりボディを必要としない
モジュール単体での安価な発熱抵抗式空気流量測定装置
を提供することが可能となる。

【００２５】最後に、図１０を使い電子燃料噴射方式の
内燃機関に本発明を適用した一実施例を示す。

【００２６】エアクリーナ１００から吸入された吸入空
気１０１は、発熱抵抗式空気流量測定装置のボディ１０
２，吸気ダクト１０３，スロットルボディ１０４及び燃
料が供給されるインジェクタ１０５を備えたマニホール
ド１０６を経て、エンジンシリンダ１０７に吸入され
る。一方エンジンシリンダで発生したガス１０８は排気
マニホールド１０９を経て排出される。

【００２７】発熱抵抗式空気流量計の回路モジュール１
１０から出力される空気流量信号，スロットル角度セン
サ１１１から出力されるスロットルバルブ開度信号，排
気マニホールド１０９に設けられた酸素濃度計１１２か
ら出力される酸素濃度信号及びエンジン回転速度計１１
３から出力される回転速度信号を入力するコントロール
ユニット１１４はこれらの信号を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
の値を基にインジェクタ１０５及びアイドルエアコント
ロールバルブ１１５を制御する。

【００２８】ここで、前述のように吸入空気がエアクリ
ーナ１００からエンジンシリンダ１０７に向けて流れて
いれば、本発明のような逆方向の流れを検出する機能を
有する発熱抵抗式空気流量測定装置は不要であるが、ス
ロットルバルブ１１６の開度が大きくなるとエンジンシ
リンダ１０７に吸入される空気が時間的に一定ではなく
断続的であるため吸入空気は脈動流となり、特にその吸
気の脈動周期、すなわちエンジン回転数と吸気系の有す
る固有振動数の共振により脈動流の振幅は非常に大きく
なり逆方向の流れを伴うほどになる。つまり、特定のエ
ンジン回転数でのみ逆流を生じる流れが発生するため、
あらゆるエンジン運転条件でエンジンシリンダ１０７に
吸入される空気流量を正確に測定するためには、本発明
のように順方向と逆方向の流量を検出し、定常流から逆
流を伴う脈動流まで正確に測定可能な発熱抵抗式空気流
量測定装置が必要となる。

【００２９】図１１は、従来の逆方向の流量検出をして
いない発熱抵抗式空気流量測定装置により測定された空
気流量を縦軸にスロットルバルブ下流の圧力を横軸にし
てエンジン回転数をパラメータとして測定した結果を示
したものであり、図１２は本発明の図１〜図３に示した
実施例により同じ測定をした結果を示したものである。

【００３０】

【発明の効果】エンジンシリンダに吸入される空気流量
は点線のようにほぼ直線となるはずだが、従来品では、
脈動流によるマイナス誤差や逆方向流れによる大きなプ
ラス誤差を生じてしまう。一方、開発品では、マイナス
誤差はほとんど無く、プラス誤差も従来の１／１０程度
とすることが可能となる。

【００３１】さらに、内燃機関の運転状態が吸気系に逆
流を伴う脈動流を生じるようになった時に、逆流により
発熱抵抗体に堆積していたダスト等が除去されるため、
ダスト等が多く堆積することが無くなり、汚損による計
測誤差が低減でき、耐汚損性の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す発熱抵抗式空気流量測
定装置の横断面図。

【図２】図１を上流側から見た斜視図。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図。

【図４】図１の発熱抵抗体部の説明図。

【図５】図１の発熱抵抗体部の説明図。

【図６】本発明の他の実施例を示す発熱抵抗式空気流量
測定装置の横断面図。

【図７】図６のＢ−Ｂ断面図。

【図８】図７のＣ−Ｃ断面図。

【図９】本発明の一実施例を示す発熱抵抗式空気流量測
定装置一体エアクリーナの横断面図。

【図１０】本発明を用いた内燃機関の制御系統図。

【図１１】従来の内燃機関の吸入空気流量測定結果の特
性図。

【図１２】本発明の内燃機関の吸入空気流量測定結果の
特性図。

【符号の説明】

１…発熱抵抗体、２…感温抵抗体、３…幅通路、４…幅
通路構成部材、５…主通路、６…流量計ボディ、７…ベ
ース部材、８…電子回路、９…回路ハウジング、１０…
カバー、１１…コネクタ、１３…ターミナル、１４…挿
入穴、１５…取付固定面、１７…順方向流れ方向、１９
…ホルダ、２０…Ｏリング、２１…整流格子、２２…導
電性部材、３０１…入口開口面、３０２，３０４，３０
９…流路、３０３…直角曲がり部、３０５…出口開口
面、３０６…受皿状入口、３０７…傾斜面、３０８…出
口庇、４０１…ホルダ挿入穴、４０２…接合面、４０３
…肉盗み穴、４０４溝部。

フロントページの続き (72)発明者 小林 千尋 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気通路を構成する主通路と、
   内部に発熱抵抗体を配し前記主通路を流れる空気の一部
   が流入する副通路と、前記発熱抵抗体と電気的に接続さ
   れ前記発熱抵抗体の放熱量を基に空気流量に対応した電
   気信号を得る電子回路と、前記電気信号を演算処理して
   補正等を行う演算回路とを有する発熱抵抗式空気流量測
   定装置において、前記副通路は前記発熱抵抗体が内部に
   設けられた第一の流路と、順方向から前記第一の流路に
   流入した空気の大部分が流通する第二の流路と、前記発
   熱抵抗体に逆方向からの空気を導く第三の流路とを有
   し、前記吸気通路に逆流が生じた時の計測誤差を前記演
   算回路で補正することを特徴とする発熱抵抗式空気流量
   測定装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記副通路の前記第一
   の流路は前記主通路の主流方向に対してほぼ平行であ
   り、前記発熱抵抗体の下流での曲がり部から主流方向に
   対してほぼ平行な面に開口した順流出口につながる前記
   第二の流路とによりＬ字形あるいはＵ字形のような曲が
   りのある通路を形成し、前記発熱抵抗体付近の前記副通
   路の内側と前記副通路の外側に連通し、前記主通路に逆
   流が生じた時に前記発熱抵抗体配置部に逆流を導く前記
   第二の流路より断面積の小さな前記第三の流路とからな
   る副通路を形成している発熱抵抗式空気流量測定装置。
3. 【請求項３】請求項２において、前記主通路に逆流が生
   じた時に前記副通路の前記第三の流路を通って前記副通
   路内の前記発熱抵抗体に向けて流出する逆流の流れ方向
   と、前記主通路に順流が流れているときの前記副通路の
   前記第一の流路内の前記発熱抵抗体に向って流れる順流
   の流れ方向が交差するように前記第三の流路を形成した
   発熱抵抗式空気流量測定装置。
4. 【請求項４】請求項３において、前記副通路の第一の流
   路を流れる順流の流れ方向と、前記第三の流路から前記
   発熱抵抗体に向けて流出する逆流の流れ方向が、ほぼ直
   角に交差するように前記第三の流路を形成した発熱抵抗
   式空気流量測定装置。
5. 【請求項５】請求項１，２，３または請求項４におい
   て、前記副通路を構成する部材は、前記電子回路及び前
   記演算回路を内装している回路モジュールと一体化され
   ている発熱抵抗式空気流量測定装置。
6. 【請求項６】請求項５において、前記吸気通路の一部の
   外壁に前記副通路を流体通路内に挿入するための穴を設
   け、前記回路モジュールを固定して使用する発熱抵抗式
   空気流量測定装置。
7. 【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６に記載
   の発熱抵抗式空気流量測定装置を用いて内燃機関の制御
   を行う内燃機関の制御システム。