CN101382446A - 安装有发热电阻体式空气流量测定装置的吸气系零件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种将发热电阻体式空气流量测定装置的测定装置的测量空气流量范围扩大的吸气系零件。在主空气通路(155)的比发热电阻体式空气流量测定装置(100)更靠上游一侧设置阻尼部(157)且将低流量测的测量空气流量范围扩大。进而，不经由主空气通路入口(156)而从主空气通路(155)的外侧在阻尼部(157)的下流侧产生流动的剥离的位置上设置导入空气的狭缝(158)，从而防止高流量时的压力损耗的增大且扩大高流量侧的测量空气流量范围。

Description

安装有发热电阻体式空气流量测定装置的吸气系零件

技术领域

本发明涉及一种吸气系零件，该吸气系零件安装有适合内燃机的吸气流量测量用的发热电阻体式的空气流量测定装置。

背景技术

作为内燃机用的流量测定技术，公知的是发热电阻体式空气流量测定装置。其利用发热电阻体获得的热量相对于流入流量的相关关系，能够直接测定在发动机的燃烧控制所需要的质量流量，所以作为汽车的空燃比控制用的流量计而广泛使用(参照专利文献1)。

此外，作为与本发明最接近的现有技术，示出了在吸气管构成部件的发热电阻体式空气流量测定装置的副空气通路上游设置阻尼部的例子(参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开平11—14423号

专利文献2：日本特开平10—073465号

发动机需要的空气流量，在空转的情况下因为转速低所以量少，但在需要发动机功率的高旋转条件下量多。此时，因为安装有发热电阻体式空气流量测定装置的吸气管的截面面积通常为固定的，所以发热电阻体测量的空气流速，在低流量时变低，在高流量时变快。

发热电阻体具有计量向空气的散热量并作为空气流量信号而输出的动作，理论上，即使在微小流量下、接近音速的高流速下，也可以测量空气流量。但实际上，在考虑发热电阻体的测量精度或在空气中含有的灰尘的附着等引起的耐久性时，流量测量范围有限度。即，在微小流速下由于发热电阻体的散热量极其少，因此发热引起的自然对流的影响、或发热电阻体的个体差异等引起的测量误差相对变大，其结果是测量精度下降。此外，在高流速下，灰尘具有的冲击能量大，在发热电阻体上容易附着灰尘。大致上，实际作为发热电阻体式空气流量测定装置而使用的流速范围，认为在0.5m/s～50m/s为适宜。

但是，在近年的汽车业界中，有兼顾车辆的燃料利用率和功率的动向。因此，分别要求改善燃料利用率的低空转转速化引起的低流量化和确保发动机功率用的高流量化。

为应对低流量化，减小设置有发热电阻体的吸气系零件(管道等)的通路面积，即使流量变低也需要确保流速。但是，当吸气系零件的通路面积变小时，在高流量时空气通路的压力损失增大，无法得到为发动机的功率输出所需要的空气流量。

发明内容

本发明的目的在于扩大发热电阻体式空气流量测定装置的测量空气流量范围。

在发热电阻体式空气流量测定装置的情况下，为了降低因逆流引起的测量误差等的目的，需要在由吸气系零件构成的主空气通路内配置副空气通路，在该副空气通路内设置发热电阻体。当在空气通路内设置包括副空气通路及发热电阻体的测量部时，在主空气通路内的空气的流动的有效截面面积极端下降。因此，在主空气通路中的压力损失也极端地增大。

因此，考虑在测量部的上游侧在主空气通路上设置阻尼部构造。由此，利用阻尼部使主空气通路中心部的流动增速，通过在该增速的附近设置副空气通路的入口，由此即使少流量也能够使发热电阻体的散热量增加。

此外，该阻尼部构造在空气流的流动方向上设置在主空气通路的一部分上，配置有测量部的位置上的主空气通路的截面面积，大于设有阻尼部构造的部分上的主空气通路的截面面积。此外，在测量部的设置位置上空气流动的主空气通路的有效截面面积的大小，与在设置有阻尼部构造的部分上空气流动的有效截面面积的大小。由此，在测量部的设置位置上，主空气通路的截面面积不会变狭小，从而能够抑制压力损失的增大。

通过设置上述那样的阻尼部构造，可以扩大发热电阻体式空气流量测定装置的测量空气流量范围。

但是，由于在使流速增速的地方设有测量部，所以该测量部成为障碍物，从而实际上不可能完全地抑制压力损失的增加。为防止这种情况，需要隔开测量部和阻尼部构造的距离。但是，当这样做时，在发热电阻体部的流速下降，失去阻尼部构造的效果，从而使测量空气流量范围扩大的效果也下降。

因此，在本发明中，为抑制该压力损耗的增加，在阻尼部构造的下游产生的剥离部分上形成空气导入通路，该空气导入通路将另外的空气导入，该另外的空气与从设置在阻尼部构造上游侧的主空气通路入口流入的空气不同。该空气导入通路，可以在阻尼部构造的下游侧且测量部的上游侧的主空气通路上，沿其周方向呈狭缝状形成。

通过将与从主空气通路的入口流入的空气不同的其他的空气送入阻尼部构造的下游，在使主空气通路中心部的流速增速的情况下，可以使在主空气通路内流动的空气流量增加。在该空气导入通路流动的空气，在流过阻尼部构造的流量越多、即在阻尼部构造流动的流速越快时，越多地流动。这是因为虽然在阻尼部构造的下游侧在空气流中发生剥离且压力下降，但在流动于阻尼部构造的流量越多时压力越大地下降，由于变大的压力差通过空气导入通路且向在阻尼部构造的下游产生的剥离部导入的空气增加。因此，在空气导入通路流动的空气的量，主空气通路的流量为低流量的状态下变少，在高流量的状态下变多。

发明效果

根据本发明，由于设置阻尼部构造并加快在低流量时的向测量部的空气流速，并在高流量时通过空气导入通路向在阻尼部构造的下游产生的剥离部导入空气，能够向主空气通路中补充空气，所以能够扩大测量空气流量范围。

附图说明

图1是表示本发明的一实施例的空气流量测定装置构成图；

图2是图1的空气流量测定装置的局部放大图；

图3是表示在图1中无狭缝的情况下的图；

图4是表示本发明的其他的实施例的空气流量测定装置构成图；

图5是图4的空气流量测定装置的局部放大图；

图6是代表性的发热电阻体式空气流量测定装置的概略构成的横截面；

图7是从吸入空气流的上游方向看图6的图；

图8是发热电阻体式空气流量测定装置的概略电路构成图；

图9是使用发热电阻体式空气流量测定装置的内燃机的概略***构成图；

图10是表示相对于发热电阻体式空气流量测定装置的流速的输出图表；

图11是表示相对于在改变了发热电阻体式空气流量测定装置的通路径(截面面积)的情况下的流速的输出图表；

图12是表示相对于在本发明品中的流速的输出图表；

图中：

1—机壳构成部件；2—电路基板；3—发热电阻体；4—感温电阻体；5—导电性支承体；6—密封件；7—螺钉部件；10—副空气通路构成部件；14—副空气通路；20—主空气通路构成部件；22—主空气通路；25—副空气通路***孔；51—吸气温度传感器；52—模块；53—机体；54—空气净化器；55、154—管道；56—怠速空气控制阀；57—节流阀角度传感器；58—节流阀体；59—吸气多支管；60—喷射器；61—旋转速度计；62—发动机气缸；63—气体；64—排气多支管；65—氧浓度计；66—控制单元；67—吸入空气；100—发热电阻体式空气流量测定装置；151—肮脏侧壳体；152—洁净侧壳体；153—空气过滤器；155—主空气通路；156—主空气通路入口；157—阻尼部(絞り)；158—狭缝；159—主空气通路入口空气流；160—狭缝部空气流；161—管道内部空气流；170—狭缝用空气过滤器；171—狭缝用空气过滤器的空气流；172—阻尼部。

具体实施方式

以下，关于本发明的实施例进行说明。

(实施例1)

作为吸入空气测量装置的一个例子，对使用了发热电阻体的发热电阻体式空气流量测定装置的工作原理进行说明。图8是发热电阻体式空气流量测定装置的概略构成电路图。

发热电阻体式空气流量测定装置的驱动电路大致分成桥电路和反馈电路。由用于进行吸入空气流量测定的发热电阻体RH、用于补偿吸入空气温度的感温电阻体RC及R10、R11组成桥电路，使用运算放大器OP1并进行反馈，同时为在发热电阻体RH和感温电阻体RC之间保持一定温度差而在发热电阻体RH流过加热电流Ih，输出与空气流量对应的输出信号V2。即，因为在流速快的情况下从发热电阻体RH剥夺的热量多，所以流过的加热电流Ih多。相对于此，在流速慢的情况下从发热电阻体RH获得的热量少，所以流过的加热电流也少。

图6是表示发热电阻体式空气流量计的一个例子的横截面，图7是从其上游侧(左侧)观察的外观图。

作为发热电阻体式空气流量测定装置的构成部件，有内置构成驱动电路的电路基板2的机壳部件1及由非导电性部件形成的副空气通路构成部件10等，在副空气通路构成部件10之中，配置用于检测出空气流量的发热电阻体(RH)3以及用于补偿吸入空气温度的感温电阻体(RC)4，使得它们通过由导电性部件构成的支承体5与电路基板2电连接，将机壳1、电路基板2、副空气通路、发热电阻体3、感温电阻体4制成一体的模块而构成发热电阻体式空气流量测定装置。此外，在构成吸气管路的主空气通路构成部件20的壁面上开设孔(开口)25，通过该孔25从外部***发热电阻体式空气流量测定装置的副空气通路部分，可以用螺钉7等在确保机械强度的情况下固定副空气通路构成部件的壁面和机壳部件1。此外，在副空气通路构成部件10和主空气通路构成部件20之间安装密封件6，从而保持吸气管的内侧和外侧的气密性。

在图9中，表示发热电阻体式空气流量测定装置100适用于电子燃料喷射方式的内燃机的一实施例。从空气净化器54吸入的吸入空气67，经过由主空气通路构成部件20形成的发热电阻体式空气流量测定装置100的机体53(简单地也可以说管道)、吸入管道55、节流阀体58及具有供给燃料的喷射器的吸气多支管59，被吸入到发动机气缸62中。另一方面，在发动机气缸产生的气体63经由排气多支管64被排出。

从发热电阻体式空气流量测定装置100的电路模块52输出的空气流量信号和压力信号，来自温度传感器51的吸入空气温度信号，由节流阀角度传感器57输出的节流阀角度信号，由在排气多支管64上设置的氧浓度计65输出的氧浓度信号，以及由发动机旋转速度计61输出的发动机旋转速度信号等，被输入到控制单元66中。控制单元66对这些信号进行逐次计算并求出最适当的燃料喷射量和怠速空气控制阀56的开度，并使用该值来控制所述喷射器60及怠速空气控制阀56。

其次，关于发热电阻体式空气流量测定装置100的输出，用图10及图11进行说明。

图10是将发热电阻体式空气流量测定装置安装在某主空气通路构成部件20上且相对于流速表示发热电阻体3的输出(散热量)的图。横轴表示流速，纵轴表示发热电阻体3的输出。发热电阻体3的输出相对于流速为4次方的关系，所以是如图所示的非线性的输出。

发热电阻体3在理论上即使在极低流速下、在接近音速的高流速下也可以测量散热量。但是，实际上在作为汽车用等的空气流量计使用的情况下，在其流速范围上有限制。这是因为存在在高流速下灰尘附着向发热电阻体3的顾虑，且存在在低流速下因制造引起的个体差异或自然对流的影响的顾虑。

汽车用的发热电阻体式空气流量测定装置100一般地如图9所示，配置在设置在空气净化器上的空气过滤器153的下游，空气中含有的灰尘在空气过滤器153上被集尘，只有干净的空气才能到达发热电阻体式空气流量测定装置100处。但是，实际上空气过滤器153的集尘能力并不完全，至少数微米程度的灰尘会通过空气过滤器153而到达发热电阻体式空气流量测定装置100。

发热电阻体式空气流量测定装置100的传感部即发热电阻体3采用灰尘难以附着的构造，但在高流速且灰尘冲击的情况下灰尘具有的冲击能量大，从而向发热电阻体3附着的可能性高。因此，在发热电阻体式空气流量测定装置100的测量的最大的空气流速上需要设置限制。

关于最低流速，有两个问题。一个是发热电阻体3的制造差异引起的个体差。例如一般地将发热电阻体3的周围通过玻璃等实施表面涂敷，以使发热电阻体3难以被灰尘附着。对于该表面涂层的厚度，制造上一定会产生偏差，该偏差影响发热电阻体3的散热量。该影响在极低流速的情况下表现显著。

第二个是自然对流造成的影响。因为发热电阻体3为加热体，所以发热电阻体3的周围的空气被加热。因此，在静止的空气中，被加热的空气由于重力的关系，向温度低的上部移动。此外，需要从下部补给移动了的空气的量。因此，在发热电阻体3的周围产生上述的空气流动。一般地说在足够快的流速下，因为成为强制的流动，所以可以忽略该自然对流的影响。但是，在极低流速下不能忽略该自然对流的影响，不只是实际的流速，由于也测量了该自然对流的影响，所以也不能进行正确的空气流量的测量。

如以上的说明，在用于汽车用的发热电阻体式空气流量测定装置100中需要对最低流速和最大流速设置限制。在笔者的经验上，大概该流速范围，最低流速(Umin)约为0.5m/s，最高流速(Umax)约为50m/s。当然，该数值会根据构造或使用环境的不同而有所不同，所以它们为参考的数值。

其次，使用图11对安装有发热电阻体式空气流量测定装置100的主空气通路的管道径和测量流量范围进行说明。流速表示瞬时的速度，但流量表示在单位时间内流动的量，一般地说以流量＝流速×截面面积×时间来表示。

因此，流速和流量由管道径(截面面积)唯一决定。例如，在小管道径和大管道径中流动相同流量的情况下，内部的流速变化。即，在相同流量的情况下，与小管道径相比，在大管道径的情况下流速为低流速。

在汽车的发动机中既有小的发动机容量，也有大的发动机容量，因发动机的容量而在管道中流动的流量也变化。虽然不必说，但一般地发动机容量大的需要高流量，发动机容量小只需要低流量。因此，一般地在容量大的发动机的情况下加大安装发热电阻体式空气流量测定装置100的管道径，在小管道径的情况下缩小管道径并调整所述的发热电阻体的流速范围。

在图11所示的图表中，D1～D3表示安装有发热电阻体式空气流量测定装置100的管道径的大小。D1为表示在发动机容量小的发动机中的流量范围的图表，D2表示中间容量的发动机的流量范围的图表，D3为在大容量的发动机容量中表示发热电阻体3的可以测量的流量范围的图表，一般地使用这样的方法。

在此，单纯地在小管道径的D1的管道中，当要测量到大容量时，能够确保在低流量下的流速，相反在高流量下流速快，发热电阻体容易污损。此外，在高流量下的压力损失变大，即使使发动机在最高转速下旋转，也存在不能得到需要的空气流量的问题。

因此，为了由一个管道径如所要解决的课题中说明的那样从低流量至高流量进行测量，需要构造上的对应策略。

下面，使用图1～图3来具体表示本发明的构造。

图1表示的例子中，在形成成为空气净化器一部分的主空气通路155的管道154上，设置安装发热电阻体式空气流量测定装置100的部分，在其上游设置阻尼部157及阻尼部下游的狭缝158。图1的发热电阻体式空气流量测定装置100的附近的点线四角的内部如图2所示。

空气净化器54在壳体中具有空气过滤器153而构成，其中所述壳体由如下两部分构成，即：主要构成空气过滤器153的上游侧的壳体部分的壳体部件即肮脏侧壳体151以及主要构成空气过滤器153的下游侧的壳体部分的壳体部件即洁净侧壳体152。形成主空气通路入口156的管道部分向洁净侧壳体152的内部突出设置。阻尼部157和狭缝158以位于主空气通路入口156的下游侧的方式，设置在向洁净侧壳体152的内部突出的管道部分上。由此，来自主空气通路入口156的空气流159和来自狭缝158的空气流160都由通过了空气过滤器153的空气形成。此外，狭缝158形成不经由主空气通路入口156而连通主空气通路入口156的下游侧的管道内部和管道外部的空气通路。因此，从狭缝158流入阻尼部157的下游的空气，不经由主空气通路入口156，而被导入主空气通路内。

其次，关于在狭缝158流动的空气流进行说明。在阻尼部157的下游如图3所示，产生压力低的区域并产生剥离漩涡。该剥离漩涡根据流速而改变，当流速越快时越产生显著的剥离漩涡。在此，通过设置狭缝158，形成从压力高的地方向压力低的地方连通的流路。因为空气从压力高处流入低处，所以空气从在空气净化器的洁净侧壳体152的内部突出的管道部分的周围(外侧)向阻尼部157的下流流入。因此，在该狭缝158流动的空气的量在低流量下很少，在高流量下很多地流动。

由此，在低流量下通过阻尼部的效果，某种程度被阻挡了的空气到达发热电阻体式空气流量测定装置100处，因此可以提高低流量时的测量精度。此外，在高流量下由于阻尼部效果流速稍许提高，可以抑制空气在狭缝流动而被施加阻尼部引起的压力损失的增加。实际上，由于管道径、阻尼部径、狭缝的大小、从阻尼部至发热电阻体式空气流量测定装置100的距离，发热电阻体式空气流量测定装置100检测出的流速较大不同，所以需要通过实验等将其最佳化。

结合图12对将本发明的发热电阻体式空气流量测定装置100的测量流量范围进行理想最佳化时的测量空气流量范围进行说明。为测量现有不同的流量范围，需要小管道径D1和大管道径D3，但通过设置阻尼部157和狭缝158，可以由一个管道应对与由管道径D1至D3实现的流量范围接近的范围。

(实施例2)

下面使用图4及图5对其他的实施例进行说明。基本构成与图1相同，但在本实施例中，不使用在图1中使用的向空气净化器的洁净侧壳体152的内部突出的管道。取而代之使用用于净化流入狭缝173的空气的空气过滤器170。与实施例1相同，狭缝173形成不经由主空气通路入口174而连通主空气通路入口174的下游侧的管道内部和管道外部的空气通路，从狭缝173流入阻尼部172的下游的空气，不经由主空气通路入口174，而被导入主空气通路内。

在本实施例中也可以得到与图1相同的效果，但因为需要另外的过滤器，所以与设置向洁净侧壳体152的内部突出的管道的情况比较成本和效果，需要很好地看清选择哪一个。

现在，地球温暖化等关于环境的问题在世界上广泛关注。因此，要求低燃费的车辆。另一方面汽车用户不只将车作为运送人或行李的手段，而是为了享受车的运动本身，从而也需要发动机的功率。目前，这是两种相抵触的事项，但根据本发明的实施例，可以得到兼顾发动机的低燃费和功率的车辆。由此，可以向市场推出有利于地球环境、低燃费且功率性能优异的发动机控制***。

此外，本发明的实施例，作为汽车用的发动机控制为主要的使用用途，并可以利用于柴油发动机或汽油发动机。

Claims (6)

1.一种吸气系零件，其安装发热电阻体式空气流量测定装置，在发热电阻体式空气流量测定装置中流通加热电流而使其发热，并根据向吸入空气的散热来测定空气流量，所述吸气系零件的特征在于，

在安装发热电阻体式空气流量测定装置的吸气管道的比所述发热电阻体式空气流量测定装置更靠上游一侧，设有部分加快在吸气管道内部流动的流速的增速机构，在所述增速机构的下游侧设有使管道内部的压力下降的压力降低机构，

所述吸气系零件设有不经由吸气管道的入口而连通由所述压力降低机构降低了压力的部位和吸气管道外部的连通路。

2.如权利要求1所述的吸气系零件，其特征在于，

所述增速机构及所述压力降低机构，作为吸气管道的通路截面面积局部变小的阻尼部而构成，

所述连通路由在所述阻尼部的下游侧的吸气管道上形成的狭缝状的通路构成。

3.如权利要求2所述的吸气系零件，其特征在于，

在空气净化器的洁净侧壳体内所述吸气管道的一部分作为内部管道存在，在所述内部管道的内侧设置吸气通路的截面面积局部地变小的阻尼部，并且开口有吸气空气流入的狭缝状的通路。

4.如权利要求3所述的吸气系零件，其特征在于，

吸入空气流入的狭缝状的通路在内部管道的内侧的大致全周开口。

5.如权利要求1或者2所述的吸气系零件，其特征在于，

所述连通路的入口侧设置在空气净化器的外侧，在所述连通路的入口侧设有与设置在空气净化器上的空气过滤器不同的过滤器。

6.如权利要求1或者2所述的吸气系零件，其特征在于，

所述连通路的入口侧在空气净化器的内侧且设置于在空气净化器上设置的空气过滤器的下游侧。

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