JP5338870B2

JP5338870B2 - 空気流量測定装置

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Publication number: JP5338870B2
Application number: JP2011157260A
Authority: JP
Inventors: 昇北原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-07-16
Filing date: 2011-07-16
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2031-07-16
Also published as: US8590368B2; JP2013024611A; US20130014572A1

Description

本発明は、空気の流量を測定する空気流量測定装置に関するものである。

従来から、空気との伝熱を利用して空気の流量を測定する熱式の空気流量測定装置が公知であり、内燃機関への吸気路に配置され、内燃機関に吸入される吸入空気の流量（以下、吸入空気を吸気と呼ぶことがあり、吸入空気の流量を吸気量と呼ぶことがある。）を測定するために利用されている。

すなわち、この空気流量測定装置は、吸気路を流れる吸気の主流の一部を取り込んで吸気量に応じた電気信号を発生するものであり、取り込んだ吸気を通すバイパス流路を形成する筐体と、バイパス流路に収容されて取り込んだ吸気との伝熱により電気信号を発生するセンサとを備える。そして、空気流量測定装置は、吸気主流が通る吸気路に直接的にセンサを配置するのではなく、バイパス流路にセンサを配置することで、吸気路における吸気主流の乱れの影響を低減してばらつきの少ない測定値を出力する。

また、吸気主流には、内燃機関のバルブ開閉に応じて不可避的に脈動が発生するので、吸気量は、脈動の大側ピーク値と脈動の小側ピーク値との間で振動しながら経時変化する。この結果、空気との伝熱により測定値を出力する熱式の測定方法であることに起因して、測定値は真値としての脈動中心値よりも低くなり、マイナス側の誤差が発生してしまう。そこで、空気流量測定装置では、パイパス流路における流路長Ｌ２を、バイパス流路を通らずに吸気路を直進した場合の流路長Ｌ１よりも長くすることで、Ｌ２／Ｌ１の数値に応じた測定値の嵩上げ幅を設定して測定値のマイナス側誤差の解消を図っている。

ところで、マイナス側誤差は吸気量に応じて変動するものであり、吸気量が大きいほどマイナス側誤差が大きくなる。よって、吸気量が特定値であるときに関してマイナス側誤差がゼロになるようにＬ２／Ｌ１を設定しても、例えば、吸気量が特定値から小側に変動するとＬ２／Ｌ１による嵩上げ幅が過大となって、逆にプラス側誤差を含んだ測定値を出力してしまう。

すなわち、熱式の空気流量測定装置により脈動を伴う流れの流量を測定する場合、Ｌ２／Ｌ１の設定によりマイナス側誤差およびプラス側誤差を過不足なく解消できる流量の測定範囲（以下、誤差解消可能範囲と呼ぶ。）から流量が小側に変動すると、測定値にはプラス側誤差が発生してしまう。

なお、特許文献１の空気流量測定装置は、バイパス流路の出口下流側で筐体の外壁面に沿って渦流が発生するのを抑制する構成を備える。すなわち、特許文献１の空気流量測定装置では、筐体の外壁面においてバイパス流路の出口を挟むように、吸気の主流に平行な２本のリブが設けられ、さらに出口の下流側で２本のリブを架橋する蓋が設けられている。これにより、渦流の発生を抑制することで、出口下流側において筐体の外壁面に沿う流れを安定させることができるとしている。
しかし、特許文献１の構成は、渦流の発生を抑制することができても、吸気量の小側への変動に伴うプラス側誤差の発生に対応できるものではない。

独国特許出願公開第１０２００８０４２８０７号明細書

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、熱式の空気流量測定装置により脈動を伴う流れの流量を測定する場合に、流量が誤差解消可能範囲から小側に変動してもプラス側誤差の発生を抑制することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、空気流量測定装置は、内燃機関に吸入される吸入空気の主流が流れる吸気路に配置され、主流の一部を取り込んで主流の流量に応じた電気信号を発生する。また、空気流量測定装置は、取り込んだ吸入空気を通すバイパス流路を形成する筐体と、バイパス流路に収容されて取り込んだ吸入空気との伝熱により電気信号を発生するセンサとを備える。

そして、筐体の外壁面には、バイパス流路の出口が開口する位置よりも主流の下流側に、バイパス流路を通って出口から流出するバイパス通過流と、バイパス流路を通らず筐体の外壁面に沿って主流の方向に流れる外側通過流とを合流させて絞りながら主流の下流側に導く絞りが設けられている。

これにより、メカニズムは定かではないものの、Ｌ２／Ｌ１による嵩上げ幅が、流量の誤差解消可能範囲から小側への変動幅に応じて低減する。このため、熱式の空気流量測定装置により脈動を伴う流れの流量を測定する場合に、流量が誤差解消可能範囲から小側に変動してもプラス側誤差の発生を抑制することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、筐体の外壁面には、出口が開口する位置よりも主流の上流側に、外側通過流を絞りに導く導入路が設けられている。
これにより、流量の小側変動によるプラス側誤差の発生を抑制する効果をさらに高めることができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、導入路は、外側通過流を絞りながら絞りに導く。
これにより、流量の小側変動によるプラス側誤差の発生を抑制する効果をさらに高めることができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４の手段によれば、絞りは、筐体の外壁面から***する２つの線状突起により形成され、筐体の外壁面と２つの線状突起とにより区画される領域で、バイパス通過流と外側通過流とが合流して絞られる。
この手段は、絞りの具体的態様の１つを示すものである。

〔請求項５の手段〕
請求項５の手段によれば、絞りおよび導入路は、出口を挟むように筐体の外壁面から***する２つの線状突起により形成され、筐体の外壁面と２つの線状突起とにより区画される領域の内、出口が開口する位置よりも主流の下流側で、バイパス通過流と外側通過流とが合流して絞られる。
この手段は、絞りや導入路の具体的態様の１つを示すものである。

〔請求項６の手段〕
請求項６の手段によれば、２つの線状突起を架橋して筐体の外壁面に対向する蓋が設けられ、筐体の外壁面、２つの線状突起、および蓋により区画される領域で、バイパス通過流と外側通過流とが合流して絞られる。
この手段は、絞りや導入路の具体的態様の１つを示すものである。

〔請求項７の手段〕
請求項７の手段によれば、絞りは、２つの線状突起が主流の下流側ほど互いに接近するように直線的に傾斜、または曲線状に湾曲することで形成されている。
この手段は、絞りの具体的態様の１つを示すものである。

〔請求項８の手段〕
請求項８の手段によれば、絞りは、蓋が主流の下流側ほど筐体の外壁面に接近するように曲面状に湾曲することで形成されている。
この手段は、絞りの具体的態様の１つを示すものである。

空気流量測定装置の内部を示す断面図である（実施例１）。（ａ）は空気流量測定装置の部分正面図であり、（ｂ）は空気流量測定装置の部分側面図である（実施例１）。空気流量測定装置の部分側面図である（実施例２）。（ａ）は空気流量測定装置の部分側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である（実施例３）。（ａ）は空気流量測定装置の部分側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である（実施例４）。（ａ）は空気流量測定装置の部分側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である（実施例５）。

実施形態１の空気流量測定装置は、内燃機関に吸入される吸入空気の主流が流れる吸気路に配置され、主流の一部を取り込んで主流の流量に応じた電気信号を発生する。また、空気流量測定装置は、取り込んだ吸入空気を通すバイパス流路を形成する筐体と、バイパス流路に収容されて取り込んだ吸入空気との伝熱により電気信号を発生するセンサとを備える。

また、筐体の外壁面には、出口が開口する位置よりも主流の上流側に、外側通過流を絞りに導く導入路が設けられている。
さらに、導入路は、外側通過流を絞りながら絞りに導く。

ここで、絞りおよび導入路は、出口を挟むように筐体の外壁面から***する２つの線状突起により形成され、筐体の外壁面と２つの線状突起とにより区画される領域の内、出口が開口する位置よりも主流の下流側で、バイパス通過流と外側通過流とが合流して絞られる。
また、絞りは、２つの線状突起が主流の下流側ほど互いに接近するように直線的に傾斜、または曲線状に湾曲することで形成されている。

実施形態２の空気流量測定装置によれば、２つの線状突起を架橋して筐体の外壁面に対向する蓋が設けられ、筐体の外壁面、２つの線状突起、および蓋により区画される領域で、バイパス通過流と外側通過流とが合流して絞られる。
実施形態３の空気流量測定装置によれば、絞りは、蓋が主流の下流側ほど筐体の外壁面に接近するように曲面状に湾曲することで形成されている。

〔実施例１の構成〕
実施例１の空気流量測定装置１の構成を、図１および図２を用いて説明する。
空気流量測定装置１は、空気との伝熱を利用して空気流量を測定するものであり、例えば、内燃機関（図示せず）への吸気路２に配置され、内燃機関に吸入される吸気の流量（吸気量）を測定するために利用されている。

すなわち、空気流量測定装置１は、吸気路２に配置され、吸気主流の一部を取り込んで吸気量に応じた電気信号を発生するものであり、取り込んだ吸気を通すバイパス流路４を形成する筐体５と、バイパス流路４に収容されて取り込んだ吸気との伝熱により電気信号を発生するセンサチップ６とを備える。
なお、センサチップ６で発生した電気信号は、所定の処理が施されて空気流量測定装置１の外部の電子制御装置（図示せず）に出力され、例えば、燃料噴射制御等の各種の制御処理に利用される。

また、バイパス流路４は、吸気路２に対し吸気主流の上流側に向かって開口する吸気の入口８と、吸気路２に対し吸気主流の下流側に向かって開口する吸気の出口９と、入口８から直線的に伸び、吸気路２における吸気主流と同じ方向に向かって吸気を直進させる直進路１０と、直進路１０を直進してきた吸気を周回させて出口９に向かわせる周回路１１とを有する。これにより、バイパス流路４の流路長Ｌ２は、バイパス流路４に取り込まれず吸気路２を直進した場合の流路長Ｌ１よりも長くなる。

なお、直進路１０には、ダストを排出するためのダスト排出路１２が直線的に接続しており、ダスト排出路１２の下流端は、吸気路２に対し吸気主流の下流側に向かって開口するダスト排出口１３をなす。
また、センサチップ６は、周回路１１の最も奥側であって直進路１０から最も遠い位置に突出している。そして、周回路１１は下流側で２つに分岐しており、出口９は２つ設けられている。なお、周回路１１においてセンサチップ６が配置される位置では、空気の流れは、直進路１０における流れや吸気路２における吸気主流の流れとは逆向きである。

以上により、空気流量測定装置１は、吸気主流が通る吸気路２に直接的にセンサチップ６を配置するのではなく、バイパス流路４にセンサチップ６を配置することで、吸気路２における吸気主流の乱れの影響を直接的に受けることなく、ばらつきの少ない測定値を出力している。また、空気流量測定装置１は、周回路１１等を設けて流路長Ｌ２を流路長Ｌ１よりも長くすることで、Ｌ２／Ｌ１の数値に応じた測定値の嵩上げ幅を設定して脈動を伴う流れの流量を測定することにより生じる測定値低下の解消を図っている。

〔実施例１の特徴〕
実施例１の空気流量測定装置１の特徴を、図１および図２を用いて説明する。
空気流量測定装置１によれば、筐体５の外壁面には、バイパス流路４の出口９が開口する位置よりも吸気主流の下流側に、バイパス流路４を通って出口９から流出するバイパス通過流と、バイパス流路４を通らず筐体５の外壁面に沿って吸気主流の方向に流れる外側通過流とを合流させて絞りながら吸気主流の下流側に導く絞り１５が設けられている。また、筐体５の外壁面には、出口９が開口する位置よりも吸気主流の上流側に、外側通過流を絞りながら絞り１５に導く導入路１６が設けられている。

ここで、絞り１５および導入路１６は、出口９を挟むように筐体５の外壁面から***する２つの直線状の突起１７、および筐体５の外壁面により形成され、２つの突起１７は、吸気主流の下流側ほど互いに接近するように傾斜している。そして、筐体５の外壁面と２つの突起１７とにより区画される領域の内、出口９が開口する位置よりも吸気主流の下流側の領域が絞り１５として機能し、この領域でバイパス通過流と外側通過流とが合流して絞られる。また、出口９が開口する位置よりも吸気主流の上流側の領域が導入路１６として機能し、この領域で外側通過流が絞られて絞り１５に導かれる。

〔実施例１の効果〕
実施例１の空気流量測定装置１によれば、筐体５の外壁面には、バイパス流路４の出口９が開口する位置よりも吸気主流の下流側に、バイパス流路４を通って出口９から流出するバイパス通過流と、バイパス流路４を通らず筐体５の外壁面に沿って吸気主流の方向に流れる外側通過流とを合流させて絞りながら吸気主流の下流側に導く絞り１５が設けられている。

これにより、メカニズムは定かではないものの、Ｌ２／Ｌ１による嵩上げ幅が、流量の誤差解消可能範囲から小側への変動幅に応じて低減する。このため、熱式の空気流量測定装置１により内燃機関への吸気量を測定する場合に、吸気量が誤差解消可能範囲から小側に変動してもプラス側誤差の発生を抑制することができる。

また、筐体５の外壁面には、出口９が開口する位置よりも吸気主流の上流側に、外側通過流を絞りながら絞り１５に導く導入路１６が設けられている。
これにより、吸気量の小側変動によるプラス側誤差の発生を抑制する効果をさらに高めることができる。

〔実施例２〕
実施例２の空気流量測定装置１によれば、図３に示すように、絞り１５および導入路１６は、筐体５の外壁面、および、出口９を挟むように筐体５の外壁面から***する２つの曲線状の突起１７により形成され、２つの突起１７は、吸気主流の下流側ほど互いに接近するように湾曲している。そして、筐体５の外壁面と２つの突起１７とにより区画される領域の内、出口９が開口する位置よりも吸気主流の下流側の領域が絞り１５として機能し、出口９が開口する位置よりも吸気主流の上流側の領域が導入路１６として機能する。

ここで、２つの突起１７の内、導入路１６をなす上流側の部分は、直線状かつ吸気主流に平行に設けられている。また、絞り１５をなす下流側の部分は、絞り１５の外側に凸状に膨らみながら湾曲して下流側ほど互いに接近している。

〔実施例３〕
実施例３の空気流量測定装置１によれば、図４に示すように、実施例１と同様の２つの突起１７、および、２つの突起１７を架橋して筐体５の外壁面に対向する蓋１９が設けられ、蓋１９は筐体５の外壁面に平行である。そして、筐体５の外壁面、２つの突起１７、および蓋１９により区画される領域の内、出口９が開口する位置よりも吸気主流の下流側の領域が絞り１５として機能し、出口９が開口する位置よりも吸気主流の上流側の領域が導入路１６として機能する。

〔実施例４〕
実施例４の空気流量測定装置１によれば、図５に示すように、実施例２と同様の２つの突起１７、および、２つの突起１７を架橋して筐体５の外壁面に対向する蓋１９が設けられ、蓋１９は筐体５の外壁面に平行である。そして、筐体５の外壁面、２つの突起１７、および蓋１９により区画される領域の内、出口９が開口する位置よりも吸気主流の下流側の領域が絞り１５として機能し、出口９が開口する位置よりも吸気主流の上流側の領域が導入路１６として機能する。

〔実施例５〕
実施例５の空気流量測定装置１によれば、図６に示すように、吸気主流に平行な２つの突起１７、および、２つの突起１７を架橋して筐体５の外壁面に対向する蓋１９が設けられている。ここで、蓋１９は、出口９が開口する位置よりも下流側の部分において、下流側ほど筐体５の外壁面に接近するように曲面状に湾曲している。

これにより、筐体５の外壁面、２つの突起１７、および蓋１９により区画される領域の内、出口９が開口する位置よりも吸気主流の下流側の領域が絞り１５として機能し、出口９が開口する位置よりも吸気主流の上流側の領域が導入路１６として機能する。また、蓋１９の内、絞り１５をなす下流側の部分は、絞り１５の外側に凸状に膨らみながら湾曲して下流側ほど筐体５の外壁面に接近している。

〔変形例〕
空気流量測定装置１の態様は、実施例１〜５に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例１〜５の空気流量測定装置１によれば、絞り１５の上流側に導入路１６が設けられていたが、例えば、２つの突起１７を、出口９が開口する位置よりも上流側にのみ設けることで、導入路１６を形成せずに絞り１５のみを形成してもよい。

また、実施例３〜５の空気流量測定装置１によれば、蓋１９は、それぞれの２つの突起１７を吸気主流の方向に関して全範囲で架橋していたが、例えば、２つの突起１７を、出口９が開口する位置よりも上流側のみで架橋するように蓋１９を設けてもよい。
さらに、実施例１〜５の空気流量測定装置１は、吸気量を検出するためのセンサをセンサチップ６により構成していたが、センサチップ６に替えて、例えば、白金線を巻回したボビンによりセンサを構成してもよい。

１空気流量測定装置
２吸気路
４バイパス流路
５筐体
６センサチップ（センサ）
９出口
１５絞り
１６導入路
１７突起（線状突起）
１９蓋

Claims

内燃機関に吸入される吸入空気の主流が流れる吸気路に配置され、前記主流の一部を取り込んで前記主流の流量に応じた電気信号を発生する空気流量測定装置において、
取り込んだ吸入空気を通すバイパス流路を形成する筐体と、
前記バイパス流路に収容されて取り込んだ吸入空気との伝熱により電気信号を発生するセンサとを備え、
前記筐体の外壁面には、前記バイパス流路の出口が開口する位置よりも前記主流の下流側に、前記バイパス流路を通って前記出口から流出するバイパス通過流と、前記バイパス流路を通らず前記筐体の外壁面に沿って前記主流の方向に流れる外側通過流とを合流させて絞りながら前記主流の下流側に導く絞りが設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
請求項１に記載の空気流量測定装置において、
前記筐体の外壁面には、前記出口が開口する位置よりも前記主流の上流側に、前記外側通過流を前記絞りに導く導入路が設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
請求項２に記載の空気流量測定装置において、
前記導入路は、前記外側通過流を絞りながら前記絞りに導くことを特徴とする空気流量測定装置。
請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の空気流量測定装置において、
前記絞りは、前記筐体の外壁面から***する２つの線状突起により形成され、
前記筐体の外壁面と前記２つの線状突起とにより区画される領域で、前記バイパス通過流と前記外側通過流とが合流して絞られることを特徴とする空気流量測定装置。
請求項２または請求項３に記載の空気流量測定装置において、
前記絞りおよび前記導入路は、前記出口を挟むように前記筐体の外壁面から***する２つの線状突起により形成され、
前記筐体の外壁面と前記２つの線状突起とにより区画される領域の内、前記出口が開口する位置よりも前記主流の下流側で、前記バイパス通過流と前記外側通過流とが合流して絞られることを特徴とする空気流量測定装置。
請求項４または請求項５に記載の空気流量測定装置において、
前記２つの線状突起を架橋して前記筐体の外壁面に対向する蓋が設けられ、
前記筐体の外壁面、前記２つの線状突起、および前記蓋により区画される領域で、前記バイパス通過流と前記外側通過流とが合流して絞られることを特徴とする空気流量測定装置。
請求項４ないし請求項６の内のいずれか１つに記載の空気流量測定装置において、
前記絞りは、前記２つの線状突起が前記主流の下流側ほど互いに接近するように直線的に傾斜、または曲線状に湾曲することで形成されていることを特徴とする空気流量測定装置。
請求項４ないし請求項７の内のいずれか１つに記載の空気流量測定装置において、
前記２つの線状突起を架橋して前記筐体の外壁面に対向する蓋が設けられ、
前記筐体の外壁面、前記２つの線状突起、および前記蓋により区画される領域で、前記バイパス通過流と前記外側通過流とが合流して絞られ、
前記絞りは、前記蓋が前記主流の下流側ほど前記筐体の外壁面に接近するように曲面状に湾曲することで形成されていることを特徴とする空気流量測定装置。