JPH11132811A - 空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン始動直後から正確な吸入空気量を測
定することができ、エンジンの始動性および排ガスエミ
ッションを向上することができる空気流量測定装置を提
供する。 【解決手段】 制御回路２２は感温素子２５および発熱
素子２６とそれぞれ２本の支持部材４５および４６を介
して電気的に接続され、支持部材４５および４６はハウ
ジング２１にモールド成形されている。支持部材４５お
よび４６は感温素子２５および発熱素子２６の支持部か
ら制御回路２２の近傍まで延びている。支持部材４５お
よび４６はりん青銅製であり、りん青銅は熱伝導率が８
４Ｗ／ｍＫと高い熱伝導性を有しているので、発熱素子
２６から支持部材４６に伝わる熱は素早く拡散される。
このため、支持部材４６の温度は短時間で安定するの
で、電源投入後の吸入空気量の検出誤差は短時間で低下
し、その後安定する。したがって、エンジンの始動直後
の排ガスエミッションを向上することができる。

Description

【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し、特に内燃
機関の吸入空気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、内燃機関（以下、「内燃機
関」をエンジンという）の吸入空気量を測定する空気流
量測定装置として、熱式空気流量測定装置が知られてい
る。熱式空気流量測定装置は、温度変化に伴い抵抗値が
変化する発熱抵抗体と、この発熱抵抗体が所定温度に達
するまで通電されるように発熱抵抗体と共にブリッジ回
路を構成する温度補償抵抗体とを吸入空気の流れの中に
設置したもので、発熱抵抗体と吸入空気との間の熱伝達
現象による発熱抵抗体の温度変化を発熱抵抗体に流れる
電流値として検出し、この温度変化を補償するに必要な
加熱電流を測定することで吸入空気量を測定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような熱式空気流
量測定装置は、発熱抵抗体が所定温度に達していないと
正常に機能しないので、電源投入時に発熱抵抗体に多大
な電力を供給し、徐々に供給量を低下させながら安定状
態に移行して行くものである。つまり、発熱抵抗体が所
定温度に達していない期間は、熱式空気流量測定装置の
制御回路から出力される信号は異常な値となり、実質的
にエンジンに流入する吸入空気量を正確に測定すること
ができない。このため、熱式空気流量測定装置の吸入空
気量信号に応じて燃料噴射量を制御するエンジンでは、
発熱抵抗体が所定温度に達していない期間にクランキン
グ信号が入力されても異常な吸入空気量信号に基づいて
エンジンを制御することになる。したがって、発熱抵抗
体が所定温度に達していないエンジンの始動時や再始動
時に燃料噴射時間を演算することが不可能となり、燃料
噴射量が過多となる恐れがあった。燃料噴射量が過多と
なると、図７に示すように、エンジンの始動時に燃焼不
良により炭化水素濃度が高くなり、排ガスエミッション
が悪化するという問題があった。

【０００４】そこで、このようなエンジンの始動時に燃
料噴射量が過多となるのを防止するため、特公平３−７
５７４０号公報に開示されるように、電源投入後、所定
の期間が経過するまで出力信号の使用を禁止する方法が
知られている。また特開平７−１９７８３８号公報に
は、出力信号が安定するまで使用を禁止する方法が開示
されており、特許第２５１６０８６号公報には、異常な
出力信号を補正する方法が開示されており、特開平７−
２２４７１２号公報には、エンジン始動に先だって電源
を投入し、エンジン停止後も所定期間通電する方法が開
示されている。

【０００５】しかしながら上記の公報に開示される方法
では、いずれも正確な吸入空気量の測定ができないた
め、エンジン始動直後の排ガスエミッションを改善する
ことはできなかった。また、特公平７−５８２１１号公
報には、空気流量測定装置自体の起動特性を改善する方
法として、発熱抵抗体の構成を改善した空気流量測定装
置が開示されている。しかし、特公平７−５８２１１号
公報に開示される空気流量測定装置では、排ガスエミッ
ションを改善するには至らなかった。

【０００６】さらに、特公平５−２２８５１号公報に
は、電源投入時に供給される電力をより増大させ、出力
信号が安定するまでの時間を短縮した空気流量測定装置
が開示されている。しかし、特公平５−２２８５１号公
報に開示される空気流量測定装置では、電力を増大させ
るための機能が必要となり製造コストを増大させるとい
う問題があった。

【０００７】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、エンジン始動直後から正確な
吸入空気量を測定することができ、エンジンの始動性お
よび排ガスエミッションを向上することができる空気流
量測定装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、支持部材は、流量測定素子
部と回路部とを電気的に接続するとともに流量測定素子
部を支持し、少なくとも発熱素子を支持する部材がステ
ンレス鋼よりも熱伝導性の高い材料から成る。このた
め、発熱素子から発熱素子を支持する部材に伝わった熱
は素早く拡散され、発熱素子を支持する部材の温度は短
時間で安定し、電源投入後の起動特性は改善される。し
たがって、電源投入後のエンジンの制御を正確かつ迅速
に実行し、エンジンの始動性および排ガスエミッション
を向上することができる。

【０００９】本発明の請求項２記載の空気流量測定装置
によると、流量測定素子部を支持する支持部材は流量測
定素子部の支持部から回路部の近傍まで延びているの
で、流量測定素子部の支持部から回路部の近傍までを支
持部材のみの一部材で構成することができる。したがっ
て、支持部材の材料を安価な材料とすることにより、起
動特性の向上とともに安価な空気流量測定装置とするこ
とができる。

【００１０】本発明の請求項３記載の空気流量測定装置
によると、少なくとも発熱素子を支持する部材は、銅合
金、アルミニウム合金および亜鉛合金から選ばれた一種
あるいは二種以上からなる材料から成るので、支持部材
を熱伝導性および耐腐蝕性がともに高く、かつ安価に構
成することができる。したがって、起動特性および耐久
性の向上とともに安価な空気流量測定装置とすることが
できる。

【００１１】本発明の請求項４記載の空気流量測定装置
によると、流量測定素子部がバイパス流路を有するバイ
パス部材内に収容されるので、吸気管に空気流量測定装
置を組付ける際に流量測定素子部が吸気管に接触するこ
とを防止する。したがって、組付けの際に流量測定素子
部が損傷することを防止できる。本発明の請求項５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
形成されるので、バイパス流路の長さを長くすることが
でき、空気流路内の空気流れに生じる脈動の影響をバイ
パス流路で低減することが可能となる。したがって、空
気流量を高精度に検出できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
複数の実施例を図面に基づいて説明する。 （第１実施例）本発明の第１実施例による図１に示す空
気流量測定装置１０をエンジンの吸気管に取付けた例を
図４および図５に示す。

【００１３】空気流量測定装置１０は、回路モジュール
２０およびバイパス部材３０からなり、吸気管１に設け
た取付孔１ａにバイパス部材３０を挿入し、吸気管１に
回路モジュール２０をボルト２９で固定している。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は回路部および
流量測定素子部を有する。この他に回路モジュール２０
は、空気流路２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２７を備えている。回路部は、ハウ
ジング２１、制御回路２２、コネクタ２４およびカバー
２８を有し、流量測定素子部は、感温素子２５および発
熱素子２６を有する。感温素子２５および発熱素子２６
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２２が回路部の樹脂製のハウジング２１内に収
容されている。

【００１４】ハウジング２１は、吸気管１に回路モジュ
ール２０を取付けるための取付部２１ａを有しており、
取付部２１ａは、組付け時にボルト２９を通すための穴
部２１ｂを有している。回路モジュール２０とバイパス
部材３０とは結合してモジュール化されているので、吸
気管１に回路モジュール２０を取り付けることにより、
空気流量測定装置１０が吸気管１に取付けられる。

【００１５】図１に示すように、制御回路２２は感温素
子２５および発熱素子２６とそれぞれ２本の支持部材４
５および４６を介して電気的に接続している。感温素子
２５および発熱素子２６をそれぞれ支持する支持部材４
５および４６はハウジング２１にモールド成形されてい
る。回路モジュール２０の側部には、図示しないワイヤ
ハーネスを接続するためのコネクタ２４が設けられてい
る。コネクタ２４に埋設されたターミナルは制御回路２
２と電気的に接続している。

【００１６】図２に示すように、それぞれの支持部材４
５および４６は一部品で構成されており、感温素子２５
および発熱素子２６の支持部から制御回路２２の近傍ま
で延びている。支持部材４５および４６は、ワイヤボン
ディング等により制御回路２２と接続されている。支持
部材４５および４６はりん青銅の表面にＮｉメッキを施
したものから成る。このため、支持部材４５および４６
は熱伝導性および耐腐蝕性が高く、かつ安価なものとす
ることができる。

【００１７】図３に示すように、感温素子２５は温度補
償抵抗体２５ａとリード線２５ｂとを有しており、発熱
素子２６は発熱抵抗体２６ａとリード線２６ｂとを有し
ている。温度補償抵抗体２５ａおよび発熱抵抗体２６ａ
は、例えば、中空セラミックスの外表面に形成された温
度依存性の加熱抵抗体と、加熱抵抗体を被覆するガラス
とから構成される。リード線２５ｂおよびリード線２６
ｂは、支持部材４５および４６に抵抗溶接等により接合
されており、線径に対して長さが充分にとられているの
で、発熱抵抗体２６ａからリード線２６ｂを伝わって支
持部材４６へ逃げる熱を小さくすることができる。

【００１８】感温素子２５および発熱素子２６は後述す
るバイパス流路３４の曲部３４ａの上流側流路に設置さ
れている。感温素子２５は、発熱素子２６に触れる空気
の温度を測定するため、発熱素子２６の放熱の影響を受
けない範囲で発熱素子２６の近くに設置することが好ま
しい。バイパス部材３０は外管３１と、外管３１と一体
に成形されたベンチュリ管３２とを有する。外管３１お
よびベンチュリ管３２は空気流れに平行に配置されてい
る。ベンチュリ管３２は外管３１の回路モジュール２０
と反対側の底部に位置し、ベンチュリ管３２から回路モ
ジュール２０に向かって隔壁３３が延びている。この隔
壁３３により、バイパス部材３０内にＵ字状のバイパス
流路３４が形成されている。

【００１９】次に、空気流量測定装置１０の作動につい
て説明する。図４に示すように、吸気流路２から外管３
１の吸気入口３１ａに流入した空気は、バイパス流路３
４に向かう流れと、ベンチュリ管３２内のベンチュリ流
路３２ａに向かう流れとに別れる。バイパス流路３４に
流入した空気は、ベンチュリ管３２の下流側でベンチュ
リ流路３２ａを通過した空気と合流し、吸気出口３１ｂ
から空気流路２に流出する。ベンチュリ管３２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３４の空気が吸引されバイパス流路
３４内の空気の流速が速くなる。

【００２０】発熱素子２６に供給する電流値から算出さ
れる発熱素子２６の温度と感温素子２５で検出する空気
温度との差が一定になるように制御回路２２で発熱素子
２６に供給する電流値を制御し、制御回路２２からこの
電流値を流量検出信号として出力する。次に、空気流量
測定装置１０の電源投入後の吸入空気量の検出誤差につ
いて調べた。結果を図６の実線で示す。

【００２１】第１実施例においては、支持部材４５およ
び４６はりん青銅の表面にＮｉメッキを施したものであ
り、りん青銅は熱伝導率が８４Ｗ／ｍＫと高い熱伝導性
を有しているので、発熱素子２６から支持部材４６に伝
わる熱は素早く拡散される。このため、支持部材４６の
温度は短時間で安定するので、図６の実線で示すよう
に、電源投入後の吸入空気量の検出誤差は短時間で低下
し、その後安定する。したがって、エンジンの始動直後
の排ガスエミッションを向上することができる。

【００２２】次に、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４から成る
支持部材を用いた比較例の電源投入後の吸入空気量の検
出誤差を測定した。比較例は、第１実施例と同一構成で
あり、感温素子２５および発熱素子２６を支持する支持
部材の材質のみが第１実施例と異なる。結果を図６の点
線で示す。比較例においては、支持部材はステンレス鋼
ＳＵＳ３０４製であり、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４は熱
伝導率が１６Ｗ／ｍＫと熱伝導性が低いので、発熱素子
から支持部材に伝わる熱は拡散され難い。このため、支
持部材の温度が安定するには時間を要するので、図６の
点線で示すように、電源投入後の吸入空気量の検出誤差
が低下するには時間を要し、なかなか安定しない。した
がって、エンジンの始動直後の排ガスエミッションは悪
化する。

【００２３】第１実施例による空気流量測定装置１０で
は、支持部材４５および４６をりん青銅の表面にＮｉメ
ッキを施したものとしたが、発熱素子２６を支持する支
持部材４６のみをりん青銅の表面にＮｉメッキを施した
ものとし、感温素子２５を支持する支持部材を他の材質
としてもよい。第１実施例では、バイパス流路３４をＵ
字状に形成したが、バイパス流路を例えば直線状に形成
してもよい。また第１実施例では、バイパス流路３４を
有するバイパス部材３０を空気流路２内に配設し、バイ
パス流路３４内に流量測定素子部を配設したが、空気流
路２に直接流量測定素子部を配設してもよい。

【００２４】また第１実施例では、空気流路２内の空気
温度を検出するサーミスタ２７を備えているが、サーミ
スタを設置しない構成としてもよい。 （第２実施例）第２実施例による空気流量測定装置で
は、黄銅の表面にＮｉメッキを施したものから成る支持
部材を用いている。第２実施例は、第１実施例と同一構
成であり、感温素子２５および発熱素子２６を支持する
支持部材の材質のみが第１実施例と異なる。

【００２５】第２実施例の支持部材は黄銅の表面にＮｉ
メッキを施したものであるので、熱伝導性および耐腐蝕
性が高く、かつ安価である。第２実施例の電源投入後の
吸入空気量の検出誤差を測定した結果を図６の二点鎖線
で示す。第２実施例においては、支持部材は黄銅の表面
にＮｉメッキを施したものであり、黄銅は熱伝導率が１
２３Ｗ／ｍＫと第１実施例よりも高い熱伝導性を有して
いるので、発熱素子から支持部材に伝わる熱は第１実施
例よりも素早く拡散される。このため、支持部材の温度
は第１実施例よりも短時間で安定するので、図６の二点
鎖線で示すように、電源投入後の吸入空気量の検出誤差
は第１実施例よりも短時間で低下し、その後安定する。
したがって、エンジンの始動直後の排ガスエミッション
を向上することができる。

【００２６】以上説明した上記複数の実施例では、発熱
素子を支持する支持部材はステンレス鋼よりも熱伝導性
の高い材料から成るので、発熱素子から支持部材に伝わ
った熱は素早く拡散される。このため、支持部材の温度
は短時間で安定し、電源投入後の起動特性は改善され
る。したがって、電源投入後のエンジンの制御を正確か
つ迅速に実行し、エンジンの始動性および排ガスエミッ
ションを向上することができる。

【００２７】さらに、支持部材は感温素子および発熱素
子の支持部から制御回路の近傍まで延びているので、起
動特性の向上とともにさらに安価な空気流量測定装置と
することができる。さらにまた、発熱素子を支持する支
持部材の材料をりん青銅、黄銅等の熱伝導性および耐腐
蝕性が高く、かつ安価な材料とすることにより、起動特
性および耐久性の向上とともに安価な空気流量測定装置
とすることができる。

【００２８】本発明の複数の実施例においては、発熱素
子を支持する支持部材の材料に銅合金を用いたが、本発
明においては、発熱素子を支持する支持部材の材料にア
ルミニウム合金あるいは亜鉛合金を用いてもよいし、銅
合金、アルミニウム合金および亜鉛合金から選ばれた二
種以上からなる複合材料を用いてもよい。

【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】本発明の第１実施例の制御回路、流量測定素子
部および支持部材を示す斜視図である。

【図３】本発明の第１実施例の流量測定素子部および支
持部材を示す正面図である。

【図４】本発明の第１実施例による空気流量測定装置を
吸気管に取付けた状態を示す縦断面図である。

【図５】図４のＶ方向矢視図である。

【図６】本発明の第１実施例、第２実施例および比較例
の電源投入後の時間と吸入空気量の検出誤差との関係を
示すデータ図である。

【図７】従来の空気流量測定装置のエンジン始動後の時
間と排ガス中の炭化水素濃度との関係を示すデータ図で
ある。

【符号の説明】

１ 吸気管 １ａ 取付穴 ２ 空気流路 １０ 空気流量測定装置 ２０ 回路モジュール ２１ ハウジング（回路部） ２２ 制御回路（回路部） ２５ 感温素子 ２５ａ 温度補償抵抗体 ２５ｂ リード線 ２６ 発熱素子 ２６ａ 発熱抵抗体 ２６ｂ リード線 ２７ サーミスタ ３０ バイパス部材 ３２ ベンチュリ管 ３３ 隔壁 ３４ バイパス流路 ４５、４６ 支持部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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、発熱素子を有する流量測定
   素子部と、 前記流量測定素子部と電気的に接続し、流量検出信号を
   出力する制御回路を有する回路部と、 前記流量測定素子部と前記回路部とを電気的に接続する
   とともに前記流量測定素子部を支持し、少なくとも前記
   発熱素子を支持する部材がステンレス鋼よりも熱伝導性
   の高い材料から成る支持部材と、 を備えることを特徴とする空気流量測定装置。
2. 【請求項２】 前記支持部材は、前記流量測定素子部の
   支持部から前記回路部の近傍まで延びていることを特徴
   とする請求項１記載の空気流量測定装置。
3. 【請求項３】 前記少なくとも前記発熱素子を支持する
   部材は、銅合金、アルミニウム合金および亜鉛合金から
   選ばれた一種あるいは二種以上からなる材料から成るこ
   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。
4. 【請求項４】 前記空気流路内に配設されるバイパス部
   材であって、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有するバイパス部材を備え、前記バ
   イパス流路内に前記流量測定素子部を配設することを特
   徴とする請求項１、２または３記載の空気流量測定装
   置。
5. 【請求項５】 前記バイパス流路はＵ字状に形成される
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の空
   気流量測定装置。