JPH0241688B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の空気流量測定装置に関し、
特に、熱線式空気流量計により内燃機関の空気通
路を通る吸入空気量を測定する空気流量測定装置
に関する。

従来、内燃機関の吸入空気量を測定するため種
種の方式が用いられているが、その中で、熱線式
空気流量計を用いる方式は一般的に応答性が良く
かつ空気の質量流量が測定できるので、気圧補正
を必要としない等の理由で広く用いられている。
これについては特公昭49−48893号、特開昭47−
19227号、および特開昭51−64134号に記載され公
知となつている。

しかし、熱線式空気流量計を用いた流量測定装
置では、応答性を良くするためにその熱容量を小
さくしなければならず、検知部が微細な構造とな
り耐久性に劣るという欠点があつた。特に、内燃
機関が不調であるときに生ずるバツクフアイアー
によつて基本的な損傷を受け易いという欠点があ
つた。また、バツクフアイアー時だけでなく、エ
ンジンの回転により脈動が激しい時には給気が逆
流する場合があり、一方、熱線式空気流量計の性
質として逆流の場合も整流と同様に出力するの
で、このような逆流が生じる場合には実際の吸入
空気量よりも多い値を検知しこれに基づいた信号
を出力するので、測定値が不正確になるという欠
点もあつた。

本発明の目的は以上のような従来技術の欠点を
解消し、内燃機関の運転状態のいかんにかかわら
ず安定した高精度な測定を行いうる内燃機関の空
気流量測定装置を提供することである。特に、内
燃機関の吸入空気流が伴う場合の測定精度を向上
させた空気流量測定装置を提供することに主目的
がある。

すなわち、本発明によれば、内燃機関の給気通
路を通る吸入空気量を測定する空気流量測定装置
において、給気通路を横切る方向に突出するよう
取付けられた流速測定管の上流側側面に空気取入
口を設けるとともに下流側側面に空気出口を設
け、前記流速測定管内を長さ方向に延在する仕切
壁により前記空気取入口から前記空気出口へ通じ
る空気通路を形成し、該空気通路内に設置された
流速測定用抵抗体を有する熱線式流量計を設ける
ことを特徴とする内燃機関の空気流量測定装置が
提供される。

以下図面を参照して本発明の作動原理および各
種の好的実施例について説明する。

第１図は本発明の作動原理の説明図である。

第１図において、主空気通路である給気通路１
にバイパス路（バイパス空気通路）２０を形成
し、該バイパス路内に熱線式流量計の流速測定用
抵抗体６を設置する形式の空気流量測定装置にお
いて、内燃機関の吸入空気流が逆流する場合の前
記バイパス路２０内の空気の流れは次のようにな
る。なお、第１図中の矢印Ｘは逆流時の空気の流
れ方向を示す。

第１図において給気通路１内の空気の流れを非
圧縮性の一次元流と仮定し、その摩擦損失を無視
すると次のような関係式が得られる。

∂u／∂t＋ｕ∂u／∂x＝−１／ｐ∂p／∂x …(1) ∂／∂x（u_A）＝０ …(2) ここで、Ａは通路断面積、ｕは空気流速、ｐは
圧力、ρは空気密度、ｘは基準点から流れ方向に
沿つた距離、ｔは時間をそれぞれ示し、式(1)は運
動方程式を、式(2)は連続の式を示す。

式(1)を第１図中のバイパス空気通路２０の空気
入口Ａから空気出口Ｂまで積分すると、 p_B（ｔ）−p_A（ｔ）／ρ＝l₁du／dt …(3) となる。ここでl₁は点Ａから点Ｂまでの距離であ
る。

式(3)より、逆流時には点Ｂの圧力は点Ａの圧力
より高くなるため、バイパス空気通路２０内の空
気の流れは矢印Ｙのようになる。この場合、熱線
式空気流量計では逆流の時にも整流の時と同様の
信号が出力されるので、理想的には逆流の時流速
測定用抵抗体（熱線）６が設置されるバイパス空
気通路２０内の空気流速を零にする必要がある。
そのためには、点Ａと点Ｂとの圧力差がほゞ零で
ある必要がある。このことは、式(3)より、点Ａか
ら点Ｂまでの距離l₁を小さくしできるだけ零に近
づけることを意味する。

しかし、逆流時の点Ａと点Ｂとの圧力差を完全
に零にすることは難しい。このため、圧力差があ
つてバイパス空気通路２０内の空気が動かないよ
うにする方法が考えられる。そのためには、バイ
パス空気通路２０内の空気の慣性を大きくすれば
良い。すなわち、バイパス空気通路２０の長さを
ある程度長く確保するか、またはバイパス空気通
路２０内にサージタンクを設けることにより、空
気の慣性を大きくすることができる。

本発明は以上の作動原理を考慮してなされたも
のであり、本発明の特徴は、バイパス空気通路ま
たはこれに相当する空気通路内に熱線式流速計の
流速側定用抵抗体（熱線）を設置するものにおい
て、バイパス空気通路の入口と出口との間の給気
通路１内における直線距離l₁を小さくし、かつ、
該バイパス空気通路内の空気の慣性を所定値以上
に維持することである。

この場合、前記空気通路の途中にサージタンク
室を設ければ、該空気通路内の空気の慣性をいつ
そう大きくすることができる。

以下第２図ないし第１０図を参照して本発明の
各種の実施例を説明する。

第２図および第３図は本発明の内燃機関の空気
流量測定装置の一実施例を示す図である。

第２図において、給気通路１内には上方から矢
印Ｚ方向に空気が流入し下方に位置する内燃機関
へ流入する。なお、内燃機関への空気の供給は図
示の給気通路１の下流側に設置された気化器の絞
り弁（図示せず）を介して行なわれる。

給気通路１の側壁には、通路断面積を小さくし
て空気の流速分布を一様にするためのベンチユリ
２が設けられている。該ベンチユリ２の部分の給
気通路１の壁には、該給気通路を横切る方向に突
出するよう取付けられた流速測定管３が設置され
ている。該流速測定管の上流側側面には空気取入
口４が形成され、下流側端面２は空気出口１０が
形成されている。流速測定管３内は長さ方向に延
在する仕切壁２２により上流側部分および下流側
部分に仕切られており、該仕切壁２２により前記
空気取入口４から前記空気出口１０へ通じる比較
的長い空気通路５が形成されている。

前記空気通路５内部すなわち図示の場合該空気
通路５の右端折返し部は、熱線式空気流量計の流
速測定用抵抗体６および温度補償用抵抗体７が設
置されている。また、空気通路５内の流速測定用
抵抗体６の上流側には整流格子２３が設けられて
いる。なお、符号８は熱線式空気流量計の電子回
路を示し、この電子回路は前記流速測定用抵抗体
６および温度補償用抵抗体７に電気的に接続さ
れ、これらからの信号を受けて空気流量を演算す
る。また、符号９は前記電子回路８をおおう電子
回路カバーを示す。

第２図において、前記空気取入口４には全圧
（動圧＋静圧）は加わるようになつており、前記
空気出口１０は流れに平行な開口面を有し静圧の
みが加わるようになつている。こうすることによ
り、流速測定管３の空気取入口４および空気出口
１０の間には、空気流の動圧のみが作用するよう
に構成されている。また、整流格子２３を設ける
ことにより、空気通路５内の空気流が整流され、
熱線式流量計における測定信号の精度が改善され
ると共に流速測定用の抵抗体６と温度補償用抵抗
体７の破損を防止する効果がある。

以上説明した第２図および第３図に示す実施例
によれば、第１図中に示した距離l₁、第２図にお
ける空気取入口４と空気出口の間隔を最小限にす
ることができ、しかも流速測定管３の上流側に向
けて空気取入口４を設けたので吸入気の動圧のみ
を取り入れることができ、正流成分のみを精度良
く測定できる。さらに、流速測定用抵抗体６と空
気取入口４との間の距離を大きくすることができ
るので、慣性が大きくなり、パルス状の圧力変動
の伝達を吸収したり、又はおくらせて、流速測定
用抵抗体６部分が逆流にならないから、内燃機関
の運転状態のいかんにかかわらず安定した高精度
な流量測定を行なうことができる。特に、内燃機
関への吸入空気流が逆流を伴なう場合でも空気出
口１０が逆流に直面しないので、逆流成分が切り
捨てられ、吸入空気量の測定精度を大幅に向上さ
せることができる。

第４図および第５図は第２図および第３図の空
気通路５内にサージタンク室１１を設けた第二実
施例を示す図である。この実施例はサージタンク
室１１を設けた点のみで第２図および第３図の実
施例と異なり、その他の構造はすべて実質上同じ
である。

サージタンク室１１を設けることにより、空気
通路５内の空気の慣性をさらに増大させることが
でき、もつて、吸入空気流の脈動流の平坦化を行
うことにより流量測定の精度をいつそう向上させ
ることができる。

第６図および第７図は本発明の内燃機関の空気
流量測定装置の第三実施例を示す図である。この
実施例は、第４図および第５図の実施例において
流速測定管３を給気通路１を横切つて反対側壁部
（ベンチユリ２の壁部）内へ延在させ、両端で固
定しその機械的強度の向上が図られている。この
場合、空気取入口４は流速測定管の上流側壁面に
形成され、空気出口１０は給気通路１内の空気流
にほぼ平行な側面に形成されている。図示のごと
く、これら空気取入口および空気出口は給気通路
のほぼ中央部に形成されている。この場合も空気
取入口４には全圧（動圧＋静圧）が作用するが、
空気出口１０には静圧のみが作用するようにされ
ている。

また、測定管３の空取入口４および空気出口１
０の左側部分、すなわち抵抗体６，７の反対側の
空間はサージタンクとしての役目もすることがで
きる。

第６図および第７図の実施例のその他の構造は
第４図および第５図に示した実施例と実質上同じ
であり、対応部分はそれぞれ同一符号で示されて
いる。

第８図および第９図は本発明の内燃機関の空気
流量測定装置の第四実施例を示す図である。この
実施例は第６図および第７図に示した実施例と
は、空気出口１０を流速測定管３の下流側（第８
図中下側）の側面に形成した点で相違しており、
その他の構成は実質上同じである。この実施例に
よれば、空気出口１０の逆流時の動圧が加わるよ
うにされており、このため、空気流の逆流分をさ
し引いた出力を得ることができる。すなわち、逆
流発生時にはこの逆流の影響をとり入れて流速測
定用抵抗体６による流量（正流方向）測定値を現
実の流量値に理想的に近づけることができる。

第８図および第９図の実施例に対して、第２図
ないし第７図に示した実施例では、空気出口１０
には静圧のみを作用させたので逆流発生時にはそ
の影響を阻止し（逆流値を全て零にする）逆流に
よる測定誤差を防止するという効果があつたが、
第８図および第９図の第四実施例では積極的に逆
流の影響をとり入れて正流から逆流分だけさし引
いて理想的に真実の流量を測定しようとするもの
である。

上記の「正流から逆流分だけさし引」の意味を
述べよう。第８図において、仕切壁２２に添つて
設けられた空気通路５は十分な長さがあり、合せ
てサージタンク室１１が併設されているから、通
路内の空気の慣性も十分大きくなつている。従つ
て、空気出口１０にパルス状の逆流が侵入しても
通路内の粘性抵抗と、サージタンク室１１による
圧力波の吸収作用によつて、伝達おくれを生じ、
流速測定用抵抗体６部分においては正流を零にす
る迄にならない。換言すれば、正流から逆流を差
引いた成分が残るようになつている。

従つて、空気取入口４と、空気出口１０との間
隔が極めて短くしたことから逆流の静圧の差が僅
少となり、上記逆流の静圧の差による空気通路５
内の逆流がほとんど無くなる。

流速測定用抵抗体６は、正流と逆流の判別が出
来ない検出端であるから、逆流が侵入したときに
正流が増大した如く検出するので、換言すれば逆
流＝誤差なのである。従つて、誤差原因である上
記逆流が上記検出端に達しないように構成された
のが本願発明である。

そして逆流が吸収作用によつて小さくなつたこ
と、上記空気通路５などの空気の慣性を増大させ
たことと相俟つて精度の良い内燃機関の空気流量
測定装置が出来たのである。

第１０図は以上説明した各種実施例の流速測定
管３の断面形状を例示する図である。第１０図Ａ
は縦長の長方形断面の測定管を使用しその上下に
ほぼ正方形断面の空気通路５を形成する場合を示
し、第１０図Ｂは円形チユーブを使用しこれを仕
切壁２２で上下の半円形断面の空気通路５に仕切
つた例であり、第１０図Ｃは流線形断面の測定管
３を使用して給気通路１内の流れのみだれの防止
を図つたものである。

以上の説明から明らかなごとく、逆流への測定
誤差を防止することができ、もつて精度の高い流
量測定を行ない得る内燃機関の空気流量測定装置
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内燃機関の空気流量測定装置
の作動原理を示す説明図、第２図は本発明の内燃
機関の空気流量測定装置の第一実施例を示す縦断
面図、第３図は第２図中線−から見た端面
図、第４図は本発明の内燃機関の空気流量測定装
置の第二実施例の要部を示す縦断面図、第５図は
第４図中の線−に沿つて見た端面図、第６図
は本発明の内燃機関の空気流量測定装置の第三実
施例の要部を示す縦断面図、第７図は第６図中の
線−に沿つて見た端面図、第８図は本発明の
内燃機関の空気流量測定装置の第四実施例の要部
を示す縦断面図、第９図は第８図中の線−に
沿つて見た端面図、第１０図はバイパス路を構成
する流速測定管の断面形状の３つの例を示す断面
図、 １…給気通路、２…ベンチユリー、３…流速測
定管、４…空気取入口、５…空気通路、６…流速
測定用抵抗体、７…温度補償用抵抗体、１０…空
気出口、１１…サージタンク室、２２…仕切壁、
２３…整流格子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の給気通路を通る吸入空気量を測定
   する空気流量測定装置において、前記給気通路を
   横切る方向に突出するよう流速測定管を設け、こ
   の管の上流側に空気取入口を、下流側に空気出口
   を設け、前記流速測定管内の長さ方向に延在する
   仕切壁により前記空気取入口から前記空気出口へ
   通じる空気通路を形成し、該空気通路内に設置さ
   れた流速測定用抵抗体を有する熱線式流量計を設
   けることを特徴とする内燃機関の空気流量測定装
   置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の空気流量測定装
   置において、前記空気通路内の前記流速測定用抵
   抗体の上流側に整流格子を設けることを特徴とす
   る内燃機関の空気流量測定装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の空
   気流量測定装置において、前記空気通路の途中に
   サージタンク室を設けて該空気通路内の空気の慣
   性を大きくすることを特徴とする内燃機関の空気
   流量測定装置。