JPH05340778A - 空気流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】流量計ボディ１の主流路１ｆには、ボディ内壁
面からの突出部１ａ，１ｂが形成してあり、これらによ
り主流路に絞り部１ｃを構成し、絞り部１ｃと二つの発
熱抵抗体２ｃ１，２ｃ２を結んだ線分方向が、絞り部１
ｃの断面の最大幅の方向に並行するように構成する。 【効果】発熱抵抗体が直線上に配置されているために計
測できない、その直線に垂直な方向の偏流が整流でき
る。これにより、発熱抵抗体で計測できる領域の流速も
安定化し、流量計出力の変動も低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発熱抵抗体を用いた空
気流量計に係り、特に、自動車エンジンの吸気系を構成
して、その吸入空気量を検出するのに適する内燃機関用
空気流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関に供給される混合気の空燃比を
理論空燃比に保つことは排気ガスの清浄化、燃費の向上
のために重要である。これらを実現するには内燃機関へ
の燃料供給制御を行う必要がある。このためには、機関
への吸入空気量を正確に計測できる空気流量計が必要で
ある。

【０００３】実用に耐える内燃機関用空気流量計に要求
される条件は、機関ピストンの往復動により生じる偏り
および乱れを含んだ脈動流を１対５０ないし、１対１０
０という広い流量範囲で使用でき、機関のバックファイ
ア等による汚損に対し、耐久性を持ち、かつ、軽量コン
パクトであり、低コストで製造できることである。

【０００４】発熱抵抗体を使った流量計は、内燃機関へ
のマッチングが比較的容易で、出力の信号処理、すなわ
ち、空気流量への換算手続きが簡単である。小型かつ計
測精度が高く、耐久性がある等の利点を持ち、上記の用
途に適している。このような流量計は、発熱抵抗体を熱
線として使い熱線風速計の原理を用いて計測するもので
あり、以下のように動作する。

【０００５】まず、空気流中に電気的に加熱した抵抗体
を置き、その抵抗体をブリッジ回路を構成する抵抗要素
とし、その温度を一定に保つような回路構成を与える。
このとき発熱抵抗体付近の流速変動により、発熱量に変
化を生じた場合の抵抗体両端の電圧の変化から流量を検
知する。

【０００６】ブリッジ回路は、発熱抵抗体の抵抗値を一
定に保つように構成され、熱線素子は抵抗の温度依存性
の大きい白金，ニッケル等を線状，薄膜状に加工し、こ
れを単独にまたはセラミックス，ガラス，ポリイミド樹
脂などのボビンまたは、基板に巻線または接続したもの
が用いられる。内燃機関用空気流量計では、熱線抵抗体
とは独立に温度補償用の非加熱抵抗体が設置され、これ
もブリッジ回路の一抵抗要素を成している。

【０００７】次に、このような流量計が設置される吸気
管路内の計測条件について考える。吸気管路内の流れの
状態に注目すると、流量計の上流側で発生する流れの偏
りが流量計の計測値変動を引き起こすという問題がある
ことがわかる。流量計の上流側吸気配管系は狭いエンジ
ンルーム内に配置されるため、必然的に多数のベンド，
直角な角部をもつ。このため、吸気配管内の空気流もこ
のベンド，角部で遠心力の影響を受けて偏向し、乱れ，
渦を生じ、配管断面内の流速分布も不均一な偏った流れ
（偏流）となる。偏流の形状は、上流側配管系のレイア
ウト、流量計の回転取付け位置の違いにより異なる。偏
流の形状が異なると流量計の発熱抵抗体付近の流速も変
動し、配管内を通過する平均空気流量が一定であるにも
かかわらず、流量計の出力値も変動し、誤差を生じる。
実用に耐える空気流量計は、この出力誤差が規定された
許容値より小さく、出力値は配管内を通過する平均流量
に比例し、安定している必要がある。以降簡単のため
に、出力誤差ということばを上記の偏流によってもたら
される出力値の偏差という意味で使うことにする。

【０００８】出力誤差を低減できる空気流量計として、
実開平1−102724号，実開昭61− 195418号公報などに
記載されているように、複数の発熱抵抗体を吸気配管の
一部をなす主流路内または、主流路に分岐合流する副流
路内に設置したものがある。これらは吸気管路断面内に
複数の発熱抵抗体を設け、その検出値、すなわち、流速
情報を平均化することにより上記の出力誤差を低減しよ
うとするものである。ところで、複数の発熱抵抗体を持
つ空気流量計の場合、上述のような利点を持つ一方、製
造コストが高くなる、耐久性などの信頼性が低くなると
いう欠点を持っており、このことは流量計の量産を考え
た場合、特に問題である。

【０００９】これは発熱抵抗体の個数が増えることによ
り組立て工数が増える、また各発熱抵抗体の故障率が増
える。さらに、複数の発熱抵抗体に加熱電流を供給する
必要があるため、電流供給回路の電気的耐久性を向上し
なければならないなどの問題があるからである。したが
って、量産化を考えた場合、発熱抵抗体を必要以上に多
くすることは得策ではない。したがって、量産向きの流
量計は、図４，図５に示すような二つの発熱抵抗体１１
ｃ１，１１ｃ２を持ったものが現実的である。この例の
ように二つの発熱抵抗体を持つ空気流量計の公知例は、
実開昭62−140324号の図７，図８に記載されている。

【００１０】ところで、二つの発熱抵抗体を使った流量
計の場合、実開平1−102724 号，実開昭61−195418号公
報のような三つの発熱抵抗体を使った流量計にはない問
題がある。これは偏流が発生している配管断面の特定の
回転取付け位置で計測値の変動量が大きくなるという問
題である。特定の回転取付け位置に計測値の変動量が大
きい場所があると、出力値は上流偏流の形状変化に容易
に影響され、変動するおそれがある。前述のように、偏
流の形状は上流側吸気配管系のレイアウトに大きく依存
しているので、これは通常的に起こる問題であり、以下
のような原因による。

【００１１】図４，図５、あるいは実開昭62−140324号
公報の図７，図８のように二つの発熱抵抗体を使った流
量計の場合、あるいは実開平2−71226号公報のように複
数の発熱抵抗体を直線上に配置した流量計の場合には、
実開平1−102724 号，実開昭61−195418号公報のように
三つの発熱抵抗体を平面上に配置した流量計とは異な
り、図５のように発熱抵抗体１１ｃ１，１１ｃ２は必然
的にこれらを結んだ線分ＥＥ′上のような直線上に配置
されることになる。この結果、線分ＥＥ′に垂直なＦ
Ｆ′方向の流速を計測できない。このとき、ＦＦ′方向
に、その流速が配管断面内の平均流速とは大きく異なる
流速域があるとすると、流量計はこの領域の流速情報を
拾うことができないので、他の回転取付け位置に比べ、
出力値が大きく変動してしまう。これは流量計に特定の
出力誤差の大きい位置があることを意味する。そして、
出力誤差の最も大きい回転取付け位置、出力誤差の大き
さ等は偏流の分布により異なり、これは配管系のレイア
ウトに依存する。

【００１２】このような、出力誤差を低減する構造とし
て、図６，図７のように、発熱抵抗体５０ｃ１，５０ｃ
２の設置されている流路壁面付近に、絞り部５０を設け
ることにより、断面付近の偏流を整流するものが考えら
れる。例えば、二つの発熱抵抗体を用いたものではない
が、実開平1−102724 号公報では三つの発熱抵抗体の設
置断面は最狭部となっており、実質的に絞り構造となっ
ている。

【００１３】しかし、このような円形絞りは二つの発熱
抵抗体を持つ流量計のように複数の発熱抵抗体が直線上
に配置された流量計の場合に最適であるとはいえない。
すなわち、図６，図７の円形絞り部５０では、空気はす
べての直径方向に均一に絞られるため、発熱抵抗体５０
ｃ１，５０ｃ２を結んだ線分ＧＧ′方向には整流が十分
行われても、これに垂直なＨＨ′方向の整流は不十分で
あり、上流の流速分布の偏りが大きいと、流量計の出力
誤差が十分低減されないことが起こる。もちろん、絞り
比（絞りの入口断面積の出口断面積に対する比）を十分
大きくとれば整流は行えるが、絞り比を大きくすると圧
損も大きくなり、これは機関出力を下げる原因になり実
用的でない。

【００１４】したがって、圧損が円形絞り以下であり、
かつ、複数の発熱抵抗体を直線上に配置した流量計に適
した絞り構造が必要である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来、複
数の発熱抵抗体をもつ流量計では、発熱抵抗体が直線上
に配置されている場合を考慮していなかった。このた
め、発熱抵抗体付近の通路形状が、流れを整流するのに
適した形状になっていなかった。これにより、整流効果
が十分でなく、流量計の出力誤差が大きいという問題が
あった。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、吸気通路を構成する主流路と、吸入空気
を計測し、直線上に配置された複数の発熱抵抗体よりな
る空気流量計において、複数の発熱抵抗体設置断面を含
む区間に絞りを設け、その絞りの最大幅の方向に複数の
発熱抵抗体を結んだ線分が並行するようにする。

【００１７】

【作用】直線上に配置された複数の発熱抵抗体を含む区
間に絞りを設け、その最大幅の方向に複数の発熱抵抗体
を結んだ線分が並行するようにすることにより、複数の
発熱抵抗体を結んだ線分に垂直な方向の縮流を選択的に
行える。

【００１８】すなわち、線分に垂直な、発熱抵抗体の設
置されていない領域を高い縮流比で縮流することができ
る。これにより、発熱抵抗体の設置されていない部分の
低流速域，高流速域を効果的に整流できる。この結果、
上流側流速の分布状況にかかわらず、出力誤差が小さい
空気流量計を実現できる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の第一の実施例を図１ないし図
３を使って説明する。図１は空気流量計の絞りを含む主
流軸線での断面図、図２は空気流量計のＩ−Ｉ矢視図、
図３は空気流量計の発熱抵抗体を含む主流軸線での断面
図である。図１，図３に示すように以降各図で白抜きの
矢印は空気流を表す。

【００２０】空気は流量計入口１ｄより流入し、整流格
子３,絞り部１ｃ,抵抗体ホルダ２ａ内外付近を通過し、
流量計出口１ｅへ流出する。流量計入口１ｄにはめこま
れている整流格子３は上流側で発生した旋回流を低減す
るためのものである。

【００２１】ダイキャスト一体成型により形成した流量
計ボディ１には、回路モジュール２が、空気漏れを防ぐ
ためのオーリング４を介して挿入され、ねじ止めにより
固定されている。回路モジュール２は計測回路を納めた
回路ケース２ｆと、計測部を成す、発熱抵抗体２ｃ１，
２ｃ２，温度補償用抵抗体２ｄ１を流量計の主流路１ｆ
中に突出させて設置するための抵抗体ホルダ２ａより成
っているが、このように２ｆと２ａを一体化することに
より、流量計全体を組立てやすくできる。抵抗体ホルダ
２ａは抵抗体を主流路中に支持するだけでなく、回路モ
ジュール２を運搬する際や、回路モジュール２を流量計
ボディ１に挿入する際、発熱抵抗体２ｃ１，２ｃ２と温
度補償用抵抗体２ｄ１が衝撃を受けて破損しないように
保護する機能も持っている。

【００２２】抵抗体ホルダ２ａには、スリット状入口２
ｅが形成してあり、その内部には、発熱抵抗体２ｃ１，
２ｃ２に発熱電流を供給するための、電気極性の異なる
ピン２ｂ１,２ｂ２が架橋されている。さらに発熱抵抗
体２ｃ１,２ｃ２はピン２ｂ１，２ｂ２にスポット溶接
により、はしごの横木状に接続，固定してあり、ピン２
ｂ１，２ｂ２は抵抗体の支持体を兼ねている。また、抵
抗体ホルダ２ａ内にはピン２ｂ３，２ｂ４が突出させて
あり、これには温度補償用抵抗体２ｄ１がスポット溶接
により固定してある。

【００２３】本実施例では、発熱抵抗体２ｃ１，２ｃ２
の設置位置は、互いに他方の発熱抵抗体の影響を避ける
ことができ、かつ、各々が独立した流速情報が得られる
ように、絞りの最大幅の中心から、最大幅の二分の一の
距離だけ離してある。

【００２４】流量計ボディ１の主流路１ｆには、ボディ
内壁面からの突出部１ａ，１ｂが形成してあり、これら
により主流路に絞り部１ｃを構成してある。絞りは偏流
を整流するための流体要素として、一般的に使われてい
るが、本実施例の場合には二つの発熱抵抗体が直線上に
配置されていることを考慮して、図２に示すように、絞
り部１ｃと二つの発熱抵抗体２ｃ１，２ｃ２を結んだ線
分ＡＡ′の方向が、絞り部１ｃの横長断面の最大幅Ｂ
Ｂ′の方向に並行するように構成してある。

【００２５】本実施例の場合の絞りの整流効果を考え
る。主流路は図１に示した断面内で、通路幅が減少して
いくため、空気は絞り部を通過するにしたがい、壁から
の抗力を受けて、主としてこの断面内でＡＡ′方向に垂
直なＣＣ′方向を主流路の中心向きに移動する。これに
より主流軸方向の流速が増加し、主にＣＣ′に平行な方
向の流速の偏りを整流できる。この絞り構造では線分Ａ
Ａ′方向の偏流分布を効果的に整流することはできない
が、ＡＡ′方向には、二つの発熱抵抗体が設置してあ
り、計測値の平均化ができるので、流量計全体の偏流に
よる計測誤差は小さくできる。

【００２６】本実施例の場合、縮流を一方向に選択的に
行うだけで良く、円形絞りの場合のように、すべての直
径方向に縮流を行う必要がない。このため、絞りの最小
断面積を円形絞りの場合よりも大きくすることができる
が、絞りの最小断面積は大きいほど圧損は小さい。この
ため結果的に、流量計の出力誤差を所要なレベルに抑え
るのに必要な圧力損失を、円形絞りを使う場合に比べて
小さくすることができる。

【００２７】本発明の第二の実施例を図８ないし図１０
に示す。本実施例の場合、第一の実施例とは異なり、流
量計ボディは流入管５，回路モジュール６，流出管７の
三つの流路要素をねじ止めして組み合わせる。流入管５
と回路モジュール６の間には、旋回流除去のための整流
格子３が組み込んであり、流入管５は整流格子３を回路
モジュール６との間にはさみこんで固定する役目を兼ね
る。回路モジュール６には、主流路に突出する、突出部
６ａ１，突出部６ａ２が形成してあり、これと流入管
５，流出管７を組み合わせることにより、全体として絞
り部６ａを構成している。絞り部６ａは第一の実施例と
同様の整流効果を持つ。本実施例のように、絞り部６ａ
を主流路とは別体に構成し、交換可能とすることによ
り、上流側偏流の流速分布状態に応じて、それを整流す
る最適な絞り形状を選べるようにできる。

【００２８】本実施例の場合、発熱抵抗体６ｃ１がピン
６ｂ１，６ｂ２に、発熱抵抗体6c2がピン６ｂ３，６ｂ
４に、温度補償用抵抗体６ｄ１がピン６ｂ５，６ｂ６に
スポット溶接されていることなど、発熱抵抗体の固定は
第一の実施例と同様であるが、発熱抵抗体６ｃ１，６ｃ
２、温度補償用抵抗体６ｄ１の設置方向が第一の実施例
とは異なる。すなわち、本実施例では発熱抵抗体６ｃ
１，６ｃ２、温度補償用抵抗体６ｄ１の長手方向が、絞
りの最大幅に並行するＤＤ′方向に設置してある。発熱
抵抗体をこのような方向に設置すると、抵抗体のＤＤ′
方向の投影長さが大きくなり、第一の実施例に比べて広
い範囲でＤＤ′方向の流速分布の平均化を行うことがで
きるようになるため、結果として、出力誤差が小さくな
る。

【００２９】本発明の第三の実施例を図１１ないし図１
３に示す。本実施例では、流量計ボディ８，突出部８
ａ，８ｂ，絞り部８ｃの構造，回路モジュール９，抵抗
体ホルダ９ａの外形，温度補償用抵抗体９ｄ１の設置方
法などは第一の実施例と同様であるが発熱抵抗体が異な
っている。

【００３０】本実施例の場合、発熱抵抗体は板状発熱抵
抗体９ｃ１，９ｃ２を抵抗体基板９ｃ上に接続し、さら
にこの抵抗体基板９ｃを抵抗体ホルダ９ａ内に架橋して
保持している。抵抗体基板９ｃの材質には、耐熱性の良
いセラミックス，ガラス，ポリイミド樹脂等を使う。抵
抗体ホルダ９ａは第一の実施例の場合と同様に、発熱抵
抗体９ｃ１，９ｃ２および温度補償用抵抗体９ｄ１を保
護する機能を持っている。

【００３１】本実施例の場合にも板状発熱抵抗体の接続
の方向は、第二の実施例と同様に９ｃ１，９ｃ２の長手
方向が、絞りの最大幅の方向に並行するように取り付け
てある。このため、第二の実施例と同様に流速の平均化
の効果を高めることにより、流量計の出力誤差を小さく
することができる。

【００３２】本発明の第四の実施例を図１４ないし図１
６に示す。本実施例では、流量計ボディの絞り部８ｃの
構造，整流効果などは、第一および第三の実施例と同様
であるが、本実施例の場合、計測部すなわち、抵抗体ホ
ルダ９０ａの構造と構成が異なっている。

【００３３】抵抗体ホルダ９０ａ内には、長方形状の発
熱抵抗体９０ｃ１と、温度補償用抵抗体９０ｄ１が突出
させてあるが、抵抗体ホルダ９０ａは発熱抵抗体９０ｃ
１、温度補償用抵抗体９０ｄ１の支持と保護だけでな
く、発熱抵抗体９０ｃ１付近を流れる空気の整流管路の
働きもする。抵抗体ホルダ９０ａのスリット状入口90e
は、円弧状に形成され、全体としてベルマウス１４ａと
なっているので、ホルダ内通路１４を通過する流れは縮
流され整流できる。

【００３４】本実施例の場合、複数の発熱抵抗体を使わ
ず、単一の発熱抵抗体９０ｃ１を使っているが、９０ｃ
１は長方形状をしているので、複数の発熱抵抗体が直線
上に設置された場合と同様の欠点を持つ。本実施例で
も、これを対策するため、発熱抵抗体９０ｃ１は、その
長手方向が絞り部８ｃの最大幅の方向に並行するように
設置してある。

【００３５】本発明の第五の実施例を図１７ないし図１
９に示す。本実施例は、通路内壁に絞り構造を形成する
ことなく、より簡単な構造で整流効果を行おうとするも
のである。本実施例の場合には、整流を行うために、絞
りを使う代わりに、円形板に楕円形の孔をあけて製作し
たオリフィス板１３を使っており、オリフィス板１３
は、流入管１０と回路モジュール１１の間の整流格子３
の上流側に重ねて設置してある。

【００３６】このように整流格子３をオリフィス板１３
に密着させて設置するのは、Ｖ₁ ，Ｖ₂ の付近に渦が発
生するのを防ぐことにより、圧損を小さくするためであ
る。

【００３７】本実施例の場合にも第一ないし第三の実施
例と同じように、絞りの整流効果を有効に利用して、二
つの発熱抵抗体１１ｃ１，１１ｃ２の平均化効果を高め
るために、発熱抵抗体１１ｃ１，１１ｃ２を結んだ線分
が、楕円形オリフィス孔13ａの長軸方向、すなわち、最
大幅の方向に並行するように設置してある。

【００３８】本実施例の場合、オリフィス構造を用いて
いるので、第一ないし第三の実施例に比べて圧損が、大
きくなるという欠点があるが、オリフィス板１３は比較
的容易に製作でき、交換も簡単なので、上流側の偏流の
分布に応じて整流効果の最適な孔形状または孔寸法のオ
リフィス板を使用できるという利点を持つ。

【００３９】図２０は、本発明の内燃機関用空気流量計
を適用した吸気制御系のシステム構成図である。白抜き
の矢印で示される空気はエアクリーナ１０３内のエアフ
ィルタ１０３ａを通過した後、吸気ベンド管１０４，空
気流量計ボディ１，スロットルボディ１１２，吸気マニ
ホールド１０１を通ってエンジンピストン内に吸入され
る。回路モジュール２は吸気流量に対応した出力をす
る。

【００４０】空気流量計ボディ１の下流側に設置された
スロットルバルブ１１３は、アクセルペダルに連動し、
吸入空気量の制御を行う。スロットルバルブ１１３に取
り付けられたアイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）
バルブ１１４は、スロットルバルブ１１３全閉時におけ
る空気流量の制御を行う。黒い矢印は燃料の流れを示
す。燃料タンク１０５より、燃料噴射ポンプ１０６によ
り吸入された燃料はインジェクタ１０７により吸気マニ
ホールド１０１内に噴射され、空気流量計１を通過して
きた空気に混合し、エンジン１００内に吸入される。

【００４１】コントロールユニット１１０は回路モジュ
ール２の出力、スロットルバルブ１１３の回転角を示す
信号出力、排気マニホールド１１１内に設置された酸素
濃度センサ１０８の出力、機関の回転速度センサ１０９
の信号出力をもとに燃料噴射量、ＩＳＣバルブ開度を演
算する装置であり、この結果をもとにしてインジェクタ
１０７、ＩＳＣバルブ１１４が制御される。

【００４２】

【発明の効果】発熱抵抗体が直線上に配置されているた
めに計測できない、その直線に垂直な方向の偏流が整流
できる。これにより、発熱抵抗体で計測できる領域の流
速も安定化し、流量計出力の変動も低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の空気流量計を絞りを含
む主流軸線で切った断面図。

【図２】本発明の第一の実施例の空気流量計のＩ−Ｉ矢
視図。

【図３】本発明の第一の実施例の空気流量計を発熱抵抗
体を含む主流軸線で切った断面図。

【図４】二つの発熱抵抗体を使った、空気流量計の従来
例を発熱抵抗体を含む主流軸線で切った断面図。

【図５】図４のII−II矢視図。

【図６】二つの発熱抵抗体をもち円形絞りを備えた、空
気流量計の従来例を発熱抵抗体を含む主流軸線で切った
断面図。

【図７】図６のIII−III矢視図。

【図８】本発明の第二の実施例の空気流量計の絞りを含
む主流軸線で切った断面図。

【図９】本発明の第二の実施例の空気流量計のIV−IV矢
視図。

【図１０】図６と垂直な方向の主流軸線で切った断面
図。

【図１１】本発明の第三の実施例の空気流量計を絞りを
含む主流軸線で切った断面図。

【図１２】本発明の第三の実施例の空気流量計のＶ−Ｖ
矢視図。

【図１３】本発明の第三の実施例の空気流量計を発熱抵
抗体を含む主流軸線で切った断面図。

【図１４】本発明の第四の実施例の空気流量計を絞りを
含む主流軸線で切った断面図。

【図１５】本発明の第四の実施例の空気流量計のVI−VI
矢視図。

【図１６】本発明の第四の実施例の空気流量計を発熱抵
抗体を含む主流軸線で切った断面図。

【図１７】本発明の第五の実施例の空気流量計の絞りを
含む主流軸線で切った断面図。

【図１８】本発明の第五の実施例の空気流量計のVII−V
II矢視図。

【図１９】本発明の第五の実施例の空気流量計を発熱抵
抗体を含む主流軸線で切った断面図。

【図２０】本発明の流量測定装置を搭載した内燃機関の
吸気系の系統図。

【符号の説明】

１…流量計ボディ、１ａ，１ｂ…突出部、１ｄ…流量計
入口、１ｃ…絞り部、１ｅ…流量計出口、１ｆ…主流
路、２…回路モジュール、２ａ…抵抗体ホルダ、２ｅ…
スリット状入口、２ｂ１，２ｂ２，２ｂ３，２ｂ４…ピ
ン…ピン、２ｃ１，２ｃ２…発熱抵抗体、２ｄ１…温度
補償用抵抗体、２ｆ…回路ケース、３…整流格子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸入空気の流路を構成する主流路と、前記
   吸入空気を計測する複数の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗
   体の設置位置を含む区間の主流路の内壁に長軸と短軸を
   有する絞りを備えた空気流量計において、前記発熱抵抗
   体を前記長軸の方向の直線上に配置したことを特徴とす
   る空気流量計。