JPH07119529A - 吸入空気量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏流が存在する流速分布において、圧力損失
を伴うことなく正確な流量を計測可能な吸入空気量検出
装置を提供すること。 【構成】 吸入空気量検出装置１１は、上流に曲がり部
２９が配設され下流にスロットルバルブ２７が配設され
た吸入空気配管内に付設され、Ｌ字形のパイプ状の検出
流路１２の導入口２２から吸入空気を導入し、熱線抵抗
素子２４に該吸入空気を当て、排出口２３から該吸入空
気を排出するもの、（１）吸入空気配管の断面を中心角
９０度で４等分したときに、導入口２２と排気口２３と
が、対抗する１／４断面の各々に位置すること、（２）
導入口２２が、吸入配管の曲がり部２９の最大曲率線２
９ａを中心に左右均等に１３５度づつの中心角を形成す
る３／４断面内に位置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車エンジンに供給
するための吸入空気量を計測する吸入空気量検出装置に
関し、さらに詳細には、電子式燃料噴射方式の自動車エ
ンジンに適した熱線式吸入空気量検出装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、排ガスに含まれるＮＯｘおよびＳ
Ｏｘを減らすため、吸入空気量を計測して、それに適応
した量の燃料を供給する電子式燃料噴射方式の自動車エ
ンジンが使用されている。ここで、従来、自動車エンジ
ンに供給するための吸入空気量は、配管上に支軸を中心
に回転可能に設置されたフラッパにより検出されてい
る。すなわち、フラッパは空気の流れに比例して回転す
るので、その回転角度を検出することにより、吸入空気
量を計測していたのである。しかし、フラッパを使用す
る吸入空気量検出装置は、フラッパのバランサーが出入
りするダンパー室を必要とするため、容積が大きくなる
問題があった。それを解決するために、カルマン渦を利
用した吸入空気検出装置や熱線式吸入空気量検出装置が
実用化されている。

【０００３】一方、熱線式吸入空気量検出装置は、原理
的に吸入空気の流速を計測して、その流速から流量を算
出している。従って、配管の断面において、流速が所定
の分布から変化していると、正確な流量が計測できな
い。そのため、従来より流速を所定の分布にすることを
目的として種々の提案がなされている。例えば、特開平
３−１７９２２２号公報における従来の熱線式吸入空気
量検出装置を図７に示す。配管を兼ねるボディ１０１の
内面に、Ｌ字形の検出流路１０２が形成されている。検
出流路１０２には、ボディ１０１の内壁近くに開口され
吸入空気Ｆを検出流路１０２に導入するための導入口１
０３、および導入した空気を排出するための排気口１０
７が形成されている。また、検出流路１０２の導入口１
０３からの直線部に、熱線抵抗素子１０４と温度補償素
子１０５とが突き出して付設されている。また、検出流
路１０２の上流には、空気流通面積を縮小させて流速の
偏流をならすための絞り１０８が形成されている。ま
た、絞り１０８の中心部にメッシュ部材１０９が付設さ
れている。

【０００４】上記構成を有するボディ１０１は、エアク
リーナの出口に直接取り付けられていた。それは、熱線
式吸入空気量検出装置をエンジンに取り付けた場合、エ
ンジンの振動の加速度は、４０〜５０Ｇと大きいため、
熱線式吸入空気量検出装置の制御装置が損傷を受ける可
能性が高かったからである。それと比較して、エアクリ
ーナは、車体本体に取り付けられているため、振動の加
速度も４〜５Ｇとエンジンの１／１０程度であり、熱線
式吸入空気量検出装置の検出装置が損傷を受ける可能性
が小さい。また、エアクリーナは容積の大きいものであ
り、一般的には、エアクリーナに直列して吸入空気量検
出装置を付設し、直角の曲がり部を有するパイプによ
り、スロットルバルブが付設されたスロットルボディへ
と接続している。従って、従来の吸入空気量検出装置
は、エアクリーナに直列的に接続しているのであり、特
開平３−１７９２２２号公報において問題としている吸
入空気の流速の偏流は、エアクリーナの構造や取付方法
の違いにより発生するものが対象となっているのであ
る。

【０００５】次に、上記構成を有する吸入空気量検出装
置の作用を説明する。エアクリーナを出た吸入空気Ｆの
流速分布に偏流がある場合でも、絞り１０８が、上流に
現れる偏流が下流に影響するのを抑えるように働き、こ
の絞り１０８と一体になったメッシュ部材１０９が絞り
により引き起こされる空気流の乱れを整えるように働
く。その作用により、熱線式吸入空気量検出装置に入る
空気の流速分布が整えられ、吸入空気量を正確に計測す
ることができる効果が発揮される。また、Ｌ字形の検出
流路１０２を使用しており、導入口１０３と排気口１０
７とが、配管であるボディ１０１の断面の異なった位置
にあるので、検出流路１０２内を流れる吸入空気Ｆの流
速は導入口１０３における流速のみで定まるのではな
く、排気口１０７における流速との影響も受ける。従っ
て、偏流がある場合でも、検出流路１０２を流れる流速
は、平均流速へと補正される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
吸入空気量検出装置には、次のような問題があった。 （１）絞りの作用により、吸入空気の圧力損失が増大す
る。 （２）エアクリーナからエンジンまでの距離は長いた
め、従来のように吸入空気量検出装置をエアクリーナに
付設した場合、計測した吸入空気量と燃料噴射量とがマ
ッチングしないことがあった。また、吸入空気量検出装
置が１つのボディを有しているため、装置全体が大型化
する問題があった。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、偏流が存在する流速分布において、
圧力損失を伴うことなく正確な流量を計測可能な吸入空
気量検出装置を提供すること目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の吸入空気量検出装置は、上流に曲がり部が配設
され下流にスロットルバルブが配設された吸入空気配管
内に付設され、Ｌ字形のパイプ状の検出流路の一端の開
口を吸入空気の流れに直角に取り付けて検出流路内に吸
入空気を導入し、検出流路内に張架された熱線に該吸入
空気を当て、検出流路の他端付近に形成された開口から
該吸入空気を排出する吸入空気量検出装置であって、
（１）吸入空気配管の断面を中心角９０度で４等分した
ときに、検出流路の導入口と排気口とが、対抗する１／
４断面の各々に位置すること、（２）導入口が、吸入配
管の前記曲がり部の最大曲率線を中心に左右均等に１３
５度づつの中心角を形成する３／４断面内に位置するこ
と、を特徴とする。

【０００９】また、上記した吸入空気量検出装置におい
て、前記検出流路が、前記スロットルバルブが付設され
ているスロットルボディに付設されると共に、前記スロ
ットルボディがエンジン本体に付設されていることを特
徴とする。また、上記した吸入空気量検出装置におい
て、前記上流に配設された曲がり部から前記導入口まで
の距離が、前記吸入空気配管の直径の５倍以内であるこ
とを特徴とする。

【００１０】

【作用】このような構成を有する本発明の吸入空気量検
出装置は、スロットルバルブが付設されたスロットルボ
ディに一体的に取り付けられているため、アクセルによ
りスロットルバルブの開度が変化させられた時に、高い
応答性で吸入空気量の変化を計測できる。従って、吸入
空気量と燃料噴射量のマッチングを良くすることがで
き、エンジンが最適な燃焼を行うことができる。このと
き、検出回路は、ＩＣ内部回路を直接基板に取り付け
て、基板上に形成したパターンとハンダ付けしているの
で、エンジンにより４０〜５０Ｇの振動の加速度を受け
ても破損されることがない。吸入空気量検出装置をスロ
ットルボディに一体化したため、エンジンのレイアウト
の制約から、吸入空気量検出装置の直前の吸入空気配管
に曲がり部が必要とされる。この曲がり部により流速の
偏流が発生する。

【００１１】検出流路の導入口が最大曲率線を中心に左
右均等に１３５度づつの中心角を形成する３／４断面内
にあり、排出口が中心に対してほぼ点対称の位置にある
ので、検出流路内を流れる流速は、偏流の影響を受ける
ことがない。排出口付近での圧力が作用するためであ
る。従って、検出流路内の流速を熱線抵抗素子により正
確に吸入空気の流量を正確に計測することができる。ま
た、温度補償素子は、吸入空気の温度が変化した場合
に、熱線抵抗素子の計測値を補正する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例である吸
入空気量検出装置を図面を参照して説明する。図３に吸
入空気量検出装置１１の構成を断面図で示す。吸入空気
量検出装置１１は、スロットルバルブ２７が付設されて
いるスロットルボディ３１に熱線式空気量計測器を取り
付けたものである。スロットルボディ３１の入口全面に
メッシュ面材２１が張られている。メッシュ面材２１の
下流側には、Ｌ字形のパイプ形状をした検出流路１２が
付設されている。検出流路１２を図４に示す。図４の
（ｂ）は、（ａ）のＢＢ断面図である。検出流路１２の
一端には、スロットルボディ３１の内壁近くに開口され
吸入空気を検出流路１２に導入するための導入口２２が
形成されている。導入口２２の入口面積は所定の面積に
広がっており、導入口２２を通過する空気量を計測する
ことにより、スロットルバルブ２７を通過してエンジン
に供給される空気量を演算することができる。

【００１３】また、検出流路１２のパイプの他端は閉じ
られており、図４の（ｂ）に示すように、閉じられた他
端の左右側面に、導入した空気を排出するための排出口
２３が形成されている。検出流路１２の導入口２２近く
には、図５に示す熱線式流量計１３が取り付けられてい
る。すなわち、熱線抵抗素子２４および温度補償素子２
５が各々一対の導線により張架されている。熱線抵抗素
子２４および温度補償素子２５は、スロットルボディ３
１の外側に取り付けられた検出回路２６に接続してい
る。スロットルボディ３１の下部にスロットル支軸２８
を中心に回転可能にスロットルバルブ２７が取り付けら
れている。

【００１４】スロットルボディ３１は、スロットルバル
ブ２７が付設された側の端面が図示しないエンジンに接
して付設されている。アクセルの踏み込み量に比例し
て、スロットルバルブ２７によりエンジンに供給する空
気量を制御するときに、アクセルの変化を迅速にエンジ
ンに伝達するためには、スロットルボディ３１をエンジ
ンに直接付設することが必要だからである。ここで、エ
ンジンの振動の加速度は、４０〜５０Ｇと大きいため、
従来の検出回路では、ＩＣパッケージ内のボンディング
の断線等のトラブルが発生していた。それを防止するた
め、本実施例の検出回路２６は、ＩＣパッケージを使用
せずに、ＩＣ内部回路を直接基板に取り付けて、基板上
に形成したパターンとハンダ付けで接続している。

【００１５】検出回路２６を上記構成とすることによ
り、吸入空気量検出装置１１をスロットルボディ３１と
一体化させてエンジンに直接取り付けることが可能とな
ったのである。吸入空気量検出装置１１をスロットルボ
ディ３１と一体化させてエンジンに直接付設したことに
より、エンジンルームのレイアウトの制約から、エアク
リーナと吸入空気量検出装置１１とを接続する配管が、
曲がり部を有せざるを得なくなっている。吸入空気量検
出装置１１の直前に曲がり部を配設する場合が多い。こ
のとき、曲がり部により発生する偏流が、吸入空気量検
出装置１１に流れ込むため、問題であった。その問題を
解決する手段として、本発明の吸入空気量検出装置１１
では、検出流路１２を以下のように配置している。

【００１６】すなわち、図２に示すように、（１）吸入
空気配管の曲がり部２９の断面は、直線Ａおよび直線Ｂ
により中心角α＝９０度で４等分したときに、検出流路
１２の導入口２２と排出口２３とが、対抗する１／４断
面の各々に位置する。すなわち、導入口２２が図２の
（イ）に位置するとき、排出口２３は（ハ）に位置す
る。また、（２）導入口２２は、図１および図２に示す
吸入空気配管の曲がり部２９の最大曲率線２９ａを中心
に左右均等にθ＝１３５度づつの中心角を形成する３／
４断面領域に位置する。言い換えると、導入口２２は、
図２の（イ）、（ロ）、または（ニ）の領域のいずれか
に位置するのである。そして、導入口２２が（イ）にあ
るとき、排出口２３は（ハ）の領域にあり、導入口２２
が（ロ）にあるとき、排出口２３は（ニ）の領域にあ
り、導入口２２が（ニ）にあるとき、排出口２３は
（ロ）の領域にある。

【００１７】次に、上記構成を有する吸入空気量検出装
置１１の作用を説明する。エアクリーナを通過した吸入
空気Ｆは、吸入空気配管の曲がり部２９を通過して、メ
ッシュ面材２１を通過する。このとき、吸入空気Ｆの流
速は、吸入空気配管の曲がり部２９の影響により図１に
Ｓで示すように偏流となっている。メッシュ面材２１で
は、細かい乱流はなめらかにされるが、流速は変化しな
いので、偏流はそのまま検出流路１２に流れる。ここ
で、検出流路１２の作用を説明する。はじめに、図１に
示す偏流Ｓが検出流路１２に流れるときの吸入空気量検
出装置１１の計測データを図６に示す。横軸は、吸入空
気量検出装置１１を通過する吸入空気の流量であり、縦
軸は、吸入空気量検出装置１１で計測した吸入空気量で
発生する流量誤差である。

【００１８】Ｓ１は、導入口２２が（イ）に位置する場
合のデータであり、Ｓ２は、導入口２２が（ロ）に位置
する場合のデータであり、Ｓ４は、導入口２２が（ニ）
にある場合のデータである。また、Ｓ３は、導入口２２
が（ハ）に位置する場合のデータである。このデータか
らわかるように、導入口２２が（イ）、（ロ）または
（ニ）に位置する場合は、流量誤差がプラスマイナス３
％以内であることがわかった。また、導入口２２が
（ハ）に位置する場合は、流量誤差が１５％を越える場
合もあり、流入空気量を正確に計測できないことがわか
った。図１にＳで示す偏流がある場合に、導入口２２が
（イ）、（ロ）または（ニ）に位置する場合に流量誤差
が少ないのは、導入口２２と排出口２３との流速が平均
化されるためと考えられる。また、導入口２２が（ハ）
に位置する場合に流量誤差が大きいのは、流速の差が増
幅されるためであると考えられる。

【００１９】本実施例では、導入口２２を（イ）に、排
出口２３を（ハ）に位置するように配設しているので、
導入口２２に流入する吸入空気の流速は速いが、排出口
２３付近は流速が遅く圧力が高い。従って、導入口２２
に流入する吸入空気量は減少する。これにより、流速が
平均化される。本実施例では、吸入空気量検出装置１１
をスロットルボディ３１と一体化させたために、エアク
リーナと吸入空気量検出装置１１との間に吸入空気配管
の曲がり部２９を配設する必要がある。ここで、吸入空
気配管の曲がり部２９により発生する偏流は、吸入空気
配管の直径の５倍の距離までは顕著に存在することが実
験により確認されている。従って、上記説明した検出流
路１２の配置は、導入口２２と吸入空気配管の曲がり部
２９との距離が吸入空気配管の直径の５倍以内にある場
合に効果が大きい。

【００２０】熱線抵抗素子２４は、温度補償素子２５で
計測される吸入空気温度より所定温度（約摂氏２００
度）高くなるように、検出回路２６により制御されてい
る。すなわち、導入口２２に吸入空気が流入すると、熱
線抵抗素子２４は冷却され所定の温度より低下する。検
出回路２６は、熱線抵抗素子２４を所定の温度に保つよ
う電流量を供給、制御している。この熱線抵抗素子２４
を所定の温度にたもつための電流量が吸入空気の流速に
比例する。従って、熱線抵抗素子２４に流れる電流値よ
り検出流路１２を流れる吸入空気の流速が算出できる。
さらに、スロットルボディ３１の断面積は一定なので、
流速と断面積をかけることにより、吸入空気量が算出さ
れる。

【００２１】ここで、吸入空気の温度は、−３０度〜８
０度の範囲で変化することが想定される。吸入空気の温
度は、温度補償素子２５により計測され、流速は、検出
回路２６により補正され、温度の影響を除去している。
検出回路２６により計測された流速のデータは、エンジ
ンの燃焼を制御するエンジン制御装置に送られる。エン
ジン制御装置は、吸入空気量に適応した燃料をエンジン
に供給する。ここで、アクセルの踏み込みによりスロッ
トルバルブ２７の開度が変化して吸入空気量が変わった
ときに、吸入空気量検出装置１１がスロットルボディ３
１にスロットルバルブ２７の一体に付設されているの
で、吸入空気量の変化を迅速に計測することができる。
従って、吸入空気量と燃料とのマッチングが良くなり、
Ｎ０ｘおよびＳＯｘの発生量を減少させることができ
る。

【００２２】以上詳細に説明したように、本実施例の吸
入空気量検出装置１１によれば、（１）吸入空気配管の
断面を中心角９０度で４等分したときに、検出流路１２
の導入口２２と排気口２３とが、対抗する１／４断面の
各々に位置させ、かつ（２）導入口２２が、吸入配管の
前記曲がり部２９の最大曲率線２９ａを中心に左右均等
にθ＝１３５度づつの中心角を形成する３／４断面内す
なわち、図２の（イ）、（ロ）または（ニ）の領域内に
位置しているので、曲がり管２９により発生する流速の
偏流の影響を補正することができ、吸入空気の正確な流
量を計測することができる。

【００２３】また、検出流路１２が、スロットルバルブ
２７が付設されているスロットルボディ３１に付設され
ると共に、スロットルボディ３１がエンジン本体に付設
されているので、スロットルバルブ２７による吸入空気
量の変化を吸入空気量検出装置１１が迅速に計測できる
ため、吸入空気量と燃料とのマッチングを良好にして、
ＮＯｘおよびＳＯｘの発生量を減少させることができ
る。ここで、検出流路１２をスロットルボディ３１に取
り付けるために、エンジンルームのレイアウトの制約か
ら、検出流路１２の直前に吸入空気配管の曲がり部２９
を配設することが多い。本実施例の吸入空気量検出装置
１１は、この問題を上記の手段で解決することにより、
検出流路１２をスロットルボディ３１と一体化すること
を可能としたのである。また、吸入空気量検出装置１１
をスロットルボディ３１に一体化しているので、吸入空
気量検出装置１１をコンパクト化できる。

【００２４】以上、いくつかの実施例について本発明を
説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形
改良が可能である。すなわち、本実施例では、吸入空気
配管の曲がり部２９として直角のものを使用している
が、偏流が発生する角度を有する曲がり部を有する配管
であれば、同じである。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の吸入空気量検出装置１１によれば、（１）吸入空
気配管の断面を中心角９０度で４等分したときに、検出
流路の導入口と排気口とが、対抗する１／４断面の各々
に位置させ、かつ（２）導入口が、吸入配管の前記曲が
り部の最大曲率線を中心に左右均等に１３５度づつの中
心角を形成する３／４断面内に位置しているので、圧力
損出を発生することなく、曲がり管により発生する流速
の偏流の影響を補正することができ、吸入空気の正確な
流量を計測することができる。

【００２６】また、検出流路が、スロットルバルブが付
設されているスロットルボディに付設されると共に、ス
ロットルボディがエンジン本体に付設されているので、
スロットルバルブによる吸入空気量の変化を吸入空気量
検出装置が迅速に計測できるため、吸入空気量と燃料と
のマッチングを良好にして、ＮＯｘおよびＳＯｘの発生
量を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である吸入空気量検出装置が
使用されている状態を示す断面図である。

【図２】吸入空気量検出装置の検出流路が取り付けられ
る配管の断面を示す説明図である。

【図３】吸入空気量検出装置の構成を示す断面図であ
る。

【図４】検出流路の構成を示す断面図である。

【図５】熱線式流量計の構成を示す側面図である。

【図６】検出流路の位置と流量との関係を示す実験デー
タ図である。

【図７】従来の吸入空気量検出装置の構成を示す断面図
である。

【符号の説明】

１１ 吸入空気量検出装置 １２ 検出流路 １３ 熱線式流量計 ２２ 導入口 ２３ 排出口 ２４ 熱線抵抗素子 ２５ 温度補償素子 ２６ 検出回路 ２７ スロットルバルブ ２９ 吸入空気配管の曲がり部 ２９ａ 最大曲率線 ２９ｂ 最小曲率線 ３１ スロットルボディ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上流に曲がり部が配設され下流にスロッ
   トルバルブが配設された吸入空気配管内に付設され、Ｌ
   字形のパイプ状の検出流路の一端の開口を吸入空気の流
   れに直角に取り付けて検出流路内に吸入空気を導入し、
   検出流路内に張架された熱線に該吸入空気を当て、検出
   流路の他端付近に形成された開口から該吸入空気を排出
   する吸入空気量検出装置において、（１）前記吸入空気
   配管の断面を中心角９０度で４等分したときに、前記検
   出流路の導入口と排気口とが、対抗する１／４断面の各
   々に位置すること、（２）前記導入口が、前記吸入配管
   の前記曲がり部の最大曲率線を中心に左右均等に１３５
   度づつの中心角を形成する３／４断面内に位置するこ
   と、を特徴とする吸入空気量検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載するものにおいて、前記
   検出流路が、前記スロットルバルブが付設されているス
   ロットルボディに付設されると共に、 前記スロットルボディがエンジン本体に付設されている
   ことを特徴とする吸入空気量検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載するもの
   において、 前記上流に配設された曲がり部から前記導入口までの距
   離が、前記吸入空気配管の直径の５倍以内であることを
   特徴とする吸入空気量検出装置。