JPH08145755A - 内燃機関の吸入空気量センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】安定なしかも高い応答性を与えることのできる
内燃機関の吸入空気量センサを提供すること。 【構成】上記目的は、所定の長さを有し、表面を硬度の
高い微粒子で被ったステンレス材からなる細線と該ステ
ンレス細線の両端に固設した端子部とからなる熱線ユニ
ットと、該熱線ユニットを吸入空気通路に張装するため
に吸入空気通路に固設したフック部材と、上記端子部を
吸入空気通路に固定するための固定部材とから検知部を
構成したことを特徴とする内燃機関の吸入空気量センサ
とすることによって達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の熱線式吸入
空気量センサに係り、特に、安定なしかも高い応答性を
与えることのできる内燃機関の吸入空気量センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱線式流量計としては、例えば、
特開昭第57‐39370号公報記載のもの及び特開昭第60‐1
35619号公報記載のものがある。前者は、熱線として、
流路全体にＶ字形状となるように白金線を張装したもの
であり、後者は、流路全体に五角形の四辺を形成するよ
うに張装したものであるが、これらの例においては、白
金線を流路全体に配置させているためかなりの長さの白
金線が必要となり、張装時に断線しやすく、張装の作業
性が悪いこと、また、材質が白金であるため展性、延性
が高く、エアクリーナを通過して飛来する微小なケイ砂
粒が白金線の表面に付着し、長時間経過するとケイ砂が
堆積して熱線としての白金線の応答性が悪化し、内燃機
関の吸入空気量センサとしての重要な項目の一つである
電源投入時の応答性が悪くなり、その結果、例えば、エ
ンジン始動時の吸気流量センサの信号にずれが生じ、排
気が悪化することなどの問題点があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術は上記のよう
な問題点を有していた。本発明の目的は、上記従来技術
の有していた課題を解決して、安定なしかも高い応答性
を与えることのできる内燃機関の吸入空気量センサを提
供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、所定の長さ
を有し、表面を硬度の高い微粒子で被ったステンレス材
からなる細線と該ステンレス細線の両端に固設した端子
部とからなる熱線ユニットと、該熱線ユニットを吸入空
気通路に張装するために吸入空気通路に固設したフック
部材と、上記端子部を吸入空気通路に固定するための固
定部材とから検知部を構成したことを特徴とする内燃機
関の吸入空気量センサとすること、さらに、上記検知部
が、吸気流の下方に向かうに従って断面が徐々に縮小す
る絞り通路部と、該絞り通路部よりも下流側に位置しか
つ下流に向かうに従って断面が徐々に拡大する拡大通路
部と、上記絞り通路部と上記拡大通路部とを接続する断
面が一定のスロット部とから構成される吸入空気通路の
上記スロット部の拡大通路部側に配置されかつ、上記ス
テンレス細線を上記スロット部の流線方向に直交するよ
うに、ほぼ正三角形あるいは正五角形状に張装したこと
を特徴とする内燃機関の吸入空気量センサとすることに
よって達成することができる。

【０００５】

【作用】まず、従来技術において熱線として白金線を用
いた場合の、ケイ砂粒子の白金線への付着の状況につい
て図７によって説明する。内燃機関の吸入空気量は気筒
数に応じて最大の吸気流量がほぼ決定されるが、例えば
６気筒では約200l/sとなる。このとき、吸気通路の内径
が70mmの管路では最大流速は約50m/sとなる。従って、
最大速度50m/sという高速でエアクリーナを通過した大
気中のケイ砂の微粒子が白金線の表面に飛び込んでく
る。このとき、ケイ砂は粒径で約20μm以下の微粒子が
エアクリーナのエレメントを通過して吸入空気通路に入
り込む。白金は展性、延性に富む金属材料であるため、
白金線の表面にケイ砂の微粒子が打ち込まれるようにし
て付着する。このようにして長時間が経過すると、白金
線の断面の前面側に、紡錐型形状のケイ砂が堆積する。

【０００６】これに対して、ステンレス線の表面を超硬
質の微粒子で被った場合のケイ砂の衝突の状況を図８に
よって説明する。ステンレス線は白金線に比較して硬度
が高いため白金ほど表面が塑性変形してケイ砂の微粒子
が打ち込まれることはないが、長時間の経過後はケイ砂
が付着する。しかし、ステンレス線の表面を超硬質の微
粒子で被うと、ケイ砂は完全弾性衝突に近い形でステン
レス線の表面に衝突する。超硬質の微粒子は殆ど弾性変
形しないので、ケイ砂は、殆ど運動量を失うことなく跳
ね返される。結果として、ケイ砂の微粒子のステンレス
線表面への付着量は著しく減少する。

【０００７】次に、ステンレス線表面への超硬質物質の
被覆方法について説明する。最初に、無電解複合メッキ
による炭化ケイ素の微粒子の共析方法について説明する
と、まず、無電解ニッケル‐リンメッキ浴中に SiC の
微粒子(粒径１〜５μm)を分散させる。このとき、SiC
粒子の濡れ性、メッキ浴中での分散性を良くするため、
また、液の表面張力を下げるため、界面活性剤を添加す
る。このメッキ浴中にステンレス線を浸漬すると、ステ
ンレス線の表面に、Ni‐P のメッキ反応と同時に、SiC
の微粒子が共析し、ステンレス線の表面に Ni のメッキ
層が形成される際に SiC の微粒子がメッキ層と一体と
なって付着する。

【０００８】次に、TiN からなる薄膜をイオンプレーテ
ィング法によってステンレス線表面に形成する場合の方
法について説明する。図９にアークプラズマ方式のイオ
ンプレーティング装置の概要を示す。装置の中央部のワ
ーク台に試料ステンレス線を置き、真空容器を正、ワー
ク台を負として電圧を印加すると、ターゲット材である
Ti 金属の表面でアーク放電が開始する。このとき、ア
ークスポットの電流密度は10⁵〜10⁷ A にも達するの
で、アークスポットから Ti 金属が蒸発し、さらに、ア
ーク放電による電子などの衝突によってイオン化してプ
ラズマ状態となる。生成された Ti⁺、N⁺は被処理物であ
るステンレス線の表面に衝突し、皮膜を形成する。な
お、アーク放電の際、真空容器内に NH₃を主成分とする
窒化促進ガスを送り込む。ここで、イオンプレーティン
グによる皮膜形成の機構について図10によって説明する
と、母材であるステンレスとコーティング層との間にス
テンレスと TiN との混合層が形成されており、この層
がコーティング層の密着性を向上させるのに役立ってい
る。以上、イオンプレーティングによる TiN 皮膜の形
成について説明したが、同様の方法によって超硬質皮膜
TiC 、TiCN の皮膜を形成することができる。

【０００９】次に、熱化学蒸着法による TiC 、TiN 、T
iCN コーティング膜の形成について、TiC 皮膜形成の場
合を例として、図11によって説明する。図は熱化学蒸着
装置の概要を示す図で、高圧ボンベには TiCl₄ガスと C
H₄ガスとを充填しておく。これらのガスをベーパライザ
で気化させ、ワーク炉に送り込む。炉中には予め950〜
1050℃に加熱したステンレス線を配置しておき、炉の内
部は水素雰囲気としておく。この状態で、高温に加熱さ
れたステンレス線と上記ガスとが下記の化学反応を起こ
し、ステンレス線の表面に TiC を析出させ、被覆膜を
形成する。 TiCl₄(ガス)＋ CH₄(ガス)→ TiC(固体) ＋ 4HCl(ガス) また、TiN 、TiCN の被覆の場合は次の反応による。

【００１０】TiCl₄(ガス)＋ 1/2N₂(ガス)→ TiN(固体)
＋ 4HCl(ガス) TiCl₄(ガス)＋ CH₄(ガス)＋ 1/2N₂(ガス)→ TiCN(固体)
＋ 4HCl(ガス) 次に、断面形状が矩形のステンレス線の作用について説
明する。まず、断面形状が矩形のステンレス線の製作
は、溶解ステンレス材をワイヤ化する際の引き抜き治具
のダイス孔形状を矩形状とすることによって得られる。
次に、熱線としてのタングステン線の表面に付着するケ
イ砂の微粒子は、外気がエンジンに吸引され、この吸引
空気の中にエアフィルタを通過する微粒子が含まれてい
るわけで、ケイ砂は必ず一方向から飛来する。図12に示
すように、ケイ砂は熱線の片面に衝突し、この面に付着
する。このため、空気の流線方向の長さとこれに垂直な
方向の長さとの比率が大きいほど、ケイ砂の付着面積が
小さくなり、ケイ砂付着の影響が小さくなる。例えば、
線径65μmの熱線に対し片側30μmの幅でケイ砂が付着し
た場合、35％の割合で熱線の表面にケイ砂が付着する。
これに対し、断面の面積が同一の、例えば流線方向が16
5μm、これに垂直な方向が20μmの矩形断面の熱線を用
いた場合には、片側20μmの熱線表面にケイ砂が付着
し、ケイ砂が付着する面積の割合が僅か5.4％となるの
で、ケイ砂付着の影響は小さくなる。このように断面が
矩形状のステンレス線の表面に超硬質の膜をコーティン
グした場合には、ケイ砂付着の影響はさらに小さくなる
(図13)。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の内燃機関の吸入空気量センサ
の構成について実施例によって具体的に説明する。

【００１２】図１に本発明センサの検知部の全体構成図
を示す。ここで、吸入通路１は、通路断面積が徐々に縮
小する絞り通路部11と、該絞り通路部11の下流側に位置
し通路断面積が徐々に拡大する拡大通路部12と、上記絞
り通路部11と上記拡大通路部12とを接続し、通路断面積
が一定であるスロット部13と、該スロット部の前流側か
ら僅かに後流側になる位置に設けたハニカム整流器とか
ら構成されている。また、吸入空気量を検出する検知部
20は、スロット部13の最後流端部付近に配置されてお
り、ステンレス材からなる線径60μmのステンレスワイ
ヤ21と、ニッケル材あるいは銅材からなる線径200〜500
μm、長さ２〜３mm程度の金属棒、あるいは、長さ２〜
３mm、幅が0.5mm程度の金属片22と、ステンレスワイヤ2
1を掛けるためのフック部材23と、上記金属棒あるいは
金属片22をハンダ付けによって接合する端子部材24とか
ら構成されている。

【００１３】図２は上記検知部20の概略構成を示す図
で、ステンレスワイヤ21がほぼ正三角形の形状となるよ
うに流路に張装されていることを示す。なお、25は検知
部の枠体であり、合成樹脂からなり、射出成形的にフッ
ク部材23と端子部24とを一体成形してある。

【００１４】図３はフック部材23の構造を示す図で、金
属材あるいは合成樹脂材からなり、先端部が、ステンレ
スワイヤが掛るように、所定形状に曲げられている。

【００１５】図４は端子部の構造を示す図で、合成樹脂
材からなる構造体241と、該構造体241の表面に形成した
電極層242とからなる。この端子部は、別部品として予
め製作し、枠体25を製作する際に一体的に成形する。こ
こで、ステンレスワイヤ21は予め金属棒あるいは金属片
22と結合してあり、ステンレスワイヤと金属棒あるいは
金属片22との接続部位及び金属棒あるいは金属片22と電
極層242との接続部位はハンダ付けにより接合してあ
る。端子部の断面構造を図５に示す。

【００１６】ステンレスワイヤの張装の手順を図６によ
って説明する。まず、ステンレスワイヤスプールから所
定長さのステンレスワイヤを引き出す。このとき、２つ
のワイヤクランプの中、ワイヤの先端をクランプしてい
るワイヤクランプは閉としてワイヤの先端を保持し、他
方のワイヤクランプは開としてワイヤが引き出される状
態とする(1)。次に、ワイヤの Ni 棒への圧接を行う。
このとき、２つのクランプは閉の状態としてあり、所定
長さのワイヤが伸張状態で両端の Ni 棒上に配置された
形となっている。この状態で圧接器を降下させ、所定の
荷重を加え、必要に応じて振動させながら、圧接する
(2)。次に、ワイヤの両端を切断して、ワイヤと Ni と
が一体化したワイヤユニットを得る(3)。次に、ワイヤ
ユニットのニッケルメッキを行う。このとき、ワイヤユ
ニットのワイヤ‐ Ni 棒の接続部となる両端部を無電解
メッキ槽に浸漬し、一定時間放置した後引き上げ、ニッ
ケルメッキ層を形成する。このメッキはワイヤと電極棒
との接合を、後の工程であるハンダ付け工程を通して、
確実にするためのものである(4)。次に、ワイヤユニッ
トの一端の Ni 棒を検知部電極に接合する。このとき、
Ni 棒を検知部電極層に配置し、接触部のハンダ付けを
行う(5)。次に、ワイヤユニットの他方の端部をつまん
でフックに掛け、最後に、ワイヤユニットの端部をつま
みながら、ユニット端部を検知電極部の他方の電極にハ
ンダ付けして固定すると、吸気通路中へのワイヤの張装
が完成する(6)(7)。

【００１７】なお、図１の構成においてステンレスワイ
ヤ21をスロット部13の最後流端に配置した効果について
説明すると、吸入空気の入口側の管径は約70mm、スロッ
ト部の管径は約50mmであり、流速は約２倍に高められる
ので、ステンレスワイヤの放熱特性が改善され、熱線を
張装する空間の前流側に絞り部を設けることによる効果
が発生する。また、スロット部での流速が高められるた
め、エアフィルタを通過して飛び込んでくるケイ砂の流
速も同様に高められ、ステンレスワイヤ表面でのケイ砂
の衝突エネルギーも高くなる結果、ステンレスワイヤ表
面で跳ね返されやすくなる。また、ハニカム整流器の配
設による圧力損失の増加分をできるだけ抑え、しかも、
整流効果を有効に利用するためには、スロット部の径が
50μmの場合には、ハニカム整流器はスロット部の前流
側５〜10mmの位置に配設することが好ましく、その流れ
方向の厚さは15〜20mm、ステンレスワイヤはハニカム整
流器の後流側20〜30mmの位置に配置させることが望まし
い。また、ステンレスワイヤは、スロット部の空間に対
して平均的に張装することによって、真の流量である張
装空間の断面の平均流量に近づくことになるので、ワイ
ヤの張装形状は正三角形あるいは正五角形とすることが
適切である。

【００１８】

【発明の効果】以上述べてきたように、内燃機関の吸入
空気量センサを本発明構成の吸入空気量センサとするこ
とによって、従来技術の有していた課題を解決して、安
定なしかも高い応答性を与えることのできる内燃機関の
吸入空気量センサを提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明吸入空気量センサ検知部の全体構成を示
す概略断面図。

【図２】検知部要部の概略構成を示す断面図。

【図３】フックの構造を示す図。

【図４】端子部の構造を示す図。

【図５】端子部の断面構造を示す図。

【図６】ステンレスワイヤ張装の手順を示す図。

【図７】白金線へのケイ砂粒子の付着の状況を示す模式
断面図。

【図８】ステンレスワイヤへのケイ砂粒子の衝突の状況
を示す模式断面図。

【図９】アークプラズマ式イオンプレーティングに用い
る装置の概要を示す図。

【図１０】イオンプレーティング法の被覆機構を説明す
るための図。

【図１１】熱 CVD 装置の概要を示す図。

【図１２】断面形状矩形のステンレス線へのケイ砂の付
着状態を示す図。

【図１３】超硬質膜コーティング断面形状矩形のステン
レス線へのケイ砂の付着状態を示す図。

【符号の説明】

１…吸入空気通路、11…絞り通路部、12…拡大通路部、
13…スロット部、20…検知部、21…ステンレスワイヤ、
22…金属棒あるいは金属片、23…フック部材、24…端子
部材、25…枠体、30…ハニカム整流器、241…合成樹脂
材からなる構造体、242…電極層。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の長さを有し、表面を硬度の高い微粒
   子で被ったステンレス材からなる細線と該ステンレス細
   線の両端に固設した端子部とからなる熱線ユニットと、
   該熱線ユニットを吸入空気通路に張装するために吸入空
   気通路に固設したフック部材と、上記端子部を吸入空気
   通路に固定するための固定部材とから検知部を構成した
   ことを特徴とする内燃機関の吸入空気量センサ。
2. 【請求項２】上記ステンレス細線が、無電解ニッケルメ
   ッキにより炭化ケイ素の微粒子を共析させることによっ
   て、表面に炭化ケイ素の皮膜を形成したステンレス細線
   であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸入
   空気量センサ。
3. 【請求項３】上記ステンレス細線が、表面にイオンプレ
   ーティング法によって TiC 、TiNあるいは TiCN の皮膜
   を形成したステンレス細線であることを特徴とする請求
   項１記載の内燃機関の吸入空気量センサ。
4. 【請求項４】上記ステンレス細線が、表面に熱化学蒸着
   法によって TiC 、TiN あるいは TiCN の皮膜を形成し
   たステンレス細線であることを特徴とする請求項１記載
   の内燃機関の吸入空気量センサ。
5. 【請求項５】上記検知部が、吸気流の下方に向かうに従
   って断面が徐々に縮小する絞り通路部と、該絞り通路部
   よりも下流側に位置しかつ下流に向かうに従って断面が
   徐々に拡大する拡大通路部と、上記絞り通路部と上記拡
   大通路部とを接続する断面が一定のスロット部とから構
   成される吸入空気通路の上記スロット部の拡大通路部側
   に配置されかつ、上記ステンレス細線を上記スロット部
   の流線方向に直交するように、ほぼ正三角形あるいは正
   五角形状に張装したことを特徴とする請求項１記載の内
   燃機関の吸入空気量センサ。
6. 【請求項６】上記ステンレス細線が、扁平な断面形状を
   有し、該扁平断面の短辺を上記空気通路の流線方向にほ
   ぼ直交するように配置したステンレス細線であることを
   特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の内燃機関の吸
   入空気量センサ。