JPS63724B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車内燃機関の吸入空気流量計に
係り、特に、感熱式空気流量計に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

内燃機関の吸入空気量を測定するには種々の方
式が用いられているが、その中で感熱式空気流量
計は一般的に応答性が良く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（USP20429838号）、特開昭47―19227
号、特開昭47―19227号、特開昭51―64134号とし
て公知となつている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前述の方式の空気流量計では、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
ならないので、検知部は微細な構造となり耐久性
に問題があつた。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によつて機能的な損傷
を受け易いという欠点があつた。また、バツクフ
アイア時だけでなくエンジンの回転による脈動が
激しいときは吸気が逆流する場合があり、一方、
感熱式空気流量計の性質として逆流の場合も正流
と同様に出力する。したがつて、この場合は実際
の吸気量よりも多い吸気量として検知し、測定値
は不正確となる。更に、ベンチユリ部に開口する
バイパス空気路を設けてその通路に感熱式空気流
量計の検知部を設置したときは、バイパス空気路
の流路抵抗によつて特に低吸気量時の流量が低下
し測定誤差を生ずるという問題点をもつていた。

本発明は、内燃機関の運転状態の如何にかかわ
らず安定高精度な測定を行う空気流量計を提供す
ることを目的とするものである。

〔問題を解決するための手段〕

前述の問題点を解決するためにとられた本発明
の構成は、内燃機関の吸気管に形成したバイパス
空気路に感熱式流量計を設けて、上記バイパス空
気路の空気流速を該感熱式流速計で検知し、上記
吸気管内の空気流量を計測する空気流量計におい
て、上記バイパス空気路の断面の形状が、ａおよ
びｂをそれぞれ、該バイパス空気路の流路幅およ
び流路奥行としたとき、ａ＜ｂとなる横長の矩形
であることを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明の空気流量計は、バイパス空気路の断面
の形状が横長の矩形になつているので、層流とな
り易く、空気流の乱れが少ないので、低吸気流に
なつても主吸気量との比例性は向上する。また、
吸気路に対して横長の空気流分岐部および空気流
合流部を開口させているのでバツクフアイア時の
逆流が短時間でこれらの開口部を通過することに
なるので、逆流がバイパス空気路内に侵入するこ
とを防ぐことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である空気流量計を
備えた給気筒の正面図、第２図は第１図のＡ―Ｂ
断面図、第３図は第１図のＣ―Ｄ断面図である。
給気筒１はベンチユリ部４を形成した吸気路２を
有し、その下端のフランジ部を絞り弁室に接続し
ている。なお、この絞り弁室の絞り弁下流には燃
料噴射弁が装着されている。第２図の矢印方向に
吸入された空気はベンチユリ部４を通過するが、
その一部はバイパス空気路３を通過する。即ち、
ベンチユリ部４の上流に開口した空気流分岐部５
から入つた空気は、ベンチユリ部４に開口した空
気流合流部６に生じた負圧によつて吸引されて空
気流合流部６から吸気路２に出る。

このバイパス空気路３は第１図に破線で示し、
かつ第３図にも示しているように横長コの字形の
通路であり、その垂直路内には流速測定用抵抗体
７と温度補償用抵抗体８が設置されている。ま
た、これら抵抗体のリード線は絶縁部材よりなる
カバー１２に支持されると共に電子回路１０に接
続され、電子回路１０は回路カバー９で保護され
ている。上記抵抗体７，８および電子回路１０が
感熱式空気流量計の検知部を構成している。

このようなバイパス空気路３は空気流分岐部５
と空気流合流部６で吸気路２と直角になつている
ので、主空気流に塵埃や綿くず等があつたとして
もバイパス空気路３に入り込むことはなく、抵抗
体７，８は汚染されないので長期間経時変化する
ことなく長寿命である。また、空気流合流部６は
ベンチユリ部４の最狭部付近に開口しているの
で、バツクフアイアが生じて空気流が逆流しても
バイパス空気路３内を逆流通過することはない。
何故ならば、逆流空気流はベンチユリ部４の収縮
部１１で吸気路壁とは剥離し空気流分岐部５と空
気流合流部６との圧力はほぼ等しくなるので、バ
イパス空気路３内を空気が流れることはない。し
たがつて、バツクフアイア時の吸気逆流による測
定誤差は生じない。なお、同じ理由で内燃機関に
よる吸入空気の脈動が生じても誤差を生ずること
はないので、内燃機関に吸入される空気量に比例
した信号をこの感熱式空気流量計から得ることが
できる。

第４図はバイパス空気路の吸気流速と感熱式空
気流量計の出力との関係を示す線図で、第４図Ａ
は逆流を伴う脈動流の吸気流速を示し、第４図Ｂ
は従来の感熱式空気流量計の出力、第４図Ｃは本
実施例の感熱式空気流量計の出力を示している。
なお、横軸は時間を示し、上記３図とも同一スケ
ールである。

第４図Ａの時間軸より下の部分は逆流分を示し
ており、このとき従来の出力を示す第４図Ｂでは
逆流時も正の信号を僅か乍ら出力していた。しか
るに本実施例の場合は、逆流時には信号を出力し
ないので、空気流量計の出力と吸気量との比例性
は向上している。

第５図は第２図のバイパス空気路の形状を模式
的に従来と比較して示す拡大断面図である。第５
図Ａに示す従来のバイパス空気路３は、その右側
に図示した正方形の断面となつている。これに対
して本実施例の場合は第５図Ｂに示すごとく横長
の矩形断面、すなわち、ａ，ｂをそれぞれこのバ
イパス空気路の流路幅および流路奥行としたと
き、ａ＜ｂとなつており、その屈曲部は曲率をも
たせて形成してある。一般にバイパス通路を流体
が通過する場合は、主通路の流量が低下する程バ
イパス通路の流量比は減少するのである。感熱式
空気流量計はバイパス空気路３の流量から全体の
吸気量を推定するものであるので、上記のような
バイパス空気路３の形状はその比例性を向上させ
るのに効果がある。即ち、バイパス空気路３が矩
形断面となつているので層流となり易く、かつ屈
曲部で滑らかに流れ方向が変化するので空気流の
乱れが少ない。したがつて、低吸気流になつても
主吸気量との比例性は向上する。

また、このように吸気路２に対して横長の空気
流分岐部５および空気流合流部６を開口させてい
ることは、バツクフアイア時の逆流が短時間でこ
れら開口部を通過することになるので、逆流がバ
イパス空気路３内に侵入することを防ぐためにも
有効である。

第６図は吸気路を流れる主吸気量とバイパス空
気路を流れる空気量との関係を示す線図で、横軸
は主吸気量Ｑを、縦軸はバイパス空気量ｑと主吸
気量Ｑとの比を示している。破線１３はＱとｑ／
Ｑが比例する理想的な関係を示す線であるが、従
来の感熱式空気流量計は実線１４のごとく低吸気
量になるとｑが急激に減少する。しかし、一点鎖
線１５で示す本実施例の場合の低下度は少なく、
比例性は改善されている。

上記は空気流量を対象として検討したものであ
るが、感熱式空気流量計の空気の質量流量比に比
例して出力を発生するものであるので、空気温度
も考慮しなければならない。第５図Ｂに示す本実
施例のバイパス空気路３は矩形断面となつている
ので、従来に比較して壁面積が増加している。し
たがつてバイパス空気温度は壁面との温度差があ
るときは変化し誤差を生ずる恐れがある。これを
防ぐためにバイパス空気路３の壁面は断熱材、例
えば合成樹脂で被覆することが好ましい。本実施
例においては、第２図に示すカバー１２をプラス
チツク製としてバイパス空気路３の断熱とこの通
路に設置する熱線の電気的絶縁性を向上させてい
る。

また、バイパス空気路３は吸気路２に比べて流
路抵抗が大きいので圧力差も考慮する必要があ
る。いま、空気流分岐部５の圧力Pa、空気流合
流部６の圧力をPbとすると、 Pa−Pb＝ζ_nγ_nv² _n／2g ………(1) Pa−Pb＝ζ_bγ_bv² _b／2g ………(2) 但し、ζ_nは吸気路における流動抵抗係数 ζ_bはバイパス空気路３における流動抵抗
係数。

γ_nは吸気路２における空気の比重量 γ_bはバイパス空気路３における空気の比
重量。

v_nは吸気路２における空気流速 v_bはバイパス空気路３における空気流速 ｇは重力の加速度 である。上記(1)，(2)式より、 この(3)式の左辺は吸気路２とバイパス空気路３
の質量流量比を示すものであるが、この値は吸気
路２およびバイパス空気路３を通過する空気の比
重量の比および流動抵抗係数の比の平方根に比例
することを示している。即ち、吸気路２とバイパ
ス空気路３の温度差を少なくするため合成樹脂材
を用いたカバー１２とバイパス通路３の屈曲部の
流線形化は有効な手段といえる。

第７図はバイパス空気路内の流速測定用抵抗体
および温度補償用抵抗体の取り付け状態を示す断
面図で、第３図の要部拡大図である。流速測定用
抵抗体７および温度補償用抵抗体８は絶縁材より
なるカバー１２に埋設したリード線１６に支持さ
れ、バイパス空気路３内に設置されている。第７
図Ａ，Ｂは両抵抗体７，８がバイパス空気路３に
上下に配置されている例で、第７図Ｃは左右に配
置されている例である。なお、リード線１６より
供給される電流によつて流速測定用抵抗体７は所
定の温度に加熱されるが、温度補償用抵抗体８は
大気温度より僅かに高い温度に加熱されるだけで
ある。

もし、バイパス空気路３を流れる空気温度とカ
バー１２の温度が異なる場合には、リード線１６
を介して熱が伝導し抵抗体７，８の温度を変化さ
せるので、抵抗体７，８のリード線１６の長さを
等しくしかも対称形にしないと熱的にバランスし
ないことになる。第７図に示す抵抗体の取り付け
はこの点を考慮してリード線１６を配設してある
が、特に、バイパス空気路３内に露出しているリ
ード線の長さが短い第７図Ａの場合は比較的小形
にまとまり安定している。

次に、抵抗体７，８に接続するブリツジ回路に
ついて説明する。

第８図は従来の感熱式空気流量計の回路図であ
る。流速測定用抵抗体７、温度補償用抵抗体８、
抵抗器１７，１８，１９でホイートストンブリツ
ジを構成し、その中点の電位差をオペアンプ２０
を用いた差動増幅回路で検出している。この信号
をトランジスタ２１のベースに入力し、ブリツジ
中点の電位が常に等しくなるように閉ループ制御
している。

ブリツジの平衡条件より、流速測定用抵抗体７
の抵抗R_Wは次式で表わされる。

R_W＝R₁／R₂（R_t＋R₃） ………(4) 但し、R₁は抵抗器１７の抵抗値 R₂は抵抗器１８の抵抗値 R₃は抵抗器１９の抵抗値 R_tは温度補償用抵抗体８の抵抗値 である。実際にはR_W＞R_tとなつており、流速
測定用抵抗体７は加熱された状態となり温度補償
用抵抗体８は僅かに加熱されるがほとんど大気温
度に等しい。したがつて、空気温度が上昇したと
きはR_tもそれにつれて抵抗が増加し、空気温度
の上昇による影響を補償している。また、空気温
度が一定ならばR_tは一定となり、R_Wは空気流量
の如何にかかわらず一定値となるようにオペアン
プ２０が作動してブリツジに流す電流を制御す
る。即ち、バイパス空気路３を流れる空気流速信
号はこのブリツジの中点の電位又はトランジスタ
２１のエミツタの電位によつて知ることができ、
したがつて、バイパス空気路３の空気量が求めら
れる。

しかるにこのようなブリツジ回路を用いても全
吸気量に比例した信号が得られない場合がある。
それは第６図で説明したように内燃機関の低速回
転時で、主吸気量が少ないときはバイパス空気路
３の吸気量と主吸気量とが比例しないからであ
る。

そのため、この実施例の感熱式空気流量計で
は、第９図に示すような回路を用いている。この
回路では、抵抗器１８と抵抗器１９との間の電位
V_aに加算器３８の定電位を加えている。この電
位は可変抵抗器３７によつて供給される。この加
算電位とブリツジの他方の中点電位、即ち、抵抗
器１７と流速測定用抵抗体７との間の電位V_bが
等しくなるよう構成すると、次式が成立する。

V_a＝Ｖ・（R₃＋R₅）／R₂＋R₃＋R_t ………(5) V_b＝Ｖ・R_W／R₁＋R_W ………(6) 但し、Ｖはトランジスタ２１のエミツタの電位
である。可変抵抗器３７によつて得られる電位を
V_cとすると、第９図の構成では次式の関係とな
る。

V_b＝V_a＋V_c ………(7) 式(5)，(6)，(7)より流速測定用抵抗体７の抵抗値
R_Wは次のようになる。

R_W＝R₁／R₂（R₃＋R_t）＋V_c／Ｖ・R₁＋R_W／R₂・ （R₂＋R₃＋R_t） ………(8) 即ち、流量が増加すればトランジスタ２１のエ
ミツタ電位Ｖが増加するので、R_Wは低流量域で
大きく高流量域では小となる。したがつて、感熱
式空気流量計の信号は低流量域で大きくなり、高
流量域で小さくなる。その結果、第６図の破線１
３に近づき、主吸気量Ｑに対するｑ／Ｑの値は一
定となり、低流量域におけるバイパス流量の減少
による測定出力は補正される。

第１０図は第９図の変形例の回路図であり、第
９図と同じ部分には同一符号を付してある。この
回路は温度補償抵抗体８に流す電流を更に減少さ
せてその発熱量を小さくし、空気温度補償の精度
を向上させたものである。３１，３２，３３，３
４，３５は固定抵抗器であり、２０はオペアン
プ、３６は差動増幅器、２１はトランジスタであ
る。差動増幅器３６の＋端子に入る電位に可変抵
抗器３７、加算器３８による定電位V_cを加えて
第９図の回路と同様な効果を得ている。なお、コ
ンデンサ３９はノイズ防止のために接続したもの
である。

第１１図は第９図の更に他の変形例の回路図
で、抵抗器１７と流速測定用抵抗体７との間の電
位から減算器４０によつて可変抵抗器３７の定電
圧を差引き、この電位と抵抗器１８と抵抗器１９
間の電位とが等しくなるように閉ループ制御を行
う、したがつて、次式が成立する。

V_a＝V_b−V_c ………(9) これは前記(7)式と同じであり、第９図と同じ効
果が得られる。

以上の如く実施例の空気流量計は、バイパス空
気路の形状を偏平かつ円滑化すると共に、バイパ
ス空気路を形成するカバーを断熱性の合成樹脂材
とすることによつて、吸気の逆流や脈動があつて
も影響されることが少なく、吸気量と感熱式空気
流量計の信号との比例性は改善される。そして、
特に、バイパス空気路の断面の形状が横長の矩形
になつているので、層流となり易く、空気流の乱
れが少ないので低吸気流の場合の主吸気量との比
例性は向上し、バツクフアイア時に逆流がバイパ
ス空気路内に侵入することを防ぐことができ、高
精度の流量測定を可能とするものである。

〔発明の効果〕

本発明の空気流量計は、内燃機関の運転状態の
如何にかかわらず長期間高精度な測定が可能とな
るという効果をもつている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である空気流量計を
備えた給気筒の正面図、第２図は第１図のＡ―Ｂ
断面図、第３図は第１図のＣ―Ｄ断面図、第４図
はバイパス空気路の吸気流速と感熱式空気流量計
の出力との関係を比較して示す線図、第５図はバ
イパス空気路の形状を従来と比較して示す拡大断
面図、第６図は吸気路を流れる主吸気量とバイパ
ス空気路を流れる空気量との関係を示す線図、第
７図はバイパス空気路内の抵抗体の取り付け状態
を示す断面図、第８図は従来の感熱式空気流量計
の回路図、第９図は本発明の一実施例である感熱
式空気流量計の回路図、第１０図および第１１図
は第８図の変形例である回路図である。 １…給気筒、２…吸気路、３…バイパス空気
路、４…ベンチユリ部、５…空気流分岐部、６…
空気流合流部、７…流速測定用抵抗体、８…温度
補償用抵抗体、９…回路カバー、１０…電子回
路、１１…収縮部、１２…カバー、１６…リード
線、１７，１８，１９，３１，３２，３３，３
４，３５…抵抗器、２０…オペアンプ、２１…ト
ランジスタ、３６…差動増幅器、３７…可変抵抗
器、３８…加算器、３９…コンデンサ、４０…減
算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の吸気管に形成したバイパス空気路
   に感熱式流速計を設けて、上記バイパス空気路の
   空気流速を該感熱式流速計で検知し、上記吸気管
   内の空気流量を計測する空気流量計において、上
   記バイパス空気路の断面の形状が、ａおよびｂを
   それぞれ、該バイパス空気路の流路幅および流路
   奥行としたとき、ａ＜ｂとなる横長の矩形である
   ことを特徴とする空気流量計。 ２ 前記バイパス空気路が、断熱材よりなる壁面
   を有している特許請求の範囲第１項記載の空気流
   量計。