WO2006003717A1 - 空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

吸入空気中に存在する塵埃及び液滴による、流量計測素子の汚損もしくは経時劣化及び破損を低減した発熱抵抗体式空気流量計測装置を提供する。　本発明は、上記課題を解決するために、空気流量計測素子が設置される副通路の流路の壁面について、その粗さを５０μｍ～１ｍｍ、望ましくは９０μ±４０μｍとした。

Description

明

空気流量測定装置

技術分野 本発明は、 空気量を測定する 気 量測定装置に係わ り 、 特に内 燃機関に吸入される 気流量を測定する こ と を主 目的 と した発熱抵 抗体式空気流量測定装 に関する細 O

書 背景技術 吸気通路内に進入 したダス ト か ら流量計測素子を保護 し、 汚損に よ る経時劣化を防止する構造と しては下記に上げる数種の構造が知 られてい る 。 特開平 1 1 - 2 8 5 0 5号は副通路曲折部外周壁に 被膜を設け、 こ の被膜は毛羽立て る よ う に して吸収する構造である が、 ト ラ ッ プされたダス ト が粘着材 面を完全に覆って し ま つ た後 は効果が無 く なって し ま こ とになる ο

特許第 3 3 8 5 3 0 7号公報には 通路断面積拡大部の内壁面を 粗面に形成する こ とが記載されてい る o 特開平 1 1 - 3 2 5 9 9 7号公報には、 絞 り 部の通路断面積の最 小部の近傍の内壁面に突起を設ける とが記載されている。 特開昭 5 6 - 5 3 4 1 1 号公報および ドィ ヅ公開 DE— 1 9 8 1 5

6 5 4 A 1 公報 (U. S. P.6,332, 356 公報） に示される よ う に各種の 副通路構成が知 られている 。 発明の開示

本発明に よ る発熱抵抗体式空気 測定装 は主に 自動車用内燃 機関の吸気 路内に設置される o の吸気 m.路には流入空気清浄用 のフ ィ ル夕 ェレメ ン ト が設置されてい るが その清浄効果は 1 0

0 %ではな < 吸入空気に含まれる ダス 卜 がフ ィ ルタ ーエ レ メ ン b を通過 して発熱抵抗体式空気流 測定 が設 されてい る吸気 路部分まで到 する事がある。 また 巿場においては正規品以外の 粗 li なフ ィ ル夕 エ レメ ン ト を使用するケ ス ま まめる 。 この 合には更にダス ト等の異物が侵入する可能性は大き く なる 。 ェレ メ ン の構造と侵入ダス ト の粒径及び速度によ つては流量計測素子白 体が破損する問題も考え られる o

本発明は 大きなダス ト （ 1 0 0 m程度 ) が侵入 した よ う な 合にあ て 流量計測素子の破損を簡 な構成で防止する こ と を 巨 的とする o

流量計測素子は、 侵入ダス ト フ ィ ル夕 ェ レ メ ン ト を通過 したダ ス の粒径が大き く 、 速度が高いダス ( 動ェネルギが大きいダ ス 卜 ) すなわち大形ダス ト の衝突に よ り破 ί員する。 大形ダス ト の 流速 ( 動ェネルギ） を低減で ぎれば その 動エネルギ （流速の

2 に比例 ) は劇的に低減で き る o

副 路内に進入 したダス ト は進入時の速 その ま まで流量計測素 子に衝突する とな く 、 一度も し < は数度にわた り 副通路壁面に衝 突する 0 副通路壁面との衝突に よ D ダス の ェネルギを減少さ せる とがで ぎれば、 流量計測素子が破 ί員に る可能性は著 し く 減 少させる とがで き る。

しか しなが ら 、 副通路で候補材であ る Ρ B Τ な どの樹脂材料を使 用 した 合 ダス ト の反発係数は大き 衝突に よ る ダス ト の運動 ェネルギの低減効果は小さい こ とがわかつ た。 そ で こでは 副 路壁面での反発係数に注目 した o

本発明は 副通路壁面の粗面構造 コ テ ィ ング構 な どに よ 副通路壁面を粗面とする こ とに よ つてダス ト の反発係数を低減する とを特徴とする o

本発明は 空気 ¾ft を計測する計測素子と、 刖記計測素子が配置 された副通路と、 目 IJ記副通路が構成され、 主空気流中に配置される ノヽゥジ ングと 、 を備えた空気流量測定 において 副 路壁面が

5 0 U m 1 mmの粗面に形成されてい る空 流 測定 を提供す m

る ο

本発明は 更に空気流量を計測する計測素子と 記計測素子が 配 された副 M路と、 有!!記副通路が構成され、 主空気流中に配置さ れるノ、 ゥジ ング と 、 を備えた空気流 測定装置において 副通路壁 面に 1 mm以下の粗面を有する コ ティ ング膜が形成されてい る空気 流 測定 を提供する

本実施例は 、 空気流量を計測する計測素子 と 刖記計測素子が配 βされた副 m.路と 、 刖記副通路が構成され 、 主 流中に配置され るノヽゥジン グと、 を備えた空気流量測定装置において 副通路壁面 が 8 0 ± 4 0 mの粗面に形成されてい る空気流 測定 置を構成 する。

またヽ 本実施例は 空気 を計測する計測素子と 刖記計測素 子が配置された副 路とヽ 刖記副通路が構成され 主空気流中に配 されるノヽゥジ ングと、 を備えた空気流量測定 において、 副通 路壁面が 9 0 ju + 2 0 mの粗面に形成されてい る空気流量測定 装置を構成する 。 刖記計測素子よ り も入口側副通路壁面が前記計測 素子よ り も 出口側副 M路壁面に比べて粗面に形成される。

、 二"！

計測素子よ 入口側副通路壁面にコ一テ ィ ング膜が形成さ れる

本実施例によれば 、 発熱抵抗体式空気流量測定装置の流量計測素 子を変更する こ とな < 、 その通路構造の改良によ り 、 半永久的に異 物であ るダス ト の衝突に よる流量計測素子の破 ί員を効果的に防止す る こ とが可能である 尚且つ、 本構造によれぱヽ 従来の発熱抵抗体 式空気流量測定装 sの製造方法を変更する こ とな く 従来構造品 と同 のコス ト で上述の 的を達成する こ とが可能である。

等 図面の簡単な説明

第 1 図は本発明の一実施例を示す空気流量計測装置の縦断面図

2 図は第 1 図に対する副通路断面形状の一実施例。

3 図は本発明の一実施例 と しての副通路における壁面構成を 示す模式的な横断面図

4 図はダス 卜佳 1 0 0 mのダス ト が空気流量計測装置に入 た場合に、 ダス 卜 の挙動を示す図。

5 図は粗面でダス 卜 の反発性が低下する理由を解説する 図。 第 6 図はダス 1 5 mの場合の反発係数の変化を示す図。 第 7 図はダス 卜 1 0 0 ； a mの場合の反発係数の変化を示す図。

8 図は本発明の一実施例 と しての副通路における壁面構成を 示す模式的な横断面図

9 図は本発明の一実施例 と しての副通路における壁面構成を 示す模式的な横断面図。 第 1 0 図は本発明の一実施例と しての副通路における壁面構成 を示す模式的な横断面図

第 1 1 図は本発明の一実施例と しての副通路における壁面構成 を示す模式的な上面図

第 1 2 図は本発明の一実施例と しての副通路における壁面構成 を す模式的な上面図

第 1 3 図は本発明の一実施例と しての副通路における壁面構成 を示す模式的な横断面図

第 1 4図は本発明の一実施例と しての副通路における壁面構成 を示す模式的な横断面図

1 5 図は本発明の他の実施例を示す空気流量計測装置の縦断 面

1 6 図は本発明の他の実施例を示す副通路構造の縦断面図

1 7図は本発明の他の実施例を示す副通路構造の縦断面図 発明を実施するための最良の形態

C実施例 1

第 1 図は本発明の一実施例を示す発熱抵抗体式 気流 計測装 の縦断面図である。 動車用内燃機関の吸気通路 管 1 1 に形成さ れる吸気通路 1 に発 抵抗体式空気流 計のモジュ一ルノヽゥジング

2がモジュ ' ~ルフラ ンジ 5 を介して取 つけられている モジュ一 ルノヽゥジング 2先端部には副通路導管 1 7 に形成される副通路 Ίが 形成され 、 副通路 7 内部には流量計測素子 3 が設 されている。 流 計測素子 3 (ここでは発熱抵抗体） はモジユ ールノヽゥジング 2内 部に設置された電チ回路 4 と電気的に接続され、 に電子回路 4は ゴネク夕 6 を介して外部と電気的に接続される。 副通路 7 は吸気通 路 1 内部を流れる空気流に垂直に閧 P した副通路入口部 8 と副通路 側壁面 7 2 に開口 した副通路出口部 9 を有 してい る 。 1 図の副通

·>- 路の断面 A 一 Aを第 2 図に示す 。 第 2 図に示すよ つ に、 副通路の外 周壁面 7 1 ，側壁面 7 2 ,内周壁面 Ί 3 を粗面 1 0 に形成してい る o の粗面と しては、 第 4 図に示すよ Ό に凹凸を不規則的に けた梨 地 またはディ ンプルがある。 その表面は、 例えば 1 0 0 m 以下の微小な凹凸形状に形成されてい る。梨地の形成方法と しては、 モジュールハ ウ ジ ングは樹脂材で形成する場合は副通路部分の金型 に梨地加工をする こ とに よ り 、 比較的簡単にかつ低コ ス ト で製造す る こ とがで き、 コス ト増や重量増もほ とんど招 く こ とがない。また、 兀成品副通路に直接梨地加工を して も よい。

第 4 図において 、 各種条件において、 セ ンサ部に到達する ダス 卜 を調ベた と こ ろ、 ダス ト のサイ ズは通常 1 0 0 m以下となる と がわかつ 1こ。 このダス ト サイ ズについて検討 した。

副通路は、 侵入 したダス ト を慣性に よ り 分離 して、 副通路外壁に 沿 た軌道にダス ト を導 く こ とがで き る。 そのため、 S i ェレ メ ン にヽ ダス ト が直接衝突する こ とがない o

ただ し、 副通路の材質の反発性が高い場合 、 慣性分離されない o 上図に示すよ う に 、 正反射によ り S i エレメ ン ト にダス ト が直接衝 突する恐れがない ο

本実施例は 、 ダス ト衝突によ り 反発性を粗面 1 0 によつて低下さ せる とで、 ダス ト の速度を低減で さ る 。

れによ り 、 ダス ト の運動エネルギが低下 して、 ダス ト が S i ェ レメ ン ト に衝突による破壊を抑制 しよ う とする も のである σ

の よ う な粗面 1 0 を形成する こ と による作用について ベる 0 ダス ト を含む流入空気が副通路内に進入する と、 ダス ト は、副通路、 特に湾曲 してい る副通路壁面 （外周壁面， 側壁面 ， 内周壁面） に衝 突する 0 ダス ト と副通路側面との衝突時の反発係数が小さ いほど、 ダス ト の 動エネルギは減少する 0 ダス ト の運動ェネルギが、 ダイ ァフ ラ ムの変形エネルギょ り 小さい場合にダィ ァフ ラ ムは破壊 しな い 。 副通路を粗面にする と、 反発係数は低減する れは 、 粗面に する こ とでダス 卜 の反発方向がラ ンダムにな り 、 空気の流れ方向の ダス ト速度成分が減少する ためであ る 。 この よ う に、 流速が低下す るためダイ ァフ ラ ムの破壊は抑制され o た、 粗面の先端部ゃ稜 線に衝突した場合は、 粗面が塑性変形する こ とで M動ェネルギが ひずみェネルギに代わる 。 このため 、 運動ェネルギが低下 してダイ ァフ ラ ムの破壊は抑制される。 ダス ト の反発方向を変える効果を期 待する ためには、 第 3 図に示す凹凸のピッチは、 対象とする最大ダ ス ト の直径以上にする必要がある o 凹凸のピ Vチが最大ダス ト の直 径以下では 、 最大ダス ト は凹凸内で衝突せずに、 凹凸の先端部 , 稷 線で衝突するためである 。 一方、 粗面の塑性変形によ る効果を期待 する ためには、 逆に凹凸のピ ッ チは 、 対象とする最大ダス ト （ 1 0

0 j m ) の直径以下にする こ とが望ま しい。 以下、 詳細に説明する。 粗面でダス ト の反発性が低下する理由には 、 次の二つの原因があ る o

( 1 ) 粗面の斜めの面にダス 卜 が衝突する ため、 ダス ト の M度ベク 卜ルの方向が変わる→流れ方向の M度ぺク ト ルが小さ く な る→速度 低下

( 2 ) ナ部に当たっ た場合、 πーナ部が塑性変形 して 、 速度ぺ ク トルが小さ く なる→速度低下 これら 2 つの原因に よ って生ずる ダス ト の反発性か ら粗面の粗さ を決定する こ とになる 0

第 4 図は、 粗さ と ダス ト径との関係における上記 2 つの原因によ る ダス ト の反発に いて説明する o

( 1 ) は、 ダス の方向変化に伴う反発性変化であ る （方向で表 示 ) o

( 2 ) は、 ダス 卜 の衝突によ る塑性変形 （弾性変形を含む。 ) に よ る反発性変化である (変形で表示 ) 。

ケース 1 ：

粗さ （ R m a X ) <ダス ト径

( 1 ) 粗面の斜めの面にダス ト が衝突で きない、 ダス ト は平滑面に 衝突するの とおな じ

→反発性変化な し (効果な し）

( 2 ) ダス ト が小さ < 衝突エネルギが小さいため、 塑性変形な し

→反発性変化な し (効果な し）

ケ —ス 2 ：

粗さ （ R m a X ) <ダス ト径

( 1 ) 粗面の斜めの面にダス ト が衝突で きない、 ダス ト は平滑面に 衝突するの とおな じ

→反発性変化な し (効果な し）

( 2 ) ダス ト が大き < なるため (重さ ） 、 衝突エネルギも大き く な り 、 塑性変形発生

→反発性低下 (ダス 卜 の速度低下）

ケ —ス 3 ：

粗さ （ R m a ) ダス ト径 ( 1 ) 粗面の斜めの面にダス ト が衝突する ため、 ダス ト の速度べク トルの方向が変わる

流れ方向の速度べク ト ルが小さ く な る 反発性低下 （ダス ト の速 度低下）

( 2 ) ダス ト が大き く なるため （重 く ） 、 衝突エネルギも大き く な り 、 塑性変形発生

反発性低下 （ダス ト の速度低下）

ケース 4

粗さ （ R m a X ) >ダス ト径

( 1 ) 粗面の斜めの面にダス ト が衝突する ため、 ダス ト の速度べク トルの方向が変わる

流れ方向の速度ぺク ト ルが小さ く な る 反発性低下 （ダス ト の速 度低下）

( 2 ) ダス が大き く なるが （重 く ） 、 凹凸も大き く な り 、 塑性変 形 し難 し < なる

→反発性変化な し （効果な し）

第 5 図は ダス ト 1 5 mの場合の方向および変形によ る反発係 数の変化の状況を示す。ダス ト 1 5 ^ mの場合、変形は 7 . 5 m で 効果があ り 1 以上か ら効果が落ちて く る 。 変形は 1 0 m で効果があ り 、 それ以上で効果が増え、 持続する。 ト ータルする と、 ダス ト 1 5 mの場合、 粗さ 7 . 5 〃 m 以上で効果がある こ とが判 た。

第 7 図は ダス ト 1 0 0 mの場合の方向および変形に よ る反発 係数の変化の状況を示す。 ダス ト 1 0 0 /z mの場合、 変形は 5 0 mで効果があ り 、 9 0 m以上か ら効果が落ちて く る 。 変形は 9 0 z mで効果があ り 、 それ以上で効果が増え、 持続する 。 ケース 1 ， ケース 2 ， ケース 3 ， ケース 4 をあてはめてみる と、 図に表示 した よ う になる 。 ダス ト 1 0 0 mの場合、 ケース 1 に該当 し、 粗さ 5 0 / m以下 となって反発係数上効果がない。 粗さ 5 を超え る と、 ケース 2 ， ケース 3 , ケース 4 の よ う にな り 、 粗さ 5 0 m以 上で効果がある。粗さ を余 り に大き く する と流れを乱すこ とにな り 、 上限が制限される。

第 6 図および第 7 図か ら、 全てのダス ト （ 1 5 〜 1 0 0 〃 m ) の 反発性を確保するためには粗さ 5 0 m以上 とする こ とが必要 とな る。 そ して、 流れの乱れを抑制する ためには上限は粗さ 1 m ( 1 0 0 0 m ) 以下とする こ とが必要となる。

第 7 図か らわかる よ う に、 前述 した 2つの原因を勘案した と き に、 全てのダス ト に対 して、 9 0 ± 4 0 m望ま し < は 9 0 ± 2 0 とする こ とが望ま しい。 この範囲において フ ィ ル夕 を通過 した全 てのダス ト に対 して反発性の改善が期待で ぎ かつ流れの乱れを小 さ <抑える こ とが期待で き る

また 、 梨地以外の凹凸面を 、 第 8 図か ら 1 0 図に示す。 モジュ 一ルノヽ ゥジ ングは樹脂材で形成する場合は副 M路部分の金型に凹凸 を加ェ して成形する 。 第 8 図の波形状、 9 図の階段状、 第 1 0 図 の凸凹は、 フ ォ ト エ ッチング , サン ド ブラス 卜 な どの方法によ り 加 ェする o れら の凹凸は、 第 1 1 図， 第 1 2 図に示す上面図よ う に 空 Ιιの流れに垂直に形成するのが好ま しい o 凹凸の形成方法と して は モジュ一ルノ、ゥ ジン グは樹脂材で形成する 合は副通路部分の 金型に凹凸を加工 して成形する 。 金型を抜 < 方向 と第 1 2 図に示 し た凹凸の稜線方向を一致させる こ とで、 比較的簡単にかつ低コ ス ト で製造する とがで き る

ただ しヽ 第 1 3 図に示すよ う に 凹凸の梭線方向を空気の流れと 垂直でな < 角度を付けて形成する とヽ ダス 卜 の反射方向が空気の流 れ方向 と異なる のため、 ダス 速度の 流れ方向成分が遅 く なるためヽ また衝突回数が増え る ためヽ ダス 卜 の運動エネルギが低 下する効果がある

第 9 図では空気の流れ方向を 入 してい る が 、 反対方向で使用 し て も よい。 反対方向で使用 した場合 ほぽ に近い急な傾斜の凹 部に衝突 したダス ト は铳れと反対方向に反射する ため、 度は著 し く 低下する こ とが期待で き る

また、 他の凹 ώ面 と して、 第 1 図 1 4 図に示 サメ 鱗状 がある 。 これは、 ダス ト の反発方 を ん る効果を期 する と、 粗面の塑性変形によ る効果を期待 る とに加えて、 軟性 ある 凸部の変形による効果を期待する

〔実施例 2 〕

1 5 図は本発明の他の実施例を す発熱抵 体式 計測 m mの縦断面図であ る 。 先の実施例 同—の構成につい は 一の 参照番号を付 し、 先の説明を援用す 図の実施例 は 副通 路壁面の全てが粗面に形成されてい が ダス ト はェァ フ ル夕 一を通過 して進入する ため、 副通路 で刖記計測素子よ も 口側 副通路壁面が粗面であれぱよい。 た し ダク ト に付着 て たダ ス ト がノ ヅ ク フ アイ ャによ り 出口側 Μ路か ら進入する と 考え られる 。 副通路の構造が入口側 と出 側で対称である 合は 副通 路前面が粗面に形成されているのが好ま しい。

〔里施例 3 〕 第 1 6 図は本 明の他の実施例を す発熱抵抗体式 2¾気 ¾t m B†測 装置の縦断面図であ る 。 粗面化以外の副通路壁面での反発係数を低 減させる方法と して、 副通路壁面に 一テ ィ ング 2 1 を施す方法が あ る。 コ一テ ィ ング材と しては 弹性率が低い材料， 硬度が低い材 料が好ま しい 0 また、 ゲルなどの軟 材料も使用可能であるが、 ダ ス ト な どを吸収 または粘着させる材料は不適である 0 ラ ッ プさ れたダス ト が粘着材表面を完全に覆つ て しま つ た後は効果が無 く な り 、 短期的な効 しか見られず 長期間の使用は保証で ぎない 0 コ一ティ ング材の形成方法は モジユールハウ ジン グの副通路側 のみをコ一テ ィ ング液にディ ヅ プして形成する方法、 またはモジュ 一ルノヽ ゥジ ングの副通路側のみに ―ティ ング液をス プレ一 して形 成する方法な どがある o コ一テ ィ ン グはそれ自体で反発係数を低減 させる効果がある 0 5 0 m以下の粗面で も効果がある o

以上よ り 1 m m以下の粗面の 一テ ィ ングを形成する とで反発 係数を低減で き る ο

〔実施例 4 〕

第 1 6 図の実施例では、 副 M路 面の全て にコーテ ィ ングが施さ れてい るが 、 第 1 7 図に示す例にあ ては、 ダス ト はェァ一フ ィ ル 夕一を通過 して 入する ため 副 M.路内で前記計測素子よ り も入口 側副通路壁面を粗面と している 0 ただ しヽ の場合、 ダク ト に付着 していたダス ト が Λヅ ク フ ァィ ャに よ り 出口側副通路か ら進入する こ とが考え られる 。 副通路の構造が入口側と出口側で対称である場 合は、 副通路前面が粗面に形成されているのが好ま しい。

Claims

請 求 の 範 囲

1 .空気流量を計測する計測素子と、

前記計測素子が配置された副通路と、

前記副通路が構成され、 主空気流中に配置されるハウジ ングと、 を備えた空気流量測定装置において、

副通路壁面が 5 0 /ζ π！〜 1 mmの粗面に形成されている こ と を特徴 とする空気流量測定装置。

2 ，空気流量を計測する計測素子と、

前記計測素子が配置された副通路と、

前記副通路が構成され、 主空気流中に配置されるハウジ ングと、 を備えた空気流量測定装置において、

副通路壁面が 9 0 ± 4 0 mの粗面に形成されてい る こ と を特徴 とする空気流量測定装置。

3 .空気流量を計測する計測素子と、

• 前記計測素子が配置された副通路と、

前記副通路が構成され、 主空気流中に配置されるハウジ ングと、 を備えた空気流量測定装置において、

副通路壁面が 9 0 ± 2 0 mの粗面に形成されてい る こ と を特徴 とする空気流量測定装置。

4 .請求項 1 か ら 3 のいずれかにおいて、

前記計測素子よ り も入口側副通路壁面が前記計測素子よ り も 出口 側副通路壁面に比べて粗面に形成されている こ と を特徴と する空気 流量測定装置。

5 .空気流量を計測する計測素子と、 前記計測素子が配置された副通路と、

前記副通路が構成され、 主空気流中に配置されるハ ウジ ングと、 を備えた空気流量測定装置において、

副通路壁面に 1 mm以下の粗面を有する コーティ ング膜が形成され ている こ とを特徴とする空気流量測定装置。

6 .請求項 5 において、

前記計測素子よ り も入口側副通路壁面にコーテ ィ ング膜が形成さ れている こ と を特徴とする空気流量測定装置。