JP3407443B2 - 内燃機関の吸入空気量センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は，内燃機関の吸気通路
を流れる吸入空気の量を計測する内燃機関の吸入空気量
センサに関し，特に，順流方向のみならず，逆流方向の
流れについても吸入空気量を測定できるようにした内燃
機関の吸入空気量センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来，内燃機関の吸入空気量センサとし
て，例えば，特開平４−１０５０１８号公報『吸入空気
量検出装置』に開示された装置がある。この装置は，２
つの熱線あるいは熱フィルムを所定の間隔をおいて近接
して吸気通路に配置し，これら２つの感熱抵抗体の温度
差により流れ方向を判別するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記従
来の技術によれば，所定の間隔をおいて配置した２つの
感熱抵抗体の温度差により流れ方向を判別可能であるも
のの，２つの感熱抵抗体の間隔，吸気通路を流れる吸入
空気の速度および吸入空気の温度に応じて，吸入空気の
流れ方向の計測に時間遅れが発生するため，計測値誤差
が発生し，計測精度の低下を招来するという問題点があ
った。

【０００４】ここで，上記問題点を具体的に説明する。
図７は，内燃機関である４気筒エンジンの吸入空気量の
波形を示す。図７（ａ）は，４気筒エンジンのエンジン
回転数を８００ｒ．ｐ．ｍとし，吸入空気の流量を制御
するスロットル弁を全開とした場合における高応答の熱
抵抗体素子と低応答の熱抵抗体素子との信号波形を示
し，図において，実線８０１は，高応答の熱抵抗体素子
で測定した波形であり，実線８０２は，低応答の熱抵抗
体素子で測定した波形である。また，破線８０３は推定
される瞬時の吸入空気量の真の値の信号を示している。

【０００５】また，図７（ｂ）は，４気筒エンジンのエ
ンジン回転数を１６００ｒ．ｐ．ｍとし，吸入空気の流
量を制御するスロットル弁を全開とした場合における高
応答の熱抵抗体素子と低応答の熱抵抗体素子との信号波
形を示し，図において，実線８０４は，高応答の熱抵抗
体素子で測定した波形であり，実線８０５は，低応答の
熱抵抗体素子で測定した波形である。また，破線８０６
は推定される瞬時の吸入空気量の真の値の信号を示して
いる。

【０００６】図示の如く，流量検出素子である熱抵抗体
素子の応答性に応じて，吸入空気が順方向から逆方向に
流れが変化した点，すなわち，吸入空気の流れが順方向
から逆方向へ変化するゼロ流量を横切る時間が異なる。
例えば，実線８０２，８０５で示す低応答の熱抵抗体素
子の場合，ゼロ流量を横切る時間の時間遅れが大きく生
じる。この時間遅れは，流量計測値の誤差を発生させる
大きな要因となる。一方，実線８０１，８０４で示す高
応答の熱抵抗体素子の場合，ゼロ流量を横切る時間の時
間遅れが少なく，流量計測値の誤差は，それぞれ実線８
０２，８０５と比べて，破線８０３，８０６に近い値を
示している。

【０００７】この発明は，このような従来の問題点に着
目してなされたもので，吸入空気の流れ方向の変化に対
する応答性を高めて，吸入空気の流れ方向の計測の時間
遅れを低減することにより，計測精度の向上を図ること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は，上記の目的
を達成するために，請求項１に係る内燃機関の吸入空気
量センサは，吸気通路の入口側から中央部側に向かって
除々に内径を縮小した絞り通路部と，吸気通路の中央部
側から出口側に向かって除々に内径を拡大した拡大通路
部と，前記絞り通路部と拡大通路部とを連通するスロッ
ト部と，前記スロット部の中央部を対称面として，スロ
ット部の上流側の端部および下流側の端部に略対称とな
るように配置された同一形状の２個のハニカム整流器
と，前記スロット部の中央部に配置されたヒータ素子お
よび前記ヒータ素子に近接して前記ヒータ素子を中心に
対称となるように前流側と後流側とに配置された２個の
ホットワイヤ素子とから成る流量検出部とを備えたもの
である。

【０００９】また，請求項２に係る内燃機関の吸入空気
量センサは，前記ヒータ素子が，短冊状の細長いセラミ
ックス薄板と，前記セラミックス薄板の表面上に形成さ
れた抵抗膜と，前記セラミックス薄板の両端部に形成さ
れた電極膜とから成り，前記流量検出部が，前記ヒータ
素子および２つのホットワイヤ素子とを固設する支持体
を有し，前記セラミックス薄板の両端部を前記支持体に
固定し，前記ホットワイヤ素子は前記支持体に設けられ
た貫通孔の溝部で圧着することにより前記支持体に固定
した構造であるものである。

【００１０】

【作用】この発明の内燃機関の吸入空気量センサ（請求
項１）は，吸入空気が順方向に流れる場合，除々に内径
を縮小された絞り通路部を通過することにより，吸入空
気の流速が高められる。この流速が高められた吸入空気
は，スロット部のハニカム整流器で整流された後，スロ
ット部の中央部に配置されたヒータ素子および２個のホ
ットワイヤ素子とから成る流量検出部によって，流量が
検出される。一方，吸入空気が逆方向に流れる場合，先
ず，吸入空気は，吸気通路の中央部側から出口側に向か
って除々に内径を拡大した拡大通路部を通過することに
なるが，この場合，逆方向に流れるため，除々に内径を
縮小された拡大通路部を通過することになる。したがっ
て，拡大通路部においても絞り通路部と同様の作用によ
って吸入空気の流速が高められる。この流速が高められ
た吸入空気は，スロット部のハニカム整流器で整流され
た後，スロット部の中央部に配置されたヒータ素子およ
び２個のホットワイヤ素子とから成る流量検出部によっ
て，流量が検出される。さらに，２個のホットワイヤ素
子や，絞り通路部および拡大通路部がスロット部の中央
部に配置されたヒータ素子を対称面として，対称に配置
されているので，順方向および逆方向の流れが同一条件
で検出される。

【００１１】また，この発明の内燃機関の吸入空気量セ
ンサ（請求項２）において，短冊状の細長いセラミック
ス薄板の表面上に抵抗膜を形成し，さらにセラミックス
薄板の両端部に電極膜を形成してヒータ素子を作製し，
該作製したヒータ素子のセラミックス薄板の両端部を支
持体に固定し，ホットワイヤ素子は支持体に設けられた
貫通孔の溝部で圧着することにより支持体に固定して，
流量検出部を作製する。これによって，必要な機械的強
度と耐久性を有し，かつ，高い応答性を有する流量検出
部が得られる。

【００１２】

【実施例】以下，この発明の内燃機関の吸入空気量セン
サについて，図面を参照して詳細に説明する。

【００１３】図１（ａ）は，本実施例の内燃機関の吸入
空気量センサの全体構成を示し，図１（ｂ）は，図１
（ａ）を矢印の後方から見た矢視図を示し，図示の如
く，吸入空気が流れる吸気通路１０１と，吸気通路１０
１を流れる吸入空気を整流するための２個のハニカム整
流器１０２ａ，１０２ｂと，吸気通路１０１を流れる吸
入空気の量を検出する流量検出部１０３とから構成され
る。

【００１４】なお，吸気通路１０１は，吸気通路１０１
の入口側から中央部側に向かって除々に内径を縮小した
絞り通路部１０４と，吸気通路の中央部側から出口側に
向かって除々に内径を拡大した拡大通路部１０５と，絞
り通路部１０４と拡大通路部１０５とを連通するスロッ
ト部１０６とから構成される。

【００１５】また，ハニカム整流器１０２ａ，１０２ｂ
は，スロット部１０６の中央部を対称面として，スロッ
ト部１０６の上流側の端部および下流側の端部に略対称
となるように配置されており，かつ，同一形状である。

【００１６】また，流量検出部１０３は，後述するヒー
タ素子２０３（図２参照）がスロット部１０６の中央部
に位置するように配置されている。換言すれば，スロッ
ト部１０６の中央部に流量検出部１０３が配置され，流
量検出部１０３の左右に対称にハニカム整流器１０２
ａ，１０２ｂが配置されていることになる。

【００１７】さらに，本実施例の詳細な構成として，絞
り通路部１０４は，入口側の直径を７０ｍｍとし，中央
部側の直径を５０ｍｍとする。拡大通路部１０５は，中
央部側の直径を５０ｍｍとし，出口側の直径を７０ｍｍ
とする。また，スロット部１０６の直径を５０ｍｍとす
る。また，ハニカム整流器１０２ａ，１０２ｂの配置
は，スロット部１０６の前流端および後端部より管直径
の１０％の長さである５ｍｍ程度離した位置とする。さ
らに，流量検出部１０３とハニカム整流器１０２ａ，１
０２ｂの間は，それぞれ１５ｍｍ〜２０ｍｍの距離とす
る。

【００１８】ここで，図２（ａ），（ｂ）を参照して，
流量検出部１０３の構成を具体的に示す。流量検出部１
０３は，ガラス・エポキシ樹脂基板からなる支持部材２
０１と，支持部材２０１に取り付けられた２本のホット
ワイヤ２０２ａ，２０２ｂと，支持部材２０１に取り付
けられたセラミック・ヒータ２０３とから構成される。

【００１９】なお，支持部材２０１には，ホットワイヤ
２０２ａ，２０２ｂを圧着するための貫通孔付き溝部２
０４と，セラミック・ヒータ２０３を支持部材２０１に
固定するための支持ピン２０５と，支持ピン２０５を圧
着するための貫通孔付き溝部２０６とから構成される。

【００２０】なお，図示の如く，ホットワイヤ２０２
ａ，２０２ｂは，セラミック・ヒータ２０３を挟んで，
それぞれ吸入空気が流れる方向の上流側と下流側に配置
されている。また，図２（ｂ）は，図２（ａ）の矢印方
向から見た矢視図である。

【００２１】次に，図３（ａ）〜（ｃ）を参照して，支
持部材２０１の形状についてさらに詳細に説明する。図
３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面を示し，支持部材２
０１の中央部には，セラミック・ヒータ２０３を配置す
るための切欠きが形成されている。また，図３（ｃ）は
図３（ａ）のＢ−Ｂ断面を示し，貫通孔付き溝部部２０
４，２０６は，それぞれ支持部材２０１を貫通する孔が
形成されている。

【００２２】続いて，このような形状の支持部材２０１
にホットワイヤ２０２ａ，２０２ｂを圧着する方法につ
いて，図４（ａ）〜（ｄ）および図５（ａ）〜（ｄ）を
参照して説明する。先ず，図４（ａ）に示すように，支
持部材２０１の貫通孔付き溝部２０４，２０６が上に向
くようにセットし，ワイヤ・クランプ４０２を開き，ワ
イヤ・クランプ４０３を閉じる。すなわち，ワイヤ・ク
ランプ４０３でワイヤ４０１を掴み，所定の位置までワ
イヤ・クランプ４０３を支持部材２０１の下に移動し，
ワイヤ４０１の先端を貫通孔付き溝部２０４にもってく
る。

【００２３】次に，図４（ｂ）に示すように，ワイヤ・
クランプ４０３およびワイヤ・クランプ４０２を開きた
状態で，ワイヤ４０１に自由度を持たせて，圧縮空気の
ノズル４０４から圧縮空気を支持部材２０１の下から上
に向けて噴射し，圧縮空気によりワイヤ４０１を貫通孔
付き溝部２０４に通す。このとき，圧縮空気のノズル４
０４は，噴射した圧縮空気が貫通孔付き溝部２０４を通
過するように配置する。

【００２４】次に，図４（ｃ）に示すように，ワイヤ・
クランプ４０３を移動させて，ワイヤ４０１を貫通孔付
き溝部２０４の上で掴み，ワイヤ・クランプ４０３を所
定の位置まで移動し，ワイヤ４０１の先端を貫通孔付き
溝部２０６の上の位置に持ってくる。

【００２５】続いて，図４（ｄ）に示すように，再度ワ
イヤ・クランプ４０３を開いて，ワイヤ４０１に自由度
を持たせて，圧縮空気のノズル４０４を開き圧縮空気を
貫通孔付き溝部２０６の上から下に向けて噴射し，噴射
した圧縮空気によりワイヤ４０１を貫通孔付き溝部２０
６の上から下に通す。

【００２６】上記の説明したように，ワイヤ４０１は，
貫通孔付き溝部２０４の下から上を通った後，貫通孔付
き溝部２０６の上から下へ通る，すなわち，支持部材２
０１の上をワイヤ４０１が通る状態となる。

【００２７】ワイヤ４０１を支持部材２０１の上に通し
た後，図５（ａ）に示すように，圧接器４０５を使用し
て，ワイヤ４０１の端部を貫通孔付き溝部２０６に圧接
し，固定する。

【００２８】次に，図５（ｂ）に示すように，引張器４
０６を使用し，ワイヤ４０１の貫通孔付き溝部２０４の
下の部分を，引っ張る。これにより，支持部材２０１の
上のワイヤ４０１は，あらかじめ設定した引張力で張ら
れる。

【００２９】続いて，図５（ｃ）に示すように，再度圧
接器４０５を使用し，ワイヤ４０１を貫通孔付き溝部２
０４に圧接し固定する。

【００３０】上記の方法を用いて，２本のワイヤ４０１
を支持部材２０１に圧接すると，図５（ｄ）に示すよう
に，支持部材２０１にホットワイヤ２０２ａ，２０２ｂ
が取り付けられることになる。

【００３１】図６（ａ）〜（ｆ）は，セラミック・ヒー
タ２０３の作製について示す説明図である。先ず，図６
（ａ）に示すように，幅０．３５ｍｍ，厚み１．１５ｍ
ｍのアルミナ６０１を作製する。

【００３２】次に，図６（ｂ）に示すように，アルミナ
６０１の中央部に白金ペースト６０２を厚さ３０μｍ塗
布し，図６（ｃ）に示すように，焼成して，抵抗膜６０
２ａを得る。この抵抗膜６０２ａの厚さは，１０〜１５
μｍとなる。

【００３３】次に，図６（ｄ）に示すように，アルミナ
６０１の端部に銀−白金ペースト６０３を厚さ５０μｍ
塗布し，図６（ｅ）に示すように，焼成して，電極膜６
０３ａを得る。この電極膜６０３ａの厚さは，２０〜２
５μｍとなる。このようにして抵抗膜６０２ａおよび電
極膜６０３ａを形成したアルミナ６０１が，本実施例の
セラミック・ヒータ２０３である。

【００３４】最後に，上記方法で形成されたセラミック
・ヒータ２０３に，図６（ｆ）に示すように，支持部材
２０１に固定するための支持ピン２０５として，スズメ
ッキ銅線をハンダ付けする。

【００３５】以上の構成において，その動作を説明す
る。吸入空気が吸気通路１０１を順方向に流れる場合，
先ず，吸入空気は絞り通路部１０４を通過する。このと
き，除々に内径を縮小された絞り通路部１０４によっ
て，吸入空気の圧力が除々に高まるため，絞り通路部１
０４からスロット部１０６へ流れ込む吸入空気の流速
は，除々に速くなっていく。流速が速くなった吸入空気
は，スロット部１０６においてハニカム整流器１０２ａ
で整流された後，スロット部１０６の中央部に配置され
たセラミック・ヒータ２０３および２個のホットワイヤ
２０２ａ，２０２ｂを有した流量検出部１０３によって
流量の検出が行われる。

【００３６】一方，吸入空気が吸気通路１０１を逆方向
に流れる場合，先ず，吸入空気は拡大通路部１０５を通
過する。このとき，吸入空気が拡大通路部１０５を逆方
向に流れるので，除々に内径が縮小された通路（拡大通
路部１０５）を通過することになり，絞り通路部１０４
を通過する場合と同様に吸入空気の圧力が除々に高まる
ため，拡大通路部１０５からスロット部１０６へ流れ込
む吸入空気の流速は，除々に速くなっていく。流速が速
くなった吸入空気は，スロット部１０６においてハニカ
ム整流器１０２ｂで整流された後，スロット部１０６の
中央部に配置されたセラミック・ヒータ２０３および２
個のホットワイヤ２０２ａ，２０２ｂを有した流量検出
部１０３によって流量の検出が行われる。

【００３７】すなわち，２個のホットワイヤ素子や，絞
り通路部および拡大通路部がスロット部の中央部に配置
されたヒータ素子を対称面として，対称に配置されてい
るので，順方向および逆方向の流れにおける流量が同一
条件で検出される。

【００３８】前述したように本実施例によれば，流量検
出部１０３の流速を吸気通路１０１入口より高め，流量
検出部１０３の応答性を高めることができる。ここで
は，流量検出部１０３の入口の直径を７０ｍｍとし，ス
ロット部１０６の直径を５０ｍｍとしたので，スロット
部１０６の流速は，流量検出部１０３の流速の２倍とす
ることができる。

【００３９】また，本実施例では，ハニカム整流器１０
２ａ，１０２ｂの配置位置を，スロット部１０６の前流
端および後端部より５ｍｍ程度（管径の１０％の長さ）
離した位置としたため，整流器の配置による圧損をおさ
えることができる。また，一般に，整流器を通過した吸
入空気は，ハニカム整流器１０２ａの吸入空気の流れる
後端部より１０ｍｍ以上離した場所で整流効果が発生
し，また，３０ｍｍ以上離した場所では，整流効果が徐
々に悪化する。したがって，ハニカム整流器１０２ｂの
端部より，１５ｍｍから２０ｍｍの距離が整流効果が一
番大きい。本実施例では，流量検出部１０３をハニカム
整流器１０２ｂの端部より，１５ｍｍから２０ｍｍの距
離に配置したため，吸入空気の整流効果が最大限に発揮
された位置で流量を検出することができる。

【００４０】また，スロット部１０６にハニカム整流器
１０２ｂを配置したため，拡大通路部１０３に発生する
渦や，流速分布の乱れが絞り通路部１０４より前流側の
流れに影響を与え，流速分布の乱れが生じることを防ぐ
効果がある。また，逆方向に流れた場合には，ハニカム
整流器１０２ａが順方向の場合のハニカム整流器１０２
ｂと同様の働きをする。さらに，ハニカム整流器１０２
ｂの前方の端部より１５ｍｍから２０ｍｍの距離を置い
て流量検知部１０３を配置させると，ハニカム整流器１
０２ｂの整流効果を最大限に活用することができる。

【００４１】

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように，この発明の内燃機
関の吸入空気量センサ（請求項１）は，吸気通路の入口
側から中央部側に向かって除々に内径を縮小した絞り通
路部と，吸気通路の中央部側から出口側に向かって除々
に内径を拡大した拡大通路部と，前記絞り通路部と拡大
通路部とを連通するスロット部と，前記スロット部の中
央部を対称面として，スロット部の上流側の端部および
下流側の端部に略対称となるように配置された同一形状
の２個のハニカム整流器と，前記スロット部の中央部に
配置されたヒータ素子および前記ヒータ素子に近接して
前記ヒータ素子を中心に対称となるように前流側と後流
側とに配置された２個のホットワイヤ素子とから成る流
量検出部とを備えたため，吸入空気の流れ方向の変化に
対する応答性を高めて，吸入空気の流れ方向の計測の時
間遅れを低減し，さらに，計測精度の向上を図ることが
できる。

【００４３】また，この発明の内燃機関の吸入空気量セ
ンサ（請求項２）は，前記ヒータ素子が，短冊状の細長
いセラミックス薄板と，前記セラミックス薄板の表面上
に形成された抵抗膜と，前記セラミックス薄板の両端部
に形成された電極膜とから成り，前記流量検出部は，前
記ヒータ素子および２つのホットワイヤ素子とを固設す
る支持体を有し，前記セラミックス薄板の両端部を前記
支持体に固定し，前記ホットワイヤ素子は前記支持体に
設けられた貫通孔の溝部で圧着することにより前記支持
体に固定した構造であるため，必要な機械的強度と耐久
性を有し，かつ，高い応答性を有する流量検出部が得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の内燃機関の吸入空気量センサを示す
構成図である。

【図２】本実施例の流量検出部を示す構成図である。

【図３】支持部材を示す説明図である。

【図４】支持部材にホットワイヤを圧着する方法につい
て示す説明図である。

【図５】支持部材にホットワイヤを圧着する方法につい
て示す説明図である。

【図６】セラミック・ヒータの作成について示す説明図
である。

【図７】内燃機関である４気筒エンジンの吸入空気量の
波形を示す説明図である。

【符号の説明】

１０１ 吸気通路 １０２ａ，１０２ｂ ハニカム整流器 １０３，７０１ 流量検出部 １０４ 絞り通路部 １０５ 拡大
通路部 １０６ スロット部 ２０１ 支持
部材 ２０２ａ，２０２ｂ ホットワイヤ ２０３ セラミック・ヒータ ２０４，２０６ 貫通孔付き溝部 ２０５ 支持ピン ６０１ アル
ミナ ６０２ 白金ペースト ６０２ａ 抵
抗膜 ６０３ 銀−白金ペースト ６０３ａ 電
極膜

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気通路の入口側から中央部側に向かっ
   て除々に内径を縮小した絞り通路部と，吸気通路の中央
   部側から出口側に向かって除々に内径を拡大した拡大通
   路部と，前記絞り通路部と拡大通路部とを連通するスロ
   ット部と，前記スロット部の中央部を対称面として，ス
   ロット部の上流側の端部および下流側の端部に略対称と
   なるように配置された同一形状の２個のハニカム整流器
   と，前記スロット部の中央部に配置されたヒータ素子お
   よび前記ヒータ素子に近接して前記ヒータ素子を中心に
   対称となるように前流側と後流側とに配置された２個の
   ホットワイヤ素子とから成る流量検出部とを備えたこと
   を特徴とする内燃機関の吸入空気量センサ。
2. 【請求項２】 前記ヒータ素子は，短冊状の細長いセラ
   ミックス薄板と，前記セラミックス薄板の表面上に形成
   された抵抗膜と，前記セラミックス薄板の両端部に形成
   された電極膜とから成り，前記流量検出部は，前記ヒー
   タ素子および２つのホットワイヤ素子とを固設する支持
   体を有し，前記セラミックス薄板の両端部を前記支持体
   に固定し，前記ホットワイヤ素子は前記支持体に設けら
   れた貫通孔の溝部で圧着することにより前記支持体に固
   定した構造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。