JP3573897B2 - 内燃機関の吸気系及びそれを備える内燃機関の制御システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、内燃機関の吸気系及びそれを備える内燃機関の制御システムに係り、特に、吸入空気流量を測定する空気流量測定用センサを設置した内燃機関の吸気系及びそれを備える内燃機関の制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車の内燃機関に吸入される空気量を測定する空気流量測定用センサは、吸入空気通路と同一内径を有するチャンバー内に、熱式抵抗のようなセンシング部を取り付ける構造であった。このチャンバーの上流側には、エアークリーナーまで続く吸入空気通路が接続され、下流側は、スロットルチャンバーを経て内燃機関に至る吸入空気通路が接続される。そして、センシング部を取り付けたチャンバーの上流端及び下流端に、メッシュやハニカム等の整流格子を設置することにより、吸入される空気を整流し、出力ノイズの低減を図る構造となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の空気流量測定用センサの取付位置は、比較的エアークリーナーエレメントから離れており、スロットルボデイ側に近い位置が一般的であった。しかしながら、最近、エアークリーナーに近接した位置若しくは、エアークリーナーケースの中に、空気流量測定用センサを取り付けることが検討されている。このような位置に空気流量測定用センサを取り付ける場合の空気流量測定用センサの構造としては、センシング部を吸入空気通路の外壁に設けられた開口から挿入するプラグインタイプのものが検討されている。
【０００４】
エアークリーナーに近接した位置若しくは、エアークリーナーケースの中に、空気流量測定用センサを取り付ける場合には、エンジンレイアウトの関係により、その取付位置の上流側に曲がり管や拡がり管を有している場合が多く、これらの曲がり管や拡がり管の下流側に空気流量測定用センサを設置すると、空気流量測定用センサの出力ノイズが増大し、高精度な空気流量の測定が困難であることが判明した。しかも、プラグインタイプの空気流量測定用センサにおいては、メッシュやハニカム等の整流格子を設置することが困難である。従って、曲がり管や拡がり管の下流側にプラグインタイプの空気流量測定用センサを設置する場合には、空気流量測定用センサの出力ノイズが増大し、高精度な空気流量の測定ができないという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、空気流量測定用センサの出力ノイズを低減し、高精度な空気流量の測定を行える内燃機関の吸気系及び、高精度な制御の行える内燃機関の制御システムを提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関に吸入される空気が流れる吸入空気通路内に、この吸入空気通路中を流れる空気流量を検出する空気流量測定用センサを有する内燃機関の吸気系において、前記吸入空気通路は、少なくともエアークリーナー側に連通するとともに、エアークリーナーのエレメントに近接する曲がり部と、この曲がり部よりも下流に位置し、断面積が徐々に広がる拡がり部とを有するダクトと、このダクトに接続され、内燃機関側に連通するとともに、断面積が徐々に狭くなる狭まり部を有する空気通路ボデイによって構成され、前記空気流量測定用センサは、前記空気通路ボデイに形成された開口から空気流量を検出するセンシング部が前記吸入空気通路内に挿入され、前記空気通路ボデイの前記狭まり部の下流に取り付けられる構造を有し、さらに、前記ダクトの内部に設置されるとともに、互いに直交する２枚の板によって構成される第１の整流板と、前記空気通路ボデイの内部であって、前記空気流量測定用センサの取付部よりも上流側であって、前記狭まり部に設置されるとともに、前記第１の整流板とは隙間を介して設置された第２の整流板とを備え、前記第２の整流板は、前記空気通路ボデイ内に形成される吸入空気通路を３分割する互いに平行な２枚の板及びこれらの板に直交する板によって構成されており、前記空気流量測定用センサの前記センシング部の中の吸入空気量を直接検出する検出部は、前記板の投影面から離れた位置に設置
することにおり、空気流量測定用センサの出力ノイズを低減し、高精度な空気流量の測定を行い得るとともに、第２の整流板の下流端で発生する剥離渦の影響を取り除き得るものとなる。」
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態による内燃機関の吸気系について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による内燃機関の吸気系の断面図である。
【００２０】
吸入空気は、ダクト１０及び空気通路ボディ２０によって構成される吸気系の吸入空気通路３０を通って、図示しない内燃機関に供給される。ダクト１０及び空気通路ボディ２０は、フランジ部１２及びフランジ部２２によって相互に固定されている。
【００２１】
空気通路ボディ２０には、吸入空気流量を測定する空気流量測定用センサ４０が設置され、内燃機関に吸入される空気流量を測定している。空気流量測定用センサ４０は、空気通路ボディ２０に形成された開口部２４にセンシング部４２が挿入されるプラグインタイプである。センシング部４２は、副通路４４の中に設置された流量測定用の感熱抵抗体４６Ａと温度補償用の感熱抵抗体４６Ｂから構成されている。
【００２２】
副通路４４の入口４４Ａから流れ込んだ吸入空気は、感熱抵抗体４６Ａ，４６Ｂを通過して、出口４４Ｂから流出する。副通路４４に流入した流入空気量は、感熱抵抗体４６Ａによって計量され、さらに、吸入空気の温度の変化分を感熱抵抗体４６Ｂによって補償され、吸入空気量が測定される。副通路４４を流れる空気量は、吸入空気通路３０を流れる総空気流量に対して所定流量比となっているため、副通路４４を流れる空気量を測定することにより、吸入空気通路３０を流れる総空気流量を測定することができる。
【００２３】
ダクト１０は、曲がり管１４によって構成されている。最近は、エンジンレイアウト構成が激しくなっており、図１にしめすような曲がり管１４や、または拡がり管が、空気流量測定用センサ４０の近接した上流側に配置されることになる。曲がり管１４や拡がり管の中を流れる吸入空気には、管路の曲がりにより発生する旋回流のような二次流れや曲がり管・拡がり管の下流にて発生する剥離渦等が存在する。これらの二次流れや剥離渦の影響により、出力ノイズが増大し、従って、空気流量測定用センサの計測精度が低下することになる。
【００２４】
そこで、本実施形態においては、ダクト１０の曲がり部１４の下流側に第１の整流板５０Ａを設置し、空気流量測定用センサ４の上流側の空気通路ボデイ２０内に第２の整流板２００を設置するようにしている。
【００２５】
第１の整流板１００の設置状態について、さらに、図２を用いて説明する。
図２は、図１のＡ−Ａ断面図であり、本発明の一実施形態による内燃機関の吸気系の第１の整流板の設置状態を示す断面図である。
【００２６】
第１の整流板１００は、図１及び図２に示すように、ダクト１０内を流れる空気の流れに沿う方向に設置されている。即ち、第１の整流板１００は、ダクト１０に直交する平面（図１におけるＡ−Ａ断面）に直交するように配置されている。
【００２７】
このように、第１の整流板１００をダクト１０内を流れる空気の流れに沿う方向に設置することにより、吸入空気通路３０中の流れる空気の内、通常の直線的な流れに対しては、第１の整流板１００の流路抵抗は最も小さくなっている。しかしながら、二次流れや剥離渦等は、第１の整流板１００に衝突することにより、整流され、空気の乱れを抑制することができる。
【００２８】
第１の整流板１００は、特に、曲がり管１４の下流において発生した二次流れを抑制するのに効果的である。ここで、第１の整流板１００は、ダクト１０と一体的に成型されている。
【００２９】
次に、第２の整流板２００の設置状態について、さらに、図３を用いて説明する。
図３は、図１のＢ−Ｂ断面図であり、本発明の一実施形態による内燃機関の吸気系の第２の整流板の設置状態を示す断面図である。
【００３０】
第２の整流板２００は、図１及び図３に示すように、空気通路ボデイ２０内を流れる空気の流れに沿う方向に設置されている。即ち、第２の整流板２００は、空気通路ボデイ２０に直交する平面（図１におけるＢ−Ｂ断面）に直交するように配置されている。
【００３１】
このように、第２の整流板２００を空気通路ボデイ２０内を流れる空気の流れに沿う方向に設置することにより、吸入空気通路３０中の流れる空気の内、通常の直線的な流れに対しては、第２の整流板２００の流路抵抗は最も小さくなっている。しかしながら、二次流れや剥離渦等は、第２の整流板２００に衝突することにより整流され、空気の乱れを抑制することができる。
【００３２】
第２の整流板２００は、第１の整流板１００において抑制しきれなかった空気の乱れを抑制するのに効果的である。ここで、第２の整流板２００は、空気通路ボデイ２０と一体的に成型されている。
【００３３】
以上のようにして、第１の整流板１００及び第２の整流板２００を設けることにより、空気の乱れを抑制し、空気流量測定用センサ４０の出力ノイズを低減することができ、高精度な空気流量の測定が可能となる。
【００３４】
第１の整流板１００及び第２の整流板２００の設置の方法としては、第１の整流板１００及び第２の整流板２００を単品成型後、ダクト１０や空気通路ボデイ２０に対して溶着或いは接着する方法が考えられる。しかしながら、別体成型後、取り付ける方法について実験したところ、整流板１００，２００の取付ばらつきにより、空気流量測定用センサ４０の出力誤差が発生することが判明した。そこで、整流板１００，２００は、それぞれ、ダクト１０や空気通路ボデイ２０と一体成型することにより、取付ばらつきによる出力誤差を無くすることができた。
【００３５】
また、空気整流用の整流板は、その長さが長い程整流効果が大きくなる。従って、整流板を、第１の整流板１００と第２の整流板２００のように分割せず、統合して設けることも考えられる。しかしながら、整流板をダクト１０や空気通路ボディ２０と一体成型する場合、成形型の関係上、抜きテーパを設ける必要がある。整流板を長くすると、この抜きテーパにより、整流板が厚くなり、通路の有効面積を大幅に減少させ、圧力損失を増大にすることになる。そこで、本実施形態においては、整流板を２分割して、それぞれ、ダクト１０及び空気通路ボデイ２０に一体的に成型することにより、成型性・生産性を考慮して、第１の整流板１００及び第２の整流板２００の厚みを厚くすることなく、圧力損失を大きくすることなく、整流効果を上げることができるようになる。
【００３６】
また、第２の整流板２００の設置位置は、空気流量測定用センサ４０のセンシング部４２の中の感熱抵抗体４６Ａとの関係で決定されている。即ち、第２の整流板２００の下流端部には、剥離渦が発生する。従って、第２の整流板２００の下流側の剥離渦の影響のある位置に感熱抵抗体４６Ａを設置すると、空気流量測定用センサ４０の出力ノイズが増大することになる。そこで、図３に示すように、空気通路ボデイ２０の断面の投影面上において、第２の整流板２００の設置位置（空気通路ボデイ２０の断面の中心を通る位置）と感熱抵抗体４６Ａの設置位置（空気通路ボデイ２０の断面の中心から離れた位置）を異ならせるようにしている。
【００３７】
本実施形態においては、第１の整流板１００及び第２の整流板２００を設けることにより、大幅な出力ノイズの低減を図ることができる。例えば、整流板を全く設けない状態と比較すると、第１の整流板１００を設けることにより、出力ノイズを最大約５％低減することができた。また、整流板を全く設けない状態と比較すると、第２の整流板２００を設けることにより、出力ノイズを最大約５％低減することができた。即ち、第１の整流板１００及び第２の整流板２００を設けることにより、整流板を全く設けない状態と比較して、出力ノイズを最大約１０％低減することができた。
【００３８】
整流板１００，２００は、空気流量が１５〜５０ｇ／ｓの中流量域において、従来のように整流格子設置した場合よりも、出力ノイズの低減に特に効果があることが判明した。
【００３９】
本実施形態によれば、空気流量測定用センサの出力ノイズを低減して、空気流量の測定を高精度に行うことができるようになる。
【００４０】
次に、図４を用いて、本発明の第２の実施形態による第１の整流板について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態による内燃機関の吸気系に用いる第１の整流板の断面図であり、図１のＡ−Ａ位置における断面図である。全体的な構造については、図１に示すのものと同様である。
【００４１】
第１の整流板１１０は、図４に示すように、ダクト１０内を流れる空気の流れに沿う方向に設置されている。そして、第１の整流板１１０は、図２に示した第１の整流板１００と同一方向の第１の整流板１１０Ａと、この第１の整流板１１０Ａに直交する第１の整流体１１０Ｂが一体的に成型されている。第１の整流板１１０は、ダクト１０と一体的に成型されている。
【００４２】
第１の整流板１１０Ａ，１１０Ｂは、それぞれ、ダクト１０に直交する平面（図１におけるＡ−Ａ断面）に直交するように配置されている。このように、第１の整流板１１０Ａ，１１０Ｂをダクト１０内を流れる空気の流れに沿う方向に設置することにより、吸入空気通路３０中の流れる空気の内、通常の直線的な流れに対しては、第１の整流板１１０Ａ，１１０Ｂの流路抵抗は最も小さくなっている。しかしながら、二次流れや剥離渦等は、第１の整流板１１０Ａ，１１０Ｂに衝突することにより、整流され、空気の乱れを抑制することができる。第１の整流板１１０Ａ，１１０Ｂは、特に、曲がり管１４の下流において発生した二次流れを抑制するのに効果的である。
【００４３】
以上のようにして、第１の整流板１１０を設けることにより、空気の乱れを抑制し、空気流量測定用センサ４０の出力ノイズを低減することができ、高精度な空気流量の測定が可能となる。例えば、整流板を全く設けない状態と比較すると、第１の整流板１１０を設けることにより、出力ノイズを最大約７％低減することができた。即ち、第１の整流板１１０Ｂを追加することにより、図２に示した実施形態に比較して、出力ノイズをさらに、約２％低減することができる。
【００４４】
本実施形態によれば、空気流量測定用センサの出力ノイズを低減して、空気流量の測定を高精度に行うことができるようになる。
【００４５】
次に、図５を用いて、本発明の第２の実施形態による第２の整流板について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態による内燃機関の吸気系に用いる第２の整流板の断面図であり、図１のＢ−Ｂ位置における断面図である。全体的な構造については、図１に示すのものと同様である。
【００４６】
第２の整流板２１０は、図５に示すように、空気通路ボデイ２０内を流れる空気の流れに沿う方向に設置されている。そして、第２の整流板２１０は、空気流量測定用センサ４０のセンシング部４２の延在する方向と平行であって、互いに平行な２枚の第２の整流板２１０Ａと２１０Ｂによって構成されている。第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂは、図１のＢ−Ｂ断面の投影面上において、センシング部４２の両側に位置するように設けられている。
【００４７】
第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂは、空気通路ボデイ２０に直交する平面（図１におけるＢ−Ｂ断面）に直交するとともに、互いに平行となるように配置されている。このように、第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂを空気通路ボデイ２０内を流れる空気の流れに沿う方向に設置することにより、吸入空気通路３０中の流れる空気の内、通常の直線的な流れに対しては、第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂの流路抵抗は最も小さくなっている。しかしながら、二次流れや剥離渦等は、第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂに衝突することにより整流され、空気の乱れを抑制することができる。第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂは、第１の整流板１００において抑制しきれなかった空気の乱れを抑制するのに効果的である。ここで、第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂは、空気通路ボデイ２０と一体的に成型されている。
【００４８】
以上のようにして、第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂを設けることにより、空気の乱れを抑制し、空気流量測定用センサ４０の出力ノイズを低減することができ、高精度な空気流量の測定が可能となる。
【００４９】
また、第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂの設置位置は、空気流量測定用センサ４０のセンシング部４２の中の感熱抵抗体４６Ａとの関係で決定されている。即ち、第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂの下流端部には、剥離渦が発生する。従って、第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂの下流側の剥離渦の影響のある位置に感熱抵抗体４６Ａを設置すると、空気流量測定用センサ４０の出力ノイズが増大することになる。そこで、図５に示すように、空気通路ボデイ２０の断面の投影面上において、第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂの設置位置（空気通路ボデイ２０の断面の中心から離れた位置）と感熱抵抗体４６Ａの設置位置（空気通路ボデイ２０の断面の中心を通る位置）を異ならせるようにしている。第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂを、図示上において、空気通路ボデイ２０の軸中心に対して９０度回転させ、図３に示した第２の整流板２００と平行な向きとすると、一方の整流板が、丁度、感熱抵抗体４６Ａの上流側に位置することになり、剥離渦の影響を受けることになるが、図５に示す取付方向とすることにより、剥離渦の影響を低減することができる。
【００５０】
本実施形態においては、第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂを設けることにより、大幅な出力ノイズの低減を図ることができる。例えば、整流板を全く設けない状態と比較すると、第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂを設けることにより、出力ノイズを最大約７％低減することができた。即ち、第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂを２枚の平行な整流板により構成することにより、図３に示した１枚構成の整流板に比べて、出力ノイズを約２％低減することができた。
【００５１】
本実施形態によれば、空気流量測定用センサの出力ノイズを低減して、空気流量の測定を高精度に行うことができるようになる。
【００５２】
次に、図６を用いて、本発明の第３の実施形態による第２の整流板について説明する。
図６は、本発明の第３の実施形態による内燃機関の吸気系に用いる第２の整流板の断面図であり、図１のＢ−Ｂ位置における断面図である。全体的な構造については、図１に示すのものと同様である。
【００５３】
第２の整流板２１０は、図５に示すように、空気通路ボデイ２０内を流れる空気の流れに沿う方向に設置されている。そして、第２の整流板２１０は、図３に示した第２の整流板２００と同等な第２の整流板２２０Ａと、第２の整流板２２０Ａに対して直交するとともに、図５に示した第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂと同等な２枚の互いに平行な第２の整流板２２０Ｂ，２２０Ｃによって構成されている。第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃは、図１のＢ−Ｂ断面の投影面上において、図６に示すように、センシング部４２から離れた位置に設けられている。
【００５４】
第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃは、空気通路ボデイ２０に直交する平面（図１におけるＢ−Ｂ断面）に直交するように配置されている。このように、第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃを空気通路ボデイ２０内を流れる空気の流れに沿う方向に設置することにより、吸入空気通路３０中の流れる空気の内、通常の直線的な流れに対しては、第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃの流路抵抗は最も小さくなっている。しかしながら、二次流れや剥離渦等は、第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃに衝突することにより整流され、空気の乱れを抑制することができる。第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃは、第１の整流板１００において抑制しきれなかった空気の乱れを抑制するのに効果的である。ここで、第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃは、空気通路ボデイ２０と一体的に成型されている。
【００５５】
以上のようにして、第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃを設けることにより、空気の乱れを抑制し、空気流量測定用センサ４０の出力ノイズを低減することができ、高精度な空気流量の測定が可能となる。
【００５６】
また、第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃの設置位置は、空気流量測定用センサ４０のセンシング部４２の中の感熱抵抗体４６Ａとの関係で決定されている。即ち、第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃの下流端部には、剥離渦が発生する。従って、第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃの下流側の剥離渦の影響のある位置に感熱抵抗体４６Ａを設置すると、空気流量測定用センサ４０の出力ノイズが増大することになる。そこで、図６に示すように、空気通路ボデイ２０の断面の投影面上において、第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃの設置位置と感熱抵抗体４６Ａの設置位置を異ならせるようにしている。このように構成することにより、剥離渦の影響を低減することができる。
【００５７】
本実施形態においては、第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃを設けることにより、大幅な出力ノイズの低減を図ることができる。例えば、整流板を全く設けない状態と比較すると、第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃを設けることにより、出力ノイズを最大約９％低減することができた。即ち、第２の整流板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０ｃを２枚の平行な整流板により構成することにより、図３に示した１枚構成の整流板に比べて、出力ノイズを約４％低減することができ、また、図５に示した２枚構成の整流板に比べて、出力ノイズを約２％低減することができた。
【００５８】
本実施形態によれば、空気流量測定用センサの出力ノイズを低減して、空気流量の測定を高精度に行うことができるようになる。
【００５９】
次に、図７を用いて、本発明の第４の実施形態による第２の整流板について説明する。
図７は、本発明の第７の実施形態による内燃機関の吸気系に用いる第２の整流板の断面図であり、図１のＢ−Ｂ位置における断面図である。
【００６０】
全体的な構造については、図１に示すのものと同様であるが、空気流量測定用センサ４０’のセンシング部４２’の構造が多少変更されている。即ち、図３，図５及び図６に示す例においては、感熱抵抗体は、空気通路ボデイ２０の軸中心から離れた位置に形成されていたのに対して、本実施形態においては、センシング部４２’の感熱抵抗体４６Ａ’は、空気通路ボデイ２０の軸中心に配置される構造となっている。
【００６１】
第２の整流板２３０は、図７に示すように、空気通路ボデイ２０内を流れる空気の流れに沿う方向に設置されている。そして、第２の整流板２３０は、互いに平行であって、空気通路ボデイ２０の軸中心から離れた位置を通る２枚の第２の整流板２３０Ａと２３０Ｂによって構成されている。第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂは、図１のＢ−Ｂ断面の投影面上において、センシング部４２の感熱抵抗体４６Ａ’の両側に位置するように設けられている。
【００６２】
第２の整流板２３０Ａ，２３０Ｂは、空気通路ボデイ２０に直交する平面（図１におけるＢ−Ｂ断面）に直交するとともに、互いに平行となるように配置されている。このように、第２の整流板２３０Ａ，２３０Ｂを空気通路ボデイ２０内を流れる空気の流れに沿う方向に設置することにより、吸入空気通路３０中の流れる空気の内、通常の直線的な流れに対しては、第２の整流板２３０Ａ，２３０Ｂの流路抵抗は最も小さくなっている。しかしながら、二次流れや剥離渦等は、第２の整流板２３０Ａ，２３０Ｂに衝突することにより整流され、空気の乱れを抑制することができる。第２の整流板２３０Ａ，２３０Ｂは、第１の整流板１００において抑制しきれなかった空気の乱れを抑制するのに効果的である。ここで、第２の整流板２３０Ａ，２３０Ｂは、空気通路ボデイ２０と一体的に成型されている。
【００６３】
以上のようにして、第２の整流板２３０Ａ，２３０Ｂを設けることにより、空気の乱れを抑制し、空気流量測定用センサ４０の出力ノイズを低減することができ、高精度な空気流量の測定が可能となる。
【００６４】
また、第２の整流板２３０Ａ，２３０Ｂの設置位置は、空気流量測定用センサ４０’のセンシング部４２’の中の感熱抵抗体４６Ａ’との関係で決定されている。即ち、第２の整流板２３０Ａ，２３０Ｂの下流端部には、剥離渦が発生する。従って、第２の整流板２３０Ａ，２３０Ｂの下流側の剥離渦の影響のある位置に感熱抵抗体４６Ａ’を設置すると、空気流量測定用センサ４０’の出力ノイズが増大することになる。そこで、図７に示すように、空気通路ボデイ２０の断面の投影面上において、第２の整流板２３０Ａ，２３０Ｂの設置位置（空気通路ボデイ２０の断面の中心から離れた位置）と感熱抵抗体４６Ａ’の設置位置（空気通路ボデイ２０の断面の中心位置）を異ならせるようにしている。即ち、本実施形態は、図５に示した実施形態と比較するならば、第２の整流板の構造は、基本的に同じものとし、感熱抵抗体４６Ａ’の位置が整流板の下流の剥離渦の影響を受けない位置となるように、空気流量測定用センサ４０’の構造を多少変更したものとみることもできるものである。かかる構成とすることにより、剥離渦の影響を低減することができる。
【００６５】
本実施形態においては、第２の整流板２３０Ａ，２３０Ｂを設けることにより、大幅な出力ノイズの低減を図ることができる。例えば、整流板を全く設けない状態と比較すると、第２の整流板２３０Ａ，２３０Ｂを設けることにより、出力ノイズを最大約７％低減することができた。即ち、第２の整流板２３０Ａ，２３０Ｂのノイズ低減効果は、図５に示した第２の整流板２１０Ａ，２１０Ｂと同等なものである。
【００６６】
本実施形態によれば、空気流量測定用センサの出力ノイズを低減して、空気流量の測定を高精度に行うことができるようになる。
【００６７】
さらには、整流板として、１枚構造（図３），２枚構造（図５，７），３枚構造（図６）に限らず、左右・上下の４方向に設置する４枚構造としても、出力ノイズの低減効果がある。
【００６８】
次に、図８を用いて、エアークリーナーに近接して空気流量測定用センサを配置する場合の整流板の構成について説明する。
図８は、本発明の他の実施形態による内燃機関の吸気系の断面図である。
【００６９】
エアークリーナー５０の内部には、エアークリーナーエレメント５２が取り付けられている。エアークリーナー５０には、ダクト５４が一体的に成型されている。ダクト５４の内部には、エアークリーナーエレメント５２に近接した曲がり部５６と、ダクト５４の出口側の拡がり部５８を有している。
【００７０】
また、プラグインタイプの空気流量測定用センサ４０が取り付けられる空気通路ボデイ６０は、ダクト５４側の狭まり部６２と、円筒部６４から構成されている。空気流量測定用センサ４０のセンシング部４２は、円筒部６４に設けられた開口から、空気通路内に挿入され、取り付けられる。
【００７１】
エアークリーナー５０のダクト５４と空気通路ボデイ６０は、それぞれ、フランジ部５９，６６によって取付固定されている。ダクト５４及び空気通路ボデイ６０の形状は、エンジンレイアウト構成によって決定されるものである。
【００７２】
空気は、エアクリーナ５０の入口部から吸入され、エアークリーナーエレメント５２を通り、ダクト５４，空気通路ボディ６０を通って、図示しない内燃機関に供給される。エアークリーナーエレメント５２の下流においては、エアクリーナ出口部とダクト５４の接続部５６が曲がり管形状となっており、曲がり形状の下流に吸入空気流量検出用の空気流量測定用センサ４０が設置される。
【００７３】
ダクト５４の曲がり部５６の下流には、第１の整流板１２０が設置される。第１の整流板１２０は、図４に示したように、互いに直交する２枚の整流板１２０Ａ，１２０Ｂによって構成されている。第１の整流板１２０は、ダクト５４内を流れる空気の流れに沿う方向に設置されている。そして、第１の整流板１２０Ａ，１２０Ｂは、ダクト５４と一体的に成型されている。
【００７４】
第１の整流板１２０Ａ，１２０Ｂをダクト５４内を流れる空気の流れに沿う方向に設置することにより、吸入空気通路中の流れる空気の内、通常の直線的な流れに対しては、第１の整流板１２０Ａ，１２０Ｂの流路抵抗は最も小さくなっている。しかしながら、二次流れや剥離渦等は、第１の整流板１２０Ａ，１２０Ｂに衝突することにより、整流され、空気の乱れを抑制することができる。第１の整流板１２０Ａ，１２０Ｂは、特に、曲がり管５６の下流において発生した二次流れを抑制するのに効果的である。
【００７５】
また、空気流量測定用センサ４０の上流には、第２の整流板２４０が設置される。第２の整流板は、空気通路ボデイ２０内を流れる空気の流れに沿う方向に設置されている。そして、第２の整流板２４０は、図６に示したように、第２の整流板２４０Ａと、第２の整流板２４０Ａに対して直交するとともに、２枚の互いに平行な第２の整流板２４０Ｂ，２４０Ｃによって構成されている。第２の整流板２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０ｃは、図１のＢ−Ｂ断面の投影面上において、図６に示したように、センシング部４２から離れた位置に設けられている。
【００７６】
第２の整流板２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０ｃを空気通路ボデイ２０内を流れる空気の流れに沿う方向に設置することにより、吸入空気通路中の流れる空気の内、通常の直線的な流れに対しては、第２の整流板２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０ｃの流路抵抗は最も小さくなっている。しかしながら、二次流れや剥離渦等は、第２の整流板２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０ｃに衝突することにより整流され、空気の乱れを抑制することができる。第２の整流板２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０ｃは、第１の整流板１００において抑制しきれなかった空気の乱れを抑制するのに効果的である。ここで、第２の整流板２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０ｃは、空気通路ボデイ２０と一体的に成型されている。
【００７７】
以上のようにして、第２の整流板２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０ｃを設けることにより、空気の乱れを抑制し、空気流量測定用センサ４０の出力ノイズを低減することができ、高精度な空気流量の測定が可能となる。
【００７８】
また、第２の整流板２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０ｃの設置位置は、空気流量測定用センサ４０のセンシング部４２の中の感熱抵抗体４６Ａとの関係で決定されている。即ち、第２の整流板２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０ｃの下流端部には、剥離渦が発生する。従って、第２の整流板２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０ｃの下流側の剥離渦の影響のある位置に感熱抵抗体４６Ａを設置すると、空気流量測定用センサ４０の出力ノイズが増大することになる。そこで、図６に示すように、空気通路ボデイ２０の断面の投影面上において、第２の整流板２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０ｃの設置位置と感熱抵抗体４６Ａの設置位置を異ならせるようにしている。このように構成することにより、剥離渦の影響を低減することができる。
【００７９】
本実施形態においては、第１の整流板１２０の長さＬ１及び第２の整流板２４０の長さＬ２を変えて、種々の実験を行った。吸入空気通路を流れる空気流量を、２ｇ／ｓから２００ｇ／ｓまで変えて、それぞれの場合における空気流量測定用センサ４０の出力ノイズを測定した。
【００８０】
その結果、第１の整流板１２０の長さＬ１を２０ｍｍとし、第２の整流板２４０の長さＬ２を３０ｍｍとした時に、最大出力ノイズが最も低下することが判明した。なお、第１の整流板１２０の長さＬ１及び第２の整流板２４０の長さＬ２を、共に、１０ｍｍとすると、出力ノイズが１０％以上となり、実用的でないことが判明した。即ち、整流板１２０，２４０の長さＬ１，Ｌ２を１０ｍｍ以上とすることにより、出力ノイズを実用的範囲まで低減することができる。
【００８１】
また、なお、第１の整流板１２０の長さＬ１及び第２の整流板２４０の長さＬ２を、共に、７０ｍｍとすると、抜きテーパの影響により、圧力損失が大きくなり、例えば、空気流量が１４０ｇ／ｓの場合の圧力損失は、３．５ｋＰａ以上となり、実用的でないことが判明した。即ち、整流板１２０，２４０の長さＬ１，Ｌ２を７０ｍｍ未満とすることにより、圧力損失を実用的範囲まで低減することができる。
【００８２】
以上のようにして、第１の整流板１２０を設けることにより、空気の乱れを抑制し、空気流量測定用センサ４０の出力ノイズを低減することができ、高精度な空気流量の測定が可能となる。例えば、整流板を全く設けない状態と比較すると、長さＬ１が２０ｍｍの第１の整流板１１０を設けることにより、出力ノイズを最大約７％低減することができた。
【００８３】
また、第２の整流板２４０を設けることにより、空気流量測定用センサ４０の出力ノイズを低減することができ、高精度な空気流量の測定が可能となる。例えば、整流板を全く設けない状態と比較すると、長さＬ２が３０ｍｍの第２の整流板２４０を設けることにより、出力ノイズを最大約９％低減することができた。
【００８４】
さらに、本実施形態においては、第２の整流板２４０Ｂ，２４０Ｃの長さＬ２を、第２の整流板２４０Ａの長さよりも長くしている。即ち、第２の整流板２４０Ｂ，２４０Ｃの下流端部２４０Ｘは、空気流量測定用センサ４０の副通路４４の入口４４Ａよりも下流側に位置するように構成している。この構成によって、第２の整流板２４０Ｂ，２４０Ｃの下流端部２４０Ｘにおいて発生する剥離渦が、副通路４４内に侵入することなく、空気流量測定用センサ４０の出力ノイズを低減することができる。第２の整流板２４０Ｂ，２４０Ｃの下流端部２４０Ｘを、空気流量測定用センサ４０の副通路４４の入口４４Ａよりも２ｍｍ下流側に位置するように構成することによって、出力ノイズを最大約２％低減することができた。
【００８５】
なお、副通路を使用しないタイプの空気流量測定用センサにおいては、第２の整流板の下流端部を、空気流量測定用センサの感熱抵抗体よりも下流側に位置するように構成することによって、同様の効果を達成することができる。
【００８６】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１及び第２の整流板を採用し、第２の整流板の下流端の位置を規定することにより、整流板を全く使用しない場合に比べて、出力ノイズを最大約１８％低減することができ、高精度な空気流量の測定を行うことができた。
【００８７】
上記したような整流板の設置・組み合わせを採用することにより、吸気系内の曲がりダクト下流やエアクリーナケースの曲がり部下流等に空気流量測定用センサを設置することができ、吸気系内の取付可能範囲を広げることができ、エンジンレイアウト設計等の工数を大幅に低減することができる。
【００８８】
本実施形態によれば、空気流量測定用センサの出力ノイズを低減して、空気流量の測定を高精度に行うことができるようになる。
【００８９】
次に、図９を用いて、本発明の他の実施形態によりエンジン制御システムについて説明する。
図９は、本発明の他の実施の形態による内燃機関の吸気系を用いるエンジン制御システムの全体構成図である。
【００９０】
多気筒エンジン３００の各気筒には、それぞれ、ピストン３０２，シリンダ３０４で構成される燃焼室（気筒）３０６がある。燃焼室３０６には、吸気弁３０８及び排気弁３１０が装着され、燃焼室３０６内に導かれた混合気は、図示しない点火プラグによって点火に至らしめられる。また、エンジン３００の各気筒の吸気弁３０８の近傍には、コントローラ３２０より指令が出力され、燃料を計量し、噴射する燃料噴射弁３３０が装着されている。燃料は、燃料噴射弁３３０によって、最適なタイミングで各気筒内に間接的に供給される。
【００９１】
図示されていないアクセルペダルの動きに応じて、吸気管３３５内に配置されたスロットル弁３４０が回動し、スロットル弁３４０の開度は、スロットル弁角度センサ３４５によって検出される。スロットル弁角度センサ３４５の信号は、コントローラ３２０に入力される。コントローラ３２０は、入力されたスロットル開度に基づいて演算を行い、エンジン３００の負荷を推定する。
【００９２】
クランク角度センサ１２の信号は、コントローラ３２０の総合演算部１７に入力される。総合演算部１７は、入力されたクランク角度センサ１２の信号によって、エンジン３００の回転数を計算する。
【００９３】
また、エアークリーナー５０を通して吸入される空気流量は、吸気管３３５に装着された空気流量測定用センサ４０によって測定され、その空気流量信号及び排気管３５０内の酸素濃度から空燃比を推定する酸素濃度センサ３５５の信号が、コントローラ３２０に取り込まれ、空燃比が演算処理される。
【００９４】
コントローラ３２０は、演算された空燃比に基づいて、検出された空気流量に応じた燃料を内燃機関に供給するように、燃料噴射弁３３０からの燃料噴射量を最適に制御する。
【００９５】
また、エンジン暖機後は、酸素濃度センサ３５５の信号に基づき、コントローラ３２０において、燃料量が制御され、触媒の転換効率を維持する燃料量、点火時期が制御されている。さらに、燃焼温度が高まるため、窒素酸化物（ＮＯｘ）が多く排出されるので、空気流量測定用センサ４０の信号及び吸気管圧力センサ３６０等の信号に基づき、ＥＧＲ弁の開口面積をコントローラ３２０により制御し、計量し、排気の一部を吸気管３３５内に還流して、既燃ガス混合効果に基づいて、燃焼温度が下げられ、ＮＯｘ排出量は低減する。
【００９６】
吸気管３３５には、吸気管内の圧力を測定する吸気管圧力センサ３６０が設置されている。圧力センサ３６０は、ＥＧＲ率を推定する他、エンジン始動時の吸気管内の空気充填率を推定して、適正なる燃料を各気筒に供給するのに用いる。
【００９７】
以上のような構成において、エアークリーナー５０と空気流量測定用センサ４０の間の吸気管には、第１の整流板１２０及び第２の整流板２４０を設けることにより、エアークリーナー５０から吸入される空気の乱れを抑えて、空気流量測定用センサ４０の出力ノイズを低減して、高精度な空気流量の測定を行うことができる。従って、コントローラ３２０は、空気流量測定用センサ４０によって高精度に測定された空気流量に基づいて、高精度な内燃機関の制御を行うことができる。
【００９８】
以上のように、本実施形態によれば、上述した内燃機関の吸気系を採用することにより、より高精度な内燃機関の制御を行うことを可能にしている。
【００９９】
また、以上説明した各実施例によれば、第１及び第２の整流板を備えた内燃機関の吸気系を採用することにより、空気流量測定用センサの精度を向上させることができるので、プラグインタイプの空気流量測定用センサを使用できる。プラグインタイプの空気流量測定用センサにおいては、従来のように、個々のエンジンに合わせた形状や構造の空気流量測定用センサを用意する必要はなく、空気流量測定用センサを標準化できる。その結果、空気流量測定用センサを低価格にて提供できるものとなる。更に、空気流量測定用センサを設置する位置が広範囲となり、エンジンレイアウトの設計工数を大幅に低減することができる。
【０１００】
【発明の効果】
本発明によれば、空気流量測定用センサの出力ノイズを低減し、高精度な空気流量の測定を行えるようになる。
【０１０１】
また、内燃機関の制御システムにおける制御精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による内燃機関の吸気系の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図であり、本発明の一実施形態による内燃機関の吸気系の第１の整流板の設置状態を示す断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図であり、本発明の一実施形態による内燃機関の吸気系の第２の整流板の設置状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による内燃機関の吸気系に用いる第１の整流板の断面図であり、図１のＡ−Ａ位置における断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による内燃機関の吸気系に用いる第２の整流板の断面図であり、図１のＢ−Ｂ位置における断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態による内燃機関の吸気系に用いる第２の整流板の断面図であり、図１のＢ−Ｂ位置における断面図である。
【図７】本発明の第７の実施形態による内燃機関の吸気系に用いる第２の整流板の断面図であり、図１のＢ−Ｂ位置における断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態による内燃機関の吸気系の断面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態による内燃機関の吸気系を用いるエンジン制御システムの全体構成図である。
【符号の説明】
１０，５４…ダクト
１４，５６…曲がり管
２０…空気通路ボディ
３０…吸入空気通路
４０…空気流量測定用センサ
４２…センシング部
４４…副通路
４４Ａ…副通路入口部
４６Ａ…感熱抵抗体
５０…エアクリーナ
５２…エアクリーナエレメント
６０…空気通路ボディ
１００，１１０，１２０…第１の整流板
２００，２１０，２２０，２３０，２４０…第２の整流板
２４０Ｘ…第２の整流板の下流端部

Claims (1)

1. 内燃機関に吸入される空気が流れる吸入空気通路内に、この吸入空気通路中を流れる空気流量を検出する空気流量測定用センサを有する内燃機関の吸気系において、
   前記吸入空気通路は、少なくともエアークリーナー側に連通するとともに、エアークリーナーのエレメントに近接する曲がり部と、この曲がり部よりも下流に位置し、断面積が徐々に広がる拡がり部とを有するダクトと、
   このダクトに接続され、内燃機関側に連通するとともに、断面積が徐々に狭くなる狭まり部を有する空気通路ボデイによって構成され、
   前記空気流量測定用センサは、前記空気通路ボデイに形成された開口から空気流量を検出するセンシング部が前記吸入空気通路内に挿入され、前記空気通路ボデイの前記狭まり部の下流に取り付けられる構造を有し、さらに、
   前記ダクトの内部に設置されるとともに、互いに直交する２枚の板によって構成される第１の整流板と、
   前記空気通路ボデイの内部であって、前記空気流量測定用センサの取付部よりも上流側であって、前記狭まり部に設置されるとともに、前記第１の整流板とは隙間を介して設置された第２の整流板とを備え、
   前記第２の整流板は、前記空気通路ボデイ内に形成される吸入空気通路を３分割する互いに平行な２枚の板及びこれらの板に直交する板によって構成されており、
   前記空気流量測定用センサの前記センシング部の中の吸入空気量を直接検出する検出部は、前記板の投影面から離れた位置に設置されていることを特徴とする内燃機関の吸気系。

Images