专利名称：用于内燃机的吸入装置以及测量吸入空气量的方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的空气吸入装置以及测量吸入空气量的方法。
本申请要求于2003年9月26日提交的日本专利申请2003-335784的优先权，并且在此将该日本专利申请的说明书引入作为参考。
背景技术：
在用于交通工具的内燃机中，某些类型的内燃机在吸入空气歧管(空气吸入通路)的上游侧设有节流阀(限制阀)，并且燃料喷射阀以及空气流速传感器设置在其上游侧或下游侧(例如，参见Japanese PublishedExamined Patent Application，Second Publication No.H04-15388(第2页，图1))。
所述空气流速传感器探测吸入空气量并且输出吸入空气流速信号。在所述传感器设置在节流阀下游侧的情况下，一般来说，其安装在吸入空气歧管之空气吸入通路的轴线方向上。
由空气流速传感器输出的吸入空气流速信号输入至一控制电路，并且根据引擎的运行状态计算燃料喷射量。基于所计算得燃料喷射量的燃料喷射量信号从所述控制单元输出，并且对燃料喷射阀的运行进行控制。
在传统技术的内燃机空气吸入装置中，吸入空气流速传感器是一个空气流量计，其以质量流量来探测空气量。在空气流量计安装在节流阀上游侧的情况下，由于空气流量计测量吸入燃烧室内的空气以及填充在吸入空气歧管中的空气量的总量，所以存在吸入燃烧室内的空气量在过渡期间不能精确测量的问题。
另一方面，如果空气流量计在空气吸入通路的轴线方向上安装在节流阀下游侧，那么由于在节流阀下游侧出现的空气紊流，所以不能精确地测量所吸入的空气量。也就是说，节流阀的一端由于节流阀的旋转而相对于气流向前倾斜，并且同时，节流阀的另一端在气流的反方向上倾斜。在节流阀稍微打开的情况下，由于在空气吸入通路中的所述节流阀与所述空气吸入通路之间形成有一个间隙，使得空气沿着空气吸入通路中的内壁穿过所述间隙流至节流阀的下游侧。
因此，在节流阀向前倾斜的一端侧，空气在下游侧沿着空气吸入通路的内壁直线流动，并且在节流阀反向倾斜的另一端侧，在空气流动时形成一个朝着空气吸入通路中央方向的涡流。也就是说，在节流阀的下游侧从所述另一端侧到所述一端侧形成一大致平行于节流阀倾斜方向的气流。因此，如果空气流量计紧跟节流阀之后安装而在空气吸入通路的轴线方向上延伸，那么存在下面的问题空气流量计不能精确地测量吸入燃烧室内的空气量。
进一步而言，当所述节流阀完全打开时，尽管空气在空气吸入通路中流动，由于在节流阀旋转轴杆的下游侧产生空气速度变慢的区域，所以如果空气流量计紧跟节流阀之后安装而在空气吸入通路的轴线方向上延伸，那么存在下面的问题，即不能精确地测量吸入燃烧室的空气流量。
为了解决这些问题，在现有技术中，必须将空气吸入通路做得较大以减小空气紊流，并且将所述空气流量计安装在适当的位置。
本发明是考虑此种情形而研发的，因此，本发明的目的在于提供一种用于内燃机的空气吸入装置以及一种测量吸入空气量的方法，所述空气吸入装置及测量方法能够精确地测量空气流量并且能够减小空气吸入通路的尺寸。
发明内容
本发明提供一种用于内燃机的空气吸入装置，该空气吸入装置包括一个设置在所述内燃机空气吸入通路内的限制阀；以及一个空气流速传感器，其设置在所述空气吸入通路中并位于所述限制阀的下游侧，用于测量吸入空气吸入通路内的气流量；其中所述空气流速传感器包括一个空气流动通路以及一个置于所述空气流动通路中的传感器元件，并且所述空气流速传感器设置成使得所述空气流动通路的轴线相对于所述空气吸入通路的轴线倾斜。
在用于内燃机的空气吸入装置中，当设置在内燃机的空气吸入通路中的节流阀打开时，由于限制阀本身成为障碍，所以在空气吸入通路内紧跟限制阀之后的位置处空气流动的速度变慢。另一方面，在空气吸入通路内不紧跟限制阀之后的位置处，例如在靠近空气吸入通路内壁的位置处，由于没有任何障碍空气的速度变快。因此，由于空气流速传感器包括一个空气流动通路和一个设置在该空气流动通路内的传感器元件，并且设置成使得所述空气流动通路的轴线相对于空气吸入通路的轴线倾斜，所以可以在空气速度快的位置处精确地读取空气量。
特别是，当限制阀从靠近空气吸入通路内壁的位置处打开时，所述空气流速传感器能够在空气速度快的位置处精确地读取所述空气量，不总是取决于限制阀在靠近空气吸入通路内壁的位置处的打开程度。
在根据本发明的内燃机空气吸入装置中，优选地，限制阀包括一旋转轴杆，该旋转轴杆垂直于空气吸入通路的轴线；以及用于打开和关闭空气吸入通路的叶片部，所述叶片部以所述旋转轴杆为中心旋转；并且所述空气流速传感器设置成使得在通过旋转所述叶片部而打开所述空气吸入通路的状态下，所述空气流动通路的轴线基本上以与所述叶片部相同的方向倾斜。
在根据本发明的用于内燃机的空气吸入装置中，优选地，所述空气流动通路的轴线相对于空气吸入通路的轴线的角度设置为大于等于0。且小于等于60。。
在用于内燃机的空气吸入装置中，如果空气流速传感器安装在空气吸入通路的轴线方向上且位于限制阀的下游侧，由于所述限制阀的旋转，限制阀的一端相对于气流在向前方向上倾斜，同时，限制阀的另一端相对于气流在相反的方向上倾斜。此时，当限制阀稍微打开时，由于所述空气吸入通路中的限制阀与所述空气吸入通路之间形成一个间隙，所以使得空气在空气吸入通路内沿着内壁经过所述间隙而流至限制阀的下游侧。
从而，在限制阀向前倾斜的一端侧处，空气沿着空气吸入通路的内壁在下游侧笔直地流动，而在所述限制阀反向倾斜的另一端侧，空气流动同时在下游侧形成一个朝着空气吸入通路中央方向的涡流。也就是说，从限制阀的一端侧朝着另一端侧形成基本上平行于限制阀倾斜方向的气流。由于空气流速传感器设置成使得在通过旋转所述叶片部而打开所述空气吸入通路的状态下，所述空气流动通路的轴线基本上以与所述叶片部相同的方向倾斜，所以空气流量计几乎在其前表面上接收气流并探测空气流速，而所述气流基本上平行于限制阀的倾斜方向。因此，通过所述空气流量计，提高了对吸入空气量的测量精度。
本发明还提供一种对内燃机的吸入空气量进行测量的方法，该方法使用一个空气流速传感器，所述空气流速传感器包括一个传感器元件和一个空气流动通路，所述传感器元件设置在所述空气流动通路内，所述空气流速传感器在内燃机的空气吸入通路内设置在所述限制阀的下游侧，使得所述空气流动通路的轴线相对于所述空气吸入通路的轴线倾斜，并且利用该空气流速传感器对吸入所述空气吸入通路内的空气量进行测量，其中基于流入空气流动通路内的空气量而测量所述空气吸入通路内的空气量。
在对内燃机的吸入空气量进行测量的上述方法中，当设置在内燃机的空气吸入通路内的限制阀打开时，在空气吸入通路内，所述限制阀本身在紧跟该限制阀之后的位置处形成一个障碍，在所述位置处空气速度变慢。另一方面，在空气吸入通路中不紧跟限制阀之后的位置处，例如在靠近空气吸入通路4的内壁的位置处，在不受阻碍的情况下空气速度变快。因此，由于将空气流速传感器设置成使得在通过旋转所述叶片部而打开所述空气吸入通路的状态下，所述空气流动通路的轴线基本上以与所述叶片部相同的方向倾斜，所以，可以在空气速度快的位置处读取空气速度。特别是，当限制阀从靠近空气吸入通路内壁的位置打开时，空气流速传感器能够在空气速度快的位置处读取空气速度，不总是取决于限制阀在靠近空气吸入通路内壁的位置处的打开程度。
根据本发明，可以在空气速度快的位置处、并且特别地当限制阀从靠近空气吸入通路内壁的位置打开时读取空气流量，并且由于空气流速传感器能够在空气速度快的位置处读取空气流量，不总是取决于限制阀在靠近空气吸入通路内壁的位置处的打开程度，所以，可以精确地测量空气的流速。另外，由于通过精确地测量空气的流速而不必使得所述空气吸入通路较大来减少空气的紊流，从而实现减小空气吸入通路的尺寸。
图1是一引擎控制系统的示意性视图，该引擎控制系统包括一个根据本发明实施方式的空气吸入装置；图2是一局部放大视图，示出了一个节流阀和一个空气流量计；以及图3是一曲线图，该曲线图对吸入引擎燃烧腔的空气的速度与基于由所述空气流量计探测的吸入空气量算出的空气速度进行了比较。
具体实施例方式
在下文中，参考附图对本发明的优选实施方式进行了说明。图1是一示意性视图，示出了一个引擎控制系统，该引擎控制系统装备有根据所述实施方式的内燃机控制装置。
在根据图1所示实施方式的引擎控制系统1中，当空气从与引擎2——其为一内燃机——的吸入空气歧管3耦合的空气吸入通路4被吸入时，所述空气和从设置在吸入空气歧管3内的喷射器5喷射出的燃料混合，混合后的气体在引擎2的燃烧室2a内燃烧，燃烧后的气体从排气歧管6排出，内燃机的控制装置7根据吸入引擎2内的空气量(吸入空气量)来对所述喷射燃料的喷射量和喷射时序进行控制。
空气吸入通路4带有一个空气过滤器11和一个节流体13，节流体13有一个节流阀12，节流阀12是一个限制阀，用于调节空气过滤器11下游侧的空气量。
经由空气吸入通路4吸入引擎2的空气量由一个空气流量计(空气流速传感器)14以质量流速的形式探测，该空气流量计14是一个设置成定位在节流阀12下游侧的传感器。由于空气流量计14定位在节流阀12的下游侧，所以可以精确地探测空气量，即经过空气过滤器11实际吸入引擎2的燃烧室2a内的空气量。另外，如果空气流量计14附着至节流体13，可以减少设定的步数。
图2是一局部放大视图，示出了设置在空气吸入通路4内的节流阀12以及空气流量计14。另外，内燃机的空气吸入装置包括空气吸入通路4、设置在空气吸入通路4中的节流阀12、以及设置在空气吸入通路4中的空气流量计14。
节流阀12设有旋转轴杆12a，该旋转轴杆12a垂直于空气吸入通路4的轴线并且设置在该轴线上，叶片部12b和12c以旋转轴杆12a为中心旋转。叶片部12b和12c设置成在旋转轴杆12a的两侧形成同一平面。
在空气流量计14的结构中，传感器元件14a设置在空气流动通路14b的中部处。空气流量计14安装在空气吸入通路4内，使得处在垂直于图2纸面的方向上、并且平行于节流阀12旋转轴杆12a的中心轴线位于空气吸入通路4的轴线4A上，并且使得处在空气流动通路14b纵向上、与中心轴线垂直的轴线14A相对于空气吸入通路4的轴线4A形成一个角度α。
空气流量计14设置成使得在空气吸入通路4通过旋转节流阀12的叶片部12b和12c而打开的状态下，空气流动通路14b的轴线14A基本上以与叶片部12b和12c相同的方向倾斜。
作为一个适用于本实施方式的优选空气流量计14，可以列出这样一种传感器，其中一铂薄膜沉积在硅基片上作为传感器元件14a，并且允许电流流动，从而铂薄膜的温度保持恒定。当在铂制薄膜外周内即在图2中所示空气流动通路内流动的空气质量增加时，铂薄膜经由空气散出的热量增加，其中铂薄膜的温度与之成比例地下降。此时，空气流量计14增大流入铂薄膜内的电流，以保持温度恒定。另一方面，随着在铂薄膜外周周围流动的空气质量减少，铂薄膜通过空气散出的热量减少，并且铂薄膜的温度上升，从而空气流量计14减少流至铂薄膜的电流。因此，由于电流与在铂薄膜外周周围流动的空气质量的增加与减少成比例地增加与减少，所以可以通过检测电流量来测量空气量。
进一步地，由于与使用铂丝的情况相比此种空气流量计14能够进一步减少热容量，所以能够获得更高灵敏度与更高的测量精度。
通过对电控喷射阀进行打开和关闭操作，喷射器5将燃料喷射到在吸入空气歧管3内流动的空气内，并且燃料由设在燃料箱15内的燃料泵16压出而供应至喷射器5，该燃料泵的压力由一个调整器17调整。
将混合后的气体供应到燃烧室2a内、并在燃烧后将之排出是由一个吸入空气阀2b和一个排出阀2c实施的，所述吸入阀2b和排出阀2c由一个阀时序机构(未示出)驱动。
混合后的气体由一个火花塞8点火。通过利用在点火电路9内积累的高能量而使火花塞8放电。
引擎控制系统1内负责控制作用的控制装置7是所谓的ECU(电控单元)，其包括CPU(中央处理器)、ROM(只读存储器)等等，并且通过从电池10接收能量而运转。控制装置7使用空气流量计14的输出电流作为输入数据来执行预定的处理，并且确定从燃料泵供应给喷射器5的燃料量、喷射器5的喷射量以及其喷射时序、点火电路9的充电起始时序及其点火时序，以及进一步地将相应指示信号输出到相应部件。
接下来，描述如上述构造的内燃机空气吸入装置、以及测量吸入空气量的方法。
随着引擎2启动，在经过特定的时间段后开始将空气吸入引擎2内，空气被吸入到引擎2的空气吸入通路4，并且空气经过空气吸入通路4内的节流阀12并流入位于节流阀12下游侧的空气流量计14。
当设在空气吸入通路4内的节流阀12轻微打开时，叶片部12b和12c以节流阀12的旋转轴杆12a为中心旋转，其中叶片部12b相对于气流向前倾斜，同时叶片部12c相对于气流反方向倾斜，并开始将空气吸入引擎2。此时，由于在空气吸入通路4内的叶片部12b和12c与空气吸入通路4的内壁4a之间产生间隙A和B，所以使得空气通过间隙A和B沿着空气吸入通路14的内壁4a流至节流阀12的下游侧。另外，空气在节流阀12叶片部12b的一侧处沿着空气吸入通路4的内壁4a笔直地流动(图2中的箭头a)，并且进一步流动，同时朝空气吸入通路4的中心方向上形成涡流，也就是说朝旋转轴杆12a于节流阀12的叶片部12c一侧处的方向(图2中的箭头b、c和d)上形成涡流。也就是，在节流阀12的紧后方，沿着节流阀12、从叶片部12c侧朝叶片部12b侧形成有气流。
此时，由于叶片部12b相对于气流在向前方向上倾斜，空气流经位于相对于气流向前倾斜的叶片部12b与空气吸入通路4的内壁4a之间的间隙A，同时朝间隙A集中。因此，空气速度变快，并且间隙A下游侧的气压下降。另一方面，由于叶片部12c相对于气流在反向上倾斜，空气无变化地流经位于相对于气流反向倾斜的叶片部12c与空气吸入通路4的内壁4a之间的间隙B，其中空气没有朝间隙B集中，空气速度没有变快，并且间隙B下游侧的空气压力几乎不下降。为此原因，在间隙A的下游侧发生显著的压力下降。结果，在节流阀12的下游侧，空气容易从叶片部12c流至叶片部12b。
由于空气流量计14在空气吸入通路4内安装在节流阀12的下游侧，并且空气流动通路14b的轴线14A设置成在空气吸入通路4通过旋转节流阀12的叶片部12b和12c而打开的状态下，空气流动通路14b的轴线14A基本上以与叶片部12b和12c相同的方向倾斜，所以，相对于沿着节流阀12形成、从叶片部12c朝向叶片部12b的气流而言，空气流量计14大致上从前侧接收气流，从而可以探测空气量。因此，空气流量计14对吸入空气量的测量精度得以提高。
另外，当在空气吸入通路4内的节流阀12完全打开的状态下将空气吸入引擎2时，紧跟在空气吸入通路4内的节流阀12之后，空气速度变慢，其原因在于节流阀12本身形成一个障碍。另一方面，在沿着空气吸入通路4的内壁的位置处——该位置不是紧跟在空气吸入通路4内的节流阀12之后，空气速度变快，其原因在于气流没有受到节流阀12的阻碍。因此，通过将空气流量计14设置在空气吸入通路4中，使得空气流量计4的纵向轴线14A相对于空气吸入通路4的轴线4A倾斜，可以在空气速度快的位置处精确地读取空气量。另外，在一个靠近空气通路4内壁4a的位置处，空气流量计4可以在气流速度快的位置处精确地读取空气量，不再总是取决于节流阀12的打开程度。
图3是一曲线图，其中，对吸入引擎2的燃烧腔2a内的空气的速度与基于由所述空气流量计14所探测的吸入空气量而算出的空气速度进行了比较。
在此，图3示出了曲柄角度、空气吸入通路4入口处的空气速度与流经空气流量计14的空气速度之间的关系，其中，由空气流量计14的纵向上的轴线14A相对于空气吸入通路4的轴线4A所形成的角度α(即空气流量计14的安装角)设置为逆时针方向上的30°、45°、60°、75°。另外，在图3中，横坐标表示曲柄角(°)，一个纵坐标表示在空气吸入通路4入口处的空气速度(m/s)，另一纵坐标表示流经空气流量计14的空气速度(m/s)。
在空气流量计14的安装角α是30°或更大的情况下，如果引擎处在吸入空气行程中，那么不存在流经空气流量计14的空气速度为负的情况。也就是说，如果空气流量计14的安装角α设置为30°或更大，那么几乎不会由于空气的反向流动而带来什么不利影响。因此，优选地，空气流量计14的安装角α设置为30°或更大。
与空气流量计14的安装角α是60°或更大的情况相比，在空气流量计14的安装角α是75°的情况下，当曲柄角处于0°和120°之间时，流经空气流量计14的空气速度降低。在空气流量计14的安装角α超出75°的情况下，可以预计所述趋势更加明显。因此，优选地，空气流量计14的安装角α为60°或更小。
进一步而言，当节流阀12完全打开时，流过空气吸入通路4的空气速度不会有大的变化，即使在靠近空气吸入通路4的内壁处，或者甚至在靠近空气吸入通路4的中心处也是如此。也就是说，当节流阀12完全打开时，如果空气流量计14的安装角α设置为60°或更小，可以充分地测量流经空气流量计14的空气速度。
因此，通过将空气流量计的安装角α设置为在30°或更大至60°或更小之间，容易获得精确的波形。
根据上述构造，空气流量计14能够在空气速度快的位置处读取空气量。进一步地，该空气流量计能够在空气速度快的位置处精确地读取空气量，而不总是取决于节流阀12在一个靠近空气通路4内壁4a的位置处的打开程度。因此，能够精确度地测量空气流量。另外，通过精确地测量空气流量，不必使得空气吸入通路4较大来减少空气紊流，从而能够减小空气吸入通路4的尺寸。
相应地，由于可以精确地测量空气流量，所以可以容易地基于每一单位时间的气流量的波形的数目计算引擎2的旋转次数，并且此时，由于可以预计引擎2的状态——诸如曲柄角或节流阀的打开程度，所以能够仅仅通过空气流量计就获得精确的燃料喷射和精确的点火时序控制。
如上所述，尽管描述了本发明的一优选实施方式，但是本发明不限于上述的实施方式。在不背离本发明精神的范围内，可以在构造上对本发明进行添加、删减、替代或其它改变。本发明不限于所述描述，而是仅由其所附权利要求书的范围限定。
实用性本发明涉及一种内燃机空气吸入装置，该空气吸入装置包括一个设置在内燃机空气吸入通路内的限制阀；以及一个空气流速传感器，其设置在所述空气吸入通路内并位于所述限制阀的下游侧，用于测量吸入所述空气吸入通路内的空气；其中所述空气流速传感器包括一个空气流动通路和一个设置在所述空气流动通路内的传感器元件，并且设置成使得所述空气流动通路的轴线相对于所述空气吸入通路的轴线倾斜。
本发明还涉及一种测量内燃机吸入空气量的方法，该方法通过使用一个空气流速传感器对吸入所述空气吸入通路内的空气量进行测量，所述空气流速传感器设置在内燃机的空气吸入通路内，并且位于所述限制阀的下游侧，并且设置有一个传感器元件和一个空气流动通路，所述传感器元件设置在所述空气流动通路内，其中，在所述空气流速传感器设置成使得所述空气流动通路的轴线相对于所述空气吸入通路的轴线成一预定角度的状态下测量所述空气量。
根据本发明，可以在空气速度快的位置处读取空气量。特别是，如果限制阀从靠近空气吸入通路内壁的位置处打开，那么空气流速传感器可以在空气速度快的位置处读取空气流量，不总是取决于限制阀在靠近空气吸入通路内壁的位置处的打开程度。因此可以精确地测量空气的流量。另外，由于能够精确地测量空气的流量，所以不再必须使得空气吸入通路较大来减少空气紊流，从而能够减小空气吸入通路的尺寸。
权利要求
1.一种内燃机空气吸入装置，包括一个设置在所述内燃机的空气吸入通路内的限制阀；以及一个空气流速传感器，该空气流速传感器设置在所述空气吸入通路中并位于所述限制阀的下游侧，用于对吸入所述空气吸入通路内的空气量进行测量；其中所述空气流速传感器包括一个空气流动通路以及一个置于所述空气流动通路中的传感器元件，并且所述空气流速传感器设置成使得所述空气流动通路的轴线相对于所述空气吸入通路的轴线倾斜。
2.如权利要求1所述的内燃机空气吸入装置，其中所述限制阀包括一旋转轴杆，该旋转轴杆垂直于所述空气吸入通路的轴线；以及用于打开和关闭所述空气吸入通路的叶片部，所述叶片部以所述旋转轴杆为中心旋转，并且所述空气流速传感器设置成在通过旋转所述叶片部而打开所述空气吸入通路的状态下，所述空气流动通路的轴线基本上以与所述叶片部相同的方向倾斜。
3.如权利要求2所述的内燃机空气吸入装置，其中所述空气流动通路的轴线与空气吸入通路的轴线之间的角度大于等于30°但小于等于60°。
4.一种对内燃机的进气量进行测量的方法，该方法通过使用一个空气流速传感器来对吸入所述空气吸入通路内的空气量进行测量，所述空气流速传感器包括一个传感器元件和一个空气流动通路，所述传感器元件设置在所述空气流动通路内，在内燃机的空气吸入通路内，所述空气流速传感器设置在所述限制阀的下游侧，使得所述空气流动通路的轴线相对于所述空气吸入通路的轴线倾斜；其中基于流入所述空气流动通路内的空气流速而计算所述空气量。
全文摘要
一种用于内燃机的空气吸入装置，该空气吸入装置具有一个设置在所述内燃机的空气吸入通路内的限制阀，并且还具有一个设置在所述限制阀的下游侧、用于对吸入所述空气吸入通路内的空气量进行测量的空气流速传感器。所述空气流速传感器包括一个空气流动通路，在该空气流动通路处设有一个传感器元件。所述空气流速传感器设置在所述空气吸入通路内，所述空气流动通路的轴线与所述空气吸入通路的轴线成一预定角度。
文档编号G01M99/00GK1856639SQ20048002754
公开日2006年11月1日 申请日期2004年9月15日 优先权日2003年9月26日
发明者岛津隆幸 申请人:株式会社京滨