本发明涉及有旁路的热线式空气流量计，尤其是那种适用于测量机动车内燃机吸入空气流量的热线式空气流量计。 举例来说，关于用来测量机动车吸入空气流量的热线式流量计，在SAE（汽车工程学会）技术报告文献80048中已有所述。这种空气流量计有一组不带外套的热线，悬挂在内燃机吸入气流经过的旁路之中，以测量空气流量。虽然不带外套的热线具有响应速度高的优点，但有缺陷，因为空气旁路中的逆火，容易使它们受到损坏。
为了克服这一缺陷，已提出过个几种方案，例如日本专利公布号16259/82（相当于DE-OS3019544）中所述，采用一种具有文氏管的热线式空气流量计，文氏管装在内燃机吸入气流经过的主气道内，旁路与主气道相通，使得通过主气道的一部分空气能分流，利用文氏管主气道上流部份与靠近文氏管最窄部位的主气道之间压力差，使经过的气流形成一股旁流。此外，还有一个装在旁路内的热线式空气流量传感器，来监测旁路气流，根据空气流量传感器获得的流速，确定吸入内燃室全部空气的流量。采用有旁路的热线式空气流量计有一个问题：当被测气流为脉动流时，热线的响应延迟，使测得结果小于实际平均空气流量。为了解决这一问题，日本专利公布号135916/83（相当于美国专利系列号461556）中曾提出一个方案，使得旁路中进气口与出气口之间的距离，与测量主气道轴向距离得到的距离相比，有所增加，以补偿测量中的误差。在这种热线式空气流量计中，进入空气流量计的气流在旁路的进气口或联接口分成两股，有一股气流继续通过主气道，另一股气流通过旁路，最后这两股气流在旁路的出气口或汇流口相汇合，流出空气流量计。通过旁路地空气流速由热线探头与温度探头测得。由检测旁路中空气流速的空气流量传感器产生的空气流速信号与通过空气流量计全部空气流量之间的关系，是预先确定的，从而能够根据旁路中空气流量传感器产生的流速信号来确定全部空气流量。为了确保能够以高精度获得通过空气流量计的全部空气的流量，经过旁路的气流与经过主气道的气流之间的比值，即使经过空气流量计的流量发生蠕动，也应当始终保持不变。
但是，这种热线式空气流量计并非没有缺点。当空气流量计的管壁受热时，经过旁路的空气流量将小于经过主气道的空气流量，从而使旁路中的空气温度高于主气道中的空气温度。其结果是，旁路中的空气膨胀，旁路对气流的阻力增加，最后使经过旁路的空气流量小于经过主气道的空气流量。因此，上述结构的热线式空气流量计有这样一个缺陷：空气流量计道壁的冷热使空气流量计测得的空气流量的数值精度降低。
在上述结构的热线式空气流量计中，通过主气道道壁附近的那部分气流被引入到旁路，并由空气流量传感器测检。一般地说，通过主气道道壁附近的那部份气流，与通过主气道中心的那部份气流相比，较容易形成扰动性气流。这样，由检测旁路中空气流量的热线式空气流量传感器所产生的信号，将会有较高的噪声/信号比（N/S比），因为它是由主气道中扰动度较高的那部份气流产生的。
此发明旨在克服上述原来设计的缺陷。因此，本发明的目的是提供一种在测量空气流量时能获得更高精度的热线式空气流量计，它不受主气道发热的影响，使空气流量计能产生低噪声/信号比的信号。
为了达到上述目的，本发明所涉及的空气流量计有一支装在主气道内的空气流量测定管，此空气流量测定管有一个进气口与出气口，用作旁路;此外，还有一个装在空气流量测定管内的热线或空气流量传感器，这个空气流量传感器实际上装在主气道断面的中心部份，用以检测经过旁路的空气流速。
下面是附图简述。
图1是包括本发明第一个装置的空气流量计的平面图;
图2是沿图1中的Ⅱ-Ⅱ线取的剖面图;
图3是沿图1中的Ⅲ-Ⅲ线取得的剖面图;
图4是沿图2中的Ⅳ-Ⅳ线取得的剖面图;
图5曲线表示空气流量与空气流量测量误差之间的关系，一条是根据图1～4所示本发明的空气流量计测得，另一条根据现在技术的空气流量计测得，两者的道壁均受热。
图6曲线表示在图1～4所示本发明的空气流量计中与现在技术的空气流量计中空气流量与噪声/信号比之间的关系;
图7是包括本发明第二个装置的空气流量计的垂直剖面图;
图8是包括本发明第三个装置的空气流量计的平面图;
图9是沿图8中的Ⅸ-Ⅸ线取得的剖面图;
图10是沿图9中的Ⅹ-Ⅹ线取得的剖面图;
图11是沿图9中的Ⅺ-Ⅺ线取得的剖面图;
图12是包括本发明第四个装置的空气流量计的平面图;
图13是设图12中的ⅩⅢ-ⅩⅢ线取得的剖面图;
图14是沿图13中的ⅪⅤ-ⅪⅤ线取得的剖面图;
图15是图1～4所示本发明的空气流量计的平面图，同时示出了燃油喷射阀;
图16是沿图15中的ⅩⅥ-ⅩⅥ线取得的剖面图;
图17的图与图16相仿，但与图16相比，环的位置离开空气流量测定管较远;
图18是包括本发明第五个装置的空气流量计的平面图;
图19是沿图18中的ⅪⅩ-ⅪⅩ线取得的剖面图;
图20是沿图18中的ⅩⅩ-ⅩⅩ线取得的剖面图;
图21是包括本发明第六个装置的空气流量计的平面图;
图22是设图21中的ⅩⅫ-ⅩⅫ线取的剖面图;
图23是沿图22中的ⅩⅩⅢ-ⅩⅩⅢ线取得的剖面图;
图24是包括本发明第七个装置的空气流量计的平面图;
图25是设图24中的ⅩⅩⅤ-ⅩⅩⅤ线取得的剖面图;
图26是沿图24中的ⅩⅩⅥ-ⅩⅩⅥ线取得的剖面图;
图27是包括本发明第八个装置的空气流量计的垂直剖面图;
图28是沿图27中的ⅩⅩⅧ-ⅩⅩⅧ线取得的剖面图;
图29是图27与图28所示的装置改进后空气流量计的垂直剖面图;
图30是沿图29中的ⅩⅩⅩ-ⅩⅩⅩ线取的剖面图;
图31是图8～11所示的第三个装置改进后的垂直剖面图;
图32是沿图31中的ⅩⅩⅫ-ⅩⅩⅫ线取得的剖面图;
图33是图12～14所示的装置改进后的底视图。
下面是最佳实施方案的说明。
本发明的第一个装置可通过图1～6来说明。
根据图1与图2，空气流量计1包括一支确定其中主气道4的吸气管8、形成吸气管8内壁的文氏管9，以及装在文氏管9喉口上并且与主气道4中气流方向垂直的空气流量测定管10。空气流量测定管10一端固定在吸气管8中，装在组成文氏管9喉口部份的凹口11处，另一端利用螺钉13，通过装有控制电路的控制部件12的突缘12A紧靠吸气管8的外壁。在空气流量测定管10中有一个联接口2用作旁路3的进气口，它的位置实际上在主气道4的中心轴上，或者在主气道4断面的中心部份，并且与汇流口5相通，后者在空气流量测定管10中用作旁路的出气口。在空气流量测定管10中形成的旁路3包括：第一传感器的气道部分14，它与联接口2相邻，实际上沿主气道4的中心轴延伸;第二气道部分15，它实际上沿装置传感器的气道14相垂直的方向延伸;第三气道16，它实际上沿与第二气道15相垂直的方向延伸;第四气道17，它实际上沿与第三气道16相垂直的方向延伸，并与汇流口5相邻，为图2与图3所示，该汇流口5位于空气流量测定管10的一侧。热线探头6与温度探头7均为绕线式，装在装置传感器的气道14内。根据沿主气道4中心轴测得的进气口或旁路3的联接口2与出气口或汇流口5之间的距离，上述结构中旁路3的长度大于主气道4的长度，图3与图4分别示出了沿图2中Ⅲ-Ⅲ与Ⅳ-Ⅳ线取得的剖面中联接口2、旁路3与汇流口5的相对位置。
下面来介绍具有上述结构的本发明中第一个装置的动作原理。进入空气流量计1的部份空气，为箭头所示，经过联接口2进入旁路3，从汇流口5出来进入主气道4，与其中的气流汇合。进入旁路3的气流，其流速由热线探头6测得。由于经过旁路3的空气流量与经过主气道4的空气流量的比值实际上是恒定的，这样就有可能根据热线探头6产生的信号，通过事先确定的经过主气道4的空气流量与热线探头6所产生的信号之间的关系，来测得经过主气道4的空气流量。
为图1与图2所示，确定旁路3的空气流量测定器10置于主气道4的气流之中。因此，即使吸气管8受外界影响变热或变冷时，空气流量测定管10的管壁温度实际上与经过主气道4的空气温度保持一致。这样，就有可能使经过旁路3的空气流量与经过主气道4的空气流量之比值实际上保持不变，不论吸气管8是否受热。这样，就排除了发生测量误差的危险。
图5示出了当空气温度为20℃、吸气管8的管壁温度为70℃时由于空气流量变化而可能产生的测量误差的试验结果。在现有技术的空气流量计中，经过旁路3的空气温度上升，从而膨胀，特别是当吸气管8的管壁受热、流量较小时更为严重。空气膨胀使经过旁路3的流量减少，其结果是旁路3中热线探头6所产生的信号之值，比实际流量值低5～10%。然而，在本发明的空气流量计1中，上述误差可以消除，因为经过旁路3的气流，其温度实际上并没有上升。
图6曲线所表示的试验结果，阐明了此发明的空气流量计与现有技术的空气流量计中热线探头6上信号的噪声/信号比与经过旁路3的空气流量之间的关系。在本发明的空气流量计1中，进入旁路3的空气来自主气道4中气流的中心部份，它一般不会产生扰动气流。然而在现有技术的空气流量计中，主气道上用作旁路进气口的联接口位于主气道的外侧。因此，进入旁路的气流来自主气道中靠近道壁的那部份气流，其气流扰动程度较高。图6的试验结果表明，在现有技术的空气流量计中，热线探头所产生的信号，其噪声/信号比实际上三倍于本发明的空气流量计1中热线探头6产生信号的噪声/信号比。这是本发明的最突出的特点之一。
本发明的空气流量计的公差已大大降低，从而能够进行空气流量计的批量生产。尤其是吸气管8的部份由壁表面形成文氏管9，其喉口经过精密加工，空气流量测定管10的外侧表面也经过精密加工，与文氏管9的喉口吻合。利用这种结构形式，由经过主气道4气流引起的联接口2与旁道3中汇流口5之间的压力差能够减到最低限度。为了减少可能由此压力差引起的经过旁路3的空气流量的变化，旁路3的一部份必须做得较窄、并且经过精密加工，使得对经过旁路3的气流所产生的阻力都集中在这一变窄的部份。
由于自然对流的影响，热线式空气流量传感器的性能在低速范围内降低到0.5m/S。为了在油门全开时发动机能达到高性能，主气道4对空气流量计1中的空气所产生的阻力应当减小，这样就需要增加主气道4的断面积。其结果是，联接口或旁路3的进气口处的空气流速降低，在热线探头6附近的空气流速也变低。这样，为了减少旁路3中空气流速的变动，以及提高热线探头6附近空气的流速，旁路3中装置传感器的气道14，其断面积必须缩小到小于旁路3中气道15、16与17断面积的80%。这样就能够利用装置传感器的气道14对空气所产生的阻力，来确定流过旁路3的空气流量，气道14是经过精密加工的。此外，由于装置传感器的气道14比气道15、16和17细小，有可能使第一气道或装置传感器的气道14中的空气流速达到最高。
图7是本发明提出的第二种空气流量计装置的垂直剖面图。空气流量计101包括一条柱形的吸气管108与一支在结构上与图2所示的空气流量测定管相同的空气流量测定管10，插在吸气管108内。在这个装置中，由吸气管108确定的主气道104，其横向断面积由于吸气管108中装了空气流量测定管而减少。因此，在汇流口5或者旁路3形成一种负压或亚大气压，进入空气流量计101的气流产生的动压力作用在联接口2或旁路3的进气口处。其结果是，经过旁路3的空气流速，实际上与经过图1和图2所示的装置中旁路3的空气流速相当。
图8～11是本发明的第三个装置。这种空气流量计装置201有一条与图2所示相同的吸气管8，它包括：空气流量测定管210，其中形成有一个旁路203，旁路203从用作为进气口的联接口202穿过位于吸气管8的纵向的第一气道214而伸延;实际上与第一气道214垂直的第二气道215;以及实际上与通向汇流口205的第二气道215垂直的第三气道216，汇流口205用作出气口，它在空气流量测定管210的一侧开口。热线探头206与温度探头207分别装在第二气道215与第三气道216内。第一气道214的底部有一个凹口218，因此进入旁路203的气流经过联接口202在第一气道214的终端转过了九十度，在经过汇流口205进入主气道204之前，依次进入装有热线探头206与温度探头207的第二气道214与第三气道216。在这种结构的空气流量计中，热线探头206的上流气流改变了方向，因此空气中的尘埃由于惯性被分离，集聚在第一气道214底部的凹口218内。由于尘埃不会落在热线探头206上，因此热线探头206上就不会积聚尘埃，这样就降低了可能由积聚在热线探头206上的尘埃引起的空气流量传感器的信号漂移。
图12～14示出了包括本发明第四个装置的空气流量计301。空气流量计301有一条与图2所示相同的吸气管8，它包括：空气流量测定管301，其中形成有一个旁路303，它从用作为进气口的联接口302穿过位于吸气道8的纵向的第一气道314而延伸;实际上与第一气道314垂直的第二气道315，它与通向汇流口305的测定管310平行，汇流口315用作出气口，它在位于空气流量测定管310一侧的第二气道315的一端开口。热线探头316与温度探头317装在第一气道314内。在这个装置中，流入旁路303的气流在联接口302处继续流过装置传感器的第一气道314，当进入第二气道315时，气流改变方向。此时，气流分成方向相反的两股分流，通过有五个气孔的汇流口5进入由吸气管8所确定的主气道。这样，旁路314延长了一些，在空气流量测定管301中很容易形成。
图15～17示出了单点喷油室19与19A，其中图1与图2所示本发明的空气流量计1与喷油阀20相配合。喷油室19与19A各有一个喷油阀20与油门阀21，位于空气流量测定管10的下流。为了使进入喷油阀20的燃油更好地雾化，配置了喷油阀20、压电元件22、号角状件23与环24，为日本专利公布号162972/84中所述。图16中单点喷油室19的高度H有所限控，使喷油阀20处于水平方向。一般地说，当喷油阀处于水平方向时，进入喷油阀的燃油容易喷到对面的壁面，并集积在那里。为了克服这个缺陷，采取了通过压电元件22的振动使燃油雾化的方法，使进入喷油阀20的燃油不至于射到喷油室19的壁面。当利用振动使聚积的燃油进行雾化的环24与空气流量测定管10之间的间隙较小时，为图16中的T1所示，气流被空气流量测定管10阻挡，因此，进入喷油阀20的燃油喷在环24上，利用振动进行雾化。当环24与空气流量测定管10之间的间隙较大时，为图17中的T2所示，进入喷油阀20的雾化燃油粒子受气流的作用被迫向下流动，为虚线所示，不喷在环24上。因此，使进入喷油阀20的燃油雾化的环24与空气流量测定管10之间的间隙必须保持很小。
图18～20是本发明的第五个装置，其中空气流量测定管410与主气道4平行，实际上是位于吸气管8内腔的中心部份，形成一条旁路403，旁路实际上是沿测定管410的中心轴通过。热线探头406与温度探头407装在旁路403内。
空气流量测定管410有一个用作进气口的联接口402，实际上位于主气道4的中心轴上，从联接口402开始的旁路403的下流部份与环形旁路408相通，它沿旁路403与测定管10平行，因此，从主气道4经过联接口402进入旁路403的气流在旁路403的终端转了一个180度，在经过汇流口405进入主气道4之前进入环形旁路408，汇流口位于测定管410的一侧用作出气口。热线探头4406与温度探头407装在旁路403之中。
空气流量测定管410通过托架420将其中一侧与控制部件相连，后者固定在吸气管8的管壁上。测定管10的另一侧有一个撑条421，可通过螺纹装在吸气管8的管壁上，为图中的422所示。从上面进入空气流量计401的空气在用作旁路403进气口的联接口分成两股气流。一般气继续通过主气道4，另一股气流进入旁路403。进入旁路403的气流经过热线探头406与温度探头407后流入环形旁路408，经过用作出气口的汇流口405流出，它在文氏管9的喉口开孔，进入主气道4，因此两股气流在汇流口405会合。在这种结构方式中，旁路403的长度与空气流量测定管410中位于联接口402与汇流口405之间的主气道4的长度（为图19中所示的长度L）之比，只要选用合适的环形旁路长度可以设置为任意值。这样，这个比值可以增加三到五倍，从而可以减小当经过旁路403的气流为脉动气流时由于热线响应落后而可以引起的误差。这种利用撑条421将空气流量测定管410支撑在主气道4气流之中的装置，可以使空气流量测定管410的温度，实际上与经过主气道4的空气温度相同，不论吸气管8是受热或受冷。这样，经过旁路403的气流，其温度始终与经过主气道4的空气温度相同，从而消除了用热线探头406进行测量时可能产生的误差。通过联接口402进入旁路403的气流来自进入吸气管8的气流中的中心部份，因此，经过旁路403的气流实际上没有扰动气流，由热线探头406产生的信号具有很低的噪声/信号比。
图21～23是本发明的第六个装置，其中空气流量计501有一个空气流量测定管510，与图19所示的有关部件相仿，通过托架520与撑条521支撑在吸气管8之中。空气流量测定管510内部有一条旁路503与环形旁路509，它们做成这样：旁路503的部份旁路504被环形旁路509包围，实际上在园周方向转了360度。
这样，进入用作旁路503进气口的联接口502的空气，通过与空气流量测定管510平行的旁路504，经过其中的进气口509A进入环形旁路509。经过环形旁路509的气流，在通过用作旁路5503出气口的汇流口505进入主气道4之前，已经环绕旁路503转了一圈，汇流口505在文氏管9的喉口开孔。将环形旁路509做成环孔形状，与图19中空气流量测定管410相比，有可能缩短空气流量测定管510的长度L1。图22中所示的关于此装置的其它部件与图2中装置的有关部件相同。标号506与507分别表示热线探头与温度探头，标号512是空气流量测定管510的控制部件。
图24～26示出了图18～20中装置的改进型，在旁路603的进气口装了一个导流板609，使气流偏转以避免尘埃聚积在热线探头606上，尘埃会降低探头606测量空气流速的精度。
所示的空气流量计601有一支与图19所示装置的对应部件相似的空气流量测定管610，通过托架620，一侧与控制部件612相联，另一侧有一个撑条621，通过所示的螺纹622与吸气管8的管壁相联。这种空气流量计601中，空气流量测定管610内形成的旁路603，实际上与图19所示对应部件相仿，不同之点是进气口602与环形旁路608相连，并且有一个汇流口605用作出气口。热线探头606与温度探头607装在旁路603内。
此装置的特点是利用位于用作旁路603进气口的联接口602处的导流板609，使气流转向，以避免尘埃聚积在热线探头606上。利用导流板609，使进入旁路603的气流方向实际上与经过主气道的气流方向垂直。因此进入空气流量计601的空气中大部分尘埃由于惯性而进入主气道，从而避免了进入旁路603。这样，就避免了尘埃聚积在决定旁路603中气流速度的探头606与607上。
图27与28是本发明的第八个装置，它包括一个为图21～23所示的空气流量测定管510，以及带微计算机的单点喷油阀720。图27与图28中那些与图22中的部件相同的部件均用同样的标号标出。喷油阀720通过撑条721支撑在吸气管8内，其上部与空气流量测定管510的下部相联。支撑空气流量测定管510的撑条521与支撑喷油阀510的撑条721互相平行，平置在同一方向。这两个撑条521与721都固定在确定混合室的吸气管8的管壁。采用这种结构，空气经过空气流量测定管510与喷油阀720所受到的阻力可以减小，混合室的高度可以降低。在图27与图28中，标号723、724与725分别表示油门阀、用来汽化流过喷油阀720的燃油的温水加热旁路与绝热材料层。绝热材料层725的作用是防止喷油阀720与混合室壁722受到温水的加热。
图29与图30是图27与图28所示装置的改进型，其中与旁路703相比邻的环形旁路709位于喷油阀720的外侧，以降低确定混合室的阀门壁720的高度。这种装置的优点是，除了能降低混合室的高度外，其外缘决定环形旁路709的喷油阀720的外径D2，大于空气流量测定管710的外径D1，因此不需要象图27所示那样在主气道中形成一条文氏管9。
上面已提到，空气流量测定管710的温度实际上与其中流过空气的温度一样。即使吸气管8受热时也为此。这样就可以采用可塑性很高的合成树脂材料来制作空气流量测定管710。当空气流量测完管710由合成树脂材料制成时，位于旁路703内的探头706与707可用一层导电材料作外套，这样可以降低噪声。
标号711与713分别表示出气口与撑条。图29与图30中，那些与图27和图28所示的部件相同的部件，均用同样的标号标出。
图31～33示出了图7所示装置的改进型，其中与图7所示的部件相同的部件，均用同样的标号标出。为图所示，空气流量计101A包括空气流量测定管10A，在其中形成旁路3A，旁路3A有一条实际上位于主气道104中心部份的纵向第一气道14A以及用于旁路3A进气口的联接口2;它还有一条实际上与纵向第一气道14A垂直的径向第二气道15A。径向第二气道的两端附近均有一个汇流口5A，用作旁路3A的出气口，3A中的气流向下，或者与主气道104平行。
在图7的装置中，用作旁路3出气口的汇流口5，在空气流量测定管10的对侧开有小孔，每个孔朝着主气道104的径向。因此，进入旁路3通过汇流口5最后进入主气道104的空气，实际上向垂直方向，或者向与主气道104中的气流方向偏离的方向喷射，这样迫使主气道104中的气流朝向吸气管8的中心。这意味着从旁路3出来进入主气道104的气流对经过主气道4的气流是一个障碍，从而缩小了主气道4的气流面积。
在图31～33所示的改进型中，通过联接口2进入旁路3A的气流，流入纵向第一气道14A，由其中的热线探头6与温度探头7测量空气的流速。在气流经过汇流口5A进入主气道104之前，在联接口16A就分成两股对流的气流，通过径向第二气道15A。汇流口5A的孔，朝向主气道104中流过空气的下流，因此，通过汇流口5A进入主气道104的空气，流向与经过主气道104的空气平行，从而降低了空气流过主气道所承受的阻力。它的优点是可以将空气流过主气道所承受的阻力降到最低限度。