JP2001255189A

JP2001255189A - 流量及び流速測定装置

Info

Publication number: JP2001255189A
Application number: JP2000069259A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Maeda; 俊介前田; Yoshihiko Yukimura; 由彦幸村; Takio Kojima; 多喜男小島; Yasuhisa Kuzutani; 康寿葛谷; Masanori Suda; 正憲須田; Takafumi Oshima; 崇文大島
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2001-09-21
Also published as: US20010035054A1; EP1134560A3; US6474177B2; KR20010092290A; EP1134560A2

Abstract

(57)【要約】【課題】順流及び逆流の双方について、流量及び流速の
測定を安定かつ高精度に行うことができる流量及び流速
測定装置の提供。【解決手段】検出対象であるエンジンの吸気管１に直交
するよう取り付けられ、吸気管１内の流れが導入される
測定用の分流管３３２、吸気管１内の流れ方向と直交す
る方向に延在し分流管３３２内にＵ字状管路を形成する
導入板３３４、吸気管１管外において分流管３３２内の
流れに曝されるよう配置され、流量及び流速を検出する
検出素子３３１を有し、導入板３３４の一端が、分流管
３３２の頂部開口を通過して吸気管１内へ突出し、分流
管３３２が検出素子３３１を中心として対称な流路構造
を備え、流体が吸気管１内を順方向及び逆方向に流れる
両方の場合について、同等な検出素子３３１出力が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流れに関する諸
量、特に流量及び流速を測定するための装置に関し、中
でも温度に依存する検出素子及び／又は半導体チップ上
に一体形成された検出素子を用いた流量及び流速測定装
置に関し、例えば、車両又は産業用エンジンの燃焼制御
用質量流量センサ、或いは、産業用空調システムやコン
プレッサ圧空供給システム用の質量流量センサ、更には
家庭用ガスコンロの空燃比制御用流量センサとして好適
に適用される測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車（特に四輪）を取り巻く状
況においては、エミッション規制等による環境への配慮
が最も重要視されている。これらの規制に対応するため
には、より高精度なエンジン燃焼制御が必要となってき
ている。そこで、エンジン燃焼制御用質量センサの流路
構造に関して、種々の提案がなされている。例えば、特
開平8-271293号公報、特開昭58-120121号公報、特開平9
-329472号公報及び特開平9-287991号公報には、エンジ
ンの吸気管に分流管を接続して該測定流体を取り込み、
該分流管内で流量測定を行うような構造により、エンジ
ンの脈動による影響を受け難くして高精度な流量測定の
実現を図る測定装置が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
公報に提案された測定装置の構造によれば、検出素子を
中心として、分流管の流路構造が対称に形成されていな
いため、吸気管に逆流（エンジンから外気に向かう流
れ）が流れる場合には、その流量を正確に測定すること
が困難であると考えられる。

【０００４】そこで、本発明は、順流及び逆流の双方に
ついて、流量及び流速の測定を安定かつ高精度に行うこ
とができる流量及び流速測定装置を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、二輪の車
両も視野に入れて、今後、より高精度な流量測定を実現
するためには、エンジンが脈動して吸気管内の流れが脈
動する場合だけではなく、吸気管内を流体が逆流する場
合にも、その流量を正確に測定することが必要となって
くるものと予測した。そこで、本発明者らは、下記の流
量及び流速測定装置を提供するものである。

【０００６】本発明は、第１の視点において、検出対象
である主流管内の流れが導入される、基本的にＵ字状に
湾曲された分流管路を備えた分流管と、分流管内の流れ
に曝されるよう配置され、流れに関する量を検出する検
出素子と、を有し、主流管内を所定方向に流れる順流と
該順流と逆方向に流れる逆流の双方を同等（好ましくは
同レベル）に検出できるよう、分流管が前記検出素子を
中心として対称な流路構造を備えた測定装置を提供す
る。

【０００７】このように、分流管が前記検出素子を中心
として対称な流路構造、すなわち、分流路形状を検出素
子を中心として主流管内の主流れ方向に対して対称な構
造に形成することによって、順流及び逆流の双方の流量
等を高精度に測定することができ、又逆流に対しても順
流と同等のセンサ出力が得られるため、このセンサ出力
を、主流Ｍの流れが順流であるか逆流であるかに応じ
て、補正しなくてもよい。したがって、流れ方向に応じ
てセンサ出力を補正するための制御回路等が不要とな
り、センサアッセンブリーを小型化及び省電力化するこ
とができる。

【０００８】また、本発明は、前記第１の視点に基づく
第２の視点において、分流管内に設けられ、検出素子の
検出面に斜めに当たるような流れを形成する流れ制御手
段を有する流量及び流速測定装置を提供する。

【０００９】このような流れ制御手段によれば、定常的
に検出素子の検出面に検出すべき流れが供給され、確実
に該検出面上を検出すべき流れが流れるようになると考
えられる。加えて、上記検出面近傍において、測定流体
の乱れの発生、例えば、渦流及び剥離の発生が抑制され
るため、検出精度及び再現性が向上されると考えられ
る。

【００１０】本発明は、第３の視点において、検出対象
である主流管内の流れが導入される分流管と、主流管内
の流れ方向と基本的に直交する方向に延在し、分流管内
に基本的にＵ字状に湾曲された分流管路を形成する導入
板と、分流管内の流れに曝されるよう配置され、流れに
関する量を検出する検出素子と、を有し、導入板の一端
は、主流管内の流れが（順流及び逆流にかかわらず）分
流管路内に取り込まれるよう、分流管の頂部開口を通過
して前記主流管内中へ突出し、分流管が、検出素子を中
心として対称な流路構造を備えた流量及び流速測定装置
を提供する。

【００１１】この測定装置によれば、導入板を主流管路
内に突出させることによって、検出素子に向かう測定流
れを生成することができるため、測定装置、中でも分流
管の構造が大幅に簡素化ないし小型化される。特に、こ
の測定装置は、主流管が小径である場合、及び／又は、
圧力損失を最小限に抑える必要がある場合の流れに関す
る測定装置として好適である。また、この測定装置にお
いては、分流管内の流路構造が簡略化されているため、
流れの解析が容易であると考えられる。

【００１２】本発明のその他の視点及び特徴は、各請求
項に記載のとおりであり、その引用をもってその重複記
載を省略する。よって、各請求項の各特徴は、ここに記
載されているものとみなされる。なお、従属項はそれぞ
れ、各独立項に記載された発明の原理に反しない限り、
各独立項に適用され得、又従属項は他の従属項に適用さ
れ得る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を説明する。本発明の好ましい実施の形態において
は、安定した高精度測定を実現するため、分流管の導入
口と導出口とを短絡するバイパス流路を追加し、及び／
又は、検出素子近傍の分流管路を絞るたのベンチュリを
付加する。上記バイパス流路によって、検出素子への測
定流体供給が安定化され、又、分流管内へ測定流体（主
流管内の流れ）が取り込まれ易くなる。また、上記ベン
チュリによって、検出素子の検出面上において、測定流
体の乱れを効果的に除去することができる。かくして、
これらバイパス流路及びベンチュリによって、順流及び
逆流の双方に関して、測定が安定化され、又高精度の測
定が可能となる。

【００１４】特に、本発明のように分流管の流路構造を
検出素子を中心として対称に形成する場合には、上記バ
イパス流路ないし該バイパス流路の流れ断面径を小さく
するオリフィスを設けることにより、順流及び逆流の双
方に関して、検出素子に到達する流れの一層の安定化を
図ることができる。

【００１５】本発明の好ましい実施の形態においては、
上記バイパス流路にオリフィスが設けられ、オリフィス
を形成する流路壁の突起量ないしオリフィス開口面積に
よって検出素子へ向かう測定流体の流量が設定される。
これによって、検出素子へ向かう流量を定量的に制御す
ることができる。

【００１６】本発明の好ましい実施の形態においては、
分流管内に、検出素子の検出面に向かって斜めに当たる
ような流れを形成する手段が設けられる。この流れ制御
手段によって、定常的に検出素子の検出面に検出すべき
流れが供給され、確実に該検出面上を検出すべき流れが
流れるようになると考えられる。加えて、検出面近傍に
おける渦流及び剥離の発生が抑制されるため、検出精度
及び再現性が向上されると考えられる。

【００１７】本発明の好ましい実施の形態においては、
ダウンフロー、すなわち、検出素子の検出面に斜めに当
たる流れ乃至検出面に対し斜めに流れる流れを形成する
ための流れ制御手段として、検出素子の少なくとも上
流、或いは上流及び／又は下流において、検出面より隆
起している流路面（隆起部）が設けられる。上記隆起の
形態としては、検出面に斜めに当たる流れを形成できる
ものであればよく、好ましくは、凹状又は凸状に隆起し
たり、隆起表面が直線的、多角形状又は凹曲面状の傾斜
面とされる。

【００１８】本発明の好ましい実施の形態においては、
分流管（検出管）の変曲部において、検出素子の検出面
が該分流管内に曝されている。更に好ましくは、主流管
（測定対象管）に直交する方向に変曲管（分流管）が取
り付けられ、この変曲管の変曲部（折曲部、流路が曲が
る部分）に検出素子が設けられる。或いは、分流管の流
れが反転する部分又は流れの向きが大きく変更される部
分ないし近傍に、検出素子が配置される。また好ましく
は、分流管内の流れが速い部分に、検出素子の検出面が
曝される。また好ましくは、分流管内において流れが絞
られ、続いて流れが変向する部分ないしその近傍に検出
素子の検出面が曝される。

【００１９】本発明の好ましい実施の形態においては、
分流管の底壁に対して取り付けられた検出素子が、主流
管の管外に位置する。これによって、検出素子の取付け
及び交換が容易となり、検出素子の出力の取出しも容易
となる。

【００２０】本発明の好ましい実施の形態においては、
下記のような検出素子を用いる。すなわち、この検出素
子は、基本的に半導体チップに４つの薄膜抵抗体が設け
られたものである。より具体的には、半導体層上にダイ
ヤフラム部とリム部が設けられている。ダイヤフラム部
には、(１)上流温度センサ及び(２)下流温度センサと、
上流温度センサ，の間に配置された(３)ヒータが設けら
れいる。一方、リム部には(４)雰囲気温度センサが設け
られている。ダイヤフラム部は、極薄化され熱絶縁が図
られている。

【００２１】次に、この検出素子を用いた流速や流量等
の流れに関する諸量の検出原理を下記に示す。 (１)ヒータが雰囲気温度に対して常に一定の温度差をも
つよう、ヒータに供給する電力を制御する。 (２)したがって、流れがない場合には、上流温度センサ
と下流温度センサの温度はほぼ等しくなっている。 (３)しかし、流れがある場合には、上流温度センサの温
度はその表面から熱が逃げるため低下する。下流温度セ
ンサの温度はヒータからの熱入力が増加するため、温度
変化は上流温度センサのそれよりも小さい。なお、下流
温度センサの温度は上昇する場合もある。 (４)上流温度センサと下流温度センサの温度差に基づき
流量や流速等を検出し、この温度差の符号から流れ方向
を検出する。なお、上記温度差は、温度による電気抵抗
の変化に基づき検出することができる。

【００２２】本発明の好ましい実施の形態においては、
検出素子が温度に基づいて、流量及び／又は流速を少な
くとも含む流れに関する量を測定するものである。

【００２３】本発明の好ましい実施の形態において、本
発明による測定装置は、種々の車両のエンジンの吸気系
に設置され、２輪又は４輪の車両に搭載されるエンジン
の吸気量等の測定に適用することができる。例えば、本
発明による測定装置は、４輪の車両に搭載されるエンジ
ンの吸気系において、エアクリーナとスロットルバルブ
間に設置される。また、本発明による測定装置は、２輪
の車両に搭載されるエンジンの吸気系において、シリン
ダに接続する二輪車用吸気管（エアファンネル）に、吸
気の流量ないし流速等を測定するため付設される。

【００２４】

【実施例】以上説明した本発明の好ましい実施の形態を
さらに明確化するために、以下図面を参照して、本発明
の一実施例を説明する。

【００２５】図１（Ａ）は本発明の参考例に係る測定装
置の説明図、図１（Ｂ）は本発明の実施例１に係る測定
装置の説明図である。図２（Ａ）は図１（Ａ）に示した
参考例に係る装置の流量−センサ（検出素子）出力特
性、図２（Ｂ）は図１（Ｂ）に示した実施例１に係る測
定装置の流量−センサ（検出素子）出力特性を示すグラ
フである。

【００２６】［参考例］まず、図１（Ａ）を参照して、
本発明の参考例に係る測定装置の構造を説明する。主流
管１内には、測定対象である主流Ｍが流れている。主流
管１の管壁には、主流Ｍから分かれた分流Ｄを取り込み
可能に、主流管１の管軸方向に直交して分流管３０２が
装着されている。分流管３０２内には、主流Ｍの流れ方
向（主流管１管軸方向）と略直交する方向に延在する導
入板３０４（主セパレータ）によって、略Ｕ字状に湾曲
した分流管路が形成されている。分流管３０２の外周壁
一端には、主流Ｍの流れ方向と略直交する面で開口する
導入口（導出口ともなる）３０５が形成され、分流管３
０２の主流管１管軸方向に沿って延在する頂部外壁他端
には主流Ｍの流れ方向に略平行な面で開口する導出口
（導入口ともなる）３０６が形成されている。導入板３
０４の一端は分流管３０２の頂部外壁と連続している。
導入板３０４の他端には、分流管路を絞るように、非対
称構造のベンチュリ３００が形成されている。分流管３
０２の底壁には、分流管路の変曲部外周側に面して、か
つベンチュリ３００の凸曲面と分流管路の最狭部を挟ん
で対向するよう、検出素子３０１が設けられている。検
出素子３０１の両側の流路壁には、分流管路の内方に向
かって隆起する隆起部３０３ａ，３０３ｂが形成されて
いる。このような流路構造により、導入板３０４によっ
て検出素子３０１の存在する分流管路へ導入された測定
流体は、絞られながら、分流管路の最狭部に面する検出
素子３０１上を通過する。これによって、検出素子３０
１の検出面に向かって斜めに流れるダウンフローＤＷが
形成されると共に、該検出面上において、測定流体の乱
れが低減される。

【００２７】以上説明した参考例に係る測定装置の分流
管路は、その流れ方向に沿って非対称な構造を有し、又
導入口３０５と導入口３０６も対称に形成されていな
い。このため、図２（Ａ）を参照して、主流Ｍが図１
（Ａ）に示した方向（これを「順流方向」とする）に流
れ、分流Ｄが導入口３０５から導入されて導出口３０６
より導出される場合と、主流Ｍが図１（Ａ）に示した方
向と逆方向（これを「逆流方向」とする）に流れ、分流
Ｄが導出口３０６から導入されて導入口３０５より導出
される場合とでは、検出素子３０１のセンサ出力特性が
異なる。すなわち、同じ流量に対して、順流の場合と逆
流の場合とでは、センサ出力の大きさが異なることとな
る。したがって、正確な流量を求めるには、順流及び逆
流のいずれかの場合について、センサ出力を補正する必
要がある。

【００２８】［実施例１］次に、図１（Ｂ）を参照し
て、本発明の実施例１に係る測定装置の構造を説明す
る。

【００２９】次に、図１（Ｂ）を参照して、本発明の実
施例１に係る測定装置の構造を説明する。主流管１内に
は、測定対象である主流Ｍが流れている。主流管１の管
壁には、主流Ｍから分かれた分流Ｄを取り込み可能に、
主流管１の管軸方向に直交して分流管３１２が装着され
ている。分流管３１２内には、主流Ｍの流れ方向（主流
管１管軸方向）と略直交する方向に延在する導入板３１
４（主セパレータ）によって、略Ｕ字状に湾曲した分流
管路が形成されている。分流管３１２の外周壁一端に
は、主流Ｍの流れ方向と略直交する面で開口する導入口
（導出口ともなる）３１５が形成され、分流管３１２の
外周壁他端には主流Ｍの流れ方向と略直交する面で開口
する導出口（導入口ともなる）３１６が導入口３１５と
対向するよう形成されている。導入板３１４の一端は分
流管３１２の頂部外壁と離間している。導入板３１４一
端と分流管３１２頂部外壁の間には、導入口３１５と導
出口３１６を短絡するバイパス流路３１７が形成されて
いる。導入板３１４の他端には、分流管路を絞るよう
に、対称構造のベンチュリ３１０が形成されている。分
流管３１２の底壁には、分流管路の変曲部外周側に面し
て、かつベンチュリ３１０の凸曲面と分流管路の最狭部
を挟んで対向するよう、検出素子３１１が設けられてい
る。検出素子３１１の両側の流路壁には、分流管路の内
方に向かって隆起する隆起部３１３ａ，３１３ｂが形成
されている。このような流路構造により、導入板３１４
によって検出素子３１１の存在する分流管路へ導入され
た測定流体は、絞られながら、分流管路の最狭部に面す
る検出素子３１１上を通過する。これによって、検出素
子３１１の検出面に向かって斜めに流れるダウンフロー
ＤＷが形成されると共に、該検出面上において、測定流
体の乱れが低減される。

【００３０】以上説明した実施例１に係る測定装置の分
流管路は、その流れ方向に沿って対称な構造を有し、又
導入口３１５と導出口３１６も対称に形成されている。
このため、図２（Ｂ）を参照して、主流Ｍが図１（Ａ）
に示した順流方向に流れて、分流Ｄが導入口３１５から
導入されて導出口３１６より導出される場合と、主流Ｍ
が逆流方向に流れて、分流Ｄが導出口３１６から導入さ
れて導入口３１５より導出される場合とにおいて、検出
素子３１１のセンサ出力特性は同様である。すなわち、
同じ流量に対して、順流が流れる場合と、逆流が流れる
場合とでは、同様の大きさのセンサ出力が生じる。した
がって、正確な流量を求める際に、主流Ｍの流れが順流
であるか逆流であるかに応じて、センサ出力を補正しな
くてもよい。

【００３１】再度、図１（Ｂ）を参照して、この実施例
１に係る測定装置のさらなる利点を説明する。導入板３
１４と頂部外壁の間に形成されたバイパス流路３１７
は、オリフィスの機能を有している。このバイパス流路
３１７を通過した流れは、流れ断面径が狭い部分（これ
を「オリフィス部」という）において加速され、この流
れに略垂直に合流する測定流体、すなわち、検出素子３
１１上を通過してきた測定流体を、導出口３１６に向か
って効果的に引き出すよう機能する。また、このオリフ
ィス部の開口面積を制御することにより、検出素子３１
１上へ流れていく測定流体の量を容易に制御可能であ
る。

【００３２】［実施例２〜７］続いて、本発明の実施例
２〜７に係る測定装置として、前記実施例１に係る測定
装置のように、分流管路がその流れ方向に沿って対称な
構造を有し、導入口と導出口が対称に形成され、主流管
内の主流れ方向にかかわらず、すなわち、順流か逆流か
にかかわらず、同等の流量−センサ（検出素子）出力特
性を発揮する測定装置の例を説明する。

【００３３】［実施例２，３］まず、導入口と導出口を
短絡するバイパス流路を備えていない測定装置の例とし
て、本発明の実施例２及び３に係る測定装置を説明す
る。

【００３４】［実施例２］図３は、本発明の実施例２に
係る測定装置の説明図である。図３を参照すると、主流
管１内には、測定対象である主流Ｍが流れている。主流
管１の管壁には、分流Ｄを取り込み可能に分流管３２２
が装着されている。分流管３２２内には、主流Ｍの流れ
方向（主流管１管軸方向）と略直交する方向に延在する
導入板３２４（主セパレータ）によって、略Ｕ字状に湾
曲した分流管路が形成されている。分流管３２２の外周
壁一端には、主流Ｍの流れ方向と略直交する面で開口す
る導入口（導出口ともなる）３２５が形成され、分流管
３２２の外周壁他端には主流Ｍの流れ方向に略直交する
面で開口する導出口（導入口ともなる）３２６が導入口
３２５と対向するよう形成されている。導入板３２４の
一端は分流管３２２の頂部外壁と連続している。導入板
３２４の他端には、分流管路を絞るように、対称構造の
ベンチュリ３２０が形成されている。分流管３２２の底
壁には、分流管路の変曲部外周側に面して、かつベンチ
ュリ３２０の凸曲面と分流管路の最狭部を挟んで対向す
るよう、検出素子３２１が設けられている。検出素子３
２１の両側の流路壁には、分流管路の内方に向かって隆
起する隆起部３２３ａ，３２３ｂが形成されている。こ
のような流路構造により、導入板３２４によって検出素
子３２１の存在する分流管路へ導入された測定流体は、
絞られながら、分流管路の最狭部に面する検出素子３２
１上を通過する。これによって、検出素子３２１の検出
面に向かって斜めに流れるダウンフローＤＷが形成され
ると共に、該検出面上において、測定流体の乱れが低減
される。

【００３５】［実施例３］図４は、本発明の実施例３に
係る測定装置の説明図である。図４を参照すると、主流
管１内には、測定対象である主流Ｍが流れている。主流
管１の管壁には、分流Ｄを取り込み可能に分流管３４２
が装着されている。分流管３４２内には、主流Ｍの流れ
方向（主流管１管軸方向）と略直交する方向に延在する
導入板３４４（主セパレータ）によって、略Ｕ字状に湾
曲した分流管路が形成されている。分流管３４２の外周
壁一端には、主流Ｍの流れ方向と略直交する面で開口す
る導入口（導出口ともなる）３４５が形成され、分流管
３４２の外周壁他端には主流Ｍの流れ方向に略直交する
面で開口する導出口（導入口ともなる）３４６が導入口
３４５と対向するよう形成されている。導入板３４４の
一端は、主流管１の管軸方向（主流れ方向）にそって拡
開されて、分流管３４２の頂部外壁と連続している。か
くして、図４中、導入口３４５下方及び導出口３４６上
方において、分流管路を形成する導入板３４４の一端両
側（内周側流路壁）には、凹曲面上の流路面を備え分流
管路を絞るように起伏する起伏部３４４ａ，３４４ｂが
それぞれ形成されている。これによって、分流管路の出
入口部分の管路が絞られ、検出素子３４１へ向かう測定
流体の流れが整流される。導入板３４４の他端には、分
流管路を絞るように、対称構造のベンチュリ３４０が形
成されている。分流管３４２の底壁には、分流管路の変
曲部外周側に面して、かつベンチュリ３４０の凸曲面と
分流管路の最狭部を挟んで対向するよう、検出素子３４
１が設けられている。検出素子３４１の両側の流路壁に
は、分流管路の内方に向かって隆起する隆起部３４３
ａ，３４３ｂが形成されている。このような流路構造に
より、導入板３４４によって検出素子３４１の存在する
分流管路へ導入された測定流体は、絞られながら、分流
管路の最狭部に面する検出素子３４１上を通過する。こ
れによって、検出素子３４１の検出面に向かって斜めに
流れるダウンフローＤＷが形成されると共に、該検出面
上において、測定流体の乱れが低減される。

【００３６】以上説明した実施例２及び３に係る測定装
置によれば、導入口と導出口を短絡するバイパス流路を
設けていないことにより、分流管内の流路構造が簡略化
されるため、流れ状態の把握が容易であると考えられ
る。

【００３７】［実施例４］次に、導入板に対向する頂部
外壁を省略した本発明の実施例４に係る測定装置を説明
する。図５は、本発明の実施例４に係る測定装置の説明
図である。図５を参照すると、主流管１内には、測定対
象である主流Ｍが流れている。主流管１の管壁には、分
流Ｄを取り込み可能に分流管３３２が装着されている。
分流管３３２内には、主流Ｍの流れ方向（主流管１管軸
方向）と略直交する方向に延在する導入板３３４（主セ
パレータ）によって、略Ｕ字状に湾曲した分流管路が形
成されている。分流管３３２の頂部は大きく開口され、
この頂部開口中央より、導入板３３４の一端が主流管１
内へ突出している。この導入板３３４一端によって、主
流Ｍの流れ方向と略平行な面で開口する導入口（導出口
ともなる）３３５及び導出口（導入口ともなる）３３６
が対称に区画形成されている。分流Ｄは、導入口３３５
の開口面（主流Ｍの流れ方向と略平行な面）に対して斜
め方向から、分流管３３２内に導入され、導出口３３６
の開口面（主流Ｍの流れ方向と略平行な面）に対して斜
め方向に主流管１内に導出される。逆流の場合にはこの
逆である。導入板３３４の他端には、分流管路を絞るよ
うに、対称構造のベンチュリ３３０が形成されている。
分流管３３２の底壁には、分流管路の変曲部外周側に面
して、かつベンチュリ３３０の凸曲面と分流管路の最狭
部を挟んで対向するよう、検出素子３３１が設けられて
いる。検出素子３３１の両側の流路壁には、分流管路の
内方に向かって隆起する隆起部３３３ａ，３３３ｂが形
成されている。このような流路構造により、導入板３３
４によって検出素子３３１の存在する分流管路へ導入さ
れた測定流体は、絞られながら、分流管路の最狭部に面
する検出素子３３１上を通過する。これによって、検出
素子３３１の検出面に向かって斜めに流れるダウンフロ
ーＤＷが形成されると共に、該検出面上において、測定
流体の乱れが低減される。

【００３８】この実施例４に係る測定装置によれば、導
入板を主流管路内に突出させることによって、検出素子
に向かう測定流れを生成することができるため、測定装
置の構造が大幅に簡素化ないし小型化される。特に、こ
の実施例４に係る測定装置は、主流管が小径である場
合、及び／又は、圧力損失を最小限に抑える必要がある
場合の流れに関する測定装置として好適である。また、
この実施例４に係る測定装置によれば、分流管内の流路
構造が簡略化されているため、流れの解析が容易である
と考えられる。

【００３９】［実施例５〜７］次に、導入板の他端、す
なわち、検出素子と対向する部分に、大きなベンチュリ
が形成されていない導入板を備えた本発明の実施例５〜
７に係る測定装置を説明する。なお、実施例５の分流管
と対比して、実施例６の分流管は導入板の一端が分流管
頂部外壁と連続して形成されている点、実施例７の分流
管は導入板の一端が分流管頂部開口より突出して形成さ
れている点で、それぞれ実施例５の分流管と構造が相違
している。

【００４０】［実施例５］図６（Ａ）は、本発明の実施
例５に係る測定装置の説明図であり、主流管の軸方向に
沿って切断した縦断面を示している。図６（Ａ）を参照
すると、主流管１内には、測定対象である主流Ｍが流れ
ている。主流管１の管壁には、分流Ｄを取り込み可能に
分流管３５２が装着されている。分流管３５２内には、
主流Ｍの流れ方向（主流管１管軸方向）と略直交する方
向に延在する導入板３５４（主セパレータ）によって、
略Ｕ字状に湾曲した分流管路が形成されている。導入板
３５４の厚みは、その延在方向に沿って略一定である。
分流管３５２の外周壁一端には、主流Ｍの流れ方向と略
直交する面で開口する導入口（導出口ともなる）３５５
が形成され、分流管３５２の外周壁他端には主流Ｍの流
れ方向に略直交する面で開口する導出口（導入口ともな
る）３５６が導入口３５５と対向するよう形成されてい
る。導入板３５４の一端は分流管３５２の頂部外壁と離
間している。導入板３５４一端と分流管３５２頂部外壁
の間には、導入口３５５と導出口３５６を短絡するバイ
パス流路３５７が形成されている。導入板３５４の他端
には、検出素子３５１に向かって突出する凸曲面が形成
されている。分流管３５２の底壁には、分流管路の変曲
部外周側に面して、かつ導入板３５４の凸曲面と分流管
路の最狭部を挟んで対向するよう、検出素子３５１が設
けられている。検出素子３５１の両側の流路壁は、分流
管路の内方に向かって隆起する隆起部３５３ａ，３５３
ｂが形成されている。このような流路構造により、導入
板３５４によって検出素子３５１の存在する分流管路へ
導入された測定流体は、絞られながら、分流管路の最狭
部に面する検出素子３５１上を通過する。これによっ
て、検出素子３５１の検出面に向かって斜めに流れるダ
ウンフローＤＷが形成されると共に、該検出面上におい
て、測定流体の乱れが低減される。また、この実施例５
に係る測定装置の分流管３５２にはバイパス流路３５７
が形成されていることにより、検出素子３５１上を通過
してきた測定流体は導出口３５６に向かって効果的に引
き出される。

【００４１】［実施例６］図６（Ｂ）は、本発明の実施
例６に係る測定装置の説明図であり、主流管の軸方向に
沿って切断した縦断面を示している。図６（Ｂ）を参照
すると、主流管１内には、測定対象である主流Ｍが流れ
ている。主流管１の管壁には、分流Ｄを取り込み可能に
分流管３６２が装着されている。分流管３６２内には、
主流Ｍの流れ方向（主流管１管軸方向）と略直交する方
向に延在する導入板３６４（主セパレータ）によって、
略Ｕ字状に湾曲した分流管路が形成されている。導入板
３６４の厚みは、その延在方向に沿って略一定である。
分流管３６２の外周壁一端には、主流Ｍの流れ方向と略
直交する面で開口する導入口（導出口ともなる）３６５
が形成され、分流管３６２の外周壁他端には主流Ｍの流
れ方向に略直交する面で開口する導出口（導入口ともな
る）３６６が導入口３６５と対向するよう形成されてい
る。導入板３６４の一端は分流管３６２の頂部外壁と連
続している。導入板３６４の他端には、検出素子３６１
に向かって突出する凸曲面が形成されている。分流管３
６２の底壁には、分流管路の変曲部外周側に面して、か
つ導入板３６４の凸曲面と分流管路の最狭部を挟んで対
向するよう、検出素子３６１が設けられている。検出素
子３６１の両側の流路壁は、分流管路の内方に向かって
隆起する隆起部３６３ａ，３６３ｂが形成されている。
このような流路構造により、導入板３６４によって検出
素子３６１の存在する分流管路へ導入された測定流体
は、絞られながら、分流管路の最狭部に面する検出素子
３６１上を通過する。これによって、検出素子３６１の
検出面に向かって斜めに流れるダウンフローＤＷが形成
されると共に、該検出面上において、測定流体の乱れが
低減される。

【００４２】［実施例７］図６（Ｃ）は、本発明の実施
例７に係る測定装置の説明図であり、主流管の軸方向に
沿って切断した縦断面を示している。図６（Ｃ）を参照
すると、主流管１内には、測定対象である主流Ｍが流れ
ている。主流管１の管壁には、分流Ｄを取り込み可能に
分流管３７２が装着されている。分流管３７２内には、
主流Ｍの流れ方向（主流管１管軸方向）と略直交する方
向に延在する導入板３７４（主セパレータ）によって、
略Ｕ字状に湾曲した分流管路が形成されている。導入板
３７４の厚みは、その延在方向に沿って略一定である。
分流管３７２の頂部は大きく開口され、この頂部開口中
央より、導入板３７４の一端が主流管１内へ突出してい
る。この導入板３７４一端によって、主流Ｍの流れ方向
と略平行な面で開口する導入口（導出口ともなる）３７
５及び導出口（導入口ともなる）３７６が対称に区画形
成されている。分流Ｄは、導入口３７５の開口面（主流
Ｍの流れ方向と略平行な面）に対して斜め方向から、分
流管３７２内に導入され、導出口３７６の開口面（主流
Ｍの流れ方向と略平行な面）に対して斜め方向に主流管
１内に導出される。逆流の場合はこの逆である。導入板
３７４の他端には、検出素子３７１に向かって突出する
凸曲面が形成されている。分流管３７２の底壁には、分
流管路の変曲部外周側に面して、かつ導入板３７４の凸
曲面と分流管路の最狭部を挟んで対向するよう、検出素
子３７１が設けられている。検出素子３７１の両側の流
路壁には、分流管路の内方に向かって隆起する隆起部３
７３ａ，３７３ｂが形成されている。このような流路構
造により、導入板３７４によって検出素子３７１の存在
する分流管路へ導入された測定流体は、絞られながら、
分流管路の最狭部に面する検出素子３７１上を通過す
る。これによって、検出素子３７１の検出面に向かって
斜めに流れるダウンフローＤＷが形成されると共に、該
検出面上において、測定流体の乱れが低減される。ま
た、この実施例７に係る測定装置は、前記実施例４に係
る測定装置と同様に、導入板３７４の一端が突出してい
ることによって、検出素子に向かう測定流れを簡素な構
造で生成することができるため、測定装置が大幅に小型
化される。特に、この実施例７に係る測定装置は、主流
管が小径である場合、及び／又は、圧力損失を最小限に
抑える必要がある場合の流れに関する測定装置として好
適である。また、この実施例７に係る測定装置によれ
ば、分流管内の流路構造が簡略化されているため、流れ
の解析が容易であると考えられる。

【００４３】次に、本発明の種々の実施例に係る測定装
置において、好ましい部分構成を説明する。

【００４４】［対向形成された導入口と導出口、さらに
バイパス流路］図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、図１
（Ｂ）に示した本発明の実施例１に係る測定装置のよう
に、導入口と導出口を短絡するバイパス流路の説明図で
あり、図７（Ａ）は動作説明図、図７（Ｂ）はバイパス
流路の部分拡大図である。

【００４５】再度、図１（Ｂ）及び図７（Ｂ）を参照す
ると、前記実施例１に係る測定装置において、分流管の
外周壁一端には、主流Ｍの流れ方向と略直交する面で開
口する導入口（導出口ともなる）３１５が形成され、分
流管の外周壁他端には主流Ｍの流れ方向と略直交する面
で開口する導出口（導入口ともなる）３１６が導入口３
１５と対向するよう形成されている。すなわち、図７
（Ａ）に示すような相互位置で、導入口３１５と導出口
３１６が形成されていることにより、比較的密度の大き
な汚染物は、バイパス流路３１７を通過して分流管外へ
排出されるため、分流管の底壁に位置する検出素子上へ
の当該汚染物の蓄積が抑制される。

【００４６】［パイパス流路に形成された種々のオリフ
ィス］図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、図１（Ｂ）に示した
ようなバイパス流路を備えた本発明の一実施例に係る測
定装置の種々の変形例を説明するための部分図であっ
て、図８（Ａ）は三角形状、図８（Ｂ）は曲面状及び図
８（Ｃ）は多角形状の突起をそれぞれ有するオリフィス
を示している。

【００４７】図８（Ａ）を参照すると、分流管の頂部外
壁４６と導入板４７一端の間に形成されたバイパス流路
において、頂部外壁４６内側及び導入板４７一端には、
互いに対向するように、三角形状の流路面を備えた突起
４６ａ，４７ａがそれぞれ形成されている。これらの突
起４６ａ，４７ａによって、上記バイパス流路に該パイ
パス流路を縮径するオリフィスが形成されている。

【００４８】図８（Ｂ）を参照すると、分流管の頂部外
壁４８と導入板４９一端の間に形成されたバイパス流路
において、頂部外壁４８内側及び導入板４９一端には、
互いに対向するように、曲面状の流路面を備えた突起４
８ａ，４９ａがそれぞれ形成されている。これらの突起
４８ａ，４９ａによって、上記バイパス流路に該パイパ
ス流路を縮径するオリフィスが形成されている。

【００４９】図８（Ｃ）を参照すると、分流管の頂部外
壁５０と導入板５１一端の間に形成されたバイパス流路
において、頂部外壁５０内側及び導入板５１一端には、
互いに対向するように、多角形状の流路面を備えた突起
５０ａ，５１ａがそれぞれ形成されている。これらの突
起５０ａ，５１ａによって、上記バイパス流路に該パイ
パス流路を縮径するオリフィスが形成されている。

【００５０】以上、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示したよ
うなオリフィスを有する測定装置によれば、バイパス流
路の流れ断面方向径に対して、オリフィス径を調節する
ことにより、検出素子の検出面上に向かう測定流量を定
量的に制御することができる。また、順流及び逆流の双
方に関して、検出素子上に到達する流れの安定化を図る
ことができる。

【００５１】［主流管内に突出した導入板一端の変形
例］図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、図５に示したような
主流管中に突出する導入板を備えた本発明の実施例に係
る測定装置の種々の変形例を説明するための部分図であ
る。

【００５２】図９（Ａ）を参照すると、分流管の頂部開
口から主流管内に突出する導入板６０の他端は、主流管
の管軸方向（主流方向）に向かって（沿って）拡開され
ている。そして、この拡開部両側の流路面６０ａ，６０
ｂは、多角形状に形成されている。

【００５３】図９（Ｂ）を参照すると、分流管の頂部開
口から主流管内に突出する導入板６１の他端は、主流管
の管軸方向（主流方向）に向かって（沿って）拡開され
ている。そして、この拡開部両側の流路面６１ａ，６１
ｂは、曲面状に形成されている。

【００５４】以上、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示した
ように、導入板他端を拡開させることによって、分流管
内に測定流体が安定して取り込まれ、かつ取り込まれた
測定流体の乱れが減少する。

【００５５】［導入板他端に形成されたベンチュリの変
形例］図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、検出素子に対向
するベンチュリを備えた本発明の実施例１に係る測定装
置の種々の変形例を説明するための部分図である。

【００５６】図１０（Ａ）を参照すると、導入板他端に
形成されて検出素子と対向するベンチュリの流路面７１
が多角形状に形成されている。図１０（Ｂ）を参照する
と、このベンチュリの流路面７２が曲面状に形成されて
いる。図１０（Ｃ）を参照すると、このベンチュリの流
路面７３が複次曲面状に形成されている。

【００５７】以上、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示し
たような流路面を備えたベンチュリによって、検出素子
の上流から下流にわたって測定流体の乱れが抑制され、
また、検出素子の検出面に向かって斜めに当たるダウン
フローＤＷ（図１（Ｂ）参照）が安定して生成される。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、順流及び逆流の双方に
ついて、流量及び流速の測定を安定かつ高精度に行うこ
とができる流量及び流速測定装置が提供される。また、
本発明による測定装置の分流管にバイパス流路、ベンチ
ュリ等を付加することにより、順流及び逆流の双方に関
して、一層安定した高精度測定が可能となると共に、検
出素子の検出面上に到達する測定流体の流量を、容易か
つ定量的に制御することができる。また、本発明によれ
ば、基本的にＵ字状の分流管路を形成するための導入板
の一端を主流管内に突出形成することにより、分流管の
頂部外壁が不要となり、分流管の構造を簡素化すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の参考例に係る測定装置の説明
図、（Ｂ）は本発明の実施例１に係る測定装置の説明図
であり、いずれも主流管の軸方向に沿って切断した縦断
面を示している。

【図２】（Ａ）は図１（Ａ）に示した参考例に係る測定
装置の流量−センサ（検出素子）出力特性、（Ｂ）は図
１（Ｂ）に示した実施例１に係る測定装置の流量−セン
サ（検出素子）出力特性を示すグラフである。

【図３】本発明の実施例２に係る測定装置の説明図であ
り、主流管の軸方向に沿って切断した縦断面を示してい
る。

【図４】本発明の実施例３に係る測定装置の説明図であ
り、主流管の軸方向に沿って切断した縦断面を示してい
る。

【図５】本発明の実施例４に係る測定装置の説明図であ
り、主流管の軸方向に沿って切断した縦断面を示してい
る。

【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、順に本発明の実施例５〜７
に係る装置の説明図であり、いずれも主流管の軸方向に
沿って切断した縦断面を示している。

【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、図１（Ｂ）に示した本発
明の実施例１に係る測定装置のように、導入口と導出口
を短絡するバイパス流路の説明図であり、（Ａ）は動作
説明図、（Ｂ）はバイパス流路の部分拡大図である。

【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１（Ｂ）に示したような
バイパス流路を備えた本発明の実施例に係る測定装置の
種々の変形例を説明するための部分図であって、（Ａ）
は三角形状、（Ｂ）は曲面状及び（Ｃ）は多角形状の突
起をそれぞれ有するオリフィスを示している。

【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、図４に示したような主流
管中に突出する導入板を備えた本発明の一実施例に係る
測定装置の種々の変形例を説明するための部分図であっ
て、（Ａ）は多角形状及び（Ｂ）は曲面状の流路壁をそ
れぞれ有する導入板端部を示している。

【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、検出素子に対向するベン
チュリを備えた本発明の実施例１に係る測定装置の種々
の変形例を説明するための部分図であって、（Ａ）は多
角形状、（Ｂ）は曲面状及び（Ｃ）は複次曲面状の流路
壁をそれぞれ有するベンチュリを示している。

【符号の説明】

１主流管、４６ａ，４７ａ，４８ａ，４９ａ，５０ａ，５１ａ突
起、４６，４８，５０頂部外壁、４７，４９，５１導入板（主セパレータ）、４０ａ，４２ａ，４４ａ突起部、４１，４３，４５導入板、６０，６１導入板、６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ導入板一端の流路
面、７１，７２，７３導入板他端に形成されたベンチュリ
の流路面、３０１，３１１，３２１，３３１，３４１，３５１，３
６１，３７１検出素子、３０２，３１２，３２２，３３２，３４２，３５２，３
６２，３７２分流管、３０３ａ，３０３ｂ，３１３ａ，３１４ｂ，３２３ａ，
３２３ｂ，３３３ａ，３３３ｂ，３４３ａ，３４３ｂ，
３５３ａ，３５３ｂ，３６３ａ，３６３ｂ，３７３ａ，
３７３ｂ隆起部、３０４，３１４，３２４，３３４，３４４，３５４，３
６４，３７４導入板（主セパレータ）、３０５，３１５，３２５，３３５，３４５，３５５，３
６５，３７５導入口、３０６，３１６，３２６，３３６，３４６，３５６，３
６６，３７６導出口、３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０，３
７０，３８０ベンチュリ、３１７，３５７バイパス流路、３４４ａ，３４４ｂ起伏部Ｍ主流、Ｄ分流、ＤＷダウンフロー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小島多喜男名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者葛谷康寿名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者須田正憲名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者大島崇文名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内Ｆターム(参考） 2F035 AA02 EA03 EA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出対象である主流管内の流れが導入され
る、基本的にＵ字状に湾曲された分流管路を備えた分流
管と、前記分流管内の流れに曝されるよう配置され、流れに関
する量を検出する検出素子と、を有し、前記主流管内を所定方向に流れる順流と該順流と逆方向
に流れる逆流の双方を同等に検出できるよう、前記分流
管が前記検出素子を中心として対称な流路構造を備えた
ことを特徴とする流量及び流速測定装置。
【請求項２】前記分流管内に設けられ、該検出素子の検
出面に斜めに当たるような流れを形成する流れ制御手段
を有することを特徴とする請求項１記載の流量及び流速
測定装置。
【請求項３】前記流れ制御手段が、前記検出素子の両側
に形成されて前記分流管の管路を絞るよう隆起した隆起
部を含むことを特徴とする請求項２記載の流量及び流速
測定装置。
【請求項４】前記分流管の外周側両端にそれぞれ形成さ
れ、前記主流管内の流れ方向と略直交する面で開口する
導入口及び導出口を有することを特徴とする請求項１記
載の流量及び流速測定装置。
【請求項５】前記導入板の前記検出素子と対向する他端
に、前記検出素子の上流から下流にかけてベンチュリが
設けられ、該ベンチュリにより、該検出素子が配置され
た前記分流路の流路幅が検出素子の中央付近において最
も狭くされていることを特徴とする請求項１記載の流量
及び流速測定装置。
【請求項６】前記検出素子に対向する面上に形成された
前記ベンチュリの流路面断面形状が多角形状、曲面状又
は複次曲面状のいずれか一であることを特徴とする請求
項５記載の流量及び流速測定装置。
【請求項７】前記分流管内に湾曲した前記分流管路を形
成する導入板が設けられ、前記導入板の一端と前記分流管の頂部外壁の間に、前記
分流管の導入口と導出口を短絡するバイパス流路が形成
されたことを特徴とする請求項１記載の流量及び流速測
定装置。
【請求項８】前記バイパス流路にオリフィスが設けら
れ、前記オリフィスを形成する流路壁の突起量ないしオリフ
ィス開口面積によって前記検出素子へ向かう測定流体の
流量が設定されることを特徴とする請求項７記載の流量
及び流速測定装置。
【請求項９】前記オリフィスを形成する流路壁がオリフ
ィス中央に向かって突起され、該突起部流路面の断面形
状が、多角形面状、曲面状及び複次曲面状のいずれか一
であることを特徴とする請求項８記載の流量及び流速測
定装置。
【請求項１０】前記分流管内に湾曲した前記分流管路を
形成する導入板が設けられ、前記導入板上の前記導入口及び導出口近傍に起伏部が形
成され、該起伏部によって、前記分流管の導入口と前記
外周側流路壁との間及び前記分流管の導出口と前記外周
側流路壁との間の流路に絞りがそれぞれ形成されたこと
を特徴とする請求項１記載の流量及び流速測定装置。
【請求項１１】前記分流管内に湾曲した前記分流管路を
形成する導入板が設けられ、前記導入板の一端が、前記主流管内の流れが前記分流管
路内に取り込まれるよう、前記分流管の頂部開口を通過
して前記主流管内中へ突出していることを特徴とする請
求項１記載の流量及び流速測定装置。
【請求項１２】前記導入板の一端には、前記主流管の管
軸方向に沿って拡開する拡開部が形成されていることを
特徴とする請求項１１記載の流量及び流速測定装置。
【請求項１３】前記拡開部の両側流路面の断面形状が、
多角形状、曲面状及び複次曲面状のいずれか一であるこ
とを特徴とする請求項１２記載の流量及び流速測定装
置。
【請求項１４】検出対象である主流管内の流れが導入さ
れる分流管と、前記主流管内の流れ方向と基本的に直交する方向に延在
し、前記分流管内に基本的にＵ字状に湾曲された分流管
路を形成する導入板と、前記分流管内の流れに曝されるよう配置され、流れに関
する量を検出する検出素子と、を有し、前記導入板の一端は、前記主流管内の流れが前記分流管
路内に取り込まれるよう、前記分流管の頂部開口を通過
して前記主流管内中へ突出していること、前記分流管が、前記検出素子を中心として対称な流路構
造を備えたこと、を特徴とする流量及び流速測定装置。
【請求項１５】前記導入板の一端には、前記主流管の管
軸方向に向かって拡開する拡開部が形成されていること
を特徴とする請求項１４記載の流量及び流速測定装置。
【請求項１６】前記拡開部の両側流路面の断面形状が、
多角形状、曲面状及び複次曲面状のいずれか一であるこ
とを特徴とする請求項１５記載の流量及び流速測定装
置。
【請求項１７】車両に搭載される内燃機関に適用される
ことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか記載の流量
及び流速測定装置。