JP2002005710A - 小口径管用の分流式流量及び流速測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】分流式測定装置の取付けによる圧力損出の増加
が小さく、高精度な測定を可能とする小口径用の流量測
定装置の提供。 【解決手段】検出対象である主流管１内の流れが導入さ
れる分流管２と、分流管２内に湾曲した流れが形成され
るよう分流管内を区画する導入板３と、分流管２内の流
れに面して設置され流れに関する諸量を検出する検出素
子４と、主流管１内に突出し、主流管１内の流れ断面方
向に沿って延在する面（流れに正対する面）を備え、分
流管２内に主流管１内の流れを導入するための突出板３
ａとを有し、突出板３ａ以外の測定装置構成要素が主流
管１の流路壁面よりも外側に配置される。

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、特に小口径管用の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、自動車を取り巻く状況は、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お
り、これらの規制に対応するため、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。エンジン燃焼制御
用質量流量センサに関して、例えば、特開平６−５０７
８３号公報には、エンジンの脈動が流量測定に与える影
響を低減することを目的として、分流式の空気流量測定
装置が提案されている。

【０００３】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、上記特開平
６−５０７８３号公報に開示された測定装置を説明する
ための図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照する
と、一対の側壁５２ａ，５２ｂ及び天井壁５２ｃを備え
た分流管５２が、主流管５１内に突出して取付けられて
いる。さらに、検出素子５４も主流管５１内に配置され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現状では、自動車分野
において、空気質量流量センサの採用は、設置スペース
に余裕があって及びスペース活用の自由度が大きく、吸
気管径の変化を許容できる大型四輪車に限定されてい
る。なぜなら、小型の四輪車及び二輪車においては、ス
ペース上の制限から、吸気管径を自在に変化させること
が困難であり、かつ搭載している吸気管の管径がφ５０
ｍｍ以下と小径であるため、既存のセンサハウジング構
造ないし上記のような分流式空気流量測定装置の適用
は、吸気管内における圧力損出の増大、さらには燃焼効
率の悪化を招く原因となるからである。

【０００５】再度、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照す
ると、上記特開平６−５０７８３号公報の測定装置にお
いても、分流管５２、詳細にはその一対の側壁５２ａ，
５２ｂ及び天井壁５２ｃが主流管５１内に突出し、主流
管５１内の流れ損失抵抗を増大させている。この結果、
測定装置の取付けが主流管５１内にの流れに大きな影響
を与え、高精度の流量測定を困難ならしめている。ま
た、この測定装置においては、検出素子５４が主流管５
１内に位置しているため、検出素子５４が汚損されやす
く、交換に手間がかかるという別の問題もある。

【０００６】以上の事情を鑑み、本発明の目的は、分流
式測定装置の取付けによる圧力損出の増加が小さく、高
精度な測定を可能とする流れに関する測定装置、特に、
小口径管用に好適な分流式質量流量センサを提供するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の視点に
おいて、主流管内に突出し該主流管内の流れ断面方向に
沿って基本的に延在する面を備え、分流管内に該主流管
内の流れを導入するための突出板（突出部）を有し、こ
の突出板以外の要素（測定装置を構成する要素）が前記
主流管の流路壁面よりも外側に配置される分流式流れ測
定装置を提供する。本発明は、第２の視点において、主
流管内に突出し該主流管内の流れ断面方向に沿って基本
的に延在する面を備え、分流管内に該主流管内の流れを
導入するための突出板と、前記主流管内に突出し、該主
流管内の流れ方向に沿って基本的に延在する面を備え、
該主流管内の流れを捕捉して前記分流管に有効に導入す
るためのガイド板（ガイド部）を有し、これら突出板及
びガイド板以外の要素（測定装置を構成する要素）が前
記主流管の流路壁よりも外側に配置される分流式流れ測
定装置を提供する。

【０００８】本発明による分流式測定装置は、その取付
状態において、主流管内に突出する構成要素が突出板な
いしガイド板のみであるため、主流管内の流れ断面にお
いて、測定装置が占める面積が小さく、測定装置取付け
によって生じる圧力損失の増大が最小限に抑えられる。
このように、測定装置の取付けが主流管内の流れに与え
る影響が小さいため、安定した高精度測定が可能とな
る。また、検出素子が主流管外に配置されるため、検出
素子の交換が容易であると共に、検出素子上に主流管内
を流れる汚損物質が付着し難い。

【０００９】

【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。

【００１０】本発明の好ましい実施の形態に係る測定装
置は、検出対象である主流管内の流れが導入される分流
管と、前記分流管内に湾曲した流れが形成されるよう該
分流管内を区画する導入板と、前記分流管内の流れに面
して設置され流れに関する諸量を検出する検出素子を有
する。さらに好ましくは、前記導入板と前記突出板が連
続的に形成される。また、好ましくは、突出板が主流管
内の流れと正対するよう形成される。

【００１１】本発明の好ましい実施の形態においては、
突出板の先端と、該先端に対向する主流管流路壁の間に
測定装置の構成部材が存在しない。

【００１２】本発明の好ましい実施の形態においては、
主流管内の流れ断面積に対する、突出板の主流管内突出
面積の割合が３５％以下である。さらに好ましくは、２
０％以下である。

【００１３】本発明の測定装置は、管径がφ５０ｍｍ以
下である主流管、例えば、小型四輪車及び二輪車に採用
されている小径の吸気管に好適に取付けられる。

【００１４】本発明の好ましい実施の形態においては、
主流管内に突出し、該主流管内の流れ方向に沿って基本
的に延在する面を備え、該主流管内の半径方向成分をも
つ流れを捕捉して分流管内に案内するためのガイド板が
設けられる。好ましくは、ガイド板が、突出板とそれぞ
れ直交し、この突出板を挟んで互いに対向する一対のガ
イド板から構成される。この場合、それらの端面からみ
て、突出板と一対のガイド板はＨ型に構成（連結）され
る（Ｈ型断面形状）。また好ましくは、突出板と一対の
ガイド板を、それらの端面からみてコの字型に連結する
（コの字型断面形状）。場合によっては、突出板と一枚
のガイド板を、それらの端面からみてＴ型又はＬ型に連
結することができる（Ｔ型断面形状、Ｌ型断面形状）。

【００１５】本発明の好ましい実施の形態においては、
分流管路を絞るたのベンチュリを付加する。このベンチ
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、又順流及び逆流
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。

【００１６】本発明の好ましい実施の形態においては、
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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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
が該分流管内に晒されている。さらに好ましくは、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、分流管内の
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
が晒される。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
出素子の検出面が晒される。

【００２０】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。

【００２１】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)ヒータとが設けら
れている。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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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、二輪又は四輪の車両に搭載
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、四輪の車両に搭
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、二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。

【００２５】なお、以上説明した本発明の好ましい実施
の形態の一又は複数を、本発明の原理に反しない限り、
互いに組合わせることが可能である。

【００２６】

【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。

【００２７】まず、本発明の実施例１に係る測定装置を
説明する。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照すると、主
流管１の管壁には開口が形成され、この開口周囲の主流
管１外壁にはボス１ａが形成されている。前記開口に
は、筒状ないしシース状の分流管２の先端側が嵌装され
ている。分流管２は、主流管１の流路壁面と同面（面
一）で開口している。分流管２の後端側は、回路ボック
ス６に形成された穴に嵌装されている。回路ボックス６
の穴底部には、検出素子４が分流管２内の流れに面する
よう装着されている。検出素子４は、主流管１外に配置
されている。さらに、回路ボックス６内には検出素子４
を駆動制御するための制御回路５が搭載されている。こ
の回路ボックス６は、ボス１ａに装着され、これによっ
て、測定装置全体が主流管１に装着されている。

【００２８】さらに、分流管２内には導入板３が形成さ
れている。導入板３の一側は、主流管１内に突出してい
る。以下、この突出する部分を「突出板３ａ」と称す
る。突出板３ａは、導入板３と連続的に形成され、主流
管１内に突出し主流管１内の流れ断面方向（流れと直交
する横断面方向）に沿って基本的に延在する面を備えて
いる。突出板３ａは、主流管１内の流れ方向と基本的に
正対し、分流管２内に主流管１内の流れを導入するよう
機能する。この測定装置において、突出板３ａ以外の構
成要素は主流管１の流路壁面よりも外側に配置されてい
る。導入板３の他側は、分流管２内を区画して分流管２
内に湾曲した流れを形成する。

【００２９】この検出装置によれば、突出板３ａのみが
主流管１内に突出しているため、測定装置の取付けによ
って生じる主流管１内の圧力損失が小さくなる。

【００３０】次に、本発明の実施例２に係る測定装置
を、主として前記実施例１に係る測定装置との相違点に
ついて説明し、同共通点に関しては説明の重複を避ける
ため、適宜前記実施例１の記載を参照することができる
ものとする。

【００３１】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を参照すると、
この測定装置は、主流管１内に突出し、主流管１内の流
れ方向に沿って基本的に延在する面（突出板３ａと直交
する面）を備えた一対のガイド板７ａ，７ｂを有する。
一対のガイド板７ａ，７ｂは、突出板３ａの一対の側面
上に、突出板３ａとそれぞれ直交し突出板３ａを挟んで
互いに対向するようそれぞれ形成されている。突出板３
ａと一対のガイド板７ａ，７ｂは、それらの端面からみ
て、Ｈ型に連結されている（Ｈ型断面形状を有する流れ
導入機構）。一対のガイド板７ａ，７ｂによって、主流
管１半径方向の成分を有する主流管１内の流れが、効果
的に捕捉され、分流管２内へ導かれる。したがって、主
流管１内の流れに乱れがある場合であっても、分流管２
への導入流量が安定化され、測定精度が向上される。

【００３２】次に、本発明の実施例３に係る測定装置
を、主として前記実施例２に係る測定装置との相違点に
ついて説明し、同共通点に関しては説明の重複を避ける
ため、適宜前記実施例２の記載を参照することができる
ものとする。

【００３３】図３を参照すると、一対のガイド板７ａ，
７ｂがさらに延長され、それらの先端が主流管１の流れ
断面方向中央に到達している。このように、一対のガイ
ド板７ａ，７ｂを長くすることにより、さらに分流管２
への導入流量が安定化され、測定精度が向上される。

【００３４】次に、本発明の実施例４（前記実施例１〜
３の変形例）に係る測定装置を、分流管の内部構造（主
流管外に位置する）について説明する。

【００３５】図４を参照すると、分流管２内には、導入
板３によって区画された流路をさらに区画する分岐壁８
が形成されている。分岐壁８は、導入板３の他側を囲む
よう筒状に形成され、分岐壁８の底部は導入板３の他端
と検出素子４の間の流路に位置している。また、分流管
２の開口近傍において、分流管２のＵ字形流路壁両端に
は、分流管の開口近傍の流路を絞るように、ベンチュリ
９ａ，９ｂがそれぞれ形成されている。これら分岐壁８
及びベンチュリ９ａ，９ｂによって、分流管２内２に導
入された粒子状物質等は、導入板３と分岐壁８の間の内
周側分岐流路を通じて排出されることにより、外周側分
岐流路に面して配置されている検出素子４の汚染が防止
される。なお、このようなベンチュリ及び分岐壁を、前
記実施例１〜３の測定装置に適用することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、分流式測定装置の取付
けによって生じる主流管内の圧力損出を低減することが
できる。すなわち、本発明によれば、分流式測定装置の
取付けが主流管内の流れに及ぼす影響が小さいため、高
精度な流量等の測定が可能となる。本発明による分流式
測定装置は、口径φ５０ｍｍ以下の吸気管が接続された
内燃機関に好適に適用され、特に、小型四輪車、二輪車
の吸気管の流量測定用として好適に用いられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の実施例１に係る測定装置の主
流管流れ方向断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中の線Ｂ−
Ｂ断面図である。

【図２】（Ａ）は本発明の実施例２に係る測定装置の主
流管流れ方向要部断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中矢視
Ｂ方向から見た突出板及び一対のガイド板を示す端面図
である。

【図３】本発明の実施例３に係る測定装置の主流管流れ
方向要部断面図である。

【図４】本発明の実施例４に係る測定装置の主流管流れ
方向要部断面図である。

【図５】（Ａ）は従来例に係る測定装置の主流管流れ方
向要部断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の流れ断面方向要
部断面図である。

【符号の説明】

１ 主流管 １ａ ボス ２ 分流管 ３ 導入板 ３ａ 突出板 ４ 検出素子 ５ 制御回路 ６ 回路ボックス ７ａ，７ｂ 一対のガイド板 ８ 分岐壁 ９ａ，９ｂ ベンチュリ

───────────────────────────────────────────────────── 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 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 EA04 EA08

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】検出対象である主流管内の流れが導入され
   る分流管と、 前記分流管内に湾曲した流れが形成されるよう該分流管
   内を区画する導入板と、 前記分流管内の流れに面して設置され流れに関する諸量
   を検出する検出素子と、 前記主流管内に突出し該主流管内の流れ断面方向に沿っ
   て基本的に延在する面を備え、前記分流管内に該主流管
   内の流れを導入するための突出板と、 を有し、 前記突出板以外の構成要素が前記主流管の流路壁面より
   も外側に配置されること、 を特徴とする流れに関する測定装置。
2. 【請求項２】前記導入板と前記突出板が連続的に形成さ
   れたことを特徴とする請求項１記載の流れに関する測定
   装置。
3. 【請求項３】前記主流管の半径方向に沿って、前記突出
   板の先端と、該先端に対向する主流管流路壁の間に部材
   が存在しないことを特徴とする請求項１記載の流れに関
   する測定装置。
4. 【請求項４】前記主流管内の流れ断面積に対する、前記
   突出板が該主流管内に突出している面積の割合が３５％
   以下であることを特徴とする請求項１記載の流れに関す
   る測定装置。
5. 【請求項５】管径がφ５０ｍｍ以下である前記主流管に
   適用されることを特徴とする請求項１記載の流れに関す
   る測定装置。
6. 【請求項６】前記検出素子が、前記主流管外に配置され
   ることを特徴とする請求項１記載の流れに関する測定装
   置。
7. 【請求項７】検出対象である該主流管内の流れが導入さ
   れる分流管と、 前記分流管内に湾曲した流れが形成されるよう該分流管
   内を区画する導入板と、 前記分流管内の流れに面して設置され流れに関する諸量
   を検出する検出素子と、 前記主流管内に突出し、該主流管内の流れ断面方向に沿
   って基本的に延在する面を備え、前記分流管内に該主流
   管内の流れを導入するための突出板と、 前記主流管内に突出し、該主流管内の流れ方向に沿って
   基本的に延在する面を備え、該主流管内の半径方向成分
   をもつ流れを捕捉して前記分流管内に案内するためのガ
   イド板と、 を有し、 前記突出板及び前記ガイド板以外の構成要素が前記主流
   管の流路壁よりも外側に配置されること、 を特徴とする流れに関する測定装置。
8. 【請求項８】前記ガイド板が、前記突出板とそれぞれ直
   交し、該突出板を挟んで互いに対向する一対のガイド板
   であることを特徴とする請求項７記載の流れに関する測
   定装置。
9. 【請求項９】車両に搭載される内燃機関の吸気系に適用
   されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一記載
   の流れに関する測定装置。