JP2002005711A - 流れに関する測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】管長の短い吸気管にも取付けることができ、か
つ精度の良い流量測定が可能である流れに関する測定装
置及びそのための流路構造の提供。 【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内に配置され分流管２内に導
入された主流管１内の流れを検出する検出素子３とを有
し、主流管１の開口１ａ近傍の流路がファンネル状又は
テーパー状に形成され、すなわち、この開口１ａ近傍の
流路に流れ断面積が徐々に縮小される部分が形成され、
分流管２の導入口２ａが主流管１の開口１ａ近傍に形成
された流れ断面積が徐々に縮小される部分に近接して配
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流れに関する測
定装置ないしそのための流路構造に関し、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分流式流量計に関し、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用いられる分流式
流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】四輪車用エンジン燃焼制御用流量計に関
して、例えば、特開平８−５４２７号公報に開示されて
いるように、吸気系をモジュール化することにより、コ
ストの低減及び装着性の向上を図るものが種々提案され
ている。

【０００３】図５は、従来例に係る四輪車用エンジン燃
焼制御用流量計の流路構造を説明するための軸方向要部
断面図である。図５を参照すると、測定対象である主流
管５１は、その開口５１ａも含めて管内径が一定のスト
レート管であり、流量を測定するための検出素子５５
は、主流管５１内に突出して配置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、依然と
して、四輪車のエンジンルーム内において吸気管の占め
る体積は、非常に大きく、エンジンルーム内全体として
のメンテナンス性は、それ程向上されていない。

【０００５】また、再度図５を参照して、上記従来例に
係る流量測定用の流路構造によれば、主流管５１がスト
レート管であるため、その開口５１ａから取り込まれた
流れが安定するまでには、十分な流路長を必要とする。
加えて、検出素子５５が主流管５１内に剥き出しで配置
されているため、主流管５１内に取り込まれた流れが乱
れている場合、この乱れが検出素子５５による測定に与
える影響は大きい。

【０００６】また別に、二輪車に至っては、スペース的
に大きな制約があり、さらに吸気管の長さが極端に短
い。このため、現在に至るまで、二輪車の吸気管に流量
計が取付けられたケースは皆無である。

【０００７】以上の事情に鑑み、本発明は、管長の短い
吸気管にも取付けることができ、かつ精度の良い流量測
定を可能とする流れに関する測定装置ないしそのための
流路構造を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による流れに関す
る測定装置のための流路構造は、測定対象である主流管
の開口近傍の流路に、流れ断面積が徐々に縮小される部
分が形成されることを特徴とする。そして、本発明によ
る測定装置は、上記流れ断面積が徐々に縮小される部分
に近接して、分流管の導入口が配置されることを特徴と
する。

【０００９】本発明による流れに関する測定装置のため
の流路構造によれば、測定対象である主流管において、
その開口近傍に流れ断面積が徐々に縮小される部分が形
成されることにより、主流管流路面からの流れの剥離が
防止される。これによって、一般的に、主流管開口付近
の流れは乱れ易いにもかかわらず、本発明の流路構造に
よれば、主流管開口付近においても安定した流れが形成
される。したがって、分流管の導入口を主流管開口に近
接して配置した場合であっても、安定した流れが分流管
内に取り込まれるため、正確な測定が可能となる。ゆえ
に、本発明による流路構造は、管長がきわめて短い主流
管にも好適に適用される。

【００１０】また、本発明によれば、分流管によって、
主流管内の流れを主流管外に取出して測定することがで
き、これによって、次のような利点が生じる。（１）測
定が主流管内の流れに対して与える影響が低減される。
（２）主流管において分流管導出口より下流に位置する
障害物が、測定に与える影響も低減される。（３）主流
管開口から検出素子までの流路長が拡張され、整流効果
が向上される。

【００１１】以上より、本発明の流れに関する測定装置
用の流路構造は、管長の短い吸気管、例えば、小型四輪
車或いは二輪車用の吸気管に好適に適用され、精度の良
い流量測定を可能とするものである。

【００１２】

【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。

【００１３】本発明の好ましい実施の形態においては、
主流管開口（流れの取入口）の近傍流路が、ファンネル
状又はテーパー状に形成される。

【００１４】本発明の好ましい実施の形態においては、
主流管の開口に近接して分流管が取付けられ、より好ま
しくは、主流管の開口と、分流管の導入口との主流管内
流れ方向に沿った距離が、主流管の流れ断面径（円管の
場合は直径）の３倍よりも短くされる。このように、主
流管開口と分流管導入口の間隔を狭くした場合であって
も、本発明の測定装置によれば正確な測定を行うことが
可能である。

【００１５】本発明の好ましい実施の形態においては、
分流管の導出口が、主流管において該分流管より下流に
位置する要素から遠くない位置に配置され、より好まし
くは、この分流管導出口と、主流管において分流管より
下流側に位置し主流管内の流れを変化させる要素との主
流管内流れ方向に沿った距離が、該主流管の流れ断面径
（円管の場合は直径）の３倍よりも短くされる。このよ
うに、分流管導出口と下流要素（障害物）の間隔を狭く
した場合であっても、本発明の測定装置によれば正確な
測定を行うことが可能である。

【００１６】本発明の好ましい実施の形態によれば、主
流管の流れ断面積が徐々に縮小される部分において、該
主流管流路壁の管軸方向断面が曲面状ないし直線状に形
成される。

【００１７】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めのベンチュリを
付加する。この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。

【００１８】特に、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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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
たる流れないし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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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ことができる。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熱式検知素子である。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。

【００２５】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。

【００２６】本発明の好ましい実施の形態において、あ
るいは、下記のような別の検出素子を用いることもでき
る。すなわち、この検出素子は、基本的に半導体チップ
に３つの薄膜抵抗体が設けられた熱式検知素子である。
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)上流ヒー
タ及び(２)下流ヒータが設けられている。一方、リム部
には(３)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。

【００２７】次に、この別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)上流ヒータおよび下流ヒータともに雰囲気温度に対
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、上流ヒータと下
流ヒータ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、上流ヒータと下流ヒ
ータの温度はその表面から熱が逃げるため低下する。下
流ヒータの温度は上流ヒータからの熱入力が増加するた
め、温度変化は上流ヒータのそれよりも小さい。なお、
下流ヒータの温度は上昇する場合もある。 (４)上流ヒータと下流ヒータの温度低下に基づき、定温
を維持するために必要とした電流あるいは電圧の各々の
差から流量や流速等を検出し、またこの電流あるいは電
圧の差の符号から流れ方向を検出する。なお、上記温度
低下は、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。

【００２８】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。

【００２９】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、本発明による分流式流量計は、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
内からスロットルバルブ間に設置される。また、本発明
による分流式流量計は、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。

【００３０】

【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。

【００３１】［実施例１］図１（Ａ）は、本発明の実施
例１に係る流れに関する測定装置の軸方向要部断面図、
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した分流管の軸方向部分
断面図である。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照する
と、主流管１の開口１ａ近傍の流路が、ファンネル状に
形成されている。すなわち、主流管１においてその開口
１ａ近傍の流路に、流れ断面積が徐々に縮小される部分
が形成されている。詳細には、この部分において、主流
管１の一方及び他方の管軸方向流路壁断面１ｃ，１ｄが
曲面状かつ管中央に向かって凸に形成されている。

【００３２】一方、分流管２は主流管１に対して、後述
するその導入口２ａが該主流管１の開口１ａに近接して
配置されるよう、かつ互いの管軸方向が直交するよう取
付けられている。この分流管２は、主流管１内の流れ方
向と直交する面でそれぞれ開口する導入口２ａ及び導出
口２ｂを有している。分流管２内は導入板４によって区
画され、導入口２ａと導出口２ｂを連通する湾曲した流
路２ｃが形成されている。分流管２の頂部には、導入口
２ａと導出口２ｂを直通するバイパス流路２ｄが形成さ
れている。湾曲した流路２ｃの底壁には、検出素子３が
取付けられている。検出素子３は、主流管１の流路面よ
り外方に配置されている。

【００３３】次に、本実施例１に係る測定装置の利点を
説明する。主流管１の開口１ａ近傍の流路がファンネル
状に形成されていることにより、開口１ａ付近において
も流れが主流管１の流路面から剥離することが防止さ
れ、十分に整流されている。この整流された流れが、開
口１ａに近接配置された分流管２の導入口２ａを通じ
て、その湾曲した流路２ｃ内に導入され、湾曲した流路
２ｃの底部に配置された検出素子３上に到達する。この
間、すなわち、分流管２内においても、流れはさらに整
流される。また、このように分流管２を用いて、主流管
１の管内から管外に流れを取出して測定を行うことによ
り、開口１ａから検出素子３に到るまでの流路長を長く
とることができ、これによって整流作用が一層向上され
る。

【００３４】したがって、本実施例１に係る測定装置に
よれば、主流管が管内径一定のストレート管である場合
（図５参照）、ないし検出素子が主流管内に剥き出しに
配置されている場合（図５参照）に比べて、分流管２の
取付位置を主流管１の開口１ａにきわめて近接させ、分
流管２の導入口２ａを主流管１の開口１ａ下流直近に配
置しても、十分に精度の良い測定を行うことができる。
具体的には、主流管１の開口１ａと、分流管２の導入口
２ａとの主流管１流れ方向に沿った距離ｌ₁を、主流管
１の流れ断面径（管内直径）ｄの３倍より短くすること
ができる。

【００３５】［実施例２］次に、本発明の実施例２に係
る測定装置を説明する。なお、本実施例２に係る測定装
置が前記実施例１と同様の構成及び機能を有する点につ
いては、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。

【００３６】図２は、本発明の実施例２に係る測定装置
の軸方向要部断面図である。図２を参照すると、本発明
の測定装置によれば、分流管２の導出口２ｂと、主流管
１において分流管２より下流側に位置し主流管１内の流
れを変化させる要素５との主流管１流れ方向に沿った距
離ｌ₂を、主流管１の流れ断面径ｄの３倍よりも短くす
ることができる。その理由は、分流管２を用いて、主流
管１の管内から管外に流れを取出して測定を行っている
ことにより、下流の要素５が分流管２内における測定に
与える影響が低減されているからである。

【００３７】［実施例３］次に、本発明の実施例３に係
る測定装置を説明する。なお、本実施例３に係る測定装
置が前記実施例１と同様の構成及び機能を有する点につ
いては、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。

【００３８】図３は、本発明の実施例３に係る測定装置
の軸方向要部断面図である。図３を参照すると、主流管
１の開口１ａ近傍の流路が、テーパー状に形成されてい
る。これによって、主流管１はその開口１ａ近傍に流れ
断面積が徐々に縮小される部分を有している。詳細に
は、この部分において、主流管１の一方及び他方の管軸
方向流路壁断面１ｃ，１ｄが直線状に形成されている。
この実施例３に係る流路構造によれば、前記実施例１と
同様に、開口１ａ付近での流れの剥離が防止される。

【００３９】［実施例４］次に、本発明の実施例４に係
る測定装置を説明する。なお、本実施例４に係る測定装
置が前記実施例１と同様の構成及び機能を有する点につ
いては、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。

【００４０】図４は、本発明の実施例４に係る測定装置
の軸方向要部断面図である。図４を参照すると、主流管
１の開口近傍の流路壁において、一方の管軸方向流路壁
断面１ｃが曲線状（ファンネル状）に形成され、他方の
管軸方向流路壁断面１ｄが直線状に形成されている。こ
の実施例４に係る流路構造によれば、前記実施例１又は
３と同様に、開口１ａ付近での流れの剥離が防止され
る。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、管長の短い吸気管にも
取付けることができ、かつ精度の良い流量測定が可能で
ある流れに関する測定装置ないしそのための流路構造が
提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の実施例１に係る流れに関する
測定装置の軸方向要部断面図であり、（Ｂ）は図１に示
した分流管の軸方向部分断面図である。

【図２】本発明の実施例２に係る流れに関する測定装置
の軸方向要部断面図である。

【図３】本発明の実施例３に係る流れに関する測定装置
の軸方向要部断面図である。

【図４】本発明の実施例４に係る流れに関する測定装置
の軸方向要部断面図である。

【図５】従来例に係る測定装置の軸方向断面図である。

【符号の説明】

１ 主流管 １ａ 主流管の開口 １ｃ 一方の管軸方向流路壁断面 １ｄ 他方の管軸方向流路壁断面 ２ 分流管 ２ａ 分流管の導入口 ２ｂ 分流管の導出口 ２ｃ 湾曲した流路 ２ｄ バイパス流路 ３ 検出素子 ４ 分流管の導入板 ５ 主流管において分流管より下流に位置する要素（障
害物） ｄ 主流管の内径（流れ断面径） ｌ₁ 主流管の導入口と、分流管の導入口との主流管流
れ方向に沿った距離 ｌ₂ 分流管の導出口と、主流管において分流管より下
流側に位置し主流管内の流れを変化させる要素との主流
管流れ方向に沿った距離

───────────────────────────────────────────────────── 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 (6)

【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、前記分流管内に配置され該分流管内に導入
   された前記主流管内の流れを検出する検出素子とを有
   し、 前記主流管の開口近傍の流路に、流れ断面積が徐々に縮
   小される部分が形成されること、 前記分流管の導入口が、前記主流管の開口近傍に形成さ
   れた流れ断面積が徐々に縮小される部分に近接して配置
   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】前記主流管の開口近傍の流路が、ファンネ
   ル状又はテーパー状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】前記主流管の開口と、前記分流管の導入口
   との該主流管内流れ方向に沿った距離が、該主流管の流
   れ断面径の３倍よりも短いことを特徴とする請求項１又
   は２記載の流れに関する測定装置。
4. 【請求項４】前記検出素子が、前記主流管流路面より外
   方に配置されること、 前記分流管によって、前記主流管内の流れが該主流管外
   に取出され、前記検出素子上に供給されること、 を特徴とする請求項１〜３のいずれか一記載の流れに関
   する測定装置。
5. 【請求項５】前記分流管の導出口と、該主流管において
   前記分流管より下流側に位置し該主流管内の流れを変化
   させる要素との該主流管内流れ方向に沿った距離が、該
   主流管の流れ断面径の３倍よりも短いことを特徴とする
   請求項１〜４のいずれか一記載の流れに関する測定装
   置。
6. 【請求項６】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１〜５のいずれか一に記載の流れ
   に関する測定装置。