JP2003315116A

JP2003315116A - 流量測定装置

Info

Publication number: JP2003315116A
Application number: JP2002116077A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kono; 泰河野; Takao Iwaki; 隆雄岩城; Kiyoyuki Sugiura; 清幸杉浦; Hiroyuki Wado; 弘幸和戸
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】被測定空気を導入し流通させる流路に設けら
れて空気の流量を測定するセンシング部に、被測定空気
中に含まれるパーティクルが衝突することによるセンシ
ング部の破壊を効果的に防止することである。【解決手段】流路２に設けられたセンシング部３をそ
の検出面３０１が流路方向と平行となるようにし、か
つ、センシング部３の直上流位置に、板面５０１が流路
方向に平行な板状部材を設けて、被測定空気の流れを整
流する整流部材５とし、空気中のパーティクルが検出面
３０１に対して直交する方向に大きな運動量を有しない
ようにすることで、パーティクルの検出面３０１への衝
突およびその衝撃を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気の流量を測定
する流量測定装置に関し、例えば、内燃機関の吸入空気
量の測定に用いられる流量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の吸入空気量等を測定す
る装置として、被測定空気を流す流路にセンシング部を
設けた流量測定装置が使用されており、センシング部を
薄膜式のエアフローセンサにより構成したものが知られ
ている。

【０００３】内燃機関の吸気系にはエアフィルタが配設
され、吸入される空気中に含まれる砂等の比較的大粒の
パーティクルは、このエアフィルタで除去するようにし
ている。しかし、吸入空気中には、エアフィルタでは除
去し切れない比較的小径（例えば数百μｍ）のパーティ
クルが含まれており、これらのパーティクルが前記流量
測定装置の流路に入った場合、パーティクルの速度によ
っては（例えば数十ｍ／ｓｅｃ）、センシング部への衝
突によりセンシング部が破壊されるおそれが生じる。特
に、前記エアフローセンサにより構成したものでは、そ
のメンブレンの厚さが約１μｍ程度と非常に薄く形成さ
れていることから、メンブレンがパーティクルの衝突で
破損しやすいという問題があった。

【０００４】特開２００１−１７４３０５記載の技術で
は、被測定流体が流通する主流管に対して直交する方向
に、被測定流体を導入する一端閉鎖の分流管が配置さ
れ、分流管内には、これを仕切るセパレータにより、導
入された被測定流体が分流管の底部で折り返すＵ字状に
湾曲する分流管路が形成される。センシング部は分流管
路の湾曲部に当たる底部に設けられる。分流管路はセパ
レータと平行する仕切り板によりさらに分流し、その整
流作用により検出精度を高めている。

【０００５】また、特開２０００−３０４５８５記載の
技術では、被測定空気が流通するエンジン吸気配管内
に、複数のルーバーをエンジン吸気配管の管軸に対して
やや傾斜方向に配置するとともに、エアフローセンサは
前記複数のルーバの下流位置に配置することで、該管軸
方向に流れる空気流が直接エアフローセンサに衝突しな
いようにしている。エアフローセンサには、相隣れるル
ーバの隙間から向きを変えて通り抜けた空気のみがエア
フローセンサに到達するようになっている。

【０００６】いずれも、パーティクルの相対的に大きな
慣性を利用して、被測定流体が流通する配管の管軸方向
に対して向きを変えることにより、センシング部に向か
うパーティクルの量を抑制している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開２
００１−１７４３０５のものでは、分流管路内に導入さ
れる空気流にのったパーティクルがあると、分流管路に
沿って前記底部に向かったパーティクルが前記底部のセ
ンシング部に略真っ直ぐ衝突してしまうことになる。

【０００８】また、特開２０００−３０４５８５のもの
では、ルーバを通り抜けた空気流にのったパーティクル
があると、該パーティクルが管内に突出するエアーフロ
ーセンサに真っ直ぐ向かい、衝突するのを回避すること
ができない。

【０００９】本発明は前記実情に鑑みなされたもので、
パーティクルの衝突によるセンシング部の破壊を良好に
回避することのできる流量測定装置を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、被測定空気を導入して流通させる流路と、該流路内
に設けられ、検出面を被測定空気に曝して被測定空気の
流量測定を行うセンシング部とを有する流量測定装置に
おいて、前記センシング部よりも前記被測定空気の流通
方向の直上流位置で流路方向に略平行に板状部材を設け
て、被測定空気の流れを整流する整流部材とする。

【００１１】センシング部よりも整流部材を上流側とし
て被測定空気が流路内を流れると、被測定空気はセンシ
ング部を通過する前に流路方向に整流される。整流部材
がセンシング部よりも前記のごとく直上流位置にあるの
で、被測定空気が整流状態を略保持したままセンシング
部の検出面に沿って流れていき、被測定空気の整流性が
センシング部位置で特に良好である。したがって、被測
定空気にのってパーティクルが流れても、センシング部
の検出面の実質的な衝突面積が減じられる。また、前記
センシング部の検出面に直交する方向にパーティクルが
大きな運動量を有しない。これにより、センシング部の
破損や汚染を防止することができる。

【００１２】請求項２記載の発明では、請求項１の発明
の構成において、前記整流部材を、その板面が前記セン
シング部の検出面に対し略平行となるように配置する。

【００１３】整流方向である整流部材の板面方向と前記
センシング部の検出面方向とが略平行であるから、前記
センシング部の検出面に直交する方向のパーティクルの
運動量がさらに抑制される。これにより、さらに良好に
センシング部の破損や汚染を防止することができる。

【００１４】請求項３記載の発明では、請求項１または
２の発明の構成において、前記流路の断面形状が矩形で
あり、前記センシング部と前記整流部材との間隔の、流
路の１辺の大きさに対する比率を１．６以下とする。

【００１５】本発明のごとく形状を設定すると、センシ
ング部の検出面との対向部における被測定空気の整流性
が向上して、特に良好なセンシング部の破損等を防止す
る効果を得ることができる。

【００１６】請求項４記載の発明では、請求項１ないし
３の発明の構成において、前記整流部材がセンシング部
と対向する位置まで延伸する構成とする。

【００１７】センシング部の検出面との対向部におい
て、さらに良好な被測定空気の整流作用を得ることがで
きる。

【００１８】請求項５記載の発明では、請求項１ないし
４の発明の構成において、前記整流部材の断面形状を、
センシング部とは反対側ほど薄い形状とする。

【００１９】被測定空気が整流部材位置に差しかかると
きに抵抗なくスムーズに流れるので、さらに被測定空気
の整流性を高めることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明の
一実施の形態を図面に従って説明する。図１に本発明を
適用した第１の実施形態になる流量測定装置の正面を示
し、図２にその断面を示す。図３に流量測定装置の取り
付け状態を示す。本流量測定装置１は本体１１と回路モ
ジュール１３とが結合したもので、内燃機関で車外から
の空気が流通する吸気管７の管壁を貫通する取り付け孔
７０１に挿入固定され、本体１１が取り付け孔７０１か
ら吸気管７内に突出している。以下の説明において特に
断らない限り、「上流」、「下流」というときは、吸気
管７内で空気流が車外から気筒に向かう順流方向に対し
ていうものとする。流量測定装置１は空気を取り込む入
口２０１が形成された本体１１の正面を吸気管７の空気
流の上流側に向け、空気が排出される出口２０２が形成
された背面を空気流の下流側に向けて取り付けられる。
本体１１と回路モジュール１３との円形の結合部１２の
外周溝にはＯリング等のシール部材１５が装着され、取
り付け孔７０１で吸気管７との間の隙間をシールしてい
る。

【００２１】本体１１は、背向側面の間隔が狭い偏平な
形状のもので、吸気管７内を流れる吸入空気が吸気管７
の管軸方向にスムーズな流れを形成するようになってい
る。本体１１は例えばガラス繊維入りＰＢＴ，ＰＰＳ等
の合成樹脂を成形して得られる。前記入口２０１および
出口２０２はいずれも本体１１の下端部側に形成され、
本体１１の内部に、入口２０１および出口２０２を流路
端として被測定空気を流通させる１本の流路２が形成さ
れている。流路２は、入口２０１に連なる直線部２１と
出口２０２に連なる直線部２３とが、垂直方向に伸びる
隔壁１１１を挟んで隣接し、隔壁１１１の上方の湾曲部
２２で折り返す略逆Ｕ字状の流路を形成しており、流路
各部の断面は長方形である。

【００２２】図４、図５に、流路直線部２１近傍におけ
る流量測定装置１の別の断面を示す。流路２には、その
湾曲部２２よりも上流側の直線部２１で前記入口２０１
とは非対向位置に、空気の流量の測定用のセンシング部
３が設けられている。センシング部３は、例えば、薄膜
式のエアフローセンサにより構成される。すなわち、半
導体基板上に、流量検出用の抵抗体および熱抵抗体を配
置したメンブレンを形成し、その近傍に吸気温検出用の
抵抗体を形成し、抵抗体の温度−抵抗特性を利用して空
気流量を測定する。半導体基板上には配線用の端子も形
成され、ワイヤボンディング等を介して回路モジュール
１３内の回路に接続されている。

【００２３】センシング部３は平板状の台座４に保持さ
れている。台座４は、その板面４０１と流路直線部２１
の流路方向とが平行で、かつ、流路直線部２１の短辺方
向の中央で流路直線部２１を横切るように流路２の内壁
面から突設されている。センシング部３を、流路２内に
進出するかかる台座４に設けることで、センシング部３
が流量測定上好ましい、流路２の内壁面から離れた位置
をとるようにしてある。センシング部３は、台座４の座
面としての板面４０１に、前記抵抗体が形成された検出
面３０１を露出して取り付けられる。

【００２４】センシング部３の取り付け位置で台座４の
板面４０１には、センシング部３と略同等の平面形状お
よび深さの凹部４０２が形成されており、該凹部４０２
にセンシング部３を嵌め込むようになっている。これに
より、センシング部３の検出面３０１と台座４の板面４
０１とが略面一となり、センシング部３の検出面３０１
との対向部を、台座４の板面４０１に沿って空気がスム
ーズに流通する。

【００２５】流路２の内壁面には、センシング部３位置
で被測定空気の流れを絞るための絞り部１１２が形成さ
れている。

【００２６】さらに、台座４の下方で流路２内には複数
の板状部材５が設けてある。各板状部材５はその板面５
０１と流路直線部２１の流路方向とが平行で、流路２内
を流通する被測定空気を流路２の方向に整流する整流部
材５としてある。各整流部材５はまた、流路２内壁を流
路２の長辺方向に橋渡しする方向に取り付けられ、その
板面５０１が、台座４の板面４０１と平行にすなわちセ
ンシング部３の検出面３０１と平行となるようにしてあ
る。そして、複数の整流部材５が板厚方向に配列し、流
路２を短辺方向に複数に仕切っている。

【００２７】また、本体１１の上方で吸気管７外に位置
する前記回路モジュール１３は、ハウジング内に信号処
理用の回路が収納されたもので、電源線および信号線用
のコネクタ１４がハウジングの側方に突出している。

【００２８】本流量測定装置の作動について説明する。
吸気動作によって吸気管７内を空気が順流方向に流れる
と、吸気管７内の空気流の一部が本体１１の入口２０１
から流路２に沿って流れる。流量はセンシング部３およ
び回路モジュール１３により電気信号に変換されてコネ
クタ１４から出力される。ここで、流路２を逆Ｕ字状と
しているので、多くのパーティクルは、その慣性によ
り、入口２０１から略直角に向きを変じて流路直線部２
１を上昇する空気流にのることなく、入口２０１位置で
流路２の内壁面に叩きつけられ、ある程度のパーティク
ルを除去することができる。

【００２９】被測定空気はセンシング部３の検出面３０
１との対向部を通過する前に流路直線部２１での流路方
向に整流されている。この流路方向とセンシング部３の
検出面３０１とは平行であり、整流部材５が、センシン
グ部３の被測定空気の流通方向の直上流位置にあるの
で、被測定空気は整流状態を保持したままセンシング部
３の検出面３０１との対向部位置を流通する。したがっ
て、検出面３０１との対向部位置では、検出面３０１に
沿う方向の被測定空気の整流性が特に良好である。した
がって、被測定空気にのってパーティクルが流れても、
検出面３０１の実質的なパーティクル衝突面積が減じら
れるとともに、前記センシング部３の検出面３０１に直
交する方向のパーティクルの運動量が抑制される。

【００３０】特に、整流部材５の板面５０１とセンシン
グ部３の検出面３０１とを平行としたので、センシング
部３の検出面３０１に沿う方向の整流性が向上し、検出
面３０１に直交する方向のパーティクルの運動量がさら
に抑制される。

【００３１】これにより、センシング部３の破損や汚染
を特に好適に防止することができる。図６に本流量測定
装置（本発明）と、整流部材を有しない流量測定装置
（比較例）とで耐ダスト強度を比較した結果を示す。耐
ダスト強度はセンシング部３のパーティクルによる破損
に対する耐性を示しており、センシング部３が破損する
ときの流路２内の流速で示している。本発明では比較例
に比して格段に耐ダスト強度が高いことが分かる。

【００３２】前記のごとく、本流量測定装置１では整流
部材５をセンシング部３の直上流部に配置することで耐
ダスト強度が向上するのであるが、図７に、センシング
部３と整流部材５との距離Ｌ２の、流路２の矩形断面の
１辺の長さＬ１に対する比率を変えて、耐ダスト強度を
測定した結果を示す。Ｌ２／Ｌ１を小さくしていくと、
２．０を下回る辺りから耐ダスト強度が急増し、Ｌ２／
Ｌ１≦１．６の範囲では、すぐれた耐ダスト強度を発揮
することが分かる。本流量測定装置１ではＬ２／Ｌ１＜
１．６に設定してある。

【００３３】したがって、整流部材５の配置は、Ｌ１，
Ｌ２がＬ２／Ｌ１≦１．６となるように設定するのが望
ましい。

【００３４】（第２実施形態）図８に本発明の第２実施
形態になる流量測定装置を示す。第１実施形態の流量測
定装置において、整流部材を断面が別の形状のものに変
えたもので、第１実施形態と実質的に同じ作用を奏する
部分には同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中
心に説明する。

【００３５】整流部材５Ａは、上流側および下流側の端
部にＲが形成してある。被測定空気がＲ形成部から整流
部材５Ａの板面５０１Ａに沿ってスムーズに下流へと流
れていき、被測定空気に対する整流作用がさらに向上す
る。これにより、前記センシング部３の検出面３０１に
直交する方向のパーティクルの運動量を抑制することが
できる。

【００３６】整流作用を高めるには整流部材の板厚が上
流側ほど薄くなっておればよく、図８のものの他、図
９、図１０に示すように断面が楔状の整流部材５Ｂ，５
Ｃでもよい。整流部材５Ｂ，５Ｃの板面５０１Ｂ，５０
１ａＣ，５０１ｂＣが流路直線部２１での流路方向と略
平行であり、また、センシング部３の検出面３０１とも
略平行であるので、前記第１実施形態と同等の耐ダスト
強度を得るともに、板面５０１Ｂ，５０１ａＣ，５０１
ｂＣに沿って空気がスムーズに流れるから、さらに空気
の整流性を向上することができる。

【００３７】（第３実施形態）図１１、図１２に本発明
の第３実施形態になる流量測定装置を示す。第１実施形
態の流量測定装置において、整流部材の形状および配置
を別のものに変えたもので、第１実施形態と実質的に同
じ作用を奏する部分には同じ番号を付して第１実施形態
との相違点を中心に説明する。

【００３８】整流部材５Ｄは、第１実施形態のものと同
様に、その板面５０１Ｄがセンシング部３が取り付けら
れた側で台座４の板面４０１と平行な板状部材である
が、流路直線部２１の方向の長さが第１実施形態のもの
よりも長く、上端はセンシング部３よりもさらに上方に
位置している。

【００３９】整流部材５Ｄの板面５０１Ｄがセンシング
部３の検出面３０１と対向しているので、センシング部
３の位置における被測定空気の整流性がさらに向上す
る。

【００４０】なお、図例のものでは、前記のごとく上端
がセンシング部３よりも上方に位置しているので次の効
果を奏する。すなわち、吸気管７内における空気の流れ
が気筒側を上流とする逆流のときには、吸気管７内を流
れる空気は出口２０２から流路２内に流入して流路湾曲
部２２側からセンシング部３に向かう。このセンシング
部３近傍を通過する空気流に対して、整流部材５Ｄは、
上端からセンシング部３位置までの範囲が空気流に対す
る整流作用を奏するので、逆流のときにも、パーティク
ルがセンシング部３の検出面３０１に衝突するのを回避
することができる。

【００４１】（第４実施形態）図１３、図１４に本発明
の第４実施形態になる流量測定装置を示す。第３実施形
態の流量測定装置において、整流部材の数を増やしたも
ので、前記各実施形態と実質的に同じ作用を奏する部分
には同じ番号を付して前記各実施形態との相違点を中心
に説明する。

【００４２】本流量測定装置は絞り部を省略して、第３
実施形態のごとき上端がセンシング部３よりもさらに上
方に位置する長い整流部材５Ｄを、台座４の板厚方向に
複数配列したものであり、各整流部材５Ｄの板面５０１
Ｄは流路直線部２１の流路方向と平行である。

【００４３】本実施形態によれば、整流部材５Ｄにより
被測定空気の整流効果を高めるとともに、整流部材５Ｄ
の数に応じて流路２の断面積が小さくなるので空気流を
絞る絞りとしての作用を奏する。

【００４４】（第５実施形態）図１５、図１６、図１７
に本発明の第５実施形態になる流量測定装置を示す。第
１実施形態の流量測定装置において、整流部材を別のも
のに変えたもので、第１実施形態と実質的に同じ作用を
奏する部分には同じ番号を付して第１実施形態との相違
点を中心に説明する。

【００４５】センシング部３よりも前記被測定空気の流
通方向の直上流位置に複数の板状部材が設けてあり、整
流部材５Ｅとしてある。整流部材５Ｅは第１実施形態と
は異なり、板面５０１Ｅがセンシング部３の検出面３０
１に対して直交する方向に配置してある。

【００４６】整流部材５Ｅをセンシング部３の直近位置
に設けることにより、センシング部３の検出面３０１と
の対向部を流通する空気流が予め整流されるので、検出
面３０１へのパーティクルの衝突を抑制することができ
る。このとき、前記のごとく、センシング部３と整流部
材５Ｅとの流路２の方向の距離Ｌ２の、流路２の断面の
大きさ（矩形断面の１辺の長さ）Ｌ１をＬ２／Ｌ１≦
１．６とすることで、特に優れた耐ダスト強度を発揮す
ることができる。

【００４７】（第６実施形態）図１８、図１９、図２０
に本発明の第６実施形態になる流量測定装置を示す。第
１実施形態の流量測定装置において、整流部材を別のも
のに変えたもので、第１実施形態と実質的に同じ作用を
奏する部分には同じ番号を付して前記各実施形態との相
違点を中心に説明する。

【００４８】整流部材５Ｆは、第５実施形態と同様に板
面５０１Ｆがセンシング部３の検出面３０１に対して直
交する方向に配置されたものであるが、第３実施形態の
ごとくセンシング部３の上方まで延伸している。センシ
ング部３が設けられる台座４は、整流部材５Ｆを板厚方
向に貫通している。

【００４９】本実施形態では、第３実施形態と同様に整
流部材５Ｆがセンシング部３の検出面３０１位置で被測
定空気の整流性を高めるとともに、整流部材５Ｆがセン
シング部３の上方まで延伸していることで、被測定空気
が流路２の湾曲部２２からセンシング部３に向かう逆流
に対しても、すぐれた整流性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態になる流量測定装置の正
面図である。

【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図であ
る。

【図３】前記流量測定装置の吸気管への取り付け状態を
示す断面図である。

【図４】図２におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図であ
る。

【図５】図２におけるＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

【図６】前記流量測定装置と従来の流量測定装置とを比
較するグラフである。

【図７】前記流量測定装置において形状を変化させたと
きの耐ダスト強度と形状との関係を示すグラフである。

【図８】本発明の第２実施形態になる流量測定装置の、
図４と同一視になる一部の拡大図である。

【図９】前記流量測定装置の変形例を示す、図４と同一
視になる一部の拡大図である。

【図１０】前記流量測定装置の別の変形例を示す、図４
と同一視になる一部の拡大図である。

【図１１】本発明の第３実施形態になる流量測定装置の
断面図である。

【図１２】本発明の第３実施形態になる流量測定装置の
別の断面図である。

【図１３】本発明の第４実施形態になる流量測定装置の
断面図である。

【図１４】本発明の第４実施形態になる流量測定装置の
別の断面図である。

【図１５】本発明の第５実施形態になる流量測定装置の
断面図である。

【図１６】図１５におけるＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿う断面
図である。

【図１７】図１５におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う
断面図である。

【図１８】本発明の第６実施形態になる流量測定装置の
断面図である。

【図１９】図１８におけるＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿う断面
図である。

【図２０】図１８におけるＸＸ−ＸＸ線に沿う断面図で
ある。

【符号の説明】

１流量測定装置１１本体１２結合部１３回路モジュール１４コネクタ１５Ｏリング２流路２１，２３直線部２２湾曲部２０１入口２０２出口３センシング部３０１検出面４台座４０１板面５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ整流部材５０１，５０１Ａ，５０１Ｂ，５０１ａＣ，５０１ｂ
Ｃ，５０１Ｄ，５０１Ｅ，５０１Ｆ板面７吸気管７０１取り付け穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉浦清幸愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者和戸弘幸愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 2F030 CC14 CF01 CF02 2F031 AB09 2F035 AA02 EA03 EA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定空気を導入して流通させる流路
と、該流路内に設けられ、検出面を被測定空気に曝して
被測定空気の流量測定を行うセンシング部とを有する流
量測定装置において、前記センシング部よりも前記被測定空気の流通方向の直
上流位置で流路方向に略平行に板状部材を設けて、被測
定空気の流れを整流する整流部材としたことを特徴とす
る流量測定装置。
【請求項２】請求項１記載の流量測定装置において、
前記整流部材を、その板面が前記センシング部の検出面
に対し略平行となるように配置したことを特徴とする流
量測定装置。
【請求項３】請求項１または２いずれか記載の流量測
定装置において、前記流路の断面形状が四角形であり、
前記センシング部と前記整流部材との間隔の、流路の１
辺の大きさに対する比率が１．６以下である流量測定装
置。
【請求項４】請求項１ないし３いずれか記載の流量測
定装置において、前記整流部材がセンシング部と対向す
る位置まで延伸する流量測定装置。
【請求項５】請求項１ないし４いずれか記載の流量測
定装置において、前記整流部材の断面形状を、センシン
グ部とは反対側ほど薄い形状とした流量測定装置。