JP2004226315A - 熱式流量測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】主通路を流れる流体の一部を取り込む副通路と、前記副通路内に設置され、流体の流量を検出するセンサ素子とを備えた熱式流量測定装置において、前記副通路が、前記主通路内の第1仮想平面A上にあって交差することなく渦巻状に旋回した第1副通路と、前記第1仮想平面Aと所定のオフセット量をもって平行な位置関係にある第2仮想平面B上に設けられた第2副通路と、前記第1仮想平面Aと第2仮想平面Bとの間に延在して前記第1副通路と第2副通路とを連通接続する第3の副通路とにより構成されてなる。
【選択図】 図9
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の流量を検出する熱式流量測定装置に係わり、特に、主通路を流れる流体の一部を取り込む副通路を流れる流体の流量を計測する分流式の熱式流量測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
分流式の熱式流量測定装置は、主通路を流れる流体の一部を取り込む副通路を有し、副通路内にセンサ素子に設置され、副通路を流れる流体の流量を計測する。
【0003】
分流式の熱式流量測定装置として、副通路が湾曲した通路に形成され、その湾曲通路が湾曲内側と外側とで測定通路と迂回通路とに区分され、湾曲内側の測定通路にセンサ素子が配置され、湾曲通路を流れる流体流に作用する慣性力(遠心力)によってセンサ素子を汚損させる汚損物質(液滴、油滴)やセンサ素子を壊す危険性の高いダスト類(固形粒子)を湾曲外側の迂回通路に追いやり、測定通路には汚損物質やダスト類が流れないように、センサ素子の保護を図ったものがある(例えば、特許文献1の図1〜図4)。
【0004】
また、副通路の出口側にS字形の変向通路を設け、主通路の脈動等による逆流成分が測定通路に入り難くし、逆流成分に起因する測定誤差を低減するものがある(例えば、特許文献1の図2〜図4)。
【特許文献1】
特表2002−506528号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記熱式流量測定装置を内燃機関システムの吸入空気流量測定装置として適用する場合は、近年では吸気管内に発生する逆流も精度よく計測する必要があり、副通路は効率よく逆流を取り込む形状が必須となる。この結果、副通路は、流入開口面(入口)と同様に、流出開口面(出口)も主通路の流れ(逆流)に対して垂直な面(直交する面)で開口させるのがよくなる。
【0006】
しかし、この場合、問題となるのが、エンジン停止後のセンサ汚損である。特にディーゼルエンジンなどではスロットルバルブを持たないものが大半であるため、エンジン停止後にオイルミストが対流によって吸気系上流まで逆流してくる。この時、前述したような流出開口面が逆流に対して垂直に開口している分流式の熱式流量測定装置では、副通路内部にオイルミストが入り易く、副通路内に配置されているセンサ素子を汚損させる可能性が高い。
【0007】
また、熱式流量測定装置の通常の使用は順流の計測がほとんどであり、この条件下での水滴や汚損物質の飛来に対してセンサ素子を保護する必要がある。また、副通路内部に入った水滴や液滴を極力センサ素子に到達させない構造が必要である。
【0008】
本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、脈動流や逆流を含む流れを精度よく計測することができ、逆流によるオイルミスト等によるセンサ素子汚損の回避、順流状態での水滴や液滴によるセンサ素子汚損を回避し、メンテナンスフリーで、長期間に亘って安定した精度のよい流量計測を行う分流型の熱式流量測定装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明による熱式流量測定装置は、主通路を流れる流体の一部を取り込む副通路と、前記副通路内に設置され、流体の流量を検出するセンサ素子とを備えた熱式流量測定装置において、前記副通路が、前記主通路内の第1仮想平面A上にあって交差することなく渦巻状に旋回した第1副通路と、前記第1仮想平面Aと所定のオフセット量をもって平行な位置関係にある第2仮想平面B上に設けられた第2副通路と、前記第1仮想平面Aと第2仮想平面Bとの間に延在して前記第1副通路と第2副通路とを連通接続する第3の副通路とにより構成されている。
【0010】
この発明による熱式流量測定装置では、前記第1副通路の渦巻外端が流体流の入口(流入開口部)をなし、前記第1副通路の渦巻内端が前記第3の副通路を介して前記第2副通路の一端に連通接続され、前記第2副通路の他端が流体流の出口(流出開口部)をなす。
【0011】
この発明による熱式流量測定装置によれば、順流側から見た流入開口部からセンサ素子までの副通路は、第1副通路の中でも渦巻外端側の比較的大きな半径のカーブで構成されているため、形状損失が小さく、安定した順流の取り込みに効果がある。逆流側から見た流出開口部からセンサ素子までの副通路は、第1副通路と第2副通路と第3副通路の接続形状が、第1仮想平面Aと第2仮想平面Bのオフセット量に応じたクランク状を成しており、更に、この接続部分を通過した後には第1副通路の中で、渦巻内端側の最も半径の小さいカーブの通路が出現する。この結果、内燃機関の吸気管での使用で、エンジン停止後にオイルミストを含んだ空気が逆流してきても、副通路の壁面にオイルミストを付着させる機会が増え、センサ素子の配置部にオイルミストが到達する可能性が低減し、センサ素子の延命を図ることができる。
【0012】
本発明による熱式流量測定装置では、前記第1仮想平面Aと前記第2仮想平面Bは、ともに前記主通路の流体流と平行な面であり、更には、前記入口と前記出口は各々前記主通路の流体流と直交する第3仮想平面C、第4仮想平面Dに開口している。これにより、副通路は、順流、逆流の何れもを効率よく取り込む形状になり、分流式の熱式流量測定装置において、順流、逆流の何れもを精度よく計測することができるようになる。
【0013】
本発明による熱式流量測定装置は、第1副通路は360度以上旋回した渦巻状の通路であり、前記第2副通路及び前記第3の副通路は直線状の通路であり、前記第1副通路に前記センサ素子が配置されている。
【0014】
この発明による熱式流量測定装置によれば、順流、逆流の何れもを効率よく取り込むこと、安定した順流の取り込みを行うことと、出口側(流出開口部)から副通路内部に侵入するセンサ汚損物を壁面付着で良好に捕捉することとが両立する。
【0015】
本発明による熱式流量測定装置は、前記第2副通路の通路長が、当該第2副通路の横断面で見た代表長(矩形断面の場合は1辺の長さ、円形断面の場合は直径)よりも長い。第2副通路の長さを調整することで、主通路の圧力変動に対する副通路内部での圧力変動の遅れ、即ち、脈動流時の計測誤差の調整ができ、第2副通路の通路長が、第2副通路の横断面で見た代表長よりも長いと、センサ素子の汚損対策や脈動時の計測精度向上などを両立できる。
【0016】
また、本発明による熱式流量測定装置は、前記第1副通路および前記第2副通路が共に360度以上旋回した渦巻状の通路であり、前記第3の副通路は直線状の通路であり、前記第1副通路あるいは前記第2副通路にセンサ素子が配置されている。
【0017】
この発明による熱式流量測定装置によれば、第1副通路と第2副通路とで、合計720度のターン通路が構成され、センサ素子が第1副通路の内部に設置されていると、センサ素子の下流側で副通路が長くなり、エンジン停止後にオイルミストを含んだ空気が逆流してきても副通路壁面にオイルミストを付着させる機会が増え、センサ素子の延命を図ることができる。また、副通路の総長さが長く構成できるため、副通路を流れる空気流の慣性を高めることができ、脈動流が発生した場合など、計測精度が向上する。
【0018】
本発明による熱式流量測定装置は、板状に成形された樹脂成形品によるハウジングを有し、そのハウジングの表面部に前記第1副通路が、裏面部に前記第2副通路が形成され、前記ハウジングの表面部と裏面部とを貫通するように前記第3の副通路が貫通形成されている。
【0019】
この発明による熱式流量測定装置によれば、樹脂成形品によるハウジングによって第1副通路、第2副通路、第3の副通路を構成でき、薄形センサ(測定装置)とすることができると共に、コスト低減が図られる。
【0020】
本発明による熱式流量測定装置は、前記第2副通路の通路長を延長するための管状部が前記ハウジングに突出形成されている。これにより、ハウジング全体を大きくすることなく第2副通路の通路長を長くすることができる。
【0021】
本発明による熱式流量測定装置は、前記センサ素子の配置部の通路断面積が他の部分より小さい。これにより、副通路の中で最も縮流される部分にセンサ素子が配置され、センサ素子に安定した流れを供給することができる。
【0022】
本発明による熱式流量測定装置は、流体の入口から前記センサ素子の配置部に向けて前記副通路の通路断面積が小さくなる縮流構造になっている。これにより、流入開口部の開口面積が大きく構成され、様々な上流側の流速分布に対して広範囲に空気を取り込むことができ、上流の偏流影響を受け難くなる効果がある。また、副通路内部での空気の乱れを抑制する効果も得られる。
【0023】
本発明による熱式流量測定装置は、更に、前記副通路の内部壁面に放射状の凹溝が形成されている。凹溝を構成することで、空気と共に飛来してきた水滴が副通路の内部を通過する際、壁面を伝う水滴については、溝の前後でその動きを止める効果がある。しかし、水滴が成長し大きな液滴になると、再び壁面を流れ始めてしまうので、この場合は溝を伝わらせて副通路の外周側に集める。この結果、水滴がセンサ素子に到達する可能性が低くなり、センサ出力の安定化に効果がある。
【0024】
更に、前記凹溝の底部と外部とを連通する小孔が形成されてもよい。この場合には、凹溝を流れた水滴等は、小孔から外部、すなわち主通路側に排出される。この結果、水滴等がセンサ素子に到達する可能性が低くなり、センサ出力の安定化が図られる。
本発明による熱式流量測定装置は、吸気空気量センサとして内燃機関に使用されて好適である。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
図1〜図10はこの発明による熱式流量測定装置の一つの実施形態を示している。
【0026】
熱式流量測定装置1は、樹脂成形品によるハウジング部材10及びカバー部材11と、金属ベース部材8の組立体であり、主管3に形成された挿入穴3Aに挿入され、下側部分(薄板状部分)が主管3による主通路2内に位置している。
【0027】
熱式流量測定装置1が主通路2内に位置する下側部分には副通路5が形成されている。副通路5には、主通路2を流れる順流流体Faや逆流流体Fbの一部が流入する。副通路5の内部には流量計測を行うセンサ素子6が配置されている。
ハウジング部材10は、センサ素子6を駆動させる制御回路7を内蔵する電気室10Aと、電源、信号出力用の端子9を備えたコネクタ部10Bを有する。
【0028】
副通路5は、主通路2内の第1仮想平面A上にあって交差することなく渦巻状に360度以上旋回した第1副通路5Aと、第1仮想平面Aと所定のオフセット量s(図10参照)をもって平行な位置関係にある第2仮想平面B上に設けられた直線状の第2副通路5Bと、第1仮想平面Aと第2仮想平面Bとの間に延在して第1副通路5Aと第2副通路5Bとを連通接続する直線状の第3の副通路5Cとにより構成されている。
【0029】
この実施形態では、第1副通路5Aは板状に成形された樹脂成形品によるハウジング10の表面部に金属ベース部材8と共働して構成され、第2副通路5Bはハウジング10の裏面部に全体を成形され、ハウジング10の表面部と裏面部とを貫通するように第3の副通路5Cが貫通形成されている。
【0030】
第1副通路5Aの渦巻外端が流体流の入口15をなし、第1副通路5Aの渦巻内端が第3の副通路5Cを介して第2副通路5Bの一端に連通接続され、第2副通路5Bの他端が流体流の出口16をなしている。
【0031】
第1仮想平面Aと第2仮想平面Bは、ともに主通路2の流体流と平行な面であり、入口15と出口16は各々主通路2の流体流と直交する第3仮想平面C、第4仮想平面Dに開口している(図10参照)。
【0032】
センサ素子6は第1副通路5Aに配置されている。このセンサ素子配置部には通路絞り部13が形成されており、センサ素子6の配置部の通路断面積が最も小さくなっている。また、第1副通路5Aは、入口15からセンサ素子6の配置部に向けて通路断面積が小さくなる縮流構造になっている。
【0033】
以上のような副通路構成により、順流側から見た入口(流入開口部)15からセンサ素子6までの副通路は、第1副通路5Aの中でも渦巻外側の比較的大きな半径のカーブで構成されているため、形状損失が小さく、安定した順流流体Faの取り込みに好適な形状と云える。
【0034】
これに対し、逆流側から見た出口(流出開口部)16からセンサ素子6までの副通路は、第1副通路5Aと第2副通路5Bと第3副通路5Cの接続形状が、第1仮想平面Aと第2仮想平面Bとのオフセット量sに応じたクランク状をなしており、更に、このクランク通路を通過した後には第1副通路5Aの中で、渦巻内側の最も半径の小さいカーブの通路が出現する構成としている。
【0035】
即ち、順流側から見たセンサ素子6までの副通路形状と、逆流側からみたセンサ素子6までの副通路形状とに形状損失の差を与えている。
この構成によって、例えば、本発明品を内燃機関システムの吸入空気流量測定装置として適用すると、エンジン停止後のセンサ素子汚損防止に効果がある。
【0036】
近年では、吸気管内に脈流によって発生する逆流も精度よく計測する必要があり、副通路5は逆流も効率よく取り込む形状が必須となる。この結果、前述したように、入口(流入開口部)15と同様に、出口(流出開口部)16も、主通路2の流体流の方向に対して垂直な面で開口させるのがよい。
【0037】
この場合、問題となるのが、エンジン停止後のセンサ素子6の汚損であり、特にディーゼルエンジンなどではスロットルバルブを持たないケースが大半であるため、エンジン停止後にオイルミストが対流によって吸気系上流まで逆流してくる。この時、出口16が逆流に対して垂直に開口しているため、出口16から副通路5内にオイルミストが入り易い。
【0038】
しかし、逆流側から見たセンサ素子6までの副通路5に、クランク状通路や半径の小さいカーブ通路が形成されているから、オイルミストを含んだ空気が流れる場合に、副通路5の壁面にオイルミストを付着させる機会が増える。この結果、センサ素子6の配置部まで到達するオイルミスト量が低減し、オイルミストに対してセンサ素子6の延命を図ることができる。
【0039】
オイルミスト等の汚損物質に対するセンサ素子6の延命策として、(入口面積/副通路の入口15からセンサ素子配置部までの副通路内部壁面面積)より(出口面積/副通路の出口16からセンサ素子配置部までの副通路内部壁面面積)を大きくすることが効果的である。これらは、副通路5内部への汚損物質の取り込み量とセンサ素子6までの副通路内部壁面面積の関係を表わしている。当然、汚損物質の取り込み量に対してセンサ素子6までの副通路内部壁面面積は大きいほうがよい。
【0040】
副通路5中のセンサ素子6の配置部に通路絞り部13が形成され、センサ素子6の配置部の通路断面積が最も小さくなっているから、センサ素子配置部で最も縮流される。また、第1副通路5Aは、入口15からセンサ素子6の配置部に向けて通路断面積が小さくなる縮流構造になっているから、センサ素子6に安定した流れを供給することができ、センサ素子6による流量計測精度がよくなる。
【0041】
図7によく示されているように、入口15の開口面積を大きく構成しておくと、様々な上流側の流速分布に対して広範囲に空気を取り込むことができ、上流の偏流影響を受け難くなる。更に、副通路5内部での空気の乱れを抑制する効果も得られる。
【0042】
センサ素子6は制御回路(回路基板)7に実装されており、制御回路7は金属ベース部材8に実装される。実装後の形態は、金属ベース部材8が形成する副通路5の壁面と、センサ素子6の表面高さがほぼ一致する。
【0043】
従来の熱式流量測定装置のサイズで立体交差を有する副通路を構成する場合、副通路幅を5mm〜10mm程度の薄形とすると、センサ素子6の実装方法が一つの課題となる。例えば、副通路に立体交差部を設け、副通路の幅が2.5mm〜5mmと従来の半分程度になってしまった状態において、センサ素子6を支持する制御回路7を金属ベース部材8から浮かせて副通路の幅方向中心付近に実装した場合、センサ素子6を支持する制御回路7によって振り分けられた副通路の幅は、{(副通路幅−制御回路厚み)/2}となり、空気の流通するスペースの確保が困難になる。
【0044】
この場合、通路が狭くなりすぎて部品寸法許容差の影響度合いが、大きくなったり、水滴が侵入した場合には、センサ素子6に水滴が触れやすくなったり、更には、局所的に流速が増加してダストの衝突エネルギーが増加してしまったりと、様々な悪影響が懸念される。
【0045】
当然、センサ素子6周囲の流れにメリットをもたらす通路絞り構造を付加することができないため、乱れた流れを作る可能性も高い。しかし、センサ素子6から向かい合う副通路5の壁面までの距離が2.5mm以上確保できる場合には、センサ素子6を支持する部材を金属ベース部材8から浮かせて副通路中に実装することも考えられる。
【0046】
第2副通路5Bの通路長Ltは熱式流量測定装置1の性能に大きく寄与するポイントであり、例えば、脈動流や逆流を含む脈動流を計測する場合、計測精度に大きく影響する。
【0047】
ここで、内燃機関にて発生する脈動流や逆流について説明する。エンジン吸気管を流れる空気は、吸気バルブの開閉、即ち吸気サイクルに伴い脈動流となる。この脈動流の大小は熱式流量測定装置1とエンジンの間に設置されているスロットルバルブの開度に大きく影響し、スロットルバルブの開度が小さい場合には、スロットルバルブの上流まで圧力脈動の伝播が及ばない為に熱式流量測定装置1の置かれている箇所では振幅の小さな脈動流が起きる。逆にスロットルの開度が大きい場合には、熱式流量測定装置1の置かれる箇所まで圧力脈動の伝播が及び、比較的大きな脈動流が発生する。
【0048】
よって、脈動流の振幅は、スロットルバルブの開度に応じて変化する。更に吸気管内部では、吸気バルブと吸気取込口の間で音速による衝撃波の伝播が起きており、この衝撃波の伝播サイクルと、前述した吸気サイクルの周波数が一致したとき、吸気管内部では気柱共振によって脈動振幅が増幅され、逆流を伴うような脈動流が発生する。
【0049】
従来、脈動振幅の大きい領域や逆流を伴うような流れが発生した場合、熱式流量測定装置1はセンサ素子6の応答性の悪さや、流れの方向検知が不可能であるために、大きな計測誤差を生じていた。近年では、高速応答・方向検知が可能となり、従来の性能を凌駕しつつあるが、依然、脈動流や逆流を完全に測定するには至っていない。
【0050】
このため、副通路5の形状効果による計測誤差の調整が必要であり、特に、副通路5の長さが脈動計測誤差に大きく影響することが知られている。第2副通路5Bの通路長Ltを調整することにより、吸気管内の圧力変動に対する副通路5内部での圧力変動の遅れを調整でき、この調整感度は、第1副通路5Aの360°ターン通路と直管状の第2副通路5Bとを組合わることで高められている。
【0051】
副通路5の長さ、即ち、流入開口部71と流出開口部72の距離は、長く構成すると逆流の取り込み量が増加し、短く構成すると逆流の取り込み量が減少する。第2副通路5Bの通路長Ltは、センサ素子6の汚損までを考慮すると、その断面で見た代表長さ、即ち、図8(a)に示されているように、矩形断面であれば、ある1辺の長さLs、図8(b)に示されているように、円断面であれば、その直径Ldよりも長く構成するとよく、Lt>Ls、Lt>Ldとすることで、前述した脈動計測誤差との両立が図れる。
【0052】
第2副通路5Bは、図11、図12に示されているように、ハウジング10より突出形成された管状部14によって通路長Ltを延長することができる。
この構造によると、ハウジング10の全体サイズを大きくすることなく、(入口面積/副通路の入口15からセンサ素子配置部までの副通路内部壁面面積)より(出口面積/副通路の出口16からセンサ素子配置部までの副通路内部壁面面積)をより一層大きくすることができ、オイルミスト等の汚損物質に対するセンサ素子6の延命に効果的である。
また、図13に示されているように、副通路5の内部壁面(両側壁)に、放射状に伸びる凹溝17を形成してもよい。
【0053】
センサ素子6は、金属ベース部材8が形成する副通路5の壁面と、センサ素子6の表面高さがほぼ一致するように実装されているため、例えば、空気と共に飛来してきた水滴が副通路5の内部を通過する際、副通路5の壁面に付着した水滴がセンサ素子6まで到達すると、センサ出力が乱れる。
【0054】
これに対し、凹溝17を構成することで、空気と共に飛来してきた水滴が副通路5の内部を通過する際、壁面を伝う水滴については、凹溝17の前後でその動きを止めることができる。水滴が成長し、大きな液滴になると、再び壁面を流れ始めてしまうので、この場合には、凹溝17を伝わらせて副通路5の外周側に集める。この結果、水滴がセンサ素子6に到達する可能性が低くなり、安定したセンサ出力を得ることができる。
【0055】
更に、図14に示されているように、凹溝17の終端側(外側)の底部と外部とを連通する小孔18が貫通形成されていもよい。凹溝17は、その前後で水滴の動きを止め、更に水滴が成長した場合は凹溝17を伝わらせて副通路の外周側に集めることがその役目である。
【0056】
しかし、副通路5内部に侵入した水滴の量が多い場合には、副通路5の外周側に集めた水滴がセンサ素子6まで到達する可能性が高くなる。このことに対し、小孔18が設けられていることにより、凹溝17を流れた水滴は、凹溝の終端部で小孔18から主通路2側に排出される。この結果、水滴がセンサ素子6に到達する可能性が低くなり、安定したセンサ出力を得ることができる。
【0057】
図15〜図18はこの発明による熱式流量測定装置の他の実施形態を示している。なお、図15〜図18において、図1〜図10に対応する部分は、図1〜図10に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【0058】
副通路5は、主通路2内の第1仮想平面A上にあって交差することなく渦巻状に360度以上旋回した第1副通路5Aと、第1仮想平面Aと所定のオフセット量をもって平行な位置関係にある第2仮想平面B上にあて交差することなく渦巻状に360度以上旋回した第2副通路5Dと、第1仮想平面Aと第2仮想平面Bとの間に延在して第1副通路5Aと第2副通路5Dとを連通接続する直線状の第3の副通路5Cとにより構成されている。これにより、副通路5は、合計で、720度の旋回(ターン)となる。
【0059】
この実施形態でm、第1副通路5Aは板状に成形された樹脂成形品によるハウジング10の表面部に金属ベース部材8と共働して構成され、第2副通路5Dはハウジング10の裏面部にカバー部材にと共働して構成され、ハウジング10の表面部と裏面部とを貫通するように第3の副通路5Cが貫通形成されている。
【0060】
第1副通路5Aの渦巻外端が流体流の入口15をなし、第1副通路5Aの渦巻内端が第3の副通路5Cを介して第2副通路5Dの渦巻内端に連通接続され、第2副通路5Dの渦巻外端が流体流の出口16をなしている。
【0061】
第1仮想平面Aと第2仮想平面Bは、前述の実施形態と同様に、主通路2の流体流と平行な面であり、入口15と出口16は各々主通路2の流体流と直交する第3仮想平面C、第4仮想平面Dに開口している。
【0062】
センサ素子6は第1副通路5Aに配置されている。このセンサ素子配置部には通路絞り部13が形成されており、センサ素子6の配置部の通路断面積が最も小さくなっている。また、第1副通路5Aは、入口15からセンサ素子6の配置部に向けて通路断面積が小さくなる縮流構造になっている。
【0063】
以上のような副通路構成により、センサ素子6の下流側で副通路が長くなり、エンジン停止後にオイルミストを含んだ空気が逆流してきても副通路壁面にオイルミストを付着させる機会が増え、センサ素子6の延命を図ることができる。また、副通路5の総長さが長く構成できるため、副通路5を流れる空気流の慣性を高めることができ、脈動流が発生した場合など、計測精度が向上するメリットもある。
【0064】
また、副通路5中のセンサ素子6の配置部に通路絞り部13が設けられているから、センサ素子6の配置部副通路5の中で最も縮流され、センサ素子6に安定した流れを供給することができるようになる。
【0065】
この実施形態でも、図19に示されているように、副通路5の内部壁面(両側壁)に、放射状に伸びる凹溝17を形成してもよく、前述の実施形態と同様に、水滴がセンサ素子6に到達する可能性が低くなり、安定したセンサ出力を得ることができる。
【0066】
更に、図20に示されているように、この実施形態でも、凹溝17の終端側(外側)の底部と外部とを連通する小孔18が貫通形成されていもよく、凹溝17を流れた水滴は、凹溝の終端部で小孔18から主通路2側に排出される。この結果、水滴がセンサ素子6に到達する可能性が低くなり、安定したセンサ出力を得ることができる。
【0067】
最後に、図21を参照して本発明による熱式流量測定装置1を吸入空気量センサとして組み込まれた電子燃料噴射方式の内燃機関について説明する。
エアクリーナ101から吸入された吸入空気は、吸入ダクト103、スロットルボディ104及び燃料供給を行うインジェクタ105を備えた吸気マニホールド106を経て、エンジンシリンダ107に吸入される。一方、エンジンシリンダで発生した既燃焼ガスは排気マニホールド109を経て排出される。
【0068】
熱式流量測定装置1はエアクリーナ101とスロットルボディ104との間にある。熱式流量測定装置1が出力する空気流量信号、吸気温度センサ111からの吸入空気温度信号、スロットル角度センサ112から出力されるスロットルバルブ角度信号、排気マニホールド109に設けられた酸素濃度計113が出力する酸素濃度信号、エンジン回転速度計114が出力するエンジン回転速度信号等、コントロールユニット115に入力される。
【0069】
コントロールユニット115は、これらの信号を逐次演算して最適な燃料噴射量とアイドルエアコントロールバルブ開度を求め、その値を使ってインジェクタ105及びアイドルコントロールバルブ116を制御する。
【0070】
上述した実施形態の熱式流量測定装置の特徴を要約する。
(1)順流側から見た入口15からセンサ素子6までの副通路は、第1副通路5Aの中でも比較的大きな半径のカーブで構成されているため、形状損失が小さく、安定した順流吸入空気の供給に効果がある。
(2)逆流側から見た出口16からセンサ素子6までの副通路は、第1副通路5Aと第2副通路5Bあるいは5Dと第3副通路5Cの接続形状がクランク状を成しており、更に、このクランク通路を通過した後には第1副通路5Aの中で、最も半径の小さいカーブの通路が出現する。この結果、エンジン停止後にオイルミストを含んだ空気が逆流してきても、副通路5の壁面にオイルミストを付着させる機会が増える。よってセンサ素子6の延命に効果がある。
(3)副通路5中のセンサ素子6に通路絞り部13が設けられており、副通路の中で最も縮流されている。この構成により、センサ素子に安定した流れを供給することができる。
【0071】
(4)制御回路7にセンサ素子6が実装されており、更に、制御回路7は金属ベース部材8に実装される。実装後の形態は、金属ベース部材8が形成する副通路5の壁面と、センサ素子6の表面高さがほぼ一致する。この結果、副通路5が立体交差していても薄形のセンサとすることができ、圧力損失の低減に効果がある。更にセンサ部の流速抑制にも効果がある。
(5)副通路5の入口15付近において、入口15からセンサ素子6の配置部に向けて縮流構造としている。この結果、入口15の開口面積を大きく構成しているため、様々な上流側の流速分布に対して広範囲に空気を取り込むことができ、上流の偏流影響を受け難くなる効果がある。また、副通路内部での空気の乱れを抑制する効果もある。
(6)第2副通路5Bの長さを調整することで、吸気管内の圧力変動に対する副通路内部での圧力変動の遅れ、即ち、脈動流時の計測誤差の調整ができる。
【0072】
(7)第2副通路5Bの長さを、その断面で見た代表長さ、即ち、矩形断面であればある1辺の長さ、円断面であればその直径よりも長く構成すると、センサ素子6の汚損対策や脈動時の計測精度向上などが両立できる。
(8)第2副通路5Bが管部14によってハウジング部材10の下流側端面より突出しており、出口16が最も下流側に設置されている。この構成であると、オイルミスト等の汚損物質に対するセンサ素子の延命に効果がある。
(9)副通路5の内部壁面に、放射状に伸びる凹溝17が設置されている。この凹溝17を構成することで、空気と共に飛来してきた水滴が副通路5の内部を通過する際、壁面を伝う水滴については、凹溝17の前後でその動きを止める効果がある。水滴が成長し大きな液滴になると、再び壁面を流れ始めてしまうので、この場合には、凹溝17を伝わらせて副通路5の外周側に集める。この結果、水滴がセンサ素子6に到達する可能性が低くなり、センサ出力の安定化に効果がある。
【0073】
(10)副通路内部に侵入した水滴の量が多い場合には、副通路5の外周側に集めた水滴がセンサ素子6まで到達する可能性が高くなる。これに対し、副通路5の内部壁面に放射状に伸びる凹溝17と、この凹溝17の底部と主通路2を連通する小孔18を設けておくことで、凹溝17を流れた水滴は、凹溝17の終端部で小孔18から主通路2側に排出される。この結果、水滴がセンサ素子6に到達する可能性が低くなり、センサ出力の安定化に効果がある。
(11)第1副通路5Aと第2副通路5Bとで、720度のターン通路を構成し、更に、センサ素子6が第1副通路5Aの内部に設置されている場合、センサ素子6の下流側で副通路が長くなり、エンジン停止後にオイルミストを含んだ空気が逆流してきても副通路壁面にオイルミストを付着させる機会が増え、センサ素子6の延命を図ることができる。
(12)720度のターン通路を構成すると、副通路5の総長さを長く構成できるため、副通路5を流れる空気流の慣性を高めることができ、脈動流が発生した場合など、計測精度が向上する効果がある。
【0074】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、本発明による熱式流量測定装置によれば、脈動流や逆流を含む流れを精度よく計測することができ、逆流によるオイルミスト等によるセンサ素子汚損の回避、順流状態での水滴や液滴によるセンサ素子汚損を回避し、メンテナンスフリーで、長期間に亘って安定した精度のよい流量計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による熱式流量測定装置の一実施形態を示す正面図。
【図2】図1のP−P断面図。
【図3】図2のA−A断面図。
【図4】本発明による熱式流量測定装置の一実施形態の要部を示す拡大断面図。
【図5】図4のB−B断面図。
【図6】図4のC−C断面図。
【図7】図4のD−D断面図。
【図8】(a)、(b)は各々副通路の断面形状例を示す図。
【図9】本発明による熱式流量測定装置の一実施形態の副通路を示す斜視図。
【図10】本発明による熱式流量測定装置の一実施形態の副通路を解図的に示す斜視図。
【図11】本発明による熱式流量測定装置の他の実施形態を示す断面図。
【図12】図11のE−E断面図。
【図13】本発明による熱式流量測定装置の他の実施形態の要部を示す拡大断面図。
【図14】本発明による熱式流量測定装置の他の実施形態の要部を示す拡大断面図。
【図15】本発明による熱式流量測定装置の他の実施形態を示す断面図。
【図16】図15のF−F断面図。
【図17】本発明による熱式流量測定装置の他の実施形態の要部を示す拡大断面図。
【図18】図17のG−G断面図。
【図19】本発明による熱式流量測定装置の他の実施形態の要部を示す拡大断面図。
【図20】本発明による熱式流量測定装置の他の実施形態の要部を示す拡大断面図。
【図21】本発明品を電子燃料噴射方式の内燃機関に適用した一実施形態を示す断面図。
【符号の説明】
1 ‥熱式流量測定装置
2 ‥主通路
3 ‥主管
5 ‥副通路
5A‥第1副通路
5B、5D‥第2副通路
5C‥第3副通路
6 ‥センサ素子
7 ‥制御回路
8 ‥ベース部材
9 ‥端子
10‥ハウジング部材
11‥カバー部材
13‥通路絞り部
14‥管部
15‥入口
16‥出口
17‥凹溝
18‥小孔
101‥エアクリーナ
103‥吸入ダクト
104‥スロットルボディ
105‥インジェクタ
106‥吸気マニホールド
107‥エンジンシリンダ
109‥排気マニホールド
111‥吸気温センサ
112‥スロットル角度センサ
113‥酸素濃度計
114‥回転速度計
115‥コントロールユニット
116‥アイドルエアコントロールバルブ
Claims (14)
- 主通路を流れる流体の一部を取り込む副通路と、前記副通路内に設置され、流体の流量を検出するセンサ素子とを備えた熱式流量測定装置において、
前記副通路が、前記主通路内の第1仮想平面A上にあって交差することなく渦巻状に旋回した第1副通路と、前記第1仮想平面Aと所定のオフセット量をもって平行な位置関係にある第2仮想平面B上に設けられた第2副通路と、前記第1仮想平面Aと第2仮想平面Bとの間に延在して前記第1副通路と第2副通路とを連通接続する第3の副通路とにより構成されていることを特徴とする熱式流量測定装置。 - 前記第1副通路の渦巻外端が流体流の入口をなし、前記第1副通路の渦巻内端が前記第3の副通路を介して前記第2副通路の一端に連通接続され、前記第2副通路の他端が流体流の出口をなしていることを特徴とする請求項1に記載の熱式流量測定装置。
- 前記第1仮想平面Aと前記第2仮想平面Bは、ともに前記主通路の流体流と平行な面であることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱式流量測定装置。
- 前記第1仮想平面Aと前記第2仮想平面Bは、ともに前記主通路の流体流と平行な面であり、前記入口と前記出口は各々前記主通路の流体流と直交する第3仮想平面C、第4仮想平面Dに開口していることを特徴とする請求項2に記載の熱式流量測定装置。
- 第1副通路は360度以上旋回した渦巻状の通路であり、前記第2副通路及び前記第3の副通路は直線状の通路であり、前記第1副通路に前記センサ素子が配置されていることを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の熱式流量測定装置。
- 前記第2副通路は、当該第2副通路の横断面で見た代表長(矩形断面の場合は1辺の長さ、円形断面の場合は直径)よりも長い通路長を有していることを特徴とする請求項5記載の熱式流量測定装置。
- 前記第1副通路および前記第2副通路がともに360度以上旋回した渦巻状の通路であり、前記第3の副通路は直線状の通路であり、前記第1副通路あるいは前記第2副通路にセンサ素子が配置されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の熱式流量測定装置。
- 板状に成形された樹脂成形品によるハウジングを有し、そのハウジングの表面部に前記第1副通路が、裏面部に前記第2副通路が形成され、前記ハウジングの表面部と裏面部とを貫通するように前記第3の副通路が貫通形成されていることを特徴とする請求項1から7の何れか一項に記載の熱式流量測定装置。
- 前記第2副通路の通路長を延長するための管状部が前記ハウジングに突出形成されていることを特徴とする請求項8に記載の熱式流量測定装置。
- 前記センサ素子の配置部の通路断面積が他の部分より小さいことを特徴とする請求項1から9の何れか一項に記載の熱式流量測定装置。
- 流体の入口から前記センサ素子の配置部に向けて前記副通路の通路断面積が小さくなる縮流構造であることを特徴とする請求項1から10の何れか一項に記載の熱式流量測定装置。
- 前記副通路の内部壁面に放射状の凹溝が形成されていることを特徴とする請求項1から11の何れか一項に記載の熱式流量測定装置。
- 前記凹溝の底部と外部とを連通する小孔が形成されていることを特徴とする請求項12に記載の熱式流量測定装置。
- 請求項1から14の何れか一項に記載の熱式流量測定装置を吸気空気量センサとして有することを特徴とする内燃機関。
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