JP2006317295A - 熱式流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】
通路ダクト内部への汚損堆積によって、熱式流量計の計測精度を劣化させる。
【解決手段】
通路ダクトの熱式流量計周辺のダクト内部断面積を、その上流側と比較し大きく設定することで、熱式流量計周辺における最狭部での汚損劣化を防ぎ、通路ダクト汚損による特性変化を防ぐことを可能とする。
【効果】
本発明によれば、主に排ガスの流量を測定する流量計において耐汚損性を向上することが可能となるため、それによる不具合を防止することができ、寿命の長い高精度な熱式流量計を供給することを可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用エンジンシステムの中を流れる空気あるいは排気の流量を計量するガス流量計に関するものである。

従来例を示す公知例として特許文献１には、排気管の触媒下流側とマフラ上流側との間から延出した排ガス再循環通路に流量計を介装するとともに、上記排ガス再循環通路の吸気管への合流部に制御弁を設け、上記流量計からの信号に基づいて上記制御弁の弁開度を制御し、上記排ガス再循環通路を流れる排ガスの流量が目標値となるようフィードバック制御することで実流量を精度良く調量する手段が開示されている。特に汚損対策の具体的な手段として熱式流量計周辺の通路ダクト径での対応に関する記載はない。

特開平６−７４１００号公報

特に排ガス雰囲気中の場合、耐汚損性の問題が発生する。特にディーゼルの排ガスにはカーボンやオイル等多くの汚損成分が含まれているため、耐汚損対策を講じなければ技術的に成立させることはできない。また耐汚損に対しては、熱式流量計自体だけでなく、通路ダクトの耐汚損性も同時対策しなければ実用化は実現しない。その理由として、本発明の対象とする熱式流量計が流速計を応用したものであるため、通路ダクト内の熱式流量計を設置した部分の通路面積が変化すると特性が大きく変化する。

特許文献１に記載されている流量計の上流部にフィルタを配置する場合は、原理的には有効であり耐汚損性を保証することは可能と考えられるが、システムコストへの跳ね返り等の課題から実用化は困難である。

本発明は、特に排ガス雰囲気で使用される場合において、熱式流量計を設置するダクトの汚損対策を行うことで、コストアップすることなく熱式流量計の測定精度を長期間維持することを可能とする。

本発明は、特に排気雰囲気で使用される場合において、熱式流量計を設置するダクトの汚損対策を行うことで、熱式流量計の測定精度を長期間維持することを可能とする。具体的な手段は以下の通りである。

熱式流量計は熱式流速計を応用したものであり、流速の変化を検知して出力特性を変化させる。従って、同じガス流量が流れる場合であっても、ダクト通路径が変化すれば流速は変化し、この場合、結果的に流量計の出力を変化させる。

熱式流量計の場合、流量検出の精度を向上させるには、その特性上熱式流量計を設置する部分のダクト径を最小とすることが望ましいと言われているが、排ガスのような汚損性の強いガスを検出するデバイスでは、その一番狭い径の部分が汚損で経時劣化することが問題となる。

従って、特に排ガスのような雰囲気中で使用される熱式流量計においては、汚損による目詰まりを発生し易いと思われる熱式流量計付近（デバイス設置付近）では例え汚損物が堆積しても流速変化に影響を与える部分のダクト径を大きく取ることが有効となる。

また熱式流量計上流部に絞りを設置することでも同様の効果を得ることができる。

更に熱式流量計を設置するダクト周辺部に耐汚損用のコーティングを施すことで、汚損物の付着，堆積を防ぐ効果があり、このコーティングとダクト径の拡大の双方を共に採用すれば更なる耐汚損性向上が可能となる。

本発明によれば、主に排ガスの流量を測定する流量計において耐汚損性を向上することが可能となるため、それによる不具合を防止することができ、寿命の長い高精度な熱式流量計を供給することを可能とする。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。

図１に本発明の一例を示す。熱式流量計の中でガスの流速を検知する発熱抵抗体１及びガス温度を検出する感温抵抗体２は通路ボディ３内部の通路内部に構成される。前記発熱抵抗体１及び感温抵抗体２で検出された信号はターミナル４を介して駆動回路５に接続され、コネクタターミナル６にて出力される。熱式流量計の出力は前記コネクタ６から出力され、ハーネスを介して制御用のコントロールユニットなどに接続され、前記出力信号を基にＥＧＲバルブ開度を調節し、ＥＧＲ流量を適切にコントロールする。測定対象のガスは図面左側のＦＬＯＷより流れてくる構成となっており、本例では発熱抵抗体１を流れの上流に設置する構成としている。特にＥＧＲ流量を検出する熱式流量計の場合、耐汚損対策のため、従来の空気流量用の熱式流量計に比べ発熱抵抗体１の温度を大幅に高く設定するため、その発熱抵抗体１による感温抵抗体２への熱影響を低減するため発熱抵抗体１を感温抵抗体２の上流に設置することも有効である。

本発明の特徴は、通路ボディ３において熱式流量計を設置している周辺の通路径をその上流側と比較して大きく取ることであるが、具体的な形状として拡がり部１０１，１０２のような構成例が考えられる。従来の熱式流量計の考え方であれば、熱式流量計周辺は最も安定した流速を維持させるため、上流に対しダクト径を絞ることが推奨されているが、本発明では大きく拡がり形状としたことに特徴がある。

熱式流量計における流量の求め方は、
Ｑ（kg／ｈ）＝γ×Ａ×Ｕ
γ 空気の比重量（kgｆ／ｍ³）
Ａ ダクトの通路断面積（cm²）
Ｕ 熱式流量計部の流速（ｍ／ｓ）
で表されるが、この式から分かるように、通路断面積が変化すると流量検出結果を大きく変化させることが分かる。具体的に言えば、ダクトの断面積が変化すると、同じ流量（kg／ｈ）であるにも関わらず流速Ｕ（ｍ／ｓ）は変化するため、熱式流量計の出力自体を変化させる。流速が変化した場合、熱式流量計は物理的にその流速に対する信号を出力するため、制御用の入力信号が誤差を発生させることになる。

ダクトの断面積で最も重要なところは、熱式流量計設置部での流速を決定する部位であり、通常この場合は熱式流量計設置部付近の最狭部となる。従って、特にＥＧＲ流量を測定する熱式流量計では、その最狭部の通路断面積を如何に経時変化させないかが重要となり、従って本発明では、汚損物が堆積し易い熱式流量計の周辺部分のダクト径を上流側より大きくすることを特徴としている。この一部拡がり部１０１，１０２では、ダクト径の拡大をある程度急激に大きくすることが必要となる。拡大時の拡がり角度を滑らかにしすぎると、ダクト壁面の摩擦影響により剥離渦を発生させるため、発熱抵抗体１での流速が安定しない可能性がある。従って、拡がり部１０１，１０２は空気が実質的に流れないデッドスペースとすることは望ましい。

拡がり部１０１，１０２の効果であるが、例えば汚損物が熱式流量計に衝突して落下した場合、拡がり部１０１に堆積するため、実質的に排気の流れる最狭部での流速は変化しない。また熱式流量計自体に堆積した汚損物が、エンジン始動時や停止時の振動で落下した場合にも同様の効果を発揮することができる。従って、この拡大管路は少なくとも前記熱式流量計が車両で設置された状態で下方向に設置されることが効果的である。

図２は別の例を示す。この場合は熱式流量計１０の上流に一部絞り形状１０３を設置したことを特徴としている。本発明でも熱式流量計１０の上流の絞りを最狭部とすることで熱式流量計の設置部周辺での汚損物堆積の影響を低減する効果がある。但し、前記絞り
１０３自体やその上流に汚損物が堆積する可能性があるため、図３に示すように絞り部の上流をなだらかな絞り形状とすることでその影響を低減することが考えられる。また図２に示す前記絞り部１０３の突起部の角をＲ等でなだらかに設置することも同時に有効である。

また特にＥＧＲ流量を検出するための熱式流量計は、これまで公知として判例の多い空気流量計と違って非常に過酷な汚損環境となるため、耐汚損対策が必要となる。本発明では、通路ダクト３の内側で少なくとも熱式流量計設置部周辺の最狭部に対して耐汚損用のコーティングを行うことで更なる汚損対策を促進することが可能となる。耐汚損用コーティングとは、撥水性または撥油性のフッ素系の保護膜等である。また本耐汚損用のコーティングであるが、前記した図１〜図３に示す例と共に採用することで更なる効果を発揮することが期待される。

本発明の熱式流量計における制御形式の例を図４に記載する。

熱式流量計１４は排ガスを吸気系に戻すＥＧＲ配管１３に設置され、ＥＧＲクーラー
１５の下流に設置される。ＥＧＲ配管を流れる流量はＥＧＲバルブ１２の開閉度の調整によって変化し、その変化量を前記ＥＧＲ熱式流量計１０で検出する。図４の例ではディーゼル車での構成を示しており、吸気効率を向上させるターボ１６と排ガスに含まれるディゼルパティキュレートをトラップするディーゼルパティキュレートフィルタ１７が排気側に設置される。このような構成の中でＥＧＲ熱式流量計１０は、ＥＧＲ配管を流れるガスの流量を検出し、その信号をＥＣＵ１１に送信し、各運転条件時で最適のエミッションとなるようにＥＧＲバルブの開閉制御のキーデバイスとして使用される。図４の例に示すようにＥＧＲ流量計１０は排ガスを直接検知しているため、既に説明したように汚損影響を大きく受ける。

このような構成の中で、将来的にはエンジンの温度を早く上昇させるために、ＥＧＲクーラーをバイパスする通路１０５を設置することが考えられている。熱式流量計を通過するガスの温度であるが、通常モードでは熱式流量計の構成部材の耐熱課題を考慮してEGRクーラーの下流に設置し、ＥＧＲクーラーバイパスの下流のような高温となるところは避けるべきであるが、ＥＧＲクーラーバイパス途中に配置されたバイパスを流れるガス流量を調整するバルブ１０６を制御することにより、定期的に熱式流量計部分にＥＧＲクーラーバイパスを会し高温ガスを流し、耐汚損物を浄化することで更に長期的な精度確保が可能となる。ＥＧＲバイパスクーラーを通過するガスの温度は最大で４００℃程度である。

また図５に示したようにＥＧＲガスを現在の位置からディーゼルパティュレートフィルタ１７の下流から取ることも有効である。この場合、既にディーゼルパティキュレートが除去されているため、カーボン汚損に対しては有効である。但し、ディーゼルパティキュレートフィルタ１７の下流からＥＧＲガスを取るとした場合でも、本発明の通路構造を有することが重要となる。これはＥＧＲガスに含まれる汚損成分がカーボンパティキュレートだけでなく、その他のオイル分，鉄分，硫化系ガス等多くの成分を含んでいるためである。

本実施形態に係る流量計の構成図。 本実施形態に係る流量計の構成図。 本実施形態に係る流量計の構成図。 本実施形態に係る流量計を用いたシステム構成図。 本実施形態に係る流量計を用いたシステム構成図。

符号の説明

１…発熱抵抗体、４…ターミナル、５…駆動回路。

Claims (12)

1. 被測定ガス中に配設された発熱抵抗体により流量に関係する信号を出力する熱式流量計において、前記発熱抵抗体が設置される前記被測定ガスが流通する通路面積がその上流部通路より大きいことを特徴とする熱式流量計。
2. 被測定ガス中に配設された発熱抵抗体により流量に関係する信号を出力する熱式流量計と、前記熱式流量計を設置する通路ダクトとを有する構成において、前記通路ダクトにおける前記熱式流量計設置部周辺の通路径を少なくとも上流部より大きくすることを特徴とする熱式流量計。
3. 被測定ガス中に配設された発熱抵抗体により流量に関係する信号を出力する熱式流量計において、前記被測定ガスが流通する通路のその発熱抵抗体設置部上流に絞り或いはオリフィス形状を設置したことを特徴とする熱式流量計。
4. 被測定ガス中に配設された発熱抵抗体により流量に関係する信号を出力する熱式流量計と前記熱式流量計を設置する通路ダクトとを有する構成において、前記通路ダクトにおける前記熱式流量計設置部上流の一部に絞り或いはオリフィス形状を設置したことを特徴とする熱式流量計。
5. 被測定ガスの一部が流入する副通路中に配設された発熱抵抗体により流量に関係する信号を出力する熱式流量計において、前記請求項１から４記載の通路拡大部，絞り或いはオリフィスを前記副通路の入口の上流に設置したことを特徴とする熱式流量計。
6. 前記請求項１から５において、前記発熱抵抗体或いは前記副通路入口を、前記通路拡大，絞り或いはオリフィスによって被測定ガスの流れに生じる剥離流部（流れの再付着点）の下流に設置したことを特徴とする熱式流量計。
7. 被測定ガス中に配設された発熱抵抗体により流量に関係する信号を出力する熱式流量計と前記熱式流量計を設置する通路ダクトとを有する構成において、前記通路ダクトにおける前記熱式流量計設置部周辺の通路壁面（内側）に汚損防止用のコーティングを施したことを特徴とする熱式流量計。
8. 自動車用内燃機関の排気再循環機構（ＥＧＲ）により循環される排気ガス中に配設された発熱抵抗体により流量に関係する信号を出力する熱式流量計において、前記請求項１から７の構造を有することを特徴とする熱式流量計。
9. 前記請求項８において、前記発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の上流部あるいは下流部に配置された測温抵抗体から流量に関係する信号を出力することを特徴とする熱式流量計。
10. 通路径を拡大する部分を、少なくとも車両に設置した状態で下側のみを拡大することを特徴とした請求項１〜９の熱式流量計。
11. 被測定ガス中に配設された発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の上流部あるいは下流部に配置された測温抵抗体から流量に関係する信号を出力する熱式流量計と前記熱式流量計を設置する通路ダクトとを有する構成において、前記熱式流量計を、ＥＧＲクーラーとＥＧＲクーラーバイパスが合流した下流側に設置し、運転条件によって被測定ガスの温度を変化させることを特徴とした熱式流量計。
12. 前記熱式流量計を排気系に設置されるパティキュレートフィルタの下流から還流させた配管に設置することを特徴とした請求項８〜１１記載の熱式流量計。
    

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