JP2006329927A - 流量測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 流体が流れる第1流路を形成する第1流路部15と、第1流路内に設けられる流量センサ21と、第1流路の上流に設けられる整流部材18であって、上流側から見ると当該整流部材18によって第1流路の入口が隠れている整流部材18と、を備え、流体が整流部材18のほぼ全周から第1流路に流入する。第1流路内の偏流を防止できるとともに、第1流路に空気を広い範囲から満遍なく流入させることができる。また、第1流路へのダストの流入を低減できる。従って、精度の高い測定結果を安定して得られる。
【選択図】 図1
Description
特許文献1に記載の装置は、測定通路が湾曲しているので、測定通路内に偏流が生じ、測定結果が不安定になる。
また、特許文献4のFIG26に記載のエアフローメータは、ディフレクタが開口より小さいので、上流から流れてきたダストがバイパス流路に流入し易く、それにより測定結果が不安定になる。
また、熱式の流量測定装置は、流量センサを支持している部材を伝って逃げる熱による熱損失によって検出精度が低下するという問題がある。特にアイドル運転時のように吸気ポートを流れる空気の流速が低いときは空気に放熱される熱の割合が減って熱損失の割合が相対的に増え、検出精度が大きく低下する。
また、本発明の別の目的は、流量センサが設けられる流路を形成する流路部を大きくすることなく検出精度を向上させる流量測定装置を提供することを目的とする。
請求項3に記載の発明によると、第1流路部が第2流路に収容されるので、第1流路の出口周辺の流速が全周にわたって安定する。
請求項5、6及び7に記載の発明によると、整流部材の上流から流れてきた流体が整流部材でスムーズに逃がされるとともに、整流部材の下流側に渦が生じないので、流速の損失を低減できる。
請求項9に記載の発明によると、下流側部材によって出口が絞られるので、出口周辺の流速が高くなり、負圧が生じる。この負圧によって第1流路を流れる流体の流速が増加するので、流量センサの検出精度が向上する。また、請求項9に記載の発明によると、第1流路部及び整流部材が第2流路に収容されるので、第1流路の出口周辺の流速が全周にわたって安定する。更に、第2流路部を小さくすることにより、第1流路部の外壁面と第2流路部の内壁面とで形成される流路を流れる流体の流速を増加できるので、第1流路部を大きくすることなく検出精度を向上できる。
請求項12に記載の発明によると、下流側部材によって第1流路部の下流側の端面が隠れるので、流体が吸気ポートを逆流したとき、ダストが端面に沿って第1流路に流入し難い。これにより、逆流したダストが付着することによる流量センサの検出精度の低下を防止でき、測定結果がより安定する。
(第一実施形態)
図1(A)は本発明の第一実施形態に係る流量測定装置10を示す斜視図、図1(B)は流量測定装置10の部分断面図、図2は吸気ポート11に固定されている状態の流量測定装置10の流れ方向の断面図である。図3(A)は流量測定装置10を上流側から見た正面図、図3(B)は流量測定装置10を下流側から見た背面図である。なお、図2では図1に示す腕部19、図3に示す腕部12および腕部13を省略して示している。
センサ流路部15は、バイパス流路部17の内壁から延びる4本の腕部12(図3(A)参照)によってバイパス流路16内に支持されている。センサ流路部15には上流側から下流側に向かって貫通するセンサ流路14が形成されている。センサ流路14は流れ方向の断面が略糸巻き状に形成されており、流れ方向に垂直な断面の面積は上流側の入口14aで最も広く、下流側にいくにつれて徐々に狭くなり、流れ方向の中央より下流側を境に下流側にいくにつれて徐々に広くなっている。センサ流路部15をバイパス流路部17に収容すると、センサ流路14の出口周辺の流速が全周にわたって安定する。
整流コア18は、センサ流路部15から上流に向かって延びる4本の腕部19(図1参照)によってセンサ流路14より上流に支持されている。整流コア18は略球形に形成されており、より具体的には球形をベースに下流側の先端部が下流側に向かって円錐状に延びる形状に形成されている。図3(A)に示すように整流コア18は流れ方向の上流側から見るとセンサ流路14の入口14aが整流コア18によって隠れる大きさに形成されている。また、図2に示すように整流コア18は上流側がバイパス流路16より上流側にはみ出るように設けられている。また、前述したように整流コア18はセンサ流路部15によって支持されている。センサ流路部15によって整流コア18を支持すると、センサ流路部15に対する整流コア18の位置精度が向上し、その結果、センサ流路14に流入する流量の精度が向上するので、測定結果の精度がより向上する。なお、整流コアの形状は球形であってもよいし、例えば図4(A)に示す整流コア40や図4(B)に示す整流コア41のような流線型であってよい。また、整流コア18の上流側をバイパス流路16からはみ出させず、整流コア18全体をバイパス流路16内に収容してもよい。
図5は、吸気ポート11内に生じる偏流の概略を示す模式図である。図5は曲管の吸気ポート11に生じた偏流の一例を概略で示すものであり、細かな部分は省略しており、流量測定装置10の内部についても省略している。吸気ポート11を曲げると、曲がり部分において図示するように内側61と外側62とに流速の差が生じ、それにより曲がり部分より下流側に偏流が生じている。なお、ここでは曲がりのある吸気ポート11を例に説明したが、曲がりのない直管の吸気ポートであっても偏流は生じる。例えば吸気ポートの上流側に接続されているエアクリーナのフィルタエレメントに目詰まりが生じると、フィルタエレメントに空気が流れ易い部分と流れ難い部分とが生じるので、直管の吸気ポートであっても偏流が生じる。流速測定用抵抗体21の面積はセンサ流路14の流路面積に比べて小さいので、偏流が生じると流速測定用抵抗体21周りを流れる空気の流速が安定せず、測定結果が不安定になる。
始めに、整流コア18が全周からセンサ流路14の入口14aに空気を流入させる作動について説明する。
図7は、空気の流れを示す模式図である。吸気ポート11の中央付近を流れる空気は、整流コア18まで流れてくると整流コア18の上流側の面に沿って流れることにより、上流側から見て径方向外側に向かって360°拡がるように逃がされる。逃がされた空気の一部は整流コア18の下流側の面に沿って流れ、整流コア18の下流側で合流して均一化され、入口14aからセンサ流路14に流入する。均一化された空気をセンサ流路14に流入させると、センサ流路14内における空気の偏流をほとんどなくすことができる。偏流がなくなると流速測定用抵抗体21周りを流れる空気の流速が安定するとともに、偏流がなくなることで脈流の影響が低減されるので、測定結果が安定する。
一般に100μm程度より小さいダスト27はエアクリーナのフィルタエレメントを通過してしまい、空気に含まれて吸気ポート11の上流から図7に示すように流れてくる。吸気ポート11の中央付近を流れる空気に含まれるダスト27は、整流コア18まで流れてくると整流コア18によって径方向外側にはじかれる。このとき、前述したようにセンサ流路14の入口14aは整流コア18によって隠されているので、多くのダスト27はセンサ流路14に流入することなくそのままセンサ流路14外を下流に向かって流される。これによりセンサ流路14に流入するダスト27を低減でき、ダスト27の付着による流速測定用抵抗体21の検出精度の悪化を低減できる。
始めに、下流コア22がセンサ流路14内を流れる空気の流速を増加させる作動について説明する。
図7に示すように、センサ流路14を流れてきた空気は、センサ流路部15と下流コア22とで形成されている下流側センサ流路23を流れて流れ出る。下流コア22を設けることによってセンサ流路14の出口が絞られるので、出口部の流速が高くなり、負圧が生じる。この負圧によってセンサ流路14内の空気が引き出され、センサ流路14内を流れる空気の流速が増加するので、熱損失の割合が低くなり、検出精度を向上させることができる。
図8は、流量の時間的変化を示すグラフである。グラフにおいて線30はスロットルバルブが相対的に閉じているときの流量の時間的変化、線31は相対的に開いているときの流量の時間的変化を示している。前述したように吸気ポート11内の空気には脈流が生じ、スロットルバルブの開度がある程度以上になると空気の一部が吸気ポート11を逆流する。図8において平行斜線で示す領域32は空気が逆流する期間および逆流する流量を示している。
S=(偏流がある場合の流速−偏流がない場合の流速)/偏流がない場合の流速
偏流がある場合の流速とは、曲管の吸気ポート11に偏流のない空気を流し、曲がり部分より下流側の偏流が生じている位置、具体的には図5で示す位置Aで流速を測定したものである。偏流がない場合の流速とは、直管の吸気ポートに偏流のない空気を流して測定したものである。偏流がない場合の流速は吸気ポート全体を流れる空気の平均流速にほぼ一致する。曲管の吸気ポート11と直管の吸気ポートとには同じ流量の空気を流すので、特性変化が0%に近ければ、流量測定装置10は曲管の吸気ポート11全体を流れる空気の平均流速を正確に測定できていることになる。すなわち、偏流の影響が排除された精度の高い測定結果が得られることになる。
図11は、第二実施形態に係る流量測定装置50の断面図である。図示するように下流コア51は下流側から見るとセンサ流路部15の下流側の端面15aが隠れる大きさに形成されている。このため、空気が吸気ポート11を逆流したとき、逆流したダスト27が端面15aに沿って下流側センサ流路52に流入し難くなる。これにより、測定結果が安定する。
Claims (13)
- 流体が流れる第1流路を形成する第1流路部と、
前記第1流路内に設けられる流量センサと、
前記第1流路の上流に設けられる整流部材であって、上流側から見ると当該整流部材によって前記第1流路の入口が隠れている整流部材と、
を備え、前記流体が前記整流部材のほぼ全周から前記第1流路に流入することを特徴とする流量測定装置。 - 前記第1流路は直線状に形成されており、
当該流量測定装置を所定の主流路の内壁に取り付けるための支持部であって、前記第1流路が前記主流路の流れ方向に直線状に延びる姿勢で取り付けられる支持部を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の流量測定装置。 - 前記第1流路部及び前記整流部材を収容する第2流路を形成する第2流路部を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の流量測定装置。
- 前記第1流路の出口近傍に設けられ、前記出口を絞る下流側部材を更に備えることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の流量測定装置。
- 前記整流部材は上流側が球形であり、下流側が下流に向かって円錐状に延びる形状であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の流量測定装置。
- 前記整流部材は球形であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の流量測定装置。
- 前記整流部材は流線型であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の流量測定装置。
- 前記整流部材は、前記第1流路部から上流に向かって延びる腕部によって支持されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の流量測定装置。
- 流体が流れる第1流路を形成する第1流路部と、
前記第1流路内に設けられる流量センサと、
前記第1流路部を収容する第2流路を形成する第2流路部と、
前記第1流路の出口近傍に設けられ、前記出口を絞る下流側部材と、
を備えることを特徴とする流量測定装置。 - 前記第1流路は直線状に形成されており、
当該流量測定装置を所定の主流路の内壁に取り付けるための支持部であって、前記第1流路が前記主流路の流れ方向に直線状に延びる姿勢で取り付けられる支持部を更に備えることを特徴とする請求項9に記載の流量測定装置。 - 下流側から見ると前記下流側部材によって前記第1流路部の出口が隠れていることを特徴とする請求項4、9又は10に記載の流量測定装置。
- 下流側から見ると前記下流側部材によって前記第1流路部の下流側の端面が隠れていることを特徴とする請求項11に記載の流量測定装置。
- 前記第1流路部の下流側の端面は、前記第2流路部の内壁に近づくにつれて前記第2流路の上流側に傾くように傾斜していることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の流量測定装置。
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