JP2008309623A - 空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気流れの剥離を抑制することにより、流量センサ３の検出精度を向上できる空気流量測定装置１を提供する。
【解決手段】バイパス流路６を形成する筒状ボディ２ａは、吸気ダクト５の上流側に向かう先端部の外周形状が凸曲面で構成されている。すなわち、バイパス流路６の入口周縁から下流側へ向かって所定の割合で外径が増大する凸曲面によって構成されている。また、先端部より下流側の外周形状は、凸曲面の終端からバイパス流路６の出口６ｂが開口する後端面の外周縁まで、同一外径を有する円筒形状に設けられている。
上記の構成によれば、筒状ボディ２ａの外周面に沿って流れる空気に大きな乱れが生じないため、空気流れの剥離を抑制できる。その結果、バイパス流路６およびバイパス流路６から分岐するサブバイパス流路７を流れる空気の流速が安定することにより、流量センサ３の高い検出精度を確保できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダクトの内部を流れる空気の流量を測定する空気流量測定装置に関する。

従来技術として、特許文献１に記載された空気流量測定装置がある。
この空気流量測定装置は、図７に示す様に、内燃機関の吸気通路１００に配置されるセンサボディ１１０を有し、このセンサボディ１１０には、吸気通路１００を流れる空気（内燃機関に吸入される空気）の一部を取り込むバイパス流路１２０と、このバイパス流路１２０の入口側と出口側とを連通する連通孔１３０とが形成され、バイパス流路１２０の内部に吸入空気量を測定する流量センサ１４０が配置されている。
特開平９−２８７９９１号公報

ところが、上記の空気流量測定装置は、吸気通路１００の上流に設けられるエアクリーナ等からの流れのばらつき、乱れ、変化等が原因で流量センサ１４０の検出精度が低下する不具合を生じる。つまり、センサボディ１１０の上流側に空気の乱れ等による偏流（図中の白抜き矢印で示す）が生じると、図７に示す様に、センサボディ１１０の周囲（入口と出口との間）および出口付近等に流れの剥離が生じる。この剥離の影響により、バイパス流路１２０の入口側と出口側との圧力差が大きく変動するため、バイパス流路１２０を流れる空気の流速が不安定になる。その結果、流量センサ１４０の出力変動が大きくなって、検出精度が低下するという問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、空気流れの剥離を抑制することにより、流量センサの検出精度を向上できる空気流量測定装置を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路と、このバイパス流路を流れる空気の一部を取り込むサブバイパス流路と、このサブバイパス流路に配設され、サブバイパス流路を流れる空気の流量を測定する流量センサとを有する空気流量測定装置であって、バイパス流路を形成する筒状ボディを有し、この筒状ボディは、ダクトの上流側に向かってバイパス流路の入口が開口する先端面の外径が最も小さく、ダクトの下流側に向かってバイパス流路の出口が開口する後端面の外径が最も大きく形成され、且つ、ダクトの上流側に向かう先端部の外周形状は、バイパス流路の入口が開口する先端面の外周縁から下流側へ向かって所定の割合で外径が増大する凸曲面によって構成されていることを特徴とする。

本発明の空気流量測定装置は、筒状ボディの先端部の外周形状を凸曲面で構成することにより、空気抵抗の小さい低圧損形状（例えば、弾丸形状）であり、筒状ボディの外周面に沿って流れる空気に大きな乱れが生じないため、空気流れの剥離を抑制できる。その結果、バイパス流路の入口側と出口側との差圧が大きく変動することはなく、バイパス流路を流れる空気の流速が安定することにより、流量センサの高い検出精度を確保できる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した空気流量測定装置において、筒状ボディの先端部より下流側の外周形状は、凸曲面の終端からバイパス流路の出口が開口する後端面の外周縁まで、外径が一定の割合で増大するテーパ形状に設けられていることを特徴とする。
この場合、筒状ボディの外周面に沿って安定した空気の流れができるので、剥離の発生を抑えることができる。

（請求項３の発明）
請求項１に記載した空気流量測定装置において、筒状ボディの先端部より下流側の外周形状は、凸曲面の終端からバイパス流路の出口が開口する後端面の外周縁まで、同一外径を有する円筒形状に設けられていることを特徴とする。
この場合、筒状ボディの外周面に沿って安定した空気の流れができるので、剥離の発生を抑えることができる。

（請求項４の発明）
本発明は、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路と、このバイパス流路を流れる空気の一部を取り込むサブバイパス流路と、このサブバイパス流路に配設され、サブバイパス流路を流れる空気の流量を測定する流量センサとを有する空気流量測定装置であって、バイパス流路を形成する筒状ボディを有し、この筒状ボディは、ダクトの上流側に向かってバイパス流路の入口が開口する先端面の外径が最も小さく、ダクトの下流側に向かってバイパス流路の出口が開口する後端面の外径が最も大きく形成され、且つ、筒状ボディの外周形状は、バイパス流路の入口が開口する先端面の外周縁からバイパス流路の出口が開口する後端面の外周縁まで、所定の割合で外径が増大する凸曲面によって構成されていることを特徴とする。

本発明の空気流量測定装置は、筒状ボディの先端部の外周形状を凸曲面で構成することにより、空気抵抗の小さい低圧損形状（例えば、弾丸形状）であり、筒状ボディの外周面に沿って流れる空気に大きな乱れが生じないため、空気流れの剥離を抑制できる。その結果、バイパス流路の入口側と出口側との差圧が大きく変動することはなく、バイパス流路を流れる空気の流速が安定することにより、流量センサの高い検出精度を確保できる。

（請求項５の発明）
請求項１〜４に記載した何れかの空気流量測定装置において、筒状ボディには、バイパス流路の流路断面積をバイパス流路の出口に向かって次第に減少する絞り部が設けられ、且つ、絞り部の周囲にサブバイパス流路の出口が同心円状に設けられていることを特徴とする。
上記の構成によれば、バイパス流路の出口を絞ることで、バイパス流路の出口より流出する空気の流速が速くなる。その結果、バイパス流路の出口の周囲に形成されるサブバイパス流路の出口に吸出し力（負圧）が作用する。さらに、筒状ボディが配置されるダクトの内部では、ベンチュリ効果によって空気の流速が速くなるため、サブバイパス流路の出口に作用する吸出し力（負圧）が大きくなる。これにより、サブバイパス流路を流れる空気の流速が安定して速くなるため、サブバイパス流路に配設された流量センサの検出精度が向上する。

（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れかの空気流量測定装置において、バイパス流路の出口とサブバイパス流路の出口とが同一平面上に形成されていることを特徴とする。
バイパス流路の出口とサブバイパス流路の出口とが同一平面上ではなく、ずれた位置に形成されると、両出口の間に段差を生じることにより、空気流れの剥離が大きくなる恐れがある。これに対し、バイパス流路の出口とサブバイパス流路の出口とを同一平面上に形成することで、筒状ボディの下流端に発生する空気流れの剥離を抑制できる。

（請求項７の発明）
本発明は、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路と、このバイパス流路に配設され、バイパス流路を流れる空気の流量を測定する流量センサとを有する空気流量測定装置であって、バイパス流路を形成する筒状ボディを有し、この筒状ボディは、ダクトの上流側に向かってバイパス流路の入口が開口する先端面の外径が最も小さく、ダクトの下流側に向かってバイパス流路の出口が開口する後端面の外径が最も大きく形成され、且つ、ダクトの上流側に向かう先端部の外周形状は、バイパス流路の入口が開口する先端面の外周縁から下流側へ向かって所定の割合で外径が増大する凸曲面によって構成されていることを特徴とする。

本発明の空気流量測定装置は、筒状ボディの先端部の外周形状を凸曲面で構成することにより、空気抵抗の小さい低圧損形状（例えば、弾丸形状）であり、筒状ボディの外周面に沿って流れる空気に大きな乱れが生じないため、空気流れの剥離を抑制できる。その結果、バイパス流路の入口側と出口側との差圧が大きく変動することはなく、バイパス流路を流れる空気の流速が安定することにより、流量センサの高い検出精度を確保できる。

（請求項８の発明）
請求項７に記載した空気流量測定装置において、筒状ボディの先端部より下流側の外周形状は、凸曲面の終端からバイパス流路の出口が開口する後端面の外周縁まで、外径が一定の割合で増大するテーパ形状に設けられていることを特徴とする。
この場合、筒状ボディの外周面に沿って安定した空気の流れができるので、剥離の発生を抑えることができる。

（請求項９の発明）
請求項７に記載した空気流量測定装置において、筒状ボディの先端部より下流側の外周形状は、凸曲面の終端からバイパス流路の出口が開口する後端面の外周縁まで、同一外径を有する円筒形状に設けられていることを特徴とする。
この場合、筒状ボディの外周面に沿って安定した空気の流れができるので、剥離の発生を抑えることができる。

（請求項１０の発明）
本発明は、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路と、このバイパス流路に配設され、バイパス流路を流れる空気の流量を測定する流量センサとを有する空気流量測定装置であって、バイパス流路を形成する筒状ボディを有し、この筒状ボディは、ダクトの上流側に向かってバイパス流路の入口が開口する先端面の外径が最も小さく、ダクトの下流側に向かってバイパス流路の出口が開口する後端面の外径が最も大きく形成され、且つ、筒状ボディの外周形状は、バイパス流路の入口が開口する先端面の外周縁からバイパス流路の出口が開口する後端面の外周縁まで、所定の割合で外径が増大する凸曲面によって構成されていることを特徴とする。

本発明の空気流量測定装置は、筒状ボディの先端部の外周形状を凸曲面で構成することにより、空気抵抗の小さい低圧損形状（例えば、弾丸形状）であり、筒状ボディの外周面に沿って流れる空気に大きな乱れが生じないため、空気流れの剥離を抑制できる。その結果、バイパス流路の入口側と出口側との差圧が大きく変動することはなく、バイパス流路を流れる空気の流速が安定することにより、流量センサの高い検出精度を確保できる。

（請求項１１の発明）
請求項１〜１０に記載した何れかの空気流量測定装置において、ダクトは、内燃機関の吸気ポートに通じる吸気通路を形成し、内燃機関に吸引される空気がダクトの内部を流れることを特徴とする。
本発明の空気流量測定装置は、内燃機関の吸入空気量を測定するエアフロメータとして好適に用いることができる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は空気流量測定装置１の断面図である。
実施例１に示す空気流量測定装置１は、例えば、自動車用エンジンの吸入空気量を計測するエアフロメータであり、以下に説明するセンサボディ２、流量センサ３、および回路モジュール４等より構成される。
センサボディ２は、図１に示す様に、エンジンの吸気ダクト５に形成された取付け孔５ａより吸気ダクト５の内部に挿入されている。このセンサボディ２は、図２に示す様に、円筒形状の筒状ボディ２ａと、この筒状ボディ２ａと一体に設けられる直方体形状の箱形ボディ２ｂとで構成される。筒状ボディ２ａには、吸気ダクト５の内部を流れる空気（エンジンに吸引される空気）の一部を取り込むためのバイパス流路６が形成され、箱形ボディ２ｂには、バイパス流路６を流れる空気の一部を取り込むためのサブバイパス流路７が形成されている。

バイパス流路６は、筒状ボディ２ａの先端中央部に開口する入口６ａと、筒状ボディ２ａの後端中央部に開口する出口６ｂとを有し、入口６ａから出口６ｂまで略直線状に形成されている。また、バイパス流路６の出口側には、バイパス流路６の流路断面積を出口６ｂに向かって次第に減少するテーパ形状の絞り部８が設けられている。
サブバイパス流路７は、バイパス流路６の絞り部８より上流側でバイパス流路６から分岐する入口７ａと、バイパス流路６の出口６ｂの周囲に同心円状に形成される出口７ｂとを有し、入口７ａと出口７ｂとの間に空気の流れ方向が１８０度変化（Ｕターン）するＵターン部が設けられている。

流量センサ３は、サブバイパス流路７を流れる空気の流量を計測して電気的な信号（例えば電圧信号）として出力するもので、例えば、半導体基板の表面に薄膜抵抗体で形成された発熱素子と感温素子（共に図示せず）とを有し、これらの素子が回路モジュール４に内蔵される回路基板（図示せず）に接続されている。
回路モジュール４は、センサボディ２と一体に設けられ、吸気ダクト５の外側に配置される（図１参照）。この回路モジュール４は、発熱素子の温度と感温素子で検出される空気温度との差が一定になるように、発熱素子に流れる電流値を制御している。

次に、本発明に係る筒状ボディ２ａについて説明する。
筒状ボディ２ａは、図１に示す様に、吸気ダクト５の上流側（図示左側）に向かう先端部の外周形状が凸曲面により構成され、その凸曲面の先端にバイパス流路６の入口６ａが開口している。具体的には、バイパス流路６の入口周縁から下流側へ向かって所定の割合で外径が増大する凸曲面によって構成されている。また、先端部より下流側の外周形状は、凸曲面の終端からバイパス流路６の出口６ｂが開口する後端面の外周縁まで、同一外径を有する円筒形状に設けられている。なお、筒状ボディ２ａは、バイパス流路６の出口６ｂが開口する後端面の外径が最も大きく形成されるが、その後端面の外周角部に肉厚程度の面取り、Ｒ等が有っても良い。
さらに、筒状ボディ２ａの後端面は、吸気ダクト５の軸線Ｏ−Ｏと直交して設けられ、その同一平面上にバイパス流路６の出口６ｂとサブバイパス流路７の出口７ｂとが形成されている。

続いて、空気流量測定装置１の作用を説明する。
エンジンの始動により、吸気ダクト５の内部に空気の流れが発生すると、空気の一部がバイパス流路６に取り込まれ、更に、バイパス流路６を流れる空気の一部がサブバイパス流路７に取り込まれる。この時、サブバイパス流路７に配置された流量センサ３では、サブバイパス流路７を流れる空気の流速が大きくなると、発熱素子の放熱量が増大するため、感温素子で測定される空気温度との温度差を一定に保つために、発熱素子に通電される電流値が大きくなる。逆に、サブバイパス流路７を流れる空気の流速が小さくなると、発熱素子の放熱量が低減するため、発熱素子に通電される電流値が小さくなる。この発熱素子に通電される電流値に応じた電気信号（例えば電圧信号）が、回路モジュール４から外部のＥＣＵ（電子制御装置）へ出力されて、ＥＣＵにより吸気量が測定される。

（実施例１の効果）
本実施例の空気流量測定装置１は、バイパス流路６を形成する筒状ボディ２ａが弾丸形状に設けられている。つまり、筒状ボディ２ａの先端部が凸曲面で構成されると共に、その先端部から後端面の外周縁まで同一外径を有する円筒形状に設けられている。これにより、筒状ボディ２ａを空気抵抗の小さい低圧損形状（弾丸形状）にできるので、図３に示す様に、筒状ボディ２ａの上流側に空気の乱れ等による偏流（図中の白抜き矢印で示す）が生じた場合でも、筒状ボディ２ａの外周面に沿って流れる空気に大きな乱れが生じないため、空気流れの剥離を抑制できる。その結果、バイパス流路６の入口側と出口側との差圧が安定することにより、バイパス流路６およびバイパス流路６から分岐するサブバイパス流路７を流れる空気の流速変動を抑制できる。

また、筒状ボディ２ａには、バイパス流路６の流路断面積を出口６ｂに向かって次第に減少するテーパ形状の絞り部８が設けられている。これにより、バイパス流路６の出口６ｂより流出する空気の流速が速くなるため、バイパス流路６の出口６ｂの周囲に形成されたサブバイパス流路７の出口７ｂに吸出し力（負圧）が作用する。さらに、筒状ボディ２ａが配置される吸気ダクト５の内部では、筒状ボディ２ａの外側を流れる空気（図１に示す主流）の流速がベンチュリ効果によって速くなるため、サブバイパス流路７の出口７ｂに作用する吸出し力（負圧）が大きくなる。
上記の結果、サブバイパス流路７を流れる空気の流速が速くなり、且つ、流速が安定することにより、流量センサ３の検出精度が向上する。

図４は空気流量測定装置１の断面図である。
この実施例２に係る空気流量測定装置１は、筒状ボディ２ａの先端部より下流側をテーパ形状に設けた一例である。すなわち、筒状ボディ２ａの先端部は、実施例１と同じく、バイパス流路６の入口周縁から下流側へ向かって所定の割合で外径が増大する凸曲面によって構成され、先端部より下流側は、図４に示す様に、凸曲面の終端からバイパス流路６の出口６ｂが開口する後端面の外周縁まで一定の割合で外径が増大するテーパ形状に設けられている。

あるいは、筒状ボディ２ａの外周全体を凸曲面で構成しても良い。つまり、図５に示す様に、バイパス流路６の出口６ｂが開口する後端面の外径が最も大きくなる様に、バイパス流路６の入口周縁からバイパス流路６の出口６ｂが開口する後端面の外周縁まで所定の割合で外径が増大する凸曲面によって構成しても良い。
この実施例２に示す構成においても、実施例１と同様に、サブバイパス流路７を流れる空気の流速が速くなり、且つ、流速が安定することにより、流量センサ３の検出精度が向上する。

図６は筒状ボディ２ａの断面図である。
この実施例３に係る空気流量測定装置１は、実施例１に記載したサブバイパス流路７が無く、バイパス流路６のみが形成され、そのバイパス流路６に流量センサ３が配設されている。
バイパス流路６を形成する筒状ボディ２ａは、実施例１と同じく、先端部が凸曲面で構成され、先端部より下流側の形状は、図６（ａ）に示す円筒形状、または、同図（ｂ）に示すテーパ形状を採用できる。あるいは、同図（ｃ）に示す様に、バイパス流路６の出口６ｂが開口する後端面の外径が最も大きくなる様に、筒状ボディ２ａの外周全体を凸曲面で構成しても良い。

本実施例の場合、筒状ボディ２ａを空気抵抗の小さい低圧損形状（例えば、弾丸形状）に設けることができるので、筒状ボディ２ａの上流側に空気の乱れ等による偏流が生じた場合でも、筒状ボディ２ａの外周面に沿って流れる空気に大きな乱れが生じることはなく、空気流れの剥離を抑制できる。その結果、バイパス流路６を流れる空気の流速が安定するため、流量センサ３の安定した検出精度を確保できる。

空気流量測定装置の断面図である（実施例１）。 （ａ）空気流量測定装置の正面図、（ｂ）同側面図である（実施例１）。 筒状ボディの断面図である（実施例１）。 空気流量測定装置の断面図である（実施例２）。 空気流量測定装置の断面図である（実施例２）。 （ａ）下流側が円筒形状に設けられた筒状ボディの断面図、（ｂ）下流側がテーパ形状に設けられた筒状ボディの断面図、（ｃ）全体が凸曲面で構成された筒状ボディの断面図である（実施例３）。 従来技術に係る空気流量測定装置の断面図である。

符号の説明

１ 空気流量測定装置
２ａ 筒状ボディ
３ 流量センサ
５ 吸気ダクト（ダクト）
６ バイパス流路
７ サブバイパス流路
８ 絞り部

Claims (11)

1. ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路と、
   このバイパス流路を流れる空気の一部を取り込むサブバイパス流路と、
   このサブバイパス流路に配設され、前記サブバイパス流路を流れる空気の流量を測定する流量センサとを有する空気流量測定装置であって、
   前記バイパス流路を形成する筒状ボディを有し、
   この筒状ボディは、前記ダクトの上流側に向かって前記バイパス流路の入口が開口する先端面の外径が最も小さく、前記ダクトの下流側に向かって前記バイパス流路の出口が開口する後端面の外径が最も大きく形成され、且つ、前記ダクトの上流側に向かう先端部の外周形状は、前記バイパス流路の入口が開口する先端面の外周縁から下流側へ向かって所定の割合で外径が増大する凸曲面によって構成されていることを特徴とする空気流量測定装置。
2. 請求項１に記載した空気流量測定装置において、
   前記筒状ボディの先端部より下流側の外周形状は、前記凸曲面の終端から前記バイパス流路の出口が開口する後端面の外周縁まで、外径が一定の割合で増大するテーパ形状に設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
3. 請求項１に記載した空気流量測定装置において、
   前記筒状ボディの先端部より下流側の外周形状は、前記凸曲面の終端から前記バイパス流路の出口が開口する後端面の外周縁まで、同一外径を有する円筒形状に設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
4. ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路と、
   このバイパス流路を流れる空気の一部を取り込むサブバイパス流路と、
   このサブバイパス流路に配設され、前記サブバイパス流路を流れる空気の流量を測定する流量センサとを有する空気流量測定装置であって、
   前記バイパス流路を形成する筒状ボディを有し、
   この筒状ボディは、前記ダクトの上流側に向かって前記バイパス流路の入口が開口する先端面の外径が最も小さく、前記ダクトの下流側に向かって前記バイパス流路の出口が開口する後端面の外径が最も大きく形成され、且つ、前記筒状ボディの外周形状は、前記バイパス流路の入口が開口する先端面の外周縁から前記バイパス流路の出口が開口する後端面の外周縁まで、所定の割合で外径が増大する凸曲面によって構成されていることを特徴とする空気流量測定装置。
5. 請求項１〜４に記載した何れかの空気流量測定装置において、
   前記筒状ボディには、前記バイパス流路の流路断面積を前記バイパス流路の出口に向かって次第に減少する絞り部が設けられ、且つ、前記絞り部の周囲に前記サブバイパス流路の出口が同心円状に設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
6. 請求項１〜５に記載した何れかの空気流量測定装置において、
   前記バイパス流路の出口と前記サブバイパス流路の出口とが同一平面上に形成されていることを特徴とする空気流量測定装置。
7. ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路と、
   このバイパス流路に配設され、前記バイパス流路を流れる空気の流量を測定する流量センサとを有する空気流量測定装置であって、
   前記バイパス流路を形成する筒状ボディを有し、
   この筒状ボディは、前記ダクトの上流側に向かって前記バイパス流路の入口が開口する先端面の外径が最も小さく、前記ダクトの下流側に向かって前記バイパス流路の出口が開口する後端面の外径が最も大きく形成され、且つ、前記ダクトの上流側に向かう先端部の外周形状は、前記バイパス流路の入口が開口する先端面の外周縁から下流側へ向かって所定の割合で外径が増大する凸曲面によって構成されていることを特徴とする空気流量測定装置。
8. 請求項７に記載した空気流量測定装置において、
   前記筒状ボディの先端部より下流側の外周形状は、前記凸曲面の終端から前記バイパス流路の出口が開口する後端面の外周縁まで、外径が一定の割合で増大するテーパ形状に設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
9. 請求項７に記載した空気流量測定装置において、
   前記筒状ボディの先端部より下流側の外周形状は、前記凸曲面の終端から前記バイパス流路の出口が開口する後端面の外周縁まで、同一外径を有する円筒形状に設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
10. ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路と、
    このバイパス流路に配設され、前記バイパス流路を流れる空気の流量を測定する流量センサとを有する空気流量測定装置であって、
    前記バイパス流路を形成する筒状ボディを有し、
    この筒状ボディは、前記ダクトの上流側に向かって前記バイパス流路の入口が開口する先端面の外径が最も小さく、前記ダクトの下流側に向かって前記バイパス流路の出口が開口する後端面の外径が最も大きく形成され、且つ、前記筒状ボディの外周形状は、前記バイパス流路の入口が開口する先端面の外周縁から前記バイパス流路の出口が開口する後端面の外周縁まで、所定の割合で外径が増大する凸曲面によって構成されていることを特徴とする空気流量測定装置。
11. 請求項１〜１０に記載した何れかの空気流量測定装置において、
    前記ダクトは、内燃機関の吸気ポートに通じる吸気通路を形成し、前記内燃機関に吸引される空気が前記ダクトの内部を流れることを特徴とする空気流量測定装置。

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