JP2012242226A - 流量測定装置の調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】逆流領域の出力特性の製品毎のばらつきを調整する流量測定装置の調整方法を提供する。
【解決手段】脈動を形成したダクト内に流量測定装置を配置して、逆流領域における流量センサの出力を、所望の出力特性となるように調整する。これによれば、逆流特性の製品毎のばらつきを調整することができる。このため、逆流領域でも、製品毎のばらつきを気にすることなく、１つの換算マップによって電気信号から流量への換算が可能になる。また、流量測定装置使用時の出力特性に近い出力特性として、脈動発生状態における流量センサの出力から得た逆流領域の出力特性を所望の出力特性に調整している。これにより、逆流領域での流量測定精度が向上する。
【選択図】図４

Description

本発明は、主流の一部を取り込むバイパス流路が形成されたハウジングと、バイパス流路に配設され、空気の流量に応じた電気信号を出力する流量センサとを備える流量測定装置の調整方法に関する。

流量測定装置は、流量センサから流量に応じた電気信号を出力する。そして出力された電気信号は所定の換算マップによって流量に換算される。
例えば、流量測定装置に接続された電子制御装置（ＥＣＵ）が換算マップを記憶する記憶手段と、換算マップに基づき電気信号を流量に換算する演算手段を有している。

ところで、流量センサからの出力特性には、製品毎のばらつきが存在する。このため、例えば出荷前や吸気ダクトへの組付け前に、出力特性を所定の換算マップで換算するために必要な所望の出力特性に調整する必要がある。

従来、順流（主流の上流から下流に向かう流れ）に対する出力特性の製品毎のばらつきを調整する技術が実施されている。
しかしながら、逆流に対する出力特性の製品毎のばらつきについては考慮されていなかった。このため、図１０に示すように、逆流領域で出力特性が製品毎にばらつき、共通の換算マップで換算するので精度が良くなかった。

なお、特許文献１および特許文献２には、逆流領域の流量を検出可能であって、逆流領域での出力を換算する際に、換算マップを補正する技術が開示されている。しかしながら、逆流領域の出力特性の製品毎のばらつきを調整する点については一切記載されていない。

特許第３５８３１３６号公報 特開平９−１５０１３号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、流量測定装置において、逆流領域の出力特性の製品毎のばらつきを調整することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の流量測定装置の調整方法では、主流において、上流から下流に向かう流れを順流とし、下流から上流に向かう流れを逆流としたときに、逆流領域における流量センサの出力を、所望の出力特性となるように調整する。
これによれば、逆流領域の出力特性の製品毎のばらつきを調整することができる。このため、逆流領域でも、製品毎のばらつきを気にすることなく、１つの換算マップによって電気信号から流量への換算が可能になる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の流量測定装置の調整方法は、逆流領域における流量センサの出力を、脈動発生状態における流量センサの出力から得ることを特徴とする。
流量測定装置の出力調整では、実際の使用状態での出力特性に近い出力特性を再現し、その出力特性を所望の出力特性に調整することが望ましい。

流量測定装置の使用時にバイパス流路に発生する逆流は瞬間的なものである。すなわち、エンジンの駆動の影響を受けて主流に脈動が生じ、この脈動によってバイパス流路に動的な逆流が生じる。
そこで、本手段では、流量測定装置使用時の出力特性に近い出力特性として、脈動発生状態における流量センサの出力から得た逆流領域の出力特性を所望の出力特性に調整している。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の流量測定装置の調整方法によれば、流量測定装置は、主流に逆流が生じた場合にバイパス流路の出口からの逆流の侵入を防止する逆流防止構造を有している。
そして、本手段では、逆流領域における流量センサの出力を、脈動発生状態における流量センサの出力から得ることで、逆流領域の出力特性を所望の出力特性に調整している。
本手段は、逆流防止構造がある場合でも、流量測定装置使用時の出力特性に近い出力特性として、脈動発生状態における流量センサの出力から得た逆流領域の出力特性を所望の出力特性に調整するものである。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の流量測定装置の調整方法によれば、流量測定装置は、主流に逆流が生じた場合にバイパス流路の出口からの逆流の侵入を防止する逆流防止構造を有している。
そして、逆流防止構造がある場合でも流量センサの逆流特性を得やすくする方法として、本手段では、ハウジング内に設置される前の状態の流量センサを脈動環境下に配置して逆流特性を得ている。つまり、ハウジング内に設置される前の状態の流量センサを脈動環境下に配置することで得られる逆流領域における流量センサの出力を、所望の出力特性に調整する。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の流量測定装置の調整方法によれば、流量測定装置は、主流に逆流が生じた場合にバイパス流路の出口からの逆流の侵入を防止する逆流防止構造を有している。
そして、逆流防止構造がある場合でも流量センサの逆流特性を得やすくする方法として、本手段では、バイパス流路内に強制的に主流に逆流が生じた場合と同様の流れを形成することで逆流特性を得ている。つまり、バイパス流路内に強制的に主流に逆流が生じた場合と同様の流れを形成することで得られる逆流領域における流量センサの出力を、所望の出力特性に調整する。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の流量測定装置の調整方法によれば、逆流防止構造は、主流の下流から上流方向を見てバイパス流路の出口開口面が見えないようにバイパス流路の出口を設けることで構成されている。
本手段は、逆流防止構造の一例を示すものであり、請求項３〜５と同様の作用効果を奏する。
〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の前記逆流防止構造は、バイパス流路の出口近傍で、バイパス流路の出口よりも下流に位置し、主流方向に略垂直で前記主流の下流方向を向いた平面部を有する。
本手段は、逆流防止構造の一例を示すものであり、請求項３〜５と同様の作用効果を奏する。

〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の流量測定装置の調整方法によれば、逆流領域における流量センサの出力を、流量センサの順流領域での出力から推定することで得る。
すなわち、例えば、逆流領域でも順流領域での出力特性と同様の出力特性を示すであろうと仮定し、順流領域での出力特性から逆流領域での出力特性を推定し、この推定された逆流領域での出力特性を所望の出力特性に調整する。
これによれば、逆流領域での流量測定をすることなく、順流領域の出力特性から逆流領域の出力特性を調整することができる。

（ａ）は流量測定装置の内部を示す断面図であり、（ｂ）は流量測定装置を主流の下流側から見た図である（実施例１）。 流量センサの要部を説明する図である（実施例１）。 逆流領域での出力特性を得る方法を説明する図である（実施例１）。 出力調整を説明する図である（実施例１）。 （ａ）は流量測定装置の側面図であり、（ｂ）は流量測定装置の部分斜視図である（実施例２）。 流量測定装置の下面図である（実施例２）。 逆流領域での出力特性を得る方法を説明する図である（実施例２）。 逆流領域での出力特性を得る方法を説明する図である（実施例３）。 逆流領域での出力特性を得る方法を説明する図である（実施例４）。 逆流領域での出力特性のばらつきを説明する図である（従来例）。

実施形態の流量測定装置は、主流において、上流から下流に向かう流れを順流とし、下流から上流に向かう流れを逆流としたときに、逆流領域における流量センサの出力を、所望の出力特性となるように調整する。
具体的には、脈動を形成したダクト内に流量測定装置を配置することで得られる逆流領域における流量センサの出力を、所望の出力特性となるように調整する。

〔実施例１〕
〔実施例１の流量測定装置〕
実施例１の流量測定装置１の構成を、図１、２を用いて説明する。
流量測定装置１は、例えば、自動車用エンジンへの吸入空気量を計測するエアフローメータであって、自動車用エンジンへの吸気路に取り付けられて使用されるものである。
流量測定装置１は、以下に説明するハウジング２、流量センサ３、回路チップ４などにより一体的に構成されている。

ハウジング２は、吸気路を流れる空気の流れ（主流）の上流側に向かって開口し、吸気路を順方向に流れる空気の一部を取り込む吸入口６と、吸入口６から取り込んだ空気を通すとともに流量センサ３を収容する内部流路７と、吸気路の下流側に向かって開口し、吸入口６から取り込まれて流量センサ３を通過した空気を吸気路に戻す放出口８とを備える。そして、流量センサ３は、吸入口６から取り込まれた空気との間に伝熱現象を発生させて質量流量相当の出力値を発生する。

なお、内部流路７における空気の流れ方向は、吸入口６を上流端とし放出口８を下流端とし、吸入口６から放出口８に向かう流れが順流となり、放出口８から吸入口６に向かう流れが逆流となる。
つまり、主流に順流（主流の上流から下流への流れ）が発生しているときは、吸入口６から放出口８へ空気が流れ、主流に逆流（主流の下流から上流への流れ）が発生しているときは、放出口８から吸入口６へ空気が流れる。

内部流路７は、例えば、吸入口６から下流側に連続する吸入流路１０と、放出口８から上流側に連続する放出流路１１と、流量センサ３を収容するとともに吸入流路１０と放出流路１１とを接続するように周回する周回流路１２とを有する。

吸入流路１０は、吸入口６から下流側に直線的に伸びるように設けられており、吸入流路１０における流れは、主流における順流と平行になる。そして、吸入流路１０の下流端には、吸入口６から取り込まれた空気に含まれるダストを直進させて排出するためのダスト排出流路１３が接続している。また、ダスト排出流路１３の下流端はダスト排出口１４を形成しており、ダスト排出流路１３は、ダスト排出口１４に向かって流路幅が先細りしている。

周回流路１２は、例えば、吸入流路１０と放出流路１１とに略Ｃ字状に接続し、吸入口６から取り込まれた空気を吸入流路１０から放出流路１１に向かって周回させる。また、流量センサ３は、周回流路１２において吸入流路１０における流れ方向とは逆の方向に流れる部分に収容されている。すなわち、周回流路１２は主流の一部が取り込まれるバイパス流路となっており、この周回流路１２に配置された流量センサ３によって流量が検出される。
なお、周回流路１２は、流量センサ３の上流側と下流側とが異なる流路形状となっており、バイパス流路が、流量センサ３に対し上下流方向に非対称形状に形成されている。

ここで、周回流路１２は、吸入流路１０の下流端において、吸入流路１０とダスト排出流路１３とからなる直線的な流路から略直角に曲がるように分岐している。つまり、吸入流路１０は、下流端において周回流路１２とダスト排出流路１３とに分岐しており、ダストは、慣性力により吸入流路１０からダスト排出流路１３に直進してダスト排出口１４から吸気路に排出され、空気は、吸入流路１０から周回流路１２に流れ方向を変えて流入する。

放出流路１１は、周回流路１２の下流端に接続して、周回流路１２の下流端から略直角に旋回させる曲がりをなしており、放出口８は曲がりの下流端に形成される（図１（ａ）参照）。
また、放出流路１１は、吸入流路１０に跨るように上流端から２つに分岐し、放出口８は、吸入流路１０の両側（図１（ｂ））の２箇所に形成されている。そして、放出口８は主流下流に向かって開口している。

流量センサ３は、周回流路１２を流れる空気の流量に応じて電気的な信号（例えば電圧信号）を出力するものである。
具体的には、図２に示すように、半導体基板に設けられたメンブレン１７上に、薄膜抵抗体で形成された発熱素子１８と感温素子１９とを有し、これらの素子が回路チップ４に内蔵される回路基板（図示せず）に接続されている。

感温素子１９は、発熱素子１８の上流側に設けられる２つの測温抵抗体２１、２２と、発熱素子１８の下流側に設けられる２つの測温抵抗体２３、２４とを有している。そして、発熱素子１８および感温素子１９は、回路チップ４に内蔵される回路基板（図示せず）に電気的に接続されており、回路基板に設けられた出力回路及び増幅回路を介して、測温抵抗体２１、２２と測温抵抗体２３、２４との温度差に基づいて生じる電気信号を出力する。

回路チップ４は、発熱素子１８を設定温度に制御するための発熱体制御回路と、流量に応じた電圧を出力するための出力回路と、この出力回路の出力電圧を増幅する増幅回路とを有している。増幅回路は、書き込み可能なメモリを有しており、ゲイン及びオフセットを書き込める構成となっている。

なお、流量センサ３と回路チップ４とはセンサアッセンブリ２５として一体に構成されている。

〔実施例１の調整方法〕
実施例１の流量測定装置１の調整方法を図３、４を用いて説明する。
本実施例では、脈動を形成したダクトＤ内に流量測定装置１を配置して、流量センサ３からの出力を得ることで、逆流領域における出力特性（逆流特性）を得ている。

すなわち、流量測定装置１をダクトＤ内に配置して、ダクトＤ内に脈動を生じさせる。すると、周回流路１２内には、順流と逆流とが交互に繰り返される。そして、このときの流量センサ３の出力から得られる逆流特性を、所望の出力特性に調整する。
脈動は、例えば、ダクトＤにバルブやエンジンを取り付けることによって、作り出されている。

脈動環境下で得られる流量センサ出力を図４に示す。逆流領域での出力は、製品毎にばらついており、且つ、目標波形からのずれが生じている（図４の製品１の逆流特性と、製品２の逆流特性とを参照）。
そこで、逆流領域での出力を目標波形に合わせるように調整する。
なお、目標波形は、ＥＣＵに記憶されている換算マップ（流量センサ３からの電気信号出力を流量に変換する換算特性）に適用可能な出力特性（図１０の目標特性（所望の出力特性））を示すものである。

なお、出力調整は、周知の方法によるが、例えば、増幅回路のメモリに書き込まれたゲインとオフセットを外部からの信号によって書き換え、このゲインとオフセットに基づいて出力が調整される。

〔実施例１の作用効果〕
実施例１では、逆流領域における流量センサ３の出力を、所望の出力特性となるように調整している。
これによれば、逆流特性の製品毎のばらつきを調整することができる。このため、逆流領域でも、製品毎のばらつきを気にすることなく、１つの換算マップによって電気信号から流量への換算が可能になる。

また、本実施例では、流量測定装置１を脈動環境下に配置して得られる流量センサ３の逆流特性を、所望の出力特性（目標特性）に調整している。
流量測定装置１の出力調整では、実際の使用状態での出力特性に近い出力特性を再現し、その出力特性を所望の出力特性に調整することが望ましい。

流量測定装置１の車両搭載使用時に周回流路１２に発生する逆流は瞬間的なものである。すなわち、エンジンの駆動の影響を受けて主流に脈動が生じ、この脈動によって周回流路１２に動的な逆流が生じる。
そこで、本実施例では、流量測定装置使用時の出力特性に近い出力特性として、脈動発生状態における流量センサ３の出力から得た逆流領域の出力特性を所望の出力特性に調整している。これにより、逆流領域での流量測定精度が向上する。

〔実施例２〕
実施例２の流量測定装置の構成を、図５、６を用いて、実施例１とは異なる点を中心に説明する。
実施例２の流量測定装置は、主流に逆流が生じた場合にバイパス流路の出口からの逆流の侵入を防止する逆流防止構造を有している。

例えば、本実施例では、バイパス流路の出口近傍で、バイパス流路の出口よりも下流に、すなわち、主流方向におけるダスト排出口１４と放出口８との間に、ハウジング２の外周面上に形成された段差２６が設けられている。
段差２６は、ハウジング２の幅方向の両側面に形成され、例えば、主流方向に垂直で、主流下流を向いた平面部を有する。この段差２６は、主流に逆流が生じた際に、放出口８を回避するような流線を生じさせるように位置及び大きさが設定されている（図６参照）。このため、放出口８から逆流が入りにくくなり、流量センサ３に逆流が届きにくい。

〔実施例２の調整方法〕
実施例２の調整方法を図５〜７を用いて説明する。
本実施例では、放出口８から逆流が入りにくいため、実施例１のように流量測定装置１を脈動環境下に配置する方法では、流量センサ３で逆流特性を得にくい。
そこで、本実施例では、ハウジング２に流量センサ３を設置する前に、流量センサ３を脈動環境下に配置し、流量センサ３の出力から逆流特性を得る。そして、得られた逆流特性を実施例１と同様に出力調整する。

すなわち、ハウジング２から、流量センサ３を有するセンサアッセンブリ２５のみを取り出して、脈動環境下に配置する（図７参照）。

また、脈動環境下ではなく、静的な逆流環境下にセンサアッセンブリ２５を置いて逆流特性を得てもよい。なお、このとき、再現すべき逆流環境は、主流に逆流が生じた際に、周回流路１２内での流量センサ３周辺に生じる逆流である。

〔実施例３〕
実施例３の調整方法を、実施例２とは異なる点を中心に、図８を用いて説明する。
実施例３の流量測定装置１は、実施例２と同様の構成であり、逆流防止構造を有している。

本実施例では、周回流路１２内に強制的に主流に逆流が生じた場合と同様の流れを形成し、このときの流量センサ３の出力を逆流特性とし、出力調整する。
具体的には、ダスト排出口１４をキャップ２８等により塞ぎ、吸入口６から空気を吸引することで、周回流路１２内に強制的に逆流を発生させている。

〔実施例４〕
実施例４の調整方法を実施例１とは異なる点を中心に図９を用いて説明する。
本実施例では、流量センサの順流領域での出力から、逆流領域での出力特性（逆流特性）を推定し、推定された逆流特性を所望の出力特性（目標特性）に調整している。

例えば、逆流領域の出力特性は、順流領域の絶対値が等しい流量での出力特性と同様の傾向であると推定する。つまり、図９のように、流量０を中心に、順流領域の出力特性と逆流特性とが点対象となると推定する。

これによれば、逆流特性を実測することなく、逆流特性の出力調整をすることができる。

〔変形例〕
実施例２では、段差２６によって放出口８から逆流が入りにくい構造としたが、主流の下流から上流方向を見てバイパス流路の出口開口面（放出口８の開口面）が見えない構造にすることで逆流の浸入を防止してもよい。例えば、放出口８を主流の流れ方向に垂直な方向（例えば幅方向）に向かって開口するように設けることによって、放出口８から逆流が入りにくい構造にしてもよい。

また、実施例１では、周回流路１２によって主流の一部を取り込むバイパス流路を設けていたが、バイパス流路の態様はこれに限らず、例えば、特許文献２の図７に記載のような、バイパス流路における順流が主流における順流と同じ方向であるバイパス流路の態様であってもよい。

また、実施例１では、ＥＣＵが換算マップを有していたが、流量測定装置１の回路チップ４内に換算マップを有し、流量信号をＥＣＵに送信する態様であってもよい。

また、逆流特性を小流量域と大流量域とに分けて、小流量域の出力調整と、大流量域での出力調整とを別々に行ってもよい。すなわち、小流量域と大流量域で別々にゲインとオフセットを設定して出力調整をしてもよい。
また、小流量域と大流量域の２区分ではなく、さらに細かく流量域を分けて各流量域毎に出力調整を行ってもよい。

１ 流量測定装置
２ ハウジング
３ 流量センサ
１２ 周回流路（バイパス流路）
２６ 段差（逆流防止構造）

Claims (8)

1. 主流の一部を取り込むバイパス流路が形成されたハウジングと、
   前記バイパス流路に配設され、空気の流量に応じた電気信号を出力する流量センサとを備え、
   前記バイパス流路が、前記流量センサに対し上下流方向に非対称形状に形成される流量測定装置の調整方法であって、
   前記主流において、上流から下流に向かう流れを順流とし、下流から上流に向かう流れを逆流としたときに、
   逆流領域における前記流量センサの出力を、所望の出力特性となるように調整することを特徴とする流量測定装置の調整方法。
2. 請求項１に記載の流量測定装置の調整方法において、
   前記逆流領域における前記流量センサの出力を、脈動発生状態における前記流量センサの出力から得ることを特徴とする流量測定装置の調整方法。
3. 請求項１または２に記載の流量測定装置の調整方法において、
   前記ハウジングは、前記主流に逆流が生じた場合に前記バイパス流路の出口からの逆流の侵入を防止する逆流防止構造を有しており、
   前記逆流領域における前記流量センサの出力を、脈動発生状態における前記流量センサの出力から得ることを特徴とする流量測定装置の調整方法。
4. 請求項１または２に記載の流量測定装置の調整方法において、
   前記ハウジングは、前記主流に逆流が生じた場合に前記バイパス流路の出口からの逆流の侵入を防止する逆流防止構造を有しており、
   前記ハウジング内に設置される前の状態の前記流量センサを脈動環境下に配置することで前記逆流領域における前記流量センサの出力を得ることを特徴とする流量測定装置の調整方法。
5. 請求項１に記載の流量測定装置の調整方法において、
   前記ハウジングは、前記主流に逆流が生じた場合に前記バイパス流路の出口からの逆流の侵入を防止する逆流防止構造を有しており、
   前記逆流領域における前記流量センサの出力を、前記バイパス流路内に強制的に前記主流に逆流が生じた場合と同様の流れを形成することで得ることを特徴とする流量測定装置の調整方法。
6. 請求項３〜５のいずれか１つに記載の流量測定装置の調整方法において、
   前記逆流防止構造は、前記主流の下流から上流方向を見て前記バイパス流路の出口開口面が見えないように前記バイパス流路の出口を設けることで構成されていることを特徴とする流量測定装置の調整方法。
7. 請求項３〜５のいずれか１つに記載の流量測定装置の調整方法において、
   前記逆流防止構造は、前記バイパス流路の出口近傍で、前記バイパス流路の出口よりも下流に位置し、主流方向に略垂直で前記主流の下流方向を向いた平面部を有することを特徴とする流量測定装置の調整方法。
8. 請求項１に記載の流量測定装置の調整方法において、
   前記逆流領域における前記流量センサの出力を、前記流量センサの順流領域での出力から推定することで得ることを特徴とする流量測定装置の調整方法。

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