JP2018205071A - 熱式流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】ループ状の周回形状を有しない湾曲した折返し形状の副通路を有する熱式流量計において、被計測気体の流速分布の偏りを抑制する。【解決手段】迂回通路１１３は、入口通路１１１から主流れ方向Ｆに交差する方向に湾曲または分岐した方向転換部１１３ａと、出口通路１１２に向けて折り返すように湾曲した折返し部１１３ｂと、この折返し部１１３ｂと方向転換部１１３ａとの間に設けられた内周抵抗部１１３ｃとを有している。内周抵抗部１１３ｃは、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失が迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失よりも高い。流量計測素子１２０は、迂回通路１１３の内周抵抗部１１３ｃと出口通路１１２との間に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、熱式流量計に関する。

従来から熱式流量計が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された熱式流量計は、主通路を流れる被計測気体の一部を取り込む副通路と、この副通路を流れる被計測気体の流量を計測する流量計測素子とを備え、この流量計測素子が計測した計測値に基づいて前記主通路を流れる被計測気体の流量を計測する。前記副通路は、前記主通路から取り込まれた被計測気体が前記流量計測素子に流れるように、前記流量計測素子に向かって湾曲した湾曲通路を有している。この湾曲通路には、該湾曲通路の内周側に比べて、前記湾曲通路の外周側を流れる被計測気体の圧力損失が高くなるように、前記外周側を流れる被計測気体の流れに抵抗を付与する抵抗部が形成されている（同文献、請求項１等を参照）。

特許文献１の熱式流量計の副通路は、ループ状に湾曲した周回形状を有している（同文献、図３Ａおよび図３Ｂ等を参照）。このようなループ状の周回形状を有する副通路では、通常、遠心力によって湾曲部の外周側で被計測気体の流速が高くなり、湾曲部の内周側で被計測気体の流速が低くなるような流速分布の偏りを生じる。そのため、特許文献１の熱式流量計では、湾曲通路の外周側を流れる被計測気体の流れに抵抗を付与する抵抗部を形成することで、副通路を流れる被計測気体の流速分布の偏りを低減している。

また、ハウジングに取り付けられる支持体の表面上に、ヒータ抵抗体やセンサ抵抗体等の流量測定素子を配置した流量測定装置に関する発明が知られている（下記特許文献２を参照）。特許文献２に記載された流量測定装置は、内部に流路が形成されたハウジングと、前記流路を流れる流体の流れ方向に沿うように配置される板状の支持体と、この支持体の表面に配置されて、前記流路を流れる流体の流量を検出する流量測定素子とを備えている。前記ハウジングは、前記流路のうちの所定の区間に、前記流路の断面積を減少させる流路絞り部を有している。前記流量測定素子は、前記流路絞り部の内部に配置されている。前記流路絞り部は、前記流路の高さ方向の中央側から両側に向かって前記流路の幅を徐々に減少させる内壁面を有している（同文献、請求項１等を参照）。

国際公開第２０１６／０４７２４３号 特開２０１２−９３２６９号公報

特許文献２の流量測定装置のバイパス流路の入口と出口の間のＵターン部は、特許文献１の熱式流量計の副通路と同様に、ループ状に湾曲した周回形状を有している。このようなループ状の周回形状を有するＵターン部では、特許文献１の熱式流量計の副通路と同様に、Ｕターン部の外周側で空気の流速が高くなり、Ｕターン部の内周側で空気の流速が低くなるような流速分布の偏りを生じる。しかし、特許文献２の流量測定装置は、流路絞り部において流路の幅を徐々に減少させる内壁面がＵターン部の内周側に設けられている。そのため、Ｕターン部の内周側で空気の流速が低くなるような流速分布の偏りが、さらに増大するおそれがある。

また、熱式流量計の副通路は、前記特許文献１および前記特許文献２に記載されているようなループ状の周回形状ではなく、たとえばＵ字状やΩ状の湾曲した折返し形状を有している場合がある。この場合、前記特許文献１の副通路や前記特許文献２のＵターン部とは逆に、折返し形状の副通路の内周側で被計測気体の流速が高くなり、副通路の外周側で被計測気体の流速が低くなるような流速分布の偏りを生じるおそれがある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、ループ状の周回形状を有しない湾曲した折返し形状の副通路を有する熱式流量計において、副通路における被計測気体の流速分布の偏りを抑制することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明の熱式流量計は、主通路を流れる被計測気体の一部を取り込む副通路と、該副通路を流れる前記被計測気体の流量を計測する流量計測素子とを備え、前記流量計測素子の計測値に基づいて前記主通路を流れる前記被計測気体の流量を計測する熱式流量計であって、前記副通路は、前記主通路を流れる前記被計測気体の主流れ方向の上流側に設けられた入口通路と、前記主流れ方向の下流側に設けられた出口通路と、前記入口通路と前記出口通路の間に設けられた迂回通路とを有し、前記迂回通路は、前記入口通路から前記主流れ方向に交差する方向に湾曲または分岐した方向転換部と、前記出口通路に向けて折り返すように湾曲した折返し部と、該折返し部と前記方向転換部との間に設けられた内周抵抗部と、を有し、前記内周抵抗部は、前記迂回通路の内周側を流れる前記被計測気体に対する圧力損失が前記迂回通路の外周側を流れる前記被計測気体に対する圧力損失よりも高く、前記流量計測素子は、前記迂回通路の前記内周抵抗部と前記出口通路との間に配置されていることを特徴とする。

主通路を流れる被計測気体の一部は、その被計測気体の主流れ方向における上流側で本発明の熱式流量計の副通路に取り込まれ、副通路の入口通路から迂回通路を介して出口通路へ流れ、主流れ方向における下流側で本発明の熱式流量計の副通路から排出される。本発明の熱式流量計は、この副通路に設けられた迂回通路を流れる被計測気体の流量を、迂回通路に配置された流量計測素子によって計測し、その計測値に基づいて主通路を流れる被計測気体の流量を計測する。迂回通路は、方向転換部において入口通路から主流れ方向に交差する方向に湾曲または分岐し、折返し部において出口通路に向けて折り返すように湾曲する。

すなわち、迂回通路は、ループ状の周回形状を有しない折返し形状に形成されている。換言すると、迂回通路を流れる被計測気体の流れ方向における折返し部の上流側の端部は、当該流れ方向における折返し部の下流側の端部よりも、主通路を流れる被計測気体の主流れ方向における上流側に配置されている。そのため、副通路を流れる被計測気体は、入口通路を主流れ方向に沿って流れ、迂回通路の方向転換部で主流れ方向に交差する方向に方向転換され、迂回通路の折返し部で主流れ方向を経て出口通路へ向かう方向に方向転換される。

このような形状の副通路は、迂回通路が内周抵抗部を有しない場合、方向転換部と折返し部との間で、迂回通路の内周側すなわち折返し部の内周側を流れる被計測気体の流速が、迂回通路の外周側すなわち折返し部の外周側を流れる被計測気体の流速よりも高くなる。しかし、迂回通路は、内周抵抗部を有しているため、内周抵抗部において、迂回通路の内周側を流れる被計測気体の圧力損失が、迂回通路の外周側を流れる前記被計測気体の圧力損失よりも高くなり、迂回通路の内周側を流れる被計測気体の流速が低下する。これにより、迂回通路を流れる被計測気体の流速分布の偏りを抑制することができる。

流量計測素子は、迂回通路の内周抵抗部と出口通路との間に配置されている。そのため、流量計測素子は、内周抵抗部によって流速分布の偏りが抑制された被計測気体の流量を測定することができる。したがって、流量計測素子によって迂回通路を流れる被計測気体の流量を測定するときに測定誤差を低減することができ、被計測気体に脈動が生じたときの計測誤差を低減することができる。

本発明によれば、ループ状の周回形状を有しない湾曲した折返し形状の副通路を有する熱式流量計において、副通路における被計測気体の流速分布の偏りを抑制し、流量の計測誤差を低減することができる。

内燃機関の制御システムの一例を示す模式図。 本発明の実施形態１に係る熱式流量計の模式的な断面図。 図２に示す熱式流量計のIII−III線に沿う模式的な断面図。 図２に示す熱式流量計のIV−IV線に沿う模式的な断面図。 図３に示す熱式流量計の内周抵抗部の流速分布を示すグラフ。 図３に示す熱式流量計の外周抵抗部の流速分布を示すグラフ。 本発明の実施形態２に係る熱式流量計の模式的な断面図。 図６に示す熱式流量計のVII-VII線に沿う模式的な断面図。 図７に示す熱式流量計の内周抵抗部の流速分布を示すグラフ。 図７に示す熱式流量計の外周抵抗部の流速分布を示すグラフ。 本発明の実施形態３に係る熱式流量計の模式的な断面図。 本発明の実施形態４に係る熱式流量計の模式的な断面図。 本発明の実施形態５に係る熱式流量計の模式的な断面図。 図１１に示す熱式流量計の内周抵抗部の流速分布を示すグラフ。 図１１に示す熱式流量計の外周抵抗部の流速分布を示すグラフ。

以下、図面を参照して本発明の熱式流量計の実施の形態を説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施の形態に係る熱式流量計１００を備えた内燃機関２１０の制御システム２００の一例を示す模式図である。この制御システム２００では、エンジンシリンダ２１１とエンジンピストン２１２を備える内燃機関２１０の動作に基づいて、熱式流量計１００の被計測気体Ｇである吸入空気ＩＧがエアクリーナ２０１から吸入され、たとえば吸気管である主通路２０２、スロットルボディ２０３、吸気マニホールド２０４を介してエンジンシリンダ２１１の燃焼室に導かれる。

前記燃焼室に導かれる吸入空気ＩＧの流量は、熱式流量計１００で計測され、計測された流量に基づいて燃料噴射弁２０５により燃料が供給され、吸入空気ＩＧとともに混合気の状態で燃焼室に導かれる。なお、燃料噴射弁２０５は、たとえば、内燃機関２１０の吸気ポートに設けられ、吸気ポートに噴射された燃料が吸入空気ＩＧと混合されて混合気となり、吸気弁２１３を介して燃焼室に導かれ、燃焼して機械エネルギを発生する。

熱式流量計１００は、図１に示す内燃機関２１０の吸気ポートに燃料を噴射する方式だけでなく、各燃焼室に燃料を直接噴射する方式にも同様に使用できる。両方式とも熱式流量計１００の使用方法を含めた制御パラメータの計測方法および燃料供給量や点火時期を含めた内燃機関の制御方法の基本概念は、おおむね共通している。図１では、両方式の代表例として、吸気ポートに燃料を噴射する方式を示す。

燃焼室に導かれた燃料および空気は、燃料と空気との混合状態であり、点火プラグ２１４の火花着火によって爆発的に燃焼して機械エネルギを発生する。燃焼後の気体は、排気弁２１５から排気管に導かれ、排気ＥＧとして排気管から車外に排出される。前記燃焼室に導かれる吸入空気ＩＧの流量は、アクセルペダルの操作に基づいてその開度が変化するスロットルバルブ２０６によって制御される。前記燃焼室に導かれる吸入空気ＩＧの流量に基づいて燃料供給量が制御され、運転者はスロットルバルブ２０６の開度を制御して前記燃焼室に導かれる吸入空気ＩＧの流量を制御することにより、内燃機関２１０が発生する機械エネルギを制御することができる。

エアクリーナ２０１から取り込まれ、主通路２０２を流れる吸入空気ＩＧである被計測気体Ｇの流量および温度は、熱式流量計１００により計測され、計測された吸入空気ＩＧの流量および温度を表す電気信号が熱式流量計１００から制御装置２２０に入力される。また、スロットルバルブ２０６の開度を計測するスロットル角度センサ２０７の出力が制御装置２２０に入力され、さらに内燃機関２１０のエンジンピストン２１２や吸気弁２１３や排気弁２１５の位置や状態、さらに内燃機関２１０の回転速度を計測するために、回転角度センサ２１６の出力が、制御装置２２０に入力される。排気ＥＧの状態から燃料量と空気量との混合比の状態を計測するために、酸素センサ２１７の出力が制御装置２２０に入力される。

制御装置２２０は、熱式流量計１００の出力である、たとえば、吸入空気ＩＧの流量、湿度、および温度、ならびに回転角度センサ２１６からの内燃機関２１０の回転速度等に基づいて、燃料噴射量や点火時期を演算する。これら演算結果に基づいて、燃料噴射弁２０５から供給される燃料量や点火プラグ２１４により点火される点火時期が制御される。燃料供給量や点火時期は、実際には、さらに熱式流量計１００で計測される吸気温度や、スロットル角度の変化状態、エンジン回転速度の変化状態、酸素センサ２１７で計測された空燃比の状態に基づいて制御されている。制御装置２２０は、さらに内燃機関２１０のアイドル運転状態において、スロットルバルブ２０６をバイパスする空気量をアイドルエアコントロールバルブ２０８により制御し、アイドル運転状態での内燃機関２１０の回転速度を制御する。

内燃機関２１０の主要な制御量である燃料供給量や点火時期は、いずれも熱式流量計１００の出力を主パラメータとして演算される。したがって、熱式流量計１００の計測精度の向上や、経時変化の抑制、信頼性の向上が、車両の制御精度の向上や信頼性の確保に関して重要である。特に近年、車両の省燃費に関する要望が非常に高く、また排気ガス浄化に関する要望が非常に高い。これらの要望に応えるには熱式流量計１００により計測される吸入空気ＩＧである被計測気体Ｇの流量の計測精度の向上が極めて重要である。

図２は、本発明の実施形態１に係る熱式流量計１００の模式的な断面図である。熱式流量計１００は、主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの一部を取り込む副通路１１０と、該副通路１１０を流れる被計測気体Ｇの流量を計測する流量計測素子１２０とを備え、流量計測素子１２０の計測値に基づいて主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの流量を計測する。

熱式流量計１００は、たとえば、副通路１１０を画定するハウジング１３０を備えている。ハウジング１３０は、たとえば、被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆに沿うおおむね矩形の平板状の筐体である。ここで、被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆとは、主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの主要な流れの方向であり、たとえば、主通路２０２の中心線ＣＬに平行な方向である。

より詳細には、ハウジング１３０は、たとえば、主通路２０２の径方向Ｒに沿う高さ方向の寸法が、被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆに沿う長さ方向の寸法よりも大きい矩形平板状に形成されている。また、ハウジング１３０は、たとえば、高さ方向および長さ方向の寸法よりも、これら高さ方向および長さ方向に直交する厚さ方向の寸法が小さい扁平な薄型形状に形成されている。

ハウジング１３０は、フランジ部１３１と、コネクタ部１３２と、計測部１３３とを有している。フランジ部１３１は、たとえば、ハウジング１３０の高さ方向の一方の端部に設けられた任意の形状の平板状の部分であり、主通路２０２を構成する吸気管に固定される。熱式流量計１００は、たとえばネジ等により、フランジ部１３１を介して主通路２０２を構成する吸気管に固定され、主通路２０２の内壁面から主通路２０２の径方向Ｒに突出し、主通路２０２内に片持ち状に支持される。

コネクタ部１３２は、熱式流量計１００を、たとえば制御装置２２０等の外部機器に接続するための外部接続端子である。計測部１３３は、主通路２０２を構成する吸気管にフランジ部１３１を介して熱式流量計１００を取り付けたときに、ハウジング１３０の主通路２０２内に配置される部分である。計測部１３３の内部に副通路１１０が形成され、この副通路１１０内に流量計測素子１２０が配置されている。

副通路１１０は、入口通路１１１と、出口通路１１２と、迂回通路１１３とを有している。また、図２に示す例において、副通路１１０は、入口通路１１１と出口通路１１２とを接続する接続通路１１４を有している。

入口通路１１１は、副通路１１０において、被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆの上流側に設けられている。入口通路１１１は、被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆの上流側の端部に主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの一部を副通路１１０に取り込むための主取込口１１０ａを有している。ハウジング１３０の高さ方向における入口通路１１１の寸法は、同方向における出口通路１１２および接続通路１１４の寸法よりも大きくされている。

出口通路１１２は、副通路１１０において、被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆの下流側に設けられている。出口通路１１２は、被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆの下流側の端部に、副通路１１０から被計測気体Ｇを排出するための主出口１１０ｂを有している。主出口１１０ｂの開口面積は、たとえば、主取込口１１０ａの開口面積よりも小さくなっている。

迂回通路１１３は、入口通路１１１と出口通路１１２の間に設けられている。図２に示す例において、迂回通路１１３はおおむねＵ字状またはＪ字状の折返し形状を有しているが、たとえばΩ字状の折返し形状を有してもよい。迂回通路１１３は、方向転換部１１３ａと、折返し部１１３ｂと、内周抵抗部１１３ｃと有している。図２に示す例において、迂回通路１１３は、さらに、外周抵抗部１１３ｄと、絞り部１１３ｇを有している。

方向転換部１１３ａは、入口通路１１１から被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆに交差する方向に分岐している。図２に示す例において、方向転換部１１３ａは、主流れ方向Ｆにおおむね平行な入口通路１１１から、ハウジング１３０の高さ方向にフランジ部１３１へ向けて分岐している。方向転換部１１３ａは、たとえば、入口通路１１１から主流れ方向Ｆにおおむね直交する方向に分岐している。

折返し部１１３ｂは、方向転換部１１３ａよりも、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの順流時の下流側に設けられ、出口通路１１２に向けて折り返すように湾曲している。図２に示す例において、折返し部１１３ｂは、半円を描くように円弧状に湾曲して、１８０°逆方向に折り返すように湾曲している。

図２に示す断面において、迂回通路１１３を横断する方向を迂回通路１１３の幅Ｗ方向とすると、湾曲した折返し部１１３ｂの内周側の端部を含む迂回通路１１３の幅Ｗ方向の端部が、迂回通路１１３の内周側の端部１１３ｅである。同様に、折返し部１１３ｂの外周側の端部を含む迂回通路１１３の幅Ｗ方向の端部が、迂回通路１１３の外周側の端部１１３ｆである。

内周抵抗部１１３ｃは、折返し部１１３ｂと方向転換部１１３ａとの間に設けられている。内周抵抗部１１３ｃは、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失が迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失よりも高くなる構成を有している。

外周抵抗部１１３ｄは、折返し部１１３ｂと出口通路１１２との間に設けられている。外周抵抗部１１３ｄは、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失が迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失よりも高くなる構成を有している。

図３は、図２に示す熱式流量計１００のIII−III線に沿う模式的な断面図である。図３に示すように、内周抵抗部１１３ｃは、迂回通路１１３を内周側の端部１１３ｅから外周側の端部１１３ｆへ横断する幅Ｗ方向に沿う断面において、内周側の断面積が外周側の断面積よりも小さくなっている。ここで、内周抵抗部１１３ｃの内周側とは、たとえば、内周抵抗部１１３ｃの幅Ｗ方向の中央から内周抵抗部１１３ｃの内周側の端部１１３ｅまでの部分である。同様に、内周抵抗部１１３ｃの外周側とは、たとえば、内周抵抗部１１３ｃの幅Ｗ方向の中央から内周抵抗部１１３ｃの外周側の端部１１３ｆまでの部分である。

図３に示す例において、内周抵抗部１１３ｃは、幅Ｗ方向に直交する迂回通路１１３の高さ方向Ｈの寸法が、迂回通路１１３の外周側の端部１１３ｆから内周側の端部１１３ｅへ向けて漸次縮小している。これにより、内周抵抗部１１３ｃは、たとえば、迂回通路１１３の外周側の端部１１３ｆにおける高さ方向Ｈの寸法ｈ１が、迂回通路１１３の内周側の端部１１３ｅにおける高さ方向Ｈの寸法ｈ２よりも大きい形状を有している。

すなわち、内周抵抗部１１３ｃは、幅Ｗ方向に沿う断面において、たとえば、迂回通路１１３の外周側の端部１１３ｆに下底を有し、迂回通路１１３の内周側の端部１１３ｅに上底を有する台形の断面形状を有している。なお、図３に示す例において、内周抵抗部１１３ｃは、一対の底角の角度が等しい等脚台形の断面形状を有しているが、台形断面の一対の底角の角度は、異なっていてもよい。

一方、外周抵抗部１１３ｄは、迂回通路１１３を内周側の端部１１３ｅから外周側の端部１１３ｆへ横断する幅Ｗ方向に沿う断面において、外周側の断面積が内周側の断面積よりも小さくなっている。ここで、外周抵抗部１１３ｄの外周側とは、たとえば、外周抵抗部１１３ｄの幅Ｗ方向の中央から外周抵抗部１１３ｄの外周側の端部１１３ｆまでの部分である。同様に、外周抵抗部１１３ｄの内周側とは、たとえば、外周抵抗部１１３ｄの幅Ｗ方向の中央から外周抵抗部１１３ｄの内周側の端部１１３ｅまでの部分である。

図３に示す例において、外周抵抗部１１３ｄは、幅Ｗ方向に直交する迂回通路１１３の高さ方向Ｈの寸法が、迂回通路１１３の内周側の端部１１３ｅから外周側の端部１１３ｆへ向けて漸次縮小している。これにより、外周抵抗部１１３ｄは、たとえば、迂回通路１１３の内周側の端部１１３ｅにおける高さ方向Ｈの寸法ｈ３が、迂回通路１１３の外周側の端部１１３ｆにおける高さ方向Ｈの寸法ｈ４よりも大きい形状を有している。

すなわち、外周抵抗部１１３ｄは、幅Ｗ方向に沿う断面において、たとえば、迂回通路１１３の内周側の端部１１３ｅに下底を有し、迂回通路１１３の外周側の端部１１３ｆに上底を有する台形の断面形状を有している。なお、図３に示す例において、外周抵抗部１１３ｄは、一対の底角の角度が等しい等脚台形の断面形状を有しているが、台形断面の一対の底角の角度は、異なっていてもよい。

図２に示すように、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの順流方向において、外周抵抗部１１３ｄの下流側に配置された流量計測素子１２０は、主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの流量を計測するための素子である。流量計測素子１２０は、被計測気体Ｇの温度を計測するための温度計測部などとともに、平板状の支持部材１２１に設けられている。支持部材１２１は、たとえば、ハウジング１３０の計測部１３３と一体にモールド成形されて計測部１３３に固定された回路パッケージやプリント基板などによって構成され、流量計測素子１２０を支持して迂回通路１１３に配置している。

流量計測素子１２０は、支持部材１２１に支持されて、迂回通路１１３の内周抵抗部１１３ｃと出口通路１１２との間に配置されている。より具体的には、図２に示す例において、流量計測素子１２０は、迂回通路１１３の外周抵抗部１１３ｄと出口通路との間に配置されている。すなわち、流量計測素子１２０は、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの順流方向において、内周抵抗部１１３ｃおよび外周抵抗部１１３ｄの下流側で、出口通路１１２の上流側に配置されている。

図４は、図２に示す熱式流量計１００のIV−IV線に沿う流量計測素子１２０の近傍の模式的な断面図である。絞り部１１３ｇは、たとえば、流量計測素子１２０を支持する支持部材１２１に対向する迂回通路１１３の壁面に設けられている。絞り部１１３ｇは、たとえば、迂回通路１１３の壁面から迂回通路１１３の高さ方向Ｈに突出する凸状に設けられている。絞り部１１３ｇは、たとえば、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの順流方向において、支持部材１２１に近づくように傾斜する上流側の傾斜面と、支持部材１２１から遠ざかるように傾斜する下流側の傾斜面とを有している。

すなわち、迂回通路１１３は、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの順流方向において、流量計測素子１２０の上流側から下流側へ、支持部材１２１と絞り部１１３ｇとの間隔が徐々に狭くなるように、絞り部１１３ｇの上流側の傾斜面によって絞られている。また、迂回通路１１３は、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの順流方向において、流量計測素子１２０の下流側で、支持部材１２１と絞り部１１３ｇとの間隔が徐々に拡大するように、絞り部１１３ｇの下流側の傾斜面によって拡張されている。

図４に示す例において、迂回通路１１３は、絞り部１１３ｇに対向する壁面に凹部１１３ｈを有している。凹部１１３ｈは、たとえば、支持部材１２１を収容している。これにより、支持部材１２１の流量計測素子１２０が設けられた面と、迂回通路１１３の凹部１１３ｈに隣接する壁面とは、迂回通路１１３の高さ方向Ｈに、おおむね同じ高さで段差なく、ほぼ面一に配置され、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流れの方向に並んでいる。

図２に示すように、接続通路１１４は、入口通路１１１から出口通路１１２へ向けて、主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆに延びている。接続通路１１４は、ハウジング１３０の高さ方向の寸法が、入口通路１１１から出口通路１１２へ向けて漸次減少している。なお、接続通路１１４は、省略することも可能である。この場合、迂回通路１１３の方向転換部１１３ａは、入口通路１１１から主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの主流れ方向に交差する方向に分岐するのではなく、被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆに交差する方向に湾曲させて設けることができる。

以上のように、本実施形態の熱式流量計１００は、主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの一部を取り込む副通路１１０と、この副通路１１０を流れる被計測気体Ｇの流量を計測する流量計測素子１２０とを備えている。熱式流量計１００は、流量計測素子１２０の計測値に基づいて主通路２０２を流れる被計測気体の流量を計測する。副通路１１０は、主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆの上流側に設けられた入口通路１１１と、主流れ方向Ｆの下流側に設けられた出口通路１１２と、これら入口通路１１１と出口通路１１２の間に設けられた迂回通路１１３とを有している。迂回通路１１３は、入口通路１１１から主流れ方向Ｆに交差する方向に湾曲または分岐した方向転換部１１３ａと、出口通路１１２に向けて折り返すように湾曲した折返し部１１３ｂと、この折返し部１１３ｂと方向転換部１１３ａとの間に設けられた内周抵抗部１１３ｃとを有している。この内周抵抗部１１３ｃは、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失が迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失よりも高くなるように構成されている。そして、流量計測素子１２０は、迂回通路１１３の内周抵抗部１１３ｃと出口通路１１２との間に配置されている。

以下、本実施形態の熱式流量計１００の作用について説明する。

図１に示すように、本実施形態の熱式流量計１００は、たとえば内燃機関２１０の制御システム２００を構成する吸気管の主通路２０２に取り付けられ、主通路２０２を流れる吸入空気ＩＧ（被計測気体Ｇ）の流量等を計測する。図２に示すように、主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの一部は、その被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆにおける上流側で熱式流量計１００の主取込口１１０ａから副通路１１０に取り込まれる。

副通路１１０に取り込まれた被計測気体Ｇは、副通路１１０の入口通路１１１から迂回通路１１３を介して出口通路１１２へ流れる。また、副通路１１０が接続通路１１４を有する場合には、副通路１１０に取り込まれた被計測気体Ｇの一部が、入口通路１１１から接続通路１１４を介して出口通路１１２へ流れる。副通路１１０が接続通路１１４を有することで、被計測気体Ｇに含まれるダストや水などが、被計測気体Ｇの一部とともに接続通路１１４を介して入口通路１１１から出口通路１１２へ流れ、迂回通路１１３へ流入することが抑制される。迂回通路１１３および接続通路１１４を通過した被計測気体Ｇは、出口通路１１２で合流し、出口通路１１２を通過して主流れ方向Ｆにおける下流側で熱式流量計１００の副通路１１０から主出口１１０ｂを介して排出される。

熱式流量計１００は、副通路１１０に設けられた迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流量を、迂回通路１１３に配置された流量計測素子１２０によって計測し、その計測値に基づいて主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの流量を計測する。迂回通路１１３は、方向転換部１１３ａにおいて入口通路１１１から主流れ方向Ｆに交差する方向に湾曲または分岐し、折返し部１１３ｂにおいて出口通路１１２に向けて折り返すように湾曲する。

すなわち、迂回通路１１３は、ループ状の周回形状を有しない折返し形状に形成されている。換言すると、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの順流方向における折返し部１１３ｂの上流側の端部は、当該順流方向における折返し部１１３ｂの下流側の端部よりも、被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆにおける上流側に配置されている。そのため、副通路１１０を流れる被計測気体Ｇは、入口通路１１１を主流れ方向Ｆに沿って流れ、迂回通路１１３の方向転換部１１３ａで主流れ方向Ｆに交差する方向に方向転換され、迂回通路１１３の折返し部１１３ｂで主流れ方向Ｆを経て出口通路１１２へ向かう方向に方向転換される。

図５Ａは、図３に示す熱式流量計１００の内周抵抗部１１３ｃにおける被計測気体Ｇの流速分布を示すグラフである。なお、図５Ａに示すグラフの横軸は、図３に示す断面において、被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆすなわち迂回通路１１３の幅Ｗ方向の位置であり、縦軸は迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速である。

前述のようなループ状の周回形状を有しない折返し形状の副通路１１０は、迂回通路１１３が内周抵抗部１１３ｃを有しない場合、迂回通路１１３の幅Ｗ方向において流速分布に偏りを生じる。より詳細には、迂回通路１１３の方向転換部１１３ａと折返し部１１３ｂとの間で、図５Ａに破線で示すように、迂回通路１１３の内周側、すなわち、幅Ｗ方向の内周側の端部１１３ｅ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速が、迂回通路１１３の外周側、すなわち幅Ｗ方向の外周側の端部１１３ｆ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速よりも高くなる。

これに対し、本実施形態の熱式流量計１００の迂回通路１１３は、内周抵抗部１１３ｃを有している。そのため、内周抵抗部１１３ｃにおいて、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失が、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失よりも高くなり、図５Ａに実線で示すように、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇの流速が低下する。これにより、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速分布の内周側への偏りを抑制することができる。

より具体的には、図３に示す例において、本実施形態の熱式流量計１００の内周抵抗部１１３ｃは、迂回通路１１３を内周側から外周側へ横断する幅Ｗ方向に沿う断面において、内周側の断面積が外周側の断面積よりも小さい。これにより、内周抵抗部１１３ｃの内周側を流れる被計測気体Ｇが、内周抵抗部１１３ｃの壁面から抵抗を受けやすくなる。そのため、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失が、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失よりも高くなる。その結果、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速分布の内周側への偏りを抑制することができる。

より詳細には、図３に示す例において、本実施形態の熱式流量計１００の内周抵抗部１１３ｃは、幅Ｗ方向に直交する迂回通路１１３の高さ方向Ｈの寸法が、迂回通路１１３の外周側の端部１１３ｆから内周側の端部１１３ｅへ向けて漸次縮小している。これにより、内周抵抗部１１３ｃは、内周側の断面積が外周側の断面積よりも小さくなり、内周抵抗部１１３ｃの内周側を流れる被計測気体Ｇが、内周抵抗部１１３ｃの壁面から抵抗を受けやすくなる。そのため、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失が、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失よりも高くなる。その結果、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速分布の内周側への偏りを抑制することができる。

ここで、図２に示すように、流量計測素子１２０は、迂回通路１１３の内周抵抗部１１３ｃと出口通路１１２との間に配置されている。そのため、流量計測素子１２０は、内周抵抗部１１３ｃによって流速分布の偏りが抑制された被計測気体Ｇの流量を測定することができる。したがって、流量計測素子１２０によって迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流量を測定するときに測定誤差を低減することができ、被計測気体Ｇに脈動が生じたときの計測誤差を低減することができる。

迂回通路１１３の内周抵抗部１１３ｃを通過して流速分布の偏りが低減された被計測気体Ｇは、図２に示すように、出口通路１１２に向けて折り返すように湾曲した折返し部１１３ｂにおいて出口通路１１２へ向かう方向に方向転換される。この折返し部１１３ｂは、たとえば円弧状に湾曲しているため、被計測気体Ｇの流れの方向は、主流れ方向Ｆに交差して入口通路１１１から遠ざかる方向から、主流れ方向Ｆに平行な方向を経て、主流れ方向Ｆに交差して出口通路１１２へ向かう方向へ方向転換される。このとき、折返し部１１３ｂを流れる被計測気体Ｇに遠心力が作用する。折返し部１１３ｂを通過した被計測気体Ｇは、折返し部１１３ｂと出口通路１１２との間に形成された外周抵抗部１１３ｄに流入する。

図５Ｂは、図３に示す熱式流量計１００の外周抵抗部１１３ｄにおける被計測気体Ｇの流速分布を示すグラフである。なお、図５Ｂに示すグラフの横軸は、図３に示す断面において、被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆすなわち迂回通路１１３の幅Ｗ方向の位置であり、縦軸は迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速である。

逆方向に折り返すように湾曲した折返し部１１３ｂでは、前述のように被計測気体Ｇに遠心力が作用するため、外周抵抗部１１３ｄを有しない場合、迂回通路１１３の幅Ｗ方向において流速分布に偏りを生じる。より詳細には、迂回通路１１３の折返し部１１３ｂと出口通路１１２との間で、図５Ｂに破線で示すように、迂回通路１１３の内周側、すなわち、幅Ｗ方向の外周側の端部１１３ｆ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速が、迂回通路１１３の内周側、すなわち幅Ｗ方向の内周側の端部１１３ｅ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速よりも高くなる。

これに対し、本実施形態の熱式流量計１００の迂回通路１１３は、折返し部１１３ｂと出口通路１１２との間に設けられた外周抵抗部１１３ｄを有している。この外周抵抗部１１３ｄは、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失が迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体に対する圧力損失よりも高い。そして、流量計測素子１２０は、迂回通路１１３の外周抵抗部１１３ｄと出口通路１１２との間に配置されている。

そのため、外周抵抗部１１３ｄにおいて、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失が、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失よりも高くなり、図５Ｂに実線で示すように、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇの流速が低下する。これにより、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速分布の外周側への偏りを抑制することができる。

より具体的には、図３に示す例において、本実施形態の熱式流量計１００の外周抵抗部１１３ｄは、迂回通路１１３を内周側から外周側へ横断する幅Ｗ方向に沿う断面において、外周側の断面積が内周側の断面積よりも小さい。これにより、外周抵抗部１１３ｄの外周側を流れる被計測気体Ｇが、外周抵抗部１１３ｄの壁面から抵抗を受けやすくなる。そのため、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失が、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失よりも高くなる。その結果、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速分布の外周側への偏りを抑制することができる。

より詳細には、図３に示す例において、本実施形態の熱式流量計１００の外周抵抗部１１３ｄは、幅Ｗ方向に直交する迂回通路１１３の高さ方向Ｈの寸法が、迂回通路１１３の内周側の端部１１３ｅから外周側の端部１１３ｆへ向けて漸次縮小している。これにより、外周抵抗部１１３ｄは、外周側の断面積が内周側の断面積よりも小さくなり、外周抵抗部１１３ｄの外周側を流れる被計測気体Ｇが、外周抵抗部１１３ｄの壁面から抵抗を受けやすくなる。そのため、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失が、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失よりも高くなる。その結果、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速分布の外周側への偏りを抑制することができる。

また、図２に示すように、流量計測素子１２０は、迂回通路１１３の外周抵抗部１１３ｄと、出口通路１１２との間に配置されている。そのため、流量計測素子１２０は、内周抵抗部１１３ｃによって流速分布の内周側への偏りが抑制され、さらに外周抵抗部１１３ｄによって流速分布の外周側への偏りが抑制された被計測気体Ｇの流量を測定することができる。したがって、流量計測素子１２０によって迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流量を測定するときに測定誤差をさらに低減することができ、被計測気体Ｇに脈動が生じたときの計測誤差をさらに低減することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ループ状の周回形状を有しない湾曲した折返し形状の副通路１１０を有する熱式流量計１００において、副通路１１０における被計測気体Ｇの流速分布の偏りを抑制することができる。したがって、本実施形態の熱式流量計１００によれば、主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの流量の計測誤差を低減することができる。

［実施形態２］
次に、本発明に係る熱式流量計の実施形態２について、図１および図４を援用し、図６から図８Ａおよび図８Ｂを用いて説明する。

図６は、本発明の実施形態２に係る熱式流量計１００Ａの模式的な断面図である。本実施形態の熱式流量計１００Ａは、内周抵抗部１１３ｊおよび外周抵抗部１１３ｋの構成が前述の実施形態１の熱式流量計１００の内周抵抗部１１３ｃおよび外周抵抗部１１３ｄと異なっている。本実施形態の熱式流量計１００Ａのその他の構成は、前述の実施形態１の熱式流量計１００の構成と同様であるため、同一の部分には同一の符号を付して、説明を省略する。

本実施形態の熱式流量計１００Ａにおいて、迂回通路１１３は、入口通路１１１から主流れ方向Ｆに交差する方向に湾曲または分岐した方向転換部１１３ａと、出口通路１１２に向けて折り返すように湾曲した折返し部１１３ｂと、この折返し部１１３ｂと方向転換部１１３ａとの間に設けられた内周抵抗部１１３ｊとを有している。この内周抵抗部１１３ｊは、迂回通路１１３を外周側と内周側に仕切る仕切壁１１５を有することで、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失が、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失よりも高くなるように構成されている。

図７は、図６に示す熱式流量計１００ＡのVII-VII線に沿う模式的な断面図である。本実施形態の熱式流量計１００Ａにおいて、内周抵抗部１１３ｊは、迂回通路１１３を外周側と内周側に仕切る仕切壁１１５を有している。仕切壁１１５は、内周抵抗部１１３ｊの幅Ｗ方向において、幅Ｗ方向の中央よりも内周側の端部１１３ｅに近い位置に設けられている。これにより、内周抵抗部１１３ｊは、迂回通路１１３を内周側の端部１１３ｅから外周側の端部１１３ｆへ横断する幅Ｗ方向に沿う断面において、仕切壁１１５よりも内周側の断面積が、仕切壁１１５よりも外周側の断面積よりも小さくなっている。

そのため、内周抵抗部１１３ｊにおいて、仕切壁１１５の内周側を流れる被計測気体Ｇは、仕切壁１１５の外周側を流れる被計測気体よりも、内周抵抗部１１３ｊの壁面及び仕切壁１１５の壁面から抵抗を受けやすくなる。その結果、内周抵抗部１１３ｊの仕切壁１１５より内周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失は、内周抵抗部１１３ｊの仕切壁１１５より外周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失よりも高くなる。

図８Ａは、図７に示す熱式流量計１００Ａの内周抵抗部１１３ｊにおける被計測気体Ｇの流速分布を示すグラフである。なお、図８Ａに示すグラフの横軸は、図７に示す断面において、被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆすなわち迂回通路１１３の幅Ｗ方向の位置であり、縦軸は迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速である。

前述のようなループ状の周回形状を有しない折返し形状の副通路１１０は、迂回通路１１３が内周抵抗部１１３ｊを有しない場合、迂回通路１１３の幅Ｗ方向において流速分布に偏りを生じる。より詳細には、迂回通路１１３の方向転換部１１３ａと折返し部１１３ｂとの間で、図８Ａに破線で示すように、迂回通路１１３の内周側、すなわち、幅Ｗ方向の内周側の端部１１３ｅ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速が、迂回通路１１３の外周側、すなわち幅Ｗ方向の外周側の端部１１３ｆ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速よりも高くなる。

本実施形態の熱式流量計１００Ａの迂回通路１１３は、内周抵抗部１１３ｊに仕切壁１１５を有し、仕切壁１１５よりも内周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失が、仕切壁１１５よりも外周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失よりも高くなっている。これにより、図８Ａに実線で示すように、迂回通路１１３の仕切壁１１５より内周側を流れる被計測気体Ｇの流速が低下し、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速分布の内周側への偏りを抑制することができる。

また、迂回通路１１３は、折返し部１１３ｂと出口通路１１２との間に設けられた外周抵抗部１１３ｋを有している。外周抵抗部１１３ｋは、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失が迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体に対する圧力損失よりも高い。より具体的には、外周抵抗部１１３ｋは、迂回通路１１３を外周側と内周側に仕切る仕切壁１１５を有している。

仕切壁１１５は、外周抵抗部１１３ｋの幅Ｗ方向において、幅Ｗ方向の中央よりも外周側の端部１１３ｆに近い位置に設けられている。これにより、外周抵抗部１１３ｋは、迂回通路１１３を内周側の端部１１３ｅから外周側の端部１１３ｆへ横断する幅Ｗ方向に沿う断面において、仕切壁１１５よりも外周側の断面積が、仕切壁１１５よりも内周側の断面積よりも小さくなっている。

そのため、外周抵抗部１１３ｋは、仕切壁１１５よりも外周側を流れる被計測気体Ｇが、仕切壁１１５よりも内周側を流れる被計測気体よりも、外周抵抗部１１３ｋの壁面及び仕切壁１１５の壁面から抵抗を受けやすくなる。その結果、外周抵抗部１１３ｋの仕切壁１１５より外周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失は、外周抵抗部１１３ｋの仕切壁１１５より内周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失よりも高くなる。

図８Ｂは、図７に示す熱式流量計１００Ａの外周抵抗部１１３ｋにおける被計測気体Ｇの流速分布を示すグラフである。なお、図８Ｂに示すグラフの横軸は、図７に示す断面において、被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆすなわち迂回通路１１３の幅Ｗ方向の位置であり、縦軸は迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速である。

前述のようなループ状の周回形状を有しない折返し形状の副通路１１０は、迂回通路１１３が外周抵抗部１１３ｋを有しない場合、迂回通路１１３の幅Ｗ方向において流速分布に偏りを生じる。より詳細には、迂回通路１１３の折返し部１１３ｂと出口通路１１２との間で、図８Ｂに破線で示すように、迂回通路１１３の外周側、すなわち、幅Ｗ方向の外周側の端部１１３ｆ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速が、迂回通路１１３の内周側、すなわち幅Ｗ方向の内周側の端部１１３ｅ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速よりも高くなる。

本実施形態の熱式流量計１００Ａの迂回通路１１３は、外周抵抗部１１３ｋに仕切壁１１５を有し、仕切壁１１５よりも外周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失が、仕切壁１１５よりも内周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失よりも高くなっている。これにより、図８Ｂに実線で示すように、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇの流速が低下し、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速分布の外周側への偏りを抑制することができる。

したがって、本実施形態の熱式流量計１００Ａによれば、前述の実施形態１の熱式流量計１００と同様に、ループ状の周回形状を有しない湾曲した折返し形状の副通路１１０における被計測気体Ｇの流速分布の偏りを抑制することができる。よって、本実施形態の熱式流量計１００Ａによれば、主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの流量の計測誤差を低減することができる。

［実施形態３］
次に、本発明に係る熱式流量計の実施形態３について、図１、図４、図５Ａおよび図５Ｂを援用し、図９を用いて説明する。

図９は、本発明の実施形態３に係る熱式流量計１００Ｂの模式的な断面図である。本実施形態の熱式流量計１００Ｂは、内周抵抗部１１３ｍおよび外周抵抗部１１３ｎの構成が前述の実施形態１の熱式流量計１００の内周抵抗部１１３ｃおよび外周抵抗部１１３ｄと異なっている。本実施形態の熱式流量計１００Ｂのその他の構成は、前述の実施形態１の熱式流量計１００の構成と同様であるため、同一の部分には同一の符号を付して、説明を省略する。

本実施形態の熱式流量計１００Ｂにおいて、迂回通路１１３は、入口通路１１１から主流れ方向Ｆに交差する方向に湾曲または分岐した方向転換部１１３ａと、出口通路１１２に向けて折り返すように湾曲した折返し部１１３ｂと、この折返し部１１３ｂと方向転換部１１３ａとの間に設けられた内周抵抗部１１３ｍとを有している。

内周抵抗部１１３ｍは、迂回通路１１３の内周側の壁面に外周側へ向けて突出した凸部１１６を有することで、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失が、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失よりも高くなるように構成されている。なお、凸部１１６は、たとえば、入口通路１１１から折返し部１１３ｂまで真っ直ぐに延びる内周抵抗部１１３ｍの延在方向の中央部に設けることができる。

前述のようなループ状の周回形状を有しない折返し形状の副通路１１０は、迂回通路１１３が内周抵抗部１１３ｍを有しない場合、迂回通路１１３の幅Ｗ方向において流速分布に偏りを生じる。より詳細には、迂回通路１１３の方向転換部１１３ａと折返し部１１３ｂとの間で、図５Ａに破線で示すように、迂回通路１１３の内周側、すなわち、幅Ｗ方向の内周側の端部１１３ｅ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速が、迂回通路１１３の外周側、すなわち幅Ｗ方向の外周側の端部１１３ｆ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速よりも高くなる。

本実施形態の熱式流量計１００Ｂの迂回通路１１３は、内周抵抗部１１３ｍの内周側の壁面に凸部１１６を有し、内周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失が、仕切壁１１５よりも外周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失よりも高くなっている。より詳細には、内周抵抗部１１３ｍの内周側の壁面に沿う被計測気体Ｇの流れは、凸部１１６にぶつかって衝突損失を生じ、流動抵抗が大きくなる。また、凸部１１６にぶつかった被計測気体Ｇの流れは、内周抵抗部１１３ｍの外周側へ向けて方向を変える。これにより、図５Ａに実線で示すように、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇの流速が低下し、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速分布の内周側への偏りを抑制することができる。

また、迂回通路１１３は、折返し部１１３ｂと出口通路１１２との間に設けられた外周抵抗部１１３ｎを有している。外周抵抗部１１３ｎは、迂回通路１１３の外周側の壁面に内周側へ向けて突出した凸部１１６を有することで、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失が迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体に対する圧力損失よりも高くなるように構成されている。なお、凸部１１６は、たとえば、折返し部１１３ｂから出口通路１１２まで真っ直ぐに延びる外周抵抗部１１３ｎの延在方向において、折返し部１１３ｂ側の始端部に設けることができる。

前述のようなループ状の周回形状を有しない折返し形状の副通路１１０は、迂回通路１１３が外周抵抗部１１３ｎを有しない場合、迂回通路１１３の幅Ｗ方向において流速分布に偏りを生じる。より詳細には、迂回通路１１３の折返し部１１３ｂと出口通路１１２との間で、図５Ｂに破線で示すように、迂回通路１１３の外周側、すなわち、幅Ｗ方向の外周側の端部１１３ｆ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速が、迂回通路１１３の内周側、すなわち幅Ｗ方向の内周側の端部１１３ｅ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速よりも高くなる。

本実施形態の熱式流量計１００Ｂの迂回通路１１３は、外周抵抗部１１３ｎに凸部１１６を有し、外周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失が、仕切壁１１５よりも内周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失よりも高くなっている。より詳細には、外周抵抗部１１３ｎの外周側の壁面に沿う被計測気体Ｇの流れは、凸部１１６にぶつかって衝突損失を生じ、流動抵抗が大きくなる。また、凸部１１６にぶつかった被計測気体Ｇの流れは、外周抵抗部１１３ｎの内周側へ向けて方向を変える。これにより、図５Ｂに実線で示すように、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇの流速が低下し、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速分布の外周側への偏りを抑制することができる。

したがって、本実施形態の熱式流量計１００Ｂによれば、前述の実施形態１の熱式流量計１００と同様に、ループ状の周回形状を有しない湾曲した折返し形状の副通路１１０における被計測気体Ｇの流速分布の偏りを抑制することができる。よって、本実施形態の熱式流量計１００Ｂによれば、主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの流量の計測誤差を低減することができる。

［実施形態４］
次に、本発明に係る熱式流量計の実施形態４について、図１、図４、図５Ａおよび図５Ｂを援用し、図１０を用いて説明する。

図１０は、本発明の実施形態４に係る熱式流量計１００Ｃの模式的な断面図である。本実施形態の熱式流量計１００Ｃは、内周抵抗部１１３ｐおよび外周抵抗部１１３ｑの構成が前述の実施形態１の熱式流量計１００の内周抵抗部１１３ｃおよび外周抵抗部１１３ｄと異なっている。本実施形態の熱式流量計１００Ｃのその他の構成は、前述の実施形態１の熱式流量計１００の構成と同様であるため、同一の部分には同一の符号を付して、説明を省略する。

本実施形態の熱式流量計１００Ｃにおいて、迂回通路１１３は、入口通路１１１から主流れ方向Ｆに交差する方向に湾曲または分岐した方向転換部１１３ａと、出口通路１１２に向けて折り返すように湾曲した折返し部１１３ｂと、この折返し部１１３ｂと方向転換部１１３ａとの間に設けられた内周抵抗部１１３ｐとを有している。

この内周抵抗部１１３ｐは、迂回通路１１３の内周側の壁面に凹部１１７を有することで、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失が、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失よりも高くなるように構成されている。図１０に示す例において、入口通路１１１から折返し部１１３ｂまで真っ直ぐに延びる内周抵抗部１１３ｐの延在方向の中央部に、複数の凹部１１７が内周抵抗部１１３ｐの延在方向に並んで設けられている。

前述のようなループ状の周回形状を有しない折返し形状の副通路１１０は、迂回通路１１３が内周抵抗部１１３ｐを有しない場合、迂回通路１１３の幅Ｗ方向において流速分布に偏りを生じる。より詳細には、迂回通路１１３の方向転換部１１３ａと折返し部１１３ｂとの間で、図５Ａに破線で示すように、迂回通路１１３の内周側、すなわち、幅Ｗ方向の内周側の端部１１３ｅ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速が、迂回通路１１３の外周側、すなわち幅Ｗ方向の外周側の端部１１３ｆ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速よりも高くなる。

本実施形態の熱式流量計１００Ｃの迂回通路１１３は、内周抵抗部１１３ｐの内周側の壁面に凹部１１７を有し、内周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失が、仕切壁１１５よりも外周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失よりも高くなっている。より詳細には、内周抵抗部１１３ｐの内周側の壁面に沿う被計測気体Ｇの流れは、凹部１１７によって流動抵抗が大きくなる。これにより、図５Ａに実線で示すように、迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体Ｇの流速が低下し、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速分布の内周側への偏りを抑制することができる。

また、迂回通路１１３は、折返し部１１３ｂと出口通路１１２との間に設けられた外周抵抗部１１３ｑを有している。外周抵抗部１１３ｑは、迂回通路１１３の外周側の壁面に凹部１１７を有することで、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇに対する圧力損失が迂回通路１１３の内周側を流れる被計測気体に対する圧力損失よりも高くなるように構成されている。図１０に示す例では、折返し部１１３ｂから出口通路１１２まで真っ直ぐに延びる外周抵抗部１１３ｑの延在方向において、折返し部１１３ｂ側の始端部に、複数の凹部１１７が外周抵抗部１１３ｑの延在方向に並んで設けられている。

前述のようなループ状の周回形状を有しない折返し形状の副通路１１０は、迂回通路１１３が外周抵抗部１１３ｑを有しない場合、迂回通路１１３の幅Ｗ方向において流速分布に偏りを生じる。より詳細には、迂回通路１１３の折返し部１１３ｂと出口通路１１２との間で、図５Ｂに破線で示すように、迂回通路１１３の外周側、すなわち、幅Ｗ方向の外周側の端部１１３ｆ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速が、迂回通路１１３の内周側、すなわち幅Ｗ方向の内周側の端部１１３ｅ寄りを流れる被計測気体Ｇの流速よりも高くなる。

本実施形態の熱式流量計１００Ｃの迂回通路１１３は、外周抵抗部１１３ｑに凹部１１７を有し、外周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失が、仕切壁１１５よりも内周側を流れる被計測気体Ｇの圧力損失よりも高くなっている。より詳細には、外周抵抗部１１３ｑの外周側の壁面に沿う被計測気体Ｇの流れは、凹部１１７により流動抵抗が大きくなる。これにより、図５Ｂに実線で示すように、迂回通路１１３の外周側を流れる被計測気体Ｇの流速が低下し、迂回通路１１３を流れる被計測気体Ｇの流速分布の外周側への偏りを抑制することができる。

したがって、本実施形態の熱式流量計１００Ｃによれば、前述の実施形態１の熱式流量計１００と同様に、ループ状の周回形状を有しない湾曲した折返し形状の副通路１１０における被計測気体Ｇの流速分布の偏りを抑制することができる。よって、本実施形態の熱式流量計１００Ｃによれば、主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの流量の計測誤差を低減することができる。

［実施形態５］
最後に、本発明に係る熱式流量計の実施形態５について、図１、図２、および図４を援用し、図１１、図１２Ａおよび図１２Ｂを用いて説明する。図１１は、本発明の実施形態５に係る熱式流量計１００Ｄの模式的な断面図である。図１１は、実施形態１の熱式流量計１００の図３に相当する、本実施形態の熱式流量計１００Ｄの断面図である。

本実施形態の熱式流量計１００Ｄは、内周抵抗部１１３ｒおよび外周抵抗部１１３ｓの構成と、ハウジング１３０の計測部１３３の断面形状が前述の実施形態１の熱式流量計１００の内周抵抗部１１３ｃおよび外周抵抗部１１３ｄと異なっている。本実施形態の熱式流量計１００Ｄのその他の構成は、前述の実施形態１の熱式流量計１００の構成と同様であるため、同一の部分には同一の符号を付して、説明を省略する。

本実施形態の熱式流量計１００Ｄの内周抵抗部１１３ｒおよび外周抵抗部１１３ｓは、図１１に示すように、前述の実施形態１の熱式流量計１００の内周抵抗部１１３ｃおよび外周抵抗部１１３ｄと同様に、台形の断面形状を有している。しかし、本実施形態の熱式流量計１００Ｄの外周抵抗部１１３ｓの断面積は、内周抵抗部１１３ｒの断面積よりも小さくなっている。

より詳細には、内周抵抗部１１３ｒの下底の長さ、すなわち外周側の端部１１３ｆにおける高さ方向Ｈの寸法ｈ１は、外周抵抗部１１３ｓの下底の長さ、すなわち内周側の端部１１３ｅにおける高さ方向Ｈの寸法ｈ３よりも大きい。また、内周抵抗部１１３ｒの上底の長さ、すなわち内周抵抗部１１３ｒの内周側の端部１１３ｅにおける高さ方向Ｈの寸法ｈ２は、外周抵抗部１１３ｓの上底の長さ、すなわち外周抵抗部１１３ｓの外周側の端部１１３ｆにおける高さ方向Ｈの寸法ｈ４よりも大きい。一方、内周抵抗部１１３ｒの幅Ｗは、外周抵抗部１１３ｓの幅Ｗとおおむね等しいため、内周抵抗部１１３ｒの台形断面の底角の角度は、外周抵抗部１１３ｓの台形断面の底角の角度よりも小さくなっている。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、それぞれ、図１１に示す熱式流量計１００Ｄの内周抵抗部１１３ｒおよび外周抵抗部１１３ｓを流れる被計測気体Ｇの流速分布を示すグラフである。前述のように、本実施形態の熱式流量計１００Ｄは、外周抵抗部１１３ｓの断面積が、内周抵抗部１１３ｒの断面積よりも小さくなっている。そのため、図１２Ｂに示すように、外周抵抗部１１３ｓを流れる被計測気体Ｇの流速は、図５Ｂに示す実施形態１の熱式流量計１００の外周抵抗部１１３ｄを流れる被計測気体Ｇの流速と比較して増加する。

被計測気体Ｇが迂回通路１１３の壁面から受ける抵抗は、流速の２乗に比例して大きくなる。そのため、外周抵抗部１１３ｄの外周側における被計測気体Ｇの圧力損失の増加は内周側に比べて相対的に大きくなり、外周側における被計測気体Ｇの流動抵抗が、内周側における被計測気体Ｇの流動抵抗よりも大きくなる。これにより、図１２Ｂに破線で示すように、外周抵抗部１１３ｄにおいて外周側に偏っていた被計測気体Ｇの流速分布を、図１２Ｂに実線で示すように、図５Ｂに示す実施形態１の場合よりも、幅Ｗ方向中央側へシフトさせることができる。

したがって、本実施形態の熱式流量計１００Ｄによれば、前述の実施形態１の熱式流量計１００と同様の効果を得られるだけでなく、ループ状の周回形状を有しない湾曲した折返し形状の副通路１１０における被計測気体Ｇの流速分布の偏りをより効果的に抑制することができる。よって、本実施形態の熱式流量計１００Ｄによれば、主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの流量の計測誤差をより低減することができる。

また、本実施形態の熱式流量計１００Ｄは、実施形態１の熱式流量計１００と同様に、副通路１１０を画定するハウジング１３０を備えている。このハウジング１３０は、前述のように、主流れ方向Ｆに沿う平板状である。さらに、本実施形態の熱式流量計１００Ｄは、図１１に示すように、ハウジング１３０の計測部１３３の主流れ方向Ｆの上流側の端部の厚さが、主流れ方向Ｆの下流側の端部の厚さよりも薄くなっている。

このように、ハウジング１３０の計測部１３３が、鈍頭の翼状の形状を有することで、主通路２０２を流れる被計測気体Ｇに対する抵抗を低減することができる。また、図１１に示すように、主通路２０２を流れる被計測気体Ｇの主流れ方向Ｆの下流側において、ハウジング１３０の計測部１３３の厚さを薄くして、熱式流量計１００Ｄの小型化および軽量化を実現することが可能である。このように、ハウジング１３０の計測部１３３の主流れ方向Ｆの上流側の端部の厚さが、主流れ方向Ｆの下流側の端部の厚さよりも薄くなる形状は、外周抵抗部１１３ｓの断面積が、内周抵抗部１１３ｒの断面積よりも小さくなる場合に、特に有効である。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。たとえば、前記した各実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

たとえば、前述の実施形態では、熱式流量計の副通路を構成する迂回通路が内周抵抗部と外周抵抗部の双方を有している場合について説明したが、迂回通路は外周抵抗部を有しなくてもよい。また、前述の実施形態では、迂回通路の折返し部が一つである場合について説明したが、迂回通路は、複数の折返し部と、折返し部と折返し部の間に設けられ出口通路から離れるように湾曲した一以上の逆折返し部と、を有してもよい。この場合、迂回通路の形状は、たとえばＭ字状の形状、Ｓ字状の形状、または波形の形状にすることができる。

１００ 熱式流量計
１００Ａ 熱式流量計
１００Ｂ 熱式流量計
１００Ｃ 熱式流量計
１００Ｄ 熱式流量計
１１０ 副通路
１１１ 入口通路
１１２ 出口通路
１１３ 迂回通路
１１３ａ 方向転換部
１１３ｂ 折返し部
１１３ｃ 内周抵抗部
１１３ｄ 外周抵抗部
１１３ｅ 内周側の端部
１１３ｆ 外周側の端部
１１３ｊ 内周抵抗部
１１３ｋ 外周抵抗部
１１３ｍ 内周抵抗部
１１３ｎ 外周抵抗部
１１３ｒ 内周抵抗部
１１３ｓ 外周抵抗部
１１５ 仕切壁
１１６ 凸部
１１７ 凹部
１２０ 流量計測素子
１３０ ハウジング
２０２ 主通路
Ｆ 主流れ方向
Ｇ 被計測気体
Ｈ 高さ方向
Ｗ 幅

Claims (15)

1. 主通路を流れる被計測気体の一部を取り込む副通路と、該副通路を流れる前記被計測気体の流量を計測する流量計測素子とを備え、前記流量計測素子の計測値に基づいて前記主通路を流れる前記被計測気体の流量を計測する熱式流量計であって、
   前記副通路は、前記主通路を流れる前記被計測気体の主流れ方向の上流側に設けられた入口通路と、前記主流れ方向の下流側に設けられた出口通路と、前記入口通路と前記出口通路の間に設けられた迂回通路とを有し、
   前記迂回通路は、前記入口通路から前記主流れ方向に交差する方向に湾曲または分岐した方向転換部と、前記出口通路に向けて折り返すように湾曲した折返し部と、該折返し部と前記方向転換部との間に設けられた内周抵抗部と、を有し、
   前記内周抵抗部は、前記迂回通路の内周側を流れる前記被計測気体に対する圧力損失が前記迂回通路の外周側を流れる前記被計測気体に対する圧力損失よりも高く、
   前記流量計測素子は、前記迂回通路の前記内周抵抗部と前記出口通路との間に配置されていることを特徴とする熱式流量計。
2. 前記内周抵抗部は、前記迂回通路を前記内周側から前記外周側へ横断する幅方向に沿う断面において、前記内周側の断面積が前記外周側の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
3. 前記迂回通路は、前記折返し部と前記出口通路との間に設けられた外周抵抗部を有し、
   前記外周抵抗部は、前記迂回通路の外周側を流れる前記被計測気体に対する圧力損失が前記迂回通路の内周側を流れる前記被計測気体に対する圧力損失よりも高く、
   前記流量計測素子は、前記迂回通路の前記外周抵抗部と前記出口通路との間に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱式流量計。
4. 前記外周抵抗部は、前記迂回通路を前記内周側から前記外周側へ横断する幅方向に沿う断面において、前記外周側の断面積が前記内周側の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の熱式流量計。
5. 前記内周抵抗部は、前記幅方向に直交する前記迂回通路の高さ方向の寸法が、前記迂回通路の前記外周側の端部から前記内周側の端部へ向けて漸次縮小していることを特徴とする請求項２に記載の熱式流量計。
6. 前記外周抵抗部は、前記幅方向に直交する前記迂回通路の高さ方向の寸法が、前記迂回通路の前記内周側の端部から前記外周側の端部へ向けて漸次縮小していることを特徴とする請求項４に記載の熱式流量計。
7. 前記内周抵抗部は、前記迂回通路を前記外周側と前記内周側に仕切る仕切壁を有することを特徴とする請求項２に記載の熱式流量計。
8. 前記外周抵抗部は、前記迂回通路を前記外周側と前記内周側に仕切る仕切壁を有することを特徴とする請求項４に記載の熱式流量計。
9. 前記内周抵抗部は、前記迂回通路の前記内周側の壁面に前記外周側へ向けて突出した凸部を有することを特徴とする請求項２に記載の熱式流量計。
10. 前記外周抵抗部は、前記迂回通路の前記外周側の壁面に前記内周側へ向けて突出した凸部を有することを特徴とする請求項４に記載の熱式流量計。
11. 前記内周抵抗部は、前記迂回通路の前記内周側の壁面に凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
12. 前記外周抵抗部は、前記迂回通路の前記外周側の壁面に凹部を有することを特徴とする請求項３に記載の熱式流量計。
13. 前記副通路を画定するハウジングを備え、
    前記ハウジングは、前記主流れ方向に沿う平板状であり、前記主流れ方向の上流側の端部の厚さが前記主流れ方向の下流側の端部の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
14. 前記迂回通路を前記内周側から前記外周側へ横断する幅方向に沿う断面において、前記外周抵抗部の断面積は、前記内周抵抗部の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の熱式流量計。
15. 前記迂回通路は、複数の前記折返し部と、前記折返し部と前記折返し部の間に設けられ前記出口通路から離れるように湾曲した一以上の逆折返し部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。

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