JP3014888B2 - 流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バイパス通路を有する
流量計に関し、特に内燃機関の吸入空気量を検出するの
に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の流量計として特開平４−
２１２０２２号公報に開示される「空気流量計」が知ら
れている。

【０００３】この流量計は、流体を案内する主通路の中
央にバイパス通路を備えた中央部材を設け、バイパス通
路にセンサを配置させ、このセンサによりバイパス通路
を流れる流速を測定し、通路全体の流れる流量を測定し
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のような
流量計において、正確な流量を安定して測定するため
に、センサのバイパス通路の軸方向位置は、通路断面に
おける流速分布の傾斜が平坦である地点が望ましい。

【０００５】ところが、上記従来技術の流量計のバイパ
ス通路のセンサ下流の部分は、主通路に再び流体を戻す
ために軸方向に対して直角に屈曲している。すると、流
体の向きが強制的に半径方向へ変更されるため、この屈
曲部近傍のバイパス通路断面上における流速分布が複雑
となり、流速分布の傾斜が急峻となる部分が生じてしま
う。

【０００６】また、バイパス通路上流に形成されるベル
マウス部近傍では、通路断面積が次第に減少していくた
め、壁面外周の流速が増強され、通路中心の流速よりも
大きな分布となることがある。このため、流速分布が複
雑となってしまい、流速分布の傾斜が急峻となる部分が
生じてしまう。さらに、ベルマウス部からバイパス通路
内に流入した流体は、下流方向に進むにつれ、次第に流
速分布の傾斜が急峻な放物線状となってしまう。

【０００７】このような流速分布の傾斜が急峻となる領
域に、上流から乱れた流れが進入すると、同一位置での
流速が大幅に変化してしまう。このため、この乱れによ
る流速分布の変動によって、大幅にセンサ測定値が変動
し、センサからの出力値に応じて算出される流量値が変
動してしまい、正確に測定することができないという問
題がある。

【０００８】本発明は、上記問題に鑑み、センサを適切
なバイパス通路の軸方向位置に配置し、正確な流量を安
定して検出できる流量計を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、流体を案内する主通路と、前記主通路を通
る流体の一部を取り入れる入口部と連通し、軸方向に均
等な通路径をもつバイパス通路と、前記バイパス通路の
下流端に対向して設けられ、前記バイパス通路を流れる
流体の流れの向きを変更させる壁面部と、前記壁面部に
よって流れの向きが変更された流体を再び前記主通路へ
戻す出口部と、前記バイパス通路に設けられ、この通路
を流れる流体の流量を測定するセンサとを備え、前記セ
ンサの位置は前記バイパス通路の通路径をＤ、前記セン
サと前記バイパス通路の上流端との距離をＬ１、前記セ
ンサと前記壁面部との距離をＬ2 としたとき、 ０．２＜Ｌ１／Ｄ＜１、かつＬ２／Ｄ＞１ に設定されることを特徴とする流量計という技術的手段
を採用する。

【００１０】

【作用】以上に述べた本発明の流量計の構成によると、
主通路に流入した空気の一部は入口部からバイパス通路
に流入する。そして、この通路の下流端に設けられる壁
面部と衝突することによって流れの向きが変更されて、
出口部から再び主通路に戻される。このとき、バイパス
通路に設けられたセンサが、その流量を測定する。

【００１１】ここで、上記センサは、０．２＜Ｌ１／Ｄ
＜１、かつＬ２／Ｄ＞１となるような位置に設定され
る。（ただし、Ｄは下流側バイパス通路の通路径、Ｌ１
はセンサとバイパス通路の上流端との距離、Ｌ２はセン
サと壁面部との距離とする。）上記の構成によると、Ｌ
２／Ｄ＞１で設定される位置にセンサが配置されるた
め、壁面部に流体が衝突して流れの向きが変更されるこ
とにより流速分布の傾斜が急峻となる領域にセンサが配
置され、上流からの乱れによって流量値が大幅に変動し
てしまうことが防止される。

【００１２】さらに、０．２＜Ｌ１／Ｄ＜１で設定され
る位置にセンサは配置される。このため、バイパス通路
入口部や、このバイパス通路の入口部から遠くに離れた
部分での流速分布の傾斜が急峻となる領域にセンサが配
置され、上流からの乱れによって流量値が大幅に変動し
てしまうことが防止される。

【００１３】このため、上記の設定位置にセンサが配置
されると、正確な流量を安定して検出することが可能と
される。

【００１４】

【実施例】以下、自動車のエンジンに吸入される吸入空
気量を計測する熱式の空気流量計に本発明を適用した一
実施例を図１、図２に基づいて説明する。

【００１５】図１は、熱式の空気流量計の断面図、図２
は本実施例の要部拡大図である。空気流量計１の上流側
開口３は図示せぬエアクリーナに挿入され、取り付けら
れる。一方、下流側開口５は、空気流量計１より大径の
図示せぬ吸気ダクトに挿入され、図示せぬベルトにより
外周から締めつけられる。

【００１６】空気流量計１は主通路を形成する中央円筒
部１００と上流側円筒部２００と下流側円筒部３００と
を備えている。樹脂製の中央円筒部１００の外側には、
制御回路を収容する回路容器１１０が一体に形成され、
蓋が被せられる。この回路容器１１０内には後述する熱
式センサの制御回路が収容される。中央円筒部１００の
内側は円筒状に成形され、内側へ向けて図７に示すよう
に４本のリブ１２０、１３０、１４０、１５０が一体に
成形される（ただし、１２０、１３０は図示せず）。さ
らに、リブ１２０、１３０、１４０、１５０の先端には
円筒状の中央ハウジング１６０が一体に成形される。そ
して、中央ハウジング１６０はその中央に仕切り壁１６
３を有し、仕切り壁１６３の中央には穴１６５が開設さ
れている。

【００１７】樹脂製の上流側円筒部２００は絞り部Ｂか
ら下流側へ向けて徐々に内側断面積が広がる形状に形成
され、上流側端部にはベルマウス部２１０が形成され、
外壁にはエアクリーナへの取付用の段差が形成され、こ
の段差部にエアクリーナ気密用の弾性体７０３が取付け
られる。そして、上流側円筒部２００は中央円筒部１０
０に固定される。

【００１８】ベルマウス部２１０は、図示せぬエアクリ
ーナとの接続部においてベルマウス形状となっており、
上流側円筒部２００と樹脂により一体に形成される。こ
のため、ベルマウス部２１０の内壁には段差、突起、隙
間等のない滑らかな形状となっている。これにより、エ
アクリーナからの空気の流れは、ベルマウス形状により
段差等の抵抗がなく滑らかに導かれ、下流側にいくに従
い絞られることにより整流される。この整流された流れ
により発生した負圧により後述の分岐管４２０、計測管
４３０を経由して出口開口４４０からバイパス流れが吸
い出されるため、バイパス通路内の後述する流速測定用
センサ５７０、温度補償用センサ５８０の出力変動を低
減することができ、かつ圧力損失を低減させることがで
きる。

【００１９】樹脂製の下流側円筒部３００は、図示せぬ
吸気ダクトに挿入される直管部３１０が形成され、中央
円筒部１００の下流側端部に固定される。この下流側円
筒部３００の内側は円筒状に成形され、内側へ向けて４
本のリブ３２０、３３０、３４０、３５０が一体に成形
される（ただし、３２０、３３０は図示せず）。そし
て、４本のリブ３２０、３３０、３４０、３５０の先端
には椀状の下流ハウジング３６０が一体に成形される。

【００２０】また、４本のリブ３２０、３３０、３４
０、３５０は、中央円筒部１００から延びる４本のリブ
１２０、１３０、１４０、１５０の下流側に位置して図
３に図示されるような断面形状に組立られる。そして、
椀状の下流ハウジング３６０は、中央円筒部１００に支
持される中央ハウジング１６０の下流側を閉塞し、滑ら
かな砲弾型の形状に組立てられる。

【００２１】中央円筒部１００に支持される中央ハウジ
ング１６０の上流側には、砲弾型で樹脂製の上流ハウジ
ング４００が挿入され固定される。上流ハウジング４０
０の上流側中央には入口開口４１０が開設され、上流ハ
ウジング４００の内側には、入口開口４１０から下流へ
向けて直線的に延びる分岐管４２０が一体に成形され
る。分岐管４２０の下流側には、計測管４３０が挿入さ
れる。

【００２２】計測管４３０はステンレス製の内側管４３
３と樹脂製の外側管４３５とからなり、内側管４３３の
上流側にはベルマウス４３４が形成され、その内径は分
岐管４２０より小径に形成される。また、この内壁管４
３３の下流側には、下流にいくにつれ次第に計測管４３
０の管断面積が増大していくようにＲ部４３６が形成さ
れる。なお、この計測管４３０の管路が、本発明のバイ
パス通路に対応する。

【００２３】上流ハウジング４００は中央ハウジング１
６０の上流側に挿入、固定される。このとき、分岐管４
３０の下流端は、中央ハウジング１６０の内側に放射状
に形成された４枚の板状のリブ１６７、１６８、１６
９、１７０（１６８、１７０は図示せず）の上流側端面
に当接する。これにより、計測管４３０の下流端と、中
央ハウジング１６０の仕切り壁１６３との間に所定の隙
間が形成され、計測管４３０の下流端から出口開口４４
０への空気通路が形成される。

【００２４】以上の構成により、上流ハウジング４００
と中央ハウジング１６０と下流ハウジング３６０とで形
成される中央部材は、外形が繭状に組立てられる。さら
に、仕切り壁１６３の穴１６５には、下流側からセンサ
部５００が挿入される。このセンサ部５００は、樹脂製
の円筒部５１０に４本の支持ピン５２０、５３０、５４
０、５５０を円筒部５１０の上流側、下流側とに突出す
るようにインサート成形して形成される。上流側に突出
した支持ピンは長短２種類からなり、長い２本５２０、
５３０の間に流速測定用センサ５７０が支持され、短い
２本５４０、５５０の間に温度補償用センサ５８０が支
持される。このセンサ５７０、５８０は、セラミック製
ボビンの外周に白金線を巻き、ボビン両端のリード線と
接続したもので、同一特性の感温抵抗体が用いられる。

【００２５】さらに、中央ハウジング１６０と下流ハウ
ジング３６０との間に形成される空間と、回路容器１１
０との間には、リブ１４０内を通して導電部材が配設さ
れており、この導電部材は、センサ部５００の下流側に
突出した上記の支持ピンに図示せぬフレキシブル配線板
を介して接続される。従って、回路容器１１０内に収容
された制御回路は、導電部材とフレキシブル配線板と支
持ピンとを介してセンサに接続される。

【００２６】上記構成の空気流量計１に流入する空気
は、上流側円筒部２００と中央円筒部１００と下流側円
筒部３００との内側に形成される主通路を通過する。ま
た、この吸気通路を流れる空気の一部は、上流ハウジン
グ４００と中央ハウジング１６０と下流ハウジング３６
０とにより形成される中央部材内へ流入する。

【００２７】この中央部材内へ流入する空気は、入口開
口４１０から分岐管４２０内を通り、計測管４３０へ導
入される。そして、計測管４３０の下流端に対向するセ
ンサ部５００の円筒部５１０上流側壁面部５１１に衝突
して径方向に流れの方向を変え、計測管４３０と仕切り
壁１６３との間に形成された隙間を通って、出口開口４
４０へ向けて流れる。そして出口開口４４０から再び吸
気通路内へ流出する。

【００２８】このとき、この空気の流量が、計測管４３
０の内部に位置された流速測定用センサ５７０、温度補
償用センサ５８０および制御回路により計測される。そ
して、制御回路から出力された出力信号は燃料噴射料制
御装置等へ供給され、燃料噴射量の演算に使用される。

【００２９】ここで、計測管４３０内に配置される流速
測定用センサ５７０の位置は、計測管４３０の上流端か
ら上記センサ５７０までの距離をＬ１、壁面部５１１か
らセンサ５７０までの距離をＬ２、計測管４３０の内径
をＤとすると、 ０．２＜Ｌ１／Ｄ＜１、かつＬ２／Ｄ＞１ で設定される。上記のように設定される計測管４３０の
管路領域では、流速分布が平滑化されていることが発明
者らの実験によって確認されている。そして、この平滑
化した流速分布が形成される領域では、上流から乱れ等
が進入したときに、流速が大幅に変化することがない。
したがって、この領域にセンサ５７０を配置することに
より、センサ５７０で計測される流速が乱れによって変
動することを防止できる。

【００３０】上記領域を特定するための発明者らが行っ
た実験データを図４、図５に示す。図４は、計測管４３
０内を流れる空気の向きが壁面部５１１に衝突すること
によってほぼ直角に変更されるために、流速分布の形状
がどのようになっているかを示したものである。なお、
この実験では、計測管４３０の内径Ｄ＝１０（ｍｍ）で
測定された。

【００３１】また、このとき、入口開口４１０から計測
管４３０の内径Ｄで形成された同一断面積である直管通
路にて形成されたものを使用し測定している。これによ
り計測管４３０のベルマウス４３４による流れの影響を
排除する。

【００３２】なお、この実験では、円筒部５１０の上流
側壁面をＬ２／Ｄ＝０と設定し、Ｌ２／Ｄ＝２．５、
２．０、１．５、１．３、１．２、１．０の６箇所にお
ける軸方向に垂直な管断面の流速分布を測定している。

【００３３】そして、図４の横軸Ａは流速比を示し、縦
軸Ｌは計測管４３０の管中心を０として、この中心から
の半径方向距離を示す。また、図中のｌ１は中心０から
の流速測定用センサ５７０取り付け位置、ｌ２は中心０
からの温度補償用センサ５８０取り付け位置を示す。こ
こで、上記流速比Ａは、基準値に対する各地点での流速
の偏差である。この基準値は、Ｌ２／Ｄ＝１．３におけ
るｌ１（図中のＢ２）で測定された値を用いる。

【００３４】この図に示すように、Ｌ２／Ｄ＝１．２〜
２．５での流速分布の形状は、放物線状となっている。
さらに、センサが設けられるｌ１、ｌ２において流速分
布の傾斜が急峻となるような分布ではなく、緩やかな曲
線を描いた流速分布となっている。

【００３５】ところが、Ｌ２／Ｄ＝１．０では、流れの
壁面部５１１への衝突による方向変化の影響が現れ、中
心０における流速よりもＬが約１（ｍｍ）付近の流速の
方が大きくなって、中心が凹んだ複雑な形状となってい
る。

【００３６】したがって、Ｌ２／Ｄ＝１．０での流速分
布は他の測定位置での分布と比較してみると、センサが
設けられるｌ１、ｌ２近傍で、流速分布の傾斜が急峻と
なっていて流速差が大きい分布となっている。そして、
このような位置にセンサを配置すると、上流からの乱れ
によって流速が大幅に変化してしまうためにセンサ測定
値はたやすく変動してしまう。このため、流量を正確に
測定できなくなる恐れがある。したがって、Ｌ２／Ｄ＞
１．０なる領域でセンサを配置すれば、上流に乱れが生
じてもさほど流速が大幅に変動しないため、正確で安定
した流量測定ができる。

【００３７】さらに、発明者らは、計測管４３０のベル
マウス４３４による流速分布への影響を実験により観測
した。このときの実験結果を図５に示す。なお、この実
験はベルマウス４３４の影響のみを観察するため、壁面
部５１１における流れの向き変更による影響を排除して
いる。具体的には、計測管４３０、およびセンサの支持
ピンを上流側に延ばし、センサの位置を移動させて測定
する範囲において上述のＬ２／Ｄが１．０より小さくな
ってしまうことがないようにした。

【００３８】なお、この実験では、計測管４３０の上流
端をＬ１／Ｄ＝０と設定し、Ｌ１／Ｄ＝０．２、０．
４、０．７、０．８、１．０の５箇所における軸方向に
垂直な管断面流速分布を測定している。

【００３９】そして、図中のＡ、Ｌ、ｌ１、ｌ２は図４
のものと同様である。ただし、流速比Ａを算出するため
に用いる基準値は、Ｌ１／Ｄ＝０．４におけるｌ１（図
中のＢ１）で測定された値を用いる。

【００４０】この図に示すように、Ｌ１／Ｄ＝０．４〜
０．８での流速分布の形状は、ｌ１、ｌ２において平滑
化した流速分布となっている。ところが、Ｌ１／Ｄ＝
０．２では、ベルマウス４３４の近傍のため、壁面外周
の流速が増強されて通路中心の流速よりも大きな分布と
なっている。したがって、センサが設けられるｌ１、ｌ
２近傍で流速分布の傾斜が急峻となっていて流速分布の
平滑化が達成されていない。

【００４１】また、Ｌ１／Ｄ＝１．０では、流速分布の
発達によりｌ１、ｌ２近傍での流速分布が、Ｌ１／Ｄ＝
０．４〜０．８での分布に比べて、流速分布の傾斜が急
峻な放物線状の流速分布となっている。

【００４２】このように、Ｌ１／Ｄ＝０．２、１．０で
のｌ１、ｌ２近傍での流速分布の傾斜は、Ｌ１／Ｄ＝
０．４〜０．８での流速分布の傾斜に比べて急峻となっ
ている。

【００４３】したがって、０．２＜Ｌ１／Ｄ＜１．０と
すれば、流速があまり変化しない平滑化した流速分布中
にセンサを配置することができる。したがって、上流に
乱れが生じてもさほど流速が大幅に変動しないため、正
確で安定した流量測定ができる。

【００４４】以上により、センサを０．２＜Ｌ１／Ｄ＜
１、かつＬ２／Ｄ＞１で設定される計測管４３０の軸方
向位置に配置することで、乱れ等によって大幅に流速が
変動することを防止でき、正確で安定した流量測定がで
きる。

【００４５】なお、上記の如き実験に基づいて、発明者
らが上記実施例の空気流量計１に適用した最適な各部寸
法Ｄ、Ｌ１、Ｌ２は、それぞれＤ＝１０（ｍｍ）、Ｌ１
＝９．５（ｍｍ）、Ｌ２＝１３．０（ｍｍ）であった。

【００４６】また、分岐管４２０の管長は、上記計測管
４３０の管径Ｄの３倍以上となっている。これによって
分岐管４２０内で十分整流効果を得ることができる。さ
らに、計測管４３０の内壁管４３３下流側のＲ部４３６
の曲率、およびＲ部４３６の下流端から壁面部５１１ま
での距離は、この流れの向きが直角に屈曲されるときに
流れの抵抗となって分流比（主通路の流速とバイパス通
路の流速との比）を低下させないような形状、および距
離に設定される。なお、上記実験においては曲率は１／
５Ｄ、距離は２／５Ｄにて計測された。

【００４７】また、上記分岐管４２０と計測管４３０と
の段差となる部位にはベルマウス４３４が形成されてい
るが、この段差部はテーパ状に形成されていても、段状
に形成されていてもよい。この場合においても、上記で
設定される領域にセンサが配置されれば正確な流量測定
が可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上に述べた本発明の流量計の構成およ
び作用によると、下流側バイパス通路径をＤ、センサと
バイパス通路の上流端との距離をＬ１、センサと壁面部
との距離をＬ2 としたとき、０．２＜Ｌ１／Ｄ＜１、か
つＬ２／Ｄ＞１を満たすバイパス通路の軸方向位置にセ
ンサを配置することによって、流速が大幅に変化して、
流量値が変動してしまうことを防止できる。このため、
正確な流量を安定して測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した空気流量計を示す断面図であ
る。

【図２】本実施例の要部を示す断面図である。

【図３】リブの断面を示す断面図である。

【図４】本実施例の効果を示す実験データ図である。

【図５】本実施例の効果を示す実験データ図である。

【符号の説明】

１ 空気流量計 ３ 上流側開口 ５ 下流側開口 １００ 中央円筒部 １６０ 中央ハウジング ２００ 上流側円筒部 ３００ 下流側円筒部 ３６０ 下流ハウジング ４００ 上流ハウジング ４１０ 入口開口 ４２０ 分岐管 ４３０ 計測管 ４４０ 出口開口 ５００ センサ部 ５１１ 壁面部 ５７０ 流速測定用センサ ５８０ 温度補償用センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 泰 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 森 幸雄 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 永坂 玲 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−212022（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/68

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体を案内する主通路と、 前記主通路を通る流体の一部を取り入れる入口部と連通
   し、軸方向に均等な通路径をもつバイパス通路と、 前記バイパス通路の下流端に対向して設けられ、前記バ
   イパス通路を流れる流体の流れの向きを変更させる壁面
   部と、 前記壁面部によって流れの向きが変更された流体を再び
   前記主通路へ戻す出口部と、 前記バイパス通路に設けられ、この通路を流れる流体の
   流量を測定するセンサとを備え、 前記センサの位置は前記バイパス通路の通路径をＤ、前
   記センサと前記バイパス通路の上流端との距離をＬ１、
   前記センサと前記壁面部との距離をＬ2 としたとき、 ０．２＜Ｌ１／Ｄ＜１、かつＬ２／Ｄ＞１ に設定されることを特徴とする流量計。