JP3070642B2 - 流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流体の流量を検出する流
体流量計に関し、特に流体が流れる主通路内に分岐通路
を形成し、この分岐通路内を流れる流体の流量を計測す
る流体流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の流体流量計として、自動
車のエンジンに吸入される吸入空気量を検出するエアフ
ロメータが知られている。

【０００３】例えば特開昭６０−１８５１１８号公報に
開示される「空気流量計」が知られている。この空気流
量計は、エンジンへの吸入空気が流れる吸気通路内のほ
ぼ中央部に円筒状の部材を支持し、この部材内に分岐通
路を形成して分岐通路内を流れる空気量を熱式の流量計
により計測している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の空気流量計のよ
うに主通路のほぼ中央に分岐通路を形成するものでは、
主通路のほぼ中央から分岐通路内へ空気を導入するた
め、分岐通路内へ主通路の流量によく対応した流量を導
入することができ、分岐通路内の流量を計測することで
主通路の流量を正確に知ることができる。また、分岐通
路の温度が主通路を流れる空気の温度に応答性よく追従
して変化するので、熱式の流量計を分岐通路内に設置す
る場合には、主通路の外側、例えばエンジンルームから
の温度の外乱を受けにくく正確な流量計測が可能であ
る。

【０００５】ところが、上記の公報に開示されるような
空気流量計では、分岐通路の出口が分岐通路を主通路内
に支持するためのステーより下流側に開口するため、こ
のステーにより生じた乱流が分岐通路の出口に作用する
おそれがある。そして、出口開口に乱流が作用すると、
分岐通路内の流れに乱れを及ぼしたり、分岐通路内に導
入される流量に変動を与えたりするばかりか、主通路の
流量と分岐通路内の流量との比率に変動を生じるおそれ
があった。

【０００６】本発明は上記のごとき従来技術の問題点に
鑑み、主通路内に分岐通路を形成し支持する流量計にお
いて、特に分岐通路出口の位置を改良することにより、
この分岐通路出口への乱流の作用を低減し正確な流量計
測を可能にすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するために、流体が流通する主通路と、前記主通路の
ほぼ中央部に設けられる中央部材と、前記主通路の壁面
と前記中央部材とを連結し、前記中央部材を前記主通路
のほぼ中央に支持する支持部材と、前記中央部材に開口
し前記主通路を流れる流体の一部を導入する導入口と、
前記中央部材に形成され前記導入口から導入された流体
を流す分岐通路と、前記分岐通路内に設けられ、前記分
岐通路内の流量を計測するセンサと、前記支持部材の下
流側端部より上流側に位置する前記中央部材の所定部位
に開口し、前記分岐通路を流れた流体を再び前記主通路
に戻す出口とを備え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。

【０００８】

【作用】以上に述べた本発明の構成によると、主通路の
ほぼ中央部に支持部材によって中央部材が支持される。
そして、中央部材には導入口と分岐通路と出口とが形成
され、分岐通路内にセンサが設けられて流体の流量が計
測される。しかも、中央部材に形成された分岐通路の出
口は、この中央部材を主通路のほぼ中央に支持する支持
部材の下流側端部より上流側に設けられるため、支持部
材の下流側に発生する流体の乱流が分岐通路の出口に作
用することが防止される。このため、分岐通路内の流れ
の乱れが低減され、主通路の流量に正確に対応した流量
が分岐通路内に導入され流される。このため、分岐通路
内に設けられたセンサにより正確な流量計測が可能にな
る。

【０００９】

【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、図３に基づいて説明する。

【００１０】図１は、熱式の空気流量計の断面図、図２
は図１のＡ矢視図である。なお、図１は図２のＩ−Ｉ断
面を示している。空気流量計１には図中左側から吸入空
気が導入され、図中右側へ流出する。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。

【００１１】空気流量計１は吸気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ている。また、中央
円筒部１００の外側には、固定用のナット１１１、１１
３がインサート成形された支持部１１５、１１７が成形
されている。中央円筒部１００の内側は円筒状に成形さ
れ、内側へ向けて４本のリブ１２０、１３０、１４０、
１５０が一体に成形されている。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が一体に成形されている。中央ハウジング１
６０はその中央に仕切り壁１６３を有し、仕切り壁１６
３の中央には穴１６５が開設されている。

【００１２】樹脂製の上流側円筒部２００は下流側へ向
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、外周にはエア
クリーナへの取付用の段差が形成されている。そして、
上流側円筒部２００は中央円筒部１００の内側に挿入さ
れて、中央円筒部１００に固定される。

【００１３】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。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
ている。さらに、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
れている。

【００１４】そして、４本のリブ３２０、３３０、３４
０、３５０は、中央円筒部１００から延びるリブ１２
０、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。また、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
弾型の形状に組立られる。

【００１５】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、砲弾型の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部４１０が開設され、上流
ハウジング４００の内側には、入口開口部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
れている。分岐管４２０の下流端には、計測管４３０が
挿入されている。計測管４３０はステンレス製の内側管
４３３と樹脂製の外側管４３５とからなり、内側管４３
３の上流側にはベルマウスが形成され、その内径は分岐
管４２０より小径に形成されている。さらに、砲弾型の
上流ハウジング４００の外側には、周方向に沿って出口
開口部４４０、４５０が開設されている。この出口開口
部４４０、４５０は、周方向に延びるスリット状の開口
としてほぼ全周にわたり複数形成されている。また、出
口開口部４４０、４５０は上流ハウジング４００の内側
から外側へ向けて下流側へ傾斜して開設されている。し
かも、上流側より下流側の壁面が下流側へ向けてより大
きく傾斜しており、空気をスムーズに流出させる。

【００１６】上流ハウジング４００は中央ハウジング１
６０の上流側に挿入され固定される。このとき、分岐管
４２０の下流端が中央ハウジング１６０の内側に放射状
に形成された板状のリブ１６７、１６９の上流側端面に
当接する。なお、図１には、放射状に設けられた板状の
４枚のリブのうちの２枚１６７、１６９が図示されてい
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、しかも計測管４３０の下流端から計測管４３０およ
び分岐管４２０の外周側への空気通路が確保される。そ
して、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
が滑らかな繭型に組立てられる。

【００１７】ここで、上流ハウジング４００の出口開口
４４０、４５０より上流の部位と上流側円筒部２００と
の間には、吸気通路の断面積が最も絞られた絞り部が形
成されており、図中一点鎖線Ｂで示す位置の流路断面積
が最も狭い。これにより、上流側開口３から流入した空
気流は、絞り部で絞られ、上流ハウジング４００の外周
に沿って均等な流れとなるように整流される。

【００１８】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、センサ部５００
は仕切り壁１６３に固定される。センサ部５００は、円
筒状の樹脂部５１０に４本の支持ピン５２０、５３０、
５４０、５５０をインサート成形し、一端側に固定用フ
ランジ５６０を固定して形成される。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、５３
０の間にひとつのセンサ５７０が支持され、短い２本５
４０、５５０の間にひとつのセンサ５８０が支持され
る。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、同一特性のものが用いられる。

【００１９】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。

【００２０】以上に説明した実施例では、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
側に吸気通路が形成される。そして、上流ハウジング４
００と中央ハウジング１６０と下流ハウジング３６０と
により繭型の中央部材が形成され、この中央部材は４本
のリブにより吸気通路の中央に支持される。そして、吸
入空気は主として中央部材の外側を流れる。

【００２１】さらに、上流ハウジング４００と中央ハウ
ジング１６０との間には、入口開口４１０から、分岐管
４２０、計測管４３０、計測管４３０と仕切り壁１６３
との間の隙間を順次通り、出口開口４４０、４５０へ至
る分岐通路が形成される。従って、吸気通路を流れる空
気の一部は、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、仕切り壁１６
３に衝突して径方向に流れの方向を変え、さらに、出口
開口４４０、４５０へ向けて分岐管４２０の外側を通っ
て流れる。そして出口開口４４０、４５０から再び吸気
通路内へ流出する。このとき、出口開口４４０、４５０
近傍の吸気通路断面積が絞られているため、吸気通路の
流速が増加し出口開口４４０、４５０近傍が負圧となっ
て、上流ハウジング４００内の空気は吸い出されて流出
する。

【００２２】そして、計測管４３０の内部に位置された
センサ５７０、５８０により分岐通路内を流れる空気の
流量が計測される。ここで、一方のセンサは温度測定用
として使用され、他方のセンサは所定温度に加熱されて
その放熱量が空気流量に応じて変化する。そして、回路
容器１１０に収容された制御回路は、センサを所定温度
に加熱するために要する電力を検出し、この電力を測定
流量を示す出力信号として出力する。制御回路から出力
された出力信号は、燃料噴射量制御装置などへ供給さ
れ、燃料噴射量の演算に使用される。

【００２３】上記の実施例では、出口開口４４０、４５
０より上流側に絞り部Ｂが形成されているため、出口開
口４４０、４５０において作用する負圧が、周方向の全
周に渡って均等に作用する。このため、上流側開口３か
ら流入する空気流に偏りがあっても、その偏りを整流し
て出口開口４４０、４５０に作用させることができる。

【００２４】また、出口開口４４０、４５０には、中央
部材の表面に生じる気流の剥離も影響を与えるが、出口
開口４４０、４５０が比較的剥離の少ない中央部材の上
流寄りの位置に開口するため、低流量から高流量にわた
る広い範囲で安定した作動を得ることができる。

【００２５】また、出口開口４４０、４５０はリブ１２
０、１３０、１４０、１５０より上流に開口しているた
め、リブの表面で発生する気流の剥離により生じる乱
流、およびリブの下流端で生じる乱流の影響を受けるこ
となく分岐通路から空気を流出させることができる。

【００２６】また、出口開口４４０、４５０は上流ハウ
ジング４００の外周にほぼ全周にわたって開口している
ため、吸気通路全体の流れによる作用を受ける。このた
め、一部の乱流により分岐路内の流量が変動することが
防止される。

【００２７】以上述べたようにこの実施例では、出口開
口４４０、４５０における空気の流れを乱れの少ない状
態に維持でき、吸気通路を流れる全流量と分岐通路を流
れる流量との比率を正確に所定の比率に維持することが
でき、分岐通路内の流量を計測することで正確に吸気通
路全体の流れを検出することができる。

【００２８】さらに、出口開口４４０、４５０が砲弾状
の上流ハウジング４００の内側から外側へ向けて下流側
へ傾斜して開設され、しかも、上流側より下流側の壁面
が下流側へ向けてより大きく傾斜されている。そして、
この開口４４０、４５０は上流ハウジング４００の上流
側、すなわち中央部材の外周径が下流に向かうにつれて
漸増していく拡大部に開設されている。また、この拡大
部の外周近傍に位置する上流側円筒部２００には、その
内周径が下流に向かうにつれて漸増していく漸増部が形
成されている。ここで、中央部材の拡大部は、その外周
径の漸増割合が、漸増部の内周径の漸増割合よりも小さ
くなるように形成されている。

【００２９】このような構成のもと、吸気通路の流れ
は、まず中央部材の拡大部に沿って流れるため、軸方向
に対して外径方向へ向かって傾斜される。さらに、上流
側円筒部２００の漸増部によって、中央部材に沿って傾
斜された主通路の流れは、より外径方向へ傾斜される。

【００３０】一方、出口開口４４０、４５０から流出す
る流れは、開口が下流側に向かって傾斜しているため、
外径方向へ向かって傾斜された吸気通路の流れと小さな
角度で合流することができる。したがって、この２つの
流れはスムーズに合流することが可能となり、２つの流
れの衝突が大幅に緩和される。このため、流れの衝突に
よって吸気通路の流れが絞られて圧力損失が増大するこ
とを抑制でき、空気流量計１での吸気抵抗を減少させる
ことができる。したがって、内燃機関内へ吸入空気をス
ムーズに吸入させることが可能となり、機関出力を向上
させることができる。

【００３１】また、上流側円筒部２００の漸増部は、そ
の漸増割合が、中央部材の拡大部のそれよりも大きくな
るように形成されるため、出口開口４４０、４５０下流
側の吸気通路の面積の増加割合は、開口４４０、４５０
上流側のそれよりも大きい。したがって、出口開口４４
０、４５０から流出する空気が吸気通路を流れる空気に
合流したときにも、この空気流量増加分によって、吸気
通路内の流れが絞られることが防止される。このため、
この流量増大によって流れが絞られ、圧力損失が増大す
ることを防止できる。したがって、内燃機関へ空気をス
ムーズに吸入させることが可能となり、機関出力を向上
させることができる。

【００３２】さらに、リブ１２０、１３０、１４０、１
５０の下流側にリブ３２０、３３０、３４０、３５０
が、下流ハウジング３６０と下流円筒部３００との間に
形成されている。このリブは、直管部３１０の変形を防
止するように作用する。すなわち、このリブは、下流側
円筒部３００の直管部３１０に吸気ダクトを介してベル
トが締めつけられる際に、直管部３１０の変形を防止す
る。また、高温時に直管部３１０が、ベルトの締めつけ
力によって変形し、吸気ダクトと下流側円筒部３００と
の間に隙間ができ、この隙間から空気が流入し、これに
より、エンジン内へ余分な空気が吸入され、空燃比が薄
くなりエンジンの出力を低下させることを防止できる。

【００３３】次に本発明を適用した他の実施例を図４に
基づいて説明する。ここでは、図１に示した実施例との
相違点を説明する。この実施例でも上述の実施例と同様
に４本のリブが吸気通路の内側へ向けて形成されてお
り、吸気通路の中央部に中央部材を支持している。そし
て、分岐通路の出口開口はリブ１２１、１３１、１４
１、１５１（１２１、１３１は図示なし）の間に開設さ
れている。さらに、このリブ１２１、１３１、１４１、
１５１の下流側端部には、リブ３２１、３３１、３４
１、３５１（３２１、３３１は図示なし）が形成されて
いる。この実施例では、中央ハウジング１６１は円筒部
１６２とこの円筒部１６２より小径の壁部１６４とから
なり、壁部１６４はリブ１２１、１３１、１４１、１５
１により支持されている。このため、円筒部１６２と壁
部１６４との間には４個の細い円弧状の通路が形成され
る。図４には、４個の通路のうちのふたつ１６６と１６
８とが図示されている。そしてこれらの通路がそのまま
出口開口４４１、４５１に連なっている。

【００３４】さらに円筒部１６２の上流側には入口開口
４１１が形成された上流ハウジング４０１が固定され、
円筒部１６２の内側には、円板の中央に管路を形成した
金属製の計測管部材４３１が固定される。そして、入口
開口４１１と計測管部材４３１との間には分岐管部材４
２１が設けられ、入口開口４１１と計測管部材４３１の
管路とを接続している。

【００３５】従ってこの実施例では、吸気通路内の空気
の一部は入口開口４１１から分岐通路内に導入され、分
岐管部材４２１、計測管部材４３１を通り、壁部１６４
に衝突して径方向に流れの方向を変え、通路１６６、１
６８を通って出口開口４４１、４５１へ流れる。しか
も、図中一点鎖線Ｃで示す位置には、この空気流量計２
の吸気通路の中で最も通路断面積の狭い絞り部Ｃが形成
されており、図中一点鎖線Ｄで示す位置には、絞り部Ｃ
の次に通路断面積が狭い絞り部Ｄが形成されている。こ
のため、上流側開口３から流入した空気流は最も狭い絞
り部Ｃで周方向に渡ってほぼ均等な流れに整流され、次
に狭い絞り部Ｄへ流れる。そして、この絞り部Ｄにおい
て流速の増加により負圧が生じ、出口開口４４１、４５
１から分岐通路内の空気が吸いだされる。

【００３６】このため、この実施例によると、出口開口
４４１、４５１を絞り部Ｃより下流に設けているため、
出口開口４４１、４５１の近傍における流れの偏りを少
なくし、分岐通路内の流量を吸気通路全体の流量に安定
して対応させることができる。また、出口開口４４１、
４５１をリブを除くほぼ全周にわたって開設しているか
ら、吸気通路全体の流量に応じた平均的な負圧を出口開
口に作用させることができ、分岐通路から流出する流量
を吸気通路全体の流量に対して所望の比率に維持するこ
とができる。また、この実施例では、出口開口４４１、
４５１をリブとリブとの間に開設しているから、リブよ
り下流に生じる乱流の影響を受けることなく分岐通路か
ら空気を流出させることができる。このため、分岐通路
内に乱流を生じたり、分岐通路内の流量が吸気通路全体
の流量に対応しなくなるといった不具合が防止され、正
確な流量計測が可能になる。

【００３７】また、この実施例の場合でも、リブ１２
１、１３１、１４１、１５１の下流側に形成されるリブ
３２１、３３１、３４１、３５１によって、下流側円筒
部３００の変形が防止され、吸気ダクトに接続され、ベ
ルトで締めつけられる際の変形が防止できる。

【００３８】なお、図１の実施例では分岐管の内側と外
側とを分岐通路としているため、図４の実施例に比べて
長い分岐通路をコンパクトに構成することができ、吸入
空気量変化時のセンサ応答性、あるいはエンジンの吸気
脈動、逆流に対する応答性の調節を通路形状により行う
ことができる。

【００３９】また、図４のようにリブの間に出口開口を
開設するものでは、出口開口より上流側にあるリブの流
れ方向の長さを短くすることでリブの上流側端面とリブ
表面とで発生する乱流による影響を抑制することが期待
できる。このため、図４の実施例では、リブの流れ方向
に沿った長さを図１の実施例に比べて短くしている。ま
た、図１の実施例では出口開口４４０、４５０を図４の
実施例の出口開口４４１、４５１に比べて上流側に開設
している。このため、図１の実施例ではリブを図４の実
施例に比べて上流側まで形成することができ高い強度を
得ることができる。

【００４０】また、以上に述べた実施例では、吸気通路
の一部を構成する空気流量計のハウジングを吸気通路の
流れ方向に複数の部品に分割し、組み立てるように構成
した。しかも、センサ部は分岐通路に対して下流側の壁
面から軸方向に挿入するようにした。このため、空気流
量計の組立にあたっては、外形がほぼ円筒状の各部品を
軸方向に組付けてゆくだけでよく、組立作業を容易にで
きる。

【００４１】

【発明の効果】以上述べた本発明の構成および作用によ
ると、分岐通路の出口が支持部材の下流側端部より上流
側に開設されるため、この支持部材により生じる乱流の
影響を受けることなく分岐通路から主通路へ流体を流出
させることができる。このため、分岐通路の流体の流れ
に乱れを生じたり、流量の変動を生じたりすることが防
止され、正確な流量計測が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施例の断面図。

【図２】図１のＡ矢視図。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。

【図４】本発明を適用した他の実施例の断面図。

【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 １４０ リブ １５０ リブ ２００ 上流側円筒部 ３００ 下流側円筒部 ３４０ リブ ３５０ リブ 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 ４５０ 出口開口 ５００ センサ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 常光 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 伴 隆央 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 梅津 邦広 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) 特開 平４−184222（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−93137（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/68 - 1/699

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体が流通する主通路と、 前記主通路のほぼ中央部に設けられる中央部材と、 前記主通路の壁面と前記中央部材とを連結し、前記中央
   部材を前記主通路のほぼ中央に支持する支持部材と、 前記中央部材に開口し前記主通路を流れる流体の一部を
   導入する導入口と、 前記中央部材に形成され前記導入口から導入された流体
   を流す分岐通路と、 前記分岐通路内に設けられ、前記分岐通路内の流量を計
   測するセンサと、 前記支持部材の下流側端部より上流側に位置する前記中
   央部材の所定部位に開口し、前記分岐通路を流れた流体
   を再び前記主通路に戻す出口とを備えることを特徴とす
   る流量計。