JP3602762B2 - 流量計測装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用エンジン等の吸入空気流量を検出するのに用いて好適な流量計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジン等では、吸入空気と燃料とを混合して適切な空燃比の混合気を形成するため、流量計測装置によってエンジンの吸入空気流量を検出し、その検出値に応じて燃料の噴射量等を定める構成としている。
【０００３】
この種の従来技術による流量計測装置は、エンジンの吸入空気が流れる吸気通路をバイパスして吸入空気の一部を流通させるバイパス通路と、該バイパス通路の途中に設けられ、吸入空気の流量を検出する流量検出素子とを含んで構成されている（例えば特開平９−３２９４７２号、特開平９−４４８７号公報等）。
【０００４】
ここで、エンジンの吸気通路内には、例えば内部にバイパス通路が形成された中空構造体からなる通路形成部材が設けられ、この通路形成部材の外面側には、バイパス通路の流入口と流出口とが開口している。また、バイパス通路のうち流入口に連なる入口側の通路部位は直線状に形成され、この通路部位の途中には流量検出素子が配置されている。
【０００５】
そして、バイパス通路は、流入口が吸入空気流の上流側に向けて開口し、入口側の通路部位が吸入空気の流れ方向に沿って直線状に配置される。この結果、エンジンの運転中には、吸入空気の一部がバイパス通路の流入口から入口側の通路部位へと円滑に流入するようになり、この吸入空気は流量検出素子の位置を通過することによって流量を検出された後に、バイパス通路の流出口から吸気通路に戻る構成となっている。
【０００６】
また、流量検出素子は、例えば基板上に設けられた白金等の金属薄膜にエッチング処理等の微細加工を施すことにより、感温抵抗体として構成されたものがある。そして、感温抵抗体は、流量計測装置の作動時に給電されることによって発熱し、この状態でバイパス通路を流れる吸入空気と接触して冷却されることにより、吸入空気の流量を温度（抵抗値）の変化として検出するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、バイパス通路のうち入口側の通路部位を吸入空気の流れ方向に沿って直線状に形成することにより、吸入空気をバイパス通路内に円滑に流入させる構成としている。
【０００８】
しかし、例えばダスト捕捉容量の低いエアクリーナエレメントを使用した場合、エンジンの吸入空気中には、エアクリーナエレメントにより除去しきれなかったダスト等の異物粒子が含まれていることがある。そして、エンジンの加速時等に吸入空気の流速が増大すると、吸入空気中の異物も空気流によって加速されることになり、この異物はバイパス通路の流入口から入口側の通路部位内へと高速で侵入するようになる。
【０００９】
このため、従来技術では、バイパス通路に侵入する異物が入口側の通路部位で流量検出素子に高速で衝突し、このような異物の衝撃が長期間に亘って繰返されることにより、流量検出素子の作動不良、損傷等を招き、耐久性、寿命が低下するという問題がある。
【００１０】
特に、流量検出素子を構成する感温抵抗体は、抵抗体周囲の配線パターン等と共に微小な金属薄膜によって形成されているため、ダスト捕捉容量の低いエアクリーナエレメントを使用した場合には、これらの部材が異物との僅かな衝突によっても早期に劣化し易い。
【００１１】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、被測流体中に含まれるダスト等の異物が流量検出素子と直に衝突するのを防止し、流量検出素子を高速の異物から保護することにより、耐久性、寿命を向上できるようにした流量計測装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、被測流体の流れる主通路と、該主通路内に配置される回路収容部を有したセンサボディと、前記主通路をバイパスして被測流体の一部を流通させるバイパス通路を形成する通路形成部材と、前記バイパス通路の途中に前記回路収容部を介して設けられ前記被測流体の流量を検出する流量検出素子とからなる流量計測装置に適用される。
【００１３】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記バイパス通路は、前記通路形成部材の外面側に開口する流入口と流出口とを有し、該流出口を流入口よりも前記回路収容部から離れた位置に配置すると共に、前記バイパス通路は前記通路形成部材の内部に設けた内側壁部の周囲に形成する構成とし、かつ前記バイパス通路は、前記主通路内を流れる被測流体の流れ方向に沿って延び前記流入口から被測流体が流入する入口側通路部と、該入口側通路部に対し折曲がって形成され前記回路収容部に向かって延びる第１の折曲げ通路部と、該第１の折曲げ通路部に対し折曲がって形成され前記流れ方向に沿って延びる第２の折曲げ通路部と、該第２の折曲げ通路部に対し折曲がって形成され前記内側壁部を挟 んで入口側通路部とは反対側となる部位を前記回路収容部から離れる方向に向けて前記流入口を過ぎる位置まで延びると共に、前記流れ方向とは逆方向に延びて前記流出口に連通する出口側通路部とからなり、前記流量検出素子は、前記通路形成部材の内側壁部に対向して前記第２の折曲げ通路部に配置し前記回路収容部の回路と接続する構成としたことにある。
【００１４】
このように構成することにより、被測流体は、入口側通路部から第１の折曲げ通路部、第２の折曲げ通路部へと順次流通し、第２の折曲げ通路部内で流量検出素子の位置を通過する。この結果、被測流体の流れ方向は流量検出素子の上流側で折曲がるように２回変化するから、このときに被測流体中に含まれるダスト等の異物が流量検出素子の位置を通過するときの速度を２段階で減速することができる。そして、流量検出素子の上流側で異物を減速することにより、仮りに異物が流量検出素子に衝突した場合でも、例えば微小な金属薄膜等からなる流量検出素子を保護することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による流量計測装置を、添付図面に従って詳細に説明する。
【００１６】
ここで、図１ないし図４は本発明による第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、自動車用エンジンに用いる流量検出装置を例に挙げて述べる。
【００１７】
１は流量計測装置が設けられた管体で、該管体１は例えば樹脂材料、金属材料等によって円筒状に形成され、エンジンの吸気管（図示せず）等の途中に取付けられるものである。また、管体１の外周側には、後述のセンサボディ３を取付ける小径筒状の取付部１Ａが突設されている。
【００１８】
また、管体１は、その内部が主通路としての吸気通路２となり、該吸気通路２は、上流側がエンジンの吸入空気を浄化するエアクリーナに接続されると共に、下流側がエンジンの各気筒（いずれも図示せず）に接続されている。そして、吸気通路２には、図２に示す如く、被測流体となるエンジンの吸入空気がエアクリーナから各気筒に向けて矢示Ａ方向に流れる構成となっている。
【００１９】
３は管体１に取付けられたセンサボディで、該センサボディ３は、図２に示す如く基端側が管体１の取付部１Ａ内に嵌合され、先端側が吸気通路２内に突出すると共に、この突出端側には後述の流量検出素子１６が設けられている。また、センサボディ３には、流量検出素子１６との間で信号の入出力を行う電子回路（図示せず）を収容した回路収容部３Ａが設けられ、該回路収容部３Ａは吸気通路２内に突出している。
【００２０】
４は吸気通路２内に設けられた通路形成部材で、該通路形成部材４は、図１ないし図３に示す如く、例えば樹脂材料等により略四角形状の中空構造体として形成され、その内部には通路形成部材４の外郭部位との間に後述のバイパス通路５を画成する内側壁部４Ａが設けられている。また、通路形成部材４は、図３中の上部側がセンサボディ３に取付けられ、下部側は管体１の内壁面に固着されることによって吸気通路２内で位置決めされている。
【００２１】
そして、通路形成部材４の前面側には、図３に示す如く、後述する流入口６の上側に位置して遮断壁部４Ｂが設けられ、該遮断壁部４Ｂは吸入空気が矢示Ａ方向へと直線的に流れて流量検出素子１６に達するのを遮断するものである。また、通路形成部材４の上面側には、後述の折曲げ通路部１１に開口した素子挿入穴４Ｃが設けられている。
【００２２】
５は通路形成部材４内に略四角形状に折曲がって形成されたバイパス通路で、該バイパス通路５は、図３に示すように内側壁部４Ａの周囲に形成され、後述の流入口６、入口側通路部７、衝突壁部８，１０、折曲げ通路部９，１１、出口側通路部１３および流出口１４を含んで構成されている。そして、バイパス通路５は、吸気通路２を流れる吸入空気の一部が流入口６からバイパスして流入し、流出口１４から流出するものである。
【００２３】
６は通路形成部材４の前面側に設けられた流入口で、該流入口６は、図３に示す如く、吸入空気の流れ方向（矢示Ａ方向）に対し上流側に向けて開口し、吸入空気をバイパス通路５内に流入させるものである。
【００２４】
７はバイパス通路５の流入側部位を構成する入口側通路部で、該入口側通路部７は、流入口６から通路形成部材４の内側壁部４Ａに突き当たる位置まで吸入空気の流れ方向（矢示Ａ方向）にほぼ沿って形成されている。また、この内側壁部４Ａのうち入口側通路部７の下流側が突き当たる部位は、吸入空気の流れが衝突する第１の衝突壁部８を構成している。
【００２５】
９は衝突壁部８の位置で入口側通路部７に対しほぼ直角に折曲がって形成された第１の折曲げ通路部で、該第１の折曲げ通路部９は、衝突壁部８の位置から回路収容部３Ａに向かって通路形成部材４の上面側に突き当たる位置まで延びている。また、通路形成部材４の上面側のうち折曲げ通路部９の下流側が突き当たる部位は、吸入空気の流れが衝突する第２の衝突壁部１０となっている。
【００２６】
１１は衝突壁部１０の位置で第１の折曲げ通路部９に対しほぼ直角に折曲がって形成された第２の折曲げ通路部で、該第２の折曲げ通路部１１は、図３に示す如く通路形成部材４の上面側（素子収容穴４Ｃ）と内側壁部４Ａとの間を吸入空気の流れ方向（矢示Ａ方向）に沿って延び、その下流側には第３の衝突壁部１２が設けられている。また、第２の折曲げ通路部１１は、この衝突壁部１２の位置で出口側通路部１３と連通し、この出口側通路部１３は、第２の折曲げ通路部１１に対し折曲がって形成されている。そして、出口側通路部１３は、内側壁部４Ａを挟んで入口側通路部７、第１の折曲げ通路部９とは反対側となる部位を回路収容部３Ａから離れる方向に向けて流入口６を過ぎる位置まで延びている。さらに、出口側通路部１３は、吸入空気の流れ方向（矢示Ａ方向）とは逆方向に延びるように略Ｌ字状に屈曲して形成され、その下流側は後述の流出口１４と連通している。
【００２７】
ここで、バイパス通路５は、図３に示す如く、吸入空気が第１，第２の衝突壁部８，１０に衝突して折曲げ通路部９，１１を流れることにより、その流れ方向を矢示Ｂ，Ｃに示す如く流量検出素子１６の上流側でほぼ直角に折曲がる方向へと２回変化させる。これにより、空気中にダスト等の異物粒子が含まれている場合でも、バイパス通路５は、この異物を第１，第２の衝突壁部８，１０に衝突させることにより、吸入空気と共に流れる異物の速度を流量検出素子１６の上流側で減速する構成となっている。
【００２８】
１４はバイパス通路５内の吸入空気が流出する流出口で、該流出口１４は、出口側通路部１３の下流側に略Ｌ字状に屈曲して形成され、図１に示すように通路形成部材４の側面に開口している。そして、バイパス通路５の流入口６と流出口１４とは、図１ないし図３に示す如く通路形成部材４の外面側に開口し、流出口１４は流入口６よりも前記回路収容部３Ａから離れた位置に配置されている。
【００２９】
１５は流量検出素子１６が取付けられた素子取付部で、該素子取付部１５は、図３に示す如く、基端側がセンサボディ３の回路収容部３Ａに取付けられ、先端側が通路形成部材４の素子挿入穴４Ｃを介して折曲げ通路部１１内に突設されると共に、この突出部位には流量検出素子１６が固着されている。
【００３０】
１６は第２の折曲げ通路部１１の途中位置に設けられた流量検出素子で、該流量検出素子１６は、図４に示す如く、例えばシリコン材料、セラミックス材料等により形成され薄肉のダイヤフラム部１６Ａ1 が設けられた基板１６Ａと、該基板１６Ａのダイヤフラム部１６Ａ1 上に設けられたヒータ１６Ｂと、該ヒータ１６Ｂの左，右両側に位置してダイヤフラム部１６Ａ1 上に設けられ、回路収容部３Ａ内の電子回路との間でブリッジ回路（図示せず）を構成した感温抵抗体１６Ｃ，１６Ｃとを有している。また、ヒータ１６Ｂと各感温抵抗体１６Ｃとは、例えば白金等の金属薄膜にエッチング加工を施すことによって形成されている。
【００３１】
そして、流量検出素子１６の作動時には、ヒータ１６Ｂが電子回路から給電されることによって発熱すると、感温抵抗体１６Ｃはヒータ１６Ｂからの熱伝導を受けつつ、折曲げ通路部１１を流れる吸入空気と接触して冷却されることにより、吸入空気の流量を温度に応じた抵抗値の変化として検出するものである。
【００３２】
本実施の形態による流量計測装置は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００３３】
まず、エンジンの運転中には、図３に示す如く、その吸入空気が吸気通路２を矢示Ａ方向に流れると、吸入空気の一部が流入口６から入口側通路部７に流入し、この空気流は矢示Ｂの如く衝突壁部８に衝突することにより、流れ方向がほぼ直角に変化して第１の折曲げ通路部９を流通する。そして、この空気流は、矢示Ｃの如く衝突壁部１０に衝突することによって第２の折曲げ通路部１１を流通して流量検出素子１６の位置を通過する。
【００３４】
このとき、流量検出素子１６は吸入空気の流量を検出し、エンジンの吸入空気量に対応した検出信号を外部に出力する。また、流量検出素子１６の位置を通過した吸入空気は、矢示Ｄの如く出口側通路部１３を流通した後に流出口１４から吸気通路２に流出する。
【００３５】
また、例えばエンジンの各気筒からの吹返し等によって吸入空気が図３中の矢示Ａ方向と逆向きに流れる場合には、流出口１４が通路形成部材４の外面側に位置して吸入空気の逆流方向とほぼ直交する方向に開口しているため、この逆流は、流出口１４からバイパス通路５内に流入するのを阻止される。また、仮りに吸入空気が流出口１４から僅かに逆流した場合でも、この逆流はＬ字状に屈曲した出口側通路１３を流れることによって減衰する。
【００３６】
ところで、仮りに吸入空気中にダスト等の異物粒子が含まれている場合には、この異物が吸入空気の流れによって加速されることにより、流入口６から入口側通路部７に高速で侵入することがある。
【００３７】
しかし、この異物は、吸入空気の流れ方向が折曲げ通路部９，１１によって折曲がるように変化するときに、慣性質量が大きいために衝突壁部８，１０に衝突して減速され、流量検出素子１６の位置を低速で通過する。
【００３８】
かくして、本実施の形態では、バイパス通路５に第１，第２の折曲げ通路部９，１１を設け、流量検出素子１６を第２の折曲げ通路部１１の途中に配設する構成としたので、これらの第１，第２の折曲げ通路部９，１１は、流量検出素子１６の上流側で吸入空気の流れ方向をほぼ直角に折曲がる方向へと２回変化させることができる。このとき、吸入空気中の異物を衝突壁部８，１０に衝突させることができ、これらの２箇所で異物だけを確実に減速させることができる。
【００３９】
即ち、流入口６から入口側通路部７に高速で侵入してきた異物を、まず衝突壁部８と衝突させて減速できると共に、さらに衝突壁部１０と衝突させることによって異物の速度を十分に低下させることができる。
【００４０】
これにより、異物が第２の折曲げ通路部１１を通過するときに流量検出素子１６に高速で衝突するのを防止でき、仮りに衝突したとしても、このときの衝突エネルギを低減させることができる。
【００４１】
従って、微小な金属薄膜等により形成された感温抵抗体１６Ｂを吸入空気中に含まれるダスト等の異物粒子から確実に保護でき、流量検出素子１６の耐久性、寿命を向上させることができる。
【００４２】
なお、前記第１の実施の形態では、バイパス通路５の流出口１４が通路形成部材４の側面に開口する構成としたが、本発明はこれに限らず、例えば図５に示す変形例のように、内側壁部４Ａ′を有する通路形成部材４′の下面側を管体１の内壁面から離間させて配置し、この下面側にバイパス通路５′の流出口１４′が開口する構成としてもよい。また、流出口が通路形成部材４′の後面側に開口する構成としてもよい。
【００４３】
また、前記実施の形態では、通路形成部材４の上部側をセンサボディ３に取付け、下部側を管体１の内壁面に固着する構成としたが、本発明はこれに限らず、通路形成部材４の上部側と下部側のうちいずれか一方を固定すればよい。そして、通路形成部材４の下部側を固定する場合には、通路形成部材４と管体１とを一体に樹脂成形する構成としてもよい。
【００４４】
また、前記実施の形態では、バイパス通路５を流量検出素子１６の上流側で２回折曲げる構成としたが、本発明はこれに限らず、バイパス通路を流量検出素子の上流側で３回以上折曲げる構成としてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、バイパス通路は、通路形成部材の外面側に開口する流入口と流出口とを有し、該流出口を流入口よりもセンサボディの回路収容部から離れた位置に配置すると共に、前記バイパス通路は前記通路形成部材の内部に設けた内側壁部の周囲に形成する構成としている。そして、このバイパス通路は、主通路内を流れる被測流体の流れ方向に沿って延び前記流入口から被測流体が流入する入口側通路部と、該入口側通路部に対し折曲がって形成され前記回路収容部に向かって延びる第１の折曲げ通路部と、該第１の折曲げ通路部に対し折曲がって形成され前記流れ方向に沿って延びる第２の折曲げ通路部と、該第２の折曲げ通路部に対し折曲がって形成され前記内側壁部を挟んで入口側通路部とは反対側となる部位を前記回路収容部から離れる方向に向けて前記流入口を過ぎる位置まで延びると共に、前記流れ方向とは逆方向に延びて前記流出口に連通する出口側通路部とからなり、流検出量素子は、前記通路形成部材の内側壁部に対向して前記第２の折曲げ通路部に配置し前記回路収容部の回路と接続する構成としたので、被測流体中に含まれるダスト等の異物がバイパス通路内に侵入した場合でも、この異物をバイパス通路の折曲がり通路部で十分に減速することができる。これにより、異物が流量検出素子に高速で衝突するのを確実に防止でき、仮りに衝突したとしても、このときの衝突エネルギを低減して流量検出素子を確実に保護できると共に、流量検出素子の耐久性、寿命を向上させることができる。
【００４６】
この場合、バイパス通路は、入口側通路部、第１，第２の折曲げ通路部および出口側通路部を有し、流量検出素子を第２の折曲げ通路部に設ける構成としたので、これらの折曲げ通路部は、被測流体の流れ方向を折曲がるように２回変化させることができ、このときに被測流体中の異物を２段階で十分に減速することができる。このように、被測流体中の 異物が減速されることにより、仮にこの異物が流量検出素子に衝突した場合でも、例えば金属薄膜等からなる流量検出素子を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による流量計測装置を管体に取付けた状態で示す正面図である。
【図２】図１中の矢示II−II方向からみた流量計測装置と管体の縦断面図である。
【図３】バイパス通路と流量検出素子とを示す図２中の要部拡大断面図である。
【図４】流量検出素子を拡大して示す斜視図である。
【図５】第１の実施の形態の変形例を示す流量計測装置の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 管体
２ 吸気通路（主通路）
３ センサボディ
３Ａ 回路収容部
４，４′ 通路形成部材
４Ａ，４Ａ′ 内側壁部
５，５′ バイパス通路
６ 流入口
７ 入口側通路部
８，１０ 衝突壁部
９ 第１の折曲げ通路部
１１ 第２の折曲げ通路部
１３ 出口側通路部
１４，１４′ 流出口
１６ 流量検出素子
１６Ａ 基板
１６Ｂ 感温抵抗体

Claims (1)

1. 被測流体の流れる主通路（２）と、該主通路（２）内に配置される回路収容部（３Ａ）を有したセンサボディ（３）と、前記主通路（２）をバイパスして被測流体の一部を流通させるバイパス通路（５，５′）を形成する通路形成部材（４，４′）と、前記バイパス通路（５，５′）の途中に前記回路収容部（３Ａ）を介して設けられ前記被測流体の流量を検出する流量検出素子（１６）とからなる流量計測装置において、
   前記バイパス通路（５，５′）は、前記通路形成部材（４，４′）の外面側に開口する流入口（６）と流出口（１４，１４′）とを有し、該流出口（１４，１４′）を流入口（６）よりも前記回路収容部（３Ａ）から離れた位置に配置すると共に、前記バイパス通路（５，５′）は前記通路形成部材（４，４′）の内部に設けた内側壁部（４Ａ，４Ａ′）の周囲に形成する構成とし、
   かつ前記バイパス通路（５，５′）は、
   前記主通路（２）内を流れる被測流体の流れ方向（Ａ）に沿って延び前記流入口（６）から被測流体が流入する入口側通路部（７）と、
   該入口側通路部（７）に対し折曲がって形成され前記回路収容部（３Ａ）に向かって延びる第１の折曲げ通路部（９）と、
   該第１の折曲げ通路部（９）に対し折曲がって形成され前記流れ方向（Ａ）に沿って延びる第２の折曲げ通路部（１１）と、
   該第２の折曲げ通路部（１１）に対し折曲がって形成され前記内側壁部（４Ａ，４Ａ′）を挟んで入口側通路部（７）とは反対側となる部位を前記回路収容部（３Ａ）から離れる方向に向けて前記流入口（６）を過ぎる位置まで延びると共に、前記流れ方向（Ａ）とは逆方向に延びて前記流出口（１４，１４′）に連通する出口側通路部（１３）とからなり、
   前記流量検出素子（１６）は、前記通路形成部材（４，４′）の内側壁部（４Ａ，４Ａ′）に対向して前記第２の折曲げ通路部（１１）に配置し前記回路収容部（３Ａ）の回路と接続する構成としたことを特徴とする流量計測装置。

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