JP4106224B2 - 流量測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気の流量を測定する流量測定装置に関し、例えば内燃機関の吸入空気量測定装置などに適用される流量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の吸入空気量等を測定する装置として、薄膜式のエアフローセンサを使用し、被測定空気を流す流路にエアフローセンサを配置した流量測定装置が使用されている。
【０００３】
内燃機関の吸気系にはエアフィルタが配設され、吸入空気中に含まれる砂などの比較的大粒のパーティクルは、このエアフィルタで除去するようにしている。しかし、吸入される空気中には、エアフィルタでは除去されない比較的小径（例えば数百μm）のパーティクルが含まれており、これらのパーティクルが流路に入った場合、このパーティクルが例えば数十ｍ/secの速度でセンシング部に衝突すると、センシング部が破壊される虞が生じる。特に、薄膜式のエアフロセンサを用いる流量測定装置では、センサのメンブレンの厚さが約１μm程度と非常に薄く形成されているため、パーティクルが衝突すると、メンブレンが破損しやすいという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来、ドイツ特許公開公報DE4219454A1,DE4407209A1において、流量測定装置が配置される空気通路内に、その断面積を下流側に向けて徐々に減少するようにした絞り形状部を設け、その絞り形状部によって、流量測定装置のセンシング部近傍を流れる空気を整流し、空気中に含まれるパーティクルをセンシング部と並行に流すようにして、センシング部へのパーティクルの影響を少なくした流量測定装置が提案されている。また、特開平11-248505号公報において、略Ｓ字状に湾曲した空気流路内にセンシング部を配置し、センシング部の上流側と下流側に空気の流れを変向させる折り返し流路を形成し、その折り返し流路によって、パーティクルのセンシング部への衝突を回避するようにした流量測定装置が提案されている。
【０００５】
しかし、前者の流量測定装置は、絞り形状部によってセンシング部へのパーティクルの衝突をある程度回避することができるものの、パーティクルにはある程度の重量があって慣性が作用するため、空気の整流作用に比べ、絞り形状部によってはパーティクルが整流されない場合があり、このような整流されないパーティクルの衝突によってセンシング部が破壊される問題があった。また、後者のものでは、折り返し流路によってパーティクルがセンシング部をある程度回避して流れるものの、充分ではないためにパーティクルの衝突を避けることができず、センシング部の破損や汚染物質の付着により測定精度が低下する問題があった。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、センシング部へのパーティクルの衝突や汚染物質の付着を防止すると共に、空気流量を安定して正確に測定することができる流量測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の流量測定装置は、被測定空気を導入して流通させる流路と、流路内に設けられ被測定空気の流量測定を行うセンシング部と、を備えた流量測定装置において、センシング部に対向した流路内の側壁に、センシング部の方向に突出し、センシング部近傍を流れる被測定空気の流れを絞るための絞り部が形成され、絞り部にはセンシング部の表面と平行な平面部が少なくともセンシング部より上流側に形成されており、センシング部側の絞り部とセンシング部間の距離に対する絞り部上の上流側の平面部の長さの比率が１以上に設定されていることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、絞り部にセンシング部の表面と平行な平面部が少なくともセンシング部より上流側に形成されているから、パーティクルを含む被測定空気が流路に進入し、センシング部近傍を流れる際、被測定空気は、絞り部の平面部に沿って且つセンシング部の表面と平行に、良好に整流されながら流下する。このため、センシング部の表面に被測定空気中のパーティクルが鋭角で衝突することは少なくなり、パーティクルの衝突の際の衝撃力が低下して、センシング部の破損や汚染物質の付着を防止することができる。また、センシング部近傍の絞り部で空気が良好に絞られ、その流速が増大して空気流が安定し、正確に空気流量を測定することができる。
【０００９】
また、センシング部側の絞り部とセンシング部間の距離に対する絞り部上の上流側の平面部の長さの比率を１以上に設定しているので、センシング部の表面に被測定空気中のパーティクルが鋭角で衝突することは一層少なくなり、センシング部の破損や汚染物質の付着を防止することができる。
【００１０】
また、上記流量測定装置には、請求項２のように、上記絞り部を流路内の両側の側壁に対称的に設けることができ、また、請求項３のように、センシング部と反対側の側壁にセンシング部側の絞り部より小形の絞り部を設けるようにして、両側の側壁に非対称に絞り部を形成することもできる。
【００１１】
さらに、請求項４のように、絞り部にはセンシング部の表面と平行な平面部を、センシング部より上流側と下流側の両方に形成することができる。これによれば、流路内に空気の逆流が発生した際にも、通常の流通時と同様に、被測定空気の流れを整流して、パーティクルの鋭角での衝突を回避することができる。
【００１２】
さらに、請求項５のように、絞り部の上流側と下流側の端部をテーパ状に形成するとよい。端部をテーパ状に形成することにより、絞り部による空気抵抗の増加を最小に抑えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は第１実施形態の流量測定装置の断面図を示し、図２はその正面図を示している。この流量測定装置は、本体１内に形成した被測定空気を導入して流通させる流路３と、流路３内に設けられた台座１４の一面に露出して配設され、被測定空気の流量測定を行うセンシング部４と、を備えて構成される。本体１内の流路３は、図５のように矩形断面を有すると共に、図１のように略逆Ｕ字状に形成され、その一端側面（上流側）に入口１５が設けられ、その他端側面（下流側）に出口１６が設けられる。
【００１４】
また、本体１の流路３内には、入口１５の近傍に入口側湾曲部５が形成され、出口１６の近傍に出口側湾曲部７が設けられ、流路３の中央に中央湾曲部６が形成されている。さらに、入口側湾曲部５の下流側で中央湾曲部６の上流側の流路内に、センシング部４が台座１４を介して配設されている。台座１４は板状に形成され、流路３内の略中央を横断する形態で、流路３内に取り付けられ、台座１４とセンシング部４の平面方向は、図４に示すように、流路３内の空気の流れ方向と一致している。センシング部４は、台座１４の一面に露出して取り付けられている。
【００１５】
さらに、図４に示すように、流路３内には、センシング部４に対向した位置の側壁に、センシング部４近傍を流れる被測定空気の流れを絞るための絞り部２０が形成され、絞り部２０にはセンシング部４の表面と平行な平面部２０ａが形成される。この平面部２０ａは、少なくともセンシング部４より上流側に形成される。また、流路３内の反センシング部側の側壁にも絞り部２１が形成され、この絞り部２１もセンシング部４側の絞り部２０と同じ位置に同じ形状で形成され、台座１４とセンシング部４を挟んで両絞り部２０と２１は対称的に配設されている。
【００１６】
さらに、絞り部２０の平面部２０ａの流通方向の長さＬと、センシング部４側の絞り部２０とセンシング部４間の距離Ｓとの関係は、センシング部４へのパーティクルの影響を少なくするために重要な要素であり、特定の関係となるように図６のグラフからその関係を設定している。
【００１７】
すなわち、図６のグラフは、実験から求めたものであり、絞り部２０とセンシング部４間の距離Ｓに対する絞り部２０上の平面部２０ａの長さＬの比率（Ｌ／Ｓ）を変化させながら、センシング部４へのパーティクルの影響度つまりセンシング部４のパーティクルによる破損度を測定し、グラフ化したものである。
【００１８】
この図６のグラフから、センシング部４へのパーティクルの影響度つまりセンシング部４のパーティクルによる破損度は、絞り部２０とセンシング部４間の距離Ｓに対する絞り部２０上の平面部２０ａの長さＬの比率（Ｌ／Ｓ）が、１以上となる領域で、効果的に減少する。また、その比率（Ｌ／Ｓ）が１未満になると、センシング部４へのパーティクルの影響が大きくなることがわかる。
【００１９】
このような図６のグラフから、センシング部４へのパーティクルの影響度を小さくするために、絞り部２０とセンシング部４間の距離Ｓに対する絞り部２０上の平面部２０ａの長さＬの比率（Ｌ／Ｓ）が１以上になるように、その距離Ｓと平面部２０ａの長さＬとの関係が設定されている。
【００２０】
一方、本体１の上部には回路モジュール２が取り付けられ、回路モジュール２の下部の取付部にはＯリングなどのシール材１２が装着される。回路モジュール２内には、信号処理用の回路が収納され、電源線及び信号線用のコネクタ１１がその側部に設けられる。
【００２１】
本体１は、例えばガラス繊維入りＰＢＴ，ＰＰＳ等の合成樹脂により成形され、上記のようにその内部に、略逆Ｕ字状（或いは略Ｓ字状）を呈した流路３が形成されている。そして、この流路３内の入口側湾曲部５の下流側に測定用のセンシング部４が台座１４を介して取り付けられ、上述のように、その両側の側壁に絞り部２０，２１が設けられている。
【００２２】
センシング部４は、例えば薄膜式のエアフローセンサからなり、半導体基板１７上に、流量検出用抵抗体及び発熱抵抗体を配置したメンブレンを形成し、その近傍に吸気温検出用抵抗体を形成して構成され、抵抗体の温度-抵抗特性を利用して、空気流量を測定する。半導体基板１７は板状の台座１４上の一面に露出して固定され、基板上の各端子はワイヤボンディングなどを介して回路モジュール２内の回路に接続されている。
【００２３】
このように構成された流量測定装置は、図３に示すように、内燃機関などの吸気管１０に設けられた取付孔に本体１を挿入し、空気流の上流側に本体1の正面側の入口１５を向け、下流側に出口１６を向けて、装着される。この際、本体1の上部のシール部材１２が取付孔との間の隙間をシールする。
【００２４】
吸気動作によって吸気管１０内を空気が流れると、管内の空気流の一部が本体１の入口１５から流路３内に流入し、略逆Ｕ字状の流路３に沿って流れる。このとき、台座１４上のセンシング部４の近傍において、空気流は、図４に示すように、両側の絞り部２０，２１で絞られ、流路３を通って上昇する。
【００２５】
この際、センシング部４近傍を流れる空気は、絞り部２０の平面部２０ａに沿って良好に整流されながら流れる。このため、空気中に含まれ重量があって慣性をもつパーティクルであっても、絞り部２０の平面部２０ａに沿って、センシング部４の表面と略平行に整流されながら流れるから、センシング部４の表面に空気中のパーティクルが鋭角で衝突することは大きく減少する。
【００２６】
したがって、パーティクルのセンシング部４に対する衝突の際の衝撃力が大きく低下して、センシング部４の破損や汚染物質の付着を防止することができる。また、センシング部４の近傍で絞られた空気が速度を増して流れるから、センシング部近傍を流れる空気流が安定し、正確に空気流量を測定することができる。
【００２７】
図７は、第２実施形態の流量測定装置の上記図４に対応した断面図を示している。上記と同一の構成部分については、上記と同じ符合を付してその説明を省略する。この図７の実施形態では、流路３内のセンシング部４近傍の側壁に設けられる絞り部３０が、センシング部４の表面と平行な平面部３０ａを、センシング部４より上流側と下流側の両方に形成している。また、センシング部４と反対側の側壁にも、同様の形状の絞り部３１が形成され、両側の絞り部３０と３１は対称的に形成されている。
【００２８】
このように、絞り部３０の平面部３０ａをセンシング部４より上流側と下流側の両方に形成することにより、流路３内に空気の逆流が発生した際にも、通常の流通時と同様に、空気の流れを良好に整流して、センシング部４の表面にパーティクルが鋭角に衝突することが減少し、センシング部４の破損を防止することができる。
【００２９】
図８は、第３実施形態の流量測定装置の断面図を示している。この図８に示す例では、センシング部４の反対側に位置する絞り部４１が、センシング部４側に位置する絞り部４０より小形に形成されている。このように、反センシング部側の絞り部４１を小形に形成した場合であっても、上記と同様に、センシング部近傍を流れる空気とパーティクルを良好に整流することができる。
【００３０】
図９は、第４実施形態の流量測定装置の断面図を示している。この図９に示す例では、流路３内のセンシング部４に対応した両側の側壁に設けた絞り部５０，５１の上流側と下流側の端部が、テーパ状に形成されている。このように、絞り部５０，５１の端部をテーパ状にすることにより、絞り部による空気抵抗の増加を最小に抑えることができ、絞り部を通過する空気流の流速を高く保持して、流量の測定精度を高めることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の流量測定装置によれば、パーティクルを含む被測定空気が流路に進入しセンシング部を通過する際、被測定空気は、センシング部の上流側の絞り部の平面部によって、良好に整流されてセンシング部の表面と平行に流れるから、重量があって慣性をもったパーティクルであっても、センシング部の表面にパーティクルが鋭角で衝突することは少なくなり、パーティクルが衝突する際の角度が浅くなってその衝撃力が低下して、センシング部の破損や汚染物質の付着を防止することができる。また、センシング部近傍の絞り部で空気が良好に絞られ、その流速が増すことによりセンシング部近傍を流れる空気流が安定し、正確に空気流量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の流量測定装置の断面図である。
【図２】同流量測定装置の正面図である。
【図３】吸気管に装着した状態の同流量測定装置の断面図である。
【図４】図１におけるIV-IV断面図である。
【図５】図１におけるV-V断面図である。
【図６】距離Ｓに対する平面部の長さＬの比率（Ｌ／Ｓ）と、センシング部へのパーティクルの影響度との関係を示すグラフである。
【図７】第２実施形態の流量測定装置の図４に対応した断面図である。
【図８】第３実施形態の流量測定装置の図４に対応した断面図である。
【図９】第４実施形態の流量測定装置の図４に対応した断面図である。
【符号の説明】
１−本体
３−流路
４−センシング部
５−入口側湾曲部
６−中央湾曲部
１４−台座
２０−絞り部
２０ａ-平面部

Claims (5)

1. 被測定空気を導入して流通させる流路と、該流路内に設けられ被測定空気の流量測定を行うセンシング部と、を備えた流量測定装置において、
   該センシング部に対向した流路内の側壁に、該センシング部の方向に突出し、該センシング部近傍を流れる被測定空気の流れを絞るための絞り部が形成され、該絞り部には該センシング部の表面と平行な平面部が少なくとも該センシング部より上流側に形成されており、
   前記センシング部側の絞り部と該センシング部間の距離に対する前記絞り部上の前記上流側の平面部の長さの比率が１以上に設定されていることを特徴とする流量測定装置。
2. 前記絞り部が前記流路内の両側の側壁に対称的に設けられたことを特徴とする請求項１記載の流量測定装置。
3. 前記センシング部と反対側の壁部に、該センシング部側に絞り部より小形の絞り部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の流量測定装置。
4. 前記絞り部には前記センシング部の表面と平行な平面部が該センシング部より上流側と下流側の両方に形成されたことを特徴とする請求項１記載の流量測定装置。
5. 前記絞り部の上流側と下流側の端部がテーパ状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の流量測定装置。

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