JP4754761B2 - 流量測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体流量を測定する流量測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体通路を流れる流体流量を測定する流量測定装置として、特表２００１−５０４９４３、ＤＥ１９８１５６５４および特開２０００−３０４５８５に開示されているものが知られている。流体には、例えば自動車のエンジンに供給される空気のようにエアクリーナで除去できなかった異物が混入していることがある。流体流れに含まれる異物が流量測定装置の流量測定部に衝突すると流量測定部が破損する恐れがある。また、流量測定部に異物が付着すると、流量測定部の流量測定特性が変化する恐れがある。
【０００３】
特表２００１−５０４９４３の流量測定装置は、流体通路を流れる主流流れの一部が流入するバイパス通路を有し、主流流れの下流側に向けてバイパス通路の入口を投影した範囲外に位置するバイパス通路に流量測定部を設置している。これにより、バイパス通路の入口から流入した異物が直接流量測定部に衝突することを防止しようしている。
【０００４】
ＤＥ１９８１５６５４の流量測定装置は、主流流れの下流側に向かうバイパス通路の主流流れの上流側の内周壁、あるいは２分割されたバイパス通路の一方に流量測定部を設置している。これにより、入口から流入した異物が直接流量測定部に衝突することを防止しようしている。
特開２０００−３０４５８５の流量測定装置は、流体通路に設置した流量測定部の上流側にルーバーを設置している。ルーバーに異物が衝突することにより、異物が直接流量測定部に衝突することを防止しようしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特表２００１−５０４９４３およびＤＥ１９８１５６５４の流量測定装置では、バイパス通路を流れるバイパス流れがまず主流流れの下流側に向けて流れるので、バイパス通路に流入する異物のエネルギーが低下しにくい。したがって、流量測定部に異物が衝突すると流量測定部が破損する恐れがある。さらに、流量測定部に異物が付着しやすい。
【０００６】
また特開２０００−３０４５８５の流量測定装置では、流量測定部に向けて流れる流体流れがルーバーにより遮られるので、流量を高精度に測定できない。
本発明の目的は、簡単な構成で流量測定部の破損を防止し高精度に流体流量を測定する流量測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の流量測定装置によると、流体通路を流れる主流流れの一部が流入するバイパス通路は、バイパス通路の入口開口から直ちに主流流れの上流側に向けて傾いている流入部を有している。流入部の入口開口からに流体が流入するとき、流体流れの向きが主流流れの下流側から上流側に急激に変わるので、流体に含まれている異物は慣性により流入部を形成するバイパス部材の内周壁の主流流れの下流側に衝突する。異物の速度が低下し運動エネルギーが低下するので、異物が流量測定部に衝突しても流量測定部が破損しにくい。また、異物が流量測定部に付着しにくいので、流量測定部の流量測定特性が変化することを防止し、高精度に流体流量を測定できる。
【０００８】
また、本発明の請求項１記載の流量測定装置によると、バイパス通路の入口開口において、入口開口は主流流れの上流側と下流側とで段差を形成し、当該段差は上流側に対し下流側が凹となるように形成されている。そのため、主流流れの下流側から上流側に急激に流れ方向を変えてバイパス通路に流体が流入するとき、流体流れに含まれる異物が慣性によりバイパス通路の入口開口を通過しやすくなっている。したがって、バイパス通路に流入する異物を低減できる。
【０００９】
本発明の請求項２記載の流量測定装置によると、流量測定部は、バイパス通路の上流通路を形成するバイパス部材の内周壁の主流流れの下流側に設置されている。主流流れの下流側から上流側に急激に流れ方向を変えてバイパス通路の上流通路に流体が流入するとき、異物は上流通路の入り口付近においてバイパス部材の内周壁の主流流れの下流側に慣性力により衝突し主流流れの上流側にはね返る。したがって、上流通路の入り口付近を除いたバイパス部材の内周壁の主流流れの下流側に流量測定部を設置すれば、異物が流量測定部に衝突する確率が低下し、異物が流量測定部に衝突しにくくなる。
【００１０】
本発明の請求項３記載の流量測定装置によると、流量測定部は曲がり部のバイパス流れの下流直下において、バイパス部材の内周壁の主流流れの下流側に設置されている。曲がり部を通過するとき、バイパス流れは主流流れの上流側に偏って流れる。バイパス流れに沿って流れる異物は流量測定部の主流流れの上流側を通過するので、流量測定部に異物が衝突しにくい。
【００１１】
本発明の請求項４記載の流量測定装置によると、流量測定部は発熱抵抗体式の流量測定センサを有している。流量測定部に異物が付着しにくく流量測定部の温度特性が異物により変化しないので、発熱抵抗体式の流量測定センサにより高精度に流量を測定できる。
【００１２】
本発明の請求項５記載の流量測定装置のように、半導体基板上に発熱抵抗体を印刷し発熱抵抗体を薄膜で保護している強度の低い流量測定センサを用いても、流量測定部に異物が衝突しにくいので流量測定部の破損を防止できる。したがって、流量測定部を小型化できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による流量測定装置をエンジンの吸気流量計に用いた一例を図１に示す。
図示しないエアクリーナを通過した吸気をエンジンに供給する吸気管１に流量測定装置１０は設置されている。流量測定装置１０は、吸気管１が形成する流体通路である主通路１００を通過する吸気流量を測定する。
【００１４】
流量測定装置１０は、ベンチュリ通路１１０およびバイパス通路１２０を形成するバイパス部材１２と、流量測定部２０とを有している。ベンチュリ通路１１０は主通路１００の吸気流れと平行に形成されている。バイパス通路１２０はＵ字状に形成されており、主通路１００の一方の径方向に延びる上流通路１２２、主通路１００の他方の径方向に延びる下流通路１２４、ならびに上流通路１２２と下流通路１２４とを連通する連通通路１２６を有している。ベンチュリ通路１１０の下流側は吸気の流速が増加するので負圧が発生する。この負圧により、バイパス通路１２０に流入した吸気が吸引され、ベンチュリ通路１１０を流れる吸気とともに主通路１００に流出する。
【００１５】
上流通路１２２の入口部である流入部１３０は、入口１３２から主流流れの上流側に向け傾斜している。流入部１３０の入口１３２の開口において、主流流れの下流側は上流側よりも入口１３２を通過するベンチュリ通路１１０の吸気流れから離れている。
バイパス通路１２０は、バイパス通路１２０を流れるバイパス流れの下流に向けて延ばした流入部１３０の延長線に対し主流流れの下流側に離れるように折れ曲がる曲がり部１３４を有している。
【００１６】
流量測定部２０は、曲がり部１３４のバイパス流れの下流直下において、バイパス通路１２０を形成するバイパス部材１２の内周壁１４の主流流れの下流側に設置されている。流量測定部２０は発熱抵抗体式の流量測定センサ３０を有している。
【００１７】
図２に示すように、流量測定センサ３０の半導体基板３１はシリコン等で形成されている。後述する流量検出体４１および発熱抵抗体５０と対応する半導体基板３１の位置に空洞３１ａが形成されており、空洞３１ａを含む半導体基板３１上を絶縁膜３２が覆っている。空洞３１ａは図２の（Ｂ）に示す半導体基板３１の下面側から絶縁膜３２との境界面まで異方向性エッチングにより形成されている。吸気温検出体４０、流量検出体４１、発熱抵抗体５０は吸気流れの順方向に対し、上流側からこの順で絶縁膜３２上に印刷により形成されている。
【００１８】
流体温度検出体としての吸気温検出体４０は吸気温を検出する抵抗体であり、発熱抵抗体５０は公知のブリッジ回路により吸気温検出体４０より一定温度高い基準温度に設定されている。基準温度は吸気温検出体４０で検出する温度により増減する。吸気温検出体４０は、発熱抵抗体５０の熱が温度検出に影響を及ぼさないように発熱抵抗体５０から離隔した位置に配設されている。流量検出体４１は抵抗体であり、吸気流れの順方向に対し発熱抵抗体５０の上流側に配設されている。
【００１９】
図２の（Ａ）に示すように、発熱抵抗体５０は吸気流れ方向に対し直交するように複数回折れ曲がっており、吸気流れ方向に所定幅を有している。端子５５は吸気温検出体４０、流量検出体４１および発熱抵抗体５０と外部回路とを電気的に接続するためのものである。吸気温検出体４０、流量検出体４１および発熱抵抗体５０は薄膜としての絶縁膜３３に覆われている。
【００２０】
発熱抵抗体５０の吸気流れの上流部は吸気流れの下流部より吸気流れにより冷却されるので、吸気流れの上流部の温度は基準温度より低下する。上流部の温度が低下すると抵抗値が低下するので発熱抵抗体５０全体の抵抗値が低下する。すると、低下した抵抗値を上昇させるために発熱抵抗体５０に供給される電流値が上昇し、発熱抵抗体５０の吸気流れの下流部の温度が基準温度よりも上昇する。下流部の温度が上昇すると抵抗値が上昇するので、発熱抵抗体５０全体の抵抗値が上昇する。発熱抵抗体５０の吸気流れの上流部は吸気流れに冷却されているので、基準温度を下回ったままである。発熱抵抗体５０の吸気流れの下流部から吸気流れの上流部に熱が伝わる伝熱長は長く、吸気流れの下流部から吸気流れの上流部に熱が伝わりにくいので、発熱抵抗体５０の吸気流れの上流部の温度は基準温度よりも低く、吸気流れの下流部の温度は基準温度よりも高い状態が保持される。
【００２１】
流量検出体４１は吸気流れの順方向において発熱抵抗体５０の吸気流れの上流部近傍に配置されるので、流量検出体４１で検出する温度は発熱抵抗体５０の吸気流れの上流部とほぼ等しい温度になる。つまり、流量検出体４１の検出温度は吸気流れが順方向のとき基準温度よりも低くなり、逆方向のとき基準温度よりも高くなる。また、流量検出体４１の検出温度と基準温度との差が大きくなるほど、吸気流れ方向に関わらず吸気流量が多いことを表している。したがって、流量検出体４１の検出温度と基準温度との大小、ならびに流量検出体４１の検出温度と基準温度との差により、吸気流れの方向と吸気流量とを測定できる。
【００２２】
前述したように流入部１３０の入口１３２の開口において、主流流れの下流側は上流側よりも入口１３２を通過するベンチュリ通路１１０の吸気流れから離れているので、図１に示すベンチュリ通路１１０から流入部１３０に吸気が流入するとき、異物２００の一部は慣性により入口１３２を通過しバイパス通路１２０に流入しない。
【００２３】
一方、入口１３２を通過せず吸気とともにベンチュリ通路１１０からバイパス通路１２０に流入する異物２００は、入口１３２からバイパス通路１２０の流入部１３０に流入するバイパス流れが主流流れの下流側から上流側に急激に流れ方向を変えるので、流入部１３０の入口１３２付近において慣性によりバイパス部材１２の内周壁１４の主流流れの下流側に衝突し、エネルギーを低下して主流流れの上流側にはね返る。さらに、バイパス通路１２０は曲がり部１３４でバイパス流れの下流側に向けて延ばした流入部１３０の延長線よりも主流流れの下流側に曲がっているので、曲がり部１３４をバイパス流れが通過するとき、バイパス流れは主流流れの上流側に偏って流れる。さらに、曲がり部１３４の直下においてバイパス部材１２の内周壁１４の主流流れの下流側に流量測定部２０が設置されている。バイパス流れに沿って異物２００が曲がり部１３４を通過するとき、流量測定部２０よりも主流流れの上流側を異物２００が流れるので、流量測定部２０に異物２００が衝突しにくい。
【００２４】
また、流入部１３０でバイパス部材１２の内周壁１４に衝突した異物２００のエネルギーは低下しているので、流量測定部２０に異物２００が繰り返し衝突しても流量測定部２０は破損しにくい。また、流量測定部２０に異物が付着しにくいので、発熱抵抗体５０を用いた流量測定センサ３０の温度特性が変化することを防止する。したがって、吸気流量を高精度に測定できる。
【００２５】
（第２実施例）
本発明の第２実施例の流量測定装置を図３に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
第２実施例の流量測定装置６０のバイパス部材６２は第１実施例のベンチュリ通路１１０をもたず、バイパス通路１２０だけを形成している。第１実施例と同様に、異物２００の一部は入口１３２を通過し、残りの異物２００は吸気とともに主通路１００からバイパス通路１２０に流入する。バイパス通路１２０に流入した異物２００は、流入部１３０を形成するバイパス部材６２の内周壁６４の主流流れの下流側に衝突し上流側にはね返る。さらに、曲がり部１３４を通ることにより流量測定部２０よりも主流流れの上流側に偏って流れるバイパス流れに沿って異物２００は流れる。したがって、異物２００は流量測定部２０に衝突することなくバイパス通路１２０を流れ流量測定部２０を通過する。
【００２６】
以上説明した本発明の上記複数の実施例では、バイパス通路１２０の入口から主流流れの上流側に向けて傾いている流入部１３０をバイパス通路１２０が有するという簡単な構成で、流量測定部２０の破損を防止し、高精度に流量を測定している。
【００２７】
上記複数の実施例では、流入部１３０のバイパス流れの下流側に曲がり部１３４を形成したが、流入部１３０が連通通路１２６に直接連通する構成でもよい。また、バイパス通路１２０の入口から主流流れの上流側に向けて傾いている流入部１３０を有しているのであれば、バイパス通路の形状をＵ字状に限る必要はない。
また、半導体基板上に発熱抵抗体を印刷して流量測定部２０を形成したが、バイパス部材に発熱抵抗体として抵抗素子を設置する構成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による流量測定装置を示す断面図である。
【図２】（Ａ）は第１実施例による流量測定装置の流量測定センサを示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明の第２実施例による流量測定装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 吸気管
１０、６０ 流量検出装置
１２、６２ バイパス部材
１４、６４ 内周壁
２０ 流量測定部
３０ 流量測定センサ
３３ 絶縁膜（薄膜）
５０ 発熱抵抗体
１００ 主通路（流体通路）
１１０ 連通通路
１２０ バイパス通路
１２２ 上流通路
１２４ 下流通路
１２６ 連通通路
１３０ 流入部
１３２ 入口
１３４ 曲がり部
２００ 異物

Claims (5)

1. 流体通路を流れる流体の流体流量を測定する流量測定装置であって、
   前記流体通路を流れる流体の主流流れの一部が流入しバイパス流れとなるバイパス通路を形成するバイパス部材と、
   前記バイパス通路に設置されている流量測定部とを備え、
   前記バイパス通路は、前記バイパス通路の入口開口から直ちに前記主流流れの上流側に向けて傾いている流入部を有し、
   前記バイパス通路の前記入口開口において、前記入口開口は前記主流流れの上流側と下流側とで段差を形成し、前記段差は段差の主流流れ下流側が上流側に対し凹むように形成され、前記バイパス通路は、前記バイパス流れの上流側に形成され前記流体通路の一方の径方向に流体が流れ前記流入部を含む上流通路と、前記上流通路の前記バイパス流れの下流側に形成され前記流体通路の他方の径方向に流体が流れる下流通路と、前記上流通路と前記下流通路とを連通する連通通路とを有し、前記下流通路は、前記上流通路と隣接するように開口していることを特徴とする流量測定装置。
2. 前記流量測定部は、前記上流通路を形成する前記バイパス部材の内周壁の前記主流流れの下流側に設置されていることを特徴とする請求項１記載の流量測定装置。
3. 前記バイパス通路は、前記バイパス流れの下流側に向けて延ばした前記流入部の延長線に対し前記主流流れの下流側に離れるように曲がる曲がり部を有し、前記流量測定部は、前記曲がり部の前記バイパス流れの下流直下において、前記バイパス通路を形成する前記バイパス部材の内周壁の前記主流流れの下流側に設置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の流量測定装置。
4. 前記流量測定部は発熱抵抗体式の流量測定センサを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の流量測定装置。
5. 前記流量測定センサは、半導体基板上に印刷した発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体を保護している薄膜とを有していることを特徴とする請求項４記載の流量測定装置。

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