JP5003456B2 - エアフローメータ - Google Patents

Description

本発明は、空気流量を検出するエアフローメータに関する。

従来から、ダストを含んで流れる空気流の流量を検出するエアフローメータでは、検出部をダストから保護するため、取り込んだ空気流からダストを分離し、ダストが除かれた空気流を検出部に導くように設けられている。

ところで、エアフローメータには、例えば、エンジンに吸入される空気の吸気量を検出する場合のように、逆流の空気流が発生する流路に配され、かつ逆流の空気流量も検出しなければならないものがある。このような場合、逆流の空気流にもダストが含まれていることから、エアフローメータは、取り込んだ逆流の空気流に関しても、ダストを分離して検出部に導くようにする必要がある。

このような課題に対して、例えば、特許文献１、２に記載のエアフローメータによれば、取り込んだ空気流を通す流路に曲がりが設けられ、曲がりの内周側に検出部が配されている。すなわち、このエアフローメータは、ダストを曲がりの壁に衝突させ、ダストに直線的に作用する慣性力を遠心力に変換して、ダストを曲がりの内周側から外周側に分離することで、内周側の検出部をダストから保護することを意図している。

そして、エアフローメータ内の空気流の流路全体を例えば渦巻状に設けて、検出部の上流側および下流側の両方に曲がりを形成することで、下流側から取り込んだ逆流の空気流に含まれるダストに関しても、内周側から外周側への分離を意図している。

ところで、このエアフローメータによれば、ダストの慣性力は、ダストと壁との衝突の繰り返しにより遠心力に変換される。そして、ダストは、自身の質量が大きいほど壁との衝突による跳ね返りが大きく、慣性力が遠心力として安定するまでに要する時間が長くなる。このため、ダストは、自身の質量が大きいほど、検出部が配される領域に飛び込む可能性が高く検出部を傷付ける虞も高い。さらに、質量の大きいダストほど、検出部に対する衝突のダメージが大きい。

したがって、特許文献１、２のエアフローメータによれば、質量の大きいダストほど、順流または逆流の空気流から分離する必要性が高いにもかかわらず分離が困難になり、検出部が傷付く虞が高い。
なお、ディーゼルエンジンやハイブリッドカーのエンジンへの吸気流路では、逆流の空気流が頻発するため、順流の空気流および逆流の空気流の両方からダストを分離できるようにする要請が極めて大きい。
特開２００５−１２８０３８号公報 特表２００２−５０６５２８号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ダストの質量に係わらず、順流の空気流および逆流の空気流の両方からダストを分離できるエアフローメータを提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のエアフローメータは、空気流路に配され、上流側から下流側に向かう順流の空気流の一部を取り込んで順流の空気流量を検出するとともに、下流側から上流側に向かう逆流の空気流が生じたときに、逆流の空気流の一部を取り込んで逆流の空気流量を検出するものであり、空気流路の上流側に向かって開口し、順流の空気流を取り込む取込流路と、取込流路の下流側に直線的に接続し、取り込んだ順流の空気流に含まれるダストを慣性により下流側に直進させて分離するダスト分離流路と、検出部が配され、取込流路およびダスト分離流路からなる直進流路から一端が分岐し、ダストが除かれた順流の空気流が通過する検出流路と、空気流路の下流側に向かって開口し、検出流路から流入する順流の空気流を放気する放気流路とが設けられている。

そして、放気流路は、逆流の空気流が生じたときに、逆流の空気流の一部を取り込み、放気流路には、取り込んだ逆流の空気流に含まれるダストを慣性により上流側に直進させて分離する第２ダスト分離流路が接続している。また、検出流路は、ダストが除かれた逆流の空気流が流入できるように、検出流路の他端が、放気流路および第２ダスト分離流路からなる第２直進流路から分岐している。

これにより、順流の空気流に含まれるダストは、直進流路を慣性力により直進し、ダストが除かれた順流の空気流は、直進流路から検出流路に流れ方向を変えて流入する。また、逆流の空気流に含まれるダストは、第２直進流路を慣性力により直進し、ダストが除かれた逆流の空気流は、第２直進流路から検出流路に流れ方向を変えて流入する。

ここで、ダストに作用する慣性力は、質量に係わらず、空気に作用する慣性力よりも大きいため、ダストのみが直進し、慣性力の小さい空気は分岐により流れ方向を変えて検出流路に流入する。このため、ダストの質量に係わらず、順流および逆流の空気流の両方からダストを分離することができる。

さらに、直進流路と第２直進流路とは相互に分離独立しており、直進流路の流路軸と、第２直進流路の流路軸とは空気流路の径方向にオフセットしていて略平行であり、直進流路および第２直進流路の流路軸と平行な座標軸を想定した場合、直進流路の座標範囲と第２直進流路の座標範囲とに共通する座標範囲が存在する。
これにより、ダストの質量に係わらず、順流および逆流の空気流の両方からダストを分離することができるエアフローメータに関して、体格を低減することができる。

最良の形態のエアフローメータは、空気流路に配され、上流側から下流側に向かう順流の空気流の一部を取り込んで順流の空気流量を検出するとともに、下流側から上流側に向かう逆流の空気流が生じたときに、逆流の空気流の一部を取り込んで逆流の空気流量を検出するものであり、空気流路の上流側に向かって開口し、順流の空気流を取り込む取込流路と、取込流路の下流側に直線的に接続し、取り込んだ順流の空気流に含まれるダストを慣性により下流側に直進させて分離するダスト分離流路と、検出部が配され、取込流路およびダスト分離流路からなる直進流路から一端が分岐し、ダストが除かれた順流の空気流が通過する検出流路と、空気流路の下流側に向かって開口し、検出流路から流入する順流の空気流を放気する放気流路とが設けられている。

そして、放気流路は、逆流の空気流が生じたときに、逆流の空気流の一部を取り込み、放気流路には、取り込んだ逆流の空気流に含まれるダストを慣性により上流側に直進させて分離する第２ダスト分離流路が接続している。また、検出流路は、ダストが除かれた逆流の空気流が流入できるように、検出流路の他端が放気流路および第２ダスト分離流路からなる第２直進流路から分岐している。

さらに、直進流路と第２直進流路とは相互に分離独立しており、直進流路の流路軸と第２直進流路の流路軸とは空気流路の径方向にオフセットしていて略平行であり、直進流路および第２直進流路の流路軸と平行な座標軸を想定した場合、直進流路の座標範囲と第２直進流路の座標範囲とに共通する座標範囲が存在する。

〔実施例１の構成〕
実施例１のエアフローメータ１の構成を、図１ないし図３を用いて説明する。
エアフローメータ１は、例えば、エアクリーナからエンジンに向かう吸気流路２に配され、上流側（エアクリーナ側）から下流側（エンジン側）に向かう順流の空気流の一部を取り込んで順流の空気流量を検出するとともに、下流側から上流側に向かう逆流の空気流が生じたときに、逆流の空気流の一部を取り込んで逆流の空気流量を検出するものである。

なお、吸気流路２を通る順流および逆流の空気流はダストを含んでおり、エアフローメータ１は、ダストを含んだ順流または逆流の空気流の一部を取り込んで順流の空気流量または逆流の空気流量を検出する。

このエアフローメータ１の外郭は、略鏡映対称に成形された２つの樹脂パーツ（一方の樹脂パーツ３のみを図示する）を、各々の接合部位で互いに接合することで設けられ、エアフローメータ１内には、以下のような各種流路が形成されている。

すなわち、エアフローメータ１は、順流の空気流を取り込む取込流路５と、取り込んだ順流の空気流に含まれるダストを分離するダスト分離流路６と、検出部７が配される検出流路８と、検出部７を通過した順流の空気流を放気する放気流路９と、放気流路９の上流側に直線的に接続する第２ダスト分離流路１０とを有する。

取込流路５は、吸気流路２の上流側に向かって開口するように形成され、ダストを含んだ順流の空気流を取り込んで直線的に通過させる。

ダスト分離流路６は、取込流路５の下流側に直線的に接続するように形成され、取り込んだ順流の空気流に含まれるダストを慣性により下流側に直進させて分離するものである。すなわち、ダスト分離流路６の下流部１３は、下流側に向かい先細になるように設けられ、その下流端において最小径化されて吸気流路２の下流側に向かって小さく開口する。また、ダスト分離流路６の上流部１４の側方からは検出流路８の一端が分岐しており、検出流路８のダスト分離流路６に対する接続口１５は大きくダスト分離流路６に開口している。

このような構成により、ダストに作用する慣性力は、質量の大小に係わらず空気に作用する慣性力よりも大きいため、順流の空気流に含まれるダストはダスト分離流路６を直進して少量の空気とともに下流端から吸気流路２に排出され、慣性力の小さい空気は大部分が流れ方向を変えて接続口１５から検出流路８に流入する。このため、質量の大小に係わらず、取り込まれた順流の空気流からダストが分離される。
なお、以下の説明では、取込流路５とダスト分離流路６とを併せて直進流路１６と呼ぶことがある。

検出流路８は、Ｕ字状に空気流が折り返して通過するように形成されている。すなわち、検出流路８は、流れ方向が１８０°変換される折り返し部位１９を有し、検出部７は、接続口１５と折り返し部位１９との間に突出して配されている。そして、ダストが除かれた順流の空気流は、接続口１５から折り返し部位１９に向かって流れ、この接続口１５から折り返し部位１９に向かう途中で、検出部７により順流の空気流量の検出に利用される。

ここで、検出部７は、空気流に熱を与える発熱抵抗部２１と、発熱抵抗部２１を両側から挟む２つの検出抵抗部２２、２３とを含んで設けられている。そして、折り返し部位１９の側に配される検出抵抗部２２は、順流の空気流が接続口１５から折り返し部位１９の方に向かって通過する際に大きな出力を発生し、接続口１５の側に配される検出抵抗部２３は、後記するように逆流の空気流が取り込まれた場合に、逆流の空気流が折り返し部位１９から接続口１５の方に向かって通過する際に大きな出力を発生する。

すなわち、順流の空気流が検出部７を通過する際、発熱抵抗部２１は、順流の空気流量に応じた熱を順流の空気流に与え、検出抵抗部２２は、順流の空気流に与えられた熱量に応じて可変する出力を発生する。同様に、逆流の空気流が検出部７を通過する際、発熱抵抗部は、逆流の空気流量に応じた熱を逆流の空気流に与え、検出抵抗部２３は、逆流の空気流に与えられた熱量に応じて可変する出力を発生する。

なお、検出部７から得られる出力は、電気回路部２４を経由して、例えば、エンジンの運転状態を制御する電子制御装置（ＥＣＵ：図示せず）に入力される。
また、折り返し部位１９にて流れ方向を変換された順流の空気流は、後記する第２接続口２７に向かって流れ、第２接続口２７から第２ダスト分離流路１０の下流部２８に流入する。

放気流路９は、吸気流路２の下流側に向かって開口し、検出流路８から流入する順流の空気流を放気するように形成されている。すなわち、放気流路９には、第２ダスト分離流路１０の下流部２８を経由して検出流路８から順流の空気流が流入し、放気流路９は、下流部２８から順流の空気流を直線的に通過させて吸気流路２に放気する。また、放気流路９は、吸気流路２の下流側に向かって開口することで、逆流の空気流が生じたときに逆流の空気流の一部を取り込む。すなわち、放気流路９は、逆流の空気流の取込流路として機能する。

第２ダスト分離流路１０は、放気流路９の上流側に直線的に接続するように形成されている。そして、第２ダスト分離流路１０は、放気流路９が取り込んだ逆流の空気流に含まれるダストを慣性により上流側に直進させて分離する。

すなわち、第２ダスト分離流路１０の上流部２９は、上流側に向かい先細になるように設けられ、その上流端において最小径化されて吸気流路２の上流側に向かって小さく開口する。また、第２ダスト分離流路１０の下流部２８の側方からは、一端がダスト分離流路６から分岐している検出流路８の他端が分岐しており、検出流路８の第２ダスト分離流路１０に対する接続口（第２接続口２７）は大きく第２ダスト分離流路１０に開口している。

また、検出流路８の内、第２接続口２７の近傍部は、取込流路５を包囲するように設けられて第２ダスト分離流路１０に接続し、第２接続口２７を形成する。すなわち、検出流路８の内、第２接続口２７の近傍部は、取込流路５の図示背面に設けられて第２ダスト分離流路１０に接続し、第２接続口２７の近傍部における空気流の流れ方向と、取込流路５における空気流の流れ方向とは直交する。

このような構成により、取り込まれた逆流の空気流に含まれるダストは、質量の大小に係わらず、第２ダスト分離流路１０を直進して少量の空気とともに上流端から吸気流路２に排出され、逆流の空気流をなす大部分の空気が流れ方向を変えて第２接続口２７から検出流路８に流入する。このため、取り込まれた逆流の空気流からも、質量の大小に係わらずダストが分離される。

なお、ダストが除かれた逆流の空気流は、第２接続口２７から折り返し部位１９に向かって流れ、折り返し部位１９にて流れ方向を変換された後、接続口１５に向かって流れ、折り返し部位１９から接続口１５に向かう途中で、検出部７により逆流の空気流量の検出に利用される。検出部７を通過した逆流の空気流は、接続口１５からダスト分離流路６の上流部１４に流入し、さらに、ダスト分離流路６の上流部１４から取込流路５に流入し、取込流路５から吸気流路２に放気される。
なお、以下の説明では、放気流路９と第２ダスト分離流路１０とを併せて第２直進流路３１と呼ぶことがある。

また、直進流路１６および第２直進流路３１は、相互に分離独立しており、各々の流路軸が吸気流路２の径方向にオフセットして互いに略平行となるように形成されている。そして、直進流路１６および第２直進流路３１の流路軸と平行な座標軸を想定した場合、直進流路１６の座標範囲Ａと第２直進流路３１の座標範囲Ｂは、座標範囲Ｃにおいて共通する。すなわち、直進流路１６および第２直進流路３１は、流路軸の方向に関してオーバーラップするように形成されている。

なお、実施例１の直進流路１６および第２直進流路３１は、取込流路５およびダスト分離流路６の上流部１４と、第２ダスト分離流路１０の下流部２８および放気流路９とがオーバーラップしている。すなわち、取込流路５および上流部１４と、下流部２８および放気流路９とは、座標軸に関して座標範囲Ｃを占める。

〔実施例１の効果〕
実施例１のエアフローメータ１は、順流の空気流を取り込む場合、ダスト分離流路６においてダストを慣性力により直進させて分離し、逆流の空気流を取り込む場合、第２ダスト分離流路１０においてダストを慣性力により直進させて分離する。
これにより、ダストの質量に係わらず、順流の空気流および逆流の空気流の両方からダストを分離することができる。

また、直進流路１６の流路軸と、第２直進流路３１の流路軸とは略平行であり、直進流路１６および第２直進流路３１の流路軸と平行な座標軸を想定した場合、直進流路１６の座標範囲Ａと第２直進流路３１の座標範囲Ｂとに共通する座標範囲Ｃが存在する。
これにより、順流の空気流および逆流の空気流の両方からダストを分離することができるエアフローメータ１に関して、体格を低減することができる。

〔変形例〕
実施例１のエアフローメータ１によれば、直進流路１６および第２直進流路３１は、取込流路５およびダスト分離流路６の上流部１４と、第２ダスト分離流路１０の下流部２８および放気流路９とがオーバーラップするように設けられていたが、このような形態に限定されない。例えば、ダスト分離流路６の下流部１３と、第２ダスト分離流路１０の上流部２９とをオーバーラップさせて、オーバーラップする範囲を狭くしてもよい。

（ａ）はエアフローメータ全体の説明図であり、（ｂ）はエアフローメータの検出部の説明図である。 （ａ）は順流を取り込む場合のエアフローメータ内の空気流を示す説明図であり、（ｂ）は順流を取り込む場合の検出部における空気流を示す説明図である。 （ａ）は逆流を取り込む場合のエアフローメータ内の空気流を示す説明図であり、（ｂ）は逆流を取り込む場合の検出部における空気流を示す説明図である。

符号の説明

１ エアフローメータ
２ 吸気通路（空気流路）
５ 取込流路
６ ダスト分離流路
７ 検出部
８ 検出流路
９ 放気流路
１０ 第２ダスト分離流路
１６ 直進流路
３１ 第２直進流路
Ａ 直進流路の座標範囲
Ｂ 第２直進流路の座標範囲
Ｃ 共通する座標範囲

Claims (1)

1. 空気流路に配され、上流側から下流側に向かう順流の空気流の一部を取り込んで順流の空気流量を検出するとともに、下流側から上流側に向かう逆流の空気流が生じたときに、逆流の空気流の一部を取り込んで逆流の空気流量を検出するエアフローメータにおいて、
   前記空気流路の上流側に向かって開口し、順流の空気流を取り込む取込流路と、
   この取込流路の下流側に直線的に接続し、取り込んだ順流の空気流に含まれるダストを慣性により下流側に直進させて分離するダスト分離流路と、
   前記取込流路および前記ダスト分離流路からなる直進流路と、
   検出部が配され、一端が前記直進流路から分岐し、ダストが除かれた順流の空気流が通過する検出流路と、
   前記空気流路の下流側に向かって開口し、逆流の空気流が生じたときに、逆流の空気流の一部を取り込む放気流路と、
   この放気流路の上流側に直線的に接続し、取り込んだ逆流の空気流に含まれるダストを慣性により上流側に直進させて分離する第２ダスト分離流路と、
   前記放気流路および前記第２ダスト分離流路からなり、一端が前記直進流路から分岐された前記検出流路の他端を分岐して、前記検出流路から流入する順流の空気流を放気すると共に、前記検出流路にダストが除かれた逆流の空気流が流入できるようにしている第２直進流路と、
   を備え、
   前記直進流路と前記第２直進流路とは、相互に分離独立しており、
   前記直進流路の流路軸と、前記第２直進流路の流路軸とは、前記空気流路の径方向にオフセットしていて略平行であり、
   前記直進流路および前記第２直進流路の流路軸と平行な座標軸を想定した場合、前記直進流路の座標範囲と前記第２直進流路の座標範囲とに共通する座標範囲が存在することを特徴とするエアフローメータ。

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