JP5024098B2 - 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、所定の空気流路を通過する空気流の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気流との伝熱現象を利用して空気流量を検出する感熱式のエアフローメータが広く知られている。すなわち、この感熱式のエアフローメータによれば、センサは、取り込まれた空気流との間に伝熱現象を発生させるとともに、空気流量の変動に伴う伝熱現象の変動を電気信号の変化として検出する。

そして、感熱式のエアフローメータでは、空気流量の変動に対する応答性を高めるため、センサを所定のセンサ支持体の表面上に膜状に形成したものが、広く採用されている（例えば、特許文献１、２参照）。

ところで、膜状に形成されたセンサは、ダストの衝突により傷付き易いため、例えば、エンジンに吸入される吸気量を検出するエアフローメータのように、ダストを含んだ空気流の流量を検出するものでは、ダストの除去やセンサに対するダストの衝突防止等、種々の観点からダスト対策が講じられている。

例えば、特許文献２には、センサに対するダストの衝突防止策として、センサを上流側から覆うシールドを設け、ダストをシールドに衝突させてセンサを保護する構造が開示されている。しかし、このような構造によれば、別途にシールドを設ける必要があり、製造工数が高くなってしまう。
特許第３４１６５２６号公報 特表平４−５０３４１１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、エアフローメータにおいて、部材を追加することなく、センサに対するダストの衝突防止策を講じることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のエアフローメータは、所定の空気流路を通過する空気流の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気流との伝熱現象を利用して空気流量を検出するものであり、伝熱現象を発生させるとともに空気流量の変動に伴う伝熱現象の変動を電気信号の変化として検出する膜状のセンサと、板状に設けられ、センサを一方の表面上に支持するセンサ支持体とを備え、取り込んだ空気流を一方の表面上に通過させて伝熱現象を発生させる。そして、センサ支持体は、センサが支持位置よりも下流側にのみ臨むように、かつ、一方の表面に沿う空気流の境界層が支持位置で剥離を起こさないように設けた表面構造として、一方の表面の側が、下流側に向かい下方に傾斜する平坦面を有し、かつ、平坦面の下流側の面部分が、平坦面に連続するとともに下流側ほど急勾配となる曲面を有していて、平坦面でセンサを支持しており、他方の表面の側が、下流側ほど急勾配となる連続する曲面を有している。

これにより、センサ支持体がダストに対するセンサのシールドとして機能するので、別途の部材が追加されなくても、センサは、ダストの衝突から保護される。また、センサの支持位置では、境界層の剥離が起こらず空気流の逆流が発生しないので、センサは、空気流量を検出する機能を確実に果たすことができる。

また、取り込んだ空気流は、センサ支持体の一方の表面の側と、他方の表面の側とに分かれて、センサ支持体を通過し、一方の表面の側を通過する空気流は、他方の表面の側を通過する空気流よりも流速が大きい。
これにより、所定の空気流路を通過する空気流の流量が小さくても、一方の表面の側を通過する空気流の流速を安定させることができる。このため、所定の空気流路における空気流量が小さくても、センサ出力を安定させることができる。

最良の形態のエアフローメータは、所定の空気流路を通過する空気流の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気流との伝熱現象を利用して空気流量を検出するものであり、伝熱現象を発生させるとともに空気流量の変動に伴う伝熱現象の変動を電気信号の変化として検出する膜状のセンサと、板状に設けられ、センサを一方の表面上に支持するセンサ支持体とを備え、取り込んだ空気流を一方の表面上に通過させて伝熱現象を発生させる。そして、センサ支持体は、センサが支持位置よりも下流側にのみ臨むように、かつ、一方の表面に沿う空気流の境界層が支持位置で剥離を起こさないように設けた表面構造として、一方の表面の側が、下流側に向かい下方に傾斜する平坦面を有し、かつ、平坦面の下流側の面部分が、平坦面に連続するとともに下流側ほど急勾配となる曲面を有していて、平坦面でセンサを支持しており、他方の表面の側が、下流側ほど急勾配となる連続する曲面を有している。

また、取り込んだ空気流は、センサ支持体の一方の表面の側と、他方の表面の側とに分かれて、センサ支持体を通過し、一方の表面の側を通過する空気流は、他方の表面の側を通過する空気流よりも流速が大きい。
さらに、一方の表面と他方の表面とが非対称に設けられることで、一方の表面の側を通過する空気流が、他方の表面の側を通過する空気流よりも流速が大きくなっている。

〔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、主に、エアクリーナ（上流）からエンジン（下流）に向かう空気流の一部を取り込み、エンジンに吸入される吸気量を検出するものである。

このエアフローメータ１は、取り込んだ空気流の流路を成形する外郭体３と、取り込んだ空気流との伝熱現象を利用して空気流量を検出する検出体４とを備える。

外郭体３は、樹脂成形品の接合により設けられており、以下のような各種の流路を内部に有する。すなわち、外郭体３は、上流から下流に向かう空気流を取り込む取込流路５と、取り込んだ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、検出体４が配される検出流路８と、検出体４を通過した空気流を放気する放気流路９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、ダストを含んで上流から下流に流れる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の上流部には検出流路８が接続している。

このような構成により、取り込んだ空気流に含まれるダストは、慣性によりダスト分離流路６を直進して少量の空気とともに先細の下流端から吸気流路２に排出され、空気の大部分は、流れ方向を変えて検出流路８に流入する。この結果、取り込んだ空気流からダストの大部分が分離されるが、なお、微量のダストが検出流路８の方に向かう虞がある。

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１０を有し、検出体４は、折り返し部位１０よりも上流側に配されている。そして、空気流は、折り返し部位１０に向かう途中で、検出体４により空気流量の検出に利用される。
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から流入する空気流を放気するように形成されている。

検出体４は、伝熱現象を発生させるとともに空気流量の変動に伴う伝熱現象の変動を電気信号の変化として検出する膜状のセンサ１２と、上面１３および下面１４を有する板状に設けられ、センサ１２を上面１３上に支持するセンサ支持体１５とを有する。なお、センサ１２は、空気流に熱を与える発熱抵抗（図示せず）と、発熱抵抗の下流側に配されて温度に応じて抵抗値を可変する感温抵抗（図示せず）とを含んで設けられる周知の構造を有し、空気流量の変動に伴い、発熱抵抗から空気流に与えられる熱量が変動して感温抵抗の抵抗値が可変することで空気流量の検出を可能にするものである。

〔実施例１の特徴〕
実施例１のエアフローメータ１によれば、検出体４は、図２に示すように、検出流路８が細く絞られて形成されるベンチュリ部１８に配されている。そして、ベンチュリ部１８を通過する空気流は、センサ支持体１５の上面１３の側と下面１４の側とに分かれて検出体４を通過する。そして、上面１３の側を通過する空気流とセンサ１２との間で上記の伝熱現象が発生して、空気流量が検出される。

また、上面１３の面部分の内、センサ１２が支持される面部分は、下流側に向かい下方に傾斜する平坦面１９として設けられ、さらに平坦面１９の下流側の面部分は、平坦面１９に連続するとともに下流側ほど急勾配となる曲面２０として設けられている。一方、下面１４の面部分の内、平坦面１９および曲面２０の下側の面部分は、下流側ほど急勾配となる連続する曲面２１として設けられている。また、曲面２０、２１は、下流側に向かって徐々に上下方向の幅を狭め、１つの下流端縁２２をなす。

これにより、センサ１２は、自身が支持される支持位置２４よりも下流側にのみ臨むように、センサ支持体１５に支持される。つまり、センサ１２は、センサ支持体１５により上流側に対して遮蔽されるように、センサ支持体１５に支持される。

また、上面１３の側を通過する空気流の境界層２５は、図３に示すように、曲面２０上に剥離点２６を形成し、支持位置２４では剥離を起こさない。つまり、境界層２５は、支持位置２４よりも下流側である曲面２０上で剥離し、剥離点２６よりも下流側の曲面２０上では、境界層２５内に逆流が生じて渦が発生している。なお、境界層２５とは、空気流の流速が空気の粘性の影響を受けて主流よりも小さくなっている領域であり、物体の表面上に形成されるものである。

さらに、上、下面１３、１４が非対称に設けられることで、上面１３の側を通過する空気流が、下面１４の側を通過する空気流よりも流速が大きくなっている。例えば、上、下面１３、１４は、図２に示すように、ベンチュリ部１８において、上面１３の側の流路の上下幅が下面１４の側の流路の上下幅よりも小さくなるように設けられている。そして、上面１３の側の流路の上下幅が、下面１４の側の流路の上下幅よりも小さいことで、上面１３の側を通過する空気流が、下面１４の側を通過する空気流よりも流速が大きくなっている。

〔実施例１の効果〕
実施例１のエアフローメータ１は、センサ１２をセンサ支持体１５の上面１３上に支持し、取り込んだ空気流の一部を上面１３上に通過させてセンサ１２との間に伝熱現象を発生させる。そして、センサ支持体１５は、センサ１２が支持位置２４よりも下流側にのみ臨むように、かつ、上面１３に沿う空気流の境界層２５が支持位置２４で剥離を起こさないように設けられている。
これにより、センサ支持体１５がダストに対するセンサ１２のシールドとして機能するので、別途の部材が追加されなくても、センサ１２は、ダストの衝突から保護される。また、境界層２５の剥離がセンサ１２の支持位置２４よりも下流側で生じ、支持位置２４では空気流の逆流が発生しないので、センサ１２は、空気流量を検出する機能を確実に果たすことができる。

また、上面１３の側を通過する空気流は、下面１４の側を通過する空気流よりも流速が大きい。
これにより、吸気流路２を通過する空気流の流量が小さくても、上面１３の側を通過する空気流の流速を安定させることができる。このため、吸気流路２における空気流量が小さくても、センサ出力を安定させることができる。

〔変形例〕
実施例１のセンサ支持体１５によれば、上面１３の下流側面部分は、平坦面１９および曲面２０で構成されていたが、センサ１２が支持位置２４よりも下流側にのみ臨むように、かつ、境界層２５が支持位置２４で剥離を起こさないようにセンサ支持体１５を設けることができれば、実施例１の形態に限定されない。

また、実施例１のセンサ支持体１５によれば、曲面２０、２１（つまり、上、下面１３、１４）が下流側に向かって徐々に上下方向の幅を狭めて１つの線状の下流端縁２２をなしていたが、例えば、上下方向の幅を狭めることなく、１つの帯状の下流端縁２２をなすようにセンサ支持体１５を設けてもよい。

また、実施例１のセンサ支持体１５によれば、上面１３の下流側面部分が平坦面１９および曲面２０で構成され、下面１４の下流側面部分が曲面２１で構成されることで、上、下面１３、１４が非対称に設けられていたが、上面１３の側を通過する空気流の流速を、下面１４の側を通過する空気流の流速よりも大きくできれば、上、下面１３、１４を非対称にする形態は、実施例１の形態に限定されない。
さらに、実施例１のエアフローメータ１は、エンジンに吸入される吸気量を検出するものであったが、他の用途に用いることもできる。

エアフローメータの説明図である。 検出体の配置および検出体周囲の空気の流れを示す説明図である。 検出体の下流側上面における境界層を示す説明図である。

符号の説明

１ エアフローメータ
２ 吸気流路（空気流路）
１２ センサ
１３ 上面（一方の表面）
１４ 下面（他方の表面）
１５ センサ支持体
２４ 支持位置

Claims (1)

1. 所定の空気流路を通過する空気流の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気流との伝熱現象を利用して空気流量を検出するエアフローメータにおいて、
   前記伝熱現象を発生させるとともに空気流量の変動に伴う前記伝熱現象の変動を電気信号の変化として検出する膜状のセンサと、
   板状に設けられ、前記センサを一方の表面上に支持するセンサ支持体とを備え、
   取り込んだ空気流は、前記センサ支持体の前記一方の表面の側と、他方の表面の側とに分かれて、前記センサ支持体を通過し、
   前記一方の表面の側を通過して前記伝熱現象を発生させる空気流は、前記他方の表面の側を通過する空気流よりも流速が大きく、
   前記センサ支持体は、前記センサが支持位置よりも下流側にのみ臨むように、かつ、前記一方の表面に沿う空気流の境界層が前記支持位置で剥離を起こさないように設けた表面構造として、
   前記一方の表面の側が、下流側に向かい下方に傾斜する平坦面を有し、かつ、前記平坦面の下流側の面部分が、前記平坦面に連続するとともに下流側ほど急勾配となる曲面を有していて、前記平坦面で前記センサを支持しており、
   前記他方の表面の側が、下流側ほど急勾配となる連続する曲面を有していることを特徴とするエアフローメータ。

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