JP5425021B2 - Flow measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、副通路内に流体の流量を検知するセンサ素子を備えた流量測定装置に係り、特に自動車エンジンの吸気管内の吸気量を測定するのに好適な流量測定装置に関する。   The present invention relates to a flow rate measuring device including a sensor element that detects a flow rate of fluid in a sub-passage, and more particularly to a flow rate measuring device suitable for measuring an intake air amount in an intake pipe of an automobile engine.

空気流量を計測する流量測定装置としては、発熱抵抗体を加熱制御し発熱抵抗体の放熱量によって流量を計測するものや、発熱抵抗体を加熱制御し発熱抵抗体の近傍に配置した感温抵抗体の温度変化によって流量を計測するものなどが知られている。   As a flow measurement device that measures the air flow rate, the heating resistor is heated and the flow rate is measured by the amount of heat released from the heating resistor, or the heating resistor is heated and the temperature sensitive resistor is placed near the heating resistor. What measures a flow volume by the temperature change of a body is known.

そして、主通路に配置された副通路内に発熱抵抗体(以下センサ素子)を配置することで流量を測定する装置として使用される。一般的に計測精度の向上を目的として空気流量の特性ばらつきを低減するためには、副通路内に設置されたセンサ素子に対向する通路壁面を上流から下流にかけて序々に狭める(縮流させる)ような絞り形状を用いることが知られている。これによりセンサ素子付近の流速を向上し、流れを整流することが可能となる。   And it is used as an apparatus which measures flow volume by arrange | positioning a heating resistor (henceforth a sensor element) in the subchannel | path arrange | positioned at the main channel | path. In general, in order to reduce the variation in air flow characteristics for the purpose of improving measurement accuracy, the wall of the passage facing the sensor element installed in the sub passage is gradually narrowed (constricted) from upstream to downstream. It is known to use a simple aperture shape. As a result, the flow velocity near the sensor element can be improved and the flow can be rectified.

例えば、特許文献1には、副通路内にセンサ素子が配置され且つセンサ素子に対向する壁面に絞り形状を配置することで流れを整流した技術が開示されている。この技術によれば、センサ素子検知部の段差D、センサ素子の幅L、及び絞りの平均勾配αとしたときに、関係式L>Dαが成立する範囲でセンサ素子に流れる流体(空気)の流れを整流し、これにより実装によるばらつきを抑えることができる。   For example, Patent Document 1 discloses a technique in which a sensor element is disposed in a sub-passage and a flow shape is rectified by disposing a diaphragm shape on a wall surface facing the sensor element. According to this technique, when the level difference D of the sensor element detection unit, the width L of the sensor element, and the average gradient α of the diaphragm are set, the fluid (air) flowing through the sensor element within a range where the relational expression L> Dα is satisfied. The flow can be rectified, thereby suppressing variations due to mounting.

特開2008−26172号公報JP 2008-26172 A

ところで、近年の空気流量の計測においては計測精度の高精度化が求められている。製造工程におけるセンサ素子の実装がばらつくことにより、特性に影響を与えることがある。   By the way, in recent measurement of the air flow rate, higher accuracy of measurement is required. Variations in the mounting of sensor elements in the manufacturing process can affect the characteristics.

しかしながら、例えば特許文献1の技術の場合、上述したように、副通路内に配置されたセンサ素子と対向する壁面絞りの平均勾配をα、センサ素子幅L、基板及びセンサ素子の段差D、としたときに、L>Dα関係により流れを整流し安定した計測を可能とするものであるが、計測部の位置が例えば公差の範囲内でずれた場合、このずれにより、流速分布が変化し(流速が変動し)計測誤差の要因となってしまう。   However, for example, in the case of the technology of Patent Document 1, as described above, the average gradient of the wall diaphragm facing the sensor element disposed in the sub-passage is α, the sensor element width L, the step difference D between the substrate and the sensor element, and However, when the position of the measuring unit is deviated within a tolerance range, for example, the flow velocity distribution changes due to this deviation ( The flow velocity fluctuates) and causes measurement errors.

このばらつき影響を低減するためには更なる流速の向上が望ましく、流速を向上するためには、例えば、壁面絞りを構成する突出部の頂部(絞り最狭部)とセンサ素子との間隔(絞り)を狭くすることが考えられる。しかしながら、この間隔(絞り)の間隔を狭くしすぎてしまうと、副通路部の圧力損失が大きくなって、センサ素子近傍の流速がかえって遅くなってしまう。   In order to reduce the influence of this variation, it is desirable to further improve the flow velocity. To improve the flow velocity, for example, the distance between the top of the projecting portion (the narrowest portion of the diaphragm) and the sensor element (the diaphragm) ) May be narrowed. However, if the interval (throttle) interval is too narrow, the pressure loss in the sub-passage increases, and the flow velocity in the vicinity of the sensor element becomes rather slow.

また、エンジンの吸入空気計測として流量測定装置を使用する場合はエアクリーナフィルタを通過して飛来した異物が、計測部付近に堆積することがあり、絞りの間隔が狭すぎると、絞りに異物が詰まってしまうことも想定される。   In addition, when using a flow measurement device for measuring the intake air of an engine, foreign matter that has passed through the air cleaner filter may accumulate near the measurement unit. It is also assumed that

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、本発明は、副通路内にセンサ素子を有する流量測定装置において、センサ素子の対向する位置に絞り形状を設けた場合であっても、流速向上による整流効果と汚損対策の両方を満足することができる流量測定装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and the present invention is a flow measuring device having a sensor element in a sub-passage in which a throttle shape is provided at a position facing the sensor element. Another object of the present invention is to provide a flow rate measuring device capable of satisfying both of the rectification effect by the improvement of the flow velocity and the countermeasure against contamination.

前記課題を解決すべく、本発明に係る流量計側装置は、主通路内に、流体の流れる流れ方向に沿って、流体の一部が流入して通過する副通路が形成されたハウジングと、前記流体の流量を検知するセンサ素子を表面に実装すると共に、前記流れ方向に沿って、表面が形成されるように前記副通路内に配置された板状基板と、を少なくとも備えている。前記副通路を形成する前記ハウジングの副通路壁面のうち前記センサ素子と対向する側の対向壁面には、前記流れ方向に沿って前記センサ素子に近づくに従って、前記センサ素子の表面に接近するように傾斜した傾斜面を有した突出部が形成されており、前記傾斜面は、前記流入した流体により、前記センサ素子の上流に流れる流体の流れを絞るように、前記センサ素子の表面から前記突出部の側に剥離渦が形成されるように傾斜していることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a flowmeter side device according to the present invention includes a housing in which a sub-passage through which a part of the fluid flows in and passes along the flow direction of the fluid is formed in the main passage. The sensor element for detecting the flow rate of the fluid is mounted on the surface, and at least a plate-like substrate disposed in the sub-passage so that the surface is formed along the flow direction. Of the sub-passage wall surface of the housing forming the sub-passage, the opposing wall surface on the side facing the sensor element is adapted to approach the surface of the sensor element as it approaches the sensor element along the flow direction. A protruding portion having an inclined inclined surface is formed, and the inclined surface protrudes from the surface of the sensor element so as to restrict a flow of fluid flowing upstream of the sensor element by the inflowing fluid. It is characterized in that it is inclined so that a separation vortex is formed on this side.

本発明によれば、突出部の傾斜面の終端部(センサ素子に近い端部)の下流側であって、センサ素子の表面から突出部の側に剥離渦が発生するので、センサ素子の上流に流れる流体の流れが絞られ、流体の通過面積(通路断面積)を間接的に小さくすることができる。   According to the present invention, the separation vortex is generated from the surface of the sensor element to the side of the protrusion, downstream from the terminal end (end near the sensor element) of the inclined surface of the protrusion. The flow of the fluid flowing through the fluid is restricted, and the passage area (passage cross-sectional area) of the fluid can be indirectly reduced.

このような剥離渦を利用することにより、計測部であるセンサ素子に流れる整流した流体の流速をさらに向上させることができ、計測部において実装のずれが生じたとしても安定した計測を可能とすることができる。   By using such a separation vortex, the flow rate of the rectified fluid flowing through the sensor element that is the measurement unit can be further improved, and stable measurement can be performed even if mounting deviation occurs in the measurement unit. be able to.

さらに、センサ素子近傍において流体の流速を高めようと、さらにセンサ素子と突出部の間隔をさらに狭めなくてもよいので、この絞りの間隔を十分に確保することができるので、吸入空気中の異物の詰まりを防止でき汚損対策となり得る。   Further, in order to increase the fluid flow rate in the vicinity of the sensor element, it is not necessary to further reduce the distance between the sensor element and the projecting portion. This can prevent clogging and prevent pollution.

本発明の第1実施形態に係る流量測定装置の模式的全体構成図。1 is a schematic overall configuration diagram of a flow rate measuring device according to a first embodiment of the present invention. 図1に示す流量測定装置のP−P矢視断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the flow rate measuring device shown in FIG. 図1に示す流量測定装置のQ−Q矢視断面図。QQ arrow sectional drawing of the flow measuring device shown in FIG. 図1に示す流量測定装置の整流効果を説明するための図。The figure for demonstrating the rectification effect of the flow measuring device shown in FIG. 第1実施形態に係る流量測定装置の整流効果を確認するための解析結果であり、(a)は、第1実施形態の実施例に係る解析結果を示した図であり、(b)は、比較例に係る解析結果を示した図。It is the analysis result for confirming the rectification effect of the flow measuring device concerning a 1st embodiment, (a) is a figure showing the analysis result concerning the example of the 1st embodiment, and (b), The figure which showed the analysis result concerning a comparative example. 図1に示す流量測定装置の整流効果を示した図であり、角度αと測定誤差との関係のグラフを示した図。It is the figure which showed the rectification | straightening effect of the flow measuring device shown in FIG. 1, and the figure which showed the graph of the relationship between angle (alpha) and a measurement error. 図1に示す流量測定装置の突出部(絞り形状)において異物が付着した様子を示す図。The figure which shows a mode that the foreign material adhered in the protrusion part (throttle shape) of the flow measuring apparatus shown in FIG. 図1に示す流量測定装置の突出部(絞り形状)において、異物付着を考慮した角度αと測定誤差との関係のグラフを示した図。The figure which showed the graph of the relationship between the angle (alpha) which considered foreign material adhesion, and the measurement error in the protrusion part (throttle shape) of the flow measuring device shown in FIG. 第1実施系形態の図1のP−P矢視断面図に相当する、第2実施形態の流量測定装置の断面図。Sectional drawing of the flow measuring device of 2nd Embodiment equivalent to PP sectional drawing of FIG. 1 of 1st Embodiment type | system | group. 図9に示す流量測定装置のセンサ素子近傍の部分的拡大図。FIG. 10 is a partially enlarged view of the vicinity of the sensor element of the flow rate measuring device shown in FIG. 9. 第1実施系形態の図1のQ−Q矢視断面図に相当する、第2実施形態の流量測定装置の断面図。Sectional drawing of the flow measuring device of 2nd Embodiment corresponded in the QQ arrow sectional drawing of FIG. 1 of 1st Embodiment type | system | group.

以下に、図1〜11を参照して、本発明に係る流量測定装置を2つの実施形態により説明する。   Below, with reference to FIGS. 1-11, the flow volume measuring apparatus which concerns on this invention is demonstrated by two embodiment.

〔第1実施形態〕
図1〜図3は本発明の第1実施形態に係る流量測定装置の構成を示す図であり、図1は、本発明の第1実施形態に係る流量測定装置の模式的全体構成図であり、図2は、図1に示す流量測定装置のP−P矢視断面図であり、図3は図1に示す流量測定装置のQ−Q矢視断面図である。
[First Embodiment]
1-3 is a figure which shows the structure of the flow measuring device which concerns on 1st Embodiment of this invention, FIG. 1 is a typical whole block diagram of the flow measuring device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line PP of the flow rate measuring device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line QQ of the flow rate measuring device shown in FIG.

図4は、図1に示す流量測定装置の整流効果を説明するための図、図5は、第1実施形態に係る流量測定装置の整流効果を確認するための解析結果であり、(a)は、第1実施形態の実施例に係る解析結果を示した図であり、(b)は、比較例に係る解析結果を示した図である。   4 is a diagram for explaining the rectifying effect of the flow rate measuring device shown in FIG. 1, and FIG. 5 is an analysis result for confirming the rectifying effect of the flow rate measuring device according to the first embodiment. These are the figures which showed the analysis result which concerns on the Example of 1st Embodiment, (b) is the figure which showed the analysis result which concerns on a comparative example.

本発明に係る流量測定装置1は、図2に示すように、樹脂成形品によるフレーム部材2及びこのフレーム部材を覆うベース部材3の組立体をハウジング20として備えている。ハウジング20は、組立体とすることにより、主通路6の流体の一部が流れ込み、通過するための副通路10が形成される。このようなハウジング20は、図1に示す吸気管4に形成された挿入穴5に挿入され、下側部分が吸気管4の主通路6内に位置するように、吸気管4に取り付けられている。   As shown in FIG. 2, the flow rate measuring apparatus 1 according to the present invention includes an assembly of a frame member 2 made of a resin molded product and a base member 3 covering the frame member as a housing 20. By forming the housing 20 as an assembly, a part of the fluid in the main passage 6 flows and a sub-passage 10 is formed for the passage. Such a housing 20 is inserted into the insertion hole 5 formed in the intake pipe 4 shown in FIG. 1 and is attached to the intake pipe 4 so that the lower portion is located in the main passage 6 of the intake pipe 4. Yes.

ベース部材3には、平板状の回路基板(板状基板)7に電子部品及び配線パターンが形成された回路と、シリコン基板の上に発熱抵抗体であるセンサ素子8が搭載され、これらが、フレーム部材2に重ね合わせて、電源、信号出力用の端子9a、及びガイド9bを備えたコネクタ部9に接続するようになっている。なお、センサ素子8は、発熱抵抗により、主通路6の空気(流体)の流量を検知するための熱式のセンサ素子であり、センサ素子8そのものは、副通路10内に流れる流体(空気)FAを直接的に測定するものである。   The base member 3 is mounted with a circuit in which electronic components and wiring patterns are formed on a flat circuit board (plate board) 7 and a sensor element 8 which is a heating resistor on a silicon substrate. The frame member 2 is superposed on the frame member 2 and connected to a connector portion 9 having a power source, a signal output terminal 9a, and a guide 9b. Note that the sensor element 8 is a thermal sensor element for detecting the flow rate of air (fluid) in the main passage 6 by heat generation resistance, and the sensor element 8 itself is fluid (air) flowing in the sub-passage 10. FA is measured directly.

吸気管4内を流れる流体の主通路6において、上述したハウジング20を設置することにより、主通路6内の下側部分の位置に、副通路10が形成される。副通路10は、主通路を流れる流体の一部が流入して通過するように、主通路6の流れ方向Fに沿って(主通路と同じ方向)配置されている。副通路10の内部には、回路基板7上に流量計測を行うセンサ素子8が位置するようになっている。   By installing the above-described housing 20 in the main passage 6 of the fluid flowing through the intake pipe 4, the sub-passage 10 is formed at the position of the lower portion in the main passage 6. The sub-passage 10 is arranged along the flow direction F of the main passage 6 (the same direction as the main passage) so that a part of the fluid flowing through the main passage flows in and passes therethrough. A sensor element 8 for measuring a flow rate is positioned on the circuit board 7 in the sub passage 10.

このようにして、流量測定装置1において、ハウジング20は、主通路6内に、流体の流れる流れ方向Fに沿って、流体の一部が流入して通過する副通路10が形成され、回路基板(板状基板)7は、流体の流量を検知するセンサ素子8を表面に沿って実装すると共に、流れ方向Fに沿って、板状基板の表面が形成されるように副通路内に配置されることになる。   Thus, in the flow measuring device 1, the housing 20 is formed with the sub-passage 10 through which a part of the fluid flows in and passes through the main passage 6 along the flow direction F in which the fluid flows. The (plate-like substrate) 7 is mounted in the sub-passage so that the sensor element 8 for detecting the flow rate of the fluid is mounted along the surface and the surface of the plate-like substrate is formed along the flow direction F. Will be.

本実施形態では、さらに図3に示すような通路形状(絞り形状)を設けたことに、その特徴部分がある。具体的には、副通路10は、図2に記載のようにフレーム部材2とベース部材3を重ね合わせることにより形成されており、ベース部材3に回路基板7は実装されている。   In the present embodiment, there is a characteristic part in that a passage shape (aperture shape) as shown in FIG. 3 is further provided. Specifically, the sub passage 10 is formed by overlapping the frame member 2 and the base member 3 as shown in FIG. 2, and the circuit board 7 is mounted on the base member 3.

そして、副通路10を形成するハウジング20(具体的にはフレーム部材2)の副通路壁面のうちセンサ素子8と対向する側の対向壁面10dには、台形状の突出部11が、副通路10の幅方向に亘って形成されている。また、突出部11の上流側には、傾斜面11aが形成されており、流れ方向Fに沿ってセンサ素子8に近づくに従って、センサ素子8の表面に接近するように傾斜している。   A trapezoidal protruding portion 11 is formed on the opposing wall surface 10 d on the side facing the sensor element 8 of the auxiliary passage wall surface of the housing 20 (specifically, the frame member 2) forming the auxiliary passage 10. It is formed over the width direction. Further, an inclined surface 11 a is formed on the upstream side of the protruding portion 11, and is inclined so as to approach the surface of the sensor element 8 as it approaches the sensor element 8 along the flow direction F.

さらに、図4に示すように、傾斜面11aは、副通路10を流入した流体により、センサ素子8の上流に流れる流体の流れFaを絞るように、センサ素子8の表面8aから突出部11の側に剥離渦Fcが形成されるように傾斜している。   Further, as shown in FIG. 4, the inclined surface 11 a is formed by the fluid flowing in the sub-passage 10 so that the fluid flow Fa flowing upstream of the sensor element 8 is narrowed from the surface 8 a of the sensor element 8. It is inclined so that a separation vortex Fc is formed on the side.

なお、ここでは、突出部11は、センサ素子8の中心に対して、対称な台形の絞り形状となっているが、この剥離渦Fcが形成されるのであれば、この形状に限定するものではない。   Here, the projecting portion 11 has a trapezoidal diaphragm shape that is symmetric with respect to the center of the sensor element 8, but the shape is not limited to this shape as long as the separation vortex Fc is formed. Absent.

また、上述したように、回路基板7は、ベース部材3に実装された構造となっている。センサ素子8は回路基板7の下側に位置して配置されており(図1参照)、流量測定装置1は、主通路6の流体Faの一部が副通路に流入し、センサ素子8の上部を流れる流体の流量を計測するようになっている。   Further, as described above, the circuit board 7 has a structure mounted on the base member 3. The sensor element 8 is disposed on the lower side of the circuit board 7 (see FIG. 1). In the flow measuring device 1, a part of the fluid Fa in the main passage 6 flows into the sub-passage, and the sensor element 8 The flow rate of the fluid flowing through the upper part is measured.

これまでは、副通路10に空気を流すだけでは空気を整流し流速を向上することができないため、センサ素子8の実装されている壁面と反対側壁面(フレーム部材2)に、絞り形状が形成されてきた。しかし、この絞り形状は、この絞り形状そのものに起因して、上流側に流れる流体の流れを絞ること(例えば、上述した特許文献1に記載の関係L>Dαを満たすように絞ること)により、センサ素子8表面において、流体の流れを整流するものであるが、これだけでは、流速の向上としては充分とはいえないため、本実施形態の如き構成にしたものである。   Until now, the air flow cannot be rectified by simply flowing air through the sub-passage 10 and the flow velocity cannot be improved. Therefore, a throttle shape is formed on the side wall surface (frame member 2) opposite to the wall surface on which the sensor element 8 is mounted. It has been. However, this throttle shape is caused by narrowing the flow of fluid flowing upstream due to the throttle shape itself (for example, by narrowing so as to satisfy the relationship L> Dα described in Patent Document 1). The flow of the fluid is rectified on the surface of the sensor element 8, but this alone is not sufficient for improving the flow velocity, and is thus configured as in the present embodiment.

このような構成にすることにより、突出部11の傾斜面11aの終端部(センサ素子に近い端部)11dにより、センサ素子8の表面から突出部11の側に剥離渦Fcが発生するので、センサ素子8の上流に流れる流体の流れFaが絞られる(流体の通過面積を狭める)ことができる。   With such a configuration, a separation vortex Fc is generated from the surface of the sensor element 8 to the side of the protruding portion 11 by the end portion (end portion close to the sensor element) 11d of the inclined surface 11a of the protruding portion 11. The fluid flow Fa flowing upstream of the sensor element 8 can be narrowed (the passage area of the fluid can be narrowed).

このような剥離渦Fcを利用することにより、計測部であるセンサ素子8に流れる整流した流体の流速をさらに向上させることができ、計測部において実装のずれが生じたとしても安定した計測を可能とすることができる。   By using such a separation vortex Fc, the flow velocity of the rectified fluid flowing through the sensor element 8 that is a measurement unit can be further improved, and stable measurement is possible even if mounting deviation occurs in the measurement unit. It can be.

さらに、センサ素子8近傍において流体の流速を高めようと、さらにセンサ素子8と突出部11の間隔Lをさらに狭めなくてもよいので、この絞りの間隔を十分に確保することができるので、吸入空気中の異物の詰まりを防止でき汚損対策となり得る。   Furthermore, since it is not necessary to further reduce the distance L between the sensor element 8 and the protruding portion 11 in order to increase the fluid flow velocity in the vicinity of the sensor element 8, it is possible to sufficiently secure the distance between the throttles. It can prevent clogging of foreign substances in the air and can be a countermeasure against contamination.

そして、このような剥離渦Fcにより、上流に流れる流体の流れFaを絞ることができるのであれば、この傾斜面の詳細な傾斜及び形状は特に限定されるものではない。さらに、発明者らは、汎用流体解析プログラムSTAR-CD(CD-adapco-japan社製)を用いて、熱流体モデルを用いて解析を行い、図5(a)の実施例に示すように、上流に流れる流体の流れFaを絞る剥離渦Fcが形成されることを確認し、さらに実験によりこのことも確認した。また、図5(b)の比較例に示すように、上述する特許文献1に示すような条件で、単に突出部を設けただけでは、上流に流れる流体の流れFaを絞ることができない点も確認した。なお、図5(a)及び(b)の各構成(部分)には、図4に対応する構成と同じ符号を付している。   As long as the fluid flow Fa flowing upstream can be narrowed by such a separation vortex Fc, the detailed inclination and shape of the inclined surface are not particularly limited. Further, the inventors conducted analysis using a thermal fluid model using a general-purpose fluid analysis program STAR-CD (manufactured by CD-adapco-japan), and as shown in the example of FIG. It was confirmed that a separation vortex Fc that restricts the flow Fa of the fluid flowing upstream was formed, and this was also confirmed by experiments. Further, as shown in the comparative example of FIG. 5 (b), it is not possible to restrict the fluid flow Fa flowing upstream simply by providing a protrusion under the conditions shown in Patent Document 1 described above. confirmed. In addition, the same code | symbol as the structure corresponding to FIG. 4 is attached | subjected to each structure (part) of FIG. 5 (a) and (b).

そして、上記解析により、剥離渦Fcにより、上流に流れる流体の流れFaを絞ることができるより好ましい条件を導き出した。具体的には、図4に示す絞り角度α及び絞り間隔Lを最適化しすることにより、センサ素子8の実装がばらついた場合においても安定して計測が可能となる形状を解析的及び実験的に見出した。ここで、図4に示す絞り角度αとは、傾斜面11aと、流れ方向Fに対して垂直な平面とのなす角であり、絞り間隔Lとは、突出部11の頂部表面11bとセンサ素子8の表面との距離のことである。   From the above analysis, a more preferable condition for deriving the fluid flow Fa flowing upstream from the separation vortex Fc was derived. Specifically, by optimizing the aperture angle α and the aperture interval L shown in FIG. 4, a shape that can be stably measured even when the mounting of the sensor element 8 varies analytically and experimentally. I found it. Here, the throttle angle α shown in FIG. 4 is an angle formed by the inclined surface 11a and a plane perpendicular to the flow direction F, and the throttle interval L is the top surface 11b of the protrusion 11 and the sensor element. This is the distance to the surface of 8.

具体的には、まず、絞りの間隔Lについては流れを整流し安定した計測を実施する観点から2.0mm以下とすることが好ましい。これは2.0mm超えた場合、たとえ剥離渦が形成されたとしても、絞り形状及び剥離渦で縮流することによる十分な流速(整流効果)が得られず、空気流量の計測誤差影響が大きくなるためである。   Specifically, first, the aperture interval L is preferably set to 2.0 mm or less from the viewpoint of rectifying the flow and performing stable measurement. If this exceeds 2.0 mm, even if a separation vortex is formed, a sufficient flow velocity (rectification effect) due to contraction and flow due to the separation vortex cannot be obtained, which greatly affects the measurement error of the air flow rate. It is to become.

そして絞り間隔L2.0mm以下に対して、剥離渦Fcを形成するに最適な絞り角度αは、流れ垂直方向に対して20°以下とすることが好ましい。なお、図5(a)に示す実施例は、絞り角度αは20°以下、絞り間隔Lは2mm以下の場合であり、図5(b)に示す実施例は、絞り角度αは20°超え、絞り間隔Lは2mm以下の場合であり、それぞれにおける測定される流体の流速は、56m/sを想定したものである。なお、内燃機関の吸気管を流れる流体の流速の範囲で解析を行い、本実施形態でいう整流効果が発現されていることを確認した。   For the aperture distance L of 2.0 mm or less, the optimum aperture angle α for forming the separation vortex Fc is preferably 20 ° or less with respect to the flow vertical direction. In the embodiment shown in FIG. 5A, the aperture angle α is 20 ° or less and the aperture interval L is 2 mm or less. In the embodiment shown in FIG. 5B, the aperture angle α exceeds 20 °. The throttle interval L is 2 mm or less, and the flow velocity of the fluid measured in each is assumed to be 56 m / s. In addition, it analyzed in the range of the flow velocity of the fluid which flows through the intake pipe of an internal combustion engine, and confirmed that the rectification effect said by this embodiment was expressed.

そして、実機試験により、複数の絞り角度に選定した流量測定装置を、その角度毎に複数台を準備し、複数の絞り角度と、各絞り角度毎の測定誤差との関係から見出したものである。図6は、本実施形態に係る流量測定装置の整流効果を示した図であり、角度αと測定誤差との関係のグラフを示した図である。   Then, through actual machine tests, a plurality of flow rate measuring devices selected for a plurality of aperture angles were prepared for each angle, and found from the relationship between a plurality of aperture angles and measurement errors for each aperture angle. . FIG. 6 is a diagram showing the rectification effect of the flow rate measuring device according to this embodiment, and is a diagram showing a graph of the relationship between the angle α and the measurement error.

ここで実装のばらつきである誤差Xとはセンサ素子の位置が絞りの位置に対してずれた場合に発生する実空気流量に対する誤差のことである。なお、誤差Xは、20°における誤差の値を1として正規化した値である。図6に示すように、解析結果からもわかるように、絞り角度αが20°以下でばらつき誤差Xが小さくなっている。この要因としては、凸部(絞り)の終端部11dに剥離渦Fcを発生させ、整流Fbのような流れをセンサ素子8の表面に流し、これまでのものに比べて、その流速がさらに向上したからである。これにより実装によるばらつき影響を低減することができたと考えられる。   Here, the error X, which is a variation in mounting, is an error with respect to the actual air flow rate that occurs when the position of the sensor element is shifted from the position of the diaphragm. The error X is a value normalized with the error value at 20 ° being 1. As shown in FIG. 6, as can be seen from the analysis results, the variation error X is small when the aperture angle α is 20 ° or less. The cause of this is that a separation vortex Fc is generated at the end portion 11d of the convex portion (diaphragm), and a flow such as rectification Fb is caused to flow on the surface of the sensor element 8, and the flow velocity is further improved as compared with the conventional one. Because. This is considered to have been able to reduce the influence of variation due to mounting.

以下この効果について下記に説明する。絞り形状となる突出部11を、従来のものよりも急激な傾斜となる傾斜面を有する形状とし、突出部(絞り)11の終端部11dに剥離渦Fcを発生させることで、有形の絞り形状はなくても、剥離渦Fcの存在する領域は空気が通過できないので実質の有効断面積は小さくなる。これによりセンサ素子8に流れる流速が向上するため多少センサ素子8の実装の位置がばらついたとしても計測上の影響度が小さくなり安定した計測が可能となる。つまり絞り角度αが小さくなるほど整流の効果があり流量の測定精度を向上することができる。   This effect will be described below. The projecting portion 11 having a throttle shape has a shape having an inclined surface that is steeper than that of the conventional one, and a separation vortex Fc is generated at the terminal end portion 11d of the projecting portion (throttle) 11. Even if not, since the air cannot pass through the region where the separation vortex Fc exists, the substantial effective sectional area becomes small. As a result, the flow velocity flowing through the sensor element 8 is improved, so that even if the mounting position of the sensor element 8 varies somewhat, the degree of influence on measurement is reduced, and stable measurement is possible. That is, the smaller the throttle angle α, the more effective the rectification, and the flow rate measurement accuracy can be improved.

ところで、実際に吸気系に取り付けて走行した場合、カーボンやダストといった異物の飛来は避けられない。図7は、図1に示す流量測定装置の突出部(絞り形状)において異物が付着した様子を示す図であり、この異物が進入した場合に絞り角度αを急激にする(小さくし過ぎる)と、絞り開始部11cに異物Cが堆積し形状が変わることにより計測部近傍での流速が変わることがあると想定される。実際に異物Cの堆積が空気流量の計測誤差となるが、最もこの影響が小さくなり、測定誤差が飽和する範囲は10°以上となることが下記の実験によりわかった。   By the way, when the vehicle is actually attached to the intake system and traveled, foreign objects such as carbon and dust cannot be avoided. FIG. 7 is a diagram showing a state in which foreign matter has adhered to the protruding portion (throttle shape) of the flow rate measuring device shown in FIG. 1, and when this foreign matter enters, the throttle angle α is suddenly (too small). It is assumed that the flow velocity in the vicinity of the measurement unit may change due to the foreign substance C accumulating on the aperture start unit 11c and changing its shape. Actually, the accumulation of the foreign substance C becomes a measurement error of the air flow rate, but this effect is minimized, and it was found by the following experiment that the range in which the measurement error is saturated is 10 ° or more.

具体的には、複数の絞り角度に選定した流量測定装置を準備し、実機試験により、経時劣化に対する変化(誤差)を求めた。   Specifically, a flow measuring device selected for a plurality of throttle angles was prepared, and a change (error) with respect to deterioration with time was obtained by an actual machine test.

なお、図8は、発明の絞り形状において、異物付着を考慮した角度αと測定誤差との関係のグラフを示した図であり、誤差Xは、10°における誤差の値を1として正規化した値である。   FIG. 8 is a diagram showing a graph of the relationship between the angle α taking account of foreign matter adhesion and the measurement error in the aperture shape of the invention, and the error X is normalized by setting the error value at 10 ° to 1. Value.

この結果から、汚損の影響が小さい絞り角度は10°以上であり、この角度以上で使用することが実車条件では最適である。そして、汚損による特性影響も含めて絞り角度を最適化すると絞り角度αは10°〜20°の範囲がよりよいといえる。   From this result, the aperture angle where the influence of contamination is small is 10 ° or more, and it is optimal to use at this angle or more under actual vehicle conditions. When the aperture angle is optimized including the influence of characteristics due to contamination, it can be said that the aperture angle α is better in the range of 10 ° to 20 °.

〔第2実施形態〕
第2実施形態は、センサ素子8が副空気通路中に露出し、回路基板(板状基板)7により、副通路を2分割した点が、第1実施形態と相違する。従って、この相違点について、以下に示す図面において説明し、第1実施形態と同じ部分には、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
The second embodiment is different from the first embodiment in that the sensor element 8 is exposed in the sub air passage and the sub passage is divided into two by the circuit board (plate-like substrate) 7. Therefore, this difference will be described with reference to the following drawings. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

図9は、第1実施系形態の図1のP−P矢視断面図に相当する、第2実施形態の流量測定装置の断面図である。図10は、図9に示す流量測定装置のセンサ素子近傍の部分的拡大図である。   FIG. 9 is a cross-sectional view of the flow rate measuring device of the second embodiment corresponding to the cross-sectional view taken along the line P-P of FIG. 1 of the first embodiment. 10 is a partially enlarged view of the vicinity of the sensor element of the flow rate measuring device shown in FIG.

図11は、第1実施系形態の図1のQ−Q矢視断面図に相当する、第2実施形態の流量測定装置の断面図である。   FIG. 11 is a cross-sectional view of the flow rate measuring device according to the second embodiment corresponding to the cross-sectional view taken along the line QQ in FIG. 1 of the first embodiment.

上述したように、図9に示す流量測定装置1’は、樹脂成形品によるフレーム部材2及びこのフレーム部材を覆うベース部材3のハウジング20’であり、ハウジング20’は、図9に示す吸気管4に挿入され、下側部分が主通路6内に位置している。そして副通路10’においてはベース部材3が凹形状となっており回路基板7の両面が副通路10に露出したような形状となっている。   As described above, the flow rate measuring device 1 ′ shown in FIG. 9 is the frame member 2 made of a resin molded product and the housing 20 ′ of the base member 3 covering the frame member. The housing 20 ′ is the intake pipe shown in FIG. 4 and the lower part is located in the main passage 6. In the sub passage 10 ′, the base member 3 has a concave shape so that both surfaces of the circuit board 7 are exposed to the sub passage 10.

第1実施形態と同様に、ベース部材3には、平板状の回路基板(板状基板)7に電子部品及び配線パターンが形成された回路と、シリコン基板の上に発熱抵抗体であるセンサ素子8が搭載され、これらが、フレーム部材2に重ね合わせて、電源、信号出力用の端子9a、及びガイド9bを備えたコネクタ部9に接続するようになっている。   As in the first embodiment, the base member 3 includes a circuit in which electronic components and wiring patterns are formed on a flat circuit board (plate-like board) 7, and a sensor element that is a heating resistor on the silicon substrate. 8 are mounted on the frame member 2 so as to be connected to a connector 9 having a power source, a signal output terminal 9a, and a guide 9b.

そして、図10に示すように、副通路10’が形成された部分では、を回路基板7は、副通路10’内において副通路10’を分割する位置に配置されている。すなわち、回路基板7(板状基板)は、副通路10’内を流れる流体を、2つの流れに分流するものである。   As shown in FIG. 10, in the portion where the sub-passage 10 'is formed, the circuit board 7 is disposed at a position where the sub-passage 10' is divided in the sub-passage 10 '. That is, the circuit board 7 (plate-like board) divides the fluid flowing in the sub-passage 10 'into two flows.

また、図10に示すように、回路基板7は、分流した2つの流れのうち、センサ素子8が実装された回路基板7の表面7aの側を流れる副通路10Aの通路断面積S1が、センサ素子8が実装さていない回路基板7の裏面7bの側を流れる副通路10Bの通路断面積S2よりも小さくなるように配置されている。すなわち、図11示すように、センサ素子計測側の距離D1/基板裏面側の距離D2が、1未満となっている。   Further, as shown in FIG. 10, the circuit board 7 has a passage cross-sectional area S1 of the sub-passage 10A that flows on the surface 7a side of the circuit board 7 on which the sensor element 8 is mounted, of the two divided flows. The circuit board 7 on which the element 8 is not mounted is disposed so as to be smaller than the passage cross-sectional area S2 of the sub-passage 10B flowing on the back surface 7b side. That is, as shown in FIG. 11, the distance D1 on the sensor element measurement side / the distance D2 on the back side of the substrate is less than 1.

また、センサ素子8は、回路基板7の下側に位置して配置されており、主通路6の流体Faの一部が副通路10’に流入し、センサ素子8の上部を流れる流体の流量を計測する。なお、フレーム部材2には、第1実施形態と同じように突出部(絞り形状)11が配置されている。   Further, the sensor element 8 is disposed below the circuit board 7, and a part of the fluid Fa in the main passage 6 flows into the sub-passage 10 ′, and the flow rate of the fluid flowing over the sensor element 8 Measure. The frame member 2 is provided with a protruding portion (aperture shape) 11 as in the first embodiment.

このように、回路基板7により副通路をセンサ素子計測側と基板裏面側に分割することで、副通路10Aの断面積S1よりも断面積の大きい副通路10Bに流体が流れ易くなり、副通路内に侵入した汚損物を副通路11Bにより多く流し、センサ素子8を通過する流体に含まれるダストや汚損物質を低減することができる。これにより、異物に対する対策を実施しかつ計測精度の安定を測ることができる。   As described above, the circuit board 7 divides the sub passage into the sensor element measurement side and the back side of the substrate, whereby the fluid can easily flow into the sub passage 10B having a larger cross-sectional area than the cross-sectional area S1 of the sub passage 10A. A large amount of contaminated material that has entered the sub-passage 11 </ b> B flows to reduce dust and fouling substances contained in the fluid that passes through the sensor element 8. Thereby, it is possible to take measures against foreign matters and measure the stability of measurement accuracy.

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed.

例えば、第1及び第2実施形態では、熱式空気流量計の製造方法を提示したが、この空気流量測定素子が、例えば圧力式の流量測定素子等であってもよく、熱式に限定されるものではなく、例えば、圧力式、超音波式などの空気流量計であってもよい。   For example, in the first and second embodiments, a method for manufacturing a thermal air flow meter has been presented. However, the air flow measuring element may be, for example, a pressure type flow measuring element, and is limited to a thermal type. For example, an air flow meter such as a pressure type or an ultrasonic type may be used.

1,1’:流量測定装置
2:フレーム部材
3:ベース部材
4:吸気管
5:挿入穴
6:主通路
7:回路基板(板状基板)
8:センサ素子
9:コネクタ部
10,10’:副通路
10A,10B:分割された副通路
10a:上流側開口部
10b:測定用通路
10c:下流側開口部
10d:対向壁面
11:突出部(絞り形状)
11a:傾斜面
11b:頂部表面
11c:開始部
11d:終端部
20,20’:ハウジング
Fa:センサ素子の上流に流れる流体の流れ
Fb:整流
Fc:剥離渦
C:異物
F:流れ方向
α:絞り角度
1, 1 ': Flow rate measuring device 2: Frame member 3: Base member 4: Intake pipe 5: Insertion hole 6: Main passage 7: Circuit board (plate-like board)
8: Sensor element 9: Connector portion 10, 10 ′: Sub-passage 10A, 10B: Divided sub-passage 10a: Upstream opening 10b: Measurement passage 10c: Downstream opening 10d: Opposing wall 11: Projection ( Aperture shape)
11a: inclined surface 11b: top surface 11c: start portion 11d: end portion 20, 20 ': housing Fa: flow of fluid flowing upstream of the sensor element Fb: rectification Fc: separation vortex C: foreign matter F: flow direction α: restriction angle

Claims (4)

主通路内に、流体の流れる流れ方向に沿って、流体の一部が流入して通過する副通路が形成されたハウジングと、前記流体の流量を検知するセンサ素子を表面に実装すると共に、前記流れ方向に沿って、表面が形成されるように前記副通路内に配置された板状基板と、を少なくとも備えた流量測定装置であって、
前記副通路を形成する前記ハウジングの副通路壁面のうち前記センサ素子と対向する側の対向壁面には、前記流れ方向に沿って前記センサ素子に近づくに従って、前記センサ素子の表面に接近するように傾斜した傾斜面を有した突出部が形成されており、前記傾斜面は、前記センサ素子の上流に流れる流体の流れを絞るように、前記センサ素子の表面から前記突出部の側に剥離渦が形成されるように傾斜していることを特徴とする流量測定装置。
A housing in which a sub-passage through which a part of the fluid flows in and passes along the flow direction of the fluid is formed in the main passage, and a sensor element for detecting the flow rate of the fluid are mounted on the surface, A flow rate measuring device comprising at least a plate-like substrate disposed in the sub-passage so that a surface is formed along a flow direction,
Of the sub-passage wall surface of the housing forming the sub-passage, the opposing wall surface on the side facing the sensor element is adapted to approach the surface of the sensor element as it approaches the sensor element along the flow direction. A protruding portion having an inclined inclined surface is formed, and the inclined surface causes a separation vortex from the surface of the sensor element to the protruding portion so as to restrict a flow of fluid flowing upstream of the sensor element. A flow rate measuring device which is inclined so as to be formed.
前記傾斜面と、前記流れ方向に対して垂直な平面とのなす角は、20°以下であり、前記突出部の頂部表面と前記センサ素子の表面との距離は、2mm以下となっていることを特徴とする請求項1に記載の流量測定装置。   The angle formed between the inclined surface and a plane perpendicular to the flow direction is 20 ° or less, and the distance between the top surface of the protrusion and the surface of the sensor element is 2 mm or less. The flow rate measuring device according to claim 1. 前記傾斜面と、前記流れ方向に対して垂直な平面とのなす角は、10°以上であることを特徴とする特徴とする請求項1または2に記載の流量測定装置。   The flow rate measuring device according to claim 1 or 2, wherein an angle formed by the inclined surface and a plane perpendicular to the flow direction is 10 ° or more. 前記板状基板は、前記副通路内を流れる流体を、2つの流れに分流し、かつ、
該分流した2つの流れのうち、前記センサ素子が実装された前記板状基材の表面側を流れる前記副通路の通路断面積は、前記センサ素子が実装さていない前記板状基材の裏面側を流れる前記副通路の通路断面積よりも小さくなるように配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の流量測定装置。
The plate-like substrate divides the fluid flowing in the sub-passage into two flows; and
Of the two divided flows, the cross-sectional area of the sub-passage that flows on the surface side of the plate-like base material on which the sensor element is mounted is the back side of the plate-like base material on which the sensor element is not mounted. The flow rate measuring device according to claim 1, wherein the flow rate measuring device is disposed so as to be smaller than a cross-sectional area of the sub-passage flowing through the sub-passage.
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