JP5500155B2 - 空気流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気流量の測定を行うＡＦＭ（エアフロメータ）の空気流の上流に整流格子を配置した空気流量測定装置に関する。

エンジン（燃料の燃焼により回転動力を発生する内燃機関）に吸い込まれる吸気流量の測定を行うＡＦＭの空気上流側に整流格子を配置した技術として、特許文献１、２を説明する。
（特許文献１）
特許文献１の技術は、
・ＡＦＭの空気上流側に整流格子を配置するとともに、
・ＡＦＭの空気取入口の空気上流側に、空気流が直接空気取入口に流入するのを防ぐ空気流阻害部材（空気の流れ方向に垂直な平板）を配置するものである。

この特許文献１の整流格子は、多数の十字形状を組み合わせて構成される。
このように、多数の十字を組み合わせた整流格子は、十字の数が増すに従い、整流格子の圧力損失が大きくなる。
また、多数の十字を組み合わせた整流格子は、十字の数が増すに従い、整流格子の下流側に乱流が生じ易くなり、乱流によってＡＦＭの出力変動の増大を招いてしまう。
さらに、多数の十字を組み合わせた整流格子では、ダクトに生じる流速の偏りを平均化することができない。

一方、特許文献１の技術は、ＡＦＭの空気取入口の空気上流側に空気流阻害部材を配置するものであったため、空気流阻害部材の直下に乱流が発生し、ＡＦＭの出力変動の増大を招く不具合があった。

（特許文献２）
特許文献２の技術は、特許文献１と同様、ＡＦＭの空気上流側に整流格子を配置するものである。
この特許文献２の整流格子は、特許文献１と同様、多数の十字形状を組み合わせて構成したものであった。
このため、特許文献１の不具合と同様、
・十字の数が増すに従い、整流格子の圧力損失が大きくなる不具合、
・十字の数が増すに従い、整流格子の下流側に乱流が生じ易くなってＡＦＭの出力変動の増大を招く不具合、
・ダクトに生じる流速の偏りを平均化することができない不具合、
があった。

特開平６−２６９０３号公報 特開平７−７１９８５号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧力損失および流速の偏りを抑えてＡＦＭの出力を安定化できる空気流量測定装置の提供にある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の空気流量測定装置は、ＡＦＭの空気上流側に整流板を用いた整流格子を配置したため、空気流に旋回流（回転流）が生じていても、整流格子によって旋回流を直線流にリセットすることができ、直線流をＡＦＭに導くことができる。
また、整流格子とＡＦＭの間に配置したメッシュ部材によって、流速の偏りを平均化することができ、流速の偏りを抑えた空気流をＡＦＭに導くことができる。
このように、整流格子とメッシュ部材を組み合わせて用いたことにより、ＡＦＭの出力を安定化させることができる。

一方、ＡＦＭの空気流の上流に配置される整流格子は、整流板の交差箇所が１箇所のみであるため、交差箇所の増加によって生じる圧力損失を抑えることができる。
また、整流板の交差箇所が１箇所のみであるため、整流板の交差箇所が増えることにより生じる乱流の発生を防ぐことができ、乱流によるＡＦＭの出力変動を抑えることができる。
これにより、圧力損失を抑えて、ＡＦＭの出力を安定化させることができる。

さらに、請求項１の空気流量測定装置は、
整流板における空気の流れ方向の長さをＬ１、
ＡＦＭ、整流格子、メッシュ部材が組付けられるダクトの内径寸法をｄ、
とした場合、
Ｌ１＞０．３ｄ
の関係に設けられる。
これにより、旋回流を安定して直線流に整流することができ、ＡＦＭの出力を安定化させることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の空気流量測定装置は、
整流板の下流端からＡＦＭに至る空気の流れ方向の長さをＬ２、
ＡＦＭ、整流格子、メッシュ部材が組付けられるダクトの内径寸法をｄ、
とした場合、
Ｌ２＜０．８ｄ
の関係に設けられる。
整流板の下流端とＡＦＭの距離が離れると、ダクトの壁面抵抗によって乱流が大きくなる可能性があるため、整流板の下流端とＡＦＭの距離をＬ２＜０．８ｄにすることで、ダクトの壁面抵抗による乱流の発生を抑え、ＡＦＭの出力を安定化させることができる。

（ａ）ＡＦＭアッシーの正面図、（ｂ）ＡＦＭアッシーの断面図である。 ＡＦＭアッシーの組付図である。 ＡＦＭアッシーの斜視図である。 ＡＦＭアッシーの分解図である。 （ａ）旋回流の説明図、（ｂ）流速の偏りの説明図である。 整流板の十字交差箇所（十字箇所）の数の説明図である。 十字交差箇所の数と圧力損失との関係を示すグラフである。 十字交差箇所の数と出力変動との関係を示すグラフである。 整流板の空気の流れ方向の長さと出力変動との関係を示すグラフである。 整流板の下流端からＡＦＭまでの距離と出力変動との関係を示すグラフである。

図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
空気流量測定装置１（後述する実施例ではＡＦＭアッシー）は、エンジンに吸い込まれる空気流量の測定を行うものであり、
・空気取入口２に流入した空気流量の測定を行うＡＦＭ３と、
・このＡＦＭ３の空気流の上流に配置され、整流板４を用いてＡＦＭ３に向かう空気流を整える整流格子５と、
を具備する。
そして、整流格子５は、整流板４の交差箇所α（後述する実施例では十字交差箇所）が１箇所のみ設けられるものであり、整流板４とＡＦＭ３との間（整流板４の後端を含む）に、網形状を成すメッシュ部材６を設けたものである。

以下において本発明が適用された具体的な一例（実施例）を、図面を参照して説明する。実施例は具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
なお、以下の実施例において上記［発明を実施するための形態］と同一符号は、同一機能物を示すものである。

この実施例の空気流量測定装置は、ＡＦＭアッシー（ＡＦＭユニット）１として設けられ、図２に示すように、エアクリーナ１０の出口に接続して用いられるものである。
なお、具体的な一例として図２に示すエアクリーナ１０は、上流側クリーナケース１１と下流側クリーナケース１２との間にフィルタ（濾過エレメント）１３を配置したものであり、ＡＦＭアッシー１は下流側クリーナケース１２に形成された丸穴（出口）に装着されるものである。

ＡＦＭアッシー１は、円筒形状を成すダクト１４、空気流量（エンジンに吸い込まれる吸気流量）の測定を行うＡＦＭ３、このＡＦＭ３に導かれる空気流を整流して安定化させる整流格子５およびメッシュ部材６を備えるものであり、ダクト１４内には上流側（エアクリーナ側）から下流側（エンジン側）に向かって整流格子５、メッシュ部材６、ＡＦＭ３の順で配置される。

ダクト１４は、エアクリーナ１０の出口にグロメット１５（リング形状を呈するゴム製パッキン）を介して取り付けられるものであり、この実施例では筒長の比較的短い円筒形状を呈するもので、具体的な一例として樹脂材料によって形成されている。
具体的に、ダクト１４の上流側の周囲には、エアクリーナ１０（具体的には、下流側クリーナケース１２）にネジ類を用いて固定されるフランジ１６が設けられている。このフランジ１６よりもダクト１４の上流側には、エアクリーナ１０の出口に差し入れられる挿入筒１７が設けられており、この挿入筒１７の周囲にグロメット１５を装着した状態で挿入筒１７をエアクリーナ１０の出口に挿入し、ネジ類を用いてフランジ１６をエアクリーナ１０に固定することで、ＡＦＭアッシー１がエアクリーナ１０に装着される。

ＡＦＭ３は、内部に流量測定用の空気通路（バイパス通路等）を形成する樹脂製のＡＦＭハウジング１８（通路形成部材）と、このＡＦＭハウジング１８内に組付けられてバイパス通路を通過する空気流量の測定を行うセンサ部（チップ型あるいはボビン型抵抗体を用いたもの）とを備える周知なものであり、空気取入口２（バイパス通路の入口）がダクト１４内の上流側に向けられた状態でダクト１４内に挿入固定されるものである。
具体的に、ダクト１４の側面には内外を貫通するＡＦＭ装着穴１９が形成されており、このＡＦＭ装着穴１９の外部よりＡＦＭハウジング１８の主要部（内部にバイパス通路等が形成される部位）をダクト１４内に挿入配置した後、タッピングスクリュ２０等でＡＦＭ３をダクト１４に固定するように設けられている。

整流格子５は、ダクト１４の上流部位に配置され、図５（ａ）に示すように、ＡＦＭ３の空気取入口２に向かう空気の旋回流（図中の矢印参照）を直線流に整えるものであり、ダクト１４の流線方向（ダクト１４の筒長方向）に沿う整流板４を十字に交差させた形状を採用している。
具体的に、整流格子５は樹脂成形品であり、ダクト１４の上流側の内側に挿入配置される。この整流格子５は、ダクト１４の上流側の内壁に沿って挿入配置される円筒状のリング部２１と一体に設けられている。

ここで、ダクト１４の上流側の内部には、上流側に向かって拡径した拡径部２２が設けられている。この拡径部２２は円筒形状を呈する筒壁であり、拡径部２２の内周面にリング部２１が挿入配置される。
拡径部２２の内壁の一部には、ダクト１４の筒長方向に沿う位置決め突起２３が形成されている。
一方、リング部２１の外周壁の一部には、リング部２１の筒長方向に沿う位置決め溝２４が形成されている。
そして、位置決め突起２３と位置決め溝２４を合致させてリング部２１をダクト１４に挿入配置することで、ダクト１４に対する整流板４の位置決めが成される。
なお、ダクト１４とリング部２１は、係合部の嵌め合い等を用いた着脱可能なものであっても良いし、接着剤や溶着技術を用いて着脱不能なものであっても良い。

この実施例で示す整流板４は、空気の流れ方向に沿う板幅がリング部２１の筒長と同じ寸法で、且つ径方向の長さ寸法がリング部２１の直径寸法と同じものであり、２枚の整流板４を垂直に交差させた形状を呈する。即ち、整流格子５は、ダクト１４の上流側から見て十字形状を呈するものである。
そして、整流格子５において整流板４の交差箇所αは、１箇所のみ設けられるものである。

ここで、上述した位置決め突起２３と位置決め溝２４の嵌め合いによって、ダクト１４に対する整流板４の位置決めが成される。その結果、ダクト１４に組付けられるＡＦＭ３と整流板４との位置決めが成される。
ＡＦＭ３と整流板４との位置関係は、図１（ａ）に示すように、空気の流れ方向から見て（即ち、ダクト１４の上流側から見て）、整流板４と、ＡＦＭ３の空気取入口２とが重なるように設けられる。

具体的にこの実施例では、図１（ａ）に示すように、ダクト１４の上流側から見て、ダクト１４内に挿入されるＡＦＭハウジング１８（内部にバイパス通路等が形成される部位）の幅中心と、整流板４の板厚中心とが一致して配置される。
さらに具体的に、この実施例では、図１（ａ）に示すように、ダクト１４の上流側から見て、整流板４の交差箇所αと、ＡＦＭ３の空気取入口２の略中心部とが一致するように設けられるものである。

メッシュ部材６は、整流格子５とＡＦＭ３との間（具体的にこの実施例では整流格子５の下端）に配置され、図５（ｂ）に示すように、ＡＦＭ３の空気取入口２に向かう流速の偏り（図中の矢印参照）を平均化するものである。
この実施例のメッシュ部材６は、例えば細いステンレス線による金網であり、拡径部２２の内径に合致する直径の円形に切断されたものである。なお、メッシュ部材６は、金網に限定されるものではなく、樹脂メッシュを採用するものであっても良い。

メッシュ部材６は、整流格子５におけるリング部２１と、ダクト１４の拡径部２２における段差２２ａとの間に挟まれてダクト１４内に固定されるものであり、メッシュ部材６の周縁には、リング部２１と段差２２ａとの間に挟持される金属枠２５（他に、樹脂材、ゴム材等でも良い）がリング状に設けられている。
もちろん、メッシュ部材６の固定技術は限定されるものではなく、溶着技術やインサート技術など、他の技術によってメッシュ部材６を、整流格子５の後端やダクト１４内に配置しても良い。

（実施例の効果１）
この実施例のＡＦＭアッシー１は、ＡＦＭ３の空気上流側に整流板４を用いた整流格子５を配置したため、空気流に旋回流（回転流）が生じていても、整流格子５によって旋回流を直線流にリセットすることができ、直線流をＡＦＭ３に導くことができる。
また、整流格子５とＡＦＭ３の間に配置したメッシュ部材６によって、流速の偏りを平均化することができ、流速の偏りを抑えた空気流をＡＦＭ３に導くことができる。
即ち、整流格子５とメッシュ部材６を組み合わせて用いたことにより、ＡＦＭ３の出力を安定化することができる。

（実施例の効果２）
ＡＦＭ３の空気流の上流に配置される整流格子５は、十字形状を成す整流板４の交差箇所αが１箇所のみであるため、交差箇所αの増加によって生じる圧力損失を抑えることができる。
このことを、図６、図７を参照して説明する。
図６（ａ）は十字形状を成す整流板４の交差箇所αが１箇所のみの整流格子５の説明図であり、図６（ｂ）は十字形状を成す整流板４の交差箇所αが４箇所の整流格子５の説明図であり、図６（ｃ）は十字形状を成す整流板４の交差箇所αが９箇所の整流格子５の説明図である。

整流格子５の直下にメッシュ部材６を設けるとともに、図６に示すように十字形状を成す整流板４の交差箇所αを１箇所、４箇所、９箇所、１６箇所に変化させた場合における「十字形状を成す整流板４の交差箇所α」と「圧力損失」との関係を図７に示す。

図７の実線Ａに示すように、「十字形状を成す整流板４の交差箇所α」が増えるに従い、圧力損失が大きくなる。
そして、圧力損失の目標値Ｘを下回るのは十字形状を成す整流板４の交差箇所αが１箇所のみの場合だけであり、この実施例のＡＦＭアッシー１は、圧力損失を目標値Ｘより低く抑えることができる。

（実施例の効果３）
ＡＦＭ３の空気流の上流に配置される整流格子５は、十字形状を成す整流板４の交差箇所αが１箇所のみであるため、整流板４の交差箇所αが増えることにより生じる乱流の発生を防ぐことができ、乱流によるＡＦＭ３の出力変動を抑えることができる。
このことを、図６、図８を参照して説明する。
整流格子５の直下にメッシュ部材６を設けるとともに、図６に示すように十字形状を成す整流板４の交差箇所αを１箇所、４箇所、９箇所、１６箇所に変化させた場合における「十字形状を成す整流板４の交差箇所α」と「ＡＦＭ３の出力変動」との関係を図８に示す。

図８の実線Ｂに示すように、「十字形状を成す整流板４の交差箇所α」が増えるに従い、出力変動が大きくなる。
そして、出力変動の目標値Ｙを下回るのは十字形状を成す整流板４の交差箇所αが１箇所のみの場合だけであり、この実施例のＡＦＭアッシー１は、ＡＦＭ３の出力変動を目標値Ｙより低く抑えることができる。

（実施例の効果４）
この実施例のＡＦＭアッシー１は、空気の流れ方向から見て、整流板４と空気取入口２が重なって設けられる。具体的には、ダクト１４の上流側から見て、ダクト１４内に挿入されるＡＦＭハウジング１８（内部にバイパス通路等が形成される部位）の幅中心に、整流板４が合致するように設けられる。
これにより、空気取入口２に導かれる空気流を整流板４によって確実に安定化でき、ＡＦＭ３の出力の安定度合を高めることができる。

（実施例の効果５）
この実施例のＡＦＭアッシー１は、図１（ｂ）に示すように、
整流板４における空気の流れ方向の長さ（空気の流れ方向に対して垂直方向から見た整流板４の板幅）をＬ１、
ＡＦＭ３、整流格子５、メッシュ部材６が組付けられるダクト１４の内径寸法をｄ、
とした場合、
Ｌ１＞０．３ｄ
の関係に設けられる。
これにより、旋回流を安定して直線流に整流することができ、ＡＦＭ３の出力を安定化させることができる。

このことを、図９を参照して説明する。
整流格子５の直下にメッシュ部材６を設けるとともに、整流板４の長さＬ１を約０．２〜０．８ｄの範囲で変化させた場合における「整流板４の長さＬ１」と「ＡＦＭ３の出力変動」との関係を図９に示す。
図９の実線Ｃに示すように、整流板４の長さＬ１が０．３ｄより短くなると出力変動が急激に大きくなる。
そして、整流板４の長さＬ１を０．３ｄより長く設けることで、ＡＦＭアッシー１におけるＡＦＭ３の出力変動を目標値Ｙより低く抑えることができる。

（実施例の効果６）
この実施例のＡＦＭアッシー１は、図１（ｂ）に示すように、
整流板４の下流端からＡＦＭ３に至る空気の流れ方向の長さをＬ２、
ＡＦＭ３、整流格子５、メッシュ部材６が組付けられるダクト１４の内径寸法をｄ、
とした場合、
Ｌ２＜０．８ｄ
の関係に設けられる。
整流板４の下流端とＡＦＭ３の距離Ｌ２が離れると、ダクト１４の壁面抵抗によって乱流が大きくなる。そこで、整流板４の下流端とＡＦＭ３の距離をＬ２＜０．８ｄにすることで、ダクト１４の壁面抵抗による乱流の発生を抑えることができ、ＡＦＭ３の出力を安定化させることができる。

このことを、図１０を参照して説明する。
整流格子５の直下にメッシュ部材６を設けるとともに、整流板４の下流端とＡＦＭ３の距離Ｌ２を約０．２〜１．０の範囲で変化させた場合における「整流板４の下流端とＡＦＭ３の距離Ｌ２」と「ＡＦＭ３の出力変動」との関係を図１０に示す。
図１０の実線Ｄに示すように、整流板４の下流端とＡＦＭ３の距離Ｌ２が０．８ｄより長くなると出力変動が急激に大きくなる。
そして、整流板４の下流端とＡＦＭ３の距離Ｌ２を０．８ｄより短く設けることで、ＡＦＭアッシー１におけるＡＦＭ３の出力変動を目標値Ｙより低く抑えることができる。

上記の実施例では、エアクリーナ１０の直下に配置されるＡＦＭ３に本発明を適用する例を示したが、ＡＦＭ３の配置箇所は限定されるものではなく、エアクリーナ１０の直下とは異なる場所に配置されるＡＦＭ３に本発明を適用しても良い。

上記の実施例では、ＡＦＭ３、整流格子５、メッシュ部材６を専用のダクト１４に組み付けてアッシー化（ユニット化）した例を示したが、アッシー化することなくＡＦＭ３の上流部位に整流格子５、メッシュ部材６を配置して本発明を実施しても良い。

上記の実施例では、整流板４の交差箇所αをダクト１４の中心（リング部２１の中心）に設ける例を示したが、限定されるものではなく、交差箇所αをダクト１４の中心に対して偏心した位置に設けても良い。

上記の実施例では、整流板４が十字形状に交差するように設けられる例を示したが、交差箇所αから４方に整流板４が延びるもの（整流板４が十字形状を呈するもの）に限定されるものではなく、交差箇所αから３方に整流板４が延びるもの（整流板４がＹ字形状を呈するもの）であっても良いし、交差箇所αから放射状に整流板４が５方（星型等）以上に延びるもの（整流板４が五放射以上の形状を呈するもの）であっても良い。

上記の実施例では、整流板４の上流側縁および下流側縁がともに空気の流れ方向に対して垂直に設けられる例を示した。これに対し、整流板４の上流側縁または下流側縁の少なくとも一方を、空気の流れ方向に対して上流側または下流側に傾斜して設けるものであっても良い。

１ ＡＦＭアッシー（空気流量測定装置）
２ 空気取入口
３ ＡＦＭ
４ 整流板
５ 整流格子
６ メッシュ部材
１４ ダクト
α 交差箇所

Claims (5)

1. 空気取入口（２）に流入した空気流量の測定を行うＡＦＭ（３）と、
   このＡＦＭ（３）の空気流の上流に配置され、整流板（４）を用いて前記ＡＦＭ（３）に向かう空気流を整える整流格子（５）と、
   を具備する空気流量測定装置（１）において、
   前記整流格子（５）は、前記整流板（４）の交差箇所（α）が１箇所のみ設けられるものであり、
   前記整流板（４）と前記ＡＦＭ（３）との間には、網形状を成すメッシュ部材（６）が配置されており、
   前記整流板（４）における空気の流れ方向の長さをＬ１、
   前記ＡＦＭ（３）、前記整流格子（５）、前記メッシュ部材（６）が組付けられるダクト（１４）の内径寸法をｄ、
   とした場合、
   Ｌ１＞０．３ｄ
   の関係に設けられることを特徴とする空気流量測定装置。
2. 空気取入口（２）に流入した空気流量の測定を行うＡＦＭ（３）と、
   このＡＦＭ（３）の空気流の上流に配置され、整流板（４）を用いて前記ＡＦＭ（３）に向かう空気流を整える整流格子（５）と、
   を具備する空気流量測定装置（１）において、
   前記整流格子（５）は、前記整流板（４）の交差箇所（α）が１箇所のみ設けられるものであり、
   前記整流板（４）と前記ＡＦＭ（３）との間には、網形状を成すメッシュ部材（６）が配置されており、
   前記整流板（４）の下流端から前記ＡＦＭ（３）に至る空気の流れ方向の長さをＬ２、
   前記ＡＦＭ（３）、前記整流格子（５）、前記メッシュ部材（６）が組付けられるダクト（１４）の内径寸法をｄ、
   とした場合、
   Ｌ２＜０．８ｄ
   の関係に設けられることを特徴とする空気流量測定装置。
3. 空気取入口（２）に流入した空気流量の測定を行うＡＦＭ（３）と、
   このＡＦＭ（３）の空気流の上流に配置され、整流板（４）を用いて前記ＡＦＭ（３）に向かう空気流を整える整流格子（５）と、
   を具備する空気流量測定装置（１）において、
   前記整流格子（５）は、前記整流板（４）の交差箇所（α）が１箇所のみ設けられるものであり、
   前記整流板（４）と前記ＡＦＭ（３）との間には、網形状を成すメッシュ部材（６）が配置されており、
   前記整流板（４）における空気の流れ方向の長さをＬ１、
   前記整流板（４）の下流端から前記ＡＦＭ（３）に至る空気の流れ方向の長さをＬ２、
   前記ＡＦＭ（３）、前記整流格子（５）、前記メッシュ部材（６）が組付けられるダクト（１４）の内径寸法をｄ、
   とした場合、
   Ｌ１＞０．３ｄ、Ｌ２＜０．８ｄ
   の関係に設けられることを特徴とする空気流量測定装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の空気流量測定装置（１）において、
   前記整流板（４）と前記空気取入口（２）は、空気の流れ方向から見て重なって設けられることを特徴とする空気流量測定装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の空気流量測定装置（１）において、
   前記ＡＦＭ（３）、前記整流格子（５）、前記メッシュ部材（６）は、流量測定用のダクト（１４）に組付けられてＡＦＭアッシー（１）が構成されることを特徴とする空気流量測定装置。

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