JP5729365B2 - 流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路を形成するハウジングを有し、バイパス流路に配置される流量センサによって空気流量を測定する流量測定装置に関する。

図９に示すように、従来より、流量測定装置１００として、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路１０１を形成するハウジング１０２と、バイパス流路１０１に配設されバイパス流路１０１を流れる空気の流量を検出する流量センサ１０３とを備えるものが知られている（特許文献１参照）。

図１０に示すように、流量センサ１０３は、板状を呈しており、表裏方向がバイパス流路１０１の流路幅方向となるように配されている。
このため、バイパス流路１０１を流れる空気は、流量センサ１０３に到達すると、流量センサ１０３の表側を流れる第１流れＦ１と、流量センサ１０３の裏側を流れる第２流れＦ２とに分流し、流量センサ１０３の下流で第１流れＦ１と第２流れＦ２とが合流する。
なお、流量センサ１０３の下流のバイパス流路１０１には流れが屈曲する屈曲部１０１ａが設けられており、第１流れＦ１と第２流れＦ２とは曲がりながら屈曲部１０１で合流する。

特表２００６−５０１４５３号公報

ここで、流量センサ１０３下流での第１流れＦ１と第２流れＦ２との合流がスムーズに行われない場合、流量センサ１０３のセンサ出力が安定せず、流量測定精度が低下する虞がある。
出願人は、第１流れＦ１と第２流れＦ２との曲がり方が等しくない場合に、合流がスムーズに行われず流量センサ１０３のセンサ出力が安定しないことがある点を見出した。例えば、流路形状や流量センサ１０３の幅方向位置の影響などによって、第２流れＦ２が第１流れＦ１の内側を流れることがあり、この場合に、流量センサ１０３のセンサ出力が安定しないことを見出した。

そこで、本発明は、流量測定装置において、流量センサの表側の流れと裏側の流れとの合流をスムーズにすることを目的とする。

なお、特許文献１には、バイパス流路を形成する壁面に段差を設けて渦流を発生させる技術が開示されているが、流量センサの表側の流れと裏側の流れの合流をスムーズにすることを目的とするものではない。

本発明の流量測定装置は、ダクト内を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路を形成するハウジングと、バイパス流路に配設される流量センサとを備える。
流量センサは、板状を呈し、流量センサの表裏方向がバイパス流路の流路幅方向となるように配されている。このため、流量センサは、上流側からの流れを、流量センサの表側を流れる第１流れと流量センサの裏側を流れる第２流れとに分流する。
そして、バイパス流路は、流量センサの下流側に流路が屈曲する屈曲部を有しており、屈曲部において第１流れと第２流れとが合流する。

流量測定装置は、屈曲部における第１流れの曲がり方と、屈曲部における第２流れの曲がり方とを同等にするように、第１流れもしくは第２流れの少なくともいずれか一方の流れの曲がり方を変化させる流れ変更手段を備える。

これによれば、屈曲部における第１流れの曲がり方と、屈曲部における第２流れの曲がり方とが同等になるため、第１流れと第２流れとの合流をスムーズにすることができる。

空気流量測定装置の断面図である（実施例１）。 空気流量測定装置を下流側からみた部分平面図である（実施例１）。 流量センサの要部を説明する説明図である（実施例１）。 図１のIV−IV断面図であり、流量センサ付近のバイパス流路をバイパス流路の下流側からみた図である（実施例１）。 本実施例の効果を説明する説明図である（実施例１）。 空気流量測定装置の断面図である（実施例２）。 変形例１を示す図４相当図である。 変形例２を示す図４相当図である。 空気流量測定装置の断面図である（従来例）。 図１のＸ−Ｘ断面図であり、流量センサ付近のバイパス流路をバイパス流路の下流側からみた図である（従来例）。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
〔実施例１の構成〕
実施例１の空気流量測定装置１の構成を、図１〜５を用いて説明する。
空気流量測定装置１は、例えば、自動車用エンジンへの吸入空気量を計測するエアフローメータであって、自動車用エンジンへの吸気路を形成するダクト（図示せず）に取り付けられて使用されるものである。

空気流量測定装置１は、以下に説明するハウジング２、流量センサ３、回路モジュールなどにより一体的に構成されている。

ハウジング２は、樹脂によって形成されており、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路５を形成する。
バイパス流路５は、吸気路を流れる空気の流れ（主流）の上流側に向かって開口し、吸入空気の一部を取り込む吸入口１０と、吸入口１０から取り込んだ空気を通す内部流路（以下に詳述する）と、吸気路の下流側に向かって開口し、吸入口１０から取り込まれた空気を吸気路に戻す放出口１２とを備える。

内部流路は、吸入口１０から下流側に連続する吸入流路１４と、放出口１２から上流側に連続する放出流路１５と、流量センサ３を収容するとともに吸入流路１４と放出流路１５とを接続するように周回する周回流路１６とを有する。

吸入流路１４は、吸入口１０から下流側に直線的に伸びるように設けられており、吸入流路１４における流れは、主流における順流と平行になる。そして、吸入流路１４の下流端には、吸入口１０から取り込まれた空気に含まれるダストを直進させて排出するためのダスト排出流路１７が接続している。また、ダスト排出流路１７の下流端はダスト排出口１８を形成している。

周回流路１６は、例えば、吸入流路１４と放出流路１５とに略Ｃ字状に接続し、吸入口１０から取り込まれた空気を吸入流路１４から放出流路１５に向かって周回させる。
放出流路１５は、周回流路１６の下流端に接続して、周回流路１６の下流端から略直角に旋回するように屈曲しており、放出口１２はその下流端に形成される。
また、放出流路１５は、吸入流路１４に跨るように上流端から２つに分岐し、図２に示すように、放出口１２は、吸入流路１４の両側の２箇所に形成されている。なお、図１は断面図であるため、一方の放出口１２のみを隠れ線にて示している。

すなわち、図１に示すように、周回流路１６を流れる空気は、ダスト排気流路との分岐となる入口から図示上方に向かい、第１屈曲部１６ａを経て、吸入流路１４における流れ方向とは逆の方向に流れるように進み、第２屈曲部１６ｂを経て、図示下方に向かい、放出流路１５へと進む。

流量センサ３は、第１屈曲部１６ａと第２屈曲部１６ｂとの間、すなわち、周回流路１６において吸入流路１４における流れ方向とは逆の方向に流れる部分に収容されている。
つまり、本実施例のバイパス流路５には、流量センサ３の上流及び下流に空気の流れが屈曲する屈曲部（第１屈曲部１６ａ、第２屈曲部１６ｂ）が設けられている。

流量センサ３は、周回流路１６を流れる空気の流量に応じて電気的な信号（例えば電圧信号）を出力するものである。
具体的には、図３に示すように、半導体基板に設けられたメンブレン２０上に、薄膜抵抗体で形成された発熱素子２１と感温素子２２とを設けて構成されており、略板状を呈している。

ここで、素子２１、２２が形成された側を表側とし、その反対を裏側とする。流量センサ３は裏表方向が、バイパス流路５の流路幅方向となるように配されている。
すなわち、図４に示すように、流量センサ３の表側と裏側のそれぞれに空気が通過する空間が形成されるように配置されている。
このため、バイパス流路５を通過する空気の流れは、流量センサ３に到達すると、流量センサ３の表側を流れる第１流れＦ１と、流量センサ３の裏側を流れる第２流れＦ２とに分流される。
そして、流量センサ３の下流の第２屈曲部１６ｂで第２流れＦ２と第１流れＦ１とが合流する。

感温素子２２は、発熱素子２１の上流側に設けられる２つの測温抵抗体２４、２５と、発熱素子２１の下流側に設けられる２つの測温抵抗体２６、２７とを有している。そして、発熱素子２１および感温素子２２は、回路モジュールに内蔵される回路基板に電気的に接続されており、回路基板に設けられた出力回路及び増幅回路を介して、測温抵抗体２４、２５と測温抵抗体２６、２７との温度差に基づいて生じる電気信号を出力する。

回路モジュールは、発熱素子２１を設定温度に制御するための発熱体制御回路と、流量に応じた電圧を出力するための出力回路と、この出力回路の出力電圧を増幅する増幅回路とを有している。増幅回路は、書き込み可能なメモリを有しており、ゲイン及びオフセットを書き込める構成となっている。

〔実施例１の特徴〕
本実施例の流量測定装置１は、第２屈曲部１６ｂにおける第１流れＦ１の曲がり方と、第２屈曲部１６ｂにおける第２流れＦ２の曲がり方とを同等にするように、第１流れＦ１もしくは第２流れＦ２の少なくともいずれか一方の流れの曲がり方を変化させる流れ変更手段３０を備える。
ハウジング２バイパス流路５を形成する壁面の内、第２屈曲部１６ｂの曲がりの内側に位置する壁面を内側壁面２ａと呼び、第２屈曲部１６ｂの曲がりの外側に位置する壁面を外側壁面２ｂと呼ぶと、流れ変更手段３０は、内側壁面２ａもしくは外側壁面２ｂの少なくともいずれか一方に設けられた突起３０Ａである。

例えば、本実施例では、流れ変更手段３０がない状態で、第１流れＦ１が第２屈曲部１６ｂの内周側を流れる傾向にあり（図９参照）、第１流れＦ１がより外周側を流れるように流れを変えるための流れ変更手段３０を設けている。
具体的には、第１流れＦ１を内側壁面２ａから微少に剥離させるために、内側壁面２ａに外側へ向かって突出する突起３０Ａを流れ変更手段３０として設けている。

突起３０Ａは、第１流れＦ１のみに作用させるため、流量センサ３の表側の内側壁面２ａに形成されている。
また、突起３０Ａは、流量センサ３の流れ方向中心よりも下流に設けられている。

〔実施例１の効果〕
本実施例の空気流量測定装置１によれば、突起３０Ａによって第１流れＦ１が内側壁面２ａからわずかに剥離するため、突起３０Ａがない状態（図９参照）と比較すると第１流れＦ１がより外側で湾曲し、結果的に、図５に示すように、第２流れＦ２と同じような流れの曲がり方を形成することができる。

このため、第１流れＦ１と第２流れＦ２との流量センサ３下流での流れの曲がり方を一致させることができる。この結果、第１流れＦ１と第２流れＦ２との合流をスムーズにすることができ、流量センサ３のセンサ出力を安定させることができる。
また、流れ変更手段３０としての突起３０Ａを流量センサ３の流れ方向中心よりも下流側に設けることにより、上流側に設ける場合と比較して、第１流れＦ１と第２流れＦ２との合流をよりスムーズにしやすくなる。

〔実施例２〕
〔実施例２の構成〕
実施例２を、実施例１とは異なる点を中心に、図６を用いて説明する。
なお、実施例１と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例では、流れ変更手段３０は段差３０Ｂである。
段差３０Ｂは、内側壁面２ａにおいて一段外側に突出するように形成されており、突起３０Ａと同様の作用を果たす。
本実施例によっても、実施例１と同様の作用効果を奏する。

〔変形例〕
実施例では、流れ変更手段３０がない状態で、第１流れＦ１が第２屈曲部１６ｂの内周側を流れる傾向にあったため、第１流れＦ１の側のみに流れ変更手段３０を設けたが、流れ変更手段３０がない状態での第１流れＦ１と第２流れＦ２の流れの曲がり方に応じて、適宜、流れ変更手段３０を設ける位置もしくは大きさ等を設定できる。

例えば、第１流れＦ１と第２流れＦ２の両方の流れの曲がり方を変えたい場合には、流れ変更手段３０を流量センサ３の表側と裏側の両方の内側壁面２ａに設ける。
また、内側壁面２ａではなく、外側壁面２ｂに設けてもよいし、内側壁面２ａと外側壁面２ｂの両方に設けてもよい。

また、実施例では、流れ変更手段３０を、流量センサ３の下流側に設けたが、流量センサ３の上流側に設けてもよい。

また、図７及び８に示すように、内側壁面２ａが、流路幅方向の中心から外側に向かうにつれて壁面が外側に向かうテーパ面を有し、バイパス流路５の断面形状が五角形になっていてもよい（変形例１、変形例２）。なお、図８は、流量センサ３の表側と裏側の両方において内側壁面２ａに流れ変更手段３０が設けられている例である（変形例２）。

また、実施例では、流れ変更手段３０が、突起３０Ａまたは段差３０Ｂであったが、流れ変更手段３０の態様はこれに限られない。
例えば、流れ変更手段３０として、内側壁面２ａまたは外側壁面２ｂのいずれか一方に凹凸やディンブルを設けてもよいし、整流板をバイパス流路５内に設けてもよい。

１ 空気流量測定装置、２ ハウジング、２ａ 内側壁面、２ｂ 外側壁面、３ 流量センサ、５ バイパス流路、１６ 周回流路、１６ｂ 第２屈曲部（屈曲部）、３０ 流れ変更手段、３０Ａ 突起、３０Ｂ 段差、Ｆ１ 第１流れ、Ｆ２ 第２流れ

Claims (5)

1. ダクト内を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路（５）を形成するハウジング（２）と、
   前記バイパス流路（５）に配設される流量センサ（３）とを備え、
   前記流量センサ（３）は、板状を呈し、前記流量センサ（３）の表裏方向が前記バイパス流路（５）の流路幅方向となるように配されており、上流側からの流れを、前記流量センサ（３）の表側を流れる第１流れ（Ｆ１）と前記流量センサ（３）の裏側を流れる第２流れ（Ｆ２）とに分流し、
   前記バイパス流路（５）は、前記流量センサ（３）の下流側に流路が屈曲する屈曲部（１６ｂ）を有しており、前記屈曲部（１６ｂ）において前記第１流れ（Ｆ１）と前記第２流れ（Ｆ２）とが合流する流量測定装置において、
   前記屈曲部（１６ｂ）における前記第１流れ（Ｆ１）の曲がり方と、前記屈曲部（１６ｂ）における前記第２流れ（Ｆ２）の曲がり方とを同等にするように、前記第１流れ（Ｆ１）もしくは前記第２流れ（Ｆ２）の少なくともいずれか一方の流れの曲がり方を変化させる流れ変更手段（３０）を備えることを特徴とする流量測定装置。
2. 請求項１に記載の流量測定装置において、
   前記ハウジング（２）の前記バイパス流路（５）を形成する壁面の内、前記屈曲部（１６ｂ）の曲がりの内側に位置する壁面を内側壁面（２ａ）と呼び、前記屈曲部（１６ｂ）の曲がりの外側に位置する壁面を外側壁面（２ｂ）と呼ぶと、
   前記流れ変更手段は、前記内側壁面（２ａ）もしくは前記外側壁面（２ｂ）の少なくともいずれか一方に設けられた突起（３０Ａ）または段差（３０Ｂ）であることを特徴とする流量測定装置。
3. ダクト内を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路（５）を形成するハウジング（２）と、
   前記バイパス流路（５）に配設される流量センサ（３）とを備え、
   前記流量センサ（３）は、板状を呈し、前記流量センサ（３）の表裏方向が前記バイパス流路（５）の流路幅方向となるように配されており、上流側からの流れを、前記流量センサ（３）の表側を流れる第１流れ（Ｆ１）と前記流量センサ（３）の裏側を流れる第２流れ（Ｆ２）とに分流し、
   前記バイパス流路（５）は、前記流量センサ（３）の下流側に流路が屈曲する屈曲部（１６ｂ）を有しており、前記屈曲部（１６ｂ）において前記第１流れ（Ｆ１）と前記第２流れ（Ｆ２）とが合流する流量測定装置において、
   前記ハウジング（２）の前記バイパス流路（５）を形成する壁面の内、前記屈曲部（１６ｂ）の曲がりの内側に位置する壁面を内側壁面（２ａ）と呼び、前記屈曲部（１６ｂ）の曲がりの外側に位置する壁面を外側壁面（２ｂ）と呼ぶと、
   前記流量センサの表側の面と前記流量センサの表側の面が対向する前記ハウジングの壁面との間の距離は、前記流量センサの裏側の面と前記流量センサの裏側の面が対向する前記ハウジングの壁面との間の距離よりも小さく、
   前記内側壁面の流路幅方向の前記流量センサの表側または前記流量センサの裏側のうち、前記流量センサの表側に突起または段差が設けられていることを特徴とする流量測定装置。
4. 請求項３に記載の流量測定装置において、
   前記流量センサは、発熱素子及び感温素子を有し、
   前記発熱素子及び前記感温素子は前記流量センサの表側の面に設けられていることを特徴とする流量測定装置。
5. 請求項２〜４のいずれか１つに記載の流量測定装置において、
   前記突起（３０Ａ）または前記段差（３０Ｂ）は、前記流量センサ（３）の流れ方向中心より下流側に設けられていることを特徴とする流量測定装置。

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