JP6365388B2

JP6365388B2 - 流量測定装置

Info

Publication number: JP6365388B2
Application number: JP2015086906A
Authority: JP
Inventors: 彰之須藤; 健悟伊藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2035-04-21
Also published as: JP2016205961A; US10859418B2; US20160313165A1

Description

本発明は、内燃機関に吸入される空気の主流が流れる吸気路に配置されるとともに、主流の一部を取り込むバイパス流路を形成し、バイパス流路に配置される流量センサによって空気の流量を測定する流量測定装置に関する。

従来より、流量測定装置として、主流の一部を取り込むバイパス流路を形成する筐体と、バイパス流路に配設される流量センサとを備えるものがある。そして、このような流量測定装置には、バイパス流路の出口が、筐体の主流方向に沿う外壁に形成されるとともに主流方向と略垂直な方向を向かって開口する穴として設けられているものがある（例えば特許文献１参照）。

しかし、バイパス流路の出口が上記のような態様の場合、出口からの流れが主流と合流する際に剥離を生じ、出口の主流下流側に渦が生じてしまう。
そこで、出口からの流れが主流と合流する際の剥離の発生の低減が求められている。

なお、特許文献１に記載の流量測定装置には、出口の主流下流に発生する剥離領域の空間的拡散を防止するための案内壁（１３６）や案内板（１４２）が設けられている。
しかしながら、案内壁（１３６）や案内板（１４２）は、発生してしまった剥離の拡散を防止するものであって、剥離の発生自体を抑制するものではない。

独国特許出願公開第１０２００８０４２８０７号明細書

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、バイパス流路の出口からの流れが主流と合流する際に生じる流れの剥離を低減することにある。

本発明の流量測定装置は、内燃機関に吸入される空気の主流が流れる吸気路に配置されるとともに、主流の一部を取り込むバイパス流路を形成する筐体と、バイパス流路に配設される流量センサとを備える。

ここで、主流の流れ方向を主流方向と呼び、主流方向に沿って配置される筐体の外壁を側壁と呼び、主流方向に基づいて上流下流を定義すると、バイパス流路の出口は、側壁に形成されるとともに、主流方向に対して略垂直な方向に向かって開口する穴として設けられている。

そして、本発明の流量測定装置は、バイパス流路の出口をなす穴の主流方向中心位置よりも上流側で、側壁に沿って筐体の外側を流れる空気の流れを絞る絞りを備える。穴から流出する空気は、絞りによって絞られる空気の流れに合流して、下流に向かう。

これによれば、バイパス流路の出口付近を通過する主流の流速を大きくすることができる。このため、この主流の流れの影響によってバイパス流路の出口からの流れがスムーズに主流の下流方向に向かって流れるようになるため、主流と合流する際の剥離を低減することができる。

流量測定装置の断面図である（実施例１）。流量測定装置をＺ方向他端側からみた平面図である（実施例１）。流量測定装置をＸ方向上流側からみた平面図である（実施例１）。流量測定装置のＩＶ−ＩＶ断面図である（実施例１）。実施例の効果を説明する説明図である（実施例１）。流量測定装置の要部断面図である（実施例２）。流量測定装置の要部断面図である（実施例３）。流量測定装置の要部断面図である（実施例４）。流量測定装置のＹ方向からみた平面図である（変形例）。流量測定装置のＹ方向からみた平面図である（変形例）。

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の流量測定装置１の構成を、図１〜５を用いて説明する。
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Ｆを形成するダクトＤに取り付けられて使用されるものである。
なお、ダクトＤの管壁には、取付穴Ｄａが開口しており、流量測定装置１は取付穴ＤａからダクトＤ内に挿入することにより設置される。

流量測定装置１は、以下に説明する嵌合部２、筐体３、流量センサ４などにより一体的に構成されている。

嵌合部２は、取付穴Ｄａに嵌合するものであって、取付穴Ｄａの内周面に面する外周面を有している。この外周面には周溝が形成されており（図２参照）、周溝に配されるＯリング２ａによって、取付穴Ｄａの内周面と嵌合部２の外周面との間が密封される（図１参照）。

嵌合部２からはダクトＤの内側に向けて、ダクト内の空気の流れ方向（主流方向）にほぼ垂直（ダクトＤの径方向）に筐体３が突出している。また、嵌合部２からダクトＤの外側に突出する部分にはコネクタ部６が設けられている。
以下では、主流方向をＸ方向、筐体３の突出方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向と呼ぶ。

筐体３は、ダクトＤの流路壁近傍から流路中央に向かって延びて設けられており、ダクトＤの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路８を形成する。
バイパス流路８は、ダクトＤの内部を流れる空気の一部を取り込む入口１０と、入口１０から取り込んだ空気を通す内部流路１１と、取り込まれた空気をダクトＤ内を流れる空気に戻す出口１２とを備える。

内部流路１１は、入口１０から下流側に連続する吸入流路１３と、吸入流路１３からの流体を周回させて出口１２に向かわせる周回流路１４とを有する。

吸入流路１３は下流端で２つに分岐して、一方が周回流路１４に接続し、他方がダスト排出流路１６に接続する。
ダスト排出流路１６は、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流路であり、吸入流路１３を経てダスト排出流路１６を流れる流体は主流とほぼ平行に向かって流れる。そして、ダスト排出流路１６の下流端はダスト排出口１７を形成している。

周回流路１４は、吸入流路１３からの流体を、Ｙ方向一端側（径方向外側、嵌合部２方向）に向かわせた後、主流方向の上流側（吸入流路１３の流れと反対方向）に向かわせ、その後Ｙ方向他端側に向かわせ、その後主流下流側方向を向かせつつ、出口１２に向かわせるような形状の流路となっている。

出口１２は、主流に沿う筐体３の外壁３ａに開口する穴として形成されている。以下、出口１２を穴１２とも呼ぶ。
本実施例の筐体３は、Ｙ方向からみて略矩形の外形を呈しており、外壁３ａのうち主流方向に沿って配置されている部分を側壁３ｂと呼ぶ（図４参照）。
筐体３のＹ方向からみた外形は矩形に限らず、別の形状（例えば、多角形、流線形状等）であってもよい。

なお、本実施例では筐体３の断面が矩形形状であるため側壁３ｂが主流方向に平行な平面であるが、側壁３ｂはＺ方向からみて視認できる外壁３ａの部分であり、筐体３の形状によっては曲面や傾斜面となる。Ｚ方向からみて視認できる外壁３ａの部分であれば、主流方向に垂直な方向に向かって開口して穴１２を形成することが可能である。

穴１２は、筐体３のＺ方向一端側で主流が沿う側壁３ｂ、Ｚ方向他端側で主流が沿う側壁３ｂの両方に開口している（図４参照）。本実施例では、側壁３ｂが主流方向に垂直な壁面を有しており、この壁面に穴１２が開口している。このため、穴１２は主流方向に垂直な方向に向かって開口している。本実施例の穴１２は矩形形状を呈している。
穴１２から流出する流れは主流と合流する。

流量センサ４は、バイパス流路８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、半導体基板に設けられたメンブレン上に、薄膜抵抗体で形成された発熱素子と感温素子とを有し、これらの素子が回路モジュールに内蔵される回路基板（図示せず）接続されている。
流量センサ４は、周回流路１４において吸入流路１３の流れと反対方向に流れる部分に収容されている。すなわち、この周回流路１４に配置された流量センサ４によって流量が検出される。

〔実施例１の特徴〕
次に実施例１の特徴を主に図２〜４を用いて説明する。
図４は、出口１２が存在する位置での筐体３のＹ方向に垂直な断面形状を示す図である。また、以下の説明では、主流方向に基づいて上流下流を定義し、主流方向の上流側を単に「上流側」、主流方向の下流側を単に「下流側」と表現する。

本実施例の流量測定装置１は、以下に説明する絞り２２を備える。
絞り２２は、穴１２の主流方向中心位置よりも上流側で、側壁３ｂに沿って筐体３の外側を流れる空気の流れを絞る。

本実施例では、絞り２２は穴１２の上流端１２ａよりも上流側に設けられている。
なお、穴１２の主流方向中心位置を示す仮想線を仮想線Ａとする。仮想線Ａは穴１２の主流方向中心位置を通るＸ方向に垂直な仮想線である。

絞り２２は、例えば、側壁３ｂから隆起する２つの突起２４、２５と、２つの突起２４、２５を架橋する蓋体２６とで形成されている。

本実施例では、突起２４、２５は、それぞれＹ方向を板厚方向とする板状に形成されている。板状の突起２４、２５は、Ｚ方向に隆起するとともに、Ｘ方向に平行に延びている（図２、３参照）。
２つの突起２４、２５は、一方の突起２４のＹ方向位置が穴１２のＹ方向一端よりも一端側に、他方の突起２５のＹ方向位置が穴１２のＹ方向他端よりも他端側になるように設けられている（図２参照）。

蓋体２６は、板状を呈し、２つの突起２４、２５を架橋するように設けられている。
本実施例では、蓋体２６の主流方向の長さが突起２４、２５の主流方向の長さと等しい。
これにより、２つの突起２４、２５と蓋体２６とで区画される領域、すなわち、突起２４、２５、蓋体２６、側壁３ｂとの間で囲まれる空間は、主流の一部が流通する流路２７となる。

この流路２７の流路断面積は下流に向かうにつれて縮小しており、穴１２から流出する空気は、絞り２２によって絞られる空気（つまり、流路２７を通過する空気）の流れに合流して、下流に向かう。

本実施例では、蓋体２６と側壁３ｂとの間のＺ方向距離が下流側に向かうにつれて小さくすることにより、流路２７の流路断面積は下流に向かうにつれて縮小している。すなわち、蓋体２６が側壁３ｂに対して傾斜して設けられている。
なお、本実施例では、蓋体２６の上流端２６ａ及び下流端２６ｂが穴１２の上流端１２ａよりも上流側に位置している。

〔実施例１の作用効果〕
実施例１の流量測定装置１は、穴１２の主流方向中心位置よりも上流側で、側壁３ｂに沿って筐体３の外側を流れる空気の流れを絞る絞り２２を備える。
これによれば、バイパス流路８の出口１２付近を通過する主流の流速を大きくすることができる。このため、この主流の流れの影響によってバイパス流路８の出口１２からの流れがスムーズに下流側に向かって流れるようになるため、主流と合流する際の剥離を低減することができる。

絞り２２により、主流の流れが加速しており流速が速いため、出口１２付近で主流が低圧化して、出口１２からの流出が促進される。つまり、ベンチュリ効果をより効率よく用いることができる。

図５に示すように、従来例（絞り２２がない例）では、出口１２からの流れと主流とが合流する際に、出口１２から出た流れは側壁３ｂに沿いにくく、主流方向に対して垂直な方向に向かってしまい、剥離が発生する。剥離が発生すると、出口１２付近や下流側で渦が発生するため、流量測定の精度に悪影響がおよぶ場合がある。
一方、実施例１では、出口１２から吸い出された流れは、加速した主流とともに側壁３ｂに沿いながら下流側に流れる。このため、剥離が発生しにくい。

〔実施例２〕
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、同一の機能物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、蓋体２６のＹ方向に垂直な断面形状が流線形状である。
これによれば、流路２７の流路抵抗が小さくなり、流路２７での加速がさらに促進される。
従って、剥離低減効果も向上する。

〔実施例３〕
実施例３を実施例１とは異なる点を中心に図７を用いて説明する。
実施例１では、蓋体２６の下流端２６ｂが穴１２の上流端１２ａよりも上流側に位置していた。
これに対して、本実施例では、蓋体２６の上流端２６ａが、仮想線Ａよりも上流側で且つ穴１２の上流端１２ａよりも下流側に位置している。そして、蓋体２６の下流端２６ｂが、仮想線Ａよりも下流側で且つ穴１２の下流端１２ｂよりも上流側に位置している。
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ことができる。

〔実施例４〕
実施例４を実施例１とは異なる点を中心に図８を用いて説明する。
実施例１では、蓋体２６の下流端２６ｂが穴１２の上流端１２ａよりも上流側に位置していた。これに対して、本実施例では、蓋体２６の下流端２６ｂが穴１２の下流端１２ｂよりも下流側に位置している。

なお、蓋体２６は、側壁３１ｂに対して傾斜して設けられる傾斜部３１と、傾斜部３１の下流側に接続するとともに側壁３１ｂに対して平行に設けられる平行部３２とを有している。そして、傾斜部３１と平行部３２との境界位置は、穴１２の上流端１２ａよりも上流側に位置している。
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ことができる。また、蓋体２６が下流側に延びていることで、合流後の流れを壁面に沿わせやすくなる。

〔変形例〕
実施例では、筐体３がＹ方向からみて略矩形の外形を呈していたが、図９や図１０に示すように楕円形状であってもよい。
この場合、側壁３ｂが傾斜しているため、図９に示すように、蓋体２６がＸ方向に平行であっても、流路２７は下流に向かって絞られる。なお、図１０に示すように、実施例１と同様に蓋体２６を傾斜させてもよい。

また、実施例では、蓋体２６と側壁３ｂとの間の距離を下流に向かうにつれて小さくすることにより、流路２７を絞っていたが、突起２４と突起２５の間の距離を下流に向かうにつれて小さくすることにより、流路２７を絞ってもよい。また、蓋体２６と側壁３ｂとの間の距離及び突起２４と突起２５の間の距離をともに下流に向かうにつれて小さくすることにより、流路２７を絞ってもよい。

また、では、蓋体２６と突起２４、２５の主流方向の長さが同じであったが、蓋体２６の方が突起２４、２５よりも大きくてもよいし、突起２４、２５の方が蓋体２６よりも大きくてもよい。

実施例では、周回流路１４を有する内部流路１１によってバイパス流路８を設けていたが、バイパス流路８の態様はこれに限らず、主流の一部を取り込んで周回させることなく、入口１０から主流方向の順流に沿って形成され、入口１０から入った吸気を主流方向の順流に沿って流し、出口１２から放出するようなバイパス流路の態様であってもよい。

１流量測定装置
３筐体
３ｂ側壁
４流量センサ
８バイパス流路
１２穴（バイパス流路の出口）
２２絞り
Ｆ吸気路

Claims

内燃機関に吸入される空気の主流が流れる吸気路（Ｆ）に配置されるとともに、前記主流の一部を取り込むバイパス流路（８）を形成する筐体（３）と、
前記バイパス流路（８）に配設される流量センサ（４）とを備え、
前記主流の流れ方向を主流方向と呼び、主流方向に沿って配置される前記筐体（３）の外壁を側壁（３ｂ）と呼び、主流方向に基づいて上流下流を定義すると、
前記バイパス流路（８）の出口は、前記側壁（３ｂ）に形成されるとともに、主流方向に対して略垂直な方向に向かって開口する穴（１２）として設けられている流量測定装置であって、
前記穴（１２）の主流方向中心位置（Ａ）よりも上流側で、前記側壁（３ｂ）に沿って前記筐体（３）の外側を流れる空気の流れを絞る絞り（２２）を備え、
前記穴（１２）から流出する空気は、前記絞り（２２）によって絞られる空気の流れに合流して、下流に向かうことを特徴とする流量測定装置。
請求項１に記載の流量測定装置において、
前記絞り（２２）は、前記側壁（３ｂ）から隆起する２つの突起（２４、２５）と、前記２つの突起（２４、２５）を架橋する蓋体（２６）とで形成されており、前記２つの突起（２４、２５）と前記蓋体（２６）とで区画される領域での空気の流れが下流に向かうにつれて絞られていることを特徴とする流量測定装置。
請求項２に記載の流量測定装置において、
前記蓋体（２６）の下流端（２６ｂ）は、前記穴（１２）の下流端（１２ｂ）よりも下流側に位置していることを特徴とする流量測定装置。