JP6502573B2 - 熱式流量計 - Google Patents

Description

本発明は熱式流量計に関する。

従来から、被計測気体が流れる主通路にハウジングが配置され、ハウジングに設けられた副通路に主通路から被計測気体を取り込み、副通路内に配置された流量検出部により被計測気体の流量を計測する熱式流量計が、種々提案されている。
特許文献１には、副通路が主通路の流れ方向に沿った第１通路と、第１通路の途中で分岐する第２通路を有しており、第２通路に流量検出部が配置され、流量検出部を通過した被計測気体が再び第１通路に合流して、第１通路の出口から排出される構造が示されている。

US2013/061684

特許文献１に示す構造のように、第１通路の出口が下流に向かって開口していると、第１通路の出口から排出された被計測気体と、ハウジングの下流に発生する渦とが干渉して、被計測気体の出口からの円滑な排出が阻害されるおそれがある。また、渦強度の変化によって定常時と脈動時の流速分布差が大きくなり脈動誤差が発生する。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、渦強度を小さく且つ一定にして、被計測気体の出口からの円滑な排出を確保し、脈動誤差の発生を抑制できる構造の熱式流量計を得ることである。

上記課題を解決する本発明の熱式流量計は、主通路に配置されるハウジングと、該ハウジングに設けられた副通路とを備える熱式流量計であって、前記ハウジングは、該ハウジングの下流端部に前記副通路の出口が設けられており、該出口の近傍に傾斜面が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、排出口及び主出口の下流にできる渦の大きさを小さくすることができる。したがって、過渡時に渦によって排出口及び主出口が遮蔽されるのを防ぐことができ、定常時と脈動時の流速分布差を小さくし、脈動誤差の発生を抑制できる。

内燃機関制御システムに本発明に係る熱式流量計を使用した一実施例を示すシステム図である。 本発明に係る熱式流量計の外観を示す正面図。 本発明に係る熱式流量計の外観を示す左側面図。 本発明に係る熱式流量計の外観を示す背面図。 本発明に係る熱式流量計の外観を示す右側面図。 本発明に係る熱式流量計から表カバーおよび裏カバーを取り外したハウジングの状態を示す正面図。 本発明に係る熱式流量計から表カバーおよび裏カバーを取り外したハウジングの状態を示す背面図。 表カバーの背面図。 図４ＡのＢ−Ｂ線断面図。 裏カバーの背面図。 図５ＡのＢ−Ｂ線断面図。 実施例１における熱式流量計の外観斜視図。 実施例１における熱式流量計の要部を拡大して示す図。 実施例１における熱式流量計の要部を拡大して示す図。 実施例１における熱式流量計の要部を拡大して示す図。 湾曲面部の構成を説明する概念図。 傾斜面の構成を説明する概念図。 実施例２における熱式流量計の外観斜視図。 実施例２における熱式流量計の底面図。 実施例２における熱式流量計の要部を拡大して示す図。 実施例２における熱式流量計の要部を拡大して示す図。 実施例２における熱式流量計の要部を拡大して示す図。 実施例３における熱式流量計の外観斜視図。 実施例３における熱式流量計の底面図。 実施例３における熱式流量計の要部を拡大して示す図。 実施例３における熱式流量計の要部を拡大して示す図。 実施例３における熱式流量計の要部を拡大して示す図。

次に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

＜実施例１＞
図１は、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムに、本発明に係る熱式流量計を使用した一実施例を示すシステム図である。エンジンシリンダ１１２とエンジンピストン１１４を備える内燃機関１１０の動作に基づき、吸入空気が被計測気体３０としてエアクリーナ１２２から吸入され、主通路１２４である例えば吸気管、スロットルボディ１２６、吸気マニホールド１２８を介してエンジンシリンダ１１２の燃焼室に導かれる。前記燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体３０の流量は本発明に係る熱式流量計３００で計測され、計測された流量に基づいて燃料噴射弁１５２より燃料が供給され、吸入空気である被計測気体３０と共に混合気の状態で燃焼室に導かれる。なお、本実施例では、燃料噴射弁１５２は内燃機関の吸気ポートに設けられ、吸気ポートに噴射された燃料が吸入空気である被計測気体３０と共に混合気を成形し、吸気弁１１６を介して燃焼室に導かれ、燃焼して機械エネルギを発生する。

燃焼室に導かれた燃料および空気は、燃料と空気の混合状態を成しており、点火プラグ１５４の火花着火により、爆発的に燃焼し、機械エネルギを発生する。燃焼後の気体は排気弁１１８から排気管に導かれ、排気２４として排気管から車外に排出される。前記燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体３０の流量は、アクセルペダルの操作に基づいてその開度が変化するスロットルバルブ１３２により制御される。前記燃焼室に導かれる吸入空気の流量に基づいて燃料供給量が制御され、運転者はスロットルバルブ１３２の開度を制御して前記燃焼室に導かれる吸入空気の流量を制御することにより、内燃機関が発生する機械エネルギを制御することができる。

エアクリーナ１２２から取り込まれ主通路１２４を流れる吸入空気である被計測気体３０の流量および温度が、熱式流量計３００により計測され、熱式流量計３００から吸入空気の流量および温度を表す電気信号が制御装置２００に入力される。また、スロットルバルブ１３２の開度を計測するスロットル角度センサ１４４の出力が制御装置２００に入力され、さらに内燃機関のエンジンピストン１１４や吸気弁１１６や排気弁１１８の位置や状態、さらに内燃機関の回転速度を計測するために、回転角度センサ１４６の出力が、制御装置２００に入力される。排気２４の状態から燃料量と空気量との混合比の状態を計測するために、酸素センサ１４８の出力が制御装置２００に入力される。

制御装置２００は、熱式流量計３００の出力である吸入空気の流量、および回転角度センサ１４６の出力に基づき計測された内燃機関の回転速度、に基づいて燃料噴射量や点火時期を演算する。これら演算結果に基づいて、燃料噴射弁１５２から供給される燃料量、また点火プラグ１５４により点火される点火時期が制御される。燃料供給量や点火時期は、実際にはさらに熱式流量計３００で計測される吸気温度やスロットル角度の変化状態、エンジン回転速度の変化状態、酸素センサ１４８で計測された空燃比の状態に基づいて、きめ細かく制御されている。制御装置２００はさらに内燃機関のアイドル運転状態において、スロットルバルブ１３２をバイパスする空気量をアイドルエアコントロールバルブ１５６により制御し、アイドル運転状態での内燃機関の回転速度を制御する。

図２は、熱式流量計３００の外観を示している。図２Ａは熱式流量計３００の正面図、図２Ｂは左側面図、図２Ｃは背面図、図２Ｄは右側面図である。熱式流量計３００は、ハウジング３０２を備えている。ハウジング３０２は、吸気管に側方から挿入されて主通路１２４（図１を参照）に配置される。ハウジング３０２の基端部には、吸気管に固定するためのフランジ３０５と、吸気管外部に露出する外部接続部３０６が設けられている。

ハウジング３０２は、フランジ３０５を吸気管に固定することにより片持ち状に支持され、主通路１２４を流れる被計測気体の主流れ方向に交差する垂直な方向に沿って延在するように配置される。ハウジング３０２には、主通路１２４を流れる被計測気体３０を取り込むための副通路３０７（図３Ａ、図３Ｂを参照）が設けられており、その副通路３０７内に被計測気体３０の流量を検出するための流量検出部６０２（図３Ａ、図３Ｂを参照）が配置されている。

ハウジング３０２の先端側でかつ主流れ方向上流側に配置される上流端部には、吸入空気などの被計測気体３０の一部を副通路３０７に取り込むための入口３１１が設けられている。そして、ハウジング３０２の先端側でかつ主流れ方向下流側に配置される下流端部には、副通路３０７から被計測気体３０を主通路１２４に戻すための第１出口３１２（排出口）と第２出口（主出口）３１３という、２つの出口が設けられている。第１出口３１２と第２出口３１３は、図２Ｄに示すように、ハウジング３０２の厚み方向に横並びに配置されている。すなわち、第１出口３１２と第２出口３１３は、主流れ方向に垂直な方向に並んで配置される。

入口３１１が、ハウジング３０２の先端側に設けられることにより、主通路の内壁面から離れた中央部に近い部分の気体を副通路３０７に取り込むことができる。したがって、主通路の内壁面の温度の影響を受け難くなり、気体の流量や温度の計測精度の低下を抑制できる。

主通路の内壁面近傍では流体抵抗が大きく、主通路の平均的な流速に比べ、流速が低くなるが、本実施例の熱式流量計３００では、フランジ３０５から主通路の中央に向かって延びる薄くて長いハウジング３０２の先端側に入口３１１が設けられているので、主通路中央部の流速の速い気体を副通路３０７に取り込むことができる。また、副通路３０７の第１出口３１２と第２出口３１３もハウジング３０２の先端側に設けられているので、副通路３０７内を流れた気体を流速の速い主通路中央部に戻すことができる。

ハウジング３０２は、正面に略長方形の幅広面を有するのに対して、側面が狭い（厚さが薄い）形状を成している。ハウジング３０２は、主通路を流れる被計測気体３０の主流れ方向に沿って正面と背面が配置され、主流れ方向に対向するように側面が配置される。これにより、熱式流量計３００は、被計測気体３０に対しては流体抵抗を小さくして、十分な長さの副通路３０７を備えることができる。

すなわち、本実施例の熱式流量計は、主通路１２４を流れる被計測気体３０の流れ方向と直交する直交面に投影されるハウジングの形状が、前記の直交面上で第１の方向５０に定義される長さ寸法と、前記の直交面上で第１の方向５０（図２Ｂ参照）に対して垂直な第２の方向５１に定義される厚み寸法とを有し、厚み寸法が長さ寸法よりも小さい形状を成している。

ハウジング３０２には、被計測気体３０の温度を計測するための温度検出部４５２が設けられている。ハウジング３０２は、長手方向中央部で且つ上流端部において、下流端部側に向かって窪んだ形状を有しており、温度検出部４５２は、その窪んだ位置に設けられている。温度検出部４５２は、ハウジング３０２の窪んだ部分から主流れ方向に沿って突出する形状を成している。

図３は熱式流量計３００から表カバー３０３および裏カバー３０４を取り外したハウジング３０２の状態を示している。図３Ａはハウジング３０２の正面図、図３Ｂは背面図である。

ハウジング３０２の上流端部３１５は、基端部３１５ａ、中間部３１５ｂ、先端部３１５ｃを有している。基端部３１５ａと中間部３１５ｂと先端部３１５ｃは、それぞれ被計測気体３０の主流れ方向に対して垂直な平坦面により構成されている。基端部３１５ａと中間部３１５ｂとの間には、上流端部３１５側から下流端部３１６側に向かって移行するにしたがってハウジング３０２の厚さ幅方向に互いに離間する方向に広がるテーパ面３２２が設けられている。そして、テーパ面３２２と中間部３１５ｂとの間には、下流端部３１６側に窪んだ窪み部が設けられており、温度検出部４５２が配置されている。そして、先端部３１５ｃには、入口３１１が設けられている。

ハウジング３０２の下流端部３１６は、基端部３１６ａ、中間部３１６ｂ、先端部３１６ｃを有している。基端部３１６ａと中間部３１６ｂと先端部３１６ｃは、被計測気体３０の主流れ方向に対して垂直な平坦面により構成されている。基端部３１６ａと中間部３１６ｂとの間には、上流端部３１５側から下流端部３１６側に向かって移行するにしたがってハウジング３０２の厚さ幅方向に互いに接近する方向に狭くなるテーパ面３２３が設けられている。そして、先端部３１５ｃには、第１出口３１２と第２出口３１３が設けられている。第１出口３１２と第２出口３１３は、ハウジング３０２の厚さ幅方向に並んで配置されており、本実施例では、厚さ幅方向中央から互いに離間する位置に配置されている。

ハウジング３０２の内部には、主通路１２４を流れる被計測気体３０の流量を計測するための流量検出部６０２や、主通路１２４を流れる被計測気体３０の温度を計測するための温度検出部４５２を備える回路パッケージ４００が一体にモールド成形されている。

そして、ハウジング３０２には、副通路３０７を成形するための副通路溝が形成されている。本実施例では、ハウジング３０２の表裏両面に副通路溝が凹設されており、表カバー３０３及び裏カバー３０４をハウジング３０２の表面及び裏面にかぶせることにより、副通路３０７が完成する構成になっている。かかる構造とすることで、ハウジング３０２の成形時（樹脂モールド工程）にハウジング３０２の両面に設けられる金型を使用して、表側副通路溝３３０と裏側副通路溝３３１の両方をハウジング３０２の一部として全てを成形することが可能となる。

副通路溝は、ハウジング３０２の裏面に形成された裏側副通路溝３３１と、ハウジング３０２の表面に形成された表側副通路溝３３０とからなる。裏側副通路溝３３１は、第１溝部３３２と、第１溝部３３２の途中で分岐する第２溝部３３３を有している。

第１溝部３３２は、ハウジング３０２の先端部で被計測気体３０の主流れ方向に沿うように上流端部３１５から下流端部３１６に亘って一直線状に延在して、ハウジング３０２の入口３１１に一端が連通し、ハウジング３０２の出口３１２に他端が連通している。第１溝部３３２は、入口３１１から略一定の断面形状で延在する直線部３３２Ａと、直線部３３２Ａから出口３１２に向かって移行するに従って溝幅が漸次狭くなる絞り部３３２Ｂとを有している。

第１溝部３３２の直線部３３２Ａの底壁面３３２ｂには、複数の凸条部３３５が設けられている。凸条部３３５は、第１溝部３３２の直線部３３２Ａの底壁面３３２ｂにおいて、第１溝部３３２の溝幅方向に所定間隔をおいて複数が並ぶように設けられており、直線部３３２Ａに沿って入口３１１から絞り部３３２Ｂまでの間に亘って延在している。凸条部３３５は、断面が台形形状を有しており、両側の側面が斜めに傾いている。したがって、水滴が付着した場合に、水滴の接触角を大きくして水滴の高さを低くすることができ、濡れ性を高くして、上流側から下流側に向かって素早く流すことができる。したがって、水滴が第２通路に流れ込むのを効果的に防ぐことができ、外部に迅速に排出させることができる。

第２溝部３３３は、第１溝部３３２の直線部３３２Ａから分岐してカーブしながらハウジング３０２の基端側に向かって進み、ハウジング３０２の長手方向中央部に設けられている計測用流路３４１に連通する。第２溝部３３３は、第１溝部３３２を構成する一対の側壁面のうち、ハウジング３０２の基端側に位置する側壁面３３２ａに入口が連通しており、底壁面３３３ａが第１溝部３３２の直線部３３２Ａの底壁面３３２ｂと面一に連続している。第２溝部３３３の内周側の側壁面３３３ｂには、凹部３３３ｅが設けられている。

主通路１２４を流れる被計測気体３０は、熱式流量計３００に衝突すると、被計測気体３０の流れ方向に対向して障害物となる外側壁面によって動圧を受け、外側壁面に対向する上流側の圧力が上昇する。一方、被計測気体３０の主流れ方向と平行あるいは略平行な壁面における被計測気体３０は、壁面の上流部分において壁面からの剥離を生じ、剥離部(周辺)は負圧となる。被計測気体３０は、剥離を生じた部分から下流方向に向かうに従いやがて熱式流量計３００壁面に沿う流れへと変化する。凹部３３３ｅには、第２溝部３３３近傍に水が停滞し、裏カバー３０４において凹部３３３ｅを閉塞する位置に穿設されている排水孔３７６を設置すると、熱式流量計３００の剥離部（周辺）で生ずる負圧により、副通路３０７内の凹部３３３ｅから排水孔３７６を介して副通路３０７の外部、すなわち、主通路１２４に排出させることができる。

計測用流路３４１は、ハウジング３０２を厚さ方向に貫通して形成されており、回路パッケージ４００の流路露出部４３０が突出して配置されている。第２溝部３３３は、回路パッケージ４００の流路露出部４３０よりも副通路上流側で計測用流路３４１に連通している。

第２溝部３３３は、計測用流路３４１に向かって進むにつれて溝深さが深くなる形状を有しており、特に計測用流路３４１の手前で急激に深くなる急傾斜部３３３ｄを有している。急傾斜部３３３ｄは、計測用流路３４１において、回路パッケージ４００の流路露出部４３０が有する表面４３１と裏面４３２のうち、流量検出部６０２が設けられている表面４３１側に被計測気体３０の気体を通過させ、裏面４３２側には被計測気体３０に含まれる塵埃などの異物を通過させる。

被計測気体３０は、裏側副通路溝３３１内を流れるにつれてハウジング３０２の表側（図３Ｂで図の奥側）の方向に徐々に移動する。そして、質量の小さい空気の一部は、急傾斜部３３３ｄに沿って移動し、計測用流路３４１において流路露出部４３０の表面４３１の方を流れる。一方、質量の大きい異物は遠心力によって急激な進路変更が困難なため、急傾斜部３３３ｄに沿って流れることができず、計測用流路３４１において流路露出部４３０の裏面４３２の方を流れる。

流量検出部６０２は、回路パッケージ４００の流路露出部４３０の表面４３１に設けられている。流量検出部６０２では、流路露出部４３０の表面４３１の方に流れた被計測気体３０との間で熱伝達が行われ、流量が計測される。

被計測気体３０は、回路パッケージ４００の流路露出部４３０の表面４３１側と裏面４３２側を通過すると、計測用流路３４１の副通路下流側から表側副通路溝３３０に流れ込み、表側副通路溝３３０内を流れて第２出口３１３から主通路１２４に排出される。

表側副通路溝３３０は、図３Ａに示すように、計測用流路３４１の副通路下流側に一端が連通し、ハウジング３０２の先端側の下流端部３１６に形成された出口３１３に他端が連通する。表側副通路溝３３０は、計測用流路３４１からハウジング３０２の先端側に移行するに従って漸次下流端部３１６に向かって進むようにカーブし、ハウジング３０２の先端部で被計測気体３０の主流れ方向下流側に向かって直線上に延びて、第２出口３１３に向かって溝幅が漸次狭くなる形状を有している。

この実施例では、裏側副通路溝３３１で構成される流路は曲線を描きながらハウジング３０２の先端側からフランジ３０５側である基端側に向かい、最もフランジ３０５に接近した位置では、副通路３０７を流れる被計測気体３０は主通路１２４の主流れ方向に対して逆方向の流れとなり、この逆方向の流れの部分でハウジング３０２の裏面側に設けられた裏側副通路が、表面側に設けられた表側副通路につながる。

計測用流路３４１は、回路パッケージ４００の流路露出部４３０によって、表面４３１側の空間と裏面４３２側の空間に分けられており、ハウジング３０２によって分けられてはいない。即ち、計測用流路３４１は、ハウジング３０２の表面と裏面とを貫通して形成されており、この一つの空間に回路パッケージ４００が片持ち状に突出して配置されている。このような構成とすることで、１回の樹脂モールド工程でハウジング３０２の表裏両面に副通路溝を成形でき、また両面の副通路溝を繋ぐ構造を合わせて成形することが可能となる。尚、回路パッケージ４００はハウジング３０２の固定部３５１、３５２、３５３に樹脂モールドにより埋設して固定されている。

また、上記した構成によれば、ハウジング３０２の樹脂モールド成形と同時に、回路パッケージ４００をハウジング３０２にインサートして実装することができる。なお、回路パッケージ４００よりも上流側の通路上流側と下流側の通路下流側のどちらか一方をハウジング３０２の幅方向に貫通した構成とすることで、裏側副通路溝３３１と表側副通路溝３３０とをつなぐ副通路形状を１回の樹脂モールド工程で成形することも可能である。

ハウジング３０２の表側副通路は、表側副通路溝３３０を構成する一対の側壁面の溝高さ方向上側の側壁上端部と表カバー３０３の対向面とが密着することによって形成される。そして、ハウジング３０２の裏側副通路は、裏側副通路溝３３１を構成する一対の側壁面の溝高さ方向上側の側壁上端部と裏カバー３０４の対向面とが密着することによって形成される。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、ハウジング３０２には、フランジ３０５と副通路溝が形成された部分との間に空洞部３４２が形成されている。空洞部３４２は、ハウジング３０２を厚さ方向に貫通することによって形成されている。この空洞部３４２の中に、回路パッケージ４００の接続端子４１２と外部接続部３０６の外部端子の内端３０６ａとを接続する端子接続部３２０が露出して配置されている。接続端子４１２と内端３０６ａとは、スポット溶接あるいはレーザ溶接などにより、電気的に接続される。空洞部３４２は、表カバー３０３と裏カバー３０４をハウジング３０２に取り付けることによって閉塞され、空洞部３４２の周囲が表カバー３０３と裏カバー３０４とレーザ溶接されて密封される。

図４Ａは、表カバーの裏面を示す図、図４Ｂは、図４ＡのＢ−Ｂ線断面図である。図５Ａは、裏カバーの裏面を示す図、図５Ｂは、裏カバーの側面を示す図である。

表カバー３０３と裏カバー３０４は、薄い板状であり、広い冷却面を備える形状を成している。このため熱式流量計３００は、空気抵抗が低減され、さらに主通路１２４を流れる被計測気体により冷却されやすい効果を有している。

表カバー３０３は、ハウジング３０２の表面を覆う大きさを有している。表カバー３０３の対向面には、ハウジング３０２の表側副通路溝３３０を閉塞する第５領域３６１と、ハウジング３０２の計測用流路３４１の表側を閉塞する第６領域３６２と、空洞部３４２の表側を閉塞する第７領域３６３が形成されている。そして、第５領域３６１と第６領域３６２の幅方向両側には、ハウジング３０２の表側副通路溝３３０の側壁上端部が入り込む凹部３６１ａが凹設されている。また、第７領域３６３の周囲には、空洞部３４２の表側外周端部が入り込む凹部３６３ａが凹設されている。

そして、表カバー３０３の対向面には、回路パッケージ４００の流路露出部４３０の先端とハウジング３０２の計測用流路３４１との間の隙間に挿入される凸部３６４が設けられている。また、回路パッケージ４００の流路露出部４３０の表面４３１に対向する位置には、インサート成形により金属プレート５０１が設けられている。

裏カバー３０４は、ハウジング３０２の裏面を覆う大きさを有している。裏カバー３０４の対向面には、ハウジング３０２の裏側副通路溝３３１の第１溝部３３２を閉塞する第１領域３７１Ａと、第２溝部３３３を閉塞する第２領域３７１Ｂと、ハウジング３０２の計測用流路３４１の裏側を閉塞する第３領域３７２と、空洞部３４２の裏側を閉塞する第４領域３７３が形成されている。そして、第１領域３７１Ａ、第２領域３７１Ｂ、第３領域３７２の幅方向両側には、ハウジング３０２の裏側副通路溝３３１の側壁上端部が入り込む凹部３７１ａが凹設されている。また、第４領域３７３の周囲には、空洞部３４２の裏側外周端部が入り込む凹部３７３ａが凹設されている。

裏カバー３０４の第１領域３７１Ａには、凸条部３７７が設けられている。凸条部３７７は、裏カバー３０４の第１領域３７１Ａにおいて、長手方向に沿って延在し、短手方向に所定間隔をおいて複数が並ぶように設けられている。凸条部３７７は、断面が台形形状を有しており、両側の側面が斜めに傾いている。したがって、水滴が付着した場合に、水滴の接触角を大きくして水滴の高さを低くすることができ、濡れ性を高くして、付着した水滴を上流側から下流側に向かって素早く流すことができる。したがって、水滴が第２通路に流れ込むのを効果的に防ぐことができ、外部に迅速に排出させることができる。

裏カバー３０４には、副通路３０７に連通する排水孔３７６が穿設されている。排水孔３７６は、ハウジング３０２に裏カバー３０４を取り付けた状態でハウジング３０２の凹部３３３ｅを閉塞する位置に貫通して形成されており、副通路３０７内で第２溝部３３３の凹部３３３ｅに取り込まれた水を外部に排出させることができる。

裏カバー３０４の対向面には、回路パッケージ４００の流路露出部４３０の先端とハウジング３０２の計測用流路３４１との間の隙間に挿入される凸部３７４が設けられている。凸部３７４は、表カバー３０３の凸部３６４と協働して、回路パッケージ４００の流路露出部４３０の先端とハウジング３０２の計測用流路３４１との間の隙間を埋める。

表カバー３０３と裏カバー３０４は、ハウジング３０２の表面と裏面にそれぞれ取り付けられて表側副通路溝３３０及び裏側副通路溝３３１との協働により副通路３０７を形成する。

図６は、実施例１における熱式流量計の外観斜視図、図７Ａから図７Ｃは、実施例１における熱式流量計の要部を拡大して示す図、図７Ｄは、湾曲面部の構成を説明する概念図、図７Ｅは、傾斜面の構成を説明する概念図である。

図６に示すように、ハウジング３０２の下流端部３１６には、湾曲面部３１７が設けられている。湾曲面部３１７は、第１出口３１２と第２出口３１３の近傍に設けられており、本実施例では、下流端部３１６の中間部３１６ｂと先端部３１６ｃとの間の位置に配置されている。湾曲面部３１７は、ハウジング３０２が延在する長手方向を軸中心とする曲面形状を有しており、具体的には、断面が凸円弧曲線となる流線形状を有している。湾曲面部３１７は、図７Ｄに示すように、法線ベクトルと被計測気体３０の主流れ方向とのなす角が０度＜α＜９０度の角度範囲となる傾斜面であって、被計測気体３０の主流れ方向上流側から下流側に移行するにしたがって法線ベクトルと被計測気体３０の主流れ方向とのなす角が漸次減少する湾曲面３１７Ｒ、３１７Ｌを有する。

湾曲面部３１７の湾曲面３１７Ｒ、３１７Ｌは、少なくとも１つ以上の曲率半径の曲面が円滑に連続する形状を有しており、中間部３１６ｂと先端部３１６ｃとの間に亘って略一定の断面形状を有している。そして、下流端がハウジング３０２の下流端部３１６の中間部３１６ｂ及び先端部３１６ｃと面一となるように形成されている。

湾曲面部３１７は、図７Ｂに示すように、ハウジング３０２の厚さ幅方向一方側の湾曲面３１７Ｒの少なくとも一部が第２出口３１３の厚さ幅ＷＲの範囲内に位置するように配置され、ハウジング３０２の厚さ幅方向他方側の湾曲面３１７Ｌの少なくとも一部が第１出口３１２の厚さ幅ＷＬの範囲内に位置するように配置されている。

例えば、本実施例のように汚損物を排出するために副通路３０７の一部が分岐された構造を有する物理量測定装置の場合、流速及び排出効果を高めて測定精度を確保する必要がある。（ａ）排出口が主流れ方向下流側に向かって開口していないと、曲がり角に汚損物が溜まる可能性がある。（ｂ）分岐通路は、極力大回りでないと流れが曲がりきれず、剥離渦が拡大して定常流と脈動流での流速分布差が大きくなるために脈動誤差が拡大する。（ｃ）分岐部よりも主流れ方向上流側に主出口を配置すると、過渡的な流量変化時において流量検出部６０２周辺の流れはオーバーシュートもしくはアンダーシュートを起こし、正確な流量変化の測定が難しい。これら（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の理由から、排出口（第１出口３１２に相当）と主出口（第２出口３１３に相当）は、分岐部よりも主流れ方向下流側でかつハウジングの下流端部に配置することが望ましい。

しかしながら、ハウジングが吸気管（主通路）内に配置されることで、ハウジングの下流端部周辺には、カルマン渦と呼ばれるハウジングの延在方向に平行な軸を持つ縦渦が発生し、また、翼端渦と呼ばれるハウジングの延在方向に垂直な軸を持つ横渦も発生する。したがって、これらの渦が排出口と主出口から排出される被計測気体３０と干渉して、円滑な排出が阻害されるおそれがある。また、これらの渦は、吸気通路内における脈動流等の過渡現象において渦強度が変化するため、ハウジングの下流端部に配置されている排出口と主出口が渦によって遮蔽される度合いが変化し、その変化の程度に応じて定常時と脈動時の流速分布差が大きくなり脈動誤差が発生する。

これに対し、本実施例では第１出口３１２と第２出口３１３の近傍に、軸中心がハウジング３０２の延在方向に沿った湾曲面を有する湾曲面部３１７を設けているので、ハウジング３０２の第１出口３１２と第２出口３１３の下流側に発生する渦の大きさを小さくすることができ、特に縦渦（カルマン渦）の大きさを小さくすることができる。したがって、第１出口３１２と第２出口３１３から排出される被計測気体３０に対して渦によって与えられる影響を小さくすることができ、脈動時と定常時の流速分布差を小さくして脈動誤差の発生を抑制し、測定精度を向上させることができる。

なお、本実施例では、第１出口３１２と第２出口３１３の近傍に湾曲面部３１７を設けた構成を例に説明したが、ハウジング３０２の周囲に形成される被計測気体３０の渦が第１出口３１２と第２出口３１３から排出される被計測気体３０の排出を阻害しないように、渦の大きさを小さくすることができるものであればよい。したがって、例えば図７Ｅに示すように、被計測気体３０の主流れ方向に対して一定の傾斜角度αを有する傾斜面３１８を下流端部３１６に設けてもよい。また、本実施例では、湾曲面部３１７は、断面がハウジング３０２の延在方向に一定である構成の場合を例に説明したが、かかる構成に限定されるものではなく、延在方向に断面が変化する形状としてもよい。

本実施例では、湾曲面部３１７の湾曲面３１７Ｒの少なくとも一部が第２出口３１３の厚さ幅ＷＲの範囲内に位置するように配置され、湾曲面３１７Ｌの少なくとも一部が第１出口３１２の厚さ幅ＷＬの範囲内に位置するように配置されているので、ハウジング３０２の第１出口３１２と第２出口３１３の下流側に発生する渦の大きさを小さくしかつ渦の発生位置をハウジング３０２の下流側により大きく離間させることができる。したがって、第１出口３１２と第２出口３１３から排出される被計測気体３０が渦の影響を受けにくくし、円滑な排出を促し、精度の高い流量検出を行うことができる。

＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２について図８、図９、図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃを用いて以下に説明する。
図８は、実施例２における熱式流量計の外観斜視図、図９は、実施例２における熱式流量計の底面図、図１０Ａから図１０Ｃは、実施例２における熱式流量計の要部を拡大して示す図である。なお、実施例１と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施例において特徴的なことは、実施例１の構成に加えて、ハウジング３０２の挿入方向先端側の先端面３１４に先端翼３３６を設けたことである。先端翼３３６は、先端面３１４に突出して設けられており、ハウジング３０２の下流端部側に偏位した位置に配置されている。先端翼３３６は、ハウジング３０２に一体に形成されているが、別体に設けてねじや接着剤等の固定手段により後で固定してもよい。先端翼３３６は、図９に示すように、先端面３１４から突出する断面が楕円状の略円柱形状を有しており、先端側に移行するに応じて先細りとなるように漸次断面が小さくなるテーパーコーン状の外周面３３６ａと、先端部分に先端面３１４と平行となる平坦な頭頂面３３６ｂを備えている。

先端翼３３６は、断面楕円の長軸がハウジング３０２の上流端部側から下流端部側に沿うように配置されており、上流側の円弧の方が下流側の円弧よりも半径が小さい、流線形状を有している。そして、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、外周面３３６ａの上流面部は、先端翼３３６の先端側に移行するにしたがって漸次下流側に移行するように斜めに形成されている。

上記構成を有する熱式流量計３００によれば、主通路１２４内で先端面３１４に沿って流れてきた被計測気体３０を先端翼３３６によって円滑に下流側に導いて、ハウジング３０２の第１出口３１２と第２出口３１３の下流側に発生する渦のうち、特に横渦（翼端渦）の大きさを小さくすることができる。したがって、実施例１の作用効果に加えて、第１出口３１２と第２出口３１３から排出される被計測気体３０に対して渦の影響を更に小さくすることができ、脈動誤差の発生を効果的に抑制して、測定精度を飛躍的に向上させることができる。

＜実施例３＞
次に、本発明の実施例３について図１１、図１２、図１３Ａ、図１３Ｂ、及び図１３Ｃを用いて以下に説明する。
図１１は、実施例３における熱式流量計の外観斜視図、図１２は、実施例３における熱式流量計の底面図、図１３Ａから図１３Ｃは、実施例３における熱式流量計の要部を拡大して示す図である。なお、実施例１、２と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施例において特徴的なことは、実施例２における下流端部３１６の先端部３１６ｃの代わりに、湾曲面部３１７を先端面３１４まで延長して、湾曲面部３１７に第１出口３１２と第２出口３１３を設けたことである。

湾曲面部３１７は、ハウジング３０２の下流端部３１６の中間部３１６ｂから先端面３１４までの間に亘って設けられている。第１出口３１２は、湾曲面部３１７の湾曲面３１７Ｌに形成されており、主流れ方向下流側に向かって開口している。そして、第２出口３１３は、湾曲面部３１７の湾曲面３１７Ｒに形成されており、主流れ方向下流側に向かって開口している。

本実施例では、平坦面を有する先端部３１６ｃの代わりに、湾曲面部３１７を設けているので、第１出口３１２と第２出口３１３の周辺に縦渦が発生するのを更に抑制することができる。したがって、実施例２と比較して、渦の影響を更に小さくすることができ、脈動誤差の発生を更に効果的に抑制して、測定精度を飛躍的に向上させることができる。

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。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

３００ 熱式流量計
３０２ ハウジング
３０３ 表カバー
３０４ 裏カバー
３０７ 副通路
３１２ 第１出口（出口）
３１３ 第２出口（出口）
３１７ 湾曲面部
６０２ 流量検出部

Claims (10)

1. 固定部を有し、該固定部で被計測気体が流れる主通路に先端部を片持ち状に支持されるハウジングと、該ハウジングに設けられた副通路とを備え、前記副通路に前記主通路から被計測気体を取り込み、前記副通路内に配置された流量検出部により被計測気体の流量を計測する熱式流量計であって、
   前記ハウジングは、前記被計測気体の主流れ方向に交差する方向に延在し、
   前記ハウジングは、該ハウジングの下流端部の先端部に前記副通路の出口が設けられており、
   前記副通路の出口は、前記ハウジングの厚さ幅方向に並んで配置され、前記被計測気体の主流れ方向の下流に向けて開口する第１出口と第２出口を有し、
   前記ハウジングには、前記第１出口と第２出口が配置された部位と前記固定部との間に傾斜面が設けられており、
   前記傾斜面は、前記ハウジングの厚さ幅方向に湾曲面を構成し、前記ハウジングの厚さ幅方向一方側の湾曲面の少なくとも一部が前記第１出口の厚さ幅の範囲内に位置するように配置され、前記ハウジングの厚さ幅方向他方側の湾曲面の少なくとも一部が前記第２出口の厚さ幅の範囲内に位置するように配置されていることを特徴とする熱式流量計。
2. 前記傾斜面は、該傾斜面の法線ベクトルと前記主通路を流れる前記被計測気体の主流れ方向とのなす角が０度＜α＜９０度の角度範囲となることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
3. 前記傾斜面は、前記被計測気体の主流れ方向上流側から下流側に移行するにしたがって前記法線ベクトルと前記被計測気体の主流れ方向とのなす角が漸次減少する湾曲面を有することを特徴とする請求項２に記載の熱式流量計。
4. 前記湾曲面を有する湾曲面部が前記ハウジングの先端部と中間部との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
5. 前記ハウジングの下流端部の先端部は平坦面を有し、前記第１出口と前記第２出口は前記平坦面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
6. 前記湾曲面を有する湾曲面部に前記副通路の前記第１出口と前記第２出口が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の熱式流量計。
7. 前記ハウジングは、該ハウジングの先端面に先端翼が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の熱式流量計。
8. 前記先端翼は、基端から先端に移行するにしたがって先細りになる形状を有していることを特徴とする請求項７に記載の熱式流量計。
9. 前記湾曲面は、前記ハウジングの厚さ幅方向に対をなして対称な２つの面から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
10. 前記第１の出口または前記第２の出口は、いずれか一方の出口が他方の出口よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。

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