JP6674917B2 - 熱式流量計 - Google Patents

Description

本発明は熱式流量計に関する。

図１は、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムを示すシステム図である。

内燃機関の主要な制御量である燃料供給量や点火時期はいずれも熱式流量計の出力を主パラメータとして演算される。従って熱式流量計の計測精度の向上や経時変化の抑制、信頼性の向上が、車両の制御精度の向上や信頼性の確保に関して重要である。特に近年、車両の省燃費に関する要望が非常に高く、また排気ガス浄化に関する要望が非常に高い。これらの要望に応えるには熱式流量計により計測される吸入空気である被計測気体ＩＡの流量の計測精度の向上が極めて重要である。

内燃機関に導かれる吸入空気量を計測する熱式流量計として、例えば特許文献１や特許文献２に記載される技術がある。

特許文献１では、主通路内を流れる流体の流れ方向に沿って設けられたベース部４と、前記主通路を流れる流体の流量を検知するための発熱抵抗体３が基板上に形成されたセンサ素子２とを備えた熱式流量センサ１Ａにおいて、前記ベース部４に矩形状の凹部５が形成されるとともに、該凹部５内に前記センサ素子２がその検知部表面が前記凹部５の上端縁５ａより低くなるように嵌め込まれて固着されている（段落００１７および図３参照）。

また、特許文献２では、センシング素子１を実装する支持体２０はガラスセラミック製積層基板により形成される。センシング素子１は支持体２０にエポキシまたはシリコーン系接着剤２２で接着され、センシング素子１の電極１４と支持体２０の電極は、例えば金線２３等の接続線により電気的に接続される。このセンシング素子１が実装された支持体２０はシリコーン系の接着剤２３によりハウジングケース２４に実装される。さらにハウジングケース２４は主通路２５に挿入される（段落００１９、段落００２０および図４参照）。

特開２００８−２６１７２号公報 特開２００６−９８０５７号公報

しかしながら、特許文献１では、副通路の排出口で排出しきれなかった水が副通路壁面に付着し、副通路内を流れる空気のせん断力で、副通路壁面を伝ってベース部４壁面まで運ばれる。その水は、ベース部４の凹部５内に進入し、センサ素子２のいずれかの面に接触するため、大きな計測誤差を生じてしまう。

また、特許文献２では、副通路壁面を伝って流れてきた水の一部は、センシング素子１が実装された支持体２０とハウジングケース２４の間の隙間を流れる。このため、センシング素子１に到達する水が減り、計測誤差の発生が抑制されるが、更なる向上の余地が残されている。

このため、本発明の目的は、副通路壁面を伝って運ばれる水が流量検出部に到達することを十分に抑制し、計測誤差を許容範囲内に抑えた熱式流量計を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の熱式流量計は、流量検出部を含む組付け板を副通路壁面の一部に設けた凹部内に配置し、組付け板面を凹部の上流側端縁より低く配置すると共に、組付け板と凹部壁面の間に隙間を設けている。

本発明によれば、副通路壁面を伝って運ばれる水は、副通路壁面の一部に設けた凹部の上流側端縁付近で発生する空気のはく離渦領域に引き込まれた後、組付け板と凹部壁面の間の隙間に向う空気流によって、この隙間内に運ばれる。さらにこの水は、隙間内の空気流に運ばれて組付け板の流量検出部裏面側を迂回し、流量検出部の下流側で副通路壁面に戻る。このため、水が流量検出部に到達しにくくなり、計測誤差の発生が抑制される。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

内燃機関制御システム図である。 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裏カバーを取り外したハウジングの状態を示す背面図。 図２ＣのＡ−Ａ断面図。 図３ＡのＢ−Ｂ断面の模式図。 図３ＡのＢ−Ｂ断面の模式図。 図３Ａの変形例（実施例２）を示した模式図。 図３Ａの変形例（実施例３）を示した模式図。 図３Ａの変形例（実施例４）を示した模式図 図３Ａの変形例（実施例５）を示した模式図

以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳述する。なお、本発明は、下記に記載する実施例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。

[実施例１]
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図２は、熱式流量計３０の外観を示している。図２Ａは熱式流量計３０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３０はハウジング３０２と表カバー３０３と裏カバー３０４とを備えている。ハウジング３０２は、熱式流量計３０を、主通路を構成する吸気ボディに固定するためのフランジ３１２と、外部機器との電気的な接続を行うための外部端子を有する外部接続部（コネクタ部）３０５と、流量等を計測するための計測部３１０を備えている。 熱式流量計３０は、フランジ３１２を吸気ボディ（吸気管）７１に固定することにより、計測部３１０が主通路内に片持ち状に支持される。

上述した表カバー３０３と裏カバー３０４が、副通路溝が形成されたハウジングを覆うことにより、副通路が形成されたケーシングとなる。本実施例では、３部材を用いる例を示したが、カバーとハウジングの２部材でも副通路は構成出来る。

主通路内に設けられる計測部３１０には、主通路を流れる被計測気体ＩＡの流量を計測するための流量検出部６０２や主通路を流れる被計測気体ＩＡ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。

流量検出部６０２は、支持部材により支持されて、副通路内に設けられる。支持部材としては、回路パッケージ４００や、プリント基板が挙げられる。

被計測気体ＩＡの温度を計測するための温度検出部４５２が、計測部３１０の中央部で、計測部３１０内の上流側外壁が下流側に向かって窪んだ位置に、上流側外壁から上流側に向かって突出する形状を成して設けられている。

次に、図３Ａおよび図３Ｂを用いて、ハウジング３０２内に構成される副通路及び回路パッケージの構成について説明する。

ハウジング３０２には、ハウジング３０２の表裏両面に副通路溝３３１，３３２が設けられている。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、ハウジング３０２の両面に連続した副通路３３０が形成される。

副通路３３０は、第１の通路３１と、第２の通路３２を有する例を示す。第１の通路３１は、主通路１２４を流れる被計測気体ＩＡを取り込む主取込口３５０から、取り込んだ被計測気体ＩＡの一部を排出する排出口３５５まで形成された通路である。第２の通路３２は、第１の通路３１に流れる被計測気体ＩＡを取り込む副取込口３４から、流量検出部６０２に向かって形成された流量計測用通路である。このように形成することで、ダストや水等を主に第１の通路３１に流し、きれいな空気を第２の通路にとりこむようにしている。

具体的には、図３Ｂに示すように、裏側副通路溝３３４は、対向して形成された第１通路用壁３９５と、裏側副通路内周壁（第２通路用壁）３９２と裏側副通路外周壁（第２通路用壁）３９１とにより形成されている。これら裏側副通路内周壁３９２と裏側副通路外周壁３９１とのそれぞれの高さ方向の先端部と裏カバー３０４の内側面とが密着することで、ハウジング３０２の第１の通路３１と第２の通路３２のセンサ上流側通路３２ａが成形される。

表側副通路溝３３２の両側には、表側副通路内周壁（第２通路用壁）３９３と表側副通路外周壁（第２通路用壁）３９４が設けられ、これら副通路内周壁３９３と副通路外周壁３９４の高さ方向の先端部と表カバー３０３の内側面とが密着することで、ハウジング３０２の下流側副通路が形成される。

他の被計測気体ＩＡは計測用流路裏面４３１と裏カバー３０４で作られる流路３８７の方を流れる。その後、流路３８７を流れた被計測気体ＩＡは、貫通部３８２の下流部３４１を介して表側副通路溝３３２の方に移り、流路３８６を流れている被計測気体ＩＡと合流する。合流した被計測気体ＩＡは、表側副通路溝３３２を流れ、出口３５２から主通路に排出される。

流路３８６では、突起部３５６は絞りを形成しており、被計測気体ＩＡを渦の少ない層流にする。また突起部３５６は被計測気体ＩＡの流速を高める。これにより、計測精度が向上する。突起部３５６は、計測用流路面４３０に設けた流量検出部６０２の熱伝達面露出部４３６に対向する方のカバーである表カバー３０３に形成されている。

回路パッケージ４００はハウジング３０２の固定部３７２，３６６，３７３に樹脂モールドにより埋設して固定されている。このような固定構造は、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にインサート成形することにより、熱式流量計３０に実装することができる。

流量検出部６０２が配置される部分は、表カバー３０３と裏カバー３０４で蓋をされることにより副通路を形成している。

図４に示すように、本実施例によれば、副通路の側壁面である裏カバー３０４の一部厚みを大きくすることで凹部７５０が形成されており、この凹部７５０に流量検出部６０２を備える回路パッケージ４００が設けられる。言い換えると、流量検出素子を支持する支持部材が副通路の側面に設けられた凹部に設けられている。なお、副通路の凹部は、ハウジング３０２で形成してもよい。

回路パッケージ４００の流量検出素子搭載面側は、凹部７５０が形成される副通路壁面である裏カバー３０４とは対向する壁面である表側カバー３０３側を向くように設けられている。

凹部７５０が形成される副通路壁面とは対向する位置に突起部３５６が設けられている。
図４に示す被計測気体ＩＡはの多くは、貫通部３８２の上流部３４２を介して、回路パッケージ４００の計測用流路面４３０の表面と表カバー３０３に設けられた突起部３５６で作られる流路３８６の方を流れる。

次に、本実施例による効果について説明する。副通路壁面を伝って運ばれる水が流量検出部に到達しにくくなり、計測誤差の発生が抑制される構成について説明する。

図５は、図３ＡのＢ−Ｂ断面の概略図である。図５は、ＩＡが順流の場合を示す。回路パッケージ４００の計測用流路面４３０は、凹部７５０の上流側端縁７０１より低くなっている（ｈ１＞０）。このため、裏カバー３０４の表面７００に沿って流れた被計測気体ＩＡは上流側端縁７０１ではく離し、図にＩＢで示したはく離渦を生じる。被計測気体ＩＡの一部はこのはく離渦を迂回する流れＩＣとなり、計測用流路裏面４３１と裏カバー３０４で作られる流路３８７に向う。

図６は、図５と同様な図３ＡのＢ−Ｂ断面の概略図である。裏カバー３０４の表面７００上の水滴Ｐは、被計測気体ＩＡの流れのせん断力により、表面７００に沿って点線矢印の方向に流れる。図５におけるはく離渦ＩＢの発生領域は周囲より低圧化しているため、水滴Ｐは凹部７５０の上流側端縁７０１に達した後、この低圧領域に引き込まれる。さらに、この水滴Ｐを迂回し流路３８７に向う流れＩＣのせん断力により、水滴Ｐは流路３８７に向って点線矢印の方向に流れる。流路３８７内の水滴Ｐは被計測気体ＩＡによって運ばれ、回路パッケージ４００の下流側で流路３８７から排出される。その結果、水滴Ｐは
流量検出部に到達せず、計測誤差の発生が抑制される。

本実施例は、前記副通路は、突起部と、前記突起部と対向する位置に凹部を有しており、前記支持部材は、前記検出素子が、前記突起部が形成された側面と対向するように、前記凹部に配置され、前記支持部材と前記凹部には隙間があり、前記支持部材の計測素子側の面は、前記凹部の上流側端縁よりも凹部底面側に配置される構造をとる。そのようにすることで、水滴を支持部材裏面側に流しつつ、検出素子側への空気流れを確保できる。

なお、更なる好例として、図６に示したように、水滴Ｐが凹部７５０の上流側端縁７０１を回り込む際、その最大半径がｈ１であるとすると、この水滴Ｐが回路パッケージ４００の計測用流路面４３０側に乗り移らないようにするためには、上流端縁７０１下側の凹部７５０内壁と回路パッケージ４００の上流側端部の距離ｄとの間に、ｄ≧ｈ１の関係とするとよい。

［実施例２]
図７を用いて、本発明に係る実施例２を説明する。実施例１と同様の構成については説明を省略する。

図７は、図５と同様な図３ＡのＢ−Ｂ断面の概略図である。本実施例では、凹部７５０の下流端縁７０２は、回路パッケージ４００の計測用流路面４３０より低くなっている（ｈ２＞０）。図５に示した実施例１では、計測用流路面４３０に沿って流れた被計測気体ＩＡは下流端縁７０２下側の凹部７５０内壁に遮られ、その流れの一部は流路３８７に向う流れＩＤ’となる。この流れＩＤ’は流路３８７から出ようとする流れＩＥ’と対向するため、流れＩＥ’が弱まり、それに伴って流れＩＣが弱まることで、水滴Ｐを流路３８７に向わせるせん断力が低下する。

このため本実施例では、凹部７５０の下流側端縁７０２が、計測用流路面４３０より低くなっている。これにより、計測用流路面４３０に沿って流れた被計測気体ＩＡが下流端縁７０２より下側の凹部７５０内壁に遮られず、直進する流れＩＤとなる。これにより、流路３８７から出ようとする流れＩＥは流れＩＤと対向することなく、容易に流出できる。従って、流れＩＣが強まり、水滴Ｐを流路３８７に向わせるせん断力が増加する。その結果、水滴Ｐは流量検出部に到達せず、計測誤差の発生が抑制される。

［実施例３］
図８を用いて、本発明に係る実施例３を説明する。なお、実施例１と同様の構成については説明を省略する。

図８は、図６と同様な図３ＡのＢ−Ｂ断面の概略図である。回路パッケージ４００の上流側かつ流路３８６側の端部が、支持部材の検出素子搭載面側に傾斜するテーパ形状４０１となっている。このテーパ形状４０１により、計測用流路面４３０が凹部７５０の上流側端縁７０１からより遠くなり、水滴Ｐが計測用流路面４３０側に乗り移りにくくなる。また、流路３８７の入口面積の増加と圧力損失の低減により、水滴Ｐを迂回し流路３８７に向う流れＩＣがより流れ易くなる。このため、水滴Ｐを流路３８７に向わせる流れのせん断力が大きくなる。その結果、水滴Ｐは流量検出部に到達しにくくなり、計測誤差の発生が抑制される。

［実施例４］
図９を用いて、本発明に係る実施例４を説明する。なお、実施例１と同様の構成については説明を省略する。

図９は、図６と同様な図３ＡのＢ−Ｂ断面の概略図である。回路パッケージ４００の流路３８７側の端部が、支持部材の検出素子搭載面とは反対面側に傾斜するテーパ形状４０２となっている。

このテーパ形状４０２を用いることで、流路３８７の流路面積の増加と圧力損失の低減により、水滴Ｐを迂回し流路３８７に向う流れＩＣがより流れ易くなる。このため、水滴Ｐを流路３８７に向わせる流れのせん断力が大きくなる。その結果、水滴Ｐは流量検出部に到達しにくくなり、計測誤差の発生が抑制される。

［実施例５］
図１０を用いて、本発明に係る実施例５を説明する。

図１０は、図９と同様な図３ＡのＢ−Ｂ断面の概略図である。実施例４の構成に加え、凹部７５０の角部がテーパ形状７０３となっている。これにより、実施例４よりもさらに
圧力損失が低減されることで、水滴Ｐを迂回し流路３８７に向う流れＩＣがより一層流れ易くなる。このため、水滴Ｐを流路３８７に向わせる流れのせん断力が大きくなる。その結果、水滴Ｐは流量検出部に到達しにくくなり、計測誤差の発生が抑制される。

３０…熱式流量計
３１…第１の通路
３２…第２の通路
３４…副取込口
３０２…ハウジング
３０３…表カバー
３０４…裏カバー
３３０…副通路
３５０…主取込口
３５２…出口
３５５…排出口
３５６…突起部
３８２…貫通部
３８７…流路
４００…回路パッケージ
４３０…計測用流路面
４３６…熱伝達面露出部
６０２…流量検出部
７５０…裏カバーの凹部

Claims (10)

1. 主通路を流れる被計測気体の一部を取り込む副通路と、
   支持部材に配置されることで前記副通路に計測面が曝される流量検出素子と、を備える熱式流量計において、
   前記副通路は、突起部と、前記突起部と対向し前記副通路を構成する側壁面の厚みを大きくする位置に凹部を有しており、
   前記支持部材はチップパッケージまたはプリント基板であり、
   前記支持部材は、配置された前記検出素子の反対側にハウジングに固定される固定部を有し、前記検出素子が前記突起部が形成された側面と対向するように当該固定部により前記凹部に配置され、
   前記支持部材と前記凹部には隙間があり、
   前記支持部材の計測素子側の面は、前記凹部の上流側端縁よりも凹部底面側に配置される熱式流量計。
2. 前記凹部の上流側端縁と前記支持部材の前記流量検出素子搭載面の高さの差ｈ１と、前記凹部の上流側内壁と前記支持部材の上流側端部の距離ｄが、ｄ≧ｈ１の関係にある請求項１に記載の熱式流量計。
3. 前記凹部の下流側端縁は、前記支持部材の検出素子側の面よりも凹部底面側に配置した請求項１に記載の熱式流量計。
4. 前記支持部材は、上流側端部に、前記検出素子搭載面側に傾斜するテーパ形状を備える請求項１に記載の熱式流量計。
5. 前記支持部材は、上流側端部に、前記検出素子搭載面とは反対面側に傾斜するテーパ形状を備える請求項１に記載の熱式流量計。
6. 前記凹部の角部は、前記支持部材に形成されたテーパ形状と対応するテーパ形状を備える請求項４に記載の熱式流量計。
7. 前記支持部材は、前記流量検出素子の計測面が露出するように樹脂で封止する前記チップパッケージであり、前記固定部は前記ハウジングに埋設されて固定されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の熱式流量計。
8. 前記支持部材は、前記流量検出素子を収容する凹部を有するプリント基板である請求項１乃至６の何れかに記載の熱式流量計。
9. 請求項１乃至８に記載の熱式流量計であって、
   前記突起部は第１のカバーに設けられ、
   前記凹部は第２のカバーに設けられ、
   前記第１のカバーと前記第２のカバーと前記支持部材とで前記副通路を構成することを特徴とする熱式流量計。
10. 請求項１乃至８に記載の熱式流量計であって、
    前記突起部は第１のカバーに設けられ、前記凹部は前記ハウジングに設けられ、前記第１のカバーと前記ハウジングと前記支持部材とで構成される前記副通路、もしくは、
    前記突起部は前記ハウジングに設けられ、前記凹部は第２のカバーに設けられ、前記前記ハウジングと前記第２のカバーと前記支持部材とで構成される前記副通路、のいずれかを備えることを特徴とする熱式流量計。

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