JP6686126B2 - 熱式流量計 - Google Patents

Description

本発明は熱式流量計に関する。

気体の流量を計測する熱式流量計は、流量を計測するための流量検出部を備え、前記流量検出部と計測対象である前記気体との間で熱伝達を行うことにより、前記気体の流量を計測するように構成されている。熱式流量計では、汚損対策の観点から、サイクロンバイパスによる遠心分離や、分岐通路による慣性分離等の副通路構造が採用されている。例えば、特許文献１には、副通路がＵ字状を有する熱式流量測定装置の構造が示されている。

特開２００６−１６２６３１号公報

しかしながら、このような副通路構造は、曲がり部を有しており、この曲がり部に起因して、副通路内における被計測気体の流速に偏りが発生し、流路断面で見たときに最大流速点が副通路の中心から偏位し、局所的に流速が遅い領域が形成される。

例えば被計測気体に水分が含まれており、そのうち、エアクリーナでトラップできなかった水分は微小な径であるため、副通路に侵入してそのまま流量検出部に到達したとしても、計測に大きな誤差は与えない。

しかしながら、被計測気体の流速が遅い領域では、水分が流れずに滞留し易い。したがって、滞留した水分同士が結びついて大きな水滴に成長し、被計測気体によって吹き飛ばされやすくなり、吹き飛ばされた水滴が被計測気体の流れに乗って副通路内を移動し、流量検出部に到達するおそれがある。そして、この流量検出部に到達する水滴の大きさは、エアクリーナを通過する微細な径の水分よりも大きく、流量検出部の測定精度に与える影響が大きい。また、副通路内に滞留して成長した大きな水滴は、副通路を塞いで流路面積を小さくしてしまい、流量検出部の測定精度に影響を与えるおそれがある。

本発明は、副通路内の水分を効率よく排出できる熱式流量計を提供することにある。

上記課題を解決する本発明の熱式流量計は、主通路を流れる被計測気体を取り込む副通路と、前記副通路を流れる被計測気体との間で熱伝達を行うことにより前記被計測気体の流量を計測する流量検出部と、を備える熱式流量計であって、前記副通路は、前記被計測気体の最大流速点が流路中心から偏倚する通路形状の通路部を有しており、該通路部には前記流路中心を介して前記被計測気体の最大流速点と反対側の位置に排水孔が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、副通路に侵入した水分を、効率よく排出できる。なお、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。 本発明の実施例１を示している熱式流量計の説明図であり、副通路内部の状態を示す正面図。 図６ＡのＢ−Ｂ線断面図。 図６Ａの要部拡大図。 第２通路の流速分布図。 第２通路の流路断面における等流速線図。 本発明の実施例２を示している熱式流量計の説明図であり、副通路内部の状態を示す正面図。 図７ＡのＢ−Ｂ線断面図。 本発明の実施例３を示している熱式流量計の説明図であり、副通路内部の状態を示す正面図。 図８ＡのＢ−Ｂ線断面図。 本発明の実施例４を示している熱式流量計の説明図であり、副通路内部の状態を示す正面図。 図９ＡのＢ−Ｂ線断面図。

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。

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垂直な方向に沿って延び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が設けられており、その副通路内に被計測気体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、副通路から被計測気体３０を主通路１２４に戻すための第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、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。

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に取り込むことができる。また、副通路の第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３２１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３２１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３１７から下流端部３１８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、副通路内凹部３３３ｅから排水孔３７６を介して副通路の外部、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３２１に流れ込み、表側副通路溝３２１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３２１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３１８に形成された出口３１３に他端が連通する。表側副通路溝３２１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３１８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３２１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３２１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の裏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の裏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の裏面には、ハウジング３０２の表側副通路溝３２１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３２１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の裏面には、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の裏面には、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には、副通路に連通する排水孔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の裏面には、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３２１及び裏側副通路溝３３１との協働により副通路を形成する。

図６は、副通路の構造を説明する概略図であり、図６Ａは、副通路内部の状態を示す背面図、図６Ｂは、図６ＡのＢ−Ｂ線断面図、図６Ｃは、図６Ａの要部拡大図、図６Ｄは、第２通路の流速分布図、図６Ｅは、第２通路の流路断面における等流速線図である。なお、図６Ａ及び図６Ｃでは、裏カバー３０４を省略している。

裏側副通路は、ハウジング３０２と裏カバー３０４との協働により構成されており、第１通路７０１と、第１通路７０１から分岐する第２通路７０２とを有する。第１通路７０１は、ハウジング３０２の第１溝部３３２（図３Ａを参照）を裏カバー３０４の第１領域３７１Ａ（図５Ａを参照）で覆うことにより形成され、第２通路７０２は、ハウジング３０２の第２溝部３３３（図３Ｂを参照）を裏カバー３０４の第２領域３７１Ｂ（図５Ａを参照）で覆うことにより構成される。

第１通路７０１は、主通路１２４を流れる被計測気体３０の一部を入口３１１から取り込み、その取り込んだ被計測気体３０を第１出口３１２から主通路１２４に排出する。第２通路７０２は、第１通路７０１から被計測気体３０の一部を取り込み、その取り込んだ被計測気体３０を計測用流路３４０に設けられている流量検出部６０２に導く。流量検出部６０２を通過した被計測気体３０は、計測用流路３４０から表側副通路に流れ込み、表側副通路を通過して第２出口３１３から外部に排出される。

第１通路７０１は、主通路１２４を流れる被計測気体３０の主流れ方向に沿って延在するようにハウジング３０２の上流端部３１７と下流端部３１８との間に亘って一直線状に設けられている。第２通路７０２は、被計測気体３０の主流れ方向上流側から下流側に向かって移行するにしたがって第１通路７０１から離れる方向にカーブする通路形状の通路部を有している。第２通路７０２の通路部は、第１通路７０１から分岐して下流端部３１８に向かって移行するにしたがってハウジング３０２の基端側に移行するようにカーブしている。

第２通路７０２の通路部では、その通路形状によって被計測気体３０の流れがカーブ外側に偏り、カーブ外側の流速がカーブ内側の流速よりも速くなり、第２通路７０２の通路部における被計測気体３０の最大流速点Ｖｍａｘは、図６Ｄ及び図６Ｅに示すように流路中心ＣＬよりもカーブ外側に偏倚する。そして、第２通路７０２の通路部のカーブ内側、すなわち、第２通路７０２の通路部の流路中心ＣＬを介して被計測気体の最大流速点Ｖｍａｘと反対側の位置には、流速が遅い低流速領域７０４が形成される。なお、図６Ａにハッチングで示す低流速領域７０４は、概念的に示したものであり、実際の領域を厳密に示すものではない。

第１通路７０１は、慣性効果を用いて副通路に侵入した異物を排出するが、副通路に侵入した全ての異物を排出することは困難であり、第２通路７０２にも異物の一部が侵入する。第２通路７０２に侵入した異物のうち、特に水分は、低流速領域７０４において移動させるために十分な流速を持たず、第２通路７０２に停滞するおそれがある。

第２通路７０２に停滞している水分同士が結合することにより表面積が増大すると、被計測気体３０によって第２通路７０２の下流に押し流され、塊となって移動する。このように塊となって移動する水分の大きさは、流量検出部６０２に付着した場合にその測定精度に与える影響が非常に大きい。また、第２通路７０２に停滞している水分の量が増加すると、その分だけ、第２通路７０２の流路面積が狭められ、第２通路７０２を通過する被計測気体３０の流量が絞られてしまい、流量検出部６０２の検出精度に影響を与えるおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、第２通路７０２に停滞した水分を効率よく排出するために、第２通路７０２の通路部において第２通路７０２の流路中心ＣＬを介して被計測気体の最大流速点Ｖｍａｘと反対側の位置となる低流速領域７０４に主通路１２４と連通する排水孔３７６を設けている。本実施例では、低流速領域７０４における第２溝部３３３のカーブ内側の側壁面（通路壁面）３３３ｂに凹部３３３ｅが形成されており、凹部３３３ｅに裏カバー３０４の排水孔３７６が連通している。

凹部３３３ｅは、第２溝部３３３の側壁面３３３ｂに半円弧状に凹設されており、第２溝部３３３の側壁上端部から底壁面３３３ａまで溝深さ方向に亘る深さを有している。凹部３３３ｅは、互いに対向してそれぞれが側壁面３３３ｂに連続する下流壁３３３ｆと上流壁３３３ｇを有している。下流壁３３３ｆと上流壁３３３ｇは、第２通路７０２に停滞する水分を凹部３３３ｅに取り込み易くするために、図６Ｃに示すように、側壁面３３３ｂとの間に所定の角度θａとθｂをなしている。

下流壁３３３ｆは、第２通路７０２の下流側に配置されており、第２通路７０２を流れる被計測気体３０に対向して抵抗となるように、θａが９０°よりも大きな角度に設定されている。上流壁３３３ｇは、第２通路７０２の上流側に配置されており、例えば第２通路７０２の側壁面３３３ｂを伝って第１溝部３３２側に向かって流れる水分を凹部３３３ｅに積極的に取り込むことができるように、θｂが９０°よりも小さな角度に設定されている。

凹部３３３ｅは、低流速領域７０４に設けられているので、凹部３３３ｅ内における被計測気体３０の流速は第２通路７０２内の流速と比較して非常に小さい。したがって、バイパス内に侵入した液滴(水滴)が最も停滞し易い区域となっている。そのため、水滴が停滞している近傍に排水孔３７６を設けることにより、凹部３３３ｅに取り込まれた水分を、排水孔３７６を介して主通路１２４に排出させることができる（図６Ｂを参照）。

したがって、停滞した水分が大きな水の塊となって第２通路７０２を通過して流量検出部６０２に到達するのを防止できる。また、停滞した水分が第２通路７０２の流路面積を狭めて流量検出部６０２における流量検出に影響を与えるのを防止できる。

本実施例では、第２通路７０２の通路部の低流速領域７０４に凹部３３３ｅを設けて凹部３３３ｅに主通路１２４との間を連通する排水孔３７６を設けているが、凹部３３３ｅを設けずに副通路に排水孔３７６を直接連通させても水分の排出は可能である。

副通路中の流速大点近傍に排水孔３７６を直接連通させた場合は、副通路内の流れが速度を持っているため、副通路内の液滴は下流へと押し出される。したがって、液滴（水滴）の停滞が希頻度になり、副通路内に浸入した水分を十分に排出することが出来なくなるおそれがある。

本実施例では、第２通路７０２の通路部の低流速領域７０４に凹部３３３ｅを設けて、液滴が最も停滞し易い凹部３３３ｅに排水孔３７６を設けているので、副通路内の水分を十分に排出することができる。そして、副通路の被計測気体３０が主通路１２４に過剰に排出されるのを防ぎ、流量検出部６０２の計測に与える影響も小さくすることができる。したがって、流量検出部６０２を通過する被計測気体の流速を落とすことなく、副通路に侵入した水分を、効率よく排出できる。

なお、本実施例では、排水孔３７６を裏カバー３０４に設ける構成について説明したが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、液滴が停滞し易い場所に設ければよく、例えば、排水孔３７６をハウジング３０２に設けて表側副通路に連通させる構成としても良い。

＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２について説明する。図７は、本発明の実施例２を示している熱式流量計の説明図であり、図７Ａは、副通路内部の状態を示す正面図、図７Ｂは、図７ＡのＢ−Ｂ線断面図である。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。

副通路は、ハウジング３０２と裏カバー３０４との協働により構成されており、第１通路７１１と、第１通路７１１から分岐する第２通路７１２とを有する。第１通路７１１は、図７Ａに示すように、入口７１１ａから出口７１１ｂに向かって延在し、第２通路７１２は、第１通路７１１から分岐して流量検出部６０２に向かい、流量検出部６０２を通過した後、再び第１通路７１１に合流している。

第１通路７１１は、主通路１２４の被計測気体３０の主要流れ方向に沿って延在するように上流端部３１７と下流端部３１８との間に亘って一直線状に設けられている。第２通路７１２は、第１通路７１１から分岐してハウジング３０２の上流端部３１７に向かって折り返され、被計測気体３０の主流れ方向下流側から上流側に向かって移行するにしたがって第１通路から離れる方向にカーブする通路形状の通路部を有している。第２通路７１２の通路部は、上流端部３１７に向かって移行するにしたがってハウジング３０２の基端側に移行するようにカーブしている。

第２通路７１２の通路部では、その通路形状によって被計測気体３０の流れがカーブ内側に偏り、カーブ内側の流速がカーブ外側の流速よりも速くなり、第２通路７１２の通路部における被計測気体３０の最大流速点Ｖｍａｘは、カーブ内側に偏倚する。そして、第２通路７１２の通路部のカーブ外側、すなわち、第２通路７１２の通路部の流路中心ＣＬを介して被計測気体の最大流速点Ｖｍａｘと反対側の位置には、流速が遅い低流速領域７１４が形成される。なお、図７Ａにハッチングで示す低流速領域７１４は、概念的に示したものであり、実際の領域を厳密に示すものではない。

第１通路７１１は、慣性効果を用いて副通路に侵入した異物を排出するが、副通路に侵入した全ての異物を排出することは困難であり、第２通路７１２にも異物の一部が侵入する。第２通路７１２に侵入した異物のうち、特に水分は、低流速領域７１４において移動させるために十分な流速を持たず、第２通路７１２に停滞するおそれがある。

そこで、第２通路７０２に停滞する水分を効率よく排出するために、第２通路７１２において第２通路７１２の流路中心ＣＬを介して被計測気体の最大流速点Ｖｍａｘと反対側の位置となる低流速領域７１４に主通路１２４と連通する排水孔３７６を設けている。本実施例では、低流速領域７１４における第２通路７１２のカーブ外側の側壁面３３３ｈに凹部３３３ｅが設けられており、凹部３３３ｅに裏カバー３０４の排水孔３７６が連通している。

凹部３３３ｅは、低流速領域７１４に設けられているので、凹部３３３ｅ内における被計測気体３０の流速は第２通路７１２内の流速と比較して非常に小さい。したがって、バイパス内に侵入した液滴(水滴)が最も停滞し易い区域となっている。そのため、水滴が停滞している近傍に排水孔３７６を設けることにより、凹部３３３ｅに取り込まれた水分を、排水孔３７６を介して主通路１２４に排出させることができる（図７Ｂを参照）。

したがって、第２通路７１２に停滞した水分が大きな水の塊となって第２通路７１２を通過して流量検出部６０２に到達するのを防止できる。また、第２通路７１２に停滞した水分が第２通路７１２の流路面積を狭めて流量検出部６０２における流量検出に影響を与えるのを防止できる。

なお、本実施例では、排水孔３７６を裏カバー３０４に設けて主通路１２４に連通させる構成について説明したが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、液滴が停滞し易い場所に設ければよく、例えば、排水孔３７６を、第２通路７１２の下流部分に連通させる構成としても良い。

＜実施例３＞
次に、本発明の実施例３について説明する。図８は、本発明の実施例３を示している熱式流量計の説明図であり、図８Ａは、副通路内部の状態を示す正面図、図８Ｂは、図８ＡのＢ−Ｂ線断面図である。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。

副通路は、裏側副通路７２１と不図示の表側副通路を有しており、ハウジング３０２の上流端部３１７に開口する入口７２１ａから裏側副通路７２１と表側副通路を通過してハウジング３０２の下流端部３１８に開口する出口７２１ｂまでループ状に連続する形状を有している。裏側副通路７２１は、図８Ａに示すように、主通路１２４を流れる被計測気体３０の主流れ方向に沿って上流側から下流側に向かって移行するにしたがって被計測気体３０の主流れ方向に対する交差角度が漸次大きくなる方向にカーブする通路形状の通路部を有している。裏側副通路７２１の通路部は、ハウジング３０２の上流端部３１７から下流端部３１８に向かって移行するにしたがってハウジング３０２の基端側に移行するようにカーブしている。

裏側副通路７２１では、その通路形状によって被計測気体３０の流れがカーブ外側に偏り、カーブ外側の流速がカーブ内側の流速よりも速くなり、裏側副通路７２１における被計測気体３０の最大流速点Ｖｍａｘは、カーブ外側に偏倚する。そして、裏側副通路７２１のカーブ内側、すなわち、裏側副通路７２１の流路中心ＣＬを介して被計測気体の最大流速点Ｖｍａｘと反対側の位置には、流速が遅い低流速領域７２４が形成される。なお、図８Ａにハッチングで示す低流速領域７２４は、概念的に示したものであり、実際の領域を厳密に示すものではない。

裏側副通路７２１は、遠心分離を用いて副通路に侵入した異物を排出するが、副通路に侵入した全ての異物を完全に排出することは困難であり、第２通路７１２に侵入した異物のうち、特に水分は、低流速領域７２４において移動させるために十分な流速を持たず、裏側副通路７２１に停滞するおそれがある。

裏側副通路７２１において裏側副通路７２１の流路中心ＣＬを介して被計測気体の最大流速点Ｖｍａｘと反対側の位置となる低流速領域７２４に主通路１２４と連通する排水孔３７６を設けている。本実施例では、低流速領域７２４における裏側副通路７２１のカーブ内側の側壁面３３３ｂに凹部３３３ｅが設けられており、凹部３３３ｅに裏カバー３０４の排水孔３７６が連通している。

凹部３３３ｅは、低流速領域７２４に設けられているので、凹部３３３ｅ内における被計測気体３０の流速は裏側副通路７２１内の流速と比較して非常に小さい。したがって、バイパス内に侵入した液滴(水滴)が最も停滞し易い区域となっている。そのため、水滴が停滞している近傍に排水孔３７６を設けることにより、凹部３３３ｅに取り込まれた水分を、排水孔３７６を介して主通路１２４に排出させることができる（図８Ｂを参照）。

したがって、裏側副通路７２１に停滞した水分が大きな水の塊となって裏側副通路７２１を通過して流量検出部６０２に到達するのを防止できる。また、裏側副通路７２１に停滞した水分が裏側副通路７２１の流路面積を狭めて流量検出部６０２における流量検出に影響を与えるのを防止できる。

なお、本実施例では、排水孔３７６を裏カバー３０４に設けて主通路１２４に連通させる構成について説明したが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、液滴が停滞し易い場所に設ければよく、例えば、排水孔３７６を、不図示の表側副通路に連通させる構成としても良い。

＜実施例４＞
次に、本発明の実施例４について説明する。図９は、本発明の実施例４を示している熱式流量計の説明図であり、図９Ａは、副通路内部の状態を示す正面図、図９Ｂは、図９ＡのＢ−Ｂ線断面図である。なお、実施例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。

副通路７３１は、ハウジング３０２と裏カバー３０４との協働により構成されており、ハウジング３０２の上流端部３１７に開口する入口７３１ａからハウジング３０２の下流端部３１８に開口する出口７３１ｂまでΩ状に湾曲して迂回する形状を有している。

副通路７３１は、図９Ａに示すように、上流部７３２と下流部７３３を有しており、上流部７３２は、入口７３１ａからハウジング３０２の下流端部３１８に向かって直線状に延在する直線部と、直線部の下流端でハウジング３０２の上流端部３１７に向かって折り返されて、主流れ方向下流側から上流側に向かって移行するにしたがって直線部から離れる方向にカーブする通路形状の通路部を有している。上流部７３２の通路部は、直線部から上流端部３１７側に移行するにしたがってハウジング３０２の基端側に移行するようにカーブしている。上流部７３２の通路部は、主流れ方向下流側から上流側に向かって移行するにしたがって被計測気体３０の主流れ方向に対する交差角度が漸次大きくなる方向にカーブする形状を有している。

下流部７３３は、ハウジング３０２の基端側で上流端部３１７側から下流端部３１８側に向かって進み、その途中に流量検出部６０２が配置され、流量検出部６０２よりもハウジング３０２の下流端部３１８寄りの位置でハウジング３０２の先端に向かって折れ曲がり、ハウジング３０２の先端で主流れ方向下流側に向かって折れ曲がり、出口７３１ｂに連通している。

上流部７３２では、その通路形状によって被計測気体３０の流れがカーブ内側に偏り、カーブ内側の流速がカーブ外側の流速よりも速くなり、上流部７３２における被計測気体３０の最大流速点Ｖｍａｘは、カーブ内側に偏倚する。そして、上流部７３２のカーブ外側、すなわち、上流部７３２の流路中心ＣＬを介して被計測気体の最大流速点Ｖｍａｘと反対側の位置には、流速が遅い低流速領域７３４が形成される。なお、図９Ａにハッチングで示す低流速領域７３４は、概念的に示したものであり、実際の領域を厳密に示すものではない。

上流部７３２は、遠心分離を用いて副通路７３１に侵入した異物を排出するが、副通路７３１に侵入した全ての異物を完全に排出することは困難であり、上流部７３２に侵入した異物のうち、特に水分は、低流速領域７３４において移動させるために十分な流速を持たず、上流部７３２に停滞するおそれがある。

上流部７３２において上流部７３２の流路中心ＣＬを介して被計測気体３０の最大流速点Ｖｍａｘと反対側の位置となる低流速領域７３４に主通路１２４と連通する排水孔３７６を設けている。本実施例では、低流速領域７３４における上流部７３２のカーブ外側の側壁面３３３ｈに凹部３３３ｅが設けられており、凹部３３３ｅに裏カバー３０４の排水孔３７６が連通している。

凹部３３３ｅは、低流速領域７３４に設けられているので、凹部３３３ｅ内における被計測気体３０の流速は上流部７３２内の流速と比較して非常に小さい。したがって、バイパス内に侵入した液滴(水滴)が最も停滞し易い区域となっている。そのため、水滴が停滞している近傍に排水孔３７６を設けることにより、凹部３３３ｅに取り込まれた水分を、排水孔３７６を介して主通路１２４に排出させることができる（図９Ｂを参照）。

したがって、上流部７３２に停滞した水分が大きな水の塊となって上流部７３２を通過して流量検出部６０２に到達するのを防止できる。また、上流部７３２に停滞した水分が上流部７３２の流路面積を狭めて流量検出部６０２における流量検出に影響を与えるのを防止できる。

なお、本実施例では、排水孔３７６を裏カバー３０４に設けて主通路１２４に連通させる構成について説明したが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、液滴が停滞し易い場所に設ければよく、例えば、排水孔３７６を、下流部７３３に連通させる構成としても良い。

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
３３３ｂ、３３３ｈ 側壁面（通路壁面）
３３３ｅ 凹部
３７６ 排水孔
６０２ 流量検出部
７３１ 副通路
７０１、７１１ 第１通路
７０２、７１２ 第２通路
７０４、７１４、７２４、７３４ 低流速領域
ＣＬ 流路中心

Claims (6)

1. 主通路を流れる被計測気体を取り込む副通路と、前記副通路を流れる被計測気体との間で熱伝達を行うことにより前記被計測気体の流量を計測する流量検出部と、を備える熱式流量計であって、
   前記副通路は、前記主通路を流れる被計測気体の主流れ方向に沿って延在する第１通路と、前記第１通路から分岐し前記被計測気体を前記流量検出部へと導く第２通路と、を有し、
   前記第１通路は、前記主通路を流れる被計測気体の主流れ方向の上流側に開口する入口と下流側に開口する出口を有し、
   前記第２通路は、前記第１通路の入口と出口の間の位置から分岐して前記流量検出部まで前記第１通路から離れる方向に延びる通路部を有し、該通路部は、前記第１通路の入口側と出口側とに分かれて互いに対向する一対の通路壁面を有しており、
   前記一対の通路壁面のうち、前記第１通路の入口側の通路壁面に凹部が設けられ、該凹部に排水孔が設けられていることを特徴とする熱式流量計。
2. 前記第２通路は、前記被計測気体の最大流速点が流路中心から偏倚する通路形状を有しており、前記通路部は、前記被計測気体の主流れ方向上流側から下流側に向かって移行するにしたがって前記第１通路から離れる方向にカーブする通路形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
3. 前記通路部は、前記主通路を流れる被計測気体の主流れ方向に沿って上流側から下流側に向かって移行するにしたがって前記主流れ方向に対する交差角度が漸次大きくなる方向にカーブする通路形状を有していることを特徴とする請求項２に記載の熱式流量計。
4. 前記主通路の内部に配置されるハウジングと、該ハウジングに取り付けられるカバーとを有し、
   前記排水孔は、前記カバーに穿設されて前記凹部と前記主通路との間を連通し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. 前記凹部は、前記排水孔の穿設方向に沿った方向を中心とする半円弧形状を有することを特徴とする請求項４に記載の熱式流量計。
6. 前記排水孔は、前記副通路の前記流量検出部よりも下流の位置に連通していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱式流量計。

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