JP6690899B2

JP6690899B2 - 空気流量測定装置

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Publication number: JP6690899B2
Application number: JP2015129896A
Authority: JP
Inventors: 健悟伊藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2035-06-29
Also published as: US10684155B2; JP2017015442A; US20160377470A1

Description

本発明は、空気の流量を測定する空気流量測定装置に関する。

従来、エンジンの吸入空気量を測定する空気流量測定装置が知られている。この空気流量測定装置は、エンジンの吸気通路内に配置される筐体を有し、この筐体に空気の一部を取り込むバイパス流路が形成され、そのバイパス流路の出口が筐体の側面に開口している。
ところで、エンジンの吸入空気量が時間的に変動する脈動流となった場合における剥離渦の挙動を考えると、この剥離渦は、図３１に示す加速時の空気流れと比較して、図３２に示す減速時の空気流れの方が大きくなる傾向がある。これは、減速時は圧力勾配が流れ方向と逆向きとなる逆圧力勾配が発生するためである。脈動流が逆流を伴うような大きな流れの場合、この剥離渦が逆流と共に筐体４の下流から上流へと移動する。このとき、図３３に示すように、筐体４の下流に発生した剥離渦の一部がバイパス流路９内に入り込み、圧力損失が増大して流量センサの検出精度が悪化する。

剥離渦の発生を抑制できる従来技術として特許文献１がある。
同文献１に記載される空気流量測定装置は、筐体の側壁に空気の排出口が設けられ、その排出口を有する側壁の下流側に側壁と略平行に延びる案内壁を有し、この案内壁の外面に複数の突起が設けられる。側壁の下流側に案内壁を配置することで排出口付近の圧力損失を低減でき、且つ、案内壁に設けた突起により微小な渦を発生させることで剥離渦の発生を抑制できる。

特許第４６８６４５５号公報

しかし、特許文献１の従来技術では、逆向きの空気流れによって生じる剥離渦を抑制することはできない。つまり、エンジンの吸気通路には、給排気バルブの開閉に伴う吸気脈動が生じるが、その吸気脈動が大きくなると、順流方向の空気流れと逆向きの空気流れが生じる。以下、順流方向の空気流れを順流と呼び、順流方向と逆向きの空気流れを逆流と呼ぶ。吸気通路内に逆流が生じると、図３４に示すように、筐体４の下流側（順流時の上流側）に剥離渦が発生するが、特許文献１の構成では、逆流時に発生する剥離渦を抑制できる効果は期待できない。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、順流と逆流の両方で剥離渦の発生を低減できる空気流量測定装置を提供することにある。

請求項１に係る本発明は、ダクトの周壁に設けられた孔から挿入されて、ダクト内に形成される主流路に突き出し、前記主流路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筐体と、前記バイパス流路に配置されて前記バイパス流路を流れる空気の流量を測定する流量測定部とを有する空気流量測定装置であって、前記主流路内を前記筐体の側面に沿って流れる空気の流れの中に突出して前記筐体の側面上に設けられ、且つ、空気の流れ方向に間隔を空けて配置される第１の突起と第２の突起とを有することを特徴とする。また、前記主流路内を一方から他方へ向かって空気が流れる方向を順流方向と呼び、前記主流路内を他方から一方へ向かって空気が流れる方向を逆流方向と呼ぶ時に、前記バイパス流路は、前記順流方向に前記筐体を貫通する第１のバイパス流路、および、この第１のバイパス流路の途中から分岐して前記筐体の側面に開口する第２のバイパス流路を有し、この第１のバイパス流路は、前記筐体の前記順流方向における上流端と下流端とに開口し、前記流量測定部は、前記第２のバイパス流路に配置されている。さらに、前記筐体の側面において、前記筐体の寸法の内、前記主流路における空気の流れ方向、および、前記筐体が前記主流路に突き出る方向の両方向に対して垂直な方向に関する幅が最大となる最大幅部を構成する位置よりも、前記順流方向の上流側、下流側に、それぞれ前記第１の突起、前記第２の突起が位置する。

上記の構成では、筐体の側面上に設けられる第１の突起と第２の突起が空気の流れ方向に間隔を空けて配置されるので、順流と逆流の両方で剥離渦の発生を抑制することが可能である。例えば、主流路内を一方から他方へ向かって空気が流れる方向を順流方向と呼び、主流路内を他方から一方へ向かって空気が流れる方向を逆流方向と呼ぶ時に、第１の突起は第２の突起より順流方向の上流側に配置される。言い換えると、第２の突起は第１の突起より逆流方向の上流側に配置される。これにより、順流方向に空気が流れる場合は、第１の突起によって空気の流れに微小な渦が生じる。また、逆流方向に空気が流れる場合は、第２の突起によって空気の流れに微小な渦が発生する。空気の流れに微小な渦が発生することで、筐体の側面からの空気流れの剥離が抑制されるため、結果的に剥離渦の発生を抑制できる。

空気流量測定装置の側面図である（実施例１）。空気流量測定装置の正面図である（実施例１）。空気流量測定装置の背面図である（実施例１）。空気流量測定装置の底面図である（実施例１）。空気流量測定装置の断面図（図１のＶ−Ｖ断面図）である（実施例１）。空気流量測定装置を吸気ダクトに取り付けた断面図である（実施例１）。加速時の空気流れを示す図である（実施例１）。減速時の空気流れを示す図である（実施例１）。逆流時の空気流れを示す図である（実施例１）。空気流量測定装置の側面図である（実施例２）。空気流量測定装置の正面図である（実施例２）。空気流量測定装置の背面図である（実施例２）。空気流量測定装置の側面図である（実施例３）。空気流量測定装置の正面図である（実施例３）。空気流量測定装置の背面図である（実施例３）。空気流量測定装置の側面図である（実施例４）。空気流量測定装置の正面図である（実施例４）。空気流量測定装置の背面図である（実施例４）。空気流量測定装置の側面図である（実施例５）。空気流量測定装置の正面図である（実施例５）。空気流量測定装置の背面図である（実施例５）。空気流量測定装置の側面図である（実施例６）。空気流量測定装置の正面図である（実施例６）。空気流量測定装置の背面図である（実施例６）。空気流量測定装置の側面図である（実施例６）。空気流量測定装置の正面図である（実施例６）。空気流量測定装置の背面図である（実施例６）。空気流量測定装置の側面図である（実施例６）。空気流量測定装置の正面図である（実施例６）。空気流量測定装置の背面図である（実施例６）。加速時に筐体の下流に発生する剥離渦を示す図である（従来技術の課題）。減速時に筐体の下流に発生する剥離渦を示す図である（従来技術の課題）。逆流に伴って筐体の下流から上流側へ移動した剥離渦を示す図である（従来技術の課題）。逆流時に筐体の下流に発生する剥離渦を示す図である（従来技術の課題）。

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では、エンジンの吸入吸気量を計測する空気流量測定装置１の一例を説明する。
空気流量測定装置１は、図６に示す様に、エンジンの吸気ダクト２に取り付けられるハウジング３と、このハウジング３の内部に組み込まれる流量センサ（後述する）とを備える。吸気ダクト２は、例えば、スロットルバルブ（図示せず）より上流側に配設されて本発明の主流路を形成する。吸気ダクト２の周壁には、円筒状に開口する取付け孔２ａが形成されている。
ハウジング３は、取付け孔２ａより吸気ダクト２の内部に挿入される筐体４と、取付け孔２ａの内周にＯリング５を介して気密に嵌合する取付け部６と、取付け孔２ａより吸気ダクト２の外側に取り出されるコネクタ搭載部７とを有する。

筐体４には、吸気ダクト２の内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路が形成される。バイパス流路は、第１のバイパス流路８と第２のバイパス流路９とを有する。
第１のバイパス流路８は、空気を取り込むための入口１０と、ダストを排出するためのダスト排出口１１との間を略直線状に連通して形成され、入口１０より取り込まれた空気に含まれるダストを直進させてダスト排出口１１より排出させる。
第２のバイパス流路９は、第１のバイパス流路８の途中から分岐して筐体４の両側面４ａに開口するバイパス出口１２に通じる。この第２のバイパス流路９は、流路方向が略１８０度変化するＵターン部を有し、このＵターン部に流路断面積が小さくなる絞り部１３が設けられる。

取付け部６は、筐体４と一体に設けられて、流量センサを搭載するためのセンサ搭載室（図示せず）を形成している。センサ搭載室には、上記の絞り部１３に通じるセンサ挿入孔（図示せず）が形成される。
コネクタ搭載部７は、センサ搭載室に流量センサを搭載した状態で取付け部６に対し二次成形され、センサ搭載室を気密に覆っている。コネクタ搭載部７には、図４に示すように、吸気ダクト２への取付けフランジ７ａが一体に設けられ、且つ、流量センサの端子（図示せず）と電気的に接続されるターミナル１４がインサートされる。ターミナル１４の端部は、コネクタ搭載部７に設けられるコネクタボディ１５（図６参照）の内部に突き出ている。
流量センサは、センサ挿入孔を通り抜けて絞り部１３に配置されるチップ式の流量測定部１６と、この流量測定部１６の出力より空気の流量及び流れ方向に応じた電気信号を生成する回路部（図示せず）とを有し、回路部で生成された電気信号がターミナル１４を通じて出力される。

続いて、筐体４の形状に掛かる特徴を説明する。
図５に示す筐体４の断面形状において、一方の側面４ａと他方の側面４ａとの間の寸法を筐体４の幅と呼ぶ。
筐体４は、図５に示すように、空気の流れ方向における一方の端部（図示左側の端部）と他方の端部（図示右側の端部）との間に幅が最大となる最大幅部Ｗmaxを有し、この最大幅部Ｗmaxから一方の端部及び他方の端部に向かって幅が次第に小さくなる断面形状を有する。
ここで、エンジンに吸引される空気が吸気ダクト２の内部を流れる方向（図６に矢印で示す方向）を順流方向と呼び、順流方向と逆向きの方向を逆流方向と呼ぶ。

筐体４の側面４ａ上には、側面４ａに沿って流れる空気の流れの中に突出する第１の突起１７と第２の突起１８が設けられる。
第１の突起１７は、筐体４の最大幅部Ｗmaxの位置より順流方向の上流側に配置され、且つ、側面４ａと直交する方向から見た形状（図１に示す形状）が順流方向の上流側に向かって三角状に突き出ている。
第２の突起１８は、筐体４の最大幅部Ｗmaxの位置より順流方向の下流側に配置され、且つ、側面４ａと直交する方向から見た形状（図１に示す形状）が逆流方向の上流側に向かって三角状に突き出ている。
また、第１の突起１７と第２の突起１８は、図１〜図３に示すように、側面４ａ上で空気の流れ方向と直交する方向（図示上下方向）に間隔を空けて複数個ずつ配置される。

〔実施例１の作用および効果〕
実施例１の空気流量測定装置１は、筐体４の側面４ａに設けた第１の突起１７及び第２の突起１８により順流方向及び逆流方向の両方で空気流れの剥離を抑制することができる。すなわち、順流方向に空気の流れが生じる場合は、図７に示すように、第１の突起１７より下流側で側面４ａに沿って微小な渦が発生するため、側面４ａに沿って流れる空気の流れに乱れが生じる。これにより、筐体４の下流側で空気流れの剥離が抑えられるため、より大きな剥離渦の発生を低減できる。なお、図７は加速時の空気流れを示しているが、図８に示す減速時においても、第１の突起１７より下流側で側面４ａに沿って微小な渦が発生することにより、剥離渦の発生を低減できる。

また、吸気脈動によって逆流方向に空気の流れが生じる場合は、図９に示すように、第２の突起１８より下流側（逆流方向の下流側）で筐体４の側面４ａに沿って微小な渦が発生するため、側面４ａに沿って流れる空気の流れに乱れが生じる。これにより、逆流方向における筐体４の下流側で空気流れの剥離が抑えられるため、より大きな剥離渦の発生を低減できる。
上記のように、順流方向及び逆流方向の両方で筐体４の下流側に発生する剥離渦を低減できるので、順流時のみならず、逆流時においても、剥離渦が第１のバイパス流路８の内部に入り込むことを抑制できる。その結果、第２のバイパス流路９を流れる空気の流れが剥離渦の影響によって乱れることはなく、流量センサの検出精度が低下することを防止できる。

以下、本発明に係る他の実施例について説明する。
なお、実施例１と共通する部品および構成を示すものは、実施例１と同一の符号を付与して詳細な説明は省略する。
〔実施例２〕
この実施例２は、図１０〜図１２に示すように、第１の突起１７及び第２の突起１８を筐体４の側面４ａ上で空気の流れ方向と直交する方向（図示上下方向）に等間隔に多数配置した事例である。
第１の突起１７及び第２の突起１８を多数配置することにより、微小な渦をより多く発生させて乱流効果を高めることができる。すなわち、順流方向に空気の流れが生じる場合は、第１の突起１７より下流側で側面４ａに沿って多くの微小な渦が発生する。また、逆流方向に空気の流れが生じる場合は、第２の突起１８より下流側で側面４ａに沿って多くの微小な渦が発生する。その結果、順流方向及び逆流方向の両方で空気の流れに対する乱流効果が高まるため、剥離渦の発生を低減できる効果が大きくなる。

〔実施例３〕
この実施例３は、図１３〜図１５に示すように、第１の突起１７の数を第２の突起１８の数より多く設定した事例である。
この場合、逆流方向の空気流れに対して剥離の発生を抑制できる効果と比較して、順流方向の空気流れに対して剥離の発生を抑制できる効果が大きくなるため、エンジンが吸入する空気量を流量センサによって精度良く検出できる。

〔実施例４〕
この実施例４は、図１６〜図１８に示すように、第１の突起１７と第２の突起１８を筐体４の側面４ａ上で空気の流れ方向と直交する方向（図示上下方向）に互い違いに配置した事例である。
この構成によれば、順流方向に空気の流れが生じると、第１の突起１７と第１の突起１７との間を通過した空気の流れが第２の突起１８によって乱されるため、第１の突起１７の下流側だけでなく、第２の突起１８の下流側でも微小な渦が発生する。また、逆流方向に空気の流れが生じると、第２の突起１８と第２の突起１８との間を通過した空気の流れが第１の突起１７によって乱されるため、第２の突起１８の下流側だけでなく、第１の突起１７の下流側でも微小な渦が発生する。
これにより、少ない数の第１の突起１７及び第２の突起１８により微小な渦を多数発生させることができるので、効果的に剥離渦の発生を低減できる。

〔実施例５〕
この実施例５は、図１９〜図２１に示すように、第１の突起１７及び第２の突起１８を空気の流れに対して斜めに配置した事例である。
第１の突起１７及び第２の突起１８は、それぞれ筐体４の側面４ａと直交する方向から見た形状（図１９に示す形状）が長方形を有し、空気の流れに対して、例えば４５度傾斜して配置される。
第１の突起１７は、側面４ａ上で空気の流れ方向と直交する方向（図示上下方向）に等間隔に多数配置され、且つ、隣り合う第１の突起１７と第１の突起１７とで空気の流れに対して傾斜する方向が異なる。
第２の突起１８は、側面４ａ上で空気の流れ方向と直交する方向（図示上下方向）に第１の突起１７と互い違いの位置に配置され、且つ、隣り合う第２の突起１８と第２の突起１８とで空気の流れに対して傾斜する方向が異なる。
上記の構成によれば、順流方向及び逆流方向の両方で筐体４の下流側に微小な渦を効果的に多数発生させることができ、剥離渦の発生を低減できる。

〔実施例６〕
この実施例６は、第１の突起１７及び第２の突起１８の形状に係る様々な実施形態を示す事例である。
第１の突起１７及び第２突起は、例えば、図２２〜図２４に示すように、筐体４の側面４ａと直交する方向から見た形状（図２２に示す形状）が楕円形である。あるいは、図２５〜図２７に示すように、長方形である。さらには、図２８〜図３０に示すように、円錐形である。
上記のように、第１の突起１７及び第２の突起１８の形状は、様々な実施形態を採用することができる。第１の突起１７及び第２の突起１８の形状に係らず、得られる効果は実施例１〜５のいずれか一つと同じである。

〔変形例〕
実施例１で説明した筐体４の断面形状（図５参照）は、一方の端部と他方の端部との間に最大幅部Ｗmaxを有しているが、この断面形状に限定されるものではなく、例えば、筐体４の一方の側面４ａと他方の側面４ａとが平行に形成される断面形状でも良い。あるいは、空気の流れ方向における一方の端部から他方の端部へ向かって筐体４の幅が次第に大きくなる断面形状でもよい。いずれの断面形状においても、第１の突起１７は、順流方向において第２の突起１８より上流側に配置される。言い換えると、第２の突起１８は、逆流方向において第１の突起１７より上流側に配置される。

１空気流量測定装置
２吸気ダクト（主流路）
２ａ孔
４筐体
４ａ筐体の側面
８第１のバイパス流路（バイパス流路）
９第２のバイパス流路（バイパス流路）
１６流量測定部
１７第１の突起
１８第２の突起
Ｗｍａｘ最大幅部

Claims

ダクト（２）の周壁に設けられた孔（２ａ）から挿入されて、ダクト内に形成される主流路に突き出し、前記主流路内を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路（８、９）を形成する筐体（４）と、
前記バイパス流路に配置されて前記バイパス流路を流れる空気の流量を測定する流量測定部（１６）とを有する空気流量測定装置（１）であって、
前記主流路内を前記筐体の側面（４ａ）に沿って流れる空気の流れの中に突出して前記筐体の側面上に設けられ、且つ、空気の流れ方向に間隔を空けて配置される第１の突起（１７）と第２の突起（１８）とを有し、
前記主流路内を一方から他方へ向かって空気が流れる方向を順流方向と呼び、前記主流路内を他方から一方へ向かって空気が流れる方向を逆流方向と呼ぶ時に、
前記バイパス流路は、前記順流方向に前記筐体を貫通する第１のバイパス流路（８）、および、この第１のバイパス流路の途中から分岐して前記筐体の側面に開口する第２のバイパス流路（９）を有し、前記第１のバイパス流路は、前記筐体の前記順流方向における上流端と下流端とに開口し、前記流量測定部は、前記第２のバイパス流路に配置され、
前記筐体の側面において、前記筐体の寸法の内、前記主流路における空気の流れ方向、および、前記筐体が前記主流路に突き出る方向の両方向に対して垂直な方向に関する幅が最大となる最大幅部（Ｗｍａｘ）を構成する位置よりも、前記順流方向の上流側、下流側に、それぞれ前記第１の突起、前記第２の突起が位置することを特徴とする空気流量測定装置。
請求項１に記載した空気流量測定装置において、
前記第１の突起及び前記第２の突起は、それぞれ、前記筐体の側面上で空気の流れ方向と直交する方向に間隔を空けて複数配置されることを特徴とする空気流量測定装置。
請求項２に記載した空気流量測定装置において、
前記第１の突起と前記第２の突起は、前記筐体の側面上で空気の流れ方向と直交する方向に互い違いに配置されることを特徴とする空気流量測定装置。
請求項２または３に記載した空気流量測定装置において、
前記第１の突起は、前記第２の突起より前記順流方向の上流側に配置され、且つ、前記第１の突起の数が前記第２の突起の数より多いことを特徴とする空気流量測定装置。
請求項１〜４の内のいずれか１つに記載した空気流量測定装置において、
前記第１の突起は、前記第２の突起より前記順流方向の上流側に配置され、且つ、前記順流方向の空気流れに対向する一方側の端面が前記順流方向の空気流れに対し斜めに形成され、
前記第２の突起は、前記逆流方向の空気流れに対向する他方側の端面が前記逆流方向の空気流れに対し斜めに形成されることを特徴とする空気流量測定装置。