JPH10318807A - カルマン渦式流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定流体が乱れていても、検出機構に及ぼす
乱れの影響を抑制し、安定したカルマン周波数を測定で
きるカルマン渦式流量計を得る。 【解決手段】 ダクト内の流体の流れに沿って検出通路
５ａ，５ｂを配置し、この検出通路５ａ，５ｂに連結さ
れた導通管７ａ，７ｂの流出口４ａ，４ｂが渦発生柱２
の中心から上下それぞれ渦発生柱２の高さの１／４以内
の距離範囲内に配設されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、車両等の内燃機
関に用いられ、流体の流速、流量を測定するためのカル
マン渦式流量計に係るもので、特に熱線等を用いてカル
マン渦を検出する方式の流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カルマン渦を熱線にて検出する方式に
は、交互に発生するカルマン渦によって生ずる副流を検
出するものがあり、例えば特開昭５７−１７８６４号公
報（図５参照）や実開平５−８４８２５号公報（図６参
照）等がある。

【０００３】図５においては、流体が流れるダクト２１
内に設置された渦発生体２２の両側部を連通する貫通孔
２３内に熱線２４を架設し、矢印Ｂで示す方向の流れに
より発生したカルマン渦２５の発生に伴って貫通孔２３
内に生じる流れを、熱線２４の放熱量の変化を利用して
渦発生に同期した交流信号に変換して検出し、この交流
信号の周波数又は周期より流速又は流量を計測する。

【０００４】更に、図６では、測定流路中の流れに垂直
に取付けられた渦発生体２６の左右の側面に圧力測定孔
２７ａ，２７ｂが形成され、この圧力測定孔２７ａ，２
７ｂは検出通路２８により結ばれており、この検出通路
２８内にはサーマルフローセンサー２９が設置されてい
る。このような構成において、渦発生体２６の左右に交
互に発生するカルマン渦により圧力変動が生じ、この圧
力変動による検出通路２８内の左右交互の流れをサーマ
ルフローセンサ２９の温度変動による抵抗変化として検
出し、流速または流量を計測する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のカルマン渦式流
量計は以上のように構成されているが、内燃機関が吸入
する空気の流れは、通路形状による偏流、吸気バルブの
開閉による脈動、スロットルバルブの開閉による乱れな
どにより、複雑に乱れた流れになっており、このように
乱れた流れの中で流量を計測すると、計測値が不安定に
なるという問題点があった。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、測定流体が乱れていても、検出
機構に及ぼす乱れの影響を抑制し、安定したカルマン周
波数を測定できるカルマン渦式流量計を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るカルマン渦式流量計は、ダクト内の流体の流れに沿っ
て配置され、流入口が配設された検出通路と、流出口が
渦発生柱の端面であって、渦発生柱の中心から上下それ
ぞれ渦発生柱の高さの１／４以内の距離範囲内に配設さ
れると共に、検出通路に連結された導通管と、検出通路
内にカルマン渦の負圧によって生じる検出通路内の流体
の流速変動を検出する検出手段を備えたものである。

【０００８】この発明の請求項２に係るカルマン渦式流
量計は、導通管の断面積を検出部における検出通路の断
面積以上に構成したものである。

【０００９】この発明の請求項３に係るカルマン渦式流
量計は、検出通路と流入口と流出口と導通管と渦発生柱
とを一体に成形したものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の一実施形態を図につい
て説明する。図１は本発明の一実施形態を示す側面図、
図２は立体斜視図である。図において、測定流体が矢印
Ａの方向に流れているダクト１の中に渦発生柱２を設
け、この渦発生柱２の上流側のダクト１の天側に流入口
３ａ，３ｂを有し、かつ渦発生柱２上のダクト１天側近
傍に流出口４ａ，４ｂをそれぞれ有する検出通路５ａ，
５ｂを配置して、この検出通路５ａ，５ｂ内に熱線６
ａ，６ｂを設置している。なお検出通路５ａ，５ｂの渦
発生柱２内通路は導通管７ａ，７ｂにより結んでいる。
また、検出通路５ａ，５ｂ内では矢印８で示される方向
に流体が流れる。図２に示されるように、上記検出通路
は、渦発生柱２に対して対称に、流入口３ａ，３ｂ、流
出口４ａ，４ｂ、導通管７ａ，７ｂ、熱線６ａ，６ｂを
それぞれ有する２つの検出通路５ａ，５ｂから構成され
ている。

【００１１】次に動作について説明する。流体が矢印Ａ
の方向に流れると、渦発生柱２の後方にカルマン渦９が
発生する。ある瞬間、流出口４ａ側にカルマン渦９が生
じたとすると、流出口４ａ近傍は負圧となり、流出口４
ａより高圧である流入口３ａから流体を検出通路５ａ内
に引き込むことになる。検出通路５ａ内では、流入口３
ａから流出口４ａへ流体の流れが生じ、この流体の流速
を熱線６ａにて検出する。次の瞬間、流出口４ｂ側にカ
ルマン渦９が生じると、同様にして、検出通路５ｂ内に
流体の流れが生じ、これを熱線６ｂにて検出する。

【００１２】ダクト１壁面の流れは、壁面境界層による
影響で乱れており、また、エンジン脈動の影響が強い
と、渦発生柱２とダクト１壁面の接合部付近から、流れ
の中心の方向に縦回転の渦１０が発生する。これらの乱
れによる影響を受けないカルマン渦を検出するために、
流出口４ａ，４ｂを渦発生柱２の高さ方向の中程、即ち
中心から上下それぞれ渦発生柱の高さの１／４以内の距
離範囲内に設置することで、乱れの少ない中心付近のカ
ルマン渦を検出するようにしている。

【００１３】上記のように構成されたカルマン渦式流量
計に流体を流すと、ダクト１を通過する流体に応動して
検出通路５ａ，５ｂにも流体が通過するが、この検出通
路５ａ，５ｂの流出口４ａ，４ｂは渦発生柱２のカルマ
ン渦剥離点付近にあるため、検出通路５ａ，５ｂ内を通
過する流体は周期的なカルマン渦の生成に対応して規則
的に流速が変化する。検出通路５ａ，５ｂ内に流入して
くる流れには壁面での剥離などによる細かい不規則な乱
れがあり、渦発生柱２の壁面では、安定したカルマン渦
を生成しにくい。また、測定流体が脈動を伴っている
と、渦発生柱２とダクト１壁面との接合部付近から、流
れの中心に向かって乱れた縦回転の渦１０が発生する。

【００１４】図３は、横軸を流出口の位置、縦軸をカル
マン渦周波数のゆらぎ率で示したグラフであり、流出口
の位置が壁面近傍では、ゆらぎ率が大きく、中央付近で
は、小さくなっている。よって、検出通路５ａ，５ｂの
流出口４ａ，４ｂを渦発生柱２の中心付近に設置するこ
とにより、壁面からの乱れの影響が少ない安定したカル
マン渦を検出することができる。

【００１５】実施の形態２．上記実施の形態１において
は、流出口４ａ，４ｂを渦発生柱２の中心付近に配置し
ているので、熱線６ａ，６ｂを設置した検出部１１と流
出口４ａ，４ｂとをつなぐ導通管７ａ，７ｂの長さが長
くなってしまい、導通管７ａ，７ｂ内の摩擦抵抗が増え
る。これによる検出通路５ａ，５ｂ内の流速の減少を防
ぐため、実施の形態２では、導通管７ａ，７ｂの断面積
を熱線６ａ，６ｂが設置された検出部１１における断面
積と同等か若しくはそれ以上に構成することで、導通管
７ａ，７ｂ内の摩擦抵抗を低減する。また、以上のよう
に構成することにより、検出通路５ａ，５ｂと導通管７
ａ，７ｂの断面積変化が少ないので、検出通路５ａ，５
ｂ内のコーナー部における流れの乱れを抑制することが
できる。

【００１６】実施の形態３．次に、実施の形態３につい
て説明する。本実施形態においては、検出通路５ａ，５
ｂの一部と流入口３ａ，３ｂ、流出口４ａ，４ｂ、導通
管７ａ，７ｂを渦発生柱２と一体成形で構成するもので
ある。図４は空気の流れる通路を示したものであり、実
際にモールド成形した場合、検出通路５ａ，５ｂは、図
に示すように渦発生柱２と一体の天側が開いた堀１２
と、この堀１２を塞ぐ蓋１３とで構成される。よってダ
クト１の天側に配置されている検出通路５ａ，５ｂは、
天側が開口している堀になっており、その両端は流入口
３ａ，３ｂ及び導通管７ａ，７ｂを介して流出口４ａ，
４ｂにつながっている。このように、各部品を一体成形
で構成することにより、各部分の相対位置を精度良く製
作でき、構成部品数を削減できると共に、相対位置精度
を上げることができる。

【００１７】

【発明の効果】この発明の請求項１に係るカルマン渦式
流量計によれば、ダクト内の流体の流れに沿って配置さ
れ渦発生柱の上流側に流入口が配設された検出通路を有
し、この検出通路の流出口が渦発生柱の下流側端面であ
って渦発生柱の中心から上下それぞれその高さの１／４
以内の距離範囲内に配設されており、かつ上記検出通路
内にカルマン渦の負圧によって生じる検出通路内の流体
の流速変動を検出する検出手段を備えたので、ダクト壁
面の外乱の影響を抑制することができると共に、壁面か
らの乱れの影響が少ない安定したカルマン渦を検出する
ことができる。

【００１８】この発明の請求項２に係るカルマン渦式流
量計によれば、導通管の断面積を検出部における検出通
路の断面積以上に構成したので、検出通路内の摩擦抵抗
を低減し、検出部の流速を増加させ、熱線の信号出力を
増大させることができる。

【００１９】この発明の請求項３に係るカルマン渦式流
量計によれば、検出通路と流入口と流出口と導通管と渦
発生柱とを一体に成形したので、渦発生柱と検出通路を
構成する各部分の相対位置精度を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるカルマン渦式
流量計を示す側面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１によるカルマン渦式
流量計を示す立体斜視図である。

【図３】 この発明の実施の形態１によるカルマン渦式
流量計の流出口の位置とカルマン渦周波数のゆらぎ率と
の関係を示すグラフである。

【図４】 この発明の実施の形態３によるカルマン渦発
生柱を示す断面図である。

【図５】 従来のカルマン渦式流量計を示す平面図であ
る。

【図６】 従来のカルマン渦式流量計を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ ダクト、２ 渦発生柱、３ａ，３ｂ 流入口、４
ａ，４ｂ 流出口、５ａ，５ｂ 検出通路、７ａ，７ｂ
導通管、９ カルマン渦、１１ 検出部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の流入するダクトに渦発生柱を設
   け、当該渦発生柱から生じるカルマン渦の周期を検出し
   て流速または流量を計測するカルマン渦式流量計におい
   て、上記ダクト内の流体の流れに沿って配置され上記渦
   発生柱の上流側に流入口が配設された検出通路を備え、
   この検出通路と導通管を介して連通する流出口が上記渦
   発生柱の下流側端面の、上記渦発生柱の中心から上下そ
   れぞれその高さの１／４以内の距離範囲内に配設されて
   おり、かつ上記検出通路内に上記カルマン渦の負圧によ
   って生じる検出通路内の流体の流速変動を検出する検出
   手段を備えたことを特徴とするカルマン渦式流量計。
2. 【請求項２】 導通管の断面積を検出部における検出通
   路の断面積以上に構成したことを特徴とする請求項１記
   載のカルマン渦式流量計。
3. 【請求項３】 検出通路と、流入口と、流出口と、導通
   管と、渦発生柱とを一体に成形したことを特徴とする請
   求項１又は請求項２記載のカルマン渦式流量計。