JPH11325997A

JPH11325997A - 流量センサ

Info

Publication number: JPH11325997A
Application number: JP10127823A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Uramachi; 裕之裏町; Tomoya Yamakawa; 智也山川; Fumiyoshi Yonezawa; 史佳米澤; Shingo Hamada; 慎悟濱田; Joji Oshima; 丈治大島; Satoru Koto; 悟古藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 1999-11-26
Anticipated expiration: 2018-05-11
Also published as: US6240775B1; DE19852015A1; DE19852015B4; JP3385307B2

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、計測流体に流速分布の変化が発
生しても、流量を高精度に検出でき、かつ、圧力損失を
小さくできる流量センサを得る。【解決手段】主通路２６は、通路断面積が計測流体の
流れの下流側に徐々に減少する絞り部２６ａを有してい
る。そして、この絞り部２６ａは、軸心を通る断面の内
周部が３次曲線により構成されている。さらに、流量検
出素子２２を内蔵する検出用管路２９がその入口を絞
り部２６ａの通路断面積の最小部の近傍に位置させて主
通路２６内に配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この本発明は、例えば内燃機
関の吸入空気量を計測する場合等に用いられる流量セン
サであり、特に発熱体を備え、発熱体あるいは発熱体に
よって加熱された部分から、流体への熱伝達現象に基づ
いて流体の流速あるいは流量を計測する流量センサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】発熱体や発熱体によって加熱された加熱
体から流体への熱伝達現象に基づいて通路内を通過する
流体の流量を計測する感熱式流量センサは、例えば特開
平８−３１３３１８号公報に記載されているように公知
である。

【０００３】図３５及び図３６はそれぞれ例えば特開平
８−３１３３１８号公報に示されている従来の感熱式流
量センサの正面図及び横断面図である。図３５及び図３
６において、ベルマウス状に形成された検出用管路１９
が計測流体が流れる主通路１６内に配置されている。こ
の主通路１６には、図３６中左から右に向かって計測流
体が流れる。そして、流量検出素子１２が検出用管路１
９内に配置されている。流量検出素子１２は、セラミッ
ク基板に感熱抵抗材料である白金を着膜したものであ
り、白金膜を櫛歯状にパターンニングして流量検出抵抗
１１が形成されている。計測流体の温度変化を補償する
ための温度補償用抵抗１３は、同様に感熱抵抗材料であ
る白金よりなる抵抗体で構成され、主通路１６内の検出
用管路１９の上流側に配置されている。計測流体の流れ
を整流するための整流格子１７は、ハニカム状の形状に
成形された樹脂製で、主通路１６入口近傍に配置されて
いる。回路ケース１５は主通路１６の外周に設けられ、
内部に回路基板１４が収容されている。この回路基板１
４には、計測流体の流量を演算する電子回路が実装さ
れ、電子回路と流量検出抵抗１１及び温度補償抵抗１３
とが電気的に接続されている。また、コネクタ１８が設
けられ、外部から流量センサへ電源を供給したり、流量
センサの流量検出信号を外部に取り出せるようになって
いる。

【０００４】このような従来の感熱式流量センサ１にお
いて、流量検出素子１２の流量検出抵抗１１に流れる加
熱電流は、流量検出抵抗１１の平均温度が温度補償抵抗
１３で検出された計測流体温度から所定の温度（例えば
２００℃）高くなるように回路基板１４に実装された電
子回路によって制御されている。つまり、計測流体の流
量が少ない場合には、流量検出抵抗１１から計測流体に
熱伝達される熱量が少なく、該加熱電流は少ない。一
方、計測流体の流量が大きい場合には、流量検出抵抗１
１から計測流体に熱伝達される熱量が大きくなり、該加
熱電流は大きくなる。そこで、感熱式流量センサ１で
は、流量検出抵抗１１に流される加熱電流を検出して流
量信号として用いることにより、所定通路断面積を有す
る主通路１６内を流れる流体の流量を検出している。

【０００５】このように構成された感熱式流量センサ１
は、例えば図３７に示されるように自動車用内燃機関の
吸入空気量検出センサとして用いられる。通常、流量セ
ンサ１は、エアクリーナケース３の内部に収められたエ
アクリーナエレメント２の下流の吸気配管４に配置され
る。このエアクリーナエレメント２は不織布や濾紙より
なるフィルターであり、内燃機関が吸入する空気中のダ
ストを捕捉して内燃機関の内部に入らないようにするた
めに設けられている。従って、自動車が走行するに従い
エアクリーナエレメント２はダストが堆積して目詰まり
を起こす。これに伴い、エアクリーナエレメント２を通
過した吸入空気の流れは、エアクリーナエレメント２が
目詰まりを起こす以前の流れに比較して、非常に偏った
流れとなり、流量センサ１の上流における流速分布は大
きく変化する。しかし、流量センサ１の流量検出素子１
２は主通路１６の通路断面のごく一部の流速を計測して
いるに過ぎないため、同一流量であっても流量センサ１
の上流の流速分布が変化すると流量検出信号に誤差が発
生してしまう。

【０００６】このような課題に対して、図３５および図
３６に示した従来例では、整流格子４７を備え、整流効
果を得るようにしている。また、特開平７−７１９８５
号公報に示される従来例では、ハニカム構造体や網状格
子体、あるいはその組み合わせにより、整流効果を得る
ようにしている。さらに、特開平５−３４０７７８号公
報、特開平２−２８５２０号公報及び特開平６−２８８
８０５号公報等に示される従来例では、図３８に示され
るように、主通路１６Ａをベンチュリ形状に絞り、整流
効果を得るようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の流
量センサは整流格子１７等の整流器を備えて計測流体を
整流するようにしている。しかしながら、整流器により
十分な整流効果を得るためには、整流器の目を細かくし
なければならないが、整流器の剛性を保つためにむやみ
に目を細かくすることはできない。また、整流器の細孔
をよぎる流れは不安定であり、個々の小さい渦が合体し
て次第に大きな不規則な流れに成長してしまう。その結
果、流量検出部における境界層厚さや摩擦応力の不均一
性を生じて、流量検出信号に乱れを生じさせ、流量を正
確に検出できなくなるという課題があった。また、通気
抵抗が大きくなり、内燃機関が吸入できる空気量が制限
されて、内燃機関の出力が低下するという課題があっ
た。さらに、主通路１６以外に整流構造体を有するため
に、製造コストが高くなるという課題もあった。

【０００８】また、流量センサに高速な応答を目的とし
た小型化された流量検出素子を用いた場合、流量検出素
子の上流に整流器を設置すると、上述の整流器から発生
する流体的乱れの影響を受けやすくなり、流量検出信号
に含まれるノイズ成分がさらに大きくなり、流量検出精
度を悪化させるという課題があった。

【０００９】さらに、主通路１６Ａをベンチュリ形状に
絞っている従来の流量センサでは、絞り率（主通路入口
の主流軸方向に垂直な断面積／最小絞り部の主流軸方向
に垂直な断面積）を大きくすることにより十分な整流効
果を得ることができる。しかしながら、絞り率を大きく
するにつれ、主通路投影断面積が小さくなる。それによ
り、通気抵抗が増加し、内燃機関が吸入できる空気量が
制限されてしまうことになる。また、絞り率を大きくす
るにつれ、主通路１６Ａの絞りを構成する曲面の曲率の
主流方向における変化率が大きくなり、流体の流線方向
が急激に曲げられるようになる。それにより、流体剥離
が発生しやすくなり、流量検出信号に乱れを生じさせ、
流量を正確に検出できなくなる。また、流入した計測流
体はその一部が整流格子１７とベンチュリ形状に絞られ
た主通路１６Ａとの接続部の通路内周近傍でせき止めら
れ、淀みが発生しやすくなる。

【００１０】この発明は上述のような課題を解決するた
めになされたもので、流量センサ上流で流速分布が変化
しても正確な流量検出が可能であり、圧力損失が小さ
く、安価な流量センサを得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る流量セン
サは、計測流体が流通する主通路と、上記計測流体の温
度を検出する測温素子と、感熱抵抗材料からなる流量検
出抵抗を有し、該流量検出抵抗が上記計測流体の流れに
露呈するように上記主通路内に配設された流量検出素子
と、上記流量検出抵抗の温度が上記測温素子により検出
された上記計測流体の温度に対して所定温度高い温度に
維持されるように該流量検出抵抗への通電電流を制御す
る制御回路部とを備え、上記流量検出抵抗から上記計測
流体への熱伝達現象に基づいて上記主通路内を流通する
上記計測流体の流量を計測する流量センサにおいて、上
記主通路は、通路断面積が上記計測流体の流れ方向の下
流側に向かって徐々に減少するように形成された絞り部
を有し、該絞り部の軸心を通る断面の内周部の少なくと
も一部が略３次曲線により構成され、上記流量検出素子
の上記計測流体の流れ方向における配設位置が、上記絞
り部の通路断面積の最小部の近傍に位置しているもので
ある。

【００１２】また、計測流体が流通する主通路と、上記
主通路内に略同軸に配設された検出用管路と、上記計測
流体の温度を検出する測温素子と、感熱抵抗材料からな
る流量検出抵抗を有し、該流量検出抵抗が上記計測流体
の流れに露呈するように上記検出用管路内に配設された
流量検出素子と、上記流量検出抵抗の温度が上記測温素
子により検出された上記計測流体の温度に対して所定温
度高い温度に維持されるように該流量検出抵抗への通電
電流を制御する制御回路部とを備え、上記流量検出抵抗
から上記計測流体への熱伝達現象に基づいて上記主通路
内を流通する上記計測流体の流量を計測する流量センサ
において、上記主通路は、通路断面積が上記計測流体の
流れ方向の下流側に向かって徐々に減少するように形成
された絞り部を有し、該絞り部の軸心を通る断面の内周
部の少なくとも一部が略３次曲線により構成され、上記
検出用管路入口の上記計測流体の流れ方向における配設
位置が、上記絞り部の通路断面積の最小部の近傍に位置
しているものである。

【００１３】また、上記主通路は、上記計測流体の流れ
方向に所定長さを有する管体からなり、上記絞り部が通
路断面積を該管体の入口から上記計測流体の流れ方向の
下流側に向かって徐々に減少するように形成され、上記
流量検出素子あるいは上記検出用管路入口の上記計測流
体の流れ方向における配設位置が、上記管体の入口から
上記絞り部の通路断面積の最小部までの距離Ｌに対し
て、０．７５Ｌ以上、かつ、１．５Ｌ以下の範囲内に位
置しているものである。

【００１４】また、上記絞り部の通路断面積の最小部に
おける通路断面積Ｓ₀に対する上記絞り部の通路断面積
の最大部における通路断面積Ｓ₁の割合が、１．５≦Ｓ₁
／Ｓ₀≦３．０となっているものである。

【００１５】また、上記主通路は、通路断面積が上記絞
り部の通路断面積の最小部から上記計測流体の流れ方向
の下流側に向かって徐々に増加するように形成された通
路断面積拡大部を備えているものである。

【００１６】また、上記絞り部及び上記通路断面積拡大
部の軸心を通る断面の内壁形状が、絞り部の通路断面積
の最小部を中心として略対称な形状に形成されているも
のである。

【００１７】また、上記通路断面積拡大部の内壁面が粗
面に形成されているものである。

【００１８】また、突起が上記通路断面積拡大部の内壁
面に多数設けられているものである。

【００１９】また、上記主通路の通路断面積の最小部の
内壁面における上記突起の最大高さｒに対する流体平均
深さｍ（通路断面積／通路断面における周囲長さ）の割
合が、略２５＜ｍ／ｒ＜略４０となっているものであ
る。

【００２０】また、上記通路断面積拡大部の内壁面が階
段状に形成されているものである。

【００２１】また、上記主通路の通路断面積の最小部の
内壁面における段差の最大高さｒに対する流体平均深さ
ｍ（通路断面積／通路断面における周囲長さ）の割合
が、略２５＜ｍ／ｒ＜略４０となっているものである。

【００２２】また、上記絞り部と上記通路断面積拡大部
との内壁面が連続した曲面で連結されているものであ
る。

【００２３】また、上記絞り部の通路断面積の最小部の
近傍の内壁面に突起が設けられているものである。

【００２４】また、上記突起は、上記絞り部の内壁面に
周方向に等角ピッチで多数設けられ、それぞれの突起
は、その稜線が上記計測流体の流れ方向に一致し、か
つ、高さが上記計測流体の流れ方向の下流側に向かって
徐々に高くなるように形成されているものである。

【００２５】また、上記絞り部の通路断面積の最小部の
内壁面における上記突起の最大高さｒに対する流体平均
深さｍ（通路断面積／通路断面における周囲長さ）の割
合が、略２５＜ｍ／ｒ＜略４０となっているものであ
る。

【００２６】また、上記絞り部の上記計測流体の流れ方
向の上流側に整流格子が設けられているものである。

【００２７】また、計測流体が流通する主通路と、上記
主通路内に略同軸に配設された検出用管路と、上記計測
流体の温度を検出する測温素子と、感熱抵抗材料からな
る流量検出抵抗を有し、該流量検出抵抗が上記計測流体
の流れに露呈するように上記検出用管路内に配設された
流量検出素子と、上記流量検出抵抗の温度が上記測温素
子により検出された上記計測流体の温度に対して所定温
度高い温度に維持されるように該流量検出抵抗への通電
電流を制御する制御回路部とを備え、上記流量検出抵抗
から上記計測流体への熱伝達現象に基づいて上記主通路
内を流通する上記計測流体の流量を計測する流量センサ
において、上記検出用管路は、通路断面積が上記計測流
体の流れ方向の下流側に向かって徐々に減少するように
形成された絞り部を有し、該絞り部の軸心を通る断面の
内周部の少なくとも一部が略３次曲線により構成され、
上記流量検出素子の上記計測流体の流れ方向における配
設位置が、上記絞り部の通路断面積の最小部の近傍に位
置しているものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。実施の形態１．図１及び図２はそれぞれこの発明の実施
の形態１に係る流量センサを示す正面図および横断面図
である。図１及び図２において、主通路２６は計測流体
が流通する円筒状の管体であり、その軸心に垂直な断面
の断面積（以下、通路断面積という）が入口から徐々に
減少するように形成された絞り部２６ａを有している。
そして、絞り部２６ａは、軸心を通る断面の内周部が３
次曲線により構成されている。円筒状の検出用管路２９
が主通路２６の内壁面から延設された支持部材２１に支
持されて、主通路２６内に略同軸に配設されている。そ
して、この検出用管路２９の入口が、絞り部２６ａの通
路断面積の最小部の近傍に位置している。また、板状部
材２３が、検出用管路２９の軸心が板状部材２３の主面
上に位置するように、検出用管路２９の内壁面から延設
されている。さらに、回路ケース２５が主通路２６の外
周に設けられている。そして、回路ケース２５の内部に
は、計測流体の流量を演算する電子回路が実装されてい
る制御回路部としての回路基板２４が収容されている。
さらにまた、コネクタ２８が設けられ、外部から流量セ
ンサ１００へ電源を供給したり、流量センサ１００の流
量検出信号を外部に取り出せるようになっている。

【００２９】流量検出素子２２は、セラミック基板に感
熱抵抗材料である白金を着膜したものであり、白金膜を
櫛歯状にパターンニングしてなる流量検出抵抗１１と測
温素子としての温度補償用抵抗１３とが該セラミック基
板に複合形成されている。この流量検出素子２２は、そ
の表面が板状部材２３の主面とほぼ面一となるように板
状部材２３に組み込まれ、その一端が支持部材２１の内
部に埋設固定されている。そこで、流量検出素子２２の
表面は検出用管路２９の軸方向、即ち流量センサ１００
の軸方向とほぼ平行となっている。また、流量検出抵抗
１１及び温度補償抵抗１３とがリード３１及びターミナ
ル３０を介して回路基板２４に実装された電子回路に接
続されている。

【００３０】なお、流量検出抵抗１１と温度補償抵抗１
３とがセラミック基板上に複合形成されているが、流量
検出素子２２には、流量検出抵抗１１の熱が温度補償抵
抗１３に伝導しないような熱絶縁手段（図示せず）が施
されている。ここで、以降に述べる全ての実施の形態で
も同様であるが、本願の効果を得るためには測温素子で
ある温度補償抵抗１３が必ずしも流量検出素子２２の上
にある必要はなく、少なくとも流量検出素子２２には流
量検出抵抗１１が構成されていれば良い。また、流量検
出素子２２の基板はセラミックに限らず、例えばシリコ
ン基板でも良く、さらに感熱抵抗体の材料は白金に限ら
ず、例えばニッケルやパーマロイでも良い。

【００３１】このように構成された流量センサ１００で
は、流速分布に偏りのある計測流体が主通路２６に流入
すると、該流体は、主通路２６の軸心を通る断面の内周
部が３次曲線により構成された絞り部２６ａを流通する
際に絞られて増速流れとなり、流体の動圧が徐々に相対
的に上げられ、静圧が下げられる。これにより、計測流
体は、主流軸方向に垂直な流速成分が小さくなりなが
ら、ついには主流軸方向の流れに変換され、主流軸方向
の流速分布が整えられる。そして、絞り部２６ａで主流
軸方向の流速分布を整えられた流体が、入口から検出用
管路２９に流入し、流量検出素子２２に到達する。この
流量検出素子２２の流量検出抵抗１１には、加熱電流が
通電されて発熱している。そして、流量検出抵抗１１の
熱が熱伝達現象により流量検出素子２２に到達した計測
流体に伝達される。この流量検出抵抗１１から計測流体
に伝達される熱量は、計測流体の流量が大きくなる程大
きくなり、流量検出抵抗１１の温度は、この流量検出抵
抗１１から計測流体に伝達される熱量に応じて変動しよ
うとする。この流量検出抵抗１１に流れる加熱電流は、
流量検出抵抗１１平均温度が温度補償抵抗１３で検出さ
れた計測流体温度から所定の温度（例えば２００℃）高
くなるように回路基板２４に実装された電子回路によっ
て制御されている。そこで、該加熱電流を流量信号とし
て用いることにより、所定通路断面積を有する主通路２
６内を流れる流体の流量を検出している。

【００３２】このように、この実施の形態１によれば、
流量センサ１００の上流で計測流体に流速分布の変化が
発生しても、計測流体は絞り部２６ａにより主流軸方向
の流速分布が整えられて検出用管路２９に流入すること
になる。そこで、流量検出素子２２に到達する計測流体
は流速分布が整えられた流体となり、検出流量のドリフ
トが発生しにくくなり、検出誤差を小さくすることがで
き、正確な流量計測が可能となる。また、計測流体の流
速分布の変化が絞り部２６ａにより整えられるので、整
流器を設ける必要がなく、製造コストを低下させること
ができるとともに、整流器の細孔をよぎる流れの不安定
性に起因する流量検出信号の乱れもなく、より正確な流
量計測が可能となる。また、絞り部２６ａは、主通路２
６の軸心を通る断面の内周部が３次曲線により構成され
ているので、局部的な角部や段差がなく、絞り部２６ａ
を構成する曲面の曲率の主流方向における変化率も小さ
い。そこで、絞り部２６ａを通過する計測流体は、淀み
が発生せず、かつ、その流線方向が連続的に緩やかに変
化するので、流体的ノイズの原因となる渦や流れの剥離
が発生せず、圧力損失を低くすることができる。さら
に、この流量センサ１００は、ベンチュリ形状に絞られ
た主通路を有する従来の流量センサや格子状の整流器を
有する流量センサに比べて、同一流量、同一通路断面積
において、圧力損失を低くすることができる。

【００３３】実施の形態２．この実施の形態２では、図
３及び図４に示されるように、主通路３３は計測流体が
流通する円筒状の管体であり、通路断面積が入口から徐
々に減少するように形成された絞り部３３ａを有してい
る。そして、絞り部３３ａは、軸心を通る断面の内周部
が３次曲線により構成されている。さらに、主通路３３
は、通路断面積が絞り部３３ａの通路断面積の最小部位
から下流方向に徐々に拡大するように形成された通路断
面積拡大部３３ｂを有している。また、検出用管路２９
が、その入口を絞り部３３ａの通路断面積の最小部位の
近傍に位置するように配設されている。なお、他の構成
は上記実施の形態１と同様に構成されている。

【００３４】このように構成された流量センサ１０１で
は、主通路３３内に流入した計測流体は、絞り部３３ａ
を通過する際に絞られて増速流れとなり、流体の動圧が
徐々に上げられて静圧が下げられる。そして、絞り部３
３ａの通路断面積の最小部位を通過した計測流体は、通
路断面積拡大部３３ｂにより、流体の動圧が徐々に下げ
られて静圧が上げられる。即ち、絞り部３３ａで得られ
た動圧が通路断面積拡大部３３ｂで徐々に静圧に変換さ
れるので、静圧を均一化しながら回復することができ、
圧力損失を小さくすることができる。ここで、主通路の
通路断面積が絞り部３３ａの通路断面積の最小部位から
下流方向に急激に拡大する場合には、通路断面積の拡大
部の内壁面上で流体剥離の原因となる渦を発生してしま
う。しかしながら、この実施の形態２では、通路断面積
拡大部３３ｂは、その通路断面積が下流方向に徐々に拡
大するように構成されているので、計測流体は渦を発生
することなく通路断面積拡大部３３ｂの内壁面に沿って
流れ、流体剥離の発生が抑えられ、圧力損失を小さくす
ることができる。なお、拡大部３３ｂの内壁面と主通路
３３の軸心とのなす角度が７度を越えると、拡大部３３
ｂの内壁面で計測流体の剥離が発生して圧力損失が大き
くなることから、拡大部３３ｂにおける圧力回復を効果
的に行うには、拡大部３３ｂと主通路３３の軸心とのな
す角度を実質的に７度以下にすることが望ましい。

【００３５】実施の形態３．この実施の形態３では、図
５に示されるように、検出用管路２９がその入口を主通
路３３の入口から絞り部３３ａの通路断面積の最小部位
までの距離Ｌの約０．７５倍以上、約１．５倍以下の範
囲内に位置するように配設されている。なお、他の構成
は上記実施の形態２と同様に構成されている。ここで、
主通路３３の入口から検出用管路２９の入口までの距離
をＡ、主通路３３の入口から絞り部３３ａの通路断面積
の最小部位までの距離をＬとし、Ａ／Ｌを変えて流量セ
ンサを作製し、各流量センサにおける検出流量誤差及び
圧力損失を測定した結果を図６に示す。

【００３６】図６から、検出流量誤差は、検出用管路２
９の位置（Ａ／Ｌ）が約０．７５以上、約１．５以下の
範囲で誤差を最小に抑えられることがわかる。一方、圧
力損失は、検出用管路２９の位置（Ａ／Ｌ）がほぼ１．
２５のときに最小となり、該位置が約０．７５以上、約
１．７５以下の範囲で５３ｍｍＡｑ以下に抑えられるこ
とがわかる。従って、検出用管路２９を０．７５≦Ａ／
Ｌ≦１．５となるように主通路３３内に配設することに
より、検出流量の誤差を最も小さくでき、かつ、流量セ
ンサの上下流間で生じる圧力損失も最も小さいすること
ができる。

【００３７】なお、上記実施の形態３では、検出用管路
２９を０．７５≦Ａ／Ｌ≦１．５となるように主通路３
３内に配設するものとしているが、検出用管路２９の設
置位置は、許容される検出流量誤差に対応して設定すれ
ばよく、例えば１０％の誤差が許容される用途に対して
は、検出用管路２９を０．６≦Ａ／Ｌ≦１．８となるよ
うに主通路３３内に配設すればよい。

【００３８】実施の形態４．この実施の形態４では、図
７に示されるように、主通路３３の絞り部３３ａが、主
通路３３の入口における通路断面積Ｓ₁の絞り部３３ａ
の最小の通路断面積Ｓ₀に対する割合（絞り比：Ｓ₁／Ｓ
₀）を約１．５以上、約３．０以下の範囲内となるよう
に形成されている。なお、他の構成は上記実施の形態２
と同様に構成されている。ここで、Ｓ₁／Ｓ₀（絞り比）
を変えて流量センサを作製し、各流量センサにおける検
出流量誤差及び圧力損失を測定した結果を図８に示す。

【００３９】図８から、検出流量誤差は、Ｓ₁／Ｓ₀（絞
り比）が大きくなるほど小さくなり、一方圧力損失は、
Ｓ₁／Ｓ₀（絞り比）が大きくなるほど大きくなりことが
分かる。従って、絞り部３３ａを１．５≦Ｓ₁／Ｓ₀≦
３．０となるように形成することにより、検出流量誤差
が１１％以下で、圧力損失が２２５ｍｍＡｑ以下の流量
センサが得られる。

【００４０】なお、上記実施の形態４では、絞り部３３
ａを１．５≦Ｓ₁／Ｓ₀≦３．０となるように形成するも
のとしているが、絞り部３３ａの絞り比は、上記実施の
形態３で述べたように、許容される検出流量誤差や圧力
損失に対応して設定すればよい。

【００４１】実施の形態５．この実施の形態５では、図
９及び図１０に示されるように、主通路３４は計測流体
が流通する円筒状の管体であり、通路断面積が入口から
徐々に減少するように形成された絞り部３４ａを有し、
さらに通路断面積が絞り部３４ａの通路断面積の最小部
位から下流方向に徐々に拡大するように形成された通路
断面積拡大部３４ｂを有している。そして、絞り部３４
ａ及び通路断面積拡大部３４ｂは、それぞれ軸心を通る
断面の内周部が３次曲線により構成されている。さら
に、絞り部３４ａ及び通路断面積拡大部３４ｂの内壁形
状は、絞り部３４ａの通路断面積の最小部位を中心とし
て略対称形状に、かつ、連続した曲面に形成されてい
る。また、検出用管路２９が、その入口を絞り部３４ａ
の通路断面積の最小部位の近傍に位置するように配設さ
れている。

【００４２】ここで、この実施の形態５では、流量検出
素子２２Ａ及び回路基板２４に実装されている電子回路
が特開平１−１８５４１６号公報に記載されている検出
素子及び回路構成と同様に構成され、計測流体の流量に
加えて、流れ方向を検出できるようになっている。な
お、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されてい
る。

【００４３】このように構成された流量センサ１０２で
は、流速分布に偏りのある計測流体が主通路３４の入口
から流入すると、該流体は、主通路３４の軸心を通る断
面の内周部が３次曲線により構成された絞り部３４ａを
流通する際に絞られて増速流れとなり、流体の動圧が徐
々に相対的に上げられ、静圧が下げられる。これによ
り、計測流体は、主流軸方向に垂直な流速成分が小さく
なりながら、ついには主流軸方向の流れに変換され、主
流軸方向の流速分布が整えられる。そして、絞り部３４
ａで主流軸方向の流速分布を整えられた流体が、入口か
ら検出用管路２９に流入し、流量検出素子２２Ａに到達
する。また、絞り部３４ａの通路断面積の最小部位を通
過した計測流体は、通路断面積拡大部３４ｂにより、流
体の動圧が徐々に下げられて静圧が上げられて、圧力損
失を小さくすることができる。

【００４４】ここで、絞り部３４ａと通路断面積拡大部
３４ｂとが略対称形状に形成されているので、計測流体
が主通路３４の出口から流入しても、計測流体の主流軸
方向の流速分布が整えられるとともに、圧力損失が小さ
く抑えられる。この時、回路基板２４に実装された電子
回路により、計測流体の流量および流れ方向が検出され
る。

【００４５】この実施の形態５によれば、上記実施の形
態１、２の効果に加えて、主通路３４の内壁面上に不連
続な箇所がないので、局所的な角部や段差がなく、主通
路３４の内壁面を構成する曲面の曲率の主流軸方向にお
ける変化率が小さい。その結果、計測流体の流線方向が
連続的に緩やかに変化するので、主通路３４の内壁面上
で渦や流体剥離が発生せず、流量検出信号の乱れを少な
くできるとともに、圧力損失を小さくすることができ
る。また、絞り部３４ａと通路断面積拡大部３４ｂとが
略対称形状に形成されているので、計測流体が流量セン
サ１０２の入口および出口のいずれから流入しても、流
量の検出が可能となる。

【００４６】近年、自動車用エンジン制御においては、
排気ガス及び燃費規制が厳しくなる中、これに対応する
エンジンの吸入空気を計測する流量センサには、例えば
４気筒エンジンの低回転、高負荷域においては、吸入空
気は時間的に脈動を伴っており、特に吸気弁と排気弁と
が両方とも開いているオーバーラップ時に、排気側の正
圧で生じる逆流を計測することが望まれている。そこ
で、この流量センサ１０２をエンジンの吸入空気を計測
する用途に適用すれば、１つの流量センサで、吸入空気
と、オーバーラップ時に排気側の正圧で生じる逆流とを
計測することができる。そして、逆流を計測する場合に
おいても、順流時と同様に、流量検出信号に含まれるノ
イズ成分を小さくしながら主流軸方向の流量分布を整え
ることができ、流量検出精度を向上することができる。
また、この流量センサ１０２が例えば自動車用エンジン
の吸気系に装着される場合、主通路３４の入口と出口と
を逆に装着しても、所望の流量検出が可能となる。

【００４７】実施の形態６．この実施の形態６では、図
１１及び図１２に示されるように、主通路３５は計測流
体が流通する円筒状の管体であり、通路断面積が入口か
ら徐々に減少するように形成された絞り部３５ａを有し
ている。そして、絞り部３５ａは、軸心を通る断面の内
周部が３次曲線により構成されている。さらに、主通路
３５は、通路断面積が絞り部３５ａの通路断面積の最小
部位から下流方向に徐々に拡大するように形成された通
路断面積拡大部３５ｂを有している。そして、この通路
断面積拡大部３５ｂの壁面には、図１３に示されるよう
に、微小な突起３５ｃが多数設けられて、粗面に形成さ
れている。また、検出用管路２９が、その入口を絞り部
３５ａの通路断面積の最小部位の近傍に位置するように
配設されている。なお、他の構成は上記実施の形態２と
同様に構成されている。

【００４８】通常、主通路の断面積を主流軸方向に急激
に拡大すれば、計測流体は減速流れとなる。その結果、
通路断面積拡大部の壁面付近では、壁面摩擦抵抗が支配
的となり、渦が発生し、流体が大きく剥離してしまう。
この実施の形態６による流量センサ１０３では、微小な
突起３５ｃが通路断面積拡大部３５ｂの壁面に多数設け
られて該壁面を粗面に形成しているので、突起３５ｃに
より細かな渦が発生され、該壁面を流れる流体の境界層
が乱流化される。その結果、通路断面積拡大部３５ｂの
壁面摩擦抵抗が相対的に小さくなり、大きな流体剥離の
発生が抑えられ、圧力損失を小さくすることができる。

【００４９】ここで、主通路３５の通路断面積の最小
部、即ち絞り部３５ａの通路断面積の最小部の内壁面に
おける突起３５ｃの最大高さをｒ、流体平均深さをｍと
し、ｍ／ｒを変えて流量センサを作製し、各流量センサ
における圧力損失を測定した結果を図１４に示す。な
お、流体平均深さｍは、（絞り部３５ａの通路断面積の
最小部における通路断面積）／（絞り部３５ａの通路断
面積の最小部における通路断面の周囲長さ）と定義して
いる。また、絞り比を１．９、２．４、３．２とした３
種類の流量センサについてｍ／ｒを変えて圧力損失を測
定した。図１４から、絞り比の異なる各流量センサにお
いて、ｍ／ｒが略２５より大きく、略４０より小さい範
囲で、圧力損失を最小に抑えられることがわかる。つま
り、絞り部３５ａを通過して増速流れとなった計測流体
が絞り部３５ａの通路断面積の最小部に到達した際に、
突起３５ｃにより細かな渦が発生される。そして、絞り
部３５ａの通路断面積の最小部の内壁面で突起３５ｃに
より発生した細かな渦が通路断面積拡大部３５ｂの壁面
に沿って流れ、該壁面を流れる計測流体の境界層の乱流
化を促進する、その結果、通路断面積拡大部３５ｂの壁
面摩擦抵抗が相対的に小さくなり、大きな流体剥離の発
生が抑えられ、圧力損失を小さくすることができる。

【００５０】このように、この実施の形態６によれば、
上記実施の形態１、２の効果に加えて、通路断面積拡大
部３５ｂの壁面摩擦抵抗を相対的に小さくして、圧力損
失を小さくすることができる。また、突起３５ｃの最大
高さｒに対する流体平均深さｍの割合を、略２５＜ｍ／
ｒ＜略４０とすることにより、圧力損失を最小とするこ
とができる。

【００５１】なお、上記実施の形態６では、主通路３５
の形状を円筒形とするものとしているが、主通路３５は
円筒形に限らず、角筒形であってもよい。また、角筒形
の主通路の場合においても、円筒形の主通路の場合と同
一の式で流体平均深さｍを求め、突起の最大高さｒに対
する流体平均深さｍの割合を、略２５＜ｍ／ｒ＜略４０
とすることにより、同様の効果を得ることができる。

【００５２】実施の形態７．この実施の形態７では、図
１５及び図１６に示されるように、主通路３６は計測流
体が流通する円筒状の管体であり、通路断面積が入口か
ら徐々に減少するように形成された絞り部３６ａを有し
ている。そして、絞り部３６ａは、軸心を通る断面の内
周部が３次曲線により構成されている。主通路３６は、
通路断面積が絞り部３６ａの通路断面積の最小部位から
下流方向に徐々に拡大するように形成された通路断面積
拡大部３６ｂを有している。さらに、絞り部３６ａと通
路断面積拡大部３６ｂとの連結部には、図１７に示され
るように、微小高さの断面三角形の突起３６ｃが周方向
に環状に設けられている。また、検出用管路２９が、そ
の入口を絞り部３６ａの通路断面積の最小部位の近傍に
位置するように配設されている。なお、他の構成は上記
実施の形態２と同様に構成されている。

【００５３】この実施の形態７による流量センサ１０４
では、微小高さの断面三角形の突起３６ｃが絞り部３６
ａと通路断面積拡大部３６ｂとの連結部に周方向に環状
に設けられているので、絞り部３６ａを流通してきた流
体が突起３６ｃを通過する際に細かな渦が発生され、該
通過断面拡大部３６ｂの壁面を流れる流体の境界層が乱
流化される。その結果、通路断面積拡大部３６ｂの壁面
摩擦抵抗が相対的に小さくなり、大きな流体剥離の発生
が抑えられ、圧力損失を小さくすることができる。

【００５４】このように、この実施の形態７によれば、
上記実施の形態１、２の効果に加えて、通路断面積拡大
部３６ｂの壁面摩擦抵抗を相対的に小さくして、圧力損
失を小さくすることができる。なお、この実施の形態７
においても、突起３６ｃの最大高さｒに対する流体平均
深さｍの割合を、略２５＜ｍ／ｒ＜略４０とすることに
より、上記実施の形態６と同様の効果を得ることができ
る。

【００５５】実施の形態８．この実施の形態８では、図
１８及び図１９に示されるように、主通路３７は計測流
体が流通する円筒状の管体であり、通路断面積が入口か
ら徐々に減少するように形成された絞り部３７ａを有し
ている。そして、絞り部３７ａは、軸心を通る断面の内
周部が３次曲線により構成されている。主通路３７は、
通路断面積が絞り部３７ａの通路断面積の最小部位から
下流方向に徐々に拡大するように形成された通路断面積
拡大部３７ｂを有している。さらに、絞り部３７ａと通
路断面積拡大部３７ｂとの連結部には、図２０に示され
るように、微小高さの円錐形状の突起３７ｃが周方向に
等角ピッチで多数設けられている。また、検出用管路２
９が、その入口を絞り部３７ａの通路断面積の最小部位
の近傍に位置するように配設されている。なお、他の構
成は上記実施の形態２と同様に構成されている。

【００５６】この実施の形態８による流量センサ１０５
では、微小高さの円錐形状の突起３７ｃが絞り部３７ａ
と通路断面積拡大部３７ｂとの連結部に周方向に等角ピ
ッチで多数設けられているので、絞り部３７ａを流通し
てきた流体が突起３７ｃを通過する際に細かな渦が発生
され、該通過断面拡大部３７ｂの壁面を流れる流体の境
界層が乱流化される。その結果、通路断面積拡大部３７
ｂの壁面摩擦抵抗が相対的に小さくなり、大きな流体剥
離の発生が抑えられ、圧力損失を小さくすることができ
る。

【００５７】このように、この実施の形態８において
も、上記実施の形態７と同様の効果が得られる。なお、
この実施の形態８においても、突起３７ｃの最大高さｒ
に対する流体平均深さｍの割合を、略２５＜ｍ／ｒ＜略
４０とすることにより、上記実施の形態７と同様の効果
を得ることができる。

【００５８】実施の形態９．この実施の形態９では、図
２１及び図２２に示されるように、主通路３８は計測流
体が流通する円筒状の管体であり、通路断面積が入口か
ら徐々に減少するように形成された絞り部３８ａを有し
ている。そして、絞り部３８ａは、軸心を通る断面の内
周部が３次曲線により構成されている。主通路３８は、
通路断面積が絞り部３８ａの通路断面積の最小部位から
下流方向に徐々に拡大するように形成された通路断面積
拡大部３８ｂを有している。さらに、絞り部３８ａの通
過断面積の最小部近傍の内壁面には、図２３に示される
ように、突起３８ｃが周方向に等角ピッチで多数設けら
れている。各突起３８ｃは、断面三角形をなし、稜線の
高さが入口側から徐々に高くなるように主流軸方向に沿
って形成されている。また、検出用管路２９が、その入
口を絞り部３８ａの通路断面積の最小部位の近傍に位置
するように配設されている。なお、他の構成は上記実施
の形態２と同様に構成されている。

【００５９】この実施の形態９による流量センサ１０６
では、断面三角形の突起３８ｃが、絞り部３８ａの通過
断面積の最小部近傍の壁面に、それぞれ稜線の高さが入
口側から徐々に高くなるように主流軸方向に沿って形成
され、さらに、周方向に等角ピッチで複数形成されてい
るので、絞り部３８ａを流通する流体に微小な渦が徐々
に形成され、絞り部３８ａの壁面を流れる流体の境界層
が乱流化される。その結果、絞り部３８ａの壁面摩擦抵
抗が相対的に小さくなり、流体剥離の発生が抑えられ、
圧力損失を小さくすることができる。

【００６０】ここで、図２４及び図２５は、それぞれこ
の実施の形態９の実施態様を示す図である。図２４で
は、主流軸方向に沿って形成された各突起３９が、それ
ぞれ複数の小突起３９ａを主流軸方向に断続的に配列し
て構成されているものである。そして、配列された小突
起３９ａは、高さが入口側から徐々に高くなるように形
成されている。図２５では、主流軸方向に沿って形成さ
れた各突起４０の主流軸方向の長さが、それぞれ異なる
ように構成されているものである。このように構成され
た突起３９、４０においても、絞り部３８ａを流通する
流体に微小な渦が徐々に形成されるので、上記実施の形
態９と同様の効果が得られる。なお、突起３８ｃ、３
９、４０の最大高さｒに対する流体平均深さｍの割合
を、略２５＜ｍ／ｒ＜略４０とすることにより、圧力損
失を最小にすることができる。

【００６１】実施の形態１０．この実施の形態１０で
は、図２６及び図２７に示されるように、主通路４１は
計測流体が流通する円筒状の管体であり、通路断面積が
入口から徐々に減少するように形成された絞り部４１ａ
を有している。そして、絞り部４１ａは、軸心を通る断
面の内周部が３次曲線により構成されている。主通路４
１は、通路断面積が絞り部４１ａの通路断面積の最小部
位から下流方向に階段状に徐々に拡大するように形成さ
れた通路断面積拡大部４１ｂを有している。この通路断
面積拡大部４１ｂと主通路３３の軸心とのなす角度を実
質的に７度以下にしている。また、検出用管路２９が、
その入口を絞り部４１ａの通路断面積の最小部位の近傍
に位置するように配設されている。なお、通路断面積拡
大部４１ｂの内壁面は階段状に形成されて、粗面に構成
されている。なお、他の構成は上記実施の形態２と同様
に構成されている。

【００６２】この実施の形態１０による流量センサ１０
７では、通路断面積拡大部４１ｂが階段状に徐々に拡大
するように形成されているので、階段状の通路断面積拡
大部４１ｂにより細かな渦が発生され、該壁面を流れる
流体の境界層が乱流化される。その結果、通路断面積拡
大部４１ｂの壁面摩擦抵抗が相対的に小さくなり、上記
実施の形態６と同様の効果が得られる。また、主通路４
１を樹脂等にてモールド成形する場合、型構成が容易と
なり、量産性に優位である。なお、この実施の形態１０
においても、主通路４１の通路断面積の最小部における
通路断面積拡大部４１ｂの階段状の段差の最大高さｒに
対する流体平均深さｍの割合を、略２５＜ｍ／ｒ＜略４
０とすることにより、上記実施の形態６と同様に、圧力
損失を最小にする効果が得られる。

【００６３】実施の形態１１．この実施の形態１１で
は、図２８及び図２９に示されるように、整流格子４２
が主通路３３の入口側に設置されている。なお、他の構
成は上記実施の形態２と同様に構成されている。

【００６４】この実施の形態１１による流量センサ１０
８では、絞り部３３ａの軸心を通る断面の内周部が３次
曲線により構成され、入口側に整流格子４２が配設され
ているので、整流格子４２を通過した流体は絞り部３３
ａで淀むことなく、徐々に整流される。その結果、整流
格子４２の流入流体の旋回成分を抑制する作用効果と、
絞り部３３ａによる主流軸方向の流速分布を整える作用
効果との双方が効果的に得られ、流量センサ１０８の上
流に流速分布の変化が発生しても、検出流量の誤差が発
生しにくくなる。

【００６５】実施の形態１２．この実施の形態１２で
は、図３０及び図３１に示されるように、検出用管路４
３が円筒状の管体であり、その軸心を通る断面の断面積
が入口から徐々に減少するように形成された絞り部４３
ａを有している。そして、絞り部４３ａは、軸心を通る
断面の内周部が３次曲線により構成されている。さら
に、流量検出素子２２が絞り部４３ａの通路断面積の最
小部位の近傍に配置されている。なお、他の構成は、上
記実施の形態２と同様に構成されている。

【００６６】この実施の形態１２による流量センサ１０
９では、検出用管路４３に流入した計測流体は、検出用
管路４３の軸心を通る断面の内周部が３次曲線により構
成された絞り部４３ａを流通する際に絞られて増速流れ
となり、流体の動圧が徐々に相対的に上げられ、静圧が
下げられる。これにより、計測流体は、主流軸方向に垂
直な流速成分が小さくなりながら、ついには主流軸方向
の流れに変換され、主流軸方向の流速分布が整えられ
る。そして、絞り部４３ａで主流軸方向の流速分布を整
えられた流体が、流量検出素子２２に到達する。さら
に、検出用管路４３の内壁面には局所的な角部や段差が
なく、絞り部４３ａを構成する曲面の曲率の主流軸方向
における変化率が小さくなる。その結果、計測流体の流
線方向が連続的に緩やかに変化し、流体的ノイズの原因
となる渦、流れの剥離が発生しない。そこで、ベンチュ
リに形成された検出用管路を備えた従来の流量センサに
比べて、計測流体を流体的ノイズを小さくしながら、効
率的に増速して流量検出素子２２まで導くことができ、
検出精度を向上させることができる。

【００６７】また、上記実施の形態１２による流量セン
サ１０９において、さらに検出用管路４３の軸心を通る
断面の断面積を絞り部４３ａの通路断面積の最小部位か
ら徐々に増加させるように通路断面図拡大部を形成して
もよい。この場合、絞り部４３ａで得られた動圧が通路
断面図拡大部で徐々に静圧に変換され、圧力損失を小さ
くできる。

【００６８】なお、上記各実施の形態では、絞り部は軸
心を通る断面の内周部が３次曲線により構成されている
ものとしているが、絞り部は軸心を通る断面の内周部の
全域が３次曲線により構成されているものに限定される
ものではなく、例えば軸心を通る断面の内周部を３次曲
線と直線とにより構成してもよい。

【００６９】実施の形態１３．上記実施の形態１では、
主通路の絞り部の軸心を通る断面の内周部が３次曲線に
より構成されているものとしているが、この実施の形態
１３では、図３２及び図３３に示されるように、絞り部
４４ａは、主通路４４の軸心を通る断面の内周部が略３
次曲線となるように直線を連結して構成されている。な
お、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されて
いる。

【００７０】この実施の形態１３による流量センサ１１
０では、絞り部４４ａが略３次曲線となるように構成さ
れているので、絞り部４４ａは上記実施の形態１による
絞り部２６ａと実質的に同様の構成となり、上記実施の
形態１と同様の効果が得られる。

【００７１】実施の形態１４．図３４はこの発明の実施
の形態１４に係る流量センサを示す断面図である。この
実施の形態１４では、流量センサがエアクリーナケース
と一体に形成された主通路５０にプラグインされたもの
である。主通路５０は、自動車用エンジンの吸気配管で
あり、エアクリーナエレメント２が内部に収められてい
る。この主通路５０は、エアクリーナエレメント２の下
流側で、その軸心を通る断面の断面積が下流側に徐々に
減少するように形成された絞り部５０ａと、絞り部５０
ａの通路断面積の最小部からその軸心を通る断面の断面
積が下流側に徐々に増加するように形成された通路断面
積拡大部５０ｂと有している。そして、絞り部５０ａ
は、軸心を通る断面の内周部が３次曲線により構成され
ている。また、流量検出素子２２を内蔵した検出用管路
２９が、支持部材２１に支持されて、主通路５０内に略
同軸に配設されている。そして、この検出用管路２９の
入口が、絞り部５０ａの通路断面積の最小部の近傍に位
置している。

【００７２】この実施の形態１４では、主通路５０を流
通する空気は、エアクリーナエレメント２でダクトを除
去されてエンジンに吸入される。この時、空気は、絞り
部５０ａを流通する際に絞られて増速流れとなり、流体
の動圧が徐々に相対的に上げられ、静圧が下げられる。
これにより、空気は、主流軸方向に垂直な流速成分が小
さくなりながら、ついには主流軸方向の流れに変換さ
れ、主流軸方向の流速分布が整えられる。そして、絞り
部５０ａで主流軸方向の流速分布を整えられた空気が、
検出用管路２９内に流入し、流量検出素子２２に到達す
る。一方、絞り部５０ａの通路断面積の最小部位を通過
した空気は、通路断面積拡大部５０ｂにより、流体の動
圧が徐々に下げられて静圧が上げられる。即ち、絞り部
５０ａで得られた動圧が通路断面積拡大部５０ｂで徐々
に静圧に変換されるので、静圧を均一化しながら回復す
ることができ、圧力損失を小さくすることができる。

【００７３】この実施の形態１４によれば、エアクリー
ナエレメント２の目詰まり等により空気の流れに偏りが
発生し、空気の流速分布が大きく変化しても、絞り部５
０ａで主流軸方向の流速分布が整えられて流量検出素子
２２に到達する。そこで、流量検出信号の乱れが少なく
なり、吸入空気量を正確に検出することができる。ま
た、絞り部５０ａで得られた動圧が通路断面積拡大部５
０ｂで徐々に静圧に変換され、圧力損失を小さくできる
ので、エンジンが吸入できる空気量が制限されて出力が
低下するような不具合を未然に防止できる。

【００７４】なお、上記各実施の形態では、主通路内に
流量検出素子を内蔵した検出用管路を配設するものとし
ているが、流量検出素子は検出用管路に内蔵されていな
くてもよく、例えば流量検出素子を主通路内に直接配設
してもよい。

【００７５】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００７６】この発明によれば、計測流体が流通する主
通路と、上記計測流体の温度を検出する測温素子と、感
熱抵抗材料からなる流量検出抵抗を有し、該流量検出抵
抗が上記計測流体の流れに露呈するように上記主通路内
に配設された流量検出素子と、上記流量検出抵抗の温度
が上記測温素子により検出された上記計測流体の温度に
対して所定温度高い温度に維持されるように該流量検出
抵抗への通電電流を制御する制御回路部とを備え、上記
流量検出抵抗から上記計測流体への熱伝達現象に基づい
て上記主通路内を流通する上記計測流体の流量を計測す
る流量センサにおいて、上記主通路は、通路断面積が上
記計測流体の流れ方向の下流側に向かって徐々に減少す
るように形成された絞り部を有し、該絞り部の軸心を通
る断面の内周部の少なくとも一部が略３次曲線により構
成され、上記流量検出素子の上記計測流体の流れ方向に
おける配設位置が、上記絞り部の通路断面積の最小部の
近傍に位置しているので、計測流体に流速分布の変化が
発生しても、計測流体の流量を高精度に検出できるとと
もに、圧力損失を小さく抑えることができる流量センサ
が得られる。

【００７７】また、計測流体が流通する主通路と、上記
主通路内に略同軸に配設された検出用管路と、上記計測
流体の温度を検出する測温素子と、感熱抵抗材料からな
る流量検出抵抗を有し、該流量検出抵抗が上記計測流体
の流れに露呈するように上記検出用管路内に配設された
流量検出素子と、上記流量検出抵抗の温度が上記測温素
子により検出された上記計測流体の温度に対して所定温
度高い温度に維持されるように該流量検出抵抗への通電
電流を制御する制御回路部とを備え、上記流量検出抵抗
から上記計測流体への熱伝達現象に基づいて上記主通路
内を流通する上記計測流体の流量を計測する流量センサ
において、上記主通路は、通路断面積が上記計測流体の
流れ方向の下流側に向かって徐々に減少するように形成
された絞り部を有し、該絞り部の軸心を通る断面の内周
部の少なくとも一部が略３次曲線により構成され、上記
検出用管路入口の上記計測流体の流れ方向における配設
位置が、上記絞り部の通路断面積の最小部の近傍に位置
しているので、計測流体に流速分布の変化が発生して
も、計測流体の流量を高精度に検出できるとともに、圧
力損失を小さく抑えることができる流量センサが得られ
る。

【００７８】また、上記主通路は、上記計測流体の流れ
方向に所定長さを有する管体からなり、上記絞り部が通
路断面積を該管体の入口から上記計測流体の流れ方向の
下流側に向かって徐々に減少するように形成され、上記
流量検出素子あるいは上記検出用管路入口の上記計測流
体の流れ方向における配設位置が、上記管体の入口から
上記絞り部の通路断面積の最小部までの距離Ｌに対し
て、０．７５Ｌ以上、かつ、１．５Ｌ以下の範囲内に位
置しているので、計測流体に流速分布の変化が発生して
も、検出流量の誤差が発生しにくくなるとともに、流量
センサの上下流間で生じる圧力損失を小さくできる。

【００７９】また、上記絞り部の通路断面積の最小部に
おける通路断面積Ｓ₀に対する上記絞り部の通路断面積
の最大部における通路断面積Ｓ₁の割合が、１．５≦Ｓ₁
／Ｓ₀≦３．０となっているので、計測流体に流速分布
の変化が発生した場合に、検出流量の誤差を小さく、か
つ、圧力損失を小さくできる。

【００８０】また、上記主通路は、通路断面積が上記絞
り部の通路断面積の最小部から上記計測流体の流れ方向
の下流側に向かって徐々に増加するように形成された通
路断面積拡大部を備えているので、通路断面積拡大部の
壁面上で流体剥離の原因となる渦の発生が抑えられ、圧
力損失を小さくできる。

【００８１】また、上記絞り部及び上記通路断面積拡大
部の軸心を通る断面の内壁形状が、絞り部の通路断面積
の最小部を中心として略対称な形状に形成されているの
で、計測流体の順流と逆流との双方の流量を高精度に検
出できる。

【００８２】また、上記通路断面積拡大部の内壁面が粗
面に形成されているので、通路断面積拡大部の壁面に微
小な渦が発生し、該壁面を流れる計測流体の境界層が乱
流化されて、壁面摩擦抵抗が相対的に小さくなり、圧力
損失を小さくできる。

【００８３】また、突起が上記通路断面積拡大部の内壁
面に多数設けられているので、通路断面積拡大部の壁面
に微小な渦が発生し、該壁面を流れる計測流体の境界層
が乱流化されて、壁面摩擦抵抗が相対的に小さくなり、
圧力損失を小さくできる。

【００８４】また、上記主通路の通路断面積の最小部の
内壁面における上記突起の最大高さｒに対する流体平均
深さｍ（通路断面積／通路断面における周囲長さ）の割
合が、略２５＜ｍ／ｒ＜略４０となっているので、主通
路の通路断面積の最小部の内壁面で微小な渦が発生さ
れ、該壁面を流れる計測流体の境界層の乱流化が促進さ
れ、圧力損失を最小とすることができる。

【００８５】また、上記通路断面積拡大部の内壁面が階
段状に形成されているので、通路断面積拡大部の壁面に
微小な渦が発生し、該壁面を流れる計測流体の境界層が
乱流化されて、壁面摩擦抵抗が相対的に小さくなり、圧
力損失を小さくできる。

【００８６】また、上記主通路の通路断面積の最小部の
内壁面における段差の最大高さｒに対する流体平均深さ
ｍ（通路断面積／通路断面における周囲長さ）の割合
が、略２５＜ｍ／ｒ＜略４０となっているので、主通路
の通路断面積の最小部の内壁面で微小な渦が発生され、
該壁面を流れる計測流体の境界層の乱流化が促進され、
圧力損失を最小とすることができる。

【００８７】また、上記絞り部と上記通路断面積拡大部
との内壁面が連続した曲面で連結されているので、主通
路の内壁面を構成する曲面の曲率の主流方向における変
化率が小さくなり、流体的ノイズの原因となる渦、流れ
の剥離の発生が抑えられ、圧力損失を小さくできる。

【００８８】また、上記絞り部の通路断面積の最小部の
近傍の内壁面に突起が設けられているので、主通路の内
壁表面に不精な渦が発生して境界層を乱流化し、壁面摩
擦抵抗を相対的に小さくできる。

【００８９】また、上記突起は、上記絞り部の内壁面に
周方向に等角ピッチで多数設けられ、それぞれの突起
は、その稜線が上記計測流体の流れ方向に一致し、か
つ、高さが上記計測流体の流れ方向の下流側に向かって
徐々に高くなるように形成されているので、絞り部の壁
面表面に微小な渦が徐々に発生して境界層を緩慢に乱流
化し、壁面摩擦抵抗を相対的に小さくできる。

【００９０】また、上記絞り部の通路断面積の最小部の
内壁面における上記突起の最大高さｒに対する流体平均
深さｍ（通路断面積／通路断面における周囲長さ）の割
合が、略２５＜ｍ／ｒ＜略４０となっているので、主通
路の通路断面積の最小部の内壁面で微小な渦が発生さ
れ、該壁面を流れる計測流体の境界層の乱流化が促進さ
れ、圧力損失を最小とすることができる。

【００９１】また、上記絞り部の上記計測流体の流れ方
向の上流側に整流格子が設けられているので、整流格子
の流入流体の旋回成分を抑制する効果と絞り部における
主流軸方向の流速分布を整える効果との双方の効果が得
られる。

【００９２】また、計測流体が流通する主通路と、上記
主通路内に略同軸に配設された検出用管路と、上記計測
流体の温度を検出する測温素子と、感熱抵抗材料からな
る流量検出抵抗を有し、該流量検出抵抗が上記計測流体
の流れに露呈するように上記検出用管路内に配設された
流量検出素子と、上記流量検出抵抗の温度が上記測温素
子により検出された上記計測流体の温度に対して所定温
度高い温度に維持されるように該流量検出抵抗への通電
電流を制御する制御回路部とを備え、上記流量検出抵抗
から上記計測流体への熱伝達現象に基づいて上記主通路
内を流通する上記計測流体の流量を計測する流量センサ
において、上記検出用管路は、通路断面積が上記計測流
体の流れ方向の下流側に向かって徐々に減少するように
形成された絞り部を有し、該絞り部の軸心を通る断面の
内周部の少なくとも一部が略３次曲線により構成され、
上記流量検出素子の上記計測流体の流れ方向における配
設位置が、上記絞り部の通路断面積の最小部の近傍に位
置しているので、計測流体に流速分布の変化が発生して
も、計測流体の流量を高精度に検出できるとともに、圧
力損失を小さく抑えることができる流量センサが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る流量センサを
示す正面図である。

【図２】この発明の実施の形態１に係る流量センサを
示す横断面図である。

【図３】この発明の実施の形態２に係る流量センサを
示す正面図である。

【図４】この発明の実施の形態２に係る流量センサを
示す横断面図である。

【図５】この発明の実施の形態３に係る流量センサを
示す横断面図である。

【図６】この発明の実施の形態３に係る流量センサに
おける検出用管路の設置位置と検出流量誤差および圧力
損失との関係を示す図である。

【図７】この発明の実施の形態４に係る流量センサを
示す横断面図である。

【図８】この発明の実施の形態４に係る流量センサに
おける絞り部の絞り比と検出流量誤差および圧力損失と
の関係を示す図である。

【図９】この発明の実施の形態５に係る流量センサを
示す正面図である。

【図１０】この発明の実施の形態５に係る流量センサ
を示す横断面図である。

【図１１】この発明の実施の形態６に係る流量センサ
を示す正面図である。

【図１２】この発明の実施の形態６に係る流量センサ
を示す横断面図である。

【図１３】この発明の実施の形態６に係る流量センサ
の要部を示す拡大横断面図である。

【図１４】この発明の実施の形態６に係る流量センサ
におけるｍ／ｒと圧力損失との関係を示す図である。

【図１５】この発明の実施の形態７に係る流量センサ
を示す正面図である。

【図１６】この発明の実施の形態７に係る流量センサ
を示す横断面図である。

【図１７】この発明の実施の形態７に係る流量センサ
の要部を示す拡大横断面図である。

【図１８】この発明の実施の形態８に係る流量センサ
を示す正面図である。

【図１９】この発明の実施の形態８に係る流量センサ
を示す横断面図である。

【図２０】この発明の実施の形態８に係る流量センサ
の要部を示す拡大横断面図である。

【図２１】この発明の実施の形態９に係る流量センサ
を示す正面図である。

【図２２】この発明の実施の形態９に係る流量センサ
を示す横断面図である。

【図２３】この発明の実施の形態９に係る流量センサ
の要部を示す拡大斜視図である。

【図２４】この発明の実施の形態９に係る流量センサ
の実施態様の要部を示す拡大斜視図である。

【図２５】この発明の実施の形態９に係る流量センサ
の他の実施態様の要部を示す拡大斜視図である。

【図２６】この発明の実施の形態１０に係る流量セン
サを示す正面図である。

【図２７】この発明の実施の形態１０に係る流量セン
サを示す横断面図である。

【図２８】この発明の実施の形態１１に係る流量セン
サを示す正面図である。

【図２９】この発明の実施の形態１１に係る流量セン
サを示す横断面図である。

【図３０】この発明の実施の形態１２に係る流量セン
サを示す正面図である。

【図３１】この発明の実施の形態１２に係る流量セン
サを示す横断面図である。

【図３２】この発明の実施の形態１３に係る流量セン
サを示す正面図である。

【図３３】この発明の実施の形態１３に係る流量セン
サを示す横断面図である。

【図３４】この発明の実施の形態１４に係る流量セン
サを示す横断面図である。

【図３５】従来の流量センサを示す正面図である。

【図３６】従来の流量センサを示す横断面図である。

【図３７】自動車エンジンの吸気系配管図である。

【図３８】従来の他の流量センサを示す横断面図であ
る。

【符号の説明】

１１流量検出抵抗、１３温度補償用抵抗（測温度素
子）、２２、２２Ａ流量検出素子、２４回路基板（制
御回路部）、２６、３３、３４、３５、３６、３７、３
８、４１、４４、５０主通路、２６ａ、３３ａ、３４
ａ、３５ａ、３６ａ、３７ａ、３８ａ、４１ａ、４３
ａ、４４ａ、５０ａ絞り部、３３ｂ、３４ｂ、３５
ｂ、３６ｂ、３７ｂ、２８ｂ、４１ｂ、５０ｂ通路断
面積拡大部、２９、４３検出用管路、３５ｃ、３６
ｃ、３７ｃ、３８ｃ、３９、４０突起、４２整流格
子、１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０
５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０流量セ
ンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者濱田慎悟東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者大島丈治東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者古藤悟東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】計測流体が流通する主通路と、上記計測
流体の温度を検出する測温素子と、感熱抵抗材料からな
る流量検出抵抗を有し、該流量検出抵抗が上記計測流体
の流れに露呈するように上記主通路内に配設された流量
検出素子と、上記流量検出抵抗の温度が上記測温素子に
より検出された上記計測流体の温度に対して所定温度高
い温度に維持されるように該流量検出抵抗への通電電流
を制御する制御回路部とを備え、上記流量検出抵抗から
上記計測流体への熱伝達現象に基づいて上記主通路内を
流通する上記計測流体の流量を計測する流量センサにお
いて、上記主通路は、通路断面積が上記計測流体の流れ方向の
下流側に向かって徐々に減少するように形成された絞り
部を有し、該絞り部の軸心を通る断面の内周部の少なくとも一部が
略３次曲線により構成され、上記流量検出素子の上記計測流体の流れ方向における配
設位置が、上記絞り部の通路断面積の最小部の近傍に位
置していることを特徴とする流量センサ。
【請求項２】計測流体が流通する主通路と、上記主通
路内に略同軸に配設された検出用管路と、上記計測流体
の温度を検出する測温素子と、感熱抵抗材料からなる流
量検出抵抗を有し、該流量検出抵抗が上記計測流体の流
れに露呈するように上記検出用管路内に配設された流量
検出素子と、上記流量検出抵抗の温度が上記測温素子に
より検出された上記計測流体の温度に対して所定温度高
い温度に維持されるように該流量検出抵抗への通電電流
を制御する制御回路部とを備え、上記流量検出抵抗から
上記計測流体への熱伝達現象に基づいて上記主通路内を
流通する上記計測流体の流量を計測する流量センサにお
いて、上記主通路は、通路断面積が上記計測流体の流れ方向の
下流側に向かって徐々に減少するように形成された絞り
部を有し、該絞り部の軸心を通る断面の内周部の少なくとも一部が
略３次曲線により構成され、上記検出用管路入口の上記計測流体の流れ方向における
配設位置が、上記絞り部の通路断面積の最小部の近傍に
位置していることを特徴とする流量センサ。
【請求項３】上記主通路は、上記計測流体の流れ方向
に所定長さを有する管体からなり、上記絞り部が通路断
面積を該管体の入口から上記計測流体の流れ方向の下流
側に向かって徐々に減少するように形成され、上記流量検出素子あるいは上記検出用管路入口の上記計
測流体の流れ方向における配設位置が、上記管体の入口
から上記絞り部の通路断面積の最小部までの距離Ｌに対
して、０．７５Ｌ以上、かつ、１．５Ｌ以下の範囲内に
位置していることを特徴とする請求項１又は請求項２記
載の流量センサ。
【請求項４】上記絞り部の通路断面積の最小部におけ
る通路断面積Ｓ₀に対する上記絞り部の通路断面積の最
大部における通路断面積Ｓ₁の割合が、１．５≦Ｓ₁／Ｓ
₀≦３．０となっていることを特徴とする請求項１又は
請求項２記載の流量センサ。
【請求項５】上記主通路は、通路断面積が上記絞り部
の通路断面積の最小部から上記計測流体の流れ方向の下
流側に向かって徐々に増加するように形成された通路断
面積拡大部を備えていることを特徴とする請求項１又は
請求項２記載の流量センサ。
【請求項６】上記絞り部及び上記通路断面積拡大部の
軸心を通る断面の内壁形状が、絞り部の通路断面積の最
小部を中心として略対称な形状に形成されていることを
特徴とする請求項５記載の流量センサ。
【請求項７】上記通路断面積拡大部の内壁面が粗面に
形成されていることを特徴とする請求項５記載の流量セ
ンサ。
【請求項８】突起が上記通路断面積拡大部の内壁面に
多数設けられていることを特徴とする請求項７記載の流
量センサ。
【請求項９】上記主通路の通路断面積の最小部の内壁
面における上記突起の最大高さｒに対する流体平均深さ
ｍ（通路断面積／通路断面における周囲長さ）の割合
が、略２５＜ｍ／ｒ＜略４０となっていることを特徴と
する請求項８記載の流量センサ。
【請求項１０】上記通路断面積拡大部の内壁面が階段
状に形成されていることを特徴とする請求項７記載の流
量センサ。
【請求項１１】上記主通路の通路断面積の最小部の内
壁面における段差の最大高さｒに対する流体平均深さｍ
（通路断面積／通路断面における周囲長さ）の割合が、
略２５＜ｍ／ｒ＜略４０となっていることを特徴とする
請求項１０記載の流量センサ。
【請求項１２】上記絞り部と上記通路断面積拡大部と
の内壁面が連続した曲面で連結されていることを特徴と
する請求項５記載の流量センサ。
【請求項１３】上記絞り部の通路断面積の最小部の近
傍の内壁面に突起が設けられていることを特徴とする請
求項１又は請求項２記載の流量センサ。
【請求項１４】上記突起は、上記絞り部の内壁面に周
方向に等角ピッチで多数設けられ、それぞれの突起は、
その稜線が上記計測流体の流れ方向に一致し、かつ、高
さが上記計測流体の流れ方向の下流側に向かって徐々に
高くなるように形成されていることを特徴とする請求項
１３記載の流量センサ。
【請求項１５】上記絞り部の通路断面積の最小部の内
壁面における上記突起の最大高さｒに対する流体平均深
さｍ（通路断面積／通路断面における周囲長さ）の割合
が、略２５＜ｍ／ｒ＜略４０となっていることを特徴と
する請求項１３又は請求項１４記載の流量センサ。
【請求項１６】上記絞り部の上記計測流体の流れ方向
の上流側に整流格子が設けられていることを特徴とする
請求項１又は請求項２記載の流量センサ。
【請求項１７】計測流体が流通する主通路と、上記主
通路内に略同軸に配設された検出用管路と、上記計測流
体の温度を検出する測温素子と、感熱抵抗材料からなる
流量検出抵抗を有し、該流量検出抵抗が上記計測流体の
流れに露呈するように上記検出用管路内に配設された流
量検出素子と、上記流量検出抵抗の温度が上記測温素子
により検出された上記計測流体の温度に対して所定温度
高い温度に維持されるように該流量検出抵抗への通電電
流を制御する制御回路部とを備え、上記流量検出抵抗か
ら上記計測流体への熱伝達現象に基づいて上記主通路内
を流通する上記計測流体の流量を計測する流量センサに
おいて、上記検出用管路は、通路断面積が上記計測流体の流れ方
向の下流側に向かって徐々に減少するように形成された
絞り部を有し、該絞り部の軸心を通る断面の内周部の少なくとも一部が
略３次曲線により構成され、上記流量検出素子の上記計測流体の流れ方向における配
設位置が、上記絞り部の通路断面積の最小部の近傍に位
置していることを特徴とする流量センサ。