JPS6318892Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はカルマン渦列を計数して流量を検出す
るカルマン渦流量センサの改良に関する。

自動車用内燃機関などについて、その吸入空気
量を電気的に検出し、これに対応して燃料供給量
を制御することにより燃費や排気性能を含めた綜
合性能の一層の向上を図る電子制御燃料供給シス
テムの開発が進められているが、この吸入空気流
量を検出するための手段の一つに、流れの中に柱
状物を置いたときにその下流側に発生するカルマ
ン渦列を利用したカルマン渦流量センサがある。

これを説明すると、第１図に示したように、流
体が通過するダクト１の途中に、流れに対して直
交するように柱状の渦発生体２が介装され、さら
にその上流側にハニカムなど格子状の整流器３が
設けられている。

上記ダクト１を流体が通過するとき、渦発生体
２の両側面から下流側の流れに向つて交互に安定
で規則的な渦が発生し、いわゆるカルマン渦列を
形成するが、この渦が交互に生成・離脱すること
から、渦発生体２内の流れに対して直角に形成し
た通孔４に交互に方向を変える交番流が生じる。
いま、渦発生体２の幅をｄ、流れの速度をｖとす
ると、渦の発生周波数は次式で示す関係にある
ことが知られている。

＝Stｖ／ｄ ここにStはストローハル数と呼ばれる定数、ｄ
は既知であるので、カルマン渦の発生周波数すな
わち上記交番流の周波数を通孔４内に配置した熱
線等の周波数検出手段５で検出すれば、流れの速
度ひいては流量を知ることができる（特公昭48−
26304号公報）。

ところで、このようなカルマン渦流量センサを
内燃機関の吸気流量検出に用いる場合の問題点と
して、全開運転域では吸気脈動に原因して検出誤
差が大きくなるということが挙げられる。

検出誤差を減らすうえでは渦発生体２の幅ｄを
小さくしてカルマン渦の発生周波数を高め、吸
気流速の変化に対する応答性を高めれば良いので
あるが、この場合幅ｄと同方向に測つた整流器３
の格子間隔（メツシユ）ｓが大きいと、第２図に
示したように整流に伴う流速分布が一様でなくな
り、そのため精度が低下するおそれがあるので、
整流器３と渦発生体２との位置関係を精密に設定
する必要を生じる（第９図参照）。これは、加
工・組立精度の面から見てかなり困難である。

これに対して、格子間隔ｓを小さくすると吸入
抵抗が著増するとともに目詰りを起こしやすくな
るなど不都合を生じる。

このため、従来は渦発生体２を小型化するにも
限度があり、結局全開運転域での精度低下を補う
ために何等かの検出値補正手段を設けるほかなか
つた。

本考案はこのような問題点に着目してなされた
もので、渦発生体の幅に対する整流器の格子間隔
並びに整流器と渦発生体との間の距離、さらには
ダクトの通路面積を特定の関係で規定して、渦発
生体に対する整流器の位置が、所定の位置から流
れに対して直角方向にずれること（以下、単に
「位置ズレ」と言う）によつてもたらされる検出
精度への影響度を極力少なくすることにより、渦
発生体の小型化すなわちカルマン渦流量センサの
検出精度向上を図ることを目的とするものであ
る。

すなわち、本考案を第３図に示した実施例に基
づいて説明すると、図示したように渦発生体２の
幅をｄ、整流器３の格子間隔をｓ、渦発生体２と
整流器３との間の距離をｌ、渦発生体２並びに整
流器３の設置部におけるダクト１の通路面積をそ
れぞれa1，a2とするとき、 ｄ／ｓ＜３ ……＜１＞ ｌ／ｄ＝３〜10 ……＜２＞ a2／a1＝1.3〜3.0 ……＜３＞ の関係を満たすように前記各寸法を設定するので
ある。なお、図で６は図示しない機関吸気通路等
に接続する外側ダクトで、この実施例では外側ダ
クト６にハニカム状の整流器３を介装し、その下
流側端面に接してダクト１を接続してある。

上掲の＜１＞式は格子間隔ｓに対する渦発生体
幅ｄの最大値を制限するものであつて、吸気通路
抵抗等を考慮して格子間隔ｓをできるだけ小さく
したうえでさらにこの条件を満たす程度に幅ｄを
小さく設定すると、流速変化に対する応答性が向
上し、流量検出精度が著しく高められる。

そして、さらに＜２＞，＜３＞式の条件を満た
すことにより、整流器３の下流での流速分布偏差
が平均化され、すなわち一様流にされ、幅ｄに沿
つたどの点においても流速が等しくなるため、
ｄ／ｓを小さくしたときに従来問題となつていた
位置ズレに基づく誤差の発生を回避することがで
きる。言い換えるならば、＜２＞，＜３＞式の条件
を満たすことにより＜１＞式の条件が成立し得え
て、この結果流量検出精度を著しく高めることが
できるのである。

なお、正面（流れの方向）から見て渦発生体の
幅方向に測つた格子状整流器の実質的な格子間隔
は、その配置方向ないし角度によつて変化するこ
とになるが、整流器の取り付けにあたつては前記
幅方向の格子間隔がより小さくなるように配慮す
る。例えば実施例のようにハニカム状整流器３の
場合は、第４図に示したようにハニカムを構成す
る正六角形孔の一辺が渦発生体２と平行になるよ
うな配置（横置）にすると、隣接する六角形孔と
の関係で実質的な格子間隔（流速の最大位置と最
小位置との間隔）がｓ／２となるため、流速分布
の平均化を図るうえで好都合である。これに対し
て、六角形孔の一辺と渦発生体２とが直角の関係
に配置（縦置）すると、実質的格子間隔が約
0.87sになるので、上記横置の場合に較べて不利
になる。具体的には、例えば実質的格子間隔が
ｓ／２のときにｄ／ｓ＝2.0であるとすれば、同
じく0.87sのときにはｄ／ｓ＝1.15となり、従つて
第８図に示したように実質的格子間隔がｓ／２と
なる配置のほうが有利であることが分かる。な
お、整流器３の形状ないし構造は上記ハニカム状
に限られるものではなく、例えば第５図のような
波板状あるいは第６図のような方形格子状のもの
などでもよいが、いずれにしても実質的な格子間
隔が小さくなるような配置にした方が好ましいと
いう点に変りはない。

第８図は本考案の効果を位置ズレに基づく誤差
とｌ／ｄとの間係において示したものであつて、
破線はｄ／ｓ＝１の条件下でハニカム状整流器
（第４図）を縦置にしたとき、一点鎖線は同じく
横置にしたとき、実線はさらにa2／a1＝1.8としたと きの特性である。この図からは、特に＜３＞式の
条件を満たした場合の効果が顕著であるが、ｌ／
ｄの値に着目すると、ｌ／ｄ＜３では流速分布偏
差の影響が強くて誤差が出やすく、またｌ／ｄ＞
10では整流効果が薄れてセンサ出力波形の乱れあ
るいは出力変動が大きくなることから、＜２＞式
の条件を満たすのが妥当であることがわかる。

また、第８図は同じく誤差とｄ／ｓとの関係を
示したものである。ｄ／ｓの値が、約４以下の領
域で従来に比較し流量検出誤差が小さくなること
がわかる。特にｄ／ｓ＜３の領域においては誤差
は明らかに改善される。

以上要するに本考案によれば、整流器を通過し
て渦発生体に至るまでの流れの流速分布が均され
るので、厳密な加工−組立精度を要することなく
渦発生体の小型化を図ることができ、またこれに
より特に内燃機関の吸入空気流量検出にも補正手
段なしで対応しうる高精度なカルマン渦流量セン
サが得られるという効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の側面断面図、第２図は同じく
整流器通過後の流れの速度分布と渦発生体との関
係を説明するための要部断面図である。第３図は
本考案の一実施例の側面断面図、第４図はそのＡ
矢視拡大図である。第５図〜第６図はそれぞれ整
流器に関する他の実施例の概略図である。第７
図、第８図はそれぞれ本考案の効果を説明するた
めの線図である。 １……ダクト、２……渦発生体、３……整流
器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ダクトの途中に柱状の渦発生体を介装するとと
   もに、この渦発生体よりも上流側に格子状の整流
   器を設けたカルマン渦流量センサにおいて、前記
   整流器を、正面から見て渦発生体の幅方向に測つ
   た格子間隔が比較的小さくなる向きに配置する一
   方、渦発生体の幅をｄ、幅ｄと同方向に測つた整
   流器の格子間隔をｓ、渦発生体と整流器との間の
   距離をｌ、渦発生体並びに整流器の設置部のダク
   ト通路面積をそれぞれa1，a2とするとき、 ｄ／ｓ＜３，ｌ／ｄ＝３〜10，a2／a1＝1.3〜
   3.0 の関係を満たすように前記各寸法を設定したこと
   を特徴とするカルマン渦流量センサ。