JPWO2016047243A1 - 熱式流量計 - Google Patents

Abstract

副通路を流れる被計測気体の流速分布の偏りを低減することにより、計測精度の良い熱式流量計を提供する。主通路１２４を流れる被計測気体ＩＡの一部を取り込む副通路３３０は、流量計測素子６０２に向かって湾曲した湾曲通路３２ａを有している。湾曲通路３２ａには、湾曲通路３２ａの内周側ＣＩに比べて、湾曲通路３２ａの外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの圧力損失が高くなるように、外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの流れに抵抗を付与する抵抗部５０が形成されている。

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計測素子を備え、前記流量計測素子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。熱式流量計が計測する流量は色々な装置の重要な制御パラメータとして広く使用されている。熱式流量計の特徴は、他の方式の流量計に比べ相対的に高い精度で気体の流量、例えば質量流量を計測できることである。

しかしさらに気体流量の計測精度の向上が望まれている。例えば、内燃機関を搭載した車両では、省燃費の要望や排気ガス浄化の要望が非常に高い。これら要望に応えるには、内燃機関の主要パラメータである吸入空気量を高い精度で計測することが求められている。

内燃機関に導かれる吸入空気量を計測する熱式流量計は、吸入空気量の一部を取り込む副通路と前記副通路に配置された流量計測素子とを備え、前記流量計測素子が被計測気体との間で熱伝達を行うことにより、前記副通路を流れる被計測気体の状態を計測して、前記内燃機関に導かれる吸入空気量を表す電気信号を出力する。

たとえば、このような熱式流量計の技術として、特許文献１には、「板状基板のセンサ素子の実装面側と、センサ素子の実装面側とは反対側の背面側とにそれぞれ流体通路が構成されるように、板状基板を配置し、副通路の板状基板の上流側に曲線を描いて向きを変える曲線通路部を備えた流量測定装置」が記載されている。この文献では、「センサ素子実装面と対向する、曲線通路部の側壁面側に位置する端部が、側壁面に沿う方向において曲線通路部の内回り壁面側に位置するように傾斜した傾斜部を、曲線通路部の外回り壁面に設けた」点が記載されている。

特開２０１１−７５３５９号公報

特許文献１の如き熱式流量計は、曲線通路部（湾曲通路）の外回り壁面（外周壁面）に傾斜部を設けることにより、センサ素子に向かうダストの侵入を抑えているが、流れる被計測気体に抵抗を与えず、単に外周り壁面（外周壁面）に傾斜部を設けた場合、発明者らが行った流体解析等から、内回り壁面（内周壁面）に、剥離流（剥離渦）が発生することがわかった。この結果、内回り側（内周側）に比べて外回り側（外周側）の方が、速い流速分布になり、センサ素子へ向かう流れが偏ってしまう。この偏りは、脈動時などの過渡の流れが発生した際に変化し、流量計測素子上の流速が非過渡時と異なることがある。この結果、脈動発生時の計測誤差要因となることがあった。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、副通路を流れる被計測気体の流速分布の偏りを低減することにより、計測精度の良い熱式流量計を提供することにある。

前記課題を鑑みて、本発明に係る熱式流量計は、主通路を流れる被計測気体の一部を取り込む副通路と、前記副通路を流れる被計測気体の流量を計測する流量計測素子とを備え、該流量計測素子が計測した計測値に基づいて前記主通路を流れる被計測気体の流量を計測する熱式流量計であって、前記副通路は、前記主通路から取り込まれた被計測気体が前記流量計測素子に流れるように、前記流量計測素子に向かって湾曲した湾曲通路を有しており、該湾曲通路には、該湾曲通路の内周側に比べて、前記湾曲通路の外周側を流れる被計測気体の圧力損失が高くなるように、前記外周側を流れる被計測気体の流れに抵抗を付与する抵抗部が形成されている。

本発明によれば、副通路を流れる被計測気体の流速分布の偏りを低減することにより、被計測気体の計測精度を高めることができる。

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。 本発明の第１実施形態に係る熱式流量計の外観を示す正面図。 本発明の第１実施形態に係る熱式流量計の外観を示す左側面図。 本発明の第１実施形態に係る熱式流量計の外観を示す背面図。 本発明の第１実施形態に係る熱式流量計の外観を示す右側面図。 本発明の第１実施形態に係る熱式流量計から表カバーを取り外したハウジングの状態を示す正面図。 本発明の第１実施形態に係る熱式流量計から裏カバーを取り外したハウジングの状態を示す背面図。 図２ＡのＡ−Ａ矢視断面図。 図３Ｂに示す副通路の要部拡大図。 図５のＢ−Ｂ矢視端面図。 （ａ）従来の熱式流量計の副通路の湾曲通路内の流速分布と圧力損失の関係を示した図、（ｂ）図６に示す熱式流量計の副通路の湾曲通路内の流速分布と圧力損失の関係を示した図。 図６に示す熱式流量計の副通路の湾曲通路の変形例。 図６に示す熱式流量計の副通路の湾曲通路の別の変形例。 図６に示す熱式流量計の副通路の湾曲通路のさらなるの変形例。 図３Ｂに示す副通路の要部拡大図に相当する第２実施形態に係る副通路の要部拡大図。 図１１のＣ−Ｃ矢視端面図。 （ａ）従来の熱式流量計の副通路の湾曲通路内の流速分布と圧力損失の関係を示した図、（ｂ）図１１に示す熱式流量計の副通路の湾曲通路内の流速分布と圧力損失の関係を示した図。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
１．内燃機関制御システムとこれに配置される熱式流量計
図１は、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムに、本実施形態に係る熱式流量計を使用した一実施形態を示すシステム図である。図１に示すように、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ＩＡとしてエアクリーナ１２２から吸入され、主通路１２４が形成された吸気管７１を含む例えば吸気ボディ、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。

燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体ＩＡの流量は、本実施形態に係る熱式流量計３０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ＩＡと共に混合気の状態で燃焼室に導かれる。なお、本実施形態では、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ＩＡ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。

熱式流量計３０は、図１に示す内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する方式だけでなく、各燃焼室に燃料を直接噴射する方式にも同様に使用できる。両方式とも熱式流量計３０の使用方法を含めた制御パラメータの計測方法および燃料供給量や点火時期を含めた内燃機関の制御方法の基本概念は略同じであり、両方式の代表例として吸気ポートに燃料を噴射する方式を図１に示す。

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ＥＡ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ＩＡ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ＩＡの流量、湿度および温度が、熱式流量計３０により計測され、熱式流量計３０から吸入空気の流量、湿度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ＥＡ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３０の出力である吸入空気の流量、湿度、および温度、および回転角度センサ１４６からの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３０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。

内燃機関の主要な制御量である燃料供給量や点火時期はいずれも熱式流量計３０の出力を主パラメータとして演算される。従って熱式流量計３０の計測精度の向上や経時変化の抑制、信頼性の向上が、車両の制御精度の向上や信頼性の確保に関して重要である。特に近年、車両の省燃費に関する要望が非常に高く、また排気ガス浄化に関する要望が非常に高い。これらの要望に応えるには熱式流量計３０により計測される吸入空気である被計測気体ＩＡの流量の計測精度の向上が極めて重要である。

２．熱式流量計の外観とその取り付け状態
図２は、熱式流量計３０の外観を示している。図２Ａは熱式流量計３０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３０はハウジング３０２と表カバー３０３と裏カバー３０４とを備えている。ハウジング３０２は、熱式流量計３０を、主通路を構成する吸気ボディに固定するためのフランジ３１２と、外部機器との電気的な接続を行うための外部端子を有する外部接続部（コネクタ部）３０５と、流量等を計測するための計測部３１０を備えている。計測部３１０の内部には、副通路を作るための副通路溝が設けられている。

熱式流量計３０は、上述した表カバー３０３と裏カバー３０４を覆うことにより、副通路が形成されたケーシングとなる。計測部３１０の内部には、主通路を流れる被計測気体ＩＡの流量を計測するための流量計測素子６０２や主通路１２４を流れる被計測気体ＩＡ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が設けられている（図３Ａ、３Ｂ参照）。

熱式流量計３０は、フランジ３１２を吸気ボディ（吸気管）７１に固定することにより、計測部３１０が主通路内に片持ち状に支持される。図２Ａおよび図３Ｂでは、熱式流量計３０と吸気管７１との位置関係を明確にするため、仮想線で吸気管７１を示している。

熱式流量計３０の計測部３１０は、フランジ３１２から主通路１２４の径方向の中心方向に向かって長く延びる形状を成し、その先端部には吸入空気などの被計測気体ＩＡの一部を副通路に取り込むための主取込口３５０（図２Ｃ参照）と副通路から被計測気体ＩＡを主通路１２４に戻すための排出口３５５（図２Ｄ参照）が設けられている。

熱式流量計３０の主取込口３５０が、フランジ３１２から主通路の径方向の中心方向に向かって延びる計測部３１０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部分の気体を副通路に取り込むことができる。これにより、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。なお、後述するように本実施形態では、主取込口３５０の中心は、主通路１２４の被計測気体ＩＡが流れる方向Ｄに沿った中心線ＣＬに対してオフセットしている。

また、主通路１２４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。本実施例の熱式流量計３０では、フランジ３１２から主通路の中央に向かって延びる薄くて長い計測部３１０の先端部に主取込口３５０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（計測用通路）に取り込むことができる。また、副通路の排出口３５５も計測部３１０の先端部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１２４の中央部近傍に戻すことができる。

計測部３１０は主通路１２４の外壁から中央に向かう軸に沿って長く延びる形状を成しているが、幅は、図２Ｂ及び図２Ｄに記載の如く、狭い形状を成している。すなわち、熱式流量計３０の計測部３１０は、側面の幅が薄く正面が略長方形の形状を成している。これにより、熱式流量計３０は、被計測気体ＩＡ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。

被計測気体ＩＡの温度を計測するための温度検出部４５２が、計測部３１０の中央部で、計測部３１０内の上流側外壁が下流側に向かって窪んだ位置に、上流側外壁から上流側に向かって突出する形状を成して設けられている。

表カバー３０３および裏カバー３０４は、薄い板状に形成されて、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３０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。

外部接続部３０５の内部には、図示しない外部端子と補正用端子とが設けられている。外部端子は、計測結果である流量と温度を出力するための端子と、直流電力を供給するための電源端子とで構成される。補正用端子は熱式流量計３０に関する補正値を、熱式流量計３０内部のメモリに記憶するのに使用する端子である。

３．ハウジング内の副通路と回路パッケージ
次に、図３Ａおよび図３Ｂを用いて、ハウジング３０２内に構成される副通路及び回路パッケージの構成について説明する。図３Ａおよび図３Ｂは熱式流量計３０から表カバー３０３または裏カバー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、本発明の第１実施形態に係る熱式流量計から表カバー３０３を取り外したハウジング３０２の状態を示す正面図であり、図３Ｂは、本発明の第１実施形態に係る熱式流量計３０から裏カバー３０４を取り外したハウジング３０２の状態を示す背面図である。

ハウジング３０２には、計測部３１０の先端側に副通路を成形するための副通路溝が設けられている。副通路３３０は、主通路１２４を流れる被計測気体の一部を取り込むために熱式流量計３０内に形成された通路である。本実施例ではハウジング３０２の表裏両面に副通路溝３３２，３３４が設けられている。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、ハウジング３０２の両面に連続した副通路３３０が形成される。このような構造とすることで、第２樹脂（熱可塑性樹脂）によるハウジング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３３２と裏側副通路溝３３４の両方をハウジング３０２の一部に形成し、これらを繋ぐようにハウジング３０２を貫通した貫通部３８２を形成し、この貫通部３８２に回路パッケージ４００の流量計測素子６０２を配置することができる。

図３Ｂに示すように、主通路を流れる被計測気体ＩＡの一部は、主取込口３５０から裏側副通路溝３３４内に取り込まれ、裏側副通路溝３３４内を流れる。裏側副通路溝３３４に裏カバー３０４を覆うことにより、熱式流量計３０には、副通路３３０のうち、第１の通路３１と第２の通路３２の上流側の一部が形成される。ここで、第１の通路３１は、本発明でいうところの「排出通路」に相当し、第２の通路３２のうち、流量計測素子６０２よりも上流側の通路（後述するセンサ上流側通路３２ａ）が「湾曲通路」に相当する。

第１の通路（排出通路）３１は、主通路１２４を流れる被計測気体ＩＡを取り込む主取込口３５０から、取り込んだ被計測気体ＩＡの一部を排出する排出口３５５まで形成された汚損物質の排出用通路である。第２の通路３２は、第１の通路３１に流れる被計測気体ＩＡを取り込む副取込口３４から、流量計測素子６０２に向かって形成された流量計測用通路である。主取込口３５０は、主通路１２４の上流側に面して開口しており、排出口３５５は、主通路１２４の下流側に面して開口しており、排出口３５５の開口面積は、主取込口３５０の開口面積よりも小さい。これにより、主取込口３５０からの被計測気体ＩＡを第２の通路３２にも流れ易くすることができる。

裏面副通路溝３３４のうち、第２の通路３２（流量計測素子６０２までの通路）の通路溝は、流れ方向に進むにつれて深くなる形状をしており、溝に沿って流れるにつれ表カバー３０３側の方向に被計測気体ＩＡは徐々に移動する。裏側副通路溝３３４には回路パッケージ４００の上流部３４２で急激に深くなる急傾斜部３４７が設けられている。質量の小さい空気の一部は急傾斜部３４７に沿って移動し、回路パッケージ４００の貫通部３８２のうち上流部３４２で図４に示す計測用流路面４３０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３４７に沿って流れることができず、図４に示す計測用流路裏面４３１側を流れる。その後、貫通部３８２のうち下流部３４１を通り、図３Ａに示す表側副通路溝３３２を流れる。

上述した如く、回路パッケージ４００の計測用流路面４３０を含む部分は、貫通部３８２の空洞内に配置され、この貫通部３８２は計測用流路面４３０を有する回路パッケージ４００の左右両側で裏側副通路溝３３４と表側副通路溝３３２とが繋がっている。

図３Ａに示すように、貫通部３８２において、上流部３４２から被計測気体ＩＡである空気は計測用流路面４３０に沿って流れる。このとき、流量計測素子６０２に設けられ、第２の通路３２内に露出した計測表面（熱伝達面）４３７を介して、流量を計測するための流量計測素子６０２との間で熱伝達が行われ、被計測気体ＩＡの流量の計測が行われる。なお、この流量の計測原理は、熱式流量計として一般的な計測原理であってよく、本実施例の如く、回路パッケージ４００の流量計測素子６０２が計測した計測値に基づいて主通路を流れる被計測気体の流量を計測することができるものであれば、計測するための構成は特に限定されるものではない。

計測用流路面４３０を通過した被計測気体ＩＡや回路パッケージ４００の下流部３４１から表側副通路溝３３２に流れてきた空気は共に表側副通路溝３３２に沿って流れ、第２の通路３２の出口溝３５３から、主通路１２４の下流側に面した排出口を介して主通路１２４に排出される。

この実施例では、裏側副通路溝３３４で構成される第２の通路３２は曲線を描きながらハウジング３０２の先端部からフランジ方向に向かい、フランジ側に最も近い位置では副通路３３０を流れる被計測気体ＩＡは主通路１２４の流れに対して逆方向の流れとなる。この逆方向の流れの部分となる貫通部３８２で、ハウジング３０２の一方側に設けられた第２の通路３２のうち裏面側に設けられたセンサ上流側通路（湾曲通路）３２ａが、他方側に設けられた第２の通路３２の表面側に設けられたセンサ下流側通路３２ｂに繋がる。センサ上流側通路（湾曲通路）３２ａは、主通路１２４から取り込まれた被計測気体ＩＡが流量計測素子６０２に流れるように、流量計測素子６０２に向かって一方向に湾曲した通路であり、流量計測素子６０２よりも上流側の貫通部３８２の一部を含むものである。

すなわち、この実施例では、回路パッケージ４００の先端側は貫通部３８２の空洞内に配置される。回路パッケージ４００の上流側に位置する上流部３４２の空間と回路パッケージ４００の下流側に位置する下流部３４１の空間は、この貫通部３８２に含まれることになり、貫通部３８２は、上述した如く、ハウジング３０２の表面側と裏面側とを貫通するように刳り貫かれている。これにより、上述した如く、貫通部３８２で、ハウジング３０２の表面側の表側副通路溝３３２により形成されたセンサ上流側通路３２ａと、裏面側の裏側副通路溝３３４により形成されたセンサ下流側通路３２ｂとが連通する。センサ下流側通路３２ｂは、流量計測素子６０２を通過した被計測気体ＩＡが流排出口３５５に流れるように、排出口３５５に向かって一方向に湾曲した通路であり、流量計測素子６０２よりも下流側の貫通部３８２の一部を含むものである。

なお、図４に示すように、計測用流路面４３０側の空間と計測用流路裏面４３１側の空間とは、ハウジング３０２にインサートされた回路パッケージ４００によって区分されており、ハウジング３０２によっては区分されていない。上流部３４２の空間と、下流部３４１の空間と、計測用流路面４３０側の空間と、計測用流路裏面４３１側の空間とによって形成される一つの空間が、ハウジング３０２の表面と裏面とに連続して形成されており、この一つの空間にハウジング３０２にインサートされた回路パッケージ４００が片持ち状で突出している。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。

回路パッケージ４００は、第２樹脂により成形されたハウジング３０２の固定部３７２，３７３，３７６で、ハウジング３０２に埋設するように固定されている。このような固定構造は、ハウジング３０２を第２樹脂で成形すると同時に、回路パッケージ４００をハウジング３０２にインサート成形することにより、熱式流量計３０に実装することができる。なお、本実施形態では、第１樹脂は、回路パッケージ４００を成形するための樹脂であり、第２樹脂は、ハウジング３０２を成形するための樹脂である。

表側副通路溝３３２の両側には、表側副通路内周壁（第２通路用壁）３９３と表側副通路外周壁（第２通路用壁）３９４が設けられ、これら表側副通路内周壁３９３と表側副通路外周壁３９４の高さ方向の先端部と表カバー３０３の内側面とが密着することで、ハウジング３０２のセンサ下流側通路３２ｂの一部が形成される。

主取込口３５０から取り込まれ、裏側副通路溝３３４により構成される第１の通路３１を流れた被計測気体ＩＡは、図３Ｂの右側から左側に向かって流れる。ここで第１の通路３１から分岐するように形成された第２の通路３２の副取込口３４に、取込んだ被計測気体ＩＡの一部が、分流して流れる。流れた被計測気体ＩＡは、貫通部３８２の上流部３４２を介して、回路パッケージ４００の計測用流路面４３０の表面と表カバー３０３に設けられた突起部３５６で作られる流路３８６の方を流れる（図４参照）。

他の被計測気体ＩＡは計測用流路裏面４３１と裏カバー３０４で作られる流路３８７の方を流れる。その後、流路３８７を流れた被計測気体ＩＡは、貫通部３８２の下流部３４１を介して表側副通路溝３３２の方に移り、流路３８６を流れている被計測気体ＩＡと合流する。合流した被計測気体ＩＡは、表側副通路溝３３２を流れ、出口３５２を経由してハウジングに形成された排出口３５５から主通路１２４に排出される。

裏側副通路溝３３４から貫通部３８２の上流部３４２を介して流路３８６に導かれる被計測気体ＩＡの方が、流路３８７に導かれる流路よりも曲りが大きくなるように、副通路溝が形成されている。これにより、被計測気体ＩＡに含まれるごみなどの質量の大きい物質は、曲りの少ない流路３８７の方に集まる。

流路３８６では、突起部３５６は絞りを形成しており、被計測気体ＩＡを渦の少ない層流にする。また突起部３５６は被計測気体ＩＡの流速を高める。これにより、計測精度が向上する。突起部３５６は、計測用流路面４３０に設けた流量計測素子６０２の計測表面露出部４３６に対向する方のカバーである表カバー３０３に形成されている。

ここで、図３Ｂに示すように、裏側副通路溝３３４は、対向して形成された第１通路用壁３９５と、裏側副通路内周壁（第２通路用壁）３９２と、裏側副通路外周壁（第２通路用壁）３９１とにより形成されている。これら裏側副通路内周壁３９２と裏側副通路外周壁３９１とのそれぞれの高さ方向の先端部と裏カバー３０４の内側面とが密着することで、ハウジング３０２の第１の通路３１と第２の通路３２のセンサ上流側通路（湾曲通路）３２ａの一部が形成される。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ハウジング３０２には、フランジ３１２と副通路溝が形成された部分との間に空洞部３３６が形成されている。この空洞部３３６の中に、回路パッケージ４００のリード端子４１２と、外部接続部３０５の接続端子３０６とを接続する端子接続部３２０が設けられている。リード端子４１２と接続端子３０６（の内端部３６１）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。

４.副通路２２０の抵抗部
図５は、図３Ｂに示す副通路の要部拡大図である。また、図６は、図５のＢ−Ｂ矢視端面図であり、図７（ａ）は、従来の熱式流量計の副通路の湾曲通路内の流速分布と圧力損失の関係を示した図であり、図７（ｂ）は、図６に示す熱式流量計の副通路の湾曲通路内の流速分布と圧力損失の関係を示した図である。

図５および図６に示すように、本実施形態に係る熱式流量計３０の副通路３３０は、上述したように、主通路１２４から取り込まれた被計測気体ＩＡが流量計測素子６０２に流れるように、流量計測素子６０２に向かって湾曲した湾曲通路（センサ上流側通路）３２ａを有している。

この湾曲通路３２ａには、湾曲通路３２ａの内周側ＣＩに比べて、湾曲通路３２ａの外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの圧力損失が高くなるように、外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの流れに抵抗を付与する抵抗部５０が形成されている（詳細は図７（ｂ）を参照し後述する）。抵抗部５０は、図５に示す湾曲通路３２ａの外周側ＣＯの外周壁面４２に沿って形成されている。図５に示すように、抵抗部５０の上流側の端部５０ａは、副取込口３４よりも流量計測素子６０２側の外周壁面４２に形成され、抵抗部５０の下流側の端部５０ｂは、貫通部３８２を形成する流量計測素子６０２の上流側の外周壁面４２まで形成されている（図５の太線部分参照）。

図６に示すように、本実施形態では、抵抗部５０は、外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの流れに抵抗を付与するように、被計測気体ＩＡの流れる方向に沿った湾曲通路３２ａの外周側ＣＯの外周壁面４２に形成された、対向する一対の傾斜面５２ａ，５２ｂである。各傾斜面５２ａ，５２ｂは、流量計測素子６０２の計測表面４３７に沿った仮想平面Ｆに対して傾斜している。

ここで、一方側の傾斜面５２ａは、裏カバー３０４の内面に設けた突出部５７の表面に形成されており、他方側の傾斜面５２ｂは、ハウジング３０２の上述した裏側副通路外周壁３９１（図３Ｂ参照）の壁面およびこれに連続した貫通部３８２を形成する壁面に形成されている。一方側の傾斜面５２ａと他方側の傾斜面５２ｂとの間には、間隙５８が形成されている。具体的には、間隙５８は、仮想平面Ｆが延在する方向と同じ方向に沿って形成されている。この間隙５８により、湾曲通路３２ａの内周側ＣＩに比べて、湾曲通路３２ａの外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの圧力損失をより一層高めることができる。

さらに、本実施形態では、一対の傾斜面５２ａ，５２ｂは、対向する一対の傾斜面５２ａ，５２ｂにより形成された溝部５５の底部５５ａの近傍が仮想平面Ｆ上に位置するように、形成されている。

ところで、従来では、図６の破線に示すように仮想平面Ｆに対して直交した外周壁面９１または、一方向に傾斜したダスト回避用の傾斜面９２であるため、内周壁面４３の近傍で剥離流（剥離渦）が発生していた。これにより、図７（ａ）に示すように、内周側ＣＩを流れる被計測気体ＩＡの圧力損失が、外周側ＣＯに比べて増加し、この結果、内周側ＣＩに比べて外周側ＣＯの方に被計測気体ＩＡが流れやすなり、外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの流速が速くなることがあった。これにより、流量計測素子６０２へ向かう被計測気体ＩＡの流れが偏ってしまい、脈動時などの過渡の流れが発生した際に流れの偏りが変化し、流量計測素子６０２上の被計測気体ＩＡの流速が非過渡時と異なることがある。この結果、脈動発生時の流量計測素子６０２の計測誤差要因となることがあった。

そこで、本実施形態では、抵抗部５０を設けることにより、外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの有効断面積を減少させ、外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの流れに抵抗を付与することで、図７（ｂ）に示すように、湾曲通路３２ａの外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの圧力損失を内周側ＣＯのものに比べて高くすることができる。これにより、内周壁面４３の近傍で発生する被計測気体ＩＡの剥離流（剥離渦）の発生を低減し、湾曲通路３２ａを流れる被計測気体ＩＡの流れが、外周側ＣＯに偏ることを抑えることができる。

さらに、本実施形態では、対向する一対の傾斜面５２ａ，５２ｂを設けることにより、傾斜面５２ａ，５２ｂにより形成された溝部５５近傍を流れる被計測気体ＩＡの圧力損失を高めることができる。これにより、仮想平面Ｆと垂直方向、すなわち流量計の厚み方向における被計測気体ＩＡの流れの偏りも低減することができる。特に、溝部５５の底部５５ａの近傍が、仮想平面Ｆ上に位置するように、一対の傾斜面５２ａ，５２ｂが形成されているので、流量計測素子６０２の周辺を流れる被計測気体ＩＡの流速分布を一様化させることができる。

図８〜１０は、図６に示す熱式流量計の副通路の湾曲通路の変形例である。たとえば、図８に示すように、この変形例でも、上述した実施形態と同様に、外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの流れに抵抗を付与するように、被計測気体ＩＡの流れる方向に沿った湾曲通路３２ａの外周側ＣＯの外周壁面４２には、対向する一対の傾斜面５２ａ，５２ｂが形成されており、傾斜面５２ａ，５２ｂとの間には、間隙５８が形成されている。ここで、傾斜面５２ａ，５２ｂとの間には、溝部５５の底面５２ｃが形成されており、底面５２ｃは仮想平面Ｆと直交する面である。この変形例では、対向する一対の傾斜面５２ａ，５２ｂは、仮想平面Ｆを挟むように、仮想平面Ｆに対して傾斜している。さらに、底面５２ｃは、仮想平面Ｆから流量計測素子６０２の計測表面４３７の上方側（すなわち計測表面４３５よりも表カバー３０３側）に延在している。

この変形例によれば、対向する一対の傾斜面５２ａ，５２ｂは、仮想平面Ｆを挟むように、仮想平面Ｆに対して傾斜しているので、溝部５５を流れる被計測気体ＩＡの圧力損失を高めることができる。特に、溝部５５の底面５２ｃが仮想平面Ｆ上にあるので流量計測素子６０２の計測表面４３７側を流れる被計測気体ＩＡの流速分布をより一様化させることができる。さらに、溝部５５の底面５２ｃが流量計測素子６０２の計測表面４３７の上方側に延在しているので、流量計測素子６０２の計測表面４３７側を流れる被計測気体ＩＡの流速分布をより一層一様化させることができる。

本実施形態では、一対の傾斜面５２ａ，５２ｂは、平面上の傾斜面であった（図６，図８参照）が、たとえば、図９に示すように凸曲面となる傾斜面５２ａ’，５２ｂ’であっても、湾曲通路３２ａの外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの流れに抵抗を付与し、内周側ＣＩに比べて外周側ＣＯの圧力損失が高くすることができる。これにより、湾曲通路３２ａを流れる被計測気体ＩＡの流れが、外周側ＣＯに偏ることを抑えることができる。

また、湾曲通路３２ａの内周側ＣＩに比べて、湾曲通路３２ａの外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの圧力損失が高くなるように、外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの流れに抵抗を付与することができるのであれば、たとえば、図１０に示すように、被計測気体ＩＡの流れる方向に沿った湾曲通路３２ａの外周側ＣＯの外周壁面４２に、複数の凸条部５６を設けてもよい。

図１１は、図３Ｂに示す副通路の要部拡大図に相当する第２実施形態に係る副通路の要部拡大図である。図１２は、図１１のＣ−Ｃ矢視端面図であり、図１３（ａ）は、従来の熱式流量計の副通路の湾曲通路内の流速分布と圧力損失の関係を示した図、図１３（ｂ）は、図１１に示す熱式流量計の副通路の湾曲通路内の流速分布と圧力損失の関係を示した図である。なお、図１３（ａ）は、図５（ａ）に示した図と同じ図であり、図１３（ｂ）との対比のために示している。

第２実施形態に係る熱式流量計が第１実施形態のものと相違する点は、第１実施形態では、抵抗部５０を湾曲通路３２ａの外周壁面４２に設けたのに対して、第２実施形態では、抵抗部５０を湾曲通路３２ａ内に設けた点である。

具体的には、図１１および図１２に示すように、湾曲通路３２ａの内周側ＣＩに被計測気体ＩＡが流れる内周通路３２ｃと、湾曲通路３２ａの外周側ＣＯに被計測気体ＩＡが流れる外周通路３２ｄとに、湾曲通路３２ａを仕切る仕切り壁（仕切り板）６０が抵抗部５０として形成されている。

この仕切り壁６０が、本発明でいう「抵抗部」に相当する。仕切り壁６０は、湾曲通路３２ａの被計測気体ＩＡの流れ方向に沿って形成されており、湾曲通路３２ａの外周壁面４２寄りに形成されている。仕切り壁６０の上流側の端部６０ａは、副取込口３４よりも流量計測素子６０２側に形成されており、仕切壁５０の下流側の端部６０ｂは、貫通部３８２を形成する流量計測素子６０２の上流側の外周壁面４２まで形成されている。

ここで、副取込口３４は、第１実施形態で示したように、排出通路（第１の通路）３１に流れる被計測気体ＩＡを、副通路３３０の湾曲通路３２ａに取込むための取込口であり、排出通路３１は、主通路１２４を流れる被計測気体ＩＡを取り込む主取込口３５０から、取り込んだ被計測気体ＩＡの一部を排出する排出口３５５まで形成された通路である。

本実施形態では、仕切り壁６０は、ハウジング３０２に形成されているが、湾曲通路３２ａを、内周通路３２ｃと外周通路３２ｄとに仕切ることができるのであれば、裏カバー３０４に仕切り壁６０を形成してもよく、ハウジング３０２と裏カバー３０４との一部により仕切り壁６０が形成されていてもよい。

このような仕切り壁６０を設けることにより、湾曲通路３２ａ内に流れ込んだ被計測気体ＩＡは、その途中で、内周通路３２ｃと外周通路３２ｄとに分流される。仕切り壁６０は、湾曲通路３２ａの外周壁面４２寄りに形成されており、かつ、内周通路３２ｃの流路長さに比べ、外周通路３２ｄの流路長さは長いので、内周通路３２ｃに比べて外周通路３２ｄ側には、被計測気体ＩＡが流れにくくなる。すなわち、仕切壁６０を設けることにより、外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの流れに抵抗を付与され、図１３（ｂ）に示すように、湾曲通路３２ａの外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの圧力損失を高くすることができる。これにより、内周壁面４３の近傍で発生する被計測気体ＩＡの剥離流（剥離渦）の発生を低減し、図１３（ａ）に示すような湾曲通路３２ａを流れる被計測気体ＩＡの流れの外周側ＣＯへの偏りを抑えることができる。

特に、仕切り壁６０の上流側の端部６０ａを、副取込口３４０よりも流量計測素子６０２側に形成したので、副取込口３４０において仕切り壁６０により被計測気体ＩＡが分流されることがない。これにより、一旦、副取込口３４０から取り込まれた被計測気体ＩＡに対して湾曲通路３２ａの外周側ＣＯを流れる被計測気体ＩＡの圧力損失を高め、内周壁面４３の近傍で発生する被計測気体ＩＡの剥離流（剥離渦）の発生をより一層低減することができる。

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。

たとえば、第１および第２実施形態では、副通路の一部として、第１の通路（排出通路）を設けたが、上述した効果を期待することができるのであれば、副通路が、流量計測用通路である第２の通路のみで構成されていてもよい。

第１および第２実施形態では、抵抗部をセンサ上流側通路である湾曲通路に設けたが、脈動時の逆流を想定し、同様の構成をセンサ下流側通路に設けてもよい。また、第１実施形態のセンサ上流側通路である湾曲通路に、さらに第２実施形態に示す仕切り壁をさらに設けてもよい。

３０…熱式流量計
３１…第１の通路（排出通路）
３１Ａ…上流側通路
３２…第２の通路
３２ａ…センサ上流側通路（湾曲通路）
３２ｂ…センサ下流側通路
３２ｃ…内周通路
３２ｄ…外周通路
３４…副取込口
５０…抵抗部
５２ａ，５２ｂ…傾斜面
５２ａ’，５２ｂ’…傾斜面
５２ｃ…底面
４２…外周壁面
４３…内周壁面
５５…溝部
５５ａ…溝部の底部
５８…間隙
６０…仕切り壁
１２４…主通路
３０２…ハウジング
３０３…表カバー
３０４…裏カバー
３３０…副通路
３５０…主取込口
３５５…排出口
４３７…計測表面（熱伝達面）
６０２…流量計測素子
ＣＩ…内周側
ＣＯ…外周側
ＩＡ…被計測気体
Ｆ…仮想平面

Claims (7)

1. 主通路を流れる被計測気体の一部を取り込む副通路と、前記副通路を流れる被計測気体の流量を計測する流量計測素子とを備え、該流量計測素子が計測した計測値に基づいて前記主通路を流れる被計測気体の流量を計測する熱式流量計であって、
   前記副通路は、前記主通路から取り込まれた被計測気体が前記流量計測素子に流れるように、前記流量計測素子に向かって湾曲した湾曲通路を有しており、
   該湾曲通路には、該湾曲通路の内周側に比べて、前記湾曲通路の外周側を流れる被計測気体の圧力損失が高くなるように、前記外周側を流れる被計測気体の流れに抵抗を付与する抵抗部が形成されていることを特徴とする熱式流量計。
2. 前記抵抗部は、前記外周側を流れる被計測気体の流れに前記抵抗を付与するように、前記被計測気体の流れる方向に沿った前記湾曲通路の外周側の外周壁面に形成された、対向する一対の傾斜面であり、
   該各傾斜面は、前記流量計測素子の計測表面に沿った仮想平面に対して傾斜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. 前記対向する一対の傾斜面により形成された溝部の底部またはその近傍が、前記仮想平面上に位置するように、前記一対の傾斜面が形成され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. 前記対向する一対の傾斜面は、前記仮想平面を挟むように傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の熱式流量計。
5. 前記対向する一対の傾斜面の間には、前記仮想平面が延在する方向と同じ方向に沿って形成された間隙が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の熱式流量計。
6. 前記抵抗部は、前記湾曲通路の内周側に被計測気体が流れる内周通路と、前記湾曲通路の外周側に被計測気体が流れる外周通路とに、前記湾曲通路を仕切るように、前記湾曲通路の外周壁面寄りに形成された仕切り壁であることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
7. 前記副通路は、前記主通路を流れる前記被計測気体を取り込む主取込口から、取り込んだ被計測気体の一部を排出する排出口まで形成された排出通路を備えており、
   前記湾曲通路は、前記排出通路に流れる被計測気体を取り込む副取込口から、前記流量計測素子に向かって形成された通路であり、
   前記仕切り壁の上流側の端部は、前記副取込口よりも流量計測素子側に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の熱式流量計。

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