KR100328177B1 - 유량측정장치 - Google Patents

Abstract

정상류, 맥동류(脈動流)및 역류를 포함하는 맥동류에서도 유량검출관로의 정류효과를 유지하면서, 유량검출관로(管路)내외의 분류비의 변동을 저감시켜 유량검출오차를 저감한다.

이렇게 하기 위하여, 유체주통로(10)도중에, 유체주통로와 대략 평행방향에 유량검출관로(11)를 설치하고, 유량검출관로내에 유량검출체(12)를 배치해서 유체 주통로내의 유체의 유량을 측정하는 유량측정장치에서, 유량검출관로의 하류측 단부의 관벽에 절결(切缺)(13) 또는 관통공을 형성하였다.

또는 하류측 단부를 통기성부재로 구성하였다.

절결, 관통공 또는 통기성부재보다 상류측의 유량검출관로의 외벽에 그 중심축에 대해 원주방향으로 배치된 볼록(凸)상 단차를 두었다.

Description

유량측정장치{Flow Rate Measuring Device}

본 발명은 정상류, 맥동류, 또는 역류를 포함하는 맥동류로 된 유체의 유량을 측정하는 장치에 관해, 특히 내연기관의 흡입공기량의 측정에 적합한 장치에 관한 것이다.

도 31은 자동차용 엔진의 흡기시스템의 구성을 표시하는 단면도이다.

도면에서, 1은 흡입하는 공기의 유량을 측정하기 위한 흡입공기량 측정장치, 2는 서지탱크, 3은 흡입공기를 표시하는 화살표, 4는 에어클리너, 5는 에어클리너(4)내부에 설치되어 있는 여과용 필터, 6은 흡입공기(3)량을 제어하는 스로틀 밸브, 7은 흡입공기통로, 8은 엔진연소실, 9a는 엔진연소실(8)에 흡입공기를 도입하는 흡기매니홀드, 9b는 연소 후의 배기가스를 도출하기 위한 배기매니홀드, 11은 유량검출관로, 12는 유량검출체, 85는 공기취입구, 86은 흡기밸브, 87은 배기밸브이다.

공기취입구(85)로부터 유입한 흡입공기(3)는, 에어클리너(4)내에 설치되어 있는 필터(5)를 통해서 정화되고, 흡입공기통로(7)를 통과해서 흡입공기량측정장치(1), 스로틀 밸브(6), 서지탱크(2), 흡기매니홀드(9a)를 순서대로 통과해서 엔진연소실(8)에 연료와 혼합해서 도입되며 연소 후 배기매니홀드(9b)를 통해서 대기중에 방출된다.

이 일련의 흡배기 행정에서, 흡입공기량측정장치(1)를 통과하는 흡입공기(3)의 흐름양식은, 엔진의 회전수나 스로틀밸브(6)의 개도 등의 사용상황에 의해 변화하고, 일정한 유속으로 안정되게 흐르는 정상류 또는 그 유속이 시간적으로 변동하는 맥동류가 되는 것이 알려져 있다.

또, 엔진의 흡배기 행정에서는, 흡기효율을 상승시키기 위해, 배기행정중에 이미 흡기밸브(86)를 열기시작하므로, 실린더내에 남아 있는 배기가스가 배기밸브 (87)뿐만아니라 흡기밸브(86)에도 일부침입해서 흡기관(7)에는 공기취입구(85)로부터 연소실(8)로 향하는 순방향의 흐름뿐아니라, 역방향의 흐름이 새이는 경우도 있다.

이런 맥동류, 특히 역류를 포함하는 맥동류의 유량을 측정하는 것은 종래의 유량측정장치로는 불가능했고, 큰 오차를 발생하고 있었다.

이경우 유량을 보정하는 전용의 소프트웨어에 의해 오차를 저감시켜 왔으나 유량의 측정정밀도에 한계가 있을뿐 아니라, 코스트상승의 원인도 되었었다.

따라서, 흡입공기량측정장치(1)이 역류를 검지하는 기능을 기본적으로 갖고 있는 것은 유량의 정밀도를 향상시키는 점과, 코스트 삭감상 대단히 바람직하다.

여기서 흡입공기량측정장치(1)에 관한 설명을 한다.

내연기관의 흡입공기량을 측정할 때에 흡입공기통로(7)의 구부러진 부분이나 에어크리너(4)에 의한 편류나 난류의 영향을 저감하기 위해 종래보다도 흡입관로내에 직경이 작은 유량검출관로를 중심축이 흐름과 거의 평행이 되도록 설치하고, 그 관내에 유속센서 등의 유량검출체(12)를 더 설치하고 소자근방의 흐름을 정류해서 안정된 출력을 얻는 방법이 있다.

그러나 유량검출관로(11)를 설치함으로써 유량검출관로(11)의 내벽면 근방에 불안정한 와류나 박리가 생겨 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름이 흐트러지고 유량검출관로(11)내부에 설치한 유량검출체(12)가 안정되어 유량을 검출할 수 없다는 문제가 있다.

유량검출관로(11)의 입구에서 흐름이 박리되면, 그 박리영역의 두께는 하류가 될수도 두껍게 된다.

박리영역과 주류부분에서는 유속이 다르므로, 박리영역과 주류부분의 경계근방에서는 기체는 전단력에 의해 불규칙하게 흐트러진 와류가 생기는 것이 알려져 있다.

이 불규칙한 흐트러짐이 유량측정에서의 오차의 요인이 되었었다.

이를 해결하는 예로서, 일본국 특개소 60-4813 호 공보에 기재된 종래의 유량측정관에서는 상기한 정류기능을 갖는데다가, 유량측정관 입구에 발생하는 박리류, 와류를 저감하는 소공을 설치하고 상기 유량측정관내의 유속분포를 균일화하고있다.

그 상세한 것을 도 32(a) 및 (b)를 사용해서 설명한다.

(a)는 측단면도, (b)는 정면도이다.

도면에서, 100은 흡입도관, 101은 유량측정관로, 102는 유량을 측정하기 위한 전열히터소자, 103,104는 온도의존소자, 105는 제 1의 지지체, 106은 제 2의 지지체, 107은 소공, 108은 지주이다.

히터용 저항선(102)에 전력을 공급해서 발열시켜, 그 표면에 순방향의 공기의 흐름이 생기면 온도의존저항선(103)은 상류로부터의 흐름에 의해 냉각되고, 또 온도의존저항선(104)은 온도의존저항선(103)의 상류측부분에 의해 온도상승된 공기가 표면을 통과하므로 온도의존저항선(103)과 온도의존저항선(104)사이에는 흡입공기의 가열에 따른 온도차가 생긴다.

이 온도차는 히터용 저항선(102)의 발열량과 흡입공기의 질량유량에 의존해서 변화한다.

유량측정관로(101)에서는 관벽과의 사이에 마찰손실이 발생하기 때문에 유량측정관로(101)내의 유속을 유량측정관로(101)내의 유속보다도 빠르므로 유량측정관로(101)내벽의 정압은 유량측정관로(101)외의 정압보다도 작아진다.

이 정압차 때문에 소공(107)을 통해서 유량측정관로(101)의 외부로부터 유량측정관로(101)내부로 향하는 흐름이 생긴다.

그 결과, 소공(107)으로부터 유량검출관(101)내부에 유입한 기체는 박리영역에 유입하게 되어 주류부분과 박리영역의 속도차는 작아지므로 속도경계층은 유량측정관로(101)내벽면에 근접해 유속의 흐트러짐은 감소된다.

따라서 히터(102)의 열은 안정되어 온도의존소자(104)에 전달되고, 유량측정정밀도의 향상이 달성된다고 기재되어 있다.

그러나 이런 종래의 유량측정관로(101)를 흐름이 시간적으로 변동하는 맥동류중에 설치했을 때, 유량측정관로의 후류에 발생하는 와(渦)류의 영향으로 유량측정관로(101)내부를 통과하는 유속이 저하되고 유량검출오차가 생긴다는 문제에 대해서는 충분히 고려되어 있지 않다.

맥동류중에 놓여진 물체주위의 유동현상은 정상류중의 현상과 전혀 다르고, 또 흐름이 가속되어 있을 때와 흐름이 감속되어 있는 경우에도 현상이 크게 다르다.

특히 맥동류중에 종래의 유량검출관로(11)를 설치한 경우에는 감속시에 큰 유량검출오차가 생기므로 아래 설명을 한다.

우선 유량검출관로(11)를 맥동류중에 설치한 경우의 문제를 설명하기전에, 정상류중 및 맥동류중에 흐름에 따라 평판을 설치한 경우에 대해 설명한다.

도 33은 정상류에서 흐름에 평행인 평판(21)을 통해서 합류하는 전단류를 표시한 것으로 흐름의 경계면이 불안정한 전단층이 되어 2차원적이고 주기적인 와(渦)류(98)가 발생한 후, 이산적인 와(渦)류(55)로 변화해서 붕괴하는 모양을 표시한 것이다.

흐름은 어느 일정한 확대각도(99)의 영역의 내부에서 혼합하는 것이 알려져 있다.

이때의 평균유속분포는 도 34에 표시하는 바와 같이 유하함에 따라 혼합영역내에서는 속도분포가 평탄해지고 전단은 서서히 완화된다.

다음, 맥동중에서 흐름이 가속한 경우는 도 35에 표시하는 바와 같이 가속하기 직전의 흐름에 포텐셜 흐름을 가한 흐름이 되므로, 혼합영역의 흐름각도(99)는 정상류의 경우와 비교해서 작게된다.

또 흐름이 감속한 경우는, 도 36에 표시한 바와 같이 혼합영역의 확대각도(99)가 커지고, 또 이산적인 와류(55)는 정상류중과 비교해서 규모가 확대된다.

유량검출관로(11)는 평편(21)을 원통형상으로 둥굴게 한 것이므로, 평판(21)의 후류에 생기는 현상이 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향으로 발생한다.

정상류에서는, 도 37에 표시한대로, 유량검출관(11)내외의 공기류(23),(24)의 속도차에 의한 전단력때문에 유량검출관로(11)의 하류단에서 환상의 와류(90)를 발생한다.

환상의 와류(90)는 어느 일정한 확대각도(99)를 갖는 혼합영역에 의해 이산적인 와류(55)로 변화하면서 확산되어 간다.

도면에서, 52는 와류가 붕괴할 때까지의 거리를 표시하고 그 거리가 짧을수록 와류의 붕괴가 진행되어 있음을 표시한다.

맥동류에서 가속시에는 도 38에 표시하는 바와 같이 혼합영역이 수축되므로, 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름(23)은 유량검출관로(11)외부를 통과하는 흐름(24)과 거의 같아진다.

맥동류에서 감속시에는 도 39에 표시한 바와 같이, 규모를 확대한 이산적인 와류(55)가 유량검출관로(11)출구근방을 점령하고 내부를 통과해서 온 흐름(23)의 통로를 방해하므로, 유량검출회로(11)내부를 통과하는 유속은 정상류중의 경우와 비교해서 대폭으로 저하한다.

즉 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름(23)의 유량이 감속한 만큼 유량검출관로(11)외부를 통과하는 (24)의 유량이 증가하고 유량검출관로(11)내외를 통과하는 분류비가 변동한다.

여기서 분류비라는 것은, 유량검출회로(11)의 내외를 통과하는 유량의 비이다.

따라서 유량측정장치(1)가 유입하는 총유량과 유량검출체(12)의 출력과의 함수를 정상류에서 검정하고 있을 때에, 흐름이 정상류로부터 맥동류로 변화하면 유량검출관로(11)내부를 통과하는 유속이 대폭적으로 저하하기 때문에, 유량검출체(12)는 정확한 유량을 검출할 수 없게 되고, 유량측정장치(1)에는 유량오차가 생긴다는 문제가 있다.

또, 흐름이 역류했을 때는 도 40에 표시하는 바와 같이 감속중에 스케일을 확대한 이산적인 와류(55)가 흐름에 따라 유량검출관로(11)의 내외에 분리해서 거슬러 올라가고 일부는 유량검출관로(11)내부로 들어가서 유량검출체(12)에 충돌해서 표면부근의 흐름을 교란시키고, 유량검출체(12)는 주류와는 관계없는 이산적인 와류(55)에 의한 흐트러진 유속변동을 검출하므로 유량검출오차가 생긴다는 문제가 있다.

도 32에서 표시한 상술의 유량측정관로(101)의 상류측에 작은 구멍을 뚫은 것에서는, 정상류인 경우에는 유량측정관로(101)내에서 어느 정도의 정류효과를 할 수 있으나, 맥동류인 경우는 후류에 발생하는 와류의 영향으로 유량측정관로(101)내외의 분류비가 변동해서 유량검출오차가 생긴다는 문제에 대해서는 전혀 고려되어 있지 않다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 것의 문제점을 해소하기 위해 된 것으로, 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에 있어서도, 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출관로내외의 분류비의 변동을 저감하여 유량검출오차를 저감할 수 있는 유량측정장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 유량측정장치의 구성을 표시하는 사시도.

도 2는 도 1은 중심축을 통하는 평면으로 절단한 단면도.

도 3은 도 2의 Ⅳ-Ⅲ선 단면도.

도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 유량검출체의 구성을 표시하는 정면도.

도 5는 본 발명의 실시의 형태 1의 정상류에서의 동작에 대해 설명하는 도면.

도 6은 본 발명의 실시의 형태 1의 감속시에서의 동작에 대해 설명하는 도면.

도 7은 본 발명의 실시의 형태 1의 역류시에서의 동작에 대해 설명하는 도면.

도 8은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 유량검출관로의 요부를 확대해서 그 구성 및 동작을 설명하는 단면도.

도 9는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 유량검출관로의 요부를 확대해서 그 구성 및 동작을 설명하는 단면도.

도 10은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 유량검출관로의 구성 및 정상류에서의 동작을 설명하는 도면.

도 11은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 유량검출관로의 구성 및 감속시에서의 동작을 설명하는 도면.

도 12는 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 유량검출관로의 구성 및 역류시에서의 동작을 설명하는 도면.

도 13은 본 발명의 실시의 형태 1~3에 의한 유량측정장치에 의한 측정결과를 표시하는 그래프.

도 14는 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 유량검출관로의 구성을 표시하는 사시도.

도 15는 본 발명의 실시의 형태 5에 관한 유량검출관로의 구성을 표시하는 사시도.

도 16은 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 유량검출관로의 구성 및 정상류에서의 동작을 설명하는 도면.

도 17은 본 발명의 실시의 형태 7에 관한 유량검출관로의 구성 및 감속시에서의 동작을 설명하는 도면.

도 18은 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 유량검출관로의 구성 및 역류시에 있어서의 동작을 설명하는 도면.

도 19는 본 발명의 실시의 형태 7에 관한 유량검출관로의 구성을 표시하는 사시도.

도 20은 본 발명의 실시의 형태 8에 관한 유량검출관로의 구성 및 정상류에서의 동작을 설명하는 도면.

도 21은 본 발명의 실시의 형태 8에 관한 유량검출관로의 구성 및 감속시에서의 동작을 설명하는 도면.

도 22는 본 발명의 실시의 형태 8에 관한 유량검출관로의 구성 및 역류시에서의 동작을 설명하는 도면.

도 23은 본 발명의 실시의 형태 9에 관한 유량검출관로의 구성을 표시하는 사시도.

도 24는 본 발명의 실시의 형태 10에 관한 유량검출관로의 구성을 표시하는 사시도.

도 25는 본 발명의 실시의 형태 11에 관한 유량검출관로의 요부를 확대해서 그 구성 및 동작을 설명하는 단면도.

도 26은 본 발명의 실시의 형태 12에 관한 유량검출관로의 구성 및 정상류에서의 동작을 설명하는 도면.

도 27은 본 발명의 실시의 형태 13에 관한 유량검출관로의 구성을 표시하는 사시도.

도 28은 본 발명의 실시의 형태 14에 관한 유량검출관로의 구성의 한 예를 표시하는 사시도.

도 29는 본 발명의 실시의 형태 14에 관한 유량검출관로의 구성의 다른 예를 표시하는 사시도.

도 30은 본 발명의 실시의 형태 14에 관한 유량검출관로의 구성의 또 다른 예를 표시하는 사시도.

도 31은 일반적인 자동차용 엔진의 흡기시스템의 구성을 표시하는 측단면도.

도 32는 종래의 유량측정장치를 표시하고, (a)는 측단면도, (b)는 정면도.

도 33은 정상류에서 흐름에 평행인 평판에서 합류하는 전단류를 설명하는 도면.

도 34는 정상류에서 흐름에 평행인 평판에서 합류하는 전단류의 속도분포를 표시하는 설명도.

도 35는 가속시에 흐름에 평행인 평판에서 합류하는 전단류를 설명하는 도면.

도 36은 감속시에 흐름에 평행인 평판에서 합류하는 전단류를 설명하는 도면.

도 37은 정상류에서 원통상의 유량검출관로의 흐름을 설명하는 도면.

도 38은 가속시에서 원통상의 유량검출관로의 흐름을 설명하는 도면.

도 39는 감속시에서 원통상의 유량검출관로의 흐름을 설명하는 도면.

도 40은 역류시에서 원통상의 유량검출관로의 흐름을 설명하는 도면.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 유량측정장치, 2 : 서지탱크,

3 : 흡입공기를 표시하는 화살표, 4 : 에어클리너,

5 : 필터, 6 : 스로틀밸브,

7 : 흡입공기통로, 8 : 엔진연소실,

9a : 흡기매니홀드, 9b : 배기매니홀드,

10 : 유체주통로, 11 : 유량검출관로,

12 : 유량검출체, 13 : 절결(切缺),

14 : 통상의 흐름방향을 표시하는 화살표,

15 : 역류방향을 표시하는 화살표, 16 : 에지,

17 : 절결(13)의 확대각(expansion angle),

18 : 유량검출관로의 중심축, 19 : 지주,

20 : 둥굴기, 21 : 흐름과 평행인 평판,

23 : 유량검출관로내부를 통과하는 흐름을 표시하는 화살표,

24 : 유량검출관로의 외벽과 유체주통로의 내벽간을 통과하는 흐름을 표시하는 화살표.

35 : 확대각, 43 : 볼록(凸)상 단차,

44 : 돌기, 45 : 관통공,

46 : 메시, 47 : 격자,

52 : 와(渦)류가 붕괴할 때까지의 거리, 55 : 이산적인 와류,

56 : 박리영역, 85 : 공기취입구,

86 : 흡기밸브, 87 : 배기밸브,

90 : 환상의 와(와)류, 98 : 주기적인 와류,

91 : 확대각, 100 : 흡입도관,

101 : 유량측정관로, 102 : 전열히터소자,

103,104 : 온도의존소자, 105 : 제 1의 지지체,

106 : 제 2의 지지체, 107 : 소공,

108 : 지주.

200 : 통상의 공기의 흐름방향을 표시하는 화살표,

201 : 기판, 202 : 단열공,

203,204 : 발열저항체,

205,206 : 온도보상용 발열저항체.

본 발명의 제 1의 구성에 의한 유량측정장치는, 유체주통로의 도중에, 이 유체주통로와 대략 평행인 방향으로 유량검출관로를 설치하고, 이 유량검출관로내에 유량검출체를 배치해서 상기 유체주통로내의 유체의 유량을 측정하는 유량측정장치에서, 상기 유량검출관로의 하류측관벽에 절결(切缺), 관통공 및 통기성부재의 적어도 어느 하나를 형성한 것이다.본 발명의 제 2의 구성에 의한 유량측정장치는 상기 제 1의 구성에서, 상기 절결 또는 관통공이 유량검출관로의 중심축에 대해 원주방향으로 다수 배치되어 있는 것이다.본 발명의 제 3의 구성에 의한 유량측정장치는, 상기 제 2의 구성에서 상기 여러개 배치된 각각의 절결 또는 관통공이 원주방향으로 등간격으로 배치되어 있는 것이다.본 발명의 제 4의 구성에 의한 유량측정장치는, 상기 제 3의 구성에서, 상기 등간격으로 배치된 절결 또는 관통공이 원주방향으로 홀수개 배치되어 있는 것이다.본 발명의 제 5의 구성에 의한 유량측정장치는 상기 제 1의 구성에서 상기 절결의 폭은 하류를 향해 서서히 넓혀 있는 것이다.본 발명의 제 6의 구성에 의한 유량측정장치는 상기 제 1의 구성에서 상기 절결 또는 관통공을 갖는 부분의 유량검출관로의 두께가 하류를 향해 감소하고 있는 것이다.본 발명의 제 7의 구성에 의한 유량측정장치는 상기 제 6의 구성에서 상기 절결 또는 관통공을 갖는 부분의 유량검출관로의 외경이 하류를 향해 축소해 있는 것이다.본 발명의 제 8의 구성에 의한 유량측정장치는, 상기 제 6의 구성에서, 상기 절결 또는 관통공을 갖는 부분의 유량검출관로의 내경이 하류를 향해 확대되어 있는 것이다.본 발명의 제 9의 구성에 의한 유량측정장치는, 상기 제 1의 구성에서, 상기 절결 또는 관통공보다 상류측의 유량검출관로의 외벽에, 그 중심축에 대해, 원주방향에 배치된 볼록凸상 단차를 갖는 것이다.본 발명의 제 10의 구성에 의한 유량측정장치는 상기 제 1의 구성에서 상기 통기성부재는 하류를 향해 통기저항이 감소하도록 구성한 것이다.실시의 형태 1

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 유량측정장치의 구성을 표시하는 사시도이다.

이 유량측정장치는, 예를 들면 도 31에서 표시한 자동차 엔진의 흡기시스템에서, 도 31과 같은 위치에 배치되어 흡입공기 유량의 측정에 사용된다.

도 2는 도 1을 중심축(18)에 따라 잘라낸 측단면도, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.

도면에서, 10은 그 내벽면이 도 31에서 표시한 내연기관의 흡입공기통로 (7)의 내벽에 매끄럽게 접속하도록 구성된 원통상의 도관이고, 유체주통로이다.

11 은 유체주통로(10)의 내부에 그 중심축이 유체주통로(10)의 중심축과 평행이 되도록 설치된 원통상의 유량 검출관로이고, 유량검출관로(11)의 길이는 유체 주통로(10)의 길이보다도 길어도 되고 짧아도 된다.

12는 유량검출관로(11)의 내부에 설치된 유량검출체이고 예를 들면 본 실시의 형태에서는 그 검출부가 유량검출관로(11)내부의 대략 중심축상에 배치되어 있다.

18은 유량검출관로(11)의 중심축, 19는 유체주통로(10)와 유량검출관로 (11)를 접촉하고, 유량검출체(12)의 배선을 수납하는 동시에 유량검출관로(11)를 지지하기 위한 지주, 20은 유량검출관로(11)로의 유입단부로 가능한 한 박리류를 발생시키지 않도록 형성한 둥근부분, 14는 유체주통로(10) 혹은 유량검출관로(11)내부를 흐르는 흡입공기(3)의 통상의 흐름방향 즉 순류방향을 표시하는 화살표, 15 는 역류방향을 표시하는 화살표이다.

13은 절결부이고, 각각 유량검출관로(11)의 순류시의 흐름방향(14)의 하류단에 원주방향으로 등간격으로 기하학적으로 합동으로 5개 설치되고, 또 각각 하류측을 향해 개구폭이 넓혀지도록 유량검출관로(11)의 하류측 단부의 일부를 제거해서 3각형상으로 형성되어 있다.

16 은 유량검출관로(11)의 하류측의 절결(13)을 갖는 부분의 두께가 하류측으로 향해 감소하도록 형성한 나이프상태의 에지, 17은 절결(13)의 확대각, 18은 유량검출관로(11)의 중심축, 23은 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름을 표시하는 화살표, 24는 유량검출관로(11)의 외벽과 유체주통로(10)의 내벽사이를 통과하는 흐름을 표시하는 화살표이다.

여기서, 본 실시의 형태에서는 유체주통로(10)의 중심축과 유량검출관로(11)의 중심축이 일치해 있는 경우를 표시하였으나, 이들은 반드시 일치시킬 필요는 없다.

단 유량의 측정정밀도를 향상시키기 위해서는 일치시키는 것이 바람직하다.

다음 유량검출체(12)의 구성 및 동작의 한 예를 표시한다.

도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 유량검출체의 구성을 표시하는 평면도이다.

이는 예를 들면 일본국 특개평 1-185416 호 공보에 기재된 내연기관용 유량계이고, 흡기통로내에 흡입공기의 흐름에 대해 평행이 되도록 배치한 평판상 기판상에 형성된 흡입공기의 상류측과 하류측에 감열저항막으로 되는 발열저항체와, 이 상류측 및 하류측의 각각의 발열저항체로부터의 방열량의 차를 전기적으로 판별하고, 흡입공기의 흐름방향을 검출하는 비교기를 구비해서 이루어진 것이다.

도면에서, 200은 통상의 공기의 흐름 즉 공기의 순류방향을 표시하는 화살표, 201은 합성수지박으로 된 얇은 기판, 202는 발열저항체(203),(204)과 온도보상용 발열저항체(205),(206)사이의 열간섭의 영향을 회피하기 위한 단열공, 203은 흡기상류측에 대응하는 발열저항체, 204는 흡기하류측에 대응하는 발열저항체, 205는흡기상류측에 대응하는 온도보상용 발열저항체, 206은 흡기하류측에 대응하는 온도보상용 발열저항체이다.

온도보상용 발열저항체(205),(206)은 흡입하는 공기의 온도를 검출해서 유량을 보정하는 것이다.

이렇게 구성함으로써, 흡기상류측에 대응하는 발열저항체(203)와 흡기하류측에 대응하는 발열저항체(204)는 공기가 흐름으로써 방열량에 차이가 생겨 흐름의 방향과 속도가 검출된다.

다음 유량측정장치(1)내의 기본적인 흐름에 대해 설명한다.

여기서는 검출하는 흐름을 순방향(14)에 흐르는 정상류로 한다.

흡입공기통로(7)로부터 유체주통로(10)에 침입한 흡입공기(3)은, 일부가 화살표(23)와 같이 원통상의 유량검출관로(11)의 내부를, 나머지는 화살표(24)와 같이 유체주통로(10)의 내벽과 유량검출관로(11)의 외벽에 의해 구성되는 2중원통상의 유로를 분리해서 흐른다.

여기서, 유량검출관로(11)의 상류단으로부터의 유량검출관로(11)내부 혹은 유량검출관로(11)외부의 박리의 발생을 극력방지하기 위하여, 유량검출관로(11)의 상류단에는 둥근곳(20)을 형성하고 있다.

유량검출관로(11)의 상류단으로부터 유량검출관로(11)내부에 침입한 흐름(23)은 유량검출관로(11)의 내벽의 존재에 의해 유량검출관로(11)벽과 수직방향의 유속변동이 감쇄되고 중심축(18)과 평행방향으로 정류된다.

즉 유량검출체(12)는 유량검출관로(11)가 없는 경우와 비교해서 흐트러짐이 적은 안정된 흐름을 검출할 수가 있다.

계속해서 흐름(23)은 유량검출관로(11)내부에 설치된 유량검출체(12)에 충돌한다.

유량검출체(12)는 예를 들면 도 4에 표시하는 바와 같은 구성을 갖는 것이고, 공기의 흐름의 상류측과 하류측에 일정온도로 제어된 발열저항체를 형성하고, 상류측의 열이 공기에 전달되어 하류측의 히터를 덮기 때문에, 상하류측의 발열저항체에는 발열량의 차가 생기고, 발열저항체에의 투하전류의 차에 의해 발열저항체의 방열량을 추정하며, 유속을 검출할 수 있다.

그리고 역류시에는 하류측의 히터로부터 열이 공기에 전달되어서 상류측의 히터를 덮기 때문에 상하류측의 발열저항체에는 같이 발열량의 차가 생긴다.

즉 유량검출체(12)는 발열량의 차로부터 흐름의 방향과 속도를 검출할 수 있는 열식센서이다.

이같은 역류검출가능한 유량검출체(12)에 의해 유량검출관로(11)의 중심축(18)근방의 유속이 시시각각으로 검출된다.

유량검출체(12)의 표면상을 통과한 흐름(23)은 대부분이 유량검출관로(11)하류단으로부터 관외로 유출하나 일부는 절결(13)을 통해서 유량검출관로(11)외부의 흐름(24)과 접촉해서 합류한다.

합류된 흐름은 유체주통로(10)의 하류단에서 도 31 에 표시한 흡입공기통로(7)에 침입한다.

통상, 유량측정장치(1)은 정상류에서 유량측정장치(1)에 유입하는 총유량과 유량검출관로(11)내부에 설치되어 있는 유량검출체(12)의 출력을 미리 검정해서 그관계를 함수로 갖고, 흐름이 맥동류로 변화한 경우는, 유량검출체(12)의 출력에서 유량측정장치(1)에 유입하는 총유량을 환산하고 있다.

즉 유량측정장치(1)에 유입하는 총유량과 유량검출관로(11)내부에 설치되어 있는 유량검출체(12)의 출력이 항상 비슷한 함수로 되는, 즉, 유량측정장치(1)에 유입하는 총유량이 정상류에서도 맥동류에서도 항상 대략 일정한 비율로 유량검출관로(11)내부와 외부에 분류하는 것이 바람직하다.

여기서 유량검출관로(11)의 하류단에 설치된 절결(13)의 효과를 논하기 위해 유량검출관로(11)하류단에 절결(13)을 설치하지 않는 경우와, 유량검출관로(11)하류단에 절결(13)을 설치한 경우의 흐름의 동작의 차이를 비교한다.

상술한대로, 도 37은 절결(13)을 설치하지 않은 유량검출관로(11)의 정상류에서의 동작을 기술한 것이다.

도 38은 가속시, 도 39는 감속시, 도 40은 역류시에서의 유량검출관로 (11)의 동작을 표시한 것이다.

또 도 5는 정상류에서의 절결(13)을 설치한 유량검출관로(11)의 동작을 기술한 것이고, 도 6은 감속시, 도 7은 역류시에서의절결(13)을 설치한 유량검출관로(11)의 동작을 표시한 것이다.

우선, 절결(13)이 없는 유량검출관로(11)의 정상류에서의 동작에 대해 도 37을 사용해 설명한다.

유량검출관로(11)하류단면은 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 수직인 평면상에 있기 때문에, 유량검출관로(11)내부를 통과한 흐름(23)과 유량검출관로 (11)외부를 통과한 흐름방향의 좌표에서 원주방향에 같은 위치에서 합류하고, 흐름의 경계면에 작용하는 전단력때문에 안정되고 주기적인 환상의 와류(90)를 형성한 후, 이산적인 와류(55)로 변화해서 붕괴한다.

환상의 와류(90)는 상기 중심축(18)에 대해 수직인 평면상에 있고 원형을 유지하고 있으므로 안정하나, 차츰 유하함에 따라 흐름중에 포함되어 있는 흐트러짐의 성분에 의해 여러개의 이산적인 와류(55)로 분열해서 붕괴된다.

가속시에는 환상의 와류(90)가 발생하나 후류의 혼합영역이 수축하고 유량측정오차가 생기는 원인이 되지 않으므로 설명은 생략한다.

맥동류에서 감속시에는 도 39에 표시한 바와 같이 후류의 혼합영역이 확대하고, 이산적이 와류(55)가 규모를 확대해서 유량검출관로(11)의 출구근방을 점령하므로, 유량검출관로(11)내부를 통과해서 나온 흐름(23)은 통로를 방해받아 유속이 저하하고, 유속측정장치(1)에는 유량검출오차가 발생한다.

또, 역류시에는 도 40에 표시한 바와 같이, 감속시에 규모를 확대하고 있던 이산적인 와류(55)가 흐름에 따라 역류하고 유량검출관로(11)내부와 외부로 나뉘어 역류한다.

즉 유량검출관로(11)내부에 설치하고 있는 유량검출체(12)는 주류와는 관계없는 와류에 의한 불규칙한 흐트러짐의 성분을 검출하고 유량측정장치(1)에는 유량검출오차가 발생한다.

다음 절결(13)을 갖는 경우의 정상류에서의 동작에 대해 도 5를 사용해서 설명한다.

유량검출관로(11)내부를 통과한 흐름(23)과 유량검출관로(11)외부를 통과한 흐름(24)은, 절결(13)을 설치한 부분과 설치하지 않은 부분에서 흐름방향으로 다른 위치에서 합류하기 때문에, 환상의 와류(90)는 중심축(18)에 대해 원형이 안되고 흐름방향으로 위치가 어긋난 형성이 된다.

이런 비원형의 환상의 와류(90)는 불안정하고, 즉시 분단되어 이산적인 와류(55)에로 붕괴한다.

또, 도 6에 표시하는 감속시에도 정상류와 같이 환상의 와류는 붕괴하기 쉽고, 조기에 분단되어 이산적인 와류(55)가 발생한다.

도 39의 절결이 없는 경우와 비교해서 환상의 와류가 성장하기 전에 안정성을 잃고 즉시 붕괴함으로써 이산적인 와류(55)의 규모는 작아진다.

따라서, 절결(13)을 설치한 경우, 이산적인 와류(55)가 유량검출관로(11)의 출구근방을 점령하는 비율이 저하하므로, 유량검출관로(11)내부를 통과해서 온 흐름(23)은 절결(13)을 설치하지 않은 경우와 비교해서 유속이 저하하기 힘들다.

즉, 정상류와 맥동유에서 유량검출관로(11)내외를 통과하는 유량의 분류비의 변동이 저감되므로, 유량측정장치(1)는 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량을 정확하게 측정할 수 있다.

또, 도 7에 표시하는 역류시에는 도 40의 절결이 없는 경우와 비교해서 절결(13)을 설치한 경우는 역류하는 이산적인 와류(55)의 규모가 작기 때문에, 이산적인 와류(55)가 유량검출체(12)에 충돌한 경우의 불규칙한 흐트러짐은 저감되고, 유량측정장치(1)은 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이 정상류에서 유량측정장치(1)에 유입하는 총유량과 유량검출관로(11)내부에 설치되어 있는 유량검출체(12)의 출력을 미리 검정해서 그 관계를 함수로 해두고, 흐름이 정상류로부터 맥동류로 변화한 경우는, 유량검출체(12)의 출력으로부터 유량측정장치(1)에 유입하는 총유량을 환산하는 유량측정장치(1)에서, 절결(13)을 설치한 경우에는 흐름이 맥동류로 변화해도 유량검출관로(11)의 출구근방을 이산적인 와류(55)가 점령하는 비율이 저감되어 유량검출관로(11)내부를 통과해오는 흐름(23)의 속도가 저하하기 힘들어지고, 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름(23)과 외부를 통과하는 흐름(24)의 분류비의 변동을 정상류와 맥동류에서 저감할수가 있고, 또 역류가 발생한 경우에는, 거슬러 올라오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수가 있기 때문에 전체적으로 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량측정장치(1)는 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

이는 맥동류에서 역류를 적지 않게 포함하는 경우, 특히 자동차 엔진의 내연기관의 흡기계에서 적합하다는 것을 의미한다.

다음, 절결(13)의 기하학적 형상과 배치에 대해 설명한다.

우선 절결(13)은 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향으로 여러개 설치함으로써 유량검출관로(11)의 후류로부터 발생하는 환상의 와류(90)를 강제적으로 확실하고 또 단시간에 복수로 분단할 수가 있고, 보다 작은 이산적인 와류(55)로서 조기에 붕괴시킬 수가 있기 때문에 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감할 수가 있고, 또 역류가 발생했을 때도 거슬러 올라오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수가 있으므로 전체적으로 유량측정장치(1)는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감할 수가 있다.다음에 절결(13)은 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향으로 등간격에 설치함으로써, 유량검출관로(11)의 후류에서 발생하는 환상의 와류(90)를 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 등간격으로 분단하고, 분단된 환상에 와류(90)의 크기의 최대치를 최소로 할 수가 있고, 보다 작은 이산적인 와류(55)로서 조기에 붕괴시킬 수가 있으므로 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감할 수가 있고, 또 역류가 발생하였을 때도 거슬러 올라오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수가 있으므로 전체적으로 유량측정장치(1)는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

또 절결(13)은 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향으로 등간격에 기수개 설치함으로써 유량검출관로(11)의 후류에서 발생하는 환상의 와류(90)의 대칭성을 없게 해서 불안정성을 유발하고 보다 작은 이산적인 와류(55)로서 조기에 붕괴시킬 수가 있으므로 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감하는 것이 가능하고 또 역류가 발생한 경우에도 거슬러 올라오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수가 있으므로 유량측정장치(1)은 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

또 합동인 형상을 갖는 절결(13)은 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향으로 여러개 설치함으로써 유량검출관로(11)의 후류에서 발생하는 환상의 와류(90)의 분단의 폭을 절결(13)마다에 균등하게 할 수가 있고, 이산적인 와류(55)로서 조기에 붕괴시킬 수가 있으므로 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감하는 것이 가능하고 또 역류가 발생한 경우에도 거슬러 올라오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수가 있으므로 유량측정장치(1)는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

또 절결(13)의 형상을 예를 들어 2등변 삼각형과 같이 주류에 평행한 축에 대해 대칭으로 함으로써, 축에 대해 환상의 와류(90)가 선대칭으로 구부러지고, 상호간섭을 강화할 수 있으므로, 이산적인 와류(55)에 조기에 붕괴시킬 수 있으므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감시킬 수가 있고, 또 역류가 발생하였을 때에도 거슬러 올라오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수가 있으므로 유량측정장치(1)는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

또, 절결(13)은 유량검출관로(11)의 하류측을 향해 폭이 넓혀지도록 하여 유량검출관로(11)의 후류로부터 발생하는 환상의 와류(90)의 분단을 흐름방향으로 원활하게 함으로써, 환상의 와류(90)의 분단을 확실하게 할 수가 있고, 보다 작은 이산적인 와류(55)로서 조기에 붕괴시킬 수가 있으므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감하는 것이 또 역류가 발생한 경우에도 거슬로 올라오는 이산적 와류(55)의 규모를 작게 할 수가 있으므로 전체적으로는 유량측정장치(1)는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에 있어서, 유량검출관로(11)에 의한 정류 효과를 얻으면서, 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

또 유량검출관로(11)의 하류단을 상류단과 같이 둥굴게 형성한 경우는, 역류시에 유량검출관로(11)의 하류단 근방에서 극력 박리가 생기지 않도록 할 수가 있고, 또 유량검출관로(11)가 예를 들면 수지 등으로 형성되는 경우, 하류단을 둥굴게 하는 것은 값이 싸다는 효과도 얻어진다.

또, 절결(13)을 갖는 부분의 유량검출관로(11)의 두께가 하류를 향해 감소하도록 설치함으로써, 유량검출관로(11)의 후류에서도 유량검출관로(11)외부를 통과해서 온 흐름(24)이 유량검출관로(11)내부를 통과해서 온 흐름(23)이 원활하게 합류해서 혼합을 활발하게 함으로써 환상의 와류(90)를 보다 작은 이산적인 와류(55)로서 조기에 붕괴시킬 수가 있으므로 정상류 및 맥동류에서도, 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감할 수 있고, 또 역류가 발생한 경우에도 역류해오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수가 있으므로, 유량측정장치(1)는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

또 원활하게 합류시키면서 가능한 한 외측으로 박리영역(56)을 발생시켜서 이산적인 와류(55)를 유량검출관로(11)의 내측에서 외측으로 빨아내기 위해, 도 8에 그 요부를 확대해서 표시하는 바와 같이, 유량검출관로(11)의 절결(13)을 갖는 부분의 외경을 하류를 향해 축소시켜 유량검출관로의 중앙부의 외경에 대해 소정의 경사각도(35)를 갖도록 구성해도 된다.

이 경사각도는 자유롭게 선택할 수 있으나, 정상류나 맥동류에서 박리를 일으키기 쉬운 각도가 바람직하고 또 그 각도는 정상류의 경우, 일반적으로 대략 10도이상 90도미만이라고 되어 있다.

이와 같이 구성한 것에서, 정상류 및 맥동류에서 유량검출관로(11)외벽과 유체주통로(10)내벽사이를 흐르는 흐름(24)은, 도 8에 표시하는 바와 같이 유량검출관로(11)의 외경이 감소하기 시작하는 부분에서 벗겨져 박리영역(56)을 형성한다.

이 박리영역(56)은 절결(13)근방에 형성되고 부압으로 되어 있기 때문에 절결(13)부분에서 유량검출관로(11)의 내부에 발생한 이산적인 와류는 하류방향으로 흘러내릴때, 유량검출관로(11)내부의 흐름(23)과 유량검출관로(11)외부의 흐름(24)은, 절결(13)을 갖는 부분이 하류측을 향해 두께가 감소해 있는 것으로 원활하게 합류해서 혼합을 활발하게 하면서 절결(13)을 통해서 내측에서 외측으로 흐름에 따라 빨어내어져서, 이산적인 와류(55)로 붕괴된다.

이과 같이 절결(13)을 갖는 부분의 유량검출관로(11)의 외경이 하류를 향해 축소하도록 구성함으로써 유량검출관로외부를 통과해 온 흐름(24)과 유량검출관로 내부를 통과해서 흘러 온 흐름(23)은 원활하게 합류하면서 유량검출관로(11)의 후류에서 발생하는 환상의 와류(90)를 내측에서 외측으로 빨아내므로 분단된 이산적인 와류(55)는 유량검출관로(11)의 외부로 이동하고 유량검출관로(11)출구근방을 점령하는 비율이 저감되므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감할 수가 있고 또 역류가 발생해도 역류해오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 하는 것이 가능하므로 유량측정장치(1)은 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

또 본 실시의 형태에서는 유량검출관로(11)를 원통형상으로 하였으나, 관로의 중심축(18)에 수직인 단면형상이 타원형, 3각형, 4각형, 사다리꼴 등 임의의 통형상이라도 같은 효과를 나타낸다.

이는 아래의 각 실시의 형태에서도 같다.

또 절결(13)을 5개로 하였으나, 와류의 세분화 효과를 높이는 데는 절결(13)은 많게 하는 것이 좋다.

또, 본 실시의 형태는, 자동차의 흡기류량 측정에 한하지 않고 일반적으로 유체기기에서 특히 맥동류를 함유하는 흐름의 유량을 측정할 때에 유효한 것은 말할 것 없고 이하의 각 실시의 형태에서도 같다.

실시의 형태 2

도 9는 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 유량검출관로(11)의 요부를 표시하고 그 동작을 설명하는 도면이다.

절결(13)을 갖는 부분의 유량검출관로(11)의 두께를 하류를 향해 감소시키는 경우, 도 9에 표시하는 바와 같이, 유량검출관로(11)의 내경이 하류를 향해 확대하도록 구성하는 것으로 순류시에는 유량검출관로(11)외부를 통과해서 온 흐름과 유량검출관로(11)내부를 통과해서 온 흐름은 원활하게 합류하면서 유량검출관로(11)의 하류로부터 발생하는 환상의 와류(90)를 이산적인 와류(55)로 분단할 수가 있고 또 역류시에는 유량검출관로(11)가 축류하고 있으므로, 흐트러짐을 저감할 수가 있다.

단 각도(36)에 대해서는 정상류 및 맥동류에서 박리가 생기는 환상의 와류(90)가 유량검출관로(11)의 외측에서 내측으로 향해 흡인되고 이산적인 와류(55)가 유량검출관로 출구근방을 점령하는 비율이 증가하므로 박리가 일어나지 않는 각도가 바람직하다.

일반적으로 정상류의 경우, 박리가 일어나기 힘든 각도는 대략 0도 보다 크고 10도 이하인 것으로 알려져 있다.

따라서, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감하고 또 역류시에는 축류의 효과에 의해 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

또, 도 2에서는 절결(13)을 갖는 부분의 유량검출관로(11)의 두께를 하류를 향해 감소시키는데, 외경의 축소와 내경의 확대의 양쪽을 모두 실시하고 있다.

실시의 형태 3

도 10~ 도 12는 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 유량검출관로의 구성 및 동작을 설명하는 도면이다.

본 실시의 형태는 절결(13)의 효과를 더욱 높이는 구성에 관한 것이다.

도면에서, 43은 절결(13)보다 상류측의 유량검출관로(11)의 외벽에 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향으로 감싸도록 설치된 링상의 볼록(凸)상단차이다.

또 볼록(凸)상 단차(43)의 유량검출관로(11)외벽으로부터의 높이는 전주(全周)에 걸쳐 대략 같게 되어 있다.

다음, 동작에 대해 설명한다.

우선은 맥동류에서의 동작을 설명하기에 앞서 정상류에서의 동작부터 설명한다.

도 10에서 볼록(凸)상 단차(43)의 후류에는 박리영역(56)이 형성된다.

박리영역(56)은 부압을 형성하고 있으므로, 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름(23)은 절결을 통해서 내부로부터 빨아내지면서 유량검출관로(11)외부의 흐름(24)과 합류하기 때문에, 절결(13)이 없을 때나 절결(13)을 설치해도 볼록(凸)상단차(43)가 없는 경우와 비교해서 환상의 와류(90)을 거치지 않고 직접 이산적인 와류(55)로 붕괴하고, 이산적인 와류(55)는 외주방향으로 편향되면서 유하하게 된다.

따라서, 볼록(凸)상 단차(43)를 설치한 경우 절결(13)을 설치하지 않는 경우나 또는 절결(13)을 설치해도 볼록(凸)상 단자(43)는 설치하지 않는 경우와 비교해서 이산적인 와류(55)가 유량검출관로(11)의 출구근방을 점령하는 비율이 저하하므로 유량검출관로(11)내부를 통과해서 온 흐름은 유속이 저하하기 힘들다.

다음, 맥동류에서 감속해 있는 경우의 동작에 대해 도 11을 사용해서 설명한다.

흐름이 감속하면 볼록(凸)상 단차(43)후류의 박리영역(56)이 확대된다.

규모를 확대한 박리영역은 정상류일 때와 비교해서 흐름을 내측에서 외측으로 빨아내는 힘이 강해지므로 이산적인 와류는 외주방향으로 편향되면서 아래로 흐른다.

따라서, 볼록(凸)상 단차(43)를 설치했을 때는 절결(13)을 설치하지 않을 때나 절결(13)은 설치되어도 볼록(凸)상 단차(43)는 설치되지 않는 경우와 비교해서 유량검출관로(11)의 출구근방을 점령하는 비율이 저하하므로 유량검출관로(11)내부를 통과해 온 흐름은 유속이 저하하기 힘들게 된다.

즉, 정상류와 맥동류에서 유량검출관로(11)내외를 통과하는 유량의 분류비의 변동이 저감되므로, 유량측정장치(1)는 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

다음, 역류한 경우의 동작에 대해 도 12를 사용해서 설명한다.

상술한 바와 같이, 흐름이 감속하고 있는 동안에 대규모의 박리영역(56)에 의해 이산적인 와류(55)는 유량검출관로(11)의 내측에서 외측으로 빨아내어지므로, 역류가 시작되었을 때는 이산적인 와류(5)의 거의 대부분은 유량검출관로(11)의 외부를 역류한다.

즉, 유량검출관로(11)의 내부에 이산적인 와류(55)가 들어가지 않으므로, 유량검출체(12)에는 와류가 충돌하지 않고, 와류의 충돌에 기인한 유량의 검출오차가 생기지 않는다.

따라서, 유량검출관로(11)내부에 설치해 있는 유량검출체(12)는 오차가 저감되고 유량측정장치(1)은 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

여기서, 실제의 4기통 2000cc의 엔진으로 2000rpm에서 실측한 흡입공기량의 데이터를 도 13에 표시한다.

도면에서, 64는 엔진에 흡입하는 공기량이 흡입되는 부압과 직선적인 관계가 있다고 했을 때의 이상유량이고, 61은 종래의 절결(13)이 없는 유량검출관로(11)에서 실측된 유량, 62는 실시의 형태 1의 절결(13)을 갖는 유량검출관로(11)에서 실측된 유량, 63은 실시의 형태 3의 절결(13) 및 볼록(凸)상 단차(43)을 갖는 유량검출관로에서 실측된 유량이다. 절결(13)이 없는 것과 비교하여 절결(13)을 갖는 것이, 절결과 볼록(凸)상 단차(43)을 것이 보다 이상유량(64)에 가까운 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태 3과 같이 정상류중에서 유량측정장치(1)에 유입하는 총유량과 유량검출관로(11)내부에 설치되어 있는 유량검출체(12)의 출력을 미리 검정해서 그 관계를 함수로서 갖고, 흐름이 맥동류로 변화한 경우는 유량검출체(12)의 출력에서 유량측정장치(1)로 유입하는 총유량을 환산하는 유량측정장치(1)에서, 절결(13) 및 볼록(凸)상 단차(43)를 설치한 경우에는, 흐름이 정상류로 부터 맥동류로 변화하여도, 유량검출관로(11)의 출구근방을 이산적인 와류(55)가 점유하는 비율이 저감되어 유량검출관로(11)내부를 통과해서 온 흐름(23)의 속도가 저하하기 힘들게 되고 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름(23)과, 외부를 통과하는 흐름(24)의 분류비의 변동을 정상류와 맥동류에서 저감할 수가 있고, 또 역류가 발생한 경우에는 역류해오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 또한 외측을 통과시킬 수가 있으므로, 전체적으로 정상류, 맥동류 및 역류를 맥동류에서 유량측정장치(1)은 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻는 동시에 유량을 정확하게 측정할 수가 있다. 이는 맥동류에서 역류를 적지 않게 포함할 때, 특히 자동차엔진의 내연기관의 흡기계에서 적합한 것을 의미한다.

또, 절결(13)을 5개로 하였으나, 와류의 세분화효과를 높이는 데는 절결(13)은 많게 하는 쪽이 좋다.

또, 절결(13)이 설치되어 있는 부분의 두께가 하류로 향해서 감소하는 에지(16)로서 구성되어 있는 것은 유량검출관로(11)의 외측의 흐름과 내측의 흐름을 원활하게 합류시킬 때에 효과적이다.

실시의 형태 4

도 14는 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 유량검출관로의 구성을 표시하는 사시도이다.

도면에서 44는 돌기이고, 절결(13)보다 상류측의 유량검출관로(11)의 외벽에 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향으로 설치되어 있다.

실시의 형태 3에서 표시한 링상태의 볼록(凸)상 단차(43)대신에 본 실시의 형태와 같이 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향으로 여러 개로 분단해서 배치된 볼록(凸)상 단차인 돌기(44)를 설치한 경우에도 상기 실시의 형태 3과 같은 효과가 얻어진다.

또, 돌기(44)의 형상은 후부에 박리영역(56)을 발생시킬 수 있는 형상이면 되고, 3각추, 원추, 직방체등 자유로이 선택할 수 있으며 그 조합, 개수, 크기는 자유로이 선택할 수 있다.

실시의 형태 5

도 15는 본 발명의 실시의 형태 5에 관한 유량검출관로의 구성을 표시하는 사시도이다.

상기 각 실시의 형태에서는 유량검출관로(11)의 하류측 단면에서의 원주방향길이에 대한 절결(13)에 의해 제거된 비율, 즉 절결율이 100%인 경우에 대해 표시하였으나, 본 실시의 형태와 같이 절결율이 50%인 경우에도 환상의 와류(90)의 분단이나 이산적인 와류(56)로의 세분화는 마찬가지로 시행 될 수 있는 것으로부터 상기 각 실시의 형태와 같은 효과가 얻어진다.

또, 절결율은 이들의 실시의 형태에 한하는 것이 아니고, 자유로이 선택할 수가 있다.

실시의 형태 6

다음, 유량검출관로(11)에 관해 절결(13)과 같은 효과가 얻어지는 구성에 대해 설명한다.

도 16∼도 18은 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 유량검출관로의 구성 및 동작을 설명하는 도면이다.

도면에서, 45는 유량검출관로(11)의 통상의 흐름방향(14)의 하류단 근방에설치된 유량검출관로(11)의 내외를 관통하는 관통공(45)이다.

본 실시의 형태에서는 관통공(45)은 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향에 5개 등간격으로 설치되고, 또 흐름방향(14)에 3열 설치되어 있다.

또, 같은 열에 있는 관통공(45)은 원주방향에 합동, 즉 동일한 형상이고 또 같은 크기로 형성되어 있다.

또, 흐름방향(14)의 관통공(45)의 크기는 하류의 열(列) 만큼 개구면적이 서서히 커지도록 구성되어 있고, 관통공(45)의 중심은 원주방향에 합동, 즉 동일한 형상이고 또 같은 크기로 형성되어 있다.

다음, 맥동류에서의 동작을 설명하기 전에, 정상류에서의 동작에 대해 도 16을 사용해서 설명한다.

실시의 형태 1에서 설명한 절결(13)의 경우와 같이 유량검출관로(11)의 외부를 통과해 온 흐름(24)과 유량검출관로(11)의 내부를 통과해 온 흐름(23)은 서서히 면적이 증대하는 여러 개의 관통공(45)의 표면을 통과할 때에 혼합되어 불안정성을 일으키고, 환상의 와류(90)는 중심축(18)에 대해 원형으로 되지 않고, 절결(13)을 갖는 경우와 같이 흐름방향에 위치가 어긋난 형상이 된다.

이와 같은 비원형의 환상의 와류(90)은 불안정하고, 즉시 분단되어 이산적인 와류(55)로 붕괴한다.

따라서, 관통공(45)을 설치한 경우, 이산적인 와류(55)가 유량검출관로(11)의 출구근방을 점령하는 비율이 저하하므로 유량검출관로(11)내부를 통과해 온 흐름(23)은 관통공(45)을 설치하지 않을 때에 비해 유속이 저하하기 힘들다.

즉, 정상류와 맥동류에서 유량검출관로(11)내외를 통과하는 유량의 분류비의 변동이 저감되므로, 유량측정장치(1)은 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

다음, 맥동류에서 감속해 있을 때의 동작에 대해 도 17을 사용해서 설명한다.

감속시에도 정상류의 경우와 같이 환상의 와류는 붕괴되기 쉽고, 조기에 분단되어 이산적인 와류(55)가 발생한다.

도 39의 관통공이 없는 경우와 비교해서 환상의 와류가 성장하기 전에 안전성을 상실하여 즉시 붕괴함으로써 이산적인 와류(55)의 규모는 작아진다.

따라서, 관통공(45)을 설치한 경우, 이산적인 와류(55)가 유량검출관로(11)의 출구근방을 점령하는 비율이 저하하므로, 유량검출관로(11)내부를 통과해 온 흐름(23)은 관통공(45)을 설치하지 않을 때에 비해 유속이 저하하기 힘들다.

즉, 정상류와 맥동류에서 유량검출관로(11)내외를 통과하는 유량의 분류비의 변동이 저감되므로 유량측정장치(1)은 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

또, 도 18에 표시한 역류시에서는 도 40의 관통공이 없는 경우와 비교해서 관통공(45)을 설치한 경우는 역류하는 이산적인 와류(55)의 규모가 작기 때문에 이산적인 와류(55)가 유량검출체(12)에 충돌했을 때의 불규칙한 흐트러짐은 저감되고 유량측정장치(1)는 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 정상류중에서 유량측정장치(1)에 유입하는 총유량과 유량검출관로(11)내부에 설치되어 있는 유량검출체(12)의 출력을 미리 검정해서 그 관계를 함수로서 갖고, 흐름이 정상류로부터 맥동류에 변화한 경우에 유량검출체(12)의 출력으로부터 유량측정장치(1)에 유입하는 총유량을 환산하는 유량측정장치(1)에서, 관통공(45)을 설치한 경우에는 흐름이 맥동류로 변화해도 유량검출관로(11)의 출구근방을 이산적인 와류(55)가 점령하는 비율이 저감되어 유량검출관로(11)내부를 통과해서 오는 흐름(23)의 속도가 저하하기 힘들게 되고 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름(23)과 외부를 통과하는 흐름(24)의 분류비의 변동을 정상류와 맥동류에서 저감할 수가 있고, 또 역류가 발생한 경우에는 역류해오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수가 있기 때문에 전체 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량측정장치(1)는 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

이는 맥동류에서 역류를 적지 않게 포함할 경우, 특히 자동차엔진의 내연기관의 흡기계에서 적당하다는 것을 의미하고 있다.

다음, 관통공(45)의 기하학적 형상과 배치에 대해 설명한다.

우선, 관통공(45)은 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향으로 복수설치함으로써 유량검출관로(11)의 하류에서 발생하는 환상의 와류(90)를 강제적으로 확실하고 또한 단시간에 여러 개로 분단할 수가 있고, 보다 작은 이산적인 와류(55)로서 조기에 붕괴시킬 수가 있으므로 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감하는 것이 가능하고, 또 역류가 발생한 경우에도 역행해오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 하는 것이 가능하기 때문에 전체적으로 유량측정장치(1)은 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

또, 관통공(45)은 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향으로 등간격으로 설치함으로써, 유량검출관로(11)의 후류에서 발생하는 환상의 와류(90)를 유량검출관로의 중심축(18)에 대해 등간격으로 분단하고, 분단된 환상의 와류(90)의 크기의 최대치를 최소로 할 수가 있고, 보다 작은 이산적인 와류(55)로서 조기에 붕괴시킬 수가 있기 때문에 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감하는 것이 가능해지고, 또 역류가 발생한 경우에도 역류해오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게할 수가 있기 때문에 전체적으로 유량측정장치(1)는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

또, 관통공(45)은 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향으로 등간격으로 기수개를 설치함으로써 유량검출관로(11)의 후류로부터 발생하는 환상의 와류(90)의 대칭성을 없게해서 불안정성을 유발하고 보다 작은 이산적인 와류(55)로서 조기에 붕괴시킬 수가 있으므로 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감시킬 수가 있고, 또 역류가 발생해도 역행하는 이산적 와류(55)의 규모를 작게 할 수 있으므로 유량측정장치(1)은 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감시킬 수가 있다.

또, 관통공(45)은 유량검출관로(11)의 흐름방향에 여러열 설치함으로써 유량검출관로(11)의 후류에서 발생하는 환상의 와류(90)의 분단을 흐름방향으로 원활하게 실시함으로써 환상의 와류(90)의 분단을 확실하게 할 수가 있고, 보다 작은 이산적인 와류(55)로서 조기에 붕괴시킬 수가 있으므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감할 수가 있고, 또 역류가 발생한 경우에도 역류해오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수 있으므로 전체적으로 유량측정장치(1)은 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감시킬 수가 있다.

또, 다수열이 있는 관통공(45)은 유량검출관로(11)의 흐름방향에 따라 이들의 중심이 대략 직선상으로 나열되어 있으므로 유량검출관로 내부와 유량검출관로 외부의 흐름을 연속적으로 합류시켜서 유량검출관로(11)의 후류로부터 발생하는 환상의 와류(90)의 분단을 흐름방향으로 원할하게 실시함으로써 환상의 와류(90)의 분단을 확실하게 실시할 수가 있고, 보다 작은 이산적인 와류(55)로서 조기에 붕괴시킬 수가 있으므로 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감시킬 수 있고, 또 역류가 발생한 경우에도 역류해오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수가 있기 때문에 전체적으로 유량측정장치(1)는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감시킬 수가 있다.

또, 관통공(45)은 유량검출관로(11)의 하류측에 있는 관통공(45)만큼 면적이 증대하도록 설치함으로써 유량검출관로(11)의 후류에서 발생하는 환상의 와류(90)의 분단을 흐름방향으로 원활하게 실시함으로써 환상의 와류(96)의 분단을 확실하게 할 수가 있고, 보다 작은 이산적인 와류(55)로서 조기에 붕괴시킬 수가 있기 때문에 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감할 수가 있고, 또 역류가 발생했을 때에도 역류해오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수가 있으므로 전체적으로 유량측정장치(1)은 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

또, 관통공(45)은 유량검출관로(11)의 관통공(45)을 설치한 부분의 두께가 하류를 향해 감소하도록 구성함으로써 유량검출관로(11)의 후류에서는 유량검출관로 외부를 통과해서 온 흐름(24)과 유량검출관로 내부를 통과해 온 흐름(23)이 원활하게 합류해서 혼합을 활발하게 함으로써 환상의 와류(90)을 보다 작은 이산적인 와류(55)로서 조기에 붕괴시킬 수가 있으므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감하는 것이 가능하고, 또 역류가 발생한 경우에도 역류해오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수가 있으므로 유량측정장치(1)은 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

또, 관통공(45)를 갖는 부분의 유량검출관로(11)의 두께를 하류를 향해 감소시키는 경우, 실시의 형태 1에서 도 8을 사용해서 설명한 것과 같이, 관통공(45)는 유량검출관로(11)의 관통공(45)을 설치한 부분의 외경이 하류를 향해 축소하도록 설치함으로써 유량검출관로 외부를 통과해서 온 흐름(24)과 유량검출관로 내부를 통과해 온 흐름(23)은 원활하게 합류하면서 유량검출관로(11)의 후류에서 발생하는 환상의 와류(90)를 내측에서 외측으로 뽑아내기 때문에, 분단된 이산적인 와류(55)는 유량검출관로(11)의 외부로 이동하고 유량검출관로(11)출구근방을 점령하는 비율이 저감되므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로(11)내외의 변동을 저감할 수가 있고, 또 역류가 발생한 경우에도 역류해오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수 있으므로 유량측정장치(1)는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻는 동시에, 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

또, 관통공(45)을 갖는 부분이 유량검출관로(11)의 두께를 하류를 향해 감소시키는 경우, 실시의 형태 2에서 도 9를 사용해서 설명한 것과 같이, 유량검출관로 (11)의 내경이 하류를 향해 확대하도록 구성함으로써, 순류시에는 유량검출관로 (11)외부를 통과해 온 흐름과 유량검출관로(11)내부를 통과해 온 흐름을 원활하게 합류하면서 유량검출관로(11)의 후류에서 발생하는 환상의 와류(90)를 이산적인 와류(90)로 분단할 수가 있고, 또, 역류시에는 유량검출관로(11)가 축류하고 있으므로 흐트러짐을 저감 할 수가 있다.

따라서, 정상류 및 맥동류에서도, 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감하고, 또 역류시에서는, 축류의 효과에 의해 유량검출오차를 저감할 수 있다.

단, 각도(36)에 대해서는 정상류 및 맥동류에서 박리가 생기는 환상의 와류(90)가 유량검출관로(11)의 외측에서 내측을 향해 흡인되고 이산적인 와류(55)가 유량검출관로 출구근방을 점령하는 비율이 증가하기 때문에, 박리를 발생시키지 않는 각도가 바람직하다.

일반적으로, 정상류의 경우 박리를 발생시키기 힘든 각도는 대략 0도 보다는 크고, 10도 이하인 것이 알려져 있다.

또, 관통공(45)을 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향으로 5개로 하였으나, 이에 한하는 것은 아니고, 와류의 세분화효과를 높이는 데는 관통공 (45)의 수는 많은 것이 좋다.

또, 관통공(45)은 흐름방향으로 3열로 하여 기술하였으나, 이에 한하는 것은 아니고, 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름(23)과 외부를 통과하는 흐름(24)이 서서히 합류하도록 열 수를 많이 하는 것이 좋다.

또, 관통공(45)의 형상은 원형에 한하는 것이 아니고, 자유로이 선택이 가능하다.

실시의 형태 7

도 19는 본 발명의 실시의 형태 7에 관한 유량검출관로의 구성을 표시하는 사시도이다.

본 실시의 형태는 관통공(45)의 효과를 더욱 높이기 위한 구성에 관한 것이다.

관통공(45)보다 상류측의 유량검출관로(11)외벽에 관로(11)두께를 급격하게 변화시킨 볼록(凸)상 단차(43)를 설치함으로써, 실시의 형태 3에서 절결(13) 및 볼록(凸)상 단차(43)를 설치한 경우에 대해 설명한 바와 같이, 흐름이 정상류로부터 맥동류로 변화해도 유량검출관로(11)의 출구근방을 이산적인 와류(55)가 점유하는 비율이 저감되어 유량검출관로(11)내부를 통과해서 온 흐름(23)의 속도가 저하하기 힘들게되고, 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름(23)과 외부를 통과하는 흐름(24)의 분류비의 변동을 정상류와 맥동류에서 저감할 수가 있으며, 또 역류가 발생한 경우에는 역류해오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작고, 또 외측을 통과시킬 수가 있으므로 전체적으로 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량측정장치(1)는 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으며서 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

또, 볼록(凸)상 단차(43)의 작용의 상세한 설명은 실시의 형태 3에서 기술한 것과 같으므로 생략한다.

또, 링상태의 볼록(凸)상 단차(43)대신에 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향으로 여러 개로 분단해서 배치된 볼록(凸)상 단차인 돌기를 설치한 경우에도 같은 효과가 얻어지는 것은 실시의 형태 4의 경우와 같다.

실시의 형태 8

다음에, 유량검출관로(11)에 관해 절결(13)이나 관통공(45)과 같은 효과가 얻어지는 구성에 대해 설명한다.

도 20∼도 22는 본 발명의 실시의 형태 8에 관한 유량검출관로의 구성 및 동작을 설명하는 도면이다.

도면에서, 46은 원통형상으로 형성한 통기성을 갖는 부재 즉 금망상의 메시(46)이고, 유량검출관로(11)의 하류측에 내경과 외경이 매끄럽게 접속하도록 배치되어 있다.

또, 메시(46)는 하류방향을 향해 3단계에 걸쳐 그 눈이 서서 거칠게 되어 있다.

다음, 맥동류에서의 동작을 설명하기 전에 정상류에서의 동작에 대해 도 20을 사용해서 설명한다.

유량검출관로(11)의 외부를 통과해 온 흐름(24)과 유량검출관로(11)의 내부를 통과해 온 흐름(23)은 서서히 하류를 향해 개구율이 커지는 메시(46)의 표면상을 통과할 때에 합류해서 불안정성이 생기고 환상의 와류(90)를 거치지 않고, 직접 이산적인 와류(55)를 발생하여 하류로 흘러가 버린다.

다음, 맥동류에서 감속해 있는 경우의 동작에 대해 도 21을 사용해서 설명한다.

흐름이 감속되어 있는 경우도 정상류와 같이 이산적인 와류(55)가 보다 조기에 발생하기 때문에, 이산적인 와류(55)의 규모는 작아진다.

따라서 메시(46)를 설치한 경우, 이산적인 와류(55)가 유량검출관로(11)의 출구근방을 점령하는 비율이 저하하므로, 유량검출관로(11)내부를 통과해 온 흐름(23)은 메시(46)를 설치하지 않은 경우와 비교해서 유속이 저하하기 힘들다.

즉, 정상류와 맥동류에서 유량검출관로(11)내외를 통과하는 유량의 분류비의 변동이 저감되므로, 유량측정장치(1)는 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

다음, 역류가 발생했을 때의 동작에 대해 도 22를 사용해서 설명한다.

메시가 없는 유량검출관로(11)의 경우, 감속시에 규모를 확대한 이산적인 와류(55)는 흐름에 따라 유량검출관로(11)외부와 내부로 갈려서 거슬러 올라가고, 일부는 유량검출관로(11)내부에 들어가서 유량검출체(12)에 충동해서 표면부근의 흐름을 흐트러트리고, 유량검출체(12)는 주류와는 관계없는 이산적인 와류(55)에 의한 흐트러진 유속변동을 검출하기 때문에, 유량검출오차가 생긴다는 문제가 있다.

이에 대해, 메시(45)를 설치한 유량검출관로(11)에서는 흐름이 감속했을 때에 발생되어 거슬러 올라가는 이산적인 와류(55)의 스케일이 작기 때문에 이산적인 와류(55)가 유량검출체(12)에 충돌한 경우의 불규칙한 흐트러짐은 저감되고, 유량측정장치(1)는 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 정상류중에서 유량측정장치(1)에 유입하는 총유량과 유량검출관로(11)내부에 설치되어 있는 유량검출체(12)의 출력을 미리 검정해서 그 관계를 함수로 갖고, 흐름이 정상류로 부터 맥동류로 변화했을 때는 유량검출체 (12)의 출력으로 부터 유량측정장치(1)에 유입하는 총유량을 환산하는 유량측정장치(1)에서, 메시(46)를 설치한 경우에는 흐름이 맥동류로 변화해도 유량검출관로(11)의 출구근방을 이산적인 와류(55)가 점령하는 비율이 저감되어 유량검출관로(11)내부를 통과해 온 흐름(23)의 속도가 저하하기 힘들게 되고, 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름(23)과 외부를 통과하는 흐름(24)의 분류비의 변동을 정상류와 맥동류에서 저감할 수가 있고, 또 역류가 발생한 경우에는 역류해오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수 있으므로, 전체적으로 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량측정장치(1)은 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

이는 맥동류에서 역류를 적지 않게 포함하는 경우, 특히 자동차엔진의 내연기관의 흡기계에서 적합한 것을 의미하고 있다.

또, 메시(46)의 눈이 거칠음의 종류는 흐름방향으로 3단계로 기술하였으나 이에 한하는 것은 아니고, 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름(23)과 외부를 통과하는 흐름(24)이 서서히 합류해서 와류의 세분화효과를 높이도록 눈의 거칠음의 종류는 가능한 한 많은 것이 좋다.

실시의 형태 9

도 23은 본 발명의 실시의 형태 9에 관한 유량검출관로의 구성을 표시하는 사시도이다.

본 실시의 형태는 메시(46)의 효과를 더욱 높이기 위한 구성에 관한 것이다.

메시(46)보다도 상류측의 유량검출관로(11)외벽에 관로(11)두께를 급격하게 변화시킨 볼록(凸)상 단차(43)를 설치함으로써, 실시의 형태 3에서 절결(13)및 볼록(凸)상 단차(43)를 설치한 경우에 대해 설명한 것과 같이, 흐름이 정상류로 부터 맥동류로 변화해도, 유량검출관로(11)의 출구근방을 이산적인 와류(55)가 점령하는 비율이 저감되어 유량검출관로(11)내부를 통과해서 온 흐름(23)의 속도가 저하하기 힘들게 되고, 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름(23)과 외부를 통과하는 흐름(24)의 분류비의 변동을 정상류와 맥동류에서 저감할 수가 있고, 또 역류가 발생하였을 때는 역류해 오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작고 또 외측을 통과시킬 수가 있으므로 전체적으로 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량측정장치(1)는 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

또, 볼록(凸)상 단차(43)의 작용의 상세한 설명은 실시의 형태 3에서 기술한 바와 같으므로 생략한다.

또, 도 23에서 표시한 바와 같은 링상의 볼록(凸)상 단차(43)대신에 유량검출관로(11)의 중심축(18)에 대해 원주방향에 여러 개로 분단해서 배치된 볼록(凸)상 단차인 돌기를 설치한 경우에도 같은 효과가 얻어지는 것은 실시의 형태 4의 경우와 같다.

실시의 형태 10

도 24는 본 발명의 실시의 형태 10에 관한 유량검출관로의 구성을 표시하는 사시도이다.

도면에서, 47은 통기성을 갖는 격자이고, 유량검출관로(11)와 일체적으로 형성되어 있다.

또, 격자(47)는 하류방향을 향해 3단계에 걸쳐 개구면적이 서서히 크게 되어있다.

실시의 형태 8에서 설명한 메시(46)의 대신해서 실시의 형태와 같이 격자(47)로 해도 같은 효과가 얻어진다.

또, 격자(47)로 함으로써 가공상 같은 소재 예를 들면 수지 등으로 형성할 때 값싸다는 효과도 얻을 수 있다.

실시의 형태 11

도 25는 본 발명의 실시의 형태 11에 관한 유량검출관로의 하류측 선단부분을 확대해서 표시하는 사시도이다.

본 실시의 형태에서는 유량검출관로(11)의 절결(13)이나 관통공(45)을 설치하거나 메시(46)나 격자(47)로 구성한 하류측 후단부의 외벽에 단차를 두어 그 두께를 그로 부터 상류측의 두께보다도 얇게 형성한 것이다.

이렇게 구성함으로써, 유량검출관로(11)의 벽과 유체 주통로(10)내벽 사이를 흐르는 분류(24)는 유량검출관로(11)의 단자부로부터 벗겨져서 박리영역(56)를 형성한다.

이 박리영역(56)에 의해 유량검출관로(11)하류측에서 발생한 이산적인 와류는 외측으로 빨려나와서 유량검출관로(11)의 출구근방을 점령하는 비율이 저감되므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로(11)내외의 분류비의 변동을 저감하는 것이 가능하고, 또 역류가 발생했을 때에는 역류해오는 이산적인 와류 규모를 작고 또 유량검출관로(11)의 외측을 통과시킬 수가 있으므로 전체적으로 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량측정장치(1)은 유량검출관로(11)에 의한 정류효과를 얻으면서 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

또, 단차는 1단에 한하지 않고, 여러 단어라도 되고, 예를 들면 도 20의 메시(46)나 도 24의 격자(47)의 눈의 거칠음을 변화시키는데 맞추어 3단으로 해도 된다.

이렇게 여러 단으로 함으로써 하류측의 절결(13)을 형성한 유량검출관로(11)의 두께가 하류를 향해 감소하게 되어 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이 유량검출관로(11)내외의 흐름을 원활하게 합류시킬 수가 있는 효과도 얻어진다.

이 경우, 단수는 가능한 한 많은 것이 좋은 것은 물론이다.

실시의 형태 12

도 26는 본 발명의 실시의 형태 12에 관한 유량검출관로의 구성 및 동작을 설명하는 도면이다.

실시의 형태 1에서는 도 5에서 표시한 바와 같이 절결(13)의 수가 5였을 때에 대해 설명하였으나, 본 실시의 형태는 절결의 수가 1이다.

즉, 유량검출관로(11)의 하류단을 경사지게 잘라버린 것이다.

이 경우의 동작에 대해 설명한다.

정상류에서는 유량검출관로(11)하류에서 발생하는 환상의 와류(90)는 절결수가 5인 실시의 형태 1과 같이 흐름방향으로 위치가 어긋나서 타원 형상이 된다.

이와 같은 비원형의 환상의 와류(90)은 불안정하고, 즉시 분단되어 이산적인 와류(55)로 붕괴된다.

맥동류, 역류를 포함하는 맥동류에서도 환상의 와류가 붕괴해서 이산적인 와류(55)로 변화하는 동작은 효과의 정도가 다른 것이나, 기본적으로 실시의 형태 1의 경우와 같은 원리이고, 여기서는 설명은 생략한다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시의 형태에서와 같이 정상류중에서 유량측정장치(1)에 유입하는 총유량과 유량검출관로(11)내부에 설치되어 있는 유량검출체(12)의 출력을 미리 검정해서 그 관계를 함수로 해두고, 흐름이 정상류에서 맥동류로 변화한 경우는 유량검출체(12)의 출력에서 유량측정장치(1)에 유입하는 총유량을 환산하는 유량측정장치에서, 유량검출관로(11)의 하류단을 경사지게 절단해 버린 경우에는 흐름이 맥동류로 변화해도 유량검출관로(11)출구근방을 이산적인 와류(55)가 점유하는 비율이 저감되어서 유량검출관로(11)내부를 통과해오는 흐름(23)의 속도가 저하되기 힘들게 되고, 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름(23)과 외부를 통과하는 흐름(24)의 분류비의 변동을 정상류와 맥동류에서 저감할 수가 있고, 또 역류가 발생한 경우에는 역류해오는 이산적인 와류(55)의 규모를 작게 할 수가 있으므로, 전체적으로 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로(11)에서의 정류효과를 얻으면서 유량측정장치(1)는 유량을 정확하게 측정할 수가 있다.

또, 본 실시의 형태에서는 절결을 형성하는 데에 유량검출관로(11)의 하류단부를 경사지게 잘라 버리는 것으로 충분하므로, 그 제조가 쉽고 값싸게 실시된다는 효과도 얻어진다.

실시의 형태 13

또, 상기 실시의 형태(12)의 구성에 더해, 도 27에 사시도로 표시하는 바와 같이 실시의 형태 3의 경우와 같은 링상태의 볼록(凸)상 단차(43)를 비스듬히 하류단과 평행하게 설치해도 되고 실시의 형태 3의 경우와 같은 효과가 얻어진다.

또, 볼록(凸)상 단차는 실시의 형태 4에서 도 14에 표시한 바와 같은 돌기(44)라도 가한 것은 물론이다.

실시의 형태 14

또, 상기 각 실시의 형태에서는 유량검출관로(11)의 하류측에 절결(13)이나 관통공(45)을 설치하거나 메시(46)나 격자(41)로 구성하거나 한 경우에 대해 설명하였으나, 역류가 강한 경우에는 예를 들면, 도 28∼도 30에서 표시한 바와 같이 상류측에도 절결(13)이나 관통공(45)을 설치해도 된다.

이렇게 구성함으로써, 정상류나 감속시는 하류측의 절결(13)의 작용에 의해, 또 강한 역류가 발생한 경우에는(역류에서 보면 하류측이 된다)의 절결(13)의 작용에 의해 유량검출관로(11)내부를 통과하는 흐름과 외부를 통과하는 흐름의 분류비의 변동의 저감을 쌍방향의 흐름에서 실현할 수가 있다.

또, 역류는 순방향의 흐름에 비해 그 크기도 발생빈도도 작기 때문에, 도 28과 같이 절결(13)을 설치하는 경우는 상류측의 절결(13)의 깊이를 하류측의 것보다도 얕게 하면 된다.

또, 도 29와 같이 관통공(45)를 설치할 때는 상류측의 관통공(45)의 크기 및 유량검출관로(11)의 흐름방향의 열 수를 하류측의 그 것을 보다 작게 하면 된다.

도 30과 같이, 유량검출관로(11)의 상하류단을 경사지게 잘라버리는 경우는, 상류측의 절단각도를 하류측의 그 것보다도 완만하게 하면 좋다.

또, 절단하는 평면은 상류측과 하류측에서 평행으로 되거나 평행이 아니라도 상관없다.

또, 유량검출체(12)는 실시의 형태 1에서 설명한 도 4의 구성에 한하지 않고 다른 구성이라도 되고, 또 배인식, 압력검출식, 칼만와류식, 코로나 방전식등 열식이 아닌 임의의 유량센서라도 같은 효과가 얻어진다.

또, 역류검출을 가능하게 하지 못하는 유량검출체(12)를 사용한 경우에도, 정상류 및 맥동류에서 분류비의 변동을 저감하고 있기 때문에 같은 효과가 얻어지고 역류시에는 역류해오는 와류의 스케일을 저감하고 있으므로 유량검출오차를 저감할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의한 유량측정장치는, 유체주통로의 도중에 이 유체주통로와 대략 평행인 방향에 유량검출관로를 설치하고, 이 유량검출관로내에 유량검출체를 배치해서 상기 유체주통로내의 유체의 유량을 측정하는 유량측정장치에서, 상기 유량검출관로의 하류측단부의 관벽에 절결을 형성하였으므로, 유량검출관로의 후류에서 발생하는 환상의 와류를 강제적으로 분단할 수가 있고, 보다 작은 이산적인 와류로서 조기에 붕괴시킬 수 있으므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출관로 내외의 분류비의 변동을 저감시킬 수가 있으며, 또 역류가 발생한 경우에도 역류해오는 이산적인 와류의 규모를 작게 할 수가 있기 때문에, 유량측정장치는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

본 발명의 의한 유량측정장치는, 상기 절결이 유량검출관로의 중심축에 대해 원주방향으로 여러개 배치되어 있으므로, 유량검출관로의 후류에서 발생하는 환상의 와류를 강제적으로 확실하고도 단시간에 여러 개로 분단할 수가 있고, 보다 작은 이산적인 와류로서 조기에 붕괴시킬 수가 있기 때문에, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로내외의 분류비의 변동을 저감할 수가 있고, 또 역류가 발생한 경우에도 역류해오는 이산적인 와류의 규모를 작게 할 수가 있으므로 전체적으로 유량측정장치는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

본 발명에 의한 유량측정장치는 상기 여러개 배치된 각각의 절결이 원주방향으로 등간격으로 배치되어 있으므로, 유량검출관로의 후류에서 발생하는 환상의 와류를 유량검출관로의 중심축에 대해 등간격으로 분단해서 분단된 환상의 와류의 크기의 최대치를 최소로 할 수가 있고, 보다 작은 이산적인 와류로서 조기에 붕괴시킬 수가 있으므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로 내외의 분류비의 변동을 저감하는 것이 가능하고, 또 역류가 발생한 경우에도 역류해오는 이산적인 와류의 규모를 작게 할 수 있으므로 전체적으로 유량측정장치는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서, 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

본 발명에 의한 유량측정장치는, 상기 등간격으로 배치된 절결이 원주방향으로 기수개 배치되어 있으므로, 유량검출관로의 후류에서 발생하는 환상의 와류의 대칭성을 없게 해서 불안정성을 유발하고 보다 작은 이산적인 와류로서 조기에 붕괴시킬 수가 있으므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로 내외의 분류비의 변동을 저감하는 것이 가능하고, 또 역류가 발생하였을 때도 역류해오는 이산적인 와류의 규모를 작게 할 수가 있기 때문에 유량측정장치는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감시킬 수가 있다.

본 발명에 의한 유량측정장치는 상기 절결의 폭은 하류를 향해 서서히 넓혀져 있으므로, 유량검출관로의 후류에서 발생하는 환상의 와류의 분단을 흐름방향으로 원활하게 실시함으로써 환상의 와류의 분단을 확실하게 할 수가 있고 보다 작은 이산적인 와류로서 조기에 붕괴시킬 수가 있으므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로내외의 분류비의 변동을 저감할 수가 있고, 또 역류가 발생한 경우에도 역류해오는 이산적인 와류의 규모를 작게 할 수 있으므로, 전체적으로 유량측정장치는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

본 발명에 의한 유량측정장치는, 상기 절결을 갖는 부분의 유량검출관로의 두께가 하류를 향해 감소하고 있으므로, 유량검출관로의 후류에서는, 유량검출관로 외부를 통과해 온 흐름과, 유량검출관로내부를 통과해 온 흐름이 원활하게 합류해서 혼합을 활발히 함으로써 환상의 와류를 보다 작은 이산적인 와류로서 조기에 붕괴시킬 수가 있으므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로내외의 분류비의 변동을 저감시킬 수가 있고, 또 역류가 발생한 경우에도 역류해오는 이산적인 와류의 규모를 작게 하는 것이 가능하기 때문에 유량측정장치는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

본 발명에 의한 유량측정장치는, 상기 절결을 갖는 부분의 유량검출관로의 외경이 하류를 향해 축소되어 있으므로, 유량검출관로 외부를 통과해 온 흐름과 유량검출관로 내부를 통과해 온 흐름은 원활하게 합류하면서 유량검출관로의 후류에서 발생하는 환상의 와류를 내측에서 외측으로 빨아내기 때문에 분단된 이산적인 와류는 유량검출관로의 외부로 이동하고, 유량검출관로 출구부근을 점령하는 비율이 저감되므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로내외의 분류비의 변동을 저감하는 것이 가능해지고, 또 역류가 발생한 경우에도 역류해오는 이산적인 와류의 규모를 작게 할 수 있으므로, 유량측정장치는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

본 발명에 의한 유량측정장치는, 상기 절결을 갖는 부분의 유량검출관로의 내경이 하류를 향해 확대되어 있으므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출관로내외의 분류비의 변동을 저감하고, 또 역류시에는 축류의 효과에 의해 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

본 발명에 의한 유량측정장치는, 상기 절결보다 상류측의 유량검출관로의 외벽과, 그 중심축에 대해 원주방향으로 배치된 볼록(凸)상 단차를 가지므로, 볼록(凸)상 단차의 후류에는 박리영역이 발생하고, 흐름을 내측에서 외측으로 빨아내고 이산적인 와류는 외주방향으로 편향되면서 흘러내리며 유량검출관로 내부를 통과해온 흐름은 유속이 저하하기 힘들게 되므로, 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로내외의 분류비의 변동을 저감할 수가 있고 또 역류가 발생한 경우에는 역류해오는 이산적인 와류의 규모를 작고 또 외측을 통과시킬 수가 있기 때문에 유량측정장치는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출오차를 저감시킬 수가 있다.

본 발명에 의한 유량측정장치는, 상기 통기성 부재는 하류를 향해 통기성이 감소하도록 구성하였으므로 유량검출관로의 후류에서 발생하는 환상의 와류의 분단을 흐르는 방향으로 원활하게 함으로써 환상의 와류의 분단을 확실하게 할 수가 있어 보다 작은 이산적인 와류로서 조기에 붕괴시킬 수가 있기 때문에 정상류 및 맥동류에서도 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서 유량검출관로내외의 분류비의 변동을 저감할 수 있고, 또 역류가 발생했을 때에도 역류해오는 이산적인 와류의 규모를 작게 할 수 있으므로, 전체적으로 유량측정장치는 정상류, 맥동류 및 역류를 포함하는 맥동류에서 유량검출관로에 의한 정류효과를 얻으면서, 유량검출오차를 저감할 수가 있다.

Claims (3)

1. 유체주통로 도중에, 이 유체주통로와 대략 평행인 방향으로 유량검출관로를 설치하고, 이 유량검출관로내에 유량검출체를 배치해서 상기 유체주통로내의 유체의 유량을 측정하는 유량측정장치에서, 상기 유량검출관로의 하류측 관벽에 절결(切缺), 관통공 및 통기성 부재의 적어도 어느 것인가를 형성한 것을 특징으로 하는 유량측정장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 절결 또는 관통공이 유량검출관로의 중심축에 대해 원주방향으로 여러개 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량측정장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 절결의 폭은 하류를 향해 서서히 넓혀져 있는 것을 특징으로 하는 유량측정장치.