WO2014141743A1

WO2014141743A1 - 熱式流量計

Info

Publication number: WO2014141743A1
Application number: PCT/JP2014/051175
Authority: WO
Inventors: 征史深谷; 半沢　恵二; 忍田代; 毅森野; 井上　淳; 直生斎藤; 彰夫保川
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2014-09-18
Also published as: JP5852978B2; JP2014174063A

Abstract

　熱式流量計において、配管内の気流に含まれる汚損物がセンサ部に到達する量を削減し、質量流量の計測誤差や異常値の検出頻度を低減するために、本発明の熱式流量計は、主通路１２４を流れる気流３０の一部を取り込む副通路２と、副通路２を流れる気流の流量を計測する流量検出部６０２とが設けられた計測部３１０を備えている。気流３０の流れ方向と直交する直交面に投影される計測部３１０の形状は、直交面上で第１の方向に定義される長さ寸法と、直交面上で第１の方向に対して垂直な第２の方向に定義される厚み寸法とを有し、厚み寸法が長さ寸法よりも小さい形状を成している。流量検出部６０２よりも上流側の副通路部分に、上流側に対して通路幅が広い拡幅部２ｗが形成されている。拡幅部２ｗは、第１の方向で副流路２を仕切る壁面側に形成されている。

Description

熱式流量計

　本発明は、配管内の質量流量を計測するエアフローセンサに係わり、特に熱式流量計の通路構造に関する。

　配管内の気流の質量流量を計測する装置としてエアフローセンサがある。エアフローセンサは主通路である配管内の気流の一部を副通路に取り込み、センサ部に導く構造となっている。センサ部にはホットワイヤーやシリコンエレメント等が配置され、ホットワイヤーやシリコンエレメント等が気流によって冷却され、電気抵抗値が変化することを利用して配管内の質量流量が計測される。

　特許文献１には、副通路の内壁に複数の溝或いは筋状の突部を形成した熱式流量測定装置が記載されている。この熱式流量測定装置では、副通路の壁面に付着した液状体を表面張力により溝或いは筋状の突部に捕獲し、捕獲した液状体を溝或いは筋状の突部に沿って副通路の外回り面に移動させる。これにより、液状体は、流量計測用のセンサ素子に付着することなく、副通路の出口部から排出される（段落００５３－００５５参照）。

　また、特許文献２では、測定エレメントの上流側にトリップエッジ（Stolperkante）を形成する流動障害部を有する吸込空気量測定装置が記載されている。トリップエッジは測定通路の入口開口縁に設けられ、このトリップエッジの下流側の測定通路壁面に溝状の凹所が形成されている。溝状の凹所には流れの分離区域が生じ、この分離区域は時間的にかつ空間的に安定しており、常に同じ場所に生じる。そして、この分離区域は、時間的に不安定で現れる場所がその都度異なる分離区域の発生を妨げ又は弱める効果を有する（第７頁）。

特開２００２－２５７６０８号公報特表平９－５０８２１３号公報

　特許文献１では、溝或いは筋状の突部は、副通路壁面に付着した液状体が表面張力により副通路壁面から離れないようにして、副通路の外回り面に移動させるために設けられており、気流に含まれて飛翔している液状体を溝或いは筋状の突部で捕獲するという技術思想はない。また、特許文献１では、表面張力を利用して溝或いは筋状の突部に対象物を捕獲するため、捕獲する対象物は液状体に限定され、固形物を捕獲することはできない。

　特許文献３では、トリップエッジと溝状の凹所とは、時間的に不安定で現れる場所がその都度異なる分離区域の発生を防ぐために設けられており、気流に含まれている汚損物や水滴に対する配慮がない。トリップエッジから溝状の凹所までの通路形状が階段状に形成されているため、汚損物を捕獲する効果が十分ではない。

　本発明の目的は、測定対象である流体に含まれる汚損物がセンサ部に到達する量を削減し、質量流量の計測誤差や異常値の検出頻度を低減することができる熱式流量計を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明の熱式流量計は、副通路内に、上流側に対して通路幅が広がる拡幅部を有し、この拡幅部で流体の流れに剥離を生じさせて渦流を発生させる。測定対象である流体に含まれて副通路内に流入した汚損物は渦流によって捕捉され、センサ部に到達する汚損物が低減する。この拡幅部は、例えば仕切り状構造あるいは空洞状構造によって形成することができる。

　本発明において、汚損物はセンサ部を汚損する可能性のある物質であり、固体（固形物）と液体（液状物）の両方を含む。汚損物は粒状である場合が多く、固体からなる粒状体としては例えばダスト等があり、液体からなる粒状体としては例えば水滴やオイルミスト等がある。

　本発明によれば、副通路内の拡幅部に渦流を発生させることができ、副通路内に流入した汚損物をその渦流に捕捉することができる。これにより、センサ部に到達する汚損物を低減することができ、質量流量の計測誤差や異常値の検出頻度を低減することができる。

　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る熱式流量計の外観を示す正面図。本発明に係る熱式流量計の外観を示す左側面図。本発明に係る熱式流量計の外観を示す背面図。本発明に係る熱式流量計の外観を示す右側面図。本発明に係る熱式流量計から表カバーおよび裏カバーを取り外したハウジングの状態を示す正面図。本発明に係る熱式流量計から表カバーおよび裏カバーを取り外したハウジングの状態を示す左側面図。本発明に係る熱式流量計から表カバーおよび裏カバーを取り外したハウジングの状態を示す背面図。本発明に係る熱式流量計から表カバーおよび裏カバーを取り外したハウジングの状態を示す右側面図。図２ＣのＡ－Ａ断面図。本発明に係る熱式流量計の流量検出回路を示す回路図。本発明に係る流量検出部（流量検出素子）の平面図。渦流を発生する構成として副通路に仕切り状構造を設けた実施例（実施例１）を示す図。渦流を発生する構成として副通路に仕切り状構造を設けた実施例（実施例２）を示す図。仕切り状構造１０の代わりに空洞状構造を設けた実施例（実施例３）を示す図を示す図。副通路の構成が実施例１乃至３とは異なる実施例（実施例４）を示す断面図。

　以下、実施例を、図面を用いて説明する。

　まず、図１Ａ乃至図４を用いて、本発明に係るエアフローセンサの一形態である熱式流量計について、その概要を説明する。

　図１は、熱式流量計３００の外観を示している。図１Ａは熱式流量計３００の正面図、図１Ｂは左側面図、図１Ｃは背面図、図１Ｄは右側面図である。

　熱式流量計３００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３００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。計測部３１０の内部には、主通路を流れる被計測気体３０の流量を計測するための流量検出部６０２や主通路を流れる被計測気体３０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２Ａ参照）。

　熱式流量計３００は、フランジ３１２を吸気ボディ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。

　熱式流量計３００の計測部３１０はフランジ３１２から主通路１２４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３０の一部を副通路に取り込むための入口３５０と副通路から被計測気体３０を主通路１２４に戻すための出口３５２が設けられている。

　熱式流量計３００の入口３５０が、フランジ３１２から主通路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中央部に近い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。

　また、主通路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３００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の先端部に入口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、副通路の出口３５２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中央部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１Ｂ及び図１Ｄに記載の如く、狭い形状を成している。即ち熱式流量計３００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３００は、被計測気体３０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。

　すなわち、本実施例の熱式流量計は、主通路１２４を流れる気流３０の流れ方向と直交する直交面に投影される計測部３１０の形状が、前記の直交面上で第１の方向５０に定義される長さ寸法と、前記の直交面上で第１の方向５０に対して垂直な第２の方向５１に定義される厚み寸法とを有し（図１Ｂ参照）、厚み寸法が長さ寸法よりも小さい形状を成している。

　被計測気体３０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や裏カバー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３００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３００に関する補正値を、熱式流量計３００内部のメモリに記憶するのに使用する端子である。

　次に、図２及び図３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２は熱式流量計３００から表カバー３０３および裏カバー３０４を取り外したハウジング３０２の状態を示している。図２Ａはハウジング３０２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。図３は、回路パッケージ４００が副通路溝の内部に配置されている状態を示す部分拡大図であり、図２ＣのＡ－Ａ断面図である。なお、図３は説明を容易にするための概念図であり、図１や図２に示す詳細形状に対して、図３では細部の省略および単純化を行っており、細部に関して少し変形している。

　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。この実施例ではハウジング３０２の表裏両面に副通路溝が設けられている。

　表カバー３０３及び裏カバー３０２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の両面に副通路が完成する構成になっている。このような構造とすることで、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の一部として全てを成形することが可能となる。

　図２Ｃにおいて、主通路を流れる被計測気体３０の一部が入口３５０を形成する入口溝３５１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は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側の方向に被計測気体３０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の上流部３４２で図２Ａに記載の計測用流路面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２Ｃに示す計測用流路裏面４３１の方を流れる。その後回路パッケージ４００の下流部３４１を通り、図２Ａに記載の表側副通路溝３３２を流れる。

　ここで、図３を参照する。図３の左部分が裏側副通路溝３３４の終端部であり、右側部分が表側副通路溝３３２の始端部分である。図３では明確に記載していないが、計測用流路面４３０を有する回路パッケージ４００の左右両側には、貫通部が設けられていて、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２Ａに記載の表側副通路溝３３２において、回路パッケージ４００の上流部３４２から表側副通路溝３３２側に移動した被計測気体３０である空気は、計測用流路面４３０に沿って流れる、このとき、流量検出部６０２に設けられた熱伝達面４３７を介して流量を計測するための流量検出部６０２との間で熱伝達が行われ、流量の計測が行われる。計測用流路面４３０を通過した被計測気体３０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、出口３５２を形成する出口溝３５３から主通路に排出される。

　この実施例では、裏側副通路溝３３４で構成される流路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、最もフランジ側の位置では副通路を流れる気体は主通路の流れに対して逆方向の流れとなり、この逆方向の流れの部分でハウジング３０２の一方側に設けられた裏面側副通路（裏面側に設けられた入口側副通路）が、他方側に設けられた表面側副通路（表面側に設けられた出口側副通路）につながる。

　この実施例では、回路パッケージ４００の先端側はハウジング３０２で支持した構成ではなく空洞部３８２を有している。回路パッケージ４００の上流部３４２の空間と回路パッケージ４００の下流部３４１の空間と空洞部３８２とは、ハウジング３０２の表面側と裏面側とを貫通するように構成されている。即ち、上流部３４２の空間と下流部３４１の空間と空洞部３８２とは、ハウジング３０２の表面側の表側副通路溝３３２と裏面側の裏側副通路溝３３４とを貫通して連通させている。また、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。即ち、上流部３４２の空間と下流部３４１の空間と空洞部３８２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の表面と裏面とを貫通しており、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が片持ち状に突出している。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。

　尚、回路パッケージ４００はハウジング３０２の固定部３７２，３７３，３７６に樹脂モールドにより埋設して固定されている。

　また、ハウジング３０２の樹脂モールド成形と同時に、回路パッケージ４００をハウジング３０２にインサートして実装することができる。なお、回路パッケージ４００の上流部３４２と下流部３４１どちらか一方を貫通した構成とすることで、裏側副通路溝３３４と表側副通路溝３３２とをつなぐ副通路形状を１回の樹脂モールド工程で成形することも可能である。

　なお、裏側副通路溝３３４の両側には裏側副通路内周壁３９２と裏側副通路外周壁３９１とが設けられている。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の裏側副通路が成形される。また表側副通路溝３３２の両側には表側副通路内周壁３９３と表側副通路外周壁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の表側副通路が形成される。

　入口３５０から取り込まれ、裏側副通路溝３３４により構成される裏側副通路を流れた被計測気体３０は、図３の左側から導かれ、被計測気体３０の一部は、回路パッケージ４００の上流部３４２の貫通部を介して、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。他の被計測気体３０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３０は、回路パッケージ４００の下流部３４１の貫通部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３０と合流する。合流した被計測気体３０は、表側副通路溝３３２を流れ、出口３５２から主通路に排出される。

　裏側副通路溝３３４から回路パッケージ４００の上流部３４２の貫通部を介して流路３８６に導かれる被計測気体３０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３０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３０を渦の少ない層流にする。また突起部３５６は被計測気体３０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に設けた流量検出部６０２の熱伝達面露出部４３６に対向する方のカバーに設ける。

　図２Ａ及び図２Ｃ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の接続端子４１２と外部接続部３０５の外部端子の内端３６１とを接続する端子接続部３２０が設けられている。接続端子４１２と内端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。

　次に、図４を用いて、流量検出部６０２の回路構成について説明する。

　図４は熱式流量計３００の流量検出回路６０１を示す回路図である。なお、先に実施例で説明した温度検出部４５２に関する計測回路も熱式流量計３００に設けられているが、図４では省略している。流量検出回路６０１は、発熱体６０８を有する流量検出部６０２と処理部６０４とを備えている。処理部６０４は、発熱体６０８の発熱量を制御すると共に、流量検出部６０２の出力に基づいて流量を表す信号を、端子６６２を介して出力する。前記処理を行うために、処理部６０４は、Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ(以下ＣＰＵと記す)６１２と入力回路６１４、出力回路６１６、補正値や計測値と流量との関係を表すデータを保持するメモリ６１８、一定電圧をそれぞれ必要な回路に供給する電源回路６２２を備えている。電源回路６２２には車載バッテリなどの外部電源から、端子６６４と図示していないグランド端子を介して直流電力が供給される。

　流量検出部６０２には被計測気体３０を熱するための発熱体６０８が設けられている。電源回路６２２から、発熱体６０８の電流供給回路を構成するトランジスタ６０６のコレクタに電圧Ｖ１が供給され、ＣＰＵ６１２から出力回路６１６を介して前記トランジスタ６０６のベースに制御信号が加えられ、この制御信号に基づいてトランジスタ６０６から端子６２４を介して発熱体６０８に電流が供給される。

　流量検出部６０２は、発熱体６０８の発熱量を制御するための発熱制御ブリッジ回路６４０と、流量を計測するための流量検知ブリッジ回路６５０と、を有している。発熱制御ブリッジ回路６４０の一端には、電源回路６２２から一定電圧Ｖ３が端子６２６を介して供給され、発熱制御ブリッジ回路６４０の他端はグランド端子６３０に接続されている。また流量検知ブリッジ回路６５０の一端には、電源回路６２２から一定電圧Ｖ２が端子６２５を介して供給され、流量検知ブリッジ回路６５０の他端はグランド端子６３０に接続されている。

　発熱制御ブリッジ回路６４０は、熱せられた被計測気体３０の温度に基づいて抵抗値が変化する測温抵抗体である抵抗６４２を有しており、抵抗６４２と抵抗６４４、抵抗６４６、抵抗６４８とでブリッジ回路６４０を構成している。抵抗６４２と抵抗６４６の交点（接続部）Ａおよび抵抗６４４と抵抗６４８との交点（接続部）Ｂの電位差が端子６２７および端子６２８を介して入力回路６１４に入力され、ＣＰＵ６１２は交点Ａと交点Ｂ間の電位差が所定値、この実施例ではゼロボルト、になるようにトランジスタ６０６から供給される電流を制御して発熱体６０８の発熱量を制御する。処理部６０４のＣＰＵ６１２は、被計測気体３０がもとの温度に対して一定温度（例えば常に１００℃）高くなるように、発熱体６０８で被計測気体３０を加熱する。この加熱制御を高精度に行えるように、発熱体６０８で暖められた被計測気体３０の温度が当初の温度に対して一定温度だけ高くなったときに、交点Ａと交点Ｂとの間の電位差がゼロボルトとなるように発熱制御ブリッジ６４０を構成する各抵抗の抵抗値が設定されている。

　流量検知ブリッジ６５０は、抵抗６５２と抵抗６５４、抵抗６５６、抵抗６５８の４つの測温抵抗体で構成されている。

　抵抗６５２と抵抗６５６との交点（接続部）Ｃと、抵抗６５４と抵抗６５８との交点（接続部）Ｄとの間の電位差が端子６３１と端子６３２を介して入力回路６１４に入力される。例えば被計測気体３０の流れがゼロの状態で、前記交点Ｃと交点Ｄとの間の電位差がゼロとなるように流量検知ブリッジ６５０の各抵抗が設定されている。

　後述するように、抵抗６５２や抵抗６５４とは順方向に流れる被計測気体３０に対して上流側に配置される。また、抵抗６５６と抵抗６５８とは順方向に流れる被計測気体３０に対して下流側に配置される。被計測気体３０が図４の矢印方向に流れている場合、上流側に配置されている抵抗６５２と抵抗６５４とは、被計測気体３０によって冷却され、被計測気体３０の下流側に配置されている抵抗６５６と抵抗６５８とは、発熱体６０８により暖められた被計測気体３０により暖められ、抵抗６５６と抵抗６５８との温度が上昇する。このため、流量検知ブリッジ６５０の交点Ｃと交点Ｄとの間に電位差が発生する。この電位差が端子６３１と端子６３２を介して、入力回路６１４に入力される。ＣＰＵ６１２は交点Ｃと交点Ｄとの間の電位差に基づいて、メモリ６１８に記憶されている電位差と主通路１２４の流量との関係を表すデータを検索し、主通路の流量を求める。このようにして求められた主通路の流量を表す電気信号が端子６６２を介して出力される。なお、図４に示す端子６６４および端子６６２は新たに参照番号を記載しているが、先に説明した図２Ａや図２Ｃに示す接続端子４１２に含まれている。

　メモリ６１８には、回路パッケージ４００の生産後に、気体の実測値に基づいて求められた、ばらつきなどの測定誤差の低減のための補正データが記憶されている。なお、補正データのメモリ６１８への書き込みは、外部接続部３０５に設けられた外部端子や補正用端子を使用して行われる。

　図５は、流量検出部（流量検出素子）の平面図である。流量検出部（流量検出素子）６０２は矩形形状の半導体チップとして作られており、図５に示す流量検出部６０２の左側から右側に向って、矢印の方向に、順方向の被計測気体３０が流れる。

　半導体チップで構成される流量検出部（流量検出素子）６０２には、半導体チップの厚さを薄くした矩形形状のダイヤフラム６７２が成形されて、このダイヤフラム６７２には、破線で示す薄厚領域（すなわち上述した熱伝達面）６０３が設けられている。この薄厚領域６０３の裏面側には空隙が成形されている。

　ダイヤフラム６７２の厚さを薄くすることで、熱伝導率が低くなっており、ダイヤフラム６７２の薄厚領域６０３（熱伝達面４３７）に設けられた抵抗６５２、抵抗６５４、抵抗６５８、抵抗６５６へダイヤフラム６７２の外側からダイヤフラム６７２を介して伝達される熱を抑制している。

　ダイヤフラム６７２の薄厚領域６０３の中央部には、発熱体６０８が設けられており、この発熱体６０８の周囲に発熱制御ブリッジ６４０を構成する抵抗６４２が設けられている。そして、薄厚領域６０３の外側に発熱制御ブリッジ６４０を構成する抵抗６４４、６４６、６４８が設けられている。このように成形された抵抗６４２、６４４、６４６、６４８によって発熱制御ブリッジ６４０が構成される。

　また、発熱体６０８に対して順方向の被計測気体３０が流れる矢印方向の上流側に、上流測温抵抗体である抵抗６５２、抵抗６５４が配置され、発熱体６０８に対して順方向の被計測気体３０が流れる矢印方向の下流側に、下流測温抵抗体である抵抗６５６、抵抗６５８が配置されている。また計測精度を上げるために抵抗６５２と抵抗６５４は発熱体６０８までの距離が互いに略同じになるように配置されており、抵抗６５６と抵抗６５８は発熱体６０８までの距離が互いに略同じになるように配置されている。

　尚、本実施例の熱式流量計３００は逆流（順方向に対して逆方向に流れる被計測気体）に対しても流量を計測できる。「上流」及び「下流」は順方向の被計測気体３０の流れを基準に定めている。

　また、上記発熱体６０８の双方の端部は、図５の下側に記載した端子６２４および６２９にそれぞれ接続されている。ここで、図４に示すように、端子６２４にはトランジスタ６０６から発熱体６０８に供給される電流が加えられ、端子６２９はグランドとして接地される。

　抵抗６４２、抵抗６４４、抵抗６４６、抵抗６４８は、それぞれ接続されて、端子６２６と６３０に接続される。端子６２６には電源回路６２２から一定電圧Ｖ３が供給され、端子６３０はグランドとして接地される。また、抵抗６４２と抵抗６４６との間、抵抗６４４と抵抗６４８との間の各接続点は、それぞれ端子６２７と端子６２８とに接続される。端子６２７は交点Ａの電位を出力し、端子６２８は交点Ｂの電位を出力する。端子６２５には、電源回路６２２から一定電圧Ｖ２が供給され、端子６３０はグランド端子として接地グランドされる。また、抵抗６５４と抵抗６５８との接続点は端子６３１に接続され、端子６３１は交点Ｂの電位を出力する。抵抗６５２と抵抗６５６との接続点は端子６３２に接続され、端子６３２は交点Ｃの電位を出力する。

　抵抗６４２は、発熱体６０８の近傍に成形されているので、発熱体６０８からの発熱で暖められた気体の温度を精度良く計測することができる。一方、抵抗６４４、６４６、６４８は、発熱体６０８から離れて配置されているので、発熱体６０８からの発熱の影響を受け難い構成に成っている。このため、被計測気体３０を所定温度だけ高める制御を高精度に行うことができる。

　次に、汚損物を捕捉する渦流を発生する構成について説明する。

　図６は、渦流を発生する構成として副通路に仕切り状構造を設けた例を示す図である。図６は、図２Ｃの副通路部分を拡大している。図６に示す副通路２は、上述したように、複数の副通路溝が組み合わされて構成されるが、以下、各副通路溝を区別せず、副通路２と呼ぶこととする。尚、図６は、図２Ｃに示す一部の構成を、簡略化或いは省略している。

　１は熱式流量計のボディであり、ハウジング３０２と表カバー３０３と裏カバー３０４とで構成される。３２は配管の壁であり、１２４は配管壁３２の内側の主通路である。熱式流量計を自動車の内燃機関に取り付ける場合、配管壁３２は吸気管の壁である。ボディ１は主通路１２４内に挿入されている。２は副通路であり、ボディ１の内部に設けられている。２ａは副通路２の一端であり、本実施例では流体が順方向に流れる場合の入口側の端部である。２ｂは副通路２の他端であり、本実施例では流体が順方向に流れる場合の出口側の端部である。入口側の端部２ａと出口側の端部２ｂとは主通路１２４に開口している。熱式流量計を自動車の内燃機関に取り付ける場合、流体は空気である。逆流時の流量検出を行う場合は、入口側と出口側とが入れ替わる。以下の説明では、熱式流量計を自動車の内燃機関に取り付ける場合について説明する。

　本実施例では、空気は矢印３０に示すように、順方向に流れているものとして、説明する。図６の方向に気流が流れる場合、上述したように、２ａが副通路２の入口（入口開口）となる。６０２は流量検出部（流量検出素子）であり、シリコンエレメントで構成されている。４００はシリコンエレメント６０２の支持体である回路パッケージである。回路パッケージは副通路２内におけるシリコンエレメント６０２の位置を固定する部材である。フランジ３１２と副通路２との間のボディ１の部分には回路パッケージ４００上に形成された、図５に示す流量検出回路（回路モジュール）６０１が設けられている。流量検出部６０２及び回路モジュール６０１により、副通路２内の質量流量が計測される。１０は副通路２内に設けた仕切り状構造である。

　主通路１２４の気流３０が汚損物を含む場合、その汚損物がシリコンエレメント６０２に衝突して破損したり、シリコンエレメント６０２に付着して計測誤差を生じる場合がある。また、主通路１２４の気流が水滴を含む場合、水滴がシリコンエレメント６０２に付着すると質量流量の計測値に異常を生じる。これらの問題を解決するため、副通路２内に仕切り状構造１０が設けられている。仕切り状構造１０は副通路２の入口開口２ａの一部を塞いで開口面積を小さくするように設けられた壁部（壁部材）によって構成されている。

　仕切り状構造１０により副通路入口２ａの開口面積が減少し、副通路入口２ａから副通路２内部に流れ込む気流３０の一部が遮蔽される。それにより、副通路２内部に流れ込む汚損物の量を低減する。また、副通路２内部に流れ込んだ気流３０ａの一部は、仕切り状構造１０の下流側で渦流３０ｂを形成する。副通路２内部に流れ込む汚損物の一部は渦流３０ｂに捕捉され、さらにその一部は渦流３０ｂ周辺の副通路２及び仕切り状構造１０の壁面に付着する。それらの結果、副通路２内部に流れ込んだ気流３０ａに含まれる汚損物がシリコンエレメント６０２に到達する量を削減し、質量流量の計測誤差や異常値の検出頻度を低減することができる。

　仕切り状構造１０により、仕切り状構造１０の下流側では通路の幅が広がって、副通路２に拡幅部２ｗが形成される。すなわち、仕切り状構造１０のところで通路幅はＷａであるが、拡幅部２ｗでは通路幅がＷｂ（Ｗｂ＞Ｗａ）に拡大している。仕切り状構造１０は気流３０に対して庇状に設けられている。このため、仕切り状構造１０で剥離した気流が拡幅部２ｗ内に渦流を発生させる。拡幅部２ｗは渦流が生じる渦流生成室となる。

　上述したように、熱式流量計のボディ１は厚みが薄く作られている。すなわち、ボディ１は、ボディ１を片持ち支持する固定部（フランジ３１２）から先端部１ａの方へ伸びる中心線３３（図１Ｂ参照）に垂直で、かつボディ１の側面に垂直（表カバー３０３と裏カバー３０４とに垂直）な方向（ボディ１或いはハウジング３０２の厚み方向）の寸法が、ボディ１の中心線３３方向（ボディ１或いはハウジング３０２の長さ方向）の寸法や主通路１２４を流れる気流の流れ方向（ボディ１或いはハウジング３０２の幅方向）の寸法に対して、小さく作られている。このため、副通路２の側壁を形成する表カバー３０３と裏カバー３０４も非常に薄く作られている。このため、表カバー３０３或いは裏カバー３０４に拡幅部２ｗを作ると、拡幅方向の寸法（深さ）を大きくすることができない。このため、汚損物を捕捉するのに十分な強さ（大きさ）の渦流を発生することが難しい。また、汚損物が拡幅部２ｗの壁面に付着すると、汚損物の僅かな付着で拡幅部２ｗが埋められてしまう。このため、ボディ１の長さ方向に通路を拡幅することが好ましい。

　また、熱式流量計は吸気管に取り付けられる際に、フランジ３１２側が上に、先端部１ａ側が下になるようにして取り付けられる場合が多い。この場合、上側に位置する内回り面２ｄ側よりも下側に位置することになる外回り面２ｃ側に、拡幅部２ｗを設けると良い。内燃機関を停止したときに、渦流で補足した汚損物を拡幅部２ｗ内に保持できる。

　また、渦流が発生する拡幅部２ｗは流量検出部６０２の上流側に設けられるが、流量検出部６０２との間に長い流路が設けられていることが好ましい。拡幅部２ｗに発生した渦流の影響が流量検出部６０２に及ばないようにするためである。このため、拡幅部２ｗは副通路２の入口開口２ａの直下に設けるのがよい。すなわち、拡幅部２ｗは入口開口２ａの下流側で入口開口２ａの近傍に設けるのがよい。

　本実施例では、拡幅部２ｗの壁面（仕切り状構造１０の下流側の副通路２の壁面）に、仕切り状構造１０の流路高さｈよりも小さい流路高さｈ’を有する凹凸部１２を設けている。副通路２内部に流れ込む汚損物の一部は渦流３０ｂに捕捉され、さらに渦流３０ｂ周辺の副通路２及び仕切り状構造１０の壁面（拡幅部２ｗの壁面）に付着する。凹凸部１２はその近傍において局所的に渦流３０ｂの流れを阻害するため、渦流３０ｂ中の汚損物がより壁面に付着し易くなる。すなわち、拡幅部２ｗの壁面は汚損物を保持する。その結果、汚損物がシリコンエレメント６０２に到達する量をより削減し、質量流量の計測誤差や異常値の検出頻度を低減できる。

　凹凸部１２を設けることにより上述した効果が得られるが、凹凸部１２を必ずしも設ける必要はない。気流には油滴が含まれている場合が多い。拡幅部２ｗの壁面に付着した油滴が接着剤の代わりをして、渦流で捕捉したダストや他の固形物を拡幅部２ｗの壁面に保持することができる。

　また、本実施例では、仕切り状構造１０の下流側の副通路２に、主通路１２４と連通する排出口（連通孔）１１を設けている。副通路２内部に流れ込む汚損物の一部は渦流３０ｂに捕捉され、さらにその一部は渦流３０ｂ周辺の副通路２及び仕切り状構造１０の壁面に付着する。しかし、付着量が多くかつ排出口１１が無い場合、汚損物が壁面に蓄積していくと、それによって渦流３０ｂが形成される領域が縮小されるため、汚損物が渦流３０ｂに捕捉される効果が減少してしまう。そこで、仕切り状構造１０の下流側の副通路２（特に、拡幅部（渦流生成室）２ｗ）に、主通路１２４と連通する排出口１１を設ける。これにより、渦流３０ｂに捕捉された汚損物の一部や、壁面に付着した汚損物が排出口１１を通じて主通路１２４に排出される。このため、渦流３０ｂ周辺の副通路２及び仕切り状構造１０の壁面に付着・蓄積する汚損物の量が減少し、渦流３０ｂが形成される領域（渦流生成室２ｗ）の縮小を抑制できる。

　拡幅部（渦流生成室）２ｗの容積を大きくすることができれば、排出口１１を必ずしも設ける必要はない。また、拡幅部（渦流生成室）２ｗの容積が汚損物を蓄積するのに十分な容積を有する場合であっても、排出口１１を設けて渦流により捕捉した汚損物を副通路２の外側に積極的に排出するようにしてもよい。

　図７を用いて、本発明に係る実施例３を説明する。図７は、渦流を発生する構成として副通路に仕切り状構造を設けた実施例を示す図である。

　本実施例では、仕切り状構造１０の局部の形状のみが図６と異なる。仕切り状構造１０の一部分を曲線状の構造１０ａとすることにより、気流３０の一部が副通路２内に滑らかに導入されている。これにより副通路入口２ａにおける圧力損失が低減されるため、副通路入口２ａの開口面積が実施例１と同じ場合で比較すると、シリコンエレメント６０２に到達する汚損物の量を実施例１と同等に低減しながら、シリコンエレメント６０２に到達する気流の質量流量を増加させることができる。その結果、気流３０が低風量の条件においてセンサ感度が低下することを抑制できる。

　図６では、実施例１で説明した凹凸部１２や排出口１１を設けていないが、実施例１と同様に、凹凸部１２及び排出口１１の両方、或いはいずれか一方を設けてもよい。

　図８を用いて、本発明に係る実施例３を説明する。図８は、仕切り状構造１０の代わりに空洞状構造１３を設けた実施例３を示す図である。

　本実施例では、空洞状構造１３は副通路２の外回り（外周）側の流路壁に設けた凹形状部によって構成される。凹形状部１３を構成する上流側の壁面１３ａは、実施例１の仕切り状構造１０と同様の構造を成して、同様の機能を果たす。本実施例では、凹形状部１３が入口開口２ａの近傍に形成されているため、壁面１３ａは主通路１２４と凹形状部１３を含む副通路２内部とを仕切る仕切り壁を構成する。凹形状部１３を構成する下流側の壁面１３ｂは、実施例１や実施例２では構成されていない。

　空洞状構造１３により、副通路２内部に流れ込んだ気流３０ａの一部は、空洞状構造１３の内部で渦流３０ｂを形成する。副通路２内部に流れ込む汚損物の一部は渦流３０ｂに捕捉され、さらにその一部は空洞状構造１３の壁面に付着する。それらの結果、汚損物がシリコンエレメント６０２に到達する量を削減し、質量流量の計測誤差や異常値の検出頻度を低減できる。本実施例では、壁面１３ｂの存在により、汚損物の捕捉及び蓄積性能が向上する。

　本実施において、凹凸部１２や排出口１１は、実施例１と同様に構成され、実施例１と同様の作用効果を奏する。凹凸部１２及び排出口１１の両方、或いはいずれか一方を設けない構成にしてもよい。

　上述の各実施例では、副通路２は、流路がほぼ３６０度旋回して、入口開口２ａが主通路１２４を流れる流体の流れ方向に対向するように上流側を向いて開口し、出口開口２ｂが流体の流れ方向の下流側に向かって開口している。上述した仕切り状構造１０及び空洞状構造１３や、仕切り状構造１０及び空洞状構造１３に付随して設けた凹凸部１２及び排出口１１に係る構成は、背景技術で説明した特許文献１や特許文献２に開示された副通路に設けてもよい。

　図９は、副通路の構成が上述の実施例とは異なる一例を示す断面図である。図９では、ボディ１（ハウジング３０２）の副通路の部分だけを示している。図６乃至８とほぼ同様な断面を示している。

　本実施例の副通路２は、入口開口２ａに連通する入口通路部分２ｉと、入口通路部分２ｉの途中からフランジ３１２側に向けて分岐する測定用通路２ｍとを有する。入口通路部分２ｉは、入口開口２ａから、主通路１２４を流れる気流３０の流れ方向に沿って、下流側に向かって延設されている。入口通路部分２ｉの下流端は出口２ｆに連通する。出口２ｆはボディ１の厚み方向の一端にある側面に開口している。測定用通路２ｍには、その途中に回路パッケージ４００に搭載された流量検出部６０２が設けられている。

　入口開口２ａから入口通路部分２ｉに流入した気流３０ａの一部３０ｃは出口２ｆに向かって流れ、出口２ｆから主通路１２４に流出する。気流３０ａの一部３０ｄは、測定用通路２ｍの入口開口面２ｅから測定用通路２ｍに流入し、流量検出部６０２が設けられた通路部分を流れ、出口２ｂから主通路１２４に流出する。気流３０ａは入口通路部分２ｉの途中で分流するよう、副通路２の測定用通路２ｍが入口通路部分２ｉの途中で分岐している。

　入口開口２ａから入口通路部分２ｉに流入した気流３０ａに含まれる汚損物は、入口通路部分２ｉを直進し、出口２ｆから主通路１２４に排出される。

　入口開口２ａには、仕切り状構造１０と拡幅部（渦流生成室）２ｗとが設けられている。質量の大きな汚損物は、入口通路部分２ｉを直進し、出口２ｆから主通路１２４に排出される可能性が高い。すなわち、質量の大きな汚損物は、慣性により、入口開口面２ｅの部分で測定用通路２ｍに向けて流れの向きを変えることができない。しかし、質量の小さな汚損物は、気流３０ｄに運ばれて測定用通路２ｍに流入する可能性がある。そこで、特に入口開口面２ｅが開口する側に仕切り状構造１０と拡幅部（渦流生成室）２ｗとを設け、入口開口面２ｅの近傍を流れる質量の小さな汚損物を拡幅部２ｗに生じる渦流で捕捉するようにしている。

　本実施例では、仕切り状構造１０を設けているが、空洞状構造１３を設けてもよい。また、仕切り状構造１０及び空洞状構造１３に凹凸部１２及び排出口１１の両方、或いはいずれか一方を設けてもよい。

　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。

　１…ボディ、２…副通路、２ｗ…拡幅部（渦流生成室）、４００…回路パッケージ、１０…仕切り状構造、１０ａ…仕切り状構造に設けた圧力損失低減構造、１１…排出口、１２…凹凸部、１３…空洞状構造、３０…主通路の気流、３０ｂ…渦流、３２…配管の壁、１２４…配管壁内側の主通路、６０２…流量検出部（シリコンエレメント）。

Claims

　主通路を流れる気流の一部を取り込む副通路と、前記副通路を流れる気流の質量流量を計測する流量検出部とが設けられて主通路内に位置する計測部を備え、主通路を流れる気流の流れ方向と直交する直交面に投影される前記計測部の形状が、前記直交面上で第１の方向に定義される長さ寸法と、前記直交面上で前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に定義される厚み寸法とを有して、前記厚み寸法が前記長さ寸法よりも小さい形状を成し、前記副通路における質量流量の計測値に基づいて主通路を流れる気流の質量流量を検出する熱式流量計において、
　前記流量検出部よりも上流側の副通路部分に、上流側に対して通路幅が広い拡幅部を備え、
　前記拡幅部は、前記第１の方向で前記副流路を仕切る壁面側に形成されていることを特徴とする熱式流量計。
　請求項１に記載の熱式流量計において、
　前記拡幅部は渦流を生成し、生成した渦流で気流に含まれる汚損物を捕捉することを特徴とする熱式流量計。
　請求項２に記載の熱式流量計において、
　前記拡幅部は、その壁面に汚損物を保持することを特徴とする熱式流量計。
　請求項３に記載の熱式流量計において、
　前記副通路は、ハウジング部材の裏面に形成された裏側副通路溝と、ハウジング部材の表面に形成された表側副通路溝とを有し、
　前記裏側副通路溝は、一端に、主通路を流れる気流に対向するように上流側を向いて開口する入口開口面を有し、
　前記表側副通路溝は、一端に、主通路を流れる気流の流れ方向下流側を向いて開口する出口開口面を有し、他端が前記裏側副通路溝の他端と連通するように構成されており、
　以って、前記入口開口面と前記出口開口面との間に略３６０度旋回する副通路が形成されていることを特徴とする熱式流量計。
　請求項４に記載の熱式流量計において、
　前記拡幅部は、前記裏側副通路溝の外周壁面側に設けられていることを特徴とする熱式流量計。
　請求項１に記載のエアフローセンサにおいて、
　前記拡幅部に、主通路と連通する連通孔を有することを特徴とするエアフローセンサ。
　請求項１に記載のエアフローセンサにおいて、
　前記拡幅部の壁面に、凹凸形状が形成されたことを特徴とするエアフローセンサ。
　請求項１に記載のエアフローセンサにおいて、
　前記拡幅部は前記副通路の入口開口面の開口面積を狭めるように形成された仕切り状構造によって形成されたことを特徴とする熱式流量計。
　請求項１に記載のエアフローセンサにおいて、
　前記拡幅部は前記副通路の入口開口面の下流側に形成された空洞状構造によって形成されたことを特徴とする熱式流量計。