JPH07190821A - 流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 整流部材として、または、熱交換部材とし
て、仕切り板を設けた場合においても計測変動を小さく
できる流量計を提供する。 【構成】 分岐通路に設けた仕切り板１５の貫通孔１５
ｃを流入空気が通過するとき流速の乱れが整流されると
共に、流入空気の温度分布が均一化される。流入空気の
流量が仕切り板１５に沿う層流から乱流に遷移する流量
であっても、仕切り板下流端に流れ方向に突出した部分
６１と陥没した部分６２を設けることにより、遷移流量
の範囲を広くし、分岐通路内の抵抗を徐々に変化させる
ことができる。これにより、分流化を徐々に変化させる
ことで、計測変動を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】流体が流れる主通路内に分岐通路
を形成し、この分岐通路を流れる流体の流量を計測する
流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近ではエンジンの制御機能を向上させ
る目的でマイクロコンピュータを使用したエンジンの総
合制御が行われつつある。一方、自動車の車種および用
途に応じてエンジンに必要な制御機能は様々であり、そ
れゆえマイクロコンピュータを使用したエンジン制御シ
ステムではエンジン制御装置を操作するソフトウェアと
して車種および用途に応じて汎用性があるもの、すなわ
ち各種の制御機能の修正、変更および追加が可能である
ものがコスト面あるいは制御性の向上といった観点から
要請される。

【０００３】従来、内燃機関が吸入する空気量は、吸気
マニホールド圧から間接的に、あるいは直接空気流量を
検出して吸気行程中のトータル量を求める方法がとられ
ていた。前者は間接的方法であるため精度が悪く、機関
の機差や劣化の影響を受け、また応答性が悪いという欠
点を有しており、後者は精度が高く（読み値±１％）、
ダイナミック・レンジが広い（１：５０）流量センサを
必要とし、コスト高となる欠点を有していた。流量セン
サとして、いわゆる熱線式流量センサを用いると低コス
ト化が可能であり、またその出力特性の非線形性は相対
誤差を均一化して広いダイナミック・レンジを許容する
という特徴を有し望ましい。

【０００４】そこで熱線式流量センサを用いた流量計が
開発されるに到っている。すなわち、この熱線式流量セ
ンサを用いた流量計は次のような構成を持っている。円
筒状に形成される筒体には、筒体の内壁と分岐通路部材
の外壁との間に形成される主通路と主通路をバイパスさ
せる分岐通路が設けられている。分岐通路は、空気流量
を計測するためのものであり、分岐通路の途中に、空気
流量測定用の熱線抵抗体と温度補償のための温度補償用
抵抗体とが、平行に段違いに設けられている。この熱線
抵抗体と温度補償用抵抗体は、リード線によって制御回
路に接続されている。

【０００５】このように主通路に平行して分岐通路を設
け、分岐通路において吸入空気流量を測定する方式は、
吸入空気中のダスト等による熱線抵抗体の汚染の防止及
び、吸入空気のエアクリーナエレメント通過による速度
分布の乱れの整流に有利である。ところが、このような
従来の熱線式空気流量センサを用いた流量計にあっても
エアクリーナのエレメントを通ってきた速度の乱れを完
全に整流することはできず、また、吸入空気流がもつ脈
流を取り除くことができないという欠点を有していた。

【０００６】また、一般に自動車は、点火タイミングが
早すぎるというような点火と燃料とのマッチングがとれ
ていない場合バックファイアを生じることがある。この
バックファイアは、シリンダにて発生した高温高圧の衝
撃波が機関の上流側に逆流することである。従来の熱線
式流量センサを用いた流量計にあっては、バックファイ
アが生じるとこの衝撃波により、熱線抵抗体が機械的衝
撃を受け熱線抵抗体が破損あるいは変形するといった欠
点を有していた。

【０００７】また、このバックファイアによって従来の
熱線式流量センサを用いた流量計にあっては、熱線抵抗
体の表面に付着しているダストが熱線抵抗体に焼きつき
熱線抵抗が劣化するという欠点を有していた。そこで特
開昭５６−１０８９１０号公報にみられるように、吸入
空気が持つ速度分布、脈流、及びバックファイアの影響
をうけることなく流量計測できるよう、整流部材である
ステンレス製のメッシュ又はセラミック製のハニカム
を、主通路を形成する筒体又は分岐通路の入口に取付け
た流量計が提供されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
整流部材を設けた流量計においては、流量に対する計測
値が、連続した特性とならず、特定の吸入空気量にて計
測値が急激に変化する現象があった。一方、本願発明人
は先に特願平５−８４２４２号を提案している。図１は
この先願中に開示された流量計の断面図でもある。この
中に、流量計の分岐通路４２０内に熱交換部材としての
仕切り板１５を追加し、下流側の分岐通路４３０内を流
れる空気の温度分布を均一にすることで流速測定用の熱
線抵抗体５７０と温度補償用抵抗体５８０との間の温度
差を小さくし、測定誤差を減少する技術が開示されてい
る。

【０００９】この熱交換部材を設けた流量計において
も、上記の整流部材を設けた流量計と同様、計測値が急
激に変化するという問題があった。本発明はこのような
問題を解決するためになされたもので、仕切り板を整流
部材としてあるいは熱交換部材として、分岐通路内に設
けた流量計においても、計測変動を小さくできる流量計
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願第１番目の発明では、流体が流通する主通路を
有する筒体、前記主通路内部に設けられる分岐通路部
材、前記主通路の内壁面と前記分岐通路部材とを連結
し、該分岐通路部材を前記主通路内に支持する支持部
材、前記分岐通路部材に形成され、前記流体を流す分岐
通路、該分岐通路に形成され、該分岐通路を流れる前記
流体の方向に該分岐通路を複数の通路に仕切る仕切り
壁、該仕切り壁の下流に設けられるとともに、前記分岐
通路内の前記流体流量を計測する流速測定用抵抗体、該
流速測定用抵抗体と電気的に接続され、計測値を演算す
る制御回路、および、前記分岐通路部材の所定部位に開
口し、前記流速測定用抵抗体を流れた流体を再び前記主
通路に戻す出口を備え、前記仕切り壁の少なくとも下流
側端面には屈曲部が形成されている流量計としたもので
ある。

【００１１】また、本願第２番目の発明では、前記仕切
り壁の前記屈曲部は前記分岐通路を流れる流体の方向に
突出した部分と陥没した部分とから成る請求項１に記載
の流量計としたものである。また、本願第３番目の発明
では、前記突出した部分と前記陥没した部分とは矩形波
状に形成されている請求項２に記載の流量形としたもの
である。

【００１２】また本願第４番目の発明では、前記仕切り
壁は前記分岐通路を流れる前記流体の流れる方向に沿っ
た断面形状の少なくとも１つが流線形である請求項２に
記載の流量計としたものである。

【００１３】

【作用】流量計を通過する流体は、主通路と分岐通路に
分かれて流れ、分岐通路を流れる流量と主通路を流れる
流量の比（分流比）は主通路を形成する筒体，分岐通路
部材でもある中央部材，支持部材の形状やそれに伴い発
生する主通路の流体抵抗および中央部材内に形成される
分岐通路の形状や流体抵抗によって定められる。

【００１４】すなわち、流速測定用抵抗体にて分岐通路
内の流量が測定されたのち、制御回路内にて演算されて
流量計から出力される計測値が決定される。流量計を通
過する流量の一部は分岐通路内の仕切り壁によって仕切
られる複数の通路を通り、その下流側の流速測定用抵抗
体を通ったのち出口を通り主流路に戻る。

【００１５】流体は流量が常に変動しており、低速では
仕切り壁に沿う層流であるが、高速になると乱流とな
る。流量の変動により流れが層流から乱流になる場合に
は仕切り壁のある分岐通路内の流体抵抗が変化する。そ
の結果、主通路の流体抵抗に対する分岐通路の流体抵抗
の比が変化するので実際の分流比はあらかじめ定められ
た分流比と異なった値になる。

【００１６】ところが流量計の計測値はあらかじめ定め
られた分流比を使って計算され、決定されるので計測値
は実際よりも異なる値を出力してしまうことがある。層
流から乱流への遷移は流速変化に伴い瞬間的に起こるの
で低速から高速あるいは高速から低速の流速変動に伴
い、計測値が変動してしまう現象が起きる。これが仕切
り壁が分岐通路内に存在している場合に起こる計測変動
の原因であることが判明した。

【００１７】本願第１番目の発明の構成をもつ流量計に
よると、仕切り壁の下流側端面に屈曲部が形成されてい
る。流速が変動し、仕切り壁に沿う層流から乱流に切換
える場合に、屈曲部により複雑な形状となっている為、
流体と仕切り壁の接触状態が均一でなく、流体が流れて
いる位置により、剥離が起こる流速が異なる状態をつく
ることができる。

【００１８】すなわち、低速においては、流れの中のあ
る位置では乱流が流れ、別の位置では層流が流れるとい
う状態であるが、次第に流速が増すにつれて、乱流が流
れる部分が増加し、ついには全体で乱流が流れるという
現象を起こすことができる。この結果流量変動が起こっ
た場合でも、層流から乱流へ遷移が瞬間的には起きにく
く、計測値が変動しにくい。

【００１９】本願第２番目の発明の構成をもつ流量計に
よると、仕切り壁の屈曲部が流体の方向に突出した部分
と陥没した部分とを有している。したがって突出した部
分と陥没した部分とでは遷移を起こす流量に差ができ
る。すなわち、流速が低速から高速に変化する場合、突
出した部分と陥没した部分との範囲内で徐々に乱流が拡
がるようにすることができる。

【００２０】この結果流量変動が起こった場合でも層流
から乱流への遷移が瞬間的には起きにくく、出力値が変
動しにくい。

【００２１】

【効果】本発明によると、整流部材や熱交換部材として
の仕切り壁を分岐通路内に設けた流量計においても、計
測変動の現象が起きにくく、流量に対する計測値出力特
性を滑らかな曲線にすることができるという効果があ
る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を説明する為の自動車のエンジ
ンに吸入される吸入空気量を計測する熱式流量センサを
用いた流量計に熱交換部材を設けた一実施例を図２およ
び図３に基づいて説明する。空気流量計１０の上流側開
口部２１３は図示しないエアクリーナに挿入され、取り
付けられる。一方、下流側開口部３１３は、空気流量計
１０より大径の図示しない吸気ダクトに挿入され、図示
しないベルトにより外周から締めつけられる。

【００２３】流量計１０は、吸気通路を形成する筒体で
ある中央円筒部１００と上流側円筒部２００と下流側円
筒部３００とを備えている。分岐通路を形成する繭状の
分岐通路部材である中央部材１４は、吸気通路の長手方
向ほぼ中央に設けられる。中央部材１４は、中央ハウジ
ング１６０と下流ハウジング３６０と上流ハウジング４
００とを備えている。

【００２４】樹脂製の中央円筒部１００の外側には、後
述する熱式センサ部５００の制御回路１１４を収容する
回路容器１１０が一体に形成され、蓋が被せられる。中
央円筒部１００の内側は円筒状に成形され、内側へ向け
て支持部材であるリブ１２０，１３０，１４０および１
５０が一体に成形されている。ただし、リブ１２０，１
３０は図示しない。さらに、リブ１２０，１３０，１４
０および１５０の先端には円筒状の中央ハウジング１６
０が一体に成形されている。

【００２５】中央円筒部１００に支持される中央部材１
４の上流側には、砲弾型の樹脂製の上流ハウジング４０
０が挿入され固定される。上流ハウジング４００の上流
側中央には入口開口部４１０が開口され、入口開口部４
１０の直後に熱交換部材としての仕切り壁１５が上流ハ
ウジング４００と一体に形成される。仕切り壁１５は、
例えば図３に示す仕切り壁１５の横断面図のように、仕
切り壁１５は、例えば３に示す仕切り壁１５の横断面図
のように、仕切り壁１５の外壁１５ａと互いに直交する
仕切り板１５ｂとで囲まれる貫通孔１５ｃ有する構造体
で形成される。この構造体の貫通孔１５ｃを流れる空気
流と平行な面の延長が、ヒータ５７０および温度計５８
０に向かうように形成される。仕切り壁１５に続いて下
流へ向けて直線的に延びる分岐通路である分岐管４２０
が一体に形成されている。

【００２６】分岐管４２０の下流側にはやはり分岐通路
である計測管４３０が挿入されている。計測管４３０の
下流端は、中央ハウジング１６０の内側に放射状に形成
された４枚の板状のリブ１６７，１６８，１６９，１７
０の上流側端面に当接する。ただし、リブ１６８，１７
０は図示しない。これにより、計測管４３０の下流端と
中央ハウジング１６０の壁部材１６３との間に所定の隙
間が形成され、しかも、計測管４３０の下流端から出口
である出口開口部４４０への空気通路が形成される。

【００２７】さらに、壁部材１６３の穴１６５には、下
流側から熱式センサ部５００が挿入され、熱式センサ部
５００は壁部材１６３に固定される。熱式センサ部５０
０は円筒状樹脂部５１０に４本の支持ピン５２０，５３
０，５４０，５５０を樹脂部５１０の上流側、下流側と
に突出すようにインサート成形して形成される。上流側
に突出した支持ピンは長短２種類からなり、長い２本５
２０，５３０の間に流速測定用抵抗体であるヒータ５７
０が支持され、短い２本５４０，５５０の間に温度計５
８０が支持される。ヒータ５７０および温度計５８０
は、セラミック製ボビンの外周に白金線を巻き、ボビン
両端のリード線と接続したもので、同一特性の感温抵抗
体が用いられる。

【００２８】さらに、中央ハウジング１６０と下流ハウ
ジング３６０との間に形成される空間と、回路容器１１
０との間には、リブ１４０内を通して導電部材が配設さ
れており、この導電部材は、熱式センサ部５００の下流
側に突出した支持ピンに図示せぬフレキシブル配線板を
介して接続される。従って、回路容器１１０内に収容さ
れた制御回路１１４は、導電部材とフレキシブル配線板
と支持ピンとを介して熱式センサ部５００に接続され
る。

【００２９】図３の矢印Ａ方向から上記構成の流量計１
０に流入する空気は、上流側円筒部２００と中央円筒部
１００と下流側円筒部３００との内側に形成される吸気
通路を通過する。また、この吸気通路を流れる空気の一
部は、中央部材１４の内側に形成される分岐通路へ流入
する。この分岐通路へ流入する空気は、入口開口部４１
０から熱交換部材１５を通過する。このとき、流入する
空気に流速の乱れがあると、熱交換部材１５の貫通孔１
５ｃを通過するとき、整流される。すなわち流速の乱れ
が小さくなる。また、エンジンの発熱、エアクリーナか
らの熱伝導あるいはエアクリーナインレットにおける温
度分布の影響により、例えば流入する空気が入口開口部
４１０の内壁４１０ａから入口開口部４１０の中心部に
向かって温度が低下しているような温度分布を有するこ
とがある。このような場合、ヒータ５７０と温度計５８
０との間に温度差が生じ、この温度差によって誤差が発
生してしまう恐れがある。

【００３０】しかしながら、上記のように仕切り壁１５
は、内部に直交する仕切り板１５ｂで囲まれる複数の貫
通孔１５ｃを有するため、仕切り壁１５内を流れる空気
と仕切り壁１５の内壁面との接触面積が大きい。さら
に、仕切り壁１５は、上流ハウジング４００と一体成形
され一様な温度分布を保持しているため、仕切り壁１５
と仕切り壁１５内を流れる空気との間で良好な熱交換が
行われ、仕切り壁１５内を流れる空気の温度分布がほぼ
均一化される。空気流に平行な仕切り壁１５の貫通孔１
５ｃの内側面は、空気流に沿って空気流の下流側に平行
に延長するとヒータ５７０及び温度計５８０の近傍に来
るように形成されているので、仕切り壁１５を通過した
整流され温度分布が均一化された空気は、ヒータ５７０
および温度計５８０に向かって分岐管４２０から計測管
４３０に流入する。

【００３１】計測管４３０は分岐管４２０よりも流路断
面積が小さいため、空気流がさらに整流され、分流比の
低下も少ない。計測管４３０に流入する空気は、ヒータ
５７０と温度計５８０でほぼ同等の温度になっており、
温度分布不均一はほとんどない。従って、低空気量にお
いても流速が確保でき、上流からの温度分布の影響を受
けにくくなる。

【００３２】ヒータ５７０は制御回路１１４によって吸
気温度に対して一定温度に加熱される。計測管４３０に
導入された空気は、このヒータ５７０、温度計５８０お
よび制御回路１１４により空気流量が計測される。そし
て、制御回路１１４から出力された出力信号は燃料噴射
量制御装置等へ供給され、燃料噴射量の演算に使用され
る。計測管４３０に導入された空気は、壁部材１６３に
衝突して径方向に流れの方向を変え、さらに、出口開口
部４４０へ向けて流れる。そして出口開口部４４０から
再び吸気通路内へ流出する。

【００３３】次に本発明の第一実施例の特徴的部分につ
いて説明する。仕切り板１５ｂの長さは分岐通路の中央
側では短く、外側部分では長い。仕切り板１５ｂの分岐
通路中央側を通る流れと仕切り板１５ｂの分岐通路外側
を通る流れとでは仕切り壁を沿う層流から乱流に切り替
わる流量が異なる。そのため流量が層流から乱流に切換
る遷移域の流量範囲が広くなり流量変動がおきても、流
体抵抗の急激な変化による分流比の急激な変化が起こり
にくく出力値が変動しにくい。また、流量の変化に対す
る出力特性が、遷移域の流量においても特異点を生ずる
現象が起きにくい。すなわち出力特性が滑らかな曲線と
なる。

【００３４】図５に仕切り壁１５の下流端形状が、本発
明のごとく、流体の方向に突出した部分と陥没した部分
を有する場合と図１の形状であった場合の計測変動の違
いを示す。次に第２実施例について説明する。これは構
造的に図２，図３と同様であるが、分岐通路を流れる流
体の流れる方向に沿った仕切り壁の断面形状の１つが流
線形である。以下、この第２実施例を第１実施例を示す
図２を援用して説明する。

【００３５】仕切り壁１５のIII −III 線断面図を図４
に示す。これは、仕切り壁を流線形形状とすることで高
い流量まで流体が仕切り壁に沿って流れやすくし、さら
に熱交換を良好に行うことができるようにしたものであ
る。したがって、この例では第１実施例に対し、より広
い流量範囲で熱交換の作用を発揮することができる。

【００３６】図６は、本発明の第３実施例であり熱交換
部材１５の下流端段差を３段にしたものである。図７
は、本発明の第４実施例であり熱交換部材１５の長手方
向長さの長い箇所と短い箇所を、図２のものに対して入
れかえたものである。なお、図６，図７の第３，第４実
施例のその他の構造は、第一実施例と同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】先願中に開示された流量計を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の第１実施例による流量計を示す断面図
である。

【図３】図２に示すII−II線端面図である。

【図４】図３に示すIII −III 線端面図である。

【図５】本発明の第１実施例と図１に示した流量計との
計測変動の違いを示すグラフである。

【図６】本発明の第３実施例を示す要部断面図である。

【図７】本発明の第４実施例を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１０ 流量計 １４ 分岐通路部材 １５ 仕切り壁 １５ｃ 複数の通路 ６０ 屈曲部 ６１ 突出した部分 ６２ 陥没した部分 １００ 筒体 １１４ 制御回路 １４０ 支持部材 １５０ 支持部材 １６０ 分岐通路部材 ２００ 筒体 ３００ 筒体 ３６０ 分岐通路部材 ４００ 分岐通路部材 ４２０ 分岐通路 ４３０ 分岐通路 ４４０ 出口 ５７０ 流速測定用抵抗体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体が流通する主通路を有する筒体、 前記主通路内部に設けられる分岐通路部材、 前記主通路の内壁面と前記分岐通路部材とを連結し、該
   分岐通路部材を前記主通路内に支持する支持部材、 前記分岐通路部材に形成され、前記流体を流す分岐通
   路、 該分岐通路に形成され、該分岐通路を流れる前記流体の
   方向に該分岐通路を複数の通路に仕切る仕切り壁、 該仕切り壁の下流に設けられるとともに、前記分岐通路
   内の前記流体流量を計測する流速測定用抵抗体、 該流速測定用抵抗体と電気的に接続され、計測値を演算
   する制御回路、および、 前記分岐通路部材の所定部位に開口し、前記流速測定用
   抵抗体を流れた流体を再び前記主通路に戻す出口を備
   え、 前記仕切り壁の少なくとも下流側端面には屈曲部が形成
   されていることを特徴とする流量計。
2. 【請求項２】 前記仕切り壁の前記屈曲部は前記分岐通
   路を流れる前記流体の方向に突出した部分と陥没した部
   分とから成ることを特徴とする請求項１に記載の流量
   計。
3. 【請求項３】 前記突出した部分と前記陥没した部分と
   は矩形波状に形成されていることを特徴とする請求項２
   に記載の流量計。
4. 【請求項４】 前記仕切り壁は前記分岐通路を流れる前
   記流体の流れる方向に沿った断面形状の少なくとも１つ
   が流線形であることを特徴とする請求項２に記載の流量
   計。