JP2010101704A - 流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定精度の向上、脈動検出誤差の低減を実現した流量測定装置を得る。
【解決手段】１つ以上の屈曲部と通路部を有するバイパス通路５内に検出素子６を配置して流量を検出する流量測定装置において、検出素子が配置された通路部１７の幅Ｈと、検出素子の上流側の屈曲部１６から検出素子上流端までの距離Ｌとの比、Ｌ／Ｈを０〜０．７とする。また、検出素子の根元側の壁面から検出素子表面の検出部中心までの距離Ｄと、通路部の幅Ｈとの比、Ｄ／Ｈをを０．２２〜０．３３とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば内燃機関の吸入空気量を測定するのに適した流量測定装置に関するものである。

従来の流量測定装置は、例えば特開２００７−９３４２２号公報（以下、特許文献１と称す。）に記載されているように、主通路内に配置された流量測定装置の基端側に回路収容部が形成され、先端側に計測用通路が形成されている。計測用通路は流入口と第１、第２、第３、第４の屈曲部と、第１、第２、第３、第４、第５の通路、及び、流出口によって構成され、第３の通路に流量検出素子６が配置されている。主通路を流れる被計測流体の一部は流入口から計測用通路に流入し、流量検出素子の表面を流れた後、流出口から流出し、主通路を流れる被計測流体と合流する。流量検出素子にはヒーターが形成されており、このヒーターは制御回路から給電されて発熱し、表面を流れる吸入空気と接触して冷却されることにより、吸入空気の流量を温度に応じた抵抗値変化として検出している。

特開２００７−９３４２２号公報

特許文献１に示されるような従来の流量測定装置においては、第２屈曲部と第３屈曲部の間の第３通路に流量検出素子が配置されている。第２屈曲部では被計測流体の流れの向きが９０度変化するため、内側角部における流れの剥離や外側角部への流れの衝突により、第３通路内には流れの乱れが発生する部分がある。この流れの乱れが発生している部分に流量検出素子を配置すると、この流れの乱れの影響を受けて出力信号も乱れ、測定精度が悪化するという問題がある。

また、熱式の流量測定装置では、流量検出部の熱的な応答遅れと非線形な出力特性により、流れが脈動しているときには、流量測定装置で検出した平均流量が真の平均流量よりも小さくなるリーン誤差が発生する。

また、逆流を伴った脈動流が生じた場合、逆流検出機能を持たない熱式流量測定装置では、これを順流として検出するため、流量測定装置で検出した平均流量が真の平均流量よりも大きくなるリッチ誤差が発生する。

これらの脈動検出誤差を低減するため、バイパス通路を用いることは当業者により知られており、特許文献１においても、脈動検出誤差低減のためにバイパス流路を採用している。すなわち、バイパス通路の流入口と流出口の圧力変動に対し、バイパス通路内では遅れを伴った圧力変動が生じ、これにより平均流量が増加するため、前記リーン誤差を低減することができる。また、バイパス通路を逆流の入りにくい流路構造とすることにより、前記リッチ誤差も低減することができる。

しかしながら、このような脈動検出誤差の低減効果は、流量検出素子の配置位置にも依存するが、従来装置においてはその点の考慮がなされておらず、十分な脈動検出誤差の低減効果が得られていないという問題点があった。

この発明は、従来装置における上記のような問題点を解決するためになされたもので、バイパス流路内の被計測流体の流れの乱れの影響を少なくして測定精度の向上を図ると共
に、脈動特性を改善して脈動検出誤差の低減を可能とした流量測定装置を提供することを目的とする。

（１）この発明に係る流量測定装置は、主通路内に延出され、内部に回路収納部を備えた本体部と、前記本体部の前記回路収納部の延出側に形成され、前記主通路を流通する被計測流体の一部を流通させるバイパス通路と、前記バイパス通路内に配設され、表面に検出部を有する流量検出素子と、前記回路収納部内に収納され、前記流量検出素子を駆動してその信号を処理する制御回路とを有する流量測定装置において、前記バイパス通路が、前記被計測流体の主流の流れ方向の上流側に向いて前記本体部の前記主流の流れ方向と垂直な面に開口する流入口と、前記本体部の前記主流の流れ方向と平行で且つ該本体部の延出方向と垂直な面に開口する流出口と、前記流量検出素子が配置された位置の上流側に１つ以上の屈曲部とを備え、前記流量検出素子が配置された通路の前記流量検出素子と平行な方向の幅Ｈと、前記流量検出素子の上流側の屈曲部の内側角部から、前記検出部の上流端部までの前記主流の流れ方向と平行な方向の距離Ｌとの比、Ｌ／Ｈを０〜０．７の範囲内に設定したものである。

また、前記（１）の流量測定装置において、流量検出素子が配置された通路の前記流量検出素子と平行な方向の幅Ｈと、前記流量検出素子が配置された通路の前記回路収納部側の側壁面から前記検出部の中心までの、前記主流の流れ方向と垂直な方向の距離Ｄとの比、Ｄ／Ｈを０．２２〜０．３３の範囲内に設定したものである。

この発明の流量測定装置によれば、バイパス流路内の被計測流体の流れの乱れの影響を少なくして測定精度の向上を図ることができる。
また、脈動特性を改善して脈動検出誤差を小さくすることができる。

上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳述する。なお、各図中、同一符号は、同一あるいは相当部分を示すものとする。
実施の形態１．
図１はこの発明に係わる流量測定装置を内燃機関の被測定流体の流管に取り付けた状態を示す正面図である。流量測定装置の本体部３が流管１に挿入され、フランジ部１１により流管１に固定されている。本体部３には流管１への挿入方向に沿って、回路収納部４、バイパス通路５が形成されている。バイパス通路５内には、表面に検出部７を有する流量検出素子６が配置されており、回路収納部４内には、図示しないが、流量検出素子６を駆動してその信号を処理する制御回路が収納されている。制御回路の駆動電源、および、流量信号はコネクタ部１２を介して外部と接続される。

図２は実施の形態１における流量測定装置の主要部を示す正面図である。
バイパス通路５は、主通路２内を流れる被計測流体の主流の流れ方向８の上流側に向いて本体部３の主流の流れ方向８と垂直な面に開口する流入口９と、本体部３の主流の流れ方向８と平行でしかも本体部の挿入方向と垂直な面に開口する流出口１０とを備えている。また、流入口９と流出口１０の間には、第１屈曲部１４、第２屈曲部１６、第３屈曲部１８、第４屈曲部２０、及び、第１通路部１３、第２通路部１５、第３通路部１７、第４通路部１９、第５通路部２１が形成されている。被計測流体の一部は流入口９からバイパス通路５に流入し、第３通路部１７に配置された流量検出素子６の検出部７でその流量を計測された後、流出口１０から流出して主流と合流する。

ここで、実施の形態１の流量測定装置においては、図２において、流量検出素子６が配置された第３通路部１７の流量検出素子６と平行な方向の幅をＨ、流量検出素子６の上流側の屈曲部（すなわち、第２屈曲部１６）の内側角部２２から流量検出素子６上の検出部７の上流端部までの主流の流れ方向８に平行な方向の距離をＬとしたとき、ＨとＬとの比Ｌ／Ｈが、０〜０．７の範囲内にあるように流量検出素子６の配置位置を決定している。

Ｌ／Ｈと流量測定装置の最大出力乱れとの関係を図３に示す。
ここで、最大出力乱れとは、以下の式（１）により算出した各流量ポイントでの出力乱れの全流量範囲での最大値を言う。

出力乱れ［％］＝出力の標準偏差／出力の平均値×１００ ・・・（１）

図３からわかるように、Ｌ／Ｈを０〜０．７の範囲にすることにより、出力乱れを３％以下に抑えることができる。３％は内燃機関用の流量測定装置に求められる精度である。

以上のように、この発明の実施の形態１の流量測定装置によれば、バイパス通路の流量検出素子が配置された通路部の幅Ｈと、流量検出素子の上流側の屈曲部の内側角部から、流量検出素子の検出部上流端部までの距離Ｌとの比Ｌ／Ｈを、０〜０．７の範囲とすることにより、バイパス流路内の被計測流体の流れの乱れを小さくでき、測定精度が向上された流量検出装置を得ることができる。

実施の形態２．
図４〜図６はこの発明の実施の形態２の流量測定装置を説明するための図で、図４は
流量測定装置の主要部を示す正面図、図５は実施の形態２の効果を説明するための流量検出素子の配置位置と脈動検出誤差との関係を示すグラフ、図６は被計測流体の振幅比を説明する図である。この実施の形態２の流量測定装置においては、図４に示されるように、流量検出素子６が配置された第３通路部１７の流量検出素子６と平行な方向の幅をＨ、流量検出素子６が配置された第３通路部１７の回路収納部４側の側壁面２３から検出部７の中心までの、主流の流れ方向８と垂直な方向の距離をＤとした時、ＨとＤとの比Ｄ／Ｈが、０．２２〜０．３３の範囲内にあるように流量検出素子６の配置位置を決定している。なお、その他の構成は実施の形態１と同様である。

ここで、図５は、Ｄ／Ｈと流量測定装置の脈動検出誤差との関係を示すもので、脈動検出誤差は、以下の式（２）により算出されるものである。
脈動検出誤差［％］＝（出力の平均値／真の平均流量−１）×１００ ・・・（２）

また、図６は被計測流体の振幅比を説明するもので、振幅比は以下の式（３）により算出されるものである。
振幅比＝ΔＱ／２Ｑａ ・・・・・（３）
ここで、Ｑａは平均流量、 ΔＱはＱmax−Ｑmin、を示す。 また、振幅比＞１は逆流を含む脈動の場合を示す。

図５は、被計測流体の振幅比が、０．６、１．２、２．０の３種類の場合についての、Ｄ／Ｈと流量測定装置の脈動検出誤差との関係を示すもので、図５からわかるように、
Ｄ／Ｈを０．２２〜０．３３の範囲に設定することにより、いずれの振幅比の場合においても、脈動検出誤差を±３％以内に抑えることができる。

以上のように、この発明の実施の形態２の流量測定装置によれば、バイパス通路の流量
検出素子が配置された通路部の幅Ｈと、流量検出素子が配置された通路の回路収納部側の側壁面から、流量検出素子の検出部の中心までの距離Ｄとの比、Ｄ／Ｈが０．２２〜０．３３の範囲とすることにより、実施の形態１に記載の測定精度の向上に加え、脈動検出誤差を小さくでき、より測定精度が向上された流量検出装置を得ることができる。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３における流量測定装置の主要部を示す正面図である。
この実施の形態３の流量測定装置においては、図７に示すように、流量検出素子６が配置された第３通路部１７の回路収納部４側の側壁面２３のうち、流量検出素子６が配置される部分のみに、回路収納部４側に向かって凹部２４を形成している。なお、その他の構成は実施の形態２と同様である。

図８に図７のＡ−Ａ断面図を示す。流量検出素子６と回路収納部４内の回路基板２５とはワイヤ２７により電気的に接続されるため、流量検出素子６は第３通路部１７と回路収納部４とを跨いで配置されている。一方で、第３通路部１７を流れる被計測流体の回路収納部４へのリークを防止するため、第３通路部１７と回路収納部４は流量検出素子６上に位置する遮断部２８により完全に遮断されなければならない。このため遮断部２８の底面と流量検出素子６の表面との間に接着剤２６を充填し両者を接着している。

実施の形態２で説明したように、Ｄ／Ｈが０．２２〜０．３３の範囲内にあるように流量検出素子６を配置した場合、検出部７のサイズによっては、検出部７の側壁面２３側の端部が側壁面２３に近接する場合が考えられる。このとき、接着剤２６が第３通路部１７側へはみ出した場合、この接着剤２６のはみ出し部が検出部７の表面に付着し、流量検出特性へ悪影響を及ぼす恐れがある。

この実施の形態３では、流量検出素子６が配置される部分のみに、回路収納部４側に向かって凹部２４を形成しているので、実施の形態２と同様の脈動検出誤差低減の効果を保ちながら、検出部７への接着剤２６の付着を防止し、信頼性を向上させることができる。

なお、この発明の精神と範囲を逸脱しない範囲において、当業者にとって、種々の修正および変更が可能なことは明らかであり、この発明が、上述した実施の形態に制限されるものではないことを理解すべきである。

この発明に係わる流量測定装置を被測定流体の流管に取り付けた状態を示す正面図である。 この発明の実施の形態１における流量測定装置の主要部を示す正面図である。 この発明の実施の形態１の効果を説明するための、Ｌ／Ｈと流量測定装置の最大出力乱れとの関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態２における流量測定装置の主要部を示す正面図である。 この発明の実施の形態２の効果を説明するための、Ｄ／Ｈと流量測定装置の脈動検出誤差との関係を示すグラフである。 被計測流体の振幅比を説明する図である。 この発明の実施の形態３における流量測定装置の主要部を示す正面図である。 図７のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１ 流管、２ 主通路、３ 本体部、４ 回路収納部、５ バイパス通路、
６ 流量検出素子、７ 検出部、８ 主流の流れ方向、９ 流入口、 １０ 流出口、
１１ フランジ部、１２ コネクタ部、１３ 第１通路部、１４ 第１屈曲部、
１５ 第２通路部、１６ 第２屈曲部、１７ 第３通路部、１８ 第３屈曲部、
１９ 第４通路部、２０ 第４屈曲部、２１ 第５通路部、２２ 第２屈曲部内側角部
２３ 側壁面、２４ 凹部、２５ 回路基板、２６ 接着剤、２７ ワイヤ、
２８ 遮断部。

Claims (3)

1. 主通路内に延出され、内部に回路収納部を備えた本体部と、前記本体部の前記回路収納部の延出側に形成され、前記主通路を流通する被計測流体の一部を流通させるバイパス通路と、前記バイパス通路内に配設され、表面に検出部を有する流量検出素子と、前記回路収納部内に収納され、前記流量検出素子を駆動してその信号を処理する制御回路と、を有する流量測定装置において、
   前記バイパス通路が、前記被計測流体の主流の流れ方向の上流側に向いて前記本体部の前記主流の流れ方向と垂直な面に開口する流入口と、前記本体部の前記主流の流れ方向と平行で且つ該本体部の延出方向と垂直な面に開口する流出口と、前記流量検出素子が配置された位置の上流側に１つ以上の屈曲部と、を備え、前記流量検出素子が配置された通路の前記流量検出素子と平行な方向の幅Ｈと、前記流量検出素子の上流側の屈曲部の内側角部から、前記検出部の上流端部までの前記主流の流れ方向と平行な方向の距離Ｌとの比、Ｌ／Ｈを０〜０．７の範囲内に設定したことを特徴とする流量測定装置。
2. 前記流量検出素子が配置された通路の前記流量検出素子と平行な方向の幅Ｈと、前記流量検出素子が配置された通路の前記回路収納部側の側壁面から前記検出部の中心までの、前記主流の流れ方向と垂直な方向の距離Ｄとの比、Ｄ／Ｈを０．２２〜０．３３の範囲内に設定したことを特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
3. 前記流量検出素子が配置された通路の前記回路収納部側の側壁面のうち、前記流量検出素子が配置される部分のみに、回路収納部側に向かって凹部を形成したことを特徴とする請求項２に記載の流量検出装置。

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