JP4929334B2 - 流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、流量計に係わり、特に自動車エンジンの吸気系を構成して、その吸気量を測定するのに好適な流量測定装置に関する。

空気流量を計測する流量測定装置として、発熱抵抗体を加熱制御し発熱抵抗体の放熱量によって流量を計測するものや、発熱抵抗体を加熱制御し発熱抵抗体の近傍に配置した感温抵抗体の温度変化によって流量を計測するものなどが知られている。

車両の吸気ダクト内にはエアフィルタが設けられ、流入する空気に含まれるダストを除去し、清浄された空気が流量測定装置の副通路に導入されるようになっている。

しかし、ダストの大きさによってはエアフィルタを通過してしまうものがあり、またエアフィルタ交換後の装着不具合によりダストが吸気ダクト内へ入り込んでしまったりすることがある。

吸気ダクト内に入り込んだダストは、アクセルの踏み込み量が増加すると流体とともに数十ｍ／ｓにまで加速され、流量測定装置の副通路内にまで到達することがある。

副通路内に配置された流量計測素子には、非常に薄い部分があり、ダストが衝突することにより破壊される可能性が考えられる。

また、吸気ダクト内に入り込んだダストが流量測定装置の流量計測素子に付着すると、流量計測素子の放熱特性が変化して出力特性変化を引き起こす可能性が考えられる。

吸気ダクト内に進入したダストなどから流量計測素子を保護し、汚損による経時劣化を防止する構造として、渦巻き形状とした副通路の入口を通過したところから、内回り側（内周側）と外回り側（外周側）に副通路を分離し、内回り側の副通路には流量計測素子を配置し、外回り側の副通路を流れる空気は吸気ダクトに流出させ、ダストを排出する技術が知られている（特許文献１参照）。

特表２００２−５０６５２８号公報

特許文献１に記載の技術は、副通路を渦巻き形状にすることにより、遠心分離作用によって外回り側の副通路にダストを押しやり、ダストが流量計測素子（センサ素子）に到達しないようにし、流量計測素子を保護している。

しかしながら、すべてのダストを外回り側の副通路に流すことは困難であり、残ったダストが内回り側の副通路に進入して、流量計測素子に衝突する可能性を排除できない。

本発明の目的は、流量計測素子が配置される副通路部にダストが進入した場合においても、ダストが流量計測素子に衝突しにくい構造を備えた流量測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の流量測定装置は、主通路を流れる流体の一部を取り込む副通路と、一方の面側に流量を測定するセンサ素子が実装された板状基板とを有する流量測定装置において、前記副通路の一部に、前記板状基板におけるセンサ素子が実装されたセンサ素子実装面側と、前記板状基板における前記センサ素子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、前記板状基板を配置し、前記板状基板は、前記実装面と前記背面とが前記副通路を流れる流体に対して平行となるよう配置され、前記副通路は、前記板状基板に対して流れの上流側に配置され、曲線を描いて向きを変える曲線通路部を有し、前記曲線通路部は、曲線通路の外周に形成され、傾斜部を有する外周壁面と、曲線通路の内周を形成する内周壁面とを備え、前記傾斜部は、前記板状基板上の前記センサ素子実装面に垂直な方向における前記外周壁面の両端部のうち、前記センサ素子実装面側の前記外周壁面の端部がもう一方の端部に対して、前記内周壁面側に位置するように傾斜した形状である。

本発明の流量測定装置は、曲線通路部の外回りの壁面を傾斜させることにより、傾斜部に衝突したダストを流量計測素子が実装された板状基板の背面側に誘導することができ、流量計測素子へのダストの衝突を回避できる。

本発明の一実施例を示す流量測定装置の構成図。 本発明の一実施例を示す流量測定装置のＱ−Ｑ断面図とダストの流れ図。 本発明の一実施例を示す流量測定装置と対比したダストの流れ図。 図２に対して傾斜部の形状を変更した例でのダストの流れ図。 図２に対して傾斜部の形状を変更した例でのダストの流れ図。 図２に対して傾斜部の形状を変更した例でのダストの流れ図。 図２に対して傾斜部を分離壁に変更した例でのダストの流れ図。 本発明の他の実施例による流量測定装置の一部構成図。 図８に対して副通路の形状を変更した例。 本発明の他の実施例による流量測定装置のダストの流れ図。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

図１，図２は本発明の流量測定装置の構成を示す図であり、図１は吸気管に配置された流量測定装置１を示す図、図２は流量測定装置のＱ−Ｑ断面図であり、同一部分は同一符号で示している。

以下、図１，図２により本実施例について説明する。

流量測定装置１は、車両の吸気管２に形成された挿入穴３に挿入され、下側部分が主通路４内に位置している。

流量測定装置１は、先端部分（図１の下側部分）が主通路４内に位置するように、片持ち状に吸気管２に取り付けられている。流量測定装置１の先端部分には、副通路１０が形成されており、副通路１０の内部には、平板状の回路基板５にシリコン基板上に形成されたセンサ素子６を配置して流量計測を行うようになっている。また、回路基板５は、電源，信号出力用の端子を備えたコネクタ部７に電気的に接続されている。

副通路１０は、曲線を描いて向きを変える第１副通路部１０Ａと、曲線を描いて向きを変える第３副通路部１０Ｃと、第１副通路部１０Ａと第３副通路部１０Ｃを連通接続する第２副通路部１０Ｂとにより構成され、第１副通路部１０Ａと第３副通路部１０Ｃは階層をなすように配置されて交差することはない。

図１では、流量測定装置１の内部に構成された副通路１０，回路基板５，センサ素子６及びコネクタ部７の端子等がすかして見える状態で描かれている。特に副通路１０は、第１副通路部１０Ａ，第２副通路部１０Ｂ及び第３副通路部１０Ｃの全てが描かれているが、第１副通路部１０Ａと第３副通路部１０Ｃとは紙面に垂直な方向に階層を成すように配置されているため、紙面に平行な断面で見た場合に、第１副通路部１０Ａと第３副通路部１０Ｃとの両通路部を図１のように見ることはできない。

第１副通路部１０Ａの一方の端部（外端）が流体流の入口１１をなし、第１副通路部１０Ａの他方の端部（内端）が第２副通路部１０Ｂの一端に連通接続されている。第２副通路部１０Ｂの他端は第３副通路部１０Ｃの一方の端部（内端）に連通接続され、第３副通路部１０Ｃの他方の端部（外端）が流体流の出口１２をなしている。入口１１と出口１２は主通路５を流れる流体の流れ方向と直交する面に開口している。なお、第１副通路部１０Ａ及び第３副通路部１０Ｃの端部において、「外端」は副通路１０の端に位置する端部を意味しており、「内端」は副通路１０の途中に位置する端部を意味している。

ところで、流量測定装置１が配置される主通路４の上流側には、エアフィルタ（図示していない）が配置されて、流体Ｆａに含まれるダストを除去するようになっているが、すべてのダストを除去することはできない。

そこで、流量測定装置１では、図１に示す第１副通路部１０Ａの曲線部（湾曲部）１０Ｆの遠心分離機能により、ダストを通路の外周側に押しやり、第２副通路部１０Ｂに進入したダストがセンサ素子６に衝突する確率を低減しているが、その効果が十分であるとは限らない。

そこで、本実施例においては、第１副通路部１０Ａに進入し、第２副通路部１０Ｂとの連通通路部１０ＡＢまで達したダストを、極力、センサ素子６に衝突させないようにするために、曲線を描いて向きを変える連通通路部１０ＡＢの外回り壁面（外周壁面）１０Ｇを傾斜させて傾斜部１０Ｍを設けている。

以下、傾斜部１０Ｍの構成と作用，効果について説明する。

図２は、図１のＱ−Ｑ断面を示す図であり、図１と同一部分は同一符号で示してある。

図２において、連通通路部１０ＡＢと第２副通路部１０Ｂは、ハウジング部材１３とベース部材１４が重ね合わされた空間に形成され、ベース部材１４に配置された回路基板５は、第２副通路部１０Ｂにおいて、センサ素子６がハウジング部材１３側に面するように配置されている。また、第２副通路部１０Ｂにおいては、回路基板５のセンサ素子６が実装された面（以下、センサ素子実装面５ａという）側と、センサ素子実装面とは反対側の面（以下、背面５ｂという）側とに、それぞれ流体通路１０ＢＵ，１０ＢＤが設けられている。

傾斜部１０Ｍは、連通通路部１０ＡＢを構成する、ハウジング部材１３側の外回り壁面（外周壁面）１０Ｇが、傾斜することによって構成されている。その傾斜方向は、回路基板５の基板面に垂直な方向（高さ方向）における外回り壁面（外周壁面）１０Ｇの両端部のうち、回路基板５のセンサ素子実装面５ａと対向する連通通路部１０ＡＢの側壁面１０Ｋ側に位置する端部が、反対側の側壁面１０Ｌ側の端部に対して、側壁面１０Ｋに沿って内周側（内回り壁面１０Ｐ側）に位置するように傾斜している。この場合、外回り壁面（外周壁面）１０Ｇの高さ方向における両端部のうち、側壁面１０Ｋ側に位置する端部が、ベース部材１４の外回り壁面（外周壁面）１０Ｈに対して、側壁面１０Ｋに沿って内周側に位置するように傾斜していることになる。これにより、本実施例では、外回り壁面（外周壁面）１０Ｇの高さ方向における両端部のうち、側壁面１０Ｋ側に位置する端部が、反対側の側壁面１０Ｌ側の端部に対して、連通通路部１０ＡＢの通路断面積（流体の流れ方向に垂直な断面積）を狭くするように傾斜していることになる。

なお、内回り壁面（内周壁面）１０Ｐは、ハウジング部材１３側の内回り壁面（内周壁面）部分とベース部材１４側の内回り壁面（内周壁面）部分とにより構成されている。

そして、主通路６の流体Ｆａの一部が第１副通路部１０Ａに流入し、連通通路部１０ＡＢにおいて、回路基板５に配置したセンサ素子６の面とハウジング部材１３の間の上部通路１０ＢＵと、回路基板５の背面５ｂとベース部材１４の間の下部通路１０ＢＤとに分流し、センサ素子６の面側を流れる流体の流量を測定する。

ほとんどのダストＤｓは下部通路１０ＢＤを流れるためセンサ素子に衝突することはないが、ダストＤｓを含んだ流体が第１副通路部１０Ａに流入し、上部通路１０ＢＵに侵入しようとする場合のダストＤｓの飛跡を図２により説明する。

上部通路１０ＢＵに侵入しようとするダストＤｓは、傾斜部１０Ｍに衝突し跳ね返されて運動エネルギーが低減し、回路基板５の背面５ｂ側を流れる流体に搬送される。

ハウジング部材１３の連通通路部１０ＡＢの傾斜部１０Ｍは、図１に示すように、回路基板５の近傍まで連続して通路側に傾斜し、センサ素子６は、ハウジング部材１３とベース部材１４の分割面よりハウジング部材１３側に位置している。

これにより、センサ素子６の上部通路１０ＢＵを流れる流体は、傾斜部１０Ｍに沿って流れるので、これに含まれるダストＤｓは、連通通路１０ＡＢのどの位置で流れても傾斜部１０Ｍに衝突して跳ね返され、回路基板５の下側通路１０ＢＤを流れる流体に搬送されることになる。

なお、連通通路部１０ＡＢの外回り壁面（外周壁面）１０Ｇが傾斜していない場合のダストＤｓの軌跡を図３に示しているが、ダストＤｓはセンサ素子６の上部通路１０ＢＵを流れる流体に搬送されるので、センサ素子６に衝突する量が多くなり保護としては十分ではない。

実施例１によれば、回路基板５の背面５ｂ側を流れる流体にダストＤｓの量が多く含まれ、回路基板５のセンサ素子実装面５ａ側を流れる流体には、ダストＤｓの量が少なくなるので、ダストＤｓがセンサ素子６に衝突する機会を低減することができる。

これにより、流量測定装置１の信頼性を向上させることができる。

図２では、連通通路部１０ＡＢの外回り壁面１０Ｇが図２の断面で見たときに直線形状で通路側に傾斜しているが、ダストＤｓを反射できる形状であれば、直線形状の傾斜であることには限定されない。

図４は外回り壁面１０Ｇを図４の断面で見たときに円弧状に形成した場合、図５は外回り壁面１０Ｇを図５の断面で見たときに２つの直線部１０Ｇ１，１０Ｇ２を連続させて形成した場合であり、２つの場合とも外回り壁面１０ＧにダストＤｓが衝突すると跳ね返されて、回路基板５の背面５ｂ側通路を流れる流体に搬送されるので、図２と同等の効果を得ることができる。

実施例１の図２，図４，図５では、ハウジング部材１３の連通通路部１０ＡＢの傾斜部１０Ｇを傾斜させているが、図６に示すようにベース部材１４の外回り壁面１０Ｈから連続して傾斜させることもできる。

ダストＤｓが傾斜部１０Ｇおよび外回り壁面１０Ｈに衝突したダストＤｓは反射されて回路基板５の下部通路１０ＢＤを流れる流体により搬送されるので、実施例１と同じ効果を得ることができる。

さらに、ハウジング部材１３の外回り壁面１０Ｇおよびベース部材１４の外回り壁面１０Ｈにおいて、回路基板５の基板面に垂直な方向（高さ方向）における任意の位置から傾斜するようにするようにしても作用，効果は同等である。

さらに、センサ素子６の上下部に形成されている流体の流速を調整する突起部１０Ｄ，１０Ｅと回路基板５とを最適に配置し、下部通路１０ＢＤの流速を早めた形状と、傾斜部１０Ｇとを組み合わせることで、ダストを下部通路１０ＢＤに搬送する効果を高めることができる。

上述した実施例では、次のような構成を有する。ハウジング部材１３とベース部材１４とで構成される副通路１０の連通通路部１０ＡＢには傾斜部１０Ｍが設けられており、その傾斜方向は、回路基板５の基板面に垂直な方向（高さ方向）における外回り壁面（外周壁面）１０Ｇ及び１０Ｈの両端部のうち、回路基板５のセンサ素子実装面５ａと対向する連通通路部１０ＡＢの側壁面１０Ｋ側に位置する端部が、反対側の側壁面１０Ｌ側の端部に対して、側壁面１０Ｋに沿って内周側（内回り壁面１０Ｐ側）に位置するように傾斜している。

上述の実施例では、ハウジング部材１３の外回り壁面１０Ｇやベース部材１４の外回り壁面１０Ｈに傾斜を設けるようにしたが、ダストＤｓをセンサ素子６の反対側に搬送する他の方法を図７に示す。

図７では、ハウジング部材１３から連通通路部１０ＡＢを上下に分離する分離壁１０Ｉを設けるように形成させている。

ダストＤｓは、第１副通路部１０Ａに流入したダストＤｓを含んだ流体が連通通路部１０ＡＢを流れる時、ダストＤｓは分離壁１０Ｉに衝突して跳ね返り、センサ素子６の反対側に搬送されるので、本実施例の効果を得ることができる。

図２から図７の実施例では、ハウジング部材１３とベース部材１４の分割面に回路基板５を一致させるように配置しているが、必ずしも一致する必要はなく、効果が得られる範囲で、ハウジング部材１３側やベース部材１４側にずらすように配置することもできる。

実施例１では、図１に示したように、第１副通路部１０Ａ，第２副通路部１０Ｂ，第３
副通路部１０Ｃで３６０度以上迂回する渦巻き状の副通路を構成し、第１副通路部１０Ａ
の入口１１と第３副通路部１０Ｃの出口１２が主通路４の流体流と直交する面に開口する
構成の熱式流量測定装置１であった。

熱式流量測定装置１の副通路は、用途によって種々の形態に形成される。図８，図９に、副通路の形態に関して、他の実施例を示す。実施例１と同一機能部分は同一符号で示している。

図８，図９は、実施例１のハウジング部材１３に相当する部材に形成された副通路１０の一部と、回路基板５と、センサ素子６との配置図であり、実施例１のベース部材１４に相当する部材（図示していない）が図の下から重ね合わされて、副通路１０が構成される熱式流量測定装置である。

図８は第１副通路１０Ａの入口１１が主通路４の流体流と直交する面に開口し、第３副通路部の１０Ｃの出口１２が主通路４の流体流と平行する面に開口し、入口１１から出口１２までの曲線を描いて向きを変える角度が３６０度に満たない熱式流量測定装置。

主通路４を流れる流体Ｆａの一部が、流体の流れ方向と直交する面の入口１１から第１副通路部１０Ａ、センサ素子６が配置される第２副通路部１０Ｂとの連通接続部１０ＡＢ、第二副通路部１０Ｂを、第三副通路１０Ｃを流れ、主通路４の流体の流れ方向と平行な面の出口１２から排出される。

第１副通路部１０Ａと、センサ素子６が配置される第２副通路部１０Ｂは直線形状で構成されて連通通路部１０ＡＢで連通し、連通通路部１０ＡＢの外回り壁面（外周壁面）１０Ｇが通路側に傾斜して傾斜部１０Ｍが形成されている。

第２副通路部１０Ｂの高さ方向における回路基板５の配置や、傾斜部１０Ｍの傾斜方向および形態は、実施例１と同様である。

連通通路１０ＡＢに流れる流体にダストが含まれていると、外回り壁面１０Ｇの傾斜部１０Ｍに衝突したダストが跳ね返されてセンサ素子６の下側を流れる流体で搬送され、センサ素子６に衝突するダストの量を低減できるので、実施例１と同一の効果を得ることができる。

図９では、第１副通路部１０Ａの入口１１が主通路４の流体の流れ方向と直交する面に開口し、第３副通路部１０Ｃの出口１２が主通路４の流体の流れ方向と平行な面に開口し、入口１１から出口１２までの曲線を描いて向きを変える角度が３６０度以上の副通路１０が構成されている。本例では、センサ素子６が配置された第２副通路部１０Ｂが曲線を描いて向きを変えており、実施例１（図１）に示した第２副通路部１０Ｂの直線形状と異なっている。また、３６０度以上曲線を描いて向きを変える第１副通路部１０Ａ及び第２副通路部１０Ｂが同一平面上に構成されている。

主通路４を流れる流体Ｆａの一部が、流体の流れ方向と直交する面の入口１１から第１副通路部１０Ａ、センサ素子６が配置される第２副通路部１０Ｂとの連通通路部１０ＡＢ、第２副通路部１０Ｂ、第３副通路部１０Ｃを流れ、主通路４の流体の流れ方向と平行な面の出口１２から排出される。

連通通路部１０ＡＢの外回り壁面１０Ｇが通路側に傾斜して傾斜部１０Ｍが形成されており、この傾斜による作用，効果は実施例１と同等である。

第２副通路部１０Ｂの高さ方向における回路基板５の配置や、傾斜部１０Ｍの傾斜方向および形態は、実施例１と同様である。

なお、上述の説明では第３副通路部１０Ｃの出口１２が主通路４の流体の流れ方向と平行な面に開口した場合であったが、点線で示すように第１副通路部１０Ａの裏面側で流体の流れ方向と直交する面に開口させる熱式流量測定装置１であっても作用，効果は同等である。

また、図９では第２副通路部１０Ｂが湾曲形状でセンサ素子６が配置されているが、第２副通路部１０Ｂを直線形状としてセンサ素子６を配置することもできる。

さらに、ハウジング部材１３とベース部材（図示しない）に実施例１で示した突起部１０Ｄ，１０Ｅを形成して、センサ素子６の上部を流れる流速を下部に比較して遅くなるように、流速を変えることもできる。

図１０は、さらに他の実施例を示す図であり、図２と同一部分は同一符号で示している。

実施例１，２では、ハウジング部材１３とベース部材１４にはそれぞれ副通路１０の外回り壁面の一部（１０Ｇ，１０Ｈ）と、内回り壁面１０Ｐの一部と、外回り壁面と内回り壁面とをつなぐ側壁面（１０Ｋ，１０Ｌ）とが形成されており、２つの部材を重ね合わせることにより、最終形状の副通路１０が構成される熱式流量測定装置１であった。

図１０では、ハウジング部材１３に副通路１０の外回り壁面の全体１０ＧＨと内回り壁面１０Ｐの全体とを形成し、ベース部材１４は一方の側壁面突起部１０Ｅを形成した板状として重ね合わせるようになっている。

ハウジング部材１３の連通通路部１０ＡＢの外回り壁面１０Ｇは任意の位置、あるいは全体を通路側に傾斜させることにより、実施例１の作用，効果と同等にすることができる。

なお、図示しないベース部材に副通路１０を形成し、ハウジング部材は突起部１０Ｄを形成した板状にすることもできる。

実施例１，２，３で説明したダストは、粒状物質の総称として説明したものであり、狭義のダストに限定されるものではない。

１ 流量測定装置
５ 回路基板
６ センサ素子
１０Ａ 第１副通路部
１０Ｂ 第２副通路部
１０Ｃ 第３副通路部
１０ＡＢ 連通通路部
１０Ｄ 第２副通路部のセンサ素子側突起
１０Ｅ 第２副通路部のセンサ素子側と反対側の突起
１０Ｇ，１０Ｈ，１０ＧＨ 連通通路部の外回り壁面
１０Ｐ 連通通路部の内回り壁面
１３ ハウジング部材
１４ ベース部材

Claims (8)

1. 主通路を流れる流体の一部を取り込む副通路と、一方の面側に流量を測定するセンサ素子が実装された板状基板とを有する流量測定装置において、
   前記副通路の一部に、前記板状基板におけるセンサ素子が実装されたセンサ素子実装面側と、前記板状基板における前記センサ素子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、前記板状基板を配置し、
   前記板状基板は、前記実装面と前記背面とが前記副通路を流れる流体に対して平行となるよう配置され、
   前記副通路は、前記板状基板に対して流れの上流側に配置され、曲線を描いて向きを変える曲線通路部を有し、
   前記曲線通路部は、曲線通路の外周に形成され、傾斜部を有する外周壁面と、曲線通路の内周を形成する内周壁面とを備え、
   前記傾斜部は、前記板状基板上の前記センサ素子実装面に垂直な方向における前記外周壁面の両端部のうち、前記センサ素子実装面側の前記外周壁面の端部がもう一方の端部に対して、前記内周壁面側に位置するように傾斜した形状であることを特徴とする流量測定装置。
2. 請求項１に記載の流量測定装置において、
   前記傾斜部は、直線形状であることを特徴とする流量測定装置。
3. 請求項１に記載の流量測定装置において、
   前記傾斜部は、円弧形状であることを特徴とする流量測定装置。
4. 請求項１に記載の流量測定装置において、
   前記傾斜部は、前記傾斜が複数形成されていることを特徴とする流量測定装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の流量測定装置において、
   前記曲線通路部は、第一の部材と第二の部材とを前記センサ素子実装面に垂直な方向に重ね合わせて形成され、
   前記第一の部材はセンサ素子実装面側に位置していて、前記第二の部材は前記背面側に位置しており、
   前記第一の部材の外周壁面部と前記第二の部材の外周壁面部によって前記外周壁面を構成し、前記傾斜部が前記第一の部材の外周壁面部に構成されていることを特徴とする流量測定装置。
6. 請求項５に記載の流量測定装置において、
   前記第二の部材の外周壁面部にも、前記傾斜部が形成されていることを特徴とする流量測定装置。
7. 請求項１に記載の流量測定装置において、
   前記副通路は、
   曲線を描いて向きを変える第一副通路部と、
   前記第一副通路に対して流体の下流側に設けられ、前記板状基板が配置された直線状の第二副通路部と、
   前記第二副通路に対して流体の下流側に設けられ、曲線を描いて向きを変える第三副通路部と、を備え、
   前記第一副通路と前記第三副通路部とは交差することなく階層状に設けられていて、
   前記曲線通路部は、前記第一副通路部と前記第二副通路部とを連通接続するように設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
8. 請求項７に記載の流量測定装置において、
   前記センサ素子実装面側の流体通路における通路断面積は、前記背面側の流体通路における通路断面積より小さくなるように前記板状基板を配置したことを特徴とする流量測定装置。