JP6394453B2 - 流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路を形成し、バイパス流路に配置される流量センサによって空気流量を測定する流量測定装置に関する。

従来より、流量測定装置として、ダクトの内部を流れる空気（主流）の一部を取り込むバイパス流路を形成する筐体と、バイパス流路に配設される流量センサとを備えるものがある。

特許文献１には、筐体の外壁にバイパス流路の出口が開口しており、筐体の外形が卵型を呈するものが開示されている。
しかし、特許文献１に記載の筐体の外形は、筐体の主流方向中心に最も幅が大きくなる部分（最大幅部）の上流側と下流側とが同じ形状をしている。

最大幅部よりも上流側は主流の流れが加速する領域であるため剥離が生じにくく、逆に最大幅部よりも下流側は流れが減速する領域であるため、剥離が生じやすい領域となる。
このため、このように剥離の生じやすさが異なる２つの領域を同じ形状にしていては、下流側での剥離を低減することが困難となる。

特に、筐体の外壁にバイパス流路の出口が開口している場合、出口の近くを通過する流れの下流に剥離による渦が発生すると、バイパス流路の流れに悪影響を与え、バイパス流路に配置された流量センサの検出精度が低下する虞がある。

特開平８−２９７０３９号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、流量測定装置において、筐体に沿って流れるダクト内の空気の流れの剥離を低減することにある。

本発明の流量測定装置は、測定対象となる空気が流れるダクト内において、ダクトの外からダクトの中に向かって突出して設けられて、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路を形成する筐体と、バイパス流路に配設される流量センサと、筐体の外壁に開口するバイパス流路の出口とを備える。

ここで、ダクト内の空気の流れ方向をＸ方向、筐体の突出方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向、Ｚ方向の筐体の長さを幅と呼ぶ。
本発明の流量測定装置は、出口が存在する位置での筐体のＹ方向に垂直な断面形状が、上流端と下流端との間に幅が最大となる最大幅部を有し、最大幅部から上流端に向かって徐々に幅が小さくなり、最大幅部から下流端に向かって徐々に幅が小さくなる流線形状を呈する。

そして、Ｘ方向における最大幅部と上流端との中央での筐体の幅を幅Ｗ１、Ｘ方向における最大幅部と下流端との中央での筐体の幅を幅Ｗ２、最大幅部と上流端とのＸ方向の距離を長さＬ１、最大幅部と下流端とのＸ方向の距離を長さＬ２とすると、
Ｗ１＞Ｗ２、及び、Ｗ１／Ｌ１＞Ｗ２／Ｌ２
の関係を満たす。
ここで、出口は、外壁のダクト内の空気の流れ方向に沿う部分に形成されている。

本実施例によれば、最大幅部よりも下流側は、上流側と比較して、流れ方向に対する投影面積の変化をなだらかにできる。このため、流れの減速が生じても剥離が生じにくくなる。
さらに、出口の前を通過する空気の流れを用いたベンチュリ効果によって、出口からの空気の放出が促進される。

流量測定装置の断面図である（実施例１）。 流量測定装置をＺ方向他端側からみた平面図である（実施例１）。 流量測定装置をＸ方向上流側からみた平面図である（実施例１）。 流量測定装置をＹ方向他端側からみた平面図である（実施例１）。 流量測定装置のＶ−Ｖ断面図である（実施例１）。 実施例の効果を説明する説明図である（実施例１）。 流量測定装置の要部断面図である（実施例２）。 流量測定装置の要部断面図である（実施例２）。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
〔実施例１の構成〕
実施例１の流量測定装置１の構成を、図１〜５を用いて説明する。
流量測定装置１は、例えば、自動車用エンジンへの吸入空気量を計測するエアフローメータであって、自動車用エンジンへの吸気路を形成するダクトＤに取り付けられて使用されるものである。
なお、ダクトＤの管壁には、取付穴Ｄａが開口しており、流量測定装置１は取付穴ＤａからダクトＤ内に挿入することにより設置される。

流量測定装置１は、以下に説明する嵌合部２、筐体３、流量センサ４などにより一体的に構成されている。

嵌合部２は、取付穴Ｄａに嵌合するものであって、取付穴Ｄａの内周面に面する外周面を有している。この外周面には周溝が形成されており（図２参照）、周溝に配されるＯリング２ａによって、取付穴Ｄａの内周面と嵌合部２の外周面との間が密封される（図１参照）。

嵌合部２からはダクトＤの内側に向けて、ダクト内の空気の流れ方向（主流方向）にほぼ垂直（ダクトＤの径方向）に筐体３が突出している。また、嵌合部２からダクトＤの外側に突出する部分にはコネクタ部６が設けられている。
以下では、主流方向をＸ方向、筐体３の突出方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向と呼ぶ。そして、Ｚ方向の筐体の長さを幅と呼ぶ。

筐体３は、ダクトＤの流路壁近傍から流路中央に向かって延びて設けられており、ダクトＤの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路８を形成する。
バイパス流路８は、ダクトＤの内部を流れる空気の一部を取り込む入口１０と、入口１０から取り込んだ空気を通す内部流路１１と、取り込まれた空気をダクトＤ内を流れる空気に戻す出口１２とを備える。

内部流路１１は、入口１０から下流側に連続する吸入流路１３と、吸入流路１３からの流体を周回させて出口１２に向かわせる周回流路１４とを有する。

吸入流路１３は分岐しており、一方には周回流路１４が接続され、他方にはダスト排出流路１６が接続されている。
ダスト排出流路１６は、入口１０から取り込まれた空気に含まれるダストを直進させて排出するための流路であり、吸入流路１３を経てダスト排出流路１６を流れる流体は主流とほぼ平行に向かって流れる。そして、ダスト排出流路１６の下流端はダスト排出口１７を形成している。

周回流路１４は、吸入流路１３からの流体を、Ｙ方向一端側（径方向外側、嵌合部２方向）に向かわせた後、主流方向の上流側（吸入流路１３の流れと反対方向）に向かわせ、その後Ｙ方向他端側に向かわせ、その後主流下流側方向を向かせつつ、出口１２に向かわせるような形状の流路となっている。

出口１２は、主流に沿う筐体３の外壁３ａに開口する孔として形成されている。
このため、出口１２の前を通過する主流の流れを用いたベンチュリ効果によって、出口１２からの流体の放出が促進される。

流量センサ４は、バイパス流路８を流れる空気の流量に応じて電気的な信号（例えば電圧信号）を出力するものである。
具体的には、半導体基板に設けられたメンブレン上に、薄膜抵抗体で形成された発熱素子と感温素子とを有し、これらの素子が回路モジュールに内蔵される回路基板（図示せず）接続されている。
流量センサ４は、周回流路１４において吸入流路１３の流れと反対方向に流れる部分に収容されている。すなわち、この周回流路１４に配置された流量センサ４によって流量が検出される。

〔実施例１の特徴〕
次に実施例１の特徴を主に図５を用いて説明する。
図５は、出口１２が存在する位置での筐体３のＹ方向に垂直な断面形状を示す図である。少なくとも、出口１２が存在するＹ方向範囲のいずれの位置での断面形状も以下の特徴を有する。

この断面形状において、Ｘ方向の上流側の端部を上流端２０、下流側の端部を下流端２１とする。本実施例では、上流端２０を下流端２１とがＸ方向に平行な仮想線Ｘａ上に存在する。そして、仮想線Ｘａを中心にＺ方向の一端側と他端側とが対称形状となっている。
出口１２は、筐体３のＺ方向一端側で主流が沿う外壁３ａ、Ｚ方向他端側で主流が沿う外壁３ａの両方に開口している。

また、この断面形状では、Ｘ方向における上流端２０と下流端２１との間に幅が最大となる最大幅部２２を有する。
最大幅部２２から上流端２０に向かって徐々に幅が小さくなり、最大幅部２２から下流端２１に向かって徐々に幅が小さくなる形状を呈している。
つまり、出口１２が設けられた筐体３の部分は、流れに対する投影面積が、上流端２０から最大幅部２２に向かって徐々に大きくなり、最大幅部２２から下流端２１に向かって徐々に小さくなる。

本実施例では、断面形状の外形線は、筐体３の外側に向かって凸となる複数の曲線の連続でなっている。
すなわち、筐体３のＺ方向一端側で主流が沿う外壁３ａ、Ｚ方向他端側で主流が沿う外壁３ａはともに、筐体３の外側に向かって凸となる複数の曲線により仮想線Ｘａに対してなだらかに傾斜して形成されている。

そして、Ｘ方向における最大幅部２２と上流端２０との中央での筐体３の幅を幅Ｗ１、Ｘ方向における最大幅部２２と下流端２１との中央での筐体３の幅を幅Ｗ２、最大幅部２２と上流端２０とのＸ方向の距離を長さＬ１、最大幅部２２と下流端２１とのＸ方向の距離を長さＬ２とすると、
Ｗ１＞Ｗ２、及び、Ｗ１／Ｌ１＞Ｗ２／Ｌ２
の関係を満たす。

また、
Ｌ２＞Ｌ１
の関係も満たす。

また、出口１２の上流端１２ａは、Ｘ方向において最大幅部２２よりも上流側に位置している。
本実施例では、出口１２は最大幅部２２よりも上流側から下流側の所定範囲に亘って開口している。

以下でさらに上記の特徴を具体的に説明する。
図５に示すように、断面形状のうち、最大幅部２２のＸ方向の位置を示す仮想線を仮想線Ｚ０とする。なお、最大幅部２２がＸ方向の所定範囲に亘っている場合は、その範囲のＸ方向中心を通る線を最大幅部２２のＸ方向位置を示す仮想線Ｚ０とする。

そして仮想線Ｚ０から上流側の領域を上流領域と呼ぶ。
そして、下流領域のＸ方向中央位置を示すＺ方向に延びる仮想線を仮想線Ｚ１と呼ぶ。

また、断面形状のうち、仮想線Ｚ０から下流側の領域を下流領域と呼ぶ。
そして、上流領域のＸ方向中央位置を示すＺ方向に延びる仮想線を仮想線Ｚ２と呼ぶ。

仮想線Ｚ１が筐体３のＺ方向一端側の外壁３ａと交わる交点を交点Ｑ１、仮想線Ｚ１が筐体３のＺ方向他端側の外壁３ａと交わる交点を交点Ｑ２、仮想線Ｚ２が筐体３のＺ方向一端側の外壁３ａと交わる交点を交点Ｑ３、仮想線Ｚ２が筐体３のＺ方向他端側の外壁３ａと交わる交点を交点Ｑ４とする。

Ｗ１／Ｌ１は、上流端２０から交点Ｑ１もしくは交点Ｑ２に向かう外壁３ａの傾斜度合い（幅増加率）を表す指標となる。Ｗ１／（Ｌ１／２）が、上流端２０から交点Ｑ１もしくは交点Ｑ２に向かう外壁３ａの平均傾斜率であるからである。
Ｗ２／Ｌ２は、下流端２１から交点Ｑ３もしくは交点Ｑ４に向かう外壁３ａの傾斜度合い（幅増加率）を表す。Ｗ２／（Ｌ２／２）が、下流端２１から交点Ｑ３もしくは交点Ｑ４に向かう外壁３ａの平均傾斜率であるからである。

本実施例ではＷ１／Ｌ１＞Ｗ２／Ｌ２であるため、上流領域と下流領域とを比較すると、下流領域では、よりなだらかに下流端に向かって幅が小さくなる。
つまり、断面形状は、上流領域よりも下流領域の方が先細りとなる涙滴型を呈している。

言い換えると、上流領域の先端角θ１よりも下流領域の先端角θ２の方が小さい。
先端角θ１とは、交点Ｑ１、上流端２０、交点Ｑ２を直線で結んだ際の上流端２０の先端角であり、先端角θ２とは、交点Ｑ３、下流端２１、交点Ｑ４を直線で結んだ際の下流端２１の先端角である。

また、本実施例ではＬ２＞Ｌ１である。
すなわち、下流領域のＸ方向長さは、上流領域のＸ方向長さよりも長い。

そして、本実施例では、出口１２の上流端１２ａは、Ｘ方向において最大幅部２２よりも上流側に位置している。
すなわち、上流端１２ａのＸ方向位置は、仮想線Ｚ０よりも上流側に位置している。

〔実施例１の作用効果〕
実施例１の流量測定装置１は、出口１２が存在する位置での筐体３のＹ方向に垂直な断面形状が、Ｗ１＞Ｗ２、及び、Ｗ１／Ｌ１＞Ｗ２／Ｌ２の関係を満たす形状となっている。
これによれば、最大幅部２２よりも下流側は、上流側と比較して、流れ方向に対する投影面積の変化をなだらかにできる。つまり、最大幅部２２よりも下流側の主流方向に対する外壁３ａの傾斜をなだらかにすることができるため、流れの減速が生じても剥離が生じにくくなる。

すなわち、図６に示すように、本実施例では、従来例と比較して、特に下流領域において、主流が筐体３に沿って流れやすくなり、剥離を低減できる。このため、下流領域での渦の発生を抑制できる。

なお、従来例では、上流領域での加速効果を得ることはできるが、下流領域が上流領域と同様の傾斜であるため、下流領域における流れ方向に対する投影面積の変化が本実施例と比較して大きくなってしまう。従って、従来例の下流領域では、筐体３に沿って流れる主流の流速が小さく且つ投影面積の変化が大きいので、剥離が生じやすい。

結果として、本実施例では、剥離による渦の発生を抑制できるため、渦がバイパス流路の流れに悪影響を与えることがなく、バイパス流路８に配置された流量センサ４の検出精度を向上することができる。

また、本実施例ではＬ２＞Ｌ１である。
これによれば、最大幅部２２よりも下流側の主流方向に対する外壁３ａの傾斜をよりなだらかにしやすくなる。

また、出口１２の上流端１２ａは、Ｘ方向において最大幅部２２よりも上流側に位置している。
これによれば、上流領域は外壁３ａに沿う主流の流れが加速しており流速が速いため、出口１２の上流端１２ａを上流領域に含めることで、ベンチュリ効果をより効率よく用いることができる。

また、出口１２が開口する外壁３ａ周辺は、出口１２からの流れと主流との合流により剥離が発生しやすい状況にあるが、主流の流速が大きく剥離の生じにくい上流領域に出口１２を設けることで、合流による剥離の発生を抑制することができる。

〔実施例２〕
実施例２を実施例１とは異なる点を中心に図７、図８を用いて説明する。
なお、実施例１と同じ符号は、同一の機能物を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例では、断面形状の外形線は、複数の直線の連続でなっている。
すなわち、筐体３のＺ方向一端側で主流が沿う外壁３ａ、Ｚ方向他端側で主流が沿う外壁３ａはともに、仮想線Ｘａに対して傾斜した複数の直線で形成されている。

例えば、上流領域の外形線は、上流端２０から仮想線Ｘａに対して傾斜角ｄ１傾いた直線３１と、直線３１の下流に接続するとともに仮想線Ｘａに対して傾斜角ｄ２傾いた直線３２とでなっている。なお、傾斜角ｄ１は傾斜角ｄ２よりも大きい。
また、下流領域の外形線は、下流端２１から仮想線Ｘａに対して傾斜角ｄ３傾いた直線３３と、直線３３の上流に接続するとともに仮想線Ｘａに対して傾斜角ｄ４傾いた直線３４とでなっている。なお、傾斜角ｄ３は傾斜角ｄ４よりも大きい。

そして、直線３４と直線３２とが交わる位置が最大幅部２２となっている。
つまり、上流領域の直線および下流領域の直線は、それぞれ最大幅部２２に向かって傾斜角が徐々に小さくなっている。

本実施例でも、実施例１と同様に、Ｗ１＞Ｗ２、及び、Ｗ１／Ｌ１＞Ｗ２／Ｌ２の関係を満たしている。また、断面形状において、下流端２１と最大幅部２２との間のＸ方向における距離は、上流端２０と最大幅部２２との間のＸ方向における距離よりも長い。また、出口１２の上流端１２ａは、Ｘ方向において最大幅部２２よりも上流側に位置している。
従って、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

なお、各直線が交わる角部に面取りやＲ形状を設けてもよい。
また、図８に示すように、上流端２０の角及び下流端２１の角をなくし、Ｘ方向に垂直な平面３５を設けてもよい。

〔変形例〕
実施例では、周回流路１４を有する内部流路１１によってバイパス流路８を設けていたが、バイパス流路８の態様はこれに限らず、主流の一部を取り込んで周回させることなく、入口１０から主流方向の順流に沿って形成され、入口１０から入った吸気を主流方向の順流に沿って流し、出口１２から放出するようなバイパス流路の態様であってもよい。

また、実施例では、出口１２が存在する位置での筐体３のＹ方向に垂直な断面形状が、幅方向に対称な形状であったが、対称な形状でなくてもよい。ただし、対称形状の場合のほうが、剥離や渦の発生の抑制の観点から望ましい。幅方向一端側と他端側とで流速差や圧力差が生じにくく、筐体３周りの流れが安定するからである。

また、実施例では、Ｌ２＞Ｌ１であったが、Ｌ２＝Ｌ１であってもよい。

１ 流体測定装置
３ 筐体
３ａ 外壁
４ 流量センサ
８ バイパス流路
１２ 出口
２０ 上流端
２１ 下流端
２２ 最大幅部

Claims (5)

1. 測定対象となる空気が流れるダクト（Ｄ）内において、前記ダクト（Ｄ）の外から前記ダクト（Ｄ）の中に向かって突出して設けられて、前記ダクト（Ｄ）の内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路（８）を形成する筐体（３）と、
   前記バイパス流路（８）に配設される流量センサ（４）と、
   前記筐体（３）の外壁（３ａ）に開口する前記バイパス流路（８）の出口（１２）とを備える流量測定装置であって、
   前記ダクト内の空気の流れ方向をＸ方向、前記筐体（３）の突出方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向、Ｚ方向の前記筐体（３）の長さを幅と呼ぶと、
   前記出口（１２）が存在する位置での前記筐体（３）のＹ方向に垂直な断面形状において、
   前記断面形状は、
   上流端（２０）と下流端（２１）との間に幅が最大となる最大幅部（２２）を有し、前記最大幅部（２２）から前記上流端（２０）に向かって徐々に幅が小さくなり、前記最大幅部（２２）から前記下流端（２１）に向かって徐々に幅が小さくなる形状を呈し、
   Ｘ方向における前記最大幅部（２２）と前記上流端（２０）との中央での筐体（３）の幅を幅Ｗ１、Ｘ方向における前記最大幅部（２２）と前記下流端（２１）との中央での筐体（３）の幅を幅Ｗ２、前記最大幅部（２２）と前記上流端（２０）とのＸ方向の距離を長さＬ１、前記最大幅部（２２）と前記下流端（２１）とのＸ方向の距離を長さＬ２とすると、
   Ｗ１＞Ｗ２、及び、Ｗ１／Ｌ１＞Ｗ２／Ｌ２
   の関係を満たし、
   前記出口（１２）は、前記外壁（３ａ）の前記ダクト（Ｄ）内の空気の流れ方向に沿う部分に形成されていることを特徴とする流量測定装置。
2. 測定対象となる空気が流れるダクト（Ｄ）内において、前記ダクト（Ｄ）の外から前記ダクト（Ｄ）の中に向かって突出して設けられて、前記ダクト（Ｄ）の内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス流路（８）を形成する筐体（３）と、
   前記バイパス流路（８）に配設される流量センサ（４）と、
   前記筐体（３）の外壁（３ａ）に開口する前記バイパス流路（８）の出口（１２）とを備える流量測定装置であって、
   前記ダクト内の空気の流れ方向をＸ方向、前記筐体（３）の突出方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向、Ｚ方向の前記筐体（３）の長さを幅と呼ぶと、
   前記出口（１２）が存在する位置での前記筐体（３）のＹ方向に垂直な断面形状において、
   前記断面形状は、
   上流端（２０）と下流端（２１）との間に幅が最大となる最大幅部（２２）を有し、前記最大幅部（２２）から前記上流端（２０）に向かって徐々に幅が小さくなり、前記最大幅部（２２）から前記下流端（２１）に向かって徐々に幅が小さくなる形状を呈し、
   Ｘ方向における前記最大幅部（２２）と前記上流端（２０）との中央での筐体（３）の幅を幅Ｗ１、Ｘ方向における前記最大幅部（２２）と前記下流端（２１）との中央での筐体（３）の幅を幅Ｗ２、前記最大幅部（２２）と前記上流端（２０）とのＸ方向の距離を長さＬ１、前記最大幅部（２２）と前記下流端（２１）とのＸ方向の距離を長さＬ２とすると、
   Ｗ１＞Ｗ２、及び、Ｗ１／Ｌ１＞Ｗ２／Ｌ２
   の関係を満たし、
   前記バイパス流路（８）は、前記ダクト（Ｄ）の内部を流れる空気の一部を取り込む入口（１０）と、この入口（１０）から取り込んだ空気を通す内部流路（１１）とを備え、
   この内部流路（１１）は、前記入口（１０）から下流側に連続する吸入流路（１３）と吸入流路（１３）からの空気を周回させて前記出口（１２）に向かわせる周回流路（１４）とを有し、
   前記吸入流路（１３）は分岐しており、一方には前記周回流路（１４）が接続され、他方にはダストを直進させて排出させるダスト排出流路（１６）が接続されていることを特徴とする流量測定装置。
3. 請求項１または２に記載の流量測定装置において、
   Ｌ２＞Ｌ１
   の関係を満たすことを特徴とする流量測定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の流量測定装置において、
   前記出口（１２）の上流端（１２ａ）は、Ｘ方向において前記最大幅部（２２）よりも上流側に位置していることを特徴とする流量測定装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の流量測定装置において、
   前記断面形状は幅方向に対称な形状であることを特徴とする流量測定装置。

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