(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気通路の周壁に形成された取付穴から空気通路に挿入して取り付けられる流量測定体と、
前記流量測定体内に形成され、前記空気通路内を流れる空気の一部を該流量測定体の側面に形成された流入口から流入させて該流量測定体内を通過させるバイパス流路と、
前記バイパス流路内に設置され、空気の流量を測定するセンサ部と、
前記流量測定体に支持され、前記空気通路内の空気流れ方向に略平行に形成されて前記空気通路内を流れる空気の一部を通過させるベンチュリ管部とを備え、
前記バイパス流路の流出口を前記ベンチュリ管部の周壁のうちの空気の流速が速くなる部分近傍に形成すると共に、前記ベンチュリ管部の長さを前記空気通路内の空気流れ方向の前記流量測定体の幅と略同一若しくはそれよりも短く形成したことを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項２】
前記バイパス流路は、前記流量測定体内に逆Ｕ字状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の空気流量測定装置。
【請求項３】
前記ベンチュリ管部の下流側周壁には、前記バイパス流路からのバイパス流が合流する部分に、該ベンチュリ管部の流路断面積を拡大する流路拡大部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気流量測定装置。
【請求項４】
前記流路拡大部は、前記ベンチュリ管部の周方向に沿って延在していることを特徴とする請求項３に記載の空気流量測定装置。
【請求項５】
前記バイパス流路の流出口には、バイパス流を前記ベンチュリ管部の下流側に向けてガイドするガイド部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空気流量測定装置。
【請求項６】
前記流量測定体の取付側端部には、前記空気通路の周壁の取付穴周縁部に係止されるフランジ部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の空気流量測定装置。
【請求項７】
前記流量測定体と前記ベンチュリ管部とは、３分割の成形型により樹脂で一体成形され、前記流量測定体の取付側端部に形成された型抜き用の開口部は、前記センサ部を組み付けた回路モジュールで閉鎖されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の空気流量測定装置。
【請求項８】
空気通路内に設置され、該空気通路内を流れる空気の一部を流入させるバイパス流路と、
前記バイパス流路内に設置され、空気の流量を測定するセンサ部と、
前記空気通路内に空気の流れ方向に略平行に設置され、該空気通路内を流れる空気の一部を通過させるベンチュリ管部とを備え、
前記バイパス流路の流出口を前記ベンチュリ管部の周壁のうちの空気の流速が速くなる部分近傍に形成すると共に、該ベンチュリ管部の下流側周壁には、前記バイパス流路からのバイパス流が合流する部分に、該ベンチュリ管部の流路断面積を拡大する流路拡大部を形成し、
前記ベンチュリ管部を外径が下流側ほど大きくなるように形成したことを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項９】
空気通路内に設置され、該空気通路内を流れる空気の一部を流入させるバイパス流路と、
前記バイパス流路内に設置され、空気の流量を測定するセンサ部と、
前記空気通路内に空気の流れ方向に略平行に設置され、該空気通路内を流れる空気の一部を通過させるベンチュリ管部とを備え、
前記バイパス流路の流出口を前記ベンチュリ管部の周壁のうちの空気の流速が速くなる部分近傍に形成すると共に、該ベンチュリ管部の下流側周壁には、前記バイパス流路からのバイパス流が合流する部分に、該ベンチュリ管部の流路断面積を拡大する流路拡大部を形成し、
前記ベンチュリ管部の流入口と前記バイパス流路の流入口とは、互いに前記空気通路の中心軸を挟んで近接していることを特徴とする空気流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気通路内に配置されたバイパス流路を流れる空気流量を測定することで、空気通路内の空気流量を測定する空気流量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の空気流量測定装置は、内燃機関の吸入空気流量を測定するのに用いられており、例えば特開平７−２６０５３５号公報に示すように、内燃機関の吸気通路内に配置されたバイパス流路内に、発熱素子と感温素子とを所定の間隔で設置し、発熱素子に供給する電力と感温素子で検出する温度とに基づいてバイパス流量ひいては吸入空気流量を測定するようになっている。このものでは、バイパス流路内の空気の流れが不安定であると、流量測定精度が低下するため、上記公開公報では、バイパス流路の流出口を主流方向に対して直角方向又は斜め方向に開口させ、該バイパス流路の流出口の両側部に主流方向と略平行な壁を形成している。これにより、主空気通路（内燃機関の吸気通路）内で生じる旋回流がバイパス流路の出口流に及ぼす影響を小さくして、バイパス流路の出口流を安定させるようにしている。
【０００３】
この場合、流量測定精度を高めるには、バイパス流路内の空気の流れを安定させることに加え、バイパス流の流速を速くすることが好ましい。ここで、バイパス流の流速を速くするには、バイパス流路の流出口の圧力を負圧にして、バイパス流路内の空気を吸い出すようにすれば良い。この観点から、上記公開公報では、バイパス流路の流出口の上流側にひさし状の突起を形成し、主流がこの突起に衝突して剥離することで、この突起の下流側に負圧部を生じさせ、この負圧部によってバイパス流路の流出口に吸出し力を作用させるようにしている。
【０００４】
しかし、バイパス流路の流出口の上流側にひさし状の突起を形成した程度ではバイパス流路の流出口に十分な吸出し力（負圧）を作用させることができず、バイパス流の流速を速くする効果が小さい。
【０００５】
そこで、実開昭６１−１９９６２３号公報では、主空気通路の一部をベンチュリ管状に形成し（以下これを「大ベンチュリ管」という）、この大ベンチュリ管内に小ベンチュリ管を同心状に配置すると共に、小ベンチュリ管の外周部にバイパス流路を形成して、このバイパス流路の流出口を小ベンチュリ管内に開口した構成としている。これにより、大小２つのベンチュリ管によって小ベンチュリ内の空気の流れを速くして、バイパス流路の流出口に作用する吸出し力（負圧）を大きくするようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構成では、主空気通路の一部を大ベンチュリ管で構成し、この大ベンチュリ管内に比較的長い小ベンチュリ管を同心状に配置する構成となっているため、装置全体が大型化し、これを内燃機関の吸気通路に組み付ける場合に、予め大小２つのベンチュリ管が同心状に組み付けられた二重ベンチュリ管ユニットを吸気通路の途中に連結する必要があり、組立作業も面倒である。要するに、上記構成では、吸気通路の適宜箇所に形成した取付穴に、いわゆるプラグイン方式で空気流量測定装置を取り付けることができない欠点がある。しかも、内側のベンチュリ管が大きいため、吸気通路の通気抵抗が大きくなり、吸気効率が低下する欠点もある。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、装置全体を小型化できて、プラグイン方式による組付けを可能にすると共に、バイパス流路の流出口に作用する吸出し力（負圧）を大きくできて、流量測定精度も向上することができ、しかも、通気抵抗も小さくできる空気流量測定装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の空気流量測定装置は、ベンチュリ管部が形成された流量測定体を空気通路の周壁の取付穴から空気通路に挿入して取り付ける。流量測定体内には、前記空気通路内を流れる空気の一部を該流量測定体の側面に形成された流入口から流入させるバイパス流路を形成し、このバイパス流路内に設置したセンサ部により空気の流量を測定する。このバイパス流路の流出口をベンチュリ管部の周壁のうちの空気の流速が速くなる部分近傍に形成することで、バイパス流路の流出口に作用する吸出し力（負圧）を大きくして、バイパス流路内の空気の流れ（バイパス流）を速くし、流量測定精度を向上させる。更に、ベンチュリ管部の長さを空気通路内の空気流れ方向（主流方向）の流量測定体の幅と略同一若しくはそれよりも短く形成することで、装置全体を小型化してプラグイン方式による組付けを可能にすると共に、通気抵抗も小さくする。
【０００９】
この場合、請求項２のように、前記バイパス流路を流量測定体内に逆Ｕ字状に形成することが好ましい。これにより、バイパス流路の全長を長くして、バイパス流路内の空気の慣性を大きくし、それによって、空気通路内の空気の流れ（主流）の脈動によるバイパス流の脈動を低減し、脈動による流量測定精度低下を防止する。
【００１０】
更に、請求項３のように、前記ベンチュリ管部の下流側周壁には、前記バイパス流路からのバイパス流が合流する部分に、該ベンチュリ管部の流路断面積を拡大する流路拡大部を形成することが好ましい。つまり、ベンチュリ管部の下流側でバイパス流路からのバイパス流が合流すると、ベンチュリ管部内を流れる空気流量が増加するため、その合流部の流路断面積を流路拡大部によって拡大することで、合流後の流れを円滑にし、バイパス流路の流出口に作用する吸出し力（負圧）を効果的に大きくする。
【００１１】
この場合、請求項４のように、バイパス流の合流部に形成する流路拡大部を、前記ベンチュリ管部の周方向に沿って延在させることが好ましい。これにより、バイパス流路の出口流に対して吸出し力（負圧）が作用する領域が拡大され、吸出し力が更に大きくなる。
【００１２】
また、請求項５では、前記バイパス流路の流出口にガイド部を形成し、このガイド部によってバイパス流を前記ベンチュリ管部の下流側に向けてガイドする。これにより、ベンチュリ管部内の流れに対してバイパス流をスムーズに合流させることができ、合流時の流れの衝突によるバイパス流の流速低下を防ぐことができる。
【００１３】
また、請求項６では、前記流量測定体の取付側端部に、前記空気通路の周壁の取付穴周縁部に係止（抜止め）されるフランジ部を形成している。これにより、万一、流量測定体を固定する手段が外れたとしても、空気通路内に流量測定体が脱落して吸い込まれることがフランジ部によって確実に防止できる。
【００１４】
また、請求項７では、前記流量測定体と前記ベンチュリ管部とを、３分割の成形型により樹脂で一体成形し、前記流量測定体の取付側端部に形成された型抜き用の開口部を、前記センサ部を組み付けた回路モジュールで閉鎖している。この構成では、流量測定体とベンチュリ管部とが１つの成形品となり、空気流量測定装置の部品点数削減・組立能率向上も実現できる。
【００１５】
また、請求項８は、空気通路内にバイパス流路とベンチュリ管部とを設け、前記バイパス流路の流出口を前記ベンチュリ管部の周壁のうちの空気の流速が速くなる部分に形成すると共に、該ベンチュリ管部の下流側周壁には、前記バイパス流路からのバイパス流が合流する部分に、該ベンチュリ管部の流路断面積を拡大する流路拡大部を形成したことを構成要件とするものである。これにより、空気流量測定装置の小型化と流量測定精度向上とを両立できる。
【００１６】
この場合、請求項８のように、前記ベンチュリ管部の外径を下流側ほど大きくなるように形成すると良い。この構成では、ベンチュリ管部の外周面と空気通路の内周面との間の空気流路がベンチュリ管部の下流側ほど狭くなるため、該空気流路の空気流（主流）がベンチュリ管部の下流側ほど速くなり、その主流によってベンチュリ管部の流出口に作用する吸出し力（負圧）が大きくなる。これにより、ベンチュリ管部内の空気の流速が益々速くなり、バイパス流路の流出口に作用する吸出し力（負圧）が益々大きくなる。
【００１７】
また、請求項９のように、前記ベンチュリ管部の流入口と前記バイパス流路の流入口とを、互いに空気通路の中心軸を挟んで近接させて設けることが好ましい。これにより、空気通路を流れる空気がベンチュリ管部の流入口とバイパス流路の流入口との双方にバランス良く流入し、バイパス流が安定して確保される。また、空気通路内の主流の速度分布は空気通路の曲りによって変化するが、ベンチュリ管部の流入口とバイパス流路の流入口とを空気通路の中心軸を挟んで近接させれば、ベンチュリ管部の上流側の空気通路の曲りによって主流の速度分布が変化しても平均的なバイパス流を確保でき、安定した流量測定が可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を内燃機関の吸入空気流量測定装置に適用した一実施形態を図面に基づいて説明する。内燃機関の吸気管１１（空気通路）の所定位置に形成された取付穴１２に空気流量測定装置１３がプラグイン方式で組み付けられている。空気流量測定装置１３は、回路モジュール１４と流量測定体１５とからなる。流量測定体１５は全体として取付穴１２から吸気管１１の中心軸Ｃ付近まで延びる縦長の長方形断面の棒状に形成されている。この流量測定体１５は、吸気管１１の径方向に沿って延在する２本の管を吸気管１１の空気流れ方向に沿って並べて接合壁１７で接合した如き形状に形成され、その接合壁１７の回路モジュール１４側である上部を連通させることで、回路モジュール１４側をターン部とする逆Ｕ字状のバイパス流路１８を形成している。この流量測定体１５の上流側側面には、吸気管１１内を流れる空気（主流）の一部をバイパス流路１８内に流入させる流入口１９が吸気管１１の中心軸Ｃに隣接するように形成されている。また、流量測定体１５の上端外周部にはフランジ部２０が形成され、このフランジ部２０が取付穴１２の周縁部上面に係止（抜止め）されるようになっている。
【００１９】
流量測定体１５の下端にはベンチュリ管部１６が主流方向に平行に形成され、該ベンチュリ管部１６の流入口２１とバイパス流路１８の流入口１９とが互いに吸気管１１の中心軸Ｃを挟んで近接している。ベンチュリ管部１６内の空気の流速が最も速くなる喉部（絞り部）から下流側の周壁には、バイパス流路１８の流出口２２が形成され、ベンチュリ管部１６の下流側、すなわち喉部の近傍でバイパス流路１８の流れ（バイパス流）がベンチュリ管部１６内の流れ（ベンチュリ流）と合流するようになっている。
【００２０】
更に、ベンチュリ管部１６の下流側周壁には、バイパス流路１８からのバイパス流が合流する部分に、該ベンチュリ管部１６の流路断面積を拡大する流路拡大部２３［図２（ｃ）及び図３参照］が形成されている。本実施形態では、流路拡大部２３は、ベンチュリ管部１６の周方向に沿って略１８０°の範囲で延在するように形成されている。尚、流路拡大部２３の延在範囲は略１８０°に限定されず、これより広くても狭くても良いが、合流後の流れを円滑にするためには流路拡大部２３の延在範囲は広い方が良い。
【００２１】
また、本実施形態では、流路拡大部２３の上流側端面を上流から下流に向けて小径になる円錐面によって斜面状に形成することで、バイパス流路１８の流出口２２に、バイパス流をベンチュリ管部１６の下流側に向けてガイドするガイド部２４［図１（ｂ）参照］が形成されている。ベンチュリ管部１６は、外径が下流側ほど大きくなるように形成され、ベンチュリ管部１６の外周面と吸気管１１の内周面との間の空気流路がベンチュリ管部１６の下流側ほど狭くなっている。
【００２２】
また、ベンチュリ管部１６の長さは、流量測定体１５の主流方向の幅よりも若干短く形成されている。これは、ベンチュリ管部１６の外径が下流側ほど大きくなるため、取付穴１２内に挿入できるように、ベンチュリ管部１６の下流側の一部をカットしたものである。従って、取付穴１２をもう少し大きく形成すれば、ベンチュリ管部１６の長さを流量測定体１５の主流方向の幅と略同一にしても良い。
【００２３】
この場合、図２（ｂ）に示すように、ベンチュリ管部１６とフランジ部２０とを有する流量測定体１５は、３分割の成形型２５，２６，２７により樹脂で一体成形されている。すなわち、上下方向にスライドする第１の成形型２５は、流量測定体１５の内部を成形し、左右方向にスライドする第２の成形型２６は、ベンチュリ管部１６の外周面と上流側内周面を成形し、同じく、左右方向にスライドする第３の成形型２７はベンチュリ管部１６の下流側内周面を成形する。そして、流量測定体１５の外周面は、第２及び第３の成形型２６，２７によって成形する。
【００２４】
一方、流量測定体１５の上端部に形成された型抜き用の開口部は、図１に示すように回路モジュール１４で閉鎖されている。この回路モジュール１４の下面には、センサ部を構成する発熱素子２９と感温素子３０とがそれぞれ支持部材３１，３２によって所定間隔で組み付けられ、これら発熱素子２９と感温素子３０とがバイパス流路１８のうちの上端屈曲部よりも上流側寄りの位置に設置されている。そして、回路モジュール１４の内部には、発熱素子２９と感温素子３０への通電を制御する回路基板３３が設けられ、回路モジュール１４の側部には、ワイヤハーネス（図示せず）を接続するためのコネクタ３４がインサート成形されている。また、回路モジュール１４の下面側には、吸気温センサ３５［図１（ａ）参照］が下方に突出するようにインサート成形され、この吸気温センサ３５が流量測定体１５の側方に位置して吸気管１１内を流れる空気の温度（吸気温度）を検出する。
【００２５】
尚、流量測定体１５の上端のフランジ部２０は回路モジュール１４の下面の嵌合凸部３６と融着又は接着等により接合され、嵌合凸部３６の外周に装着したＯリング３７によって取付穴１２の内周部がシールされている。そして、回路モジュール１４の側部に形成した固定片部３８のネジ挿通孔にネジ３９を挿通して吸気管１１に形成した取付フランジ４０のネジ孔に締め込むことで、空気流量測定装置１３をプラグイン方式で吸気管１１の取付穴１２に組み付けている。
【００２６】
以上のように構成した空気流量測定装置１３では、吸気管１１内を流れる空気の一部がバイパス流路１８とベンチュリ管部１６に分かれて流入する。バイパス流路１８に流入した空気（バイパス流）は、ベンチュリ管部１６のうちの空気の流速が速くなる下流側で、ベンチュリ管部１６内の空気の流れ（ベンチュリ流）と合流する。この合流部では、ベンチュリ流によってバイパス流路１８の流出口２２に吸出し力（負圧）が作用し、バイパス流の流速を速くする。そして、このバイパス流に晒される発熱素子２９に供給する電力と感温素子３０で検出する温度とに基づいてバイパス流量ひいては吸入空気流量を測定する。つまり、発熱素子２９の電流（発熱温度）を感温素子３０の検出温度（吸気温度）との温度差が一定となるように制御し、そのときの発熱素子２９の電流値によって吸入空気流量を測定する。
【００２７】
ここで、ベンチュリ管部１６内の空気の流れについて考察する。図４に示すように、ベンチュリ管部１６の喉部（絞り部）の流路断面積をＡ1 、流出口側の流路断面積をＡ2 、流入口と喉部との圧力差をΔＰ1 、流入口と流出口との圧力差をΔＰ2 とすると、次式のような関係がある。
ΔＰ1 ＝（Ａ2 ／Ａ1 ）2 ・ΔＰ2
【００２８】
この圧力差ΔＰ1 ，ΔＰ2 を実測すると、図４に示すような測定結果が得られた。ベンチュリ管部１６の流入口からの圧力差は喉部で最大となり、喉部でベンチュリ流の流速が最大となる。バイパス流路１８の流出口２２に作用する吸出し力（負圧）は、ベンチュリ流速が速くなるほど大きくなるため、バイパス流路１８の流出口２２は、ベンチュリ流速が最大となる喉部付近に形成することが好ましい。
【００２９】
但し、図５（ｂ）に示すように、バイパス流路１８の流出口をベンチュリ流に対して直角に形成すると、バイパス流路１８の流出口でバイパス流がベンチュリ流と直角に衝突して、バイパス流の流勢がそがれ、バイパス流速が低下してしまう。
【００３０】
これに対し、図５（ａ）に示すように、バイパス流路１８の流出口にバイパス流をベンチュリ管部１６の下流側に向けてガイドするガイド部２４を形成すると、バイパス流の合流角度がベンチュリ流の流れ方向に近付いて、バイパス流をスムーズにベンチュリ流に合流させることができ、合流時の流れの衝突によるバイパス流の流速低下を防ぐことができる。これにより、バイパス流路１８の流出口に作用する吸出し力（負圧）を有効に利用してバイパス流速を速くすることができて、図５（ｃ）の測定結果に示すように、バイパス流速を向上させることができる。
【００３１】
以上説明した本実施形態の空気流量測定装置１３によれば、ベンチュリ管部１６の長さを流量測定体１５の主流方向の幅と略同一若しくはそれよりも短く形成したので、空気流量測定装置１３全体を小型化できて、プラグイン方式による組付けを行うことができる。従って、空気流量測定装置１３の組付箇所は、吸気管１１に限らず、エアクリーナ、スロットルボディ等、吸気通路の一部を構成する他の部材でも、所定寸法の取付穴を形成すれば、空気流量測定装置１３を極めて簡単に組み付けることができ、空気流量測定装置１３の共通化・コストダウンが可能となる。しかも、ベンチュリ管部１６が小さいため、吸気管１１の通気抵抗を小さくでき、吸気効率を向上できる。
【００３２】
また、ベンチュリ管部１６の下流側でバイパス流が合流すると、ベンチュリ管部１６内を流れる空気流量が増加することを考慮し、ベンチュリ管部１６の下流側周壁のうちのバイパス流が合流する部分に流路拡大部２３を形成しているので、合流後の流量増加に見合った流路断面積を確保できて、合流後の流れを円滑にでき、バイパス流路１８の流出口２２に作用する吸出し力（負圧）を効果的に大きくできる。
【００３３】
更に、ベンチュリ管部１６の外径を下流側が大きくなるように形成しているので、ベンチュリ管部１６の外周面と吸気管１１の内周面との間の空気流路がベンチュリ管部１６の下流側ほど狭くなる。このため、吸気管１１内の空気流（主流）がベンチュリ管部１６の下流側ほど速くなり、その主流によってベンチュリ管部１６の流出口に作用する吸出し力（負圧）を大きくできて、ベンチュリ管部１６内の空気の流速を速くでき、バイパス流路１８の流出口に作用する吸出し力（負圧）を大きくできる。
【００３４】
また、流量測定体１５の上端部に一体成形したフランジ部２０を吸気管１１の取付穴１２の周縁部に係止させるようにしたので、万一、流量測定体１５と回路モジュール１４との接合が剥がれたとしても、吸気管１１内に流量測定体１５やＯリング３７が脱落して内燃機関に吸い込まれることがフランジ部２０によって確実に防止され、故障を未然に防止できる。
【００３５】
また、吸気管１１内の主流の速度分布が吸気管１１の曲りによって変化することを考慮し、ベンチュリ管部１６の流入口２１とバイパス流路１８の流入口１９とを吸気管１１の中心軸Ｃを挟んで近接させているので、吸気管１１の曲り等によって主流の速度分布が変化しても平均的なバイパス流を確保でき、安定した流量測定を行うことができる。
【００３６】
尚、本発明は、内燃機関の吸入空気量を測定する装置に限定されず、種々の空気通路を流れる空気流量を測定する装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態における空気流量測定装置の組付状態を示す縦断左側面図、（ｂ）は同縦断正面図である。
【図２】（ａ）は流量測定体とベンチュリ管部との一体成形品の左側面図、（ｂ）は３分割の成形型による成形時の状態を示すＡ−Ａ断面図、（ｃ）は一体成形品の右側面図である。
【図３】ベンチュリ管部と流量測定体の下部を示す斜視図である。
【図４】ベンチュリ管部の流入口からの圧力差と吸気管流量との関係を説明する図である。
【図５】バイパス流路の流出口に形成するガイド部の作用を説明する図である。
【符号の説明】
１１…吸気管、１２…取付穴、１３…空気流量測定装置、１４…回路モジュール、１５…流量測定体、１６…ベンチュリ管部、１７…接合壁、１８…バイパス流路、２０…フランジ部、２３…流路拡大部、２４…ガイド部、２５…第１の成形型、２６…第２の成形型、２７…第３の成形型、２９…発熱素子（センサ部）、３０…感温素子（センサ部）、３５…吸気温センサ、３７…Ｏリング、４０…取付フランジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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