(57)【要約】【課題】バイパス通路５を流れる空気の流れ方向に係わらず、検出素子１４に対して偏流の無い安定した流速分布を与えることにより、出力特性の安定化を図ることが出来る空気流量測定装置（エアフロメータ）を提供する。【解決手段】バイパス通路５は、入口と出口との間の通路途中に折り返し部が形成され、その折り返し部より上流側の通路に３つの絞り部が設けられている。この３つの絞り部は、検出素子１４が配置される部位に設けられるメイン絞り部６と、検出素子１４が配置される部位より上流側に設けられる上流側絞り部７と、検出素子１４が配置される部位より下流側に設けられる下流側絞り部８とを有する。なお、メイン絞り部６に形成される最絞り部の断面積は、上流側絞り部７および下流側絞り部８に形成される絞り通路部の断面積より小さく設定されている。【選択図】図１
2011122962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス通路と、
このバイパス通路に配置される流量測定用の検出素子と、
この検出素子によって得られる情報を基に、前記バイパス通路を流れる空気の流量、及び、空気の流れ方向（順流と逆流）を検出できる空気流量測定装置であって、
前記バイパス通路の断面積を絞る複数の絞り部を有し、
前記複数の絞り部は、
前記検出素子が配置される部位に設けられるメイン絞り部と、
前記検出素子が配置される部位より上流側に設けられる上流側絞り部と、
前記検出素子が配置される部位より下流側に設けられる下流側絞り部とを有することを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載した空気流量測定装置において、
前記メイン絞り部は、前記バイバス通路の断面積が最も小さくなる最絞り部から上流側および下流側へ向かって次第に前記バイバス通路の断面積が大きくなる様に設けられ、
前記検出素子は、前記最絞り部に配置されていることを特徴とする空気流量測定装置。  
【請求項３】
請求項１または２に記載した空気流量測定装置において、
前記上流側絞り部によって絞られる前記バイパス通路の断面積および前記下流側絞り部によって絞られる前記バイパス通路の断面積より、前記メイン絞り部によって絞られる前記バイパス通路の断面積の方が小さいことを特徴とする空気流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気の流量および流れ方向（順流と逆流）を検出できる空気流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車用エンジンの吸入空気量を測定する空気流量測定装置がある。
この空気流量測定装置は、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス通路を有し、このバイパス通路の内部に流量測定用の検出素子を配置している。
この空気流量測定装置では、バイパス通路に流入する空気の流れに乱れ（不安定な偏った流速分布）が生じると、検出素子の検出精度が低下するため、出力特性が安定しないという問題が生じる。
そこで、特許文献１では、空気の乱れを抑制する手段として、バイパス通路に絞り部を設けている。この絞り部は、バイパス通路の入口部から検出素子が配置されている部位までの断面が三次元的に徐々に絞った形状を有している。
また、特許文献２の発明では、バイパス通路の検出素子が配置される部位より上流側（バイパス通路の入口側）に絞り部を設けることで空気の乱れを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５７４６５号公報
【特許文献２】特開平１１−１１８５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、図４（ａ）に示す様に、バイパス通路１００に不安定な偏った流速分布を有する空気が流入すると、その流速分布の偏った空気が、絞り部１１０を通過する際に絞られることにより、安定した流速分布が得られる。つまり、流速部分の偏った空気が、絞り部１１０を通過することで流速分布の広がりが狭められるため、安定した流速分布が形成される。
しかし、絞り部１１０による効果、すなわち、安定した流速分布が得られるのは、絞り部１１０によってバイパス通路１００の断面積が最も狭くなっている部分（最絞り部と呼ぶ）を通過した後であり、検出素子１２０が配置される最絞り部では、最絞り部を通過した後と比較すると、安定した流速分布が得られない。
このため、特許文献１に記載されている様に、最絞り部に検出素子１２０を配置しても、その検出素子１２０に対し安定した流速分布を与えることは困難である。
【０００５】
また、特許文献２の発明では、バイパス通路１００の検出素子１２０が配置される部位より上流側に絞り部１１０を設けているため、例えば、吸気脈動によりダクト内に逆流が発生した場合は、絞り部１１０を設けたことによる効果を得ることが出来ない。つまり、図４（ｂ）に矢印で示す様に、バイパス通路１００に偏った流速分布を有する逆流が流れ込んだ場合、その逆流方向に対しては、絞り部１１０より検出素子１２０の方が上流側（図示上側）に位置しているため、偏った流速分布を有する逆流を検出素子１２０で検出することになり、出力変動が大きくなる。
さらに、特許文献２では、ダクト内を流れる空気の流れ方向が順流の場合でも、検出素子１２０が配置される部位に絞り部１１０を設けていない。このため、検出素子１２０の上流側に設けられた絞り部１１０によって整流された空気が絞り部１１０を通過した後に拡散すると、検出素子１２０を通過する空気の流速が低下して、検出精度にばらつきが生じる恐れがある。
【０００６】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、バイパス通路を流れる空気の流れ方向に係わらず、つまり、順流と逆流のどちらにおいても、検出素子に対して偏流の無い安定した流速分布を与えることにより、出力特性の安定化を図ることが出来る空気流量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（請求項１に係る発明）
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通路と、このバイパス通路に配置される流量測定用の検出素子と、この検出素子によって得られる情報を基に、バイパス通路を流れる空気の流量、及び、空気の流れ方向（順流と逆流）を検出できる空気流量測定装置であって、バイパス通路の断面積を絞る複数の絞り部を有し、複数の絞り部は、検出素子が配置される部位に設けられるメイン絞り部と、検出素子が配置される部位より上流側に設けられる上流側絞り部と、検出素子が配置される部位より下流側に設けられる下流側絞り部とを有することを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、検出素子が配置される部位と、その検出素子が配置される部位より上流側および下流側の３個所にそれぞれ絞り部を設けているので、順流と逆流とに係わらず、検出素子に対し常に安定した流速分布を与えることが出来る。
なお、ダクトの内部を一方から他方に向かって空気が流れる時に、その空気の一部がバイパス通路の入口から流入して出口より流出する流れを順流と呼び、ダクトの内部を他方から一方に向かって空気が流れる時に、その空気の一部がバイパス通路の出口から流入して入口より流出する流れを逆流と呼ぶ。
【０００９】
順流の時は、バイパス通路の入口より流入した空気の乱れが上流側絞り部を通過することにより整流されて安定した流速分布を得ることができ、且つ、検出素子が配置される部位に設けられるメイン絞り部によって空気の拡散を防止できる。その結果、検出精度が向上し、出力特性の安定化を図ることが出来る。
一方、逆流の時は、バイパス通路の出口より流入した空気の乱れが下流側絞り部を通過することにより整流されて安定した流速分布を得ることができ、且つ、検出素子が配置される部位に設けられるメイン絞り部によって空気の拡散を防止できる。その結果、検出精度が向上し、出力特性の安定化を図ることが出来る。
【００１０】
（請求項２に係る発明）
請求項１に記載した空気流量測定装置において、メイン絞り部は、バイバス通路の断面積が最も小さくなる最絞り部から上流側および下流側へ向かって次第にバイバス通路の断面積が大きくなる様に設けられ、検出素子は、最絞り部に配置されていることを特徴とする。
本発明の空気流量測定装置は、順流だけでなく逆流も検出するので、最絞り部（メイン絞り部によってバイパス通路の断面積が最も狭くなっている部分）に検出素子を配置することにより、順流と逆流の両方で検出精度を向上できる。
【００１１】
（請求項３に係る発明）
請求項１または２に記載した空気流量測定装置において、上流側絞り部によって絞られるバイパス通路の断面積および下流側絞り部によって絞られるバイパス通路の断面積より、メイン絞り部によって絞られるバイパス通路の断面積の方が小さいことを特徴とする。  上記の構成によれば、バイパス通路の断面積がメイン絞り部で最も小さく（狭く）設定されるので、バイパス通路を流れる空気の流量をメイン絞り部でコントロールできる。つまり、バイパス通路を流れる空気の流量をメイン絞り部に配置された検出素子により精度良く検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る絞り部を設けたバイパス通路の一部断面図である。
【図２】エアフロメータを吸気ダクトに取り付けた断面図である。
【図３】（ａ）センサ部による流量計測の原理を説明する温度分布図、（ｂ）センサ部に使用される検出素子の断面図である。
【図４】（ａ）特許文献１の従来技術を示すバイパス通路の一部断面図、（ｂ）特許文献２の従来技術を示すバイパス通路の一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００１４】
（実施例１）
この実施例１は、例えば、自動車用エンジンの吸入空気量を測定するエアフロメータ１に本発明の空気流量測定装置を適用した一例である。
エアフロメータ１は、図２に示す様に、吸気ダクト２に取り付けられるセンサボディ３と、このセンサボディ３の内部に組み込まれるセンサ部４とを有する。
吸気ダクト２は、エンジンの吸気ポート（図示せず）に接続される吸気通路の一部を形成するもので、例えば、吸気通路の最上流に配置されるエアクリーナの出口パイプ、あるいは、この出口パイプの下流側に接続される吸気管等である。
【００１５】
センサボディ３は、吸気ダクト２に空けられた取付け孔より吸気ダクト２の内部に着脱可能に挿入され、図示しないコネクタと一体に設けられたフランジ部３ａを介して吸気ダクト２に固定されている。
このセンサボディ３の内部には、吸気ダクト２の内部を図２の右側（エアクリーナ側）から左側（エンジン側）に向かって流れる空気、つまり、エンジンに吸入される空気の一部を取り込むバイパス通路５が形成されている。
バイパス通路５は、吸気ダクト２の上流側に向かって開口する入口５ａと、吸気ダクト２の下流側に向かって開口する出口５ｂとを有し、入口５ａと出口５ｂとの間の通路途中に、通路方向が１８０度反転する折り返し部が形成されている。また、折り返し部より上流側のバイパス通路５には、後述する３つの絞り部６、７、８（図１参照）が設けられている。
【００１６】
センサ部４は、図３（ｂ）に示す様に、例えば、シリコン製のセンサ基板９に設けられるダイヤフラム１０の表面上に薄膜抵抗体（発熱抵抗体１１と側温抵抗体１２、１３）を形成した検出素子１４と、発熱抵抗体１１の発熱温度を制御すると共に、側温抵抗体１２、１３の抵抗値を基に、空気の流量と流れ方向（順流と逆流）に応じたセンサ信号を出力する制御回路部（図示せず）とを有し、図１に示す様に、検出素子１４がバイパス通路５の折り返し部より上流側に配置されている。
発熱抵抗体１１は、バイパス通路５を流れる空気の温度よりも一定温度高い基準温度に通電制御される。
側温抵抗体１２、１３は、発熱抵抗体１１の上流側に近接して配置される側温抵抗体（以下、上流側温抵抗体１２と呼ぶ）と、発熱抵抗体１１の下流側に近接して配置される側温抵抗体（以下、下流側温抵抗体１３と呼ぶ）とで構成される。
【００１７】
上記のセンサ部４による空気流量の計測原理について説明する。
発熱抵抗体１１が基準温度に通電制御されると、発熱抵抗体１１の発熱による温度分布が生じる。ここで、バイパス通路５に空気の流れが発生していない時は、図３（ａ）に破線グラフで示す様に、発熱抵抗体１１の位置を中心として上流側と下流側とで温度分布が左右対称となるため、上流側温抵抗体１２で検出される温度と、下流側温抵抗体１３で検出される温度とが等しくなる。
これに対し、例えば、バイパス通路５に順流が生じると、図３（ａ）に実線グラフで示す様に、発熱抵抗体１１の下流側（図示右側）へ偏った温度分布が生じるため、上流側温抵抗体１２の検出温度より、下流側温抵抗体１３の検出温度の方が高くなる。
【００１８】
一方、バイパス通路５に逆流が生じると、発熱抵抗体１１の上流側（図示左側）へ偏った温度分布が生じるため、下流側温抵抗体１３の検出温度より、上流側温抵抗体１２の検出温度の方が高くなる。
これにより、上流側温抵抗体１２の検出温度と下流側温抵抗体１３の検出温度との間に温度差ＤＴｈが生じるため、この温度差ＤＴｈに応じて、上流側温抵抗体１２と下流側温抵抗体１３の抵抗値がそれぞれ変化し、この抵抗値の変化により生じる電位差が増幅されて、センサ信号（例えばアナログ電圧）として、コネクタに接続される外部のＥＣＵ（図示せず）へ出力される。なお、センサ信号は、アナログ電圧を周波数値に変換して出力することも出来る。
【００１９】
次に、本発明に係る３つの絞り部６〜８について説明する。
３つの絞り部６〜８は、図１に示す様に、検出素子１４が配置される部位に設けられるメイン絞り部６と、検出素子１４が配置される部位より上流側（バイパス通路５の入口５ａ側：図１の下側）に設けられる上流側絞り部７と、検出素子１４が配置される部位より下流側（バイパス通路５の出口５ｂ側）に設けられる下流側絞り部８とを有する。
メイン絞り部６は、バイパス通路５の断面積を最も小さくする最絞り部から上流側および下流側へ向かって次第にバイパス通路５の断面積が大きくなる様に設けられ、且つ、最絞り部より上流側と下流側の絞り形状が対称に設けられている。
【００２０】
上流側絞り部７と下流側絞り部８は、同一の絞り形状を有し、且つ、メイン絞り部６から、それぞれ略等距離の位置に設けられている。
この上流側絞り部７および下流側絞り部８は、例えば、バイパス通路５の断面積を所定の長さに渡って一定の割合で絞った絞り通路部と、この絞り通路部の入口側と出口側とに設けられ、それぞれ絞り通路部よりバイパス通路５の断面積が漸増するテーパ部とを有している。
なお、メイン絞り部６に形成される最絞り部の断面積は、上流側絞り部７および下流側絞り部８に形成される絞り通路部の断面積より小さく設定されている。
【００２１】
（実施例１の作用および効果）
本実施例のエアフロメータ１は、図２に示す様に、バイパス通路５の通路方向が吸気ダクト２の通路方向と略直交して形成されている。つまり、バイパス通路５の折り返し部より上流側の通路と下流側の通路は、その通路方向が図２に示す上下方向に延びて形成されており、吸気ダクト２の通路方向（図示左右方向）と略直交している。
この場合、例えば、エンジンが空気を吸引する順流の時は、吸気ダクト２を流れる空気の一部がバイパス通路５の入口５ａからバイパス通路５へ流入した後、流れ方向が大きく（略直角に）変化する。このため、バイパス通路５の入口５ａ付近では、図１に示す様に、流速の最大値が図示左側に偏った不安定な流速分布が形成される。
【００２２】
これに対し、本実施例では、バイパス通路５に３つの絞り部（メイン絞り部６、上流側絞り部７、下流側絞り部８）を設け、メイン絞り部６に形成される最絞り部に検出素子１４を配置しているので、順流と逆流とに係わらず、検出素子１４に対し常に安定した流速分布を与えることが出来る。
例えば、吸気ダクト２を流れる空気の流れ方向が順流の時は、図１に示す様に、バイパス通路５に流入した空気に不安定な偏った流速分布が生じても、その偏った流速分布を有する空気の流れが検出素子１４に到達する前に、上流側絞り部７を通過することで流速分布の偏りが抑制される。その後、メイン絞り部６を通過する際に、上流側絞り部７を通過した後に拡散した流速分布が絞られる（流速分布の拡散が抑えられる）ため、安定した流速分布が形成される。これにより、検出素子１４を通過する空気の流速が安定するため、検出精度のばらつきが抑制され、安定した出力特性を得ることが出来る。
【００２３】
また、逆流の時でも、順流の時と同様に、偏った流速分布を有する空気の流れが検出素子１４に到達する前に、下流側絞り部８を通過することで流速分布の偏りが抑制され、その後、メイン絞り部６を通過する際に、下流側絞り部８を通過した後に拡散した流速分布が絞られることにより、検出素子１４を通過する空気の流速が安定する。その結果、検出精度のばらつきが抑制されて、安定した出力特性を得ることが出来る。
さらに、３つの絞り部６〜８は、メイン絞り部６に形成される最絞り部の断面積が、上流側絞り部７および下流側絞り部８に形成される絞り通路部の断面積より小さく設定されている。その結果、バイパス通路５を流れる空気の流量をメイン絞り部６でコントロールできるので、メイン絞り部６に配置された検出素子１４により空気の流量を精度良く検出できる。
【００２４】
（変形例）
実施例１の説明では、バイパス通路５の折り返し部より上流側（入口５ａ側）に３つの絞り部（メイン絞り部６、上流側絞り部７、下流側絞り部８）を全て設けているため、メイン絞り部６と上流側絞り部７および下流側絞り部８との間隔が小さく（狭く）なっているが、メイン絞り部６と上流側絞り部７および下流側絞り部８との間隔を大きく（広く）しても良い。例えば、メイン絞り部６をバイパス通路５の折り返し部に設けて、その最絞り部に検出素子１４を配置し、且つ、上流側絞り部７をバイパス通路５の入口５ａ付近、下流側絞り部８をバイパス通路５の出口５ｂ付近に設けることも出来る。
【００２５】
本発明に係る３つの絞り部（メイン絞り部６、上流側絞り部７、下流側絞り部８）は、バイパス通路５を二次元的に絞った形状でも良いし、三次元的に絞った形状でも良い。
また、実施例１に記載したメイン絞り部６は、最絞り部より上流側と下流側の絞り形状を対称に設けているが、必ずしも対称形状である必要はなく、最絞り部に検出素子１４が配置されていれば良い。
【符号の説明】
【００２６】
１  エアフロメータ（空気流量測定装置）
２  吸気ダクト
５  バイパス通路
６  メイン絞り部
７  上流側絞り部
８  下流側絞り部
１４  検出素子
【図１】
2011122962.tif 000003
【図２】
2011122962.tif 000004
【図３】
2011122962.tif 000005
【図４】
2011122962.tif 000006