(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流量を計測する計測素子と、
前記計測素子が配置される、湾曲形成された副通路と、
前記副通路が構成され、主空気流中に配置されるハウジングと、
を備えた空気流量測定装置において、
前記副通路の壁面が、連続している凹凸に形成され、該凹凸のピッチが５０μｍ〜1ｍｍの粗面に形成されていることを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項２】
空気流量を計測する計測素子と、
前記計測素子が配置される、湾曲形成された副通路と、
前記副通路が構成され、主空気流中に配置されるハウジングと、
を備えた空気流量測定装置において、
前記副通路の壁面が、連続している凹凸に形成され、該凹凸のピッチが９０±４０μｍの粗面に形成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】
空気流量を計測する計測素子と、
前記計測素子が配置される、湾曲形成された副通路と、
前記副通路が構成され、主空気流中に配置されるハウジングと、
を備えた空気流量測定装置において、
前記副通路の壁面が、連続している凹凸に形成され、該凹凸のピッチが９０±２０μｍの粗面に形成されていることを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の空気流量測定装置において、
前記計測素子よりも入口側副通路壁面が、前記計測素子よりも出口側副通路壁面に比べて粗面に形成されていることを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項５】
空気流量を計測する計測素子と、
前記計測素子が配置される、湾曲形成された副通路と、
前記副通路が構成され、主空気流中に配置されるハウジングと、
を備えた空気流量測定装置において、
前記副通路の壁面が、連続している凹凸の粗面を持つコーティング膜で覆われ、該凹凸のピッチが１ｍｍ以下であることを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の空気流量測定装置において、
前記コーティング膜が前記計測素子よりも入口側の副通路の壁面に形成され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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気量を測定する空気流量測定装置に係わり、特に内燃機関に吸入される空気流量を測定することを主目的とした発熱抵抗体式空気流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱抵抗体式空気流量測定装置の吸気通路内に進入したダスト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は下記に上げる数種の構造が知られている。特許文献１には副通路曲折部外周壁に被膜を設け、この被膜は毛羽立てるようにして吸収する構造が開示されているが、 トラップされたダストが粘着材表面を完全に覆ってしまった後は効果が無くなつてしまうことになる。
【０００３】
また、特許文献２には、通路断面積拡大部の内壁面を粗面に形成することが記載されている。さらに、特許文献３には、絞り部の通路断面積の最小部の近傍の内壁面に突起を設けることが記載されている。このように、流量計測素子が配置される、湾曲形成された各種の副通路構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２４８５０５号公報
【特許文献２】
特許第３３８５３０７号公報
【特許文献３】
特開平１１−３２５９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明による発熱抵抗体式空気流量測定装置は主に自動車用内燃機関の吸気通路内に設置される。この吸気通路には流入空気清浄用のフィルターエレメントが設置されているが、その清浄効果は１００％ではなく、吸入空気に含まれるダストがフィルターエレメントを通過して発熱抵抗体式空気流量測定装置が設置されている吸気通路部分まで到達する事がある。また、市場においては正規品以外の粗悪なフィルターエレメントを使用するケースもままある。この場合には更にダスト等の異物が侵入する可能性は大きくなる。エレメントの構造と侵入ダストの粒径及び速度によっては流量計測素子自体が破損する問題も考えられる。
【０００６】
本発明は、大きなダスト（１００μｍ程度）が侵入したような場合にあっても流量計測素子の破損を簡単な構成で防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
流量計測素子は、侵入ダストフィルターエレメントを通過したダストの粒径が大きく、速度が高いダスト(運動エネルギが大きいダスト)、すなわち大形ダストの衝突により破損する。大形ダストの流速(運動エネルギ)を低減できれば、その運動エネルギ(流速の2乗に比例)は劇的に低減できる。副通路内に進入したダストは進入時の速度そのままで流量計測素子に衝突することなく、一度もしくは数度にわたり副通路壁面に衝突する。副通路壁面との衝突によりダストの運動エネルギを減少させることができれば、流量計測素子が破損に至る可能性は著しく減少させることができる。しかしながら、副通路で候補材であるＰＢＴなどの樹脂材料を使用した場合、ダストの反発係数は大きく、衝突によるダストの運動エネルギの低減効果は小さいことがわかった。そこで、ここでは、副通路壁面での反発係数に注目した。
【０００８】
本発明は、副通路壁面の粗面構造、コーティング構造などにより副通路壁面を粗面とすることによってダストの反発係数を低減することを特徴とする。
【０００９】
本発明は、空気流量を計測する計測素子と、前記計測素子が配置される、湾曲形成された副通路と、前記副通路が構成され、主空気流中に配置されるハウジングと、を備えた空気流量測定装置において、副通路壁面が、連続している凹凸に形成され、該凹凸のピッチが５０μｍ〜１ｍｍの粗面に形成されている空気流量測定装置である。
【００１０】
別な観点によれば、本発明は、更に空気流量を計測する計測素子と、前記計測素子が配置される、湾曲形成された副通路と、前記副通路が構成され、主空気流中に配置されるハウジングと、を備えた空気流量測定装置において、副通路の壁面が、連続している凹凸の粗面を持つコーティング膜で覆われ、該凹凸のピッチが１ｍｍ以下である空気流量測定装置である。
【００１１】
好適には、本発明は、空気流量を計測する計測素子と、前記計測素子が配置される、湾曲形成された副通路と、前記副通路が構成され、主空気流中に配置されるハウジングと、を備えた空気流量測定装置において、副通路壁面が連続している凹凸に形成され、該凹凸のピッチが９０±４０μｍの粗面に形成されている空気流量測定装置である。
【００１２】
さらに好適には、本発明は、空気流量を計測する計測素子と、前記計測素子が配置される、湾曲された副通路と、前記副通路が構成され、主空気流中に配置されるハウジングと、を備えた空気流量測定装置において、副通路壁面が連続している凹凸に形成され、該凹凸のピッチが９０μｍ±２０μｍの粗面に形成されている空気流量測定装置である。
【００１３】
前記計測素子よりも入口側副通路壁面が、前記計測素子よりも出口側副通路壁面に比べて粗面に形成されていても良い。また、上述のコーティング膜は、前記計測素子よりも入口側副通路壁面にのみに形成されていても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発熱抵抗体式空気流量測定装置の流量計測素子を変更することなく、その通路構造の改良により、半永久的に異物であるダストの衝突による流量計測素子の破損を効果的に防止することが可能である。尚且つ、本構造によれば、従来の発熱抵抗体式空気流量測定装置の製造方法を変更することなく従来構造品と同等のコストで上述の目的を達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【第１図】第１図は本発明の一実施例を示す空気流量計測装置の縦断面図。
【第２図】第２図は第１図に対する副通路断面形状の一実施例。
【第３図】第３図は本発明の一実施例としての副通路における壁面構成を示す模式的な横断面図。
【第４図】第４図はダスト径１００μｍのダストが空気流量計測装置に入った場合に、ダストの挙動を示す図。
【第５図】第５図は粗面でダストの反発性が低下する理由を解説する図。
【第６図】第６図はダスト１５μｍの場合の反発係数の変化を示す図。
【第７図】第７図はダスト１００μｍの場合の反発係数の変化を示す図。
【第８図】第８図は本発明の一実施例としての副通路における壁面構成を示す模式的な横断面図。
【第９図】第９図は本発明の一実施例としての副通路における壁面構成を示す模式的な横断面図。
【第１０図】第１０図は本発明の一実施例としての副通路における壁面構成を示す模式的な横断面図。
【第１１図】第１１図は本発明の一実施例としての副通路における壁面構成を示す模式的な上面図。
【第１２図】第１２図は本発明の一実施例としての副通路における壁面構成を示す模式的な上面図。
【第１３図】第１３図は本発明の一実施例としての副通路における壁面構成を示す模式的な横断面図。
【第１４図】第１４図は本発明の一実施例としての副通路における壁面構成を示す模式的な横断面図。
【第１５図】第１５図は本発明の他の実施例を示す空気流量計測装置の縦断面図。
【第１６図】第１６図は本発明の他の実施例を示す副通路構造の縦断面図。
【第１７図】第１７図は本発明の他の実施例を示す副通路構造の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
〔実施例1〕
【００１６】
第１図は本発明の一実施例を示す発熱抵抗体式空気流量計測装置の縦断面図である。自動車用内燃機関の吸気通路導管１１に形成される吸気通路１に発熱抵抗体式空気流量計のモジュールハウジング２がモジュールフランジ５を介して取りつけられている。モジュールハウジング２先端部には副通路導管１７に形成される副通路７が形成され、副通路７内部には流量計測素子３が設置されている。流量計測素子３（ここでは発熱抵抗体）はモジュールハウジング２内部に設置された電子回路４と電気的に接続され、更に電子回路４はコネクタ６を介して外部と電気的に接続される。副通路７は吸気通路１内部を流れる空気流に垂直に開口した副通路入口部８と副通路側壁面７２に開口した副通路出口部９を有している。
【００１７】
第１図の副通路の断面Ａ‐Ａを第２図に示す。第２図に示すように、副通路の外周壁面７１，側壁面７２，内周壁面７３を粗面１０に形成している。この粗面としては、第３図に示すように凹凸を不規則的に設けた梨地、またはディンプルがある。その表面は、例えば１００μｍ程度以下の微小な凹凸形状に形成されている。梨地の形成方法としては、モジュールハウジングを樹脂材で形成する場合は副通路部分の金型に梨地加工をすることにより、比較的簡単にかつ低コストで製造することができ、コスト増や重量増もほとんど招くことがない。また、完成品副通路に直接梨地加工をしてもよい。
【００１８】
第４図において、各種条件において、センサ部に到達するダストを調べたところ、ダストのサイズは通常１００μｍ以下となることがわかった。このダストサイズについて検討した。
【００１９】
副通路は、侵入したダストを慣性により分離して、副通路外壁に沿った軌道にダストを導くことができる。そのため、Ｓｉエレメントに、ダストが直接衝突することがない。ただし、副通路の材質の反発性が高い場合、慣性分離されない。上図に示すように、正反射によりＳｉエレメントにダストが直接衝突する恐れがない。
【００２０】
本実施例では、ダスト衝突の反発性を粗面１０によって低下させることで、ダストの速度を低減できる。これにより、ダストの運動エネルギを低下させ、ダストの衝突によるＳｉエレメントの破壊を抑制しようとするものである。
【００２１】
次に、このような粗面１０を形成することによる作用について述べる。
【００２２】
ダストを含む流入空気が副通路内に進入すると、ダストは、副通路、特に湾曲している副通路壁面（外周壁面，側壁面，内周壁面）に衝突する。ダストと副通路側面との衝突時の反発係数が小さいほど、ダストの運動エネルギは減少する。ダストの運動エネルギが、ダイアフラムの変形エネルギより小さい場合には、ダイアフラムは破壊しない。副通路を粗面にすると、反発係数は低減する。これは、粗面にすることでダストの反発方向がランダムになり、空気の流れ方向のダスト速度成分が減少するためである。このように、流速が低下するためダイアフラムの破壊は抑制される。また、粗面の先端部や稜線に衝突した場合は、粗面が塑性変形することで、運動エネルギがひずみエネルギに代わる。このため、運動エネルギが低下してダイアフラムの破壊は抑制される。
【００２３】
ダストの反発方向を変える効果を期待するためには、第３図に示す凹凸のピッチは、対象とする最大ダストの直径以上にする必要がある。凹凸のピッチが最大ダストの直径以下では、最大ダストは凹凸内で衝突せずに、凹凸の先端部，稜線で衝突するためである。一方、粗面の塑性変形による効果を期待するためには、逆に凹凸のピッチは、対象とする最大ダスト（１００μｍ）の直径以下にすることが望ましい。以下、詳細に説明する。
【００２４】
粗面でダストの反発性が低下する理由には、次の二つの原因がある。
（１）粗面の斜めの面にダストが衝突するため、ダストの速度ベクトルの方向が変わる→流れ方向の速度ベクトルが小さくなる→速度低下
（２）コーナ部に当たつた場合、コーナ部が塑性変形して、速度ベクトルが小さくなる→速度低下
これら２つの原因によって生ずるダストの反発性から粗面の粗さを決定することになる。
【００２５】
第５図は、粗さとダスト径との関係における上記２つの原因によるダストの反発についての説明図である。なお、以下の各ケースの説明において、（１）は、ダストの方向変化に伴う反発性変化である（方向で表示）。また、（２）は、ダストの衝突による塑性変形（弾性変形を含む。）による反発性変化である（変形で表示）。
ケース１：
【００２６】
粗さ（Ｒｍａｘ）≪ダスト径
（１）粗面の斜めの面にダストが衝突できない、ダストは平滑面に衝突するのとおなじ→反発性変化なし（効果なし）
（２）ダストが小さく衝突エネルギが小さいため、塑性変形なし→反発性変化なし（効果なし）
ケース２：
【００２７】
粗さ（Ｒｍａｘ）＜ダスト径
（１）粗面の斜めの面にダストが衝突できない、ダストは平滑面に衝突するのとおなじ→反発性変化なし（効果なし）
（２）ダストが大きくなるため（重さ）、衝突エネルギも大きくなり、塑性変形発生→反発性低下（ダストの速度低下）
ケース３：
【００２８】
粗さ（Ｒｍａｘ）＝ダスト径
（１）粗面の斜めの面にダストが衝突するため、ダストの速度ベクトルの方向が変わる→流れ方向の速度ベクトルが小さくなる→反発性低下（ダストの速度低下）
（２）ダストが大きくなるため（重く）、衝突エネルギも大きくなり、塑性変形発生→反発性低下（ダストの速度低下）
ケース４
【００２９】
粗さ（Ｒｍａｘ）＞ダスト径
（１）粗面の斜めの面にダストが衝突するため、ダストの速度ベクトルの方向が変わる→流れ方向の速度ベクトルが小さくなる→反発性低下（ダストの速度低下）
（２）ダストが大きくなるが（重く）、凹凸も大きくなり、塑性変形し難しくなる→反発性変化なし（効果なし）
【００３０】
第６図は、ダスト１５μｍの場合の方向および変形による反発係数の変化の状況を示す。ダスト１５μｍの場合、変形は７．５μｍで効果があり、１０μｍ以上から効果が落ちてくる。変形は１０μｍで効果があり、それ以上で効果が増え、持続する。トータルすると、ダスト１５μｍの場合、粗さ７．５μｍ以上で効果があることが判った。
【００３１】
第７図は、ダスト１００μｍの場合の方向および変形による反発係数の変化の状況を示す。ダスト１００μｍの場合、変形は５０μｍで効果があり、９０μｍ以上から効果が落ちてくる。変形は９０μｍで効果があり、それ以上で効果が増え、持続する。ケース１，ケース２，ケース３，ケース４をあてはめてみると、図に表示したようになる。ダスト１００μｍの場合、ケース１に該当し、粗さ５０μｍ以下となって反発係数上効果がない。粗さ５０μｍを超えると、ケース２，ケース３，ケース４のようになり、粗さ５０μｍ以上で効果がある。粗さを余りに大きくすると流れを乱すことになり、上限が制限される。
【００３２】
第６図および第７図から、全てのダスト（１５〜１００μｍ）の反発性を確保するためには粗さ５０μｍ以上とすることが必要となる。そして、流れの乱れを抑制するためには上限は粗さ１ｍｍ（１０００μｍ）以下とすることが必要となる。
【００３３】
第７図からわかるように、前述した２つの原因を勘案したときに、全てのダストに対して、９０±４０μｍ望ましくは９０±２０μｍとすることが望ましい。この範囲において、フィルタを通過した全てのダストに対して反発性の改善が期待でき、かつ流れの乱れを小さく抑えることが期待できる。
【００３４】
また、梨地以外の凹凸面を、第８図から第１０図に示す。モジュールハウジングは樹脂材で形成する場合は副通路部分の金型に凹凸を加工して成形する。第８図の波形状、第９図の階段状、第１０図の凸凹は、フォトエッチング，サンドブラストなどの方法により加工する。これらの凹凸は、第１１図，第１２図に示す上面図ように空気の流れに垂直に形成するのが好ましい。凹凸の形成方法としては、モジュールハウジングを樹脂材で形成する場合は副通路部分の金型に凹凸を加工して成形する。金型を抜く方向と第１２図に示した凹凸の稜線方向を一致させることで、比較的簡単にかつ低コストで製造することができる。
【００３５】
ただし、第１２図に示すように、凹凸の稜線方向を空気の流れと垂直でなく角度を付けて形成すると、ダストの反射方向が空気の流れ方向と異なる。このため、ダスト速度の空気流れ方向成分が遅くなるため、また衝突回数が増えるため、ダストの運動エネルギが低下する効果がある。
【００３６】
第９図では空気の流れ方向を記入しているが、反対方向で使用してもよい。反対方向で使用した場合、ほぼ垂直に近い急な傾斜の凹部に衝突したダストは流れと反対方向に反射するため、速度は著しく低下することが期待できる。
【００３７】
また、他の凹凸面として、第１３図，第１４図に示すサメの鱗状がある。これらによって、ダストの反発方向を変える効果を期待すること、粗面の塑性変形による効果を期待することに加えて、柔軟性のある凸部の変形による効果を期待することができる。
〔実施例２〕
【００３８】
第１５図は本発明の他の実施例を示す発熱抵抗体式空気流量計測装置の縦断面図である。先の実施例と同一の構成については同一の参照番号を付し、先の説明を援用する。第１図の実施例では、副通路壁面の全てが粗面に形成されているが、ダストはエアーフィルターを通過して進入するため、副通路内で前記計測素子よりも入口側副通路壁面が粗面であればよい。ただし、ダクトに付着していたダストがバックファイヤにより出口側副通路から進入することが考えられる。副通路の構造が入口側と出口側で対称である場合は、副通路前面が粗面に形成されているのが好ましい。
〔実施例３〕
【００３９】
第１６図は本発明の他の実施例を示す発熱抵抗体式空気流量計測装置の縦断面図である。粗面化以外の副通路壁面での反発係数を低減させる方法として、副通路壁面にコーティング２１を施す方法がある。コーティング材としては、弾性率が低い材料，硬度が低い材料が好ましい。また、ゲルなどの軟質材料も使用可能であるが、ダストなどを吸収、または粘着させる材料は不適である。トラップされたダストが粘着材表面を完全に覆ってしまった後は効果が無くなり、短期的な効果しか見られず、長期間の使用は保証できない。
【００４０】
コーティング材の形成方法は、モジュールハウジングの副通路側のみをコーティング液にディップして形成する方法、またはモジュールハウジングの副通路側のみにコーティング液をスプレーして形成する方法などがある。コーティングはそれ自体で反発係数を低減させる効果があるので、凹凸のピッチが５０μｍ以下の粗面でも効果がある。以上より凹凸のピッチが１ｍｍ以下の粗面のコーティングを形成することで反発係数を低減できる。
【００４１】
第１６図の実施例では、副通路壁面の全てにコーティングが施されているが、第１７図に示す例にあっては、ダストはエアーフィルターを通過して進入するため、副通路内で前記計測素子よりも入口側副通路壁面を粗面としている。ただし、この場合、ダクトに付着していたダストがバックファイヤにより出口側副通路から進入することが考えられる。副通路の構造が入口側と出口側で対称である場合は、副通路前面が粗面に形成されているのが好ましい。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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