(57)【要約】【課題】絞り部１１の下流側で渦の発生を抑制することにより、逆流時における流量検出素子１３の検出精度を向上できる空気流量測定装置を提供する。【解決手段】バイパス通路７に設けられる絞り部１１は、絞り通路７ａの断面積が最も小さく成る最大絞り部１１ａを有し、この最大絞り部１１ａに流量検出素子１３が配置される。最大絞り部１１ａより下流側には、絞り通路７ａの断面積が一定の割合で拡大する断面積拡大領域１１ｃを有する。断面積拡大領域１１ｃの上流端（最大絞り部１１ａ）での断面積をＡ［ｍｍ２］、断面積拡大領域１１ｃの下流端での断面積をＢ［ｍｍ２］、断面積拡大領域１１ｃの上流端から下流端までの距離をＸ［ｍｍ］とした時に、（Ｂ−Ａ）／Ｘによって定義される断面積拡大率が１．５［ｍｍ２／ｍｍ］以下に設定される。【選択図】図２
2017053787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気通路を流れる空気の一部を取り込むバイパス通路（７）と、
このバイパス通路を流れる空気の流量を測定する流量検出素子（１３）と、
前記バイパス通路を流れる空気の流れ方向に所定の範囲で前記バイパス通路の断面積を減少させる絞り部（１１）とを有し、
前記バイパス通路の前記絞り部が設けられる領域を絞り通路（７ａ）と呼ぶときに、この絞り通路内に前記流量検出素子が配置される空気流量測定装置（１）であって、
前記絞り部は、前記絞り通路の断面積が最も小さくなる最大絞り部（１１ａ）から下流側へ向かって前記絞り通路の断面積が一定の割合で拡大すると共に、前記バイパス通路の壁面と交わる下流端で前記絞り通路の断面積が前記バイパス通路の断面積と等しく形成される断面積拡大領域（１１ｃ）を有し、
前記断面積拡大領域の上流端での前記絞り通路の断面積をＡ［ｍｍ２］、前記断面積拡大領域の下流端での前記絞り通路の断面積をＢ［ｍｍ２］、前記絞り通路を流れる空気の流れ方向に沿った前記断面積拡大領域の上流端から下流端までの距離をＸ［ｍｍ］とした時に、
断面積拡大率＝（Ｂ−Ａ）／Ｘ  ……………………………（１）
上記（１）式によって定義される前記断面積拡大率を１．５［ｍｍ２／ｍｍ］以下に設定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、
前記流量検出素子は、前記絞り通路内の前記最大絞り部に配置され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、空気の流量を測定する空気流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの吸入空気量を測定する空気流量測定装置が知られている。
この空気流量測定装置は、吸気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、このバイパス通路に流量検出素子が配置される。ところで、バイパス通路に流入する空気の流れに偏った流速分布が生じると、流量検出素子を通過する空気の流れに乱れが生じるため、流量検出素子の検出精度が低下して出力特性が安定しないと言う問題が生じる。これに対し、特許文献１では、バイパス通路に絞り部を設けて断面積を減少させることで空気の乱れを抑制する技術が開示されている。絞り部は、バイパス通路の断面積が最も小さく成る最大絞り部を有し、この最大絞り部より空気流れの下流側へ向かって断面積を徐々に拡大させる戻り面が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示される絞り部は、戻り面の下流端にバイパス通路の壁面と直交する平面が形成されている。つまり、戻り面の下流端でバイパス通路の断面積が急拡大している。このため、断面積が急拡大する領域で渦が発生し、その渦が逆流時に流量検出素子まで到達することで流量検出素子の検出精度が低下する恐れがある。なお、逆流とは、エンジンの吸気脈動に伴ってバイパス通路に生じる逆方向の空気流れを言う。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、絞り部の下流領域（断面積拡大領域）で渦の発生を抑制することにより、逆流時における流量検出素子の検出誤差を防止でき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】
【０００５】
請求項１に係る本発明は、空気通路を流れる空気の一部を取り込むバイパス通路と、このバイパス通路を流れる空気の流量を測定する流量検出素子と、前記バイパス通路を流れる空気の流れ方向に所定の範囲で前記バイパス通路の断面積を減少させる絞り部とを有し、前記バイパス通路の前記絞り部が設けられる領域を絞り通路と呼ぶときに、この絞り通路内に前記流量検出素子が配置される空気流量測定装置であって、前記絞り部は、前記絞り通路の断面積が最も小さくなる最大絞り部から下流側へ向かって前記絞り通路の断面積が一定の割合で拡大すると共に、前記バイパス通路の壁面と交わる下流端で前記絞り通路の断面積が前記バイパス通路の断面積と等しく形成される断面積拡大領域を有し、前記断面積拡大領域の上流端での前記絞り通路の断面積をＡ［ｍｍ２］、前記断面積拡大領域の下流端での前記絞り通路の断面積をＢ［ｍｍ２］、前記絞り通路を流れる空気の流れ方向に沿った前記断面積拡大領域の上流端から下流端までの距離をＸ［ｍｍ］とした時に、下記（１）式によって定義される断面積拡大率を１．５［ｍｍ２／ｍｍ］以下に設定することを特徴とする。
断面積拡大率＝（Ｂ−Ａ）／Ｘ  ……………………………（１）
【０００６】
上記の構成では、断面積拡大領域において絞り通路の断面積が一定の割合で拡大するので、絞り通路の壁面とバイパス通路の壁面とが交わる断面積拡大領域の下流端で絞り通路の断面積が急激に拡大することはない。特に、上記（１）式によって定義される断面積拡大率を１．５［ｍｍ２／ｍｍ］以下に設定することにより、バイパス通路の損失係数を小さくできるので、断面積の急拡大に起因する渦の発生を抑制できる。これにより、バイパス通路を逆方向に空気の流れが生じる逆流時に流量検出素子まで渦が到達することを回避できるので、流量検出素子の検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１に係る空気流量測定装置の断面図である。
【図２】バイパス通路に設けられる絞り部の断面図（図１のＩＩ−ＩＩ断面）である。
【図３】損失係数と断面積拡大率との相関グラフである。
【図４】バイパス通路を流れる空気の流れを可視化したオイルフロー図である。
【図５】バイパス通路を流れる空気の流れを可視化したオイルフロー図である。
【図６】バイパス通路を流れる空気の流れを可視化したオイルフロー図である。
【図７】バイパス通路を流れる空気の流れを可視化したオイルフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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】
【０００９】
〔実施例１〕
実施例１では、自動車用エンジンの吸入吸気量を計測する空気流量測定装置１の一例を説明する。
空気流量測定装置１は、図１に示す様に、エンジンの吸気ダクト２に取り付けられるハウジング３と、このハウジング３の内部に組み込まれる流量センサ４とを備える。吸気ダクト２は、例えば、スロットルバルブ（図示せず）より上流側に配設されて本発明の空気通路を形成する。吸気ダクト２には、ハウジング３を取り付けるための取付け孔２ａが形成されている。
ハウジング３は、取付け孔２ａより吸気ダクト２の内部に挿入される筐体部５と、取付け孔２ａより吸気ダクト２の外側に取り出されるコネクタ搭載部６とを有する。
【００１０】
筐体部５には、吸気ダクト２の内部を流れる空気の一部を取り込むバイパス通路７と、取り込んだ空気に含まれるダストを排出するためのダスト排出路８とが形成される。バイパス通路７は、筐体部５の前面に開口する空気の取入口９と筐体部５の後面に開口するバイパス出口１０との間をループ状に連通して形成される。このバイパス通路７には、通路途中に絞り部１１（図２参照）が設けられ、その絞り部１１によってバイパス通路７の断面積が小さく形成される。以下、バイパス通路７の絞り部１１が設けられる領域を絞り通路７ａと呼ぶ。
ダスト排出路８は、取入口９とバイパス出口１０との間を略直線状に連通して形成され、取入口９より流入したダストを直進させてバイパス出口１０より排出させることができる。
【００１１】
コネクタ搭載部６は、筐体部５を一次成形した後、筐体部５に流量センサ４を組み込んだ状態で二次成形される。このコネクタ搭載部６には、複数本のターミナルがインサートされ、そのターミナルの一端が流量センサ４の端子と電気的に接続され、ターミナルの他端がコネクタ端子（図示せず）として使用される。
流量センサ４は、樹脂パッケージ１２（図２参照）に保持されてバイパス通路７に配置される流量検出素子１３と、この流量検出素子１３の検出情報を基に空気の流量及び流れ方向に応じた電気信号を生成する制御回路部（図示せず）とを有する。制御回路部で生成された電気信号は、コネクタ端子に接続される電気配線を通じて外部のＥＣＵ（図示せず）へ出力される。
【００１２】
バイパス通路７に設けられる絞り部１１は、図２に示すように、絞り通路７ａの断面積が最も小さく成る最大絞り部１１ａを有し、この最大絞り部１１ａより上流側（図示右側）に断面積減少領域１１ｂを形成し、最大絞り部１１ａより下流側（図示左側）に断面積拡大領域１１ｃを形成している。流量検出素子１３は，絞り通路７ａ内の最大絞り部１１ａに配置される。
以下、図２に示す絞り通路７ａの図示上下方向を幅方向と定義し、この幅方向と直交する方向（紙面に垂直な方向）を高さ方向と定義する。また、幅方向に対向する二つの側面間の距離を通路幅と呼び、高さ方向に対向する二つの側面間の距離を通路高さと呼ぶ。
【００１３】
最大絞り部１１ａは、断面積減少領域１１ｂと断面積拡大領域１１ｃとが交わる交差部に位置する。つまり、最大絞り部１１ａは、断面積減少領域１１ｂの下流端であり、且つ、断面積拡大領域１１ｃの上流端でもある。
断面積減少領域１１ｂは、幅方向に対向する二つの側面が湾曲して設けられ、断面積減少領域１１ｂの上流端から最大絞り部１１ａへ向かって通路幅が緩やかに減少している。また、断面積減少領域１１ｂの上流端での通路幅は、絞り部１１より上流側のバイパス通路７の通路幅と同じである。言い換えると、絞り通路７ａの幅方向に対向する二つの側面がバイパス通路７の側面と交わる断面積減少領域１１ｂの上流端では、絞り通路７ａの断面積が絞り部１１より上流側のバイパス通路７の断面積と同一に形成される。
【００１４】
断面積拡大領域１１ｃは、幅方向に対向する二つの側面が空気の流れ方向に対し直線的に傾斜して設けられ、最大絞り部１１ａから断面積拡大領域１１ｃの下流端へ向かって通路幅が一定の割合で大きく形成される。また、断面積拡大領域１１ｃの下流側での通路幅は、絞り部１１より下流側のバイパス通路７の通路幅と同じである。言い換えると、絞り通路７ａの幅方向に対向する二つの側面がバイパス通路７の側面と交わる断面積拡大領域１１ｃの下流端では、絞り通路７ａの断面積が絞り部１１より下流側のバイパス通路７の断面積と同一に形成される。
断面積減少領域１１ｂおよび断面積拡大領域１１ｃにおける通路高さは一定であり、絞り部１１より上流側及び下流側の通路高さと同じである。すなわち、絞り部１１は、通路幅を狭めることで絞り通路７ａの断面積を減少させている。
【００１５】
続いて、本発明に係る断面積拡大率について説明する。
断面積拡大率は、断面積拡大領域１１ｃの上流端（最大絞り部１１ａ）における絞り通路７ａの断面積と下流端における絞り通路７ａの断面積との比率であり、以下の式（１）により定義される。
断面積拡大率＝（Ｂ−Ａ）／Ｘ  ………………………………………………（１）
但し、断面積拡大領域１１ｃの上流端での絞り通路７ａの断面積をＡ［ｍｍ２］、断面積拡大領域１１ｃの下流端での絞り通路７ａの断面積をＢ［ｍｍ２］、空気の流れ方向に沿った断面積拡大領域１１ｃの上流端から下流端までの距離をＸ［ｍｍ］とする（図２参照）。実施例１では、渦の発生を抑えることができる断面積拡大率を明確にするために、渦の発生を数値として表す一つの指標として損失係数を用いる。
【００１６】
損失係数の求め方を以下に記載する。
管路の損失には、流体と管路壁面との間に生じる摩擦損失と、流路断面積が変化する拡大管および縮小管で発生する渦による局所損失とがある。
局所損失ヘッドをｈｓとおくと、一般にｈｓは以下の式（２）の形で表される。
ｈｓ＝ζ×（Ｖｍ２／２ｇ）………………………………………………………（２）
但し、ｇ：重力加速度、損失ヘッド：流体の単位重量当たりの損失エネルギー
Ｖｍは管断面平均流速であり、断面積変化がある場合はＶｍの大きい方の値を用いる。
ζは損失係数で、通常の流れの範囲では流速及び管路径等の条件によらない定数である。
【００１７】
全損失ヘッド（Ｈ１−Ｈ２）は、摩擦損失ヘッドｈｆと局所損失ヘッドｈｓとの和で表されるため、下記の式（３）の形で表すこともできる。
ｈｓ＝Ｈ１−Ｈ２−ｈｆ
＝(Ｖｍ1２／２ｇ＋ｐ1／ρｇ)−（Ｖｍ2２／２ｇ＋ｐ2／ρｇ)−ｈｆ……（３）
但し、ρ：密度、ｐ：圧力
摩擦損失ヘッドｈｆは、通常の流れの範囲では以下の式（４）〜（６）から算出できる。
ｈｆ＝λ×Ｌ／ｄ×（Ｖｍ２／２ｇ）……………………………………………（４）
λ＝０．３１６４×Ｒｅ−０．２５ …………………………………………………（５）
Ｒｅ＝Ｖｍ×ｄ／ν ………………………………………………………………（６）
但し、λ：管摩擦係数、Ｌ：管路長、ｄ：管路径、Ｒｅ：レイノルズ数、ν：動粘度
【００１８】
上記の式（２）で表されるように、局所損失ヘッドｈｓは損失係数ζに相関し、損失係数ζが小さいほど、局所損失ヘッドｈｓが小さくなる。よって損失係数を小さくできる断面積拡大率を明確にすることで渦の発生を抑制できる。
断面積拡大率と損失係数との相関性を見ると、図３に示すように、断面積拡大率が１．５［ｍｍ２／ｍｍ］を境として損失係数が大きく変化することが分かる。すなわち、断面積拡大率が１．５［ｍｍ２／ｍｍ］以下の領域では、損失係数は略一定であり、全体に低い値を示している。これに対し、断面積拡大率が１．５［ｍｍ２／ｍｍ］より大きい領域では、断面積拡大率が大きくなるに連れて損失係数もほぼ比例して大きくなっている。
【００１９】
図４〜図７は、数値シミュレーションにより空気の流れを可視化したオイルフロー図であり、断面積拡大率が１．５［ｍｍ２／ｍｍ］より大きい領域と１．５［ｍｍ２／ｍｍ］以下の領域とで断面積拡大率の大きさを適宜に選択して空気の流れを観測した。
断面積拡大率が１．５［ｍｍ２／ｍｍ］より大きい領域（図３のＰ１）では、図４に示すように、流量検出素子１３が配置される最大絞り部１１ａより下流側で渦が発生していることを確認できる。一方、断面積拡大率が１．５［ｍｍ２／ｍｍ］以下の領域（図３のＰ２、Ｐ３、Ｐ４）では、図５〜図７に示すように、いずれも渦の発生は確認されていない。上記の結果、実施例１では、絞り部１１の断面積拡大率を１．５［ｍｍ２／ｍｍ］以下とする。
【００２０】
〔実施例１の作用および効果〕
実施例１に記載した絞り部１１は、断面積拡大領域において絞り通路７ａの断面積が一定の割合で拡大するので、絞り通路７ａの側面とバイパス通路７の側面とが交わる断面積拡大領域の下流端で絞り通路の断面積が急激に拡大することはない。特に、上記（１）式によって定義される断面積拡大率を１．５［ｍｍ２／ｍｍ］以下に設定することにより、バイパス通路７の損失係数を小さくできるので、断面積の急拡大に起因する渦の発生を抑制できる。上記の図５〜図７に示すオイルフロー図で観測する限り、渦の発生は確認されていないので、エンジンの吸気脈動に伴う逆流が生じた時に流量検出素子１３まで渦が到達することはなく、流量検出素子１３の検出誤差を防止できる。
【００２１】
〔変形例〕
実施例１では、断面積減少領域１１ｂと断面積拡大領域１１ｃとが交わる交差部に最大絞り部１１ａを設けているが、空気の流れ方向に最大絞り部１１ａを所定の長さに渡って形成することもできる。
【符号の説明】
【００２２】
１    空気流量測定装置
２    吸気ダクト（空気通路）
７    バイパス通路
７ａ  絞り通路
１１    絞り部
１１ａ  最大絞り部
１１ｃ  断面積拡大領域
１３    流量検出素子
【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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