JP3782669B2 - 熱式流量測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の流量を検出する流量計測装置に係わり、特に流体が流れる主通路内に副通路を形成し、この副通路内を流れる流体の流量を計測する熱式流量計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱式流量計測装置の従来の技術としては、特開平９−３０４１４０号公報に記載された熱式流量計がある。この公報記載の熱式流量計は、流路内にＬ字状の副通路が形成され、その中に流量検出用センサ素子が配された構造となっている。
【０００３】
また、特開平９−２８７９９１号公報に記載された空気流量計は、空気通路内に逆Ｕ字状の副通路が形成され、その出口部近傍に流量検出用センサ素子が配置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車の吸入空気を計測する空気流量計測装置では、例えぱ、雨天走行時にタイヤから大量の水滴を巻き上げながら走行する車両の後方を走行した場合や、大雨の中を走行した場合には、容易にエアクリーナーを経由して、細かい水滴が浸入してくる。
【０００５】
熱式の空気流量計測装置は、流量検出用センサ素子に水滴が付着すると、水滴が蒸発するまでの間は出力異常となることが当業者の間では周知である。自動車用の空気流量検出用センサの出力が異常となると、適正な空燃比を得ることが困難となり、正常なエンジンの回転が維持できなくなるという問題がある。
【０００６】
従来技術である上記特開平９−３０４１４０号公報に記載された技術では、水滴が浸入すると、直接、流量検出用センサ素子に衝突し、付着するために正常な出力を得ることが困難となってしまう。
【０００７】
一方、上記特開平９−２８７９９１号公報に記載された技術では、流量検出用センサ素子はＵ宇状の通路内に配置されており、水滴が直接流量検出用センサ素子に衝突する可能性は低い。
【０００８】
しかし、このようなＵ宇状の構造であっても、完全には、センサ素子への水滴付着を防止することはできない。すなわち、水滴が副通路内に浸入すると、その一部は副通路壁に付着し、やがて付着した水滴同志が結びついて大きな水滴に成長する。
【０００９】
すると、大きな水滴は空気流によって吹き飛ばされやすくなり、吹き飛んだ水滴が流量検出用センサ素子に付着することが実験により判明した。
【００１０】
本発明の目的は、流量検出用センサ素子に水滴等の液状体が付着することが防止され、信頼性の高い熱式流量測定装置を実現することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）主通路を流れる流体の一部を導入する副通路と、この副通路内に配置され、流体の流量を検出するセンサとを備える熱式流量計測装置において、上記センサよりも上流側の副通路側面に形成され、上記流体に含まれる液状体を捕獲し、移動させる捕獲手段を備える。
【００１２】
（２）好ましくは、上記（１）において、上記捕獲手段により、捕獲され移動された液状体を上記副通路外に排出する排出手段を備える。
【００１３】
（３）また、好ましくは、上記（１）において、上記液状体の捕獲手段、または捕獲手段と排出手段は、副通路側面に形成された複数の溝、または複数のはり状の突部、あるいは複数の溝とはり状の突部の組み合せであり、捕獲された液状体が上記複数の溝、または複数のはり状の突部を伝って移動する。
【００１４】
（４）また、好ましくは、上記（３）において、上記の複数の溝、または複数のはり状の突部、あるいは複数の溝とはり状の突部の組み合せは、副通路内の流体の上流側から下流側にかけて形成されており、上記副通路内を通過する液状体が集まり難い副通路側面から、より集まりやすい副通路側面に向かうように形成されている。
【００１５】
（５）また、好ましくは、上記（３）において、上記複数の溝、または複数のはり状の突部、あるいは複数の溝とはり状の突部の組み合せは、副通路内の上流側から下流側にかけて形成されており、上記副通路内を通過する流体による遠心力が小である上記副通路側面部位から、遠心力が大である上記副通路側面部位に向かうように形成される。
【００１６】
（６）また、好ましくは、上記（３）において、上記複数の溝、または複数のはり状の突部、あるいは複数の溝とはり状の突部の組み合せは、副通路内の上流側から下流側にかけて形成されており、上記副通路内を通過する流体の流れ方向に対して傾斜して形成されている。
【００１７】
（７）また、好ましくは、上記（２）において、上記液状体の捕獲手段、または捕獲手段と排出手段は、副通路側面に親水性を有し、液状体が上記副通路側面に付着したときに、その接触角が約３０度以下になるように構成される。
【００１８】
（８）また、好ましくは、上記（２）において、上記捕獲手段と排出手段は、副通路側面に形成された複数の溝、あるいは、はり状の突部であり、これら溝、あるいは、はり状の突部と結合した別の溝が入口部近傍から出口部近傍にわたりほぼ連続して形成されている。
【００１９】
（９）また、好ましくは、上記（２）において、上記捕獲手段は、副通路側面に形成された複数の溝であり、さらに上記溝部以外の副通路側面に撥水性を持たせることで、液状体が上記副通路側面に付着したときに、その接触角が約９０度以上になるように構成される。
【００２０】
（１０）また、好ましくは、上記（２）において、上記捕獲手段は副通路側面に形成された複数の溝であり、上記排出手段は、複数の溝の下流側に溝と接続された貫通穴である。
【００２１】
（１１）流体が流れる主通路と、この主通路中に配置され、流体の流量を検出するセンサとを備える熱式流量計測装置において、上記主通路は、上記センサが配置される上流側近傍で屈曲するとともに、屈曲した主通路の内面に、液状体の捕獲手段が形成されている。
【００２３】
このようにして形成された溝、あるいははり状の突部は、副通路内面に付着した水滴等の液状体を捕獲して、液状体同志が結びついて成長し、流体の流れに吹き飛ぱされて飛散するのを防止することが可能である。
【００２４】
また、液状体の飛散を防止しながら、浸入した液状体を効率よく副通路外部に排出することができるようになる。これにより、流量検出用センサへの液状体付着防止を図ることが可能となる。
【００２５】
また、副通路内面に親水性を持たせることで、液状体が副通路内面に付着しても副通路内面に一様に濡れるため、流体の流れで吹き飛ばされることが無くなる。これにより、流量検出用センサへの液状体付着防止を図ることが可能となる。
【００２６】
副通路内面に複数の溝、あるいははり状の突部を形成するとともに、この溝、あるいははり状の突部と結合した別の溝を、入口部近傍から出口部近傍にわたりほぼ連続して形成する。複数の溝、またははり状の突部によって捕獲された液状体は、入口部から出口部にわたって連続して形成された別の溝を経由して副通路外部へ排出することができる。これにより、流量検出用センサへの液状体の付着防止を図ることが可能となる。
【００２７】
副通路内面に複数の溝を形成するとともに、溝部以外の副通路内面に撥水膜を形成する。これにより、副通路内面に付着した液状体は移動しやすくなり、液状態同志が結びついて成長する前に、溝に捕獲されやすくなる。
【００２８】
これにより、液状態の飛散を防止し、流量検出用センサへの液状体の付着防止を図ることが可能となる。
【００２９】
副通路内面に複数の溝を形成するとともに、溝の下流側に溝と接続された貫通穴を設けた構造として、捕獲した液状体を貫通穴から排出させる。これにより、液状態の飛散を防止するとともに、液状態が副通路内に溜まるのを防止する。
【００３０】
主通路は副通路が取り付けられる近傍の上流側で屈曲するとともに、屈曲した主通路の内面に、液状体の捕獲手段が形成された構造とする。例えば、屈曲した主通路の内面に複数の溝、または複数のはり状の突部等を設けた構造とし、主通路内面からの液状体の飛散を防止する。
【００３１】
これにより、主通路に付着した液状体の飛散が無くなるため、副通路内に浸入する液状体が減少し、流量検出用センサへの液状態の付着の確立を下げることが可能となる。
【００３２】
以上に述べた構成によれば、液状体が流量検出用センサに付着することが無くなるために、安定した出力が得られるようになり、これにより信頼性の高い流量計を実現することが可能となる。
【００３３】
また、本発明により、ブローバイガス中に含まれるエンジンオイルのような油滴を含んだ液状の汚損物質が副通路内に浸入しても、油滴の流量検出用センサ素子への付着防止ができるため、オイル汚損による特性変化も防止できる。
【００３４】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【００３５】
図１において、熱式流量計測装置１は、主通路３１中の流体の一部が流入する副通路６を有しており、その中に流量を検知するための流量計測用センサ素子４が配置されている。また、熱式流量計測装置１は、流量計測用センサ素子４を駆動すると共に、流量信号を外部に出力するための制御回路３２と、この制御回路３２を収納するハウジング３４とを備えている。
【００３６】
そして、副通路６の、流体が流入する入口部７近傍の内壁には流体の流れ方向１０に対して傾斜した、つまり、流れ方向１０に対して、図上、時計方向に０より大で９０度より小の角度傾斜した（副通路６の内回り面６ｂから外回り面６ａに向かって傾斜した）複数の溝２、あるいは、はり状の突部３が形成されている。なお、５は測温抵抗体であり、３３は、カバーである。
【００３７】
図２は図１の副通路６を、Ａ−Ａ線に沿って切断した時の断面図であり、溝２の形状の一例を示す図である。副通路６はガラス繊維３０％を含有するＰＢＴ樹脂のような部材で構成し、副通路６の厚さは約２ｍｍ、溝２の幅は０．３ｍｍ〜２ｍｍ程度、溝２の深さは０．２〜１ｍｍ程度である。
【００３８】
なお、溝２の深さは特に制限があるものでは無く、副通路６の厚さが厚い場合は更に深い溝２であっても良い。
【００３９】
また、図３は、図２と同様に、図１の副通路６を、Ａ−Ａ線に沿って切断した時の断面図であり、はり状の突部３の形状の一例を示す図である。副通路６の厚さは約２ｍｍ、はり状の突部３の幅は０．３ｍｍ〜２ｍｍ程度、はり状の突部３高さは０．２〜１ｍｍ程度である。
【００４０】
なお、はり状の突部３の高さは、高すぎると流体の流れを阻害するため、無制限に高くすることはできない。通常、設計される副通路６の幅Ｌは１０ｍｍ程度であり、その場合の、はり状の突部３の高さは、１ｍｍ程度が限界である。
【００４１】
従って、副通路６の幅が広くなれば、はり状の突部３の高さを１ｍｍ以上にすることも可能である。
【００４２】
このように、流量計測用センサ素子４が配置される副通路６内に、溝２、あるいは、はり状の突部３を形成することにより、流量計測用センサ素子４に水滴２１が付着するのを防止することが可能となる。
【００４３】
この水滴付着防止のメカニズムを図４、図５、図６により説明する。
図４は、副通路６内に溝２、あるいは、はり状の突部３が無い場合の主な水滴２１移動の様子を示した図であり、図５は図４の構造の副通路６内壁に付着した水滴２１の移動の様子を示した図である。一方、図６は、図４の構造に対して、副通路６内に複数個の溝２、あるいは、はり状の突部３が形成されている場合の副通路６内壁に付着した水滴２１の移動の様子を示した図である。
【００４４】
図４〜図６のいずれの図も、副通路６内に配置される流量計測用センサ素子４や測温抵抗体５は省略してあり、その配置は図１と同じである。
【００４５】
さて、水滴２１が副通路６内に浸入すると、図４の（ａ）に示すように、水滴２１の殆どは、内壁の外回り面６ａにおけるＵ字状に曲がった付近に衝突し、副通路６内壁の外回り面６ａに付着する。そして、図４の（ｂ）に示すように、付着した水滴２１は副通路６内の流れに沿って、副通路６の外回り面６ａを伝って出口部８へ移動する。この際、流体の流れ１０で発生する遠心力が水滴２１に作用するために、水滴２１は側壁から剥離することはない。
【００４６】
そして、図４の（ｃ）に示すように、水滴２１は出口部８から副通路６外へ排出される。そのため、水滴２１が流量計測用センサ素子４に付着することはない。
当初は、図４に示すようなＵ字形状の構造を採用すれば、流量計測用センサ素子４への水滴２１の付着を防止することが可能と考えられていた。
【００４７】
しかし、実際に霧状の水滴を、主通路３１上流から浸入させて、流量計測用センサ素子４の出力をモニターすると、出力が頻繁に変動しており、Ｕ字形状の構造では、対策として不十分であることが判った。
【００４８】
そこで、透明な樹脂製副通路６を製作し、水滴２１を噴霧したときの副通路６内の水滴２１の動きを観察した結果、図５に示す現象により、水滴２１が流量計測用センサ素子４に付着することが判明した。
【００４９】
すなわち、図５の（ａ）に示すように、副通路６内を通過する水滴２１の一部は、外回り面６ａと内回り面６ｂとの間の、副通路６の入口部７付近の内壁面（側面）にも付着し、流体の流れ１０に押されながら側面を伝って移動する。この時の水滴２１の大きさは直径で１ｍｍ以下である。
【００５０】
次に、図５の（ｂ）に示すように、水滴２１は副通路６の側面を移動する過程で、多数の水滴２１同志が結びついて成長し、大きな水滴２１となる。水滴２１は大きいものでは直径３ｍｍ程度にまで成長する。
【００５１】
そして、図５の（ｃ）に示すように、成長した水滴２１は流体の流れ１０に押されて吹き飛ぶようになり、吹き飛んだ水滴２１の一部が流量計測用センサ秦子４に付着することになる。
【００５２】
一方、図６に示した例の場合は、副通路６の側面に複数の溝２、あるいは複数の、はり状の突部３を形成したものである。複数の溝２、あるいは複数の、はり状の突部３は、流体の流れ１０に対して、約４５度の角度をつけて副通路６内の大きな遠心力を発生する方向に向かう構造である。
【００５３】
図６の（ａ）に示すように、水滴２１が副通路６の側面に付着するのは、図５の（ａ）に示した場合と同じである。しかし、図６の（ｂ）に示すように、付着した水滴２１は、複数の溝２、あるいは複数の、はり状の突部３に接触すると表面張力により、複数の溝２あるいは突部３に捕獲され、溝２、あるいは、はり状の突部３に沿って副通路６内の流体の流れ１０により生じる遠心力が大きい側の側壁、つまり、外回り面６ａに移動する。
【００５４】
そして、図６の（ｃ）に示すように、外回り面６ａに到達した水滴２１は、流体の流れによる遠心力を受けながら、外回り面６ａに沿いながら、出口部８に向かうために、水滴２１は外回り面６ａから離脱することはない。
【００５５】
このように、副通路６内に複数の溝２、あるいは、はり状の突部６（捕獲手段、排出手段）を形成することで水滴２１を捕獲し、遠心力の大きい側の側壁である外回り面６ａに沿って水滴２１を移動させて、出口部８（排出手段）から外部に排出することで、水滴２１が流量計測用センサ素子４に付着することが無くなり、信頼性の高い熱式流量計測装置を実現することができる。
【００５６】
なお、複数の溝２、あるいは複数のはり状の突部３は、実際に水滴を流した時に、副通路内で水滴の集まりやすい内壁面に向かうように形成しても効果は同じである。
【００５７】
また、本構造を適用すれば、水滴２１に限らずブローバイガス中に含まれるエンジンオイルのような油滴を含んだ液状の汚損物質が副通路６内に浸入しても、油滴が流量検出用センサ素子４に付着することが防止できるため、オイル汚損による特性変化も防止できる。なお、本明細書においては、水滴、油滴等を液状体と定義することとする。
【００５８】
なお、上述した複数の溝２、あるいは複数のはり状の突部３は、図７に示すような複数の溝２と、はり状の突部３を組み合わせたものでも効果は同じであり、同様の構造を有するものは本発明の複数の溝２、あるいは複数のはり状の突部３の概念に含まれるものである。
【００５９】
また、図示した例では、溝２及び突部３は、直線状となっているが、直線状に限らず、曲線状であってもよい。
【００６０】
また、図示した例では、溝２及び突部３は連続した一直線となっているが、点線のように、分離した形状となっていてもよい。
【００６１】
さらに、溝２及び突部３は、製造上の制限さえ無ければ、副通路の内壁面全面に形成されていてもよい。
【００６２】
次に、本発明の第２の実施形態を図８を参照して説明する。
図１、図４、図５、図６に示した副通路６構造は、全てＵ字状のものであったが、本発明の第２の実施形態においては、図８に示すように、副通路６を渦巻き状にして、その中に流量計測用センサ素子４を配置する。
【００６３】
そして、流量計測用センサ素子４の位置よりも上流側に、流体の流れ１０に対して緩やかな傾斜を有する複数の溝２、または複数のはり状の突部３が形成されている。そして、これらの溝２、または、はり状の突部３は、流体の流れ１０によって強く遠心力を生じる外周部にまで延在するように形成される。
【００６４】
副通路壁に付着した水滴２１は、溝２、あるいは、はり状の突部３にトラップされ、外周部、出口部８を経由して副通路６外に排出される。副通路６の形状を渦巻き状にすることの有利な点は副通路６内に急激な屈曲部が無いため、溝２、あるいは、はり状の突部３にトラップされた水滴２１を外周部に移動させ易く、また、水滴２１を、外周部を経由して出口部８へ移動させ易いことである。
【００６５】
これにより、排水性もよくなり、水滴２１の付着防止効果が高くなる。
【００６６】
以上のように、本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる他、副通路６の形状が渦巻き状となっているため、溝２、あるいは、はり状の突部３にトラップされた水滴２１を外周部を経由して出口部８へ移動させ易く、排水性もよくなり、水滴２１の付着防止効果が高くなるという効果を有する。
【００６７】
次に、本発明の第３の実施形態を図９を参照して説明する。
図９に示した例においては、Ｕ字状の副通路６内に複数の枝状の溝２ａが形成され、それが中央の溝２に結合している。この中央の溝２は、流れ１０の方向と同様な方向に延び、副通路６の入口部７近傍から出口部８近傍にまで繋がった形状である。
【００６８】
なお、図９においては、副通路６内に配置される流量計測用センサ秦子４は省略してあり、その配置は図１と同じである。
【００６９】
本発明の第３の実施形態による構造では、溝２、２ａに捕獲された水滴２１は出口部８近傍まで溝２を経由して副通路６の外部に排出される。このような構造にすれば、水滴２１の捕獲手段と排出手段は全て溝２、２ａにより達成できる。
【００７０】
この第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００７１】
なお、図示はしないが、枝状の溝２ａの代わりに、はり状の突部３として中央の溝２に結合した構造であっても、同様の効果が得られる。また、図示した例においては、溝２、２ａは一本の繋がったものであるが、枝状の溝２ａは、図１を用いて説明した「複数の溝２」と同じ効果を有しており、「複数の溝２」という基本的な概念に変わりはない。
【００７２】
次に、本発明の第４の実施形態を図１０を参照して説明する。
図１０に示した例は、Ｕ宇状の副通路６内に屈曲した一本の溝２が形成されるとともに、溝２以外の副通路６内壁には撥水性を有する環状シリコーンポリマー、あるいはフッ素系の化合物等の撥水膜２２が形成されたものである。
【００７３】
なお、ここで述べる「撥水性を有する」とは通常の樹脂材料では、水との接触角が７０度から９０度以下であるのに対し、約９０度以上の接触角を有するものを指している。
【００７４】
副通路６内壁に撥水膜２２を形成することで、副通路６内壁に付着した水滴２１は移動しやすくなり、水滴２１同志が結びついて大きく成長する前に溝２に捕獲されやすくなる。
【００７５】
このような構成にすると、特に流速の低い状態で優れた水滴２１捕獲性が得られる。
以上のように、本発明の第４の実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００７６】
なお、ここに示した溝２は、一本の屈曲部を有する溝であるが、構造的には図１に示した「複数の溝２」と同じ役割を果たしており、「複数の溝２」という基本的な概念に変わりはない。
【００７７】
次に、本発明の第５の実施形態を、図１１を参照して説明する。
図１１に示した例は、Ｕ字状の副通路６の内壁に、流体の流れ方向に対して傾斜して形成された複数の溝２が形成されるとともに、溝２の下流側には水滴排出用の貫通穴９が形成された構造である。
【００７８】
なお、図１１においては、副通路６内に配置される流量計測用センサ素子４は省略してあり、その配置は図１に示した例と同じである。
【００７９】
本発明の第５の実施形態における構造では、水滴２１の捕獲手段は溝２であり、排出手段は溝２の下流側に形成された貫通穴９である。このように、水滴排出用の貫通穴９を複数形成した構造であれば、大量の水滴２１が、副通路６内に浸入した場合であっても、効率よく水滴２１の排出を行うことができる。
【００８０】
また、副通路６の内壁に貫通穴９を形成することにより、副通路６内の流体の流速を向上することができる。
【００８１】
つまり、副通路６の内壁に貫通穴が形成されていない場合、副通路６の中心部付近においては、流体の流速は速いが、内壁近辺は、流体が滞留する。このため、副通路６全体としては、流体の流速が、主通路における流速より遅くなってしまうこととなる。
【００８２】
これに対して、副通路６の内壁に貫通穴が形成されている場合には、この貫通穴は主通路と通じているので、上記滞留部分を減少することができ、副通路６内の流体の流速を向上することができる。
【００８３】
なお、副通路６の内壁に溝や突起が形成されている場合も、上記滞留部分を減少することができ、副通路６内の流速を向上することができる。
【００８４】
次に、本発明の第６の実施形態を、図１２、図１３を参照して説明する。
図１２は熱式流量計測装置１の部分断面図であり、図１３は図１２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００８５】
図１２に示すように、流量計測用センサ素子４は直管状の副通路６内に納められ、副通路６の内壁には空気の流れに対して傾斜した複数の溝２が形成された構造である。そして、図１３に示すように、直管状の副通路６は空気の流れ方向に対して傾斜した構造を有しており、水滴２１等が流量計測用センサ素子４に直接衝突しない構造となっている。
【００８６】
しかし、このような構成であっても副通路６内壁に溝２が形成されていないと、図５を用いて説明したメカニズムにより水滴２１が流量計測用センサ素子４に付着してしまう。
【００８７】
本発明の有利な点は、ここで示すような単純な直管状の副通路６であっても水滴２１の付着防止が可能なことである。なお、溝２１の代わりに、はり状の突部３、あるいは溝２とはり状の突部３の組み合せる構造であっても効果は同じである。
【００８８】
次に、本発明の第７の実施形態を、図１４を参照して説明する。
図１４に示すように、主通路３１の上流側には曲がった上流側ダクト４１が接続されており、その下流側の主通路３１内に直管状の副通路６が配置されている。また、副通路６の内壁には溝２が形成されており、この溝２は図示しないが図１２に示したように、流体の流れ方向に対して傾斜を有している。
【００８９】
この曲がった上流側ダクト４１により、主通路３１及び副通路６内を通過する水滴の流れ１１が慣性効果により曲がるため、直管状の副通路６であっても、水滴２１の殆どは、直接流量計測用センサ素子４に衝突することがなくなる。
【００９０】
しかし、副通路６内の側壁に付着する水滴２１の量は増加するため、副通路６内壁に溝２を形成した本発明を適用しないと、流量計測用センサ素子４への水滴２１付着を防止することはできない。
【００９１】
なお、溝２の代わりに、はり状の突部３、あるいは溝２と、はり状の突部３とを組み合せた構造であっても効果は同じである。また、その他の実施形態としては、図示はしないが、水滴２１が激しく副通路６内壁に衝突し、その衝突の反動で水滴２１が飛散する場合は、副通路６内壁に親水性を有する親水膜を形成しておくと有利である。
【００９２】
なお、ここで述べる「親水性を有する」とは親水膜と水との接触角が約３０度以下の接触角を有するものを指している。
【００９３】
界面活性剤などを用いて実験を行った結果、親水性が高いほど、水滴２１は副通路６内壁に一様に濡れ広がるため、飛散しなくなる。この場合は、溝２や、はり状の突部３が無くても十分な水滴２１の付着防止効果が得られる。
【００９４】
次に、本発明の第８の実施形態を、図１５を参照して説明する。
図１５に示すように、主通路３１、３１ａは、副通路６が取り付けられる近傍で屈曲するとともに、屈曲した主通路３１ａの内壁面には複数の溝２、又は複数の、はり状の突部３が形成された構造となっている。主通路３１ａに浸入した水滴は、慣性効果により主通路３１ａの屈曲部付近で内壁面に付着する。
【００９５】
そして、付着した水滴は、複数の溝、又は複数の、はり状の突部で捕獲されるため、水滴の成長を抑えることができ、副通路６内に飛散して浸入する水滴を減少させることができる。
【００９６】
なお、本発明の第８の実施形態では、副通路６を設けた構成の熱式流量計を用いて説明したが、主通路での水滴飛散防止策をとることにより、副通路を設けない構造の熱式流量計測装置１であっても、水滴付着防止を図ることが可能となる。このため、副通路を形成する必要がなくなり、熱式流量計測装置の価格を低下することができるという効果もある。
【００９７】
また、水滴の浸入しやすい車両等では、さらに副通路内壁にも水滴飛散防止策を施すことにより、より一層の改善を図ることが可能となる。
【００９８】
なお、複数の溝、又は複数の、はり状の突部を設ける代わりに、屈曲部の内壁面に親水膜を形成しても同様の効果がえられる。
【００９９】
図１６は、内燃機関、特にガソリンエンジンにおいて、空気流量を測定する場合に、本発明の熱式流量測定装置を適用した場合の例を示す断面図である。
図１６において、エアクリーナ１０２、ボディ１０５、ダクト１０６、スロットル角度センサ１０７、アイドルエアーコントロールバルブ１０８、スロットルボディ１０９は、吸気マニホールド１１０と一体となり、吸気通路を形成している。
【０１００】
エンジンヘの吸入空気１０１は、上記吸気通路を流れる途中の通路あるいはバイパス通路中で、本発明による熱式流量センサ１に流量を検知される。そして、検知された流量の信号が電圧、周波数等の信号形態で、コントロールユニット１１１に取り込まれ、インジェクタ１１２、回転速度計１１３、エンジンシリンダ１１４、排気マニホールド１１５、ガス１１６、酸素濃度計１１７から構成される燃焼部構造及びサブシステムの制御に用いられる。
【０１０１】
この燃焼部構造及びサブシステムの制御に、本発明による熱式流量計測装置１を適用することにより、水滴や油滴がセンサ素子に付着することが防止されるため、正確な空気流量を測定でき、エンジンコントロール精度が向上される
なお、図示しないが、ディーゼルエンジンの場合も、基本構成はほぼ同じであり、本発明を適用することができる。
【０１０２】
また、本発明は、空気のみならず、他の流体の流量も測定可能である。例えば、燃料電池の水素ガスの流量を測定する場合にも、適用可能である。この水素ガスの測定に用いる場合、湿度１００％のガスを使用するため、水滴が発生し易く、本発明を適用すれば、測定精度を向上することができる。また、プロパンガスの流量を測定する場合にも、本発明は適用可能である。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明によれぱ、副通路若しくは主通路に水滴又は油滴等の液状体の捕獲手段を形成し、捕獲手段により、捕獲された液状体を、流量検出用センサ素子とは、離隔した経路を介して、副通路外部に排出するように構成したので、
流量検出用センサ素子に水滴等の液状体が付着することが防止され、信頼性の高い熱式流量測定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図２】図１に示す熱式流量計測装置の一例のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示す熱式流量計測装置の他の例のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】本発明を説明するための副通路内に浸入した水滴の挙動を示す模式図である。
【図５】本発明を説明するための副通路内に浸入した水滴の挙動を示す模式図である。
【図６】本発明を説明するための副通路内に浸入した水滴の挙動を示す楳式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の変形例を示す副通路の断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図１３】図１２に示す熱式流量計測装置のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図１５】本発明の第８の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図１６】内燃機関、特にガソリンエンジンにおいて、空気流量を測定する場合に、本発明の熱式流量測定装置を適用した場合の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 熱式流量計測装置
２、２ａ 溝
３ はり状の突部
４ 流量計測用センサ素子
５ 測温抵抗体
６ 副通路
７ 入口部
８ 出口部
９ 貫通穴
１０ 流体の流れ
１１ 水滴の流れ
２０ 吸気温センサ
２１ 水滴
２２ 撥水膜
３１、３１ａ 主通路
３２ 制御回路
３３ カバー
３４ ハウジング
３５ 支持体
４１ 上流側ダクト
４２ 下流側ダクト
１０１ 吸入空気
１０２ エアクリーナー
１０５ ボディ
１０６ ダクト
１０７ アイドルエアーコントロールバルブ
１０８ スロットル角度センサ
１０９ スロットルボディ
１１０ 吸気マニホールド
１１１ コントロールユニヅト
１１２ インジェクタ
１１３ 回転速度計
１１４ エンジンシリンダ
１１５ 排気マニホールド
１１６ ガス
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の流量を検出する流量計測装置に係わり、特に流体が流れる主通路内に副通路を形成し、この副通路内を流れる流体の流量を計測する熱式流量計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱式流量計測装置の従来の技術としては、特開平９−３０４１４０号公報に記載された熱式流量計がある。この公報記載の熱式流量計は、流路内にＬ字状の副通路が形成され、その中に流量検出用センサ素子が配された構造となっている。
【０００３】
また、特開平９−２８７９９１号公報に記載された空気流量計は、空気通路内に逆Ｕ字状の副通路が形成され、その出口部近傍に流量検出用センサ素子が配置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車の吸入空気を計測する空気流量計測装置では、例えぱ、雨天走行時にタイヤから大量の水滴を巻き上げながら走行する車両の後方を走行した場合や、大雨の中を走行した場合には、容易にエアクリーナーを経由して、細かい水滴が浸入してくる。
【０００５】
熱式の空気流量計測装置は、流量検出用センサ素子に水滴が付着すると、水滴が蒸発するまでの間は出力異常となることが当業者の間では周知である。自動車用の空気流量検出用センサの出力が異常となると、適正な空燃比を得ることが困難となり、正常なエンジンの回転が維持できなくなるという問題がある。
【０００６】
従来技術である上記特開平９−３０４１４０号公報に記載された技術では、水滴が浸入すると、直接、流量検出用センサ素子に衝突し、付着するために正常な出力を得ることが困難となってしまう。
【０００７】
一方、上記特開平９−２８７９９１号公報に記載された技術では、流量検出用センサ素子はＵ宇状の通路内に配置されており、水滴が直接流量検出用センサ素子に衝突する可能性は低い。
【０００８】
しかし、このようなＵ宇状の構造であっても、完全には、センサ素子への水滴付着を防止することはできない。すなわち、水滴が副通路内に浸入すると、その一部は副通路壁に付着し、やがて付着した水滴同志が結びついて大きな水滴に成長する。
【０００９】
すると、大きな水滴は空気流によって吹き飛ばされやすくなり、吹き飛んだ水滴が流量検出用センサ素子に付着することが実験により判明した。
【００１０】
本発明の目的は、流量検出用センサ素子に水滴等の液状体が付着することが防止され、信頼性の高い熱式流量測定装置を実現することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）主通路を流れる流体の一部を導入する副通路と、この副通路内に配置され、流体の流量を検出するセンサとを備える熱式流量計測装置において、上記センサよりも上流側の副通路側面に形成され、上記流体に含まれる液状体を捕獲し、移動させる捕獲手段を備える。
【００１２】
（２）好ましくは、上記（１）において、上記捕獲手段により、捕獲され移動された液状体を上記副通路外に排出する排出手段を備える。
【００１３】
（３）また、好ましくは、上記（１）において、上記液状体の捕獲手段、または捕獲手段と排出手段は、副通路側面に形成された複数の溝、または複数のはり状の突部、あるいは複数の溝とはり状の突部の組み合せであり、捕獲された液状体が上記複数の溝、または複数のはり状の突部を伝って移動する。
【００１４】
（４）また、好ましくは、上記（３）において、上記の複数の溝、または複数のはり状の突部、あるいは複数の溝とはり状の突部の組み合せは、副通路内の流体の上流側から下流側にかけて形成されており、上記副通路内を通過する液状体が集まり難い副通路側面から、より集まりやすい副通路側面に向かうように形成されている。
【００１５】
（５）また、好ましくは、上記（３）において、上記複数の溝、または複数のはり状の突部、あるいは複数の溝とはり状の突部の組み合せは、副通路内の上流側から下流側にかけて形成されており、上記副通路内を通過する流体による遠心力が小である上記副通路側面部位から、遠心力が大である上記副通路側面部位に向かうように形成される。
【００１６】
（６）また、好ましくは、上記（３）において、上記複数の溝、または複数のはり状の突部、あるいは複数の溝とはり状の突部の組み合せは、副通路内の上流側から下流側にかけて形成されており、上記副通路内を通過する流体の流れ方向に対して傾斜して形成されている。
【００１７】
（７）また、好ましくは、上記（２）において、上記液状体の捕獲手段、または捕獲手段と排出手段は、副通路側面に親水性を有し、液状体が上記副通路側面に付着したときに、その接触角が約３０度以下になるように構成される。
【００１８】
（８）また、好ましくは、上記（２）において、上記捕獲手段と排出手段は、副通路側面に形成された複数の溝、あるいは、はり状の突部であり、これら溝、あるいは、はり状の突部と結合した別の溝が入口部近傍から出口部近傍にわたりほぼ連続して形成されている。
【００１９】
（９）また、好ましくは、上記（２）において、上記捕獲手段は、副通路側面に形成された複数の溝であり、さらに上記溝部以外の副通路側面に撥水性を持たせることで、液状体が上記副通路側面に付着したときに、その接触角が約９０度以上になるように構成される。
【００２０】
（１０）また、好ましくは、上記（２）において、上記捕獲手段は副通路側面に形成された複数の溝であり、上記排出手段は、複数の溝の下流側に溝と接続された貫通穴である。
【００２１】
（１１）流体が流れる主通路と、この主通路中に配置され、流体の流量を検出するセンサとを備える熱式流量計測装置において、上記主通路は、上記センサが配置される上流側近傍で屈曲するとともに、屈曲した主通路の内面に、液状体の捕獲手段が形成されている。
【００２３】
このようにして形成された溝、あるいははり状の突部は、副通路内面に付着した水滴等の液状体を捕獲して、液状体同志が結びついて成長し、流体の流れに吹き飛ぱされて飛散するのを防止することが可能である。
【００２４】
また、液状体の飛散を防止しながら、浸入した液状体を効率よく副通路外部に排出することができるようになる。これにより、流量検出用センサへの液状体付着防止を図ることが可能となる。
【００２５】
また、副通路内面に親水性を持たせることで、液状体が副通路内面に付着しても副通路内面に一様に濡れるため、流体の流れで吹き飛ばされることが無くなる。これにより、流量検出用センサへの液状体付着防止を図ることが可能となる。
【００２６】
副通路内面に複数の溝、あるいははり状の突部を形成するとともに、この溝、あるいははり状の突部と結合した別の溝を、入口部近傍から出口部近傍にわたりほぼ連続して形成する。複数の溝、またははり状の突部によって捕獲された液状体は、入口部から出口部にわたって連続して形成された別の溝を経由して副通路外部へ排出することができる。これにより、流量検出用センサへの液状体の付着防止を図ることが可能となる。
【００２７】
副通路内面に複数の溝を形成するとともに、溝部以外の副通路内面に撥水膜を形成する。これにより、副通路内面に付着した液状体は移動しやすくなり、液状態同志が結びついて成長する前に、溝に捕獲されやすくなる。
【００２８】
これにより、液状態の飛散を防止し、流量検出用センサへの液状体の付着防止を図ることが可能となる。
【００２９】
副通路内面に複数の溝を形成するとともに、溝の下流側に溝と接続された貫通穴を設けた構造として、捕獲した液状体を貫通穴から排出させる。これにより、液状態の飛散を防止するとともに、液状態が副通路内に溜まるのを防止する。
【００３０】
主通路は副通路が取り付けられる近傍の上流側で屈曲するとともに、屈曲した主通路の内面に、液状体の捕獲手段が形成された構造とする。例えば、屈曲した主通路の内面に複数の溝、または複数のはり状の突部等を設けた構造とし、主通路内面からの液状体の飛散を防止する。
【００３１】
これにより、主通路に付着した液状体の飛散が無くなるため、副通路内に浸入する液状体が減少し、流量検出用センサへの液状態の付着の確立を下げることが可能となる。
【００３２】
以上に述べた構成によれば、液状体が流量検出用センサに付着することが無くなるために、安定した出力が得られるようになり、これにより信頼性の高い流量計を実現することが可能となる。
【００３３】
また、本発明により、ブローバイガス中に含まれるエンジンオイルのような油滴を含んだ液状の汚損物質が副通路内に浸入しても、油滴の流量検出用センサ素子への付着防止ができるため、オイル汚損による特性変化も防止できる。
【００３４】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【００３５】
図１において、熱式流量計測装置１は、主通路３１中の流体の一部が流入する副通路６を有しており、その中に流量を検知するための流量計測用センサ素子４が配置されている。また、熱式流量計測装置１は、流量計測用センサ素子４を駆動すると共に、流量信号を外部に出力するための制御回路３２と、この制御回路３２を収納するハウジング３４とを備えている。
【００３６】
そして、副通路６の、流体が流入する入口部７近傍の内壁には流体の流れ方向１０に対して傾斜した、つまり、流れ方向１０に対して、図上、時計方向に０より大で９０度より小の角度傾斜した（副通路６の内回り面６ｂから外回り面６ａに向かって傾斜した）複数の溝２、あるいは、はり状の突部３が形成されている。なお、５は測温抵抗体であり、３３は、カバーである。
【００３７】
図２は図１の副通路６を、Ａ−Ａ線に沿って切断した時の断面図であり、溝２の形状の一例を示す図である。副通路６はガラス繊維３０％を含有するＰＢＴ樹脂のような部材で構成し、副通路６の厚さは約２ｍｍ、溝２の幅は０．３ｍｍ〜２ｍｍ程度、溝２の深さは０．２〜１ｍｍ程度である。
【００３８】
なお、溝２の深さは特に制限があるものでは無く、副通路６の厚さが厚い場合は更に深い溝２であっても良い。
【００３９】
また、図３は、図２と同様に、図１の副通路６を、Ａ−Ａ線に沿って切断した時の断面図であり、はり状の突部３の形状の一例を示す図である。副通路６の厚さは約２ｍｍ、はり状の突部３の幅は０．３ｍｍ〜２ｍｍ程度、はり状の突部３高さは０．２〜１ｍｍ程度である。
【００４０】
なお、はり状の突部３の高さは、高すぎると流体の流れを阻害するため、無制限に高くすることはできない。通常、設計される副通路６の幅Ｌは１０ｍｍ程度であり、その場合の、はり状の突部３の高さは、１ｍｍ程度が限界である。
【００４１】
従って、副通路６の幅が広くなれば、はり状の突部３の高さを１ｍｍ以上にすることも可能である。
【００４２】
このように、流量計測用センサ素子４が配置される副通路６内に、溝２、あるいは、はり状の突部３を形成することにより、流量計測用センサ素子４に水滴２１が付着するのを防止することが可能となる。
【００４３】
この水滴付着防止のメカニズムを図４、図５、図６により説明する。
図４は、副通路６内に溝２、あるいは、はり状の突部３が無い場合の主な水滴２１移動の様子を示した図であり、図５は図４の構造の副通路６内壁に付着した水滴２１の移動の様子を示した図である。一方、図６は、図４の構造に対して、副通路６内に複数個の溝２、あるいは、はり状の突部３が形成されている場合の副通路６内壁に付着した水滴２１の移動の様子を示した図である。
【００４４】
図４〜図６のいずれの図も、副通路６内に配置される流量計測用センサ素子４や測温抵抗体５は省略してあり、その配置は図１と同じである。
【００４５】
さて、水滴２１が副通路６内に浸入すると、図４の（ａ）に示すように、水滴２１の殆どは、内壁の外回り面６ａにおけるＵ字状に曲がった付近に衝突し、副通路６内壁の外回り面６ａに付着する。そして、図４の（ｂ）に示すように、付着した水滴２１は副通路６内の流れに沿って、副通路６の外回り面６ａを伝って出口部８へ移動する。この際、流体の流れ１０で発生する遠心力が水滴２１に作用するために、水滴２１は側壁から剥離することはない。
【００４６】
そして、図４の（ｃ）に示すように、水滴２１は出口部８から副通路６外へ排出される。そのため、水滴２１が流量計測用センサ素子４に付着することはない。
当初は、図４に示すようなＵ字形状の構造を採用すれば、流量計測用センサ素子４への水滴２１の付着を防止することが可能と考えられていた。
【００４７】
しかし、実際に霧状の水滴を、主通路３１上流から浸入させて、流量計測用センサ素子４の出力をモニターすると、出力が頻繁に変動しており、Ｕ字形状の構造では、対策として不十分であることが判った。
【００４８】
そこで、透明な樹脂製副通路６を製作し、水滴２１を噴霧したときの副通路６内の水滴２１の動きを観察した結果、図５に示す現象により、水滴２１が流量計測用センサ素子４に付着することが判明した。
【００４９】
すなわち、図５の（ａ）に示すように、副通路６内を通過する水滴２１の一部は、外回り面６ａと内回り面６ｂとの間の、副通路６の入口部７付近の内壁面（側面）にも付着し、流体の流れ１０に押されながら側面を伝って移動する。この時の水滴２１の大きさは直径で１ｍｍ以下である。
【００５０】
次に、図５の（ｂ）に示すように、水滴２１は副通路６の側面を移動する過程で、多数の水滴２１同志が結びついて成長し、大きな水滴２１となる。水滴２１は大きいものでは直径３ｍｍ程度にまで成長する。
【００５１】
そして、図５の（ｃ）に示すように、成長した水滴２１は流体の流れ１０に押されて吹き飛ぶようになり、吹き飛んだ水滴２１の一部が流量計測用センサ秦子４に付着することになる。
【００５２】
一方、図６に示した例の場合は、副通路６の側面に複数の溝２、あるいは複数の、はり状の突部３を形成したものである。複数の溝２、あるいは複数の、はり状の突部３は、流体の流れ１０に対して、約４５度の角度をつけて副通路６内の大きな遠心力を発生する方向に向かう構造である。
【００５３】
図６の（ａ）に示すように、水滴２１が副通路６の側面に付着するのは、図５の（ａ）に示した場合と同じである。しかし、図６の（ｂ）に示すように、付着した水滴２１は、複数の溝２、あるいは複数の、はり状の突部３に接触すると表面張力により、複数の溝２あるいは突部３に捕獲され、溝２、あるいは、はり状の突部３に沿って副通路６内の流体の流れ１０により生じる遠心力が大きい側の側壁、つまり、外回り面６ａに移動する。
【００５４】
そして、図６の（ｃ）に示すように、外回り面６ａに到達した水滴２１は、流体の流れによる遠心力を受けながら、外回り面６ａに沿いながら、出口部８に向かうために、水滴２１は外回り面６ａから離脱することはない。
【００５５】
このように、副通路６内に複数の溝２、あるいは、はり状の突部６（捕獲手段、排出手段）を形成することで水滴２１を捕獲し、遠心力の大きい側の側壁である外回り面６ａに沿って水滴２１を移動させて、出口部８（排出手段）から外部に排出することで、水滴２１が流量計測用センサ素子４に付着することが無くなり、信頼性の高い熱式流量計測装置を実現することができる。
【００５６】
なお、複数の溝２、あるいは複数のはり状の突部３は、実際に水滴を流した時に、副通路内で水滴の集まりやすい内壁面に向かうように形成しても効果は同じである。
【００５７】
また、本構造を適用すれば、水滴２１に限らずブローバイガス中に含まれるエンジンオイルのような油滴を含んだ液状の汚損物質が副通路６内に浸入しても、油滴が流量検出用センサ素子４に付着することが防止できるため、オイル汚損による特性変化も防止できる。なお、本明細書においては、水滴、油滴等を液状体と定義することとする。
【００５８】
なお、上述した複数の溝２、あるいは複数のはり状の突部３は、図７に示すような複数の溝２と、はり状の突部３を組み合わせたものでも効果は同じであり、同様の構造を有するものは本発明の複数の溝２、あるいは複数のはり状の突部３の概念に含まれるものである。
【００５９】
また、図示した例では、溝２及び突部３は、直線状となっているが、直線状に限らず、曲線状であってもよい。
【００６０】
また、図示した例では、溝２及び突部３は連続した一直線となっているが、点線のように、分離した形状となっていてもよい。
【００６１】
さらに、溝２及び突部３は、製造上の制限さえ無ければ、副通路の内壁面全面に形成されていてもよい。
【００６２】
次に、本発明の第２の実施形態を図８を参照して説明する。
図１、図４、図５、図６に示した副通路６構造は、全てＵ字状のものであったが、本発明の第２の実施形態においては、図８に示すように、副通路６を渦巻き状にして、その中に流量計測用センサ素子４を配置する。
【００６３】
そして、流量計測用センサ素子４の位置よりも上流側に、流体の流れ１０に対して緩やかな傾斜を有する複数の溝２、または複数のはり状の突部３が形成されている。そして、これらの溝２、または、はり状の突部３は、流体の流れ１０によって強く遠心力を生じる外周部にまで延在するように形成される。
【００６４】
副通路壁に付着した水滴２１は、溝２、あるいは、はり状の突部３にトラップされ、外周部、出口部８を経由して副通路６外に排出される。副通路６の形状を渦巻き状にすることの有利な点は副通路６内に急激な屈曲部が無いため、溝２、あるいは、はり状の突部３にトラップされた水滴２１を外周部に移動させ易く、また、水滴２１を、外周部を経由して出口部８へ移動させ易いことである。
【００６５】
これにより、排水性もよくなり、水滴２１の付着防止効果が高くなる。
【００６６】
以上のように、本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる他、副通路６の形状が渦巻き状となっているため、溝２、あるいは、はり状の突部３にトラップされた水滴２１を外周部を経由して出口部８へ移動させ易く、排水性もよくなり、水滴２１の付着防止効果が高くなるという効果を有する。
【００６７】
次に、本発明の第３の実施形態を図９を参照して説明する。
図９に示した例においては、Ｕ字状の副通路６内に複数の枝状の溝２ａが形成され、それが中央の溝２に結合している。この中央の溝２は、流れ１０の方向と同様な方向に延び、副通路６の入口部７近傍から出口部８近傍にまで繋がった形状である。
【００６８】
なお、図９においては、副通路６内に配置される流量計測用センサ秦子４は省略してあり、その配置は図１と同じである。
【００６９】
本発明の第３の実施形態による構造では、溝２、２ａに捕獲された水滴２１は出口部８近傍まで溝２を経由して副通路６の外部に排出される。このような構造にすれば、水滴２１の捕獲手段と排出手段は全て溝２、２ａにより達成できる。
【００７０】
この第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００７１】
なお、図示はしないが、枝状の溝２ａの代わりに、はり状の突部３として中央の溝２に結合した構造であっても、同様の効果が得られる。また、図示した例においては、溝２、２ａは一本の繋がったものであるが、枝状の溝２ａは、図１を用いて説明した「複数の溝２」と同じ効果を有しており、「複数の溝２」という基本的な概念に変わりはない。
【００７２】
次に、本発明の第４の実施形態を図１０を参照して説明する。
図１０に示した例は、Ｕ宇状の副通路６内に屈曲した一本の溝２が形成されるとともに、溝２以外の副通路６内壁には撥水性を有する環状シリコーンポリマー、あるいはフッ素系の化合物等の撥水膜２２が形成されたものである。
【００７３】
なお、ここで述べる「撥水性を有する」とは通常の樹脂材料では、水との接触角が７０度から９０度以下であるのに対し、約９０度以上の接触角を有するものを指している。
【００７４】
副通路６内壁に撥水膜２２を形成することで、副通路６内壁に付着した水滴２１は移動しやすくなり、水滴２１同志が結びついて大きく成長する前に溝２に捕獲されやすくなる。
【００７５】
このような構成にすると、特に流速の低い状態で優れた水滴２１捕獲性が得られる。
以上のように、本発明の第４の実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００７６】
なお、ここに示した溝２は、一本の屈曲部を有する溝であるが、構造的には図１に示した「複数の溝２」と同じ役割を果たしており、「複数の溝２」という基本的な概念に変わりはない。
【００７７】
次に、本発明の第５の実施形態を、図１１を参照して説明する。
図１１に示した例は、Ｕ字状の副通路６の内壁に、流体の流れ方向に対して傾斜して形成された複数の溝２が形成されるとともに、溝２の下流側には水滴排出用の貫通穴９が形成された構造である。
【００７８】
なお、図１１においては、副通路６内に配置される流量計測用センサ素子４は省略してあり、その配置は図１に示した例と同じである。
【００７９】
本発明の第５の実施形態における構造では、水滴２１の捕獲手段は溝２であり、排出手段は溝２の下流側に形成された貫通穴９である。このように、水滴排出用の貫通穴９を複数形成した構造であれば、大量の水滴２１が、副通路６内に浸入した場合であっても、効率よく水滴２１の排出を行うことができる。
【００８０】
また、副通路６の内壁に貫通穴９を形成することにより、副通路６内の流体の流速を向上することができる。
【００８１】
つまり、副通路６の内壁に貫通穴が形成されていない場合、副通路６の中心部付近においては、流体の流速は速いが、内壁近辺は、流体が滞留する。このため、副通路６全体としては、流体の流速が、主通路における流速より遅くなってしまうこととなる。
【００８２】
これに対して、副通路６の内壁に貫通穴が形成されている場合には、この貫通穴は主通路と通じているので、上記滞留部分を減少することができ、副通路６内の流体の流速を向上することができる。
【００８３】
なお、副通路６の内壁に溝や突起が形成されている場合も、上記滞留部分を減少することができ、副通路６内の流速を向上することができる。
【００８４】
次に、本発明の第６の実施形態を、図１２、図１３を参照して説明する。
図１２は熱式流量計測装置１の部分断面図であり、図１３は図１２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００８５】
図１２に示すように、流量計測用センサ素子４は直管状の副通路６内に納められ、副通路６の内壁には空気の流れに対して傾斜した複数の溝２が形成された構造である。そして、図１３に示すように、直管状の副通路６は空気の流れ方向に対して傾斜した構造を有しており、水滴２１等が流量計測用センサ素子４に直接衝突しない構造となっている。
【００８６】
しかし、このような構成であっても副通路６内壁に溝２が形成されていないと、図５を用いて説明したメカニズムにより水滴２１が流量計測用センサ素子４に付着してしまう。
【００８７】
本発明の有利な点は、ここで示すような単純な直管状の副通路６であっても水滴２１の付着防止が可能なことである。なお、溝２１の代わりに、はり状の突部３、あるいは溝２とはり状の突部３の組み合せる構造であっても効果は同じである。
【００８８】
次に、本発明の第７の実施形態を、図１４を参照して説明する。
図１４に示すように、主通路３１の上流側には曲がった上流側ダクト４１が接続されており、その下流側の主通路３１内に直管状の副通路６が配置されている。また、副通路６の内壁には溝２が形成されており、この溝２は図示しないが図１２に示したように、流体の流れ方向に対して傾斜を有している。
【００８９】
この曲がった上流側ダクト４１により、主通路３１及び副通路６内を通過する水滴の流れ１１が慣性効果により曲がるため、直管状の副通路６であっても、水滴２１の殆どは、直接流量計測用センサ素子４に衝突することがなくなる。
【００９０】
しかし、副通路６内の側壁に付着する水滴２１の量は増加するため、副通路６内壁に溝２を形成した本発明を適用しないと、流量計測用センサ素子４への水滴２１付着を防止することはできない。
【００９１】
なお、溝２の代わりに、はり状の突部３、あるいは溝２と、はり状の突部３とを組み合せた構造であっても効果は同じである。また、その他の実施形態としては、図示はしないが、水滴２１が激しく副通路６内壁に衝突し、その衝突の反動で水滴２１が飛散する場合は、副通路６内壁に親水性を有する親水膜を形成しておくと有利である。
【００９２】
なお、ここで述べる「親水性を有する」とは親水膜と水との接触角が約３０度以下の接触角を有するものを指している。
【００９３】
界面活性剤などを用いて実験を行った結果、親水性が高いほど、水滴２１は副通路６内壁に一様に濡れ広がるため、飛散しなくなる。この場合は、溝２や、はり状の突部３が無くても十分な水滴２１の付着防止効果が得られる。
【００９４】
次に、本発明の第８の実施形態を、図１５を参照して説明する。
図１５に示すように、主通路３１、３１ａは、副通路６が取り付けられる近傍で屈曲するとともに、屈曲した主通路３１ａの内壁面には複数の溝２、又は複数の、はり状の突部３が形成された構造となっている。主通路３１ａに浸入した水滴は、慣性効果により主通路３１ａの屈曲部付近で内壁面に付着する。
【００９５】
そして、付着した水滴は、複数の溝、又は複数の、はり状の突部で捕獲されるため、水滴の成長を抑えることができ、副通路６内に飛散して浸入する水滴を減少させることができる。
【００９６】
なお、本発明の第８の実施形態では、副通路６を設けた構成の熱式流量計を用いて説明したが、主通路での水滴飛散防止策をとることにより、副通路を設けない構造の熱式流量計測装置１であっても、水滴付着防止を図ることが可能となる。このため、副通路を形成する必要がなくなり、熱式流量計測装置の価格を低下することができるという効果もある。
【００９７】
また、水滴の浸入しやすい車両等では、さらに副通路内壁にも水滴飛散防止策を施すことにより、より一層の改善を図ることが可能となる。
【００９８】
なお、複数の溝、又は複数の、はり状の突部を設ける代わりに、屈曲部の内壁面に親水膜を形成しても同様の効果がえられる。
【００９９】
図１６は、内燃機関、特にガソリンエンジンにおいて、空気流量を測定する場合に、本発明の熱式流量測定装置を適用した場合の例を示す断面図である。
図１６において、エアクリーナ１０２、ボディ１０５、ダクト１０６、スロットル角度センサ１０７、アイドルエアーコントロールバルブ１０８、スロットルボディ１０９は、吸気マニホールド１１０と一体となり、吸気通路を形成している。
【０１００】
エンジンヘの吸入空気１０１は、上記吸気通路を流れる途中の通路あるいはバイパス通路中で、本発明による熱式流量センサ１に流量を検知される。そして、検知された流量の信号が電圧、周波数等の信号形態で、コントロールユニット１１１に取り込まれ、インジェクタ１１２、回転速度計１１３、エンジンシリンダ１１４、排気マニホールド１１５、ガス１１６、酸素濃度計１１７から構成される燃焼部構造及びサブシステムの制御に用いられる。
【０１０１】
この燃焼部構造及びサブシステムの制御に、本発明による熱式流量計測装置１を適用することにより、水滴や油滴がセンサ素子に付着することが防止されるため、正確な空気流量を測定でき、エンジンコントロール精度が向上される
なお、図示しないが、ディーゼルエンジンの場合も、基本構成はほぼ同じであり、本発明を適用することができる。
【０１０２】
また、本発明は、空気のみならず、他の流体の流量も測定可能である。例えば、燃料電池の水素ガスの流量を測定する場合にも、適用可能である。この水素ガスの測定に用いる場合、湿度１００％のガスを使用するため、水滴が発生し易く、本発明を適用すれば、測定精度を向上することができる。また、プロパンガスの流量を測定する場合にも、本発明は適用可能である。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明によれぱ、副通路若しくは主通路に水滴又は油滴等の液状体の捕獲手段を形成し、捕獲手段により、捕獲された液状体を、流量検出用センサ素子とは、離隔した経路を介して、副通路外部に排出するように構成したので、
流量検出用センサ素子に水滴等の液状体が付着することが防止され、信頼性の高い熱式流量測定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図２】図１に示す熱式流量計測装置の一例のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示す熱式流量計測装置の他の例のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】本発明を説明するための副通路内に浸入した水滴の挙動を示す模式図である。
【図５】本発明を説明するための副通路内に浸入した水滴の挙動を示す模式図である。
【図６】本発明を説明するための副通路内に浸入した水滴の挙動を示す楳式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の変形例を示す副通路の断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図１３】図１２に示す熱式流量計測装置のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図１５】本発明の第８の実施形態である熱式流量計測装置の部分断面図である。
【図１６】内燃機関、特にガソリンエンジンにおいて、空気流量を測定する場合に、本発明の熱式流量測定装置を適用した場合の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 熱式流量計測装置
２、２ａ 溝
３ はり状の突部
４ 流量計測用センサ素子
５ 測温抵抗体
６ 副通路
７ 入口部
８ 出口部
９ 貫通穴
１０ 流体の流れ
１１ 水滴の流れ
２０ 吸気温センサ
２１ 水滴
２２ 撥水膜
３１、３１ａ 主通路
３２ 制御回路
３３ カバー
３４ ハウジング
３５ 支持体
４１ 上流側ダクト
４２ 下流側ダクト
１０１ 吸入空気
１０２ エアクリーナー
１０５ ボディ
１０６ ダクト
１０７ アイドルエアーコントロールバルブ
１０８ スロットル角度センサ
１０９ スロットルボディ
１１０ 吸気マニホールド
１１１ コントロールユニヅト
１１２ インジェクタ
１１３ 回転速度計
１１４ エンジンシリンダ
１１５ 排気マニホールド
１１６ ガス
Claims (11)
- 主通路を流れる流体の一部を導入する副通路と、この副通路内に配置され、流体の流量を検出するセンサとを備える熱式流量計測装置において、
上記センサよりも上流側の副通路側面に形成され、上記流体に含まれる液状体を捕獲し、移動させる捕獲手段を備えることを特徴とする熱式流量測定装置。 - 請求項１において、上記捕獲手段により、捕獲され移動された液状体を上記副通路外に排出する排出手段を備えることを特徴とする熱式流量計測装置。
- 請求項１において、上記液状体の捕獲手段、または捕獲手段と排出手段は、副通路側面に形成された複数の溝、または複数のはり状の突部、あるいは複数の溝とはり状の突部の組み合せであり、捕獲された液状体が上記複数の溝、または複数のはり状の突部を伝って移動することを特徴とする熱式流量計測装置。
- 請求項３において、上記の複数の溝、または複数のはり状の突部、あるいは複数の溝とはり状の突部の組み合せは、副通路内の流体の上流側から下流側にかけて形成されており、上記副通路内を通過する液状体が集まり難い副通路側面から、より集まりやすい副通路側面に向かうように形成されていることを特徴とする熱式流量計測装置。
- 請求項３において、上記複数の溝、または複数のはり状の突部、あるいは複数の溝とはり状の突部の組み合せは、副通路内の上流側から下流側にかけて形成されており、上記副通路内を通過する流体による遠心力が小である上記副通路側面部位から、遠心力が大である上記副通路側面部位に向かうように形成されることを特徴とする熱式流量計測装置。
- 請求項３において、上記複数の溝、または複数のはり状の突部、あるいは複数の溝とはり状の突部の組み合せは、副通路内の上流側から下流側にかけて形成されており、上記副通路内を通過する流体の流れ方向に対して傾斜して形成されていることを特徴とする熱式流量計測装置。
- 請求項２において、上記液状体の捕獲手段、または捕獲手段と排出手段は、副通路側面に親水性を有し、液状体が上記副通路側面に付着したときに、その接触角が約３０度以下になるようにしたことを特徴とする熱式流量計測装置。
- 請求項２において、上記捕獲手段と排出手段は、副通路側面に形成された複数の溝、あるいは、はり状の突部であり、これら溝、あるいは、はり状の突部と結合した別の溝が入口部近傍から出口部近傍にわたりほぼ連続して形成されていることを特徴とする熱式流量計測装置。
- 請求項２において、上記捕獲手段は、副通路側面に形成された複数の溝であり、さらに上記溝部以外の副通路側面に撥水性を持たせることで、液状体が上記副通路側面に付着したときに、その接触角が約９０度以上になるようにしたことを特徴とする熱式流量計測装置。
- 請求項２において、上記捕獲手段は副通路側面に形成された複数の溝であり、上記排出手段は、複数の溝の下流側に溝と接続された貫通穴であることを特徴とする熱式流量計測装置。
- 流体が流れる主通路と、この主通路中に配置され、流体の流量を検出するセンサとを備える熱式流量計測装置において、
上記主通路は、上記センサが配置される上流側近傍で屈曲するとともに、屈曲した主通路の内面に、液状体の捕獲手段が形成されていることを特徴とする熱式流量計測装置。
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