JP2015068794A - 熱式流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】副通路に汚損物質が流入しても、この汚損物質により被計測気体を検出する特性が継時的に変化することを抑えられる熱式流量計を提供する。【解決手段】主通路１２４を流れる被計測気体ＩＡの一部を取り込む副通路３３０は、主取込口３５０から取り込んだ被計測気体の一部を排出する排出口３５５まで形成された第１の通路３１と、第１の通路３１に流れる被計測気体を取り込む副取込口３４から、流量検出部６０２に向かって形成された第２の通路３２と、を備えている。第１の通路３１のうち主取込口から副取込口までの上流側通路３１Ａは、主通路１２４を流れる被計測気体の流れ方向Ｄに対して、流量検出部６０２から離れるように傾斜している。流量検出部６０２および排出口３５５は、主通路１２４の被計測気体ＩＡの流れ方向Ｄに、主取込口を投影した投影範囲から外れており、排出口３５５の面積は、主取込口３５０の面積よりも小さい。【選択図】図５

Description

本発明は熱式流量計に関する。

気体の流量を計測する熱式流量計は流量を計測するための流量検出部を備え、前記流量検出部と計測対象である前記気体との間で熱伝達を行うことにより、前記気体の流量を計測するように構成されている。熱式流量計が計測する流量は色々な装置の重要な制御パラメータとして広く使用されている。熱式流量計の特徴は、他の方式の流量計に比べ相対的に高い精度で気体の流量、例えば質量流量を計測できることである。

しかしさらに気体流量の計測精度の向上が望まれている。例えば、内燃機関を搭載した車両では、省燃費の要望や排気ガス浄化の要望が非常に高い。これら要望に応えるには、内燃機関の主要パラメータである吸入空気量を高い精度で計測することが求められている。

内燃機関に導かれる吸入空気量を計測する熱式流量計は、吸入空気量の一部を取り込む副通路と前記副通路に配置された流量検出部とを備え、前記流量検出部が被計測気体との間で熱伝達を行うことにより、前記副通路を流れる被計測気体の状態を計測して、前記内燃機関に導かれる吸入空気量を表す電気信号を出力する。

特許文献１には、測定エレメントの上流側の測定ケーシングの流入通路に、粒子及び液体を変向させるための隆起部が形成された測定装置が記載されおり、流入開口から流入通路が、主要流れ方向に対して所定の角度で傾斜するように隆起部が形成されていた測定装置が開示されている。

特表２００４−５０７７５４号公報

しかしながら、特許文献１のような測定装置では、測定エレメントの上流側の測定ケーシングの入口開口部を、管路内の主要流れ方向に投影した面内に測定エレメントが位置している。このため、測定エレメントの上流側に液体粒子又はダスト粒子を変向させるための部材を配置しても、該部材を迂回する流れが存在し、その流れに運ばれた粒子は測定エレメントに到達しうる。従って、汚損物質により測定エレメントの損傷を防止する効果は十分ではない。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、流量検出部に安定した流量の被計測流体を供給することができるばかりでなく、測定対象である流体に含まれる汚損物質が流量検出部に到達する量を低減することができる熱式流量計を提供することにある。

前記課題を鑑みて、本発明に係る熱式流量計は、主通路を流れる被計測気体の一部を取り込む副通路と、前記副通路を流れる被計測気体の流量を検出する流量検出部とを備えている。副通路は、前記主通路を流れる前記被計測気体を取り込むように、前記主通路の上流に面した主取込口から、取り込んだ被計測気体の一部を排出する排出口まで形成された第１の通路と、第１の通路に流れる被計測気体を取り込む副取込口から、前記流量検出部に向かって形成された第２の通路と、を備えている。このような構成を前提に、以下の第１〜第３の要件を満たす。第１に、前記第１の通路のうち主取込口から副取込口までの上流側通路は、前記主通路を流れる被計測気体の流れ方向に対して、前記流量検出部から離れるように傾斜している。第２に、前記流量検出部および前記排出口は、前記主通路の被計測気体の流れ方向に、前記主取込口を投影した投影範囲から外れている。第３に、前記排出口の面積は、前記主取込口の面積よりも小さくなっている。

本発明によれば、流量検出部に安定した流量の被計測流体を供給することができるばかりでなく、測定対象である流体に含まれる汚損物質が流量検出部に到達する量を低減することができる。

内燃機関制御システムに本発明に係る熱式流量計を使用した一実施例を示すシステム図である。 本発明に係る熱式流量計の外観を示す正面図。 本発明に係る熱式流量計の外観を示す左側面図。 本発明に係る熱式流量計の外観を示す背面図。 本発明に係る熱式流量計の外観を示す右側面図。 本発明に係る熱式流量計から表カバーを取り外したハウジングの状態を示す正面図。 本発明に係る熱式流量計から裏カバーを取り外したハウジングの状態を示す背面図。 図２ＡのＡ−Ａ断面図。 図３Ｂに示す副通路の要部拡大図。 図５に示す副通路（実施例１）の模式的概念図。 図６の変形例（実施例２）を示した模式図 図６の変形例（実施例３）を示した模式図。 図６の別の変形例（実施例４）を示した模式図。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムに、本実施形態に係る熱式流量計を使用した一実施形態を示すシステム図である。図１に示すように、エンジンシリンダ１１２とエンジンピストン１１４を備える内燃機関１１０の動作に基づき、吸入空気が被計測気体ＩＡとしてエアクリーナ１２２から吸入され、主通路１２４が形成された吸気管７１を含む例えば吸気ボディ、スロットルボディ１２６、吸気マニホールド１２８を介してエンジンシリンダ１１２の燃焼室に導かれる。

燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体ＩＡの流量は、本実施形態に係る熱式流量計３０で計測され、計測された流量に基づいて燃料噴射弁１５２より燃料が供給され、吸入空気である被計測気体ＩＡと共に混合気の状態で燃焼室に導かれる。なお、本実施形態では、燃料噴射弁１５２は内燃機関の吸気ポートに設けられ、吸気ポートに噴射された燃料が吸入空気である被計測気体ＩＡと共に混合気を成形し、吸気弁１１６を介して燃焼室に導かれ、燃焼して機械エネルギを発生する。

熱式流量計３０は、図１に示す内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する方式だけでなく、各燃焼室に燃料を直接噴射する方式にも同様に使用できる。両方式とも熱式流量計３０の使用方法を含めた制御パラメータの計測方法および燃料供給量や点火時期を含めた内燃機関の制御方法の基本概念は略同じであり、両方式の代表例として吸気ポートに燃料を噴射する方式を図１に示す。

燃焼室に導かれた燃料および空気は、燃料と空気の混合状態を成しており、点火プラグ１５４の火花着火により、爆発的に燃焼し、機械エネルギを発生する。燃焼後の気体は排気弁１１８から排気管に導かれ、排気ＥＡとして排気管から車外に排出される。前記燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体ＩＡの流量は、アクセルペダルの操作に基づいてその開度が変化するスロットルバルブ１３２により制御される。前記燃焼室に導かれる吸入空気の流量に基づいて燃料供給量が制御され、運転者はスロットルバルブ１３２の開度を制御して前記燃焼室に導かれる吸入空気の流量を制御することにより、内燃機関が発生する機械エネルギを制御することができる。

エアクリーナ１２２から取り込まれ主通路１２４を流れる吸入空気である被計測気体ＩＡの流量、湿度および温度が、熱式流量計３０により計測され、熱式流量計３０から吸入空気の流量、湿度および温度を表す電気信号が制御装置２００に入力される。また、スロットルバルブ１３２の開度を計測するスロットル角度センサ１４４の出力が制御装置２００に入力され、さらに内燃機関のエンジンピストン１１４や吸気弁１１６や排気弁１１８の位置や状態、さらに内燃機関の回転速度を計測するために、回転角度センサ１４６の出力が、制御装置２００に入力される。排気ＥＡの状態から燃料量と空気量との混合比の状態を計測するために、酸素センサ１４８の出力が制御装置２００に入力される。

制御装置２００は、熱式流量計３０の出力である吸入空気の流量、湿度、および温度、および回転角度センサ１４６からの内燃機関の回転速度、に基づいて燃料噴射量や点火時期を演算する。これら演算結果に基づいて、燃料噴射弁１５２から供給される燃料量、また点火プラグ１５４により点火される点火時期が制御される。燃料供給量や点火時期は、実際にはさらに熱式流量計３０で計測される吸気温度やスロットル角度の変化状態、エンジン回転速度の変化状態、酸素センサ１４８で計測された空燃比の状態に基づいて制御されている。制御装置２００はさらに内燃機関のアイドル運転状態において、スロットルバルブ１３２をバイパスする空気量をアイドルエアコントロールバルブ１５６により制御し、アイドル運転状態での内燃機関の回転速度を制御する。

内燃機関の主要な制御量である燃料供給量や点火時期はいずれも熱式流量計３０の出力を主パラメータとして演算される。従って熱式流量計３０の計測精度の向上や経時変化の抑制、信頼性の向上が、車両の制御精度の向上や信頼性の確保に関して重要である。特に近年、車両の省燃費に関する要望が非常に高く、また排気ガス浄化に関する要望が非常に高い。これらの要望に応えるには熱式流量計３０により計測される吸入空気である被計測気体ＩＡの流量の計測精度の向上が極めて重要である。

［実施例１］
図２は、熱式流量計３０の外観を示している。図２Ａは熱式流量計３０の正面図、図２Ｂは左側面図、図２Ｃは背面図、図２Ｄは右側面図である。

熱式流量計３０はハウジング３０２と表カバー３０３と裏カバー３０４とを備えている。ハウジング３０２は、熱式流量計３０を、主通路を構成する吸気ボディに固定するためのフランジ３１２と、外部機器との電気的な接続を行うための外部端子を有する外部接続部（コネクタ部）３０５と、流量等を計測するための計測部３１０を備えている。計測部３１０の内部には、副通路を作るための副通路溝が設けられている。

上述した表カバー３０３と裏カバー３０４を覆うことにより、副通路が形成されたケーシングとなる。計測部３１０の内部には、主通路を流れる被計測気体ＩＡの流量を計測するための流量検出部６０２や主通路を流れる被計測気体ＩＡの温度を計測するための温度検出部４５２を備える回路パッケージ４００が設けられている（図３Ａ、３Ｂ参照）。

熱式流量計３０は、フランジ３１２を吸気ボディ（吸気管）７１に固定することにより、計測部３１０が主通路内に片持ち状に支持される。図２Ａでは、熱式流量計３０と吸気管７１との位置関係を明確にするため、仮想線で吸気管７１を示している。

熱式流量計３０の計測部３１０は、フランジ３１２から主通路１２４の径方向の中心方向に向かって長く延びる形状を成し、その先端部には吸入空気などの被計測気体ＩＡの一部を副通路に取り込むための主取込口３５０（図２Ｃ参照）と副通路から被計測気体ＩＡを主通路１２４に戻すための排出口３５５（図２Ｄ参照）が設けられている。

熱式流量計３０の主取込口３５０が、フランジ３１２から主通路の径方向の中心方向に向かって延びる計測部３１０の先端側に設けられることにより、主通路の内壁面から離れた部分の気体を副通路に取り込むことができる。これにより、主通路の内壁面の温度の影響を受け難くなり、気体の流量や温度の計測精度の低下を抑制できる。なお、後述するように本実施形態では、主取込口３５０の中心は、主通路１２４の被計測気体ＩＡが流れる方向Ｄに沿った中心線ＣＬに対してオフセットしている。

また、主通路１２４の内壁面近傍では流体抵抗が大きく、主通路の平均的な流速に比べ、流速が低くなる。本実施例の熱式流量計３０では、フランジ３１２から主通路の中央に向かって延びる薄くて長い計測部３１０の先端部に主取込口３５０が設けられているので、主通路中央部の流速の速い気体を副通路（計測用通路）に取り込むことができる。また、副通路の排出口３５５も計測部３１０の先端部に設けられているので、副通路内を流れた気体を流速の速い主通路１２４の中央部近傍に戻すことができる。

計測部３１０は主通路１２４の外壁から中央に向かう軸に沿って長く延びる形状を成しているが、幅は、図２Ｂ及び図２Ｄに記載の如く、狭い形状を成している。すなわち、熱式流量計３０の計測部３１０は、側面の幅が薄く正面が略長方形の形状を成している。これにより、熱式流量計３０は、被計測気体ＩＡに対しては流体抵抗を小さくして、十分な長さの副通路を備えることができる。

被計測気体ＩＡの温度を計測するための温度検出部４５２が、計測部３１０の中央部で、計測部３１０内の上流側外壁が下流側に向かって窪んだ位置に、上流側外壁から上流側に向かって突出する形状を成して設けられている。

表カバー３０３および裏カバー３０４は、薄い板状に形成されて、広い冷却面を備える形状を成している。このため熱式流量計３０は、空気抵抗が低減され、さらに主通路１２４を流れる被計測気体により冷却されやすい効果を有している。

外部接続部３０５の内部には、図示しない外部端子と補正用端子とが設けられている。外部端子は、計測結果である流量と温度を出力するための端子と、直流電力を供給するための電源端子とで構成される。補正用端子は熱式流量計３０に関する補正値を、熱式流量計３０内部のメモリに記憶するのに使用する端子である。

次に、図３Ａおよび図３Ｂを用いて、ハウジング３０２内に構成される副通路及び回路パッケージの構成について説明する。図３Ａ，３Ｂは熱式流量計３０から表カバー３０３または裏カバー３０４を取り外したハウジング３０２の状態を示している。図３Ａは、本発明に係る熱式流量計から表カバーを取り外したハウジングの状態を示す正面図であり、図３Ｂは、本発明に係る熱式流量計から裏カバーを取り外したハウジングの状態を示す背面図である。

ハウジング３０２には、計測部３１０の先端側に副通路を成形するための副通路溝が設けられている。副通路３３０は、主通路１２４を流れる被計測気体の一部を取り込むために熱式流量計３０内に形成さされた通路である。本実施例ではハウジング３０２の表裏両面に副通路溝３３２，３３４が設けられている。表カバー３０３及び裏カバー３０４をハウジング３０２の表面及び裏面にかぶせることにより、ハウジング３０２の両面に連続した副通路３３０が形成される。このような構造とすることで、ハウジング３０２の成形時（樹脂モールド工程）にハウジング３０２の両面に設けられる金型を使用して、表側副通路溝３３２と裏側副通路溝３３４の両方をハウジング３０２の一部に形成し、これらを繋ぐようにハウジング３０２を貫通した貫通部３８２を形成し、この貫通部３８２に回路パッケージ４００の流量検出素子（流量検出部）６０２を配置することができる。

図３Ｂに示すように、主通路を流れる被計測気体ＩＡの一部は、主取込口３５０から入口溝５３１を介して裏側副通路溝３３４内に取り込まれ、裏側副通路溝３３４内を流れる。裏側副通路溝３３４に裏カバー３０４を覆うことにより、熱式流量計３０には、副通路３３０のうち、第１の通路３１と第２の通路３２の上流側の一部が形成される。

第１の通路３１は、主通路１２４を流れる被計測気体ＩＡを取り込む主取込口３５０から、取り込んだ被計測気体ＩＡの一部を排出する排出口３５５まで形成された汚損物質の排出用通路である。第２の通路３２は、第１の通路３１に流れる被計測気体ＩＡを取り込む副取込口３４から、流量検出部６０２に向かって形成された流量計測用通路である。主取込口３５０は、主通路１２４の上流側に面して開口しており、排出口３５５は、主通路１２４の下流側に面して開口しており、排出口３５５の開口面積は、主取込口３５０の開口面積よりも小さい。これにより、主取込口３５０からの被計測気体ＩＡを第２の通路３２にも流れ易くすることができる。

裏面副通路溝３３４のうち、第２の通路３２（流量検出部６０２までの通路）の通路溝は、流れ方向に進むにつれて深くなる形状をしており、溝に沿って流れるにつれ表側の方向に被計測気体ＩＡは徐々に移動する。裏側副通路溝３３４には回路パッケージ４００の上流部３４２で急激に深くなる急傾斜部３４７が設けられている。質量の小さい空気の一部は急傾斜部３４７に沿って移動し、回路パッケージ４００の貫通部３８２のうち上流部３４２で図４に示す計測用流路面４３０の方を流れる。一方質量の大きい異物は遠心力によって急激な進路変更が困難なため、急傾斜部３４７に沿って流れることができず、図４に示す計測用流路裏面４３１の方を流れる。その後、貫通部３８２のうち下流部３４１を通り、図３Ａに示す表側副通路溝３３２を流れる。

上述した如く、回路パッケージ４００の計測用流路面４３０を含む部分は、貫通部３８２の空洞内に配置され、この貫通部３８２は計測用流路面４３０を有する回路パッケージ４００の左右両側で裏側副通路溝３３４と表側副通路溝３３２とが繋がっている。

図３Ａに示すように、貫通部３８２において、上流部３４２から被計測気体ＩＡである空気は計測用流路面４３０に沿って流れる。このとき、流量検出部６０２に設けられた熱伝達面を介して流量を計測するための流量検出部６０２との間で熱伝達が行われ、流量の計測が行われる。なお、この流量の計測原理は、熱式流量計として一般的な検出原理であってよく、本実施例の如く、回路パッケージ４００の流量検出部６０２が計測した計測値に基づいて主通路を流れる被計測気体の流量を検出することができるものであれば、検出するための構成は特に限定されるものではない。

計測用流路面４３０を通過した被計測気体ＩＡや回路パッケージ４００の下流部３４１から表側副通路溝３３２に流れてきた空気は共に表側副通路溝３３２に沿って流れ、第２の通路３２の出口３５２を形成する出口溝３５３から主通路１２４に排出される。

この実施例では、裏側副通路溝３３４で構成される第２の通路は曲線を描きながらハウジング３０２の先端部からフランジ方向に向かい、フランジ側に最も近い位置では副通路を流れる被計測気体ＩＡは主通路１２４の流れに対して逆方向の流れとなる。この逆方向の流れの部分となる貫通部３８２で、ハウジング３０２の一方側に設けられた第２の通路３２のうち裏面側に設けられたセンサ上流側通路３２ａが、他方側に設けられた第２の通路３２の表面側に設けられたセンサ下流側通路３２ｂに繋がる。

この実施例では、回路パッケージ４００の先端側は貫通部３８２の空洞内に配置される。回路パッケージ４００の上流側に位置する上流部３４２の空間と回路パッケージ４００の下流側に位置する下流部３４１の空間は、この貫通部３８２に含まれることになり、貫通部３８２は、上述した如く、ハウジング３０２の表面側と裏面側とを貫通するように刳り貫かれている。これにより、上述した如く、貫通部３８２で、ハウジング３０２の表面側の表側副通路溝３３２により形成されたセンサ上流側通路３２ａと、裏面側の裏側副通路溝３３４により形成されたセンサ下流側副通路３２ｂとが連通する。

なお、図４に示すように、計測用流路面４３０側の空間と計測用流路裏面４３１側の空間とは、ハウジング３０２にインサートされた回路パッケージ４００によって区分されており、ハウジング３０２によっては区分されていない。上流部３４２の空間と、下流部３４１の空間と、計測用流路面４３０側の空間と、計測用流路裏面４３１側の空間とによって形成される一つの空間が、ハウジング３０２の表面と裏面とに連続して形成されており、この一つの空間にハウジング３０２にインサートされた回路パッケージ４００が片持ち状で突出している。このような構成とすることで、１回の樹脂モールド工程でハウジング３０２の両面に副通路溝を成形でき、また両面の副通路溝を繋ぐ構造を合わせて成形することが可能となる。

尚、回路パッケージ４００はハウジング３０２の固定部３７２，３７３，３７６に樹脂モールドにより埋設して固定されている。このような固定構造は、ハウジング３０２の樹脂モールド成形と同時に、回路パッケージ４００をハウジング３０２にインサート成形することにより、熱式流量計３０に実装することができる。

なお、図３Ｂに示すように、裏側副通路溝３３４は、対向して形成された第１通路用壁３９５と、裏側副通路内周壁（第２通路用壁）３９２と裏側副通路外周壁（第２通路用壁）３９１とにより形成されている。これら裏側副通路内周壁３９２と裏側副通路外周壁３９１とのそれぞれの高さ方向の先端部と裏カバー３０４の内側面とが密着することで、ハウジング３０２の第１の通路３１と第２の通路３２のセンサ上流側通路３２ａが成形される。

一方、表側副通路溝３３２の両側には、表側副通路内周壁（第２通路用壁）３９３と表側副通路外周壁（第２通路用壁）３９４が設けられ、これら表側副通路内周壁３９３と表側副通路外周壁３９４の高さ方向の先端部と表カバー３０３の内側面とが密着することで、ハウジング３０２の下流側副通路が形成される。

主取込口３５０から取り込まれ、裏側副通路溝３３４により構成される第１の通路３１を流れた被計測気体ＩＡは、図３Ｂの右側から左側に向かって流れる。ここで第１の通路３１から分岐するように形成された第２の通路３２の副取込口３４に、取込んだ被計測気体ＩＡの一部が、分流して流れる。流れた被計測気体ＩＡは、貫通部３８２の上流部３４２を介して、回路パッケージ４００の計測用流路面４３０の表面と表カバー３０３に設けられた突起部３５６で作られる流路３８６の方を流れる（図４参照）。

他の被計測気体ＩＡは計測用流路裏面４３１と裏カバー３０４で作られる流路３８７の方を流れる。その後、流路３８７を流れた被計測気体ＩＡは、貫通部３８２の下流部３４１を介して表側副通路溝３３２の方に移り、流路３８６を流れている被計測気体ＩＡと合流する。合流した被計測気体ＩＡは、表側副通路溝３３２を流れ、出口３５２から主通路に排出される。

裏側副通路溝３３４から貫通部３８２の上流部３４２を介して流路３８６に導かれる被計測気体ＩＡの方が、流路３８７に導かれる流路よりも曲りが大きくなるように、副通路溝が形成されている。これにより、被計測気体ＩＡに含まれるごみなどの質量の大きい物質は、曲りの少ない流路３８７の方に集まる。

流路３８６では、突起部３５６は絞りを形成しており、被計測気体ＩＡを渦の少ない層流にする。また突起部３５６は被計測気体ＩＡの流速を高める。これにより、計測精度が向上する。突起部３５６は、計測用流路面４３０に設けた流量検出部６０２の熱伝達面露出部４３６に対向する方のカバーである表カバー３０３に形成されている。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ハウジング３０２には、フランジ３１２と副通路溝が形成された部分との間に空洞部３３６が形成されている。この空洞部３３６の中に、回路パッケージ４００の接続端子４１２と外部接続部３０５の外部端子の内端３６１とを接続する端子接続部３２０が設けられている。接続端子４１２と内端３６１とは、スポット溶接あるいはレーザ溶接などにより、電気的に接続される。

本実施例では、主通路１２４の被計測気体ＩＡが流れる方向Ｄである順方向に流れているものとして、説明する副通路の入口すなわち、第１の通路３１の主取込口３５０から被計測流体ＩＡが汚損物質Ｐとともに流れ込む。

汚損物は流量検出部６０２を汚損する可能性のある物質であり、固体（固形物）と液体（液状物）の両方を含む。汚損物は粒状である場合が多く、固体からなる粒状体としては例えばダスト等があり、液体からなる粒状体としては例えば水滴やオイルミスト等がある。

主通路１２４の被計測気体ＩＡにダストやオイルミスト等を含む場合、ダストが流量検出部（流量検出素子）６０２に衝突して破損したり、オイルミストが流量検出部６０２に付着して計測誤差を生じる場合がある。

また、主通路１２４の被計測気体ＩＡが水滴を含む場合、水滴が流量検出部６０２に付着すると質量流量の計測値に異常を生じる。これらの問題を解決するため、上述した第１の通路３１が設けられており、第１の通路３１から分岐するように、流量検出部６０２が配置される第２の通路３２が形成されている。

第１の通路３１は、図５および図６に示すように、主通路１２４を流れる被計測気体ＩＡを取り込むように、主通路１２４の上流に面した主取込口３５０から、取り込んだ被計測気体ＩＡの一部を排出する排出口３５５まで形成された通路であり、主取込口３５０から副通路３３０の内部に流れ込む被計測気体ＩＡの一部は、汚損物質Ｐと共に排出口３５５から排出される。第２の通路３２は、第１の通路３１に流れる被計測気体ＩＡを取り込む副取込口３４から、流量検出部６０２に向かって形成されている。

本実施例では、主取込口３５０から第１の通路３１の上流側通路は、主取込口３５０から副取込口３４の上流側開口縁部３４ａまで直線状となっており、第１の通路３１のうち主取込口３５０から副取込口３４の上流側開口縁部３４ａまでの上流側通路３１Ａは、主通路を流れる被計測気体の流れ方向Ｄに対して、流量検出部６０２から離れるように傾斜している。本実施例では、第１の通路３１の主取込口３５０の中心は、主通路１２４の被計測気体ＩＡが流れる方向Ｄに沿った中心線ＣＬに対してオフセットし（具体的には、主取込口３５０が中心線ＣＬから外れた位置に形成され）、第１の通路３１のうち主取込口３５０から副取込口３４（具体的には上流側開口縁部３４ａ）までの上流側通路３１Ａは、主取込口３５０から副取込口３４に進むにしたがって中心線ＣＬから離れるように、中心線ＣＬに対して傾斜している。

本実施例では、図６に示すように、上流側通路３１Ａは、主通路１２４の被計測気体ＩＡが流れる方向Ｄに対してある所定の角度θをなして設けられている。このように、上流側通路３１Ａが、主取込口３５０から第１の通路３１内部に流れ込んだ流れの方向を上流側通路３１Ａに沿うように拘束し、第１の通路３１と第２の通路３２の分岐部において、流れを第１の通路３１側から遠ざけることで排出口３５５側に向き易くする。

それにより、主取込口３５０から流入した汚損物質Ｐの多くが排出口３５５から排出される。特に粒径の大きい汚損物質は慣性力が大きく直進性が大きいため、主取込口３５０から流入した汚損物質が、直線性をもって上流側通路３１Ａに流れるため、排出口３５５に向かって汚損物質を排出しやすくなる。特に、本実施例では、排出口３５５は、主取込口３５０から上流側通路３１Ａが延在する方向に形成されているので、上流側通路３１Ａを流れる汚損物質を、排出口３５５に効率的に流すことができる。

また、流量検出部６０２が、主通路１２４の被計測気体ＩＡの流れ方向Ｄに、取込口３５０を投影した投影範囲Ｒから外れているので、主取込口３５０から流入した汚損物質が直進して接触することはない。さらに、第１の通路３１から排出されなかった残りの汚損物質は分岐部（副取込口３４）から第２の通路３２へ向う流れに運ばれるが、第２の通路３２は曲がりを有しているため、曲がりの部分で遠心力の作用を受け外周側に偏向される。このため、汚損物質は通路内で流量検出部６０２から離れた位置を通過する。これらにより、汚損物質が流量検出部６０２に到達する量が削減される。特に、本実施形態では、排出口３５５は、主取込口３５０から上流側通路３１Ａが延在する方向に形成されているので、上流側通路３１Ａを流れる汚損物質を、排出口３５５に効率的に流すことができる。

さらに、本実施例では、本発明のより好ましい態様として、図６に示すように、第１の通路３１の主取込口３５０の中心は、主通路１２４の被計測気体ＩＡが流れる方向Ｄに沿った中心線ＣＬに対してオフセットしている。本実施例では、主通路１２４の中心線ＣＬ近傍には、汚損物質が他の箇所に比べて含まれ易いので、この位置からオフセットした位置に主取込口３５０の中心を配置することにより、副通路３３０に流れ込む汚損物質の量を低減することができる。

特に、本実施例では、さらに、このようなオフセットした状態で、第１の通路３１のうち主取込口３５０から副取込口３４（具体的には上流側開口縁部３４ａ）までの上流側通路３１Ａは、主取込口３５０から副取込口３４に進むにしたがって中心線ＣＬから離れるように、中心線ＣＬに対して傾斜している。これにより、たとえ中心線ＣＬ近傍に、主取込口を配置しなくても、このようなオフセットした位置では、熱式流量計３０が配置されることにより、中心線ＣＬに対してこのように傾斜した方向に沿って被計測気体ＩＡ（図の矢印ｉａ）が流れるため、被計測気体ＩＡの流れを阻害することなく、この流れ（図の矢印ｉａ）に沿って、主取込口３５０から副通路３３０に取り込むことができる。

また、本実施例では、図６に示すように、排出口３５５は、主通路１２４の被計測気体ＩＡの流れ方向Ｄに、主取込口３５０を投影した投影範囲Ｒから外れている。これにより、主取込口３５０から流入した流れは、排出口３５５に向って直進しにくくなっている。さらに、排出口３５５の面積は、主取込口３５０の面積よりも小さくなっている。これにより、主取込口３５０から流入した流れは排出口３５５で絞られ、流体抵抗が大きい。これらより、第１の通路３１から流出する流量が抑制され、流量検出部６０２が、主通路１２４の被計測気体ＩＡの流れ方向Ｄに、取込口３５０を投影した投影範囲Ｒから外れていても、曲り通路となる第２の通路３２を介して流量検出部６０２に供給される流量が不足することが回避される。

さらに、本実施例では、図５、図６に示すように、副取込口３４を形成する第１の通路３１の下流側に位置する下流側開口縁部３４ｂと第１の通路３１の上流側に位置する上流側開口縁部３４ａが、副取込口３４と対向する壁面３１ｂと同じ距離にある。なお、下流側開口縁部３４ｂが上流側開口縁部３４ａよりも、第１の通路３１を形成する壁面のうち副取込口３４と対向する壁面３１ｂに対して離間して形成されていてもよい。

このような位置関係とすることにより、副取込口３４を形成する第１の通路３１の下流側に位置する下流側開口縁部３４ｂにおいて、第１の通路３１の流路が絞られることはないので、下流側開口縁部３４ｂに汚損物質が衝突し難くなるとともに、主取込口３５０からの汚損物質が、第１の通路３１の排出口３５５に向かって流れ易くなる。

［実施例２］
図７を用いて、本発明に係る実施例２を説明する。図７は、図６の変形例を示した模式図である。本実施例では、上流側通路３１Ａの形状のみが図６と異なっており、副取込口３４と連続する上流側通路３１Ａの壁面が、被計測気体ＩＡの流れ方向に沿って凸形状となっており、これに対向する壁面は、流路断面積を維持するように凹形状の壁面に対応した凹形状となっている。

この上流側通路３１Ａは、主取込口３５０から上流側通路３１Ａ内部に流れ込んだ被計測気体の流れの方向を上流側通路３１Ａに沿うように拘束し、第１の通路３１と第２の通路３２の分岐部において、排出口３５５側に被計測気体ＩＡを向き易くなる。従って、実施例１と同様の作用により、流量検出部６０２に到達する汚損物質を低減することができ、質量流量の計測誤差や異常値の検出頻度を低減することができる。かつ、流量検出部に供給される流量が不足することを回避でき、流量検出部６０２の感度を維持できる。

［実施例３］
図８を用いて、本発明に係る実施例３を説明する。図８は、図６の変形例を示した模式図である。実施例では、上流側通路３１Ａの形状のみが図６と異なっており、副取込口３４と連続する上流側通路３１Ａの壁面が、被計測気体ＩＡの流れ方向に沿って凹形状となっており、これに対向する壁面は、流路断面積を維持するように凸形状の壁面に対応した凸形状となっている。

この上流側通路３１Ａは、主取込口３５０から上流側通路３１Ａ内部に流れ込んだ被計測気体の流れの方向を上流側通路３１Ａに沿うように拘束し、第１の通路３１と第２の通路３２の分岐部において、流れを第２の通路３２側から遠ざけることで排出通路３側に向い易くする。従って、実施例１と同様の作用により、流量検出部に到達する汚損物質を低減することができ、質量流量の計測誤差や異常値の検出頻度を低減することができる。かつ、流量検出部に供給される流量が不足することを回避でき、流量センサの感度を維持できる。

［実施例４］
図９を用いて、本発明に係る実施例４を説明する。図９は、図６の別の変形例を示した模式図である。なお、これまでの実施例１〜３に対応する同じ機能を有る部位は、同じ符号を付している。

上述の実施例１〜３では、第２の通路３２は、流路がほぼ３６０度旋回して、主取込口３５０が主通路１２４を流れる被計測気体３０の流れ方向Ｄに対向するように上流側を向いて開口し、出口３５５が流体の流れ方向の下流側に向かって開口していた。それに対し、図９は、第２の通路３２の構成が上述の実施例とは異なる一例を示す断面図である。図９では、ボディ１（ハウジング３０２）の副通路の部分だけを示しており、図６乃至８とほぼ同様な断面を示している。

本実施例の第１の通路３１は、主取込口３５０に連通する上流側通路３１Ａを有しており、上流側通路３１Ａは直線状となっている。上流側通路３１Ａは、主通路１２４を流れる被計測気体３０の流れ方向Ｄに対してある所定の角度θをなして設けられている。より具体的には、本実施例でも、主取込口３５０から第１の通路３１の上流側通路は、主取込口３５０から副取込口３４まで直線状となっており、第１の通路３１のうち主取込口３５０から副取込口３４までの上流側通路３１Ａは、主通路を流れる被計測気体の流れ方向Ｄに対して、流量検出部６０２から離れるように傾斜している。本実施例では、第１の通路３１の主取込口３５０の中心は、主通路１２４の被計測気体ＩＡが流れる方向Ｄに沿った中心線ＣＬに対してオフセットし（具体的には、主取込口３５０が中心線ＣＬから外れた位置に形成され）、第１の通路３１のうち主取込口３５０から副取込口３４（具体的には上流端部）までの上流側通路３１Ａは、主取込口３５０から副取込口３４に進むにしたがって中心線ＣＬから離れるように、中心線ＣＬに対して傾斜している。

第２の通路３２は、第１の通路３１から分岐しており、第１の通路３１の排出口３５５は、熱式流量計の厚み方向の一端にある側面に開口している。第２の通路３２には、その途中に回路パッケージ４００に搭載された流量検出部６０２が設けられている。副通路２は部分的に曲がりを有しており、回路パッケージ４００および流量検出部６０２は曲がり部の下流側に配置されている。

第２の通路３２の出口３５２は、熱式流量計の先端側において主通路１２４に開口している。流量検出部６０２が、主通路１２４の被計測気体ＩＡの流れ方向Ｄに、取込口３５０を投影した投影範囲Ｒから外れているので、主取込口３５０から流入した汚損物質が直進して接触することはない。さらに、排出口３５５は、主通路１２４の被計測気体ＩＡの流れ方向Ｄに、主取込口３５０を投影した投影範囲Ｒから外れている。これにより、主取込口３５０から流入した流れは、排出口３５５に向って直進しにくくなっている。さらに、排出口３５５の面積は、主取込口３５０の面積よりも小さくなっている。

主取込口３５０から上流側通路３１Ａに流入した被計測気体ＩＡの一部は、汚損物質と共に排出口３５５に向かって流れ、排出口３５５から主通路１２４に流出する。上流側通路３１Ａは直線状をなし、主通路１２４を流れる被計測気体ＩＡの（主要）流れ方向Ｄに対してある所定の角度θをなして設けられている。このため、上流側通路３１Ａが、主取込口３５０からその内部に流れ込んだ流れの方向を変え、第１の通路３１と第２の通路３２の分岐部において、流れを２の通路３２側から遠ざけることで排出口３５５側に向い易くする。それにより、主取込口３５０から流入した汚損物質の多くが排出口３５５から排出される。排出口３５５から排出されなかった残りの汚損物質は分岐部から第２の通路３２へ向う流れに運ばれるが、第２の通路３２は曲がりを有しているため、曲がりの部分で遠心力の作用を受け外周側に偏向される。このため、汚損物質が第２の通路３２内で流量検出部６０２から離れた位置を通過する。これらにより、汚損物質が流量検出部６０２に到達する量が削減される。

排出口３５５は、主通路１２４の被計測気体ＩＡの流れ方向Ｄに、主取込口３５０を投影した投影範囲Ｒから外れている。これにより、主取込口３５０から流入した流れは、排出口３５５に向って直進しにくくなっている。さらに、排出口３５５の面積は、主取込口３５０の面積よりも小さくなっている。これにより、主取込口３５０から流入した流れは排出口３５５で絞られ、流体抵抗が大きい。これらより、第１の通路３１から流出する流量が抑制され、流量検出部６０２が、主通路１２４の被計測気体ＩＡの流れ方向Ｄに、取込口３５０を投影した投影範囲Ｒから外れていても、曲り通路となる第２の通路３２を介して流量検出部６０２に供給される流量が不足することが回避される。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

３０…熱式流量計
３１…第１の通路
３１Ａ…上流側通路
３２…第２の通路
３４…副取込口
３４ａ…上流側開口縁部
３４ｂ…下流側開口縁部
３４ｃ…下流端部
３０２…ハウジング
３０３…表カバー
３０４…裏カバー
３５０…主取込口
３５５…排出口
６０２…流量検出部

Claims (4)

1. 主通路を流れる被計測気体の一部を取り込む副通路と、前記副通路を流れる被計測気体の流量を検出する流量検出部とを備え、該流量検出部が計測した計測値に基づいて前記主通路を流れる被計測気体の流量を検出する熱式流量計において、
   前記副通路は、前記主通路を流れる前記被計測気体を取り込むように、前記主通路の上流に面した主取込口から、取り込んだ被計測気体の一部を排出する排出口まで形成された第１の通路と、
   該第１の通路に流れる被計測気体を取り込む副取込口から、前記流量検出部に向かって形成された第２の通路と、を備えており、
   前記第１の通路のうち主取込口から副取込口までの上流側通路は、前記主通路を流れる被計測気体の流れ方向に対して、前記流量検出部から離れるように傾斜しており、
   前記流量検出部および前記排出口は、前記主通路の被計測気体の流れ方向に、前記主取込口を投影した投影範囲から外れており、
   前記排出口の面積は、前記主取込口の面積よりも小さくなっていることを特徴とする熱式流量計。
2. 前記排出口は、前記主取込口から前記上流側通路が延在する方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
3. 前記上流側通路は、前記主取込口から前記副取込口まで直線状となっていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
4. 前記副取込口を形成する前記第１の通路の下流側に位置する下流側開口縁部は、前記第１の通路の上流側に位置する上流側開口縁部よりも、前記第１の通路を形成する壁面のうち前記副取込口と対向する壁面に対して離間して形成されている、または、前記下流側開口縁部と前記上流側開口縁部は、前記副取込口と対向する壁面と同じ距離にあることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。

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