JP2020098179A - 物理量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも小型化が可能で、耐ノイズ性に優れた物理量測定装置を提供する。【解決手段】物理量測定装置１００は、固定端である基端部１１１から自由端である先端部１１２へ突出方向Ｐに延びるハウジング１１０と、そのハウジング１１０に設けられて突出方向Ｐに交差する流れ方向Ｆに流れる被計測気体Ａの一部を取り込む取込通路１２０と、その取込通路１２０に配置された流量計測部１３０と、を備えている。取込通路１２０は、ハウジング１１０の先端部１１２に設けられた入口開口部１２１を有する。物理量測定装置１００は、入口開口部１２１に対して突出方向Ｐに対向し、流れ方向Ｆに沿う整流面１５１を備える。【選択図】図３

Description

本開示は、物理量測定装置に関する。

従来から、電気絶縁性を有するプラスチック製のハウジングと、ハウジング内に形成され、センサ素子を有する流路と、ハウジング内に配置されてセンサ素子を接続ピンに接続する導体経路を含む空気流量計が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された従来の空気流量計において、センサ素子は、ハウジング内に配置され、流路を流れる空気の流量を検出する（同文献、第０００３段落等を参照）。

上記従来の空気流量計のハウジングは、同文献の図１および図２に示されるように、円筒状の管に取り付けられ、管の内部へ向けて管の径方向に延びている。また、管の内部には、空気流量計の両側に取り付けられた平板状のフローガイド要素と、その平板状のフローガイド要素に取り付けられて管の内壁の内側に配置された円筒状のフローガイド要素が設けられている。

上記従来の空気流量計の流路は、同文献の図４に示されるように、入口から出口に向かう直線的な第１の流路と、その第１の流路の途中から分岐して出口で第１の流路に合流する曲線的な第２の流路とを有するΩ型である。センサ素子は、曲線的な第２の流路の途中に配置されている。また、この従来の空気流量計の流路の入口は、ハウジングの側面に開口し、空気の流れの方向の上流に向けて開口している。

米国特許出願公開第２０１３／００６１６８４号明細書

上記従来の空気流量計は、流路が分岐したΩ型の形状を有していることから、耐ノイズ性に優れる反面、小型化が困難である。したがって、従来よりも小型化が可能で、耐ノイズ性に優れた物理量測定装置が求められている。

本開示は、従来よりも小型化が可能で耐ノイズ性に優れた物理量測定装置を提供する。

本開示の一態様は、固定端である基端部から自由端である先端部へ突出方向に延びるハウジングと、該ハウジングに設けられて前記突出方向に交差する流れ方向に流れる被計測気体の一部を取り込む取込通路と、該取込通路に配置された流量計測部と、を備えた物理量測定装置であって、前記取込通路は、前記先端部に設けられた入口開口部を有し、前記入口開口部に対して前記突出方向に対向し、前記流れ方向に沿う整流面を備えることを特徴とする物理量測定装置である。

本開示の上記一態様によれば、従来よりも小型化が可能で耐ノイズ性に優れた物理量測定装置を提供することができる。

内燃機関システムの一例を示す模式図。 本開示の実施形態に係る物理量測定装置の左側面図。 図２Ａに示す物理量測定装置の正面図。 図２Ａに示すIII−III線に沿う物理量測定装置の断面図。 図３に示す物理量測定装置のハウジングの左側面図。 図３に示す物理量測定装置のハウジングの正面図。 図４Ａに示すV−V線に沿うハウジング断面図。 図４Ａに示すVI−VI線に沿うハウジングの断面図。 図５に示すハウジングの入口開口部の近傍の拡大断面図。 図７Ａに示す入口開口部の近傍の導入面の拡大断面図。 図３に示す物理量測定装置のチップパッケージの正面図。 図３に示す物理量測定装置の変形例を示す断面図。

以下、図面を参照して本開示に係る物理量測定装置の実施形態を説明する。

図１は、本実施形態に係る物理量測定装置１００を備えた内燃機関システム１の一例を示す模式図である。図１に示す内燃機関システム１は、たとえば自動車用の原動機として車両に搭載されるエンジンシステムである。図１に示す例において、内燃機関システム１は、燃焼室内にガソリンなどの燃料を直接噴射して点火プラグで着火する、いわゆる直噴式エンジン２を用いている。

直噴式エンジン２は、吸気側に吸気通路３が接続され、排気側に排気通路４が接続されている。吸気通路３には、吸入空気の流れ方向の上流側から下流側へ、エアクリーナ５と、エアフローセンサ６と、スロットルバルブ７が、この順に設けられている。エアフローセンサ６は、吸気通路３を通過して直噴式エンジン２の燃焼室に流入する吸入空気の流量を検出する。

排気通路４には、ガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）８が設けられている。ＧＰＦ８は、排ガスに含まれている粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。ＧＰＦ８は、二次空気通路９を介してエアクリーナ５に接続されている。ＧＰＦ８は、二次空気通路９を介して、エアクリーナ５を通過した吸入空気の一部である二次空気の供給を受けることで、捕集したＰＭを燃焼除去する構成を有している。

二次空気通路９は、吸気通路３よりも断面積が小さい小径通路によって構成されている。二次空気通路９には、物理量測定装置１００と二次エアポンプ１０が配置されている。二次エアポンプ１０は、二次空気をエアクリーナ５からＧＰＦ８へ向けて圧送する。これにより、二次空気は、二次空気通路９を通過して、ＧＰＦ８に供給される。物理量測定装置１００は、二次空気通路９を流れる二次空気の流量を検出する。

吸気通路３と排気通路４は、たとえば排気再循環（ＥＧＲ）通路１１を介して接続されている。ＥＧＲ通路１１の途中には、インタークーラー１２とＥＧＲバルブ１３が設けられている。また、吸気通路３と直噴式エンジン２のエンジンケースとは、ブローバイガス通路１４で接続されている。ブローバイガス通路１４の途中には、ＰＣＶバルブ１５が設けられている。

内燃機関システム１は、たとえば、図示を省略するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）を備えている。ＥＣＵは、エアフローセンサ６によって計測した吸入空気の流量に基づいて直噴式エンジン２のインジェクタから燃焼室内に直接噴射される燃料噴射量を制御する。また、ＥＣＵは、物理量測定装置１００によって計測した二次空気の流量に基づいて、二次エアポンプ１０からＧＰＦ８に供給される二次空気の量を制御する。

図２Ａは、本実施形態に係る物理量測定装置１００の左側面図である。図２Ｂは、図２Ａに示す物理量測定装置１００の正面図である。図３は、図２Ａに示すIII−III線に沿う物理量測定装置１００の断面図である。なお、各図には、物理量測定装置１００のハウジング１１０の厚さ方向に平行なＸ軸、被計測気体Ａの流れ方向Ｆに平行なＹ軸、および物理量測定装置１００のハウジング１１０の突出方向Ｐに平行なＺ軸からなる、ＸＹＺ直交座標系を表示している。

詳細については後述するが、本実施形態の物理量測定装置１００は、次の構成に特徴を有している。物理量測定装置１００は、ハウジング１１０と、取込通路１２０と、流量計測部１３０と、を備えている。ハウジング１１０は、固定端である基端部１１１から自由端である先端部１１２へ突出方向Ｐ（Ｚ軸負方向）に延びている。取込通路１２０は、ハウジング１１０に設けられ、突出方向Ｐに交差する流れ方向Ｆ（Ｙ軸正方向）に流れる被計測気体Ａの一部を取り込む。流量計測部１３０は、取込通路１２０に配置されている。取込通路１２０は、ハウジング１１０の先端部１１２に設けられた入口開口部１２１を有している。物理量測定装置１００は、入口開口部１２１に対して突出方向Ｐ（Ｚ軸負方向）に対向し、流れ方向Ｆに沿う整流面１５１を備えている。

以下、本実施形態の物理量測定装置１００の各部を詳細に説明する。物理量測定装置１００は、前述のハウジング１１０、取込通路１２０、および流量計測部１３０に加えて、たとえば、管状部１４０と、整流部材１５０と、支持部１６０と、温度検出部１７０と、チップパッケージ１８０とを備えている。なお、図示は省略するが、物理量測定装置１００はたとえば、湿度検出部や、圧力検出部を備えていてもよい。すなわち、物理量測定装置１００は、たとえば、気体の流量、温度、湿度、圧力を含む物理量を測定する。

図４Ａは、図３に示す物理量測定装置１００のハウジング１１０の左側面図である。図４Ｂは、図３に示す物理量測定装置１００のハウジング１１０の正面図である。図５は、図４Ａに示すV−V線に沿うハウジング１１０の断面図である。図６は、図４Ａに示すVI−VI線に沿うハウジング１１０の断面図である。

ハウジング１１０は、全体として被計測気体Ａの流れ方向Ｆに沿って配置された厚さの薄い板状の形状を有し、流れ方向Ｆを横断する厚さ方向（Ｘ軸方向）の寸法が、流れ方向Ｆ（Ｙ軸方向）および突出方向Ｐ（Ｚ軸方向）の寸法よりも小さくされている。ハウジング１１０は、固定端である基端部１１１にフランジ部１１１ｆを有している。

フランジ部１１１ｆは、ハウジング１１０の厚さ方向（Ｘ軸方向）の両側および被計測気体Ａの流れ方向Ｆの前後に張り出している。フランジ部１１１ｆは、たとえば、ボルト、ナット等の締結部材によって、被計測気体Ａの主通路である二次空気通路９または被計測気体Ａの主通路の一部を構成する管状部１４０に固定されている。なお、図２Ａおよび図２Ｂに示す例において、フランジ部１１１ｆは、支持部１６０を介して二次空気通路９または管状部１４０に固定されている。

ハウジング１１０は、固定端である基端部１１１から自由端である先端部１１２へ突出方向Ｐに延びている。突出方向Ｐは、たとえば、ハウジング１１０の厚さ方向（Ｘ軸方向）および二次空気通路９または管状部１４０の中心軸方向（Ｙ軸方向）に直交する、二次空気通路９または管状部１４０の径方向（Ｚ軸方向）である。ハウジング１１０は、基端部１１１側の部分よりも先端部１１２側の部分が、被計測気体Ａの流れ方向Ｆと逆方向（Ｙ軸負方向）に突出している。これにより、ハウジング１１０は、基端部１１１側の部分よりも先端部１１２側の部分において、流れ方向Ｆに沿う寸法が大きくなっている。

また、ハウジング１１０は、図４Ａに示すように、基端部１１１側の部分よりも先端部１１２側の部分の厚さ方向（Ｘ軸方向）の寸法が大きく、基端部１１１側の部分と先端部１１２側の部分との間に段差が形成されている。ハウジング１１０の基端部１１１側の部分は、取込通路１２０の一部を画定する通路溝を有する溝形成部１１４と、溝形成部１１４の通路溝の開口部を閉鎖して、通路溝とともに取込通路１２０を画定するカバー１１５とを有している。

溝形成部１１４とカバー１１５は、たとえば、流れ方向Ｆを横断するハウジング１１０の厚さ方向（Ｘ軸方向）における取込通路１２０の入口開口部１２１の両側に、流れ方向Ｆに沿って流れ方向Ｆと逆方向（Ｙ軸負方向）に延びる板状部を有している。この入口開口部１２１の両側の板状部は、二次空気通路９または管状部１４０を流れる被計測気体Ａが入口開口部１２１から取込通路１２０内に流れ込む際に、急縮小による剥離渦の発生を緩和し、取込通路１２０内における被計測気体Ａの流れを安定させることができる。

図６に示すように、溝形成部１１４は、取込通路１２０を画定する通路溝の流量計測部１３０に対向する壁面に、絞り１１３を有している。絞り１１３は、流量計測部１３０に向けて突出する凸部であり、流量計測部１３０との間に所定の流路断面積の間隙を形成している。絞り１１３は、取込通路１２０の流量計測部１３０に対向する壁面と流量計測部１３０との間を通過する被計測気体Ａの流速を上昇させ、流量計測部１３０による被計測気体Ａの計測精度を向上させる。

ハウジング１１０は、厚さ方向（Ｘ軸方向）および流れ方向Ｆ（Ｙ軸方向）の寸法が拡大された先端部１１２側の部分よりも基端部１１１側に、温度検出部１７０が設けられている。温度検出部１７０は、チップパッケージ１８０に設けられた突起部１８２の先端部分に配置されている。突起部１８２は、流れ方向Ｆと逆方向（Ｙ軸負方向）を向くハウジング１１０の端面から、流れ方向Ｆと逆方向（流れ方向Ｆの上流側）に突出している。この構成により、流れ方向Ｆに沿って流れる被計測気体Ａを温度検出部１７０に直接的に接触させ、被計測気体Ａの温度を正確に計測することができる。また、温度検出部１７０において、ハウジング１１０の基端部１１１からの伝熱の影響を低減することができる。

突起部１８２の先端部は、ハウジング１１０の先端部１１２側の部分よりも、被計測気体Ａの流れ方向Ｆにおける下流側（前方側）に位置している。この構成により、物理量測定装置１００を二次空気通路９または管状部１４０に取り付けるときに、ハウジング１１０の先端部１１２側の部分によって温度検出部１７０と二次空気通路９または管状部１４０との接触または衝突を防止して、温度検出部１７０を保護することができる。

取込通路１２０は、ハウジング１１０に設けられ、突出方向Ｐに交差する流れ方向Ｆに流れる被計測気体Ａの一部を主通路から取り込む、副通路である。ここで、被計測気体Ａの流れ方向Ｆとは、主通路である二次空気通路９や主通路の一部を構成する管状部１４０を流れる被計測気体Ａの主な流れの方向であり、たとえば二次空気通路９や管状部１４０の中心軸に平行な方向（Ｙ軸正方向）である。したがって、たとえばハウジング１１０の近傍において、被計測気体Ａの実際の流れの方向は、必ずしも流れ方向Ｆに一致していない。

取込通路１２０は、たとえば、ハウジング１１０によって画定された横断面が矩形の通路である。なお、取込通路１２０の横断面の形状は矩形に限定されず、円形や楕円形、または、部分的に曲面を含む形状であってもよい。取込通路１２０は、たとえば、被計測気体Ａの流れ方向Ｆの上流側（後方側）から下流側（前方側）へ、入口開口部１２１と、傾斜通路部１２２と、計測通路部１２３と、出口開口部１２４とを、この並び順に有している。

入口開口部１２１は、前述のように、ハウジング１１０の先端部１１２に設けられて被計測気体Ａの流れ方向Ｆと逆方向（Ｙ軸負方向）かつハウジング１１０の突出方向Ｐ（Ｚ軸負方向）を向いている。すなわち、入口開口部１２１の開口面１２１ａの法線は、流れ方向Ｆおよび突出方向Ｐに対して、それぞれ、０［°］を超え、９０［°］未満の傾斜角α，βを有している。図３および図５に示す例において、入口開口部１２１の開口面１２１ａの法線は、ハウジング１１０の突出方向Ｐに対して、たとえば２０［°］以上かつ４０［°］以下の傾斜角αで、流れ方向Ｆと逆方向に向けて傾斜している。なお、開口面１２１ａは、入口開口部１２１の開口縁を含む、仮想的な平面である。

図７Ａは、図５に示すハウジング１１０の入口開口部１２１の近傍の拡大断面図である。図７Ｂは、図７Ａに示す入口開口部１２１の近傍の導入面ＩＦの拡大断面図である。

傾斜通路部１２２は、入口開口部１２１から流れ方向Ｆ（Ｙ軸正方向）かつ突出方向Ｐと逆方向（Ｚ軸正方向）へ延びている。すなわち、傾斜通路部１２２の中心軸Ｃ１は、流れ方向Ｆおよび突出方向Ｐに対して、それぞれ、０［°］を超え、９０［°］未満の傾斜角γ，δを有している。傾斜通路部１２２の流れ方向Ｆに対する傾斜角γは、たとえば２５［°］以上かつ７０［°］以下である。曲り損失を減少させる観点から、傾斜角γは、比較的に小さい角度であることが好ましい。図７Ａに示す例において、傾斜角γは、約３３［°］である。なお、傾斜通路部１２２の中心軸Ｃ１は、入口開口部１２１の中心点と傾斜通路部１２２の下流端である計測通路部１２３と間の境界面１２２ｅの中心点とを結ぶ直線である。

傾斜通路部１２２の上壁面１２２ａは、ハウジング１１０の基端部１１１側に位置し、入口開口部１２１から傾斜通路部１２２の中央部まで徐々に中心軸Ｃ１に接近している。また、上壁面１２２ａは、傾斜通路部１２２の中央部から計測通路部１２３へ向けて徐々に中心軸Ｃ１から離隔している。これにより、上壁面１２２ａは、凸曲面形状を有している。

傾斜通路部１２２の下壁面１２２ｂは、ハウジング１１０の先端部１１２側に位置し、入口開口部１２１から傾斜通路部１２２の中央部まで徐々に中心軸Ｃ１に接近している。また、下壁面１２２ｂは、傾斜通路部１２２の中央部から計測通路部１２３へ向けて徐々に中心軸Ｃ１から離隔している。これにより、下壁面１２２ｂは、凸曲面形状を有している。上壁面１２２ａは、被計測気体Ａの通過時の剥離渦の発生を防止するように、下壁面１２２ｂよりも大きい曲率半径で湾曲している。

流れ方向Ｆにおける傾斜通路部１２２の下壁面１２２ｂの下流端（前端）は、突出方向Ｐの基端部１１１側に位置する入口開口部１２１の開口縁よりも、突出方向Ｐの基端部１１１側に位置している。この構成により、流れ方向Ｆに沿って流れて入口開口部１２１に流入した被計測気体Ａの流れの方向を、傾斜通路部１２２によって中心軸Ｃ１に沿う方向に変更することができる。これにより、被計測気体Ａに含まれる塵埃などの汚染源を、取込通路１２０の壁面に衝突させ、計測通路部１２３へ流入する汚染源を減少させることができる。したがって、計測通路部１２３に配置された流量計測部１３０の防汚性能を確保することができる。

傾斜通路部１２２の下壁面１２２ｂは、ハウジング１１０を流れ方向Ｆに見た場合に、被計測気体Ａに対して露出して主通路である二次空気通路９または主通路の一部を構成する管状部１４０を流れる被計測気体Ａを導入する導入面ＩＦを有している。導入面ＩＦは、第１湾曲面Ｒ１と、第２湾曲面Ｒ２と、傾斜面ＩＳを有している。

第１湾曲面Ｒ１は、ハウジング１１０の先端部１１２側に位置する入口開口部１２１の開口縁から、ハウジング１１０の突出方向Ｐと逆方向に基端部１１１側へ向かうにしたがって、流れ方向Ｆと逆方向に突出するように、曲率半径ｒ１で湾曲している。第２湾曲面Ｒ２は、ハウジング１１０の基端部１１１側に位置する第１湾曲面Ｒ１の端部から、基端部１１１側へ向かうにしたがって、流れ方向Ｆに移行するように、曲率半径ｒ２で湾曲している。

傾斜面ＩＳは、ハウジング１１０の基端部１１１側に位置する第２湾曲面Ｒ２の端部である頂点Ｔから流れ方向Ｆへ向かうしたがって、ハウジング１１０の先端部１１２側へ向かうように傾斜している。頂点Ｔは、入口開口部１２１を被計測気体Ａの流れ方向Ｆに見た場合に露出する導入面ＩＦに配置されている。このように、傾斜通路部１２２の導入面ＩＦに頂点Ｔが配置されていることにより、入口開口部１２１から傾斜通路部１２２に流入した被計測気体Ａを滑らかに誘導することができる。これにより、流量計測部１３０の耐ノイズ性を向上させ、被計測気体Ａの流量の計測精度を向上させることができる。

導入面ＩＦの第１湾曲面Ｒ１と第２湾曲面Ｒ２は、入口開口部１２１から傾斜通路部１２２内に導入された被計測気体Ａを突出方向Ｐとその逆方向に円滑に分配する。これにより、導入面ＩＦは、傾斜通路部１２２内における剥離渦の発生を抑制しつつ、被計測気体Ａを傾斜通路部１２２内へ案内し、被計測気体Ａ以外をハウジング１１０の先端部１１２の先端側に案内して傾斜通路部１２２から逃がす。したがって、入口開口部１２１から傾斜通路部１２２へ流入する異物を減少させ、流量計測部１３０の防汚性を向上させることができる。

導入面ＩＦの第１湾曲面Ｒ１は、被計測気体Ａ以外を案内するため、流量計測部１３０の耐ノイズ性への影響が小さい。そのため、第１湾曲面Ｒ１の曲率半径ｒ１は、第２湾曲面Ｒ２の曲率半径ｒ２よりも小さくすることができる。これにより、ハウジング１１０の突出方向Ｐ（Ｚ軸方向）の寸法を小さくすることができる。したがって、物理量測定装置１００の小型化が可能になり、物理量測定装置１００を従来の主通路よりも断面積の小さい二次空気通路９または管状部１４０に取り付けることが可能になる。

計測通路部１２３は、傾斜通路部１２２の下流端から流れ方向Ｆ（Ｙ軸正方向）に延び、流量計測部１３０が配置されている。計測通路部１２３は、流れ方向Ｆの上流端から流量計測部１３０の下流側まで、おおむね一定の流路断面積を有している。計測通路部１２３の中心軸Ｃ２は、流れ方向Ｆにおおむね平行であり、傾斜通路部１２２の下流端の中心点と出口開口部１２４の中心点との間を結ぶ直線である。すなわち、計測通路部１２３の中心軸Ｃ２に対する傾斜通路部１２２の中心軸Ｃ１の傾斜角は、流れ方向Ｆに対する傾斜通路部１２２の中心軸Ｃ１の傾斜角γにおおむね等しい。

また、計測通路部１２３は、流れ方向Ｆにおける流量計測部１３０の下流側から出口開口部１２４まで、計測通路部１２３の流路断面積を徐々に減少させる絞り部を有している。この構成により、計測通路部１２３を通過する被計測気体Ａの流速を上昇させることができる。これにより、取込通路１２０を通過する被計測気体Ａが、ハウジング１１０の周囲に形成される剥離渦流から受ける影響を低減させることができ、取込通路１２０を通過する被計測気体Ａの流量を安定させることができる。

出口開口部１２４は、計測通路部１２３の下流端に開口している。より具体的には、出口開口部１２４は、流れ方向Ｆを向くハウジング１１０の端面において、突出方向Ｐの中央部よりも先端部１１２側に開口している。出口開口部１２４は、流れ方向Ｆを向いている。より詳細には、出口開口部１２４の開口面１２４ａの法線は、流れ方向Ｆに平行である。

計測通路部１２３は、図３および図５に示すように、出口開口部１２４の近傍に、計測通路部１２３の中心軸Ｃ２に向けて凸の曲面部を有してもよい。計測通路部１２３の曲面部は、流れ方向Ｆに出口開口部１２４に至る計測通路部１２３の下流端の流路断面積を拡大させるように湾曲している。

流量計測部１３０は、たとえば、発熱抵抗体と感熱抵抗体を備えた熱式流量センサであり、チップパッケージ１８０に設けられている。より具体的には、流量計測部１３０は、図５に示すように、計測通路部１２３内に突出したチップパッケージ１８０の一部に設けられた凹溝１８３内に配置され、計測通路部１２３内に配置されている。また、前述のように、温度検出部１７０は、チップパッケージ１８０に設けられた突起部１８２の先端部分に配置されている。チップパッケージ１８０は、図６に示すように、ハウジング１１０の厚さ方向（Ｘ軸方向）において、計測通路部１２３を二分するように計測通路部１２３の中央部に配置され、流れ方向Ｆおよび突出方向Ｐに平行に延びている。

図８は、図５に示すチップパッケージ１８０の正面図である。チップパッケージ１８０は、たとえば、流量計測部１３０および温度検出部１７０を有し、ハウジング１１０の内部に組み込まれている。チップパッケージ１８０は、たとえば、リードフレームと、そのリードフレームに実装された複数の電子部品と、それらの電子部品を封止するモールド樹脂とによって構成されている。なお、流量計測部１３０は、必ずしもチップパッケージ１８０に設けられている必要はなく、たとえば回路基板に設けられていてもよい。

チップパッケージ１８０の電子部品は、たとえば、流量計測部１３０や温度検出部１７０を構成するセンサチップ、ＬＳＩなどの演算回路部品、およびコンデンサや電気抵抗体などを含む。チップパッケージ１８０のモールド樹脂は、たとえば熱可塑性または熱硬化性の樹脂である。また、チップパッケージ１８０は、たとえば、パッケージ本体１８１と、突起部１８２と、凹溝１８３と、複数のアウターリード１８４とを有している。

パッケージ本体１８１は、流れ方向Ｆおよび突出方向Ｐに垂直な方向（Ｘ軸方向）から見た正面視で、おおむね矩形平板状の形状を有している。突起部１８２は、パッケージ本体１８１の流れ方向Ｆの上流側の端部において、ハウジング１１０の突出方向Ｐの中央部に設けられ、流れ方向Ｆと逆方向（Ｙ軸負方向）に突出している。突起部１８２の先端部には、温度検出部１７０が設けられている。

凹溝１８３は、計測通路部１２３内に突出するパッケージ本体１８１のハウジング１１０の突出方向Ｐにおける先端部１１２側の端部において、計測通路部１２３の絞り１１３に対向する表面に設けられ、流れ方向Ｆに延びている。流れ方向Ｆにおける凹溝１８３の中央部に、流量計測部１３０を構成する熱式の流量センサが配置され、パッケージ本体１８１の表面に露出している。アウターリード１８４は、ハウジング１１０の突出方向Ｐにおける先端部１１２側に位置するパッケージ本体１８１の端部に設けられ、外部と電気的に接続されて信号を出力できるようになっている。

管状部１４０は、図２Ａ、図２Ｂおよび図３に示すように、たとえば円筒状の直管であり、二次空気通路９の途中に配置され、両端が二次空気通路９に接続されている。管状部１４０は、たとえば、被計測気体Ａの主通路である二次空気通路９に接続されることで、被計測気体Ａの主通路の一部を構成する。また、管状部１４０は、二次空気通路９を介することなく、エアクリーナ５、二次エアポンプ１０、ＧＰＦ８のうち、いずれか一つまたは二つに直接的に接続されていてもよい。管状部１４０の接続方法は、特に限定されないが、たとえばフランジ接続や溶接などを採用することができる。

なお、物理量測定装置１００は、管状部１４０を有しなくてもよい。物理量測定装置１００が管状部１４０を有しない場合、ハウジング１１０は、被計測気体Ａの主通路である内燃機関システム１の二次空気通路９に取り付けられる。管状部１４０または二次空気通路９は、ハウジング１１０の計測部を挿通させる貫通孔１４０ａまたは貫通孔９ａを有している。

整流部材１５０は、図２Ａおよび図３に示すように、たとえば、流れ方向Ｆに沿う板状の部材である。整流部材１５０は、ハウジング１１０の突出方向Ｐにおいて、ハウジング１１０の先端部１１２と、管状部１４０または二次空気通路９の内壁面との間に配置されている。整流部材１５０は、たとえば、管状部１４０に設けられ、ハウジング１１０の先端部１１２に対向する整流面１５１を有している。

また、物理量測定装置１００が管状部１４０を有しない場合、整流面１５１を有する整流部材１５０は、被計測気体Ａの主通路である二次空気通路９に設けられる。より具体的には、ハウジング１１０の厚さ方向（Ｘ軸方向）における整流部材１５０の両端部は、たとえば、管状部１４０または二次空気通路９に接続されている。

物理量測定装置１００において、整流面１５１を有する整流部材１５０は、たとえば、ハウジング１１０に取り付けられていてもよい。より具体的には、たとえば、ハウジング１１０の先端部１１２の先端面に支柱を設け、この支柱によって整流部材１５０を支持することができる。整流部材１５０を支持する支柱は、流れ方向Ｆに流れる被計測気体Ａの流れに対して流線形であることが好ましい。

なお、物理量測定装置１００は、たとえば、管状部１４０または二次空気通路９の直径が十分に小径で、ハウジング１１０の先端部１１２と管状部１４０または二次空気通路９の内壁面との距離が所定の距離以下である場合には、整流部材１５０を有しなくてもよい。この場合、管状部１４０または二次空気通路９の内壁面を、物理量測定装置１００の取込通路１２０の入口開口部１２１に対して突出方向Ｐに対向させる。これにより、管状部１４０または二次空気通路９の内壁面を、流れ方向Ｆに沿う整流面１５１とすることができる。

物理量測定装置１００は、たとえば、次のような条件を満たしている。図３に示すように、流れ方向Ｆにおける整流面１５１の上流端と、流れ方向Ｆにおけるハウジング１１０の上流端との間の突出方向Ｐの距離をＤとする。また、計測通路部１２３の突出方向Ｐの流路高さをＨとする。このとき、距離Ｄと流路高さＨとの比Ｄ／Ｈが、不等式：１／３≦Ｄ／Ｈ≦７／９を満たしている。

また、本実施形態の物理量測定装置１００において、整流面１５１は、図３に示すように、流れ方向Ｆにおける入口開口部１２１の上流端に対して突出方向Ｐに対向する位置から、流れ方向Ｆにおける先端部１１２の下流端に対して突出方向Ｐに対向する位置まで、流れ方向Ｆに沿って延びている。

また、整流面１５１は、たとえば、突出方向Ｐに直交する平面である。すなわち、整流面１５１は、たとえば、ハウジング１１０の厚さ方向（Ｘ軸方向）および流れ方向Ｆ（Ｙ軸方向）に平行な平面である。なお、ハウジング１１０の先端部１１２の先端面も、たとえば、突出方向Ｐに直交する平面である。すなわち、整流面１５１とハウジング１１０の先端部１１２の先端面とは、たとえば平行になっている。

支持部１６０は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、管状部１４０または二次空気通路９の外周面と曲率が等しい部分円筒状の凹部を有し、その凹部を介して管状部１４０または二次空気通路９の外周面上に配置される。また、支持部１６０は、ハウジング１１０のフランジ部を支持する平坦な支持面と、ハウジング１１０の計測部を挿通させる貫通孔を有している。これにより、支持部１６０は、ハウジング１１０の基端部１１１を固定し、管状部１４０または二次空気通路９の内部にハウジング１１０が基端部１１１から先端部１１２へ向かう突出方向Ｐに突出するように、ハウジング１１０を支持している。

以下、本実施形態の物理量測定装置１００の作用について説明する。

前述のように、本実施形態の物理量測定装置１００は、固定端である基端部１１１から自由端である先端部１１２へ突出方向Ｐに延びるハウジング１１０と、そのハウジング１１０に設けられて突出方向Ｐに交差する流れ方向Ｆに流れる被計測気体Ａの一部を取り込む取込通路１２０と、その取込通路１２０に配置された流量計測部１３０と、を備えている。取込通路１２０は、先端部１１２に設けられた入口開口部１２１を有している。そして、物理量測定装置１００は、入口開口部１２１に対して突出方向Ｐに対向し、流れ方向Ｆに沿う整流面１５１を備えている。

この構成により、整流面１５１を有しない場合と比較して、主通路である二次空気通路９または主通路の一部を構成する管状部１４０の内部を流れ方向Ｆに沿って流れる被計測気体Ａの一部を、入口開口部１２１から取込通路１２０内へ取り込みやすくなる。より詳細には、整流面１５１を有しない場合と比較して、取込通路１２０内を流れる被計測気体Ａの流速を上昇させることができる。これにより、流量計測部１３０のＳ／Ｎ比における信号Ｓを増大させ、耐ノイズ性を向上させることができる。

また、本実施形態の物理量測定装置１００において、入口開口部１２１は、流れ方向Ｆと逆方向かつ突出方向Ｐを向いている。

この構成により、入口開口部１２１が他の方向を向く場合と比較して、二次空気通路９または管状部１４０の内部を流れ方向Ｆに沿って流れる被計測気体Ａの一部を、入口開口部１２１から取込通路１２０内へ取り込みやすくなる。これにより、取込通路１２０内を流れる被計測気体Ａの流速をさらに上昇させ、物理量測定装置１００の耐ノイズ性をさらに向上させることができる。

また、本実施形態の物理量測定装置１００において、取込通路１２０は、入口開口部１２１から流れ方向Ｆかつ突出方向Ｐと逆方向へ延びる傾斜通路部１２２と、その傾斜通路部１２２の下流端から流れ方向Ｆに延びて流量計測部１３０が配置された計測通路部１２３と、その計測通路部１２３の下流端に開口する出口開口部１２４と、を有している。

この構成により、従来のΩ型の流路を有する空気流量計と比較して、ハウジング１１０の突出方向Ｐの寸法を低減することができる。したがって、物理量測定装置１００は、従来の空気流量計と比較して、小型化が可能である。また、入口開口部１２１から流れ方向Ｆかつ突出方向Ｐと逆方向へ延びる傾斜通路部１２２を有することで、前述のように、被計測気体Ａに含まれる異物が計測通路部１２３に流入するのを抑制することができる。したがって、物理量測定装置１００の防汚性を向上させることができる。

さらに、取込通路１２０が、傾斜通路部１２２の下流端から流れ方向Ｆに延びる計測通路部１２３と、その計測通路部１２３の下流端に開口する出口開口部１２４とを有することで、従来のΩ型の流路と比較して、取込通路１２０の流路抵抗が低下する。これにより、取込通路１２０を流れる被計測気体Ａの流速を上昇させ、物理量測定装置１００の耐ノイズ性を向上させることができる。

また、本実施形態の物理量測定装置１００において、流れ方向Ｆにおける整流面１５１の上流端と流れ方向Ｆにおけるハウジング１１０の上流端との間の突出方向Ｐの距離Ｄと、計測通路部１２３の突出方向Ｐの流路高さＨとの比Ｄ／Ｈが、不等式：１／３≦Ｄ／Ｈ≦７／９を満たす。

この構成により、物理量測定装置１００の防汚性および耐ノイズ性を向上させることができる。より詳細には、整流面１５１とハウジング１１０との距離Ｄが減少すると、被計測気体Ａが整流面１５１とハウジング１１０との間を流れにくくなる。これにより、入口開口部１２１から取り込まれて取込通路１２０を流れる被計測気体Ａの流量が増加し、流量計測部１３０の耐ノイズ性が向上する。その反面、被計測気体Ａに含まれる異物が計測通路部１２３の流量計測部１３０に到達しやすくなり、流量計測部１３０の防汚性が低下する。

一方、整流面１５１とハウジング１１０との距離Ｄが増大すると、被計測気体Ａが整流面１５１とハウジング１１０との間を流れやすくなる。これにより、入口開口部１２１から取り込まれて取込通路１２０を流れる被計測気体Ａの流量が減少し、被計測気体Ａに含まれる異物が計測通路部１２３の流量計測部１３０に到達しにくくなり、流量計測部１３０の防汚性が向上する。その反面、Ｓ／Ｎ比における信号Ｓが減少し、流量計測部１３０の耐ノイズ性が低下する。

したがって、前述のように、距離Ｄと流路高さＨとの比Ｄ／Ｈが不等式：１／３≦Ｄ／Ｈ≦７／９を満たすことで、トレードオフの関係を有する防汚性および耐ノイズ性に優れた物理量測定装置１００を提供することができる。たとえば、計測通路部１２３の流路高さＨが４．５［ｍｍ］である場合、整流面１５１とハウジング１１０との距離Ｄは、１．５［ｍｍ］以上かつ３．５［ｍｍ］以下にすることができる。

また、本実施形態の物理量測定装置１００において、整流面１５１は、流れ方向Ｆにおける入口開口部１２１の上流端に対して突出方向Ｐに対向する位置から、流れ方向Ｆにおける先端部１１２の下流端に対して突出方向Ｐに対向する位置まで、流れ方向Ｆに沿って延びている。

この構成により、整流面１５１の上流端を入口開口部１２１の上流端よりも流れ方向Ｆにおける上流側に配置した場合と比較して、入口開口部１２１の上流側を流れる被計測気体Ａの圧力損失を低減させることができる。これにより、入口開口部１２１から取り込まれる被計測気体Ａの流れを安定させることができる。また、整流面１５１の上流端を入口開口部１２１の上流端よりも流れ方向Ｆにおける下流側に配置した場合と比較して、入口開口部１２１に対してハウジング１１０の突出方向Ｐに隣接する領域における被計測気体Ａの圧力損失を増大させることができる。これにより、入口開口部１２１から取り込まれる被計測気体Ａの流れを安定させることができる。

さらに、整流面１５１の下流端をハウジング１１０の下流端よりも流れ方向Ｆにおける下流側に配置した場合と比較して、ハウジング１１０の下流端よりも下流側の領域における圧力損失を低減させることができる。これにより、取込通路１２０の出口開口部１２４から排出される被計測気体Ａの流れを安定させることができる。また、整流面１５１の下流端をハウジング１１０の下流端よりも流れ方向Ｆにおける上流側に配置した場合と比較して、ハウジング１１０と整流面１５１との間を流れる被計測気体Ａの流れの方向をより拘束しやすくなる。これにより、ハウジング１１０と整流面１５１との間を流れた被計測気体Ａが、出口開口部１２４の近傍の被計測気体Ａの流れに与える影響を低減することができる。

また、本実施形態の物理量測定装置１００において、整流面１５１は、突出方向Ｐに直交する平面である。

この構成により、たとえば、流れ方向Ｆの下流側ほどハウジング１１０に接近するように整流面１５１が傾斜している場合と比較して、被計測気体Ａの流れがハウジング１１０に近づくのを防止することができる。これにより、出口開口部１２４の近傍の圧力損失が増大するのを抑制し、被計測気体Ａの流れに渦が発生するのを抑制することができる。

また、本実施形態の物理量測定装置１００は、たとえば、整流面１５１を有し、被計測気体Ａの主通路である二次空気通路９に設けられた整流部材１５０を備えている。

この構成により、従来よりも小型化が可能で、耐ノイズ性に優れた物理量測定装置１００を提供することができる。より具体的には、二次空気通路９に設けられた整流部材１５０が整流面１５１を有しているので、二次空気通路９の内壁面を整流面１５１として利用するためにハウジング１１０の突出方向Ｐの寸法を増加させる必要がない。したがって、物理量測定装置１００を小型化することができ、物理量測定装置１００による二次空気通路９の圧力損失を低減することができる。また、整流部材１５０が整流面１５１を有することで、前述のように、物理量測定装置１００の耐ノイズ性と防汚性を向上させることができる。

また、本実施形態の物理量測定装置１００は、たとえば、被計測気体Ａの主通路の一部を構成する管状部１４０と、整流面１５１を有し、管状部１４０に設けられた整流部材１５０と、を備えている。

この構成により、従来よりも小型化が可能で、耐ノイズ性に優れた物理量測定装置１００を提供することができる。より具体的には、管状部１４０に設けられた整流部材１５０が整流面１５１を有しているので、管状部１４０の内壁面を整流面１５１として利用するためにハウジング１１０の突出方向Ｐの寸法を増加させる必要がない。したがって、ハウジング１１０を小型化することができ、ハウジング１１０による管状部１４０の圧力損失を低減することができる。また、整流部材１５０が整流面１５１を有することで、前述のように、物理量測定装置１００の耐ノイズ性と防汚性を向上させることができる。また、ハウジング１１０と管状部１４０と整流部材１５０とを備えた物理量測定装置１００をあらかじめ組み立てた状態で提供することで、内燃機関システム１に対する物理量測定装置１００の取り付けを容易にすることができる。

また、本実施形態の物理量測定装置１００は、たとえば、整流面１５１を有し、ハウジング１１０に取り付けられた整流部材１５０を備えている。

この構成により、従来よりも小型化が可能で、耐ノイズ性に優れた物理量測定装置１００を提供することができる。より具体的には、ハウジング１１０に取り付けられた整流部材１５０が整流面１５１を有しているので、二次空気通路９の内壁面を整流面１５１として利用するためにハウジング１１０の突出方向Ｐの寸法を増加させる必要がない。したがって、物理量測定装置１００を小型化することができ、物理量測定装置１００による二次空気通路９の圧力損失を低減することができる。また、整流部材１５０が整流面１５１を有することで、前述のように、物理量測定装置１００の耐ノイズ性と防汚性を向上させることができる。また、物理量測定装置１００をハウジング１１０に整流部材１５０が取り付けられた状態で提供することで、二次空気通路９に対する物理量測定装置１００の取り付けを容易にすることができる。

また、本実施形態の物理量測定装置１００において、整流部材１５０は、流れ方向Ｆに沿う板状である。

この構成により、たとえば、整流部材１５０が管状部１４０または二次空気通路９の内壁面から突出する凸部である場合と比較して、整流部材１５０による管状部１４０または二次空気通路９の圧力損失を低減することができる。なお、整流部材１５０の厚さは、圧力損失の低減と強度確保の観点から、０．８［ｍｍ］以上かつ１．５［ｍｍ］以下であることが好ましい。

また、取込通路１２０の入口開口部１２１や出口開口部１２４に対する剥離渦の影響を抑制する観点から、ハウジング１１０の厚さ方向（Ｘ軸方向）における整流部材１５０の寸法は、ハウジング１１０の同方向の寸法よりも大きいことが好ましい。すなわち、ハウジング１１０の厚さよりも整流部材１５０の幅を広くすることで、整流部材１５０の両端に発生する剥離渦を、取込通路１２０の入口開口部１２１や出口開口部１２４から離隔させることができる。

さらに、ハウジング１１０の厚さ方向（Ｘ軸方向）における整流部材１５０の両端を管状部１４０または二次空気通路９に接続することで、整流部材１５０の両端に剥離渦が発生するのを防止できる。これにより、取込通路１２０を流れる被計測気体Ａの流れに対する渦の影響を低減させて被計測気体Ａの流れを安定させ、流量計測部１３０の耐ノイズ性を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、従来よりも小型化が可能で、耐ノイズ性に優れた物理量測定装置１００を提供することができる。なお、本開示に係る物理量測定装置は、本実施形態の物理量測定装置１００の構成に限定されない。

以下、図９を参照して本実施形態の物理量測定装置１００の変形例を説明する。図９は、図３に示す物理量測定装置１００の変形例を示す断面図である。

本変形例に係る物理量測定装置１００において、整流部材１５０は、流れ方向Ｆにおける下流側の端部１５０ｂが、流れ方向Ｆにおける上流側の端部１５０ａよりも、ハウジング１１０から突出方向Ｐに遠ざかるように、管状部１４０または二次空気通路９に取り付けられている。これにより、整流面１５１は、流れ方向Ｆの上流側の部分よりも、流れ方向Ｆの下流側の部分が突出方向Ｐに先端部１１２から離れるように、突出方向Ｐに直交する平面に対して傾斜している。

この構成により、流れ方向Ｆにおける上流側の整流部材１５０の端部１５０ａと、ハウジング１１０との間の圧力損失によって、被計測気体Ａを入口開口部１２１から取り込みやすくすることができる。したがって、取込通路１２０を流れる被計測気体Ａの流量を上昇させることができる。

また、整流面１５１は、流れ方向Ｆの上流側の部分よりも、流れ方向Ｆの下流側の部分が突出方向Ｐに先端部１１２から離れるように、突出方向Ｐに直交する平面に対して傾斜している。これにより、被計測気体Ａの入口開口部１２１への流入時に、入口開口部１２１と整流面１５１との間の圧力損失によって、被計測気体Ａの流速を加速させることができる。さらに、加速されてハウジング１１０と整流面１５１との間を流れる被計測気体Ａは、整流面１５１に再付着する。これにより、被計測気体Ａの流れの剥離領域を有効に縮小させることができる。したがって、取込通路１２０を流れる被計測気体Ａの流れを安定させることができる。

また、整流面１５１の上記傾斜により、ハウジング１１０と整流面１５１との間を流れる被計測気体Ａの流れの方向が、ハウジング１１０から離れる方向となる。これにより、ハウジング１１０と整流面１５１との間を流れた被計測気体Ａが、出口開口部１２４の近傍を流れる被計測気体Ａに与える影響を低減することができる。したがって、出口開口部１２４の近傍での圧力損失の増大を防止し、被計測気体Ａの渦の発生を抑制することができる。

本変形例に係る物理量測定装置１００において、突出方向Ｐに直交する平面に対する整流面１５１の傾斜角θは、たとえば、２°以下であることが好ましい。

この構成により、たとえば、整流面１５１を有する板状の整流部材１５０自体の圧力損失が必要以上に増大するのを抑制することができる。また、入口開口部１２１の近傍の圧力損失が過剰に増大するのを抑制することができる。なお、流れ方向Ｆにおける整流部材１５０の寸法Ｌは、たとえば、流れ方向Ｆにおけるハウジング１１０の寸法に等しい。

以上、図面を用いて本開示に係る物理量測定装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

９ 二次空気通路（主通路）
１００ 物理量測定装置
１１０ ハウジング
１１１ 基端部
１１２ 先端部
１２０ 取込通路
１２１ 入口開口部
１２２ 傾斜通路部
１２３ 計測通路部
１２４ 出口開口部
１３０ 流量計測部
１４０ 管状部
１５０ 整流部材
１５１ 整流面
Ａ 被計測気体
Ｄ 距離
Ｆ 流れ方向
Ｈ 流路高さ
Ｐ 突出方向
θ 傾斜角度

Claims (12)

1. 固定端である基端部から自由端である先端部へ突出方向に延びるハウジングと、該ハウジングに設けられて前記突出方向に交差する流れ方向に流れる被計測気体の一部を取り込む取込通路と、該取込通路に配置された流量計測部と、を備えた物理量測定装置であって、
   前記取込通路は、前記先端部に設けられた入口開口部を有し、
   前記入口開口部に対して前記突出方向に対向し、前記流れ方向に沿う整流面を備えることを特徴とする物理量測定装置。
2. 前記入口開口部は、前記流れ方向と逆方向かつ前記突出方向を向いていることを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
3. 前記取込通路は、前記入口開口部から前記流れ方向かつ前記突出方向と逆方向へ延びる傾斜通路部と、該傾斜通路部の下流端から前記流れ方向に延びて前記流量計測部が配置された計測通路部と、該計測通路部の下流端に開口する出口開口部と、を有することを特徴とする請求項２に記載の物理量測定装置。
4. 前記流れ方向における前記整流面の上流端と前記流れ方向における前記ハウジングの上流端との間の前記突出方向の距離Ｄと、前記計測通路部の前記突出方向の流路高さＨとの比Ｄ／Ｈが、不等式：１／３≦Ｄ／Ｈ≦７／９を満たすことを特徴とする請求項３に記載の物理量測定装置。
5. 前記整流面は、前記流れ方向における前記入口開口部の上流端に対して前記突出方向に対向する位置から、前記流れ方向における前記先端部の下流端に対して前記突出方向に対向する位置まで、前記流れ方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
6. 前記整流面は、前記突出方向に直交する平面であることを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
7. 前記整流面は、前記流れ方向の上流側の部分よりも前記流れ方向の下流側の部分が前記突出方向に前記先端部から離れるように、前記突出方向に直交する平面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
8. 前記整流面を有し、前記被計測気体の主通路に設けられた整流部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
9. 前記被計測気体の主通路の一部を構成する管状部と、
   前記整流面を有し、前記管状部に設けられた整流部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
10. 前記整流面を有し、前記ハウジングに取り付けられた整流部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
11. 前記整流部材は、前記流れ方向に沿う板状であることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の物理量測定装置。
12. 前記突出方向に直交する平面に対する前記整流面の傾斜角は２°以下であることを特徴とする請求項７に記載の物理量測定装置。

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