CN101650204B - 空气流量测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种适于除了温度检测装置和压力检测装置以外还将湿度检测装置一体化的吸入空气流量测定装置的构成。这种吸入空气流量测定装置中，构成将副空气通路(205)分路的第二副空气通路(501)，在第二副空气通路(501)内部搭载湿度检测部(500)。在副空气通路(205)的壁面上形成的第二副空气通路入口(502)及第二副空气通路出口(503)，相对于在副空气通路(205)内部流动的空气方向沿水平方向开口。

Description

空气流量测定装置
技术领域
本发明涉及一种适用于内燃机的吸气流量测定用的发热电阻体式空气流量测定装置和使用它的内燃机控制装置。
背景技术
作为内燃机用的流量测定技术已知发热电阻体式空气流量测定装置(参照专利文献1)。它利用的是发热电阻体被夺取的热量与流入流量具有相关关系，由于能够直接测定发动机的燃烧控制中所需要的质量流量，因而特别是作为汽车的空燃比控制用的流量计而被广泛使用。
作为将内燃机用的流量测定装置、压力检测装置还有湿度检测装置等一体化而形成的能够测定多个物理量的传感器，本发明作为公知技术示出了将湿度传感器和压力传感器一体化的例子(参照专利文献2)。
专利文献1：日本特许3523022号公报
专利文献2：日本特开平9-96552号公报
近年来，使用电子控制燃料喷射系统的汽车很普遍，不过这种情况下，在发动机室的内部以狭窄位置配置各种传感器和控制设备等。另外，这种情况下，将各种传感器和控制设备以及用以控制它们的控制单元等相互连接的电线束复杂地装入。
因而，期待将多个传感器和控制设备一体化从而降低部件数和提高发动机内部的美观，例如其中一例采用的对策是将所述发热电阻体式空气流量测定装置和温度检测装置、甚至半导体式压力检测装置和湿度检测装置等都一体化，将联接器通用，从而能够降低往车辆上组装部件的工时和实现电线束的简约化。
现有，将所述发热电阻体式空气流量测定装置和温度检测装置一体化的结构占据主流，不过，今后随着将所述压力检测装置和湿度检测装置等也一体化，而逐渐出现各种各样的技术课题。
特别是所述湿度检测装置迄今为止还没有在燃料控制用途上产生利用实效，主要还是用于车室内的空调管理。在车室内的用途中对假设严酷环境的耐久性等没有要求，不过，当作为发动机控制用而与例如所述发热电阻体式空气流量测定装置和其他传感器等同时一体化使用时，被要求与发热电阻体式空气流量测定装置等价的耐环境性能。特别是湿度检测装置忌讳的环境是由于检测元件部污浊和结露或雨水浸入等引发的向湿度检测元件部附着水滴等，必须采取应对这些问题的明确的技术解决措施。
例如，当所述湿度检测装置的检测元件污损时，相对于湿度变化的检测响应性产生显著的延迟，或者对湿度测定精度本身也造成不好影响。另外，当所述湿度检测元件部上附着了水滴时，通过传感器的构成及其周边电路构成输出表示最大湿度或最小湿度的信号值，在附着的水滴消失之前暂时失去作为湿度检测装置的功能。这种情况下，在湿度检测装置失去功能的期间，对发动机控制系统造成不好影响。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种适于除了温度检测装置和压力检测装置以外还将湿度检测装置一体化的吸入空气流量测定装置的构成。
为了应对上述课题，着眼于现有一直在空气流量测定装置中采用的副空气通路的结构和功能进行了探索。
空气流量测定装置中将检测空气流量的流量检测元件搭载在副空气通路中，其副空气通路具有整流空气流动的效果和防止向副空气通路内部浸入污损物质的效果，甚至还具有在万一污损物质进入到副空气通路内部时在副空气通路内部将污损物质从空气中惯性分离以免直接污损空气流量检测元件的效果。
可是，在通常的空气流量测定装置的使用环境下，内置有空气流量检测元件的副空气流路以与各种各样形状的空气净化器管道和空气净化器箱等组合形式使用，因而，所处的环境容易产生管道内部空气相对于副空气通路设置方向的流动方向和空气等的紊乱度，甚至导致可能摄取污损物质、水滴等浮游物的各种情况。即，尽管如前所述，副空气通路具有整流效果和抵制污损物质的特殊效果等，但是在各种严酷环境中也很难始终保持均匀流动和抑制污损的均匀环境。
因此，在功能上能够有效作为副空气通路使用的理由之一是，像发热电阻体式空气流量测定装置一样，将抵制污损和水滴附着等的发热电阻体使用于检测用元件，例如将该副空气通路在相对于严酷环境耐力差的湿度检测元件中利用时，湿度检测元件被空气中的污损物质污染、或者受到与空气同时飞来的水滴影响的可能性提高。
为此，特别是在将空气流量测定装置和湿度检测装置一体化的构成中，构建了有效发挥在所述空气流量检测装置中使用的副空气通路的功能、相对于一体化的湿度检测元件提供清洁吸入空气的手段。
利用副空气通路具有的整流效果、特别是副空气通路内部的流动被整流成始终朝着期待的方向，设置与副空气通路内部的流动方向平行开口的第二副空气通路，将湿度检测元件搭载在此第二副空气通路内部。浮游在空气中的污损物质和水滴等大抵是比重大于空气的物质，附着在空气中流入副空气通路的浮游物很难依靠惯性力而流入到入口平行开口的第二副空气通路中。如果向难流入的方向进一步以一定精确性开口，则效果进一步提高。
然而，作成使污损物质和水滴等很难进入第二副空气通路内部的形状，其结果是存在无法将检测湿度所足够量的空气流到第二副空气通路的可能性，这些会影响到湿度的检测精度和测定响应性的延迟等。从而，必须构建一种实现性能和可靠性双方均优的形状。
若在所述第二副空气通路内部产生空气流，则能够形成相对于湿度测定来说响应性和测定精度等优异的构成，当产生例如结露和飞散来的水等浸入第二副空气通路内部等预料之外的状况时，也能够使附着在传感器中的水滴随着其产生的空气流向下游侧流出。像这样将副空气通路的一部分分路形成第二副空气通路，在第二副空气通路的入口和出口之间产生一定的压力差，也能够产生一些空气流。只是在有效获得预计所必需的流速的情况中，最好是在副空气通路内部、且第二副空气通路的出入口间的某一位置设置节流结构。利用该副空气通路的节流构成，在第二副空气通路的入口和出口之间获得大的压力差，基于该压力差在第二副空气通路内部产生空气流。
另外，若将第二副空气通路的入口设置在副空气通路的上游侧、将第二副空气通路的出口设置在例如副空气通路所具有的弯曲部附近，则在第二副空气通路的出入口间容易生成压力差，从而也能够在第二副空气通路内部产生空气流。
根据该构成，不会向第二副空气通路内部摄取污损物质和水滴等，能够提高第二副空气通路内部的流速，能够形成对于性能和可靠性双方来说均优异的形状。
除了将所述空气流量测定装置和湿度检测装置一体化的构成以外，在添加压力检测装置时还需要应对以下疑问的解决手段。
压力检测装置的压力导入管一般由细管构成。这是因为若粉尘和水等被摄取到压力检测部，则在压力检测中产生误差。压力检测部由半导体式的硅隔膜形成，因而成为一种非常小的结构，压力导入管必须是很难摄取粉尘和水等的结构。
另一方面，当压力导入管为细管时，如果水进入到了压力导入管中，则还容易产生水膜和冰块等，压力检测精度恶化。在内燃机的吸气管上游设置空气净化器，将去除了大气中粉尘等的空气向发动机内输入。尽管这样，空气净化器的集尘能力并不是绝对的，细小的粉尘成分等会通过空气净化器再通过吸气管被吸入到发动机中。压力检测装置的压力导入管在吸气管内暴露在吸入空气中设置，因而产生如上所述那样的粉尘等浸入。另外，水在空气净化过滤器中被捕获，不过由于是水分就会往过滤器中渗入，若超过过滤器的容许量，则被释放到吸气管中。这些释放出来的水有可能到达压力导入管。
作为以上疑问的应对方案，采用的构成是将压力检测装置的压力导入管与内置有湿度检测装置的第二副空气通路连接，即在第二副空气通路内部开口形成压力导入口。该第二副空气通路如上所述形成不摄取污损物质和水滴等的形状，因而，从第二副空气通路进行的压力摄取减小了压力检测装置污损的可能性。再有，将该压力检测装置搭载在尽可能远离第二副空气通路的位置，由此能够采用长的压力导入管构成，也能够使污损物质和水滴等到达硅隔膜的可能性无限接近零。这种情况下的压力检测装置的位置例如是构成吸气管的构件外壁的外侧等。
发明效果
当前，随着地球温室化等，关于全球性环境问题越来越引起人们关注。因而，根据本发明的所述构成，能够有助于随着内燃机控制装置部件数削减带来的资源物质量的降低。再有，由于长期提供应对排气及燃料消耗率限制双方所必须的高精度燃料控制，因而，能够降低发热电阻体式空气流量测定装置和湿度检测装置、甚至压力检测装置和温度检测装置等各个传感器的时效变化量。从而，能够向市场提供一种地球环境优化、良好燃料消耗率且排气清洁的发动机控制系统。
另外，具体地说，在副空气通路上连接第二副空气通路的效果，不会向第二副空气通路内部摄取污损物质和水滴等，能够提高第二副空气通路内部的流速，能够形成在湿度测定上对于性能和可靠性双方来说均优异的形状。
附图说明
图1是表示本发明一实施例的空气流量测定装置构成的图。
图2是从正面看图1的空气流量测定装置构成的图。
图3是表示本发明另一实施例的空气流量测定装置构成的图。
图4是表示本发明另一实施例的空气流量测定装置构成的图和剖视图。
图5是表示本发明另一实施例的空气流量测定装置构成的图。
图6是表示本发明另一实施例的空气流量测定装置构成的图。
图7是表示本发明另一实施例的空气流量测定装置构成的图。
图8是表示使用了发热电阻体式空气流量测定装置的内燃机的概略系统构成的图。
图中，1-发热电阻体，2-空气温度检测部，50-空气净化器，51-吸入空气，52-主体，53-吸入管道，54-节气门主体，55-喷射器，56-进气歧管，57-发动机汽缸，58-气体，59-排气歧管，60-带分路的回路模块，61-节气门角度传感器，62-氧浓度计，63-发动机转速仪，64-控制单元，65-怠速控制阀，100-主空气通路构成构件，101-主空气通路，102-插入口，200-发热电阻体式空气流量测定装置，201-壳体构成构件，202-底座材料，203-电路基板，204-罩构成构件，205-副空气通路，206-副空气通路构成构件，207、401、504-密封材料，208-终端构件，209-连接构件，210-接点端子，211-副空气通路节流部，400-压力检测部，402-压力导入部，403-输入输出端子，500-湿度检测部，501-第二副空气通路，502-第二副空气通路入口，503-第二副空气通路出口。
具体实施方式
以下，关于本发明的实施例进行说明。
关于本发明的具体构成例用图1及图2进行说明。图2是从正面看图1的图。
在构成主空气通路(吸气管路或只叫吸气管)101的主空气通路构成构件(吸气管路构成构件)100上，局部设有插入发热电阻体式空气流量测定装置200的一部分的插入口102，并且设置有一体具备湿度检测部500的发热电阻体式空气流量测定装置200。作为发热电阻体式空气流量测定装置200的外壳材料的壳体构成构件201往吸气管路构成构件100上安装而发挥作用。
发热电阻体式空气流量测定装置200除了壳体构成构件201以外，还包括：由金属材料等形成的底座材料202、用来保护电路基板203的罩构成构件204、用来测定空气流量的发热电阻体1、用来构成设置发热电阻体1的副空气通路205的副空气通路构成构件206、用来密封主空气通路101和外部的密封材料207等。
在副空气通路205内部开口第二副空气通路501，进而将所述副空气通路205分路而构成第二副空气通路501。在所述第二副空气通路501内部搭载湿度检测部500，该湿度检测部500使用芯片焊接材料(没有图示)等安装、固定在电路基板203上。
发热电阻体式空气流量测定装置200所涉及的电信号从发热电阻体1经由终端构件208、连接构件209、电路基板203、连接构件209，连接到接点端子210，与ECU等电连接。
另外，来自湿度检测部500的信号经由电路基板203、连接构件209，连接到接点端子210，与ECU等电连接。
在副空气通路205的壁面上开口第二副空气通路501的出入口、即第二副空气通路入口502及第二副空气通路出口503，其方向相对于在副空气通路205内部流动的空气的方向沿水平方向开口。
图3是对图1及图2变更了副空气通路形状的例子。图1中发热电阻体式空气流量测定装置200的副空气通路205呈直线性构成，与之相对，图3的副空气通路205中其局部具有弯曲形状。通常，为了提高发热电阻体式空气流量测定装置200所期待的诸多性能，副空气通路205具有1处以上的弯曲，以期待缓和例如包括主空气通路101中产生的逆流成分在内的气流的影响等效果。
一体具备湿度检测部500的发热电阻体式空气流量测定装置200中，同样是若在副空气通路205上设置弯曲，则在第二副空气通路入口502和第二副空气通路出口503之间容易生成压力差，利用其压力差，能够有效地在第二副空气通路501中产生空气流。湿度检测部500中若能够提高空气流速，则具有湿度测定精度提高，或者响应性优化的优点。
另外，还具有的优点是即使万一产生从第二副空气通路入口502浸入水滴，或者产生结露等在第二副空气通路501中产生水滴等预料之外的事情时，也能够利用空气流迅速排出水滴。
图4是对图1及图2变更了副空气通路形状的例子和其A-A截面图。与图1及图2所示的发热电阻体式空气流量测定装置200的副空气通路205同样，图4中副空气通路205也呈直线性构成，在其副空气通路205内部实施节流。该节流结构的特征是利用副空气通路节流部211构成，以提高发热电阻体1部分的空气流速。发热电阻体1部分的流速提高对于提高发热电阻体式空气流量测定装置200所要求的诸多性能是必不可少的。
A-A是副空气通路的截面图。示例了图4所示的副空气通路节流部211设置在副空气通路205内部且第二副空气通路入口502和第二副空气通路出口503之间。该副空气通路节流部211可在其设置部位上下游生成大的压力差。也就是说，由于副空气通路节流部211设置在第二副空气通路入口502和第二副空气通路出口503之间，从而能够在第二副空气通路入口502和第二副空气通路出口503之间产生大的压力差。基于该效果能够进一步提高在第二副空气通路501内部流动的空气流速。
湿度检测部500中若能够提高空气流速，则具有湿度测定精度提高，或者响应性优化的优点。另外，还具有的优点是即使万一产生从第二副空气通路入口502浸入水滴，或者产生结露等在第二副空气通路501中产生水滴等预料之外的事情时，也能够利用空气流迅速排出水滴。
图5是变更了湿度检测部搭载位置的例子。其特征是湿度检测部500搭载在壳体构成构件201上，其位置在构成主空气通路101的主空气通路构成构件100外壁的外侧。湿度检测部500与接点端子210直接或通过电路基板203和连接构件209连接，与ECU等电连接。还在湿度检测部500的设置部位填充环氧类和硅类等密封材料504，确保气密性。
副空气通路205连接第二副空气通路501，该第二副空气通路501到湿度检测部500的位置构成空气通路，以使湿度检测部500能够检测湿度。根据该构成，能够加长副空气通路205到湿度检测部500的距离，从而能够无限地减小污损物质和水滴等对湿度测定有害的空气中浮游物到达湿度检测部500的可能性。
图6是对图1再添加压力检测功能的实施例。
在构成主空气通路(吸气管路或只叫吸气管)101的主空气通路构成构件(吸气管路构成构件)100上，局部设有插入发热电阻体式空气流量测定装置200的一部分的插入口102，并且设置有一体具备湿度检测部500的发热电阻体式空气流量测定装置200。作为发热电阻体式空气流量测定装置200的外壳材料的壳体构成构件201往吸气管路构成构件100上安装而发挥作用。
发热电阻体式空气流量测定装置200除了壳体构成构件201以外，还包括：由金属材料等形成的底座材料202、用来保护电路基板203的罩构成构件204、用来测定空气流量的发热电阻体1、用来构成设置发热电阻体1的副空气通路205的副空气通路构成构件206、用来密封主空气通路101和外部的密封材料207等。
将副空气通路205分路而构成第二副空气通路501，在第二副空气通路501内部搭载湿度检测部500。该湿度检测部500使用芯片焊接材料(没有图示)等安装、固定在电路基板203上。
发热电阻体式空气流量测定装置200所涉及的电信号从发热电阻体1经由终端构件208、连接构件209、电路基板203、连接构件209，连接到接点端子210，与ECU等电连接。
另外，来自湿度检测部500的信号经由电路基板203、连接构件209，连接到接点端子210，与ECU等电连接。
在副空气通路205的壁面上开口第二副空气通路501的出入口、即第二副空气通路入口502及第二副空气通路出口503，其方向相对于在副空气通路205内部流动的空气的方向沿水平方向开口。
在壳体构成构件201上搭载压力检测部400，在其搭载部位填充环氧类和硅类等密封材料401，确保气密性。在壳体构成构件201上配置压力导入管402，与主空气通路101连通，以使压力检测部400能够检测压力的变动。
另外，压力检测部400具有输入输出端子403，利用焊接等与接点端子210电连接，能够在与ECU等之间进行输入输出。再有，发热电阻体式空气流量测定装置200具有以热敏电阻型为代表的空气温度检测部2(没有图示)，与发热电阻体1同样焊接在终端构件208上，安装在副空气通路205内部。
如以上，图6构成了一种具有空气流量检测功能、湿度检测功能、压力检测功能以及温度检测功能的多功能型发热电阻体式空气流量测定装置200。根据该构成，ECU中能够获得绝对湿度等各种物理量，能够与从发热电阻体式空气流量测定装置200获得的流量信号一起支持精密且高精度、还有可靠性高的内燃机控制。
图7是变换了压力导入管配置的例子。图6中采用的构成是将压力导入管402直接连通到主空气通路101进行压力检测。图7的构成中，是将压力导入管402在内置湿度检测部500的第二副空气通路501中开口。根据该构成，能够加长副空气通路205到压力检测部400的距离，从而能够减小污损物质和水滴等对压力测定有害的空气中浮游物到达压力检测部400的可能性。另外，第二副空气通路501以第二副空气通路入口502及第二副空气通路出口503与副空气通路205连接，因而，能够始终获得副空气通路205内部压力的2点平均值。从而实现更高精度的压力测定。
最后，用图8表示在电子燃料喷射方式的内燃机中适用本发明产品的一实施例。从空气净化器50吸入的吸入空气51经由插入有发热电阻体式空气流量测定装置200的主体52、吸入管道53、具备节气门主体54及供给燃料的喷射器55的进气歧管56，被吸入到发动机汽缸57中。另一方面，在发动机汽缸57中产生的气体58经由排气歧管59被排出。
控制单元64输入从发热电阻体式空气流量测定装置200的带分路的电路模块60输出的空气流量信号、湿度信号、压力信号、温度信号，还有从节气门角度传感器61输出的节气门阀角度信号、从设置在排气歧管59中的氧浓度计62输出的氧浓度信号以及从发动机转速仪63输出的发动机转速信号等信号，并对这些信号依次运算，求出最佳的燃料喷射量和怠速空气控制阀开度，使用求得的值控制所述喷射器55及怠速控制阀65。

Claims (10)

1.一种吸入空气流量测定装置，是将测定吸气管内的吸入空气流量的空气流量测定装置和检测吸气管内的湿度的湿度检测部构成一体的装置，其特征在于，
检测吸入空气流量的空气流量检测元件安装在摄取流经所述吸气管的空气的一部分的副空气通路的内部，检测湿度的所述湿度检测部安装于在所述副空气通路的内部开口的第二副空气通路中。
2.根据权利要求1所述的吸入空气流量测定装置，其特征在于，
所述第二副空气通路是将所述副空气通路的一部分分路而构成的。
3.根据权利要求2所述的吸入空气流量测定装置，其特征在于，
所述副空气通路的入口相对于流经吸气管的空气的流动方向垂直开口，所述第二副空气通路的入口相对于流经所述副空气通路的空气的流动方向平行开口。
4.根据权利要求3所述的吸入空气流量测定装置，其特征在于，
在所述副空气通路中至少有1处以上的弯曲。
5.根据权利要求3所述的吸入空气流量测定装置，其特征在于，
所述副空气通路的一部分的截面积缩小。
6.根据权利要求5所述的吸入空气流量测定装置，其特征在于，
缩小截面积的部位位于所述第二副空气通路的入口和出口之间。
7.根据权利要求1所述的吸入空气流量测定装置，其特征在于，
检测所述吸气管内的湿度的所述湿度检测部位于构成所述吸气管的吸气管构成构件外壁的外侧。
8.一种吸入空气流量测定装置，是将测定吸气管内的吸入空气流量的空气流量测定装置、检测吸气管内的压力的压力检测装置、检测吸气管内的温度的温度检测装置和检测吸气管内的湿度的湿度检测部构成一体的装置，其特征在于，
检测吸入空气流量的空气流量检测元件安装在摄取流经所述吸气管的空气的一部分的副空气通路的内部，检测湿度的所述湿度检测部安装在将所述副空气通路的一部分分路而构成的第二副空气通路的内部。
9.根据权利要求8所述的吸入空气流量测定装置，其特征在于，
在内置所述湿度检测部的所述第二副空气通路的一部分连接压力导入管，所述压力导入管和所述压力检测装置连接。
10.根据权利要求9所述的吸入空气流量测定装置，其特征在于，
所述压力检测装置位于构成所述吸气管的构件外壁的外侧。
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