CN102538867A - 传感器的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能实现耐污损性和湿度响应性等计测性能两者的传感器的结构。而且提供容易实现各种物理量的检测装置的一体化的多功能型传感器。传感器的结构具有：外壳构件(7)，其具备与外部进行输入输出的连接器(5)和连接器的端子构件(6)；电路基板(9)，其搭载在外壳构件的内部且具备湿度检测元件(8)，连接器端子构件和电路基板电连接，该传感器的结构隔着设置于外壳构件的密封构件(11)而向主空气所流动的吸气管(1)插入并安装，外壳构件具备将外壳构件的内部和吸气管内部连通的多个连通通路(13)，多个连通通路相对于在吸气管中流动的主空气流的流动方向偏离配置，在吸气管的内壁面附近具有开口部。

Description

传感器的结构
技术领域
本发明涉及计测与内燃机的吸入空气相关的物理量时优选的传感器的结构、使用了该传感器的结构的内燃机控制装置。
背景技术
作为测定与内燃机用的吸入空气相关的物理量的测定技术，例如，关于流量测定技术已知有发热电阻体式空气流量测定装置。这是利用了从发热电阻体夺取的热量相对于流入流量具有相关关系而实现的装置，能够直接测定发动机的燃烧控制中所需的质量流量，因此尤其是作为机动车的空燃比控制用的流量计而得到广泛使用。
此外，作为与内燃机用的吸入空气相关的物理量计测技术，例如，在专利文献1中记载有将流量测定装置、压力检测装置、湿度检测装置等一体化而成的具有多个计测功能的传感器的例子。
【专利文献1】日本特开2010-043883号公报
使用了电子控制燃料喷射系统的机动车逐渐普及，近年来更向着高性能化、高功能化不断发展。在这种情况下，在空间狭窄的发动机室的内部配置有各种传感器或控制设备，而且还装入有将各种传感器或控制设备、以及用于控制它们的控制单元等相互连接的配线。
因此，希望通过对所述多个传感器或控制设备进行一体化而减少部件个数并提高发动机室内部的景观等，例如，其中一例是对流量测定装置、温度检测装置、以及半导体式压力检测装置和湿度检测装置等进行一体化并对连接器进行共用化的方法策略等，由此能够减少部件向车辆的组装工时且简化线束。
一直以来，上述的对流量测定装置和温度检测装置进行一体化的结构是主流，但如上所述，随着对上述压力检测装置和湿度检测装置等进行一体化，将来会出现各种技术性课题。
通常，机动车的吸入空气被空气滤清器箱所具备的空气滤清器滤芯去除了大气中漂浮物之后，将吸入空气取入。然而，由于不希望空气滤清器滤芯所产生的大的压力损失造成发动机输出下降或燃料消耗率的恶化，所以，例如不使用能够捕捉废气中所包含的微细的碳粒等那样的滤纸，而使这些微细的大气漂浮物等通过滤纸而被发动机吸入。
另外，在发动机停止后暴露在高温下的发动机润滑油有时会成为蒸气而向空气滤清器箱侧倒流，由于存在这种情况，从而存在或通过空气滤清器箱下游的吸入空气管内的空气未必洁净。另外，近年来柴油发动机的电子控制化不断发展，在柴油发动机中设置传感器的环境比在汽油发动机系统中更为严格。
被放置在这种环境下的传感器如上所述不断发展高密度化，今后对高精度化的要求也不断提高。对于实现高精度化而言，如何能够长期维持其精度是至关重要的，并且需要考虑耐污损性。一直以来，吸入空气流量计、吸入空气温度计、吸入空气压力计等作为吸气系统的传感器被广泛使用，但今后在内燃机的控制中也使用吸入空气湿度的计测的倾向增强，同时湿度传感器也是对污损灵敏度高的传感器。
在计测吸入空气湿度方面，为了提高湿度传感器的计测精度或计测响应性，可以将湿度传感器部直接暴露在流动的空气中。然而，例如专利文献1公开的那样，若在吸气管中成为主流的空气气流存在于空气的取入口附近并且该气流的一部分向湿度传感器部导入，则漂浮在空气中的污损物质也一起被取入的可能性高。因此，本发明的第一个课题在于，即使在不存在空气气流的部位设置向湿度传感器部取入空气的空气取入口，也会使湿度传感器部产生必要的空气流。
第二个课题在于，防止各种传感器的一体化结构所引起的性能或结构性的干涉。如专利文献1公开的那样，例如当形成为具有空气流量计的副通路和具有湿度传感器的副通路连接的结构时，由于空气的分流或合流造成应向空气流量计供给的空气的流动发生紊乱或应供给的空气的量发生偏差。在结构方面，若在副通路彼此的连接部残留有例如模制成型时的毛刺等，则空气的量或紊乱方式变得不均匀，从而双方的传感器的计测精度发生偏差。
第三个课题在于，提高易制作性和一体结构的实现性。如专利文献1所示，例如延长与湿度传感器部相连的空气导入通路时，虽然污损物质难以到达，但存在难以实现尺寸稳定性等的课题。
发明内容
因此，本发明鉴于上述课题而作出，其目的在于提供一种耐污损性优良、高精度、高品质、一体化容易且容易制作的传感器的结构。
为了应对上述课题而采用以下的方法。
一种传感器的结构，具有：外壳构件，其具备与外部进行输入输出的连接器和所述连接器的端子构件；电路基板，其搭载在所述外壳构件的内部且具备湿度检测元件，所述连接器端子构件和所述电路基板电连接，并且该传感器的结构隔着设置于所述外壳构件的密封构件插入并安装到主空气所流动的吸气管，所述外壳构件具备将所述外壳构件的内部和所述吸气管内部连通的多个连通通路，所述多个连通通路相对于在所述吸气管中流动的所述主空气流的流动方向偏离配置，且在所述吸气管的内壁面附近具有开口部。由此，传感器的检测元件配置在距吸入空气的取入口极远的位置，空气中的废物难以到达。
【发明效果】
本发明能够提供一种能够实现使其免受水或污损物质影响的保护性能和湿度响应性等计测性能这两者的传感器的结构，并能够使用对污损环境灵敏度高的传感器元件作为吸气系统的传感器。因此，能够实现到目前为止一直困难的、在柴油发动机系统内计测吸入空气湿度等测量工作。而且，能够提供一种作为机动车用其性能和品质优异的、容易实现各种物理量的检测装置的一体化且能够从一个传感器结构体同时进行检测、输出的多功能型传感器。
附图说明
图1(a)是表示本发明的一实施例的传感器结构图。
图1(b)是图1(a)的A-A剖视图。
图2是表示本发明的另一实施例的传感器结构图。
图3(a)是表示本发明的另一实施例的传感器结构图。
图3(b)是图3(a)剖视图。
图4(a)是表示本发明的另一实施例的传感器结构图。
图4(b)是图4(a)的B-B剖视图。
图5(a)是表示本发明的另一实施例的传感器结构图。
图5(b)是图5(a)的C-C剖视图。
图6(a)是表示本发明的另一实施例的传感器结构图。
图6(b)是图6(a)的D-D剖视图。
图7(a)是表示作为多功能传感器而构成的一实施例的传感器结构图。
图7(b)是图7(a)的E-E剖视图。
图8是表示作为多功能传感器而构成的另一实施例的传感器结构图。
图9是表示在电子燃料喷射方式的内燃机中适用了本发明产品的一实施例的图。
符号说明：
1 主通路
2 吸气管路结构构件
3 传感器的插入口
4 温湿度检测装置
5 连接器
6 连接器端子
7 外壳构件
8 温湿度检测元件
9 温湿度检测用电路基板
10 接合构件
11 密封构件
12 罩构件
13 连通通路
14 空气导入通路
15 空气排出通路
16 空气导入通路入口
17 空气排出通路出口
18 隔壁
19 扩大管
20 多功能传感器
21 空气流量计
22 空气流量计用电路基板
23 基体构件
24 空气流量计用罩构件
25 流量检测元件
26 流量检测元件用端子构件
27 副通路结构构件
28 空气流量计用副通路
29 压力检测装置
30 压力导入孔
31 温度补偿用电阻体
40 压力调整用突起
50 空气滤清器
51 吸入空气
52 主体
53 吸气通道
54 节气阀体
55 喷射器
56 进气岐管
57 发动机缸体
58 气体
59 排气岐管
60 节气阀角度传感器
61 节气阀阀
62 氧浓度计
63 发动机旋转速度计
64 控制单元
具体实施方式
使用图1，说明本发明的一实施例。图1(a)是表示本发明的一实施例的传感器结构图，图1(b)是表示图1(a)的A-A剖视图的图。
在构成主通路1的吸气管路结构构件2上的局部设有传感器的插入口3，并隔着密封构件11将温湿度检测装置4向插入口3安装。
温湿度检测装置4以连接器5与连接器端子6一体化形成的外壳构件7为基础，将安装有温湿度检测元件8的温湿度检测用电路基板9安装在内部，并利用罩构件12进行覆盖。连接器端子6和温湿度检测用电路基板9是通过接合构件10进行电连接的结构，经由连接器5与外部进行输入输出。
在外壳构件7中，外壳构件7的内部空间和主通路1连通的连通通路13分别偏离配置在空气的流动方向的上游侧和下游侧的各一个部位。这样设置的原因是，利用在主通路1中流动的空气引起的管路摩擦所产生的上下游的压力差，将向主通路1流动的空气的一部分经由连通通路13取入到外壳构件7内部，使温湿度检测元件8的周围产生空气流。
若在温湿度检测元件8周围产生空气流，则能够提高温湿度检测响应性或计测精度。需要说明的是，在设置于两个部位的连通通路13之间产生的压力差越大，在温湿度检测元件8周围流动的空气的量越增加，这对于计测是有利的。例如通过使与外壳构件7连结的结构体的一部分向主通路1内部突出、或在两个连通通路13之间设置压力调整用突起40而促使产生压力差，能够进一步增大压力差。
另外，漂浮在空气中的污损物质或水滴等乘载于在主通路1中流动的高流速的主流体中而随之流动。因此，在本实施例中，连通通路13形成的开口是在流速无限接近于零的主通路1的内壁面附近。因此，漂浮在空气中的污损物质或水滴等因惯性的效果而直接直线性地通过主通路1内部，漂浮在空气中的污损物质或水滴等不会流入因压力差而产生空气流的连通通路13部分。根据这样的结构，能够实现空气流动但不会取入污损物质这样的耐污损性能和计测性能两者。
图2是温湿度检测装置4的剖视图。
利用在主通路1中流动的空气与管路摩擦引起的上下游的压力差而使空气经由连通通路13向外壳构件7的内部空间、即向温湿度检测元件8部周围流动，因此，在外壳构件7中，将外壳构件7的内部空间和主通路1连通的连通通路13分别偏离配置在从空气的流动方向观察时为上游侧和下游侧的各一个部位。在该结构中，从空气的流动方向观察时，设置在上游侧的连通通路13为了湿度计测而成为取入空气的空气导入通路14，设置在下游侧的连通通路13成为用于将温湿度计测后的空气从外壳构件7内部排出的空气排出通路15。
图3是温湿度检测装置4的主视图及连通通路13部的剖视图。
由于空气向温湿度检测元件8部周围流动，因此在外壳构件7上设置空气导入通路14和空气排出通路15，空气导入通路入口16和空气排出通路出口17分别在接近主通路1的内壁面的高度处形成开口。空气导入通路14和空气排出通路15比吸气管路结构构件2的外壁面更向外侧延伸，并与外壳构件7的内部连通，因此具有如下的结构性特征，即，温湿度检测用的空气在比吸气管路结构构件2的外壁面靠外侧旁通而进行流动。根据该结构，能够较长地确保从空气导入通路入口16到温湿度检测元件8的距离，因此耐污损性提高。
图4(a)是温湿度检测装置4的主视图，图4(b)是图4(a)的B-B剖视图。
空气导入通路入口16和空气排出通路出口17在与主通路1内的空气的流动方向垂直的方向上形成开口。根据该结构，对于在主通路1内流动的空气中漂浮的污损物质或与空气一起飞散的水滴等而言，能够最大限度地使惯性的效果发挥作用，这些污损物质或水滴难以向外壳构件7的内部取入。根据以上的结构，能够同时实现耐污损性能和计测性能这两者。
接下来，使用图5说明用于提高耐污损性的另一实施例。图5(a)是本实施例中的温湿度检测装置4的俯视图，图5(b)是图5(a)的C-C剖视图。
在构成主通路1的吸气管路结构构件2的局部设有传感器的插入口3，经由密封构件11将温湿度检测装置4向插入口3安装。在本实施例中，为了进一步提高温湿度检测装置4的耐污损性，将空气导入通路入口16和空气排出通路出口17设置成在密封构件11与主通路1的内壁面之间形成开口。若形成为该结构，则由于空气导入通路入口16和空气排出通路出口17能够在没有空气流动的区域形成开口，因此在主通路1内流动的空气中漂浮的污损物质或与空气一起飞散的水滴等更难以被取入，从而消除它们引起的温湿度检测元件8的污损问题。而且，适用该结构时，例如若使外壳构件7的一部分结构体向主通路1内部突出并作为压力调整用突起40发挥功能，则通过结构体周围的流动的作用而能够增大空气导入通路入口16与空气排出通路出口17之间的压力差。根据该结构，还能够一并提高响应性等计测性能。
接下来，使用图6说明用于进一步提高耐污损性的另一实施例。图6(a)是本实施例中的温湿度检测装置4的俯视图，图6(b)是图6(a)的D-D剖视图。
在本实施例中，在外壳构件7中设置隔壁18，空气导入通路14和空气排出通路15在外壳构件7的内部成为扩大管19。尤其是从主通路1经由空气导入通路14被取入的空气中含有例如煤那样的微小污损物质时，在扩大管的作用下，刚进入到外壳构件7之后就扰乱空气流，使污损物质在扩大管中扩散，从而能够使微小污损物质附着于构成外壳构件7的树脂壁面等。而且，通过预先设置隔壁18而能够发挥屏障的作用，即使万一水或多量的污损物质进入到外壳构件7内部的情况下，也能防止这些水或污损物质向温湿度检测元件8或温湿度检测用电路基板9流入。根据该结构，能实现耐污损性能和计测性能更加优异的温湿度检测装置4。
接下来，使用图7说明本发明的温湿度检测装置4和空气流量计一体化而成的多功能传感器20的一实施例。图7(a)是多功能传感器20的传感器结构图，图7(b)是图7(a)的E-E剖视图。
多功能传感器20以连接器5及连接器端子6一体化而成的外壳构件7为基础，将安装有温湿度检测元件8的温湿度检测用电路基板9安装在内部，并利用罩构件12进行覆盖。连接器端子6和温湿度检测用电路基板9是通过接合构件10进行电连接的结构，经由连接器5进行与外部的输入输出。
在外壳构件7中设置有将外壳构件7的内部空间和主通路1连通的空气导入通路14和空气排出通路15，其分别偏离配置在空气的流动方向的上游侧和下游侧的各一部位。而且，空气导入通路14和空气排出通路15的作为出入口的空气导入通路入口16和空气排出通路出口17设置成在密封构件11与主通路1的内壁面之间形成开口，从而难以取入在主通路1内流动的空气中漂浮的污损物质或与空气一起飞散的水滴等。
在这些构成湿度检测功能的各构件的主通路1侧前端部一体化有空气流量计21。作为结构基础的外壳构件7向主通路1内部方向延长，并通过保持空气流量计用电路基板22的基体构件23及空气流量计用罩构件24来构成空气流量计的电路壳体区域。而且，外壳构件7一体构成对流量检测元件25进行保持的流量检测元件用端子构件26，流量检测元件25安装在由副通路结构构件27构成的空气流量计用副通路28的内部。流量检测元件25与空气流量计用电路基板22的电连接、以及空气流量计用电路基板22与连接器端子6的电连接通过接合构件10进行，经由连接器5与外部进行温湿度信号及空气流量信号的输入输出。根据该结构，空气流量计21的结构和温湿度检测装置4的结构互不干涉，能够容易实现传感器的多功能化。而且此时，空气流量计21自身作为压力调整用突起40发挥功能，因此利用结构体周围的流动的作用能够增大空气导入通路入口16与空气排出通路出口17间的压力差，从而成为有利于向温湿度检测元件8供给空气的结构。根据本结构，能够同时提高响应性、计测性能。
接下来，使用图8说明将本发明的温湿度检测装置4与空气流量计或压力检测装置一体化而成的多功能传感器的一实施例。
在由外壳构件7和罩构件12构成的湿度检测区域内进一步一体构成压力检测装置29，而且，在外壳构件7上除了将外壳构件7的内部空间和主通路1连通的空气导入通路14和空气排出通路15之外，还在空气导入通路14与空气排出通路15之间设有压力导入孔30。而且，在这些构成湿度检测功能及压力检测功能的各构件的主通路1侧前端部一体化有空气流量计21。外壳构件7一体地构成对流量检测元件25和温度补偿用电阻体31进行保持的流量检测元件用端子构件26，流量检测元件25及温度补偿用电阻体31安装在空气流量计用副通路28的内部。即，空气导入通路14和空气排出通路15所构成的温湿度检测用流路和空气流量计用副通路28及压力导入孔30以分离成在结构方面不干涉的方式分体地配置。根据该结构，能够提供一种空气流量计21的结构和温湿度检测装置4以及压力检测装置29的结构相互不干涉、且能够灵活地应对包括各功能的有无在内的对传感器的功能追加及削除的要求的多功能传感器20。
最后，使用图9表示在电子燃料喷射方式的内燃机中适用了本发明的多功能传感器20的一实施例。
从空气滤清器50吸入的吸入空气51经由插入有多功能传感器20的吸气管路结构构件2、吸气通道53、节气阀体54及具备供给燃料的喷射器55的进气岐管56，然后被吸入发动机缸体57。另一方面，发动机缸体57产生的气体58经由排气岐管59排出。
从多功能传感器20输出的空气流量信号、湿度信号、压力信号、温度信号、从节气阀角度传感器60输出的节气阀阀角度信号、从设置于排气岐管59的氧浓度计62输出的氧浓度信号、以及从发动机旋转速度计63输出的发动机旋转速度信号等输入控制单元64，控制单元64依次运算这些信号而求出最佳的燃料喷射量和最佳的输出转矩，并使用该值来控制上述喷射器55或节气阀阀61。

Claims (10)

1.一种传感器的结构，具有：外壳构件，其具备与外部进行输入输出的连接器和所述连接器的端子构件；电路基板，其搭载在所述外壳构件的内部且具备湿度检测元件，所述连接器端子构件与所述电路基板电连接，并且该传感器的结构隔着设置于所述外壳构件的密封构件插入并安装到主空气所流动的吸气管，其特征在于，
所述外壳构件具备将所述外壳构件的内部和所述吸气管内部连通的多个连通通路，
所述多个连通通路相对于在所述吸气管中流动的所述主空气流的流动方向偏离配置，且在所述吸气管的内壁面附近具有开口部。
2.根据权利要求1所述的传感器的结构，其特征在于，
在所述多个连通通路之间设置有突起状的结构体。
3.根据权利要求1所述的传感器的结构，其特征在于，
所述多个连通通路中的至少一个是为了湿度计测而向所述外壳内部取入空气的空气导入通路，其他的所述多个连通通路中的至少一个是用于将所述取入的空气向所述吸气管内部排出的空气排出通路，所述湿度检测元件设置在所述外壳内部的所述取入的空气所通过的场所，在所述取入的空气通过所述温度检测元件之后，将所述空气排出。
4.根据权利要求3所述的传感器的结构，其特征在于，
从所述空气导入通路到所述空气排出通路的路径通过比所述吸气管的外壁面靠外侧。
5.根据权利要求1所述的传感器的结构，其特征在于，
所述开口部在与所述主空气的流动方向垂直的方向形成开口。
6.根据权利要求1所述的传感器的结构，其特征在于，
所述外壳构件的一部分向所述吸气管的内部突出设置，所述开口部在所述吸气管的内壁面与所述密封构件之间形成开口。
7.根据权利要求1所述的传感器的结构，其特征在于，
所述多个连通通路的通路截面积在所述湿度检测元件的搭载场所附近扩大。
8.根据权利要求1所述的传感器的结构，其特征在于，
在所述外壳构件的比所述湿度检测元件靠所述吸气管的插入方向下侧配置有用于检测在所述吸气管的内部流动的空气量的空气流量检测元件和所述空气流量检测元件所电连接的空气流量计用电路基板，从所述空气流量检测元件及所述湿度检测元件得到的空气流量信号及湿度信号能够经由所述连接器与外部输入输出。
9.根据权利要求8所述的传感器的结构，其特征在于，
所述空气流量检测元件设置在将所述主空气的一部分取入的副通路内，
在所述副通路内流动的流量检测用的空气流的路径和在所述多个连通通路内流动的湿度检测用的空气流的路径分别分离地独立设置。
10.一种内燃机的燃料喷射系统，其特征在于，具备权利要求1～9中任一项所述的传感器的结构。
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