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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Detektionsvorrichtung und insbesondere auf eine Detektionsvorrichtung, die für Temperatur-Feuchtigkeits-Messungen der Luft, die in einer Brennkraftmaschine vorgenommen werden, geeignet ist.
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Technischer Hintergrund
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Es gibt makromolekulare elektrische Kapazitätsfeuchtigkeitssensoren, in denen ein aus Makromolekülen hergestelltes Sensorelement auf einem Substrat gebildet ist und die Feuchtigkeit der Atmosphäre anhand einer Variation in dem elektrischen Kapazitätswert des Sensorelements gemessen wird. Dieser Feuchtigkeitssensor kann Feuchtigkeit bis zu einer Feuchtigkeit eines geringen Niveaus messen und ist relativ überlegen in Genauigkeit und preiswert. Daher wurde der Feuchtigkeitssensor als ein atmosphärischer Feuchtigkeitserfassungssensor in einem weiten Bereich von von Verbrauchern verwendeten bis zu industriell verwendeten Messinstrumenten verwendet.
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Für die Automobilindustrie, gibt es Sensoren, die eine Feuchtigkeitserfassungsvorrichtung oder Ähnliches einteilig mit z. B. einer Einlassluftdurchflussmessvorrichtung für eine Brennkraftmaschine enthalten, wobei die Sensoren mehrere physikalische Größen messen können. Das Patentdokument 1 offenbart ein Beispiel, in dem die Feuchtigkeitsmessvorrichtung und die Druckmessvorrichtung zusammen einteilig hergestellt sind.
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Weiter offenbart Patentdokument 2 ein Beispiel eines Feuchtigkeitssensors, der mit einem Heizabschnitt ausgestattet ist, um Taukondensation auf dem Feuchtigkeitssensor zu unterdrücken.
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Dokumente de Standes der Technik
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: JP-1010-43883-A
- Patentdokument 2: JP-2002-39983-A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Problem, das durch die Erfindung zu lösen ist
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Derzeit sind Kraftfahrzeuge, die ein elektronisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzsystem verwenden, weit verbreitet. Solche Kraftfahrzeuge besitzen eine Vielzahl von Sensoren und Steuereinheiten, die in dem Maschinenraum angeordnet sind. Zusammen mit diesen ist die Anzahl der elektrischen Komponenten erhöht und daher wird das Verringern des Stromverbrauchs der jeweiligen elektronischen Vorrichtungen ein Thema.
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Eine der elektronischen Vorrichtungen ist eine Feuchtigkeitserfassungsvorrichtung. Vor kurzem wurde begonnen, die Feuchtigkeitserfassungsvorrichtungen für die Verwendung in Kraftstoffsteueranwendungen einzusetzen, obwohl sie hauptsächlich für die Steuerung der Klimaanlage in einer Fahrgastzelle verwendet wurden. Für die Verwendung in der Fahrgastzelle wird Beständigkeit oder Ähnliches gegen eine raue Umgebung wie erwartet nicht von den Feuchtigkeitserfassungsvorrichtungen gefordert. Für die Verwendung in Kraftstoffsteueranwendungen jedoch, wenn die Feuchtigkeitserfassungsvorrichtungen einteilig mit einer Einlassluftdurchflussmessvorrichtung oder anderen Sensoren, die in einer Brennkraftmaschine eingebaut sind, verwendet werden, müssen sie eine Umweltwiderstandsfähigkeit aufweisen, die gleich der der Einlassluftdurchflussmessvorrichtung ist.
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Die Messgenauigkeit der Feuchtigkeitserfassungsvorrichtung verschlechtert sich bedingt durch eine Adhäsion von Verunreinigungen oder Wassertropfen auf einem Feuchtigkeitserfassungselementabschnitt und ferner bedingt durch einen Einfluss der Umgebung unter der diese Adhäsionen in einer kombinierten Weise stattfinden. Daher wird es erforderlich, bestimmte Gegenmaßnahmen gegen diese Erscheinungen zu ergreifen.
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Wenn die Feuchtigkeitserfassungsvorrichtung in einer rauen Umgebung wie in einer Brennkraftmaschine verwendet wird, ist es möglich, Taukondensation durch die Verwendung der in Patentdokument 3 offenbarten herkömmlichen Technologie zu unterdrücken. Für die herkömmliche Technologie wird jedoch das Unterdrücken von Verunreinigungen wie Kohlenstoff und dergleichen nicht beachtet. Wie durch Patentdokument 2 dargelegt tritt dann, wenn sich die Umgebung um das Feuchtigkeitserfassungselement abrupt ändert und der Taupunkt erreicht wird, ein Problem auf, wobei eine Taukondensation auf dem Feuchtigkeitserfassungselement gebildet wird.
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Ferner treten dann, wenn die Verunreinigungen, die in der Atmosphäre schweben, die und den oben erwähnten Kohlenstoff enthalten, in der Nähe des Feuchtigkeitserfassungselements anhaften, Taukondensation und dergleichen in einer kombinierten Weise auf, weil die Verunreinigung an sich eine Feuchtigkeitsabsorptionsfähigkeit aufweist. In dem Fall, in dem Luft mit großer Feuchtigkeit einströmt, absorbieren die Verunreinigungen Feuchtigkeit in der Luft mit großer Feuchtigkeit und daher tritt ein Problem hinsichtlich der Messgenauigkeit auf, wobei das Feuchtigkeitserfassungselement fortfährt, eine höhere Feuchtigkeit als die in der tatsächlichen Umgebung während der Zeit, bis die Feuchtigkeit trocknet, zu detektierten.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Feuchtigkeitserfassungsvorrichtung zu schaffen, durch die eine gute Genauigkeit in der Messung selbst unter rauen Umgebungsbedingungen erreicht wird.
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Mittel zum Lösen des Problems
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Um das obige Problem zu lösen, enthält eine Feuchtigkeitserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Feuchtigkeitserfassungselement, das auf einer elektronischen Leiterplatte befestigt ist, und mehrere Heizwiderstände, die auf derselben Fläche der elektronischen Leiterplatte wie eine Fläche, auf der das Feuchtigkeitserfassungselement befestigt ist, befestigt sind.
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Wirkung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung kann die Feuchtigkeitserfassungsvorrichtung, durch die eine gute Genauigkeit in der Messung selbst unter rauen Umgebungsbedingungen erreicht wird, schaffen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Draufsicht, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildlich darstellt.
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2 ist eine Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildlich darstellt.
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3 ist eine Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildlich darstellt.
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4 ist eine Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildlich darstellt.
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5 ist eine Querschnittssicht, die eine Ausführungsform, die die vorliegende Erfindung für einen Feuchtigkeitssensor verwendet, bildlich darstellt.
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Art zum Ausführen der Erfindung
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Eine bestimmte Konfiguration der vorliegenden Erfindung wird anhand von Beispielen mit Bezug auf 1 beschrieben.
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Ein Feuchtigkeitserfassungselement 2 ist auf einer elektronischen Leiterplatte 1 befestigt. Die elektronische Leiterplatte 1 besitzt ferner einen Eingangs-Ausgangs-Anschluss 4, der für Eingaben und Ausgaben mit der äußeren Umgebung verwendet wird. Eine Feuchtigkeitserfassung unter Verwendung dieser Komponenten wird erzielt, indem das gesamte Feuchtigkeitserfassungselement 2 und ein Teil der elektronischen Leiterplatte 1 an einer Ansaugröhre befestigt werden, um in direkten Kontakt mit der in der Ansaugröhre strömenden Luft zu gelangen.
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Auf der elektronischen Leiterplatte 1 sind Heizwiderstände 3 befestigt, insbesondere auf derselben Fläche wie eine Fläche, auf der das Feuchtigkeitserfassungselement 2 befestigt ist, an einer Position um das Feuchtigkeitserfassungselement 2. Auf diese Weise wird nicht die gesamte elektronische Leiterplatte 1, sondern nur ein Teil, der dem Feuchtigkeitserfassungselement 2 entspricht, lokal geheizt, um dadurch einen geheizten Bereich 5 auf der Vorderfläche der elektronischen Leiterplatte 1 zu definieren. Mit dieser Konfiguration kann nur der Umfang des Feuchtigkeitserfassungselements 2 wirksam mit einem geringen Stromverbrauch geheizt werden, was Gegenmaßnahmen gegen Taukondensation erlaubt.
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Wegen des lokalen Heizens wird ferner ein Unterschied der Temperatur in der Nähe der Grenze des geheizten Bereichs 5 am größten. Unter Verwendung der Eigenschaften, mit denen Verunreinigungen in der Luft in Richtung der Tieftemperaturseite in diesem Temperaturunterschied schweben, wird ermöglicht, dass die Verunreinigungen absichtlich an dem äußeren Umfangsabschnitt des geheizten Bereichs 5 anhaften.
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Zum Beispiel wird es unmöglich, wenn die gesamte elektronische Leiterplatte 1 gleichmäßig geheizt wird, den oben erwähnten Temperaturunterschied auf der Platte herzustellen. Daher werden die Verunreinigungen in der Luft gleichmäßig an der Platte anhaften und auch an dem Feuchtigkeitserfassungselement 2 selbst. Wenn Taukondensation in einer kombinierten Weise auftritt, absorbieren die Verunreinigungen Feuchtigkeit, was zu einem Auftreten eines Feuchtigkeitsmessfehlers führt.
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Die vorliegende Konfiguration kann jedoch Taukondensation und Verunreinigung verhindern und erlaubt zusätzlich, dass die Verunreinigungen an einem Ort entfernt von dem Feuchtigkeitserfassungselement 2 anhaften. Daher ist es möglich, das Auftreten eines Feuchtigkeitsmessfehlers zu verhindern.
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Wie in der vorliegenden Konfiguration sind die Heizwiderstände 3 an vier Positionen befestigt, um den Umfang des Feuchtigkeitserfassungselements 2 zu umgeben. Daher besitzt eine Temperaturverteilung selbst in einem Flussfeld, in dem Luftstromrichtungen in einer zufälligen Weise auftreten können, eine symmetrische Eigenschaft in Bezug auf das Feuchtigkeitserfassungselement 2. Daher kann das Feuchtigkeitserfassungselement 2 seine Leistung aufrechterhalten, ohne durch den Luftstrom beeinflusst zu werden.
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Als nächstes wird in Bezug auf 2 eine weitere Ausführungsform beschrieben. Dieselben Konfigurationen wie in der vorherigen Ausführungsform sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre Erklärungen werden ausgelassen.
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Im Gegensatz zu der vorherigen Ausführungsform, ist, wie in 2 bildlich dargestellt ist, eine Feuchtigkeitserfassungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform derart konfiguriert, dass Heizwiderstände 3 einer nach dem anderen in den Aufwärtsstrom und in den Abwärtsstrom eines Luftstroms in Bezug auf das Feuchtigkeitserfassungselement 2 eingebaut werden können. Insbesondere in einem Fall, in dem die Konfiguration oder das Befestigungsverfahren der vorliegenden Feuchtigkeitserfassungsvorrichtung einem sich um das Feuchtigkeitserfassungselement 2 herum bewegenden Luftstrom ermöglicht, sich in eine axiale Richtung zu bewegen, werden die Heizwiderstände 3 jeweils in dem Aufwärtsstrom und dem Abwärtsstrom des Luftstromes in Bezug auf das Feuchtigkeitserfassungselement 2 befestigt. Auf diese Weise kann die Anzahl der so befestigten Heizwiderstände 3 verringert werden, um eine weitere Verringerung des Stromverbrauchs zu erreichen, außerdem können auch die Größe und das Gewicht der gesamten Vorrichtung verringert werden. Zusätzlich kann der Bereich eines Abschnitts, den die Einlassluft berührt, verkleinert werden; daher kann eine Verringerung des Luftwiderstands, der sich aus der Befestigung der vorliegenden Vorrichtung ergibt, ermöglicht werden.
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Eine nochmals weitere Ausführungsform wird mit Bezug auf 3 beschrieben. Dieselben Konfigurationen wie in der vorherigen Ausführungsform sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und ihre Erklärungen werden ausgelassen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Befestigungspositionsbeziehung zwischen dem Feuchtigkeitserfassungselement 2 und dem Heizwiderstand 3 in Bezug auf die in 2 bildlich dargestellte Konfiguration definiert. Insbesondere dann, wenn ein Abstand zwischen dem Feuchtigkeitserfassungselement 2 und dem Heizwiderstand 3 auf L eingestellt ist und wenn eine Länge der kurzen Seite des Heizwiderstands 3 auf W eingestellt ist, sind das Feuchtigkeitserfassungselement 2 und der Heizwiderstand 3 derart befestigt, dass die Beziehung L < 4W erfüllt ist. In dem geheizten Bereich 5 ist ein Abschnitt, der so weit wie möglich von dem Feuchtigkeitserfassungselement 2 entfernt ist, vorteilhaft gegenüber einem Messfehler, der sich aus einer Verunreinigung oder durch von Verunreinigungen absorbierte Feuchtigkeit ergibt. Andererseits herrscht, wenn die beiden Heizwiderstände 3 befestigt sind, während sie zu weit voneinander entfernt gehalten werden, ein Temperaturbereich, d. h. ein Tieftemperaturbereich, an einem Abschnitt des Feuchtigkeitselements 2, der in der Mitte zwischen den beiden Heizwiderständen 3 liegt, vor, so dass Verunreinigungen wahrscheinlich an dem Abschnitt des Feuchtigkeitserfassungselements 2 anhaften. Um solch einen Nachteil zu beseitigen, wird der Abstand L zwischen dem Feuchtigkeitserfassungselement 2 und dem Heizwiderstand 3 auf 3W eingestellt, ferner wird der Abstand zwischen dem Feuchtigkeitserfassungselement 2 und dem Heizwiderstand 3 unter Berücksichtigung des kalorischen Betrags des Heizwiderstands 3 auf ungefähr 4W bei einem Maximum eingestellt. Indem so vorgegangen wird, kann die Feuchtigkeitserfassungsvorrichtung geschaffen werden, die die Aufgabe gegen Verunreinigungen an sich erfüllt.
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Eine nochmals weitere Ausführungsform wird mit Bezug auf 4 beschrieben. Dieselben Konfigurationen wie in den vorherigen Ausführungsformen sind mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre Erklärungen werden ausgelassen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 4 bildlich dargestellt ist, eine weitere elektronische Komponente 7, die einen Teil der Feuchtigkeitserfassungsvorrichtung bildet, auf einer Fläche der elektronischen Leiterplatte 1 gegenüber der Fläche, auf der das Feuchtigkeitserfassungselement 2 und die Heizwiderstände 3 befestigt sind, befestigt. Zusätzlich ist auch der Eingabe-Ausgabe-Anschluss 4 auf derselben Fläche wie die Fläche, auf der die weitere elektronische Komponente 7 befestigt ist, befestigt.
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Mit dieser Konfiguration kann eine Messfläche, die unmittelbar der Einlassluft für die Messung ausgesetzt ist, von einer Fläche der elektronischen Schaltung, die von der äußeren Umgebung geschützt werden muss, getrennt sein. Daher wird die Gebrauchstauglichkeit verbessert und die Befestigung und die Halterung der vorliegenden Vorrichtung können ferner wegen der einfachen Umfangskonfiguration ermöglicht werden.
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Schließlich wird ein Beispiel, in dem die vorliegende Erfindung als die Feuchtigkeitserfassungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine verwendet wird, mit Bezug auf 5 beschrieben.
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Ein eine Einlassröhre bildendes Element 9, das einen Hauptdurchlass 8 bildet, ist mit einem Befestigungsloch 11 für einen Feuchtigkeitssensor 10 versehen. Der Feuchtigkeitssensor 10 ist an dem Befestigungsloch 11 über ein Dichtungselement 12 wie etwa einen O-Ring oder Ähnliches befestigt.
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Der Feuchtigkeitssensor 10 ist wie unten konfiguriert. Ein Gehäuseelement 15, das mit einem Verbindungselement 13 und Verbindungsanschlüssen 14 einteilig gebildet ist, ist als eine Basis vorgesehen. Eine elektronische Leiterplatte 1, auf der ein Feuchtigkeitserfassungselement 2, Heizwiderstände 3 und eine weitere elektronische Komponente 7 befestigt sind, ist intern auf der Basis befestigt. Ein Beschichtungsmaterial 16, etwa ein Gießharz, wird von der Seite eingegossen, wo die andere elektronische Komponente befestigt ist. Die elektronische Verbindung zwischen den Verbindungsanschlüssen 14 und der elektronischen Leiterplatte 1 wird mit Hilfe von Metalldrähten 17 ausgeführt. Dies ermöglicht eine Eingabe und eine Ausgabe von außen über das Verbindungselement 13. Das Gehäuseelement 15 ist mit einem Nebendurchlass 18 gebildet, um einen Teil der Einlassluft, die in dem Hauptdurchlass 8 strömt, anzusaugen. Das Feuchtigkeitserfassungselement 2 und der Heizwiderstand 3 können eine Messung ausführen, indem sie in einen direkten Kontakt mit der Luft, die in dem Nebendurchlass 18 strömt, gelangen. Weiterhin ist eine Luftstromrichtung 6 durch den Nebendurchlass 18 auf eine Achse beschränkt. Daher sind die Heizwiderstände 3, die befestigt werden müssen, auf einen Ort in dem Aufwärtsstrom und einen Ort in dem Abwärtsstrom des Feuchtigkeitserfassungselements 2 beschränkt.
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Die vorliegende Erfindung kann das Ziel gegen Verschlechterung der Messgenauigkeit, die sich aus Verunreinigung, Taukondensation oder dem kombinierten Auftreten von Verunreinigung und Taukondensation ergibt, mit einem geringen Stromverbrauch erreichen. Die Feuchtigkeitserfassungsvorrichtung kann geschaffen werden, die überlegen in Qualität und Leistung und am meisten geeignet für eine Verwendung in einer Brennkraftmaschine ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektronische Leiterplatte
- 2
- Feuchtigkeitserfassungselement
- 3
- Heizwiderstand
- 4
- Eingabe-Ausgabe-Anschluss
- 5
- Geheizter Bereich
- 6
- Luftstromrichtung
- 7
- weitere elektronische Komponente
- 8
- Hauptdurchlass
- 9
- Einlassröhre bildendes Element
- 10
- Feuchtigkeitssensor
- 11
- Befestigungsloch
- 12
- Dichtungselement
- 13
- Verbindungselement
- 14
- Verbindungsanschluss
- 15
- Gehäuseelement
- 16
- Beschichtungsmaterial
- 17
- Metalldraht
- 18
- Nebendurchlass
