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Technischer Bereich
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe, die so ausgebildet ist, dass sie eine physikalische Größe von z.B. Ansaugluft in einer Brennkraftmaschine erfasst.
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Stand der Technik
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PTL 1 offenbart eine Struktur einer Luftflussratenmessvorrichtung, die einen Bypass-Flusspfad, der einen Teil der durch einen Hauptflusspfad in einem Kanal strömenden Luft aufnimmt, einen Unter-Bypass-Flusspfad, der vom Bypass-Flusspfad abzweigt und einen Teil der durch den Bypass-Flusspfad strömenden Luft aufnimmt, und einen im Unter-Bypass-Flusspfad installierten Sensor umfasst. Der Sensor umfasst eine Membran zur Erfassung einer Flussrate, und die Membran umfasst eine Elementvorderfläche, die dem Unter-Bypass-Flusspfad ausgesetzt ist, und eine Elementrückfläche, die einer geschlossenen Kammer ausgesetzt ist, die über ein Belüftungsloch mit einer Schaltungskammer in Verbindung steht.
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Liste der Entgegenhaltungen
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Patentliteratur
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PTL 1: JP 2020-34508 A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Eine Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe ist erforderlich, um ein Flussratensignal genau zu messen, auch wenn sie in verschiedenen Arten von Brennkraftmaschinen verwendet wird. Es wurde festgestellt, dass in einer Brennkraftmaschine ein Turbolader, der hinter der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe montiert ist, Schalldruck erzeugt, der einen Einfluss auf die Flussratenkennlinie der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe hat. Der Turbolader induziert ein Resonanzphänomen des Schalldrucks auf der Elementvorderfläche und der Elementrückfläche der Membran, was die Beeinflussung der Flussratenkennlinie und schließlich einen Fehler in der Erfassung der Flussrate verursacht. Bei der oben beschriebenen konventionellen Konfiguration, d.h. bei der Konfiguration, die nur eine Verbindungspassage zwischen der Unterpassage oder einer Hauptpassage und dem Belüftungsloch der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe enthält, kann der Schalldruck den Fehler bei der Erfassung der Flussrate verursachen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe bereitzustellen, die so gestaltet ist, dass sie den Einfluss des Resonanzphänomens des Schalldrucks auf die Flussratenkennlinie reduziert.
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Lösung des Problems
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Zur Erreichung dieses Ziels stellt die vorliegende Erfindung eine Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe zur Verfügung, die konfiguriert ist, um eine physikalische Größe eines in einer Hauptpassage fließenden Messzielgases feststellen, wobei die Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe aufweist:
- ein in der Hauptpassage angeordnetes Gehäuse;
- eine im Gehäuse angeordnete Unterpassage;
- eine in der Unterpassage angeordnete Flussratenerfassungseinheit;
- eine Schaltungseinheit, die elektrisch mit der Flussratenerfassungseinheit verbunden ist;
- eine im Gehäuse angeordnete Schaltungskammer, in der die Schaltungseinheit untergebracht ist, und
- eine erste Druckeinleitungspassage, die ein zur Unterpassage offenes Ende und ein zur Schaltungskammer offenes Ende aufweist, um eine Verbindung zwischen der Unterpassage und der Schaltungskammer herzustellen, und die so konfiguriert ist, dass sie den Druck des Messzielgases von der Unterpassage in die Schaltungskammer einleitet.
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Die Flussratenerfassungseinheit umfasst: eine Membran mit einer Membranvorderfläche, die der Unterpassage ausgesetzt ist, und einer Membranrückfläche, die einer von der Unterpassage getrennten geschlossenen Kammer ausgesetzt ist; und eine zweite Druckeinleitungspassage, die ein zur Schaltungskammer offenes Ende und ein zur geschlossenen Kammer offenes Ende aufweist, um eine Verbindung zwischen der Schaltungskammer und der geschlossenen Kammer herzustellen, und so konfiguriert ist, dass er den Druck des Messzielgases von der Schaltungskammer in die geschlossene Kammer einleitet, und
die Schaltungskammer mindestens einen oder mehrere Vorsprünge aufweist, die gegenüber einer Öffnung angeordnet sind, zu der das andere Ende der ersten Druckeinleitungspassage offen ist.
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Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe zur Verfügung, die so ausgebildet ist, dass sie den Einfluss eines Resonanzphänomens von Schalldruck auf die Flussratenkennlinie reduziert.
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Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den vorliegenden Beschreibungen und den beigefügten Zeichnungen. Probleme, Konfigurationen und Effekte, die über die oben beschriebenen hinausgehen, werden im Folgenden in Beschreibungen von Ausführungsformen verdeutlicht.
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Figurenliste
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- [1 ist ein Systemdiagramm, das eine Ausführungsform zeigt, bei der eine Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Brennkraftmaschinen-Steuersystem verwendet wird.
- [2] 2 ist eine Vorderansicht der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe.
- [3] 3 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Abdeckung aus einem Gehäuse der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe entfernt wird.
- [4] 4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Rückenfläche der Abdeckung zeigt.
- [5] 5 ist eine Querschnittsansicht der Abdeckung und des Gehäuses in 2, aufgenommen entlang einer Ebene senkrecht zu einer Verbindungsfläche der Abdeckung und des Gehäuses.
- [6] 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in 5.
- [7] 7 ist eine Querschnittsansicht einer Chipeinhausung.
- [8] 8 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils in 5.
- [9] 9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 5.
- [10] 10 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils in 9.
- [11] 11 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Unterschieds zwischen der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe gemäß der vorliegenden Erfindung und einer Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe gemäß einem vergleichenden Beispiel.
- [12] 12 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Unterschieds in den Ergebnissen gemessener Schalldrücke zwischen der vorliegenden Erfindung und dem Vergleichsbeispiel.
- [13] 13 ist ein Diagramm zur Beschreibung einer Modifikation einer ersten Ausführungsform.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Eine im Folgenden beschriebene Ausführungsart der vorliegenden Erfindung (nachfolgend als Ausführungsform angesprochen) löst als konkretes Produkt verschiedene Probleme, insbesondere löst sie verschiedene Probleme bei der Verwendung als Erfassungsvorrichtung, die zur Erfassung einer physikalischen Größe der Ansaugluft eines Fahrzeugs ausgebildet ist, und weist verschiedene Effekte auf. Eines der verschiedenen Probleme, die durch die folgenden Ausführungsformen gelöst werden, wurde oben unter dem technischen Problem, das die vorliegende Erfindung zu lösen hat, beschrieben, und eine der verschiedenen Wirkungen, die durch die folgenden Ausführungsformen erzielt werden, wurde oben unter den vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Verschiedene Probleme, die die folgenden Ausführungsformen lösen sollen, und verschiedene Wirkungen, die die folgenden Ausführungsformen erzielen sollen, werden in den Beschreibungen der folgenden Ausführungsformen verdeutlicht. Die im Folgenden beschriebenen Probleme und Wirkungen (als die Probleme und Wirkungen, die die folgenden Ausführungsformen lösen und erzielen sollen) umfassen daher neben den oben beschriebenen technischen Problemen und vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung auch weitere Inhalte.
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In den folgenden Ausführungsformen bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselbe Konfiguration, auch in verschiedenen FIGS, und es werden somit dieselben Funktionen und Wirkungen erzielt. Zuvor beschriebene Konfigurationen sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine detaillierte Beschreibung kann gegebenenfalls entfallen.
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<Erste Ausführungsform>
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1 ist ein Systemdiagramm, das eine Ausführungsform zeigt, bei der eine Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Brennkraftmaschinensystem 1 mit elektronischer Kraftstoffeinspritzung verwendet wird.
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Die Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe dieser Ausführungsform wird in dem Brennkraftmaschinensystem 1 für ein Kraftfahrzeug verwendet. Das Brennkraftmaschinensystem 1 umfasst einen Motor 2 zusammen mit einem Turbolader 15, einer Hauptpassage 22 und einer Abgaspassage 9. Die Hauptpassage 22 umfasst, in der Reihenfolge von stromaufwärts, einen Luftsäuberer 4, eine Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe 20, einen Zwischenkühler 6, eine Drosselklappe 7 und ein Ansaugrohr 8; und die Abgaspassage 9 umfasst einen Abgaskatalysator 10. Das Ansaugrohr 8 ist mit einer thermischen Feuchtigkeitsmessvorrichtung 11, einem Ansaugdrucksensor 12 und einem Ansaugluft-Temperatursensor 13 ausgestattet und misst Feuchtigkeit, Druck und Temperatur der in den Motor 2 eingeleiteten Ansaugluft.
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Die Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe 20 erfasst jede physikalische Größe wie Flussrate, Temperatur, Feuchtigkeit und Druck von Messzielgasen, die als Ansaugluft vom Luftsäuberer 4 angesaugt werden und durch die Hauptpassage 22 strömen. Die von der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe 20 erfasste physikalische Größe wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und einer Steuerungsvorrichtung (einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU)) zugeführt. Die Steuerungsvorrichtung verwendet die physikalische Größe der Ansaugluft als Ausgabe der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe 20, um eine Kraftstoffeinspritzmenge oder einen Zündzeitpunkt des Motors 2 zu berechnen.
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2 ist eine Vorderansicht der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe.
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Die Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe 20 wird in einem Zustand verwendet, in dem sie durch eine in einer Passagenwand der Hauptpassage 22 angeordnete Montageöffnung in die Hauptpassage 22 eingesetzt und an der Hauptpassage 22 befestigt ist. Die Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe 20 enthält in der Hauptpassage 22 ein Gehäuse, durch das das Messzielgas strömt. Das Gehäuse der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe 20 umfasst ein Gehäuse 100 und eine an dem Gehäuse 100 angebrachte Abdeckung 200. Das Gehäuse 100 wird z. B. durch Spritzgießen eines Kunststoffmaterials hergestellt. Die Abdeckung 200 wird z.B. aus einem plattenförmigen Teil aus einem Metallwerkstoff oder dem Kunststoffwerkstoff und in dieser Ausführungsform aus einem Spritzgussartikel aus einer Aluminiumlegierung oder dem Kunststoffwerkstoff gebildet.
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Das Gehäuse 100 umfasst einen Flansch 111 zur Befestigung der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe 20 an der Hauptpassage 22, einen Verbinder 112, der aus dem Flansch 111 herausragt, um aus einem Einlasskörper für eine elektrische Verbindung mit einem externen Gerät herausgeführt zu werden, und eine Messeinheit 113, die sich vom Flansch 111 aus erstreckt, um in Richtung einer Mitte der Hauptpassage 22 herauszuragen.
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Die Messeinheit 113 hat eine dünne und lange Form, die sich gerade vom Flansch 111 aus erstreckt, und umfasst eine Vorderfläche 121 und eine Rückenfläche 122, jeweils als breite Fläche, sowie eine Seitenfläche 123 und eine Seitenfläche 124 als ein Paar schmaler Seitenflächen. Bei der an der Hauptpassage 22 angebrachten Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe 20 ragt die Messeinheit 113 von einer Innenwand der Hauptpassage 22 in Richtung der Mitte der Hauptpassage 22 vor. Die Vorderfläche 121 und die Rückenfläche 122 sind parallel entlang einer Mittelachse der Hauptpassage 22 angeordnet. Die schmalen Seitenflächen 123 und 124 der Messeinheit 113 als Paar schmaler Seitenflächen sind einander gegenüberliegend angeordnet. Dabei ist die Seitenfläche 123 auf der einen Seite in Längsrichtung der Messeinheit 113 stromaufwärts in der Hauptpassage 22 angeordnet, und die Seitenfläche 124 auf der anderen Seite in Querrichtung der Messeinheit 113 stromabwärts in der Hauptpassage 22 angeordnet. Mit der an der Hauptpassage 22 angebrachten Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe 20 weist die Messeinheit 113 an ihrem distalen Ende eine untere Fläche 125 auf.
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In der Messeinheit 113 hat die Seitenfläche 123 einen Unterpassage-Einlass 131, und die Seitenfläche 124 hat einen ersten Auslass 132 und einen zweiten Auslass 133. Der Unterpassage-Einlass 131, der erste Auslass 132 und der zweite Auslass 133 sind in der Nähe des distalen Endes der Messeinheit 113 angeordnet, die sich von dem Flansch 111 in Richtung der Mitte der Hauptpassage 22 erstreckt. Die Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe 20 umfasst die Messeinheit 113, die sich orthogonal zu einer Mittellinie der Hauptpassage 22 erstreckt, aber jede der Seitenflächen 123 und 124 hat eine geringe Breite. Mit dieser Konfiguration hält die Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe 20 den Fluidwiderstand für das Messzielgas auf einem geringeren Wert.
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3 ist eine Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem die Abdeckung von dem Gehäuse der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe entfernt ist; 4 ist eine Rückansicht der Abdeckung; und 5 ist eine Querschnittsansicht der Abdeckung und des Gehäuses in 2, die entlang einer Ebene senkrecht zu einer Verbindungsfläche der Abdeckung und des Gehäuses aufgenommen ist. Es ist zu beachten, dass in den folgenden Beschreibungen die Längsrichtung der Messeinheit 113, in der sich die Messeinheit 113 vom Flansch 111 aus erstreckt, als Z-Achse, die Querrichtung der Messeinheit 113, in der sich die Messeinheit 113 vom Unterpassageneinlass 131 zum ersten Auslass 132 erstreckt, als X-Achse und die Dickenrichtung der Messeinheit 113, in der sich die Messeinheit 113 von der Vorderfläche 121 zur Rückenfläche 122 erstreckt, als Y-Achse bezeichnet werden kann.
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Die Messeinheit 113 des Gehäuses 100 beherbergt einen Flussratensensor 411 als Flussratenerfassungselement, einen Ansaugluft-Temperatursensor 321, und einen Feuchtigkeitssensor 322. Der Flussratensensor 411 ist in einer Mitte einer Unterpassage 134 angeordnet. Der Flussratensensor 411 detektiert die Flussrate des durch die Hauptpassage strömenden Messzielgases. Der Ansaugluft-Temperatursensor 321 ist in der Mitte einer Temperaturerfassungspassage 136 angeordnet, der an einem Ende in der Nähe des Unterpassage-Eingangs 131 an der Seitenfläche 123 und am anderen Ende sowohl zur Vorderfläche 121 als auch zur Rückenfläche 122 der Messeinheit 113 offen ist. Der Ansaugluft-Temperatursensor 321 erfasst die Temperatur der durch die Hauptpassage strömenden Messzielgase. Der Feuchtesensor 322 ist in einer Feuchtemesskammer 137 der Messeinheit 113 angeordnet. Der Feuchtesensor 322 misst die Feuchte des in die Feuchtemesskammer 137 aufgenommenen Messzielgases durch ein Fenster 138, das zur Rückenfläche der Messeinheit 113 hin offen ist.
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Die Messeinheit 113 beherbergt die Unterpassage 134 und eine Schaltungskammer 135 zur Aufnahme einer Schaltungsplatte 300. Die Schaltungskammer 135 und die Unterpassage 134 werden durch die an der Vorderfläche 121 der Messeinheit 113 angebrachte Abdeckung 200 abgedeckt und verschlossen.
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Die Abdeckung 200 hat die Form einer flachen Platte, um die Vorderfläche 121 der Messeinheit 113 abzudecken. Wie in 4 dargestellt, enthält die Abdeckung 200 auf ihrer Rückenfläche eine Rippe 221. Die Rippe 221 ist entlang eines mit der Messeinheit 113 verbundenen Abschnitts der Abdeckung 200 ausgebildet. Wie in 5 dargestellt, weist die Messeinheit 113 eine vertiefte Nut 141 auf der Vorderfläche 121 auf, und die Rippe 221 ist in die vertiefte Nut 141 einzusetzen. Nach dem Einsetzen der Rippe 221 in die vertiefte Nut 141 der Messeinheit 113 wird die Abdeckung 200 mit einem Klebstoff auf die Messeinheit 113 geklebt.
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Die Schaltungskammer 135 ist in Richtung der X-Achse einseitig (näher an der Seitenfläche 123) angeordnet, also in Strömungsrichtung des Messzielgases in der Hauptpassage 22 stromaufwärts angeordnet. Die Unterpassage 134 ist über einem in Z-Achsenrichtung näher am distalen Ende (näher an der Unterseite 125) der Messeinheit 113 liegenden Bereich in Bezug auf die Schaltungskammer 135 und über einem in X-Achsenrichtung näher an der anderen Seite (näher an der Seitenfläche 124) liegenden Bereich angeordnet, also in Strömungsrichtung des Messzielgases im Hauptpassage 22 in Bezug auf die Schaltungskammer 135 stromabwärts angeordnet.
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Die Unterpassage 134 umfasst eine erste Unterpassage A und eine zweite Unterpassage B, die in der Mitte der ersten Unterpassage A abzweigt. Die erste Unterpassage A erstreckt sich entlang der X-Achsenrichtung der Messeinheit 113 zwischen dem Unterpassageneinlass 131, der zur Seitenfläche 123 auf der einen Seite der Messeinheit 113 offen ist, und dem ersten Auslass 132, der zur Seitenfläche 124 auf der anderen Seite der Messeinheit 113 offen ist. Der erste Unterpassage A umfasst einen Strömungsweg, der sich entlang der Strömungsrichtung des Messzielgases in der Hauptpassage 22 vom Unterpassage-Einlass 131 zum ersten Auslass 132 erstreckt. Der erste Unterpassage A nimmt das Messzielgas auf, das durch den Unterpassage-Einlass 131 durch die Hauptpassage 22 strömt, und führt das Messzielgas dann durch den ersten Auslass 132 in die Hauptpassage 22 zurück. Der erste Unterpassage A wird gebildet, wenn eine in der Vorderfläche der Messeinheit 113 eingelassene erste Unterpassagen-Nut durch einen Bereich 201 der Abdeckung 200 abgedeckt ist.
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Die zweite Unterpassage B zweigt in der Mitte der ersten Unterpassage A ab, wird zu einem proximalen Ende (dem Flansch) der Messeinheit 113 hin gebogen und erstreckt sich in Richtung der Z-Achse der Messeinheit 113. Dann wird die zweite Unterpassage B am proximalen Ende der Messeinheit 113 in Richtung der anderen Seite (Seitenfläche 124) der Messeinheit 113 in Richtung der X-Achse der Messeinheit 113 gebogen, kehrt zum distalen Ende der Messeinheit 113 zurück und erstreckt sich erneut in Richtung der Z-Achse der Messeinheit 113. Die zweite Unterpassage B ist vor dem ersten Auslass 132 in Richtung der anderen Seite (Seitenfläche 124) der Messeinheit 113 in X-Achsenrichtung gebogen und geht in den zweiten Auslass 133 über, der zur Seitenfläche 124 der Messeinheit 113 hin offen ist. Der zweite Auslass 133 ist gegenüber der Hauptpassage in Strömungsrichtung des Messzielgases in der Hauptpassage 22 stromabwärts angeordnet. Der zweite Auslass 133 hat eine Öffnungsfläche, die im Wesentlichen gleich oder etwas größer ist als die des ersten Auslasses 132, und ist in Bezug auf den ersten Auslass 132 näher am proximalen Ende in Längsrichtung der Messeinheit 113 angeordnet.
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Der zweite Unterpassage B umfasst einen Strömungsweg, der sich entlang der Z-Achsenrichtung der Messeinheit 113 hin- und herbewegt. Der zweite Unterpassage B umfasst einen Vorwärtspassagebereich B1, der in der Mitte der ersten Unterpassage A abzweigt und sich in Richtung des proximalen Endes der Messeinheit 113 (in einer Richtung weg von der ersten Unterpassage A) erstreckt, und einen Rücklaufpassagebereich B2, der sich von der Nähe des proximalen Endes der Messeinheit 113 (einem Ende eines Trennpassagenabschnitts), an dem die zweite Unterpassage B umkehrt, in Richtung des distalen Endes der Messeinheit 113 (in einer Richtung auf die erste Unterpassage A zu) erstreckt. Der Rücklaufpassagebereich B2 umfasst einen mit dem zweiten Auslass 133 verbundenen Strömungsweg, der in Bezug auf den Unterpassageeinlass 131 in Strömungsrichtung des Messzielgases in der Hauptpassage 22 stromabwärts positioniert und in Strömungsrichtung des Messzielgases nach stromabwärts geöffnet ist. Der zweite Unterpassage B lässt das Messzielgas, das aus der ersten Unterpassage A abgezweigt wurde, um darin zu strömen, zum zweiten Auslass 133 hindurch und dann zurück in die Hauptpassage 22 fließen. Der zweite Unterpassage B wird gebildet, wenn eine in der Vorderfläche der Messeinheit 113 eingelassene zweite Unterpassagen-Nut 152 durch einen Bereich 202 der Abdeckung 200 abgedeckt wird.
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In der Mitte des zweiten Unterpassages B ist ein erster Einleitungspassage 161 angeordnet, um den Druck des Messzielgases aus dem zweiten Unterpassage B in die Schaltungskammer 135 einzuleiten. Der erste Einleitungspassage 161 hat ein zum zweiten Unterpassage B offenes Ende und ein zur Schaltungskammer 135 offenes Ende und verbindet die zweite Unterpassage B und die Schaltungskammer 135. Die erste Einleitungspassage 161 umfasst einen Einleitungszugang 162, der zur zweiten Unterpassage B offen ist. Der Einleitungszugang 162 ist von einer Seitenwand der zweiten Unterpassages B nach außen versetzt angeordnet.
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Der Einleitungszugang 162 der zweiten Unterpassage B ist in einem Faltbereich angeordnet, in dem die zweite Unterpassage B vom Vorwärtspassagebereich B1 zum Rücklaufpassagebereich B2 zurückgefaltet wird, und zwar in einem Krümmungsbereich auf einer äußeren, halbkreisförmig gekrümmten Seitenfläche, wobei der Krümmungsbereich näher am Rücklaufpassagebereich B2 liegt als der obere Teil des Faltbereichs. Die erste Einleitungspassage 161 erstreckt sich entlang der Z-Achsenrichtung der Messeinheit 113 vom Einleitungszugang 162 zum proximalen Ende der Messeinheit 113, ist im Wesentlichen L-förmig zur Seitenfläche 123 der Messeinheit 113 gebogen, um sich entlang der X-Achsenrichtung zu erstrecken, und setzt sich zu einer Öffnung 163 fort, die zur Schaltungskammer 135 offen ist.
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In der Mitte des Vorwärtspassagebereichs B1 des zweiten Unterpassages B ist der Flussratensensor (eine Flussratenerfassungseinheit) 411 angeordnet. Der Einleitungszugang 162 ist in Strömungsrichtung des Messzielgases im zweiten Unterpassagebereich B in Bezug auf den Flussratensensor 411 stromabwärts angeordnet. Der Flussratensensor 411 ist in einem Sensoraufbau 400 angeordnet, und der Sensoraufbau 400 ist auf der Schaltungsplatte 300 montiert.
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Auf einer vorderen Montagefläche der Schaltungsplatte 300 sind Schaltungskomponenten, z.B. der Sensoraufbau 400, ein Drucksensor 320, der Ansaugluft-Temperatursensor 321 und der Feuchtigkeitssensor 322, montiert; und auf einer hinteren Montagefläche sind Schaltungskomponenten, z.B. ein Chip-Widerstand und ein Chip-Kondensator (nicht dargestellt), montiert. Die Schaltungsplatte 300 ist im Inneren der Messeinheit 113 angeordnet, erstreckt sich in Längsrichtung vom proximalen Ende zum distalen Ende der Messeinheit 113 und erstreckt sich in Querrichtung von der Seitenfläche 123 zur Seitenfläche 124 der Messeinheit 113.
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Die Schaltungsplatte 300 umfasst einen Grundkörper 301 in der Schaltungskammer 135, zusammen mit einem ersten Vorsprung 302 in der Temperaturerfassungspassage 136, einem zweiten Vorsprung 303 in der Feuchtemesskammer 137 und einem dritten Vorsprung 304 im Vorwärtspassagebereich B1 der zweiten Unterpassage B; und der erste Vorsprung 302, der zweite Vorsprung 303 und der dritte Vorsprung 304 erstrecken sich von dem Grundkörper 301 auf der gleichen Oberflächenhöhe wie jeder andere. Am ersten Vorsprung 302 ist an seinem distalen Ende der Ansaugluft-Temperatursensor 321 angebracht, und am zweiten Vorsprung 303 ist der Feuchtigkeitssensor 322 angebracht. Der dritte Vorsprung 304 ist gegenüber dem Sensoraufbau 400 im Vorwärtspassagebereich B1 der zweiten Unterpassage B angeordnet. Der dritte Vorsprung 304 der Schaltungsplatte 300 verschließt einen offenen Abschnitt einer vertieften Nut 404 des Sensoraufbaus 400 zur Bildung eines ersten Passageabschnitts D1. Außerdem wird zwischen dem dritten Vorsprung 304 der Schaltungsplatte 300 und einer Bodenwandfläche 152a der zweiten Unterpassagen-Nut 152 ein zweiter Passagensbereich D2 gebildet.
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Der Sensoraufbau 400 umfasst einen Supporter 401, der mit seinem proximalen Ende an der Schaltungsplatte 300 in der Schaltungskammer 135 befestigt ist und mit seinem distalen Ende in die zweite Unterpassagen-Nut 152 hineinragt. Der Flussratensensor 411 ist am distalen Ende des Trägers 401 angeordnet. Der Flussratensensor 411 wird vom Sensoraufbau 400 getragen, um dem Vorwärtspassagebereich B1 der zweiten Unterpassage B ausgesetzt zu sein. Der Flussratensensor 411 ist gegenüber der aus der Schaltungskammer 135 herausragenden Schaltungsplatte 300 in einem konstanten Abstand zur Schaltungsplatte 300 angeordnet und misst die Flussrate der Messzielgase, die die zweite Unterpassage B durchströmen.
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7 ist eine vergrößerte Ansicht des Sensoraufbaus 400 in 6.
Der Sensoraufbau 400 ist eine Kunststoffeinhausung, in dem der Flussratensensor 411, ein LSI 412 und ein Leadframe 413 mit Kunststoff vergossen sind. Der Flussratensensor 411 und der LSI 412 sind auf einer Oberfläche des Leiterrahmens 413 montiert. Der Sensoraufbau 400 wird gebildet, wenn der Flussratensensor 411 mit Kunststoff versiegelt wurde, so dass eine Membran des Flussratensensors 411 freigelegt ist.
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Der Sensoraufbau 400 umfasst den Träger 401, der mit Kunststoff geformt ist und eine flache Plattenform mit einer vorbestimmten Dicke aufweist. Im Sensoraufbau 400 umfasst der Träger 401 ein proximales Ende 401A, das in der Schaltungskammer 135 angeordnet ist, und ein distales Ende 401B des Trägers 401, das in die zweite Unterpassagen-Nut 152 hineinragt. Der Sensoraufbau 400 ist mit der Schaltungsplatte 300 elektrisch verbunden und mechanisch mit einem Befestigungsabschnitt befestigt.
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Die vertiefte Nut 404 ist am distalen Ende des Trägers 401 angeordnet. Am distalen Ende des Trägers 401 erstreckt sich die vertiefte Nut 404 entlang einer Breitenrichtung des distalen Endes des Trägers 401, und der Flussratensensor 411 ist so angeordnet, dass er an einer Zwischenposition in der Richtung freiliegt, in der sich die vertiefte Nut 404 erstreckt. Der Flussratensensor 411 umfasst ein Sensorelement 405 mit einer Membranstruktur. Das Sensorelement 405 des Flussratensensors 411 umfasst die Membran mit einer Membranvorderfläche 411a, die dem Vorwärtspassagebereich B1 der zweiten Unterpassage B ausgesetzt ist, und mit einer Membranrückfläche 411b, die einer geschlossenen Kammer 421 ausgesetzt ist, die von der Unterpassage 134 getrennt ist.
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Auf der Membranvorderfläche 411a ist ein Heizelement angeordnet, und ein Paar elektrischer Widerstände ist mit dem Heizelement dazwischen im Abstand voneinander angeordnet. Der Flussratensensor 411 wird von Luft durchströmt, die durch die Membranvorderfläche 411a strömt und durch den Heizer erwärmt wird. Dabei ändert sich entsprechend dem Luftstrom die Wärmeverteilung, und entsprechend der Änderung der Wärmeverteilung ändert sich der elektrische Widerstand. Anhand der Änderung des elektrischen Widerstands misst der Flussratensensor 411 die Flussrate des Messzielgases.
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Die geschlossene Kammer 421 ist in dem Sensorelement 405 des Flussratensensors 411 angeordnet. Das Sensorelement 405 ist an der einen Oberfläche des Leiterrahmens 413 befestigt; und die geschlossene Kammer 421 ist durch ein Polyimidband 414 verschlossen, das an der anderen Oberfläche des Leiterrahmens 413 befestigt ist, und umfasst einen geschlossenen Raum, der von der äußeren Umgebung getrennt ist.
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Der Sensoraufbau 400 hat eine Lüftungspassage 422, dessen eines Ende zur Schaltungskammer 135 und dessen anderes Ende zur geschlossenen Kammer 421 offen ist, um eine Verbindung zwischen der Schaltungskammer 135 und der geschlossenen Kammer 421 herzustellen. Auf der anderen Oberfläche des Leiterrahmens 413 erstreckt sich eine vertiefte Nut kontinuierlich zwischen einem Öffnungsloch 423 und der geschlossenen Kammer 421. An der anderen Oberfläche des Leiterrahmens 413 ist das blattförmige Polyimidband 414 angebracht, um einen offenen Abschnitt der ausgesparten Nut abzudichten, und die Lüftungspassage 422 umfasst ein zur geschlossenen Kammer 421 offenes Ende und ein zum Öffnungsloch 423 durchgehendes Ende. Die Lüftungspassage 422 verbindet die geschlossene Kammer 421, zu der die Membranrückfläche 411b hin offen ist, und die Schaltungskammer 135. Die Lüftungspassage 422 entspricht einer zweiten Einleitungspassage, die so konfiguriert ist, dass er den Druck des Messzielgases von der Schaltungskammer 135 in die geschlossene Kammer 421 einleitet.
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8 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils von 5, 9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII von 5, und 10 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils von 9.
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Die Schaltungskammer 135 umfasst mindestens einen oder mehrere Vorsprünge 210, die gegenüber der Öffnung 163 der ersten Einleitungspassage 161 angeordnet sind. Die eine oder mehreren Vorsprünge 210 umfassen eine Vielzahl von Vorsprüngen und Aussparungen. Die eine oder die mehreren Vorsprünge 210 sind einstückig mit der Abdeckung 200 ausgebildet. Die eine oder die mehreren Vorsprünge 210 sind in einem vorbestimmten Abstand von einer Seitenwand der Schaltungskammer 135 und von der Schaltungsplatte 300 angeordnet, so dass das Messzielgas durch den ersten Einleitungspassage 161 strömt, um zwischen dem zweiten Unterpassage B und der Schaltungskammer 135 zu fließen.
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Wie z.B. in 4 und 9 dargestellt, umfassen die ein oder mehreren Vorsprünge 210 einen ersten Vorsprung 211 und einen zweiten Vorsprung 212. Der erste Vorsprung 211 ist gegenüber der Öffnung 163 der ersten Einleitungspassage 161 in der Schaltungskammer 135 angeordnet; und der zweite Vorsprung 212 ist von der Öffnung 163 der ersten Einleitungspassage 161 entfernt angeordnet, wobei der erste Vorsprung 211 zwischen dem zweiten Vorsprung 212 und der Öffnung 163 angeordnet ist. Der erste Vorsprung 211 ist in einer rechteckigen Parallelepipedform mit einer Länge W1 ausgebildet, die im Wesentlichen gleich einer Öffnungsbreite W0 der Öffnung 163 ist, und ist gegenüber der Öffnung 163 und über der Öffnungsbreite W0 der Öffnung 163 angeordnet. Der zweite Vorsprung 212 ist quaderförmig ausgebildet mit einer Länge W2, die größer ist als die Öffnungsbreite W0 der Öffnung 163, und ist parallel zum ersten Vorsprung 211 ausgerichtet.
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Wie in 10 dargestellt, haben die ein oder mehreren Vorsprünge 210 einen Raum S1, der zwischen einem distalen Ende des ersten Vorsprungs 211 und dem Hauptkörper 301 der Schaltungsplatte 300 gebildet ist, einen Raum S2, der zwischen dem ersten Vorsprung 211 und dem zweiten Vorsprung 212 gebildet ist, und einen Raum S3, der zwischen einem distalen Ende des zweiten Vorsprungs 212 und dem Hauptkörper 301 der Schaltungsplatte 300 gebildet ist. Der Raum S1 ist näher an der Öffnung 163 der ersten Einleitungspassage 161 in Bezug auf den Raum S2 und ist schmaler (hat eine kleinere Querschnittsfläche) als der Raum S2; und der Raum S2 ist weiter von der Öffnung 163 der ersten Einleitungspassage 161 in Bezug auf den Raum S1 entfernt und ist breiter (hat eine größere Querschnittsfläche) als der Raum S1 (S1 < S2). In Bezug auf den Raum S2 und den Raum S3 ist der Raum S3 schmaler als der Raum S2.
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11 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Unterschieds zwischen der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe der vorliegenden Erfindung und einer Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe eines Vergleichsbeispiels. 11 (1) veranschaulicht eine Struktur im Vergleichsbeispiel, in der die eine oder mehreren Vorsprünge 210 nicht enthalten sind; 11 (2) veranschaulicht eine Struktur in der vorliegenden Erfindung, in der die eine oder mehreren Vorsprünge 210 enthalten sind; und 11 (3) ist ein Diagramm zur Beschreibung einer Beziehung zwischen dem Schalldruck und einem Abstand zu einem Messpunkt in einem Fall, in dem diese Vorsprünge enthalten sind, und einem Fall, in dem die Vorsprünge nicht enthalten sind.
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In dieser Ausführungsform ist der Turbolader 15 stromabwärts der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe 20 angeordnet und erzeugt eine Schallwelle, die vom zweiten Unterpassage B durch die erste Einleitungspassage 161 zur Schaltungskammer 135 gelangen soll.
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Wie in 11 (1) dargestellt, trifft im Vergleichsbeispiel eine Schallwelle SW, die durch die Öffnung 163 der ersten Einleitungspassage 161 in die Schaltungskammer 135 eingetreten ist, auf kein Hindernis und wandert so mit kaum gedämpftem Schalldruck in die Tiefe der Schaltungskammer 135. Im Sensoraufbau 400 gelangt die Schallwelle SW dann vom Öffnungsloch 423 durch den Lüftungspassage 422 in die geschlossene Kammer 421, der die Membranrückfläche ausgesetzt ist. Hier kann es zu Resonanzen des Schalldrucks auf der Elementvorderfläche und der Elementrückfläche der Membran kommen, und ein thermoakustisches Phänomen kann eine Wärmekonvektion erzeugen, die eine Änderung der Temperaturverteilung der Heizung auf der Membran und schließlich einen Fehler bei der Erfassung der Flussrate verursacht.
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Andererseits wird, wie in 11 (2) dargestellt, bei der vorliegenden Erfindung die Schallwelle SW, nachdem sie durch die Öffnung 163 des ersten Einleitungspassages 161 in die Schaltungskammer 135 eingetreten ist, durch die eine oder mehrere Vorsprünge 210 blockiert und kann sich daher nicht geradeaus bewegen. Dabei wird der Schalldruck der Schallwelle SW gebeugt und abgeschwächt, wodurch er kleiner wird. Wie z. B. in 11 (3) dargestellt, ist der Schalldruck in der Struktur, in der die Vorsprünge enthalten sind, kleiner als in der Struktur, in der die Vorsprünge nicht enthalten sind.
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Wenn die Schallwelle SW, die durch die Öffnung 163 der ersten Einleitungspassage 161 in die Schaltungskammer 135 eingetreten ist, vom Raum S1 zum Raum S2 wandert, wo die Querschnittsfläche größer wird, wird das durchfließende Fluid gedehnt, was zu einer Abnahme der Geschwindigkeit und des Drucks des Fluids führt. Infolgedessen dringt eine geringere Energie durch den Raum S3, und der Rest der Energie wird in den Raum S2 reflektiert und dort abgeschwächt. Die Schallwelle wird an einer Stelle reflektiert, an der sich die Impedanz schnell ändert (schnell ansteigt oder schnell abfällt) und somit an einem Einlass zwischen dem Raum S2 und dem Raum S1 und an einem Auslass zwischen dem Raum S2 und dem Raum S3 reflektiert wird. Die Schallwelle wird reflektiert und verursacht dadurch eine Interferenz der Schallwelle in den Räumen S1, S2 und S3. Dadurch wird die Energie der Schallwelle verbraucht, was zu einem geringeren Schalldruck führt.
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Bei dieser Konfiguration wird der Schalldruck in der zweiten Unterpassage B aktiv gedämpft, und die Schallwelle neigt weniger dazu, ein hohes Energieniveau zu halten, wenn sie auf die geschlossene Kammer 421 übertragen wird. Außerdem ist bei dieser Konfiguration die Resonanz des Schalldrucks auf der Elementvorderfläche und der Elementrückfläche der Membran weniger anfällig, was zu einer höheren Genauigkeit bei der Erfassung der Flussrate führt.
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12 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Ergebnisses des Schalldrucks, das bei der vorliegenden Erfindung und dem Vergleichsbeispiel gemessen wurde.
Als Unterschied im Schalldruck, der in der Nähe einer vorgegebenen Frequenz gemessen wird, weist das Ergebnis im Vergleichsbeispiel einen maximalen Schalldruck von 28 dB auf, während das Ergebnis im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen maximalen Schalldruck von 25 dB aufweist. Es versteht sich also, dass mit der Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe der vorliegenden Erfindung der Schalldruck gegenüber dem Vergleichsbeispiel reduziert und damit verbessert wird.
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13 ist ein Diagramm, das eine Modifikation dieser Ausführungsform entsprechend 8 zeigt.
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In der Modifikation umfassen die eine oder mehreren Vorsprünge 210 eine Mehrzahl von dritten Vorsprüngen 213. Jede der mehreren dritten Vorsprünge 213 hat eine Stabform und ist gegenüber der Öffnung 163 der ersten Einleitungspassage 161 in der Schaltungskammer 135 angeordnet. Die mehreren dritten Vorsprünge 213 sind über eine Länge angeordnet, die der Öffnungsbreite W0 der Öffnung 163 entspricht, und sind zickzackförmig in einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet. Die mehreren dritten Vorsprünge 213 sind in dem vorbestimmten Abstand angeordnet, der ausreicht, um die Schallwelle SW, die durch die Öffnung 163 der ersten Einleitungspassage 161 in die Schaltungskammer 135 eingetreten ist, zu blockieren, so dass sich die Schallwelle SW nicht geradeaus bewegen kann.
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In der Modifikation wird, ähnlich wie bei den vorangegangenen Ausführungsformen, der Schalldruck in der zweiten Unterpassage B aktiv gedämpft, und die Schallwelle neigt weniger dazu, das hohe Energieniveau zu halten, wenn sie auf die geschlossene Kammer 421 übertragen wird. Außerdem ist bei dieser Konfiguration die Resonanz des Schalldrucks weniger anfällig für das Auftreten auf der Elementvorderfläche und der Elementrückfläche der Membran, was zu einer erhöhten Genauigkeit bei der Erfassung der Flussrate führt. Die Anzahl der mehreren dritten Vorsprünge 213 kann verändert werden, um die Dämpfung des Schalldrucks nach Wunsch einzustellen.
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Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Dementsprechend ist es leicht zu verstehen, dass jede Änderung, Hinzufügung oder Streichung einer Konfiguration jeder Einheit, die in geeigneter Weise im Sinne der vorliegenden Erfindung gemacht wird, natürlich in den Anwendungsbereich der Ansprüche der vorliegenden Erfindung fallen. Zum Beispiel ist die detaillierte Beschreibung jeder der Konfigurationen in den vorstehenden Ausführungsformen in jeder Hinsicht als lediglich illustrativ für die Bequemlichkeit der Beschreibung zu betrachten, und ist daher nicht einschränkend. Außerdem kann eine Konfiguration einer Ausführungsform teilweise durch eine Konfiguration anderer Ausführungsformen ersetzt werden und/oder zusätzlich eine Konfiguration anderer Ausführungsformen umfassen. Ferner kann jedes Hinzufügen, Entfernen und Ersetzen anderer Konfigurationen teilweise an, von und mit einer Konfiguration in jeder Ausführungsform vorgenommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 15
- Turbolader
- 20
- Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe
- 100
- Gehäuse
- 200
- Abdeckung (Gehäuse)
- 134
- Unterpassage
- 135
- Schaltungskammer
- 161
- erste Einleitungspassage
- 162
- Einleitungszugang
- 163
- Öffnung
- 210
- Vorsprung
- 211
- erster Vorsprung
- 212
- zweiter Vorsprung
- 213
- dritter Vorsprung
- 300
- Schaltungsplatte (Schaltungseinheit)
- 400
- Sensoraufbau
- 411
- Flussratensensor (Flussratenerfassungseinheit)
- 411a
- Membranvorderfläche
- 411b
- Membranrückfläche
- 422
- Lüftungspassage
- B
- zweite Unterpassage
- B1
- Vorwärtspassagebereich
- B2
- Rücklaufpassagebereich
