JP2004117338A

JP2004117338A - 改良設計のハウジングを有する流体質量流量計

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Publication number: JP2004117338A
Application number: JP2003106378A
Authority: JP
Inventors: Lawrence A Zurek; ローレンス　エイ　ザレック; Eric C Myers; エリック　シー　メイヤーズ
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-04-15
Also published as: GB0305696D0; DE10344203B4; US6826955B2; GB2393254B; DE10344203A1; US20040055375A1; GB2393254A

Abstract

【課題】質量流量の測定値の精度を高める流体質量流量センサを提供する。
【解決手段】内燃機関中へ導入される流体の量を測定する流体質量流量センサが提供される。流体質量流量センサ（１０）は、質量流量の読みの精度を向上させる外部取入れ流体測温体（４８）を有する。応答時間を短くする外部低温ワイヤ素子が更に設けられる。センサは、系統圧力降下を小さくする改良型の空気力学的設計である。高温ワイヤ素子（４４）を収納した一体成形絶縁ジェットノズル（３９）が、流体サンプル採取部分（３６）内に設けられている。流体サンプル採取部分（３６）は、管状のサンプル採取チャネル（４３０）を有し、サンプル採取チャネルは、定曲がり半径をもつ一つの曲がり部を有する。その結果、内部流れ通路の圧力降下を小さくすることができる。本発明の結果として、ＳＮ比の向上及びダイナミックレンジの拡大という有利な結果が得られる。
【選択図】　　　図９Ａ

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、ダクト内の流体流量を測定する装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
内燃機関（以下、「エンジン」という場合がある）は今日、最適なエンジン作動を可能にする電子制御装置を有している。典型的には、電子制御装置は、制御アルゴリズムを処理するプライマリ制御ユニット及び制御信号をプライマリ制御ユニットに提供する種々のセンサを有している。最適なエンジン制御を達成するうえで極めて重要なセンサは、エンジン内への空気の吸入量を測定する流体質量流量（マスフロー）センサである。
【０００３】
最適なエンジン制御を可能にするためには流体質量流量の測定が正確であることが重要な要件である。流体質量流量測定に悪影響を与える１つの大きな問題は、流体の吸入方向と反対側の方向における逆流である。典型的には、流体質量流量センサは、空気吸入に関して前方方向と後退方向の両方向における空気の流れを検出するので、逆流があるとこれにより流体質量流量の読みが不正確になる。
【０００４】
従来型流体／空気質量流量装置は、クロウォーター氏等に付与された米国特許第５，５５６，３４０号（以下、「クロウォーター氏等特許」という場合がある）に開示されているように構成された空気質量流量（エアマスフロー）センサを提供することによりこの問題を解決しようとした。クロウォーター氏等特許では、Ｕ字形空気通路及び長手方向に狭まった楕円形入口形状を有する空気質量流量センサが開示されており、かかる米国特許の開示内容を本明細書の一部を形成するものとして引用する。この構成により、測定効率が向上すると共にエンジン内への空気流量の測定に対する逆流の影響が軽減された。さらに、かかる構成により、ＳＮ比が低くなると共に流体質量流量センサ素子を横切る速度が高くなるので有利である。
従来型流体質量流量センサ、例えばクロウォーター氏等特許に開示されたセンサは、流体質量流量測定値の精度を著しく向上させたが、他の問題を解決するには依然として改良が必要である。
例えば、ハウジングの形態が改良された流体／空気質量流量センサを提供できれば有利である。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の実施形態では、本発明に従って内燃機関内へ導き入れられる空気の量を測定する流体質量流量センサが提供される。本発明の流体質量流量センサは、空気質量流量の読みの精度を向上させる外部吸気測温体を有する。応答時間を短くする外部低温ワイヤ素子が更に設けられる。本発明の流体質量流量センサは、系統圧力降下を小さくする改良型の空気力学的設計のものである。
さらに、高温素子を収納した一体成形絶縁ジェットノズルが、ハウジングの流体サンプル採取部分の管状流れ通路内に設けられる。その結果、内部流れ通路の圧力降下を小さくすることができる。加うるに、本発明の結果として、ＳＮ比の向上及びダイナミックレンジの拡大という有利な結果が得られる。さらに、本発明により電磁障害抑制能力が向上する。
【０００６】
本発明の実施形態では、ノズルの円形開口部又は入口を備えた流体質量流量センサが提供される。
本発明の別の実施形態では、制御エレクトロニクスが、サンプル採取部分の上に位置する流体質量流量センサハウジングの長手方向に延びる部分内に設けられる。かくして、本発明により、一体形回路空所及びサンプル採取部分が一パッケージの状態で得られる。
【０００７】
本発明の別の特徴によれば、吸入空気（吸気）のサンプルを捕捉する定半径ｒをもつＵ字形流れ通路が設けられる。
本発明の更に別の実施形態では、流体が流れ通路の底部及びハウジングの側部から流出できるようにＵ字形流れ通路の出口が設けられる。
本発明の更に別の実施形態では、本発明によれば、ジェットノズルの出口のところで流れ通路内に測定素子が設けられる。
【０００８】
本発明の更に別の特徴によれば、測定素子は、先細ノズルの出口のところに心出しされる。
本発明の更に別の実施形態では、制御エレクトロニクスは、回路空所内で流れ通路に隣接して設けられている。
本発明の別の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照して以下の説明及び特許請求の範囲を考慮すると明らかになろう。
【０００９】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
今、図１及び図２を参照すると、本発明に従ってダクト中を流れる流体の量を計算する流体質量流量センサ１０の分解図及び斜視図がそれぞれ示されている。
センサ１０の一用途は、内燃機関（図示せず）内に導入される空気の量を測定することにある。しかしながら、本発明の範囲は、センサ１０について他の用途及び分野にも及ぶ。例えば、センサ１０を用いると、ダクト（内燃機関の吸気ダクト以外のダクト）を通って流れる流体（空気以外の流体）の量を計算することができる。流体質量流量センサ１０は、ハウジング１２と、ハウジングカバー１４と、補助ハウジングカバー１６と、エレクトロニクスカバー１８と、ガスケット２０とを有している。
【００１０】
ハウジング１２は、一体形コネクタ３０を有し、このコネクタ３０は、流体質量流量センサ１０の外部に設けられたエンジン作動制御エレクトロニクスと電気的連絡状態にあると共に中央ハウジング部分３４内に設けられた回路モジュール３２と電気的連絡状態にあるコネクタ端子（図示せず）を備えている。ハウジング１２は、中央ハウジング部分３４に隣接して、一体的に取り付けられた流体サンプル採取部分３６を更に備えている。流体サンプル採取部分３６は、ノズル３９内へ開口した入口３８を有している。ノズル３９は、実質的にＵ字形の流れ通路４０と連通している。Ｕ字形流れ通路４０は、出口４２で終端している。
【００１１】
ノズル３９は、全体としてジェットノズル形態又は形状のものである。さらに説明するように、ノズル３９は、全体として円形の開口部又は入口３８で構成されており、この開口部又は入口は、長手方向に狭まった又は収束した楕円形側面（図７Ｂに示されている）と交わっている。ノズルの長手方向に収束した楕円形側面は、ノズル３９の出口４１のところに比較的高い圧力を生じさせる。さらに、ノズル３９のジェットノズル形態により、出口４１のところに位置する臨界領域４３が形成され、これを横切る流体の流れ速度は一様である。ノズルにより形成されたこの臨界領域の存在により、以下に説明するように流体流れ検出及び測定が促進される。通路４０を通る流体の流れを一段と促進させるため、楔形デフレクタ４５が、出口４２の上流側に位置したハウジング１２の端部に設けられている。楔形デフレクタ４５は、有利には出口４２に隣接して低圧領域を生じさせるよう傾斜した表面を有している。デフレクタ４５の表面の角度（これは、図７Ｂにおいてαで示されている）が流体流れ方向に対して小さすぎると、出口４２のところに生じる圧力降下の度合いが不十分になる。逆に、デフレクタ４５の表面の角度が流体流れ方向に対して大きすぎても、出口４２のところに生じる圧力降下の度合いは不十分である。好ましくは、デフレクタ４５の表面の角度αは、水平線に対して４７°〜６０°である。
【００１２】
図２に示すように、複数の抵抗素子が、作動的に設けられていてハウジング１２によって支持されており、しかも電気導体、例えば一体成形リード線又は端子により回路をモジュール３２と電気的連絡状態にある。抵抗素子としては、高温ワイヤ素子４４、低温ワイヤ素子４６及び内部流体温度（ＩＡＴ）素子又は測温体４８が挙げられる。一般に、これら素子は、温度の関数として抵抗が変化する。
【００１３】
回路モジュール３２は、これら素子によって消費される電力をモニターすることにより通路４０を通って流れる流体、例えば空気を検出する。回路モジュール３２は、単一の集積回路チップであってもよく、或いは別々の回路及び集積回路が取り付けられた基板であってもよい。素子の検出抵抗の変化は、出力信号に変換され、この出力信号は、電子式エンジン制御システム（図示せず）によって受け取られる。典型的には、電子式エンジン制御システムは、空燃比を制御することによりエンジン内へ注入される燃料の量を調節する。
【００１４】
ＩＡＴ素子４８は一般に、サーミスタ又はこれと類似した装置である。素子４８は、内燃機関の吸気サイクル中の吸気温度の正確な読みを保証するようハウジング１２に取り付けられている。図２に示すように、素子４８は、高温素子４４からの熱の放散により生じる流体加熱効果を最小限に抑えるために好ましくは通路４０の外部に設けられている。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態では、白金製巻線抵抗器で作られた素子４４，４６を有する流体流量センサ１０が提供される。一般に、これら素子は、正の温度係数を有している。かくして、素子に抵抗の変化があれば、かかる変化は同一方向における温度変化と一致することになる。即ち、温度が上がると抵抗が増大し、温度が下がると抵抗が減少することになる。好ましくは、高温素子４４が、臨界領域４３内でノズル３９の出口４１のところに設けられている。臨界領域内に高温素子を設けることにより、速度が同一の流体が高温素子上をこれに沿って流れ、それにより熱が素子の表面全体にわたって均等に消散する。かくして、本発明により、流体流量の検出が促進される。
【００１６】
本発明の実施形態では、高温素子４４の抵抗は例えば２１．１℃で２０オームであるのがよい。かくして、温度が＋１７．２℃だけ上がると、高温ワイヤの抵抗は約０．０２５オームだけ増大する。高温素子４４は主として、通路４０を通って流れる流体の速度を検出するために用いられ、かかる速度から、通路４０を通って流れる流体の質量を導き出すことができる。
【００１７】
低温ワイヤ素子４６は公称抵抗が例えば２１．１℃において５００オームであるのがよい。低温ワイヤの温度が＋１７．２℃だけ上がると、低温ワイヤの抵抗は約０．５オームだけ増大することになる。低温ワイヤ素子４６の主要な目的は、温度の補正を行うことにある。
【００１８】
作用を説明すると、高温ワイヤ素子４４は、周囲温度よりも約２００℃高い温度に保持される。これは、高温ワイヤ素子を分圧器回路内に配置することにより達成される。図３を参照すると、高温ワイヤ素子４４を一定の抵抗及び一定の温度に保つ本発明の例示の分圧器回路５００が示されている。本発明の実施形態では、回路５００は、他の制御回路と一緒に集積回路３２内に設けられる。例示の回路５００は、演算増幅器（オペアンプ）５０６と連絡状態にある２つの分圧器ネットワーク５０２，５０４を有している。分圧器ネットワーク５０２は一般に、５００オームの２つの抵抗器５０８，５１０を有し、これら抵抗器は、５０％分圧器ネットワークを形成し、オペアンプ５０６のプラス（＋）ピン５１２をライン５１８上の出力電圧の半分にする。他方の分圧器ネットワーク５０４は一般に、高温ワイヤ素子４４と直列接続関係にある２５オームの抵抗器５１４を有している。オペアンプ５０６のマイナス（−）ピン５１６が、抵抗器５１４と高温ワイヤ素子４４との間に接続されている。かくして、このネットワークの比は、２０オーム：４５オームの比で始まり、したがってマイナスピン５１６は、出力電圧の２０／４５にされる。例えば、出力ライン５１８上のオペアンプの出力電圧は、プラスピン５１２上の電圧がマイナスピン５１６上の電圧よりも大きいと増大することになる。これと同様に、ライン５１８上の出力電圧は、プラスピン５１２上の電圧がマイナスピン５１６上の電圧よりも小さいと減少することになる。したがって、ライン５１８上のオペアンプの出力電圧は、プラスピン５１２上の電圧をマイナスピン５１６上の電圧に等しくするのに必要な電圧の大きさだけ増減することになる。
【００１９】
抵抗器ネットワーク５０２はマイナスピン５１６上の出力電圧の４４％と比較して出力電圧の５０％である大きな電圧をプラスピン５１２上に生じさせるので、ライン５１８上のオペアンプ出力電圧は増大することになる。電圧が増大すると、高温ワイヤ素子４４によって消費される電力により、高温素子の抵抗が増大する。高温素子４４の温度を９３．３℃だけ増大させるのに静止状態の空気中では１／４ワットの電力を要する。温度の９３．３℃の上昇により、高温ワイヤ素子４４の抵抗が５オームだけ増大する。増大した温度における高温ワイヤ抵抗と抵抗器ネットワーク５０４の全抵抗の比は、５０％分圧器ネットワークを形成する。かくして、オペアンプ５０６のプラスピン５１２及びマイナスピン５１６は、両方のネットワーク５０２，５０４が５０％分圧器ネットワークを形成するので同一電圧の状態にある。かくして、高温ワイヤ素子４４の温度は約１３２．２℃に達するようにされる。
【００２０】
回路５００は、ライン５１８上の出力を電子式エンジン制御モジュール（図示せず）に送り、この制御モジュールは、当該技術分野で周知のように最適エンジン作動を得るための適正な空燃比を定める。上述したようにプラスピン５１２及びマイナスピン５１６上の電圧が等しくなるようにするためには上述のように１／４ワットが必要なので、次式、即ち電力＝（電圧）^２　／抵抗を用い、次に電圧（Ｖ）、即ちＶ＝（電力×抵抗）^１／２　又は（０．２５×２５）^１／２　について解くことにより高温ワイヤ素子４４及び抵抗器５１４にかかる電圧を計算することができる。直列接続の抵抗器にかかる電圧が加わるので、回路の公称出力は、空気の流れがない場合には５ボルトである。明らかなこととして、使用する回路部品を多くするとシフトが均一化されると共に回路５００の出力が増幅される。
【００２１】
空気が高温ワイヤ素子４４上をこれに沿って流れると、電力が熱の形態で高温ワイヤ素子から空気に伝達される。高温ワイヤ素子４４から放出された熱により、素子４４の抵抗が減少する。抵抗を減少させることにより、マイナスピン５１６に印加される電力が減少する。したがって、ライン５１８上の出力電圧が増大し、より多くの電力が高温ワイヤ素子４４によって消散される。かくして、高温ワイヤ素子によって消散される電力の増大により、素子４４の温度は増大し、１３２．２℃に戻る。この温度に達すると、オペアンプ５０６のピン５１２，５１６上の電圧は平衡状態になる。
【００２２】
したがって、回路が高温ワイヤ素子４４の抵抗を調整するので、ライン５１８上の回路の出力は、例えば高温ワイヤから奪われる熱の形態の電力の平方根に２をかけて得た値から５ボルトを引いたものに比例する。高温素子４４によって消散される公称電力は、１／４ワットであり、これは、高温ワイヤ素子４４を１３２．２℃に保つのに必要な電力の大きさである。高温ワイヤ素子から奪われる熱は、より多くの電力を素子４４に加えることにより回復される。高温ワイヤの抵抗は、２５オームに調節され、かくして抵抗は一定であると考えられる。奪われた電力は、加えられた電力から高温ワイヤを１３２．２℃に維持するのに必要な大きさを引いたものに等しい。電力の公式を電圧、即ちＶ＝（電力×抵抗）^１／２について解くと、高温ワイヤ素子４４に加えられた電力の増大分も又、２５オーム抵抗器に加えられる。したがって、素子４４から除かれた電力を補償するのに必要な電力は２倍になる。
【００２３】
センサ１０の適正な動作のためには、高温ワイヤ素子４４の温度は、周囲温度よりも２００℃高い温度に維持される必要がある。周囲温度が一定の場合、温度の補正を行う必要はない。即ち、温度の差が一定であることは、空気流量が一定であるとすれば、同一量の電力が高温ワイヤ素子４４から消散されることを保証する。しかしながら、流体流量センサを自動車内に配置する場合（図８に示すように）、周囲空気温度は一定ではない。典型的には、センサ１０は、凝固点よりも低い温度や沸点よりも高い温度にさらされることになる。かくして、予想温度よりも低い空気流温度により、出力電圧は所望レベルよりも高くなり、予想温度よりも高い温度により、出力電圧は所望レベルよりも低くなる。
【００２４】
本発明は、自動車内に存在する可変周囲温度環境を補償する温度補正を可能にする。温度補正は、低温ワイヤ素子４６を用いることにより達成される。低温ワイヤ素子４６は、図３に示すように抵抗器５１０に代えて抵抗器ネットワーク５０２内に設けられている。回路５００は、低温ワイヤ素子４６を温度補償のために用いる。素子４６は、ハウジング１２によって支持され、流れ通路４０の外部の空気流中に配置されている。低温ワイヤ素子４６を空気流中に配置することにより、回路は周囲空気温度の変化に迅速に応動することができる。低温ワイヤ素子４６の温度は、流入空気の温度変化に追随することになる。低温ワイヤ素子の抵抗（５００オーム）は素子の両端前後の電圧降下と比べて比較的大きいので、消散される電力は非常に小さい。例えば、素子４６の抵抗は２１．１℃では５００オームであり、電圧降下は２．５ボルトである。さらに、素子４６によって消散される電力は、０．０１２５ワットであり、その結果、温度が約＋１２．２℃上昇することになる。
【００２５】
したがって、低温ワイヤ素子４６の抵抗が５オームだけ増大し、抵抗器ネットワーク５０２の抵抗比が変化することになる。例えば、プラスピン５１２に印加された電圧は、ライン５１８上の出力電圧の５０５／１００５又は５０．２５％に等しい。この場合、抵抗器ネットワーク５０４も又、出力電圧の５０．２５％に等しい比を生じさせる必要がある。かくして、同一の比を生じさせるため、高温ワイヤ素子の抵抗は、５０．２５％の同一の抵抗器を生じさせるためには２５．２５オームに維持される必要があり、かくして、高温ワイヤ素子４４は、低温ワイヤ素子４６よりも２００℃高い温度に維持され、或いは周囲温度が２１．１℃の場合１３７．７℃に維持されることになる。低温ワイヤ素子４６は、２１．１℃の周囲温度よりも＋１２．２℃高い。極端な環境条件に対処するのに必要な温度差は、維持される。この回路の公称出力は依然として５ボルトである。高温ワイヤ素子の温度を９３．３℃だけ上昇させるには１／４ワットの電力が必要である。電力方程式を電流（ｉ）について解くと、ｉ＝（電力／抵抗）^１／２　となる。かくして、高温ワイヤネットワーク中の電流は、０．０９９５０３アンペア（（０．２５／２５）^１／２　）に等しい。出力電圧はこの場合（０．０９９５０３×５０．２５）であり、これは約５ボルトである。図３の回路は、周囲空気温度の変化に合わせて動的に順応することができる。というのは、低温ワイヤネットワーク中の温度変化は、高温ワイヤネットワークの特性に正比例するからである。
抵抗の値及び抵抗の変化は、説明の目的のためにのみ示されており、他の値を使用できることは当然である。
【００２６】
次に図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、本発明のハウジングカバー１４の斜視図が更に示されている。図４Ａは、ハウジングカバー１４を内側から見た図であり、図４Ｂは、ハウジングカバー１４を外側から見た図である。ハウジングカバー１４は、突条又は隆起部６０，６２に沿ってハウジング１２に固定的に接合されている（これは、図４Ｃに示されている）。隆起部６０は、ハウジングカバー１４の内面６４から突き出て、ハウジング１２の内面５２に設けられたチャネル５０と嵌合関係をなして密封を可能にする。ハウジングカバー１４の内面６４から突き出た隆起部６２は、表面５２内で流れ通路４０の周囲の周りにぐるりと設けられたチャネル５４と嵌合関係をなして密封を可能にし、かくして密閉された流れ通路４０が形成される。ハウジングカバー１４は、製造中、集積回路３２への接近を可能にする開口窓６６を更に有している（これは、図４Ｃに示されている）。例えば、開口窓６６は、製造の際の校正工程中に集積回路３２への接近を可能にする。さらに、図４Ｃに示すように、集積回路３２は、ハウジング１２上に設けられた種々の端子及び（又は）接合パッドへのワイヤ接合部を用いることによりワイヤボンディングが施されている。
【００２７】
図４Ｂに示すように、窓６６の周囲の周りにはぐるりとチャネル６８が設けられ、補助ハウジングカバー１６をハウジングカバー１４に嵌合関係をなして封着するようになっている。さらに、側開口部７０により、流れ通路４０から出た空気が側面７２とカバー１４の両方から流出できる。傾斜部分７５が表面７２に設けられ、表面上をこれに沿って流れる空気を集めて低温ワイヤ素子４６に差し向けるようになっている。
【００２８】
補助ハウジングカバー１６を内側から見た斜視図が図５に示されている。カバー１６は、周囲突条又は隆起部８０を有し、この突条８０は、窓６６の周囲に沿ってチャネル６８内でハウジングカバー１４と嵌合関係をなして密封を可能にする。補助ハウジングカバー１６は、実質的に平らであり、かかる補助ハウジングカバーを、集積回路３２によって生じる熱を消散させるために伝熱材料、例えば金属で構成するのがよい。図１に示すように、補助ハウジングカバー１６は全体として平らな外面８４を有している。カバー１６をハウジングカバー１４上に配置した後では、カバー１４と補助ハウジングカバー１６は両方とも、センサ１０の周りを流れる空気の擾乱を最小限に抑えるよう長手方向に延びる全体として平らな表面を生じさせる。
【００２９】
エレクトロニクスカバー１８を内側から見た斜視図が、図６に示されている。
本発明の実施形態では、回路３２は、カバー１８に結合され、その結果得られた回路とカバーの組立体が、カバー１８に装入され、これに嵌合関係をなして密着している。カバー１８は、カバー１８の表面８５から隆起した突条８３を有している。突条８３は、ハウジング１２に設けられた対応関係をなすチャネル（図示せず）と密封関係をなして嵌合し、それにより耐候性のセンサハウジングを形成する。好ましくは、カバー１８は、回路モジュール３２から出る熱を吸収するヒートシンクとして機能する。本発明の実施形態では、ヒートシンク１８は、金属材料、又はこれと類似した伝熱特性を備えた他の材料から作られる。
【００３０】
本発明の完全組立状態の流体質量流量センサ１０の斜視図が、図７Ａに示されている。フランジ９０が、ハウジング１２に一体に形成され、このフランジは、複数の取付け孔９２，９４を有している。取付け孔９２，９４は、センサ１０を取付け面に固定する締結具（図示せず）、例えばねじを受け入れる。さらに、フランジ９０は、以下に説明するようにエンジン吸気ダクト３０４（図８に示す）にぴったりと係合する合致面９６を有している。フランジ段部又は棚部９８に係合するよう形づくられたガスケット２０が、エンジン吸気ダクトとフランジ９０との間に設けられて流体質量流量センサ１０と吸気ダクト３０４との間に気密封止状態を生じさせている。
【００３１】
図７Ａに示すように、空気は、流体質量流量センサ１０の入口３８に矢印ｉで示される方向で流入し、そして矢印ｏで示される方向で出口４２から流出する。入口３８は全体として円形であり、図７Ｂに示すように、断面が全体として楕円形である。
【００３２】
特に図７Ｂを参照すると、楕円形の表面２００は、入口３８及びノズル３９の周囲を定めている。さらに、図示のように、楕円形表面２００は、長手方向軸線２０２に沿って狭まり又は収束し、長手方向に狭まり又は収束した楕円形表面を有する入口及びノズルを形成している。この入口及びノズルの形態は、ジェットノズルと呼ばれている。さらに、このジェットノズルの形態により、ノズルの出口のところに一様な流体流れ速度をもつ臨界領域が生じることが知られている。
上述のように、本発明は、従来技術と比較して精度が向上している。というのは、例えば高温素子４４が臨界領域内に設けられ、したがって流入する流体で均一に冷却されるからである。
【００３３】
次に、図８を参照すると、本発明に従って流体質量流量センサを動作的に納めることができる例示の自動車環境が示されている。代表的には、自動車は、新鮮な空気を車のエンジン（図示せず）に供給する吸気マニホルド３００を有している。一般に、吸気マニホルド３００は、吸入空気を濾過し、マニホルド３００中に引き込まれる空気から汚染要因物を抽出するフィルタ３０２を有している。
【００３４】
吸気マニホルド３００は代表的には、清浄な空気を車のエンジンに送るためにエアダクト３０４に取り付けられている。図示のように、流体質量流量センサ１０は、エアダクト３０４に設けられた孔３０６を通って配置されてエアダクト３０４にしっかりと固定されている。外部空気が、矢印Ａで示す方向で吸気マニホルド３００に引き込まれ矢印Ａ′，Ａ″で示すようにマニホルド３００を通って流れる。吸入空気がエアダクト３０４に達すると、吸入空気の一部は、矢印ｉで示すように空気質量流量センサ内に流れ、次に矢印ｏで示すように流体質量流量センサから流出する。吸入空気は全て最終的にはエアダクト３０４から出て、矢印ｅで示すように車のエンジンに流入する。エアダクト３０４を通って流れる空気の量に関する情報を含み、集積回路３２について行われた測定及び処理から導き出される電気的制御信号が、コネクタ３０８及びワイヤハーネス３１０を介して車の電子制御システムに伝送される。
【００３５】
本発明の範囲は、流体質量流量センサ１０を構成する組立て及び（又は）製造法に及んでいる。最初の工程では、抵抗素子をはんだ又は他のこれに類似した材料を用いてハウジングに電気的に接続する。次の工程では、エレクトロニクスカバー１８と集積回路３２の組立体を接着剤又はこれに類似した材料を用いてハウジング１２に取り付ける。次の工程では、ハウジングカバー１４をハウジング１２に嵌め、そして接着剤又はこれに類似した材料を用いてこれに接着する。次の工程では、組立体を接着剤の硬化に適したオーブン又は他の環境内に置く。次の工程では、集積回路３２をハウジング１２上の端子及び（又は）接合パッドへのワイヤボンディングを行う。次の工程では、集積回路３２の校正及び（又は）調整を行うと共に（或いは）回路３２内に設けられた抵抗器を微調整する。次の工程では、補助ハウジングカバー１６をハウジング１２に嵌め、接着剤又はこれに類似した材料を用いてこれに接着する。最終工程では、センサ１０を検査して種々の動作状態及び環境条件で正しく機能することを確認する。
【００３６】
次に、図９Ａ〜図９Ｅを参照すると、本発明の空気質量流量センサハウジング４１２の変形実施形態が示されている。先の実施形態の場合と同様、ハウジング４１２は、空気質量流量センサからの電気信号を図９Ａの斜視図及び図９Ｂの断面図に示すように外部回路（図示せず）に伝送する電気端子４１５を備えたコネクタ側端部４１４を有している。コネクタ側端部４１４は、ハウジング４１２を例えばエンジン（図８参照）の空気取入れ口エアダクト３０４に取り付けることができるフランジ４１６を更に有している。
【００３７】
加うるに、ハウジング４１２は、中央部分４１８及び空気サンプル採取端部４２４を有している。中央部分４１８は、回路モジュール４２２を受け入れる孔４２０を有している。空気サンプル採取通路４２６が空気サンプル採取端部４２４のところに設けられている。空気サンプル採取通路４２６は、入口４２８、サンプル採取チャネル４３０及び出口４３２を有している。サンプル採取チャネル４３０は、空気サンプル採取端部４２４内へ一体成形され又は組み込まれている。
より詳細には、サンプル採取チャネル４３０は、２つの部分、即ち、図９Ａ及び図９Ｃに示すようにハウジング部分４３０ａ及びカバー部分４３０ｂを有している。ハウジング部分４３０ａは、ハウジング４１２内へ一体成形され又は組み込まれ、ハウジングカバー部分４３０ｂは、ハウジングカバー４１４に一体成形され又は組み込まれている。ハウジングカバー４１４をハウジング４１２に結合すると、２つの部分、即ち、ハウジング部分４３０ａとハウジングカバー部分４３０ｂは互いに嵌りあって一様な管状サンプル最終チャネル４３０を形成する。
【００３８】
チャネル４３０を通る流体の流れを一段と促進するため、ウエッジ形デフレクタ４４５が、出口４４２の上流側でハウジング４１２の端部に設けられている。
ウエッジ形デフレクタ４４５は、出口４３２に隣接したところに有利には低圧の領域を生じさせるよう傾斜した（水平に対して傾斜した）表面を有している。デフレクタ４４５の表面の角度（図９Ｂにαで示されている）が流体の流れ方向に対して小さすぎる場合、出口４３２のところに生じる圧力降下は不十分である。
これとは逆にデフレクタ４４５の表面の角度が流体の流れ方向（水平線ｈ）に対して大きすぎても、出口４３２のところに生じる圧力降下は不十分である。好ましくは、デフレクタ４４５の表面の角度αは、水平線ｈに対して４７°〜６０°である。
【００３９】
好ましい実施形態では、チャネル４３０は、拡張管部分４３１、方向転換部分４３３及びチャネル出口部分４３５を有している。拡張管部分は、長さｌ_ｅ　（図９Ｅ参照）を有していて、ノズル出口から方向転換部分４３３の入口まで延びている。方向転換部分４３３は、形状が半円形であり、拡張管部分からチャネル出口部分まで延びている。さらに、方向転換部分４３３は、一定の内側半径ｒ_ｉを有する内壁及び一定の外側半径ｒ_ｏ　を有する外壁を備えている（図９Ｅ参照）。かくして、本発明は、乱流が減少したサンプル採取チャネル４３０をもたらす。
【００４０】
流体サンプル採取通路４２６内には温度センサ４３４が設けられている。温度センサ４３４は、温度センサ４３４の出力又はパワー散逸度の変化を表す電気信号の検出及び信号処理のための回路モジュール４２４と連絡状態にある。次に、処理されると共に（或いは）調整された信号を電気リード線フレームを介して端子４１５に送り、外部回路に伝送する。
【００４１】
流体サンプル採取通路４２６の入口４２８は、楕円形をなして収束し又は細まった内面４３６を有するよう形作られており、この内面４３６は、図９Ｂに示すように、ジェットノズル４３７を構成している。温度センサ４３４は、ジェットノズル４３７の出口４３８のところに位置決めされている。この場合も又、流体サンプル採取通路４２６のチャネル４３０は好ましくは形状が管状である。さらに、ジェットノズルの出口４３８は、図９Ｄの流体サンプル採取端部４２４の部分拡大図に示すように、管状チャネル４３０の直径ｔ未満の直径ｅを有している。ジェットノズル出口４３８と管状チャネル４３０の直径の差により、ノズル出口４３８とチャネル４３０のインタフェースのところに移行部分４６０が作られる。この移行部分４６０内に完全に環状の渦が生じる。かかる制御された完全に環状の渦は、移行部分４６０内でスピンし、ノズル出口４３８の周りにぐるりと円周方向に延びる流体軸受５００を形成する（図９Ｅ参照）。流体軸受５００には、サンプル採取チャネル４３０を通る流体の流れを促進する実質的に摩擦のない領域を移行部分４６０のところに生じさせる。
【００４２】
特に図９Ｅを参照すると、チャネル４３０を通って流れる流体の方向及び速度を示す流体力学計算図が示されている。図示のように、流体は、入口４２８に流入し、流体がノズル出口４３８に向かって流れる時に流体の速度及び圧力が増大する。ノズル出口からチャネル４３０の開口部への移行部のところで、流体の圧力及び速度は、チャネルの直径ｔがノズル出口の直径ｅよりも大きいので（図９Ｄに示されている）劇的に減少する。上述したように、チャネル４３０は、拡張管長さｌ_ｅ　を備えた拡張管部分４３１を有している。拡張管部分は、全体としてまっすぐな壁を有し、ノズル出口４３８とチャネル４３０の方向転換部分４３３の入口５１４との間に延びている。拡張管部分の長さは、流体が最高流体流れ速度で拡張管部分４３１の端部５１２に到達する前に拡張管部分の壁５１０部分に接触し又は「くっつく」ようにあらかじめ定められている。流体軸受５００には、ノズル出口４３８のところに低圧を生じさせる。かくして、流体はノズルを通ってサンプル採取チャネル４３０に引き込まれ、そしてチャネルの壁５１０に至り、それにより、流体はチャネル内で後方に再循環するのが阻止される。したがって、本発明は、従来技術と比べて多くの利点を有している。例えば、増大したダイナミックレンジを有し、したがって、流体の質量流量を非常に低い流体の取入れ速度及び非常に高い流体取入れ速度で測定することができるようになる。
【００４３】
次に、図１０、図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すると、本発明の変形例としてのセンサハウジング６００が示されている。ハウジング６００は、コネクタ部分６００に取付け部分６０４、回路部分６０６及び流体流れサンプル採取部分６０８を有している。コネクタ部分６００には、従来方式でこれとつがい関係にあるコネクタ部分（図示せず）と協働して確実な機械的及び電気的接続部を生じさせる。
【００４４】
取付け部分６０４は、センサハウジング６００を流体流れダクト６２２（図１１Ａに示されている）に取り付ける複数の取付け孔６１０を有している。更に、取付け部分６０４は、特にｘ方向におけるセンサハウジング６００の運動を減少させるように形作られており、ここで、ｘ方向は流体の流れ方向ｆｄに垂直である。この目的のため、密封棚部６１２が、ガスケット６１４（図１１Ａに示す）を受け入れるよう取付け部分６０４内に設けられている。ガスケット６１４は、棚部６１２の側面６１１及び取付け部分６０４の下面６１６に着座する。さらに、ハウジング６００を流体運搬ダクト６２２のダクトインタフェース６２０に取り付けるとガスケット６１４は、取付けインタフェース６２０の傾斜表面６２４に押し付けられる。かくして、ガスケット６１４が側面６１１、下面６１６及び傾斜表面６２４に接触する（図１１Ｂに示すように）三面接触シールが得られる。この三面接触シールは、ハウジング６００とダクト６２２との間の密封作用を向上させると共にダクト内におけるハウジングの側方及び横方向運動を減衰させる。好ましくは、傾斜表面６２４は、取付けインタフェース６２０の頂面６２６に対して４０°〜７０°の角度をなして傾斜している。
【００４５】
ハウジング６００は、取付けインタフェース６２０に対する取付け部分６０４の機械的な取付けにより、例えば、締結手段、例えばねじ又はボルトを孔６１０及び取付けインタフェース６２０の取付けインタフェース孔６２８に通すことにより取付けインタフェース６２０に取り付けられている。
【００４６】
引き続き図１１Ａを参照すると、改良型ハウジング６００が更に示されている。改良型ハウジング６００は、回路部分６０６と流体流れ部分６０８を互いに連結する移行領域６５２のところにリブ及び（又は）ガセット６５０を備えている。ガセット６５０は、流体の流れ部分６０８に加わるトルクの効果を減少させるよう形作られている。より詳細には、がセット６５０は、ハウジングの長手方向軸線周りのハウジング６００の質量慣性モーメントに向かって傾斜している。この形態により、回路部分６０６に対する流体流れ部分６０８の移動量が減少する。さらに、有利なこととして、ハウジング６００は、回路部分６０６のねじり作用又はトルク掛け作用を減少するよう向上した防振性を有し、例えば、回路チャンバ６５６内に設けられたコーナー補強リブ付け部６５４を有している。コーナー補強リブ付け部６５４は好ましくは、回路チャンバの構造的安定性を高めるために正方形（９０°コーナー部）又は丸い（アールをもつ）コーナー部にわたることが好ましい。
【００４７】
図１２を参照すると、本発明のハウジング６００の断面図が示されている。図１０に示すようなヒートシンクカバー７００は、ハウジング６００の回路部分６０６に取り付けられている。カバー７００の内部の図が、回路チャンバ６５６を通ってみた状態で図１１Ａに更に示されている。ヒートシンクカバー７００は、複数のリブ／フィン７０２を有している。リブ／フィン７０２は、少なくとも２つの目的、即ち、（１）カバーの構造的安定性の向上目的及び（２）カバーを通る熱の消散度の向上目的を達成する。カバー７００は、カバー７００の周面７０４から突き出た舌部７０６との協働によりハウジング６００と嵌合する。舌部７０６は溝７０８と嵌合し、エポキシ又はこれに類似した材料を用いて密封される。
【００４８】
組立てに関し、回路モジュール又は集積回路（図示せず）をカバー７００に隣接して配置し、それにより回路内に生じる熱がカバー７００及びリブ／フィン７０２を通って消散することができるようにする。ヒートシンクカバー７００は更に、回路モジュールの接地平面となる。この目的のため、接地ポスト７１０がカバー７００内に形成されている。回路モジュールは、電気接地基準を達成するために接地ポスト７１０に対するワイヤボンディングが施されている。
【００４９】
次に、図１３を参照すると、本発明の流体流れサンプル採取部分６０８の分解図が示されている。上述のように、高温素子８００が、流体流れノズルの出口のところに設けられている。一対の高温素子ポスト８０２，８０４が、高温素子８００のリード線８０６，８０８を取り付けるために出口の各側に設けられている。高温ワイヤポスト８０２，８０４は、流体流れサンプル採取チャンバ内へ延びる平らな表面を設けることにより、これへの高温ワイヤ素子８００の取付けを容易にする。さらに、この取付け方式は、図９Ｅに示す流体軸受５００を邪魔しない。かくして、本発明のハウジング６００の形態により、例えば製造上の複雑さが減少する。
【００５０】
上記説明は、本発明の好ましい実施形態に関している。当業者であれば、かかる説明及び添付の図面並びに特許請求の範囲から、特許請求の範囲に記載された本発明の真の精神及び真の範囲から逸脱することなく本発明の変形例及び改造例を想到できることは容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流体質量流量センサの分解図である。
【図２】本発明の流体質量流量ハウジングの斜視図である。
【図３】本発明の流体質量流量ハウジングカバーの斜視図である。
【図４Ａ】本発明の流体質量流量ハウジングカバーを内側から見た斜視図である。
【図４Ｂ】本発明に従ってハウジングカバーが取り付けられたハウジングを外側から見た斜視図である。
【図４Ｃ】本発明に従ってハウジングカバーが取り付けられたハウジングの斜視図である。
【図５】本発明の流体質量流量センサのエレクトロニクスカバーを内側から見た斜視図である。
【図６】本発明の流体質量流量センサのエレクトロニクスカバーを外側から見た図である。
【図７Ａ】本発明の流体質量流量センサの完全組立斜視図である。
【図７Ｂ】本発明の流体質量流量センサの図７Ａの７Ｂ−７Ｂ線に沿う断面図である。
【図８】本発明に従って流体質量流量センサの例示の場所に更に示された自動車用流体取り入れマニホルドの断面図である。
【図９Ａ】本発明の流体質量流量センサの変形実施形態の斜視図である。
【図９Ｂ】本発明の流体質量流量センサの変形実施形態の図９ＡのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図９Ｃ】本発明の流体質量流量センサの変形実施形態の斜視図である。
【図９Ｄ】本発明の流体質量流量センサの変形実施形態の斜視図である。
【図９Ｅ】流体質量流量センサを通る流体の流れ方向及び速度を示す流体力学計算図である。
【図１０】改良型センサハウジングを有する本発明の流体質量流量センサの斜視図である。
【図１１Ａ】流体質量流量センサの斜視図であり、更に、本発明の取付け構成を示す図である。
【図１１Ｂ】本発明の流体質量流量センサ及び流体運搬ダクト及びのダクトインタフェースの断面図であり、三面接触シールを示す図である。
【図１２】本発明の構成によるセンサハウジング及びヒートシンクカバーの断面図である。
【図１３】本発明の構成によるノズル出口及びハウジング内に設けられた発熱体の拡大斜視図である。
【符号の説明】
１０　流体質量流量センサ
１２　ハウジング
１４　ハウジングカバー
１６　補助ハウジングカバー
１８　エレクトロニクスカバー
２０　ガスケット
３２　制御モジュール
３６　流体サンプル採取部分
３９　ノズル
４４　高温ワイヤ素子
４６　低温ワイヤ素子
４８　流体測温体
４１２　流体質量センサハウジング
４２２　回路モジュール
４２４　空気サンプル採取端部
４３０　サンプル採取チャネル
４３４　温度センサ
４３７　ノズル

Claims

流れている流体の質量を検出する装置であって、流体運搬ダクト内に位置決め可能であって、管状流れ通路を含む流体サンプル採取部分及び回路空所部分を備えたハウジングと、ハウジング及び流体運搬ダクトと協働して三面接触シールを構成するガスケットと、ノズル出口で終端する複数の長手方向に収束する楕円形側面を備えていて、管状流れ通路と流体連通状態にあるノズルと、ノズル出口のところで流れ通路内に設けられた第１の電気素子と、流れ通路の外部でハウジングによって支持された第２の電気素子と、第１及び第２の電気素子と連絡関係をなした状態で回路空所部分内に設けられていて、第１及び第２の電気素子の電気的性質の変化を検出する回路モジュールとを有し、検出された電気的性質の変化は、流れている流体の質量を測定するのに用いられることを特徴とする装置。
流れ通路の外部でハウジング上に設けられた第３の電気素子を更に有していることを特徴とする請求項１記載の装置。