JP2018179883A - 物理量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダスト付着による検出精度悪化の抑制と検出応答性との両立を図った物理量計測装置を提供する。
【解決手段】吸気通路５ａ（流通路）を流通する吸気の湿度を検出する計測装置は、湿度センサ（センサ素子）と、吸気通路５ａに配置されて内部に湿度センサを収容するケース３０と、突起４０と、を備える。ケース３０には、湿度センサが配置される計測室、および吸気通路５ａを流通する吸気の一部を計測室へ流入させる流入口３３が形成されている。突起４０は、吸気通路５ａに面した通路壁面３２から突出する形状であり、通路壁面３２に沿って流れる気体を流入口３３へ案内する。
【選択図】図３

Description

本発明は、気体の物理量を検出する物理量計測装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の燃焼室へ吸入される空気（吸気）の湿度を検出する湿度センサが記載されている。湿度センサは吸気通路に配置され、湿度に応じた電気信号を出力するセンサ素子を備えるが、このセンサ素子に吸気中のダストが付着すると、湿度の検出精度が悪くなる。

そこで、特許文献１に記載の湿度センサでは、吸気の流入口を有するケースの内部（計測室）にセンサ素子を収容し、そのケースを吸気通路に配置することで、センサ素子へのダストの付着を抑制させている。

特開２０１６−７５５０６号公報

しかしながら、上述の如くケースにセンサ素子を収容すると、ダスト付着を防ぎ、検出精度の悪化を抑制できるものの、計測室内の流速が遅く、計測室内の空気（計測空気）と計測室外の空気とが入れ替わるのに要するため、湿度変化時の検出応答性が悪くなる。

本発明の目的は、ダスト付着による検出精度悪化の抑制と検出応答性との両立を図った物理量計測装置を提供することにある。

ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示される発明の１つは、流通路（５ａ、２４ａ）を流通する気体の物理量を検出する物理量計測装置において、物理量に応じた検出信号を出力するセンサ素子（１２）と、流通路に配置されて内部にセンサ素子を収容するケースであって、センサ素子が配置される計測室（３１、５１）、および流通路を流通する気体の一部を計測室へ流入させる流入口（３３、５３）が形成されたケース（３０、５０）と、流通路に面した通路壁面（３２、５２、３２Ａ）から突出する形状であり、通路壁面に沿って流れる気体を流入口へ案内する突起（４０）と、を備える物理量計測装置である。

上記発明によれば、ケース内にセンサ素子を収容しているので、流通路を流通する気体に含まれるダストがセンサ素子へ付着することを抑制できる。それでいて、流通路に面した通路壁面に沿って流れる気体は、突起により流入口へ案内されるので、計測室内の気体（計測気体）と計測室外の気体との入れ替わりが促進される。よって、湿度変化時の検出応答性を向上できる。つまり、ダスト付着による検出精度悪化の抑制と検出応答性との両立を図ることができる。

しかも、気体とともに流れるダストは、気体に比べて慣性が大きく、流れ方向を変えにくい（曲がりにくい）。そのため、気体は突起により流入口へ向けて曲がるのに対し、その気体に含まれるダストは曲がりにくいので、気体とダストは慣性分離される。よって、ダスト付着による検出精度悪化の抑制と検出応答性との両立を促進できる。

第１実施形態に係る計測装置が吸気管に取り付けられた状態を示す図。 図１に示す湿度センサの部分を模式的に表した、図３のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。 図２のＩＩＩ矢視図。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。 第２実施形態に係る計測装置のうち、湿度センサの部分の正面図。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図。 第３実施形態に係る計測装置のうち、湿度センサの部分の正面図。 図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図。 図８のＸ−Ｘ線に沿う断面図。 第４実施形態に係る計測装置のうち、湿度センサの部分の正面図。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図。 図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面図。 第５実施形態に係る計測装置のうち、湿度センサの部分の正面図。 図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う断面図。 図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿う断面図。 第６実施形態に係る計測装置のうち、湿度センサの部分の正面図。 図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿う断面図。 図１７のＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿う断面図。 第７実施形態に係る計測装置のうち、湿度センサの部分の断面図。 図２０のＸＸＩ−ＸＸＩ線に沿う断面図。 第８実施形態に係る計測装置のうち、湿度センサの部分の正面図。 図２１のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線に沿う断面図。 第９実施形態に係る計測装置のうち、湿度センサの部分の斜視図。 第１０実施形態に係る計測装置のうち、湿度センサの部分の斜視図。 第１１実施形態に係る計測装置が吸気管に取り付けられた状態を示す図。 図２６に示す湿度センサの部分を模式的に表した断面図。 図２７のＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線に沿う断面図。 第１２実施形態に係る計測装置のうち、湿度センサの部分の断面図。 第１３実施形態に係る計測装置のうち、湿度センサの部分の断面図。 第１４実施形態に係る計測装置のうち、湿度センサの部分の断面図。 第１５実施形態に係る計測装置のうち、湿度センサの部分の断面図。 第１６実施形態に係る計測装置のうち、湿度センサの部分の断面図。 図３３のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線に沿う断面図。

以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

（第１実施形態）
図１に示す本実施形態による物理量計測装置（以下、計測装置１０と記載）は、内燃機関の燃焼室へ空気を導く吸気通路５ａを内部に形成する吸気管５に取り付けられている。吸気通路５ａを流通して燃焼室へ吸入される空気を、以下の説明では吸気と呼ぶ。図中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは、吸気管５に取り付けられた状態の計測装置１０の向きを示し、矢印Ｘは吸気流れ方向、矢印Ｙは水平方向かつ吸気流れに対して垂直な方向、矢印Ｚは上下方向を示す。

物理量計測装置１０は、吸気の物理量を計測する装置であり、具体的には、吸気の流量、温度および湿度を計測する。つまり計測装置１０は、流量に応じた検出信号を出力する流量センサ（図示せず）と、温度に応じた検出信号を出力する温度センサ１１と、湿度に応じた検出信号を出力する湿度センサ１２と、を備える。

計測装置１０は、上述した各種の検出信号を外部の電子制御装置へ送信する。送信された計測装置１０による計測結果は、吸気流量を調整するスロットルバルブの開度、燃料噴射装置による燃料噴射量、及びＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）量の各制御に用いられる。

計測装置１０は樹脂製の構造体２０を備え、構造体２０は、フランジ部２１、コネクタ部２２および流量検出部２３を有する。フランジ部２１は、吸気管５の開口部５ｂを閉塞するように吸気管５に取り付けられており、コネクタ部２２および流量検出部２３を支持する。コネクタ部２２は、吸気通路５ａの外部に配置され、検出信号を出力する端子を保持する。

流量検出部２３は、吸気通路５ａに配置され、第１通路２３ａおよび第２通路２３ｂを内部に形成する。第１通路２３ａは、吸気通路５ａでの吸気流れ方向（図１の紙面垂直方向）に平行に延びる形状であり、吸気通路５ａを流れる吸気の一部を取り込んで流通させる。第２通路２３ｂは、第１通路２３ａから分岐する形状であり、第１通路２３ａを流れる吸気の一部を取り込んで流量センサへ吸気を導く。さらに第２通路２３ｂは、第１通路２３ａから分岐した吸気が周回した後に、図示しない流出口から吸気通路５ａへ流出する形状である。

流量センサは、例えば発熱抵抗体を用いた熱式の流量センサである。流量センサは、第２通路２３ｂを流れる空気の流速に対応した信号を出力する。この出力信号は、吸気通路５ａを流れる吸気の流量（吸気流量）と相関があるため、流量センサは、吸気通路５ａを流れる吸気の流量を検出していると言える。流量センサは、吸気流量に応じた電気信号を出力し、その出力信号は、コネクタ部２２に接続される端子へ出力される。なお、流量センサは、熱式の流量センサに限定されず、可動フラップ式の流量センサ及びカルマン渦式の等、他の方式の流量センサ等であってもよい。

温度センサ１１は、流量検出部２３に取り付けられており、吸気通路５ａに露出するように配置されている。これにより、温度センサ１１は、吸気通路５ａを流通する空気（吸気）の温度を検出する。温度センサ１１は、吸気温度に応じた電気信号を出力し、その出力信号は、コネクタ部２２に接続される端子へ出力される。流量センサ、温度センサ１１および湿度センサ１２から出力される検出信号はデジタル信号であってもアナログ信号であってもよい。

図２に示すように、湿度センサ１２は基板１３に実装され、基板１３は図示しない樹脂製のブラケットに保持され、ブラケットは流量検出部２３またはフランジ部２１に取り付けられている。湿度センサ１２は、空気の相対湿度を計測するセンサであり、例えば、空気に含まれる水分を吸脱湿する感湿材料の静電容量を、感湿材料を挟持した一対の電極によって計測する静電容量式の湿度センサである。なお、湿度センサ１２は、湿度に応じた電気抵抗の変化を電気信号として出力する抵抗式のセンサであってもよい。

基板１３には樹脂製のケース３０が取り付けられており、湿度センサ１２は、基板１３に実装された状態でケース３０内に収容されている。ケース３０は直方体であり、直方体の各壁面が矢印Ｘ、Ｙ、Ｚに沿う向きとなるように吸気通路５ａに配置されている。なお、ケース３０のＺ方向長さは、Ｘ方向長さおよびＹ方向長さよりも長い。

ケース３０の外面のうちＸＺ平面に沿う面であって基板１３と対向する面を通路壁面３２と呼ぶ。通路壁面３２には、吸気通路５ａを流通する吸気の一部をケース３０の内部空間（計測室３１）へ流入させる流入口３３が形成されている。この内部空間には湿度センサ１２が配置されており、湿度センサ１２は、流入口３３から計測室３１へ流入した空気（吸気）の湿度を検出する。具体的には、湿度センサ１２は、計測室３１の空気の湿度に応じた電気信号を出力する。その出力信号は、基板１３からコネクタ部２２に接続される端子へ出力される。

流入口３３は、湿度センサ１２と対向する位置に形成されている。これにより、吸気通路５ａのダストを含む流れが流入口３３から入ることを防ぐことができる。また、吸気通路５ａ内は壁面に近くなるほど流速が遅く、エンジンルームからの伝熱の影響が大きい一方、中心付近に向かうほど流速が速いため外気の温湿度変化は早く伝わり、エンジンルームからの伝熱の影響も小さい。そのため、流入口３３は、ケース３０のうち上下方向（Ｚ方向）中央よりも下方に設けることで、早い応答性、また熱の影響を比較的受けずに精度よく測定することが可能になる。

また流入口３３は、図３に示すように吸気流れ方向（Ｘ方向）中央に位置する。また、Ｙ方向視における流入口３３の形状は、Ｙ方向視における湿度センサ１２の形状と同一であり、図３に示すように円形である。なお、Ｙ方向視における湿度センサ１２および流入口３３の形状は楕円や多角形であってもよい。

また、図２に示すように、湿度センサ１２のＺ方向長さと流入口３３のＺ方向長さとは同一であり、図４に示すように、湿度センサ１２のＸ方向長さと流入口３３のＸ方向長さとは同一である。また、湿度センサ１２よりも小さい流入口３３を設けてもよい。これによりケース３０内に入るダストを減らし、湿度センサの検出精度の悪化を防ぐことができる。一方で流入口３３を大きくすると湿度センサ１２の応答性を向上させることが出来るなど、流入口３３の開口形状を変えることで容易に応答性、耐ダスト性を設計することが出来る。

ケース３０は、通路壁面３２から突出する形状の突起４０を有する。突起４０は、ケース３０のうち通路壁面３２の部分と樹脂で一体に形成されている。突起４０は、板状であり、突起４０の板面が吸気流れ方向に対して交差する向きとなるように配置されている。突起４０の板面のうち吸気が衝突する面をガイド面４０ａと呼ぶ。ガイド面４０ａは、必ずしもＸＺ平面に対して垂直である必要はなく、ガイド面４０ａとＸＺ平面でなされる角、つまりガイド面４０ａと通路壁面３２でなされる角は鈍角であってもよい。この場合のガイド面４０ａは、ＸＺ平面に対して垂直である場合に比べて、圧力損失を低減することが出来る。

図３に示す斜線部分は、ケース３０の通路壁面３２のうち、吸気流れ方向（Ｘ方向）において流入口３３の下流側部分、つまり吸気流れ方向における流入口３３の投影範囲Ｗを示す。突起４０のガイド面４０ａの少なくとも一部は、投影範囲Ｗに位置する。そのため、通路壁面３２に沿って流れる吸気の一部は、ガイド面４０ａにより流入口３３へ案内される。よって、通路壁面３２に沿って流れる吸気が流入口３３へ流入することが、ガイド面４０ａにより促進される。また、ガイド面４０ａとＸＺ平面でなされる角、つまりガイド面４０ａと通路壁面３２でなされる角が鋭角である場合には、より流入口３３へ流入する効果を促進させることが出来る。

計測室３１と吸気通路５ａとの連通箇所は流入口３３の１箇所であるため、流入口３３から計測室３１へ吸気が流入した分だけ、計測室３１内の吸気は流入口３３から吸気通路５ａへと流出する。つまり、通路壁面３２に沿って流れる吸気が突起４０により流入口３３へ案内されることで、計測室３１内の空気（計測気体）と計測室外の空気との入れ替わりが促進される。

図３に示す例では、ガイド面４０ａの一部は流入口３３の中心よりも吸気流れ方向の上流側に位置しているが、ガイド面４０ａの全体が流入口３３の中心よりも吸気流れ方向の上流側に位置していてもよい。また、図３に示す例では、ガイド面４０ａの全体が流入口３３の中心よりも上下方向の下側に位置しているが、ガイド面４０ａの一部が流入口３３の中心よりも上側に位置していてもよい。但し、ガイド面４０ａの少なくとも一部が下側に位置していることが望ましい。

また、図３に示す例では、ガイド面４０ａの全体が流入口３３の中心よりも上下方向の下側に位置するとともに、ガイド面４０ａは流入口３３の中心に向けて傾くように配置されている。また、ガイド面４０ａのＸＺ平面上での長さである幅寸法（図３参照）は、Ｙ方向への突出長さである高さ寸法（図２参照）よりも大きく設定されている。

以上により、本実施形態によれば、湿度センサ１２を収容するケース３０であって、湿度センサ１２が配置される計測室３１および吸気通路５ａを流通する吸気の一部を計測室３１へ流入させる流入口３３が形成されたケース３０を備える。そして、ケース３０の通路壁面３２から突出する形状であり、通路壁面３２に沿って流れる吸気を流入口３３へ案内する突起４０を備える。

これによれば、ケース３０内に湿度センサ１２を収容しているので、吸気通路５ａを流通する吸気に含まれるダストが湿度センサ１２へ付着することを抑制でき、湿度センサ１２の検出精度を向上できる。具体的には、静電容量式の湿度センサ１２の電極にダストが付着すると、感湿材料の湿度に応じた値からずれた値の検出信号を湿度センサ１２が出力することになるが、このような検出ずれを抑制できる。

それでいて、通路壁面３２に沿って流れる吸気は、突起４０により流入口３３へ案内されるので、計測室３１内の空気と計測室３１外の空気との入れ替わりが促進される。よって、吸気通路５ａを流れる吸気の湿度が変化している場合において、その変化に対する検出応答性を向上できる。つまり、ダスト付着による検出精度悪化の抑制と検出応答性との両立を図ることができる。

しかも、吸気とともに流れるダストは、気体である吸気に比べて慣性が大きく、流れ方向を変えにくい（曲がりにくい）。そのため、吸気は突起４０により流入口３３へ向けて曲がるのに対し、その吸気に含まれるダストは曲がりにくいので、吸気とダストは慣性分離される。よって、このような慣性分離により、気体である吸気は突起４０により曲げられて流入口３３から流入しやすくなる一方で、質量の大きいダストは曲がらずに直進しやすいので、吸気に比べれば流入口３３から流入しやすくなるとは言えない。よって、ダスト付着による検出精度悪化の抑制と検出応答性との両立を促進できる。

さらに本実施形態では、突起４０は、吸気流れ方向の上流側から下流側へ流入口３３を投影させた投影範囲Ｗに位置するので、投影範囲Ｗに位置させない場合に比べて、流入口３３への吸気の流入促進とダストの流入抑制との両立性を向上できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、図３に示すように、突起４０の全体が流入口３３から外れた位置に配置されている。これに対し本実施形態では、図５、図６および図７に示すように、突起４０は流入口３３を跨ぐように配置されている。具体的には、ガイド面４０ａが吸気流れ方向に対して垂直となる向きに突起４０は配置されている。Ｙ方向から見て突起４０の中心は流入口３３の中心に位置する。

これによれば、第１実施形態と同様にして、通路壁面３２に沿って流れる吸気は、突起４０により流入口３３へ案内されるので、計測室３１内の空気と計測室３１外の空気との入れ替わりが促進される。よって、ダスト付着による検出精度悪化の抑制と検出応答性との両立を図ることができる。しかも、上述した慣性分離により、吸気は突起４０により曲げられて流入口３３から流入しやすくなる一方で、ダストは、吸気ほどには流入しやすくならないので、ダスト付着による検出精度悪化の抑制と検出応答性との両立を促進できる。

さらに本実施形態では、流入口３３を跨ぐように突起４０が配置されているので、流入口３３のうち突起４０よりも吸気流れ上流側の部分から計測室３１内へ流入することが促進される。また、流入口３３のうち突起４０よりも吸気流れ下流側の部分から計測室３１外へ流出することが促進される。よって、計測室３１内外での吸気の入れ替わりをより一層促進でき、検出応答性を向上できる。

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、図３に示すように、突起４０のガイド面４０ａの一部が流入口３３よりも吸気流れ方向の下流側に位置している。これに対し本実施形態では、図８、図９および図１０に示すように、突起４０のガイド面４０ａの全体が流入口３３よりも吸気流れ方向の下流側に位置している。また、ガイド面４０ａは、Ｙ方向に延びる流入口３３の中心線に対して平行であり、かつ、Ｘ方向に対して傾くように配置されている。

また、流入口３３の下流端から突起４０の上流端までのＸ方向における距離を、流入口３３と突起４０との離間距離Ｌ１とし、突起４０のＹ方向長さを突起４０の高さＬ２とする。この場合、離間距離Ｌ１が高さＬ２より短くなるように突起４０は配置されている。

ここで、離間距離Ｌ１が長すぎると、突起４０により流入口３３への吸気流入を促進させる効果が十分に得られない。但し、突起４０高さＬ２が十分に大きければ、離間距離Ｌ１が長くても突起４０による流入促進効果を十分に発揮させることができる。この点を鑑みた本実施形態では、流入口３３と突起４０との離間距離Ｌ１が突起４０の高さＬ２より短いので、離間距離が長過ぎて流入口３３への流入促進効果が十分に得られなくなることを回避できる。

（第４実施形態）
上記第１実施形態では突起４０が１つであるのに対し、本実施形態では、図１１、図１２および図１３に示すように突起４０が２つ設けられている。２つの突起４０は、流入口３３を挟んで互いに対向し、かつ、吸気流れ方向の上流側から下流側に向けて互いの離間距離が徐々に狭くなる向きに配置されている。

詳細には、２つの突起４０は、流入口３３の中心を通る吸気方向流れ線に対して対象に配置されている。２つのガイド面４０ａのＺ方向における離間距離が吸気流れ方向の下流側であるほど短くなるように、吸気流れ方向に対してガイド面４０ａは傾いて配置されている。これにより、２つのガイド面４０ａに入った流れは離間距離が短くなるにつれて行き場がなくなり、その一部が流入口３３に入り、計測室３１内の空気の置換が促進される。また、流入口３３の吸気流れ方向長さよりも、突起４０の吸気流れ方向長さの方が長い。また、図１３に示すＺ方向視において、流入口３３の全体が突起４０と重複している。換言すれば、流入口３３の上流端から下流端の全体に亘ってガイド面４０ａが設けられている。

（第５実施形態）
上記第４実施形態では、流入口３３の上流端から下流端の全体に亘って２つのガイド面４０ａが設けられていのに対し、本実施形態では、図１４、図１５および図１６に示すように、流入口３３の上流端よりも上流側に２つの突起４０が設けられている。詳細には、突起４０の下流端は流入口３３の上流端よりも上流側に位置する。ガイド面４０ａに入った流れは、離間距離が徐々に短くなる２つのガイド面４０ａを通過することにより、ガイド面４０ａを通過した後の流れは流速が速くなる。そのため流入口３３上を通過する空気の流速は速くなり、流速が速いと圧力は下がるため、計測室３１内の空気の吸出し効果が生まれ、空気の置換が促進される。この場合、複数の流入口３３を設けることにより、計測室３１への空気の入り口と出口の役割が分けられ、空気の置換が促進される。

（第６実施形態）
図１７、図１８および図１９に示す本実施形態は、図８〜図１０に示すケース３０に流入口フィルタ３４を追加している。流入口フィルタ３４は、吸気に含まれる異物を捕捉する役割であり、流入口３３の全体を覆うようにケース３０に取り付けられている。フィルタ３４の材質は、紙製や樹脂製等、ダストの捕捉効果があればよいが、特にＰＴＦＥ製の多孔質フィルタを使用することが望ましく、吸気に含まれる異物を捕捉できるほかに、ＰＴＦＥ特有の撥水性から水滴の計測室３１内への侵入の防止効果が期待できる。

また、ＰＴＦＥ製の多孔質フィルタはケース３０に熱溶着で実装することが出来る。熱溶着ではフィルタ３４およびケース３０を溶かして実装するため、接着剤等の部品数を削減することが出来る。

また、フィルタ３４の孔径が小さいと、フィルタ３４による圧損の影響が大きくなり、計測室３１に流入する流れの流速が遅くなることがある。しかし、突起によりフィルタ３４上の流速は速く流れは常に入れ替わっているため、湿度の拡散で計測室３１内の湿度が変化することに対しては、突起を設けることは有効である。

フィルタ３４のケース３０への実装はケース３０の計測室３１側、流通路５ａ側のどちらにされていてもよいが、フィルタ３４が流通路内へ脱落して下流に流れ、スロットルにフィルタ３４が噛みこむことや、エンジンシリンダー内にフィルタ３４が流入することを防止するため、フィルタ３４はケース３０の計測室３１側に設けることが望ましい。

このように、本実施形態に係る流入口３３には、吸気に含まれる異物を捕捉する流入口フィルタ３４が設けられているので、吸気通路５ａを流通する吸気に含まれるダストが湿度センサ１２に付着することをより一層抑制できる。

（第７実施形態）
上記第６実施形態では、流入口フィルタ３４が流入口３３に設けられているのに対し、本実施形態では、図２０および図２１に示すように、計測室内フィルタ３４Ａが湿度センサ１２に設けられている。フィルタを流入口３３に設ける場合と異なり、流入口３３の流れの圧力損失は大きくならないため、計測室３１内の空気の置換性は悪くならず、高い湿度の応答性を成立させることが出来る。また、フィルタ３４Ａがセンサ素子１２から脱落した場合でも、計測室内にフィルタ３４Ａが設けられるために、フィルタ３４Ａが計測室内部から脱落しにくくなる効果がある。また、フィルタを流入口３３開口よりも大きくすることにより、一層フィルタ３４Ａが計測室３１から脱落しにくくすることが出来る。計測室内フィルタ３４Ａは、吸気に含まれる異物を捕捉する役割であり、湿度センサ１２の感湿材料を覆うように湿度センサ１２に取り付けられている。

フィルタ３４Ａの材質は、紙製や樹脂製等、ダストの捕捉効果があればよい。特にＰＴＦＥ製の多孔質フィルタを使用することが望ましく、吸気に含まれる異物を捕捉できるほかに、ＰＴＦＥ特有の撥水性から水滴の湿度センサ素子１２内への侵入の防止効果が期待できる。また、フィルタ３４Ａは湿度センサ１２に接着で固定されていても溶着で固定されていてもよい。

（第８実施形態）
図２２および図２３に示す本実施形態は、図８〜図１０に示すケース３０に流出口３３ｏｕｔを追加している。流出口３３ｏｕｔは、通路壁面３２に形成されており、計測室３１と吸気通路５ａとを連通させる貫通穴である。流出口３３ｏｕｔは、流入口３３よりもＺ方向の上側に位置し、かつ、吸気流れ方向（Ｘ方向）中央に位置する。突起４０により流入口３３から吸気が計測室３１へ流入することが促され、計測室３１内の空気が流出口３３ｏｕｔから流出することが促される。よって、計測室３１内の空気と計測室３１外の空気との入れ替わりがより一層促進される。

（第９実施形態）
図２４に示す本実施形態では、ケース３０に凹部３５が形成されている。凹部３５は、通路壁面３２からＹ方向に凹む形状である。凹部３５は、側壁３５ａおよび底壁３５ｂに囲まれた形状、かつ、吸気流れ方向の上流側に開口する開口部３５ｃを有する形状である。側壁３５ａおよび底壁３５ｂの下流端が流入口３３に連なっており、流入口３３は凹部３５の下流端に位置する。換言すれば、凹部３５は流入口３３から上流側に向けて延びる形状である。

これによれば、吸気通路５ａを流れる吸気の一部は、開口部３５ｃから凹部３５内に流入し、側壁３５ａおよび底壁３５ｂに沿って流れる。そして、凹部３５内に流入した吸気は側壁３５ａおよび底壁３５ｂに案内され、その一部は流入口３３へ流入する。

以上により、本実施形態では、流入口３３に連なる凹部３５が形成され、凹部３５の側壁３５ａおよび底壁３５ｂにより吸気が流入口３３へ案内される。そのため、計測室３１内の空気と計測室３１外の空気との入れ替わりが促進され、検出応答性を向上できる。要するに、本実施形態では、流入口３３へ吸気を案内する機能を、突起４０に替えて凹部３５の側壁３５ａで発揮させている。

（第１０実施形態）
上記第９実施形態では、凹部３５の側壁３５ａが、吸気流れ方向に対して平行に延びる形状である。これに対し本実施形態では、図２５に示すように、凹部３５の側壁３５ａが、吸気流れ方向に対して傾斜した形状である。具体的には、互いに対向する２つの側壁３５ａは、吸気流れ方向の上流側から下流側に向けて互いの離間距離が徐々に狭くなる向きに傾斜する。換言すれば、開口部３５ｃのＺ方向寸法は、流入口３３のＺ方向寸法よりも大きい。そして、互いに対向する２つの側壁３５ａは、開口部３５ｃと流入口３３とを繋ぐ形状である。

（第１１実施形態）
上記第１実施形態では、突起４０は、通路壁面３２とともに吸気通路５ａに露出している。これに対し本実施形態では、図２６に示すように、湿度検出部５０の内部に形成された連通路２４ａに突起４０は配置されている。

より詳細に説明すると、計測装置１０が備える構造体２０Ａは、フランジ部２１、コネクタ部２２および流量検出部２３に加えて湿度検出部５０を有し、湿度検出部５０は、流量検出部２３等と一体に樹脂成形されている。流量検出部２３は、図１に示す第１実施形態と同様にして第１通路２３ａおよび第２通路２３ｂが形成されている。第２通路２３ｂに配置された流量センサ１４は、第１通路２３ａから第２通路２３ｂへ取り込まれた吸気の流量を検出する。

湿度検出部５０の内部には連通路２４ａおよび計測室５１が形成されている。連通路２４ａと計測室５１とは流入口５３を通じて連通している。吸気通路５ａを流れる吸気の一部が、流量検出部２３に形成された入口２４ｂから連通路２４ａへ流入し、流量検出部２３に形成された出口２４ｃから吸気通路５ａへ流出する。そして、連通路２４ａを流れる吸気の一部は、図２７に示すように流入口５３から計測室５１へ流入する。この流入により計測室５１内の空気は連通路２４ａへ押し出される。

連通路２４ａは吸気流れ方向（Ｘ方向）に直線状に延びる形状であり、第１通路２３ａと平行して第１通路２３ａの上側に配置されている。連通路２４ａのＸ方向から見た通路断面形状は、図２８に示すように矩形であってもよいほか、突起４０のＹ方向幅を大きくし、Ｙ方向の連通路２４ａのＹ方向をふさぐような形でもよい。Ｙ方向をふさぐような形の場合、計測室に向かう流れが多くなり、計測室５１内の空気を早く置換することができる。

計測室５１は、直方体の形状であり、連通路２４ａと平行して連通路２４ａの上側に配置されている。計測室５１には、基板１３に実装された湿度センサ１２が配置されている。湿度センサ１２は、Ｙ方向視にて計測室５１の中央に配置され（図２７参照）、Ｘ方向視にて計測室５１の側壁面に配置されている（図２８参照）。

湿度検出部５０は、連通路２４ａ（流通路）に配置されて内部に湿度センサ１２（センサ素子）を収容するケースに相当する。湿度検出部５０のうち連通路２４ａを形成する壁面であって、流入口５３と対向する壁面を通路壁面５２と呼ぶ。湿度検出部５０は、通路壁面５２から突出する形状の突起４０を有する。突起４０は、湿度検出部５０のうち通路壁面５２の部分と樹脂で一体に形成されている。突起４０は、吸気が衝突するガイド面４０ａを有する板状であり、ガイド面４０ａが吸気流れ方向に対して交差する向きとなるように配置されている。通路壁面５２に沿って流れる吸気の一部は、ガイド面４０ａにより流入口５３へ案内される。よって、通路壁面５２に沿って流れる吸気が流入口５３へ流入することが、ガイド面４０ａにより促進される。

計測室５１と連通路２４ａとの連通箇所は流入口５３の１箇所であるため、流入口５３から計測室５１へ吸気が流入した分だけ、計測室５１内の吸気は流入口５３から連通路２４ａへと流出する。つまり、通路壁面５２に沿って流れる吸気が突起４０により流入口５３へ案内されることで、計測室５１内の空気（計測気体）と計測室外の空気との入れ替わりが促進される。

図２７に示すように、突起４０は、通路壁面５２のうち流入口５３に対向する部分、かつ、湿度センサ１２に対向する部分に位置する。ガイド面４０ａは、吸気流れ方向のうち流入口３３の中心に位置する。また、図２８に示すように、突起４０の上端は流入口５３の下側に位置し、突起４０の全体が連通路２４ａに位置する。突起４０のＹ方向寸法は連通路２４ａのＹ方向寸法よりも小さい。つまり、突起４０のＹ方向両側部分は、連通路２４ａの側壁面との間に隙間を形成する。

計測室５１はＹ方向から見て矩形であり、計測室５１には、流入口５３から流入した吸気が矩形の角部５１ａに流れることを遮る遮蔽板４１が設けられている。遮蔽板４１は湿度検出部５０と樹脂で一体に成形されていてもよいほか、計測室５１を覆うカバー部材に遮蔽板４１を設けてもよい。複雑な形状となる湿度検出部５０（ケース）に遮蔽板４１を設けるよりも、単純な形状であるカバー部材に遮蔽板４１を設ける方が、より単純な型構造で遮蔽板を設けることができる。遮蔽板４１の板面が湿度センサ１２に向かう向きに遮蔽板４１は配置されている。

厳密には、遮蔽板４１の板面の中心を通る垂線が湿度センサ１２と交差する向きに遮蔽板４１は配置されている。遮蔽板４１は計測室５１の流れの淀む領域を減らし、計測室５１内の空気の置換を促進させることが役割であるため、遮蔽板４１の板面は必ずしも平面である必要はなく、曲面であってもよい。

以上により、本実施形態に係る計測装置１０Ａは、湿度センサ１２を収容する湿度検出部５０（ケース）を備える。湿度検出部５０には、湿度センサ１２が配置される計測室５１および連通路２４ａ（流通路）を流通する吸気の一部を計測室５１へ流入させる流入口５３が形成されている。さらに計測装置１０Ａは、連通路２４ａに面した通路壁面５２から突出する形状であり、通路壁面５２に沿って流れる吸気を流入口５３へ案内する突起４０を備える。

これによれば、湿度検出部５０内に湿度センサ１２を収容しているので、吸気通路５ａを流通する吸気に含まれるダストが湿度センサ１２へ付着することを抑制でき、湿度センサ１２の検出精度を向上できる。

それでいて、通路壁面５２に沿って流れる吸気は、突起４０により流入口５３へ案内されるので、計測室５１内の空気と計測室５１外の空気との入れ替わりが促進される。よって、吸気通路５ａを流れる吸気の湿度が変化している場合において、その変化に対する検出応答性を向上できる。つまり、ダスト付着による検出精度悪化の抑制と検出応答性との両立を図ることができる。

しかも、吸気とともに流れるダストは、気体である吸気に比べて慣性が大きく、流れ方向を変えにくい（曲がりにくい）。そのため、吸気は突起４０により流入口５３へ向けて曲がるのに対し、その吸気に含まれるダストは曲がりにくいので、吸気とダストは慣性分離される。よって、このような慣性分離により、気体である吸気は突起４０により曲げられて流入口５３から流入しやすくなる一方で、質量の大きいダストは曲がらずに直進しやすいので、吸気に比べれば流入口５３から流入しやすくなるとは言えない。よって、ダスト付着による検出精度悪化の抑制と検出応答性との両立を促進できる。

さらに、本実施形態に係る計測室５１には、流入口５３から流入した吸気が矩形の角部５１ａに流れることを遮る遮蔽板４１が設けられている。そのため、計測室５１へ流入した吸気が角部５１ａで淀むことを抑制できるので、湿度センサ１２による検出応答性を促進できる。

さらに、本実施形態に係る突起４０は、通路壁面５２のうち流入口５３に対向する部分に位置する。そのため、突起４０に衝突した吸気が流入口５３へスムーズに流入しやすくなるので、計測室５１内の空気と計測室５１外の空気との入れ替わりを促進でき、検出応答性を向上できる。

さらに、本実施形態に係る突起４０は、通路壁面５２のうち湿度センサ１２に対向する部分に位置する。そのため、突起４０に衝突して流入口５３から計測室５１へ流入した吸気のうち流速の速い部分に湿度センサ１２が位置するようになるので、検出応答性を向上できる。

（第１２実施形態）
上記第１１実施形態では、突起４０が、吸気流れ方向のうち流入口５３の中心に位置する。これに対し本実施形態では、図２９に示すように、吸気流れ方向のうち流入口５３の中心よりも上流側に突起４０が位置する。なお、突起４０は、通路壁面５２のうち流入口５３に対向する部分に位置するが、湿度センサ１２に対向する部分よりも上流側に位置する。

ここで、流入口５３のうち吸気流れ方向の突起４０より上流側の部分は、連通路２４ａから計測室５１へ吸気が流入する開口として機能する。一方、流入口５３のうち突起４０より下流側の部分は、計測室５１から連通路２４ａへ吸気が流出する開口として機能する。そして、本実施形態では流入口５３の中心よりも上流側に突起４０が位置するので、流入口５３のうち流入する部分の開口面積が流出する部分の開口面積よりも小さくなっている。

（第１３実施形態）
上記第１２実施形態では、突起４０が、吸気流れ方向のうち流入口５３の中心よりも上流側に位置する。これに対し本実施形態では、図３０に示すように、吸気流れ方向のうち流入口５３の中心よりも下流側に突起４０が位置する。なお、突起４０は、通路壁面５２のうち流入口５３に対向する部分に位置するが、湿度センサ１２に対向する部分よりも下流側に位置する。このように、本実施形態では流入口５３の中心よりも下流側に突起４０が位置するので、流入口５３のうち流入する部分の開口面積が流出する部分の開口面積よりも大きくなっている。

（第１４実施形態）
図３１に示す本実施形態は、図２７に示す湿度検出部５０に流入口フィルタ３４を追加している。流入口フィルタ３４は、吸気に含まれる異物を捕捉する網目状であり、連通路２４ａの入口２４ｂの全体を覆うように湿度検出部５０に取り付けられている。

このように、本実施形態に係る連通路２４ａには、吸気に含まれる異物を捕捉する流入口フィルタ３４が設けられているので、連通路２４ａを流通する吸気に含まれるダストが湿度センサ１２に付着することをより一層抑制できる。

（第１５実施形態）
上記第１４実施形態では、連通路２４ａの入口２４ｂに流入口フィルタ３４が設けられているのに対し、本実施形態では、図３２に示すように、計測室内フィルタ３４Ａが湿度センサ１２に設けられている。計測室内フィルタ３４Ａは、吸気に含まれる異物を捕捉する役割であり、湿度センサ１２の感湿材料を覆うように湿度センサ１２に取り付けられている。

また、第１４実施形態に示す構成の場合は、流入口フィルタ３４が計測室５１内に入る流れの圧力損失となり計測室５１内に入る流れが少なくなる。これに対し、本実施形態の構成では計測室５１内に入る流れは妨げられないため、計測室５１内の空気の置換が悪化しない効果がある。また、計測室内フィルタ３４Ａは湿度センサ１２に接着で固定されていても溶着で固定されていてもよいほか、フィルタ３４Ａを接着および溶着したカバー状のもので湿度センサ１２を覆ってもよい。しかし、そもそも湿度センサ１２が計測室５１のＺ方向奥に配置されており流速が遅い。そのため、湿度センサ１２周りの流速の遅い領域をなるべく小さくし、湿度センサ１２周りの空気の入れ替えを促進させるという観点から、計測室内フィルタ３４Ａは湿度センサ１２に接着および溶着等の手法で固定することが望ましい。

（第１６実施形態）
上記第１実施形態では、ケース３０の各壁面のうちＸＺ平面に沿う面であって基板１３と対向する面を通路壁面３２とし、その通路壁面３２に流入口３３が形成されている。これに対し本実施形態では、図３３および図３４に示すように、ケース３０の各壁面のうちＸＹ平面に沿う面を通路壁面３２Ａとし、その通路壁面３２Ａに流入口３３が形成されている。突起４０は、通路壁面３２ＡからＺ方向下側に突出する形状である。

詳細には、通路壁面３２Ａのうち、流入口３３の下流側に隣接する部分に突起４０は形成されている。突起４０のガイド面４０ａが吸気流れ方向に対して垂直となる向きに突起４０は配置されている。本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様にして、通路壁面３２Ａに沿って流れる吸気は、突起４０により流入口３３へ案内される。よって、計測室３１内の空気と計測室３１外の空気との入れ替わりが促進されて検出応答性を向上できるとともに、先述した慣性分離により計測室３１へのダスト流入を抑制できる。

（他の実施形態）
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

上記第１実施形態では、突起４０の一部が、吸気流れ方向の上流側から下流側へ流入口３３を投影させた投影範囲Ｗに位置している。これに対し、突起４０の全体が投影範囲Ｗに位置していてもよいし、突起４０の全体が投影範囲Ｗの外に位置していてもよい。

上記第３実施形態では、流入口３３の下流端から突起４０までの離間距離Ｌ１が、突起４０の高さＬ２より短く設定されているが、突起４０の高さＬ２より離間距離Ｌ１が長くてもよい。

上記第１１実施形態では、突起４０は、通路壁面５２のうち流入口５３に対向する部分に位置しているが、通路壁面５２のうち流入口５３に対向する部分の外に位置していてもよい。

上記第１１〜１５実施形態では、ガイド面４０ａが吸気流れ方向に対して垂直となる向きに突起４０を配置している。これに対し、ガイド面４０ａが吸気流れ方向に対して傾斜する向きに突起４０を配置してもよい。吸気流れ上流側に対して鈍角をなす場合は圧力損失の低減の効果が期待できる。また、突起４０は通路壁面５２から突出する構造でなく、計測室５１および通路壁面５２を覆う樹脂製のカバー部材からＹ方向に突起を設ける構造でもよい。複雑な形状となる湿度検出部５０（ケース）に突起を設けるよりも、単純な形状であるカバーに突起を設ける方が、より単純な型構造で突起を設けることができる。

上記各実施形態では、流入口３３と連通する吸気通路５ａ（流通路）および流入口５３と連通する連通路２４ａ（流通路）は、直線状に延びる形状である。これに対し、流入口３３、５３と連通する流通路は、曲線状に延びる形状であってもよい。

上記各実施形態では、流通路を流通する気体の物理量を検出する物理量計測装置１０のセンサ素子に、空気の湿度を検出する湿度センサ１２を適用させている。これに対し、気体に関連する湿度以外の特定物理量、例えば温度、圧力、熱伝導率、濃度又は流量等を検出するセンサ素子を適用させてもよい。

上記第１１実施形態では図２６に示す遮蔽板４１を備えているが、この遮蔽板４１を第１１実施形態以外の実施形態に適用させてもよく、例えば、図１に記載の計測装置１０のケース３０内に遮蔽板４１を設けてもよい。

５ａ…吸気通路（流通路）、１０、１０Ａ…計測装置、１２…湿度センサ（センサ素子）、２４ａ…連通路（流通路）、３０…ケース、３１、５１…計測室、３２、３２Ａ、５２…通路壁面、３３、５３…流入口、４０…突起、５０…湿度検出部（ケース）。

Claims (14)

1. 流通路（５ａ、２４ａ）を流通する気体の物理量を検出する物理量計測装置において、
   前記物理量に応じた検出信号を出力するセンサ素子（１２）と、
   前記流通路に配置されて内部に前記センサ素子を収容するケースであって、前記センサ素子が配置される計測室（３１、５１）、および前記流通路を流通する気体の一部を前記計測室へ流入させる流入口（３３、５３）が形成されたケース（３０、５０）と、
   前記流通路に面した通路壁面（３２、５２、３２Ａ）から突出する形状であり、前記通路壁面に沿って流れる気体を前記流入口へ案内する突起（４０）と、
   を備える物理量計測装置。
2. 前記流通路は、内燃機関の燃焼室へ空気を導く吸気通路であり、
   前記ケースが前記吸気通路に配置されることで、前記ケースの外面が前記通路壁面となる請求項１に記載の物理量計測装置。
3. 前記突起は、前記流通路の気体流れ方向の上流側から下流側へ前記流入口を投影させた投影範囲に位置する請求項２に記載の物理量計測装置。
4. 前記流入口の下流端から前記突起までの離間距離（Ｌ１）は、前記突起の高さ（Ｌ２）より短い請求項３に記載の物理量計測装置。
5. 前記突起は、前記流入口を跨ぐように配置されている請求項２に記載の物理量計測装置。
6. 内燃機関の燃焼室へ空気を導く吸気通路に配置され、前記吸気通路と連通する連通路（２４ａ）および前記ケースを有する構造体（２０Ａ）を備え、
   前記連通路が前記流通路であり、
   前記構造体のうち前記連通路に面した壁面（５２）が前記通路壁面となる請求項１に記載の物理量計測装置。
7. 前記突起は、前記壁面のうち前記流入口に対向する部分に位置する請求項６に記載の物理量計測装置。
8. 前記突起は、前記壁面のうち前記センサ素子に対向する部分に位置する請求項７に記載の物理量計測装置。
9. 前記突起は、前記流通路の気体流れ方向に対して傾斜する向きに延びる形状である請求項１〜８のいずれか１つに記載の物理量計測装置。
10. 前記突起は、前記流入口を挟んで互いに対向する位置に２つ配置され、かつ、前記流通路の気体流れ方向の上流側から下流側に向けて互いの離間距離が徐々に狭くなる向きに配置されている請求項９に記載の物理量計測装置。
11. 前記流通路の気体流れ方向において、前記突起の全体が前記流入口の上流端よりも上流側に位置する請求項１０に記載の物理量計測装置。
12. 前記計測室は直方体形状であり、
    前記計測室には、前記流入口から流入した気体が直方体形状の角部（５１ａ）に流れることを遮る遮蔽板（４１）が設けられている請求項１〜１１のいずれか１つに記載の物理量計測装置。
13. 前記流入口には、気体に含まれる異物を捕捉する流入口フィルタ（３４）が設けられている請求項１〜１２のいずれか１つに記載の物理量計測装置。
14. 前記センサ素子には、前記計測室の気体に含まれる異物を捕捉する計測室内フィルタ（３５）が設けられている請求項１〜１３のいずれか１つに記載の物理量計測装置。

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