JP2024513415A - エアマスセンサおよび自動車 - Google Patents

Abstract

空気質量流量を特定するためのエアマスセンサであって、ハウジング（４）と、センサ電子装置（６）とを備えており、このセンサ電子装置（６）は、少なくとも部分的にハウジング（４）のハウジング室（８）内に配置されており、ハウジング（４）は、測定すべき空気質量流量（Ｌ）をハウジング（４）を通して案内するための流路（１４）を有しており、この流路（１４）は、測定通路（２０）とバイパス通路（２２）とを有し、測定通路（２０）は、流路（１４）内に流入した空気質量流量（Ｌ）の一部をセンサ電子装置（６）の測定箇所（２４）に案内し、バイパス通路（２２）は、流路（１４）内に流入した空気質量流量（Ｌ）の一部を測定箇所（２４）への到達前に分岐させ、ハウジング（４）から導出し、バイパス通路（２２）と測定通路（２０）とを少なくとも部分的に互いに分離している第１の壁要素（２８）が、少なくとも部分的に減じられた壁高さ（Ｈ１）を有しており、これによって、空気が第１の壁要素（２８）を越えて少なくとも部分的に流れることができ、かつ／または貫通開口（３４）を有しており、これによって、空気が第１の壁要素（２８）を貫流することができ、かつ／または、バイパス通路（２２）と流路（１４）の入口（１６）とを少なくとも部分的に互いに分離している第２の壁要素（３３）が、少なくとも部分的に減じられた壁高さ（Ｈ３）を有しており、これによって、空気が第２の壁要素（３３）を越えて少なくとも部分的に流れることができ、かつ／または貫通開口を有しており、これによって、空気が第２の壁要素（３３）を貫流することができる、エアマスセンサ。

Description

本発明は、空気質量流量を特定するためのエアマスセンサであって、ハウジングと、センサ電子装置とを備えており、このセンサ電子装置は、少なくとも部分的にハウジングのハウジング室内に配置されており、ハウジングは、測定すべき空気質量流量をハウジングを通して案内するための流路を有している、エアマスセンサに関する。さらに、本発明は、このようなエアマスセンサを備える自動車に関する。

冒頭に記載した形態のエアマスセンサは、例えば米国特許第８，７６３，４２５号明細書および独国特許出願公開第１０２０１８２１９７２９号明細書に基づき公知である。

このようなエアマスセンサは、例えば、自動車の内燃機関の吸気管路内の空気質量流量を特定するために使用されてよい。この場合、流路の固有周波数の領域に、測定結果を害する振動励起が生じてしまう。例えば、排ガスターボチャージャが、測定すべき空気質量流量に最大２０ｋＨｚの高周波の圧力脈動を引き起こしてしまう。したがって、規定の励起周波数または励起周波数範囲に対して、測定された空気質量流量と実際の空気質量流量との間に過度に大幅な偏差が生じてしまう。この偏差は機関運転に悪影響を与えてしまう。

この背景を前にして、本発明の根底にある技術的な問題は、特に排ガスターボチャージャの振動励起に対してよりロバストである改善されたエアマスセンサを提供することである。さらに、このようなセンサを備える自動車を提供することが求められる。

第１の態様によれば、本発明は、空気質量流量を特定するためのエアマスセンサであって、ハウジングと、センサ電子装置とを備えており、このセンサ電子装置は、少なくとも部分的にハウジングのハウジング室内に配置されており、ハウジングは、測定すべき空気質量流量をハウジングを通して案内するための流路を有しており、この流路は、測定通路とバイパス通路とを有し、測定通路は、流路内に流入した空気質量流量の一部をセンサ電子装置の測定箇所に案内し、バイパス通路は、流路内に流入した空気質量流量の一部を測定箇所への到達前に分岐させ、ハウジングから導出する、エアマスセンサに関する。

エアマスセンサは、バイパス通路と測定通路とを少なくとも部分的に互いに分離している第１の壁要素が、少なくとも部分的に減じられた壁高さを有しており、これによって、空気が第１の壁要素を越えて少なくとも部分的に流れることができ、かつ／または貫通開口を有しており、これによって、空気が第１の壁要素を貫流することができることを特徴としている。代替的または補足的には、エアマスセンサは、バイパス通路と流路の入口とを少なくとも部分的に互いに分離している第２の壁要素が、少なくとも部分的に減じられた壁高さを有しており、これによって、空気が第２の壁要素を越えて少なくとも部分的に流れることができ、かつ／または貫通開口を有しており、これによって、空気が第２の壁要素を貫流することができることを特徴としている。

したがって、減じられた壁高さおよび／または貫通開口によって、流路の内部で付加的な流体接続が可能となり、これによって、測定通路に対する付加的な圧力補償が提供される。こうして、特に、ターボチャージャの高周波の圧力脈動に基づく振動励起の振幅を減じることができ、これによって、問題を引き起こす励起周波数に対しても確実な測定を行うことができる。特に、こうして、流路の固有周波数を取り除くことができるかまたは１つ以上の固有周波数の領域での各々の振動応答を減じることができる。

第１の壁要素は、測定通路の、測定箇所よりも下流側に形成された流出区分と、バイパス通路との間に配置されていてよい。したがって、減じられた壁高さが、バイパス通路と測定通路の流出区分との間に流体接続を形成することができ、これによって、空気質量流量の一部が、バイパス通路から測定通路の流出区分に流入することができる。

「下流側」とは、空気質量流量が、上流側に配置された要素よりも時間的に遅れて該当する要素を越えて流れるかまたは貫流することを意味している。したがって、測定通路の流入開口が、測定箇所よりも上流側に配置されているのに対して、測定通路の流出開口は、測定箇所よりも下流側に配置されている。

特に、第１の壁要素とハウジングの蓋またはカバーとの間で、少なくとも減じられた壁高さの領域に、間隙または貫通開口が形成されていることが特定されていてよく、これによって、バイパス通路と測定通路の流出区分との間に流体接続が提供される。空気が、第１の壁要素を部分的にまたはその全長に沿って越えて流れることができることが特定されていてよい。

バイパス通路の流出区分の領域における第１の壁要素の壁高さが、空気が壁要素を越えて流れることができる領域における減じられた壁高さよりも大きいことが特定されていてよい。特に、減じられた壁高さは、バイパス通路の流入領域に隣接して配置されていてよい。空気が第１の壁要素を、減じられた壁高さの領域でも流出区分の領域でも越えて流れることができることが特定されていてよい。

特に、第２の壁要素とハウジングの蓋またはカバーとの間で、減じられた壁高さの領域に、間隙または貫通開口が形成されていることが特定されていてよく、これによって、流路の入口とバイパス通路との間に流体接続が提供される。空気が、第２の壁要素を部分的にまたはその全長に沿って越えて流れることができることが特定されていてよい。

流路の入口は漏斗状に拡幅されていてよく、これによって、高周波の圧力脈動に基づく振動励起が減じられる。

エアマスセンサは、空気質量流量の測定のほかに補足的な機能を有していてよい。例えば、エアマスセンサは、空気質量流量の測定に対して付加的に、以下に列挙するパラメータ、つまり、空気質量流量の圧力、空気質量流量の湿分、空気質量流量の温度のうちの１つ以上を測定するように構成されていてよい。

エアマスセンサのセンサ電子装置の測定要素は、熱式の測定要素、特にホットフィルム式の空気質量測定要素であってよい。このようなホットフィルム式の空気質量測定要素は、例えば、少なくとも１つの加熱要素と、空気質量流量が越えて流れることができる２つの温度センサとを有していてよい。このとき、空気質量流量の量は、温度センサの、互いに異なる測定された温度または温度分布から導き出すことができる。このようなホットフィルム式の空気質量測定要素は、例えば独国特許出願公開第１０２０１８２１９７２９号明細書に記載されている。

センサ電子装置の、エアマスセンサのハウジング室または電子装置室内に配置されたコンポーネントが、少なくとも部分的にまたは完全に封止材料内で封止されているかまたは封止材料によって取り囲まれていることが特定されていてよく、これによって、センサ電子装置のコンポーネントが周辺影響に対して防護される。

流路と電子装置室とは、開口を介して互いに接続されており、電子装置室は、流路に対する圧力補償容積を形成していることが特定されてよい。したがって、開口によって、流路と電子装置室との間の流体接続が可能となり、これによって、測定すべき空気質量流量の一部が、流路から電子装置室内に流れることができる。こうしても、特に、ターボチャージャの高周波の圧力脈動に基づく振動励起の振幅を減じることができ、これによって、問題を引き起こす励起周波数に対しても確実な測定を行うことができる。特に、こうしても、流路の固有周波数を取り除くことができるかまたは１つ以上の固有周波数の領域での各々の振動応答を減じることができる。

ハウジングは、流路の流入開口および流出開口に対して付加的に、流路をハウジングの周辺に接続する少なくとも１つの補償開口を有することが特定されていてよい。したがって、この補償開口によって、流路とハウジングの周辺との間の流体接続が可能となり、これによって、測定すべき空気質量流量の一部が、流路からハウジングの周辺に流れることができ、付加的な圧力補償が提供される。こうしても、特に、ターボチャージャの高周波の圧力脈動に基づく振動励起の振幅を減じることができ、これによって、問題を引き起こす励起周波数に対しても確実な測定を行うことができる。特に、こうしても、流路の固有周波数を取り除くことができるかまたは１つ以上の固有周波数の領域での各々の振動応答を減じることができる。

正確に１つの補償開口または２つ以上の補償開口が設けられていてよい。

ハウジングの周辺は、特に、空気質量流量を特定するためのエアマスセンサが内部に配置された管、管路またはこれに類するものの内室であってよい。

補償開口は、ハウジングの壁に加工された貫通開口、例えば孔またはこれに類するものであってよい。

代替的または補足的には、補償開口は、ハウジングのハウジング構成部材同士の間に形成されていてよい。ハウジングが、例えば、組み合わされてハウジングを形成する第１のハウジング構成部材と第２のハウジング構成部材とを有する限り、補償開口は、第１のハウジング構成部材と第２のハウジング構成部材とが互いに形状接続的に係合しかつ／または互いに結合されている継ぎ目または接合縁部の領域に設けられた切欠きであってよい。第１のハウジング構成部材は、例えば蓋またはカバーであってよい。第２のハウジング構成部材は、ハウジングの、蓋が取り付けられている基体であってよい。

ハウジング構成部材は、接着剤によって互いに結合されていてよい。この場合、補償開口は、少なくとも部分的に、ハウジング構成部材同士を結合する接着剤に隣接している。

補償開口は、中断された接着継ぎ目の部分または中断された接着ビードの部分であることが特定されていてよい。したがって、補償開口は、ハウジング構成部材を互いに結合する接着継ぎ目または接着ビードの中断部であってよい。特に、接着継ぎ目または接着ビードは、周辺に対するハウジング構成部材同士の付着結合部、さらには、流路の密封部を形成している。この密封部は、補償開口を形成するために、局所的に中断されている。

第２の態様によれば、本発明は、本発明に係るエアマスセンサを備える自動車に関する。

自動車は内燃機関を有していてよく、エアマスセンサは、内燃機関の吸気管路内に配置されており、この吸気管路の内部の空気質量流量を測定する。内燃機関は１つ以上のターボチャージャを有していてよい。

以下に、本発明を、複数の実施例を示した図面に基づき詳しく説明する。

本発明に係るエアマスセンサを上方から見た概略的な斜視図である。 図１に示したエアマスセンサをカバーまたは蓋なしで概略的に示す図である。 図２の概略的な拡大図である。 図１に示したエアマスセンサの概略的な横断面図である。 図４の概略的な拡大図である。 図２の概略的な別の拡大図である。 エアマスセンサの概略的な横断面図である。 本発明に係る自動車を概略的に示す図である。

エアマスセンサ２はハウジング４を有している。エアマスセンサ２はセンサ電子装置６を有している。このセンサ電子装置６は、ハウジング４のハウジング室または電子装置室８内に配置されている（図２）。この電子装置室８とセンサ電子装置６とを説明するために、図２では、ハウジング４のカバー１０，１２または蓋１０，１２が省いてある。

ハウジング４は、測定すべき空気質量流量Ｌをハウジング４を通して案内するための流路１４を有している。

流路１４は、空気質量流量Ｌをハウジング４内に導入するための流入開口１６を有している。流路１４は、空気質量流量Ｌをハウジング４から導出するための流出開口１８を有している。流路１４の流入開口１６または入口１６は漏斗状に拡幅されている。

流路１４は、測定通路２０とバイパス通路２２とを有している。測定通路２０は、流路１４内に流入した空気質量流量Ｌの一部をセンサ電子装置６の測定箇所２４に案内する。バイパス通路２２は、流路１４内に流入した空気質量流量Ｌの一部を測定箇所２４への到達前に分岐させ、分岐した流量分をハウジング４から導出する。

測定箇所２４の領域には、センサ電子装置６の測定要素２６が配置されている。この測定要素２６は熱式の測定要素２６であり、しかも、図示の構成ではホットフィルム式の空気質量測定要素２６である。

図３には、図２の部分拡大図が示してある。

ハウジング４の、バイパス通路２２と測定通路２０とを少なくとも部分的に互いに分離している第１の壁要素２８は、少なくとも部分的に減じられた壁高さＨ１を有しており、これによって、空気が第１の壁要素２８を越えて少なくとも部分的に流れることができる。この第１の壁要素２８は、測定通路２０の流出区分３０とバイパス通路２２との間に配置されている。流出区分３０は測定箇所２４よりも下流側に形成されている。

図３に示したように、空気質量流量Ｌの一部は壁２８を越えて流れ、バイパス通路２２から測定通路２０の流出区分３０内に達する。したがって、蓋１２と壁２８との間に貫通開口３２が存在しており、これによって、バイパス通路２２と測定通路２０の流出区分３０との間に流体接続が提供されている。

図４には、図２に示したエアマスセンサ２の横断面図が示してある。図５に示した拡大図から認められるように、蓋１２と第１の壁要素２８との間では、壁高さＨ２の領域にも空所３１または間隙３１が形成されていてよく、これによって、空気が第１の壁要素２８を壁高さＨ２の領域でも越えて流れることができる。本発明の代替的な構成によれば、蓋１２が、壁高さＨ２の領域で間隙なしに壁要素２８に接触していることが特定されていてよく、これによって、空気が壁要素２８を壁高さＨ１の領域でのみ越えて流れることができる。

図６には、エアマスセンサ２の横断面図が示してある。図示のように、ハウジング４の、バイパス通路２２と流路１４の入口１６とを少なくとも部分的に互いに分離している第２の壁要素３３も、少なくとも部分的に減じられた壁高さＨ３を有しており、これによって、空気が第２の壁要素３３を越えて少なくとも部分的に流れることができる。したがって、図５に示したように、蓋１２と第２の壁要素３３との間にも間隙３５が形成されており、これによって、空気が第２の壁要素３３を越えて流れることができる。

代替的または補足的には、第１の壁要素２８に貫通開口３４が加工されていてよく、これによって、空気が第１の壁要素２８を貫流することができる（図７）。このことは、第２の壁要素３３にも同様に当てはまる。

図８には、自動車１００が示してある。この自動車１００は、ターボ過給式の内燃機関１１０と、エアマスセンサ２とを備えている。このエアマスセンサ２は、内燃機関１１０の吸気管路１２０内に配置されていて、この吸気管路１２０の内部の空気質量流量を測定する。吸気管路１２０はインタークーラ１３０に接続されている。

自動車１００は、本発明の代替的な構成によれば、内燃機関１１０に対して補足的に、トラクションバッテリが割り当てられた少なくとも１つの電気モータを有するハイブリッド車両であってよい。

Claims (7)

1. 空気質量流量を特定するためのエアマスセンサであって、
   ハウジング（４）と、
   センサ電子装置（６）と、
   を備えており、
   前記センサ電子装置（６）は、少なくとも部分的に前記ハウジング（４）のハウジング室（８）内に配置されており、
   前記ハウジング（４）は、測定すべき空気質量流量（Ｌ）を前記ハウジング（４）を通して案内するための流路（１４）を有しており、
   前記流路（１４）は、測定通路（２０）とバイパス通路（２２）とを有し、
   前記測定通路（２０）は、前記流路（１４）内に流入した空気質量流量（Ｌ）の一部を前記センサ電子装置（６）の測定箇所（２４）に案内し、
   前記バイパス通路（２２）は、前記流路（１４）内に流入した前記空気質量流量（Ｌ）の一部を前記測定箇所（２４）への到達前に分岐させ、前記ハウジング（４）から導出する、
   エアマスセンサにおいて、
   前記バイパス通路（２２）と前記測定通路（２０）とを少なくとも部分的に互いに分離している第１の壁要素（２８）が、少なくとも部分的に減じられた壁高さ（Ｈ１）を有しており、これによって、空気が前記第１の壁要素（２８）を越えて少なくとも部分的に流れることができ、かつ／または貫通開口（３４）を有しており、これによって、空気が前記第１の壁要素（２８）を貫流することができ、
   かつ／または
   前記バイパス通路（２２）と前記流路（１４）の入口（１６）とを少なくとも部分的に互いに分離している第２の壁要素（３３）が、少なくとも部分的に減じられた壁高さ（Ｈ３）を有しており、これによって、空気が前記第２の壁要素（３３）を越えて少なくとも部分的に流れることができ、かつ／または貫通開口を有しており、これによって、空気が前記第２の壁要素（３３）を貫流することができる
   ことを特徴とする、エアマスセンサ。
2. 前記第１の壁要素（２８）は、前記測定通路（２０）の、前記測定箇所（２４）よりも下流側に形成された流出区分（３０）と、前記バイパス通路（２２）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１記載のエアマスセンサ。
3. 前記バイパス通路（２２）の流出区分の領域における前記壁要素（２８）の壁高さ（Ｈ２）が、空気が前記壁要素（２８）を越えて流れることができる領域における前記減じられた壁高さ（Ｈ１）よりも大きく、空気は前記壁要素（２８）を、特に前記壁高さ（Ｈ２）の領域でも越えて流れることができるかまたは前記減じられた壁高さ（Ｈ１）の領域を越えてしか流れることができないことを特徴とする、請求項２記載のエアマスセンサ。
4. 前記流路の入口は漏斗状に拡幅されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のエアマスセンサ。
5. 前記ハウジング（４）の蓋（１２）と、前記ハウジング（４）の前記第１の壁要素（２８）および／または前記第２の壁要素（３３）との間に間隙（３１，３２，３５）が形成されており、該間隙（３１，３２，３５）の領域において、空気が前記第１の壁要素（２８）および／または前記第２の壁要素（３３）を越えて流れることができることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のエアマスセンサ。
6. 請求項１から５までのいずれか１項記載のエアマスセンサ（２）を備えることを特徴とする、自動車。
7. 内燃機関（１１０）を備える、請求項６記載の自動車において、
   前記エアマスセンサ（２）は、前記内燃機関（１１０）の吸気管路（１２０）内に配置されていて、該吸気管路（１２０）の内部の空気質量流量（Ｌ）を測定することを特徴とする、請求項６記載の自動車。

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