JP5445535B2

JP5445535B2 - 空気流量測定装置

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Publication number: JP5445535B2
Application number: JP2011173923A
Authority: JP
Inventors: 泰河野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2031-08-09
Also published as: US20130036806A1; JP2013036892A; US8701475B2

Description

本発明は、空気の流量を測定する空気流量測定装置に関するものである。

従来から、空気との伝熱を利用して空気の流量を測定する熱式の空気流量測定装置が公知であり、内燃機関への吸気路に配置され、内燃機関に吸入される吸入空気の流量（以下、吸入空気を吸気と呼ぶことがあり、吸入空気の流量を吸気量と呼ぶことがある。）を測定するために利用されている。

すなわち、空気流量測定装置は、吸気路を流れる吸気の一部を取り込んで吸気量に応じた信号を発生するものであり、取り込んだ吸気を通すバイパス流路を形成する筐体と、バイパス流路に取り込んだ吸気との伝熱により吸気量に応じた信号を発生する流量センサとを備える。そして、空気流量測定装置は、吸気が通る吸気路に直接的に流量センサのセンシング部を配置するのではなく、バイパス流路にセンシング部を配置することで、吸気路における吸気の流れの乱れの影響を低減してばらつきの少ない測定値を出力する。

ところで、内燃機関の燃焼制御において、吸気の湿度は火炎の伝播時間に影響するので、例えば、ガソリンを燃料とする内燃機関の燃焼制御では、燃焼効率を最適化すべく吸気の湿度に応じて点火時期を遅らせたり、早めたりする。
そこで、内燃機関の燃焼制御に必要な吸気の湿度を測定するため、湿度センサを内蔵する空気流量測定装置が公知となっている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

まず、特許文献１の空気流量測定装置の筐体は、主空気通路（吸気路に相当するものである。）を迂回する副空気通路（バイパス流路に相当するものである。）を有し、さらに副空気通路を迂回する第二副空気通路を有する。そして、副空気通路に発熱抵抗体および空気温度検出部（これらは流量センサのセンシング部に相当する。）が配置され、第二副空気通路の内部に湿度検出部が搭載されている。

また、特許文献２の空気流量測定装置は、主空気通路（吸気路に相当するものである。）を迂回する小通路（バイパス流路に相当するものである。）を有し、小通路に発熱抵抗体および感温抵抗体（これらは流量センサのセンシング部に相当する。）が配置され、さらに、小通路において発熱抵抗体および感温抵抗体の下流側に湿度検出装置が配置されている。

また、特許文献３の空気流量測定装置は、吸気通路（吸気路に相当するものである。）を流れる空気の一部を導入する副通路（バイパス流路に相当するものである。）を有し、発熱抵抗体および温度補償抵抗体（これらは流量センサのセンシング部に相当する。）、ならびに湿度センサが形成された半導体基板が副通路に配置され、さらに、湿度センサは、半導体基板上で保護体に囲われ、保護体により囲われた領域には、通気孔によって副通路の空気が取り入れられる。

しかし、特許文献１〜３の空気流量測定装置によれば、湿度センサは、すべて、吸気路を迂回する副通路等に配置されている。このため、副通路等を構成する樹脂材料等との熱的な絶縁が不充分であり、樹脂材料等との熱交換により精度が低下すると考えられる。また、副通路等における空気の流れは、吸気路に比べて壁面抵抗の影響を受けやすく、流速が遅いので応答性も低いと考えられる。

特開２０１０−０４３８８３号公報特開平０７−２２９７７６号公報特開平１０−１９７３０５号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、空気流量測定装置による空気の湿度測定に関して精度および応答性を高めることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、空気流量測定装置は、内燃機関に吸入される吸入空気が流れる吸気路に配置され、吸気路を流れる吸入空気の流量を測定するものである。
また、空気流量測定装置は、吸入空気を通すバイパス流路を形成し、バイパス流路に吸入空気の一部を取り込んで通過させる筐体と、バイパス流路に配置されるセンシング部を有し、バイパス流路に取り込まれた吸入空気とセンシング部との伝熱により吸入空気の流量に応じた信号を発生する流量センサと、吸気路に露出するセンシング部を有し、筐体の外壁から吸気路に突出して吸気路を流れる吸入空気の湿度に応じた信号を発生する湿度センサとを備える。

これにより、湿度センサのセンシング部は、筐体外壁から流速が大きい吸気路に突出するので、吸気路等を構成する樹脂材料や筐体との熱的な絶縁性が向上するとともに、壁面抵抗の影響が小さくなる。また、筐体自身の存在により、筐体近傍の吸気路における流れは絞られて流速が大きくなるので、湿度センサに対する熱的絶縁性の向上および壁面抵抗の影響低下は、一層顕著になる。
以上により、空気流量測定装置による空気の湿度測定に関して精度および応答性を高めることができる。
また、請求項１の手段によれば、湿度センサは、筐体を樹脂成形する際に樹脂モールドされて筐体に一体化している。
これにより、空気流量測定装置に湿度センサを一体化することができるので、内燃機関への部品組付工数を低減することができる。また、空気流量測定装置に湿度センサを一体化することにより、流量センサと湿度センサとの間でコネクタにおける端子を共有化することができるとともに、ハーネスを削減することができる。
さらに、請求項１の手段によれば、空気流量測定装置は、筐体と一体に設けられるコネクタを備える。そして、流量センサの電源端子と湿度センサの電源端子とは筐体内で結線されてコネクタ内の１つの端子に導通しており、流量センサのグランド端子と湿度センサのグランド端子とは筐体内で結線されてコネクタ内の別の１つの端子に導通している。
この手段は、流量センサと湿度センサとの間でコネクタにおける端子を共有化する一態様を示すものである。これにより、ハーネスを削減することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、筐体は、吸気路において流速が小さい路壁近傍から流速が大きい中央に向かって突出するように、路壁に設けられた挿入口から挿入されて路壁に固定される。また、筐体の外壁には、筐体を挿入する際に湿度センサが挿入口の口縁に接触するのを回避して湿度センサを保護する保護部が隆起している。

これにより、湿度センサを傷つけることなく、吸気路を構成する部材に空気流量測定装置を組み付けることができる。また、保護部の存在により、湿度センサ近傍の吸気路における流れはさらに絞られて流速が大きくなるので、湿度センサに対する熱的絶縁性の向上および壁面抵抗の影響低下は、より一層顕著になる。このため、空気流量測定装置による空気の湿度測定に関して精度および応答性をさらに高めることができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、空気流量測定装置は、吸気路を流れる吸入空気の温度に応じた信号を発生する温度センサと、吸気路を流れる吸入空気の圧力に応じた信号を発生する圧力センサとを備える。そして、湿度センサ、温度センサ、および圧力センサは、筐体を樹脂成形する際に樹脂モールドされて筐体に一体化している。

これにより、空気流量測定装置に湿度センサのみならず、温度センサおよび圧力センサを一体化することができるので、内燃機関への部品組付工数をさらに低減することができる。また、空気流量測定装置に湿度センサ、温度センサおよび圧力センサを一体化することにより、湿度センサ、温度センサおよび圧力センサの間でコネクタにおける端子を共有化することができるとともに、ハーネスを削減することができる。

空気流量測定装置を管部材に装着した状態を示す斜視図である（実施例）。空気流量測定装置の斜視図である（実施例）。空気流量測定装置の内部を示す断面斜視図である（実施例）。空気流量測定装置の背面図である（実施例）。湿度センサの斜視図である（実施例）。（ａ）、（ｂ）は空気流量測定装置の背面図である（変形例）。

実施形態の空気流量測定装置は、内燃機関に吸入される吸入空気が流れる吸気路に配置され、吸気路を流れる吸入空気の流量を測定するものである。
また、空気流量測定装置は、吸入空気を通すバイパス流路を形成し、バイパス流路に吸入空気の一部を取り込んで通過させる筐体と、バイパス流路に配置されるセンシング部を有し、バイパス流路に取り込まれた吸入空気とセンシング部との伝熱により吸入空気の流量に応じた信号を発生する流量センサと、吸気路に露出するセンシング部を有し、筐体の外壁から吸気路に突出して吸気路を流れる吸入空気の湿度に応じた信号を発生する湿度センサとを備える。

また、筐体は、吸気路において流速が小さい路壁近傍から流速が大きい中央に向かって突出するように、路壁に設けられた挿入口から挿入されて路壁に固定される。また、筐体の外壁には、筐体を挿入する際に湿度センサが挿入口の口縁に接触するのを回避して湿度センサを保護する保護部が隆起している。

また、湿度センサは、筐体を樹脂成形する際に樹脂モールドされて筐体に一体化している。
さらに、空気流量測定装置は、筐体と一体に設けられるコネクタを備える。そして、流量センサの電源端子と湿度センサの電源端子とは筐体内で結線されてコネクタ内の１つの端子に導通しており、流量センサのグランド端子と湿度センサのグランド端子とは筐体内で結線されてコネクタ内の別の１つの端子に導通している。

〔実施例の構成〕
実施例の空気流量測定装置１の構成を、図１〜図４を用いて説明する。
空気流量測定装置１は、空気との伝熱を利用して空気流量を測定するものであり、例えば、内燃機関（図示せず。）への吸気路２の路壁３を構成する管部材４に装着されて吸気路２に配置され、内燃機関に吸入される吸気の流量（吸気量）を測定する。そして、空気流量測定装置１は、吸気を通すバイパス流路６を形成する筐体７と、バイパス流路６を通る吸気との伝熱により吸気量に応じた信号を発生する流量センサ８と、筐体７と一体に設けられるコネクタ９とを備える。

筐体７は、バイパス流路６を形成して吸気路２に突出するバイパス形成部１１、バイパス形成部１１の根元をなし、路壁３に嵌まる嵌合部１２、および、管部材４にネジ締結される取付け部１３を有する。

バイパス形成部１１は、吸気路２を流れる吸気の一部をバイパス流路６に取り込んで通過させるものであって筐体７の中核部分をなす。また、バイパス形成部１１は、吸気路２において流速が小さい路壁３の近傍から流速が大きい中央に向かって突出するように、路壁３に設けられた挿入口（図示せず。）から吸気路２に挿入される。なお、バイパス形成部１１が突出する方向は、吸気路２における吸気の流れに垂直である。

また、バイパス流路６は、吸気路２に対し吸気の流れの上流側に向かって開口する吸気の入口１５と、吸気路２に対し吸気の流れの下流側に向かって開口する吸気の出口１６と、入口１５から直線的に伸び、吸気路２における吸気の流れと同じ方向に向かって吸気を直進させる直進路１７と、直進路１７を直進してきた吸気を周回させて出口１６に向かわせる周回路１８とを有する。これにより、バイパス流路６の流路長は、バイパス流路６に取り込まれず吸気路２を直進した場合の流路長よりも長くなる。さらに、周回路１８は下流側で２つに分岐しており、出口１６は２つ設けられている。

また、直進路１７には、ダストを排出するためのダスト排出路１９が直線的に接続しており、ダスト排出路１９の下流端は、吸気路２に対し吸気の流れの下流側に向かって開口するダスト排出口２０をなす。

嵌合部１２は、円筒状に設けられ、外周面にはＯリング２２が嵌まる環状の溝が設けられている。そして、嵌合部１２は、路壁３の挿入口に嵌まることで、Ｏリング２２により吸気路２を外部に対して封鎖する。また、バイパス形成部１１は、嵌合部１２の軸方向両端面の内の一方の端面から垂直に伸びており、取付け部１３およびコネクタ９は、他方の端面に設けられている。なお、コネクタ９は、例えば、筐体７の樹脂成形と同時に筐体７と一体成形される。

流量センサ８は、バイパス流路６に配置されるセンシング部８ａと、センシング部８ａで発生した信号に所定の処理を施す処理部（図示せず。）とを有する。そして、センシング部８ａは、バイパス流路６を通過する吸気との伝熱により吸気量に応じた信号を発生する。また、センシング部８ａで発生した信号は、処理部にて所定の処理が施されて空気流量測定装置１の外部の電子制御ユニット（図示せず。）に出力され、例えば、燃料噴射制御等の各種の制御処理に利用される。

なお、センシング部８ａは、周回路１８の最も奥側であって直進路１７から最も遠い位置に突出している。また、周回路１８においてセンシング部８ａが配置される位置では、吸気の流れは、直進路１７における流れや吸気路２における流れとは逆向きである。

以上により、空気流量測定装置１は、吸気路２に直接的に流量センサ８のセンシング部８ａを配置するのではなく、バイパス流路６にセンシング部８ａを配置することで、吸気路２における吸気の流れの乱れの影響を直接的に受けることなく、ばらつきの少ない測定値を出力している。

〔実施例の特徴〕
実施例の空気流量測定装置１の特徴を、図２〜図５に基づき説明する。
空気流量測定装置１は、吸気路２を流れる吸気の湿度に応じた信号を発生する湿度センサ２４を備える。湿度センサ２４は、例えば、相対湿度の変化に伴う高分子膜の誘電率変化を利用するものであり、相対湿度に応じて誘電率が変化する高分子膜を具備するセンシング部２４ａ、電源端子２４ｂやグランド端子２４ｃ等の各種のターミナルを有する（図５参照。）。

また、湿度センサ２４は、筐体７を樹脂成形する際に樹脂モールドされて筐体７に一体化している。そして、湿度センサ２４は、吸気路２にセンシング部２４ａが露出するように、嵌合部１２から吸気路２の中央に向かって突出している。ここで、湿度センサ２４が嵌合部１２から突出する方向は、バイパス形成部１１が吸気路２に突出する方向と同じであり、バイパス形成部１１の外壁面に平行している（図４等参照。）。

また、筐体７の外壁には、筐体７を吸気路２に挿入する際に湿度センサ２４が挿入口の口縁に接触するのを回避して湿度センサ２４を保護する保護部２６が隆起している。ここで、保護部２６は、嵌合部１２から湿度センサ２４と同じ方向に伸びる縦部２７と、湿度センサ２４の先端側で縦部２７の先端とバイパス形成部１１の外壁とを架橋するとともに縦部２７に直交する横部２８とからなる（図２、図４等参照。）。

さらに、流量センサ８の電源端子８ｂと湿度センサ２４の電源端子２４ｂとは筐体７内で結線されてコネクタ９内の１つの端子（図示せず。）に導通している。同様に、流量センサ８のグランド端子８ｃと湿度センサ２４のグランド端子２４ｃとは筐体７内で結線されてコネクタ９内の別の１つの端子（図示せず。）に導通している。

〔実施例の効果〕
実施例の空気流量測定装置１は、吸気路２に露出するセンシング部２４ａを有し、筐体７の外壁から吸気路２に突出して吸気路２を流れる吸気の湿度に応じた信号を発生する湿度センサ２４を備える。
これにより、湿度センサ２４のセンシング部２４ａは、流速が大きい吸気路２の中央に突出するように配置されるので、路壁３や筐体７を構成する樹脂材料との熱的な絶縁性が向上するとともに、壁面抵抗の影響が小さくなる。

また、筐体７のバイパス形成部１１の存在により、バイパス形成部１１近傍の吸気路２における流れは絞られて流速が大きくなるので、湿度センサ２４に対する熱的絶縁性の向上および壁面抵抗の影響低下は、一層顕著になる。
以上により、空気流量測定装置１による吸気の湿度測定に関して精度および応答性を高めることができる。

また、筐体７には、バイパス形成部１１を吸気路２に挿入する際に湿度センサ２４が挿入口の口縁に接触するのを回避して湿度センサ２４を保護する保護部２６が設けられている。
これにより、湿度センサ２４を傷つけることなく、管部材４に空気流量測定装置１を組み付けることができる。また、保護部２６の存在により、湿度センサ２４近傍の吸気路２における流れはさらに絞られて流速が大きくなるので、湿度センサ２４に対する熱的絶縁性の向上および壁面抵抗の影響低下は、より一層顕著になる。このため、空気流量測定装置１による空気の湿度測定に関して精度および応答性をさらに高めることができる。

また、湿度センサ２４は、筐体７を樹脂成形する際に樹脂モールドされて筐体７に一体化している。
これにより、空気流量測定装置１に湿度センサ２４を一体化することができるので、内燃機関への部品組付工数を低減することができる。また、空気流量測定装置１に湿度センサ２４を一体化することにより、流量センサ８と湿度センサ２４との間でコネクタ９における端子を共有化することができるとともに、ハーネスを削減することができる。

〔変形例〕
空気流量測定装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の空気流量測定装置１によれば、保護部２６は、湿度センサ２４と同じ方向に伸びる縦部２７と、縦部２７に直交する横部２８とからなるものであったが、例えば、縦部２７のみで保護部２６を構成してもよく（図６（ａ）参照。）、横部２８のみで保護部２６を構成してもよい（図６（ｂ）参照。）。

また、湿度センサ２４とともに、吸気路２を流れる吸気の温度に応じた信号を発生する温度センサ、吸気路２を流れる吸気の圧力に応じた信号を発生する圧力センサを、空気流量測定装置１に装備し、筐体７を樹脂成形する際に、湿度センサ２４、温度センサ、および圧力センサを樹脂モールドして筐体７に一体化してもよい。

この場合、空気流量測定装置１に湿度センサ２４のみならず、温度センサおよび圧力センサを一体化することができるので、内燃機関への部品組付工数をさらに低減することができる。また、空気流量測定装置１に湿度センサ２４、温度センサおよび圧力センサを一体化することにより、湿度センサ２４、温度センサおよび圧力センサの間でコネクタ９における端子を共有化することができるとともに、ハーネスを削減することができる。

１空気流量測定装置
２吸気路
３路壁
６バイパス流路
７筐体
８流量センサ
８ａセンシング部
８ｂ電源端子
８ｃグランド端子
９コネクタ
２４湿度センサ
２４ａセンシング部
２４ｂ電源端子
２４ｃグランド端子
２６保護部

Claims

内燃機関に吸入される吸入空気が流れる吸気路に配置され、この吸気路を流れる吸入空気の流量を測定する空気流量測定装置において、
吸入空気を通すバイパス流路を形成し、このバイパス流路に吸入空気の一部を取り込んで通過させる筐体と、
前記バイパス流路に配置されるセンシング部を有し、前記バイパス流路に取り込まれた吸入空気と前記センシング部との伝熱により吸入空気の流量に応じた信号を発生する流量センサと、
前記吸気路に露出するセンシング部を有し、前記筐体の外壁から前記吸気路に突出して前記吸気路を流れる吸入空気の湿度に応じた信号を発生する湿度センサと、
前記筐体と一体に設けられるコネクタとを備え、
前記湿度センサは、前記筐体を樹脂成形する際に樹脂モールドされて前記筐体に一体化しており、
前記流量センサの電源端子と前記湿度センサの電源端子とは、前記筐体内で結線されて前記コネクタ内の１つの端子に導通しており、
前記流量センサのグランド端子と前記湿度センサのグランド端子とは、前記筐体内で結線されて前記コネクタ内の別の１つの端子に導通していることを特徴とする空気流量測定装置。
請求項１に記載の空気流量測定装置において、
前記筐体は、前記吸気路において流速が小さい路壁近傍から流速が大きい中央に向かって突出するように、前記路壁に設けられた挿入口から挿入されて前記路壁に固定され、
前記筐体の外壁には、前記筐体を挿入する際に前記湿度センサが前記挿入口の口縁に接触するのを回避して前記湿度センサを保護する保護部が隆起していることを特徴とする空気流量測定装置。
請求項１または請求項２に記載の空気流量測定装置において、
前記吸気路を流れる吸入空気の温度に応じた信号を発生する温度センサと、
前記吸気路を流れる吸入空気の圧力に応じた信号を発生する圧力センサとを備え、
前記湿度センサ、前記温度センサ、および前記圧力センサは、前記筐体を樹脂成形する際に樹脂モールドされて前記筐体に一体化していることを特徴とする空気流量測定装置。