JP6186244B2

JP6186244B2 - 温湿度センサ用ヒータの温度制御装置

Info

Publication number: JP6186244B2
Application number: JP2013224881A
Authority: JP
Inventors: 丈夫細川; 崇裕三木; 余語　孝之; 孝之余語; 浩昭星加
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: JP2015087196A

Description

本発明は湿度を計測する湿度検出装置に係り、特に、内燃機関の吸入空気の温湿度計測に好適な検出装置に関する。

従来、基板上に高分子からなるセンサ素子を形成し、この素子の静電容量値の変化から雰囲気の湿度を測定する高分子電気容量式の温湿度センサがある。この温湿度センサは低湿度まで検出することが可能であり、比較的精度もよく、低コストであるため、雰囲気湿度の検出センサとして、民生用から工業用の計測器まで広範囲において使用されている。

自動車分野では、例えば内燃機関用の吸入空気流量測定装置に、温湿度検出装置などを一体化してなる複数の物理量を計測可能なセンサとして、温湿度計測装置と圧力計測装置とを一体化したものが特許文献１に記載されている。さらに、湿度センサの水分除去を目的に加熱部を備える湿度センサが特許文献２に記載されている。

特開２０１０−４３８８３号公報特開２００８−３９５５０号公報

電子制御燃料噴射システムを用いた自動車が一般化しているが、この場合エンジンルーム内の内部には様々なセンサや制御機器が配置されている。

その中の一つに、湿度検出装置がある。湿度検出装置は最近になって燃料制御用途への利用実績が出てきたばかりであり、従来は主に車室内の空調管理などに用いられてきた。車室内に設けられる湿度検出装置は苛酷な環境を想定した耐久性などへの要求はなく、一方で、エンジンの燃料制御用として湿度検出装置を用いる場合、あるいは、前記の吸入空気流量測定装置やその他のセンサなどと一体化して使用する場合には、吸入空気流量測定装置と等価な耐環境性能が要求される。特に湿度検出装置に搭載される温湿度センサにとって好ましくない環境には検出素子部の汚損や結露などに端を発する湿度検出部への汚損物付着や水滴付着などがあり、これらを対策する技術が必要となる。

特許文献２に記載の技術では、エンジンのような内燃機関の苛酷条件下で使用する場合、感湿膜部分の水分除去は可能であっても、カーボン等の汚損物の付着に関しては考慮されていない。湿度検出装置の検出素子が汚損した場合には、湿度の変化に対する検出応答性に著しい遅れが生じ、湿度の計測精度の低下につながる。さらには、湿度検出装置が機能を失ってしまう恐れがある。

また、温湿度センサ自身が雰囲気温度になっているため、雰囲気温度が露点に達すると感湿部や基板等の温湿度センサ表面に結露水が付着して結露状態となる。温湿度センサが結露した場合には、最大湿度あるいは最小湿度を示す信号値を出力するが、検出素子部が乾燥するまでは正確な湿度を検出することができなくなり湿度検出装置としての機能を一時的に失う。

その結果、湿度検出装置が機能を失っている期間中、エンジン制御システムに対して悪影響を及ぼす可能性がある。特に車両吸気管内等の雰囲気が急激に変化する環境化では、高分子電気容量式の温湿度センサを用いると、この問題は顕著である。

また、特許文献２に記載のように、水分除去を行う際にそのまま湿度センサを電子回路基板に実装すると、加熱する熱が電子回路基板側へ熱逃げを起こし湿度センサの消費電力量を増大させる。そのため、消費電力を低減する面で改善の余地がある。

本発明の目的は、計測精度を向上した湿度検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

その一例を挙げるならば、ハウジング部材と、前記ハウジング部材に収納され発熱抵抗体と温湿度センサと回路構成部品とを備えた電子回路基板と、を有する湿度検出装置であって、前記電子回路基板は、前記回路構成部品が実装されるが設けられる第一の基板端部と、前記発熱抵抗体と前記温湿度センサ第二の基板端部と、を備え、前記第二の基板端部は、前記第一の基板端部部分より表面積が小さく、前記発熱抵抗体は、前記温湿度センサを備えた前記第二の基板端部部分を加熱し、前記温湿度センサが検出した温度に基づいて加熱制御を行う。

本発明によれば、計測精度を向上した湿度検出装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施例による温湿度センサ用ヒータの温度制御装置の傾斜図である。本発明の一実施例による温湿度センサ用ヒータの温度制御装置の構成図である。本発明の一実施例による回路部とセンサ加熱部を説明するための基板拡大平面図本発明の一実施例によるヒータの温度制御手段を示すブロック図

以下、本発明の実施の形態について図１〜４に基づいて説明する。

図１および図２に示すように、ハウジング３とカバー２の２部品で構成される吸気管または専用ボディに露出される湿度検出装置において、湿度検出装置は電子回路基板１５を配置するため、吸気管内を流れる空気の一部を取込む第一副通路２１と、第一副通路２１から第二副通路２２への流入通路（上流）２０Ａと第二副通路２２から第一副通路２１への流入通路（下流）とを備える。

ハウジング３は、エンジン制御装置のハーネスと勘合するためのコネクタ１と、吸気管または専用ボディに固定されるハウジング支持部４と、吸気管または専用ボディとハウジング支持部４が金属ねじなどで固定される際の補強用としての金属ブッシュ５と、吸気管を流れる空気の一部を取込む第一副通路２１と、第二副通路２２を形成するための内壁形状とを備える。一般的に、ハウジング３を形成する材料としては安価な樹脂材が使用される。ここで、第二副通路２２は、第一副通路２１を流れる空気の一部を取込み迂回させる役割をもつ。

次に、汚損や結露、更には汚損と結露の複合発生に起因する計測精度の悪化を、低消費電力で行える湿度検出装置の温湿度センサ用ヒータの温度制御装置の例を説明する。図１、図２の温湿度測定装置のうち既に説明した図１、２に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

図３は、本実施例の回路部とセンサ加熱部を説明するための基板拡大平面図である。

図３に示すように、同一電子回路基板１５上に、第一基板端部分３０と第二基板端部部分３１とを熱分離部３３で分離し発熱抵抗体１３で発生した熱が基板を媒体として主に温湿度センサ１４に熱伝達される構造である。ここで、第一基板端部分３０には回路構成部品、例えばマイクロプロセッサ１２が実装される。また、第二基板端部分３１には温湿度センサ１４が設けられており、温湿度センサ１４の上流側に発熱抵抗体１３が設けられている。第二基板端部分３１は第一基板端部分よりも表面積が小さい構造となっている。

吸入空気に暴露されるのは第二基板端部部分３１であり第一副通路２１から第二副通路２２の流入通路（上流）２０Ａに流れ込む吸入空気により上流側に実装されている発熱抵抗体１３から放熱された熱が発熱抵抗体１３より下流側に実装されている温湿度センサ１４へ対流熱伝達によっても熱を伝える構造になっている。

図４は、本実施例のヒータの温度制御手段を示すブロック図を示す。

温湿度センサ１４は湿度検出以外に湿度検出部部分の温度を検出しており、その温度情報を信号線（温湿度センサ制御用）３２Ａを用いてマイクロプロセッサ１２に伝える、マイクロプロセッサ１２は、この温度情報を元に信号線（ヒータ制御用）３２Ｂを用いてヒータを制御する。上記２つの構造を兼ね備え、温湿度センサの温度を用いてヒータを制御することにより従来の同一環境で使用される湿度センサよりも汚損、結露、更には汚損と結露の複合発生に起因する計測精度の悪化を、低消費電力で行える。

以上より、車両等の雰囲気が急激に変化する環境化においても、温湿度センサの汚損や結露からの応答遅れが短縮され、これらの情報を使用した内燃機関制御の応答性が改善する。これによりガソリンエンジンシステム、更にはこれまで難しかったディーゼルエンジンシステム等の苛酷な環境下でも性能を保証できる信頼性の高い吸入空気温度及び湿度の計測が可能になり、自動車市場全体において燃費低減や排出ガスの低減に貢献できる。

また、汚損、結露、更には汚損と結露の複合発生に起因する計測精度の悪化を低消費電力で達成でき、温湿度センサの汚損や結露からの応答遅れを短縮させることができるので、これらの情報を使用した内燃機関制御の応答性の向上と温湿度センサの低消費電力化を図るのに最適な温湿度センサ用ヒータの温度制御装置を提供することが可能となる。

１・・・コネクタ
２・・・カバー
３・・・ハウジング
４・・・ハウジング支持部
５・・・金属ブッシュ
６Ａ・・・吸入空気入口
６Ｂ・・・吸入空気出口
１０・・・金属ワイヤ
１１・・・金属パッド
１２・・・マイクロプロセッサ
１３・・・発熱抵抗体
１４・・・温湿度センサ
１５・・・電子回路基板
２０Ａ・・・第一副通路から第二副通路への流入通路（上流）
２０Ｂ・・・第二副通路から第一副通路への流入通路（下流）
２１・・・第一副通路
２２・・・第二副通路
３０・・・第一基板端部部分
３１・・・第二基板端部部分
３２Ａ・・・信号線（温湿度センサ制御用）
３２Ｂ・・・信号線（ヒータ制御用）
３３・・・熱分離部

Claims

ハウジング部材と、前記ハウジング部材に収納され発熱抵抗体と温湿度センサと回路構成部品とを備えた電子回路基板と、を有する湿度検出装置であって、
前記電子回路基板は、前記回路構成部品が設けられる第一の基板端部部分と、前記発熱抵抗体と前記温湿度センサが設けられる第二の基板端部部分と、を備え、
前記第二の基板端部部分は、前記第一の基板端部部分より表面積が小さく、
前記発熱抵抗体は、前記温湿度センサを備えた前記第二の基板端部部分を加熱し、前記温湿度センサが検出した温度に基づいて加熱制御を行い、
前記電子回路基板は、前記第一基板端部部分と前記第二基板端部部分とを熱的に分離する熱分離部を有することを特徴とする湿度検出装置。
請求項１に記載した湿度検出装置において、
前記第二の基板端部部分は吸入空気に暴露される位置に配置されることを特徴とする湿度検出装置。
請求項２に記載した湿度検出装置において、
吸入空気の一部を取り込む第一副通路と、
前記第一副通路から分岐され前記温湿度センサが配置される第二副通路を有することを特徴とする湿度検出装置。
請求項３の湿度検出装置において、
前記発熱抵抗体は、前記温湿度センサに対して空気流れの上流側に少なくとも一つ実装したことを特徴とする湿度検出装置。
請求項４に記載した湿度検出装置において、
前記発熱抵抗体は、チップ抵抗からなることを特徴とする湿度検出装置。