JP6334818B2 - 測定チャネルを貫流する流動媒体の少なくとも１つのパラメータを決定するためのセンサ構成 - Google Patents

Description

従来技術では、流動媒体、即ち液体及び／又は気体の流体特性を決定するための数多くの方法及び装置が知られている。ここで、流体特性とは、基本的に任意の物理的及び／又は化学的に測定可能な特性値であって、流動媒体の流れを評価し又は数値化する上記特性のことである。この特性値は特に、流速及び／又は質量流量及び／又は体積流量でありうる。

本発明は、以下では特に、例えばコンラート・ライフ（Ｋｏｎｒａｄ Ｒｅｉｆ）編による「自動車内のセンサ」（Ｓｅｎｓｏｒｅｎ ｉｍ Ｋｒａｆｔｆａｈｒｚｅｕｇ）（２０１０年、第１版、１４６〜１４８ページ）で説明されているような、所謂ホットフィルムエアマスメータ（Ｈｅｉｓｓｆｉｌｍｌｕｆｔｍａｓｓｅｎｍｅｓｓｅｒ）に関して記載される。このようなホットフィルムエアマスメータは通常、流れている流動媒体が流過可能な測定表面又はセンサ領域としてセンサ膜を有するセンサチップ、特にシリコンセンサチップに基づいている。センサチップは通常、例えばセンサチップの測定表面に配置可能な少なくとも２つの温度センサ及び少なくとも１つの加熱要素を含む。流動媒体の流れに影響を受ける温度プロフィールであって、温度センサにより検知可能な上記温度プロフィールの非対称性から、流動媒体の質量流量及び／又は体積流量を推測することが可能である。ホットフィルムエアマスメータは、通常、固定的に又は交換可能に流体管路に導入されうる差込みフィーラとして構成される。上記流体管路は、例えば、内燃機関の吸気管路でありうる。

ここでは、媒体の一部の流れが、ホットフィルムエアマスメータの内部に設けられた少なくとも１つの主チャネルを通って流れる。主チャネルの入口と出口との間には、バイパスチャネルが形成される。特にバイパスチャネルは、主チャネルの入口を通って進入した媒体の一部の流れの方向を変向させるための湾曲した区間を有するように形成され、この湾曲した区間は、さらに進むと、センサチップが配置された区間へと移行する。後者の区間は、本来の測定チャネルであり、この中にセンサチップが配置されている。その際にバイパスチャネルの内部には、流れを案内し、媒体の一部の流れが測定チャネルのチャネル壁から剥離することに抗して作用する手段が設けられる。さらに、主流れ方向の方を向いた開口の領域にある主チャネルの入口領域には、傾斜が付けられた又は湾曲した面が設けられ、この面は、入口領域に流れ込んだ媒体がセンサチップへと導く主チャネルの構成要素によって方向を逸らされるように、構成されている。このことによって、媒体に含まれる液体粒子又は固体粒子は、その慣性によりセンサチップに到達できず、センサチップを汚しえない。

このようなホットフィルムエアマスメータは、現場では、複数の要件及び境界条件を満たす必要がある。適切な流体動力学的な構成によりホットフィルムエアマスメータ全体の圧力低下を低減するという目標と並んで、主要な課題のうちの１つは、信号品質と、油滴及び水滴、並びに、煤、塵粒、及びそれ以外の固体粒子による汚染に対するこのような装置の堅牢性と、をさらに改善することである。上記の信号品質は、例えば、センサチップへと案内する測定チャネルを通る媒体の質量流量、並びに、場合によっては、信号のドリフト（Ｓｉｇｎａｌｄｒｉｆｔ）の低減、及び、信号対雑音比の改善に関連している。その際に、信号のドリフトは、実際に発生する質量流量と、製造時に校正の枠組みにおいて定められた、出力すべき信号と、の間の特性曲線関係の変化という意味における、例えば媒体の質量流量のずれに関する。信号対雑音比を定める際には、時系列において早期に出力された信号が観察されるが、これに対して、特性曲線又は信号のドリフトは、平均値の変化に関連している。

上記の形態による一般的なホットフィルムエアマスメータでは通常、センサチップが取り付けられ又は導入されているセンサ支持体が、測定チャネルへと突入している。例えば、センサチップは、センサ支持体に貼り付けられ又は貼設されうる。センサ支持体は、例えば、電子部品、回路基板の形態による制御及び評価回路も貼設可能な金属製の底板と共に、１つのユニットを形成することが可能である。例えば、センサ支持体は、電子モジュールの射出成形されたプラスチック部品として構成されうる。センサチップ、並びに、制御及び評価回路は、例えばボンディング結合によって互いに結合されうる。このようにして作成された電子モジュールは、例えば、センサハウジングに張り付けられ、差込みフィーラ全体がカバーで閉鎖される。

上記センサ構成によりもたらされる改善策にも関わらず、依然として、信号検出精度に関しては改善の余地がある。

ホットフィルムエアマスメータが可能な限り干渉の少ないエアマス信号を伝達できるためには、差込みフィーラへと流れ、さらに当該差込みフィーラ内の測定チャネルを通って、特にセンサチップの測定表面を流過する可能な限り均一な流入量が重要である。センサ支持体の端面と、測定チャネルの壁と、の間には間隙が存在し、この間隙の幅は、製造技術的に変動する。センサ支持体の領域において、測定チャネルを流れる流動媒体は、３つの部分質量流に分かれる。第１の部分質量流は、センサ支持体及びセンサチップの上方を流れ、第２の部分質量流は、センサ支持体の下方を流れ、第３の部分質量流は、上記間隙を通って流れる。センサ支持体の周囲を流れた後に、流速及び圧力が変動する不安定な後流が形成される。このことによって、上流側でも、特にセンサチップの領域においても流量の変動が生じ、これにより、センサ支持体の寸法及び流速にとって典型的な変動形態により、測定信号が変動する。この影響は、測定チャネルの壁が非対称的に形成された際にも発生する。従来のセンサ支持体は対称的に形成されており、この不都合な状況を助長させる。

従って、測定チャネルを貫流する流動媒体の少なくとも１つのパラメータを決定するためのセンサ構成であって、公知の方法及びストラテジの欠点が少なくとも大幅に回避され、特に、特性曲線の再生可能性及び調整可能性が改善され、信号雑音が低減され、流れの感度（Ａｎｓｔｒｏｅｍｅｍｐｆｉｎｄｌｉｃｈｋｅｉｔ）が下がった上記センサ構成が提案される。

測定チャネルを貫流する流動媒体の少なくとも１つのパラメータ、特に、内燃機関の吸気質量流量を決定するためのセンサ構成は、センサハウジング、即ち特に、流体管路に導入され又は導入可能であり測定チャネルがその内部に形成された差込みフィーラと、流動媒体のパラメータを決定するための、測定チャネル内に配置された少なくとも１つのセンサチップと、を有する。センサチップは、測定チャネルに突入しているセンサ支持体に取り付けられている。センサ支持体は、翼弦を有するように構成される。翼弦は、長さが４．５ｍｍ〜６．５ｍｍである。

センサ支持体は、測定チャネル内の流動媒体の主流れ方向に対して、センサチップの上流側に流入区間を有し、センサチップの下流側に流出区間を有しうる。流出区間は、少なくとも部分的に丸みを付けて、又は少なくとも部分的に楔状に形成されうる。センサ支持体は、流出区間において、翼弦に対して非対称な横断面を有するよう構成されうる。センサ支持体は、上側と、当該上側に対向する下側と、を有しうる。センサチップは、上側に配置されうる。上側と翼弦との間隔は、下側と翼弦との間隔よりも大きくありうる。センサ支持体は、少なくとも１つのセグメント部を有しうる。センサ支持体は、少なくとも１つの突出部を有しうる。突出部は、例えば段形状に形成されうる。センサ支持体は、上流側の末端には前縁を有し、下流側の末端には後縁を有しうる。前縁及び／又は後縁は、少なくとも１つの切欠きを有しうる。切欠きは、三角形状、半円状、矩形状、及び／又は、正弦波形状に形成されうる。センサ支持体は、伸張方向に測定チャネル内へと伸長しうる。伸張方向は、測定チャネル内の流動媒体の主流れ方向に対してほぼ直交しうる。センサ支持体は、伸張方向に先細りしうる。センサ支持体は、伸張方向に対称的又は非対称的に先細りしうる。

主流れ方向とは、本発明の枠組みにおいて、センサ又はセンサ構成がある場所での流動媒体の局所的な流れ方向として理解され、その際に例えば、乱流のような不規則性は考慮しないでよい。特に、主流れ方向とは、流れている流動媒体の、局所的な平均的な搬送方向として理解されうる。従って、主流れ方向は、一方では、センサ構成自体がある場所での流れ方向に関し、又は、センサハウジングの内部のチャネル内での、例えば、センサ支持体又はセンサチップがある場所での流れ方向にも関し、その際に、上記の２つの主流れ方向は異なっていてもよい。従って、本発明の枠組みにおいて、どの場所での主流れ方向に関するのかが常に示される。詳細に明記されない限り、主流れ方向は、センサ構成がある場所に関する。

下流側の構成とは、本発明の枠組みにおいて、流動媒体が主流れ方向に流れて、基準点より時間的に後に到達する箇所での或る構成要素の構成として理解される。

同様に、本発明の枠組みにおいて、構成要素の上流側の構成とは、主流れ方向に流れた流動媒体が、基準点より時間的に早く到達する箇所での或る構成要素の構成として理解される。

本発明の枠組みにおいて、センサ支持体は、全体が又は部分的に回路支持体として、特に回路基板として構成され、又は、回路支持体の一部、特に回路基板の一部として構成されうる。例えば、回路支持体、特に回路基板は、延長部を有し、この延長部は、センサ支持体を形成し、チャネルに、例えばホットフィルムエアマスメータの測定チャネルに突入している。回路支持体、特に回路基板の残りの部分は、例えば、センサ構成又は当該センサ構成の差込みフィーラのハウジング内の、例えば電子回路室内に収容されうる。

その際に回路基板とは、本発明の枠組みにおいて一般的に、例えば導電経路、接続端子等の電子的構造の支持体としても利用可能であり好適に１つ以上のこのような電子的構造を有するほぼプレート形状の要素として理解される。その際に基本的には、少なくともプレート形状からの僅かなずれも考慮され、概念的には一緒に捉えられる。回路基板は、例えば、プラスチック材料、及び／又は、セラミック材料で製造され、例えば、エポキシ樹脂、特に繊維強化エポキシ樹脂で製造されうる。特に、回路基板は例えば、導電経路が設けられた、導電経路がプリントされた回路基板（プリント基板、ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）として構成されうる。

このようにして、センサ構成の電子モジュールが極めて簡素化され、例えば、底板又は別体のセンサ支持体を用いなくてもよい。底板及びセンサ支持体は、１つの回路基板によって置換可能であり、この１つの回路基板に、例えばセンサ構成の制御及び評価回路も、全体が又は部分的に配置されうる。センサ構成の上記制御及び評価回路は、少なくとも１つのセンサチップを制御するため、及び／又は、センサチップが生成した信号を評価するために用いられる。このようにして、上記の構成要素を１つに纏めることにより、センサ構成の製造コストが著しく削減され、電子モジュールのために必要な設置空間が著しく縮小される。

センサ構成は、特に、少なくとも１つのハウジングを有し、このハウジング内にチャネルが形成される。例えば、チャネルは、主チャネルと、バイパスチャネル又は測定チャネルと、を含み、センサ支持体及びセンサチップは、例えば、パイパスチャネル又は測定チャネル内に配置されうる。さらに、ハウジングは、バイパスチャネルから分離された電子回路室を有し、その際に、電子モジュール又は回路基板は、ほぼ電子回路室内に収容されうる。その場合には、センサ支持体は、上記チャネルへと突入している、回路基板の延長部として構成されうる。この構成は、従来技術で公知のコストが掛かる電子モジュールに対して、技術的に比較的簡単に実現される。

特に、センサ支持体として回路基板が利用される場合、さらに、それ以外の場合、及び／又は、他の媒体がセンサ支持体として利用される際にも、センサ支持体は、少なくとも部分的に、積層センサ支持体として形成されうる。このように、センサ支持体は、所謂積層化（Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ）技術により形成され、互いに結合された２つ以上の支持層を有する。例えば、この支持層自体は、金属、プラスチック、又はセラミック材料、又は複合材料で製造され、結合技術によって、特に接着によって、互いに結合される。」

センサ構成の複数のセンサ層で積層化技術が利用されるこのような場合には、前縁が、支持層の様々な寸法によって、流動媒体の主流れ方向の方に向かって少なくとも部分的に段形状に実現されうる。このようにして、プロフィール（Ｐｒｏｆｉｌ）が、少なくとも段形状に近似的に実現される。例えば、このようにして、矩形状に形成された断面、又は、段形状によって近付けられて、少なくとも近似的に円形に、丸みを付けて、又は、楔形状の形成された断面が、センサ支持体の伸長面に対して垂直な切断面に形成される。センサチップは、当該センサチップが局所的な主流れ方向に対して垂直に方向付けられるように、センサ支持体に載置され又はセンサ支持体に配置されうる。例えば、センサチップは矩形状に構成され、その際に、この矩形の一辺が、局所的な主流れ方向に対して直交して、又は、局所的な主流れ方向に対してほぼ直交して、例えば、直角から１０°以下の角度の分だけずれた方向付けにより、配置される。

センサチップは、少なくとも１つの電気接続線を介して電気的に接触させられる。例えば、センサ支持体は、特に、センサ支持体を形成する回路基板又は当該回路基板の延長部は、例えばポンディング法によりセンサチップ上の対応する接点と結合された１つ以上の導体経路及び／又は接触経路を有する。この場合には、電気接続線は、少なくとも１つの被覆部によって防護され、流動媒体から隔離されうる。この被覆部は、特に、所謂グロブトップ（Ｇｌｏｂ−Ｔｏｐ）として構成され、例えば、電気接続線、即ち例えばボンディングワイヤを覆う樹脂滴及び／又は粒状接着剤（Ｋｌｅｂｓｔｏｆｆｔｒｏｐｆｅｎ）として構成されうる。このようにして、特に流体による影響も、上記電気接続線によって回避される。なぜならば、グロブトップは、平坦な表面を有するからである。

さらに、センサチップは、少なくとも１つのセンサ領域を有しうる。このセンサ領域は、例えば、例えば、多孔質セラミック材料から成るセンサ表面であってもよく、及び／又は、特にセンサ膜であってもよい。測定表面又はセンサ領域としてのセンサ膜は、流れている流動媒体により流過可能である。センサチップは、例えば、センサチップの測定表面に例えば配置された少なくとも２つの温度センサ及び少なくとも１つの加熱要素を含み、その際に、１の温度センサは、加熱要素の上流側に配置され、他の温度センサは、加熱要素の下流側に位置付けられる。これら温度センサにより検知された、流動媒体の流れに影響を受ける温度プロフィールの非対称性から、流動媒体の質量流量及び／又は体積流量が推測されうる。

センサ支持体の流入区間とは、本発明の枠組みにおいて、センサチップの上流側に存在するセンサ支持体の区間として理解される。

同様に、センサ支持体の流出区間とは、本発明の枠組みにおいて、センサチップの下流流側に存在するセンサ支持体の区間として理解される。

翼弦とは、本発明の枠組みにおいては、センサ支持体のその前縁と後縁との間の仮想的な接続線として理解される。その際に、前縁は、センサ支持体の、上流側に存在する端部であって、流れて来る空気の方を向いた端部である。対応して、後縁は、流れてくる空気とは反対を向いた端部である。

セグメント部とは、本発明の枠組みにおいて、非連続的に構成された１つの構成要素として理解される。従って、この構成要素は、セグメント部で構成される。

本発明の基本的な考えは、ストークス（Ｓｔｏｋｅｓ）の第２問題に対応した、センサ支持体の長さ（Ｌａｕｆｌａｅｎｇｅ）が短縮された構成、及び、脈動エラーが低減された状態で、逆流時に、空気力学的により好都合にセンサ支持体へと流体が流れる構成である。従って、センサ支持体の後縁の領域における、例えば、丸みが付けられ、部分領域に丸みが付けられ、又は区間単位で楔形状に構成されたセンサ支持体の横断面が、前方への流入時の幾何学形状的に（ｇｅｏｍｅｔｒｉｓｃｈ）定められた剥離のために、及び、空気力学的により好都合に流体が流れ、これに関連して逆流時に剥離することなくセンサチップを流過するために役立つ。センサ支持体の後縁の領域における、センサ支持体の非対称的な実現によって、バイパスチャネル内での片側又は両側での、変動する後流の低減及び変動する剥離領域の縮小と、効果的なプロフィールの反り（Ｐｒｏｆｉｌｗｏｅｌｂｕｎｇ）による許容可能な迎え角の角度範囲の増大と、特性曲線の再生可能性の向上及び信号雑音の低減と、がもたらされる。センサ支持体の細分化によって、流体によるセンサ支持体の流過が構造化される。センサチップの側では、ベース横断面に対して高められた表面に、例えばスポイラ（Ｓｐｏｉｌｅｒ）の形状による、跳ね上がった（ｚｕｒｕｅｃｋｓｐｒｉｎｇｅｎｄ）段部を追加的に形成することが、センサチップの側での形状的に定められた、安定した剥離のために役立つ。センサ支持体の前縁及び／又は後縁の三角形状、半円形状、矩形状及び／又は正弦波形状の切欠きによって、前方及び後方への流れにおいて、流れの構築がもたらされる。

本発明の更なる別の任意のユニット及び特徴は、図面に概略的に示される好適な実施例についての以下の明細書の記載から明らかとなろう。
センサ構成の斜視図を示す。 センサ構成の電子モジュールの拡大図を示す。 測定チャネル及びセンサ支持体を含む測定チャネルカバーの上面図を示す。 測定チャネルカバーの横断面図を示す。 測定チャネルカバーの斜めから見た横断面図を示す。 測定チャネルカバー内でのセンサ支持体の構成、及び、測定チャネルの図を示す。 図６の線Ａ−Ａに沿った横断面図を示す。 図７の構成による流れの状況の図を示す。 本発明の第１の実施形態に係る測定チャネルカバーの上面図を示す。 第１の実施形態に係る測定チャネルカバーの横断面図を示す。 本発明の第２の実施形態に係る測定チャネルカバーの横断面図を示す。 第２の実施形態に係るセンサ支持体の斜視図を示す。 本発明の第３の実施形態に係る測定チャネルカバーの底面図を示す。 図１３の線Ａ−Ａに沿ったセンサ支持体の横断面図を示す。 図１３の線Ｂ−Ｂに沿ったセンサ支持体の横断面図を示す。 第４の実施形態に係る図１３の線Ａ−Ａに沿ったセンサ支持体の横断面図を示す。 第４の実施形態に係る図１３の線Ｂ−Ｂに沿ったセンサ支持体の横断面図を示す。 第５の実施形態に係るセンサ支持体の横断面図を示す。 第５の実施形態に係るセンサ支持体の拡大された横断面図を示す。 第６の実施形態に係るセンサ支持体の上面図を示す。 第７の実施形態に係るセンサ支持体の側面図を示す。 第８の実施形態に係るセンサ支持体の上面図を示す。 第９の実施形態に係るセンサ支持体の上面図を示す。 第１０の実施形態に係るセンサ支持体の上面図を示す。 第１１の実施形態に係るセンサ支持体の底面図を示す。 第１２の実施形態に係るセンサ支持体の底面図を示す。 第１３の実施形態に係るセンサ支持体４０の底面図を示す

図１は、流動媒体のパラメータを決定するためのセンサ構成１０の斜視図を示している。センサ構成１０は、ホットフィルムエアマスメータとして構成され、差込みフィーラとして構成されたセンサハウジング１２を備える。センサハウジング１２は、例えば流体管路、特に内燃機関の吸気管路に差し込むことが可能である。センサハウジング１２は、ハウジング本体１４と、測定チャネルカバー１６と、電子回路室１８と、電子回路室１８を閉鎖するための電子回路室カバー２０と、を有する。測定チャネルカバー１６には、チャネル構造２２が形成されている。チャネル構造２２は、図１のセンサハウジング１２に関して下側２６で（図示されない）主流体出口に連通する主チャネル２４と、主チャネル２４から分岐したバイパスチャネル又は測定チャネル２８と、を有する。バイパスチャネル又は測定チャネル２８は、センサハウジング１２の端面３０に配置されたバイパスチャネル又は測定チャネル出口３２に繋がっている。チャネル構造２２によって、実装された状態においてセンサハウジング１２がある場所での流動媒体の主流れ方向３６の方を向いた入口開口部３４を介して、流動媒体の典型的流量が流れられる。

図２は、センサ構成１０の電子モジュール３８の拡大図を示す。電子モジュール３８が実装された状態において、センサ支持体４０は、測定チャネル２８に突入している。このセンサ支持体４０には、センサチップ４２が、当該センサチップ４２のセンサ領域として形成されたマイクロメカニカルなセンサ膜４４を流動媒体が流過出来るように埋め込まれている。センサ支持体４０は、センサチップ４２と共に電子モジュール３８の構成要素である。電子モジュール３８はさらに、折り曲げられた底板４６と、その上に取り付けられた、即ち例えば貼り付けられた回路基板４８であって、制御及び評価回路５０を備えた上記回路基板４８と、を有する。センサチップ４２は、ここではワイヤボンディングとして構成された電気接続線５２を介して、制御及び評価回路５０と電気的に接続されている。このようにして作成された電気モジュール３８は、センサハウジング１２のハウジング本体１４の内部の電子回路室１８に導入され、例えば張り付けられる。その際に、センサ支持体４０は、チャネル構造２２へと突入している。続いて、電子回路室１８は、電子回路室カバー２０により閉鎖される。

図３は、測定チャネルカバー１６に設けられたチャネル構造２２の上面図を示している。測定チャネルカバー１６には、遠心力変向部５４が配置されている。測定チャネルカバー１６はさらに、測定チャネル２８に測定チャネル傾斜部５６が形成されるように構成されている。さらに、図３では、センサ支持体４０の構成が見える。センサ支持体４０は、実装された状態において、測定チャネル２８へと突入している。図３を見ると、センサ支持体４０の、その裏側又は下側５８が見える。この裏側又は下側５８は、センサ支持体４０の、センサ膜４４に対向する側である。センサ支持体４０はさらに、測定チャネル２８内での流動媒体の主流れ方向６０の方を向いた、丸く面取りして形成されうる前方端部又は前縁６２と、当該前縁６２に下流側で対向する後縁６４と、を有する。測定チャネル傾斜部５６は、遠心力変向部５４と、センサ支持体４０の後縁６４と、の間の領域に延在している。測定チャネル傾斜部５６は、任意に、センサ支持体４０の後縁６４の下流側の領域まで延びていてもよい。測定チャネル２８は、少なくともセンサチップ４２の領域においては、ハウジング本体１４と、測定チャネルカバー１６と、電子回路室寄りの壁部分６６と、電子回路室とは反対の壁部分６８と、によって画定される。

図４は、測定チャネルカバー１６の横断面図を示しており、その際に、切断面は、センサ支持体４０も通っている。図４から、測定チャネル傾斜部５６によって、移動距離（Ｌａｕｆｌａｅｎｇｅ）が増すにつれて測定チャネル２８内での流量断面は小さくなり、このことがセンサ支持体４０により条件付けられた横断面の縮小と相まって、流れを加速させ、流れる流動媒体の変動割合を低減させる。センサ支持体４０の後縁６４の領域における、測定チャネル傾斜部５６の平坦化、又はセンサ支持体４０に対してほぼ平行な構成が良く分かる。

図５は、センサ支持体４０の領域における測定チャネルカバー１６の、斜めから見た横断面図を示している。ここでは、センサ支持体４０の、センサ膜４４を有するセンサチップ４２が埋め込まれている側と、測定チャネル傾斜部５６と、の間の間隙７０が見える。この間隙７０を通って、測定チャネル２８の中を流れる流動媒体の流れの一部が流れる。さらに図５から、流れている流動媒体の案内及びコンディショニングが、測定チャネル傾斜部５６及びセンサ支持体４０から著しい影響を受けることが分かる。

図６は、センサチャネルカバー１６の内部、厳密に言えば、測定チャネル２８の内部のセンサ支持体４０の構成を示している。特に、図６は、センサ支持体４０の領域における測定チャネル２８の内部の、修正されていない形状的関係を示している。この図では、センサチップ４２は、センサ支持体４０の裏側に存在する。空気は、通常駆動において、即ち、空気フィルタからエンジンへと前に流れる際には、センサ支持体４０の端面７２と、測定チャネル２８の対向するチャネル壁と、の間の間隙７１における、センサチップ４２寄りの側又はセンサチップ４２とは反対の側のセンサ支持体４０を流過する。センサ支持体４０の後に、測定チャネル２８の湾曲部が続いている。センサ支持体４０の端面７２と、測定チャネル２８の壁と、の間には間隙７１が存在し、この間隙７１の幅は、製造技術的に変動する。測定チャネル２８内の質量流は、対応して、センサ支持体４０の上側の部分質量流、センサ支持体４０の下側の部分質量流、間隙７１を通る部分質量流に分かれる。

図７は、図６の線Ａ−Ａに沿った測定チャネルカバー１６の横断面図を示している。ここでは、可能な流れの状況が描かれている。センサ支持体４０の周りを流れた後で、速度及び圧力が変動する不安的な後流７３が形成される。このことによって、上流側でも、特にセンサチップ４２の領域においても、測定信号の変動に繋がる流量の変動が生じる。この影響は、測定チャネル２８の壁の非対称な構成にも関わらず発生する。従来のセンサ支持体４０は対称的に形成されており、従って、不都合な流れの状況を冗長する。

図８は、図６の線Ａ−Ａに沿った測定チャネルカバー１６の更なる別の横断面図を示している。更なる別の可能な流れの形成が、図８に示されている。この状況において、センサ支持体４０の後ろ又は測定チャネル２８内の主流れ方向６０に対してセンサ支持体４０の下流側の、図７で示した変動する後流領域７３に加えて、測定チャネル２８の壁に、剥離及び循環領域７４が生じている。センサ支持体４０の後縁６４のレベルで測定チャネル２８の横断面が急に変化することにより、圧力上昇に伴って流れがゆっくりになる。圧力上昇及びチャネル壁での摩擦力により、最終的に流体が、チャネル壁の一方又は両方で剥離する。圧力により誘発されるこのような剥離は、典型的に、場所が一定ではなく、時間も一定していない。剥離点、即ち、それまでの壁に平行な流線の壁からの最初の分離点と、厚み、即ち、中心流れ領域への所謂剥離泡の広がりと、剥離泡の長さと、が変化する。その際に、剥離は、センサ支持体４０の直接的な後流と相互作用する。測定チャネル２８の図８の上方に存在する壁の放散（Ｄｉｖｅｒｇｅｎｚ）と、センサ支持体４０の動的に勢いが増す後流の流れと、に基づいて、最終的には、乖離点が、図８の上方に描かれた、測定チャネル２８の他の壁面へと飛ぶということが起こりうる。脈動特性に関しては、センサチップ２８寄りの側の流体の比較的大きな移動距離（Ｌａｕｆｌａｅｎｇｅ）も、逆流した際に約９０°の角度で流体が流れ込むセンサ支持体の後壁も、不利であるように思われる。

図９は、本発明の第１の実施形態に係る測定チャネルカバー１６の上面図を示している。センサ支持体４０が、伸長方向７６に沿って測定チャネル２８へと伸びている。伸張方向７６は、測定チャネル２８内の流動媒体の主流れ方向６０に対してほぼ直交している。

図１０は、第１の実施形態に係る測定チャネルカバー１６の横断面図を示している。センサ支持体４０は、翼弦７８を有する。翼弦７８は、長さが４．５ｍｍ〜６．５ｍｍ、例えば５．５ｍｍである。対応して、センサ支持体４０は、測定チャネル２８内の流動媒体の主流れ方向６０に見て、その翼弦の長さが少なくとも７．０ｍｍはある従来のセンサ支持体よりも明らかに短く形成されている。センサ支持体４０の横断面の厚さ８０は、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ、例えば１．０ｍｍでありうる。従来の実施形態に対して、図１０に示す実施形態では、丸みを付けられた後縁６４を有する。これにより、第１の実施形態でのセンサ支持体４０は、丸みを付けられた前方端部又は前縁６２、及び、丸みが付けられた後縁６４を有する。これにより、センサ支持体４０は、二重の楕円（Ｄｏｐｐｅｌ−Ｅｌｌｉｐｓｅ）の形状により形成される。

図１１は、第２の実施形態に係る測定チャネルカバー１６の横断面図を示している。以下では、先に挙げた実施形態との相違点のみ記載し、同一の構成要素には同一の符号が付されている。センサ支持体４０は、測定チャネル２８内の流動媒体の主流れ方向６０に対して、センサチップ４２の上流側の流入区間８２と、センサチップ４２の下流側の流出区間８４と、を有する。流出区間８４には、少なくとも部分的に丸みが付けられており、又は少なくとも部分的に楔状に形成される。示される実施例では、流出区間８４は、飛び板８６の形状により形成される。対応して、センサ支持体４０は、センサチップ４２の側、即ち上側８８の、センサチップ４２の領域内の平面を進んだところに、細長い横断面９０を有し、当該横断面９０の端部９２には、本実現では、様々な大きさの半径９４、９６が設けられうる。これに対して、センサチップ４２とは反対側の下側５８では、輪郭は、２つの半径９８、１００を介して上側８８の方向にひっこみ、後縁６４にも同様に半径が設けられている。マイクロ射出成形法では、現在、最小０．１ｍｍまでの半径が実現される。後縁６４の領域における、値が２ｍｍまでのより大きな半径と、下側５８の、上記ひっこんだ輪郭の領域における、値が０．１ｍｍ〜１０ｍｍまでの半径と、が構想されうる。

図１２は、第２の実施形態に係るセンサ支持体４０の斜視図を示している。特に、流出区間８４の、飛び板形状の構成が見える。さらに、横断面の輪郭の様々な半径９４、９６、９８、１００も見える。

図１３は、第３の実施形態に係るセンサ支持体４０の底面図を示している。以下では、先に挙げた実施形態との相違点のみ記載し、同一の構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、センサ支持体４０の上側８８でのセンサチップ４２の位置が示唆されている。

図１４は、図１３の線Ａ−Ａに沿ったセンサ支持体４０の横断面図を示している。第３の実施形態に係るセンサ支持体４０では、流出区間８４は、翼弦７８に対して対称的に形成されている。

図１５は、図１３の線Ｂ−Ｂに沿ったセンサ支持体の横断面図を示す。第３の実施形態に係るセンサ支持体４０では、流出区間８４は、翼弦７８に対して対称的に形成されている。但し、センサ支持体４０は、センサチップ４２の領域において、残りの領域よりも大きな厚さを有する。図１３の線Ａ−Ａに沿った横断面及び線Ｂ−Ｂに沿った横断面を観察すると、この特別な構成に気が付く。このように、図１３の線Ａ−Ａに沿ったセンサ支持体４０は、図１３の線Ｂ−Ｂに沿った厚さ１０４と比べて、より大きな厚さ１０２を有する。

図１６は、第４の実施形態に係るセンサ支持体４０の横断面図を示している。以下では、先に挙げた実施形態との相違点のみ記載し、同一の構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、切断面は、図１３の線Ａ−Ａに沿って通っている。センサ支持体４０の上側８８のセンサチップ４２の位置が示唆されている。第４の実施形態は、第２の実施形態に基づいており、第３の実施形態の詳細図が組み合わされている。ここでは、飛び板８６の形態による流出区間８４を備えたセンサ支持体４０の構成と、流出区間８４に形成された、横断面の輪郭の半径９２、９４、９８、１００と、が分かる。

図１７は、図１３の線Ｂ−Ｂに沿ったセンサ支持体４０の横断面図を示している。センサ支持体４０は、センサチップ４２の領域において、残りの領域よりも大きな厚さを有する。第４の実施形態のための、図１３の線Ａ−Ａに沿った横断面及び線Ｂ−Ｂに沿った横断面を観察すると、この特別な構成に気が付く。このように、第４の実施形態のための、図１３の線Ａ−Ａに沿ったセンサ支持体４０は、第４の実施形態のための、図１３の線Ｂ−Ｂに沿った厚さ１０４と比べて、より大きな厚さ１０２を有する。さらに、下側５８から飛び板８６への移行部は、薄板（ｓｐｌｉｎｅ）１０５の形状により形成されうる。

図１８は、第５の実施形態に係るセンサ支持体の横断面図を示している。センサ支持体４０の上側には、突出部１０６が配置される。図１８は、第４の実施形態に係るセンサ支持体４０の横断面図を示している。以下では、先に挙げた実施形態との相違点のみ記載し、同一の構成要素には同一の符号が付されている。第５の実施形態によるセンサ支持体４０では、流出区間８４が翼弦７８に対して対称的に形成されている。流出区間８４には、センサ支持体４０は突出部１０６を有する。この突出部１０６は、後縁６４に存在し、上側８８の方向に後縁６４の手前に存在する。

図１９は、第５の実施形態のセンサ支持体４０の拡大された横断面図を示している。ここでは、突出部１０６が見て取れる。突出部１０６は段形状に形成され、従って、突出部１０６は矩形状の横断面を有する。突出部１０６は、測定チャネル２８内の主流れ方向６０に、センサチップ４２との０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの間隔１０８、例えば１．０ｍｍの間隔１０８を有する。突出部１０６は、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの幅１１０、例えば０．２ｍｍの幅１１０を有する。突出部１０６は、上側８８又はセンサチップ４２のレベルから、−０．２ｍｍ〜０．４ｍｍの間隔１１２、例えば０．１ｍｍの間隔１１２を置いて配置される。突出部１０６は、必ずしも矩形状の横断面を有している必要はない。例えば三角形、多角形、又は円形等の、他の形状による横断面も同様に可能である。

図２０は、第６の実施形態に係るセンサ支持体４０の上面図を示している。以下では、先に挙げた実施形態との相違点のみ記載し、同一の構成要素には同一の符号が付されている。第６の実施形態では、突出部１０６は、セグメント部１１４として形成されている。換言すれば、突出部１０６には複数の中断箇所があり、従って、突出部１０６は、一列に配置された複数のセグメントで構成される。この複数のセグメントは、センサチップ４２の測定チャネル２８内の主流れ方向６０に対して下流側に配置され、伸張方向７６に対して平行に配置されている。

図２１は、第７の実施形態に係るセンサ支持体４０の側面図を示している。以下では、先に挙げた実施形態との相違点のみ記載し、同一の構成要素には同一の符号が付されている。第７の実施形態では、センサ支持体４０は後縁６４に、突出部１０６の代わりに、切込み又は切欠き１１６を有する。切欠き１１６は、０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍの高さ１１８、例えば０．１５ｍｍの高さ１１８を有する。切欠き１１６は、伸張方向７６に、後縁６４の全長に亘って延びている。代替的に、切欠き１１６は、後縁６４の一部に亘って延びている。

図２２は、第８の実施形態に係るセンサ支持体４０の上面図を示している。以下では、先に挙げた実施形態との相違点のみ記載し、同一の構成要素には同一の符号が付されている。第８の実施形態では、前縁６２が、切込み又は切欠き１２０を有する。切欠き１２０は、伸張方向７６に前縁６２の全長に亘って延びているのではなく、伸張方向７６に間隔１２２を置いて配置されている。切欠き１２０は、センサ支持体４０が端面７２の方向に先細りするように構成される。その際に、センサ支持体４０は、線形状に区間１２４に亘って細くなっていき、区間１２４は、その後再び前縁６２に対して平行な区間１２６に移行する。細くなっていく区間１２４は、伸張方向７６に、寸法１２８が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ、例えば２．０ｍｍである。切欠き１２０は、奥行１３０が、０．５ｍｍ〜３．５ｍｍ、例えば１．０ｍｍである。

図２３は、第９の実施形態に係るセンサ支持体４０の上面図を示している。以下では、先に挙げた実施形態との相違点のみ記載し、同一の構成要素には同一の符号が付されている。第９の実施形態では、前縁６２も同様に、切込み又は切欠き１２０を有する。但し、区間１２４は線形状に細くなるのではなく、連続的に湾曲している。

図２４は、第１０の実施形態に係るセンサ支持体４０の上面図を示している。以下では、先に挙げた実施形態との相違点のみ記載し、同一の構成要素には同一の符号が付されている。第１０の実施形態では、センサ支持体４０は前縁６２に、第１の切欠き１３２と、第２の切欠き１３４と、を有する。センサ支持体はさらに、後縁６４に第３の切欠き１３６を有する。第１の切欠き１３２は、センサ支持体４０の、端面７２に対向する末端１３８から伸張方向７６に、点１４０まで延びており、この点１４０は、センサチップ４２の、端面７２の方を向いた末端１４２から伸長方向に、−２．０ｍｍ〜２．０ｍｍの間隔１４４、例えば−１．０ｍｍの間隔１４４が置かれている。第１の切欠き１３２は、奥行１４６が０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ、例えば、０．５ｍｍである。この第１の切欠き１３２に隣接して移行区間１４８が形成され、この移行区間４８は、測定チャネル内の主流れ方向６０の方を向く突起部１５０へと線形状に延びている。移行区間１４８は、寸法１５２が伸張方向７６に、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ、例えば、０．５ｍｍである。伸長方向７６に端面７２に向かって、第２の切欠き１３４が、突起部１５０と隣接しており、この第２の切欠き１３４によって、センサ支持体４０は、端面７２の方向に線形状に細くなっていく。第２の切欠き１３４は、寸法１５４が伸張方向７６に、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ、例えば、０．５ｍｍである。第２の切欠き１３４は、最も深い箇所で奥行１５６が、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ、例えば、０．５ｍｍである。第３の切欠き１３６は、センサチップ４２の、端面７２の方を向いた末端１４２から伸長方向７６とは逆方向に−１．０ｍｍ〜２．０ｍｍの間隔１６０、例えば１．０ｍｍの間隔１６０の分だけずれた箇所１５８から延びている。第３の切欠き１３６は、線形状に細くなっていく移行区間１６２と、後縁６４に対して平行に延びる区間１６４と、を有する。線形状に細くなっていく移行部１６２は、寸法１６６が伸張方向７６に、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ、例えば、１．５ｍｍである。後縁６４に対して平行に延びる区間１６４は、奥行１６８が０．２ｍｍ〜１．５ｍｍ、例えば、０．７５ｍｍである。

図２５は、第１１の実施形態に係るセンサ支持体４０の底面図を示している。以下では、先に挙げた実施形態との相違点のみ記載し、同一の構成要素には同一の符号が付されている。第１１の実施形態では、センサ支持体４０は伸張方向７６に端面７２へと先細りしている。例えば、後縁６４は、線形状に０°〜２０°の第１の角度αで、例えば１０°で細くなっていき、前縁６２は、線形状に０°〜３０°の第２の角度βで、例えば１０°で細くなっていく。第１の角度α及び第２の角度βは、大きさが異なっていてもよく、又は同一であってもよい。

図２６は、第１２の実施形態に係るセンサ支持体４０の底面図を示している。以下では、先に挙げた実施形態との相違点のみ記載し、同一の構成要素には同一の符号が付されている。第１２の実施形態では、後縁６４は、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの第１の半径１７０、例えば１，０ｍｍの第１の半径１７０により端面７２へと移行する。前縁６２は、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの第２の半径１７２、例えば１．０ｍｍの第２の半径１７２により端面７２へと移行する。さらに、端面７２は、正弦波形状の切欠き１７４を有する。正弦波形状の切欠き１７４は、その形状が０、４ｍｍ〜５．０ｍｍの波長１７６、例えば１．０ｍｍの波長１７６を有するよう構成される。

図２７は、第１３の実施形態に係るセンサ支持体４０の底面図を示している。以下では、先に挙げた実施形態との相違点のみ記載し、同一の構成要素には同一の符号が付されている。第１３の実施形態では、後縁６４は、０．１ｍｍ〜１０．０ｍｍの半径１７８により、例えば５．０ｍｍの半径１７８により、測定チャネル２８の、隣接するチャネル壁へと移行する。測定チャネル２０の、隣接するチャネル壁への正接（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）ではない移行が可能である。

Claims (13)

1. 測定チャネル（２８）を貫流する流動媒体の少なくとも１つのパラメータを決定するためのセンサ構成（１０）であって、前記センサ構成（１０）は、センサハウジング（１２）と、前記流動媒体の前記パラメータを決定するための、前記測定チャネル（２８）内に配置された少なくとも１つのセンサチップ（４２）と、を有し、前記センサチップ（４２）は、前記測定チャネル（２８）に突入しているセンサ支持体（４０）に取り付けられ、前記センサ支持体（４０）は、翼弦（７８）を有するように構成され、
   前記センサ支持体（４０）は、前記測定チャネル（２８）内の前記流動媒体の主流れ方向（６０）に対して、前記センサチップ（４２）の上流側に流入区間（８２）を有し、前記センサチップ（４２）の下流側に流出区間（８４）を有し、前記流出区間（８４）は、少なくとも部分的に丸みを付けて、又は少なくとも部分的に楔状に形成される、前記センサ構成（１０）において、
   前記翼弦（７８）は、長さが４．５ｍｍ〜６．５ｍｍであり、
   前記センサ支持体（４０）が、前記センサチップ（４２）が備えられた上側（８８）の、前記センサチップ（４２）の領域内の平面を進んだところに、前記センサチップ（４２）の領域内の前記センサ支持体（４０）の横断面よりも薄い細長い横断面（９０）であって、その端部に半径が設けられた前記細長い横断面（９０）を有することで、前記センサ支持体（４０）の前記流出区間（８４）は、飛び板（８６）の形状により形成され、
   前記センサ支持体（４０）は、前記センサチップ（４２）とは反対側の下側（５８）では、輪郭が２つの半径を介して前記上側（８８）の方向にひっこみ、下流側の後縁（６４）にも半径が設けられていることを特徴とする、センサ構成（１０）。
2. 前記センサ支持体（４０）は、前記流出区間（８４）では、前記翼弦（７８）に対して非対称的な横断面を有することを特徴とする、請求項１に記載のセンサ構成（１０）。
3. 前記センサ支持体（４０）は、上側（８８）と、当該上側（８８）に対向する下側（５８）と、を有し、前記センサチップ（４２）は、前記上側（８８）に配置され、前記上側（８８）と前記翼弦（７８）との間隔は、前記下側（５８）と前記翼弦（７８）との間隔よりも大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載のセンサ構成（１０）。
4. 前記センサ支持体（４０）は、少なくとも１つのセグメント部（１１４）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ構成（１０）。
5. 前記センサ支持体（４０）は、少なくとも１つの突出部（１０６）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ構成（１０）。
6. 前記突出部（１０６）は、段形状に形成されることを特徴とする、請求項５に記載のセンサ構成（１０）。
7. 前記センサ支持体（４０）は、上流側の末端には前縁（６４）を有し、下流側の末端には後縁（６４）を有し、前記前縁（６２）及び／又は前記後縁（６４）は、少なくとも１つの切欠き（１１６、１２０、１３２、１３４、１３６）を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサ構成（１０）。
8. 前記切欠き（１１６、１２０、１３２、１３４、１３６）は、三角形状、半円状、矩形状、及び／又は、正弦波形状に形成されることを特徴とする、請求項７に記載のセンサ構成（１０）。
9. 前記センサ支持体（４０）は、伸張方向（７６）に前記測定チャネル（２８）の内部へと伸長し、前記伸張方向（７６）は、前記測定チャネル内（２８）の前記流動媒体の前記主流れ方向（６０）に対してほぼ直交していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のセンサ構成（１０）。
10. 前記センサ支持体（４０）は、前記伸張方向（７６）に先細りすることを特徴とする、請求項９に記載のセンサ構成（１０）。
11. 前記センサ支持体（４０）は、前記伸張方向（７６）に対称的又は非対称的に先細りすることを特徴とする、請求項１０に記載のセンサ構成（１０）。
12. 前記パラメータとして、内燃機関の吸気質量流量を決定することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセンサ構成（１０）。
13. 前記センサハウジング（１２）は、流体管路に導入され又は導入可能であり前記測定チャネル（２８）がその内部に形成された差込みフィーラであることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のセンサ構成（１０）。

Images