JP6731313B2 - エアフロセンサモジュール - Google Patents

Description

本発明は、エアフロセンサが収納されるエアフロセンサモジュールに係り、特に、エアフロセンサへの塵埃等の付着防止、抑制の向上等を図ったものに関する。

自動車両に搭載される内燃機関の動作制御においては、吸入空気の量が内燃機関における燃料の燃焼状態に影響を与える重要な要素であるため、その吸入量を計測する、いわゆるエアフロセンサと称されるセンサが吸気管の入口部分に取着されるのが一般的であり、様々なエアフロセンサが提案、実用化されている（例えば、特許文献１等参照）。

特表２０１０−５２８３０３号公報

しかしながら、エアフロセンサは、塵埃や水分等を未だ多く含んだ空気の流れに晒されるため、より下流側の他のセンサに比して、塵埃等がエアフロセンサの要部に付着し易く、センサ感度の低下やセンサ自体の劣化等を招く可能性が高いため、エアフロセンサに対する塵埃等の付着の確実な低減、抑圧が所望されている。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、エアフロセンサに対する塵埃等の付着の確実な低減、抑圧が可能なエアフロセンサモジュールを提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るエアフロセンサモジュールは、
エアフロセンサが配設されると共に、被計測対象の空気が前記エアフロセンサへ案内される案内路が形成されてなる吸気部を具備してなるエアフロセンサモジュールであって、
前記吸気部は、空気が流入する吸入口を有し、前記吸入口は、前記吸気部の内部に配設された前記エアフロセンサよりも、鉛直方向において下方向に位置するように設けられ、
前記吸気部内部には、前記吸入口に連通するバイパス通路が設けられれ、当該バイパス通路は、前記吸入口から流入した空気を、ほぼ水平方向に沿って前記吸気部内部へ案内可能に形成されると共に、外部に開口するバイパス孔が穿設される一方、
前記案内路は、前記バイパス通路の前記吸入口の近傍で前記バイパス通路に連通するようにして、かつ、鉛直方向において前記吸入口よりも上方に位置する前記エアフロセンサへ延びるように形成され、
前記吸入口には、２つの磁石が、流入する空気を挟むように対向して設けられてなるものである。

本発明によれば、吸入空気に含まれる塵埃であって、特に水分を含む塵埃を帯電させて捕集することで、エアフロセンサを通過する吸入空気を清浄に保つことができ、塵埃のエアフロセンサへの付着を確実に低減、抑圧することができ、センサの信頼性、安定性の向上を図ることができるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態におけるエアフロセンサモジュールが取り付けられる排気ガス再循環装置の構成例を示す構成図である。 本発明の実施の形態におけるエアフロセンサモジュールの全体外観形状を模式的に示す模式図である。 本発明の実施の形態におけるエアフロセンサモジュールの吸入部の一方の外面部分を模式的に示す模式図である。 本発明の実施の形態におけるエアフロセンサモジュールの吸入部の他方の外面部分を模式的に示す模式図である。 本発明の実施の形態における本発明の実施の形態におけるエアフロセンサモジュールの吸入部の内部を模式的に示した模式図である。 本発明の実施の形態におけるエアフロセンサモジュールに設けられるエアフロセンサの概略構成を模式的に示す模式図である。 本発明の実施の形態におけるエアフロセンサを構成するヒータ素子からの離間距離に対する温度変化の例を説明する説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図７を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
図１には、本発明の実施の形態におけるエアフロセンサモジュール１００が取り付けられる装置の構成例として、自動車両に搭載された排気ガス再循環装置１０１の構成例が示されており、以下、同図を参照しつつ、その構成について説明する。

エンジン３のインテークマニホールド１４ａには、燃料の燃焼のために必要な空気を取り入れる吸気管１２が、また、エキゾーストマニホールド１４ｂには、排気ガスを排気するための排気管１３が、それぞれ接続されている。
そして、吸気管１２と排気管１３を連通する連通路１５が、吸気管１２と排気管１３の適宜な位置に設けられると共に、この連通路１５の途中には、排気管１３側から、通過排気ガスの冷却を行うためのＥＧＲクーラ１７と、連通路１５の連通状態、換言すれば、排気ガスの還流量を調節するためのＥＧＲバルブ１６とが順に配設されている。

また、排気管１３において連通路１５より下流側に設けられた可変タービン１９と、吸気管１２において連通路１５より上流側に設けられた圧縮機２０とを主たる構成要素としてなる公知・周知の構成を有する可変ターボ１８が設けられている。そして、可変タービン１９により得られた回転力により圧縮機２０が回転せしめられて、圧縮された空気が吸入空気としてインテークマニホールド１４ａへ送出されるようになっている。

さらに、吸気管１２には、先に述べた連通路１５と可変ターボ１８の間の適宜な位置において、吸入空気の冷却を行うインタークーラ２１が設けられている。
そして、このインタークーラ２１と連通路１５との間には、吸入空気の量を調整するためのインテークスロットルバルブ２２が設けられている。

また、吸気管１２の上流側には、吸入空気を清浄するためのフィルタ２３が設けられており、その下流側には、フィルタ２３を介して流入する吸入空気量を検出するためエアフロセンサ２４が設けられている。本発明の実施の形態において、エアフロセンサ２４は、後述する構成を有するエアフロセンサモジュール１００に取り付けられた状態で吸気管１２を流れる吸入空気量を検出可能に設けられたものとなっっている。

さらに、吸気管１２においては、インタークーラ２１とインテークスロットルバルブ２２との間に、エンジン３の吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ２５が設けられると共に、インテークスロットルバルブ２２の下流側には、インテークマニホルド１４ａの吸気圧を検出する吸気圧センサ２６が設けられている。

一方、排気管１３においては、可変タービン１９の下流側に排気ガスの流れを妨げるエキゾーストブレーキ２８（もしくはエキゾーストフラップ）が設けられ、さらにエキゾーストブレーキ２８の下流側にラムダセンサ２７が設けられている。
これら、エアフロセンサ２４、吸気温度センサ２５、吸気圧センサ２６、及び、ラムダセンサ２７の検出信号は、電子制御ユニット（図示せず）に入力されて、燃料噴射制御処理等に供されるようになっている。

次に、本発明の実施の形態におけるエアフロセンサモジュール１００について、図２乃至図７を参照しつつ説明する。
最初に、本発明の実施の形態におけるエアフロセンサモジュール１００の概略構成について、図２を参照しつつ説明すれば、このエアフロセンサモジュール１００は、ケーシング３１と、このケーシング３１に配設されるエアフロセンサ２４、及び、電子回路が搭載されたＰＣＢ基板３２とに大別されて構成されたものとなっている（図２参照）。

本発明の実施の形態におけるエアフロセンサモジュール１００は、いゆわるプラグインタイプと称される構造を有するものである。すなわち、まず、エアフロセンサモジュール１００のケーシング３１は、吸気部４１と、回路収納部４２と、ケーブル接続部４３とに大別されるよう、例えば、樹脂部材等の絶縁性部材を用いて、全体外観形状が大凡扁平柱状に一体形成されたものものとなっている。

そして、特に、吸気部４１の部分は、このエアフロセンサモジュール１００を接続するために吸気管１２に設けられた接続部材（図示せず）に挿入できるようになっており、図示されない接続部材への挿入により、吸気部４１が接続部材に嵌合、固定されるようになっているもので、このような構造自体は良く知られた構成のものである。
上述のように、エアフロセンサモジュール１００は、プラグイン構造によって吸気管１２に取り付けられた状態で、詳細は後述するようにして吸気管１２を通る吸入空気の量がエアフロセンサ２４により検出可能となっている。

次に、本発明の実施の形態におけるエアフロセンサ２４について、図６及び図７を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態におけるエアフロセンサ２４は、いわゆるホットワイヤー式に分類されるものであるが、従来の熱線（抵抗線）に代えて、全体が半導体部材を用いて構成されたものとなっている。

本発明の実施の形態におけるエアフロセンサ２４は、半導体部材を用いて大凡柱状に形成された基台部５１を有しており、その中央部分には、２箇所の切欠部５２ａ，５２ｂが、基台部５１の長手軸方向（図６において紙面左右方向）において適宜な間隔で形成されている。
２つの切欠部５２ａ，５２ｂの間には、ヒータ設置部５３が形成されており、このヒータ設置部５３は、切欠部５２ａ，５２ｂ側の面が、切欠部５２ａ，５２ｂの底面に向かってそれぞれ適宜な傾斜で斜面状に形成されたものとなっている。

ヒータ設置部５３の頂面には、半導体部材を用いたヒータ素子５４が形成される一方、切欠部５２ａ，５２ｂには、半導体部材を用いた抵抗素子５５ａ，５５ｂが、抵抗素子配設部５６ａ，５６ｂの頂面に形成されたものとなっている。
なお、ヒータ素子５４、及び、抵抗素子５５ａ，５５ｂは、同一の平面上に位置するように、ヒータ設置部５３、抵抗素子配設部５６ａ，５６ｂの高さ（図６において紙面上下方向）が設定されている。

かかるエアフロセンサ２４は、図６において白抜き矢印で表された吸入空気の流れに対して、基台部５１の長手軸（図６において紙面左右方向）が沿うように、すなわち、換言すれば、吸入空気が一方の抵抗素子５５ａ、ヒータ素子５４、他方の抵抗素子５５ｂの順に通過するように配設されることで、２つの抵抗素子５５ａ，５５ｂの抵抗値の違いにより、吸入空気の量が検出できるようになっているものである。

図７には、２つの抵抗素子５５ａ，５５ｂにおける温度の差を説明した説明図が示されており、以下、同図を参照しつつ、２つの抵抗素子５５ａ，５５ｂに生ずる温度差について説明する。

まず、図７において、横軸はヒータ素子５４からの離間距離を、縦軸は温度を、それぞれ表している。また、同図において、横軸における”ＥＮＤ１”は、ヒータ素子５４の横方向（図６の紙面左右方向）の２つの端部の内、一方の抵抗素子５５ａ側を、また、”ＥＮＤ２”は、他方の抵抗素子５５ｂ側を、それぞれ示すものとする。

図７において、実線は、吸入空気が零の場合におけるヒータ素子５４からの離間距離に応じた温度変化を表したもので、温度は、抵抗素子５５ａ側、抵抗素子５５ｂ側のいずれにおいても、ヒータ素子５４の端部ＥＮＤ１、ＥＮＤ２を起点としてヒータ素子５４からの離間距離の増加に従いほぼ同一の変化量で低下するものとなっている。

一方、図７において、点線は、吸入空気が有る場合におけるヒータ素子５４からの離間距離に応じた温度変化を表したもので、一方の抵抗素子５５ａ側（風上側）においては、ヒータ素子５４の一方の端部ＥＮＤ１から僅か離れるだけで温度が急激に低下するような変化を示すものとなっており、その温度変化は、離間距離に対して下に凸となるような変化曲線を示すものとなっている。
なお、図７において、端部ＥＮＤ１からの離間距離Ｃt1の点は、端部ＥＮＤ１からの離間距離に伴う温度変化が一定となる点であり、端部ＥＮＤ１からの離間距離Ｃ１の点は、端部ＥＮＤ１からの離間距離Ｃt1までの点の中間点であり、その点における温度はＴ１となっている。
また、図７において、Ｃ２はＣ１に、Ｃt2はＣt1に、それぞれ対応するものとする。すなわち、離間距離Ｃ２の点は、端部ＥＮＤ２から離間距離Ｃt2隔てた点までの中間点で、離間距離Ｃt2の点は、温度変化が一定となる点である。

一方、他方の抵抗素子５５ｂ側（風下側）においては、ヒータ素子５４の他方の端部ＥＮＤ２から離間距離Ｃ２までの範囲における離間距離に対する温度変化は、端部ＥＮＤ１から離間距離Ｃ１までの範囲における温度変化よりも緩やかなものとなっている。しかも、端部ＥＮＤ２から離間距離Ｃ２隔てた点以降においては、ヒータ素子５４からの離間距離に対する温度変化がそれまでと反転している。

すなわち、ヒータ素子５４の他方の端部ＥＮＤ２から離間距離Ｃ２の点までは、離間距離に対する温度変化は、下に凸となる変化曲線を示す一方、離間距離Ｃ２の点以降において、離間距離に対する温度変化は、上に凸となる変化曲線を示すものとなっている。なお、端部ＥＮＤ２から離間距離Ｃ２の点における温度は、Ｔ２である。
ヒータ素子５４の両側における上述の温度変化の差は、例えば、先の中間点におけるそれぞれの温度の差ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１として表されるが、この差ΔＴの大きさは、吸入空気の量に比例することが知られている。

したがって、ΔＴを検出することで吸入空気量の計測が可能となる。
実際には、２つの抵抗素子５５ａ，５５ｂにおける上述の温度変化に対する抵抗値の変化が、ＰＣＢ基板３２に設けられた電子回路（図示せず）により電圧変化に変換されて、車両の動作制御を行う外部の図示されない電子制御ユニットへ供給されるようになっている。

次に、上述のエアフロセンサ２４が取り付けられるケーシング３１の構造等について、図２乃至図５を参照しつつ説明する。
本発明のケーシング３１は、先に概説したように吸気部４１と、回路収納部４２と、ケーブル接続部４３とに大別されてなるもので、樹脂等の絶縁性の部材を用いて、これらが一体成形されて、全体外観形状が大凡扁平柱状をなすものである。

本発明の実施の形態におけるエアフロセンサモジュール１００は、鉛直方向において、ケーブル接続部４３が上方に位置し、吸気部４１が吸気管１２（図１参照）側となって、エアフロセンサモジュール１００全体の長手軸方向（図２において紙面上下方向）が鉛直方向にほぼ一致するようにして吸気管２に取り付けられるものとなっている。

吸気部４１は、先に説明したエアフロセンサ２４が配されると共に、後述するようにバイパス通路６１や案内路６２が設けられており、エアフロセンサ２４による吸入空気の計測がなされる箇所となっている。
回路収納部４２は、ＰＣＢ基板３２が収納、配設される部位である。
ＰＣＢ基板３２は、エアフロセンサ２４のヒータ素子５４への給電回路（図示せず）、吸入空気量に応じた２つの抵抗素子５５ａ，５５ｂの抵抗値変化を所要の電圧変化に変換する信号変換回路（図示せず）が搭載されたもので、良く知られている、いわゆるプリント配線技術等により電子回路が形成されたものである。

ケーブル接続部４３は、上述のＰＣＢ基板３２に搭載された電子回路の出力信号を、例えば、自動車の動作制御が実行される電子制御ユニット（図示せず）へ供給するため、このエアフロセンサモジュール１００と図示されない電子制御ユニットとを電気的に接続する信号ケーブル（図示せず）が接続されるようになっているものである。
このケーブル接続部４３の内部には、ＰＣＢ基板３２と接続される一方、外部への信号の出力を行う複数のモジュール側接続端子７１が配設されており、このモジュール側接続端子７１は、上述の図示されない信号ケーブルに設けられた導電性部材からなるケーブル側接続端子（図示せず）と勘合するようになっている。

本発明の吸気部４１は、後述するようにエアフロセンサ２４が配設されると共に、空気が流入する吸入口６３と、この吸入口６３を介して流入した空気を内部へ案内するバイパス通路６１と、被計測対象の空気をエアフロセンサ２４へ案内する案内路６２とが形成されたものとなっている（図２及び図５参照）。
吸入口６３は、吸気部４１の内部において回路収納部４２の近傍に設けられるエアフロセンサ２４に対して、鉛直方向、換言すれば、ケーシング３１の長手軸方向（図２において紙面上下方向）において下方向の位置で開口し、かつ、その開口は長手軸方向に沿うようにケーシング３１に形成されたものとなっている。

さらに、吸気部４１内部には、吸入口６３に連通するバイパス通路６１が、ケーシング３１の長手軸方向（紙面上下方向）に直交する方向に沿って吸入口６３から内部へ延設されている。そして、適宜な長さで設けられたバイパス通路６１の端部において、ケーシング３１の外部に開口するバイパス孔６４が穿設されたものとなっている。
また、バイパス通路６１には、バイパス孔６４の近傍に、通路面に平板状の金属板６５が取着されている。かかる金属板６５は、帯電した塵埃の捕集を行うためのものである（詳細は後述）。
なお、この金属板６５は、電気配線（図示せず）を介して車両に設けられたグランド接続部（図示せず）に接続されており、グランド電位に保持されるようになっている。

また、吸気部４１内部には、吸入口６３の近傍においてバイパス通路６１に連通すると共に、エアフロセンサ２４が配された部位へ延びるように案内路６２が形成されている。
この案内路６２は、後述するようにエアフロセンサ２４が設けられた部位からエアフロセンサ２４と反対方向へ若干伸びた部位において、吸入空気の案内方向を１８０度変えるように、かつ、ケーシング３１の長手軸方向（図５において紙面上下方向）に沿うようにエアフロセンサ２４より下方向へ曲折されて曲折部６６が形成され、案内路６２は、ここで１８０度方向転換されて適宜な位置まで延設されて終端部６７が設けられている。さらに、この終端部６７には、ケーシング３１の外部に開口する主バイパス孔６８が穿設されており、吸入空気を外部、すなわち、本発明の実施の形態においては、吸気管１２へ戻すことができるようになっている。

一方、吸気部４１の一方の面、すなわち、バイパス通路６１や案内路６２が形成された部位側は、平板状の吸気部蓋体６９が取着され、バイパス通路６１や案内路６２が外部に晒されないようになっている（図２参照）。
そして、この吸気部蓋体６９には、吸入口６３の近傍において、その外面部分に適宜な大きさの全体概略形状が矩形状の第１の磁石７０ａが取着されている（図３参照）。

また、吸入口６３を挟んで、上述の第１の磁石７０ａに対応するケーシング３１の外面には、同一形状、大きさの第２の磁石７０ｂが取着されている（図４参照）。
第１及び第２の磁石７０ａ，７０ｂは、その厚み方向（図３において紙面表裏方向）に着磁されており、例えば、第１の磁石７０ａを例に採れば、図３において紙面表側がＳ極に着磁されているとすると、反対側すなわち、ケーシング３１の外面に接合されている面側は、Ｎ極となる。
本発明の実施の形態においては、第１の磁石７０ａと第２の磁石７０ｂは、ケーシング３１の外面に接合されている面側の磁極が逆となるように配置されたものとなっている。

すなわち、例えば、第１の磁石７０ａのケーシング３１の外面に接合されている面側の磁極がＮ極であるとすると、第２の磁石７０ｂは、ケーシング３１の外面に接合されている面側の磁極がＳ極となるように設けられる。
これによって、第１の磁石７０ａと第２の磁石７０ｂとの間に生ずる磁力線は、第１の磁石７０ａから第２の磁石７０ｂへ向かう方向となる。なお、本発明の実施の形態において、第１及び第２の磁石７０ａ，７０ｂは、説明の便宜上、磁極の向きが上述の例と同様となるように配設されているものとする。

次に、上述の構成を有するエアフロセンサモジュール１００における吸入空気の流れと第１及び第２の磁石７０ａ，７０ｂの作用等について以下に説明する。
まず、吸入口６３へは吸気管１２を流れる吸入空気が流入する（図５参照）。
吸入空気は、フィルタ２３（図１参照）を通過したものであるが、塵埃が皆無では無く、通常、ある程度の塵埃が含まれる。

また、フィルタ２３を通過した吸入空気中には、水滴そのものや、水分を含む塵埃も存在する。
そして、水滴そのものや、水分を含む塵埃が吸入口６３からバイパス通路６１へ流入する際、本発明の実施の形態においては、図５において紙面表方向から裏方向へ向かう磁力線が生じている箇所を直交するように通過することとなるため、水滴そのものや、水分を含む塵埃は、フレミングの右手法則の原理によりプラスに帯電しバイパス通路６１を進むこととなる。なお、図５において、白抜きの円は、帯電前の水滴そのものや、水分を含む塵埃を、白抜き円の中に”＋”を表記したものは、プラスに帯電した水滴そのものや、水分を含む塵埃を、それぞれ表している。
また、図５において、白抜き円の中に”×”を表記したものは、磁界（磁力線）の方向が紙面表面から裏面へ向かう方向であることを意味している。

吸入空気の中に含まれる水滴そのものや、水分を含む塵埃は、比較的重いため、吸入口６３の近傍でバイパス通路６１に連通する案内路６２へ上昇して流入することなく、そのままバイパス通路６１を進み、バイパス孔６４近傍に設けられた金属板６５に引き寄せられ金属板６５に付着することとなる。

上述のようにして、吸入口６３から流入した吸入空気中に含まれる水滴そのものや、水分を含んだ塵埃はプラスに帯電せしめられて、その殆どが金属板６５に捕集されることによって、案内路６２へは、殆ど塵埃を含まない吸入空気が流入し、案内路６２を進むこととなる。
案内路６２には、先に述べたようにエアフロセンサ２４が配設されており、吸入空気は、図６において白抜き矢印で示されたようにエアフロセンサ２４を通過し、案内路６２の曲折部６６を通過して、その先の主バイパス孔６８から吸気管１２へ戻ることとなる。

このように、エアフロセンサ２４を通過する吸入空気は、従来と異なり、塵埃を殆ど含むことなく清浄であるため、エアフロセンサ２４に塵埃が付着して、エアフロセンサ２４の動作を阻害するようなことが確実に抑圧、防止され、信頼性、安定性の高い検出信号が提供されることとなる。
なお、上述の本発明の実施の形態においては、吸入口６３を、空気の流入方向から見た場合に、第１及び第２の磁石７０ａ，７０ｂを吸入口６３の左右に配設したが、配設位置はこれに限定される必要はなく、例えば、吸入口６３の上下において対向するように配設しても良い。
さらに、吸入口６３を挟んだ第１及び第２の磁石７０ａ，７０ｂの磁極の配置は、先に、図３及び図４を用いて説明した配置に限定される必要はなく、これとは逆の配置としても良い。

塵埃等の付着の確実な低減、抑圧が所望されるエアフロセンサに適用できる。

２４…エアフロセンサ
６１…バイパス通路
６５…金属板
７０ａ…第１の磁石
７０ｂ…第２の磁石
１００…エアフロセンサモジュール

Claims (3)

1. エアフロセンサが配設されると共に、被計測対象の空気が前記エアフロセンサへ案内される案内路が形成されてなる吸気部を具備してなるエアフロセンサモジュールであって、
   前記吸気部は、空気が流入する吸入口を有し、前記吸入口は、前記吸気部の内部に配設された前記エアフロセンサよりも、鉛直方向において下方向に位置するように設けられ、
   前記吸気部内部には、前記吸入口に連通するバイパス通路が設けられ、当該バイパス通路は、前記吸入口から流入した空気を、ほぼ水平方向に沿って前記吸気部内部へ案内可能に形成されると共に、外部に開口するバイパス孔が穿設される一方、
   前記案内路は、前記バイパス通路における前記吸入口と前記バイパス孔との間であって前記吸入口の近傍で前記バイパス通路に連通するように前記バイパス通路から分岐して設けられ、かつ、鉛直方向において前記吸入口よりも上方に位置する前記エアフロセンサへ延びるように形成され、
   前記吸入口には、２つの磁石が、流入する空気を挟むように対向して設けられ、前記案内路が分岐する点よりも前記バイパス孔側の前記バイパス通路内には、金属板が設けられている、
   ことを特徴とするエアフロセンサモジュール。
2. 前記被計測対象の空気は、自動車の吸気管における吸入空気であって、
   前記吸気部は、前記吸気管に設けられた接続部に挿入可能とされると共に、当該挿入により前記接続部と嵌合されるプラグイン構造を有してなることを特徴する請求項１記載のエアフロセンサモジュール。
3. 前記エアフロセンサは、ヒータ素子を挟んで、その両側に設けられた抵抗素子を有してなり、前記案内路に沿って、一方の前記抵抗素子、前記ヒータ素子、及び、他方の前記抵抗素子が位置するよう配設されてなることを特徴とする請求項２記載のエアフロセンサモジュール。

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