JP6798336B2 - 絶対湿度センサ - Google Patents

Description

本発明は、空気の絶対湿度を検出する絶対湿度センサに関する。

従来、空気の絶対湿度を検出する絶対湿度センサの一例として、特許文献１に開示された物理量検出装置がある。この物理量検出装置は、湿度センサから出力された相対湿度の情報と温度情報に基づいて絶対湿度を計算する。

特開２０１６−３１３４１号公報

ところが、湿度情報を出力する相対湿度センサと、温度情報を出力する温度センサとは、空気の温度が変化した場合の応答性が異なることが考えられる。この場合、相対湿度センサと温度センサは、空気の温度変化に対する出力の変化挙動が異なってしまう。つまり、湿度センサと温度センサは、応答性が異なるため、空気の温度が変化した場合に、各センサが同じ温度の空気を検出対象とすることができていない状態となる。このため、空気の温度が変化した際における温度情報と相対湿度情報を元に算出される絶対湿度には、スパイク状の誤差が発生するという問題がある。

本開示は、上記問題点に鑑みなされたものであり、空気の温度変化時における絶対湿度の誤差を抑制できる絶対湿度センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本開示は、
空気が流れる環境に配置され、空気の温度に応じたセンサ信号である温度信号を出力する温度センサ（１２ｃ）と、
環境に配置され、空気の相対湿度に応じたセンサ信号である相対湿度信号を出力する相対湿度センサ（１２ｂ）と、
温度信号と相対湿度信号とから空気の絶対湿度を取得する絶対湿度取得部（２２）と、を有し、
温度センサにおける空気の温度が変化した場合の応答性と、相対湿度センサにおける空気の湿度が変化した場合の応答性が異なるものであって、
さらに、温度センサと相対湿度センサのうち、応答性が速い高応答センサの出力を遅らせて、温度センサと相対湿度センサにおける空気の温度変化に対する出力の変化挙動を合わせる遅れ調整部（２１ａ）を有し、
絶対湿度取得部は、温度センサと相対湿度センサのうち応答性が遅い低応答センサのセンサ信号と、遅れ調整部で遅らされた高応答センサのセンサ信号とから絶対湿度を取得することを特徴とする。

このように、本開示は、応答性が異なる温度センサと相対湿度センサから出力された温度信号と相対湿度信号とから空気の絶対湿度を得るものである。このため、本開示は、温度センサと相対湿度センサのうち、応答性が速い高応答センサの出力を遅らせて、温度センサと相対湿度センサにおける空気の状態変化に対する出力の変化挙動を合わせる遅れ調整部を備えている。そして、本開示は、低応答センサのセンサ信号と、遅れ調整部で遅らされた高応答センサのセンサ信号とから絶対湿度を取得するため、温度センサと相対湿度センサにおける空気の状態変化に対する出力の変化挙動を合わせることができる。よって、本開示は、空気の状態変化時における絶対湿度の誤差を抑制できる。

また、本開示のさらなる特徴は、
空気が流れる環境に配置され、空気の温度に応じたセンサ信号である温度信号を出力する温度センサ（１２ｃ）と、
環境に配置され、空気の相対湿度に応じたセンサ信号である相対湿度信号を出力する相対湿度センサ（１２ｂ）と、
温度信号と相対湿度信号とから空気の絶対湿度を取得する絶対湿度取得部（２２）と、を有し、
温度センサにおける空気の温度が変化した場合の応答性と、相対湿度センサにおける空気の湿度が変化した場合の応答性が異なるものであって、
さらに、温度センサと相対湿度センサのうち、応答性が遅い低応答センサの出力を進めて、温度センサと相対湿度センサにおける空気の温度変化に対する出力の変化挙動を合わせる進み調整部（２１ｂ）を有し、
絶対湿度取得部は、温度センサと相対湿度センサのうち応答性が速い高応答センサのセンサ信号と、進み調整部で進められた低応答センサのセンサ信号とから絶対湿度を取得する点にある。

このように、本開示は、応答性が異なる温度センサと相対湿度センサから出力された温度信号と相対湿度信号とから空気の絶対湿度を得るものである。このため、本開示は、温度センサと相対湿度センサのうち、応答性が遅い低応答センサの出力を進めて、温度センサと相対湿度センサにおける空気の状態変化に対する出力の変化挙動を合わせる進み調整部を備えている。そして、本開示は、高応答センサのセンサ信号と、進み調整部で進められた低応答センサのセンサ信号とから絶対湿度を取得するため、温度センサと相対湿度センサにおける空気の状態変化に対する出力の変化挙動を合わせることができる。よって、本開示は、空気の状態変化時における絶対湿度の誤差を抑制できる。

なお、特許請求の範囲、及びこの項に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態におけるエアフロメータが搭載された状態を示す正面図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 第１実施形態におけるセンサ部の概略構成を示す平面図である。 図３のIV−IV線に沿う断面図である。 第１実施形態におけるエアフロメータの概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態におけるエアフロメータを含むシステムの概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態におけるエアフロメータの出力特性を示すグラフである。 第１実施形態における遅れ処理前後の出力特性を示すグラフである。 比較例におけるエアフロメータの出力特性を示すグラフである。 変形例１におけるエアフロメータの概略構成を示すブロック図である。 第２実施形態におけるエアフロメータを含むシステムの概略構成を示すブロック図である。 第２実施形態におけるエアフロメータが搭載されたＥＧＲシステムの概略構成を示す図面である。 変形例２におけるエアフロメータが搭載されたＥＧＲシステムの概略構成を示す図面である。 第３実施形態におけるエアフロメータの概略構成を示すブロック図である。 変形例３におけるエアフロメータの概略構成を示すブロック図である。 第４実施形態におけるエアフロメータの概略構成を示すブロック図である。 第４実施形態における温度センサと相対湿度センサの温度と流速による応答性を示す表である。

以下において、図面を参照しながら、発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。ステップ番号に関しても同様に、先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

（第１実施形態）
本実施形態では、一例として、本発明をエアフロメータ１００に適用した例を採用する。つまり、エアフロメータ１００は、絶対湿度センサを含んでいる。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は、エアフロメータ１００に搭載されていなくてもよい。また、本発明は、後程説明する吸入空気（以下、吸気）が流れる環境に配置されていなくてもよい。

エアフロメータ１００は、例えば内燃機関（以下、エンジン）を備えた車両に搭載され、エンジンの気筒に吸入される吸気の流量を測定する熱式の空気流量測定機能を有している。エアフロメータ１００は、図１、図２に示すように、ダクト１内を流れる吸気の流量に応じたセンサ信号に加えて、相対湿度及び温度に応じたセンサ信号を出力するとともに、相対湿度と温度に基づいて絶対湿度を取得する。エアフロメータ１００は、センサ信号及び絶対湿度を示す信号（以下、絶対湿度信号）を外部装置としてのＥＣＵ６０に出力可能に構成されている。なお、図１及び図２におけるダクト１は、ダクト１の断面図を示している。

なお、本実施形態では、外部装置の一例としてＥＣＵ６０を採用している。このＥＣＵ６０とは、エアフロメータ１００と別体に設けられた装置であり、エアフロメータ１００と電気的に接続された装置である。また、ＥＣＵ６０は、Electronic Control Unitの略称であり、ＣＰＵ、ＲＯＭとＲＡＭを含むメモリ、入力部、出力部、電源回路など含むマイクロコンピュータを備えている。ＥＣＵ６０は、エアフロメータ１００から出力されたセンサ信号などを用いて所定の制御を行う。なお、エアフロメータ１００は、ＥＣＵ６０以外の外部装置に電気的に接続されて、その外部装置にセンサ信号などを出力可能に構成されていてもよい。

図１〜図４を用いて、エアフロメータ１００の構成に関して説明する。エアフロメータ１００は、センサ部１０、応答遅れ処理部２１ａ、絶対湿度算出部２２、ハウジング３０、圧力センサ４０、回路チップ５０などを備えている。

エアフロメータ１００は、図１、図２に示すように、ハウジング３０にセンサ部１０が設けられている状態で、吸気管（吸気ダクト）又はエアクリーナのアウトレットダクト等のダクト１に着脱自在に取り付けられる。エアフロメータ１００は、ダクト１の壁面に貫通して形成されたセンサ挿入孔１ｂに、一部がダクト１内の主流路１ａに配置されるように挿し込まれている。

つまり、エアフロメータ１００は、ダクト１に取り付けられた状態で、センサ部１０の一部が、吸気が流れる環境に配置されることになる。具体的には、エアフロメータ１００は、センサ部１０の一部として、少なくとも、流量センシング部１１と、相対湿度センシング部１２ｂと、温度センシング部１２ｃとが吸気に晒される。このように、本実施形態では、空気が流れる環境として、内燃機関における吸気が流れる環境を採用している。なお、以下においては、相対湿度センシング部１２ｂを単に湿度センシング部１２ｂと記載する。

ハウジング３０は、図２に示すように、センサ部１０が一体的に設けられている。また、ハウジング３０は、センサ部１０に加えて、圧力センサ４０や回路チップ５０が一体的に設けられている。

ハウジング３０は、一例として、図１、図２に示すように、バイパス部３０ａ、嵌合部３０ｂ、コネクタ部３０ｃを備えた構成を採用する。

バイパス部３０ａは、主流路１ａを流れる吸気の一部が通過するバイパス流路１４ａ及びサブバイパス流路１５ａを形成している。バイパス流路１４ａは、バイパス流路入口１４ｂとバイパス流路出口１４ｃとの間の流路である。サブバイパス流路１５ａは、バイパス流路１４ａを流れる吸気の一部が、サブバイパス流路入口１５ｂから流入する流路である。サブバイパス流路１５ａは、サブバイパス流路入口１５ｂとサブバイパス流路出口１５ｃとの間の流路である。

嵌合部３０ｂは、ダクト１のセンサ挿入孔１ｂにＯリング３０ｄなどを介して嵌合する部位である。コネクタ部３０ｃは、ＥＣＵ６０との電気的な接続を行う端子を囲う部位である。これによって、エアフロメータ１００は、コネクタ部３０ｃを介して、センサ信号及び絶対湿度信号をＥＣＵ６０に出力することができる。

なお、このハウジング３０は、例えば、特開２０１４−９２４３０号公報に記載されたハウジングを参照して採用できる。また、エアフロメータ１００は、一例として、端子を介してＥＣＵ６０と電気的に接続可能に構成されている例を採用したが、ＥＣＵ６０とセンサ信号などを通信できる構成であればよい。よって、エアフロメータ１００は、ＥＣＵ６０と無線通信できるように構成されていてもよい。

センサ部１０は、図３に示すように、流量センシング部１１と温度湿度センシング部１２が、例えばセンサ基板１３に一体的に形成されている。また、後程説明するが、温度湿度センシング部１２は、湿度センシング部１２ｂ、温度センシング部１２ｃが一体的に形成されている。このため、エアフロメータ１００は、流量センシング部１１、湿度センシング部１２ｂ、温度センシング部１２ｃの３センサが一体化してサブアッセンブリ化されていると言える。これによって、エアフロメータ１００は、部品点数を削減できるとともに、組み付け点数を削減できる。さらに、エアフロメータ１００は、同じ個所の吸気を検出対象とすることができるため、各センシング部１１、１２ｂ、１２ｃの応答性の差を小さくできる。これに伴って、エアフロメータ１００は、例えば、それぞれのセンサ信号で補正を行う場合に高精度に行うことができる。

流量センシング部１１は、ハウジング３０がダクト１に取り付けられた状態で、サブバイパス流路１５ａに配置される。流量センシング部１１は、サブバイパス流路１５ａを流れる吸気の流量に応じたセンサ信号である流量信号を回路チップ５０に対して出力する。よって、流量センシング部１１は、吸気の流量を検出するとも言える。

なお、回路チップ５０は、コネクタ部３０ｃの端子と電気的に接続されている。これによって、エアフロメータ１００は、流量信号をＥＣＵ６０に出力可能となっている。なお、流量センシング部１１は、例えば、特開２０１５−９０３３８号公報に記載された流量センサを参照して採用できる。

温度湿度センシング部１２は、ハウジング３０がダクト１に取り付けられた状態で、サブバイパス流路１５ａに配置される。温度湿度センシング部１２は、図４に示すように、例えば基板１２ａと、電極１２ｄと、接合材１２ｅと、ワイヤ１２ｆと、封止部１２ｇとを備えている。

基板１２ａは、例えば半導体基板などを採用することができ、湿度センシング部１２ｂと温度センシング部１２ｃとが形成されている。湿度センシング部１２ｂは、特許請求の範囲における相対湿度センサに相当する。温度センシング部１２ｃは、特許請求の範囲における温度センサに相当する。

湿度センシング部１２ｂは、例えば感湿膜などを備えており、サブバイパス流路１５ａを流れる吸気の相対湿度に応じたセンサ信号である相対湿度信号を回路チップ５０に対して出力する。よって、湿度センシング部１２ｂは、吸気の相対湿度を検出するとも言える。一方、温度センシング部１２ｃは、サブバイパス流路１５ａを流れる吸気の温度に応じたセンサ信号である温度信号を回路チップ５０に対して出力する。よって、温度センシング部１２ｃは、吸気の温度を検出するとも言える。

なお、センサ部１０は、湿度センシング部１２ｂから出力された電気信号を処理して相対湿度信号を出力する処理回路を含んでいてもよい。同様に、センサ部１０は、温度センシング部１２ｃから出力された電気信号を処理して温度信号を出力する処理回路を含んでいてもよい。

このように、温度センシング部１２ｃは、湿度センシング部１２ｂが湿度を検出している場所と同じ場所の温度を検出することができる。また、湿度センシング部１２ｂと温度センシング部１２ｃは、隣り合って設けられている、又は、近傍に設けられていると言える。さらに、湿度センシング部１２ｂと温度センシング部１２ｃは、吸気の温度差が生じない程度に十分に近い位置に設けられていると言える。なお、温度湿度センシング部１２は、温度を検出する機能を有した湿度センサとも言える。

基板１２ａは、接合材１２ｅを介して台座に接合されている。この台座は、例えば、電極１２ｄを含むリードフレームにおけるダイパッドなどを採用できる。

また、基板１２ａは、湿度センシング部１２ｂと温度センシング部１２ｃのそれぞれに電気的に接続された電極を備えており、この電極にワイヤ１２ｆの一部が電気的に接続されている。このワイヤ１２ｆは、他の一部が電極１２ｄに電気的に接続されている。よって、基板１２ａは、湿度センシング部１２ｂと温度センシング部１２ｃのそれぞれが、ワイヤ１２ｆを介して電極１２ｄと電気的に接続されている。

封止部１２ｇは、湿度センシング部１２ｂと電極１２ｄの一部が露出した状態で、温度湿度センシング部１２における他の構成要素に密着しつつ、他の構成要素を覆っている。よって、温度湿度センシング部１２は、封止部１２ｇによって、温度湿度センシング部１２の構成要素が保護されている。なお、温度湿度センシング部１２は、電極１２ｄにおける封止部１２ｇから露出した部分が配線などを介して回路チップ５０と電気的に接続されている。

なお、本発明は、これに限定されない。本発明は、湿度センシング部１２ｂと温度センシング部１２ｃが、吸気が流れる環境に配置されていればよく、バイパス流路１４ａや主流路１ａに配置されていてもよい。

ところで、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂは、応答性が異なることが考えられる。温度センシング部１２ｃは、温度センシング部１２ｃの熱容量、熱伝導、基板１２ａやセンサ基板１３などの支持部材からの伝熱などによって応答性が決定する。一方、湿度センシング部１２ｂは、感湿膜の拡散スピード、拡散領域、表面面積などによって応答性が決定する。なお、ここでの応答性は、温度応答性や、出力が遅れる量とも言える。

また、応答性は、所定の温度や湿度を有する空気の温度や湿度が変化したタイミングと、これら温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂの出力が空気の温度や湿度が変化と同等の温度信号や相対湿度信号を出力する出力タイミングとの差異Ｔにより定められる。この差異Ｔについて、温度センシング部１２ｃの方が湿度センシング部１２ｂより大きい場合、温度センシング部１２ｃの方が湿度センシング部１２ｂより応答性が遅い、ということになる。

たとえば、温度センサの熱容量が大きくかつ温度センサの導通部であるターミナルから空気以外への熱伝導が大きい場合には温度センサ自身の温度変化が遅くなり、湿度センサの感熱膜の拡散スピードが速く拡散領域に小さい場合には湿度センサの応答が速くなる。この場合の温度センサと湿度センサの組み合わせにおいては応答差が生じてしまう。

このように、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂは、異なる要件や制約により応答性が決定する。このため、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂは、同じ基板１２ａに隣り合って設けたとしても、応答性を同一にすることは困難である。また、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂは、それぞれ異なる物理量を検出しているため、応答性をハード構成で合わせることも困難である。

なお、本実施形態では、温度センシング部１２ｃの方が湿度センシング部１２ｂよりも応答性が速い例を採用する。よって、本実施形態では、温度センシング部１２ｃを高応答センサ、湿度センシング部１２ｂを低応答センサと言える。言い換えると、高応答センサは、低応答センサよりも応答性が良い。逆に、低応答センサは、高応答センサよりも応答性が悪い。

この場合、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂは、空気の温度変化に対する出力の変化挙動が異なってしまう。つまり、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂは、応答性が異なるため、空気の温度が変化した場合に、同じ温度の空気を検出対象とすることができていない状態とみなせる。このため、空気の温度が変化した際における温度信号と相対湿度信号を元に算出される絶対湿度には、スパイク状の誤差が発生する。

そこで、エアフロメータ１００は、この絶対湿度の誤差を抑制するために、応答遅れ処理部２１ａが設けられている。応答遅れ処理部２１ａは、遅れ調整部に相当し、図５に示すように、温度センシング部１２ｃからセンサ信号が入力される。そして、応答遅れ処理部２１ａは、図８に示すように、温度センシング部１２ｃの出力を遅らせる。なお、図８における元出力とは、応答遅れ処理部２１ａを介していない場合の温度センシング部１２ｃの出力である。一方、遅れ処理後出力とは、温度センシング部１２ｃの出力が応答遅れ処理部２１ａで遅らされた場合の出力である。

このようにして、応答遅れ処理部２１ａは、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂにおける吸気の温度変化に対する出力の変化挙動を合わせる。つまり、応答遅れ処理部２１ａは、応答性が速い温度センシング部１２ｃの出力タイミングを遅らせることで、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂにおける出力挙動を合わせることができるとも言える。また、二つのセンサの出力の変化挙動を合わせるとは、二つのセンサの応答性を合わせるとも言える。

これによって、温度センシング部１２ｃは、湿度センシング部１２ｂよりも応答性が速かったとしても、吸気の温度が変化した場合に、同じ温度の吸気を検出対象としている状態とすることができる。

応答遅れ処理部２１ａによって出力を遅らせる程度は、実験やシミュレーションなどによって、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂにおける吸気の温度変化に対する出力の変化挙動のずれを確認しておくことで、予め設定することができる。なお、応答遅れ処理部２１ａは、例えばソフト的に出力を遅らせてもよいし、ＲＣフィルタなどで出力を遅らせてもよい。

なお、応答遅れ処理部２１ａは、温度センシング部１２ｃに設けられていてもよいし、回路チップ５０に設けられていてもよい。さらに、応答遅れ処理部２１ａは、温度センシング部１２ｃと回路チップ５０との間に設けられていてもよい。つまり、エアフロメータ１００は、応答性が速いセンサの出力を遅らせて、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂにおける吸気の温度変化に対する出力の変化挙動を合わせる機能を備えていればよい。

絶対湿度算出部２２は、図５に示すように、応答遅れ処理部２１ａを介して温度センシング部１２ｃから温度信号が入力され、且つ、応答遅れ処理部２１ａを介することなく湿度センシング部１２ｂから湿度信号が入力される。そして、絶対湿度算出部２２は、温度信号と相対湿度信号とから吸気の絶対湿度を取得する。つまり、絶対湿度算出部２２は、低応答センサである湿度センシング部１２ｂのセンサ信号と、応答遅れ処理部２１ａで遅らされた高応答センサである温度センシング部１２ｃのセンサ信号とから絶対湿度を取得することになる。絶対湿度算出部２２は、温度信号と相対湿度信号とを用いて、所定の演算式に従って演算を行うことで、吸気の絶対湿度を取得することができる。

例えば、エンジン制御上必要な絶対湿度は、重量絶対湿度＝混合比であり、その算出式は、混合比ｒ＝ｍｗ／ｍｇ＝Ａ×ｅ／Ｐ−ｅである。ここで、ｍｗは、気体中に含まれる水蒸気の質量である。ｍgは、水蒸気以外の乾き気体の質量である。Ａは、水蒸気の分子量と乾き気体の分子量の比であり、例えば空気の場合は１８．０１６／２８．９６６≒０．６２２となる。Ｐは、気体の全圧である。ｅは、蒸気圧である。そして、ｅ＝Ｈ（相対湿度）×ｅｓ（飽和蒸気圧）である。

しかしながら、絶対湿度算出部２２は、温度信号と相対湿度信号と、絶対湿度マップとから、絶対湿度を取得してもよい。絶対湿度マップは、湿度信号、温度信号、絶対湿度が関連付けられたマップである。

なお、本実施形態では、絶対湿度算出部２２が回路チップ５０に設けられている例を採用する。つまり、回路チップ５０は、機能ブロックとして絶対湿度算出部２２を備えていると言える。また、回路チップ５０は、絶対湿度を算出する機能を備えていると言える。

回路チップ５０は、図６に示すように、各センシング部からのセンサ信号が入力されるＩ／Ｆ、ロジック回路５１、記憶部５２、電源部５３、センサ出力段５４などを備えている。回路チップ５０は、ロジック回路５１が電源部５３から電源供給されて動作し、各センサからのセンサ信号と記憶部５２の記憶内容に基づいて、絶対湿度を算出する。また、回路チップ５０は、算出した絶対湿度を、センサ出力段５４を介してＥＣＵ６０に出力する。なお、センサ出力段５４としては、ＳＥＮＴ（Single Edge Nibble Transmission）などを採用できる。

しかしながら、本発明は、これに限定されない。本発明は、回路チップ５０が、各センサから入力されたセンサ信号を、センサ出力段５４を介してＥＣＵ６０に出力し、ＥＣＵ６０が絶対湿度を得るものであっても採用できる。つまり、ＥＣＵ６０は、絶対湿度取得部を備えていてもよい。この場合、本発明は、ＥＣＵ６０の一部（絶対湿度算出部）を含んでいると言える。

なお、ＥＣＵ６０は、流量センシング部１１から出力された流量信号と、絶対湿度算出部２２で算出された絶対湿度とを取得可能に構成されている。また、流量センシング部１１は、絶対湿度によって出力が変化する湿度特性を有しているものを採用できる。この場合、ＥＣＵ６０は、絶対湿度を用いて、流量信号を補正する補正部を備えていてもよい。ＥＣＵ６０は、絶対湿度が高いと、流量信号を小さく補正し、絶対湿度が低いと、流量信号を大きく補正する。これによって、ＥＣＵ６０は、吸気の絶対湿度によらず、流量センシング部１１で出力された流量信号の精度を向上できる。この場合、本発明は、ＥＣＵ６０の一部（補正部）を含んでいると言える。なお、エアフロメータ１００は、この補正を行う部位を含んでいてもよい。

圧力センサ４０は、ダクト１の圧力に応じたセンサ信号である圧力信号を出力する。よって、圧力センサ４０は、ダクト１の圧力を検出するとも言える。なお、本実施形態では、一例として、圧力センサ４０を備えたエアフロメータ１００を採用している。しかしながら、本発明は、これに限定されず、圧力センサ４０を備えていないエアフロメータ１００であっても採用できる。

ここで、比較例の絶対湿度センサを用いて、エアフロメータ１００の効果を説明する。比較例の絶対湿度センサは、応答遅れ処理部２１ａを備えていない点が、エアフロメータ１００と異なる。

比較例の絶対湿度センサは、エアフロメータ１００と同様に、同じ基板１２ａに設けられた湿度センシング部１２ｂと温度センシング部１２ｃから出力された温度信号と相対湿度信号とから空気の絶対湿度を得るものである。よって、比較例の絶対湿度センサは、図９に示すように、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂにおける吸気の温度変化に対する出力の変化挙動が異なる。このため、比較例の絶対湿度センサで算出される絶対湿度は、図９の１０〜３０（ｓ）の付近でスパイク状の誤差が生じてしまう。

通常、湿度センシング部１２ｂより温度センシング部１２ｃの方が温度に対する応答性が速い場合、吸気の温度が上昇すると、湿度センシング部１２ｂが感じている飽和水蒸気量の値より、温度センシング部１２ｃの出力から算出される飽和水蒸気量の値が大きくなる。よって、温度センシング部１２ｃのセンサ信号から算出する飽和水蒸気量を用いて算出される絶対湿度は大きくなる。この状態では、吸気の温度が変化しているときに生じるのでスパイク状の誤差となる。

これに対して、エアフロメータ１００は、応答性が速い温度センシング部１２ｃの出力を遅らせて、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂにおける吸気の温度変化に対する出力の変化挙動を合わせる応答遅れ処理部２１ａを備えている。そして、エアフロメータ１００は、湿度センシング部１２ｂのセンサ信号と、応答遅れ処理部２１ａで遅らされた温度センシング部１２ｃのセンサ信号とから絶対湿度を取得する。よって、エアフロメータ１００は、図７に示すように、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂにおける空気の温度変化に対する出力の変化挙動を合わせることができる。このため、エアフロメータ１００は、図７に示すように、吸気の温度変化時における絶対湿度の誤差を抑制できる。言い換えると、エアフロメータ１００は、過渡時の絶対湿度の精度を向上できる。

ここで、湿度センシング部１２ｂのセンサ信号と記載したが、本発明の目的は高応答センサと低応答センサにおける空気の状態変化に対する出力の変化の応答性を合わせることである。従って、この場合の低応答センサの湿度センシング部１２ｂのセンサ信号は、何からの理由により遅れ処理、進み処理の少なくともいずれかがなされた信号であってもよい。つまり、湿度センシング部１２ｂのセンサ信号は、遅れ処理や進み処理がなされていない信号であってもよいし、遅れ処理と進み処理のいずれかがなされた信号であってもよいと言える。よって、低応答センサのセンサ信号とは、遅れ処理や進み処理がなされていない信号であってもよいし、遅れ処理と進み処理のいずれかがなされた信号であってもよいと言える。

さらに、低応答センサの進み処理が大きく高応答センサの応答より速くなる場合には、高応答センサ（ここでは温度センシング部１２ｃ）の応答性調整手段は、応答進み処理としてもよい。その場合は、低応答センサの進み処理量より小さい応答進み処理量となる。

また、エアフロメータ１００は、上記差異Ｔと、高応答センサの出力を遅らせる量とを同じ時間（値）にすると言える。なお、同じ値になっているか否かの判断は、シミュレーションにおいて絶対湿度にスパイク状の誤差が発生しているか否かの判断を行うことである。スパイク状の波形（誤差）が発生していない場合には、同じ値になっているとする。一方、スパイク状の誤差が発生している場合には、同じ値になっていないとする。スパイク状の波形の最大値が所定値より小さい場合には、同じ値にはなっていないが、ほぼ同じ値、すなわち許容値になっているとする。

応答性調整値についても上記のごとく、スパイク状の誤差が各センサのばらつきを考慮してもある所定値以下となる様な値を選定する。また、個々の各センサの応答性を検査することにより応答性差のばらつきを確認した上で応答調整値を決めることにより個々の応答差により絶対湿度の誤差のばらつきを低減することができる。

次に、図１０を用いて、第１実施形態の変形例である変形例１に関して説明する。変形例１のエアフロメータ１００は、図１０に示すように、応答遅れ処理部２１ａのかわりに、応答進み処理部２１ｂが設けられている。その他の点に関しては、上記実施形態と同様である。

応答進み処理部２１ｂは、進み調整部に相当し、図１０に示すように、湿度センシング部１２ｂからセンサ信号が入力される。応答進み処理部２１ｂは、応答性が遅い湿度センシング部１２ｂの出力を進めて、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂにおける吸気の温度変化に対する出力の変化挙動を合わせる。応答進み処理部２１ｂは、例えばソフト的に出力を進めることができる。

これによって、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂは、応答性が異なっていたとしても、吸気の温度が変化した場合に、同じ温度の吸気を検出対象としている状態とすることができる。言い換えると、応答進み処理部２１ｂは、応答性が異なる温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂにおける出力挙動を合わせることができる。

なお、応答進み処理部２１ｂは、温度センシング部１２ｃに設けられていてもよいし、回路チップ５０に設けられていてもよい。さらに、応答進み処理部２１ｂは、温度センシング部１２ｃと回路チップ５０との間に設けられていてもよい。つまり、エアフロメータ１００は、応答性が遅いセンシング部の出力を進めて、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂにおける吸気の温度変化に対する出力の変化挙動を合わせる機能を備えていればよい。

絶対湿度算出部２２は、図１０に示すように、応答進み処理部２１ｂを介して湿度センシング部１２ｂから湿度信号が入力され、且つ、応答進み処理部２１ｂを介することなく温度センシング部１２ｃから温度信号が入力される。そして、絶対湿度算出部２２は、上記実施形態と同様に、温度信号と相対湿度信号とから吸気の絶対湿度を取得する。変形例１のエアフロメータ１００は、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

ここで、高応答センサのセンサ信号と記載したが、本発明の目的は高応答センサと低応答センサにおける空気の状態変化に対する出力の変化の応答性を合わせることである。従って、高応答センサのセンサ信号は、何からの理由により遅れ処理、進み処理の少なくともいずれかがなされた信号であってもよい。つまり、高応答センサのセンサ信号は、遅れ処理や進み処理がなされていない信号であってもよいし、遅れ処理と進み処理のいずれかがなされた信号であってもよいと言える。

さらに高応答センサの遅れ処理が大きく低応答センサの応答より遅くなる場合には、低応答センサの応答性調整手段は応答遅れ処理としてもよく、その場合は高応答センサの遅れ処理量より小さい応答遅れ量となる。

また、エアフロメータ１００は、上記差異Ｔと、低応答センサの出力を進める量とを同じ時間（値）にすると言える。なお、上記と同様に、同じ値になっているか否かの判断は、シミュレーションにおいて絶対湿度にスパイク状の誤差が発生しているか否かの判断を行うことである。スパイク状の波形が発生しているか否かと、同じ値になっているか否かとの関係に関しても、上記と同様である。ばらつきの調整に関しても上記と同様に低減できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態に何ら制限されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。以下に、本発明のその他の形態として、第２実施形態〜第４実施形態、及び変形例に関して説明する。上記実施形態と、他の実施形態や変形例は、それぞれ単独で実施することも可能であるが、適宜組み合わせて実施することも可能である。本発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。

ここで、図１１、図１２を用いて、第２実施形態に関して説明する。第２実施形態のエアフロメータ１００は、図１１、図１２に示すように、ＥＧＲシステムに適用される。ＥＣＵ５０ａは、例えば、Ｉ／Ｆやロジック回路５１ａや記憶部５２ａなどを備えており、ＥＧＲバルブ７０や燃料噴射装置８０が電気的に接続されている。また、ＥＣＵ５０ａは、吸気圧力や吸気温度やアクセル開度を示す信号が入力される。

ＥＧＲシステムは、図１２に示すように、ＥＧＲバルブ７０、ＥＧＲクーラ７１、ＥＧＲ通路７２、内燃機関９１、吸気通路９２、ターボチャージャ９３、インタークーラ９４、スロットルバルブ９５、排気通路９６などを含む周知技術である。

ＥＧＲシステムの導入は、吸気に燃焼ガスを混合させ燃焼室に入る空気の酸素濃度を低下させることで発熱量を下げることができる。吸気量は、同じなので燃焼温度を低下させるのでＮＯｘの発生を抑制できる。しかしながら、燃焼温度の低下により煤の再燃焼も妨げられるので煤の排出力が増加する。ＮＯｘと煤は、トレードオフの関係になり最適なＥＧＲ制御が必要である。

燃焼ガスの混合量の制御は、主にＥＧＲバルブにて行われる。また、ＥＧＲシステムでは、エアフロメータ１００で新気量を計測し、エンジン状態（回転数、圧力など）からエンジンの吸入空気量を算出しＥＧＲ率（燃焼ガス／吸入空気量）が算出される。しかしながら、エアフロメータの無いシステムでは、エンジン状態とＥＧＲバルブ開度でＥＧＲ率を概算する。よって、ＥＧＲ率を高精度に制御するには、新気量を高精度に計測する必要がある。また、ガソリンエンジンにおいては、ＥＧＲシステムを導入することで任意の要求出力下でスロットルをより開くことができるのでポンピングロスを低減することもできる。

ところで、内燃機関では、燃料中の硫黄分が燃焼しＳＯ_２（二酸化硫黄）が発生する。このＳＯ_２が排ガス中などの水分に溶け込むと硫酸を生成する。ＥＧＲシステムでは、この硫酸がシリンダー壁やピストンリング、インジャクタのノズルなどを腐食させることが問題となる。ＥＧＲシステムでは、この問題により、ＮＯｘ低減や燃費向上要求のＥＧＲガス流量より少ない範囲、すなわち腐食を抑制できる範囲内にＥＧＲガス流量を抑制する必要がある。

ＥＧＲシステムでは、絶対湿度を計測することで、排ガス中の水分量の把握することができるのでＥＧＲ抑制限度をあげることができる。そこで、ＥＣＵ５０ａは、吸気の絶対湿度の変化に応じてＥＧＲガス流量を調整する。また、エアフロメータ１００は、このＥＣＵ５０ａに対して、絶対湿度算出部２２で取得された絶対湿度を出力する。

上記のように、エアフロメータ１００は、高精度に吸気の絶対湿度を得ることができる。そして、エアフロメータ１００は、この絶対湿度をＥＣＵ５０ａに対して出力するため、ＥＣＵ５０ａによるＥＧＲを高精度に制御させることができる。よって、エアフロメータ１００は、低燃費、排ガス量低減、排気凝縮水を低減させることができる。さらに、エアフロメータ１００は、排気凝縮水を低減させることができるため、インジェクタなどのダメージを低減することもできる。

次に、図１３を用いて、第２実施形態の変形例である変形例２に関して説明する。変形例２のエアフロメータ１００は、図１１に示すようなＥＧＲシステムに採用することもできる。変形例２におけるＥＧＲシステムは、上記ＥＧＲシステムと、低圧ＥＧＲバルブ７０ａ、高圧ＥＧＲバルブ７０ｂ、エアフィルタ９７を備えている点が異なる。このＥＧＲシステムは、周知の低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲを備えたシステムである。変形例３のエアフロメータ１００は、第２実施形態と同様の効果を奏することができる。

ここで、図１４を用いて、第３実施形態に関して説明する。第３実施形態のエアフロメータ１００は、湿度センシング部１２ｂが温度センシング部１２ｃよりも応答性が速い例を採用している。よって、本実施形態では、湿度センシング部１２ｂを高応答センサ、温度センシング部１２ｃを低応答センサと言える。

そして、第３実施形態のエアフロメータ１００は、図１４に示すように、温度センシング部１２ｃと絶対湿度算出部２２との間に応答進み処理部２１ｂが配置されている。また、第３実施形態のエアフロメータ１００は、湿度センシング部１２ｂと絶対湿度算出部２２との間に応答進み処理部２１ｂが設けられていない。第３実施形態のエアフロメータ１００は、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

次に、図１５を用いて、第３実施形態の変形例である変形例３に関して説明する。変形例３のエアフロメータ１００は、図１５に示すように、応答進み処理部２１ｂのかわりに、応答遅れ処理部２１ａが設けられている。その他の点に関しては、第３実施形態と同様である。

そして、変形例３のエアフロメータ１００は、図１５に示すように、湿度センシング部１２ｂと絶対湿度算出部２２との間に応答遅れ処理部２１ａが配置されている。また、変形例３のエアフロメータ１００は、温度センシング部１２ｃと絶対湿度算出部２２との間に応答遅れ処理部２１ａが設けられていない。変形例３のエアフロメータ１００は、第３実施形態と同様の効果を奏することができる。

ここで、図１６、図１７を用いて、第４実施形態に関して説明する。第４実施形態のエアフロメータ１００は、第１実施形態と同様に、温度センシング部１２ｃが湿度センシング部１２ｂよりも応答性が速い例を採用している。第４実施形態のエアフロメータ１００は、温度センシング部１２ｃから出力された温度信号に基づいて、応答遅れ処理部２１ａが出力を遅らせる際の遅れ係数を設定する係数設定部２１ｃを備えている点が第１実施形態と異なる。

図１７に示すように、湿度センシング部１２ｂは、吸気の温度によって、相対湿度を検出する際の応答性が変化する。具体的には、湿度センシング部１２ｂは、吸気の温度が低い場合よりも高い場合の方が、感湿膜内の湿度拡散が早くなり応答が早くなる。

そこで、図１７に示すように、係数設定部２１ｃは、遅れ係数として、温度信号に基づいて吸気の温度が高い場合よりも低い場合の方が、温度センシング部１２ｃの出力をより遅らせる値を設定する。よって、応答遅れ処理部２１ａは、吸気の温度が高い場合よりも低い場合の方が、温度センシング部１２ｃの出力を遅らせることになる。言い換えると、応答遅れ処理部２１ａは、吸気の温度が低い場合よりも高い場合の方が、温度センシング部１２ｃの出力を遅らせる程度を小さくことになる。

遅れ係数は、例えば数式１を用いて設定することができる。
Taft(n)=Taft(n-1)+(Tbef(n)-Taft(n-1))×Par…数式１

ここで、Taftは、遅れ処理後の温度である。Tbefは、温度センシング部１２ｃの出力温度である。Parは、遅れ係数である。このParは、遅れ処理時は１より小さい値である。

なお、係数設定部２１ｃは、例えば、温度信号と遅れ係数とが関連付けられたマップなどを参照して、取得した温度信号に適した遅れ係数を設定する。

第４実施形態のエアフロメータ１００は、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、第４実施形態のエアフロメータ１００は、遅れ係数を設定しない場合よりも、温度センシング部１２ｃと湿度センシング部１２ｂにおける出力挙動を精度よく合わせることができる。よって、エアフロメータ１００は、遅れ係数を設定しない場合よりも高精度に絶対湿度を得ることができる。

また、図１７に示すように、相対湿度センサは、吸気の温度だけでなく、吸気の流速によって、相対湿度を検出する際の応答性が変化する。また、温度センサは、吸気の流速によって、温度を検出する際の応答性が変化する。湿度センシング部１２ｂは、湿度センサが配置されている雰囲気の空気の入れ替えが、吸気の流速が速い方が速やかに行われるので高応答になる。一方、温度センシング部１２ｃは、空気流れにより温度応答させるので、吸気の流速が速い方が高応答になる。なお、図１７では、流速が速いことを大と示しており、流速が遅いことを小と示している。

そこで、係数設定部２１ｃは、吸気の流速を示す流速信号を取得可能な構成とする。そして、係数設定部２１ｃは、遅れ係数として、吸気の速度が速い場合よりも遅い場合の方が、温度センシング部１２ｃの出力をより遅らせる値を設定する。よって、応答遅れ処理部２１ａは、吸気の流速が遅い場合よりも速い場合の方が、温度センシング部１２ｃの出力を遅らせる程度を小さくことになる。これによって、エアフロメータ１００は、温度によって遅れ係数を設定する場合と同様に、高精度に絶対湿度を得ることができる。

さらに、第４実施形態のエアフロメータ１００は、第１実施形態よりも、絶対温度の算出応答性を高めることができる。この場合、第４実施形態のエアフロメータ１００は、絶対温度が算出されるまでのタイムラグを低減できるため、絶対温度の算出精度も高められることになる。センサは必ず応答遅れを含んでいるので進み処理をする構成の方が、応答遅れのない絶対湿度に近づけることができる。

なお、係数設定部２１ｃは、応答進み処理部２１ｂが出力を進める際の進め係数を設定するものであってもよい。この場合、係数設定部２１ｃは、進め係数として、遅れ係数を設定する場合と同様の考え方で値を設定する。

進め係数は、例えば数式２を用いて設定することができる。
Taft(n)=Tbef(n-1)+(Tbef(n)-Tbef(n-1))×Par…数式２

ここでのParは、進め係数である。このParは、進め処理時は１より大きい値である。

これによって、エアフロメータ１００は、温度によって遅れ係数を設定する場合と同様に、高精度に絶対湿度を得ることができる。

１…ダクト、１ａ…主流路、１ｂ…センサ挿入孔、１０…センサ部、１１…流量センシング部、１２…温度湿度センシング部、１２ａ…基板、１２ｂ…相対湿度センシング部、１２ｃ…温度センシング部、１２ｄ…電極、１２ｅ…接合材、１２ｆ…ワイヤ、１２ｇ…封止部、１３…センサ基板、１４ａ…バイパス流路、１４ｂ…バイパス流路入口、１４ｃ…バイパス流路出口、１５ａ…サブバイパス流路、１５ｂ…サブバイパス流路入口、１５ｃ…サブバイパス流路出口、２１ａ…応答遅れ処理部、２１ｂ…応答進み処理部、２１ｃ…係数設定部、２２…絶対湿度算出部、３０…ハウジング、３０ａ…バイパス部、３０ｂ…嵌合部、３０ｃ…コネクタ部、３０ｄ…Ｏリング、４０…圧力センサ、５０…回路チップ、５１…ロジック回路、５２…記憶部、５３…電源部、５４…センサ出力段、５０ａ…ＥＣＵ、５１ａ…ロジック回路、５２ａ…記憶部、６０…ＥＣＵ、１００…エアフロメータ

Claims (6)

1. 空気が流れる環境に配置され、前記空気の温度に応じたセンサ信号である温度信号を出力する温度センサ（１２ｃ）と、
   前記環境に配置され、前記空気の相対湿度に応じたセンサ信号である相対湿度信号を出力する相対湿度センサ（１２ｂ）と、
   前記温度信号と前記相対湿度信号とから前記空気の絶対湿度を取得する絶対湿度取得部（２２）と、を有し、
   前記温度センサにおける前記空気の温度が変化した場合の応答性と、前記相対湿度センサにおける前記空気の湿度が変化した場合の応答性が異なるものであって、
   さらに、前記温度センサと前記相対湿度センサのうち、前記応答性が速い高応答センサの出力を遅らせて、前記温度センサと前記相対湿度センサにおける前記空気の温度変化に対する出力の変化挙動を合わせる遅れ調整部（２１ａ）を有し、
   前記絶対湿度取得部は、前記温度センサと前記相対湿度センサのうち前記応答性が遅い低応答センサのセンサ信号と、前記遅れ調整部で遅らされた前記高応答センサのセンサ信号とから前記絶対湿度を取得する絶対湿度センサ。
2. 前記空気の流速を示す流速信号を取得可能に構成されており、
   前記流速信号と前記温度信号や圧力信号の少なくとも一方に基づいて、前記遅れ調整部が前記高応答センサの出力を遅らせる際の遅れ係数を設定する係数設定部（２１ｃ）を備えている請求項１に記載の絶対湿度センサ。
3. 空気が流れる環境に配置され、前記空気の温度に応じたセンサ信号である温度信号を出力する温度センサ（１２ｃ）と、
   前記環境に配置され、前記空気の相対湿度に応じたセンサ信号である相対湿度信号を出力する相対湿度センサ（１２ｂ）と、
   前記温度信号と前記相対湿度信号とから前記空気の絶対湿度を取得する絶対湿度取得部（２２）と、を有し、
   前記温度センサにおける前記空気の温度が変化した場合の応答性と、前記相対湿度センサにおける前記空気の湿度が変化した場合の応答性が異なるものであって、
   さらに、前記温度センサと前記相対湿度センサのうち、前記応答性が遅い低応答センサの出力を進めて、前記温度センサと前記相対湿度センサにおける前記空気の温度変化に対する出力の変化挙動を合わせる進み調整部（２１ｂ）を有し、
   前記絶対湿度取得部は、前記温度センサと前記相対湿度センサのうち前記応答性が速い高応答センサのセンサ信号と、前記進み調整部で進められた前記低応答センサのセンサ信号とから前記絶対湿度を取得する絶対湿度センサ。
4. 前記空気の流速を示す流速信号を取得可能に構成されており、
   前記流速信号と前記温度信号や圧力信号の少なくとも一方に基づいて、前記進み調整部が前記低応答センサの出力を進める際の進め係数を設定する係数設定部を備えている請求項３に記載の絶対湿度センサ。
5. 前記空気の流量に応じたセンサ信号である流量信号を出力する流量センサ（１１）と、
   前記絶対湿度取得部にて取得した前記絶対湿度を用いて、前記流量信号を補正する補正部（５０ａ、６０）と、を備えている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の絶対湿度センサ。
6. 前記温度センサ及び前記相対湿度センサは、前記空気が流れる環境として、内燃機関における吸入空気が流れる環境に配置されるものであり、
   前記吸入空気の湿度変化に応じてＥＧＲガス流量を調整する制御装置に対して、前記絶対湿度取得部で取得された前記絶対湿度を出力する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の絶対湿度センサ。

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