JPWO2020116034A1 - 物理量測定装置 - Google Patents

Abstract

吸入空気に液滴が含まれていた場合に、液滴の影響により高精度な測定ができない課題があった。導入部３は、Ｏリングが設けられる部分の開口面積よりも大きい開口面積を有する入口開口部３ａを備え、ガイド部２は、貫通部２ａの下端部２ｂが入口開口部３ａに位置するように配置される。この構成により、空気中に液滴が混在していた場合であっても、液滴は貫通部２ａから吸気管内１２の空気通路（空気流路）方向へ導かれる。そして、ガイド部２とハウジング１Ａ間、すなわち、導入部３内の基端側に向かう方向に液滴が張り付くのを抑制することができる。

Description

本発明は、物理量測定装置に関する。

自動車では、電子制御燃料噴射システムが採用され、エンジンルーム内には様々な物理量を計測する物理量計測装置が配置されている。エンジンルーム内に配置される物理量計測装置には、湿度センサや圧力センサなどのセンサが備えられている。これらのセンサは燃料制御のために利用されている。

自動車用等の内燃機関においては、低燃費化を図るために、吸入空気の流量、温度、及び圧力に加え、湿度の環境状態を高精度に計測することが求められており、自動車用内燃機関で湿度を測定する場合、高い検出精度および高い応答性が要求される。

特許文献１では、吸入空気の流れる吸気路に湿度センサが配置され、この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。吸気路は流路断面積を減少させる絞りを有し、湿度センサはこの絞りに配置されている。特許文献１の湿度センサは、絞りに湿度センサを配置することで、吸入空気の流速を増加させ、湿度センサの近傍において吸入空気が滞留するのを抑制し、湿度センサの応答性を高めている。

特開２０１５−２３２５１４号公報

特許文献１では、吸入空気に液滴が含まれていた場合に、液滴の影響により高精度な測定ができない課題があった。

本発明による物理量計測装置は、計測室に設けられるセンサと、前記計測室に被計測媒体を導入する導入部と、前記導入部の入口開口部から突出するように設けられているガイド部と、を備える物理量計測装置において、前記ガイド部は、厚さ方向に貫通する貫通部を備えており、前記ガイド部は、前記貫通部の下端部が前記導入部の開口面積が大きい部分に位置するように、前記導入部に配置される。

本発明によれば、吸入空気に液滴が含まれていた場合でも、液滴の影響を抑制してより高精度な測定が可能になる。

物理量計測装置の上面図である。 物理量計測装置の断面図である。 ガイド部材を示す図である。 物理量計測装置のＢ−Ｂ断面の部分拡大断面図である。 物理量計測装置のＡ−Ａ断面の部分拡大断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本発明に係る物理量計測装置１を内燃機関の吸気システムに適用した例について説明するが、内燃機関の吸気システムに限らずその他のシステムに適用することができる。

図１は、物理量計測装置１の上面図である。この図１は、内部の構成を分かり易くする為に、基板面を示す。図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。以下の説明において、上下方向は図２における図面上の上下方向を基準にしており、物理量計測装置１が実装された状態における上下方向とは必ずしも一致しない。

物理量計測装置１は、図１に示すように、ハウジング１Ａ内に基板１０を備え、基板１０上には電子部品１０ａや接続部１０ｂを備えている。

図２に示すように、ハウジング１Ａは、計測部収容空間１３を有する樹脂製の部材である。計測部収容空間１３には、湿度センサ４および圧力センサ５を搭載した基板１０が収容されている。湿度センサ４と圧力センサ５は基板１０の同一面上に実装されており、圧力センサ５はハウジング１Ａの第１計測室５Ａに、湿度センサ４はハウジング１Ａの第２計測室４Ａに設けられる。計測部収容空間１３は、第１計測室５Ａと第２計測室４Ａとが連通する構成である。

基板１０の上面は、電子部品１０ａなどが配置される回路室１５であり、回路室１５は図示省略したセンサカバーで覆われる。ハウジング１Ａには、ハウジング１Ａの本体を形成する樹脂により、コネクタ部９が一体に形成されている。コネクタ部９の内側空間には、回路室１５から複数の接続端子９ａが突き出している。すなわち、接続端子９ａはハウジング１Ａの回路室１５から外側に突出するように設けられている。接続端子９ａは基板１０を介して湿度センサ４や圧力センサ５に電気的に接続され、湿度センサ４や圧力センサ５への電源供給や、湿度センサ４や圧力センサ５からの検出信号の取り出しを可能にする。

物理量計測装置１は、吸気管１１の管壁にＯリング１６を介して固定されるが、吸気管１１の管壁に固定される側を基端側又は固定側と呼び、基端側から吸気管１１の内側に形成される吸気管内１２の空気通路（空気流路）に挿入される側を先端側と呼ぶ。物理量計測装置１の第１計測室５Ａ、圧力センサ５、第２計測室４Ａ、湿度センサ４は基端側に配置され、後述の温度センサ１４、ガイド部２は先端側に配置される。

ハウジング１Ａにより形成される計測部収容空間１３には、先端側に向かって延設された導入部３が形成されている。導入部３の基端側の端部は基板１０であり、基板１０が導入部３の内側に形成される通路を塞ぐ構成になっている。すなわち、導入部３は基板１０平面（基板１０の実装面）に対して垂直方向に設けられている。導入部３の先端側の内部中央には、基板１０平面に対して垂直方向にガイド部２が設けられている。さらに、ガイド部２の先端部２ｃには温度センサ１４が設けられている。ガイド部２および温度センサ１４はハウジング１Ａに固定されている。

図３は、ガイド部２を示す図であり、図２のＢ−Ｂ断面におけるガイド部２を示す。図３に示すように、ガイド部２は、ガイド部２の中央部でガイド部２の厚さ方向に貫通する貫通部２ａを備えている。

図２に示すように、導入部３は、Ｏリングが設けられる部分の開口面積よりも大きい開口面積を有する入口開口部３ａを備える。ガイド部２は、貫通部２ａの下端部２ｂが入口開口部３ａに位置するように配置される。

次に、図２を参照して、吸気管１１を流れる空気などの被計測媒体を物理量計測装置１の計測部収容空間１３に導入する仕組みについて説明する。

ガイド部２は、導入部３の先端側に配置され、吸気管１１を流れる空気はガイド部２に当たり、導入部３内を先端側から基端側へ向け第１計測室５Ａまで空気を積極的に入れ換える。すなわち、導入部３内の周方向における全周（３６０°）において、ガイド部２に当たった空気が、導入部３から第１計測室５Ａへ導入される。そのため、吸気管１１を流れる空気の流れの方向に依らずに、空気を導入することが可能である。

導入部３内の空気は、先端側から基端側に向かう導入の流れと、基端側から先端側に向かう排出の流れがある。このため、導入部３の部分はガス交換として機能する。ガス交換では空気の入れ替えがスムーズに行われ、基板１０の近傍の空気はスムーズに入れ替わる。

また、導入部３と第１計測室５Ａが連通し、第１計測室５Ａと第２計測室４Ａとが連通している。さらに、図２に示すように、導入部３の中心と第２計測室４Ａの中心とは所定の距離だけ離れた位置に配置される。すなわち、第２計測室４Ａは、導入部３の開口からオフセットして配置される。このため、第１計測室５Ａには、導入部３から空気が積極的に流入し、第１計測室５Ａ内の上下方向に縦渦が発生する。また、第１計測室５Ａ内の水平方向には横渦が発生する。一方、第２計測室４Ａは、ガスの濃度差（本実施形態では空気の湿度差）によりガスが空間内に拡がる現象を利用して、空気を第２計測室４Ａ内に導入する。

また、前述したように、導入部３は、Ｏリングが設けられる部分の開口面積よりも大きい開口面積を有する入口開口部３ａを備え、ガイド部２は、貫通部２ａの下端部２ｂが入口開口部３ａに位置するように配置される。この構成により、空気中に液滴が混在していた場合であっても、液滴は貫通部２ａから吸気管内１２の空気通路（空気流路）方向へ導かれる。そして、ガイド部２とハウジング１Ａ間、すなわち、導入部３内の基端側に向かう方向に液滴が張り付くのを抑制することができる。これにより、第１計測室５Ａの圧力センサ５や、第２計測室４Ａの湿度センサ４の計測が妨げられることはなく、センサの応答性を確保することができる。

図４は、物理量計測装置の部分拡大断面図であり、図２のＢ−Ｂ断面における部分拡大断面図である。
図４に示すように、導入部３は、入口開口部３ａに向かって徐々に広がる同一形状の傾斜部３ｂを備える。ガイド部２の先端部２ｃと入口開口部３ａの始端３ｃからの距離をｔ1、傾斜部３ｂの高さをTとすると、T<t1の関係が成り立つ。さらに、入口開口部３ａの始端３ｃからガイド部２の貫通部２ａの下端部２ｂとの距離をｔ2、傾斜部３ｂの高さをTとすると、T>t2の関係が成り立つ。このような構成にしたので、空気中に液滴が混在していた場合であっても、液滴は、導入部３の入口開口部３ａからガイド部２の貫通部２ａを経て、吸気管内１２の空気通路（空気流路）方向へ導かれる。これにより、ガイド部２とハウジング１Ａ間、すなわち、導入部３内の基端側に向かう方向に液滴が張り付くのを抑制することができる。

図５は、物理量計測装置の部分拡大断面図であり、図１のＡ−Ａ断面における部分拡大断面図（図２の部分拡大図）である。
図５に示すように、導入部３の入口開口部３ａ付近において、ガイド部２の貫通部２ａの下端部２ｂは、液滴が貫通部２ａから排出し易いように、断面両端２ｄがR形状に形成されている。なお、貫通部２ａの下端部２ｂの少なくとも一端がR形状であればよい。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）物理量計測装置１は、計測室４Ａ、５Ａに設けられるセンサ４、５と、計測室４Ａ、５Ａに被計測媒体を導入する導入部３と、導入部３の入口開口部３ａから突出するように設けられているガイド部２と、を備え、ガイド部２は、厚さ方向に貫通する貫通部２ａを備えており、ガイド部２は、貫通部２ａの下端部２ｂが導入部３の開口面積が大きい部分に位置するように、導入部３に配置される。これにより、吸入空気に液滴が含まれていた場合でも、液滴の影響を抑制してより高精度な測定が可能になる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態を次のように変形して実施することができる。
（１）実施形態では導入部３に、１枚のガイド部２を設置した例を説明したが、導入部３に、複数枚のガイド部２を設置してもよい。この場合、ガイド部２は導入部３の中心を基準に所定角度ずらして配置する。これにより、吸気管内１２を流れる被計測媒体の方向に左右されず被計測媒体の計測が可能になる。

（２）実施形態ではガイド部２の厚さ方向に貫通する貫通部２ａを設け、貫通部２ａの下端部２ｂの反対側は上端部を設けずに貫通部２ａと一体構成とした例を説明した。しかし、貫通部２ａの下端部２ｂの反対側に上端部を形成してもよい。すなわち、貫通部２ａの周囲はガイド部２の部材により構成されるので、ガイド部２の強度が増す。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。

１…物理量計測装置、１Ａ…ハウジング、２…ガイド部、２ａ…貫通部、２ｂ…下端部、３…導入部、３ａ…入口開口部、３ｂ…傾斜部、４…湿度センサ、４Ａ…第２計測室、５…圧力センサ、５Ａ…第１計測室、９…コネクタ部、９ａ…接続端子、１０…基板、１１…吸気管、１２…吸気管内、１３…計測部収容空間、１５…回路室。

Claims (7)

1. 計測室に設けられるセンサと、前記計測室に被計測媒体を導入する導入部と、前記導入部の入口開口部から突出するように設けられているガイド部と、を備える物理量計測装置において、
   前記ガイド部は、厚さ方向に貫通する貫通部を備えており、前記ガイド部は、前記貫通部の下端部が前記導入部の前記開口面積が大きい部分に位置するように、前記導入部に配置される物理量計測装置。
2. 前記物理量計測装置はＯリングを介して前記被計測媒体が流通する管に固定され、
   前記導入部の開口面積が大きい部分は、前記Ｏリングが設けられる位置の開口面積より開口面積が大きい請求項１に記載の物理量計測装置。
3. 前記導入部の前記開口面積が大きい部分は、前記導入部の前記入口開口部に向かって徐々に広がる傾斜部を備える請求項１に記載の物理量計測装置。
4. 前記ガイド部の先端部と前記入口開口部からの距離をｔ1、前記傾斜部の高さをTとすると、T<t1の関係が成り立つ請求項３に記載の物理量計測装置。
5. 前記入口開口部から前記貫通部の下端部との距離をｔ2、前記傾斜部の高さをTとすると、T>t2の関係が成り立つ請求項３に記載の物理量計測装置。
6. 前記傾斜部は、同一形状である請求項３に記載の物理量計測装置。
7. 前記ガイド部の厚さ方向に貫通する前記貫通部の下端部の少なくとも一端はR形状である請求項３に記載の物理量計測装置。

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