(57)【要約】【課題】結露の問題等、耐環境性能に劣る湿度検出部を電子部品の自己発熱を利用して解決すると共に、電子部品の放熱効率も併せて向上させ、自動車の吸気管内部で、例えば発熱抵抗体式空気流量測定装置と一体化して使用する。【解決手段】センサ起動直後から温度上昇を開始する空気流量測定装置の電子回路基板上に湿度検出素子を実装し、センサ起動直後から湿度検出素子の温度上昇（加熱）を促す。さらに、湿度検出素子の加熱を更に促すためにベース部材を樹脂と金属の２種類の材料で構成し、電子回路基板の中で発熱量の大きい箇所では、その基板を保持するベース部材の材料を金属で構成し、加熱を促したい湿度検出部周辺はベース部材を樹脂で構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気管内の吸入空気流量を計測する空気流量測定装置と、吸気管内の湿度を検出する湿度検出装置を一体で構成する装置であって、吸入空気流量を検出する空気流量検出素子が前記吸気管を流れる空気の一部を取り込む副空気通路の内部に実装される空気流量測定装置において、
湿度検出素子及び前記湿度検出素子の駆動回路部が前記空気流量測定装置の電子回路基板上に実装され、且つ前記湿度検出素子が吸入空気の一部に直接触れることを特徴とするセンサの構造。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサの構造において、前記湿度検出素子が前記副空気通路とは別の第二副空気通路の中で吸入空気に直接触れることを特徴とするセンサの構造。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサの構造において、前記第二副空気通路が、空気流量検出素子を内装する前記副空気通路の一部分をバイパスするように設置されたことを特徴とするセンサの構造。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のセンサ構造において、前記副空気通路と前記第二副空気通路を流れる空気の速度の関係が、副空気通路流速＞第二副空気通路流速であることを特徴とするセンサの構造。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載のセンサ構造において、前記空気流量測定装置の電子回路基板のある１面が、前記第二副空気通路を構成する壁面の一部を兼ねていることを特徴とするセンサの構造。
【請求項６】
請求項５に記載のセンサの構造において、前記第二副空気通路の壁面の一部を構成する前記電子回路基板が、ベース部材に接着保持されていることを特徴とするセンサの構造。
【請求項７】
請求項６に記載のセンサの構造において、ベース部材が、少なくとも２種類以上の材料により構成されていることを特徴とするセンサの構造。
【請求項８】
請求項７に記載したセンサの構造において、前記ベース部材が樹脂と金属のように熱伝導率が２０倍以上異なる材料の組合せで構成されていることを特徴とするセンサの構造。
【請求項９】
請求項８に記載のセンサの構造において、前記第二副空気通路が設置される位置での前記ベース部材が樹脂で構成され、前記空気流量測定装置の電子回路基板が主として配置される位置でのベース部材が金属で構成されていることを特徴とするセンサの構造。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のセンサの構造において、更に吸気管内部の圧力を検出する圧力検知部を併せ持つことを特徴とするセンサの構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸入空気に係わる物理量計測に好適なセンサの一体化構造と、これを使用した内燃機関制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用の流量測定技術としては発熱抵抗体式空気流量測定装置が知られている（特許文献１参照）。これは発熱抵抗体の奪われる熱量が流入流量に対し相関関係があることを利用したものであり、エンジンの燃焼制御で必要となる質量流量を直接測定できるため特に自動車の空燃比制御用の流量計として広く使われている。
【０００３】
更に内燃機関用の流量測定装置，圧力検出装置，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は、公知技術として特許文献２や特許文献３にエアフローセンサ，湿度センサ，圧力センサを一体化した例が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３５２３０２２号公報
【特許文献２】特願２００７−１４９８７２号公報
【特許文献３】特願２００８−２０６５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年は、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、エンジンルームの内部には様々なセンサや制御機器が所狭しと配置される。また、この場合、各種のセンサや制御機器及びそれらをコントロールするためのコントロールユニットなどを相互に接続するワイヤハーネスも複雑に入り組んだものとなっている。
【０００６】
このため、複数のセンサや制御機器を一体化することによる部品点数の低減やエンジンルーム内部の景観向上などが望まれ、例えば前記の発熱抵抗体式空気流量測定装置と温度検出装置、更には半導体式圧力検出装置や湿度検出装置などをも一体化し、コネクタを共用化する方策などはその一例であり、これにより車両への部品組み付け工数の低減や、ワイヤハーネスの簡略化が可能となる。
【０００７】
従来は前記の発熱抵抗体式空気流量測定装置と温度検出装置を一体化した構造が主流であったが、今後、前記圧力検出装置や湿度検出装置なども一体化されていくに従い様々な技術的課題が出てくる。
【０００８】
特に前記の湿度検出装置においては、ここまで燃料制御用途への利用実績が無く、主に車室内の空調管理などに用いられてきた。車室内への用途には苛酷な環境を想定した耐久性などへの要求は存在しないが、エンジン制御用として例えば前記の発熱抵抗体式空気流量測定装置やその他センサなどと共に一体化して使用する場合には、発熱抵抗体式空気流量測定装置と等価な耐環境性能が要求される。特に湿度検出装置が嫌う環境は検出素子部の結露であり、これらに対する明確な技術的解決策が必須となる。
【０００９】
例えば湿度検出素子が結露した場合には、センサの構成及びその周辺回路構成によっては、最大湿度或いは最小湿度を表す信号値を出力し、検出素子部が乾燥するまでは湿度検出装置としての機能を一時的に失う。この場合、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。一方ではセンサの多重化により、センサの総合消費電流の増加も問題となっている。
【００１０】
本発明の目的は、空気流量測定装置に対して湿度検出装置や更には圧力検出装置を一体化するのに適したセンサの構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題に対応するため、一体化された各センサの中で最も消費電流の多い空気流量測定装置におけるセンサ自体の発熱と放熱の構造に着目した。空気流量検出素子の加熱量を制御するパワートランジスタなどは発熱量が多く、効率良く放熱しないと装置全体の温度が上昇し、温度に対して異なる特性を持つ電子部品や抵抗体の影響で空気流量の検出精度を悪化させたり、更にはその熱影響で電子部品の耐久性等にも悪影響を及ぼす。よって空気流量測定装置に対しては効率的な放熱構造が求められている。このため、電子回路基板を接着保持するベース部材は金属で構成するのが良く、この構成により、ベース部材から主空気通路を流れる空気への熱伝達による放熱が可能となる。
【００１２】
一方、湿度検出装置においては前述した結露への対策、例えば結露した湿度検出素子を短時間で乾燥させる手段と、湿潤空気の中において湿度検出素子表面の乾燥状態を維持する手段が求められる。ここへの対策手段は湿度検出素子自体の温度を高く保つことであり、湿度検出素子部やその周囲の加熱や蓄熱が効果的である。
【００１３】
これら相反する放熱と加熱という機能を１つのデバイスで達成する。
【００１４】
結露が起きている環境として考えられるのは気温の下がった夜から朝にかけての時間帯であり、この時間帯におけるエンジンのコールドスタートが該当する。よってエンジン始動時、特にアイドリング時の吸気管内空気流量がごく少量の環境下における結露の除去が重要である。このためセンサ起動直後から温度上昇を開始する空気流量測定装置の電子回路基板上に湿度検出素子を実装し、センサ起動直後から湿度検出素子の温度上昇を促す構成とする。
【００１５】
湿度検出素子及びその周囲の基板は第二副通路内部を流れる空気に晒されるために若干の放熱が起きる。しかし意図するアイドル流量の中では流速が遅いために湿度検出素子部で受熱＞放熱の関係が成り立つ。この効果は、副空気通路を流れる空気の速度と、第二副空気通路を流れる空気の速度の関係を、副空気通路流速＞第二副空気通路流速とするとより高くなる。
【００１６】
また、更に湿度検出素子の加熱を促すためにベース部材を樹脂と金属の２種類の材料で構成した。電子回路基板の中で発熱量の大きい箇所では、その基板を保持するベース部材の材料を金属で構成し、過熱を促したい第二副通路周辺はベース部材を樹脂で構成する。これにより更に湿度検出素子部での加熱が促される。
【００１７】
逆に結露が問題になり難い環境は一定以上の空気量が湿度検出素子部に流れている状況で、例えば吸気管内の流量で中高流量域に達する運転環境がそれに該当する。この時には結露の除去は必要なく、電子回路基板の放熱をより高める方が良い。この運転環境においては第二副空気通路にも十分な空気の流れが発生するため、第二副空気通路部からの電子回路基板の放熱が可能となり、ベース部材からの放熱と併せてより放熱の効果が高まる。
【００１８】
以上の構成により、加熱と放熱の相反する機能を同設することができる。
【発明の効果】
【００１９】
空気流量測定装置の発熱を有効利用した湿度検出部の結露除去により、湿度検出部周囲にヒーター機能を付加する必要が無くなる、或いは、湿度検出素子の有するヒーター機能を使用しなくても結露が除去でき、高精度な湿度検知とセンサの総合消費電力の低減が達成できる。
【００２０】
更には加熱と相反する性能である放熱効率の向上によってセンサの自己発熱が抑制され、電子部品の耐久性が向上し、更には電子部品や印刷抵抗体の温度特性の影響が少なくなるため、その他各物理量の高精度計測も可能となる。
【００２１】
車両側に対しては、排ガス及び燃費規制双方に対応するために必須となる高精度な燃料制御を長期間に渡って提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例を示すセンサ構造を示す図。
【図２】図１のセンサ構造を正面から見た図。
【図３】本発明の他の一実施例を示すセンサの構造を示す図。
【図４】本発明の他の一実施例を示すセンサの構造を示す図。
【図５】本発明の他の一実施例を示すセンサの構造を示す図。
【図６】図４のＡ−Ａ断面図。
【図７】本発明の他の一実施例を示すセンサの構造を示す図。
【図８】本発明の他の一実施例を示すセンサの構造を示す図。
【図９】本発明を使った内燃機関の概略システム構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の具体的な構成例について図１を使い説明する。図２は図１を正面から見た図である。
【００２４】
主空気通路（吸気管路又は単に吸気管ともいう）１００を構成する主空気通路構成部材（吸気管路構成部材）１０１には、一部に発熱抵抗体式空気流量測定装置２００の一部が挿入される挿入口１０２が設けられ、湿度検知部５００を一体とした発熱抵抗体式空気流量測定装置２００が設置されている。
【００２５】
発熱抵抗体式空気流量測定装置２００はハウジング構成部材２０１の他に、ベース部材２０２，電子回路基板２０３を保護するためのカバー部材２０４，空気流量を計測するための発熱抵抗体１，空気流量計測に使用する温度補償用抵抗体２，車両側で使用する吸入空気温度センサ３，発熱抵抗体１や温度補償用抵抗体２等を内装する副空気通路２０５，副空気通路２０５を構成するための副空気通路構成部材２０６，主空気通路１０１と外部とをシールするためのシール材２０７等から構成されている。吸入空気流量や吸入空気温度の検知を行う発熱抵抗体１，温度補償用抵抗体２，吸入空気温度センサ３はボンディング部材２０８を介して電子回路基板２０３と接続され、更に電子回路基板２０３は同様にボンディング部材２０８を介してコネクタ端子２０９と電気的に接続され、このコネクタ端子２０９を介して外部との入出力を行う。
【００２６】
この発熱抵抗体式空気流量測定装置２００を駆動する電子回路基板２０３上に湿度検知部５００が設置され、湿度検知部５００が吸入空気に直接触れるように、ハウジング構成部材２０１には吸気導入孔２１０が設けられている。ここで検知した湿度信号はコネクタ端子２０９を用いて外部に送られる。
【００２７】
この構成で発熱抵抗体式空気流量測定装置２００の起動を行うと、時間に遅れなく電子回路基板２０３の発熱が始まり、その熱影響が湿度検知部５００まで及ぶ。この結果、起動時に湿度検知部５００が結露の影響を受けていても短時間で正常状態に復帰が可能となる。
【００２８】
また、例えばこの湿度検知部５００に相対湿度と温度を検出する機能があればこの湿度信号を絶対湿度として処理、利用することによって電子回路基板２０３からの受熱は計測結果に何の支障も来さずに目的を達成することができる。
【００２９】
図３は湿度検知部５００を第二副空気通路２１１の内部に実装した例である。
【００３０】
発熱抵抗体式空気流量測定装置２００に使用する副空気通路２０５とは別に、第二副空気通路２１１を設置し、主空気通路１００を流れる空気の一部を取り込む構成としている。
【００３１】
この構成で発熱抵抗体式空気流量測定装置２００の起動を行うと、時間に遅れなく電子回路基板２０３の発熱が始まり、その熱影響が湿度検知部５００まで及ぶ。この結果、起動時に湿度検知部５００が結露の影響を受けていても短時間で正常状態に復帰が可能となる。これは結露が起きやすいエンジンのコールドスタート時、特にアイドリング時の吸入空気流量がごく少量の環境下における結露の除去に効果的である。
【００３２】
逆に結露が問題になり難い環境においては電子回路基板２０３の放熱効率をより高める方が良く、電子回路基板２０３が最も発熱する高流量域では第二副空気通路にも十分な空気の流れが発生する構成とした。これにより第二副空気通路２１１から電子回路基板２０３の放熱が可能となり、ベース部材２０２からの放熱と併せてより放熱の効果が高まる。以上の構成により、加熱と放熱の相反する機能を同設することができる。
【００３３】
図４は第二副空気通路２１１の配置を変更した例である。
【００３４】
第二副空気通路２１１が副空気通路２０５をバイパスするように構成され、第二副空気通路２１１中に湿度検知部５００が実装されている。第二副空気通路入口２１２と第二副空気通路出口２１３が副空気通路２０５の中で開口し、各出入口は副空気通路２０５中の空気の流れ方向に対して水平方向に開口している。この構成により、吸入空気中に浮遊するダストやオイル等の汚損物質を、湿度検知部５００が内装される第二副空気通路２１１内部へ取り込み難くなり、湿度検知部５００の汚損問題などの回避が可能となる。
【００３５】
図５は第二副空気通路２１１形状による湿度検知部５００の加熱効果を高めた一例である。
【００３６】
副空気通路２０５内部を流れる空気の流速Ｕｂと第二副空気通路２１１内部を流れる空気の流速Ｕｓｂを比較した時に、Ｕｂ＞Ｕｓｂの関係が成り立つように第二副空気通路２１１を構成する。本例においては第二副空気通路入口２１２と第二副空気通路出口２１３が副空気通路２０５の中で開口し、各出入口は副空気通路２０５中の空気の流れ方向に対して水平方向に開口している。この構成により、第二副空気通路２１１内部を流れる空気による電子回路基板２０３からの放熱が抑制されるため、湿度検知部５００周囲の加熱量を増加させることができ、放熱＜受熱の傾向を強めることができる。湿度検知部５００周囲の結露問題の解決が優先される状況において有利な解決方法となる。
【００３７】
図６は図５のＡ−Ａ断面図である。
【００３８】
ベース部材２０２上に電子回路基板２０３を接着などで固定し、更にベース部材２０２はハウジング構成部材２０１や副空気通路構成部材２０６と接着などで組み立てられ、第二副空気通路２１１を構成する。第二副空気通路２１１の断面を構成する壁の一部が電子回路基板２０３を用いて形成されており、第二副空気通路２１１を流れる空気が湿度検知部５００や電子回路基板２０３の表面に直接触れる構成となっている。
【００３９】
図７は図６の構造から、ベース部材２０２に２種類の材質を用いた一例をあらわす。
【００４０】
ベース部材２０２が金属材料と樹脂材料から構成され、自己発熱量の大きい発熱抵抗体式空気流量測定装置２００の駆動回路側に金属材料を用い、湿度検知部５００や第二副空気通路２１１が設置される領域に樹脂材料を用いる。発熱抵抗体式空気流量測定装置２００の駆動回路側で生じた熱は金属材料側から主空気通路１００を流れる空気へ放熱させ、発熱抵抗体式空気流量測定装置２００の駆動回路側から電子回路基板２０３を伝わって湿度検知部５００周辺に到達した熱影響はベース部材２０２に樹脂材料を使うことで空気への放熱を抑制する。この構成により湿度検知部５００の結露を短時間で通常環境に回復させる事が可能になり、また放熱と湿度検知部５００の加熱のバランスに関してより加熱側を重要視する場合に有利な構成となる。
【００４１】
但しこの構成においても主空気通路１００を流れる空気の速度が増加するに従い副空気通路２０５と第二副空気通路２１１を流れる空気の速度も増加するので、結露の心配の少ない高流速時には第二副空気通路２１１からの基板の放熱が期待でき、高流量時には効率の良い放熱が実現できる。
【００４２】
図８は発熱抵抗体式空気流量測定装置２００，吸入空気温度センサ３，湿度検出部５００に加え、圧力検出部６００を一体した構成に本発明を適用した例を示す。
【００４３】
主空気通路（吸気管路又は単に吸気管ともいう）１００を構成する主空気通路構成部材（吸気管路構成部材）１０１には、一部に発熱抵抗体式空気流量測定装置２００の一部が挿入される挿入口１０２が設けられ、湿度検知部５００を一体とした発熱抵抗体式空気流量測定装置２００が設置されている。
【００４４】
発熱抵抗体式空気流量測定装置２００はハウジング構成部材２０１の他に、ベース部材２０２，電子回路基板２０３を保護するためのカバー部材２０４，空気流量を計測するための発熱抵抗体１，空気流量計測に使用する温度補償用抵抗体２，車両側で使用する吸入空気温度センサ３，発熱抵抗体１や温度補償用抵抗体２等を内装する副空気通路２０５，副空気通路２０５を構成するための副空気通路構成部材２０６，主空気通路１０１と外部とをシールするためのシール材２０７等から構成されている。更には主空気通路構成部材１０１の外側に位置するハウジング構成部材２０１上に圧力検出部６００が搭載され、ハウジング構成部材２０１に設けられた圧力導入孔６０１を介して主空気通路１００内部の圧力を計測する。
【００４５】
吸入空気流量や吸入空気温度の検知を行う発熱抵抗体１，温度補償用抵抗体２，吸入空気温度センサ３はボンディング部材２０８を介して電子回路基板２０３と接続され、更に電子回路基板２０３は同様にボンディング部材２０８を介してコネクタ端子２０９と電気的に接続され、このコネクタ端子２０９を介して外部との入出力を行う。
【００４６】
湿度検出部５００は電子回路基板２０３からボンディング部材２０８を介してコネクタ端子２０９と電気的に接続され、このコネクタ端子２０９を介して外部との入出力を行う。
【００４７】
圧力検出部６００は圧力検出用入出力端子６０２とコネクタ端子２０９とを例えば溶接などで接続し、外部との入出力を行う。
【００４８】
この発熱抵抗体式空気流量測定装置２００を駆動する電子回路基板２０３上に湿度検知部５００を設置し、更に湿度検知部５００を第二副空気通路２１１中に実装する。この第二副空気通路２１１は副空気通路２０５をバイパスするように構成され、第二副空気通路入口２１２と第二副空気通路出口２１３が副空気通路２０５の中で開口し、各出入口は副空気通路２０５中の空気の流れ方向に対して水平方向に開口している。また、この第二副空気通路２１１の断面を構成する壁の一部は電子回路基板２０３を用いて形成され、第二副空気通路２１１を流れる空気が湿度検知部５００や電子回路基板２０３の表面に直接触れる構成となっている。
【００４９】
更にベース部材２０２が金属材料と樹脂材料から構成され、自己発熱量の大きい発熱抵抗体式空気流量測定装置２００の駆動回路側に金属材料を用い、湿度検知部５００や第二副空気通路２１１が設置される領域に樹脂材料を用いる。発熱抵抗体式空気流量測定装置２００の駆動回路側で生じた熱は金属材料側から主空気通路１００を流れる空気へ放熱させ、発熱抵抗体式空気流量測定装置２００の駆動回路側から電子回路基板２０３を伝わって湿度検知部５００周辺に到達した熱影響はベース部材２０２に樹脂材料を使うことで空気への放熱を抑制する。
【００５０】
以上の構成により、発熱抵抗体式空気流量測定装置２００，吸入空気温度センサ３，圧力検出部６００及び湿度検出部５００を一体化でき、特に湿度の検出に関し、結露に強く、電子部品の放熱性に優れた構造体とすることができる。
【００５１】
最後に、図９を使い電子燃料噴射方式の内燃機関に本発明品を適用した一実施例を示す。
【００５２】
エアクリーナ５０から吸入された吸入空気５１は、発熱抵抗式空気流量測定装置２００が挿入されるボディ５２，吸入ダクト５３，スロットルボディ５４及び燃料が供給されるインジェクタ５５を備えたインテークマニホールド５６を経て、エンジンシリンダ５７に吸入される。一方、エンジンシリンダ５７で発生したガス５８は排気マニホールド５９を経て排出される。
【００５３】
発熱抵抗式空気流量測定装置２００のバイパス付き回路モジュール６０から出力される空気流量信号，湿度信号，圧力信号，温度信号、そしてスロットル角度センサ６１から出力されるスロットルバルブ角度信号，排気マニホールド５９に設けられた酸素濃度計６２から出力される酸素濃度信号及び、エンジン回転速度計６３から出力されるエンジン回転速度信号等、これらを入力するコントロールユニット６４はこれらの信号を逐次演算して最適な燃料噴射量とアイドルエアコントロールバルブ開度を求め、その値を使って前記インジェクタ５５及びアイドルコントロールバルブ６５を制御する。
【符号の説明】
【００５４】
１  発熱抵抗体
２  温度補償用抵抗体
３  吸入空気温度センサ
５０  エアクリーナ
５１  吸入空気
５２  ボディ
５３  吸入ダクト
５４  スロットルボディ
５５  インジェクタ
５６  インテークマニホールド
５７  エンジンシリンダ
５８  ガス
５９  排気マニホールド
６０  バイパス付き回路モジュール
６１  スロットル角度センサ
６２  酸素濃度計
６３  エンジン回転速度計
６４  コントロールユニット
６５  アイドルコントロールバルブ
１００  主空気通路
１０１  主空気通路構成部材
１０２  挿入口
２００  発熱抵抗体式空気流量測定装置
２０１  ハウジング構成部材
２０２  ベース材
２０３  電子回路基板
２０４  カバー部材
２０５  副空気通路
２０６  副空気通路構成部材
２０７  シール材
２０８  ボンディング部材
２０９  コネクタ端子
２１０  吸気導入孔
２１１  第二副空気通路
２１２  第二副空気通路入口
２１３  第二副空気通路出口
５００  湿度検出部
６００  圧力検知部
６０１  圧力導入孔
６０２  圧力検出用入出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011075357.tif 000009
【図８】
2011075357.tif 000010
【図９】
2011075357.tif 000011