JP2018128347A - 絶対湿度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】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絶対湿度センサを提供すること。【解決手段】エアフロメータは、吸気が流れる環境に配置され吸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２１と、その環境に配置され、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出力する相対湿度センサ２２と、温度信号と相対湿度信号とから空気の絶対湿度を算出する絶対湿度算出部２４とを有している。この温度センサ２１と相対湿度センサ２２は、吸気の流れの上下流方向にずれた位置に配置されている。さらに、エアフロメータは、温度センサ２１と相対湿度センサ２２のうち、上流側に配置された温度センサ２１の出力を遅らせて、温度センサ２１と湿度センサ２２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応答遅れ処理部２３ａを有している。【選択図】図３

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、相対湿度情報を出力する湿度センサと、温度情報を出力する温度センサとは、検出対象である空気が流れる環境において、例えば上流と下流に配置されることが考えられる。この場合、湿度センサと温度センサは、空気の状態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、上流と下流に配置されているため、空気の状態が変化した場合に、同じ状態の空気を検出対象とすることができない。このため、温度情報と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、空気の状態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（２１）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（２２）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（２４）と、を有し、
温度センサと湿度センサは、環境において、空気の流れの上下流方向にずれた位置に配置され、
さらに、温度センサと湿度センサのうち、上流側に配置された上流センサの出力を遅らせて、温度センサと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（２３ａ）を有し、
絶対湿度取得部は、下流側に配置された下流センサのセンサ信号と、遅れ調整部で遅らされた上流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、空気の流れの上下流方向にずれた位置に配置された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、上流側に配置された上流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、下流側に配置された下流センサのセンサ信号と、遅れ調整部で遅らされた上流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（２１）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（２２）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（２４）と、を有し、
温度センサと相対湿度センサは、環境において、空気の流れの上下流方向にずれた位置に配置され、
さらに、温度センサと相対湿度センサのうち、下流側に配置された下流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（２３ｂ）を有し、
絶対湿度取得部は、上流側に配置された上流センサのセンサ信号と、進み調整部で進められた下流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、空気の流れの上下流方向にずれた位置に配置された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、下流側に配置された下流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、上流側に配置された上流センサのセンサ信号と、進み調整部で進められた下流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。 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。 変形例２におけるエアフロメータの概略構成を示す断面図である。 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３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４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。

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入空気（以下、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加えて、相対湿度、及び温度に対応し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、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。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。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。

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、流量センサ１０、温度センサ２１、相対湿度センサ２２、応答遅れ処理部２３ａ、絶対湿度算出部２４、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、流量センサ１０、温度センサ２１、相対湿度センサ２２が設けられている。また、エアフロメータ１００は、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、流量センサ１０の少なくとも一部と、温度センサ２１の少なくとも一部、相対湿度センサ２０の少なくとも一部が、吸気が流れる環境に配置されることになる。例えば、流量センサ１０は、少なくとも流量センシング部１１が吸気に晒される。温度センサ２１と相対湿度センサ２２のそれぞれは、少なくとも温度センシング部と少なくとも相対湿度センシング部が吸気に晒される。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入空気が流れる環境を採用している。

ハウジング３０は、図１、図２に示すように、流量センサ１０、温度センサ２１、相対湿度センサ２２が一体的に設けられている。また、ハウジング３０は、これらセンサに加えて、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のセンサ挿入孔にＯリング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。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、ここでは、ハウジング３０に関して簡単に説明した。このハウジング３０は、例えば、特開２０１６−１０９６２５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。

流量センサ１０は、図２に示すように、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を出力する。この吸気の流量に応じたセンサ信号は、流量信号とも称することができる。流量センサ１０は、図２に示すように、流量センシング部１１と、流量処理部１２と、流量センシング部１１と流量処理部１２とを収容する流量センサハウジング１３とを備えている。

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。流量処理部１２は、流量センシング部１１と電気的に接続されており、流量センシング部１１に対する入出力信号を制御する。また、流量処理部１２は、コネクタ部３０ｄ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、流量センサ１０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。

温度センサ２１は、吸気が流れる環境に配置され、吸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。よって、温度センサ２１は、吸気の温度を検出するセンサと言える。温度センサ２１は、図２に示すように、ハウジング３０の外部に取り付けられており、主流路１ａに配置されている。このため、温度センサ２１は、流量センサ１０とは異なり、主流路１ａを流れる吸気を検出対象としている。つまり、温度センサ２１は、主流路１ａを流れる吸気の温度に応じたセンサ信号を出力する。

相対湿度センサ２２は、例えば感湿膜などを備えており、吸気が流れる環境に配置され、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出力する。よって、相対湿度センサ２２は、吸気の相対湿度を検出するとも言える。相対湿度センサ２２は、図１に示すように、ハウジング３０の外部に取り付けられており、主流路１ａに配置されている。このため、相対湿度センサ２２は、流量センサ１０とは異なり、主流路１ａを流れる吸気を検出対象としている。つまり、相対湿度センサ２２は、主流路１ａを流れる吸気の相対湿度に応じたセンサ信号を出力する。

このように、温度センサ２１と相対湿度センサ２２は、別体として構成されており、共にダクト１内に配置されている。しかしながら、温度センサ２１と相対湿度センサ２２は、図２に示すように、ダクト１内において、吸気の流れの上下流方向にずれた位置に配置されている。なお、図２においては、温度センサ２１と相対湿度センサ２２との位置関係を説明するために、相対湿度センサ２２を破線で示している。なお、ここでの別体とは、温度センサ２１と相対湿度センサ２２が一つの基板に設けられていないことを示している。

なお、ここで吸気（空気）の流れの上下流方向とは、ある任意の地点からの空気が各センサに到達するまでの流れの位置関係であり、主流流れの上下流位置関係と同一ではない。よって、吸気の流れの上下流方向とは、例えば、主流路１ａにおける吸気流れの上下流位置関係や、バイパス部３０ａにおける吸気流れの上下流位置関係や、主流路１ａ及びバイパス部３０ａにおける吸気流れと上下流位置関係であってもよい。

本実施形態では、温度センサ２１が相対湿度センサ２２よりも上流に配置されている例を採用している。よって、本実施形態では、温度センサ２１が上流センサであり、相対湿度センサ２２が下流センサとなる。

このように、温度センサ２１と相対湿度センサ２２は、吸気の流れの上下流方向にずれた位置に配置されているため、空気の状態変化に対する出力の変化挙動が異なってしまう。つまり、温度センサ２１と相対湿度センサ２２は、吸気の状態が変化した場合に、同じ状態の吸気を検出対象とすることができない。言い換えると、温度センサ２１と相対湿度センサ２２は、応答性が異なっている。ここでの応答性とは、出力が遅れる量である。

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、これら温度センサ２１と相対湿度センサ２２が温度信号や相対湿度信号の出力が空気の温度や湿度と同等に変化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、温度センサ２１の方が相対湿度センサ２２より大きい場合、温度センサ２１の方が相対湿度センサ２２より応答性が遅い、ということになる。センサ位置による応答性が違う例として、センサの汚損対策で流速の遅い部分に配置すると応答性が遅くなり応答差が生じる。この場合にも本発明の応答性調整手段は有効である。

なお、本発明は、これに限定されない。本発明は、温度センサ２１と相対湿度センサ２２が吸気の流れの上下流方向にずれた位置に配置されていればよく、バイパス流路１４ａやサブバイパス流路１５ａに温度センサ２１と相対湿度センサ２２が配置されていてもよい。

応答遅れ処理部２３ａは、遅れ調整部に相当し、図３に示すように、温度センサ２１からセンサ信号が入力される。応答遅れ処理部２３ａは、上流センサである温度センサ２１の出力を遅らせて、温度センサ２１と相対湿度センサ２２における吸気の状態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２３ａ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、温度センサ２１と相対湿度センサ２２における吸気の状態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２３ａ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。

これによって、温度センサ２１と相対湿度センサ２２は、上流と下流に配置されていたとしても、吸気の状態が変化した場合に、同じ状態の吸気を検出対象とみなすことができる。言い換えると、応答遅れ処理部２３ａは、上流と下流に配置された温度センサ２１と相対湿度センサ２２における出力挙動を合わせることができる。応答遅れ処理部２３ａは、上流センサである温度センサ２１の出力タイミングを遅らせることで、温度センサ２１と相対湿度センサ２２における出力挙動と合わせることができるとも言える。なお、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。

なお、応答遅れ処理部２３ａは、温度センサ２１に設けられていてもよいし、後程説明する回路チップ５０に設けられていてもよい。さらに、応答遅れ処理部２３ａは、温度センサ２１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、上流センサの出力を遅らせて、温度センサ２１と相対湿度センサ２２における吸気の状態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２４は、図３に示すように、応答遅れ処理部２３ａを介して温度センサ２１から温度信号が入力され、且つ、応答遅れ処理部２３ａを介することなく相対湿度センサ２２から湿度信号が入力される。そして、絶対湿度算出部２４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。例えば、絶対湿度算出部２４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。また、絶対湿度算出部２４は、下流センサである相対湿度センサ２２のセンサ信号と、応答遅れ処理部２３ａで遅らされた上流センサである温度センサ２１のセンサ信号とから絶対湿度を取得することになる。

ここで、下流センサである相対湿度２２のセンサ信号と記載したが、目的は温度センサと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である。従って、下流センサである相対湿度２２のセンサ信号は、何らかの理由により遅れ処理、進み処理のいづれかがなされた信号であってもよい。つまり、相対湿度センサ２２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。よって、下流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、下流の相対湿度２２のセンサ信号の進み処理が大きく上流にある温度センサ２１の応答性より速くなる場合は、上流の温度センサ２１の応答調整部は進み処理としてもよい。その場合には、上流の温度センサ２１の方が進み処理量が下流の湿度センサの進み処理量より小さくなる。

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２４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。エンジンによっては、制御上必要な絶対湿度が単位体積中に含まれている水蒸気の質量であらわす絶対湿度の場合もある。

なお、本実施形態では、絶対湿度算出部２４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２４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４に示すように、各センサ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ると。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。また、応答遅れ処理部もＥＣＵ６０に含んでもよい。

なお、ＥＣＵ６０は、流量センサ１０から出力された流量信号と、絶対湿度算出部２４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、流量センサ１０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、流量信号を小さくする方向に補正し、絶対湿度が低いと、流量信号を大きくする方向に補正する。これによって、ＥＣＵ６０は、吸気の絶対湿度によらず、流量センサ１０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。

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２３ａ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、吸気の流れの上下流方向にずれた位置に配置された温度センサ２１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。よって、比較例の絶対湿度センサは、図６に示すように、温度センサ２１と相対湿度センサ２２における吸気の状態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６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、吸気の温度が上昇した場合、相対湿度センサ２２が感じている飽和水蒸気量の値より、温度センサ２１から算出される飽和水蒸気量の値が大きくなる。よって、温度センサ２１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、上流センサである温度センサ２１の出力を遅らせて、温度センサ２１と相対湿度センサ２２における吸気の状態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２３ａを備えている。そして、エアフロメータ１００は、下流センサである相対湿度センサ２２のセンサ信号と、応答遅れ処理部２３ａで遅らされた上流センサである温度センサ２１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５に示すように、温度センサ２１と相対湿度センサ２２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。このため、エアフロメータ１００は、図５に示すように、吸気の状態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。

また、エアフロメータ１００は、上記差異Ｔと、上流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。このスパイク状の誤差が各センサの応答ばらつきを考慮しても所定値以下となる様な応答調整値（進ませ量や遅らせ量）を設定する。

次に、図７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７に示すように、応答遅れ処理部２３ａのかわりに、応答進み処理部２３ｂ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２３ｂは、進み調整部に相当し、図７に示すように、相対湿度センサ２２からセンサ信号が入力される。応答進み処理部２３ｂは、下流センサである相対湿度センサ２２の出力を進めて、温度センサ２１と相対湿度センサ２２における吸気の状態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２３ｂ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、温度センサ２１と相対湿度センサ２２は、上流と下流に配置されていたとしても、吸気の状態が変化した場合に、同じ状態の吸気を検出対象とすることができる。言い換えると、応答進み処理部２３ｂは、上流と下流に配置された温度センサ２１と相対湿度センサ２２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２３ｂは、相対湿度センサ２２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２３ｂは、温度センサ２１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、下流センサの出力を進めて、温度センサ２１と相対湿度センサ２２における吸気の状態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２４は、図７に示すように、応答進み処理部２３ｂを介して相対湿度センサ２２から湿度信号が入力され、且つ、応答進み処理部２３ｂを介することなく温度センサ２１から温度信号が入力される。そして、絶対湿度算出部２４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。

ここでの目的は、温度センサ２１と相対湿度センサ２２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である。従って、上流センサである温度センサ２１のセンサ信号は、何らかの理由により遅れ処理、進み処理のいづれかがなされた信号であってもよい。つまり、温度センサ２１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。よって、上流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、上流の温度センサ２１のセンサ信号遅れ処理量が大きく下流にある相対湿度センサ２２の応答性より遅くなる場合は、下流の相対湿度センサ２２の応答調整部は遅れ処理としてもよい。その場合には、下流の相対湿度センサ２２の方の遅れ処理量が上流の温度センサ２１の遅れ処理量より小さくなる。

また、エアフロメータ１００は、上記差異Ｔと、下流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。応答調整値についても上記と同様に、このスパイク状の誤差が各センサの応答ばらつきを考慮しても所定値以下となる様な応答調整値（進ませ量や遅らせ量）を設定する。

次に、図８を用いて、第１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８に示すように、相対湿度センサ２２がサブバイパス流路１５ａに設けられている。その他の点に関しては、上記実施形態と同様である。

変形例２のエアフロメータ１００は、相対湿度センサ２２がサブバイパス流路１５ａに設けられているため、温度センサ２１と相対湿度センサ２２とが上流と下流に配置されることになる。さらに、変形例２のエアフロメータ１００は、上記実施形態よりも、温度センサ２１と相対湿度センサ２２との吸気の流路における距離が離れていることになる。変形例２において応答遅れ処理部２３ａを採用する場合、応答遅れ処理部２３ａは、上記実施形態よりも出力を遅らせることになる。一方、変形例２において応答進み処理部２３ｂを採用する場合、応答進み処理部２３ｂは、上記実施形態よりも出力を早めることになる。

変形例２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。また、本発明は、図８の温度センサ２１の位置に相対湿度センサ２２を配置し、相対湿度センサ２２の位置に温度センサ２１を配置してもよい。なお、ここで吸気（空気）の流れの上下流方向とは、ある任意の地点からの空気が各センサに到達するまでの流れの位置関係であり、主流流れの上下流位置関係と同一ではない。よって、吸気の流れの上下流方向とは、例えば、主流路１ａにおける吸気流れの上下流位置関係や、バイパス部３０ａにおける吸気流れの上下流位置関係や、主流路１ａ及びバイパス部３０ａにおける吸気流れと上下流位置関係であってもよい。

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９、図１０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９、図１０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１０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２４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１１を用いて、第２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３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１２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、相対湿度センサ２２が温度センサ２１よりも上流に配置されている例を採用している。よって、本実施形態では、相対湿度センサ２２が上流センサであり、温度センサ２１が下流センサとなる。

そして、第３実施形態のエアフロメータ１００は、図１２に示すように、温度センサ２１と絶対湿度算出部２４との間に応答進み処理部２３ｂ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、相対湿度センサ２２と絶対湿度算出部２４との間に応答進み処理部２３ｂ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１３を用いて、第３実施形態の変形例である変形例４に関して説明する。

変形例４のエアフロメータ１００は、相対湿度センサ２２が温度センサ２１よりも上流に配置されている例を採用している。よって、本実施形態では、相対湿度センサ２２が上流センサであり、温度センサ２１が下流センサとなる。

そして、変形例４のエアフロメータ１００は、図１３に示すように、相対湿度センサ２２と絶対湿度算出部２４との間に応答遅れ処理部２３ａが配置されている。また、変形例４のエアフロメータ１００は、温度センサ２１と絶対湿度算出部２４との間に応答遅れ処理部２３ａが設けられていない。変形例４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１４、図１５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、温度センサ２１が相対湿度センサ２２よりも上流に配置されており、応答遅れ処理部２３ａが設けられている例を採用している。第４実施形態のエアフロメータ１００は、温度センサ２１から出力された温度信号に基づいて、応答遅れ処理部２３ａが出力を遅らせる際の遅れ係数を設定する係数設定部２３ｃを備えている点が第１実施形態と異なる。

図１５に示すように、相対湿度センサ２２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、相対湿度センサ２２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１４に示すように、係数設定部２３ｃ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、温度センサ２１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２３ａは、吸気の温度が高い場合よりも低い場合の方が、温度センサ２１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２３ａは、吸気の温度が低い場合よりも高い場合の方が、温度センサ２１の出力を遅らせる程度を小さくことになる。なお、係数設定部２３ｃ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、温度センサ２１と相対湿度センサ２２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１５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。湿度センサ２２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、温度センサ２１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１５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２３ｃ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２３ｃ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、温度センサ２１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２３ａは、吸気の流速が遅い場合よりも早い場合の方が、温度センサ２１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。

なお図１５は、一例であり、それぞれのセンサ構成、センサ構造、センサ材質により異なる可能性があるので、シミュレーションや試作品などで傾向を確認し係数を決定する。また、係数の決定は流量、温度以外の圧力、空気脈動などの応答性を変化させる要因の情報を用いてもよい。各種センサを用いた推定情報でもよい。

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。センサは完全に応答させることはできないので少なからず応答遅れが生じる。このため、進み処理を含む第４実施形態のエアフロメータ１００の方が応答遅れの少ないすなわち実絶対湿度の応答に近い絶対湿度を得ることができるという効果がある。

なお、係数設定部２３ｃは、応答進み処理部２３ｂ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２３ｃは、進め係数として、遅れ係数を設定する場合と反対の値を設定する。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、１０…流量センサ、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、２１…温度センサ、２２…相対湿度センサ、２３ａ…応答遅れ処理部、２３ｂ…応答進み処理部、２３ｃ…係数設定部、２４…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、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（２１）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（２２）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（２４）と、を有し、
   前記温度センサと前記相対湿度センサは、前記環境において、前記空気の流れの上下流方向にずれた位置に配置され、
   さらに、前記温度センサと前記相対湿度センサのうち、上流側に配置された上流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（２３ａ）を有し、
   前記絶対湿度取得部は、下流側に配置された下流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上流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の少なくとも一方に基づいて、前記遅れ調整部が前記上流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（２３ｃ）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（２１）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（２２）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（２４）と、を有し、
   前記温度センサと前記相対湿度センサは、前記環境において、前記空気の流れの上下流方向にずれた位置に配置され、
   さらに、前記温度センサと前記相対湿度センサのうち、下流側に配置された下流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（２３ｂ）を有し、
   前記絶対湿度取得部は、上流側に配置された上流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下流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の少なくとも一方に基づいて、前記進み調整部が前記下流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（１０）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、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、
   前記吸入空気の絶対湿度変化に応じて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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