JP2021014987A - 湿度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明によれば、空気の流れによるノイズの少ない、高精度な湿度測定を行うことができる湿度測定装置が得られる。【解決手段】本発明の湿度測定装置１は、湿度検出素子４と、湿度検出素子４が配置される計測室５と、空気を計測室５に向かって導入する導入管３と、導入管３と計測室５とを仕切ると共に、導入管３と計測室５とを連通する連通路が設けられた仕切部１０と、を備える。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、内燃機関における吸入空気の湿度測定に好適な検出装置に関する。

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センサや制御機器が配置されている。エンジンルーム内に配置されるセンサの一つに湿度測定装置がある。この湿度測定装置は燃料制御のために利用されている。

自動車用の内燃機関等においては、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、湿度等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、高い検出精度の他に高い応答性が要求される。

この技術分野の背景技術として、特開２０１５−２３２５１４号公報（特許文献１）に記載された湿度測定装置が知られている。特許文献１の湿度測定装置は、吸入空気の流れる吸気路に配置され、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湿度センサを有する。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の湿度測定装置は、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（要約参照）。

また、特開２００３−１０７０３３号公報（特許文献２）には、ハウジング内に挿通配置されるガスセンサ素子を有するガスセンサが記載されている。このガスセンサは、ハウジングの先端側に固定され、略同一の中心軸を共有する径の異なる筒型の外側カバーと内側カバーとよりなる被測定側カバーとを有する。外側カバー及び内側カバーは、外側カバーの外側から内側カバーの内部に被測定ガスを導入する外側導入穴及び内側導入穴をそれぞれ有する（要約参照）。

特開２０１５−２３２５１４号公報 特開２００３−１０７０３３号公報

特許文献１の湿度測定装置は、応答性を高めることができる。しかし、湿度センサ近傍の吸入空気の流速を増加させているため、空気の流れが湿度センサの検出信号に対するノイズとして影響する可能性がある。このため湿度測定装置の高精度化を図る上で、空気の流れで生じるノイズにより限界が生じる可能性がある。

特許文献２のガスセンサは、具体的には酸素濃度を検出するセンサであり、外側カバー及び内側カバーに形成された外側導入穴及び内側導入穴を通過したガスがガスセンサ素子の配置された被測定ガス室に直接流入する構造である。このため、特許文献２のガスセンサの構造で湿度測定装置を構成した場合、被測定ガス室に流入したガスは、ガスセンサ素子の近傍において、比較的大きな流速を有して流れることになる。このため、ガスの流れがガスセンサ素子の検出信号に対するノイズとして影響する可能性があり、ガスセンサの高精度化を図る上で、ガスの流れで生じるノイズにより限界が生じる可能性がある。

本発明の目的は、空気の流れによるノイズの少ない、高精度な測定を行うことができる湿度測定装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明の湿度測定装置は、吸入空気を物理量検出部に取込む導入管と前記導入管の入口部は、第一壁面部と、第一壁面部よりも内側に位置する第二壁面部とを具備しており、前記、第一壁面部と前記第二壁面部は、前記導入管の導入方向に垂直な方向において 前記第一壁面部の窓と前記第二壁面部の壁が重なるように設けられ、第二壁面部は、所定の間隔をもって壁と窓が交互に形成される形状であることを特徴とする湿度測定装置。

これにより、例えば内燃機関の吸気システムに於いて吸気管内に流れる空気の湿度を測定する場合でも、空気流れによる湿度信号へのノイズを低減して、吸気管内に流れる空気の湿度変化に対する高速応答を、空気流れの方向や湿度測定装置の取付け方向に依らず実現することができる。

本発明によれば、空気の流れによるノイズの少ない、高精度な湿度測定を行うことができる湿度測定装置が得られる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る一実施例の湿度測定装置の下面を示す概略図である。 図１ＡのＡ−Ａ断面を示す概略図である。 本発明に係る一実施例の湿度測定装置を吸気管へ取付けた状態で、その断面を示す概略図である。 本発明に係る一実施例の湿度測定装置について、導入ガイド２の構成を変更した変更例の概略を示す下面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。以下、本発明に係る湿度測定装置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、湿度測定装置１の適用対象は内燃機関の吸気システムに限られる訳ではない。

また以下の説明における上下方向は図１Ｂにおける上下方向を基準に定義しており、湿度測定装置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。

図１Ａは、本発明に係る一実施例の湿度測定装置の下面を示す概略図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面を示す概略図である。

本実施例の湿度測定装置１は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ハウジング１Ａと、湿度検出素子４と、基板１０と、計測室５と、導入管３と、空気導入部８ａ，８ｂと、導入ガイド２と、接続端子９と、を備える。

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、湿度検出素子４を搭載した基板１０と湿度検出素子４を覆うセンサカバー６とが収容されている。センサカバー６には凹部６ａが形成されており、センサカバー６と基板１０とが組み合わされることにより、凹部６ａに湿度検出素子４が収容される計測室５が構成される。すなわち湿度検出素子４は、センサカバー６と基板１０とによって構成される計測室５に配置される。

ハウジング１Ａは、吸気管の管壁１１に固定されるが（図２参照）、吸気管壁１１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空気通路（空気流路）に挿入される側を先端側と呼ぶ。計測部収容空間１３、計測室５、湿度検出素子４、基板１０、及びセンサカバー６は、ハウジング１Ａの基端側の端部（基端部）に構成され、吸気管１１の外側に配置される。

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、計測部収容空間１３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の内側空間（計測部収容空間）１３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を介して湿度検出素子４に電気的に接続され、湿度検出素子４への電源供給や湿度検出素子４からの検出信号の取り出しを可能にする。以下、電源や検出信号は電気的信号と呼んで説明する。

ハウジング１Ａには、計測部収容空間１３から先端側の端部（先端部）に向かって延設された導入管（空気導入管）３が形成されている。導入管３の基端側の端部には基板１０が設けられ、基板１０が導入管３の内側に構成される空気通路の断面の大部分を塞いでいる。基板１０には空気導入部（連通路又は連通孔）８ａ，８ｂが設けられ、導入管３の空気通路は空気導入部８ａ，８ｂを通じて計測室５に連通している。すなわち導入管３及び空気導入部８ａ，８ｂは計測室５に空気を導入する導入部（空気導入部）を構成する。

本実施例では、ハウジング１Ａは基端側ハウジング部材（第一ハウジング部材）１Ａａ及び先端側ハウジング部材（第二ハウジング部材）１Ａｂの二部材で構成されている。基端側部材１Ａａには、計測部収容空間１３、計測室５、湿度検出素子４、基板１０、センサカバー６、及び導入管３の基端側の一部が設けられる。先端側部材１Ａｂには、導入管３の先端側の一部と導入管３の先端部に形成された導入ガイド（空気導入ガイド）２とが設けられている。

導入ガイド２は、導入管３の入口開口部３aから先端側に突出し、測定媒体をガイドする複数の第一導入ガイド部（第一壁面部）２ａと複数の第二導入ガイド部（第二壁面部）２ｂとを有する。複数の第二導入ガイド部２ｂは、導入管３の入口開口部３ａに対して先端側に、かつ入口開口部３ａの径方向外側に配置される。複数の第一導入ガイド部２ａは、導入管３の入口開口部３ａに対して先端側に、かつ複数の第二導入ガイド部２ｂの径方向外側に配置される。複数の第一導入ガイド部２ａは複数の第二導入ガイド部２ｂに対して径方向外側に配置され、複数の第二導入ガイド部２ｂは複数の第一導入ガイド部２ａに対して径方向内側に配置される。

複数の第二導入ガイド部２ｂのそれぞれは入口開口部３ａを囲む周方向に離間するように配置され、隣接する二つの第二導入ガイド部２ｂの間に、第二周方向隙間（第二窓部）２ｄが形成されている。複数の第一導入ガイド部２ａのそれぞれは入口開口部３ａ及び第二導入ガイド部２ｂを囲む周方向に離間するように配置され、隣接する二つの第一導入ガイド部２ａの間に、第一周方向隙間（第一窓部）２ｃが形成されている。また、複数の第一導入ガイド部２ａと複数の第二導入ガイド部２ｂとは径方向に離間して配置され、複数の第一導入ガイド部２ａと複数の第二導入ガイド部２ｂとの間に径方向隙間２ｅが形成される。このように導入ガイド２は、第一導入ガイド部２ａ、第二導入ガイド部２ｂ、第一窓部２ｃ、第二窓部２ｄ、及び径方向隙間２ｅを有する。これにより、導入ガイド２には、導入ガイド２の外周側から第一窓部２ｃ及び第二窓部２ｄを通って導入ガイド２の内周側に空気が流れる通路（流路）が構成される。

本実施例では、ハウジング１Ａは二部材で構成されているが、一部材で構成してもよく、或いは三部材以上に分割した構成であってもよい。ハウジング１Ａを二部材で構成したことにより、基端側ハウジング部材１Ａａにより構成される部分を共通化し、導入ガイド２の部分の構成を変更した複数の機種を、部品点数を少なくして構成することができる。或いは、導入ガイド２の部分の設計変更が容易になる。

また、先端側ハウジング部材１Ａｂに、導入管３の先端側（計測部収容空間１３側）とは反対側の一部と導入ガイド２とが形成されることにより、複数の第一導入ガイド部２ａと複数の第二導入ガイド部２ｂとを一体に構成した部品にすることができる。

次に、吸気管１１を流れる空気を湿度測定装置１の計測室に導入する仕組みについて説明する。

図２は、本発明に係る一実施例の湿度測定装置を吸気管へ取付けた状態で、その断面を示す概略図である。

第一窓部２ｃと第二窓部２ｄとは径方向において一直線上に並ばないように配置されている。すなわち、第一導入ガイド部（第一壁面部）２ａは、隣接する二つの第一導入ガイド部２ａの間に構成される第一窓部２ｃと第二導入ガイド部（第二壁面部）２ｂとが入口開口部３ａの周方向においてオーバーラップするように設けられる。また第二導入ガイド部２ｂは、隣接する二つの第二導入ガイド部２ｂの間に構成される第二窓部２ｄと第一導入ガイド部２ａとが入口開口部３ａの周方向においてオーバーラップするように設けられる。

これにより、導入ガイド２は、空気が外周側から内周側に向けて真っ直ぐに流れないようにしている。このように、導入ガイド２の第一導入ガイド部２ａ及び第二導入ガイド部２ｂは、空気通路が複雑に曲がるラビリンス部７ａを形成する。

図２において、Ｑ１，Ｑ２は空気の流れを示す。

ラビリンス部７ａを通過した空気は、旋回流となって入口開口部３ａから導入管３に流入する。導入管３に流入する空気は、旋回することにより、基板１０側（基端側）に向かう流れと基板１０側から入口開口部３ａ側（先端側）に向かう流れとが混在するように流れる。このため、導入管３の部分はガス交換部７ｂを構成する。ガス交換部７ｂでは空気の入れ替えがスムーズに行われ、基板１０近傍の空気はスムーズに入れ替わる。

本実施例では、導入管３に流入した空気は入口開口部３ａから導入管３の外部に流出することになる。このため、入口開口部３ａは導入管３の出口（出口開口部）を構成する。

導入管３と計測室５とは基板１０で仕切られており、計測室５は拡散部７ｃを有する構成としている。すなわち、導入管３を流れて基板１０に達した空気流れは基板１０でせき止められ、基板１０近傍に達した導入管３側の空気は空気導入部８ａ及び８ｂを通じて拡散により計測室５に導入される。

すなわち基板１０は、導入管３を流れてきた空気流れをせき止めるせき止め部（せき止め壁）を構成する。或いは基板１０は、導入管３と計測室５とを仕切る仕切部（仕切壁）を構成する。基板１０は、空気流れをせき止めるため、空気導入部（連通路）８ａ，８ｂは導入管３の内側に面する面の一部に形成されている。

なお拡散は、ガスの濃度差（本実施例では空気の湿度差）によりガスが空間内に拡がる現象を利用して、空気を計測室５内に導入する。

本実施例の湿度測定装置１は、湿度検出素子４近傍のガス交換が空気導入部８ａ及び８ｂから拡散により行われ、空気の流れによる湿度信号へのノイズの少ない高精度な湿度測定を実現している。

なお、本実施例では、湿度検出素子４として、測定媒体に曝された発熱体の放熱量により、測定媒体の熱伝導の変化を測定することで湿度を検出する熱式の湿度検出素子を例に示すが、容量式の湿度検出素子を用いてもよい。

上述したように、導入ガイド２は、導入管３の上流側に配置され、入口開口部３ａから導入管３と計測室５とを仕切る基板１０までの空気を積極的に入れ換えるように構成されている。導入ガイド２は、第一導入ガイド部２ａ、第二導入ガイド部２ｂ、第一窓部２ｃ、及び第二窓部２ｄが導入管３の入口開口部３aの周方向に均等に分散配置されており、空気の導入方向に対して垂直な方向のどの方向から見たとしても、導入ガイド２の内側に導入管３の入口開口部３ａが開口している。

本構成によれば、入口開口部３ａの周方向における全周（３６０°）において、導入ガイド２に当たった空気が、導入管３内に導入されるようになる。そのため、空気流れの方向に依らずに、湿度センサ素子４へ空気を導入することが可能となり、被計測媒体の湿度変化に対して高速な応答性を確保できる。

図３は、本発明に係る一実施例の湿度測定装置について、導入ガイド２の構成を変更した変更例の概略を示す下面図である。

本変更例では、導入ガイド２は、第一導入ガイド部２ａ及び第二導入ガイド部２ｂに替えて、翼形状部２ｆを有する。その他の構成は上述した実施例と同じである。

翼形状部２ｆは、導入管３の入口開口部３ａの径方向外側において、周方向に間隔を空けて複数個が配置されている。隣接する二つの翼形状部２ｆの間には周方向隙間（窓部）２ｇが形成される。翼形状部２ｆは図３の平面上（導入管３の空気導入方向に垂直な平面上）において湾曲した形状を有し、曲がり流路２ｇを構成する。翼形状部２ｆ、すなわち曲がり流路２ｇは、導入管３に流入する空気流れに旋回力を付与する。

特に本実施例は、翼形状部２ｆを入口開口部３ａの全周に均等に分散配置することにより、上述した実施例と同様に入口開口部３ａの全周から導入管３に空気を導入することができる。

本変更例でも、空気を旋回させながら導入管３に導入することができるため、上述した実施例と同じような効果を奏することができる。

第一導入ガイド部２ａ、第二導入ガイド部２ｂ、及び翼形状部２ｆは、導入管３の入口開口部３ａの径方向外側に配置され、導入管３の先端部（入口開口部３ａ）から計測室５が設けられた側（基端側）とは反対側（先端側）に突出するように形成された突状部により構成される。

近年の自動車のエンジンルームは、小型化や高機能化に伴う搭載部品の増大により、搭載レイアウトの制約が多くなってきている。このため湿度測定装置には、取付け方向の制約が少なく、自由な方向に取付けられる湿度測定装置であることが望まれる。本実施例では、計測室５に空気を導入する導入管３に対する空気の流入向が限定されない為、湿度測定装置１の取付け方向が限定されない。すなわち、湿度測定装置の取付け方向は、空気の流れの方向に依存しない。従って、本実施例の湿度測定装置は、取付け方向に対する制約が少なく、自動車のエンジンルームに配置するのに適している。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…湿度測定装置、１Ａ…ハウジング、１Ａａ…基端側ハウジング部材（第一ハウジング部材）、１Ａｂ…先端側ハウジング部材（第二ハウジング部材）、２…導入ガイド、２ａ…第一導入ガイド部（第一壁部）、２ｂ…第二導入ガイド部（第二壁部）、２ｃ…第一窓部（第一周方向隙間）、２ｄ…第二窓部（第二周方向隙間）、２ｅ…径方向隙間、２ｆ…翼形状部、３…導入管、３ａ…入口開口部、４…湿度検出素子、５…計測室、６…センサカバー、６ａ…凹部、７ａ…ラビリンス部、７ｂ…ガス交換部、７ｃ…拡散部、８ａ…空気導入部、８ｂ…空気導入部、９ａ…接続端子、１０…基板、１１…吸気管壁、１２…吸気管内、１３…計測部収容空間、Q１…空気流れ、Q２…空気流れ。

Claims (7)

1. 湿度検出素子と、
   前記湿度検出素子が配置される計測室と、
   空気を前記計測室に向かって導入する導入管と、
   前記導入管と前記計測室とを仕切ると共に、前記導入管と前記計測室とを連通する連通路が一部に設けられた仕切部と、
   を備えた湿度測定装置。
2. 請求項１に記載の湿度測定装置において、
   前記導入管の入口開口部の径方向外側に配置された空気の導入ガイドを備え、
   前記導入ガイドは、前記入口開口部から前記計測室が設けられた側とは反対側に突出するように、前記入口開口部の全周に分散配置された複数の突状部を有する湿度測定装置。
3. 請求項２に記載の湿度測定装置において、
   前記導入ガイドは、前記突状部として、前記入口開口部の全周に分散配置された複数の第一壁面部と、前記第一壁面部に対して径方向内側に離間した位置に配置されると共に前記入口開口部の全周に分散配置された複数の第二壁面部とを備え、
   前記第一壁面部は、隣接する二つの第一壁面部の間に構成される第一窓部と前記第二壁面部とが前記入口開口部の周方向においてオーバーラップするように設けられ、
   前記第二壁面部は、隣接する二つの第二壁面部の間に構成される第二窓部と前記第一壁面部とが前記入口開口部の周方向においてオーバーラップするように設けられる湿度測定装置。
4. 請求項３に記載の湿度測定装置において、
   前記導入管は、所定の長さを有しガス交換領域を構成する湿度測定装置。
5. 請求項４に記載の湿度測定装置において、
   前記計測室は拡散領域を構成し、
   前記ガス交換領域は前記拡散領域と前記導入ガイドとの間に構成される湿度測定装置。
6. 請求項５に記載の湿度測定装置において、
   計測部収容空間と前記導入管とを有するハウジングを備え、
   前記計測部収容空間に、前記湿度検出素子を搭載した基板と、前記基板と共に前記計測室を構成するセンサカバーと、を収容し、
   前記基板で前記仕切部を構成する湿度測定装置。
7. 請求項６に記載の湿度測定装置において、
   前記ハウジングは、前記計測部収容空間と前記導入管の前記計測部収容空間の側の一部とが形成された第一ハウジング部材と、前記導入管の前記計測部収容空間の側とは反対側の一部と前記導入ガイドとが形成された第二ハウジング部材と、を備える湿度測定装置。

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