湿度测量装置的制造方法
【专利摘要】为了得到能够判断湿度传感器的检测值是否有效的湿度测量装置，本发明的湿度测量装置用于测量内燃机(2)的吸入空气的湿度，所述湿度测量装置包括水滴附着判断单元(51)，其基于所述吸入空气的湿度和温度的变化来判断检测所述湿度的湿度传感器(21)的传感器元件(22)的表面是否附着有水滴。从而能够判断湿度传感器(21)的检测值是否有效。
【专利说明】
湿度测量装置
技术领域
[0001] 本发明设及例如测量吸入到汽车的内燃机的吸入空气的湿度的湿度测量装置。
【背景技术】
[0002] 湿度传感器在由于受到结露或水的飞沫而在传感器元件表面附着水滴时难W检 测气体准确的湿度。例如，在专利文献1中，记载有如下内容：当湿度传感器的传感器元件表 面发生结露时静电电容值的波动巨大，所W通过监视该波动能够检测传感器元件表面的结 露。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1:日本特开2006-31090号公报
【发明内容】
[0006] 发明想要解决的技术问题
[0007] 然而，湿度传感器在传感器元件表面附着有水滴时显示湿度100%左右的值，所W 即便仅监视值的波动，也无法判断该值是水滴的附着所致的还是气体本身处于高湿度的状 态。进而在水滴一旦覆盖传感器元件表面，就无法检测气体的湿度直到水滴消失，无法知道 湿度传感器所示出的检测值何时有效、何时无效。
[000引本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种能够判断溫度传感器的检 测值是否有效的湿度测量装置。
[0009] 用于解决问题的技术方案
[0010] 解决上述问题的本发明的用于测量内燃机的吸入空气的湿度的湿度测量装置，其 特征在于，包括:水滴附着判断单元，其基于所述吸入空气的湿度和溫度的变化来判断检测 所述湿度的传感器元件的表面是否附着有水滴。
[0011] 发明效果
[0012] 根据本发明，能够准确判断湿度的测量值是否有效。另外，上述W外的技术问题、 结构和效果通过W下的实施方式的说明将变得显而易见。
【附图说明】
[0013] 图1是应用本实施方式的湿度测量装置的发动机控制系统的概略图。
[0014] 图2是说明本发明的湿度测量装置的一个实施方式的功能框图。
[0015] 图3是表示相对湿度传感器的结构的一例的图。
[0016] 图4是表示湿度传感器的结构的一例的图。
[0017] 图5是表示吸入空气的干球溫度与绝对湿度W及相对湿度的关系的空气线图。
[0018] 图6是表示相对湿度的变化与溫度的变化的关系的曲线图。
[0019]图7是表示湿度和结露判断值的时间变化的曲线图。
[0020] 图8是表示有结露和无结露的溫湿度和从该溫湿度求取的绝对湿度的曲线图。
[0021] 图9是说明本发明的湿度测量装置的变形例的功能框图。
[0022] 图10是说明本发明的湿度测量装置的第二实施方式的功能框图。
[0023] 图11是应用第二实施方式的湿度测量装置的发动机控制系统的概略图。
【具体实施方式】
[0024] 接着，下面利用附图对本发明的实施方式进行说明。
[00剧[第一实施方式]
[0026] 图1是应用本实施方式的湿度测量装置的发动机控制系统的概略图，图2是说明本 发明的湿度测量装置的一个实施方式的功能框图。
[0027] 湿度测量装置组装到汽车的发动机控制系统1。发动机控制系统1如图1所示，包括 作为内燃机的发动机主体2、用于向发动机主体2供给吸入空气的吸气通路3、从发动机主体 2排出排气的排气通路4。吸气通路3在其中途位置安装有满轮增压器12的压缩机12a，在比 压缩机12a靠上游侧的位置配置有空气流量传感器11。并且，在比压缩机12a靠下游侧的位 置配置有中冷器13、电控节流阀14、过供压传感器等。
[00%]排气通路4在其中途位置设置有满轮增压器12的满轮12b，在满轮12b的下游侧的 位置配置有催化剂15和消声器16。在发动机主体2上安装有向燃料室内喷射燃料的高压燃 料喷射器17和未图示的点火火花塞。另外，安装有检测发动机转速的曲柄角传感器和检测 发动机主体的冷却水溫的水溫传感器等。
[0029] 空气流量传感器11包括检测吸入空气的流量的流量传感器，还包括用于检测吸入 空气的湿度的湿度传感器21和用于检测吸入空气的溫度的溫度传感器31(参照图2)。即，在 本实施方式中，湿度传感器21和溫度传感器31设置在空气流量传感器11中。
[0030] 空气流量传感器11、曲柄角传感器、水溫传感器等的各传感器信号输入到发动机 控制系统1的控制计算机即ECU18,用于点火时期控制、燃料喷射控制等发动机运转控制。
[0031] 空气流量传感器11如图2所示，具有信号处理部41和水滴附着判断部51。信号处理 部41对湿度传感器21的信号和溫度传感器31的信号进行处理而生成湿度信息和溫度信息， 并进行将其输出至ECU18的处理。水滴附着判断部51基于湿度传感器21和溫度传感器31的 各输出信号，判断在湿度传感器21的传感器元件的表面是否附着有水滴，并将其判断结果 输出到ECU18dECU18具有基于湿度信息和溫度信息计算绝对湿度的绝对湿度计算部61。由 绝对湿度计算部61计算出的绝对湿度和判断结果用于ECU18中的各种发动机运转控制。
[0032] 在本实施方式中，空气流量传感器11的相对湿度传感器21、溫度传感器31、信号处 理部41、水滴附着判断部51和ECU18的绝对湿度计算部61构成本发明的湿度测量装置。另 夕h如图9所示，水滴附着判断部51也可W不设置在空气流量传感器11中而设置在ECU18中。
[0033] 图3是表示相对湿度传感器的结构的一例的图，图3(a)是相对湿度传感器的正视 图，图3(b)是截面图。并且，图4是表示溫度传感器的结构的一例的图。相对湿度传感器21和 溫度传感器31能够使用公知的结构。
[0034] 湿度传感器21是静电电容式的相对湿度传感器，具有用于检测湿度的传感器元件 22。传感器元件22如图3(a)和图3(b)所示，具有在娃衬底23的上表面设置有梳型的电极对 25、25,并利用吸湿性的高分子聚合物膜26覆盖其上的结构。电极对25、25的静电电容根据 高分子聚合物膜26的吸湿而变化。该静电电容变化与相对湿度高度相关，只要测量静电电 容就能检测相对湿度。电极的结构有多种类型，还有一种使用上下电极来夹持高分子的结 构。在高分子聚合物膜26的上表面设置有保护膜27,吸入空气通过保护膜27的外侧，水分子 28被吸收到高分子聚合物膜26中。该保护膜27的表面为湿度传感器21的传感器元件22的表 面，水滴有可能由于包含在吸入空气中的水滴飞沫和结露而附着。
[0035] 溫度传感器31为了测定湿度传感器21的附近的溫度而设置在湿度传感器21的附 近。溫度传感器31例如如图4所示其电路结构的一例那样，能够使用带隙式的半导体溫度传 感器。
[0036] 接着，详细对水滴附着判断部51的判断处理进行说明。
[0037] 水滴附着判断部51基于吸入空气的湿度和溫度的变化判断传感器元件22的表面 是否附着有水滴。在本实施方式中，当下述式（1)所示的条件持续预先设定的判断时间W上 时，判断为在传感器元件22的表面附着有水滴。
[003引[式1]
[0039]
[0040] 此处，A T是溫度的变化率，A畑是相对湿度的变化率，Id是基于溫度的变化率Δ T 与相对湿度的变化率A R的十算出的作为判断值的指数，Thid是阔值。
[0041] 水滴附着判断部51如上述式（1)所示，基于溫度的变化率ΔΤ与相对湿度的变化率 A畑计算指数Id,并且将指数Id与阔值T出d进行比较，来判断指数Id是否大于阔值THId。然 后，当指数Id大于阔值THId的状态持续判断时间W上时，判断为在传感器元件22的表面附 着有水滴。
[0042] 图5是表示吸入空气的干球溫度和绝对湿度及相对湿度的关系的空气线图，图6是 表示相对湿度的变化与溫度的变化之间的关系的曲线图，图7是表示湿度和结露判断值的 时间变化的曲线图，图8是表示有结露和无结露的溫湿度和从该溫湿度求取的绝对湿度的 曲线图。
[0043] 溫度和相对湿度如图5的空气线图所示，空气中的水分量为一定时的溫度的变化 与相对湿度的变化彼此始终相反，当溫度上升时，相对湿度减少，当溫度下降时相对湿度增 加，在传感器元件22的表面只要附着有水滴，就有一定的关系。
[0044] 因此，例如如图8所示，当在传感器元件22的表面没有发生结露时，能够基于相对 湿度和溫度测量准确的绝对湿度。另一方面，当传感器元件22的表面发生了结露时，相对湿 度保持在100%，所W利用该相对湿度求取的绝对湿度中也有误差。另外，可W知道，当发生 结露时无法迅速恢复到正常值。
[0045] 水滴附着判断部51基于吸入空气的湿度和溫度的变化判断在传感器元件22的表 面是否附着有水滴。发动机运转时，能够视为吸入空气的溫度T始终在变化，溫度的变化率 AT在一定值W上。另一方面，湿度传感器21的检测值在传感器元件22的表面附着有水滴时 显示相对湿度100%，成为尽管溫度的检测值发生变化却只有相对湿度的检测值不发生变 化的状态（A畑S 0)，溫度和相对湿度的关系破坏。例如在图6所示的例子中，发生结露后的 实际的相对湿度如虚线所示与溫度保持一定的关系在变化，但湿度传感器21的检测值固定 在相对湿度100 %而几乎不变化，湿度相对于溫度的变化的变化消失。
[0046] 因此，溫度的变化率Δ Τ除W相对湿度的变化率Δ畑而计算出的指数Id在水滴附 着于传感器元件22的表面时急剧变化为较大的值。不过，指数Id因为有可能产生由于外扰 瞬间成为较大的值的尖峰，因此为了判断持续性，需要判断大于阔值化Id的状态是否持续判 断时间W上。并且，当指数Id大于阔值化Id的状态持续判断时间W上时，判断为水滴附着在 传感器元件22的表面。
[0047] 例如，如图7所示的例子中，在时刻11，吸入空气的相对湿度畑为100 %附近的值， 不过指数Id落入阔值化idW下的范围，所W能够判断出湿度传感器21的检测值有效。
[0048] 并且，在时刻t2发生结露，在传感器元件22的表面附着水滴时，湿度传感器21的检 测值显示相对湿度100%，即使在时刻t3吸入空气的相对湿度下降，湿度传感器21的检测值 也依然维持在100%。因此，从时刻t2起溫度和相对湿度的关系破坏，指数Id急剧变化为较 大的值。并且，由于大于阔值化Id的状态持续判断时间W上，因此能够判断出在传感器元件 22的表面附着有水滴，能够判断出利用湿度传感器21的相对湿度的检测值无效。
[0049] 另外，例如在时刻t3水滴离开传感器元件22的表面时，湿度传感器21的检测值再 次开始变化，指数Id恢复至一定的基准值。因此，能够判断出湿度传感器21的检测值有效。
[0050] 湿度传感器21和溫度传感器31根据溫度和湿度其自身的反应速度和精度不同。因 此，根据溫度和湿度改变判断条件，能够使得在宽的溫度范围内进行水滴附着判断。
[0051] 例如，替代上述式（1)的条件，水滴附着判断部51也可W在下述式(2)所示的条件 持续预先设定的判断时间W上时，判断为在传感器元件22的表面附着有水滴。
[0化2][式 2]
[0化3]
[0054] 此处，Kt、Krh是固定常数或根据溫度和湿度中的至少一者确定的系数。像运样，利 用系数Kt、Krh，例如在溫度和湿度的响应速度不同时有效。
[0055] 另外，W上述式（1)、式(2)中利用的阔值化Id为固定值的情况为例进行了说明，但 也可W如下述的式(3)所示，设为基于溫度和相对湿度中的至少一者设定的函数。
[0化6][式 3]
[0057] Tliid二fx(溫度，湿度）......（3)
[005引同样，在上述的例子中，W判断时间也为固定值的情况为例进行了说明，但判断时 间也可W设为基于溫度和相对湿度中的至少一者设定的函数。
[0059] 另外，也可W根据发动机主体的冷却水溫设定判断条件。例如，当冷却水溫较低 时，湿度传感器21也凉，更容易在传感元件22的表面发生结露，相反，当冷却水溫较高的暖 机后，不容易发生结露。因此，根据冷却水溫改变阔值和判断时间、系数等判断条件，能够在 更大的溫度范围内进行水滴附着判断。
[0060] 另外，也可W设定水滴附着判断的实施条件。例如，在车辆行驶时，处于溫度和湿 度容易变化的状况，所W在车辆行驶时实施水滴附着判断，由此能够提高判断精度。另外， 在发动机运转时和运转停止后一段时间内，也是溫度和湿度容易变化的状况，且其他的外 扰也小的状况，所W在发动机运转时或运转停止后一定时间内，通过实施水滴附着判断，能 够提高判断精度。另外，在容易发生结露的状况即冷却水溫低的情况下，实施水滴附着判 断，能够提高判断精度。
[0061] 另外，水滴附着判断部51也可w将用于水滴附着判断的条件作为过去的判断信息 存储在ECU18等存储单元中，在进行水滴附着判断时，与存储于存储单元的过去的判断信息 进行比较，对所使用的条件进行修正。例如，水滴附着判断部51也可W将用于水滴附着判断 的指数Id、阔值化Id和判断时间中的至少一者作为过去的判断信息存储在ECU18等存储单元 中，在水滴附着判断部51中进行判断时，与存储单元中存储的过去的判断信息进行比较，对 本次的判断中使用的指数Id、阔值化Id和判断时间中的至少一者进行修正。
[0062] 结露容易程度根据车辆、空气过滤器的吸湿性等而不同，所W预先存储车辆本身的过 去的指数Id,并且仅在指数Id较大地变化时实施水滴附着判断，运样就能提高判断的可靠性。
[0063] [第二实施方式]
[0064] 接着利用附图对本发明的第二实施方式进行说明。
[0065] 图10是说明本发明的湿度测量装置的第二实施方式的功能框图，图11是应用第二 实施方式的湿度测量装置的发动机控制系统的概略图。对与第一实施方式一样的结构要素 标注相同附图标记而省略其详细说明。
[0066] 在本实施方式中，特征在于判断检测压力发生变化的吸入空气的湿度的湿度传感 器的检测值是否有效。
[0067] 如图10所示，湿度传感器71设置在吸气通路3的满轮增压器12的压缩机12a和中冷 器13之间，检测由满轮增压器12加压后的吸入空气的绝对湿度。
[0068] 绝对水分量计算部62和水滴附着判断部52如图11所示例如设置在ECU18内，绝对 水分量计算部62基于吸入空气的溫度和绝对湿度计算空气中的水分量即绝对水分量(水蒸 气量）。并且，水滴附着判断部52判断绝对水分量是否变化为大于根据吸入空气的压力设定 的基准值，并且在变化为大于基准值时，判断为在湿度传感器71的传感器元件的表面附着 有水滴。
[0069] 根据本实施方式，能够判断在检测压力发生变化的吸入空气的湿度的湿度传感器 71的传感器元件的表面是否附着有水滴，能够判断湿度传感器71的检测值是否有效。
[0070] W上，对本发明的实施方式进行详细说明。本发明不限于上述的实施方式，在不脱 离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内，能够进行各种设计变更。例如，为了容易理 解地说明本发明，对上述的实施方式进行了详细说明，但本发明并不限于包括所说明的所 有结构。另外，能够将某个实施方式的结构的一部分替换为其他实施方式的结构，而且也能 够在某个实施方式的结构中添加其他实施方式的结构。另外，能够对各实施方式的结构的 一部分进行其他结构的追加、删除和替换。
[0071] 附图标记说明
[0072] 1 发动机控制系统
[0073] 2 发动机主体（内燃机）
[0074] 21、71湿度传感器
[00巧]22 传感器元件
[0076] 31 溫度传感器
[0077] 51、52水滴附着判断部
[007引 61 绝对湿度计算部
[00巧]62 绝对水分量计算部。
【主权项】
1. 一种用于测量内燃机的吸入空气的湿度的湿度测量装置，其特征在于，包括： 水滴附着判断单元，其基于所述吸入空气的湿度和温度的变化来判断检测所述湿度的 传感器元件的表面是否附着有水滴。2. 如权利要求1所述的湿度测量装置，其特征在于： 所述水滴附着判断单元基于所述温度的变化率和相对湿度的变化率计算判断值，将该 判断值与阈值进行比较，当所述判断值大于所述阈值的状态持续了判断时间以上时，判断 为在所述传感器元件的表面附着有水滴。3. 如权利要求2所述的湿度测量装置，其特征在于： 所述水滴附着判断单元基于所述吸入空气的相对湿度和温度中的至少一者设定所述 阈值。4. 如权利要求2所述的湿度测量装置，其特征在于： 所述水滴附着判断单元基于所述吸入空气的相对湿度和温度中的至少一者设定所述 判断时间。5. 如权利要求2所述的湿度测量装置，其特征在于： 所述水滴附着判断单元基于所述内燃机的冷却水温设定所述阈值和所述判断时间中 的至少一者。6. 如权利要求2所述的湿度测量装置，其特征在于： 所述水滴附着判断单元在所述内燃机的冷却水温低于预先设定的基准水温时实施所 述判断。7. 如权利要求2所述的湿度测量装置，其特征在于： 具有存储单元，其将由所述水滴附着判断单元用于所述判断的所述判断值、所述阈值 和所述判断时间中的至少一者作为过去的判断信息进行存储， 所述水滴附着判断单元通过与存储在所述存储单元中的过去的判断信息进行比较来 修正所述判断值、所述阈值和所述判断时间中的至少一者。8. 如权利要求1所述的湿度测量装置，其特征在于： 所述水滴附着判断单元基于所述吸入空气的温度和绝对湿度计算绝对水分量，当该绝 对水分量变为大于预先设定的基准值时，判断为在所述传感器元件的表面附着有水滴。9. 如权利要求8所述的湿度测量装置，其特征在于： 所述基准值根据所述吸入空气的压力来设定。10. 如权利要求1所述的湿度测量装置，其特征在于： 所述水滴附着判断单元在所述内燃机运转时或者从运转停止后起的一定期间内进行 所述判断。11. 如权利要求1所述的湿度测量装置，其特征在于： 所述内燃机搭载在车辆上， 所述水滴附着判断单元以所述车辆正在行驶为条件进行所述判断。
【文档编号】G01N27/22GK105829874SQ201480067129
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年11月10日
【发明人】星加浩昭, 余语孝之, 三木崇裕, 细川丈夫, 矶谷有毅
【申请人】日立汽车系统株式会社