DE112017004131B4

DE112017004131B4 - Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112017004131B4
Application number: DE112017004131.7T
Authority: DE
Inventors: Yuki ISOYA; Hiroaki Hoshika; Takahiro Miki; Takayuki Yogo; Takeo Hosokawa
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2023-05-04
Anticipated expiration: 2037-09-16
Also published as: CN109804226A; CN109804226B; JPWO2018074120A1; WO2018074120A1; JP6600755B2; US11480126B2; US20190368439A1; DE112017004131T5

Abstract

Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung, welche Folgendes umfasst:eine Strömungsvolumen-Erfassungseinheit (602), die das Strömungsvolumen eines gemessenen Fluids (30) misst,eine Strömungsvolumenzustands-Bestimmungseinheit (415), die den Strömungsvolumenzustand des gemessenen Fluids auf der Grundlage einer Ausgabe der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit bestimmt,eine Durchschnittliches-Strömungsvolumen-Berechnungseinheit (803), die das durchschnittliche Strömungsvolumen berechnet,eine Amplitudenbetrags-Berechnungseinheit (804), welche die Amplitude einer Pulsierung berechnet,eine Amplitudenverhältnis-Berechnungseinheit (805), die das Pulsierungsamplitudenverhältnis berechnet, wobei es sich um das Verhältnis zwischen der Amplitude der Pulsierung und dem durchschnittlichen Strömungsvolumen handelt,eine Frequenzanalyseeinheit (806), welche die Pulsierungsfrequenz analysiert,mehrere Filter (811 bis 813), die ein Strömungsvolumensignal verarbeiten, undeine Filterwähleinheit (807, 808, 815), die ein Filter wählt, welches das Strömungsvolumensignal verarbeitet,wobei die Filterwähleinheit das Filter auswählt, welches das Strömungsvolumensignal entsprechend dem von der Strömungsvolumenzustands-Bestimmungseinheit bestimmten Strömungsvolumenzustand verarbeitet, undwobei die Strömungsvolumenzustands-Bestimmungseinheit den Strömungsvolumenzustand auf der Grundlage des Pulsierungsamplitudenverhältnisses und/oder der Pulsierungsfrequenz bestimmt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen von Ansaugluft eines Verbrennungsmotors.
Technischer Hintergrund
JP 2001-003804 A (PTL1) offenbart eine Ansaugzustands-Erfassungsvorrichtung, welche eine durch eine Ansaugpulsierung hervorgerufene Rauschkomponente aus einem den Ansaugzustand eines Verbrennungsmotors in der Art der Ansaugluftmenge angebenden Signal im gesamten Drehbereich des Motors wirksam entfernt, ohne die Kosten zu erhöhen. Diese Ansaugzustands-Erfassungsvorrichtung ist dafür ausgelegt, ein Luftmengensignal von einem Luftströmungssensor, das eine durch eine Ansaugpulsierung hervorgerufene Vibrationskomponente aufweist, durch eine Filtereinheit zu führen, die ein Bandunterdrückungsfilter, worin die Mittenfrequenz des Unterdrückungsbands synchron mit der Frequenz der Ansaugpulsierung geändert wird, und ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung, welches das Luftmengensignal in einem Hochfrequenzbereich oberhalb einer praktischen Frequenz des Bandunterdrückungsfilters filtert, aufweist (siehe Zusammenfassung). Insbesondere weist die Ansaugzustands-Erfassungsvorrichtung eine Ansaugparameter-Erfassungseinrichtung, die einen den Ansaugzustand des Motors angebenden Parameter erfasst, eine Motordrehzahl-Erfassungseinrichtung, welche die Drehzahl des Motors erfasst, ein Bandunterdrückungsfilter, das eine von der durch die Motordrehzahl-Erfassungseinrichtung erfassten Motordrehgeschwindigkeit abhängende Mittenfrequenz des Unterdrückungsbands aufweist, ein Tiefpassfilter hoher Ordnung, welches das Ausgangssignal von der Ansaugparameter-Erfassungseinrichtung in einem hohen Drehbereich oberhalb einer vorgegebenen Motordrehzahl filtert, und eine Filterfunktions-Unterdrückungseinrichtung, welche die Funktion des in einem niedrigen Drehbereich unterhalb der vorgegebenen Motordrehzahl in einem Niederlastbereich des Motors arbeitenden Bandunterdrückungsfilters verringert, auf (siehe noch folgende Ausführungen hierzu).
Patentliteratur
PTL 1: JP 2001-003804 A
US 5 005 427 A offenbart eine Strömungsmesseinrichtung zur Bestimmung eines Strömungsvolumens unter Berücksichtigung einer zuvor erfassten Wirbelhäufigkeit. Weitere mit der vorliegenden Erfindung in Beziehung stehende Strömungsmesseinrichtungen sind zudem in US 5 005 425 A und DE 199 20 961 A1 offenbart.
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Ansaugzustands-Erfassungsvorrichtung aus PTL 1 berücksichtigt die Erfassungskennlinie der Ansaugparameter-Erfassungseinrichtung nicht ausreichend. Wenn die durch die Drehzahl hervorgerufene Ansaugpulsierung und die Last des Verbrennungsmotors nicht mit der Erfassungskennlinie der Ansaugparameter-Erfassungseinrichtung übereinstimmen, ist es daher unwahrscheinlich, dass die durch die Ansaugpulsierung hervorgerufene Rauschkomponente entsprechend der Erfassungskennlinie der Ansaugparameter-Erfassungseinrichtung entfernt wird. Daher muss zur Verbesserung der Messgenauigkeit des Strömungsvolumens die Rauschkomponente infolge der Ansaugpulsierung entsprechend der Erfassungskennlinie der Ansaugparameter-Erfassungseinrichtung entfernt werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung bereitzustellen, die selbst bei einem breiten Messbereich und einem pulsierenden Fluid in der Lage ist, ein Strömungsvolumen mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
Lösung des Problems
Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung die in Patentanspruch 1 definierte Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung bereit. Weitere vorteilhafte Ausführungsmerkmale sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Erfassungsfehler des Strömungsvolumens verringert werden, indem bei einem pulsierenden gemessenen Fluid hauptsächlich das der Ansaugpulsierung entsprechende Filter angewendet wird. Dagegen kann der Erfassungsfehler des Strömungsvolumens in einem Fall, in dem das Strömungsvolumen des gemessenen Fluids beispielsweise gering ist, verringert werden, indem hauptsächlich das der von der Ansaugpulsierung verschiedenen Rauschkomponente entsprechende Filter angewendet wird. Dadurch kann die Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen breiten Messbereich für das Strömungsvolumen und verschiedene Strömungsvolumenzustände behandeln.
Zusätzlich werden anhand der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen andere Probleme, Konfigurationen und Wirkungen als die vorstehend beschriebenen verständlich werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein Systemdiagramm einer Ausführungsform, bei der eine Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Verbrennungsmotor-Steuersystem verwendet wird,
2-1 eine Vorderansicht der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen,
2-2 eine rückwärtige Ansicht der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen,
2-3 eine Ansicht der linken Seite der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen,
2-4 eine Ansicht der rechten Seite der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen,
2-5 eine Draufsicht der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen,
2-6 eine Bodenansicht der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen,
3-1 eine Vorderansicht der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen, von der eine vordere Abdeckung entfernt ist,
3-2 eine rückwärtige Ansicht der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen, von der eine rückseitige Abdeckung entfernt ist,
3-3 eine Ansicht der linken Seite der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen, von der die vordere Abdeckung und die rückseitige Abdeckung entfernt sind,
3-4 eine Ansicht der rechten Seite der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen, von der die vordere Abdeckung und die rückseitige Abdeckung entfernt sind,
3-5 eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in 3-1,
4-1 eine rückseitige Ansicht zur Beschreibung einer anderen Ausführungsform des Gehäuses,
4-2 eine Ansicht der rechten Seite des in 4-1 dargestellten Gehäuses,
5 eine Ansicht zur Beschreibung einer Konfiguration der vorderen Abdeckung,
6 eine Ansicht zur Beschreibung einer Konfiguration der rückseitigen Abdeckung,
7-1 eine Vorderansicht einer Platine,
7-2 eine Ansicht der rechten Seite der Platine,
7-3 eine rückwärtige Ansicht der Platine,
7-4 eine Ansicht der linken Seite der Platine,
7-5 eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B in 7-1,
7-6 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform, die der Schnittansicht entlang der Linie B-B in 7-1 entspricht,
7-7 eine Schnittansicht entlang einer Linie C-C in 7-1,
8-1 ein Diagramm zur Beschreibung des Aufbaus einer Sensorkammer, wobei 8-1 (a) eine vergrößerte Ansicht der Sensorkammer ist und 8-1 (b) eine Schnittansicht entlang einer Linie E1-E1 in 8-1 (a) ist,
8-2 ein Diagramm zur Beschreibung des Aufbaus einer anderen Ausführungsform einer Sensorkammer, wobei 8-2(a) eine vergrößerte Ansicht der Sensorkammer ist und 8-2(b) eine Schnittansicht entlang einer Linie E2-E2 in 8-2(a) ist,
8-3 ein Diagramm zur Beschreibung des Aufbaus einer weiteren Ausführungsform einer Sensorkammer, wobei 8-3(a) eine vergrößerte Ansicht der Sensorkammer ist und 8-3(b) eine Schnittansicht entlang einer Linie E3-E3 in 8-3(a) ist,
9-1 eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform einer Platine,
9-2 eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform der Platine,
9-3 eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform der Platine,
9-4 eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform der Platine,
9-5 eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform der Platine,
9-6 eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform der Platine,
9-7 eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform der Platine,
9-8 eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform der Platine,
10-1 eine Ansicht zur Beschreibung des Aufbaus eines Anschlussverbindungsabschnitts,
10-2 eine Ansicht zur Beschreibung des Aufbaus des Anschlussverbindungsabschnitts,
10-3 eine Schnittansicht entlang einer Linie F-F in 10-1,
10-4 eine Schnittansicht entlang einer Linie G-G in 10-2,
11-1 ein Diagramm zur Beschreibung eines Beispiels einer Schaltungskonfiguration der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen,
11-2 ein Diagramm zur Beschreibung einer anderen Ausführungsform der Schaltungskonfiguration der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen,
12-1 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
12-2 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
12-3 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
13 eine Graphik, welche die Ausgangskennlinie einer Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung zeigt,
14 eine Graphik, welche die Ausgangskennlinie zeigt, nachdem ein erster Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblock eine Einstellung der Strömungsvolumenkennlinie ausgeführt hat,
15-1 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einer Bestimmungsbedingung und einer angewendeten Filterkennlinie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
15-2 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einer Bestimmungsbedingung und einer angewendeten Filterkennlinie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
15-3 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einer Bestimmungsbedingung und einer angewendeten Filterkennlinie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
16 ein Diagramm einer durch Ausführen einer zweiten Strömungsvolumenkennlinienuntersuchung erhaltenen Ausgangskennlinie.

Beschreibung von Ausführungsformen
Die nachstehenden Ausführungsformen zur Implementation der Erfindung lösen verschiedene Probleme, die bei geforderten realen Produkten auftreten, sie werden vorzugsweise als Erfassungsvorrichtung verwendet, welche eine physikalische Größe von Ansaugluft eines Fahrzeugs erfasst, sie lösen verschiedene Probleme, und sie erreichen verschiedene Wirkungen. Eines der verschiedenen von den folgenden Ausführungsformen gelösten Probleme ist im vorstehenden Abschnitt „Lösung des Problems“ der Erfindung beschrieben, und eine von verschiedenen Wirkungen, die durch die folgenden Ausführungsformen erreicht werden, sind im Abschnitt „Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung“ beschrieben. Verschiedene durch die folgenden Ausführungsformen gelöste Probleme und durch die folgenden Ausführungsformen erreichte Wirkungen werden nachfolgend beschrieben. Daher werden nachfolgend über die Inhalte der Abschnitte „Lösung des Problems“ und „Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung“ hinausgehende durch die Ausführungsformen der Erfindung gelöste Probleme und dadurch erreichte Wirkungen beschrieben.
In den folgenden Ausführungsformen geben die gleichen Bezugszahlen auch bei unterschiedlichen Zeichnungsnummern die gleichen Konfigurationen an, und es wird dadurch die gleiche Handlung und die gleiche Wirkung erreicht. In Bezug auf die bereits beschriebenen Konfigurationen werden der Zeichnung nur die Bezugszahlen beigefügt, und es wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
Ausführungsform, bei der eine Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Verbrennungsmotor-Steuersystem verwendet wird
1 ist ein Systemdiagramm, das eine Ausführungsform zeigt, bei der eine Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Verbrennungsmotor-Steuersystem eines elektronischen Kraftstoffeinspritzsystems verwendet wird. Auf der Grundlage eines Arbeitsvorgangs eines Verbrennungsmotors 110, der einen Motorzylinder 112 und einen Motorkolben 114 aufweist, wird Ansaugluft als gemessenes Gas 30 von einem Luftreiniger 122 angesogen und beispielsweise über einen Ansaugkörper, einen Drosselkörper 126 und einen Ansaugkrümmer 128, die einen Hauptdurchgang 124 bilden, zu einer Verbrennungskammer des Motorzylinders 112 geleitet. Die physikalische Größe des gemessenen Gases 30, das die zur Verbrennungskammer geleitete Ansaugluft ist, wird durch die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen gemäß der vorliegenden Erfindung erfasst, und Kraftstoff wird auf der Grundlage der erfassten physikalischen Größe von einem Kraftstoffeinspritzventil 152 zugeführt und in einem Mischgaszustand zusammen mit der Ansaugluft 30 zur Verbrennungskammer geleitet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Kraftstoffeinspritzventil 152 in einem Ansaugstutzen des Verbrennungsmotors bereitgestellt und bildet der in den Ansaugstutzen eingespritzte Kraftstoff zusammen mit dem gemessenen Gas 30, das die Ansaugluft ist, das Mischgas, das über ein Einlassventil 116 zur Verbrennung in die Verbrennungskammer geleitet wird, um dadurch mechanische Energie zu erzeugen.
Der Kraftstoff und die Luft, die zur Verbrennungskammer geleitet werden, bilden einen Mischzustand und werden durch Funkenzündung durch eine Zündkerze 154 explosiv verbrannt, um mechanische Energie zu erzeugen. Das nach der Verbrennung auftretende Gas wird vom Auslassventil 118 zu einem Auspuffrohr geleitet und vom Auspuffrohr als Abgas aus dem Fahrzeug ausgestoßen. Das Strömungsvolumen des gemessenen Gases 30, das die zur Verbrennungskammer geleitete Ansaugluft ist, wird durch ein Drosselventil 132 gesteuert, dessen Öffnungsgrad von der Betätigung eines Gaspedals abhängt. Die zugeführte Kraftstoffmenge wird auf der Grundlage des Strömungsvolumens der zur Verbrennungskammer geleiteten Ansaugluft gesteuert, und ein Fahrer steuert den Öffnungsgrad des Drosselventils 132, um das Strömungsvolumen der zur Verbrennungskammer geleiteten Ansaugluft zu steuern und dadurch die durch den Verbrennungsmotor erzeugte mechanische Energie zu steuern.
1.1 Überblick über die Steuerung des Verbrennungsmotor-Steuersystems
Die physikalischen Größen in der Art des Strömungsvolumens, der Temperatur, der Feuchtigkeit und des Drucks des vom Luftreiniger 122 aufgenommenen und durch den Hauptdurchgang 124 strömenden gemessenen Gases 30 werden durch die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen erfasst, und das die physikalische Größe der Ansaugluft angebende elektrische Signal von der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen wird in eine Steuervorrichtung 200 eingegeben. Zusätzlich wird eine Ausgabe von einem Drosselwinkelsensor 144, der den Öffnungsgrad des Drosselventils 132 misst, in die Steuervorrichtung 200 eingegeben, und wird eine Ausgabe von einem Drehwinkelsensor 146 in die Steuervorrichtung 200 eingegeben, um die Position oder den Zustand des Motorkolbens 114, des Einlassventils 116 oder des Auslassventils 118 des Verbrennungsmotors und ferner die Drehgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors zu messen. Zur Messung des Mischverhältnisses zwischen der Kraftstoffmenge und der Luftmenge anhand des Zustands des Abgases 24 wird die Ausgabe von einem Sauerstoffsensor 148 in die Steuervorrichtung 200 eingegeben.
Auf der Grundlage der von der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen ausgegebenen physikalischen Größe der Ansaugluft und der anhand der Ausgabe vom Drehwinkelsensor 146 gemessenen Drehgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors berechnet die Steuervorrichtung 200 die Kraftstoffeinspritzmenge oder den Zündzeitpunkt. Auf der Grundlage dieser Berechnungsergebnisse wird die vom Kraftstoffeinspritzventil 152 zugeführte Kraftstoffmenge oder der Zündzeitpunkt der Zündkerze 154 gesteuert. Die zugeführte Kraftstoffmenge und der Zündzeitpunkt werden tatsächlich auf der Grundlage der von der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen erfassten Änderung der Temperatur oder des Drosselwinkels, der Änderung der Motordrehgeschwindigkeit und des vom Sauerstoffsensor 148 gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses sorgfältig gesteuert. Ferner steuert die Steuervorrichtung 200 die das Drosselventil 132 umgehende Luftmenge durch ein Bereitschaftszustands-Luftsteuerventil 156 in einem Bereitschaftszustand des Verbrennungsmotors und die Drehgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors im Bereitschaftszustand.
1.2 Wichtigkeit der Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen und der Installationsumgebung der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen
Die zugeführte Kraftstoffmenge oder der Zündzeitpunkt, wobei es sich um die Hauptsteuergröße des Verbrennungsmotors handelt, wird unter Verwendung der Ausgabe der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen als Hauptparameter berechnet. Daher ist es wichtig, die Erfassungsgenauigkeit der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen zu verbessern, zeitliche Änderungen zu unterdrücken, die Zuverlässigkeit zu verbessern, die Genauigkeit der Steuerung eines Fahrzeugs zu verbessern oder die Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
Insbesondere in den letzten Jahren sind die Anforderungen an Kraftstoffeinsparungen von Fahrzeugen und an die Reinigung des Abgases sehr hoch geworden. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist es sehr wichtig, die Erfassungsgenauigkeit der von der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen erfassten physikalischen Größe der Ansaugluft 30 zu verbessern. Zusätzlich ist es wichtig, dass eine hohe Zuverlässigkeit der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen aufrechterhalten wird.
Ein Fahrzeug, in dem die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen montiert ist, wird in einer Umgebung verwendet, in der hohe Temperatur- oder Feuchtigkeitsänderungen auftreten. Es ist bevorzugt, dass die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen Maßnahmen ergreift, um Temperatur- oder Feuchtigkeitsänderungen in ihrer Verwendungsumgebung Rechnung zu tragen und mit Staub und Verunreinigungen umzugehen.
Zusätzlich ist die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen am Ansaugrohr montiert, das durch die vom Verbrennungsmotor erzeugte Wärme beeinflusst wird. Daher wird die vom Verbrennungsmotor erzeugte Wärme durch das Ansaugrohr, das den Hauptdurchgang 124 bildet, auf die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen übertragen. Weil die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen das Strömungsvolumen des gemessenen Gases durch Wärmeübertragung mit dem gemessenen Gas erfasst, ist es wichtig, den Wärmeeinfluss von außen möglichst weitgehend zu unterdrücken.
Wie nachstehend beschrieben wird, löst die in einem Fahrzeug montierte Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen die im Abschnitt der Lösung des Problems durch die vorliegende Erfindung beschriebenen Probleme und löst über die im Abschnitt der vorteilhaften Wirkungen der Erfindung beschriebenen Wirkungen hinaus verschiedene Probleme, wie nachstehend beschrieben wird. Spezifische durch die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen zu lösende Probleme oder spezifische erhaltene Wirkungen werden in der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen beschrieben.
2. Konfiguration der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen
2.1 Aufbau der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen
Die 2-1 bis 2-6 zeigen den Aufbau der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen. 2-1 ist eine Vorderansicht der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen, 2-2 ist eine rückwärtige Ansicht der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen, 2-3 ist eine Ansicht der linken Seite der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen, 2-4 ist eine Ansicht der rechten Seite der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen, 2-5 ist eine Draufsicht der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen, und 2-6 ist eine Bodenansicht der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen.
Die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen weist ein Gehäuse 302, eine vordere Abdeckung 303 und eine rückseitige Abdeckung 304 auf. Das Gehäuse 302 ist durch Formen eines Kunstharzmaterials gebildet und umfasst einen Flansch 311, der die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen an einem Ansaugkörper, der den Hauptdurchgang 124 bildet, befestigt, einen externen Verbindungsabschnitt 321 mit einem Verbinder, der vom Flansch 311 vorsteht, zur elektrischen Verbindung mit externen Vorrichtungen und eine Messeinheit 331, die vom Flansch 311 zum Zentrum des Hauptdurchgangs 124 vorsteht.
Die Messeinheit 331 wird durch Umspritzen bei der Formung des Gehäuses 302 integral mit einer Platine 400 bereitgestellt (siehe 3-1 und 3-2). Die Platine 400 ist mit wenigstens einer Erfassungseinheit, welche die physikalische Größe des durch den Hauptdurchgang 124 strömenden gemessenen Gases 30 erfasst, und einer Schaltungseinheit, welche das von der Erfassungseinheit erfasste Signal verarbeitet, versehen. Die Erfassungseinheit ist an einer dem gemessenen Gas 30 ausgesetzten Position angeordnet, und die Schaltungseinheit ist in einer Schaltungskammer angeordnet, die durch eine vordere Abdeckung 303 hermetisch gedichtet ist.
Eine Teildurchgangsrille ist an einer vorderseitigen Fläche und einer rückseitigen Fläche der Messeinheit 331 bereitgestellt, und ein erster Teildurchgang 305 ist mit der vorderen Abdeckung 303 und der rückseitigen Abdeckung 304 zusammenwirkend ausgebildet. Eine Spitze der Messeinheit 331 ist mit einem ersten Teildurchgangseinlass 305a, der einen Teil des gemessenen Gases 30 in der Art des Ansauggases in den ersten Teildurchgang 305 aufnimmt, und einem ersten Teildurchgangsauslass 305b, der das gemessene Gas 30 vom ersten Teildurchgang 305 zum Hauptdurchgang 124 zurückführt, versehen. Ein Teil der Platine 400 steht auf halbem Wege des Durchgangs des ersten Teildurchgangs 305 vor, wobei der vorstehende Teil der Platine 400 mit einer Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 (siehe 3-1) versehen ist, welche die Erfassungseinheit zum Erfassen des Strömungsvolumens des gemessenen Gases 30 ist.
Ein Zwischenteil der Messeinheit 331, der dem Flansch 311 näher liegt als dem ersten Teildurchgang 305, ist mit einem zweiten Teildurchgang 306 versehen, der einen Teil des gemessenen Gases 30 in der Art der Ansaugluft in eine Sensorkammer Rs aufnimmt. Der zweite Teildurchgang 306 ist mit der Messeinheit 331 und der rückseitigen Abdeckung 304 zusammenwirkend ausgebildet. Der zweite Teildurchgang 306 ist mit einem zweiten Teildurchgangseinlass 306a, der sich zu einer stromaufwärtsseitigen Außenwand 336 öffnet, um das gemessene Gas 30 aufzunehmen, und einem zweiten Teildurchgangsauslass 306b, der sich zu einer stromabwärtsseitigen Außenwand 338 öffnet, um das gemessene Gas 30 vom zweiten Teildurchgang 306 zum Hauptdurchgang 124 zurückzuführen, versehen. Der zweite Teildurchgang 306 kommuniziert mit der Sensorkammer Rs, die an der rückseitigen Fläche der Messeinheit 331 ausgebildet ist. Die Sensorkammer Rs ist mit einem Drucksensor und einem Feuchtigkeitssensor versehen, die an der rückseitigen Fläche der Platine 400 bereitgestellte Erfassungseinheiten sind.
2.2 Auf dem Aufbau der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen beruhende Wirkung
In der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen ist der Zwischenteil der Messeinheit 331, der sich vom Flansch 311 zur Mitte des Hauptdurchgangs 124 hin erstreckt, mit dem zweiten Teildurchgangseinlass 306a versehen und ist die Spitze der Messeinheit 331 mit dem ersten Teildurchgangseinlass 305a versehen. Daher kann ein Gas, das sich nicht in der Nähe einer Innenwandfläche des Hauptdurchgangs 124, sondern in der Nähe eines von der Innenwandfläche beabstandeten zentralen Teils befindet, in den ersten Teildurchgang 305 bzw. den zweiten Teildurchgang 306 aufgenommen werden. Daher kann die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen die physikalische Größe des Gases an einem von der Innenwandfläche des Hauptdurchgangs 124 getrennten Teil messen und den Messfehler der physikalischen Größe in Bezug auf eine Verringerung der Wärme oder der Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe der Innenwandfläche verringern.
Die Messeinheit 331 ist entlang einer Achse von einer Außenwand des Hauptdurchgangs 124 zum Zentrum hin länglich, weist jedoch eine reduzierte Dicke auf, wie in den 2-3 und 2-4 dargestellt ist. Das heißt, dass die Messeinheit 331 der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen eine Form aufweist, bei der die Breite der Seitenfläche gering ist und die vorderseitige Fläche im Wesentlichen rechteckig ist. Dadurch kann die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen mit einem ersten Teildurchgang 305 mit ausreichender Länge versehen werden und den Fluidwiderstand des gemessenen Gases 30 auf einen kleinen Wert verringern. Daher kann die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen den Fluidwiderstand auf einen kleinen Wert verringern und das Strömungsvolumen des gemessenen Gases 30 mit hoher Genauigkeit messen.
2.5 Aufbau und Wirkung des Flansches 311
Eine untere Fläche 312 des Flansches 311 entgegengesetzt zum Hauptdurchgang 124 ist mit mehreren Aussparungen 313 versehen, die Wärmeübertragungsfläche zwischen dem gemessenen Gas 30 und dem Hauptdurchgang 124 ist verkleinert, und die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen wird kaum durch Wärme beeinflusst. Bei der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen wird die Messeinheit 331 in ein Montageloch eingefügt, das im Hauptdurchgang 124 bereitgestellt ist, und steht die untere Fläche 312 des Flansches 311 dem Hauptdurchgang 124 gegenüber. Der Hauptdurchgang 124 ist beispielsweise der Ansaugkörper und wird häufig auf einer hohen Temperatur gehalten. Umgekehrt ist es vorstellbar, dass der Hauptdurchgang 124 beim Anlassen in einem kalten Gebiet auf einer sehr niedrigen Temperatur liegt. Wenn ein solcher Hochtemperatur- oder Niedertemperaturzustand des Hauptdurchgangs 124 die Messung verschiedener physikalischer Größen beeinflusst, nimmt die Messgenauigkeit ab. Die untere Fläche 312 des Flansches 311 ist mit einer Aussparung 313 versehen, und ein Zwischenraum ist zwischen der unteren Fläche 312, die dem Hauptdurchgang 124 gegenübersteht, und dem Hauptdurchgang 124 ausgebildet. Daher kann die Wärmeübertragung vom Hauptdurchgang 124 auf die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen verringert werden und kann verhindert werden, dass die Messgenauigkeit durch Wärme abnimmt.
Weil Schraublöcher 314 des Flansches 311 zur Befestigung der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen am Hauptdurchgang 124 vorgesehen sind, wird ein Zwischenraum zwischen der dem Hauptdurchgang 124 gegenüberstehenden Fläche um jedes Schraubloch 314 und dem Hauptdurchgang 124 gebildet, so dass eine dem Hauptdurchgang 124 gegenüberstehende Fläche um diese Schraublöcher 314 herum vom Hauptdurchgang 124 beabstandet ist. Dadurch hat der Flansch eine Struktur, welche die Wärmeübertragung vom Hauptdurchgang 124 auf die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen verringern kann und verhindern kann, dass die Messgenauigkeit durch Wärme verschlechtert wird.
2.6 Aufbau des externen Verbindungsabschnitts 321
Der externe Verbindungsabschnitt 321 weist einen Verbinder 322 auf, der an einer oberen Fläche des Flansches 311 bereitgestellt ist und vom Flansch 311 in Strömungsrichtung des gemessenen Gases 30 stromabwärts vorsteht. Der Verbinder 322 ist mit einem Einführungsloch 322a versehen, worin ein Kommunikationskabel zur Verbindung mit der Steuervorrichtung 200 eingefügt ist. Das Innere des Einführungslochs 322a ist mit vier externen Anschlüssen 323 versehen, wie in 2-4 dargestellt ist. Der externe Anschluss 323 dient als Anschluss zur Ausgabe von Informationen über die von der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen gemessene physikalische Größe und als Stromversorgungsanschluss zur Zufuhr von Gleichstrom (DC) für den Betrieb der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen.
Der Verbinder 322 ist so geformt, dass er vom Flansch 311 in Strömungsrichtung des gemessenen Gases 30 stromabwärts vorsteht, und er wird von der Stromabwärtsseite der Strömungsrichtung zur Stromaufwärtsseite eingefügt, die Form des Verbinders 322 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bespielsweise kann der Verbinder eine Form haben, die von der oberen Fläche des Flansches 311 vertikal vorsteht, und in Verlaufsrichtung der Messeinheit 331 eingeführt werden und auf verschiedene Arten modifiziert werden.
3. Gesamtaufbau und Wirkung des Gehäuses 302
Als nächstes wird der Gesamtaufbau des Gehäuses 302 mit Bezug auf die 3-1 bis 3-5 beschrieben. Die 3-1 bis 3-5 zeigen den Zustand des Gehäuses 302, wobei die vordere Abdeckung 303 und die rückseitige Abdeckung 304 von der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen entfernt sind. 3-1 ist eine Vorderansicht des Gehäuses 302, 3-2 ist eine rückseitige Ansicht des Gehäuses 302, 3-3 ist eine Ansicht der rechten Seite des Gehäuses 302, 3-4 ist eine Ansicht der linken Seite des Gehäuses 302, und 3-5 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in 3-1.
Das Gehäuse 302 ist so aufgebaut, dass sich die Messeinheit 331 vom Flansch 311 zum Zentrum des Hauptdurchgangs 124 erstreckt. Die Platine 400 ist auf einer Basisendseite der Messeinheit 331 eingeformt. Die Platine 400 ist an einer Zwischenposition zwischen der vorderen Fläche und der rückseitigen Fläche der Messeinheit 331 parallel zur Fläche der Messeinheit 331 angeordnet und mit dem Gehäuse 302 integral geformt, und die Basisendseite der Messeinheit 331 ist in Dickenrichtung in zwei Seiten untertei lt.
Die Vorderseite der Messeinheit 331 ist mit einer Schaltungskammer Rc versehen, in der die Schaltungseinheit der Platine 400 untergebracht ist, und ihre Rückseite ist mit der Sensorkammer Rs versehen, in der ein Drucksensor 421 und ein Feuchtigkeitssensor 422 untergebracht sind. Die Schaltungskammer Rc ist durch Anbringen der vorderen Abdeckung 303 am Gehäuse 302 hermetisch gedichtet und vollkommen vom Außenbereich isoliert. Demgegenüber ist die Sensorkammer Rs zwischen dem zweiten Teildurchgang 306 und dem Innenraum, der durch Anbringen der rückseitigen Abdeckung 304 am Gehäuse 302 mit dem Außenbereich der Messeinheit 331 über den zweiten Teildurchgang 306 kommuniziert, ausgebildet. Ein Teil der Platine 400 steht von einer Trennwand 335, die zwischen der Schaltungskammer Rc der Messeinheit 331 und dem ersten Teildurchgang 305 unterteilt, in den ersten Teildurchgang 305 vor, und eine Messströmungsdurchgangsfläche 430 des vorstehenden Teils ist mit der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 versehen.
3.2 Aufbau der Teildurchgangsrille
Die Spitze der Messeinheit 331 ist in Längsrichtung mit einer Teildurchgangsaussparung zur Bildung des ersten Teildurchgangs 305 versehen. Eine Teildurchgangsrille zur Bildung des ersten Teildurchgangs 305 ist mit einer in 3-1 dargestellten vorderseitigen Teildurchgangsrille 332 und einer in 3-2 dargestellten rückseitigen Teildurchgangsrille 334 versehen. Wie in 3-1 dargestellt ist, bewegt sich die vorderseitige Teildurchgangsrille 332 vom ersten Teildurchgangsauslass 305b, der sich zur stromabwärtsseitigen Außenwand 338 der Messeinheit 331 öffnet, zur stromaufwärtsseitigen Außenwand 336, wobei sie allmählich zum Flansch 311 gebogen wird, der die Basisendseite der Messeinheit 331 bildet, und sie kommuniziert mit einem Öffnungsabschnitt 333, der in Dickenrichtung in der Nähe der stromaufwärtsseitigen Außenwand 336 durch die Messeinheit 331 hindurchtritt. Der Öffnungsabschnitt 333 ist entlang der Strömungsrichtung des gemessenen Gases 30 des Hauptdurchgangs 124 ausgebildet und erstreckt sich zwischen der stromaufwärtsseitigen Außenwand 336 und der stromabwärtsseitigen Außenwand 338.
Wie in 3-2 dargestellt ist, bewegt sich die rückseitige Teildurchgangsrille 334 von der stromaufwärtsseitigen Außenwand 336 zur stromabwärtsseitigen Außenwand 338 und verzweigt an der Zwischenposition zwischen der stromaufwärtsseitigen Außenwand 336 und der stromabwärtsseitigen Außenwand 338 in zwei Abschnitte. Dagegen verläuft die rückseitige Teildurchgangsrille 334 linear als Auslassdurchgang, der sich an einem Auslass 305c der stromabwärtsseitigen Außenwand 338 öffnet, die rückseitige Teildurchgangsrille 334 verläuft jedoch zur stromabwärtsseitigen Außenwand 338 und wird dabei allmählich zum Flansch 311 gebogen, der die Basisendseite der Messeinheit 331 bildet, und kommuniziert in der Nähe der stromabwärtsseitigen Außenwand 338 mit dem Öffnungsabschnitt 333.
Die rückseitige Teildurchgangsrille 334 bildet eine Einlassrille, in die das gemessene Gas 30 vom Hauptdurchgang 124 strömt, und die vorderseitige Teildurchgangsrille 332 bildet eine Auslassrille, die bewirkt, dass das von der rückseitigen Teildurchgangsrille 334 aufgenommene gemessene Gas 30 zum Hauptdurchgang 124 zurückkehrt. Weil die vorderseitige Teildurchgangsrille 332 und die rückseitige Teildurchgangsrille 334 an der Spitze des Gehäuses 302 bereitgestellt sind, kann ein Gas an einem von der Innenwandfläche des Hauptdurchgangs 124 beabstandeten Abschnitt, d. h. ein Gas, das in einem Abschnitt in der Nähe des zentralen Teils des Hauptdurchgangs 124 strömt, als gemessenes Gas 30 entgegengenommen werden. Das in der Nähe der Innenwandfläche des Hauptdurchgangs 124 strömende Gas wird durch die Temperatur der Wandfläche des Hauptdurchgangs 124 beeinflusst und hat häufig eine von der Durchschnittstemperatur des im Hauptdurchgang 124 strömenden Gases in der Art der Ansaugluft 20 abweichende Temperatur. Zusätzlich zeigt das in der Nähe der Innenwandfläche des Hauptdurchgangs 124 strömende Gas häufig eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit als die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit des im Hauptdurchgangs 124 strömenden Gases. Die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen gemäß der Ausführungsform ist dadurch nur schwer zu beeinflussen, so dass die Verringerung der Messgenauigkeit unterdrückt werden kann.
Wie in 3-2 dargestellt wird, wird ein Teil des durch den Hauptdurchgang 124 strömenden gemessenen Gases 30 vom ersten Teildurchgangseinlass 305a in die rückseitige Teildurchgangsrille 334 aufgenommen und strömt in der rückseitigen Teildurchgangsrille 334. Im gemessenen Gas 30 enthaltene Fremdstoffe mit einer hohen Masse strömen im Auslassdurchgang, der sich linear von der Verzweigung erstreckt, zusammen mit einem Teil des gemessenen Gases und werden vom Auslass 305c der stromabwärtsseitigen Außenwand 338 zum Hauptdurchgang 124 ausgestoßen.
Die rückseitige Teildurchgangsrille 334 ist so geformt, dass sie in Vorwärtsrichtung tiefer wird, und das gemessene Gas 30 bewegt sich, während es entlang der rückseitigen Teildurchgangsrille 334 strömt, allmählich zur Vorderseite der Messeinheit 331. Insbesondere ist die rückseitige Teildurchgangsrille 334 mit einem steil geneigten Abschnitt 334a versehen, der vor dem Öffnungsabschnitt 333 steil vertieft ist, und ein Teil der Luft mit einer geringen Masse bewegt sich entlang dem steil geneigten Abschnitt 334a und strömt in den Öffnungsabschnitt 333 und zur Messströmungsdurchgangsfläche 430 der Platine 400. Andererseits strömen Fremdstoffe mit einer hohen Masse in einer rückseitigen Messströmungsdurchgangsfläche 431, weil sich ihre Bewegungsrichtung nur schwer plötzlich ändern lässt.
Wie in 3-1 dargestellt ist, strömt das gemessene Gas 30, das sich zur Vorderseite bewegt hat, am Öffnungsabschnitt 333 entlang der Messströmungsdurchgangsfläche 430 der Platine, wird die Wärme zwischen dem gemessenen Gas 30 und der an der Messströmungsdurchgangsfläche 430 bereitgestellten Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 übertragen und wird das Strömungsvolumen gemessen. Die vom Öffnungsabschnitt 333 zur vorderseitigen Teildurchgangsrille 332 strömende Luft strömt entlang der vorderseitigen Teildurchgangsrille 332 und wird vom ersten Teildurchgangsauslass 305b, der sich zur stromabwärtsseitigen Außenwand 338 öffnet, zum Hauptdurchgang 124 ausgelassen.
Ein in das gemessene Gas 30 eingemischtes Material mit einer hohen Masse in der Art von Staub hat eine hohe Trägheit, so dass sich seine Bewegungsrichtung nur schwer zu einem tieferen Abschnitt der Rille entlang der Oberfläche des steil geneigten Abschnitts 334a, wo die Tiefe der Rille steil zunimmt, ändern lässt. Deshalb bewegen sich Fremdstoffe mit einer hohen Masse zur rückseitigen Messströmungsdurchgangsfläche 431 und kann verhindert werden, dass Fremdstoffe durch die Umgebung der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 hindurchtreten. Weil gemäß dieser Ausführungsform viele Fremdstoffe mit einer hohen Masse, die vom Gas verschieden sind, durch die rückseitige Messströmungsdurchgangsfläche 431, welche die Rückseite der Messströmungsdurchgangsfläche 430 ist, laufen, können der Einfluss einer Verunreinigung durch Fremdstoffe in der Art von Öl, Kohlenstoff und Staub und die Verschlechterung der Messgenauigkeit verringert werden. Das heißt, dass der Einfluss in das gemessene Gas 30 eingemischter Fremdstoffe verringert werden kann, weil die Teildurchgangsrille eine Form hat, welche die Bewegungsrichtung des gemessenen Gases 30 entlang einer die Strömungsachse des Hauptdurchgangs 124 kreuzenden Achse plötzlich ändert.
3.3 Aufbau und Wirkung des zweiten Teildurchgangs und der Sensorkammer
Der zweite Teildurchgang 306 verläuft linear zwischen dem zweiten Teildurchgangseinlass 306a und dem zweiten Teildurchgangsauslass 306b parallel zum Flansch 311, so dass er sich entlang der Strömungsrichtung des gemessenen Gases 30 erstreckt. Der zweite Teildurchgangseinlass 306a wird durch Ausschneiden eines Teils der stromaufwärtsseitigen Außenwand 336 gebildet, und der zweite Teildurchgangsauslass 306b wird durch Ausschneiden eines Teils der stromabwärtsseitigen Außenwand 338 gebildet. Insbesondere werden, wie in 3-3 dargestellt ist, ein Teil der stromaufwärtsseitigen Außenwand 336 und ein Teil der stromabwärtsseitigen Außenwand 338 an einer Position entlang der oberen Fläche der Trennwand 335 aus der Rückseite der Messeinheit 331 ausgeschnitten. Der zweite Teildurchgangseinlass 306a und der zweite Teildurchgangsauslass 306b werden bis zu einer Tiefe ausgeschnitten, die auf der Höhe der rückseitigen Fläche der Platine 400 liegt. Der zweite Teildurchgang 306 wirkt als ein Kühlkanal zur Kühlung eines Substrathauptkörpers 401, weil das gemessene Gas 30 entlang der rückseitigen Fläche des Substrathauptkörpers 401 der Platine 400 strömt. Die Platine 400 empfängt häufig Wärme vom LSI, vom Mikrocomputer oder dergleichen, und diese Wärmeeinträge können auf die Rückseite des Substrathauptkörpers 401 übertragen werden und durch das durch den zweiten Teildurchgang 306 strömende gemessene Gas 30 abgeführt werden.
Die Sensorkammer Rs ist näher zur Basisendseite der Messeinheit 331 angeordnet als der zweite Teildurchgang 306. Ein Teil des vom zweiten Teildurchgangseinlass 306a zum zweiten Teildurchgang 306 strömenden gemessenen Gases 30 strömt in die Sensorkammer Rs, und der Druck und die relative Feuchtigkeit werden durch den Drucksensor 421 bzw. den Feuchtigkeitssensor 422 in der Sensorkammer Rs erfasst. Weil die Sensorkammer Rs näher zur Basisendseite der Messeinheit 331 als der zweite Teildurchgang 306 angeordnet ist, kann der Einfluss des dynamischen Drucks des durch den zweiten Teildurchgang 306 strömenden gemessenen Gases 30 verringert werden. Daher kann die Erfassungsgenauigkeit des Drucksensors 421 in der Sensorkammer Rs verbessert werden.
Weil die Sensorkammer Rs näher zur Basisendseite der Messeinheit 331 angeordnet ist als der zweite Teildurchgang 306, kann beispielsweise, wenn die Spitze der Messeinheit 331 nach unten weisend am Ansaugdurchgang angebracht wird, verhindert werden, dass Verunreinigungen und Wassertröpfchen, die sich zusammen mit dem gemessenen Gas 30 im zweiten Teildurchgang 306 strömen, an den Drucksensor 421 oder an den auf der Stromabwärtsseite des Drucksensors 421 angeordneten Feuchtigkeitssensor 422 anlagern.
Insbesondere lagern sich gemäß der vorliegenden Ausführungsform, weil der Drucksensor 421 mit einem verhältnismäßig großen Aufbau auf der Stromaufwärtsseite in der Sensorkammer Rs angeordnet ist und der Feuchtigkeitssensor 422 mit einem verhältnismäßig kleinen Aufbau auf der Stromabwärtsseite des Drucksensors 421 angeordnet ist, Verunreinigungen oder Wassertröpfchen, die zusammen mit dem gemessenen Gas 30 strömen, an den Drucksensor 421 an, und es wird verhindert, dass sie sich an den Feuchtigkeitssensor 422 anlagern. Daher kann der Feuchtigkeitssensor 422 mit einer geringen Widerstandsfähigkeit gegen Verunreinigungen und Wassertröpfchen geschützt werden.
Der Drucksensor 421 und der Feuchtigkeitssensor 422 werden verglichen mit der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 kaum durch die Strömung des gemessenen Gases 30 beeinflusst, und weil der Feuchtigkeitssensor 422 insbesondere ausreicht, um einen Feuchtigkeitsdiffusionsgrad im gemessenen Gas 30 zu gewährleisten, kann die Sensorkammer Rs angrenzend an den linearen zweiten Teildurchgang 306 bereitgestellt werden. Andererseits benötigt die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 wenigstens ein vorgegebenes Strömungsvolumen, und es müssen Staub und Verunreinigungen fern gehalten werden, und es muss der Einfluss von Pulsierungen berücksichtigt werden. Daher ist die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 im schleifenförmigen ersten Teildurchgang 305 bereitgestellt.
Die 4-1 und 4-2 sind Diagramme, die eine andere Form des zweiten Teildurchgangs zeigen.
Bei dieser Form werden der zweite Teildurchgangseinlass 306a und der zweite Teildurchgangsauslass 306b durch Bereitstellen eines Durchgangslochs 337 an der stromaufwärtsseitigen Außenwand 336 und der stromabwärtsseitigen Außenwand 338 gebildet, statt die stromaufwärtsseitige Außenwand 336 und die stromabwärtsseitige Außenwand 338 auszuschneiden. Ähnlich wie beim vorstehend beschriebenen und in den 3-2 bis 3-5 dargestellten zweiten Teildurchgang sind, falls der zweite Teildurchgangseinlass 306a und der zweite Teildurchgangsauslass 306b durch Ausschneiden der stromaufwärtsseitigen Außenwand 336 bzw. der stromabwärtsseitigen Außenwand 338 gebildet werden, die Breite der stromaufwärtsseitigen Außenwand 336 bzw. die Breite der stromabwärtsseitigen Außenwand 338 an der Position lokal gering, so dass die Messeinheit 331 während des Formens durch eine Wärmesenke oder dergleichen vom Ausschnitt als Anfangspunkt im Wesentlichen L-förmig verzogen werden kann. Weil gemäß dieser Ausführungsform das Durchgangsloch an Stelle des Ausschnitts bereitgestellt wird, kann verhindert werden, dass die Messeinheit 331 im Wesentlichen L-förmig gebogen wird. Daher kann der Einfluss einer Positions- oder Richtungsänderung der Erfassungseinheit in Bezug auf das gemessene Gas 30 im Gehäuse 302 infolge des Verziehens auf die Erfassungsgenauigkeit verhindert werden und kann die vorgegebene Erfassungsgenauigkeit ohne individuelle Differenzen stets gewährleistet werden.
Die 8-1, 8-2 und 8-3 sind Diagramme, die eine andere Form des zweiten Teildurchgangs zeigen.
Die rückseitige Abdeckung 304 kann an der Trennwand, die zwischen dem zweiten Teildurchgang 306 und der Sensorkammer Rs unterteilt, bereitgestellt werden. Bei dieser Konfiguration kann das gemessene Gas 30 indirekt vom zweiten Teildurchgang 306 zur Sensorkammer Rs strömen und kann der Einfluss des dynamischen Drucks auf den Drucksensor verringert werden und kann verhindert werden, dass sich Verunreinigungen oder Wassertröpfchen an den Feuchtigkeitssensor anlagern.
Beim in 8-1 dargestellten Beispiel sind die beiden Drucksensoren 421A und 421B in einer Reihe entlang dem zweiten Teildurchgang 306 in der Sensorkammer Rs bereitgestellt und ist ein Feuchtigkeitssensor 422 auf der Stromabwärtsseite der Druckkammern 421A und 421B bereitgestellt. Die Trennwände 352A und 352B sind an der rückseitigen Abdeckung 304 bereitgestellt und erstrecken sich durch Anbringen der rückseitigen Abdeckung 304 am Gehäuse 302 zwischen dem zweiten Teildurchgang 306 und der Sensorkammer Rs. Insbesondere befindet sich die Trennwand 352A zwischen dem Drucksensor auf der Stromaufwärtsseite und der stromaufwärts gelegenen Wand der Sensorkammer Rs und befindet sich die Trennwand 352B zwischen dem Drucksensor auf der Stromabwärtsseite und der stromabwärts gelegenen Wand der Sensorkammer Rs entlang dem Feuchtigkeitssensor.
Beim in 8-2 dargestellten Beispiel ist nur der Drucksensor 421B auf der Stromabwärtsseite dargestellt und ist der Drucksensor 421A auf der Stromaufwärtsseite fortgelassen, weshalb die Trennwand 352C entsprechend länger ist. Ähnlich der Trennwand 352B in 8-1 ist die Trennwand 352D auf der Stromabwärtsseite zwischen dem Drucksensor auf der Stromabwärtsseite und der stromabwärts gelegenen Wand der Sensorkammer Rs entlang dem Feuchtigkeitssensor angeordnet. Daher können die Trennwände 352A und 352C verhindern, dass das gemessene Gas 30 direkt an den Drucksensor angrenzt, wodurch der Einfluss des dynamischen Drucks verringert wird. Zusätzlich können die Trennwände 352B und 352D verhindern, dass sich Verunreinigungen und Wassertröpfchen an den Feuchtigkeitssensor anlagern.
Beim in 8-3 dargestellten Beispiel sind beide Drucksensoren 421A und 421B fortgelassen, und es ist nur ein Feuchtigkeitssensor 422 in der Sensorkammer Rs bereitgestellt. Die Trennwand 352E auf der Stromaufwärtsseite erstreckt sich von der stromaufwärts gelegenen Wand der Sensorkammer Rs bis stromaufwärts des Feuchtigkeitssensors entlang dem Zwischenraum zwischen dem zweiten Teildurchgang 306 und der Sensorkammer Rs und ist am stromabwärts gelegenen Ende gebogen und weist der stromaufwärts gelegenen Seite des Feuchtigkeitssensors gegenüberstehend im Wesentlichen eine L-Form auf. Ähnlich den Trennwänden 352B und 352D ist die Trennwand 352F zwischen dem Drucksensor auf der Stromabwärtsseite und der stromabwärts gelegenen Wand der Sensorkammer Rs entlang dem Feuchtigkeitssensor angeordnet. Daher kann die Trennwand 352E verhindern, dass sich die im gemessenen Gas 30 enthaltenen Verunreinigungen und Wassertröpfchen, die durch den zweiten Teildurchgang 306 laufen, zum Feuchtigkeitssensor bewegen und kann der Feuchtigkeitssensor vor diesen Verunreinigungen oder dergleichen geschützt werden.
3.4 Form und Wirkung der vorderen Abdeckung 303 und der rückseitigen Abdeckung 304
5 ist ein Diagramm, welches den Aufbau der vorderen Abdeckung 303 zeigt, 5A ist eine Vorderansicht der vorderen Abdeckung 303, und 5B ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 5A. 6 ist ein Diagramm, welches den Aufbau der rückseitigen Abdeckung 304 zeigt, 6A ist eine Vorderansicht der rückseitigen Abdeckung 304, und 6B ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 6A.
In den 5 und 6 schließt die vordere Abdeckung 303 oder die rückseitige Abdeckung 304 die vorderseitige Teildurchgangsrille 332 und den rückseitigen Teildurchgang 334 des Gehäuses 302, wodurch der erste Teildurchgang 305 gebildet ist. Zusätzlich bildet die vordere Abdeckung 303 die hermetisch gedichtete Schaltungskammer Rc und schließt die rückseitige Abdeckung 304 einen Aussparungsabschnitt auf der Rückseite der Messeinheit 331 zur Bildung des zweiten Teildurchgangs 306 und der mit dem zweiten Teildurchgang 306 kommunizierenden Sensorkammer Rs.
Die vordere Abdeckung 303 weist einen vorstehenden Teil 356 auf, der an einer der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 gegenüberstehenden Position bereitgestellt ist und verwendet wird, um eine Membran zwischen dem vorstehenden Teil 356 und der Messströmungsdurchgangsfläche 430 zu bilden. Daher ist es bevorzugt, die Formungsgenauigkeit zu erhöhen. Die vordere Abdeckung 303 oder die rückseitige Abdeckung 304 wird durch einen Harzformungsprozess gebildet, bei dem ein thermoplastisches Harz in eine Form eingespritzt wird, so dass eine hohe Formungsgenauigkeit erhalten werden kann.
Die vordere Abdeckung 303 und die rückseitige Abdeckung 304 sind mit mehreren Fixierungslöchern versehen, in die mehrere aus der Messeinheit 331 vorstehende Fixierungsstifte 350 eingeführt werden. Die vordere Abdeckung 303 und die rückseitige Abdeckung 304 werden an der vorderseitigen Fläche bzw. der rückseitigen Fläche der Messeinheit 331 angebracht, und der Fixierungsstift 350 wird dabei zur Positionierung in das Fixierungsloch 351 eingeführt. Die vordere Abdeckung 303 und die rückseitige Abdeckung 304 werden durch Laserschweißen oder dergleichen entlang den Rändern der vorderseitigen Teildurchgangsrille 332 und der rückseitigen Teildurchgangsrille 334 zusammengefügt und ähnlich durch Laserschweißen oder dergleichen entlang den Rändern der Schaltungskammer Rc und der Sensorkammer Rs zusammengefügt.
3.5 Fixierungsstruktur und -wirkung für das Gehäuse 302 der Platine 400
Als nächstes wird die Fixierung der Platine 400 am Gehäuse 302 durch den Harzformungsprozess beschrieben. Die Platine 400 wird mit dem Gehäuse 302 integral geformt, so dass die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 der Platine 400 an einer vorgegebenen Stelle der Teildurchgangsrille, welche den Teildurchgang bildet, angeordnet wird, beispielsweise einem Öffnungsabschnitt 333, der ein Verbindungsabschnitt zwischen der vorderseitigen Teildurchgangsrille 332 und der rückseitigen Teildurchgangsrille 334 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist.
Ein Abschnitt, an dem ein Außenrandteil des Basisabschnitts 402 der Platine 400 durch Harzformen in das Gehäuse 302 eingebettet wird und der der Befestigung dient, wird in Form von Fixierungsabschnitten 372 und 373 an der Messeinheit 331 des Gehäuses 302 bereitgestellt. Die Fixierungsabschnitte 372 und 373 fixieren einen Außenrandteil des Basisabschnitts 402 der Platine 400 sandwichförmig zwischen der Vorderseite und der Rückseite.
Das Gehäuse 302 wird durch einen Harzformungsprozess hergestellt. Bei diesem Harzformungsprozess wird die Platine 400 in das Harz des Gehäuses 302 eingebracht und durch das Harzformen im Gehäuse 302 fixiert. Dadurch führt die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 die Wärmeübertragung zwischen der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 und dem gemessenen Gas 30 aus, um eine Positionsbeziehung, eine Richtungsbeziehung oder dergleichen aufrechtzuerhalten, wobei sich diese Beziehung auf die Form des Teildurchgangs zum sehr genauen Messen des Strömungsvolumens, beispielsweise der vorderseitigen Teildurchgangsrille 332 oder der rückseitigen Teildurchgangsrille 334 bezieht, und um in jeder Platine 400 auftretende Fehler oder Variationen möglichst weitgehend zu verringern. Dadurch kann die Messgenauigkeit der Platine 400 stark verbessert werden. Beispielsweise kann die Messgenauigkeit verglichen mit einem Fixierungsverfahren, bei dem ein herkömmlicher Klebstoff verwendet wird, drastisch verbessert werden.
Die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen wird häufig durch Massenproduktion hergestellt, und ein Bondverfahren, bei dem ein Klebstoff verwendet wird, während sehr genau gemessen wird, kann die Messgenauigkeit nur begrenzt verbessern. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können jedoch durch Fixieren der Platine 400, während der Teildurchgang, durch den das gemessene Gas 30 strömt, beim Harzformungsprozess geformt wird, die Variation der Messgenauigkeit stark verringert werden und die Messgenauigkeit jeder Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen stark verbessert werden.
Mit Bezug beispielsweise auf die in den 3-1 bis 3-5 dargestellte Ausführungsform sei bemerkt, dass die Platine 400 mit hoher Genauigkeit am Gehäuse 302 fixiert werden kann, so dass die Beziehung zwischen der vorderseitigen Teildurchgangsrille 332, der rückseitigen Teildurchgangsrille 334 und der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 festgelegt wird. Bei jeder auf diese Weise massenproduzierten Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen können normalerweise die Positionsbeziehung zwischen der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 jeder Platine 400 und dem ersten Teildurchgang 305, die Beziehung zwischen ihren Formen oder dergleichen mit hoher Genauigkeit erhalten werden.
Der erste Teildurchgang 305, worin die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 der Platine 400 fixiert ist, beispielsweise die vorderseitige Teildurchgangsrille 332 und die rückseitige Teildurchgangsrille 334, kann mit sehr hoher Genauigkeit geformt werden, so dass beim Formen des ersten Teildurchgangs 305 anhand der Teildurchgangsrillen 332 und 334 beide Oberflächen des Gehäuses 302 mit der vorderen Abdeckung 303 oder der rückseitigen Abdeckung 304 bedeckt werden. Dieser Vorgang ist sehr einfach und weist weniger Faktoren auf, welche die Messgenauigkeit verringern könnten. Zusätzlich wird die vordere Abdeckung 303 oder die rückseitige Abdeckung 304 durch einen Harzformungsprozess hoher Genauigkeit erzeugt. Dementsprechend kann der in einer vorgeschriebenen Beziehung mit der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 der Platine 400 bereitgestellte Teildurchgang mit hoher Genauigkeit hergestellt werden. Durch ein solches Verfahren kann nicht nur die Messgenauigkeit verbessert werden, sondern es kann auch eine hohe Produktivität erreicht werden.
Dagegen wurde herkömmlicherweise ein thermischer Strömungsmesser durch Herstellen des Teildurchgangs und anschließendes Anbringen der Messeinheit am Teildurchgang mit einem Klebstoff hergestellt. Beim vorstehend beschriebenen Verfahren, bei dem ein Klebstoff verwendet wird, ist die Dickenvariation des Klebstoffs hoch und variieren die Bondposition und der Bondwinkel für jedes Produkt. Daher gibt es Grenzen für die Erhöhung der Messgenauigkeit. Zusätzlich lässt sich die Messgenauigkeit nur sehr schwer verbessern, wenn diese Operationen in einem Massenproduktionsprozess ausgeführt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Platine 400 durch Harzformen fixiert und wird gleichzeitig die Teildurchgangsrille zur Formung des ersten Teildurchgangs 305 durch Harzformen gebildet. Dadurch kann die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 mit sehr hoher Genauigkeit an der Form der Teildurchgangsrille fixiert werden.
Ein Abschnitt, der sich auf die Messung des Strömungsvolumens bezieht, beispielsweise die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 oder die Messströmungsdurchgangsfläche 430, woran die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 angebracht ist, ist auf der Oberfläche der Platine 400 bereitgestellt. Die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 und die Messströmungsdurchgangsfläche 430 werden von der Harzformung des Gehäuses 302 freigelassen. Das heißt, dass die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 und die Messströmungsdurchgangsfläche 430 mit dem das Gehäuse 302 bildenden Harz bedeckt werden. Die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 oder die Messströmungsdurchgangsfläche 430 der Platine 400 wird im Zustand nach der Harzformung des Gehäuses 302 für die Strömungsvolumenmessung durch die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen verwendet. Dadurch wird die Messgenauigkeit verbessert.
Weil bei der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung die Platine 400 durch integrales Formen der Platine 400 mit dem Gehäuse 302 am Gehäuse 302 mit dem ersten Teildurchgang 305 fixiert wird, kann die Platine 400 sicher am Gehäuse 302 fixiert werden. Weil der vorstehende Abschnitt 403 der Platine 400 insbesondere die Trennwand 335 durchdringt und in den ersten Teildurchgang 305 vorsteht, ist die Dichtwirkung zwischen dem ersten Teildurchgang 305 und der Schaltungskammer Rc hoch und kann verhindert werden, dass das gemessene Gas 30 aus dem ersten Teildurchgang 305 in die Schaltungskammer Rc leckt und dass Schaltungskomponenten oder Verdrahtungen der Platine 400 durch den Kontakt mit dem gemessenen Gas 30 korrodiert werden.
3.6 Aufbau und Wirkung des Anschlussverbindungsabschnitts 320
Als nächstes wird der Aufbau des Anschlussverbindungsabschnitts mit Bezug auf die 10-1 bis 10-4 beschrieben. 10-1 ist ein Diagramm zur Beschreibung des Aufbaus des Anschlussverbindungsabschnitts, 10-2 ist ein Diagramm zur Beschreibung des Aufbaus des Anschlussverbindungsabschnitts, 10-3 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie F-F in 10-1, und 10-4 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie G-G in 10-2.
Der Anschlussverbindungsabschnitt 320 ist so aufgebaut, dass ein innerer Endabschnitt 361 des äußeren Anschlusses 323 und der Verbindungsanschluss 412 der Platine 400 durch einen Golddraht 413 miteinander verbunden sind. Wie in 10-1 dargestellt ist, stehen die inneren Endabschnitte 361 jedes äußeren Anschlusses 323 aus der Seite des Flansches 311 zur Schaltungskammer Rc vor und sind abhängig von der Position des Verbindungsanschlusses 412 der Platine 400 in einem vorgegebenen Intervall Seite an Seite angeordnet.
Wie in 10-3 dargestellt ist, ist der innere Endabschnitt 361 an einer Position angeordnet, die im Wesentlichen mit der Oberfläche der Platine 400 abschließt. Die Spitze des inneren Endabschnitts 361 ist von der Oberfläche der Messeinheit 331 zur Rückseite im Wesentlichen L-förmig gebogen und steht zur Rückseite der Messeinheit 331 vor. Wie in 10-4A dargestellt ist, sind die Spitzen der inneren Endabschnitte 361 durch einen Verbindungsabschnitt 365 jeweils miteinander verbunden, und wie in 10-4B dargestellt ist, wird der Verbindungsabschnitt 365 nach dem Formen abgeschnitten und individuell getrennt.
Um beim Formungsprozess den inneren Endabschnitt 361 und die Platine 400 in derselben Ebene anordnen zu können, wird beim Harzformen jeder innere Endabschnitt 361 am Gehäuse 302 fixiert. Jeder innere Endabschnitt 361 wird durch den Harzformungsprozess in dem Zustand am Gehäuse 302 fixiert, in dem die inneren Endabschnitte 361 durch den Verbindungsabschnitt 365 miteinander verbunden sind, so dass sie miteinander integriert werden, um eine Verformung und Verschiebung zu verhindern. Nachdem der innere Endabschnitt 361 am Gehäuse 302 fixiert wurde, wird der Verbindungsabschnitt 365 abgeschnitten.
Der innere Endabschnitt 361 wird mit Harz umgossen, während er sandwichförmig zwischen der vorderseitigen Fläche und der Rückseite der Messeinheit 331 angeordnet ist, und zu dieser Zeit grenzt die Form an die gesamte Oberfläche des inneren Endabschnitts 361 an und grenzt der Fixierungsstift an die rückseitige Fläche des inneren Endabschnitts 361 an. Daher kann die Oberfläche des inneren Endabschnitts 361, woran der Golddraht angeschweißt wird, ganz freigelegt werden, ohne dass sie durch ein Harzleck mit Formharz bedeckt wird, und der Golddraht kann leicht geschweißt werden. Ein Stiftloch 340 zum Herunterdrücken des inneren Endabschnitts 361 mit einem fixierten Stift ist in der Messeinheit 331 ausgebildet.
Die Spitze des inneren Endabschnitts 361 steht in den auf der Rückseite der Messeinheit 331 gebildeten Aussparungsabschnitt 341 vor. Der Aussparungsabschnitt 341 ist mit der rückseitigen Abdeckung 304 bedeckt, und der Umfang des Aussparungsabschnitts 341 wird durch Laserschweißen oder dergleichen kontinuierlich mit der rückseitigen Abdeckung 304 verbunden, um einen hermetisch gedichteten Innenraum zu bilden. Daher kann verhindert werden, dass der innere Endabschnitt 361 durch Kontakt mit dem gemessenen Gas 30 korrodiert wird.
4. Aufbau der Platine 400
4.1 Bildung der mit der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 versehenen Messströmungsdurchgangsfläche 430
Die 7-1 bis 7-6 zeigen den Aufbau der Platine 400. Ein schraffierter Abschnitt, der den Aufbau der Platine 400 zeigt, weist eine fixierte Fläche 432 und eine fixierte Fläche 434 auf, womit die Platine 400 bei der Formung des Gehäuses 302 beim Harzformungsprozess mit Harz bedeckt und fixiert wird.
7-1 ist eine Vorderansicht der Platine, 7-2 ist eine Ansicht der rechten Seite der Platine, 7-3 ist eine rückwärtige Ansicht der Platine, 7-4 ist eine Ansicht der linken Seite der Platine, 7-5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B, worin ein Querschnitt eines LSI-Abschnitts aus 7-1 dargestellt ist, 7-6 ist eine Ansicht, die eine dem Querschnitt entlang der Linie B-B in 7-1 entsprechende andere Ausführungsform zeigt, und 7-7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C der Erfassungseinheit aus 7-1.
Die Platine 400 weist einen Substrathauptkörper 401 auf, die Schaltungseinheit und die ein Messelement bildende Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 sind an der Oberfläche des Substrathauptkörpers 401 bereitgestellt, und der Drucksensor 421 und der Feuchtigkeitssensor 422 als Messelemente sind auf der Rückseite des Substrathauptkörpers 401 bereitgestellt. Der Substrathauptkörper 401 besteht aus Materialien in der Art eines Glasepoxidharzes mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der jenem eines das Gehäuse 302 bildenden thermoplastischen Harzes gleicht oder nahezu gleicht. Daher können die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten hervorgerufenen Spannungen beim Ausführen des Umformens am Gehäuse 302 verringert werden und kann das Verziehen der Platine 400 verringert werden.
Der Substrathauptkörper 401 hat die Form einer flachen Platte mit einer vorgegebenen Dicke und einen im Wesentlichen rechteckigen Basisabschnitt 402 sowie einen im Wesentlichen rechteckigen vorstehenden Abschnitt 403, der von einer Seite des Basisabschnitts 402 vorsteht, kleiner ist als der Basisabschnitt 402 und aus einer Ebene betrachtet im Wesentlichen T-förmig ist. Die Schaltungseinheit ist auf der Oberfläche des Basisabschnitts 402 bereitgestellt. Die Schaltungseinheit wird durch Montieren elektronischer Komponenten in der Art eines LSI 414, eines Mikrocomputers 415, eines Stromversorgungsreglers 416 und von Chipkomponenten 417 in der Art von Widerständen, Kondensatoren oder dergleichen auf einer Schaltungsverdrahtung (nicht dargestellt) gebildet. Der Stromversorgungsregler 416 hat eine höhere Wärmeabgabe als andere elektronische Komponenten in der Art des Mikrocomputers 415 und des LSI 414 und ist daher in der Schaltungskammer Rc verhältnismäßig weit stromaufwärts angeordnet. Der gesamte LSI 414 wird mit einem Kunstharzmaterial 419 versiegelt, so dass ein Golddraht 411 aufgenommen wird, und es wird dadurch die Handhabbarkeit der Platine 400 bei der Umformung verbessert.
Wie in 7-5 dargestellt ist, wird ein Aussparungsabschnitt 402a, in den der LSI 414 eingepasst wird, konkav auf der Oberfläche des Substrathauptkörpers 401 angeordnet. Der Aussparungsabschnitt 402a kann durch Ausführen einer Laserbearbeitung auf dem Substrathauptkörper 401 gebildet werden. Der aus einem Glasepoxidharz bestehende Substrathauptkörper 401 lässt sich leichter bearbeiten als der aus Keramik bestehende Substrathauptkörper und kann leicht mit dem Aussparungsabschnitt 402 versehen werden. Der Aussparungsabschnitt 402 weist eine Tiefe auf, bei der die Oberfläche des LSI 414 mit der Oberfläche des Substrathauptkörpers 401 abschließt. Durch Angleichen der Höhe der Oberfläche des LSI 414 und der Höhe der Oberfläche des Substrathauptkörpers 401, wie vorstehend beschrieben wurde, kann das Drahtbonden zur Verbindung des LSI 414 und des Substrathauptkörpers 401 mit dem Golddraht 411 erleichtert werden und kann die Platine 400 leicht hergestellt werden. Beispielsweise kann der LSI 414, wie in 7-6 dargestellt ist, direkt auf der Oberfläche des Substrathauptkörpers 401 bereitgestellt werden. Bei einem solchen Aufbau steht das den LSI 414 bedeckende Kunstharzmaterial 419 weiter vor, die Bearbeitung zur Bildung des Aussparungsabschnitts 402 im Substrathauptkörper 401 wird jedoch unnötig, und die Herstellung kann vereinfacht werden.
Der vorstehende Abschnitt 403 wird im ersten Teildurchgang 305 angeordnet, wenn die Platine 400 im Gehäuse 302 geformt wird, und die Messströmungsdurchgangsfläche 430, welche die Oberfläche des vorstehenden Abschnitts 403 bildet, verläuft in Strömungsrichtung des gemessenen Gases 30. Die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 wird auf der Messströmungsdurchgangsfläche 430 des vorstehenden Abschnitts 403 bereitgestellt. Die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 führt eine Wärmeübertragung mit dem gemessenen Gas 30 aus, misst den Zustand des gemessenen Gases 30, beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases 30, und gibt ein das Strömungsvolumen im Hauptdurchgang 124 angebendes elektrisches Signal aus. Zur sehr genauen Messung des Zustands des gemessenen Gases 30 durch die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 ist es bevorzugt, dass das in der Nähe der Messströmungsdurchgangsfläche 430 strömende Gas eine laminare Strömung und geringe Störungen aufweist. Daher ist es wünschenswert, dass die Oberfläche der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 und die Oberfläche der Messströmungsdurchgangsfläche 430 miteinander abschließen oder dass die Differenz zwischen der Oberfläche der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 und der Oberfläche der Messströmungsdurchgangsfläche 430 höchstens einen vorgegebenen Wert aufweist.
Der Aussparungsabschnitt 403a wird konkav auf der Oberfläche der Messströmungsdurchgangsfläche 430 angeordnet, und die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 wird darin eingepasst. Der Aussparungsabschnitt 403a kann durch Laserbearbeitung gebildet werden. Der Aussparungsabschnitt 403a weist eine Tiefe auf, bei der die Oberfläche der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 mit der Oberfläche der Messströmungsdurchgangsfläche 430 abschließt. Die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 und ihr Verdrahtungsabschnitt werden mit einem Kunstharzmaterial 418 bedeckt, um eine elektolytische Korrosion durch Anhaften von Salzwasser zu verhindern.
Zwei Drucksensoren 421A und 421B und ein Feuchtigkeitssensor 422 sind auf der Rückseite des Substrathauptkörpers 401 bereitgestellt. Die beiden Drucksensoren 421A und 421B sind in einer Reihe angeordnet, während sie in eine stromaufwärts gelegene Seite und eine stromabwärts gelegene Seite unterteilt sind. Der Feuchtigkeitssensor 422 ist auf der stromabwärts gelegenen Seite des Drucksensors 421B angeordnet. Diese beiden Drucksensoren 421A und 421B und ein Feuchtigkeitssensor 422 sind in der Sensorkammer Rs angeordnet. Anhand des in 7-3 dargestellten Beispiels wurde der Fall beschrieben, bei dem zwei Drucksensoren 421A und 421B und ein Feuchtigkeitssensor 422 bereitgestellt werden, es kann jedoch lediglich ein Drucksensor 421B und ein Feuchtigkeitssensor 422 bereitgestellt werden, wie in 8-2A dargestellt ist, und es kann ferner nur der Feuchtigkeitssensor 422 bereitgestellt werden, wie in 8-3A dargestellt ist.
Bei der Platine 400 ist der zweite Teildurchgang 306 auf der Rückseite des Substrathauptkörpers 401 angeordnet. Daher kann der gesamte Substrathauptkörper 401 mit dem durch den zweiten Teildurchgang 306 strömenden gemessenen Gas 30 gekühlt werden.
4.2 Aufbau der Temperaturerfassungseinheit 451
Eine Temperaturerfassungseinheit 451 ist an einem Rand auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Basisabschnitts 402 und an einem Eckteil des vorstehenden Abschnitts 403 bereitgestellt. Die Temperaturerfassungseinheit 451 bildet eine der Erfassungseinheiten zur Erfassung der physikalischen Größe des im Hauptdurchgang 124 strömenden gemessenen Gases 30 und ist auf der Platine 400 bereitgestellt. Die Platine 400 weist einen vorstehenden Abschnitt 450 auf, der vom zweiten Teildurchgangseinlass 306a des zweiten Teildurchgangs 306 in Stromaufwärtsrichtung des gemessenen Gases 30 vorsteht, und die Temperaturerfassungseinheit 451 weist einen Chip-Temperatursensor 453 auf, der am vorstehenden Abschnitt 450 und auf der Rückseite der Platine 400 bereitgestellt ist. Der Temperatursensor 453 und sein Verdrahtungsabschnitt sind mit einem Kunstharzmaterial bedeckt, um eine elektrolytische Korrosion infolge des Anhaftens von Salzwasser zu verhindern.
Beispielsweise ist, wie in 3-2 dargestellt ist, im zentralen Abschnitt der mit dem zweiten Teildurchgangseinlass 306a versehenen Messeinheit 331 die stromaufwärtsseitige Außenwand 336 in der Messeinheit 331, wodurch das Gehäuse 302 gebildet ist, zur Stromabwärtsseite hin vertieft und steht der vorstehende Abschnitt 450 der Platine 400 von der stromaufwärtsseitigen Außenwand 336 mit der Vertiefungsform zur Stromaufwärtsseite vor. Die Spitze des vorstehenden Abschnitts 450 befindet sich an einer Position, die gegenüber der am weitesten stromaufwärtsseitigen Fläche der stromaufwärtsseitigen Außenwand 336 vertieft ist. Die Temperaturerfassungseinheit 451 ist am vorstehenden Abschnitt 450 bereitgestellt, so dass sie der Rückseite der Platine 400, d. h. der Seite des zweiten Teildurchgangs 306, gegenübersteht.
Weil der zweite Teildurchgangseinlass 306a auf der Stromabwärtsseite der Temperaturerfassungseinheit 451 ausgebildet ist, gelangt das vom zweiten Teildurchgangseinlass 306a zum zweiten Teildurchgang 306 strömende gemessene Gas 30 in Kontakt mit der Temperaturerfassungseinheit 451 und strömt dann innerhalb des zweiten Teildurchgangseinlasses 306a, und die Temperatur des gemessenen Gases 30 wird erfasst, wenn das gemessene Gas 30 in Kontakt mit der Temperaturerfassungseinheit 451 gelangt. Das gemessene Gas 30, das in Kontakt mit der Temperaturerfassungseinheit 451 gelangt, strömt vom zweiten Teildurchgangseinlass 306a in den zweiten Teildurchgang 306 und durchläuft den zweiten Teildurchgang 306, so dass es vom zweiten Teildurchgangsauslass 306b zum Hauptdurchgang 123 ausgestoßen wird.
4.4 Fixierung der Platine 400 durch einen Harzformungsprozess und Wirkung davon
Der schraffierte Abschnitt in 9-1 zeigt die fixierte Fläche 432 und die fixierte Fläche 434 zur Bedeckung der Platine 400 mit dem beim Harzformungsprozess verwendeten thermoplastischen Harz zur Fixierung der Platine 400 am Gehäuse 302 beim Harzformungsprozess. Es ist wichtig, die Formbeziehung zwischen der Messströmungsdurchgangsfläche 430 und der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602, die an der Messströmungsdurchgangsfläche 430 und am Teildurchgang bereitgestellt sind, sehr genau beim spezifizierten Wert zu halten.
Beim Harzformungsprozess wird die Platine 400 am Gehäuse 302 fixiert, worin der Teildurchgang gebildet wird, so dass die Beziehung zwischen dem Teildurchgang und der Messströmungsdurchgangsfläche 430 und der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 sehr genau beibehalten werden kann. Das heißt, dass, weil die Platine 400 beim Harzformungsprozess sehr genau in der Form zur Bildung des Gehäuses 302 befestigt wird, die Platine 400 sehr genau in der Form zur Bildung des Gehäuses 302 mit dem Teildurchgang positioniert und fixiert werden kann. Durch Einspritzen des heißen thermoplastischen Harzes in diese Form wird der Teildurchgang sehr genau geformt, und die Platine 400 wird gleichzeitig sehr genau fixiert. Daher können in jeder Platine 400 auftretende Fehler und Variationen stark verringert werden. Dadurch kann die Messgenauigkeit der Platine 400 stark verbessert werden.
Gemäß dieser Ausführungsform wird der Außenbereich des Basisabschnitts 402 des Substrathauptkörpers 401 mit den fixierten Abschnitten 372 und 373 des Formharzes zur Formung des Gehäuses 302 bedeckt, um die fixierten Flächen 432 und 434 zu bilden. Gemäß der in 9-1 dargestellten Ausführungsform wird ein Durchgangsloch 404 am Substrathauptkörper 401 der Platine 400 als Fixierungsmittel zur sichereren Fixierung bereitgestellt und wird das Durchgangsloch 404 mit Formharz gefüllt, um die Stärke der Fixierung des Substrathauptkörpers 401 zu erhöhen. Das Durchgangsloch 404 wird an einer durch die Trennwand 335 zu fixierenden Stelle bereitgestellt, und die Trennwand 335 wird durch das Durchgangsloch 404 mit der Vorderseite und der Rückseite verbunden.
Das Durchgangsloch 404 wird vorzugsweise an einer der Trennwand 335 entsprechenden Stelle bereitgestellt. Weil das Formharz ein thermoplastisches Harz ist und der Substrathauptkörper 401 aus Glasepoxidharz besteht, ist die chemische Bindungswirkung zwischen dem Formharz und dem Substrathauptkörper 401 gering und haften das Formharz und der Substrathauptkörper 401 kaum aneinander. Die Länge der Trennwand 335 ist größer als ihre Breite, und die Trennwand ist so aufgebaut, dass sie sich leicht in der vom Substrathauptkörper 401 fort weisenden Richtung ausdehnt. Daher können die Trennwände 335, die den Substrathauptkörper 401 sandwichförmig einschließen, durch das Durchgangsloch 404 physikalisch miteinander gekoppelt werden, indem das Durchgangsloch 404 an der Stelle bereitgestellt wird, die der Trennwand 335 entspricht. Daher kann die Platine 400 sicherer am Gehäuse 302 fixiert werden und kann die Bildung eines Zwischenraums zwischen der Trennwand 335 und den vorstehenden Abschnitten 403 verhindert werden. Daher kann verhindert werden, dass das gemessene Gas 30 durch den Zwischenraum zwischen der Trennwand 335 und dem vorstehenden Abschnitt 403 hindurchströmt und in die Schaltungskammer Rc eindringt, und kann das Innere der Schaltungskammer Rc vollkommen gedichtet werden.
Gemäß der in 9-2 dargestellten Ausführungsform sind zusätzlich zum Durchgangsloch 404 Durchgangslöcher 405 mit einer runden Form am Rand der stromaufwärts gelegenen Seite bzw. am Rand der stromabwärts gelegenen Seite des Basisabschnitts 402 bereitgestellt und wird das Durchgangsloch 405 mit dem Formharz gefüllt, um die Stärke der Fixierung des Substrathauptkörpers 401 weiter zu erhöhen. Der Rand auf der Stromaufwärtsseite und der Rand auf der Stromabwärtsseite des Basisabschnitts 402 sind durch die fixierten Abschnitte 372 und 373 von beiden Seiten in Dickenrichtung sandwichförmig eingeschlossen, und die Vorderseite und die Rückseite sind ferner durch das Durchgangsloch 405 verbunden. Daher kann die Platine 400 fester am Gehäuse 302 fixiert werden.
Es ist bevorzugt, das Durchgangsloch 404 an der Trennwand 335 bereitzustellen. Falls die Trennwand 335 mit einer vorgegebenen Fixierungsstärke am Substrathauptkörper 401 befestigt wird, kann das Durchgangsloch 404 jedoch fortgelassen werden. Gemäß der in 9-3 dargestellten Ausführungsform ist das Durchgangsloch 404 fortgelassen und das Durchgangsloch 405 am Rand auf der Stromaufwärtsseite und am Rand auf der Stromabwärtsseite des Basisabschnitts 402 bereitgestellt. Mit einer solchen Konfiguration kann der Substrathauptkörper 401 der Platine 400 fest am Gehäuse 302 fixiert werden.
Es sei bemerkt, dass das Durchgangsloch nicht rund zu sein braucht und beispielsweise ein längliches Durchgangsloch 406 sein kann, wie in 9-4 dargestellt ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist das längliche Durchgangsloch 406 so bereitgestellt, dass es sich entlang dem stromaufwärtsseiteigen Rand und dem stromabwärtsseiteigen Rand des Basisabschnitts 402 erstreckt. Verglichen mit dem Durchgangsoch 406 mit einer runden Form kann die Menge des zwischen der Vorderseite und der Rückseite der Messeinheit 331 verbindenden Harzes beim länglichen Durchgangsloch 406 erhöht sein und kann eine stärkere Fixierung erhalten werden.
Zusätzlich wird bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Fall der Durchgangslöcher 404, 405 und 406 als Beispiel des Fixiermittels beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Durchgangslöcher beschränkt. Beispielsweise ist gemäß der in 9-5 dargestellten Ausführungsform ein großer sich in Längsrichtung erstreckender Ausschnitt 407 am Rand auf der Stromaufwärtsseite und am Rand auf der Stromabwärtsseite des Basisabschnitts 402 bereitgestellt. Gemäß der in 9-6 dargestellten Ausführungsform ist zwischen dem Basisabschnitt 402 und dem vorstehenden Abschnitt 403 ein Ausschnitt 408 bereitgestellt. Zusätzlich sind gemäß der in 9-7 dargestellten Ausführungsform mehrere Ausschnitte 409 am Rand der Stromaufwärtsseite und am Rand der Stromabwärtsseite des Basisabschnitts 402 in einem vorgegebenen Intervall bereitgestellt. Gemäß der in 9-8 dargestellten Ausführungsform ist ein Paar aus beiden Seiten des zum Basisabschnitt 402 vorstehenden Abschnitts 403 ausgeschnittener Ausschnitte 410 bereitgestellt. Mit einer solchen Konfiguration kann der Substrathauptkörper 401 der Platine 400 fest am Gehäuse 302 fixiert werden.
7. Schaltungskonfiguration der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen
7.1 Gesamtschaltungskonfiguration der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen
11-1 ist ein Schaltungsdiagramm der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen. Die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen weist eine Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 und eine Temperatur- und Feuchtigkeitserfassungsschaltung 701 auf.
Die Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 weist die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 mit einem Heizelement 608 und einer Verarbeitungseinheit 604 auf. Die Verarbeitungseinheit 604 steuert den Heizwert des Heizelements 608 der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 und gibt gleichzeitig auf der Grundlage der Ausgabe der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 ein das Strömungsvolumen angebendes Signal über den Anschluss 662 an den Mikrocomputer 415 aus. Zur Ausführung der Verarbeitung weist die Verarbeitungseinheit 604 eine Zentralverarbeitungseinheit (nachstehend als CPU bezeichnet) 612, eine Eingangsschaltung 614, eine Ausgangsschaltung 616, einen Speicher 618, in dem Daten gespeichert sind, welche die Beziehung zwischen einem Korrekturwert und einem gemessenen Wert und dem Strömungsvolumen angeben, und eine Stromversorgungsschaltung 622, die den erforderlichen Schaltungen eine konstante Spannung zuführt, auf. Der Stromversorgungsschaltung 622 wird von einer externen Stromquelle in der Art einer Fahrzeugbatterie über einen Anschluss 664 und einen Masseanschluss (nicht dargestellt) ein Gleichstrom zugeführt.
Die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 ist mit dem Heizelement 608 zur Erwärmung des gemessenen Gases 30 versehen. Eine Spannung V1 wird von der Stromversorgungsschaltung 622 dem Kollektor eines Transistors 606 zugeführt, der die Stromversorgungsschaltung für das Heizelement 608 bildet, ein Steuersignal wird über die Ausgangsschaltung 616 von der CPU 612 an die Basis des Transistors 606 angelegt, und dem Heizelement 608 wird auf der Grundlage des Steuersignals über einen Anschluss 624 vom Transistor 606 ein Strom zugeführt. Die Stärke des dem Heizelement 608 zugeführten Stroms wird durch das Steuersignal gesteuert, das von der CPU 612 über die Ausgangsschaltung 616 an den Transistor 606 angelegt wird, der die Stromversorgungsschaltung für das Heizelement 608 bildet. Die Verarbeitungseinheit 604 steuert den Heizwert des Heizelements 608, so dass die Temperatur des gemessenen Gases 30 um eine vorgegebene Temperatur erhöht wird, beispielsweise auf einen Wert, der 100 °C höher liegt als die Anfangstemperatur, indem das gemessene Gas 30 durch das Heizelement 608 erwärmt wird.
Die Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 weist eine Wärmeerzeugungs-Steuerungsbrücke 640 zum Steuern des Heizwerts des Heizelements 608 und eine Strömungsvolumen-Erfassungsbrücke 650 zur Messung des Strömungsvolumens auf. Eine konstante Spannung V3 wird von der Stromversorgungsschaltung 622 über den Anschluss 626 an ein Ende der Wärmeerzeugungs-Steuerungsbrücke 640 angelegt, und das andere Ende der Wärmeerzeugungs-Steuerungsbrücke 640 ist mit dem Masseanschluss 630 verbunden. Zusätzlich wird eine konstante Spannung V2 von der Stromversorgungsschaltung 622 über den Anschluss 625 an ein Ende der Strömungsvolumen-Erfassungsbrücke 650 angelegt und ist das andere Ende der Strömungsvolumen-Erfassungsbrücke 650 mit dem Masseanschluss 630 verbunden.
Die Wärmeerzeugungs-Steuerungsbrücke 640 weist einen Widerstand 642, wobei es sich um einen Temperaturmesswiderstand handelt, dessen Widerstandswert von der Temperatur des erwärmten gemessenen Gases 30 abhängt, auf, und der Widerstand 642, ein Widerstand 644, ein Widerstand 646 und ein Widerstand 648 bilden eine Brückenschaltung. Die Potentialdifferenz zwischen dem Schnittpunkt A zwischen dem Widerstand 642 und dem Widerstand 646 und dem Schnittpunkt B zwischen dem Widerstand 644 und dem Widerstand 648 wird über den Anschluss 627 und den Anschluss 728 in die Eingangsschaltung 614 eingegeben, und die CPU 612 steuert den vom Transistor 606 zugeführten Strom, so dass die Potentialdifferenz zwischen dem Schnittpunkt A und dem Schnittpunkt B gemäß dieser Ausführungsform null Volt wird, um dadurch den Heizwert des Heizelements 608 zu steuern. Die in 11-1 dargestellte Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 erwärmt das gemessene Gas 30 durch das Heizelement 608, so dass die Temperatur des gemessenen Gases 30 stets eine konstante Temperatur ist, beispielsweise 100 °C. Wenn die Temperatur des durch das Heizelement 608 erwärmten gemessenen Gases 30 von der anfänglichen Temperatur auf eine konstante Temperatur von beispielsweise 100 °C ansteigt, so dass die Steuerung dieser Erwärmung mit hoher Genauigkeit vorgenommen werden kann, werden die Widerstandswerte der jeweiligen die Wärmeerzeugungs-Steuerungsbrücke 640 bildenden Widerstände so eingestellt, dass die Potentialdifferenz zwischen dem Schnittpunkt A und dem Schnittpunkt B null wird. Daher steuert die CPU 612 in der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 den Strom, der dem Heizelement 608 zugeführt wird, derart, dass die Potentialdifferenz zwischen dem Schnittpunkt A und dem Schnittpunkt B null wird.
Die Strömungsvolumen-Erfassungsbrücke 650 besteht aus vier Temperaturmesswiderständen in Form eines Widerstands 652, eines Widerstands 654, eines Widerstands 656 und eines Widerstands 658. Diese vier Temperaturmesswiderständen sind entlang der Strömung des gemessenen Gases 30 angeordnet, und der Widerstand 652 und der Widerstand 654 sind auf der Stromaufwärtsseite des Heizelements 608 im Strömungsdurchgang des gemessenen Gases 30 angeordnet, und der Widerstand 656 und der Widerstand 658 sind auf der Stromabwärtsseite des Strömungsdurchgangs des gemessenen Gases 30 in Bezug auf das Heizelement 608 angeordnet. Zusätzlich sind zur Erhöhung der Messgenauigkeit der Widerstand 652 und der Widerstand 654 so angeordnet, dass die Abstände bis zu den Heizelementen 608 im Wesentlichen gleich sind, und sind der Widerstand 656 und der Widerstand 658 so angeordnet, dass die Abstände bis zu den Heizelementen 608 im Wesentlichen gleich sind.
Die Potentialdifferenz zwischen dem Schnittpunkt C, der zwischen dem Widerstand 652 und dem Widerstand 656 liegt, und dem Schnittpunkt D, der zwischen dem Widerstand 654 und dem Widerstand 658 liegt, wird über den Anschluss 631 und den Anschluss 632 in die Eingangsschaltung 614 eingegeben. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit wird jeder Widerstand der Strömungsvolumen-Erfassungsbrücke 650 so eingestellt, dass die Potentialdifferenz zwischen dem Schnittpunkt C und dem Schnittpunkt D null wird, beispielsweise in dem Zustand, in dem die Strömung des gemessenen Gases 30 null ist. Wenn die Potentialdifferenz zwischen dem Schnittpunkt C und dem Schnittpunkt D beispielsweise null Volt ist, gibt die CPU 612 daher auf der Grundlage des Messergebnisses, dass das Strömungsvolumen des gemessenen Gases 30 null ist, vom Anschluss 662 das elektrische Signal aus, das angibt, dass das Strömungsvolumen des Hauptdurchgangs 124 null ist.
Wenn das gemessene Gas 30 in Pfeilrichtung in 11-1 strömt, werden der Widerstand 652 und der Widerstand 654, die auf der Stromaufwärtsseite angeordnet sind, durch das gemessene Gas 30 gekühlt, und werden der Widerstand 656 und der Widerstand 658, die auf der Stromabwärtsseite des gemessenen Gases 30 angeordnet sind, durch das vom Heizelement 608 erwärmte gemessene Gas 30 erwärmt, und die Temperatur des Widerstands 656 und des Widerstands 658 steigt an. Daher wird eine Potentialdifferenz zwischen dem Schnittpunkt C und dem Schnittpunkt D der Strömungsvolumen-Erfassungsbrücke 650 erzeugt und über den Anschluss 631 und den Anschluss 632 in die Eingangsschaltung 614 eingegeben. Die CPU 612 sucht auf der Grundlage der Potentialdifferenz zwischen dem Schnittpunkt C und dem Schnittpunkt D der Strömungsvolumen-Erfassungsbrücke 650 nach im Speicher 618 gespeicherten Daten, welche die Beziehung zwischen der Potentialdifferenz und dem Strömungsvolumen im Hauptdurchgang 124 angeben, und erhält das Strömungsvolumen des Hauptdurchgangs 124. Das auf diese Weise erhaltene elektrische Signal, welches das Strömungsvolumen des Hauptdurchgangs 124 angibt, wird über den Anschluss 662 ausgegeben. Es sei bemerkt, dass der Anschluss 664 und der Anschluss 662, die in 11-1 dargestellt sind, neu mit Bezugszahlen bezeichnet sind, jedoch im Verbindungsanschluss 412 enthalten sind, der in 9-1 dargestellt ist, wie zuvor beschrieben.
Daten, welche die Beziehung zwischen der Potentialdifferenz zwischen dem Schnittpunkt C und dem Schnittpunkt D und dem Strömungsvolumen des Hauptdurchgangs 124 angeben, werden im Speicher 618 gespeichert, und es werden ferner nach der Herstellung der Platine 400 Korrekturdaten zur Verringerung des Messfehlers in der Art von Variationen, die anhand des tatsächlich gemessenen Werts für das Gas erhalten werden, gespeichert.
Die Temperatur- und Feuchtigkeitserfassungsschaltung 701 hat eine Eingangsschaltung in der Art eines Verstärkers, eines A/D-Wandlers oder dergleichen zur Eingabe eines Erfassungssignals vom Temperatursensor 453 und vom Feuchtigkeitssensor 422, eine Ausgangsschaltung, einen Speicher, der Daten speichert, welche die Beziehung zwischen dem Korrekturwert und der Temperatur oder der absoluten Feuchtigkeit angeben, und eine Stromversorgungsschaltung 622 zur Zufuhr einer jeweiligen Konstantspannung zu diese benötigenden Schaltungen. Die von der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 und von der Temperatur- und Feuchtigkeitserfassungsschaltung 701 ausgegebenen Signale werden in den Mikrocomputer 415 eingegeben. Der Mikrocomputer 415 weist eine Strömungsvolumen-Berechnungseinheit, eine Temperaturberechnungseinheit und eine Einheit zur Berechnung der absoluten Feuchtigkeit auf, er berechnet das Strömungsvolumen, die Temperatur und die absolute Feuchtigkeit, die physikalische Größen des gemessenen Gases 30 sind, auf der Grundlage des Signals, und er gibt die berechneten Daten an eine ECU 200 aus.
Im in 1 dargestellten Verbrennungsmotor 110 strömt bei ganz geschlossenem Drosselventil 132 nur eine sehr kleine Menge des gemessenen Gases 30, bei ganz geöffnetem Drosselventil 132 strömt jedoch eine große Menge des gemessenen Gases 30. Deshalb muss die Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung 300 einen breiten Messbereich für das Strömungsvolumen haben. Ferner muss sie verschiedenen Strömungsvolumenzuständen Rechnung tragen können, beispielsweise dem Zustand, in dem das gemessene Gas 30 selbst infolge des Öffnungs- und Schließvorgangs des Einlassventils 116 pulsierend strömt, dem Zustand, in dem sich das Strömungsvolumen plötzlich ändert, oder dergleichen.
Weil hierbei die Rauschkomponente infolge anderer Faktoren als der Einlasspulsierung bei geringem Strömungsvolumen oder bei unveränderlichem Strömungsvolumen verhältnismäßig hoch wird, muss die Ausgabe des Strömungsvolumens stabilisiert werden. Andererseits wird bei pulsierendem gemessenen Gas 30 der Fehler infolge des Ansprechverhaltens der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 groß, so dass eine Ansprechkorrektur der Strömungsvolumenausgabe erforderlich ist. Deshalb sind bei der Korrektur der Rauschkomponente der Strömungsvolumenausgabe bisher und später einander widersprechende Gegenmaßnahmen erforderlich. Ferner hängt das geeignete Verfahren zur Berechnung des Strömungsvolumens vom Strömungszustand ab (nachstehend als Strömungsvolumenzustand bezeichnet). Deshalb wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Strömungsvolumenzustand in der Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung 300 bestimmt und wird ein jedem Strömungsvolumenzustand entsprechendes Verfahren zur Berechnung des Strömungsvolumens verwendet, so dass sich in einem breiten Messbereich des Strömungsvolumens eine sehr genaue Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung 300 verwirklichen lässt. Weil der Strömungsvolumenzustand durch den Mikrocomputer 415 bestimmt wird, bildet er eine Strömungsvolumenzustands-Bestimmungseinheit.
Nachfolgend bedeutet das Rauschen ein breiteres Rauschen und die Verzerrung des Signals in den Rauschkomponenten, die durch die Einlasspulsierung und durch andere Faktoren hervorgerufene Rauschkomponenten bewirkt wird.
Nachstehend wird das Verfahren zur Berechnung des Strömungsvolumens der Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung als Beispiel der Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
[Erstes Verfahren (erste Konfiguration)]
Ein erstes Verfahren zur genauen Erfassung des Strömungsvolumens durch Wechseln des Verfahren zur Berechnung des Strömungsvolumens entsprechend dem Strömungsvolumenzustand wird nachstehend beschrieben.
12-1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Zuerst sei mit Bezug auf 12-1 bemerkt, dass eine Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Verfahren eine Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 und einen Mikrocomputer 415, der einen von der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 ausgegebenen Wert verarbeitet, aufweist.
Die Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 weist eine Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602, die eine physikalische Größe auf der Grundlage des Strömungsvolumens erfasst, und eine Verarbeitungseinheit 604, die eine Verarbeitung auf der Grundlage der von der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 erfassten physikalischen Größe ausführt und das Strömungsvolumen ausgibt, auf.
Der Mikrocomputer 415 weist einen ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblock (eine erste Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungseinheit) 800, welche die Ausgabe der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 mit einer gewünschten Kennlinie versieht, einen ersten Strömungsvolumenpuffer 801, der die Ausgabe des ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblocks 800 puffert, einen zweiten Strömungsvolumenpuffer 802, der die Ausgabe des ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblocks 800 puffert, einen Durchschnittliches-Strömungsvolumen-Berechnungsblock (eine Durchschnittliches-Strömungsvolumen-Berechnungseinheit) 803, die den Durchschnitt der im ersten Strömungsvolumenpuffer 801 gepufferten Ausgabe (des Strömungsvolumensignals) des ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblocks 800 berechnet, einen Amplitudenbetrags-Berechnungsblock 804, der den Amplitudenbetrag der im ersten Strömungsvolumenpuffer 801 gepufferten Ausgabe des ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblocks 800 berechnet, einen Amplitudenverhältnis-Berechnungsblock (eine Amplitudenverhältnis-Berechnungseinheit) 805, welche das Amplitudenverhältnis der Ausgabe der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 auf der Grundlage eines vom Durchschnittliches-Strömungsvolumen-Berechnungsblock 803 berechneten Werts und eines vom Amplitudenbetrags-Berechnungsblock (von der Amplitudenbetrags-Berechnungseinheit) 804 berechneten Werts berechnet, einen Frequenzanalyseblock (eine Frequenzanalyseeinheit) 806, welche die Frequenz der im zweiten Strömungsvolumenpuffer 802 gepufferten Ausgabe des ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblocks 800 analysiert, ein Strömungsvolumen-Korrekturfilter 810 und einen zweiten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblock (eine zweite Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungseinheit) 809, welche die vom Strömungsvolumen-Korrekturfilter 810 gefilterte Ausgabe mit einer gewünschten Kennlinie versieht, auf.
Das Strömungsvolumen-Korrekturfilter 810 weist ein Gleitender-Mittelwert-Filter 811, ein Pulsierungsfehler-Verringerungsfilter 813, eine erste Filterwähleinheit 807, einen Zeitgeberblock (eine Zeitgebereinheit) 814 und eine dritte Filterwähleinheit 815 auf. Das Pulsierungsfehler-Verringerungsfilter 813 wird auch als Pulsierungsverringerungsfilter oder Pulsierungskorrekturfilter bezeichnet und verwendet, wenn eine Pulsierung in einem Strömungsvolumensignal in der Messumgebung hervorgerufen wird, und es verringert die Pulsierung des Strömungsvolumensignals. Das Gleitender-Mittelwert-Filter 811 ist verwendbar, wenn in der Messumgebung fast kein Strömungsvolumen auftritt, es hat die gleiche Funktion wie ein Tiefpassfilter, und es verringert das Rauschen auf der Hochfrequenzseite des Strömungsvolumensignals.
Das Gleitender-Mittelwert-Filter 811 und das Pulsierungsfehler-Verringerungsfilter 813 sind dafür ausgelegt, die Ausgabe (das Ausgangssignal) des ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblocks 800 und die Ausgabe (das Ausgangssignal) des Durchschnittliches-Strömungsvolumen-Berechnungsblocks zu empfangen, und die vom Gleitender-Mittelwert-Filter 811 und vom Pulsierungsfehler-Verringerungsfilter 813 verarbeiteten Signale werden jeweils in die erste Filterwähleinheit 807 eingegeben. Die Ausgabe des ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblocks 800 wird in die erste Filterwähleinheit 807 eingegeben, und die erste Filterwähleinheit 807 wählt eine Ausgabe (ein Ausgangssignal) vom ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblock 800, vom Gleitender-Mittelwert-Filter 811 oder vom Pulsierungsfehler-Verringerungsfilter 813 und sendet die ausgewählte Ausgabe zur dritten Filterwähleinheit 815. Es sei bemerkt, dass eine Signalleitung bereitgestellt ist, welche die Ausgabe des ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblocks 800 direkt in die dritte Filterwähleinheit 815 eingibt, indem sie es ermöglicht, dass die Ausgabe des ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblocks 800 die erste Filterwähleinheit 807 umgeht. Zusätzlich werden die Ausgaben des Amplitudenverhältnis-Berechnungsblocks 805 und des Frequenzanalyseblocks 806 in die erste Filterwähleinheit 807 als Signal eingegeben, um zu ermöglichen, dass die erste Filterwähleinheit 807 ein Filter wählt.
Das Signal des Zeitgeberblocks 814 wird in die dritte Filterwähleinheit 815 eingegeben und durch Auswahl des Filters, das in der dritten Filterwähleinheit 815 arbeitet, verwendet. Weil sich die dritte Filterwähleinheit 815 in diesem Fall auf das vom Amplitudenverhältnis-Berechnungsblock 805 berechnete Amplitudenverhältnis bezieht, wird das vom Amplitudenverhältnis-Berechnungsblock 805 berechnete Amplitudenverhältnis in die dritte Filterwähleinheit 815 eingegeben. Der Zeitgeberblock 814 ist außerhalb des Strömungsvolumen-Korrekturfilters 810 in 12-1 bereitgestellt, kann jedoch als Teil des Strömungsvolumen-Korrekturfilters 810 angesehen werden. Dies gilt auch für das zweite und das erste Verfahren, die später beschrieben werden.
13 ist eine Graphik, die Ausgangskennlinien der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung zeigt. 14 ist eine Graphik, die Ausgangskennlinien zeigt, nachdem der erste Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblock die Strömungsvolumenkennlinieneinstellung ausgeführt hat.
Der Mikrocomputer 415 führt verschiedene Berechnungen an der von der Verarbeitungseinheit 604 in der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 erhaltenen Strömungsvolumenausgabe aus. Daher wandelt der erste Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblock 800 die in 13 dargestellte Ausgangskennlinie 820 der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 in Interne-Berechnung-Kennlinien 821 um, wie in 14 dargestellt ist.
Der erste Strömungsvolumenpuffer 801 und der zweite Strömungsvolumenpuffer 802 puffern den vom ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblock 800 umgewandelten Strömungsvolumenwert, so dass zumindest ein Pulsierzyklus des Strömungsvolumens beibehalten wird.
Der Durchschnittliches-Strömungsvolumen-Berechnungsblock 803 berechnet den Durchschnitt des im ersten Strömungsvolumenpuffer 801 gespeicherten Strömungsvolumenwerts. Der Amplitudenbetrags-Berechnungsblock 804 berechnet die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum des im ersten Strömungsvolumenpuffer 801 gespeicherten Strömungsvolumenwerts als Amplitudenbetrag (Amplitudenwert der Pulsierung). Der Amplitudenverhältnis-Berechnungsblock 805 dividiert den vom Amplitudenbetrags-Berechnungsblock 804 berechneten Amplitudenbetrag Fam mit einem vom Durchschnittliches-Strömungsvolumen-Berechnungsblock 803 berechneten durchschnittlichen Strömungsvolumenwert Fav, um das Amplitudenverhältnis (Fam/Fav) in Bezug auf den durchschnittlichen Strömungsvolumenwert zu berechnen.
Der Frequenzanalyseblock 806 führt eine diskrete Fouriertransformation an den im zweiten Strömungsvolumenpuffer 802 gespeicherten Strömungsvolumenwerten aus, um ein Spektrum für jede Analysefrequenz zu erhalten. Wie in Gleichung 1 dargestellt ist, wird die Analysefrequenz auf der Grundlage der Anzahl der Motorzylinder 112 berechnet, beispielsweise ein allgemeiner Drehgeschwindigkeitsbereich von der Leerlaufdrehzahl bis zur maximalen Drehzahl. Daher kann der Analysefrequenzbereich vorab begrenzt werden. Beispielsweise werden anhand Spektren für jede erhaltene Analysefrequenz die Frequenz des maximalen Spektrums oder das maximale Spektrum und eine durch verschiedene Näherungsverfahren in der Nähe des maximalen Spektrums berechnete Frequenz als Pulsierungsfrequenz des gemessenen Gases 30 festgelegt. $\begin{array}{l} \begin{matrix} F r e q_m i n = \frac{N_Z y i l i n d e r \times m i n i m a l e_D r e h z a h l}{60 \times d e n} \\ F r e q_m a x = \frac{N_Z y i l i n d e r \times m a x i m a l e_D r e h z a h l}{60 \times d e n} \end{matrix} \\ d e n = {\begin{matrix} \frac{N_Z y l i n d e r}{2} \dots N_Z y l i n d e r % 2 = 0 & (b e i e i n e r g e r a d e n Z a h l) \\ N_Z y l i n d e r \dots N_Z y l i n d e r % 2 = 1 & (b e i e i n e r u n g e r a d e n Z a h l) \end{matrix} \end{array}$
In Gleichung 1 ist Freq_min die minimale Analysefrequenz [Hz], ist Freq_max die maximale Analysefrequenz [Hz], ist N_Zylinder die Anzahl der Motorzylinder, ist minimale_Drehzahl die minimale Anzahl der Umdrehungen pro Minute [U/min] und ist die maximale_Drehzahl die maximale Anzahl der Umdrehungen pro Minute [U/min].
Ein Filterwechselverfahren wird mit Bezug auf 15-1 beschrieben. 15-1 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Bestimmungsbedingung und angewendeten Filterkennlinien gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die erste Filterwähleinheit 807 vergleicht das vom Amplitudenverhältnis-Berechnungsblock 805 berechnete Amplitudenverhältnis mit einem Amplitudenverhältnis-Schwellenwert 807a und vergleicht die vom Frequenzanalyseblock 806 berechnete Frequenz mit einem Frequenzschwellenwert 807b. Wie in 15-1 dargestellt ist, wählt die erste Filterwähleinheit 807 die Ausgabe (das Ausgangssignal) des Pulsierungsfehler-Verringerungsfilters 813, wenn das vom Amplitudenverhältnis-Berechnungsblock 805 berechnete Amplitudenverhältnis größer ist als der Amplitudenverhältnis-Schwellenwert 807a und die vom Frequenzanalyseblock 806 berechnete Frequenz größer als der Frequenzschwellenwert 807b ist. Dadurch kann die Ansprechverzögerung in einem Hochfrequenzzustand, in dem der Pulsierungsfehler infolge der Ansprechkennlinie der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 gewöhnlich hoch ist, und in einem Zustand, in dem sich das von der Verarbeitungseinheit 604 ausgegebene Signal dynamisch ändert, korrigiert werden.
Wenn das vom Amplitudenverhältnis-Berechnungsblock 805 berechnete Amplitudenverhältnis andererseits kleiner als der Amplitudenverhältnis-Schwellenwert 807a ist und die vom Frequenzanalyseblock 806 berechnete Frequenz kleiner als der Frequenzschwellenwert 807b ist, wählt die erste Filterwähleinheit 807 die Ausgabe (das Ausgangssignal) des Gleitender-Mittelwert-Filters 811. Dadurch kann eine verhältnismäßig hohe Rauschkomponente in einem Niederfrequenzzustand, in dem der Pulsierungsfehler infolge der Ansprechkennlinie der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 gewöhnlich klein ist, und in einem Zustand, in dem das von der Verarbeitungseinheit 604 ausgegebene Signal klein ist, unterdrückt werden.
Wenn das vom Amplitudenverhältnis-Berechnungsblock 805 berechnete Amplitudenverhältnis größer als der Amplitudenverhältnis-Schwellenwert 807a ist und die vom Frequenzanalyseblock 806 berechnete Frequenz kleiner als der Frequenzschwellenwert 807b ist und wenn das vom Amplitudenverhältnis-Berechnungsblock 805 berechnete Amplitudenverhältnis kleiner als der Amplitudenverhältnis-Schwellenwert 807a ist und die vom Frequenzanalyseblock 806 berechnete Frequenz größer als der Frequenzschwellenwert 807b ist, wählt die erste Filterwähleinheit 807 zusätzlich einen nicht gefilterten Ausgangswert aus. Das heißt, dass die Filterverarbeitung in diesem Fall nicht ausgeführt wird. Weil das Ansprechen in der Frequenzkennlinie der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 im Hochfrequenzzustand, in dem der Pulsierungsfehler gewöhnlich hoch ist, und in dem Zustand, in dem die Änderung des von der Verarbeitungseinheit 604 ausgegebenen Signals klein ist, und im Niederfrequenzzustand, in dem der Pulsierungsfehler infolge der Ansprechkennlinie der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 klein ist, und in dem Zustand, in dem die Änderung des von der Verarbeitungseinheit 604 ausgegebenen Signals hoch ist, erfolgen kann, wird die Filterverarbeitung nicht angewendet.
Wenn das vom Amplitudenverhältnis-Berechnungsblock 805 berechnete Amplitudenverhältnis einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, führt die dritte Filterwähleinheit 815 eine Taktung durch den Zeitgeberblock 814 aus und wählt ein Signal, auf das die Filterverarbeitung während eines vorgegebenen Zeitraums nicht angewendet wird. Wenn sich das vom Amplitudenverhältnis-Berechnungsblock 805 berechnete Amplitudenverhältnis dabei in der Nähe des Amplitudenverhältnis-Schwellenwerts 807a ändert, sich die vom Frequenzanalyseblock 806 berechnete Frequenz mit dem Frequenzschwellenwert 807b ändert, sich die vom Amplitudenverhältnis-Berechnungsblock 805 berechnete Amplitude in der Nähe des Amplitudenverhältnis-Schwellenwerts 807a ändert und sich die vom Frequenzanalyseblock 806 berechnete Frequenz beim Frequenzschwellenwert 807b ändert, kann verhindert werden, dass das Schalten des Filterprozesses häufig auftritt. Wenngleich das Herunterzählen oder Heraufzählen im Zeitgeberblock 814 geschieht, um festzustellen, ob ein vorgegebener Zeitraum verstrichen ist, kann die von der ersten Filterwähleinheit 807 ausgewählte Filterverarbeitung stets durch Festlegen des Zählwerts angewendet werden.
Der zweite Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblock 809 wandelt die in 14 dargestellte interne Berechnungskennlinie 821, die durch das von der ersten Filterwähleinheit 807 ausgewählte Strömungsvolumen-Berechnungsverfahren berechnet wurde, in die in 16 dargestellte Ausgangskennlinie 822 der Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung um.
[Zweites Verfahren (zweite Konfiguration)]
Ein wird ein zweites Verfahren zur sehr genauen Erfassung des Strömungsvolumens durch Wechseln des Strömungsvolumen-Berechnungsverfahrens entsprechend dem jeweiligen Strömungsvolumenzustand beschrieben. Es wird auf eine Beschreibung von Teilen, die jenen des ersten Verfahrens gleichen, verzichtet.
12-2 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das in der in 12-2 dargestellten Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung ausgeführte zweite Verfahren unterscheidet sich in der Hinsicht vom ersten Verfahren, dass das Gleitender-Mittelwert-Filter 811 des Strömungsvolumen-Korrekturfilters 810 aus dem ersten Verfahren durch ein Tiefpassfilter 812 ersetzt ist. Das Tiefpassfilter 812 ist bei einem kleinen Strömungsvolumen geeignet und hat die gleiche Funktion wie das Gleitender-Mittelwert-Filter, und es verringert das im Strömungsvolumensignal enthaltene hochfrequente Rauschen. Das Tiefpassfilter 812 kann so ausgelegt werden, dass es mehrere Abschneidefrequenzen festlegen kann, die entsprechend dem von der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit 602 erfassten Betrag des Strömungsvolumens oder dem Wert des in das Tiefpassfilter 812 eingegebenen Strömungsvolumensignals anzuwenden sind. Ansonsten gleicht die Konfiguration einschließlich des Signalflusses der in 12-1 dargestellten Konfiguration beim ersten Verfahren.
15-2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Bestimmungsbedingung und angewendeten Filterkennlinien gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beim zweiten Verfahren werden der Amplitudenverhältnis-Schwellenwert 807a und der Frequenzschwellenwert 807b ebenso wie beim ersten Verfahren festgelegt, und die erste Filterwähleinheit 807 wählt das Tiefpassfilter 812 aus, wenn die gleiche Bedingung wie bei der Auswahl des Gleitender-Mittelwert-Filters 811 durch das erste Verfahren vorliegt. Die Bedingung zur Auswahl des Pulsierungsfehler-Verringerungsfilters 813 und die Bedingung für die Nichtausführung der Filterverarbeitung werden ebenso wie beim ersten Verfahren festgelegt, wie in 15-2 dargestellt ist. Dadurch kann das Tiefpassfilter 812 im Niederfrequenzzustand, in dem der Pulsierungsfehler infolge der Ansprechkennlinie der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 klein ist, und im Zustand, in dem das von der Verarbeitungseinheit 604 ausgegebene Signal klein ist, eine verhätnismäßig große Rauschkomponente unterdrücken. Der Fall, in dem das Pulsierungsfehler-Verringerungsfilter 813 ausgewählt wird, und der Fall, in dem die Filterverarbeitung nicht ausgeführt wird, entsprechen jenen, die beim ersten Verfahren beschrieben wurden.
[Drittes Verfahren (dritte Konfiguration)]
Es wird ein drittes Verfahren zur sehr genauen Erfassung eines Strömungsvolumens durch Wechseln des Strömungsvolumen-Berechnungsverfahrens entsprechend dem jeweiligen Strömungsvolumenzustand beschrieben. Es wird auf eine Beschreibung von Teilen, die jenen beim ersten und beim zweiten Verfahren gleichen, verzichtet.
12-3 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 12-3 dargestellt ist, unterscheidet sich die Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung gemäß dem dritten Verfahren von der Konfiguration des ersten Verfahrens und der Konfiguration des zweiten Verfahrens in der Hinsicht, dass sowohl das Gleitender-Mittelwert-Filter 811 als auch das Tiefpassfilter 812 im Strömungsvolumen-Korrekturfilter 810 bereitgestellt sind und ferner die zweite Filterwähleinheit 808 bereitgestellt ist, um entweder das Gleitender-Mittelwert-Filter 811 oder das Tiefpassfilter 812 auszuwählen, um ein Signal zur ersten Filterwähleinheit 807 zu senden. Andere Konfigurationen gleichen der in 12-1 dargestellten Konfiguration beim ersten Verfahren und der in 12-2 dargestellten Konfiguration beim zweiten Verfahren.
Beim dritten Verfahren sind das Gleitender-Mittelwert-Filter 811, das Tiefpassfilter 812 und das Pulsierungsfehler-Verringerungsfilter 813 so ausgelegt, dass die Ausgabe (das Ausgangssignal) des ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblocks 800 eingegeben wird. Die Ausgaben (Ausgangssignale) des Gleitender-Mittelwert-Filters 811 und des Tiefpassfilters 812 werden jeweils in die zweite Filterwähleinheit 808 eingegeben, welche entweder die Ausgabe des Gleitender-Mittelwert-Filters 811 oder die Ausgabe des Tiefpassfilters 812 auswählt und den ausgewählten Wert zur ersten Filterwähleinheit 807 sendet. Die Ausgabe (das Ausgangssignal) des Durchschnittliches-Strömungsvolumen-Berechnungsblocks 803 wird in die zweite Filterwähleinheit 808 eingegeben, um die Ausgaben der jeweiligen Filter 811 und 812 auszuwählen.
Die Ausgaben des ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblocks 800, der zweiten Filterwähleinheit 808 und des Pulsierungsfehler-Verringerungsfilters 813 werden in die erste Filterwähleinheit 807 eingegeben, welche jegliche der Ausgaben des ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblocks 800, der zweiten Filterwähleinheit 808 und des Pulsierungsfehler-Verringerungsfilters 813 auswählt und die ausgewählte Ausgabe zur dritten Filterwähleinheit 815 sendet. Es sei bemerkt, dass die Ausgabe des ersten Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblocks 800 unter Umgehen der ersten Filterwähleinheit 807 direkt in die dritte Filterwähleinheit 815 eingegeben wird.
15-3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Bestimmungsbedingung und angewendeten Filterkennlinien gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Bedingung der Auswahl des Pulsierungsfehler-Verringerungsfilters 813 und die Bedingung der Nichtausführung der Filterverarbeitung gleichen der Bedingung beim ersten Verfahren und der zweiten Bedingung, wie in 15-3 dargestellt ist. Die durch diese Signalverarbeitung erhaltene Wirkung entspricht der beim ersten Verfahren beschriebenen.
Wenn das vom Amplitudenverhältnis-Berechnungsblock 805 berechnete Amplitudenverhältnis andererseits kleiner als der Amplitudenverhältnis-Schwellenwert 807a ist und die vom Frequenzanalyseblock 806 berechnete Frequenz kleiner als der Frequenzschwellenwert 807b ist, wählt die erste Filterwähleinheit 807 die Ausgabe der zweiten Filterwähleinheit aus.
Die zweite Filterwähleinheit 808 vergleicht den vom Durchschnittliches-Strömungsvolumen-Berechnungsblock 803 berechneten durchschnittlichen Strömungsvolumenwert mit einem Strömungsvolumen-Schwellenwert 808a. Wie in 15-3 dargestellt ist, wird das Tiefpassfilter 812 ausgewählt, wenn der vom Durchschnittliches-Strömungsvolumen-Berechnungsblock 803 berechnete durchschnittliche Strömungsvolumenwert größer als der Strömungsvolumen-Schwellenwert 808a ist, und wird das Gleitender-Mittelwert-Filter 811 ausgewählt, wenn der vom Durchschnittliches-Strömungsvolumen-Berechnungsblock 803 berechnete durchschnittliche Strömungsvolumenwert kleiner als der Strömungsvolumen-Schwellenwert 808a ist.
Wie anhand des ersten und des zweiten Verfahrens beschrieben, kann entweder das Gleitender-Mittelwert-Filter 811 oder das Tiefpassfilter 812 verwendet werden, und es kann in jedem Fall die vorstehend beschriebene Wirkung erhalten werden. Wenn eine Pulsierung oder dergleichen im Strömungsvolumensignal auftritt, ergibt sich jedoch im Tiefpassfilter 812 eine Abweichung vom Mittelwert des Strömungsvolumensignals. Zusätzlich gibt es Fälle, in denen es zur Entfernung des Rauschens vorteilhaft ist, das Tiefpassfilter 812 zu verwenden. Deshalb wird das Gleitender-Mittelwert-Filter 811 im Bereich verwendet, in dem das Strömungsvolumen gering ist und Genauigkeit benötigt wird, und wird das Tiefpassfilter 812 im Bereich verwendet, in dem das Strömungsvolumen hoch ist.
[Viertes Verfahren (vierte Konfiguration)]
Ein wird ein viertes Verfahren zur sehr genauen Erfassung des Strömungsvolumens durch Wechseln des Strömungsvolumen-Berechnungsverfahrens entsprechend dem jeweiligen Strömungsvolumenzustand beschrieben. Es wird auf die Beschreibung von Teilen, die jenen aus dem ersten bis dritten Verfahren gleichen, verzichtet.
Wenn die Längen des ersten Strömungsvolumenpuffers 801 und des zweiten Strömungsvolumenpuffers 802 gleich sind oder wenn ein Referenzbereich des Puffers geändert werden kann, werden nicht mehrere Strömungsvolumenpuffer bereitgestellt, und sie können zu einem Puffer integriert werden, der die erforderliche maximale Pufferlänge erfüllt. Zusätzlich kann der zweite Strömungsvolumenpuffer 802 die von der Verarbeitungseinheit 604 in der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung 601 erhaltene Strömungsvolumenausgabe puffern, so das zumindest der Strömungsvolumen-Pulsierzyklus erhalten bleibt.
Die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen und die ECU 200 sind durch ein Kommunikationskabel miteinander verbunden, und eine Kommunikation unter Verwendung eines Digitalsignals wird nach einem Kommunikationsstandard in der Art von SENT, LIN und CAN ausgeführt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Signal vom Mikrocomputer 415 in einen LIN-Treiber 420 eingegeben und wird vom LIN-Treiber 420 eine LIN-Kommunikation ausgeführt. Vom LIN-Treiber der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen an die ECU 200 ausgegebene Informationen werden der digitalen Kommunikation unter Verwendung eines Einzel- oder Zweidraht-Kommunikationskabels überlagert und ausgegeben.
Die von der Einheit zur Berechnung der absoluten Feuchtigkeit der Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen berechnete korrigierte absolute Feuchtigkeit wird für verschiedene Motorbetriebssteuerungen von der Steuereinheit 62 der ECU 18 verwendet. Zusätzlich kann die ECU 18 die Informationen über den Gesamtfehler direkt für verschiedene Motorbetriebssteuerungen verwenden.
Gemäß der vorstehend beschriebenen in 11 dargestellten Ausführungsform weist die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen den LIN-Treiber 420 auf und wird die LIN-Kommunikation ausgeführt, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es kann, wie in 11-2 dargestellt ist, ohne Verwendung der LIN-Kommunikation eine direkte Kommunikation mit dem Mikrocomputer 415 ausgeführt werden.
Die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung auf. Die Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung 300 kann aus einer einzelnen Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung bestehen oder durch eine Kombination anderer Erfassungsvorrichtungen in der Art der Feuchtigkeitserfassungsvorrichtung gebildet sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Wechseln des angewendeten Filters entsprechend dem Amplitudenverhältnis zwischen dem Strömungsvolumen-Messwert und dem Frequenzanalyseergebnis des Strömungsvolumen-Messwerts der Strömungsvolumenfehler verringert werden, indem hauptsächlich das der Ansaugpulsierung entsprechende Filter verwendet wird, wenn das gemessene Fluid pulsiert. Andererseits kann bei einem kleinen gemessenen Strömungsvolumen der Fehler bei der Erfassung des Strömungsvolumens verringert werden, indem hauptsächlich das dem Rauschen entsprechende Filter angewendet wird. Dadurch kann die Vorrichtung 300 zur Erfassung physikalischer Größen gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen breiten Strömungsvolumen-Messbereich und verschiedene Strömungsvolumenzustände behandeln. Zusätzlich wird, weil es nur den Strömungsvolumen-Messwert und die anhand des Strömungsvolumen-Messwerts berechnete physikalische Größe gibt, ein anderes Messelement als die Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung unnötig und kann die Größe des Systems verringert werden.
Wenngleich die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Änderungen am Entwurf vorgenommen werden, ohne vom in den Ansprüchen beschriebenen Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wurden die vorstehenden Ausführungsformen detailliert beschrieben, um die vorliegende Erfindung leicht verständlich zu erklären, und sie sind nicht notwendigerweise darauf beschränkt, dass sie alle beschriebenen Konfigurationen aufweisen. Ferner kann ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform durch die Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden und kann die Konfiguration einer anderen Ausführungsform zur Konfiguration einer Ausführungsform hinzugefügt werden. Ferner können andere Konfigurationen zu einem Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform hinzugefügt werden, daraus entfernt werden und diesen ersetzen.
Bezugszeichenliste

30: gemessenes Gas
124: Hauptdurchgang
300: Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen
302: Gehäuse
400: Platine
404, 405, 406: Durchgangsloch
407, 408: Ausschnitt
421A, 421B: Drucksensor (dritte Erfassungseinheit)
422: Feuchtigkeitssensor (zweite Erfassungseinheit)
601: Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung
602: Strömungsvolumen-Erfassungseinheit (erste Erfassungseinheit)
604: Verarbeitungseinheit
415: Mikrocomputer
800: erster Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblock
801: erster Strömungsvolumenpuffer
802: zweiter Strömungsvolumenpuffer
803: Durchschnittliches-Strömungsvolumen-Berechnungsblock
804: Amplitudenbetrags-Berechnungsblock
805: Amplitudenverhältnis-Berechnungsblock
806: Frequenzanalyseblock
807: erste Filterwähleinheit
808: zweite Filterwähleinheit
808a: Strömungsvolumen-Schwellenwert
809: zweiter Strömungsvolumenkennlinien-Einstellungsblock
807a: Amplitudenverhältnis-Schwellenwert
807b: Frequenzschwellenwert
810: Strömungsvolumen-Korrekturfilter
811: Gleitender-Mittelwert-Filter
812: Tiefpassfilter
813: Pulsierungsfehler-Verringerungsfilter
814: Zeitgeberblock
815: dritte Filterwähleinheit
820: Ausgangskennlinie der Strömungsvolumen-Erfassungsschaltung
821: Innere-Berechnung-Kennlinie
822: Ausgangskennlinie der Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung

Claims

Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung, welche Folgendes umfasst: eine Strömungsvolumen-Erfassungseinheit (602), die das Strömungsvolumen eines gemessenen Fluids (30) misst, eine Strömungsvolumenzustands-Bestimmungseinheit (415), die den Strömungsvolumenzustand des gemessenen Fluids auf der Grundlage einer Ausgabe der Strömungsvolumen-Erfassungseinheit bestimmt, eine Durchschnittliches-Strömungsvolumen-Berechnungseinheit (803), die das durchschnittliche Strömungsvolumen berechnet, eine Amplitudenbetrags-Berechnungseinheit (804), welche die Amplitude einer Pulsierung berechnet, eine Amplitudenverhältnis-Berechnungseinheit (805), die das Pulsierungsamplitudenverhältnis berechnet, wobei es sich um das Verhältnis zwischen der Amplitude der Pulsierung und dem durchschnittlichen Strömungsvolumen handelt, eine Frequenzanalyseeinheit (806), welche die Pulsierungsfrequenz analysiert, mehrere Filter (811 bis 813), die ein Strömungsvolumensignal verarbeiten, und eine Filterwähleinheit (807, 808, 815), die ein Filter wählt, welches das Strömungsvolumensignal verarbeitet, wobei die Filterwähleinheit das Filter auswählt, welches das Strömungsvolumensignal entsprechend dem von der Strömungsvolumenzustands-Bestimmungseinheit bestimmten Strömungsvolumenzustand verarbeitet, und wobei die Strömungsvolumenzustands-Bestimmungseinheit den Strömungsvolumenzustand auf der Grundlage des Pulsierungsamplitudenverhältnisses und/oder der Pulsierungsfrequenz bestimmt.
Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner Folgendes umfasst: ein Pulsierungskorrekturfilter (813), welches die Pulsierung des Strömungsvolumensignals durch mehrere Filter verringert, und ein Rauschverringerungsfilter (811, 812), welches das Rauschen des Strömungsvolumensignals verringert, wobei die Filterwähleinheit eine erste Filterwähleinheit (807) aufweist, die entweder das Rauschverringerungsfilter oder das Pulsierungskorrekturfilter auswählt, und die erste Filterwähleinheit das Pulsierungskorrekturfilter verwendet, wenn das Pulsierungsamplitudenverhältnis größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist und die Pulsierungsfrequenz größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, und das Rauschverringerungsfilter auswählt, wenn das Pulsierungsamplitudenverhältnis kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist und die Pulsierungsfrequenz kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist.
Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, welche ferner Folgendes umfasst: ein Gleitender-Mittelwert-Filter (811) und ein Tiefpassfilter (812) als Rauschverringerungsfilter, wobei die Filterwähleinheit zusätzlich zur ersten Filterwähleinheit (807) eine zweite Filterwähleinheit (808) aufweist, die entweder das Gleitender-Mittelwert-Filter oder das Tiefpassfilter auswählt, und die zweite Filterwähleinheit das Gleitender-Mittelwert-Filter auswählt, wenn das durchschnittliche Strömungsvolumen kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist, und das Tiefpassfilter auswählt, wenn das durchschnittliche Strömungsvolumen größer als der vorgegebene Schwellenwert für das durchschnittliche Strömungsvolumen ist, falls das Rauschverringerungsfilter ausgewählt ist.
Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Filterwähleinheit eine dritte Filterwähleinheit (815) aufweist, die ein vom Rauschverringerungsfilter (811, 812) oder vom Pulsierungskorrekturfilter (813), das von der ersten Filterwähleinheit (807) ausgewählt wurde, verarbeitetes Strömungsvolumensignal oder ein Strömungsvolumensignal, das nicht vom Rauschverringerungsfilter und vom Pulsierungskorrekturfilter verarbeitet wurde, auswählt, und die dritte Filterwähleinheit das nicht vom Rauschverringerungsfilter und vom Pulsierungskorrekturfilter verarbeitete Strömungsvolumensignal während eines vorgegebenen Zeitraums auswählt, wenn das Pulsierungsamplitudenverhältnis den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Filterwähleinheit eine dritte Filterwähleinheit (815) aufweist, die ein vom Rauschverringerungsfilter (811, 812) oder vom Pulsierungskorrekturfilter (813), das von der ersten Filterwähleinheit (807) ausgewählt wurde, verarbeitetes Strömungsvolumensignal oder ein Strömungsvolumensignal, das nicht vom Rauschverringerungsfilter und vom Pulsierungskorrekturfilter verarbeitet wurde, auswählt, und die dritte Filterwähleinheit das nicht vom Rauschverringerungsfilter und vom Pulsierungskorrekturfilter verarbeitete Strömungsvolumensignal auswählt, wenn die Ausgabe der Amplitudenverhältnis-Berechnungseinheit kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist und die Ausgabe der Frequenzanalyseeinheit (806) größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist und wenn die Ausgabe der Amplitudenverhältnis-Berechnungseinheit (805) größer als der vorgegebene Schwellenwert ist und die Ausgabe der Frequenzanalyseeinheit kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist.
Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die dritte Filterwähleinheit (815) das nicht vom Rauschverringerungsfilter (811, 812) und vom Pulsierungskorrekturfilter (813) verarbeitete Strömungsvolumensignal während eines vorgegebenen Zeitraums auswählt, wenn das Pulsierungsamplitudenverhältnis den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, welche ferner Folgendes umfasst: ein Tiefpassfilter (812), das mehrere Abschneidefrequenzen festlegen kann, als Rauschverringerungsfilter.