JP2015007601A - 流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の流量測定装置は、流量センサと湿度センサとが個別に実装されている。これにより、ワイヤハーネスが長く、電気ノイズの影響を受け易くなるので、高応答で、且つ高精度に吸気の湿度を計測することができなくなるという課題があった。【解決手段】 エアフロメータ１は、吸気ダクト２の吸気通路３内を流れる吸気の流量を検出する流量センサ４がセンサケース７のバイパス流路９の途中の流量センサ配置部３１に設置され、吸気ダクト２の吸気通路３内を流れる吸気の温度を検出する温度センサ５が吸気ダクト２の吸気通路３に向けて開放された温度センサ配置部３２に設置されているので、流量センサ配置部３１を通過する吸気の流れが安定するため、高応答で、且つ高精度に空気の流量を計測することができる。これにより、エンジンの制御性の向上を図ることができる。【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の吸入空気の流量を計測する流量センサと、内燃機関の吸入空気の物理量（温度、圧力や湿度等）を計測する物理量センサとを一体化した構造を備える流量測定装置（エアフロメータ）に関するものである。

近年、内燃機関（エンジン）では、低燃費化を図るという目的で、周囲の環境（天候等）に対応した高度なエンジン制御が求められている。このため、エアクリーナを通って内燃機関に供給される吸入空気（吸気）の流量だけでなく、吸気の流量以外の物理量である、温度、圧力や湿度等も高応答で高精度に計測することが求められている。
そして、吸気の流量を計測する流量センサ、吸気の温度を計測する温度センサ、吸気の圧力を計測する圧力センサ、および吸気の湿度を計測する湿度センサからのセンサ出力信号は、エンジン制御用の電子制御装置に送られて、燃料噴射制御、点火時期制御等の各種エンジン制御の演算に使用される。

ここで、流量センサと湿度センサとを一体化することで、外部接続用コネクタの外部接続端子を共有化するという目的で、流量センサと湿度センサとを同一の回路基板上に実装した流量測定装置（従来例１）が公知である（例えば、特許文献１等）。
流量測定装置は、内燃機関に空気を供給するダクト内に形成される主流路（吸気通路）を流れる吸気の一部を取り込んで通過させるための副流路（バイパス流路）を形成する合成樹脂製のハウジングと、バイパス流路を流れる吸気の流量に対応した流量信号を出力する流量センサと、吸気通路を流れる吸気の湿度に対応した湿度信号を出力する湿度センサとを備えている。
流量センサおよび湿度センサは、バイパス流路の途中のセンサ配置部に設置されている。流量センサは、バイパス流路を流れる吸気中に露出するように回路基板上に搭載されている。湿度センサは、保護体で周囲を取り囲まれた閉塞空間内に設置されて、その閉塞空間は、保護体に形成された通気孔を介してバイパス流路と連通している。

ところが、従来例１の流量測定装置においては、湿度センサが、流量センサと同じバイパス流路の途中のセンサ配置部に設置されており、合成樹脂製のハウジングによって吸気が熱交換されるため、湿度センサにおいて吸気湿度の検出精度が悪いという問題がある。 また、湿度センサは、保護体で周囲を取り囲まれた閉塞空間内に設置されて、通気孔によってのみバイパス流路内の吸気を取り入れる構造を備えているので、湿度センサにおける、吸気の流速が遅くなり、しかも閉塞空間内に湿度センサが入っているため、吸気の湿度変化に対する応答性が遅いという問題がある。

そこで、吸気の湿度変化に対する応答性を向上させるという目的で、ハウジングの副流路内において、流量センサよりも吸気の流れ方向の上流側に湿度センサを設置することが考えられるが、湿度センサの周辺を吸気が通過する際に吸気の流れが乱れ、流量センサの周辺への空気の流れに影響が出てしまう。これにより、高応答で、且つ高精度に空気の流量を計測することができいという問題が発生する。
以上のように、エンジンへの吸気の流量情報および湿度情報を高精度で、且つ高応答に計測することができないので、吸気の流量および吸気の湿度に基づく点火時期制御や燃料噴射制御等のエンジン制御性が悪くなるという問題がある。

ところで、一般的に、ガソリンエンジンに供給される吸気の湿度が高いと、混合気の着火が遅くなるので、吸気の湿度が低い場合と同じトルクを得ようとすると、点火時期を進角させて、火炎伝播を早める必要がある。
なお、ディーゼルエンジンだと、点火時期の代わりに、インジェクタからの燃料の噴射時期を進角させることになる。

また、ハウジング内のバイパス流路のセンサ配置部に流量センサが設置された流量測定装置（従来例２）が公知である（例えば、特許文献２等）。
この従来例２の流量測定装置には、流量センサに対する入出力信号を処理する回路部と外部回路（電子制御装置）とを電気接続する外部接続用コネクタや複数のワイヤハーネスが設けられている。
また、内燃機関の吸気通路内には、従来例２の流量測定装置とは別体でしかも所定の距離をおいて湿度検出装置が設置されている。
この湿度検出装置は、吸気通路を流れる吸気の湿度を計測する湿度センサを有し、湿度センサと外部回路（電子制御装置）と電気接続する外部接続用コネクタや複数のワイヤハーネスが設けられている。

ところが、従来例２の流量測定装置および湿度検出装置においては、流量センサと湿度センサとが個別に回路基板上に実装されており、流量センサと湿度センサとを同一回路基板上に実装した従来例１の流量測定装置と比べて、センサ実装コストが高くなるという問題がある。
また、流量センサおよび湿度センサと外部回路とを相互に接続する電線（ワイヤハーネス）、外部接続端子（ターミナル）が各々必要となるので、部品点数の増加や部品組付工数の増加に伴って高価となるという問題がある。
また、ワイヤハーネスが長い程、電気ノイズが乗り易いため、電気ノイズの影響を受け易くなるので、高応答で、且つ高精度に吸気の湿度を計測することができなくなるという問題がある。

また、合成樹脂による１次モールド成形によって、バイパス流路を有するハウジングを製作し、温度センサおよび温度センサターミナルを合成樹脂による２次モールド成形によって保持し、流量センサ、流量センサターミナルおよび２次モールド成形体をハウジングの開口部に充填される合成樹脂による３次モールド成形によって保持することで、流量センサと温度センサとを一体化した流量測定装置（従来例３）が公知である（例えば、特許文献３等）。
この従来例３の流量測定装置には、流量センサと外部回路とを電気接続する外部接続端子（流量センサターミナル）が、温度センサと外部回路とを電気接続する外部接続端子（温度センサターミナル）に対して独立して設置されている。

ところが、従来例３の流量測定装置においては、流量センサと温度センサとが個別に回路基板に実装されており、流量センサと湿度センサとを同一回路基板上に実装した従来例１の流量測定装置と比べて、センサ実装コストが高くなるという問題がある。
また、流量センサおよび温度センサと外部回路とを相互に接続する電線（ワイヤハーネス）、外部接続端子（流量センサターミナル、温度センサターミナル）が各々必要となるので、部品点数の増加や部品組付工数の増加に伴ってコストが高くなるという問題がある。
また、ワイヤハーネスが長い程、電気ノイズが乗り易いため、電気ノイズの影響を受け易くなるので、高応答で、且つ高精度に吸気の温度を計測することができなくなるという問題がある。

特開平１０−１９７３０５号公報 特表２００１−５０９８５４号公報 特開２０１２−２２５６９８号公報

本発明の目的は、高応答で、且つ高精度に空気の流量やそれ以外の物理量を計測することのできる内燃機関の流量測定装置を提供することにある。また、内燃機関の制御性の向上を図ることのできる流量測定装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明（流量測定装置）によれば、内燃機関に空気を供給するダクト内を流れる空気の流量を計測（検出）する流量センサと、ダクト内を流れる空気の物理量を計測（検出）する物理量センサとが、主流路または副流路のうちの互いに異なる流路内に設置されているので、物理量センサの近傍（または周辺）を空気が通過する際に空気の流れが乱れても、流量センサの近傍（または周辺）への空気の流れの影響が生じない。
これによって、流量センサが設置される流路を通過する空気の流れが安定するため、高応答で、且つ高精度に空気の流量を計測することができる。
また、物理量センサが空気の流れのある箇所、つまり流量センサとは異なる流路内に設置されているので、高応答で、且つ高精度に空気の物理量を計測することができる。
これにより、流量センサの計測値（検出値）である空気の流量、および物理量センサの計測値（検出値）である空気の物理量を考慮して内燃機関（エンジン）の制御を実施することで、内燃機関（エンジン）の制御性の向上を図ることができる。

エアフロメータをダクトに装着した状態を示した断面図である（実施例１）。 エアフロメータをダクトに装着した状態を示した断面図である（実施例１）。 エアフロメータを示した断面図である（実施例１）。 エアフロメータをダクトに装着した状態を示した断面図である（実施例２）。 エアフロメータをダクトに装着した状態を示した断面図である（実施例２）。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

［実施例１の構成］
図１ないし図３は、本発明の流量測定装置を適用したエアフロメータ（実施例１）を示したものである。

本実施例の流量測定装置は、例えば自動車等の車両走行用の内燃機関（エンジン）の吸気ポートおよび燃焼室に吸入される吸入空気の流量（吸気量）を測定するために使用される。
流量測定装置は、吸入空気（吸気）の流量に対応したセンサ出力信号を、外部回路であるエンジン制御ユニット（電子制御装置：ＥＣＵ）に対して出力する熱式の空気流量計（以下エアフロメータ１）を備えている。

ＥＣＵは、制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、制御プログラムや各種データ（マップ等）を保存する記憶装置（ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ）、入力回路（入力部）、出力回路（出力部）、電源回路、タイマー回路等の機能を含んで構成される周知のマイクロコンピュータが設けられている。

ＥＣＵは、エアフロメータ１より出力されるセンサ出力信号に基づいて吸気流量や流速を計測（算出）し、この算出した流量測定値をエンジン制御（例えば空燃比制御、燃料噴射制御等）に使用する。
また、ＥＣＵは、エアフロメータ１より出力されるセンサ出力信号に基づいて吸気流量だけでなく、吸気の流れ方向も検出する。
ここで、エンジン制御では、例えば検出した流量測定値に基づいて、インジェクタの噴孔からエンジンに噴射供給する燃料噴射量を演算する。そして、この演算された燃料噴射量に応じてインジェクタの通電時間（開弁期間）を可変制御する。

エアフロメータ１は、エアクリーナを通過した吸入空気、つまり吸気ダクト２の吸気通路３内を流れる吸入空気（吸気）の流量を計測（検出）する吸気流量検出装置（熱式空気流量センサ：以下流量センサ）４と、吸気ダクト２の吸気通路３内を流れる吸気の温度を計測（検出）する吸気温度検出装置（吸気温度センサ：以下温度センサ）５とを一体化した構造を備えている。この吸気ダクト２の吸気通路は、エンジンの吸気ポートおよび燃焼室に吸気を送り込むための主流路を構成している。

エアフロメータ１は、プラグイン方式によって吸気ダクト２に着脱自在に取り付けられている。このエアフロメータ１は、流量センサ４および温度センサ５を収容保持する合成樹脂製のセンサケース７を備えている。
なお、センサケース７は、予め流量センサ４に温度センサ５を一体化すると共に、モールド樹脂により一体的にモールド成形されたセンササブアッセンブリの状態で流量センサ４を組み付けるセンサハウジングを構成している。

センサケース７は、内部に副流路を形成する副流路形成部分（以下流路形成部）、およびこの流路形成部よりも図示上部に設けられて、吸気ダクト２の外側に突出した突出部分等を備えている。
センサケース７の流路形成部の内部には、バイパス流路８、９が形成されている。バイパス流路８、９は、吸気ダクト２の吸気通路３を流れる吸気の一部が取り込まれる第１、第２副流路を構成している。

センサケース７の突出部分には、流量センサ４および温度センサ５の複数のセンサターミナル（第１〜第４センサターミナル１１〜１４）と、外部回路（ＥＣＵやバッテリ）との電気接続を行う外部接続用コネクタが設けられている。
ここで、第１〜第４センサターミナル１１〜１４は、外部接続用コネクタの第１〜第４コネクタターミナル（外部のターミナル：図示せず）にそれぞれ電気接続および機械接続されている。
なお、流量センサ４、温度センサ５および第１〜第４センサターミナル１１〜１４の詳細は、後述する。

センサケース７の突出部分には、複数の外部接続端子（センサターミナル：図示せず）の先端（外部接続部）を露出して収容する外部接続用コネクタのコネクタケース１６が設けられている。また、センサケース７の突出部分には、放射状に外部へ突出したフランジ１７が一体的に形成されている。センサケース７は、取付ネジ等のスクリューによって吸気ダクト２の取付孔（開口部）１９の開口周縁にフランジ１７が螺子締結されることにより、吸気ダクト２に固定される。

センサケース７の流路形成部は、吸気ダクト２の外部から吸気ダクト２の取付孔１９を貫通して吸気ダクト２の内部（吸気通路３内）に突き出すように挿し込まれている。
流路形成部の内部には、吸気通路３の上流側に向いて開口する流路入口２１から吸気の一部を取り込み、この取り込んだ吸気を吸気通路３の下流側へ排出する流路出口２２を有するバイパス流路８、９が形成されている。

バイパス流路８、９の流路入口２１は、センサケース７の上流端面で開口している。
バイパス流路８、９の流路出口２２は、センサケース７の下流端面で開口している。
バイパス流路８は、吸気ダクト２の吸気通路３を流通する吸気の流れ方向に平行となるように形成され、吸気ダクト２の吸気通路３を迂回する空気流路（直線流路）である。また、バイパス流路８の上流部から分岐するバイパス流路９の分岐部２３よりも吸気の流れ方向の下流側で、且つバイパス流路８の下流部へ合流するバイパス流路９の合流部２４よりも吸気の流れ方向の上流側には、バイパス流路８の吸気の流れ方向の下流側に向かう程、流路断面積が減少するテーパ状の流路絞り部２５が設けられている。

バイパス流路９は、バイパス流路８を流れる吸気（バイパス流れ）の一部が流入し、且つ吸気ダクト２の吸気通路３を迂回する空気流路（旋回流路）である。また、バイパス流路９の分岐部２３と合流部２４との間には、吸気の流れ方向が１８０度以上変化（Ｕターン）する曲がり流路が設けられている。つまりバイパス流路９には、曲がり流路が設けられている。
曲がり流路の途中には、流量センサ４の流量測定素子をバイパス流路９内に露出するように配置する流量センサ配置部３１が設けられている。この流量センサ配置部３１よりも吸気の流れ方向の上流側には、所定の曲率半径で湾曲する、あるいは略直角に屈曲する上流側曲がり部（屈曲部）が設けられている。また、流量センサ配置部３１よりも吸気の流れ方向の下流側には、所定の曲率半径で湾曲する、あるいは略直角に屈曲する下流側曲がり部（屈曲部）が設けられている。

センサケース７の流路形成部の外側面（センサケース７の上流側端面）には、温度センサ５の温度測定素子（サーミスタ素子）を吸気通路３内に露出するように配置する凹状の温度センサ配置部３２が設けられている。この温度センサ配置部３２は、温度センサ５を収容するセンサ収容凹部であり、このセンサ収容凹部は、センサケース７の外側面で開口している。この開口部３３は、温度センサ配置部３２の内部空間３４と吸気ダクト２の吸気通路３とを連通する連通路となっている。また、開口部３３の開口面積は、内部空間３４の断面積と同じであるが、開口部３３の開口面積が内部空間３４の断面積よりも若干小さくても構わない。

流量センサ４は、センサケース７のバイパス流路９を通り抜ける吸気の流量を計測する第１センサであって、先端側に流量検出部（流量測定素子）が形成されたセンサチップ４１と、このセンサチップ４１に対する入出力信号を制御する回路部が形成された処理回路チップ４２と、センサチップ４１と処理回路チップ４２を搭載支持するリードフレーム４３と、センサチップ４１の基端側、処理回路チップ４２およびリードフレーム４３等を被覆して樹脂封止（保護）するモールド樹脂（封止樹脂）ケース４４とを備えている。

センサチップ４１は、モールド樹脂ケース４４を構成するモールド樹脂材により部分的に樹脂封止される第１半導体チップであって、平板状のシリコン半導体基板（センサ回路基板）を含んで構成されている。このシリコン半導体基板上には、メンブレン（薄肉部）４５が形成されている。また、シリコン半導体基板の先端側の表面上には、絶縁膜を介して、流量検出部が所定のパターンで形成されている。つまりシリコン半導体基板上には、流量検出部が搭載されている。
また、センサチップ４１の基端側（流量検出部以外の部位）には、ボンディングワイヤ４６を介して、処理回路チップ４２の電極部（電極パッド群）と電気接続するための電極部（電極パッド群）が形成されている。

流量検出部は、センサケース７の内部に形成されるバイパス流路９を流れる吸気流量に対応した流量信号（例えばアナログ電圧信号）を回路部に対して出力する流量測定素子（センサ素子）を構成している。この流量検出部は、バイパス流路９内に露出（突出）するように配置されている。
流量検出部は、センサチップ４１のメンブレン４５の中央に配置されて、加熱電流を供給すると高温に発熱する発熱抵抗体（ヒータ抵抗体：図示せず）と、このヒータ抵抗体を中心にして吸気の流れ方向に沿った上下流側に配置されて、センサチップ４１のメンブレン４５の上下流の空気温度を検出する複数の第１〜第４空気温度検出抵抗体（図示せず）とを備えている。

第１〜第４空気温度検出抵抗体は、センサチップ４１のメンブレン４５上においてヒータ抵抗体の発熱の影響を受け易い場所に設置されている。また、センサチップ４１上において、ヒータ抵抗体の発熱の影響を受けない場所（メンブレン４５以外の場所）には、吸気温度検出抵抗体（図示せず）が配置されている。
流量検出部は、ヒータ抵抗体の発熱によりバイパス流路９における吸気の流れ方向に温度分布を形成し、この温度分布に基づいて吸気流量に対応したセンサ出力信号（第１〜第４空気温度検出抵抗体の抵抗値変化）を電圧変換してＥＣＵに対して出力する。

ヒータ抵抗体は、温度により抵抗値（ＲＨ）が変化する感温抵抗体である。このヒータ抵抗体は、例えば白金（Ｐｔ）、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）や単結晶シリコン等を真空蒸着やスパッタリング等によってセンサチップ４１のメンブレン４５上に薄膜形成されている。つまりヒータ抵抗体は、センサチップ４１のメンブレン４５上に所定のパターンで形成される薄膜抵抗体である。
第１〜第４空気温度検出抵抗体は、ヒータ抵抗体と同様に、真空蒸着やスパッタリング等によって形成された白金膜（Ｐｔ）、ポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）や単結晶シリコン膜等の薄膜抵抗体である。

処理回路チップ４２は、モールド樹脂ケース４４を構成するモールド樹脂材により樹脂封止される第２半導体チップであって、平板状のシリコン半導体基板（電子回路基板）を含んで構成されている。このシリコン半導体基板上には、回路部が搭載されている。
回路部は、ヒータ抵抗体の駆動を制御するヒータ駆動回路部、流量センサ４のセンサチップ４１から出力される流量信号（例えばアナログ電圧信号）に各種の処理を施してＥＣＵに対して出力する第１信号処理回路部（集積回路部）、温度センサ５のサーミスタ素子から出力される温度信号に各種の処理を施してＥＣＵに対して出力する第２信号処理回路部（集積回路部）、および処理回路チップ４２の入出力信号に含まれるノイズを除去するためのチップコンデンサ（半導体素子）を備えている。

ヒータ駆動回路部は、ヒータ抵抗体の加熱温度と吸気温度検出抵抗体によって検出される吸気温度との温度偏差が一定値になるように、ヒータ抵抗体に供給する電力（加熱電流）を制御している。つまりヒータ駆動回路部は、ヒータ抵抗体を通電（電流）制御するヒータ制御回路である。
ここで、ヒータ抵抗体の加熱温度は、吸気温度検出抵抗体の抵抗値に基づいて決定され、ヒータ駆動回路部により周囲の温度（吸気温度検出抵抗体によって検出される吸気温度）に対してほぼ一定の温度差（ΔＴ）となるように通電制御される。具体的には、例えば温度差（ΔＴ）が１５０度に設定されている場合、周囲の温度（吸気温度）が２０℃のとき、ヒータ抵抗体の加熱温度が約１７０℃となるように通電制御され、また、周囲の温度（吸気温度）が４０℃のとき、ヒータ抵抗体の加熱温度が約１９０℃となるように通電制御される。

すなわち、流量センサ４は、処理回路チップ４２に搭載される回路部（ヒータ駆動回路部）で、ヒータ抵抗体を周囲の温度（吸気温度検出抵抗体によって検出される吸気温度）に対して一定の温度だけ高くするように設定し、センサチップ４１のメンブレン４５上の温度分布を第１〜第４空気温度検出抵抗体で検出し、第１〜第４空気温度検出抵抗体の温度差を算出して吸気の流量を測定（計測）する。
なお、吸気脈動等を要因として吸気の流れ方向が逆流した場合は、センサチップ４１のメンブレン４５上の上下流の温度分布が逆になり、算出される温度差の符号も逆転するため、吸気の流れ方向も判別できる。

第１信号処理回路部は、流量センサ４のセンサチップ４１から出力される流量信号（例えばアナログ電圧信号）をデジタル値に変換するＡＤＣ（アナログ・デジタル・コンバータ）、デジタル化された電圧に各種の演算処理を施すＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）、このＤＳＰから出力されるデジタル値をアナログ値に変換してＥＣＵへ出力するＤＡＣ（デジタル・アナログ・コンバータ）、ＤＳＰの演算処理に必要な各種の数値ン度を記憶するメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）等を有している。
ＥＥＰＲＯＭには、流量センサ４の感度やオフセットの調整値、工場出荷時のセンサ出力特性値等が記憶されている。
第２信号処理回路部は、信号増幅器（オペアンプ）等を有し、温度センサ５のサーミスタ素子から出力される温度信号（例えばアナログ電圧信号）を所定の信号増幅率で増幅してＥＣＵへ出力する。

リードフレーム４３は、センサチップ４１や処理回路チップ４２が実装されるもので、例えば銅合金等の金属導体板がプレス加工やエッチング加工されて所定の形状に形成されたものである。このリードフレーム４３の一部は、ボンディングワイヤ４７を介して、処理回路チップ４２の電極パッドと電気接続する第１〜第４センサターミナル１１〜１４を構成している。
リードフレーム４３は、流量センサ４のセンサチップ４１を搭載支持する第１センサ支持部５１、温度センサ５を搭載支持する第２センサ支持部５２、および流量センサ４と温度センサ５の処理回路チップ４２を搭載支持する処理回路支持部５４を備えている。
また、リードフレーム４３は、温度センサ５と処理回路チップ４２の電極パッドとを電気接続する一対の金属導体５５、５６を備えている。これらの金属導体５５、５６は、第２センサ支持部５２により構成されている。

モールド樹脂ケース４４は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂（以下ＥＰ）によって一体的に形成されている。このモールド樹脂ケース４４は、センサチップ４１を搭載するセンサ搭載部を有し、センサチップ４１の基端側を片持ち支持すると共に、処理回路チップ４２、リードフレーム４３やボンディングワイヤ４６、４７等を被覆して封止している。
モールド樹脂ケース４４は、センサチップ４１の流量検出部がバイパス流路９内に露出するように、センサチップ４１を収容する収容凹部４３を有している。このモールド樹脂ケース４４は、センサチップ４１を搭載するだけでなく、処理回路チップ４２も搭載している。
また、モールド樹脂ケース４４は、センサチップ４１および処理回路チップ４２を搭載した状態で、センサケース７の所定の取付箇所に取り付けられている。
リードフレーム４３の第１、第２センサ支持部５１、５２および処理回路支持部５４は、モールド樹脂ケース４４を構成する同一の合成樹脂（ＥＰ製のモールド樹脂材）によって樹脂被覆されている。

温度センサ５は、吸気ダクト２の吸気通路３を流れる吸気の温度を計測する物理量センサ（第２センサ）であって、サーミスタ素子（図示せず）と、このサーミスタ素子の両端にそれぞれ電気接続される一対のセンサリード線（図示せず）とを備えている。
サーミスタ素子は、例えば吸気の温度（吸気温）が高くなると抵抗値が小さくなる温度−抵抗特性を有する温度抵抗素子（温度測定素子）である。このサーミスタ素子は、電気絶縁性を有するボビンと、一対のセンサリード線に電気接続される感温抵抗体と、この感温抵抗体および一対のセンサリード線を保護する保護膜とを備えている。

一対のセンサリード線は、サーミスタ素子の軸線方向の両端から外側（互いに異なる方向、正反対）へ向けて延長されている。これらのセンサリード線は、外部からサーミスタ素子への電源供給を行うサーミスタ電源線、およびサーミスタ素子から外部への信号伝達を行うサーミスタ出力信号線である。
また、一対のセンサリード線の一端側（金属導体側）は、流量センサ４のモールド樹脂ケース４４から図示斜め下方に突出した一対の金属導体（中継配線、中継ターミナル）５５、５６にそれぞれ電気接続および機械接続されている。
一対の金属導体５５、５６は、所定の距離を隔てて並列配置されている。温度センサ５は、一対のセンサリード線が各金属導体５５、５６にそれぞれ溶接されることにより、センサケース７の外側（温度センサ配置部３２内）で保持固定されている。

第１〜第４センサターミナル１１〜１４は、モールド樹脂ケース４４の内部に埋設固定（インサート成形）されて、ボンディングワイヤ４７を介して処理回路チップ４２の各電極パッドに電気接続されている。これらの第１〜第４センサターミナル１１〜１４は、流量センサ４の外部接続端子であって、外部接続用コネクタのコネクタターミナル（コンタクトピン）と電気接続（導通接合）される。
第１センサターミナル１１は、ＥＣＵの温度センサ入力部に電気接続されて、温度センサ５から出力される温度信号をＥＣＵに出力する温度センサ出力端子（中継配線）であって、処理回路チップ４２の電極パッドおよび金属導体５５と電気接続（導通接合）されている。また、第１センサターミナル１１は、外部接続用コネクタの第１コネクタターミナル（温度センサ出力端子、第２出力端子）に電気接続されている。

第２センサターミナル１２は、ＥＣＵの電源側に電気接続されて、ＥＣＵから電力（例えばＤＣ５Ｖ）の供給を受ける電源端子（中継配線）であって、処理回路チップ４２の電極パッドおよび金属導体５６と電気接続（導通接合）されている。また、第２センサターミナル１２は、外部接続用コネクタの第２コネクタターミナル（電源端子）に電気接続されている。これにより、第２センサターミナル１２および第２コネクタターミナルが共通端子となり、流量センサ４と温度センサ５とで、第２センサターミナル１２および第２コネクタターミナルを共有化することが可能となる。

第３センサターミナル１３は、ＥＣＵの流量センサ入力部に電気接続されて、流量センサ４から出力される流量信号をＥＣＵに出力する流量センサ出力端子（中継配線）であって、処理回路チップ４２の電極パッドと電気接続（導通接合）されている。また、第３センサターミナル１３は、外部接続用コネクタの第３コネクタターミナル（流量センサ出力端子、第１出力端子）に電気接続されている。
第４センサターミナル１４は、ＥＣＵのグランド（ＧＮＤ）側に電気接続されるＧＮＤ端子（中継配線）であって、処理回路チップ４２の電極パッドと電気接続（導通接合）されている。また、第４センサターミナル１４は、外部接続用コネクタの第４コネクタターミナル（ＧＮＤ端子、接地端子）に電気接続されている。

［実施例１の効果］
以上のように、本実施例のエアフロメータ１においては、吸気ダクト２の吸気通路３内を流れる吸気の流量を検出する流量センサ４がセンサケース７のバイパス流路９の途中の流量センサ配置部３１に設置され、吸気ダクト２の吸気通路３内を流れる吸気の温度を検出する温度センサ５が吸気ダクト２の吸気通路３に向けて開放された温度センサ配置部３２に設置されているので、温度センサ５の近傍（または周辺）を吸気が通過する際に吸気の流れが乱れても、流量センサ４の近傍（または周辺）への吸気の流れの影響が生じない。

これによって、流量センサ４が、温度センサ５とは異なるバイパス流路９の流量センサ配置部３１内に設置されているので、流量センサ４が設置されるバイパス流路９を通過する吸気の流れが安定するため、高応答で、且つ高精度に吸気の流量を計測することができる。また、温度センサ５が吸気の流れのある箇所、つまり流量センサ４とは異なる吸気通路３内に設置されているので、高応答で、且つ高精度に吸気の温度を計測することができる。これにより、流量センサ４の検出値である吸気の流量、および温度センサ５の検出値である吸気の温度を考慮して燃料噴射制御や点火時期制御（または燃料噴射時期制御）等の各種エンジン制御を実施することで、エンジンの制御性の向上を図ることができる。

また、センサケース７内に形成されるバイパス流路９内に流量センサ４を設置することにより、吸気ダクト２の吸気通路３内を浮遊するダストによる流量センサ４の劣化や損傷を防止することが可能となる。これにより、高精度で、吸気の流量を計測（測定）することが可能となる。
また、吸気ダクト２に形成される吸気通路３内に温度センサ５を設置することにより、温度センサ５が吸気の流れのある箇所に配置されているので、応答良く吸気温度を検出することができ、エンジンの制御性を向上することができる。

また、吸気ダクト２の吸気通路３内を流れる吸気の流量を検出する流量センサ４と、エンジンの燃焼制御で必要となる吸気温度を検出する温度センサ５とを一体化することにより、外部接続用コネクタの第２センサターミナル１２および第２コネクタターミナルの共有化、ワイヤハーネスやセンサターミナル、コネクタターミナルの削減、吸気ダクト２への部品組み付け工数の低減、および自動車等の車両のエンジンルーム内への電線（ワイヤハーネス）の配線作業の簡略化を図ることができる。これにより、エアフロメータ１全体の体格の小型化を図ることができ、且つ自動車等の車両や特に吸気ダクト２に対する実装コストが安価となる。

また、流量センサ４と温度センサ５とを一体化した構造を備えたエアフロメータ１の外部接続用コネクタと外部回路（ＥＣＵやバッテリ）とを電気接続するための外部接続用コネクタの第２センサターミナル１２および第２コネクタターミナルを共有しているので、エンジンルーム内に配線されるワイヤハーネスの長さを短くすることができる。これにより、電気ノイズの影響を受け難くなり、配線抵抗を低減することができるので、高精度に吸気の流量および温度を計測することができる。
また、吸気ダクト２の吸気通路３内を流れる吸気流量に対応した流量信号を出力する流量センサ４と、吸気ダクト２の吸気通路３内を流れる吸気の温度に対応した温度信号を出力する温度センサ５とが、同一の合成樹脂によって一体的に形成されたモールド樹脂ケース４４に保持されているので、エアフロメータ１全体の体格の小型化を図ることができ、且つ自動車等の車両や特に吸気ダクト２に対する実装コストが安価となる。

［実施例２の構成］
図４および図５は、本発明の流量測定装置を適用したエアフロメータ（実施例２）を示したものである。
ここで、実施例１と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。

本実施例のエアフロメータ１は、エアクリーナを通過した吸入空気、つまり吸気ダクト２の吸気通路３内を流れる吸入空気（吸気）の流量を計測（検出）する吸気流量検出装置（熱式空気流量センサ：以下流量センサ）４と、吸気ダクト２の吸気通路３内を流れる吸気の湿度を計測（検出）する吸気湿度検出装置（吸気湿度センサ：以下湿度センサ）６とを一体化した構造を備えている。
吸気ダクト２の吸気通路３は、エンジンの吸気ポートおよび燃焼室に吸気を送り込むための主流路を構成している。

エアフロメータ１は、流量センサ４および湿度センサ６を収容保持する合成樹脂製のセンサケース７を備えている。このセンサケース７の内部には、吸気ダクト２の吸気通路３を流れる吸気の一部が取り込まれるバイパス流路（第１、第２副流路）８、９が形成されている。
バイパス流路９の曲がり流路の途中には、流量センサ４の流量測定素子をバイパス流路９内に露出するように配置する流量センサ配置部３１が設けられている。
センサケース７の流路形成部の外側面（センサケース７の一側面）からは、湿度センサ６が吸気通路３内に突出している。これにより、湿度センサ６の湿度測定素子が、吸気ダクト２の吸気通路３内に露出するように配置される。

流量センサ４は、センサチップ４１、処理回路チップ４２、リードフレーム４３およびモールド樹脂ケース４４とを備えている。
処理回路チップ４２は、シリコン半導体基板上に回路部が搭載されている。この回路部は、ヒータ抵抗体の駆動を制御するヒータ駆動回路部、流量センサ４のセンサチップ４１から出力される流量信号に各種の処理を施してＥＣＵに対して出力する第１信号処理回路部（集積回路部）、湿度センサ６の湿度測定素子から出力される温度信号に各種の処理を施してＥＣＵに対して出力する第３信号処理回路部（集積回路部）、および処理回路チップ４２の入出力信号に含まれるノイズを除去するためのチップコンデンサ（半導体素子）を備えている。
第３信号処理回路部は、実施例１の第１信号処理回路部または第２信号処理回路部と同様な構成を備えている。

リードフレーム４３は、流量センサ４のセンサチップ４１を搭載支持する第１センサ支持部５１、湿度センサ６を搭載支持する第３センサ支持部５３、および流量センサ４と湿度センサ６の処理回路チップ４２を搭載支持する処理回路支持部５４を備えている。
また、リードフレーム４３は、湿度センサ６と処理回路チップ４２の電極パッドとを電気接続する複数の金属導体（中継配線、中継ターミナル）５５〜５７を備えている。これらの金属導体５５〜５７は、第３センサ支持部５３により構成されている。
リードフレーム４３の第１、第３センサ支持部５１、５３および処理回路支持部５４は、モールド樹脂ケース４４を構成する同一の合成樹脂（ＥＰ製のモールド樹脂材）によって樹脂被覆されている。

湿度センサ６は、センサケース７の外側面から吸気通路３内に突出するようにセンサケース７の外側面で露出している。
湿度センサ６は、例えば静電容量式のものが使用され、平板状のシリコン半導体基板上に絶縁膜が形成されている。この絶縁膜上には、同一面上に離間して対向するように一対の櫛歯状電極が形成されている。これらの一対の櫛歯状電極の上には、保護膜が形成されている。そして、保護膜上には、両櫛歯状電極を覆うように、湿度に応じて容量値が変化する感湿膜が形成されている。

ここで、感湿膜が形成されている領域は、湿度を感知する部分（感湿部：湿度測定素子）として構成されており、感湿膜中に水分が浸入すると、水分子は誘電率が大きいために、浸入した水分量に応じて感湿膜の誘電率も大きく変化し、その結果、両電極間の容量値も変化するようになる。このように上記感湿部においては、センサ周囲の湿度変化に応じて一対の電極間の容量値が変化するため、この容量値変化に基づいて湿度検出が可能となっている。
なお、湿度センサ６として、静電容量式の湿度センサの代わりに、感湿材の水分吸収による電気特性の変化を応用した電気抵抗式の湿度センサや、吸気中の水蒸気の有無による吸気の熱伝導変化を検出する熱伝導式の湿度センサ等の他の湿度センサを採用しても良い。

本実施例の第１〜第４センサターミナル１１〜１４は、実施例１と同様に、モールド樹脂ケース４４の内部に埋設固定（インサート成形）されて、ボンディングワイヤ４７を介して処理回路チップ４２の各電極パッドに電気接続されている。
第１センサターミナル１１は、ＥＣＵの湿度センサ入力部に電気接続されて、湿度センサ６から出力される湿度信号をＥＣＵに出力する湿度センサ出力端子（中継配線）であって、処理回路チップ４２の電極パッドおよび金属導体５５と電気接続（導通接合）されている。また、第１センサターミナル１１は、外部接続用コネクタの第１コネクタターミナル（湿度センサ出力端子、第２出力端子）に電気接続されている。

第２センサターミナル１２は、ＥＣＵの電源側に電気接続されて、ＥＣＵから電力（例えばＤＣ５Ｖ）の供給を受ける電源端子（中継配線）であって、処理回路チップ４２の電極パッドおよび金属導体５６と電気接続（導通接合）されている。また、第２センサターミナル１２は、外部接続用コネクタの第２コネクタターミナル（電源端子）に電気接続されている。これにより、第２センサターミナル１２および第２コネクタターミナルが共通端子となり、流量センサ４と湿度センサ６とで、第２センサターミナル１２および第２コネクタターミナルを共有化することが可能となる。

第３センサターミナル１３は、ＥＣＵの流量センサ入力部に電気接続されて、流量センサ４から出力される流量信号をＥＣＵに出力する流量センサ出力端子（中継配線）であって、処理回路チップ４２の電極パッドと電気接続（導通接合）されている。また、第３センサターミナル１３は、外部接続用コネクタの第３コネクタターミナル（流量センサ出力端子、第１出力端子）に電気接続されている。

第４センサターミナル１４は、ＥＣＵのグランド（ＧＮＤ）側に電気接続されるＧＮＤ端子（中継配線）であって、処理回路チップ４２の電極パッドおよび金属導体５７と電気接続（導通接合）されている。また、第４センサターミナル１４は、外部接続用コネクタの第４コネクタターミナル（ＧＮＤ端子、接地端子）に電気接続されている。これにより、第４センサターミナル１４および第４コネクタターミナルが共通端子となり、流量センサ４と湿度センサ６とで、第４センサターミナル１４および第４コネクタターミナルを共有化することが可能となる。

以上のように、本実施例のエアフロメータ１においては、実施例１と同様な効果を奏する。
また、吸気ダクト２の吸気通路３内を流れる吸気の流量を検出する流量センサ４と、エンジンの燃焼制御で必要となる吸気湿度を検出する湿度センサ６とを一体化することにより、外部接続用コネクタの共有化、電線（ワイヤハーネス）、外部接続端子（コネクタターミナル）や中継配線（金属導体やバスバー）の削減、吸気ダクト２への部品組み付け工数の低減、および自動車等の車両のエンジンルーム内への電線（ワイヤハーネス）の配線作業の簡略化を図ることができる。これにより、流量測定装置全体の体格の小型化を図ることができ、且つ自動車等の車両や吸気ダクト２に対する実装コストが安価となる。

［変形例］
本実施例では、流量検出部（流量センサ４の流量測定素子）として、シリコン基板の表面上に所定のパターンで形成される薄膜抵抗体（ヒータ抵抗体および第１〜第４空気温度抵抗体）を用いたが、流量センサ４の流量測定素子として、円筒状のボビン、このボビンの両端に挿入される一対のリードワイヤ、ボビンの外周に巻き付けられてリードワイヤに接続される抵抗線、この抵抗線およびリードワイヤを保護する保護膜等によって構成されるヒータ抵抗体および少なくとも１つまたは複数の空気温度抵抗体を用いても良い。

実施例１では、測定対象である吸入空気の物理的情報に対応した信号を外部に対して出力する物理量センサとして、内燃機関（エンジン）に吸入される吸気の温度に対応した温度信号を外部（ＥＣＵ等）に対して出力する温度センサ５を採用しているが、物理量センサとして、内燃機関（エンジン）に吸入される吸気の湿度に対応した湿度信号を外部（ＥＣＵ等）に対して出力する湿度センサ６を採用しても良い。
また、実施例２では、物理量センサとして、湿度センサ６を採用しているが、温度センサ５を採用しても良い。
また、物理量センサとして、温度センサ５および湿度センサ６の両方を採用しても良い。すなわち、流量センサ４と複数の物理量センサをハウジングに一体的に取り付けても良い。つまり流量センサ４と複数の物理量センサを一体化しても良い。

本実施例では、処理回路チップ４２の第１信号処理回路部のＤＳＰから出力されるデジタル値をアナログ値に変換してＥＣＵへ出力する例を示しているが、ＤＳＰに代えて、デジタル値をパルス信号の周波数信号に変換して出力するＤＦＣ（デジタル・フリークエンシー・コンバータ）を採用しても良い。
また、デジタル値をそのままＥＣＵへ出力するようにしても構わない。
なお、処理回路チップ４２の第２信号処理回路部または第３信号処理回路部の構成も上記と同様に変更しても良い。

本実施例では、測定対象の物理的情報に対応した信号を外部に対して出力する物理量センサとして、温度センサ５または湿度センサ６を採用しているが、物理量センサとして、測定対象である吸入空気の物理的情報（圧力等）に対応した電気信号を外部（ＥＣＵ、ドライブ（駆動）回路等）に対して出力する物理的情報（圧力）センサを採用しても良い。 また、自動車等の車両のエンジンルーム内のエンジン制御機器の部品点数の低減を図るという目的で、流量センサ４と温度センサ５とを一体化したり、流量センサ４と圧力センサや湿度センサ６とを一体化したりすることで、流量測定装置（エアフロメータ１）の外部接続用コネクタの外部接続端子（コネクタターミナルやセンサターミナル）を共用化して、自動車等の車両への部品組付工数の低減化や自動車等の車両のエンジンルーム内への電線（ワイヤハーネス）の配線作業の簡略化を図ることができる。

本実施例では、複数の端子（第１〜第４センサターミナル１１〜１４）に電気接続する外部のターミナルとして、外部接続用コネクタの第１〜第４コネクタターミナルを採用しているが、複数の端子に電気接続する外部のターミナルとして、外部接続用コネクタと嵌合する相手側のコネクタの第１〜第４コネクタターミナルを採用しても良い。
この場合には、第１〜第４センサターミナル１１〜１４が、外部接続用コネクタの外部接続端子を構成する。

１ エアフロメータ（流量測定装置）
２ 吸気ダクト
３ 吸気通路（主流路）
４ 流量センサ
５ 温度センサ（物理量センサ）
６ 湿度センサ（物理量センサ）
７ センサケース（ハウジング）
８ バイパス流路（副流路）
９ バイパス流路（副流路）

Claims (7)

1. 内燃機関に供給される空気の流量およびこの流量と異なる物理量を計測する流量測定装置（１）において、
   （ａ）前記内燃機関に空気を供給するダクト（２）内に形成される主流路（３）を流れる空気の一部を取り込んで通過させるための副流路（８、９）を有するハウジング（７）と、
   （ｂ）前記ダクト（２）内を流れる空気の流量を計測する流量センサ（４）と、
   （ｃ）前記ダクト（２）内を流れる空気の物理量を計測する物理量センサ（５、６）とを備え、
   前記流量センサ（４）は、前記主流路（３）または前記副流路（８、９）のうちのいずれかの流路で、且つ前記物理量センサ（５、６）とは異なる流路内に設置されていることを特徴とする流量測定装置。
2. 請求項１に記載の流量測定装置（１）において、
   前記ハウジング（７）は、前記流量センサ（４）および前記物理量センサ（５、６）を保持すると共に、前記流量センサ（４）および前記物理量センサ（５、６）と外部との接続を行う外部接続用コネクタを有していることを特徴とする流量測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の流量測定装置（１）において、
   前記流量センサ（４）は、外部のターミナルに電気接続される複数の端子（１１〜１４）を有し、
   前記複数の端子（１１〜１４）のうち少なくとも１つの端子（１２、１３）は、前記流量センサ（４）と前記物理量センサ（５、６）とで共有する共通端子であることを特徴とする流量測定装置。
4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の流量測定装置（１）において、 前記流量センサ（４）は、空気の流量に対応した信号を出力する流量測定素子を有し、 前記ハウジング（７）は、前記流量測定素子を前記副流路（８、９）内に露出するように配置するセンサ配置部（３１）を有していることを特徴とする流量測定装置。
5. 請求項４に記載の流量測定装置（１）において、
   前記流量センサ（４）は、その流量測定素子および前記物理量センサ（５、６）を支持するセンサ支持体（３３、５１〜５４）と、
   このセンサ支持体（３３、５１〜５４）を保護する合成樹脂ケース（３４）と
   を備えたことを特徴とする流量測定装置。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の流量測定装置（１）において、 前記物理量センサとは、前記ダクト（２）内を流れる空気の温度を検出する温度センサ（５）のことであって、
   前記温度センサ（５）は、空気の温度に対応した信号を出力する温度測定素子を有し、 前記ハウジング（７）は、前記温度測定素子を前記主流路（３）内に露出するように配置するセンサ配置部（３２）を有していることを特徴とする流量測定装置。
7. 請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の流量測定装置（１）において、 前記物理量センサとは、前記ダクト（２）内を流れる空気の湿度を検出する湿度センサ（６）のことであって、
   前記湿度センサ（６）は、空気の湿度に対応した信号を出力する湿度測定素子を有し、 前記湿度測定素子が、前記ハウジング（７）の外側面から前記主流路（３）内に突出するように前記ハウジングの外側面で露出していることを特徴とする流量測定装置。

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