以下に説明する、発明を実施するための形態(以下、実施例)は、実際の製品として要望されている種々の課題を解決しており、特に車両の吸入空気の物理量を検出する検出装置として使用するために望ましい色々な課題を解決し、種々の効果を奏している。下記実施例が解決している色々な課題の内の一つが、上述した発明が解決しようとする課題の欄に記載した内容であり、また下記実施例が奏する種々の効果のうちの1つが、発明の効果の欄に記載された効果である。下記実施例が解決している色々な課題について、さらに下記実施例により奏される種々の効果について、下記実施例の説明の中で述べる。従って、下記実施例の中で述べる、実施例が解決している課題や効果は、発明が解決しようとする課題の欄や発明の効果の欄の内容以外の内容についても記載されている。
以下の実施例で、同一の参照符号は、図番が異なっていても同一の構成を示しており、同じ作用効果を成す。既に説明済みの構成について、図に参照符号のみを付し、説明を省略する場合がある。
1. 内燃機関制御システムに本発明に係る物理量検出装置を使用した一実施例
図1は、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムに、本発明に係る物理量検出装置を使用した一実施例を示す、システム図である。エンジンシリンダ112とエンジンピストン114を備える内燃機関110の動作に基づき、吸入空気が被計測気体30としてエアクリーナ122から吸入され、主通路124である例えば吸気ボディ、スロットルボディ126、吸気マニホールド128を介してエンジンシリンダ112の燃焼室に導かれる。燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体30の物理量は、本発明に係る物理量検出装置300で検出され、その検出された物理量に基づいて燃料噴射弁152より燃料が供給され、吸入空気20と共に混合気の状態で燃焼室に導かれる。なお、本実施例では、燃料噴射弁152は内燃機関の吸気ポートに設けられ、吸気ポートに噴射された燃料が吸入空気である被計測気体30と共に混合気を成形し、吸気弁116を介して燃焼室に導かれ、燃焼して機械エネルギを発生する。
燃焼室に導かれた燃料および空気は、燃料と空気の混合状態を成しており、点火プラグ154の火花着火により、爆発的に燃焼し、機械エネルギを発生する。燃焼後の気体は排気弁118から排気管に導かれ、排気ガス24として排気管から車外に排出される。前記燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体30の流量は、アクセルペダルの操作に基づいてその開度が変化するスロットルバルブ132により制御される。前記燃焼室に導かれる吸入空気の流量に基づいて燃料供給量が制御され、運転者はスロットルバルブ132の開度を制御して前記燃焼室に導かれる吸入空気の流量を制御することにより、内燃機関が発生する機械エネルギを制御することができる。
1.1 内燃機関制御システムの制御の概要
エアクリーナ122から取り込まれ主通路124を流れる吸入空気である被計測気体30の流量、温度、湿度、圧力などの物理量が物理量検出装置300により検出され、物理量検出装置300から吸入空気の物理量を表す電気信号が制御装置200に入力される。また、スロットルバルブ132の開度を計測するスロットル角度センサ144の出力が制御装置200に入力され、さらに内燃機関のエンジンピストン114や吸気弁116や排気弁118の位置や状態、さらに内燃機関の回転速度を計測するために、回転角度センサ146の出力が、制御装置200に入力される。排気ガス24の状態から燃料量と空気量との混合比の状態を計測するために、酸素センサ148の出力が制御装置200に入力される。
制御装置200は、物理量検出装置300の出力である吸入空気の物理量と、回転角度センサ146の出力に基づき計測された内燃機関の回転速度とに基づいて、燃料噴射量や点火時期を演算する。これら演算結果に基づいて、燃料噴射弁152から供給される燃料量、また点火プラグ154により点火される点火時期が制御される。燃料供給量や点火時期は、実際にはさらに物理量検出装置300で検出される温度やスロットル角度の変化状態、エンジン回転速度の変化状態、酸素センサ148で計測された空燃比の状態に基づいて、きめ細かく制御されている。制御装置200は、さらに内燃機関のアイドル運転状態において、スロットルバルブ132をバイパスする空気量をアイドルエアコントロールバルブ156により制御し、アイドル運転状態での内燃機関の回転速度を制御する。
1.2 物理量検出装置の検出精度向上の重要性と物理量検出装置の搭載環境
内燃機関の主要な制御量である燃料供給量や点火時期はいずれも物理量検出装置300の出力を主パラメータとして演算される。従って、物理量検出装置300の検出精度の向上や、経時変化の抑制、信頼性の向上が、車両の制御精度の向上や信頼性の確保に関して重要である。
特に近年、車両の省燃費に関する要望が非常に高く、また排気ガス浄化に関する要望が非常に高い。これらの要望に応えるには、物理量検出装置300により検出される吸入空気20の物理量の検出精度の向上が極めて重要である。また、物理量検出装置300が高い信頼性を維持していることも大切である。
物理量検出装置300が搭載される車両は、温度や湿度の変化が大きい環境で使用される。物理量検出装置300は、その使用環境における温度や湿度の変化への対応や、塵埃や汚染物質などへの対応も、考慮されていることが望ましい。
また、物理量検出装置300は、内燃機関からの発熱の影響を受ける吸気管に装着される。このため、内燃機関の発熱が主通路124である吸気管を介して物理量検出装置300に伝わる。物理量検出装置300は、被計測気体と熱伝達を行うことにより被計測気体の流量を検出するので、外部からの熱の影響をできるだけ抑制することが重要である。
車に搭載される物理量検出装置300は、以下で説明するように、単に発明が解決しようとする課題の欄に記載された課題を解決し、発明の効果の欄に記載された効果を奏するのみでなく、以下で説明するように、上述した色々な課題を十分に考慮し、製品として求められている色々な課題を解決し、色々な効果を奏している。物理量検出装置300が解決する具体的な課題や奏する具体的な効果は、以下の実施例の記載の中で説明する。
2. 物理量検出装置300の構成
2.1 物理量検出装置300の外観構造
図2−1〜図2−6は、物理量検出装置300の外観を示す図であり、図2−1は物理量検出装置300の正面図、図2−2は背面図、図2−3は左側面図、図2−4は右側面図、図2−5は平面図、図2−6は下面図である。
物理量検出装置300は、ハウジング302と、表カバー303と、裏カバー304とを備えている。ハウジング302は、合成樹脂製材料をモールド成形することによって構成されており、物理量検出装置300を主通路124である吸気ボディに固定するためのフランジ311と、フランジ311から突出して外部機器との電気的な接続を行うためのコネクタを有する外部接続部321と、フランジ311から主通路124の中心に向かって突出するように延びる計測部331を有している。
計測部331には、ハウジング302をモールド成形する際にインサート成形により回路基板400が一体に設けられている(図3−1、図3−2を参照)。回路基板400には、主通路124を流れる被計測気体30の物理量を検出するための少なくとも一つの検出部と、検出部で検出した信号を処理するための回路部が設けられている。検出部は、被計測気体30に晒される位置に配置され、回路部は、表カバー303によって密閉された回路室に配置される。
計測部331の表面と裏面には副通路溝が設けられており、表カバー303及び裏カバー304との協働により第1副通路305が形成される。計測部331の先端部には、吸入空気などの被計測気体30の一部を第1副通路305に取り込むための第1副通路入口305aと、第1副通路305から被計測気体30を主通路124に戻すための第1副通路出口305bが設けられている。第1副通路305の通路途中には、回路基板400の一部が突出しており、その突出部分には検出部である流量検出部602(図3−1を参照)が配置されて、被計測気体30の流量を検出するようになっている。
第1副通路305よりもフランジ311寄りの計測部331の中間部には、吸入空気などの被計測気体30の一部をセンサ室Rsに取り入れるための第2副通路306が設けられている。第2副通路306は、計測部331と裏カバー304との協働により形成される。第2副通路306は、被計測気体30を取り込むために上流側外壁336に開口する第2副通路入口306aと、第2副通路306から被計測気体30を主通路124に戻すために下流側外壁338に開口する第2副通路出口306bを有している。第2副通路306は、計測部331の背面側に形成されたセンサ室Rsに連通している。センサ室Rsには、回路基板400の裏面に設けられた検出部である圧力センサと湿度センサが配置されている。
2.2 物理量検出装置300の外観構造に基づく効果
物理量検出装置300は、フランジ311から主通路124の中心方向に向かって延びる計測部331の中間部に第2副通路入口306aが設けられ、計測部331の先端部に第1副通路入口305aが設けられている。したがって、主通路124の内壁面近傍ではなく、内壁面から離れた中央部に近い部分の気体を第1副通路305及び第2副通路306にそれぞれ取り込むことができる。従って、物理量検出装置300は、主通路124の内壁面から離れた部分の気体の物理量を測定することができ、熱や内壁面近傍の流速低下に関係する物理量の計測誤差を低減できる。
計測部331は、主通路124の外壁から中央に向かう軸に沿って長く伸びる形状を成しているが、厚さ幅は、図2−3及び図2−4に記載の如く、狭い形状を成している。即ち、物理量検出装置300の計測部331は、側面の幅が薄く正面が略長方形の形状を成している。これにより、物理量検出装置300は、十分な長さの第1副通路305を備えることができ、被計測気体30に対しては流体抵抗を小さい値に抑えることができる。このため、物理量検出装置300は、流体抵抗を小さい値に抑えられると共に高い精度で被計測気体30の流量を計測することが可能である。
2.3 フランジ311の構造と効果
フランジ311には、主通路124と対向する下面312に、窪み313が複数個設けられており、主通路124との間の熱伝達面を低減し、物理量検出装置300が熱の影響を受け難くしている。物理量検出装置300は、主通路124に設けられた取り付け孔から内部に計測部331が挿入され、主通路124にフランジ311の下面312が対向する。主通路124は例えば吸気ボディであり、主通路124が高温に維持されていることが多い。逆に寒冷地での始動時には、主通路124が極めて低い温度であることが考えられる。このような主通路124の高温あるいは低温の状態が種々の物理量の計測に影響を及ぼすと、計測精度が低下する。フランジ311は、下面312に窪み313を有しており、主通路124に対向する下面312と主通路124との間に空間が成形されている。したがって、物理量検出装置300に対する主通路124からの熱伝達を低減し、熱による測定精度の低下を防止できる。
フランジ311のねじ孔314は、物理量検出装置300を主通路124に固定するためのもので、これらのねじ孔314の周囲の主通路124に対向する面が主通路124から遠ざけられるように、各ねじ孔314の周囲の主通路124に対向する面と主通路124との間に空間が成形されている。このようにすることで、物理量検出装置300に対する主通路124からの熱伝達を低減し、熱による測定精度の低下を防止できる構造をしている。
2.4 外部接続部321の構造
外部接続部321は、フランジ311の上面に設けられてフランジ311から被計測気体30の流れ方向下流側に向かって突出するコネクタ322を有している。コネクタ322には、制御装置200との間を接続する通信ケーブルを差し込むための差し込み穴322aが設けられている。差し込み穴322a内には、図2−4に示すように、内部に4本の外部端子323が設けられている。外部端子323は、物理量検出装置300の計測結果である物理量の情報を出力するための端子および物理量検出装置300が動作するための直流電力を供給するための電源端子となる。
コネクタ322は、フランジ311から被計測気体30の流れ方向下流側に向かって突出し、流れ方向下流側から上流側に向かって差し込む形状を有しているが、この形状に限定されるものではなく、例えばフランジ311の上面から垂直に突出して、計測部331の延出方向に沿って差し込む形状を有していてもよく、種々の変更が可能である。
3 ハウジング302の構造
3.1 ハウジング302の全体構造とその効果
次に、ハウジング302の全体構造について図3−1〜図3−5を用いて説明する。図3−1〜図3−5は、物理量検出装置300から表カバー303および裏カバー304を取り外したハウジング302の状態を示す図であり、図3−1はハウジング302の正面図、図3−2はハウジング302の背面図、図3−3はハウジング302の右側面図、図3−4はハウジング302の左側面図、図3−5は図3−1のA−A線断面図である。
ハウジング302は、フランジ311から計測部331が主通路124の中心に向かって延びる構造を成している。計測部331の基端側には回路基板400がインサート成形されている。回路基板400は、計測部331の表面と裏面との中間位置で計測部331の面に沿って平行に配置されて、ハウジング302に一体にモールドされており、計測部331の基端側を厚さ方向一方側と他方側とに区画している。
計測部331の表面側には、回路基板400の回路部を収容する回路室Rcが形成され、裏面側には、圧力センサ421と湿度センサ422を収容するセンサ室Rsが形成されている。回路室Rcは、表カバー303をハウジング302に取り付けることにより密閉され、外部から完全に隔離される。一方、裏カバー304をハウジング302に取り付けることにより、第2副通路306と、第2副通路306を介して計測部331の外部に連通する室内空間であるセンサ室Rsを形成する。回路基板400の一部は、計測部331の回路室Rcと第1副通路305との間を仕切る仕切壁335から第1副通路305内に突出しており、その突出した部分の計測用流路面430に流量検出部602が設けられている。
3.2 副通路溝の構造
計測部331の長さ方向先端側には、第1副通路305を成形するための副通路溝が設けられている。第1副通路305を形成するための副通路溝は、図3−1に示される表側副通路溝332と、図3−2に示される裏側副通路溝334を有している。表側副通路溝332は、図3−1に示すように、計測部331の下流側外壁338に開口する第1副通路出口305bから上流側外壁336に向かって移行するに従って漸次計測部331の基端側であるフランジ311側に湾曲し、上流側外壁336の近傍位置で、計測部331を厚さ方向に貫通する開口部333に連通している。開口部333は、上流側外壁336と下流側外壁338との間に亘って延びるように、主通路124の被計測気体30の流れ方向に沿って形成されている。
裏側副通路溝334は、図3−2に示すように、上流側外壁336から下流側外壁338に向かって移行し、上流側外壁336と下流側外壁338との中間位置で二股に分かれて、一方は、排出通路としてそのまま一直線状に延在して下流側外壁338の排出口305cに開口し、他方は、下流側外壁338に移行するに従って漸次計測部331の基端側であるフランジ311側に湾曲し、下流側外壁338の近傍位置で、開口部333に連通している。
裏側副通路溝334は、主通路124から被計測気体30が流入する入口溝を形成し、表側副通路溝332は、裏側副通路溝334から取り込んだ被計測気体30を主通路124に戻す出口溝を形成する。表側副通路溝332と裏側副通路溝334はハウジング302の先端部に設けられているので、主通路124の内壁面から離れた部分の気体を、言い換えると主通路124の中央部分に近い部分を流れている気体を被計測気体30として取り込むことができる。主通路124の内壁面近傍を流れる気体は、主通路124の壁面温度の影響を受け、吸入空気20などの主通路124を流れる気体の平均温度と異なる温度を有することが多い。また主通路124の内壁面近傍を流れる気体は、主通路124を流れる気体の平均流速より遅い流速を示すことが多い。実施例の物理量検出装置300ではこのような影響を受けに難いので、計測精度の低下を抑制できる。
図3−2に示すように、主通路124を流れる被計測気体30の一部が第1副通路入口305aから裏側副通路溝334内に取り込まれ、裏側副通路溝334内を流れる。そして、被計測気体30に含まれている質量の大きな異物は一部の被計測気体と共に分岐からそのまま一直線状に延在する排出通路に流れ込み、下流側外壁338の排出口305cから主通路124に排出される。
裏側副通路溝334は、進むにつれて深くなる形状をしており、被計測気体30は裏側副通路溝334に沿って流れるにつれ計測部331の表側に徐々に移動する。特に裏側副通路溝334は開口部333の手前で急激に深くなる急傾斜部334aが設けられていて、質量の小さい空気の一部は急傾斜部334aに沿って移動し、開口部333内で回路基板400の計測用流路面430側を流れる。一方、質量の大きい異物は、急激な進路変更が困難なため、計測用流路面裏面431側を流れる。
図3−1に示すように、開口部333で表側に移動した被計測気体30は、回路基板の計測用流路面430に沿って流れ、計測用流路面430に設けられた流量検出部602との間で熱伝達が行われ、流量の計測が行われる。開口部333から表側副通路溝332に流れてきた空気は共に表側副通路溝332に沿って流れ、下流側外壁338に開口する第1副通路出口305bから主通路124に排出される。
被計測気体30に混入しているごみなどの質量の大きい物質は慣性力が大きいので、溝の深さが急激に深まる急傾斜部334aの部分の表面に沿って溝の深い方向に急激に進路を変えることは困難である。このため質量の大きい異物は計測用流路面裏面431の方を移動し、異物が流量検出部602の近くを通るのを抑制できる。この実施例では気体以外の質量の大きい異物の多くが、計測用流路面430の背面である計測用流路面裏面431を通過するように構成しているので、油分やカーボン、ごみなどの異物による汚れの影響を低減でき、計測精度の低下を抑制できる。すなわち主通路124の流れの軸を横切る軸に沿って被計測気体30の進路を急に変化させる形状を有しているので、被計測気体30に混入する異物の影響を低減できる。
3.3 第2副通路とセンサ室の構造と効果
第2副通路306は、被計測気体30の流れ方向に沿うように、フランジ311と平行に第2副通路入口306aと第2副通路出口306bとの間に亘って一直線状に形成されている。第2副通路入口306aは、上流側外壁336の一部を切り欠いて形成され、第2副通路出口306bは、下流側外壁338の一部を切り欠いて形成されている。具体的には、図3−3に示すように、仕切壁335の上面に連続して沿う位置において、計測部331の裏面側から上流側外壁336の一部と下流側外壁338の一部を切り欠いて形成されている。第2副通路入口306aと第2副通路出口306bは、回路基板400の裏面と面一になる深さ位置まで切り欠かれている。第2副通路306は、回路基板400の基板本体401の裏面に沿って被計測気体30が通過するので、基板本体401を冷却するクーリングチャンネルとして機能する。回路基板400は、LSIやマイコンなどの熱を持つものが多く、これらの熱を基板本体401の裏面に伝達し、第2副通路306を通過する被計測気体30によって放熱することができる。
第2副通路306よりも計測部331の基端側にセンサ室Rsが設けられている。第2副通路入口306aから第2副通路306に流れ込んだ被計測気体30の一部は、センサ室Rsに流れ込み、センサ室Rs内の圧力センサ421と、湿度センサ422によってそれぞれ圧力と相対湿度が検出される。センサ室Rsは、第2副通路306よりも計測部331の基端側に配置されているので、第2副通路306を通過する被計測気体30の動圧の影響を小さくすることができる。したがって、センサ室Rs内における圧力センサ421の検出精度を向上させることができる。
そして、センサ室Rsが第2副通路306よりも計測部331の基端側に配置されているので、例えば計測部331の先端側が下方に向かう姿勢状態で吸気通路に取り付けられている場合に、第2副通路306に被計測気体30と共に流れ込んだ汚損物や水滴が圧力センサ421やその下流に配置されている湿度センサ422に付着するのを抑制できる。
特に、本実施例では、センサ室Rs内において、比較的外形の大きい圧力センサ421が上流側に配置され、比較的外形の小さい湿度センサ422が圧力センサ421の下流側に配置されているので、被計測気体30と共に流れ込んだ汚損物や水滴は、圧力センサ421に付着し、湿度センサ422への付着が抑制される。従って、汚損物や水滴に対して耐性が低い湿度センサ422を保護することができる。
圧力センサ421と湿度センサ422は、流量検出部602と比較して被計測気体30の流れに影響を受けにくく、特に湿度センサ422は、被計測気体30における水分の拡散レベルさえ確保できればよいので、一直線状の第2副通路306に隣接したセンサ室Rsに設けることができる。これに対して、流量検出部602は、ある一定以上の流速を要し、また、塵埃や汚損物を遠ざける必要や、脈動に対する影響も考慮する必要がある。したがって、流量検出部602は、ループ状に周回する形状を有する第1副通路305に設けられている。
図4−1、図4−2は、第2副通路の他の形態を示す図である。
この形態では、上流側外壁336と下流側外壁338を切り欠くかわりに、上流側外壁336と下流側外壁338に貫通孔337を設けることにより、第2副通路入口306aと第2副通路出口306bを形成している。上述の図3−2〜図3−5に示す第2副通路のように、上流側外壁336と下流側外壁338をそれぞれ切り欠いて第2副通路入口306aと第2副通路出口306bを形成すると、かかる位置において上流側外壁336の幅と下流側外壁338の幅が局所的に狭くなっているので、モールド成形時の熱ひけ等により、切り欠きを起点として、計測部331が略くの字状に歪むおそれがある。本形態によれば、切り欠きのかわりに貫通孔を設けているので、計測部331が略くの字状に折れ曲がるのを防ぐことができる。したがって、ハウジング302に歪みにより被計測気体30に対する検出部の位置や向きが変わって検出精度に影響を与えるのを防ぐことができ、個体差がなく常に一定の検出精度を確保できる。
図8−1、図8−2、図8−3は、第2副通路の他の形態を示す図である。
裏カバー304に、第2副通路306とセンサ室Rsとの間を区画する区画壁を設けてもよい。かかる構成によれば、第2副通路306からセンサ室Rsに間接的に被計測気体30を流れ込ませることができ、圧力センサに対する動圧の影響を小さくし、湿度センサへの汚損物や水滴の付着を抑制できる。
図8−1に示す例では、センサ室Rsに2つの圧力センサ421A、421Bが第2副通路306に沿って一列に並んで設けられており、その下流に1つの湿度センサ422が設けられている。区画壁352A、352Bは、裏カバー304に設けられており、ハウジング302に裏カバー304を取り付けることによって、第2副通路306とセンサ室Rsとの間に延在するように配置される。具体的には、上流側の圧力センサとセンサ室Rsの上流壁との間に区画壁352Aが配置され、下流側の圧力センサとセンサ室Rsの下流壁との間に亘って湿度センサに沿って区画壁352Bが配置される。
図8−2に示す例では、下流側の圧力センサ421Bのみであり、上流側の圧力センサ421Aが省略された仕様であるので、その分だけ区画壁352Cが長くなっている。下流側の区画壁352Dは、図8−1の区画壁352Bと同様に、下流側の圧力センサとセンサ室Rsの下流壁との間に亘って湿度センサに沿って配置されている。したがって、区画壁352A、352Cは、圧力センサに対して被計測気体30が直接当たらないようにすることができ、動圧の影響を小さくすることができる。また、区画壁352B、352Dは、湿度センサに汚損物や水滴が付着するのを抑制できる。
図8−3に示す例では、2つの圧力センサ421A、421Bの両方が省略された仕様であり、1つの湿度センサ422のみがセンサ室Rsに設けられている。上流側の区画壁352Eは、第2副通路306とセンサ室Rsとの間に沿ってセンサ室Rsの上流壁から湿度センサの上流位置まで延在し、下流端で折曲されて湿度センサの上流側に対向する略L字形状を有している。区画壁352Fは、区画壁352B、352Dと同様に下流側の圧力センサとセンサ室Rsの下流壁との間に亘って湿度センサに沿って配置されている。したがって、区画壁352Eは、第2副通路306を通過する被計測気体30に含まれている汚損物や水滴が、湿度センサに向かって移動するのを防ぐことができ、これらの汚損物等から湿度センサを保護することができる。
3.4 表カバー303と裏カバー304の形状と効果
図5は表カバー303の外観を示す図であり、図5(a)は正面図、図5(b)は、図5(a)のB1−B1線断面図である。図6は裏カバー304の外観を示す図であり、図6(a)は正面図、図6(b)は図6(a)のB2−B2線断面図である。
図5および図6において、表カバー303や裏カバー304は、ハウジング302の表側副通路溝332と裏側副通路334を塞ぐことにより、第1副通路305を作る。また、表カバー303は、密閉された回路室Rcを作り、裏カバー304は、計測部331の裏面側の凹部を塞いで第2副通路306と、第2副通路306に連通するセンサ室Rsを作る。
表カバー303は、流量検出部602に対向する位置に突起部356を備えており、計測用流路面430との間に絞りを作るのに使用される。このため、成形精度が高いことが望ましい。表カバー303や裏カバー304は、金型に熱可塑性樹脂を注入する樹脂モールド工程により作られるので、高い成形精度で作ることができる。
表カバー303と裏カバー304には、計測部331から突出する複数の固定ピン350がそれぞれ挿入される複数の固定穴351が設けられている。表カバー303と裏カバー304は、計測部331の表面と裏面にそれぞれ取り付けられ、その際に、固定穴351に固定ピン350が挿入されて位置決めがなされる。そして、表側副通路溝332と裏側副通路溝334の縁に沿ってレーザ溶接等により接合され、同様に、回路室Rc及びセンサ室Rsの縁に沿ってレーザ溶接等により接合される。
3.5 回路基板400のハウジング302による固定構造と効果
次に、回路基板400のハウジング302への樹脂モールド工程による固定について説明する。副通路を成形する副通路溝の所定の場所、例えば本実施例では、表側副通路溝332と裏側副通路溝334のつながりの部分である開口部333に、回路基板400の流量検出部602が配置されるように、回路基板400がハウジング302に一体にモールドされている。
ハウジング302の計測部331には、回路基板400のベース部402の外周縁部をハウジング302に樹脂モールドにより埋設して固定する部分が、固定部372、373として設けられている。固定部372、373は、回路基板400のベース部402の外周縁部を表側と裏側から挟み込んで固定している。
ハウジング302は、樹脂モールド工程にて製造する。この樹脂モールド工程で、回路基板400をハウジング302の樹脂内に内蔵して、ハウジング302内に樹脂モールドにより固定する。このようにすることで、流量検出部602が被計測気体30との間で熱伝達を行って流量を計測するための副通路、例えば表側副通路溝332や裏側副通路溝334の形状との関係である位置関係や方向の関係などを、極めて高い精度で維持することができ、回路基板400毎に生じる誤差やばらつきを非常に小さい値に抑え込むことが可能となる。結果として回路基板400の計測精度を大きく改善できる。例えば従来の接着剤を使用して固定する方式に比べて、飛躍的に計測精度を向上できる。
物理量検出装置300は量産により生産されることが多く、ここに厳密に計測しながら接着剤で接着する方法には、計測精度の向上に関して限界がある。しかし、本実施例のように被計測気体30を流す副通路を成形する樹脂モールド工程にて副通路を成形すると同時に回路基板400を固定することで、計測精度のばらつきを大幅に低減でき、各物理量検出装置300の計測精度を大幅に向上することが可能となる。
例えば図3−1〜図3−5に示す実施例でさらに説明すると、表側副通路溝332と裏側副通路溝334と流量検出部602との間に関係を、規定の関係となるように高い精度で回路基板400をハウジング302に固定できる。このことにより量産される物理量検出装置300においてそれぞれ、各回路基板400の流量検出部602と第1副通路305との位置関係や形状などの関係を、非常に高い精度で、定常的に得ることが可能となる。
回路基板400の流量検出部602が固定配置された第1副通路305は、例えば表側副通路溝332と裏側副通路溝334とが非常に高い精度で成形できるので、これらの副通路溝332、334から第1副通路305を成形する作業は、表カバー303や裏カバー304でハウジング302の両面を覆う作業である。この作業は大変シンプルで、計測精度を低下させる要因が少ない作業工程である。また表カバー303や裏カバー304成形精度の高い樹脂モールで工程により生産される。従って回路基板400の流量検出部602と規定の関係で設けられる副通路を高い精度で完成することが可能である。このような方法により、計測精度の向上に加え、高い生産性が得られる。
これに対して従来は、副通路を製造し、次に副通路に計測部を接着剤で接着することにより、熱式流量計を生産していた。このように接着剤を使用する方法は、接着剤の厚みのばらつきが大きく、また接着位置や接着角度が製品毎にばらつく。このため計測精度を上げることには限界があった。さらにこれらの作業を量産工程で行う場合に、計測精度の向上がたいへん難しくなる。
本発明に係る実施例では、回路基板400を樹脂モールドにより固定すると共に同時に樹脂モールドで第1副通路305を成形するための副通路溝を成形する。このようにすることにより、副通路溝の形状、および副通路溝に極めて高い精度で流量検出部602を固定できる。
流量の計測に関係する部分、例えば流量検出部602や流量検出部602が取り付けられる計測用流路面430は、回路基板400の表面に設けられる。流量検出部602と計測用流路面430は、ハウジング302を成形する樹脂から露出させる。すなわち、流量検出部602と計測用流路面430を、ハウジング302を成形する樹脂で覆わないようにする。回路基板400の流量検出部602や計測用流路面430を、そのままハウジング302の樹脂モールド後も利用し、物理量検出装置300の流量計測に使用する。このようにすることで計測精度が向上する。
本発明に係る実施例では、回路基板400をハウジング302に一体成形することにより、第1副通路305を有するハウジング302に回路基板400を固定しているので、回路基板400をハウジング302に確実に固定できる。特に、回路基板400の突出部403が仕切壁335を貫通して第1副通路305に突出する構成を有しているので、第1副通路305と回路室Rcとの間のシール性が高く、第1副通路305から回路室Rcに被計測気体30が漏れ入るのを防ぎ、回路基板400の回路部品や配線等が被計測気体30と接触して腐蝕するのを防ぐことができる。
3.6 端子接続部320の構造と効果
次に、端子接続部の構造について図10−1から図10−4を用いて以下に説明する。図10−1は、端子接続部の構造を説明する図、図10−2は、端子接続部の構造を説明する図、図10−3は、図10−1のF−F線断面図、図10−4は、図10−2のG−G線断面図である。
端子接続部320は、外部端子323の内端部361と、回路基板400の接続端子412との間を金線ワイヤ413で接続する構成を有している。図10−1に示すように、各外部端子323の内端部361は、フランジ311側から回路室Rc内に突出して、回路基板400の接続端子412の位置に合わせて互いに所定間隔を空けて並べて配置されている。
内端部361は、図10−3に示すように、回路基板400の表面と略面一になる位置に配置されている。そして、その先端は、計測部331の表面から裏面側に向かって略L字状に折り曲げられて計測部331の裏面に突出している。各内端部361は、図10−4(a)に示すように、先端がそれぞれ繋ぎ部365で繋がっており、図10−4(b)に示すように、モールド成形後に繋ぎ部365が切り離されて、個々に分断される。
内端部361と回路基板400は、同一平面上に配置されるようにモールド工程で、各内端部361が樹脂モールドによりハウジング302に固定されている。各内端部361は、変形や配置のずれを防ぐために、互いに繋ぎ部365でつながって一体化された状態で、樹脂モールド工程によりハウジング302に固定する。そして、ハウジング302に固定された後、繋ぎ部365が切り離される。
内端部361は、計測部331の表面側と裏面側から挟み込んだ状態で樹脂モールドされ、その際に、内端部361の表面には、全面に亘って金型が当接され、内端部361の裏面には、固定ピンが当接される。従って、金線ワイヤが溶接される内端部361の表面は、樹脂漏れによりモールド樹脂で覆われることなく、完全に露出させることができ、金線ワイヤの溶接を容易に行うことができる。なお、内端部361を固定ピンで押さえた跡のピン穴340が、計測部331に形成されている。
内端部361の先端は、計測部331の裏面に形成された凹部341内に突出している。凹部341は、裏カバー304によって覆われ、レーザ溶接等によって凹部341の周囲が裏カバー304に連続して接合されて、密閉された室内空間を形成する。従って、内端部361が被計測気体30に接触して腐蝕するのを防ぐことができる。
4. 回路基板400の外観
4.1 流量検出部602を備える計測用流路面430の成形
図7−1〜図7−4に回路基板400の外観を示す。なお、回路基板400の外観上に記載した斜線部分は、樹脂モールド工程でハウジング302を成形する際にモールド樹脂により回路基板400が覆われて固定される固定面432および固定面434を示す。
図7−1は、回路基板の正面図、図7−2は、回路基板の右側面図、図7−3は、回路基板の背面図、図7−4は、回路基板の左側面図、図7−5は、図7−1のLSI部分の断面を示すB−B線断面図、図7−6は、図7−1のB−B線断面に相当する他の実施例を示す図、図7−7は、図7−1の検出部のC−C線断面図である。
回路基板400は、基板本体401を有しており、基板本体401の表面に回路部とセンシング素子である流量検出部602が設けられ、基板本体401の裏面にセンシング素子である圧力センサ421と湿度センサ422が設けられている。基板本体401は、多数個取りされるため個片カット部500を有する。また、基板本体401は、ガラスエポキシ樹脂製の材料により構成されており、ハウジング302を成形している熱可塑性樹脂の熱膨張係数と同一もしくは近似した値を有している。したがって、ハウジング302にインサート成形した際に熱膨張係数の差による応力を低減でき、回路基板400の歪みを小さくすることができる。
基板本体401は、一定厚さを有する平板形状を有しており、略四角形状のベース部402と、ベース部402の一辺から突出してベース部402よりも一回り小さな略四角形状の突出部403とを有する、平面視略T字形状をなしている。ベース部402の表面には、回路部が設けられている。回路部は、図示していない回路配線の上に、LSI414、マイコン415、電源レギュレータ416、抵抗やコンデンサなどのチップ部品417などの電子部品が実装されて構成されている。電源レギュレータ416は、マイコン415やLSI414などの他の電子部品と比較して発熱量が多いので、回路室Rcにおいて比較的上流側に配置されている。LSI414は、金線ワイヤ411を含むように全体が合成樹脂材419で封止されており、インサート成形する際の回路基板400の取り扱い性を向上させている。
図7−5に示すように、基板本体401の表面には、LSI414が嵌入される凹部402aが凹設されている。この凹部402aは、基板本体401にレーザ加工を施すことによって形成できる。ガラスエポキシ樹脂製の基板本体401は、セラミック製の基板本体と比較して加工が容易であり、凹部402aを容易に設けることができる。凹部402aは、LSI414の表面が基板本体401の表面と面一になる深さを有している。このようにLSI414の表面と基板本体401の表面の高さを一致させることによって、LSI414と基板本体401との間を金線ワイヤ411で結ぶワイヤボンディングが容易になり、回路基板400の製造が容易になる。LSI414は、例えば図7−6に示すように、基板本体401の表面に直接設けることもできる。かかる構造の場合、LSI414を被覆する合成樹脂材419がより大きく突出することになるが、基板本体401に凹部402aを形成する加工が不要になり、製造を簡単化できる。
突出部403は、回路基板400をハウジング302にインサート成形した際に、第1副通路305内に配置され、突出部403の表面である計測用流路面430が被計測気体30の流れ方向に沿って延びる。突出部403の計測用流路面430には、流量検出部602が設けられている。流量検出部602は、被計測気体30と熱伝達を行い、被計測気体30の状態、例えば被計測気体30の流速を計測し、主通路124を流れる流量を表す電気信号を出力する。流量検出部602が高精度で被計測気体30の状態を計測するには、計測用流路面430の近傍を流れる気体が層流であり乱れが少ないことが望ましい。このため流量検出部602の表面と計測用流路面430の面とが面一、もしくは差が所定値以下であることが望ましい。
計測用流路面430の表面には凹部403aが凹設されており、流量検出部602が嵌入されている。この凹部403aもレーザ加工を施すことによって形成できる。凹部403aは、流量検出部602の表面が計測用流路面430の表面と面一になる深さを有している。流量検出部602とその配線部分は、合成樹脂材418で被覆されており、塩水の付着により電食が生ずるのを防いでいる。
基板本体401の裏面には、2つの圧力センサ421A、421Bと、1つの湿度センサ422が設けられている。2つの圧力センサ421A、421Bは、上流側と下流側に分かれて一列に配置されている。そして、圧力センサ421Bの下流側に湿度センサ422が配置されている。これら2つの圧力センサ421A、421Bと、1つの湿度センサ422は、センサ室Rs内に配置されている。図7−3に示す例では、2つの圧力センサ421A、421Bと、一つの湿度センサ422を有する場合について説明したが、図8−2(a)に示すように、圧力センサ421Bと湿度センサ422だけでもよく、また、図8−3(a)に示すように、湿度センサ422のみを設けてもよい。
回路基板400は、基板本体401の裏面側に第2副通路306が配置されている。したがって、第2副通路306を通過する被計測気体30によって、基板本体401全体を冷却することができる。
4.2 温度検出部451の構造
ベース部402の上流側の端辺で且つ突出部403側の角部には、温度検出部451が設けられている。温度検出部451は、主通路124を流れる被計測気体30の物理量を検出するための検出部の一つを構成するものであり、回路基板400に設けられている。回路基板400は、第2副通路306の第2副通路入口306aから被計測気体30の上流に向かって突出する突出部450を有しており、温度検出部451は、突出部450でかつ回路基板400の裏面に設けられたチップ型の温度センサ453を有している。温度センサ453とその配線部分は、合成樹脂材で被覆されており、塩水の付着により電食が生ずるのを防いでいる。
例えば図3−2に示すように、第2副通路入口306aが設けられている計測部331の中央部では、ハウジング302を構成する計測部331内の上流側外壁336が下流側に向かって窪んでおり、前記窪み形状の上流側外壁336から回路基板400の突出部450が上流側に向かって突出している。突出部450の先端は、上流側外壁336の最も上流側の面よりも凹んだ位置に配置されている。温度検出部451は、回路基板400の背面、すなわち、第2副通路306側に面するように突出部450に設けられている。
温度検出部451の下流側に、第2副通路入口306aが形成されているので、第2副通路入口306aから第2副通路306に流れ込む被計測気体30は、温度検出部451に接触してから第2副通路入口306aに流れ込み、温度検出部451に接触した際に温度が検出される。温度検出部451に接触した被計測気体30は、そのまま第2副通路入口306aから第2副通路306に流れ込み、第2副通路306を通過して第2副通路出口306bから主通路123に排出される。
4.3 回路基板400の固定構造
回路基板400の基板本体401には、基板本体401を多数個取りするため個片カット部500が設けられている。基板本体401は、例えば一つの枠部材に多数個が一体に支持された状態で形成される。そして、基板本体401と枠部材との間の支持部分を切断することによって枠部材から個々に切り離されて、多数個取りされる。回路基板400の基板本体401には、枠部材から切り離された個片カット部500が形成される。
個片カット部500は、基板本体401を枠部材から切り離した際に基板本体401に残った凸部である。回路基板400は、樹脂モールド工程でハウジング302を成形する際にモールド樹脂により基板本体401の固定面432および固定面434が覆われてハウジング302に固定されるが、その際に、個片カット部500もモールド樹脂に埋没される(図10−1、図10−2を参照)。したがって、個片カット部500は、ハウジング302の内部に配置されており、主通路には曝露されない。したがって、主通路124を流れる被計測気体に対して個片カット部500が影響を与えるのを防ぎ、検出精度悪化の要因をなくすことができる。
回路基板400の流量検出部602は、ハウジング302の第1副通路305(開口部333)に配置されている。そして、ハウジング302は、回路基板400の回路部が配置される回路室Rcと、流量検出部602が配置される第1副通路305との間を仕切る仕切壁335を有している。個片カット部500は、仕切壁335に対して回路室Rc側に設けられている。すなわち、個片カット部500は、基板本体401のうち、第1副通路305に露出する突出部403ではなく、主通路124に曝露されないベース部402に設けられている。
突出部403は第1副通路305内に露出しているので、例えば突出部403に個片カット部500を設けてしまうと、主通路を流れてくる空気が個片カット部500に衝突して空気流れを乱す要因となり、流量検出精度の悪化が懸念される。これに対し、本実施例では、個片カット部500は、基板本体401のうち、第1副通路305に露出する突出部403ではなく、主通路124に曝露されないベース部402に設ける構成を採るので、個片カット部500に衝突して発生する空気流れの乱れは生じず、流量検出精度悪化の懸念が低減される。
基板本体401は、複数の辺を有しており、基板本体401の一部を構成するベース部402は、ハウジング302のモールド樹脂に埋没されるコ字状の三辺402b、402c、402dを有している。個片カット部500は、ベース部402の二辺に設けられている。そして、各辺においてそれぞれ2箇所に設けられている。本実施例では、例えば図7−1から図7−4に示すように、ベース部402のコ字状の三辺のうちの互いに対向する一対の側辺である二辺402b、402cに二個ずつ配置されている。ベース部402の二辺402b、402cに個片カット部500を設けることによって、基板本体401の二辺402b、402c間に亘る方向である短手方向に対する剛性が高められ、基板本体401の反り低減効果が期待できる。また、各辺402b、402cに対してそれぞれ二個ずつ配置することにより、基板本体401のベース部402から突出部403に亘る方向である長手方向に対する剛性が高められ、基板本体401の反り低減効果が期待できる。
二辺402b、402cの基端側にそれぞれ設けられている一対の個片カット部500aは、基板本体401の三辺402b、402c、402dのうちの中央の一辺402dから距離W1の位置に設けられている。そして、二辺402b、402cの先端側にそれぞれ設けられている一対の個片カット部500bは、基板本体401の中央の一辺402dから距離W2の位置に設けられている。すなわち、一対の個片カット部500aは、中央の一辺402dからの離間距離が互いにW1で同じであり、一対の個片カット部500bは、中央の一辺402dからの離間距離が互いにW2で同じである。したがって、回路基板400がハウジング302に保持された状態では、一対の個片カット部500aは、ハウジング302の基端側から先端側に向かって等距離の位置に配置される。そして、一対の個片カット部500bは、一対の個片カット部500aよりもハウジング302の先端側に離れた等距離の位置に配置される。
このように、一対の個片カット部500aをハウジングの基端側から先端側に等距離の位置に配置して離間距離を同一とすること、及び一対の個片カット部500bをハウジングの基端側から先端側に等距離の位置に配置して離間距離を同一とすることにより、回路基板400短手の中心に対して回路基板400短手方向の反り量が左右対象になることから、回路基板400毎に生じる誤差やばらつきを小さい値に抑え込むことが可能となる。結果として回路基板400の計測精度を改善できる。例えば離間距離が同一ではない場合、回路基板400短手を中心とする回路基板400短手方向の反り量が左右対象にならず、回路基板400毎に生じる誤差やばらつきを小さい値に抑え込むことができず、結果として回路基板400の計測精度を改善できない。
個片カット部500a、500bは、基板本体401の中央の一辺402dから基板本体401の先端までの全体長さLと、基板補単体401の中央の一辺402dからの離間距離Wとの関係に基づいて、その配置位置が決定されている。本実施例では、基板本体401の中央の一辺402dから個片カット部500aまでの距離をW1とし、一辺402dから突出部403の先端までの長さをLとすると、1/8L<W1となっている。同様に、基板本体401の中央の一辺402dから個片カット部500bまでの距離をW2とすると、1/8L<W2となっている。
また、個片カット部500の二辺402b、402cからの突出量と互いに離間距離との関係が予め設定されている。本実施例では、個片カット部500a、500bは、二辺402b、402cに対して凸になる長さをH、同一辺に設けられた複数の個片カット部500a、500bの間の距離をDとすると、H<Dの関係となるように予め設定されている。
4.4 樹脂モールド工程による回路基板400の固定とその効果
図9−1で斜線の部分は、樹脂モールド工程において、ハウジング302に回路基板400を固定するために、樹脂モールド工程で使用する熱可塑性樹脂で回路基板400を覆うための、固定面432および固定面434を示している。計測用流路面430および計測用流路面430に設けられている流量検出部602と副通路の形状との関係が、規定に関係となるように、高い精度で維持されることが重要である。
樹脂モールド工程において、副通路を成形すると共に同時に副通路を成形するハウジング302に回路基板400を固定するので、前記副通路と計測用流路面430および流量検出部602との関係を極めて高い精度で維持できる。すなわち、樹脂モールド工程において回路基板400をハウジング302に固定するので、副通路を備えたハウジング302を成形するための金型内に、回路基板400を高い精度で位置決めして固定することが可能となる。この金型内に高温の熱可塑性樹脂を注入することで、副通路が高い精度で成形されると共に、回路基板400が高い精度で固定される。したがって、回路基板400毎に生じる誤差やばらつきを非常に小さい値に抑え込むことが可能となる。結果として回路基板400の計測精度を大きく改善できる。
この実施例では、基板本体401のベース部402の外周を、ハウジング302を成形するモールド樹脂の固定部372、373で覆って固定面432、434としている。図9−1に示す実施例では、さらに強固に固定する固定手段として、回路基板400の基板本体401に貫通孔404を設けて、かかる貫通孔404をモールド樹脂で埋めることによって基板本体401の固定力を増加させている。貫通孔404は、仕切壁335によって固定される箇所に設けられており、仕切壁335は、貫通孔404を介して表側と裏側が連結されている。
貫通孔404は、仕切壁335に対応する箇所に設けることが好ましい。モールド樹脂は、熱可塑性樹脂であり、基板本体401はガラスエポキシ製であるので、互いにケミカルボンド作用は低く、密着しにくい。そして、仕切壁335は、幅に対して長さが長く、基板本体401から離間する方向にはらみやすい構造となっている。したがって、貫通孔404を仕切壁335に対応する箇所に設けることによって、基板本体401を間に挟み込む仕切壁335同士を、貫通孔404を介して物理的に互いに結合することができる。したがって、回路基板400をハウジング302に対してより強固に固定でき、突出部403との間に隙間が形成されるのを防ぐことができる。したがって、被計測気体30が仕切壁335と突出部403との間の隙間を通過して回路室Rcに侵入するのを防ぐことができ、回路室Rc内を完全に密閉することができる。
図9−2に示す実施例では、貫通孔404に加えて、ベース部402の上流側の端辺と下流側の端辺に、それぞれ丸穴形状の貫通孔405を設けており、かかる貫通孔405をモールド樹脂で埋めて基板本体401の固定力をさらに増加させている。ベース部402の上流側の端辺と下流側の端辺は、固定部372、373によって厚さ方向両側から挟み込まれており、さらに貫通孔405を介して表側と裏側とが連結されている。したがって、回路基板400をハウジング302に対してより強固に固定できる。
なお、仕切壁335に貫通孔404を設けることが好ましいが、仕切壁335が基板本体401に所定の固定力で固定されている場合には、貫通孔404を省略することができる。図9−3に示す実施例では、貫通孔404を省略し、ベース部402の上流側の端辺と下流側の端辺に貫通孔405を設けている。かかる構成によっても、回路基板400の基板本体401をハウジング302に対して強固に固定することができる。
なお、貫通孔は、丸穴形状に限定されるものではなく、例えば図9−4に示すように、長穴形状の貫通孔406であってもよい。本実施例では、長穴形状の貫通孔406は、ベース部402の上流側の端辺と下流側の端辺に沿って延在するように設けられている。貫通孔406は、丸穴形状のものと比較して、計測部331の表側と裏側とを連結する樹脂の量が多くなり、より高い固定力を得ることができる。
また、上述の各実施例では、固定手段の例として貫通孔404、405、406の場合について説明したが、貫通孔に限定されるものではない。例えば、図9−5に示す実施例では、ベース部402の上流側の端辺と下流側の端辺に、その長さ方向に亘って延在する大きな切り欠き部407を設けている。そして、図9−6に示す実施例では、ベース部402と突出部403との間に沿って切り欠き部408を設けている。また、図9−7に示す実施例では、ベース部402の上流側の端辺と下流側の端辺に複数の切り欠き部409を所定間隔をおいて並ぶように設けている。そして、図9−8に示す実施例では、突出部403の両側からベース部402に向かって切り欠いた一対の切り欠き部410を設けている。これらの構成によっても、回路基板400の基板本体401をハウジング302に対して強固に固定することができる。
5. 物理量検出装置300の回路構成
5.1 物理量検出装置300の回路構成の全体
図11−1は物理量検出装置300の回路図である。物理量検出装置300は、流量検出回路601と、温湿度検出回路701を有している。
流量検出回路601は、発熱体608を有する流量検出部602と処理部604とを備えている。処理部604は、流量検出部602の発熱体608の発熱量を制御すると共に、流量検出部602の出力に基づいて流量を表す信号を、端子662を介してマイコン415に出力する。前記処理を行うために、処理部604は、Central Processing Unit(以下CPUと記す)612と入力回路614、出力回路616、補正値や計測値と流量との関係を表すデータを保持するメモリ618、一定電圧をそれぞれ必要な回路に供給する電源回路622を備えている。電源回路622には車載バッテリなどの外部電源から、端子664と図示していないグランド端子を介して直流電力が供給される。
流量検出部602には被計測気体30を熱するための発熱体608が設けられている。電源回路622から、発熱体608の電流供給回路を構成するトランジスタ606のコレクタに電圧V1が供給され、CPU612から出力回路616を介して前記トランジスタ606のベースに制御信号が加えられ、この制御信号に基づいて前記トランジスタ606から端子624を介して発熱体608に電流が供給される。発熱体608に供給される電流量は前記CPU612から出力回路616を介して発熱体608の電流供給回路を構成するトランジスタ606に加えられる制御信号により制御される。処理部604は、発熱体608で熱せられることにより被計測気体30の温度が当初の温度より所定温度、例えば100℃、だけ高くなるように発熱体608の発熱量を制御する。
流量検出部602は、発熱体608の発熱量を制御するための発熱制御ブリッジ640と、流量を計測するための流量検知ブリッジ650と、を有している。発熱制御ブリッジ640の一端には、電源回路622から一定電圧V3が端子626を介して供給され、発熱制御ブリッジ640の他端はグランド端子630に接続されている。また流量検知ブリッジ650の一端には、電源回路622から一定電圧V2が端子625を介して供給され、流量検知ブリッジ650の他端はグランド端子630に接続されている。
発熱制御ブリッジ640は、熱せられた被計測気体30の温度に基づいて抵抗値が変化する測温抵抗体である抵抗642を有しており、抵抗642と抵抗644、抵抗646、抵抗648はブリッジ回路を構成している。抵抗642と抵抗646の交点Aおよび抵抗644と抵抗648との交点Bの電位差が端子627および端子628を介して入力回路614に入力され、CPU612は交点Aと交点B間の電位差が所定値、この実施例ではゼロボルト、になるようにトランジスタ606から供給される電流を制御して発熱体608の発熱量を制御する。図11−1に記載の流量検出回路601は、被計測気体30のもとの温度に対して一定温度、例えば常に100℃、高くなるように発熱体608で被計測気体30を加熱する。この加熱制御を高精度に行えるように、発熱体608で温められた被計測気体30の温度が当初の温度に対して一定温度、例えば常に100℃、高くなったときに、前記交点Aと交点B間の電位差がゼロボルトとなるように発熱制御ブリッジ640を構成する各抵抗の抵抗値が設定されている。従って、流量検出回路601では、CPU612は交点Aと交点B間の電位差がゼロボルトとなるよう発熱体608への供給電流を制御する。
流量検知ブリッジ650は、抵抗652と抵抗654、抵抗656、抵抗658の4つの測温抵抗体で構成されている。これら4つの測温抵抗体は被計測気体30の流れに沿って配置されており、抵抗652と抵抗654は発熱体608に対して被計測気体30の流路における上流側に配置され、抵抗656と抵抗658は発熱体608に対して被計測気体30の流路における下流側に配置されている。また計測精度を上げるために抵抗652と抵抗654は発熱体608までの距離が互いに略同じくなるように配置されており、抵抗656と抵抗658は発熱体608までの距離が互いに略同じくなるように配置されている。
抵抗652と抵抗656との交点Cと、抵抗654と抵抗658との交点Dとの間の電位差が端子631と端子632を介して入力回路614に入力される。計測精度を高めるために、例えば被計測気体30の流れがゼロの状態で、前記交点Cと交点Dとの間の電位差がゼロとなるように流量検知ブリッジ650の各抵抗が設定されている。従って前記交点Cと交点Dとの間の電位差が、例えばゼロボルトの状態では、CPU612は被計測気体30の流量がゼロとの計測結果に基づき、主通路124の流量がゼロを意味する電気信号を端子662から出力する。
被計測気体30が図11−1の矢印方向に流れている場合、上流側に配置されている抵抗652や抵抗654は、被計測気体30によって冷却され、被計測気体30の下流側に配置されている抵抗656と抵抗658は、発熱体608により暖められた被計測気体30により温められ、これら抵抗656と抵抗658の温度が上昇する。このため、流量検知ブリッジ650の交点Cと交点Dとの間に電位差が発生し、この電位差が端子631と端子632を介して、入力回路614に入力される。CPU612は流量検知ブリッジ650の交点Cと交点Dとの間の電位差に基づいて、メモリ618に記憶されている前記電位差と主通路124の流量との関係を表すデータを検索し、主通路124の流量を求める。このようにして求められた主通路124の流量を表す電気信号が端子662を介して出力される。なお、図11−1に示す端子664および端子662は新たに参照番号を記載しているが、先に説明した図9−1に示す接続端子412に含まれている。
上記メモリ618には、上記交点Cと交点Dとの電位差と主通路124の流量との関係を表すデータが記憶されており、さらに回路基板400の生産後に、気体の実測値に基づいて求められた、ばらつきなどの測定誤差の低減のための補正データが記憶されている。
温湿度検出回路701は、温度センサ453と湿度センサ422から検出信号を入力するアンプ・A/D等の入力回路と、出力回路と、補正値や温度と絶対湿度との関係を表すデータを保持するメモリと、一定電圧をそれぞれ必要な回路に供給する電源回路622を備えている。流量検出回路601と温湿度検出回路701から出力された信号は、マイコン415に入力される。マイコン415は、流量計算部、温度計算部、及び絶対湿度計算部を有しており、信号に基づいて被計測気体30の物理量である、流量、温度、絶対湿度を算出し、ECU200に出力する。
物理量検出装置300とECU200との間は通信ケーブルで接続されており、SENT、LIN、CANなどの通信規格によりディジタル信号を用いた通信が行われている。本実施例では、マイコン415からLINドライバ420に信号が入力され、LINドライバ420からLIN通信が行われる。物理量検出装置300のLINドライバからECU200に出力される情報は、単一または2線の通信ケーブルを用いてディジタル通信で重畳して出力される。
マイコン415の絶対湿度計算部は、湿度センサ422から出力された相対湿度の情報と温度情報に基づいて絶対湿度を計算し、その絶対湿度を誤差に基づいて補正する処理を行う。絶対湿度計算部により計算された補正後の絶対湿度は、ECU18の制御部62で種々のエンジン運転制御に用いられる。また、ECU18は、総合誤差の情報を直接種々のエンジン運転制御に用いることもできる。
なお、上述の図11に示す実施例では、物理量検出装置300がLINドライバ420を有しており、LIN通信を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図11−2に示すように、LIN通信を用いずに、マイコン415と直接通信を行ってもよい。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。