JP2018091726A - 物理量計測装置、異常検出装置、及び異常検出方法 - Google Patents

物理量計測装置、異常検出装置、及び異常検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】湿度検出部の異常の検出が可能な物理量計測装置等の提供。
【解決手段】計測装置100は、流体の物理量を計測する物理量計測装置である。計測装置100は、少なくとも二つの湿度検出部60と故障検出部73とを備えている。各湿度検出部60は、例えば空気等の流体の湿度に応じた湿度信号を出力する。故障検出部73は、二つの湿度検出部60から取得した湿度信号の差が異常判定閾値を超えた場合に、湿度検出部に異常が生じていると判定する。
【選択図】図3

Description

この明細書による開示は、物理量計測装置、異常検出装置、及び異常検出方法に関する。
従来、流体の物理量を計測する物理量計測装置の一種として、例えば特許文献1には、空気の湿度を計測する湿度センサが設けられた空気流量測定装置が開示されている。特許文献1の空気流量測定装置の湿度センサは、空気の湿度に応じた信号を出力するセンシング部を一つ有している。
特開2013−36892号公報
さて、特許文献1の空気流量測定装置には、一つの湿度センサしか設けられていない。故に、例えば故障や劣化等に起因した何らかの異常が湿度センサに発生した場合に、こうした湿度センサの異常を検出することが困難であった。
本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、異常の検出が可能な物理量計測装置、故障検出装置、及び故障判定方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、開示された一つの態様は、流体の物理量を計測する物理量計測装置であって、流体の湿度に応じた湿度信号を出力する少なくとも二つの湿度検出部(60)と、二つの湿度検出部から取得した湿度信号の差が異常判定閾値(Th)を超えた場合に、湿度検出部に異常が生じていると判定する異常判定部(73,273,1073)と、を備える物理量計測装置とされる。
また開示された一つの態様は、流体の物理量を計測する計測部(MS)の異常を検出する異常検出装置であって、計測部に含まれる少なくとも二つの湿度検出部(60)から、流体の湿度に応じた湿度信号を取得する信号取得部(71)と、二つの湿度検出部から取得した湿度信号の差が異常判定閾値を超えた場合に、湿度検出部に異常が生じていると判定する異常判定部(73)と、を備える異常検出装置とされる。
加えて開示された一つの態様は、流体の物理量を計測する計測部(MS)の異常を検出する異常検出方法であって、少なくとも一つの処理部(111)は、計測部に含まれる少なくとも二つの湿度検出部(60)から、流体の湿度に応じた湿度信号を取得し(S101,S201,S401,S501)、二つの湿度検出部から取得した湿度信号の差が異常判定閾値を超えた場合に、湿度検出部に異常が生じていると判定する(S105,S204,S409,S507)、異常検出方法とされる。
これらの態様のように、少なくとも二つの湿度検出部から湿度信号を取得すれば、取得した湿度信号の比較が可能となる。故に、二つの湿度信号の差が異常判定閾値を超えた場合に異常が生じていると判定すれば、湿度検出部に生じている異常の検出が可能となる。
尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。
第一実施形態による計測装置と、計測装置が適用される内燃機関とを含むシステムの全体像を示す図である。 エアフロメータの構成を示す斜視図である。 計測装置の電気的な構成を示すブロック図である。 湿度センサアッセンブリの構成を示す正面図であって、図5のIV−IV線断面図である。 図4のV−V線断面図である。 湿度センサチップの断面図である。 異常検出処理の詳細を示すフローチャートである。 異常検出処理の詳細を示すタイムチャートである。 第二実施形態による湿度センサアッセンブリの構成を示す正面図であって、図10のIX−IX線断面図である。 図9のX−X線断面図である。 第二実施形態のエアフロメータの電気的な構成を示すブロック図である。 第二実施形態による異常検出処理の詳細を示すフローチャートである。 第三実施形態による湿度センサアッセンブリの構成を示す正面図であって、図14のXIII−XIII線断面図である。 図13のXIV−XIV線断面図である。 湿度センサアッセンブリの背面図であって、図14のXV−XV線断面図である。 第三実施形態のエアフロメータの電気的な構成を示すブロック図である。 第四実施形態のエアフロメータの電気的な構成を示すブロック図である。 第四実施形態の湿度センサチップの断面図である。 第四実施形態による異常検出処理の詳細を示すフローチャートである。 第五実施形態による計測装置の電気的な構成を示すブロック図である。 第五実施形態による異常検出処理の詳細を示すフローチャートである。 第六実施形態による湿度センサアッセンブリの構成を示す正面図であって、図23のXXII−XXII線断面図である。 図22のXXIII−XXIII線断面図である。 第六実施形態のエアフロメータの電気的な構成を示すブロック図である。 第七実施形態による湿度センサアッセンブリの構成を示す正面図であって、図26のXXV−XXV線断面図である。 図25のXXVI−XXVI線断面図である。 第八実施形態による湿度センサアッセンブリの構成を示す正面図であって、図28のXXVII−XXVII線断面図である。 図27のXXVIII−XXVIII線断面図である。 第九実施形態による湿度センサアッセンブリの構成を示す正面図であって、図30のXXIX−XXIX線断面図である。 図29のXXX−XXX線断面図である。 第九実施形態のエアフロメータの電気的な構成を示すブロック図である。 第十実施形態による湿度センサアッセンブリの構成を示す正面図であって、図33のXXXII−XXXII線断面図である。 図32のXXXIII−XXXIII線断面図である。 第十実施形態の湿度センサチップの断面図である。 第十実施形態の湿度センサアッセンブリの電気的な構成を示すブロック図である。 第十一実施形態による湿度センサアッセンブリの構成を示す正面図であって、図37のXXXVI−XXXVI線断面図である。 図36のXXXVII−XXXVII線断面図である。 第十一実施形態による計測装置の電気的な構成を示すブロック図である。 第十二実施形態による計測装置と、計測装置が適用される内燃機関とを含むシステムの全体像を示す図である。 第十二実施形態にて用いられる湿度センサアッセンブリの正面図であって、図41のXL−XL線断面図である。 図40のXLI−XLI線断面図である。 第十三実施形態による計測装置と、計測装置が適用される内燃機関とを含むシステムの全体像を示す図である。 第十四実施形態による計測装置と、計測装置が適用される内燃機関とを含むシステムの全体像を示す図である。 第十五実施形態によるエアフロメータの構成を示す斜視図である。 第十五実施形態のエアフロメータの電気的な構成を示すブロック図である。 第十六実施形態のエアフロメータの電気的な構成を示すブロック図である。 第十七実施形態のエアフロメータの電気的な構成を示すブロック図である。 第十八実施形態のエアフロメータの機械的な構成を示す縦断面図である。 第十九実施形態のエアフロメータの機械的な構成を示す縦断面図である。 第二十実施形態のエアフロメータの機械的な構成を示す縦断面図である。 湿度センサチップの配置を示す図である。 第二十一実施形態のエアフロメータの機械的な構成を示す縦断面図である。 変形例1による湿度センサアッセンブリの構成を示す正面図であって 変形例1の湿度センサアッセンブリの電気的な構成を示すブロック図である。 変形例2による計測装置と、計測装置が適用される内燃機関とを含むシステムの全体像を示す図である。 変形例3による計測装置の電気的な構成を示すブロック図である。
以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施例の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。
(第一実施例)
図1に示す本開示の第一実施形態による計測装置100は、エアフロメータ10及び機関制御装置110等によって構成されている。計測装置100は、燃焼室99を含む各気筒に供給される流体としての吸入空気の物理量、具体的には、流量及び湿度等を計測可能である。計測装置100による計測結果は、スロットルバルブ97の開度、インジェクタ96の燃料噴射量、及びEGR(Exhaust Gas Recirculation)量の各制御に用いられる。
エアフロメータ10は、内燃機関90に設けられた多数の計測部MSのうちの一つである。内燃機関90の吸気系及び排気系には、エアフロメータ10に加えて、例えば吸気温度センサ94、空燃比センサ95、スロットル開度センサ等が計測部MSとして設けられている。さらに内燃機関90には、クランク角センサ等が計測部MSとして設けられている。
エアフロメータ10は、内燃機関90の各燃焼室99に吸入される吸入空気の流量を計測する流量計測機能に加えて、吸入空気の湿度を計測する湿度計測機能を有している。エアフロメータ10は、吸気流量だけでなく吸入空気の湿度も高応答及び高精度に計測することで、EGR量の最適な制御を可能にし、内燃機関90の低燃費化及び低排出ガス化に寄与する。エアフロメータ10は、内燃機関90の吸気流路92を流れる吸入空気の流量に対応した流量信号と、吸気流路92を流れる吸入空気の湿度に対応した湿度信号とを、外部装置である機関制御装置110へ向けて出力する。尚、以下の説明では、空気が導入される吸気管91の入口側を吸気流路92の「上流側」とし、燃焼室99側を吸気流路92の「下流側」とする。
図1〜図3に示すエアフロメータ10は、吸気流路92を形成する吸気管91に着脱自在に取り付けられている。エアフロメータ10は、吸気管91の筒壁を貫通するよう形成されたセンサ挿入孔93に挿し込まれており、少なくとも一部を吸気流路92内に位置させている。エアフロメータ10は、ハウジング11、流量検出部12、及び湿度センサアッセンブリ30等によって構成されている。
ハウジング11は、例えば樹脂材料等によって形成されている。ハウジング11は、エアフロメータ10の吸気管91への取り付けにより、流量検出部12及び湿度センサアッセンブリ30を、吸気流路92を流れる吸入空気と接触可能な状態にする。ハウジング11には、バイパス部14、嵌合部15、Oリング16、固定部17、及びコネクタ部18等が設けられている。
バイパス部14は、バイパス通路13を形成している。バイパス通路13は、吸気流路92を流れる吸入空気の一部をハウジング11の内部に導入する。バイパス通路13の入口開口13aは、吸気流路92の上流側に向けられている。バイパス通路13は、ハウジング11の内部にて複数に分岐されている。一部の分岐通路は、バイパス部14の内部を周回する形状とされている。
嵌合部15は、センサ挿入孔93にOリング16を介して内嵌される部位である。Oリング16は、吸気流路92と吸気管91の外部とをシールする部材である。Oリング16は、嵌合部15に外嵌されており、嵌合部15とセンサ挿入孔93との間に介在している。固定部17は、ハウジング11の主要な部分がセンサ挿入孔93に挿入された状態で、エアフロメータ10を吸気管91に固定する部位である。
コネクタ部18は、複数の端子を囲う部位である。コネクタ部18には、プラグ部が挿入される。プラグ部は、機関制御装置110と直接的又は間接的に電気接続された接続線の端部に設けられており、コネクタ部18と嵌合する。コネクタ部18へのプラグ部の取り付けによれば、エアフロメータ10は、流量信号及び湿度信号を機関制御装置110へ向けて出力可能となる。
流量検出部12は、例えば発熱抵抗体を用いた熱式の流量センサである。流量検出部12は、バイパス部14の内部を周回するバイパス通路13に配置されている。ハウジング11の吸気管91への取り付けにより、流量検出部12には、バイパス通路13を流通する吸入空気が供給される。流量検出部12は、コネクタ部18に設けられた複数の端子と電気的に接続されている。流量検出部12は、吸気流量に対応したセンサ信号であって、バイパス通路13を流れる空気の流速に対応したセンサ信号を、流量信号として出力する。尚、流量検出部12は、熱式の流量センサに限定されず、可動フラップ式の流量センサ及びカルマン渦式の流量センサ等であってもよい。
湿度センサアッセンブリ30は、ハウジング11のバイパス部14の側面に設置されている。湿度センサアッセンブリ30は、複数(二つ)の湿度検出部60を有している。第一実施形態の湿度センサアッセンブリ30には、一つの湿度検出部60を一つ有する湿度センサチップ50が二つ設けられている。換言すれば、二つの湿度検出部60が一つの湿度センサアッセンブリ30に設けられている。各湿度検出部60は、ハウジング11の吸気管91への取り付けにより、吸気流路92に配置される。
湿度センサアッセンブリ30は、コネクタ部18に設けられた複数の端子と電気的に接続されている。湿度センサアッセンブリ30は、吸気流路92を流れる吸入空気の湿度に応じたセンサ信号を、湿度信号として出力する。湿度信号は、例えばI2C(Inter-Integrated Circuit,登録商標)等の通信方式に従って送受信される信号である。尚、湿度信号は、I2C通信に限定されるものではなく、SENT(Single Edge Nibble Transmission)通信方式、または、単純な電位等のアナログ信号であってもよい。
図3〜図5に示す湿度センサアッセンブリ30は、センサ基板43、複数(二つ)の湿度センサチップ50、複数(六つ)のターミナル、及びセンサ筐体49等によって構成されている。センサ基板43は、絶縁性の基材に導電性材料による配線が形成されてなる構成である。センサ基板43は、全体として矩形の板状に形成されている。センサ基板43は、センサ筐体49に埋設されている。
湿度センサアッセンブリ30には、複数の湿度センサチップ50として、第一センサチップ51及び第二センサチップ52が設けられている。第一センサチップ51及び第二センサチップ52は、互いに実質同一の構成である。湿度センサチップ50は、全体として扁平な四角柱状に形成されている。各湿度センサチップ50には、湿度検出部60がそれぞれ設けられている。以下の説明では、第一センサチップ51の湿度検出部60を「第一湿度検出部61」とし、第二センサチップ52の湿度検出部60を「第二湿度検出部62」とする。
第一センサチップ51及び第二センサチップ52は共に、センサ基板43の一方の実装面に実装されている。第一センサチップ51及び第二センサチップ52は、センサ基板43の実装面において、長手方向の中央よりも一方の縁部に近接した位置に固定されている。二つのセンサチップ51,52が実装面の短手方向に並ぶ配置により、長手方向における第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62の各位置は、互いに揃えられている。加えて各センサチップ51,52が同一の実装面に配置されることで、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62は、互いに同一の方向へ向けられている。
各湿度センサチップ50は、図6に示すように、チップ基板53、電極板54、接合材55、チップワイヤ56、及び封止部57を備えている。
チップ基板53は、シリコン等の半導体材料により、全体として扁平な四角柱状に形成されている。チップ基板53の頂面の中央には、湿度検出部60が形成されている。湿度検出部60は、空気の相対湿度を計測する湿度センサである。湿度検出部60は、一例として、空気に含まれる水分を吸脱湿する感湿材料の静電容量を、感湿材料を挟持した一対の電極によって計測する静電容量式の湿度センサである。尚、湿度検出部60としては、抵抗式の湿度センサ等も採用可能である。
電極板54は、導電性材料によって形成された薄板状の部材である。電極板54は、湿度センサチップ50の底面を形成している。電極板54には、チップ電極54a及びダイパッド54b等が形成されている。チップ電極54aは、湿度センサチップ50のセンサ基板43への実装により、センサ基板43に設けられた配線と電気的に接続されている。
接合材55は、チップ基板53の底面を電極板54のダイパッド54bに接合させている。チップワイヤ56は、導電性材料によって形成されたワイヤ状の部材である。チップワイヤ56は、チップ基板53に設けられた湿度検出部60の各電極と、チップ電極54aとを電気的に接続している。
封止部57は、電極板54に密着しつつ、チップ基板53及びチップワイヤ56等を覆っている。封止部57には、検出孔57aが形成されている。検出孔57aは、チップ基板53の頂面に形成された湿度検出部60と重なる位置に設けられた部分円錐状の貫通孔である。検出孔57aは、湿度検出部60を封止部57から露出させている。
多数のターミナルは、図4及び図5に示すように、帯状に延びた金属材料の板材によって形成されている。各ターミナルは、それぞれ一方の端部をセンサ筐体49から露出させている。各ターミナルは、金属製の接続ワイヤ44を介して、センサ基板43に設けられた配線と電気的に接続されている。
多数のターミナルには、電源ターミナル45、一組の第一出力ターミナル46a,46b、一組の第二出力ターミナル47a,47b、及びグランドターミナル48が含まれている。電源ターミナル45は、湿度の検出に必要な供給電圧を第一センサチップ51及び第二センサチップ52に供給する。各第一出力ターミナル46a,46bは、上記のI2C通信方式の場合を示しており、第一湿度検出部61による湿度信号が第一センサチップ51から供給される。各第二出力ターミナル47a,47bは、上記のI2C通信方式の場合を示しており、第二湿度検出部62による湿度信号が第二センサチップ52から供給される。グランドターミナル48は、第一センサチップ51及び第二センサチップ52に接地電圧を供給する。
センサ筐体49は、樹脂材料によって矩形の厚板状に形成されている。センサ筐体49は、センサ基板43、各ターミナル、及び各センサチップ51,52を被覆している。センサ筐体49は、各ターミナルの一方の端部、並びに第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62を、センサ筐体49の外部に露出させている。センサ筐体49には、二つの検出孔49aが形成されている。各検出孔49aは、各センサチップ51,52の各検出孔57aと重なる位置に形成されている。こうした構成により、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62は、各検出孔57a,49aを通じて、吸気流路92(図1参照)の空気と接触可能となる。
図1及び図3に示す機関制御装置110は、プロセッサ111、RAM、ROM及びフラッシュメモリ等の記憶媒体、並びに入出力部を含むマイクロコンピュータと、電源回路等とによって構成された演算処理回路である。機関制御装置110には、エアフロメータ10から出力される流量信号及び二系統の湿度信号に加えて、多数の車載センサから出力されるセンサ信号が入力される。
機関制御装置110の記憶媒体には、湿度センサアッセンブリ30の異常を検出する異常検出装置として機関制御装置110を機能させる異常検出プログラムが格納されている。記憶媒体は、非遷移的実体的記録媒体(non- transitory tangible storage medium)であって、上述のROM及び記憶媒体に限定されない。プロセッサ111による異常検出プログラムの実行によれば、機関制御装置110は、信号取得部71、計測値算定部72、及び故障検出部73等の機能ブロックを有する。 信号取得部71は、内燃機関90の制御に用いる種々のセンサ信号を、内燃機関90に取り付けられた計測部MS、及び車両に搭載された車載センサ等から取得する。信号取得部71は、少なくとも第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62から、吸入空気の湿度に応じた二系統の湿度信号を取得する。加えて信号取得部71は、上述の計測部MSからのセンサ信号に加えて、車速センサ、外気温センサ、大気圧センサ等からもセンサ信号を取得可能である。
計測値算定部72は、信号取得部71によって取得された流量信号及び各湿度信号、並びに各種センサ信号等に基づき、スロットル開度、燃料噴射量、及びEGR量等の制御に用いられる物理量の計測結果を算定する。計測値算定部72にて算定された数値に基づき、内燃機関90の稼動が制御される。
故障検出部73は、計測部MSの異常判定の一つとして、二系統の湿度センサの出力の比較に基づき、二つの湿度検出部60の少なくとも一方に生じている故障を検出する。故障検出部73は、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62のそれぞれから取得した二系統の湿度信号の出力差が異常判定閾値Thを超えているか否かを判定する。そして故障検出部73は、湿度信号の出力差が異常判定閾値Thを超えた乖離状態が異常判定時間RTを超えて継続した場合に、第一湿度検出部61又は第二湿度検出部62が異常状態にある旨の故障判定を行う。異常判定閾値Th及び異常判定時間RTは、一例として、各湿度検出部60の出力特性、具体的には出力の応答性のばらつき等に基づいて、予め設定されている。
次に、ここまで説明した機関制御装置110が各湿度検出部60の異常を検出する異常検出方法の詳細を、図7及び図8に基づき、図1及び図3を参照しつつ説明する。図7に示す異常検出処理は、内燃機関90のイグニッションがオン状態とされたことに基づき、機関制御装置110によって開始される。図7の異常検出処理は、内燃機関90の稼動中に所定の時間間隔で繰り返し実施されてもよく、稼動開始時に一回のみ実施されてもよい。
S101では、湿度センサアッセンブリ30から出力される二系統の湿度信号を取得する処理を開始し、S102に進む(図8 時刻t1参照)。S101の処理に基づき、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62の各出力を信号取得部71が取得し、故障検出部73が各湿度信号の出力差を算出する。出力差の算出は、第一湿度検出部61の出力から第二湿度検出部62の出力を減算する場合と、又は第二湿度検出部62の出力から第一湿度検出部61の出力を減算する場合のどちらでも良い。尚、出力差の符号がマイナスになる場合は、出力差の絶対値を最終的な出力差としても良い。信号取得部71及び計測値算定部72による各演算は、少なくとも異常検出処理の終了まで継続される。
S102では、各湿度信号の出力差が異常判定閾値Thを超えて、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62の各出力が乖離状態となったか否かを判定する。S102にて、出力差が異常判定閾値Th未満である状態のまま特定の検査時間が経過した場合、S104に進む。S104では、二つの湿度検出部60が正常である旨の正常判定を行い、異常検出処理を終了する。
一方、S102にて、出力差が異常判定閾値Thを超えていると判定した場合(図8 時刻t2参照)、S103に進む。S103では、出力差の乖離状態が異常判定時間RTを超えて継続したか否かを判定する。S103にて、乖離状態が異常判定時間RTを超える以前に解消された場合には、S104にて正常判定を行い、異常検出処理を終了する。一方で、S103にて、乖離状態が異常判定時間RTを超えて継続したと判定した場合(図8 時刻t3参照)、S105に進む。
S105では、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62の少なくとも一方に異常が生じている旨の故障判定を行い、S106に進む。S106では、故障判定を車両のユーザに通知するために、ウォーニングランプの点灯を指示する信号の出力処理を行い、異常検出処理を終了する。S106にて出力された信号がコンビネーションメータの制御部に取得されることで、コンビネーションメータのウォーニングランプが点灯状態となる。
ここまで説明した第一実施形態の計測装置100では、二つの湿度検出部60を用いることで二系統の湿度信号が取得され、取得した湿度信号の比較が可能となっている。故に、二つの湿度信号の差が異常判定閾値Thを超えた場合に異常が生じていると判定すれば、計測装置100は、湿度検出部60に生じている故障等の異常を検出できる。
加えて第一実施形態の故障検出部73は、異常判定閾値Thを超えた乖離状態が異常判定時間RT以上継続した場合に、故障判定を行う。このように異常判定時間RTを用いることによれば、湿度信号へのノイズ等の混入に起因した誤判定が抑制される。
また第一実施形態では、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62が一つの湿度センサアッセンブリ30に設けられている。故に、二つの湿度検出部60を設ける構成であったとしても、各湿度検出部60を設置するスペースの増加が抑制され得る。
さらに第一実施形態の湿度センサアッセンブリ30では、一つのセンサ基板43に二つの湿度センサチップ50が設けられている。このように、各湿度センサチップ50が実装される回路基板の共用化によれば、複数の湿度検出部60を有する湿度センサアッセンブリ30であっても、大型化の抑制が可能となる。
加えて第一実施形態のように、エアフロメータ10の外部装置である機関制御装置110が演算処理回路として利用される計測装置100であれば、エアフロメータ10は、故障等の異常を判定する演算処理構成を備えなくてもよい。故に、機関制御装置110に二系統の湿度信号が入力される計測装置100は、エアフロメータ10等のハードウェア構成の複雑化を避けつつ、異常判定を行うことができる。
また第一実施形態では、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62が互いに同一方向へ向けられている。故に、各湿度検出部60は、同一方向から来る空気の流れを捉えることが可能となる。その結果、二つの湿度検出部60における応答性のばらつきが低減され得るため、故障検出部73は、故障判定を精度良く行うことができる。
尚、第一実施形態では、故障検出部73が「異常判定部」に相当し、計測装置100が「物理量計測装置」に相当する。またプロセッサ111が「処理部」に相当し、機関制御装置110が「演算処理回路」及び「異常検出装置」にする。
(第二実施形態)
図9〜図12に示す本開示の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態の湿度センサアッセンブリ230では、図9及び図10に示すように、センサ基板243における第一センサチップ51及び第二センサチップ52の配置が第一実施形態とは異なっている。第一センサチップ51及び第二センサチップ52は、センサ基板243の長手方向に沿うように並べられている。短手方向における第一センサチップ51及び第二センサチップ52の各位置は、互いに揃えられている。以上の配置により、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62は共に、長手方向に沿うセンサ基板243の中心線上に位置している。湿度センサアッセンブリ230でも、各湿度検出部60は、互いに同一の方向を向けられている。
図11に示すように、第二実施形態のエアフロメータ210は、故障検出部273を備えている。故障検出部273は、流量検出部12等と共にハウジング11(図2も参照)に収容された電子回路である。故障検出部273には、第一センサチップ51及び第二センサチップ52と同様に、電源ターミナル45(図9参照)を介して、作動用の電力が供給される。故障検出部273は、第一実施形態の故障検出部73(図3参照)と同様に、二系統の湿度信号の比較により、二つの湿度検出部60の少なくとも一方に生じている故障を検出する。
以上の故障検出部273が各湿度検出部60の異常を検出する処理の詳細を、図12に基づき、図11を参照しつつ説明する。図12に示す異常検出処理は、故障検出部273を含むエアフロメータ210の各要素への電力供給が開始されたことに基づいて開始され、電力供給が終了されるまで所定の周期で繰り返し開始される。
S201及びS202では、第一実施形態のS101及びS102と同様に、二系統の湿度信号の取得と、これらの出力差の算出とを開始し、算出した出力差が異常判定閾値Thを超えた乖離状態にあるか否かを判定する。S202にて、出力差が異常判定閾値Th未満である場合には、S203にて二つの湿度検出部60が正常である旨の正常判定を行い、異常検出処理を終了する。一方で、S202にて、出力差が異常判定閾値Th(図8参照)を超えていると判定した場合、S204に進む。
S204では、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62の少なくとも一方に異常が生じている旨の故障判定を行い、S205に進む。S205では、機関制御装置110へ向けて故障信号を出力する処理を開始し、異常検出処理を終了する。機関制御装置110は、S205によって出力された故障信号に基づき、コンビネーションメータのウォーニングを点灯させる等の処理を実施する。
ここまで説明した第二実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、湿度検出部60に生じている故障等の異常の検出が可能になる。加えて第二実施形態では、故障検出部273がエアフロメータ210に設けられているため、機関制御装置110の演算負荷の増加を抑制したうえで、湿度検出部60の故障検出が可能となる。尚、第二実施形態では、エアフロメータ210が「物理量計測装置」に相当し、故障検出部273が「異常判定部」に相当する。
(第三実施形態)
図13〜図16に示す本開示の第三実施形態は、第二実施形態の変形例である。第三実施形態の湿度センサアッセンブリ330では、故障検出部273がセンサ基板343に形成されている。故障検出部273は、第二実施形態と実質同一の機能を有する電子回路である。加えて湿度センサアッセンブリ330では、センサ基板343の両面に湿度センサチップ50が一つずつ実装されている。
第一センサチップ51及び第二センサチップ52は、センサ基板343を挟んで互いに面対称となる配置にて、センサ基板343の端部に固定されている。センサ基板343の板厚方向にて二つの湿度センサチップ50が重なる配置により、二つの湿度検出部60の各位置も板厚方向において重なる位置に配置されている。一方で、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62は、互いに反対の方向を向けられている。センサ筐体349には、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62のそれぞれと重なる位置に、検出孔49aが設けられている。
ここまで説明した第三実施形態でも、第二実施形態と同様の効果を奏し、湿度検出部60に生じている故障等の異常の検出が可能になる。加えて第三実施形態では、二つの湿度検出部60が互いに異なる方向であって、互いに反対の方向へ向けられている。その結果、各湿度検出部60に触れる吸入空気の流れが異なるため、各湿度検出部60には、異なる経年変化が生じ得る。以上によれば、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62の劣化具合が異なってくるため、故障検出部273(図11参照)は、各湿度信号に生じている異常を容易に検出できるようになり、ひいては各湿度検出部60の故障を適確に検出できる。尚、第三実施形態では、湿度センサアッセンブリ330を含むエアフロメータが「物理量計測装置」に相当する。
(第四実施形態)
図17〜図19に示す本開示の第四実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第四実施形態のエアフロメータ410では、第三実施形態と同様に、故障検出部273が湿度センサアッセンブリ430に設けられている。加えて、湿度センサアッセンブリ430に設けられた二つの湿度センサチップ450には、図17及び図18に示すように、加熱部64が形成されている。
加熱部64は、通電によって熱エネルギーを発生させる構成である。加熱部64は、チップ基板53の頂面にて、湿度検出部60に隣接する位置に形成されている。加熱部64及び湿度検出部60は、互いに間隔を開けて並べられている。加熱部64は、封止部57によって覆われている。加熱部64は、湿度検出部60を加熱することにより、湿度検出部60の感湿材料に吸着された水分を蒸発させる。
故障検出部273は、第一センサチップ451及び第二センサチップ452に設けられた加熱部64と、直接的又は間接的に電気接続されている。故障検出部273は、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62の故障診断機能に加えて、各加熱部64を駆動する機能を有している。故障検出部273は、各加熱部64へ向けて加熱駆動信号を出力し、各加熱部64を通電状態にさせることで、各加熱部64を発熱させて湿度検出部60の水分を蒸発させる。
以上の故障検出部273が各湿度検出部60の異常を検出する処理の詳細を、図19に基づき、図17を参照しつつ説明する。図19に示す異常検出処理は、エアフロメータ410の各要素への電力供給が開始されたことに基づいて開始され、電力供給が終了されるまで所定の周期で繰り返し開始される。尚、S401〜S404までの処理は、第一実施形態のS101〜S104(図7参照)と実質同一のため、説明を省略する。
S403にて乖離状態が異常判定時間RTを超えて継続したと判定した場合のS405では、第一湿度検出部61又は第二湿度検出部62に異常が生じている旨の故障の仮判定を行い、S406に進む。S406では、異常が生じている旨のS405の判定に基づき、各加熱部64へ向けて加熱駆動信号を出力する駆動処理を開始し、S407に進む。S406の駆動処理によれば、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62が各加熱部64によって加熱されるため、各感湿材料の水分が蒸発する。以上により、各湿度検出部60のリフレッシュが実施される。
S407では、リフレッシュされた各湿度検出部60の各湿度信号の出力差が異常判定閾値Thを超えた乖離状態のままか否かを判定する。S407にて、出力差が異常判定閾値Th未満となったと判定した場合には、S404にて正常判定を行い、異常検出処理を終了する。
一方、S407にて出力差が異常判定閾値Thを超えていると判定した場合、S408に進む。S408では、S403と同様に、出力差の乖離状態が異常判定時間RTを超えて継続したか否かを再判定する。S408にて、異常判定時間RTの経過以前に乖離状態が解消されたと判定した場合には、S404にて正常判定を行い、異常検出処理を終了する。一方で、S408にて、乖離状態が異常判定時間RTを超えて継続したと判定した場合には、S409に進む。
S409では、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62の少なくとも一方に異常が生じている旨の故障の確定判定を行い、S410に進む。S410では、第二実施形態のS205(図12参照)と同様に、機関制御装置110へ向けて故障信号を出力する処理を行うことで、コンビネーションメータのウォーニングを点灯させて、異常検出処理を終了する。
ここまで説明した第四実施形態でも、第一施形態と同様の効果を奏し、湿度検出部60に生じている故障等の異常の検出が可能になる。加えて第四実施形態の故障検出部273は、加熱部64による加熱を行った後に、二つの湿度検出部60から取得した湿度信号の差に基づき、異常の再判定を行う。このように、二つの湿度検出部60を各加熱部64によって共に加熱すれば、例えば高温高湿状態に放置されて多量の水分が感湿材料に吸着されてしまった場合でも、各湿度検出部60から水分を除去することが可能となる。こうした加熱処理の結果、リフレッシュされた各湿度検出部60からの湿度信号の差を検証すれば、高温高湿に起因した異常の誤判定の抑制が可能となる。尚、第四実施形態では、エアフロメータ410が「物理量計測装置」に相当する。
(第五実施形態)
図20及び図21に示す本開示の第五実施形態は、第四実施形態の変形例である。第五実施形態のエアフロメータ510は、流量検出部12及び湿度センサアッセンブリ530を備えている。湿度センサアッセンブリ530からは、第四実施形態のような故障検出部273(図17参照)が省略されている。各加熱部64の発熱は、機関制御装置110の故障検出部73によって制御される。以下、故障検出部73が各湿度検出部60の異常を検出する処理の詳細を、図21に基づき、図20を参照しつつ説明する。
S501及びS502では、第四実施形態のS401及びS402(図19参照)と同様に、二系統の湿度信号の取得と、これらの出力差の算出とを開始し、算出した出力差が異常判定閾値Thを超えた乖離状態にあるか否かを判定する。S502にて、出力差が異常判定閾値Th未満である場合には、S503にて、二つの湿度検出部60が正常である旨の正常判定を行い、異常検出処理を終了する。一方で、S502にて、出力差が異常判定閾値Thを超えていると判定した場合、S504に進む。
S504及びS505では、第四実施形態のS405及びS406(図19参照)と同様に、異常が生じている旨の故障の仮判定を行い、各加熱部64へ向けて加熱駆動信号を出力する駆動処理を開始し、S506に進む。以上により、各湿度検出部60のリフレッシュが実施される。
S506では、リフレッシュされた各湿度検出部60の各湿度信号の出力差が異常判定閾値Thを超えた乖離状態のままか否かを判定する。S506にて、出力差が異常判定閾値Th未満となったと判定した場合には、S503にて正常判定を行い、異常検出処理を終了する。
一方、S506にて出力差が異常判定閾値Thを超えていると判定した場合、S507にて、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62の少なくとも一方に異常が生じている旨の故障の確定判定を行い、S508に進む。S508では、コンビネーションメータのウォーニングを点灯させて、異常検出処理を終了する。
ここまで説明した第五実施形態でも、第四実施形態と同様の効果を奏し、湿度検出部60に生じている故障等の異常の検出が可能になる。また、第五実施形態のように、エアフロメータ510の外部装置である機関制御装置110の故障検出部73が、各加熱部64を制御する構成であってもよい。尚、第五実施形態では、エアフロメータ510及び機関制御装置110を含む計測装置500が「物理量計測装置」に相当する。
(第六実施形態)
図22〜図24に示す本開示の第六実施形態は、第二実施形態の別の変形例である。第六実施形態の湿度センサアッセンブリ630は、複数(二つ)の湿度センササブアッセッンブリ(以下「サブアッセッンブリ」)640を含んでいる。二つのサブアッセッンブリ640は、互いに実質的に同一の構成である。各サブアッセッンブリ640は、それぞれ湿度検出部60を一つずつ有している。
サブアッセッンブリ640は、全体として矩形の厚板状に形成されている。サブアッセッンブリ640は、一つの湿度センサチップ50に加えて、センサ基板643、電源ターミナル45、一組の出力ターミナル646,647、グランドターミナル48、接続ワイヤ44、及びサブ筐体640a等によって構成されている。
センサ基板643及び各ターミナルは、サブ筐体640aを成形する樹脂材料の一次モールドにより、サブ筐体640aに埋設されている。サブ筐体640aには、湿度検出部60をサブ筐体640aの外部に露出させるための検出孔649aが形成されている。尚、サブアッセッンブリ640の厚さ方向における両面のうちで、検出孔649aが開口する一方を「おもて面」とし、他方を「裏面」とする。
二つのサブアッセッンブリ640のうちの一方が第一サブアッセッンブリ641であり、他方が第二サブアッセンブリ642である。第一サブアッセッンブリ641の湿度センサチップ50及び湿度検出部60が、それぞれ第一センサチップ51及び第一湿度検出部61となる。また第二サブアッセンブリ642の湿度センサチップ50及び湿度検出部60が、それぞれ第二センサチップ52及び第二湿度検出部62となる。
第一サブアッセッンブリ641及び第二サブアッセンブリ642は、センサ筐体649を成形する樹脂材料の二次モールドにより、厚さ方向に並ぶ配置にて、センサ筐体649に保持されている。長手方向及び短手方向における第一サブアッセッンブリ641及び第二サブアッセンブリ642の各位置は、互いに揃えられている。第一サブアッセッンブリ641の裏面と、第二サブアッセンブリ642のおもて面との間には、厚さ方向の間隔が形成されている。第一サブアッセッンブリ641の第一湿度検出部61と第二サブアッセンブリ642の第二湿度検出部62とは、互いに同一の方向に向けられている。第二湿度検出部62は、各サブ筐体640a間に形成された間隙を通じて検出孔649aに流入する空気の湿度を計測可能である。
ここまで説明した第六実施形態でも、第二実施形態と同様の効果を奏し、故障検出部273は、各サブアッセッンブリ640の各湿度検出部60から出力される湿度信号に基づき、湿度検出部60に生じている故障等の異常の検出を実施可能である。
加えて第六実施形態では、二つのサブアッセッンブリ640を二次モールドによって一体化させることで、湿度センサアッセンブリ630が形成されている。各サブアッセッンブリ640は、一重系の湿度センサアッセンブリの構成と実質的に同一となり得る。故に、非多重系に用いられる構成を利用して、多重系の湿度センサアッセンブリ630を効率的に量産することが可能となる。尚、第六実施形態では、サブアッセッンブリ640が「湿度センササブアッセンブリ」に相当し、エアフロメータ610が「物理量計測装置」に相当する。
(第七実施形態)
図25及び図26に示す本開示の第七実施形態は、第六実施形態の変形例である。第七実施形態の湿度センサアッセンブリ730では、第一サブアッセッンブリ641及び第二サブアッセンブリ642は、各サブアッセッンブリ640の短手方向に並ぶ配置にて、センサ筐体749に保持されている。各サブアッセッンブリ640は、各おもて面を同一の方向に向けた姿勢にて、センサ筐体749に埋設されている。厚さ方向及び長手方向において、第一サブアッセッンブリ641及び第二サブアッセンブリ642の各位置は、互いに揃えられている。第一サブアッセッンブリ641及び第二サブアッセンブリ642は、互いに対向するサブ筐体640aの各側面を接触させている。
以上の構成により、二つのサブアッセッンブリ640にそれぞれ設けられた各湿度センサチップ50及び各湿度検出部60は、サブアッセッンブリ640の短手方向に沿って並ぶ配置となっている。加えて、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62は、互いに同一の方向に向けられている。
ここまで説明した第七実施形態でも、第六実施形態と同様の効果を奏する。尚、第七実施形態では、湿度センサアッセンブリ730を含むエアフロメータが「物理量計測装置」に相当する。
(第八実施形態)
図27及び図28に示す本開示の第八実施形態は、第六実施形態の別の変形例である。第八実施形態の湿度センサアッセンブリ830は、長手方向の寸法が互いに異なるサブアッセッンブリ640,840を含んでいる。第二サブアッセンブリ842であるサブアッセッンブリ840は、第一サブアッセッンブリ641であるサブアッセッンブリ640よりも長手方向の寸法が長く規定されている。
第一サブアッセッンブリ641及び第二サブアッセンブリ842は、厚さ方向に並ぶ配置にて、センサ筐体849に保持されている。第一サブアッセッンブリ641及び第二サブアッセンブリ842は、各おもて面を同一の方向に向けた姿勢にて、センサ筐体849に埋設されている。第一サブアッセッンブリ641の裏面は、第二サブアッセンブリ842のおもて面と接触している。第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62は、互いに同一の方向に向けられている。
サブアッセッンブリ840は、センサ基板843及びサブ筐体840aを有している。センサ基板843及びサブ筐体840aの長手方向における各寸法は、サブアッセッンブリ640のセンサ基板643及びサブ筐体640aよりも長い。こうしたサブアッセッンブリ840の形状により、第二センサチップ52は、センサ基板843のうちで、厚さ方向にて第一サブアッセッンブリ641とは重ならない領域に実装されている。その結果、第一センサチップ51及び第二センサチップ52は、各サブアッセッンブリ640,840の長手方向に沿って並ぶ配置となる。加えて、第二サブアッセンブリ842の検出孔849aは、サブ筐体840aのおもて面にて、第一サブアッセッンブリ641とは重ならない領域に開口している。
ここまで説明した第八実施形態でも、第六実施形態と同様の効果を奏する。尚、第八実施形態では、サブアッセッンブリ840が「湿度センササブアッセンブリ」に相当し、湿度センサアッセンブリ830を含むエアフロメータが「物理量計測装置」に相当する。
(第九実施形態)
図29〜図31に示す本開示の第九実施形態は、第六実施形態のさらに別の変形例である。第九実施形態の湿度センサアッセンブリ930において、各サブアッセッンブリ640には、加熱部64を有する湿度センサチップ450が設けられている。加えて湿度センサアッセンブリ930には、故障検出部273が設けられている。故障検出部273は、例えばセンサ筐体949の内部に埋設されている。故障検出部273は、第六実施形態の故障検出部273(図24参照)と実質同一の構成であり、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62の故障診断機能と、各加熱部64を駆動して各湿度検出部60をリフレッシュさせる機能とを有している。
第一サブアッセッンブリ641及び第二サブアッセンブリ642は、各サブ筐体640aの裏面を突き合わせた姿勢にて、センサ筐体949に保持されている。長手方向及び短手方向における第一サブアッセッンブリ641及び第二サブアッセンブリ642の各位置が互いに揃えられている。第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62は、互いに反対の方向を向けられている。
ここまで説明した第九実施形態でも、第六実施形態と同様の効果を奏する。尚、第九実施形態では、湿度センサアッセンブリ930が「湿度センサアッセンブリ」及び「物理量計測装置」に相当する。
(第十実施形態)
図32〜図35に示す本開示の第十実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第十実施形態の湿度センサアッセンブリ1030は、二つの湿度検出部60を有する湿度センサチップ1050を備えている。二つの湿度検出部60は、それぞれ第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62となる。湿度センサアッセンブリ1030は、二つの湿度検出部60のうちの一方(例えば第一湿度検出部61)をマスタとし、マスタである湿度検出部60の計測に基づく湿度信号を、機関制御装置110へ向けて出力する。湿度センサアッセンブリ1030は、湿度センサチップ1050に加えて、センサ基板1043、電源ターミナル45、一組の出力ターミナル646,647、グランドターミナル48、及びセンサ筐体1049等によって構成されている。
湿度センサチップ1050は、第一実施形態の湿度センサチップ50(図5参照)と同様に、チップ基板53及び封止部57を有している。第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62は、チップ基板53の頂面に、互いに間隔を開けて形成されている。封止部57において、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62と重なる領域には、それぞれ検出孔57aが形成されている(図34参照)。第十実施形態においても、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62は、同一の方向を向いている。湿度センサチップ1050は、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62がセンサ基板1043の短手方向に並ぶ向きにて、センサ基板1043に実装されている。
湿度センサチップ1050には、一組の加熱部64と故障検出部1073とがさらに設けられている。各加熱部64は、チップ基板53の頂面にて、各湿度検出部60と隣接する位置に形成されている。各加熱部64は、各湿度検出部60の長手方向における両側に一つずつ設けられている。
故障検出部1073は、チップ基板53の頂面にて、各加熱部64及び各湿度検出部60から離れた位置に形成されている。故障検出部1073には、各湿度検出部60によって出力され、且つ、各処理回路66によって処理された二系統の湿度信号が入力される。故障検出部1073は、第六実施形態の故障検出部273(図24参照)に相当する構成であって、二系統の湿度信号の比較に基づく故障診断機能と、各加熱部64を駆動する機能とを有している。
ここまで説明した第十実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏する。加えて第十実施形態のように、二つの湿度検出部60を一つの湿度センサチップ1050に設ける構成によれば、センサ基板1043、ひいては湿度センサアッセンブリ1030の大型化は、いっそう抑制され得る。尚、第十実施形態では、故障検出部1073が「異常判定部」に相当し、湿度センサアッセンブリ1030が「湿度センサアッセンブリ」及び「物理量計測装置」に相当する。
(第十一実施形態)
図36〜図38に示す本開示の第十一実施形態は、第十実施形態の変形例である。第十一実施形態にて用いられる湿度センサチップ1150は、第十実施形態の湿度センサチップ1050(図32参照)と同様に、二つの湿度検出部60を有している。一方で、湿度センサチップ1150からは、加熱部64(図32参照)及び故障検出部1073(図32参照)が省略されている。湿度センサチップ1150は、二つの湿度検出部60の出力を各処理回路66によって個々に処理し、二系統の湿度信号として機関制御装置110へ向けて出力する。
湿度センサアッセンブリ1130は、上記の湿度センサチップ1150、センサ基板1143、電源ターミナル45、二組の出力ターミナル46a,46b,47a,47b、グランドターミナル48、及びセンサ筐体1149等によって構成されている。湿度センサチップ1150は、二つの湿度検出部60がセンサ基板1143の長手方向に並ぶ向きにて、センサ基板1143に実装されている。第十一実施形態でも、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62は、同一の方向を向いている。
ここまで説明した第十一実施形態でも、第十実施形態と同様の効果を奏する。尚、第十一実施形態では、湿度センサチップ1150を備えるエアフロメータ1110と機関制御装置110とを含む計測装置1100が「物理量計測装置」に相当する。
(第十二実施形態)
図39〜図41に示す本開示の第十実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第十二実施形態による計測装置1200が適用される内燃機関90は、例えばV型六気筒のように、複数のバンクを備えた形式である。内燃機関90の吸気管91は、各バンクに設けられた気筒群の各燃焼室99に吸入空気を供給するよう、二つに分岐している。吸気管91は、一方のバンクに繋がる吸気流路92aを形成する第一管部91aと、他方のバンクに繋がる吸気流路92bを形成する第二管部91bとを有している。
計測装置1200は、機関制御装置110、一組のエアフロメータ10b、及び一組の湿度センサアッセンブリ1230を含んでいる。機関制御装置110は、第一実施形態と同様に、故障検出部73を有している。機関制御装置110は、各エアフロメータ10bから流量信号を取得すると共に、各湿度センサアッセンブリ1230のそれぞれから湿度信号を取得する。
エアフロメータ10b及び湿度センサアッセンブリ1230は、第一管部91a及び第二管部91bにそれぞれ一つずつ設けられている。エアフロメータ10b及び湿度センサアッセンブリ1230は、第一管部91a及び第二管部91bに設けられたスロットルバルブ97の上流側に取り付けられている。エアフロメータ10bは、湿度センサアッセンブリ1230よりも上流側に設置されていてもよく、又は湿度センサアッセンブリ1230よりも下流側に設置されていてもよい。
各エアフロメータ10bは、第一実施形態によるエアフロメータ10(図2参照)から、湿度センサアッセンブリ30(図2参照)を除いた構成である。二つのエアフロメータ10bは、互いに実質同一の構成である。各エアフロメータ10bは、機関制御装置110と直接的又は間接的に電気接続されており、各吸気流路92a,92bにて計測された流量信号を機関制御装置110へ向けて出力する。
各湿度センサアッセンブリ1230は、互いに実質同一の構成である。湿度センサアッセンブリ1230は、機関制御装置110と直接的又は間接的に電気接続されており、各吸気流路92a,92bにて計測された湿度信号を機関制御装置110へ向けて出力する。各湿度センサアッセンブリ1230には、湿度検出部60を一つ有する湿度センサチップ50が一つ設けられている。湿度センサアッセンブリ1230は、湿度センサチップ50に加えて、センサ基板1243、電源ターミナル45、一組の出力ターミナル646,647、グランドターミナル48、及びセンサ筐体1249等によって構成されている。
以上の二つの湿度センサアッセンブリ1230のうちで、第一管部91aに設置された一方の湿度検出部60を第一湿度検出部61とし、第二管部91bに設置された他方の湿度検出部60を第二湿度検出部62とする。二つの湿度センサアッセンブリ1230は、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62の吸入空気の流れに対する各姿勢が互いに同一となるよう、第一管部91a及び第二管部91bに取り付けられている。
ここまで説明した第十二実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏する。加えて第十二実施形態にて用いられている湿度センサアッセンブリ1230は、湿度信号の出力が一系統のみである計測装置にも適用可能な構成である。以上のように、非多重系に過不足なく使用され得る湿度センサアッセンブリ1230を複数組み合わせることによっても、多重系の計測装置1200が構築可能となる。尚、第十二実施形態では、吸気流路92aが「第一流路部」に相当し、吸気流路92bが「第二流路部」に相当し、計測装置1200が「物理量計測装置」に相当する。また、第一管部91aに設置された湿度センサアッセンブリ1230が「第一湿度センサアッセンブリ」に相当し、第二管部91bに設置された湿度センサアッセンブリ1230が「第二湿度センサアッセンブリ」に相当する。
(第十三実施形態)
図42に示す本開示の第十三実施形態は、第十二実施形態の変形例である。第十三実施形態による計測装置1300は、機関制御装置110及び一組のエアフロメータ1310を含んでいる。二つのエアフロメータ1310は、それぞれ第一管部91a及び第二管部91bに設置されており、各吸気流路92a,92bの空気の流量及び湿度を計測する。各エアフロメータ1310のハウジング11(図2参照)には、第十二実施形態と実質同一の湿度センサアッセンブリ1230(図40及び図41参照)が一つずつ設けられている。各エアフロメータ1310は、流量信号及び湿度信号を機関制御装置110へ向けて出力する。
ここまで説明した第十三実施形態でも、第十二実施形態と同様の効果を奏する。加えて第十三実施形態にて用いられているエアフロメータ1310は、流量信号及び湿度信号の各出力がそれぞれ一系統のみである計測装置にも適用可能な構成である。以上のように、非多重系に過不足なく使用され得るエアフロメータ1310を複数組み合わせることによっても、多重系の計測装置1300が構築可能となる。尚、第十三実施形態では、計測装置1300が「物理量計測装置」に相当する。
(第十四実施形態)
図43に示す本開示の第十四実施形態は、第十二実施形態の別の変形例である。第十四実施形態による計測装置1400が適用される内燃機関90は、第一実施形態と同様に、全ての気筒が一列に並べられた直列形式の構成である。計測装置1400は、機関制御装置110、第十二実施形態と実質同一の湿度センサアッセンブリ1230(図40及び図41参照)、及び第十三実施形態と実質同一のエアフロメータ1310を含んでいる。エアフロメータ1310には、湿度センサアッセンブリ1230が設けられている。
機関制御装置110は、エアフロメータ1310から流量信号を取得すると共に、単体で設けられた湿度センサアッセンブリ1230とエアフロメータ1310の一部である湿度センサアッセンブリ1230のそれぞれから湿度信号を取得する。機関制御装置110は、故障検出部73によって二系統の湿度信号を比較することで、各湿度センサアッセンブリ1230の異常を検出する。
湿度センサアッセンブリ1230及びエアフロメータ1310は、互いに間隔を開けた配置にて、吸気管91に設置されている。湿度センサアッセンブリ1230は、エアフロメータ1310よりも上流側に取り付けられている。湿度センサアッセンブリ1230及びエアフロメータ1310は、機関制御装置110と直接的又は間接的に電気接続されている。湿度センサアッセンブリ1230は、吸気流路92にて計測された湿度信号を機関制御装置110へ向けて出力する。エアフロメータ1310は、吸気流路92にて計測された湿度信号及び流路信号を、機関制御装置110へ向けて出力する。
ここまで説明した第十四実施形態でも、第十二実施形態と同様の効果を奏する。加えて、非多重系に使用される湿度センサアッセンブリ1230及びエアフロメータ1310を一つずつ組み合わせることでも、多重系の計測装置1400が構築可能である。尚、第十四実施形態では、計測装置1400が「物理量計測装置」に相当する。また、ハウジング11に保持された湿度センサアッセンブリ1230が「第一湿度センサアッセンブリ」に相当し、単体で配置される湿度センサアッセンブリ1230が「第二湿度センサアッセンブリ」に相当する。
(第十五実施形態)
図44及び図45に示す本開示の第十五実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第十五実施形態によるエアフロメータ1510は、第十二実施形態と実質同一である二つの湿度センサアッセンブリ1230(図40及び図41参照)と、第四実施形態と実質同一の機能を有する故障検出部273とを備えている。
各湿度センサアッセンブリ1230は、エアフロメータ1510のハウジング11において、バイパス部14の側面に並べて取り付けられている。各湿度センサアッセンブリ1230には、湿度センサチップ450が一つずつ設けられている。各湿度センサチップ450に設けられた各湿度検出部60は、第一湿度検出部61及び第二湿度検出部62として、吸気管91(図1参照)の軸方向に沿って並んでいる。エアフロメータ1510は、一方の湿度検出部60の計測結果に基づく湿度信号を、機関制御装置110へ向けて出力する。
故障検出部273は、ハウジング11の内部に埋設されている。故障検出部273は、各湿度センサチップ450に設けられた湿度検出部60及び加熱部64のそれぞれと、直接的又は間接的に電気接続されている。故障検出部273は、各湿度検出部60から取得する二系統の湿度信号の差分に基づき、機関制御装置110へ向けて故障信号を出力する。加えて故障検出部273は、各湿度センサチップ450に設けられた加熱部64への加熱駆動信号の印加により、各湿度検出部60の水分を蒸発させる作動を行う。
ここまで説明した第十五実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏する。加えて第十五実施形態のように、一つのエアフロメータ1510に湿度センサアッセンブリ1230を複数(二つ)設ける形態によっても、非多重系に使用可能な構成を利用した多重系のシステムが構築可能となる。尚、第十五実施形態では、エアフロメータ1510が「物理量計測装置」に相当する。
(第十六,第十七実施形態)
図46に示す本開示の第十六実施形態は、第四実施形態の別の変形例である。第十六実施形態によるエアフロメータ1610は、二つの湿度センサアッセンブリ1230と、流量検出部1612を備えている。各湿度センサアッセンブリ1230には、湿度センサチップ50が一つずつ設けられている。流量検出部1612には、故障検出部273に相当する回路部が設けられている。流量検出部1612は、流量信号及び湿度信号に加えて、各湿度検出部60(61,62)の出力差に基づく故障信号を、機関制御装置110へ向けて出力可能である。
図47に示す本開示の第十七実施形態は、第十六実施形態の変形例である。第十六実施形態によるエアフロメータ1710は、第十六実施形態と実質同一の流量検出部1612と、湿度センサチップ450をそれぞれ有する二つの湿度センサアッセンブリ1230とを備えている。流量検出部1612に設けられた故障検出部273は、各湿度センサチップ450に設けられた加熱部64への加熱駆動信号の印加により、各湿度検出部60(61,62)の水分を蒸発させる作動を行うことができる。
以上説明した第十六,第十七実施形態のように、故障検出部273が流量検出部1612の一部である構成においても、第四実施形態と同様の効果を奏する。尚、第十六,第十七実施形態では、各エアフロメータ1610,1710が「物理量計測装置」に相当する。
(第十八実施形態)
図48に示す本開示の第十八実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第十八実施形態のエアフロメータ1810には、流量検出部12、二つの湿度検出部60に加えて、二つの圧力検出部80が設けられている。圧力検出部80は、圧力センサチップ180に設けられている。圧力検出部80は、湿度とは異なる物理量として吸入空気の圧力に応じた計測信号を、圧力信号として出力する。エアフロメータ1810は、流量信号、二系統の湿度信号、及び二系統の圧力信号を、機関制御装置110(図1参照)へ向けて出力する。
エアフロメータ1810は、流量検出部12、各湿度検出部60、及び各圧力検出部80が設けられたセンサ基板1843を備えている。センサ基板1843は、ハウジング1811内にモールドされている。センサ基板1843には、一つの湿度検出部60を有する湿度センサチップ50と、一つの圧力検出部80を有する圧力センサチップ180とが、二つずつ実装されている。
各湿度センサチップ50及び各圧力センサチップ180共には、センサ基板1843の両面のうちで、流量検出部12の設けられた一方とは反対側となる実装面に配置されている。各湿度センサチップ50及び各圧力センサチップ180は、ハウジング1811内に形成されたセンサ収容室1811aに収容されている。センサ収容室1811aには、通路開口1811bから吸入空気が流入する。二つの湿度センサチップ50は、二つの圧力センサチップ180の下流側に配置されている。
以上説明した第十八実施形態のように、湿度センサチップ50がハウジング1811に収容された構成であっても、第一実施形態と同様の効果を奏し、湿度検出部60の故障検出が可能となる。加えて、第十八実施形態のように、湿度センサチップ50及び圧力センサチップ180を同じセンサ基板1843上に設ける構成であれば、複数の物理量を計測可能なエアフロメータ1810であっても、体格の大型化が抑制可能となる。
尚、第十八実施形態では、圧力検出部80が「物理量検出部」に相当し、圧力センサチップ180が「計測チップ」に相当する。また、エアフロメータ1810が「湿度センサアッセンブリ」に相当し、エアフロメータ1810及び機関制御装置110(図1参照)を含む計測装置が「物理量計測装置」に相当する。
(第十九実施形態)
図49に示す本開示の第十九実施形態は、第十八実施形態の変形例である。第十九実施形態のエアフロメータ1910では、センサ基板1843に実装される圧力センサチップ180が一つのみとなる。二つの湿度センサチップ50は、圧力センサチップ180の下流側に、圧力センサチップ180の外縁に沿って配置されている。エアフロメータ1910は、流量信号、二系統の湿度信号、及び一系統のみの圧力信号を、機関制御装置110(図1参照)へ向けて出力する。以上の第十九実施形態でも、第十八形態と同様に湿度検出部60の故障検出が可能となる。尚、第十九実施形態では、エアフロメータ1910が「湿度センサアッセンブリ」に相当する。
(第二十実施形態)
図50及び図51に示す本開示の第二十実施形態は、第十八実施形態の別の変形例である。第二十実施形態のエアフロメータ2010では、センサ基板2043の端部に設けられたセンサ実装領域2043aに、流量検出部12及び二つの湿度センサチップ50が設けられている。以上により、流量検出部12及び二つの湿度検出部60が、概ね同一の箇所にて吸入空気と接触する。以上の第二十実施形態でも、第十八形態と同様に湿度検出部60の故障検出が可能となる。尚、第二十実施形態では、エアフロメータ2010が「湿度センサアッセンブリ」に相当する。
(第二十一実施形態)
図52に示す本開示の第二十一実施形態は、第十八実施形態のさらに別の変形例である。第二十一実施形態のエアフロメータ2110のハウジング2111には、メインバイパス通路2113b及びサブバイパス通路2113cが形成されている。センサ基板2143には、メインバイパス通路2113bに露出する第一実装領域2143bと、サブバイパス通路2113cに露出する第二実装領域2143cが設けられている。第一実装領域2143bには、流量検出部12が設けられている。第二実装領域2143cには、サブバイパス通路2113cの延伸方向に沿って並ぶ配置にて、二つの湿度検出部60が設けられている。以上の第二十一実施形態でも、第十八形態と同様に湿度検出部60の故障検出が可能となる。尚、第二十一実施形態では、エアフロメータ2110が「湿度センサアッセンブリ」に相当する。
(他の実施形態)
以上、本開示による複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
上記第十実施形態の変形例1の湿度センサアッセンブリ2230では、図53及び図54に示す湿度センサチップ2250において、加熱部64は、二つの湿度検出部60の中間に設けられている。加熱部64は、故障検出部1073の制御により、二つの湿度検出部60を共に加熱する。以上のように、各湿度検出部60を加熱する加熱部64は、湿度検出部60毎に設けられていなくてもよい。
上記第十四実施形態の変形例2では、図55に示すように、計測装置2300は、機関制御装置110及び二つの湿度センサアッセンブリ1230(図40及び図41参照)を少なくとも含んでいる。二つの湿度センサアッセンブリ1230は、吸気流路92の流れ方向に沿って、互いに間隔を開けて配置されている。以上のように、単体の湿度センサアッセンブリ1230を吸気管91に複数設ける構成によっても、多重系の計測装置2300を構築可能である。
上記第一実施例の変形例3のエアフロメータ2410には、図56に示すように、流量検出部12及び温度センサアッセンブリ2430が設けられている。温度センサアッセンブリ2430は、それぞれ二系統の湿度信号及び温度信号を、I2C通信方式により機関制御装置110へ向けて送信する。温度センサアッセンブリ2430には、第一センサチップ2451及び第二センサチップ2452として、複数(二つ)のセンサチップ2450が設けられている。
各センサチップ2450には、湿度検出部60とは別に、空気の温度を検出する温度検出部194が設けられている。第一センサチップ2451の湿度検出部60が、「第一湿度検出部61」となり、第二センサチップ2452の湿度検出部60が、「第二湿度検出部62」となる。
機関制御装置110にて、信号取得部71は、各センサチップ2450から出力された湿度信号及び温度信号を取得する。計測値算定部72は、各湿度信号及び各温度信号を適宜使用し、吸入空気の温度及び湿度を算定する。故障検出部73は、ここまで説明した湿度信号に基づく湿度検出部60の故障検出とは別に、本開示の故障検出手段(故障検出方法)を温度信号にも適用して、温度検出部194の故障を検出することが可能である。さらに、本開示の故障検出手段は、上記のような湿度信号及び温度信号以外の種々の信号(例えば、圧力信号等)にも適用可能である。
尚、変形例3では、センサチップ2450が「湿度センサチップ」に相当し、温度センサアッセンブリ2430が「湿度センサアッセンブリ」に相当し、エアフロメータ2410及び機関制御装置110を含む計測装置2400が「物理量計測装置」に相当する。
上記実施形態の故障検出部に相当する構成は、上記とは異なるソフトウェア及びハードウェア、或いはこれらの組み合わせによって実現されてよい。また、機関制御装置、エアフロメータ、及び湿度センサアッセンブリ等に設けられた演算処理回路が協働で故障検出部等の機能を実現してもよい。
MS 計測部、RT 異常判定時間、Th 異常判定閾値、10 エアフロメータ、11,1811,2111 ハウジング、12 流量検出部、30,230,330,430,530,630,730,830,930,1030,1130,1230,2230, 湿度センサアッセンブリ、2430 温度センサアッセンブリ(湿度センサアッセンブリ)、640,840 サブアッセッンブリ(湿度センササブアッセンブリ)、43,1043,1143,1843 センサ基板、50,450,1150,2250 湿度センサチップ、2450 センサチップ(湿度センサチップ)、60 湿度検出部、64 加熱部、71 信号取得部、73,273,1073 故障検出部(異常判定部)、80 圧力検出部(物理量検出部)、180 圧力センサチップ(計測チップ)、90 内燃機関、92,92a,92b 吸気流路(第一流路部,第二流路部)、99 燃焼室、100,500,1100,1200,1300,1400,2300,2400 計測装置(物理量計測装置)、110 機関制御装置(演算処理回路,異常検出装置)、111 プロセッサ(処理部)

Claims (20)

  1. 流体の物理量を計測する物理量計測装置であって、
    前記流体の湿度に応じた湿度信号を出力する少なくとも二つの湿度検出部(60)と、
    二つの前記湿度検出部から取得した前記湿度信号の差が異常判定閾値(Th)を超えた場合に、前記湿度検出部に異常が生じていると判定する異常判定部(73,273,1073)と、を備える物理量計測装置。
  2. 前記異常判定部は、前記湿度信号の差が前記異常判定閾値を超え、且つ、前記異常判定閾値を超えている状態が異常判定時間(RT)以上継続した場合に、前記湿度検出部に異常が生じていると判定する請求項1に記載の物理量計測装置。
  3. 前記異常判定部によって前記湿度検出部に異常が生じていると判定された場合に、二つの前記湿度検出部を加熱する加熱部(64)、をさらに備え、
    前記異常判定部は、前記加熱部による加熱が行われた後、二つの前記湿度検出部から取得した前記湿度信号の差に基づき、異常の再判定を行う請求項1又は2に記載の物理量計測装置。
  4. 二つの前記湿度検出部は、一つの湿度センサアッセンブリ(30,230,330,430,530,630,730,830,930,1030,1130,2230)に設けられ、
    前記異常判定部は、前記湿度センサアッセンブリの各前記湿度検出部から出力された前記湿度信号の比較に基づき、前記湿度検出部の異常を判定する請求項1〜3のいずれか一項に記載の物理量計測装置。
  5. 前記湿度センサアッセンブリは、少なくとも二つの湿度センササブアッセンブリ(640,840)を含み、
    各前記湿度センササブアッセンブリには、前記湿度検出部を一つ有する湿度センサチップ(50,450)が一つ設けられている請求項4に記載の物理量計測装置。
  6. 前記湿度センサアッセンブリは、前記湿度検出部を一つ有する湿度センサチップ(50,450)が二つ設けられた一つのセンサ基板(43)を含む請求項4に記載の物理量計測装置。
  7. 前記流体の湿度とは異なる物理量に応じた計測信号を出力する物理量検出部(80)を有する計測チップ(180)と、
    前記計測チップが実装されているセンサ基板(1843)基板と、をさらに備え、
    二つの前記湿度センサチップは、前記計測チップと共に前記センサ基板に実装されている請求項6に記載の物理量計測装置。
  8. 前記湿度センサアッセンブリは、
    前記湿度検出部を少なくとも二つ有する湿度センサチップ(1150,2250)、及び前記湿度センサチップが実装されているセンサ基板(1043,1143)、を有する請求項4に記載の物理量計測装置。
  9. 内燃機関(90)の燃焼室(99)に供給される吸入空気の流量に応じた流量信号を出力する流量検出部(12)と、
    前記流量検出部を収容し、前記吸入空気の流路内に配置されるハウジング(1811,2111)と、をさらに備え、
    二つの前記湿度センサチップは、共に前記ハウジングに収容されている請求項5〜8のいずれか一項に記載の物理量計測装置。
  10. 前記異常判定部は、前記湿度センサチップに設けられている請求項5〜9のいずれか一項に記載の物理量計測装置。
  11. 前記異常判定部は、前記湿度センサアッセンブリに収容されている請求項4〜9のいずれか一項に記載の物理量計測装置。
  12. 前記湿度検出部を一つずつ有する複数の湿度センサアッセンブリ(1230)、を備え、
    前記異常判定部は、各前記湿度センサアッセンブリの各前記湿度検出部から出力された前記湿度信号の比較に基づき、前記湿度検出部の異常を判定する請求項1〜3のいずれか一項に記載の物理量計測装置。
  13. 内燃機関の燃焼室に供給される吸入空気の流量に応じた流量信号を出力する流量検出部(12)と、
    前記流量検出部を収容し、前記吸入空気の流路内に配置されるハウジング(11)と、をさらに備え、
    複数の前記湿度センサアッセンブリは、前記流路内にて前記ハウジングに並んで保持されている請求項12に記載の物理量計測装置。
  14. 内燃機関の燃焼室に供給される吸入空気の流路が第一流路部(92a)及び第二流路部(92b)に分岐されており、
    複数の前記湿度センサアッセンブリは、前記第一流路部内に配置される第一湿度センサアッセンブリと、前記第二流路部内に配置される第二湿度センサアッセンブリと、を含む請求項12に記載の物理量計測装置。
  15. 内燃機関(90)の燃焼室(99)に供給される吸入空気の流量に応じた流量信号を出力する流量検出部(12)と、
    前記流量検出部を収容し、前記吸入空気の流路内に配置されるハウジング(11)と、をさらに備え、
    複数の前記湿度センサアッセンブリには、前記ハウジングに保持された状態で前記流路内に配置される第一湿度センサアッセンブリと、前記ハウジングから離れた位置にて前記流路内に配置される第二湿度センサアッセンブリと、を含む請求項12に記載の物理量計測装置。
  16. 前記湿度センサアッセンブリからの出力される前記湿度信号が入力される演算処理回路(110)、をさらに備え、
    前記演算処理回路は、前記異常判定部を有する請求項4〜9及び12〜15のいずれか一項に記載の物理量計測装置。
  17. 二つの前記湿度検出部は、互いに同一の方向へ向けられている請求項1〜16のいずれか一項に記載の物理量計測装置。
  18. 二つの前記湿度検出部は、互いに異なる方向へ向けられている請求項1〜16のいずれか一項に記載の物理量計測装置。
  19. 流体の物理量を計測する計測部(MS)の異常を検出する異常検出装置であって、
    前記計測部に含まれる少なくとも二つの湿度検出部(60)から、前記流体の湿度に応じた湿度信号を取得する信号取得部(71)と、
    二つの前記湿度検出部から取得した前記湿度信号の差が異常判定閾値を超えた場合に、前記湿度検出部に異常が生じていると判定する異常判定部(73)と、を備える異常検出装置。
  20. 流体の物理量を計測する計測部(MS)の異常を検出する異常検出方法であって、
    少なくとも一つの処理部(111)は、
    前記計測部に含まれる少なくとも二つの湿度検出部(60)から、前記流体の湿度に応じた湿度信号を取得し(S101,S201,S401,S501)、
    二つの前記湿度検出部から取得した前記湿度信号の差が異常判定閾値を超えた場合に、前記湿度検出部に異常が生じていると判定する(S105,S204,S409,S507)、異常検出方法。
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