JP6200962B2

JP6200962B2 - 空気流量測定装置

Info

Publication number: JP6200962B2
Application number: JP2015544852A
Authority: JP
Inventors: 余語　孝之; 孝之余語; 浩昭星加; 崇裕三木
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2034-09-05
Also published as: EP3064906A1; CN105683721A; EP3064906A4; JPWO2015064213A1; WO2015064213A1; US20160252378A1

Description

本発明は物理量を計測する測定装置に係り、特に、内燃機関内を流れる空気の物理量を計測する空気流量測定装置に関する。

内燃機関内を流れる空気の物理量を計測する空気物理量センサの構造として、例えば特許文献１に記載の技術が挙げられる。特許文献１には、空気流量を計測するための流量センサ素子と、圧力及び湿度のいずれかを計測するための環境センサ素子と、を備えており、環境センサ素子を収納する計測室を流量センサが配置される副通路よりも主通路の通路壁から離反した通路中央側に配置することが記載されている。

また、特許文献２には、半導体基板上に少なくとも発熱体が形成されて、流体の流量を検出する流量検出部が構成された半導体装置であって、半導体の同一面側に、流量検出部と流体の湿度を検出する湿度検出部とが、湿度検出部が流量検出部よりも上流側となるように、流体の流れ方向に沿って並んで形成される構成が記載されている。

特開２０１０−１５１７９５号公報特開２００８−１５７７４２号公報

流量検出素子、湿度検出素子、圧力検出素子は検出部が通路内に露出して配置されており、吸入空気に含まれるオイルやカーボン、水滴等の汚損物が付着すると検出精度が悪化するおそれがある。特に、湿度検出素子は水滴が付着すると結露するおそれがあり検出精度に影響を及ぼすおそれがある。そのため、湿度検出素子は主空気通路内の流速の遅い位置に配置することが望ましい。しかし、流量検出素子は低流量での検出精度向上のためには、吸入空気流速の速い主空気流の中央付近に配置することが望ましい。そのため、これらの物理量を計測するにあたっては検討すべき事項に関して背反事項があり両立するのが困難であるという課題があった。

本発明の目的は、湿度あるいは圧力の少なくとも１つの物理量を検出する物理量検出素子の耐汚損性を向上しつつ、高精度な流量検出を実現した空気流量測定装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、その一例を挙げるならば、空気の流量を検出する流量検出素子と、湿度あるいは圧力の少なくとも１つの物理量を検出する物理量検出素子と、前記流量検出素子あるいは前記物理量検出素子の出力信号を処理する回路を内部に有する回路パッケージと、を有する空気流量測定装置であって、前記流量検出素子と前記物理量検出素子とは、前記流量検出素子がベアチップの状態で、前記物理量検出素子がプラスチックパッケージ部品の状態で、かつ前記流量検出素子の検出部と前記物理量検出素子の検出部とが空気中に露出した状態で、同一の前記回路パッケージ内に配置される空気流量測定装置である。

本発明によれば、湿度あるいは圧力の少なくとも１つの物理量を検出する物理量検出素子の耐汚損性を向上しつつ、高精度な流量検出を実現した空気流量測定装置を提供することが可能になる。

本発明の一実施例を示す外観図本発明の一実施例を示す断面図本発明の一実施例を示す回路パッケージ外観図本発明の一実施例を示す回路パッケージ外観図本発明の一実施例を示す回路パッケージ外観図本発明の一実施例を示す回路パッケージ外観図本発明の一実施例を示す回路パッケージ外観図本発明の一実施例を示す回路パッケージ外観図本発明の一実施例を示す回路パッケージ外観図本発明の一実施例を示す回路パッケージ外観図本発明の一実施例を示す回路パッケージ外観図本発明の一実施例を示す外観図及び断面図本発明の一実施例を示す外観図及び断面図

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１（Ａ）は本発明の一実施例を示す外観図、図１（Ｂ）は一実施例を示す断面図である。

図１（Ａ）に示されるように、空気流量測定装置３は、ハウジング部材１とカバー部材２を備えている。ハウジング部材１は、空気流量測定装置３を主通路４を構成する吸気管構成部材５に固定するためのフランジ６と、外部機器との電気的な接続を行うための端子を有するコネクタ７と、流量等の物理量を計測するための計測部８を備えている。計測部８の内部には、副通路９が設けられている。さらに計測部８の内部には主通路４を流れる空気１０の流量を計測するための流量検出素子１１や、空気の湿度、圧力の内少なくとも１つを検出する物理量検出素子１２、コンデンサ等の電子部品を備え、エポキシ樹脂にて樹脂封止された回路パッケージ１３が設けられている。回路パッケージ１３内には、流量検出素子からの出力信号を処理する集積回路（図示せず。）が設けられている。

物理量検出素子１２はエンジンルーム内の熱影響による検出精度悪化を避けるため、通路内に配置する必要があり、流量検出素子１１とともに、副通路９内で、空気中に露出されている。

流量検出素子１１は、精度良く流量を検出するためには、周囲に空気の流れを乱す大きな段差等が無い方が好ましい。そのため、流量検出素子１１と物理量検出素子１２を同一の回路パッケージ１３内に配置し、物理量検出素子１２を樹脂封止する際、回路パッケージ１３の表面に平らな面、もしくは、製造上必要な小さな段差で実装することで、周囲に空気の流れを乱す大きな段差等の影響を無くすあるいは低減でき、その結果、流量検出精度を向上することが出来る。

更には、同一の回路パッケージ１３内に配置することで、流量検出素子１１と物理量検出素子１２、コンデンサ等の電子部品を搭載するフレームや基板を１つの部品で構成出来るため、小型化、部品数低減が可能となる。

次に、回路パッケージ１３の構成について図２（Ａ）、図２（Ｂ）を用いて詳細に説明する。

回路パッケージ１３に配置された流量検出素子１１は半導体素子のベアチップで配置され、物理量検出素子１２はプラスチックパッケージ部品が実装されている。また、双方の検出素子の検出部は空気中に露出している。

半導体素子のベアチップは、回路パッケージ１３の樹脂成形時に成形型が当たる際の応力が大きいとひび割れ等が生じるおそれがある。特に、複数の検出素子が配置されている場合、回路パッケージ１３の寸法、形状により各検出素子がひび割れに至る応力が異なり、樹脂封止成形時の製造管理値が狭くなってしまう問題がある。そこで、物理量検出素子１２をプラスチック部品とすることで、回路パッケージ１３の樹脂成形時のひび割れの発生率を低減することができ、安価な空気流量測定装置を提供出来る。

流量検出素子１１の流量特性は副通路構造に影響されるため、副通路と組み合わせた状態で特性調整する場合が多いが、物理量検出素子１２の出力特性は単体で特性調整することができ、単体で調整した後に回路パッケージ１３内に配置することで、生産効率を高くできる利点がある。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示されるように、流量検出素子１１と物理量検出素子１２の回路パッケージ１３内での互いの配置関係は、主通路を流れる空気１０の流れ方向に対し、垂直方向となるように配置されている。流量検出素子１１は空気の流量を高流量から底流量まで検出する必要がある。特に、低流量域を計測する際には流量検出素子１１の流量に対する感度の問題から流速の速い位置に流量検出素子１１を配置することが好ましい。一方、物理量検出素子１２は、吸入空気に含まれる粉塵やカーボン等の汚損物から検出部を保護する必要があり流速の遅い位置に配置することが好ましい。流量検出素子１１と物理量検出素子１２とを空気１０の流れ方向に対し、垂直方向に配置することで各検出素子での流速差を設けることが可能となる。言い換えると、流量検出素子１１と、湿度、圧力の少なくとも１つを検出する物理量検出素子１２を同一回路パッケージ内に配置することで、流量検出素子１１を主空気通路内の流速の速い位置に配置し、物理量検出素子１２を主空気通路内の流速の遅い位置に配置することが出来る。これにより、物理量検出素子１２は、主空気通路内に配置することで、エンジンルーム内の熱による特性変動影響を低減することができ、また、流速の遅い位置に配置することで吸入空気に含まれる、粉塵、オイル、カーボン等の汚損物質による特性変化影響を低減出来るため検出精度を向上し、耐汚損性能を向上することが出来る。その上で、流量検出素子１１は、流速の速い位置に配置することで低流量から高流量まで、精度良く検出することが出来る。

回路パッケージ１３に配置された物理量検出素子１２は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）と比較して流量検出素子１１よりもコネクタ７側に配置している。コネクタ７が、主通路４の管壁に近い流速の遅い位置に配置されるため、物理量検出素子１２をコネクタ７側に配置することで、流量検出素子１１を流速の速い位置に、物理量検出素子１２を流速のさらに遅い位置に配置することが可能となる。

次に、図５を用いて本発明のその他の一実施例について説明する。図５に示されるように、本実施例では、先の実施例と異なり回路パッケージ１３に配置された流量検出素子１１と物理量検出素子１２とを直線上に配置している。前述した様に双方の検出素子の検出部は空気中に露出しているため、樹脂成形時は複数箇所を開口する必要がある。樹脂成形時には開口部を固定型あるいは可動型に関わらず、開口部に型を押し当てなければならない。このため、型の当たりによっては検出素子に過大な押圧力がかかり検出素子にダメージを与える可能性がある。開口が複数ある場合、型の押し当て圧力等の成形条件の管理がさらに困難となる。そこで、本実施例のように流量検出素子１１と物理量検出素子１２とを直線上に配置することで、成形型の押し当てを均等化することができ、成形性を向上することが可能となる。

次に、図６（Ａ）、図６（Ｂ）を用いて更なる本発明の他の一実施例について説明する。

回路パッケージ１３には、流量検出素子１１と、物理量検出素子１２と、コンデンサ等の電子部品と、加熱部品としてチップ抵抗やサーミスタ等のヒーター素子１４とが配置されている。特に、物理量検出素子１２が湿度検出素子である場合、湿度検出部が結露してしまうと乾燥するまでの間は相対湿度１００％に近い値を出力し続けてしまう。そして、結露は回路パッケージ１３の温度が低い方が起こりやすく結露を防止するためには回路パッケージの温度を高くすることが必要となる。このため、回路パッケージ１３内にヒーター素子１４を配置することで結露を防止でき、高精度な空気流量測定装置を提供出来る。

結露を防止する方法として湿度検出部のみをヒーター素子１４を用いて加熱する方法もあるが、回路パッケージ１３が結露した場合、水滴となって回路パッケージ１３を伝わって湿度検出部に到達した場合でも、乾燥するまでの間はほぼ１００％の相対湿度を検出した状態を続けてしまう。そのため、回路パッケージ１３自体も加熱した方がより高精度な検出が可能となる。

次に、図７を用いて本発明の他の一実施例について説明する。

本実施例では、物理量検出素子１２とヒーター素子１４の距離１６＜流量検出素子１１とヒーター素子１４の距離１５となる様に各素子を回路パッケージ１３内に配置した。特に、物理量検出素子１２が湿度検出素子の場合、前述した様に、湿度検出素子は結露すると乾燥するまでの間はほぼ１００％の相対湿度を検出した状態を続けてしまうため、ヒーター素子１４で湿度検出素子近傍を加熱して回路パッケージの温度を高くすることが有効となるが、流量検出素子１１はヒーター素子１４の発熱が伝わることにより熱影響による流量検出の誤差が生じてしまう。そこで、物理量検出素子１２とヒーター素子１４の距離１６＜流量検出素子１１とヒーター素子１４の距離１６となる様に各素子を配置することで、物理量検出素子１２とヒーター素子１４との距離は保ちつつ、流量検出素子１１とヒーター素子１４との距離を離すことで、湿度等の物理量検出精度を保ちつつ、熱影響による流量検出誤差の低減を図り高精度な空気流量測定装置を提供できる。

次に、図８（Ａ）、図８（Ｂ）を用いて本発明の他の一実施例について説明する。

本実施例では、物理量検出素子１１の空気の流れ方向の上流側に突起１７または溝１８を形成した。これにより、吸入空気の中には水分も含まれるため、突起１７または溝１８によって検出部に吸入空気に含まれる粉塵、オイル、水分等の汚損物質が付着するのを防止することが出来る。

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。

１…ハウジング部材、２…カバー部材、３…空気流量測定装置、４…主通路、５…吸気管構成部材、６…フランジ、７…コネクタ、８…計測部、９…副通路、１０…空気、１１…流量検出素子、１２…物理量検出素子、１３…回路パッケージ、１４…ヒーター素子、１５…流量検出素子とヒーター素子の距離、１６…物理量検出素子とヒーター素子の距離、１７…突起、１８…溝

Claims

空気の流量を検出する流量検出素子と、湿度あるいは圧力の少なくとも１つの物理量を検出する物理量検出素子と、前記流量検出素子あるいは前記物理量検出素子の出力信号を処理する回路を内部に有する回路パッケージと、を有する空気流量測定装置であって、
前記流量検出素子と前記物理量検出素子とは、前記流量検出素子がベアチップの状態で、前記物理量検出素子がプラスチックパッケージ部品の状態で、かつ前記流量検出素子の検出部と前記物理量検出素子の検出部とが空気中に露出した状態で、同一の前記回路パッケージ内に配置されることを特徴とする空気流量測定装置。
前記流量検出素子と前記物理量検出素子とは、主通路を流れる空気の流れ方向に対し垂直方向となるように前記回路パッケージ内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の空気流量測定装置。
前記物理量検出素子は、前記流量検出素子よりコネクタ側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の空気流量測定装置。
前記物理量検出素子は、前記流量検出素子と同一線上にならぶように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の空気流量測定装置。
前記回路パッケージは、前記物理量検出素子の近傍にヒーター素子が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の空気流量測定装置。
前記ヒーター素子は、チップ抵抗あるいはサーミスタからなることを特徴とする請求項５に記載の空気流量測定装置。
前記物理量検出素子と前記ヒーター素子との距離をＬ１、前記流量検出素子と前記ヒーター素子との距離をＬ２とすると、
Ｌ１＜Ｌ２
の関係を満たしていることを特徴とする請求項５に記載の空気流量測定装置。
前記回路パッケージは、前記物理量検出素子の空気流れの上下流側の少なくとも一方側に突起あるいは溝を有することを特徴とする請求項１に記載の空気流量測定装置。