JPWO2017056699A1 - 物理量検出装置 - Google Patents

Abstract

物理量検出装置のうち流量検出部の計測安定性の向上を図るために、流量検出部が配置される副通路を第１通路から第３通路に分離し、流量検出部が配置される第２通路の上流部に第３通路を設けることで計測安定性を向上させる。本発明の物理量検出装置３００は、主通路１２４を通過する被計測気体３０の物理量を検出する少なくとも一つの検出部６０２と、検出部６０２により検出された物理量を演算処理する回路部とが設けられた回路基板４００と、回路基板４００を収容するハウジング３０２とを有しており、ハウジングに固定されるカバー３０４と、ハウジングとカバーとの協働により形成される副通路３０５を有しており、検出部６０２が配置される副通路３０５は第１通路７０１から第３通路７０３までの分岐通路が構成されていることを特徴とする。

Description

本発明は、内燃機関の吸入空気の物理量検出装置に関する。

特許文献１には、内燃機関に取込まれる空気流量を測定する装置の構造が示されており、空気流量測定装置は主通路の流れを迂回させる副通路を有しており、副通路入口部に空気流れを変向させる案内面が設けられている。

特許5167343号公報

空気流量検出装置など主通路の空気を迂回させて副通路内部に流量検出素子を配置して計測する場合、主通路を流れる空気に含まれる水滴や異物の影響を考慮した設計が必要となる。水滴が、流量検出素子表面に付着した場合、瞬時的な出力変動が発生し、計測誤差となる。特許文献１では、水滴や異物を流量検出素子へ分岐する測定通路へ侵入させないように副通路入口に空気の案内面が設けられている。しかし、主通路の流れが低流速から中流速の場合、空気の慣性が弱いため水滴等は壁面に付着し測定通路の分岐部を経由して流量検出素子へ到達する。特に、特許文献１では、測定通路の内周面や外周面に付着した水滴が液膜を形成して、流速変化により流量検出素子へ到達する懸念がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、曲率をもった副通路内に流量検出素子を有する物理量検出素子において副通路の内周または外周面を伝わり移動する水滴を主通路へ排出し、水滴付着時の流量検出素子の出力変動を低減できる物理量検出装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の物理量検出装置は、主通路を通過する被計測気体の空気流量を検出する素子と、該素子が配置され被計測気体を迂回させる副通路溝が形成されたハウジングおよびカバーを有した物理量測定装置であって、前記副通路はハウジングの溝およびカバーが協働するかたちで形成され、前記副通路は入口から一直線状に延在する第１通路を有し、前記第１通路から分岐する第２通路と、前記第２通路から分岐する第３通路が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、副通路に進入する水滴が第１通路および第２通路の分岐部を経由して第３通路に誘導し、第３通路から水滴を主通路に排出することで流量検出素子に到達する水滴を極力抑え、流量検出の計測誤差を向上させることが可能となる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

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。 物理量検出装置の正面図。 物理量検出装置の背面図。 物理量検出装置の左側面図。 物理量検出装置の右側面図。 物理量検出装置の平面図。 物理量検出装置の下面図。 物理量検出装置から表カバーを取り外した状態を示す正面図。 物理量検出装置から裏カバーを取り外した状態を示す背面図。 物理量検出装置から表カバーと裏カバーを取り外した状態を示す左側面図。 物理量検出装置から表カバーと裏カバーを取り外した状態を示す右側面図。 図３−１のＡ−Ａ線断面矢視図。 ハウジングの他の実施例を説明する背面図。 図４−１に示すハウジングの右側面図。 正面カバーの構成を説明する図。 背面カバーの構成を説明する図。 回路基板の正面図。 回路基板の右側面図。 回路基板の背面図。 回路基板の左側面図。 図７−１のＢ−Ｂ線断面図。 図７−１のＢ−Ｂ線断面に相当する他の実施例を示す図。 図７−１のＣ−Ｃ線断面図。 センサ室の構造を説明する図であり、（ａ）はセンサ室の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＥ１−Ｅ１線断面図。 センサ室の他の実施例の構造を説明する図であり、（ａ）はセンサ室の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＥ２−Ｅ２線断面図。 センサ室のさらに他の実施例の構造を説明する図であり、（ａ）はセンサ室の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＥ３−Ｅ３線断面図。 端子接続部の構造を説明する図。 端子接続部の構造を説明する図。 図９−１のＦ−Ｆ線断面図。 図９−２のＧ−Ｇ線断面図。 物理量検出装置の回路構成の一例を説明する図。 物理量検出装置の回路構成の他の実施例を説明する図。 物理量測定装置から裏カバーを取り外した別の例を示す背面図。 （ａ）は図１１−１に示す物理量測定装置の背面図、（ｂ）は（ａ）のＪ−Ｊ線断面図。 （ａ）は図１１−１に示す点線部ＡＡの拡大図、（ｂ）は、（ａ）部で示す副通路内の流速分布を示す流体解析の実施例。 （ａ）は物理量測定装置の空気流れ方向の横断面の流速分布を示す流体解析実施例、（ｂ）は主通路の流速に対する水抜き孔から流出する流量の関係を説明する図。 図１１−１に示す物理測定装置に相当する別の実施例を示す図。 （ａ）は図１１−５に示す物理測定装置の背面図を示す。（ｂ）は（ａ）のＫ−Ｋ線断面図を示す。 図１１−６（ｂ）に示す断面図の流速分布を流体解析の実施例。 図１１−１に示す物理量測定装置に相当する別の実施例を示す図。

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の全体構造とその効果
３．１ ハウジング３０２の全体構造
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Ｂ−Ｂ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Ｂ−Ｂ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９−１から図９−４を用いて以下に説明する。図９−１は、端子接続部の構造を説明する図、図９−２は、端子接続部の構造を説明する図、図９−３は、図９−１のＦ−Ｆ線断面図、図９−４は、図９−２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９−１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９−３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９−４（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９−４（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７−６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、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４０２を容易に設けることができる。凹部４０２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４０２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 第３通路の構成
図１１−１、図１１−２、図１１−３に水抜き孔７２０を有した物理量測定装置の構成例を示す。図１１−１に示される裏側副通路溝３３４は、主通路１２４から被計測気体３０が流入する入口溝から一直線状に延在して下流側外壁３３８の排出口３０５ｃへ流れる第１通路７０１、第１分岐部８０１から流量検出部６０２へと流れる第２通路７０２と、第２通路７０２の上流部で第２分岐部８０２を経由して流れる第３通路７０３で構成されている。また、裏側副通路溝３３４はカバー３０４との協働で副通路３０５を形成しており、空洞部は、カバー側壁面７１３と、カバー側壁面７１３に対向する裏側副通路溝３３４の側壁面７１２と、裏側副通路溝３３４のみで構成される内周壁７１０と、外周壁７１１の合計４面で構成されている。内周壁７１０は、第１通路７０１から第３通路７０３を経由して第２通路７０２に延在している。一方、外周壁７１１は、直線的に排出口３０５ｃへ延在する構成となっている。

図１１−３に示す第１分岐部８０１と第２分岐部８０２の拡大図と流速分布では、第２通路７０２の内周壁７１０付近の流速が低下している。第１通路から一様角度を有した第１分岐部８０１では、剥離流が発生しており、第１通路７０１から第３通路７０３へ延在する内周壁７１０の端部が剥離流の開始点となっている。そのため、剥離流内周部で低速部９００が形成される。第３通路７０３の入口部は、第１通路７０１と第２通路７０２の分岐部で発生する剥離流の低速部に配置されている。したがって、第３通路７０３へ流入する空気量は少なく、大部分の空気が第２副通路７０２へ流れる。これにより、流速低下にともなう流量検出部６０２の計測精度悪化を抑制できる。
また、入口溝から一直線状に延在する排出口３０５ｃは、比較的流速が早い場合、被計測気体３０の慣性を利用して被計測気体中に含まれる水滴や異物を排出することが可能となる。しかし、流速が低下した場合は慣性力が弱く、その効果は低減する。特に、副通路３０５内の流速低下や副通路３０５内の第１分岐部７０１で発生する剥離部における低速部９００では、水滴が壁面に付着し液膜が発生し易い。液膜が成長するにつれ、液膜高さが増加し空気の慣性により、壁面を伝わり空気流れ方向へ徐々に移動する。それに対して、第１通路７０１の内周壁７１０は第３通路７０３へ延在している。したがって、液膜は、第１通路７０１から第３通路７０３へ流入し、第２通路７０２への進入を抑制し、流量検出部６０２での計測精度低下を抑制できる。

図１１−２に示される水抜き孔７２０は、裏カバー３０４に設けられた開口部であり、裏側副通路溝３３４に形成された第３通路７０３の終端部に位置しており、主通路と副通路３０５との間を連通する。図１１−２（ｂ）に示される副通路３０５の上流側外壁面３３６ｂとカバー３０３、３０４は直交しており、図１１−４（ａ）の流速分布が示すように主通路１２４の空気流れで剥離流が発生する。剥離部の流速分布の厚さＨＡは、剥離開始点から空気流れ方向に進むにつれて徐々に厚くなる。これにより、第３通路７０３の終端部の静圧に対して、水抜き孔７２０の側面上流で発生する静圧の方が低くなり、負圧となり、その圧力差により第３通路７０３の終端部から水抜き孔７２０を経由する空気流れを発生させることができる。これにより、第３通路７０２に流入した水滴（液膜）を外部である主通路へ排出することが可能となる。剥離開始点が最も流速が早くなるため、水抜き孔７２０との距離が近いほどその負圧効果は大きくなる。そのため、副通路３０５の上流側外壁面３３６ｂと下流側外壁面３３８ｂの通路幅における中心線８５０に対して、少なくとも副通路３０５の上流側外壁面３３６ｂから水抜き孔７２０までの距離ＬＨを距離ＬＢの２分の１以下にすることが好ましい。本実施例では、水抜き孔は、ハウジング３０２の上流側外壁面３３６ｂからの距離ＬＨに位置し、ハウジング３０２の上流側外壁面３３６ｂから下流側外壁面３３８ｂまでの副通路幅となる距離ＬＢに対して、少なくとも距離ＬＨが距離ＬＢの２分の１以下となる位置に配置されている。

上記した構成を有した物理量測定装置における水抜き孔７２０から流出する流量と主通路１２４の流速との関係を図１１−４（ｂ）に示す。剥離内周部の低速部９００に第２分岐部７０２を設定することで主通路の流速が低く、水滴が壁面を移動しやすい条件に対して効果的に水抜き孔７２０から排出できることを示している。さらに、流速の早い箇所では、第３通路７０３へ流出する流量が小さいため、流量検出部６０２での流速低下による出力変動等による計測安定性の低下を抑制できる。

図１１−５、図１１−６に図１１−１、図１１−２に対して改良を加えた別の実施例を示す。図１１−１〜４で説明された同一構成の符号は省略されている。図１１−５では、第３通路７０３幅から拡大する形で終端空洞部７０４が形成されている。物理量測定装置は、主通路１２４である吸気ボディにフランジ３１１で固定される。しかし、取付け角度は一様ではないため、水抜き孔７２０の開口部が重力方向とは逆向きに固定される場合がある。その際、水滴は重量を有しているため図１１−４（ｂ）で示した水抜き孔７２０から流出される流量における水滴の排出量は低下することになる。最悪の場合、水抜き孔７２０から水排出量よりも第３通路に侵入する水流入量の方が多くなることがある。その場合、水抜き孔７２０さらには第３通路７０３が閉塞され第２通路７０２へ水滴が流入することが懸念される。これに対して、第３通路が終端空洞部７０４を有することで、水抜き孔７２０または第３通路７０３が閉塞されるまでの時間を遅延させることができ、流量検出部６０２への水滴進入が抑制される。

図１１−６（ｂ）では、副通路上流側外壁３３６ｂに傾斜部８７０が形成された図を示す。傾斜部８７０は、主通路１２４を流れる被計測気体の流れを裏カバー３０４から遠ざける方向に変向するように角度を有して傾斜している。傾斜部８７０は、副通路上流側外壁３３６ｂから水抜き孔７２０に近づくように角度が設定されており、傾斜部８７０部の裏カバー３０４には切り欠きが設けられている。図１１−４（ａ）と同様の流速分布が図１１−７に示す。図１１−６（ａ）のＫ−Ｋ断面の流速分布を示しており、傾斜部８７０を追加することで剥離流の厚さＨＢが図１１−４で示したＨＡよりも厚くなっていることがわかる。これにより、水抜き孔７２０の上面の圧力は図１１−４の実施例よりも低くなる。さらに、図１１−６（ｂ）のＫ−Ｋ断面では、傾斜部端部から水抜き孔７２０までの距離ＬＨを短くできる利点がある。つまり、本構成により負圧効果を向上させることができ、第３通路７０３へ進入した水滴を効果的に排出できるようになる。

図１１−８に図１１−１との異なる形状の副通路溝を形成した例を示す。副通路３０５は、ハウジング３０２に形成された副通路溝と、不図示のカバーとの協働により形成される。副通路３０５は、図１１−１で示した構成と同様に、第１通路７０１、第２通路７０２、第３通路７０３を有している。第１通路７０１は、入口３０５ａから出口３０５ｂまで主通路１２４を流れる被計測気体の流れ方向に沿って緩やかに湾曲しながら延在して設けられている。第２通路７０２は、第１通路７０１の上流部で分岐して第１通路７０１の下流部に合流する迂回形状を有しており、その途中位置に流量検出部６０２が設けられている。第１通路７０１の外周面７１５は、第３通路７０３を経由して第２通路７０２へと延在している。本構成においても、第３通路７０３の終端部に水抜き孔７２０が配置されるように、水抜き孔７２０をカバー側面に形成することで、第３通路７０３に進入した水滴を効果的に排出できるという効果を得ることができる。

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１０−１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１０−１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１０−１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１０−１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１０−２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。

３０ 被計測気体
１２４ 主通路
３００ 物理量検出装置
３０２ ハウジング
３０５ 第１副通路
３３６ 上流側外壁
３３６ａ 回路室上流側外壁
３３６ｂ 副通路上流側外壁
３３８ 下流側外壁
３３８ａ 回路室下流側外壁
３３８ｂ 副通路下流側外壁
４００ 回路基板
４２１Ａ、４２１Ｂ 圧力センサ（第３検出部）
４２２ 湿度センサ（第２検出部）
６０２ 流量検出部（第１検出部）
７０１ 第１通路
７０２ 第２通路
７０３ 第３通路
７０４ 第３通路終端部空洞部
７１０ 裏側副通路溝内周壁
７１１ 裏側副通路溝外周壁
７１２ カバー側壁面
７１３ 裏側副通路溝側壁面
７２０ 水抜き孔
８０１ 第１分岐部
８０２ 第２分岐部
８５０ 副通路幅中心線
８７０ 上流側外壁傾斜部

Claims (9)

1. 主通路を通過する被計測気体の物理量を検出する少なくとも一つの検出部と、該検出部は流量検出部を含み、該検出部により検出された物理量を演算処理する回路部とが設けられた回路基板と、該回路基板を収容するハウジングと、該ハウジングに固定されるカバーと、該ハウジングとカバーとの協働により形成される副通路を有し、該副通路内に前記流量検出部が配置される物理量検出装置であって、
   前記副通路は、前記被計測気体を取込む入口と前記被計測気体を排出する出口との間を連通する第１通路と、前記第１通路から分岐する第２通路と、前記第２通路から分岐する第３通路を有したことを特徴とする物理量検出装置。
2. 前記第２通路は曲率をもって形成されており、前記流量検出部が前記第２通路に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
3. 前記第３通路は、前記ハウジングの上流側外壁面に向かって伸びるように形成され、空気流れ方向に対して対向する面を有した終端部を有していることを特徴とする請求項２に記載の物理量検出装置。
4. 前記第３通路の入口部は、前記流量検出部へ流れる前記第２通路の上流に配置されることを特徴とする請求項３に記載の物理量検出装置。
5. 前記カバーは、該カバーの側面に開口する水抜き孔を有し、該水抜き孔は前記第３通路の終端部に連通する位置に設けられていることを特徴とした請求項４に記載の物理量検出装置。
6. 前記水抜き孔は、前記ハウジングの上流側外壁面からの距離ＬＨに位置し、前記ハウジングの上流側外壁面から下流側外壁面までの副通路幅となる距離ＬＢに対して、少なくとも距離ＬＨが距離ＬＢの２分の１以下となる位置に配置されたことを特徴とした請求項５に記載の物理量検出装置。
7. 前記第３通路の入口部は、前記第１通路と第２通路の分岐部で発生する剥離流の低速部に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の物理量検出装置。
8. 前記第３通路の入口部から終端部の間に前記入口部の通路幅よりも拡大する空洞部を有することを特徴とする請求項６または７記載の物理量検出装置。
9. 前記ハウジングは、前記水抜き孔よりも前記被計測気体の主空気流れ上流側に外壁面を有し、前記外壁面は前記被計測気体の流れを変向させる傾斜部を有し、該傾斜部は、前記被計測気体の流れを前記カバーの側面から遠ざける方向に変向するように角度を有して傾斜していることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項記載の物理量検出装置。

Images