WO2016017298A1 - 物理量検出装置 - Google Patents

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WO2016017298A1
WO2016017298A1 PCT/JP2015/067106 JP2015067106W WO2016017298A1 WO 2016017298 A1 WO2016017298 A1 WO 2016017298A1 JP 2015067106 W JP2015067106 W JP 2015067106W WO 2016017298 A1 WO2016017298 A1 WO 2016017298A1
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passage
sub
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detection device
quantity detection
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崇裕 三木
余語　孝之
浩昭 星加
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • G01N33/0022—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment using a number of analysing channels

Definitions

  • the present invention relates to a physical quantity detection device for detecting a physical quantity of intake air of an internal combustion engine.
  • Fuel consumption, CO 2 , and exhaust gas regulations are calculated and defined based on a driving cycle represented by NEDC in Europe. In future regulations, not only specified values but also driving cycle conditions and on-board diagnostic system (OBD) regulated values will be changed.
  • OBD on-board diagnostic system
  • absolute humidity indicates the amount of water contained in the air (g gram / kg kilogram), and can be calculated from the temperature, relative humidity, and pressure in the air.
  • the relative humidity indicates the ratio (% percent) of the amount of moisture in the air.
  • Patent Documents 1 and 2 show an example in which an air flow sensor, a humidity sensor, and a pressure sensor are integrated.
  • the air flow rate sensor is located in a sub-passage that takes in air flowing through a main air passage (also simply referred to as an intake pipe), and is disposed on a terminal member made of a metal material.
  • the humidity sensor is located in a second sub-passage that takes in air flowing through the sub-passage and is mounted on the electronic circuit board.
  • the pressure sensor is arranged on the housing component. That is, each physical quantity detection sensor is arranged on a different member.
  • the air flow rate sensor, the pressure sensor, and the humidity sensor are arranged on different members, and are arranged in consideration of the sensor performance. There is room for improvement in the size (called housing).
  • the air flow rate detection device is arranged in an intake pipe connected to a combustion chamber of an internal combustion engine, and a measurement part of a housing in which a sensor is arranged is attached so as to be exposed in the intake pipe. Therefore, the housing generates a pressure loss with respect to the air in the intake pipe. That is, as the housing size increases, the pressure loss increases and the amount of air introduced into the combustion chamber decreases. Engine power is obtained by converting thermal energy from chemical reaction with fuel and air into kinetic energy. Therefore, a decrease in the maximum air flow rate flowing into the combustion chamber due to pressure loss leads to a decrease in engine output. The increase in pressure loss with the maximum air flow rate will affect the minimum air flow rate that can flow into the combustion chamber. In other words, due to the reduction in the bore diameter of the intake pipe accompanying the miniaturization of the engine, measurement accuracy of an extremely low flow rate will be required for the air flow rate detection device in the future.
  • the flange and the connector portion that are formed integrally with the housing and supported and fixed to the intake pipe are not exposed in the intake pipe, but are exposed in the engine room.
  • the engine room is composed of a bonnet and a vehicle body, and various engine parts are arranged. In recent years, further space reduction is expected due to engine miniaturization and pedestrian head protection standards. Under such circumstances, it is essential to consider the housing size in order to integrate a plurality of sensors in the air flow rate detection device.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a physical quantity detection device capable of downsizing the outer shape of the housing.
  • a physical quantity detection device of the present invention is a physical quantity detection device for detecting a plurality of physical quantities of a gas to be measured flowing in a main passage, and a housing disposed in the main passage, and a circuit board insert-molded in the housing And a plurality of detection sensors mounted respectively on one side and the other side of the circuit board.
  • the circuit board it is possible to reduce the size of the circuit board by arranging a plurality of physical quantity detection sensors using both surfaces of the electronic circuit board.
  • the circuit board can be downsized to reduce the size of the casing of the physical quantity detection device, which leads to problems such as securing the space in the engine room or reducing pressure loss in the intake pipe. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
  • the system figure which shows one Example which used the physical quantity detection apparatus which concerns on this invention for the internal combustion engine control system.
  • the front view of a physical quantity detection apparatus The rear view of a physical quantity detection apparatus.
  • the left view of a physical quantity detection apparatus The right view of a physical quantity detection apparatus.
  • the bottom view of a physical quantity detection apparatus The front view which shows the state which removed the front cover from the physical quantity detection apparatus.
  • the rear view which shows the state which removed the back cover from the physical quantity detection apparatus.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 7.
  • the figure explaining the structure of a front cover The figure explaining the structure of a back cover.
  • the modes for carrying out the invention solve various problems demanded as actual products, and particularly as a detection device for detecting the physical quantity of intake air of a vehicle.
  • Various problems desirable for use are solved, and various effects are achieved.
  • One of the various problems solved by the following embodiment is the contents described in the section of the problem to be solved by the invention described above, and one of the various effects exhibited by the following embodiment is as follows. It is the effect described in the column of the effect of the invention.
  • Various problems solved by the following embodiments will be described in the description of the following embodiments with respect to various effects exhibited by the following embodiments. Therefore, the problems and effects solved by the embodiments described in the following embodiments are also described in the contents other than the contents of the problem column to be solved by the invention and the effects of the invention column.
  • FIG. 1 shows an embodiment using a physical quantity detection device according to the present invention for an electronic fuel injection type internal combustion engine control system. It is a system diagram. Based on the operation of the internal combustion engine 110 including the engine cylinder 112 and the engine piston 114, the intake air is sucked from the air cleaner 122 as the measurement target gas 30 and passes through the main passage 124 such as the intake body, the throttle body 126, and the intake manifold 128. Guided to the combustion chamber of the engine cylinder 112.
  • the physical quantity of the gas 30 to be measured which is the intake air led to the combustion chamber, is detected by the physical quantity detection device 300 according to the present invention, and fuel is supplied from the fuel injection valve 152 based on the detected physical quantity, and the intake air 20 is introduced into the combustion chamber in the form of an air-fuel mixture.
  • the fuel injection valve 152 is provided at the intake port of the internal combustion engine, and the fuel injected into the intake port forms an air-fuel mixture together with the measured gas 30 that is the intake air, and passes through the intake valve 116. It is guided to the combustion chamber and burns to generate mechanical energy.
  • the physical quantity detection device 300 can be used not only for the method of injecting fuel into the intake port of the internal combustion engine shown in FIG. 1 but also for the method of directly injecting fuel into each combustion chamber. In both types, the basic concept of the control parameter measurement method including the method of using the physical quantity detection device 300 and the control method of the internal combustion engine including the fuel supply amount and the ignition timing is substantially the same. A method of injecting fuel is shown in FIG.
  • the fuel and air introduced to the combustion chamber are in a mixed state of fuel and air, and are ignited explosively by spark ignition of the spark plug 154 to generate mechanical energy.
  • the combusted gas is guided from the exhaust valve 118 to the exhaust pipe, and is discharged from the exhaust pipe to the outside as the exhaust gas 24.
  • the flow rate of the gas 30 to be measured which is the intake air led to the combustion chamber, is controlled by the throttle valve 132 whose opening degree changes based on the operation of the accelerator pedal.
  • the fuel supply amount is controlled based on the flow rate of the intake air guided to the combustion chamber, and the driver controls the flow rate of the intake air guided to the combustion chamber by controlling the opening degree of the throttle valve 132, thereby
  • the mechanical energy generated by the engine can be controlled.
  • the control device 200 calculates the fuel injection amount and the ignition timing based on the physical quantity of the intake air that is the output of the physical quantity detection device 300 and the rotational speed of the internal combustion engine that is measured based on the output of the rotation angle sensor 146. Based on these calculation results, the amount of fuel supplied from the fuel injection valve 152 and the ignition timing ignited by the spark plug 154 are controlled. The fuel supply amount and ignition timing are actually based on the temperature and throttle angle change state detected by the physical quantity detection device 300, the engine speed change state, and the air-fuel ratio state measured by the oxygen sensor 148. It is finely controlled. The control device 200 further controls the amount of air that bypasses the throttle valve 132 by the idle air control valve 156 in the idle operation state of the internal combustion engine, and controls the rotational speed of the internal combustion engine in the idle operation state.
  • the vehicle on which the physical quantity detection device 300 is mounted is used in an environment with a large temperature change, and is used in wind and rain or snow. When a vehicle travels on a snowy road, it travels on a road on which an antifreezing agent is sprayed. It is desirable for the physical quantity detection device 300 to take into account the response to temperature changes in the environment of use and the response to dust and contaminants. Furthermore, the physical quantity detection device 300 is installed in an environment that receives vibrations of the internal combustion engine. It is required to maintain high reliability against vibration.
  • the physical quantity detection device 300 is attached to an intake pipe that is affected by heat generated from the internal combustion engine. Therefore, the heat generated by the internal combustion engine is transmitted to the physical quantity detection device 300 via the intake pipe which is the main passage 124. Since the physical quantity detection device 300 detects the flow rate of the measurement target gas 30 by performing heat transfer with the measurement target gas 30, it is important to suppress the influence of heat from the outside as much as possible.
  • the physical quantity detection device 300 mounted on the vehicle simply solves the problem described in the column of the problem to be solved by the invention, and only exhibits the effect described in the column of the effect of the invention. Instead, as will be described below, the various problems described above are fully considered, and various problems required as products are solved and various effects are produced. Specific problems to be solved by the physical quantity detection device 300 and specific effects to be achieved will be described in the description of the following embodiments.
  • FIGS. 2 to 6 are views showing the appearance of the physical quantity detection device 300.
  • FIG. 2 is a front view of the physical quantity detection device 300, and FIG. Is a rear view, FIG. 4 is a left side view, FIG. 5 is a right side view, and FIG. 6 is a bottom view.
  • the physical quantity detection device 300 includes a housing 302, a front cover 303, and a back cover 304 as components constituting the casing.
  • the housing 302 has an external connection portion having a flange 311 for fixing the physical quantity detection device 300 to the intake body that is the main passage 124, and a connector for protruding from the flange 311 to make an electrical connection with an external device. 321 and a measuring portion 331 extending from the flange 311 so as to protrude toward the center of the main passage 124.
  • the measurement substrate 331 is integrally provided with a circuit board 400 by insert molding (see FIGS. 7 and 8).
  • the circuit board 400 includes a plurality of detection units for detecting various physical quantities of the measurement target gas 30 flowing through the main passage 124 and a circuit unit for processing signals detected by the plurality of detection units.
  • a sub-passage groove is provided on the front surface and the back surface of the measuring unit 331, and the first sub-passage 305 and the second sub-passage 306 are formed in cooperation with the front cover 303 and the back cover 304 (FIG. 7 or FIG. 8).
  • a first sub-passage inlet 305 a for taking a part of the measurement target gas 30 such as intake air into the first sub-passage 305 and the measurement target gas 30 from the first sub-passage 305 are mainly used.
  • a first sub-passage outlet 305b for returning to the passage 124 is provided.
  • a second sub-passage outlet 306 b for returning the measured gas 30 from the second sub-passage 306 to the main passage 124 is provided.
  • a flow rate detection unit 456 (see FIG. 7) that constitutes one of the detection units is provided to detect the flow rate of the gas 30 to be measured.
  • the second sub-passage 306 includes a passage portion that linearly connects the second sub-passage entrance and the second sub-passage exit, and a sensor chamber 342 that communicates with the passage portion and in which a detection sensor is disposed (see FIG. 8). ).
  • pressure sensors 454 and 455 and a temperature / humidity sensor 452 are housed as detection units for detecting a physical quantity different from the flow rate provided on the back surface of the circuit board 400.
  • the physical quantity detection device 300 is provided with a second sub-passage inlet 306a in the middle of the measurement unit 331 extending from the flange 311 toward the center of the main passage 124, and the measurement unit A first sub-passage inlet 305a is provided at the tip of 331. Therefore, not the vicinity of the inner wall surface of the main passage 124 but the portion of the gas near the center away from the inner wall surface can be taken into the first sub-passage 305 and the second sub-passage 306, respectively.
  • the physical quantity detection device 300 can measure the physical quantity of the gas in the part away from the inner wall surface of the main passage 124, and can suppress a decrease in measurement accuracy due to the influence of heat or the like.
  • the temperature of the measurement target gas 30 is easily affected by the temperature of the main passage 124 and is different from the original temperature of the gas. It will be different from the state.
  • the main passage 124 is an intake body of an engine, it is often maintained at a high temperature under the influence of heat from the engine. For this reason, the gas in the vicinity of the inner wall surface of the main passage 124 is often higher than the original temperature of the main passage 124, which causes a reduction in measurement accuracy.
  • the first sub-passage 305 in which the flow rate detection unit is arranged is provided with a first sub-passage inlet 305 a at the tip of a thin and long measuring unit 331 extending from the flange 311 toward the center of the main passage 124.
  • the second sub-passage 306 is provided with a second sub-passage entrance 306a in the middle of the measurement unit 331, and a humidity and pressure detection unit capable of measuring a physical quantity regardless of a decrease in flow velocity near the inner wall surface is arranged.
  • the first sub-passage 305 is provided with a first sub-passage outlet 305b at the tip of the measuring unit 331, and a second sub-passage outlet 306b is provided in the middle of the measuring unit 331. It is possible to secure a necessary flow rate for each detection unit and to reduce measurement errors.
  • the measuring unit 331 has a shape that extends long along the axis from the outer wall of the main passage 124 toward the center, but the thickness width is a narrow shape as shown in FIGS. 4 and 5. . That is, the measurement unit 331 of the physical quantity detection device 300 has a side surface with a small width and a substantially rectangular front surface. Thereby, the physical quantity detection device 300 can be provided with a sufficiently long sub-passage, and the fluid resistance of the measurement target gas 30 can be suppressed to a small value. For this reason, the physical quantity detection device 300 can measure the flow rate of the measurement target gas 30 with high accuracy while suppressing the fluid resistance to a small value.
  • the temperature detection unit 451 constitutes one of the detection units for detecting the physical quantity of the gas 30 to be measured flowing through the main passage 124, and is provided on the circuit board 400. Yes.
  • the circuit board 400 has a protrusion 450 that protrudes from the second sub-passage inlet 306a of the second sub-passage 306 toward the upstream side of the gas to be measured 30, and the temperature detection part 451 is the protrusion 450 and the circuit. It is provided on the back surface of the substrate 400.
  • the temperature detection unit 451 includes a chip-type temperature sensor 453.
  • the temperature sensor 453 and the wiring portion thereof are covered with a synthetic resin material, preventing salt water from adhering and causing electrolytic corrosion.
  • the synthetic resin material is applied to the back surface of the protruding portion 450 in a molten state, and solidifies after application to cover the temperature sensor 453 and the like.
  • the upstream outer wall 336 in the measurement part 331 constituting the housing 302 is recessed toward the downstream side.
  • the protruding portion 450 of the circuit board 400 protrudes toward the upstream side from the recess-shaped upstream outer wall 336.
  • the tip of the protrusion 450 is disposed at a position recessed from the most upstream surface of the upstream outer wall 336.
  • the temperature detection unit 451 is provided on the back side of the circuit board 400, that is, on the second sub-passage 306 side and on the upstream side thereof.
  • the gas to be measured 30 flowing into the second sub-passage 306 from the second sub-passage inlet 306a enters the temperature detection unit 451. After coming into contact with the second sub-passage inlet 306a, the temperature is detected when it comes into contact with the temperature detector 451.
  • the gas 30 to be measured that has contacted the temperature detector 451 flows directly from the second sub-passage inlet 306a into the second sub-passage 306, passes through the second sub-passage 306, and is discharged from the second sub-passage outlet 306b to the main passage 124. Is done.
  • the temperature of the gas flowing into the second sub-passage inlet 306a from the upstream side in the direction along the flow of the gas 30 to be measured is measured by the temperature detector 451, and the gas further protrudes.
  • the temperature of the proximal end portion of the protruding portion 450 is cooled in a direction approaching the temperature of the measured gas 30.
  • the temperature of the intake pipe which is the main passage 124, is usually high, and heat is transferred from the flange 311 or the abutting portion 315 to the proximal end portion of the protruding portion 450 through the upstream outer wall 336 or the circuit board 400 in the measuring portion 331.
  • the base end portion is cooled by flowing along the base end portion of the protrusion 450. Therefore, it is possible to suppress heat from being transmitted from the flange 311 or the contact portion 315 to the proximal end portion of the protruding portion 450 through the upstream outer wall 336 or the circuit board 400 in the measuring portion 310.
  • the upstream outer wall 336 in the measurement unit 331 is recessed toward the downstream side (see FIGS. 7 and 8) at the proximal end portion of the protrusion 450, the protrusion 450 from the flange 311 is formed.
  • the length of the upstream outer wall 336 up to the base end portion can be increased, the heat conduction distance from the flange 311 and the contact portion 315 can be increased, and the distance of the portion cooled by the measurement target gas 30 can be increased. can do. Accordingly, it is possible to reduce the influence of heat generated from the flange 311 or the contact portion 315.
  • the protrusion 450 does not interfere with the insertion of the measurement portion 331 from the attachment hole provided in the main passage 124. It can be prevented from hitting the passage 124 and the like, and can be protected from damage.
  • the flange 311 is provided with a plurality of depressions 313 on the lower surface 312 facing the main passage 124, thereby reducing the heat transfer surface between the main passage 124 and detecting the physical quantity.
  • the device 300 is less susceptible to heat.
  • the measurement unit 331 is inserted into the inside from an attachment hole provided in the main passage 124, and the lower surface 312 of the flange 311 faces the main passage 124.
  • the main passage 124 is, for example, an intake body, and the main passage 124 is often maintained at a high temperature. Conversely, when starting in a cold region, the main passage 124 may be at a very low temperature.
  • the flange 311 has a recess 313 on the lower surface 312, and a space is formed between the lower surface 312 facing the main passage 124 and the main passage 124. Therefore, heat transfer from the main passage 124 to the physical quantity detection device 300 can be reduced, and deterioration in measurement accuracy due to heat can be prevented.
  • the screw holes 314 of the flange 311 are for fixing the physical quantity detection device 300 to the main passage 124, and the respective surfaces of the screw holes 314 facing the main passage 124 around the screw holes 314 are separated from the main passage 124.
  • a space is formed between the main passage 124 and the surface of the screw hole 314 that faces the main passage 124.
  • the recess 313 acts not only to reduce the heat conduction, but also to reduce the effect of shrinkage of the resin constituting the flange 311 when the housing 302 is molded.
  • the flange 311 is thicker than the measurement unit 331.
  • volume shrinkage occurs when the resin cools from a high temperature state to a low temperature and cures, and distortion due to the generation of stress occurs.
  • the volume shrinkage can be made more uniform, and the stress concentration can be reduced.
  • the measuring unit 331 is inserted into the inside through an attachment hole provided in the main passage 124 and is fixed to the main passage 124 with a screw by the flange 311 of the physical quantity detection device 300.
  • the physical quantity detection device 300 is preferably fixed in a predetermined positional relationship with respect to the mounting hole provided in the main passage 124.
  • the recess 313 provided in the flange 311 can be used for positioning the main passage 124 and the physical quantity detection device 300.
  • the external connection portion 321 includes a connector 322 that is provided on the upper surface of the flange 311 and protrudes from the flange 311 toward the downstream side in the flow direction of the measurement target gas 30.
  • the connector 322 is provided with an insertion hole 322a for inserting a communication cable for connecting to the control device 200.
  • four external terminals 323 are provided inside the insertion hole 322a.
  • the external terminal 323 serves as a terminal for outputting physical quantity information that is a measurement result of the physical quantity detection device 300 and a power supply terminal for supplying DC power for operating the physical quantity detection device 300.
  • the connector 322 has an example in which the connector 322 has a shape protruding from the flange 311 toward the downstream side in the flow direction of the measurement target gas 30 and inserted from the downstream side in the flow direction toward the upstream side.
  • the shape is not limited to this.
  • the shape may protrude vertically from the upper surface of the flange 311 and be inserted along the extending direction of the measuring unit 331, and various modifications are possible. It is.
  • FIGS. . 7 is a front view of the housing 302
  • FIG. 8 is a rear view of the housing 302
  • FIG. 9 is a sectional view taken along line AA in FIG.
  • the housing 302 has a structure in which the measurement unit 331 extends from the flange 311 toward the center of the main passage 124, the circuit board 400 is arranged on the proximal end side of the measurement unit 331, and the A sub-passage groove for forming one sub-passage 305 is provided.
  • the circuit board 400 has a flat plate shape, and has a main body portion 433 having a substantially rectangular shape in plan view that partitions the base end portion of the measuring portion 331 into a front surface side and a back surface side, and a first sub-passage that protrudes from one side of the main body portion 433. And a protrusion 432 disposed in the 305.
  • the circuit board 400 is provided along the plane of the measurement unit 331 as shown in FIGS. 7 and 8, and as shown in FIG. 9, the measurement unit 331 is at an intermediate position between the front surface and the back surface of the measurement unit 331. Are arranged in parallel along the surface of the measuring unit 331 so as to partition the base end of the measuring unit into a front side and a back side.
  • the circuit board 400 has a flow rate detection unit 456 that is an air flow rate sensor disposed on the same surface (one surface) as the mounting surface on which circuit components such as a microprocessor (hereinafter referred to as a microcomputer) are mounted, and the back surface (the other surface). ) Is provided with at least one physical quantity detection sensor (for example, a humidity sensor or a pressure sensor). That is, on the surface of the circuit board 400, a detection sensor surface area in which the flow rate detection unit 456 that is a physical quantity detection sensor is arranged, and a circuit component surface area in which circuit parts such as LSI other than the physical quantity detection sensor are arranged. Have.
  • the back surface of the circuit board 400 has a facing surface region that faces the circuit component surface region, and at least a part of the facing surface region of the back surface of the circuit board is exposed to the second sub-passage 306. Yes.
  • circuit components to be wire-bonded such as LSIs and air flow sensors are arranged on the surface of the circuit board 400, and soldering of the temperature / humidity sensor 452, pressure sensors 454, 455, etc. on the back surface of the circuit board 400. Circuit components to be processed are arranged. As described above, the circuit board 400 can be easily manufactured by arranging the circuit components to be wire-bonded on one surface of the circuit board 400.
  • a circuit chamber 341 for accommodating circuit components such as LSI and microcomputer mounted on the surface of the circuit board 400 is formed on the surface side of the measurement unit 331.
  • the circuit chamber 341 is sealed in cooperation with the front cover 303 and is completely isolated from the outside.
  • a second sub-passage 306 is formed on the back side of the circuit board 400.
  • the second auxiliary passage 306 is formed in cooperation with the back cover 304.
  • the second sub-passage 306 includes a passage portion extending in a straight line along the flow direction of the measurement target gas 30 flowing in the main passage 124 and a direction orthogonal to or intersecting with the flow direction of the measurement target gas 30 from the passage portion.
  • a sensor chamber 342 formed at a biased position.
  • the sensor chamber 342 forms a predetermined indoor space whose back side is closed by the back cover 304, but communicates with the outside via a second sub-passage 306 formed continuously at the tip side of the measuring unit 331.
  • the sensor chamber 342 houses pressure sensors 454 and 455 and a temperature / humidity sensor 452 mounted on the back surface of the circuit board 400.
  • the sub passage groove for forming the first sub passage 305 has a front side sub passage groove 332 shown in FIG. 7 and a back side sub passage groove 334 shown in FIG.
  • the front side sub-passage groove 332 is gradually curved toward the flange 311 side, which is the base end side of the measurement unit 331, as it moves from the first sub-passage outlet 305b opening in the downstream side outer wall 338 of the measurement unit 331 toward the upstream side outer wall 336. However, it communicates with the opening 333 at a position near the upstream outer wall 336.
  • the opening 333 is formed so as to penetrate the measurement unit 331 in the thickness direction.
  • the opening 333 is formed along the flow direction of the measurement target gas 30 in the main passage 124 so as to extend between the upstream outer wall 336 and the downstream outer wall 338.
  • a protrusion 432 which is a part of the circuit board 400 is disposed.
  • the protruding portion 432 of the circuit board 400 protrudes into the opening 333 through the partition walls 361 and 362 that partition between the circuit chamber 341 and the second sub passage 306 of the measuring unit 331.
  • the protrusion 432 has a measurement channel surface 430 and a back surface 431 thereof so as to extend in parallel in the flow direction of the measurement target gas 30 at the opening 333.
  • the back side sub-passage groove 334 moves from the first sub-passage inlet 305 a that opens to the upstream outer wall 336 of the measuring unit 331 toward the downstream outer wall 338, and is bifurcated at an intermediate position between the upstream outer wall 336 and the downstream outer wall 338.
  • One of them extends straight as a discharge passage and communicates with a discharge port 305c opened in the downstream outer wall 338, and the other is gradually connected to the downstream outer wall 338. It curves to the flange 311 side, which is the side, and communicates with the opening 333 at a position near the downstream outer wall 338.
  • the back side sub-passage groove 334 forms an inlet groove of the first sub-passage 305 into which the measurement gas 30 flows from the main passage 124, and the front side sub-passage groove 332 receives the measurement target gas 30 taken from the back side sub-passage groove 334.
  • An outlet groove of the first sub-passage 305 returning to the main passage 124 is formed. Since the front side sub-passage groove 332 and the back side sub-passage groove 334 are provided on the distal end side of the measuring unit 331, the gas in the portion away from the inner wall surface of the main passage 124, in other words, close to the central portion of the main passage 124 The gas flowing through the portion can be taken in as the measurement target gas 30.
  • the gas flowing in the vicinity of the inner wall surface of the main passage 124 is influenced by the wall surface temperature of the main passage 124 and often has a temperature different from the average temperature of the gas flowing through the main passage 124 such as the measured gas 30. Further, the gas flowing in the vicinity of the inner wall surface of the main passage 124 often exhibits a flow rate that is slower than the average flow velocity of the gas flowing through the main passage 124. Since the physical quantity detection device 300 according to the embodiment is not easily affected by such influence, it is possible to suppress a decrease in measurement accuracy.
  • the sub-passage grooves 332 and 334 for forming the first sub-passage 305 are provided in the housing 302, and the sub-passage grooves 332 and 334 are formed by covering the covers 303 and 304 on the front and back surfaces of the housing 302. And the covers 303 and 304 complete the first sub-passage 305.
  • all the sub-passage grooves can be formed as a part of the housing 302 in the resin molding process of the housing 302.
  • both the front side sub-passage groove 332 and the back side sub-passage groove 334 are part of the housing 302. All can be molded.
  • the first sub-passage 305 can be formed with high accuracy by forming the front-side sub-passage groove 332 and the back-side sub-passage groove 334 on both surfaces of the housing 302 using a mold. Moreover, high productivity is obtained.
  • a part of the gas 30 to be measured flowing through the main passage 124 is taken into the back side sub passage groove 334 from the first sub passage inlet 305 a and flows through the back side sub passage groove 334. Then, the foreign matter having a large mass contained in the measurement target gas 30 flows into the discharge passage extending straight from the branch together with a part of the measurement target gas 30, and enters the main passage 124 from the discharge port 305 c of the downstream outer wall 338. To be discharged.
  • the back side sub-passage groove 334 has a shape that becomes deeper as it advances, and the measured gas 30 gradually moves to the front side of the measuring unit 331 as it flows along the back side sub-passage groove 334.
  • the back side sub-passage groove 334 is provided with a steeply inclined portion 334a that becomes deeper in front of the opening 333, and a part of the air having a small mass moves along the steeply inclined portion 334a. It flows on the measurement channel surface 430 side of the circuit board 400.
  • a foreign substance having a large mass is difficult to change rapidly, and therefore flows on the measurement channel surface rear surface 431 side.
  • the measurement target gas 30 that has moved to the front side through the opening 333 flows along the measurement channel surface 430 of the circuit board, and passes through the heat transfer surface exposed portion 436 provided on the measurement channel surface 430. Heat is transferred to and from the flow rate detection unit 456 for measuring the flow rate, and the flow rate is measured. Both air flowing from the opening 333 to the front side sub-passage groove 332 flows along the front side sub-passage groove 332, and is discharged to the main passage 124 from the first sub-passage outlet 305 b that opens to the downstream side outer wall 338.
  • a substance having a large mass, such as dust, mixed in the measurement target gas 30 has a large inertial force, so that it rapidly advances in the deep direction of the groove along the surface of the steeply inclined portion 334a where the depth of the groove suddenly increases. It is difficult to change. For this reason, the foreign matter having a large mass moves toward the measurement channel surface rear surface 431, and the foreign matter can be prevented from passing near the heat transfer surface exposed portion 436.
  • many foreign substances having a large mass other than gas pass through the measurement channel surface rear surface 431 which is the back surface of the measurement channel surface 430, they are caused by foreign matters such as oil, carbon, and dust.
  • the influence of dirt can be reduced, and the decrease in measurement accuracy can be suppressed. That is, since it has a shape in which the path of the gas to be measured 30 is suddenly changed along an axis that crosses the flow axis of the main passage 124, the influence of foreign matter mixed in the gas to be measured 30 can be reduced.
  • the flow path constituted by the back side sub-passage groove 334 draws a curve from the front end of the housing 302 toward the flange 311 side, and the gas flowing through the sub-passage at the position closest to the flange 311 is in the main passage 124.
  • the flow is in the reverse direction to the flow, and the reverse side passage on one side of the flow portion in the reverse direction is connected to the secondary passage formed on the surface side that is the other side.
  • the second sub-passage 306 includes a housing 302, a circuit board 400 shown in FIGS. 8 and 9, and a back cover 304 joined to the housing 302. It is constituted by cooperation with.
  • the circuit board 400 is provided along the surface of the measurement unit 331, and the measurement unit 331 divides the base end portion of the measurement unit 331 into a front surface side and a back surface side at an intermediate position between the front surface and the back surface of the measurement unit 331. It is arrange
  • a part of the second sub-passage inlet 306 a is configured and extends to the flange 311 side, which is the base end side of the measuring unit 331, and blocks the measurement target gas 30. It has a partition 307 in the form.
  • a partition wall 308 is formed so as to form a part of the second sub-passage outlet 306 b on the downstream side of the housing 302 and to extend to the flange 311 side that is the base end side of the measuring unit 331.
  • the partition walls 307 and 308 on the upstream and downstream sides of the housing are partition walls 309 extending in a direction parallel to the flow of the gas to be measured 30 so as to surround the temperature / humidity sensor 452 and the pressure sensors 454 and 455 at an intermediate portion connected to the flange 311.
  • the partition walls 307, 308, and 309 have the same height in the thickness direction of the measurement unit 331, and the sensor chamber 342 is formed by attaching the back cover 304.
  • the second sub-passage 306 extends in parallel along the flow direction of the measurement target gas 30 flowing in the main passage 124, and intersects the straight line connecting the second sub-passage inlet 306a and the second sub-passage outlet 306b.
  • the temperature / humidity sensor 452 and the pressure sensors 454 and 455, which are physical quantity detection sensors, are arranged at positions spaced apart in the direction of the movement.
  • the inlet 306 a and the outlet 306 b of the second sub-passage 306 are opened perpendicular to the measurement target gas 30 flowing through the main passage 124, and are arranged on the same line parallel to the flow of the measurement target gas 30.
  • the sensor surrounded by the partition walls 307, 308, and 309 at a position deviated from the flow line of the air flow in the passage portion connecting the second sub passage inlet 306a and the second sub passage outlet 306b to the flange 311 side.
  • a temperature / humidity sensor 452 and pressure sensors 454 and 455 are disposed in the chamber 342.
  • the junction temperature is the temperature at the junction between the semiconductor element and the lead wire, and when used in an environment of about 150 ° C. or higher, the durability of the product is greatly reduced. Therefore, a heat radiation design that minimizes circuit self-heating is required.
  • a temperature increase due to heat conduction from circuit self-heating may lead to deterioration in measurement accuracy of the detection sensor.
  • the back surface of the circuit board 400 constitutes a part of the second sub-passage 306. Therefore, the back surface of the circuit board 400 is exposed to the air flowing through the second sub passage 306. That is, self-heating generated by circuit components such as the microcomputer 605 mounted on the surface of the circuit board 400 is conducted to the back surface of the circuit board 400, and is further transferred to the air flowing in the second sub-passage 306. Thus, it is possible to suppress the heat generation of the entire circuit board 400.
  • the pressure sensor 455 is disposed behind the partition wall 307 on the upstream side of the housing 302, the gas to be measured 30 flowing into the second sub-passage 306 is prevented from directly colliding with the pressure sensor 455 as it is, and the air flow Can directly affect the pressure sensor 455. That is, the static pressure to be measured can be correctly measured without the dynamic pressure generated by the air flow being detected by the pressure sensor 455, and the measurement accuracy can be ensured.
  • the inlets 306a and outlets 306b of the second sub-passage are located on the same line, and the detection sensors (the order of arrangement of the plurality of detection sensors is not limited to that shown in FIG. 8) are offset from the same line, and the upstream and downstream partitions of the housing 302 By arranging them in the middle part of 307 and 308, it becomes possible to prevent dust, water droplets and the like mixed in the measurement target gas 30 from directly colliding with the detection sensor, and it is possible to reduce deterioration and fluctuation of output pollution.
  • FIGS. 10 and 11 are diagrams showing configurations of the front cover and the back cover.
  • FIGS. 12 to 14 show a plurality of embodiments in the second sub passage constituted by the back cover.
  • the back surface of the housing 302 is formed with a sub-passage groove for forming the second sub-passage 306, and the gas to be measured 30 other than the second sub-passage inlet 306 a and the outlet 306 b of the sub-passage groove.
  • the back cover 304 is disposed so as to be separated from
  • FIG. 12 shows an example in which a temperature / humidity sensor 452 and pressure sensors 454 and 455 are mounted on the back surface of the circuit board 400 described above.
  • the upstream protrusion 350 and the downstream protrusion 351 formed on the back cover 304 are indicated by dotted lines.
  • FIG. 12B shows a cross section DD of FIG. 12A and shows an example of the arrangement of the protrusions 350 and 351.
  • the protrusions 350 and 351 constitute a partition wall that divides the second sub-passage 306 of the circuit board 400 into a passage part and a sensor chamber 342 by attaching the back cover 304.
  • the upstream protrusion 350 is formed so as to extend along the flow direction of the measurement target gas 30 between the second sub-passage inlet 306 a and the upstream pressure sensor 455.
  • the downstream protrusion 351 is formed so as to extend along the flow direction of the measurement target gas 30 between the downstream pressure sensor 454 and the second sub-passage outlet 306b.
  • Each of the protrusions 350 and 351 is integrally formed with the back cover 304 by a thin protruding piece, protrudes toward the circuit board 400 along the thickness direction of the measurement unit 331, and the flow of the measurement target gas 30. In parallel, they are arranged on the same straight line at the same height position with respect to the longitudinal direction of the measuring unit 331.
  • the flow is corrected by the upstream and downstream projections 350 and 351, and passes through a straight line connecting the second sub-passage inlet 306a and the outlet 306b. Then, it is discharged from the outlet 306b.
  • the sensor chamber 342 is biased toward the base end side (flange 311 side) of the measurement unit 331 with respect to the passage portion of the second sub passage 306, and therefore flows into the second sub passage 306 from the second sub passage inlet 306 a.
  • the measured gas 30 advances straight through the passage portion of the second sub-passage 306, is discharged to the outside from the second sub-passage outlet 306b, and does not enter the sensor chamber 342 directly. Therefore, it is possible to suppress the measurement target gas 30 from directly colliding with physical quantity detection sensors such as the pressure sensors 454 and 455 and the temperature / humidity sensor 452 in the sensor chamber 342.
  • the intake pipe water droplets and fouling substances having a constant mass are mixed into the measurement target gas 30 and pass through the second auxiliary passage 306. Therefore, by suppressing the measurement target gas 30 from directly colliding with the physical quantity detection sensor, the deterioration of the physical quantity detection sensor or output fluctuation due to water droplets can be suppressed, and the measurement error can be reduced. Specifically, it is possible to prevent the measurement target gas 30 from directly colliding with the pressure sensors 454 and 455, reduce the influence of dynamic pressure, and prevent the detection accuracy from deteriorating. And the temperature / humidity sensor 452 can prevent a to-be-measured gas 30 from colliding directly, and can prevent that a water drop and a pollutant adhere and a tolerance falls.
  • FIG. 13 shows an example in which a temperature / humidity sensor 452 and a pressure sensor 454 are mounted on the back surface of the circuit board 400 described above.
  • 13A is an enlarged view of the sensor chamber 342
  • FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line EE of FIG.
  • the upstream protrusion 350 is provided between the second sub-passage inlet 306a and the pressure sensor 454, and is a thin plate extending in the flow direction of the measured gas 30. It is formed with.
  • the symbols, configurations, and effects already described are omitted here.
  • the number of pressure sensors is reduced to one as compared with FIG. 12, and therefore the length of the upstream protrusion 350 is increased so as to fill that space.
  • FIG. 14 shows an example in which a temperature / humidity sensor 452 is mounted on the back surface of the circuit board 400 described above.
  • 14A is an enlarged view of the sensor chamber 342
  • FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line FF in FIG.
  • the upstream protrusion 350 is provided between the second sub-passage inlet 306a and the temperature / humidity sensor 452, and extends in the flow direction of the gas 30 to be measured.
  • the thin plate is bent in front of the humidity sensor 452 and extends in a direction orthogonal to the flow of the measurement target gas 30.
  • the temperature / humidity sensor 452 is mounted at a position away from the partition wall 307 upstream of the housing 302 by a certain distance. Therefore, the thin plate 350 a is configured in a shape orthogonal to the flow of the measurement target gas 30 in order to give the protrusion 350 on the upstream side of the cover 304 the same effect as the partition wall 307. As a result, it is possible to prevent water droplets and contaminants mixed in the air passing through the second sub-passage 306 from directly colliding with the sensor, and to suppress deterioration of the sensor contamination or output fluctuation due to water droplets. Measurement errors can be reduced.
  • FIG. 15 shows the input / output relationship of signals of the physical quantity detection device 300.
  • a physical quantity detection sensor is mounted on both the front and back surfaces of one circuit board 400 to reduce the size of the board. Therefore, also in signal processing, in order to reduce electronic circuit components, all signals from each physical quantity sensor are captured by one microcomputer 605, and signal generation and correction that can be read by the control device 200 are performed. As shown in FIGS. 5 and 7, in the circuit board 400, the electrical signal is transmitted to the control device 200 via the AL wire 324 and the external terminal 323.
  • the circuit board 400 can be reduced in size. By downsizing the circuit board 400, the casing of the physical quantity detection device 300 can be downsized. Therefore, the engine room space is secured or the pressure loss in the intake pipe is reduced.
  • a part of the circuit board 400 constitutes a part of the second sub-passage 306. Therefore, the other surface of the circuit board 400 is exposed to the air flowing through the second sub passage 306. That is, self-heating generated by circuit components such as the microcomputer 605 mounted on one side of the circuit board 400 is conducted to the other side of the circuit board 400, and is further transferred to the air flowing in the second sub-passage 306. This makes it possible to suppress the heat generation of the entire circuit board 400.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed.
  • the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described.
  • a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment.

Abstract

ハウジング外形を小型化することができる物理量検出装置を得ること。 主通路１２４内を流れる被計測気体３０の複数の物理量を検出する物理量検出装置３００であって、主通路１２４内に配置されるハウジング３０２と、ハウジング３０２にインサート成形された回路基板４００と、回路基板４００の一方面と他方面の両方にそれぞれ実装される複数の検出センサ４５２、４５３、４５４、４５５、４５６を有することを特徴とする。

Description

物理量検出装置
　本発明は、内燃機関の吸入空気の物理量を検出する物理量検出装置に関する。
　自動車分野においては燃費、ＣＯ２、排気ガス（主に窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒子状物質（ＰＭ））規制は年々厳しくなっており、将来の内燃機関制御では規制達成のために新たな制御手法が数多く検討されている。その中で、各種制御に使用される物理量検出装置は多種多様となっている。特に、内燃機関の燃焼室に連結する吸気管内の空気、温度、湿度、圧力等の物理量は、燃費、排ガス等に直接影響するため正確な測定が要求される。
　燃費、ＣＯ２、排気ガス規制は、欧州のＮＥＤＣに代表されるような走行サイクルに基づき算出され規定されるものである。将来規制では、規定値のみならず走行サイクル条件や車載診断システム（ＯＢＤ）規制値も変更が実施される。
　現在、吸気管内に挿入される物理量検出装置としては、質量流量、圧力、温度の計測が一般的に使用されているが、上記を背景に、内燃機関制御で絶対湿度（空気中の水分量）を使用した制御が注目されている。
　空気中の水分は、内燃機関の燃焼制御では火炎伝播時間に影響するため、例えばガソリンエンジンでは燃焼効率が悪化する。または、ディーゼルエンジンにおいては、燃焼温度低下にともないＰＭの排出量増加などの影響が知られている。
　ここで絶対湿度とは、空気中に含まれる水分量（ｇグラム／ｋｇキログラム）を示し、空気中の温度、相対湿度、圧力より算出することが可能である。一方、相対湿度は、空気中の水分量の割合（％パーセント）を示す。
　上記に述べたように、温度、圧力センサは、古くから自動車分野で使用されているが、吸気管を流れる空気中の相対湿度センサとしてはあまり知られていない。現在、自動車分野では、湿度センサが空気流量検出装置に一体で構成されたものが公知として存在する（特許文献１～３参照）。
　特許文献１および２の空気流量検出装置は、空気流量センサ、湿度センサ、圧力センサを一体化した例を示したものである。空気流量センサは、主空気通路（単に吸気管ともいう）を流れる空気を取込む副通路内に位置し、金属材料で形成されたターミナル部材に配置されている。湿度センサは、副通路を流れる空気を取込む第２副通路内に位置し、電子回路基板に実装されている。最後に圧力センサはハウジング構成部材に配置されている。つまり、各物理量検出センサはそれぞれ異なる部材に配置されることを示している。
特開２０１０－４３８８３公報 特開２０１２－１６３５０５公報 特開２０１３－３６８９２公報
　近年は、自動車分野において、車両基本性能に加えて、排ガス規制や安全性、快適性、利便性などを向上させるためにさまざまな技術的改良がなされている。そうした、技術改良においては多種多様なセンサが使用されている。そのため、センサとエンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵ）とを繋ぐワイヤハーネス数も増加して複雑化しており、コスト面およびエンジンルーム内のスペース面で課題を抱えている。このため、現在は複数のセンサや制御機器を一体化した物理量検出装置のニーズが高まっている。一体化することで、ワイヤハーネス数の削減および小型化が期待される。
　特許文献１～３参照の空気流量検出装置においては、空気流量センサ、圧力センサ、湿度センサがそれぞれ異なる部材に配置され、それぞれのセンサ性能が考慮された配置となっているが、筐体（以下ハウジングという）サイズに改善の余地が残る。
　まず、空気流量検出装置は、内燃機関の燃焼室に連結する吸気管内に配置され、センサが配置されたハウジングの計測部は吸気管内に露出するように取り付けられる。そのため、吸気管内でハウジングは空気に対する圧力損失を発生させる。つまり、ハウジングサイズが大きくなると圧力損失が増加し、燃焼室に導入される空気量が減少することとなる。エンジン出力は、燃料および空気との化学反応による熱エネルギーを運動エネルギーに変換することで得られる。そのため、燃焼室に流入される最大空気流量が圧力損失により減少することは、エンジン出力の低下へ繋がることとなる。最大空気流量とともに圧力損失の増加は燃焼室に流入可能な最小空気流量にも影響することとなる。つまり、エンジンの小型化にともなう吸気管のボア径の縮小により、今後は極低流量の計測精度が空気流量検出装置に要求される。
　前記空気流量検出装置において、ハウジングと一体に形成されて吸気管に支持固定されるフランジおよびコネクタ部は、吸気管内に露出することは無いが、エンジンルーム内に露出される。エンジンルームは、ボンネットおよび車体により構成されておりさまざまな機関部品が配置されている。近年のエンジン小型化や歩行者頭部保護基準などにより将来はさらなるスペース減少が予想される。そうした中で、前記空気流量検出装置における複数センサの一体化にはハウジングサイズの考慮が必須となる。
　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、ハウジング外形を小型化することができる物理量検出装置を提供することである。
　本発明では上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明の物理量検出装置は、主通路内を流れる被計測気体の複数の物理量を検出する物理量検出装置であって、前記主通路内に配置されるハウジングと、該ハウジングにインサート成形された回路基板と、該回路基板の一方面と他方面の両方にそれぞれ実装される複数の検出センサを有することを特徴とする。
　本発明によれば、電子回路基板の両面を使用して複数の物理量検出センサを配置することで、回路基板の小型化が可能となる。つまり回路基板の小型化により物理量検出装置の筐体部も小型化が可能となり、課題であるエンジンルームのスペース確保または吸気管内での圧力損失の低減につながる。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。 物理量検出装置の下面図。 物理量検出装置から正面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背面カバーを取り外した状態を示す背面図。 図７のＡ－Ａ線断面矢視図。 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。 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Ｄ－Ｄ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Ｅ－Ｅ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Ｆ－Ｆ線断面図。 物理量検出装置の入出力を説明する図。
　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。
　前記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ーを発生する。
　近年、多くの車では排気浄化や燃費向上に優れた方式として、内燃機関のシリンダヘッドに燃料噴射弁１５２を取り付け、燃料噴射弁１５２から各燃焼室に燃料を直接噴射する方式が採用されている。物理量検出装置３００は、図１に示す内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する方式だけでなく、各燃焼室に燃料を直接噴射する方式にも同様に使用できる
。両方式とも物理量検出装置３００の使用方法を含めた制御パラメータの計測方法および燃料供給量や点火時期を含めた内燃機関の制御方法の基本概念は略同じであり、両方式の代表例として吸気ポートに燃料を噴射する方式を図１に示す。
　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、機械エネルギーを発生する。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ー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、温度変化の大きい環境で使用され、また風雨や雪の中で使用される。雪道を車が走行する場合には、凍結防止剤が散布された道路を走行することとなる。物理量検出装置３００は、その使用環境における温度変化への対応や、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。さらに物理量検出装置３００は、内燃機関の振動を受ける環境に設置される。振動に対しても高い信頼性の維持が求められる。
　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３０と熱伝達を行うことにより被計測気体３０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～図６は、物理量検出装置３００の外観を示す図であり、図２は物理量検出装置３００の正面図、図３は背面図、図４は左側面図、図５は右側面図、図６は下面図である。
　物理量検出装置３００は、筐体部を構成する部品として、ハウジング３０２と、正面カバー３０３と、背面カバー３０４とを備えている。ハウジング３０２は、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から外部に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、回路基板４００がインサート成形により一体に設けられている（図７、図８を参照）。回路基板４００は、主通路１２４を流れる被計測気体３０の種々の物理量を検出するための複数の検出部と、これら複数の検出部で検出した信号を処理するための回路部とを有する。
　計測部３３１の表面と背面には副通路溝が設けられており、正面カバー３０３及び背面カバー３０４との協働により第１副通路３０５と第２副通路３０６が形成される（図７または図８を参照）。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の一部を第２副通路３０６に取り込むための第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に戻すための第２副通路出口３０６ｂが設けられている。第１副通路３０５の通路途中には、検出部の一つを構成する流量検出部４５６（図７を参照）が設けられており、被計測気体３０の流量を検出するようになっている。第２副通路３０６は、第２副通路入口と第２副通路出口との間を直線状に結ぶ通路部と、通路部に連通して検出センサが配置されたセンサ室３４２（図８を参照）とを有している。センサ室３４２には、回路基板４００の背面に設けられた流量とは異なる物理量を検出する検出部として圧力センサ４５４および４５５と温湿センサ４５２が収容されている。
　２.２　物理量検出装置３００の外観構造基づく効果
　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、熱などの影響による計測精度の低下を抑制できる。主通路１２４の内壁面近傍では、主通路１２４の温度の影響を受け易く、気体の本来の温度に対して被計測気体３０の温度が異なる状態となり、主通路１２４内の主気体の平均的な状態と異なることになる。特に主通路１２４がエンジンの吸気ボディである場合は、エンジンからの熱の影響を受け、高温に維持されていることが多い。このため主通路１２４の内壁面近傍の気体は、主通路１２４の本来の気温に対して高いことが多く、計測精度を低下させる要因となる。
　主通路１２４の内壁面近傍では流体抵抗が大きく、主通路１２４の平均的な流速に比べ、流速が低くなる。このため主通路１２４の内壁面近傍の気体を被計測気体３０として第１副通路３０５や第２副通路３０６に取り込むと、主通路１２４の平均的な流速に対する流速の低下が物理量の計測誤差につながる恐れがある。そのため流量検出部が配置された第１副通路３０５は、フランジ３１１から主通路１２４の中央に向かって伸びる薄くて長い計測部３３１の先端部に第１副通路入口３０５ａが設けられる。
　一方、第２副通路３０６は、計測部３３１の中間部に第２副通路入口３０６ａが設けられ、内壁面近傍の流速低下に関係なく物理量計測が可能な湿度および圧力検出部が配置されている。また、第１副通路３０５は、計測部３３１の先端部に第１副通路出口３０５ｂが設けられ、計測部３３１の中間部に第２副通路出口３０６ｂが設けられており、それぞれ独立した副通路を構成しており各検出部に必要な流速を確保することが可能となり計測誤差を低減することができる。
　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４及び図５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、十分な長さの副通路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　温度検出部４５１の構造
　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の背面に設けられている。温度検出部４５１は、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、塩水が付着して電食が生ずるのを防いでいる。合成樹脂材は、溶融された状態で突出部４５０の背面に塗布され、塗布後に固化して温度センサ４５３等を被覆する。
　例えば図８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の背面側、すなわち、第２副通路３０６側で且つその上流側に設けられている。
　第２副通路入口３０６ａは、温度検出部４５１の下流側に連続して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１２４に排出される。
　２.４　温度検出部４５１に関係する効果
　被計測気体３０の流れに沿う方向の上流側から第２副通路入口３０６ａに流入する気体の温度が温度検出部４５１により計測され、さらにその気体が突出部４５０の先端部分から基端部分に向かって流れることにより、突出部４５０の基端部分の温度を被計測気体３０の温度に近づく方向に冷却する作用を為す。主通路１２４である吸気管の温度が通常高くなり、フランジ３１１あるいは当接部３１５から計測部３３１内の上流側外壁３３６あるいは回路基板４００を通って、突出部４５０の基端部分に熱が伝わり、温度検出部４５１による温度の計測精度に影響を与える恐れがある。上述のように、被計測気体３０が温度検出部４５１により計測された後、突出部４５０の基端部分に沿って流れることにより、該基端部分が冷却される。従って、フランジ３１１あるいは当接部３１５から計測部３１０内の上流側外壁３３６あるいは回路基板４００を通って突出部４５０の基端部分に熱が伝わるのを抑制できる。
　特に、突出部４５０の基端部分では、計測部３３１内の上流側外壁３３６が下流側に向かって凹む形状（図７および図８を参照）を成しているので、フランジ３１１から突出部４５０の基端部分までの上流側外壁３３６の長さを長くでき、フランジ３１１および当接部３１５からの熱伝導距離を長くすることができるとともに、被計測気体３０によって冷却される部分の距離を長くすることができる。従って、フランジ３１１あるいは当接部３１５からもたらされる熱の影響を低減できる。また、例えば物理量検出装置３００を主通路１２４に取り付ける作業において、主通路１２４に設けられた取り付け孔から内部に計測部３３１を挿入する際に突出部４５０が邪魔にならず、突出部４５０を主通路１２４等にぶつけてしまうのを防ぐことができ、破損から守ることができる。
　２.５　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温度検出部４５１や後述する流量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。
　さらにまた前記窪み３１３は、熱伝導の低減効果だけでなく、ハウジング３０２の成形時にフランジ３１１を構成する樹脂の収縮の影響を低減する作用をしている。フランジ３１１は、計測部３３１に比べて樹脂の厚さが厚くなる。ハウジング３０２の樹脂モールド時に、樹脂が高温状態から低温に冷えて硬化する際に体積収縮が生じ、応力の発生による歪が生じる。フランジ３１１に窪み３１３を成形することで体積収縮をより均一化でき、応力集中を低減できる。
　計測部３３１は、主通路１２４に設けられた取り付け孔から内部に挿入され、物理量検出装置３００のフランジ３１１によりねじで主通路１２４に固定される。物理量検出装置３００は、主通路１２４に設けられた取り付け孔に対して所定の位置関係で固定されることが望ましい。フランジ３１１に設けた窪み３１３を、主通路１２４と物理量検出装置３００との位置決めに使用できる。主通路１２４に凸部を成形することで、前記凸部と窪み３１３とが嵌め込みの関係を有する形状とすることが可能となり、物理量検出装置３００を正確な位置で主通路１２４に固定できる。
　２.６　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孔３２２ａが設けられている。差し込み孔３２２ａ内には、図５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。尚、本実施の形態では、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場合を例に説明したが、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　副通路と流量検出部の構造と効果
　物理量検出装置３００から正面カバー３０３および背面カバー３０４を取り外したハウジング３０２の状態を図７～図９に示す。図７はハウジング３０２の正面図、図８はハウジング３０２の背面図、図９は図７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おり、計測部３３１の基端側に回路基板４００が配置され、計測部３３１の先端側に第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。
　回路基板４００は、平板形状を有しており、計測部３３１の基端部を表面側と背面側に仕切る平面視略矩形の本体部４３３と、本体部４３３の一辺から突出して第１副通路３０５内に配置される突出部４３２とを有している。
　回路基板４００は、図７及び図８に示すように、計測部３３１の平面に沿って設けられており、図９に示すように、計測部３３１の表面と背面との中間位置で計測部３３１の基端部を表面側と背面側に仕切るように計測部３３１の面に沿って平行に配置されている。
　回路基板４００は、マイクロプロセッサ（以下マイコンという）などの回路部品が実装されている実装面と同一の表面（一方面）に空気流量センサである流量検出部４５６を配置し、その背面（他方面）に少なくとも１つ以上の物理量検出センサ（例えば、湿度センサや圧力センサなど）が配置されている。つまり、回路基板４００は、その表面に、物理量検出センサである流量検出部４５６が配置される検出センサ面領域と、物理量検出センサ以外のＬＳＩ等の回路部品が配置される回路部品面領域とを有している。そして、回路基板４００の背面には、回路部品面領域と対向する対向面領域を有しており、回路基板の背面のうち、対向面領域の少なくとも一部が第２副通路３０６に露出している。
　本実施例では、回路基板４００の表面に、ＬＳＩや空気流量センサ等のワイヤボンディングされる回路部品が配置され、回路基板４００の背面に、温湿センサ４５２や圧力センサ４５４、４５５等の半田付けされる回路部品が配置される。このように、回路基板４００の一方面に、ワイヤボンディングする回路部品を配置することにより、回路基板４００の製造を容易にすることができる。
　計測部３３１の表面側には、回路基板４００の表面に実装されているＬＳＩやマイコン等の回路部品を収容する回路室３４１が形成される。回路室３４１は、正面カバー３０３との協働により密閉されて、外部から完全に隔絶される。
　そして、回路基板４００によってその背面側には、第２副通路３０６が形成される。第２副通路３０６は、背面カバー３０４との協働により形成される。第２副通路３０６は、主通路１２４内を流れる被計測気体３０の流れ方向に沿って一直線状に延在する通路部と、通路部から被計測気体３０の流れ方向に直交あるいは交差する方向に偏倚した位置に形成されたセンサ室３４２とを有している。センサ室３４２は、背面カバー３０４によって背面側が閉塞された所定の室内空間を形成するが、計測部３３１の先端側に連続して形成される第２副通路３０６を介して外部に連通している。センサ室３４２には、回路基板４００の背面に実装される圧力センサ４５４、４５５と温湿センサ４５２が収容されている。
　第１副通路３０５を形成するための副通路溝は、図７に示される表側副通路溝３３２と、図８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、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の近傍位置で開口部３３３に連通している。開口部３３３は、計測部３３１を厚さ方向に貫通して形成されている。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。
　開口部３３３には、回路基板４００の一部である突出部４３２が配置されている。回路基板４００の突出部４３２は、計測部３３１の回路室３４１および第２副通路３０６との間を仕切る仕切壁３６１、３６２を貫通して開口部３３３に突出している。突出部４３２は、開口部３３３において被計測気体３０の流れ方向に沿って平行に延在するように、計測用流路面４３０とその裏面４３１を有している。
　裏側副通路溝３３４は、計測部３３１の上流側外壁３３６に開口する第１副通路入口３０５ａ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に開口する排出口３０５ｃに連通し、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が流入する第１副通路３０５の入口溝を形成し、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に戻す第１副通路３０５の出口溝を形成する。表側副通路溝３３２と裏側副通路溝３３４は、計測部３３１の先端側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、被計測気体３０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。
　この実施例ではハウジング３０２に第１副通路３０５を成形するための副通路溝３３２、３３４を設けており、カバー３０３、３０４をハウジング３０２の表面及び背面にかぶせることにより、副通路溝３３２、３３４とカバー３０３、３０４とにより第１副通路３０５が完成する構成としている。このような構造とすることで、ハウジング３０２の樹脂モールド工程でハウジング３０２の一部としてすべての副通路溝を成形することができる。また、ハウジング３０２の成形時にハウジング３０２の両面に金型が設けられるので、この両方の金型を使用することにより、表側副通路溝３３２と裏側副通路溝３３４の両方をハウジング３０２の一部として全て成形することが可能となる。ハウジング３０２の両面に正面カバー３０３と背面カバー３０４を設けることでハウジング３０２の両面の副通路を完成されることができる。金型を利用してハウジング３０２の両面に表側副通路溝３３２と裏側副通路溝３３４を成形することで高い精度で第１副通路３０５を成形できる。また高い生産性が得られる。
　図８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３０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７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に設けられた熱伝達面露出部４３６を介して流量を計測するための流量検出部４５６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、異物が熱伝達面露出部４３６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。
　この実施例では、裏側副通路溝３３４で構成される流路は曲線を描きながらハウジング３０２の先端部からフランジ３１１側に向かい、最もフランジ３１１側の位置では副通路を流れる気体は主通路１２４の流れに対して逆方向の流れとなり、この逆方向の流れの部分で一方側である背面側の副通路が、他方側である表面側に成形された副通路につながる。このようにすることで、回路基板４００の熱伝達面露出部４３６の副通路への固定が容易となり、さらに被計測気体３０を主通路１２４の中央部に近い位置で取り込むことが容易となる。
　３.２　第２副通路と湿度および圧力検出部の構造と効果
　第２副通路３０６は、ハウジング３０２と、図８および図９に示される回路基板４００と、ハウジング３０２に接合される背面カバー３０４との協働により構成される。回路基板４００は、計測部３３１の面に沿って設けられており、計測部３３１の表面と背面との中間位置で計測部３３１の基端部を表面側と背面側に仕切るように計測部３３１の面に沿って平行に配置されている。
　ハウジング３０２の上流側においては、図８に示すように第２副通路入口３０６ａの一部を構成し、計測部３３１の基端側であるフランジ３１１側へ延在し、被計測気体３０を遮る形で隔壁３０７を有している。同様に、図８に示すようにハウジング３０２の下流側においては第２副通路出口３０６ｂの一部を構成し、計測部３３１の基端側であるフランジ３１１側へ延在する形で隔壁３０８を有している。また、ハウジング上下流の隔壁３０７および３０８は、フランジ３１１に連結する中間部で温湿センサ４５２および圧力センサ４５４、４５５を囲むように被計測気体３０の流れに平行な方向に延在する隔壁３０９によって連結されている。隔壁３０７、３０８、３０９は、計測部３３１の厚さ方向の高さが同じであり、背面カバー３０４の取り付けにより、センサ室３４２を形成する。
　第２副通路３０６は、主通路１２４内を流れる被計測気体３０の流れ方向に沿って平行に延在しており、第２副通路入口３０６ａと第２副通路出口３０６ｂとを結ぶ直線に交差する方向に離間した位置に物理量検出センサである温湿センサ４５２および圧力センサ４５４、４５５が配置されている。第２副通路３０６の入口３０６ａおよび出口３０６ｂは、主通路１２４を流れる被計測気体３０に対して垂直に開口し、被計測気体３０の流れに平行な同一線上に配置される。また、第２副通路入口３０６ａと第２副通路出口３０６ｂとの間を結ぶ通路部内の空気流れの動線よりもフランジ３１１側に偏倚した位置で、隔壁３０７、３０８、３０９で囲まれたセンサ室３４２内に、温湿センサ４５２、圧力センサ４５４および４５５が配置される。
　一般に、複数のセンサを同一の電子回路で構成した場合、単純に物理量検出センサの数に応じて消費電力が増加する。消費電力（電気エネルギー）は抵抗を介して熱（エネルギー）に変換されることが知られており、消費電力が増加することで回路全体の発熱が増加することとなる。回路の自己発熱増加は、回路部品の耐久性能または物理量検出センサの性能に悪影響を与える。自動車部品に要求される温度範囲は－４０℃～１２５℃と広範囲となる。とくに、物理量検出センサの電子回路にはマイコンなどの半導体部品が使用されている。半導体部品は、高温環境と回路の自己発熱と合わせて約１５０℃の接合温度（ジャンクション温度ともいう）を超えない範囲で使用するのが一般的である。接合温度とは、半導体素子とリード線の接合部の温度であり、約１５０℃以上の環境で使用すると製品の耐久寿命が大きく低下する。そのため、回路自己発熱を極力抑える放熱設計が要求される。また、物理量検出装置１００の性能面においては、高温および低温では温度影響による特性変化が必ず存在するため、回路自己発熱からの熱伝導による温度上昇は検出センサの計測精度悪化につながる恐れがある。
　このような課題に対して、本実施例では、回路基板４００の背面が第２副通路３０６の一部を構成している。したがって、第２副通路３０６内を流れる空気に回路基板４００の背面が暴露されることとなる。つまり、回路基板４００の表面に実装されたマイコン６０５などの回路部品で発生する自己発熱が回路基板４００の背面へ熱伝導し、さらには第２副通路３０６内を流れる空気に熱伝達されることで、回路基板４００全体の発熱を抑制することが可能となる。
　また、圧力センサ４５５がハウジング３０２上流側の隔壁３０７の背後に配置されることで、第２副通路３０６に流入してきた被計測気体３０がそのまま直接圧力センサ４５５に衝突するのを防ぎ、空気流れが直接圧力センサ４５５に影響することを抑制することができる。つまり、空気流れが発生させる動圧を、圧力センサ４５５が検出することなく、計測すべき静圧を正しく計測することができ、計測精度を確保することができる。
　第２副通路の入口３０６ａと出口３０６ｂが同一線上に位置し、検出センサ（ここで複数の検出センサ配置順序は図８の限りではない）を、同一線上から偏倚させてハウジング３０２の上下流隔壁３０７および３０８の中間部に配置することで、被計測気体３０に混入したごみや水滴などが直接検出センサに衝突することを抑制することが可能となり、出力の汚損劣化や変動を低減できる。
　３.３　背面カバーと湿度および圧力検出部の構造と効果
　図１０および図１１は、正面カバーおよび背面カバーの構成を示した図である。また、図１２から図１４では、背面カバーで構成された第２副通路における複数の実施例を示す。
　上述のように、ハウジング３０２の背面には、第２副通路３０６を形成するための副通路溝が構成されており、副通路溝の第２副通路入口３０６ａと出口３０６ｂ以外を被計測気体３０と分離するように背面カバー３０４が配置される。
　図１２では、前記した回路基板４００の背面に温湿センサ４５２および圧力センサ４５４、４５５が実装された例を示す。図１１および図１２（ａ）では、背面カバー３０４に形成された上流側の突起部３５０および下流側の突起部３５１を点線で示している。図１２（ｂ）では図１２（ａ）の断面Ｄ－Ｄを示しており、突起部３５０および３５１の配置例を示している。
　突起部３５０および３５１は、背面カバー３０４を取り付けることによって、回路基板４００の第２副通路３０６を通路部とセンサ室３４２とに区画する区画壁を構成する。上流側の突起部３５０は、第２副通路入口３０６ａと上流側の圧力センサ４５５との間に亘って被計測気体３０の流れ方向に沿って延びるように形成されている。そして、下流側の突起部３５１は、下流側の圧力センサ４５４と第２副通路出口３０６ｂとの間に亘って被計測気体３０の流れ方向に沿って延びるように形成されている。突起部３５０、３５１は、いずれも薄板の突出片によって背面カバー３０４に一体に形成されており、計測部３３１の厚さ方向に沿って回路基板４００に向かって突出し、被計測気体３０の流れと平行に計測部３３１の長手方向に対して互いに同じ高さ位置に一直線上に配置される。
　この実施例では、被計測気体３０が第２副通路入口３０６ａより流入した際、上下流の突起部３５０および３５１により流れが矯正され、第２副通路入口３０６ａと出口３０６ｂを結ぶ直線上を通過して出口３０６ｂから外部に排出される。
　つまり、センサ室３４２は、第２副通路３０６の通路部よりも計測部３３１の基端側（フランジ３１１側）に偏倚しているので、第２副通路入口３０６ａから第２副通路３０６に流入した被計測気体３０は、そのまま第２副通路３０６の通路部を真っ直ぐ進み、第２副通路出口３０６ｂから外部に排出され、センサ室３４２には、直接入り込まない。したがって、センサ室３４２内の圧力センサ４５４、４５５、および温湿センサ４５２等の物理量検出センサに、被計測気体３０が直接衝突することを抑制することができる。
　一般に、吸気管内では一定質量をもつ水滴や汚損物が被計測気体３０に混入して第２副通路３０６内を通過する。そのため、物理量検出センサに被計測気体３０が直接衝突することを抑制することで、物理量検出センサの汚損劣化または水滴による出力変動を抑制でき、計測誤差の低減が可能となる。具体的には、圧力センサ４５４、４５５に被計測気体３０が直接衝突するのを防いで、動圧の影響を低減し、検出精度が悪化するのを防ぐことができる。そして、温湿センサ４５２は、被計測気体３０が直接衝突するのを防ぐことにより、水滴や汚損物が付着して耐性が低下するのを防ぐことができる。
　図１３では、前記した回路基板４００の背面に温湿センサ４５２および圧力センサ４５４が実装された例を示す。図１３（ａ）はセンサ室３４２の拡大図、図１３（ｂ）は（ａ）のＥ－Ｅ線断面図である。図１３（ａ）,（ｂ）に示すように、上流側の突起部３５０は、第２副通路入口３０６ａと圧力センサ４５４の間に設けられ、被計測気体３０の流れ方向に延びるように薄板で形成されている。すでに説明した記号、構成および効果についてはここでは省略する。本実施例では、図１２と比較して、圧力センサの数が１個に減っているので、その分のスペースを埋めるように、上流側の突起部３５０の長さが長くなっている。
　図１４では、前記した回路基板４００の背面に温湿センサ４５２が実装された例を示す。図１４（ａ）はセンサ室３４２の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＦ－Ｆ線断面図である。図１４（ａ）,（ｂ）に示すように、上流側の突起部３５０は、第２副通路入口３０６ａと
温湿センサ４５２の間に設けられ、被計測気体３０の流れ方向に延び、温湿センサ４５２の手前で折曲されて被計測気体３０の流れと直交する方向に延在する薄板によって構成されている。
　本実施例では、温湿センサ４５２は、ハウジング３０２上流の隔壁３０７から一定距離だけ離れた位置に実装される。したがって、カバー３０４の上流側の突起部３５０に、隔壁３０７と同様の効果をもたせるために、被計測気体３０の流れと直交する形で薄板３５０ａを構成している。これにより、第２副通路３０６内を通過する空気中に混入した水滴や汚損物が、センサに空気が直接衝突することを抑制することができ、センサの汚損劣化または水滴による出力変動を抑制でき、計測誤差の低減が可能となる。
　４.　物理量検出装置３００の信号処理
　図１５に物理量検出装置３００の信号の入出力関係を示す。本実施例では、1枚の回路
基板４００の表面と背面の両方にそれぞれ物理量検出センサを搭載し、基板の小型化を図っている。そのため、信号処理においても、電子回路部品を少なくするため１つのマイコン６０５で各物理量センサからの全信号を取込み、制御装置２００で読み取り可能な信号生成および補正が行われる。また、図５および図７に示すように、回路基板４００は、電気的な信号はＡＬワイヤ３２４および外部端子３２３を介して制御装置２００へ伝送される。
　５．まとめ
　上記した本実施例の物理量検出装置によれば、回路基板４００の一方面と他方面の両方にそれぞれ検出センサ４５１～４５６を実装させるので、回路基板４００の小型化が可能となる。この回路基板４００の小型化により、物理量検出装置３００の筐体部も小型化が可能となる。したがって、エンジンルームのスペース確保または吸気管内での圧力損失の低減につながる。
　また、実施例では、回路基板４００の一部が第２副通路３０６の一部を構成している。したがって、第２副通路３０６内を流れる空気に回路基板４００の他方面が暴露されることとなる。つまり、回路基板４００の一方面に実装されたマイコン６０５などの回路部品で発生する自己発熱が回路基板４００の他方面に熱伝導し、さらには第２副通路３０６内を流れる空気に熱伝達されることで、回路基板４００全体の発熱を抑制することが可能となる。
　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。
２４   排気ガス
３０　 被計測気体
１１０ 内燃機関
１１２ エンジンシリンダ
１１４ エンジンシピストン
１１６ 吸気弁
１１８ 排気弁
１２２ エアクリーナ
１２４ 主通路
１２６ スロットルボディ
１２８ 吸気マニホールド
１３２ スロットルバルブ
１４４ スロットル角度センサ
１４６ 回転角度センサ
１４８ 酸素センサ
１５２ 燃料噴射弁
１５４ 点火プラグ
１５６ アイドルエアコントロールバルブ
２００ 制御装置
３００ 物理量検出センサ
３０２ ハウジング
３０３ 正面カバー
３０４ 背面カバー
３０５ 第１副通路
３０５ａ 第１副通路入口
３０５ｂ 第１副通路出口
３０６ 第２副通路
３０６ａ 第２副通路入口
３０６ｂ 第２副通路出口
３０７ ハウジング上流側の隔壁
３０８ ハウジング下流側の隔壁
３０９ 隔壁
３１１ フランジ
３１２ 主通路１２４と対向する下面
３１３ 窪み
３１４ ねじ孔
３１５ 当接部
３２１ 外部接続部
３２２ コネクタ
３２２ａ 差し込み孔
３２３ 外部端子
３２４ ＡＬワイヤ
３３２ 表側副通路溝
３３３ 開口部
３３４　裏側副通路溝
３３４ａ　急傾斜部
３３６　上流側外壁
３３８　下流側外壁
３４１　回路室
３４２　センサ室
３５０　カバー上流側突起部
３５１　カバー下流側突起部
４００　回路基板
４３０　計測用流路面
４３１　計測用流路面裏面
４３６　熱伝達面露出部
４５０　突出部
４５１　温度検出部
４５２　温湿センサ
４５３　温度センサ
４５４　圧力センサ
４５５　圧力センサ
４５６　流量検出部
６０５　回路部品（マイコン）

Claims (10)

  1. 　主通路内を流れる被計測気体の複数の物理量を検出する物理量検出装置であって、
    　前記主通路内に配置されるハウジングと、
    　該ハウジングにインサート成形された回路基板と、
    　該回路基板の一方面と他方面の両方にそれぞれ実装される複数の検出センサと、を有することを特徴とする物理量検出装置。
  2. 　前記ハウジングに開口する第１副通路入口から前記被計測気体を取り込み、前記ハウジングに開口する第１副通路出口から排出する第１副通路と、
    　前記ハウジングに開口する第２副通路入口から前記被計測気体を取り込み、前記ハウジングに開口する第２副通路出口から排出する第２副通路と、
    　を有し、
    　前記第１副通路に前記複数の検出センサのうちの少なくとも一つの検出センサが配置され、前記第２副通路に前記検出センサとは別の少なくとも一つの検出センサが配置されたことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
  3. 　前記回路基板は、
    　前記回路基板の一方面に、前記検出センサが配置される検出センサ面領域と、前記検出センサ以外の回路部品が配置される回路部品面領域とを有し、
    　前記回路基板の他方面に、前記回路部品面領域と対向する対向面領域を有し、
    　前記回路基板の他方面のうち、前記対向面領域の少なくとも一部が前記第２副通路に露出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２副通路は、前記ハウジングと、前記回路基板と、前記ハウジングに接合されるカバーとの協働により構成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. 　前記第２副通路は、前記主通路内を流れる被計測気体の流れ方向に沿って平行に延在し、前記第２副通路入口と前記第２副通路出口とを結ぶ直線から交差する方向に離間した位置に前記検出センサが配置されていることを特徴とする請求項４に記載の物理量検出装置。
  6. 　前記カバーは、前記第２副通路を、前記第２副通路入口と前記第２副通路出口との間を結ぶ通路部と、前記検出センサが配置されたセンサ室とに区画する区画壁を有することを特徴とする請求項４に記載の物理量検出装置。
  7. 　前記ハウジングは、前記第２副通路の前記検出センサよりも前記被計測気体の上流側の位置に隔壁を有することを特徴とする請求項６に記載の物理量検出装置。
  8. 　前記ハウジングは、前記第２副通路の前記検出センサよりも前記被計測気体の下流側の位置に隔壁を有することを特徴とする請求項６に記載の物理量検出装置。
  9. 　前記第１副通路と前記第２副通路にそれぞれ配置される検出センサは、互いに種類の異なる物理量を検出するものであることを特徴とする請求項２に記載の物理量検出装置。
  10. 　前記回路基板の一方面には、ワイヤボンディングされる検出センサが配置されていることを特徴とする請求項３に記載の物理量検出装置。
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