JP6995020B2 - 物理量検出装置 - Google Patents

Description

本開示は、物理量検出装置に関する。

従来から、流量センサによって空気流量を測定する空気流量測定装置に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された空気流量測定装置は、副流路と、流量センサと、回路部とを備えている（同文献、請求項１等を参照）。

副流路は、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込む。副副流路は、副流路を流れる空気の一部を取り込む。流量センサは、通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、この発熱抵抗体により生じる温度分布を基に副副流路を流れる空気流量を測定する。回路部は、発熱抵抗体への通電電流を制御する働きを有する。この従来の空気流量測定装置は、回路部が副副流路に配設され、副副流路を流れる空気の流れに晒されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、センサボディの内部に回路部を配設するための専用のスペースを設ける必要がないので、センサボディの体格が大型化することはない。また、センサボディの内部に副副流路を形成するためのスペースが減少することもない。その結果、副副流路の流路損失が増大することもなく、副副流路を流れる空気流量を精度良く測定できる。さらに、副副流路に回路部を配設することにより、副副流路を流れる空気によって回路部を冷却できるため、回路部に対する放熱性が向上する（同文献、第０００７段落等を参照）。

特許第４９６８２６７号公報

上記従来の空気流量測定装置は、ダクトの内部を流れる空気の一部が副流路に取り込まれ、副流路を流れる空気の一部が副副流路に取り込まれ、副副流路を流れる空気流量が流量センサによって測定される。しかしながら、副副流路は、センサボディの内部を上下方向、すなわちダクトの内部の空気の流れ方向に直交する方向に延びている（同文献、図１および第００１３段落等を参照）。

そのため、副流路から分岐した副副流路の壁面であって副流路の下流側に位置する壁面に対して副流路を流れる空気が強く押し付けられ、副副流路に流入する空気の流速が増加することで、副副流路へ流入する塵埃が増加するおそれがある。副流路から副副流路へ流入する塵埃が増加すると、回路部や流量センサに対する塵埃の堆積が短期間に進行し、流量センサの測定精度が短期間で低下するおそれがある。

本開示は、第１副通路から分岐した第２副通路に流入する塵埃を減少させ、耐汚損性を向上させることが可能な物理量検出装置を提供する。

本開示の一態様は、主通路を流れる気体の物理量を検出する物理量検出装置であって、前記物理量を検出するセンサと、該センサを収容するハウジングと、を備え、前記ハウジングは、前記主通路に固定されるフランジと、前記フランジから前記主通路の中心方向へ延びる計測部と、を有し、前記計測部は、前記フランジと反対側の先端部に設けられ前記主通路の中心軸に沿って延びる第１副通路と、該第１副通路から前記フランジへ向けて分岐して前記センサが配置された第２副通路と、前記先端部の先端に設けられた整流面と、を有し、前記整流面は、前記主通路の上流側から下流側へ向けて前記フランジに近づくように設けられた上流整流面と、該上流整流面よりも前記主通路の下流側に設けられ前記主通路の中心軸に沿って延びる下流整流面と、を有することを特徴とする物理量検出装置である。

上記一態様によれば、第１副通路から分岐した第２副通路に流入する塵埃を減少させ、耐汚損性を向上させることが可能な物理量検出装置を提供することができる。

物理量検出装置を使用した内燃機関制御システムのシステム図。 図１に示す物理量検出装置の正面図。 図２に示す物理量検出装置のカバーを取り外した状態を示す正面図。 図３に示す物理量検出装置の計測部の先端部を拡大した拡大図。 図４に示す物理量検出装置の変形例を示す拡大図。 図４に示す物理量検出装置の変形例を示す拡大図。 図４に示す物理量検出装置の変形例を示す拡大図。

以下、図面を参照して本開示に係る物理量検出装置の実施形態を説明する。

図１は、本開示の一実施形態に係る物理量検出装置２０を使用した電子燃料噴射方式の内燃機関制御システム１のシステム図である。エンジンシリンダ１１とエンジンピストン１２を備える内燃機関１０の動作に基づき、吸入空気が被計測気体２としてエアクリーナ２１から吸入され、たとえば主通路２２である吸気ボディと、スロットルボディ２３と、吸気マニホールド２４を介してエンジンシリンダ１１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２の物理量は、物理量検出装置２０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１４より燃料が供給され、被計測気体２と共に混合気の状態で燃焼室に導かれる。なお、本実施形態では、燃料噴射弁１４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被計測気体２とともに混合気を成形し、吸気弁１５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１３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１６から排気管に導かれ、排気ガス３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２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２５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２５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。

エアクリーナ２１を介して取り込まれて主通路２２を流れる吸入空気である被計測気体２の流量、温度、湿度、圧力などの物理量が物理量検出装置２０により検出され、物理量検出装置２０から吸入空気の物理量を表す電気信号が制御装置４に入力される。また、スロットルバルブ２５の開度を計測するスロットル角度センサ２６の出力が制御装置４に入力され、さらに内燃機関のエンジンピストン１２や吸気弁１５や排気弁１６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１７の出力が、制御装置４に入力される。排気ガス３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２８の出力が制御装置４に入力される。

制御装置４は、物理量検出装置２０の出力である吸入空気の物理量と、回転角度センサ１７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。これらの演算結果に基づいて、燃料噴射弁１４から供給される燃料量、また点火プラグ１３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２０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２８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４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２５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２７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。

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２０の出力を主パラメータとして演算される。したがって、物理量検出装置２０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２０により検出される被計測気体２であ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２０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２０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２０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２０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２２である吸気管を介して物理量検出装置２０に伝わる。物理量検出装置２０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。

車両に搭載される物理量検出装置２０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２０が解決する具体的な課題や奏する具体的な効果は、以下の実施形態に関する記載の中で説明する。

図２は、図１に示す物理量検出装置２０の正面図である。物理量検出装置２０は、主通路２２の通路壁に設けられた取り付け孔から主通路２２の内部に挿入されて利用される。物理量検出装置２０は、ハウジング２０１と、ハウジング２０１に取り付けられるカバー２０２とを備えている。ハウジング２０１は、合成樹脂製材料を射出成形することによって構成されており、カバー２０２は、たとえばアルミニウム合金などの導電性材料からなる板状部材によって構成されている。カバー２０２は、薄い板状に形成されて、広い平坦な冷却面を有している。

ハウジング２０１は、主通路２２である吸気ボディに固定されるフランジ２１１と、フランジ２１１から突出して外部機器との電気的な接続を行うために吸気ボディから外部に露出するコネクタ２１２と、フランジ２１１から主通路２２の中心に向かって突出するように延びる計測部２１３を有している。

フランジ２１１は、たとえば、所定の板厚からなる平面視略矩形状を有しており、角部に貫通孔を有している。フランジ２１１は、たとえば、角部の貫通孔に固定ネジが挿通されて主通路２２のネジ穴に螺入されることにより、主通路２２に固定される。

コネクタ２１２は、たとえば、その内部に４本の外部端子と、補正用端子とが設けられている。外部端子は、物理量検出装置２０の計測結果である流量や温度などの物理量を出力するための端子および物理量検出装置２０が動作するための直流電力を供給するための電源端子である。補正用端子は、生産された物理量検出装置２０の計測を行い、それぞれの物理量検出装置２０に関する補正値を求めて、物理量検出装置２０内部のメモリに補正値を記憶するのに使用する端子である。

計測部２１３は、フランジ２１１から主通路２２の中心方向に向かって延びる薄くて長い形状を成し、幅広な正面２２１と背面、および幅狭な一対の側面である上流端面２２３と下流端面２２４を有している。計測部２１３は、たとえば、主通路２２に設けられた取り付け孔から内部に挿入され、フランジ２１１を主通路２２に当接させてねじで主通路２２に固定することで、フランジ２１１を介して主通路２２に固定される。

計測部２１３は、物理量検出装置２０を主通路２２に取り付けた状態で、主通路２２の内壁から主通路２２の中心軸２２ａに向かって突出している。そして、正面２２１と背面が主通路２２の中心軸２２ａに沿って平行に配置され、計測部２１３の幅狭な上流端面２２３と下流端面２２４のうち計測部２１３の短手方向一方側の上流端面２２３が主通路２２の上流側を向くように配置され、計測部２１３の短手方向他方側の下流端面２２４が主通路２２の下流側を向くように配置される。

計測部２１３の正面２２１は、短手方向に沿って上流端面２２３から下流端面２２４まで平坦である。一方、計測部２１３の背面は、下流端面２２４側の角部が面取りされており、かつ、短手方向中間位置から下流端面２２４まで移行するにしたがって正面に漸次接近する方向に傾斜している。これにより、計測部２１３の断面形状は、いわゆる流線型になっている。したがって、主通路２２の上流から流れてきた被計測気体２を計測部２１３の正面２２１および背面に沿って円滑に下流に導くことができ、被計測気体２に対する計測部２１３の流体抵抗を小さくすることができる。

計測部２１３は、突出方向の端部が段差状に形成されており、物理量検出装置２０を主通路２２に取り付けた状態で、主通路２２の上流側の下面２２６と、主通路２２の下流側の整流面２２７とを有している。計測部２１３は、上流側の下面２２６よりも下流側の整流面２２７の方が突出方向に突出し、上流側の下面２２６と下流側の整流面２２７との間を結ぶ段差面である上流端面２２８が主通路２２の上流側を向くように配置される。

詳細については後述するが、本実施形態の物理量検出装置２０は、次の構成を最大の特徴としている。計測部２１３は、先端部２１３ａの先端に設けられた整流面２２７を有している。整流面２２７は、上流整流面２２７ａと、下流整流面２２７ｂと、を有している。上流整流面２２７ａは、主通路２２の上流側から下流側へ向けてフランジ２１１に近づくように設けられている。下流整流面２２７ｂは、上流整流面２２７ａよりも主通路２２の下流側に設けられ、主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びる。

また、計測部２１３は、フランジ２１１と反対側で上流側の下面２２６よりも突出した先端部２１３ａの上流端面２２８に、吸入空気などの被計測気体２の一部を計測部２１３内の副通路に取り込むための入口２３１が開口して設けられている。そして、計測部２１３の先端部２１３ａの下流端面２２４には、計測部２１３内の副通路に取り込んだ被計測気体２を主通路２２に戻すための第１出口２３２および第２出口２３３が開口して設けられている。

つまり、計測部２１３は、主通路２２における被計測気体２の流れ方向の上流側に向けて配置される第１壁部としての上流端面２２３を有する。また、計測部２１３は、第１壁部としての上流端面２２３よりも主通路２２における被計測気体２の流れ方向の下流側の位置において被計測気体２の流れ方向の上流側に向けて配置される第２壁部として先端部２１３ａの上流端面２２８を有する。この先端部２１３ａの段差面である上流端面２２８に、副通路の入口２３１が開口している。

物理量検出装置２０は、副通路の入口２３１が、フランジ２１１から主通路２２の中心方向に向かって延びる計測部２１３の先端部２１３ａに設けられているので、主通路２２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副通路に取り込むことができる。このため、物理量検出装置２０は、主通路２２の内壁面から離れた部分の気体の流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２２の内壁面近傍では、主通路２２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２の温度が異なる状態となり、主通路２２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２２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２２の内壁面近傍の気体は、主通路２２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。また、主通路２２の内壁面近傍では流体抵抗が大きく、主通路２２の平均的な流速に比べ、流速が低くなる。このため、主通路２２の内壁面近傍の気体を被計測気体２として副通路に取り込むと、主通路２２の平均的な流速に対する流速の低下が計測誤差につながるおそれがある。

物理量検出装置２０は、フランジ２１１から主通路２２の中央に向かって延びる薄くて長い計測部２１３の先端部２１３ａに入口２３１が設けられているので、主通路２２の内壁面近傍の流速低下に関係する計測誤差を低減できる。また、物理量検出装置２０は、フランジ２１１から主通路２２の中央に向かって延びる計測部２１３の先端部２１３ａに入口２３１が設けられているだけでなく、副通路の第１出口２３２および第２出口２３３も計測部２１３の先端部２１３ａに設けられているので、さらに計測誤差を低減することができる。

物理量検出装置２０は、計測部２１３が主通路２２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、上流端面２２３および下流端面２２４の幅は、正面２２１の幅よりも狭く、計測部２１３が板状の形状を成している。これにより、物理量検出装置２０は、被計測気体２に対しては流体抵抗を小さい値に抑えることができる。

図３は、図２に示す物理量検出装置２０のカバー２０２を取り外した状態を示す正面図である。なお、図３では、回路基板２０７を封止する封止材の図示を省略している。

計測部２１３には、副通路２３４を形成するための副通路溝２５０と、回路基板２０７を収容するための回路室２３５が設けられている。回路室２３５と副通路溝２５０は、計測部２１３の正面に凹設されており、計測部２１３の短手方向一方側と他方側に分かれて配置されている。回路室２３５は、主通路２２における被計測気体２の流れ方向の上流側の位置に配置され、副通路２３４は、回路室２３５よりも主通路２２における被計測気体２の流れ方向の下流側の位置に配置される。なお、主通路２２における被計測気体２の流れ方向において、回路室２３５の上流側の壁部の上流側の面を、計測部２１３の上流端面２２３とすることで省スペース化が可能となる。

副通路溝２５０は、カバー２０２との協働により副通路２３４を形成する。副通路２３４は、計測部２１３の突出方向である計測部２１３の長手方向に沿って延在して設けられている。副通路２３４を形成する副通路溝２５０は、第１副通路溝２５１と、第１副通路溝２５１の途中で分岐する第２副通路溝２５２とを有している。

第１副通路溝２５１は、計測部２１３の先端部２１３ａの上流端面２２８に開口する入口２３１と、計測部２１３の先端部２１３ａの下流端面２２４に開口する第１出口２３２との間に亘って、計測部２１３の短手方向に沿って延在するように形成されている。入口２３１は、主通路２２における被計測気体２の流れ方向の上流側を向くように開口されている。第１副通路溝２５１は、カバー２０２との間に、入口２３１から主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びて第１出口２３２に至る第１副通路２３４ａを形成する。

第１副通路２３４ａは、主通路２２内を流れる被計測気体２を入口２３１から取り込み、その取り込んだ被計測気体２を第１出口２３２から主通路２２に戻す。第１副通路２３４ａは、入口２３１から主通路２２内における被計測気体２の流れ方向に沿って延在し、第１出口２３２に接続されている。

第２副通路溝２５２は、第１副通路溝２５１の途中位置で計測部２１３の基端部すなわちフランジ２１１へ向けて分岐して、計測部２１３の長手方向すなわち主通路２２の中心軸２２ａに交差する方向、たとえば中心軸２２ａにおおむね直交する方向に延びている。さらに、第２副通路溝２５２は、計測部２１３のフランジ２１１の近傍で先端部２１３ａへ向けて、たとえばＵ字状または円弧状に湾曲して折り返し、計測部２１３の長手方向すなわち主通路２２の中心軸２２ａに交差する方向、たとえば中心軸２２ａにおおむね直交する方向に延びている。

第２副通路溝２５２は、最終的に、計測部２１３の下流端面２２４へ向けて、たとえば円弧状に湾曲するように曲折し、第２出口２３３に接続されている。第２出口２３３は、主通路２２における被計測気体２の流れ方向の下流側を向くように開口されている。第２出口２３３は、第１出口２３２とほぼ同等または若干大きい開口面積を有しており、第１出口２３２よりも計測部２１３の長手方向の基端部側に隣接した位置に形成されている。第２副通路溝２５２は、カバー２０２との間に、第１副通路２３４ａからフランジ２１１へ向けて分岐して第２出口２３３に至る第２副通路２３４ｂを形成する。

第２副通路２３４ｂは、第１副通路２３４ａから分岐されて流れ込んだ被計測気体２を通過させて第２出口２３３から主通路２２に戻す。第２副通路２３４ｂは、計測部２１３の長手方向に沿って往復する経路を有する。より詳細には、第２副通路２３４ｂは、たとえば、直線状の上流部と、円弧状の湾曲部と、直線状の下流部とを有している。

第２副通路２３４ｂの上流部は、第１副通路２３４ａから分岐して計測部２１３のフランジ２１１へ向けてまっすぐに延びている。第２副通路２３４ｂの湾曲部は、フランジ２１１の近傍で上流部に接続され、計測部２１３の先端部２１３ａへ向けて折り返すように円弧状またはＵ字状に湾曲している。第２副通路２３４ｂの下流部は、フランジ２１１の近傍で湾曲部に接続され、計測部２１３の先端部２１３ａへ向けてまっすぐに延び、先端部２１３ａにおいて下流端面２２４へ向けて湾曲して第２出口２３３に接続されている。

第２副通路２３４ｂは、たとえば上流部に流量センサ２０５が配置されている。より詳細には、第２副通路２３４ｂの上流部において、流量センサ２０５は、第１副通路２３４ａと湾曲部との間の中間部に配置されている。第２副通路２３４ｂは、上記のような湾曲形状を有することで、通路長さをより長く確保することができ、主通路内に脈動が生じた場合に、流量センサ２０５への影響を小さくすることができる。

上記構成によれば、計測部２１３の突出方向である長手方向に沿って副通路２３４を形成することができ、副通路２３４の長さを十分に長く確保できる。これにより、物理量検出装置２０は、十分な長さの副通路２３４を備えることができる。したがって、物理量検出装置２０は、流体抵抗を小さい値に抑えられるとともに高い精度で被計測気体２の物理量を計測することが可能である。

第１副通路２３４ａは、入口２３１から計測部２１３の短手方向すなわち主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びて第１出口２３２に至るので、入口２３１から第１副通路２３４ａ内に侵入した塵埃などの異物をそのまま第１出口２３２から排出させることができる。これにより、異物が第２副通路２３４ｂに侵入するのを抑制し、第２副通路内２３４ｂに配置された流量センサ２０５に影響を与えるのを抑制することができる。

第１副通路２３４ａの入口２３１と第１出口２３２は、入口２３１の方が第１出口２３２よりも大きな開口面積を有している。入口２３１の開口面積を第１出口２３２よりも大きくすることによって、第１副通路２３４ａに流入した被計測気体２を、第１副通路２３４ａの途中で分岐している第２副通路２３４ｂにも確実に導くことができる。

第１副通路溝２５１の入口２３１の近傍には、計測部２１３の長手方向における入口２３１の中央位置に突起部２５３が設けられている。突起部２５３は、入口２３１の大きさを計測部２１３の長手方向に二等分し、二等分された入口２３１のそれぞれの開口面積を第１出口２３２および第２出口２３３の開口面積よりも小さくしている。突起部２５３は、入口２３１から第１副通路２３４ａに侵入可能な異物の大きさを第１出口２３２および第２出口２３３よりも小さいものだけに規制し、異物によって第１出口２３２や第２出口２３３が塞がれるのを防ぐことができる。

回路基板２０７は、計測部２１３の短手方向一方側に設けられた回路室２３５に収容されている。回路基板２０７は、計測部２１３の長手方向に沿って延在する長方形の形状を有しており、その表面には、チップパッケージ２０８と、圧力センサ２０４と、温湿度センサ２０６と、吸気温度センサ２０３とが実装されている。回路基板２０７は、すべてのセンサに共通する搭載部を有しており、様々なセンサの実装パターンに対して共通して利用可能である。回路基板２０７の表面は、たとえば、主通路２２を流れる被計測気体２にほぼ平行に配置される。これにより、計測部２１３の薄型化が可能になり、主通路２２を流れる被計測気体２の圧力損失を低減することができる。

チップパッケージ２０８は、回路基板２０７に実装されている。チップパッケージ２０８には、流量センサ２０５と、流量センサ２０５を駆動する電子部品であるＬＳＩとが実装され、トランスファーモールドにより封止されている。チップパッケージ２０８は、第２副通路２３４ｂ内に流量センサ２０５が配置されるように、回路基板２０７の長手方向の中央位置で回路基板２０７から第２副通路２３４ｂ内にチップパッケージ２０８の一部が突出した状態で実装されている。

チップパッケージ２０８は、副通路２３４と回路室２３５との間に亘って配置されている。これにより、回路室２３５と副通路２３４が分離され、チップパッケージ２０８に配置された流量センサ２０５への流れが副通路２３４の形状によって律速される。そのため、副通路２３４内に被計測気体２の流れを阻害する障壁物がない構成となり、被計測気体２の安定的な流れを流量センサ２０５へ供給することができる。したがって、流量センサの流速感度、ノイズ性能や脈動特性を維持しつつ、計測部２１３を小型化することが可能である。

なお、流量センサ２０５は、必ずしもチップパッケージ２０８に設けられている必要はない。たとえば、回路基板２０７の一部を突出させて流量センサ２０５を副通路２３４に配置してもよく、回路基板２０７に実装された流量センサ２０５を板状の支持体によって副通路２３４に配置してもよい。

流量センサ２０５とＬＳＩは同一半導体素子に一体に形成されていても、別の半導体素子として形成されていてもよい。流量センサ２０５は、表面の流量計測部が少なくとも露出するように樹脂によって封止されている。チップパッケージ２０８にＬＳＩを設ける構造について説明したが、回路基板２０７にＬＳＩを搭載する構造としてもよい。チップパッケージ２０８にＬＳＩを設ける利点としては、回路基板２０７にＬＳＩを搭載しなくてもよいことから、回路基板２０７の小型化に寄与する点である。

チップパッケージ２０８は、第２副通路２３４ｂの上流部における被計測気体２の流れ方向に沿って延びる凹溝を有し、この凹溝の底部に流量センサ２０５を備えている。チップパッケージ２０８の凹溝は、第２副通路２３４ｂの上流部を流れる被計測気体２の流れ方向における両端部から中央部へ向けて徐々に幅が狭まる絞り形状を有し、最も幅が狭い中央部に流量センサ２０５が配置されている。この絞り形状により、副通路２３４を流れる被計測気体２が整流され、ノイズの影響を低減することができる。

圧力センサ２０４は、チップパッケージ２０８よりも回路基板２０７の長手方向基端部側に実装されており、温湿度センサ２０６は、チップパッケージ２０８よりも回路基板２０７の長手方向先端側に実装されている。そして、回路基板２０７の表面には、吸気温度センサ２０３のリードが接続されている。吸気温度センサ２０３は、温湿度センサ２０６よりも回路基板２０７の長手方向先端側の位置にリードが接続され、センサ本体２０３ｂが回路基板２０７から長手方向にはみ出して計測部２１３の外部に露出した位置に配置されるように実装されている。

吸気温度センサ２０３は、計測部２１３のフランジ２１１側の上流端面２２３と、先端部２１３ａの上流端面２２８との間に配置されている。吸気温度センサ２０３は、回路基板２０７に実装され、計測部２１３の外に露出して設けられている。吸気温度センサ２０３は、円柱状のセンサ本体と、センサ本体の軸方向両端部から互いに離間する方向に向かって突出する一対のリードとを有するアキシャルリード部品によって構成されている。計測部２１３には、吸気温度センサ２０３を保護するためのプロテクタ２０２ａが設けられている。

計測部２１３には、その長手方向に沿って基端部側から先端部側に向かって（計測部２１３の突出方向に向かって）、（１）圧力センサ２０４、（２）流量センサ２０５、（３）温湿度センサ２０６、（４）吸気温度センサ２０３が順番に配置されている。圧力センサ２０４は、被計測気体２の圧力を検出し、流量センサ２０５は、被計測気体２の流量を検出する。温湿度センサ２０６は、被計測気体２の湿度を検出し、吸気温度センサは、被計測気体２の温度を検出する。

図４は、図３に示すカバー２０２を取り外した物理量検出装置２０の計測部２１３の先端部２１３ａを拡大した拡大図である。以下、本実施形態の物理量検出装置２０の特徴部分について、詳細に説明する。

前述のように、本実施形態の物理量検出装置２０は、次の構成を最大の特徴としている。計測部２１３は、先端部２１３ａの先端に設けられ上流端面２２８から下流端面２２４へ向けてフランジ２１１に近づくように設けられた整流面２２７を有している。整流面２２７は、主通路２２を流れる被計測気体２の順流時の流れ方向の上流側よりも下流側の部分がフランジ２１１に近く、フランジ２１１が取り付けられた主通路２２の内壁面に近くなっている。

整流面２２７は、たとえば、複数の平面、角、および段差を有してもよいが、主通路２２を流れる被計測気体２に対し、上流端面２２８から下流端面２２４まで連続する流線形の形状を有していることが好ましい。整流面２２７は、たとえば、主通路２２を流れる被計測気体２の順流時の流れの方向の上流側から下流側へ向けて、接線の傾きが連続的に変化している。図４に示す正面視で、整流面２２７は、変曲点を持つＳ字状の滑らかな曲線形状を有している。

整流面２２７は、主通路２２を流れる被計測気体２の順流時の流れの方向の上流側と下流側に、それぞれ、上流整流面２２７ａと下流整流面２２７ｂとを有している。すなわち、上流整流面２２７ａと下流整流面２２７ｂは、それぞれ、整流面２２７の上流側の部分と整流面２２７の下流側の部分である。ここで、「上流」と「下流」は、主通路２２を流れる被計測気体２の順流時の流れの方向を基準とするものである。すなわち、図１に示す例において、相対的にエアクリーナ２１に近い方が上流側であり、相対的に内燃機関１０に近い方が下流側である。

上流整流面２２７ａは、計測部２１３の先端部２１３ａの上流端面２２８から主通路２２の下流側へ向けてフランジ２１１に近づくように設けられている。より具体的には、上流整流面２２７ａは、主通路２２の上流側から下流側へ向けてフランジ２１１に近づくように主通路２２の中心軸２２ａに対して９０度未満の傾斜角度で傾斜した傾斜面２２７ｃを有している。

上流整流面２２７ａの傾斜面２２７ｃは、たとえば、計測部２１３の短手方向における先端部２１３ａの中心を通り、かつ計測部２１３の長手方向に平行な中心線ＣＬよりも、上流端面２２８に近い位置から、下流整流面２２７ｂまで設けられている。図４に示す正面視で、傾斜面２２７ｃの上流側部分は、計測部２１３の突出方向へ向けて膨出した凸曲面状に設けられ、傾斜面２２７ｃの下流整流面２２７ｂの近傍の下流側部分は、上流側部分の凸曲面とは反対に凹曲面状に設けられている。

図４に示す傾斜面２２７ｃは、図１に示す主通路２２の中心軸２２ａに対する傾斜角度が、たとえば４５度以下になっている。図４に示すように、傾斜面２２７ｃが曲面である場合、傾斜面２２７ｃの傾斜角度は、傾斜面２２７ｃの接線の角度である。すなわち、図４に示す傾斜面２２７ｃは、主通路２２を流れる被計測気体２の流れ方向の全体にわたって、接線の角度が４５度以下になっている。

また、上流整流面２２７ａは、上流端面２２８から主通路２２の下流側へ向けて主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びる上流平面部２２７ｄを有している。上流平面部２２７ｄは、たとえば、主通路２２の中心軸２２ａに平行な平面であり、計測部２１３の先端部２１３ａの中心線ＣＬよりも、主通路２２の上流側に設けられている。

下流整流面２２７ｂは、上流整流面２２７ａよりも主通路２２の下流側に設けられ、下流端面２２４まで主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びている。下流整流面２２７ｂは、たとえば、主通路２２の中心軸２２ａにおおむね平行な平面であり、計測部２１３の先端部２１３ａの中心線ＣＬよりも、主通路２２の下流側に設けられている。

以下、本実施形態の物理量検出装置２０の動作について説明する。

図１に示すように、物理量検出装置２０は、たとえば、主通路２２の通路壁に設けられた取り付け孔から主通路２２の内部に挿入され、図２および図３に示すフランジ２１１が主通路２２の通路壁に固定される。内燃機関１０の動作に基づき、吸入空気が被計測気体２としてエアクリーナ２１から吸入され、被計測気体２が主通路２２を流れる。主通路２２を流れる被計測気体２は、おおむね中心軸２２ａに沿って流れ、物理量検出装置２０の計測部２１３に設けられた入口２３１から、第１副通路２３４ａに取り込まれる。

物理量検出装置２０の入口２３１から計測部２１３内に取り込まれた被計測気体２の一部は、主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びる第１副通路２３４ａを流れ、第１出口２３２から排出されて主通路２２に戻る。また、第１副通路２３４ａを流れる被計測気体２の一部は、第１副通路２３４ａからフランジ２１１へ向けて分岐する第２副通路２３４ｂに流入する。

第２副通路２３４ｂに流入した被計測気体２は、図３に示すチップパッケージ２０８の表面側と裏面側を流れる。このとき、チップパッケージ２０８に設けられた流量センサ２０５によって、チップパッケージ２０８の表面側の凹溝を流れる被計測気体２の流量が検出される。また、吸気温度センサ２０３によって、計測部２１３の入口２３１に取り込まれる前の被計測気体２の温度が検出され、圧力センサ２０４と温湿度センサ２０６によって、計測部２１３の回路室２３５内の被計測気体２の圧力と湿度が検出される。

第２副通路２３４ｂの上流部に流入し、チップパッケージ２０８を通過した被計測気体２は、円弧状またはＵ字状の湾曲部で計測部２１３の先端部２１３ａへ向けて折り返され、第２副通路２３４ｂの下流部を通過して第２出口２３３から排出されて主通路２２へ戻る。このような構成の物理量検出装置２０において、仮に計測部２１３の先端部２１３ａに整流面２２７を有しない場合、次のような問題が生じるおそれがある。

物理量検出装置２０の入口２３１から計測部２１３内に取り込まれ、第１副通路２３４ａを流れる被計測気体２は、第２副通路２３４ｂの下流側の壁面２５２ａに強く押し付けられる。すると、第２副通路２３４ｂの横断面において、被計測気体２の最大流速が上昇するおそれがある。第１副通路２３４ａから第２副通路２３４ｂに流入する塵埃の量は、第２副通路２３４ｂの横断面における被計測気体２の最大流速と流量に比例する。そのため、第２副通路２３４ｂの横断面における被計測気体２の最大流速が上昇すると、第１副通路２３４ａから第２副通路２３４ｂへ流入する塵埃が増加するおそれがある。その結果、チップパッケージ２０８や流量センサ２０５に対する塵埃の堆積が短期間に進行し、流量センサ２０５の測定精度が短期間で低下するおそれがある。

これに対し、本実施形態の物理量検出装置２０は、主通路２２を流れる被計測気体２の物理量を検出する装置であって、以下の構成を特徴としている。

物理量検出装置２０は、主通路２２を流れる被計測気体２の物理量を検出する装置である。物理量検出装置２０は、物理量を検出するセンサと、そのセンサを収容するハウジング２０１と、を備えている。ハウジング２０１は、主通路２２に固定されるフランジ２１１と、そのフランジ２１１から主通路２２の中心方向へ延びる計測部２１３と、を有している。計測部２１３は、フランジ２１１と反対側の先端部２１３ａに設けられて主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びる第１副通路２３４ａと、その第１副通路２３４ａからフランジ２１１へ向けて分岐してセンサが配置された第２副通路２３４ｂと、先端部２１３ａの先端に設けられた整流面２２７と、を有している。そして、整流面２２７は、主通路２２の上流側から下流側へ向けてフランジ２１１に近づくように設けられた上流整流面２２７ａと、その上流整流面２２７ａよりも主通路２２の下流側に設けられ、主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びる下流整流面２２７ｂと、を有する。

より詳細には、物理量検出装置２０は、物理量を検出するセンサが実装された回路基板２０７と、その回路基板２０７を収容するハウジング２０１と、を備えている。ハウジング２０１は、前述のように、主通路２２に固定されるフランジ２１１と、フランジ２１１から主通路２２の中心方向へ延びる計測部２１３と、を有している。計測部２１３は、入口２３１と、第１出口２３２と、第２出口２３３と、第１副通路２３４ａと、第２副通路２３４ｂと、整流面２２７と、を有している。入口２３１は、フランジ２１１と反対側の先端部２１３ａの上流端面２２８に設けられている。第１出口２３２および第２出口２３３は、先端部２１３ａの下流端面２２４に設けられている。第１副通路２３４ａは、入口２３１から主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びて第１出口２３２に至る。第２副通路２３４ｂは、第１副通路２３４ａからフランジ２１１へ向けて分岐して第２出口２３３に至る。整流面２２７は、先端部２１３ａの先端に設けられ、上流整流面２２７ａと、下流整流面２２７ｂと、を有している。上流整流面２２７ａは、上流端面２２８から主通路２２の下流側へ向けてフランジ２１１に近づくように設けられている。下流整流面２２７ｂは、上流整流面２２７ａよりも主通路２２の下流側に設けられ、下流端面２２４まで主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びている。

このような構成により、主通路２２を流れる被計測気体２は、図４に示すように、整流面２２７に沿って流れる過程で、上流整流面２２７ａの形状に沿って上流端面２２８から主通路２２の下流側へ向けてフランジ２１１に近づくように流れ方向が変化する。この被計測気体２の流れ方向の変化、すなわち被計測気体２の偏向は、主通路２２の径方向の広い範囲にわたって被計測気体２の流れに影響を及ぼすだけでなく、整流面２２７の上流側を流れる被計測気体２にも影響を及ぼす。すなわち、主通路２２における被計測気体２の流れが全体的にフランジ２１１に近づくようにシフトする。

その結果、第１副通路２３４ａから分岐した第２副通路２３４ｂの壁面であって第１副通路２３４ａの下流側に位置する壁面２５２ａに対し、第１副通路２３４ａを流れる被計測気体２を従来よりも緩やかに衝突させることができる。換言すると、第２副通路２３４ｂの壁面２５２ａに対し、被計測気体２の流れが押し付けられるのを抑制し、第２副通路２３４ｂの横断面内における被計測気体２の最大流速を低下させることができる。これにより、第１副通路２３４ａから第２副通路２３４ｂに流入する塵埃の量が減少する。

また、整流面２２７は、下流整流面２２７ｂを有し、下流整流面２２７ｂは、上流整流面２２７ａよりも主通路２２の下流側に設けられ、下流端面２２４まで主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びている。この構成により、主通路２２を流れる被計測気体２は、上流整流面２２７ａの形状に沿って上流端面２２８から主通路２２の下流側へ向けてフランジ２１１に近づくように流れ方向が変化し、その後、下流整流面２２７ｂに沿って流れる。下流整流面２２７ｂに沿って流れた被計測気体２の流れの向きは、主通路２２の中心軸に沿う方向に修正される。

その結果、第１副通路２３４ａを流れ、第１出口２３２から排出されて主通路２２に戻る被計測気体２の流れの方向が、主通路２２の中心軸２２ａに沿う方向から、物理量検出装置２０のフランジ２１１に向けて変化するのを抑制することができる。第１出口２３２から排出される被計測気体２の流れの方向が、主通路２２の中心軸２２ａに沿う方向から変化するのを抑制することで、第２副通路２３４ｂの横断面において、被計測気体２の流量の増加が抑制される。これにより、第１副通路２３４ａから第２副通路２３４ｂに流入する塵埃の増加が抑制される。

したがって、本実施形態によれば、チップパッケージ２０８や流量センサ２０５に対する塵埃の堆積が抑制され、流量センサ２０５の測定精度を長期にわたって高精度に維持することができ、耐汚損性を向上させることが可能な物理量検出装置２０を提供することができる。

また、本実施形態の物理量検出装置２０において、上流整流面２２７ａは、主通路２２の上流側から下流側へ向けてフランジ２１１に近づくように主通路２２の中心軸２２ａに対して９０度未満の傾斜角度で傾斜した傾斜面２２７ｃを有している。

この構成により、上流整流面２２７ａの形状に沿って上流端面２２８から主通路２２の下流側へ向けてフランジ２１１に近づくように流れ方向が変化する被計測気体２に剥離が発生するのを抑制することができる。その結果、前述のように、第２副通路２３４ｂの横断面において、より確実に被計測気体２の最大流速を低下させるとともに被計測気体２の流量の増加を抑制し、第１副通路２３４ａから第２副通路２３４ｂに流入する塵埃の量をより確実に減少させることができる。

また、本実施形態の物理量検出装置２０において、主通路２２の中心軸２２ａに対する傾斜面２２７ｃの傾斜角度は、４５度以下である。

この構成により、上流整流面２２７ａの形状に沿って上流端面２２８から主通路２２の下流側へ向けてフランジ２１１に近づくように流れ方向が変化する被計測気体２に剥離が発生するのをより確実に抑制することができる。その結果、前述のように、第２副通路２３４ｂの横断面において、被計測気体２の最大流速をさらに確実に低下させるとともに被計測気体２の流量を減少させ、第１副通路２３４ａから第２副通路２３４ｂに流入する塵埃の量をさらに確実に減少させることができる。

また、本実施形態の物理量検出装置２０において、上流整流面２２７ａは、主通路２２の上流側を向く計測部２１３の先端部２１３ａの上流端面２２８から主通路２２の下流側へ向けて主通路２２の中心軸２２ａに沿って延びる上流平面部２２７ｄを有している。

この構成により、主通路２２において物理量検出装置２０よりも上流側から主通路２２の中心軸２２ａに沿って流れる被計測気体２が、整流面２２７の上流平面部２２７ｄに沿って流れやすくなる。その結果、上流平面部２２７ｄに沿って流れたより多くの被計測気体２が、傾斜面２２７ｃに沿って流れてフランジ２１１に近づくように流れ方向が変化する。これにより、第２副通路２３４ｂの横断面において、被計測気体２の最大流速をより確実に低下させ、第１副通路２３４ａから第２副通路２３４ｂに流入する塵埃の量をさらに確実に減少させることができる。

また、本実施形態の物理量検出装置２０において、整流面２２７は、主通路２２の上流側を向く計測部２１３の先端部２１３ａの上流端面２２８から、主通路２２の下流側を向く計測部２１３の先端部２１３ａの下流端面２２４まで連続する流線形の形状を有している。

この構成により、主通路２２において物理量検出装置２０よりも上流側から主通路２２の中心軸２２ａに沿って流れる被計測気体２が、整流面２２７に沿って流れやすくなる。その結果、整流面２２７に沿って流れたより多くの被計測気体２の流れ方向がフランジ２１１に近づくように変化する。これにより、第２副通路２３４ｂの横断面において、被計測気体２の最大流速をより確実に低下させ、第１副通路２３４ａから第２副通路２３４ｂに流入する塵埃の量をさらに確実に減少させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１副通路２３４ａから分岐した第２副通路２３４ｂに流入する塵埃を減少させ、耐汚損性を向上させることが可能な物理量検出装置２０を提供することができる。なお、本開示に係る物理量検出装置は、前述の実施形態に係る物理量検出装置２０の構成に限定されない。以下、前述の実施形態に係る物理量検出装置２０のいくつかの変形例について説明する。

図５は、図４に示す物理量検出装置２０の変形例を示す拡大図である。図５に示す変形例において、整流面２２７は、主通路２２の上流側を向く計測部２１３の先端部２１３ａの上流端面２２８から、主通路２２の下流側を向く計測部２１３の先端部２１３ａの下流端面２２４まで、連続する複数の平面によって構成されている。より具体的には、整流面２２７は、平面である上流平面部２２７ｄと、平面である傾斜面２２７ｃと、平面である下流整流面２２７ｂとの三つの連続する平面によって構成されている。なお、平面の数は特に限定されず、四つ以上の連続する平面によって整流面２２７を構成してもよい。この変形例においても、前述の実施形態に係る物理量検出装置２０と同様の効果を奏することができる。

図６は、図４に示す物理量検出装置２０の別の変形例を示す拡大図である。図６に示す変形例において、整流面２２７は、計測部２１３の先端部２１３ａの上流端面２２８から下流端面２２４まで連続する二つの平面によって構成されている。より具体的には、整流面２２７は、平面である傾斜面２２７ｃからなる上流整流面２２７ａと、平面である下流整流面２２７ｂとの二つの連続する平面によって構成されている。この変形例においても、前述の実施形態に係る物理量検出装置２０と同様の効果を奏することができる。

図７は、図４に示す物理量検出装置２０の別の変形例を示す拡大図である。図７に示す変形例において、整流面２２７は、曲面である傾斜面２２７ｃからなる上流整流面２２７ａと、平面である下流整流面２２７ｂとによって構成されている。傾斜面２２７ｃは、図７に示す正面視において、曲率が一定の曲面であり、円弧状の部分円筒面である。また、整流面２２７は、計測部２１３の先端部２１３ａの上流端面２２８から下流端面２２４まで連続する流線形の形状を有している。この変形例においても、前述の実施形態に係る物理量検出装置２０と同様の効果を奏することができる。

以上、図面を用いて本開示に係る物理量検出装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は前述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

２ 被計測気体（気体）
２０ 物理量検出装置
２２ 主通路
２２ａ 中心軸
２０１ ハウジング
２０３ 吸気温度センサ（センサ）
２０４ 圧力センサ（センサ）
２０５ 流量センサ（センサ）
２０６ 温湿度センサ（センサ）
２１１ フランジ
２１３ 計測部
２１３ａ 先端部
２２４ 下流端面
２２７ 整流面
２２７ａ 上流整流面
２２７ｂ 下流整流面
２２７ｃ 傾斜面
２２７ｄ 上流平面部
２２８ 上流端面
２３４ａ 第１副通路
２３４ｂ 第２副通路

Claims (6)

1. 主通路を流れる気体の物理量を検出する物理量検出装置であって、
   前記物理量を検出するセンサと、該センサを収容するハウジングと、を備え、
   前記ハウジングは、前記主通路に固定されるフランジと、前記フランジから前記主通路の中心方向へ延びる計測部と、を有し、
   前記計測部は、前記フランジと反対側の先端部に設けられ前記主通路の中心軸に沿って延びる第１副通路と、該第１副通路から前記フランジへ向けて分岐して前記センサが配置された第２副通路と、前記主通路の中心軸に沿って配置される正面および背面と、前記正面および背面よりも幅狭で前記主通路の上流側を向く上流端面と、前記正面および背面よりも幅狭で前記主通路の下流側を向く下流端面と、前記先端部の前記上流端面に設けられた前記第１副通路の入口と、前記先端部の前記下流端面に設けられた前記第１副通路の第１出口と、前記先端部の前記下流端面の前記第１出口の前記フランジ側に隣接して設けられた前記第２副通路の第２出口と、前記先端部の先端に設けられた整流面と、を有し、
   前記整流面は、前記主通路の上流側から下流側へ向けて前記フランジに近づくように設けられた上流整流面と、該上流整流面よりも前記主通路の下流側に設けられ前記主通路の中心軸に沿って前記第１出口に隣接する前記下流端面の先端まで延びる下流整流面と、を有することを特徴とする物理量検出装置。
2. 前記上流整流面は、前記主通路の上流側から下流側へ向けて前記フランジに近づくように前記主通路の中心軸に対して９０度未満の傾斜角度で傾斜した傾斜面を有す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. 前記傾斜角度は、４５度以下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。
4. 前記上流整流面は、前記主通路の上流側を向く前記先端部の前記上流端面から前記主通路の下流側へ向けて前記主通路の中心軸に沿って延びる上流平面部を有す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. 前記整流面は、前記主通路の上流側を向く前記先端部の前記上流端面から前記主通路の下流側を向く前記先端部の前記下流端面まで連続する流線形の形状を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の物理量検出装置。
6. 前記整流面は、前記主通路の上流側を向く前記先端部の前記上流端面から前記主通路の下流側を向く前記先端部の前記下流端面まで連続する複数の平面によって構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の物理量検出装置。

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