特許 7588218 物理量検出装置、信号処理装置、および信号処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-13

(45)【発行日】2024-11-21

(54)【発明の名称】物理量検出装置、信号処理装置、および信号処理方法

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/696 20060101AFI20241114BHJP

   G01F 1/72 20060101ALI20241114BHJP

   G01F 1/68 20060101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

G01F1/696 Z

G01F1/72

G01F1/68 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023517072

(86)(22)【出願日】2022-02-10

(86)【国際出願番号】 JP2022005435

(87)【国際公開番号】W WO2022230300

(87)【国際公開日】2022-11-03

【審査請求日】2023-09-11

(31)【優先権主張番号】P 2021074876

(32)【優先日】2021-04-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】土井 良介

(72)【発明者】

【氏名】松本 昌大

【審査官】羽飼 知佳

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／０３２６１７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｆ １／６８－１／６９９

Ｇ０１Ｆ １／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気の流れの順流と逆流を検出可能な熱式流量センサと、該熱式流量センサの検出信号を処理する信号処理装置と、を備えた物理量検出装置であって、
前記信号処理装置は、
前記検出信号に基づいて前記空気の流れの順流または逆流を判定する方向判定部と、
前記検出信号に基づいて前記空気の流量増加または流量減少を判定する増減判定部と、
前記検出信号の補正に用いられる第１係数、第２係数、第３係数、および第４係数を格納する補正係数格納部と、
前記方向判定部と前記増減判定部の判定結果に基づいて前記第１係数、前記第２係数、前記第３係数、または前記第４係数を選択して補正係数とする補正係数選択部と、
前記補正係数を用いて前記検出信号を補正する信号補正部と、を備え、
前記補正係数選択部は、
前記順流かつ前記流量増加の場合に前記第１係数を選択し、
前記逆流かつ前記流量増加の場合に前記第２係数を選択し、
前記順流かつ前記流量減少の場合に前記第３係数を選択し、
前記逆流かつ前記流量減少の場合に前記第４係数を選択し、
前記検出信号の前回値と最新値を格納するメモリを有し、
前記信号補正部は、前記前回値と前記最新値との差分に基づく前記検出信号の微分値を用いて前記最新値を補正し、
前記方向判定部は、
前記空気の流れが前記順流と前記逆流とに交互に切り替わる前記空気の脈動時の前記空気の真の流量がゼロになるときの前記検出信号の値に基づく判定基準値が格納され、前記検出信号と前記判定基準値とに基づいて前記順流または前記逆流を判定し、
前記検出信号に対する平均化処理を実行し、前記判定基準値は、前記平均化処理で得られた前記検出信号に基づく前記空気の流量に応じて決定される、
ことを特徴とする物理量検出装置。

【請求項2】

前記熱式流量センサが配置された副通路を備え、
前記副通路は、前記物理量検出装置が設置される主通路から前記順流の前記空気を取り込む入口と、前記入口から取り込んだ前記空気を前記主通路へ排出する出口と、前記入口と前記熱式流量センサとの間の入口側通路と、前記熱式流量センサと前記出口との間の出口側通路とを有し、
前記入口側通路と前記出口側通路は、形状が相違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。

【請求項3】

前記熱式流量センサは、前記空気の流れの方向に間隔をあけて配置された２つの温度検出部と、該２つの温度検出部の間に配置された加熱部と、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。

【請求項4】

前記第１係数、前記第２係数、前記第３係数、および前記第４係数の少なくとも１つは、前記検出信号に基づく前記空気の流量に応じて決定されることを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。

【請求項5】

空気の流れの順流と逆流を検出可能な熱式流量センサの検出信号を処理する信号処理装置であって、
前記検出信号に基づいて前記空気の流れの順流または逆流を判定する方向判定部と、
前記検出信号に基づいて前記空気の流量増加または流量減少を判定する増減判定部と、
前記検出信号の補正に用いられる第１係数、第２係数、第３係数、および第４係数を格納する補正係数格納部と、
前記方向判定部と前記増減判定部の判定結果に基づいて前記第１係数、前記第２係数、前記第３係数、または前記第４係数を選択して補正係数とする補正係数選択部と、
前記補正係数を用いて前記検出信号を補正する信号補正部と、を備え、
前記補正係数選択部は、
前記順流かつ前記流量増加の場合に前記第１係数を選択し、
前記逆流かつ前記流量増加の場合に前記第２係数を選択し、
前記順流かつ前記流量減少の場合に前記第３係数を選択し、
前記逆流かつ前記流量減少の場合に前記第４係数を選択し、
前記検出信号の前回値と最新値を格納するメモリを有し、
前記信号補正部は、前記前回値と前記最新値との差分に基づく前記検出信号の微分値を用いて前記最新値を補正し、
前記方向判定部は、
前記空気の流れが前記順流と前記逆流とに交互に切り替わる前記空気の脈動時の前記空気の真の流量がゼロになるときの前記検出信号の値に基づく判定基準値が格納され、前記検出信号と前記判定基準値とに基づいて前記順流または前記逆流を判定し、
前記検出信号に対する平均化処理を実行し、前記判定基準値は、前記平均化処理で得られた前記検出信号に基づく前記空気の流量に応じて決定される、
ことを特徴とする信号処理装置。

【請求項6】

空気の流れの順流と逆流を検出可能な熱式流量センサの検出信号を処理する信号処理方法であって、
前記検出信号に基づいて前記空気の流れの順流または逆流を判定し、
前記検出信号に基づいて前記空気の流量増加または流量減少を判定し、
前記順流または前記逆流と前記流量増加または前記流量減少の判定結果に基づいて第１係数、第２係数、第３係数、または第４係数を選択して補正係数とし、
前記補正係数を用いて前記検出信号を補正し、
前記補正係数の選択において、
前記順流かつ前記流量増加の場合に前記第１係数を選択し、
前記逆流かつ前記流量増加の場合に前記第２係数を選択し、
前記順流かつ前記流量減少の場合に前記第３係数を選択し、
前記逆流かつ前記流量減少の場合に前記第４係数を選択し、
前記検出信号の前回値と最新値を格納し、
前記前回値と前記最新値との差分に基づく前記検出信号の微分値を用いて前記最新値を補正し、
前記空気の流れが前記順流と前記逆流とに交互に切り替わる前記空気の脈動時の前記空気の真の流量がゼロになるときの前記検出信号の値に基づく判定基準値を格納し、前記検出信号と前記判定基準値とに基づいて前記順流または前記逆流を判定し、
前記検出信号に対する平均化処理を実行し、前記判定基準値は、前記平均化処理で得られた前記検出信号に基づく前記空気の流量に応じて決定される、
ことを特徴とする信号処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、物理量検出装置、信号処理装置、および信号処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から自動車のエンジンに吸入される空気流量の検出に適した熱式空気流量計が知られている。このような熱式空気流量計は、たとえば、発熱抵抗体と、加熱駆動回路と、感温抵抗体と、を備えている（特許文献１、要約、請求項１等）。

【0003】

前記発熱抵抗体は、流体を加熱する。前記加熱駆動回路は、前記発熱抵抗体に電流を流すことで、前記発熱抵抗体を加熱制御する。前記感温抵抗体は、前記発熱抵抗体の上流と下流にそれぞれ配置され、前記発熱抵抗体で加熱された流体の温度を検出する。前記熱式空気流量計は、前記感温抵抗体の上下流の温度差に基づいて、流体の流量を検出する。

【0004】

この特許文献１に記載された熱式空気流量計は、さらに、流量補正量演算手段と、流量補正手段とを備えることを特徴としている（請求項１等）。前記流量補正量演算手段は、検出流量の変化量と、前記検出流量に応じて設定された流量補正係数と、に基づいて、流量補正量を演算する。前記流量補正手段は、前記流量補正量に基づいて前記検出流量を補正する。

【0005】

この従来の熱式空気流量計によれば、空気脈動が大きいエンジンシステムでも正確に空気流量が検出できる。また、検出素子の信頼性を損なうことなく、応答性が速く、且つ検出波形の歪の少ない流量を得ることができる（特許文献１、第００１４段落）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１０－２６１７５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

たとえば、自動車のエンジンに可変バルブ機構が採用されることなどにより、エンジンに吸入される空気は、逆流域を含む吸入空気の脈動が生じやすくなる。上記従来の熱式空気流量計は、上記のような優れた効果を奏することができる反面、空気の流れの方向が、順流から逆流へ、逆流から順流へと繰り返し変化するような逆流域を含む空気の脈動時の空気流量の検出精度向上に改善の余地がある。

【0008】

本開示は、逆流域を含む空気の脈動時に、熱式流量センサによる空気流量の検出精度を向上させることが可能な物理量検出装置、信号処理装置、および信号処理方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様は、空気の流れの順流と逆流を検出可能な熱式流量センサと、該熱式流量センサの検出信号を処理する信号処理装置と、を備えた物理量検出装置であって、前記信号処理装置は、前記検出信号に基づいて前記空気の流れの順流または逆流を判定する方向判定部と、前記検出信号に基づいて前記空気の流量増加または流量減少を判定する増減判定部と、前記検出信号の補正に用いられる第１係数、第２係数、第３係数、および第４係数を格納する補正係数格納部と、前記方向判定部と前記増減判定部の判定結果に基づいて前記第１係数、前記第２係数、前記第３係数、または前記第４係数を選択して補正係数とする補正係数選択部と、前記補正係数を用いて前記検出信号を補正する信号補正部と、を備え、前記補正係数選択部は、前記順流かつ前記流量増加の場合に前記第１係数を選択し、前記逆流かつ前記流量増加の場合に前記第２係数を選択し、前記順流かつ前記流量減少の場合に前記第３係数を選択し、前記逆流かつ前記流量減少の場合に前記第４係数を選択することを特徴とする物理量検出装置である。

【発明の効果】

【0010】

本開示の上記一態様によれば、逆流域を含む空気の脈動時に、熱式流量センサによる空気流量の検出精度を向上させることが可能な物理量検出装置、信号処理装置、および信号処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示に係る物理量検出装置と信号処理装置の実施形態を示すシステム図。

【図2】図１のエンジンシステムの主通路に設けられた物理量検出装置の背面図。

【図3】図２の物理量検出装置の左側面図。

【図4】図２の物理量検出装置の右側面図。

【図5】図２の物理量検出装置のカバーを取り外した状態を示す背面図。

【図6】図５のVI－VI線に沿う物理量検出装置の断面図。

【図7】図６の物理量検出装置の熱式流量センサを拡大した模式的な平面図。

【図8】図６の熱式流量センサの検出信号を処理する信号処理装置の機能ブロック図。

【図9】図８の信号処理装置による信号処理の流れを示すブロック線図。

【図10】図９に示す差分ΔＳと検出信号ＤＳとの関係の一例を表すグラフ。

【図11】縦軸を空気の流量、横軸を時間とする流量波形のグラフ。

【図12】物理量検出装置および信号処理装置の変形例１を示すブロック線図。

【図13】物理量検出装置および信号処理装置の変形例２を示すブロック線図。

【図14】縦軸を空気の流量、横軸を時間とする流量波形のグラフ。

【図15】物理量検出装置および信号処理装置の変形例３を示すブロック線図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本開示に係る物理量検出装置、信号処理装置、および信号処理方法の実施形態を説明する。

【0013】

図１は、本開示に係る流量検出装置の一実施形態を示すシステム図である。図１に示す物理量検出装置１００は、本開示に係る流量検出装置の一実施形態であり、たとえば、電子燃料噴射方式のエンジンシステム１に使用される。エンジンシステム１は、たとえば、エンジン１０と、物理量検出装置１００と、スロットルバルブ２５と、スロットル角度センサ２６と、アイドルエアコントロールバルブ２７と、酸素センサ２８と、制御装置４とを備えている。

【0014】

物理量検出装置１００は、たとえば、主通路２２である吸気ボディ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、主通路２２の通路壁に固定された状態で使用される。物理量検出装置１００は、エアクリーナ２１を通して主通路２２に取り込まれて、主通路２２の中心線２２ａに平行な第１方向Ｄ１に沿って流れる被計測気体２としての空気の一部を取り込む。

【0015】

物理量検出装置１００は、取り込んだ空気の物理量を検出して制御装置４へ出力する。物理量検出装置１００は、主通路２２の通路壁から主通路２２の中心線２２ａへ向けて主通路２２の径方向に突出している。すなわち、主通路２２における物理量検出装置１００の突出方向は、たとえば、主通路２２の中心線２２ａに平行な第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２である。

【0016】

制御装置４は、たとえば、エンジン１０を制御する電子制御装置（Electronic Control
Unit：ＥＣＵ）である。ＥＣＵは、たとえば、一以上のマイクロコントローラよって構
成され、図示を省略する中央処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）、ＲＯＭや
フラッシュメモリなどの記憶装置、その記憶装置に記憶された各種のコンピュータプログラムおよびデータ、タイマー、周辺機器との通信を行う入出力部を含む。

【0017】

スロットルバルブ２５は、たとえば、被計測気体２の流れの方向において、吸気マニホールド２４の上流側に配置されたスロットルボディ２３に内蔵されている。制御装置４は、たとえば、アクセルペダルの操作量に基づいてスロットルバルブ２５の開度を変化させ、エンジン１０のシリンダ１１内の燃焼室へ流入する吸入空気の流量を制御する。スロットル角度センサ２６は、スロットルバルブ２５の開度を計測して制御装置４へ出力する。アイドルエアコントロールバルブ２７は、スロットルバルブ２５をバイパスする空気量を制御する。

【0018】

エンジン１０は、たとえば、シリンダ１１と、ピストン１２と、点火プラグ１３と、燃料噴射弁１４と、吸気弁１５と、排気弁１６と、回転角度センサ１７と、を備えている。エンジン１０のピストン１２の動作に基づいてエアクリーナ２１を通して取り込まれた吸入空気は、主通路２２を流れ、スロットルボディ２３においてスロットルバルブ２５により流量が制御される。スロットルボディ２３を通過した吸入空気は、吸気マニホールド２４を通過し、さらに吸気ポートに設けられた燃料噴射弁１４を通過して、吸気弁１５を介してシリンダ１１内の燃焼室へ流入する。

【0019】

制御装置４は、物理量検出装置１００から入力された被計測気体２としての吸入空気の物理量に基づいて燃料噴射弁１４を制御して、吸入空気へ燃料を噴射させる。これにより、吸気マニホールド２４を通過した吸入空気は、燃料噴射弁１４から噴射された燃料と混合され、混合気の状態で燃焼室へ導かれる。制御装置４は、点火プラグ１３の火花着火により燃焼室内の混合気を爆発的に燃焼させ、エンジン１０に機械エネルギを発生させる。

【0020】

回転角度センサ１７は、ピストン１２、吸気弁１５、および排気弁１６の位置や状態、さらにエンジン１０の回転速度に関する情報を検出して制御装置４へ出力する。燃焼により発生したガスは、シリンダ１１の燃焼室から排気弁１６を介して排気管へ排出され、排気ガス３として排気管から車外へ排出される。酸素センサ２８は、排気管に設けられ、排気管を流れる排気ガス３の酸素濃度を計測して制御装置４へ出力する。

【0021】

制御装置４は、物理量検出装置１００によって検出された主通路２２を流れる被計測気体２としての吸入空気の物理量、たとえば、流量、温度、湿度、圧力などに基づいて、エンジンシステム１の各部を制御する。具体的には、制御装置４がアクセルペダルの操作量に基づいてスロットルバルブ２５の開度を制御すると、主通路２２を流れる被計測気体２としての吸入空気の流量が変化する。制御装置４は、たとえば物理量検出装置１００によって検出された被計測気体２の流量に基づいて、燃料噴射弁１４から噴射する燃料の供給量を制御する。これにより、エンジン１０が発生する機械エネルギが制御される。

【0022】

制御装置４は、物理量検出装置１００の出力である吸入空気の物理量と、回転角度センサ１７の出力に基づいて計測されたエンジン１０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、制御装置４は、燃料噴射弁１４による燃料噴射量や、点火プラグ１３の点火時期を制御する。

【0023】

制御装置４は、実際には、さらに被計測気体２の温度、スロットルバルブ２５の開度の変化状態、エンジン１０の回転速度の変化状態、排気ガス３の空燃比の状態に基づいて、燃料供給量や点火時期をきめ細かく制御している。制御装置４は、さらにエンジン１０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エンジン１０の回転速度を制御する。

【0024】

エンジン１０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１００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１００の測定精度の向上や、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。

【0025】

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１００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１００が高い信頼性を維持していることも大切である。

【0026】

物理量検出装置１００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１００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。

【0027】

また、物理量検出装置１００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、内燃機関の発熱が吸気管を介して物理量検出装置１００に伝わる。物理量検出装置１００は、被計測気体２と熱伝達を行うことにより被計測気体２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。

【0028】

図２は、図１のエンジンシステム１の主通路２２に設けられた物理量検出装置１００の背面図である。図３は、図２の物理量検出装置１００の左側面図である。図４は、図２の物理量検出装置１００の右側面図である。

【0029】

以下では、主通路２２における物理量検出装置１００の突出方向（第２方向Ｄ２）に平行なＸ軸、主通路２２の中心線２２ａの方向（第１方向Ｄ１）に平行なＹ軸、および、Ｘ軸とＹ軸に直交するＺ軸からなる直交座標系を用いて、物理量検出装置１００の各部を説明する場合がある。また、以下の説明では、エアクリーナ２１を通して主通路２２に取り込まれた空気は、順流時において、主通路２２の中心線２２ａ（Ｙ軸）に平行な第１方向Ｄ１に沿って、主通路２２の上流側から下流側（Ｙ軸正方向）へ流れるものとする。

【0030】

物理量検出装置１００は、たとえば、ハウジング１１０とカバー１２０とを備えている。ハウジング１１０は、たとえば、合成樹脂材料を射出成型することによって製造される。カバー１２０は、たとえば、金属や合成樹脂を素材とする板状の部材である。カバー１２０は、たとえば、合成樹脂材料の成形品を使用することができる。ハウジング１１０とカバー１２０は、主通路２２内に配置される物理量検出装置１００の筐体を構成する。

【0031】

ハウジング１１０は、たとえば、フランジ１１１と、コネクタ１１２と、計測部１１３とを有している。フランジ１１１は、第２方向Ｄ２における平面視でおおむね矩形の板状の形状を有し、対角線上の角部に一対の固定部１１１ａを有している。固定部１１１ａは、中央部にフランジ１１１を貫通して、固定ねじを挿通させる貫通孔１１１ｂ（図６参照）を有している。

【0032】

物理量検出装置１００は、たとえば、以下の手順によって主通路２２の通路壁に固定される。まず、物理量検出装置１００の計測部１１３を、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内に挿入して、フランジ１１１を主通路２２の通路壁に当接させる。次に、物理量検出装置１００のフランジ１１１の貫通孔１１１ｂに挿通させた固定ねじを、主通路２２の通路壁のねじ穴に螺入して締結する。これにより、図１に示すように、物理量検出装置１００が主通路２２に固定される。

【0033】

コネクタ１１２は、フランジ１１１から突出し、主通路２２の外部に配置され、たとえば、図示を省略するコネクタおよびケーブルを介して制御装置４に接続される。図４に示すように、コネクタ１１２の内部には、複数の外部端子１１２ａと補正用端子１１２ｂが設けられている。外部端子１１２ａは、たとえば、物理量検出装置１００の計測結果である流量、温度、湿度などの物理量の出力端子と、物理量検出装置１００を動作させる直流電力を供給するための電源端子とを含む。

【0034】

補正用端子１１２ｂは、物理量検出装置１００の製造後に物理量の計測を行い、それぞれの物理量検出装置１００に対する補正値を求め、物理量検出装置１００の内部のメモリに補正値を記憶するのに使用する。その後の物理量検出装置１００による物理量の計測では、上記メモリに記憶された補正値に基づく補正データが使用され、補正用端子１１２ｂは使用されない。

【0035】

計測部１１３は、主通路２２の通路壁に固定されるフランジ１１１から主通路２２の中心線２２ａに向けて、中心線２２ａに直交する主通路２２の径方向（第２方向Ｄ２）に突出するように延びている。計測部１１３は、おおむね直方体形状の扁平な角形の形状を有している。

【0036】

計測部１１３は、主通路２２における計測部１１３の突出方向（第２方向Ｄ２）に長さを有し、主通路２２における空気の主流れ方向（第１方向Ｄ１）に幅を有している。また、計測部１１３は、突出方向（第２方向Ｄ２、Ｘ軸方向）および幅方向（第１方向Ｄ１、Ｙ軸方向）に直交する方向（Ｚ軸方向）に厚さを有している。このように、計測部１１３が主通路２２を流れる吸入空気の主流れ方向に沿う扁平な形状を有することで、吸入空気に対する流体抵抗を低減することができる。

【0037】

計測部１１３は、正面１１３ａ、背面１１３ｂ、上流側の側面１１３ｃ、下流側の側面１１３ｄ、および下面１１３ｅを有している。正面１１３ａと背面１１３ｂは、計測部１１３の他の面よりも面積が大きく、計測部１１３の突出方向（第２方向Ｄ２）および主通路２２の中心線２２ａの方向（第１方向Ｄ１）におおむね平行である。上流側の側面１１３ｃと下流側の側面１１３ｄは、正面１１３ａと背面１１３ｂよりも面積が小さい細長い形状を有し、主通路２２の中心線２２ａの方向（第１方向Ｄ１）におおむね直交している。下面１１３ｅは、計測部１１３の他の面よりも面積が小さく、主通路２２の中心線２２ａの方向（第１方向Ｄ１）におおむね平行で計測部１１３の突出方向（第２方向Ｄ２）におおむね直交している。

【0038】

計測部１１３は、上流側の側面１１３ｃに後述する副通路の入口１１４を有し、下流側の側面１１３ｄに副通路の出口１１６を有している。また、計測部１１３は、下流側の側面１１３ｄに副通路の異物排出口１１５を有してもよい。副通路の入口１１４、出口１１６、および、異物排出口１１５は、計測部１１３の突出方向（第２方向Ｄ２）における中央よりも先端側の計測部１１３の先端部に設けられている。これにより、主通路２２の内壁面から離れた主通路２２の中央部付近の空気を入口１１４から取り込むことができる。そのため、物理量検出装置１００は、エンジン１０の熱の影響による計測精度の低下を抑制できる。

【0039】

図５は、図２の物理量検出装置１００のカバー１２０を取り外した状態を示す背面図である。図６は、図５のVI－VI線に沿う物理量検出装置１００の断面図である。本実施形態の物理量検出装置１００は、たとえば、副通路１３０と、回路基板１４０と、チップパッケージ１５０とを備えている。

【0040】

図４に示すコネクタ１１２の外部端子１１２ａは、たとえば、図６に示すボンディングワイヤ１４３を介して回路基板１４０のパッドに接続されている。回路基板１４０は、たとえば、ボンディングワイヤ１４３が接続される面に、保護回路１４４が実装されている。保護回路１４４は、回路内の電圧を安定させ、ノイズを除去する。これらボンディングワイヤ１４３および保護回路１４４は、図示を省略する封止材によって覆われて封止される。封止材としては、たとえば、シリコーンゲルや、シリコーン系封止材よりも剛性が高いエポキシ系封止材を使用することができる。

【0041】

ハウジング１１０は、図５に示すように、計測部１１３の背面１１３ｂ側に、凹状の副通路溝１１７と、凹状の回路室１１８とを有している。副通路溝１１７は、開口部が図２に示すカバー１２０によって閉鎖されることで、カバー１２０との間に副通路１３０を形成する。

【0042】

副通路１３０は、たとえば、入口１１４と、入口側通路１３１と、出口側通路１３２と、出口１１６と、異物排出通路１３３と、異物排出口１１５と、を有している。副通路１３０は、たとえば、主通路２２を流れる空気の一部を、第１方向Ｄ１の上流側へ向けて開口する入口１１４から取り込み、入口側通路１３１、出口側通路１３２、および異物排出通路１３３に迂回させ、第１方向Ｄ１の下流側へ向けて開口する出口１１６および異物排出口１１５から主通路２２へ戻す。

【0043】

副通路溝１１７は、たとえば、第１副通路溝１１７ａと、第２副通路溝１１７ｂと、第３副通路溝１１７ｃと、を有している。第１副通路溝１１７ａは、図５に示すように、計測部１１３の上流側の側面１１３ｃに開口する入口１１４から第１方向Ｄ１へ延び、さらに第１方向Ｄ１から第２方向Ｄ２へ湾曲して、第２方向Ｄ２に沿って計測部１１３の基端部のフランジ１１１へ向けて湾曲して延びている。

【0044】

この第１副通路溝１１７ａとカバー１２０との間に、副通路１３０の入口側通路１３１が形成される。入口側通路１３１の上流端は、入口１１４に接続されている。入口側通路１３１は、たとえば、入口１１４から第１方向Ｄ１に延びる入口側上流部１３１ａと、その入口側上流部１３１ａから第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に延びて下流端に熱式流量センサ１５１が配置された入口側下流部１３１ｂと、を有している。

【0045】

また、第３副通路溝１１７ｃは、第１副通路溝１１７ａから分岐して、計測部１１３の下流側の側面１１３ｄに開口する異物排出口１１５まで、第１方向Ｄ１に沿って延びている。この第３副通路溝１１７ｃとカバー１２０との間に、入口側上流部１３１ａから異物排出口１１５へ向けて第１方向Ｄ１に延びる異物排出通路１３３が形成される。異物排出通路１３３は、入口１１４から取り込んだ空気の一部を、入口１１４から取り込まれた塵埃などの異物とともに、異物排出口１１５から主通路２２へ戻す。異物排出口１１５は、出口１１６から出口側下流部１３２ｂの下流端を越えて第２方向Ｄ２に離れた位置に第１方向Ｄ１の下流側へ向けて開口している。

【0046】

また、第２副通路溝１１７ｂは、第１副通路溝１１７ａの下流端から第２方向Ｄ２の反対方向へ折り返すようにＵ字状にカーブし、さらに第２方向Ｄ２に沿って計測部１１３の先端部の出口１１６へ向けて延びている。この第２副通路溝１１７ｂとカバー１２０との間に、副通路１３０の出口側通路１３２が形成される。出口側通路１３２は、たとえば、出口側上流部１３２ａと、出口側下流部１３２ｂと、を有している。

【0047】

出口側上流部１３２ａは、たとえば、入口側下流部１３１ｂから第２方向Ｄ２の反対方向、すなわち計測部１１３の突出方向における先端部へ向けて折り返すようにＵ字状に湾曲している。出口側下流部１３２ｂは、たとえば、出口側上流部１３２ａの下流端から出口１１６へ向けて第２方向Ｄ２に延びて、下流端に減衰室１３４が設けられている。さらに、出口側下流部１３２ｂの下流端は、たとえば、出口１１６を越えて第２方向Ｄ２へ延び、減衰室１３４に凹状部１３４ａを形成している。

【0048】

図７は、図６に示す熱式流量センサ１５１を拡大した模式的な平面図である。熱式流量センサ１５１は、熱式流量センサ１５１において、被計測気体２である空気の流れの方向（Ｘ軸方向）に間隔をあけて配置された２つの温度検出部１５１ａと、その２つの温度検出部１５１ａの間に配置された加熱部１５１ｂと、を有する。また、熱式流量センサ１５１は、たとえば、加熱部１５１ｂと２つの温度検出部１５１ａとの間に配置された加熱温度検出部１５１ｃをさらに備えている。

【0049】

温度検出部１５１ａ、加熱部１５１ｂ、および加熱温度検出部１５１ｃは、たとえば、シリコン基板などの半導体基板の表面に形成された保護膜１５１ｆに設けられている。保護膜１５１ｆは、たとえば、二酸化ケイ素や窒化ケイ素などの電気絶縁性を有する複数層の薄膜である。保護膜１５１ｆに温度検出部１５１ａ、加熱部１５１ｂ、および加熱温度検出部１５１ｃが形成された領域では、シリコン基板に空洞部が形成され、保護膜１５１ｆはシリコン基板の空洞部に臨むダイヤフラムを形成している。

【0050】

一対の温度検出部１５１ａおよび加熱部１５１ｂは、たとえば、被計測気体２の流れの方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｙ軸方向）に沿って往復するように蛇行させた配線によって形成されている。また、加熱温度検出部１５１ｃは、たとえば、加熱部１５１ｂの周囲に加熱部１５１ｂの三方を囲むように設けられ、温度検出部１５１ａと加熱部１５１ｂとの間に配置されている。温度検出部１５１ａ、加熱部１５１ｂ、および加熱温度検出部１５１ｃの素材としては、たとえば、不純物をドープした多結晶シリコンや単結晶シリコンなどの半導体材料、または、白金、モリブデン、タングステン、ニッケル合金などの金属材料を用いることができる。

【0051】

熱式流量センサ１５１には、たとえば、複数の配線１５１ｄが接続されている。より具体的には、熱式流量センサ１５１の一対の温度検出部１５１ａは、一方の温度検出部１５１ａの両端と、他方の温度検出部１５１ａの両端に、それぞれ配線１５１ｄが接続されている。また、加熱温度検出部１５１ｃの一端にも、配線１５１ｄが接続されている。各々の配線１５１ｄは、たとえば、被計測気体２の流れの方向（Ｘ軸方向）に沿って延びている。また、加熱部１５１ｂの一端と他端は、たとえば、それぞれ端子１５１ｅに接続されている。配線１５１ｄの素材としては、たとえば、温度検出部１５１ａ、加熱部１５１ｂ、および加熱温度検出部１５１ｃと同様の素材を用いることができる。

【0052】

前述のように、物理量検出装置１００は、たとえば、主通路２２である吸気ボディの通路壁に固定された状態で使用される。物理量検出装置１００は、たとえば、エアクリーナ２１を通して取り込まれて主通路２２を流れる被計測気体２である吸入空気を、ハウジング１１０の計測部１１３に設けられた入口１１４から副通路１３０に取り込む。副通路１３０に取り込まれた被計測気体２は、副通路１３０に突出するチップパッケージ１５０の先端部の凹溝を通過する際に、図７に示す熱式流量センサ１５１に沿って流れる。

【0053】

被計測気体２が熱式流量センサ１５１を通過すると、加熱部１５１ｂによって加熱された気体が、一対の温度検出部１５１ａのうち、被計測気体２の下流側の温度検出部１５１ａへ移動する。これにより、一対の温度検出部１５１ａによって検出される温度に差が生じる。熱式流量センサは、この一対の温度検出部１５１ａによって検出される温度差に基づいて、被計測気体２である空気の流量および空気の流れの順流または逆流を検出することができる。

【0054】

また、図５に示すように、回路基板１４０には、熱式流量センサ１５１を含むチップパッケージ１５０の他に、温度センサ１６０、圧力センサ１７０、および湿度センサ１８０の少なくとも一つが実装されている。各センサの接続端子は、たとえば、封止材１４１によって封止されている。本実施形態において、回路基板１４０には、温度センサ１６０、圧力センサ１７０、および湿度センサ１８０が実装されているが、いずれかのセンサを省略することも可能である。

【0055】

図２および図３に示す温度検出通路１９０は、計測部１１３の上流側の側面１１３ｃに入口を有し、計測部１１３の正面１１３ａと背面１１３ｂの双方に出口を有している。温度検出通路１９０は、主通路２２を流れる空気を、計測部１１３の上流側の側面１１３ｃに開口する入口から取り込んで、計測部１１３の正面１１３ａおよび背面１１３ｂに開口する出口から主通路２２へ排出する。このような構成により、温度センサ１６０の放熱性を向上させることができる。

【0056】

圧力センサ１７０は、たとえば、回路基板１４０に実装されて回路室１１８内に配置されている。回路室１１８は、フランジ１１１の近傍でＵ字状にカーブする副通路１３０の出口側上流部１３２ａに連通している。これにより、回路室１１８に配置された圧力センサ１７０によって、副通路１３０を流れる気体の圧力を測定することが可能になる。

【0057】

湿度センサ１８０は、たとえば、回路基板１４０に実装され、回路室１１８よりも計測部１１３の先端側の区画された領域に配置されている。湿度センサ１８０は、たとえば、主通路２２から副通路１３０に取り込まれた気体の湿度を検出する。

【0058】

図８は、熱式流量センサ１５１の検出信号を処理する信号処理装置２００の機能ブロック図である。信号処理装置２００は、たとえば、ＣＰＵ、メモリ、タイマー、および入出力部を備えたマイクロコントローラである。信号処理装置２００は、たとえば、物理量検出装置１００の回路基板１４０またはチップパッケージ１５０に搭載されている。なお、信号処理装置２００は、たとえば、物理量検出装置１００に接続された制御装置４の一部によって構成されていてもよい。

【0059】

信号処理装置２００は、方向判定部２１０と、増減判定部２２０と、補正係数格納部２３０と、補正係数選択部２４０と、信号補正部２５０と、を備えている。図８に示す信号処理装置２００の各部は、たとえば、メモリに保持されたプログラムをＣＰＵによって実行することで実現される信号処理装置２００の各機能を表している。以下、図９を参照して、本実施形態の信号処理装置２００の動作を説明する。

【0060】

図９は、信号処理装置２００による信号処理の流れを示すブロック線図である。熱式流量センサ１５１から信号処理装置２００へ空気流量の検出信号ＤＳが入力されると、方向判定部２１０は、検出信号ＤＳに基づいて空気の流れの順流または逆流を判定する（ブロックＢ１）。また、増減判定部２２０は、検出信号ＤＳに基づいて空気の流量増加または流量減少を判定する（ブロックＢ２）。より具体的には、増減判定部２２０は、たとえば、図９に示す低域通過フィルタＬＰＦの機能を有している。

【0061】

増減判定部２２０は、たとえば、検出信号ＤＳを入力とする低域通過フィルタＬＰＦの出力ＬＳと、低域通過フィルタＬＰＦの入力である検出信号ＤＳとの差分ΔＳに基づいて、熱式流量センサ１５１を通過する空気の流量増加または流量減少を判定する（ブロックＢ２）。より詳細には、増減判定部２２０は、上記差分ΔＳがゼロより小（ΔＳ＜０）であるか、または、ゼロ以上（ΔＳ≧０）であるかに基づいて、空気の流量増加または流量減少を判定する（ブロックＢ２）。

【0062】

図１０は、図９に示す差分ΔＳと、熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳとの関係の一例を表すグラフである。なお、図１０は、信号処理装置２００の演算周期を５［ｋＨｚ］とし、図９に示す低域通過フィルタＬＰＦのＫ_Ｈ１＿Ｕの値を０．３３とし、コンピュータシミュレーションによって得られたグラフである。

【0063】

図１０に示すように、差分ΔＳに基づく流量がゼロより小（＜０）である場合に、検出信号ＤＳに基づく流量は減少し、差分ΔＳに基づく流量がゼロ以上（≧０）である場合に、検出信号ＤＳに基づく流量は増加している。したがって、増減判定部２２０は、上記差分ΔＳがゼロより小（ΔＳ＜０）である場合に、空気の流量減少を判定し、上記差分ΔＳがゼロ以上（ΔＳ≧０）である場合に、空気の流量増加を判定することができる（ブロックＢ２）。

【0064】

ここで、補正係数格納部２３０には、熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳの補正に用いられる第１係数Ｇ１、第２係数Ｇ２、第３係数Ｇ３、および第４係数Ｇ４が格納されている。補正係数選択部２４０は、方向判定部２１０と増減判定部２２０の判定結果に基づいて、第１係数Ｇ１、第２係数Ｇ２、第３係数Ｇ３、または、第４係数Ｇ４を選択して補正係数ＣＦとする（ブロックＢ１，Ｂ２）。以下、図１１を参照して、第１係数Ｇ１、第２係数Ｇ２、第３係数Ｇ３、および第４係数Ｇ４について説明する。

【0065】

図１１は、縦軸を空気の流量、横軸を時間とする流量波形のグラフである。図１１において、主通路２２を流れる空気の真の流量波形Ｆｔを破線で示し、熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳに基づく流量波形Ｆｄを一点鎖線で示し、検出信号ＤＳを補正した補正信号ＣＳに基づく流量波形Ｆｃを実線で示している。前述の第１係数Ｇ１、第２係数Ｇ２、第３係数Ｇ３、および第４係数Ｇ４は、たとえば、次のように決定することができる。

【0066】

図１１に示す真の流量波形Ｆｔのように、空気の流量がサイン波状に変化して、順流と逆流を交互に所定の周期で繰り返すように脈動する既知の空気の流れの中に、物理量検出装置１００を配置する。そして、真の流量波形Ｆｔと、熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳに基づく流量波形Ｆｄとの比較に基づいて、流量波形Ｆｄを真の流量波形Ｆｔに近づけるため補正係数としての上記第１係数Ｇ１から第４係数Ｇ４を決定する。なお、これらの各係数は、たとえば、物理量検出装置１００のコンピュータモデルを用いたコンピュータシミュレーションによって決定してもよい。

【0067】

より具体的には、前述のように、熱式流量センサ１５１は、物理量検出装置１００の副通路１３０に設置される。また、副通路１３０は、物理量検出装置１００が設置される主通路２２を流れる順流の空気を取り込む入口１１４と、その入口１１４から取り込んだ空気を主通路２２へ排出する出口１１６とを有している。しかし、副通路１３０は、前述のように、入口１１４と熱式流量センサ１５１との間の入口側通路１３１の形状と、出口１１６と熱式流量センサ１５１との間の出口側通路１３２との形状が相違している。

【0068】

そのため、主通路２２を流れる空気の順流時と逆流時に物理量検出装置１００を通過する空気の流量が等しくても、副通路１３０では、入口１１４から出口１１６へ流れる順流時の空気の流量と、出口１１６から入口１１４へ流れる逆流時の空気の流量とが相違する。これは、入口側通路１３１の形状と、出口側通路１３２の形状とが、異なることに起因する。すなわち、副通路１３０に配置された熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳに基づく流量波形Ｆｄは、主通路２２を流れる空気が順流である場合と逆流である場合とで非対称になる。

【0069】

したがって、主通路２２における空気の順流時と逆流時に、熱式流量センサ１５１によって、より高精度に空気の流量を検出するために、検出信号ＤＳに基づく流量波形Ｆｄを、第１象限から第４象限に場合分けする。第１象限は、空気の流れが順流であり、かつ、空気の流量が増加している場合である。第２象限は、空気の流れが順流であり、かつ、流量が減少している場合である。第３象限は、空気の流れが逆流であり、かつ、流量が増加している場合である。第４象限は、空気の流れが逆流であり、かつ、流量が減少している場合である。

【0070】

換言すると、第１象限は、流量が正で流量波形の微分値が正の場合、すなわち、順流域における流量の立ち上がり、または、順流域における流速の増大期である。第２象限は、流量が正の値で流量波形の微分値が負の場合、すなわち、順流域における流量の立ち下がり、または、順流域における流速の減少期である。第３象限は、流量が負で流量波形の微分値が負の場合、すなわち、逆流域における流量の立ち上がり、または、逆流域における流速の増大期である。第４象限は、流量が負で流量波形の微分値が正の場合、すなわち、逆流域における流量の立ち下がり、または、逆流域における流速の減少期である。

【0071】

これら熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳの第１象限、第２象限、第３象限、および第４象限に対し、それぞれ、第１係数Ｇ１、第３係数Ｇ３、第２係数Ｇ２、および第４係数Ｇ４が定められ、補正係数格納部２３０に格納されている。これらの係数のうちの一つが、補正係数選択部２４０によって補正係数ＣＦとして選択される。

【0072】

補正係数選択部２４０は、方向判定部２１０の判定結果が順流（ブロックＢ１：≧０）であり、かつ、増減判定部２２０の判定結果が流量増加（ブロックＢ２：≧０）の場合、すなわち、上記第１象限において、第１係数Ｇ１を補正係数ＣＦとして選択する。また、補正係数選択部２４０は、方向判定部２１０の判定結果が逆流（ブロックＢ１：＜０）であり、かつ、増減判定部２２０の判定結果が流量増加（ブロックＢ２：≧０）の場合、すなわち、上記第３象限において、第２係数Ｇ２を選択する。

【0073】

また、補正係数選択部２４０は、方向判定部２１０の判定結果が順流（ブロックＢ１：≧０）であり、かつ、増減判定部２２０の判定結果が流量減少（ブロックＢ２：＜０）の場合、すなわち、上記第２象限において、第３係数Ｇ３を補正係数ＣＦとして選択する。また、補正係数選択部２４０は、方向判定部２１０の判定結果が逆流（ブロックＢ１：＜０）であり、かつ、増減判定部２２０の判定結果が流量減少（ブロックＢ２：＜０）の場合、すなわち、上記第４象限において、第４係数Ｇ４を選択する。

【0074】

信号補正部２５０は、補正係数ＣＦを用いて検出信号を補正する。より具体的には、信号補正部２５０は、たとえば、図９に示すように、検出信号ＤＳを入力とする低域通過フィルタＬＰＦの出力ＬＳと、検出信号ＤＳとの差分ΔＳに、補正係数ＣＦを乗じることで、補正量ＣＡを算出する。信号補正部２５０は、算出した補正量ＣＡと検出信号ＤＳとを加算することで検出信号ＤＳを補正した補正信号ＣＳを出力する。

【0075】

これにより、信号処理装置２００は、図１１に示すように、真の流量波形Ｆｔに対して減衰した熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳに基づく流量波形Ｆｄを補正し、真の流量波形Ｆｔに高精度に合致させた補正信号ＣＳに基づく流量波形Ｆｃを出力する。

【0076】

以下、本実施形態の物理量検出装置１００、信号処理装置２００、および信号処理方法の作用を説明する。

【0077】

自動車に搭載されるエンジンシステム１では、たとえば、可変バルブ機構が採用されることなどにより、主通路２２を通過してエンジン１０に吸入される空気は、逆流域を含む吸入空気の脈動が生じやすくなる。主通路２２に設置された物理量検出装置１００に組み込まれた熱式流量センサ１５１は、主通路２２を通る被計測気体２としての吸入空気の流量を検知する。

【0078】

しかし、図１１に示すように、熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳに基づく流量波形Ｆｄは、特にエンジン１０の高回転時に生じる吸入空気の高周波の脈動時に、吸入空気の真の流量波形Ｆｔに対する応答遅延が発生して減衰する。その結果、熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳに基づく流量は、吸入空気の真の流量に対する誤差を生じる。前述の特許文献１に記載された従来の熱式空気流量計は、空気脈動が大きいエンジンシステムでも正確に空気流量が検出できるが、逆流域を含む吸入空気の脈動時の流量の検出精度向上に改善の余地がある。

【0079】

これに対し、本実施形態の物理量検出装置１００は、空気の流れの順流と逆流を検出可能な熱式流量センサ１５１と、その熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳを処理する信号処理装置２００と、を備えている。信号処理装置２００は、方向判定部２１０と、増減判定部２２０と、補正係数格納部２３０と、補正係数選択部２４０と、信号補正部２５０と、を備えている。方向判定部２１０は、熱式流量センサ１５１の検出信号に基づいて空気の流れの順流または逆流を判定する。増減判定部２２０は、熱式流量センサ１５１の検出信号に基づいて空気の流量増加または流量減少を判定する。補正係数格納部２３０は、熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳの補正に用いられる第１係数Ｇ１、第２係数Ｇ２、第３係数Ｇ３、および第４係数Ｇ４を格納する。補正係数選択部２４０は、方向判定部２１０と増減判定部２２０の判定結果に基づいて第１係数Ｇ１、第２係数Ｇ２、第３係数Ｇ３、または第４係数Ｇ４を選択して補正係数ＣＦとする。信号補正部２５０は、補正係数ＣＦを用いて検出信号ＤＳを補正する。補正係数選択部２４０は、空気の流れが順流かつ流量増加の場合に第１係数Ｇ１を選択し、逆流かつ流量増加の場合に第２係数Ｇ２を選択し、順流かつ流量減少の場合に第３係数Ｇ３を選択し、逆流かつ流量減少の場合に第４係数Ｇ４を選択する。

【0080】

このような構成により、本実施形態の物理量検出装置１００および信号処理装置２００は、前述のように、熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳを補正し、逆流域を含む真の流量波形Ｆｔに高精度に合致させた流量波形Ｆｃを出力することができる。そのため、本実施形態の物理量検出装置１００および信号処理装置２００によれば、従来の熱式空気流量計よりも、逆流域を含む吸入空気の脈動時における空気流量の検出精度を向上させることができる。したがって、本実施形態の物理量検出装置１００および信号処理装置２００によれば、たとえば、可変バルブ機構が採用されたエンジン１０の高回転時に生じる吸入空気の高周波の脈動時に、被計測気体２としての吸入空気の流量を高精度に検出することができる。その結果、制御装置４によってエンジン１０を高精度に制御することが可能になる。

【0081】

また、本実施形態の物理量検出装置１００は、図５および図６に示すように、熱式流量センサ１５１が配置された副通路１３０を備えている。この副通路１３０は、物理量検出装置１００が設置される主通路２２から順流の空気を取り込む入口１１４と、入口１１４から取り込んだ空気を主通路２２へ排出する出口１１６とを有している。また、副通路１３０は、入口１１４と熱式流量センサ１５１との間の入口側通路１３１と、熱式流量センサ１５１と出口１１６との間の出口側通路１３２と、を有している。これら入口側通路１３１と出口側通路１３２は、形状が相違している。

【0082】

このような構成により、本実施形態の物理量検出装置１００では、副通路１３０を入口１１４から出口１１６へ流れる順流時の空気に対する圧力損失係数と、副通路１３０を出口１１６から入口１１４へ流れる逆流時の空気に対する圧力損失係数とが相違する。そのため、副通路１３０を流れる空気は、順流時と逆流時で空気の流量や流速が非対称になる。しかし、本実施形態の物理量検出装置１００および信号処理装置２００によれば、前述のように、補正係数選択部２４０によって、空気の順流または逆流と、流量増加または流量減少との組み合わせに応じて、第１係数Ｇ１から第４係数Ｇ４の中の一つを補正係数ＣＦとして選択することができる。そのため、補正係数選択部２４０によって選択された補正係数ＣＦを用い、信号補正部２５０によって熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳを補正することができる。したがって、物理量検出装置１００および信号処理装置２００によれば、信号補正部２５０による補正後の流量波形Ｆｃを、逆流域を含む真の流量波形Ｆｔに高精度に合致させることができる。

【0083】

また、本実施形態の物理量検出装置１００において、熱式流量センサ１５１は、図７に示すように、被計測気体２である空気の流れの方向に間隔をあけて配置された２つの温度検出部１５１ａと、その２つの温度検出部１５１ａの間に配置された加熱部１５１ｂと、を有する。

【0084】

このような構成により、加熱部１５１ｂの発熱によって２つの温度検出部１５１ａの間に温度分布が生じ、その温度分布が被計測気体２としての空気の流れの方向によって変化する。熱式流量センサ１５１は、その温度分布の変化を、２つの温度検出部１５１ａによって検出することで、空気の順流と逆流を検知することができる。しかし、このような構成の熱式流量センサ１５１は、空気の流量増加時と流量減少時とで、流量の応答性が異なる。本実施形態の物理量検出装置１００および信号処理装置２００によれば、このような熱式流量センサ１５１を使用しても、空気の順流または逆流と、流量増加または流量減少との組み合わせに応じて、第１係数Ｇ１から第４係数Ｇ４の中の一つを補正係数ＣＦとして選択することができる。したがって、物理量検出装置１００および信号処理装置２００によれば、信号補正部２５０による補正後の流量波形Ｆｃを、逆流域を含む真の流量波形Ｆｃに高精度に合致させることができる。

【0085】

また、本実施形態の物理量検出装置１００および信号処理装置２００は、前述のように、熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳを入力とする低域通過フィルタＬＰＦの出力ＬＳと、検出信号ＤＳとの差分ΔＳを用いて、検出信号ＤＳを補正する。すなわち、信号処理装置２００は、たとえば、熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳの前回値と最新値を格納するメモリを有している。信号補正部２５０は、たとえば、検出信号ＤＳの前回値と最新値との差分に基づく検出信号ＤＳの微分値を用いて最新値を補正する。

【0086】

この構成により、本実施形態の物理量検出装置１００および信号処理装置２００は、検出信号ＤＳの前回値と最新値との差分を格納するメモリの１つの記憶領域を使用して、空気の流量増加と流量減少を検出し、その単位時間当たりの変化量に応じた補正を行うことができる。これにより、補正演算に必要なメモリを最小化することができ、コスト低減と演算遅延の最小化を実現することができる。

【0087】

すなわち、本実施形態の物理量検出装置１００および信号処理装置２００は、空気の脈動周波数の値を直接求め、それに応じた補正量を与えるのではなく、脈動波形の立ち上がりと立ち下がりを検出し、その単位時間当たりの変化量に応じた補正を行う。そして、本実施形態の物理量検出装置１００および信号処理装置２００は、この立ち上がりと立ち下がりの検出を行うために、メモリの１つの記憶領域のみを使用して、前回値との差分を算出する。これにより、補正演算に必要なメモリを最小化することができ、コストと演算遅延の最小化を実現することができる。

【0088】

以上のように、本実施形態の信号処理方法は、空気の流れの順流と逆流を検出可能な熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳを処理する方法である。本実施形態の信号処理方法は、検出信号ＤＳに基づいて空気の流れの順流または逆流を判定し、検出信号ＤＳに基づいて空気の流量増加または流量減少を判定する。また、本実施形態の信号処理方法は、順流または逆流と流量増加または流量減少の判定結果に基づいて第１係数Ｇ１、第２係数Ｇ２、第３係数Ｇ３、または第４係数Ｇ４を選択して補正係数ＣＦとし、その補正係数ＣＦを用いて検出信号ＤＳを補正する。本実施形態の信号処理方法は、補正係数ＣＦの選択において、順流かつ流量増加の場合に第１係数Ｇ１を選択し、逆流かつ流量増加の場合に第２係数Ｇ２を選択し、順流かつ流量減少の場合に第３係数Ｇ３を選択し、逆流かつ流量減少の場合に第４係数Ｇ４を選択する。このような構成により、本実施形態の信号処理方法によれば、前述の物理量検出装置１００および信号処理装置２００と同様の効果を奏することができる。

【0089】

以上説明したように、本実施形態によれば、逆流域を含む空気の脈動時に、熱式流量センサ１５１による空気流量の検出精度を向上させることが可能な物理量検出装置１００、信号処理装置２００、および信号処理方法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および信号処理装置は、前述の実施形態に限定されない。以下、前述の実施形態に係る物理量検出装置１００および信号処理装置２００のいくつかの変形例について説明する。

【0090】

図１２は、前述の実施形態に係る物理量検出装置１００および信号処理装置２００の変形例１を示すブロック線図である。なお、図１２のブロック線図は、前述の実施形態の図９のブロック線図に対応する、本変形例に係る物理量検出装置１００および信号処理装置２００の信号処理の流れを示すブロック線図である。本変形例では、補正係数格納部２３０に格納される第１係数Ｇ１、第２係数Ｇ２、第３係数Ｇ３、および第４係数Ｇ４の少なくとも１つは、熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳに基づく空気の流量に応じて決定される。

【0091】

このような構成により、本変形例の物理量検出装置１００および信号処理装置２００によれば、第１係数Ｇ１から第４係数Ｇ４の少なくとも１つに対し、空気流量に対する依存性を持たせ、空気の流れの状態に応じて、検出信号ＤＳの最適な補正が可能になる。熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳに基づく流量波形の第１象限から第４象限に対して、第１係数Ｇ１から第４係数Ｇ４をそれぞれ最適な固定値に設定しても、十分に空気流量の検出精度向上に寄与する。しかし、空気の流れの順流域と逆流域のそれぞれにおいて、流量に応じて空気の流れの状態が変化し、その状態の変化が熱式流量センサ１５１の応答性に影響を与える場合がある。

【0092】

より具体的には、空気の流れの状態は、流量に応じて、たとえば、層流状態、遷移状態、乱流状態などに変化し、各々の状態で熱式流量センサ１５１から空気への熱伝達係数が変化して、熱式流量センサ１５１の応答性が変化することが考えられる。このような場合でも、本変形例の物理量検出装置１００および信号処理装置２００によれば、第１係数Ｇ１から第４係数Ｇ４の少なくとも１つに対し、空気流量に対する依存性を持たせ、空気の流れの状態に応じて、検出信号ＤＳの最適な補正が可能になる。

【0093】

図１３は、前述の実施形態に係る物理量検出装置１００および信号処理装置２００の変形例２を示すブロック線図である。図１４は、縦軸を空気の流量、横軸を時間とする流量波形のグラフである。なお、図１３のブロック線図は、前述の実施形態の図９のブロック線図に対応する、本変形例に係る物理量検出装置１００および信号処理装置２００の信号処理の流れを示すブロック線図である。また、図１４のグラフは、前述の実施形態の図１１のグラフに対応している。

【0094】

本変形例に係る物理量検出装置１００および信号処理装置２００において、方向判定部２１０は、図１３に示すように熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳに基づく流量Ｆｄの判定基準値Ｋｏｆｆが格納されている（ブロックＢ０）。この判定基準値Ｋｏｆｆは、図１４に示すように、たとえば、空気の流れが順流と逆流とに交互に切り替わる空気の脈動時の空気の真の流量Ｆｔがゼロになるときの検出信号ＤＳに基づく流量Ｆｄを、ゼロにオフセットするように、検出信号ＤＳの値に基づいて設定される。また、方向判定部２１０は、検出信号ＤＳに基づく流量Ｆｄと判定基準値Ｋｏｆｆとに基づいて、空気の順流または前記逆流を判定する。すなわち、方向判定部２１０は、たとえば、検出信号ＤＳに基づく流量Ｆｄが判定基準値Ｋｏｆｆ以上であれば、順流であることを判定し、検出信号ＤＳに基づく流量Ｆｄが判定基準値Ｋｏｆｆより小であれば、逆流であることを判定する。

【0095】

本変形例に係る物理量検出装置１００および信号処理装置２００によれば、たとえば、図１４に示すように、熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳに基づく流量波形Ｆｄに減衰が生じた場合でも、判定基準値Ｋｏｆｆに基づいて、真の流量波形Ｆｔの逆流域を検知することができる。

【0096】

図１５は、前述の実施形態に係る物理量検出装置１００および信号処理装置２００の変形例３を示すブロック線図である。本変形例では、前述の変形例２の判定基準値Ｋｏｆｆが、熱式流量センサ１５１の検出信号ＤＳに基づく空気の流量に応じて決定される。すなわち、本変形例において、方向判定部２１０は、たとえば、検出信号ＤＳに対する平均化処理（ブロックＢ０１）を実行する。ここで、方向判定部２１０には、たとえば、検出信号ＤＳに基づく流量と判定基準値Ｋｏｆｆとの関係が規定されたマップが格納されている。方向判定部２１０は、たとえば、そのマップを用い、平均化処理（ブロックＢ０１）で得られた検出信号ＤＳに基づく流量に応じて、判定基準値Ｋｏｆｆを出力する（ブロックＢ０２）。

【0097】

本変形例に係る実施形態に係る物理量検出装置１００および信号処理装置２００によれば、変形例２と同様の効果を奏することができるだけでなく、前述のように、空気の流量に応じて変化する空気の流れの状態に合わせて判定基準値Ｋｏｆｆを設定することができる。

【0098】

以上、図面を用いて本開示に係る信号処理装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこ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。

【符号の説明】

【0099】

２ 被計測気体（空気）
２２ 主通路
１００ 物理量検出装置
１１４ 入口
１１６ 出口
１３０ 副通路
１３１ 入口側通路
１３２ 出口側通路
１５１ 熱式流量センサ
１５１ａ 温度検出部
１５１ｂ 加熱部
２００ 信号処理装置
２１０ 方向判定部
２２０ 増減判定部
２３０ 補正係数格納部
２４０ 補正係数選択部
２５０ 信号補正部
ＣＦ 補正係数
Ｆｔ 真の流量
ＤＳ 検出信号
Ｇ１ 第１係数
Ｇ２ 第２係数
Ｇ３ 第３係数
Ｇ４ 第４係数
Ｋｏｆｆ 判定基準値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】