(57)【要約】【課題】従来技術から公知の装置の欠点を回避することのできる、とりわけ内燃機関の吸気管において主通流方向に通流する空気質量流を測定するためのホットフィルム空気質量計を提供することである。【解決手段】測定表面（１１４）とセンサ領域（１３６）は実質的に矩形（１１６，１３８）の形状を有し、  各矩形（１１６，１３８）の長辺は主通流方向（１２２）に対して実質的に垂直に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主通流方向（１２２）に通流する空気質量流、とりわけ内燃機関の吸気管における空気質量流を測定するためのホットフィルム空気質量計であって、
ホットフィルム空気質量計は、空気質量流が通流可能なチップ表面を備えるセンサチップ（１１０）を有し、
チップ表面は測定表面（１１４）とランド表面（１１２）とを有し、
センサチップ（１１０）は、測定表面（１１４）の領域ではランド表面（１１２）の領域よりも少なくとも一桁だけ小さい伝熱性を有し、
測定表面（１１４）には中央ホットフィルム空気質量計の導体路（１２８）が取り付けられている形式のホットフィルム空気質量計において、
中央ホットフィルム空気質量計の導体路（１２８）の外寸は測定表面（１１４）のセンサ領域（１３６）を規定し、
測定表面（１１４）は、係数１．５から４．５、有利には係数２から４、特に有利には係数３だけセンサ領域（１３６）よりも大きい、ことを特徴とするホットフィルム空気質量計。
【請求項２】
請求項１記載のホットフィルム空気質量計において、
測定表面（１１４）とセンサ領域（１３６）は実質的に矩形（１１６，１３８）の形状を有し、
各矩形（１１６，１３８）の長辺は主通流方向（１２２）に対して実質的に垂直に配置されている、ホットフィルム空気質量計。
【請求項３】
請求項１または２記載のホットフィルム空気質量計において、
センサ領域（１３６）の矩形（１３８）は、主通流方向（１２２）に対して垂直の対称軸（１６６）を基準にして実質的に対称に測定表面（１１４）の矩形（１１６）内に配置されている、ホットフィルム空気質量計。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
測定表面（１１４）の矩形（１１６）の短辺（１２４，１２６）は係数１．５から４．５、有利には係数２から４、特に有利には係数３だけ、センサ領域（１３６）の矩形（１３８）の短辺（１４４，１４６）よりも長い、ホットフィルム空気質量計。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
センサ領域（１３６）の矩形（１３８）の短辺（１４４，１４６）は、２５０から６４０μｍの間、有利には３５０から５５０μｍの間、特に有利には４４０μｍの長さｌＳ有し、
センサ領域（１１４）の矩形（１１６）の短辺（１２４，１２６）は、１１００から１９００μｍの間、有利には１３００から１７００μｍの間、特に有利には１５００μｍの長さｌＭを有する、ホットフィルム空気質量計。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
センサ領域（１３６）は主通流方向（１２２）に対して垂直に、主通流方向（１２２）に対して垂直の測定表面（１１４）の最大広がりＬＭの８０％から１００％の最大広がりＬＳを有する、ホットフィルム空気質量計。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
少なくとも１つの付加的加熱素子（１５４，１５６）と少なくとも１つの付加的温度センサ（１５８，１６０）を有し、
少なくとも１つの付加的加熱素子（１５４，１５６）と少なくとも１つの付加的温度センサ（１５８，１６０）はセンサ領域（１３６）の外の測定表面（１１４）に配置されている、ホットフィルム空気質量計。
【請求項８】
請求項７記載のホットフィルム空気質量計において、
中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路（１２８）は、空気質量流の測定を制御および評価するための制御評価回路（１６２）と接続されており、
少なくとも１つの付加的加熱素子（１５４，１５６）と少なくとも１つの付加的温度センサ（１５８，１６０）は、所定の温度Ｔｆｉｘに調整および／または制御するための温度制御回路（１６４）と接続されている、ホットフィルム空気質量計。
【請求項９】
請求項７または８記載のホットフィルム空気質量計において、
センサ領域（１３６）は実質的に矩形（１３８）の形状に構成されており、
矩形（１３８）は主通流方向（１２２）に対して垂直に配置された２つの辺（１４０，１４２）を有し、
少なくとも１つの付加的加熱素子（１５４，１５６）は、主通流方向（１２２）に対して垂直に配置された辺（１４０，１４２）に対して実質的に平行に伸長している、ホットフィルム空気質量計。
【請求項１０】
請求項７から９までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
少なくとも１つの第１付加的加熱素子（１５４）と少なくとも１つの第１付加的温度センサ（１５８）が主通流方向（１２２）を基準にしてセンサ領域（１３６）の上流側に配置されており、
少なくとも１つの第２付加的加熱素子（１５６）と少なくとも１つの第２付加的温度センサ（１６０）が主通流方向（１２２）を基準にしてセンサ領域（１３６）の下流側に配置されている、ホットフィルム空気質量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主通流方向に通流する空気質量流を測定するためのホットフィルム空気質量計に関するものである。この種のホットフィルム空気質量計は例えば内燃機関の吸気管に使用される。とりわけ提案されるホットフィルム空気質量計は０から６０ｍ／ｓの通流速度の空気質量流の測定に適する。
【０００２】
より詳細には本発明は、主通流方向に通流する空気質量流、とりわけ内燃機関の吸気管における空気質量流を測定するためのホットフィルム空気質量計であって、
ホットフィルム空気質量計は、空気質量流が通流可能なチップ表面を備えるセンサチップを有し、
チップ表面は測定表面とランド表面とを有し、
センサチップは、測定表面の領域ではランド表面の領域よりも少なくとも一桁だけ小さい伝熱性を有し、
測定表面には中央ホットフィルム空気質量計の導体路が取り付けられている形式のホットフィルム空気質量計に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば方法技術、化学、または工作機械の分野で多くの処理では、ガス質量、とりわけ空気質量を規定して供給しなければならない。これにはとりわけ、制御された条件下で経過する燃焼プロセスも含まれる。ここでの重要な例は、燃料を自動車の内燃機関で燃焼し、引き続きとりわけ触媒的に排ガス清浄することである。ここでは通気質量流量を測定するための種々の形式のセンサが使用される。
【０００４】
従来技術から公知のセンサ形式は前記のホットフィルム空気質量計（ＨＦＭ）であり、例えばＤＥ１９６０１７９１Ａ１の実施例に記載されている。この種のホットフィルム空気質量計では通常、薄膜センサメンブランを有するセンサチップ、例えばシリコンセンサチップが使用される。センサメンブランには典型的には少なくとも１つの加熱抵抗が配置されており、この加熱抵抗は２つまたはそれ以上の温度測定抵抗（温度センサ）により包囲されている。メンブラン上を案内される空気流中では温度分布が変化し、このことは温度測定抵抗により検出することができ、制御および評価回路によって評価することができる。例えば温度測定抵抗の抵抗差から空気質量流を検出することができる。このセンサ形式の他の種々の変形が従来技術から公知である。
【０００５】
この形式のセンサの、例えばＤＥ１０１１１８４０Ｃ２から公知の問題点は、センサの汚染が頻繁に、例えばオイル、他の流体、または他の不純物により発生することであるセンサチップは通常、内燃機関の吸気管、または内燃機関の吸気管へのバイパスで直接使用される。ここでは内燃機関の動作中にオイルがセンサチップに、とりわけセンサメンブランに沈着することがある。このオイル沈着はセンサチップの測定信号に不所望の影響を与えることがある。なぜならセンサチップ表面のオイル膜が表面の熱伝導に作用し、このことが測定信号に誤差を与えるからである。オイル汚染はさらに、内燃機関、例えばディーゼル機関の遮断時、または遮断直後にも発生し得る。これはとりわけ、内燃機関の遮断後にクランクケーシングに存在する過圧がクランクケーシング換気により内燃機関の吸気管へ排気される場合である。この場合、頻繁にオイル蒸気ないしはオイル霧が共に導かれる。
【０００６】
メンブランないしセンサ表面の汚染問題は熱力学的作用によってより深刻化する。例えば、表面張力に勾配を有する流体滴は表面張力の比較的高い方向に力を受けることが公知である。このことにより、滴が表面張力の低い方から高い方へ移動する。とりわけこの勾配は、流体滴が塗布される表面での温度勾配によって惹起される。滴は温度勾配とそこから生じる力によって通常は、表面の比較的暖かい領域から比較的冷えた領域に移動する。この作用は例えば、Ｖ．Ｇ．  Ｌｅｖｉｃｈ著、“Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ”，  Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ，  Ｎ．Ｊ．  １９６２，  ｐｐ．３７３−３８０に記載されている。
【０００７】
上に述べたように典型的なホットフィルム空気質量計は、これが伝熱性の小さいセンサメンブラン（例えばシリコンメンブラン）と、周囲のチップランドを有するように構成されている。従ってホットフィルム空気質量計の動作時に通常は、センサメンブランの縁部、すなわち周囲のチップランドへの境界部に温度勾配が形成され、相応にして例えばオイル滴の形態で流体壁が形成される。空気流によってこの流体壁の全体がまたは一部が引きずり込まれ、その結果、オイル滴がセンサメンブランに達し、そこで測定に影響を与えることがある。さらに流体壁はメンブランの縁部で遮断時に、およびそれと結び付いた温度勾配の消滅時に消散し、これによりオイルがメンブランへ流れることがある。
【特許文献１】ＤＥ１９６０１７９１Ａ１
【特許文献２】ＤＥ１０１１１８４０Ｃ２
【非特許文献１】Ｖ．Ｇ．  Ｌｅｖｉｃｈ著、“Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ”，  Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ，  Ｎ．Ｊ．  １９６２，  ｐｐ．３７３−３８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、従来技術から公知の装置の欠点を回避することのできる、とりわけ内燃機関の吸気管において主通流方向に通流する空気質量流を測定するためのホットフィルム空気質量計を提供することである。このホットフィルム空気質量計は流体力学的計算と相応の実験によって、とりわけ通流速度が０から６０ｍ／ｓの間の空気質量流の測定に最適化されているようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は本発明により冒頭に述べた形式のホットフィルム空気質量計において、
測定表面とセンサ領域は実質的に矩形の形状を有し、
各矩形の長辺は主通流方向に対して実質的に垂直に配置されている様に構成して解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ホットフィルム空気質量計は、空気質量流が通過するチップ表面を備えるセンサチップを有する。ここでセンサチップは、例えば上に述べたようにシリコンチップとすることができる。チップ表面はさらに測定表面とランド表面を有する。測定表面の領域にセンサチップは、ランド表面よりも少なくとも一桁だけ小さい横断伝熱性を有する。
【００１１】
横断伝熱性を小さくすることは種々のやり方で達成することができる。例えば従来技術から公知のように、および上に述べたように、数μｍの厚さだけを有するセンサメンブランを備えるセンサチップを使用することができる。ここではセンサメンブランを取り囲む空気の伝熱性が小さいこと（約０．０２６Ｗ／ｍＫ）が利用される。択一的に、空気質量流に向いた側に測定表面を有する測定領域として多孔性領域をチップに作製することができる。これは例えばシリコンチップを多孔化することにより行われる。このようにして閉鎖された空洞により横断伝熱性が０．１から２Ｗ／ｍＫである測定領域を作製することができる。これと比較してシリコンサブストレートの伝熱性は１５６Ｗ／ｎＫである。
【００１２】
測定表面には、中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路が被着される。例えばこれは上に述べたように２つの温度センサにより取り囲まれた１つの中央加熱素子とすることができる。他の幾何形状も考えられる。
【００１３】
とりわけ相応の半導体技術方法を適用した、測定表面、例えばメンブランまたは多孔性領域の製造は、実際には面倒で、高価である。さらに通常は測定表面が障害に脆弱である。なぜならメンブランは容易に損傷を受けるからである。従って通常のホットフィルム空気質量計では測定表面の面積が最小化され、測定表面はほぼ完全に導体路によって満たされている。使用可能な測定表面はこれにより空間的に最適に使用される。
【００１４】
しかし本発明の基本的技術思想は、上に述べたように、動作中に調整される温度勾配による流体汚染が測定表面とランド表面との間の移行部に発生するという知識に基づく。この移行部が中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路により密に隣接配置されていると、より容易に汚染物、例えばオイルまたはその他の流体がこの移行部から導体路に達するようになり、ホットフィルム空気質量計の測定信号がドリフトするようになる。
【００１５】
従って基本的技術思想は、測定表面とランド表面との間のこの移行部を中央ホットフィルム空気質量計の導体路からできるだけ離して配置することである。またこれにより達成された、中央ホットフィルム空気質量計回路の汚染が低減されるという利点には大きな欠点が伴う。この欠点はとりわけ、測定表面の拡大によって測定表面の感度が上昇し、およびひいてはホットフィルム空気質量計の障害脆弱性が上昇することと関連する。さらにこのようにして、電気線路および電子回路素子に対する、チップ表面上での使用可能面積も低下する。さらに測定表面が中央ホットフィルム空気質量計回路と比較して過度に大きく拡大すると、前記の清浄作用が場合により逆転することがある。例えば空気流によってオイル滴が測定表面とランド表面との間の移行部で分離することがある。しましこのオイル滴はチップ表面上での所定の「飛行行程」の後に再びチップ表面に押圧される。これにより温度勾配が十分に中央ホットフィルム空気質量計回路から離れて配置されていても、オイル滴が再び空気流によって中央ホットフィルム空気質量計回路に運ばれることがある。
【００１６】
従ってセンサチップの幾何形状は念入りに最適化しなければならない。相応の最適化計算は、０から６０ｍ／ｓの間の通流速度に対して実行された。相応にして、本発明のホットフィルム空気質量計は３分割されたチップ表面を有する。ランド表面の他に、センサチップ上には上に述べたように測定表面が配置されている。この測定表面はさらにセンサ領域を有する。このセンサ領域は中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路の外寸によって規定される。ここで導体路への線路は通常無視することができ、考慮する必要はない。多くの場合でセンサ領域は例えば矩形の幾何形状を有する。最適化計算と実験結果に相応して、提案された本発明のホットフィルム空気質量計のセンサ領域は、全体測定表面が係数１．５から４．５、有利には２から４、特に有利には係数３だけセンサ領域より大きく構成されている。この構成により前記の通流速度に対して、ホットフィルム空気質量計の汚染脆弱性が最小となる。これによりホットフィルム空気質量計の信号ドリフトは最小となり、このことは空気質量流の測定を格段に改善し、ひいては改善された機関制御が得られる。
【００１７】
本発明のホットフィルム空気質量計の前記構成は種々のやり方で有利に改善することができる。例えば測定電子回路に有利に作用する対称性の理由から、測定表面とセンサ領域が実質的に矩形の形状を有すると有利である。ここで有利には各矩形の長辺は主通流方向に対して垂直に配置されている。例えばセンサ領域の矩形は測定表面の矩形内に実質的に対称に配置することができる。例えば測定表面の矩形とセンサ領域の矩形は同じ対称軸、有利には主通流方向に対して垂直の対称軸を有する。
【００１８】
主通流方向に対して垂直にセンサ領域は実質的に測定表面を完全に使用すべきである。このことは例えば、センサ領域が主通流方向に対して垂直に最大の広がり（例えばセンサ領域を制限する矩形の長辺）を有することを意味し、これは測定表面の最大広がり（例えば測定表面の制限する矩形の長辺）の８０％から１００％である。
【００１９】
矩形状の測定表面と矩形状のセンサ領域が使用される場合、測定表面の矩形の短辺（すなわち主通流方向に対して平行）は係数１．５から４．５、有利には係数２から４、特に有利には係数３だけセンサ領域の矩形の短辺（同様に主通流方向に対して平行）よりも長い。とりわけセンサ領域の矩形の短辺が２５０から６４０μｍの間、有利には３５０から５５０μｍの間、特に有利には４４０μｍの長さを有すると製造技術的に有利であることが判明した。測定表面の矩形の短辺は１１００から１９００μｍの間、有利には１３００から１７００μｍの間、特に有利には１５００μｍの長さを有する。
【００２０】
計算および流体力学的考察により、センサ領域（すなわちセンサ領域の上流側にある境界）と測定表面の境界（すなわちチップランドに向いた測定表面の上流側境界）との間の最適間隔は約５４０μｍであることが判明した。これは前記の幾何学的長さにより近似的に満たされる。
【００２１】
上記本発明の構成では、測定表面がセンサ領域の外ではほとんど使用されないままである。しかし、これまで使用されていない測定表面を付加的に使用するホットフィルム空気質量計の有利な実施例も考えられる。この実施例は、例えば少なくとも１つの付加的加熱素子と少なくとも１つの付加的温度センサを、センサ領域の外にある測定表面のこの領域に有する。例えばこのことは、中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路が、ホットフィルム空気質量計のセンサ領域で、空気質量流の測定を制御および評価するための制御評価回路と接続されているようにして行なわれる。センサ領域の外の測定表面に配置された少なくとも１つの付加的加熱素子と少なくとも１つの付加的温度センサは、有利には少なくとも１つの付加的加熱素子の領域で所定の温度を調整および／または制御するための温度制御回路と接続されている。
【００２２】
このようにして例えばセンサ領域の外の測定表面にはセンサ領域から所定の間隔で一定の温度が調整される。この温度はホットフィルム空気質量計の動作中も温度制御回路によって僅かしか変化しない。ここで少なくとも１つの付加的加熱素子を測定表面に配置する構成（チップランドには配置しない）の大きな利点は、測定表面が小さな伝熱性を有することである。このことは、付加的加熱素子によって測定表面にもたらされた熱が同じように再び周囲のセンサチップに排出されるのではなく、周囲のセンサチップを有意に加熱しなくても一定の温度を維持することができることを確実にする。
【００２３】
このようにして調整可能な、センサ領域周囲の一定の「温度バリア」によって、ホットフィルム空気質量計は温度ドリフトに対して格段に頑強となる。とりわけ測定表面とチップランドとの間の移行部に発生する流体バリアの作用が本来のセンサ領域から遮閉される。従って、集結する流体フィルムないし流体バリアにより容易に引き起こされる測定表面縁部での伝熱性の変化は、センサ領域の温度分布には非常に大きく延長された影響を及ぼすだけである。これによって、本発明のホットフィルム空気質量計による空気質量測定は格段に信頼性が向上し、障害に対して頑強となり、非常に小さなドリフトしか受けないようになる。
【００２４】
例えば上に述べたように、センサ領域は実質的に矩形の形状に構成することができる。矩形は主通流方向に対して垂直に配置された２つの辺を有し、少なくとも１つの付加的加熱素子は主通流方向に対して垂直に配置された辺に対して実質的に平行に伸長することができる。ここで「実質的に」とは例えば５゜を越えない偏差であると理解されたい。例えば少なくとも１つの第１付加的加熱素子と第１付加的温度センサは主通流方向を基準にしてセンサ領域の上流側に配置されており、少なくとも１つの第２付加的加熱素子と少なくとも１つの第２温度センサは主通流方向を基準にしてセンサ領域の下流側に配置されている。このようにしてセンサ領域は両方の側で障害の影響から遮閉される。択一的にまたは付加的に少なくとも１つの付加的加熱素子は（完全に閉じた、または部分的に開放した）フレームとしてセンサ領域の周囲に構成することができる。このようにして遮閉効率が付加的に上昇する。
【実施例】
【００２５】
図面に基づき本発明を以下、詳細に説明する。
【００２６】
図１には従来技術に相応するホットフィルム空気質量計のセンサチップ１１０の構成が（概略的に）示されている。センサチップ１１０は例えば内燃機関の吸気管または内燃機関の吸気管へのバイパスチャネルで使用することができる。この種の装置は例えばＤＥ１９６０１７９１Ａ１から公知である。図１Ａの構成によるセンサチップは、ランド表面１１２を備えるチップランドを図平面に有する（一部だけが示されている）。この実施例では、センサチップ１１０がシリコンセンサチップであることが前提である。
【００２７】
さらにセンサチップ１１０は、図平面の測定表面１１４を備える測定領域を有する。測定表面１１４はこの実施例では、矩形１１６に構成されており、その長片ＬＭ１１８，１２０は空気質量流の主通流方向１２２に対して垂直である。矩形１１６の短辺ＩＭは参照符号１２４，１２６により示されており、主通流方向１２２に対して平行に配置されている。
【００２８】
センサチップ１１０は測定表面１１４の領域に０．１から２Ｗ／ｍＫの伝熱性を有し、これと比較して周囲のランドの伝熱性は１５６Ｗ／ｍＫである。このことはシリコンを測定表面１１４の領域で多孔化することにより達成することができる。択一的に、０．０２６Ｗ／ｍＫの周囲空気の伝熱性と同等の伝熱性を有するセンサメンブランを使用することもできる。
【００２９】
測定表面１１４の領域には中央ホットフィルム空気質量計回路１２８の導体路が配置されている。この導体路１２８は、１つの中央加熱素子１３０と２つの温度センサ１３２，１３４から構成される。ここで温度センサ１３２は中央加熱素子１３０に対して上流側に、温度センサ１３４は下流側に配置されている。導体路１２８は、測定表面１１４でのその外寸でセンサ領域１３６を制限する。このセンサ領域１３６はこの実施例では同様に矩形１３８に構成されており、長片１４０，１４２と短辺１４４，１４６を有する。矩形１３８の接続側短辺１４４は、測定表面の矩形１１６の接続側短辺１２４にある。センサ領域１３６の矩形１３８の辺長は図１ＡではＬｓとＩｓにより示されている。
【００３０】
図１Ａの従来技術に相応する実施例で、中央ＨＦＭ回路の導体路１２８は、ほぼ測定表面１１４の外側矩形１１６まで伸長している。典型的には矩形１１６の長辺１１８，１２０は約１６００μｍの長さＬＭを有し、矩形１１６の短辺１２４，１２６はＩＭ＝４５０〜５００μｍの長さを有する。ここでセンサ領域１３６の矩形１３８は僅かだけ小さく構成されており、例えばＬＳは約０．９から０．９５×ＬＭであり、ＩＳは約０．７×ＩＭである。
【００３１】
さらに図１Ａにはオイル滴１４８が測定表面１１４の矩形１１６に沿って集結する問題が示されている。従ってこれらのオイル滴１４８は導体路１２８の直接近傍に存在する。例えば空気質量流による僅かな外部力作用によりオイル滴１４８は導体路１２８に達するようになる。さらにオイル滴１４８の集結は、測定表面１１４の矩形１１６の縁部領域においてセンサチップ１１０の伝熱性も変化させる。とりわけオイル滴１４８によって測定表面１１４とランド表面１１２との間の移行部で伝熱性が上昇することがある。このことは測定表面１１４での温度分布に有意に影響する。さらにオイル滴１４８は埃および煤に対する付着剤をしばしば形成する。付加的に多くの場合、約３０μｍの高さの「オイル壁」が測定表面の矩形１１６の縁部領域に形成され、このことはこの領域に空気渦を引き起こす。そしてこの空気渦は所定の区間を移動して初めて鎮静する。このことは測定信号にさらに誤差を与える。オイル滴１４８により惹起される熱効果と通流効果の両者はしばしば共に作用し、共通して測定信号を変化させる。
【００３２】
図１Ａの上方領域には、測定表面１１４の主通流方向１２２に対して平行に温度分布が示されている。ここでは中央加熱素子１３０が温度Ｔｍａｘに加熱されることを前提にする。ランド表面１１２を有する周囲のチップランドは環境温度Ｔｏを有する。図１Ａの上方領域の曲線１５０，１５２は測定表面１１４の主通流方向１２２に沿った温度分布を示すものであり、オイル滴１４８の集結のない場合（曲線１５０，実線）と、オイル滴１４８が集結した場合（曲線１５２，破線）とを示す。ここではオイル滴１４８により伝熱性が高まったため、および／または上記の通流効果によって温度センサ１３２，１３４の領域で温度が低下することが分る。従って温度センサ１３２．１３４では、オイル滴の汚染がない場合の測定よりも絶対値ΔＴｍｅｓｓだけ低い温度が測定される。このことは種々の観点で負の作用を有する。作用として比較的に低い温度が測定されると比較的大きな測定誤差が生じる。別の作用は、オイル滴１４８による汚染の変動がΔＴｍｅｓｓの温度降下を変動させることである。このことはホットフィルム空気質量計の信号のドリフトを引き起こす。
【００３３】
図１Ｂには本発明によるセンサチップ１１０の構成が示されている。基本的にセンサチップ１１０の構成は、図１Ａに示した従来技術の実施例の構成に相応する。しかし図１Ｂの本発明では、測定表面１１４ないしセンサ領域１３６の矩形１１６と１３８の寸法が図１Ａの構成とは大きく異なっている。この実施例でセンサ領域１３６の矩形１３８は４４０μｍの短辺ｌｓを有し、これに対して測定領域１１４の矩形１１６の短辺はｌＭ＝１５００μｍの長さを有する。矩形１１６，１３８の長辺の長さはＬＭ＝１８００μｍ、およびＬＳ＝１６００μｍである。従って測定表面１１４の矩形１１６の面積はこの有利な実施例では、センサ領域１３６の矩形１３８の面積よりも係数３．８だけ大きい。短辺ｌＭ，ｌｓに対する比は３．４、長辺ＬＭ，ＬＳに対する比は１．１である。
【００３４】
図１Ｂのオイル滴１４８の近似的に縮尺通りの表示から分るように、この実施例ではオイル滴１４８が測定領域１１４とランド表面１１２の間の移行部でセンサ領域１３６、従って導体路１２８からさらに格段に離されている。「さらに格段に」とはオイル滴１４８と導体路１２８との間の間隔がオイル滴１４８の直径を何倍も上回っていることであると理解されたい。どのような場合でも離散的オイル滴１４８が形成されるのではなく、連続的流体フィルムまたは流体バリアが形成されることもあるので、この定義はすべての場合に適用できる訳ではない。
【００３５】
さらに図１Ｂの上方部分には、中央加熱素子１３０が所定のように加熱された場合の温度経過が示されている。ここでも実線曲線１５０はオイル汚染がない場合を表し、破線曲線１５２はオイル滴１４８による汚染がある場合の温度経過を示す。曲線１５０，１５２はこの実施例では僅かしか異なっていないことが明白である。これは温度センサ１３２，１３４の領域で、オイル汚染がない場合の温度測定とオイル汚染がある場合の温度測定との間の測定差ΔＴｍｅｓｓが従来技術に相応する図１Ａの場合よりも格段に小さいからである。動作点に依存する測定値差は約８０から９０％低下している。これは温度センサ１３２，１３４により測定される温度が図１Ａの場合よりも高いため、相対的測定誤差が全体で減少しているからである。さらに汚染に起因するホットフィルム空気質量計の信号ドリフトも格段に低減される。従い図１Ｂの構成によってホットフィルム空気質量計の測定信号の信頼性、並びにこの信号の長時間の安定性が格段に改善される。信号のドリフトも大きく低減される。
【００３６】
図２には、ホットフィルム空気質量計のセンサチップ１１０の特に有利な改善形態が示されている。センサチップ１１０は実質的に図１Ｂの実施例と同じように構成されている。すなわちセンサチップ１１０はここでも、中央ＨＦＭ回路の導体路１２８があるセンサ領域１３６を備える測定表面１１４を有する。センサ領域１３６の測定表面１１４，１３８の矩形１１６の寸法構成は、図２のこの実施例において、図１Ｂの実施例と同じである。
【００３７】
しかしセンサ領域１３６にある中央ＨＦＭ回路の導体路１２８に加えて、この図２の実施例では別の導体路がセンサ領域１３６の外の測定表面１１４に配置されている。さらに測定表面１１４は２つの付加的加熱素子１５４，１５６と、２つの付加的温度センサ１５８，１６０を有する。付加的加熱素子１５４、１５６と付加的温度センサ１５８、１６０は実質的に中央ＨＦＭ回路の導体路１２８に平行に配置されている。主通流方向に対して垂直にこれらの付加的加熱素子１５４、１５６と付加的温度センサ１５８、１６０は伸長しているが、導体路１２８を越えてほとんど矩形１１６の端子反対側短辺１２６まで伸長している。
【００３８】
図２に概略的に示したように、中央ＨＦＭ回路の導体路１２８は、空気質量流の測定を制御および評価するための制御評価回路１６２と接続されている。これに対して付加的加熱素子１５４，１５６と付加的温度センサ１５８、１６０は温度制御回路１６４と接続されている。
【００３９】
図２の上方領域には図１Ｂと同様に、空気質量流を測定する際のセンサチップ１１０の測定表面１１４における温度経過が示されている。ここでも破線の曲線１５２はオイル滴１４８により汚染されたときの測定の場合を示し、実線１５０は汚染のない測定の場合を示す。ここで温度制御回路１６４は、付加的加熱素子１５４、１５６によって付加的温度センサ１５８、１６０の温度が所定の値Ｔｆｉｘに留まるよう制御する。理想的にはこの一定の温度Ｔｆｉｘは、付加的加熱素子１５４、１５６が遮断され、中央加熱素子１３０だけが駆動される場合に付加的温度センサ１５８、１６０の個所で調整されることとなる温度よりも高い。このことは付加的加熱素子１５４、１５６だけで温度を値Ｔｆｉｘに制御できることを保証する。
【００４０】
図２の上方領域の温度経過が示すように、オイル滴１４８による汚染は、上流側にある温度センサ１５８の上流側の温度経過と、下流側にある温度センサ１６０の下流側の温度経過にだけ影響を及ぼす（曲線１５２，１５４の経過を参照）。温度センサ１３２，１３４の個所の測定温度Ｔｍｅｓｓは、オイル汚染によってはほとんど影響を受けない。従ってセンサチップ１１０の本発明の構成によって、センサ領域１３６から離れた領域でのオイル汚染１５８が排除されるだけでなく、付加的加熱素子１５４、１５６と付加的温度センサ１５８、１６０によって付加的な「温度バリア」がセンサ領域１３６の周囲に形成される。このことにより空気質量測定は、オイル汚染によっては実質的に影響を受けない。
従って図２による本発明の構成によって、オイル滴１４８による汚染の影響および信号ドリフトはほとんど排除される。
【００４１】
最後に図１Ｂと図２の実施例によるセンサチップ１１０の構成は、対称線１６６に対して対称であることを述べておく。この対称線１６６は空気質量流の主通流方向１２２に対して垂直に配置されている。このように導体路１２８および付加的加熱素子１５４、１５６並びに付加的温度センサ１５８、１６０を対称に配置することにより、ホットフィルム空気質量計の測定信号の評価が格段に容易になる。この場合、非対称性のアーティファクトに基づく測定信号の最終補正を省略することができる。これは評価を容易にする。しかしもちろん、センサチップ１１０と測定表面１１４を非対称に構成することも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】図１Ａは、従来技術に相応するセンサチップの測定表面の構成を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、センサチップの本発明による構成の有利な実施例を示す図である。
【図２】図２は、ホットフィルム空気質量計のセンサチップの本発明による構成の有利な第２実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１０  センサチップ
１１２  ランド表面
１１４  測定表面
１１６  測定表面の矩形
１１８  矩形１１６の長辺
１２０  矩形１１６の長辺
１２２  主通流方向
１２４  矩形１１６の短辺
１２６  矩形１１６の短辺
１２８  中央ホットフィルム空気質量計の導体路
１３０  中央加熱素子
１３２  温度センサ
１３４  温度センサ
１３６  センサ領域
１３８  センサ領域１３６の矩形
１４０  矩形１３８の長辺
１４２  矩形１３８の長辺
１４４  矩形１３８の短辺
１４６  矩形１３８の短辺
１４８  オイル滴
１５０  オイル汚染がない場合の温度経過
１５２  オイル汚染がある場合の温度経過
１５４  付加的加熱素子
１５６  付加的加熱素子
１５８  付加的温度センサ
１６０  付加的温度センサ
１６２  制御評価回路
１６４  温度制御回路
１６６  対称軸
【図１Ａ】
2006349688.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
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