(57)【要約】【課題】コントロールユニットからの電源供給が可能であり、発熱抵抗体の加熱温度を低下させることなく、低消費電力化が可能な熱式流量計を実現する。【解決手段】流量検出感度を良好に維持した状態で熱式流量計の消費電力を低下するためには発熱抵抗体６の消費電力を一定条件で低下させれば良い。つまり、発熱抵抗体６の幅Ｗｈが１００マイクロメータ≦Ｗｈ≦４００マイクロメータであることを前提として流量検出感度を良好に維持するためには発熱抵抗体６の長さＬｈと、発熱抵抗体６の加熱温度ΔＴｈと、発熱抵抗体６への供給可能な電力Ｐｈｍａｘとの関係が、１．４≦ΔＴｈ・Ｌｈ／Ｐｈｍａｘ≦２．８・・・（３）を満足すれば良い。したがって、上記（３）式を満足させる範囲内で消費電力Ｐｈｍａｘを低下させるように発熱抵抗体６の長さＬｈと発熱抵抗体６の加熱温度ΔＴｈとを設定する。【選択図】図２
2008233012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱抵抗体と、温度センサ素子とを有し、上記発熱抵抗体の温度が流体温度より加熱温度ΔＴｈ（℃）だけ高くなるように、上記発熱抵抗体に電力を供給し、上記温度センサ素子の出力値に基づいて、流体の流量を測定する熱式流量計において、
上記流体の流れ方向の上記発熱抵抗体の長さＷｈが、１００マイクロメータ以上であり４００マイクロメータ以下のとき、上記発熱抵抗体に供給する最大電力をＰｈ（Ｗ）、上記流体の流れ方向に直交する方向の上記発熱抵抗体の長さをＬｈ（ｍ）とすると、１．４≦ΔＴｈ・Ｌｈ／Ｐｈ≦２．８に設定されていることを特徴とする熱式流量計。
【請求項２】
請求項１に記載の熱式流量計において、上記発熱抵抗体及び温度センサ素子は、基板に形成された薄膜部上に形成されていることを特徴とする熱式流量計。
【請求項３】
請求項２に記載の熱式流量計において、上記最大電力Ｐｈは、５０ｍＷ以下であり、上記加熱温度ΔＴｈと上記長さＬｈとの関係が０．０７≦ΔＴｈ・Ｌｈ≦０．１４に設定されていることを特徴とする熱式流量計。
【請求項４】
請求項２に記載の熱式流量計において、上記発熱抵抗体は、不純物がドープされ、１０００〜２０００ｐｐｍ／℃の抵抗温度係数を有する多結晶シリコンまたは単結晶シリコンで形成され、上記加熱温度ΔＴｈは８０℃〜２００℃に設定され、前上発熱抵抗体の抵抗値が３６０Ω〜５４０Ωに設定されていることを特徴とする熱式流量計。
【請求項５】
請求項４に記載の熱式流量計において、上記加熱温度ΔＴｈと上記長さＬｈとの関係が０．０７≦ΔＴｈ・Ｌｈ≦０．１４に設定されていることを特徴とする熱式流量計。
【請求項６】
請求項４に記載の熱式流量計において、上記加熱温度ΔＴｈと上記長さＬｈとの関係が０．０５≦ΔＴｈ・Ｌｈ≦０．１０に設定されていることを特徴とする熱式流量計。
【請求項７】
請求項２に記載の熱式流量計において、上記発熱抵抗体は、２０００〜４０００ｐｐｍ／℃の抵抗温度係数を有する金属材料で形成され、上記加熱温度ΔＴｈは８０℃から３００℃に設定され、上記発熱抵抗体の抵抗値は２７０Ω〜６３０Ωに設定されていることを特徴とする熱式流量計。
【請求項８】
請求項７に記載の熱式流量計において、上記加熱温度ΔＴｈと上記長さＬｈとの関係が０．０４３≦ΔＴｈ・Ｌｈ≦０．０８６に設定されていることを特徴とする熱式流量計。
【請求項９】
請求項２に記載の熱式流量計において、上記発熱抵抗体近傍に、この発熱抵抗体の温度を検出するための感温抵抗体を備えることを特徴とする熱式流量計。
【請求項１０】
請求項２に記載の熱式流量計において、上記温度センサ素子は、上記発熱抵抗体の上記流体に対する上流側と下流側の温度差を検出し、検出した温度差から上記流体の流量を測定することを特徴とする熱式流量計。
【請求項１１】
発熱抵抗体と、温度センサ素子とを有し、上記発熱抵抗体の温度が空気温度より加熱温度ΔＴｈ（℃）だけ高くなるように、上記発熱抵抗体に電力を供給し、上記温度センサ素子の出力値に基づいて、自動車のエンジンに供給される空気流量を測定する熱式流量計において、
上記空気の流れ方向の上記発熱抵抗体の長さＷｈが、１００マイクロメータ以上であり４００マイクロメータ以下のとき、上記発熱抵抗体に供給する最大電力をＰｈ（Ｗ）、上記空気の流れ方向に直交する方向の上記発熱抵抗体の長さをＬｈ（ｍ）とすると、１．４≦ΔＴｈ・Ｌｈ／Ｐｈ≦２．８に設定され、自動車のエンジンコントロールユニットから上記発熱抵抗体に電力が供給されていることを特徴とする熱式流量計。
【請求項１２】
空気流量測定手段と、空気供給量調節手段と、燃料噴射手段と、上記空気流量測定手段からの出力と外部からの指令信号に基づいて、燃料噴射手段の燃料噴射量を制御するコントロールユニットを有する内燃機関の制御システムにおいて、
上記空気流量測定手段は、
内燃機関のコントロールユニットから電力が供給される発熱抵抗体と、温度センサ素子とを有し、上記発熱抵抗体の温度が空気温度より加熱温度ΔＴｈ（℃）だけ高くなるように、上記発熱抵抗体に電力を供給し、上記空気の流れ方向の上記発熱抵抗体の長さＷｈが、１００マイクロメータ以上であり４００マイクロメータ以下のとき、上記発熱抵抗体に供給する最大電力をＰｈ（Ｗ）、上記空気の流れ方向に直交する方向の上記発熱抵抗体の長さをＬｈ（ｍ）とすると、１．４≦ΔＴｈ・Ｌｈ／Ｐｈ≦２．８に設定されていることを特徴とする内燃機関の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に発熱抵抗体を形成し流体の流量を測定する熱式流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車などの内燃機関の吸入空気量を検出する流量センサとして、質量流量を直接測定できる熱式の空気流量センサが主流になっている。
【０００３】
近年では、シリコン（Ｓｉ）などの半導体基板上にマイクロマシン技術を用いて熱式流量計のセンサ素子を製造するものが提案されている。このような半導体タイプの熱式流量計は、半導体基板に形成した数ミクロンの薄膜部に、発熱抵抗体を形成している。
【０００４】
薄膜であることから熱容量が小さく高速応答・低電力駆動が可能である。また、微細加工により発熱抵抗体の上下流の温度差を検出し、順流・逆流を判別する構造を形成することが容易である。
【０００５】
上記タイプの熱式流量計の一例としては、特許文献１及び特許文献２に記載されたものがある。
【０００６】
特許文献1には、上下流ヒータをボロンが注入された単結晶シリコンとすると共に、その線幅を７マイクロメータ以上に設定して消費電力を抑制して感度を向上する技術が記載されている。
【０００７】
また、特許文献２には、温度検出抵抗体の発熱量を抑制することにより、ＥＣＵ電源の出力電圧ばらつきによるセンサ出力誤差を抑制して熱式流量計の電源としてＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）からの電力供給を可能としている。
【０００８】
自動車で使用される圧力センサや温度センサはＥＣＵからの電源供給で動作可能であり、熱式流量計を、バッテリー電源ではなく、ＥＣＵから電源供給可能となれば、電気的なノイズや過電圧から保護するための回路や、バッテリーからの電源供給ラインが不要となる。
【０００９】
特許文献１、特許文献２に記載された技術により、熱式流量計の消費電力が抑制され、ＥＣＵから電源供給を可能とすることができる。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２０５４９８号公報
【特許文献２】特開２００５−２８３３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、ＥＣＵからの電源供給の場合、バッテリーからの電源供給に比べ、電圧、電流、電力が大幅に制限される。例えば、電源電圧は５Ｖであり、電流は１０ｍＡ〜２０ｍＡ、電力は５０ｍＷ〜１００ｍＷに制限される。したがって、ＥＣＵからの電源供給で熱式流量計を駆動するためには、発熱抵抗体の消費電力、駆動電圧を低減する必要がある。
【００１２】
熱式流量計の多くは、発熱抵抗体の加熱温度を一定に保持し、空気流による発熱抵抗体の放熱量、もしくは発熱抵抗体近傍の温度分布を基に流量を測定している。そのため、熱式流量計において特に消費電力が大きいのは、センサ素子上に形成した発熱抵抗体の消費電力である。さらに、空気流が大きくなるほど発熱抵抗体の消費電力は大きくなる。自動車内燃機関の吸入空気の場合、吸入空気の流速は最大８０ｍ／ｓとなる場合があり、このような高流速においても発熱抵抗体の温度を一定に保持するように発熱抵抗体に電力を供給し続けなければならないためである。
【００１３】
低消費電力化のために単に発熱抵抗体の加熱温度を下げると、感度低下や耐汚損性が悪化する問題が生じる。特許文献１及び特許文献２記載の熱式流量計は、消費電力の抑制について記載されているが、発熱抵抗体の加熱温度を低下させること無く、さらに低消費電力化を図ることについては提案されていない。
【００１４】
本発明の目的は、コントロールユニットからの電源供給が可能であり、発熱抵抗体の加熱温度を低下させることなく、低消費電力化が可能な熱式流量計を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の熱式流量計は、発熱抵抗体と、温度センサ素子とを有し、発熱抵抗体の温度が流体温度より加熱温度ΔＴｈ（℃）だけ高くなるように、発熱抵抗体に電力を供給し、温度センサ素子の出力値に基づいて流体の流量を測定する。
【００１６】
そして、本発明の熱式流量計は、流体の流れ方向の発熱抵抗体の長さＷｈが、１００マイクロメータ≦Ｗｈ≦４００マイクロメータ以下のとき、発熱抵抗体に供給する最大電力Ｐｈ（Ｗ）と、流体の流れ方向に直交する方向の発熱抵抗体の長さＬｈ（ｍ）とは、１．４≦ΔＴｈ・Ｌｈ／Ｐｈ≦２．８となるように設定されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高価な保護回路を必要とせず、コントロールユニットからの電源供給が可能であり、発熱抵抗体の加熱温度を低下させることなく、低消費電力化が可能な熱式流量計を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の第１の実施形態について、添付図面を参照して説明する。  
まず、本発明の第１の実施形態における熱式流量計の基本的な構成と動作原理について説明する。なお、以下に説明する第１の実施形態は、本発明を内燃機関の吸入空気量を測定する空気流量センサに適用した場合の例である。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態における熱式流量計のセンサ素子１を示す平面図である。また、図２は、図１におけるダイアフラム部（薄膜部）２の拡大図を示し、図３は、図２におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図を示す。
【００２０】
図１〜３において、センサ素子１の基板３は、シリコンやセラミック等の熱伝導率の良い材料で構成される。そして、基板３上に絶縁膜４を形成し、基板３を裏面からエッチングすることで絶縁膜３の下部にダイアフラム部２を形成する。
【００２１】
ダイアフラム部２の表面には発熱抵抗体６を形成する。この発熱抵抗体６は、空気流７の温度に対して一定温度高くなるように加熱される。そして、発熱抵抗体６の周辺には、加熱温度センサ８を形成し、その両側（空気流７の上下流側）には温度差センサ９、１０、１１、１２を形成する。
【００２２】
また、基板３上のダイアフラム部２の近傍には、空気流７の温度に応じて抵抗値が変化する感温抵抗体１３、１４、１５を形成している。これらの感温抵抗体１３〜１５と、加熱温度センサ８とを組み合わせてブリッジ回路を構成している。このブリッジ回路により、加熱温度センサ８の温度変化を検出し、その結果から発熱抵抗体６の加熱電流を制御し、発熱抵抗体６の加熱温度を制御している。
【００２３】
本発明の第１の実施形態におけるセンサ素子１は、発熱抵抗体６を空気流７より一定温度高くなるように加熱する。そして、空気流７が発生することで発熱抵抗体６の上下流近傍に温度差が生じる。そうすると、発熱抵抗体６の風上側は温度が低下し、風下側は温度が上昇する。この温度変化を、温度差センサ９、１０、１１、１２で検出することにより空気流量に応じた信号が得られる。
【００２４】
これらの発熱抵抗体６、加熱温度センサ８、温度差センサ９、１０、１１、１２、感温抵抗体１３、１４、１５は、温度によって抵抗値が変化する比較的抵抗温度係数が大きい材料で形成することが好ましい。第１の実施形態では、不純物をドープした多結晶シリコンを一例として用いる。その他、不純物をドープした単結晶シリコンにより発熱抵抗体６、加熱温度センサ８、温度差センサ９、１０、１１、１２、感温抵抗体１３、１４、１５を形成しても良い。
【００２５】
センサ素子１上の、発熱抵抗体６、加熱温度センサ８、温度差センサ９〜１２、感温抵抗体１３は、パッド１６ａ〜１６ｎに接続され、これらパッド１６ａ〜１６ｎを介してボンディングワイヤーにより、駆動回路等に配線される。
【００２６】
また、発熱抵抗体６、加熱温度センサ８、温度差センサ９〜１２、感温抵抗体１３は、同一の材料で形成していることから、パッド部に至る前に結線しておくことが容易である。特に、加熱温度センサ８と感温抵抗体１３、１４、１５は、ブリッジ回路となるためセンサ素子内で結線することによりパッド数が減りセンサ素子の小型化に有利である。
【００２７】
次に、第１の実施形態におけるセンサ素子１の駆動・検出回路の構成について説明する。
【００２８】
図４は、第１の実施形態におけるセンサ素子１の駆動・検出回路を示す図である。本発明の第１の実施形態は、自動車のＥＣＵからの電源供給で熱式流量計を駆動することため、図４に示すようにＥＣＵから電源を供給する構成としている。一般的なＥＣＵの電源電圧は約５Ｖで、電流は２０ｍＡ程度である。
【００２９】
まず、加熱温度センサ８、感温抵抗体１３、１４、１５によってブリッジ回路を構成する。つまり、加熱温度センサ８と感温抵抗体１５とが互いに直列に接続され、感温抵抗体１３と１４とが互いに直列に接続される。そして、加熱温度センサ８及び感温抵抗体１５と、感温抵抗体１３及び１４とが互いに並列に接続されている。そして、差動増幅器１８の非反転入力端子が、加熱温度センサ８と感温抵抗体１５との接続点に接続され、差動増幅器１８の反転入力端子が、感温抵抗体１３と感温抵抗体１４との接続点に接続されている。
【００３０】
ブリッジ回路は、ＥＣＵ電源によって一定電圧で駆動している。ブリッジ回路の差動電圧、つまり、差動増幅器１８の出力電圧はトランジスタ１７のベースに供給される。トランジスタ１７のコレクタはＥＣＵ電源に接続され、エミッタは、発熱抵抗体６を介して接地されている。トランジスタ１７は、差動増幅器１８の出力によって発熱抵抗体６へ電流の供給を制御し、この発熱抵抗体６を加熱する構成である。
【００３１】
また、温度差センサ９、１０、１１、１２によってブリッジ回路を構成する。つまり、温度差センサ９と１２とが互いに直列に接続され、温度差センサ１１と１０とが互いに直列に接続される。そして、温度差セン９及び１２と、温度差センサ１１及び１０とが互いに並列に接続されている。そして、差動増幅器１９の非反転入力端子が、温度差センサ９と１２との接続点に接続され、差動増幅器１９の反転入力端子が、温度差センサ１１と１０との接続点に接続されている。
【００３２】
温度差センサ９、１０、１１、１２により構成したブリッジ回路の差動電圧を増幅器１９によって検出することにより、空気流量に応じたセンサ出力が得られる。このブリッジ回路においても駆動電圧はＥＣＵ電源によって駆動する構成である。
【００３３】
ＥＣＵからの電源供給で熱式流量計を駆動する場合、熱式流量計の消費電力は制限され、電圧は５Ｖ、電流は２０ｍＡ程度に収める必要がある。さらに、増幅器などの電気回路を駆動するためには、１０ｍＡ程度の電流が必要である。したがって、センサ素子１に供給可能な電流は１０ｍＡ程度に制限される。
【００３４】
センサ素子１において、特に電力を必要とするのは、発熱抵抗体６である。その他、加熱温度センサ８、温度差センサ９、１０、１１、１２、感温抵抗体１３、１４、１５については高抵抗に形成することで消費電力を低減することができる。したがって、発熱抵抗体６に供給される電力を５Ｖ、１０ｍＡすなわち５０ｍＷ以下で駆動する構成とすることが重要である。
【００３５】
次に、発熱抵抗体６に供給される電力を５０ｍＷ以下で駆動する構成について説明する。
【００３６】
自動車用エンジンの吸入空気量を測定するための流量計においては、使用温度範囲−４０℃〜１２５℃、吸入空気の最大流速は、およそ８０ｍ／ｓとなる。このような、環境条件において、使用されることを前提としておく必要がある。
図２を参照して、具体的なセンサ素子１の構成を説明する。
【００３７】
発熱抵抗体６の消費電力は、空気流７への放熱と基板３への熱伝導によって決まる。基板３への熱伝導は、ダイアフラム部２を形成していることから、発熱抵抗体６の端部からダイアフラム部２の端部までの距離Ｗ１を１００マイクロメータ以上とし、ダイアフラム部６の膜厚を５マイクロメータ以下とすれば、十分な断熱効果が得られる。
【００３８】
本発明の第１の実施形態のような温度差センサ９、１０、１１、１２により空気流量を検出する方式の場合、基板３への熱伝導により温度差センサ９、１０、１１、１２の温度が低下すると、検出感度が悪化するため、好ましくは温度差センサ９、１０の端部からダイアフラム部６の端部までの距離Ｗ２については５０マイクロメータ以上とすることが好ましい。
【００３９】
発熱抵抗体６の放熱量が最大となるのは空気流７が最大となるときである。したがって、高流量での消費電力を考慮する必要がある。
【００４０】
以下、流体の流速が１０ｍ／ｓ以上において、発熱抵抗体の消費電力に関して実験した結果を示す。
【００４１】
まず、発熱抵抗体６形状と放熱量との関係について説明する。ここで、発熱抵抗体６が形成される領域のうち、流体の流れ方向にほぼ平行な寸法を発熱抵抗体６の幅Ｗｈ（ｍ）とし、流体の流れ方向に垂直な方向の寸法を発熱抵抗体の長さＬｈ（ｍ）と定義する。
【００４２】
図５は、空気の流速ｖ（横軸（ｍ/ｓ））と発熱抵抗体６の消費電力Ｐｈ（縦軸（ｍＷ））との関係を示すグラフである。図６は発熱抵抗体６の加熱温度ΔＴｈ(横軸(℃)）と発熱抵抗体６消費電力Ｐｈ（縦軸（ｍＷ））との関係を示すグラフである。
【００４３】
また、図７は、発熱抵抗体６の長さＬｈ(横軸(マイクロメータ)）と発熱抵抗体６消費電力（縦軸（ｍＷ））との関係を示すグラフ。図８は発熱抵抗体６の幅Ｗｈ（横軸（マイクロメータ））と発熱抵抗体６の消費電力（縦軸（ｍＷ））との関係を示すグラフである。
【００４４】
図５に示すように、発熱抵抗体６の消費電力２３、２９、３８（ｍＷ）に対して、流速ｖは２０、４０、８０（ｍ/ｓ）となっており、消費電力Ｐｈは、流速ｖの１／２乗にほぼ比例する。また、図６に示すように、発熱抵抗体６の消費電力６、１２（ｍＷ）に対して、加熱温度ΔＴｈは５０、１００（℃）となっており、消費電力Ｐｈは加熱温度ΔＴｈに比例する。
【００４５】
また、図７に示すように、発熱抵抗体６の消費電力３０、４０（ｍＷ）に対して、長さＬｈは６００、７００（マイクロメータ）となっており、消費電力Ｐｈは、発熱抵抗体６の長さＬｈにほぼ比例する。また、図８に示すように、発熱抵抗体６の消費電力２０、３３、４４（ｍＷ）に対して、幅Ｗｈは１００、２６０、４５０（マイクロメータ）となっており、消費電力Ｐｈは発熱抵抗体６の長さＬｈに比例、発熱抵抗体の幅Ｗｈの１／２乗に比例する。
【００４６】
すなわち、発熱抵抗体６の消費電力Ｐｈは、次式（１）に示す関係がある。
【００４７】
Ｐｈ＝ｋ・ΔＴｈ・Ｌｈ・√（Ｗｈ）・√（ｖ）  ・・・（１）
ここで、ｋは比例定数である。
【００４８】
実験により、ΔＴｈが１００℃、Ｌｈが６８０マイクロメータ、Ｗｈが２６０マイクロメータ、ｖが８０ｍ／ｓにおいて、発熱抵抗体６の消費電力Ｐｈは、３８ｍＷとなった。以上の結果から、上式の比例定数ｋを求めた結果、ｋ＝３．９となり、流速８０ｍ／ｓにおけるＰｈは、次式（２）で表されることが明らかとなった。
【００４９】
Ｐｈ＝３５・ΔＴｈ・Ｌｈ・√（Ｗｈ）    ・・・（２）
として、表されることが明らかとなった。
【００５０】
発熱抵抗体６の幅Ｗｈを小さくすると、特に高流量において下流側の温度差センサ１１、１２の温度低下が顕著になり感度が悪化してしまう。一方、幅Ｗｈを大きく設定すると、ダイアフラム２全体の幅が大きくなり、ダイアフラム２の破壊強度が低下してしまう。そのため、１００マイクロメータ≦Ｗｈ≦４００マイクロメータとすることが好ましい。
【００５１】
以上を考慮すると、発熱抵抗体６に供給可能な消費電力をＰｈｍａｘ（Ｗ）とすると、最適な発熱抵抗体６の長さＬｈとΔＴｈとの関係は、発熱抵抗体６の幅Ｗｈが１００マイクロメータ≦Ｗｈ≦４００マイクロメータの範囲において、次式（３）となるように設定されることが必要である。
【００５２】
１．４≦ΔＴｈ・Ｌｈ／Ｐｈｍａｘ≦２．８    ・・・（３）
例えば、消費電力Ｐｈｍａｘが５０ｍＷにおいて最適な発熱抵抗体の長さＬｈとΔＴｈとの関係は、次式（４）とすることが好ましい。
【００５３】
０．０７≦ΔＴｈ・Ｌｈ≦０．１４    ・・・（４）
ここで、発熱抵抗体６に供給可能な電力Ｐｈｍａｘについて補足説明する。
【００５４】
ＥＣＵからの電源供給において発熱抵抗体６供給可能な電圧５±０．５Ｖ、電流は１０ｍＡである。電源電圧は、±０．５Ｖ変動する可能性があるため、発熱抵抗体６に供給可能な電力は４５ｍＷとしておく必要がある。
【００５５】
さらに、自動車用エンジンに熱式流量計を搭載する場合、熱式流量計の環境温度は−４０℃から１２５℃の条件において使用されることから、発熱抵抗体６の抵抗値が環境温度により変化する場合を考慮する必要がある。
【００５６】
本発明の第１の実施形態における発熱抵抗６は多結晶シリコンに不純物をドープすることにより形成しているため、１０００ｐｐｍ／℃程度の抵抗温度係数を有している。例えば、環境温度が２５℃から１２５℃に変化した場合、発熱抵抗体６抵抗値Ｒｈは１．１倍になる。抵抗値が１．１倍になると、印加電圧は、√１．１倍となるため、印加可能な電圧を超えてしまう場合がある。そのため、発熱抵抗体６の抵抗変化による電圧変化を考慮し、発熱抵抗体６消費電力の中心値は、４５ｍＷ×０．９≒４０ｍＷとしておくことが好ましい。
【００５７】
また、発熱抵抗体６には配線抵抗が付加される。第１の実施形態においては、図１に示すように、発熱抵抗体６とパッド１６ｉ、１６ｊとの間に配線部２０が形成される。この配線部２０の抵抗があることにより、消費電力の損失が発生する。第１の実施形態では、配線部２０の抵抗値は、発熱抵抗体６の抵抗値のおよそ１０％とする。そうすると、配線部２０での電力損失を考慮すれば発熱抵抗体６の消費電力は４０ｍＷの９０％となり、およそ３６ｍＷとなる。
【００５８】
以上の事項を考慮すると、第１の実施形態においける最適な長さＬｈと加熱温度ΔＴｈとの関係は、Ｐｈｍａｘ＝３６ｍＷであることから、上記（３）式から、およそ次式（５）に示す関係になることが好ましい。
【００５９】
０．０５≦ΔＴｈ・Ｌｈ≦０．１    ・・・（５）
次に、発熱抵抗体６の加熱温度ΔＴｈについて補足説明する。
【００６０】
発熱抵抗体６には、平面方向において温度分布を持つことから、加熱温度ΔＴｈは発熱抵抗体６の平均温度として定義する。また、加熱温度ΔＴｈの測定において、発熱抵抗体６の配線部２０の温度は含まない。また、空気流７の流量に応じてΔＴｈが変化する場合は、空気流７の最大流速におけるΔＴｈとする。
【００６１】
熱式流量計の感度はΔＴｈによって決定され、ΔＴｈが高いほど良い。しかし、ΔＴｈが高くなると、発熱抵抗体６や加熱温度センサ８の抵抗劣化が大きくなり、長期にわたる信頼性が悪化する。そのため、ΔＴｈは、２００℃以下であることが好ましい。
【００６２】
また、ΔＴｈが低いと空気中のダストやオイル等の付着が起こりやすくなり、さらに、水の付着による影響が大きくなる。このため、ΔＴｈは８０℃以上としておくことが好ましい。
【００６３】
本発明の第１の実施形態では、最大流速ｖを８０ｍ／ｓとしたが、自動車用エンジンの種類によっては、これ以下となる場合がある。この場合、上記式（３）は以下の式（６）で表す。
【００６４】
１．４≦ΔＴｈ・Ｌｈ・√（ｖ／８０）／Ｐｈｍａｘ≦２．８    ・・・（６）
また、上記式（４）は、次式（７）とする。
【００６５】
０．０７≦ΔＴｈ・Ｌｈ・√（ｖ／８０）≦０．１４    ・・・（７）
次に、発熱抵抗体６の抵抗値Ｒｈの最適な値を設定すると以下のようになる。まず、発熱抵抗体６に印加可能な最大電圧Ｖｈｍａｘは４．５Ｖであり、供給可能な電流は１０ｍＡであることから、Ｒｈ＝４５０Ωとする。また、製造プロセスによる抵抗バラツキが±１０％、周囲温度変化による抵抗変動が±１０％であるとすると、Ｒｈの設定範囲は、３６０Ω〜５４０Ωの範囲内に設定される。
【００６６】
以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、流量検出感度を良好に維持した状態で、熱式流量計の消費電力を低下するためには、発熱抵抗体６の消費電力を一定条件で低下させれば良いことを見出し、その一定条件を設定した。
【００６７】
つまり、発熱抵抗体６の幅Ｗｈが、１００マイクロメータ≦Ｗｈ≦４００マイクロメータであることを前提として、流量検出感度を良好に維持するためには、発熱抵抗体６の長さＬｈと、発熱抵抗体６の加熱温度ΔＴｈと、発熱抵抗体６への供給可能な電力Ｐｈｍａｘとの関係が上記（３）式を満足することが条件であることを見出した。
【００６８】
したがって、上記（３）式を満足させる範囲内で、消費電力Ｐｈｍａｘを低下させるように、発熱抵抗体６の長さＬｈと発熱抵抗体６の加熱温度ΔＴｈとを設定することで、流量検出感度を良好に維持した状態で、熱式流量計の消費電力を低下することが可能となる。
【００６９】
次に、本発明の第２の実施形態について以下に説明する。この第２の実施形態では、上述した第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００７０】
本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態における発熱抵抗体６、加熱温度センサ８、温度差センサ９、１０、１１、１２及びこれらの配線部を、白金薄膜や、ニッケル合金薄膜などの金属材料で形成したことを特徴としている。白金薄膜は、抵抗温度係数が２０００ｐｐｍ／℃〜４０００ｐｐｍ／℃である。したがって、第１の実施形態よりも環境温度変化による抵抗変化が大きい。
【００７１】
例えば、抵抗温度係数を３０００ｐｐｍ／℃とした場合、環境温度が２５℃から１２５℃に変化すると、発熱抵抗体６の抵抗値は、およそ１＋０．００３・（１２５−２５）＝１．３倍となる。第１実施形態における発熱抵抗体よりも抵抗変動が大きく、印加される電圧の変動が大きくなる。したがって、発熱抵抗体に供給する最大電力の中心値は、次式（８）となる。
【００７２】
４５ｍＷ／１．３＝３４．６ｍＷ    ・・・（８）
さらに、発熱抵抗体６の配線部２０による電力損失が１０％であるとすれば、上記最大電力の中心値は、およそ３１ｍＷとなる。
【００７３】
Ｐｈｍａｘ＝３１ｍＷとした場合、最適なΔＴｈとＬｈとの関係は、上記（３）式から次式（９）のようになる。
【００７４】
０．０４３≦ΔＴｈ・Ｌｈ≦０．０８６    ・・・（９）
次に、本発明の第２の実施形態における発熱抵抗体６の抵抗値Ｒｈについて説明する。
【００７５】
本発明の第２の実施形態における発熱抵抗体６においては、製造プロセスによる抵抗値バラツキが±１０％で、さらに抵抗温度係数が大きいことから、環境温度による抵抗変化が±３０％程度である。したがって、発熱抵抗体６の抵抗値Ｒｈは４５０オームを中心して、２７０オーム〜６３０オームとすることが好ましい。
【００７６】
本発明の第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる他、発熱抵抗体６、加熱温度センサ８、温度差センサ９、１０、１１、１２及びこれらの配線部を、白金薄膜やニッケル合金薄膜のような金属材料によって形成した場合、第１の実施形態での多結晶シリコンや単結晶シリコンに比べ加熱による抵抗経時劣化を低減することができる。このため、この第２の実施形態においては、発熱抵抗体６の加熱温度ΔＴｈは８０℃以上３００℃以下とすることが好ましい。
【００７７】
図９は、本発明の第３の実施形態を示す図であり、本発明の熱式流量計を空気流量測定装置１０１として用いた電子燃料噴射方式の内燃機関動作制御システムを示す図である。
【００７８】
図９において、エアクリーナ１００から吸入された吸入空気２９は、空気流量測定装置１０１が配置されたボディ１５、吸気ダクト１０３、スロットルボディ１０４及び燃料が供給されるインジェクタ（燃料噴射弁）１０５を備えたインテークマニホールド１０６を経て、エンジンシリンダ１０７に吸入される。そして、エンジンシリンダ１０７で発生したガス１０８は排気マニホールド１０９を経て外部に排出される。
【００７９】
空気流量測定装置１０１から出力される空気流量信号及び吸入空気温度信号と、スロットル角度センサ１１１から出力されるスロットルバルブ角度信号と、排気マニホールド１０９に設けられた酸素濃度計１１２から出力される酸素濃度信号と、エンジン回転速度計１１３から出力されるエンジン回転速度信号とは、ＥＣＵ１１４に供給される。
【００８０】
ＥＣＵ１１４は、供給された信号を逐次演算して、最適な燃料噴射量とアイドルエアコントロールバルブ開度とを求め、その値を使ってインジェクタ１０５及びアイドルエアコントロールバルブ１１５を制御する。
【００８１】
本発明による空気流量測定装置１０１を電子燃料噴射方式の内燃機関に使用すれば、ＥＣＵ１１４からの電源供給が可能であり、発熱抵抗体の加熱温度を低下させることなく、つまり、流量検出精度（エンジン制御精度）を低下させることなく、低消費電力化が可能となる。
【００８２】
なお、本発明は、自動車の内燃機関に供給される空気流量測定用の熱式流量計のみならず、船舶や発電機等のディーゼルエンジンを使った制御に用いられる流量測定についても適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるセンサ素子を示す平面図である。
【図２】図１におけるダイアフラム部を拡大した平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるセンサ素子の駆動回路構成図である。
【図５】流体の流速と、発熱抵抗体の消費電力との関係を示す図である。
【図６】発熱抵抗体の加熱温度と、発熱抵抗体の消費電力との関係を示す図である。
【図７】発熱抵抗体の長さと、発熱抵抗体の消費電力との関係を示す図である。
【図８】発熱抵抗体の幅と、発熱抵抗体の消費電力との関係を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態であり、熱式流量計を空気流量測定装置として用いた内燃機関動作制御システムを示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１・・・センサ素子、２・・・ダイアフラム部、３・・基板、４、５・・・絶縁膜、６・・・発熱抵抗体、７・・・空気流、８・・・加熱温度センサ、９、１０、１１、１２・・・温度差センサ、１３、１４、１５・・・感温抵抗体、１６ａ〜１６ｎ、１７・・・トランジスタ、１８、１９・・・増幅器、２０・・・配線部、２９・・・吸入空気、１００・・・エアクリーナ、１０１・・・空気流量測定装置、１０３・・・吸気ダクト、１０４・・・スロットルボディ、１０５・・・インジェクタ、１０６・・・マニホールド、１０７・・・エンジンシリンダ、１０９・・・排気マニホールド、１１１・・・スロットル角度センサ、１１２・・・酸素濃度計、１１３・・・エンジン回転速度計、１１４・・・コントロールユニット、１１５・・・アイドルエアコントロールバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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