(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉部が形成された基板と、上記薄肉部上に配置される発熱抵抗体と、上記薄肉部上に配置され、上記発熱抵抗体の配置位置に対して流体が流れる方向の上流側に配置される上流側温度センサ素子と、上記薄肉部上に配置され、上記発熱抵抗体の配置位置に対して流体が流れる方向の下流側に配置される下流側温度センサ素子とを有する熱式流量計測装置において、
上記発熱抵抗体を周囲温度と一定温度差を有するように定温度差駆動するため、複数の感温抵抗素子を有し、上記発熱抵抗体をその一辺とするブリッジ回路が形成され、
上記ブリッジ回路の発熱抵抗体と対角に位置する上記感温抵抗素子の一部又は全部が、上記薄肉部に配置され、上記上流側温度センサ素子が検出する温度と、上記下流側温度センサ素子とが検出する温度との差に基づいて、流体の流量を計測することを特徴とする熱式流量計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の熱式流量計測装置において、
上記発熱抵抗体と対角に位置する感温抵抗素子の一部又は全部は、上記薄肉部上の流体が流れる方向に関して、上記薄肉部の中央領域に配置されることを特徴とする熱式流量計測装置。
【請求項３】
請求項１記載の熱式流量計測装置において、
上記発熱抵抗体と対角に位置する感温抵抗素子の一部又は全部は、上記薄肉部上の流体が流れる方向に関して、上記発熱抵抗体の上流側に配置されることを特徴とする熱式流量計測装置。
【請求項４】
請求項１記載の熱式流量計測装置において、
上記発熱抵抗体と、ブリッジ回路を形成する複数の感温抵抗素子は同一の感温抵抗材質で形成されることを特徴とする熱式流量計測装置。
【請求項５】
薄肉部が形成された基板と、上記薄肉部上に配置される発熱抵抗体と、上記薄肉部上に配置され、上記発熱抵抗体の配置位置に対して流体が流れる方向の上流側に配置される上流側温度センサ素子と、上記薄肉部上に配置され、上記発熱抵抗体の配置位置に対して流体が流れる方向の下流側に配置される下流側温度センサ素子とを有する熱式流量計測装置において、
上記発熱抵抗体を周囲温度と一定温度差を有するように定温度差駆動するため、複数の感温抵抗素子を有するブリッジ回路が形成され、
上記ブリッジ回路のうちの一つの感温抵抗素子は、上記薄肉部上であり、上記発熱抵抗体の近傍に配置され、この発熱抵抗体の近傍に配置される感温抵抗素子とブリッジ回路の対角に位置する感温抵抗素子の一部又は全部が、上記薄肉部に配置され、上記上流側温度センサ素子と、上記下流側温度センサ素子とが検出する温度差に基づいて、流体の流量を計測することを特徴とする熱式流量計測装置。
【請求項６】
請求項５記載の熱式流量計測装置において、
上記発熱抵抗体の近傍に配置される感温抵抗素子と対角に位置する感温抵抗素子の一部又は全部は、上記薄肉部上の流体が流れる方向に関して、上記薄肉部の中央領域に配置されることを特徴とする熱式流量計測装置。
【請求項７】
請求項５記載の熱式流量計測装置において、
上記発熱抵抗体の近傍に配置される感温抵抗素子と対角に位置する感温抵抗素子の一部又は全部は、上記薄肉部上の流体が流れる方向に関して、上記発熱抵抗体の上流側に配置されることを特徴とする熱式流量計測装置。
【請求項８】
請求項５記載の熱式流量計測装置において、
上記発熱抵抗体と、ブリッジ回路を形成する複数の感温抵抗素子は同一の感温抵抗材質で形成されることを特徴とする熱式流量計測装置。
【請求項９】
薄肉部が形成された基板と、上記薄肉部上に配置される第１の発熱抵抗体と、上記薄肉部上に配置され、上記第１の発熱抵抗体の配置位置に対して、流体が流れる方向の下流側に配置される第２の発熱抵抗体とを有する熱式流量計測装置において、
上記第１の発熱抵抗体を、周囲温度と一定温度差を有するように定温度差駆動するため、複数の感温抵抗素子を有し、上記第１の発熱抵抗体をその一辺とする第１のブリッジ回路と、
上記第２の発熱抵抗体を、周囲温度と一定温度差を有するように定温度差駆動するため、複数の感温抵抗素子を有し、上記第２の発熱抵抗体をその一辺とする第２のブリッジ回路と、が形成され、
上記第１のブリッジ回路の第１の発熱抵抗体と対角に位置する上記感温抵抗素子の一部又は全部が、上記薄肉部に配置され、
上記第２のブリッジ回路の第２の発熱抵抗体と対角に位置する上記感温抵抗素子の一部又は全部が、上記薄肉部に配置され、
上記第１のブリッジ回路に基づいて流体の流量計測信号が生成され、上記第１のブリッジ回路と、第２のブリッジ回路に基づいて、流体の流れ方向信号が生成されることを特徴とする熱式流量計測装置。
【請求項１０】
請求項９記載の熱式流量計測装置において、
上記第１及び第２の発熱抵抗体と対角に位置する２つの感温抵抗素子の一部又は全部は、上記薄肉部上の流体が流れる方向に関して、上記薄肉部の中央領域に配置されることを特徴とする熱式流量計測装置。
【請求項１１】
請求項９記載の熱式流量計測装置において、
上記第１及び第２の発熱抵抗体と対角に位置する２つの感温抵抗素子の一部又は全部は、上記薄肉部上の流体が流れる方向に関して、上記発熱抵抗体の上流側に配置されることを特徴とする熱式流量計測装置。
【請求項１２】
請求項９記載の熱式流量計測装置において、
上記第１及び第２の発熱抵抗体と、上記第１及び第２のブリッジ回路を形成する複数の感温抵抗素子は同一の感温抵抗材質で形成されることを特徴とする熱式流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流量を測定する発熱抵抗式の熱式流量計測装置に係り、特に内燃機関の流量センサ、あるいは燃料電池システムの流量センサ等に使用される熱式流量計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等の内燃機関の吸入空気通路に設けられ、吸入空気量を測定する空気流量センサとして、熱式のものが質量空気量を直接検知できることから主流となってきている。最近では特に半導体マイクロマシニング技術により製造された空気流量センサが高速応答性を有することや、その応答性の速さを利用して逆流検知も可能であることから注目されている。
【０００３】
この熱式の空気流量センサとしては、発熱抵抗体を加熱制御し、発熱抵抗体の放熱量によって流量を計測するものや、発熱抵抗体を加熱制御し、発熱抵抗体の近傍に配置した感温抵抗体の温度変化によって流量を計測するもの等の発熱抵抗式の熱式流量計測装置が知られている。
【０００４】
この発熱抵抗体による流量検出においては、発熱抵抗体自身の抵抗値が経時劣化により変化し、この抵抗値の変化により感度特性が変化し流量信号の値が変わってしまう。
【０００５】
そこで、特許文献１には、この発熱抵抗体自身の抵抗値の変化による流量特性の変化を補正するために補正回路を設け、出力流量の値がヒータ抵抗の特性変化に影響を受けない方法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特公平６−６３８０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示の技術によれば、補正回路を設けなければならず、回路構成が複雑になり、センサ構造が複雑化するという問題がある。
【０００８】
また、一般に発熱抵抗体の経時劣化を防止するためには、発熱抵抗体の加熱温度を下げてやれば良いが、加熱温度を下げた場合には下げた分だけセンサの感度も低下するため僅かな発熱抵抗体の経時劣化であっても、出力特性が大きく変化するため、発熱抵抗体の経時劣化による流量特性の変化を抑制することはできない。
【０００９】
さらに、実車で最も厳しい温度環境条件は、高速走行や登坂走行等の高負荷走行後のアイドル運転状態等のように、エンジンの輻射熱で吸気温度が上昇し、流量も少ないため、発熱抵抗体の温度が上がる場合であり、このような環境条件でも経時劣化しにくい熱式流量計測装置が望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、回路やセンサの構造を複雑化することなく、高負荷走行後のアイドル運転状態などのような厳しい環境条件においても、発熱抵抗体の汚損を軽減することができるとともに、経時劣化による測定誤差を減少させることができる熱式流量計測装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の熱式流量計測装置は、基板の薄肉部上に配置される発熱抵抗体と、この発熱抵抗体が設定加熱温度となるように発熱抵抗体を駆動するブリッジ回路とを備え、ブリッジ回路を形成する各辺の抵抗素子は感温抵抗体であり、発熱抵抗体と対角に位置するか、或いはその発熱抵抗体の近傍には位置される感温抵抗素子と対角に位置する少なくとも一つの感温抵抗体の一部又は全部が、薄肉部上であって、発熱抵抗体の近傍に配置され、発熱抵抗体から熱影響を受けて、流体の流量が大になるに従って設定加熱温度が高くなるように構成し、これにより発熱抵抗体の加熱温度に流量依存性を持たせたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回路やセンサの構造を複雑化することなく、アイドル運転での発熱抵抗体の加熱温度を低く抑え、高流量ほど加熱温度を高くして、発熱抵抗体の汚損を軽減することができ、経時劣化による出力特性の変化を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
本発明の第１の実施形態を図１〜図７により説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態による熱式流量計測装置１が適用される内燃機関の動作制御システムにおける要部概略構成図である。
【００１６】
図１において、エアクリーナ１００から吸入された吸入空気６は、熱式流量計測装置１が配置された主管５、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。
【００１７】
熱式流量計測装置１は、エンジンルーム内のエアクリーナー１００と、スロットルボディ１０４との間に設置される。熱式流量計測装置１から出力される空気流量信号、吸入空気温度信号、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、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、及び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等は、コントロールユニット１１４に送信される。
【００１８】
コントロールユニット１１４は、送信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。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施形態による熱式流量計測装置１の概略構成図である。
【００２０】
図２において、熱式流量計測装置１は、ハウジング３と、ハウジング３内部に配置された回路基板４と、ハウジング３の先端部に接続され円筒形の主管５内に設けられた副通路５２と、この副通路５２内に配置された熱式流量センサ素子２６とから構成される。副通路５２の形状には四角や渦巻き状等、様々な形状がある。
【００２１】
図３は、本発明の第１の実施形態による熱式流量計測装置１の熱式流量センサ素子２６の配線パターン図である。
【００２２】
図３において、熱式流量センサ素子２６は、半導体基板２と、この半導体基板２上のほぼ中央部に形成された薄肉部７と、発熱抵抗体１０と、全て発熱抵抗体１０と同じ材料で形成された感温抵抗体１１，１２，１３、上流側温度センサ３０、及び下流側温度センサ３１とから構成される。それぞれの抵抗体は外部と電気的に接続するためのアルミニウム等からなる電極５１に接続されている。尚、図３中に示す矢印は、流体の流れ６の方向を示している。
【００２３】
半導体基板２は、シリコン等の材料で形成され、半導体基板２の大きさは約２．５ｍｍ×６ｍｍ×０．５ｍｍであり、半導体基板２上に形成された薄肉部７の大きさは０．５ｍｍ×１ｍｍであり、厚さは約０．００２ｍｍ程度である。
【００２４】
また、感温抵抗体１１，１２，１３は、同じプロセスにより同時に形成されることが望ましく、これにより各感温抵抗体１１，１２，１３の、抵抗温度係数は同じになり、温度特性や流量特性等のばらつきを軽減することができる。また、同様に、上流側温度センサ３０、及び下流側温度センサ３１についても、感温抵抗体１１，１２，１３と同じプロセスで同時に形成されることが望ましく、これによりコストを有利にすることができる。
【００２５】
感温抵抗体１１，１２，１３の具体的な材質としては、ポリシリコン抵抗体、単結晶シリコンに不純物をドーピングした抵抗体、白金、ニッケル、タングステン、チタン等が使用される。
【００２６】
半導体基板２の薄肉部７は、図３に示す点線部分に形成され、この薄肉部７には、発熱抵抗体１０と、上流側温度センサ３０と、下流側温度センサ３１と、感温抵抗体１３の一部が配置される。
【００２７】
上流側温度センサ３０は、発熱抵抗体１０の上流側に配置され、下流側温度センサ３１は、発熱抵抗体１０の下流側に配置される。感温抵抗体１３は、後述する図４に示すブリッジ回路において発熱抵抗体１０と対角に位置する抵抗であり、発熱抵抗体１０の熱影響を受ける位置に配置される。
【００２８】
図４は、図３に示す熱式流量センサ素子２６を含む回路図である。
【００２９】
図４において、熱式流量センサ素子２６を含む回路は、発熱抵抗体１０と、感温抵抗体１１，１２，１３と、差動増幅器４１，４４と、トランジスタ４５と、上流側温度センサ３０と、下流側温度センサ３１と、固定抵抗６１，６２から構成される。
【００３０】
発熱抵抗体１０は、感温抵抗体１１，１２，１３とブリッジ回路を構成し、発熱抵抗体１０と感温抵抗体１２とが互いに直列に接続され、感温抵抗体１１と１３とが互いに直列に接続される。そして、直列接続された発熱抵抗体１０及び感温抵抗体１２と、直列接続された感温抵抗体１１及び１３とが、互いに並列に接続される。発熱抵抗体１０と感温抵抗体１１との接続点は、トランジスタ４５のエミッタに接続される。発熱抵抗体１０と感温抵抗体１２との接続点は、差動増幅器４１の一方の入力端子に接続され、感温抵抗体１１と１３の接続点は、差動増幅器４１の他方の入力端子に接続される。そして、差動増幅器４１の出力端子は、トランジスタ４５のベースに接続される。
【００３１】
発熱抵抗体１０の加熱温度は、感温抵抗体１１，１２，１３の抵抗値に基づき決定され、差動増幅器４１と、トランジスタ４５によるフィードバック制御により周囲温度に対してほぼ一定の温度差ΔＴに加熱制御される。
【００３２】
具体的には、例えば発熱抵抗体１０のΔＴが１００°Ｃに制御されている場合には、周囲温度が２０°Ｃの時には、発熱抵抗体１０は約１２０°Ｃに加熱制御され、周囲温度が１００°Ｃの時には、発熱抵抗体１０は約２００°Ｃに加熱制御される。
【００３３】
発熱抵抗体１０の上下流に配置される上下流の温度センサ３０，３１は、固定抵抗６１，６２と共に温度センサブリッジ回路を構成し、上流側温度センサ３０と固定抵抗６１とが互いに直列に接続され、下流側温度センサ３１と固定抵抗６２とが互いに直列に接続される。そして、直列接続された温度センサ３０及び抵抗６１と、直列接続された温度センサ３１及び抵抗６２とが互いに並列に接続される。温度センサ３０と抵抗６１との接続点は、差動増幅器４４の一方の入力端子に接続され、温度センサ３１と抵抗６２との接続点は、差動増幅器４４の他方の入力端子に接続される。差動増幅器４４の出力は、端子７０に供給される。つまり、上下流の温度センサ３０と３１と互いの温度差に対応する電位差は、差動増幅器４４により増幅され、熱式流量計測装置1の出力端子７０に供給される。
【００３４】
尚、図４に示す点線部分は、薄肉部７を示し、薄肉部７に発熱抵抗体１０と、ブリッジ回路上の対角に位置する感温抵抗体１３の一部と、上下流の温度センサ３０，３１が配置されることを示す。
【００３５】
図３、図４に示すように、ブリッジ回路上において、発熱抵抗体１０と対角に位置する感温抵抗体１３の一部を薄膜部７に配置し、発熱抵抗体１０の熱影響を受ける構造にすることにより、発熱抵抗体１０の加熱温度が流量依存性を有することになる。
【００３６】
つまり、無風状態あるいは微風域では、発熱抵抗体１０の熱が薄肉部７を経由して感温抵抗体１３に伝わり、感温抵抗体１３が加熱される。感温抵抗体１３が加熱されると、ブリッジ回路の平衡条件が変化し、発熱抵抗体１０の加熱温度は低下する。
【００３７】
一方、流量が大きいと発熱抵抗体１０で発生した熱は感温抵抗体１３に伝わりにくくなるため、発熱抵抗体１０の加熱温度は上昇することになる。その様子を図を用いて説明する。
【００３８】
図５は、発熱抵抗体１０の流量に対する加熱温度の変化を示す図である。
【００３９】
図５において、横軸は流量Ｑ（ｋｇ／ｈ）を示し、縦軸は発熱抵抗体１０の温度（°Ｃ）を示している。図５に示すように、発熱抵抗体１０の加熱温度は、流量の低い領域では約１００°Ｃに加熱制御されるのに対し、高流量域では１２５°Ｃに加熱制御される。このように、発熱抵抗体１０の加熱温度に流量依存性を持たせることにより、高流量域における感度が改善される。その様子を以下に説明する。
【００４０】
図６は、上流側温度センサ３０と、下流側温度センサ３１の温度変化を従来技術と比較して示す図である。
【００４１】
図６において、（ａ）は、本発明の上流側温度センサ３０の流量に対する温度変化を示し、（ｃ）は、その下流側温度センサ３１の温度変化を示している。また、（ｂ）は、従来の上流側温度センサの流量に対する温度変化を示し、（ｄ）は、その下流側温度センサの温度変化を示している。
【００４２】
（ａ）と、（ｂ）とを比較すると、本発明の上流側温度センサ３０の加熱温度には流量依存性があることがわかる。また、熱式流量計測装置１の出力端子７０の信号は、上流側温度センサ３０と下流側温度センサ３１との温度差が大きい程大きくなる。このため、従来技術に比較して、本発明では、高流量域での感度が向上する。
【００４３】
図７は、本発明の第１の実施形態による熱式流量計測装置１の出力特性を従来技術と比較して示す図である。
【００４４】
図７において、（Ｘ）は、本発明の熱式流量計測装置１の出力特性を示し、（Ｙ）は、従来技術による出力特性を示している。
【００４５】
（Ｘ）と、（Ｙ）とを比較すると、低流量域では、従来技術も本発明も有意差がなくほぼ同じであるが、高流量域になると本発明の出力の方が大きくなる。このため、本発明を適用することにより、高流量における感度が改善されることがわかる。
【００４６】
さらに、本発明を内燃機関の吸入空気量検出に使用した場合には、特に熱による発熱抵抗体１０の経時劣化や、雨天時の水滴付着による精度低下、汚損に対して効果がある。
【００４７】
実車で最も厳しい温度環境条件は、高速走行や登坂走行等の高負荷後のアイドル運転状態等のように、エンジンの輻射熱で吸気温度が上昇する場合である。このような場合、従来技術では吸気温度が上昇するとそれに応じて発熱抵抗体１０の加熱温度が上昇したが、本発明を適用した場合には、感度を低下させることなく、微風では加熱温度を低く抑えることが可能となる。
【００４８】
また、雨天時には吸気管を通して水滴が熱式流量センサ素子２６に付着する可能性があり、特に高流量域で水滴が飛散して付着しやすい。水滴が付着すると正確な流量検出ができなくなる可能性があるが、本発明を適用した場合には、高流量における加熱温度を上げることができるため、水滴が付着しにくくなり、精度低下を防止することができる。
【００４９】
また、アイドル流量のような微風域ではカーボン粒子のような微小な物質が熱泳動現象により付着しやすく、また高流量域では比較的大きな土壌成分のような物質が衝突付着しやすい。
【００５０】
熱泳動現象は温度差が大きいほど発生しやすいため、カーボン粒子等の微少粒子の付着を抑制するためには、発熱抵抗体１０の加熱温度が低いほど良い。しかしながら、発熱抵抗体１０の加熱温度が低すぎるとオイル蒸気等が付着しやすくなる。このため、無風からアイドル流量での加熱温度は１００°Ｃ前後が望ましい。
【００５１】
一方、風速５０ｍ／ｓの高流量域においては、一般にΔＴが大きいほど汚損しにくくなるため、本発明を適用することにより汚損を防止することができる。
【００５２】
以上のように構成された本発明の第１の実施形態によれば、回路やセンサの構造を複雑化することなく、発熱抵抗体１０の加熱温度に流量依存性を持たせることにより、高流量域における感度を改善し、更に発熱抵抗体１０の熱による抵抗値の経時劣化を防止し、経時劣化による測定誤差を減少させ、雨天時における水滴付着による精度低下、及び熱泳動現象などによる汚損を防止することができる。
【００５３】
尚、ここでは、感温抵抗体１３は、薄肉部７に一部が配置されるものとしたが、必要に応じて、薄肉部７に全部が配置されるものとしてもよい。
【００５４】
また、図３においては感温抵抗体１３は、上下流のちょうど中央付近に配置されているが、それに限定されるものではなく、発熱抵抗体の熱を受ける位置であれば、特に限定されるものではない。
【００５５】
次に、本発明の第２の実施形態を図８により説明する。
【００５６】
図８は、本発明の第２の実施形態による熱量流量計測装置１の熱式流量センサ素子２６の配線パターン図である。
【００５７】
図８において、熱式流量センサ素子２６は、図４に示したブリッジ回路における発熱抵抗体１０と対角に位置する感温抵抗体１３の一部が、薄肉部７の上流側に配置しており、発熱抵抗体１０の熱影響を受ける構造となっている。その他の構成については、本発明の第１の実施形態と同様である。
【００５８】
本発明の第１の実施形態の図１に示した感温抵抗体１３は、発熱抵抗体１０の配置位置と同様の上下流の中央付近に配置した構造であったのに対し、本発明の第２の実施形態における感温抵抗体１３は、図８に示すように発熱抵抗体１０の上流側に配置されている。
【００５９】
このように、感温抵抗体１３を発熱抵抗体１０の上流側に配置する構成にすることにより、第１の実施形態と比較して高流量ほど感温抵抗体１３がよく冷却されるため、高流量の感度をより向上させることが可能となる。
【００６０】
以上のように構成された本発明の第２の実施形態によっても、本発明の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
本発明の第３の実施形態を図９、図１０により説明する。
【００６２】
図９は、本発明の第３の実施形態による熱式流量計測装置１の熱式流量センサ素子２６の配線パターン図である。
【００６３】
図９において、熱式流量センサ素子２６は、半導体基板２と、この半導体基板２上のほぼ中央部に形成された薄肉部７と、発熱抵抗体１０と、発熱抵抗体１０と同じ材料で形成された感温抵抗体１１，１２，１３とから構成される。それぞれの抵抗体は外部と電気的に接続するためのアルミニウム等からなる電極５１に接続されている。尚、図９中に示す矢印は流体の流れ６の方向を示している。
【００６４】
半導体基板２の薄肉部７は、図９に示す点線部分に形成され、この薄肉部７に、発熱抵抗体１０と、感温抵抗体１３の一部が配置される。感温抵抗体１３は、後述する図１０に示すブリッジ回路において発熱抵抗体１０と対角に位置する抵抗であり、発熱抵抗体１０の熱影響を受ける位置に配置される。尚、半導体基板２及び、その他の素子の材質等は、本発明の第１の実施形態と同じである。
【００６５】
図１０は、図９に示す熱式流量センサ素子２６を含む回路図である。
【００６６】
図１０において、熱式流量センサ素子２６を含む回路は、発熱抵抗体１０と、感温抵抗体１１，１２，１３と、差動増幅器４１と、トランジスタ４５から構成され、これらの接続関係は、図４に示した発熱抵抗体１０を含むブリッジ回路と同様となっている。
【００６７】
したがって、発熱抵抗体１０の加熱温度は、感温抵抗体１１，１２，１３の抵抗値に基づき決定され、差動増幅器４１と、トランジスタ４５によるフィードバック制御により周囲温度に対してほぼ一定の温度差ΔＴに加熱制御される。また、発熱抵抗体１０と感温抵抗体１２との接続点は端子７０に接続され、熱式流量計測装置１の出力として端子７０の信号を用い、発熱抵抗体１０の消費電流を流量出力として使用する。
【００６８】
以上のように構成された本発明の第３の実施形態によっても、熱式流量計測装置１の発熱抵抗体１０の加熱温度を高流量ほど上げることができ、本発明の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６９】
尚、ここでは、感温抵抗体１３は、薄肉部７に一部が配置されるものとしたが、必要に応じて、薄肉部７に全部が配置されるものとしてもよい。
【００７０】
また、図９においては感温抵抗体１３は、上下流のちょうど中央付近に配置されているが、それに限定されるものではなく、発熱抵抗体１０の熱を受ける位置であれば、特に限定されるものではない。
【００７１】
本発明の第４の実施形態を図１１、図１２により説明する。
【００７２】
図１１は、本発明の第４の実施形態による熱式流量計測装置１の熱式流量センサ素子２６の配線パターン図である。
【００７３】
図１１において、熱式流量センサ素子２６は、半導体基板２と、この半導体基板２上のほぼ中央部に形成された薄肉部７と、発熱抵抗体１０と、発熱抵抗体１０と同じ材料で形成された感温抵抗体２２，２３，２４，２５，上流側温度センサ３０、及び下流側温度センサ３１とから構成される。それぞれの抵抗体は外部と電気的に接続するためのアルミニウム等からなる電極５１に接続されている。尚、図１１中に示す矢印は、流体の流れ６の方向を示している。
【００７４】
半導体基板２の薄肉部７は、図１１に示す点線部分に形成され、この薄肉部７には、発熱抵抗体１０と、感温抵抗体２４と、上流側温度センサ３０と、下流側温度センサ３１と、感温抵抗体２３の一部が配置される。
【００７５】
感温抵抗体２４は、発熱抵抗体１０と近接して配置され、感温抵抗体２４の温度変化は、発熱抵抗体１０の温度変化に依存する。また、上流側温度センサ３０は、発熱抵抗体１０の上流側に配置され、下流側温度センサ３１は、発熱抵抗体１０の下流側に配置される。感温抵抗体２４は、発熱抵抗体１０に隣接して配置され、感温抵抗体２３は、後述する図１２に示すブリッジ回路において感温抵抗体２４と対角に位置する抵抗であり、発熱抵抗体１０の熱影響を受ける位置に配置される。尚、半導体基板２及び、その他の素子の材質等は、本発明の第１の実施形態と同じである。
【００７６】
図１２は、図１１に示す熱式流量センサ素子２６を含む回路図である。
【００７７】
図１２において、熱式流量センサ素子２６を含む回路は、発熱抵抗体１０と、感温抵抗体２２，２３，２４，２５と、差動増幅器４１，４４と、トランジスタ４５と、上流側温度センサ３０と、下流側温度センサ３１と、固定抵抗６１，６２から構成される。
【００７８】
感温抵抗体２２，２３，２４，２５はブリッジ回路を構成し、感温抵抗体２２と２４とが互いに直列に接続され、感温抵抗体２３と２５とが互いに直列に接続される。そして、直列接続された感温抵抗体２２及び２４と、直列接続された感温抵抗体２３及び２５とが、互いに並列に接続される。感温抵抗体２２と２４との接続点は、差動増幅器４１の一方の端子に接続され、感温抵抗体２３と２５との接続点は、差動増幅器４１の他方の入力端子に接続される。差動増幅器４１の出力端子は、トランジスタ４５のベースに接続され、このトランジスタ４５のエミッタは、発熱抵抗体１０を介して接地される。
【００７９】
発熱抵抗体１０の加熱温度は、この感温抵抗体２２，２３，２４，２５の抵抗値に基づき決定され、周囲温度に対してほぼ一定の温度差ΔＴに加熱制御される。
【００８０】
また、発熱抵抗体１０の上下流に形成される上下流の温度センサ３０，３１は、固定抵抗６１，６２と共に温度センサブリッジ回路を構成し、この上下流の温度センサ３０と３１との互いの温度差に対応する電位差は、差動増幅器４４により増幅され、熱式流量計測装置1の出力端子７０に供給される。
【００８１】
以上のように構成された本発明の第４の実施形態によっても、熱式流量計測装置１の発熱抵抗体１０の加熱温度を高流量ほど上げることができ、本発明の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００８２】
尚、ここでは、感温抵抗体２３は、薄肉部７に一部が配置されるものとしたが、必要に応じて、全部が配置されるものとしてもよい。
【００８３】
また、図１１においては感温抵抗体２３は、上下流のちょうど中央付近に配置されているが、それに限定されるものではなく、発熱抵抗体１０の熱を受ける位置であれば、特に限定されるものではない。
【００８４】
本発明の第５実施形態を図１３、図１４により説明する。
【００８５】
図１３は、本発明の第５の実施形態による熱式流量計測装置１の熱式流量センサ素子２６の配線パターン図である。
【００８６】
図１３において、熱式流量センサ素子２６は、半導体基板２と、この半導体基２上のほぼ中央部に形成された薄肉部７と、発熱抵抗体１４，１８と、発熱抵抗体１４，１８と同じ材料で形成された感温抵抗体１５，１６，１７，１９，２０，２１とから構成される。それぞれの抵抗体は外部と電気的に接続するためのアルミニウム等からなる電極５１に接続されている。尚、図１３中に示す矢印は流体の流れ６の方向を示している。
【００８７】
半導体基板２の薄肉部７は、図１３に示す点線部分に形成され、この薄肉部７には、発熱抵抗体１４，１８と、感温抵抗体１７，２１の一部が配置される。
【００８８】
発熱抵抗体１４，１８は、流体の流れに対して上下流に近接して配置される。上流側の発熱抵抗体１４には、三つの感温抵抗体１５，１６，１７が結線されて、ブリッジ回路が構成され、下流側の発熱抵抗体１８には、三つの感温抵抗体１９，２０，２１が結線されて、ブリッジ回路が構成される。尚、半導体基板２及び、その他の素子の材質等は、本発明の第１の実施形態と同じである。
【００８９】
図１４は、図１３に示す熱式流量センサ素子２６を含む回路図である。
【００９０】
図１４において、熱式流量センサ素子２６を含む回路は、発熱抵抗体１４，１８と、感温抵抗体１５，１６，１７，１９，２０，２１と、差動増幅器４１，４４，４７と、トランジスタ４５，４８から構成される。
【００９１】
発熱抵抗体１４と、感温抵抗体１５，１６，１７は、ブリッジ回路を構成し、発熱抵抗体１４と感温抵抗体１６とが互いに直列に接続され、感温抵抗体１５と１７とが互いに直列に接続される。そして、直列接続された発熱抵抗体１４及び感温抵抗体１６と、直列接続された感温抵抗体１５及び１７とが、互いに並列に接続される。発熱抵抗体１４と感温抵抗体１５との接続点は、トランジスタ４８のエミッタに接続される。発熱抵抗体１４と感温抵抗体１６との接続点は、差動増幅器４４の一方の入力端子に接続され、感温抵抗体１５と１７の接続点は、差動増幅器４４の他方の入力端子に接続される。そして、差動増幅器４４の出力端子は、トランジスタ４８のベースに接続される。
【００９２】
発熱抵抗体１４の加熱温度は、この感温抵抗体１５，１６，１７の抵抗値に基づき決定され、差動増幅器４１と、トランジスタ４５によるフィードバック制御により周囲温度に対してほぼ一定の温度差ΔＴに加熱制御される。
【００９３】
また、同様に発熱抵抗体１８は、感温抵抗体１９，２０，２１とともにブリッジ回路を構成し、発熱抵抗体１８と感温抵抗体２０とが互いに直列に接続され、感温抵抗体１９と２１とが互いに直列に接続される。そして、直列接続された発熱抵抗体１８及び感温抵抗体２０と、直列接続された感温抵抗体１９及び２１とが、互いに並列に接続される。発熱抵抗体１８と感温抵抗体１９との接続点は、トランジスタ４５のエミッタに接続される。発熱抵抗体１８と感温抵抗体２０との接続点は、差動増幅器４１の一方の入力端子に接続され、感温抵抗体１９と２１との接続点は、差動増幅器４１の他方の入力端子に接続される。そして、差動増幅器４１の出力端子は、トランジスタ４５のベースに接続される。
【００９４】
発熱抵抗体１８の加熱温度は、この感温抵抗体１９，２０，２１の抵抗値に基づき決定され、差動増幅器４４と、トランジスタ４８によるフィードバック制御により周囲温度に対してほぼ一定の温度差ΔＴに加熱制御される。
【００９５】
また、感温抵抗体１５と１７との接続点は、差動増幅器４７の一方の入力端子に接続され、発熱抵抗体１８と感温抵抗体２０との接続点は、差動増幅器４７の他方の入力端子に接続される。差動増幅器４７の出力信号は出力端子７１に供給され、この出力端子７１の出力信号が流体流れ方向を示す信号として使用される。
【００９６】
尚、上流側の感温抵抗体１７、及び下流側の感温抵抗体２１はできるだけ近接して配置し、両者の温度差ができないようにし、上流側の発熱抵抗体１４と下流側の発熱抵抗体１８に温度差ができにくくする方が望ましい。
【００９７】
以上のように構成された本発明の第５の実施形態によっても、熱式流量計測装置１の発熱抵抗体１４，１８の加熱温度を高流量ほど上げることができ、本発明の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００９８】
尚、ここでは、感温抵抗体１７，２１は、薄肉部７に一部が配置されるものとしたが、必要に応じて、薄肉部７に全部が配置されるものとしてもよい。
【００９９】
尚、本発明は、上記図１に示すガソリンエンジンの制御システム等に適用できるだけではなく、ディーゼルエンジンの場合も、基本構成はほぼ同じであり、本発明を適用することができ、内燃機関のＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガスの流量を検出する流量センサ等にも適用できる。
【０１００】
また、空気のみならず、他の流体の流量も測定可能である。例えば、燃料電池に使用される水素ガスの流量を測定する場合にも、適用可能である。また、プロパンガスの流量を測定する場合にも、本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明による熱式流量計測装置が適用される内燃機関、特にガソリンエンジンの動作制御システムの概略構成図である。
【図２】本発明による熱式流量計測装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による熱式流量計測装置の熱式流量センサ素子の配線パターン図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による熱式流量計測装置の熱式流量センサ素子を含む回路図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における発熱抵抗体の流量に対する加熱温度の変化を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における上流側温度センサと、下流側温度センサの流量に対する温度変化を従来技術と比較して示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による熱式流量計測装置の出力特性を従来技術と比較して示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態による熱式流量計測装置の熱式流量センサ素子の配線パターン図である。
【図９】本発明の第３の実施形態による熱式流量計測装置の熱式流量センサ素子の配線パターン図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態による熱式流量計測装置の熱式流量センサ素子を含む回路図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態による熱式流量計測装置の熱式流量センサ素子の配線パターン図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態による熱式流量計測装置の熱式流量センサ素子を含む回路図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態による熱式流量計測装置の熱式流量センサ素子の配線パターン図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態による熱式流量計測装置の熱式流量センサ素子を含む回路図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１                                          熱式流量計測装置
２                                          基板
３                                          ハウジング
４                                          回路基板
５                                          主管
６                                          流体の流れ
７                                          薄肉部
１０，１４，１８                            発熱抵抗体
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，
１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５    感温抵抗体
２６                                        熱式流量センサ素子
４１，４４，４７                            差動増幅器
５１                                        電極
【図１】
0004845440.tif 000002
【図２】
0004845440.tif 000003
【図３】
0004845440.tif 000004
【図４】
0004845440.tif 000005
【図５】
0004845440.tif 000006
【図６】
0004845440.tif 000007
【図７】
0004845440.tif 000008
【図８】
0004845440.tif 000009
【図９】
0004845440.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0004845440.tif 000012
【図１２】
0004845440.tif 000013
【図１３】
0004845440.tif 000014
【図１４】
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