(57)【要約】【課題】流量測定精度に優れた熱式空気流量計を提供する。【解決手段】空気流量計の測定素子１は、第１基板１０ｃ上に発熱抵抗体及び温度補償抵抗体を形成してなる。流量測定素子１を支持するケーシング５の内部に空気流量計の駆動回路及び信号処理装置３０を有する第２の基板１４が収容される。流量測定素子１は、空気通路３に配置される。空気流量計における２点の温度測定を行うセンサのうち、第１温度センサ１８は、流量測定素子１の第１基板１８に設けられ、第２温度センサ１５は、ケーシング５内部の第２基板１４に設けられる。信号処理装置３０は、流量測定素子の出力信号と第１、第２温度センサの出力信号とに基づき空気流量、空気温度、空気壁面温度を演算する。【選択図】  図２
2005009965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流量測定に用いる発熱抵抗体及び温度補償抵抗体を基板に形成してなる流量測定素子と、前記流量測定素子を支持し少なくとも前記流量測定素子の駆動回路を収容するケーシングとを備え、前記流量測定素子が前記ケーシングを介して流量測定対象の空気通路に配置される熱式空気流量計において、
空気流量計における２点の温度測定を行う第１，第２温度センサを有し、前記第１温度センサが前記流量測定素子の基板に設けられ、前記第２温度センサが前記ケーシングの内部に設けられていることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項２】
前記流量測定素子は、半導体基板上に前記発熱抵抗体と前記温度補償抵抗体とをパターニングにより形成した半導体型流量測定素子であり、前記ケーシングの内部には、少なくとも前記駆動回路を形成した回路基板を収納し、前記第１温度センサは、前記流量測定素子の半導体基板に設けられ、前記第２温度センサは、前記ケーシング内の回路基板に設けられている請求項１記載の熱式空気流量計。
【請求項３】
前記第２温度センサは、前記ケーシング内に配置される回路基板に設けられ、前記第１温度センサを有する基板と前記第２温度センサを有する回路基板とが端子電極を介して電気的に接続され、
前記回路基板は、前記流量測定素子の出力信号と前記第１、第２温度センサの出力信号とを入力して、これらの信号に基づき空気流量を演算する信号処理装置を備えている請求項１記載の熱式空気流量計。
【請求項４】
前記回路基板は、前記信号処理装置による空気流量演算に用いる補正データを記憶するメモリを有している請求項３記載の熱式空気流量計。
【請求項５】
前記信号処理装置は、前記第１，第２温度センサの出力信号と前記流量測定素子の出力信号とに基づき、空気温度と空気通路壁面温度とを推定し、これらの推定値から空気流量の補正データを求め、この補正データを用いて空気流量を演算する請求項３記載の熱式空気流量計。
【請求項６】
前記空気流量計の本体は、前記空気通路に流れる空気の一部を通す副通路を有し、この副通路は前記ケーシングに支持され、前記副通路及び前記ケーシングは前記空気通路の壁部から該通路の径方向に通されて前記空気通路内に配置され、
前記副通路に前記流量測定素子の基板が位置し、この基板に前記第１温度センサが設けられ、
前記ケーシング内に前記流量測定素子の駆動回路と信号処理装置と前記第２温度センサとを設けた回路基板が収容されている請求項１記載の熱式空気流量計。
【請求項７】
空気通路に配置されて空気流量を計測する発熱抵抗体及びこの発熱抵抗体を温度補償するための温度補償抵抗体とを形成した第１基板と、
前記発熱抵抗体及び前記温度補償抵抗体を駆動する回路と空気流量を演算するための信号処理装置とを有する第２基板と、を備え、
前記空気通路の径方向に前記第２基板と前記第１の基板を電気的な接続を介して順次配置し、これらの基板のうち、前記第２基板は空気通路壁から空気通路内に通されたケーシングに収容され、前記第１基板はこのケーシングの先端に保持され、
前記第１，第２基板には、空気流量計の２点の温度を検出する第１，第２温度センサが設けられ、
前記第２基板の信号処理装置に流量測定信号と前記第１、第２温度センサの出力信号とが入力されて、これらの信号に基づき空気流量が第２基板上で演算されるように構成したことを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項８】
温度依存性を有する発熱抵抗体及び温度補償抵抗体を用いて内燃機関の吸気通路中に流れる空気流量を測定する熱式空気流量計において、
流量測定素子を構成する前記発熱抵抗体と温度補償抵抗体とを形成した第１基板と、
前記第１基板に設けてこの基板上の温度を検出する第１温度センサと、
前記発熱抵抗体及び前記温度補償抵抗体を駆動する回路と空気流量を演算するための信号処理装置とを備えた第２基板と、
前記吸気通路の壁に支持されて吸気通路中に位置し、且つ先端に前記第１基板を保持し内部に前記第２基板を収納するケーシングと、
前記第２基板に配置してこの基板上の温度を検出する第２温度センサと、
前記第１，第２基板の電気作動要素を電気的に接続するために各基板に配設された端子電極と、を備え、
前記第２基板の信号処理装置は、前記流量測定素子の出力信号と前記第１、第２温度センサの出力信号とを入力してこれらの信号に基づき空気流量を演算する機能を有することを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項９】
前記ケーシング内の信号処理装置により算出された空気流量信号が空気流量計の外部に配置されたエンジン制御ユニットに出力されるように構成した請求項８記載の熱式空気流量計。
【請求項１０】
前記温度補償抵抗体と前記第１温度センサとが兼用している請求項１ないし９のいずれか１項記載の熱式空気流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気流量を測定する熱式空気流量計に係り、特に、内燃機関の吸入空気量を測定するのに適した空気流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関における吸入空気量を検出する装置として、吸気通路（空気通路）内に温度依存性を有する発熱抵抗体とこの発熱抵抗体の温度補償をするための抵抗体（温度補償抵抗体）とを配置して、吸入空気流量を測定する方式が広く知られている。
【０００３】
このタイプの空気流量計は、発熱抵抗体の熱が空気流に放たれても、発熱抵抗体と温度補償抵抗体との温度差が一定になるように発熱抵抗体に流れる加熱電流を制御し、その電流の変化を直接或いは間接的に検出することにより空気流量を測定している。
【０００４】
このような熱式の空気流量計が自動車等の内燃機関に設置された場合、内燃機関の温度上昇により、その機関の熱が吸気通路の壁面から空気流量計に熱が伝わる。また、走行中に空気温度が変化することもある。また、空気流量計を駆動するための駆動回路など空気流量計自身の発熱もある。このような周囲温度変化や自己発熱が存在すると、温度補償抵抗体を有していても、空気流量計の検出流量に誤差が生じる。
【０００５】
このような温度変化による流量検出誤差を低減するために、従来の熱式空気流量計においては、特開昭６１−２３９１１９号公報、特開平１０−１９７３０９号公報に記載されたものがある。
【０００６】
特開昭６１−２３９１１９号公報は、被測定空気が流れる空気通路を構成しているボディ温度と、検出空気温度とが異なる場合に、空気量の検出誤差が生じることが経験上知られていることから、この検出誤差を次のようにして補正している。すなわち、空気通路中に空気温度測定用の抵抗体を設置すると共に、空気通路の壁面に該壁面温度を検出する温度検出抵抗体を配設し、空気流量信号を空気通路壁面温度と空気温度の差に基づき補正している。
【０００７】
また、特開平１０−１９７３０９号公報では、流量測定素子（発熱抵抗体，温度補償抵抗体）を有する基板に、空気温度を検出する温度センサと、基板の温度を検出する基板温度センサとを設ける。流量測定素子の基板は、空気通路壁に取り付けた支持体によって支持される構造である。基板温度センサは、支持体側の基板一端に設けられる。一方、空気温度センサは、基板のもう一端（支持体と反対側）に配置される。基板温度センサは、吸気通路壁から支持体を介してエンジンなどの熱が流量測定素子の基板に伝わることによる基板温度上昇を検出する。この基板温度情報と空気温度情報に基づき流量検出誤差が補正される。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６１−２３９１１９号公報（第１図の実施例）
【特許文献２】
特開平１０−１９７３０９号公報（図１、図４、図９、図１１、図１４の実施例）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術において、特開昭６１−２３９１１９号公報のように空気通路壁に壁面温度を検出するための温度検出抵抗体を設ける方式は、温度検出抵抗体を空気通路壁に埋設するなどして壁面温度を検出可能にしている。このような構成では、温度検出抵抗体を樹脂中に埋設するために空気流量計の成形加工が複雑になる。また、温度検出抵抗体の端子を空気通路壁部の外部に引き出すために、流量信号，電力入力端子のほかに温度出力の外部接続端子を空気流量計ボディに増設する必要があった。
【００１０】
一方、特開平１０−１９７３０９号公報では、上記したように、流量測定素子（発熱抵抗体，温度補償抵抗体）を形成した基板に、基板温度センサと空気温度センサとを設けて両者の温度差より空気流量検出値を検出するようにしている。この方式では、流量測定素子の基板として、シリコン等の半導体基板を用いた場合には、シリコン基板の熱伝導率が基板材料の中では大きいことから、基板の被支持側とその反対側との温度差がほとんど生じない。したがって、基板温度情報と空気温度情報とが常にほぼ同一温度となってしまい、基板に伝わるエンジンなどの外部からの熱を充分に検出できず、補正精度の点で改善すべき点があった。
【００１１】
また、流量測定素子に支持体などの外部から伝わる熱は、素子全体に伝わるということであり、吸気温度を検出するための温度センサから得られる空気温度情報も実際の空気温度より高くなる傾向があった。
【００１２】
本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、流量測定精度を高めると共に、空気温度検出についても精度を高めることを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、基本的には次のように構成する。
【００１４】
流量測定素子は、発熱抵抗体及び温度補償抵抗体を基板（第１基板）に形成してなる。流量測定素子は、空気流量計の駆動回路を収容するケーシングにより支持され、このケーシングを介して流量測定対象の空気通路に配置される。そして、空気流量計における２点の温度測定を行う第１，第２温度センサを備え、第１温度センサが流量測定素子の基板（第１基板）に設けられ、第２温度センサがケーシングの内部に設けられている。第２温度センサは、好ましくは、ケーシングに収納した回路基板（例えば、空気流量計の駆動回路や信号処理装置を搭載した第２基板）に配置する。
【００１５】
このような構成にすることにより、信号処理装置は、流量測定素子からの出力信号と第１，第２温度センサの出力信号の３つの情報から、外部の熱的影響を補正した空気流量を算出することが可能になる（この演算式の具体例は実施例にて述べる）。
【００１６】
それによって、流量測定素子が他の構成体に支持された構造であっても、外部から熱が伝わることによって生じる流量検出誤差を補正し、高精度な空気流量検出が可能となる。
【００１７】
さらに、第１，第２温度センサを、第１，第２基板にそれぞれ分けて設けることで、空気流量計の２点の温度差を明確にとらえることができ、空気流量演算の精度を高める。また、第１，第２の基板同士を電気的に接続し第２基板で空気流量、空気温度、空気通路壁面温度などの少なくとも一つを演算処理することで、温度センサなどの信号も空気流量計で内部処理できるので、温度センサの出力端子を空気流量計外部機器の接続端子として増設する必要性もなくなる。また、従来のように、温度センサを空気流量計の壁面に埋設するなどの構造にしないで、温度センサの設置を容易にする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施例に係る熱式空気流量計を空気通路と直角に断面した図、図２は図１におけるＢ−Ｂ’断面である。図３は図２と同様の断面で空気流量計のケーシング外観を示した図である。図４は本実施例に用いる空気流量測定素子（以下、測定素子と称する）１の平面図、図５は図４におけるＣ−Ｃ’断面の図である。
【００２０】
図１〜図３において、空気流量計は、後述する発熱抵抗体，温度補償抵抗体などを基板（第１基板）１０ｃに形成してなる測定素子１、測定素子１を配置した副通路（計量通路）４、回路基板（第２基板）１４、回路基板１４を収容するケーシング５、ケーシング５を支持する支持部７，コネクタ部７０等により構成される。このうち、副通路４、ケーシング５、支持部７、コネクタ部７０は、合成樹脂により一体に成形される。
【００２１】
測定対象の空気が流れる吸気通路（メイン通路）３は、内燃機関へ吸入空気を通す吸気管の一部を構成する。空気流量計は、吸気通路３を形成する筒体（ボディ）６に次のように装着される。
【００２２】
ボディ６は、その通路壁に流量計取付け穴６０を有し、この取付け穴６０を通して副通路４とケーシング５とが挿入される。フランジ状の支持部７は、空気通路壁（ボディ）６の外面に係止して、例えばねじ等で固着される。
【００２３】
このようにして、副通路４とケーシング５とは、吸気通路３の壁面から中心に向けて径方向に順次配置される。副通路４はケーシング５の一端に支持されて吸気通路３の略中央に配置されている。
【００２４】
ここで、測定素子１の詳細について図４及び図５により説明する。
【００２５】
測定素子１の基板（第１基板）１０ｃは、本実施例ではシリコンなどの半導体により形成される。基板１０ｃ上には、発熱抵抗体８と、発熱抵抗体の上下流に形成される上流抵抗体１６及び下流抵抗体１７と、温度補償抵抗体１１ａと、測定素子周辺換言すれば基板１０ｃ上の温度を検出するための第１温度センサ１８とが形成されている。これらの要素は、すべて、基板１０ｃ上に電気絶縁膜１０ａを介してポリシリコン抵抗体（或いは白金などでも良くその材質を問わない）で形成されるか、或いは第１温度センサ１８については、サーミスタ等の半導体素子でもよい。
【００２６】
シリコン基板１０ｃにおいて、発熱抵抗体８，上流抵抗体１６、下流抵抗体１７が位置する箇所の裏面は、異方性エッチングにより空洞９が穿孔形成されている。この空洞９は、基板１０ｃの下面から電気絶縁膜１０ａの境界面まで形成される。この空洞９部位の電気絶縁膜１０ａ上に発熱抵抗体８，上流抵抗体１６，下流抵抗体１７が位置する。これらの抵抗体は温度依存性を有し、温度に応じて抵抗特性が変化する。また、これらの抵抗体および温度センサを保護するために、基板１０ｃの最上層に電気絶縁膜１０ｂが形成される。
【００２７】
温度補償抵抗体１１ａは、空気温度を感知することにより、発熱抵抗体８の温度と空気温度（温度補償抵抗体の温度）との差がほぼ一定になるように補償する。温度補償抵抗体１１ａと、第１温度センサ１８とは、電気絶縁膜１０ａ上で且つ基板１０ｃの先端側（測定素子１の反支持部側）に形成される。
【００２８】
測定素子１（第１基板１０ｃ）は、図２に示すようにケーシング５の一端に支持されている。基板１０ｃ上における被支持側（ケーシング側）の一端には、上記した各抵抗体８，１６，１７，１１ａおよび第１温度センサ１８の端子電極１３が配設され、この端子電極１３と測定素子１の外部回路（ケーシング５内の回路基板１４）の端子電極５０とがワイヤーボンディングにより電気的に接続される。
【００２９】
第１温度センサ１８はサーミスタ等の半導体素子の場合には、外部回路と溶接により電気的に接続してもよい。
【００３０】
次にケーシング５内の回路基板（第２基板）１４について説明する。
【００３１】
回路基板１４は、空気流量計の駆動回路（発熱抵抗体８の加熱電流制御回路で、例えば図６に示すブリッジ要素抵抗体１９、２０、演算増幅器２１、トランジスタ２２よりなる回路）と信号処理装置３０とを有する。
【００３２】
信号処理装置３０は、空気流量検出回路の要素（図７の信号出力線３３）と空気流量などを補正演算する演算器３１（図８）及び流量補正データを記憶するメモリ３２とを有する。
【００３３】
さらに、回路基板１４には、回路基板上の温度（ケーシング内温度）を検出する第２温度センサ１５が設けられている。第２温度センサ１５は、例えばサーミスタ等の半導体素子よりなる。第１温度センサ１８と第２温度センサ１５とは、空気流量計の２点温度を計測するので、同一特性のものであることが好ましい。
【００３４】
本実施例においては、空気通路３の径方向に分けた回路基板（第２基板）１４と測定素子基板（第１基板）１０ｃとを分けて、これらの基板に２点温度測定用の温度センサ１５と１８とを個別に配設する構造と成り得る。そして、これらの第１，第２基板は、電気的な接続を介して順次配置される。流量測定信号（検出空気流量）Ｑｍおよび第１、第２温度センサの出力信号Ｔ１，Ｔ２は、すべて第２基板１４の信号処理装置３０にＡ／Ｄ変換器を介して入力され（図８）、これらの信号に基づき吸気温度（空気温度）Ｔａ，吸気通路壁面温度Ｔｗが算出され、また空気流量が補正演算される（補正後空気流量Ｑ´ｍ）。なお、これらの具体的な演算例については、後述する。
【００３５】
回路基板（第２基板）１４のうち測定素子１と反対側の一端には、外部接続用のコネクタ端子７１とワイヤボンディングを介して接続するための端子電極５１が配設されている。コネクタ端子７１は、空気流量計の電源供給端子と上記した信号Ｔａ，Ｔｗ，Ｑ´ｍを出力する端子とよりなる。コネクタ端子７１は、外部のバッテリ２３（図６、図７）とエンジン制御ユニット（図示せず）に接続される。空気流量データＱ´ｍは、エンジン制御ユニットにて燃料噴射量の算出データとして使用され、空気温度Ｔａや壁面温度Ｔｗは、その他の用途に使用することが可能である。
【００３６】
第２温度センサ１５について、駆動回路等が設置される基板１４上に一体に実装することは、低コストな方法である。さらに、基板１４上の回路として、あらかじめ内部に温度センサを備えた演算器を用いる場合、第２温度センサとしてこの演算器内部の温度センサを使用してもよく、この場合配線などの部材を必要としないためさらに低コストになる。
【００３７】
次に本実施例における空気流量計の動作原理について説明する。
【００３８】
図４における発熱抵抗体８と温度補償抵抗体１１ａは、図６に示すブリッジ回路の要素となる。温度補償抵抗体１１ａは、空気温度に感応して抵抗値が変化する。温度補償抵抗体１１ａにより、発熱抵抗体８は、その温度が被検出空気２の温度に対して常に一定温度高くなるように電流制御される。
【００３９】
このブリッジ回路は、発熱抵抗体８、温度補償抵抗体１１ａ、固定抵抗１９、２０よりなり、それを駆動する回路として、演算増幅器２１、トランジスタ２２を備え、及び駆動回路電力供給源となるバッテリ２３が電気的に接続されている。
【００４０】
発熱抵抗体８及び温度補償抵抗体１１ａは、抵抗温度係数の大きいポリシリコン抵抗体である。ブリッジ電圧２４と２５の電位差は、演算増幅器２１とトランジスタ２２を通してブリッジ回路にフィードバックされ、それによって、常にブリッジの抵抗比が一定になる。
【００４１】
温度補償抵抗体１１ａの初期抵抗値を大きくし、逆に発熱抵抗体８の初期抵抗値を小さくすることによって、温度補償抵抗体１１ａは発熱量が小さくほぼ被検出空気２の温度となる。一方、発熱抵抗体８は、加熱電流が流れるように初期抵抗値を小さくしてある。また発熱抵抗体８の裏面は、図５に示すように空洞９で熱絶縁しており、発熱により温度上昇すると抵抗値が大きくなる。したがって、ブリッジ抵抗８、１１ａ、１９、２０の抵抗比が一定値になるまで発熱抵抗体８の抵抗値が上昇することになり、発熱抵抗体８は、温度補償抵抗体１１ａの温度すなわち被検出空気２の温度より一定温度高くなるように制御できる。
【００４２】
図７は、被検出空気２の流量を検出する回路である。図４のように測定素子１には空気流２が流入してくる。このとき発熱抵抗体８の上下流に上流抵抗体１６と下流抵抗体１７を配置することによって上流抵抗体１６は空気流２により冷却され、下流抵抗体１７は発熱抵抗体８により暖められた空気が流れてくるため加熱される。したがってこれら２つの抵抗体は温度により抵抗値が変化する。
【００４３】
したがって、上流抵抗体１６と下流抵抗体１７を図６の流量検出回路３１に示すように電気的に接続することにより、温度差すなわち空気流量に応じた電圧信号Ｑｍが得られる。
【００４４】
図８に示すように、回路基板１４（図１，図２）に搭載される演算器３１（信号処理装置３０）には、第１温度センサ１８からの基板温度（測定素子温度）Ｔ１，第２温度センサ１５からのケーシング内温度Ｔ２、流量検出回路３３から検出空気流量Ｑｍが入力される。
【００４５】
これらの入力信号（情報）は、演算器３１でアナログからデジタル信号に変換されて演算処理され、高精度に吸気温度Ｔａと、吸気通路壁面温度Ｔｗと、補正後の空気流量Ｑ´ｍが算出される。これらの算出された信号は、出力ポートを介して空気流量計外部の装置に出力される。なお、この演算の具体例については、後述する。
【００４６】
本実施例では、空気流量Ｑ´ｍに加え吸気温度（被検出空気温度）Ｔａと吸気通路壁面温度Ｔｗを出力する構成となっているが、必要に応じて空気流量信号のみ、もしくはいずれかのものを選択し出力する構成も可能である。
【００４７】
従来の熱式空気流量計では、自動車等の内燃機関に適用した場合において、▲１▼被検出空気温度の温度変化が原因となる流量検出誤差や、▲２▼内燃機関の熱が吸気通路に伝わることによって起きる空気流量計の温度上昇、すなわち図１、図２における吸気通路壁面６の温度と被検出空気２の温度が異なる状態になったときに生じる流量検出誤差がある。▲３▼また空気流量計自身の温度上昇すなわち駆動・検出回路等の発熱にも影響される。本発明ではこのような温度変化の影響を受けず高精度な空気流量検出を行うことが目的であり、以下詳細を説明する。
【００４８】
図９及び図１０に、従来の熱式空気流量計（２点温度センサを有さないタイプの流量計）において、被検出空気２の温度や吸気管壁面温度が変化したときに発生する検出流量誤差の一例を示す。
【００４９】
図９及び図１０において、特性Ｉは適正な検出流量信号Ｑｍ−吸気管流量Ｑｓ特性（標準特性）を示すものである。標準特性Ｉは、例えば、壁面温度Ｔｗが２０℃、吸気温度が２０℃の時のＱｍ−Ｑｓ特性である。
【００５０】
自動車運転環境が著しく変化することにより、壁面温度Ｔｗや吸気温度Ｔａが常温から急激に変化する場合には、もはや温度補償抵抗体１１ａでは充分に対応できず、流量検出誤差が生じる。
【００５１】
例えば、図９の特性ＩＩは、吸気温度及び壁面温度のいずれもが＋２０℃から＋８０℃に上昇した場合の実験データであり、この場合には、従来の空気流量計が検出する流量は、全流量域でプラス誤差＋ΔＱａが発生する傾向にある。逆に、壁面温度及び吸気温度のいずれもが、＋２０℃から−２０℃に低下すると（図示省略）、マイナス誤差が発生する傾向がある。
【００５２】
図１０の特性ＩＩＩは、内燃機関の熱などにより吸気通路壁面６の温度が＋２０℃から＋８０℃に上昇し、一方、吸気２の温度については＋２０℃である場合のＱｍ−Ｑｓ特性である。このように、吸気温度が常温であっても、吸気温度と吸気通路壁面温度に６０℃温度差が生じたときには、空気流量計が検出する流量は、全流領域でマイナス誤差−ΔＱｗが発生する傾向がある。このときの、空気流量計の温度分布状態を図１１に示す。
【００５３】
図１１において、熱式空気流量計の支持部７（吸気通路壁面位置）の温度Ｔｗが＋８０℃で、吸気温度（被検出空気２の温度）Ｔａが＋２０℃である場合、支持部７と測定素子１との間の温度分布は図１１に示すような勾配となる。単純に支持部７の温度Ｔｗと吸気温度Ｔａのみを考えれば、温度は、支持部７から測定素子１の方向に向けて徐々に温度が下がってくる。
【００５４】
しかし、本実施例のようにケーシング５内部に空気流量計の駆動・検出回路等を設置している場合には、回路発熱によりケーシング５内部の温度が上昇する。また、測定素子１には発熱抵抗体８を設置しているため、測定素子１上に局所的な温度上昇Ｔｈがある。このような状態になると、空気流量計の各部において誤差要因が発生することで、空気流量計の検出流量に誤差が発生するとともに、測定素子１にも熱が伝導し測定素子１上に設置した空気温度センサ１８の検出温度にも影響を与える。
【００５５】
このような影響を改善することが本発明の目的である。これは被検出空気２の流量情報Ｑｍと測定素子の温度Ｔ２とケーシング５内の温度Ｔ１との３つの情報を用いることによって可能である。
【００５６】
すなわち図１、図２、図１１における測定素子１からの流量信号Ｑｍ、測定素子１上に設置した第１温度センサ１８からの温度情報Ｔ１、ケーシング内の第２温度センサ１５からの温度情報Ｔ２である。
【００５７】
これらの３つの情報を用いることによって、次に述べる熱式空気流量計の温度分布モデルを用いて、高精度な空気流量情報Ｑ´ｍ、吸気温度Ｔａ、吸気通路壁面温度Ｔｗを演算により推定可能である。
【００５８】
まず、吸気温度、吸気通路壁面温度の演算方法について説明する。
【００５９】
図１２に、吸気温度Ｔａと吸気通路壁面温度Ｔｗの演算方法における簡易な温度分布モデルを示す。
【００６０】
図１２において、空気流量計のケーシング５の長手方向（吸気通路の径方向）方向をＬ、この長手方向Ｌ上の温度をＴ、ケーシング５が支持される吸気通路壁面の温度をＴｗ、吸気温度をＴａ、吸気流量をＱｓとすると、Ｌ方向の温度分布状態は、下式のように指数関数で近似することができる。
〔数１〕
Ｔ＝（Ｔｗ−Ｔａ）ｅｘｐ（ｋ・Ｑｓ・Ｌ）＋Ｔａ
また、吸気通路壁面６を基準にして、測定素子１上に設置した第１温度センサ１８の位置をＬ１、ケーシング５内に設置した第２温度センサ１５の位置をＬ２、とすると、それぞれの検出温度Ｔ１，Ｔ２は、各温度センサ自身から得られる。また上式におけるＱｓは測定素子１から検出した流量Ｑｍとし、被検出空気の温度Ｔａと吸気通路壁面の温度Ｔｗの推定に関しては、Ｑｍ＝Ｑｓと仮定した。
【００６１】
ここで定数ｋは、仮想的な温度分布モデルを、実験値から得られた現実的な温度分布に合わせるための調整パラメータである。これらＬ１、Ｌ２、Ｔ１、Ｔ２の値を上式に代入することによって下式のような連立方程式が成り立つ。
〔数２〕
Ｔ１＝（Ｔｗ−Ｔａ）ｅｘｐ（ｋ・Ｑｍ・Ｌ１）＋Ｔａ
Ｔ２＝（Ｔｗ−Ｔａ）ｅｘｐ（ｋ・Ｑｍ・Ｌ２）＋Ｔａ
ここで、Ｔ１は第１温度センサ１８からの温度情報、Ｔ２は第２温度センサ１５からの温度情報、Ｑｍは測定素子１からの検出流量である。ｋは定数、Ｌ１、Ｌ２は実装構造によって決まる定数であるため、未知数はＴｗ、Ｔａとなり、この連立方程式をＴｗ、Ｔａについて解くことにより、吸気通路壁面６の温度Ｔｗと被検出空気２の温度Ｔａが求められる。
【００６２】
このような演算は図８に示す演算器３１（信号処理装置３０）によってケーシング５内で行う。
【００６３】
被検出空気２の温度Ｔａと、空気流量計の支持部７の温度すなわち吸気通路壁面温度Ｔｗが得られれば、測定素子１及び流量検出回路（図７）から得られた検出空気流量Ｑｍを補正することが可能になる。
【００６４】
すなわち図１０および図１４に示すように、吸気通路壁面６の温度が上昇すれば、これによって生じる流量誤差に相当する補正流量＋ΔＱｗ  を与え、図９および図１３に示すように、吸気温度が変化すれば同様に吸気温度変化に関する補正流量−ΔＱａを演算器３１の内部で与えることによって高精度な空気流量情報Ｑ’ｍが検出可能である。
【００６５】
本実施例では、演算器３１は、内部にメモリ３２を持ち、被検出空気温度Ｔａ、吸気通路壁面温度Ｔｗ及び検出空気流量Ｑｍに対応した補正流量値を求めるようなマップや関数が補正データとして記憶されている。
【００６６】
例えば、メモリ３２は、被検出空気温度Ｔａに対応する流量補正データα１と、吸気通路壁面温度Ｔｗに対応する流量補正データα２のマップを有している場合には、次式により補正流量Ｑ´ｍが得られる。
〔数３〕
Ｑ´ｍ＝Ｑｍ×α１（Ｔａ）×α２（Ｔｗ）
これらの入力と補正データにより、補正流量演算を行うことにより、高精度な空気流量検出を行うことが可能である。
【００６７】
さらに、本実施例によれば、空気流量計の２点温度は、流量計の壁面〜吸気通路に至る熱伝達経路における独立した基板上で検出できるので、互いの温度データの信頼性を高めることができる。また、２点温度と空気流量検出信号に基づく補正流量演算や空気温度，壁面温度などの演算は、すべて空気流量計のケーシング内で処理するので、流量計の外部と接続する端子については、温度センサのデータ端子を設けなくとも済み、出力端子やワイヤハーネスの簡略化を図ることができる。さらに、温度センサについては、ケーシング及び流量測定素子の各基板に設置するので、空気流量計のボディそのものに温度センサのための加工をほとんど必要とせず、ボディ構造の簡略化を図ることができる。
【００６８】
なお、上記実施例では、第２温度センサ１５については、回路基板１４に設けたが、ケーシング５内に回路基板１４と切り離して装着することも可能である。
【００６９】
また、流量測定素子１は、フィルムタイプの感温抵抗体（発熱抵抗体、温度補償抵抗体）を絶縁基板に設けたタイプのものでもよい。
【００７０】
さらに、流量測定素子１として、発熱抵抗体８の空気流量に対する加熱電流の変化を上流抵抗体と下流抵抗体の温度差（抵抗値差）で間接的に検出しているが、それに限定するものではない。発熱抵抗体８の電流値を直接検出することで空気流量の変化を検出するタイプのものにも適用可能である。図１５及び図１６に直接加熱電流検出タイプの流量測定素子の一例を示す。なお、図１５及び図１６の符号において、先の実施例に用いた符号と同一符号は同一或いは共通する要素を示すものである。図１５、図１６では、上流抵抗体、下流抵抗体を使用せず、図１７に示すように発熱抵抗体８、温度補償抵抗体１１ａ、固定抵抗１９、２０のブリッジ回路における発熱抵抗体８・抵抗１９間の電圧から吸気流量信号Ｑａを得ている。
【００７１】
上記実施例における信号処理装置３０については、駆動回路と切り離して空気流量計外部に設けることも可能である。
【００７２】
また、上記実施例では測定素子１上の温度Ｔａを検出する第１温度センサとして専用の素子１８を使用したが、温度補償抵抗体１１ａの精度が第１温度センサとしての要求精度に応えられる場合には、専用の第１温度センサ１８に代わって温度補償抵抗体１１ａに第１温度センサの機能を兼用させることも可能である。
【００７３】
この場合の駆動回路例を図１８に示す。この回路例は、基本的には、図６と同様のものであり、異なる点は、温度補償抵抗体１１ａの両端電圧の変化から温度補償抵抗体の抵抗値の変化をとらえ、この信号値を空気温度（流量測定素子上の温度）Ｔａとして取り出すようにしたものである。この信号Ｔａは、信号処理装置３０に入力される。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、内燃機関のように厳しい温度環境に設置される空気流量計において、吸入空気の温度変化や空気流量計が設置される吸気通路壁面の温度上昇による流量検出誤差を補正し、検出精度を向上することができる。しかも、空気流量計のボディについて温度センサやその端子の埋設を不要として簡略化された構造によって、上記検出精度の向上を図り得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る熱式空気流量計を空気通路と直角に断面した図。
【図２】図１におけるＢ−Ｂ’断面の図。
【図３】図２と同様の断面で空気流量計のケーシング外観を示した図。
【図４】上記実施例に用いる流量測定素子を示す平面図。
【図５】図４におけるＣ−Ｃ’断面の図。
【図６】上記実施例に用いる熱式空気流量計の駆動回路。
【図７】上記実施例に用いる熱式空気流量計の流量検出回路。
【図８】上記実施例に用いる信号処理装置のブロック図。
【図９】上記実施例にて、吸気温度変化時の流量補正を示す図。
【図１０】上記実施例にて、吸気通路壁面温度変化時の流量補正を示す図。
【図１１】上記実施例の熱式空気流量計の温度分布を示す図。
【図１２】上記実施例の熱式空気流慮計の温度分布モデルを示す図。
【図１３】上記実施例の吸気温度変化時の流量補正値を示す図。
【図１４】上記実施例の吸気通路壁面温度変化時の流量補正値を示す図。
【図１５】上記実施例に用いる測定素子の他の例を示す平面図。
【図１６】図１５のＡ−Ａ´断面図。
【図１７】図１５の流量測定素子を組み込んだ空気流量計の駆動回路を示す図。
【図１８】上記実施例に用いる他の駆動回路例を示す図。
【符号の説明】
１…測定素子、２…被検出空気、３…吸気通路、４…副通路、５…ケーシング、６…吸気通路壁面、７…支持部、８…発熱抵抗体、１０ｃ…シリコン基板（第１基板）、１１ａ…温度補償抵抗体、１４…回路基板、１５…第２温度センサ、１８…第１温度センサ。
【図１】
2005009965.tif 000003
【図２】
2005009965.tif 000004
【図３】
2005009965.tif 000005
【図４】
2005009965.tif 000006
【図５】
2005009965.tif 000007
【図６】
2005009965.tif 000008
【図７】
2005009965.tif 000009
【図８】
2005009965.tif 000010
【図９】
2005009965.tif 000011
【図１０】
2005009965.tif 000012
【図１１】
2005009965.tif 000013
【図１２】
2005009965.tif 000014
【図１３】
2005009965.tif 000015
【図１４】
2005009965.tif 000016
【図１５】
2005009965.tif 000017
【図１６】
2005009965.tif 000018
【図１７】
2005009965.tif 000019
【図１８】
2005009965.tif 000020