(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定流体中に配置された発熱抵抗体と、測定流体の流れ方向に関して上記発熱抵抗体の上流側及び下流側に配置された温度検出抵抗体とを有する熱式流量計において、
上記発熱抵抗体の発熱温度と、上記温度検出抵抗体の発熱温度とを少なくとも２つ以上の複数の値になるように制御する駆動回路を備えることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項２】
測定流体中に配置された発熱抵抗体と、測定流体の流れ方向に関して上記発熱抵抗体の上流側及び下流側に配置された温度検出抵抗体とを有し、温度検出抵抗体に定電圧を印加して得られる信号から測定流体の流量を測定する熱式流量計において、
上記発熱抵抗体の発熱温度と、上記温度検出抵抗体への印加電圧とを一定時間変化させて、上記温度検出抵抗体の自己発熱による温度上昇を制御する駆動回路を備えることを特徴とする熱式流量計。
【請求項３】
請求項１又は２記載の熱式流量計において、上記発熱抵抗体の加熱温度を制御する手段と、上記温度検出抵抗体の発熱温度を複数の温度のいずれかに設定するために複数の電源のうちのいずれかの電源と上記温度検出抵抗体とを選択して接続するスイッチとを有し、上記温度検出抵抗体の発熱温度を変化させる手段を備えることを特徴とする熱式流量計。
【請求項４】
請求項１又は２記載の熱式流量計において、上記発熱抵抗体の加熱温度を制御する手段と、上記温度検出抵抗体の温度を上昇させるための補助ヒータとを有し、上記温度検出抵抗体の発熱温度を変化させる手段を備えることを特徴とする熱式流量計。
【請求項５】
請求項１から４のうちのいずれか一項記載の熱式流量計において、電源電圧が上記熱式流量計に印加されてから経過した一定時間を検出し、検出されている時間、上記発熱抵抗体及び上温度検出抵抗体の発熱温度を制御することを特徴とする熱式流量計。
【請求項６】
請求項１から４のうちのいずれか一項記載の熱式流量計において、エンジンコントロールユニットからの指令信号を受信し、この指令信号又はタイマーを用いて検出した上記エンジン始動時または停止時を含む一定時間、上記発熱抵抗体及び温度検出抵抗体の発熱温度を制御することを特徴とする熱式流量計。
【請求項７】
請求項３から６のうちのいずれか一項記載の熱式流量計において、上記発熱抵抗体の温度制御は、加熱温度制御、周囲温度との加熱温度差制御のいずれかであることを特徴とする熱式流量計。
【請求項８】
請求項３から６のうちのいずれか一項記載の熱式流量計において、上記温度検出抵抗体の発熱温度を複数の温度のいずれかに設定するために複数の電源のうちのいずれかの電源と上記温度検出抵抗体とを選択して接続する複数のスイッチを備えることを特徴とする熱式流量計。
【請求項９】
請求項１から８のうちのいずれか一項記載の熱式流量計において、上記発熱抵抗体及び温度検出抵抗体を、シリコン基板上に一体に形成することを特徴とする熱式流量計。
【請求項１０】
請求項１から８のうちのいずれか一項記載の熱式流量計において、上記発熱抵抗体及び温度検出抵抗体は、シリコン基板上に形成されたポリシリコン抵抗体であることを特徴とする熱式流量計。
【請求項１１】
請求項１から８のうちのいずれか一項記載の熱式流量計において、上記熱式流量計は、エンジンコントロールユニットに一体形成されていることを特徴とする熱式流量計。
【請求項１２】
請求項１から１１のうちのいずれか一項記載の熱式流量計において、上記熱式流量計は、内燃機関の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１３】
請求項１から１１のうちのいずれか一項記載の熱式流量計において、上記熱式流量計は、水素ガスを含むガス流量計であることを特徴とする熱式流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体流量の測定装置に係り、特に内燃機関の吸入空気量検出に好適な流量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から自動車などの内燃機関の電子制御燃料噴射装置に設けられ、吸入空気量を測定する空気流量装置として、熱式の空気流量計が質量空気量を直接検知できることから多数使われている。
【０００３】
この熱式空気流量計においては、発熱抵抗体は、白金線をボビンに巻きつけてガラスでコーティングしたり、薄膜抵抗体をセラミック基板上やシリコン基板上に形成する等により構成されている。
【０００４】
また、熱式空気流量計における流量の検出方法としては、発熱抵抗体を一定温度に加熱し、空気の流れが生じた際に流れる電流を直接検出する方式と、発熱抵抗体の両側（空気流の上流側と下流側）に温度検出抵抗体を配置し、温度検出抵抗体の温度差により検出する方式等が挙げられる。
【０００５】
特に、自動車において、４気筒以下のエンジンの低回転数、重負荷時のように、吸入空気量の脈動振幅が大きく、一部逆流を伴う空気脈動流の場合、従来の空気流量装置では精度が低下するため、流れの方向に応じた出力が要求される。
【０００６】
発熱抵抗体の両側に温度検出抵抗体を配置し、温度検出抵抗体の温度差により空気流量を検出する方式は、流れの方向に応じた出力が得られるため、逆流等の出力の検出に適している。
【０００７】
ここで、吸気管内に入り込んだダストや、エンジンからの吹き返しによる微細な不純物を含むようなオイル等が発熱抵抗体に付着することがないように、発熱抵抗体は高温度で加熱されている。
【０００８】
また、通常の動作温度では排除することができないような物質を除去するために、発熱抵抗体を高温度で加熱する方法が、特開昭６１−１９８０２３号公報、特開平９−２１８０６６号公報に記載されている。
【０００９】
また、応答の遅い熱容量の大きな発熱抵抗体を用いた場合には、立ち上がりに応答を改善するために発熱抵抗体を急加熱する等の方法が、例えば特開平５−２２８５１号公報等に記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術において、発熱抵抗体に付いた汚れをとばす方法については検討されているが、温度検出抵抗体を用いて流量を検出する際の、温度検出抵抗体に付着するような汚れの除去に関してはあまり考慮されていなかった。
【００１１】
温度検出抵抗体に汚れが付着すると、応答性が低下し、流体の流量検出精度が低下するため、検出精度を向上するためには、温度検出抵抗体の汚れを除去することを考慮する必要がある。
【００１２】
そこで、また、応答性を改善するために、発熱抵抗体の温度を高温度加熱し、近辺に配置された温度検出抵抗体に付着した汚れを除去することが考えられるが、温度検出抵抗体に付着した汚れを除去することができる程度に、発熱抵抗体を高温度とすると、高温度による発熱抵抗体の断線や抵抗体の劣化等が生じてしまう。
【００１３】
このため、発熱抵抗体を、温度検出抵抗体に付着した汚れを除去することができる程度に高温度とすることはできなかった。
本発明の目的は、発熱抵抗体に断線等を生じることなく、温度検出抵抗体の汚れや除去することが可能な熱式流量計を実現することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）測定流体中に配置された発熱抵抗体と、測定流体の流れ方向に関して上記発熱抵抗体の上流側及び下流側に配置された温度検出抵抗体とを有する熱式流量計において、上記発熱抵抗体の発熱温度と、上記温度検出抵抗体の発熱温度とを少なくとも２つ以上の複数の値になるように制御する駆動回路を備える。
【００１５】
（２）測定流体中に配置された発熱抵抗体と、測定流体の流れ方向に関して上記発熱抵抗体の上流側及び下流側に配置された温度検出抵抗体とを有し、温度検出抵抗体に定電圧を印加して得られる信号から測定流体の流量を測定する熱式流量計において、上記発熱抵抗体の発熱温度と、上記温度検出抵抗体への印加電圧とを一定時間変化させて、上記温度検出抵抗体の自己発熱による温度上昇を制御する駆動回路を備える。
【００１６】
（３）好ましくは、上記（１）、２）において、上記発熱抵抗体の加熱温度を制御する手段と、上記温度検出抵抗体の発熱温度を複数の温度のいずれかに設定するために複数の電源のうちのいずれかの電源と上記温度検出抵抗体とを選択して接続するスイッチとを有し、上記温度検出抵抗体の発熱温度を変化させる手段を備える。
【００１７】
（４）また、好ましくは、上記（１）、（２）において、上記発熱抵抗体の加熱温度を制御する手段と、上記温度検出抵抗体の温度を上昇させるための補助ヒータとを有し、上記温度検出抵抗体の発熱温度を変化させる手段を備える。
【００１８】
（５）また、好ましくは、上記（１）から（４）において、電源電圧が上記熱式流量計に印加されてから経過した一定時間を検出し、検出されている時間、上記発熱抵抗体及び上温度検出抵抗体の発熱温度を制御する。
【００１９】
（６）また、好ましくは、上記（１）から（４）において、エンジンコントロールユニットからの指令信号を受信し、この指令信号又はタイマーを用いて検出した上記エンジン始動時または停止時を含む一定時間、上記発熱抵抗体及び温度検出抵抗体の発熱温度を制御する。
【００２０】
（７）また、好ましくは、上記（３）から（６）において、上記発熱抵抗体の温度制御は、加熱温度制御、周囲温度との加熱温度差制御のいずれかである。
【００２１】
（８）また、好ましくは、上記（３）から（６）において、上記温度検出抵抗体の発熱温度を複数の温度のいずれかに設定するために複数の電源のうちのいずれかの電源と上記温度検出抵抗体とを選択して接続する複数のスイッチを備える。
【００２２】
（９）また、好ましくは、上記（１）から（８）において、上記発熱抵抗体及び温度検出抵抗体を、シリコン基板上に一体に形成する。
【００２３】
（１０）また、好ましくは、上記（１）から（８）において、上記発熱抵抗体及び温度検出抵抗体は、シリコン基板上に形成されたポリシリコン抵抗体である。
【００２４】
（１１）また、好ましくは、上記（１）から（８）において、上記熱式流量計は、エンジンコントロールユニットに一体形成されている。
【００２５】
（１２）また、好ましくは、上記（１）から（１１）において、上記熱式流量計は、内燃機関の流体の流量を測定する。
【００２６】
（１３）また、好ましくは、上記（１）から（１１）において、上記熱式流量計は、水素ガスを含むガス流量計である。
発熱抵抗体の加熱温度と、温度検出抵抗体の自己発熱温度とを組み合わせて、抵抗体の加熱温度の最大値を上げずに平均温度を一定時間向上させることが可能となる。
【００２７】
これにより、発熱抵抗体に断線等を生じることなく、温度検出抵抗体の汚れや除去することが可能な熱式流量計を実現することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態である熱式流量計の回路図であり、測定流体が空気の場合の空気流量計に適用した場合の例である。
【００２９】
図１において、熱線駆動回路１は、電源１０１（VB）に接続され空気流量に応じて動作する。この熱線駆動回路１は、発熱抵抗体２１１ａ、温度補償抵抗２１１ｃ、抵抗１３、１７、可変抵抗１４からなるホイーストンブリッジ回路、差動増幅器１５、トランジスタ１６を備えている。そして、このブリッジ回路の中点の電位差がゼロになるように差動増幅器１５、トランジスタ１６によって発熱抵抗体２１１ａに流れる電流が調整するように構成されている。
【００３０】
発熱抵抗体２１１ａの加熱温度が低いと、差動増幅器１５の出力が大きくなり、更に加熱するように動作する。この動作により、空気流速によらず発熱抵抗体２１１ａの抵抗値は一定に、すなわち温度が一定値になるように、発熱抵抗体２１１ａに流れる電流が制御される。
【００３１】
このように、熱線駆動回路１は、周囲温度Ｔａに対して、発熱抵抗体２１１ａの温度Ｔｈを一定温度差ｄＴｈ（＝Ｔｈ−Ｔａ）で動作させるために用いられている。
【００３２】
一方、発熱抵抗体２１１ａの両側（空気流の上流側と下流側）に温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇを配置し、空気流量に応じて発熱抵抗体２１１ａの両側に生じる温度分布の差を、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇで構成されるブリッジ回路に一定電圧を印加して、電位差として検出している。
【００３３】
発熱抵抗体２１１ａは一定温度差ｄＴｈで駆動されているため、周囲温度Ｔａによらず空気流量と流れの方向とに応じた出力信号を温度差信号ｄＶとして得ることができる。
【００３４】
ここで、発熱抵抗体２１１ａは、例えば、板型のガラスやセラミック、半導体基板上に、発熱体として白金やタングステンの薄膜や厚膜が形成されたものである。この第１の実施形態では、特に、発熱抵抗体２１１ａはシリコンなどの半導体基板上に、発熱体として白金やタングステンの薄膜や厚膜、ポリシリコン抵抗体や、単結晶シリコンの抵抗体が形成された場合の例として説明する。
【００３５】
発熱抵抗体２１１ａ、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇは自動車等の内燃機関の吸気通路内に設けられ、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇよりなるブリッジ回路のブリッジ中点の電位差として、吸気通路に流れる空気流量に対応した温度差信号ｄＶが得られる。この温度差信号ｄVを温度差増幅回路５０により抵抗体の温度差を増幅して出力するのが温度差を検出するタイプの熱式空気流量計の構成である。
【００３６】
温度差増幅回路５０は、差動増幅器５１と、抵抗５２，５３、５４、５５を備えている。
【００３７】
ここで、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇは定電圧回路６０によって生成される通常バッテリ電圧（１２Ｖ）よりも低い定電圧Ｖｃｃ（例えば５Ｖの定電圧）により駆動されるものである。この抵抗体の温度差を検出する方式は、差動増幅器５１で検出するため低流量側の感度が良く、順流と逆流との双方向の流れの検出に適している。
【００３８】
ここで、本発明の第１の実施形態においては、電源１０１の電圧ＶＢの立ち上がりを検出して、一定時間リセット信号を発生させる電源リセット回路４０、熱線駆動回路１の加熱温度を変更するためのトランジスタ３３と温度補償抵抗３１、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの自己発熱温度を変えるため電源電圧ＶＢに抵抗３８、サージ保護用ツェナーダイオード３７が接続されたトランジスタ３４、定電圧回路６０への逆電圧を保護するためのダイオード３６を別途設けた構成となっている。
【００３９】
なお、電源リセット回路４０は、差動増幅器４１、ダイオード４８、コンデンサ４７、抵抗４２〜４６を備えている。
【００４０】
この第１の実施形態で用いられる発熱抵抗体２１１ａをシリコン半導体基板２１１上に薄膜で構成された場合のパターンの一例を図２に示す。
図２において、発熱抵抗体２１１aは縦長で抵抗が折り返したパターン（図２上では逆Ｕ字形状）で、この発熱抵抗体２１１aの両側に温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇが配置される構成となっている。
【００４１】
この、発熱抵抗体２１１aと、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇは、例えばシリコン基板２１１の裏面からエッチングされ、熱容量が小さなダイヤフラム構造部に抵抗体が配置されたものである。
また、温度補償抵抗２１１ｃは、発熱抵抗体２１１aの加熱による温度影響が受けにくい場所に配置されている。
【００４２】
図３は、図２のＡ−Ｂ線に沿った断面図である。この図３に示すように、抵抗体パターン基板は、抵抗パターンのある場所が最も厚みがある構造となっている。
次に、熱線駆動回路１の動作原理を具体的に図４を用いて説明する。
図１、図４において、例えば自動車のキースイッチがオンされると同時にバッテリ電圧ＶＢが立ち上がり熱線駆動回路１に印加され、電源リセット回路４０によりリセット信号Ｖｒｓｔが一定時間発生される。このリセット信号Ｖｒｓｔに応じて、発熱抵抗体２１１aと、温度検出用の抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの動作温度状態を一時的に変更するものである。
【００４３】
例えば、通常動作における加熱温度差ｄＴｈを１５０℃とすると、立ち上がり時のみ加熱温度差ｄＴｈを２００℃とするためには、熱線駆動回路１のブリッジ中点電圧Ｖｘ3のレベルを変えることで実現できる。ここでは、本来の電圧Ｖｘ3をリセット期間のみ低下することで加熱温度を変更できる。
【００４４】
具体的には、リセット信号Ｖｒｓｔにより抵抗３２を介してトランジスタ３３をオンとし、可変抵抗１４と並列に接続された温度補償抵抗３１の電位をグランドレベルとする。
その結果、トランジスタ３３のオン電圧が十分小さいとすると、ブリッジ中点電圧Ｖｘ３は、抵抗１４と温度補償抵抗３１との合成抵抗により動作レベルが決められる。
【００４５】
特に、正の温度係数をもつ温度補償抵抗３１を用いることで、周囲温度が高いときは加熱温度差ｄＴｈのレベルを小さく、周囲温度が低いときは大きくして、周囲温度に対して依存性を持たせることができる。これは、周囲温度が高いときは比較的加熱温度Ｔｈが高いため、加熱温度をあまり大きく変える必要がないからである。もし、必要以上に高温度に加熱すれば、発熱抵抗体２１１aに劣化を生じたり、長期的な信頼性を低下する可能性があるからである。
【００４６】
一方、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇはリセット信号Ｖｒｓｔにより抵抗３５を介してトランジスタ３４をオンとし、バッテリ１０１に近い電圧（例えば１０Ｖ程度）がブリッジ回路の上部点にＶｃｃ２として印加され、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇに流す電流値を大きくすることができる。
【００４７】
温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの抵抗値にもよるが、電流値を通常の倍程度にする事で、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの自己発熱を促進し、抵抗値全体の温度分布を大きく変えることで、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇ部のダスト等による汚れなどを除去しやすくすることができる。
【００４８】
ここで、リセット信号Ｖｒｓｔのリセット時間Ｔｏｎは、電源リセット回路４０の基準電圧Ｖｒｅｆのレベルと、コンデンサ４７等の容量値等を変更することでリセット時間等を変更することが可能である。
【００４９】
図５は、本発明の第1の実施形態である熱式流量計における発熱抵抗体２１１aと、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇとのダイヤフラム上の温度分布を模擬的に示す図である。
【００５０】
図5において、通常は、実線の様な発熱抵抗体２１１aの制御された加熱温度Ｔｈを中心に緩やかな温度分布で周囲温度Ｔａに対して低下し、加熱温度差ｄＴｈを保っている。
【００５１】
この様な通常の場合は、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの温度Ｔｍは、例えば加熱温度差ｄＴｈの半分程度となっている。これは、構造等により設定値を変更できるが、より温度差の感度がでやすい場所に配置するのが、流量感度を上げるためには一般的であるからである。
【００５２】
ここで、発熱抵抗体２１１aの加熱温度Ｔｈを変更し加熱温度差ｄＴｈ２とした場合、加熱温度Ｔｈのみの変更では、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの温度Ｔｍも先の緩やかな温度分布と同様に加熱温度差の増加分だけ増加するのみである。つまり、実線で示した温度分布形状のまま、全体的に一定の温度分上昇するのみである。
【００５３】
これに対して、発熱抵抗体２１１aの加熱温度を増加するのみならず、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの自己発熱温度を増加すれば、破線で示すように全体の温度分布を台形型の温度分布、つまり、発熱抵抗体２１１aと、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇとの温度差を実線で示した場合より小となるように変化させることができる。
【００５４】
これによって、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの配置された部分まで加熱温度を高くし（破線で示す状態）、その後、実線で示す状態に変化させて、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの温度を急激に減少させるというような動作が可能となる。
【００５５】
以上の温度分布とすることで、つまり、発熱抵抗体２１１aと共に温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇを加熱して、抵抗体全体の温度を上昇させることにより、発熱抵抗体２１１a のみ断線を発生させるような高温に加熱することなく、これら抵抗に付着するようなダスト等を効率よく除去することが可能となる。
【００５６】
図６は、周囲温度Ｔａに対する各動作温度の状態を示すグラフである。図6において、Thは発熱抵抗体２１１のみを加熱したときの発熱抵抗体２１１aの温度、Tmは、そのときの温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの温度、Th’は、発熱抵抗体２１１aをThより高い温度で加熱し、かつ、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇも発熱させたときの発熱抵抗体２１１aの温度、Tｍ’は、そのときの温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの温度である。
【００５７】
図6に示すように、変更後の加熱温度Ｔｈ’の温度上昇率は、周囲温度の上昇率より小さく、周囲温度Ｔａが上昇しても、あまり上昇することが無いことがわかる。
【００５８】
以上のように、本発明の第１の実施形態よれは、抵抗体の信頼性を劣化させることなく、発熱抵抗体及び温度検出抵抗体の汚れを効率よく除去することができ、流量検出精度を向上することができるという効果がある。
【００５９】
次に、本発明の第２の実施形態を図７を参照して説明する。この第２の実施形態は、第１の実施形態における電源リセット回路４０、定電圧回路６０、温度差増幅回路５０等を、ディジタル補正回路２２０を用いてより簡単に実現した例である。
【００６０】
この第２の実施形態においては、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇのブリッジ回路中点の電位Ｖｂ１、Ｖｂ２も、ディジタル補正回路２２０に入力される。
【００６１】
ディジタル補正回路２２０は、２つのアナログ・ディジタル変換器２２１ａ、２２１ｂを有し、流量に応じた電圧値をディジタル値に変換して読み取り、ディジタル量として演算により調整し、ディジタル・アナログ変換器２２４の出力電圧Voutとしてエンジンコントロールユニット等に信号を送る。
【００６２】
ここで、ディジタル補正回路２２０は、ＣＰＵ２２２a、ＲＡＭ２２２b、ＲＯＭ２２２cからなる演算回路２２２と、発振器２２６、ＰＲＯＭ２２３、シリアルコミュニケーションインターフェイス（ＳＣＩ）２２７、電源保護回路２２８、基準電圧２２９、スイッチ回路２２５a、温度検出部２４１、タイマー２４３，Ｉ／Ｏ２４２、等により構成される。
【００６３】
ここで、ＰＲＯＭ２２３は、個別センサの出力感度のばらつき等を調整値として一回以上記録することができるものであればよく、電気的な書き換え可能なＥＥＰＲＯＭやフラッシュＲＯＭ等にのみに限定されるものではない。
【００６４】
また、外部から供給される電圧Ｖｃｃを電源として内部の電源・保護回路２２８に入力し、外部電圧Ｖｃｃに依存した電源電圧Ｖｒｅｆ１としてスイッチ２２５ａを介し、アナログ・ディジタル変換器２２１ａ、２２１ｂ、ディジタル・アナログ変換器２２４の基準電圧として用いられる。
【００６５】
ここで、スイッチ２２５ａは、ディジタル補正回路２２０の内部の基準電圧回路２２９で発生した電圧Ｖｒｅｆ２と、外部電圧Ｖｃｃに依存した電源電圧Ｖｒｅｆ１とを切り替えるスイッチである。
【００６６】
また、アナログ・ディジタル変換器２２１ａ、２２１ｂは、ブリッジ回路の出力Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖ２等を直接入力しているため、高精度で動作する必要があるが、精度を確保し、かつ回路規模を小さくするには例えばΔΣ型のアナログ・ディジタル変換器を用いればよい。
【００６７】
本発明の第2の実施形態では、発熱抵抗体２１１ａの加熱温度Ｔｈ、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの自己発熱温度をディジタル補正回路２２０で直接変更している。
【００６８】
発熱抵抗体２１１ａの加熱温度Ｔｈは、ディジタル補正回路２２０のＩ／Ｏ２４２により抵抗７２を介し駆動されるＭＯＳトランジスタ７１と温度補償抵抗体３１とにより変更することができる。
【００６９】
また、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの自己発熱温度は、ブリッジ回路中点の電位Ｖｂ１、Ｖｂ２をＭＯＳトランジスタ７５、７６によりグランドに短絡することにより変更することができる。
【００７０】
ここで、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの抵抗値がいずれも同じで、印加される電源・保護回路２２８の出力電圧Ｖｒｅｆ１が例えば５Ｖとすると、ＭＯＳトランジスタ７５、７６がオフしている場合は温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇには、それぞれ、２．５Ｖと半分の電圧が印加される。ＭＯＳトランジスタ７５、７６がオンとなると、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１ｆのみに５Ｖが印加されることとなる。
【００７１】
その結果、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１ｆの自己発熱温度が上昇し、上述した第1の実施形態と同様に、汚れを除去し易くなる。この第２の実施形態では、ブリッジ回路の中点電位とグランドとの間にスイッチ７５、７６を設けたが、印加電圧Ｖｒｅｆ１との間にスイッチを設けて短絡するなどしても同様な効果がある。
【００７２】
両方に設け、時間で切り替えれば温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇ全体により効果よくすることも可能である。また、各ＭＯＳトランジスタ７１、７５、７６のオンオフ時間の制御は、ディジタル補正回路２２０のタイマー２４３を用いることで正確にかつ、自由な時間設定が可能となる。
【００７３】
ここで、ディジタル・アナログ変換器２２４は、スイッチ２２５ａにより基準電圧を変えることが出来るようになっている。これは、アナログ値でインターフェイスする場合の基準電圧を自由に選択するためであり、接続されるコントロールユニット側のアナログ・ディジタル変換器の基準電圧と、外部から供給される電圧Ｖｃｃとが同様もしくは、同期して変動する場合は電源電圧Ｖｒｅｆ１が基準電圧となるようにスイッチ２２５ａで選択する。
【００７４】
また、コントロールユニット側とは関連性が無い場合は、スイッチ２２５ａで独立した基準電圧Ｖｒｅｆ２を選択し、対応するコントロールユニットによって対応が容易でアナログインターフェイスのアンマッチングによる誤差の少ない構成としたものである。
【００７５】
また、シリアルコミュニケーションインターフェイス（ＳＣＩ）２２７を用いてエンジンコントロールユニットと通信等で制御信号を送受信することで、エンジン始動時以外にもエンジン停止時という一定時間、発熱抵抗体２１１ａの加熱温度Ｔｈ、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの自己発熱温度をスイッチ等によりこれまでと同様に制御することが可能となる。
【００７６】
その結果、発熱抵抗体２１１ａ、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇに付着したダストやエンジンからのオイルの汚れ等を除去する効果を、より高めることができる。
【００７７】
ディジタル補正回路２２０を、以上のような構成とすることで出力の特性調整と、レシオメトリックといった回路動作への対応が容易であり、抵抗体への汚れの除去等を含め信頼性を向上しつつ調整の容易な熱式空気流量計を実現することができる。
【００７８】
さらに、上述したディジタル補正回路２２０とエンジンコントロールユニットとの組み合わせで自由度の高い制御をすることが可能となる。
【００７９】
次に、本発明の第３の実施形態を図８を参照して説明する。
この第３の実施形態は、第２の実施形態と同様なディジタル補正回路２２０を用いているが、熱線駆動回路１と温度差検出のためのブリッジ回路の構成が、第２の実施形態と異なる構成となっている。
【００８０】
この第３の実施形態においては、熱線駆動回路１の加熱温度Ｔｈを周囲温度Ｔａによって変化しないように、この熱線駆動回路１に、補助ブリッジ回路として抵抗８３、８４を設け、ＭＯＳトランジスタ８１により、本来のブリッジ回路の設定値を一定時間変更するものである。ＭＯＳトランジスタ８１のソースは抵抗８４に接続され、ドレインは可変抵抗１４に接続される。また、ＭＯＳトランジスタ８１のゲートは抵抗８２を介してＩ／Ｏ２４２に接続される。
【００８１】
この第３の実施形態においては、温度補償抵抗体を設けないために、周囲温度Ｔａによって加熱温度Ｔｈが変わることはない。
【００８２】
また、温度差検出には、温度検出抵抗体２１１e、２１１ｇと抵抗８６、８７によりブリッジ回路を構成し、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１ｆは、抵抗８８と共に、自己加熱のためのダミー抵抗として動作する。特に、抵抗８８の両端をＭＯＳトランジスタ８９のソースとドレインとに接続することにより短絡し、これを補助ヒータとして用いることにより、自己発熱による発熱温度を変更することができる。
【００８３】
熱線駆動回路１と温度差検出のためのブリッジ回路の各ＭＯＳトランジスタ８１、８９は、ディジタル補正回路２２０のＩ／Ｏ２４２によりそれぞれ抵抗８２、８５を介し駆動される。また、温度を変化させるために用いるＭＯＳトランジスタの数を減らすことができ、原価低減を図ることができる。
【００８４】
図９は、この第３の実施形態における周囲温度Ｔａに対する、発熱抵抗体の温度と温度検出抵抗体の温度の状態を示すグラフであり、Th、Tm、Th’、Tｍ’は図６と同様に、温度設定変更前の発熱抵抗体及び温度検出抵抗体の温度、温度設定変更後の発熱抵抗体及び温度検出抵抗体の温度を示す。
【００８５】
図９に示すように、周囲温度Ｔａが上昇しても変更後の加熱温度Ｔｈ’はあまり上昇することが無いことがわかる。特に、周囲温度Ｔａが低いときでも発熱温度Ｔｈ’を高温度に維持することができる。
【００８６】
この第９の実施形態においては、特に低温度においても抵抗体への汚れの除去等を含め信頼性を向上しつつ、調整の容易な熱式空気流量計を比較的低コストで実現することができる。
【００８７】
上述した本発明の実施形態は、発熱抵抗体や温度検出抵抗体を用いた熱式空気流量計としての例であるが、駆動方式や加熱温度の変更等に関しては、エンジンコントロールユニット等を用いてもよい。
【００８８】
この場合、熱式空気流量計がエンジンコントロールユニットに一体形成され、ディジタル補正回路の機能がエンジンコントロール回路内に組み込まれることにより熱式空気流量計としての機能を果たすことができる。その結果、部品の共有により部品点数を大幅に削減でき低コスト化が図りやすいという効果がある。
【００８９】
他の実施形態としては、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１ｆ、２１１ｇの周囲に第２の発熱抵抗体を設け、始動時といった一定時期のみ動作させることで、温度検出抵抗体の自己発熱温度を上昇させるのと同様の効果を得ることもできる。
【００９０】
以上説明したような、発熱抵抗体や温度検出抵抗体といったエレメントの加熱温度動作をきめ細かに制御し最適化したことにより、信頼性が確保され長期的に精度の良い熱式空気流量計を得ることができ、自動車のエンジン制御における最適化が図られ、エンジンからの排ガスを低減できるという効果がある。
【００９１】
また、上述した実施形態は、本発明を熱式空気流量計に用いる場合の例であるが、本発明は、空気のみならず、その他の測定流体の流量を計測する装置にも適用可能である。
【００９２】
例えば、本発明を燃料電池等の水素ガスのガス流検知等に用いる流量計に適用することができる。本発明を、ガス流検知に用いた場合の特徴としては、上述した実施形態例と同様に感度の最適化が容易で流量範囲を広げることができるという点と、抵抗体に水素による腐食に強い抵抗体を用いることができるといった点が上げられる。
【００９３】
特に、抵抗体に例えばポリシリコン抵抗体を用い、加熱温度を下げる等の工夫をすることで、抵抗体に白金等を用いた場合の腐食を防止し、信頼性を含め良好な特性を得ることができるといった優れた効果がある。
【００９４】
なお、発熱抵抗体、温度検出抵抗体の加熱時間や加熱温度は、流量計の使用期間により変化させることもできる。この場合、発熱抵抗体、温度検出抵抗体の加熱時間や加熱温度を、流量計の使用期間によりどのように変化させるかは、実験等により、予め、適切な変更値を求めておき、データベース化して、そのデータに基づいて行うようにすることができる。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、発熱抵抗体に断線等を生じることなく、温度検出抵抗体の汚れや除去することが可能な熱式流量計を実現することができる。
【００９６】
また、発熱抵抗体や温度検出抵抗体の加熱温度、自己発熱温度等をきめ細かに、センサの起動時等に動作させることで、ダストといった汚れに強く、信頼性を確保しセンサの最適化を図ることが可能となるといった効果がある。
【００９７】
また、ディジタル調整手段によっては、特性補正が容易となり性能が向上するといった効果がある。
また、空気流量測定精度が向上し、自動車のエンジン制御に用いる際にはエンジンの排ガスを低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である熱式流量計の熱線駆動回路図である。
【図２】シリコン基板上に形成された抵抗体のパターン図である。
【図３】図２Ａ−Ｂ線に沿った断面であり、シリコン基板上に形成された抵抗体の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による動作原理の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による抵抗体の温度分布の説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による加熱温度特性補正の一例の説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態である熱式流量計の熱線駆動回路図である。
【図８】本発明の第３の実施形態である熱式流量計の熱線駆動回路図である。
【図９】本発明の第３の実施形態による加熱温度特性補正の一例の説明図である。
【符号の説明】
１                              熱線駆動回路
１３、１４、１７、３２、３５    抵抗
１５、４１、５１                差動増幅器
１６、３４                      トランジスタ
３１、２１１ｃ                  温度補償抵抗
３６、４８                      ダイオード
３７                            ツェナーダイオード
３８、４２、４３、４４、４６    抵抗
４０                            電源リセット回路
４７                            コンデンサ
５０                            温度差増幅回路
５２、５３、５４、５５、５６    抵抗
５７、７２、７３、７４、８２    抵抗
６０                            定電圧回路
７１、７５、７６、８１、８９    ＭＯＳトランジスタ
８３、８４、８５、８６          抵抗
８７、８８                      抵抗
１０１                          電源
２１１                          シリコン基板
２１１ａ                        発熱抵抗体
２１１ｄ、２１１ｅ、２１１ｆ    温度検出抵抗体
２１１ｇ                        温度検出抵抗体
２２０                          ディジタル補正回路
２２１ａ                        アナログ・ディジタル変換器
２２２                          演算回路
２２２ａ                        ＣＰＵ
２２２ｂ                        ＲＡＭ
２２２ｃ                        ＲＯＭ
２２３                          ＰＲＯＭ
２２４                          ディジタル・アナログ変換器
２２５ａ                        スイッチ
２２６                          発振器
２２７                          シリアルコミュニケーションインターフェイス
２２８                          電源・保護回路
２２９                          基準電圧
２４３                          タイマー
２４２                          Ｉ／Ｏ
【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】
0003806002.tif 000007
【図７】
0003806002.tif 000008
【図８】
0003806002.tif 000009
【図９】
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