JP2003004499A - 熱式流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】発熱抵抗体２１１ａの空気流上流側に温度
検出抵抗体２１１ｄ、２１１ｅが配置され、下流側２１
１ｆ、２１１ｇが配置される。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
ると、抵抗体全体の温度分布を台形型の温度分布となる
ように変化させることができる。このような温度分布、
つまり、発熱抵抗体２１１aと共に温度検出抵抗体２１
１ｄ、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２１１
a 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。

Description

【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１
０１（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、２１１
e、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２
１１ａ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２１
１ｄ、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２１１
ｄ、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、２１１
e、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Ｖ
ｃｃ（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４
０、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２１１
ｄ、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２１
１aの両側に温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１e、２１１
ｆ、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、２
１１ｆ、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ｄＴ
ｈを１５０℃とすると、立ち上がり時のみ加熱温度差ｄ
Ｔｈ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３
１を用いることで、周囲温度が高いときは加熱温度差ｄ
Ｔｈ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、２１１
e、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、２１
１ｆ、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２１１
ｄ、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Ｖｒｅ
ｆ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２
１１ｄ、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Ｔ
ｈを変更し加熱温度差ｄＴｈ２とした場合、加熱温度Ｔ
ｈのみの変更では、温度検出抵抗体２１１ｄ、２１１
e、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、２１１
e、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、２１
１e、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、２１
１e、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、２
１１ｇの温度である。

【００５７】図6に示すように、変更後の加熱温度Ｔ
ｈ’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、Ｃ
ＰＵ２２２a、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２２１
ａ、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２２１
ａ、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、２
１１e、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、２１１
e、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７
５、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、２１１
e、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、２１１
e、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、２１
１ｆ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２２
４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２２
５ａ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Ｖ
ｒｅｆ２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２２
０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８
４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２
１１e、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’、T
ｍ’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２
１１ｄ、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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｆ 1/68 Ｇ０１Ｆ 1/68 ２０３ 1/692 １０４Ａ 1/699 １０４Ｂ Ｆ０２Ｄ 35/00 ３６６Ｅ (72)発明者 山田 雅通 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 中田 圭一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 渡辺 泉 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 Ｆターム(参考） 2F030 CA10 CC11 2F035 AA02 EA05 EA08 EA10 3G084 BA04 DA00 DA22 EA04 EA11 FA08 3G301 JA00 JA16 JA20 PA04Z

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。
9. 【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。
10. 【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。
11. 【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。
12. 【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。
13. 【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。