WO2004113848A1

WO2004113848A1 - 熱式空気流量計

Info

Publication number: WO2004113848A1
Application number: PCT/JP2004/002906
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Nakano; Masamichi Yamada; Masahiro Matsumoto; Izumi Watanabe; Keiji Hanzawa
Original assignee: Hitachi, Ltd.; Hitachi Car Engineering Co., Ltd.
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2004-12-29
Also published as: US20070089503A1; EP1637847A1; CN1806159A; JP4177183B2; US7269999B2; JP2005009965A; CN100414263C; EP1637847A4

Abstract

流量測定精度に優れた熱式空気流量計を提供する。空気流量計の測定素子は、第1基板上に発熱抵抗体及び温度補償抵抗体を形成してなる。流量測定素子を支持するケーシングの内部に空気流量計の駆動回路及び信号処理装置を有する第2の基板が収容される。流量測定素子は、空気通路に配置される。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温度センサは、流量測定素子の第1基板に設けられ、第2温度センサは、ケーシング内部の第2基板に設けられる。信号処理装置は、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。

Description

明細書

熱式空気流量計技術分野

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。背景技術

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。

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。

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。

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 6 1 - 2 3 9 1 1 9号公報、特開平 1 0 - 1 9 7 3 0 9号公報に記載されたものがある。

特開昭 6 1 - 2 3 9 1 1 9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 fi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。

また、特開平 1 0— 1 9 7 3 0 9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捕正される。

上記従来技術において、特開昭 6 1 - 2 3 9 1 1 9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。

一方、特開平 1 0— 1 9 7 3 0 9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。

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。発明の開示

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。

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。

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、このケ一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。

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）。 '

それによつて、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。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。図面の簡単な説明

第 1図は、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、第 2図は、第 1図における B-B'断面の図、第 3図は、第 2 図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、第 4図は、上記実施例に用いる流量測定素子を示す平面図、第 5図は、第 4図における C - C'断面図、第 6図は、上記実施例に用る熱式空気流量計の駆動回路を示す図、第 7図は、上記実施例に用いる熱式空気流量計の流量検出回路を示す図、第 8図は、上記実施例に用いる信号処理装置のブロック図、第 9 図は、上記実施例において、吸気温度変化時の流量補正を示す図、第 1 0図は、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、第 1 1図は、上記実施例の熱式空気流量計の温度分布を示す図、第 1 2図は、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、第 1 3図は、上記実施例の吸気温度変化時の流量補正値を示す図、第 1 4図は、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、第 1 5図は、上記実施例に用いる測定素子の他の例を示す平面図、第 1 6図は、第 1 5図の A - A '断面図、第 1 7図は、第 1 5図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、第 1 8図は、上記実施例に用いる他の駆動回路例を示す図。発明を実施するための最良の形態

本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。

第 1図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、第 2図は第 1図における B— B'断面である。第 3図は第 2図と同様の断面で空気流量計のケ一シング外観を示した図である。第 4図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、第 5図は第 4図における C- 断面の図である。

第 1図〜第 3図において、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） 1 O 'c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） 1 4、回路基板 1 4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 7 0等により構成される。このうち、副通路 4、ケ一シング 5、支持部 7、コネクタ部 7 0は、合成樹脂により一体に成形される。

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。

ボディ 6は、その通路壁に流量計取付け穴 6 0を有し、この取付け穴 6 0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。

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。

ここで、測定素子 1の詳細について第 4図及び第 5図により説明する測定素子 1の基板（第 1基板） 1 0 c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 1 0 c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 1 6及び下流抵抗体 1 7と、温度補償抵抗体 1 1 aと、測定素子周辺換言すれば基板 1 0 c上の温度を検出するための第 1温度センサ 1 8とが形成されている。これらの要素は、すべて、基板 1 0 c上に電気絶縁膜 1 0 a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 1 8については、サーミス夕等の半導体素子でもよい。

シリコン基板 1 0 cにおいて、発熱抵抗体 8，上流抵抗体 1 6、下流抵抗体 1 7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 1 0 cの下面から電気絶縁膜 1 0 a' の境界面まで形成される。この空洞 9部位の電気絶縁膜 1 0 a上に発熱抵抗体 8 , 上流抵抗体 1 6，下流抵抗体 1 7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 1 0 cの最上層に電気絶縁膜 1 0 bが形成される。

温度補償抵抗体 1 1 a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 1 1 aと、第 1温度センサ 1 8とは、電気絶縁膜 1 0 a上で且つ基板 1 0 cの先端側（測定素子 1の反支持部側）に形成される。

測定素子 1 (第 1基板 1 0 c ) は、第 2図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 1 0 c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， 1 6 , 1 7， 1 l aおよび第 1湿度センサ 1 8の端子電極 1 3が配設され、この端子電極 1 3と測定素子 1の外部回路（ケーシング 5内の回路基板 1 4 ) の端子電極 5 0とがワイヤーボンディングにより電気的に接続される。第 1温度センサ 1.8はサ一ミス夕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。 ·

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。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、例えば第 6図に示すブリッジ要素抵抗体 1 9、 20、演算増幅器 2 1、トランジスタ 22よりなる回路）と信号処理装置 3 0とを有する。

信号処理装置 3 0は、空気流量検出回路の要素（第 7図の信号出力線 3 3) と空気流量などを補正演算する演算器 3 1 (第 8図）及び流量補正デ一夕を記憶するメモリ 32とを有する。

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 1 5が設けられている。第 2温度センサ 1 5は、例えばサーミス夕等の半導体素子よりなる。第 1温度センサ 1 8と第 2 温度センサ 1 5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。

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） 1 0 c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 1 5と 1 8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 T l， Τ 2は、すべて第 2基板 14の信号処理装置 3 0に Α/ D変換器を介して入力され（第 8図）、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。

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 7 1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 5 1が配設されている。コネクタ端子 7 1は、空気流量計の電源供給端子と上記した信号 T a， T w, Q ' mを出力する端子とよりなる。コネクタ端子 7 1は、外部のバッテリ 2 3 (第 6図、第 7図）とェ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、ェンジン制御ュ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 T aや壁面温度 T wは、その他の用途に使用することが可能である。

第 2温度センサ 1 5について、駆動回路等が設置される基板 1 4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 1 4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。

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。第 4図における発熱抵抗体 8と温度補償抵抗体 1 1 aは、第 6図に示すブリッジ回路の要素となる。温度補償抵抗体 1 l a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 1 1 a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。

このブリッジ回路は、発熱抵抗体 8、温度補償抵抗体 1 1 a、固定抵抗 1 9、 2 0よりなり、それを駆動する回路として、演算増幅器 2 1、トランジス夕 2 2を備え、及び駆動回路電力供給源となるバッテリ.2 3が電気的に接続されている。

発熱抵抗体 8及び温度補償抵抗体 1 1 a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 2 4と 2 5の電位差は、演算増幅器 2 1とトランジスタ 2 2を通してプリッジ回路にフィードバックされ、それによつて、常にプリッジの抵抗比が一定になる。

温度補償抵抗体 1 1 a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 1 1 a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、第 5図に示すように空洞 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、 1 1 a , 1 9、 2 0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 1 1 a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。

第 7図は、被検出空気 2の流量を検出する回路である。第 4図のように測定素子 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 1 6と下流抵抗体 1 7を配置することによって上流抵抗体 1 6は空気流 2により冷却され、下流抵抗体 1 7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。

したがって、上流抵抗体 1 6と下流抵抗体 1 7を第 6図の流量検出回路 3 1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 Q mが得られる。

第 8図に示すように、回路基板 1 4 (第 1図，第 2図）に搭載される演算器 3 1 (信号処理装置 3 0 ) には、第 1温度センサ 1 8からの基板温度（測定素子温度） T l，第 2温度センサ 1 5からのケーシング内温度 Τ 2、流量検出回路 3 3から検出空気流量 Qmが入力される。

これらの入力信号（情報）は、演算器 3 1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 T aと、吸気通路壁面温度 T w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。

本実施例では、空気流量 Q に加え吸気温度（被検出空気温度） T aと吸気通路壁面温度 T w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】 _y

である。

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、すなわち第 1図、第 2図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。

第 9図及び第 1 0図に、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。

第 9図及び第 1 0図において、特性 Iは適正な検出流量信号 Q m—吸気管流量 Q s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 T wが 2 0 、吸気温度が 2 0 の時の Q m— Q s特性である自動車運転環境が著しく変化することにより、壁面温度 T wや吸気温度 T a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 1 1 a では充分に対応できず、流量検出誤差が生じる。

例えば、第 9図の特性 I Iは、吸気温度及び壁面温度のいずれもが + 2 0 °Cから + 8 0 に上昇した場合の実験デ一夕であり、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 + A Q a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、 + 2 0 °Cから一 2 Q °C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第 1 0図の特性 I I Iは、内燃機関の熱などにより吸気通路壁面 6の温度が + 2 0 から + 8 0 °Cに'上昇し、一方、吸気 2の温度については + 2 0 】

°Cである場合の Q m— Q s特性である。このように、吸気温度が常温であつても、吸気温度と吸気通路壁面温度に 6 0 °C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一 Δ Q w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第 1 1図に示す第 1 1図において、熱式空気流量計の支持部 7 (吸気通路壁面位置）の温度が + 8 (TCで、吸気温度（被検出空気 2の温度） T aが + 2 0 °Cである場合、支持部 7と測定素子 1との間の温度分布は第 1 1図に示すような勾配となる。単純に支持部 7の温度 T wと吸気温度 T a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つてくる。

しかし、本実施例のようにケ一シング 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 T h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 1 8の検出温度にも影響を与える。

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 Q mと測定素子の温度 T 2とケーシング 5内の温度 T 1 との 3つの情報を用いることによって可能である。

すなわち第 1図、第 2図、第 1 1図における測定素子 1からの流量信号 Q m、測定素子 1上に設置した第 1温度センサ 1 8からの温度情報 T 1 、ケーシング内の第 2温度センサ 1 5からの温度情報 T 2である。

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 T a、吸気通路壁面温度 T wを演算により推定可能である。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。第 1 2図に、吸気温度 T a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。

第 12図において、空気流量計のケ一シング 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 - Q s - 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 L 1、ケーシング 5内に設置した第 2温度センサ 15 の位置を L 2、とすると、それぞれの検出温度 Tl, T2は、各温度センサ自身から得られる。また上式における Q s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 T aと吸気通路壁面の温度 Twの推定に関しては、 Qm=Q sと仮定した。

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一夕である。これら L l、 L 2、 T l、 Τ2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〕

T l= (Tw-Ta) exp (k - Qm - L 1) +T a

T 2 = (Tw- T a)exp (k - Qm - L 2 ) +T a

ここで、 Tlは第 1温度センサ 18からの温度情報、 T 2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、 Ll、 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 1

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。

このような演算は第 8図に示す演算器 3 1 (信号処理装置 30) によつてケーシング 5内で行う。

被検出空気 2の温度 Taと、空気流量計の支持部 Ί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（第 7図）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。

すなわち第 1 0図および第 14図に示すように、吸気通路壁面 6の温度が上昇すれば、これによつて生じる流量誤差に相当する補正流量 +ΔΟ w を与え、第 9図および第 1 3図に示すように、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— aを演算器 3 1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。

本実施例では、演算器 3 1は、内部にメモリ 32を持ち、被検出空気温度 T a、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。

例えば、メモリ' 32は、被検出空気温度 T aに対応する流量補正データ 1と、吸気通路壁面温度 Twに対応する流量補正データ a 2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=QmX α 1 (T a) X a 2 (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。

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、すベ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 , ,

14

やワイヤハ一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、ポディ構造の簡略化を図ることができる。

なお、上記実施例では、第 2温度センサ 1 5については、回路基板 1 4 に設けたが、ケーシング 5内に回路基板 1 4と切り離して装着することも可能である。

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。

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。第 1 5図及び第 1 6図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、第 1 5図及び第 1 6図の符号において、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。第 1 5図、第 1 6図では、上流抵抗体、下流抵抗体を使用せず、第 1 7図に示すように発熱抵抗体 8、温度補償抵抗体 1 1 a、固定抵抗 1 9、 2 0のブリッジ回路における発熱抵抗体 8 ·抵抗 1 9間の電圧から吸気流量信号 Q aを得ている。

上記実施例における信号処理装置 3 0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。

また、上記実施例では測定素子 1上の温度 T aを検出する第 1温度センサとして専用の素子 1 8を使用したが、温度補償抵抗体 1 1 a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 1 8に代わって温度補償抵抗体 1 1 a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。この場合の駆動回路例を第 1 .8図に示す。この回路例は、基本的には、第 6図と同様のものであり、異なる点は、温度補償抵抗体 1 1 a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ぇ、この信号値を空気温度（流量測定素子上の温度） T aとして取り出すようにしたものである。この信号 T aは、信号処理装置 3 0に入力される。産業上の利用可能性

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。

Claims

請求の範囲

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一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どを特徴とする熱式空気流量計。

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。

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。

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。

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言¾ 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、この補正デ一夕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。

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。

7 . 空気通路に配置されて空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一シングに収容され、前記第 1基板はこのケ一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温度センザ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。

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。 ·

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ュニッ卜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。

1 0 . 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。