JP2012078228A - 空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸入空気の流量を測定する熱式の空気流量測定装置において、適用誤差の解消を容易化する。
【解決手段】空気流量測定装置において、発熱抵抗体６に３つの端子５４〜５６を設け、端子５４〜５６を介して発熱抵抗体６に通電することで、発熱抵抗体６の内、上流側、下流側測温抵抗体７〜１０にそれぞれ近い上流側、下流側発熱抵抗体４８、４９間に発熱量差を発生することができる。このため、上流側測温抵抗体７、８が発熱抵抗体６から受ける熱的影響と、下流側測温抵抗体９、１０が発熱抵抗体６から受ける熱的影響とを異ならせて、流量測定の基準となる温度差−流量特性を自在に変更し、適用誤差による検出値のシフトを相殺することができる。この結果、空気流量測定装置に関して膨大な数の品種を揃えなくても、容易に適用誤差を解消することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、内燃機関に吸入される空気（以下、吸入空気と呼ぶことがある。）との間に伝熱現象を発生させることで吸入空気の流量（以下、吸気量と略して呼ぶことがある。）を測定する熱式の空気流量測定装置に関する。

従来から、吸気量の測定には、流量として質量流量を直接的に測定できる利点から、吸入空気との間に伝熱現象を発生させて質量流量相当の検出値を発生する熱式の空気流量測定装置が広く利用されている（以下の説明では、吸入空気の流れる方向に関し、エアクリーナから内燃機関に向かう方向を順方向と呼び、内燃機関からエアクリーナに向かう方向を逆方向と呼ぶ。また、順方向にも、逆方向にも空気が流れていない状態を無風状態と呼ぶ。）。

従来の空気流量測定装置１００のセンサ１００Ａは、例えば、図１４に示すように、通電により発熱する発熱抵抗体１０１と、発熱抵抗体１０１の上流側に配されて、発熱抵抗体１０１から熱的影響を受ける上流側測温抵抗体１０２と、発熱抵抗体１０１の下流側に配されて、発熱抵抗体１０１から熱的影響を受ける下流側測温抵抗体１０３とを備え、上流側、下流側測温抵抗体１０２、１０３は、発熱抵抗体１０１を挟んで吸入空気の流れる方向に関し線対称に設けられている。

また、センサ１００Ａは、例えば、発熱抵抗体１０１から熱的影響を受けていない状態の吸入空気の温度と発熱抵抗体１０１の温度との温度差が一定値となるように、発熱抵抗体１０１の発熱を制御する。これにより、吸入空気の流れる方向に沿って吸気量に応じた温度分布が形成され、上流側、下流側測温抵抗体１０２、１０３の間には吸気量に応じた温度差が発生するので、この温度差に応じた電気信号を利用することで、吸気量の質量流量相当の検出値が得られる（なお、温度差は、下流側測温抵抗体１０３の温度から上流側測温抵抗体１０２の温度を減じたものとして定義する。）。

すなわち、無風状態では、吸入空気の流れる方向に関して発熱抵抗体１０１の上下流側に線対称な温度分布が形成され、上流側、下流側測温抵抗体１０２、１０３の間の温度差はゼロに略一致する。

また、順方向に吸入空気の流れが生じている場合、発熱抵抗体１０１の上流側では温度が下がり、発熱抵抗体１０１の下流側では温度が上がるので、上流側、下流側測温抵抗体１０２、１０３の間にはプラスの温度差が発生し、逆方向に吸入空気の流れが生じている場合、発熱抵抗体１０１の上流側では温度が上がり、発熱抵抗体１０１の下流側では温度が下がるので、上流側、下流側測温抵抗体１０２、１０３の間にはマイナスの温度差が発生する。

ところで、従来の空気流量測定装置１００によれば、温度差と空気流量との相関（以下、温度差−流量特性と呼ぶ。）は、図１５に示すように、空気流量がプラスであって順方向に空気が流れている範囲で上に凸となり、空気流量がマイナスであって逆方向に空気が流れている範囲で下に凸となり、温度差＝ゼロ、かつ、空気流量＝ゼロの点を中心として点対称となる。

これにより、例えば、吸入路における吸入空気の流れが、内燃機関のバルブ開閉に応じて脈動すると、吸気量の脈動平均値は、真値に対してマイナス側に偏った数値として検出されてしまう。そこで、脈動平均値がマイナス側に偏って検出されることにより検出値がマイナス側にシフトするのを解消するべく、空気流量測定装置１００では、図１６に示すように、吸気路における直線的な流れを迂回する内部流路１０５を形成して内部流路１０５にセンサ１００Ａを配する構成が広く採用されている。

すなわち、内部流路１０５に取り込まれず吸気路を直進した場合の流路長をＬ１、内部流路１０５の流路長をＬ２とすると、空気流量測定装置１００は、直線的な流れを迂回する内部流路１０５を形成して内部流路１０５にセンサ１００Ａを配することにより、Ｌ２／Ｌ１に応じて検出値を高める補正機能を有するようになる。

しかし、内部流路１０５にセンサ１００Ａを配することで検出値のマイナス側へのシフトを解消しても、空気流量測定装置１００を車両に組み込んで使用するときに検出値がマイナス側またはプラス側にシフトして誤差を含んでしまう。つまり、エアクリーナの態様や脈動条件が車両ごとに相違しており、この相違に起因して検出値の誤差が発生する（ 以下の説明では、空気流量測定装置を車両に組み込んで使用するときに、車両ごとのエアクリーナの態様や脈動条件の相違に起因して発生する誤差を、適用誤差と呼ぶ。）。

ここで、特許文献１には、空気の流れ方向に関する発熱抵抗体との距離を上流側測温抵抗体と下流側測温抵抗体との間で異ならせたり、発熱抵抗体の形状を上流側と下流側とで異ならせたりすることで、無風状態において発熱抵抗体が上流側測温抵抗体に与える熱的影響と、発熱抵抗体が下流側測温抵抗体に与える熱的影響とを異ならせる構成が開示されている。また、特許文献２には、発熱抵抗体から熱的影響を受けない抵抗体を下流側測温抵抗体に接続することで、上流側、下流側測温抵抗体の間で熱特性を異ならせる構成が開示されている。

しかし、特許文献１の構成によれば、適用誤差を解消するには、車両ごとに、発熱抵抗体と上流側、下流側測温抵抗体それぞれとの距離を設定したり、発熱抵抗体の形状を設定したりする必要がある。また、特許文献２の構成によれば、適用誤差を解消するには、車両ごとに、下流側測温抵抗体に接続する抵抗体を変更する必要がある。
このため、特許文献１、２のいずれの構成を採用するとしても、適用誤差を解消するには膨大な品種のセンサを準備しておく必要があり、適用誤差の解消策として煩雑である。

特許第２６６６１６３号公報 特許第３７１８１９８号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、吸入空気の流量を測定する熱式の空気流量測定装置において、適用誤差の解消を容易化することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、空気流量測定装置は、内燃機関に吸入される空気との間に伝熱現象を発生させることで内燃機関に吸入される空気の流量を測定するものである。また、空気流量測定装置は、通電により発熱する発熱抵抗体と、発熱抵抗体の上流側に配されて、発熱抵抗体から熱的影響を受ける上流側測温抵抗体と、発熱抵抗体の下流側に配されて、発熱抵抗体から熱的影響を受ける下流側測温抵抗体とを備える。

そして、発熱抵抗体は、通電を受けるための３つ以上の端子を有し、発熱抵抗体が３つ以上の端子を介して通電を受けることで、空気が流れていないときに、上流側測温抵抗体が発熱抵抗体から受ける熱的影響と、下流側測温抵抗体が発熱抵抗体から受ける熱的影響とが異なる。

発熱抵抗体に３つ以上の端子を設け、これらの端子を介して発熱抵抗体に通電することで、発熱抵抗体の内、上流側測温抵抗体に近い抵抗部分と下流側測温抵抗体に近い抵抗部分との間に発熱量差を発生することができる。つまり、上流側、下流側測温抵抗体に近い抵抗部分のそれぞれに、例えば、直列に可変抵抗器を接続し、それぞれの可変抵抗器の抵抗値を自在に設定することで、上流側測温抵抗体に近い抵抗部分と下流側測温抵抗体に近い抵抗部分との間の発熱量差を自在に操作することができる。

このため、上流側測温抵抗体が発熱抵抗体から受ける熱的影響と、下流側測温抵抗体が発熱抵抗体から受ける熱的影響とを異ならせて、流量測定の基準となる温度差−流量特性を自在に変更することができる。
したがって、温度差−流量特性を適用誤差の解消に適するものに容易に変更することができるので、空気流量測定装置に関して膨大な数の品種を揃えなくても、容易に適用誤差を解消することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、空気流量測定装置は、空洞を有して表面が電気絶縁膜で覆われる半導体基板を備え、発熱抵抗体、上流側測温抵抗体および下流側測温抵抗体は、電気絶縁膜の一部であって空洞を覆うメンブレン上に半導体膜として設けられている。
温度差−流量特性の変更は、例えば、上流側、下流側測温抵抗体それぞれ自身の通電による発熱量に差を持たせることでも可能である。

しかし、メンブレン上に発熱抵抗体や上流側、下流側測温抵抗体を設ける場合、上流側、下流側測温抵抗体は、メンブレン上で発熱抵抗体よりも周辺側に設けられるため、厚みを持った半導体基板に熱を奪われやすい。このため、上流側、下流側測温抵抗体それぞれ自身の通電による発熱量に差を持たせようとすると、上流側、下流側測温抵抗体への通電量を大きくする必要があり、消費電力が大きくなってしまう。

これに対し、発熱抵抗体内で発熱量に差を持たせる場合には、消費電力はさほど変化しない。このため、発熱抵抗体内で発熱量に差を持たせることにより、消費電力を増やさずに温度差−流量特性を変更することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、上流側測温抵抗体と下流側測温抵抗体とは、発熱抵抗体を挟んで空気の流れる方向に関し線対称に設けられている。
メンブレン上に発熱抵抗体や上流側、下流側測温抵抗体を設ける場合、メンブレンに生じる応力により、発熱抵抗体や上流側、下流側測温抵抗体の抵抗値はピエゾ抵抗効果によって変動しやすくなり、測定精度が低下する虞がある。

そこで、発熱抵抗体を挟んで上流側、下流側測温抵抗体を空気の流れる方向に関し線対称に設ける。これにより、発熱抵抗体自身に空気の流れる方向に関してピエゾ抵抗効果が対称的に生じ、抵抗値の変動が相殺される。同様に、上流側、下流側測温抵抗体間でも空気の流れる方向に関してピエゾ抵抗効果が対称的に生じ、抵抗値の変動が相殺される。このため、発熱抵抗体を挟んで上流側、下流側測温抵抗体を空気の流れる方向に関し線対称に設けることにより、発熱抵抗体や上流側、下流側測温抵抗体の抵抗値変動を相殺して測定精度低下の虞を低減することができる。

空気流量測定装置の内部を示す断面図である（実施例）。 メンブレン上の発熱抵抗体および上流側、下流側測温抵抗体の配置を示す平面図である（実施例）。 （ａ）はセンサの平面図であり、（ｂ）はセンサの断面図であり、（ｃ）は半導体基板上の素子、配線部および電極を示す断面図である（実施例）。 （ａ）は上流側、下流側測温抵抗体により温度差に応じた信号を出力するための回路構成図であり、（ｂ）は発熱抵抗体の発熱を制御するための回路構成図である（実施例）。 空気流量測定装置の側面図である（実施例）。 （ａ）は空気流量測定装置の正面図であり、（ｂ）は空気流量測定装置の下面図である（実施例）。 吸気量の脈動平均値と吸気量の検出値との関係を示す説明図である（実施例）。 温度差−流量特性の変更を示す特性図である（実施例）。 吸気量の脈動平均値と吸気量の検出値との関係を示す説明図である（実施例）。 温度差−流量特性の変更を示す特性図である（実施例）。 吸気量の脈動平均値と吸気量の検出値との関係を示す説明図である（実施例）。 メンブレン上の発熱抵抗体および上流側、下流側測温抵抗体の配置を示す平面図である（変形例）。 メンブレン上の発熱抵抗体および上流側、下流側測温抵抗体の配置を示す平面図である（変形例）。 メンブレン上の発熱抵抗体および上流側、下流側測温抵抗体の配置を示す平面図である（従来例）。 温度差−流量特性を示す特性図である（従来例）。 空気流量測定装置の内部を示す断面図である（従来例）。

実施形態の空気流量測定装置は、内燃機関に吸入される空気との間に伝熱現象を発生させることで内燃機関に吸入される空気の流量を測定するものである。また、空気流量測定装置は、通電により発熱する発熱抵抗体と、発熱抵抗体の上流側に配されて、発熱抵抗体から熱的影響を受ける上流側測温抵抗体と、発熱抵抗体の下流側に配されて、発熱抵抗体から熱的影響を受ける下流側測温抵抗体とを備える。

そして、発熱抵抗体は、通電を受けるための３つ以上の端子を有し、発熱抵抗体が３つ以上の端子を介して通電を受けることで、空気が流れていないときに、上流側測温抵抗体が発熱抵抗体から受ける熱的影響と、下流側測温抵抗体が発熱抵抗体から受ける熱的影響とが異なる。

また、空気流量測定装置は、空洞を有して表面が電気絶縁膜で覆われる半導体基板を備え、発熱抵抗体、上流側測温抵抗体および下流側測温抵抗体は、電気絶縁膜の一部であって空洞を覆うメンブレン上に半導体膜として設けられている。
さらに、上流側測温抵抗体と下流側測温抵抗体とは、発熱抵抗体を挟んで空気の流れる方向に関し線対称に設けられている。

〔実施例の構成〕
実施例の空気流量測定装置１の構成を、図１〜図１１を用いて説明する。
空気流量測定装置１は、例えば、内燃機関への吸気路（図示せず）に突出するように配されて吸気量を測定するために用いられる。また、空気流量測定装置１は、吸気路を流れる空気の一部を取り込むとともに、取り込んだ空気との間に伝熱現象を発生させることで吸気量としての質量流量を直接的に測定するものである。

すなわち、空気流量測定装置１は、吸入空気との間に伝熱現象を発生させて質量流量相当の検出値を発生する熱式のセンサ２、センサ２を収容する筐体３、センサ２から得られる検出値を電子制御装置（ＥＣＵ）に出力するためのコネクタ４等を備える（図１、図５および図６等参照）。そして、ＥＣＵは、空気流量測定装置１から得られる検出値に基づいて吸気量を把握するとともに、把握した吸気量に基づいて燃料噴射制御等の各種の制御処理を実行する。

センサ２は、通電により発熱する発熱抵抗体６と、発熱抵抗体６の上流側に配されて、発熱抵抗体６から熱的影響を受ける上流側測温抵抗体７、８と、発熱抵抗体６の下流側に配されて、発熱抵抗体６から熱的影響を受ける下流側測温抵抗体９、１０とを備える（図２等参照）。

また、センサ２は、空洞１２を有して表面が電気絶縁膜１３で覆われる半導体基板１４を備え、発熱抵抗体６、上流側測温抵抗体７、８、および下流側測温抵抗体９、１０は、電気絶縁膜１３の一部であって空洞１２を覆うメンブレン１５上に半導体膜として設けられている（図２および図３等参照）。そして、上流側測温抵抗体７、８と下流側測温抵抗体９、１０とは、発熱抵抗体６を挟んで吸入空気の流れる方向に関し線対称に設けられている。

ここで、上流側測温抵抗体７、８および下流側測温抵抗体９、１０は、ブリッジ回路１７を形成している（図４等参照）。そして、ブリッジ回路１７は、例えば、上流側測温抵抗体７と下流側測温抵抗体９とが直列に、かつ、下流側測温抵抗体９が上流側測温抵抗体７よりも高電位側に配されるように、また、上流側測温抵抗体８と下流側測温抵抗体１０とが直列に、かつ、上流側測温抵抗体８が下流側測温抵抗体１０よりも高電位側に配されるように形成されている。

また、発熱抵抗体６を含む発熱抵抗部１８は、半導体基板２９上に設けられて発熱抵抗体６と温度相関を有さない抵抗体２０、２２、および、半導体基板１４上の発熱抵抗体６から熱的影響を受けない位置に設けられた感温抵抗体２１とともにブリッジ回路２３を形成している（図４等参照）。ここで、感温抵抗体２１は、ケイ素の半導体膜として電気絶縁膜１３を介して半導体基板１４上に設けられるものであり、発熱抵抗体６により加熱されていない吸入空気の流れに熱的影響を受けるものである。

そして、ブリッジ回路２３は、例えば、発熱抵抗部１８と抵抗体２２とが直列に、かつ、発熱抵抗部１８が抵抗体２２よりも高電位側に配されるように、また、抵抗体２０と感温抵抗体２１とが直列に、かつ、感温抵抗体２１が抵抗体２０よりも高電位側に配されるように形成されている。

また、センサ２は、ブリッジ回路１７における電位差に応じた信号を出力する比較器２４と、ブリッジ回路２３における電位差に応じて、ブリッジ回路２３への通電を制御する増幅器２５に信号を出力する比較器２６とを備える。ここで、ブリッジ回路１７における電位差とは、上流側測温抵抗体７と下流側測温抵抗体９との接続部の電位と、上流側測温抵抗体８と下流側測温抵抗体１０との接続部の電位との差である。また、ブリッジ回路２３における電位差とは、発熱抵抗部１８と抵抗体２２との接続部の電位と、抵抗体２０と感温抵抗体２１との接続部の電位との差である。

以上により、センサ２では、ブリッジ回路２３、比較器２６および増幅器２５により、例えば、発熱抵抗体６から熱的影響を受けていない状態の吸入空気と発熱抵抗体６との温度差が一定値となるように、発熱抵抗体６への通電が制御される。これにより、吸入空気の流れる方向に沿って吸気量に応じた温度分布が形成され、上流側測温抵抗体７、８と下流側測温抵抗体９、１０との間には吸気量に応じた温度差が発生する。

そして、ブリッジ回路１７および比較器２４により、温度差に応じた電位差が吸気量の検出値を示す信号として処理され、ＥＣＵに出力される（なお、以下の説明では、温度差を、下流側測温抵抗体９、１０の温度から上流側測温抵抗体７、８の温度を減じたものとして定義する。）。

なお、比較器２４、２６や増幅器２５等は、半導体基板１４とは別体の半導体基板２９上に設けられている（図３等参照）。そして、半導体基板１４、２９は、それぞれ、接着剤３０、３１により樹脂製の支持体３２に接着されて支持されている。

また、半導体基板１４上の素子と、半導体基板２９上の素子とは、半導体基板１４、２９の各々に設けられた配線部や電極、および、半導体基板１４上の電極と半導体基板２９上の電極とを導通するボンディングワイヤ３３等により電気的に接続している（図３等参照）。さらに、素子および配線部は保護膜３４により覆われて保護され、電極およびボンディングワイヤ３３は保護剤３５により覆われて保護されている。

筐体３は、例えば、吸気路の上流側に向かって開口し、吸気路を順方向に流れる吸入空気の一部を取り込む吸入口３８と、吸入口３８から取り込んだ吸入空気を通すとともにセンサ２を収容する内部流路３９と、吸気路の下流側に向かって開口し、吸入口３８から取り込まれてセンサ２を通過した吸入空気を吸気路に戻す放出口４０とを備える（図１、図５および図６等参照）。そして、センサ２は、吸入口３８から取り込まれた吸入空気との間に伝熱現象を発生させて質量流量相当の検出値を発生する。

なお、以下の説明では、内部流路３９における吸入空気の流れる方向に関して、吸入口３８を上流端とし放出口４０を下流端とし、吸入口３８から放出口４０に向かう流れ方向を順方向とし、放出口４０から吸入口３８に向かう流れ方向を逆方向とする。

内部流路３９は、例えば、吸入口３８から下流側に連続する吸入流路４１と、放出口４０から上流側に連続する放出流路４２と、センサ２を収容するとともに吸入流路４１と放出流路４２とを接続するように周回する周回流路４３とを有する。

吸入流路４１は、吸入口３８から下流側に直線的に伸びるように設けられており、吸入流路４１における流れは、吸気路における直線的な流れと平行になる。そして、吸入流路４１の下流端には、吸入口３８から取り込まれた吸入空気に含まれるダストを直進させて排出するためのダスト排出流路４４が接続している。また、ダスト排出流路４４の下流端はダスト排出口４５を形成しており、ダスト排出流路４４は、ダスト排出口４５に向かって流路幅が先細りしている。

周回流路４３は、例えば、略Ｃ字状に設けられて上流端、下流端でそれぞれ吸入流路４１、放出流路４２に接続し、吸入口３８から取り込まれた吸入空気を吸入流路４１から放出流路４２に向かって周回させる。また、センサ２は、周回流路４３において吸入流路４１における流れ方向とは逆の方向に流れる部分に収容されている。

ここで、周回流路４３は、吸入流路４１の下流端において、吸入流路４１とダスト排出流路４４とからなる直線的な流路から分岐している。つまり、吸入流路４１は、下流端において周回流路４３とダスト排出流路４４とに分岐しており、ダストは、慣性力により吸入流路４１からダスト排出流路４４に直進してダスト排出口４５から吸気路に排出され、吸入空気は、吸入流路４１から周回流路４３に流れ方向を変えて流入する。

放出流路４２は、周回流路４３の下流端に接続して、周回流路４３の下流端における順方向の流れを略直角に旋回させる曲がりをなしており、放出口４０は曲がりの下流端である。また、放出流路４２は、吸入流路４１に跨るように２つに分岐し、放出口４０は、吸入流路４１の両側の２箇所に形成されている。つまり、放出流路４２は、吸入流路４１や周回流路４３の流路軸を含む切断面を対称面として鏡映対称をなすように２つに分岐している。

以上により、内部流路３９は、吸気路における直線的な流れを迂回するように設けられており、吸入口３８から取り込まれた吸入空気に、吸気路における直線的な流れを迂回させることで、センサ２の検出値を高める補正機能を有している。

すなわち、内部流路３９に取り込まれず吸気路を直進した場合の流路長をＬ１、内部流路３９の流路長をＬ２とすると、空気流量測定装置１は、直線的な流れを迂回する内部流路３９を形成して内部流路３９にセンサ２を配することにより、Ｌ２／Ｌ１に応じて検出値を高める補正機能を有する。そして、この補正機能によれば、Ｌ２／Ｌ１を大きくするほど検出値を高めることができる。

なお、吸気路を逆方向に空気が流れた場合に、内部流路３９には放出口４０から吸入空気の一部が流入し、放出口４０から流入した吸入空気はセンサ２を通過して、例えば、吸入口３８から吸気路に戻る。

次に、発熱抵抗部１８について詳述する。
発熱抵抗部１８は、発熱抵抗体６に含まれる抵抗配線の内、吸入空気の流れる方向に関して上流側測温抵抗体７、８に近い上流側発熱抵抗体４８と、下流側測温抵抗体９、１０に近い下流側発熱抵抗体４９と、可変抵抗器５０、５１とを含むものであり、上流側、下流側発熱抵抗体４８、４９と、可変抵抗器５０、５１とはブリッジ回路５２を形成している（図２および図４等参照）。

ここで、発熱抵抗体６は、通電を受けるための３つの端子５４〜５６を有し、端子５４〜５６を介して通電を受ける。なお、端子５４〜５６は、メンブレン１５上において配線部の一部をなすものである。そして、メンブレン１５上において、端子５４は上流側発熱抵抗体４８に接続しており、端子５５は下流側発熱抵抗体４９に接続している。また、端子５６は、吸入空気の流れる方向に関して上流側、下流側測温抵抗体７〜１０の間に設けられて上流側、下流側測温抵抗体７〜１０の両方に接続する配線５７に接続している。

また、上流側、下流側発熱抵抗体４８、４９は、高電位側において、配線５７を介して増幅器２５のエミッタに接続している。さらに、可変抵抗器５０、５１は、半導体基板２９上に設けられる。

そして、ブリッジ回路５２は、例えば、上流側発熱抵抗体４８と可変抵抗器５０とが直列に、かつ、上流側発熱抵抗体４８が可変抵抗器５０よりも高電位側に配されるように、また、下流側発熱抵抗体４９と可変抵抗器５１とが直列に、かつ、下流側発熱抵抗体４９が可変抵抗器５１よりも高電位側に配されるように形成されている。また、可変抵抗器５０、５１は、低電位側で抵抗体２２に接続している。

以上の構成により、増幅器２５を介して発熱抵抗部１８に通電が行われると、電流は、上流側発熱抵抗体４８および可変抵抗器５０を直列に含む枝路と、下流側発熱抵抗体４９および可変抵抗器５１を直列に含む枝路とに並列に分かれる。これにより、可変抵抗器５０、５１の抵抗値を自在に設定することで、上流側、下流側発熱抵抗体４８、４９のそれぞれにおける発熱量を自在に操作することができる。

このため、無風状態において、上流側測温抵抗体７、８が発熱抵抗体６から受ける熱的影響と、下流側測温抵抗体９、１０が発熱抵抗体６から受ける熱的影響とを異ならせて、流量測定の基準となる温度差−流量特性を自在に変更することができる。この結果、温度差−流量特性を変更することにより、吸気量の検出値をプラス側やマイナス側に自在にシフトさせることができるので、例えば、適用誤差による検出値のシフトを相殺することができる。

例えば、可変抵抗器５０、５１の抵抗値を設定する前の温度差−流量特性Ａでは、図７に示すように、空気流量がプラスであって順方向に空気が流れている範囲で上に凸となり、空気流量がマイナスであって逆方向に空気が流れている範囲で下に凸となり、温度差＝ゼロ、かつ、空気流量＝ゼロの点を中心として点対称となっているものとする。

ここで、吸気量がプラスの数値であるＱを中心として、Ｑよりも大きい大側、およびＱよりも小さい小側に同じ振幅ＱＡで脈動する場合を考える。また、吸気量の脈動平均値となるＱ、および、脈動領域（Ｑ−ＱＡ）〜（Ｑ＋ＱＡ）は、温度差−流量特性Ａにおいて温度差と流量との相関がほぼリニアとみなせる流量範囲に含まれているものとする（図７に示す「吸気量の脈動」を参照）。

この場合、温度差は、熱容量等に起因する応答遅れがないものと仮定すると、プラスの数値であるＴを中心として、Ｔの大側およびＴの小側に同じ振幅ＴＡで脈動する（図７に示す「完全応答時の理想的な温度差の脈動」を参照）。なお、温度差の脈動平均値としてのＴは、温度差−流量特性Ａに吸気量の数値としてＱを当てはめることで求まるものであり、振幅ＴＡも、同様に振幅ＱＡから求まるものである。

そして、センサ２は、応答遅れ等を伴う温度差を離散的にサンプリングすることで、Ｔを脈動平均値として振幅ＴＡよりも小さい振幅ＴＡ´で温度差の脈動が発生しているものと検知する（図７に示す「センサが検知する温度差の脈動」を参照）。この結果、吸気量の検出値は、脈動平均値としてのＴを温度差−流量特性Ａに当てはめることによりＱとなる。

このように、吸気量の脈動が温度差−流量特性Ａにおいて温度差と流量特性との相関がほぼリニアとみなせる流量範囲で発生している場合、温度差−流量特性Ａに基づく吸気量の測定によれば、吸気量の検出値と吸気量の脈動平均値とが両方ともＱとなって略一致している。

このような温度差−流量特性Ａに対し、下流側発熱抵抗体４９の発熱量が上流側発熱抵抗体４８の発熱量よりも大きくなるように可変抵抗器５０、５１の抵抗値を設定して、例えば、温度差−流量特性Ａを図８に示す温度差−流量特性Ｂに変更した場合を考える。
ここで、温度差−流量特性Ｂは、下流側発熱抵抗体４９の発熱量が上流側発熱抵抗体４８の発熱量よりも大きいことにより、温度差−流量特性Ａに比べて、空気流量プラスの範囲において上への凸が顕著になり、空気流量マイナスの範囲において下への凸が緩和されている。

これにより、吸気量に関して図７に示す脈動と同一の脈動が発生している場合、図９に示すように、温度差−流量特性Ｂに基づく吸気量の測定によれば、吸気量の検出値が吸気量の脈動平均値よりも大きくなる。

すなわち、吸気量に関して図７に示す脈動と同一の脈動が発生した場合（図９に示す「吸気量の脈動」を参照）、応答遅れがないものと仮定した温度差は、プラスの数値であるＴ１を中心として、Ｔ１の大側とＴ１の小側とで異なる振幅Ｔ１Ａｂ、Ｔ１Ａｓで脈動する（図９に示す「完全応答時の理想的な温度差の脈動」を参照）。なお、温度差の脈動平均値としてのＴ１は、吸気量の数値としてＱを温度差−流量特性Ｂに当てはめることで求まるものであり、振幅Ｔ１Ａｂ、Ｔ１Ａｓは、それぞれ、吸気量の数値としてＱ＋ＱＡ、Ｑ−ＱＡを温度差−流量特性Ｂに当てはめることで求まるものである。

ここで、温度差−流量特性Ｂの形態が温度差−流量特性Ａの形態に対して上記のような特徴を有することから、振幅Ｔ１Ａｂ、Ｔ１Ａｓ間には顕著な大小が見られるようになり、振幅Ｔ１Ａｂは、振幅Ｔ１Ａｓよりも大きい。

そして、センサ２は、応答遅れ等を伴う温度差を離散的にサンプリングすることで、Ｔ１よりも大きいＴ１´を脈動平均値として（Ｔ１Ａｂ＋Ｔ１Ａｓ）／２よりも小さい振幅Ｔ１Ａ´で温度差の脈動が発生しているものと検知する（図９に示す「センサが検知する温度差の脈動」を参照）。この結果、吸気量の検出値は、脈動平均値としてのＴ１´を温度差−流量特性Ｂに当てはめることで、Ｑよりも大きいＱ１として得られる。

このように、温度差−流量特性Ｂに基づく吸気量の測定によれば、吸気量の検出値が吸気量の脈動平均値よりも大きくなるので、吸気量の検出値をプラス側にシフトさせることができる。よって、温度差−流量特性Ｂに基づく吸気量の測定によれば、吸気量に関して適用誤差により検出値がマイナス側にシフトしている場合に、プラス側に吸気量の検出値をシフトさせることで、適用誤差による検出値のマイナス側へのシフトを相殺することができる。

また、上流側発熱抵抗体４８の発熱量が下流側発熱抵抗体４９の発熱量よりも大きくなるように可変抵抗器５０、５１の抵抗値を設定して、例えば、温度差−流量特性Ａを図１０に示す温度差−流量特性Ｃに変更した場合を考える。
ここで、温度差−流量特性Ｃは、上流側発熱抵抗体４８の発熱量が下流側発熱抵抗体４９の発熱量よりも大きいことにより、温度差−流量特性Ａに比べて、空気流量プラスの範囲において上への凸が緩和され、空気流量マイナスの範囲において下への凸が顕著になっている。

これにより、吸気量に関して図７に示す脈動と同一の脈動が発生している場合、図１１に示すように、温度差−流量特性Ｃに基づく吸気量の測定によれば、吸気量の検出値が吸気量の脈動平均値よりも小さくなる。

すなわち、吸気量に関して図７に示す脈動と同一の脈動が発生した場合（図１１に示す「吸気量の脈動」を参照）、応答遅れがないものと仮定した温度差は、ゼロに略一致する数値であるＴ２を中心として、Ｔ２の大側とＴ２の小側とで異なる振幅Ｔ２Ａｂ、Ｔ２Ａｓで脈動する（図１１に示す「完全応答時の理想的な温度差の脈動」を参照）。なお、温度差の脈動平均値としてのＴ２は、吸気量の数値としてＱを温度差−流量特性Ｃに当てはめることで求まるものであり、振幅Ｔ２Ａｂ、Ｔ２Ａｓは、それぞれ、吸気量の数値としてＱ＋ＱＡ、Ｑ−ＱＡを温度差−流量特性Ｃに当てはめることで求まるものである。

ここで、温度差−流量特性Ｃの形態が温度差−流量特性Ａの形態に対して上記のような特徴を有することから、振幅Ｔ２Ａｂ、Ｔ２Ａｓ間には顕著な大小が見られるようになり、振幅Ｔ２Ａｂは、振幅Ｔ２Ａｓよりも小さい。

そして、センサ２は、応答遅れ等を伴う温度差を離散的にサンプリングすることで、Ｔ２よりも小さいＴ２´を脈動平均値として（Ｔ２Ａｂ＋Ｔ２Ａｓ）／２よりも小さい振幅Ｔ２Ａ´で温度差の脈動が発生しているものと検知する（図１１に示す「センサが検知する温度差の脈動」を参照）。この結果、吸気量の検出値は、脈動平均値としてのＴ２´を温度差−流量特性Ｃに当てはめることで、Ｑよりも小さいＱ２として得られる。

このように、温度差−流量特性Ｃに基づく吸気量の測定によれば、吸気量の検出値が吸気量の脈動平均値よりも小さくなるので、吸気量の検出値をマイナス側にシフトさせることができる。よって、温度差−流量特性Ｃに基づく吸気量の測定によれば、吸気量に関して適用誤差により検出値がプラス側にシフトしている場合に、マイナス側に吸気量の検出値をシフトさせることで、適用誤差による検出値のプラス側へのシフトを相殺することができる。

〔実施例の効果〕
実施例の空気流量測定装置１は、通電により発熱する発熱抵抗体６と、発熱抵抗体６の上流側、下流側にそれぞれ配されて、発熱抵抗体６から熱的影響を受ける上流側、下流側測温抵抗体７〜１０とを備える。そして、発熱抵抗体６は、通電を受けるための３つの端子５４〜５６をメンブレン１５上に有し、発熱抵抗体６が端子５４〜５６を介して通電を受けることで、無風状態において、上流側測温抵抗体７、８が発熱抵抗体６から受ける熱的影響と、下流側測温抵抗体９、１０が発熱抵抗体６から受ける熱的影響とが異なる。

発熱抵抗体６に３つの端子５４〜５６を設け、端子５４〜５６を介して発熱抵抗体６に通電することで、発熱抵抗体６の内、上流側、下流側測温抵抗体７〜１０にそれぞれ近い上流側、下流側発熱抵抗体４８、４９間に発熱量差を発生することができる。つまり、上流側、下流側発熱抵抗体４８、４９のそれぞれに、直列に可変抵抗器５０、５１を接続し、可変抵抗器５０、５１の抵抗値を自在に設定することで、上流側、下流側発熱抵抗体４８、４９間の発熱量差を自在に操作することができる。

このため、上流側測温抵抗体７、８が発熱抵抗体６から受ける熱的影響と、下流側測温抵抗体９、１０が発熱抵抗体６から受ける熱的影響とを異ならせて、流量測定の基準となる温度差−流量特性を自在に変更することができる。この結果、温度差−流量特性の変更により吸気量の検出値をプラス側やマイナス側に自在にシフトさせて、適用誤差による検出値のシフトを相殺することができる。

このように、発熱抵抗体６に３つの端子５４〜５６を設け、端子５４〜５６を介して発熱抵抗体６に通電するようにすることで、温度差−流量特性を適用誤差の解消に適するものに容易に変更することができる。したがって、空気流量測定装置１に関して膨大な数の品種を揃えなくても、容易に適用誤差を解消することができる。

また、空気流量測定装置１は、空洞１２を有して表面が電気絶縁膜１３で覆われる半導体基板１４を備え、発熱抵抗体６、上流側測温抵抗体７、８および下流側測温抵抗体９、１０は、電気絶縁膜１３の一部であって空洞１２を覆うメンブレン１５上に半導体膜として設けられている。
温度差−流量特性の変更は、例えば、上流側、下流側測温抵抗体７〜１０それぞれ自身の通電による発熱量に差を持たせることでも可能である。

しかし、上流側、下流側測温抵抗体７〜１０は、メンブレン１５上で発熱抵抗体６よりも周辺側に設けられるため、厚みを持った半導体基板１４に熱を奪われやすい。このため、上流側、下流側測温抵抗体７〜１０それぞれ自身の通電による発熱量に差を持たせようとすると、上流側、下流側測温抵抗体７〜１０への通電量を大きくする必要があり、消費電力が大きくなってしまう。

これに対し、発熱抵抗体６内の上流側、下流側発熱抵抗体４８、４９間で発熱量に差を持たせる場合には、消費電力はさほど変化しない。このため、発熱抵抗体６内で発熱量に差を持たせることにより、消費電力を増やさずに温度差−流量特性を変更することができる。

また、上流側測温抵抗体７、８と下流側測温抵抗体９、１０とは、発熱抵抗体６を挟んで吸入空気の流れる方向に関し線対称に設けられている。
発熱抵抗体６や上流側、下流側測温抵抗体７〜１０の抵抗値は、メンブレン１５に生じる応力により、ピエゾ抵抗効果によって変動しやすくなり、測定精度が低下する虞がある。

そこで、発熱抵抗体６を挟んで上流側、下流側測温抵抗体７〜１０を吸入空気の流れる方向に関し線対称に設ける。これにより、発熱抵抗体６自身に吸入空気の流れる方向に関してピエゾ抵抗効果が対称的に生じ、抵抗値の変動が相殺される。同様に、上流側測温抵抗体７、８と下流側測温抵抗体９、１０との間でも吸入空気の流れる方向に関してピエゾ抵抗効果が対称的に生じ、抵抗値の変動が相殺される。

このため、発熱抵抗体６を挟んで上流側測温抵抗体７、８と下流側測温抵抗体９、１０とを吸入空気の流れる方向に関し線対称に設けることにより、発熱抵抗体６や上流側、下流側測温抵抗体７〜１０の抵抗値変動を相殺して測定精度低下の虞を低減することができる。

なお、半導体基板１４は、接着剤３０により樹脂製の支持体３２に接着されて支持されるが（図３参照）、半導体基板１４と支持体３２との間で線膨張係数が大きく異なるため、接着により半導体基板１４が変形してメンブレン１５に応力が発生しやすい。
また、電極およびボンディングワイヤ３３は、保護剤３５により覆われて保護されているが（図３参照）、半導体基板１４と保護剤３５との間でも線膨張係数が大きく異なるため、保護剤３５の塗布によっても、半導体基板１４が変形してメンブレン１５に応力が発生しやすくなる。

このため、上流側測温抵抗体７、８と下流側測温抵抗体９、１０とを、発熱抵抗体６を挟んで吸入空気の流れる方向に関し線対称に設ける構成は、ピエゾ抵抗効果の影響を相殺して測定精度の低下を抑制する上で極めて有効である。

〔変形例〕
空気流量測定装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の空気流量測定装置１によれば、発熱抵抗体６に３つの端子５４〜５６を設け、端子５４〜５６を介して発熱抵抗体６に通電するようにしていたが、図１２または図１３に示すように、４つの端子５４〜５６、５９を発熱抵抗体６に設け、端子５４〜５６、５９を介して発熱抵抗体６に通電するようにしても、実施例と同様に温度差−流量特性を自在に変更することができる。

この場合、図１２に示すように、上流側発熱抵抗体４８と下流側発熱抵抗体４９との間に２つの配線５７を配し、一方の配線５７に端子５６を接続するとともに他方の配線５７に端子５９を接続し、２つの配線５７を両方とも上流側、下流側発熱抵抗体４８、４９の両方に接続してもよい。

また、図１３に示すように、上流側発熱抵抗体４８と下流側発熱抵抗体４９との間に２つの配線５７を配し、一方の配線５７に端子５６を接続するとともに他方の配線５７に端子５９を接続し、一方の配線５７を上流側発熱抵抗体４８のみに接続し、他方の配線５７を下流側発熱抵抗体４９のみに接続してもよい。
また、発熱抵抗体６に５つ以上の端子を設けても、同様に温度差−流量特性を自在に変更することができる。

１ 空気流量測定装置
６ 発熱抵抗体
７ 上流側測温抵抗体
８ 上流側測温抵抗体
９ 下流側測温抵抗体
１０ 下流側測温抵抗体
１２ 空洞
１３ 電気絶縁膜
１４ 半導体基板
１５ メンブレン
５４〜５６、５９ 端子

Claims (3)

1. 内燃機関に吸入される空気との間に伝熱現象を発生させることで前記内燃機関に吸入される空気の流量を測定する空気流量測定装置において、
   通電により発熱する発熱抵抗体と、
   この発熱抵抗体の上流側に配されて、前記発熱抵抗体から熱的影響を受ける上流側測温抵抗体と、
   前記発熱抵抗体の下流側に配されて、前記発熱抵抗体から熱的影響を受ける下流側測温抵抗体とを備え、
   前記発熱抵抗体は、通電を受けるための３つ以上の端子を有し、
   前記発熱抵抗体が前記３つ以上の端子を介して通電を受けることで、空気が流れていないときに、前記上流側測温抵抗体が前記発熱抵抗体から受ける熱的影響と、前記下流側測温抵抗体が前記発熱抵抗体から受ける熱的影響とが異なることを特徴とする空気流量測定装置。
2. 請求項１に記載の空気流量測定装置において、
   空洞を有して表面が電気絶縁膜で覆われる半導体基板を備え、
   前記発熱抵抗体、前記上流側測温抵抗体および前記下流側測温抵抗体は、前記電気絶縁膜の一部であって前記空洞を覆うメンブレン上に半導体膜として設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
3. 請求項２に記載の空気流量測定装置において、
   前記上流側測温抵抗体と前記下流側測温抵抗体とは、前記発熱抵抗体を挟んで空気の流れる方向に関し線対称に設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。

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