JP2012078228A - 空気流量測定装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010224273A JP2012078228A (ja) | 2010-10-01 | 2010-10-01 | 空気流量測定装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2012078228A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014219285A (ja) * | 2013-05-08 | 2014-11-20 | 株式会社デンソー | 物理量センサの製造方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001183203A (ja) * | 1999-12-24 | 2001-07-06 | Denso Corp | フローセンサ |
JP2004093189A (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-25 | Mitsubishi Electric Corp | 熱式流量検出装置 |
-
2010
- 2010-10-01 JP JP2010224273A patent/JP2012078228A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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