專利名稱：加熱式空氣流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量空氣流量的加熱式空氣流量計(jì)，特別是，涉及適用于測量內(nèi)燃機(jī)吸入空氣量的空氣流量計(jì)。
背景技術(shù)：
作為測量內(nèi)燃機(jī)中吸入空氣量的裝置，眾所周知有在吸氣通路(空氣通路)內(nèi)中配置具有溫度依賴性的發(fā)熱電阻和用于該發(fā)熱電阻的溫度補(bǔ)償?shù)碾娮?溫度補(bǔ)償電阻)，測量吸入空氣流量的方式。
該類型的空氣流量計(jì)，發(fā)熱電阻的熱盡管散失到空氣流中，控制流經(jīng)發(fā)熱電阻的加熱電流，使發(fā)熱電阻和溫度補(bǔ)償電阻之間的溫度差一定，通過直接或間接的地測出其電流變化，測量空氣流量。
這樣的加熱式空氣流量計(jì)設(shè)置在汽車等內(nèi)燃機(jī)中時(shí)，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的溫度上升，此內(nèi)燃機(jī)的熱從吸氣通路的壁面熱傳導(dǎo)至空氣流量計(jì)。另外，有時(shí)行駛中空氣溫度也變化。另外，也有用于驅(qū)動空氣流量計(jì)的驅(qū)動電路等空氣流量計(jì)自身的發(fā)熱。如果存在這樣的周圍溫度變化或自己發(fā)熱，即使有溫度補(bǔ)償電阻，空氣流量計(jì)的檢測流量也會產(chǎn)生誤差。
為了降低由這樣的溫度變化所產(chǎn)生的流量檢測誤差，在以往的加熱式空氣流量計(jì)中，特開昭61-239119號公報(bào)，特開平10-197309號公報(bào)中已經(jīng)記載了。
特開昭61-239119號公報(bào)，構(gòu)成被測量空氣流經(jīng)的空氣通路主體的溫度和檢測空氣溫度不同時(shí)，從經(jīng)驗(yàn)上知，會產(chǎn)生空氣量的檢測誤差，因此，如下，對該檢測誤差進(jìn)行修正。即，在空氣通路中設(shè)置空氣溫度測量用的電阻的同時(shí)，在空氣通路壁面上配設(shè)檢測該壁面溫度的溫度檢測電阻，根據(jù)空氣通路壁面溫度和空氣溫度之差修正空氣流量信號。
另外，在特開平10-197309號公報(bào)中，在具有流量測量元件(發(fā)熱電阻、溫度補(bǔ)償電阻)的基板上，設(shè)置檢測空氣溫度的溫度傳感器和檢測基板溫度的基板溫度傳感器。流量測量元件基板是由安裝在空氣通路壁上的支撐體支撐的結(jié)構(gòu)?；鍦囟葌鞲衅鞅辉O(shè)置在支撐體側(cè)的基板一端。另一方面，空氣溫度傳感器配置在基板的另外一端(支撐體的相對側(cè))?；鍦囟葌鞲衅?，檢測發(fā)動機(jī)等的熱從吸氣通路壁通過支撐體傳導(dǎo)到至流量測量元件的在基板產(chǎn)生的基板溫度上升。根據(jù)該基板溫度信息和空氣溫度信息，修正流量檢測誤差。
在上述以往技術(shù)方面，如特開昭61-239119號公報(bào)，在空氣通路壁中設(shè)置用于檢測壁面溫度的溫度檢測電阻的方式，通過在空氣通路壁中埋設(shè)溫度檢測電阻等，可以檢測出壁面溫度。這樣的構(gòu)成中，由于將溫度檢測電阻埋設(shè)在樹脂中，使空氣流量計(jì)的加工成形變得復(fù)雜。另外，為了將溫度檢測電阻的端子引出到空氣通路壁部的外部，除了流量信號、電力輸入端子之外，有必要在空氣流量計(jì)主體中增設(shè)溫度輸出的外部連接端子。
另一方面，特開平10-197309號公報(bào)中，如上所述，在形成流量測量元件(發(fā)熱電阻，溫度補(bǔ)償電阻)的基板上，設(shè)置基板溫度傳感器和空氣溫度傳感器，通過兩者的溫度差，測出空氣流量檢測值。在該方式中，作為流量測量元件的基板，采用硅等半導(dǎo)體基板時(shí)，由于在基板材料中，硅基板的熱傳導(dǎo)率大，基板的被支撐側(cè)和其相對側(cè)幾乎不產(chǎn)生溫度差。因此，基板溫度信息和空氣溫度信息經(jīng)常幾乎是同一溫度，不能完全測出來自發(fā)動機(jī)等的外部的、傳導(dǎo)到基板的熱，在修正精度方面應(yīng)該改善。
另外，從支撐體等外部傳導(dǎo)到流量測量元件的熱，是傳導(dǎo)到元件整體的，從用于檢測吸氣溫度的溫度傳感器得到的空氣溫度信息也有比實(shí)際空氣溫度高的傾向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，解決上述的現(xiàn)有技術(shù)課題，提高流量測量精度的同時(shí)，也提高空氣溫度檢測的精度。
本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，基本的構(gòu)成如下。
流量測量元件是由在基板(第1基板)上形成發(fā)熱電阻和溫度補(bǔ)償電阻構(gòu)成。流量測量元件，由收容空氣流量計(jì)的驅(qū)動電路的殼體支撐，通過該殼體，配置在流量測量對象的空氣通路中。并且，具備進(jìn)行空氣流量計(jì)中2點(diǎn)的溫度測量的第1、第2溫度傳感器，第1溫度傳感器設(shè)置在流量測量元件的基板(第1基板)上，第2溫度傳感器設(shè)置在殼體內(nèi)部。第2溫度傳感器，最好配置在安放于殼體中的電路基板(例如，裝載空氣流量計(jì)的驅(qū)動電路和信號處理裝置的第2基板)上。
通過這樣的構(gòu)成，信號處理裝置，根據(jù)來自流量測量元件的輸出信號和第1、第2溫度傳感器的輸出信號3個信息，可以計(jì)算修正了外部熱的影響后的空氣流量(該運(yùn)算式的具體例在實(shí)施例中進(jìn)行描述)。
因此，流量測量元件即使是由其他構(gòu)成體支撐的結(jié)構(gòu)，也可以修正由于來自外部的熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的流量檢測誤差，實(shí)現(xiàn)高精度的空氣流量檢測。
并且，通過將第1、第2溫度傳感器分別分開設(shè)置在第1、第2基板上，能夠清楚地捕捉到空氣流量計(jì)的2點(diǎn)溫度差，提高空氣流量運(yùn)算的精度。另外，電連接第1、第2基板，用第2基板運(yùn)算處理空氣流量，空氣溫度，空氣通路壁面溫度等中的至少一個，溫度傳感器等的信號也能用空氣流量計(jì)內(nèi)部處理，沒有必要增設(shè)將溫度傳感器的輸出端子，作為空氣流量計(jì)外部機(jī)器的連接端子。另外，不是象以往那樣，將溫度傳感器埋設(shè)在空氣流量計(jì)壁面中等的結(jié)構(gòu)，溫度傳感器設(shè)置變得容易。


圖1是將本發(fā)明一實(shí)施例涉及的加熱式空氣流量計(jì)在與空氣通路成直角方向剖開的剖視圖。
圖2是圖1中B-B′處剖視圖。
圖3是表示在圖2一樣的剖面，空氣流量計(jì)殼體外觀的圖。
圖4是表示用于本實(shí)施例的空氣流量測量元件的俯視圖。
圖5是圖4中C-C′處剖視圖。
圖6是表示用于上述實(shí)施例的加熱式空氣流量計(jì)的驅(qū)動電路的圖。
圖7是表示用于上述實(shí)施例的加熱式空氣流量計(jì)的流量檢測電路的圖。
圖8是用于上述實(shí)施例的信號處理裝置的框圖。
圖9是表示上述實(shí)施例中，吸氣溫度變化時(shí)的流量修正的圖。
圖10是表示上述實(shí)施例中，吸氣通路壁面溫度變化時(shí)流量修正的圖。
圖11是表示上述實(shí)施例的加熱式空氣流量計(jì)溫度分布的圖。
圖12是表示上述實(shí)施例的加熱式空氣流量計(jì)的溫度分布模型的圖。
圖13是表示上述實(shí)施例的吸氣溫度變化時(shí)流量修正值的圖。
圖14是表示上述實(shí)施例的吸氣通路壁面溫度變化時(shí)流量修正值的圖。
圖15是表示用于上述實(shí)施例的測量元件其他例子的俯視16是圖15A-A′處的剖視圖。
圖17是表示插入圖15的流量測量元件的空氣流量計(jì)的驅(qū)動電路圖。
圖18是表示用于上述實(shí)施例的其他驅(qū)動電路例子的圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖，對本發(fā)明中的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1是將本發(fā)明一實(shí)施例涉及的加熱式空氣流量計(jì)在與空氣通路成直角方向剖開的剖視圖，圖2是圖1中B-B′處剖面。圖3是表示在圖2一樣的剖面，空氣流量計(jì)殼體外觀的圖。圖4是用于本實(shí)施例的空氣流量測量元件(以下，稱為測量元件)1的俯視圖，圖5是圖4中C-C′剖面的圖。
圖1～圖3中，空氣流量計(jì)是由后面在基板(第1基板)10C上形成所述的發(fā)熱電阻，溫度補(bǔ)償電阻等構(gòu)成的測量元件1，配置測量元件1后的副通路(計(jì)量通路)4，電路基板(第2基板)14，容納電路基板14的殼體5，支撐殼體5的支撐部7，連接部70等構(gòu)成。其中，副通路4，殼體5，支撐部7，連接部70，是由合成樹脂一體形成。
測量對象空氣流過的吸氣通路(主通路)3構(gòu)成向內(nèi)燃機(jī)吸入空氣的吸氣管的一部分?？諝饬髁坑?jì)如下安裝在形成吸氣通路3的管體(主體)6中。
主體6，在其通路壁上具有流量計(jì)安裝孔60，通過該安裝孔60，插入副通路4和殼體5。法蘭盤狀的支撐部7固定在空氣通路壁(主體)6外面，例如用螺釘?shù)裙潭ā?br> 這樣，殼體5和副通路4，從吸氣通路3的壁面向中心沿直徑方向依次配置。副通路4由殼體5的一端支撐，配置在吸氣通路3的大約中央。
其中，通過圖4和圖5，對測量元件1詳情進(jìn)行說明。
測量元件1的基板(第1基板)10C，在本實(shí)施例中是由硅等半導(dǎo)體形成。在基板10C上，形成發(fā)熱電阻8，在發(fā)熱電阻上下游形成的上游電阻16和下游電阻17，溫度補(bǔ)償電阻11a，用于檢測測量元件周圍即基板10C上的溫度的第1溫度傳感器18。這些要素，全部在基板10C上，通過電氣絕緣膜10a，用多晶硅電阻(或者白金等也可以，不論其材質(zhì))形成，或者對第1溫度傳感器18而言，也可以是熱敏電阻等半導(dǎo)體元件。
在硅基板10C中，在發(fā)熱電阻8、上游電阻16、下游電阻17位所處位置的背面，由各向異性蝕刻法穿孔形成空洞9。該空洞9從基板10C下面形成到電氣絕緣膜10a邊界面。發(fā)熱電阻8、上游電阻16、下游電阻17位于該空洞9部位的電氣絕緣膜10a上。這些電阻具有溫度依賴性，根據(jù)溫度不同，電阻特性變化。另外，為了保護(hù)這些電阻和溫度傳感器，在基板10C的最上層形成電氣絕緣膜10b。
溫度補(bǔ)償電阻11a，通過檢測空氣溫度，以使發(fā)熱電阻8的溫度和空氣溫度(溫度補(bǔ)償電阻的溫度)大致一定的方式進(jìn)行補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償電阻11a和第1溫度傳感器18，在電氣絕緣膜10a上，并且在基板10C前端側(cè)(測量元件1的反支撐部側(cè))形成。
測量元件1(第1基板10C)，如圖2所示，被支撐在殼體5的一端。基板10C上的被支撐側(cè)(殼體側(cè))的一端，配設(shè)了上述的各電阻8、16、17、11a和第1溫度傳感器18的端子電極13，該端子電極13和測量元件1的外部電路(殼體5內(nèi)的電路基板14)的端子電極50，通過引線焊接電連接。
第1溫度傳感器18是熱敏電阻等半導(dǎo)體元件時(shí)，也可以通過焊接和外部電路電連接。
下面對殼體5內(nèi)的電路基板(第2基板)14進(jìn)行說明。
電路基板14具有，空氣流量計(jì)的驅(qū)動電路(是發(fā)熱電阻8的加熱電流控制電路，由例如如圖6所示的橋式要素電阻19，20，運(yùn)算放大器21，晶體三極管22構(gòu)成的電路)和信號處理裝置30。
信號處理裝置30具有，運(yùn)算修正空氣流量檢測電路的要素(圖7的信號輸出線33)和空氣流量等的運(yùn)算器31(圖8)和存儲流量修正數(shù)據(jù)的存儲器32。
此外，在電路基板14中設(shè)置了檢測電路基板上的溫度(殼體內(nèi)溫度)的第2溫度傳感器15。第2溫度傳感器15，由例如熱敏電阻等半導(dǎo)體元件。由于第1溫度傳感器18和第2溫度傳感器15，測量空氣流量計(jì)的2點(diǎn)溫度，最好是具有同樣特性。
本實(shí)施例，將在空氣通路3的直徑方向劃分的電路基板(第2基板)14和測量元件基板(第1基板)10C分開，能夠構(gòu)成2點(diǎn)溫度測量用的溫度傳感器15和18在這些基板上分別配設(shè)的結(jié)構(gòu)。并且，這些第1、第2基板，通過電連接依次配置。流量測量信號(檢測空氣流量)Qm和第1、第2溫度傳感器的輸出信號T1、T2，全部通過A/D轉(zhuǎn)換器，輸入到第2基板14的信號處理裝置30(圖8)，根據(jù)這些信號，計(jì)算吸氣溫度(空氣溫度)Ta，吸氣通路壁面溫度Tw，另外，運(yùn)算修正空氣流量(修正后空氣流量Q′m)。并且，這些具體的運(yùn)算例，在后面進(jìn)行描述。
在電路基板(第2基板)14中與測量元件1相對側(cè)一端，配置外部連接用的連接端子71和用于通過引線焊接連接的端子電極51。連接端子71由空氣流量計(jì)的電源供給端子和輸出上述的信號Ta、Tw、Q′m的端子構(gòu)成。連接端子71被連接在外部電池23(圖6，圖7)和發(fā)動機(jī)控制單元(圖中沒有表示)上?？諝饬髁繑?shù)據(jù)Q′m，作為發(fā)動機(jī)控制單元中燃料噴射量的計(jì)算數(shù)據(jù)使用，空氣溫度Ta和壁面溫度Tw，可以用于其他用途。
對于第2溫度傳感器15而言，一體安裝在設(shè)置驅(qū)動電路等的基板14上是低成本的方法。并且，作為基板14上的電路，使用事先在內(nèi)部試樣具備溫度傳感器的運(yùn)算器時(shí)，也可以使用該運(yùn)算器內(nèi)部的溫度傳感器，作為第2溫度傳感器，此時(shí)，由于不需要配線等部件，進(jìn)一步降低成本。
下面對本實(shí)施例中的空氣流量計(jì)的動作原理進(jìn)行說明。
圖4中的發(fā)熱電阻8和溫度補(bǔ)償電阻11a，構(gòu)成如圖6所示的橋式電路的要素。溫度補(bǔ)償電阻11a，感應(yīng)空氣溫度，電阻值變化。通過溫度補(bǔ)償電阻11a，發(fā)熱電阻8進(jìn)行控制電流，使此溫度相對于被檢測空氣2的溫度總是高一定溫度。
該橋式電路由發(fā)熱電阻8，溫度補(bǔ)償電阻11a，固定電阻19，20構(gòu)成，作為驅(qū)動其的電路，具備運(yùn)算放大器21，晶體三極管22，以及電連接成為驅(qū)動電路電力供給源的電池23。
發(fā)熱電阻8和溫度補(bǔ)償電阻11a，電阻溫度系數(shù)大的多晶硅電阻。橋式電壓24和25的電位差，通過運(yùn)算放大器21和晶體三極管22，反饋到橋式電路，因此，電橋的電阻比總是一定。
通過增大溫度補(bǔ)償電阻11a的初期電阻值，相反，減小發(fā)熱電阻8的初期電阻值，溫度補(bǔ)償電阻11a發(fā)熱量減小，幾乎變?yōu)楸粰z測空氣2的溫度。另一方面，加熱電流流過發(fā)熱電阻8，初期電阻值變小。另外，發(fā)熱電阻8的背面，如圖5所示，用空洞9進(jìn)行熱絕緣，由于發(fā)熱溫度上升，電阻值變大。因此，在橋式電阻8，11a，19，20的電阻比到一定值之前，發(fā)熱電阻8的電阻值應(yīng)該上升，為了比溫度補(bǔ)償電阻11a的溫度，即被檢測空氣2的溫度高一定溫度，可以控制發(fā)熱電阻8。
圖7是檢測被檢測空氣2流量的電路。如圖4所示，空氣流2流入測量元件1中。此時(shí)，通過在發(fā)熱電阻8的上下游配置上游電阻16和下游電阻17，上游電阻16由空氣流2冷卻，由于通過發(fā)熱電阻8加熱的空氣流過來，下游電阻17被加熱。因此，這2個電阻由于溫度不同產(chǎn)生電阻值變化。
因此，通過如圖6的流量檢測電路31所示，電連接上游電阻16和下游電阻17，能得到與溫度差即空氣流量相應(yīng)的電壓信號Qm。
如圖8所示，將來自第1溫度傳感器18的基板溫度(測量元件溫度)T1，來自第2溫度傳感器15的殼體內(nèi)溫度T2，來自流量檢測電路33的檢測空氣流量Qm輸入到裝載在電路基板14(圖1、圖2)上的運(yùn)算器31(信號處理裝置30)。
用運(yùn)算器31運(yùn)算處理這些輸入信號(信息)，從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，高精度地計(jì)算出吸氣溫度Ta，吸氣通路壁面溫度Tw，修正后的空氣流量Q′m。這些計(jì)算出的信號，通過輸出端口，被輸出到空氣流量計(jì)外部的裝置。并且，該運(yùn)算的具體例，在后面進(jìn)行描述。
本實(shí)施例中，是輸出空氣流量Q′m，加上吸氣溫度(被檢測空氣溫度)Ta和吸氣通路壁面溫度Tw的構(gòu)成，但是，也可以是根據(jù)需要，只輸出空氣流量信號，或者選擇任意一個輸出的結(jié)構(gòu)。
以往的加熱式空氣流量計(jì)，適用于汽車等的內(nèi)燃機(jī)時(shí)，受①起因于被檢測空氣溫度的溫度變化的流量檢測誤差，②由內(nèi)燃機(jī)的熱傳導(dǎo)到吸氣通路引起空氣流量計(jì)的溫度上升，即在圖1、圖2中的吸氣通路壁面6溫度和被檢測空氣2的溫度變?yōu)椴煌瑺顟B(tài)時(shí)產(chǎn)生的流量檢測誤差。③另外空氣流量計(jì)自身的溫度上升，即驅(qū)動、檢測電路等發(fā)熱影響。本發(fā)明的目的是，不受這樣的溫度變化的影響，進(jìn)行高精度的空氣流量檢測，以下對詳情進(jìn)行說明。
圖9和圖10表示，以往的加熱式空氣流量計(jì)(不具有2點(diǎn)溫度傳感器類型的流量計(jì))，在被檢測空氣2的溫度和吸氣管壁面溫度變化時(shí)，產(chǎn)生的檢測流量誤差的一個例子。
圖9和圖10中，特性I是表示適當(dāng)?shù)臋z測流量信號Qm-吸氣管流量Qs特性(標(biāo)準(zhǔn)特性)。標(biāo)準(zhǔn)特性I是，例如，壁面溫度Tw為20℃，吸氣溫度為20℃時(shí)的Qm-Qs特性。
由于汽車運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境顯著變化，壁面溫度Tw和吸氣溫度Ta從常溫急劇變化時(shí)，用溫度補(bǔ)償電阻11a已經(jīng)不能充分對應(yīng)，產(chǎn)生流量檢測誤差。
例如，圖9的特性II是，吸氣溫度和壁面溫度都從+20℃上升到+80℃時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，此時(shí)，以往的空氣流量計(jì)檢測流量，在整個流量域中有產(chǎn)生正誤差+ΔQa的傾向。相反，如果壁面溫度和吸氣溫度都從+20℃降低到-20℃(圖示中省略了)，有產(chǎn)生負(fù)誤差的傾向。
圖10的特性III是，吸氣通路壁面6的溫度由內(nèi)燃機(jī)的熱等從+20℃上升到+80℃，另一方面，吸氣2的溫度是+20℃時(shí)的Qm-Qs特性。這樣，吸氣溫度即使是常溫，在吸氣溫度和吸氣通路壁面溫度產(chǎn)生60℃溫度差時(shí)，空氣流量計(jì)檢測的流量，在整個流量域中，有產(chǎn)生負(fù)誤差-ΔQw的傾向。此時(shí)的空氣流量計(jì)的溫度分布狀態(tài)表示在圖11中。
圖11中，加熱式空氣流量計(jì)的支撐部7(吸氣通路壁面位置)的溫度Tw為+80℃，吸氣溫度(被檢測空氣2的溫度)Ta為+20℃時(shí)，支撐部7和測量元件1之間的溫度分布成為如圖11所示的斜率。簡單的說，如果只考慮支撐部7的溫度Tw和吸氣溫度Ta，溫度從支撐部7向測量元件1方向逐漸的降下來。
但是，象本實(shí)施例那樣，在殼體5內(nèi)部設(shè)置空氣流量計(jì)的驅(qū)動、檢測電路等時(shí)，由于電路發(fā)熱，殼體5的內(nèi)部溫度上升。另外，由于測量元件1中設(shè)置了發(fā)熱電阻8，測量元件1上具有局部的溫度上升Th。如果變成這樣的狀態(tài)，在空氣流量計(jì)的各部分，由于產(chǎn)生誤差的主要原因，導(dǎo)致空氣流量計(jì)的檢測流量產(chǎn)生誤差的同時(shí)，熱傳導(dǎo)到測量元件1，對測量元件1上設(shè)置的空氣溫度傳感器18的檢測溫度產(chǎn)生影響。
改善這樣的影響是本發(fā)明的目的。這可以通過使用被檢測空氣2的流量信息Qm，測量元件的溫度T2和殼體5內(nèi)的溫度T1，3個信息而實(shí)現(xiàn)。
也就是，來自圖1，圖2，圖11中的測量元件1的流量信號Qm，來自設(shè)置在測量元件1上的第1溫度傳感器18的溫度信息T1，來自殼體內(nèi)第2溫度傳感器15的溫度信息T2。
通過使用這3個信息，采用如下所述的加熱式空氣流量計(jì)的溫度分布模型，通過運(yùn)算，可以推斷高精度的空氣流量信息Q′m，吸氣溫度Ta和吸氣通路壁面溫度Tw。
首先，對吸氣溫度，吸氣通路壁面溫度的運(yùn)算方法進(jìn)行說明。
圖12表示吸氣溫度Ta和吸氣通路壁面溫度Tw的運(yùn)算方法中的簡單的溫度分布模型。
圖12中，如果將空氣流量計(jì)的殼體5的長的方向(吸氣通路直徑方向)為L，該長的方向L上的溫度為T，殼體5支撐的吸氣通路壁面溫度稱Tw，吸氣溫度為Ta，吸氣流量為Qs，L方向的溫度分布狀態(tài)可以象下式那樣，用指數(shù)函數(shù)來近似。
(式1)T＝(Tw-Ta)exp(k·Qs·L)+Ta另外，如果將吸氣通路壁面6作為基準(zhǔn)，測量元件1上設(shè)置的第1溫度傳感器18的位置為L1，殼體5內(nèi)設(shè)置的第2溫度傳感器15的位置為L2，各自的檢測溫度T1，T2，由各溫度傳感器自身得到。另外，上式中的Qs當(dāng)作是由測量元件1檢測的流量Qm，關(guān)于被檢測空氣的溫度Ta和吸氣通路壁面的溫度Tw的推斷，假定Qm＝Qs。
其中，常數(shù)k是用于使假設(shè)的溫度分布模型與從實(shí)驗(yàn)值得到的實(shí)際的溫度分布一致的調(diào)整參數(shù)。通過將這些L1，L2，T1，T2的值代入上式，如下式的聯(lián)立方程式成立。
(式2)T1＝(Tw-Ta)exp(k·Qm·L1)+TaT2＝(Tw-Ta)exp(k·Qm·L2)+Ta
其中，T1是來自第1溫度傳感器18的溫度信息，T2是來自第2溫度傳感器15的溫度信息，Qm是來自測量元件1的檢測流量。由于k是常數(shù)，L1，L2是由安裝結(jié)構(gòu)決定的常數(shù)，未知數(shù)為Tw，Ta，對于Tw，Ta，通過求解該聯(lián)立方程式，能求出吸氣通路壁面6的溫度Tw和被檢測空氣2的溫度Ta。
這樣的運(yùn)算由圖8所示的運(yùn)算器31(信號處理裝置30)在殼體5內(nèi)進(jìn)行。
如果得到被檢測空氣2的溫度Ta和空氣流量計(jì)的支撐部7的溫度即吸氣通路壁面溫度Tw，可以修正由測量元件1和流量檢測電路(圖7)得到的檢測空氣流量Qm。
即，如圖10和圖14所示，如果吸氣通路壁面6的溫度上升，賦予相當(dāng)于由此產(chǎn)生的流量誤差的修正流量+ΔQw，如圖9和圖13所示，如果吸氣溫度變化，同樣，在運(yùn)算器31內(nèi)部賦予于吸氣溫度變化相關(guān)的修正流量-ΔQa，由此可以檢測出高精度的空氣流量信息Q′m。
本實(shí)施例中，運(yùn)算器31內(nèi)部具有存儲器32，存儲求出對應(yīng)被檢測空氣溫度Ta，吸氣通路壁面溫度Tw和檢測空氣流量Qm的修正流量值的對應(yīng)關(guān)系和函數(shù)作為修正數(shù)據(jù)。
例如，存儲器32具有對應(yīng)被檢測空氣溫度Ta的流量修正數(shù)據(jù)α1和對應(yīng)吸氣通路壁面溫度Tw的流量修正數(shù)據(jù)α2的映射關(guān)系時(shí)，由下式得到修正流量Q′m。
(式3)Q′m＝Qm×α1(Ta)×α2(Tw)由這些輸入和修正數(shù)據(jù)，通過修正流量運(yùn)算，可以進(jìn)行高精度的空氣流量檢測。
此外，通過本實(shí)施例，空氣流量計(jì)的2點(diǎn)溫度，能夠在位于從流量計(jì)壁面到吸氣通路的熱傳遞路徑上的獨(dú)立基板上檢測，因此能夠提高相互的溫度數(shù)據(jù)的可靠性。另外，根據(jù)2點(diǎn)溫度和空氣流量檢測信號的修正流量運(yùn)算和空氣溫度、壁面溫度等的運(yùn)算，全部在空氣流量計(jì)的殼體內(nèi)處理，因此和流量計(jì)外部連接的端子，可以不用設(shè)置溫度傳感器的數(shù)據(jù)端子，可以謀求輸出端子14和線束的簡化。此外，由于溫度傳感器，設(shè)置在殼體和流量測量元件的各基板上，空氣流量計(jì)的主體自身幾乎不需要用于溫度傳感器加工，能夠謀求主體結(jié)構(gòu)簡化。
并且，上述實(shí)施例中，第2溫度傳感器15設(shè)置在電路基板14上，也可以和電路基板14分開安裝到殼體5內(nèi)。
另外，流量測量元件1也可以是將薄膜類型的感溫電阻(發(fā)熱電阻，溫度補(bǔ)償電阻)設(shè)置在絕緣基板的類型。
并且，作為流量測量元件1，由上游電阻和下游電阻的溫度差(電阻值差)間接地檢測出相對于發(fā)熱電阻8的空氣流量的加熱電流變化，但是，不局限于此。通過直接檢測發(fā)熱電阻8電流值，檢測空氣流量變化的類型也適用。圖15和圖16表示直接檢測加熱電流類型的流量測量元件的一個例子。并且，圖15和圖16的符號中，和先前實(shí)施例中使用的符號相同的符號是表示相同或者通用的要素。圖15，圖16中，不使用上游電阻，下游電阻，如圖17所示，由在發(fā)熱電阻8，溫度補(bǔ)償電阻11a，固定電阻19，20的橋式電路中的發(fā)熱電阻8、電阻19間的電壓得到吸氣流量信號Qa。
上述實(shí)施例中的信號處理裝置30也可以和驅(qū)動電路分開，設(shè)置在空氣流量計(jì)外部。
另外，上述實(shí)施例中，作為檢測測量元件1上的溫度Ta的第1溫度傳感器，使用了專用的元件18，在溫度補(bǔ)償電阻11a的精度受作為第1溫度傳感器的要求精度影響的情況下，也可以代替專用的第1溫度傳感器18，使溫度補(bǔ)償電阻11a兼用第1溫度傳感器的功能。
此時(shí)的驅(qū)動電路的例子如圖18所示。該電路例，基本上，是和圖6一樣的，不同點(diǎn)在于，由溫度補(bǔ)償電阻11a的兩端電壓變化跟蹤溫度補(bǔ)償電阻的電阻值變化，取出該信號值作為空氣溫度(流量測量元件上的溫度)Ta。該信號Ta被輸入到信號處理裝置30。
通過本發(fā)明，例如，設(shè)置在如內(nèi)燃機(jī)那樣嚴(yán)酷的溫度環(huán)境中的空氣流量計(jì)，能夠修正由吸入空氣的溫度變化和設(shè)置空氣流量計(jì)的吸氣通路壁面的溫度上升產(chǎn)生的流量檢測誤差，能夠提高檢測精度。并且，對于空氣流量計(jì)的主體而言，不需要溫度傳感器和其端子的埋設(shè)，通過簡化的結(jié)構(gòu)，能夠謀求上述檢測精度的提高。
權(quán)利要求
1.一種加熱式空氣流量計(jì)，其特征在于，具備由在基板上形成用于空氣流量測量的發(fā)熱電阻和溫度補(bǔ)償電阻構(gòu)成的流量測量元件，支撐上述流量測量元件和至少容納上述流量測量元件的驅(qū)動電路的殼體，上述流量測量元件，通過上述殼體，配置在流量測量對象的空氣通路上，具有進(jìn)行空氣流量計(jì)中的2點(diǎn)溫度測量的第1、第2溫度傳感器，上述第1溫度傳感器設(shè)置在上述流量測量元件的基板上，上述第2溫度傳感器設(shè)置在上述殼體內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱式空氣流量計(jì)，其特征在于，上述流量測量元件是通過圖案形成在半導(dǎo)體基板上形成上述發(fā)熱電阻和上述溫度補(bǔ)償電阻的半導(dǎo)體型流量測量元件，在上述殼體內(nèi)部，至少容納形成上述驅(qū)動電路的電路基板，上述第1溫度傳感器，設(shè)置在上述流量測量元件的半導(dǎo)體基板上，上述第2溫度傳感器，設(shè)置在上述殼體內(nèi)的電路基板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱式空氣流量計(jì)，其特征在于，上述第2溫度傳感器，設(shè)置在上述殼體內(nèi)配置的電路基板上，具有上述第1溫度傳感器的基板和具有上述第2溫度傳感器的電路基板通過端子電極進(jìn)行電連接，上述電路基板具備，輸入上述流量測量元件的輸出信號和上述第1、第2溫度傳感器的輸出信號，根據(jù)這些信號運(yùn)算空氣流量的信號處理裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加熱式空氣流量計(jì)，其特征在于，上述電路基板具有，存儲用于由上述信號處理裝置的空氣流量運(yùn)算的修正數(shù)據(jù)的存儲器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加熱式空氣流量計(jì)，其特征在于，上述信號處理裝置，根據(jù)上述第1、第2溫度傳感器的輸出信號和上述流量測量元件的輸出信號，推斷空氣溫度和空氣通路壁面溫度，由這些推定值求出空氣流量修正數(shù)據(jù)，用該修正數(shù)據(jù)計(jì)算空氣流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱式空氣流量計(jì)，其特征在于，上述空氣流量計(jì)的主體具有，通過流經(jīng)上述空氣通路的空氣的一部分的副通路，該副通路被支撐在上述殼體上，上述副通路和上述殼體從上述空氣通路的壁部通向該通路的直徑方向，配置在上述空氣通路內(nèi)，上述流量測量元件的基板位于上述副通路上，該基板上設(shè)置上述第1溫度傳感器，上述殼體內(nèi)容納了設(shè)置有上述流量測量元件的驅(qū)動電路，信號處理裝置和上述第2溫度傳感器的電路基板。
7.一種加熱式空氣流量計(jì)，其特征在于，具備配置在空氣通路上，形成測量空氣流量的發(fā)熱電阻和用于溫度補(bǔ)償該發(fā)熱電阻的溫度補(bǔ)償電阻的第1基板，具有驅(qū)動上述發(fā)熱電阻與上述溫度補(bǔ)償電阻的電路和用于計(jì)算空氣流量的信號處理裝置的第2基板，上述第2基板和上述第1基板通過電連接依次配置上述空氣通路的直徑方向，這些基板中，上述第2基板容納在從空氣通路壁通向空氣通路內(nèi)的殼體中，上述第1基板保持在該殼體的前端，上述第1、第2基板上，設(shè)置了檢測空氣流量計(jì)的2點(diǎn)溫度的第1、第2溫度傳感器，流量測量信號和上述第1、第2溫度傳感器的輸出信號輸入到上述第2基板的信號處理裝置中，根據(jù)這些信號，在第2基板上計(jì)算空氣流量而構(gòu)成。
8.一種加熱式空氣流量計(jì)，其特征在于，是一種使用具有溫度依賴性的發(fā)熱電阻和溫度補(bǔ)償電阻，測量在內(nèi)燃機(jī)的吸氣通路中流動的空氣流量的加熱式空氣流量計(jì)，其具備形成構(gòu)成流量測量元件的上述發(fā)熱電阻和溫度補(bǔ)償電阻的第1基板，設(shè)置在上述第1基板上，具備檢測該基板上的溫度的第1溫度傳感器，具備驅(qū)動上述發(fā)熱電阻和上述溫度補(bǔ)償電阻的電路和用于計(jì)算空氣流量的信號處理裝置的第2基板，由上述吸氣通路壁支撐，位于吸氣通路中，且在前端保持上述第1基板，內(nèi)部容納上述第2基板的殼體，配置在上述第2基板上，檢測該基板上的溫度的第2溫度傳感器，為了電連接上述第1、第2基板的電氣動作要素，配置在各基板上的端子電極，上述第2基板的信號處理裝置具有，輸入上述流量測量元件的輸出信號和上述第1、第2溫度傳感器的輸出信號，根據(jù)這些信號計(jì)算空氣流量的功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的加熱式空氣流量計(jì)，其特征在于，由上述殼體內(nèi)的信號處理裝置計(jì)算出的空氣流量信號輸出到配置在空氣流量計(jì)外部的發(fā)動機(jī)控制單元的方式而構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中的任一項(xiàng)所述的加熱式空氣流量計(jì)，其特征在于，上述溫度補(bǔ)償電阻和上述第1溫度傳感器兼用。
全文摘要
一種提高流量測量精度優(yōu)異的加熱式空氣流量計(jì)?？諝饬髁坑?jì)的測量元件由在第1基板上形成發(fā)熱電阻和溫度補(bǔ)償電阻構(gòu)成。在支撐流量測量元件的殼體內(nèi)部容納具有空氣流量計(jì)(5)的驅(qū)動電路和信號處理裝置的第2基板。流量測量元件，配置在空氣通路上。進(jìn)行空氣流量計(jì)中的2點(diǎn)溫度測量的傳感器中，第1溫度傳感器，設(shè)置在流量測量元件的第1基板上，第2溫度傳感器設(shè)置在殼體內(nèi)部的第2基板上。信號處理裝置，根據(jù)流量測量元件的輸出信號和第1、第2溫度傳感器的輸出信號計(jì)算空氣流量，空氣溫度，空氣壁面溫度。
文檔編號G01F15/04GK1806159SQ200480016658
公開日2006年7月19日 申請日期2004年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月18日
發(fā)明者中野洋, 山田雅通, 松本昌大, 渡邊泉, 半澤惠二 申請人:株式會社日立制作所, 日立汽車技術(shù)有限公司