熱式流量測定装置
【課題】流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差を低減できる熱式流量計を提供する。
【解決手段】熱式流量計は、センサハウジングに組み込まれる流量センサと、この流量センサの姿勢変化を検出する傾斜センサ４を備えている。流量センサは、姿勢変化によって生じる流量誤差を補正する流量補正部３７を備える。この流量補正部３７は、流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差と吸気量との相関データを記録した補正マップを有し、この補正マップより、傾斜センサ４の検出結果を基に流量誤差を求め、流量センサによって検出される吸気量を流量誤差に応じて補正する。
傾斜センサ４によって流量センサの姿勢変化が検出された場合は、傾斜センサ４の検出結果を基に流量誤差を求め、流量センサによって検出される吸気量を流量誤差分だけ補正することにより、流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差を低減できる。
【解決手段】熱式流量計は、センサハウジングに組み込まれる流量センサと、この流量センサの姿勢変化を検出する傾斜センサ４を備えている。流量センサは、姿勢変化によって生じる流量誤差を補正する流量補正部３７を備える。この流量補正部３７は、流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差と吸気量との相関データを記録した補正マップを有し、この補正マップより、傾斜センサ４の検出結果を基に流量誤差を求め、流量センサによって検出される吸気量を流量誤差に応じて補正する。
傾斜センサ４によって流量センサの姿勢変化が検出された場合は、傾斜センサ４の検出結果を基に流量誤差を求め、流量センサによって検出される吸気量を流量誤差分だけ補正することにより、流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差を低減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体通路を流れる流体流量を流量センサを用いて検出する熱式流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気やガス等の流体流量を検出する熱式流量センサが公知である。
この流量センサは、流体温度より一定温度だけ高い基準温度に加熱されるヒータ素子と、流体の流れ方向に対しヒータ素子の上流側と下流側とにそれぞれ配置される測温抵抗体とを有し、上流側の測温抵抗体と下流側の測温抵抗体との温度差より流体流量を検出する方式である。
ところで、流量センサをガスメータ等の積算流量計として使用する場合は、敷設される配管の向き、および、配管を流れる流体（ガス）の流れ方向によって流量センサの取り付け姿勢が変化する。例えば、図１０（ａ）に矢印で示す様に、水平方向に流体が流れる場合、図１０（ｂ）に矢印で示す様に、下から上に向けて流体が流れる場合、図１０（ｃ）に矢印で示す様に、上から下に向けて流体が流れる場合は、それぞれ、流量センサの取り付け姿勢が変化する。なお、図１０（ａ）〜（ｃ）には、流量センサに使用されるセンサチップ１４が示されており、このセンサチップ１４に設けられるメンブレン１６にヒータ素子と測温抵抗体が配置されている。
【０００３】
ところが、図１０（ａ）〜（ｃ）のように、センサチップ１４の取り付け姿勢が変化すると、それぞれ、ヒータ素子で加熱された流体の自然対流に起因する熱の影響が異なるため、センサ出力に誤差が生じる。すなわち、ヒータ素子から発生する熱は、流体の自然対流によって上方に向けて拡散し易いため、流体が水平方向に流れる図１０（ａ）の場合は、流体の自然対流に起因する熱の移動が流量検出に与える影響は小さくなる。言い換えると、上流側の測温抵抗体と下流側の測温抵抗体との温度差に与える影響（流体の自然対流に起因する熱の影響）が小さいので、流量誤差は小さくなる。
これに対し、図１０（ｂ）の場合は、自然対流に起因する熱の移動が、流体の流れに伴う熱の移動に加わるため、図１０（ａ）の場合と比較して、上流側の測温抵抗体と下流側の測温抵抗体との温度差が大きくなる。
【０００４】
一方、図１０（ｃ）の場合は、自然対流に起因する熱の移動が、流体の流れに伴う熱の移動を妨げるように作用するため、図１０（ａ）の場合と比較して、上流側の測温抵抗体と下流側の測温抵抗体との温度差が小さくなる。
上記の結果、図１１に示す様に、センサチップ１４の姿勢が大きく変化すると、それに伴って流量誤差が生じ、特に、流量が少なく（流速が遅く）なる程、流量誤差も大きくなる。なお、図１１に示す破線グラフ（１）は、図１０（ａ）に示すセンサチップ１４の姿勢に対応する流量特性、実線グラフ（２）は、図１０（ｂ）に示すセンサチップ１４の姿勢に対応する流量特性、実線グラフ（３）は、図１０（ｃ）に示すセンサチップ１４の姿勢に対応する流量特性である。
【０００５】
特許文献１には、流量センサの取り付け姿勢に応じてセンサ出力を補正する熱式流量計が開示されている。
この熱式流量計は、流体の圧力に応じた流量センサの検出信号に対するゼロ点補正量を流量センサの取り付け姿勢毎に登録したゼロ点補正テーブルと、流量センサが組み込まれた流体通路を流体が流れる向きと流体の圧力とに応じてゼロ点補正テーブルからゼロ点補正量を求めて流量センサの検出信号を補正するゼロ点補正手段と、このゼロ点補正手段により補正された流量センサの検出信号に従って流体通路を流れる流体の流量を求める流量算出手段とを備えている。
上記の構成によれば、流体通路に対する流量センサの取り付け姿勢に応じて流量センサの出力をゼロ点補正できるので、流量センサの取り付け姿勢に依存するセンサ出力の変化を補正することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１５０７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記の特許文献１に記載された流量センサは、例えば、ガスメータ等の積算流量計として使用されるもので、ガス配管に取り付けられる流量センサの姿勢が使用中に変化することはない。つまり、敷設されるガス配管の向き（ガス配管を流れるガスの流れ方向）により流量センサの取り付け姿勢が異なるだけで、ガス配管に一度取り付けた流量センサの姿勢が使用中に変化することはない。
これに対し、例えば、自動車のエンジンが吸入する吸気量を検出する空気流量計は、車体の姿勢変化に応じて流量センサの姿勢も変化する。
【０００８】
つまり、自動車に用いられる流量センサは、エンジンの吸気通路に対する流量センサの取り付け姿勢が一定であっても、車体の姿勢変化に応じて流量センサ自体の姿勢が変化する。このため、流量センサの姿勢が使用途中で変化する場合は、特許文献１に開示された従来技術で対応することはできない。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差を低減できる熱式流量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（請求項１に係る発明）
本発明は、通電によって発熱するヒータ素子を備え、このヒータ素子から放出される放熱量を基に、流体通路を流れる流体流量を検出する流量センサと、この流量センサの姿勢変化を検出する姿勢検出手段と、流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差と流体流量との相関データを有し、この相関データより姿勢検出手段の検出結果を基に流量誤差を求め、流量センサによって検出される流体流量を流量誤差に応じて補正する流量補正手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の熱式流量測定装置は、流量センサの姿勢変化を検出する姿勢検出手段を備えているので、この姿勢検出手段によって流量センサの姿勢変化が検出された場合は、流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差と流体流量との相関データより、姿勢検出手段の検出結果を基に流量誤差を求めて、流量センサによって検出される流体流量を流量誤差分だけ補正することができる。これにより、流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差を低減できるので、例えば、使用中に流量センサの姿勢が変化する自動車用の空気流量計にも好適に用いることができる。
【００１１】
（請求項２に係る発明）
請求項１に記載した熱式流量測定装置は、内燃機関を搭載する車両に使用され、内燃機関が吸入する吸入空気量を検出することを特徴とする。
自動車等の車両は、走行中に車体の姿勢が変化することが多いため、本発明の熱式流量測定装置を使用することにより、車体の姿勢変化に伴って流量センサの姿勢が変化しても、その姿勢変化によって生じる流量誤差を補正できるので、内燃機関に吸入される吸気量を精度良く検出できる。
【００１２】
（請求項３に係る発明）
請求項１または２に記載した熱式流量測定装置において、姿勢検出手段は、流量センサの傾斜角度を検出する傾斜センサであることを特徴とする。
姿勢検出手段は、その一例として、傾斜による液面の変化を静電容量の変化として検出し、電圧等の電気信号に変換して出力する重力応用静電容量変化型の傾斜センサを用いることができる。
【００１３】
（請求項４に係る発明）
請求項３に記載した熱式流量測定装置において、傾斜センサは、流量センサに取り付けられている、あるいは、流量センサが組み込まれるセンサハウジングに取り付けられていることを特徴とする。
傾斜センサを流量センサまたはセンサハウジングに取り付けることにより、流量センサの姿勢変化を精度良く検出できる。
【００１４】
（請求項５に係る発明）
請求項２に記載した熱式流量測定装置において、姿勢検出手段は、車両に備え付けられている傾斜センサであることを特徴とする。
例えば、車両の姿勢制御に傾斜センサを使用することが知られている。この場合、予め、傾斜センサが車両に備え付けられているので、この傾斜センサを本発明の姿勢検出手段に利用することができる。
【００１５】
（請求項６に係る発明）
請求項１〜５に記載した何れか一つの熱式流量測定装置において、流量センサは、基板の一部にメンブレンが形成され、このメンブレン上にヒータ素子を配置したセンサチップと、ヒータ素子の発熱温度が流体通路を流れる流体の温度より一定温度だけ高くなるようにヒータ素子への通電量を制御するヒータ温度制御部と、流体の流れ方向に対しメンブレン上でヒータ素子の上流側と下流側にそれぞれ配置される測温抵抗体を有し、上流側の測温抵抗体と下流側の測温抵抗体との温度差より流体流量を検出する流量検出部とを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の熱式流量測定装置は、ヒータ素子の上流側と下流側にそれぞれ測温抵抗体を配置しているので、順方向の流体流れ、つまり、ヒータ素子の上流側から下流側へ向かう流体流量だけでなく、ヒータ素子の下流側から上流側へ逆流する流体流量も検出できる。
従って、自動車の内燃機関に吸入される吸気量を検出する空気流量計（エアフロメータとも呼ばれる）に本発明の熱式流量測定装置を適用した場合に、内燃機関に吸入される順方向の吸気量を検出できるだけでなく、例えば、吸気脈動によって生じる逆流時の空気流量も精度良く検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】熱式流量計の断面図である。
【図２】（ａ）流量センサの平面図、（ｂ）同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】センサチップのメンブレン上に配置された抵抗体を示す平面図である。
【図４】傾斜センサの構成と作動を説明する模式図である。
【図５】ヒータ温度制御部の回路図である。
【図６】流量検出部の回路図である。
【図７】（ａ）流量検出の原理を示す温度分布図、（ｂ）空気の流れ方向に沿って切断したセンサチップの断面図である。
【図８】熱式流量計の出力特性を示すグラフである。
【図９】デジタル演算部の構成図である。
【図１０】流量センサの姿勢と流体の自然対流に起因する熱の影響とを説明するための図面である。
【図１１】流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差と流体流量との相関を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００１９】
（実施例１）
この実施例１では、自動車のエンジンに吸入される吸気量を検出する熱式流量計１の一例を説明する。
熱式流量計１は、図１に示す様に、エンジンの吸気通路（図示せず）に取り付けられるセンサハウジング２と、このセンサハウジング２に組み込まれる流量センサ３（図２参照）、および、流量センサ３の姿勢変化を検出する傾斜センサ４（図４参照）を備える。
まず、傾斜センサ４について図４を基に説明する。
傾斜センサ４は、例えば、流量センサ３の回路チップ５（図２参照）に組み込む、あるいは、センサハウジング２の一部に取り付けることができる。
この傾斜センサ４は、静電容量媒体であるシリコンオイルが半分程封入された円形のオイルケース４ａを有し、このオイルケース４ａの内部にリング状の基準電極６と半円形を有する２枚の比較電極７、８とが配置されている。
【００２０】
基準電極６は、オイルケース４ａの内周に沿って周方向に配置され、一方の端部が給電端子６ａとしてオイルケース４ａの内部空間より外側に取り出されている。
２枚の比較電極７、８は、それぞれ同一面積を有し、基準電極６の内側で互いに向かい合わせた状態に配置され、それぞれの出力端子７ａ、８ａがオイルケース４ａの内部空間より外側に取り出されている。なお、図４に示す基準電極６はリング状であるが、例えば、円板状に形成して、２枚の比較電極７、８と向かい合わせて配置することもできる。
この傾斜センサ４は、シリコンオイルに浸かっている基準電極６と比較電極７、８との間でそれぞれコンデンサＡ、Ｂを構成し、シリコンオイルに浸かっている比較電極７、８の面積比が変化すると、各コンデンサＡ、Ｂの静電容量が変化するため、その静電容量の変化を電気信号（アナログ電圧）に変換して２本の出力端子７ａ、８ａより出力する。
【００２１】
例えば、図４（ｂ）に示すように、傾斜センサ４が水平状態を保っている時は、シリコンオイルに浸かっている比較電極７の面積と比較電極８の面積とが等しいため、各コンデンサＡ、Ｂに蓄えられる静電容量は等しくなる。
これに対し、図４（ａ）に示すように、図示左側へ傾斜センサ４が傾いた時は、比較電極７の方が比較電極８よりシリコンオイルに浸かっている面積が大きくなるため、コンデンサＡの方がコンデンサＢより静電容量が大きくなる。一方、図４（ｃ）では、比較電極８の方が比較電極７よりシリコンオイルに浸かっている面積が大きくなるため、コンデンサＢの方がコンデンサＡより静電容量が大きくなる。
上記のように、本実施例の傾斜センサ４は、シリコンオイルに浸かっている比較電極７、８の面積比の変化を静電容量の変化として検出することにより、流量センサ３の姿勢変化を検出する。
【００２２】
センサハウジング２には、吸気通路を上流側（エアクリーナ側）から下流側（エンジン側）に向かって流れる空気、つまり、エンジンに吸入される空気の一部を取り込むバイパス通路が形成されている。このバイパス通路は、図１に示す様に、吸気通路の上流側（図示左側）に向かって開口する入口９ａと、吸気通路の下流側に向かって開口する出口９ｂとの間を連通するメイン通路９と、このメイン通路９を流れる空気の一部を取り込むサブ通路１０とを有する。
メイン通路９は、入口９ａと出口９ｂとの間が略直線的に形成され、且つ、出口側の流路断面積が出口９ｂに向かって次第に減少するテーパ形状に形成されている。
サブ通路１０は、メイン通路９の途中から分岐するサブ入口１０ａと、センサハウジング２の側面に開口するサブ出口１０ｂとの間を連通して形成される。このサブ通路１０は、通路途中に大きな曲がり部が設けられて、メイン通路９より通路長が長く形成されている。
【００２３】
流量センサ３は、後述するヒータ温度制御部１１（図５参照）、流量検出部１２（図６参照）、および、デジタル演算部１３（図９参照）等の機能を有し、これらの機能が、上記の回路チップ５とセンサチップ１４（図２参照）とに設けられている。回路チップ５とセンサチップ１４は、共通の樹脂ケース１５に一体に収容されてセンサアセンブリとして構成されている。
センサチップ１４には、図２（ｂ）に示す様に、センサ基板１４ａの一部にメンブレン１６が形成されている。このメンブレン１６は、センサ基板１４ａの表面にスパッタ法あるいはＣＶＤ法等により形成される絶縁膜であり、例えば、異方性エッチングにより、センサ基板１４ａの裏面から絶縁膜との境界面までセンサ基板１４ａの一部を除去して空洞部１４ｂを設けることにより形成される。
【００２４】
センサチップ１４には、図３に示す様に、メンブレン１６の表面上にヒータ素子１７、傍熱抵抗体１８、測温抵抗体１９が配置され、メンブレン１６から外れた領域には、図５に示す吸気温検出抵抗体２０、第１の抵抗体２１、第２の抵抗体２２が配置されている。 ヒータ素子１７は、メンブレン１６の略中央部に配置され、ヒータ温度制御部１１によって基準温度に制御される。
傍熱抵抗体１８は、ヒータ素子１７の周囲を囲む様に近接して配置され、ヒータ素子１７の温度を検出する。
測温抵抗体１９は、図３に示す様に、空気の流れ方向に対してヒータ素子１７の上流側（図示左側）に配置される２個の測温抵抗体１９（第１測温抵抗体１９ａ、第２測温抵抗体１９ｂ）と、ヒータ素子１７の下流側に配置される２個の測温抵抗体１９（第１測温抵抗体１９ｃ、第２測温抵抗体１９ｄ）とを有する。
【００２５】
吸気温検出抵抗体２０は、空洞部１４ｂが形成されていないセンサ基板１４ａの厚肉部分に配置されて吸気温度（サブ通路１０を流れる空気の温度）を検出する。この吸気検出抵抗体２０は、ヒータ素子１７の熱が温度検出に影響を及ぼさないように、ヒータ素子１７から所定距離だけ離れた位置に配置される。
第１の抵抗体２１と第２の抵抗体２２は、吸気温検出抵抗体２０と同様に、センサ基板１４ａの厚肉部分に配置され、ヒータ素子１７の熱影響を受けないように、ヒータ素子１７から所定距離だけ離れた位置に配置される。なお、第１の抵抗体２１と第２の抵抗体２２は、どちらか一方あるいは両方を回路チップ５に設けることもできる。
ヒータ素子１７、傍熱抵抗体１８、測温抵抗体１９、吸気温検出抵抗体２０、第１の抵抗体２１、第２の抵抗体２２は、例えば、スパッタあるいは蒸着などの成膜技術により薄膜形成した後、エッチングにより所望の形状にパターニングして形成することができる。抵抗体の材料としては、例えば、信頼性の高い白金を使用することが望ましい。
【００２６】
ヒータ温度制御部１１は、図５に示す様に、後述するブリッジ回路と、このブリッジ回路の二つの中点端子２３、２４に接続されるオペアンプ２５と、このオペアンプ２５の出力に基づいてオン／オフするトランジスタ２６より構成され、ヒータ素子１７の温度を吸気温より所定温度（例えば２００℃）だけ高い基準温度に制御する。
ブリッジ回路は、給電端子２７とアース端子２８との間に接続される二本のブリッジアームを有し、一方のブリッジアームには、ヒータ素子１７の温度を検出する傍熱抵抗体１８と第１の抵抗体２１とが直列に接続され、他方のブリッジアームには、吸気温度を検出する吸気温検出抵抗体２０と第２の抵抗体２２とが直列に接続されている。
このヒータ温度制御部１１は、例えば、ヒータ素子１７の温度、あるいは、吸気温度が変化してブリッジ回路のバランスが崩れると、ヒータ素子１７に流れる電流を制御して元のバランス状態に戻すように働く。
【００２７】
具体的に説明すると、例えば、ヒータ素子１７の温度が基準温度より低下すると、ヒータ素子１７の抵抗値が低下してブリッジ回路の二つの中点端子２３、２４間に電位差が生じるため、オペアンプ２５の出力によりトランジスタ２６がオンする。その結果、電源２９よりヒータ素子１７に電流が流れて、ヒータ素子１７の温度が上昇する。その後、ヒータ素子１７の温度が基準温度まで上昇すると、二つの中点端子２３、２４間の電位差が無くなる、つまり、ブリッジ回路の平衡が保たれることにより、トランジスタ２６がオフしてヒータ素子１７に供給される電流が遮断される。その結果、ヒータ素子１７の温度が基準温度に保たれる。
【００２８】
流量検出部１２は、図６に示す様に、４個の測温抵抗体１９を各辺に配置して形成されるブリッジ回路と、このブリッジ回路の二つの中点端子３０、３１に接続されるオペアンプ３２とで構成され、上流側の測温抵抗体１９（第１測温抵抗体１９ａ、第２測温抵抗体１９ｂ）と下流側の測温抵抗体１９（第１測温抵抗体１９ｃ、第２測温抵抗体１９ｄ）との温度差より吸気量を検出する。
流量検出部１２のブリッジ回路は、所定の電圧が印加される給電端子３３と、アースに接続されるアース端子３４との間に二本のブリッジアームを有し、一方のブリッジアームには、ヒータ素子１７より上流側の第１測温抵抗体１９ａと下流側の第１測温抵抗体１９ｃとが直列に接続され、他方のブリッジアームには、ヒータ素子１７より下流側の第２測温抵抗体１９ｄと上流側の第２測温抵抗体１９ｂとが直列に接続されている。
【００２９】
ここで、ヒータ素子１７からの放熱量と測温抵抗体１９の検出温度との関係について、図７を基に説明する。
サブ通路１０に空気流れが発生していない時は、図７（ａ）の破線グラフで示す様に、ヒータ素子１７を中心として上流側と下流側とで温度分布が対称となり、上流側の測温抵抗体１９ａ、１９ｂと下流側の測温抵抗体１９ｃ、１９ｄとの間に温度差は生じない。
これに対し、サブ通路１０に順方向の空気流れが発生している場合は、上流側の測温抵抗体１９ａ、１９ｂの方が下流側の測温抵抗体１９ｃ、１９ｄより空気流れによる冷却効果が大きいため、図７（ａ）の実線グラフで示す様に、ヒータ素子１７の下流側（図示右側）へ偏った温度分布が生じる。つまり、上流側の測温抵抗体１９ａ、１９ｂの方が下流側の測温抵抗体１９ｃ、１９ｄより検出温度が低くなる。
一方、サブ通路１０に逆方向の空気流れが発生すると、ヒータ素子１７の上流側へ偏った温度分布が生じるため、上流側の測温抵抗体１９ａ、１９ｂの方が下流側の測温抵抗体１９ｃ、１９ｄより検出温度が高くなる。
【００３０】
上記の様に、サブ通路１０に空気の流れが発生すると、図８に示す様に、空気流量（吸気量）および空気の流れ方向に応じて、上流側の測温抵抗体１９ａ、１９ｂの検出温度と下流側測の測温抵抗体１９ｃ、１９ｄの検出温度との間に温度差ΔＴが生じるため、この温度差ΔＴより吸気量および空気の流れ方向を検出できる。
上流側の測温抵抗体１９ａ、１９ｂの検出温度と下流側測の測温抵抗体１９ｃ、１９ｄの検出温度との間に温度差ΔＴが生じた場合、つまり、上流側の測温抵抗体１９ａ、１９ｂの抵抗値と下流側の測温抵抗体１９ｃ、１９ｄの抵抗値とがそれぞれ変化して、ブリッジ回路の二つの中点端子３０、３１間に電位差が生じると、その電位差がオペアンプ３２で増幅されてデジタル演算部１３へ出力される。
【００３１】
デジタル演算部１３は、回路チップ５に構成され、図９に示す様に、流量検出部１２で検出される吸気量に応じた電圧信号（アナログ値）をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器３５と、傾斜センサ４の検出信号（アナログ電圧）をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器３６と、流量センサ３の姿勢変化によって生じる流量誤差を補正する流量補正部３７（以下に説明する）と、補正された流量信号（電圧値）を周波数値に変換して外部のＥＣＵ（図示せず）へ出力する信号出力部３８等を有している。なお、信号出力部３８は、電圧値を周波数値に変換することなく、電圧値のままＥＣＵへ出力する構成でも良い。
流量補正部３７は、流量センサ３の姿勢変化によって生じる流量誤差と吸気量との相関データ（図１１参照）を記録した補正マップを有し、この補正マップより、傾斜センサ４の検出結果を基に流量誤差を求め、流量センサ３によって検出される吸気量を流量誤差に応じて補正する。
【００３２】
（実施例１の作用および効果）
本実施例の熱式流量計１は、流量センサ３の姿勢変化を検出する傾斜センサ４を備えているので、流量センサ３の姿勢が使用中に変化する場合でも、その流量センサ３の姿勢を検出することで、流量補正を行うことができる。すなわち、傾斜センサ４によって流量センサ３の姿勢変化が検出された場合は、流量センサ３の姿勢変化によって生じる流量誤差と吸気量との相関データを記録した補正マップより、傾斜センサ４の検出結果を基に流量誤差を求めて、流量センサ３によって検出される吸気量を流量誤差分だけ補正することができる。
これにより、流量センサ３の姿勢変化によって生じる流量誤差を低減できるので、エンジンに吸入される吸気量を精度良く検出できる。特に、走行中に車体の姿勢変化に伴って流量センサ３の姿勢が変化する自動車用の熱式流量計１として好適に使用できる。
【００３３】
（変形例）
実施例１では、傾斜センサ４を流量センサ３の回路チップ５に組み込む、あるいは、センサハウジング２の一部に取り付けることを記載したが、例えば、車体の姿勢制御に傾斜センサ４を使用している車両では、新たに傾斜センサ４を設ける必要はなく、既に備え付けられている傾斜センサ４を本発明の姿勢検出手段に利用することもできる。
実施例１では、デジタル演算部１３に流量補正部３７を設けているが、流量補正部３７の機能を外部のＥＣＵに持たせる構成でも良い。
【００３４】
実施例１に記載した流量センサ３は、ヒータ素子１７の上流側と下流側にそれぞれ測温抵抗体１９を配置しているが、ヒータ素子１７の上流側と下流側のどちらか一方のみ測温抵抗体１９を配置した構成でも良い。
実施例１に記載したヒータ温度制御部１１は、ヒータ素子１７の温度を検出する傍熱抵抗体１８と第１の抵抗体２１、および、吸気温度を検出する吸気温検出抵抗体２０と第２の抵抗体２２とでブリッジ回路を構成しているが、傍熱抵抗体１８を廃止することもできる。この場合、傍熱抵抗体１８をヒータ素子１７に置き換えてブリッジ回路を構成すれば良い。
【符号の説明】
【００３５】
１ 熱式流量計（熱式流量測定装置）
２ センサハウジング
３ 流量センサ
４ 傾斜センサ（姿勢検出手段）
１１ ヒータ温度制御部
１２ 流量検出部
１３ デジタル演算部
１４ センサチップ
１４ａ センサ基板（基板）
１６ メンブレン
１７ ヒータ素子
１９ 測温抵抗体
３７ 流量補正部（流量補正手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体通路を流れる流体流量を流量センサを用いて検出する熱式流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気やガス等の流体流量を検出する熱式流量センサが公知である。
この流量センサは、流体温度より一定温度だけ高い基準温度に加熱されるヒータ素子と、流体の流れ方向に対しヒータ素子の上流側と下流側とにそれぞれ配置される測温抵抗体とを有し、上流側の測温抵抗体と下流側の測温抵抗体との温度差より流体流量を検出する方式である。
ところで、流量センサをガスメータ等の積算流量計として使用する場合は、敷設される配管の向き、および、配管を流れる流体（ガス）の流れ方向によって流量センサの取り付け姿勢が変化する。例えば、図１０（ａ）に矢印で示す様に、水平方向に流体が流れる場合、図１０（ｂ）に矢印で示す様に、下から上に向けて流体が流れる場合、図１０（ｃ）に矢印で示す様に、上から下に向けて流体が流れる場合は、それぞれ、流量センサの取り付け姿勢が変化する。なお、図１０（ａ）〜（ｃ）には、流量センサに使用されるセンサチップ１４が示されており、このセンサチップ１４に設けられるメンブレン１６にヒータ素子と測温抵抗体が配置されている。
【０００３】
ところが、図１０（ａ）〜（ｃ）のように、センサチップ１４の取り付け姿勢が変化すると、それぞれ、ヒータ素子で加熱された流体の自然対流に起因する熱の影響が異なるため、センサ出力に誤差が生じる。すなわち、ヒータ素子から発生する熱は、流体の自然対流によって上方に向けて拡散し易いため、流体が水平方向に流れる図１０（ａ）の場合は、流体の自然対流に起因する熱の移動が流量検出に与える影響は小さくなる。言い換えると、上流側の測温抵抗体と下流側の測温抵抗体との温度差に与える影響（流体の自然対流に起因する熱の影響）が小さいので、流量誤差は小さくなる。
これに対し、図１０（ｂ）の場合は、自然対流に起因する熱の移動が、流体の流れに伴う熱の移動に加わるため、図１０（ａ）の場合と比較して、上流側の測温抵抗体と下流側の測温抵抗体との温度差が大きくなる。
【０００４】
一方、図１０（ｃ）の場合は、自然対流に起因する熱の移動が、流体の流れに伴う熱の移動を妨げるように作用するため、図１０（ａ）の場合と比較して、上流側の測温抵抗体と下流側の測温抵抗体との温度差が小さくなる。
上記の結果、図１１に示す様に、センサチップ１４の姿勢が大きく変化すると、それに伴って流量誤差が生じ、特に、流量が少なく（流速が遅く）なる程、流量誤差も大きくなる。なお、図１１に示す破線グラフ（１）は、図１０（ａ）に示すセンサチップ１４の姿勢に対応する流量特性、実線グラフ（２）は、図１０（ｂ）に示すセンサチップ１４の姿勢に対応する流量特性、実線グラフ（３）は、図１０（ｃ）に示すセンサチップ１４の姿勢に対応する流量特性である。
【０００５】
特許文献１には、流量センサの取り付け姿勢に応じてセンサ出力を補正する熱式流量計が開示されている。
この熱式流量計は、流体の圧力に応じた流量センサの検出信号に対するゼロ点補正量を流量センサの取り付け姿勢毎に登録したゼロ点補正テーブルと、流量センサが組み込まれた流体通路を流体が流れる向きと流体の圧力とに応じてゼロ点補正テーブルからゼロ点補正量を求めて流量センサの検出信号を補正するゼロ点補正手段と、このゼロ点補正手段により補正された流量センサの検出信号に従って流体通路を流れる流体の流量を求める流量算出手段とを備えている。
上記の構成によれば、流体通路に対する流量センサの取り付け姿勢に応じて流量センサの出力をゼロ点補正できるので、流量センサの取り付け姿勢に依存するセンサ出力の変化を補正することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１５０７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記の特許文献１に記載された流量センサは、例えば、ガスメータ等の積算流量計として使用されるもので、ガス配管に取り付けられる流量センサの姿勢が使用中に変化することはない。つまり、敷設されるガス配管の向き（ガス配管を流れるガスの流れ方向）により流量センサの取り付け姿勢が異なるだけで、ガス配管に一度取り付けた流量センサの姿勢が使用中に変化することはない。
これに対し、例えば、自動車のエンジンが吸入する吸気量を検出する空気流量計は、車体の姿勢変化に応じて流量センサの姿勢も変化する。
【０００８】
つまり、自動車に用いられる流量センサは、エンジンの吸気通路に対する流量センサの取り付け姿勢が一定であっても、車体の姿勢変化に応じて流量センサ自体の姿勢が変化する。このため、流量センサの姿勢が使用途中で変化する場合は、特許文献１に開示された従来技術で対応することはできない。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差を低減できる熱式流量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（請求項１に係る発明）
本発明は、通電によって発熱するヒータ素子を備え、このヒータ素子から放出される放熱量を基に、流体通路を流れる流体流量を検出する流量センサと、この流量センサの姿勢変化を検出する姿勢検出手段と、流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差と流体流量との相関データを有し、この相関データより姿勢検出手段の検出結果を基に流量誤差を求め、流量センサによって検出される流体流量を流量誤差に応じて補正する流量補正手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の熱式流量測定装置は、流量センサの姿勢変化を検出する姿勢検出手段を備えているので、この姿勢検出手段によって流量センサの姿勢変化が検出された場合は、流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差と流体流量との相関データより、姿勢検出手段の検出結果を基に流量誤差を求めて、流量センサによって検出される流体流量を流量誤差分だけ補正することができる。これにより、流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差を低減できるので、例えば、使用中に流量センサの姿勢が変化する自動車用の空気流量計にも好適に用いることができる。
【００１１】
（請求項２に係る発明）
請求項１に記載した熱式流量測定装置は、内燃機関を搭載する車両に使用され、内燃機関が吸入する吸入空気量を検出することを特徴とする。
自動車等の車両は、走行中に車体の姿勢が変化することが多いため、本発明の熱式流量測定装置を使用することにより、車体の姿勢変化に伴って流量センサの姿勢が変化しても、その姿勢変化によって生じる流量誤差を補正できるので、内燃機関に吸入される吸気量を精度良く検出できる。
【００１２】
（請求項３に係る発明）
請求項１または２に記載した熱式流量測定装置において、姿勢検出手段は、流量センサの傾斜角度を検出する傾斜センサであることを特徴とする。
姿勢検出手段は、その一例として、傾斜による液面の変化を静電容量の変化として検出し、電圧等の電気信号に変換して出力する重力応用静電容量変化型の傾斜センサを用いることができる。
【００１３】
（請求項４に係る発明）
請求項３に記載した熱式流量測定装置において、傾斜センサは、流量センサに取り付けられている、あるいは、流量センサが組み込まれるセンサハウジングに取り付けられていることを特徴とする。
傾斜センサを流量センサまたはセンサハウジングに取り付けることにより、流量センサの姿勢変化を精度良く検出できる。
【００１４】
（請求項５に係る発明）
請求項２に記載した熱式流量測定装置において、姿勢検出手段は、車両に備え付けられている傾斜センサであることを特徴とする。
例えば、車両の姿勢制御に傾斜センサを使用することが知られている。この場合、予め、傾斜センサが車両に備え付けられているので、この傾斜センサを本発明の姿勢検出手段に利用することができる。
【００１５】
（請求項６に係る発明）
請求項１〜５に記載した何れか一つの熱式流量測定装置において、流量センサは、基板の一部にメンブレンが形成され、このメンブレン上にヒータ素子を配置したセンサチップと、ヒータ素子の発熱温度が流体通路を流れる流体の温度より一定温度だけ高くなるようにヒータ素子への通電量を制御するヒータ温度制御部と、流体の流れ方向に対しメンブレン上でヒータ素子の上流側と下流側にそれぞれ配置される測温抵抗体を有し、上流側の測温抵抗体と下流側の測温抵抗体との温度差より流体流量を検出する流量検出部とを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の熱式流量測定装置は、ヒータ素子の上流側と下流側にそれぞれ測温抵抗体を配置しているので、順方向の流体流れ、つまり、ヒータ素子の上流側から下流側へ向かう流体流量だけでなく、ヒータ素子の下流側から上流側へ逆流する流体流量も検出できる。
従って、自動車の内燃機関に吸入される吸気量を検出する空気流量計（エアフロメータとも呼ばれる）に本発明の熱式流量測定装置を適用した場合に、内燃機関に吸入される順方向の吸気量を検出できるだけでなく、例えば、吸気脈動によって生じる逆流時の空気流量も精度良く検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】熱式流量計の断面図である。
【図２】（ａ）流量センサの平面図、（ｂ）同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】センサチップのメンブレン上に配置された抵抗体を示す平面図である。
【図４】傾斜センサの構成と作動を説明する模式図である。
【図５】ヒータ温度制御部の回路図である。
【図６】流量検出部の回路図である。
【図７】（ａ）流量検出の原理を示す温度分布図、（ｂ）空気の流れ方向に沿って切断したセンサチップの断面図である。
【図８】熱式流量計の出力特性を示すグラフである。
【図９】デジタル演算部の構成図である。
【図１０】流量センサの姿勢と流体の自然対流に起因する熱の影響とを説明するための図面である。
【図１１】流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差と流体流量との相関を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００１９】
（実施例１）
この実施例１では、自動車のエンジンに吸入される吸気量を検出する熱式流量計１の一例を説明する。
熱式流量計１は、図１に示す様に、エンジンの吸気通路（図示せず）に取り付けられるセンサハウジング２と、このセンサハウジング２に組み込まれる流量センサ３（図２参照）、および、流量センサ３の姿勢変化を検出する傾斜センサ４（図４参照）を備える。
まず、傾斜センサ４について図４を基に説明する。
傾斜センサ４は、例えば、流量センサ３の回路チップ５（図２参照）に組み込む、あるいは、センサハウジング２の一部に取り付けることができる。
この傾斜センサ４は、静電容量媒体であるシリコンオイルが半分程封入された円形のオイルケース４ａを有し、このオイルケース４ａの内部にリング状の基準電極６と半円形を有する２枚の比較電極７、８とが配置されている。
【００２０】
基準電極６は、オイルケース４ａの内周に沿って周方向に配置され、一方の端部が給電端子６ａとしてオイルケース４ａの内部空間より外側に取り出されている。
２枚の比較電極７、８は、それぞれ同一面積を有し、基準電極６の内側で互いに向かい合わせた状態に配置され、それぞれの出力端子７ａ、８ａがオイルケース４ａの内部空間より外側に取り出されている。なお、図４に示す基準電極６はリング状であるが、例えば、円板状に形成して、２枚の比較電極７、８と向かい合わせて配置することもできる。
この傾斜センサ４は、シリコンオイルに浸かっている基準電極６と比較電極７、８との間でそれぞれコンデンサＡ、Ｂを構成し、シリコンオイルに浸かっている比較電極７、８の面積比が変化すると、各コンデンサＡ、Ｂの静電容量が変化するため、その静電容量の変化を電気信号（アナログ電圧）に変換して２本の出力端子７ａ、８ａより出力する。
【００２１】
例えば、図４（ｂ）に示すように、傾斜センサ４が水平状態を保っている時は、シリコンオイルに浸かっている比較電極７の面積と比較電極８の面積とが等しいため、各コンデンサＡ、Ｂに蓄えられる静電容量は等しくなる。
これに対し、図４（ａ）に示すように、図示左側へ傾斜センサ４が傾いた時は、比較電極７の方が比較電極８よりシリコンオイルに浸かっている面積が大きくなるため、コンデンサＡの方がコンデンサＢより静電容量が大きくなる。一方、図４（ｃ）では、比較電極８の方が比較電極７よりシリコンオイルに浸かっている面積が大きくなるため、コンデンサＢの方がコンデンサＡより静電容量が大きくなる。
上記のように、本実施例の傾斜センサ４は、シリコンオイルに浸かっている比較電極７、８の面積比の変化を静電容量の変化として検出することにより、流量センサ３の姿勢変化を検出する。
【００２２】
センサハウジング２には、吸気通路を上流側（エアクリーナ側）から下流側（エンジン側）に向かって流れる空気、つまり、エンジンに吸入される空気の一部を取り込むバイパス通路が形成されている。このバイパス通路は、図１に示す様に、吸気通路の上流側（図示左側）に向かって開口する入口９ａと、吸気通路の下流側に向かって開口する出口９ｂとの間を連通するメイン通路９と、このメイン通路９を流れる空気の一部を取り込むサブ通路１０とを有する。
メイン通路９は、入口９ａと出口９ｂとの間が略直線的に形成され、且つ、出口側の流路断面積が出口９ｂに向かって次第に減少するテーパ形状に形成されている。
サブ通路１０は、メイン通路９の途中から分岐するサブ入口１０ａと、センサハウジング２の側面に開口するサブ出口１０ｂとの間を連通して形成される。このサブ通路１０は、通路途中に大きな曲がり部が設けられて、メイン通路９より通路長が長く形成されている。
【００２３】
流量センサ３は、後述するヒータ温度制御部１１（図５参照）、流量検出部１２（図６参照）、および、デジタル演算部１３（図９参照）等の機能を有し、これらの機能が、上記の回路チップ５とセンサチップ１４（図２参照）とに設けられている。回路チップ５とセンサチップ１４は、共通の樹脂ケース１５に一体に収容されてセンサアセンブリとして構成されている。
センサチップ１４には、図２（ｂ）に示す様に、センサ基板１４ａの一部にメンブレン１６が形成されている。このメンブレン１６は、センサ基板１４ａの表面にスパッタ法あるいはＣＶＤ法等により形成される絶縁膜であり、例えば、異方性エッチングにより、センサ基板１４ａの裏面から絶縁膜との境界面までセンサ基板１４ａの一部を除去して空洞部１４ｂを設けることにより形成される。
【００２４】
センサチップ１４には、図３に示す様に、メンブレン１６の表面上にヒータ素子１７、傍熱抵抗体１８、測温抵抗体１９が配置され、メンブレン１６から外れた領域には、図５に示す吸気温検出抵抗体２０、第１の抵抗体２１、第２の抵抗体２２が配置されている。 ヒータ素子１７は、メンブレン１６の略中央部に配置され、ヒータ温度制御部１１によって基準温度に制御される。
傍熱抵抗体１８は、ヒータ素子１７の周囲を囲む様に近接して配置され、ヒータ素子１７の温度を検出する。
測温抵抗体１９は、図３に示す様に、空気の流れ方向に対してヒータ素子１７の上流側（図示左側）に配置される２個の測温抵抗体１９（第１測温抵抗体１９ａ、第２測温抵抗体１９ｂ）と、ヒータ素子１７の下流側に配置される２個の測温抵抗体１９（第１測温抵抗体１９ｃ、第２測温抵抗体１９ｄ）とを有する。
【００２５】
吸気温検出抵抗体２０は、空洞部１４ｂが形成されていないセンサ基板１４ａの厚肉部分に配置されて吸気温度（サブ通路１０を流れる空気の温度）を検出する。この吸気検出抵抗体２０は、ヒータ素子１７の熱が温度検出に影響を及ぼさないように、ヒータ素子１７から所定距離だけ離れた位置に配置される。
第１の抵抗体２１と第２の抵抗体２２は、吸気温検出抵抗体２０と同様に、センサ基板１４ａの厚肉部分に配置され、ヒータ素子１７の熱影響を受けないように、ヒータ素子１７から所定距離だけ離れた位置に配置される。なお、第１の抵抗体２１と第２の抵抗体２２は、どちらか一方あるいは両方を回路チップ５に設けることもできる。
ヒータ素子１７、傍熱抵抗体１８、測温抵抗体１９、吸気温検出抵抗体２０、第１の抵抗体２１、第２の抵抗体２２は、例えば、スパッタあるいは蒸着などの成膜技術により薄膜形成した後、エッチングにより所望の形状にパターニングして形成することができる。抵抗体の材料としては、例えば、信頼性の高い白金を使用することが望ましい。
【００２６】
ヒータ温度制御部１１は、図５に示す様に、後述するブリッジ回路と、このブリッジ回路の二つの中点端子２３、２４に接続されるオペアンプ２５と、このオペアンプ２５の出力に基づいてオン／オフするトランジスタ２６より構成され、ヒータ素子１７の温度を吸気温より所定温度（例えば２００℃）だけ高い基準温度に制御する。
ブリッジ回路は、給電端子２７とアース端子２８との間に接続される二本のブリッジアームを有し、一方のブリッジアームには、ヒータ素子１７の温度を検出する傍熱抵抗体１８と第１の抵抗体２１とが直列に接続され、他方のブリッジアームには、吸気温度を検出する吸気温検出抵抗体２０と第２の抵抗体２２とが直列に接続されている。
このヒータ温度制御部１１は、例えば、ヒータ素子１７の温度、あるいは、吸気温度が変化してブリッジ回路のバランスが崩れると、ヒータ素子１７に流れる電流を制御して元のバランス状態に戻すように働く。
【００２７】
具体的に説明すると、例えば、ヒータ素子１７の温度が基準温度より低下すると、ヒータ素子１７の抵抗値が低下してブリッジ回路の二つの中点端子２３、２４間に電位差が生じるため、オペアンプ２５の出力によりトランジスタ２６がオンする。その結果、電源２９よりヒータ素子１７に電流が流れて、ヒータ素子１７の温度が上昇する。その後、ヒータ素子１７の温度が基準温度まで上昇すると、二つの中点端子２３、２４間の電位差が無くなる、つまり、ブリッジ回路の平衡が保たれることにより、トランジスタ２６がオフしてヒータ素子１７に供給される電流が遮断される。その結果、ヒータ素子１７の温度が基準温度に保たれる。
【００２８】
流量検出部１２は、図６に示す様に、４個の測温抵抗体１９を各辺に配置して形成されるブリッジ回路と、このブリッジ回路の二つの中点端子３０、３１に接続されるオペアンプ３２とで構成され、上流側の測温抵抗体１９（第１測温抵抗体１９ａ、第２測温抵抗体１９ｂ）と下流側の測温抵抗体１９（第１測温抵抗体１９ｃ、第２測温抵抗体１９ｄ）との温度差より吸気量を検出する。
流量検出部１２のブリッジ回路は、所定の電圧が印加される給電端子３３と、アースに接続されるアース端子３４との間に二本のブリッジアームを有し、一方のブリッジアームには、ヒータ素子１７より上流側の第１測温抵抗体１９ａと下流側の第１測温抵抗体１９ｃとが直列に接続され、他方のブリッジアームには、ヒータ素子１７より下流側の第２測温抵抗体１９ｄと上流側の第２測温抵抗体１９ｂとが直列に接続されている。
【００２９】
ここで、ヒータ素子１７からの放熱量と測温抵抗体１９の検出温度との関係について、図７を基に説明する。
サブ通路１０に空気流れが発生していない時は、図７（ａ）の破線グラフで示す様に、ヒータ素子１７を中心として上流側と下流側とで温度分布が対称となり、上流側の測温抵抗体１９ａ、１９ｂと下流側の測温抵抗体１９ｃ、１９ｄとの間に温度差は生じない。
これに対し、サブ通路１０に順方向の空気流れが発生している場合は、上流側の測温抵抗体１９ａ、１９ｂの方が下流側の測温抵抗体１９ｃ、１９ｄより空気流れによる冷却効果が大きいため、図７（ａ）の実線グラフで示す様に、ヒータ素子１７の下流側（図示右側）へ偏った温度分布が生じる。つまり、上流側の測温抵抗体１９ａ、１９ｂの方が下流側の測温抵抗体１９ｃ、１９ｄより検出温度が低くなる。
一方、サブ通路１０に逆方向の空気流れが発生すると、ヒータ素子１７の上流側へ偏った温度分布が生じるため、上流側の測温抵抗体１９ａ、１９ｂの方が下流側の測温抵抗体１９ｃ、１９ｄより検出温度が高くなる。
【００３０】
上記の様に、サブ通路１０に空気の流れが発生すると、図８に示す様に、空気流量（吸気量）および空気の流れ方向に応じて、上流側の測温抵抗体１９ａ、１９ｂの検出温度と下流側測の測温抵抗体１９ｃ、１９ｄの検出温度との間に温度差ΔＴが生じるため、この温度差ΔＴより吸気量および空気の流れ方向を検出できる。
上流側の測温抵抗体１９ａ、１９ｂの検出温度と下流側測の測温抵抗体１９ｃ、１９ｄの検出温度との間に温度差ΔＴが生じた場合、つまり、上流側の測温抵抗体１９ａ、１９ｂの抵抗値と下流側の測温抵抗体１９ｃ、１９ｄの抵抗値とがそれぞれ変化して、ブリッジ回路の二つの中点端子３０、３１間に電位差が生じると、その電位差がオペアンプ３２で増幅されてデジタル演算部１３へ出力される。
【００３１】
デジタル演算部１３は、回路チップ５に構成され、図９に示す様に、流量検出部１２で検出される吸気量に応じた電圧信号（アナログ値）をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器３５と、傾斜センサ４の検出信号（アナログ電圧）をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器３６と、流量センサ３の姿勢変化によって生じる流量誤差を補正する流量補正部３７（以下に説明する）と、補正された流量信号（電圧値）を周波数値に変換して外部のＥＣＵ（図示せず）へ出力する信号出力部３８等を有している。なお、信号出力部３８は、電圧値を周波数値に変換することなく、電圧値のままＥＣＵへ出力する構成でも良い。
流量補正部３７は、流量センサ３の姿勢変化によって生じる流量誤差と吸気量との相関データ（図１１参照）を記録した補正マップを有し、この補正マップより、傾斜センサ４の検出結果を基に流量誤差を求め、流量センサ３によって検出される吸気量を流量誤差に応じて補正する。
【００３２】
（実施例１の作用および効果）
本実施例の熱式流量計１は、流量センサ３の姿勢変化を検出する傾斜センサ４を備えているので、流量センサ３の姿勢が使用中に変化する場合でも、その流量センサ３の姿勢を検出することで、流量補正を行うことができる。すなわち、傾斜センサ４によって流量センサ３の姿勢変化が検出された場合は、流量センサ３の姿勢変化によって生じる流量誤差と吸気量との相関データを記録した補正マップより、傾斜センサ４の検出結果を基に流量誤差を求めて、流量センサ３によって検出される吸気量を流量誤差分だけ補正することができる。
これにより、流量センサ３の姿勢変化によって生じる流量誤差を低減できるので、エンジンに吸入される吸気量を精度良く検出できる。特に、走行中に車体の姿勢変化に伴って流量センサ３の姿勢が変化する自動車用の熱式流量計１として好適に使用できる。
【００３３】
（変形例）
実施例１では、傾斜センサ４を流量センサ３の回路チップ５に組み込む、あるいは、センサハウジング２の一部に取り付けることを記載したが、例えば、車体の姿勢制御に傾斜センサ４を使用している車両では、新たに傾斜センサ４を設ける必要はなく、既に備え付けられている傾斜センサ４を本発明の姿勢検出手段に利用することもできる。
実施例１では、デジタル演算部１３に流量補正部３７を設けているが、流量補正部３７の機能を外部のＥＣＵに持たせる構成でも良い。
【００３４】
実施例１に記載した流量センサ３は、ヒータ素子１７の上流側と下流側にそれぞれ測温抵抗体１９を配置しているが、ヒータ素子１７の上流側と下流側のどちらか一方のみ測温抵抗体１９を配置した構成でも良い。
実施例１に記載したヒータ温度制御部１１は、ヒータ素子１７の温度を検出する傍熱抵抗体１８と第１の抵抗体２１、および、吸気温度を検出する吸気温検出抵抗体２０と第２の抵抗体２２とでブリッジ回路を構成しているが、傍熱抵抗体１８を廃止することもできる。この場合、傍熱抵抗体１８をヒータ素子１７に置き換えてブリッジ回路を構成すれば良い。
【符号の説明】
【００３５】
１ 熱式流量計（熱式流量測定装置）
２ センサハウジング
３ 流量センサ
４ 傾斜センサ（姿勢検出手段）
１１ ヒータ温度制御部
１２ 流量検出部
１３ デジタル演算部
１４ センサチップ
１４ａ センサ基板（基板）
１６ メンブレン
１７ ヒータ素子
１９ 測温抵抗体
３７ 流量補正部（流量補正手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電によって発熱するヒータ素子を備え、このヒータ素子から放出される放熱量を基に、流体通路を流れる流体流量を検出する流量センサと、
この流量センサの姿勢変化を検出する姿勢検出手段と、
前記流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差と流体流量との相関データを有し、この相関データより前記姿勢検出手段の検出結果を基に流量誤差を求め、前記流量センサによって検出される流体流量を前記流量誤差に応じて補正する流量補正手段とを備えることを特徴とする熱式流量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載した熱式流量測定装置は、
内燃機関を搭載する車両に使用され、前記内燃機関が吸入する吸入空気量を検出することを特徴とする熱式流量測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した熱式流量測定装置において、
前記姿勢検出手段は、前記流量センサの傾斜角度を検出する傾斜センサであることを特徴とする熱式流量測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載した熱式流量測定装置において、
前記傾斜センサは、前記流量センサに取り付けられている、あるいは、前記流量センサが組み込まれるセンサハウジングに取り付けられていることを特徴とする熱式流量測定装置。
【請求項５】
請求項２に記載した熱式流量測定装置において、
前記姿勢検出手段は、前記車両に備え付けられている傾斜センサであることを特徴とする熱式流量測定装置。
【請求項６】
請求項１〜５に記載した何れか一つの熱式流量測定装置において、
流量センサは、
基板の一部にメンブレンが形成され、このメンブレン上に前記ヒータ素子を配置したセンサチップと、
前記ヒータ素子の発熱温度が流体通路を流れる流体の温度より一定温度だけ高くなるように前記ヒータ素子への通電量を制御するヒータ温度制御部と、
流体の流れ方向に対し前記メンブレン上で前記ヒータ素子の上流側と下流側にそれぞれ配置される測温抵抗体を有し、上流側の前記測温抵抗体と下流側の前記測温抵抗体との温度差より流体流量を検出する流量検出部とを有することを特徴とする熱式流量測定装置。
【請求項１】
通電によって発熱するヒータ素子を備え、このヒータ素子から放出される放熱量を基に、流体通路を流れる流体流量を検出する流量センサと、
この流量センサの姿勢変化を検出する姿勢検出手段と、
前記流量センサの姿勢変化によって生じる流量誤差と流体流量との相関データを有し、この相関データより前記姿勢検出手段の検出結果を基に流量誤差を求め、前記流量センサによって検出される流体流量を前記流量誤差に応じて補正する流量補正手段とを備えることを特徴とする熱式流量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載した熱式流量測定装置は、
内燃機関を搭載する車両に使用され、前記内燃機関が吸入する吸入空気量を検出することを特徴とする熱式流量測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した熱式流量測定装置において、
前記姿勢検出手段は、前記流量センサの傾斜角度を検出する傾斜センサであることを特徴とする熱式流量測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載した熱式流量測定装置において、
前記傾斜センサは、前記流量センサに取り付けられている、あるいは、前記流量センサが組み込まれるセンサハウジングに取り付けられていることを特徴とする熱式流量測定装置。
【請求項５】
請求項２に記載した熱式流量測定装置において、
前記姿勢検出手段は、前記車両に備え付けられている傾斜センサであることを特徴とする熱式流量測定装置。
【請求項６】
請求項１〜５に記載した何れか一つの熱式流量測定装置において、
流量センサは、
基板の一部にメンブレンが形成され、このメンブレン上に前記ヒータ素子を配置したセンサチップと、
前記ヒータ素子の発熱温度が流体通路を流れる流体の温度より一定温度だけ高くなるように前記ヒータ素子への通電量を制御するヒータ温度制御部と、
流体の流れ方向に対し前記メンブレン上で前記ヒータ素子の上流側と下流側にそれぞれ配置される測温抵抗体を有し、上流側の前記測温抵抗体と下流側の前記測温抵抗体との温度差より流体流量を検出する流量検出部とを有することを特徴とする熱式流量測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２４７２６６（Ｐ２０１２−２４７２６６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８３１１（Ｐ２０１１−１１８３１１）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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