專(zhuān)利名稱(chēng)：熱式氣體流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使電阻發(fā)熱測(cè)量氣體流量的流量計(jì)，尤其是涉及計(jì)量汽車(chē) 用發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中流動(dòng)的排氣流量的氣體流量計(jì)。
背景技術(shù)：
作為表示以往眾所周知的例子，專(zhuān)利文獻(xiàn)l公開(kāi)了，設(shè)置配置在流體中的至少2個(gè)溫度依存性電阻體和連接它們的2個(gè)橋式電路，使上述溫度 依存性電阻體分別發(fā)熱，達(dá)到規(guī)定的不同溫度，計(jì)量?jī)?nèi)燃機(jī)中需要的空氣 量的機(jī)構(gòu)。尤其是，表示了流量檢測(cè)用電阻體，在流量檢測(cè)用發(fā)熱電阻體 的兩端配置保護(hù)加熱器的構(gòu)造例，兩個(gè)電阻體的溫度被設(shè)定為相同溫度而 使用。由此，由于防止了從流量檢測(cè)用發(fā)熱電阻體向基板的熱傳遞，盡管 電阻體的質(zhì)量大，但是能夠加快測(cè)量用電阻的響應(yīng)性。專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利特開(kāi)昭59—136620號(hào)公報(bào)。以往例認(rèn)為是適應(yīng)各問(wèn)題、目的的最合適的機(jī)構(gòu)。本發(fā)明，適用范圍 不只是以往例子的內(nèi)燃機(jī)吸氣環(huán)境，還對(duì)在應(yīng)用于嚴(yán)格的排氣環(huán)境時(shí)所引 起的問(wèn)題提出最合適的機(jī)構(gòu)。尤其是在排氣中使用的情況中，以排氣中包含的油煙為主體的不揮發(fā) 成分，向?qū)怏w流量計(jì)的發(fā)熱電阻體進(jìn)行支撐的支撐體堆積。支撐體，由 于來(lái)自發(fā)熱電阻體的傳熱，處于比流體溫度高的溫度，如果支撐體和流體 間的熱傳遞與堆積前相比產(chǎn)生變化，對(duì)輸出帶來(lái)壞的影響。作為用于防止 該問(wèn)題的傳感器元件的構(gòu)造，由于問(wèn)題的根源是從發(fā)熱電阻體向支撐體的 熱傳遞而產(chǎn)生的，目的不同，但是，通過(guò)在以往例所示的流量檢測(cè)用發(fā)熱 電阻體的兩端配置用于抑制傳熱的保護(hù)加熱器的構(gòu)造，可以處理。問(wèn)題的 本質(zhì)不在這里。油煙的堆積使支撐體的物理體積、表面積增加。為了完全 防止由油煙的堆積產(chǎn)生壞的影響，優(yōu)選總是將保護(hù)加熱器的溫度設(shè)定比流 量檢測(cè)用發(fā)熱電阻體的溫度高。其理由，為了將由于油煙的堆積而產(chǎn)生的向流體的熱傳遞的變化全部由來(lái)自保護(hù)加熱器的傳熱而吸收。換而言之， 如果流量檢測(cè)用發(fā)熱電阻體和保護(hù)加熱器處于相同溫度，或者流量檢測(cè)用 發(fā)熱體的溫度比保護(hù)加熱器溫度高，必然變?yōu)橛捎蜔煹亩逊e產(chǎn)生的向流體 的熱傳遞變化的一部分由來(lái)自流量檢測(cè)用加熱器的傳熱補(bǔ)償?shù)那闆r。該熱 傳遞成為輸出誤差。但是，追加不論設(shè)定溫度的保護(hù)加熱器的構(gòu)造，與沒(méi) 有保護(hù)加熱器構(gòu)造的量熱計(jì)相比，對(duì)降低污損帶來(lái)的壞的影響，能夠得到 一定效果。在以往例子中，由于流量檢測(cè)用的發(fā)熱電阻體和保護(hù)加熱器的 溫度總是控制以使其變?yōu)橄嗤瑴囟?，不能防止該輸出誤差。另外，為了保持該理想的溫度關(guān)系，在構(gòu)造上又產(chǎn)生新的制約。使用以往例進(jìn)行說(shuō)明。在專(zhuān)利文獻(xiàn)1第5圖所示的傳感器元件構(gòu)造中，在1個(gè)絕緣基板上配置流量檢測(cè)用發(fā)熱電阻體和保護(hù)加熱器。這樣通過(guò)在1個(gè)基 板上同時(shí)配置流量檢測(cè)用發(fā)熱電阻體和保護(hù)加熱器的構(gòu)造，并且流量檢測(cè) 用發(fā)熱體在兩端被保護(hù)加熱器夾持的構(gòu)造的傳感器元件的情況，難以保持 流量檢測(cè)用發(fā)熱體溫度小于保護(hù)加熱器溫度的關(guān)系。從制約對(duì)驅(qū)動(dòng)傳感器 模塊供給的電源電壓等觀點(diǎn)看，也需要將傳感器元件的熱容量抑制到最小 限度，因此不得不接近兩端的保護(hù)加熱器而配置。于是，由來(lái)自設(shè)定溫度 高的保護(hù)加熱器的傳熱自動(dòng)加熱設(shè)定溫度低的流量檢測(cè)用發(fā)熱電阻體，尤 其是在流體流量少的狀態(tài)中，陷于電流完全不能流向流量檢測(cè)用發(fā)熱電阻 體這樣的狀態(tài)。因此，在流體為小流量范圍中，產(chǎn)生不能計(jì)量這樣的問(wèn)題。 由于在最初1個(gè)傳感器元件上配置多個(gè)電阻體時(shí)，必然導(dǎo)致傳感器構(gòu)造變 復(fù)雜，也會(huì)帶來(lái)生產(chǎn)變困難這樣的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容^本發(fā)明的目的在于，提供一種熱式氣體流量計(jì)的構(gòu)成及其控制方法， 其包含即使在耐污損、耐熱的嚴(yán)酷排氣環(huán)境中，也能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間確保初 始檢測(cè)精度的傳感器元件構(gòu)造。為了解決上述問(wèn)題，至少具有l(wèi)個(gè)以上檢測(cè)流體流量的發(fā)熱電阻體(第l發(fā)熱電阻體)，并且在流體中至少配置2個(gè)以上電阻體，在具有上述第l 發(fā)熱電阻體的傳感器元件中，在支撐第1發(fā)熱電阻體和傳感器元件的框體 間，配置用于隔斷從第1發(fā)熱電阻體向框體傳熱的第2發(fā)熱電阻體，在具有這樣的傳感器元件的氣體流量計(jì)中，在第1發(fā)熱電阻體和第2發(fā)熱電阻 體之間配置溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)。作為具體的實(shí)施方式，根據(jù)由設(shè)置在第1發(fā)熱電阻體和第2發(fā)熱電阻 體之間的溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)量的溫度，控制第1發(fā)熱電阻體或者第2發(fā)熱電 阻體的溫度。優(yōu)選，對(duì)第1發(fā)熱電阻體或者第2發(fā)熱電阻體的發(fā)熱溫度，設(shè)定固 定或者可變的目標(biāo)值，控制以使變?yōu)槟繕?biāo)值。優(yōu)選，控制以使第2電阻體的發(fā)熱溫度比第1發(fā)熱電阻體的發(fā)熱溫度高。優(yōu)選，在測(cè)量期間或者未測(cè)量期間，控制以使第1發(fā)熱電阻體或者第 2發(fā)熱電阻體溫度低的一方的溫度變?yōu)?5(TC以上。優(yōu)選，第1和第2發(fā)熱電阻體兩方，或者某一方具有過(guò)加熱防止機(jī)構(gòu)， 無(wú)論是第1和第2哪個(gè)發(fā)熱電阻體，實(shí)測(cè)值或者由計(jì)算求出的推測(cè)發(fā)熱溫 度達(dá)到事先設(shè)定的目標(biāo)上限溫度，并且在變?yōu)榇四繕?biāo)上限溫度以下之前的 期間，控制以使實(shí)際溫度變?yōu)槟繕?biāo)上限溫度并一定，或者抑制到其以下的 溫度。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，作為適用的傳感器元件構(gòu)造，是l個(gè)傳感器元件中 具有第l發(fā)熱電阻體、測(cè)溫電阻體和第2發(fā)熱電阻體，并且支撐每個(gè)電阻 體的導(dǎo)體從發(fā)熱部向一個(gè)方向突出，或者集中到一處配置的構(gòu)成，導(dǎo)線最 好被多次纏繞配置在作為基體的圓柱狀絕緣體上，并且在其表層形成絕緣 保護(hù)導(dǎo)體的絕緣層的構(gòu)造和層疊的絕緣層間，形成多個(gè)電阻體的構(gòu)造。另外，在本發(fā)明中，具有第1或者第2發(fā)熱電阻體的故障判定機(jī)構(gòu)， 使其在通過(guò)上述判定機(jī)構(gòu)判斷故障時(shí)，具有表示警告的功能或內(nèi)燃機(jī)具有 失火檢測(cè)機(jī)構(gòu)，發(fā)生失火時(shí)，切斷向發(fā)熱電阻體的通電，或者將目標(biāo)設(shè)定 溫度變更為低的溫度等，使其具備防爆于未然的功能。通過(guò)本發(fā)明，在用于耐污損、耐熱的嚴(yán)酷排氣環(huán)境中的氣體流量計(jì)中， 能夠長(zhǎng)時(shí)間確保初始檢測(cè)精度。


圖1是吸氣流量計(jì)的概略構(gòu)成圖。圖2是吸氣流量計(jì)的橋式控制電路構(gòu)成。圖3是發(fā)熱體溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)燃油蒸發(fā)速度的關(guān)系。圖4是發(fā)熱體加熱時(shí)產(chǎn)生污損原因的說(shuō)明圖。圖5是應(yīng)用吸氣流量計(jì)用傳感器元件時(shí)的實(shí)測(cè)結(jié)果。圖6是具有第2發(fā)熱電阻體的熱式流量計(jì)的概略構(gòu)成圖。圖7是應(yīng)用具有第2發(fā)熱電阻體的傳感器元件時(shí)的實(shí)測(cè)結(jié)果。圖8是具有以吸氣用線圈式傳感器元件為基礎(chǔ)的第2發(fā)熱電阻體的傳 感器元件構(gòu)造的例子。圖9是具有以吸氣用線圈式傳感器元件為基礎(chǔ)的第2發(fā)熱電阻體的傳 感器元件構(gòu)造的例子。圖10是應(yīng)用具有第2發(fā)熱電阻體的傳感器元件時(shí)的問(wèn)題。圖11是表示本發(fā)明實(shí)施方式的構(gòu)成例1。圖12是表示本發(fā)明實(shí)施方式的控制流程1。圖13是表示本發(fā)明實(shí)施方式的構(gòu)成例2。圖14是表示本發(fā)明實(shí)施方式的控制流程2。圖15是防止第2發(fā)熱電阻體破損的控制流程。圖16是表示本發(fā)明實(shí)施方式的構(gòu)成例3。圖17是吸氣流量計(jì)發(fā)熱體使用溫度和保護(hù)玻璃耐熱溫度的關(guān)系。 圖18是排氣計(jì)量時(shí)發(fā)熱體使用溫度和保護(hù)玻璃耐熱溫度的關(guān)系。 圖19是本發(fā)明傳感器模塊概略構(gòu)成。圖20是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施方式的傳感器元件的概略構(gòu)成。 圖21是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施方式的具體的傳感器元件構(gòu)造1。 圖22是用于本發(fā)明的傳感器元件形成的氧化鋁管外觀形狀例子。 圖23是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施方式的具體的傳感器元件構(gòu)造2。 圖中l(wèi)一流量檢測(cè)用發(fā)熱電阻體(第1發(fā)熱電阻體)，2 —微粒子狀 物質(zhì)，3—?dú)饬鳎?一支撐體，5、 7—氧化鋁管，6 —第2發(fā)熱電阻體，8 — 絕緣用保護(hù)膜(玻璃)，9一測(cè)溫電阻體，IO—連接部，ll一支撐體插入溝， 12 —絕緣(氧化鋁)基板，13 —通孔，14一焊盤(pán)部。
具體實(shí)施方式
首先，使用圖1和圖2，對(duì)作為主流吸氣用流量計(jì)的熱式流量計(jì)的原 理進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。圖1表示熱式流量計(jì)的構(gòu)成。熱式計(jì)量方式是通過(guò)在 流體中配置至少2個(gè)電阻體， 一個(gè)作為檢測(cè)流體溫度的測(cè)溫電阻體，另一 個(gè)作為檢測(cè)流量的發(fā)熱電阻體使用，通過(guò)使各自的溫度差(ATh)總是保 持為一定，實(shí)現(xiàn)流體質(zhì)量流量的計(jì)量的。另外，吸氣用流量計(jì)的ATh，根 據(jù)計(jì)量精度、響應(yīng)性、防止由塵埃等產(chǎn)生的污損、使用材料的耐久性或者 耐熱性等綜合判斷， 一般將ATh設(shè)定為20(TC程度。圖2表示橋式控制電路的構(gòu)成。發(fā)熱電阻體和測(cè)溫電阻體作為橋式電 路電阻被配置。如果將發(fā)熱電阻體的電阻值設(shè)為Rh，流經(jīng)發(fā)熱電阻體的 電流設(shè)為Ih，發(fā)熱電阻體的全發(fā)熱量Ph和流向發(fā)熱電阻體的流體的質(zhì)量 流量Q和ATh由(1)表示。A為從發(fā)熱電阻體向支撐體的熱傳導(dǎo)量(漏熱)，另外B為被流體奪 去的熱傳遞量，統(tǒng)一作為熱常數(shù)。由該(1)式知，發(fā)熱電阻體Rh和固定 電阻Rl中點(diǎn)的電壓Vs由(2)表示，是依賴(lài)于流體的質(zhì)量流量的電壓。 傳感器輸出Vout，放大該Vs，作為模擬電壓值輸出。Vs==R1-《h==R1、/ : (A+B V5T ) ATh …(2)但是，在用于排氣環(huán)境的裝置中，污損是重大的問(wèn)題。根據(jù)裝置的使 用目的或原理不同，其大小不同，在熱式流量計(jì)中，對(duì)傳感器元件的污損 會(huì)對(duì)維持計(jì)量精度帶來(lái)致命的影響。在內(nèi)燃機(jī)的排氣環(huán)境中，從內(nèi)燃機(jī)排出的油煙(Dry Soot)或灰分(Ash)等微粒子狀物質(zhì)(PM)中所包含的不揮發(fā)成分為污損的對(duì)象。油煙是由 于被吸入內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)的空氣和噴射到燃燒室內(nèi)的燃料混合不足，即氧 化不足而發(fā)生的。污損，是由于PM中包含的SOF (可溶性有機(jī)成分)或(式1)Ph=Ih2Rh = (A+B^)厶Th式2
HC (炭化氫氣)等揮發(fā)成分具有粘著力而產(chǎn)生， 一方面，由于該揮發(fā)成 分的含有物是由內(nèi)燃機(jī)的燃燒決定的，能夠依賴(lài)于對(duì)象物的溫度，而影響 污損的產(chǎn)生。圖3表示發(fā)熱電阻體的發(fā)熱溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)燃油的蒸發(fā)速度的關(guān)系。加 熱溫度越高蒸發(fā)速度越快。另外根據(jù)實(shí)際機(jī)器驗(yàn)證知，關(guān)于對(duì)流量檢測(cè)用 發(fā)熱電阻體的污損，依賴(lài)于發(fā)熱溫度，具體的說(shuō)，能夠得到通過(guò)將發(fā)熱電 阻體的溫度設(shè)定為約35(TC以上能夠避免污損的結(jié)果。根據(jù)這些實(shí)際機(jī)器 驗(yàn)證和基礎(chǔ)研討的結(jié)果，認(rèn)為污損的有無(wú)是根據(jù)下面的現(xiàn)象而產(chǎn)生的。如圖4所示，首先如果PM2—1碰撞到被加熱到高溫的發(fā)熱電阻體1， 由來(lái)自發(fā)熱電阻體的傳熱，瞬時(shí)進(jìn)行揮發(fā)成分的蒸發(fā)，降低了PM2 — 1具 有的粘著力。以污損物質(zhì)的油煙為主體的不揮發(fā)成分，通過(guò)粘著力的降低 和流經(jīng)周?chē)臍饬?，在下一個(gè)PM碰撞期間從發(fā)熱電阻體表面脫離。另 一方面，溫度低的支撐體4，認(rèn)為是PM2 — 1粘著后的揮發(fā)成分緩慢的蒸 發(fā)，也就是說(shuō)，由于達(dá)到與脫離相關(guān)連的粘著力降低的時(shí)間延遲，其后碰 撞到先碰撞粘著的PM2 — 1上的PM2—2重疊，而進(jìn)行堆積的。使用沒(méi)有保護(hù)加熱器的以往(吸氣用)傳感器元件時(shí)，隨著時(shí)間流逝 的同時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)，對(duì)于氣體流量的傳感器的輸出變化變大。圖5表示 表現(xiàn)其程度的實(shí)測(cè)結(jié)果。結(jié)果表明，在空轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)下持續(xù)保持時(shí)的誤差， 在低流量區(qū)域，導(dǎo)致負(fù)的誤差，在高流量區(qū)域有導(dǎo)致正的誤差的傾向。表 明尤其是在從試驗(yàn)開(kāi)始到75hr后，在試驗(yàn)范圍的最大流量附近，導(dǎo)致近 50%的大的誤差。因此，接下來(lái)對(duì)用于克服該問(wèn)題的想法進(jìn)行敘述。圖6表示其基本構(gòu)成。如果與圖l對(duì)比就一目了然，是在圖l中的流 量檢測(cè)用發(fā)熱電阻體(圖6中為第1發(fā)熱電阻體)和連接框體的支撐體之 間配置了第2發(fā)熱電阻體(保護(hù)加熱器)的構(gòu)成。這樣由介于其間的第2 發(fā)熱電阻體隔絕從第1發(fā)熱電阻體向支撐體的構(gòu)造變?yōu)榛緲?gòu)成。以下， 對(duì)具體的傳感器元件的構(gòu)造進(jìn)行了說(shuō)明，但是，本發(fā)明中所示的傳感器元 件構(gòu)造只是其中一個(gè)例子，只要是滿足上述絕熱的構(gòu)造就可以，沒(méi)有特別 的限制。其中對(duì)通過(guò)配置第2發(fā)熱電阻體，能夠期待的效果的理由進(jìn)行描述。 在表示發(fā)熱電阻體的全發(fā)熱量Ph和流向發(fā)熱電阻體的流體的質(zhì)量流量Q 和ATh的關(guān)系的(1)式中，由于意味從發(fā)熱電阻體流向支撐體的熱傳導(dǎo) 量(漏熱)的熱常數(shù)A在污損前后產(chǎn)生變化而導(dǎo)致誤差。通過(guò)配置第2發(fā) 熱電阻體，能夠保證第1發(fā)熱電阻體需要的發(fā)熱量和切斷向支撐體的傳熱 量。S卩，通過(guò)能夠任意控制第1發(fā)熱電阻體和第2發(fā)熱電阻體間的傳熱量 的構(gòu)成，可以使氣體流量的檢測(cè)與支撐體的污損無(wú)關(guān)系。圖7表示使用配置了第2發(fā)熱電阻體的傳感器元件時(shí)的實(shí)測(cè)結(jié)果。表 明即使從試驗(yàn)開(kāi)始經(jīng)過(guò)100hr后，輸出特性相對(duì)于初始特性的誤算被抑制 在約5%以?xún)?nèi)。這里，與圖5的結(jié)果比較明確了，與使用以往的傳感器元 件的情況相比，能夠得到大幅的改善效果。下面，圖8和圖9表示考慮以現(xiàn)行的吸氣用流量計(jì)的傳感器元件構(gòu)造 為基礎(chǔ)配置第2發(fā)熱電阻體的傳感器元件的構(gòu)造例。在形成傳感器元件發(fā) 熱電阻體的絕緣體上使用氧化鋁管5，由耐熱性高的玻璃等，連接氧化鋁 管5和支撐其的支撐體4。成為流量檢測(cè)用第1發(fā)熱電阻體的Pt線(線圈) 1被螺旋地纏繞在氧化鋁管5的中央部。并且在其兩端部形成氧化鋁管7， 與第l發(fā)熱電阻體一樣，螺旋狀纏繞Pt線(第2發(fā)熱電阻體)6，包括傳 感器元件整體的方式，用絕緣保護(hù)膜(玻璃)8涂層處理的構(gòu)造而構(gòu)成。 圖8是表示氧化鋁管為分體的情況，圖9表示一體情況的例子。接著，使用圖IO對(duì)這樣的構(gòu)造中的問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。圖10表示，在向 圖8、圖9所示的傳感器元件通電，將第1發(fā)熱電阻體和第2發(fā)熱電阻體 保持為高溫的狀態(tài)，流體流過(guò)時(shí)各部位的溫度分布變化。尤其是各發(fā)熱電 阻體的設(shè)定溫度假設(shè)設(shè)定了第1發(fā)熱電阻體1為400°C，第2發(fā)熱電阻體 8為比40(TC高的溫度的情況。這樣，對(duì)于第1發(fā)熱電阻體和第2發(fā)熱電 阻體的設(shè)置溫度的關(guān)系，優(yōu)選為第1發(fā)熱電阻體小于第2發(fā)熱電阻體的關(guān) 系。其理由，是由于如先前所述的，由于油煙的堆積而產(chǎn)生的向流體的熱 傳遞的變化完全被來(lái)自第2發(fā)熱電阻體的傳熱補(bǔ)償，能夠抑制由污損產(chǎn)生 的對(duì)流量計(jì)量的壞的影響。但是，第1發(fā)熱電阻體和第2發(fā)熱電阻體的連 接部的溫度，根據(jù)流經(jīng)傳感器元件的流體的流量(流速)而變化。尤其是 氣流在停止?fàn)顟B(tài)或低流量時(shí)，如果各發(fā)熱電阻體調(diào)整到能夠保持目標(biāo)溫度 的狀態(tài)，在高流量區(qū)域，連接部的溫度降低，如果最壞的避免污損溫度(約 350°C)的狀況持續(xù)時(shí)，在連接部有可能產(chǎn)生污損。從原理上看，如果在 連接部產(chǎn)生污損，就失去了配置第2發(fā)熱電阻體的意義。因此，需要用于 避免連接部溫度顯著降低的對(duì)策。另外，相當(dāng)于圖中A的第1發(fā)熱電阻體 端部中的熱授受狀態(tài)，根據(jù)流量變化。理想的狀態(tài)是指第l發(fā)熱電阻體端 部中的溫度梯度為零的狀態(tài)。如果是該狀態(tài)，由于沒(méi)有從第2發(fā)熱電阻體 向第l發(fā)熱電阻體的熱流入，相反向連接部的熱流逝，因此能夠可靠地克 服由傳熱產(chǎn)生的問(wèn)題。以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖11表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方 式。采取在接近第1發(fā)熱電阻體的位置配置溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)的構(gòu)成。 作為上述溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，考慮與發(fā)熱電阻體一樣，簡(jiǎn)單使用Pt線的線圈等， 但是，其他的只要是能夠檢測(cè)溫度的機(jī)構(gòu)什么都可以。是將設(shè)定溫度假設(shè) 為第1發(fā)熱電阻體小于第2發(fā)熱電阻體，根據(jù)由溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)的溫度 控制第2發(fā)熱電阻體的發(fā)熱溫度的方法。圖12表示其具體的控制流程。 首先，讀入第l發(fā)熱電阻體和溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)(以下，測(cè)溫電阻體)的電阻 值Rmain和Rsen (S101)，分別計(jì)算溫度Tmain和Tsen (S102)。接著， 在S103中，判斷計(jì)算出的Tmain和Tsen的溫度關(guān)系是否為T(mén)main^Tsen， 關(guān)系不是時(shí)，進(jìn)入S104，增大流向第2發(fā)熱電阻體的電流Isub后，返回 SlOl。由此第2發(fā)熱電阻體的溫度上升，受其影響，Tsen上升。重復(fù)該過(guò) 程。另一方面，如果關(guān)系正確進(jìn)入S105，在S105中，判斷Tsen和事先設(shè) 定的Tsen的上限目標(biāo)溫度Thtag的關(guān)系是否為T(mén)seiK:Thtag。接著，關(guān)系 不是時(shí)，進(jìn)入S106，減少I(mǎi)sab，降低Tsen后返回SlOl。如果在S105中 判斷關(guān)系正確，就結(jié)束控制循環(huán)。通過(guò)在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)進(jìn)行該循環(huán)，總是 能夠保持Tmain^Tsen〈Thtag的關(guān)系，可以將第1發(fā)熱電阻體端部的溫度 梯度控制在規(guī)定范圍內(nèi)。作為第1發(fā)熱電阻體和第2發(fā)熱電阻體的設(shè)定溫度的關(guān)系以第1發(fā)熱 電阻體小于第2發(fā)熱電阻體為前提時(shí)的上述以外的控制方法，如圖13所 示，考慮設(shè)定Tsen的下限目標(biāo)溫度Tltag，保持Tltag<Tsen^Tmain的關(guān) 系。使用圖14，通過(guò)與圖13的對(duì)比對(duì)其控制流程進(jìn)行說(shuō)明。即使在這種 控制方式情況下，與圖13的S101和S102—樣，首先，進(jìn)行第l發(fā)熱電 阻體和溫度電阻元件的電阻值Rmain和Rsen的讀入，分別進(jìn)行溫度Tmain 和Tsen的計(jì)算。接著，在S109中，判斷計(jì)算出的Tmain和Tsen的溫度 關(guān)系是否為T(mén)main^Tsen，關(guān)系不同時(shí)，進(jìn)入S110，流向第2發(fā)熱電阻體 的電流Isub減小后，返回S101。由此第2發(fā)熱電阻體的溫度降低，受其 影響，Tsen降低。另一方面，如果關(guān)系正確就進(jìn)入Slll，在S111中，判 斷Tsen和事先設(shè)定的Tsen的下限目標(biāo)溫度Tltag的關(guān)系是否為T(mén)sen> Tltag。關(guān)系不同時(shí)，進(jìn)入S112增加Isab，使Tsen上升后，返回S101。如 果S112中判斷關(guān)系正確，就結(jié)束控制循環(huán)。在其他方面，也考慮設(shè)置對(duì) 于Tsen的上下限目標(biāo)，以Tltag〈Tsen〈Thtag進(jìn)行控制。在全部這些情況 中，Thtag和Tltag，需要設(shè)定在第1發(fā)熱電阻體端部的溫度梯度變?yōu)樵试S 范圍的溫度水平?？墒?，在通過(guò)圖11 圖14中說(shuō)明的第2發(fā)熱電阻體的溫度的升降控 制第l發(fā)熱電阻體端部溫度的方式中，在高流量區(qū)域，第2發(fā)熱電阻體的 溫度上升過(guò)高，有可能損壞第2發(fā)熱電阻體。因此，對(duì)第2發(fā)熱電阻體的溫度設(shè)定上限也是有效的。例如，如果以 圖15的控制流程為基礎(chǔ)進(jìn)行說(shuō)明，追加S101和S102，進(jìn)行第2發(fā)熱電 阻體的電阻值的讀取和溫度的計(jì)算。并且在S102和S103之間追加S107， 比較第2發(fā)熱電阻體的溫度Tsub和事先設(shè)定的第2發(fā)熱電阻體的目標(biāo)上 限溫度Thsub。此時(shí)，由于如果是Tsub〉Thsub，馬上將Tsub變?yōu)楣潭?度，在S108中，保持流向第2發(fā)熱電阻體的電流保持一定。除此之外， 例如事先存儲(chǔ)使第2發(fā)熱電阻體的溫度變?yōu)門(mén)hsub的電流值，如果判斷 Tsub〉Thsub，向第2發(fā)熱電阻體通此存儲(chǔ)值的電流，或者，也可以輸出 指令，使其降低到規(guī)定溫度。不管怎樣，通過(guò)追加這些控制，防止第2發(fā) 熱電阻體的破損于未然。另外，作為本發(fā)明的其他實(shí)施方式，如圖16所示，也考慮根據(jù)溫度 檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)的溫度控制第1發(fā)熱電阻體的發(fā)熱溫度的方法。但是，此時(shí)， 由于流量檢測(cè)用第1發(fā)熱電阻體的溫度依賴(lài)于流量而變化，擔(dān)憂控制邏輯 變得復(fù)雜。另外，高流量區(qū)域，第1發(fā)熱電阻體的溫度過(guò)于降低，也有可 能達(dá)到產(chǎn)生污損的溫度水平。希望以最大流量為基準(zhǔn)確定第2發(fā)熱電阻體 的設(shè)定溫度。以上，所有的實(shí)施方式是用于極力保持第1發(fā)熱電阻體端部中的溫度 梯度接近零狀態(tài)的控制方法，根據(jù)第1和第2發(fā)熱電阻體的目標(biāo)設(shè)定溫度
的大小關(guān)系，或第1發(fā)熱電阻體端部的溫度檢測(cè)成為溫度控制對(duì)象的發(fā)熱 體也可以是第1和第2中的任意一個(gè)。在這里，對(duì)在傳感器元件表面形成的絕緣保護(hù)用玻璃的耐熱性進(jìn)行描述。圖17表示在吸氣用流量計(jì)中使用的傳感器元件表面形成的絕緣保護(hù)玻璃的耐熱溫度和使用溫度的關(guān)系。 一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)安裝容易和需要的耐熱溫度關(guān)系，采用Pb系玻璃。流量檢測(cè)用發(fā)熱電阻體和檢測(cè)流體溫度的 測(cè)溫電阻體的溫度之差A(yù)Th為20(TC時(shí)，如果吸入空氣的溫度變化范圍為 IO(TC，發(fā)熱電阻體溫度即使最大也只達(dá)到30(TC。 Pb系玻璃的Tg點(diǎn)，即 玻璃的性質(zhì)開(kāi)始變化的溫度為450'C程度，沒(méi)有特別問(wèn)題?？墒牵蔀楸?發(fā)明對(duì)象大部分在排氣環(huán)境中使用時(shí)，按照此前敘述的，從污損的觀點(diǎn)看， 發(fā)熱電阻體溫度即使最低也需要設(shè)置在350°C以上。尤其是以A Th方式為 前提時(shí)，如圖18所示，在流體溫度為IOO'C時(shí)，即使設(shè)定使第1發(fā)熱電阻 體的溫度變?yōu)?50'C (a點(diǎn)的)，即使在玻璃的Tg點(diǎn)(a'點(diǎn))判斷，流體溫 度只能保證在約20(TC的范圍。另外，與第2發(fā)熱電阻體的保護(hù)玻璃相同， 適用Pb系玻璃時(shí)，如果考慮第2發(fā)熱電阻體溫度比第1發(fā)熱電阻體溫度 高時(shí)，實(shí)際上，被限制在更低溫度的使用范圍。尤其是計(jì)量從內(nèi)燃機(jī)排出 的氣體時(shí)，需要50(TC 60(TC這樣的溫度非常高的流體的計(jì)量。另外，即 使假設(shè)在使用耐熱高的Si系玻璃時(shí)，從與絕緣體氧化鋁的熱膨脹觀點(diǎn)看， 不能使用Tg點(diǎn)約70(TC的玻璃。因此，即使使用Si系玻璃，由于使用溫 度高的第2發(fā)熱電阻體的溫度，最多只不過(guò)到小于400'C。由此看，作為成為本發(fā)明對(duì)象的流量計(jì)的控制方式，優(yōu)選與流體溫度 沒(méi)有關(guān)系，發(fā)熱電阻體溫度總是保持一定的方式(以下稱(chēng)為T(mén)h方式)，或 者根據(jù)流體溫度，在規(guī)定溫度向ATh方式和Th方式切換的方式等。尤其 是，切換方式，在低溫度范圍以ATh方式控制，在高溫度范圍以Th方式 控制。下面，對(duì)用于實(shí)現(xiàn)這些控制方式的傳感器模塊的基本的構(gòu)成，使用 圖19說(shuō)明概略。大致由具有傳感器元件的傳感器探針部和控制電路部2 部分構(gòu)成。這樣，通過(guò)分離為探針部和控制電路部的構(gòu)成，即使在計(jì)量?jī)?nèi) 燃機(jī)排氣這樣的高溫氣體時(shí)，也能夠確保耐熱性。在對(duì)象的流體溫度低時(shí)， 即使統(tǒng)一為1個(gè)也沒(méi)有問(wèn)題。作為傳感器元件，第1發(fā)熱電阻體、第2發(fā) 熱電阻體以及流體溫度檢測(cè)用的測(cè)溫電阻體等，與控制電路部相連接。在
控制電路部配置以第1發(fā)熱電阻體的模擬控制電路為主的各傳感器元件的 模擬控制電路，來(lái)自各模擬控制電路的輸出值被輸入到數(shù)字部。在數(shù)字部對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D變換，在以各種信號(hào)為基礎(chǔ)進(jìn)行處理后，再次 由傳感器模塊輸出D / A變換的信號(hào)。Th方式時(shí)，更是需要修正流體溫度 變化。在作為例子表示的圖17的構(gòu)成中，以來(lái)自流體溫度檢測(cè)電路的信 號(hào)為基礎(chǔ)，在數(shù)字信號(hào)處理裝置內(nèi)修正流體溫度變化。這是控制方式的基 本構(gòu)成?？墒?，在使第l發(fā)熱電阻體為中心兩端被支撐的構(gòu)造時(shí)，即使最低也 需要2個(gè)發(fā)熱電阻體。并且在第1發(fā)熱電阻體端部配置測(cè)溫電阻體時(shí)，進(jìn) 一步使構(gòu)造變復(fù)雜，生產(chǎn)變得困難。因此，接著對(duì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施方式的傳感器元件的具體的構(gòu)造進(jìn) 行說(shuō)明。圖20表示流量檢測(cè)用的傳感器元件的概略構(gòu)成。流量檢測(cè)用傳 感器元件構(gòu)成為支撐各電阻體的支撐體(導(dǎo)體)以從第2發(fā)熱電阻體向 一方向集中，突出或者配置的形狀。即支撐第l發(fā)熱電阻體的支撐體經(jīng)由 測(cè)溫電阻體或第2發(fā)熱電阻體的內(nèi)部或者表面連接到框體上。這樣，通過(guò) 由單側(cè)支撐傳感器元件的構(gòu)成，可以將測(cè)溫電阻體和第2發(fā)熱電阻體集成 為1個(gè)，提高生產(chǎn)性。圖21表示，以吸氣用流量計(jì)中使用的線圈式元件為基礎(chǔ)的單邊支撐 構(gòu)造傳感器元件構(gòu)成。從元件的頂端開(kāi)始，按第l發(fā)熱電阻體l、測(cè)溫電 阻體9和第2發(fā)熱電阻體6的順序配置，導(dǎo)線被多次纏繞在氧化鋁管5上 配置，并且，絕緣保護(hù)導(dǎo)體的玻璃8涂敷在其表層。圖22表示合適的氧 化鋁管5形狀的例子。在氧化鋁管5外周形成多個(gè)配置支撐體4的溝11。 圖22表示6個(gè)溝的例子，此時(shí)，采用對(duì)于一個(gè)電阻體利用2個(gè)溝的形狀。 對(duì)于各溝ll，從側(cè)面插入支撐體4后，纏繞成為各電阻體的導(dǎo)體。因此， 支撐體插入溝的深度X，與支撐體的外形相比，需要取充分大。圖21的 參表示各電阻體和支撐體的連接點(diǎn)10，由焊接等連接固定。另外作為測(cè)溫 電阻體的配置方法，如果考慮生產(chǎn)性，認(rèn)為使第l發(fā)熱電阻體l和測(cè)溫電 阻體9接近由玻璃8構(gòu)成一塊的構(gòu)成有效，也可以在不發(fā)生污損的程度保 持距離，由玻璃覆蓋上每個(gè)部分。作為不同的技術(shù)，也考慮了層疊基板技術(shù)的應(yīng)用。圖22表示層疊基
板式傳感器元件的構(gòu)造例。是在被層疊的絕緣基板12之間形成多個(gè)電阻體(導(dǎo)體)的構(gòu)造。圖22表示了 4層的例子，也可以根據(jù)各電阻體必要 的電阻值，增減疊層數(shù)?？绡B層間形成電阻體時(shí)，利用基板12上形成的 通孔13迸行電連接。特別是作為注意點(diǎn)，有可能由于來(lái)自被加熱到高溫 的發(fā)熱部(第2發(fā)熱電阻體6)的傳熱，使作為與框體的連接點(diǎn)的焊盤(pán)部 14惡化。需要想辦法充分確保發(fā)熱部6和焊盤(pán)部14的距離。另外，在具有包含發(fā)熱電阻體的多個(gè)電阻體的本發(fā)明的熱式氣體流量 計(jì)中，即使只有一部分電阻體破損，也會(huì)導(dǎo)致輸出特性產(chǎn)生大的變化這樣 的風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)于這些故障，具備如下功能是最合適的。如先前所述， 由于熱式流量計(jì)，是利用發(fā)熱體向流體奪取熱量，所謂放熱特性的，使其 具備判斷發(fā)熱的第1發(fā)熱電阻體和第2發(fā)熱電阻體故障的故障判定機(jī)構(gòu)， 由上述判定機(jī)構(gòu)迅速地讀取故障。另外同時(shí)具備將故障由警告燈等顯示在 外部的功能。并且，如果假設(shè)在內(nèi)燃機(jī)失火時(shí)等，未燃燃料大量向排氣管 排出情況，計(jì)量時(shí)，具有即使最低也被加熱到35(TC以上的發(fā)熱部的本發(fā) 明的流量計(jì)的使用，有可能成為起火的原因，非常危險(xiǎn)。因此，是具備在 傳感器模塊內(nèi)部，或者控制內(nèi)燃機(jī)整體的電子控制裝置內(nèi)，設(shè)置檢測(cè)內(nèi)燃 機(jī)失火的機(jī)構(gòu)，發(fā)生失火時(shí)，切斷向發(fā)熱電阻體的通電，或者將目標(biāo)設(shè)定 溫度變更為低的溫度等，防止二次災(zāi)害于未然的功能的流量計(jì)。
權(quán)利要求
1、一種熱式氣體流量計(jì)，具備第1發(fā)熱電阻體，其設(shè)置在測(cè)量氣體流動(dòng)的環(huán)境中；和電子電路，其電連接上述第1發(fā)熱電阻體，根據(jù)通電使上述第1發(fā)熱電阻體發(fā)熱，測(cè)量上述氣體流量，在該熱式氣體流量計(jì)中，具備支撐部，其支撐上述第1發(fā)熱電阻體；第2發(fā)熱電阻體，其設(shè)置在上述第1發(fā)熱電阻體和上述第1發(fā)熱電阻體的支撐部之間，根據(jù)通電而發(fā)熱；和溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其檢測(cè)上述第1發(fā)熱電阻體和上述第2發(fā)熱電阻體之間部分的溫度，控制向上述第2發(fā)熱電阻體的通電，以使上述之間部分的溫度接近上述第1發(fā)熱電阻體的溫度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于， 上述氣體是發(fā)動(dòng)機(jī)的EGR氣體，控制向上述第1發(fā)熱電阻體的通電或者向上述第2發(fā)熱電阻體的通 電，以使上述第1發(fā)熱電阻體的溫度和上述第2發(fā)熱電阻體的溫度變?yōu)橐?guī) 定溫度以上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于，上述溫度 是比350。C高的溫度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于，控制向上 述第1發(fā)熱電阻體的通電或者向上述第2發(fā)熱電阻體的通電，以使上述第 1發(fā)熱電阻體的溫度和上述第2發(fā)熱電阻體的溫度變?yōu)橐?guī)定溫度以下。
5、 一種熱式氣體流量計(jì)，至少具有1個(gè)以上用于檢測(cè)流體流量的發(fā) 熱電阻體(第1發(fā)熱電阻體)，并且在流體中至少配置2個(gè)以上的電阻體， 具有上述第1發(fā)熱電阻體的傳感器元件中，在第1發(fā)熱電阻體和支撐傳感 器元件的框體間，配置了用于隔斷從第1發(fā)熱電阻體向框體的傳熱的第2 發(fā)熱電阻體，該氣體流量計(jì)的特征在于，在第1發(fā)熱電阻體和第2發(fā)熱電阻體之間設(shè)置溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于，根據(jù)由設(shè)置在第1發(fā)熱電阻體和第2發(fā)熱電阻體之間的溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu) 測(cè)量的溫度，控制第1發(fā)熱電阻體或者第2發(fā)熱電阻體的溫度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于， 對(duì)于第1發(fā)熱電阻體或者第2發(fā)熱電阻體的發(fā)熱溫度，設(shè)定為固定或者可變的目標(biāo)值，控制上述第1發(fā)熱電阻體或者第2發(fā)熱電阻體的發(fā)熱溫 度成為目標(biāo)值。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5或者6所述的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于， 以第2電阻體的發(fā)熱溫度比第1發(fā)熱電阻體的發(fā)熱溫度高的方式進(jìn)行控制。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5或者6所述的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于， 在測(cè)量期間或者未測(cè)量期間，以第1發(fā)熱電阻體或者第2發(fā)熱電阻體溫度低的一方的溫度成為35(TC以上的方式進(jìn)行控制。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于，第1和第2發(fā)熱電阻體兩者或者其中任一方具有過(guò)加熱防止機(jī)構(gòu)，第 1和第2任一個(gè)發(fā)熱電阻體，實(shí)測(cè)值或者由計(jì)算求出的推測(cè)發(fā)熱溫度，達(dá) 到事先設(shè)定的目標(biāo)上限溫度，并且在變?yōu)榇四繕?biāo)上限溫度以下之前的期 間，以實(shí)際溫度變?yōu)榕c目標(biāo)上限溫度并一定，或者抑制到其以下的溫度的 方式進(jìn)行控制。
11、 根據(jù)權(quán)利要求5或6的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于，1個(gè)傳感器元件具有第1發(fā)熱電阻體、測(cè)溫電阻體和第2發(fā)熱電阻體， 并且支撐每個(gè)電阻體的導(dǎo)體從發(fā)熱部向一個(gè)方向突出，或者集中到一處配 置。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于， 將導(dǎo)線多次纏繞配置在作為基體的圓柱狀絕緣體上，并且在其表層形成用于絕緣保護(hù)導(dǎo)體的絕緣層。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于， 在層疊的絕緣層間形成多個(gè)電阻體。
14、 根據(jù)權(quán)利要求5 13中任一個(gè)所述的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于，具有第1或者第2發(fā)熱電阻體故障判定機(jī)構(gòu)，在通過(guò)上述判定機(jī)構(gòu)判 斷故障時(shí)，顯示警告。
15、根據(jù)權(quán)利要求5 13中的任一個(gè)所述的熱式氣體流量計(jì)，其特征 在于，具有內(nèi)燃機(jī)的失火檢測(cè)機(jī)構(gòu)，在發(fā)生失火時(shí)，切斷向發(fā)熱電阻體的通 電，或者將目標(biāo)設(shè)定溫度改變?yōu)榈偷臏囟取?br> 全文摘要
一種熱式氣體流量計(jì)，至少具有1個(gè)以上第1發(fā)熱電阻體，在流體中至少配置2個(gè)以上電阻體，在支撐第1發(fā)熱電阻體和傳感器元件的框體間，配置與第1發(fā)熱電阻體在電氣上不同系統(tǒng)的第2發(fā)熱電阻體，在具有這樣的傳感器元件的氣體流量計(jì)中，在第1發(fā)熱電阻體和第2發(fā)熱電阻體之間設(shè)置溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，根據(jù)由上述溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)量的溫度，控制第1發(fā)熱電阻體或者第2發(fā)熱電阻體的溫度。從而解決在內(nèi)燃機(jī)的排氣用熱式氣體流量計(jì)中，由于以排氣中包含的油煙為主體的污損物質(zhì)的堆積，導(dǎo)致計(jì)量精度短時(shí)間惡化。
文檔編號(hào)G01F1/69GK101113917SQ20071013640
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月28日
發(fā)明者助川義寬, 大槻利樹(shù), 德安升, 星加浩昭, 樫尾香織, 逢阪光晴 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所