JPH0274825A - 吸入空気量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は吸気通路、特に内燃機関の吸気通路を流れる吸
入空気の流量を検出する吸入空気量検出装置に係る。

［従来の技術］ 内燃機関の吸入空気量を検出する流量検出装置に関して
は、吸入空気通路中に吸入空気の流れ方向に対して平行
に吸気温度検出素子と流速検出素子を配設した流量検出
装置が知られており、例えば特開昭６０−２３００１９
号公報に開示されている。

これら何れの検出素子も感熱抵抗体を有し、これら感熱
抵抗体と固定抵抗でブリッジ回路を構成すると共に、流
速検出素子に加熱抵抗体を並設し、この加熱抵抗体によ
り流速検出素子の感熱抵抗体の温度が吸気温度検出素子
のそれより所定温度高くなるように制御している。即ち
、吸入空気に奪われる熱量に応じて変化する流速検出素
子の感熱抵抗体の温度に応じて、加熱抵抗体への供給電
流を制御することにより前記所定温度差を維持し、その
ときの電流値から流速を検出し、この流速から流量を検
出するというものである。

上記公報に記載の流量検出装置にあっては吸気温度検出
素子と流速検出素子を別個に吸気通路中に配設すること
としている。これによれば、両者の相対位置に応じて吸
入空気の流れの状態が異なり検出値が変動する。このた
め、各々の取付誤差が両者間の相対位置の誤差となり、
結局検出誤差を惹起することとなる。従って、両者の相
対位置を正確に設定する必要がある。

これに対し、加熱抵抗体を含む全ての抵抗体を薄膜抵抗
で形成し一つの素子に構成した技術がＳＡＥ技術報告責
料（ＳＡＥ８８０５６０号”Ｈｏｔ−Ｆｉｌｍ　Ａｉｒ
　Ｍａｓｓ　Ｍｅｔｅｒ　”　Ｒ，５ａｕｅｒ著、１９
８８年２月２９日〜３月４日の国際会議報告）に記載さ
れている。同資料には、空気流量割合のステップ変化に
より一般的な流量検出装置の応答時間に二つの段階が生
ずることが指摘されている。即ち、出力の最終値の７０
％迄は急峻な上昇率を示すが、その後は緩かに最終値に
漸近するというものである。この理由として、最初の段
階では変化した空気流量割合により素子の表面温度が変
化し、これに即応して加熱抵抗体への供給電流が変化し
、従って出力が急峻な変化を示すと説明されている。そ
して、変化した空気流により素子の表面の温度分布が変
化し、これにより素子の板面上を素子支持部に向って熱
が伝達する結果、出力の最終値に対し緩かに漸近するこ
とになり、結局誤差の原因となる旨解説されている。而
して、同資料に記載の技術にあっては、加熱抵抗体を流
速検出素子の感熱抵抗体より長くすることにより上記の
問題に対処している。

また、実開昭８０−１８３８２５号公報には流速検出素
子を加熱する発熱用抵抗体即ち加熱抵抗体と被測定気体
の温度を検出する感熱抵抗体との間に溝又はスリットを
設けた流量検出装置が開示され、加熱抵抗体からの熱伝
達による測定誤差の防止が企図されている。

上記公報及び資料に記載の流量検出装置は何れも流速検
出素子を加熱抵抗体により加熱する間接加熱型であるが
、流速検出素子としては例えば特開昭６２−１７７４１
６号公報に記載のように、感熱抵抗体自体が発熱する自
己発熱型もある。

［発明が解決しようとする課題］ 上記公報に記載の自己発熱型流量検出装置は熱線が支持
体に巻回されたものであるが、前掲の公報及び資料に記
載のようにシリコンチップに薄膜の抵抗体を付着するこ
ととすれば簡単な構成となる。

然し乍ら、前掲の公報及び資料に記載の間接加熱型の流
量検出装置における加熱抵抗体及びこれに関連する部材
の改良については、これを自己発熱型の流量検出装置に
必ずしもそのまま適用することはできない。例えば、自
己発熱型の流量検出装置においても流速検出抵抗体から
基材への熱伝達により測定誤差が生じ得る。これに対し
、上記実開昭６０−１８３８２５号公報に記載の間接加
熱型流量検出装置にあっては、三つの抵抗体が所定の順
序で一定の方向に形成され、溝又はスリットは上記一定
の方向に交差する方向に延び、且つ温度検出用抵抗体と
加熱抵抗体との間に形成されるというように、方向及び
位置が間接加熱型の特徴に基づいて定められている。

そこで、本発明は自己発熱型の吸入空気量検出装置にお
いて検出素子の取付誤差による検出誤差を抑えると共に
、高精度で吸入空気量を検出できるようにすることを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は平板状の基材と、
該基材の板面部に付着した薄膜状の抵抗体であって測定
対象の吸入空気の温度変化に応じて抵抗値が変化する吸
気温度検出抵抗体と、該吸気温度検出抵抗体に隣接し前
記基材の板面部に付着した薄膜状の抵抗体であって前記
吸入空気の流速による温度変化に応じて抵抗値が変化す
る流速検出抵抗体とを備え、少くとも該流速検出抵抗体
と前記吸気温度検出抵抗体との間の前記基材に切除部を
形成してなる検出素子を有し、該検出素子を前記吸入空
気の流れ方向に対し前記板面部が平行になるように配置
したものである。

［作用］ 上記の構成になる吸入空気量検出装置においては、検出
素子は吸入空気の流れに平行に配置され、検出素子の基
材上に配設された吸気温度検出抵抗体と流速検出抵抗体
を含み例えばブリッジ回路が構成される。そして、常時
は流速検出抵抗体が吸気温度に比し所定温度高い温度に
加熱された状態でブリッジ回路の平衡条件が成立するよ
うに設定し、吸入空気の導入に伴ない、流速検出抵抗体
の熱量が吸入空気に奪われ温度が低下すると、その抵抗
値が減少する。このためブリッジ回路が不平衡となり、
その出力電位差が検出され吸入空気量が測定されると共
に、この出力に応じて流速検出抵抗体がブリッジ回路の
平衡条件を維持するように自己発熱制御される。

上記の検出作用において、少くとも吸気温度検出抵抗体
と流速検出抵抗体の間の基材には切除部が形成されてい
るので、流速検出抵抗体が自己発熱した場合にも吸気温
度検出抵抗体との間の熱伝導は遮断される。従って、吸
気温度検出抵抗体は吸入空気の温度のみによってその抵
抗値が変化する。また、流速検出抵抗体から基材への熱
伝達も抑えられ、吸入空気の流速に的確に対応する。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図及び第２図は本発明の吸入空気量検出装置の一実
施例に用いられる検出素子１０の平面図及び側面図で、
第１図中白抜矢印は吸入空気の流れ方向を示す。

第１図に示すように、矩形平板状の基材１の板面部に薄
膜状の吸気温度検出抵抗体２及び流速検出抵抗体３が付
着されている。基材１は平板のガラス、セラミックある
いは二酸化硅素等の絶縁膜が形成されたシリコン基板で
ある。この基材１に蒸着、焼成等によりニッケルあるい
は白金等の抵抗体の薄膜が付着され、上記吸気温度検出
抵抗体２及び流速検出抵抗体３が形成されている。この
場合において、吸気温度検出抵抗体２及び流速検出抵抗
体３は同一金属で同−膜厚に形成することが好ましい。

流速検出抵抗体３は基材１の先端部の板面全体に設けら
れ、コ字状に屈曲した抵抗体を更にコ字状に屈曲し全体
として矩形に形成したパターン形状を呈し、抵抗体全体
が均一に発熱するように形成されている。流速検出抵抗
体３の開放端部には一対のポンディングパッド５が夫々
電気的に接続され、これらのポンディングパッド５は基
材１の長手方向に延出し基材１の基端部に至っている。

第１図に明らかなように一対のポンディングパッド５は
基材１の板面上で長手方向に二分した一方側を占めてお
り、他方側には流速検出抵抗体３に隣接して吸気温度検
出抵抗体２が設けられている。即ち、吸気温度検出抵抗
体２は、連続した略Ｓ字状に屈曲し一対の開放端部が並
置するように形成された抵抗体が板面部に付着され、全
体として流速検出抵抗体３の約半分の面積を占めている
。そして、吸気温度検出抵抗体２の一対の開放端部に一
対のポンディングパッド４が夫々電気的に接続され、ポ
ンディングパッド４は基材１の長手方向に延出し基材１
の基端部に至っている。

このポンディングパッド４及び上記ポンディングパッド
５は何れも金、アルミニウム等で形成され蒸着、焼成等
により基材１に付着される。

そして、吸気温度検出抵抗体２と流速検出抵抗体３との
間、及び吸気温度検出抵抗体２とポンディングパッド５
付着部との間の基材１の板面に夫々スリット１ａ及び１
ｂが形成されている。即ち、スリットＩａ、ｌｂは吸気
温度検出抵抗体２の側端に沿ってＬ字状に形成され、本
発明にいう切除部を構成している。これにより、吸気温
度検出抵抗体２は流速検出抵抗体３との熱伝導が遮断さ
れると共に、基材１のポンディングパッド５付着部に対
する熱伝導も遮断される。従って、吸気温度検出抵抗体
２は基材１のポンディングパッド４付着部のみに接続さ
れた形となり、吸気温度検出抵抗体２は吸入空気の温度
のみによってその抵抗値が変化するように配設されてい
る。

また、流速検出抵抗体３も抵抗体開放端部の基材１の板
面に垂直な断面積は小さく、これに比し板面部の表面積
が遥かに大きいので、この開放端部を介して基材１の基
端部方向に伝達される熱量は後述する吸入空気の流速に
応じた流速検出抵抗体３の抵抗値変化に誤差が生ずる程
には至らない。尚、吸気温度検出抵抗体２及び流速検出
抵抗体３の表面には図示しないガラス保護膜が形成され
る。

以上のように構成された検出素子１０は、第３図に示す
ように、センサホルダ１１に支承され、センサホルダ１
１は内燃機関の吸気筒２０に固着される。この場合にお
いて、検出素子１０はその板面部が吸気の流れに平行に
なるように配置されており、従って吸気温度検出抵抗体
２及び流速検出抵抗体３は何れも吸気の流れに平行な平
面上に配設される。そして、検出素子１０はポンディン
グパッド４及び５に夫々電気的に接続されたリード線１
２を介して検出回路１３に接続される。

尚、吸気温度検出抵抗体２及び流速検出抵抗体３は何れ
も温度に対する抵抗値変化即ち温度係数が大きく、且つ
直線性を示すものであるが、流速検出抵抗体３の抵抗Ｒ
Ｓの値と吸気温度検出抵抗体２の抵抗ＲＴの値がＦｔｓ
＜Ｆｔｒとなるように設定されている。

検出回路１３は第４図に示したように構成されており、
流速検出抵抗体３の抵抗Ｒ８は固定抵抗Ｒ，を介して接
地され（ＧＮＤ）、吸気温度検出抵抗体１１の抵抗Ｒｔ
は固定抵抗Ｒ２を介して接地され（ＧＮＤ）、これらの
抵抗Ｒｓ、ＲＴ。

Ｒ，ｌびＲ２によりブリッジ回路が構成されている。抵
抗ＲＳと抵抗Ｒ３の接続点はオペアンプ１６の非反転入
力端子及び出力端子１８に、抵抗ＲＴと抵抗Ｒ２の接続
点は反転入力端子に接続されており、オペアンプ１６の
出力側は電源電流を制御するトランジスタ１７０ベース
に接続されている。

トランジスタ１７のコレクタ側は電源（＋ｖｌｌ）に接
続され、エミッタ側は抵抗Ｒ↑、Ｒ５即ちブリッジ回路
の入力側に接続されている。

流速検出抵抗体３の抵抗Ｒ３は前述のように吸気温度検
出抵抗体２の抵抗ＲＴより抵抗値が小さく設定されてい
るため電源（＋Ｖａ）から電流が供給されると大電流が
流れて発熱する。従って、流速検出抵抗体３と吸気温度
検出抵抗体２が同じ雰囲気温度下に置かれても流速検出
抵抗体３は一定の温度だけ高い温度を示すことになるの
で、抵抗Ｒ１，Ｒ２の値は流速検出抵抗体３が吸気温度
より所定温度差ΔＴだけ高い値を示すときにブリッジ回
路の平衡条件が成立するように設定される。

以上の構成になる本発明の一実施例の作用を説明すると
、第３図及び第４図において吸気筒２０に吸入空気が導
入されないときには流速検出抵抗体３は吸気温度検出抵
抗体２で検出される吸気温度に比し所定温度差へＴ高い
温度となっており、この状態でブリッジ回路の平衡条件
が成立している。そして吸気筒２０に吸入空気が導入さ
れると、吸入空気によフて熱量が奪われるため流速検出
抵抗体３の所定温度差入Ｔを保てなくなる。

従っ・で、所定温度差ΔＴを保つためには流速検出抵抗
体３に更に電流が供給されねばならず、この必要供給電
流は吸入空気の流速と所定の関係にあり、流速が大とな
ると必要供給電流も大となる。

換言すれば所定温度差６丁を保つための必要供給電流が
犬となると流速が大であり、従って流量が大ということ
になる。

第４図において、流速検出抵抗体３が所定温度差６丁よ
り小となると抵抗Ｒｓが小さくなりブリッジ回路の平衡
条件がくずれ、オペアンプ１６の非反転入力端子側が高
電位になるため出力側が高レベルとなりトランジスタ１
７を駆動し、電源（＋Ｖａ）から電流が供給される。す
ると、流速検出抵抗体３の抵抗Ｒ３の発熱量が増加し、
所定温度差△Ｔに至ったところでブリッジ回路の平衡条
件が成立する。而して、この間に流速検出抵抗体３に供
給される電流に対応した電圧信号としてとり出される出
力端子１８の出力（Ｖう）が吸入空気の流速、従って吸
入空気量を示すこととなる。

以上のように吸気温度検出抵抗体２と流速検出抵抗体３
とは同一基材１に形成されており、センサホルダ１１へ
の取付に多少の誤差があっても、両者の相対位置が変化
することはない。従って、これら抵抗体により流れの状
態が変化することも無く、相対位置の変化に起因する検
出誤差を抑えることができる。

流速検出抵抗体３は吸気温度より一定温度ΔＴ高い温度
に制御されているので、流速検出抵抗体３から吸気温度
検出抵抗体２及び基材１の周辺に熱量が移動する可能性
が生ずるが、スリット１ａ、ｌｂの存在により流速検出
抵抗体３から吸気温度検出抵抗体２への熱量の移動は極
めて少なく、吸気温度検出抵抗体２は実際の吸気温度に
正確に対応する。また、流速検出抵抗体３は流速が変化
しても常に吸気温度より一定温度ΔＴ高い温度に制御さ
れているので、流速検出抵抗体３から吸入空気への放熱
量は流速の変化に対し遅滞なく追従する。

尚、一般に流速検出抵抗体から基材の基端部方向へ伝達
される熱量は基材上で所定の温度分布をなし、この温度
分布が吸入空気の流速によって異なるため流速の変化に
対し遅れを生ずる可能性がある。しかし、本実施例にあ
っては流速検出抵抗体３の基材１の板面部に垂直な断面
積に比し表面積が大きく吸入空気への放熱量が大部分を
占める構造となっているため、検出素子１０として良好
な応答性が得られる。

第５図乃至第７図は本発明の吸入空気量検出装置におけ
る検出素子の他の実施例を示すもので、第１図及び第２
図に示した実施例と実質的に同一の部分は同一符号を付
している。

これらの実施例においては第１図の実施例に比し吸気温
度検出抵抗体２の付着位置、流速検出抵抗体３の形状及
び基材１の切除部が相違して−いる。即ち、吸気温度検
出抵抗体２は基材１の長手方向先端部に付着され、これ
にコ字状の流速検出抵抗体３１が並設されている。図中
白抜矢印は吸気筒２０に装着したときの吸入空気の流れ
方向を示し、従って吸気温度検出抵抗体２は流速検出抵
抗体３１に対し上流側に位置するように配設される。こ
れらの流速検出抵抗体３１と吸気温度検出抵抗体２との
間に基材１の長手方向に切除部が設けられており、第５
図乃至第７図においてはこの切除部の構成を異にしてい
る。

第５図においては基材１の長手方向の中心部にスリット
１ｃが形成されており、このスリットＩＣにより流速検
出抵抗体３１と吸気温度検出抵抗体２との熱伝導が遮断
されている。このスリットＩＣは基材１の先端部から、
流速検出抵抗体３１により加熱された基材１の温度が周
囲の吸入空気の温度と略等しくなる位置まで延在してい
る。

第６図は第５図の実施例のスリットＩＣの端部に孔１ｄ
を形成したもので、切除部の端部における応力集中を軽
減し強度を大とするものである。

第７図は切除部として基材１の長手方向中心線上に連続
して並置する複数の孔１ｅを形成したもので、基材１の
強度を維持しつつ切除部の機能を確保するものである。

上記第５図乃至第７図の実施例の作動については第１図
及び第２図の実施例と基本的に同一であるので説明は省
略する。これらの実施例においては何れも吸気温度検出
抵抗体２が流速検出抵抗体３１の上流側に位置している
ため、吸気温度検出抵抗体２の側端面のみが吸入空気の
流れに対向することとなる。従フて、吸入空気に含まれ
得る塵埃等が流速検出抵抗体３１に付着する可能性は小
さく、塵埃等の付着による流速検出抵抗体３１の検出値
の変動を回避することができる。尚、第１図及び第２図
の実施例においては流速検出抵抗体３の表面積が側端面
の面積に比し大であるので、上記塵埃等の付着による検
出値の変動は小さく然程問題とならない。

以上の実施例においては切除部としてスリットあるいは
孔を形成することとしたが、これらに替えて溝を形成す
ることとしてもよい。

［発明の効果］ 本発明は上述のように構成したので以下の効果を奏する
。

即ち、本発明の吸入空気量検出装置においては、吸気温
度検出抵抗体と流速検出抵抗体の何れもが一つの基材に
付着されて検出素子が構成されているので、検出素子を
吸気筒等に装着する場合に多少の取付誤差があっても両
紙抗体間の相対位置が変動することはないので検出誤差
が生ずることはなく安定した精度を確保することができ
る。

また、上記両紙抗体間に切除部が形成されているので、
流速検出抵抗体が発熱してもその熱量が基材を介して少
くとも吸気温度検出抵抗体に伝達されることは阻止され
、従って検出誤差を惹起することなく、吸入空気量を正
確に検出することができるという効果が得られる。

また、吸気温度検出抵抗体と流速検出抵抗体は基材上に
同一プロセスで同一金属の同一厚さの薄膜に形成するこ
とができるので、両紙抗体を所定の抵抗値に設定するこ
とが容易であり、また製造コストも低減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における検出素子の平面図、 第２図は同、側面図、 第３図は本発明の一実施例の縦断面図、第４図は本発明
の一実施例における検出回路の回路図、 第５図、第６図及び第７図は何れも検出素子の実施例を
示す平面図である。 １・・・基材。 １　ａ、　　１　ｂ、　　１　ｃ・−スリット（切除部
）。 ｌｄ、ｌｅ・・・孔（切除部）。 ２・・・吸気温度検出抵抗体。 ３．３１・・・流速検出抵抗体、 ４．５・・・ポンディングパッド。 １０・・・検出素子、１１・・・センサホルダ。 １２・・・リード線、１３・・・検出回路。 ２０・・・吸気筒。 特許出願人　　愛三工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）平板状の基材と、該基材の板面部に付着した薄膜
   状の抵抗体であって測定対象の吸入空気の温度変化に応
   じて抵抗値が変化する吸気温度検出抵抗体と、該吸気温
   度検出抵抗体に隣接し前記基材の板面部に付着した薄膜
   状の抵抗体であって前記吸入空気の流速による温度変化
   に応じて抵抗値が変化する流速検出抵抗体とを備え、少
   くとも該流速検出抵抗体と前記吸気温度検出抵抗体との
   間の前記基材に切除部を形成してなる検出素子を有し、
   該検出素子を前記吸入空気の流れ方向に対し前記板面部
   が平行になるように配置したことを特徴とする吸入空気
   量検出装置。