JP2000227352A - 熱式流量センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】流量検出の感度を高め、その検出精度を向上さ
せる。 【解決手段】熱式空気流量センサ１０において、高断熱
材料からなる基材１１の上には発熱抵抗体１２が設けら
れると共に、その発熱抵抗体１２を挟んで空気の流れの
上流側及び下流側に感温抵抗体１３，１４がそれぞれ設
けられている。発熱抵抗体１２は所定温度で保持される
発熱部１２ａを有し、感温抵抗体１３，１４は流量検出
部１３ａ，１４ａを有する。発熱抵抗体１２及び感温抵
抗体１３，１４の大部分は、ガラスなどからなる保護膜
１５により覆われている。保護膜１５は、発熱抵抗体１
２の発熱部１２ａ及び感温抵抗体１３，１４の流量検出
部１３ａ，１４ａを覆う部分とその周辺部分とで厚さが
異なり、発熱部１２ａ及び流量検出部１３ａ，１４ａを
覆う部分は厚く、その周辺部分は薄くなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両用内燃
機関に適用され、同機関の吸入空気量を計測するための
熱式流量センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の熱式流量センサとして、従来よ
り、高応答、誤差低減を実現すべく発熱抵抗体の基材と
してポリイミドフィルムなどの高断熱材料を使い、発熱
抵抗体を制御回路に接続するためのリード側への熱損失
を低減させるものが知られている。また、流体（空気）
の流れ方向に対して上流側と下流側とに発熱抵抗体を挟
んで感温抵抗体を各々配置し、それら上流側及び下流側
の感温抵抗体の温度差により流体流量や流れの方向を検
出するものも知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基材に
高断熱材料を使用する場合、空気の流れ方向の温度分布
を示す図５からも分かるように、発熱抵抗体周りの高温
域が狭くなる。そのため、上流側と下流側との感温抵抗
体の温度差を示す図６のように、高流速域で上流側と下
流側との温度差の変化が殆ど無くなり流量検出の感度が
低下する。また、その傾向は感温抵抗体を発熱抵抗体か
ら離すほど、すなわち発熱抵抗体中心からの距離が大き
くなるほど顕著になる。なお、感温抵抗体を発熱抵抗体
に非常に近づければ感度が向上するが、実際には各抵抗
体の幅分の考慮や位置精度の確保といった別の要件が絡
み、その実現は困難になる。

【０００４】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、流量検出の感度
を高め、その検出精度を向上させることができる熱式流
量センサを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の熱式流量センサ
では、所定温度で保持される発熱部を有する発熱抵抗体
と、流量検出部を有する感温抵抗体とが高断熱材料から
なる同一の基材上に形成されると共に、流体の流れ方向
に対して上流側と下流側とに発熱抵抗体を挟んで感温抵
抗体が各々配置される。そして、それら上流側及び下流
側の感温抵抗体の温度差により流体流量と流れの方向と
が検出される。

【０００６】特に請求項１に記載の発明では、発熱抵抗
体と感温抵抗体との上に保護膜が設けられ、発熱抵抗体
の発熱部と感温抵抗体の流量検出部とを覆う部分の保護
膜に、熱伝導性の高い熱伝導部が設けられる。本構成に
よれば、発熱抵抗体の発熱部と感温抵抗体の流量検出部
との熱伝導率が高められるため、発熱抵抗体を中心とす
る流れ方向の温度分布において発熱抵抗体周りの高温域
が拡がり、結果として上流側及び下流側の感温抵抗体に
て流体流量に応じた温度差が検出できるようになる。こ
の場合、流体の高流速域で検出感度が低下するといった
不具合も解消される。その結果、流量検出の感度を高
め、その検出精度を向上させることができる。

【０００７】請求項２に記載の発明では、発熱抵抗体の
発熱部と感温抵抗体の流量検出部とを覆う部分ではそれ
以外の部分よりも保護膜を厚くし、その保護膜の厚い部
分を熱伝導部とする。本構成によれば、保護膜の厚い部
分では高い熱伝導性が確保され、既述の通り検出感度を
高めることができる。また、保護膜の薄い部分では外部
（例えば同抵抗体と制御回路とを接続するリード側）へ
の熱損失が抑制できる。加えて本構成では、保護膜の厚
さだけを変更して熱伝導部が設けられるため、構成の煩
雑化も招かないというメリットもある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した一実
施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態におけ
る熱式空気流量センサは車両用内燃機関の吸気管に配設
され、同吸気管を介して機関の気筒内に吸入される空気
の量（吸入空気量）を計測する。ここで、図１は、熱式
空気流量センサの構成を示す平面図であり、図２（ａ）
は図１のＡ−Ａ線断面図、同図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ
線断面図である。

【０００９】図１及び図２に示す熱式空気流量センサ１
０において、例えばポリイミド等の樹脂フィルム（高断
熱材料）からなる基材１１の上には、白金などからなる
発熱抵抗体１２が設けられると共に、その発熱抵抗体１
２を挟んで空気の流れの上流側及び下流側に、同じく白
金などからなる感温抵抗体１３，１４が設けられてい
る。つまり、各抵抗体１２〜１４は、空気の流れ方向に
対して直交する方向に延び、且つそれぞれ平行に並べて
配設されている。

【００１０】発熱抵抗体１２の中央部には抵抗値を上げ
るために矩形状のパターンが形成されており、このパタ
ーン部分が発熱部１２ａとなっている。また、感温抵抗
体１３，１４の中央部にも同様に抵抗値を上げるために
矩形状のパターンが形成されており、このパターン部分
が流量検出部１３ａ，１４ａとなっている。

【００１１】発熱抵抗体１２及び感温抵抗体１３，１４
の大部分は、ガラスなどからなる保護膜１５により覆わ
れている。保護膜１５は、発熱抵抗体１２の発熱部１２
ａ及び感温抵抗体１３，１４の流量検出部１３ａ，１４
ａを覆う部分とその周辺部分とで厚さが異なり、発熱部
１２ａ及び流量検出部１３ａ，１４ａを覆う部分は厚
く、その周辺部分は薄くなっている（図２（ｂ）参
照）。一例として、発熱部１２ａ及び流量検出部１３
ａ，１４ａを覆う部分の厚さは５μｍであり、周辺部分
の厚さは０．１μｍである。なお本実施の形態では、保
護膜１５の厚い部分を熱伝導部とする。

【００１２】発熱抵抗体１２及び感温抵抗体１３，１４
の両端にはそれぞれリード線１６，１７が設けられ、こ
のリード線１６，１７を介して各抵抗体１２〜１４と図
示しない制御回路とが接続される。

【００１３】上記構成の熱式空気流量センサ１０では、
図示しない制御回路からの通電を受けて発熱抵抗体１２
の発熱部１２ａが所定温度（例えば２００℃程度）で保
持される。このとき、上流側の感温抵抗体１３は空気流
により冷却されるのに対して、下流側の感温抵抗体１４
は、発熱抵抗体１２からの受熱により空気流の温度が上
昇するため、冷却されにくくなる。そして、上流側及び
下流側の流量検出部１３ａ，１４ａで各々検出される温
度の差により空気流量が検出される。また併せて、各流
量検出部１３ａ，１４ａで検出される温度の大小関係か
ら空気の流れの方向が検出される。

【００１４】図３は、空気の流れ方向における温度分布
を、発熱抵抗体１２の中心からの距離で示す実験データ
である。図中、実線は本実施の形態にかかる熱式空気流
量センサ１０の実験データを示し、一点鎖線は従来の熱
式空気流量センサの実験データを示す。但しここで言
う、本実施の形態にかかる流量センサとは前記図１，２
の通り保護膜１５の厚さを適宜不均一にしたものであ
り、従来の流量センサとは保護膜の厚さを均一にしたも
のである。

【００１５】同図３から分かるように、本実施の形態に
かかる流量センサの場合、発熱部１２ａと流量検出部１
３ａ，１４ａとに相当する部分だけ保護膜１５を厚くし
たため、保護膜の厚さが均一な従来の流量センサと比較
して熱伝導率が大きくなり、結果として流れ方向の温度
分布が拡がる。従って、発熱抵抗体からの距離を離して
も高流速側での感度が改善される。

【００１６】また図４は、上流側及び下流側の感温抵抗
体１３，１４の温度差と空気流速（実際には√流速）と
の関係を示す実験データである。図中、実線は本実施の
形態にかかる熱式空気流量センサ１０の実験データを示
し、一点鎖線は従来の熱式空気流量センサの実験データ
を示す（但し何れも、発熱抵抗体と感温抵抗体との中心
間距離は０．２５ｍｍである）。

【００１７】図４から分かるように、保護膜の厚さが均
一な従来の流量センサの場合、高流速域で上流側と下流
側との温度差の変化が殆ど無くなり流量検出の感度が低
下するのに対し、本実施の形態にかかる流量センサの場
合、低流速域から高流速域までの広い領域で流速に応じ
た温度差が検出でき、精度の良い流量検出が可能とな
る。

【００１８】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。 ・発熱抵抗体１２の発熱部１２ａと感温抵抗体１３，１
４の流量検出部１３ａ，１４ａとを覆う部分ではそれ以
外の部分よりも保護膜１５を厚くし、その保護膜１５の
厚い部分を熱伝導部としたので、前記発熱部１２ａ及び
流量検出部１３ａ，１４ａの熱伝導率が高められて発熱
抵抗体周りの高温域が拡がり、結果として上流側及び下
流側の感温抵抗体１３，１４にて空気流量に応じた温度
差が検出できるようになる。この場合、空気流の高流速
域で検出感度が低下するといった不具合も解消される。
その結果、流量検出の感度を高め、その検出精度を向上
させることができる。 ・保護膜１５の厚い部分では高い熱伝導性が確保されて
既述の通り検出感度が高められるのに対し、保護膜１５
の薄い部分ではリード側への熱損失が抑制できる。 ・加えて本構成では、保護膜１５の厚さだけを変更して
熱伝導部が設けられるため、構成の煩雑化も招かないと
いうメリットもある。

【００１９】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて具体化できる。上記実施の形態では、発熱
抵抗体１２と感温抵抗体１３，１４との上に厚さ不均一
の保護膜１５を設け、各抵抗体の発熱部１２ａと流量検
出部１３ａ，１４ａとを覆う部分だけ保護膜１５を厚く
して熱伝導部を構成したが、この構成を変更する。例え
ば厚さ均一の保護膜の上に、熱伝導率の大きい他の材料
にて形成される熱伝導層（例えば金属箔）を設ける。本
構成でも既述の通り流量検出の感度を高め、その検出精
度が向上するといった優れた効果が得られる。

【００２０】熱伝導部として構成される部位（図１，２
では、保護膜１５の厚い部分）に、空気の流れ方向に延
びる複数の突条を設けてもよい。この場合、空気の流れ
方向に沿った熱伝導率がより一層向上する。

【００２１】上記実施の形態では、空気の流れ方向に対
して直交させ、且つそれぞれ平行に並べて各抵抗体１２
〜１４を配設したが、これを変更する。例えば各抵抗体
１２〜１４が空気の流れ方向に対して直角以外の角度を
持って配設されるものとしてもよい。

【００２２】空気以外の流体の流量を検出する熱式流量
センサとして本発明を具体化することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態における熱式空気流量センサ
の概要を示す構成図。

【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１
のＢ−Ｂ線断面図。

【図３】空気の流れ方向における温度分布を示す図。

【図４】上流側及び下流側の感温抵抗体の温度差と空気
流速との関係を示す図。

【図５】空気の流れ方向における温度分布を示す図。

【図６】上流側及び下流側の感温抵抗体の温度差と空気
流速との関係を示す図。

【符号の説明】

１０…熱式空気流量センサ、１１…基材、１２…発熱抵
抗体、１２ａ…発熱部、１３，１４…感温抵抗体、１３
ａ，１４ａ…流量検出部、１５…熱伝導部を構成する保
護膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定温度で保持される発熱部を有する発熱
   抵抗体と、流量検出部を有する感温抵抗体とが高断熱材
   料からなる同一の基材上に形成されると共に、流体の流
   れ方向に対して上流側と下流側とに発熱抵抗体を挟んで
   感温抵抗体が各々配置され、それら感温抵抗体の温度差
   により流体流量と流れの方向とを検出する熱式流量セン
   サにおいて、 発熱抵抗体と感温抵抗体との上に保護膜が設けられ、発
   熱抵抗体の発熱部と感温抵抗体の流量検出部とを覆う部
   分の保護膜に、熱伝導性の高い熱伝導部が設けられるこ
   とを特徴とする熱式流量センサ。
2. 【請求項２】発熱抵抗体の発熱部と感温抵抗体の流量検
   出部とを覆う部分ではそれ以外の部分よりも保護膜を厚
   くし、その保護膜の厚い部分を熱伝導部とする請求項１
   に記載の熱式流量センサ。