JP2003121224A - 流体流量計 - Google Patents
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- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 例えば内燃機関中へ導入される流体の量を測
定する流体質量流量センサを提供する。 【解決手段】 流体質量流量センサ（10）は、質量流量
の読みの精度を向上させる外部吸入流体感温体（48）を
有する。応答時間を短くする外部低温ワイヤ素子が更に
設けられる。流体質量流量センサは、系統圧力降下を小
さくする改良型の空気力学的設計のものである。さら
に、センサは、小型且つ軽量であって、しかも部品数が
少なく、製造性が良好になる。高温ワイヤ素子（44）を
収納した一体成形絶縁ジェットノズル（39）が、流体試
料採取部分（36）内に設けられている。その結果、内部
流体通路の圧力降下を小さくすることができる。加うる
に、本発明の結果として、ＳＮ比の向上及びダイナミッ
クレンジの拡大という有利な結果が得られる。さらに、
本発明により電磁障害抑制能力が向上する。
定する流体質量流量センサを提供する。 【解決手段】 流体質量流量センサ（10）は、質量流量
の読みの精度を向上させる外部吸入流体感温体（48）を
有する。応答時間を短くする外部低温ワイヤ素子が更に
設けられる。流体質量流量センサは、系統圧力降下を小
さくする改良型の空気力学的設計のものである。さら
に、センサは、小型且つ軽量であって、しかも部品数が
少なく、製造性が良好になる。高温ワイヤ素子（44）を
収納した一体成形絶縁ジェットノズル（39）が、流体試
料採取部分（36）内に設けられている。その結果、内部
流体通路の圧力降下を小さくすることができる。加うる
に、本発明の結果として、ＳＮ比の向上及びダイナミッ
クレンジの拡大という有利な結果が得られる。さらに、
本発明により電磁障害抑制能力が向上する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ダクト内の流体流
量を測定する装置及び方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】内燃機関（エンジン）は今日、最適なエ
ンジン作動を可能にする電子制御装置を有している。典
型的には、電子制御装置は、制御アルゴリズムを処理す
るプライマリ制御ユニット及び制御信号をプライマリ制
御ユニットに提供する種々のセンサを有している。最適
なエンジン制御を達成するうえで極めて重要なセンサ
は、エンジン内への空気の吸入量を測定する流体質量流
量（マスフロー）センサである。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】最適なエンジン制御を
可能にするためには流体質量流量の測定が正確であるこ
とが必要である。流体質量流量測定に悪影響を与える１
つの大きな問題は、流体の吸入方向と反対側の方向にお
ける逆流である。典型的には、流体質量流量センサは、
空気吸入に関して前方方向と後退方向の両方向における
空気の流れを検出するので、逆流があるとこれにより流
体質量流量の読みが不正確になる。 【０００４】従来型流体／空気質量流量装置は、クロウ
ォーター氏等に付与された米国特許第５，５５６，３４
０号明細書に開示されているように構成された空気質量
流量（エアマスフロー）センサを提供することによりこ
の問題を解決しようとした。クロウォーター氏等特許で
は、Ｕ字形空気通路及び長手方向に収束する長円形入口
形状を有する空気質量流量センサが開示されており、か
かる米国特許の開示内容を本明細書の一部を形成するも
のとして引用する。この構成により、測定効率が向上す
ると共にエンジン内への空気流量の測定に対する逆流の
影響が軽減された。さらに、かかる構成により、ＳＮ比
が低くなると共に流体質量流量センサ素子を横切る速度
が高くなるので有利である。 【０００５】従来型流体質量流量センサ、例えばクロウ
ォーター氏等特許に開示されたセンサは、流体質量流量
測定値の精度を著しく向上させた。しかしながら、他の
問題を解決するには依然として改良が必要である。 【０００６】例えば、応答時間が短く、空気力学的設計
が一層優れており、系統（システム）圧力低下が小さ
く、内部流体通路圧力降下が小さく、ＳＮ比が向上し、
電磁障害抑制能力が向上し、製造上の複雑さを軽減する
よう部品数が少ない流体／空気質量流量センサを提供で
きれば有利である。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明の実施形態では、
本発明により内燃機関内へ導き入れられる空気の量を測
定する流体質量流量センサが提供される。本発明の流体
質量流量センサは、空気質量流量の読みの精度を向上さ
せる外部吸気感温体を有する。応答時間を短くする外部
低温ワイヤ素子が更に設けられる。本発明の流体質量流
量センサは、系統（システム）圧力低下を小さくする改
良型の空気力学的設計のものである。さらに、センサ
は、小型且つ軽量であって、しかも部品数が少なく、こ
の結果、製造性が良好になる。高温ワイヤ素子を収納し
た一体成形絶縁ジェットノズルが、流体試料採取部分内
に設けられている。その結果、内部流体通路の圧力降下
を小さくすることができる。加うるに、本発明の結果と
して、ＳＮ比の向上及びダイナミックレンジの拡大とい
う有利な結果が得られる。さらに、本発明により電磁障
害抑制能力が向上する。 【０００８】本発明の実施形態では、ノズルの円形開口
部又は入口を備えた流体質量流量センサが提供される。
本発明の別の実施形態では、制御エレクトロニクスが、
試料採取部分の上に位置する流体質量流量センサハウジ
ングの長手方向に延びる部分内に設けられる。この結
果、本発明により、一体形回路キャビティ及び試料採取
部分が一パッケージの状態で得られる。 【０００９】本発明の別の特徴によれば、吸入空気（吸
気）の試料を捕捉するＵ字形流体通路が設けられる。本
発明の更に別の実施形態では、流体が流体通路の底部及
びハウジングの側部から流出できるようにＵ字形流体通
路の出口が設けられている。本発明の更に別の実施形態
では、本発明によれば、ジェットノズルの出口のところ
で流体通路内に測定素子が設けられている。本発明の更
に別の特徴によれば、測定素子は、先細ノズルの出口の
ところに心出しされている。本発明の更に別の実施形態
では、制御エレクトロニクスは、回路キャビティ内で流
体通路に隣接して設けられている。本発明の別の目的、
特徴及び利点は、添付の図面を参照して以下の説明及び
特許請求の範囲を考慮すると明らかになろう。 【００１０】 【発明の実施の形態】図１及び図２を参照すると、本発
明に従ってダクト中を流れる流体の量を計算する流体質
量流量センサ１０の分解図及び斜視図がそれぞれ示され
ている。センサ１０の一用途は、内燃機関（図示せず）
に導入される空気の量を測定することである。しかしな
がら、本発明の範囲は、センサ１０について他の用途及
び分野にも及ぶ。例えば、センサ１０を用いると、ダク
ト（内燃機関の吸気ダクト以外のダクト）を通って流れ
る流体（空気以外の流体）の量を計算することができ
る。流体質量流量センサ１０は、ハウジング１２と、ハ
ウジングカバー１４と、補助ハウジングカバー１６と、
エレクトロニクスカバー１８と、ガスケット２０とを有
している。 【００１１】ハウジング１２は、一体形コネクタ３０を
有し、このコネクタ３０は、流体質量流量センサ１０の
外部に設けられたエンジン作動制御エレクトロニクスと
電気的連絡状態にあると共に中央ハウジング部分３４内
に設けられた回路モジュール３２と電気的連絡状態にあ
るコネクタ端子（図示せず）を備えている。ハウジング
１２は、中央ハウジング部分３４に隣接して、一体的に
取り付けられた流体試料採取部分３６を更に備えてい
る。流体試料採取部分３６は、ノズル３９内へ開口した
入口３８を有している。ノズル３９は、実質的にＵ字形
の流体通路４０と連通している。Ｕ字形流体通路４０
は、出口４２で終端している。 【００１２】ノズル３９は、全体としてジェットノズル
形態又は形状のものである。さらに説明するように、ノ
ズル３９は、全体として円形の開口部すなわち入口３８
を構成しており、この開口部すなわち入口は、長手方向
に収束する（近寄る）長円形側面（図７ｂに示されてい
る）に接している。ノズルの長手方向に収束する長円形
側面は、ノズル３９の出口４１のところに比較的高い圧
力を生じさせる。さらに、ノズル３９のジェットノズル
形態により、出口４１のところに位置する臨界領域４３
が形成され、これを通る流体の流れ速度は均一である。
ノズルにより形成されたこの臨界領域の存在により、以
下に説明するように流体流れ検出及び測定が促進され
る。通路４０を通る流体の流れを一段と促進させるた
め、楔形デフレクタ４５が、出口４２の上流側に位置し
たハウジング１２の端部に設けられている。楔形デフレ
クタ４５は、有利には出口４２に隣接して低圧領域を生
じさせるよう傾斜した表面を有している。（図７ｂにお
いてαで示されている）デフレクタ４５の表面の角度が
流体流れ方向に対して小さすぎると、出口４２のところ
に生じる圧力降下の度合いが不十分になる。逆に、デフ
レクタ４５の表面の角度が流体流れ方向に対して大きす
ぎても、出口４２のところに生じる圧力降下の度合いは
不十分である。 【００１３】図２に示すように、複数の抵抗素子が、作
動的に設けられていてハウジング１２によって支持され
ており、しかも電気導体、例えば一体成形導線又は端子
により回路をモジュール３２と電気的連絡状態にある。
抵抗素子としては、高温ワイヤ素子４４、低温ワイヤ素
子４６及び内部流体温度（ＩＡＴ）素子４８が挙げられ
る。一般に、これら素子は、温度の関数として抵抗が変
化する。 【００１４】回路モジュール３２は、これら素子によっ
て消費される電力をモニターすることにより通路４０を
通って流れる流体、例えば空気を検出する。回路モジュ
ール３２は、単一の集積回路チップであってもよく、或
いは別々の回路及び集積回路が取り付けられた基板であ
ってもよい。素子の検出抵抗の変化は、出力信号に変換
され、この出力信号は、電子式エンジン制御システム
（図示せず）によって受け取られる。典型的には、電子
式エンジン制御システムは、空燃比を制御することによ
りエンジン内に噴射される燃料の量を調節する。 【００１５】ＩＡＴ素子４８は一般に、サーミスタ又は
これと類似した装置である。素子４８は、内燃機関の吸
気サイクル中の吸気温度の正確な読みを保証するようハ
ウジング１２に取り付けられている。図２に示すよう
に、素子４８は、高温素子４４からの熱の放散により生
じる流体加熱効果を最小限に抑えるために好ましくは通
路４０の外部に設けられている。 【００１６】本発明の好ましい実施形態では、プラチナ
巻線抵抗器で作られた素子４４，４６を有する流体流量
センサ１０が提供される。一般に、これら素子は、正の
温度係数を有している。素子の全ての抵抗変化が、同一
方向の温度変化に対応する。即ち、温度が上がると抵抗
が増大し、温度が下がると抵抗が減少することになる。
好ましくは、高温素子４４が、臨界領域４３内でノズル
３９の出口４１のところに設けられている。臨界領域内
に高温素子を設けることにより、速度が同一の流体が高
温素子上をこれに沿って流れ、それにより熱が素子の表
面全体にわたって均等に消散する。この結果、本発明に
より、流体流量の検出が促進される。 【００１７】本発明の実施形態では、高温素子４４の抵
抗は例えば７０°Ｆ（２１．１℃）で２０オームである
のがよい。この結果、温度が１°Ｆ上がると、高温ワイ
ヤの抵抗は約０．０２５オームだけ増大する。高温素子
４４は主として、通路４０を通って流れる流体の速度を
検出するために用いられ、かかる速度から、通路４０を
通って流れる流体の質量を導き出すことができる。 【００１８】低温ワイヤ素子４６は公称抵抗が例えば７
０°Ｆにおいて５００オームであるのがよい。低温ワイ
ヤの温度は１°Ｆ上がると、低温ワイヤの抵抗は約０．
５オームだけ増大することになる。低温ワイヤ素子４６
の主要な目的は、温度の補正を行うことにある。 【００１９】作用を説明すると、高温ワイヤ素子４４
は、周囲温度よりも約２００°Ｆ（９３．３℃）高い温
度に保持される。これは、高温ワイヤ素子を分圧器回路
内に配置することにより達成される。図３を参照する
と、高温ワイヤ素子４４を一定の抵抗及び一定の温度に
保つ本発明の例示の分圧器回路５００が示されている。
本発明の実施形態では、回路５００は、他の制御回路と
一緒に集積回路３２内に設けられる。例示の回路５００
は、演算増幅器（オペアンプ）５０６と連絡状態にある
２つの分圧器ネットワーク５０２，５０４を有してい
る。分圧器ネットワーク５０２は一般に、５００オーム
の２つの抵抗器５０８，５１０を有し、これら抵抗器
は、５０％分圧器ネットワークを形成し、オペアンプ５
０６のプラス（＋）ピン５１２をライン５１８上の出力
電圧の半分にする。他方の分圧器ネットワーク５０４は
一般に、高温ワイヤ素子４４と直列接続関係にある２５
オームの抵抗器５１４を有している。オペアンプ５０６
のマイナス（−）ピン５１６が、抵抗器５１４と高温ワ
イヤ素子４４との間に接続されている。このため、この
ネットワークの比は、２０オーム：４５オームの比で始
まり、したがってマイナスピン５１６は、出力電圧の２
０／４５ｔｈにされる。例えば、出力ライン５１８上の
オペアンプの出力電圧は、プラスピン５１２上の電圧が
マイナスピン５１６上の電圧よりも大きいと増大するこ
とになる。これと同様に、ライン５１８上の出力電圧
は、プラスピン５１２上の電圧がマイナスピン５１６上
の電圧よりも小さいと減少することになる。したがっ
て、ライン５１８上のオペアンプの出力電圧は、プラス
ピン５１２上の電圧をマイナスピン５１６上の電圧に等
しくするのに必要な電圧の大きさだけ増減することにな
る。 【００２０】抵抗器ネットワーク５０２はマイナスピン
５１６上の４４％と比較して出力電圧の５０％である大
きな電圧をプラスピン５１２上に生じさせるので、ライ
ン５１８上のオペアンプ出力電圧は増大することにな
る。電圧が増大すると、高温ワイヤ素子４４によって消
費される電力により、高温素子の抵抗が増大する。高温
素子４４の温度を２００°Ｆだけ増大させるのに静止状
態の空気中では１／４ワットの電力を要する。温度の２
００°Ｆの上昇により、高温ワイヤ素子４４の抵抗が５
オームだけ増大する。増大した温度における高温ワイヤ
抵抗と抵抗器ネットワーク５０４の全抵抗の比は、５０
％分圧器ネットワークを形成する。この結果、オペアン
プ５０６のプラスピン５１２及びマイナスピン５１６
は、両方のネットワーク５０２，５０４が５０％分圧器
ネットワークを形成するので同一電圧の状態にある。従
って、高温ワイヤ素子４４の温度は約２７０°Ｆに達す
るようにされる。 【００２１】回路５００は、ライン５１８上の出力を電
子式エンジン制御モジュール（図示せず）に送り、この
制御モジュールは、当該技術分野で周知のように最適エ
ンジン作動を得るための適正な空燃比を定める。上述し
たようにプラスピン５１２及びマイナスピン５１６上の
電圧が等しくなるようにするためには上述のように１／
４ワットが必要なので、次式、即ち電力＝（電圧）2
／抵抗を用い、次に電圧（Ｖ）、即ちＶ＝（電力×抵
抗）1/2 又は（０．２５×２５）1/2 について解くこ
とにより高温ワイヤ素子４４及び抵抗器５１４にかかる
電圧を計算することができる。直列接続の抵抗器にかか
る電圧が加わるので、回路の公称出力は、空気の流れが
ない場合には５ボルトである。明らかなこととして、使
用する回路部品を多くするとシフトが均一化されると共
に回路５００の出力が増幅される。 【００２２】空気が高温ワイヤ素子４４上をこれに沿っ
て流れると、電力が熱の形態で高温ワイヤ素子から空気
に伝達される。高温ワイヤ素子４４から放出された熱に
より、素子４４の抵抗が減少する。抵抗を減少させるこ
とにより、マイナスピン５１６に印加される電力が減少
する。したがって、ライン５１８上の出力電圧が増大
し、より多くの電力が高温ワイヤ素子４４によって消散
される。この結果、高温ワイヤ素子によって消散される
電力の増大により、素子４４の温度は増大し、２７０°
Ｆに戻る。この温度に達すると、オペアンプ５０６のピ
ン５１２，５１６上の電圧は平衡状態になる。 【００２３】したがって、回路が高温ワイヤ素子４４の
抵抗を調整するので、ライン５１８上の回路の出力は、
例えば高温ワイヤから奪われる熱の形態の電力の平方根
に２をかけて得た値から５ボルトを引いたものに比例す
る。高温素子４４によって消散される公称電力は、１／
４ワットであり、これは、高温ワイヤ素子４４を２７０
°Ｆに保つのに必要な電力の大きさである。高温ワイヤ
素子から奪われる熱は、より多くの電力を素子４４に加
えることにより回復される。高温ワイヤの抵抗は、２５
オームに調節され、抵抗は一定であると考えられる。奪
われた電力は、加えられた電力から高温ワイヤを２７０
°Ｆに維持するのに必要な大きさを引いたものに等し
い。電力の公式を電圧、即ちＶ＝（電力×抵抗）1/2
について解くと、高温ワイヤ素子４４に加えられた電力
の増大分も又、２５オーム抵抗器に加えられる。したが
って、素子４４から除かれた電力を補償するのに必要な
電力は２倍になる。 【００２４】センサ１０の適正な動作のためには、高温
ワイヤ素子４４の温度は、周囲温度よりも２００°Ｆ高
い温度に維持される必要がある。周囲温度が一定の場
合、温度の補正を行う必要はない。即ち、温度の差が一
定であることは、空気流量が一定であるとすれば、同一
量の電力が高温ワイヤ素子４４から消散されることを保
証する。しかしながら、流体流量センサを自動車内に配
置する場合（図８に示すように）、周囲空気温度は一定
ではない。典型的には、センサ１０は、凝固点よりも低
い温度や沸点よりも高い温度に晒されることになる。こ
のように、予想温度よりも低い空気流温度により、出力
電圧は所望レベルよりも高くなり、予想温度よりも高い
温度により、出力電圧は所望レベルよりも低くなる。 【００２５】本発明は、自動車内に存在する可変周囲温
度環境を補償する温度補正を可能にする。温度補正は、
低温ワイヤ素子４６を用いることにより達成される。低
温ワイヤ素子４６は、図３に示すように抵抗器５１０に
代えて抵抗器ネットワーク５０２内に設けられている。
回路５００は、低温ワイヤ素子４６を温度補償のために
用いる。素子４６は、ハウジング１２によって支持さ
れ、流路４０の外部の空気流中に配置されている。低温
ワイヤ素子４６を空気流中に配置することにより、回路
は周囲空気温度の変化に迅速に応動することができる。
低温ワイヤ素子４６の温度は、流入空気の温度変化に追
随することになる。低温ワイヤ素子の抵抗（５００オー
ム）は素子の両端前後の電圧降下と比べて比較的大きい
ので、消散される電力は非常に小さい。例えば、素子４
６の抵抗は７０°Ｆでは５００オームであり、電圧降下
は２．５ボルトである。さらに、素子４６によって消散
される電力は、０．０１２５ワットであり、その結果、
約１０°Ｆの温度上昇が生じることになる。 【００２６】したがって、低温ワイヤ素子４６の抵抗が
５オームだけ増大し、抵抗器ネットワーク５０２の抵抗
比が変化することになる。例えば、プラスピン５１２に
印加された電圧は、ライン５１８上の出力電圧の５０５
／１００５又は５０．２５％に等しい。この場合、抵抗
器ネットワーク５０４も又、出力電圧の５０．２５％に
等しい比を生じさせる必要がある。このように、同一の
比を生じさせるため、高温ワイヤ素子の抵抗は、５０．
２５％の同一の抵抗器を生じさせるためには２５．２５
オームに維持される必要があり、この結果、高温ワイヤ
素子４４は、低温ワイヤ素子４６よりも２００°Ｆ高い
温度に維持され、或いは周囲温度が７０°Ｆの場合２８
０°Ｆに維持されることになる。低温ワイヤ素子４６
は、７０°Ｆの周囲温度よりも１０°高い。極端な環境
条件に対処するのに必要な温度差は、維持される。この
回路の公称出力は依然として５ボルトである。高温ワイ
ヤ素子の温度を２００°Ｆだけ上昇させるには１／４ワ
ットの電力が必要である。電力方程式を電流（ｉ）につ
いて解くと、ｉ＝（電力／抵抗）1/2 となる。この結
果、高温ワイヤネットワーク中の電流は、０．０９９５
０３アンペア（（０．２５／２５）1/2 ）に等しい。
出力電圧はこの場合（０．０９９５０３×５０．２５）
であり、これは約５ボルトである。図３の回路は、周囲
空気温度の変化に合わせて動的に順応することができ
る。というのは、低温ワイヤネットワーク中の温度変化
は、高温ワイヤネットワークの特性に正比例するからで
ある。抵抗の値及び抵抗の変化は、説明の目的のために
のみ示されており、他の値を使用できることは当然であ
る。 【００２７】次に図４ａ及び図４ｂを参照すると、本発
明のハウジングカバー１４の斜視図が更に示されてい
る。図４ａは、ハウジングカバー１４を内側から見た図
であり、図４ｂは、ハウジングカバー１４を外側から見
た図である。ハウジングカバー１４は、突条又は隆起部
６０，６２に沿ってハウジング１２に固定的に接合され
ている（これは、図４ｃに示されている）。隆起部６０
は、ハウジングカバー１４の内面６４から突き出て、ハ
ウジング１２の内面５２に設けられたチャネル５０と嵌
合関係をなして密封を可能にする。ハウジングカバー１
４の内面６４から突き出た隆起部６２は、表面５２内に
流路４０の周囲の周りにぐるりと設けられたチャネル５
４と嵌合関係をなして密封を可能にし、この結果、密閉
された流路４０が形成される。ハウジングカバー１４
は、製造中、集積回路３２への接近を可能にする開口窓
６６を更に有している（これは、図４ｃに示されてい
る）。例えば、開口窓６６は、製造の際の校正工程中に
集積回路３２への接近を可能にする。さらに、図４ｃに
示すように、集積回路３２は、ハウジング１２上に設け
られた種々の端子及び（又は）接合パッドへのワイヤ接
合部を用いることによりワイヤボンディングが施されて
いる。 【００２８】図４ｂに示すように、窓６６の周囲の周り
にはぐるりとチャネル６８が設けられ、補助ハウジング
カバー１６をハウジングカバー１４に嵌合関係をなして
封着するようになっている。さらに、側開口部７０によ
り、流路４０から出た空気が側面７２とカバー１４の両
方から流出できる。傾斜部分７５が表面７２に設けら
れ、表面上をこれに沿って流れる空気を集めて低温ワイ
ヤ素子４６に差し向けるようになっている。 【００２９】補助ハウジングカバー１６の内側から見た
斜視図が図５に示されている。カバー１６は、周囲突条
又は隆起部８０を有し、この突条８０は、窓６６の周囲
に沿ってチャネル６８内でハウジングカバー１４と嵌合
関係をなして密封を可能にする。補助ハウジングカバー
１６は、実質的に平らであり、かかる補助ハウジングカ
バーを、集積回路３２によって生じる熱を消散させるた
めに伝熱材料、例えば金属で構成するのがよい。図１に
示すように、補助ハウジングカバー１６は全体として平
らな外面８４を有している。カバー１６をハウジングカ
バー１４上に配置した後では、カバー１４と補助ハウジ
ングカバー１６は両方とも、センサ１０の周りを流れる
空気の擾乱を最小限に抑えるよう長手方向に延びる全体
として平らな表面を生じさせる。 【００３０】エレクトロニクスカバー１８の内側から見
た斜視図が、図６に示されている。本発明の実施形態で
は、回路３２は、カバー１８に結合され、その結果得ら
れた回路とカバーの組立体が、カバー１８に装入され、
これと嵌合関係をなして密封状態を生じさせる。カバー
１８は、カバー１８の表面８５から隆起した突条８３を
有している。突条８３は、ハウジング１２に設けられた
対応関係をなすチャネル（図示せず）と密封関係をなし
て嵌合し、それにより耐候性のセンサハウジングを形成
する。好ましくは、カバー１８は、回路モジュール３２
から出る熱を吸収するヒートシンクとして機能する。本
発明の実施形態では、ヒートシンク１８は、金属材料、
又はこれと類似した伝熱特性を備えた他の材料から作ら
れる。 【００３１】本発明の完全組立状態の流体質量流量セン
サ１０の斜視図が図７ａに示されている。フランジ９０
が、ハウジング１２に一体に形成され、このフランジ
は、複数の取付け孔９２，９４を有している。取付け孔
９２，９４は、センサ１０を取付け面に固定する締結具
（図示せず）、例えばねじを受け入れる。さらに、フラ
ンジ９０は、以下に説明するようにエンジン吸気ダクト
３０４（図８に示す）と合致する合致面９６を有してい
る。フランジ段部又は棚部９８に係合するよう形づくら
れたガスケット２０が、エンジン吸気ダクトとフランジ
９０との間に設けられて流体質量流量センサ１０と吸気
ダクト３０４との間に気密封止状態を生じさせている。 【００３２】図７ａに示すように、空気は、流体質量流
量センサ１０の入口３８に矢印ｉで示される方向で流入
し、そして矢印ｏで示される方向で出口４２から流出す
る。入口３８は全体として円形であり、図７ｂに示すよ
うに、断面が全体として楕円形である。 【００３３】特に図７ｂを参照すると、楕円形の表面２
００は、入口３８及びノズル３９の周囲を定めている。
さらに、図示のように、楕円形表面２００は、長手方向
軸線２０２に沿って狭まり（収束し）、長手方向に収束
する長円形表面を有する入口及びノズルを形成してい
る。この入口及びノズルの形態は、ジェットノズルと呼
ばれている。さらに、このジェットノズルの形態によ
り、ノズルの出口のところに一様な流体流れ速度をもつ
臨界領域が生じることが知られている。上述のように、
本発明は、従来技術と比較して精度が向上している。と
いうのは、例えば高温素子４４が臨界領域内に設けら
れ、したがって流入する流体で均一に冷却されるからで
ある。 【００３４】次に、図８を参照すると、本発明に従って
流体質量流量センサを操作的に納めることができる例示
の自動車環境が示されている。代表的には、自動車は、
新鮮な空気を車のエンジン（図示せず）に供給する吸気
マニホルド３００を有している。一般に、吸気マニホル
ド３００は、吸入空気を濾過し、マニホルド３００中に
引き込まれる空気から汚染要因物を抽出するフィルタ３
０２を有している。 【００３５】吸気マニホルド３００は代表的には、清浄
な空気を車のエンジンに送るためにエアダクト３０４に
取り付けられている。図示のように、流体質量流量セン
サ１０は、エアダクト３０４に設けられた孔３０６を通
って配置されてエアダクト３０４にしっかりと固定され
ている。外部空気が、矢印Ａで示す方向で吸気マニホル
ド３００に引き込まれ矢印Ａ′，Ａ″で示すようにマニ
ホルド３００を通って流れる。吸入空気がエアダクト３
０４に達すると、吸入空気の一部は、矢印ｉで示すよう
に空気質量流量センサ内に流れ、次に矢印ｏで示すよう
に流体質量流量センサから流出する。吸入空気は全て最
終的にはエアダクト３０４から出て、矢印ｅで示すよう
に車のエンジンに流入する。エアダクト３０４を通って
流れる空気の量に関する情報を含み、集積回路３２につ
いて行われた測定及び処理から導き出される電気的制御
信号が、コネクタ３０８及びワイヤハーネス３１０を介
して車の電子制御システムに伝送される。 【００３６】本発明の範囲は、流体質量流量センサ１０
を構成する組立及び（又は）製造法に及んでいる。最初
の工程では、抵抗素子をはんだ又は他のこれに類似した
材料を用いてハウジングに電気的に接続する。次の工程
では、エレクトロニクスカバー１８と集積回路３２の組
立体を接着剤又はこれに類似した材料を用いてハウジン
グ１２に取り付ける。次の工程では、ハウジングカバー
１４をハウジング１２に嵌め、そして接着剤又はこれに
類似した材料を用いてこれに接着する。次の工程では、
組立体を接着剤の硬化に適したオーブン又は他の環境内
に置く。次の工程では、集積回路３２をハウジング１２
上の端子及び（又は）接合パッドへのワイヤボンディン
グを行う。次の工程では、集積回路３２の校正及び（又
は）調整を行うと共に（或いは）回路３２内に設けられ
た抵抗器を微調整する。次の工程では、補助ハウジング
カバー１６をハウジング１２に嵌め、接着剤又はこれに
類似した材料を用いてこれに接着する。最終工程では、
センサ１０を検査して種々の動作状態及び環境条件で正
しく機能することを確認する。 【００３７】上記説明は、本発明の好ましい実施形態に
関している。当業者であれば、かかる説明及び添付の図
面並びに特許請求の範囲から、特許請求の範囲に記載さ
れた本発明の真の精神及び真の範囲から逸脱することな
く本発明の変形例及び改造例を想到できることは容易に
理解されよう。
量を測定する装置及び方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】内燃機関（エンジン）は今日、最適なエ
ンジン作動を可能にする電子制御装置を有している。典
型的には、電子制御装置は、制御アルゴリズムを処理す
るプライマリ制御ユニット及び制御信号をプライマリ制
御ユニットに提供する種々のセンサを有している。最適
なエンジン制御を達成するうえで極めて重要なセンサ
は、エンジン内への空気の吸入量を測定する流体質量流
量（マスフロー）センサである。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】最適なエンジン制御を
可能にするためには流体質量流量の測定が正確であるこ
とが必要である。流体質量流量測定に悪影響を与える１
つの大きな問題は、流体の吸入方向と反対側の方向にお
ける逆流である。典型的には、流体質量流量センサは、
空気吸入に関して前方方向と後退方向の両方向における
空気の流れを検出するので、逆流があるとこれにより流
体質量流量の読みが不正確になる。 【０００４】従来型流体／空気質量流量装置は、クロウ
ォーター氏等に付与された米国特許第５，５５６，３４
０号明細書に開示されているように構成された空気質量
流量（エアマスフロー）センサを提供することによりこ
の問題を解決しようとした。クロウォーター氏等特許で
は、Ｕ字形空気通路及び長手方向に収束する長円形入口
形状を有する空気質量流量センサが開示されており、か
かる米国特許の開示内容を本明細書の一部を形成するも
のとして引用する。この構成により、測定効率が向上す
ると共にエンジン内への空気流量の測定に対する逆流の
影響が軽減された。さらに、かかる構成により、ＳＮ比
が低くなると共に流体質量流量センサ素子を横切る速度
が高くなるので有利である。 【０００５】従来型流体質量流量センサ、例えばクロウ
ォーター氏等特許に開示されたセンサは、流体質量流量
測定値の精度を著しく向上させた。しかしながら、他の
問題を解決するには依然として改良が必要である。 【０００６】例えば、応答時間が短く、空気力学的設計
が一層優れており、系統（システム）圧力低下が小さ
く、内部流体通路圧力降下が小さく、ＳＮ比が向上し、
電磁障害抑制能力が向上し、製造上の複雑さを軽減する
よう部品数が少ない流体／空気質量流量センサを提供で
きれば有利である。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明の実施形態では、
本発明により内燃機関内へ導き入れられる空気の量を測
定する流体質量流量センサが提供される。本発明の流体
質量流量センサは、空気質量流量の読みの精度を向上さ
せる外部吸気感温体を有する。応答時間を短くする外部
低温ワイヤ素子が更に設けられる。本発明の流体質量流
量センサは、系統（システム）圧力低下を小さくする改
良型の空気力学的設計のものである。さらに、センサ
は、小型且つ軽量であって、しかも部品数が少なく、こ
の結果、製造性が良好になる。高温ワイヤ素子を収納し
た一体成形絶縁ジェットノズルが、流体試料採取部分内
に設けられている。その結果、内部流体通路の圧力降下
を小さくすることができる。加うるに、本発明の結果と
して、ＳＮ比の向上及びダイナミックレンジの拡大とい
う有利な結果が得られる。さらに、本発明により電磁障
害抑制能力が向上する。 【０００８】本発明の実施形態では、ノズルの円形開口
部又は入口を備えた流体質量流量センサが提供される。
本発明の別の実施形態では、制御エレクトロニクスが、
試料採取部分の上に位置する流体質量流量センサハウジ
ングの長手方向に延びる部分内に設けられる。この結
果、本発明により、一体形回路キャビティ及び試料採取
部分が一パッケージの状態で得られる。 【０００９】本発明の別の特徴によれば、吸入空気（吸
気）の試料を捕捉するＵ字形流体通路が設けられる。本
発明の更に別の実施形態では、流体が流体通路の底部及
びハウジングの側部から流出できるようにＵ字形流体通
路の出口が設けられている。本発明の更に別の実施形態
では、本発明によれば、ジェットノズルの出口のところ
で流体通路内に測定素子が設けられている。本発明の更
に別の特徴によれば、測定素子は、先細ノズルの出口の
ところに心出しされている。本発明の更に別の実施形態
では、制御エレクトロニクスは、回路キャビティ内で流
体通路に隣接して設けられている。本発明の別の目的、
特徴及び利点は、添付の図面を参照して以下の説明及び
特許請求の範囲を考慮すると明らかになろう。 【００１０】 【発明の実施の形態】図１及び図２を参照すると、本発
明に従ってダクト中を流れる流体の量を計算する流体質
量流量センサ１０の分解図及び斜視図がそれぞれ示され
ている。センサ１０の一用途は、内燃機関（図示せず）
に導入される空気の量を測定することである。しかしな
がら、本発明の範囲は、センサ１０について他の用途及
び分野にも及ぶ。例えば、センサ１０を用いると、ダク
ト（内燃機関の吸気ダクト以外のダクト）を通って流れ
る流体（空気以外の流体）の量を計算することができ
る。流体質量流量センサ１０は、ハウジング１２と、ハ
ウジングカバー１４と、補助ハウジングカバー１６と、
エレクトロニクスカバー１８と、ガスケット２０とを有
している。 【００１１】ハウジング１２は、一体形コネクタ３０を
有し、このコネクタ３０は、流体質量流量センサ１０の
外部に設けられたエンジン作動制御エレクトロニクスと
電気的連絡状態にあると共に中央ハウジング部分３４内
に設けられた回路モジュール３２と電気的連絡状態にあ
るコネクタ端子（図示せず）を備えている。ハウジング
１２は、中央ハウジング部分３４に隣接して、一体的に
取り付けられた流体試料採取部分３６を更に備えてい
る。流体試料採取部分３６は、ノズル３９内へ開口した
入口３８を有している。ノズル３９は、実質的にＵ字形
の流体通路４０と連通している。Ｕ字形流体通路４０
は、出口４２で終端している。 【００１２】ノズル３９は、全体としてジェットノズル
形態又は形状のものである。さらに説明するように、ノ
ズル３９は、全体として円形の開口部すなわち入口３８
を構成しており、この開口部すなわち入口は、長手方向
に収束する（近寄る）長円形側面（図７ｂに示されてい
る）に接している。ノズルの長手方向に収束する長円形
側面は、ノズル３９の出口４１のところに比較的高い圧
力を生じさせる。さらに、ノズル３９のジェットノズル
形態により、出口４１のところに位置する臨界領域４３
が形成され、これを通る流体の流れ速度は均一である。
ノズルにより形成されたこの臨界領域の存在により、以
下に説明するように流体流れ検出及び測定が促進され
る。通路４０を通る流体の流れを一段と促進させるた
め、楔形デフレクタ４５が、出口４２の上流側に位置し
たハウジング１２の端部に設けられている。楔形デフレ
クタ４５は、有利には出口４２に隣接して低圧領域を生
じさせるよう傾斜した表面を有している。（図７ｂにお
いてαで示されている）デフレクタ４５の表面の角度が
流体流れ方向に対して小さすぎると、出口４２のところ
に生じる圧力降下の度合いが不十分になる。逆に、デフ
レクタ４５の表面の角度が流体流れ方向に対して大きす
ぎても、出口４２のところに生じる圧力降下の度合いは
不十分である。 【００１３】図２に示すように、複数の抵抗素子が、作
動的に設けられていてハウジング１２によって支持され
ており、しかも電気導体、例えば一体成形導線又は端子
により回路をモジュール３２と電気的連絡状態にある。
抵抗素子としては、高温ワイヤ素子４４、低温ワイヤ素
子４６及び内部流体温度（ＩＡＴ）素子４８が挙げられ
る。一般に、これら素子は、温度の関数として抵抗が変
化する。 【００１４】回路モジュール３２は、これら素子によっ
て消費される電力をモニターすることにより通路４０を
通って流れる流体、例えば空気を検出する。回路モジュ
ール３２は、単一の集積回路チップであってもよく、或
いは別々の回路及び集積回路が取り付けられた基板であ
ってもよい。素子の検出抵抗の変化は、出力信号に変換
され、この出力信号は、電子式エンジン制御システム
（図示せず）によって受け取られる。典型的には、電子
式エンジン制御システムは、空燃比を制御することによ
りエンジン内に噴射される燃料の量を調節する。 【００１５】ＩＡＴ素子４８は一般に、サーミスタ又は
これと類似した装置である。素子４８は、内燃機関の吸
気サイクル中の吸気温度の正確な読みを保証するようハ
ウジング１２に取り付けられている。図２に示すよう
に、素子４８は、高温素子４４からの熱の放散により生
じる流体加熱効果を最小限に抑えるために好ましくは通
路４０の外部に設けられている。 【００１６】本発明の好ましい実施形態では、プラチナ
巻線抵抗器で作られた素子４４，４６を有する流体流量
センサ１０が提供される。一般に、これら素子は、正の
温度係数を有している。素子の全ての抵抗変化が、同一
方向の温度変化に対応する。即ち、温度が上がると抵抗
が増大し、温度が下がると抵抗が減少することになる。
好ましくは、高温素子４４が、臨界領域４３内でノズル
３９の出口４１のところに設けられている。臨界領域内
に高温素子を設けることにより、速度が同一の流体が高
温素子上をこれに沿って流れ、それにより熱が素子の表
面全体にわたって均等に消散する。この結果、本発明に
より、流体流量の検出が促進される。 【００１７】本発明の実施形態では、高温素子４４の抵
抗は例えば７０°Ｆ（２１．１℃）で２０オームである
のがよい。この結果、温度が１°Ｆ上がると、高温ワイ
ヤの抵抗は約０．０２５オームだけ増大する。高温素子
４４は主として、通路４０を通って流れる流体の速度を
検出するために用いられ、かかる速度から、通路４０を
通って流れる流体の質量を導き出すことができる。 【００１８】低温ワイヤ素子４６は公称抵抗が例えば７
０°Ｆにおいて５００オームであるのがよい。低温ワイ
ヤの温度は１°Ｆ上がると、低温ワイヤの抵抗は約０．
５オームだけ増大することになる。低温ワイヤ素子４６
の主要な目的は、温度の補正を行うことにある。 【００１９】作用を説明すると、高温ワイヤ素子４４
は、周囲温度よりも約２００°Ｆ（９３．３℃）高い温
度に保持される。これは、高温ワイヤ素子を分圧器回路
内に配置することにより達成される。図３を参照する
と、高温ワイヤ素子４４を一定の抵抗及び一定の温度に
保つ本発明の例示の分圧器回路５００が示されている。
本発明の実施形態では、回路５００は、他の制御回路と
一緒に集積回路３２内に設けられる。例示の回路５００
は、演算増幅器（オペアンプ）５０６と連絡状態にある
２つの分圧器ネットワーク５０２，５０４を有してい
る。分圧器ネットワーク５０２は一般に、５００オーム
の２つの抵抗器５０８，５１０を有し、これら抵抗器
は、５０％分圧器ネットワークを形成し、オペアンプ５
０６のプラス（＋）ピン５１２をライン５１８上の出力
電圧の半分にする。他方の分圧器ネットワーク５０４は
一般に、高温ワイヤ素子４４と直列接続関係にある２５
オームの抵抗器５１４を有している。オペアンプ５０６
のマイナス（−）ピン５１６が、抵抗器５１４と高温ワ
イヤ素子４４との間に接続されている。このため、この
ネットワークの比は、２０オーム：４５オームの比で始
まり、したがってマイナスピン５１６は、出力電圧の２
０／４５ｔｈにされる。例えば、出力ライン５１８上の
オペアンプの出力電圧は、プラスピン５１２上の電圧が
マイナスピン５１６上の電圧よりも大きいと増大するこ
とになる。これと同様に、ライン５１８上の出力電圧
は、プラスピン５１２上の電圧がマイナスピン５１６上
の電圧よりも小さいと減少することになる。したがっ
て、ライン５１８上のオペアンプの出力電圧は、プラス
ピン５１２上の電圧をマイナスピン５１６上の電圧に等
しくするのに必要な電圧の大きさだけ増減することにな
る。 【００２０】抵抗器ネットワーク５０２はマイナスピン
５１６上の４４％と比較して出力電圧の５０％である大
きな電圧をプラスピン５１２上に生じさせるので、ライ
ン５１８上のオペアンプ出力電圧は増大することにな
る。電圧が増大すると、高温ワイヤ素子４４によって消
費される電力により、高温素子の抵抗が増大する。高温
素子４４の温度を２００°Ｆだけ増大させるのに静止状
態の空気中では１／４ワットの電力を要する。温度の２
００°Ｆの上昇により、高温ワイヤ素子４４の抵抗が５
オームだけ増大する。増大した温度における高温ワイヤ
抵抗と抵抗器ネットワーク５０４の全抵抗の比は、５０
％分圧器ネットワークを形成する。この結果、オペアン
プ５０６のプラスピン５１２及びマイナスピン５１６
は、両方のネットワーク５０２，５０４が５０％分圧器
ネットワークを形成するので同一電圧の状態にある。従
って、高温ワイヤ素子４４の温度は約２７０°Ｆに達す
るようにされる。 【００２１】回路５００は、ライン５１８上の出力を電
子式エンジン制御モジュール（図示せず）に送り、この
制御モジュールは、当該技術分野で周知のように最適エ
ンジン作動を得るための適正な空燃比を定める。上述し
たようにプラスピン５１２及びマイナスピン５１６上の
電圧が等しくなるようにするためには上述のように１／
４ワットが必要なので、次式、即ち電力＝（電圧）2
／抵抗を用い、次に電圧（Ｖ）、即ちＶ＝（電力×抵
抗）1/2 又は（０．２５×２５）1/2 について解くこ
とにより高温ワイヤ素子４４及び抵抗器５１４にかかる
電圧を計算することができる。直列接続の抵抗器にかか
る電圧が加わるので、回路の公称出力は、空気の流れが
ない場合には５ボルトである。明らかなこととして、使
用する回路部品を多くするとシフトが均一化されると共
に回路５００の出力が増幅される。 【００２２】空気が高温ワイヤ素子４４上をこれに沿っ
て流れると、電力が熱の形態で高温ワイヤ素子から空気
に伝達される。高温ワイヤ素子４４から放出された熱に
より、素子４４の抵抗が減少する。抵抗を減少させるこ
とにより、マイナスピン５１６に印加される電力が減少
する。したがって、ライン５１８上の出力電圧が増大
し、より多くの電力が高温ワイヤ素子４４によって消散
される。この結果、高温ワイヤ素子によって消散される
電力の増大により、素子４４の温度は増大し、２７０°
Ｆに戻る。この温度に達すると、オペアンプ５０６のピ
ン５１２，５１６上の電圧は平衡状態になる。 【００２３】したがって、回路が高温ワイヤ素子４４の
抵抗を調整するので、ライン５１８上の回路の出力は、
例えば高温ワイヤから奪われる熱の形態の電力の平方根
に２をかけて得た値から５ボルトを引いたものに比例す
る。高温素子４４によって消散される公称電力は、１／
４ワットであり、これは、高温ワイヤ素子４４を２７０
°Ｆに保つのに必要な電力の大きさである。高温ワイヤ
素子から奪われる熱は、より多くの電力を素子４４に加
えることにより回復される。高温ワイヤの抵抗は、２５
オームに調節され、抵抗は一定であると考えられる。奪
われた電力は、加えられた電力から高温ワイヤを２７０
°Ｆに維持するのに必要な大きさを引いたものに等し
い。電力の公式を電圧、即ちＶ＝（電力×抵抗）1/2
について解くと、高温ワイヤ素子４４に加えられた電力
の増大分も又、２５オーム抵抗器に加えられる。したが
って、素子４４から除かれた電力を補償するのに必要な
電力は２倍になる。 【００２４】センサ１０の適正な動作のためには、高温
ワイヤ素子４４の温度は、周囲温度よりも２００°Ｆ高
い温度に維持される必要がある。周囲温度が一定の場
合、温度の補正を行う必要はない。即ち、温度の差が一
定であることは、空気流量が一定であるとすれば、同一
量の電力が高温ワイヤ素子４４から消散されることを保
証する。しかしながら、流体流量センサを自動車内に配
置する場合（図８に示すように）、周囲空気温度は一定
ではない。典型的には、センサ１０は、凝固点よりも低
い温度や沸点よりも高い温度に晒されることになる。こ
のように、予想温度よりも低い空気流温度により、出力
電圧は所望レベルよりも高くなり、予想温度よりも高い
温度により、出力電圧は所望レベルよりも低くなる。 【００２５】本発明は、自動車内に存在する可変周囲温
度環境を補償する温度補正を可能にする。温度補正は、
低温ワイヤ素子４６を用いることにより達成される。低
温ワイヤ素子４６は、図３に示すように抵抗器５１０に
代えて抵抗器ネットワーク５０２内に設けられている。
回路５００は、低温ワイヤ素子４６を温度補償のために
用いる。素子４６は、ハウジング１２によって支持さ
れ、流路４０の外部の空気流中に配置されている。低温
ワイヤ素子４６を空気流中に配置することにより、回路
は周囲空気温度の変化に迅速に応動することができる。
低温ワイヤ素子４６の温度は、流入空気の温度変化に追
随することになる。低温ワイヤ素子の抵抗（５００オー
ム）は素子の両端前後の電圧降下と比べて比較的大きい
ので、消散される電力は非常に小さい。例えば、素子４
６の抵抗は７０°Ｆでは５００オームであり、電圧降下
は２．５ボルトである。さらに、素子４６によって消散
される電力は、０．０１２５ワットであり、その結果、
約１０°Ｆの温度上昇が生じることになる。 【００２６】したがって、低温ワイヤ素子４６の抵抗が
５オームだけ増大し、抵抗器ネットワーク５０２の抵抗
比が変化することになる。例えば、プラスピン５１２に
印加された電圧は、ライン５１８上の出力電圧の５０５
／１００５又は５０．２５％に等しい。この場合、抵抗
器ネットワーク５０４も又、出力電圧の５０．２５％に
等しい比を生じさせる必要がある。このように、同一の
比を生じさせるため、高温ワイヤ素子の抵抗は、５０．
２５％の同一の抵抗器を生じさせるためには２５．２５
オームに維持される必要があり、この結果、高温ワイヤ
素子４４は、低温ワイヤ素子４６よりも２００°Ｆ高い
温度に維持され、或いは周囲温度が７０°Ｆの場合２８
０°Ｆに維持されることになる。低温ワイヤ素子４６
は、７０°Ｆの周囲温度よりも１０°高い。極端な環境
条件に対処するのに必要な温度差は、維持される。この
回路の公称出力は依然として５ボルトである。高温ワイ
ヤ素子の温度を２００°Ｆだけ上昇させるには１／４ワ
ットの電力が必要である。電力方程式を電流（ｉ）につ
いて解くと、ｉ＝（電力／抵抗）1/2 となる。この結
果、高温ワイヤネットワーク中の電流は、０．０９９５
０３アンペア（（０．２５／２５）1/2 ）に等しい。
出力電圧はこの場合（０．０９９５０３×５０．２５）
であり、これは約５ボルトである。図３の回路は、周囲
空気温度の変化に合わせて動的に順応することができ
る。というのは、低温ワイヤネットワーク中の温度変化
は、高温ワイヤネットワークの特性に正比例するからで
ある。抵抗の値及び抵抗の変化は、説明の目的のために
のみ示されており、他の値を使用できることは当然であ
る。 【００２７】次に図４ａ及び図４ｂを参照すると、本発
明のハウジングカバー１４の斜視図が更に示されてい
る。図４ａは、ハウジングカバー１４を内側から見た図
であり、図４ｂは、ハウジングカバー１４を外側から見
た図である。ハウジングカバー１４は、突条又は隆起部
６０，６２に沿ってハウジング１２に固定的に接合され
ている（これは、図４ｃに示されている）。隆起部６０
は、ハウジングカバー１４の内面６４から突き出て、ハ
ウジング１２の内面５２に設けられたチャネル５０と嵌
合関係をなして密封を可能にする。ハウジングカバー１
４の内面６４から突き出た隆起部６２は、表面５２内に
流路４０の周囲の周りにぐるりと設けられたチャネル５
４と嵌合関係をなして密封を可能にし、この結果、密閉
された流路４０が形成される。ハウジングカバー１４
は、製造中、集積回路３２への接近を可能にする開口窓
６６を更に有している（これは、図４ｃに示されてい
る）。例えば、開口窓６６は、製造の際の校正工程中に
集積回路３２への接近を可能にする。さらに、図４ｃに
示すように、集積回路３２は、ハウジング１２上に設け
られた種々の端子及び（又は）接合パッドへのワイヤ接
合部を用いることによりワイヤボンディングが施されて
いる。 【００２８】図４ｂに示すように、窓６６の周囲の周り
にはぐるりとチャネル６８が設けられ、補助ハウジング
カバー１６をハウジングカバー１４に嵌合関係をなして
封着するようになっている。さらに、側開口部７０によ
り、流路４０から出た空気が側面７２とカバー１４の両
方から流出できる。傾斜部分７５が表面７２に設けら
れ、表面上をこれに沿って流れる空気を集めて低温ワイ
ヤ素子４６に差し向けるようになっている。 【００２９】補助ハウジングカバー１６の内側から見た
斜視図が図５に示されている。カバー１６は、周囲突条
又は隆起部８０を有し、この突条８０は、窓６６の周囲
に沿ってチャネル６８内でハウジングカバー１４と嵌合
関係をなして密封を可能にする。補助ハウジングカバー
１６は、実質的に平らであり、かかる補助ハウジングカ
バーを、集積回路３２によって生じる熱を消散させるた
めに伝熱材料、例えば金属で構成するのがよい。図１に
示すように、補助ハウジングカバー１６は全体として平
らな外面８４を有している。カバー１６をハウジングカ
バー１４上に配置した後では、カバー１４と補助ハウジ
ングカバー１６は両方とも、センサ１０の周りを流れる
空気の擾乱を最小限に抑えるよう長手方向に延びる全体
として平らな表面を生じさせる。 【００３０】エレクトロニクスカバー１８の内側から見
た斜視図が、図６に示されている。本発明の実施形態で
は、回路３２は、カバー１８に結合され、その結果得ら
れた回路とカバーの組立体が、カバー１８に装入され、
これと嵌合関係をなして密封状態を生じさせる。カバー
１８は、カバー１８の表面８５から隆起した突条８３を
有している。突条８３は、ハウジング１２に設けられた
対応関係をなすチャネル（図示せず）と密封関係をなし
て嵌合し、それにより耐候性のセンサハウジングを形成
する。好ましくは、カバー１８は、回路モジュール３２
から出る熱を吸収するヒートシンクとして機能する。本
発明の実施形態では、ヒートシンク１８は、金属材料、
又はこれと類似した伝熱特性を備えた他の材料から作ら
れる。 【００３１】本発明の完全組立状態の流体質量流量セン
サ１０の斜視図が図７ａに示されている。フランジ９０
が、ハウジング１２に一体に形成され、このフランジ
は、複数の取付け孔９２，９４を有している。取付け孔
９２，９４は、センサ１０を取付け面に固定する締結具
（図示せず）、例えばねじを受け入れる。さらに、フラ
ンジ９０は、以下に説明するようにエンジン吸気ダクト
３０４（図８に示す）と合致する合致面９６を有してい
る。フランジ段部又は棚部９８に係合するよう形づくら
れたガスケット２０が、エンジン吸気ダクトとフランジ
９０との間に設けられて流体質量流量センサ１０と吸気
ダクト３０４との間に気密封止状態を生じさせている。 【００３２】図７ａに示すように、空気は、流体質量流
量センサ１０の入口３８に矢印ｉで示される方向で流入
し、そして矢印ｏで示される方向で出口４２から流出す
る。入口３８は全体として円形であり、図７ｂに示すよ
うに、断面が全体として楕円形である。 【００３３】特に図７ｂを参照すると、楕円形の表面２
００は、入口３８及びノズル３９の周囲を定めている。
さらに、図示のように、楕円形表面２００は、長手方向
軸線２０２に沿って狭まり（収束し）、長手方向に収束
する長円形表面を有する入口及びノズルを形成してい
る。この入口及びノズルの形態は、ジェットノズルと呼
ばれている。さらに、このジェットノズルの形態によ
り、ノズルの出口のところに一様な流体流れ速度をもつ
臨界領域が生じることが知られている。上述のように、
本発明は、従来技術と比較して精度が向上している。と
いうのは、例えば高温素子４４が臨界領域内に設けら
れ、したがって流入する流体で均一に冷却されるからで
ある。 【００３４】次に、図８を参照すると、本発明に従って
流体質量流量センサを操作的に納めることができる例示
の自動車環境が示されている。代表的には、自動車は、
新鮮な空気を車のエンジン（図示せず）に供給する吸気
マニホルド３００を有している。一般に、吸気マニホル
ド３００は、吸入空気を濾過し、マニホルド３００中に
引き込まれる空気から汚染要因物を抽出するフィルタ３
０２を有している。 【００３５】吸気マニホルド３００は代表的には、清浄
な空気を車のエンジンに送るためにエアダクト３０４に
取り付けられている。図示のように、流体質量流量セン
サ１０は、エアダクト３０４に設けられた孔３０６を通
って配置されてエアダクト３０４にしっかりと固定され
ている。外部空気が、矢印Ａで示す方向で吸気マニホル
ド３００に引き込まれ矢印Ａ′，Ａ″で示すようにマニ
ホルド３００を通って流れる。吸入空気がエアダクト３
０４に達すると、吸入空気の一部は、矢印ｉで示すよう
に空気質量流量センサ内に流れ、次に矢印ｏで示すよう
に流体質量流量センサから流出する。吸入空気は全て最
終的にはエアダクト３０４から出て、矢印ｅで示すよう
に車のエンジンに流入する。エアダクト３０４を通って
流れる空気の量に関する情報を含み、集積回路３２につ
いて行われた測定及び処理から導き出される電気的制御
信号が、コネクタ３０８及びワイヤハーネス３１０を介
して車の電子制御システムに伝送される。 【００３６】本発明の範囲は、流体質量流量センサ１０
を構成する組立及び（又は）製造法に及んでいる。最初
の工程では、抵抗素子をはんだ又は他のこれに類似した
材料を用いてハウジングに電気的に接続する。次の工程
では、エレクトロニクスカバー１８と集積回路３２の組
立体を接着剤又はこれに類似した材料を用いてハウジン
グ１２に取り付ける。次の工程では、ハウジングカバー
１４をハウジング１２に嵌め、そして接着剤又はこれに
類似した材料を用いてこれに接着する。次の工程では、
組立体を接着剤の硬化に適したオーブン又は他の環境内
に置く。次の工程では、集積回路３２をハウジング１２
上の端子及び（又は）接合パッドへのワイヤボンディン
グを行う。次の工程では、集積回路３２の校正及び（又
は）調整を行うと共に（或いは）回路３２内に設けられ
た抵抗器を微調整する。次の工程では、補助ハウジング
カバー１６をハウジング１２に嵌め、接着剤又はこれに
類似した材料を用いてこれに接着する。最終工程では、
センサ１０を検査して種々の動作状態及び環境条件で正
しく機能することを確認する。 【００３７】上記説明は、本発明の好ましい実施形態に
関している。当業者であれば、かかる説明及び添付の図
面並びに特許請求の範囲から、特許請求の範囲に記載さ
れた本発明の真の精神及び真の範囲から逸脱することな
く本発明の変形例及び改造例を想到できることは容易に
理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流体質量流量センサの分解図である。
【図２】本発明の流体質量流量ハウジングの斜視図であ
る。 【図３】本発明の流体質量流量ハウジングカバーの斜視
図である。 【図４ａ】本発明の流体質量流量ハウジングカバーを内
側から見た斜視図である。 【図４ｂ】本発明に従ってハウジングカバーが取り付け
られたハウジングを外側から見た斜視図である。 【図４ｃ】本発明に従ってハウジングカバーが取り付け
られたハウジングの斜視図である。 【図５】本発明の流体質量流量センサのエレクトロニク
スカバーを内側から見た斜視図である。 【図６】本発明の流体質量流量センサのエレクトロニク
スカバーを外側から見た図である。 【図７ａ】本発明の流体質量流量センサの完全組立斜視
図である。 【図７ｂ】図７ａに示すような本発明の流体質量流量セ
ンサの断面図である。 【図８】本発明に従って流体質量流量センサの例示の場
所に更に示された自動車用流体取り入れマニホルドの断
面図である。 【符号の説明】 １０ 流体質量流量センサ １２ ハウジング １４ ハウジングカバー １６ 補助ハウジングカバー １８ エレクトロニクスカバー ２０ ガスケット ３２ 制御モジュール ３９ ノズル ４４ 高温ワイヤ素子 ４６ 低温ワイヤ素子 ４８ 内部流体温度素子又は外部吸入流体感温体
る。 【図３】本発明の流体質量流量ハウジングカバーの斜視
図である。 【図４ａ】本発明の流体質量流量ハウジングカバーを内
側から見た斜視図である。 【図４ｂ】本発明に従ってハウジングカバーが取り付け
られたハウジングを外側から見た斜視図である。 【図４ｃ】本発明に従ってハウジングカバーが取り付け
られたハウジングの斜視図である。 【図５】本発明の流体質量流量センサのエレクトロニク
スカバーを内側から見た斜視図である。 【図６】本発明の流体質量流量センサのエレクトロニク
スカバーを外側から見た図である。 【図７ａ】本発明の流体質量流量センサの完全組立斜視
図である。 【図７ｂ】図７ａに示すような本発明の流体質量流量セ
ンサの断面図である。 【図８】本発明に従って流体質量流量センサの例示の場
所に更に示された自動車用流体取り入れマニホルドの断
面図である。 【符号の説明】 １０ 流体質量流量センサ １２ ハウジング １４ ハウジングカバー １６ 補助ハウジングカバー １８ エレクトロニクスカバー ２０ ガスケット ３２ 制御モジュール ３９ ノズル ４４ 高温ワイヤ素子 ４６ 低温ワイヤ素子 ４８ 内部流体温度素子又は外部吸入流体感温体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 エリック クリストファー メイヤーズ
アメリカ合衆国 ミシガン州 48843 ハ
ウウェル ケドル ロード 500
(72)発明者 ジェイムズ ドリスコル
アメリカ合衆国 ミシガン州 48310 ス
ターリング ハイツ ディクソン 4067
(72)発明者 ラルフ ジェイムズ ロス
アメリカ合衆国 ミシガン州 48393 ウ
ィクソン コラン コート 3800
(72)発明者 エドワード ポール マックレスキー
アメリカ合衆国 ミシガン州 48189 ウ
ィットモア レイク パイン ブラフ
10740
(72)発明者 ローレンス エイ ザレック
アメリカ合衆国 ミシガン州 48089 ウ
ォーレン コーウィリアー 14082
Ｆターム(参考） 2F035 AA02 EA03 EA06
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 流れている流体の量を検出する装置であ
って、 流体運搬ダクト内に位置決め可能であり、流体通路を含
む流体試料採取部分と回路キャビティ部分とを備えたハ
ウジングと、 前記流体通路と流体連通するノズルであってノズル出口
で終端する複数の長手方向に収束する長円形側面を有す
るノズルと、 前記ノズル出口のところで流体通路内に設けられた電気
素子と、 該電気素子と連絡関係をなした状態で回路キャビティ部
分内に設けられ、電気素子の電気的性質の変化を検出す
る回路モジュールと、を備え、 検出された前記電気的性質の変化が、流れている流体の
量を測定するのに用いられる、 ことを特徴とする装置。
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|---|---|---|---|
| US09/975,112 US6622555B2 (en) | 2001-10-11 | 2001-10-11 | Fluid flow meter |
| US09/975112 | 2001-10-11 |
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| GB (1) | GB2380800B (ja) |
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