JP2009186358A

JP2009186358A - 空気流量センサ

Info

Publication number: JP2009186358A
Application number: JP2008027561A
Authority: JP
Inventors: Junzo Yamaguchi; 順三山口; Ineo Toyoda; 稲男豊田; Yasushi Kono; 泰河野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2009-08-20
Anticipated expiration: 2028-02-07
Also published as: JP5145990B2

Abstract

【課題】検出精度を下げることなく発熱抵抗４への印加電圧を低減したり、発熱抵抗４への印加電圧を増やすことなく検出精度を高めたりすることが可能な空気流量センサ１を提供する。
【解決手段】空気流量センサ１の発熱抵抗４は、接続部３０から長手方向の他端側に延びる２個の延設部３１を有する。これにより、延設部３１は、発熱抵抗４の抵抗値の増加に寄与しないものの抵抗配線の熱伝導により高温になるので、高精度検出領域の形成に寄与する。このため、検出精度を下げることなく発熱抵抗４への印加電圧を低減したり、発熱抵抗４への印加電圧を増やすことなく検出精度を高めたりすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気流量を検出する空気流量センサに関するものであり、特に内燃機関への吸気量を検出するのに好適な空気流量センサに関する。

従来より、空気流量センサ１００には、図１０（ａ）に示すように、空気流の方向と略平行な平面状に設けられる絶縁膜１０１と、絶縁膜１０１の表面１０２に設けられて通電により発熱する発熱抵抗１０３と、表面１０２で発熱抵抗１０３の上、下流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する上、下流側検出抵抗１０４、１０５とを備えるものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

この、空気流量センサ１００は、発熱抵抗１０３の加熱により、表面１０２に空気流の方向に沿う温度分布を形成し、この温度分布に基づいて上、下流側検出抵抗１０４、１０５間に検出差分を生じさせ、この検出差分に応じて所定の空気流路における空気流量を検出する。

すなわち、この空気流量センサ１００によれば、発熱抵抗１０３の発熱により、例えば、表面１０２上の固定軸Ｘにおいて、図１０（ｂ）に示すような温度分布が形成される。この結果、固定軸Ｘと交差する上流側検出抵抗１０４の部位Ｘ１と、固定軸Ｘと交差する下流側検出抵抗１０５の部位Ｘ２との間に、温度に関して差分δが発生する。そして、このような差分δを図示長手方向に平均化した数値に応じた数値として、上、下流側検出抵抗１０４、１０５間の検出差分Δが得られ、この検出差分Δに基づいて空気流量が検出される。

ここで、図１０（ａ）に示す空気流量センサ１００は、発熱抵抗１０３のプラス側、マイナス側の両方の端子１０６、１０７が長手方向の一端側に形成される片側引き出し型であり、この片側引き出し型とは別に、図１１に示すように、端子１０６、１０７の内でプラス側の端子１０６が長手方向の一端側に形成され、マイナス側の端子１０７が長手方向の他端側に形成される両側引き出し型がある。

この両側引き出し型の空気流量センサ１００においても、図１０（ｂ）と同様の温度分布が空気流の方向に形成されて差分δが発生し、この差分δを図示長手方向に平均化した数値に応じた数値として、上、下流側検出抵抗１０４、１０５間の検出差分Δが得られ、この検出差分Δに基づいて空気流量が検出される。

そして、以下の記載では、説明の簡略化のために、片側、両側引き出し型の発熱抵抗１０３として、極めて簡素化された配線パターンを用いる。すなわち、片側引き出し型の発熱抵抗１０３として、通電方向が略Ｕ字状に折り返される折返し部１１０を１箇所にのみ有する配線パターンを採り上げ（図１０（ａ）参照）、両側引き出し型の発熱抵抗１０３として、折返し部１１０を２箇所に有する配線パターンを採り上げて説明する（図１１参照）。

なお、プラス側、マイナス側の両方の端子１０６、１０７が長手方向の他端側に形成されている場合も、片側引き出し型であり、マイナス側の端子１０７が長手方向の一端側に形成され、プラス側の端子１０６が長手方向の他端側に形成されている場合も、両側引き出し型である。

ところで、空気流量センサ１００の検出精度は、固定軸Ｘのように、空気流の方向に沿う温度分布が明確に形成される軸を引くことができる範囲が長手方向にどの程度に広がっているかに依存している。すなわち、差分δを明確に得ることができる長手方向の範囲が広いほど、検出差分Δを高精度に得ることができ、空気流量センサ１００の検出精度を高めることができる。

よって、差分δを明確に得ることができる長手方向の範囲を高精度検出領域と定義すると、空気流量センサ１００の検出精度を高める観点からは、高精度検出領域を長手方向にできるだけ長く設けることが好ましい。

ここで、片側引き出し型の空気流量センサ１００に関して、高精度検出領域を、例えば、上、下流側検出抵抗１０４、１０５間を移動する空気が少なくとも１つの抵抗配線を通過できる範囲と考えると、高精度検出領域は、図１０（ａ）に示す範囲Ａとなる。また、両側引き出し型の空気流量センサ１００に関して、高精度検出領域を、例えば、上、下流側検出抵抗１０４、１０５間を移動する空気が少なくとも２つの抵抗配線を通過できる範囲と考えると、高精度検出領域は、図１１に示す範囲Ｂとなる。

しかし、範囲Ａ、Ｂのような高精度検出領域を長手方向に長くするほど、発熱抵抗１０３の抵抗配線が長くなって発熱抵抗１０３の抵抗値が高くなる。このため、検出精度の向上を優先して高精度検出領域を長手方向に長くすると、空気流量センサ１００の消費電力が増加して発熱抵抗１０３に印加する電圧が高くなってしまう。
特開平１０−２５３４１４号公報

本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、検出精度を下げることなく発熱抵抗への印加電圧を低減したり、発熱抵抗への印加電圧を増やすことなく検出精度を高めたりすることが可能な空気流量センサを提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の空気流量センサは、空気流の方向と略平行な平面状に設けられる絶縁膜と、絶縁膜の表面に設けられて通電により発熱する発熱抵抗と、絶縁膜の表面で発熱抵抗の上流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する上流側検出抵抗と、絶縁膜の表面で発熱抵抗の下流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する下流側検出抵抗とを備え、発熱抵抗の加熱により、絶縁膜の表面に空気流の方向に沿う温度分布を形成し、温度分布に基づいて上流側検出抵抗と下流側検出抵抗と間に検出差分を生じさせ、検出差分に応じて空気流量を検出するものである。

また、絶縁膜の表面に平行で、かつ空気流の方向と直交する方向を長手方向と定義すると、発熱抵抗には、通電方向が略Ｕ字状に折り返される折返し部が設けられている。そして、折返し部は、長手方向の一端から他端に向かって通電される第１直線部と、長手方向の他端から一端に向かって通電される第２直線部と、第１直線部の他端と第２直線部の他端とを接続する接続部と、接続部から長手方向の他端側に延びる延設部とを有する。

これにより、延設部は、発熱抵抗の抵抗値の増加（つまり、発熱抵抗への印加電圧の増加）に寄与しないものの熱伝導により高温になるので、高精度検出領域の形成に寄与する。このため、高精度検出領域の長手方向の長さを維持したまま、発熱抵抗の抵抗値を下げたり、発熱抵抗の抵抗値を維持したまま、高精度検出領域の長手方向の長さを延長したりすることができる。この結果、検出精度を下げることなく発熱抵抗への印加電圧を低減したり、発熱抵抗への印加電圧を増やすことなく検出精度を高めたりすることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の空気流量センサによれば、折返し部は、長手方向の一端から他端に向かって通電される第１直線部と、長手方向の他端から一端に向かって通電される第２直線部と、第１直線部の他端と第２直線部の他端とを接続する接続部と、接続部よりも長手方向の一端側で第１直線部と第２直線部とを架橋する架橋部とを有する。

これにより、架橋部は、接続部と並列接続を形成するので、架橋部を有する折返し部は、架橋部を有しない折返し部よりも発熱抵抗への印加電圧が低減する。このため、請求項１の手段と同様に、検出精度を下げることなく発熱抵抗への印加電圧を低減したり、発熱抵抗への印加電圧を増やすことなく検出精度を高めたりすることができる。

最良の形態１の空気流量センサは、空気流の方向と略平行な平面状に設けられる絶縁膜と、絶縁膜の表面に設けられて通電により発熱する発熱抵抗と、絶縁膜の表面で発熱抵抗の上流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する上流側検出抵抗と、絶縁膜の表面で発熱抵抗の下流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する下流側検出抵抗とを備え、発熱抵抗の加熱により、絶縁膜の表面に空気流の方向に沿う温度分布を形成し、温度分布に基づいて上流側検出抵抗と下流側検出抵抗と間に検出差分を生じさせ、検出差分に応じて空気流量を検出するものである。

最良の形態２の空気流量センサによれば、折返し部は、長手方向の一端から他端に向かって通電される第１直線部と、長手方向の他端から一端に向かって通電される第２直線部と、第１直線部の他端と第２直線部の他端とを接続する接続部と、接続部よりも長手方向の一端側で第１直線部と第２直線部とを架橋する架橋部とを有する。

〔実施例１の構成〕
実施例１の空気流量センサ１の構成を、図１、図２を用いて説明する。
空気流量センサ１は、例えば、エアクリーナからエンジンに向かう吸気の一部を取り込んで放気するように流路形成されるボディ（図示せず）内に配されて、吸気量を測定するエアフローメータを構成する。そして、空気流量センサ１は、ボディ内に取り込まれた空気流との伝熱を利用して空気流量を検出する。

すなわち、空気流量センサ１は、ボディ内に取り込まれた空気流の方向と略平行な平面状に設けられる絶縁膜２と、絶縁膜２の表面３に設けられて通電により発熱する発熱抵抗４と、表面３で発熱抵抗４の上流側に設けられ、自身の温度に応じて抵抗値が変化する上流側検出抵抗５と、表面３で発熱抵抗４の下流側に設けられ、自身の温度に応じて抵抗値が変化する下流側検出抵抗６とを備える。

そして、空気流量センサ１は、発熱抵抗４の加熱により、絶縁膜２の表面３に空気流の方向に沿う温度分布を形成し、温度分布に基づいて上流側検出抵抗５と下流側検出抵抗６と間に検出差分Δを生じさせ、検出差分Δに応じて空気流量を検出する。
なお、以下の説明では、表面３に平行で、かつ空気流の方向と直交する方向を長手方向と定義して説明する（図２（ａ）参照）。

絶縁膜２は、図１に示すように、シリコン基板９上に設けられ、シリコン基板９は、発熱抵抗４や上、下流側検出抵抗５、６が形成される表面３の側が流路に露出するように形成されている。また、表面３は、発熱抵抗４や上、下流側検出抵抗５、６を保護するための保護膜１１により覆われている。

発熱抵抗４は、図２（ａ）に示すように、１つの抵抗体から形成されており、プラス側、マイナス側の２個の端子１３、１４を表面３上に有する。また、端子１３、１４は、両方とも長手方向の一端側に形成されている。つまり、空気流量センサ１は、発熱抵抗４の端子１３、１４が長手方向の片側にのみ形成される片側引き出し型である。

上、下流側検出抵抗５、６は、長手方向に互いに平行に設けられている。
上流側検出抵抗５は、発熱抵抗４の側（以下、発熱体側と呼ぶ）の抵抗体１６と、発熱抵抗４の反対側（以下、反発熱体側と呼ぶ）の抵抗体１７とから形成され、抵抗体１６は、２つの端子１８、１９が長手方向の他端側に形成されており、長手方向の一端側で２回の折り返しを有し、他端側で１回の折り返しを有している。抵抗体１７は、２つの端子２０、２１が長手方向の一端側に形成されており、長手方向の他端側で２回の折り返しを有し、一端側で１回の折り返しを有している。

また、下流側検出抵抗６も、発熱体側の抵抗体２４と、反発熱体側の抵抗体２５とから形成されており、抵抗体２４は抵抗体１６と同様の構成であり、抵抗体２５は抵抗体１７と同様の構成を有する。

以上の構成により、空気流量センサ１では、発熱抵抗４の発熱によって、例えば、表面３上の固定軸Ｘにおいて、図２（ｂ）に示すような温度分布が形成される。この結果、固定軸Ｘと交差する上流側検出抵抗５の部位Ｘ１と、固定軸Ｘと交差する下流側検出抵抗６の部位Ｘ２との間に、温度に関して差分δが発生する。そして、このような差分δを図示長手方向に平均化した数値に応じた数値として、上、下流側検出抵抗５、６間の検出差分Δが得られ、この検出差分Δに基づいて空気流量が検出される。

〔実施例１の特徴〕
実施例１の空気流量センサ１の特徴を、図２を用いて説明する。
実施例１の発熱抵抗４は、通電方向が略Ｕ字状に折り返される１個の折返し部２７として設けられている。そして、折返し部２７は、長手方向の一端から他端に向かって通電される第１直線部２８と、長手方向の他端から一端に向かって通電される第２直線部２９と、第１直線部２８の他端と第２直線部２９の他端とを接続する接続部３０と、接続部３０から長手方向の他端側に延びる２個の延設部３１とを有する。

ここで、空気流量センサ１の検出精度は、固定軸Ｘのように、空気流の方向に沿う温度分布が明確に形成される軸を引くことができる範囲が長手方向にどの程度に広がっているかに依存している。すなわち、差分δを明確に得ることができる長手方向の範囲が広いほど、検出差分Δを高精度に得ることができ、空気流量センサ１の検出精度を高めることができる。

よって、差分δを明確に得ることができる長手方向の範囲を高精度検出領域と定義すると、空気流量センサ１の検出精度を高める観点からは、高精度検出領域を長手方向にできるだけ長く設けることが好ましい。そして、片側引き出し型の空気流量センサ１に関して、高精度検出領域を、例えば、上、下流側検出抵抗５、６間を移動する空気が少なくとも１つの抵抗配線を通過できる範囲と考えると、高精度検出領域は、上、下流側検出抵抗５、６の一端側の折り返しと延設部３１の他端との間の長手方向の範囲αとなる。

すなわち、延設部３１は、発熱抵抗４の抵抗値の増加（つまり、発熱抵抗４への印加電圧の増加）に寄与しないものの抵抗配線の熱伝導により高温になるので、高精度検出領域の形成に寄与する。つまり、延設部３１を含む折返し部２７は、延設部３１を含まない折返し部２７により形成される高精度検出領域の範囲α１よりも長手方向に長い範囲αとして高精度検出領域を形成する。

〔実施例１の効果〕
実施例１の空気流量センサ１によれば、発熱抵抗４は、長手方向の一端から他端に向かって通電される第１直線部２８と、長手方向の他端から一端に向かって通電される第２直線部２９と、第１直線部２８の他端と第２直線部２９の他端とを接続する接続部３０と、接続部３０から長手方向の他端側に延びる２個の延設部３１とを有するように設けられている。
これにより、延設部３１は、発熱抵抗４の抵抗値の増加（つまり、発熱抵抗４への印加電圧の増加）に寄与しないものの抵抗配線の熱伝導により高温になるので、高精度検出領域の形成に寄与する。

このため、例えば、延設部３１以外の折返し部２７の長手方向の長さを短縮するとともに、延設部３１を追加することで、高精度検出領域の長さを維持したまま、発熱抵抗４の抵抗値を下げることができる。この結果、検出精度を下げることなく発熱抵抗４への印加電圧を低減することができる。また、延設部３１以外の折返し部２７の長手方向の長さを維持するとともに、延設部３１を追加することで、発熱抵抗４の抵抗値を維持したまま、高精度検出領域の長さを延長することができる。この結果、発熱抵抗４への印加電圧を増やすことなく検出精度を高めることができる。

実施例２の空気流量センサ１によれば、発熱抵抗４は、図３に示すように、接続部３０よりも長手方向の一端側で第１直線部２８と第２直線部２９とを架橋する架橋部３４を有する。
これにより、架橋部３４は、接続部３０と並列接続を形成するので、発熱抵抗４は、架橋部３４を有さない場合に比べて印加すべき電圧が低減する。なお、高精度検出領域は、上、下流側検出抵抗５、６の一端側の折り返しと接続部３０の他端との間の長手方向の範囲βである。

このため、例えば、折返し部２７の長手方向の長さを維持するとともに、架橋部３４を追加することで、高精度検出領域の長さを維持したまま、発熱抵抗４への印加電圧を低減することができる。この結果、検出精度を下げることなく発熱抵抗４への印加電圧を低減することができる。また、架橋部３４の設定による発熱抵抗４への印加電圧の低減幅に応じて、折返し部２７の長手方向の長さを延長することで、発熱抵抗４への印加電圧を増やすことなく、高精度検出領域を延長することができる。この結果、発熱抵抗４への印加電圧を増やすことなく検出精度を高めることができる。

実施例３の空気流量センサ１によれば、図４に示すように、発熱抵抗４の端子１３が長手方向の一端側に形成され、端子１４が長手方向の他端側に形成されている。つまり、空気流量センサ１は、端子１３、１４が長手方向の両端に分かれて形成される両側引き出し型である。

そして、発熱抵抗４は、２個の折返し部３５、３６を形成するように配線パターンが設定されている。つまり、折返し部３５、３６は、各々が第１直線部３７、３８、第２直線部３９、４０および接続部４１、４２を有するように、かつ、折返し部３５の第２直線部３９が折返し部３６の第１直線部３８に一致するように設けられている。また、発熱抵抗４は、接続部４１から長手方向の他端側に延びる延設部４３と、接続部４２から長手方向の一端側に延びる延設部４４とを有する。

ここで、両側引き出し型の空気流量センサ１に関して、高精度検出領域を、例えば、上、下流側検出抵抗５、６間を移動する空気が少なくとも２つの抵抗配線を通過できる範囲と考えると、高精度検出領域は、延設部４４の一端と延設部４３の他端との間の長手方向の範囲γとなる。

すなわち、延設部４３、４４を含む折返し部３５、３６は、延設部４３、４４を含まない折返し部３５、３６により形成される高精度検出領域の範囲γ１よりも長手方向に長い範囲γとして高精度検出領域を形成する。

実施例４の空気流量センサ１も、図５に示すように、両側引き出し型であり、折返し部３５、３６は、各々、第１直線部３７と第２直線部３９とを架橋する架橋部４８、第１直線部３８と第２直線部４０とを架橋する架橋部４９を有する。なお、高精度検出領域は、接続部３６の一端と接続部４１の他端との間の長手方向の範囲εである。

〔変形例〕
実施例１の発熱抵抗４には２個の延設部３１が設けられ、実施例３の発熱抵抗４には２個の延設部４３、４４が設けられていたが、延設部の設置数は限定されず、例えば、図６に示すように設置数を４としてもよい。また、延設部の形状は、実施例１、３のような直線により縁取られる矩形状に限定されず、例えば曲線による縁取りを有していてもよい。また、複数の延設部を設ける場合に、延設部ごとに形状を変えてもよい。

実施例２の発熱抵抗４には、１個の折返し部２７に１個の架橋部３４が設けられ、実施例４の発熱抵抗４には、２個の折返し部３５、３６に、各々、１個づつの架橋部４８、４９が設けられていたが、折返し部１個あたりの架橋部の設置数や、架橋部の全設置数も限定されない。

例えば、図７に示すように設置数を３としてもよく、図８に示すように設置数を４としてもよい。また、図９に示すように、例えば、折り返しよりも一端側に架橋部を設けてもよく、複数の架橋部を設ける場合に、架橋部ごとに形状を変えてもよい。
さらに、図７〜図９に示すように、発熱抵抗４に延設部、架橋部を両方とも設けてもよい。

また、発熱抵抗４の配線パターンが実施例１〜４よりも複雑な空気流量センサ１に関しても、延設部や架橋部を設けることで、検出精度を下げることなく発熱抵抗４への印加電圧を低減したり、発熱抵抗４への印加電圧を増やすことなく検出精度を高めたりすることが可能である。なお、発熱抵抗４の配線パターンが実施例１〜４よりも複雑な空気流量センサ１として、例えば、片側引き出しの場合に折返し部が２個以上形成されていたり、両側引き出しの場合に折返し部が３個以上形成されていたりするものを挙げることができ、さらに、発熱抵抗４が２個以上の抵抗体からなるものを挙げることができる。

空気流量センサの断面構成図である（実施例１）。（ａ）は空気流量センサの平面図であり、（ｂ）は空気流の方向に沿う温度分布を示す分布図である（実施例１）。空気流量センサの平面図である（実施例２）。空気流量センサの平面図である（実施例３）。空気流量センサの平面図である（実施例４）。空気流量センサの平面図である（変形例）。空気流量センサの平面図である（変形例）。空気流量センサの平面図である（変形例）。空気流量センサの平面図である（変形例）。（ａ）は空気流量センサの平面図であり、（ｂ）は空気流の方向に沿う温度分布を示す分布図である（従来例）。空気流量センサの平面図である（従来例）。

符号の説明

１空気流量センサ
２絶縁膜
３表面
４発熱抵抗
５上流側検出抵抗
６下流側検出抵抗
２７、３５、３６折返し部
２８、３７、３８第１直線部
２９、３９、４０第２直線部
３０、４１、４２接続部
３１、４３、４４延設部
３４、４８、４９架橋部
Δ 検出差分
δ 差分

Claims

空気流の方向と略平行な平面状に設けられる絶縁膜と、
前記絶縁膜の表面に設けられて通電により発熱する発熱抵抗と、
前記絶縁膜の表面で前記発熱抵抗の上流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する上流側検出抵抗と、
前記絶縁膜の表面で前記発熱抵抗の下流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する下流側検出抵抗とを備え、
前記発熱抵抗の加熱により、前記絶縁膜の表面に空気流の方向に沿う温度分布を形成し、この温度分布に基づいて前記上流側検出抵抗と前記下流側検出抵抗と間に検出差分を生じさせ、この検出差分に応じて空気流量を検出する空気流量センサにおいて、
前記絶縁膜の表面に平行で、かつ空気流の方向と直交する方向を長手方向と定義すると、
前記発熱抵抗には、通電方向が略Ｕ字状に折り返される折返し部が設けられ、
前記折返し部は、前記長手方向の一端から他端に向かって通電される第１直線部と、前記長手方向の他端から一端に向かって通電される第２直線部と、前記第１直線部の他端と前記第２直線部の他端とを接続する接続部と、この接続部から前記長手方向の他端側に延びる延設部とを有することを特徴とする空気流量センサ。
空気流の方向と略平行な平面状に設けられる絶縁膜と、
前記絶縁膜の表面に設けられて通電により発熱する発熱抵抗と、
前記絶縁膜の表面で前記発熱抵抗の上流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する上流側検出抵抗と、
前記絶縁膜の表面で前記発熱抵抗の下流側に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化する下流側検出抵抗とを備え、
前記発熱抵抗の加熱により、前記絶縁膜の表面に空気流の方向に沿う温度分布を形成し、この温度分布に基づいて前記上流側検出抵抗と前記下流側検出抵抗と間に検出差分を生じさせ、この検出差分に応じて空気流量を検出する空気流量センサにおいて、
前記絶縁膜の表面に平行で、かつ空気流の方向と直交する方向を長手方向と定義すると、
前記発熱抵抗には、通電方向が略Ｕ字状に折り返される折返し部が設けられ、
この折返し部は、前記長手方向の一端から他端に向かって通電される第１直線部と、前記長手方向の他端から一端に向かって通電される第２直線部と、前記第１直線部の他端と前記第２直線部の他端とを接続する接続部と、この接続部よりも前記長手方向の一端側で前記第１直線部と前記第２直線部とを架橋する架橋部とを有することを特徴とする空気流量センサ。