JP2569733B2 - 熱式空気流量検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は温度依存抵抗体から成る発熱抵抗体を用いた
熱式空気流量検出装置に関するものであり更に具体的に
は、自動車用等の内燃機関における吸入空気量を測定す
るに適した熱式空気流量検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

電子制御式内燃機関において、一般に基本燃料噴射量
や基本点火時期等の制御のために当該機関へ吸入される
吸入空気量は重要な運転状態パラメーターの１つであ
り、かかる吸入空気量をいかに正確に検出するかが大き
な問題となっている。処で従来にあっては、かかる吸入
空気量を検出するための空気流量センサーとしては小型
で応答性の良い温度依存抵抗体を用いた熱式のものが実
用化されている。又かかる温度依存抵抗体を有する空気
流量センサーとしては傍熱型と直熱型とがあり前者は例
えば機関の吸気通路に設けられた発熱抵抗体とその上流
側と下流側とにそれぞれ設けられた２つの温度依存抵抗
体とで構成されているもので、上流側の温度依存抵抗と
下流側の温度依存抵抗でそれぞれ検出された温度差が一
定になるように発熱抵抗体に対する電流値をフィードバ
ック制御し発熱抵抗体に印加される電圧によって空気流
量（質量）を検出するものである。又後者は前者に比べ
て応答速度は早く、例えば機関の吸気通路に設けられた
温度検出兼用の発熱抵抗体とその上流側に設けられた温
度依存抵抗体とで構成されているものであって、該上流
側の温度依存抵抗体と発熱抵抗体との温度差が一定とな
るように発熱抵抗体の電流値をフィードバック制御する
ことにより前者と同じように空気流量（質量）が検出し
うるものである。尚ここで上流側の温度依存抵抗体を削
除し発熱抵抗体の温度が一定となるように発熱抵抗体を
制御すると体積容量としての空気流量が検出できる。

一方かかる空気流量センサーにおける発熱抵抗１とし
ては通常膜状の温度依存抵抗体２を主体として形成され
ており、第３図に示すように該発熱抵抗体１は膜状の温
度依存抵抗体２と該抵抗体２を支持している基板３とか
ら構成され、更に該発熱抵抗体１は適宜の支持体７に装
着され、かつ該温度依存抵抗体２は発熱用の電流を受け
るため該温度依存抵抗体２上の適宜の位置に設けたパッ
ト部2bと該支持体７の適宜の位置に設けた電気回路部14
のパッド部14bとの間にワイヤーリード等の発熱用電力
供給路４により接続されている。然しながら該発熱抵抗
体１で発生した熱は吸気通路を流れる空気により強制対
流熱伝達されるばかりでなく発熱用電力供給路４や支持
体７を通って外部に逃げるため該発熱抵抗体１の断熱効
果は小さくなり、従って熱損失が大きくなる。かかる現
象は空気流センサーの流量検出精度が大幅に低下を来す
という問題点が存在していた。即ち吸気通路を流れる空
気に熱伝達される熱量Ｑ_Aは空気流量に大きく依存して
いるが一方外部に逃げる熱量Ｑ_Lは空気流量への依存は
小さくほぼ一定と考えられている。然しながらかかる外
部に逃げる熱量Ｑ_Lは発熱用電力供給路４や支持体７と
該発熱抵抗体１との接合状態例えば接合面積、接合材等
に依存し、又支持体７の形状や材質にも依存している。
又発熱抵抗体１と支持体７との接続状態のばらつきや、
発熱用電力供給路４の長さのばらつき等によっても逃げ
る熱量が製品によりばらつくことになる。この結果は第
２図に示すように空気流量センサーの流量特性をばらつ
かせ検出精度を低下させるのである。

即ち第２図は流量と流量誤差との関係が熱の逃げＱ_L
の程度によって変化する状態を示すものであり特に流量
が少ない状態即ち低空気流量域においては熱の逃げＱ_L
が標準とかい離する場合にその誤差が大きくなりセンサ
ー精度に著しい影響を与えるものであることを示してい
る。即ち同図中グラフ（ａ）は熱の逃げが大きい場合に
は相当し、グラフ（ｂ）は熱の逃げがほぼ標準の場合に
相当し又グラフ（ｃ）は熱の逃げが小さい場合に相当し
ていることをそれぞれ表わしている。

かかる問題点の解決のため例えば特開昭61-186819号
公報に示されるような発熱抵抗体１と支持体７との間の
接合部に断熱材を入れ又、ワイヤーボンディングにより
形成された発熱用電力供給路にカバーを設ける提案がな
されているが、かかる方法においても熱式空気流量検出
装置においては外部への熱の逃げ（熱損失）を完全に防
止することは出来ず、又熱の逃げのばらつきを小さくす
るか皆無にすることは不可能であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は上述したような従来技術の欠点を改良
し、発熱抵抗体から支持体を通って外部へ逃げる熱量を
可能な限り抑えるとともに逃げる熱量のばらつきを小さ
くすることによって空気流量特性のばらつきを小さくし
て検出装置の精度を向上させた熱式空気流量検出装置を
提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る熱式空気流量検出装置は上記した目的を
達成するため次の構成を有するものである。即ち、温度
依存抵抗体２を含む発熱抵抗体１、該発熱抵抗体１の少
くとも一部を支持する支持部材７、該発熱抵抗体７に対
して通電を行う導電手段４及び該発熱抵抗体１と該支持
部材７との接合部近傍に設けられた加熱手段６とから構
成された熱式空気流量検出装置である。本発明者等は上
述した本発明の目的を達成するため鋭意検討の結果、該
発熱抵抗体１から支持部材７を通って外部へ逃げる熱、
或は発熱用電力供給路である導電手段４を介して支持部
材７から外部へ逃げる熱を少くし又それ等の熱の逃げの
ばらつきを小さくすることが必要であるとの知見から、
外部へ逃げる熱或はそのばらつきを調整する機構を設け
ることが好ましいとの技術思想を得たものである。つま
り、従来にあっては、支持部材７そのものの温度は全く
制御されておらず、その温度は雰囲気温度であったため
熱の逃げやばらつきを完全に防ぐことが困難であった
が、本発明では該支持部材の温度を該発熱抵抗体１の温
度と同一或はこれに近い温度に制御することにより前記
の熱の逃げを少くしかつ熱の逃げのばらつきを小さくす
ることが出来るのであり、これによって空気流量検出装
置の流量特性に関する精度を大幅に向上させるとともに
各装置間の流量特性のばらつきを小さくし、信頼性を高
めることが出来るのである。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。第
１図は本発明に係る熱式空気流量検出装置の１実施例を
示すものであって温度依存抵抗体２を含む発熱抵抗体１
が支持部材７に接合されており、又該発熱抵抗体１の温
度依存抵抗体２に通電を行うための発熱用電力供給路で
ある通電手段４が設けられ支持部材７上に設けた適宜の
電気回路14の端子部4bと温度依存抵抗体２に設けた端子
部2bとの間を接続している。更に本発明にあっては、該
発熱抵抗体から支持部材７へ逃げる熱を制御するための
調整する機構として、加熱手段６が該発熱抵抗体１と支
持部材７との接合部の周辺近傍に設けられているもので
ある。

本発明において使用される温度依存抵抗体２は、空気
の流量の大小による表面温度の変化にって抵抗値が変化
するような機能を有するものであれば如何なるものでも
使用出来るのであって、代表的なものとしてはサーミス
タが利用出来る、又本発明におけるかかる温度依存抵抗
体の形状は膜状、板状、棒状、筒状、格子状等如何なる
形状のものでも使用しうるのであって、使用される場所
に応じ最大の検出性能が発揮しうる形態を採用すればよ
い。本発明における発熱抵抗体１としてはかかる温度依
存抵抗体２がそのままで使用しうるに十分な硬度を有す
るものであれば、該温度依存抵抗体をそのまま発熱抵抗
体１として使用してもよく、又十分な硬度を有しない時
には適宜の基板３と接合、或は貼着もしくは一体成型に
より一体化したものを使用することが出来る。該発熱抵
抗体１の製造の一例としてはシリコン単結晶板上にSiO₂
のような絶縁膜を介して蒸着およびエッチングにより温
度依存抵抗体を形成することが出来る。次に該発熱抵抗
体１は支持部材７に螺合、接着、嵌合等任意の接合手段
により接合されるものである。この場合第１図に示すよ
うに基板３は保持体５を１体に成型した形状として支持
部材７と接合してもよく、又保持体５を別体として好ま
しくは断熱性の高い材料により形成せしたものを組合せ
て使用するものであってもよい。この際該保持体５と発
熱抵抗体１との接合面、又該保持体５と支持部材７の接
合面にはそれぞれ断熱材を介在させるか或は断熱性の高
い接着剤を使用してもよい。尚第１図においては該発熱
抵抗体はその一端部において支持部材７と接合されてい
るが、本発明にあってはこれに限定されるものではなく
該発熱抵抗体のいかなる部分でも支持部材７と接合して
もよいことは云うまでもない。

本発明における熱の逃げ調整用の加熱手段６は該発熱
抵抗体１と支持部材７との接合部近傍に設けるものであ
るが、ここで接合部の近傍とは接合部をも含み、逃げる
熱の調整を行いうるに十分な程度に接合部から離れた位
置迄を含めるものである。第１図の実施例においては、
加熱手段６は発熱抵抗体１と支持部材７との接合の周辺
をとり囲むようにして支持部材７の表面に設けたもので
ある。尚該加熱手段に対する通電手段４′は支持部材７
上の適宜の位置に設けた電気回路14′上の端子４′ｂと
該加熱手段６上の端子6bとの間に設けられている。該加
熱手段は適宜の通電手段により電流の供給を受けること
により当該手段全体がほぼ均斉に加熱され発熱するよう
な機能を有するものが使用されるのであって一般にはカ
ーボン粒子を含むもの或はニクロム線を構成要素として
含むもの等から成る面状或は線状の形態をもつ発熱体が
使用される。かかる加熱手段６は支持部材の表面に接着
等の手段で配置されてもよく、印刷手段により形成され
たものであってもよい。

尚本発明における該加熱手段は前述した通り支持部材
７と発熱抵抗体１との接合部に直接設けるものであって
もよく、例えば第１図における保持部５に設けたもので
あってもよい。更に必要な場合にはワイヤー４を含む通
電手段14に隣接せしめてもよい。第１図の例におけるワ
イヤー４を含む通電手段14を保持体５に１体化せしめた
ものも使用出来る。

次に本発明においてはかかる熱逃げ調整用の加熱手段
を適宜の通電手段14′によりワイヤー４′を介して通電
して加熱することにより外部へ逃げる熱を調整するもの
であり、加熱の制御目標は、該加熱手段の温度を該発熱
抵抗体１の温度に近似するように制御するものである。

本発明においては該発熱抵抗体１を一定温度にフィー
ドバック制御するか、他の温度依存抵抗体との温度の差
を一定となるようにフィードバック制御することにより
内燃機関の吸入空気流量を制御すると同時に発熱抵抗体
から支持部材７を通って外部に逃げる熱により発熱抵抗
体が過度に温度低下を来す結果によって生ずる検出装置
の精度のばらつきを修正するため前記加熱手段６の加熱
条件を制御するものである。一般に発熱抵抗体１を一定
温度に制御する方法としては発熱抵抗体１に印加する電
圧値を制御し温度を一定にする方法と発熱抵抗体１に電
圧を印加する時間を制御し温度を一定にする方法とがあ
り、本発明ではいづれの方法でも使用しうる。尚本発明
では支持部材７の温度は一定と考える。

本発明における制御回路の例を第５図に示す。即ち発
熱抵抗体１は他の抵抗Ｒ₁,R₂,R₃と共にブリッジ回路11
を形成し、その端子が入力しているコンパレーター９と
その出力により制御されるトランジスター10が設けられ
ており該トランジスター10の出力がブリッジ回路にフィ
ードバックされる。又トランジスター10の出力は演算増
幅器８を経て加熱手段６に接続されている。従って今何
らかの原因で支持部材７への熱の逃げが大きくなり発熱
抵抗体１の温度が低下したとすると温度依存抵抗体２の
抵抗値が低下し従って電圧Ｖ₁がＶ₂より高くなりコンパ
レーター９からの出力がトランジスター10をONにする。
その結果発熱抵抗体１を流れる電流が増加することから
発熱抵抗体の発熱量が増加して一定の値に戻ることにな
る。一方トランジスター10がONすることにより加熱手段
６の電流も増加することから加熱手段６の発熱量が上り
温度が上昇する即ち加熱手段６は発熱抵抗体１の加熱に
同期して加熱されるものである。

勿論かかる加熱手段の発熱量は使用用途の検出装置の
構造等により変化させることができ例えばワイヤー４を
含む電通手段14或は保持体５と発熱抵抗体１との接合、
或は発熱抵抗体１と支持部材７との接合が強いとか、そ
の接合面積が大きく、或は保持体５の断面積が大きいと
か、その高さが小さい場合のように熱の逃げが大きい場
合には加熱手段６の調整ヒーターの発熱量を大きくして
熱の逃げを小さくすればよくそれによって流量特性のば
らつきを小さくしうる。又本発明における加熱手段６の
調整ヒーターの発熱量は装置毎に調整し流入空気の一定
量又は温度に依存して変化させる。尚上述した制御回路
は本発明における流入空気量を検出する目的にも兼用し
うるものである。又、第５図の回路において基準抵抗Ｒ
₂の発熱抵抗体１と同じ温度依存抵抗体に置き換え両者
の差を検出するようにしてもよい。第４図は本発明の他
の実施例を示すものであって、加熱手段６が発熱抵抗体
１の端部であって該温度依存抵抗体に隣接した基板３上
に設けられた例を示している。この場合加熱手段６は保
持体５に直接接合されていてもよい。該加熱手段は温度
依存抵抗体２に通電を行うワイヤー４と接続した電気回
路14とは別にワイヤー４″と接続した電気回路14″を設
けてある。尚４″ｂと６′ｂとは該電気回路14′と加熱
手段６に設けた接続端子をそれぞれ表わしている。

〔作用効果〕

本発明は上記した通り、内燃機関における吸入空気流
量検出装置において発熱抵抗体から熱伝達以外に支持体
７を通って外部に逃げる熱量が多いと検出精度に悪影響
を与えること、又その逃げる熱量が製品によりばらつく
と検出装置の特性をばらつかせるという問題点を解決す
るため、熱が逃げる通路の一部に調整ヒーターからなる
加熱手段を設けかかる加熱手段の温度を制御することに
より逃げる熱量を少くするとともに逃げる熱量のばらつ
きを小さくすることができるので、空気流量検出装置の
精度を向上出来、内燃機関における例えば燃料噴射量や
点火時期の制御効率を大幅に向上することが出来るので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明に係る熱式空気流量検出装置の一実施
例を示す斜視図であり又第１図ｂはそのＡ−Ａ側部断面
図である。 第２図は従来の空気流量検出装置における流量と流量誤
差との関係を示す図である。 第３図は従来における空気流量検出装置の一例を示す斜
視図である。 第４図は本発明に係る他の実施例を示す図である。 第５図は本発明に使用される制御回路の例を示す図であ
る。 １……発熱抵抗体、２……温度依存抵抗体、３……基
板、4,4′,4″……通電手段、５……保持体、６……加
熱手段、７……支持部材、８……演算増幅器、９……コ
ンパレーター、10……トランジスター、14,14′,14″…
…電気回路部、2b,4b,4′b,4″b,5b,6b,6′ｂ……接続
端子、パット部。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】温度依存抵抗体を含む発熱抵抗体、該発熱
   抵抗体の少くとも一部を支持する支持部材、該発熱抵抗
   体に対して通電を行う導電手段及び該発熱抵抗体と該支
   持部材との接合部近傍に設けられた加熱手段とから構成
   されていることを特徴とする熱式空気流量検出装置
2. 【請求項２】該発熱抵抗体は該温度依存抵抗体と支持板
   とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の
   装置
3. 【請求項３】該加熱手段は該発熱抵抗体の一部に隣接し
   て設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置
4. 【請求項４】該加熱手段は該支持部材上に設けられてい
   ることを特徴とする請求項１記載の装置
5. 【請求項５】該加熱手段に通電を行う他の導電手段が設
   けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいづれ
   か１項記載の装置
6. 【請求項６】該加熱手段は該発熱抵抗体の温度を近似し
   た温度に制御されることを特徴とする請求項５記載の装
   置