JP3172426B2 - 空気流量計測装置及びそれに用いられる測定素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気流量計測装置
及び測定素子に係り、特に、エンジンの吸入空気流量の
計測に好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の空気流量計測装置としては、
特開平1-185416号公報に、一対の発熱抵抗体及び温度補
償抵抗体を電気絶縁基体上に空気流の順逆方向に応じて
それぞれ２個並べて１枚の基板に形成した測定素子とそ
れらを用いて逆流も考慮して空気流量を計測する駆動回
路とからなるものが開示されている。 上
記の開示技術によれば、２つの発熱抵抗体を上流側と下
流側に配設し、それぞれの発熱抵抗体の加熱温度が空気
温度に対し、上下流側共に同一の温度差になるように設
定されており、この２つの発熱抵抗体の出力差から逆流
を検知するものとなっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には、空気流量計測装置に供給される電源電圧が
低下した場合の測定精度に課題が残っている。すなわ
ち、空気流量計測装置の駆動回路は、発熱抵抗体の加熱
温度と空気温度とを定温度差制御するために、発熱抵抗
体に印加する電圧Ｖ1を差動増幅器の出力電圧Ｖbbでフ
ィードバックしているものである。そして、駆動回路が
正常に制御するには、電源電圧Ｖbが低下した場合であ
っても、電圧Ｖ1が正常にフィードバックされていなけ
ればならない。

【０００４】しかし例えば、自動車のバッテリーのよう
に劣化する頻度が多くまた冬期のように電源電圧の低下
が厳しい状況においては、電圧Ｖ1が正常にフィードバ
ックされ難く、空気流量計測装置の測定精度に影響する
虞れがある。したがって、本発明の目的は、駆動回路な
どに供給される電源電圧が低下しても良好に計測できる
空気流量計測装置及びそれに用いられる測定素子を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、空気流に配設される電気絶縁基体上に同一
の放熱面積を有する上流側発熱抵抗体と下流側発熱抵抗
体とを近接形成してなる測定素子と、前記各発熱抵抗体
の表面温度と前記空気流の温度の差から定める各表面温
度差設定値を一定制御し、制御された前記各発熱抵抗体
の出力差を比較する回路等を含む駆動回路とを備え、逆
流を含む前記空気流の流量を計測する空気流量計測装置
において、前記駆動回路が制御する前記表面温度差設定
値は、前記上流側発熱抵抗体の前記表面温度差設定値Δ
Ｔh1よりも前記下流側発熱抵抗体の前記表面温度差設定
値ΔＴh2の方が高く設定されているにある。

【０００６】また、別の特徴は、板状の電気絶縁基体上
に膜状の発熱抵抗体を形成し、該発熱抵抗体を前記電気
絶縁基体上の近接した箇所に２個独立して形成した測定
素子と、前記２個の発熱抵抗体の表面温度を空気温度と
一定の温度差にそれぞれ制御すると共に、空気流の上流
側と下流側にそれぞれ配置された前記２個の発熱抵抗体
の出力差を比較する比較回路等を含む駆動回路とを有す
る空気流量計測装置において、前記下流側に配置された
前記発熱抵抗体は、前記上流側に配置された前記発熱抵
抗体の放熱面積より広い放熱面積を有し、前記駆動回路
が制御する前記温度差の設定値は、前記下流側発熱抵抗
体の表面温度より、前記上流側発熱抵抗体の表面温度を
高く設定していることにある。

【０００７】さらに、他の特徴としては、円筒状の電気
絶縁基体上に膜状の発熱抵抗体を形成し、前記発熱抵抗
体が前記電気絶縁基体上の近接した箇所に２個独立して
形成された測定素子と、前記２個の発熱抵抗体の温度を
空気温度と一定の温度差にそれぞれ制御すると共に、空
気流に対して上流側と下流側にそれぞれ配置された前記
２個の発熱抵抗体の出力差を比較する回路等を含む駆動
回路とを有する空気流量計測装置において、前記駆動回
路は、前記発熱抵抗体の表面温度と前記空気温度との差
として設定する当該上流側発熱抵抗体の表面温度差設定
値よりも、前記下流側発熱抵抗体の前記表面温度差設定
値の方が高くなるように設定されている点にある。

【０００８】一方、空気流に配設される板状の電気絶縁
基体上に近接して膜状に形成された上流側発熱抵抗体と
下流側発熱抵抗体とから構成され、該各発熱抵抗体の温
度を前記空気流の温度と一定の温度差にそれぞれ制御す
ると共に前記各発熱抵抗体の出力差を比較する回路等を
含む駆動回路によって駆動されて、逆流を含む前記空気
流の流量を計測する空気流量計測装置に用いられる測定
素子において、前記下流側発熱抵抗体は、前記上流側発
熱抵抗体に隣接する部位の当該下流側発熱抵抗体の抵抗
体パターン幅が、該隣接部位を除く他の部位の抵抗体パ
ターン幅より狭くなっていることが望ましい。

【０００９】そして、本発明によれば、供給される電源
電圧が低下しても良好に計測できる空気流量計測装置及
びそれに用いられる測定素子が提供される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照し説明する。図１は、本発明による第１
実施例の空気流量計測装置を示す部分断面図、図２は、
図１の空気流量計測装置に用いられる測定素子を示す正
面図、図３は、図１の空気流量計測装置の駆動回路を示
す図である。図１に示すように、空気流量計測装置のボ
ディ１には、エンジンに吸入される空気が流れる主空気
通路８と吸入空気の空気流量を測定するための副空気通
路３とが設けてある。そして４気筒エンジンの場合、低
回転で負荷の高い状態の時、吸入空気は脈動を伴った流
れとなるので、主空気通路８および副空気通路３には順
方向の空気流である順流６と逆方向空気流である逆流７
が交互に流れる。

【００１１】本実施例のセンシング用素子には、上記の
ような逆流７が発生した場合でも順方向と逆方向の流れ
の違いを判別して空気流量が計測できるように、順方向
用と逆方向用の２個の発熱抵抗体４ａ，４ｂとそれぞれ
に対応した感温抵抗体５ａ，５ｂとが併設された測定素
子が、副空気通路３内に設置されている。 さらに、ボ
ディ１の外周には測定素子により検出した信号を空気流
量に対応した電気信号として出力するための回路として
の制御モジュール２が設置されている。

【００１２】図２に示すように、測定素子は、アルミナ
等から成る電気絶縁基体としての基板３２上に、 抵抗
温度係数を有する白金等の金属を蒸着等により膜形成
し、 エッチング等で抵抗膜をパターン化して形成され
た発熱抵抗体４ａ，４ｂ及び感温抵抗抵抗体５ａ，５ｂ
から成るものである。さらに、各抵抗パターンを制御モ
ジュール２と電気的に接続するための導体３１と電極３
３が、銀−白金等を印刷することによって形成されてい
るものである。

【００１３】ところで、制御モジュール２内には、図３
に示すような回路を基本構成とする駆動回路が含まれて
いる。この駆動回路は、発熱抵抗体の加熱温度と空気温
度とを定温度差制御するために、発熱抵抗体に印加する
電圧Ｖ1を差動増幅器の出力電圧Ｖbbでフィードバック
しているものである。そして、駆動回路が正常に定温度
差制御するためには、各電圧の順位がＶb＞Ｖbb＞Ｖ1＞
Ｖ2＞０であり、電源電圧Ｖbが低下した場合であって
も、電圧Ｖ1が正常にフィードバックされていなければ
ならない。 したがって、電圧Ｖ1が低いほど、低い電源
電圧Ｖbでも駆動回路は作動する、換言すれば、電源電
圧Ｖbの低下の影響を受け難くするには、電圧Ｖ1を低く
することが望ましいと言える。

【００１４】ここにおいて、 発熱抵抗体に印加する電
圧Ｖ1は、発熱抵抗体の消費電力に応じてフィードバッ
クされるものであるので、発熱抵抗体の消費電力を低く
すれば電圧Ｖ1も小さくなると言える。 なお、本駆動回
路の場合、発熱抵抗体に印加する電圧には、上流側の電
圧Ｖ1と下流側の電圧Ｖ1’がある。そして、駆動回路の
最低駆動電源電圧は、Ｖ1とＶ1’のどちらか高い方の電
圧に依存している。

【００１５】すなわち、順方向の空気を流したとき、発
熱抵抗体に印加する電圧の高い側の発熱抵抗体に依存す
る。したがって、発熱抵抗体を同一温度に加熱し順方向
の空気を流したときに、発熱抵抗体に印加する電圧（Ｖ
1あるいはＶ1’）が高くなる側の発熱抵抗体に対する消
費電力を下げることで、最低駆動電源電圧を下げること
ができる。これについて、以下、詳細に説明する。

【００１６】図３に示す駆動回路に戻って、上流側の発
熱抵抗体Ｒｈ１と下流側の発熱抵抗体Ｒｈ２のそれぞれ
について、ホイトストンブリッジを構成することによ
り、それぞれの発熱抵抗体の加熱温度が空気温度に対し
一定の温度差となるように差動増幅器１０，２０及びト
ランジスタＴｒ１，Ｔｒ２によりフィードバック制御し
ている。

【００１７】すなわち、発熱抵抗体Ｒｈ１、感温抵抗体
Ｒｃ１、固定抵抗Ｒ１１、Ｒ１７、Ｒ１８から成る上流
側のホイトストンブリッジ回路の平衡条件は、 Ｒｈ１×Ｒｈ１７＝Ｒ１１×(Ｒｃ１＋Ｒ１８) (数１) 上記の(数１)式となる。また、発熱抵抗体Ｒｈ１は、抵
抗温度係数αを有し、その抵抗値は温度の関数となる。
そして、 ０℃のときの抵抗値を [Ｒｈ１]₀、 発熱抵
抗体の加熱温度(すなわち、表面温度)をＴｈ１、空気温
度をＴａとすれば、 Ｒｈ１＝[Ｒｈ１]₀×{１＋α×(Ｔｈ１−Ｔａ)} (数２) 上記の(数２)式となる。

【００１８】(Ｔｈ１−Ｔａ)を駆動回路の表面温度差設
定値ΔＴｈ１とすると、 (数１）、(数２)式より、次の
(数３)式が成り立つように、駆動回路は駆動している。

【００１９】 ΔTh１＝{(R11×(Rc1＋R18)/(R17×[Rh1]₀))−１}／α (数３) 同様に、下流側の発熱抵抗体Ｒｈ２に関しても、設定値
をΔＴｈ２とすると、 ΔTh２＝{(R21×(Rc2＋R28)/(R27×[Rh2]₀))−１}／α (数４) が成り立つように駆動制御している。

【００２０】これより得られる各発熱抵抗体の出力Ｖ
２,Ｖ２’は、そのままで、または増幅器を介して、比
較器３０により判別し出力する。そして、発熱抵抗体Ｒ
ｈ１，Ｒｈ２の加熱温度差設定方法は、(数３)、(数
４）式におけるＲ１７，Ｒ２７の抵抗値を調整すること
により設定するものである。

【００２１】ここで、図２に示すような、同一放熱面積
（Ｓａ＝Ｓｂ)の抵抗体パターンを有する上流側と下流
側の発熱抵抗体４ａ，４ｂからなる測定素子を、同一温
度差に設定した場合の測定素子の消費電力について説明
する。図４は、図１の空気流量計測装置に用いられる測
定素子の消費電力を示す図である。例えば、ΔＴｈ１＝
ΔＴｈ２＝１５０ｄｅｇに設定したとすると、それらの
順方向の空気流量に対する消費電力は、図４の点線に示
すような特性曲線で表わされる。

【００２２】この場合、図４から判るように、表面温度
差設定値を同一に設定しているが、実際に消費される電
力には違いがあり、空気流に熱を奪われる上流側の発熱
抵抗体４ａの消費電力は大きい。反対に、同様に空気流
に熱を奪われるが、空気流を介して熱伝達で上流側の発
熱抵抗体４ａから移動してきた熱の影響を受ける下流側
の発熱抵抗体４ｂの消費電力は小さい。したがって、両
者の消費電力に差が生じている。

【００２３】また、図４において、電源電圧の影響を受
け易いエンジンのアイドリング時における空気流量を１
０kg／ｈとすると、この時の消費電力の大きい上流側の
発熱抵抗体４ａの消費電力値ｐによって最低駆動電源電
圧が決定される。換言すればこのｐの値が小さいほど、
最低駆動電源電圧を下げることができる。

【００２４】本発明による実施例では、消費電力の小さ
い下流側の発熱抵抗体４ｂの表面温度差設定値(すなわ
ち、表面温度と空気温度の差)ΔＴｈ２を、上流側の発
熱抵抗体４ａの表面温度差設定値ΔＴｈ１より高くなる
ように設定している。すなわち、ΔＴｈ１＜ΔＴｈ２と
なるように、例えば、図４において、上流側の表面温度
差設定値をΔＴｈ１＝１５０ｄｅｇ、 下流側の表面温
度差設定値をΔＴｈ２＝１６０ｄｅｇに設定している。
このように設定すると、下流側発熱抵抗体においては、
設定値を高くした分、消費電力が増加する。一方、上流
側発熱抵抗体においては、空気への放熱量に変化はない
が、設定値を高くした分、両者の発熱抵抗体の表面温度
に差が生じ、電気絶縁基体を介する熱伝導による熱移動
が生じる。すなわち、表面温度の高い下流側発熱抵抗か
ら低い上流側発熱抵抗体へ、空気流の流れとは反対の方
向に、熱が移動する。 換言すれば、「空気流の流れの方
向に沿って熱伝達される熱移動に抗する熱伝導による熱
移動を形成する」ところに、本発明の１つの特徴があ
る。この結果、下流側発熱抵抗体から熱移動する熱量に
応じて、上流側発熱抵抗体の消費電力が減少する。

【００２５】このため、従来技術の図４の点線に示すよ
うな特性曲線は、本発明の図４の実線で示すような特性
曲線に変化し、両者の消費電力は等しくなるように近づ
き、即ち、両者の消費電力差は縮まり少なくなる。これ
により、空気流量１０kg／ｈにおける従来技術の消費電
力ｐは、本発明の消費電力ｐ’にまで下がり、最低駆動
電源電圧を決定する消費電力値を下げることができる。
勿論、両者の消費電力が等しくなる点において最低駆動
電源電圧は最低値を示し、そのように各表面温度差設定
値を設定することが望ましい。

【００２６】すなわち、第１実施例を纏めると次の通り
である。第１実施例は、板状(あるいは後述する円筒状)
の電気絶縁基体上に、放熱面積が等しい２個の同一の発
熱抵抗体からなる測定素子を用いて、両者の出力差から
逆流を検知する空気流量計測装置では、駆動回路によっ
て駆動される該測定素子において、上流側に設置した発
熱抵抗体の表面温度より下流側に設置した発熱抵抗体の
表面温度を高く設定するものである。

【００２７】従来技術において、それぞれの発熱抵抗体
を同一表面温度に設定し、順方向の空気を流した場合
(通常、空気流量計測装置の最低駆動電源電圧が影響す
るのはエンジンのアイドリング時であり、この時は空気
流に逆流の発生はなく順流のみの流れとなる場合)は、
上下流側発熱抵抗体は同一放熱面積、且つ、同一表面温
度ではあるが、両者が近接しているので上流側発熱抵抗
体から空気を介して熱伝達される熱量が、一部は空気流
へ放熱されるがその放熱量が少ないので下流側発熱抵抗
体に与えられ、その結果、両者の消費電力に比較的大き
な差が生じる。すなわち、熱伝達された熱量の分だけ下
流側発熱抵抗体の消費電力(即ち、熱量)が少なくても、
上流側発熱抵抗体と下流側発熱抵抗体の表面温度差設定
値は同一となるので、消費電力に差が生じる。なお、厳
密に言えば、発熱抵抗体の表面温度とは、放熱する発熱
抵抗体の全体に対する実効表面温度である。

【００２８】これに対し本発明の場合では、上流側発熱
抵抗体よりも下流側発熱抵抗体の表面温度を高く設定し
ているので、下流側発熱抵抗体の消費電力に関しては、
従来技術における下流側発熱抵抗体の消費電力よりも増
加する。一方、上流側発熱抵抗体における空気への放熱
量に関し変化はないが、両者の発熱抵抗体の表面温度差
から、電気絶縁基体を介する熱伝導による熱移動が生じ
る。そのために、温度の高い下流側発熱抵抗体からの熱
伝導により受けた熱量の分、本発明の場合は、従来技術
における上流側発熱抵抗体の消費電力よりも減少する。
この結果、上下流側発熱抵抗体の消費電力差が少なくな
る。即ち、消費電力が大きかった上流側発熱抵抗体の消
費電力値が下がることになる。従って、最低駆動電源電
圧が決定される上流側発熱抵抗体の消費電力が下がり、
最低駆動電源電圧も下がることになり、電源電圧の低下
の影響を受け難くなる。

【００２９】ところで、空気流量計測装置は、自動車の
エンジンに供給する燃料の最適値を制御するシステムに
も使用されるため、空気流量計測装置の作動状態が直接
エンジンの駆動状態に影響を与える。上記にて説明した
ような空気流量計測装置を自動車のエンジンに適用しよ
うとする場合、自動車のエンジンルーム内で発生する様
々な環境下においても適切な検出値を出力することが要
求される。その一つの例として、自動車のバッテリーが
劣化等により、空気流量計測装置に供給される電源電圧
が低下したといった状況においても、空気流量計測装置
が正常に駆動しなければ、エンジンに供給する燃料が不
足し、特にアイドリング時の安定性を損なう可能性があ
るが、本発明によりこのような問題が回避される。

【００３０】次に、最低駆動電源電圧の低下について、
補足説明する。図５は、図１の空気流量計測装置の最低
駆動電源電圧の低下を示す図である。図５には、上流側
と下流側の表面温度差設定値をΔＴｈ１＝ΔＴｈ２＝１
５０ｄｅｇとした場合と、 上流側をΔＴｈ１＝１５０
ｄｅｇ、下流側をΔＴｈ２＝１６０ｄｅｇとした場合
の、電源電圧の確認試験結果が示されている。即ち、下
流側の発熱抵抗体４ｂの表面温度差設定値ΔＴｈ２を、
上流側の発熱抵抗体４ａの表面温度差設定値ΔＴｈ１よ
り高くなるように設定することで、最低駆動電源電圧
を、従来技術のＶｐから本発明のＶｐ’にまで下げられ
ることが確認された。

【００３１】次に、本発明による第２実施例の空気流量
計測装置について説明する。第２実施例の空気流量計測
装置は、図１の第１実施例の空気流量計測装置と基本構
成は同じである。空気流量計測装置の表面温度差設定値
に工夫を加えるものである。即ち、本実施例では、図２
に示す測定素子のような上流側の発熱抵抗体４ａと下流
側の発熱抵抗体４ｂとが同一放熱面積の素子に対し、最
適な表面温度差設定値ΔＴｈ１，ΔＴｈ２を定めるもの
である。

【００３２】図６は、空気流量計測装置に用いられる測
定素子の汚損特性を示す図である。本実施例で、発熱抵
抗体を利用した板状の測定素子を用いた空気流量計測装
置の最適な表面温度差設定値について説明する。発熱抵
抗体を空気流量計測装置に用いた場合、懸念される事項
として、ダスト等の汚損物が発熱抵抗体に堆積し、測定
誤差を生じることが挙げられる。しかしながら、表面温
度差設定値を変えることによって、ダスト等に含まれて
いる水分や油分を蒸発させることができ、汚損物による
測定誤差を低減できると推測される。

【００３３】そして、板状の発熱抵抗体を用いた空気流
量計測装置の表面温度差設定値と耐汚損性の関係を示し
たものが図６である。すなわち、耐汚損性が良好な表面
温度差設定値は、１３０ｄｅｇから２２０ｄｅｇの範囲
にあり、これ以外の温度差では、汚損による測定誤差が
大きいことが判明した。なお、本データを採取したとき
の空気温度の範囲は、自動車の吸入空気温度に相当する
温度範囲である。

【００３４】この結果から、図１の第１実施例の空気流
量計測装置を採用する場合であっても、更に、表面温度
差設定値を１３０ｄｅｇから２２０ｄｅｇの範囲に設定
することが最適であると言える。ただし、ダストが付着
するのは板状の測定素子の場合、上流側の側面(板厚面)
のみであるため、下流側発熱抵抗体については図６のよ
うな耐汚損性に良好な表面温度差設定値の範囲は存在し
ない。

【００３５】一方、上流側発熱抵抗体４ａの表面温度差
設定値ΔＴｈ１を１３０ｄｅｇから２２０ｄｅｇの範囲
に設定した場合において、消費電力を下げることができ
る、即ち、最低駆動電源電圧を下げることができる下流
側発熱抵抗体４ｂの表面温度差設定値ΔＴｈ２は、どの
ような値となるかを調べて見た。

【００３６】図７は、本発明による第２実施例の空気流
量計測装置(測定素子)の表面温度差比と消費電力差の関
係を示す図である。図には、上流側発熱抵抗体４ａの表
面温度差設定値ΔＴｈ１を上記した最適値である１３０
ｄｅｇから２２０ｄｅｇのうちの、１３０ｄｅｇ，１６
０ｄｅｇ，２２０ｄｅｇに固定し、下流側発熱抵抗体４
ｂの表面温度差設定値ΔＴｈ２を変化させたときの、両
者の消費電力差が示されている。図示のように、上下流
側発熱抵抗体の表面温度差設定値の比(表面温度差比)
「ΔＴｈ２/ΔＴｈ１」が１．０５から１．３０の範囲に
おいて、上下流両者の消費電力差を小さくすることがで
きることが判明した。

【００３７】即ち、上流側発熱抵抗体４ａの表面温度差
設定値ΔＴｈ１が、１３０ｄｅｇ≦ΔＴｈ１≦２２０ｄ
ｅｇの範囲の場合は、 上下流両者の表面温度差設定値
の比ΔＴｈ２/ΔＴｈ１は、１．０５≦ΔＴｈ２/ΔＴｈ
１≦１．３０の範囲とすることにより、確実に最低駆動
電源電圧を下げることができると言える。

【００３８】次に、本発明の第３実施例について、図
８、図９により説明する。第３実施例の空気流量計測装
置も、図１の第１実施例の空気流量計測装置と基本構成
は同じである。空気流量計測装置に用いられる測定素子
と表面温度差設定値とが第１実施例と異なるものであ
る。図８は、本発明による第３実施例の空気流量計測装
置に用いられる測定素子を示す部分拡大図である。 図
９は、図８の測定素子の表面温度分布を示す図である。
本実施例では、図８に示す通り、上流側と下流側の発熱
抵抗体４ａ，４ｂのうち、下流側の発熱抵抗体４ｂの上
流側近傍で抵抗体パターン幅を狭くしたものである。す
なわち、図中のＭにて示した部位の抵抗体パターン幅
を、他の部位の抵抗体パターン幅より細くしたものであ
る。 このパターン構造により、空気流量１０ｋｇ／ｈ
における発熱抵抗体の表面温度分布は、下流側の発熱抵
抗体４ｂの上流側の発熱抵抗体４ａに隣接している上流
側近傍部で、局部的に抵抗値が高いため、駆動回路によ
り上下流の発熱抵抗体を同一表面温度に設定した場合
(実効表面温度は同一である場合)であっても、図９に示
すような、局部的に表面温度が高くなる、すなわち、局
部的表面温度差のある温度分布となる。

【００３９】これにより、表面温度差設定値を同一に設
定した場合であっても、パターン幅を変えることによっ
て上下流の発熱抵抗体に温度差が発生し、下流側の発熱
抵抗体４ｂから上流側の発熱抵抗体４ａへ、電気絶縁基
体を介する熱伝導による熱移動が生じる。したがって、
第１実施例の場合と同様に、上下流側発熱抵抗体の消費
電力差が少なくなり、良好に最低駆動電源電圧を下げる
ことができる。なお、抵抗体パターンの放熱面積は、必
ずしも同一でなくても可である。(Ｓａ≠Ｓｂでも可。) すなわち、第３実施例を纏めると次の通りである。上下
流の発熱抵抗体を構成する膜状の発熱用抵抗体パターン
のうち、空気流の下流側に配置した抵抗体パターンの上
流側の抵抗体パターンに隣接する部分の抵抗体パターン
幅を、該隣接する部分を除く他の部分の抵抗体パターン
幅より狭く形成しているため、通電時、パターン幅を狭
く形成した部分の表面温度が高くなる。これにより、空
気流量計測装置の上下流発熱抵抗体の表面温度差設定値
を従来と同様に同一に設定しても、「電気絶縁基体を介
する熱伝導による熱移動が生じる」ので、上下流側発熱
抵抗体の消費電力差が少なくなる。

【００４０】次に、本発明による第４実施例の空気流量
計測装置について説明する。第４実施例の空気流量計測
装置も、図１の第１実施例の空気流量計測装置と基本構
成は同じである。空気流量計測装置に用いられる測定素
子と表面温度差設定値とが第１実施例と異なるものであ
る。図１０は、本発明による第４実施例の空気流量計測
装置に用いられる測定素子を示す正面図である。図１１
は、図１０の空気流量計測装置(測定素子)の消費電力を
示す図である。

【００４１】図１０に示すように、下流側の発熱抵抗体
４ｂの感度を向上するために、上流側発熱抵抗体４ａの
放熱面積Ｓａと下流側発熱抵抗体４ｂの放熱面積Ｓｂの
関係を、Ｓａ＜Ｓｂとする場合を考える。この場合、従
来技術のように上下流側発熱抵抗体を同一表面温度に設
定した場合は、空気流からの熱伝達による熱移動はある
が、放熱面積の大きさの影響が勝り、放熱面積が大きい
下流側の消費電力の方が上流側より高くなり、両者の消
費電力は、図１１の点線に示すようになる。

【００４２】これに対し本発明による第４実施例では、
第１実施例とは逆に、上流側に設置した発熱抵抗体のΔ
Ｔｈ１を、下流側に設置した発熱抵抗体のΔＴｈ２より
高く設定する。これによって、上流側発熱抵抗体から下
流側発熱抵抗体へ向う電気絶縁基体を介する熱伝導によ
る熱移動が生じるので、前述と同様に上下流側発熱抵抗
体の消費電力差は、図１１の実線に示すように縮まり少
なくなる。これにより発熱抵抗体４ｂの感度を向上しつ
つ、最低駆動電源電圧を下げることができる。

【００４３】すなわち、第４実施例を纏めると次の通り
である。上流側発熱抵抗体の放熱面積よりも下流側発熱
抵抗体の放熱面積が広い測定素子の場合、両者を同一表
面温度に設定すると、放熱面積の広い下流側発熱抵抗体
の消費電力が高くなる。これに対し、上流側に設置した
発熱抵抗体の表面温度を下流側に設置した発熱抵抗体の
表面温度より高く設定することで、上流側発熱抵抗体か
ら下流側発熱抵抗体に電気絶縁基体を介する熱伝導によ
る熱移動が生じるので、上下流側発熱抵抗体の消費電力
差が少なくなる。換言すれば、「空気流の流れの方向に
沿った熱伝導による熱移動を形成する」ところに、本発
明の別の特徴がある。

【００４４】なお、Ｓａ＜Ｓｂの関係についてである
が、Ｓａ≪Ｓｂの関係であれば、必ず放熱面積が大きい
下流側の消費電力の方が上流側より高くなると言える。
しかしＳａ＜ＳｂであってもＳａ≒Ｓｂであると、空気
流の熱伝達による熱移動の影響により、下流側の消費電
力の方が上流側より高くならない場合がある。この場合
は除外するものとする。

【００４５】図１２は、本発明による第５実施例の空気
流量計測装置に用いられる測定素子を示す斜視図であ
る。図１２に示すように、図１の空気流量計測装置に対
し、測定素子の電気絶縁基体を円筒状のアルミナ等のセ
ラミックボビン３６としたものであり、発熱抵抗体２４
ａ，２４ｂのパターンは、上流側と下流側に独立して膜
形成されている。

【００４６】前述の通り、最低駆動電源電圧を低く抑え
るという要求は、エンジンのアイドル流量付近に対して
であり、この流量においては、空気流量計測装置を流れ
る空気流に乱れはなく、いわゆる層流域の流れとなる。
したがって、この領域においては相似律が成立し、測定
素子が板状から円筒状に置き換わっても同様な効果が得
られると言える。

【００４７】すなわち、図１２に示すような円筒状の測
定素子を用いた第５実施例の空気流量計測装置において
も、下流側の発熱抵抗体２４ｂの表面温度差設定値ΔＴ
ｈ２を、上流側の発熱抵抗体２４ａの表面温度差設定値
ΔＴｈ１より高くなるように設定することにより、板状
の測定素子の場合と同様に、良好に最低駆動電源電圧を
下げることができると言える。

【００４８】以上から全体を纏めた本発明の特徴は、次
の通りである。最低駆動電源電圧を低くするために、即
ち、高い方の消費電力値を示す発熱抵抗体の消費電力を
低減するために、換言すれば、上下流側発熱抵抗体の消
費電力を等しくするために、上流側発熱抵抗体と下流側
発熱抵抗体の間に「熱伝導による熱移動を形成する」よ
う、上流側発熱抵抗体の表面温度差設定値または下流側
発熱抵抗体の表面温度差設定値のいずれか一方を高く設
定すると言える。そして、実施例のうち、第１，第２，
第３及び第５実施例は、空気流の流れ方向に抗する方向
の熱移動を発生させた場合であり、第４実施例は、空気
流の流れ方向と同じ方向の熱移動を発生させた場合であ
る。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、上流側と下流側の発熱
抵抗体の加熱温度を両者の消費電力差が小となるように
設定する、あるいは、発熱抵抗体の抵抗パターンを両者
の消費電力差が小となるようにパターンニングしてある
ので、最低駆動電源電圧を決定する側の発熱抵抗体の消
費電力を下げることができ、これにより、最低駆動電源
電圧の低い空気流量計測装置が提供される。

【００５０】従って、このような空気流量計測装置であ
れば、自動車のバッテリーのように劣化する頻度が多
く、かつ電源電圧の低下が大きい場合も、空気流量の計
測が正常に行われ、エンジンに供給する燃料が不足し、
特に冬期のアイドリング時の安定性が損なわれるという
問題が回避されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施例の空気流量計測装置を
示す部分断面図である。

【図２】図１の空気流量計測装置に用いられる測定素子
を示す正面図である。

【図３】図１の空気流量計測装置の駆動回路を示す図で
ある。

【図４】図１の空気流量計測装置に用いられる測定素子
の消費電力を示す図である。

【図５】図１の空気流量計測装置の最低駆動電源電圧の
低下を示す図である。

【図６】空気流量計測装置に用いられる測定素子の汚損
特性を示す図である。

【図７】本発明による第２実施例の空気流量計測装置の
表面温度差比と消費電力差の関係を示す図である。

【図８】本発明による第３実施例の空気流量計測装置に
用いられる測定素子を示す部分拡大図である。

【図９】図８の測定素子の表面温度分布を示す図であ
る。

【図１０】本発明による第４実施例の空気流量計測装置
に用いられる測定素子を示す正面図である。

【図１１】図１０の空気流量計測装置の消費電力を示す
図である。

【図１２】本発明による第５実施例の空気流量計測装置
に用いられる測定素子を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…ボディ、２…制御モジュール、３…副空気通路、4
a,4b,24a,24b…発熱抵抗体、5a,5b…感温抵抗体、６…
順流、７…逆流、８…主空気通路、10,20…差動増幅
器、30…比較器、31…導体、32…基板、33…電極、36…
セラミックボビン

フロントページの続き (72)発明者 小林 千尋 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (56)参考文献 特開 平８−54270（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−43159（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−812（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−35870（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−5009（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/68 - 1/699

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気流に配設される電気絶縁基体上に同一
   の放熱面積を有する上流側発熱抵抗体と下流側発熱抵抗
   体とを近接形成してなる測定素子と、前記各発熱抵抗体
   の表面温度と前記空気流の温度の差から定める各表面温
   度差設定値を一定制御し、制御された前記各発熱抵抗体
   の出力差を比較する回路等を含む駆動回路とを備え、逆
   流を含む前記空気流の流量を計測する空気流量計測装置
   において、 前記駆動回路が制御する前記表面温度差設定値は、前記
   上流側発熱抵抗体の前記表面温度差設定値ΔＴh1よりも
   前記下流側発熱抵抗体の前記表面温度差設定値ΔＴh2の
   方が高く設定されていることを特徴とする空気流量計測
   装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記測定素子は、板状
   の前記電気絶縁基体上に膜状の前記各発熱抵抗体が形成
   されたものであって、 前記表面温度差設定値ΔＴh1は、１３０ｄｅｇ≦ΔＴｈ
   １≦２２０ｄｅｇの範囲とし、前記表面温度差設定値Δ
   Ｔh1と表面温度差設定値ΔＴh2との比を、１．０５≦Δ
   Ｔｈ２/ΔＴｈ１≦１．３０の範囲とすることを特徴と
   する空気流量計測装置。
3. 【請求項３】空気流に配設される板状の電気絶縁基体上
   に近接して膜状に形成された上流側発熱抵抗体と下流側
   発熱抵抗体とから構成され、該各発熱抵抗体の温度を前
   記空気流の温度と一定の温度差にそれぞれ制御すると共
   に前記各発熱抵抗体の出力差を比較する回路等を含む駆
   動回路によって駆動されて、逆流を含む前記空気流の流
   量を計測する空気流量計測装置に用いられる測定素子に
   おいて、 前記下流側発熱抵抗体は、前記上流側発熱抵抗体に隣接
   する部位の当該下流側発熱抵抗体の抵抗体パターン幅
   が、該隣接部位を除く他の部位の抵抗体パターン幅より
   狭くなっていることを特徴とする測定素子。
4. 【請求項４】板状の電気絶縁基体上に膜状の発熱抵抗体
   を形成し、該発熱抵抗体を前記電気絶縁基体上の近接し
   た箇所に２個独立して形成した測定素子と、前記２個の
   発熱抵抗体の表面温度を空気温度と一定の温度差にそれ
   ぞれ制御すると共に、空気流の上流側と下流側にそれぞ
   れ配置された前記２個の発熱抵抗体の出力差を比較する
   比較回路等を含む駆動回路とを有する空気流量計測装置
   において、 前記下流側に配置された前記発熱抵抗体は、前記上流側
   に配置された前記発熱抵抗体の放熱面積より広い放熱面
   積を有し、 前記駆動回路が制御する前記温度差の設定値は、前記下
   流側発熱抵抗体の表面温度より、前記上流側発熱抵抗体
   の表面温度を高く設定していることを特徴とする空気流
   量計測装置。
5. 【請求項５】円筒状の電気絶縁基体上に膜状の発熱抵抗
   体を形成し、前記発熱抵抗体が前記電気絶縁基体上の近
   接した箇所に２個独立して形成された測定素子と、前記
   ２個の発熱抵抗体の温度を空気温度と一定の温度差にそ
   れぞれ制御すると共に、空気流に対して上流側と下流側
   にそれぞれ配置された前記２個の発熱抵抗体の出力差を
   比較する回路等を含む駆動回路とを有する空気流量計測
   装置において、 前記駆動回路は、前記発熱抵抗体の表面温度と前記空気
   温度との差として設定する当該上流側発熱抵抗体の表面
   温度差設定値よりも、前記下流側発熱抵抗体の前記表面
   温度差設定値の方が高くなるように設定していることを
   特徴とする空気流量計測装置。