JP3240733B2 - 熱式空気流量計 - Google Patents

熱式空気流量計

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関などに用い
られて、逆流を伴った吸入空気の流れを測定する熱式空
気流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の電子制御燃料噴射装置に使用
され、空気の流れを測定する空気流量計として、最近小
形、高応答性の利点より熱式空気流量計が主流になりつ
つある。
【０００３】従来よりこの種のものとして、たとえば、
特開昭63−265118号公報，特開平1−185416号公報およ
びＵＳＰ Ｎo.5,086,650号公報がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の発熱抵抗体素子
では、電極端子が基板の左右端に別れ、且つ、４個あっ
たり、また、３個の場合は、当該３個の電極端子が吸気
通路の管壁にバラバラに配置されていたりして、発熱抵
抗体素子と電気回路を接続する構造が複雑で、占有空間
の占める割合が大きいなどの実装構造に問題があった。
【０００５】一方、従来の熱式空気流量計では、第１と
第２の発熱抵抗体の両方が基板の同一面に設けられてい
る発熱抵抗体素子を、空気の流れ方向に対して水平に設
置されていた場合、それぞれの発熱抵抗体における熱伝
達の差は顕著なものではなかった。また、傾斜して設置
されていた場合、渦やじょう乱の影響が少なくなり前記
熱伝達の差は安定するが、当該差は反って顕著でなくな
り、これらの発熱抵抗体からの放散熱量の差を大きく取
れないものであった。従って、逆流が発生した時の熱応
答が遅く、空気の流れ方向を精度よく検出することが困
難であるという問題があった。
【０００６】本発明の目的は、空気の流れ方向を精度よ
く検出し流量を測定することのできる熱式空気流量計を
提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、基板と、前
記基板に設けられた第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗
体と、前記第１の発熱抵抗体と前記第２の発熱抵抗体と
からの放散熱量の差に基づいて、流れの方向を判別する
回路と、を備えた熱式空気流量計において、前記基板の
第１の発熱抵抗体が設けられた面の背面に、前記第２の
発熱抵抗体が設けられ、前記基板が流れに対して傾斜し
て設けられたことによって達成される。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【実施例】以下、本発明に係る発熱抵抗体素子および熱
式空気流量計の一実施例を、図面に従って説明する。
【００１５】図１は、発熱抵抗体素子の一実施例を示す
ものである。アルミナなどのような電気絶縁材からなる
基板５の上に、たとえば白金あるいはニッケルのフイル
ムで、第１と第２と第３の電極端子１４，１５および１
６と、第１と第２の電極端子１４および１５の間に接続
される第１の発熱抵抗体６ａと、第２と第３の電極端子
１５および１６の間に接続される第２の発熱抵抗体６ｂ
とを、一体にして形成する。この時、第１と第２の発熱
抵抗体６ａおよび６ｂの中間位置から電気信号を取り出
す中間配線１７を設けて第２の電極端子１５に接続し、
第１と第２と第３の電極端子１４，１５および１６を同
一面の一端周辺に集める。
【００１６】図２は他の実施例を示すもので、図２
（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図である。第１の発
熱抵抗体６ａを基板５の一つの主表面に設け、第２の発
熱抵抗体６ｂを前記主表面の背面に設けたものである。
前記主表面上に、第１の電極端子１４および第２の電極
端子１５ａを設け、当該両者の間に第１の発熱抵抗体６
ａを接続する。また、前記主表面の背面に、第２の電極
端子１５ｂおよび第３の電極端子16ｂを設け、当該両者
の間に、第２の発熱抵抗体６ｂを接続する。そして、第
２の電極端子１５ａおよび第２の電極端子１５ｂの間
と、第３の電極端子１６ｂと新たに前記主表面に設けた
第３の電極端子１６ａの間とを、電気的に接続する手段
として、たとえばメッキ法にて基板５を貫通する通路部
１８を設けた構造とする。
【００１７】図３は、もう一つ他の実施例を示すもの
で、図３(ａ)は平面図、図３(ｂ)は図３(ａ)の線Ｐ−Ｐ
｀で切り取られた断面図である。半導体素子２０の構成
部材の表面に、たとえばフイルム抵抗体から成る第１と
第２の発熱抵抗体６ａおよび６ｂと、第１と第２と第３
の電極端子１４，１５および１６とを設けて発熱抵抗体
素子８とするものである。
【００１８】一方、図４，図５は前述した発熱抵抗体素
子を実装した熱式空気流量計の一実施例を示すものであ
る。図４は実装構造の平面図であり、図５は当該断面図
である。
【００１９】外郭吸気通路１の外周面に電気回路２が設
けられ、取付部材３を介し、吸気通路４が外郭吸気通路
１に固定されている。吸気通路４内に、基板５と基板５
の上に設けられた第１と第２の発熱抵抗体６ａおよび６
ｂと第１と第２と第３の電極端子１４，１５および１６
とからなる発熱抵抗体素子８と、温度補償抵抗体７とが
設けられている。発熱抵抗体素子８は、取付部材３を貫
通して、直接電気回路２と接続されている構造となって
いる。
【００２０】図６は図５に示された電気回路２の一部を
構成する検出回路である。誤差増幅器１１と、トランジ
スタ９と、第１と第２の発熱抵抗体６ａおよび６ｂ、温
度補償抵抗体７，固定抵抗１２および１３とから成るブ
リッジ回路と、第１と第２の発熱抵抗体６ａおよび６ｂ
に接続されている第１と第２と第３の電極端子１４，１
５および１６から、第１と第２発熱抵抗体６ａおよび６
ｂからの放散熱量の差を、比較器１０ａ，１０ｂおよび
１０ｃを介して電気的に取り出す回路との組み合わせよ
り、空気の流れ方向を判別する前記検出回路は形成され
ている。前記検出回路を利用して、逆流を伴う空気の流
れの流量を測定する動作は、従来例と変わらないので説
明を割愛する。
【００２１】以上の実施例で説明したように、第１と第
２と第３の電極端子１４，１５および１６が３個であ
り、且つ、一端周辺に集中しているので、発熱抵抗体素
子８からの電気信号を電気回路２へ伝播する接続におい
て、 （ｉ）電極端子が３個となり基板が小形となる。
【００２２】（ii）電極端子と電気回路を接続する配線
が３本となる。
【００２３】(iii）前記接続配線の占有空間が小さくな
る。
【００２４】（iv）電極端子と電気回路の接続が最短距
離となる。
【００２５】また、図３に示した実施例からは、 （ｖ）部品の点数が一点削減できる。
【００２６】などの利点が生まれ、実装構造を簡便にす
ることができる。
【００２７】次に、図７は、他の実施例である熱式空気
流量計の吸気通路４内に実装した発熱抵抗体素子８の部
分拡大図を示したものである。
【００２８】本実施例によれば、たとえば、図２の実施
例に示した発熱抵抗体素子８を用いて基板５を上流から
下流へ流れる正流の流れに対して傾斜して設置する。こ
のようにすれば基板５によって第１の発熱抵抗体６ａの
表面を流れる空気を、正流の流れに対し拘束せずに、逆
流の流れに対して拘束し、第２の発熱抵抗体６ｂの表面
を流れる空気を、逆流の流れに対して拘束せずに、正流
の流れに対して拘束することができる。云い換えると正
流の流れにおいては、第１の発熱抵抗体６ａの表面では
空気は淀みなく流れるに対し、第２の発熱抵抗体６ｂの
表面では空気が拘束されることにより、淀みのある流れ
になる。
【００２９】通常、吸気通路４内の空気の流れは層流の
流れである。層流の一様流れに置かれた平板の熱伝達は
平板表面の温度境界層の厚さと深く関係することが知ら
れている。従って、前述の点と考え合わせれば、前記流
れの淀みの違いによって第１の発熱抵抗体６ａ表面の温
度境界層１９ａの厚さが、第２の発熱抵抗体６ｂの温度
境界層１９ｂの厚さよりも薄くなり、第１と第２の発熱
抵抗体６ａおよび６ｂの熱伝達に差が生ずる。
【００３０】図８は一様流れに置かれた平板の熱伝達を
計算から求めたものである。横軸に平板の流れ方向に沿
った表面の長さを取って、縦軸に前記表面の任意の点に
於ける熱伝達率を記入してある。実線は、平板を流れに
対して３０°傾斜した場合の傾斜前面と傾斜背面の熱伝
達率の曲線であり、点線は、平板を水平にした場合の水
平面のものである。水平面では、前面と背面の区別が無
く一つの曲線となっているが、傾斜させると前面と背面
の２つに分れ、それらの熱伝達率に大きな差が生ずるこ
とが判る。
【００３１】従って、本実施例によれば、主表面と背面
に設置されている第１と第２の発熱抵抗体からの放散熱
量の差を大きく取り出せるので、逆流が発生した時の熱
応答が良く、逆流信号をより早く取り出せる。また、正
逆の流れの区別が大きく少し位の渦やじょう乱があって
も逆流信号を誤って発することも無くなるので、逆流を
伴う空気の流れ方向を精度よく検出し流量を測定するこ
とができる。
【００３２】また、図９の実施例では第１と第２の発熱
抵抗体６ａおよび６ｂを全く背中合わせの位置に配設し
たもので、このような配置にしても、前面と背面の熱伝
達率の差は顕著であるので、目的は達せられ、図７に示
したの実施例より、基板の幅寸法を約１／２と小さくす
ることもできる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、空気の流れ方向を精度
よく検出し流量を測定することのできる熱式空気流量計
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による発熱抵抗体素子の一実施例を示す
図。
【図２】（ａ）は本発明による発熱抵抗体素子の第二の
実施例を示す平面図、（ｂ）は本発明による発熱抵抗体
素子の第二の実施例を示す側面図。
【図３】（ａ）は本発明による発熱抵抗体素子の第三の
実施例を示す平面図、（ｂ）は本発明による発熱抵抗体
素子の第三の実施例を示す断面図。
【図４】本発明による実装構造の平面図。
【図５】本発明による実装構造の断面図。
【図６】本発明による電気回路の一部分を示す回路図。
【図７】本発明による発熱抵抗体素子の実装部分拡大
図。
【図８】一様流れに置かれた平板の熱伝達率の計算結果
を示す図。
【図９】本発明による発熱抵抗体素子の第四の実施例を
示す平面図。
【符号の説明】
１…外郭吸気通路、２…電気回路、３…取付部材、４…
吸気通路、５…基板、６ａ…第一の発熱抵抗体、６ｂ…
第二の発熱抵抗体、７…温度補償抵抗体、８…発熱抵抗
体素子、９…トランジスタ、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…
比較器、１１…誤差増幅器、１２，１３…固定抵抗、１
４…第一の電極端子、１５…第二の電極端子、１６…第
三の電極端子、１７…中間配線、１８…通路部、１９
ａ，１９ｂ…温度境界層、２０…半導体素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 布川 功 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平１−308922（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−52625（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−307019（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−185416（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 1/68 - 1/699 G01P 5/12

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板と、 前記基板に設けられた第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵
    抗体と、 前記第１の発熱抵抗体と前記第２の発熱抵抗体とからの
    放散熱量の差に基づいて、流れの方向を判別する回路
    と、 を備えた熱式空気流量計において、 前記基板の第１の発熱抵抗体が設けられた面の背面に、
    前記第２の発熱抵抗体が設けられ、 前記基板が流れに対して傾斜して設けられた ことを特徴
    とする熱式空気流量計。
  2. 【請求項２】請求項１において、 前記第１の発熱抵抗体と前記第２の発熱抵抗体とが、基
    板を挟んで背中合わせに設けられたことを特徴とする熱
    式空気流量計。
  3. 【請求項３】請求項１から２のいずれかにおいて、 前記第１の発熱抵抗体の片端に接続する第１の電極端子
    と、 前記第２の発熱抵抗体の片端に接続する第２の電極端子
    と、 前記第１の発熱抵抗体の他端に接続すると共に、前記基
    板を貫通して前記第２の発熱抵抗体の他端に接続する第
    ３の電極端子と、 を備え、 前記基板の一方の面上に、第１の電極端子と第２の電極
    端子と第３の電極端子とが設けられたことを特徴とする
    熱式空気流量計。
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