JP3878203B2 - 発熱抵抗式空気流量装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種物理量を検出する検出装置に係り、検出装置の出力特性あるいは検出素子の制御状態を調整する機能を有する検出装置に関する。

検出装置の出力特性を調整端子に電気的な信号を印加して調整することを可能とした従来技術として、特開平5−340958 号記載の加速度センサのように、加速度検出処理回路に感度調整部と零点調整部を備えると共に、感度の基本出力特性を変更できる調整部を備え、その調整部を複数の抵抗とスイッチの組み合わせで構成され、スイッチのオン・オフ動作は外部よりオンチップトリミングで行えるようにしたものがある。

特開平５−３４０９５８号公報

前記従来の技術には、調整用のスイッチのオン・オフが可能な調整端子は電子回路の基板上に設定されており、製品の製造工程においては、出力特性調整後に回路基板を内装したハウジング内へのゲル入れ、カバー接着あるいはゲルやカバー接着剤硬化等の加熱プロセスがあり、そのプロセスによる出力特性の変化が最終製品の出力特性のばらつき要因となっていた。本発明は、出力特性の調整を最終工程にて行えるようにしたものであり、前記ゲル入れ，カバー接着等のプロセスでの出力特性変化による製品のばらつきの発生を抑制するものである。

さらに、内燃機関用の空気流量測定装置においては、その小形化，軽量化及び原価低減のために、回路基板を内装するハウジングに空気流量検出部を一体化し、内燃機関の吸気通路内に検出部が位置するようにハウジングを挿入取り付けする構成とすることが望ましく、この調整作業においては、流量検出部に実際に空気を流して行うことが必要となるため、ハウジング及び流量検出部をほぼ完成した後に吸気通路に相当する設備に取り付け、実際に空気を流して外部から調整可能とする手段が課題となる。

特に、発熱抵抗式空気流量測定装置においては、検出素子を非常に小さくでき、また検出素子とその制御及び出力を行う電子回路と電気的に接続されていることが必要なため、電子回路を内装するハウジングへ流量検出部を一体化した小形で廉価な空気流量測定装置が得られるが、流量検出部へ空気を流して特性の調整を行う際、電子回路部も吸気通路内に装入されるため吸気通路の外部から電子回路の調整が可能となる手段が課題となる。また、各種性能，信頼性の面から、検出素子を副通路内に配置する場合、小形，低コスト化を考えると副通路をハウジングに形成し、ハウジングのカバーにより副通路が完成される構成とすることで部品数の削減が可能となるが、副通路の形状ばらつきが出力特性に及ぼす影響等を考慮すると、副通路完成後に実際に空気を流して調整することが望ましく、さらに外部からの調整手段が必要となる。

前記課題を解決するために、通常の検出装置が有する電源供給，グランド，出力等の端子の他に、検出装置の出力特性調整用の端子あるいは検出素子の制御量調整用の端子を、電子回路を内装するハウジングの外部に設ける。

また、検出装置の実使用環境における端子の腐食あるいは導電性物質の接触によるショート等の問題を避けるため、調整端子は接着剤等によりカバーされる構造とするか、あるいは、前記電源供給，グランド，出力等の端子を内装するコネクタハウジング内に設け、相手側コネクタが装着された実使用環境では異物の接触が無く、また防水保護された場所となるようにする。このとき、電源等の端子に比べて調整端子をコネクタハウジングの奥行方向に対する高さを低く（奥に）設けることにより、電源等の端子との接触、例えば調整作業時のプローブの接触や、相手側コネクタを取り付けた時の相手側端子との接触等を防止できる。さらに、調整端子をコネクタハウジングの底面の穴内に設けることにより、調整作業時の電気的ショートは一層防止可能となる。

本発明によれば、検出装置の特性調整を製造の最終工程で行えるため、従来のゲル入れ，カバー接着，加熱硬化等の調整後の工程で生じる特性変化を防止できるので高精度な検出装置を提供できる。また、検出素子部と電子回路を一体化し、部品点数削減，小形・軽量化を図った検出装置の特性調整も容易になるので、低コストな検出装置を提供できる。さらに、検出装置を実使用環境に設置した状態での特性調整が行えるので、実使用環境に適した検出装置を提供できる。

以下、本発明の実施例を図１から図１２により説明する。なお、本発明においては、発熱抵抗式空気流量測定装置を代表例としてその実施の形態を示す。他の物理量検出装置においても、その検出素子や設置方法等が異なるのみで、基本的には同じであるので省略する。

図１は、本発明の特性調整手段を採用した発熱抵抗式空気流量測定装置の横断面図であり、図２は、図１のＩ−Ｉ断面図である。また、図３は、図２を上部から見た外観図である。

電子回路４は、金属ベース６に接着固定され、同様に金属ベース６と接着固定あるいはインサート成形により一体化されたハウジング５により周囲を囲われている。

ハウジング５は、金属部品であるコネクタターミナル２，調整端子１，検出素子ターミナル９をインサート成形したプラスチック部品であり（前記のように金属ベース６もインサート成形可能）、電子回路４を内装保護するハウジングとしての機能に加え、副通路
１３，コネクタハウジング３，固定フランジ１０等が一体成形されている。従って、電子回路４は金属ベース６を底面，ハウジング５を周囲壁とした箱状体に内装されており、調整端子１及びコネクタターミナル２は、電子回路４を内装した前記箱状体の内側からコネクタハウジング３の内部へ貫通しており、そのハウジング５の内側端部付近と電子回路４の間を金属ワイヤ８で接続することにより、電子回路４とコネクタハウジング３内の調整端子１及びコネクタターミナル２は電気的に導通する。同様に、検出素子ターミナル９は電子回路４を内装した前記箱状体の内側から副通路１３へ貫通しており、そのハウジング５の内側端部付近と電子回路４の間を金属ワイヤ８で接続し、さらに、検出素子ターミナル９の副通路１３側端部に発熱抵抗体１１及び温度補償抵抗体 １２を溶接することにより、発熱抵抗体１１及び温度補償抵抗体１２と電子回路４は電気的に導通する。そして、電子回路４を内装した箱状体の中にシリコンゲル１９を充填し、カバー７を接着することにより、電子回路４は密封され（実際には、ハウジング５内に残った空気を加熱膨張時などにコネクタハウジング３の内側にリークするための換気孔１８を介してのみ開口している）、また、コネクタターミナル２，調整端子１及び検出素子ターミナル９以外は電気的に絶縁される。また、カバー７を接着することにより、副通路１３がハウジング５の上流開口部を入口１３ａ，ハウジング５とカバー７に開けた角穴を出口１３ｂとした管路として完成される。副通路１３を本実施例のように曲がり部のある複雑な管路とするのは、検出素子の汚損防止や空気の流れの乱れの抑制，脈動流による検出誤差の低減に優れるためであり、従って、内燃機関の吸気流量検出に適した構造としたものである。このモジュールをボディ１４の外壁面の穴から副通路１３の入口１３ａと出口１３ｂが主通路１５内に位置するように挿入取り付けされ、ハウジング５に一体形成された固定フランジ１０部をネジ１６によりボディ１４へ固定して、発熱抵抗式空気流量測定装置の構造が完成される。

この構造とすれば、部品点数も少なく大幅なコスト低減が図れ、また、前記モジュールは、曲がり部を有するような複雑な副通路を構成してもハウジング５のプラスチック成形にて容易に形成可能であり、非常に小形，軽量で部品点数も少なく低コスト化が可能となる。さらに、前記のようなボディを設定せずに、エアクリーナのダクト部等の既存吸気系部品への挿入取り付けも可能となる。

測定対象となる空気流量は、ボディ１４内の主通路１５を主流方向１７の方向に流れる空気の総合流量である。それを、主通路１５に流れる空気の一部が流入する副通路１３の内部に設置した発熱抵抗体１１からの放熱量を基に検出する。従って、発熱抵抗体１１の構造，通路等の形状，電子回路４の各素子等の製品間ばらつきが計測精度に影響を与えるため、出力特性の製品用の個別調整が必要となる。

従来の技術のように、電子回路上に調整用端子がある場合や、抵抗体のレーザトリミング等により特性調整を行うときには、本発明のように、発熱抵抗式空気流量測定装置の構造が完成した後では調整不可能であり、カバー７が接着される前の電子回路４が露出している状態にて調整せざるを得ない。従って、調整後にハウジング５の電子回路４が内装された箱状体内部へのシリコンゲル１９の充填，カバー接着及び加熱硬化等の工程が必要となるため、その工程による特性の変化が製品間ばらつき悪化の要因となっていた。しかし、本発明では、構造的に完成した後でコネクタハウジング３の内部に設けられた調整端子１へ電気的な信号を印加することにより特性調整が可能なため、調整が最終工程となり調整後の工程内での特性変化が無くなる。また、出荷検査を廃止する、あるいは調整工程にて出荷検査を行うことも可能となり、検査工程の容易化も可能となる。

さらに、発熱抵抗式空気流量測定装置においては、その特性調整は実際に空気を流して行う必要があり、特に出力特性の調整は製品の最終の構造にて、本実施例では、ボディ
１４へ取り付けた状態にて、主通路１５へ空気を流して行うことが望ましい。従って、従来の技術では本実施例のような電子回路４がボディ１４の内部に位置するような構造では、主通路１５へ空気を流して調整するのは非常に困難であった。しかし、本発明によればボディ１４の外側に位置するコネクタハウジング３の内部の調整端子１により前記のように容易に調整可能となる。また、発熱抵抗式空気流量測定装置は、通常空気温度に依存しないで発熱抵抗体１１から空気への放熱量を基に空気流量を測定可能とするために、発熱抵抗体１１を温度補償抵抗体１２に対して一定温度差となるように電子回路４により加熱制御している。この加熱量にも製品間ばらつきが出るため電子回路４の調整が必要であり、本発明ではこのような検出素子の制御量の調整も前記のように容易に行える。

また、実際の調整工程では、発熱抵抗式空気流量測定装置を駆動し出力を測定するためにコネクタターミナル２とライン調整装置を電気的に接続する必要があり、調整端子１に電気的な信号を印加するためにも調整端子１とライン調整装置を電気的に接続する必要がある。これらの接続は調整時のみの一時的なものなので通常ライン調整装置に設けられたプローブを各ターミナルへ押し当てて行われる。本実施例では、全てのターミナルがコネクタハウジング３の内部にあるので、全てのプローブを同一方向に押し付ければ良く容易であるが、反対に狭い範囲に多くのターミナルがあるためターミナルやプローブの誤った接触等の問題も有り得る。そこで、コネクタターミナル２に対して、調整端子１をコネクタハウジング３の奥方向に配し、電源プローブは調整端子１には届かないようにし、さらに、コネクタハウジング３の底面の穴の中に調整端子１を設けたため、穴径より先端の径の小さいプローブでなければ調整端子１に接続できないようにしている。また、調整端子用のプローブは外周を絶縁すればコネクタターミナル２や他のプローブとの接触による電気ショートの問題も無くなる。

そして、発熱抵抗式空気流量測定装置の実使用においては、コネクタターミナル２には相手側端子が接続され、コネクタハウジング３にも相手側コネクタが接続され、通常コネクタハウジング内は防水されるので、調整端子１の腐食や、他の端子との電気ショート等の問題も防止できる。

次に、本発明の電子回路部の構成について、図４から図６により説明する。

図４に示す実施例では、マルチプレクサ１０５により、調整端子１００に印加された電気信号により伝送系を切り換え、出力特性調整回路１０４及び制御量調整回路１０２により出力特性及び検出素子制御量の調整を行うものである。

電子回路４は、制御回路１０１，出力処理回路１０３とマルチプレクサ１０５に大別できる。制御回路１０１は、副通路１３の内部に設置された発熱抵抗体１１及び温度補償抵抗体１２と電気的に接続されている。また、制御回路１０１には制御量調整回路１０２が含まれている。出力処理回路１０３は、制御回路１０１から得られた電気信号を所定の出力信号に変換する回路であり、出力特性調整回路１０４が含まれる。コネクタハウジング３には電源ターミナル１０６，出力ターミナル１０７，グランドターミナル１０８が設定され、外部機器と接続される。

図５の実施例は、図４のようにマルチプレクサを用いずに、出力特性の調整のみを電子回路４の外部から行えることを可能としたものである。

電子回路４は、制御回路１０１と出力処理回路１０３とに大別され、出力処理回路103には出力特性調整回路１０４が含まれる。出力特性調整回路１０４はスイッチ，オン・オフにより出力特性の調整が可能となる回路であり、スイッチのオン・オフは調整端子100に電気信号を印加することで行える。調整端子１００は電子回路４の外部へ延びており、電子回路４を内装保護するハウジングの外部から電気信号を印加可能としている。

図６の実施例は、マイクロコンピュータ（ｃｐｕ）１１１により出力処理を行うものである。電子回路４は、制御回路１０１，Ａ／Ｄコンバータ１１０，ｃｐｕ１１１，メモリ１１２及びインターフェース回路１１３に大別される。制御回路１０１は、図４及び図５の実施例と同様に発熱抵抗体１１及び温度補償抵抗体１２と電気的に接続しており、その制御はアナログ制御のみでなくデジタル制御も考えられる。Ａ／Ｄコンバータ１１０は、制御回路１０１の電気信号がアナログ信号のときデジタル信号に変換するものである。
ｃｐｕ１１１はデジタル信号をメモリ１１２に記載されたデータを基に演算処理を行い、適切な出力信号に変換するものであり、その出力信号は、インターフェース回路１１３により信号を受け取る外部機器に合わせた信号として出力するものである。

従って、本実施例においては、特性調整は最適値をメモリへ記憶させることにより行える。

ここで、図５により説明した回路構成は出力特性調整の分解能を上げると、調整端子の数が多くなるため、図１から図３より説明した実施例のようにコネクタハウジングの内部に全ての調整端子を配列するのはスペース上困難となる。そこで、調整端子をコネクタハウジングの外部に設けた一実施例について、図７，図８により説明する。なお、発熱抵抗式空気流量測定装置の構成については、図１及び図２に示した実施例と同じであるため、ここでは省略する。

図７は、図２のII矢視外観図であり、図８は、図７のIII−III断面図である。コネクタハウジング３の内部には、コネクタターミナル２が配置され、調整端子１は、固定フランジ１０の上面のくぼみ２１の中に整列して設置されている。従って、本実施例においても、発熱抵抗式空気流量測定装置の構造を完成した後に調整端子１に電気的な信号を印加することにより特性調整が可能となる。しかし、調整端子１は、コネクタハウジング３の外部にあるため、実使用時には前記コネクタハウジング内に調整端子を設けた時は相手側コネクタが装着されることで防水及び他部門等の接触を避けられたのに対し、本実施例では、相手側コネクタが装着されても調整端子１は露出することになる。そこで、上記くぼみ２１の中に接着剤２０を流し、調整端子１に接着剤２０を上塗りすることで、調整端子１の腐食や他部品等との接触の問題を避けたものである。なお、前記接着剤２０の替わりに別部材によりカバーする方法，絶縁コーティングを施す方法などもある。

さらに、検出装置が周囲を閉鎖された部分に設置されるときの一実施例を図９から図
１１により説明する。

図９は、発熱抵抗式空気流量測定装置がエアクリーナ内部に設置された状態を示すエアクリーナの横断面図であり、図１０は図９で示された発熱抵抗式空気流量測定装置の横断面図である。また、図１１は、図１０の発熱抵抗式空気流量測定装置のコネクタ部のIV矢視外観図である。

発熱抵抗式空気流量測定装置２１０は、エアクリーナクリーンサイドハウジング２７と一体化された内部ダクト３１へ、副通路１３の入口１３ａ及び出口１３ｂが内部ダクト
３１の内部に位置するように挿入され固定されている。エアフィルター２９は、前記エアクリーナクリーンサイドハウジング２７とエアクリーナダーティサイドハウジング２６にはさまれて固定され、エアクリーナダーティサイドハウジング２６にはインレットダクト２５が取り付けられ、エアクリーナクリーンサイドハウジング２７の内部ダクト３１の下流には接続ダクト３０が取り付けられており、接続ダクト３０の下流に内燃機関が設置される。従って、主流方向１７で示す吸入空気の流れは、インレットダクト２５よりエアクリーナダーティサイドハウジング２６内に流入し、エアフィルター２９を通り抜けてエアクリーナクリーンサイドハウジング２７内から内部ダクト３１に流入する。ここで、内部ダクト３１は発熱抵抗式空気流量測定装置２１０の主通路１５に相当し、主通路１５を流れる空気の一部が副通路１３に流入し、接続ダクト３０を通って内燃機関に吸入される。

本実施例で示す発熱抵抗式空気流量測定装置２１０は、金属ベース６に検出素子ターミナル９を保持するホルダ３２を一体化し、副通路構成部材３３を発熱抵抗体１１及び温度補償抵抗体１２が副通路１３の内部に位置するように装着している。電子回路４は金属ベース６の上面に固定され、また、ハウジング５も電子回路４を内装するように金属ベース６の上面に固定される。電子回路４と検出素子ターミナル９及びリードフレーム３４は金属ワイヤ８により電気的に接続され、リードフレーム３４はハウジング５の外部に延びてワイヤハーネス２２と接続されており、ワイヤハーネス２２の反対側端部にコネクタ２４が設けられる。コネクタ２４は、コネクタターミナル２及び調整端子１を内装したコネクタハウジング３より構成され、コネクタターミナル２及び調整端子１はワイヤハーネス
２２，リードフレーム３４及び金属ワイヤ８を介して電子回路４と電気的に接続している。従って、前記実施例と同様に、カバー７をハウジング５に固定し、電子回路４が完全に覆われた後でも調整端子１に電気的な信号を印加することにより特性調整が可能な構成としている。

さらに、本実施例では、発熱抵抗式空気流量測定装置２１０は内部ダクト３１に固定され、エアフィルター２９及びエアクリーナダーティサウドハウジング２６が装着されてエアクリーナ２００の内部に置かれるが、コネクタ２４はエアクリーナ２００の外部に引き出される。一方、エアクリーナクリーンサイドハウジング２７のコネクタ引出穴３５は、ワイヤハーネス２２の途中に設けたラバーブーツ２３によりシールされる。従って、本実施例によれば、検出装置、ここでは発熱抵抗式空気流量測定装置２１０が周囲が囲われるような使用場所、ここではエアクリーナ２００内部に設置された後でも、外部に引き出されたコネクタ２４の調整端子１に電気的な信号を印加することにより特性調整可能となる。また、実際の使用状態での、ここでは、エアクリーナ２００組み付けた後での特性調整を可能としている。

最後に、図１２により電子燃料噴射方式の内部機関に本発明の発熱抵抗式空気流量測定装置を適用した一実施例について説明する。

エアクリーナ２００から吸入された吸入空気２０１は、発熱抵抗式空気流量測定装置のボディ２０２，ダクト２０３，スロットルボディ２０４及び燃料供給用のインジェクタ
２０５を備えた吸気マニホールド２０６を経て、エンジンシリンダ２０７に吸入される。一方、エンジンシリンダ２０７で発生した排気ガス２０８は排気マニホールド２０９を経て排出される。

発熱抵抗式空気流量測定装置２１０の電子回路から出力される空気流量信号，スロットル角度センサ２１１から出力されるスロットルバルブ開度信号，排気マニホールド２０９に設けた酸素濃度センサ２１２から出力される酸素濃度信号及びエンジン回転速度計213から出力される回転速度信号をコントロールユニット２１４に入力し、コントロールユニット２１４は演算処理によって求められた最適な燃料噴射量でアイドルコントロールバルブ開度等の信号を出力し、インジェクタ２０５やアイドルエアーコントロールバルブ215等を制御する。

本発明の一実施例の検出装置の横断面図。 図１のＩ−Ｉ断面図。 図２のII矢視外観図。 本発明の一実施例の回路構成図。 本発明の他の実施例の回路構成図。 本発明のもうひとつの実施例の回路構成図。 本発明の別の実施例の検出装置のII矢視外観図。 図７のIII−III断面図。 本発明のもうひとつの実施例の横断面図。 図９の検出装置の横断面図。 図１０のIV矢視外観図。 本発明を用いた制御システムの一実施例。

符号の説明

１…調整端子、２…コネクタターミナル、３…コネクタハウジング、４…電子回路、５…ハウジング、６…金属ベース、７…カバー、８…金属ワイヤ、９…検出素子ターミナル、１０…固定フランジ、１１…発熱抵抗体、１２…温度補償抵抗体、１３…副通路、１４…ボディ、１５…主通路、１６…ネジ、１７…主流方向、１８…換気孔、１９…シリコンゲル、２０…接着剤、２１…くぼみ、２２…ワイヤハーネス、２３…ラバーブーツ、２４…コネクタ、２５…インレットダクト、２６…エアクリーナダーティサイドハウジング、２７…エアクリーナクリーンサイドハウジング、２９…エアフィルター、３０…接続ダクト、３１…内部ダクト、３２…ホルダ、３３…副通路構成部材、３４…リードフレーム、３５…コネクタ引出穴、１００…調整端子、１０１…制御回路、１０２…制御量調整回路、１０３…出力処理回路、１０４…出力特性調整回路、１０５…マルチプレクサ、１０６…電源ターミナル、１０７…出力ターミナル、１０８…グランドターミナル、１１０…Ａ／Ｄコンバータ、１１１…ｃｐｕ、１１２…メモリ、１１３…インターフェース、２００…エアクリーナ、２０１…吸入吸気、２０２…ボディ、２０３…ダクト、２０４…スロットルボディ、２０５…インジェクタ、２０６…吸気マニホールド、２０７…エンジンシリンダ、２０８…排気ガス、２０９…排気マニホールド、２１０…発熱抵抗式空気流量測定装置、２１１…スロットル角度センサ、２１２…酸素濃度センサ、２１３…エンジン回転速度計、２１４…コントロールユニット、２１５…アイドルエアーコントロールバルブ。

Claims (5)

1. 曲がり部を有する副通路と、
   前記副通路中に設けられた発熱抵抗体と、
   前記発熱抵抗体と電気的に接続され、前記発熱抵抗体の加熱制御あるいは検出量を電気信号として処理する電子回路と、
   前記電子回路を内装保護するハウジングと、
   を備え、
   前記副通路と前記電子回路が主通路中に設置される発熱抵抗式空気流量測定装置であって、
   片側が前記電子回路と電気的に接続され、他側が前記ハウジングを貫通して前記主通路の外側に至る調整端子を備え、
   前記電子回路は、制御あるいは検出量をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記デジタル信号をメモリに記憶されたデータを基に演算処理を行うマイクロコンピュータとを備えて構成され、
   前記調整端子を介して入力された電気信号により、前記メモリに値を記憶させ、出力特性の調整が可能な発熱抵抗式空気流量測定装置。
2. 請求項１において、
   前記片端は金属ワイヤを介して前記電子回路に接続されていることを特徴とする発熱抵抗式空気流量測定装置。
3. 請求項１または２において、
   前記電子回路の信号を外部へ出力するための出力端子を備え、
   前記ハウジングは、前記調整端子と前記出力端子とをインサート成形したプラスチックであることを特徴とする発熱抵抗式空気流量測定装置。
4. 請求項３において、
   前記出力端子と前記マイクロコンピュータとの間に、前記出力端子を介して接続される外部機器に信号を合わせて出力するインターフェイス回路を備えたことを特徴とする発熱抵抗式空気流量測定装置。
5. 請求項１から４のいずれかにおいて、
   前記電子回路が内装保護された空間にはシリコンゲルが充填され、
   カバーを接着することによって、前記電子回路が換気孔以外で密封されることを特徴とする発熱抵抗式空気流量測定装置。
   
   

Images