JP4968267B2 - Air flow measurement device - Google Patents
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Description
本発明は、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込む副流路と、この副流路を流れる空気の一部を取り込む副副流路とを有し、この副副流路に配設される流量センサによって空気流量を測定する空気流量測定装置に関する。 The present invention has a sub-flow channel that takes in part of the air flowing inside the duct and a sub-sub-flow channel that takes in part of the air flowing through the sub-flow channel, and is arranged in the sub-sub flow channel. The present invention relates to an air flow rate measuring apparatus that measures an air flow rate with a flow rate sensor.
従来、自動車用エンジンの吸入空気量を測定するエアフロメータには、半導体基板の表面に薄膜抵抗体で形成された発熱体を設けた薄膜式の流量センサを用いたものが知られている。この薄膜式の流量センサは、空気中に含まれるダスト等の衝突によって基板上の薄膜抵抗体(発熱体)がダメージを受ける恐れがある。
そこで、特許文献1に開示される従来技術では、図3に示す様に、ダクト100の内部に配置されるセンサボディ110に空気の一部を取り込む副流路120を形成し、さらに、副流路120を流れる空気の一部を取り込む副副流路130を形成して、この副副流路130に流量センサ140を配設している。この構成によれば、センサボディ110の上流から流れてくる空気中にダストが含まれている場合でも、そのダストの多くが副流路120を通り抜けてセンサボディ110の下流側へ流れるため、副流路120から副副流路130へダストが流れ込むことを抑制できる。これにより、流量センサ140にダストが衝突することを抑制できるので、流量センサ140に設けられる発熱体(薄膜抵抗体)がダメージを受けることを回避できる。
2. Description of the Related Art Conventionally, an air flow meter that measures an intake air amount of an automobile engine uses a thin film type flow sensor in which a heating element formed of a thin film resistor is provided on the surface of a semiconductor substrate. In this thin film type flow sensor, the thin film resistor (heating element) on the substrate may be damaged by the collision of dust or the like contained in the air.
Therefore, in the prior art disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 3, a
ところで、上記のエアフロメータは、流量センサ140の発熱体が配線を介して回路部150と電気的に接続されている。回路部150は、発熱体への通電電流を制御すると共に、流量センサ140で測定される空気流量を流量信号として出力する働きを有している。しかし、この回路部150は、外部との電気的接続を行うコネクタと一体に設けられてダクト100の外側に配置されている。このため、特許文献1に開示されたエアフロメータは、ダクト100の外部に突き出る部分が大きくなり、エンジンルーム内でのスペース確保が困難となる。
そこで、例えば、図4に示す様に、センサボディ110の内部に回路部150を組み込んだエアフロメータが提案されている(特許文献2参照)。このエアフロメータは、ダクト100の外側にコネクタ160だけを配置すれば良いので、エンジンルーム内でのスペース確保を容易にできる。
By the way, in the air flow meter described above, the heating element of the
Therefore, for example, as shown in FIG. 4, an air flow meter in which a
しかし、図4に示すエアフロメータでは、センサボディ110の内部に回路部150を配設するための専用のスペースを設ける必要があるため、センサボディ110の体格が大きくなってしまう。この場合、センサボディ110をダクト100の内部へ挿入するためにダクト100に開けられる孔の内径を大きくする必要が生じるため、従来のダクトをそのまま(孔の内径を変えることなく)使用することはできない。また、孔の内径を大きくすると、ダクト100の長さにも影響するため、ダクト100の接続や取り回しが困難になる。
However, in the air flow meter shown in FIG. 4, it is necessary to provide a dedicated space for disposing the
さらには、センサボディ110の内部に回路部150を組み込むことで、副流路120の他に副副流路130を形成することが困難となり、図4に示すエアフロメータでは、副流路120のみが形成されている。このため、副流路120に配置される流量センサにダストが衝突することを回避することは困難であり、特に、薄膜式の流量センサを用いた場合は、発熱体(薄膜抵抗体)がダメージを受けるという問題がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、センサボディの内部に回路部を組み込んだ構成であって、センサボディの体格が大型化することなく、且つ、流量センサにダストが衝突することを抑制できる空気流量測定装置を提供することにある。
Furthermore, by incorporating the
The present invention has been made on the basis of the above circumstances, and its purpose is a configuration in which a circuit unit is incorporated in the sensor body, and the flow sensor is not increased in size and without increasing the size of the sensor body. An object of the present invention is to provide an air flow rate measuring device capable of suppressing dust from colliding.
(請求項1の発明)
本発明は、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込む副流路と、この副流路を流れる空気の一部を取り込む副副流路と、通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、この発熱抵抗体により生じる温度分布を基に副副流路を流れる空気流量を測定する流量センサと、発熱抵抗体への通電電流を制御する働きを有する回路部とを備え、この回路部が副副流路に配設され、副副流路を流れる空気の流れに晒されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、センサボディの内部に回路部を配設するための専用のスペースを設ける必要がないので、センサボディの体格が大型化することはない。また、センサボディの内部に副副流路を形成するためのスペースが減少することもない。その結果、副副流路の流路損失が増大することもなく、副副流路を流れる空気流量を精度良く測定できる。 さらに、副副流路に回路部を配設することにより、副副流路を流れる空気によって回路部を冷却できるため、回路部に対する放熱性が向上する。
(Invention of Claim 1)
The present invention has a sub-flow channel that takes in a part of the air flowing inside the duct, a sub-sub-flow channel that takes in a part of the air flowing through the sub-flow channel, and a heating resistor that generates heat when energized. A flow rate sensor that measures the flow rate of air flowing through the auxiliary and sub-channels based on the temperature distribution generated by the heating resistor, and a circuit unit that functions to control the current flowing to the heating resistor. It is arrange | positioned at a flow path and is exposed to the flow of the air which flows through a sub-sub-flow path, It is characterized by the above-mentioned.
According to the above configuration, there is no need to provide a dedicated space for arranging the circuit portion inside the sensor body, so that the size of the sensor body does not increase. Further, the space for forming the sub-sub channel in the sensor body is not reduced. As a result, the flow rate of the air flowing through the sub-sub-channel can be accurately measured without increasing the channel loss of the sub-sub-channel. Furthermore, since the circuit unit can be cooled by the air flowing through the sub-sub channel by disposing the circuit unit in the sub-sub channel, the heat dissipation performance for the circuit unit is improved.
(請求項2の発明)
請求項1に記載した空気流量測定装置において、流量センサは、半導体基板の表面上に発熱抵抗体が薄膜抵抗体で形成されていることを特徴とする。
本発明に係る空気流量測定装置は、副副流路に流量センサを配設しているので、空気中にダストが含まれている場合でも、副流路から副副流路へダストが流れ込むことを抑制できる。これにより、発熱抵抗体を薄膜抵抗体で形成した薄膜式の流量センサを用いた場合でも、その流量センサにダストが衝突することを抑制できるので、発熱体(薄膜抵抗体)がダメージを受けることを回避できる。
(Invention of Claim 2)
In the air flow rate measuring apparatus according to claim 1, the flow rate sensor is characterized in that the heating resistor is formed of a thin film resistor on the surface of the semiconductor substrate.
In the air flow rate measuring device according to the present invention, since the flow sensor is disposed in the sub-sub-flow channel, even if dust is contained in the air, the dust flows into the sub-sub-flow channel. Can be suppressed. As a result, even when a thin film type flow sensor in which the heating resistor is formed of a thin film resistor is used, it is possible to suppress dust from colliding with the flow sensor, so that the heating element (thin film resistor) is damaged. Can be avoided.
(請求項3の発明)
請求項1または2に記載した空気流量測定装置において、流量センサは、副副流路の回路部より上流側に配置されていることを特徴とする。
副副流路を流れる空気の流れ方向において、回路部の方が流量センサより上流側に配置されていると、副流路から副副流路に取り込まれた空気が回路部を通過する際に、空気の流れに乱れが生じて、流量センサでの流量測定に悪影響を生じる恐れがある。
これに対し、本発明では、流量センサの方が回路部より上流側に配置されているので、副流路から副副流路に取り込まれた空気の流れが大きく乱れることはなく、流量センサの測定精度を向上できる。
(Invention of Claim 3)
The air flow rate measuring device according to
When the circuit part is arranged upstream of the flow rate sensor in the flow direction of the air flowing through the sub-sub-flow path, when the air taken into the sub-sub-flow path from the sub-flow path passes through the circuit part. The air flow may be disturbed, and the flow rate measurement by the flow rate sensor may be adversely affected.
On the other hand, in the present invention, since the flow sensor is arranged on the upstream side of the circuit unit, the flow of air taken from the sub-flow path to the sub-sub-flow path is not greatly disturbed, and the flow sensor Measurement accuracy can be improved.
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the following examples.
実施例1に示す空気流量測定装置は、例えば、自動車用エンジンの吸入空気量を測定するエアフロメータ1であり、エアクリーナ(図示せず)のアウトレットパイプ(以下ダクト2と呼ぶ)にプラグイン方式によって着脱可能に取り付けられている。このエアフロメータ1は、以下に説明するセンサボディ3、流量センサ4、および回路部5等より構成される。
センサボディ3は、図1に示す様に、ダクト2に形成された取付け孔よりダクト2の内部に挿入され、Oリング6によって取付け孔との間が気密にシールされている。このセンサボディ3には、図1(a)に示す様に、ダクト2の内部を図示左側から右側に向かって流れる空気、つまり、エアクリーナで濾過されてエンジンに吸入される空気の一部を取り込む副流路7と、この副流路7を流れる空気の一部を取り込む副副流路8とが形成されている。
The air flow measuring device shown in the first embodiment is, for example, an air flow meter 1 that measures the intake air amount of an automobile engine, and is plugged into an outlet pipe (hereinafter referred to as a duct 2) of an air cleaner (not shown). Removably attached. The air flow meter 1 includes a
As shown in FIG. 1, the
副流路7は、センサボディ3の先端部において、センサボディ3の上流端面に開口する入口7aから、センサボディ3の下流端面に開口する出口7bまで、センサボディ3の内部を横幅方向に貫通して形成されている。つまり、副流路7は、ダクト2の内部を流れる空気の流れ方向と略平行に形成されている。
副副流路8は、センサボディ3の内部を上下方向に延びて形成され、且つ、センサボディ3の上部に空気の流れ方向が180度変化するUターン部を有している。すなわち、Uターン部より上流側の流路(流入路と呼ぶ)と、Uターン部より下流側の流路(流出路と呼ぶ)とを有し、流入路の上流端が副流路7に連通して形成され、流出路の下流端が、センサボディ3の両側面に形成される出口3aに連通して形成されている。従って、副流路7を流れる空気の一部は、副流路7から流入路を流れてUターン部で折り返した後、流出路を流れて出口3aより流出する。
The auxiliary flow path 7 penetrates the inside of the
The
流量センサ4は、副副流路8のUターン部より上流側、つまり、流入路の途中に配設されている。この流量センサ4は、図2(a)に示す様に、例えば、シリコン基板40の表面上に空気の流れ方向と略平行に設けられる絶縁膜41と、この絶縁膜41の表面上に形成される発熱抵抗体42と、絶縁膜41の表面上で発熱抵抗体42の上流側に設けられる上流側検出抵抗43および発熱抵抗体42の下流側に設けられる下流側検出抵抗44とを有し、この発熱抵抗体42と上流側検出抵抗43および下流側検出抵抗44の上部が保護膜45(例えば、窒化シリコン層)によって覆われている。
シリコン基板40には、例えば、異方性エッチングにより、シリコン基板40の裏面から絶縁膜41との境界面まで、シリコン基板40の一部が除去されて、空洞部40aが形成されている。
The
In the
絶縁膜41は、例えば、窒化シリコン層によって形成され、シリコン基板40の表面にスパッタ法あるいはCVD法等により設けられている。
発熱抵抗体42と上流側検出抵抗43および下流側検出抵抗44は、例えば、絶縁膜41の表面に白金等の感熱抵抗膜を真空蒸着法等により堆積させた後、エッチング処理により不要な部分が除去されて、それぞれ、図2(b)に示す様に、所定の形状に形成されている。この発熱抵抗体42と上流側検出抵抗43および下流側検出抵抗44は、回路部5と電気的に接続され、回路部5より発熱抵抗体42が通電されて加熱制御される。上流側検出抵抗43と下流側検出抵抗44は、それぞれ、温度に応じて抵抗値が変化する。
The insulating
The
この流量センサ4による空気流量の測定方法について説明する。
発熱抵抗体42が通電されて発熱すると、例えば、図2(b)に示す絶縁膜41の表面上の固定軸Xにおいて、図2(c)に示す様に、空気の流れ方向に沿った温度分布が形成される。これにより、固定軸Xと交差する上流側検出抵抗43の交差部X1と、固定軸Xと交差する下流側検出抵抗44の交差部X2との間に、温度に関して差分δが発生する。この差分δを図示長手方向に平均化して、上流側検出抵抗43と下流側検出抵抗44との間の検出差分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。
A method for measuring the air flow rate by the
When the
回路部5は、発熱抵抗体42を加熱制御すると共に、上流側検出抵抗43と下流側検出抵抗44との間に得られる検出差分Δを流量信号として、例えば、電圧あるいは周波数等に変換して出力する機能を有している。この回路部5は、図1(a)に示す様に、副副流路8のUターン部より下流側、つまり、流出路の途中に配設され、ダクト2の外部に取り出されるコネクタ9にターミナル5aを介して接続されている。また、回路部5は、図1(b)に示す様に、流出路の幅方向(図示左右方向)の中央部に配置され、回路部5の両側を空気が流れることができる。すなわち、流出路を流れる空気は、図示矢印で示す様に、回路部5の両側を通り抜けて出口3aより流出する。なお、流量センサ4と回路部5は、両者が一体化されてサブアセンブリとして構成されている。
The
(実施例1の作用および効果)
なお、エアフロメータ1の作動は従来周知の通りであり、説明を省略する。
本実施例のエアフロメータ1は、回路部5をセンサボディ3の内部に組み込んでいるので、ダクト2の外側に回路部5を取り出して配置する必要はない。これにより、ダクト2の外側にコネクタ9だけを配置すれば良いので、エンジンルーム内でのスペース確保を容易にできる。
また、回路部5は、副副流路8の流出路に配設しているので、センサボディ3の内部に回路部5を配設するための専用のスペースを設ける必要はなく、センサボディ3の体格が大型化することはない。その結果、ダクト2に開ける取付け孔の内径を大きくする必要がないので、従来のダクトをそのまま使用できる。
(Operation and Effect of Example 1)
The operation of the air flow meter 1 is well known in the art and will not be described.
Since the air flow meter 1 of the present embodiment incorporates the
Further, since the
本実施例のエアフロメータ1は、センサボディ3の内部に回路部5を組み込む構成であっても、センサボディ3の内部に副副流路8を形成するためのスペースが減少することはない。つまり、回路部5を副副流路8の流出路に配設するので、上記の如く、センサボディ3の内部に回路部5を配設するための専用のスペースを設ける必要はない。このため、回路部5の配置によって副副流路8の形状が影響を受けることはない。これにより、副副流路8の流路損失が増大することはないので、副副流路8を流れる空気流量を流量センサ4によって精度良く測定できる。
さらに、本実施例の回路部5は、流出路の幅方向の中央部に配設されるので、流出路を空気が流れる際に、回路部5の両側を空気が通り抜けて出口3aより流出できる。すなわち、回路部5は、流出路を流れる空気の流れに晒されているので、その流出路を流れる空気によって回路部5を効果的に冷却できるため、回路部5に対する放熱性が向上する。
Even if the air flow meter 1 of the present embodiment is configured to incorporate the
Furthermore, since the
本実施例のエアフロメータ1は、副流路7を流れる空気の一部を取り込む副副流路8が設けられ、この副副流路8が副流路7に対し略直交して形成されている。この構成によれば、ダクト2の内部を流れる空気中にダストが含まれている場合、つまり、エアクリーナで除去できなかったダストが空気中に含まれる場合でも、そのダストの多くは、ダクト2の軸心方向に沿って形成される副流路7を通り抜けるため、副流路7から副副流路8へダストが流れ込むことを抑制できる。これにより、副副流路8に配設された流量センサ4にダストが衝突することを抑制できるので、流量センサ4がダメージを受けることを回避できる。
また、本実施例の流量センサ4は、副副流路8を流れる空気の流れ方向において、回路部5より上流側に配置されているので、副流路7から副副流路8に取り込まれた空気の流れが大きく乱れることはなく、流量センサ4の測定精度を向上できる。
The air flow meter 1 of the present embodiment is provided with a
Further, since the
1 エアフロメータ(空気流量測定装置)
2 ダクト
4 流量センサ
5 回路部
7 副流路
8 副副流路
42 発熱抵抗体
1 Air flow meter (air flow measuring device)
2
Claims (3)
この副流路を流れる空気の一部を取り込む副副流路と、
通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、この発熱抵抗体により生じる温度分布を基に前記副副流路を流れる空気流量を測定する流量センサと、
前記発熱抵抗体への通電電流を制御する働きを有する回路部とを備え、この回路部が前記副副流路に配設され、前記副副流路を流れる空気の流れに晒されていることを特徴とする空気流量測定装置。 A sub-flow channel that takes in part of the air flowing inside the duct;
A sub-sub-passage that takes in part of the air flowing through the sub-passage;
A flow sensor that has a heating resistor that generates heat when energized, and that measures the flow rate of air flowing through the sub-sub-flow path based on a temperature distribution generated by the heating resistor;
A circuit unit having a function of controlling an energization current to the heating resistor, the circuit unit being disposed in the sub-sub-flow channel and exposed to the air flow flowing through the sub-sub-flow channel. An air flow rate measuring device characterized by.
前記流量センサは、半導体基板の表面上に前記発熱抵抗体が薄膜抵抗体で形成されていることを特徴とする空気流量測定装置。 In the air flow rate measuring device according to claim 1,
The air flow rate measuring device according to claim 1, wherein the heating resistor is formed of a thin film resistor on a surface of a semiconductor substrate.
前記流量センサは、前記副副流路の前記回路部より上流側に配設されていることを特徴とする空気流量測定装置。 In the air flow rate measuring device according to claim 1 or 2,
The air flow rate measuring device, wherein the flow rate sensor is disposed upstream of the circuit portion of the sub-sub-flow channel.
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