JP5124458B2 - 流れ剥離部材を備えたホットフィルムエアマスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、表面汚染及び表面汚染に基づく信号ドリフトを防止するための、流れ剥離部材を備えたホットフィルムエアマスセンサに関する。このようなホットフィルムエアマスセンサは、特に内燃機関の吸気マニホールド内の空気質量流量を測定するために使用される。

背景技術
例えば方法技術、化学又は機械の分野における多くのプロセスにおいて、規定された所定のガス質量、特に空気質量が供給されねばならない。これについては特に、制御された条件下で進行する燃焼プロセスが挙げられる。この場合の重要な一例は、特に触媒排気浄化装置の接続された、自動車の内燃機関における燃料の燃焼である。この場合、空気質量の処理量を測定するためには、種々様々なタイプのセンサが用いられる。

従来技術から公知のセンサタイプは、いわゆるホットフィルムエアマスセンサ（ＨＦＭ）であり、このホットフィルムエアマスセンサは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６０１７９１号明細書の１実施例に記載されている。このようなホットフィルムエアマスセンサでは、一般に薄いセンサダイヤフラムがセンサチップ、例えばシリコンセンサチップに付与される。センサダイヤフラム上には、典型的に少なくとも１つの加熱抵抗が配置されており、この加熱抵抗は、２つ以上の温度測定抵抗により包囲されている。ダイヤフラム上を通過する空気流内では温度分布が変化し、このこともやはり温度測定抵抗によって検出され得る。即ち、複数の温度測定抵抗の抵抗差から、空気質量流量が規定され得る。このセンサタイプの別の様々なバリエーションが従来技術から公知である。このようなセンサは、例えば内燃機関の吸気マニホールド内又はバイパス通路内で直接に使用される。センサチップがバイパス通路内で使用される実施例は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３４８４００号明細書に記載されている。

例えばドイツ連邦共和国特許第１０１１１８４０号明細書から公知の当該のタイプのセンサの問題点は、例えば油等によるセンサの汚染が頻繁に発生することである。センサチップは、通常、内燃機関の吸気マニホールド又は内燃機関の吸気マニホールドに通じるバイパス通路に直接に配置されて使用される。この場合、内燃機関の動作中又は遮断直後に油がセンサチップ、特にセンサダイヤフラムに沈着することがある。この油の沈着はセンサチップの測定信号に望ましくない影響を与える恐れがある。それというのも、特にセンサチップの表面に油膜が生じると表面の熱伝導性に作用して、このことが測定信号の誤差又は信号ドリフトを招くからである。

更に、温度勾配を有する表面上の液体は、より冷たい領域に向かう力を受けるということが公知である（例えばV.G. Levich, "Physicochemical Hydrodynamics" Prentice-Hall, N.J., 1962の第３８４〜３８５頁参照）。このことは、熱的なエアマスセンサの作動時に、加熱された測定領域の境界領域に例えばオイル等の液体が集合し、延いては時間の経過に伴ってホットフィルムエアマスセンサの測定信号のドリフトが生じる原因のうちの一つである。空気流は、表面に位置する液滴及びその他の不純物を、著しい温度勾配の生じる加熱された測定領域の境界にまで押しやる。そこで著しい温度勾配は、空気流による力に対する反力を生ぜしめる。これにより、ある程度の量に達すると再び空気流によって連行され得る液滴が境界線に沿って集合し、その結果、測定領域の表面が汚染されてしまう。この作用に基づいて、油滴の他に、典型的には油滴に付着した別の不純物（例えば出すと）も、測定領域の表面に侵入する。

不規則な間隔で油及びその他の不純物が空気質量流により測定領域の表面上に押しやられる前記作用は、特にホットフィルムエアマスセンサの一時的且つ予知不能な信号不安定性を惹起する。このことは特に、散発的に生じる汚染が、測定領域の表面の熱伝達性を変化させ、これにより、予め実施されたホットフィルムエアマスセンサの較正の有効性が失われるということに起因している。一時的な変化の他に、特に測定表面上に押しやられた汚染物質がそこで長時間付着した場合は、比較的長く持続するホットフィルムエアマスセンサの信号特性変化も生じる可能性がある。

特に測定領域の境界に沿って汚染が形成されることにより生じる別の問題は、ホットフィルムエアマスセンサの流体力学に影響を及ぼすという点にある。ホットフィルムエアマスセンサは作動開始前に較正され、この較正は、ホットフィルムエアマスセンサの表面上の空気質量流の規定された流れ特性から出発している。しかし、作動中に測定領域の境界面に汚染物、特に液体壁が形成されると、この汚染物は測定表面上の空気質量流の速度分布延いては温度分布にも影響を及ぼす。測定表面における熱搬送は、速度分布及び温度分布の形態に関連しているので、このことはホットフィルムエアマスセンサの信号ドリフトを生ぜしめる。

発明の利点
従って、本発明では、従来技術から公知のホットフィルムエアマスセンサの欠点が回避されるホットフィルムエアマスセンサを提案する。特に、提案するホットフィルムエアマスセンサの構成は、従来技術から公知のホットフィルムエアマスセンサと比べて著しく減少された表面汚染及びこれにより減少された信号不安定性を有している。当該のホットフィルムエアマスセンサは特に、０〜６０ｍ／ｓの範囲内の空気質量流量を測定するために適しており且つ特に内燃機関の吸気マニホールド内で使用され得る。

本発明は、例えば約１５μｍの小さな高さの汚染堆積物が既に、ホットフィルムエアマスセンサの表面の上位の空気質量流の流れ特性に著しい影響を及ぼす恐れがあるという認識に基づいている。不純物は、ホットフィルムエアマスセンサのセンサチップにおいて、減速された流れの対抗付着を伴う流れ剥離及び境界層を変化させるための変化された乱流特性を生ぜしめる。このこともやはり、信号ドリフトを招く。従って、本発明の基本思想は、空気質量流の流れの速度分布に対する、汚染堆積物によるあらゆる影響を最小限にするという点にある。

本発明によるホットフィルムエアマスセンサは、主要流れ方向で流れる空気質量流量を測定するために役立ち且つ測定表面を備えたセンサチップを有している。この場合、空気質量流は、センサチップの表面（この表面の構成部材が測定表面である）を覆ってほぼ平行に流れることが望ましい。この場合の「ほぼ」とは、平行な流れからの僅かな偏差、例えば１０°未満の偏差は許容可能であると理解される。当該のホットフィルムエアマスセンサは、例えば空気質量流量を測定するために、内燃機関の吸気マニホールド内、又は吸気マニホールドのバイパス通路内でも直接に使用可能である。つまり、「主要流れ方向」という概念は、使用箇所に関連していると理解される。吸気マニホールド内で使用する場合、主要流れ方向は、特に吸気マニホールドの導管内の流れ方向であると理解される。部分的に湾曲されている可能性のアルバイパス通路内で使用する場合、「主要流れ方向」はほぼ、ホットフィルムエアマスセンサ、特にセンサチップが配置されたバイパス通路部分の空気質量流の搬送方向であると理解される。総合的に「主要流れ方向」とは、センサチップ箇所における空気質量流のその時々の主要搬送方向であると理解される。この場合、局所的な渦流は無視されるものとする。

この場合、センサチップとしては原則として、従来技術から公知のほとんど全てのセンサチップ、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６０１７９１号明細書で提案されたセンサチップが使用可能である。但し基本的には、別の種類のホットフィルムエアマスセンサ用センサチップを使用することもできる。この場合に重要なのは、センサチップ上に測定表面が存在していることである。この測定表面は、センサチップが測定表面の領域において、センサチップの包囲領域（チップ固定ランド）におけるよりも著しく小さな横方向熱伝導率を有しているという点において優れているのが望ましい。有利には、センサチップの測定表面の領域は、センサチップの包囲領域におけるよりも、少なくとも所定のオーダだけ小さな横方向熱伝導率を有していてよい。

例えばセンサチップの測定表面の領域は、０．０２６W／ｍ Kの空気及び１５６W／ｍ Kの包囲シリコン固定ランドと比較して、０．１〜２W／ｍ Kの横方向伝導率を有していてよい。このことは、例えば前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６０１７９１号明細書に開示されたセンサチップにおけるのと同様に、シリコンダイヤフラムによって実現され得、この場合の横方向伝導率は、ほぼ周辺空気によって規定されているので、当該シリコンダイヤフラムは包囲シリコン固定ランドと比較して、著しく小さな横方向熱伝導率を有している。但し、測定領域が著しく低下された横方向熱伝導率を有する別の装置も使用され得る。例えば、センサチップの測定領域は多孔性に構成され得、この場合、孔は熱伝導率の低下を生ぜしめる。

センサチップの測定表面には、特に少なくとも１つの加熱部材と、少なくとも２つの測定抵抗とが配置されていてよく、これらの測定抵抗は、例えば主要流れ方向に対してほぼ垂直に延在する、ほぼ平行な導体路として構成されている。この場合、個々の導体路は相互に傾斜されていてもよく、この場合は有利には前記の「ほぼ平行」は、±３°よりも大きな傾斜ではないと理解される。前記の「ほぼ垂直」とは、主要流れ方向に対して９０°の導体路の角度が有利であると理解され、この場合、最大５°、有利には最大２°の角度許容誤差が未だ許容可能である。

本発明の核心は、主要流れ方向に関して測定表面の上流側に少なくとも１つの流れ剥離部材が配置されているという点にある。この少なくとも１つの流れ剥離部材は、空気質量流が、流れ剥離部材により、測定表面に到達する前に、少なくとも１つの剥離領域でセンサチップの表面から剥離されるように構成されている。つまり、当該の流れ剥離部材の核心思想は、上で説明した、特に測定表面の上流側の、センサチップの測定表面とチップ固定ランドとの間の移行部の領域を、最初から流体技術的に「死水領域」として設計するという点にある。この場合、流れ剥離部材は、少なくとも１つの剥離領域が、公知の形式で運転中に著しく不純物が生じる領域を、できるだけ全体的に又は部分的に被覆するように設計される。即ち、少なくとも１つの流れ剥離部材は、測定表面とチップ固定ランドとの間の境界領域の上流側に構成される「保護壁」として働き、この保護壁は、流れ剥離（死水）を生ぜしめる。但しこの流れ剥離は、不純物に起因する流れ剥離とは異なり、規定され且つ時間的に一定である。当該の流れ剥離、即ち少なくとも１つの流れ剥離部材の下流側の剥離領域の構成は、その規定及び時間的な不変性に基づいて、ホットフィルムエアマスセンサのセンサ較正時に一緒に考慮され得る。これにより、剥離領域における汚れの堆積は、センサチップ、特に測定表面の上位の空気質量流の速度分布に対して比較的小さな影響しか及ぼさず、延いては著しく減少された信号ドリフトしかもたらさない。

これにより、本発明に基づきこのように構成されたホットフィルムエアマスセンサの測定信号は、従来のホットフィルムエアマスセンサと比較して著しく安定している。信号ドリフトは、著しく減少された度合いでしか生じない。更に、少なくとも１つの流れ剥離部材は、不純物が空気質量流によってセンサチップの測定表面上に押しやられるという危険を著しく低下させる。即ち全体として、本発明によるホットフィルムエアマスセンサの構成は、著しく低下された欠陥及び本発明によるシステムの向上された強靱性をも生ぜしめる。

本発明の有利な構成は従属請求項に記載されており、個別に又は組み合わせて実現され得る。これらの本発明によるホットフィルムエアマスセンサの有利な構成は、特に少なくとも１つの流れ剥離部材の種類及び構成、並びに配置形式に関する。即ち、少なくとも１つの流れ剥離部材は、少なくとも１つの隆起部を有していてよく、この場合、この少なくとも１つの隆起部は、主要流れ方向に対して垂直方向でセンサチップの表面から隔てられた、少なくとも１つの上縁部を有している。但しこの場合の「隔てられた」は、必ずしも流れ剥離部材がセンサチップの表面上に配置されているとは理解されない。むしろ、少なくとも１つの流れ剥離部材が、ホットフィルムエアマスセンサのセンサチップの上流側に配置されていると有利である。これに対応して、前記上縁部はセンサチップの表面に比べて高く配置されているのが望ましい。この場合、当該上縁部が少なくとも１５μｍだけ、有利には少なくとも３０μｍだけ、特に有利には少なくとも４０μｍだけ、センサチップの表面の上位に突出している、即ち、主要流れ方向に対して垂直方向で、前記表面から隔てられていると有利である。少なくとも１つの流れ剥離部材のこの寸法決めは、センサチップにおける典型的な堆積物を考慮して、有利であるということが判った。

少なくとも１つの流れ剥離部材は、例えば流れ壁、ワイヤ、補助板、段部及び／又はオーバハング、並びにこれらの要素を組み合わせたものを有していてよい。この場合、少なくとも１つの流れ剥離部材が、センサチップの表面に対してほぼ平行に延在しており、これにより、特に隆起部の上縁部がセンサチップの表面に対してほぼ平行に延在していると、特に有利である。測定表面の上位の空気質量流の平行な流れに関する「ほぼ」の規定と同様、この場合も最大約１０°の平行性の偏差が許容可能であってよい。更に、少なくとも１つの流れ剥離部材が、主要流れ方向に対してほぼ垂直に延在していると有利である。この場合もやはり、最大１０°の偏差が許容可能である。

更に、上で説明したように、測定表面は少なくとも１つの導体路を有していてよい。この場合は特に、１つ又は複数の温度センサ及び／又は１つ又は複数の加熱部材の導体路であってよい。この場合、本発明では、少なくとも１つの流れ剥離部材が、主要流れ方向に関して少なくとも３０μｍだけ、有利には少なくとも５０μｍだけ、特に有利には少なくとも６０μｍだけ、少なくとも１つの導体路（若しくは主要流れ方向に関して最も上流側に位置する導体路）の上流側に配置されていると有利である。一般に、少なくとも１つの流れ剥離部材自体は端部に拡張部を有しているので、前記の最小限の記載は、有利には上で説明した少なくとも１つの流れ剥離部材の上縁部、特にこの上縁部と、最も上流側に位置する導体路との間の主要流れ方向に沿った間隔、又は少なくとも１つの流れ剥離部材の、少なくとも１つの導体路に最も近い部分に関する。本発明のこの改良は、剥離領域が、少なくとも１つの導体路の領域上に極端に著しく延在し、この場合、前記の少なくとも１つの導体路の上位では、空気質量流の層流が最早受け入れられないということを防止する。この場合、前記剥離領域は少なくとも１つの導体路を越えるまで突出し、そこで測定品質を低下させる恐れがある。但し、剥離領域の、少なくとも１つの導体路との僅かな重畳は、未だ許容可能である。

但し、導体路に対する前記最小間隔は別として、少なくとも１つの流れ剥離部材の別の有利な配置形式も得られる。即ち、センサチップが、測定表面とチップ固定ランドとの間の移行部に境界線を有しており、少なくとも１つの流れ剥離部材が、主要流れ方向に関して最大５００μｍだけ、有利には最大３００μｍだけ、特に有利には最大２００μｍだけ、前記境界線（若しくはこの境界線の最も上流側に位置する区分）の上流側に配置されていると、特に有利である。（上流側に位置する）境界線に対するこの最大間隔は、上で説明したように、不純物（特に油滴）が殊に著しい温度勾配で負荷される境界線に沿って集まることに基づき得られる。少なくとも１つの流れ剥離部材が、当該境界線の極端に上流側に配置されると、このことは、不純物が境界線に到達したときには、流れは既に再びチップ表面に付着しているということを生ぜしめる。つまり、この流れは境界線の領域で、既に再び境界線における不純物により影響を及ぼされるので、少なくとも１つの流れ剥離部材の効果は失われてしまう。上で説明したように、少なくとも１つの流れ剥離部材の端部拡張部において、「最大」という概念は、境界線と、前記上縁部との間の間隔及び／又は境界線と、この境界線から最も離れた、少なくとも１つの流れ剥離部材の部分との間の間隔を包含すると理解される。

少なくとも１つの流れ剥離部材の既に上で説明した構成の他に、少なくとも１つの流れ剥離部材は更に、センサチップがチップ支持体に凹設されていることによって実現され得る。この目的のためにはセンサチップがチップ支持体に保持され、このチップ支持体は、空気質量流によりほぼ平行に通流される支持体表面を有している（偏差許容誤差はやはり約１０°）。この場合、センサチップの表面は、支持体表面に関して低くされてチップ支持体に埋め込まれており、これにより、流入側（即ち主要流れ方向に関して上流側）のチップ支持体とセンサチップとの間の移行部に段部が形成される。この段部は、流れ剥離部材として働き且つセンサチップの縁部域に剥離領域を形成する。有利には、センサチップの表面は、支持体表面に対して相対的に、少なくとも１５μmだけ、特に少なくとも３０μｍだけ、特に有利には少なくとも４０μｍだけ低くされている。この構成は特に（但し排他的ではなく）、汚染堆積物が、温度勾配力に基づきセンサチップのすぐ縁部付近でも予期され、更にセンサチップの表面の内部では予期されない場合に有利である。このことは特に、測定表面が、（一般に大面積では製作されないダイヤフラムとは異なり、）例えば多孔質化により大面積で製作され且つチップ表面の縁部域付近にまで広がっている場合に当てはまる。

実施例
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には、（本発明による流れ剥離部材（以下を参照）を除いた）従来技術に対応したホットフィルムエアマスセンサのセンサチップ１１０（示唆的にのみ図示）の構成が示されている。このセンサチップ１１０は、例えば内燃機関の吸気マニホールド内又は内燃機関の吸気マニホールドに通じるバイパス通路内で使用可能である。このような装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６０１７９１号明細書から公知である。図１に示した構成のセンサチップは、固定ランド表面１１２を供えたチップ固定ランド（付加的にのみ図示）を図平面内に有している。本実施例では、センサチップ１１０はシリコンセンサチップであると仮定する。更に、センサチップ１１０は測定表面１１４を備えた測定領域を図平面内に有している。測定表面１１４は、本実施例では空気質量流の主要流れ方向１２２に対して垂直な長辺Ｌ_Ｍ１１８，１２０を有する方形１１６の形状で構成されている。つまり、長辺１１８は、方形１１６延いては測定表面１１４の境界線の最も上流側に位置する部分を成している。方形１１６の短辺ｌ_Ｍは、符号１２４，１２６を付されており且つ主要流れ方向１２２に対して平行に配置されている。センサチップ１１０は測定表面１１４の領域に、１２６Ｗ／ｍ Kを有する周囲の固定ランドと比較して、約０．１〜２Ｗ／ｍ Ｋの熱伝導率を有している。このことは、測定表面１１４の流域におけるシリコンの多孔質化により達成され得る。択一的に、横方向で周辺空気により規定される、０．０２６Ｗ／ｍ Kの熱伝導率を有するセンサダイヤフラムが使用可能である。

測定表面１１４の領域には、中央のホットフィルムエアマスセンサ回路の複数の導体路１２８が配置されている。これらの導体路１２８は、中央の１つの加熱部材１３０と、２つの温度センサ１３２，１３４とから構成されている。この場合、温度センサ１３２は中央の加熱部材１３０の上流側に配置されており、温度センサ１３４は下流側に配置されている。導体路１２８は測定表面１１４に沿ったその外側の寸法で以て、センサ領域１３６を制限している。このセンサ領域１３６は、本実施例ではやはり、長辺１４０，１４２及び短辺１４４，１４６を有する方形１３８の形状で構成されている。この場合、方形の接続側の短辺１４４は、測定表面の方形１１６の接続側の短辺１２４上に位置している。センサ領域１３６の方形１３８の辺の長さは、図１では符号Ｌ_Ｓ，ｌ_Ｓで示されている。従来技術に相当する図１に示した実施例では、中央のホットフィルムエアマスセンサ回路の導体路１２８は、ほぼ測定表面１１４の外側の方形１１６付近にまで延びている。典型的には、この方形１１６の長辺１１８，１２０は約１６００μｍの長さＬ_Ｍを有しており、方形１１６の短辺１２４，１２６は４５０〜５００μｍの長さｌ_Ｍを有している。この場合、センサ領域１３６の方形１３８はやや小さく寸法決めされており、例えばＬ_Ｓは、およそ０．９〜０．９５×Ｌ_Ｍであり、ｌ_Ｓはおよそ０．７×ｌ_Ｍである。

更に図１には、測定表面１１４の方形１１６に沿ってオイル滴１４８が溜まる問題も示されている。即ち、これらのオイル滴１４８は導体路１２８のすぐ近くに配置されている。例えば空気質量流による軽微な外部力作用が、オイル滴１４８を導体路１２８に向かって押し流す。更に、オイル滴１４８が溜まることにより、測定表面１１４の方形１１６の縁部領域におけるセンサチップ１１０の熱伝導率の変化も生ぜしめられる。特に、オイル滴１４８によって、測定表面１１４と固定ランド表面１１２との間の移行部の伝導率が高められる恐れがある。このことは、測定表面１１４上の温度分布に対する著しい影響を有している。更に、オイル滴１４８はしばしば、ダスト及びすすのための付着媒介物を形成する。更に、多くの場合は測定表面の方形１１６の縁部領域に、約１５〜３０μｍの高さを有する「オイル壁」が形成され、このことは前記領域に空気渦動を生ぜしめ、この空気渦動は、ある程度の流動距離を経てからようやく再び落ち着く。この影響は、図２Ａに示されている。図２Ａには、ホットフィルムエアマスセンサのセンサチップ１１０の上位の空気質量流の速度分布に対する、ホットフィルムエアマスセンサの流入域の汚れ堆積物の影響が示されている。

図２Ａでは簡単に、オイル滴１４８（図１参照）が方形１３８の流入側の長辺１４０に、今や「不純物壁」２１０を形成するように溜まっているということが仮定されている。オイル滴１４８の他に、例えばダスト又はその他の飛散粒子等の別の不純物も、前記不純物壁２１０に寄与してよい。

更に図２Ａには、主要流れ方向１２２でセンサチップ１１０の表面２１４にわたって平行に流れる空気質量流の流れライン２１２が示されている。これらの流れラインに加えて付加的に、表面２１４上の場所を選択するために複数の流れ分布２１６が示されており、これらの流れ分布は、表面２１４にわたる空気質量流の速度分布を象徴している。

図２Ａから判るように、不純物壁２１０の後部（つまり主要流れ方向１２２に関して下流側）には、不純物に起因する剥離領域２１８が形成される。不純物に起因したこの剥離領域２１８の境界は、破線２２０により象徴的に示されている。図２Ａに示した実施例では、不純物に起因する剥離領域２１８以外では、表面２１４にわたってほぼ層流が支配的である一方で、この層流は、不純物に起因した剥離領域２１８で剥離され、これにより、この剥離領域２１８に空気渦動２２２が形成される。図１に示したように、オイル滴１４８延いては不純物壁２１０は、上で説明した温度勾配に基づき、とりわけ測定表面１１４の方形１１６の長辺１１８に沿って形成されるので、不純物に起因する剥離領域２１８は、測定表面１１４の導体路１２８の領域にまで達する。典型的には、約６０ｍ／ｓの空気流において、不純物に起因する剥離領域２１０は、約２００〜３００μｍの、主要流れ方向１２２に対して平行な広がりを有している。図１に示した方形１１６の長辺１１８は、６８〜１５０μｍの距離Δだけしか、方形１３８の長辺１４０から隔てられていないので、これにより、不純物に起因する剥離領域２１８は、導体路１２８の上位の流れ特性に影響を及ぼす。上で説明したように、不純物壁２１０の高さは時間的に一定ではないので、センサ領域１３６の上位の速度分布２１６も時間的に一定ではなく、このことは、ホットフィルムエアマスセンサの測定信号のドリフト及び時間的な不安定性を生ぜしめる。これに対して図２Ｂに示した実施例では、図２Ａの変化態様において、不純物壁２１０の上流側に、本発明による流れ剥離部材２２４が設けられている。この流れ剥離部材２２４は、図２Ｂでは方形横断面及び上縁部２２６を有する壁の形状を有しており、前記上縁部２２６は、この実施例では約３０μｍの高さＨ（符号２２８）だけ、センサチップ１１０の表面２１４の上位に位置している。これにより、本実施例における流れ剥離部材２２４は、不純物壁２１０の高さ（約１５μｍ、上記参照）の約２倍の高さを有している。

図２Ｂに示したように、図２Ａに関する説明と同様、今や流れ剥離部材２２４の下流側にも、剥離領域２３０の境界２３２を有する剥離領域２３０が形成されており、この剥離領域２３０は、不純物に起因する剥離領域２１８を実質的に完全に取り囲んでいる。但し、図２Ａ及び不純物に起因した剥離領域２１８とは異なり、流れ剥離部材２２４の剥離領域２３０は、不純物壁２１０の高さとは無関係であり、延いては時間的に一定である。

これにより、当該剥離領域２３０は、やはり導体路１２８に至るまで延在しているにもかかわらず、ホットフィルムエアマスセンサの較正に際して一緒に考慮され得る。不純物に起因する剥離領域２１８の影響は認められないか、又は付加的に少ししか認められないので、ホットフィルムエアマスセンサの較正は、不純物壁２１０の高さとは無関係である。流れ剥離部材２２４の付加的な作用は、不純物壁２１０が、空気質量流によってセンサチップ１１０のセンサ領域１３６に押し流されることが防止されるという点にある。

図１には、流れ剥離部材２２４（従来技術に相当するものではない！）の位置が、破線１５０により象徴的に示されている。この有利な実施例では、流れ剥離部材２２４が導体路ループ１２８に対してほぼ平行に、つまり、空気質量流の主要流れ方向１２２に対してほぼ垂直に延在している。方形１１６の長辺１１８と流れ剥離部材２２４との間の間隔は、図１では象徴的に符号ｄで示されており、本実施例では約２００μｍである。

図３Ａ〜図３Ｄには、流れ剥離部材２２４を実現するための様々な実施例が示されており、これらの実施例は、図２Ｂで使用された「壁」に対して択一的に用いられてよい。但し、流れ剥離部材２２４の別の実施例も可能であるということを指摘しておく。図３Ａ〜図３Ｄに示した実施例におけるホットフィルムエアマスセンサは各１つのチップ支持体３１０を有しており、このチップ支持体３１０には、流入縁部３１２を介して空気質量流（流れ方向１２２により象徴的に図示）が流入若しくは通流する。チップ支持体３１０は、例えば射出成形プラスチック部材として構成されている。チップ支持体３１０には、上で説明したセンサチップ１１０が挿入されており、このセンサチップ１１０の表面２１４は、チップ支持体３１０の支持体表面３１４とほぼ整合している。センサチップ１１０の測定表面１１４の構成は、例えば図１の構成に対応している。

図３Ａ〜図３Ｄに示したホットフィルムエアマスセンサの実施例は、流れ剥離部材２２４の構成がそれぞれ異なっている。つまり、図３Ａに示した有利な構成では、流れ剥離部材２２４が長い線材として構成されており、この線材は、流入縁部３１２に対して平行に延在している。この実施例が有利なのは、流れ剥離部材２２４の形状が、技術的に簡単に実現され得、延いては確実且つ廉価に製作可能だからである。図３Ｂでは、流れ剥離部材２２４は接着ビードの形状で構成されており、この接着ビードは、例えば自己硬化性、ＵＶ硬化性又は熱硬化性の接着剤を付与することにより形成され得る。この構成も、技術的に比較的簡単であり且つ廉価に実現可能である。

図３Ｃに示した構成では、センサチップ１１０の手前の流入側でチップ支持体３１０に小板が設けられており、この小板全体が流れ剥離部材２２４として働く。これに対して図３Ｄに示した構成では、流れ剥離部材２２４はオーバハングとして形成されており、このオーバハングは、約１００μｍだけセンサチップ１１０の上位に突出している。当該オーバハングは、例えばチップ支持体３１０の組込み構成部材として形成されていてよく、例えば既にチップ支持体３１０の製作（例えば射出成形）に際して一体成形され得る。択一的又は付加的に、当該オーバハングは別個の構成部材としてチップ支持体３１０に設けられてもよい。

最後に図４に示したホットフィルムエアマスセンサの別の実施例では、センサチップ１１０がチップ支持体３１０に凹設されている。このセンサチップ１１０もやはり、図１に示した構成と同様に構成されており且つ測定表面１１４及び固定ランド表面１１２を備えたチップ表面２１４を有している。図４に示した実施例は、上で説明したように、特に測定表面１１４がチップ表面２１４の縁部付近（即ち例えば＜４００μｍ）に達している、つまり例えば測定表面１１４が多孔質化により製作されたセンサチップ１１０に関して有利である。センサチップ１１０の表面１１４は、支持体表面３１４に比べて本実施例では約６０μｍだけ低くされており、これにより、流れ剥離部材２２４の縁部４１０を形成しており、この縁部４１０は図２Ｂに示した上縁部２２６に相当する。これにより、縁部４１０の下流側には、図２Ｂの場合と同様に、剥離領域２３０が形成される。この剥離領域２３０は、不純物壁２１０と、場合によっては存在する、不純物に起因した不純物壁２１０の剥離領域２１８とを有している。即ち、本実施例における流れ剥離部材２２４は、上で説明した各ケースと同じ作用を有している。センサチップ１１０は、本実施例では結合層４１２（例えば接着層）を介してチップ支持体３１０に結合されており且つこのチップ支持体３１０に固定的に埋め込まれている。結合層４１２の厚さを変化させることにより、支持体表面３１４に対するセンサチップ１１０の表面２１４の凹設度延いては剥離領域２３０の大きさが調節され得る。

ホットフィルムエアマスセンサのセンサチップを測定表面とチップ固定ランドとに分割して示した図である。 表面にもたらされた不純物による、該表面の上位の空気質量流の影響を概略的に示した図である。 不純物の上流側に付与された流れ剥離部材を備えた、図２Ａに示した装置の図である。 Ａ〜Ｄは流れ剥離部材の構成の様々な実施例を示した図である。 チップ支持体に凹設されたセンサチップの形の流れ剥離部材の構成を示した図である。

Claims (7)

1. 特に内燃機関の吸気マニホールド内で使用するための、主要流れ方向（１２２）で流れる空気質量流量を測定するためのホットフィルムエアマスセンサであって、該ホットフィルムエアマスセンサが、測定表面（１１４）を備えたセンサチップ（１１０）を有しており、空気質量流が、センサチップ（１１０）の表面（２１４）の上位を平行に流れる形式のものにおいて、
   主要流れ方向（１２２）に関して測定表面（１１４）の上流側に配置された少なくとも１つの流れ剥離部材（２２４）が設けられており、この少なくとも１つの流れ剥離部材（２２４）が、空気質量流を、測定表面（１１４）に到達する前に少なくとも１つの剥離領域（２３０）においてセンサチップ（１１０）の表面（２１４）から剥離させるために構成されており、
   少なくとも１つの流れ剥離部材（２２４）が、少なくとも１つの隆起部を有しており、この少なくとも１つの隆起部が、主要流れ方向（１２２）に対して垂直方向でセンサチップ（１１０）の表面（２１４）から隔てられた少なくとも１つの上縁部（２２６；４１０）を有しており、
   センサチップ（１１０）が更に、測定表面（１１４）を取り囲む固定ランド表面（１１２）を有しており、測定表面（１１４）と、チップ固定ランドの固定ランド表面（１１２）との間の移行部が、境界線（１１８）を規定しており、少なくとも１つの流れ剥離部材（２２４）が、主要流れ方向（１２２）に関して最大５００μｍだけ、前記境界線（１１８）の上流側に配置されていることを特徴とする、流れ剥離部材を備えたホットフィルムエアマスセンサ。
2. 前記隆起部の上縁部（２２６；４１０）が、少なくとも１５μｍの高さHだけ、主要流れ方向（１２２）に対して垂直方向でセンサチップ（１１０）の表面（２１４）から隔てられている、請求項１記載のホットフィルムエアマスセンサ。
3. 少なくとも１つの流れ剥離部材（２２４）が、流れ壁、ワイヤ、補助板、段部、オーバハングのうちの少なくとも１要素を有している、請求項１又は２記載のホットフィルムエアマスセンサ。
4. 少なくとも１つの流れ剥離部材（２２４）が、センサチップ（１１０）の表面（２１４）に対してほぼ平行に延びており且つ／又は主要流れ方向（１２２）に対してほぼ垂直に延びている、請求項１から３までのいずれか１項記載のホットフィルムエアマスセンサ。
5. 測定表面（１１４）が少なくとも１つの導体路（１２８）を有しており、少なくとも１つの流れ剥離部材（２２４）が、主要流れ方向（１２２）に関して少なくとも３０μｍだけ、前記の少なくとも１つの導体路（１２８）の上流側に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のホットフィルムエアマスセンサ。
6. 当該ホットフィルムエアマスセンサが付加的にチップ支持体（３１０）を有しており、該チップ支持体（３１０）にセンサチップ（１１０）が保持されており、前記チップ支持体（３１０）が、空気質量流によりほぼ平行に通流される支持体表面（３１４）を有しており、センサチップ（１１０）の表面（２１４）が、前記支持体表面（３１４）に関して低くされてチップ支持体（３１０）に埋め込まれており、流入側のチップ支持体（３１０）とセンサチップ（１１０）との間の移行部に縁部（４１０）が形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のホットフィルムエアマスセンサ。
7. センサチップ（１１０）の表面が、支持体表面（３１４）に対して相対的に少なくとも１５μｍだけ低くされている、請求項１から６までのいずれか１項記載のホットフィルムエアマスセンサ。

Images