JPH0351715A - 吸入空気量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は吸気通路、特に内燃機関の吸気通路を流れる吸
入空気の流量を検出する吸入空気量検出装置に係る。

［従来の技術］ 内燃機関の吸入空気量を検出する流量検出装置に関して
は、吸入空気通路中に吸入空気の流れ方向に対して平行
に吸気温度検出素子と流速検出素子を配設した流量検出
装置が知られており、例えば特開昭６０−２３００１９
号公報に開示されている。そして、加熱抵抗体を含む全
ての抵抗体を薄膜抵抗で形成し一つの素子に構成した技
術が実開昭６０−１８３８２５号公報に記載されている
。これらに記載の流量検出装置は何れも流速検出素子を
加熱抵抗体により加熱する間接加熱型であるが、流速検
出素子としては例えば特開昭５７−２０１８５８号公報
に記載のように、感熱抵抗体自体が発熱する直熱型、即
ち自己発熱型があり、同公報に記載の流量検出素子にお
いては一つの基材に薄膜の抵抗体が付着され、この基材
が片持支持されている。

また、特開昭６０−２３６０２９号公報には同じく直熱
型の空気流量センサが開示されており、膜式抵抗を設け
た基材がリード部材によって両端支持されている。同公
報においては膜式抵抗内での温度分布に着目し、上流側
の単位面積当りの抵抗値を下流側のそれより大きくする
ことにより、上流側の発熱量を下流側の発熱量より大き
くして温度分布を均一化することとしている。

流量検出装置における流速検出素子に関しては、吸入空
気の流速に応じて温度変化することが必要であるので、
流速検出素子自体あるいはその他の状況変化が上記温度
変化に対する影響因子となったのでは正確な流量検出が
困難となる。例えば流速検出素子の形状、配置等により
吸入空気流に乱れが生ずると、流速検出素子の出力も変
動することになる。このため、前記公報に記載の技術の
ように何れの検出素子も薄い平板状に形成され吸入空気
の流れ方向に平行に配設される。

また、流速検出素子の発熱による熱量は、周囲の空気及
び吸入空気通路への取付部に伝達される。吸入空気の流
速が大であるときには発熱量のほとんどが周囲の空気へ
伝達されるが、吸入空気の流速が遅い場合には周囲の空
気への熱伝達量が少なくなり、相対的に前記取付部への
熱伝導量が増加する。この取付部への熱伝導量は吸気温
度や吸気筒の温度によって変化するため、ブリッジ回路
への供給電流が変化し、従って流速の検出精度を低下さ
せることになる。

この問題に対し、特開昭５９−１５１０２０号公報にお
いて、取付部への熱伝導量を小さくするため、感熱抵抗
体のリード線の長さと直径の比を所定値以上に設定する
技術が開示されている。また、前掲の特開昭５７−２０
１８５８号公報に記載の検出素子によれば、基材を薄く
かつ熱伝導率の低い材質を用いることにより、薄膜抵抗
体の設けられた部分が吸気温度より所定温度高く設定さ
れたときにおいても、薄膜抵抗体の反対側に設けられた
取付部までの熱伝導が抑えられる。あるいは、特開昭５
９−２３０１６６号公報には温度感知抵抗器を含むブリ
ッジ回路二組を接続し、二重ブリッジとして温度補償を
行なう技術も提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記公報に記載の吸入空気量検出装置においては、流速
検出素子に関し、吸入空気の流れ方向に延在する薄膜抵
抗体の温度分布、あるいは基材、リード線等の抵抗体取
付部への熱伝導に基く温度分布に鑑み、抵抗体を含む各
構成部材の構造、配置等に対策が講じられている。然し
乍ら、吸入空気の流れ方向に直交する方向における薄膜
抵抗体自体の温度分布については考慮されていない。こ
のことは、他の公報に記載の取付部への熱伝導に関する
課題との組合せが困難であったことの証在とも言うこと
ができる。

第６図は本件出願人の出願に係る特願昭６３−２２６９
００号に開示した吸入空気量検出装置に用いられる検出
素子と同様の検出素子１００であり、基材１１０にスリ
ット１１０ａが形成され、その両側に吸気温度検出抵抗
体１２０及び流速検出抵抗体１３０が付着され、これら
に電気的に接続されるリード部材１４０及び１５０が基
材１１０の基端即ち取付部に向って付着されている。尚
、図中白抜矢印は測定対象の吸入空気の流れ方向を示す
、これによれば、流速検出抵抗体１３０は平面視コ字状
に形成されており、従来のＳ字状が連続した抵抗体に比
し相互に隣接する抵抗体間の間隙は長手方向に一本形成
されるだけであるので、吸入空気の流れ方向の寸法、即
ち流速検出抵抗体１３０の巾は小さく抑えることができ
、均一な温度分布が得られる。

然し乍ら、上記検出素子ｉｏｏにおいて、基材１１０の
取付部に至る長手方向の温度分布は第６図の下方のグラ
フに示すようになっている。尚、第６図中、水平方向の
実線は吸気温度レベルを示し、同図の上方を高温側とし
ている。即ち、流速検出抵抗体１３０の中央部が吸気温
度に対し一定温度差ΔＴ０だけ高い温度に制御されてい
るのに対し、その先端部及びリード部材１４０，１５０
との接続部近傍にて温度が漸減しており、何等かの補償
手段が必要となる。特に、接続部近傍において吸入空気
の流速が大で吸入空気量が大であるときには第６図の実
線で示した温度分布となるのに対し、流速が小で吸入空
気量が小であるときには第６図に破線で示したように紐
かに減衰する温度分布となる０例えば吸入空気量が大で
あるときの放熱量は第６図のグラフの斜線で示した面積
に対応するというように、流速検出抵抗体１３０の全放
熱量は上記温度分布によって決まるため、吸入空気量の
大小による温度分布の変化が検出誤差を惹起することと
なる。この検出誤差は従来装置に比し微小ではあるが、
これを更に低減することが望まれる。

そこで、本発明は吸入空気量検出装置における流速検出
抵抗体に関し、吸入空気の流れ方向に直交する方向に、
吸入空気量の変動に拘らず常に均一な温度分布を形成し
得るようにすることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は平板状の基材の板
面に付着した薄膜抵抗体であって少くとも測定対象の吸
入空気の流速による温度変化に応じて抵抗値が変化する
流速検出抵抗体を備え、前記吸入空気の流れ方向に対し
前記基材の板面が平行になるように前記基材を吸気筒に
取付けた吸入空気量検出装置において、前記流速検出抵
抗体と同一材料の薄膜抵抗体であって前記流速検出抵抗
体に対し前記基材の前記吸気筒への取付部側に隣接して
前記基材板面に付着してなる調整抵抗体を備えると共に
、前記流速検出抵抗体を所定温度に制御する第１のブリ
ッジ回路と、該第１のブリッジ回路に並列に接続し前記
調整抵抗体を前記所定温度に制御する第２のブリッジ回
路を備え、前記第１のブリッジ回路の不平衡電位差を出
力信号としたものである。

また、本発明は平板状の基材の板面に付着した薄膜抵抗
体であって測定対象の吸入空気の温度変化に応じて抵抗
値が変化する吸気温度検出抵抗体と、該吸気温度検出抵
抗体に対し前記吸入空気の流れ方向下流側に隣接して前
記基材の板面に付着した薄膜抵抗体であって前記吸入空
気の流速による温度変化に応じて抵抗値が変化する流速
検出抵抗体を備え、前記吸入空気の流れ方向に対し前記
基材の板面が平行になるように前記基材を吸気筒に取付
けた吸入空気量検出装置において、前記吸気温度検出抵
抗体と同一材料の薄膜抵抗体であって前記吸気温度検出
抵抗体に対し前記基材の前記吸気筒への取付部側に隣接
して前記基材板面に付着してなる第１の調整抵抗体と、
前記流速検出抵抗体と同一材料の薄膜抵抗体であって前
記流速検出抵抗体に対し前記基材の前記吸気筒への取付
部側に隣接して前記基材板面に付着してなる第２の調整
抵抗体を備えると共に、前記吸気温度検出抵抗体及び前
記流速検出抵抗体を有し前記流速検出抵抗体を所定温度
に制御する第１のブリッジ回路と、前記第１の調整抵抗
体及び前記第２の調整抵抗体を有し前記第２の調整抵抗
体を前記所定温度に制御する第２のブリッジ回路を備え
、前記第１のブリッジ回路の不平衡電位差を出力信号と
することが好ましい。

［作用］ 上記の構成になる吸入空気量検出装置においては、流速
検出抵抗体を含む基材の板面が吸入空気の流れに平行と
なるように、吸気筒に配置され、流速検出抵抗体を所定
温度に制御する第１のブリッジ回路と、調整抵抗体を前
記所定温度に制御する第２のブリッジ回路が構成される
。而して、吸入空気が導入されないときは流速検出抵抗
体が吸気温度に比し一定温度高い所定温度に加熱された
状態で第１のブリッジ回路の平衡条件が成立するように
設定される。しかも、第２のブリッジ回路により調整抵
抗体が前記所定温度に制御されるので、これに隣接する
流速検出抵抗体の吸気筒への取付部側も前記所定温度に
維持される。

吸入空気の導入に伴ない、流速検出抵抗体の熱量が吸入
空気に奪われ温度が低下すると、その抵抗値が減少する
。このため第１のブリッジ回路が不平衡となり、その電
位差が出力信号として検出され吸入空気量が測定される
と共に、この出力に応じて流速検出抵抗体が第１のブリ
ッジ回路の平衡条件を維持するように加熱制御される。

この間、調整抵抗体も第２のブリッジ回路により流速検
出抵抗体と同一の温度に制御されるので、流速検出抵抗
体の吸気筒への取付部側もその温度となる。

而して、流速検出抵抗体においては吸気筒への取付部側
を含み吸入空気量の変動に左右されることなく均一な温
度分布が得られる。即ち、吸気筒内に導入される吸入空
気の流れ方向に直交する方向にも適切な温度分布が得ら
れる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の吸入空気量検出装置の一実施例に用い
られる検出素子１の正面図で、第１図中白抜矢印は吸入
空気の流れ方向を示す。

検出素子１は、第１図に示すように、基材１１の板面に
吸気温度検出抵抗体１２及び流速検出抵抗体１３並びに
第１の調整抵抗体２２及び第２の調整抵抗体２３が付着
されている。基材１１は矩形平板状のジルコニア基板で
あり、基材１１の長手方向にはスリットｌｌａが形成さ
れている。吸気温度検出抵抗体１２及び第１の調整抵抗
体２２は、蒸着、焼成、エツチング等によりニッケルあ
るいは白金等の薄膜抵抗体が基材１１の先端部の板面に
付着されて成る。

吸気温度検出抵抗体１２及び第１の調整抵抗体２２は何
れも、連続した略Ｓ字状に屈曲し一対の開放端部が並置
するように形成された抵抗体が板面に付着されて成る。

そして、吸気温度検出抵抗体１２の一対の開放端部に一
対のリード部材１４ａ、１４ｂが夫々電気的に接続され
、基材１１の長手方向に延出し基材１１の基端に至って
いる。

同様に、第１の調整抵抗体２２の一対の開放端部に一対
のリード部材２４ａ、２４ｂが夫々基材１１の長手方向
に延出し基材１１の基端に至っている。これらのリード
部材１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂは例えば金で形成
され、蒸着、焼成、エツチング等により基材１１に付着
される。

流速検出抵抗体１３及び第２の調整抵抗体２３は基材１
１の先端部に設けられ、平面視コ字状に屈曲した白金等
の薄膜抵抗体で、例えば温度分布に応じて膜厚を変化さ
せ、薄膜抵抗体全体から吸入空気に対し均一に熱伝達が
行なわれるように形成されている。そして、流速検出抵
抗体１３及び第２の調整抵抗体２３の各々の開放端部に
は各−対のリード部材１５ａ、１５ｂ及び２５ａ、２５
ｂが夫々電気的に接続され、これらのリード部材１５ａ
、１５ｂ、２５ａ、２５ｂは基材１１の長手方向に延出
し基材！１の基端部に至っている。

リード部材１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂも蒸着、焼
成、エツチング等により金等が基材１１に付着されて成
る。

尚、上記吸気温度検出抵抗体１２及び第１０調整紙抗体
２２、並びに流速検出抵抗体１３及び第２の調整抵抗体
２３の表面には図示しないガラス保護膜が形成される。

これらの抵抗体は何れも温度に対する抵抗値変化即ち温
度係数が大きく、且つ直線性を示すものであるが、流速
検出抵抗体１３の抵抗Ｒ１１１の値と吸気温度検出抵抗
体１２の抵抗ＲＴ＋の値がＲｓ＋＜Ｒｔ＋となるように
設定されている。第１の調整抵抗体２２の抵抗Ｒ１１２
と第２の調整抵抗体２３の抵抗ＲＴ２も同様である。上
記スリットｌｌａは、基材１１の先端から、流速検出抵
抗体１３により加熱された基材１１の温度が周囲の吸入
空気の温度と略等しくなる位置まで延在している。尚、
スリットＩｌａに替えて、複数の孔を穿設しあるいは溝
を形成することとしてもよい、これにより、吸気温度検
出抵抗体１２及び第１の調整抵抗体２２は流速検出抵抗
体１３及び第２の調整抵抗体２３間の熱量の移動を小さ
くすることができる。

以上のように構成された検出素子１は、ホルダ２に支承
され、ホルダ２は第２図及び第３図に示すように内燃機
関の吸気筒３に固着される。この場合において、検出素
子１はその板面が吸気の流れに平行になるように配置さ
れており、従って吸気温度検出抵抗体１２及び第１の調
整抵抗体２２並びに流速検出抵抗体１３及び第２の調整
抵抗体２３は何れも吸気の流れに平行な平面上に配設さ
れる。また、検出素子１は第１図に示すようにリード部
材１４ａ等にボンディングワイヤにより夫々電気的に接
続された複数のリード線４を介して、第２図のケース５
内に収容された検出回路５０に接続されている。

検出回路５０は第１及び第２のブリッジ回路１０．２０
を有し、これらは第４図に示したように構成されている
。第１のブリッジ回路１０においては、流速検出抵抗体
１３の抵抗ａｌ１１は固定抵抗Ｒ１を介して接地ＧＮＤ
され、吸気温度抵抗体１２の抵抗Ｒ↑、は固定抵抗Ｒ２
＋を介して接地ＧＮＤされ、これらの抵抗Ｒ８１ｎ　　
ＲＴｌ＋　　Ｒ１１及びＲ２＋によりホイートストンブ
リッジが形成されている。抵抗Ｒ１１ｌとＲ１１の接続
点はオペアンプ１６の非反転入力端子及び出力端子１８
に、抵抗ＲＴＩとＲ２１の接続点は反転入力端子に接続
されており、オペアンプ１６の出力側は電源電流を制御
するトランジスタ１７のベースに接続されている。トラ
ンジスタ１７のコレクタ側は電源十Ｂに接続され、エミ
ッタ側は抵抗Ｒ？ｌ＋　　Ｒ１＋１即ちホイートストン
ブリッジの入力側に接続されている。

流速検出抵抗体１３の抵抗Ｆｔｓ＋は前述のように吸気
温度抵抗体１２の抵抗Ｒ□より抵抗値が小さく設定され
ているため電源十Ｂから電流が供給されると大電流が流
れて発熱する。従って、流速検出抵抗体１３と吸気温度
抵抗体１２が同じ雰囲気温度下に置かれても流速検出抵
抗体１３は一定の温度だけ高い温度を示すことになるの
で、抵抗Ｒ１１＋　Ｒ２１の値は流速検出抵抗体１３が
吸気温度より一定温度差ΔＴ、たけ高い値を示すときに
ブリッジの平衡条件が成立するように設定される。

上記第１のブリッジ回路１０に並列に第２のブリッジ回
路２０が接続されている。第２のブリッジ回路２０にお
いては第２の調整抵抗体２３の抵抗Ｒ５２、第１の調整
抵抗体２２の抵抗Ｒ丁２、固定抵抗ＲＩ２＋　Ｒ２２に
よって第１のブリッジ回路１０と同様にホイートストン
ブリッジが構成され、オペアンプ２６及びトランジスタ
２７に接続され上記同様第２の調整抵抗体２３が吸気温
度より一定温度差ΔＴ、高い値を示すときにブリッジの
平衡条件が成立するように設定される。

以上の構成になる本発明の一実施例の作用を説明すると
、吸気筒３に吸入空気が導入されないときには流速検出
抵抗体１３は吸気温度抵抗体１２で検出される吸気温度
に比し一定温度差△Ｔ、高い温度となっており、この状
態で第１のブリッジ回路１０におけるブリッジの平衡条
件が成立している。第２のブリッジ回路２０においても
同様である。

そして、吸気筒３に吸入空気が導入されると、吸入空気
によって熱量が奪われるため流速検出抵抗体１３の一定
温度差ΔＴ１を保てなくなる。従って、一定温度差ΔＴ
１を保つためには流速検出抵抗体１３に更に電流が供給
されねばならず、この必要供給電流は吸入空気の流速と
所定の関係にあり、流速が大となると必要供給電流も大
となる。換言すれば一定温度差ΔＴ１を保つための必要
供給電流が大となると流速が大であり、従って流量が大
ということになる。

第１のブリッジ回路１０において、流速検出抵抗体１３
が一定温度差へＴｌより小となると抵抗ＦＬｓ＋が小さ
くなりブリッジの平衡条件が（ずれ、オペアンプ１６の
非反転入力端子側が高電位になるため出力側が高レベル
となりトランジスタ１７を駆動し、電源子Ｂから電流が
供給される。すると、流速検出抵抗体１３の抵抗Ｒｓｌ
の発熱量が増加し、一定温度差△Ｔｌに至ったところで
ブリッジの平衡条件が成立する。従って、この間に流速
検出抵抗体１３に供給される電流に対応した電圧信号と
してとり出される出力端子１８の出力ＶＭが吸入空気の
流速、従って吸入空気量を示すこととなる。

第２のブリッジ回路２０の動作も上記第１のブリッジ回
路１０の動作と同様であるので説明は省略する。

而して、流速検出抵抗体１３及び第２の調整抵抗体２３
において発生する熱による基材１１の長手方向の温度分
布は第６図と同様の方法で記載した第５図のグラフに示
すとおりとなり、流速検出抵抗体１３の放熱量は同グラ
フ中斜線で示した部分の面積に対応する。即ち、第２の
調整抵抗体２３の中央部から基材１１取付部側の開放端
に至る部分は吸入空気量に対し変動するが、流速検出抵
抗体１３は第２の調整抵抗体２３に至るまで均一に吸気
温度より一定温度差△ＴＩ高い値に維持されており、吸
入空気量による変動が生ずることはない、従って、流速
検出抵抗体１３から吸入空気への放熱量は流速の変化に
対し遅滞なく追従し、良好な応答性が得られる。

尚、流速検出抵抗体１３及び第２の調整抵抗体２３は吸
気温度より一定温度差ΔＴ１高い温度に制御されている
ので、これらの抵抗体から吸気温度検出抵抗体１２及び
第１の調整抵抗体２２に熱量が移動する可能性が生ずる
が、スリットｌｌａの存在により熱量の移動は極めて少
なく、吸気温度検出抵抗体１２及び第１の調整抵抗体２
２は実際の吸気温度に正確に対応する。

［発明の効果］ 本発明は上述のように構成したので、以下の効果を奏す
る。

即ち、本発明の吸入空気量検出装置においては、流速検
出抵抗体が第１のブリッジ回路により所定温度に制御さ
れると共に、これに隣接設置された調整抵抗体が第２の
ブリッジ回路により前記所定温度に制御されるので、流
速検出抵抗体の吸気筒への取付部側における吸入空気量
の変動に伴なう温度変動が回避され、常に一定の温度に
維持される。従って、吸入空気の流れ方向に直交する方
向の温度分布が吸入空気量の変動に左右されることなく
常に一定となり、良好な応答性を以って安定した検出精
度を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における検出素子の正面図、
第２図は本発明の一実施例に係る吸入空気量検出装置の
平面図、第３図は同、縦断面図、第４図は本発明の一実
施例における検出回路の回路図、第５図は本発明の一実
施例の検出素子の正面図、第６図は本件出願人の出願に
係る検出素子の正面図である。 １．１００・・・検出素子、　　２・・・ホルダ。 ３・・・吸気筒、　　４・・・リード線、　　５・・・
ケース。 １０・・・第１のブリッジ回路。 ２０・・・第２のブリッジ回路、　　１１・・・基材。 １２・・・吸気温度検出抵抗体。 １３・・・流速検出抵抗体。 １４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ・・・リード部材。 １５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ−リード部材。 ２２・・・第１の調整抵抗体。 ２３・・・第２の調整抵抗体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）平板状の基材の板面に付着した薄膜抵抗体であっ
   て少くとも測定対象の吸入空気の流速による温度変化に
   応じて抵抗値が変化する流速検出抵抗体を備え、前記吸
   入空気の流れ方向に対し前記基材の板面が平行になるよ
   うに前記基材を吸気筒に取付けた吸入空気量検出装置に
   おいて、前記流速検出抵抗体と同一材料の薄膜抵抗体で
   あって前記流速検出抵抗体に対し前記基材の前記吸気筒
   への取付部側に隣接して前記基材板面に付着してなる調
   整抵抗体を備えると共に、前記流速検出抵抗体を所定温
   度に制御する第１のブリッジ回路と、該第１のブリッジ
   回路に並列に接続し前記調整抵抗体を前記所定温度に制
   御する第２のブリッジ回路を備え、前記第１のブリッジ
   回路の不平衡電位差を出力信号とすることを特徴とする
   吸入空気量検出装置。
2. （２）平板状の基材の板面に付着した薄膜抵抗体であっ
   て測定対象の吸入空気の温度変化に応じて抵抗値が変化
   する吸気温度検出抵抗体と、該吸気温度検出抵抗体に対
   し前記吸入空気の流れ方向下流側に隣接して前記基材の
   板面に付着した薄膜抵抗体であって前記吸入空気の流速
   による温度変化に応じて抵抗値が変化する流速検出抵抗
   体を備え、前記吸入空気の流れ方向に対し前記基材の板
   面が平行になるように前記基材を吸気筒に取付けた吸入
   空気量検出装置において、前記吸気温度検出抵抗体と同
   一材料の薄膜抵抗体であって前記吸気温度検出抵抗体に
   対し前記基材の前記吸気筒への取付部側に隣接して前記
   基材板面に付着してなる第１の調整抵抗体と、前記流速
   検出抵抗体と同一材料の薄膜抵抗体であって前記流速検
   出抵抗体に対し前記基材の前記吸気筒への取付部側に隣
   接して前記基材板面に付着してなる第２の調整抵抗体を
   備えると共に、前記吸気温度検出抵抗体及び前記流速検
   出抵抗体を有し前記流速検出抵抗体を所定温度に制御す
   る第１のブリッジ回路と、前記第１の調整抵抗体及び前
   記第２の調整抵抗体を有し前記第２の調整抵抗体を前記
   所定温度に制御する第２のブリッジ回路を備え、前記第
   １のブリッジ回路の不平衡電位差を出力信号とすること
   を特徴とする吸入空気量検出装置。