JPH075007A - 空気流量計及び空気流量検出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】熱式空気流量計の出力特性の調整をよりきめ細
かく調整可能にし、且つ空気の整流効果，流速効果を高
めて測定精度を高める。 【構成】流量計ボディ１内の空気流路となるメインパス
２に空気流を案内するガイド筒４を設け、このガイド筒
４内にベンチュリ管３を設け、ベンチュリ管３に空気流
量測定用の発熱抵抗体２１，温度補償抵抗体２２を備え
た検出部７を配置する。ベンチュリ管３の下流には、ベ
ンチュリ管側から流れてきた空気を受入れる空気受入部
８をベンチュリ管出口３Ａに対向して配置し、この空気
受入部８とガイド筒４との間にメインパス２に通じるエ
アギャップ１１を設け、空気受入部８の側面にメインパ
ス２に通じる空気流通孔１０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばエンジン吸気系
等の空気流量の測定に用いる空気流量計、さらに詳細に
は発熱抵抗体を用いた熱式の空気流量計及びこれに用い
る空気流量検出素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気通路（メインパス）内に
バイパス（サンプリング管とも称される）を配置し、こ
のバイパス内に空気流量測定用の発熱抵抗体及び温度補
償用の抵抗体を配置して、空気流量を測定する軸流タイ
プの熱式空気流量計が広く知られている。

【０００３】このタイプの空気流量計は、空気通路の構
造から出力特性の調整を行う場合には、メインパスの径
とバイパスの径との比だけで調整を行うものであった。

【０００４】また、最近では、軸流タイプの空気流量計
として、例えば特開平４−２１２０２２号公報に開示さ
れるように、メインパス内に外形が流線型の中央部材を
設け、この中央部材の中心に発熱抵抗体，温度補償抵抗
体付きのバイパスを設け、前記メインパスのボディ（ハ
ウジング）内壁と中央部材との間には、上流側流路絞り
部と下流側流路絞り部とを形成し、この下流側流路絞り
部に前記バイパスの出口を開口させて、この下流側絞り
部で生じる整流によりバイパスに流入する空気流の乱
れ，偏りをなくして測定流量の誤差を防止する技術等が
提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この種の軸
流タイプの熱式空気流量計の出力特性のよりきめ細かく
調整可能にして流量測定精度を高めることを第１の課題
とし、加えて空気流の整流及び流速効果を向上させてよ
り一層の流量測定精度を高めることを第２の課題とす
る。さらに、これらの熱式空気流量計に用いる空気流量
検出素子として使い勝手の良いものを提供することを第
３の課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、空気流路
となるメインパスの中央にバイパスを設け、このバイパ
ス内に空気流量測定用の発熱抵抗体を配置して成る空気
流量計において、前記バイパスの下流に該バイパス側か
ら流れてきた空気を受入れる空気受入部をバイパス出口
に対向して配置し、この空気受入部に前記メインパスに
通じる空気流通孔を設けると共に、前記バイパス出口の
周囲と前記空気受入部との間に前記メインパスに通じる
エアギャップを設けて成ることを特徴とする。

【０００７】第２の発明は、空気流路となる管路の中央
に空気の流れを案内するガイド筒を設け、このガイド筒
の中に流量測定用の発熱抵抗体を備えたベンチュリ管を
設置して成ることを特徴とする。

【０００８】第３の発明は、上記第１の発明と第２の発
明の組合せに係り、その要旨は、空気流路のメインパス
となる管路の中央に空気の流れを案内するガイド筒を設
け、このガイド筒の中に流量測定用の発熱抵抗体を備え
たベンチュリ管を設け、且つ前記ベンチュリ管の下流に
該ベンチュリ管側から流れてきた空気を受入れる空気受
入部をベンチュリ管出口に対向して配置し、この空気受
入部に前記メインパスに通じる空気流通孔を設けると共
に、前記ガイド筒の下流側端部と前記空気受入部の開口
側縁との間に前記メインパスに通じるエアギャップを設
けて成ることを特徴とする。

【０００９】第４の発明は、被測定管路に設置される空
気流量検出素子において、前記被測定管路中に取り付け
可能にした半導体チップ保持用のサポートと、空気流量
測定用の発熱抵抗体及び温度補償抵抗体を半導体プロセ
スにより形成した半導体チップと、前記発熱抵抗体及び
温度補償抵抗体を駆動して空気流量出力を得る回路を有
する半導体チップとを備え、これらの半導体チップを組
にして前記サポートに空気流通可能なカバーで保護した
状態で配置して成ることを特徴とする。

【００１０】

【作用】第１の発明の作用…電流を流して加熱した発熱
抵抗体（温度依存抵抗特性を有する抵抗体）を空気流の
中に置くと、冷却により熱線抵抗が変化する。この熱線
抵抗の変化は、空気流速ひいては空気流量に応じたもの
となるため、この原理を利用して空気流量の測定が可能
となる。

【００１１】そして、第１の発明によれば、メインパス
よりバイパスに流入する空気は、バイパス通過後にバイ
パス下流に配置した空気受入部の空気流通孔及び空気受
入部・バイパス出口の周囲間に設けたエアギャップを介
してメインパスに合流する。

【００１２】このような空気通路構造によれば、空気流
量計の出力特性をメインパス径とバイパス径との比の他
に、前記エアギャップ，空気受入部の空気流通孔等を任
意に設定することにより調整でき、調整要素を増やすこ
とで、これらの調整要素の協働により出力特性（空気流
量−電流値）を精度良くリニアになるように微調整が可
能となる。

【００１３】第２の発明の作用…空気流路に流れる空気
はガイド筒により整流された後に、その一部の空気がベ
ンチュリ管に入り、このベンチュリ管でさらに整流され
及び流速を増して通過する。このような構成によれば、
空気流量検出部（発熱抵抗体の設置してある個所）にお
ける空気流れの整流効果を高め、しかも、ベンチュリ作
用により低流量であっても高精度，高応答性の空気流量
測定を可能にすると共に、空気通路構造による出力特性
調整要素としては、全体の空気流路の管路の径、ベンチ
ュリ管の径のほかにガイド筒の径が加わり、その結果出
力調整要素を増えることで、これらの調整要素の協働に
より出力特性のより極め細かな調整が可能となること
で、流量測定精度を高めることができる。

【００１４】第３の発明の作用…空気流路のメインパス
に流れる空気は、ガイド筒により整流された後に、その
一部の空気がベンチュリ管に入り、このベンチュリ管で
さらに整流され及び流速を増し、ベンチュリ管を通過後
に、ベンチュリ管下流に配置した空気受入部の空気流通
孔及び空気受入部・ベンチュリ管出口の周囲間に設けた
エアギャップを介してメインパスに合流する。

【００１５】このような空気通路構造によれば、第２の
発明同様に、ガイド筒とベンチュリ管とによる整流とベ
ンチュリ作用により高精度，高応答性の空気流量測定を
可能にすると共に、空気流量計の出力特性をメインパス
径，ベンチュリ管の径、ガイド筒の径、前記エアギャッ
プ、空気受入部の空気流通孔等を任意に設定することに
より調整でき、調整要素を増やすことで、これらの調整
要素の協働により出力特性（空気流量−電流値）のより
一層の微調整が可能となる。

【００１６】第４の発明の作用…空気流量測定用の発熱
抵抗体及び温度補償抵抗体、これらの抵抗体を駆動する
回路（空気流量計回路）を全て半導体チップ化して一つ
のサポートに配置することで、被測定管路（空気流路を
有するボディ）に空気流量測定に要する部品を一括して
取り付けることができ、また、空気流量計回路を形成し
た半導体チップまでサポートを介して被測定管路に設置
することで、回路が空気流で冷却され熱的劣化を防止で
きる。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例を図面により説明する。

【００１８】図１は本発明の第１実施例に係る空気流量
計を示し、（イ）はその断面図で同図（ロ）のＢ−Ｂ′
線断面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ′線断面図である。
本実施例の空気流量計は一例としてエンジンの吸気流量
を測定するためのものを例示した。

【００１９】図１において、１は空気流量計の本体とな
るボディ（流量計ボディ）で、ダイキャスト又はプラス
チック等を加工して成形され、ボディ１内の空気流路の
メインパス２となる管路の中央に空気の流れを案内する
ガイド筒４をサポート５を介して設け、このガイド筒４
の中に流量測定管路となるベンチュリ管３がサポート６
を介して設けてある。このベンチュリ管３は径のほかに
長さもガイド筒４より小さくし、ガイド筒４の上流側先
端がベンチュリ管３より上流側に出る配置構造としてあ
る。

【００２０】ベンチュリ管３はメインパス２のバイパス
となるもので、ベンチュリ管３の中に空気流量測定用の
検出部７が設けてある。この検出部７については後述す
る。

【００２１】ベンチュリ管３の下流には、ベンチュリ管
３側から流れてきた空気を受入れる空気受入部８がベン
チュリ管出口３Ａに接近した位置に対向配置してある。
この空気受入部８は、カップ状の形状を呈して、開口部
８Ａがベンチュリ管出口３Ａに対面し、また開口部側縁
８Ｂが曲面形状を呈して内側に曲がり、この開口部側縁
８Ｂとガイド筒４の下流側端部４Ａとの間（換言すれば
バイパス出口３Ａの周囲と空気受入部８との間）にエア
ギャップ１１を確保している。ガイド筒４の下流側端部
４Ａは断面が鳶口形状を呈し、この下流側端部４Ａの内
端面が曲線となって空気受入部８側の開口部側縁８Ｂに
オーバーハングして、エアギャップ１１の通路が流線を
描いてエアギャップ出口がメインパス２に面している。
エアギャップ１１は、空気受入部８を支えているサポー
ト１９と空気受入部サポート調整部１７とによって、空
気受入部芯出し部１８を規準にして調整可能とし、適正
なギャップが設定されている。

【００２２】また、空気受入部８の開口部８Ａには、ベ
ンチュリ管３を通過する空気を整流する整流部材９及び
９Ａが設けてあり、空気受入部８の側面にはメインパス
２に通じる空気流通孔１０が複数個配設してある。１６
は検出部７からの信号を図示しない制御ユニットに出力
させる端子である。

【００２３】ここで、空気流量の検出部７について説明
する。空気流量検出部７は、例えば基板上に半導体チッ
プを搭載し、この半導体チップそのものに空気流量検出
の発熱抵抗体及び温度補償抵抗体を形成するもので、こ
の半導体チップの一例を図２の（イ）に平面図として示
す。

【００２４】図２の（イ）に示す半導体チップ２０上
は、半導体プロセス（例えば拡散）により空気流量検出
用の発熱抵抗体２１及び温度補償抵抗体２２を形成した
もので、２３は導体の配線パターン、Ｔ１〜Ｔ４は端子
である。発熱抵抗体２１及び温度補償抵抗体２２は温度
依存抵抗特性を有する感温抵抗体により構成される。

【００２５】この発熱抵抗体２１及び温度補償抵抗体２
２が図２（ロ）の空気流量計回路１５に組み込まれる。

【００２６】空気流量計回路１５は、ブリッジ回路の要
素となる発熱抵抗体２１、温度補償抵抗体２２、差動増
幅器２４，２５、トランジスタ２６等からなる駆動部Ａ
により空気流速によって奪われる熱量を電流値（ここで
は、発熱抵抗体４で奪われる熱量が空気流速の変化によ
り変化しても、発熱抵抗体の温度が空気温度と一定差を
保つように発熱抵抗体４に流れる電流値を制御する）に
換算してアナログ信号（電圧）として取り出し、これを
差動増幅器２７等よりなる増幅部Ｂで増幅し、差動増幅
器２８，２９、コンデンサ３０等よりなるＶ−Ｆ変換部
Ｃにて周波数変換し、制御ユニット（図示せず）に出力
する。Ｄは差動増幅器３１，ツェナダイオード３２等か
ら成る定電圧回路部である。

【００２７】なお、上記実施例では、発熱抵抗体２１を
上流側に、温度補償抵抗体２２を下流側に配置している
が、この位置関係を反対にしたり、また、発熱抵抗体２
１と温度補償抵抗体２２のチップを別々にして温度補償
抵抗体２２に対する発熱抵抗体２１の熱の影響を無くす
ようにしてもよい。

【００２８】図３は空気流量計の別の回路例を示すもの
である。

【００２９】図３の回路は、図２（ロ）同様に駆動部
Ａ、増幅部Ｂ、Ｖ−Ｆ変換部Ｃ、定電圧回路部Ｄを有
し、異なる点は、駆動部Ａにおいて、ブリッジ回路を２
組設けて、各ブリッジ回路にそれぞれ発熱抵抗体２１，
温度補償抵抗体２２及び発熱抵抗体２１′，温度補償抵
抗体２２′を配設したものである。そして、一方の組の
発熱抵抗体２１，温度補償抵抗体２２と他方の組の発熱
抵抗体２１′，温度補償抵抗体２２′とを組同士で上
流，下流の位置関係に配置して空気通路（ベンチュリ
管）に設けたものである。このような回路構成では、上
流側の発熱抵抗体２１に流れる電流値と下流側の発熱抵
抗体２１′に流れる電流値の差を差動増幅器３１で求め
て、両電流値の大小を比較することで、吸気脈動を伴う
空気流の順流，逆流の方向を判別できる機能を備えてい
る。なお、空気流量値は一方の発熱抵抗体２１に流れる
電流値より増幅部Ｂ，Ｖ−Ｆ変換部Ｃを介して求めてい
る。

【００３０】ここで、図１に戻り、その空気通路におけ
る吸入空気の流れについて説明する。

【００３１】メインパス２を通る吸入空気は、ガイド筒
４により整流された後に、その一部の空気がベンチュリ
管３に入り、このベンチュリ管３でさらに整流され及び
流速を増し、ベンチュリ管３を通過後に、ベンチュリ管
下流に配置した空気受入部８の空気流通孔１０及び空気
受入部８・ベンチュリ管出口３Ａの周囲間に設けたエア
ギャップ１１を介してメインパス２に合流する。

【００３２】この場合、低流量時には、主に空気受入部
８の開口部８Ａで整流部材９及び９Ａにより空気流が整
流された後、空気受入部８，空気流通孔１０を介して空
気がメインパス２に合流し、高流量時には、流量が増す
ために空気受入部８の他に主にエアギャップ１１を通っ
てメインパス２に合流する。このエアギャップ１１を通
る空気はメインパス２の動圧に打ち勝って出るために、
ガイド筒４を下流側端部を鳶口形状にオーバーハングさ
せて高流量に対応できるようにしてある。

【００３３】このような空気通路構造によれば、、ガイ
ド筒４とベンチュリ管３とによる整流とベンチュリ作用
により流量検出部７付近での空気の偏流，渦流の発生を
防止して安定した応答性の高い空気流量検出を保証す
る。

【００３４】しかも、空気流量計の出力特性をメインパ
ス２の径，ベンチュリ管３の径及びガイド筒４の径の比
（換言すればガイド筒４外径面とボディ１内径面との間
の通路径、ガイド筒４内径面とベンチュリ管３外径面と
の間の通路径）、エアギャップ１１のギャップサイズ、
空気受入部８の空気流通孔８Ａの孔径等を任意に設定す
ることにより調整でき、このように調整要素を増やすこ
とで、図４に示すように出力特性（空気流量−電流値，
Ｑ−Ｖ曲線）を精度良くリニアになるように微調整が可
能となる。すなわち、図４に示すように、低流量（Ｑmi
n）では空気流通孔１０からの排出にて流速Ｖが上が
り、高流量（Ｑmax）ではエアギャップ１１からの排出
により、スムーズな曲線を描いており、エンジンに対し
理想的なＱ−Ｖ曲線が得られる。

【００３５】このようにして、適正な空気流量を検出し
て、これに対応した最適燃料量がエンジンに供給され
る。

【００３６】また、本実施例によれば、半導体チップを
用いて発熱抵抗体２１，温度補償抵抗体２２を形成する
ため、Ｐｔ巻線等で発熱抵抗体等を構成する方式に比べ
て抵抗体の断線のおそれをなくすことができ、しかも、
この半導体チップを空気流に対して平行或いは斜めに傾
けて配置することで、空気流中のダスト付着を防止し
て、特性劣化が生じるのを防止できる。

【００３７】図５に本発明の第２実施例を示し、第１実
施例と同一或いは共通する要素には同一符号を付けてあ
る。

【００３８】本実施例と図１の第１実施例の異なる点
は、ボディ１の入口１Ａが第１実施例のものより拡径の
ストレート形状として、この拡がり分だけ余裕を持たせ
てこの位置までガイド筒４の上流側端部を延設したもの
である。

【００３９】本実施例によれば、ストレート形状のボデ
ィ１入口付近にまでガイド筒４が延びることで、このガ
イド筒４を介してベンチュリ管３により空気を導入し易
くし、このガイド筒４が長くなった分だけ整流効果を高
める利点がある。

【００４０】図６は本発明の第３実施例で、第１実施例
と異なる点は、検出部に半導体チップの発熱抵抗体及び
温度補償抵抗体に代えて、Ptの巻線抵抗体より成る発熱
抵抗体２１−１及び温度補償抵抗体２２−１を用いたこ
とにある。

【００４１】図７は上記実施例に用いる流量検出部（空
気流量検出素子）の別の実施例を示す断面図である。

【００４２】流量検出部７′は、チップキャリヤー４０
をサポートとして、この上面に例えば図２に示すような
半導体チップ（発熱抵抗体２１及び温度補償抵抗体２２
を形成したもの）２０がガラス台４１を介して配置して
ある。この半導体チップ２０に対するガラス台４１の接
合は、陽極接合等により行われる。

【００４３】また、チップキャリヤー４０の下面には、
図２の(ロ)或いは図３に示す空気流量計回路１５（但
し、発熱抵抗体２１及び温度補償抵抗体２２は除く）を
有する半導体チップ４２が配置され、これらの半導体チ
ップ２０，４２がカバー４３，４３′にて保護されてい
る。カバー４３・半導体チップ２０間には空気が通過す
るようにしてある。

【００４４】本実施例によれば、発熱抵抗体及び温度補
償抵抗体、これらの抵抗体を駆動する回路（空気流量計
回路）を全て半導体チップ化して一つのサポートに配置
することで、被測定管路に空気流量測定に要する部品を
一括して取り付けることができ、また、空気流量計回路
１５を形成した半導体チップ４２までサポートを介して
被測定管路に設置することで、回路が空気流で冷却され
熱的劣化を防止できる。

【００４５】なお、図７の空気流量検出素子７′は前記
第１実施例〜第３実施例以外の空気流量計にも適用可能
であり、例えば図８に示すようにメインパス２の側壁に
設けたバイパス３′に設置してもよい。

【００４６】

【発明の効果】第１の発明によれば、空気流量計の通路
構造に出力特性の調整要素を増やすことで、出力特性の
微調整を可能にして所望の出力特性を得て、空気流量測
定精度を高めることができる。

【００４７】第２の発明によれば、空気流路にガイド筒
とベンチュリ管を設けることで、低流量域でも高精度，
高応答性の出力特性を得、しかも出力特性の調整精度を
高めることができる。

【００４８】第３の発明によれば、第２の発明同様に低
流量域でも高精度，高応答性の出力特性を得、しかも空
気通路における出力特性調整要素をより一層増やすこと
で、出力特性の調整精度を更に高めることができる。

【００４９】第４の発明によれば、空気流量検出素子を
エンジンルームに設置する場合でも、取り付け容易で熱
的劣化の防止を図れるため、使い勝手を向上させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）は本発明の第１実施例に係る空気流量計
の断面図で（ロ）のＢ−Ｂ′線を断面したもの、（ロ）
は同図（イ）のＡ−Ａ′線断面図

【図２】（イ）は上記実施例に用いる空気流量検出部の
センサチップを示す平面図、（ロ）は上記実施例の空気
流量計の回路図

【図３】上記実施例に用いる空気流量計の別の回路例を
示す図

【図４】上記実施例の空気流量特性を示す図

【図５】本発明の第２実施例に係る空気流量計の断面図

【図６】本発明の第３実施例に係る空気流量計の断面図

【図７】上記各空気流量計に用いる空気流量検出部（空
気流量検出素子）の別の例を示す断面図

【図８】（イ）は図７の空気流量検出素子を上記実施例
とは別の空気流量計に適用した状態を示す平面図、
（ロ）はその断面図

【符号の説明】

１…流量計ボディ、２…メインパス（空気流路）、３…
ベンチュリ管（バイパス）、３Ａ…ベンチュリ管出口、
４…ガイド筒、７，７′…流量検出部（流量検出素
子）、８…空気受入部、９，９Ａ…整流部材、１０…空
気流通孔、１１…エアギャップ、１５…空気流量計回
路、２０，４２…半導体チップ、２１…空気流量測定用
の発熱抵抗体、２２…温度補償抵抗体。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気流路となるメインパスの中央にバイ
   パスを設け、このバイパス内に空気流量測定用の発熱抵
   抗体を配置して成る空気流量計において、 前記バイパスの下流に該バイパス側から流れてきた空気
   を受入れる空気受入部をバイパス出口に対向して配置
   し、この空気受入部に前記メインパスに通じる空気流通
   孔を設けると共に、前記バイパス出口の周囲と前記空気
   受入部との間に前記メインパスに通じるエアギャップを
   設けて成ることを特徴とする空気流量計。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記バイパスはベン
   チュリ管であることを特徴とする空気流量計。
3. 【請求項３】 空気流路となる管路の中央に空気の流れ
   を案内するガイド筒を設け、このガイド筒の中に流量測
   定用の発熱抵抗体を備えたベンチュリ管を設置して成る
   ことを特徴とする空気流量計。
4. 【請求項４】 空気流路のメインパスとなる管路の中央
   に空気の流れを案内するガイド筒を設け、このガイド筒
   の中に流量測定用の発熱抵抗体を備えたベンチュリ管を
   設け、且つ前記ベンチュリ管の下流に該ベンチュリ管側
   から流れてきた空気を受入れる空気受入部をベンチュリ
   管出口に対向して配置し、この空気受入部に前記メイン
   パスに通じる空気流通孔を設けると共に、前記ガイド筒
   の下流側端部と前記空気受入部の開口側縁との間に前記
   メインパスに通じるエアギャップを設けて成ることを特
   徴とする空気流量計。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
   において、前記エアギャップはギャップ間隔が調整自在
   に設定してあることを特徴とする空気流量計。
6. 【請求項６】 請求項１、請求項３〜請求項５のいずれ
   か１項において、前記空気受入部の開口部には流入する
   空気を整流するための整流部材が設けてあることを特徴
   とする空気流量計。
7. 【請求項７】 被測定管路に設置される空気流量検出素
   子において、前記被測定管路中に取り付け可能にした半
   導体チップ保持用のサポートと、空気流量測定用の発熱
   抵抗体及び温度補償抵抗体を半導体プロセスにより形成
   した半導体チップと、前記発熱抵抗体及び温度補償抵抗
   体を駆動して空気流量出力を得る回路を有する半導体チ
   ップとを備え、これらの半導体チップを組にして前記サ
   ポートに空気流通可能なカバーで保護した状態で配置し
   て成ることを特徴とする空気流量検出素子。