JPH08101052A - 熱式流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発熱抵抗体の電極兼支持棒をなすリードワイヤ
形状の最適化を図ることにより、リードワイヤへのダス
トの堆積を低減する。 【構成及び効果】発熱抵抗体３０は、両端にリードワイ
ヤ３２、３３が嵌入され、外周面に抵抗線３５が巻装さ
れたボビン３１を有し、その上に保護膜３６が被覆され
て形成されている。リードワイヤ３２、３３は流路方向
上流側へ尖った突部１００を有するので、この突部１０
０近傍における流線の急角度の変化を防止でき、ダスト
が突部１００の正面に付着するのを低減でき、このダス
ト堆積に伴うリードワイヤの放熱特性の変化による測定
精度のばらつきを抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リードワイヤ形状を最
適化することにより、リードワイヤへのダスト堆積を抑
えることにより測定誤差低減が可能な熱式流量測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一対のリードワイヤにより抵抗線巻装の
ボビンを支持するとともに抵抗線に通電する発熱抵抗体
を流路中に設け、その放熱に応じて質量流量を検出する
従来の熱式流量測定装置において、ダストがリードワイ
ヤに付着すると測定誤差が生じてしまう。

【０００３】従来の発熱抵抗体３００のリードワイヤ３
３０近傍の状態を図６に示す。リードワイヤ３３０は円
形断面を有するので、その近傍における流線の曲がりが
大きく、空気より慣性力の大きいダストはそのまま空気
の流線に逆らってリードワイヤ３３０に衝突しダストが
堆積する。この問題を改善するために、リードワイヤの
流路上流側に近接して例えば傘状のダスト付着防止部材
を設けて、リードワイヤへのダスト付着を防ぐ提案（実
開平５−２４１８９）がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たダスト付着防止部材をリードワイヤの上流側に近接配
置する場合、このダスト付着防止部材の取り付け位置及
び姿勢のばらつきにより気流分布の変動やリードワイヤ
の放熱特性の変動が生じてしまい、その結果、発熱抵抗
体毎の測定値のばらつきが増大してしまう。

【０００５】なお、更に説明すれば、ダストがリードワ
イヤに単に衝突するだけではその付着は少ないが、同時
に混入するオイルや水分がバインダとなってダストがリ
ードワイヤの上流側外周面上に堆積する。なお、ボビン
上にも同様のダスト堆積が生じるが、ボビンは抵抗線の
発熱により２２０℃程度となるのでダスト中の水分が蒸
発し、乾燥した付着ダストはエンジン振動等により脱落
するので、ボビン上のダストは重要な問題ではない。こ
れに対し、リードワイヤの表面温度は低く、付着ダスト
の水分が十分蒸発せず、ダストの脱落が不十分となり、
リードワイヤから空気への放熱（対流熱伝達）が変化す
るので測定精度が悪化してしまうものである。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、測定ばらつきを抑止しつつリードワイヤへのダス
トの付着を低減可能な熱式流量測定装置を提供すること
を、その目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成は、
流路内に設けられて発熱する発熱抵抗体と、前記発熱抵
抗体の放熱量に関連する状態量に基づいて流量を検出す
る回路部とを備え、前記発熱抵抗体は、電気絶縁性のボ
ビンと、前記ボビンの両端開口にそれぞれ嵌入される一
対のリードワイヤと、前記ボビンの外周面に形成される
感温抵抗体と、前記リードワイヤ及び前記ボビンに形成
された前記感温抵抗体を被覆する電気絶縁性の保護膜と
を備える熱式流量測定装置において、前記リードワイヤ
が、流路上流側に突出する突部を有することを特徴とす
る熱式流量測定装置である。

【０００８】本発明の第２の構成は、上記第１の構成に
おいて更に、前記リードワイヤが、楕円形状又は菱形形
状又は紡錘形状の流路方向断面形状を有することを特徴
としている。本発明の第３の構成は、流路内に設けられ
て発熱する発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の放熱量に関
連する状態量に基づいて流量を検出する回路部とを備
え、前記発熱抵抗体は、電気絶縁性のボビンと、前記ボ
ビンの両端開口にそれぞれ嵌入される一対のリードワイ
ヤと、前記ボビンの外周面に形成される感温抵抗体と、
前記リードワイヤ及び前記ボビンに形成された前記感温
抵抗体を被覆する電気絶縁性の保護膜とを備える熱式流
量測定装置において、前記リードワイヤが、断面円形の
主部と、前記主部と別体に構成されるとともに流路上流
側に突出する突部を有して前記主部の流路方向上流側の
外周面に密着される副部とを有することを特徴としてい
る。

【０００９】本発明の第４の構成は、上記第１又は第３
の構成において更に、前記感温抵抗体が、前記ボビンの
外周面に細線を巻き付けてなることを特徴としている。
本発明の第５の構成は、上記第１又は第３の構成におい
て前記感温抵抗体が、前記ボビンの外周面に薄膜式の感
温抵抗体又は厚膜式の感温抵抗体を形成してなることを
特徴としている。

【００１０】

【作用及び発明の効果】本発明の第１又は第２の構成に
よれば、リードワイヤが流路上流側に突出する突部を有
するので、すなわち、リードワイヤの突部が流路上流側
へ突出するので、この突部近傍における気流の乱れや方
向変化が減少し、特に、リードワイヤの上流側に面する
外周面に衝突して急角度で変化する空気流の流れが減少
し、これにより空気流に随伴するダストがリードワイヤ
の上流側に面する外周面に付着することが低減される。

【００１１】本発明の第３の構成によれば、リードワイ
ヤが、断面円形の主部と、主部と別体に構成されるとと
もに流路上流側に突出する突部を有して主部の流路方向
上流側の外周面に密着される副部とを有するので、上記
第１の構成と同様の効果を奏することができる。本発明
の第４の構成によれば、上記第１又は第３の構成におい
て前記感温抵抗体は前記ボビンの外周面に細線を巻き付
けたことを特徴としており、上記第１と同様の効果を奏
することができる。

【００１２】本発明の第５の構成によれば、上記第１又
は第３の構成において前記感温抵抗体は前記ボビンの外
周面に薄膜式の感温抵抗体又は厚膜式の感温抵抗体を形
成したことを特徴としており、上記第１の構成と同様の
効果を奏することができる。

【００１３】

【実施例】自動車用のエンジンに吸入される吸入空気量
を計測する熱式流量測定装置に本発明を適用した実施例
を図１〜図５に示す。熱式流量測定装置の全体構成につ
いて説明する。図２に示すように熱式流量測定装置１０
は図２の左側から吸入空気が導入され、図２の右側へ流
出する。熱式流量測定装置１０の上流側開口１１は図示
しないエアクリーナに挿入され取付けられている。一
方、下流側開口１２は、熱式流量測定装置１０より大径
の図示しない吸気ダクトに挿入されていて、図示しない
ベルトにより外部から締め付けられている。

【００１４】熱式流量測定装置１０は、中央円筒部１３
と上流側円筒部１４と下流側円筒部１５とを備え、中央
円筒部１３の外側には制御回路１６ｂを収容する回路容
器１６が形成されている。中央円筒部１３と上流側円筒
部１４と下流側円筒部１５とをそれぞれ連結することに
より流路が形成されている。この流路の上流側には、砲
弾形状の上流ハウジング１７が取付けられている。流路
の下流側には、内部に熱センサ部２０を有するとともに
中央円筒部１３と一体成形された中央ハウジング１８、
並びに、下流側円筒部１５と一体成形された下流ハウジ
ング１９が取付けられている。熱センサ部２０は円筒形
の樹脂部２１を有しており、樹脂部２１には４本の支持
ピン２２、２３、２４、２５がインサート成形されてい
る。支持ピン２２、２３、２４、２５の両端は樹脂部２
１から上流側及び下流側にそれぞれ突出しており、上流
側に突出した支持ピン２２、２３、２４、２５の突出部
分には長短２種類があり、短い方の支持ピン２４、２５
の間に温度補償用抵抗体２６が取付けられ、長い方の支
持ピン２２、２３の間に発熱抵抗体３０が取付けられて
いる。

【００１５】温度補償用抵抗体２６と発熱抵抗体３０と
はそれぞれ図示しない配線により制御回路１６ｂと電気
的に接続されている。温度補償用抵抗体２６と発熱抵抗
体３０は感温抵抗体である。発熱抵抗体３０は、制御回
路１６ｂにより加熱電流が流されることにより発熱す
る。一方、温度補償用抵抗体２６は温度補償用抵抗体２
６の周囲を流れる空気流の温度に応じて抵抗値が変化す
る。温度補償用抵抗体２６及び発熱抵抗体３０に通電さ
れる加熱電流量は、両抵抗体２６、３０の温度差がそれ
らの周囲温度にかかわらず常に所定の温度差を保つよう
に、制御回路１６ｂにより制御される。

【００１６】次に、熱式流量測定装置１０の制御回路１
６ｂの構成を図３に基づいて説明する。図示しない車載
バッテリに接続されている端子＋Ｂの電圧は、図示しな
い貫通コンデンサを経由して、エミッタホロワトランジ
スタ４５のコレクタに印加され、トランジスタ４５は、
発熱抵抗体３０及び抵抗４１に直列に給電し、また、温
度補償用抵抗体２６及び抵抗器４２、４３に直列に給電
する。抵抗器４１、４２、４３、温度補償用抵抗体２６
及び発熱抵抗体３０はホイートストンブリッジ回路を構
成しており、発熱抵抗体３０の抵抗値と抵抗器４３の抵
抗値との積と、温度補償用抵抗体２６及び抵抗器４２の
合成抵抗値と抵抗器４１の抵抗値との積とが等しい関係
になるとき、このホイートストンブリッジ回路は平衡状
態となる。発熱抵抗体３０と抵抗器４１との接続点の電
圧Ｖ１は、オペアンプ４４の非反転入力端子に印加さ
れ、抵抗器４２と抵抗器４３との接続点の電圧Ｖ２はオ
ペアンプ４４の反転入力端子に印加されている。オペア
ンプ４４の出力電圧はトランジスタ４５のベース端子に
印加され、電圧Ｖ１が質量流量に関連する信号電圧Ｖｓ
として出力される。

【００１７】次に、本実施例の特徴をなす発熱抵抗体３
０の構成を図１に基づいて説明する。発熱抵抗体３０
は、ボビン３１とリードワイヤ３２、３３と細線（本発
明でいう抵抗線）３５と保護膜３６とから構成されてい
る。ボビン３１は電気絶縁性材料例えばアルミナからな
り、例えば外径φ０．５ｍｍ、内径φ０．２ｍｍ、長さ
２ｍｍの大きさに形成されている。ボビン３１の両端部
には楕円柱形状のリードワイヤ３２、３３が互いに接触
しないように挿入されており、接着剤３４により固定さ
れている。この明細書では楕円柱形状リードワイヤ３
２、３３の長軸方向の外周部を突部１００と賞する。リ
ードワイヤ３２、３３は例えば白金からなり、接着剤３
４は例えば軟化点１００℃前後の低融点ガラスからな
る。

【００１８】ボビン３１の外周面には例えば外径φ０．
０２ｍｍの白金からなる細線３５が巻付けられ、細線３
５の両端部はボビン３１の端部近傍のリードワイヤ３
２、３３にそれぞれ個別に点溶接されている。ボビン３
１およびリードワイヤ３２、３３に巻付けられている細
線３５を保護するため、例えば酸化鉛を含有したガラス
により保護膜３６が形成されている。保護膜３６は、酸
化鉛を含有したガラスを塗布した後、８００℃前後の温
度で焼結して形成される。酸化鉛を含有したガラスの塗
布方法は例えば酸化鉛を含有した粉末ガラスと有機バイ
ンダーとを有機溶媒で溶かしたガラスペースト中に沈降
させて引き上げることにより塗布すればよい。

【００１９】なお、抵抗体となる細線３５は、温度抵抗
係数が大きいものであれば白金線以外の他の金属線を使
用してもよく、また、支持体となるボビン３１も電気絶
縁性があれば他の物質を使用してもよく、リードワイヤ
３２、３３も導電性があれは他の金属および物質を使用
してもよい。また、前記抵抗体は、ボビン３１に細線を
巻き付けたものを用いたが、これに限られることはな
く、薄膜式の感温抵抗体、厚膜式の感温抵抗体等の他の
構成からなる抵抗体を使用してもよい。

【００２０】上述した発熱抵抗体３０は、リードワイヤ
３２、３３を空気流れ方向から見て、その投影面積が最
も小さくなる方向に支持ピン２２、２３に溶接固定さ
れ、図２に示す様にバイパス分岐通路内に配置される。 （作動）熱式流量測定装置１０の制御回路１６ｂの回路
動作を図３に基づいて説明する。ここで、Ｖ３はトラン
ジスタ４５のエミッタ電圧であり、Ｖ４はオペアンプ４
４の出力電圧である。

【００２１】抵抗器４１は発熱抵抗体３０に流れる電流
を電圧Ｖ１に変換し、抵抗器４３とは温度補償用抵抗体
２６に流れる電流を電圧Ｖ２に変換する。電圧Ｖ１、Ｖ
２をそれぞれオペアンプ４４の非反転入力端子、反転入
力端子に入力することにより、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とに
より生ずる電位差を差動増幅して電圧Ｖ４としてトラン
ジスタ４５のベース端子の電圧を制御している。このベ
ース電位の制御により温度補償用抵抗体２６と発熱抵抗
体３０との温度差が例えば約２００℃になるように保た
れている。

【００２２】上記ホイートストンブリッジ回路に電圧Ｖ
３が印加されると、オペアンプ４４の非反転入力端子に
は電圧Ｖ１、反転入力端子には電圧Ｖ２が発生する。電
圧Ｖ１、Ｖ２の大小関係がＶ１＞Ｖ２となるとき、オペ
アンプ４４の出力電圧Ｖ４は上昇し、これに伴ってトラ
ンジスタ４５のエミッタ電圧Ｖ３も上昇し、発熱抵抗体
３０を流れる電流が増加し、発熱抵抗体３０の発熱温度
が上昇する。この結果、発熱抵抗体３０の抵抗値が上昇
し、電圧Ｖ１は低下する。一方、電圧Ｖ１が低下し、電
圧Ｖ１、Ｖ２の大小関係がＶ１＜Ｖ２となると、オペア
ンプ４４の出力電圧Ｖ４は低下する。このためトランジ
スタ４５のエミッタ電圧Ｖ３が低下し、発熱抵抗体３０
を流れる電流も減少し、発熱抵抗体３０の発熱温度が低
下する。

【００２３】この結果、電圧Ｖ１が上昇し、電圧Ｖ１、
Ｖ２の大小関係はＶ１＞Ｖ２となるため、再び前述の制
御を繰返す。このようにオペアンプ４４は出力電圧Ｖ４
により電圧Ｖ１、Ｖ２の大小関係がＶ１＝Ｖ２となるよ
うにパワートランジスタ４５を制御し、発熱抵抗体３０
への通電量を調整している。一方、発熱抵抗体３０に流
れる加熱電流をＩ、発熱抵抗体３０の抵抗値をＲＨとす
ると、発熱抵抗体３０は（Ｉ² ・ＲＨ）の電力を消費し
発熱する。この発熱電力（Ｉ² ・ＲＨ）は流路を流れる
空気に放熱されるため、この流路を流れる空気流量の増
減によって空気に奪われる熱量が変化する。このため、
空気流量に応じて発熱抵抗体３０の温度が変化し、抵抗
値ＲＨも変化しようとする。しかし、前述のホイートス
トンブリッジ回路により、発熱抵抗体３０の抵抗値ＲＨ
が変化しないようにオペアンプ４４がトランジスタ４５
を制御して発熱抵抗体３０の通電量を変化させている。
つまり、空気流量に応じて加熱電流Ｉを変化させること
により、（Ｉ² ・ＲＨ）を変化させ、抵抗値ＲＨが常に
所定抵抗値になるように制御されている。したがって、
この加熱電流Ｉは空気流量に相関をもった値になり、抵
抗器４１により電圧Ｖ１に変換され、図示しない増幅回
路を経由して出力されている。

【００２４】次に、発熱抵抗体３０への空気流中のダス
トの付着状況を説明する。流路内に設けられた発熱抵抗
体３０には、吸入空気内に浮遊するダストが空気流れに
よって衝突し、ダストが付着する。又、エアクリーナに
含まれているオイルやエンジンからの吹き返しによるオ
イル等が媒体となってダストとダストの結合を助長しダ
ストが堆積する。

【００２５】ボビン３１上の保護膜３６の表面温度は細
線３５への加熱電流Ｉによる発熱によって例えば約２２
０℃まで高められている。この表面温度により、付着し
たダスト中の水分が蒸発し、乾燥したダストはエンジン
振動等により脱落する為、ダスト堆積が抑えられる。し
かし、リードワイヤ３２、３３の表面温度はボビン３１
上の保護膜３６の表面温度に比べ低く、付着したダスト
の水分が十分蒸発せず、ダストとダストの結合によりダ
ストが堆積する。このダスト堆積により、従来において
は、リードワイヤ３２、３３から吸入空気への放熱（対
流熱伝達）が変化する為、測定精度が悪化してしまう。

【００２６】これに対し、本実施例のリードワイヤ３
２、３３は断面の長軸が流路方向に設定された楕円断面
を有するので、リードワイヤ３２、３３の流路方向上流
側の表面（突部１００）近傍の空気流の方向変化、速度
変化が少なく、空気流に随伴するダストが空気流から離
れてリードワイヤ３２、３３に衝突して速度を失い、付
着することが従来より格段に低減される。すなわち、リ
ードワイヤ３２、３３近傍の流線の曲がりが小さくな
り、ダストがリードワイヤ３２、３３へ略正面衝突する
ことが少なくなる。

【００２７】なお、リードワイヤ３２、３３の断面は楕
円形状としたが、図４に示す如く菱形形状としても良
く、紡錘形状としてもよい。すなわち、少なくとも、リ
ードワイヤ３２、３３の流路上流側に面する表面（突部
１００）は他の表面より上流側へ向けて突出するように
他の表面（特に流路上流側に面する部位に対して９０度
直角位置にある表面）よりも小曲率半径を有する。

【００２８】その他、図５に示す如く断面円形のリード
ワイヤ３２、３３の主部３３ａの流路上流側に面する表
面に略三角柱形状で突角部３２ｃが流路上流側へ突出す
る副部３３ｂを接合してもよい。また、ボビン３１にリ
ードワイヤ３２、３３を接着固定後、プレス成形等によ
りリードワイヤ３２、３３のの断面を所定形状に加工す
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の熱式流量測定装置の発熱抵抗
体の一実施例を示す一部断面正面図であり、（ｂ）はリ
ードワイヤの流路方向断面図である。

【図２】図１の発熱抵抗体を用いた熱式流量測定装置の
一実施例を示す軸方向断面図である。

【図３】図１の熱式流量測定装置の回路部を示す回路図
である。

【図４】（ａ）は本発明の熱式流量測定装置の発熱抵抗
体の他実施例を示す一部断面正面図であり、（ｂ）はリ
ードワイヤの流路方向断面図である。

【図５】（ａ）は本発明の熱式流量測定装置の発熱抵抗
体の他実施例を示す一部断面正面図であり、（ｂ）はリ
ードワイヤの流路方向断面図である。

【図６】（ａ）は従来の熱式流量測定装置の発熱抵抗体
の一部断面正面図であり、（ｂ）はリードワイヤの流路
方向断面図である。

【符号の説明】

３０は発熱抵抗体、１６ｂは回路部、３１はボビン、３
２、３３はリードワイヤ、３５は細線（抵抗線）、３６
は保護膜、１００は突部、３３ａはリードワイヤ３３の
主部、３３ｂはリードワイヤ３３の副部、３３ｃはリー
ドワイヤ３３の突部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流路内に設けられて発熱する発熱抵抗体
   と、前記発熱抵抗体の放熱量に関連する状態量に基づい
   て流量を検出する回路部とを備え、前記発熱抵抗体は、
   電気絶縁性のボビンと、前記ボビンの両端開口にそれぞ
   れ嵌入される一対のリードワイヤと、前記ボビンの外周
   面に形成される感温抵抗体と、前記リードワイヤ及び前
   記ボビンに形成された前記感温抵抗体を被覆する電気絶
   縁性の保護膜とを備える熱式流量測定装置において、 前記リードワイヤは、流路上流側に突出する突部を有す
   ることを特徴とする熱式流量測定装置。
2. 【請求項２】前記リードワイヤは、楕円形状又は菱形形
   状又は紡錘形状の流路方向断面形状を有する請求項１の
   熱式流量測定装置。
3. 【請求項３】流路内に設けられて発熱する発熱抵抗体
   と、前記発熱抵抗体の放熱量に関連する状態量に基づい
   て流量を検出する回路部とを備え、前記発熱抵抗体は、
   電気絶縁性のボビンと、前記ボビンの両端開口にそれぞ
   れ嵌入される一対のリードワイヤと、前記ボビンの外周
   面に形成される感温抵抗体と、前記リードワイヤ及び前
   記ボビンに形成された前記感温抵抗体を被覆する電気絶
   縁性の保護膜とを備える熱式流量測定装置において、 前記リードワイヤは、断面円形の主部と、前記主部と別
   体に構成されるとともに流路上流側に突出する突部を有
   して前記主部の流路方向上流側の外周面に密着される副
   部とを有することを特徴とする熱式流量測定装置。
4. 【請求項４】前記感温抵抗体は、前記ボビンの外周面に
   細線を巻き付けてなることを特徴とする請求項１又は３
   記載の熱式流量測定装置。
5. 【請求項５】前記感温抵抗体は、前記ボビンの外周面に
   薄膜式の感温抵抗体又は厚膜式の感温抵抗体を形成して
   なることを特徴とする請求項１又は３記載の熱式流量測
   定装置。