JPH0835870A - 熱式空気流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】内燃機関等の脈動流の伴った吸入空気量を正確
に高応答速で検出できる実装構造の簡単な逆流検知機能
付きの熱式空気流量計を得ること。 【構成】平板状のアルミナ基板１４上に内燃機関の吸入
する空気に対して上流側および下流側に、それぞれ発熱
抵抗体７ａ，７ｂを設け、アルミナ基板１４の発熱側の
一部に発熱抵抗体７ａ，７ｂ間の熱干渉部１４ａを残し
て応答特性の整合を行うとともに、アルミナ基板１４の
非発熱部を切削溝により除去して発熱抵抗体７ａ，７ｂ
を分離した熱式空気流量計の検出部で、上流側の発熱抵
抗体７ａと下流側の発熱抵抗体７ｂへの電圧の差を取
り、電気的に検出して流れの方向および逆流空気量を計
測し、空気量を検出する熱式空気流量計。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱式流量計に係り、特に
内燃機関の吸入空気量を検出する熱式空気流量計に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の内燃機関の電子制御燃料噴射
装置に設けられた吸入空気量を測定する空気流量計とし
ては従来から可動ベーン式，カルマン渦式，スワール
式，熱式などが実用化されているが、特に熱式は燃焼に
直接関与する質量空気量を直接検出できることから、今
後は吸入空気量測定用として空気流量計の主流をなすと
見なされる。

【０００３】一方、熱式流量計はエンジンの軽負荷時に
は精度の高い空気流量信号を出力するが気筒数が少な
い、特に４気筒以下のエンジンの低回転数、重負荷時の
ように吸入空気流が脈動振幅が大きく、一部逆流を伴っ
た脈動流となると測定精度が急激に低下する。

【０００４】この対策として熱式流量計において特開昭
62−73124号公報および特開平1−185416号公報等で、そ
れぞれ流量検出部がボビン式，板型式に関して２個の発
熱抵抗体を用いた実装，回路構成等が示されている。

【０００５】しかしながら両者とも検出部において一長
一短がある。たとえば、ボビン式では上流側と下流側の
発熱抵抗体の取付け位置ずれ，形状および特性変化によ
り検出部の出力信号のバラツキが発生し、また発熱抵抗
体間の距離が長く出力信号の位相遅れが発生する。

【０００６】また、板型式では上流側および下流側の発
熱抵抗体の感度の差が小さく、感度の差を大きくするた
めに上流側と下流側の発熱抵抗体間の距離を大きくする
と発熱抵抗体の形成された平板基板の未発熱部の面積が
増加して検出部の応答速度を低下させてしまう等の問題
がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記問題点
を解決するためになされたものでエンジンの逆流を伴っ
た脈動流を正確に検出できる高感度な逆流検知機能付き
の空気流量計を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱式空気流
量計は平板状の基板上に流れに対して上流側と下流側に
それぞれ発熱抵抗体を設け、その発熱抵抗体を設けた基
板の発熱抵抗体間に溝を設けて上流側と下流側の発熱抵
抗体間の断熱を行うとともに発熱しない基板面を除去し
て計測感度の差を大きくし、検出部の応答速度を良くす
る。そして発熱側の基板の一部に共用部を残して上流側
発熱抵抗体と下流側発熱抵抗体の熱が基板の共用部を通
じて熱的干渉を起こして発熱抵抗体間の温度整合を生じ
させて発熱抵抗体間のバラツキを小さくするとともに上
流側と下流側の発熱抵抗体の位置ずれのない熱式流量計
とした。

【０００９】上記平板状の基板としてはアルミナ，Ｓｉ
Ｃ，ムライト等の絶縁性基板とシリコン基板等が用いら
れ、上流側および下流側の発熱抵抗体の設けられたそれ
ぞれの該平板状の基板の幅は、０.５〜１.５mm，厚さ
０.１〜０.２mmのものが特性的にも製造上においても一
般的である。該平板状の基板上に設けられた発熱抵抗体
としては、白金，ニッケル等の温度依存性の導体をスパ
ッタ，蒸着めっき法およびペースト印刷法等の手段によ
り目的に応じた任意のパターン状に形成することができ
る。なお、一般には発熱抵抗体の膜厚としては０.１〜
１０μｍ が好ましい。

【００１０】そして発熱抵抗体の上流側と下流側の発熱
抵抗体の間隔は計測感度の差を大きくするためには長い
ほど良いが、上流側と下流側の発熱抵抗体の計測信号の
位相遅れが大きくなり測定精度が低下する。また間隔が
短いと感度の差が小さく、小さい逆流の検知ができなく
なるため発熱抵抗体の間隔は０.５〜２.０mmすることが
望ましい。しかし応答特性において上流と下流の発熱抵
抗体間は直接発熱しないために熱逃げとなり温度整定に
時間がかかり発熱抵抗体の応答速度低下の原因となるた
めに発熱抵抗体間に溝を形成して発熱しない平板状の基
板の一部を除去するとともに上流側と下流側の発熱抵抗
体間を断熱させるために溝の幅は０.５〜２.０mm とす
ることが望ましい。

【００１１】ただし上流側と下流側の発熱抵抗体間を溝
により完全に断熱すると、それぞれの発熱抵抗体は単体
の応答特性を示し、上流側と下流側の発熱抵抗体の応答
ずれを生じ、測定精度が低下するために平板状の基板の
発熱体側の一部に共用部を残して熱干渉を起こさせるこ
とにより熱的整合を行うことで上流側と下流側の発熱抵
抗体の応答特性を合わせる。上流側と下流側の発熱抵抗
体の熱干渉により熱的整合を行うために残す平板状の基
板の一部は、発熱体側で発熱面積の１０％以下とするこ
とが逆流を測定するための応答特性の点からも望まし
い。

【００１２】発熱抵抗体を形成後、その上に被覆するた
めの保護膜としては、ＳｉＯ₂ ，Ａｌ₂Ｏ₃，ガラス等が
用いられ、該保護膜形成時に既に形成されている発熱抵
抗体に影響を及ぼさず、かつ使用条件で溶融，軟化等の
恐れがないものであれば特に制限されない。なお保護膜
の膜厚は応答性の点からは薄いほどよいが０.１〜１０
μｍが望ましい。

【００１３】さらに上記方法により構成された発熱抵抗
体においても該平板状の基板上に設けられた各発熱抵抗
体の端子側からの熱逃げは応答特性劣化の原因の一つと
なるために固定せずに空中に浮かして空気の断熱層で熱
逃げを防止することが理想的には望ましいが、実際の使
用時の信頼性の点からは何らかの方法で固定をする必要
があり、固定方法として吸入空気質量を計測する発熱部
側の該平板状の基板からの熱伝達による熱逃げを小さく
するために固定治具は、熱伝導率の小さい材質，熱逃げ
の小さい形状であることが望ましい。

【００１４】そこで上流側と下流側の発熱抵抗体のそれ
ぞれの基板幅と同じか、小さい面積で固定時の位置ずれ
を防止するために発熱抵抗体の固定部以外は一体とした
櫛型の構造とすることで熱逃げ面積を小さくし、また発
熱抵抗体の設けられた平板状の基板からの固定治具への
熱逃げ速度を遅くするために固定治具の熱伝導率が平板
状の基板に対して１／１０以下の材質の固定治具とする
ことで、さらに応答特性を向上させることができる。

【００１５】また熱式空気流量計を平板状の基板で構成
する利点の一つとして同時に多数の抵抗体をバッヂ処理
できることであり、内燃機関の吸入する吸入空気質量を
計測する発熱抵抗体と吸入した空気の温度を測定する温
度補償抵抗体も同時に形成することが望ましい。ただし
温度補償抵抗体は、発熱抵抗体からの熱の影響による誤
差が発生しないように吸入空気の上流側に設置して上流
側の発熱抵抗体間に溝を設けて発熱抵抗体側の熱を断熱
し、発熱しない発熱抵抗体の端子部側に平板状の基板の
共用部を設けることで温度補償抵抗体と上流および下流
の発熱抵抗体を一体の平板状の基板で構成することでバ
ッヂ処理が可能となり平板状の基板を使用する利点が生
かされる。

【００１６】上記構成により該平板状の基板上に設けら
れた上流側と下流側のそれぞれの発熱抵抗体および温度
補償抵抗体の端子は、発熱抵抗体の加熱電流を制御する
とともに出力電圧を取り出す駆動回路に電気的に接続さ
れ、上流側と下流側の発熱抵抗体に供給する電流値を比
較する比較器により差を取り、電気的に検出して流れ方
向を判別して正確な吸入空気量を高応答性で計測する。

【００１７】また本発明は内燃機関と、この内燃機関に
空気を送る吸気通路と、この吸気通路に設けられた前記
の熱式空気流量計と、内燃機関に燃料を供給する燃料噴
射弁と、前記流量計により検出された空気量に対応して
前記燃料噴射弁を制御する制御部とを備えた自動車であ
る。

【００１８】

【作用】本発明における平板状の基板上に設けた発熱抵
抗体間の基板の一部に共用部を残して溝を設けて平板状
の基板の非発熱部を除去することにより、発熱抵抗体間
の熱的干渉を低減するとともに上流側と下流側の発熱抵
抗体間の感度の差を大きくするために発熱抵抗体間の距
離を長くしても応答特性が低下することがない。さらに
基板の一部に共用部を残すことで上流側と下流側の発熱
抵抗体の位置ずれは発生せず、また基板の一部に残した
共用部の熱的干渉により２つの発熱抵抗体の熱は常に整
合されて同じ応答特性となるため、より顕著に逆流が発
生した時の逆流信号を取り出すことが可能となる。

【００１９】

【実施例】本発明に係る熱式空気流量計の一実施例を図
面に従って説明する。

【００２０】図１は、本発明に係る熱式空気流量計を有
する内燃機関を示す全体概要図である。

【００２１】内燃機関１の吸気通路２には、エアクリー
ナからの空気が吸入され吸気通路２内に吸入した空気量
を計測する熱式の空気流量計３が設けられている。熱式
空気流量計３の出力Ｖは燃焼制御回路４に供給される。
燃焼制御回路４は、たとえばマイクロコンピュータによ
って構成され、燃焼噴射弁６の制御等を熱式空気流量計
３の出力Ｖに基づいて行うものである。

【００２２】図２は、本発明の熱式流量計の駆動回路の
一部を構成する回路図である。

【００２３】熱式空気流量計３は、発熱抵抗体７ａ，７
ｂと温度補償抵抗体９ａ，９ｂと差動増幅器１０ａ，１
０ｂ，１０ｃとトランジスタ１１ａ，１１ｂおよび固定
抵抗１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ｂを有する
ブリッヂ回路であり、これより空気流量計として正流信
号を取り出すもので、その動作は吸入する空気温度を温
度補償抵抗体９ａ，９ｂで計測し、発熱抵抗体７ａ，７
ｂとの温度差を常に一定になるように発熱抵抗体７ａ，
７ｂを加熱する。発熱抵抗体７ａ，７ｂを加熱するため
の供給電流をブリッヂ回路によりフィードバック制御す
る。つまり空気流量の増減により発熱抵抗体７ａ，７ｂ
の温度が増減することで発熱抵抗体７ａ，７ｂの抵抗値
が変動してブリッヂ回路の平衝条件がくずれ、その結
果、差動増幅器１０ａ，１０ｂの出力Ｖによりトランジ
スタ１１ａ，１１ｂの導電率が変動して発熱抵抗体７
ａ，７ｂへの電流供給量により発熱抵抗体７ａ，７ｂの
温度を増減させ発熱抵抗体７ａ，７ｂの抵抗値整定によ
り平衝条件を得る。よって発熱抵抗体７ａ，７ｂに流れ
る電流を固定抵抗１４ｂにおける電圧効果として空気流
量を検出するものである。

【００２４】一方、逆流を検知するには上流側と下流側
の発熱抵抗体７ａ，７ｂの出力電圧を比較器１３ｃによ
り差を取り、電気的に検出して流れ方向を判別し、また
逆流発生信号に対して加算回路を用いて吸入した真の空
気量を正確に計測できるようにした。

【００２５】図３は、本発明を示す熱式空気流量計の検
出部を示す構造図である。

【００２６】平板状のアルミナ基板１４上に温度依存性
の発熱抵抗体７ａ，７ｂが吸入空気に対して上流側と下
流側にそれぞれ設けられ、上流側と下流側の発熱抵抗体
７ａ，７ｂ間に平板状のアルミナ基板１４の発熱側の先
端部に上流側の発熱抵抗体７ａと下流側の発熱抵抗体７
ｂの応答特性を合わせるための熱干渉部１４ａを残して
発熱抵抗体７ａ，７ｂ間の応答特性の改善のために発熱
抵抗体間の断熱および非発熱部のアルミナ基板１４面の
除去をした溝が形成され発熱抵抗体７ａ，７ｂは保護膜
１５により保護されている。

【００２７】図４は、本発明の他の実施例を示す検出部
の構造図であり、上流側の発熱抵抗体７ａと下流側の発
熱抵抗体７ｂの応答特性を合わせる熱干渉部１４ａが発
熱抵抗体７ａ，７ｂの発熱部の中央付近に設けられてい
る。

【００２８】図５は、本発明の他の実施例を示す検出部
の構造図であり、同一平板状のアルミナ基板１４に上流
側の発熱抵抗体７ａと下流側の発熱抵抗体７ｂおよび温
度補償抵抗体９を設けた構造で、発熱抵抗体７ａ，７ｂ
の共用温度補償抵抗体９を上流側の発熱抵抗体７ａより
上流側に配置して発熱抵抗体７ａ、の非発熱部である端
子側に検出部の固定時の位置ずれが発生しないようにア
ルミナ基板１４の共用部を一部設けて他は切削溝により
発熱抵抗体７ａからの熱を断熱して吸入空気の温度を計
測する熱式空気流量計の検出部とした。

【００２９】図６は、本発明の実施例の応用例を示す構
造図である。

【００３０】本発明の熱式空気流量計の検出部を支持す
るための支持台１６を示したもので形状は、櫛型形状で
発熱抵抗体７ａ，７ｂの支持する部分が櫛の刃のように
切削溝により分離され材質はパイレックスガラスで熱伝
導率がアルミナ基板１４の１／１０でアルミナ基板１４
からの熱に対して熱伝達を遅くしている。さらに応答特
性を改善するためにそれぞれの発熱抵抗体７ａ，７ｂを
支持する部分は、それぞれの発熱抵抗体７ａ，７ｂの設
けられた平板状のアルミナ基板１４面と同じか、小さく
して熱逃げの面積を少なくし、検出部の熱が吸入した空
気に対する熱放散性を向上させて、アルミナ基板１４と
支持台１６がエポキシ系の接着剤により固定している。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、発熱抵抗体間の応答特
性が整合され、応答性にすぐれ、検出位置ずれのない高
精度な逆流検知機能付きの熱式空気流量計を提供しうる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱式空気流量計を有する内燃機関
の全体概要図である。

【図２】本発明の熱式流量計の駆動回路の一部を構成す
る回路図である。

【図３】本発明の熱式空気流量計の検出部の構造図であ
る。

【図４】本発明の他の実施例を示す検出部の構造図であ
る。

【図５】本発明の他の実施例を示す検出部の構造図であ
る。

【図６】本発明の他の実施例の応用例を示す構造図であ
る。

【符号の説明】

７ａ，７ｂ…発熱抵抗体、９，９ａ，９ｂ…温度補償抵
抗体、１４…アルミナ基板、１４ａ…熱干渉部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気通路内に設けられた平板基
   板上に吸入空気の流れに対して上流側および下流側にそ
   れぞれ発熱抵抗体を設け、それぞれの発熱抵抗体の吸入
   空気への放散熱量の差を電気的に判別して吸入空気の流
   れ方向も検出しうる熱式流量計において、前記２個の発
   熱抵抗体を形成した平板基板の発熱側に一部共用部を残
   した溝を設けて発熱抵抗体間を分離したことを特徴とす
   る熱式空気流量計。
2. 【請求項２】請求項１において、前記発熱抵抗体の上流
   側の端子部側に一部共用部を残した溝を設けて温度補償
   抵抗体が形成されていることを特徴とする熱式空気流量
   計。
3. 【請求項３】請求項１において、前記２個の発熱抵抗体
   が形成された平板基板が櫛型状の支持台に固定されかつ
   支持台の熱伝導率が、前記平板基板の１／１０以下であ
   ることを特徴とする熱式空気流量計。