JPS5975120A - 空気質量流量センサ - 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】 本発明は空気質量流量センサに関する。

たとえば、自動車エンジン制御において、エンジンの吸
気孔に流入する空気質量流量（ｍａｓｓ　ａｉｒｆｌｏ
ｗ　）　　’ｚ測測定ることは有益で（４） ある。エンジンへの燃料の流量ケ正確に制御するために
は、空気質量流量全正確に知っている必要がある。従来
は、気圧、マニホルド圧力、エンジン回転数（ＲＰＭ）
、温度など全測定するこ−とによって間接的に空気質量
流量ケ決定し、空気流量を計算していた。このようなシ
ステムからは満足できる結果全得ることができるが、入
力データを集めるのに高価なトランスジューサを必要と
する。

空気質量流量の測定を行なう従来の試みには種々の欠陥
が伴なっていた。たとえば、周知の渦流型の流量計では
、空気流内に障害物を設けて渦を生じさせ、また、熱線
センサのようなトランスジューサで渦の発生頻度（空気
速度の直接的な測定値である）を測定している。しかし
ながら、空気質量流量を得るためには、空気の圧力と温
度を測定して空気密度全決定する必要がある。さらに、
渦流型流量計は自動車エンジンに生じる広い動的な範囲
の空気流には向いていない。エンジンで出合う高い流量
で作動するように設計した流量計は最低流量を測定する
に―、効果的ではなく、またこの逆も言えるからである
。

別の形式の流量計としては、抵抗ブリッジケ包含する熱
線流量計がある。この抵抗ブリッジは、アームの１つに
配置され、空気質量流量センサ要素音形成する訓いプラ
チナ線抵抗器を包含する。ブリッジには周囲空気温度以
上の所与の温度にセンサ抵抗器を維持するに十分な電力
が供給され、抵抗器で消費されたブリッジ電圧または電
力が空気の質量流量の測定値と々る。原則的には、この
熱線アナログ流量計は有効であシ、良い結果を与える。

しかしながら、実際には、熱線表面に塵が溜シ汚染され
、空気の冷却効果をかなり変え、その結果、システムの
目盛付けが誤ったものとなる。熱線は頻繁に清掃しなけ
ればならない。また、経験によれば、細いセンサ熱線は
エンジンの逆火に付随して破断されやすいのである。

同じアナログ熱線法を用いる１だ別の提案では、熱蔵ケ
コアに巻付けることによって頑丈なセンサを得ている。

しかしながら、このセンサの熱質量はコアの存在により
高いものとなっており、抵抗器要素の温度が空気γノ１
［の質量流量の変化に応答するのが遅く、シたがって、
急速な温間変化、空気質量流量がしばしば生じる自動車
で用いるには不足である。

フィルム抵抗器要素に関連して用い／と「熱質量」なる
用語は、ここでは、センサ４」（抗器と密接々熱伝達関
係にめるフィルム支持１１１７造体の熱答融と組合った
センサ抵抗器それ自体の熱容量を意味し、これらは共に
空気質量流量に変化があったときにセンサ抵抗器温度の
変化を遅らせる。

流量用のための公知の空気質量流量センサ（例えば米国
特許第４３１７３６５号）は、加熱電流によって所定温
度壕で制御される温度依存型フィルム抵抗器要素を包含
する。上述のように、フィルム抵抗器要素はキャリヤ上
（７） に置かれ、このキャリヤは安定した流れの領域において
空気流内に配置されており、フィルム抵抗器要素の表面
に沿って流れる安定した空気の層流を与える。

本発明は、正確で頑丈であり、広い動的範囲の流量にわ
たって有益であシ、流量の変化に迅速に応答し、塵の蓄
積による影響を実質的に受けない空気質量流量センサを
提供することに関する。

この目的のために、本発明による空気質量流量センサは
、フィルム抵抗器要素が誘電フィルムとこの誘電フィル
ム」二に支えられた金属フィルムセンサ抵抗器とを包含
し、誘電フィルムが金属フィルムから隔たった取付区域
を有し、金属フィルムが温度によシ抵抗率の実質的な変
化ケ示し、支持手段がフィルム抵抗器要素と取付区域の
ところで係合し、センサ抵抗器がこの支持手段から隔た
っていて支持手段に対して断熱状態と々っており、それ
により、抵抗器要素の熱質量が小さくなって（８） おり、また、成る傾斜角でフィルム抵抗器要素に向って
空気流を向ける手段が設けられて抵抗器要素のところで
ばらつきの々い空気流を得てかつ、この空気流によって
確実々冷却効果を得るようにしであることを特徴とする
。

このような空気質量流量センサでは、フィルム抵抗器要
素は潜在的に熱質量が低く、空気質量流量の変化に迅速
に応答する。

好寸しくけ、フィルム抵抗器要素は平坦な抵抗フィルム
センサを包含し、このセンサがフィルムの両側で空気流
に露出しており、空気流がフィルムの各側に成る傾斜角
で向けられ、フィルムセンサのところで収束して最大の
空冷効果を与えるようにする。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適実施例を一
層詳細に説明する。

本発明による空気質量流量センサは上記の一定温度風速
計型のもの、すなわち、任意の周囲空気温度に対して、
センサ抵抗器が流量の変化があっても周囲温度より高い
一定温度に維持される型のものである。たとえば、周囲
空気温度が２０℃であれば、センサ抵抗器は１００℃に
維持されるというようにである。

センサ抵抗器はホイーストンブリッジ配置となっており
、他の抵抗器は周囲空気温度に応答する補償抵抗器全包
含する。このブリッジに供給される電力源は、フィード
バック回路によって制御されてブリッジ前後に十分な電
圧を維持し、センサ抵抗器全空気質量流量の変化によっ
て生じた抵抗器の電力消費変化に無関係に必要な温度に
維持するように寿っている。その結果、消費ブリッジ電
圧または電力が空気質量流量の測定値となる。このよう
な配置は当業者にとって周知のものであり、これ以上の
説明はここでは行なわ彦い。

本発明による空気質量流量センサの好適実施例が第１．
２．３図に示しである。このセンサは空気質量流量測定
に一般的に適応できるが、自動車の内燃機関に導入され
る空気質量流量の測定のために特に設計してあり、した
がって、広い動的範囲の空気流および広い周囲温度範囲
にわたって作動できるようになっており、かつ振動、塵
およびエンジン逆火衝撃に耐え得るようになっている。

円筒形ダクト１０にセンサ１２が収容してあり、このセ
ンサは支持フレーム１４ケ包含する。この支持フレーム
１４は略平坦であり、その片縁に沿ってダクト１０の壁
に装着するためのフランジ部分１６を有する。実際に、
ダクト１０およびフレーム１４はアルミニウムあるいは
同等の効果を持つ成形ポリマーで作っである。フレーム
はダクト内を長手方向に延び、ダクトの中心軸線上に位
置する。フレーム１４には、矩形の孔１８が設けてあり
、この孔もダクト軸線に関して対称的に位置している。

孔１８よりもやや太きい平坦々フィルム抵抗器要素２０
がフレーム１４の縁のところで孔を覆って接着しである
。要素２０の本体は誘電フィルム２１であｐｌこれは好
ましくはＫａｐｔｏｎ　（Ｅ、　１．ＤｕＰｏｎｔ　ｄ
ｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　＆（１１） ＣＯ，Ｉｎｃ、の商品名）のような芳香族ポリイマイド
フイルム（ａｒｏｍａｔｉｃ　ｐｏｌｙｍｉｄｅ　ｆｉ
ｌｍ　）である。孔？直接覆いかつその縁から隔たって
いる金属フィルムセンサ抵抗器２２をこのフィルムは支
持している。このポリイマイドフィルムは強靭で可撓性
があシ、側方への低い熱伝達を防ぎ、高温安定性がある
。金属フィルム抵抗器２２は、その面積が誘電フィルム
２１０面積よシも小さく、フィルム２１の縁から隔たっ
ていてその縁を画成している。

金属フィルム抵抗器は温度に応じて実質的に抵抗率を変
えるものであり、好ましくは、線形特性を持っている。

実際に、最適な材料は、誘電フィルムに固着され、曲が
りくねった経路ケエッチングして所望の抵抗値、たとえ
ば、９５℃の温度で５オームを得るようにした銅である
ことが判明した。−２００℃ないし＋３００℃の範囲で
、抵抗値は温度に応じて線形に変化し、２０℃で３．８
６１９オームの値を持つ。こうして、この抵抗器は温度
に応じ（１２） て実質的な抵抗率変化を行なう。抵抗経路の各端に次に
はんだパッド２４を設け、各パッドを次に導線２６によ
って空気流量回路に接続する。このようなセンサの或の
特定例では、孔は約２５゜４ミリ平方（１インチ平方）
で、Ｋａｐｔｏｎ　　材料ｋ　０．０２５４ミリ（１ミ
ル）厚さとし、片側に７．０８グラム（１クオータオン
ス）の銅箔全接着した。１９．０５　ｍｍＸ　７．６２
ａｍ　（０，７５インチ×０．３インチ）の面積を要求
される抵抗を与えるように曲がりくねった形状の回路に
エツチング加工した。銅抵抗路は厚さ０．００９６５師
（０，３８ミル）であり、幅０．２５４間（１０ミル）
であった。銅表面は絶縁材料の別のフィルム２７で保護
した。

このフィルムは基体に接着した厚さＱ、　Ｏ２５４調（
１ミル）のＫａｐｔｏｎ　　シートであった。

しかしながら、別の絶縁コーティングを使用できる。こ
うして得た銅抵抗器保護体は酸化を防ぎ、また、滑らか
な表面を与えてセンサ抵抗器表面に塵を集める傾向ケ減
じる。センサ抵抗器要素２０の熱質量は、銅・Ｋａｐｔ
ｏｎ組立体の質量が小さくかつ支持フレーム１４から効
果的に絶縁することにより低く維持される。一方、平坦
要素２０の両側を囲む冷却面積は太きい。

センサ２０の上流でフレーム１４の各側において、アル
ミニウムハニカム構造の流れ整流器２８がフレームから
ダクト１０の壁まで延びている。フィルムに向って収束
する２つの空気流路において空気が整流器２８全通って
流れ、金属フィルムセンサ抵抗器２２の両側に衝突する
ように整流器２８はフレームに対して角度を成している
。整流器２８は上下の支持体３０によって支持されてお
シ、これらの支持体は整流器の両側およびフレームに沿
って延びている。各支持体はフレーム１４の下流端の点
で一緒になシ、凧の形となっている。好ましくは、各整
流器はフレーム１４の平面に対して７０度の角度となっ
ている。

整流器の最適角度は、所与のデザインに対して経験的に
決定される。経験によれば、この角度は厳密々ものでは
なく、公称７０度位置からその前後１０度の範囲で変化
し得る。しかしながら、もし角度が太きすぎると、セン
サの分解能が悪化し、一方、小さすぎると、タクト１０
を通る空気流を拘束する傾向がでてくる。整流器で得た
収束空気流はセンサ表面に付着しているいかなる絶縁空
気層も拭い去り、センサと空気流の熱結合を改善してセ
ンサ冷却効果を高める傾向がある。また、この確実な空
気流制御は全空気流状態を通じてばらつきのかい空気流
を与える。さらに、」−下の支持体３０はダクト１０の
壁面に沿って整流器をバイパスした空気によって整流器
を通る空気を妨げるのを防ぐことによってばらつきの々
い空気流を維持する助けとなる。整流器の上流側でのギ
ャップは半円筒形フェアリング３２によって閉ざしであ
る。このフェアリングは整流器への流れ全潰らかにする
（　ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅ　）　　助けとなる。エアー
メータ（１５） ・−のためのブリッジ回路の一部となっている温度補償
抵抗器３４がフェアリング３２に隣接してその上流に装
着しである。この抵抗器のリード線は電子回路に通じる
ようにフェアリング３２内に延びている。この補償抵抗
器３４の位置決めは、それがセンサ抵抗器２２によって
加熱されなかった周囲空気部分の中に設置されている限
り厳密なものではない。

今説明した空気質量流量センサは、このようにして、熱
質量が低く、かつ感知要素の両側面に収束して空気質量
流量の変化に迅速に応答する衝突空気流によって大きな
面積を拭われることのできる頑丈な感知要素を提供する
。さらに、感知要素の平坦面積が大きいことにより、そ
の汚染がセンサ動作に与える影響は小さい。たとえば、
汚染層が０．０２５４ｍｍ（１ミル）であっても、平坦
金属フィルム抵抗器の冷却面積には実質的に変化を生じ
させない。それに対して、円形断面の０．１０１６咽（
４ミル）直径のプラチナ線を用いている（１６） 従来の熱線センサが０．０２５４　ｍｍ　（１ミル）厚
さの汚染層を集めた場合、熱線の冷却面積は５０チ増大
することになシ、大きな目盛付は誤差音生じさせ、頻繁
な熱線清掃全必要とする。さらに、抵抗要素として調音
使用することにより、非常に高価であシ、また、いつで
も入手できるとは限らない貴金属に対する依存度がなく
なる。銅が温度に対してその係数を線形に変化させると
いうことは、空気質量流量ケ表わす電気信号を発する流
量計の電子回路全単純化する助けとなる。

第４．５．６図に示す空気質量流量センサの第２実施例
は、上流端に整流器４２を備えるダクト４０を包含する
。この整流器はダクトに沿って軸線方向に空気を送るよ
うになっている。ダイヤモンド形本体４４（好１しくけ
絶縁材料で作っである）がダクト内で実質的にその長手
方向軸線のところにおいて吊下げられており、この本体
４４は流線形の台４６に装着しである。この台４６はダ
クトの壁に取付けである。本体４４１１−１：、鋭いく
さび形前部が流入空気流を分割するように設置される。

第５図で最も良くわかるように、本体４４の前部にはそ
の両前面４９と交差する空所４８が設けである。前面に
このように画成された開口はフィルム抵抗器要素５ｏで
覆ってあり、この要素は、第６図で最も良くわかるよう
に、一対の金属フィルム抵抗器５２を包含する。これら
の金属フィルム抵抗器は低抵抗導線５４によって直列に
接続してあり、その末端にははんだパッド５６が設けで
ある。

このフィルム抵抗器要素は本体４４の前部の丑わシに巻
付けてあり、したがって、抵抗器５２は内側を向き、前
面４９の開ロケ覆うように位置することになる。導体５
４が本体４４の前部先端を横切っている。はんだパッド
５６に接続したリード線５７は本体４４および台４６の
中空部分を貫いて内部に延び、図示しない電子回路に接
続している。

こうして、ダイヤモンド形本体４４は流入空気流に対し
て滑らかな前方面積を与え、大きな面積の抵抗器５２が
その熱を容易に空気流に逃がし、したがって、空気質量
流量変化に対する迅速々応答を与える。各抵抗器５２の
内側は空所４８内の停滞空気空間に露出しており、その
結果、有効冷却空気量は上記の第１−３図の実施例の約
半分となる。それでも、センサの応答性は多くの用途で
良好であり、このセンサは構造簡潔、安価であるという
利点全有する。フィルム抵抗器要素の製作は先の実施例
と実質的に同じであるが、保護フィルム２７はなくても
よい。温度補償抵抗器５８が支持台４６の後縁に設置し
であるが、この位置も抵抗器５８がフィルム抵抗器要素
５０によって加熱されなかった空気にさらされている限
り厳密々ものではない。実際に、本体４４の前面の開先
角度は２０度であると申し分ないが、もつと太き外角度
でも同等な良い結果を得た。

薄膜抵抗器要素を利用し、また、高感度、（１９） 低熱質量、低騒音および応答迅速という性能を維持しな
がら実施例の種々の変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による空気質量流量センサの実施例の部
分破断斜視図である。 第２図は空気流パターンを示す、第１図のセンサの横断
面図である。 第３図は第１図のセンサのセンサ要素の部分破断斜視図
である。 第４図は本発明による空気質量流量センサの別の実施例
の部分破断斜視図である。 第５図は第４図のセンサの本体の平面図である。 第６図は第４．５図のセンサの金属フィルムセンサ抵抗
器の展開図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ２０．５０・・・フィルム抵抗器要素、２１・・・誘電
フィルム、２２・・金属フィルムセンサ抵抗器、１４．
４４・・・支持手段、１８・・・孔、（２０） ２８・・・空気流導流器、１０・・・ダクト、４９・・
・一対の傾斜面、４８・・・空所、５２・・・センサ抵
抗器部分、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｊ、　流量計のための空気質量流量センサであって、加
   熱電流によって所定温変寸で制御される温度依存式フィ
   ルム抵抗器要素ケ有する空気質量流量センサにおいて、
   該フィルム抵抗器要素が誘電フィルムと該誘電フィルム
   に支えられた金属フィルムセンサ抵抗器と全包含し、前
   記誘電フィルムが前記金属フィルムから隔たった取付区
   域を有し、前記金属フィルムが温度により抵抗率の実質
   的な変化全示し、支持手段が前記フィルム抵抗器要素と
   前記取付区域のところで係合し、前記センサ抵抗器が該
   支持手段から隔たっていて該支持手段に対して断熱状態
   となっており、それにより、前記抵抗器要素の熱質量が
   小さくなっており、また、成る傾斜角で前記フィルム抵
   抗器要素に向つて空気流を向ける手段が設けられて前記
   抵抗器要素のところでばらつきのない空気流を得てかつ
   該空気流によって確実々冷却効果金得るようにしである
   ことを特徴とする空気質量流量センサ。 ２、特許請求の範囲第１項記載の空気質量流量センサに
   おいて、前記金属フィルムセンサ抵抗器が前記誘電フィ
   ルムよりも小さく、該金属フィルムセンサを囲む縁を画
   成するように前記誘電フィルム上に設置してあり、前記
   支持手段が、前記誘電フィルムの前記縁とのみ係合して
   前記フィルム抵抗器要素全前記支持手段に装着する手段
   を包含すること全特徴とする空気質量流量センサ。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載の空気質量
   流量センサにおいて、前記手段に孔が設けてあり、前記
   フィルム抵抗器要素が前記支持手段に装着してあって前
   記金属フィルムセンサ抵抗器が前記孔と一致しているこ
   とを特徴とする空気質量流量センサ。 ４．特許請求の範囲第３項記載の空気質量流量センサに
   おいて、前記フィルム抵抗器要素が平坦形状をしており
   、前記支持手段が支持フレームを有し、該支持フレーム
   がこれを貫通する孔ケ有し、前記フィルム抵抗器要素が
   前記支持フレームに装着してあって前記センサ抵抗器が
   孔上の平面にあること全特徴とする空気質量流量センサ
   。 ５、特許請求の範囲第４項記載の空気質量流量センサに
   おいて、前記フィルム抵抗器要素の上流でかつその平面
   の各側に空気流導流器が配置してあって成る傾斜角で前
   記フィルム抵抗器要素に向って収束する２つの空気流路
   に空気流を向けるようになっていることを特徴とする空
   気質量流量センサ。 ６、特許請求の範囲第５項記載の空気質量流量センサに
   おいて、ダクトが空気流を運び、前記支持フレームが前
   記ダクト内にその軸線に沿って装着してろシ、前記支持
   フレー（３） ムは、前記孔が前記金属フィルムセンサ抵抗器よりも大
   きくなっている薄くて平坦な支持体を包含することを特
   徴とする空気質量流量センサ。 ７、特許請求の範囲第１項記載の空気質量流量センサに
   おいて、前記支持手段が一対の傾斜面ケ持つくさび形状
   となっており、また、各面に開口を画成する少々くとも
   １つの空所を有し、前記フィルム抵抗器要素が前記支持
   手段に装着してあって各センサ抵抗器部分がそれぞれの
   開口を覆っており、前記支持手段が谷センサ抵抗器部分
   を空気流に対して成る傾斜角で設置するように空気流内
   に装着しであることを特徴とする空気質量センサ。