JPS60227124A - 空気流量センサ - 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】 技術分野 本発明はたとえば内燃機関の吸入空気角゛全検出するた
めの空気流量センサに関し、特に、股式抵抗を有する直
熱型空気流量センサに関する。

従来技術 一般に、′電子制御式内燃機関においては、基本燃料噴
射量、基本点火時期等の制御のために機関の吸入空気骨
は重要な運転状態パラメータの１つである。従来、この
ような吸入空気＠を検出するための空気流量センサ（エ
アフローメータとも言う）はベーン式のものが主流であ
ったが、最近。

小型、応答性が良い等の利点を有するｒ温度依存抵抗を
用いた熱式空気流鼠センサが実用化されている。

さらに、温度依存抵抗を有する空気滝川センサとしては
、空気Ｍｍを直接検出する傍熱捜（マスフ四−型）と、
空気容量全検出する直熱型（ポリーームフロー型）とが
ある。傍熱型の空気高量センサにおいては、空気流の温
度を検知するための温度依存抵抗の上流に廃熱抵抗を設
け、温度依存抵抗の温度が一定になるように発熱抵抗の
電流値をフィードバック制御し、発熱抵抗に印加される
電圧によシ空気重批を検出するものである（参照：特公
昭５４−９６６２号公報）。この傍熱型においては、空
気流に含まれる浮遊粒子が＠度依存抵抗および発熱抵抗
のよどみ部分、境界層ｒＩＸ分笠に沈着した場合には、
一時的にこれらの抵抗に過大な電流を流して焼却（バー
ンオフ）することが可能である。他方、傍熱型に比べて
応答速度が早い直熱型の空気流量センナにおいては、空
気流の温度を検知するための＠度依存抵抗を加熱抵抗と
しても作用させ、この温度依存抵抗の温度が一定になる
ように温度依存抵抗の電流値をフィードバック制御し、
温度依存抵抗に印加される電圧により空気容量を検出す
るものである。もちろん、この直熱型を用いた内燃機関
においては、吸入空気自体の温度を検出するための温度
依存抵抗は別個に設ける必要亦ある。

本発明は上記直熱型の空気流Ｌ（、センサであって。

温度依存抵抗ｔ−膜式抵抗にて構成したものに適用され
る。

通常、腹式抵抗は側熱性樹脂によって被覆作品されて構
成されており、従−て、空気流に含まれる浮遊粒子が腹
式抵抗のよどみ部分、境昇層部分等に沈着してもバーン
オフさせることは不ｕＪ能である。なぜなら、浮遊粒子
の主成分であるカーボン粒子のバーンオフ温度は通常８
００℃以上り、にされるのに対し、ワ！、キ式抵抗を被
覆保１偵するＩＩｌ＋熱性樹脂の痔融酷度は４００℃程
度と低いからである。

従って、腹式抵抗に沈着された浮遊粒子はそのまま残存
し、その結果、熱４世の増大、熱放散牡）１゜の叢化金
招き、帆いては、空気流敞センサの感度および応答速度
の変化や低下を招くという間す５↓点があつた。

そこで、空気流ｍｋ検出する模式抵抗体の前に浮遊粒子
金沈着するための物体装置き、　１％式抵抗体に付着す
る浮遊粒子を少なくすることが考えられる。しかしなが
ら、浮遊粒子を沈着させるための物体は大きいと模式抵
抗体の境界層が厚くなり感度が低下する定め小さい物体
が望ましいが、小さいと浮遊粒子の付着により、流れが
変化する割合が大きくなり、模式抵抗体の感度が変化す
るという問題点が発生する。

発明の目的 本発明の目的は、上述の従来形における問題点に鑑み、
感度および応答速度の良い腹式抵抗を有する直熱型空気
流量センサを提供することにある。

発明の構成 上述の目的を達成するために本発明によれば。

腹式抵抗に有する直＃Ａ型空気流量センサにおいて。

腹式抵抗の少なくとも上流側に且つほぼ同軸面上に空気
流の浮遊粒子を沈着させるための発熱抵抗体を設けであ
る。この発熱抵抗体の厚みは腔式抵抗の厚みとほぼ同一
である。発熱抵抗体に沈着さ　−れた粒子はこの発熱抵
抗体を灼熱させることによりバーンオフされる。

実施例 以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は従来の腹式抵抗を有する直熱型空気流量が適用
された内燃機関を示す全体概要（８）である。

第１図において、内燃機関１の吸気通路２にはエアクリ
ーナ３ケ介して空気が吸入される。この吸気通路２内に
計測管（ダクト）４が設けられ、そＯＰｇ部に外気耐塵
補償を行う温度依存抵抗５と空気流量を計測するための
発熱ヒータ兼用温度依存抵抗６とが設けられている。温
度依存抵抗５，６は制御回路７に接続されている。制御
回路７Ｆｉたとえばマイクロコンピュータによ−て構成
され、燃料噴射弁８の制御等を行うものである。

制御回路７は、たとえば第２図に示すように。

熱を制御回路７１．Ａ／Ｄ変換器７２．ＣＰＵ７３、メ
インルーチン、煤料噴射量演算ルーチン等を格納するＲ
ＯＭ７４、一時的なデータを格納するＲＡＭ７５、ｌ１
０７６、噴射弁制御回路７７等を含んで構成されている
。熱量制御Ｌ）回路７１は、後述のごとく、温度依存抵
抗６の温度が一定になるようにこの抵抗６の発Ｍ針をフ
ィードバック制御し、温度依存抵抗６に印加される電圧
を空気流量電圧ＶＱ　としてＡ／Ｄ変換器７２に供給す
るものである。

熱量制御回路７１は、＠３図に示すごとく、温度依存抵
抗５，６とブリッジ回路全構成する抵抗７１１．７１２
、比較器７１４１比較器７１４の出力によって制御され
るトランジスタ７１５．１！圧バツフア７１６によシ構
成される。っ″！、シ、空気流量が増加して温度依存抵
抗６（この場合、サーミヌタンの温度が低下し、この結
果、温度依存抵抗６の抵抗値が下降してＶ、＜Ｖヨ、と
なると、比較器７１４の出力によ）てトランジスタ７１
５の導電率が増加する。従って、温度依存抵抗６の発熱
量が増加し、同時に、トランジスタ７１５のコレクタ電
位すなわち電圧バッファ７１６の出力電圧Ｖ、は上昇す
る。

逆に、空気流量が減少して温度依存抵抗６の温度が上列
し、この結果、温度依存抵抗６の抵抗値が上昇してＶ＋
＞　Ｖａｔ　となると、比較器７１４の出力によってト
ランジスタ７１５の導電率が減少する。従って、＠度依
存抵抗６の発熱量が減少し、同時に、トランジスタ７１
５のコレクタ電位すなわち電圧バッファ７１６の出力電
圧Ｖ、は増加する。このようにして、温度依存抵抗６の
温度は一定になるようにフィードバック制御され、出力
電圧■、は空気流量を示すことになる。

第４図囚、田）は第１図の温度依存抵抗６の拡大平面図
および断面図である。第４図（５）、（Ｂ）に示すよう
に、温度依存抵抗６は模式抵抗としてサーミスタフィル
ム６１によって構成され、支持体６２によって計測管４
に支持されている。さらに、詳しくは、第５図に示すよ
うに、サーミスタフィルム６１は基板６３の片面もしく
は両面に形成さｎ１耐熱性樹脂６４によって保護されて
いる。

上述の模式抵抗６を用いると、抵抗６の上流側の縁に発
生する。よどみ点近傍（第４図ｆＢｌのａ）および抵抗
６の流れ方向に形成される境界層（第４図［Ｆ］）のｂ
）内では空気流ｎの流速が著しく低下する。このため、
上記よどみ点近傍及び境界層内では空気流中の浮遊粒子
が堆積し易くなる。この結果、温度依存抵抗６の熱放散
特性の変化および熱容量の増大を招くという問題点があ
る。なお、抵抗６の堆積物を抵抗６自身の加熱によって
バーンオフさせることは溶融温度が低い耐熱性樹脂６４
の存在により不可能であるし、高耐熱性の物体で構成し
たとしても、熱容量が大きくなるため、バーンオフする
ための温度にする仁とはほぼ不可能である。

第６図囚、（Ｂ）は本発明に係る空気流量上ンサの第１
の実施例を示す平面図および断面図であって、第４図囚
、（Ｂ）にそれぞれ対応する。すなわち、模式抵抗６の
上流側に且つほぼ同軸面上に発地抵抗体Ｒｒ　’ｉｃ設
けである。発熱抵抗体Ｒ１の厚みは模式抵抗６の厚みと
ほぼ同一にし、これにより、空気流における浮遊粒子を
発熱抵抗体Ｒ，に沈着させ、抵抗６への浮遊粒子の沈着
を極力少なくしている。発熱抵抗体Ｒ１に沈着された粒
子（大部分はカーボン粒子）は後述の回路によって発熱
抵抗体Ｒ＋　’ｆｃ灼熱させることによってバーンオフ
さ扛る。

第７図（５）、　（Ｂｌ　、　（Ｃ１、（Ｄｉは第６図
囚、［Ｆ］）の発熱抵抗体Ｒ，の断面を示す。第７図（
イ）；　（Ｂｌに示すように、発熱抵抗体Ｒ０は円形に
することもでき、第７図（Ｃ１、（Ｄｌに示すように、
発熱抵抗体Ｒ１は上流側に丸みを設けたいわゆる′ａ紐
線形することができる。後者のごとく、下流９ｔｌｌ’
を流線形にすると、境界層の厚みを薄くて′ψ、また、
空気流の乱れたとえばカルマン渦の発生を防止でき、従
って、空気流量センサの出力特性の安定に役立つもので
ある。

また、第７図（５）、（Ｃ）に示すごとく１発熱抵抗体
Ｒ３は全体全熱線として構成できる。この場合には、た
とえば２白金線を用いる。また、男７図（［３］　。

■）に示すごとく、セラミック等からなる相体７１（７
１’）の表面にサーミスタフィルム７２（７２’）’（
’ｒ影形成てもよい。

第８図囚、　ＣＢ）は本発明に係る空気流址センサの第
２の実ｆｉｉ例ケ示す平面図および断面図である。

第８図■、Ｑ３）においては、第６図囚、（［３）に対
して膜式抵抗６の下流側にも発熱抵抗体Ｒｚ　ｋイを加
しである。この発熱抵抗体Ｒ２Ｖ、１．発熱抵抗体Ｒ８
と同様の形状をしており、これにより、急加速＠後のパ
ックファイヤ時、バルブオーバーランプ時における燃焼
室からの燃焼ガスの吠返しによる浮遊粒子が発熱抵抗体
Ｒ２に沈着するようにｔＪす、さらに必要に応じてバー
ンオフさせることができる。

発熱抵抗体Ｒ８の断面形状にもまた第７図囚〜Ｄ）のｊ
Ｊｉ様を適用できる。ただし、氾７図（（”’ｌ　、　
（Ｄ）の向きは逆となる。つ咬り、＃ｔ、れ方向の上流
側に丸みを設ける。

第９図にｒ第６図囚、Ｑ３）の発熱抵抗体Ｒ１を灼計７
させる回路を示し、たとえば制御回路７内に設けられる
ものである。この場合、電源″％　８ＥＶｃ　ｃはたと
えば５ｖである。第９図において、９１．　、９２　。

９３は発熱抵抗体Ｒ１とブリッジ回路を構成する抵抗、
９４は比較器、９５はワンシ賃ット回路、９６はドライ
ブトランジスタである。ワンシヲット回路９５の時定数
τはキャパシタ９５１お、（び抵抗９５２によって設定
される。次に回路動作を説明する。、発熱抵抗体Ｒ１に
浮遊粒子が沈着して堆積物が形成されると、発熱抵抗体
Ｒ１の抵抗値は低下する。この結果、Ｖ、＜Ｖ、、にな
ると、比較器９４の出力は立上り、従って、ワンショ・
ソト回路９５はパルス幅τの駆動信号全トランジスタ９
６０ベースに発生することになる。このようにして２発
熱抵抗体Ｒ＋　Ｋ電流が流れて発熱抵抗体Ｒ１１１灼熱
し、その上の堆積物はバーンオフされることになる。

なお、第９［ン１の回路は第８図囚、０３）の発熱抵抗
体Ｒ，、Ｒ１２にも適用し得る。この場合には、第９図
において、発熱抵抗体Ｒ２ｋ発熱抵抗体Ｒ，に並列接続
すればよい。

ｔ８１０図もま１こ第６図（ん、田）の発熱抵抗体Ｒ１
を灼熱させる回路を示す。第１０図に」すいて２■Ｂは
バッテリ電圧たとえば１２ＶＴｈ示し、１０１は抵抗、
１０２はキャパシタ、１０３は抵抗、］、　０４はツェ
ナ′」）玉１２Ｖのツェナーダ・１ン）−−ド、１０５
はドライブトランジスタでちる。この回路はイグニッシ
ョンスイッチ（キースイッチ）１００のオフ毎に発熱抵
抗体Ｒ１に電流を流す。次に回路＋１・０作を説明する
。イグニッションスイッチ］００がオフからオンとなる
と、電圧Ｖ、ＶよＯＶからＶＢに上昇する。このとき、
ツェナーダイオード１０４の両端（口」′心土■４も若
干上昇するが、はぼ１２Ｖを保持し続ける。従って、ト
ランジスタ１０５はオフ状態を保持し、）１う熱抵抗体
Ｒ，には′電流は供Ｘａされない。次に、イグニッショ
ンスイッチ１００がオフとなると、電圧Ｖ３　はηから
Ｏに低下し、同時に、電圧ｖ４　もキャパシタ１０２に
よシ一時的にＯＶに低下する。この結果、トランジスタ
１０５がオン状態となり、発熱抵抗体Ｒ３に′Ｉｔ流が
供給されることになる。このトランジスタ１０５のオン
時間は抵抗１０３の近抗値とトランジスタ１０５のベー
ス・−エミッタ間のオン抵抗によって設冗される。この
ようにして、イグニッションスイッチのオフ毎に発熱抵
抗体Ｒ１に沈着した堆積物はバーンオフされることにな
る。

なお、第１０図の回路も′−ｉ：ｆＣ第８図囚、■）の
発熱抵抗体Ｒ□、Ｒ２に適用し得る。この場合には、第
１０図において、発熱抵抗体Ｒ２全発熱抵抗体Ｒ１に並
列、接続すればよい。

また５発熱抵抗体の灼熱（バーンオフ）は一定時間毎に
行うことも可能でろシ、さらに、イグニッションスイッ
チのオフ動作を計数してそのオフ動作数が所定数に到達
したときに灼熱（バーンオフ）を行うこともできる。

発明の詳細 な説明し７Ｃ工うに本発明によれは、映式抵抗に沈着す
る堆＋Ａ物會減少させることができ、従って、熱谷−の
増大、熱放散特性の男化骨を防止でき、これにより、空
気流鈑センサの感ｔＷおよび応答速瓜の低下を防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の瞑式抵抗を壱する直熱型空気流歓センツ
゛が適用された門灯ｉ機関を示す全体軌要図、紀２図は
第１図の制御回Ｆ３のブロック回路図、第３図は第２図
のｈ＆鼠副制御回路回路図、第４図（５）。 田）は第１図の温度依存抵抗６の拡大平面図および断面
図、第５図は第４図囚、卸の温度依存抵抗の拡大断１ｌ
ｉＩＩ図、第６１（至）、田）は本発明に係る空気流量
センサの第１の実施例を示す平面図および断面図、第７
図（Ａ）　−ＣＤ）は第６図囚、田）の発熱抵抗体の断
面図、第８図（５）、■）は不発ｖＪＶこ係る空気派量
センサの第２の実施列ケ示す平面図お工ひ断面図。 第９図、第ｌＯｖは第８図Ｎ、■）の発熱抵抗体を灼熱
させる回路の回路図である。 １：内燃機関、２：吸気通路、４：計測管（ダクト）、
６：温度依存抵抗（模式抵抗）、７二制御回路、Ｒ１＋
　Ｒ２：発熱抵抗体。 特許出願人 株式会社日本自動車１辺総合研究所 特許出願代理人 弁理士　青　木　朗 弁理士　西　舘　和　之 弁理士　平　岩　賢　三 弁理士　山　口　昭　之 弁理士　西　山　雅　也 第３図 Ｚｌ 第４図（Ａ） 第４１周（Ｂ） 第５図 １ 第６図（Ａ） 第６図（Ｂ） 邑ｗ−コ ０　穴 第′７図（Ａ） 第７図（Ｂ） １ 第７図（Ｃ） 第７図（Ｄ） ７２′ 第８図（Ａ） １ 一一一一嘉 筈 互 ２ゴ で２ 〃 手続補正書（自発〕 昭和６０年４月／７　日 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事件の表示 昭和５９年　特許願　第８２８１５号 ２、発明の名称 空気流量センサ ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　（４６９）株式会社　日本自動車部品総合研究
所４、代理人 氏名弁理士（６５７９）青水　朗１′、１（外　４　名
） ５、補正の対象 １）明細書の「特許請求の範囲」の欄 ２）明細書の「発明の詳細な説明」の欄３）明細書の「
図面の簡単な説明」の欄６　補正の内容 １）別紙の通り。 ２）Ａ）明細書第３頁第１２行目から第４頁第１５行目 「さらｔ−１・・・・・・設ける必要がある。」を次の
ごとく補正する。 ［さら（二、温度依存抵抗を有する空気流量センサとし
ては、傍熱型ａ直熱型とがある。たとえば、傍熱型の空
気流量センサは、機関の吸気通路（二設けられた発熱抵
抗、およびその上流、下流側（−設けられた２つの温度
依存抵抗を備えている。この場合、上流側の温度依存抵
抗は発熱抵抗−二よる加熱前の空気流の温度を検出する
ものであり、つ１す、外気温度補償用であり、また、下
流側の温度依存抵抗は加熱抵抗（−よって加熱された空
気流の温度を検出する。これＣ二より、下流側の温度依
存抵抗と上流側の温度依存抵抗との温度差が一定；二な
るよう（１発熱抵抗の電流値をフィードバンク制御し、
発熱抵抗（−印御される電圧（二より空気流量（質量）
を検出するものである。なお、上流側の外気温度補償用
温度依存抵抗を削除し、下流側の温度依存抵抗の温度が
一定τ二なるよう（１発熱抵抗を制御すると、体積容量
としての空気流量が検出できる。（参照：特公昭５４−
９６６２号公報）。 この傍熱型（−おいては、空気流（１含まれる浮遊粒子
が温度依存抵抗および発熱抵抗のよどみ部分、境界層部
分等（二沈着した場合しは、一時的（二これらの抵抗（
二過大な電流を流して焼却（バーンオフ）することが可
能である。他方、傍熱型（：比べて応答速度が早い直熱
型の空気流量センサは、機関の吸気通路に設けられた温
度検出兼用の発熱抵抗、およびその上流側ζ二股けられ
た温度依存抵抗を備えている。この場合、傍熱型と同様
（１上流側の温度依存抵抗は発熱抵抗（−よる加熱前の
空気流の温度を検出するものであり、つ筐り、外気温度
補償用である。これ嘔二より、発熱抵抗と七の上流側の
温度依存抵抗との温度差が一足（二なるよう（１発熱抵
抗の電流［をフィードバック制御し、発熱抵抗（＝印加
される電圧（二より空気流量（質量）を検出するもので
ある。なお、この場合（；も、外気温度補償用温度依存
抵抗を削除し、発熱抵抗の温度が一定（＝なるよう９二
発熱抵抗を制御すると、体積容量としての空気流量が検
出できる０」 Ｂン　明細書第８頁第１７行目 「増加」を１減少」と補正する。 Ｃ）明細書第９頁第９行目 「抵抗６」を１抵抗６」に補正する。 Ｄ）明細書第９頁第１０行目 「発生する」の後の「。」を削除する。 Ｅ）明細書第１２員第１５行目 「■１」をｒＶ２Ｊと補正するＯ Ｆ）明細書第１３員第１８行目 ｒ　１２　Ｖ　Ｊ　ｆ　ｒ’　ＶａＪと補正する０３）
明細書第１５頁第１９行目 「第８図」を［第６図」と補正するＯ ７　徐付切Ｍ１の目録 補正特許請求の範囲　１　ａ ２ｑ；ｒｔ；Ｔ請求の範囲 １．１吸気通路回（二元熱手段として且つＹ晶度検知手
段々して作用する模式抵抗；と設け、該映式抵抗式抵抗
の発熱ｔをフィートノくツク制御し、−該模式抵抗（二
印加される′電圧により前記吸気通路内の空気流電、を
検出するよう（二しＴこ空気流量センサ；二おいて、前
記模式抵抗の少なくとも上流側（−且つ該模式抵抗のほ
ぼ同６１１１面上；二、前記吸気通路内（二浮遊する粒
子を沈着させるための発熱抵抗体を設け、該発熱抵抗体
を灼熱させて前記沈着された浮遊粒子を焼却させるよう
にしたことを特徴とする空気流量センサ。 ２、前記発熱抵抗体の断面厚み２はぼ前記模式抵抗の厚
みと同一（二し、該断面の形状をはぼ円形とした待針ｈ
〜求の範囲第１項（二記載の空気流量センサ０ ３、前記光熱抵抗体め断面厚みをほぼ前記模式抵抗の厚
みと同一じし、該断面の形状を流れの上流側（二丸みを
設けた、いわゆる流線形とした特許請求の範囲第１項（
一記載の空気流量センサ。 ４．前記発熱抵抗体が熱線である特許請求の範囲＠１項
（二記載の空気流量センサ。 ５、前記発熱抵抗体が、担体および該担体の表面（二形
成されたサーミスタフィルムである特許請求の範囲第１
項菟二記載の空気流量センサ。 ６、前記発熱抵抗体の抵抗値が所定値以下（−なったと
き（ニ一定時間だけ前記発熱抵抗体を灼熱させるよう（
−シた特許請求の範囲第１項に記載の空気流量センサ。 ７゜　前記吸気通路が内性機関の吸気管であり、該機関
のイグニンションスイッチのオフ扱（ニ一定時間だけ前
記発熱抵抗体を灼熱させるようしした特許請求の範囲第
１項（一記載の空気流量センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸気通路内に発熱手段として且つ湯度検知手段とし
   て作用する嗅式抵抗を設け、該映式抵抗の温度が一定に
   なるように該膜式抵抗の発熱惜ヲフィードバック制御し
   、該験式抵抗に印加される１１Ｌ圧により前記吸気通路
   内の空気流量’に検出するようにした空気流量センサに
   おいて、前記ｌｉｌ、ｊ式抵抗の歪抵抗とも上流側に且
   つ該刺式抵抗の１−１は同軸面上に、前記吸気通路内に
   浮遊する粒子全沈着させるための発熱抵抗体を設け、該
   発熱抵抗体を灼熱させて前記沈着された浮遊粒子を焼却
   させるようにしたこと’ｔ％徴とする空気流ｈ１センサ
   。 ２　前記発熱抵抗体の断面厚みを＃１は前記じ（式抵抗
   の厚みと同一にし、＃断面の形状をほぼ円形とした特許
   請求の範囲＠１項に記載の空気Ａ畳センサ。 ３、前記発熱抵抗体の断面厚みをほぼ前記膜式抵抗の厚
   みと同一にし、該１：ｊｉ面の形状全流れの上流側に丸
   みを設けた。いわゆる流腺形とした特許請求の範囲第１
   項に記載の空気流量センサ。 ４、前記発熱抵抗体が熱線である特許請求の範囲第１項
   に記載の空気流量センサ。 ５、前記発熱抵抗体が、担体および該１−Ｆ１体の表面
   に形成されたサーミスタフィルムであるＴ４ｉ　Ｅ’ｒ
   　請求の範囲第１項に記載の空気流量センサ。 ６　前記発熱抵抗体の抵抗値が所定（ｖＬｔａ下にな−
   たときに一定時間だけ前記発熱抵抗体を灼熱させるよう
   にした特許請求の範囲第１項に北越の空気流量センサ。 ７、前記吸気通路が内燃機関の吸気管でちり、該機関の
   イグニッションスイッチのオフ後に一定１奇問だけ前記
   発熱抵抗体を灼熱させるようにした特許請求の範ｇＪ３
   第１項に記載の空気流量センサ。