JPS60236027A - 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量を検出するため
の空気流量センサに関し、特に腹式抵抗を有する直熱型
空気流量上ンサに関する。

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量は
重要な運転状態パラメータの１つである。従来、このよ
うな吸入空気量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、あるいは応答性が良い等の利点を有す
る温度依存抵抗を用いたものが実用化されている。

さらに、温度依存抵抗を有する空気流量センサとしては
、空気重量を直接検出する傍熱型（マスフリー型）と、
空気容量を検出する直熱型（ボリュームフロー型）とが
ある。傍熱型の空気流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発熱抵抗を設
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
゛電圧により空気重量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サにおいては、空気
流の湿度を検知するための温度依存抵抗を発熱抵抗とし
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パ、り制御し、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がある。

本発明は上記直熱型の空気流Ｍセンサであって、温度依
存抵抗を模式抵抗にて構成したものに適用される。

通常、模式抵抗はその厚み方向が空気流れに対向し、ヒ
ーター面が空気流れに対して平行に配置Ｎされる。この
際、ヒーター面から空気への熱放散は流れの境界層を介
して行われることになり、該境界層の厚さが熱放散特性
に大きな影響を与え、ひいては、空気流量センサの感度
および応答性１１；（を左右することになる。さらに、
模式抵抗は耐熱性樹脂によって被覆保護されて構成され
ており、従って、空気流に含まれる浮遊粒子が模式抵抗
のよどみ部分、境界層部分等に沈着してもバーンオフさ
せることは不可能である。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扇町は通常８００Ｃ以
上要求されるのに対し、模式抵抗を被覆保護する耐熱性
樹脂の溶融態度は４００Ｃ程度と低いからである。従っ
て、模式抵抗に沈着された浮遊粒子はそのまま残存し、
この結果、熱容量の増大、熱放散特性の変下を招くとい
う問題点があった。

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大きく、また、空気中に含まれる
浮遊粒子の模式抵抗への付着を軽減させた直熱型空気流
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、模式抵抗
を有する直熱型空気流量センサにおいて、模式抵抗の上
流側に振動板を設け、該振動板を所定の振動数で振動さ
せることにより、空気流に微小な乱れを発生させ、該振
動板の後流側に設置された模式抵抗表面における境界層
内を乱すことによシ、空気流量センサの感度および応答
速度を向上させたものである。

さらに、本発明は、振動板を模式抵抗とほぼ同軸平面上
に配置して振動させることによ電流れのよどみ部分（空
気流れに対向する模式抵抗の厚さ方向）、及び境界層内
（模式抵抗の表面）への浮遊粒子沈着を軽減させた。

実施例 以下、図面によシ本発明の詳細な説明する。

第１図は従来の模式抵抗を有する直熱型空気流量センサ
が適用された内熱機関を示す全体概要図である。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
を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
の内部に吸気温度を計測するための温度依以下余白 仔抵抗５と空気流値を計測するため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７はたとえばマ
イクロコンピュータによって構成され、燃料噴射弁８の
制御等を行うものである。この制御回路７は温度依存抵
抗乙の温度が一定になるようにこの抵抗乙の発熱量をフ
ィードバック制御し、洛ｉ度依存抵抗６に印加される電
圧を空気流耐電圧とするものである。

第２図（Ａ）、　（Ｂ）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２図（（至）、（Ｂ）
に示すように、温度依存抵抗６は胸式抵抗としてのサー
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′ｒＪ：４に支持されている。さらに、詳しく
は、第６Ｎ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れ、耐熱性樹脂６４
によって保獲されている。

上述の胸式抵抗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２図（Ｂ）のα）及び市度依存
抵抗乙の流れ方向に形成される境界層（第２図（Ｂ）の
ｂ）内では空気流れの流速が低下する。このため、上記
よどみ点近傍及び境界層内では熱放散特性が低下すると
共に、空気中の浮遊粒子が堆積し易くなる。この結果、
温度依存抵抗乙の熱放散特性の低下及び熱容量の増大を
招くという問題点がある。なお、胸式抵抗６の堆積物を
抵抗６自身の加熱によってパ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り、
また、高耐熱材料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ことはほぼ
不可能である。

第４図（Ａ）、　（Ｂ）は本発明に係る空気流量センサ
の一実施例を示す平面図および断面図であって、第２図
（Ａ）、　（Ｂ）にそれぞれ対応する。すなわち、胸式
抵抗６の上流側に且つほぼ同軸上に振動板９が設けられ
ている。この振動板９はたとえばフバール等の金属補強
板９αの表裏にＰＺＴもしくはＰ　Ｖ　Ｄ　？　ＢａＴ
ｉＯ３等の圧電素子を貼り合せたバイモルフ構造企なし
ており、支持体１０によって計測管４に保持されている
。そして振動板９は発振器１１によって一定周波数例え
ば１００　Ｈｚ〜１Ｑ　ＫＨｚで共振させる。この場合
、振動板９としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）
、ＰＶＤ’ＥＰ（ポリフッ化ビニリデン）　、ＢａＴｉ
Ｏｘ　（チタン酸バリューム）等の圧電素子を用いる。

発振器１１はたとえば第５図に示すようなローヤ（Ｒｏ
ｙｅｒ　）回路によって構成される。第５図において、
Ｂはバッテリ電圧たとえば１２ｖ１Ｔｒ１゜Ｔｒ２は発
振用トランジスタ、Ｔは発振用変圧器である。つまり、
たとえばトランジスタＴｒ１がオフからオンになると、
ベース巻線によってトランジスタＴｒ１に流れる電流は
増大する。その後、変圧器Ｔの磁束が飽和点に到達する
と、トランジスタＴｒ１がオフとなり、トランジスタＴ
ｒ２がオンとなる。このようにトランジスタＴｒ１．　
Ｔｒ２が交互にオン、オフ動作すると、振動板９の圧電
素子にはたとえば±１０Ｖのバイポーラ電圧が印加され
る。

この結果、補強金属板９α、９ｈ（第４図（Ｂ））は腹
式抵抗乙の中心線を対称に左右に振動することになる。

従って、振動板の後流側に設置された膜式抵抗６表面に
おける境界層内を乱すことにより熱放散特性を向上させ
ることにより感度及び応答速度が改善されると共に第２
図（Ｂ）に示したよどみ点近傍及び境界層内での浮遊粒
子沈着を軽減する。

発明の効果 第６図（Ａ）、　（Ｂ）に本発明の効果を示す。第６図
（Ａ）に示すように空気流量対空気流量センサの初期出
力特性Ａに対し、本発明に係る振動板９を設けないと、
その出力特性はＢに示すごとく次第に低下するのに対し
、本発明に係る振動板９を用いると、その出力特性は０
に示すごとく初期特性を保持できる。つまり、空気流量
センサに沈着する粒子を低減でき、この結果、熱容量の
増大および熱放散特性の低下を防止できる。また、境界
層内での微小乱れによって、第６図（Ｂ）に示すように
、同一空気流量に対して空気流量センサの出力電圧は大
きくなる。なお、第６図（Ｂ）において、Ｘは振動板を
有しない従来形の場合を示し、Ｙは振動板を有する本発
明の場合を示す。以上のごとくして、空気流量センサの
感度および応答速度は改善できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の膜式抵抗を有する直熱型空気流口センサ
が適用された内燃機関に示す全体概要図、第２図（Ａ）
、　（Ｂ）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６図は第２図（Ａ）、　（Ｂ）の温度依存
抵抗の拡大断面図、第４図（Ａ）、　（Ｂ）は本発明に
係る空気流量センサの一実施例を示す平面図および断面
図、第５図は第４図（Ａ）の発振器の回路図、第６図（
Ａ）、　（Ｂ）は本発明の詳細な説明するための空気流
量センサの出力特性図である。 １；内燃機関　２：吸気面路 ４：計測管 ６：温度依存抵抗（ｍ式抵抗） ７：制御回路　９：振動板 １１：発振器。 第１図 第２図（Ａ） 第２図（Ｂ） 第３図 １ 第４図（Ａ） １ 第４図（Ｂ） 第５図 １１ （ 第６図（Ａ） 空気流ｆＪ　（ｇ／ｓ） 第６図（Ｂ） 空気流基（ｇ／ｓ） 手続補正書（自発） 昭和６０年２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９１８０３　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 （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６、補正の内容 （１）別紙の通り。 （２）Ａ）　明細書第３頁第１３行目 「一定ｊの前に「外気温度すなわち１汲入空気の温度に
対して」を挿入する。 Ｂ）明細書第３頁第１６行目 「もちろん」を「従って」と補正する。 Ｚ　添付書類の目録 補正特＃′Ｆ請求の範囲　１通 ２、特許請求の範囲 １、　吸気通路内に発熱手段として且つ温度検知手段と
して作用する模式抵抗を設け、該模式抵抗の温度が吸入
空気温度に対して一定になるように該模式抵抗の発熱量
をフィードバック制御し、該模式抵抗に印加される電圧
により、前記吸気通路内の空気流量を検出するようにし
た空気流量センサにおいて、前記模式抵抗の上流側に且
つ該模式抵抗のほぼ同軸面上に設けられた振動板、およ
び、該振動板を一定周波数で振動させる手段を設けたこ
とを特徴とする空気流量センサ。 ２、前記一定周波数が１００　Ｈ２〜１０　ｋＨｚであ
る特許請求の範囲第１項に記載の空気流量センサ。 ３、前記振動板がＰＺＴ、　ＰＶＤＩＰ、　ＢａＴｉＯ
３等の圧電材料を用いた並列型のバイモルフ構造である
特許請求の範囲第１項に記載の空気流量センサＯ手続補
正書（自発］ 昭和６０年４月ＩＯ日 特許庁長官　志　賀　学殿 １、事件の表示 昭和５９年　特許願　第９１８０３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　（４６９１株式会社　日本自動車部品総合研究
所４、代理人 ５　補正の対象 明細ヤ１の「発明の詳細な説明」の欄 ６　補正の内容 明Ｍｉｌ曹＠２両第１６行目から第３＠第１９行目「さ
らに、・・・・・・設ける必要がある。」を次のごとく
補正する。 「さらに、温度依存抵抗を有する空気流蓋センサとして
は、傍ｖＩＡ型と直熱型とがある。たとえば、傍熱型の
空気流量センサは、機関の吸気通路に設けられ罠発熱抵
抗、おＬびその上流、下流側に設けられ罠２つのｍ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
は発熱抵抗による加熱前の空気流のは度を検出するもの
であり、つまり、外気温度補償用であシ、また、下流側
の温度依存抵抗は加熱抵抗に工って加熱され７ｃ空気流
の温度を検出する。これＫより、下流側の温度依存抵抗
と上流側の＠度依存抵抗との温度差が一足になるように
発熱抵抗の’！！＠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エリ空気流量（賀鈑）を検出する
ものである。なお、上流側の（２） 外気温度補償用温度依存抵抗を削除し、下流側の＠度依
存抵抗の温度が一定になるＬうに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、境界層部分等
に沈着し罠場合には、一時的にこれらの抵抗に過大な＊
ｉ′（ｉ−ｉ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
気流蓋センサは、機関の吸気通路に設けられた温度検出
兼用の発熱抵抗、お工びその上流１１１［設けられた温
度依存抵抗を備えている。この場合、傍熱型と同様に、
十ｆｉ　（ｌｔｉｌの温度依存抵抗は発熱抵抗による加
熱前の空気流の隠匿を検出するものであり、つまり、外
気温度補償用である。これにより、発熱抵抗とその上流
側の温度依存抵抗との温度差が一定になる工うに発熱抵
抗の電流値をフィードバック制御し、発熱抵抗に印加さ
れる電圧にエリ空気流量（質量）を検出するものである
。なお、この場合にも、外気温（３）

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温度検知手段と
   して作用する腹式抵抗を設け、該腹式抵抗の温度が一定
   になるように該腹式抵抗の発熱量をフィードパ、り制御
   し、該腹式抵抗に印加される電圧により、前記吸気通路
   内の空気流量を検出するようにした空気流量センサにお
   いて、前記腹式抵抗の上流側に且つ該腹式抵抗のほぼ同
   軸面上に設けられた振動板、および、該振動板を一定周
   波数で振動させる手段を設けたことを特徴とする空気流
   量センサ。 ２、前記一定周波数が１００　Ｈｚ　〜Ｉ　Ｄ　ＫＨｓ
   ｓである特許請求の範囲第１項に記載の空気流量センサ
   ０ ６、　前記振動板がＰ　Ｚ　Ｔ、Ｐ　Ｖ　Ｄ　Ｆ、Ｂａ
   ＴｉＯ３等の圧電材料を用いた並列型の・、４モルフ構
   造である特許請求の範囲第１項に記載の空気流量センサ
   ０