JPS61178614A - 直熱型流量センサ - Google Patents

直熱型流量センサ

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JPS61178614A
JPS61178614A JP60017710A JP1771085A JPS61178614A JP S61178614 A JPS61178614 A JP S61178614A JP 60017710 A JP60017710 A JP 60017710A JP 1771085 A JP1771085 A JP 1771085A JP S61178614 A JPS61178614 A JP S61178614A
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resistor
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実 太田
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Yukio Iwasaki
幸雄 岩崎
Tadashi Hattori
正 服部
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    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/10Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables
    • G01P5/12Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables using variation of resistance of a heated conductor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6845Micromachined devices

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は膜式抵抗を有する直熱型流量センサ、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
に関する。
〔従来の技術〕
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、応答性が良い等の利点を有する温度
依存抵抗を用いた熱式の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(マスフロー型)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。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、全熱部兼温度検知部としての)l!2式抵抗抵
抗度と吸入空気温度すなわち外気温度との差が一定値に
なるように模式抵抗の電流値をフィードバック制御する
。つまり、定温度差式フィードバンク制御を行う。そし
て、模式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。従って、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。
通常、模式抵抗の発熱温度と吸入空気温度との差を一定
値にする空気流量センサの応答性、ダイナミックレンジ
は模式抵抗を含む全熱部兼温度検知部の熱容it(ヒー
トマス)と断熱効果の程度で決定される。すなわち、最
も応答性がよく、且つダイナミックレンジを最も太き(
するためには、模式抵抗を含む全熱部兼温度検知部の質
量をできる限り小さくし、また、その部分を理想的には
完全に空気流中に浮かんだ状態にすることである。
このため、本願出願人は、模式抵抗を含む全熱部兼温度
検知部とダクトの保持部との間に切欠きを設けて熱絞り
を施すことにより、全熱部兼温度検知部の断熱効果を大
きくせしめ、応答性およびダイナミックレンジを向上せ
しめた空気流量センサを既に提案している(参照:特願
昭59−91041号)。
なお、通常、熱絞り部は断熱効果を杢らに大きくせしめ
るためにその断面積は小さくしである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上述のごと<、′膜式抵抗を含む全熱部
兼温度検知部と保持部との間に切欠きによる熱絞りを行
うと、熱絞り部分の機械的強度が非常に小さくなり、延
いては、空気流量センサが脆弱になるという問題点があ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の目的は強固な空気流量センサを提供することに
あり、その手段は、熱絞り部分の基板を補強構造にした
ことにある。
〔作 用〕
上述の手段によれば、断熱効果の低下を最小限にして熱
絞り部分の機械的強度が大きくなる。
〔実施例〕
以下、図面により本発明の詳細な説明する。
第3図は本発明に係る模式抵抗を有する直熱型空気流星
センサが適用された内燃機関を示す全体概要図、第4図
、第5図は第3図のセンサ部分の拡大縦断面図および横
断面図である。第3図〜第5図において、内燃機関lの
吸気通路2にはエアクリーナ3および整流格子4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)5が設けられ、その内部に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(模式抵抗)6が設けら
れている。模式抵抗6はステイアに固定され、ステイア
の外側に設けられた外気温度補償を行う温度依存抵抗8
と共に、ハイブリッド基板に形成されたセンサ回路9に
接続されている。
センサ回路9は外気温度に対して模式抵抗6の温度が温
度依存抵抗8の温度との差が一定値になるように該抵抗
6の発熱量をフィードバンク制御し、そのセンサ出力v
0を制御回路10に供給する。制御回路lO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1
1の制御等を行うものである。
センサ回路9は、第6図に示すごとく、模式抵抗6、温
度依存抵抗8とブリッジ回路を構成する抵抗91 、9
2、比較器93、比較器93の出力によって制御される
トランジスタ94、電圧バッファ95により構成される
。つまり、空気流量が増加して模式抵抗6(この場合、
サーミスタ)の温度が低下し、この結果、模式抵抗6の
抵抗値が下降してV、<V、となると、比較器93の出
力によってトランジスタ94の導電率が増加する。従っ
て、膜式抵抗6の発熱量が増加し、同時に、トランジス
タ94のコレクタ電位すなわち電圧バッファ95の出力
電圧■。は上昇する。逆に、空気流量が減少して膜式抵
抗6の温度が上昇すると、膜式抵抗6の抵抗値が上昇し
てV、>V工となり、比較器93の出力によってトラン
ジスタ94の導電率が減少する。従って膜式抵抗6の発
熱量が減少し、同時に、トランジスタ94のコレクタ電
圧すなわち電圧バッファ95の出力電圧■。は低下する
。このようにして、膜式抵抗6の温度は外気温度によっ
て定まる値になるようにフィードバック制御され、出力
電圧v0は空気流量を示すことになる。
第1A図は第3図の膜式抵抗6の一例を示し、第1B図
、第1C図、第10図は、それぞれ、第1A図のB−B
線、C−C線、D−D線の断面図である。第1A図に示
すように、たとえば200〜400μm厚のシリコン単
結晶基板61上に図示しない絶縁膜(たとえばS、0□
)を介して蒸着およびエツチングにより温度依存抵抗パ
ターン62を形成し、そのうち、点線枠内で示す部分6
2aが全熱部兼温度検知部として作用する。
全熱部兼温度検知部62aの各側端には切欠き63を形
成してあり、つまり、熱絞りが施されており、これによ
り全熱部兼温度検知部62aの断熱効果を大きくせしめ
ている。さらに、全熱部兼温度検知部62aにおけるシ
リコン基板61の厚さは、第1B図′、第1D図に示す
ごとく、非常に薄くしてあり、これにより、そのヒート
マスを小さくせしめている。
本発明においては、全熱部兼温度検知部62aと基板6
1の保持部とを接続する4つの橋部弁61a。
61b、 61c、 61dの基板61の実効厚さを全
熱部兼温度検知部62aにおける基板厚さより大きくす
ることにより補強しである。このような橋部弁61a。
61b、61c、61dの補強構造はたとえばリプ状形
状であり、これは、後述のごとくシリコン単結晶基板6
1の異方性エツチングによって得られる。
第2A図は第3図の膜式抵抗6の他の例を示し、第2B
図、第2C図は、それぞれ、第2A図のB−B線、C−
C線の断面図である。第2A図〜第2C図におい、でも
、シリコン単結晶基板61’上に蒸着およびエツチング
により温度依存抵抗パターン62′を形成し、そのうち
、点線枠内で示す部分62′aが全熱部兼温度検知部と
して作用する。
全熱部兼温度検知部62′aの各側端の基板部分61 
’ a、61 ’ bは部分62′aに比べて細長く形
成してあり、つまり、熱絞りが施されており、これによ
り、全熱部兼温度検知部62′aの断熱効果を大きくせ
しめている。また、第1A図〜第1D図と 。
同様に、全熱部兼温度検知部62′aにおけるシリコン
基板61′の厚さは、第2B図、第2C図に示すごとく
、非常に薄くしてあり、これにより、そのヒートマスを
小さくせしめている。さらに、同様に、全熱部兼温度検
知部62′aと基板61′の保持部とを接続する2つの
橋部弁61 ’ a、61 ’ bの基板61’の実効
厚さを全熱部兼温度検知部62′aにおけるW IJ<
厚さより大きくすることにより補強しである。このよう
な橋部弁61 ’ a、61 ’ bの補強構造はたと
えばリブ状形状であり、やはり、シリコン単結晶基板6
1′の異方性エツチングによって得られる。
次に、第1A図〜第1D図の基板61の製造工程につい
て第7図を参照して説明する。なお、第7図の各図は第
1B図の断面図に対応する。
始めに、第7図(^)に示すようなシリコン単結晶61
を準備する。この場合、矢印Aで示す面は(100)も
しくは(110)面である。次に、第7図(8)に示す
ように、保持部を形成するために、5i02もしくは5
iJ4のエツチング保護膜71を施し、異方性エツチン
グを行うと、第7図(C)を示す形状が得られる。ここ
で、矢印Bで示す面は(111)面である。すなわち、
異方性エツチングとは、シリコン単結晶の(111)面
のエツチング速度が他の面、たとえば(100)もしく
は(110)面のエツチング速度に比して著しく小さい
というエツチング速度の相違を利用して行っているもの
である。
次いで、第7図(D)に示すごとく、エツチング保護M
!J71を除去し、再び第7図(【)に示すごとく、別
のエツチング保護膜72を施す。そして、再び異方性エ
ツチングを行うと、第7図(Flに示す形状が得られ、
エツチング保護膜72を除去すると、第7図(c)に示
す最終形状が得られる。つまり、補強構造としてのリブ
構造61b、61d(61a、61c)が得られること
になる。
同様な製造工程により第2A図〜第2c図に示すリブ構
造61 ’ a、61 ’ bが得られる。
このように、本発明の実施例においては、異方性工・シ
チングを利用して発熱部発熱度検知部62a(62’ 
a)と保持部との間の橋部骨っまり熱絞り部分をリブ構
造にして補強している。
なお、上述の実施例においては、基板上に絶縁膜を介し
て発熱部発熱度検知部としての温度依存抵抗を形成して
いるが、この代りに、基板内に拡散抵抗を形成してもよ
い、また、本発明は空気流量センサ以外の流量センサた
とえば液体流量センサにも適用し得る。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、熱絞り部分の機械
的強度が大きくなり、従って、流量センサは強固なもの
となる。
【図面の簡単な説明】
第1A図は本発明に係る模式抵抗の一例を示す平面図、
第1B図、第1C図、第1D図は、それぞれ、第1A図
のB−B線、C−C線、D−D線の断面図、第2A図は
本発明に係る模式抵抗の他の例を示す平面図、第2B図
、第2C図は、それぞれ、第2A図のB−B線、C−C
線の断面図、第3図は本発明に係る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燃機関を示す全体概
要図、第4図、第5図は第3図の模式抵抗6の拡大平面
図および断面図、第6図は第3図のセンサ回路の回路図
、第7図は第1A図〜第1D図の基板の製造工程を説明
するための図、である。 l・・・内燃機関、 2・・・吸気通路、5・・・計測
管(ダクト)、 6・・・模式抵抗、9・・・センサ回
路、lO・・・制御回路、61 、61 ’・・・基板
、 61a−d 、61’a、61’b −リブ構造、62
 、62 ’・・・温度依存抵抗パターン、62a、6
2’a・・・発熱部発熱度検知部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基板上もしくは該基板中に膜式抵抗を形成し、該基
    板をその保持部によってダクト内に収納し、前記膜式抵
    抗と前記保持部との間の基板部分に熱絞りを施した直熱
    型流量センサであって、前記熱絞りを施した基板部分を
    補強構造としたことを特徴とする直熱型流量センサ。 2、前記基板がシリコン単結晶であり、該シリコン単結
    晶を異方性エッチングにより前記補強構造としてのリブ
    構造を形成した特許請求の範囲第1項に記載の直熱型流
    量センサ。 3、前記熱絞りが前記膜式抵抗の側端に切欠きを形成す
    ることにより施された特許請求の範囲第1項に記載の直
    熱型流量センサ。 4、前記熱絞りが前記膜式抵抗の側端を細長く形成する
    ことにより施された特許請求の範囲第1項に記載の直熱
    型流量センサ。 5、前記シリコン単結晶上に絶縁膜を介して前記膜式抵
    抗としての膜式抵抗パターンが形成された特許請求の範
    囲第2項に記載の直熱型流量センサ。 6、前記シリコン単結晶中に前記膜式抵抗としての拡散
    抵抗が形成された特許請求の範囲第2項に記載の直熱型
    空量センサ。
JP60017710A 1985-02-02 1985-02-02 直熱型流量センサ Granted JPS61178614A (ja)

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