JPS6239721A - 直熱型流量センサ - 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】 〔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
、傍熱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た発熱抵抗、お
よびその上流、下流側に設けられた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
抵抗による加熱前の空気流の温度を検出するものであり
、つまり、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によって加熱された空気流の温度を
検出する。これにより、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になるように発熱抵
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）。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、
およびその上流側に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、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温度を検出するもの
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、外気温度補
償用温度依存抵抗を削除し、発熱抵抗の温度が一定にな
るよ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。

通常、発熱抵抗（腹式抵抗）の発熱温度と吸入空気温度
との差を一定値にす−るあるいは模式抵抗の発熱温度を
一定にする空気流量センサの応答性、ダイナミックレン
ジは腹式抵抗の全熱部兼温度検知部から空気中への放熱
により消費される熱量の割合（放熱効率）が大きい程よ
い。このため、シリコンもしくはセラミック基板の両面
に腹式抵抗パターンを単純に形成することにより空気中
への放熱効率を向上せしめることも一案である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この場合には、基板表裏の２つの腹式抵
抗パターンの組付きの困難さすなわち電気的接続の困難
さのために信頼性の低下を招くことになる。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明の目的は、放熱効率が高く且つ信頼性が高い直熱
型流量センサを提供することにあり、その手段は、導電
性基板の表裏に腹式抵抗パターンを形成したことである
。

〔作　用〕

上述の手段によれば、２つの腹式抵抗パターンはその間
の導電性基板により電気的に容易に接続される。

（実施例〕 以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第５図は本発明に係る腹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６図
は第５図のセンサ部分の拡大縦断面図である。第５図、
第６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（腹式抵抗）６が設けられている。腹式抵抗６は
ダクト２内に固定され、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腹式抵抗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ック制御し、そのセンサ出力■
。を制御回路１０に供給する。制御回路１０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７図に示すごとく、腹式抵抗６、温
度依存抵抗８とブリッジ回路を構成する抵抗９１，９２
、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腹式抵抗６　（この場合、
サーミスタ）の温度が低下し、この結果、腹式抵抗６の
抵抗値が下降して■、≦■８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、模式抵抗６の発熱量が増加し、同時に、トラン
ジスタ９４の２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模
式抵抗６の温度が上昇すると、模式抵抗６の抵抗値が上
昇してＶ、＞Ｖ、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、模式抵抗
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、模式抵抗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５図の模式抵抗の拡大正面図、第１Ｂ図は
第１Ａ図のＢ−Ｂ線断面図である。第１Ａ図、第１Ｂ図
に示すように、模式抵抗６はアルミニウム、銅等の放熱
性の優れた保持部材１２によりダクト５内に収容されて
いる。模式抵抗６は、導電性基板６１と、その両面に形
成された模式抵抗パターン（ＡｕもしくはＰｔ）６２．
６２’　　（後述する）とにより構成され、断熱部材１
３ａ、　１３ｂを介して保持部材１２に固定されている
。この場合、断熱部材１３ａは非導電性であり、断熱部
材１３ｂは導電性である。そして、基板６１の表面側に
形成された模式抵抗パターン６２はボンディングワイヤ
１５により配線１４ａに接続され、他方、基板６１の裏
面側に形成された模式抵抗パターン６２′は導電性断熱
部材１３ｂにより配線１４ｂに接続されている。

第１Ａ図、第１Ｂ図に示すように、保持部材１２の下流
側部分１２ａは折り曲げられて波状の形状をな“してい
る。つまり、模式抵抗６と保持部材１２の波状部分１２
ａとは段違いとなっている。

なお、通常は、模式抵抗と平板式保持部材とは空気流に
対して同一の位置にある。従って、模式抵抗６がら空気
流へ放熱された熱は再び保持部材に伝達され、模式抵抗
から空気流へ放熱される実効熱量は減少し、これが流量
センサの応答性、ダイナミックレンジの低下を招く。こ
れに対し、第１Ａ図、第１Ｂ図の構成によれば、模式抵
抗６から空気流へ放熱された熱が再び保持部材１２（１
２ａ）へ伝達される割合が低下するので、流量センサの
応答性、ダイナミックレンジの低下を防止できる。

また、保持部材１２が空気流に当る面積が大きくなり、
保持部材１２自身の放熱効率も大きくなり、模式抵抗６
の放熱効率の向上に寄与する。さらに、保持部材１２の
波状部分１２ａはポンディングワイヤ１５のバツクファ
イヤからのプロテクタの役目もなしている。

第２Ａ図は第１Ａ図の模式抵抗６の表面を示す図、第２
Ｂ図は第１Ａ図の模式抵抗６の断面を示す図、第２Ｃ図
は第１Ａ図の模式抵抗６の裏面を示す図である。第２Ａ
図〜第２Ｃ図に示すように、模式抵抗６は、導電性基板
６１、絶縁層６３．６３’、ＪＰＪ　式抵抗パターン６
２．６２’、パッシベーション膜６４．６４’により構
成される。すなわち、導電性基板６１の両面に絶縁層６
３．６３’　　（たとえばＳｉＯ□。

５ｉｓＮ−）を形成し、その上に、模式抵抗パターン６
２．６２’を形成し、さらにその上に、パッシベー、ジ
ョン膜６４．６４’　　（たとえばＳｉＯ□、ＳｉＪ＜
）を形成する。各模式抵抗パターン６２（６２’）は、
発熱ヒータ兼温度検知部６２ａ（６２ａ　’　）　、リ
ード部６２ｂ　（６２ｂ　’　）および電極取出し部６
３ｃ（６３ｃ　’　）から構成されている。ここで、発
熱ヒータ兼温度検知部６２ａ（６２ａ　’　）の一端は
リード部６２ｂ　（６２ｂ　’　）に延長されているが
、他端は絶縁層６３．　（６３’　）のコンタクト部を
介して導電性基板６１とオーミックコンタクトを形成し
ている。また、電極取出し部６３ｃ（６３ｃ　’　）に
対応するパッシベーション膜６４（６４’）にもコンタ
クト部が形成されている。

従って、２つの模式抵抗パターン６２．６２’は特別の
配線を設けることなく直列に接続されることになり、２
つの模式抵抗パターン６２．６２’は１つの模式抵抗と
して作用する。つまり、電流が１つの模式抵抗パターン
６２から導電性基板６１を通り他の模式抵抗パターン６
２′へ流れる。

このように、基板６１の表裏に模式抵抗パターンを形成
することにより、全発熱量のうち空気流への放熱により
消費される熱量の割合が増加するので、流量センサの応
答性、ダイナミックレンジの向上に役立つものである。

第３Ａ図、第３Ｂ図は第１Ａ図、第１Ｂ図に対応し、第
４Ａ図〜第４Ｃ図は第２Ａ図〜第２Ｃ図に対応する。つ
まり、第１Ａ図、第１Ｂ図、第２Ａ図〜第２Ｃ図におい
ては、腹式抵抗６はその両端が保持部材１２に固定保持
されている。このように、腹式抵抗６を両保持部により
保持部材６に固定すると、腹式抵抗６が歪ゲージの作用
し、従って、腹式抵抗６の歪みによりその出力変化を招
くという欠点が生ずる。これに対し、第３Ａ図。

第３Ｂ図、第４Ａ図〜第４Ｃ図に示す腹式抵抗６はその
一端のみが保持部材１２に固定保持されているので、上
述の歪ゲージ作用は防止される。

なお、上述の実施例においては、２つの模式抵抗パター
ン６２．６２’が直列接続された構成として説明したが
、並列接続された構成とすることもできる。この場合、
導電性基板６１を接地し、２つの模式抵抗パターン６２
．６２’の電極取出し部６２ｃ、　６２ｃ　’を共通接
続してセンサ回路９に出力するようにする。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、特別の配線を行う
ことなく、基板の表裏に膜式抵抗パターンを形成するご
とによりその放熱効率を向上させることができ、従って
、流量センサの応答性、グイナミソクレンジの向上と共
に信顛性の向上に役立つものである。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明に係る直熱型流量センサの腹式抵抗を
示す正面図、 第１Ｂ図は第１Ａ図のＢ−Ｂ線断面図、第２Ａ図は第１
Ａ図の腹式抵抗の表面を示す図、第２Ｂ図は第１Ａ図の
腹式抵抗の断面を示す図、第２Ｃ図は第１Ａ図の腹式抵
抗の裏面を示す図、第３Ａ図は本発明に係る直熱型流量
センサの他の腹式抵抗を示す正面図、 第３Ｂ図は第３Ａ図のＢ−Ｂ線断面図、第４Ａ図は第３
Ａ図の腹式抵抗の表面を示す図、第４Ｂ図は第３Ａ図の
腹式抵抗の断面を示す図、第４Ｃ図は第３Ａ図の腹式抵
抗の裏面を示す図、第５図は本発明に係る腹式抵抗を存
する直熱型流量センサが適用された内燃機関を示す全体
概要図、 第６図は第５図のセンサ部分の拡大縦断面図、第７図は
第３図のセンサ回路の回路図である。 ５・・・ダクト、 ６・・・腹式抵抗、 ８・・・外気温度補償用温度依存抵抗、９・・・センサ
回路、 １２・・・保持部材、 １３ａ・・・非導電性断熱部材、 １３ｂ・・・導電性断熱部材、 １４ａ、１４ｂ　・”配　線、 １５・・・ボンディングワイヤ。 Ｂ← ５　　ダクト ＋２ａ　　・波形部分 １３ａ・・非導電性断熱部材 １３ｂ−・導電性断熱部材 ＋４ａ、＋４ｂ・配線 １５・　ボンディングワイヤ ６１・・・導電性基板 ６２・・・膜式抵抗パターン 第２Ａ図　　　　初２Ｂ園 噛２Ｃ尽ｊ 第３Ａ図 １３ｂ・・・導電性断熱部材 １４ａ　１４ｂ・・・配線 １５・・・ボンディングワイヤ ６１・・・導電性基板 ６２・・・模式抵抗パターン リ３Ｂ図 苓４Ａ　面＠　４Ｂ　’４’ｌＪ　　　　　’Ｊ４Ｃｌ
ｐ嬶５［Ｆ］ ６・・・模式抵抗 藝６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性基板の両面に絶縁部材を介して膜式抵抗パタ
   ーンを形成し、該各膜式抵抗パターンを前記導電性基板
   を介して電気的に接続し、前記基板を断熱部材を介して
   放熱性の優れた保持部材に支持した直熱型流量センサ。 ２、前記導電性基板とその下流側に位置する保持部材の
   部分とを前記流体の流れに対して段違いにした特許請求
   の範囲第１項に記載の直熱型流量センサ。