KR20020077513A - 열식 공기유량계 - Google Patents

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KR20020077513A
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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

열식 공기유량계에 있어서, 공기유량 측정소자와 흡기온도센서의 흡기온도 측정소자가 하나의 유리세라믹제 등의 지지체에 설치되어 흡기통로내에 위치하고 있다. 지지체는 흡기관의 관벽에 설치한 홀더에 의하여 유지된다. 지지체의 흡기관의 관벽으로부터 멀어지는 쪽의 일부의 양 면은 흡기관을 흐르는 공기흐름에 의하여 열을 빼앗기기 쉽게 한 구조로 한다. 이 열을 빼앗기는 지지체면에 공기유량 측정소자와 흡기온도 검지소자를 배치한다. 이들 소자는 각각 지지체에 배치한 도체와 전기적으로 접속되고, 이들 전기적 접속부가 수지에 의하여 밀봉되어 있다. 이에 의하여 흡기온도센서와 공기유량계와의 일체화를 가능하게 한다.

Description

열식 공기유량계{THERMAL TYPE AIR FLOWMETER}
자동차 등의 내연기관의 흡기통로에 설치되는 공기유량계는, 열식의 것이 질량유량을 직접 검지할 수 있기 때문에 주류가 되고 있다.
이와 같은 열식 공기유량계는 공기유량 측정소자로서 예를 들면 흡입공기와 직접 또는 간접적으로 열교환하는 발열 저항체 및 공기유량 측정시의 공기온도의 변화를 보상하는 저항체(온도 보상저항 또는 감온 저항체 또는 측온 저항체라 불리우는 것도 있다) 등을 사용하여 발열 저항체와 온도 보상저항과의 온도차가 일정해지도록 발열 저항체에 흐르는 전류를 제어하고, 이 전류치를 전기신호로 변환함으로써 공기유량을 측정하고 있다.
발열 저항체나 온도 보상저항은 온도의존성을 가지는 저항체로서, 오늘날에는 예를 들면 실리콘(Si) 등의 반도체기판상에 반도체 미세 가공기술을 사용하여 기판표면에 박막형상의 공기유량용 저항영역을 형성하는 기술이 제안되고, 이 방식은 열식 공기유량계를 비교적 용이하게, 또한 대량 생산방식으로 생산할 수 있으므로 경제성이 있고, 또 낮은 전력으로 구동할 수 있는 것으로서 주목받아 오고 있다.
반도체식의 공기유량 측정소자로서는, 예를 들면 일본국 특표평9-503310호 공보에 개시되어 있다. 이 종래예는 내연기관의 흡기질량을 측정하기 위한 질량측정장치에 있어서, 센서엘리먼트로서 반도체, 예를 들면 실리콘웨이퍼에 에칭처리를 실시함으로써 다이어프램형상의 센서영역을 형성하고, 이 센서영역에 복수의 저항층 (하나는 온도의존성을 가지는 측정저항, 하나는 상기 측정저항을 가열하는 발열저항)을 형성하고 있다. 또 유동매체의 온도를 보상하기 위한 매체 온도저항에 대해서는 상기한 발열저항의 열적 영향을 피하기 위하여 질량 측정장치의 케이싱의 외면에 배치하고 있다.
그 밖의 종래예에서는 예를 들면 일본국 특개2000-28411호 공보에 개시되는 바와 같이 실리콘, 알루미나, 유리 등의 기판의 한쪽 끝에 발열체 및 이 발열체에 의하여 가열되는 유량 측정용 감온체를 형성한 유량 검지부와, 유량측정의 공기온도 보상을 하는 감온체를 형성한 온도 검지부를 형성하고, 기판의 일부 및 출력단자를 몰딩에 의한 피복부재로 피복한 것이 제안되고 있다. 또 이 종래예에는 온도검지부가 유량 검지부의 열적 영향을 피하기 위하여 유량 검지부와 온도 검지부와의 사이에 슬릿을 설치하는 기술이 제안되고 있다.
상기한 바와 같이 열식 공기유량계에 있어서는, 공기유량 측정소자로서 발열 저항체나 온도 보상을 위한 저항을 사용하고 있다.
내연기관에 관해서는 그 공기유량값에 의거하여 연료공급제어가 행하여지나,그 밖에 흡기온도센서를 사용하여 흡기온도를 여러가지의 자동차제어에 이용하는 것이 생각되고 있다. 예를 들면 점화시기제어, 터보차저의 과급압제어, 급가속시에 있어서의 연료분사량의 리미터제어, 촉매가 활성온도에 도달하였는지의 여부의 판단 등을 들 수 있다.
본 발명의 목적은 흡기온도센서와 공기유량계와의 일체화를 가능하게 함으로써 센서의 부품점수나 비용절감, 설치작업이나 설치공간의 합리화를 도모하고, 또한 흡기온도센서의 정밀도를 양호하게 유지할 수 있는 공기유량계를 제공하는 것에 있다.
또한 흡기온도 검지소자(용도에 대해서는 특별히 묻지 않음)를 공기유량계와 일체화하는 경우에 흡기온도 검지소자와 열식 공기유량 측정소자를 공통의 지지체에 설치하여도 공기유량 측정소자의 발열 저항체나 회로부 및 엔진으로부터의 열적 영향을 충분히 없게 하여 흡기온도 측정 정밀도를 높이고, 또한 흡기 중에 포함되는 수분, 가솔린증기, 엔진오일, 블로우바이 가스에 포함되는 아유산가스, 질소산화물 등의 금속부식을 발생시키는 환경하에 놓여져도 흡기온도 검지소자의 건전성을 유지할 수 있는 열식 공기유량계를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 발열 저항체를 사용하여 공기유량을 계측하는 열식 공기유량계에 관한 것으로, 예를 들면 내연기관의 흡입 공기유량을 측정하는 데 적합한 공기유량계에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 열식 공기유량계를 내연기관의 흡기통로에 설치 고정한 상태를 나타내는 종단면도,
도 2는 제 1 실시예에 사용하는 지지체(적층기판)에 공기유량 측정소자 및 흡기온도 검지소자 등을 설치한 상태를 나타내는 종단면도,
도 3은 도 2의 평면도,
도 4는 상기 실시예에 사용하는 공기유량 측정소자의 평면도,
도 5는 상기 실시예에 사용하는 흡기온도 검지소자의 설치상태를 투시하여 나타내는 사시도,
도 6은 상기 실시예의 공기유량계를 탑재한 엔진시스템의 개요도,
도 7은 상기 실시예에 사용하는 공기유량계의 전기회로도,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 사용하는 지지체에 계측소자를 설치한 상태를 나타내는 종단면도,
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 사용하는 지지체에 계측소자를 설치한 상태를 나타내는 종단면도,
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 사용하는 지지체에 계측소자를 설치한 상태를 나타내는 종단면도,
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 사용하는 지지체에 계측소자를 설치한 상태를 나타내는 종단면도,
도 12는 본 발명의 제 6 실시예에 사용하는 지지체에 계측소자를 설치한 상태를 나타내는 평면도,
도 13은 제 6 실시예의 종단면도,
도 14는 본 발명의 제 7 실시예에 사용하는 지지체에 계측소자를 설치한 상태를 지지체의 이면에서 본 일부생략 평면도,
도 15는 도 14의 A-A 선단면도,
도 16은 본 발명의 제 8 실시예에 사용하는 지지체에 계측소자를 설치한 상태를 나타내는 일부생략 평면도,
도 17은 본 발명의 제 9 실시예에 사용하는 지지체에 계측소자를 설치한 상태를 나타내는 일부생략 평면도,
도 18은 제 9 실시예에 사용한 공기유량 측정소자의 평면도,
도 19는 제 9 실시예에 사용하는 공기유량계의 전기회로도,
도 20은 제 9 실시예에 있어서의 공기유량 측정소자상의 온도분포를 나타내는 설명도,
도 21은 제 9 실시예에 사용하는 관통구멍부착 공기유량 측정소자와 관통구멍 없이 공기유량 측정소자의 경시적인 출력특성 변화를 나타내는 선도,
도 22는 제 9 실시예의 오손물질부착전의 지지체상을 흐르는 공기의 상태를 나타내는 설명도,
도 23은 제 9 실시예의 오손물질부착후의 지지체상을 흐르는 공기의 상태를나타내는 설명도,
도 24(a)는 본 발명의 제 10 실시예에 사용하는 지지체에의 계측소자설치상태를 나타내는 일부생략 평면도, (b)는 그 B-B선 단면도, (c)는 그 C-C선 단면도,
도 25(a)는 본 발명의 제 11 실시예에 사용하는 지지체에의 계측소자설치상태를 나타내는 일부생략 평면도, (b)는 그 D-D선 단면도,
도 26은 본 발명의 제 12 실시예에 사용하는 지지체에 계측소자를 설치한 상태를 나타내는 일부생략 평면도,
도 27은 본 발명의 제 13 실시예를 나타내는 종단면도,
도 28은 본 발명의 제 14 실시예를 나타내는 종단면도,
도 29는 본 발명의 제 15 실시예를 나타내는 종단면도이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 기본적으로는 발열 저항체를 가지는 열식의 공기유량 측정소자를 흡기통로내에 배치하여 흡기통로내를 흐르는 공기유량을 계측하는 열식 공기유량계에 있어서, 흡기온도센서에 사용되는 흡기온도 검지소자를 구비하고, 그 흡기온도 검지소자를 상기 공기유량 측정소자와 함께 하나의 유리세라믹제 등의 지지체에 설치하여 흡기통로내에 위치시켰다. 또 상기 공기유량 측정소자와 상기 흡기온도 검지소자를 각각 상기 지지체에 배치한 도체와 전기적으로 접속하여 이들의 전기적 접속부를 수지에 의하여 밀봉하였다.
또한 지지체 중, 흡기관의 관벽으로부터 멀어지는 쪽의 일부의 양 면이 흡기관을 흐르는 공기흐름에 의하여 열을 빼앗기기 쉽게 한 구조로 하고, 이 열을 빼앗기는 지지체면에 상기 공기유량 측정소자와 상기 흡기온도 검지소자를 배치하였다.
또한 다음과 같은 발명을 제안한다.
하나는 열식 공기유량계에 있어서, 흡기온도 검지소자를 구비하고, 이 흡기온도 검지소자와 상기 공기유량 측정소자가 하나의 유리세라믹제 또는 세라믹제의 지지체에 설치되어 흡기통로내에 위치하고 있고, 상기 지지체는 상기 흡기관의 관벽에 설치한 홀더에 의하여 한쪽 지지되어, 상기 흡기온도 검지소자는 상기 지지체에 있어서의 한쪽 지지되는 측과 반대측의 한쪽 끝에서 또한 상기 공기유량 측정소자보다도 상기 홀더로부터 멀어지는 위치에 배치되도록 하였다. 또 공기유량 측정소자와 상기 흡기온도 검지소자는, 각각 상기 지지체에 배치한 도체와 전기적으로 접속되고, 이들 전기적 접속부가 수지에 의하여 밀봉되어 있다.
또 하나는 상기 지지체는 상기 흡기관의 관벽으로부터 멀어지는 쪽의 일부의 양 면이 흡기관을 흐르는 공기흐름에 의하여 열을 빼앗기기 쉽게 한 구조로 하고, 이 열을 빼앗기는 지지체면에 상기 공기유량 측정소자와 상기 흡기온도 검지소자를 배치한 것을 제안한다.
또 하나는 상기 공기유량 측정소자와 상기 흡기온도 검지소자는, 상기 지지체에 개별로 설치한 오목하게 설치되어 상기 지지체에 배치한 도체와 전기적으로 접속되어, 이들 전기적 접속부가 수지에 의하여 밀봉되어 있는 것을 제안한다.
본 발명의 실시예를 도면을 사용하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 제 1 실시예에 관한 열식 공기유량계를 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이 본 예에 있어서의 공기유량계(100)는 공기 유량측정소자(20) 외에 흡기온도센서로서 기능하는 흡기온도 검지소자(1)를 구비하는 것으로, 이 흡기온도 검지소자(1)와 공기유량 측정소자(20)가 하나의 유리세라믹제의 지지체(10)에 설치되어 흡기통로(흡기관)(42a)내의 부통로(41)에 위치하고 있다.
부통로(41)는 통로벽의 일부(벽체)(41a)가 홀더(40)와 일체로 형성되고, 나머지 통로벽(벽체)(41b)이 통로벽(41a)과 합쳐짐으로써 부통로(41)가 구성되어 있다.
지지체(10)는 흡기관벽(42)에 설치한 홀더(유량계 하우징)(40)에 의하여 한쪽 지지되고, 흡기온도 검지소자(1)는 지지체(10)에 있어서의 한쪽 지지되는 측과 반대측의 한쪽 끝에서 또한 공기유량 측정소자(20)보다도 홀더(40)로부터 멀어지는 위치에 배치되어 있다. 또 흡기온도 검지소자(1)는 도 3에 나타내는 바와 같이 공기유량 측정소자(20)보다도 공기의 흐름방향에 대하여 상류측에 배치되어 있다.
도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이 공기유량 측정소자(20)와 흡기온도 검지소자(1)는 지지체(10)에 배치한 도체(11 및 12)에 전기적으로 접속되고, 이들 전기적접속부(31a 및 12')가 절연성의 수지(2)에 의하여 밀봉되어 있다. 수지(2)는 에폭시수지, 불소함유수지, 유리재 중 어느 하나이다.
본 예에서는 지지체(10)를 뒤에서 설명하는 바와 같이 적층기판에 의하여 구성하고, 상기 도체(11)에 대해서는 적층기판 표면에 형성하나, 도체(12)에 대해서는 적층기판(10)의 층간에 개재시키고 있고, 그 한쪽 끝이 적층기판(10)에 설치한 바이어홀(1Oa)을 거쳐 흡기온도 검지소자(1)의 설치위치에 노출하고, 이 도체 노출부가 전기적 접속부(12')로 되어 있다. 흡기온도 검지소자(1)의 접속형태의 상세는 도 5를 사용하여 뒤에서 설명한다.
도체(12)의 다른쪽 끝은 바이어홀(10b)을 거쳐 적층기판(10)상의 회로부에서의 단자(16)와 전기적으로 접속되어 있다. 여기서는 도체(11)를 표층 도체, 도체 (12)를 내층 도체라 부르는 일도 있다.
발열 저항체(22) 및 감온 저항체(23) 등의 단자(27)(도 4에 나타냄)는, 금선등의 와이어본딩(31a)에 의하여 지지체(10)측의 도체(11)[단자(91∼94)]와 전기적으로 접속되어 있다.
부통로(흡기 측정통로)(41)는 통형상을 이루어 홀더(40)의 한쪽 끝 (선단)에 설치되고, 홀더(40)의 다른쪽 끝에는 플랜지(43) 및 커넥터 케이스(44)가 설치되어 있다. 지지체(10) 중 공기유량 측정소자(20) 및 흡기온도 검지소자(1)를 설치한 영역(S)(도 3)은 부통로(41)내를 향하고 있다. 커넥터 케이스(44)의 핀 단자(44a)는 그 한쪽 끝이 홀더(40)에 유도되어 지지체(10)에 설치한 단자(16)와 와이어(31d)를 거쳐 접속되어 있다.
홀더(40) 및 부통로(41)는 흡기관벽(42)에 설치한 설치구멍(45)을 통하여 흡기통로(42a)내에 세트되어 있고, 공기유량계(100)는 플랜지(43)를 거쳐 흡기관벽 (42)에 설치되어 있다.
여기서 도 2, 도 4를 사용하여 열식의 공기유량 측정소자(20)에 대하여 설명한다.
공기유량 측정소자(20)는 반도체 미세 가공기술에 의하여 제작되어, 단결정 실리콘 기판(28)위에 전기절연층(21)을 형성하고, 그 위에 적어도 하나의 발열 저항체(22) 및 감온 저항체(23)가 패턴형성되어 있다. 이들 저항체형성영역은 도 3에서 는 부호 S의 영역에 상당한다. 실리콘 기판(28) 중 발열 저항체(22)를 형성한 영역의 하부(이면)에는 단결정 실리콘 기판(28)을 전기절연층(21)까지 이방성 에칭에 의하여 제거한 공동부(26)가 형성된다. 이와 같은 구조를 이룸으로써 발열 저항체 (22)를 열적으로 절연함으로써 전력절약에 의하여 저항을 발열시키는 것이가능하게 되어 공기유속과의 열교환을 이용한 공기유량검출이 가능하게 된다.
상기 공기유량 측정소자(20)의 제조프로세스에 대하여 설명한다. 단결정 실리콘 기판(28)위에 전기절연층(21)으로서 이산화실리콘층을 열산화 또는 CVD (Chemical Vapor Deposition) 등의 방법으로 형성 후, 질화실리콘층을 CVD 등의 방법으로 형성한다. 다음에 다결정 실리콘층을 CVD 등의 방법으로 형성하고, 불순물로서 인(P)을 열확산 또는 이온 주입에 의하여 도핑한다. 그 후 다결정 실리콘층을 패터닝함으로써 발열 저항체(22), 감온 저항체(23) 등을 형성한다.
다음에 보호층(29)으로서 질화실리콘층을 CVD 등의 방법으로 형성 후, 이산화실리콘층을 CVD 등의 방법으로 형성한다. 그 후 이미 설명한 방법과 마찬가지로 보호층을 패터닝하고, 전극(27)을 형성하는 부분의 보호층(29)을 제거한다. 다음에 알루미늄층을 형성하고, 에칭에 의하여 패터닝을 행한다. 마지막으로 공동부(26)를 형성하기 위하여 단결정 실리콘 기판(28)의 발열 저항체(22)를 형성하지 않는 면에 CVD 등의 방법에 의하여 질화실리콘층을 형성하고, 패터닝을 행한다. 그 후 이방성 에칭을 행하여 공동부(26)를 형성하고, 다이싱에 의하여 칩으로 분할한다. 분할된 공기유량 측정소자(20)는 예를 들면 긴 변이 6mm, 짧은 변이 2.5mm, 두께가 0.3mm 정도이다.
다음에 지지체(10)가 되는 적층기판의 제조공정에 대하여 설명한다. 여기서는 지지체(10)는 유리세라믹제 적층기판이다.
먼저 두께 0.1∼0.3mm 정도의 그린시트상태의 유리세라믹판을 소망의 매수만큼 밀착하여 겹치고, 가압하여 적층시킨다. 지지체(10)의 표면에는 공기유량 측정소자(20)를 배치하기 위한 오목부(13a)를 설치하나, 이 오목부(13a)는 그린시트상태로 적층기판의 임의의 매수에 대하여 펀칭형에 의하여 소망의 형상으로 펀칭하여 둠으로써 형성된다.
공기유량 측정소자(20)는 오목부(13a)내에 접착제(30)를 거쳐 설치된다. 오목부(13a)의 깊이는 이 접착제(30)의 두께도 배려하여 공기유량 측정소자(20)의 표면과 지지체(적층기판)(10)의 표면이 일치하도록 설정한다. 이것은 지지체(10)와 공기유량 측정소자(20)의 표면이 일치하지 않고 단차가 있는 경우에는 이 단차에 의하여 공기흐름이 흐트러져 출력특성이 불안정하게 되기 때문이다. 접착제(30)는 에폭시수지 또는 실리콘계의 접착제를 사용하고 있다.
그 접착형태는 실리콘 기판(28) 이면의 일부를 오목부(13a)내의 바닥면에 접착하는 것으로, 실리콘 기판(28)의 이면 중 접착되어 있지 않은 개소는 오목부 (13a)의 바닥면과의 사이에 공극을 확보하고 있다. 이와 같이 함으로써 발열 저항체(22)에 대한 지지체(10)의 열절연성을 공동(26)과의 협동에 의하여 더욱 높이고 있고, 또 발열 저항체(22)의 열량과 공기유량의 열교환 성능을 높이고 있다.
지지체(10)의 표면 또는 이면에는 필요가 있으면 공기유량의 전자회로에 필요한 저항막(14)을 형성한다.
흡기온도 검지소자(1)는 소형화를 도모할 수 있는 칩형의 서미스터를 사용하고 있고, 예를 들면 MnO-CoO-NiO계 스피넬, MnO-CoO계 스피넬 ZrO2계 고체 전해질 Al2O3-스피넬복합 등의 재료로 이루어지고, 크기는 1.6 ×0.8 ×0.8(mm), 1.0 ×0.5×0.5(mm) 등의 것이 있다. 이와 같은 칩형의 흡기온도 검지소자(1)를 사용함으로써 열식 공기유량 측정소자(20)와 마찬가지로 칩마운터를 사용하여 동시에 적층기판 (10)에 설치하는 것이 가능하다.
도 5에 나타내는 바와 같이 흡기온도 검지소자(1)는 그 양쪽 끝에 전극(1a, 1b)이 설치되어 있고, 이들 전극(1a, 1b)이 지지체(적층기판)(10)의 표면에 설치한 도체막(전기적 접속부)(12')에 땜납(80)을 거쳐 전기적으로 접속되어 있다. 이미 설명한 바와 같이 도체막(12')은 바이어홀(15)을 거쳐 지지체(10)의 내층 도체(12)에 연결되어 있다. 땜납(80)의 패턴은 다른 회로부품(17)과 마찬가지로 인쇄 등에 의하여 형성하는 것이 가능하고, 따라서 생산성을 내리는 일 없이 흡기온도 검지소자(1)를 지지체에 전기적으로 접속할 수 있다.
지지체(10) 중 홀더(40)에 한쪽 지지되는 측의 한 면에 공기유량계측에 관한 전자회로부(19)가 형성되어 있다. 이 전자회로부(19)는 IC 칩(18), 저항(17) 등의 부품에 의하여 구성되고, 이 전자회로부(19)가 홀더(40)내에 밀봉되어 있다.
지지체(10)는 그 이면이 접착제(47)를 거쳐 홀더(40)의 내면에 고정되고, 전자회로부(19)측은 실리콘겔 등에 의하여 수지 밀봉되어 있다.
이 전자회로부(19)와 열식 공기유량 측정소자(20)의 회로도를 도 7에 나타낸다. 도 7에 나타내는 바와 같이 발열 저항체(22)와 감온 저항체(23)는 저항(R1, R2)을 거쳐 출력이 추출되고, 오퍼레이셔널 앰플리파이어를 거쳐 피드백회로를 형성함으로써, 발열 저항체(22)가 감온 저항체(23)에 대하여 일정온도 높아지도록 제어된다.
지지체(적층기판)(10)의 표·이면의 도체(11)와 각 내층 도체(12)는 각각 바이어홀(15)에 의하여 접속된다. 이와 같이 적층기판(10)의 내층 도체(12)를 사용하여 열식 공기유량 측정소자를 제어하기 위한 회로를 구성함으로써, 회로를 콤팩트하게 정리할 수 있어 공기유량계의 소형화에 공헌할 수 있다.
공기유량 측정소자(20)는 상기한 바와 같이 2 ×6 ×0.3mm 정도의 크기이므로 도 1에 나타내는 바와 같이 부통로(41)의 중앙에 공기유량 측정소자(20)를 배치하면수지(2)가 없는 경우에는 전기적 접속부(31a)가 공기 중에 드러나게 되고, 또 흡기온도 검지소자(1)도 그 전기적 접속부(12')가 공기 중에 노출된다. 그 때문에 상기한 전기적 접속부는 흡기 중에 포함되는 수분, 가솔린증기, 엔진오일, 블로우바이 가스에 포함되는 아류산가스, 질소산화물 등에 의하여 금속부식을 발생시키는 환경하에 놓여지게 된다. 본 실시예에서는 상기한 전기적 접속부를 수지밀봉에 의하여 직접 흡입공기에 노출되지 않는 구조로 함으로써, 상기한 부식을 회피할 수 있다.
또 밀봉수지부(2)는 저열전도성의 유리세라믹제의 지지체(10)상에 형성되고, 이들 수지(2)는 홀더(40)나 부통로(41)의 관벽과는 떨어져 있으므로, 엔진이나 공기유량계의 전자회로부에서 발생하는 열 등이 수지부재를 거쳐 흡기온도 검지소자(1)나 공기유량 측정소자(20)에 전해지는 것을 방지할 수 있다.
가령, 밀봉수지(2)가 홀더(40) 등의 공기유량계의 수지부와 접촉하여 버리면다음과 같은 것이 염려된다. 예를 들면 극한지역에 있어서 자동차가 방치된 직후에 엔진시동하는 경우, 고온지역에 있어서 연속하여 자동차가 운전되는 경우 등에서는 열식 공기유량계의 환경온도가 -30~10O℃ 이상으로 광범위하게 변화된다. 이 때 공기유량계의 하우징을 거쳐 흡기온도소자에 상기 환경온도의 열전도가 있으면, 흡기온도검지소자는 흡기온도를 정확하게 측정하는 것이 곤란하게 된다. 본 실시예에서는 상기 구조를 이룸으로써 이와 같은 단점을 방지할 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 공기유량 측정소자(20)를 부통로(41)의 중앙에 배치하고, 접속선(31a)부분을 에폭시 등의 수지(2)에 의하여 밀봉한 경우에는 공기유량 측정소자(20)의 표면이 지지체(10)의 표면과 대략 동일평면을 이루는 것, 및 수지(20)가 막형상을 이루어 전기적 접속부(31a) 부근을 완만하게 덮기 때문에, 전기적 접속부가 부통로(41)의 벽면 가까이에 위치하여도 이 벽면 가까이를 흐르는 흡입공기류의 흐름의 흩어짐을 억제할 수 있다. 따라서 공기유량 측정 정밀도를 양호하게 유지할 수 있다.
수지(2)의 밀봉하는 방법으로서는, 인쇄, 포팅 등의 방법이 있다. 인쇄법은 포팅법에 비하면 개개의 밀봉형상 불균일이 작아진다. 상기한 바와 같이 밀봉부분은 공기흐름에 노출되고, 또한 공기유량 측정소자(20)의 근방에 형성되기 때문에 형상 불균일이 작은 쪽이 공기유량계측의 불균일이 작아진다.
공기유량계(100)는 엔진, 환경온도변화의 영향에 의하여 상기한 바와 같이 -30∼130℃ 정도의 온도변화 환경하에 놓여진다. 따라서 공기유량계(100)에 설치되는 흡기온도 검지소자(1)가 흡입공기 온도를 정확하게 검출하기 위해서는, 이 온도변화 영향을 극력 작게 하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 흡기온도 검지소자 (1)에의 열전도 경로인 지지체(10)는 저열전도율의 재료가 바람직하다. 여기서 본발명에 사용한 지지체인 유리세라믹기판(10)의 열전도율은 약 3∼4W/m·K정도이다. 예를 들면 통상의 세라믹기판의 열전도율은 약 21W/m·K정도, 스테인레스는 15W/m·K 정도이므로, 유리세라믹기판(10)에 흡기온도 검지소자(1)를 설치하는 구조는 매우 유효하다.
특히 본 실시예에서는 흡기온도 검지소자(1)를 유리세라믹기판(지지체)(10) 중 홀더(40)로부터 멀리 떨어진 위치에 배치하므로, 공기유량계로부터 전달되는 흡기온도 검지소자(1)에 전달되는 전열량을 아주 작게 할 수 있다.
흡기온도 검지소자(1)는 공기유량 측정소자(20) 표면의 공기흐름을 흩트러트리지 않는 장소에 설치할 필요가 있다. 이를 위해서는 흡기온도 검지소자(1)의 배치위치는 도 1에 나타내는 바와 같이 지지체(10)의 선단부가 바람직하고[환언하면 공기흐름에 대하여 흡기온도 검지소자(1)와 공기유량 측정소자(20)가 겹치지 않도록 하는 것이 바람직함], 또 흡기온도 검지소자(1)는 공기유량 측정소자(20)의 열영향을 받지 않기 위해서는 공기유량 측정소자(20)보다도 상류측에 설치하는 것이 바람직하다.
이와 같이 흡기온도 검지소자(1)를 지지체(10)의 선단부에 배치하는 경우에는 그 반대측의 단부에 설치한 전극(16)과 상기 흡기온도 검지소자(1)와의 사이의 배선 공간을 지지체(10)의 표면 면적을 크게 하는 일 없이 확보하는 것이 과제가 되나, 이 과제에 대해서는 본 실시예와 같이 적층기판(10)의 특징인 내층 도체(12)를 사용함으로써 달성할 수 있다.
또 부통로(41)내는 메인의 흡기통로(42a)에 비하면 유속이 크기 때문에, 흡기온도 검지소자(1)의 냉각효과가 크다. 따라서 흡기온도 검지소자(1)를 공기유량계의 지지체(1O)에 설치하여 부통로(41)에 배치하는 것은 흡기온도 검지소자(1)의 정밀도를 올리기 위하여 유효한 수단이다.
흡기온도 검지소자(1)와 표층 도체(12')는 이미 설명한 바와 같이 수지(20)에 의하여 밀봉하는 것이 가능하기 때문에, 내구성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 또칩형의 흡기온도 검지소자(1)를 사용함으로써 밀봉영역을 아주 적게 하는 것이 가능하기 때문에, 수지밀봉하고 있음에도 불구하고 수지밀봉을 행하지 않은 경우와 동등한 성능을 얻을 수 있다.
도 6에 본 실시예에 관한 공기유량계(100)를 사용하는 가솔린엔진 등의 내연기관의 시스템도를 나타낸다.
도 6에 나타내는 바와 같이 엔진의 흡기통로(42a)에는 공기유량계(100), 에어클리너(102), 흡기통로(42a), 스로틀각도센서(103), 아이들속도제어밸브(104), 슬롯몸체(105)가 구비되어 있다. 106은 흡기매니폴드이다.
흡기통로(42a)를 흐르는 흡입공기(101)는 부통로 중에 있어서, 공기유량계 (100)에 의하여 공기유량이 계측되고, 흡기온도 검지소자(1)에 의하여 흡기온도가 검지된다. 공기유량신호는 전압 또는 주파수에 의하여, 흡기온도신호는 전압에 의하여 차량제어유닛(107)에 도입된다.
공기유량신호는 인젝터(108), 회전속도계(109), 엔진실린더(110), 배기매니폴드(111), 산소농도계(112)로 구성되는 연소부 구조 및 서브시스템의 제어에 사용된다.
흡기온도신호는 상기한 바와 같이, 예를 들면 점화시기제어, 터보차저의 과급압제어, 급가속시에 있어서의 연료분사량의 리미터제어, 촉매가 활성온도에 도달하였는지의 여부의 판단 등에 사용된다.
또한 도시는 생략하나, 디젤엔진시스템의 경우도, 기본구성은 가솔린시스템과 거의 동일하여 본 발명의 열식 공기유량계측장치를 적용하는 것이 가능하다.
지지체(10)의 형태는 상기 실시예의 것 외에 여러가지의 것이 생각된다. 구조적으로는 상기 실시예와 공통되는 점이 많고, 여기서는 특히 상위점에 대해서만 설명한다.
도 8에 나타내는 제 2 실시예에서는 지지체(적층기판)(10)의 표면에 공기유량측정소자(20)를 배치하는 오목부(13a)를 설치하는 외에, 오목부(13b)를 설치하여 그 오목부(13b)의 속에 흡기온도 검지소자(1)를 설치함으로써 밀봉후에 적층기판(10)의 표면에 노출하는 흡기온도 검지소자(1)의 높이를 낮게 할 수 있다.
상기 구조에 의하면 지지체(10) 표면의 공기흐름의 흩어짐이 적어지므로 공기유량 측정소자(20) 표면에서의 공기흐름의 흩어짐이 감소하여 유량계측 정밀도를 향상한다.
도 9에 나타내는 제 3 실시예도 도 8의 실시예와 마찬가지로, 지지체(10)의 표면에 흡기온도 검지소자(1)의 오목부(13b)를 설치하나, 본 예에서는 흡기온도 검지소자(1)의 두께를 오목부(13b)의 깊이 이하로 하고, 이에 의하여 수지밀봉후의 흡기온도 검지소자(1) 표면이 적층기판(10) 표면과 대략 동등하게 하는 것이 가능하게 되고, 이와 같이 하면 지지체(10) 표면에 있어서의 공기흐름의 흩어짐을 감소시키는 데에 가장 효과적이다. 이 오목부(13b)는 공기유량 측정소자(20)를 설치하는 오목부(13a)를 형성할 때에 동시에 형성할 수 있으므로, 생산성을 손상하는 일 없이 형성하는 것이 가능하다.
도 8, 도 9에 나타내는 바와 같이 오목부(13b)에 흡기온도 검지소자(1)를 설치하는 경우에는 다른 회로부품(17, 18) 등을 설치하기 위하여 행하는 땜납 인쇄면 (표층 도체)과의 사이에 단차가 생기기 때문에 다른 회로부품(17, 18) 등의 땜납패턴과 동시에 흡기온도 검지소자(1)의 땜납패턴을 형성하는 것이 곤란하게 된다. 이 개량예를 도 10에 나타낸다.
도 10에 나타내는 제 4 실시예에서는 지지체(10)에 있어서의 오목부(13b)[흡기온도 검지소자(1)의 설치위치] 주변의 지지체 표면에 내층 도체(12)의 한쪽 끝(12')을 바이어홀(10a)을 거쳐 노출시킨다. 이 노출부분(12')은 지지체 표면에 형성되는 도체막으로 되어, 이 도체막(12')과 흡기온도 검지소자(1)를 금선 등의 와이어(31b)로 본딩에 의하여 접속하고 있다. 흡기온도 검지소자(1)는 오목부(13b)의 바닥면에 접착제(30)를 거쳐 설치된다.
이와 같이 하면 상기한 땜납패턴형성에 관한 과제를 해결할 수 있고, 또한 공기유량 측정소자(20)와 적층기판 표층 도체(11)를 본딩할 때에 흡기온도 검지소자 (1)의 본딩을 동시작업을 행할 수 있으므로, 생산성을 손상하는 일 없이 흡기온도 검지소자(1)를 전기적으로 접속할 수 있다.
흡기온도 검지소자(1)의 표면이 공기유량 측정소자(20)의 표면과 동일 또는 그것 이하인 경우에는, 흡기온도 검지소자(1)로부터의 접속선(31b) 높이를 공기유량측정소자(20)로부터의 접속선(31a)의 높이와 동등 또는 그 이하로 할 수 있다. 따라서 흡기온도 검지소자(1)와 공기유량 측정소자(20)의 밀봉수지(2)의 높이를 동일하게 하는 것이 가능하게 된다.
이 경우, 공기유량 측정소자(20)의 전기적 접속부(31a)와, 흡기온도 검지소자 (1)의 전기적 접속부(31b)를, 동시에 앞서 설명한 연장한 인쇄법에 의하여 수지밀봉할 수 있으므로, 상기한 바와 같이 밀봉형상의 불균일이 작아져 높은 정밀도의 열식 공기유량계(100)를 생산하는 것이 가능하게 된다.
도 11에 나타내는 제 5 실시예도, 흡기온도 검지소자(1)와 지지체(10)에 설치한 표면 도체(12')를 와이어 본딩(31b)에 의하여 접속하는 것이나, 본 예에서는 표면 도체(12')의 면을 지지체(10)의 톱표면보다도 낮아지도록 단차면을 형성하였다. 이와 같이 함으로서 와이어본딩(31b)을 오목부(13b)내에 위치시키는 것이 가능하게 되어, 이 와이어본딩(전기적 접속부)을 밀봉하는 수지(2)의 표면을 적층기판(10) 표면과 대략 동등하게 할 수 있다.
밀봉수지(2)로서는 내환경성, 특히 가솔린이나 엔진오일 등의 비극성 용제에 대한 내팽윤성이 우수한 것이 적합하고, 앞서 든 에폭시수지 이외에도 불소수지 등을 들 수 있다. 특히 불소수지는 경화후도 수지 자신이 에폭시수지와 비교하여 부드럽기 때문에 접속선(31a, 31b)에 걸리는 스트레스가 작아지는 이점이 있다. 단, 부드럽기 때문에 수지밀봉후의 취급성은 에폭시수지보다 나빠진다.
소형설치 가능한 칩형의 흡기온도 검지소자(1)를 사용함으로써, 거의 새로운 생산설비를 도입하는 일 없이 흡기온도 검지소자(1)를 지지체(10)에 설치하는 것이가능하게 되기 때문에, 신뢰성이 높은 흡기온도 검지소자부의 공기유량계를 생산할 수 있다. 특히 도 10의 구성에 있어서는 공기유량 측정소자(20)와 흡기온도 검지소자(1)를 동일한 조립공정으로 할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 제 6 실시예에 사용하는 지지체(10) 및 그 위에 배치되는 공기유량계 부품 및 흡기온도 검지소자의 평면도, 도 13은 그 종단면도이다.
본 실시예에 있어서도, 흡기온도 검지소자(1)는 오목부(13b)에 설치되고, 공기유량 측정소자(1)는 오목부(13a)에 설치된다. 흡기온도 검지소자(1)와 지지체 (10)상의 도체(12')의 전기적 접속형태는 도 10의 실시예와 동일하다.
또한 본 실시예에서는 지지체(10)에 있어서의 흡기온도 검지소자(1)의 전기적접속부(31b) 및 공기유량 측정소자(20)의 전기적 접속부(31a)를 1개소에 정리하도록 배치하여 이들 전기적 접속부(31a, 31b)를 1개소의 수지(2)에 의하여 정리하여 밀봉하고 있다.
상기한 구조를 이루기 위하여 오목부(13a와 13b)를 공기의 흐름방향에 대하여 수직방향으로 늘어서도록 배치하고, 지지체(10) 표면의 각 오목부(13a, 13b) 사이에 각 소자(1, 20)를 전기적으로 접속하기 위한 전극(91∼96)을 설치하는 구조로 하고, 또 공기유량소자(20)의 방향도 지금까지의 실시예와는 반대방향[공기유량 측정소자(20)의 전극(27)을 흡기온도 검지소자(1)를 향한 측으로 함]으로 배치하였다. 이와 같이 함으로써 수지(2)로 밀봉하는 개소를 하나로 정리할 수 있어 공기유량계의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
흡기온도를 정확하게 측정하기 위해서는 상기한 바와 같이 지지체(10)로부터흡기온도 검지소자(1)에 주어지는 엔진이나 공기유량계 회로부(19)의 열영향을 아주 적게 하는 것이 바람직하다.
지지체(10)의 재질로서 이미 설명한 유리세라믹제를 사용한 경우에는 그대로도 흡기온도 검지소자(1)에의 엔진이나 공기유량계 회로부[공기유량측정소자(20)를 포함함]로부터의 열적 영향을 충분히 배제할 수 있으나, 이하의 실시예에 나타내는 바와 같이 여러가지의 열전도 억제책을 실시함으로써 흡기온도 검지소자(1)의 정밀도를 양호하게 확보할 수 있다. 이하의 실시예에서는 유리세라믹보다도 열전도율이 높은 통상의 세라믹재를 사용한 경우에도 상기한 열적 영향을 충분히 배제할 수 있다.
도 14는 제 7 실시예에 관한 지지체(10)의 이면을 나타내는 일부생략 평면도, 도 15는 그 A-A 종단면도이다.
본 실시예에서는 공기유량계나 엔진으로부터의 열이 지지체(10)를 거쳐 흡기온도 검지소자(1)에 열전도되는 것을 억제하기 위하여 지지체(10)의 이면에 다수의 슬릿(50)을 설치하고 있다. 이와 같이 함으로써 흡기온도 검지소자(1)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
지지체(10)의 표면에는 공기흐름을 흩트러트리는 요철이 없는 것이 바람직하므로, 슬릿(50)은 지지판(10)의 이면측에 형성하는 것이 바람직하다. 또 지지체 (10)의 흡기온도 검지소자(1) 이면에 오목부(13c)를 설치함으로써 마찬가지로 열전도영향을 저감하는 것이 가능하다. 홈(50) 및 오목부(13c)는 열식 공기유량 측정소자(20)를 설치하기 위한 오목부(13a)를 형성하는 방법과 동일한 방법으로 형성하는 것이 가능하므로, 생산성을 손상하는 일 없이 형성하는 것이 가능하다.
홈(50)은 공기유량 측정소자(20) 표면의 공기흐름을 흩트러트리지 않는 위치이면 지지체(10)의 표면측에 형성하여도 상관없다. 도 16에 나타내는 제 8 실시예에 관한 지지체(10)는 홈(50)을 지지체(10)의 표면에 형성한 예이고, 흡기온도 검지소자(1)의 주위와 공기유량 측정소자(20)의 설치위치보다도 지지체 한쪽 지지측에 홈(50)을 설치하고 있다. 홈(50)은 지지체(10)표면으로부터 이면까지 관통시키는 쪽이 열전도 저지의 효과가 크다.
열전도 저지를 위해서는 도 17에 나타내는 제 9 실시예에 나타내는 바와 같이 지지체(10) 표면에 다수의 관통구멍(51)을 설치하여도 동일한 효과가 얻어진다. 관통구멍(51)은 적층기판(10)에 상기한 바이어홀(15)을 설치할 때에 동시에 형성하는 것이 가능하다. 여기서 도 17에 나타내는 열식 공기유량 측정소자(20)의 경우는 관통구멍(51)을 설치함으로써 내오손성의 향상을 도모할 수 있다. 이하에 그 이유를 설명한다.
먼저 본 실시예에 있어서의 열식 공기유량 측정소자(20)에 대하여 도 18을 설명한다. 본 실시예에서는 발열 저항체(22)와 온도 보상용 감온 저항체(23)는 도 19에 나타내는 바와 같이 피드백회로를 형성하고 있다. 이 회로구성은 이미 설명한 도 7의 것과 동일하고, 발열 저항체(22)는 감온 저항체(23)에 대하여 일정온도 높아지도록 제어된다.
또한 본 실시예에서는 발열 저항체(22)를 사이에 두고 그 상류측에 감온 저항체(24)를 배치하고, 하류측에 감온 저항체(25)를 배치하고 있으며, 이들 감온저항체(24, 25)는 발열 저항체(22)로부터의 열전달을 받고 있는 온도가 된다. 공기흐름이 없는 경우에는 상, 하류의 감온 저항체(24, 25)는 각각 거의 동일한 온도로 되어있다. 이 상태에서 도 20의 파선의 온도분포로 나타낸다. 여기서 공기흐름이 있는 경우에는 상류측의 감온 저항체(24)는 공기흐름에 의하여 냉각되고, 하류측의 감온 저항체(25)는 상류로부터의 열을 받기 쉽게 되기 때문에, 도 20의 실선으로 나타내는 온도분포가 되어, 상, 하류측의 감온 저항체(24, 25) 사이에 온도차가 생긴다. 이 온도차는 공기유량의 함수가 되기 때문에 온도차량을 검출함으로써 공기유량을 검출하는 것이 가능하다. 즉, 본 실시예는 상기한 온도차에 의하여 상, 하류의 감온 저항체값이 변화하기 때문에, 도 19에 나타내는 바와 같이 브릿지회로를 구성함으로써 온도차를 전압차로 변환하여 공기유량으로 할 수 있다.
여기서 열식 공기유량 측정소자(20)는 앞서 설명한 바와 같이 흡입공기에 노출되는 구조이므로, 공기흐름에 포함되는 오염물질이 장기간의 사용에 의하여 열식 공기유량 측정소자(20) 표면에 퇴적한다. 그 결과 공기유량계(100)의 출력특성이 변화되어, 도 18에 나타내는 열식 공기유량 측정소자의 경우에는 도 20에 나타내는 바와 같이 높은 유량영역에서 특성이 마이너스로 변이한다.
이것은 오손물질의 부착에 의하여 발열 저항체(22)로부터의 감온 저항체(24, 25)에의 열전도량이 커지고, 감온 저항체(24, 25)로부터 공기에의 열전달량이 작아지기 대문에 온도차가 생기기 어렵게 되기 때문으로 추측된다.
여기서 관통구멍(51)이 형성되어 있으면 오손물질이 부착하지 않는 경우에는 도 22에 나타내는 바와 같이 관통구멍(51)에도 공기가 흐른다. 그러나 오손물질이부착되면 도 23에 나타내는 바와 같이 관통구멍(51)이 오손물질로 메워지기 때문에, 그 만큼 기판 표면을 흐르는 공기가 실질적으로 증가하므로, 공기유량 측정소자 (20)에 오손물질이 부착되어도 공기유량계의 유량출력 특성은 도 21에 나타내는 바와 같이 개선된다.
상기한 실시예에서는 지지체(10)는 유리세라믹재와 같이 저열전도율로 적층기판을 사용하였으나, 지지체(10)에 대해서는 홀더(공기유량계 하우징)(40)로부터 흡기온도 검지소자(1)에의 열전도를 방지하는 구조이면 적층기판이 아니어도 좋다.
도 24는 지지체(적층기판)(10)를 대신하여 단층 기판의 지지체(60)를 사용한 실시예에 관한 것으로, 그 (a)는 지지체(60)를 상면에서 본 일부생략 평면도이고, (b)는 그 B-B선 단면도, (c)는 그 c-c선 단면도이다.
지지체(60)도 예를 들면 유리세라믹재에 의하여 구성된다.
이 경우, 공기유량 측정소자(20)를 설치하는 오목부(13a), 흡기온도 검지소자 (1)를 설치하는 오목부(13b), 그외 이미 설명한 홈(50), 오목부(13c) 등은 형에 따라 형성하는 것이 가능하다.
상기한 지지체(60)의 재료가 유리세라믹과 같이 저열전도율의 재료이면 열전도를 억제하기 위한 홈(50)이나 오목부(13c)와 조합시킴으로써 흡기온도소자(1)를 지지체(60)의 한쪽 지지측에 배치하여도 열영향을 받기 어려운 고성능의 흡기온도 검지소자부의 열식 공기유량 계측장치를 제조하는 것이 가능하게 된다.
도 25는 본 발명의 제 11 실시예에 관한 것으로, (a)는 그 지지체(60)를 위에서 본 일부생략 평면도이고, (b)는 그 D-D선 단면도이다.
본 실시예의 지지체(60)도 유리세라믹의 단층기판을 사용하는 것으로, 흡기온도소자(1)에 대해서는 지지체(60)의 선단에 배치하고 있다. 흡기온도소자(1)의 리드선(도체)(12')은 지지체(60)의 표면에 형성되나, 이 도체(12')를 유리에 의하여 덮음으로써 도체의 내식성을 높이고, 이와 같이 하면 흡기온도소자(1)를 지지체 (60)위에서 임의의 위치에 설치하는 것이 가능하다.
상기 각 실시예에서는 흡기온도 검지소자(1)를 칩형 서미스터를 사용하였으나, 이것을 대신하여 도 26의 실시예에 나타내는 바와 같이 지지체(10)상에 인쇄저항에 의하여 흡기온도 검지소자(1)를 형성하는 것도 가능하다. 또 이와 같이 흡기온도 검지소자(1)가 인쇄저항인 경우에는, 그 전기적 접속부의 밀봉부(2)를 수지를 대신하여 유리로 밀봉하여도 좋다.
도 27은 본 발명의 제 13 실시예를 나타내는 종단면도이다. 본 실시예에 있어서 이미 설명한 각 실시예와의 상위점은 하나는 지지체(10)[혹은 지지체(60)]를 홀더(40)에 의하여 한쪽 지지하는 대신에 홀더(40)와 부통로(41)의 벽체(41a)에 의하여 양쪽 끝을 지지한 점에 있다. 또 하나는 지지체(10) 중 흡기관벽(42)으로부터 멀어지는 쪽의 일부의 양 면이 흡기관을 흐르는 공기흐름에 의하여 열을 빼앗기기 쉽게 한 구조로 하고, 이 열을 빼앗기는 지지체면에 공기유량 측정소자(20)와 흡기온도 검지소자(1)를 배치한 점에 있다.
여기서는 부통로의 벽체(41a)에 개구부(400)를 설치하고, 개구부(400)의 가장자리에 지지체(10)를 양쪽 끝 유지하는 돌기(41a', 41a")를 형성한다. 지지체(10) 중 공기유량 측정소자(20) 및 공기온도 검지소자(1)를 배치한 측과 반대측 면은 개구(400)를 통하여 흡기통로(42a)내에 있게 된다. 본 실시예에 의하면 지지체(10) 중 공기유량 측정소자(20) 및 흡기온도 검지소자(1)를 설치한 측은 부공기 통로(41)내를 흐르는 공기흐름에 의하여 열을 빼앗기고, 그 반대측은 개구(400)를 거쳐 흡기 통로(42a)내를 흐르는 공기흐름에 의하여 열을 빼앗긴다.
그 결과, 지지체(10)를 홀더 및 부통로 벽체에 의하여 양쪽 끝을 지지하는 구조이어도 지지체(10)의 공기냉각효과를 기대할 수 있어, 흡기온도 검지소자(1)에 흡기관벽으로부터의 엔진의 열이나 발열 저항체의 열 등이 전달되는 것을 유효하게 방지할 수 있다.
도 28은 본 발명의 제 14 실시예를 나타내는 종단면도이다. 본 실시예에 있어서 이미 설명한 각 실시예와의 상위점은 지지체(10) 중 부통로(41)에 위치하는 부분에 대해서는 그 지지체 한 면[흡기온도 검지소자(1) 및 흡기유량 측정소자(20)가 있는 측과 반대의 면)을 부통로 벽체(41a)의 내면에서 받도록 한 점과, 이 지지체 한 면을 받는 부통로 벽체(41a)의 외면에 방열판(방열핀)(401) 등의 방열부재를 설치한 점에 있다.
본 실시예의 구성에 있어서도 지지체(10) 중 공기유량 측정소자(20) 및 흡기온도 검지소자(1)를 설치한 측은, 부공기 통로(41)내를 흐르는 공기흐름에 의하여 열을 빼앗기고, 그 반대측은 방열핀(401)을 거쳐 흡기통로(42a)내를 흐르는 공기흐름에 의하여 열을 빼앗긴다. 따라서 제 13 실시예와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
방열핀(4O1)을 설치하는 벽체(41a)의 외면에는 안쪽을 향하여 오목하게 한오목부(402)를 형성하고, 이 오목부(402)에 방열핀(401)을 끼워 넣어 설치하고 있다. 이와 같이 하여 방열핀(401)이 흡기통로(42a)의 공기흐름의 장해가 되지 않도록 하고 있다.
도 29는 본 발명의 제 15 실시예를 나타내는 종단면도이다.
본 실시예도 지지체(10)를 양쪽 끝 지지하는 구조를 채용하고 있으나, 지지체 (10) 중 부통로(41)에 위치하는 양 면은 도 1의 실시예와 같이 흡기관(부통로)을 흐르는 공기흐름에 의하여 열을 빼앗기기 쉽게 한 구조로 하고 있다. 지지체(1O)는 그 한쪽 끝이 홀더(40)에 의하여 유지되고, 다른쪽 끝이 부통로 벽체(41a)의 한쪽 끝에 설치한 돌기(403)에 의하여 유지되어 있다. 돌기(403)는 지지체(10) 선단을 받아 들이는 부분(403')이 단차를 이루어, 단차(403')가 지지체에 설치시에 지지체 (10)를 인식하여 위치맞춤할 수 있도록 되어 있다.
본 실시예에 있어서도 지지체(10)의 공기냉각효과를 기대할 수 있어, 흡기온도 검지소자(1)에 흡기관벽으로부터의 엔진의 열이나 발열 저항체의 열 등이 전달되는 것을 유효하게 방지할 수 있다.
또한 상기 각 실시예에서는 흡기온도 검지소자(1)로서 공기유량 계측과 다른 목적에 사용하는 흡기온도센서에 적용하는 것을 예시하였으나, 지지체(10)나 지지체 (60)에 온도 보상용 측온 저항체(23)를 동일한 방법에 의하여 배치하는 것도 가능하다.
또 지지체(10)나 지지체(60)는 수지기판으로도 구성 가능하고, 유리에폭시, 페놀수지, 폴리이미드 등의 수지기판의 단층 기판 또는 적층 기판에 있어서도 본발명을 적용하는 것은 가능하다.
본 발명에 의하면 흡기온도센서(흡기온도 검지소자)에 대한 열식 공기유량계나 엔진으로부터의 열적 영향을 충분히 억제하여 흡기온도센서와 열식 공기유량계와의 일체화를 가능하게 한다. 그 때문에 계측계의 부품점수나 비용삭감, 설치작업이나 설치공간의 합리화를 도모하고, 또한 흡기온도센서의 정밀도를 양호하게 유지할 수 있는 공기유량계를 제공할 수 있다.
또한 흡기온도검지소자는 흡기 중에 포함되는 수분, 가솔린증기, 엔진오일, 블로우바이 가스에 포함되는 아류산가스, 질소산화물 등의 금속부식을 발생시키는 환경하에 놓여져도 내식성을 가지고 건전성을 유지할 수 있다.

Claims (15)

  1. 발열 저항체를 가지는 열식의 공기유량 측정소자를 흡기통로내에 배치하여 흡기통로내를 흐르는 공기유량을 계측하는 열식 공기유량계에 있어서,
    흡기온도센서에 사용하는 흡기온도 검지소자를 구비하고, 상기 흡기온도 검지소자를 상기 공기유량 측정소자와 함께 하나의 지지체에 설치하여 흡기통로내에 위치시키고 있고,
    상기 공기유량 측정소자와 상기 흡기온도 검지소자는, 각각 상기 지지체에 배치한 도체와 전기적으로 접속되어 이들의 전기적 접속부가 수지에 의하여 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 열식 공기유량계.
  2. 발열 저항체를 가지는 열식의 공기유량 측정소자를 흡기통로내에 배치하여 흡기통로내를 흐르는 공기유량을 계측하는 열식 공기유량계에 있어서,
    흡기온도 검지소자를 구비하고, 상기 흡기온도 검지소자와 상기 공기유량 측정소자가 하나의 지지체에 설치되어 흡기통로내에 위치하고 있고,
    상기 지지체는 상기 흡기관의 관벽에 설치한 홀더에 의하여 유지되고, 또한 상기 지지체의 상기 흡기관의 관벽으로부터 멀어지는 쪽의 일부의 양 면이 흡기관을 흐르는 공기흐름에 의하여 열을 빼앗기기 쉽게 한 구조로 하고, 상기 열을 빼앗기는 지지체면에 상기 공기유량 측정소자와 상기 흡기온도 검지소자가 배치되고,
    상기 공기유량 측정소자와 상기 흡기온도 검지소자는, 각각 상기 지지체에배치한 도체와 전기적으로 접속되어, 이들 전기적 접속부가 수지에 의해 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 열식 공기유량계.
  3. 발열 저항체를 가지는 열식의 공기유량 측정소자를 흡기통로내에 배치하여 흡기통로내를 흐르는 공기유량을 계측하는 열식 공기유량계에 있어서,
    흡기온도 검지소자를 구비하고, 이 흡기온도 검지소자와 상기 공기유량 측정소자가 하나의 지지체에 설치되어 흡기통로내에 위치하고 있고, 상기 지지체는 상기흡기관의 관벽에 설치한 홀더에 의하여 한쪽 지지되고, 상기 흡기온도 검지소자는 상기 지지체에 있어서의 한쪽 지지되는 측과 반대측의 한쪽 끝에 또한 상기 공기유량 측정소자보다도 상기 홀더로부터 멀어지는 위치에 배치되고,
    상기 공기유량 측정소자와 상기 흡기온도 검지소자는 각각 상기 지지체에 배치한 도체와 전기적으로 접속되고, 이들 전기적 접속부가 수지에 의하여 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 열식 공기유량계.
  4. 발열 저항체를 가지는 열식의 공기유량 측정소자를 흡기통로내에 배치하여 흡기통로내를 흐르는 공기유량을 계측하는 열식 공기유량계에 있어서,
    흡기온도 검지소자를 구비하고, 상기 흡기온도 검지소자와 상기 공기유량 측정소자가 지지체에 설치되어 흡기통로내에 위치하고 있고, 또한 상기 공기유량 측정소자와 상기 흡기온도 검지소자는 상기 지지체에 개별로 설치한 오목부에 설치되어 상기 지지체에 배치한 도체와 전기적으로 접속되고, 이들 전기적 접속부가 수지에 의하여 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 열식 공기유량계.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 지지체 중 상기 홀더에 한쪽 지지되는 쪽의 한 면에 공기유량계측에 관한 전자회로부가 형성되고, 상기 전자회로부가 상기 홀더내에 밀봉되어 있는 열식 공기유량계.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기유량 측정소자는 반도체 미세 가공에 의하여 반도체기판 표면에 적어도 상기 발열 저항체를 형성하고, 상기 반도체기판에 있어서의 상기 발열 저항체의 형성영역의 이면에 공동을 형성하여 이루어지는 반도체형 소자이고,
    상기 지지체는 적층기판에 의하여 구성되고, 상기 적층기판의 일부를 절결하여 상기 공기유량 측정소자와 상기 흡기온도 검지소자를 설치하기 위한 오목부가 개별로 형성되고, 이들 오목부에 상기 공기유량 측정소자와 상기 흡기온도 검지소자가 배치되어 있는 열식 공기유량계.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지체는 적층기판으로 이루어지고, 그 층간에 상기 흡기온도 검지소자의 도체막이 개재하고, 상기 도체막의 한쪽 끝이 상기 흡기온도 검지소자의 설치위치 또는 그 가까이에 노출하여, 상기 도체막의 한쪽 끝과 상기 흡기온도 검지소자가 전기적으로 접속되고, 상기 도체의 다른쪽 끝이 상기 지지체위에 설치한 단자와 전기적으로 접속되어 있는 열식 공기유량계.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡기온도 검지소자는 상기 공기유량 측정소자보다도 공기의 흐름방향에 대하여 상류측에 배치되어 있는 열식 공기유량계.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지체는 유리세라믹제 또는 세라믹제인 열식 공기유량계.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 접속부를 밀봉하는 수지는, 에폭시수지, 불소함유수지, 유리재 중 어느 하나인 열식 공기유량계.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡기온도 검지소자의 표면이 상기 공기유량 측정소자의 표면과 대략 동일한 평면, 또는 상기 흡기온도 검지소자의 표면이 상기 공기유량 측정소자의 표면보다도 낮아지도록 설치되어 있는 열식 공기유량계.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지체에 있어서의 상기 흡기온도 검지소자의 전기적 접속부 및 상기 공기유량 측정소자의 전기적 접속부를 1개소에 정리하도록 배치하고, 이들 전기적 접속부를 1개소의 수지에 의하여 정리하여 밀봉하고 있는 열식 공기유량계.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지체에는 상기 홀더의 케이스를 거쳐 전달되는 열전도경로에 슬릿 또는 관통구멍을 배치하여 이루어지는 열식 공기유량계.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지체에 있어서의 상기 흡기온도 검지소자의 설치위치의 이면에 오목부를 설치하고 있는 열식 공기유량계.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항 기재의 열식 공기유량계와 엔진과 상기 흡기온도검지계의 출력에 의거하여 상기 엔진을 제어하는 제어장치를 구비한 내연기관의 제어시스템.
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