JPH0441933B2 - - Google Patents

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形流量センサ、
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つたが、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つ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イードバツク制
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イードバツ
ク制御し、発熱抵抗に印刷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（膜式抵抗）の発熱温度を吸入
空気温度との差を一定値にするあるいは膜式抵抗
の発熱温度を一定にする空気流量センサの応答
性、ダイナミツクレンジは膜式抵抗の発熱部兼温
度検出部からの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ツク基板の両面に膜
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
の膜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。

〔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とすることにあり、
その手段は、導電性基板の表裏に膜式抵抗パター
ンを形成したことである。

〔作用〕

上述の手段によれば、２つの膜式抵抗パターン
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実施例を説明する。

第５図は本発明に係る膜式抵抗を有する直熱型
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
（膜式抵抗）６が設けられている。膜式抵抗６は
ダクト２内に固定され、ステイ７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、
ハイブリツ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膜式抵抗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の発熱量をフイードバツク制御
し、そのセンサ出力V_Q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ユー
タによつて構成され、燃料噴射弁１１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、膜式抵
抗６、温度依存抵抗８とブリツジ回路を構成する
抵抗９１，９２、比較器９３，比較器９３の出力
によつて制御されるトランジスタ９４、電圧バツ
フア９５により構成される。つまり、空気流量が
増加して膜式抵抗６（この場合、サーミスタ）の
温度が低下し、この結果、膜式抵抗６の抵抗値が
下降してV₁≦V_Rとなると、比較器９３の出力に
よつてトランジスタ９４の導電率が増加する。従
つて、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ツ
フア９５の出力電圧V_Q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V₁＞V_Rとなり、
比較器９３の出力によつてトランジスタ９４の導
電率が減少する。従つて、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
圧すなわち電圧バツフア９５の出力電圧V_Qは低
下する。このようにして、膜式抵抗６の温度は外
気温度によつて定まる値になるようにフイードバ
ツク制御され、出力電圧V_Qは空気流量を示すこ
とになる。

第１Ａ図は第５図の膜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１
Ａ図，第１Ｂ図に示すように、膜式抵抗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。膜式抵抗６
は、導電性基板６１と、その両面に形成された膜
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１３ａ，
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膜式抵抗パターン６２はボ
ンデイングワイヤ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膜式抵
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１
２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、膜式抵抗６と保持部材
１２の波状部分１２ａとは段違いとなつている。

なお、通常は、膜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。従つて、膜式
抵抗６から空気流へ放熱された熱は再び保持部材
に伝達され、膜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
イナミツ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、膜式抵抗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、ダイナミツ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、膜式抵抗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はボ
ンデイングワイヤ１５のバツクフアイヤからのプ
ロテクタの役目もなしている。

第２Ａ図は第１Ａ図の膜式抵抗６の表面を示す
図、第２Ｂ図は第１Ａ図の膜式抵抗６の断面を示
す図、第２Ｃ図は第１Ａ図の膜式抵抗６の裏面を
示す図である。第２Ａ図〜第２Ｃ図に示すよう
に、膜式抵抗６は、導電性基板６１、絶縁層６
３，６３′、膜式抵抗パターン６２，６２′、パツ
シベーシヨン膜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６３，
６３′（たとえばSiO₂、Si₃N₄）を形成し、その
上に、膜式抵抗パターン６２，６２′を形成し、
さらにその上に、パツシベーシヨン膜６４，６
４′（たとえばSiO₂、Si₃N₄）を形成する。各膜
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，６２
b′および電極取出し部６３ｃ，６３c′から構成さ
れている。ここで、発熱ヒータ兼温度検知部６２
ａ，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とオーミツク
コンタクトを形成している。また、電極取出し部
６３ｃ，６３c′に対応するパツシベーシヨン膜６
４ｃ，６４c′にもコンタクト部が形成されてい
る。従つて、２つの膜式抵抗パターン６２，６
２′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つの膜式抵抗パターン６２，
６２′は１つの膜式抵抗として作用する。つまり、
電流が１つの膜式抵抗パターン６２から導電性基
板６１を通り他の膜式抵抗パターン６２′へ流れ
る。

このように、基板６１の表裏に膜式抵抗パター
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、ダイナミツクレンジ
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２
Ａ図〜第２Ｃ図においては、膜式抵抗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、膜式抵抗６を両保持部により保持部材６に
固定すると、膜式抵抗６が歪ゲージの作用し、従
つて、膜式抵抗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図に示す膜式抵抗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つの膜式抵
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つの膜式抵抗パターン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
ンを形成することによりその放熱効率を向上させ
ることができ、従つて、流量センサの応答性、ダ
イナミツクレンジの向上と共に信頼性の向上に役
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膜
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１Ａ図の膜式抵抗の表
面を示す図、第２Ｂ図は第１Ａ図の膜式抵抗の断
面を示す図、第２Ｃ図は第１Ａ図の膜式抵抗の裏
面を示す図、第３Ａ図は本発明に係る直熱型流量
センサの他の膜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３Ａ図
の膜式抵抗の表面を示す図、第４Ｂ図は第３Ａ図
の膜式抵抗の断面を示す図、第４Ｃ図は第３Ａ図
の膜式抵抗の裏面を示す図、第５図は本発明に係
る膜式抵抗を有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……膜式抵抗、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、１
３ｂ……導電性断熱部材、１４ａ，１４ｂ……配
線、１５……ボンデイングワイヤ。

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。