JPH0943021A

JPH0943021A - 熱式流量計

Info

Publication number: JPH0943021A
Application number: JP7198384A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Mizoguchi; 和貴溝口
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-08-03
Filing date: 1995-08-03
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】気体流路中におけるワイヤ素子の形状の安定
化と、流路内径の変化に対応して構成部品の汎用化に好
適な熱式流量計。【解決手段】Ｉ型断面を有し表裏両面に対向する溝部
１７に電極１８を備えた支持体１３の先端に固定した環
状のワイヤ素子１１を、電極１８の平面に沿わせて円筒
体１２の中心に向けて挿入することにより、ワイヤ素子
１７は円筒体１２の外周に沿って張装されるように構成
した検知ユニットを気体流路２２内に配設固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に吸入さ
れる空気流量を計測する熱式流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱式流量計としては、例えば、実
公平３−２６４１７公報に示されているようなものがあ
る。これは、熱線抵抗体となるワイヤ素子を張装した検
知ユニットを気体流路に設置して、内燃機関に吸入され
る空気流量を計測するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の熱式
流量計においては、熱線抵抗体を形成するワイヤ素子が
気体流路内の一部限定された領域に張装されており、か
つ、回転対称形状を有するものでないため、上流側の流
路形状や流量計の取付け角度の変化によって出力特性が
変化するという問題点があった。これを解決するには、
空間的にワイヤ素子を張装すると共に、回転対称形状と
すればよく、その具体的な手段としては、円筒体にワイ
ヤ素子を巻回し、支持体を用いて前記円筒体を流路中心
に固定し、また、ワイヤ素子と外部の検知回路との電気
的な接続には、前記支持体を利用することが考えられる
が、ワイヤ素子を真円形状に保持することが難しく、そ
のため流量計の回転対称性が損なわれるという問題点が
新たに発生する。さらに、流体の相似性から流量計の流
路内径が変更された場合には、内径に対応して円筒体の
径を変更することが望ましい。しかし、そのためにワイ
ヤ素子、支持体、円筒体のいずれもが流路内径に適合し
た部品の専用化が必要となり、部品の種類が増えるとい
う問題も発生する。本発明はこのような問題点に鑑み、
気体流路中におけるワイヤ素子の形状の安定化と、流路
内径の変化に対応して構成部品の汎用化に好適な熱式流
量計を提供することを目的としたたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の熱線式流量計に
よる気体流量の検出原理について説明する。図１は、熱
式流量計の基本回路構成を示す図である。熱線抵抗１、
温度補償抵抗２及び基準抵抗３から構成されるブリッジ
回路の不平衡電圧をコンパレ−タ４で検出してトランジ
スタ５を駆動し、熱線抵抗１に流れる電流を制御するこ
とにより、熱線抵抗１は所定の加熱温度に保たれる。熱
線抵抗１が流路中に設置された場合、熱線抵抗１の加熱
温度をＴw、吸気温度をＴaとすると、熱線抵抗１から奪
われる熱量Ｈは以下の式で与えられる。Ｈ＝（Ａ＋ＢＱⁿ）（Ｔw−Ｔa）ただしＡ、Ｂ、ｎ：流体及び熱線抵抗により決定される
定数Ｑ：質量流量一方、熱線抵抗１の発熱量Ｐは以下の式で与えられる。Ｐ＝Ｖw²／Ｒw ただしＶw：熱線抵抗の両端電圧Ｒw：熱線抵抗の抵抗値熱線抵抗１の加熱温度Ｔwは一定に保たれているので、
熱線抵抗１からの放熱量Ｈと熱線抵抗１の発熱量Ｐが等
しくなり、以下の式が導かれる。Ｖw²／Ｒw＝（Ａ＋ＢＱⁿ）（Ｔw−Ｔa）よって、熱線抵抗１の両端電圧Ｖwを計測することによ
り流量を測定することが可能となる。

【０００５】ところで、実公平３−２６４１７号公報に
開示されている熱式流量計においては、熱線抵抗を折り
返して張装する構造となっており、熱線抵抗となるワイ
ヤ素子は狭い領域内に存在する。自動車の内燃機関へ吸
入される空気の流れは不安定であり、断面を通過する流
量が一定でも、流速分布が時々刻々と変化している。し
たがって、従来例のように検知部であるワイヤ素子が狭
い領域内に存在する場合には、流速分布の変化の影響を
受け流量の測定値に誤差が生じる場合がある。また車両
開発の過程で、流量計の取付け角度が変更される場合が
ある。従来のような回転対称構造となっていない熱式流
量計は、取付け角度によって出力特性が変化し、その結
果エンジンとのマッチングをやり直さなければならな
い。これらを解決する手段としては、流速分布の変化が
あっても平均的な流量を計測することができるようにワ
イヤ素子を空間的に張装し、かつ、ワイヤ素子を回転対
称形状とすることが必要で、具体的には、円筒体にワイ
ヤ素子を巻回し、これを流路の中心部に配置すると共
に、ワイヤ素子の形状を真円になるように張装し熱式流
量計の対称性を決定する要件となる。本発明の要部を図
２の実施例の図面を用いて説明すると、Ｉ型断面を有し
表裏両面に対向する溝部１７に電極１８を備えた支持体
１３の先端に固定した環状のワイヤ素子１１を、電極１
８の平面に沿わせて円筒体１２の中心に向けて挿入する
ことにより、ワイヤ素子１７は円筒体１２の外周に沿っ
て略真円に張装され、電極１８の平面と環状のワイヤ素
子１１を電気的に接続して検知ユニット２０を構成し、
検知ユニット２０を気体流路２２内に配設固定したもの
である。

【０００６】上記の課題を解決するための手段は、特許
請求の範囲に記載されている。すなわち、本発明の目的
は、温度により電気抵抗が変化する熱線抵抗体のワイヤ
素子を気体流路に配設し流量を計測する熱式流量計にお
いて、Ｉ型断面を有し表裏両面に対向する溝部を備えた
棒状の支持体と、前記溝部に形成した１対の電極平面
と、前記支持体の前記電極平面の一端部に固着され前記
電極平面と直交する軸を有する環状のワイヤ素子と、前
記ワイヤ素子が形成する環内を貫通するように設けられ
両開放端を有する筒体と、前記筒体を構成する筒面の略
中央に前記支持体が挿入可能のように設けた嵌合穴と、
前記支持体を前記嵌合穴に挿入することにより、前記ワ
イヤ素子を前記筒体の外周に沿って張装すると共に、前
記電極平面と前記環状のワイヤ素子を電気的に接続して
検知ユニットを構成し、前記ワイヤ素子が回転対称形状
となるように前記検知ユニットを気体流路内に配設固定
したことを特徴とする熱式流量計によって達成される。

【０００７】上記の構成により、検知ユニット２０は円
筒体１２が気体の気体流路２２の中心に位置し、ワイヤ
素子１１は、概ね気体流路２２に対して回転対称形状と
なるように、空間に張装されることにより、たとえ、熱
式流量計２３の上流側の気体流路構造が変化したとして
も、これによる流速分布変化の影響を小さくすることが
できる。また、熱式流量計２３の上流に存在する流路に
対する熱式流量計２３の取付け角度が変化しても、ワイ
ヤ素子１１は回転対称形状に配設されているから、熱式
流量計２３の出力特性に与える影響を最小限に抑えるこ
とができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明を実施例に基づいて説明す
る。図２は、本発明に基づく熱式流量計の実施の形態１
の正面図及び一部断面を含む側面図である。〈実施の形態１〉ワイヤ素子１１は円筒体１２に接する
形で巻回された構造となっている。ワイヤ素子１１は、
支持体１３に設けられた段差部１４において接着剤１５
で固定され、支持体１３はその先端部が円筒体１２に設
けられた穴１６内に挿入されている。支持体１３は、矩
形断面の長辺に溝部１７を有し、溝部１７に電極１８が
形成され、導電ペ−スト１９により電極１８とワイヤ素
子１１とを密着させ、電気導通を確保している。このよ
うに、ワイヤ素子１１、円筒体１２、支持体１３、段差
部１４、接着剤１５、穴１６、溝部１７、電極１８、導
電ペースト１９により検知ユニット２０が構成されてい
る。回路ケ−ス２１内に検知ユニット２０を収容接続
し、流路２２内に固定することにより本実施の形態の熱
式流量計２３が構成されている。

【０００９】次に、図３〜図５を用いて本実施の形態の
熱式流量計に使用する検知ユニットの製作手順について
述べる。図３は支持体１３の正面図（ａ）及び側面図
（ｂ）である。支持体１３を構成する材質は、高温のエ
ンジンル−ム内での使用可能な耐熱性を有すると共に、
支持体１３の表面に電極１８を形成することが必要で、
射出成形が可能な樹脂で、熱膨張係数が低く優れたメッ
キ性を有する、例えば、全芳香族系ポリエステル樹脂の
使用が好適である。支持体１３の先端部には段差部１４
が設けられており、支持体１３の溝部１７は段差部１４
と同一平面上にあり、溝部１７内には電極１８が形成さ
れている。製作には、射出成形により段差部１４と溝部
１７を一体に形成した後、電極１８をエッチングにより
形成する。また、電極１８を形成した平面基板に別の基
板を接着し、溝部１７を形成してもよい。この場合に
は、汎用的な基板材質であるガラスエポキシを使用する
ことが原価対策として好ましい。

【００１０】図４は本実施の形態の円筒体１２の正面図
（ａ）と側断面図（ｂ）である。円筒体１２に巻回され
るワイヤ素子１１は高温度Ｔwに加熱されるため、材質
にはＰＰＳ樹脂等の高耐熱性樹脂を使用することが望ま
しく、まず、押し出し成形によりパイプ状に形成したの
ち、支持体１３を挿入するための穴１６を機械加工によ
り形成する。図５は本実施の形態の検知ユニット２０の
製作工程を示す図である。まず、図５（ａ）に示すよう
に、溝部１７の延長上の段差部１４の中央にワイヤ素子
１１の両端を接着剤１５を用いて固定する。ワイヤ素子
１１は円筒体１２に巻回する際の断線を防止するため、
従来、熱線抵抗として用いられてきた白金線に比べて約
８倍の引張強度を有するステンレス線を使用する。ワイ
ヤ素子１１は、加熱による応力のため熱変形しその結果
撓みを生じる、この結果、空気の流れによってワイヤ素
子１１は振動し、出力が不安定になることがある。これ
を避けるためには、ワイヤ素子１１の延伸量をあらかじ
め想定した張力に基づいてワイヤ素子１１を張装するこ
とが必要であるが、これに対応する強度を確保するた
め、ワイヤ素子１１の線径は６５μｍ以上とすることが
望ましい。ワイヤ素子１１の両端を支持体１３に固定す
ると、ワイヤ素子１１は環状になる。図５（ｂ）に示す
ように、環状となったワイヤ素子１１内に円筒体１２を
貫通させる。

【００１１】次に、支持体１３の下端、すなわち、ワイ
ヤ素子１１を固着した端部側を円筒体１２の穴１６内に
挿入する。このとき、円筒体１２内に挿入されるワイヤ
素子１１の部分は、支持体１３に形成した溝部１７内に
沿って円筒体１２の内部に進入する。また前述のよう
に、ワイヤ素子１１が振動しないように張装するには、
適切なワイヤの張力を与えることが必要であり、このた
めには、支持体１３の円筒体１２に対する挿入量を調整
することにより可能となるものである。図５（ｃ）に示
すように、所定位置まで支持体１３を挿入したところ
で、支持体１３の溝部１７内に形成されている電極１８
とワイヤ素子１１とを導電ペ−スト１９を用いて接続す
る。このようにして製作された検知ユニット２０におい
ては、ワイヤ素子１１は円筒体１２の外円周に接する形
で巻回され、略真円に近い形状に張装することができ
る。

【００１２】ところで、検知部として機能するワイヤ素
子１１は、円筒体１２の外円周に沿って巻回した部分の
みに限定される。しかし実際には、接着剤１５と導電ペ
−スト１９の間にもワイヤ素子１１が存在する。本実施
の形態では、円筒体１２と支持体１３とが互いに接触す
る穴１６の近傍で、導電ペ−スト１９を介してワイヤ素
子１１と電極１８とが電気的に接続される。このため、
電流は、電極１８から円筒体１２の周囲に巻回された部
分のワイヤ素子１１へと流れ、導電ペ−スト１９と接着
剤１５の間に存在するワイヤ素子１１の部分には電流は
流れない。すなわち接着剤１５と導電ペ−スト１９間に
残されたワイヤ素子１１によって熱式流量計の特性に影
響を及ぼすおそれはない。このように調整された検知ユ
ニット２０を、円筒体１２が気体の流路２２の中心に位
置するように固定する。すなわち、ワイヤ素子１１は、
概ね気体流路２２に対して回転対称形状となるように配
設される。このように、ワイヤ素子１１が流路２２内の
空間に張装されることにより、たとえ熱式流量計２３の
上流側の気体流路構造が変化しても、これによる流速分
布変化の影響を小さくすることができる。また、熱式流
量計２３の上流に存在する流路に対する熱式流量計２３
の取付け角度が変化しても、ワイヤ素子１１は回転対称
形状に配設されているから、熱式流量計２３の出力特性
に与える影響を最小限に抑えることができる。

【００１３】自動車においては、内燃機関の吸気管の内
径は、エンジンの排気量によって異なるため、流量計の
流路内径もこれに適応するよう変更することが必要であ
る。しかるに、従来、同一の検知ユニットを流路内径の
異なる熱式流量計に装着すると、流量計の特性が変化し
てしまい、エンジンとのマッチングを大幅にやり直す必
要が生ずる。従って、マッチング作業に要する労力を低
減する手段として、ワイヤ素子の大きさを流量計の内径
に比例して変更する必要があった。例えば、図２に示さ
れている流量計２３の内径Ｄは７０ｍｍで、円筒体１２
の外形ｄは２８ｍｍであるからｄ／Ｄ＝０．４である。
図６（ａ）は、実施の形態１において、流路の内径Ｄが
８０ｍｍの場合の流量計２４の正面図を示す図である。
ｄ／Ｄ＝０．４とするには、円筒体２５の外形ｄは３２
ｍｍとなる。図２に示される流量計２３に対比して、支
持体１３の円筒体２５に対する挿入量を減らすことによ
り、ワイヤ素子１１を円筒体２５の外円周に密着して巻
回すことができる。図６（ｂ）は、実施の形態１におい
て、流路の内径Ｄが６０ｍｍの場合の流量計２６の正面
図を示す図である。ｄ／Ｄ＝０．４とするには、円筒体
２７の外形ｄは２４ｍｍとなる。図２に示される流量計
２３に対比して、支持体１３の円筒体２７に対する挿入
量を増やすことにより、ワイヤ素子１１を円筒体２７の
外円周に密着して巻回すことができる。このように、円
筒体の外径の変更のみで、共通のワイヤ素子１１及び支
持体１３を使用して流路内径寸法の変更に対応すること
が可能である。

【００１４】〈実施の形態２〉図８は、本発明に係る熱
式流量計の実施の形態２に使用する検知ユニットの正面
図（ａ）及び側面図（ｂ）を示す図である。本実施の形
態は六角形の頂点に突起３２を有する六角筒体３３にワ
イヤ素子１１が巻回された構造となっている。筒体３３
以外の構成部品は第１実施例と同様であり、検知ユニッ
ト３１の製作も第１実施例に準ずる。ワイヤ素子１１は
完全な回転対称形状ではないが、従来の熱式流量計に比
べると、取付け角度の変化による影響を軽減することが
できる。また、ワイヤ素子１１は流路内の空間に張装さ
れており流速分布変化の影響は第１実施例と同様小さ
い。さらにワイヤ素子１１を巻回する筒体３３に突起３
２を設けることにより、ワイヤ素子１１は突起３２部分
のみで接触し、ワイヤ素子１１から筒体３３への損失熱
量は僅少である。そのため、ワイヤ素子１１単体を空中
に張装した場合と同等の優れた応答性を確保することが
できる。

【００１５】〈実施の形態３〉また、図９は、本発明に
係る実施の形態３の熱式流量計に使用する検知ユニット
の正面図（ａ）及び一部断面を含む側面図（ｂ）であ
る。円筒体４２にワイヤ素子１１が巻回されており、円
筒体４２の一端面を蓋４３で塞ぎ、接着剤４４を用いて
固定した構造となっている。第１実施例と同様に、ワイ
ヤ素子１１は回転対称形状であるから取付け角度の影響
は小さく、また、空間的にワイヤ素子１１が張装されて
おり流速分布変化の影響も小さい。さらに、円筒体４２
の出入り口は蓋４３で塞がれていりため、円筒体４２内
部の空気は流通しない。従って、円筒体４２から突出し
た支持体１３により気流れが乱されることがなく、より
安定した気流状態で気体流量を検出することができる。
また、実施の形態１において、ワイヤ素子１１からの熱
は円筒体１２にも移動し、円筒体１２内部を流れる空気
に伝達される。円筒体１２の有する熱時定数は非常に大
きいから、流量計２３からの出力は、流量が一定であっ
てもゆっくりとした周期で変動する。本実施の形態にお
いては、円筒体４２内部に空気が流動せず、円筒体４２
内部から熱が奪われることがない。このため、出力の変
動が小さく、安定した流量信号を得ることができる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の実施
により、ワイヤ素子の両端を支持体に固定して、その支
持体を挿入するための穴を形成させた筒体を環状となっ
たワイヤ素子内部に通して、その後、支持体を穴に挿入
させて検知ユニットを製作し、さらに、筒体が流路の中
心に位置するよう、流路に固定することにより、ワイ
ヤ素子を空間的に張装することができ、流速分布変化の
影響を小さくすることができる、ワイヤ素子を概ね回
転対称形状に張装することができ、上流側の流路に対す
る熱式流量計の取付け角度が変化しても、熱式流量計の
出力特性に与える影響を小さくすることができる、筒
体の外形の変更に対しても、筒体のみを変更して他の部
品については共通部品で対応することができ、部品の共
通化が図られるなどの効果が得られる。また、実施の形
態２では、筒体を六角形としてその頂点に突起を設け、
ワイヤ素子を筒体から浮かして張装することにより、応
答性に悪影響を及ぼすことなくワイヤ素子単体での応答
性と同等の応答性をえることができる。また、実施の形
態３では、筒体の入口を塞ぐことにより、安定した流量
信号を得ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱式流量計の基本回路構成を示す図である。

【図２】本発明に係る熱式流量計の実施の形態１の正面
図（ａ）及び一部断面を含む側面図（ｂ）である。

【図３】本発明に係る実施の形態１の支持体の正面図
（ａ）及び側面図（ｂ）である。

【図４】本発明に係る実施の形態１の円筒体の正面図
（ａ）及び側面図（ｂ）である。

【図５】本発明に係る実施の形態１の検知ユニットの製
作工程を示す図である。

【図６】被測定流路の内径寸法の変化に対応する本発明
の実施の形態１の熱式流量計の適用を示す正面図（内径
大）である。

【図７】被測定流路の内径寸法の変化に対応する本発明
の実施の形態１の熱式流量計の適用を示す正面図（内径
小）である。

【図８】本発明に係る実施の形態２の検知ユニットの正
面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。

【図９】本発明に係る実施の形態３の検知ユニットの正
面図（ａ）及び一部断面を含む側面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１…熱線抵抗２…温度補
償抵抗３…基準抵抗４…コンパ
レータ５…トランジスタ１１…ワイヤ素子１２、２７、４２…円筒
体１３…支持体１４…段差
部１５、４４…接着剤１６…穴１７…溝部１８…電極１９…導電ペースト２０…検知
ユニット２１…回路ケース２２…流路２３、２４、２６…熱式流量計３１、４１…検知
ユニット３２…突起３３…筒体４３…蓋

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温度により電気抵抗が変化する熱線抵抗体
のワイヤ素子を気体流路に配設し流量を計測する熱式流
量計において、Ｉ型断面を有し表裏両面に対向する溝部を備えた棒状の
支持体と、前記溝部に形成した１対の電極平面と、前記支持体の前記電極平面の一端部に固着され前記電極
平面と直交する軸を有する環状のワイヤ素子と、前記ワイヤ素子が形成する環内を貫通するように設けら
れ両開放端を有する筒体と、前記筒体を構成する筒面の略中央に前記支持体が挿入可
能のように設けた嵌合穴と、前記支持体を前記嵌合穴に挿入することにより、前記ワ
イヤ素子を前記筒体の外周に沿って張装すると共に、前
記電極平面と前記環状のワイヤ素子を電気的に接続して
検知ユニットを構成し、前記ワイヤ素子が回転対称形状となるように前記検知ユ
ニットを気体流路内に配設固定したことを特徴とする熱
式流量計。
【請求項２】前記環状のワイヤ素子と前記支持体は、前
記筒体に対する前記支持体の挿入量を調節することによ
り、流路内径寸法の変化に対応可能であることを特徴と
する請求項１記載の熱式流量計。
【請求項３】前記筒体が円筒体であることを特徴とする
請求項１記載の熱式流量計。
【請求項４】前記筒体は角筒体であり、かつ、角頂部に
突起を設けたことを特徴とする請求項１記載の熱式流量
計。
【請求項５】前記筒体の一方側の端面を閉塞したことを
特徴とする請求項１記載の熱式流量計。