JP3174234B2 - 熱式空気流量検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用エンジ
ン等の吸入空気流量を検出するのに好適に用いられる熱
式空気流量検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用エンジン等では、エン
ジン本体の燃焼室内で燃料と吸入空気との混合気を燃焼
させ、その燃焼圧からエンジンの回転出力を取出すよう
にしており、燃料の噴射量を演算する上で吸入空気流量
を検出することが重要なファクターとなっている。

【０００３】そこで、図８および図９に従来技術の熱式
空気流量検出装置を示す。

【０００４】図において、１は吸気管２の途中に設けら
れた熱式空気流量検出装置を示し、該熱式空気流量検出
装置１は、エンジン本体の燃焼室（図示せず）に向けて
矢示Ａ方向に流通する吸入空気の流量を検出すべく、吸
気管２の途中に取付穴２Ａを介して配設されている。

【０００５】３は熱式空気流量検出装置１の本体部を構
成する空気流量検出装置本体を示し、該空気流量検出装
置本体３はインサートモールド等の手段により図９に示
すように成形され、巻線状をなす後述の基準抵抗１４を
巻回すべく段付き円柱状に形成された巻線部４と、該巻
線部４の基端側に位置して略円板状に形成され、後述の
端子ピン８Ａ〜８Ｄが一体的に設けられた端子部５と、
巻線部４の先端側から吸気管２の径方向に延設され、吸
気管２の中心部で後述の発熱抵抗９および温度補償抵抗
１１を位置決めする検出ホルダ６と、吸気管２の外側に
位置して端子部５が接続された後述の回路ケーシング７
とから大略構成されている。

【０００６】７は吸気管２の取付穴２Ａを閉塞するよう
に該吸気管２の外周側に設けられた回路ケーシングを示
し、該回路ケーシング７は絶縁性の樹脂材料等によって
形成され、その底部側には吸気管２の取付穴２Ａに嵌合
する嵌合部７Ａが一体的に設けられている。そして、該
回路ケーシング７は、例えばセラミック材料等からなる
絶縁基板上に流量調整抵抗および差動増幅器（いずれも
図示せず）等を実装した状態で、これらを内蔵するよう
になっている。

【０００７】８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄは空気流量検出装
置本体３の端子部５から軸方向に突出した４本の端子ピ
ン（全体として各端子ピン８という）を示し、該各端子
ピン８は空気流量検出装置本体３の巻線部４および検出
ホルダ６内に埋設された例えば４本の端子板（図示せ
ず）に一体化して設けられ、回路ケーシング７のコネク
タ部（図示せず）に着脱可能に接続されるものである。

【０００８】９は空気流量検出装置本体３の検出ホルダ
６にターミナル１０Ａ，１０Ｂを介して設けられたホッ
トフィルム型の発熱抵抗を示し、該発熱抵抗９は温度変
化に敏感に反応して抵抗値が変化する白金等の感温性材
料からなり、例えば酸化アルミニウム（以下、「アルミ
ナ」という）等のセラミック材料からなる絶縁性の筒体
に白金線を巻回したり、白金膜を蒸着して形成される小
径の発熱抵抗素子によって構成されている。そして、該
発熱抵抗９はバッテリ（図示せず）からの通電により、
例えば２４０℃前，後の温度をもって発熱した状態とな
り、吸気管２内を矢示Ａ方向に流れる吸入空気によって
冷却されるときには、この吸入空気の流量に応じて抵抗
値が変化し流量の検出信号を出力させるものである。

【０００９】１１は発熱抵抗９の上流側に位置して空気
流量検出装置本体３の検出ホルダ６に設けられた温度補
償抵抗を示し、該温度補償抵抗１１は例えばアルミナ等
のセラミック材料からなる絶縁基板上にスパッタリング
等の手段を用いて白金膜を着膜形成することにより形成
され、白金膜の両端は前記検出ホルダ６に立設されたタ
ーミナル１２Ａ，１２Ｂ間に接続されている。

【００１０】１３は空気流量検出装置本体３の検出ホル
ダ６上に装着される保護カバーを示し、該保護カバー１
３は検出ホルダ６上に発熱抵抗９および温度補償抵抗１
１を実装した後に、図９中に矢印で示す如く検出ホルダ
６に被着され、発熱抵抗９および温度補償抵抗１１を保
護すると共に、吸入空気の流通を許すようになってい
る。なお、図９中では発熱抵抗９および温度補償抵抗１
１を明示すべく、保護カバー１３を検出ホルダ６から取
外した状態で示している。

【００１１】さらに、１４は空気流量検出装置本体３の
巻線部４に巻回された巻線抵抗からなる基準抵抗を示
し、該基準抵抗１４はその両端が、巻線部４に立設され
たターミナル１５Ａ，１５Ｂに接続され、前記発熱抵抗
９に直列接続されている。ここで、前記各端子ピン８の
うち、端子ピン８Ａはターミナル１５Ａに前記端子板を
介して接続され、端子ピン８Ｂは他の端子板を介してタ
ーミナル１５Ｂ，１０Ａに接続されている。また、端子
ピン８Ｃは別の端子板を介してターミナル１０Ｂ，１２
Ｂに接続され、端子ピン８Ｄはターミナル１２Ａにさら
に別の端子板を介して接続されている。

【００１２】このように構成される従来技術の熱式空気
流量検出装置１は、自動車用エンジン等の吸入空気流量
を検出するときに、空気流量検出装置本体３の端子部５
を各端子ピン８を介して回路ケーシング７のコネクタ部
に接続した状態で、空気流量検出装置本体３の検出ホル
ダ６等を吸気管２内に取付穴２Ａを介して挿入し、該取
付穴２Ａに吸気管２の外周側から回路ケーシング７を取
付けることによって、検出ホルダ６に設けた発熱抵抗９
および温度補償抵抗１１を吸気管２の中心部に配設す
る。

【００１３】この場合、発熱抵抗９を基準抵抗１４に直
列接続すると共に、温度補償抵抗１１を回路ケーシング
７内の流量調整抵抗に直列接続することによって、これ
らの発熱抵抗９、基準抵抗１４、温度補償抵抗１１およ
び流量調整抵抗からブリッジ回路を構成し、これらに外
部から通電を行うことにより発熱抵抗９を２４０℃前，
後の温度をもって発熱させる。

【００１４】そして、この状態で吸気管２内をエンジン
本体の燃焼室に向けて矢示Ａ方向に吸入空気が流通する
ときには、この吸入空気の流れにより発熱抵抗９が冷却
されて該発熱抵抗９の抵抗値が変化するから、該発熱抵
抗９に直列接続された基準抵抗１４の両端電圧に基づい
て吸入空気の流量に対応した検出信号を出力電圧の変化
として検出する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、吸気管２内を流れる吸入空気の流れで発熱
抵抗９が冷却されるのを利用して、該発熱抵抗９の抵抗
値変化に基づき吸入空気流量を検出する構成であるか
ら、該発熱抵抗９は図８中の矢示Ａ方向（順方向）に流
れる吸入空気流によって冷却されると共に、矢示Ｂ方向
（逆方向）に流れる空気流によっても冷却されてしま
い、この逆方向の空気流により吸入空気流量を誤検出す
るという問題がある。

【００１６】即ち、多気筒のシリンダを備えたエンジン
本体では、各シリンダ内でそれぞれピストンが往復動す
るに応じて各吸気弁（図示せず）が開弁する毎に、吸入
空気が各シリンダ内に向けて矢示Ａ方向（順方向）に吸
込まれるから、吸気管２内を流れる空気の流速は各吸気
弁の開，閉弁に応じて図６に例示する如く増減を繰返し
脈動するようになる。

【００１７】特に、エンジンの回転数が低速域から中速
域等に達して吸，排気量が増大してくると、吸気弁と排
気弁（図示せず）とがオーバラップし、排気の一部が吸
気弁の開弁に伴って吸気管２内に吹返すことがあるた
め、このときに吸気管２内では図６に示す時間ｔ1 ，ｔ
2 間のように流速が負（マイナス）となって、矢示Ｂ方
向（逆方向）に流れる空気流が発生し、吸入空気流量を
誤検出するという問題が生じる。

【００１８】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は逆方向の空気流により吸入空気
流量を誤検出するのを防止でき、流量の検出精度を大幅
に向上できるようにした熱式空気流量検出装置を提供す
ることを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１に係る熱式空気流量検出装置は、熱伝
導性の良い金属材料をベース材とし該ベース材の少なく
とも一側面に絶縁材料からなる表面層を成膜してなるメ
タルコア基板と、該メタルコア基板の表面層側に設けら
れた発熱抵抗体とかを備えている。そして、請求項１の
発明が採用する構成の特徴は、前記発熱抵抗体が設けら
れた前記メタルコア基板の表面層には、空気の流れ方向
に対し前記発熱抵抗体を挟んで前，後に離間して第１，
第２の感温抵抗体を設け、該第１，第２の感温抵抗体は
電源に対して互いに並列に接続され、空気の流れ方向に
対応した検出信号を出力する構成としたことにある。

【００２０】請求項２の発明は、熱伝導性の良い金属材
料をベース材とし該ベース材の少なくとも一側面に絶縁
材料からなる表面層を成膜してなるメタルコア基板と、
該メタルコア基板の表面層側に設けられた発熱抵抗体
と、前記メタルコア基板の表面層に設けられ、空気の流
れ方向に対し該発熱抵抗体を挟んで前，後に離間した第
１，第２の感温抵抗体と、該第１の感温抵抗体と第２の
感温抵抗体が並列に接続され、該第１の感温抵抗体と第
２の感温抵抗体の抵抗値を比較して空気の流れ方向に対
応した流れ方向検出信号を出力する流れ方向検出手段
と、前記発熱抵抗体を含んだブリッジ回路からなり、前
記発熱抵抗体の抵抗値の変化を流量検出信号として取出
す流量検出手段と、前記流れ方向検出手段によって検出
された流れ方向検出信号に基づいて、空気の流れ方向が
順方向のときには該流量検出手段からの流量検出信号を
そのまま出力し、逆方向のときには該流量検出手段から
の流量検出信号を反転させて出力する流量信号出力手段
とを備える構成としている。

【００２１】請求項３の発明は、熱伝導性の良い金属材
料をベース材とし該ベース材の少なくとも一側面に絶縁
材料からなる表面層を成膜してなるメタルコア基板と、
該メタルコア基板の表面層側に設けられた発熱抵抗体
と、前記メタルコア基板の表面層に設けられ、空気の流
れ方向に対し該発熱抵抗体を挟んで前，後に離間した第
１，第２の感温抵抗体と、前記発熱抵抗体に印加する電
流を制御して該発熱抵抗体を発熱させることにより前記
メタルコア基板を一定温度に保持する温度制御手段と、
前記第１の感温抵抗体の抵抗値変化によって第１の流量
信号を検出する第１の流量検出手段と、前記第２の感温
抵抗体の抵抗値変化によって第２の流量信号を検出する
第２の流量検出手段と、前記第１の流量検出手段から出
力される第１の流量検出信号と第２の流量検出手段から
出力される第２の流量検出信号との差を演算して流量検
出信号を出力する流量検出信号演算手段とを備える構成
としている。

【００２２】

【作用】請求項１のように、メタルコア基板上に発熱抵
抗体、第１，第２の感温抵抗体を形成するようにしたか
ら、該メタルコア基板はセラミック基板に比べて温度に
対する反応が大きくかつ迅速になり、発熱抵抗体と第
１，第２の感温抵抗体の位置とでは基板の温度が異な
り、空気の流れが順方向のときには上流側の第１の感温
抵抗体が冷やされ、下流側の第２の感温抵抗体が発熱抵
抗体の熱を受けて暖められ、各感温抵抗体の抵抗値には
差が生じる。

【００２３】請求項２のように、前記第１の感温抵抗体
と第２の感温抵抗体とを並列に接続して流れ方向検出手
段を形成したから、第１の感温抵抗体と第２の感温抵抗
体との抵抗値を比較し、第２の感温抵抗体の方が大きい
場合には、例えば順方向の空気流であると判定し、第１
の感温抵抗体の方が大きい場合には、逆方向の空気流で
あるとして判定できる。

【００２４】また、前記発熱抵抗体を含んだブリッジ回
路からなる流量検出手段を設け、該流量検出手段中の発
熱抵抗体の抵抗値変化を流量検出信号として取出し、流
量信号出力手段では、前記流れ方向検出手段によって検
出された空気の流れ方向に基づいて、該空気の流れ方向
が順方向のときには前記流量検出信号をそのまま正の電
圧信号を出力し、逆方向のときには反転させて負の電圧
信号として出力することができる。

【００２５】請求項３のように、温度制御手段によって
発熱抵抗体に印加する電流値を制御して発熱抵抗体を一
定温度に保持した状態で、例えば順方向の空気の流れが
発生したときには、発熱抵抗体の上流側に位置した第１
の感温抵抗体の冷却量は大きく、下流側に位置した第２
の感温抵抗体は発熱抵抗体からの熱を受けた空気により
冷却されるために該第２の感温抵抗体の冷却量は小さく
なる。

【００２６】これにより、第１の流量検出手段から出力
される第１の流量信号と第２の流量検出手段から出力さ
れる第２の流量検出信号の各信号のうち、例えば第１の
流量信号が第２の流量信号よりも大きくなったときに
は、流量検出信号演算手段は第１の流量信号から第２の
流量信号を減算することにより、正の信号となった流量
検出信号を出力することができる。一方、空気の流れが
逆方向のときには、各流量検出手段から出力される各流
量信号のうち、例えば第１の流量信号が第２の流量信号
よりも小さくなったときには、流量検出信号演算手段は
第１の流量信号から第２の流量信号を減算することによ
り、負の信号となった流量検出信号を出力することがで
きる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図７に基
づき説明する。なお、実施例では前述した従来技術と同
一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する
ものとする。

【００２８】まず、図１ないし図６に本発明による第１
の実施例を示す。

【００２９】図中、２１は本実施例による熱式空気流量
検出装置、２２は該熱式空気流量検出装置２１の本体部
を構成する流量計本体を示し、該流量計本体２２は従来
技術で述べた空気流量検出装置本体３とほぼ同様に、抵
抗値Ｒ1 を有する基準抵抗２３が巻回される巻線部２４
と、該巻線部２４の基端側に位置し、複数の端子ピン
（図示せず）が一体的に設けられた端子部２５と、巻線
部２４の先端側から吸気管２の径方向に延設された検出
ホルダ２６と、後述する回路ケーシング２７とから大略
構成されている。

【００３０】しかし、前記流量計本体２２には検出ホル
ダ２６の基端側に後述の絶縁基板２９を着脱可能に取付
けるためのスロット（図示せず）が形成され、該検出ホ
ルダ２６は図１中に示す如く吸気管２の中心部に、絶縁
基板２９を介して後述の感温抵抗体３１，３２等を位置
決めする構成となっている。なお、検出ホルダ２６には
従来技術で述べた保護カバー１３と同様の保護カバー
（図示せず）が取付けられるようになっている。

【００３１】２７は吸気管２の取付穴２Ａを閉塞するよ
うに該吸気管２の外周側に設けられた回路ケーシングを
示し、該回路ケーシング２７は従来技術で述べた回路ケ
ーシング７とほぼ同様に形成され、吸気管２の取付穴２
Ａに嵌合する嵌合部２７Ａを有しているものの、該回路
ケーシング２７は、例えばセラミック材料等からなる絶
縁基板（図示せず）上に後述の流量調整抵抗３６および
差動増幅回路３７等を実装した状態で、これらを内蔵す
るようになっている。なお、２８Ａ，２８Ｂは前記基準
抵抗２３の巻線が接続されるターミナルである。

【００３２】２９は検出ホルダ２６に取付けられる絶縁
基板を示し、該絶縁基板２９はメタルコア基板によって
形成され、図２および図３に示すように、長さ寸法が１
５〜２０mm前後、幅寸法が３〜７mm前後となった長方形
の平板状に形成され、ＳＵＳ材等の熱伝導性の良い金属
によって形成されたベース材２９Ａと、該ベース材２９
Ａの両側面に成膜（コーティング）され、アルミナ，ガ
ラス，窒化アルミニウム等の絶縁材料によって形成され
た表面層２９Ｂ，２９Ｃとからなっている。また、該絶
縁基板２９は、基端側が検出ホルダ２６のスロットに着
脱可能に取付けられる固定端となり、先端側が自由端と
なっている。

【００３３】このように、前記絶縁基板２９をメタルコ
ア基板として形成することにより、暖め易く冷め易い基
板とすることができ、後述の発熱抵抗体３０による過熱
と吸入空気による冷却に対して大きな温度変化で迅速に
反応することができる。

【００３４】３０は絶縁基板２９の表面層２９Ｂ上に形
成された発熱抵抗を構成する発熱抵抗体を示し、該発熱
抵抗体３０はプリント印刷またはスパッタリング等の手
段を用いて絶縁基板２９上に白金膜を着膜させることに
より、抵抗値ＲH を有するように形成され、空気の流れ
方向（矢示Ａ方向）に対して上流側に位置して形成さ
れ、該発熱抵抗体３０の表面積（実装面積）を可及的に
増大させ、例えば吸気管２内を流れる吸入空気との接触
面積を大きくできるようにしている。

【００３５】また、前記発熱抵抗体３０は後述する電流
制御用トランジスタ４２によって電流値が制御され、温
度を一定温度（例えば約２４０℃）に保つように発熱す
る構成となっている。

【００３６】３１，３２は発熱抵抗体３０を挟んで該発
熱抵抗体３０と共に絶縁基板２９の表面層２９Ｂ上に形
成された第１，第２の感温抵抗体を示し、該第１の感温
抵抗体３１は発熱抵抗体３０の上流側に位置して抵抗値
ＲT1を有するように着膜形成され、第２の感温抵抗体３
２は発熱抵抗体３０の下流側に位置して抵抗値ＲT2を有
するように着膜形成されている。そして、第１，第２の
感温抵抗体５５，５６、図５の示すように後述のサブ電
源ＶSに対して並列に接続されている。

【００３７】ここで、前記絶縁基板２９上の温度分布を
図４に基づいて説明する。

【００３８】まず、発熱抵抗体３０は後述する制御によ
って２４０℃前，後に保たれ、空気の流れがないときに
は、この発熱抵抗体３０からの熱は絶縁基板２９の幅方
向に同じように伝達され、実線で示すように等しい傾斜
で減少している。このときの第１，第２の感温抵抗体３
１，３２における検出温度は等しいＴ0 となる。

【００３９】また、矢示Ａ方向（順方向）の空気の流れ
が発生すると、一点鎖線に示すように熱は左側に移動
し、第１の感温抵抗体３１は空気によって直接冷やさ
れ、第２の感温抵抗体３２は発熱抵抗体３０からの熱を
受けることになり、第１の感温抵抗体３１の検出温度Ｔ
A1、第２の感温抵抗体３２の検出温度ＴA2の関係はＴA1
＜ＴA2となり、このときの感温抵抗体３１，３２の抵抗
値ＲT1，ＲT2は、両者の関係がＲT1＜ＲT2となる。

【００４０】さらに、矢示Ｂ方向（逆方向）の空気の流
れが発生すると、二点鎖線に示すように熱は右側に移動
し、第２の感温抵抗体３２は直接空気によって冷却さ
れ、第１の感温抵抗体３１は発熱抵抗体３０からの熱を
受けることにより、両者の検出温度の関係は、ＴB1＞Ｔ
B2となり、各抵抗値ＲT1，ＲT2の関係は、ＲT1＞ＲT2と
なる。

【００４１】３３，３３，…は絶縁基板２９の基端側に
位置して形成された例えば６個の電極を示し、該各電極
３３は絶縁基板２９の幅方向に所定間隔をもって列設さ
れ、絶縁基板２９の基端側を前記検出ホルダ２６のスロ
ット内に差込むことにより、該検出ホルダ２６側の各タ
ーミナル（図示せず）に接続される。そして、該各電極
３３を介して絶縁基板２９上に形成された前記発熱抵抗
体３０と感温抵抗体３１とを回路ケーシング２７内に設
けられた各電子部品に接続することにより、図５に示す
流量検出用の処理回路が構成されている。

【００４２】次に、図５は本実施例による流量検出用の
処理回路を示す。

【００４３】図５において、３４は流量検出信号を出力
するブリッジ回路によって構成された流量検出回路を示
し、該流量検出回路３４は、発熱抵抗体３０、温度補償
抵抗３５、基準抵抗２３および抵抗値Ｒ2 を有する流量
調整抵抗３６とからなり、それぞれ対向する辺の抵抗値
の積が等しくなるブリッジとして構成され、発熱抵抗体
３０と温度補償抵抗３５との接続点ａは後述する電流制
御用トランジスタ４２のエミッタ側に接続され、基準抵
抗２３と流量調整抵抗３６との接続点ｂはアースに接続
されている。

【００４４】また、前記流量検出回路３４は、発熱抵抗
体３０と基準抵抗２３、温度補償抵抗３５と流量調整抵
抗３６はそれぞれ直列接続され、それぞれの接続点ｃ，
ｄは差動増幅回路３７の入力端子に接続されると共に、
接続点ｃは後述する反転回路４４と選択回路４５に接続
されている。

【００４５】そして、差動増幅回路３７から出力される
信号は、流量検出回路３４の印加電流を制御する電流制
御用トランジスタ４２の電流制御電圧ＶA となる。一
方、流量検出回路３４の接続点ｃからの出力は、基準抵
抗２３の両端電圧となり出力される電圧は発熱抵抗体３
０が流量によって冷却される度合いを示す流量検出電圧
Ｖ1 （流量検出信号）となる。

【００４６】ここで、前記温度補償抵抗３５は、発熱抵
抗体３０の近傍に位置して検出ホルダ２６に設けられ、
かつ該温度補償抵抗３５は吸入空気の流れによる影響を
受けず、空気の温度によってのみ抵抗値ＲK が変化する
ものである。

【００４７】このように構成される流量検出回路３４で
は、該流量検出回路３４が平衡状態にあるときには、差
動増幅回路３７からの電流制御電圧ＶA は零となると共
に、接続点ｃからは平衡状態にあるときの基準抵抗２３
の両端電圧が反転回路４４と選択回路４５に出力され
る。一方、流量検出回路３４の平衡が崩れたとき、即ち
吸入空気によって発熱抵抗体３０が冷却されたときに
は、該発熱抵抗体３０の抵抗値ＲH が小さくなっている
から、差動増幅回路３７からは電流制御用トランジスタ
４２のベースに電流制御電圧ＶA が出力される。これに
より、電流制御用トランジスタ４２は流量検出回路３４
に印加する電流を制御して冷やされた発熱抵抗体３０を
一定温度にして該流量検出回路３４を平衡状態に戻す。
このとき、流量検出回路３４の接続点ｃから出力される
増加した電流値は、基準抵抗２３の両端電圧として検出
され、この電圧を第１の流量検出電圧Ｖ1 として反転回
路４４と選択回路４５に出力する。

【００４８】次に、３８は後述する比較回路４１と共に
流れ方向検出手段を構成する流れ方向検出回路を示し、
該流れ方向検出回路３８は、第１，第２の感温抵抗体３
１，３２と基準抵抗３９，４０からなり、それぞれ対向
する辺の抵抗値が等しくなるブリッジ回路として構成さ
れ、第１，第２の感温抵抗体３１，３２の接続点ｅはサ
ブ電源ＶS （例えば、３Ｖ）に接続され、基準抵抗３
９，４０の接続点ｆはアースに接続されている。

【００４９】また、前記流れ方向検出回路３８は、第１
の感温抵抗体３１と基準抵抗３９とが直列接続されると
共に、第２の感温抵抗体３２と基準抵抗４０とが直列接
続され、それぞれの接続点ｇ，ｈは比較回路４１の入力
端子に接続され、該比較回路４１は選択回路４５に接続
されている。このように、当該流れ方向検出回路３８が
平衡状態にあるとき、即ち吸入空気が流れていないとき
には感温抵抗体３１，３２の抵抗値ＲT1，ＲT2には差が
ないから、比較回路４１からの出力は零となる。また、
流れ方向検出回路３８の平衡が崩れたとき、即ち空気流
によってどちらか一方の感温抵抗体３１，３２の抵抗値
ＲT1，ＲT2が変化した場合には、流れ方向検出回路３８
の接続点ｇ−ｈからは抵抗値の差（ＲT1−ＲT2）が電圧
として比較回路４１に入力され、この抵抗値の差に基づ
いて吸入空気の流れ方向を示す信号（以下、「流れ方向
検出電圧Ｖ2 」という）が選択回路４５に出力される。

【００５０】ここで、図６に吸入空気の流速と流れ方向
検出電圧Ｖ2 の関係を示すと、吸入空気の流れの方向が
Ａ方向（順方向）のときには、前記比較回路４１からは
所定電圧値Ｖ0 となる流れ方向検出電圧Ｖ2 を出力し、
空気の流れ方向がＡ方向からＢ方向（逆方向）に変わっ
たときには、比較回路４１からは電圧値零となる流れ方
向検出電圧Ｖ2 が出力される。

【００５１】４２は電流制御用トランジスタを示し、該
電流制御用トランジスタ４２は、コレクタ側がバッテリ
電圧ＶB に接続され、ベース側が前記差動増幅回路３７
の出力側に接続され、エミッタ側が前記流量検出回路３
４の接続点ａに接続されている。そして、該電流制御用
トランジスタ４２は、前記差動増幅回路３７からの電流
制御電圧ＶA でベース電流を変化させてエミッタ電流を
制御する。これにより、電流制御用トランジスタ４２は
流量検出回路３４に印加される電流値を制御し、発熱抵
抗体３０の温度を一定に保つフィードバック制御を行な
っている。

【００５２】４３は流量信号出力手段としての流量信号
出力回路を示し、該流量信号出力回路４３は後述する反
転回路４４と選択回路４５とから構成されている。

【００５３】４４は流量検出回路３４の接続点ｃと選択
回路４５との間に接続された反転回路を示し、該反転回
路４４は流量検出回路３４からの流量検出電圧Ｖ1 を反
転させて選択回路４５に出力するようになっている。

【００５４】４５は反転回路４４と共に流量信号出力手
段を構成する選択回路を示し、該選択回路４５は比較回
路４１を介して出力される流れ方向検出回路３８からの
流れ方向検出電圧Ｖ2 （図６、参照）に基づいて、例え
ば順方向の場合には流量検出回路３４からの流量検出電
圧Ｖ1 を出力信号Ｖout として出力端子４６から図示し
ないコントロールユニットに出力し、逆方向の場合には
反転回路４４からの負（マイナス）の信号を出力信号Ｖ
out として出力端子４６からコントロールユニットに出
力するようになっている。

【００５５】本実施例による熱式空気流量検出装置２１
は上述の如き構成を有するもので、次に吸入空気の流量
検出動作について説明する。

【００５６】ここで、吸入空気の流れが、矢示Ａ方向
（順方向）の場合には、絶縁基板２９上の上流側に位置
した第１の感温抵抗体３１がこの空気の流れによって冷
やされ、下流側に位置した第２の感温抵抗体３２は発熱
抵抗体３０からの熱を受ける。この結果、流れ方向検出
回路３８の平衡は崩れ、比較回路４１からは電圧値Ｖ0
となる順方向の流れ方向検出電圧Ｖ2 を出力する。

【００５７】また、吸入空気の流れによって発熱抵抗体
３０が冷却され、この冷却によって発熱抵抗体３０の抵
抗値ＲH が減少するが、差動増幅回路３７と電流制御用
トランジスタ４２により該発熱抵抗体３０を一定温度に
するために、当該流量検出回路３４に印加される電流値
を増加させ、この増加した電流値を基準抵抗２３でその
両端電圧として検出する。この結果、該流量検出回路３
４からは反転回路４４と選択回路４５に正の流量検出電
圧Ｖ1 が出力される。なお、前記反転回路４４に入力さ
れた正の流量検出電圧Ｖ1 は反転した負の流量検出電圧
Ｖ1 ′として選択回路４５に出力される。

【００５８】そして、選択回路４５では、比較回路４１
からの流れ方向検出電圧Ｖ2 に基づいて流量検出回路３
４から入力された正の流量検出電圧Ｖ1 と反転回路４４
から入力された負の流量検出電圧Ｖ1 ′との選択を行
い、この場合には、流れ方向検出電圧Ｖ2 が順方向であ
るから、正の流量検出電圧Ｖ1 を選択して出力端子４６
からコントロールユニットに向けて正の流量検出電圧Ｖ
1 を出力信号Ｖout として出力する。

【００５９】なお、差動増幅回路３７から出力された信
号に基づいて電流制御用トランジスタ４２のベース電流
は制御されているから、発熱抵抗体３０を一定温度にす
るためのフィードバック制御を行っている。

【００６０】一方、空気の流れが、矢示Ｂ方向（逆方
向）の場合には、絶縁基板２９上の発熱抵抗体３０の下
流側に位置した第２の感温抵抗体３２がこの空気の流れ
によって冷却され、上流側に位置した第１の感温抵抗体
３１は発熱抵抗体３０からの熱を受ける。この結果、流
れ方向検出回路３８の平衡は崩れ、比較回路４１からは
電圧値零となる逆方向の流れ方向信号電圧Ｖ2 が出力さ
れる。

【００６１】そして、前述したように、吸入空気の流れ
によって発熱抵抗体３０は冷却されるから、発熱抵抗体
３０の抵抗値ＲH は小さくなり、流量検出回路３４の平
衡が崩れる。この結果、該流量検出回路３４からは正の
流量検出電圧Ｖ1 が選択回路４５に出力されると共に、
反転回路４４を介して負の流量検出電圧Ｖ1 ′も選択回
路４５に出力され、該選択回路４５では、比較回路４１
からの逆方向の流れ方向検出電圧Ｖ2 に基づいて負の流
量検出電圧Ｖ1 ′を選択し、この負の流量検出電圧Ｖ1
′を出力信号Ｖout として出力端子４６からコントロ
ールユニットに出力する。

【００６２】かくして、コントロールユニットでは、こ
の出力信号Ｖout に基づいて正確な吸入空気の流量を検
出することができ、正確な空燃比制御を行い、エンジン
性能を向上できる。

【００６３】ここで、本実施例による熱式空気流量検出
装置２１においては、絶縁基板２９上に、発熱抵抗体３
０を形成すると共に、該発熱抵抗体３０の上流側に第１
の感温抵抗体３１を、下流側に第２の感温抵抗体３２を
形成するようにしたから、該各感温抵抗体３１，３２に
よって空気の流れ方向を検出することができ、発熱抵抗
体３０の抵抗値の変化から吸入空気の流量を検出するこ
とができる。これにより、吸入空気の流量を検出すると
共に、その方向も正確に検出することができる。

【００６４】また、絶縁基板２９上に発熱抵抗体３０と
感温抵抗体３１，３２とを基端側から先端側に向けて延
びるように着膜形成したから、限られた表面スペースを
有効に利用して発熱抵抗体３０および感温抵抗体３１を
コンパクトに形成でき、発熱抵抗体３０の表面積（実装
面積）を可能な限り大きくすることができる。そして、
吸気管２内の空気流に対する発熱抵抗体３０および感温
抵抗体３１の接触面積を大きくすることができ、これら
の抵抗値ＲH ，ＲT を空気流に敏感に反応して変化させ
ることができると共に、単一の絶縁基板２９に複数の抵
抗体３０，３１，３２を形成したから、部品点数の削減
を図ることができる。

【００６５】また、本実施例においては、発熱抵抗体３
０と第１，２の感温抵抗体３１，３２の位置関係によっ
て、発熱抵抗体３０の熱影響を受けるか否かで、空気の
流れ方向を検出することができ、正確な流量を検出する
ことができる。

【００６６】さらに、本実施例の絶縁基板２９を、熱伝
導性の良い金属によって形成されたベース材２９Ａと、
該ベース材２９Ａの両側面に絶縁材料によって形成され
た表面層２９Ｂ，２９Ｃを成膜（コーティング）するこ
とによって形成したから、発熱抵抗体３０からの熱伝導
および空気流による冷却に対して素早く反応させること
ができ、図４に示すように発熱抵抗体３０と第１，第２
の感温抵抗体３１，３２における温度差を大きくするこ
とができる。

【００６７】この結果、第１，第２の感温抵抗体３１，
３２の抵抗値ＲT1，ＲT2の差による流れ方向検出を正確
に行なうことができ、吸入空気の流れ方向を正確に検出
することができる。さらに、抵抗体３０，３１，３２の
温度に対する抵抗値変化を素早く行なわせることがで
き、流量変化に伴う出力信号Ｖout の反応を高めると共
に、自動車エンジン始動時における正確な流量検出を開
始するまでのヒートアップ時間を短くすることができ
る。

【００６８】従って、本実施例によれば、吸気管２内を
流れる吸入空気の流量を発熱抵抗体３０の抵抗値ＲH に
基づいて確実に検出できると共に、感温抵抗体３１，３
２の抵抗値ＲT1，ＲT2の変化に基づいて空気の流れ方向
を確実に検出でき、エンジンの中速域等で吸気管２内に
排気が吹返して逆流が生じるようなときでも、吸入空気
の流量を高精度に検出することができる。

【００６９】次に、図７に本発明による第２の実施例を
示すに、本実施例の特徴は、単一の絶縁基板にメタルコ
ア基板を用い、該基板上に発熱抵抗体、第１，第２の感
温抵抗体を着膜形成すると共に、吸入空気の流量および
流れ方向の検出回路に流量検出信号演算手段を用いたこ
とにある。なお、前述した第１の実施例と同一の構成要
素の同一の符号を付し、その説明を省略するものとす
る。

【００７０】図７において、５１は発熱抵抗体３０に印
加する電流値を制御して該発熱抵抗体３０の温度を一定
に保持する温度制御手段としての電流制御回路を示し、
該電流制御回路５１は、前述した発熱抵抗体３０、温度
補償抵抗３５、基準抵抗２３および流量調整抵抗３６か
らなる流量検出回路３４と、該流量検出回路３４の接続
点ｃ，ｄからの差を電流制御電圧ＶA として出力する差
動増幅回路３７と、前記流量検出回路３４の接続点ａ，
ｂに印加される電流値を制御する電流制御用トランジス
タ４２とからなる。

【００７１】このように構成される電流制御回路５１に
おいては、流量検出回路３４が平衡状態にあるときに
は、差動増幅回路３７からの出力電圧（電流制御電圧Ｖ
A ）は零となる。一方、流量検出回路３４の平衡は崩れ
たとき、即ち吸入空気によって発熱抵抗体３０が冷却さ
れたときには、該発熱抵抗体３０の抵抗値ＲH が小さく
なっているから、接続点ｃ，ｄの間には電圧差が発生し
て差動増幅回路３７から電流制御用トランジスタ４２の
ベースに向けて電流制御電圧ＶA が出力される。これに
より、電流制御用トランジスタ４２は流量検出回路３４
に印加する電流を制御して冷やされた発熱抵抗体３０を
一定温度にして該流量検出回路３４を平衡状態に戻す。

【００７２】ここで、前記電流制御用トランジスタ４２
は、コレクタ側がバッテリ電圧ＶBに接続され、ベース
側が前記差動増幅回路３７の出力側に接続され、エミッ
タ側が前記流量検出回路３４の接続点ａの一端に接続さ
れている。そして、該電流制御用トランジスタ４２は、
前記差動増幅回路３７からの出力（電流制御電圧ＶA）
でベース電流が変化するのに応じてエミッタ電流を制御
する。そして、電流制御用トランジスタ４２は流量検出
回路３４に印加される電流値を制御して発熱抵抗体３０
の温度を一定温度に保持するフィードバック制御を行な
っている。

【００７３】５２は第１の流量検出手段としての第１の
流量検出回路を示し、該第１の流量検出回路５２は、抵
抗値ＲT1を有する第１の感温抵抗体３１と基準抵抗３９
とを直列に接続することにより構成され、該第１の流量
検出回路５２は前記バッテリ電圧ＶB とアースとの間に
接続され、第１の感温抵抗体３１と基準抵抗３９との接
続点ｉは後述する流量検出信号演算回路５４に接続され
ている。また、第１の流量検出回路５２は、第１の感温
抵抗体３１の抵抗値ＲT1の変化を第１の流量電圧Ｖ3 と
して出力する。

【００７４】５３は第２の流量検出手段としての第２の
流量検出回路を示し、該第２の流量検出回路５３は、第
１の流量検出回路５２とほぼ同様に構成され、抵抗値Ｒ
T2を有する第２の感温抵抗体３２と基準抵抗４０とを直
列に接続することにより構成され、該第２の流量検出回
路５３は前記バッテリ電圧ＶB とアースとの間に接続さ
れ、第２の感温抵抗体３２と基準抵抗４０との接続点ｊ
は流量信号演算回路５４に接続されている。また、第２
の流量検出回路５３は、第２の感温抵抗体３２の抵抗値
ＲT2の変化を第２の流量電圧Ｖ4 として出力する。

【００７５】５４は流量検出信号演算手段としての流量
検出信号演算回路を示し、該流量検出信号演算回路５４
の入力側には、第１，第２の流量検出回路５２，５３の
接続点ｉ，ｊが接続され、出力側にはコントロールユニ
ット（図示せず）が接続されている。そして、該流量検
出信号演算回路５４では、下記のような演算を行なって
出力信号Ｖout を出力する差動増幅回路として構成され
ている。

【００７６】

【数１】Ｖout ＝（Ｖ3 −Ｖ4 ）×ｋ 但し、ｋ：定数

【００７７】このように、前記流量検出信号演算回路５
４では第１，第２の流量電圧Ｖ3 ，Ｖ4 の差を演算する
ことにより、出力信号Ｖout は吸入空気の流量および流
れ方向を含んだ信号として出力することができる。

【００７８】このように構成される本実施例の熱式流量
検出装置においても、前記第１の実施例と同様に、吸入
空気の流れ方向を含んだ流量を検出することができると
共に、絶縁基板２９の構造をメタルコア基板としたか
ら、発熱抵抗体３０の過熱による温度変化と、吸入空気
の冷却による温度変化に対して迅速に大きく反応させる
ことができ、流量に対する検出感度を高めることができ
る。

【００７９】なお、前記各実施例では、第１，第２の感
温抵抗体３１，３２を発熱させるものとして述べたが、
本発明はこれに限らず、第１，第２の感温抵抗体３１，
３２には電圧印加せず発熱抵抗体３０の発熱を利用して
第１，第２の感温抵抗体３１，３２で熱を検出するよう
にしてもよい。

【００８０】また、前記各実施例では、流量計本体２２
の巻線部２４に巻回した基準抵抗２３を吸気管２内に突
出させて設けるものとして述べたが、本発明はこれに限
らず、例えば吸気管２の外側に設ける回路ケーシング２
７内に基準抵抗２３を流量調整抵抗３６等と共に配設す
る構成としてもよい。

【００８１】さらに、前記各実施例では、絶縁基板２９
はベース材２９Ａの両側面に表面層２９Ｂ，２９Ｃを成
膜したが、本発明はこれに限らず、抵抗体３０，３１，
３２が着膜形成された一側面にのみ成膜するものとして
もよく、さらに、絶縁基板２９上に温度補償抵抗３５を
着膜形成してもよい。

【００８２】

【発明の効果】請求項１の発明のように、絶縁基板にメ
タルコア基板を用い、該メタルコア基板上には発熱抵抗
体と第１，第２の感温抵抗体とを、空気の流れ方向に対
し前記発熱抵抗体を挟んで前，後に離間して第１，第２
の感温抵抗体が位置するように形成し、該第１，第２の
感温抵抗体は電源に対して互いに並列に接続され、空気
の流れ方向に対応した検出信号を出力する構成としてい
るので、セラミック基板に比べて温度に対する反応が大
きくかつ迅速になるというメタルコア基板の特性を活か
し、発熱抵抗体と第１，第２の感温抵抗体の位置で基板
の温度を異ならしめることができ、空気の流れ方向を検
出することができる。そして、空気が順方向に流れてい
るときには、例えば上流側の第１の感温抵抗体が冷やさ
れ、下流側の第２の感温抵抗体が発熱抵抗体の熱を受け
て暖められることになり、各感温抵抗体の抵抗値には大
きな差が生じ、流量の検出感度を高めることができる。
さらに、メタルコア基板は暖め易く冷え易いから、エン
ジン始動時におけるヒートアップ時間の短縮化を図るこ
とができ、エンジン始動時における流量の誤検出を低減
することができる。

【００８３】請求項２の発明のように、前記第１の感温
抵抗体と第２の感温抵抗体とを並列に接続して流れ方向
検出手段を形成することにより、第１の感温抵抗体と第
２のと感温抵抗体との抵抗値を比較し、第２の感温抵抗
体の方が大きい場合には、例えば順方向の空気流である
と判定し、第１の感温抵抗体の方が大きい場合には、逆
方向の空気流であるとして判定できる。

【００８４】また、前記発熱抵抗体を含んだブリッジ回
路からなる流量検出手段を設け、該流量検出手段中の発
熱抵抗体の抵抗値変化を流量検出信号として取出し、流
量信号出力手段では、前記流れ方向検出手段によって検
出された空気の流れ方向に基づいて、該空気の流れ方向
が順方向のときには前記流量検出信号をそのまま正の電
圧信号を出力し、逆方向のときには反転させて負の電圧
信号として出力することができる。そして、流れ方向を
含んだ流量を正確に検出することができる。

【００８５】請求項３の発明のように、温度制御手段に
よって発熱抵抗体を一定温度に保持し、第１，第２の流
量検出手段の差から流れ方向および流量を検出するよう
にしたから、例えば順方向の空気の流れが発生したとき
には、発熱抵抗体の上流側に位置した第１の感温抵抗体
の冷却量は大きく、下流側に位置した第２の感温抵抗体
は発熱抵抗体からの熱を受けた空気により冷却されるた
めに該第２の感温抵抗体の冷却量は小さくなる。

【００８６】これにより、第１の流量検出手段から出力
される第１の流量信号と第２の流量検出手段から出力さ
れる第２の流量検出信号の各信号のうち、例えば第１の
流量信号が第２の流量信号よりも大きくなったときに
は、流量検出信号演算手段は第１の流量信号から第２の
流量信号を減算することにより、正の信号となった流量
検出信号を出力することができる。

【００８７】一方、空気の流れが逆方向のときには、各
流量検出手段から出力される各流量信号のうち、例えば
第１の流量信号が第２の流量信号よりも小さくなったと
きには、流量検出信号演算手段は第１の流量信号から第
２の流量信号を減算することにより、負の信号となった
流量検出信号を出力することができる。そして、流れ方
向を含む流量を正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例による熱式空気流量検出装置を吸
気管に取付けた状態を示す縦断面図である。

【図２】絶縁基板上に形成された発熱抵抗体および第１
の感温抵抗体，第２の感温抵抗体を示す平面図である。

【図３】図２中の矢示III −III 方向からみた断面図で
ある。

【図４】絶縁基板上における熱の輻射状態を示す説明図
である。

【図５】第１の実施例による熱式空気流量検出装置の回
路構成を示す回路図である。

【図６】吸入空気の流速と流れ方向検出電圧Ｖ2 との関
係を示す特性線図である。

【図７】第２の実施例による熱式空気流量検出装置の回
路構成を示す回路図である。

【図８】従来技術による熱式空気流量検出装置を吸気管
に取付けた状態を示す縦断面図である。

【図９】従来技術による流量計本体および発熱抵抗等を
示す斜視図である。

【符号の説明】

２１ 熱式空気流量検出装置 ２２ 流量計本体 ２３ 基準抵抗 ２９ 絶縁基板 ２９Ａ ベース材 ２９Ｂ，２９Ｃ 表面層 ３０ 発熱抵抗体 ３１ 第１の感温抵抗体 ３２ 第２の感温抵抗体 ３４ 流量検出回路（流量検出手段） ３８ 流れ方向検出回路（流れ方向検出手段） ４１ 比較回路 ４３ 流量信号出力回路（流量信号出力手段） ４４ 反転回路 ４５ 選択回路 ５１ 電流制御回路（温度制御手段） ５２ 第１の流量検出回路（第１の流量検出手段） ５３ 第２の流量検出回路（第２の流量検出手段） ５４ 流量検出信号演算回路（流量検出信号演算手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−162823（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−105018（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−14328（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/68 - 1/699

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱伝導性の良い金属材料をベース材とし
   該ベース材の少なくとも一側面に絶縁材料からなる表面
   層を成膜してなるメタルコア基板と、該メタルコア基板
   の表面層側に設けられた発熱抵抗体とからなる熱式空気
   流量検出装置において、前記発熱抵抗体が設けられた 前記メタルコア基板の表面
   層には、空気の流れ方向に対し前記発熱抵抗体を挟んで
   前，後に離間した第１，第２の感温抵抗体を設け、該第
   １，第２の感温抵抗体は電源に対して互いに並列に接続
   され、空気の流れ方向に対応した検出信号を出力する構
   成としたことを特徴とする熱式空気流量検出装置。
2. 【請求項２】 熱伝導性の良い金属材料をベース材とし
   該ベース材の少なくとも一側面に絶縁材料からなる表面
   層を成膜してなるメタルコア基板と、 該メタルコア基板の表面層側に設けられた発熱抵抗体
   と、 前記メタルコア基板の表面層に設けられ、空気の流れ方
   向に対し該発熱抵抗体を挟んで前，後に離間した第１，
   第２の感温抵抗体と、 該第１の感温抵抗体と第２の感温抵抗体が並列に接続さ
   れ、該第１の感温抵抗体と第２の感温抵抗体の抵抗値を
   比較して空気の流れ方向に対応した流れ方向検出信号を
   出力する流れ方向検出手段と、 前記発熱抵抗体を含んだブリッジ回路からなり、前記発
   熱抵抗体の抵抗値の変化を流量検出信号として取出す流
   量検出手段と、 前記流れ方向検出手段によって検出された流れ方向検出
   信号に基づいて、空気の流れ方向が順方向のときには該
   流量検出手段からの流量検出信号をそのまま出力し、逆
   方向のときには該流量検出手段からの流量検出信号を反
   転させて出力する流量信号出力手段とを備える構成とし
   てなる熱式空気流量検出装置。
3. 【請求項３】 熱伝導性の良い金属材料をベース材とし
   該ベース材の少なくとも一側面に絶縁材料からなる表面
   層を成膜してなるメタルコア基板と、 該メタルコア基板の表面層側に設けられた発熱抵抗体
   と、 前記メタルコア基板の表面層に設けられ、空気の流れ方
   向に対し該発熱抵抗体を挟んで前，後に離間した第１，
   第２の感温抵抗体と、 前記発熱抵抗体に印加する電流を制御して該発熱抵抗体
   を発熱させることにより前記メタルコア基板を一定温度
   に保持する温度制御手段と、 前記第１の感温抵抗体の抵抗値変化によって第１の流量
   信号を検出する第１の流量検出手段と、 前記第２の感温抵抗体の抵抗値変化によって第２の流量
   信号を検出する第２の流量検出手段と、 前記第１の流量検出手段から出力される第１の流量検出
   信号と第２の流量検出手段から出力される第２の流量検
   出信号との差を演算して流量検出信号を出力する流量検
   出信号演算手段とを備える構成としてなる熱式空気流量
   検出装置。