JPH08110256A - 熱式流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発熱抵抗体の形状の最適化を図ることにより、
ボビンの端面を被覆する保護膜の端面被覆部の厚さのば
らつきに起因する質量流量の検出誤差を低減可能な熱式
流量測定装置を提供する。 【構成及び効果】発熱抵抗体３０は、両端にリードワイ
ヤ３２、３３が嵌入され、外周面に抵抗線３５が巻装さ
れたボビン３１を有し、その上に保護膜３６が被覆され
て形成されている。保護膜３６は、ボビン３１の外周面
を覆う外周被覆部３６ａと、ボビン３１の端面５０を覆
う端面被覆部３６ｂとを有する。端面５０は錐状面とさ
れているので、端面５０の付着する保護膜３６の端面被
覆部３６ａはボビン３１の外周面に付着する外周被覆部
３６ａと同様に薄くなり、かつ厚さのばらつきを低減で
き、放熱量のばらつきを減少できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発熱抵抗体の形状を最
適化することにより、検出精度向上を図った熱式流量測
定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の吸入空気流量測定に用いる熱
式流量測定装置は、発熱抵抗体から空気流への放熱現象
を利用しており、質量流量が広範囲に渡って計測出来る
為、エンジン制御システムに広く採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、自動車の燃料
制御用途における流量計測精度の水準は極めて高く、現
状の発熱抵抗体の特性のばらつき範囲はこの必要精度に
達していないのが現状であり、歩留りが悪かった。更に
詳細に説明すると、発熱抵抗体は、両端にリードワイヤ
が嵌入され、外周面に抵抗線が巻装されたボビンを有
し、その上に保護膜が被覆されて形成されている。

【０００４】従来において、ボビンの端面は径方向に形
成されており、この端面に例えばガラススラリーを塗布
又はディップし、乾燥させ、焼成して保護膜を形成する
場合、保護膜の端面を被覆する端面被覆部は、ボビンの
端面の内周端で分厚くなり、ボビンの端面の外周端で薄
くなる略円錐形状になるが、その厚さのばらつきが大き
いことがわかった。ばらつきが大きい理由については正
確にはわかっていないが、保護膜の端面被覆部が分厚く
なることによりその内部に気泡が混入しやすくなるこ
と、保護膜の端面被覆部からボビンの孔とリードワイヤ
との間の隙間に侵入する液状保護膜材料の量が増大し、
その量が変動することなどが考えられる。

【０００５】ボビンの端面を被覆する保護膜の端面被覆
部の厚さのばらつきが大きいと、発熱抵抗体の放熱量の
ばらつきも大きくなり、それによる流量検出精度の変動
も大きくなる。本発明は、上記問題点に鑑みなされたも
のであり、発熱抵抗体の形状の最適化を図ることによ
り、ボビンの端面を被覆する保護膜の端面被覆部の厚さ
のばらつきに起因する質量流量の検出誤差を低減可能な
熱式流量測定装置を提供することをその目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成は、
流路内に設けられて発熱する発熱抵抗体と、前記発熱抵
抗体の放熱量に関連する状態量に基づいて流量を検出す
る回路部とを備え、前記発熱抵抗体が、電気絶縁性のボ
ビンと、前記ボビンの両端開口にそれぞれ嵌入される一
対のリードワイヤと、前記ボビンの外周面に形成される
感温抵抗体と、前記リードワイヤ及び前記ボビンに形成
された前記感温抵抗体を被覆する電気絶縁性の保護膜と
を備える熱式流量測定装置において、前記ボビンの端面
が、錐状面からなることを特徴としている。

【０００７】なお、上記錐状面とは、リードワイヤ嵌入
用の開口を中央部に有するボビンの端面が円錐状、角錐
状、砲弾状の凸状面となっていることを意味する。本発
明の第２の構成は、上記第１の構成において前記感温抵
抗体が前記ボビンの外周面に細線を巻き付けてなること
を特徴としている。本発明の第３の構成は、上記第１の
構成において前記感温抵抗体が前記ボビンの外周面に薄
膜式の感温抵抗体又は厚膜式の感温抵抗体を形成してな
ることを特徴としている。

【０００８】本発明の第４の構成は、上記第１〜３のい
ずれかの構成において更に、前記ボビンの直径をＤ、前
記錐状面の外周端と内周端との間の軸方向距離をＬとし
た場合に、Ｌ／Ｄが０．１〜０．５であることを特徴と
している。

【０００９】

【作用及び発明の効果】本発明の第１の構成によれば、
発熱抵抗体は、両端にリードワイヤが嵌入され、外周面
に感温抵抗体が形成されたボビンを有し、その上に保護
膜が被覆されて形成されている。ボビンやリードワイヤ
の表面に被着されて感温抵抗体を被覆する電気絶縁性の
保護膜は、ボビンの外周面を覆う外周被覆部と、ボビン
の端面を覆う端面被覆部と、ボビンの端面に隣接するリ
ードワイヤの外周面を覆うリードワイヤ被覆部とからな
る。

【００１０】ここで、ボビンに感温抵抗体及びリードワ
イヤを取りつけた発熱抵抗体の半（中間）製品を例えば
保護膜用材料としてのガラススラリーにディップして取
り出し、乾燥、焼成した場合、外周被覆部及びリードワ
イヤ被覆部の厚さは、保護膜用溶融ガラスの表面張力な
どの物理的性質に依存してほぼ薄く、一定となり、その
ばらつきも極めて小さいことがわかっている。

【００１１】更に、本構成によれば、ボビンの端面が錐
状面からなるので、発熱抵抗体の上記半製品を保護膜用
材料としての溶融ガラスにディップして取り出した場合
を考える場合でも、端面被覆部の厚さは外周被覆部と同
様に従来より格段に薄くなり、かつ、外周被覆部と同様
にその厚さのばらつきも格段に低減される。これは、端
面被覆部が外周被覆部と同様な形状となるために、上記
した気泡の混入、ボビンとリードワイヤとの隙間への侵
入量の低減などが原因と考えられる。

【００１２】このように、端面被覆部の厚さのばらつき
が低減されると、ボビンの端面からの放熱量のばらつき
が減少し、その分、検出精度を向上することができる。
本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成において
前記感温抵抗体が前記ボビンの外周面に細線を巻き付け
てなることを特徴としており、上記第１の構成と同様の
効果を奏することができる。

【００１３】本発明の第３の構成によれば、上記第１の
構成において前記感温抵抗体が前記ボビンの外周面に薄
膜式の感温抵抗体又は厚膜式の感温抵抗体を形成してな
ることを特徴としており、上記第１の構成と同様の効果
を奏することができる。本発明の第４の構成によれば、
上記第１〜３のいずれかの構成において更に、前記ボビ
ンの直径をＤ、前記錐状面の外周端と内周端との間の軸
方向距離をＬとした場合に、Ｌ／Ｄを０．１〜０．５、
好ましくは０．２〜０．４とするので、下記の欠点を解
消することができる。すなわち、Ｌ／Ｄが、上記最小値
未満であれば端面形状が従来に近くなって端面被覆部の
厚さ及びそのばらつきが増大し、上記最大値を超えると
ボビンの径小部分がいたずらに長くなって、強度の低下
と放熱特性の悪化（熱容量の増大による応答性の劣化）
を招く。Ｌ／Ｄが０．１〜０．５、好ましくは０．２〜
０．４であれば、上記両方の欠点を抑圧することができ
る。

【００１４】

【実施例】自動車用のエンジンに吸入される吸入空気量
を計測する熱式流量測定装置に本発明を適用した実施例
を図１〜図５に示す。熱式流量測定装置の全体構成につ
いて説明する。図２に示すように熱式流量測定装置１０
は図２の左側から吸入空気が導入され、図２の右側へ流
出する。熱式流量測定装置１０の上流側開口１１は図示
しないエアクリーナに挿入され取付けられている。一
方、下流側開口１２は、熱式流量測定装置１０より大径
の図示しない吸気ダクトに挿入されていて、図示しない
ベルトにより外部から締め付けられている。

【００１５】熱式流量測定装置１０は、中央円筒部１３
と上流側円筒部１４と下流側円筒部１５とを備え、中央
円筒部１３の外側には制御回路１６ｂを収容する回路容
器１６が形成されている。中央円筒部１３と上流側円筒
部１４と下流側円筒部１５とをそれぞれ連結することに
より流路が形成されている。この流路の上流側には、砲
弾形状の上流ハウジング１７が取付けられている。流路
の下流側には、内部に熱センサ部２０を有するとともに
中央円筒部１３と一体成形された中央ハウジング１８、
並びに、下流側円筒部１５と一体成形された下流ハウジ
ング１９が取付けられている。熱センサ部２０は円筒形
の樹脂部２１を有しており、樹脂部２１には４本の支持
ピン２２、２３、２４、２５がインサート成形されてい
る。支持ピン２２、２３、２４、２５の両端は樹脂部２
１から上流側及び下流側にそれぞれ突出しており、上流
側に突出した支持ピン２２、２３、２４、２５の突出部
分には長短２種類があり、短い方の支持ピン２４、２５
の間に温度補償用抵抗体２６が取付けられ、長い方の支
持ピン２２、２３の間に発熱抵抗体３０が取付けられて
いる。

【００１６】温度補償用抵抗体２６と発熱抵抗体３０と
はそれぞれ図示しない配線により制御回路１６ｂと電気
的に接続されている。温度補償用抵抗体２６と発熱抵抗
体３０は感温抵抗体である。発熱抵抗体３０は、制御回
路１６ｂにより加熱電流が流されることにより発熱す
る。一方、温度補償用抵抗体２６は温度補償用抵抗体２
６の周囲を流れる空気流の温度に応じて抵抗値が変化す
る。温度補償用抵抗体２６及び発熱抵抗体３０に通電さ
れる加熱電流量は、両抵抗体２６、３０の温度差がそれ
らの周囲温度にかかわらず常に所定の温度差を保つよう
に、制御回路１６ｂにより制御される。

【００１７】次に、熱式流量測定装置１０の制御回路１
６ｂの構成を図３に基づいて説明する。図示しない車載
バッテリに接続されている端子＋Ｂの電圧は、図示しな
い貫通コンデンサを経由して、エミッタホロワトランジ
スタ４５のコレクタに印加され、トランジスタ４５は、
発熱抵抗体３０及び抵抗４１に直列に給電し、また、温
度補償用抵抗体２６及び抵抗器４２、４３に直列に給電
する。抵抗器４１、４２、４３、温度補償用抵抗体２６
及び発熱抵抗体３０はホイートストンブリッジ回路を構
成しており、発熱抵抗体３０の抵抗値と抵抗器４３の抵
抗値との積と、温度補償用抵抗体２６及び抵抗器４２の
合成抵抗値と抵抗器４１の抵抗値との積とが等しい関係
になるとき、このホイートストンブリッジ回路は平衡状
態となる。発熱抵抗体３０と抵抗器４１との接続点の電
圧Ｖ１は、オペアンプ４４の非反転入力端子に印加さ
れ、抵抗器４２と抵抗器４３との接続点の電圧Ｖ２はオ
ペアンプ４４の反転入力端子に印加されている。オペア
ンプ４４の出力電圧はトランジスタ４５のベース端子に
印加され、電圧Ｖ１が質量流量に関連する信号電圧Ｖｓ
として出力される。

【００１８】次に、本実施例の特徴をなす発熱抵抗体３
０の構成を図１に基づいて説明する。発熱抵抗体３０
は、ボビン３１とリードワイヤ３２、３３と細線（本発
明でいう抵抗線）３５と保護膜３６とから構成されてい
る。ボビン３１は電気絶縁性材料例えばアルミナからな
り、例えば外径φ０．５ｍｍ、内径φ０．２ｍｍ、長さ
２ｍｍの大きさに形成されている。ボビン３１の両端部
には例えば外径φ０．１５ｍｍの円柱形状のリードワイ
ヤ３２、３３が互いに接触しないように挿入されてり、
接着剤３４により固定されている。リードワイヤ３２、
３３は例えば白金からなり、接着剤３４は例えば軟化点
１０００℃前後の低融点ガラスからなる。

【００１９】ボビン３１の外周面には例えば外径φ０．
０２ｍｍの白金からなる細線３５が巻付けられ、細線３
５の両端部はボビン３１の端部近傍のリードワイヤ３
２、３３にそれぞれ個別に点溶接されている。ボビン３
１およびリードワイヤ３２、３３に巻付けられている細
線３５を保護するため、例えば酸化鉛を含有したガラス
により保護膜３６が形成されている。保護膜３６は、ボ
ビン３１の外周面を覆う外周被覆部３６ａと、ボビン３
１の端面５０を覆う端面被覆部３６ｂと、ボビン３１の
端面５０に隣接するリードワイヤ３２、３３の外周面
（特にそれに巻装された細線３５）を覆うリードワイヤ
被覆部３６ｃとからなる。保護膜３６は、例えば酸化鉛
含有ガラス塗布膜を８００℃前後の温度で焼結したもの
である。 （作動）熱式流量測定装置１０の制御回路１６ｂの回路
動作を図３に基づいて説明する。ここで、Ｖ３はトラン
ジスタ４５のエミッタ電圧であり、Ｖ４はオペアンプ４
４の出力電圧である。

【００２０】抵抗器４１は発熱抵抗体３０に流れる電流
を電圧Ｖ１に変換し、抵抗器４３とは温度補償用抵抗体
２６に流れる電流を電圧Ｖ２に変換する。電圧Ｖ１、Ｖ
２をそれぞれオペアンプ４４の非反転入力端子、反転入
力端子に入力することにより、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とに
より生ずる電位差を差動増幅して電圧Ｖ４としてトラン
ジスタ４５のベース端子の電圧を制御している。このベ
ース電位の制御により温度補償用抵抗体２６と発熱抵抗
体３０との温度差が例えば約２００℃になるように保た
れている。

【００２１】上記ホイートストンブリッジ回路に電圧Ｖ
３が印加されると、オペアンプ４４の非反転入力端子に
は電圧Ｖ１、反転入力端子には電圧Ｖ２が発生する。電
圧Ｖ１、Ｖ２の大小関係がＶ１＞Ｖ２となるとき、オペ
アンプ４４の出力電圧Ｖ４は上昇し、これに伴ってトラ
ンジスタ４５のエミッタ電圧Ｖ３も上昇し、発熱抵抗体
３０を流れる電流が増加し、発熱抵抗体３０の発熱温度
が上昇する。この結果、発熱抵抗体３０の抵抗値が上昇
し、電圧Ｖ１は低下する。一方、電圧Ｖ１が低下し、電
圧Ｖ１、Ｖ２の大小関係がＶ１＜Ｖ２となると、オペア
ンプ４４の出力電圧Ｖ４は低下する。このためトランジ
スタ４５のエミッタ電圧Ｖ３が低下し、発熱抵抗体３０
を流れる電流も減少し、発熱抵抗体３０の発熱温度が低
下する。

【００２２】この結果、電圧Ｖ１が上昇し、電圧Ｖ１、
Ｖ２の大小関係はＶ１＞Ｖ２となるため、再び前述の制
御を繰返す。このようにオペアンプ４４は出力電圧Ｖ４
により電圧Ｖ１、Ｖ２の大小関係がＶ１＝Ｖ２となるよ
うにパワートランジスタ４５を制御し、発熱抵抗体３０
への通電量を調整している。一方、発熱抵抗体３０に流
れる加熱電流をＩ、発熱抵抗体３０の抵抗値をＲＨとす
ると、発熱抵抗体３０は（Ｉ² ・ＲＨ）の電力を消費し
発熱する。この発熱電力（Ｉ² ・ＲＨ）は流路を流れる
空気に放熱されるため、この流路を流れる空気流量の増
減によって空気に奪われる熱量が変化する。このため、
空気流量に応じて発熱抵抗体３０の温度が変化し、抵抗
値ＲＨも変化しようとする。しかし、前述のホイートス
トンブリッジ回路により、発熱抵抗体３０の抵抗値ＲＨ
が変化しないようにオペアンプ４４がトランジスタ４５
を制御して発熱抵抗体３０の通電量を変化させている。
つまり、空気流量に応じて加熱電流Ｉを変化させること
により、（Ｉ² ・ＲＨ）を変化させ、抵抗値ＲＨが常に
所定抵抗値になるように制御されている。したがって、
この加熱電流Ｉは空気流量に相関をもった値になり、抵
抗器４１により電圧Ｖ１に変換され、図示しない増幅回
路を経由して出力されている。

【００２３】次に、発熱抵抗体３０から吸入空気への放
熱について説明する。発熱抵抗体３０から吸入空気への
放熱は、ボビン３１巻装の細線からなる発熱部４０から
の対流熱伝達ＱＥと、発熱部４０からの輻射熱ＱＲと、
リードワイヤ３２、３３による熱伝導ＱＣと、リードワ
イヤ３２、３３からの対流熱伝達ＱＬの総和によって決
定される。

【００２４】上記放熱に関する要因の中で、ＱＥを除く
ＱＲとＱＣとＱＬに関しては、発熱抵抗体３０の製造時
におけるばらつきに伴う放熱量への影響が極めて小さい
ことが分かっている。ところがＱＥについては、発熱抵
抗体３０の製造時に発生するばらつきにより放熱量が大
きくばらつくことが分かった。細線３５は保護膜３６に
より被覆されている。保護膜３６は、酸化鉛を含有した
ガラスを塗布した後、８００℃前後の温度で焼結して形
成される。酸化鉛を含有したガラスの塗布方法は例えば
酸化鉛を含有した粉末ガラスと有機バインダーとを有機
溶媒で溶かしたガラスペースト中に沈降させて引き上げ
ることにより塗布すればよい。上記製造方法によると、
保護膜３６の外周被覆部３６ａ、リードワイヤ被覆部３
６ｃの膜厚はガラスペーストの粘度に対する引き上げ時
の速度を制御することによりほぼ一定に管理することが
出来る。しかし、ボビン３１の端面に付着する端面被覆
部３６ｂは、従来のもののように端面が径方向に変化す
る場合には厚くなり、この厚い端面被覆部３６ｂの中に
空気が混入してしまい、それによりガラスペーストの塗
布量がばらついてしまう。また、端面被覆部３６ｂの厚
さが厚いので、その絶対ばらつき量が大きくなり、端面
被覆部３６ｂの外面形状が変化してしまい、これに伴い
それに隣接する流路の流れ状態が変化してこの端面被覆
部３６ｂを流れる放熱特性も変化してしまう。

【００２５】これに対し、本実施例では、ボビン３１の
端面５０が円錐面形状となっており（ただし、その頂部
にはリードワイヤ３２、３３挿入用の開口がある）、ボ
ビン３１の端面５０の内周端とリードワイヤ３２、３３
の外周面との角部に、保護膜３６ｂ形成用の液が溜まり
にくく、その内部に空気が混入したり、空気流が変化し
たりといった上述の問題は発生しにくくなり、そのため
に、発熱抵抗体３０の放熱量のばらつきは低減される。

【００２６】図４に、端面被覆部３６ｂの外径をＤ
（０．３〜２．０ｍｍの範囲、但し、内径は外径の３０
％〜６５％の範囲）とし、端面被覆部３６ｂの端面の外
周端と内周端との軸方向距離（すなわち、端面５０の軸
方向距離）をＬとした場合の比率Ｌ／Ｄと、放熱量のば
らつき及び応答性との関係を示す。なお、言い換えれ
ば、Ｌは保護膜３６ｂの外径寸法がボビン３１の内径寸
法と一致する位置からボビン３１の先端までの距離とす
る。図４からわかるように、Ｌ／Ｄが０．１〜０．５で
あれば、エンジン制御上必要とされる放熱量のばらつき
及び応答性は満足する。更には、Ｌ／Ｄが０．２〜０．
４であれば、放熱量ばらつき及び応答性の変化が極めて
小さくなり、より好ましい。一方、Ｌ／Ｄが上述の範囲
より小さければ保護膜３６の端面被覆部３６ｂの重量ば
らつきの増大が大きくなり、それにより放熱量のばらつ
きが増大する。逆に、Ｌ／Ｄが上述の範囲より大きけれ
ば端面被覆部３６ｂが被覆するボビン３１の傾斜部分
（円錐部分）の体積が増加し、それにより、熱容量が増
加し、応答性が低下する。

【００２７】なお、上記実施例では、ボビン３１の端面
５０を円錐面に形成していたが、図５に示す様に従来の
ボビン３１に同様の円錐面をもつ別部材６０を接着固定
しても良い。また、上記実施例では、発熱抵抗体３０の
構成としてボビン３１に細線を巻付けたものを用いた
が、これに限られることはなく、薄膜式の発熱抵抗体、
厚膜式の発熱抵抗体等の他の構成からなる発熱抵抗体で
も良い。

【００２８】また、上記実施例では、発熱抵抗体３０の
発熱材料として用いられる細線を巻けるボビン３１とし
てアルミナを用いたが、アルミナに限られることはな
く、例えばジルコニア等の他の材料でも良い。また、上
記実施例では、発熱抵抗体３０の発熱材料として白金を
材料とする細線３５を用いたが、白金に限られることは
なく、例えばニッケル合金等の他の材料でも良い。

【００２９】また、上記実施例では、発熱抵抗体３０を
覆う保護膜３６として酸化鉛を含有したガラスを用いた
が、ガラスに限られることはなく、例えば、アルミナ等
の他の材料でも良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱式流量測定装置の発熱抵抗体の一実
施例を示す一部断面正面図である。

【図２】図１の発熱抵抗体を用いた熱式流量測定装置の
一実施例を示す軸方向断面図である。

【図３】図１の熱式流量測定装置の回路部を示す回路図
である。

【図４】図１の発熱抵抗体の保護膜の端面被覆部の断面
形状比率Ｌ／Ｄと、放熱量のばらつき及び応答性との関
係を示す特性図である。

【図５】本発明の熱式流量測定装置の発熱抵抗体の他実
施例を示す一部断面正面図である。

【符号の説明】

３０は発熱抵抗体、１６ｂは回路部、３１はボビン、３
２、３３はリードワイヤ、３５は細線（抵抗線）、３６
は保護膜、３６ａは保護膜３５の外周被覆部、３６ｂは
保護膜３５の端面被覆部、３６ｃは保護膜３６のリード
ワイヤ被覆部、５０はボビン３１の端面。

フロントページの続き (72)発明者 小林 紀行 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 服部 浩一 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 滝口 智之 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流路内に設けられて発熱する発熱抵抗体
   と、前記発熱抵抗体の放熱量に関連する状態量に基づい
   て流量を検出する回路部とを備え、前記発熱抵抗体は、
   電気絶縁性のボビンと、前記ボビンの両端開口にそれぞ
   れ嵌入される一対のリードワイヤと、前記ボビンの外周
   面に形成される感温抵抗体と、前記リードワイヤ及び前
   記ボビンに形成された前記感温抵抗体を被覆する電気絶
   縁性の保護膜とを備える熱式流量測定装置において、 前記ボビンの端面は、錐状面からなることを特徴とする
   熱式流量測定装置。
2. 【請求項２】前記感温抵抗体は、前記ボビンの外周面に
   細線を巻き付けてなることを特徴とする請求項１の熱式
   流量測定装置。
3. 【請求項３】前記感温抵抗体は、前記ボビンの外周面に
   薄膜式の感温抵抗体又は厚膜式の感温抵抗体を形成して
   なることを特徴とする請求項１の熱式流量測定装置。
4. 【請求項４】前記ボビンの直径をＤ、前記錐状面の外周
   端と内周端との間の軸方向距離をＬとした場合に、Ｌ／
   Ｄは０．１〜０．５であることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれか記載の熱式流量測定装置。