JPS62123318A - 直熱型流量センサ - Google Patents

直熱型流量センサ

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JPS62123318A
JPS62123318A JP61111191A JP11119186A JPS62123318A JP S62123318 A JPS62123318 A JP S62123318A JP 61111191 A JP61111191 A JP 61111191A JP 11119186 A JP11119186 A JP 11119186A JP S62123318 A JPS62123318 A JP S62123318A
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membrane
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実 太田
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和彦 三浦
Masatoshi Onoda
真稔 小野田
Tadashi Hattori
正 服部
Seiji Fujino
藤野 誠二
Kenji Kanehara
賢治 金原
Masanori Fukutani
福谷 正徳
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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型流量センサ、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っ
たが、最近、小型、応答性の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
抵抗による過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っ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
の電流値をフィードバンク制御し、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ィードバ
ック制御し、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、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。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記発熱抵抗を基板に抵抗パターンを形
成した膜式抵抗として構成した場合は耐熱性樹脂によっ
てこの抵抗パターンは被覆保護されて構成されており、
従って、空気流に含まれる浮遊粒子が膜式抵抗のよどみ
部分、境界層部分等に付着してもバーンオフさせること
は不可能である。なぜなら、浮遊粒子の主成分であるカ
ーボン粒子のバーンオフ温度は通常800℃以上要求さ
れるのに対し、模式抵抗の抵抗パターンを被覆保護する
耐熱性樹脂の溶融温度は400℃程度と低いからである
。従って、膜式抵抗に付着された浮遊粒子はそのまま残
存し、この結果、熱容量の増大、熱放散特性の変化を招
き、延いては、流量センサの感度および応答速度の低下
および変化を招くという問題点があった。また、模式抵
抗の抵抗パターンを被覆保護する耐熱性樹脂を使用しな
い構成にして、バーンオフを実行した場合、模式抵抗が
800℃以上の温度に繰り返しさらされるため、膜式抵
抗の抵抗値が変化し、出力がドリフトするという問題点
があった。
従って、本発明の目的は膜式抵抗およびこの膜式抵抗を
備える基板への浮遊粒子の付着を防止、あるいはごく少
量に抑制し、感度および応答速度が永く保証し得る直熱
型流量センサを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために、本発明においては、 薄い平板状に形成された基板と、 この基板に形成され抵抗温度特性を有し、通電により発
熱する発熱部を備える抵抗層と、前記抵抗層が形成され
た前記基板上に設けられ、前記抵抗層を覆うパッシベー
ション膜とを有する膜式抵抗と、 流体の流れる通路内にて前記膜式抵抗が流体の流れと平
行となるように前記膜式抵抗を保持する保持部材と を備え、しかも 前記基板の少なくとも上流側の面が流体の流れに対して
傾斜した面となるように構成されていることを特徴とす
る直熱型流量セン4すとしている。
〔作用〕
上述の構成によれば、膜式抵抗の基板の少なくとも上流
側の面が流体の流れに対して傾斜した面となるよう構成
されていることにより、膜式抵抗の少なくとも上流側で
のよどみ部分、境界層部分がなくなる、あるいは少なく
なるため、その部分への吸入空気中の浮遊粒子の付着を
防止もしくはごく少量に抑制できる。
〔実施例〕
第3図は本発明に係る膜式抵抗を有する直熱型空気流量
センサが適用された内燃機関を示す全体概要図である。
第3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
の空気通路2内に保持部材(たとえばアルミニウム)5
が設けられ、そこに空気流量を計測するための通電によ
り発熱する発熱部を備えた抵抗温度特性を有する抵抗層
を備える膜式抵抗6が設けられている。膜式抵抗6はフ
レキシブル配線7によって、外気補償を行なう膜式抵抗
6と同様抵抗温度特性を有する抵抗層を備える温度依存
抵抗8と共に、ハイブリッ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の温度が一
定になるように該抵抗6の発熱量をフィードバック制御
し、そのセンサ出力V0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ュータによって構
成され、燃料噴射弁11の制御等を行なうものである。
センサ回路9は、第4図に示すごとく、膜式抵抗6、温
度依存抵抗8とブリッジ回路を構成する抵抗91,92
、比較器93、比較器93の出力によって制御されるト
ランジスタ94、電圧バッファ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、
白金抵抗)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V、≦V、lとなると、比較器93の出
力によってトランジスタ94の導電率が増加する。従っ
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ら電圧バッファ95の出力
電圧VQ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の抵抗値が増加して
V、>V、となり、比較器93の出力によってトランジ
スタ94の導電率が減少する。従って、膜式抵抗6の発
熱量が減少し、同時に、電圧バッファ95の出力電圧■
は低下する。このようにして膜式抵抗6の温度は外気温
度によって定まる値になるようにフィードバック制御さ
れ、出力電圧■。は空気流量を示すことになる。
第5図は第3図の膜式抵抗6の近傍の拡大図、第6図は
第5図のVl−Vl線断面図である。第5図。
第6図に示すように、膜式抵抗6においては、その一端
のみが断熱部材12を介して抵抗層の形成される面が流
れと平行、すなわち基板の最小寸法部分である厚み部分
が流れと対向するように保持部材5に支持されている。
なお、膜式抵抗6を両持保持により保持部材5に固定す
ると、膜式抵抗6が歪ゲージの作用、従って、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
上述の模式抵抗60片持保持はこのような歪ゲージ作用
を防止するものである。
また、フレキシブル配線7は、2つのフレキシブルな絶
縁樹脂フィルムに挟まれた、パターン形成された導体(
たとえばCu)により構成されており、ボンディングワ
イヤに比較して、腐食、断線等に強い構造をなしている
また温度依存抵抗8は模式抵抗6への空気の流れを乱さ
ない位置にに模式抵抗6と同様にして保持部材5に固定
されており、フレキシブル配線7′が接続されている。
第1A図は第5図の模式抵抗6の部分拡大図、第1B図
は第1A図のl3−B線断面図である。第1A図、第1
B図に示すように、模式抵抗6においては、シリコン単
結晶基板61を熱酸化して得られた二酸化シリコン(S
iO□)層(図示せず)上に上記抵抗層をなす白金(P
t)パターン層62が形成されている。白金パターン層
62のうち特に抵抗値が大きい部分62aは通電により
発熱する発熱部として作用すると共に、その抵抗値より
この発熱部62aの温度が検出される。さらに、白金パ
ターン層62上にはこの白金パターン層62を保護する
ためにパッシベーション膜(SiOzもしくはsi、N
a)63が基板61の白金パターン[62が形成された
面全体を覆うように設けられている。
本発明によれば、模式抵抗6の基板61の上流側にテー
パ61bを設け、下流側にテーパ61cを設けである。
このようなテーパ61b、61cはシリコン単結晶基板
61の異方性エツチングにより得られる。たとえば、シ
リコン単結晶基板61のフラット面(100)もしくは
(110)面で構成すると、テーパ61b、61cの面
は(111)面である。すなわち、異方性エツチングと
は、シリコン単結晶の(111)面のエツチング速度が
他の面、たとえば(100)もしくは(110)面のエ
ツチング速度に比して著しく小さいというエンチング速
度の相違を利用して行っているものである。
このように、基板61のL流側のテーパ61bにより模
式抵抗6の上流側での空気流のよどみ部分、境界°層部
分をほとんどないようにでき、吸入空気中の浮遊粒子の
付着を防止もしくは減少できる。また、基板61の下流
側のテーパ61cにより、加速直後のバツクファイヤ、
バルブオーパラツブ時における燃焼室からの燃焼ガスの
吹き返し等における空気流の逆流による浮遊粒子の付着
も同様にして、防止もしくは減少され、同時にセンサが
被る衝撃波が緩衝される。
なお、上述のテーパ形状は異方性エツチングによる(1
11)面に限定されるものではなく、機械的な加工によ
るテーパ形状であってもよい。
第2A図は第5図の模式抵抗6の全体を示す正面図、第
2B図は第2A図のB−B線断面図である。第2A図、
第2B図において、シリコン単結晶基板61には凹み6
1aが形成されており、この凹み61aにptパターン
層62が形成されている。なお、P+、Pzはリード取
出し部である。
一般に、発熱部62aとリード取出し部P+。
P2との距離はできるだけ大きい方が好ましい。
さらに、Ptパターン層62における発熱部62aの抵
抗値はリード部62bの抵抗値よりも十分に大きいこと
が好ましく、例えば10倍程度が好ましい。そのため、
発熱部62aの線幅を小さくするか、あるいは厚さを小
さくすることで発熱部62aの抵抗値を大きくすること
も一案であるが、比較的低い印加電圧で発熱部62aの
温度を上昇させる場合、安定した発熱を得ることが難し
い。
他方、リード部62bの線幅を大きくするか厚さを大き
くすることでリード部62bの抵抗値を小さくすること
も一案であるが、発熱部62aとリード取出部P+、P
zとの間の断熱効果が低下し、しかもリード部62bを
覆うパッシベーション膜63が相対的に大きくなり、こ
の結果、浮遊粒子の付着が増加することになる。
第2A図、第2B図においては、基板61の凹み61a
にPtパターン層62特にそのリード部62bを形成し
ているので、発熱部62aとリード取出し部PI、P!
の距離を大きくとったまま、すなわら、発熱部62aの
断熱効果を大きくしたまま、リード部62bの抵抗値を
小さくすることができる。さらにパッシベーション膜6
3の膜厚を薄く、しかも略平坦にすることが可能となり
、これにより、膜式抵抗6、特にそのパッシベーション
膜63上に浮遊粒子が付着する可能性を低下させること
ができる。さらにまた、流量センサどしで、模式抵抗6
の熱容量(ヒートマス)を減少でき、熱拡散特性を向上
させ、優れた感度および速い応答速度を得ることができ
る。
なお、発熱部62aも基vi、61の凹みに形成するこ
ともできる。
第7図は本発明の第2の実施例を示すもので、本実施例
においては膜式抵抗6が略り字形状に形成されており、
その一方の端部に発熱部62aが形成されている。この
ように形成された膜式抵抗6はその表面が空気の流れと
平行となるよう保持されるのは上記実施例と同様である
が°、さらに膜式抵抗6の発熱部62aが形成されてい
る部分が空気の流れに沿って平行に下流側ごと向くよう
に保持部材5に保持される。なお、この膜式抵抗6の基
板も上記実施例と同様空気流に対して上流側ならびに下
流側の面はテーパ状に形成されており、リード部、パッ
シベーション膜等も上記実施例と同様にして形成されて
いる。
この構成によれば、浮遊粒子の発熱部62a近くへの付
着はこの発熱部62a近くで空気流のよどみ部分や境界
層部分がほとんどないため防止あるいは極めて少なく抑
えられる。
また膜式抵抗6の上流側に浮遊粒子が付着しても、膜式
抵抗6の主たる熱拡散部分である発熱部62aから離れ
た位置に付着しているので、この付着部分での熱拡散特
性の変化が生じたとしても膜式抵抗6の全体からすれば
その熱拡散特性の変化↓よごくわずかなものであり、従
って感度および応答速度の低下を抑制できる。
第8図は本発明の第3の実施例を示すもので、本実施例
では長方形状に形成された膜式抵抗6を空気流と対向す
る膜式抵抗6の厚み部分が空気流に対して所定角度θだ
け傾斜するように保持部材5に固定している。
この構成によれば、膜式抵抗6の基板にテーパ部を形成
することなく、膜式抵抗6の上流側、ならびに下流側の
面が空気の流れ方向に対して傾斜した面とすることがで
き、上記実施例と同様の効果が達成できる。なお上記実
施例と同様にテーパ部を基板に形成すれば、さらに一層
浮遊粒子の付着が防止できるようになる。
なお、上記所定角度は浮遊粒子の付着防止効果が十分に
発揮され、かつ保持部材6への固定部分での空気流への
乱れによる感度低下がほとんどない範囲に設定されるも
ので、本発明者らによれば40″〜70°が好適である
ことが確認されている。
第9図は本発明の第4実施例を示すもので、基板61の
上流側および下流側にはそれぞれ楔状に突出した鋭部な
突起61d、61eが形成されている。なおこの突起6
1d、61eは単結晶シリコンからなる基板61の両面
よりそれぞれ異方性エツチングを施こすことにより形成
され、例えばptパターン層62が形成される面、およ
びその裏面を(110)面とした場合には、突起61d
61eの先端角度は略70″となる。
このように構成することで上記実施例と同様の効果が得
られ、特に突起61d、61eの図における上側のテー
パ部分の長さと下側のテーパ部分の長さが等しい形とし
た場合には、その最先端部における空気の流れのよどみ
点付近での流速低下の割合が最も小さくなり、浮遊粒子
の付着防止に極めて有効である。
第10図は本発明の第5の実施例を示すもので、第1の
実施例と略同−の構成であるが、膜式抵抗6のパッシベ
ーション膜63を基板61の上流側および下流側のテー
パ61b、61cの端部よりそれぞれ上流側および下流
側にわずか突出させている(突出部63 a、  63
 b)。この突出部63a、63bは、例えば単結晶シ
リコンからなる基板61のptパターン層62形成面を
(111)00)面または(110)面とすれば、バッ
シベ−ジョン膜63形成後に異方性エツチングを行なう
ことにより突出部63a、63bを形成することができ
る。
本構成において突出部63a、63bを形成したのは、
上記第1の実施例のような構成ではバ・7シベ一シヨン
膜63端部への浮遊粒子の付着が進行するとテーパ61
b、61Cにまで浮遊粒子が堆積するようになる恐れが
あるため、この付着量を極力抑制するためである。
そして本構成において、例えば1〜2μmの厚みにした
パッシベーション膜63により5〜20μm程突出した
突出部63a、63bを形成した場合、浮遊粒子は突出
部63a、63bの先端に集中的に付着し、他の部分へ
の付着が防止される。
そして、この突出部63a、63bの厚みは薄いので、
付着量は極めて少なく、しかもパッシベーション膜63
はSiO□あるいは51iN4で構成され、その熱伝導
率が単結晶シリコンより小さなものであるため、浮遊粒
子付着による特性への影響度を少なくできる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、膜式抵抗への浮遊
粒子の付着を防止もしくは減少でき、従って、流量セン
サの感度および応答速度を長期にわたって維持できると
いう優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1A図は本発明の第1の実施例の直熱型流量センサの
膜式抵抗の一部を示す正面図、第1B図は第1A図のB
−B線断面図、第2A図は第1の実施例の直熱型流量セ
ンサの膜式抵抗を示す正面図、第2B図は第2A図のB
−B線断面図、第3図は第1の実施例の直熱型空気流量
センサが適用された内燃機関を示す全体概要図、第4図
は第3図のセンサ回路の回路図、第5図は第1の実施例
の膜式抵抗の保持部材への取付構造を示す構成図、第6
図は第5図のVI−VI線断面図、第7図、第8図は本
発明の第2、第3の実施例を示す膜式抵抗の保持部材へ
の取付構成を示す構成図、第9図。 第10図は本発明の第4.第5の実施例を示す膜式抵抗
の断面図である。 2・・・空気通路、5・・・保持部材、6・・・膜式抵
抗。 7・・・フキシブル配線、61・・・基板、61a・・
・凹み。 51b、611・・・テーパ、61d、61e・・・突
起。 63・・・パッシベーション膜、53a、63b・・・
突出部。 代理人弁理士 岡  部   隆 第1B図 61 1瓶。 63  ハ′ツシヘ゛−シ1ン繞 5・・・イX、キ呼事p七才 5・・i巽に本杭 7゛=7>Yシフ゛ル配右( 6・−膜式抵抗 8・一温度依存抵抗 門 し 5 イ呆子)香pぞ才 6繰式抵抗 7t7′・ツムキシ7つぼと利に 12・所熱舒材 第7図

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)薄い平板状に形成された基板と、 この基板に形成され抵抗温度特性を有し、通電により発
    熱する発熱部を備える抵抗層と、 前記抵抗層が形成された前記基板上に設けられ、前記抵
    抗層を覆うパッシベーション膜とを有する膜式抵抗と、 流体の流れる通路内にて前記膜式抵抗が流体の流れと平
    行となるように前記膜式抵抗を保持する保持部材と を備え、しかも 前記基板の少なくとも上流側の面が流体の流れに対して
    傾斜した面となるように構成されていることを特徴とす
    る直熱型流量センサ。
  2. (2)前記基板の少なくとも上流側の面はテーパ状に形
    成されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の直熱型流量センサ。
  3. (3)前記膜式抵抗の基板が略L字状に屈曲しており、
    前記保持部材により該基板はその一端部を下流側に向け
    て保持されており、しかも該基板に形成される前記抵抗
    層の前記発熱部が該基板の下流側に向いた部分に形成さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の
    直熱型流量センサ。
  4. (4)前記膜式抵抗は長方形状をしており、かつ前記基
    板の前記抵抗層が形成される面が流体の流れに対し斜め
    となるよう前記膜式抵抗が前記保持部材により保持され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
    記載の直熱型流量センサ。
  5. (5)前記抵抗層が形成される基板部分に凹みを形成し
    、該凹みに前記抵抗層を形成した特許請求の範囲第1項
    、第2項または第3項記載の直熱型流量センサ。
  6. (6)前記パッシベーション膜は前記基板の上流側端部
    より上流側に突出していることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項乃至第5項のいずれか1項に記載の直熱型流
    量センサ。
  7. (7)前記基板の少なくとも上流側の面は楔状に上流側
    に向かって突出していることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項乃至第6項のいずれか一項に記載の直熱型流量
    センサ。
JP61111191A 1985-08-13 1986-05-15 直熱型流量センサ Granted JPS62123318A (ja)

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JP61111191A JPS62123318A (ja) 1985-08-13 1986-05-15 直熱型流量センサ
GB8619059A GB2179161B (en) 1985-08-13 1986-08-05 Direct-heated flow measuring apparatus
DE3627465A DE3627465C2 (de) 1985-08-13 1986-08-13 Direkt-beheizte Strömungsmeßvorrichtung
US07/223,673 US4843882A (en) 1985-08-13 1988-07-25 Direct-heated flow measuring apparatus having improved sensitivity response speed

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