JP4089657B2 - Air flow sensor - Google Patents
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Description
本発明は、空気流量センサに関し、特に、エンジンの吸入空気流量を検出するのに好適な空気流量センサに関する。 The present invention relates to air flow sensors, in particular, it relates to suitable air flow sensor for detecting an intake air flow rate of the engine.
〔従来の技術〕
従来より、エンジンの吸入空気流量等の空気流量を検出するために、熱式の空気流量センサが用いられている。熱式の空気流量センサ(以下、センサと呼ぶ)は、配線の一方に空気流量検出素子(以下、検出素子と呼ぶ)が組み込まれたホイーストンブリッジ回路を備える。この検出素子は、通常、正の抵抗温度係数を有し、通電により発熱する抵抗体である。
[Conventional technology]
Conventionally, a thermal air flow sensor has been used to detect an air flow rate such as an intake air flow rate of an engine. A thermal air flow sensor (hereinafter referred to as a sensor) includes a Wheatstone bridge circuit in which an air flow detection element (hereinafter referred to as a detection element) is incorporated in one of the wirings. This detection element is usually a resistor that has a positive resistance temperature coefficient and generates heat when energized.
そして、センサは、検出素子への通電量を調節することにより、通電による発熱や空気流による除熱などを均衡させ検出素子の温度を所定値に合わせるとともに、検出素子の低電位側端子における電圧を空気流量に対応する電気信号として出力する。そして、ECU等がこの電気信号の出力値を用いて空気流量を算出することにより、空気流量の計測が行われている。 The sensor adjusts the amount of current supplied to the detection element to balance the heat generated by the current supply and the heat removal by the air flow, etc., and adjust the temperature of the detection element to a predetermined value, and the voltage at the low potential side terminal of the detection element. Is output as an electrical signal corresponding to the air flow rate. The ECU or the like calculates the air flow rate by using the output value of the electrical signal, thereby measuring the air flow rate.
〔従来技術の不具合〕
しかし、このセンサによれば、空気流量が低下すると検出素子の発熱量とともに検出素子への通電量が減少するため、電気信号としての電圧も低下してしまう。このため、低空気流量では電気信号に対するノイズ等の影響が大きくなり、真値に対する計測誤差の影響が大きくなってしまう。
[Problems with conventional technology]
However, according to this sensor, when the air flow rate is reduced, the amount of electricity supplied to the detection element is reduced together with the amount of heat generated by the detection element, so that the voltage as an electric signal is also reduced. For this reason, at a low air flow rate, the influence of noise or the like on the electric signal becomes large, and the influence of measurement error on the true value becomes large.
なお、従来の検出素子を改善する技術としては、2つの抵抗体を電気的に並列接続しこれらの抵抗体を空気の流れに沿って上流側から下流側へ配置することにより応答性を向上させたもの(例えば、特許文献1参照)、ドープ処理されたケイ素半導体薄膜で抵抗体を構成することにより抵抗温度係数を向上させたもの(例えば、特許文献2参照)、抵抗率の高い材料を用い抵抗値が約1kΩとなるように抵抗体を形成することにより、抵抗体の熱容量を向上させ、より高い範囲の空気流量に対応できるようにしたもの(特許文献3参照)などがある。
しかし、低空気流量での計測誤差の影響については、充分な改善がなされていない。
However, the effect of measurement errors at low air flow rates has not been improved sufficiently.
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、低空気流量での計測誤差の影響を低減することができる空気流量検出素子および空気流量センサを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide an air flow rate detecting element and an air flow rate sensor that can reduce the influence of measurement errors at a low air flow rate.
〔請求項1の手段〕
請求項1に記載の空気流量センサは、正の抵抗温度係数を有し、通電により発熱する第1抵抗体と、負の抵抗温度係数を有し、感温する第2抵抗体とを、電気的に並列に接続することにより空気流量検出素子が形成されている。そして、第2抵抗体は、空気の流れに対し第1抵抗体の下流側に配置され、第1抵抗体の除熱を行い昇温した空気流により加熱されて昇温する。
これにより、第1、第2抵抗体の抵抗値が両方とも低下するので、検出素子全体の通電量が増加し検出素子の低電位側端子における電圧が上昇する。この結果、電気信号に対するノイズ等の影響を小さくすることができるので、計測誤差を低減することができる。
[Means of Claim 1]
The air flow rate sensor according to
As a result , both the resistance values of the first and second resistors are reduced, so that the amount of energization of the entire detection element is increased and the voltage at the low potential side terminal of the detection element is increased. As a result, it is possible to reduce the influence of noise or the like on the electric signal, so that measurement errors can be reduced.
最良の形態1の空気流量センサは、正の抵抗温度係数を有し、通電により発熱する第1抵抗体と、負の抵抗温度係数を有し、感温する第2抵抗体とを、電気的に並列に接続することにより空気流量検出素子が形成されている。そして、第2抵抗体は、空気の流れに対し第1抵抗体の下流側に配置され、第1抵抗体の除熱を行い昇温した空気流により加熱されて昇温する。
The air flow sensor of the
〔実施例1の構成〕
実施例1の空気流量センサ(以下、センサと呼ぶ)1の構成を図1および図2に基づいて説明する。センサ1は、例えば、エンジン(図示せず)の吸入空気量を計測するために用いられる。
[Configuration of Example 1]
A configuration of an air flow rate sensor (hereinafter referred to as a sensor) 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The
センサ1の空気流量検出素子(以下、検出素子と呼ぶ)2は、図1に示すように、正の抵抗温度係数を有し、通電により発熱する第1抵抗体3と、負の抵抗温度係数を有する第2抵抗体4とを、電気的に並列に接続することにより形成されている。そして、センサ1は、第2抵抗体4が空気の流れに対し第1抵抗体3の下流側に配置されるように、所定の位置に取り付けられる。
As shown in FIG. 1, an air flow rate detection element (hereinafter referred to as a detection element) 2 of the
第1抵抗体3は、正の抵抗温度係数を有する材料からなり、例えば、白金、金、銅、アルミニウム、クロム、ニッケル、タングステン、パーマロイ等の金属からなる。
第2抵抗体4は、負の抵抗温度係数を有する材料からなり、例えば、シリコン、ガリウムヒ素等の半導体材料や、マンガン、コバルト、ニッケル等の金属酸化物からなる。
The
The
センサ1は、図2に示すように、検出素子2、検出素子2とともに空気の流路に配置され抵抗値が変化する温度補償抵抗体5、および抵抗値が不変である固定抵抗体6、7、8が組み込まれたホイーストンブリッジ回路(以下、ブリッジ回路と呼ぶ)9を有する。
As shown in FIG. 2, the
ブリッジ回路9では、配線12に検出素子2が組み込まれ、配線13に温度補償抵抗体5および固定抵抗体6が直列に組み込まれている。また、配線12と直列の配線14に固定抵抗体7が組み込まれ、配線13と直列の配線15に固定抵抗体8が組み込まれている。
In the bridge circuit 9, the
配線12と配線14との接点aは、オペアンプ18の非反転入力端子に接続され、配線13と配線15との接点bは、オペアンプ18の反転入力端子に接続されている。また、接点aと非反転入力端子とを接続する配線19から、接点aの電圧Vaを電気信号として出力するための配線20が分岐し、空気流量の算出を行うECU(図示せず)の接続端子cに連結している。なお、配線20には周知の増幅器22が組み込まれ電気信号が増幅される。
A contact a between the
オペアンプ18の出力端子はトランジスタ24のベース端子に接続されている。さらに、トランジスタ24のコレクタ端子は、ブリッジ回路9へ電力を供給する電源(図示せず)の接続端子dに接続され、エミッタ端子は配線12と配線13との接点eに接続されている。なお、配線14と配線15との接点fは接地されている。
The output terminal of the
〔実施例1の特徴〕
実施例1のセンサ1の特徴を説明する。なお、センサ1は、オペアンプ18およびトランジスタ24の作動により、第1抵抗体3の発熱量を空気流による除熱量等と均衡させ第1抵抗体3を所定温度に維持するように作用する熱式定温度型である。また、センサ1は、空気流量に相当する電気信号として、電圧Vaを検出し増幅した後、ECUへ出力する。そして、ECUは、この電気信号の出力値を用いて空気流量を算出する。
[Features of Example 1]
The characteristics of the
第1抵抗体3は、通電により発熱するとともに空気流により除熱される。そして、空気流量が増加し空気流による第1抵抗体3からの除熱量が増加すると、センサ1は、第1抵抗体3の温度を所定値に維持するため第1抵抗体3の発熱量(すなわち、通電量)を大きくする方向に作用する。このため、図3の相関線Aに示すように、第1抵抗体3の通電量は空気流量の増大とともに増加する。
The
一方、第2抵抗体4は、第1抵抗体3からの除熱により昇温した空気流によって加熱される。そして、空気流量が増大し第1抵抗体3からの除熱量が増加すると、昇温した空気流による第2抵抗体4の加熱量も増加する。ここで、第2抵抗体4は負の抵抗温度係数を有するので、加熱量が増加することにより昇温すると、抵抗値が低下し通電量が増加する。このため、図3の相関線Bに示すように、第2抵抗体4の通電量も空気流量の増大とともに増加する。
On the other hand, the
以上により、図3の相関線Cに示すように、第1抵抗体3の通電量と第2抵抗体4の通電量とを合計した検出素子2の通電量は、空気流量の増大とともに増加する。この結果、電圧Vaは空気流量の増大とともに大きくなるので、ECUへの出力値も、図4の相関線Dに示すように、空気流量の増大とともに大きくなる。さらに、相関線Dの勾配、すなわち空気流量に対する出力値の増加率(以下、感度と呼ぶ)は、第1抵抗体3のみで検出素子2を構成したときの相関線Eより大きくなる。
As described above, as indicated by the correlation line C in FIG. 3, the energization amount of the
〔実施例1の作用〕
実施例1のセンサ1の作用を説明する。
例えば、電圧Vaが接点bの電圧Vbよりも大きくなると、オペアンプ18において非反転入力端子の入力電圧の方が反転入力端子の入力電圧よりも大きくなるので出力電圧は高電圧VHになる。これにより、ベース端子にかかる電圧が大きくなるので、電源からブリッジ回路9に供給される電力が増加する。このため、検出素子2における通電量が増加し、第1抵抗体3は発熱量が増加して昇温するので、第1抵抗体3の抵抗値が上昇する。これにより、電圧Vaが下がり、やがて電圧Vaが電圧Vbよりも小さくなる。
[Operation of Example 1]
The operation of the
For example, when the voltage Va becomes higher than the voltage Vb of the contact b, the output voltage becomes the high voltage VH because the input voltage of the non-inverting input terminal is higher than the input voltage of the inverting input terminal in the
電圧Vaが電圧Vbよりも小さくなると、オペアンプ18において非反転入力端子の入力電圧の方が反転入力端子の入力電圧よりも小さくなるので出力電圧は低電圧VLになる。これにより、ベース端子にかかる電圧が小さくなるので、電源からブリッジ回路9に供給される電力が減少する。このため、検出素子2における通電量が減少し、第1抵抗体3は発熱量が減少して降温するので、第1抵抗体3の抵抗値が低下する。これにより、電圧Vaが上がり、やがて電圧Vaが電圧Vbよりも大きくなる。
When the voltage Va becomes smaller than the voltage Vb, the input voltage at the non-inverting input terminal in the
このように、電圧Vaが電圧Vbよりも大きくなるので、再度、オペアンプ18からの出力電圧が高電圧VHになり、同様の作用が繰り返される。これにより、センサ1は、空気流量の変動に対して応答し、電圧Vaを空気流量に応じた値に変化させることができる。
Thus, since the voltage Va becomes larger than the voltage Vb, the output voltage from the
〔実施例1の効果〕
実施例1のセンサ1では、検出素子2が、正の抵抗温度係数を有し、通電により発熱する第1抵抗体3と、負の抵抗温度係数を有する第2抵抗体4とを、電気的に並列に接続することにより形成されている。そして、センサ1は、第2抵抗体4が空気の流れに対し第1抵抗体3の下流側に配置されるように、所定の位置に取り付けられる。
これにより、第1抵抗体3の除熱を行い昇温した空気流により、第2抵抗体4が加熱され昇温するため、第1、第2抵抗体3、4の抵抗値が両方とも低下する。また、第2抵抗体4の抵抗値の低下は、低空気流量で顕著である。このため、特に、低空気流量で検出素子2全体の通電量が増加し電圧Vaが大きくなる。この結果、図4に示すように、第1抵抗体3のみで検出素子2を構成するとき(相関線E)よりも、第1、第2抵抗体3、4で検出素子2を構成するとき(相関線D)の方が、低空気流量での感度が向上する。
[Effect of Example 1]
In the
As a result, the
この結果、空気流量の真値に対する計測誤差の影響を、低空気流量で顕著に低減することができる。すなわち、電気信号の出力は、感度や出力値の大小に関わらず、一様にノイズ等の影響を受ける。このため、出力値は、例えば一様に偏差εだけ増加し、計測誤差が発生する。しかし、感度が向上すると、例えば、同じ真値X1に対する計測誤差は、値ΔXEから値ΔXDへ減少する。このように、感度を向上させれば、真値に対するノイズ等による計測誤差の影響を低減することができる。 As a result, the influence of the measurement error on the true value of the air flow rate can be significantly reduced at a low air flow rate. That is, the output of the electric signal is uniformly affected by noise and the like regardless of the sensitivity and the output value. For this reason, the output value increases, for example, by the deviation ε uniformly, and a measurement error occurs. However, when the sensitivity is improved, for example, the measurement error for the same true value X1 decreases from the value ΔXE to the value ΔXD. Thus, if the sensitivity is improved, it is possible to reduce the influence of the measurement error due to noise or the like on the true value.
1 空気流量センサ
2 空気流量検出素子
3 第1抵抗体
4 第2抵抗体
DESCRIPTION OF
Claims (1)
正の抵抗温度係数を有し、通電により発熱する第1抵抗体と、
負の抵抗温度係数を有し、感温する第2抵抗体とを、
電気的に並列に接続することにより空気流量検出素子が形成され、
前記第2抵抗体は、空気の流れに対し前記第1抵抗体の下流側に配置され、前記第1抵抗体の除熱を行い昇温した空気流により加熱されて昇温することを特徴とする空気流量センサ。 In the air flow sensor that detects the air flow rate,
A first resistor having a positive resistance temperature coefficient and generating heat upon energization;
Have a negative temperature coefficient of resistance, and a second resistor for temperature sensing,
By connecting electrically in parallel, an air flow rate detecting element is formed,
The second resistor is disposed on the downstream side of the first resistor with respect to an air flow, and is heated by an air flow that has been heated to remove heat from the first resistor, and the temperature is raised. Air flow sensor.
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