JP5279667B2 - Thermal air flow sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気流量を測定する熱式空気流量センサに係わり、例えば内燃機関に吸入される空気の空気流量を計測する流量センサと、該空気の環境特性を計測する環境センサとを有する熱式空気流量センサに関する。 The present invention relates to a thermal air flow sensor for measuring an air flow rate, for example, a thermal type sensor having a flow rate sensor for measuring an air flow rate of air sucked into an internal combustion engine and an environmental sensor for measuring environmental characteristics of the air. The present invention relates to an air flow sensor.
従来から自動車などの内燃機関の電子制御燃料噴射装置に設けられ吸入空気量を測定する空気流量センサとして、熱式のものが質量空気量を直接検知できることから主流となってきている。この中で、特に半導体マイクロマシニング技術により製造された熱式空気流量センサ及びそのセンサ素子が、コストが低減でき且つ低電力で駆動することが出来ることから注目されてきた。 2. Description of the Related Art Conventionally, a thermal type air flow sensor that is provided in an electronically controlled fuel injection device of an internal combustion engine such as an automobile and measures an intake air amount has become mainstream because a mass air amount can be directly detected. Among these, a thermal air flow sensor manufactured by a semiconductor micromachining technique and its sensor element have been attracting attention because they can be reduced in cost and can be driven with low power.
最近の内燃機関では低燃費化を図るために、更に高度なエンジン制御が求められており、吸入空気量のみならず吸入空気の温度、圧力および湿度等の環境パラメータも高精度に計測することが求められている。これらの吸入空気量、温度、圧力および湿度等の計測信号は、燃焼工程に係わる重要なデータとなり、燃料噴射時間等の計算のために用いられる。 In recent internal combustion engines, more advanced engine control is required in order to reduce fuel consumption, and environmental parameters such as intake air temperature, pressure, and humidity can be measured with high accuracy as well as intake air amount. It has been demanded. These measurement signals such as the intake air amount, temperature, pressure, and humidity are important data related to the combustion process, and are used for calculating the fuel injection time and the like.
この様に、吸入空気量、温度、圧力および湿度等を計測する環境センサを有する熱式空気流量センサの先行技術文献としては、例えば以下の特許文献1、2が存在する。
As described above, for example, the following
特許文献1(特許第3335860号公報)の従来例では、環境センサとして吸入空気の湿度を計測する湿度センサを有する熱式空気流量センサが開示されている。湿度センサ素子は、流量センサ素子と半導体基板上にマイクロマシニング技術によって一体形成されたセンサ素子構造となっている。 In the conventional example of Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3335860), a thermal air flow sensor having a humidity sensor that measures the humidity of intake air is disclosed as an environmental sensor. The humidity sensor element has a sensor element structure integrally formed on the flow rate sensor element and the semiconductor substrate by micromachining technology.
特許文献1の図6に示されるように従来例の実装構造では、湿度センサ素子は、空気流の影響を直接受けないように保護体により覆われ、さらに、保護体には吸気中の水蒸気が保護体内の湿度センサ素子に到達する程度の寸法の小さい通気孔が形成される構成となっている。
As shown in FIG. 6 of
この様に構成された従来例では、湿度センサ素子が空気流に直接晒されることを防止されていることから、自動車等の内燃機関の吸気通路に実装された場合においても、防塵等の点から望ましい構成となっている。 In the conventional example configured in this way, the humidity sensor element is prevented from being directly exposed to the air flow, so even when mounted in the intake passage of an internal combustion engine such as an automobile, from the viewpoint of dust prevention and the like. It has a desirable configuration.
しかし、湿度センサ素子は、流量センサ素子が配置された副通路よりも吸気通路(主通路)の管壁(通路壁)に近い場所に位置することになり、自動車等の内燃機関の温度上昇により管壁の熱が湿度センサ素子に伝導するとともに、流量センサ素子のヒータの熱影響も受けることから、湿度の計測精度に悪影響を与える課題がある。 However, the humidity sensor element is located closer to the pipe wall (passage wall) of the intake passage (main passage) than the sub-passage in which the flow rate sensor element is disposed, and due to the temperature rise of an internal combustion engine such as an automobile Since heat of the tube wall is conducted to the humidity sensor element and is also affected by the heat of the heater of the flow sensor element, there is a problem that adversely affects humidity measurement accuracy.
一方、特許文献2(特表2001−509854号公報)の従来例では、環境センサとして吸入空気の湿度を計測する湿度センサと、圧力を計測する圧力センサを有する熱式空気流量センサが開示されている。 On the other hand, in the conventional example of Patent Document 2 (Japanese Patent Publication No. 2001-509854), a humidity sensor that measures the humidity of intake air as an environmental sensor and a thermal air flow sensor that has a pressure sensor that measures pressure are disclosed. Yes.
特許文献2の図1に示されるように従来例の実装構造では、特許文献1と同じように、湿度センサは、流量センサ素子が配置された副通路よりも吸気通路(主通路)の管壁(通路壁)に近い場所に位置する構成となっている。従って、特許文献1と同様に、自動車等の内燃機関の温度上昇により、吸気通路の管壁の熱が湿度センサ素子に伝導することから、湿度の計測精度に悪影響を与える課題がある。
As shown in FIG. 1 of
また、特許文献2の図2では、流量センサ素子と圧力センサ素子が半導体基板上に一体形成され、副通路内に配置される構造となっている。この様な構成では、圧力センサ素子が空気流に直接晒されることから、圧力の計測精度および防塵等の点から課題を有する。
Moreover, in FIG. 2 of
更には、特許文献2の図3では、湿度検出のための湿度センサが空気流量センサとは別個に吸気通路に設置されており、部品点数が多くなりまた組立工数が増大し製造コストの面で十分でない。
Furthermore, in FIG. 3 of
本発明の目的は、上記の従来例の課題を解決し、自動車等の内燃機関の温度上昇により吸気通路の管壁の熱影響を受けない、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供することにある。 The object of the present invention is to solve the problems of the above-described conventional example, and to provide a thermal air having a low-cost and high-precision environmental sensor that is not affected by the heat of the pipe wall of the intake passage due to the temperature rise of an internal combustion engine such as an automobile It is to provide a flow sensor.
上記課題を解決する本発明の熱式空気流量センサは、主通路内に配置されるハウジングと、該ハウジング内に形成されて前記主通路内を流れる空気の一部が通過する副通路と、前記ハウジング内に形成されて前記主通路と前記副通路の少なくとも一方に連通する計測室と、前記副通路内に配置されて該副通路内を通過する空気の空気流量を計測する流量センサ素子と、前記計測室内に収納されて前記計測室内の空気の温度、圧力、湿度の少なくとも一つを計測する環境センサ素子と、を有する熱式空気流量センサであって、前記計測室が前記副通路よりも前記主通路の通路壁から離反した通路中央側に配置されていることを特徴としている。 The thermal air flow sensor of the present invention that solves the above problems includes a housing disposed in a main passage, a sub-passage that is formed in the housing and through which a part of the air flowing in the main passage passes, A measurement chamber that is formed in the housing and communicates with at least one of the main passage and the sub-passage, a flow rate sensor element that is disposed in the sub-passage and measures the air flow rate of air passing through the sub-passage, An environmental sensor element that is housed in the measurement chamber and measures at least one of temperature, pressure, and humidity of air in the measurement chamber, wherein the measurement chamber is more than the sub-passage. It is characterized by being disposed on the center side of the passage away from the passage wall of the main passage.
本発明によれば、環境センサ素子を収納する計測室が副通路よりも主通路の通路壁から離反した通路中央側に配置されているので、環境センサ素子が通路壁からの熱影響を受けるのを抑制できる。したがって、例えば、内燃機関の温度上昇により吸気通路の管壁の熱影響を受けない高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。 According to the present invention, since the measurement chamber for storing the environment sensor element is disposed on the center side of the passage farther from the passage wall of the main passage than the sub passage, the environment sensor element is affected by the heat from the passage wall. Can be suppressed. Therefore, for example, it is possible to provide a thermal air flow sensor having a highly accurate environmental sensor that is not affected by the heat of the pipe wall of the intake passage due to the temperature rise of the internal combustion engine.
また、前記ハウジングには、前記主通路と前記計測室との間を連通する第1の連通穴が形成されており、前記第1の連通穴は、前記主通路内で該主通路内を通過する空気の流れ方向に沿って延在する前記ハウジングのハウジング外壁面に開口する構成としてもよい。 The housing has a first communication hole that communicates between the main passage and the measurement chamber, and the first communication hole passes through the main passage in the main passage. It is good also as a structure opened to the housing outer wall surface of the said housing extended along the flow direction of the air to do.
したがって、第1の連通穴を通過させて主通路から計測室に空気を取り込むことができる。そして、第1の連通穴が主通路内を通過する空気の流れ方向に沿って延在するハウジングのハウジング外壁面に開口しているので、主通路から計測室に空気を取り込む際に、空気中に含まれている塵埃等の異物が第1の連通穴に流入するのを妨げることができ、計測室に収納されている環境センサ素子を塵埃等の異物から保護することができる。したがって、高信頼の環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。 Therefore, air can be taken into the measurement chamber from the main passage through the first communication hole. And since the 1st communicating hole is opening in the housing outer wall surface of the housing extended along the flow direction of the air which passes the inside of a main passage, when taking in air from a main passage to a measurement chamber, Can prevent foreign matter such as dust contained in the gas from flowing into the first communication hole, and protect the environmental sensor element housed in the measurement chamber from foreign matter such as dust. Therefore, a thermal air flow sensor having a highly reliable environmental sensor can be provided.
また、前記第1の連通穴は、前記ハウジング外壁面に凹設された窪み部内に開口する構成としてもよく、また、前記主通路の下流側に向かって開口する構成としてもよい。そして、第1の連通穴は、前記ハウジングの前記計測室を形成する互いに対向配置された一対の壁部にそれぞれ穿設されて形成されている構成としてもよい。これらの構成によれば、塵埃等の異物が第1の連通穴に流入するのを更に抑制することができ、高信頼の環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。 Further, the first communication hole may be configured to open into a recessed portion provided in the outer wall surface of the housing, or may be configured to open toward the downstream side of the main passage. And the 1st communicating hole is good also as a structure each drilled and formed in a pair of wall part arranged mutually opposing which forms the measurement chamber of the housing. According to these configurations, it is possible to further suppress foreign matters such as dust from flowing into the first communication hole, and it is possible to provide a thermal air flow sensor having a highly reliable environmental sensor.
また、ハウジングには、前記副通路と前記計測室との間を連通する第2の連通穴が形成されている構成としてもよい。この構成によれば、高精度および高信頼の環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。 The housing may have a second communication hole that communicates between the sub-passage and the measurement chamber. According to this configuration, a thermal air flow sensor having a highly accurate and highly reliable environmental sensor can be provided.
また、前記流量センサ素子と前記環境センサ素子が共通支持基板に搭載され一体化された構成とすることにより、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。 Further, by adopting a configuration in which the flow sensor element and the environment sensor element are mounted and integrated on a common support substrate, a thermal air flow sensor having a highly accurate environmental sensor can be provided at a low cost.
また、前記共通支持基板には、前記流量センサ素子と前記環境センサ素子の他に、各センサ素子の出力信号を処理する信号処理回路が搭載され、且つ各センサ素子と前記信号処理回路を接続する電気配線層が配設されたことにより、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。 In addition to the flow sensor element and the environmental sensor element, the common support substrate is mounted with a signal processing circuit for processing an output signal of each sensor element, and connects each sensor element to the signal processing circuit. By providing the electrical wiring layer, it is possible to provide a thermal air flow sensor having a highly accurate environmental sensor at low cost.
また、前記共通支持基板には、前記流量センサ素子を収納する凹部が設けられ、前記流量センサ素子の表面が前記共通支持基板の表面よりはみ出ないように前記凹部内に配置したことにより、高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。 In addition, the common support substrate is provided with a recess for housing the flow rate sensor element, and the surface of the flow rate sensor element is disposed in the recess so as not to protrude from the surface of the common support substrate. A thermal air flow sensor having an environmental sensor can be provided.
また、前記環境センサ素子は、圧力センサ素子、湿度センサ素子、温度センサ素子の少なくとも一つを有するので、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。 Further, since the environmental sensor element includes at least one of a pressure sensor element, a humidity sensor element, and a temperature sensor element, a thermal air flow sensor having a highly accurate environmental sensor can be provided at low cost.
また、前記流量センサ素子と前記環境センサ素子は、半導体基板上にマイクロマシニング技術によって形成されたセンサ素子としたことにより、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。 Further, the flow sensor element and the environmental sensor element are sensor elements formed on a semiconductor substrate by a micromachining technique, thereby providing a thermal air flow sensor having a highly accurate environmental sensor at low cost.
また、前記流量センサ素子と前記環境センサ素子は、共通の半導体基板上にマイクロマシニング技術によって一体化形成されたセンサ素子としたことにより、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。 In addition, the flow rate sensor element and the environmental sensor element are sensor elements integrally formed on a common semiconductor substrate by micromachining technology, so that a thermal air flow sensor having a highly accurate environmental sensor at low cost. Can provide.
本発明によれば、環境センサ素子を収納する計測室が副通路よりも主通路の通路壁から離反した通路中央側に配置されているので、環境センサ素子が通路壁からの熱影響を受けるのを抑制できる。したがって、例えば、内燃機関の温度上昇により吸気通路の管壁の熱影響を受けない高精度、高信頼で低コストの環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。 According to the present invention, since the measurement chamber for storing the environment sensor element is disposed on the center side of the passage farther from the passage wall of the main passage than the sub passage, the environment sensor element is affected by the heat from the passage wall. Can be suppressed. Therefore, for example, it is possible to provide a thermal air flow sensor having a highly accurate, reliable, and low-cost environmental sensor that is not affected by the heat of the pipe wall of the intake passage due to the temperature rise of the internal combustion engine.
以下、本発明に係る実施例を図面に基づき詳細に説明する。
[実施例1]
図1は本発明の一実施例を示す環境センサを有する熱式空気流量センサの縦断面図で、図2は、図1のA−A’断面図である。自動車等の内燃機関の吸気通路(主通路)2内には、環境センサを有する熱式空気流量センサ1のモジュールハウジング15がモジュールフランジ12を介して取りつけられている。
Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[Example 1]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a thermal air flow sensor having an environmental sensor showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. A
モジュールハウジング15の先端部には、吸気通路2内を流れる空気の一部が通過するように副通路7(7a、7b)が形成されており、副通路7b内部には流量センサ素子4が設置されている。また、流量センサ素子4が設置された副通路7bの吸気通路2の中心側には、環境センサ素子5を収納する計測室10がモジュールハウジング15に設置されている。すなわち、計測室10は、副通路7よりも吸気通路2の通路壁から離反した通路中央側に配置されている。
A sub-passage 7 (7a, 7b) is formed at the tip of the
流量センサ素子4および環境センサ素子5は、モジュールハウジング15内部に設置されており、共通支持基板6上に、信号処理回路11とともに一体搭載されて、電気的に接続され、更に信号処理回路11はコネクタ13内のコネクタ端子14を介して外部と電気的に接続される。
The
副通路7は、吸気通路2の内部を流れる空気の流れである主空気流3に対して垂直に開口した副通路入口部8と、吸気通路2内部を流れる主空気流3と平行に開口した副通路出口部9を有している。更に、入口部8の副通路7の直線部7aは、その最底部にて連続的な曲面にて180°迂回しており、流量センサ素子4は、副通路7の直線部7b内に設置されている。
The
本構造によれば、吸気通路2から副通路7の内部に主空気流3とともに侵入した塵埃等の異物は、その自身の持っている速度と質量による慣性力により、いわゆる慣性効果により副通路7の最底部を迂回して最外周部分に沿うように進行するため、副通路7bのほぼ中心付近に設置されている流量センサ素子4に衝突することなく、副通路出口部9より再度吸気通路2へ排出される。
According to this structure, foreign matter such as dust that has entered along with the
流量センサ素子4は、図2に示すように、上下のモジュールハウジング15a、15bに挟まれた共通支持基板6に設けられた凹部19内に、副通路7bの空気流に対して共通支持基板6の表面よりはみ出さないように設置される。流量センサ素子4が共通支持基板6の表面からはみ出すと、副通路7bの空気流の乱流影響を受けて空気流量の正確な計測が出来なくなるとともに、侵入した塵埃等の異物の衝撃リスクが高くなる。
As shown in FIG. 2, the flow
環境センサ素子5は、共通支持基板6の先端部に設置され、副通路7と隔離された上下のモジュールハウジング15a、15bにて構成される計測室10内に収納される。計測室10には、吸気通路2に連通する連通穴(第1の連通穴)16a、16bが設けられている。連通穴16a、16bは、吸気通路2内を通過する主空気流3と平行に開口するように設けられている。
The
具体的には、連通穴16a、16bは、計測室10を形成するモジュールハウジング15a、15bの互いに対向配置された一対の壁部に穿設されて形成されている。そして、主空気流3の流れ方向に沿って延在するモジュールハウジング15のハウジング外壁面15c、15dに開口している。
Specifically, the communication holes 16 a and 16 b are formed by being drilled in a pair of wall portions arranged opposite to each other of the
このように、連通穴16a、16bを主空気流3と平行する方向に開口するように構成したことにより、主空気流3内の塵埃等の衝撃リスクが低減できるとともに、連通穴16a、16bに発生する負圧を利用して新規の主空気流3を計測室10内に低速で直接流入させることができ、環境センサ素子5による計測が正確に実行できる。
As described above, the
連通穴16a、16bに発生する負圧は、連通穴16a、16bの大きさおよび設置位置により最適に設定できる。連通穴16a、16bの大きさを非対称に設定することにより連通穴16a、16bには負圧差が発生し、計測室10内に流入する新規の主空気流3の方向および流量を制御することができる。
The negative pressure generated in the
なお、図2に点線で示すように、モジュールハウジング15に副通路7と計測室10との間を連通する連通穴(第2の連通穴)16cを設けてもよく、連通穴16a、16bと連通穴16cとの間に負圧差を発生させ、計測室10内に流入する新規の主空気流3の方向および流量を制御することができる。また、連通穴16a、16bは、いずれか一方のみでもよく、また、連通穴16cのみであってもよい。
2, the
また、自動車等の内燃機関の環境を想定した場合には、雨滴や凍結を考慮して信頼性を確保する必要がある。連通穴16a、16bの大きさに関しては、上記の雨滴や凍結を考慮した適切な大きさに設定する必要がある。
In addition, when an environment of an internal combustion engine such as an automobile is assumed, it is necessary to ensure reliability in consideration of raindrops and freezing. The size of the
連通穴16a、16bの大きさとしては、小さすぎると雨滴が表面張力により連通穴を塞いだ状態となり、計測室10内に流入する新規の主空気流3を阻害することになる。また、冬季には凍結する可能性もあり、連通穴16a、16bの大きさとして雨滴や凍結を防止するためにある程度の大きさを確保する必要がある。
If the size of the communication holes 16 a and 16 b is too small, raindrops will block the communication hole due to surface tension, and the new
一方、連通穴16a、16bを大きくし過ぎると、主空気流3に含まれる塵埃等が計測室10内に流入して環境センサ素子5を直撃して損壊する可能性があるので、この場合には、塵埃を防止する適切な大きさの連通穴に設定する必要がある。また、より計測室10内に流入する新規の主空気流3を増量する場合には、塵埃を防止する適切な大きさの連通穴を複数個設ける必要がある。
上記の様に、連通穴16a、16bの大きさおよび連通穴の数を適切に設定することにより、連通穴における適切な負圧差が設定でき、計測室10内に流入する新規の主空気流3の方向および流量を制御することができる。
On the other hand, if the
As described above, by appropriately setting the sizes of the
また、計測室10内に水分が滞留すると正確な計測が不可能となるので、連通穴16a、16bの他に水分を主空気流3側あるいは副通路7側に排泄するために別の連通穴(排出穴)を計測室10に形成することも可能である。
In addition, since accurate measurement becomes impossible if moisture stays in the
また、環境センサ素子5を共通支持基板6の先端部に設置し、副通路7と隔離された計測室10内に収納したことにより、環境センサ素子5に対する空気流の影響を受けることもない。また、環境センサ素子5を流量センサ素子4が配置された副通路7bよりも前記主空気流3の中心側に配置したことにより、副通路7bによる冷却効果が期待でき、従来例での自動車等の内燃機関の温度上昇による吸気通路2の管壁の熱影響が低減され、高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサが実現できる。
In addition, since the
図3およびに図4に、共通支持基板6の詳細平面図と断面図を示す。共通支持基板6は、セラミック積層基板6a、6b、6cにて構成されている。流量センサ素子4は、共通支持基板6に形成された凹部19に接着剤等により接着・固定される。また、環境センサ素子5は、共通支持基板6の先端部に同じく接着剤等により接着・固定される。環境センサ素子5および流量センサ素子4は、接続端子17aと金線18aによりワイヤボンドされ、セラミック積層基板6a、6b、6cに形成された配線層20により信号処理回路11と電気接続される。
3 and 4 are a detailed plan view and a cross-sectional view of the
更に、環境センサ素子5および流量センサ素子4の出力信号は、信号処理回路11にて適切な補正等の処理が行われた後に、配線層20、接続端子17bと金線18bのワイヤボンドによりコネクタ端子14を介して外部に出力される。
Further, the output signals of the
流量センサ素子4は、シリコン等の半導体基板の下面より異方性エッチングにより電気絶縁膜からなるダイヤフラムに形成された少なくともヒータを有する。ヒータの温度は、所定の温度になるように加熱電流を流して制御し、加熱電流もしくはヒータの上下流に配置した温度センサの温度差から、空気流量を検出する。
The
また、環境センサ素子5は、同じくシリコン等の半導体基板上に形成された、湿度センサ素子5a、圧力センサ素子5bおよび温度センサ素子5cからなる。これらのセンサ素子は、半導体マイクロマシニング技術により共通の半導体基板上に一体形成されたものである。
The
湿度センサ素子5aとしては、例えば従来例である特許文献1に記載の湿度センサ素子と同様の素子が用いられるが、別の方式の湿度センサ素子を適用してもかまわない。また、圧力センサ素子5bとしては、シリコン等の半導体基板の下面より異方性エッチングして形成されたシリコン・ダイヤフラムに加わる圧力を、ダイヤフラムに形成されたピエゾ抵抗効果により検出する構成あるいは静電容量により検出する構成となっている。温度センサ素子5cは、半導体基板上に形成されたポリシリコンや金属等からなる抵抗体の温度変化から検出する構成である。
As the
この様に構成された本発明の環境センサを有する熱式空気流量センサでは、副通路7bに形成された流量センサ素子4により空気流量が、計測室10に収納された環境センサ素子5の湿度センサ素子5a、圧力センサ素子5bおよび温度センサ素子5cから、主空気流3の湿度、圧力および温度の環境パラメータが高信頼で高精度に検出される。
In the thermal air flow sensor having the environment sensor of the present invention configured as described above, the air flow rate is controlled by the
また、共通支持基板6のセラミック材料として、アルミナ、またはアルミナとガラスの複合材を採用することにより、熱伝導率が小さく出来、自動車等の内燃機関の温度上昇により吸気通路2の管壁の熱影響を低減することが出来る。
Further, by adopting alumina or a composite material of alumina and glass as the ceramic material of the
更に、セラミック積層基板6a、6b、6cの構成としたことにより、積層基板の表面、及び裏面には印刷等の配線パターンが、積層基板間には部分的に形成されたスルーホールが形成できることから、電気部品を含めて一体で構成することで小型化が図られ、コスト低減も可能である。
Furthermore, since the
[実施例2]
図5に、本発明の第二実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの共通支持基板6の断面図を示す。
[Example 2]
FIG. 5 shows a cross-sectional view of the
図4に示した第一の実施例と異なるのは、セラミック積層基板6a、6b、6cで構成された共通支持基板6に凹部21を設けたことである。
The difference from the first embodiment shown in FIG. 4 is that the
凹部21は、自動車等の内燃機関の温度上昇により吸気通路2の管壁の熱影響およびヒータが形成された流量センサ素子4からの熱影響が、環境センサ素子5に及ぼすことを防止する。熱絶縁効果を有する凹部21を設けたことにより、第一の実施例により更に熱影響の低減が図られ、主空気流3の湿度、圧力および温度の環境パラメータがより高精度に検出される。
The
[実施例3]
図6には、本発明の第三実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの共通支持基板6の平面図を示す。
[Example 3]
In FIG. 6, the top view of the
図3に示した第一の実施例と異なるのは、環境センサ素子5の湿度センサ素子5a、圧力センサ素子5bおよび温度センサ素子5cが、夫々別のシリコン等の半導体基板上に形成されていることである。この様に、別々の半導体基板上にセンサ素子を形成することにより、夫々の湿度センサ素子5a、圧力センサ素子5bおよび温度センサ素子5cに最適なセンサ構造および製造プロセスが選択できる利点がある。
Unlike the first embodiment shown in FIG. 3, the
更に、湿度センサ素子5aとして、半導体基板を用いないセラミック基板に感湿膜を形成し電気抵抗および静電容量を検知する湿度センサ方式を、また、温度センサ素子5cとして、サーミスタ等のバルク型のチップ抵抗やセラミック支持基板6に印刷された印刷抵抗等を用いることが可能となる。圧力センサ素子5bに関しても、同様に種々の構造が適用可能となる。
Further, as the
また、システム構成によっては、湿度センサ素子5a、圧力センサ素子5bおよび温度センサ素子5cの全てを採用するのではなく、必要に応じて、これらのセンサ素子から1ないし2センサ素子を選択して採用することも可能となる。
Further, depending on the system configuration, not all of the
[実施例4]
図7には、本発明の第四の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの共通支持基板6の平面図を示す。
[Example 4]
In FIG. 7, the top view of the
図3に示した第一の実施例と異なるのは、流量センサ素子4と環境センサ素子5の湿度センサ素子5a、圧力センサ素子5bおよび温度センサ素子5cを、共通のシリコン等の半導体基板22上に一体形成したことである。この様に、流量センサ素子4と環境センサ素子5を半導体基板22上に一体形成したことにより、部品点数の低減による低コスト化が図られる。
The difference from the first embodiment shown in FIG. 3 is that the
[実施例5]
図8は、本発明の第五の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの縦断面図で、図9は、図8のB−B’断面図である。
[Example 5]
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a thermal air flow sensor having an environmental sensor according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
図1および図2に示した第一の実施例と異なるのは、副通路7の構成である。第一の実施例では、副通路7の直線部7aは、その最底部にて連続的な曲面にて180°迂回して直線部7bに到る、所謂、耐塵埃性の高い慣性効果を有していたのに対して、本実施例では直管構成となっている点である。主空気流3は、入口8から直管構造の副通路7に入り、出口9より吸気通路2に到る。
What is different from the first embodiment shown in FIG. 1 and FIG. In the first embodiment, the
この様な構成は、自動車の内燃機関の空気流量を計測するには、信頼性の点で問題となるが、産業用または半導体製造等に用いられる塵埃等の異物が制御されたガスの流量検出には適用できる。第一の実施例の副通路7に比較して、簡便な副通路となっていることから低コスト化が図られる。
Such a configuration is a problem in terms of reliability in measuring the air flow rate of an internal combustion engine of an automobile, but it is a gas flow rate detection in which foreign matter such as dust used in industrial or semiconductor manufacturing is controlled. Is applicable. Compared to the
[実施例6]
図10には、本発明の第六の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの連通穴16aの詳細断面図を示す。
[Example 6]
FIG. 10 is a detailed cross-sectional view of the
図2および図9のC部に示した実施例では、連通穴16aは、環境センサ素子5が収納される計測室10を形成する平板状の上部ハウジング15bに、主空気流3に平行に開口する様に直線状に構成されていた。これに対して本実施例では、図10に示す様に、上部ハウジング15bのハウジング外壁面15dに窪み部24を設け、この窪み部24内に連通穴16aが開口するように形成している。
In the embodiment shown in part C of FIGS. 2 and 9, the
この様に、窪み部24を設けることにより、主空気流3に含まれる塵埃等の異物23の進行する方向に対して、連通穴16aの開口部が影になることから、開口部から異物23が計測室10に侵入するリスクが低減できる。この結果、環境センサ素子5の進入した塵埃等の異物23の衝突による破壊が防止でき、より信頼性の高い環境センサを有する熱式空気流量センサが実現できる。また、連通穴16b側にも、連通穴16aと同様の構造が対称に形成される。
In this manner, by providing the
[実施例7]
図11には、本発明の第七の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの連通穴16aの詳細断面図を示す。
[Example 7]
FIG. 11 is a detailed cross-sectional view of the
この実施例では、上部ハウジング15bの窪み部24の連通穴16aに、主空気流3の下流方向に伸びる曲がり部25を設けた。この様に、連通穴16aに曲がり部25を設けたことにより、連通穴16aが主空気流3の下流方向に向かって開口することになり塵埃等の異物23の進入を更に防止することが可能となる。
In this embodiment, a
[実施例8]
図12には、本発明の第八の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの詳細断面図を示す。
[Example 8]
FIG. 12 is a detailed sectional view of a thermal air flow sensor having an environmental sensor according to the eighth embodiment of the present invention.
この実施例では、上部ハウジング15bの窪み部24の連通穴16aに換えて、メッシュあるいはフィルター等の開口手段26を設けた。この様な構成でも、塵埃等の異物23の進入を防止することが可能となる。
In this embodiment, an opening means 26 such as a mesh or a filter is provided in place of the
上記の実施例における連通穴16、メッシュあるいはフィルター等の開口手段26では、孔の大きさ、孔の数等に関しては、予想される主空気流3の流量範囲および塵埃等の異物23の大きさ、量に対応して適宜選択できる。
In the communication hole 16 and the opening means 26 such as a mesh or a filter in the above embodiment, regarding the size of the hole, the number of holes, etc., the expected flow range of the
1 熱式空気流量センサ
2 吸気通路(主通路)
2a 通路壁
3 主空気流
4 流量センサ素子
5 環境センサ素子
6、6a、6b、6c 共通支持基板
7、7a、7b 副通路
8 入口
9 出口
10 計測室
11 信号処理回路
12 モジュールフランジ
13 コネクタ
14 コネクタ端子
15、15a、15b ハウジング
15c、15d ハウジング外壁面
16a、16b 連通穴(第1の連通穴)
16c 連通穴(第2の連通穴)
25 連通穴
17a、17b 接続端子
18a、18b 金線
19、21 凹部
20 配線部
22 半導体基板
23 塵埃等の異物
24 窪み部
26 開口手段
1 Thermal
16c communication hole (second communication hole)
25
Claims (12)
該ハウジング内に形成されて前記主通路内を流れる空気の一部が通過する副通路と、
前記ハウジング内に形成されて前記主通路と前記副通路の少なくとも一方に連通する計測室と、
前記副通路内に配置されて該副通路内を通過する空気の空気流量を計測する流量センサ素子と、
前記計測室内に収納されて前記計測室内の空気の温度、圧力、湿度の少なくとも一つを計測する環境センサ素子と、を有する熱式空気流量センサであって、
少なくとも、前記計測室は、前記主通路の通路壁から離間し、前記副通路よりも前記主通路の中央側よりの前記ハウジング内の空間部に配置され、前記主通路と前記副通路の少なくとも一方と連通穴を介して連通していることを特徴とする熱式空気流量センサ。 A housing disposed in the main passage;
A sub-passage formed in the housing and through which a part of the air flowing in the main passage passes;
A measurement chamber formed in the housing and communicating with at least one of the main passage and the sub-passage;
A flow rate sensor element that is disposed in the sub-passage and measures an air flow rate of air passing through the sub-passage;
An environmental sensor element that is housed in the measurement chamber and measures at least one of temperature, pressure, and humidity of the air in the measurement chamber;
At least the measurement chamber is spaced from the passage wall of the main passage and is disposed in a space in the housing from the center side of the main passage relative to the sub passage, and at least one of the main passage and the sub passage A thermal air flow sensor characterized in that it communicates with the air through a communication hole .
該第1の連通穴は、前記主通路内で該主通路内を通過する空気の流れ方向に沿って延在する前記ハウジングのハウジング外壁面に開口することを特徴とする請求項1に記載の熱式空気流量センサ。 The communication hole has a first communicating hole communicating between said main passage and said measuring chamber,
The first communicating holes, according to claim 1, characterized in that the opening in the housing outer wall surface of the housing extending along the flow direction of air passing through the main passage by the main passage Thermal air flow sensor.
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