專利名稱：熱式空氣流量計的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用發熱電阻測量空氣流量的熱式空氣流量計，例如涉及適合測定內燃機的吸入空氣流量的空氣流量計。
這樣的熱式空氣流量計，作為空氣流量測定元件，例如可使用直接或間接與吸入空氣熱交換的發熱電阻及補償空氣流量測定時的空氣溫度變化的電阻(也有稱作溫度補償電阻、或感溫電阻、或測溫電阻)等。控制流過發熱電阻的電流，使發熱電阻與溫度補償電阻的溫度差為一定，通過將該電流值變換成電氣信號測定空氣流量。
發熱電阻與溫度補償電阻是具有溫度依存性的電阻，在現有技術中，已提出例如在硅(Si)等半導體基板上施以半導體精細加工技術、在基板表面形成薄膜狀空氣流量用電阻區域的技術，這種方式由于可以比較容易地且可以大量生產方式生產熱式空氣流量計，作為具有經濟性且可以低電力驅動的產品，已引起人們關注。
作為半導體式空氣流量測定元件，例如日本專利特表平9-503310號公報中被展示。該現有例，在用于測定內燃機吸氣質量的質量測定裝置中，作為傳感器元件，半導體，例如對硅片進行腐蝕處理形成膜片狀傳感區域，在該傳感區域形成多個電阻層(一是具有溫度依存性的測定電阻，一是加熱上述測定電阻的發熱電阻)。另外，關于用于補償流動介質溫度的介質溫度電阻，為避開上述發熱電阻的熱影響，將其配置于質量測定裝置殼體外面。
作為其他現有例，例如日本專利特開2000-28411號公報中所展示的那樣提出了在硅、鋁、玻璃等的基板的一端形成流量檢測部和溫度檢測部，該流量檢測部形成發熱體及由該發熱體加熱的流量測定用感溫體，該溫度檢測部形成進行流量測定的空氣溫度補償的感溫體，由模壓的包覆材料包覆基板的一部分及其輸出端子的方案。另外，在該現有例中，溫度檢測部為避開流量檢測部的熱影響，提出了在流量檢測部與溫度檢測部之間設縫隙的技術。
如上所述，在熱式空氣流量計中，作為空氣流量測定元件，使用發熱電阻及用于溫度補償的電阻。
關于內燃機，根據其空氣流量值對燃料供給進行控制，但除此以外可以考慮使用吸氣溫度傳感器將吸氣溫度用于各種汽車控制中。例如，點火時間控制、渦輪增壓器過量供壓控制、緊急加速時的燃料噴射量的限制控制、以及判斷觸媒是否達到活性溫度等。
本發明的目的即在于可實現吸氣溫度傳感器與空氣流量計的一體化，減少傳感器零件件數與成本，達到安裝作業與安裝空間的合理化，而且提供可保持吸氣溫度傳感器良好精度的空氣流量計。
再就是，在使吸氣溫度檢測元件(用途方面沒有特別要求)與空氣流量計一體化的情況下，吸氣溫度檢測元件與熱式空氣流量測定元件即使裝于一個共同的支承體上，也可充分消除空氣流量測定元件的發熱電阻或回路部與從發動機來的熱影響，提高吸氣溫度測定精度，而且，提供即使被置于吸氣中所含的水分、汽油蒸氣、發動機油、漏氣所含二氧化硫氣體、氮氧化物等產生金屬腐蝕的環境下，仍可維持吸氣溫度檢測元件的健全性的熱式空氣流量計。
再就是，在支承體中遠離吸氣管管壁方的一部分的兩面做成易于由流過吸氣管的空氣流吸熱的構造，在該被吸熱的支承體面上配置前述空氣流量測定元件及前述吸氣溫度檢測元件。
另外，還提出如下的發明。
一個是，在熱式空氣流量計中，具有吸氣溫度檢測元件，該吸氣溫度檢測元件與前述空氣流量測定元件安裝于一個玻璃陶瓷制或陶瓷制支承體、位于吸氣通路內；前述支承體由安裝于前述吸氣管的管壁的保持部懸臂支承；前述吸氣溫度檢測元件配置在與前述支承體的懸臂支承側相反一側的一端、且比前述空氣流量測定元件還遠離前述保持部的位置。另外，空氣流量測定元件與前述吸氣溫度檢測元件，分別與配設于前述支承體的導體電氣地連接，通過樹脂密封這些電氣的連接部。
另一個是，前述支承體遠離前述吸氣管管壁方的一部分的兩面做成易于由流過吸氣管的空氣流吸熱的構造，在該被吸熱的支承體面上配置前述空氣流量測定元件與前述吸氣溫度檢測元件。
再一個是，前述空氣流量測定元件與前述吸氣溫度檢測元件安裝于分別設于前述支承體的凹部，與配設于前述支承體的導體電氣地連接，通過樹脂密封這些電氣的連接部。
圖2是表示在用于第一實施例的支承體(層疊基板)上安裝空氣流量測定元件及吸氣溫度檢測元件等的狀態的縱剖面圖。
圖3是圖2的俯視圖。
圖4是上述實施例使用的空氣流量測定元件的俯視圖。
圖5是透視表示上述實施例使用的吸氣溫度檢測元件的安裝狀態的立體圖。
圖6是搭載上述實施例的空氣流量計的發動機系統的概要圖。
圖7是上述實施例使用的空氣流量計的電路圖。
圖8是表示在本發明第二實施例中使用的支承體上安裝測量元件之狀態的縱剖面圖。
圖9是表示在本發明第三實施例中使用的支承體上安裝測量元件之狀態的縱剖面圖。


圖10是表示在本發明第四實施例中使用的支承體上安裝測量元件之狀態的縱剖面圖。
圖11是表示在本發明第五實施例中使用的支承體上安裝測量元件之狀態的縱剖面圖。
圖12是表示在本發明第六實施例中使用的支承體上安裝測量元件之狀態的平面圖。
圖13是第六實施例縱剖面圖。
圖14是從支承體背面看本發明第七實施例中使用的支承體上安裝測量元件之狀態的局部省略俯視圖。
圖15是圖14的A-A線剖面圖。
圖16是表示在本發明第八實施例中使用的支承體上安裝測量元件之狀態的局部省略俯視圖。
圖17是表示在本發明第九實施例中使用的支承體上安裝測量元件之狀態的局部省略俯視圖。
圖18是第九實施例中使用的空氣流量測定元件的俯視圖。
圖19是第九實施例使用的空氣流量計的電路圖。
圖20是表示第九實施例的空氣流量測定元件上的溫度分布的說明圖。
圖21是表示第九實施例使用的帶穿孔的空氣流量測定元件與不帶穿孔的空氣流量測定元件的輸出特性隨時間變化的線圖。
圖22是表示第九實施例的污損物質附著前的支承體上流過的空氣狀態的說明圖。
圖23是表示第九實施例的污損物質附著后的支承體上流過的空氣狀態的說明圖。
圖24(a)是表示向本發明第十實施例使用的支承體上安裝測量元件狀態的局部省略俯視圖，(b)是其B-B線剖面圖，(c)是其C-C線剖面圖。
圖25(a)是表示向本發明第十一實施例使用的支承體上安裝測量元件狀態的局部省略俯視圖，(b)是其D-D線剖面圖。
圖26是表示在本發明第十二實施例使用的支承體上安裝測量元件狀態的局部省略俯視圖。
圖27是表示本發明第十三實施例縱剖面圖。
圖28是表示本發明第十四實施例的縱剖面圖。
圖29是表示本發明第十五實施例的縱剖面圖。
首先，說明本發明第一實施例的熱式空氣流量計。
如圖1所示，本實施例的空氣流量計100，除空氣流量測定元件20以外，還具有起吸氣溫度傳感器作用的吸氣溫度檢測元件1，該吸氣溫度檢測元件1與空氣流量測定元件20安裝于一玻璃陶瓷制支承體10上，位于吸氣通路(吸氣管)42a內的副通路41中。
副通路41，其通路壁的一部分(壁體)41a與保持部40一體形成，另一通路壁(壁體)41b與通路壁41a合起來構成副通路41。
支承體10由安裝于吸氣管壁42的保持部(流量計殼體)40懸臂支承，吸氣溫度檢測元件1配置在與支承體10的懸臂支承側相反一側的一端、且比空氣流量測定元件20還遠離保持部40的位置。另外，如圖3所示，吸氣溫度檢測元件1配置在相對于空氣流動方向比空氣流量測定元件20還靠上游側。
如圖2、圖3所示，空氣流量測定元件20與吸氣溫度檢測元件1，與配設于支承體10的導體11及12電氣地連接，這些電氣連接部31a及12’由絕緣性的樹脂2密封住。樹脂2可以是環氧樹脂、含氟樹脂或玻璃材料中的任何一種。
在本實施例中，如后所述，由層疊基板構成支承體10，上述導體11形成于層疊基板表面；而導體12夾置于層疊基板10的層間，其一端通過設在層疊基板10的通路孔10a在吸氣溫度檢測元件1的設置位置露出，該導體露出部成為電氣連接部12’。關于吸氣溫度檢測元件1的連接形式的詳情，使用圖5后述。
導體12的另一端，通過通路孔10b與層疊基板10上的回路部的端子16電氣地連接。在這里，導體11稱作表層導體。導體12稱作內層導體。
發熱電阻22與感溫電阻23等的端子27(如圖4示)，由金線等電纜結合31a電氣連接于支承體10側的導體11(端子91～94)。
副通路(吸氣測定通路)41，成筒狀地設置于保持部40的一端(前端)，在保持部40的另一端，設有法蘭43及連接殼體44。支承體10中的設置空氣流量測定元件20及吸氣溫度檢測元件1的區域S(圖3)，面臨著副通路41內。連接殼體44的銷端子44a，其一端導入保持部40，通過電纜線31d連接于設在支承體10的端子16。
保持部40及副通路41，通過設于吸氣管壁42的安裝孔45被設置于吸氣通路42a內，空氣流量計100，通過法蘭43安裝于吸氣管壁42。
下面使用圖2、圖4來說明熱式空氣流量測定元件20。
空氣流量測定元件20，通過半導體精細加工技術制作，在單晶硅基板28上形成電氣絕緣層21，在其上面至少模壓形成1個發熱電阻22及感溫電阻23。這些電阻形成區域，在圖3中，相當于符號S的區域。在硅基板28中形成發熱電阻22的區域下部(背面)，形成通過各向異性腐蝕將單晶硅基板28直到電氣絕緣層21除去的空洞部26。由于形成這樣的構造，通過對發熱電阻22進行熱絕緣，可省電使電阻發熱，使利用與空氣流動的熱交換的空氣流量檢測成為可能。
現在說明上述空氣流量測定元件20的制造過程。通過熱氧化或CVD(Chemical Vapor Deposition、化學蒸氣沉淀)等方法在單晶硅基板28上形成作為電氣絕緣層21的二氧化硅層后，通過CVD等方法形成氮化硅層。其次，通過CVD等方法形成多晶硅層，以熱擴散或離子注入法摻雜作為不純物的磷(P)。而后，通過將多晶硅層制作布線圖案形成發熱電阻22、感溫電阻23等。
而后，在通過CVD等方法形成作為保護層29的氮化硅層之后，以CVD等方法形成二氧化硅層。其后，與前述方法同樣，圖案形成保護層，去除形成電極27部分的保護層29。而后，形成鋁層，通過腐蝕法進行圖案形成。最后，為形成空洞部26，在單晶硅基板28的未形成發熱電阻22的面上，通過CVD等方法形成氮化硅層，進行圖案形成。其后，進行各向異性腐蝕，形成空洞部26，通過切刻分割成薄片。分割后的空氣流量測定元件20，例如長邊6mm、短邊2.5mm、厚0.3mm左右。
其次，來說明成為支承體10的層疊基板的制造工序。這里，支承體10是玻璃陶瓷制層疊基板。
首先，將厚度0.1～0.3mm左右的綠色薄片狀態的玻璃陶瓷板以希望的片數密貼、重疊、加壓層疊。在支承體10的表面，為配置空氣流量測定元件20設置凹部13a，該凹部13a，對綠色薄片狀態的層疊基板任意層數通過沖裁模沖成希望的形狀，這樣來形成。
空氣流量測定元件20，通過粘結劑30安裝于凹部13a內。凹部13a的深度，還要考慮該粘結劑30的厚度，設定為空氣流量測定元件20的表面與支承體(層疊基板)10的表面平齊一致。這是因為，在支承體10與空氣流量測定元件20的表面不一致而形成層差的情況下，由于該層差，使空氣流紊流，輸出特性變得不穩定。粘結劑30，使用環氧或硅系粘結劑。
其粘結形式為，將硅基板28背面的一部分粘結于凹部13a內的底面，硅基板28背面沒粘結處，確保與凹部13a底面之間的空隙。這樣，由于與空洞26的共同作用可進一步提高支承體10對發熱電阻22的熱絕緣性，另外還可提高發熱電阻22的熱量與空氣流量的熱交換性能。
在支承體10的表面或背面，根據需要，可在空氣流量的電子回路中形成必要的電阻膜14。
吸氣溫度檢測元件1，為謀求小型化，使用片形熱敏電阻。
例如由MnO-CoO-NiO系的尖晶石、MnO-CoO系尖晶石ZrO2系固體電解質Al2O3-尖晶石復合等的材料構成；其大小1.6×0.8×0.8(mm)、1.0×0.5×0.5(mm)等。由于使用了這種片狀吸氣溫度檢測元件1，和熱式空氣流量測定元件20同樣，可使用管心固定、同時安裝于層疊基板10。
如圖5所示，吸氣溫度檢測元件1，其兩端設有電極1a、1b，這些電極1a、1b通過焊錫80電氣連接于設在支承體(層疊基板)10表面的導體模(電氣連接部)12’上。如前所述，導體膜12’通過通路孔15連接于支承體10的內層導體12。焊錫80的圖形，可由和其他回路零件17同樣通過印刷而形成，從而，在不降低生產率的條件下，可將吸氣溫度檢測元件1電氣連接于支承體上。
在支承體10中懸臂支承于保持部40側的一面，形成與空氣流量測量相關的電子回路部19。該電子回路部19，由IC片18、電阻17等零件構成，該電子回路部19被密封于保持部40內。
支承體10，其背面通過粘結劑47固定于保持部40的內面，電子回路部19側由硅膠等進行樹脂密封。
該電子回路部19與熱式空氣流量測定元件20的回路圖在圖1中表示。如圖7所示，發熱電阻22與感溫電阻23，通過電阻R1、R2輸出被取出，通過運算放大器形成反饋回路，由此可控制發熱電阻22相對于感溫電阻23高出一定溫度。
支承體(層疊基板)10的表·背面導體11與各內層導體12，分別由通路孔15連接。這樣，由于構成了用于使用層疊基板10的內層導體12控制熱式空氣流量測定元件的回路，可使回路緊湊化，可以為空氣流量計的小型化做出貢獻。
空氣流量測定元件20，如前所述，由于是2×6×0.3mm左右大小，如圖1所示，如將空氣流量測定元件20配置于副通路41中央，在沒有樹脂2的地方，電氣連接部31a成了暴露于空氣中，另外，吸氣溫度檢測元件1其電氣連接部12’也暴露于空氣中。因此，上述的電氣連接部被置于由于吸氣中含的水分、汽油蒸氣、發動機油、漏氣氣體所含的二氧化硫氣體、氮氧化物等產生金屬腐蝕的環境中。在本實施例中，由于做成了由樹脂密封上述電氣連接部而不直接暴露于吸入空氣中的構造，故可避免上述腐蝕。
另外，密封樹脂部2，由于是形成于由熱傳導性低的玻璃陶瓷制的支承體10上，這些樹脂2離開了保持部40與副通路41的管壁，故可以防止由發動機或空氣流量計的電子回路部產生的熱等通過樹脂構件傳到吸氣溫度檢測元件1與空氣流量測定元件20上。
假如，密封樹脂2與保持部40等的空氣流量計的樹脂部接觸，會產生如下的懸念。例如在極寒冷地區、在汽車被放置之后起動發動機的情況下，或在高溫地區汽車連續運轉情況下等，熱式空氣流量計的環境溫度在-30～100℃以上的寬廣范圍內變化。這時，如通過空氣流量計的殼體將上述環境溫度熱傳導至吸氣溫度檢測元件，吸氣溫度檢測元件要正確測定吸氣溫度是很困難的。在本實施例中，由于做成上述構造，就可防止上述這樣不良情況發生。
如圖1所示，在將空氣流量測定元件20配置于副通路41的中央、由環氧等樹脂2密封連接線31a的情況下，空氣流量測定元件20的表面與支承體10的表面大致成同一平面，及樹脂20成膜狀，平滑地覆蓋電氣連接部31a附近，電氣連接部即使位于副通路41的壁面附近，仍可抑制流過該壁面附近的空氣流流動的紊流。從而，可維持良好的空氣流量測量精度。
作為樹脂2的密封方法，有印刷、澆注封裝等方法。印刷法與澆注封裝法相比，每個密封形狀差別小。如前所述，由于密封部分暴露在空氣流中，而且形成于空氣流量測定元件20的附近，形狀差別小的一方空氣流量測量的誤差也就小。
如前所述，空氣流量計100，由于發動機、環境溫度變化的影響，被置于-30～130℃左右的溫度變化環境中。從而，為使安裝于空氣流量計100的吸氣溫度檢測元件1正確檢測出吸入空氣溫度，最好是盡量減小這種溫度變化影響。因此，作為向吸氣溫度檢測元件1熱傳導路徑的支承體10，最好是導熱率低的材料。這里，作為本發明中使用的支承體的玻璃陶瓷基板10的導熱率約為3～4W/m.k左右。而如通常的陶瓷基板的導熱率約為21W/m.k左右，不銹鋼約為15W/m.k左右。因此，在玻璃陶瓷基板10上安裝吸氣溫度檢測元件的構造是非常有效的。
特別是在本實施例中，由于將吸氣溫度檢測元件1配置于玻璃陶瓷基板(支承體)10中遠離保持部40的位置，從空氣流量計傳給吸氣溫度檢測元件1的傳熱量可以減到極小。
吸氣溫度檢測元件1必須設置于不使空氣流量測定元件20表面的空氣流亂流的地方。為此，吸氣溫度檢測元件1的配置位置，如圖1所示，最好在支承體10的前端部(換言之，相對于空氣流，最好是吸氣溫度檢測元件1與空氣流量測定元件20不相重疊)；另外，吸氣溫度檢測元件1，為不受空氣流量測定元件20的熱影響，最好將其設置于空氣流量測定元件20的上游側。
這樣將吸氣溫度檢測元件1配置于支承體10的前端部的情況下，在不加大支承體10的表面面積下要確保設置于相反側的端部的電極16與上述吸氣溫度檢測元件1之間的配線空間就成了一個課題，對于這一課題，像本實施例那樣，由于使用了作為層疊基板10的特征的內層導體12，可將該課題解決。
另外，由于在副通路41內比主吸氣通路42a中的流速要高。提高了吸氣溫度檢測元件1的冷卻效果。從而，將吸氣溫度檢測元件1安裝于空氣流量計的支承體10、并配置于副通路41中，是為了提高吸氣溫度檢測元件1的檢測精度的有效手段。
吸氣溫度檢測元件1與表層導體12’，如前所述，由于可通過樹脂2密封，可顯著提高其耐久性。另外，由于使用了片形的吸氣溫度檢測元件1，可使密封區域非常小，即使進行了樹脂密封地方也可獲得與未進行樹脂密封地方同樣的性能。
圖6是使用了本實施例的空氣流量計100的汽油發動機等的內燃機的系統圖。
如圖6所示，在發動機的吸氣通路42a中，裝備有空氣流量計100、空氣濾清器102、吸氣通路42a、節流閥角度傳感器103、怠速控制閥104、節流閥體105。106是進氣岐管。
流過吸氣通路42a的吸入空氣101，在副通路中，由空氣流量計100測量空氣流量，由吸氣溫度檢測元件1檢測吸氣溫度。空氣流量信號以電壓或頻率數、吸氣溫度信號以電壓輸入車輛控制單元107。
空氣流量信號用于由噴嘴108、轉速計109、發動機氣缸110、排氣岐管111、氧氣濃度計112構成的燃燒部構造及副系統的控制。
吸氣溫度信號，如前所述，例如用于點火時間控制、渦輪增壓器的過量供壓控制、緊急加速時燃料噴射量的限制器控制、以及判斷觸媒是否達到活性溫度等。
而且圖中雖未示出，但在柴油發動機系統情況下，基本構成與汽油發動機系統大致相同，也可使用本發明的熱式空氣流量測量裝置。
支承體10的形式，上述實施例之外還可以考慮各種形式。在構造上，與上述實施例共同點較多，這里特別僅對不同點加以說明。
在圖8所示的第二實施例中，在支承體(層疊基板)10的表面，除設有配置空氣流量測定元件20的凹部13a之外，還設有凹部13b，通過在該凹部13b中安裝吸氣溫度檢測元件1，密封后可降低吸氣溫度檢測元件1露出層疊基板10的表面的高度。
如依該構造，由于支承體10表面空氣流的紊流減少，也減少了空氣流量測定元件20表面的空氣流的紊流，提高流量測量精度。
圖9所示的第三實施例也和圖8的實施例一樣，在支承體10表面設吸氣溫度檢測元件1的凹部13b，但在本例中，吸氣溫度檢測元件1的厚度小于凹部13b的深度，由此，樹脂密封后的吸氣溫度檢測元件1表面可與層疊基板10的表面大致齊平一致，如這樣，可最有效地減小支承體10表面空氣流的紊流。該凹部13b，由于可在形成安裝空氣流量測定元件20的凹部13a時同時形成，故可以不損害生產率地形成。
如圖8、圖9所示，在凹部13b中安裝吸氣溫度檢測元件1的情況下，由于在與用于進行其他回路零件17、18等安裝的焊錫印刷面(表層導體)之間產生層差，和其他回路零件17、18等的焊錫圖形同時地形成吸氣溫度檢測元件1的焊錫圖形是很困難的。其改進例在圖10中表示。
在圖10所示的第四實施例中，在支承體10的凹部13b(吸氣溫度檢測元件1的安裝位置)的周邊支承體表面，通過通路孔10a露出內層導體12的一端12’。該露出部分12’，由形成于支承體表面的導體膜構成，由金線等的線31b通過搭接連接該導體膜12’與吸氣溫度檢測元件1。吸氣溫度檢測元件1通過粘結劑30安裝于凹部13b的底面。
如這樣，即可解決與上述焊錫圖形形成相關的課題，而且，在搭接空氣流量測定元件20與層疊基板表層導體11時，可同時進行吸氣溫度檢測元件1的搭接作業，故可在無損于生產率的前提下電氣連接吸氣溫度檢測元件1。
在吸氣溫度檢測元件1的表面與空氣流量測定元件20的表面相同或在其以下的情況下，從吸氣溫度檢測元件1來的連接線31b的高度可與從空氣流量測定元件20來的連接線31a的高度相同或在其以下。從而，可使吸氣溫度檢測元件1與空氣流量測定元件20的密封樹脂2的高度相同。
這種情況下，空氣流量測定元件20的電氣連接部31a、和吸氣溫度檢測元件1的電氣連接部31b，可同時通過向前延伸的印刷法對其樹脂密封。由于這樣，前述的密封形狀的誤差變小，故可生產高精度的熱式空氣流量計100。
圖11所示的第五實施例，也是以電纜結合31b連接吸氣溫度檢測元件1及設置于支承體10的表面導體12’，但在本例中，使表面導體12’的面比支承體10的頂面低地形成層差面。這樣，就有可能使電纜結合31b位于凹部13b內，可使密封該電纜結合(電氣連接部)的樹脂2的表面與層疊基板10的表面大致同等。
作為密封樹脂2，要使用耐環境性的、特別是對汽油與發動機油等非極性溶劑耐膨潤性優良的樹脂，除前邊舉出的環氧樹脂以外，還可舉出含氟樹脂等。特別是含氟樹脂由于硬化后樹脂本身比環氧樹脂還要柔軟，具有施加于連接線31a、31b的應力變小的優點，但由于柔軟，樹脂密封后的操作性能要比環氧樹脂差。
由于通過使用可小型組裝的片型的吸氣溫度檢測元件，幾乎不需投入新的生產設備即可將吸氣溫度檢測元件1安裝于支承體10，可生產高可靠性的帶吸氣溫度檢測元件的空氣流量計。特別是在圖10的構成中，可以相同的組裝工序組裝空氣流量測定元件20與吸氣溫度檢測元件1，故可提高生產率。
圖12是用于本發明第六實施例的支承體10及配置其上面的空氣流量計零件及吸氣溫度檢測元件的俯視圖，圖13是其縱剖面圖。
在本實施例中也是，吸氣溫度檢測元件1安裝于凹部13b，空氣流量測定元件20安裝于凹部13a。吸氣溫度檢測元件1與支承體10上的導體12’的電氣連接形式，與圖10實施例相同。
另外，在本實施例中，支承體10的吸氣溫度檢測元件1的電氣連接部31b、與空氣流量測定元件20的電氣連接部31a集中于一處配置，由一處的樹脂2將這些電氣連接部31a、31b集中密封。
為了形成上述構造，將凹部13a與13b相對于空氣流動方向在垂直方向并列配置，在支承體10的表面各凹部13a、13b間，設置用于電氣連接各元件1、20的電極91～96，同時，空氣流量測定元件20的方向也是和至此的實施例反向(使空氣流量測定元件20的電極27置于向著吸氣溫度檢測元件1的一側)配置。由于這樣，可將以樹脂2密封的地點集中于1處，可進一步提高空氣流量計的生產率。
為了正確測定吸氣溫度，最好是像前述這樣，盡量減少從支承體10傳向吸氣溫度檢測元件1的發動機及空氣流量回路部19的熱影響。
作為支承體10的材質，在使用前述玻璃陶瓷制的情況下，既使保持原樣，也可以充分排除從發動機及空氣流量計回路部(含空氣流量測定元件20)對吸氣溫度檢測元件1的熱影響，但如以上實施例那樣采取各種抑制熱傳導措施，可很好地確保吸氣溫度檢測元件1的檢測精度。在以下的實施例中，即使在使用導熱率比玻璃陶瓷高的通常的陶瓷材料，也可充分排除上述熱影響。
圖14是表示第七實施例的支承體10背面的局部省略俯視圖，圖15是其A-A縱剖面圖。
在本實施例中，為了抑制從空氣流量計與發動機通過支承體10向吸氣溫度檢測元件1的熱傳導，在支承體10背面設許多縫隙50。通過這樣，可以提高吸氣溫度檢測元件1的檢測精度。
由于希望在支承體10的表面沒有使空氣流紊亂的凹凸不平，縫隙50最好形成于支承體10的背面側。另外，由于在支承體10的吸氣溫度檢測元件1的背面設凹部13c，同樣可降低熱傳導影響。由于可以通過與形成用于安裝熱式空氣流量測量定元件20的凹部13a的方法同樣的方法形成溝50與凹部13c，故可不降低生產率地形成。
溝50，只要是位于不引起空氣流量測定元件20表面的空氣流紊亂的位置，也可以形成于支承體10的表面側。圖16所示第八實施例的支承體10，是溝50形成于支承體10表面的例子，在吸氣溫度檢測元件1周圍和比設置空氣流量測定元件20的位置更靠近支承體懸臂支承側設置溝50。溝50，如從支承體10表面貫穿到背面，阻止熱傳導的效果更好。
為阻止熱傳導，如圖17的第九實施例所示，在支承體10表面設置許多穿孔51也可取得同樣的效果。穿孔51可在層疊基板10上設置前述通路孔15時同時形成。這里，在圖17所示熱式空氣流量測定元件20情況下，由于設置穿孔51，可望提高耐污損性。其理由說明如下。
首先，就本發明的熱式空氣流量測定元件20在圖18中說明。在本實施例中，發熱電阻22與溫度補償用感溫電阻23，如圖19所示，形成反饋回路。這種回路構成與前述的圖7的一樣，控制發熱電阻22比感溫電阻23高一定溫度。
另外，在本實施例中，夾著發熱電阻22，在其上游側配置感溫電阻24，在下游側配置感溫電阻25，這些感溫電阻24、25接受從發熱電阻22來的傳熱成為一定的溫度，在沒有空氣流的情況下，上、下游感溫電阻24、25分別成大致相同溫度。這種狀態由圖20虛線的溫度分布曲線表示。在有空氣流的情況下，由于上游側的感溫電阻24被空氣流冷卻，下游側的感溫電阻25容易接受上游來的熱，因此成為圖20的實線所示的溫度分布曲線，在上、下游側的感溫電阻24、25間產生了溫差。由于這種溫差成為空氣流量的函數，通過檢測出溫差量即可檢測出空氣流量。即，在本實施例中，由于由上述溫差可改變上、下游感溫電阻值，如圖19所示，通過構成橋路，即可將溫度差變換成電壓差，可測出空氣流量。
這里，由于熱式空氣流量測定元件20也是向前延伸暴露于吸入空氣的構造，空氣流中所含污染物質，經長時間使用而堆積于熱式空氣流量測定元件20表面。其結果，空氣流量計100的輸出特性發生變化，在圖18所示熱式空氣流量測定元件的情況下，如圖21所示，在高流量區特性向負向移位。
推測這是由于污損物質的附著，從發熱電阻22向感溫電阻24、25的傳熱增加，從感溫電阻24、25向空氣的傳熱量變小，難以產生溫差的緣故。
在此如果形成穿孔51，在不附著污損物質的情況下，如圖22所示，穿孔51中也流過空氣。但一有污損物質附著，如圖23所示，由于穿孔51被污損物質所填埋，由于流過其分基板表面的空氣實際上增加，即使有污損物質附著于空氣流量測定元件20，空氣流量計的流量輸出特性也會像圖21那樣得以改善。
在上述實施例中，支承體10，使用了如玻璃陶瓷材料那樣的低導熱率的層疊基板，但對于支承體10。只要是可以防止從保持部(空氣流量計殼體)40向吸氣溫度檢測元件1的傳熱，也可以不用層疊基板。
圖24是代替支承體(層疊基板)10而使用單層基板的支承體60的實施例。其(a)是從上面看支承體60的局部省略俯視圖，(b)是其B-B線剖面圖，(c)是其C-C線剖面圖。
支承體60例如也可以由玻璃陶瓷材料構成。
這種情況下，也可通過模壓形成安裝空氣流量測定元件20的凹部13a、安裝吸氣溫度檢測元件1的凹部13b、其他如前述的溝50、凹部13c等。
前述支承體60的材料，如果是玻璃陶瓷那樣低導熱率的材料，通過將用于抑制熱傳導的溝50與凹部13c組合起來，即使將吸氣溫度檢測元件1配置于支承體60的懸臂支承側，也可制造出不易受熱影響的、帶有高性能吸氣溫度檢測元件的熱式空氣流量測量裝置。
圖25是表示本發明第十一實施例的圖，(a)是從上方看其支承體60的局部省略俯視圖，(b)是其D-D線剖面圖。
本實施例的支承體60也是使用玻璃陶瓷單層基板，吸氣溫度檢測元件1配置于支承體60前端。吸氣溫度檢測元件1的導線(導體)12’形成于支承體60的表面，而該導體12’通過由玻璃覆蓋，可提高導體的耐蝕性，如這樣，可將吸氣溫度檢測元件設置于支承體60上的任意位置。
在上述各實施例中，吸氣溫度檢測元件1使用了熱敏電阻，代替它也可像圖26實施例那樣，在支承體10上由印刷電阻來形成吸氣溫度檢測元件1。另外，這樣在吸氣溫度檢測元件1為印刷電阻的情況下，也可以代替樹脂而用玻璃密封其電氣連接部的密封部。
圖27是表示本發明第十三實施例的縱剖面圖。在本實施例中，與前述各實施例不同點在于，一是不是由保持部40懸臂支承支承體10(或支承體60)，而是由保持部40與副通路41的壁體41a支承其兩端；另一點是，支承體10中的遠離吸氣管壁42方的一部分的兩面做成為容易從流過吸氣管的空氣流吸取熱量的構造，在被吸取熱量的支承體面上配置空氣流量測定元件20與吸氣溫度檢測元件1。
這里，在副通路的壁體41a上設置開口部400，在開口部400的緣上形成從兩端保持支承體10的突起41a’、41a”。與支承體10中配置空氣流量測定元件20與吸氣溫度檢測元件1一側相反一側的面，通過開口部400面臨吸氣通路42a內。如根據本實施例，在支承體10中設置空氣流量測定元件20與吸氣溫度檢測元件1的一側，從流過副空氣通路41內的空氣流吸熱；其相反側通過開口部400從流過吸氣通路42a內的空氣流吸熱。
其結果，即使是由保持部與副通路壁體兩端支承支承體10的構造，仍可期望對支承體10的空氣冷卻效果，可以有效防止從吸氣管壁來的發動機熱量與發熱電阻的熱量等傳輸到吸氣溫度檢測元件1。
圖28是表示本發明第十四實施例的縱剖面圖。在本實施例中，與前述實施例不同點在于支承體10中位于副通路41的部分，由副通路壁體41a的內面支承前述支承體10的一面(與裝有吸氣溫度檢測元件1與空氣流量測定元件20一側相反的面)；在支承該支承體一面的副通路壁體41a的外面設有散熱板(散熱片)401等的散熱構件。
在本實施例的構成中，支承體10中設置空氣流量測定元件20與吸氣溫度檢測元件1一側，從流過副空氣通路41內的空氣流吸熱；其相反一側通過散熱片401從流過吸氣通路42a內的空氣流吸熱。從而，也可取得與第十三實施例同樣的效果。
在設置散熱片401的壁體41a的外面，形成了向內側凹下的凹部402，在該凹部402中嵌入安裝散熱片401。如這樣，散熱片401不會成為吸氣通路42a中空氣流的障礙。
圖29是表示本發明第十五實施例的縱剖面圖。
在本實施例中也是采用兩端支承支承體10的構造，但支承體10的位于副通路41內的兩面，是和圖1實施例同樣的容易從流過吸氣管(副通路)的空氣流吸熱的構造。支承體10，其一端由保持部40保持，另一端由設于副通路壁體41a一端的突起403保持。突起403，其承接支承體10前端的部分403’形成層差，在安裝支承體時，層差403’承接支承體10可使其對位。
在本實施例中，同樣也可期望對支承體10的空氣冷卻效果，可有效防止發動機的熱量與發熱電阻的熱量從吸氣管壁傳至吸氣溫度檢測元件1。
而且，在上述各實施例中，作為吸氣溫度檢測元件1舉出了適用于空氣流量測量與其他目的使用的吸氣溫度傳感器的例子，但也可通過同樣的方法將溫度補償用的測溫電阻23配置于支承體10或支承體60。
另外，支承體10或支承體60也可以樹脂基板構成，在玻璃環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺等樹脂基板的單層或層疊基板中也可適用本發明。
根據本發明，可充分限制熱式空氣流量計或發動機對吸氣溫度傳感器(吸氣溫度檢測元件)的熱影響，可實現吸氣溫度傳感器與熱式空氣流量計一體化。因此，可減少測量系統零件件數與成本，可望實現安裝作業與安裝空間的合理化，而且可提供能保持吸氣溫度傳感器良好精度的空氣流量計。
而且，吸氣溫度檢測元件即使置于吸氣中含有的水分、汽油蒸氣、發動機油、滲漏氣體中所含的二氧化硫氣、氮氧化物等使金屬產生腐蝕的環境中，仍具有耐腐蝕性而維持健全可靠。
權利要求
1.一種熱式空氣流量計，這種熱式空氣流量計將具有發熱電阻的熱式空氣流量測定元件配置于吸氣通路內、來測量流過吸氣通路內的空氣流量，其特征在于，它具有用于吸氣溫度傳感器的吸氣溫度檢測元件，將該吸氣溫度檢測元件同前述空氣流量測定元件一起安裝于一個支承體、位于吸氣通路內，前述空氣流量測定元件與前述吸氣溫度檢測元件，分別與配設于前述支承體的導體電氣連接，這些電氣連接部通過樹脂密封。
2.一種熱式空氣流量計，這種熱式空氣流量計將具有發熱電阻的熱式空氣流量測定元件配置于吸氣通路內、用來測量流過吸氣通路內的空氣流量，其特征在于，它具有吸氣溫度檢測元件，該吸氣溫度檢測元件與前述空氣流量測定元件一起安裝于一個支承體、位于吸氣通路內；前述支承體，由安裝于前述吸氣管的管壁的保持部保持，且遠離該支承體的前述吸氣管管壁方的一部分的兩面、構成為易于從流過吸氣管的空氣流吸熱的構造，在該被吸熱的支承體面上配置前述空氣流量測定元件和前述吸氣溫度檢測元件；前述空氣流量測定元件與前述吸氣溫度檢測元件，分別與配設于前述支承體的導體電氣連接，這些電氣連接部通過樹脂密封。
3.一種熱式空氣流量計，這種熱式空氣流量計將具有發熱電阻的熱式空氣流量測定元件配置于吸氣通路內、用來測量流過吸氣通路內的空氣流量，其特征在于，它具有吸氣溫度檢測元件，該吸氣溫度檢測元件與前述空氣流量測定元件一起安裝于一個支承體、位于吸氣通路內；前述支承體通過安裝于前述吸氣管管壁的保持部保持，前述吸氣溫度檢測元件配置在與前述支承體的懸臂支承側相反的一端、且比前述空氣流量測定元件更遠離前述保持部的位置；前述空氣流量測定元件與前述吸氣溫度檢測元件，分別與配置于前述支承體的導體電氣連接，這些電氣連接部通過樹脂密封。
4.一種熱式空氣流量計，這種熱式空氣流量計將具有發熱電阻的熱式空氣流量測定元件配置于吸氣通路內、用來測量流過吸氣通路內的空氣流量，其特征在于，它具有吸氣溫度檢測元件，該吸氣溫度檢測元件與前述空氣流量測定元件一起安裝于支承體、并位于吸氣通路內，且前述空氣流量測定元件與前述吸氣溫度檢測元件安裝于分別設在前述支承體的凹部、與配設于前述支承體的導體電氣連接，這些電氣連接部通過樹脂密封。
5.按權利要求3所述的熱式空氣流量計，其特征在于，在前述支承體中由前述保持部懸臂支承側的一面上，形成相關空氣流量測量的電子回路部，將該電子回路部密封于前述保持部內。
6.如權利要求1～5中任一項所述的熱式空氣流量計，其特征在于，前述空氣流量測定元件是在通過半導體精細加工的半導體基板表面上至少形成前述發熱電阻，在該半導體基板的前述發熱電阻形成區域的背面形成空洞的半導體型元件；前述支承體由層疊基板構成，將該層疊基板一部分切口、個別形成用于設置前述空氣流量測定元件與前述吸氣溫度檢測元件的凹部，在這些凹部配設前述空氣流量測定元件與前述吸氣溫度檢測元件。
7.如權利要求1～6中任一項所述的熱式空氣流量計，其特征在于，前述支承體由層疊基板構成，其層間夾裝前述吸氣溫度檢測元件的導體膜，前述導體膜的一端從前述吸氣溫度檢測元件的設置位置或其附近露出，該導體膜的一端與前述吸氣溫度檢測元件電氣連接，前述導體的另一端與設置于前述支承體上的端子電氣連接。
8.如權利要求1～7中任一項所述的熱式空氣流量計，其特征在于，前述吸氣溫度檢測元件配置于比前述空氣流量測定元件更靠空氣流動方向的上游側。
9.如權利要求1～8中任一項所述的熱式空氣流量計，其特征在于，前述支承體是玻璃陶瓷制或陶瓷制。
10.如權利要求1～9中任一項所述的熱式空氣流量計，其特征在于，密封前述電氣連接部的樹脂是環氧樹脂、含氟樹脂、玻璃材料的任一種。
11.如權利要求1～10中任一項所述的熱式空氣流量計，其特征在于，前述吸氣溫度檢測元件的表面安裝成與前述空氣流量測定元件的表面大致在同一平面，或者前述吸氣溫度檢測元件的表面比前述空氣流量測定元件的表面低。
12.如權利要求1～11中任一項所述的熱式空氣流量計，其特征在于，前述支承體的前述吸氣溫度檢測元件的電氣連接部及前述空氣流量測定元件的電氣連接部集中于一處配置，通過一處的樹脂將這些電氣連接部集中密封。
13.如權利要求1～12中任一項所述的熱式空氣流量計，其特征在于，在前述支承體上，在通過前述保持部的殼體傳熱的熱傳導路徑中配設縫隙或穿孔。
14.如權利要求1～13中任一項所述的熱式空氣流量計，其特征在于，在前述支承體的前述吸氣溫度檢測元件設置位置的背面設置凹部。
15.一種內燃機控制系統，其特征在于，它具有根據權利要求1～14中任一項所述的熱式空氣流量計和發動機以及前述吸氣溫度檢測計的輸出控制前述發動機的控制裝置。
全文摘要
在熱式空氣流量計中，空氣流量測定元件與吸氣溫度傳感器的吸氣溫度測定元件安裝于一個玻璃陶瓷等制的支承體上并位于吸氣通路內。支承體由安裝于吸氣管的管壁的保持部保持。支承體的遠離吸氣管管壁方的一部分的兩面、做成易于從流過吸氣管的空氣流吸熱的構造。在被吸熱的支承體面上配置空氣流量測定元件與吸氣溫度檢測元件。這些元件分別與配置于支承體的導體電氣連接，由樹脂密封這些電氣連接部。由此使吸氣溫度傳感器與空氣流量計的一體化成為可能。
文檔編號F02D41/18GK1437697SQ00819268
公開日2003年8月20日 申請日期2000年7月27日 優先權日2000年7月27日
發明者中田圭一, 上山圭, 渡邊泉, 米田浩志, 山田雅通 申請人:株式會社日立制作所, 株式會社日立汽車工程