专利名称：热式空气流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用发热电阻测量空气流量的热式空气流量计，例如涉及适合测定内燃机的吸入空气流量的空气流量计。
这样的热式空气流量计，作为空气流量测定元件，例如可使用直接或间接与吸入空气热交换的发热电阻及补偿空气流量测定时的空气温度变化的电阻(也有称作温度补偿电阻、或感温电阻、或测温电阻)等。控制流过发热电阻的电流，使发热电阻与温度补偿电阻的温度差为一定，通过将该电流值变换成电气信号测定空气流量。
发热电阻与温度补偿电阻是具有温度依存性的电阻，在现有技术中，已提出例如在硅(Si)等半导体基板上施以半导体精细加工技术、在基板表面形成薄膜状空气流量用电阻区域的技术，这种方式由于可以比较容易地且可以大量生产方式生产热式空气流量计，作为具有经济性且可以低电力驱动的产品，已引起人们关注。
作为半导体式空气流量测定元件，例如日本专利特表平9-503310号公报中被展示。该现有例，在用于测定内燃机吸气质量的质量测定装置中，作为传感器元件，半导体，例如对硅片进行腐蚀处理形成膜片状传感区域，在该传感区域形成多个电阻层(一是具有温度依存性的测定电阻，一是加热上述测定电阻的发热电阻)。另外，关于用于补偿流动介质温度的介质温度电阻，为避开上述发热电阻的热影响，将其配置于质量测定装置壳体外面。
作为其他现有例，例如日本专利特开2000-28411号公报中所展示的那样提出了在硅、铝、玻璃等的基板的一端形成流量检测部和温度检测部，该流量检测部形成发热体及由该发热体加热的流量测定用感温体，该温度检测部形成进行流量测定的空气温度补偿的感温体，由模压的包覆材料包覆基板的一部分及其输出端子的方案。另外，在该现有例中，温度检测部为避开流量检测部的热影响，提出了在流量检测部与温度检测部之间设缝隙的技术。
如上所述，在热式空气流量计中，作为空气流量测定元件，使用发热电阻及用于温度补偿的电阻。
关于内燃机，根据其空气流量值对燃料供给进行控制，但除此以外可以考虑使用吸气温度传感器将吸气温度用于各种汽车控制中。例如，点火时间控制、涡轮增压器过量供压控制、紧急加速时的燃料喷射量的限制控制、以及判断触媒是否达到活性温度等。
本发明的目的即在于可实现吸气温度传感器与空气流量计的一体化，减少传感器零件件数与成本，达到安装作业与安装空间的合理化，而且提供可保持吸气温度传感器良好精度的空气流量计。
再就是，在使吸气温度检测元件(用途方面没有特别要求)与空气流量计一体化的情况下，吸气温度检测元件与热式空气流量测定元件即使装于一个共同的支承体上，也可充分消除空气流量测定元件的发热电阻或回路部与从发动机来的热影响，提高吸气温度测定精度，而且，提供即使被置于吸气中所含的水分、汽油蒸气、发动机油、漏气所含二氧化硫气体、氮氧化物等产生金属腐蚀的环境下，仍可维持吸气温度检测元件的健全性的热式空气流量计。
再就是，在支承体中远离吸气管管壁方的一部分的两面做成易于由流过吸气管的空气流吸热的构造，在该被吸热的支承体面上配置前述空气流量测定元件及前述吸气温度检测元件。
另外，还提出如下的发明。
一个是，在热式空气流量计中，具有吸气温度检测元件，该吸气温度检测元件与前述空气流量测定元件安装于一个玻璃陶瓷制或陶瓷制支承体、位于吸气通路内；前述支承体由安装于前述吸气管的管壁的保持部悬臂支承；前述吸气温度检测元件配置在与前述支承体的悬臂支承侧相反一侧的一端、且比前述空气流量测定元件还远离前述保持部的位置。另外，空气流量测定元件与前述吸气温度检测元件，分别与配设于前述支承体的导体电气地连接，通过树脂密封这些电气的连接部。
另一个是，前述支承体远离前述吸气管管壁方的一部分的两面做成易于由流过吸气管的空气流吸热的构造，在该被吸热的支承体面上配置前述空气流量测定元件与前述吸气温度检测元件。
再一个是，前述空气流量测定元件与前述吸气温度检测元件安装于分别设于前述支承体的凹部，与配设于前述支承体的导体电气地连接，通过树脂密封这些电气的连接部。
图2是表示在用于第一实施例的支承体(层叠基板)上安装空气流量测定元件及吸气温度检测元件等的状态的纵剖面图。
图3是图2的俯视图。
图4是上述实施例使用的空气流量测定元件的俯视图。
图5是透视表示上述实施例使用的吸气温度检测元件的安装状态的立体图。
图6是搭载上述实施例的空气流量计的发动机系统的概要图。
图7是上述实施例使用的空气流量计的电路图。
图8是表示在本发明第二实施例中使用的支承体上安装测量元件之状态的纵剖面图。
图9是表示在本发明第三实施例中使用的支承体上安装测量元件之状态的纵剖面图。
图10是表示在本发明第四实施例中使用的支承体上安装测量元件之状态的纵剖面图。
图11是表示在本发明第五实施例中使用的支承体上安装测量元件之状态的纵剖面图。
图12是表示在本发明第六实施例中使用的支承体上安装测量元件之状态的平面图。
图13是第六实施例纵剖面图。
图14是从支承体背面看本发明第七实施例中使用的支承体上安装测量元件之状态的局部省略俯视图。
图15是图14的A-A线剖面图。
图16是表示在本发明第八实施例中使用的支承体上安装测量元件之状态的局部省略俯视图。
图17是表示在本发明第九实施例中使用的支承体上安装测量元件之状态的局部省略俯视图。
图18是第九实施例中使用的空气流量测定元件的俯视图。
图19是第九实施例使用的空气流量计的电路图。
图20是表示第九实施例的空气流量测定元件上的温度分布的说明图。
图21是表示第九实施例使用的带穿孔的空气流量测定元件与不带穿孔的空气流量测定元件的输出特性随时间变化的线图。
图22是表示第九实施例的污损物质附着前的支承体上流过的空气状态的说明图。
图23是表示第九实施例的污损物质附着后的支承体上流过的空气状态的说明图。
图24(a)是表示向本发明第十实施例使用的支承体上安装测量元件状态的局部省略俯视图，(b)是其B-B线剖面图，(c)是其C-C线剖面图。
图25(a)是表示向本发明第十一实施例使用的支承体上安装测量元件状态的局部省略俯视图，(b)是其D-D线剖面图。
图26是表示在本发明第十二实施例使用的支承体上安装测量元件状态的局部省略俯视图。
图27是表示本发明第十三实施例纵剖面图。
图28是表示本发明第十四实施例的纵剖面图。
图29是表示本发明第十五实施例的纵剖面图。
首先，说明本发明第一实施例的热式空气流量计。
如图1所示，本实施例的空气流量计100，除空气流量测定元件20以外，还具有起吸气温度传感器作用的吸气温度检测元件1，该吸气温度检测元件1与空气流量测定元件20安装于一玻璃陶瓷制支承体10上，位于吸气通路(吸气管)42a内的副通路41中。
副通路41，其通路壁的一部分(壁体)41a与保持部40一体形成，另一通路壁(壁体)41b与通路壁41a合起来构成副通路41。
支承体10由安装于吸气管壁42的保持部(流量计壳体)40悬臂支承，吸气温度检测元件1配置在与支承体10的悬臂支承侧相反一侧的一端、且比空气流量测定元件20还远离保持部40的位置。另外，如图3所示，吸气温度检测元件1配置在相对于空气流动方向比空气流量测定元件20还靠上游侧。
如图2、图3所示，空气流量测定元件20与吸气温度检测元件1，与配设于支承体10的导体11及12电气地连接，这些电气连接部31a及12’由绝缘性的树脂2密封住。树脂2可以是环氧树脂、含氟树脂或玻璃材料中的任何一种。
在本实施例中，如后所述，由层叠基板构成支承体10，上述导体11形成于层叠基板表面；而导体12夹置于层叠基板10的层间，其一端通过设在层叠基板10的通路孔10a在吸气温度检测元件1的设置位置露出，该导体露出部成为电气连接部12’。关于吸气温度检测元件1的连接形式的详情，使用图5后述。
导体12的另一端，通过通路孔10b与层叠基板10上的回路部的端子16电气地连接。在这里，导体11称作表层导体。导体12称作内层导体。
发热电阻22与感温电阻23等的端子27(如图4示)，由金线等电缆结合31a电气连接于支承体10侧的导体11(端子91～94)。
副通路(吸气测定通路)41，成筒状地设置于保持部40的一端(前端)，在保持部40的另一端，设有法兰43及连接壳体44。支承体10中的设置空气流量测定元件20及吸气温度检测元件1的区域S(图3)，面临着副通路41内。连接壳体44的销端子44a，其一端导入保持部40，通过电缆线31d连接于设在支承体10的端子16。
保持部40及副通路41，通过设于吸气管壁42的安装孔45被设置于吸气通路42a内，空气流量计100，通过法兰43安装于吸气管壁42。
下面使用图2、图4来说明热式空气流量测定元件20。
空气流量测定元件20，通过半导体精细加工技术制作，在单晶硅基板28上形成电气绝缘层21，在其上面至少模压形成1个发热电阻22及感温电阻23。这些电阻形成区域，在图3中，相当于符号S的区域。在硅基板28中形成发热电阻22的区域下部(背面)，形成通过各向异性腐蚀将单晶硅基板28直到电气绝缘层21除去的空洞部26。由于形成这样的构造，通过对发热电阻22进行热绝缘，可省电使电阻发热，使利用与空气流动的热交换的空气流量检测成为可能。
现在说明上述空气流量测定元件20的制造过程。通过热氧化或CVD(Chemical Vapor Deposition、化学蒸气沉淀)等方法在单晶硅基板28上形成作为电气绝缘层21的二氧化硅层后，通过CVD等方法形成氮化硅层。其次，通过CVD等方法形成多晶硅层，以热扩散或离子注入法掺杂作为不纯物的磷(P)。而后，通过将多晶硅层制作布线图案形成发热电阻22、感温电阻23等。
而后，在通过CVD等方法形成作为保护层29的氮化硅层之后，以CVD等方法形成二氧化硅层。其后，与前述方法同样，图案形成保护层，去除形成电极27部分的保护层29。而后，形成铝层，通过腐蚀法进行图案形成。最后，为形成空洞部26，在单晶硅基板28的未形成发热电阻22的面上，通过CVD等方法形成氮化硅层，进行图案形成。其后，进行各向异性腐蚀，形成空洞部26，通过切刻分割成薄片。分割后的空气流量测定元件20，例如长边6mm、短边2.5mm、厚0.3mm左右。
其次，来说明成为支承体10的层叠基板的制造工序。这里，支承体10是玻璃陶瓷制层叠基板。
首先，将厚度0.1～0.3mm左右的绿色薄片状态的玻璃陶瓷板以希望的片数密贴、重叠、加压层叠。在支承体10的表面，为配置空气流量测定元件20设置凹部13a，该凹部13a，对绿色薄片状态的层叠基板任意层数通过冲裁模冲成希望的形状，这样来形成。
空气流量测定元件20，通过粘结剂30安装于凹部13a内。凹部13a的深度，还要考虑该粘结剂30的厚度，设定为空气流量测定元件20的表面与支承体(层叠基板)10的表面平齐一致。这是因为，在支承体10与空气流量测定元件20的表面不一致而形成层差的情况下，由于该层差，使空气流紊流，输出特性变得不稳定。粘结剂30，使用环氧或硅系粘结剂。
其粘结形式为，将硅基板28背面的一部分粘结于凹部13a内的底面，硅基板28背面没粘结处，确保与凹部13a底面之间的空隙。这样，由于与空洞26的共同作用可进一步提高支承体10对发热电阻22的热绝缘性，另外还可提高发热电阻22的热量与空气流量的热交换性能。
在支承体10的表面或背面，根据需要，可在空气流量的电子回路中形成必要的电阻膜14。
吸气温度检测元件1，为谋求小型化，使用片形热敏电阻。
例如由MnO-CoO-NiO系的尖晶石、MnO-CoO系尖晶石ZrO2系固体电解质Al2O3-尖晶石复合等的材料构成；其大小1.6×0.8×0.8(mm)、1.0×0.5×0.5(mm)等。由于使用了这种片状吸气温度检测元件1，和热式空气流量测定元件20同样，可使用管心固定、同时安装于层叠基板10。
如图5所示，吸气温度检测元件1，其两端设有电极1a、1b，这些电极1a、1b通过焊锡80电气连接于设在支承体(层叠基板)10表面的导体模(电气连接部)12’上。如前所述，导体膜12’通过通路孔15连接于支承体10的内层导体12。焊锡80的图形，可由和其他回路零件17同样通过印刷而形成，从而，在不降低生产率的条件下，可将吸气温度检测元件1电气连接于支承体上。
在支承体10中悬臂支承于保持部40侧的一面，形成与空气流量测量相关的电子回路部19。该电子回路部19，由IC片18、电阻17等零件构成，该电子回路部19被密封于保持部40内。
支承体10，其背面通过粘结剂47固定于保持部40的内面，电子回路部19侧由硅胶等进行树脂密封。
该电子回路部19与热式空气流量测定元件20的回路图在图1中表示。如图7所示，发热电阻22与感温电阻23，通过电阻R1、R2输出被取出，通过运算放大器形成反馈回路，由此可控制发热电阻22相对于感温电阻23高出一定温度。
支承体(层叠基板)10的表·背面导体11与各内层导体12，分别由通路孔15连接。这样，由于构成了用于使用层叠基板10的内层导体12控制热式空气流量测定元件的回路，可使回路紧凑化，可以为空气流量计的小型化做出贡献。
空气流量测定元件20，如前所述，由于是2×6×0.3mm左右大小，如图1所示，如将空气流量测定元件20配置于副通路41中央，在没有树脂2的地方，电气连接部31a成了暴露于空气中，另外，吸气温度检测元件1其电气连接部12’也暴露于空气中。因此，上述的电气连接部被置于由于吸气中含的水分、汽油蒸气、发动机油、漏气气体所含的二氧化硫气体、氮氧化物等产生金属腐蚀的环境中。在本实施例中，由于做成了由树脂密封上述电气连接部而不直接暴露于吸入空气中的构造，故可避免上述腐蚀。
另外，密封树脂部2，由于是形成于由热传导性低的玻璃陶瓷制的支承体10上，这些树脂2离开了保持部40与副通路41的管壁，故可以防止由发动机或空气流量计的电子回路部产生的热等通过树脂构件传到吸气温度检测元件1与空气流量测定元件20上。
假如，密封树脂2与保持部40等的空气流量计的树脂部接触，会产生如下的悬念。例如在极寒冷地区、在汽车被放置之后起动发动机的情况下，或在高温地区汽车连续运转情况下等，热式空气流量计的环境温度在-30～100℃以上的宽广范围内变化。这时，如通过空气流量计的壳体将上述环境温度热传导至吸气温度检测元件，吸气温度检测元件要正确测定吸气温度是很困难的。在本实施例中，由于做成上述构造，就可防止上述这样不良情况发生。
如图1所示，在将空气流量测定元件20配置于副通路41的中央、由环氧等树脂2密封连接线31a的情况下，空气流量测定元件20的表面与支承体10的表面大致成同一平面，及树脂20成膜状，平滑地覆盖电气连接部31a附近，电气连接部即使位于副通路41的壁面附近，仍可抑制流过该壁面附近的空气流流动的紊流。从而，可维持良好的空气流量测量精度。
作为树脂2的密封方法，有印刷、浇注封装等方法。印刷法与浇注封装法相比，每个密封形状差别小。如前所述，由于密封部分暴露在空气流中，而且形成于空气流量测定元件20的附近，形状差别小的一方空气流量测量的误差也就小。
如前所述，空气流量计100，由于发动机、环境温度变化的影响，被置于-30～130℃左右的温度变化环境中。从而，为使安装于空气流量计100的吸气温度检测元件1正确检测出吸入空气温度，最好是尽量减小这种温度变化影响。因此，作为向吸气温度检测元件1热传导路径的支承体10，最好是导热率低的材料。这里，作为本发明中使用的支承体的玻璃陶瓷基板10的导热率约为3～4W/m.k左右。而如通常的陶瓷基板的导热率约为21W/m.k左右，不锈钢约为15W/m.k左右。因此，在玻璃陶瓷基板10上安装吸气温度检测元件的构造是非常有效的。
特别是在本实施例中，由于将吸气温度检测元件1配置于玻璃陶瓷基板(支承体)10中远离保持部40的位置，从空气流量计传给吸气温度检测元件1的传热量可以减到极小。
吸气温度检测元件1必须设置于不使空气流量测定元件20表面的空气流乱流的地方。为此，吸气温度检测元件1的配置位置，如图1所示，最好在支承体10的前端部(换言之，相对于空气流，最好是吸气温度检测元件1与空气流量测定元件20不相重叠)；另外，吸气温度检测元件1，为不受空气流量测定元件20的热影响，最好将其设置于空气流量测定元件20的上游侧。
这样将吸气温度检测元件1配置于支承体10的前端部的情况下，在不加大支承体10的表面面积下要确保设置于相反侧的端部的电极16与上述吸气温度检测元件1之间的配线空间就成了一个课题，对于这一课题，像本实施例那样，由于使用了作为层叠基板10的特征的内层导体12，可将该课题解决。
另外，由于在副通路41内比主吸气通路42a中的流速要高。提高了吸气温度检测元件1的冷却效果。从而，将吸气温度检测元件1安装于空气流量计的支承体10、并配置于副通路41中，是为了提高吸气温度检测元件1的检测精度的有效手段。
吸气温度检测元件1与表层导体12’，如前所述，由于可通过树脂2密封，可显著提高其耐久性。另外，由于使用了片形的吸气温度检测元件1，可使密封区域非常小，即使进行了树脂密封地方也可获得与未进行树脂密封地方同样的性能。
图6是使用了本实施例的空气流量计100的汽油发动机等的内燃机的系统图。
如图6所示，在发动机的吸气通路42a中，装备有空气流量计100、空气滤清器102、吸气通路42a、节流阀角度传感器103、怠速控制阀104、节流阀体105。106是进气岐管。
流过吸气通路42a的吸入空气101，在副通路中，由空气流量计100测量空气流量，由吸气温度检测元件1检测吸气温度。空气流量信号以电压或频率数、吸气温度信号以电压输入车辆控制单元107。
空气流量信号用于由喷嘴108、转速计109、发动机气缸110、排气岐管111、氧气浓度计112构成的燃烧部构造及副系统的控制。
吸气温度信号，如前所述，例如用于点火时间控制、涡轮增压器的过量供压控制、紧急加速时燃料喷射量的限制器控制、以及判断触媒是否达到活性温度等。
而且图中虽未示出，但在柴油发动机系统情况下，基本构成与汽油发动机系统大致相同，也可使用本发明的热式空气流量测量装置。
支承体10的形式，上述实施例之外还可以考虑各种形式。在构造上，与上述实施例共同点较多，这里特别仅对不同点加以说明。
在图8所示的第二实施例中，在支承体(层叠基板)10的表面，除设有配置空气流量测定元件20的凹部13a之外，还设有凹部13b，通过在该凹部13b中安装吸气温度检测元件1，密封后可降低吸气温度检测元件1露出层叠基板10的表面的高度。
如依该构造，由于支承体10表面空气流的紊流减少，也减少了空气流量测定元件20表面的空气流的紊流，提高流量测量精度。
图9所示的第三实施例也和图8的实施例一样，在支承体10表面设吸气温度检测元件1的凹部13b，但在本例中，吸气温度检测元件1的厚度小于凹部13b的深度，由此，树脂密封后的吸气温度检测元件1表面可与层叠基板10的表面大致齐平一致，如这样，可最有效地减小支承体10表面空气流的紊流。该凹部13b，由于可在形成安装空气流量测定元件20的凹部13a时同时形成，故可以不损害生产率地形成。
如图8、图9所示，在凹部13b中安装吸气温度检测元件1的情况下，由于在与用于进行其他回路零件17、18等安装的焊锡印刷面(表层导体)之间产生层差，和其他回路零件17、18等的焊锡图形同时地形成吸气温度检测元件1的焊锡图形是很困难的。其改进例在图10中表示。
在图10所示的第四实施例中，在支承体10的凹部13b(吸气温度检测元件1的安装位置)的周边支承体表面，通过通路孔10a露出内层导体12的一端12’。该露出部分12’，由形成于支承体表面的导体膜构成，由金线等的线31b通过搭接连接该导体膜12’与吸气温度检测元件1。吸气温度检测元件1通过粘结剂30安装于凹部13b的底面。
如这样，即可解决与上述焊锡图形形成相关的课题，而且，在搭接空气流量测定元件20与层叠基板表层导体11时，可同时进行吸气温度检测元件1的搭接作业，故可在无损于生产率的前提下电气连接吸气温度检测元件1。
在吸气温度检测元件1的表面与空气流量测定元件20的表面相同或在其以下的情况下，从吸气温度检测元件1来的连接线31b的高度可与从空气流量测定元件20来的连接线31a的高度相同或在其以下。从而，可使吸气温度检测元件1与空气流量测定元件20的密封树脂2的高度相同。
这种情况下，空气流量测定元件20的电气连接部31a、和吸气温度检测元件1的电气连接部31b，可同时通过向前延伸的印刷法对其树脂密封。由于这样，前述的密封形状的误差变小，故可生产高精度的热式空气流量计100。
图11所示的第五实施例，也是以电缆结合31b连接吸气温度检测元件1及设置于支承体10的表面导体12’，但在本例中，使表面导体12’的面比支承体10的顶面低地形成层差面。这样，就有可能使电缆结合31b位于凹部13b内，可使密封该电缆结合(电气连接部)的树脂2的表面与层叠基板10的表面大致同等。
作为密封树脂2，要使用耐环境性的、特别是对汽油与发动机油等非极性溶剂耐膨润性优良的树脂，除前边举出的环氧树脂以外，还可举出含氟树脂等。特别是含氟树脂由于硬化后树脂本身比环氧树脂还要柔软，具有施加于连接线31a、31b的应力变小的优点，但由于柔软，树脂密封后的操作性能要比环氧树脂差。
由于通过使用可小型组装的片型的吸气温度检测元件，几乎不需投入新的生产设备即可将吸气温度检测元件1安装于支承体10，可生产高可靠性的带吸气温度检测元件的空气流量计。特别是在图10的构成中，可以相同的组装工序组装空气流量测定元件20与吸气温度检测元件1，故可提高生产率。
图12是用于本发明第六实施例的支承体10及配置其上面的空气流量计零件及吸气温度检测元件的俯视图，图13是其纵剖面图。
在本实施例中也是，吸气温度检测元件1安装于凹部13b，空气流量测定元件20安装于凹部13a。吸气温度检测元件1与支承体10上的导体12’的电气连接形式，与图10实施例相同。
另外，在本实施例中，支承体10的吸气温度检测元件1的电气连接部31b、与空气流量测定元件20的电气连接部31a集中于一处配置，由一处的树脂2将这些电气连接部31a、31b集中密封。
为了形成上述构造，将凹部13a与13b相对于空气流动方向在垂直方向并列配置，在支承体10的表面各凹部13a、13b间，设置用于电气连接各元件1、20的电极91～96，同时，空气流量测定元件20的方向也是和至此的实施例反向(使空气流量测定元件20的电极27置于向着吸气温度检测元件1的一侧)配置。由于这样，可将以树脂2密封的地点集中于1处，可进一步提高空气流量计的生产率。
为了正确测定吸气温度，最好是像前述这样，尽量减少从支承体10传向吸气温度检测元件1的发动机及空气流量回路部19的热影响。
作为支承体10的材质，在使用前述玻璃陶瓷制的情况下，既使保持原样，也可以充分排除从发动机及空气流量计回路部(含空气流量测定元件20)对吸气温度检测元件1的热影响，但如以上实施例那样采取各种抑制热传导措施，可很好地确保吸气温度检测元件1的检测精度。在以下的实施例中，即使在使用导热率比玻璃陶瓷高的通常的陶瓷材料，也可充分排除上述热影响。
图14是表示第七实施例的支承体10背面的局部省略俯视图，图15是其A-A纵剖面图。
在本实施例中，为了抑制从空气流量计与发动机通过支承体10向吸气温度检测元件1的热传导，在支承体10背面设许多缝隙50。通过这样，可以提高吸气温度检测元件1的检测精度。
由于希望在支承体10的表面没有使空气流紊乱的凹凸不平，缝隙50最好形成于支承体10的背面侧。另外，由于在支承体10的吸气温度检测元件1的背面设凹部13c，同样可降低热传导影响。由于可以通过与形成用于安装热式空气流量测量定元件20的凹部13a的方法同样的方法形成沟50与凹部13c，故可不降低生产率地形成。
沟50，只要是位于不引起空气流量测定元件20表面的空气流紊乱的位置，也可以形成于支承体10的表面侧。图16所示第八实施例的支承体10，是沟50形成于支承体10表面的例子，在吸气温度检测元件1周围和比设置空气流量测定元件20的位置更靠近支承体悬臂支承侧设置沟50。沟50，如从支承体10表面贯穿到背面，阻止热传导的效果更好。
为阻止热传导，如图17的第九实施例所示，在支承体10表面设置许多穿孔51也可取得同样的效果。穿孔51可在层叠基板10上设置前述通路孔15时同时形成。这里，在图17所示热式空气流量测定元件20情况下，由于设置穿孔51，可望提高耐污损性。其理由说明如下。
首先，就本发明的热式空气流量测定元件20在图18中说明。在本实施例中，发热电阻22与温度补偿用感温电阻23，如图19所示，形成反馈回路。这种回路构成与前述的图7的一样，控制发热电阻22比感温电阻23高一定温度。
另外，在本实施例中，夹着发热电阻22，在其上游侧配置感温电阻24，在下游侧配置感温电阻25，这些感温电阻24、25接受从发热电阻22来的传热成为一定的温度，在没有空气流的情况下，上、下游感温电阻24、25分别成大致相同温度。这种状态由图20虚线的温度分布曲线表示。在有空气流的情况下，由于上游侧的感温电阻24被空气流冷却，下游侧的感温电阻25容易接受上游来的热，因此成为图20的实线所示的温度分布曲线，在上、下游侧的感温电阻24、25间产生了温差。由于这种温差成为空气流量的函数，通过检测出温差量即可检测出空气流量。即，在本实施例中，由于由上述温差可改变上、下游感温电阻值，如图19所示，通过构成桥路，即可将温度差变换成电压差，可测出空气流量。
这里，由于热式空气流量测定元件20也是向前延伸暴露于吸入空气的构造，空气流中所含污染物质，经长时间使用而堆积于热式空气流量测定元件20表面。其结果，空气流量计100的输出特性发生变化，在图18所示热式空气流量测定元件的情况下，如图21所示，在高流量区特性向负向移位。
推测这是由于污损物质的附着，从发热电阻22向感温电阻24、25的传热增加，从感温电阻24、25向空气的传热量变小，难以产生温差的缘故。
在此如果形成穿孔51，在不附着污损物质的情况下，如图22所示，穿孔51中也流过空气。但一有污损物质附着，如图23所示，由于穿孔51被污损物质所填埋，由于流过其分基板表面的空气实际上增加，即使有污损物质附着于空气流量测定元件20，空气流量计的流量输出特性也会像图21那样得以改善。
在上述实施例中，支承体10，使用了如玻璃陶瓷材料那样的低导热率的层叠基板，但对于支承体10。只要是可以防止从保持部(空气流量计壳体)40向吸气温度检测元件1的传热，也可以不用层叠基板。
图24是代替支承体(层叠基板)10而使用单层基板的支承体60的实施例。其(a)是从上面看支承体60的局部省略俯视图，(b)是其B-B线剖面图，(c)是其C-C线剖面图。
支承体60例如也可以由玻璃陶瓷材料构成。
这种情况下，也可通过模压形成安装空气流量测定元件20的凹部13a、安装吸气温度检测元件1的凹部13b、其他如前述的沟50、凹部13c等。
前述支承体60的材料，如果是玻璃陶瓷那样低导热率的材料，通过将用于抑制热传导的沟50与凹部13c组合起来，即使将吸气温度检测元件1配置于支承体60的悬臂支承侧，也可制造出不易受热影响的、带有高性能吸气温度检测元件的热式空气流量测量装置。
图25是表示本发明第十一实施例的图，(a)是从上方看其支承体60的局部省略俯视图，(b)是其D-D线剖面图。
本实施例的支承体60也是使用玻璃陶瓷单层基板，吸气温度检测元件1配置于支承体60前端。吸气温度检测元件1的导线(导体)12’形成于支承体60的表面，而该导体12’通过由玻璃覆盖，可提高导体的耐蚀性，如这样，可将吸气温度检测元件设置于支承体60上的任意位置。
在上述各实施例中，吸气温度检测元件1使用了热敏电阻，代替它也可像图26实施例那样，在支承体10上由印刷电阻来形成吸气温度检测元件1。另外，这样在吸气温度检测元件1为印刷电阻的情况下，也可以代替树脂而用玻璃密封其电气连接部的密封部。
图27是表示本发明第十三实施例的纵剖面图。在本实施例中，与前述各实施例不同点在于，一是不是由保持部40悬臂支承支承体10(或支承体60)，而是由保持部40与副通路41的壁体41a支承其两端；另一点是，支承体10中的远离吸气管壁42方的一部分的两面做成为容易从流过吸气管的空气流吸取热量的构造，在被吸取热量的支承体面上配置空气流量测定元件20与吸气温度检测元件1。
这里，在副通路的壁体41a上设置开口部400，在开口部400的缘上形成从两端保持支承体10的突起41a’、41a”。与支承体10中配置空气流量测定元件20与吸气温度检测元件1一侧相反一侧的面，通过开口部400面临吸气通路42a内。如根据本实施例，在支承体10中设置空气流量测定元件20与吸气温度检测元件1的一侧，从流过副空气通路41内的空气流吸热；其相反侧通过开口部400从流过吸气通路42a内的空气流吸热。
其结果，即使是由保持部与副通路壁体两端支承支承体10的构造，仍可期望对支承体10的空气冷却效果，可以有效防止从吸气管壁来的发动机热量与发热电阻的热量等传输到吸气温度检测元件1。
图28是表示本发明第十四实施例的纵剖面图。在本实施例中，与前述实施例不同点在于支承体10中位于副通路41的部分，由副通路壁体41a的内面支承前述支承体10的一面(与装有吸气温度检测元件1与空气流量测定元件20一侧相反的面)；在支承该支承体一面的副通路壁体41a的外面设有散热板(散热片)401等的散热构件。
在本实施例的构成中，支承体10中设置空气流量测定元件20与吸气温度检测元件1一侧，从流过副空气通路41内的空气流吸热；其相反一侧通过散热片401从流过吸气通路42a内的空气流吸热。从而，也可取得与第十三实施例同样的效果。
在设置散热片401的壁体41a的外面，形成了向内侧凹下的凹部402，在该凹部402中嵌入安装散热片401。如这样，散热片401不会成为吸气通路42a中空气流的障碍。
图29是表示本发明第十五实施例的纵剖面图。
在本实施例中也是采用两端支承支承体10的构造，但支承体10的位于副通路41内的两面，是和图1实施例同样的容易从流过吸气管(副通路)的空气流吸热的构造。支承体10，其一端由保持部40保持，另一端由设于副通路壁体41a一端的突起403保持。突起403，其承接支承体10前端的部分403’形成层差，在安装支承体时，层差403’承接支承体10可使其对位。
在本实施例中，同样也可期望对支承体10的空气冷却效果，可有效防止发动机的热量与发热电阻的热量从吸气管壁传至吸气温度检测元件1。
而且，在上述各实施例中，作为吸气温度检测元件1举出了适用于空气流量测量与其他目的使用的吸气温度传感器的例子，但也可通过同样的方法将温度补偿用的测温电阻23配置于支承体10或支承体60。
另外，支承体10或支承体60也可以树脂基板构成，在玻璃环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺等树脂基板的单层或层叠基板中也可适用本发明。
根据本发明，可充分限制热式空气流量计或发动机对吸气温度传感器(吸气温度检测元件)的热影响，可实现吸气温度传感器与热式空气流量计一体化。因此，可减少测量系统零件件数与成本，可望实现安装作业与安装空间的合理化，而且可提供能保持吸气温度传感器良好精度的空气流量计。
而且，吸气温度检测元件即使置于吸气中含有的水分、汽油蒸气、发动机油、渗漏气体中所含的二氧化硫气、氮氧化物等使金属产生腐蚀的环境中，仍具有耐腐蚀性而维持健全可靠。
权利要求
1.一种热式空气流量计，这种热式空气流量计将具有发热电阻的热式空气流量测定元件配置于吸气通路内、来测量流过吸气通路内的空气流量，其特征在于，它具有用于吸气温度传感器的吸气温度检测元件，将该吸气温度检测元件同前述空气流量测定元件一起安装于一个支承体、位于吸气通路内，前述空气流量测定元件与前述吸气温度检测元件，分别与配设于前述支承体的导体电气连接，这些电气连接部通过树脂密封。
2.一种热式空气流量计，这种热式空气流量计将具有发热电阻的热式空气流量测定元件配置于吸气通路内、用来测量流过吸气通路内的空气流量，其特征在于，它具有吸气温度检测元件，该吸气温度检测元件与前述空气流量测定元件一起安装于一个支承体、位于吸气通路内；前述支承体，由安装于前述吸气管的管壁的保持部保持，且远离该支承体的前述吸气管管壁方的一部分的两面、构成为易于从流过吸气管的空气流吸热的构造，在该被吸热的支承体面上配置前述空气流量测定元件和前述吸气温度检测元件；前述空气流量测定元件与前述吸气温度检测元件，分别与配设于前述支承体的导体电气连接，这些电气连接部通过树脂密封。
3.一种热式空气流量计，这种热式空气流量计将具有发热电阻的热式空气流量测定元件配置于吸气通路内、用来测量流过吸气通路内的空气流量，其特征在于，它具有吸气温度检测元件，该吸气温度检测元件与前述空气流量测定元件一起安装于一个支承体、位于吸气通路内；前述支承体通过安装于前述吸气管管壁的保持部保持，前述吸气温度检测元件配置在与前述支承体的悬臂支承侧相反的一端、且比前述空气流量测定元件更远离前述保持部的位置；前述空气流量测定元件与前述吸气温度检测元件，分别与配置于前述支承体的导体电气连接，这些电气连接部通过树脂密封。
4.一种热式空气流量计，这种热式空气流量计将具有发热电阻的热式空气流量测定元件配置于吸气通路内、用来测量流过吸气通路内的空气流量，其特征在于，它具有吸气温度检测元件，该吸气温度检测元件与前述空气流量测定元件一起安装于支承体、并位于吸气通路内，且前述空气流量测定元件与前述吸气温度检测元件安装于分别设在前述支承体的凹部、与配设于前述支承体的导体电气连接，这些电气连接部通过树脂密封。
5.按权利要求3所述的热式空气流量计，其特征在于，在前述支承体中由前述保持部悬臂支承侧的一面上，形成相关空气流量测量的电子回路部，将该电子回路部密封于前述保持部内。
6.如权利要求1～5中任一项所述的热式空气流量计，其特征在于，前述空气流量测定元件是在通过半导体精细加工的半导体基板表面上至少形成前述发热电阻，在该半导体基板的前述发热电阻形成区域的背面形成空洞的半导体型元件；前述支承体由层叠基板构成，将该层叠基板一部分切口、个别形成用于设置前述空气流量测定元件与前述吸气温度检测元件的凹部，在这些凹部配设前述空气流量测定元件与前述吸气温度检测元件。
7.如权利要求1～6中任一项所述的热式空气流量计，其特征在于，前述支承体由层叠基板构成，其层间夹装前述吸气温度检测元件的导体膜，前述导体膜的一端从前述吸气温度检测元件的设置位置或其附近露出，该导体膜的一端与前述吸气温度检测元件电气连接，前述导体的另一端与设置于前述支承体上的端子电气连接。
8.如权利要求1～7中任一项所述的热式空气流量计，其特征在于，前述吸气温度检测元件配置于比前述空气流量测定元件更靠空气流动方向的上游侧。
9.如权利要求1～8中任一项所述的热式空气流量计，其特征在于，前述支承体是玻璃陶瓷制或陶瓷制。
10.如权利要求1～9中任一项所述的热式空气流量计，其特征在于，密封前述电气连接部的树脂是环氧树脂、含氟树脂、玻璃材料的任一种。
11.如权利要求1～10中任一项所述的热式空气流量计，其特征在于，前述吸气温度检测元件的表面安装成与前述空气流量测定元件的表面大致在同一平面，或者前述吸气温度检测元件的表面比前述空气流量测定元件的表面低。
12.如权利要求1～11中任一项所述的热式空气流量计，其特征在于，前述支承体的前述吸气温度检测元件的电气连接部及前述空气流量测定元件的电气连接部集中于一处配置，通过一处的树脂将这些电气连接部集中密封。
13.如权利要求1～12中任一项所述的热式空气流量计，其特征在于，在前述支承体上，在通过前述保持部的壳体传热的热传导路径中配设缝隙或穿孔。
14.如权利要求1～13中任一项所述的热式空气流量计，其特征在于，在前述支承体的前述吸气温度检测元件设置位置的背面设置凹部。
15.一种内燃机控制系统，其特征在于，它具有根据权利要求1～14中任一项所述的热式空气流量计和发动机以及前述吸气温度检测计的输出控制前述发动机的控制装置。
全文摘要
在热式空气流量计中，空气流量测定元件与吸气温度传感器的吸气温度测定元件安装于一个玻璃陶瓷等制的支承体上并位于吸气通路内。支承体由安装于吸气管的管壁的保持部保持。支承体的远离吸气管管壁方的一部分的两面、做成易于从流过吸气管的空气流吸热的构造。在被吸热的支承体面上配置空气流量测定元件与吸气温度检测元件。这些元件分别与配置于支承体的导体电气连接，由树脂密封这些电气连接部。由此使吸气温度传感器与空气流量计的一体化成为可能。
文档编号F02D41/18GK1437697SQ00819268
公开日2003年8月20日 申请日期2000年7月27日 优先权日2000年7月27日
发明者中田圭一, 上山圭, 渡边泉, 米田浩志, 山田雅通 申请人:株式会社日立制作所, 株式会社日立汽车工程