DE102014211100A1

DE102014211100A1 - Flusssensor und Steuersystem einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102014211100A1
Application number: DE102014211100.5A
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Electr.Co.Ltd. Otsuka Kazuhiko; c/o Mitsubishi Electric Corp. Ariyoshi Yuji; c/o Mitsubishi Electric Corp. Kawai Masahiro; c/o Mitsubishi Electric Corp. Hidaka Shinichiro
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2015-07-02
Anticipated expiration: 2034-06-12
Also published as: US20150185061A1; DE102014211100B4; JP5680178B1; US9400198B2; JP2015125033A

Abstract

In einem Flusssensor ist ein Upstream-Heizelement (12a) bzw. ein Downstream-Heizelement (12b) angeordnet, upstream bzw. oberhalb und downstream bzw. unterhalb in einer Flussrichtung eines Fluids, um einer gegenseitigen thermischen Interferenz zu unterliegen. Durch die Steuerung der Heizströme, die durch die jeweiligen Heizelemente fließen, hält ein Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitt (1a) eine Durchschnitts-Temperatur der zwei Heizelemente auf einer Temperatur, die vorbestimmte Grade höher ist als eine Temperatur des Fluids, die durch einen Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt (2) erfasst wird, während ein Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt (8a) eine Steuerung durchführt, sodass eine Temperatur-Differenz oder ein Verhältnis angelegter Spannungen zwischen den zwei Heizelementen einen vorbestimmten Wert annimmt. Ein Erfassungssignal entsprechend einer Flussrichtung des Fluids wird aus einem Zustand der Steuerung an den Heizströmen erhalten, und es wird bestimmt, ob eine Flussrichtung des Fluids vorwärts oder rückwärts ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flusssensor, der nicht nur eine Flussrate eines Fluids erfasst, sondern ebenso ein Erfassungssignal erhält, das in Abhängigkeit von einer Flussrichtung des Fluids variiert, indem eine Wärmemenge elektrisch erfasst wird, die von einem Wärmeelement, das in dem Fluid angeordnet ist, an das Fluid übertragen wird, und ein Steuersystem einer Verbrennungskraftmaschine.
2. Stand der Technik
Im allgemeinen sind in einem thermischen Flusssensor ein Heizelement und ein Fluid-Temperatur-Erfassungselement in einem Fluid angeordnet, und eine Brückenschaltung wird aus dem Heizelement, dem Fluid-Temperatur-Erfassungselement und mehreren Widerständen ausgebildet, sodass ein Heizstrom, der an das Heizelement geliefert wird, für die Brückenschaltung gesteuert wird, um einen Gleichgewichtszustand konstant beizubehalten.
Eine Temperatur des Heizelements wird somit konstant auf einer Temperatur beibehalten, die vorbestimmte Grade höher als eine Temperatur des Fluids ist, die durch das Fluid-Temperatur-Erfassungselement erfasst wird.
Ein weit verbreiteter Typ ist vom sogenannten Heizstrom-Erfassungstyp, der einen Heizstrom als Erfassungs- bzw. Detektionssignal verwendet, indem eine Abhängigkeit eines Heizstroms von einer Flussrate des Fluids ausgenutzt wird. Dieses Erfassungssignal erfasst jedoch einen Absolutwert der Flussrate, und es gibt ein Problem, da sowohl ein Vorwärtsfluss als auch ein Rückwärtsfluss den gleichen Wert aufweisen, unabhängig von einer Flussrichtung des Fluids.
Um dieses Problem zu lösen gibt es ein Verfahren zum Erhalten eines Erfassungssignals, das in Abhängigkeit von einer Flussrichtung des Fluids variiert, indem Brückenschaltungen unter Verwendung von zwei Sätzen von Heizelementen und Fluidtemperatur-Erfassungselementen verwendet werden, die upstream bzw. oberhalb und downstream bzw. unterhalb in einer Flussrichtung des Fluids angeordnet sind, um einer gegenseitigen thermischen Interferenz zu unterliegen, und unter Verwendung einer Differenz zwischen Heizströmen, die an jeweilige Heizelemente geliefert werden, als ein Erfassungssignal (siehe z.B. Patentdokument 1).
Patentdokument 1: JP-A-11-201793
Das Verfahren nach Patentdokument 1 erfordert jedoch zwei Sätze von Brückenschaltungen und erfordert daher eine komplexe Schaltung mit einem großen Maßstab, und ein derartiges Erfordernis wird zu einem Hindernis bei der Reduzierung von Größe und Kosten.
Um eine Flussrate mit einer hohen Genauigkeit zu erfassen müssen die zwei Brückenschaltungen darüber hinaus Charakteristiken bzw. Kennlinien aufweisen, die nahezu gleich sind. Es ist daher extrem schwierig, diese Brückenschaltungen herzustellen
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung dient zur Lösung der oben diskutierten Probleme, und hat zur Aufgabe, ein Erfassungs- bzw. Detektionssignal, das in Abhängigkeit von einer Flussrichtung eines Fluids variiert, leicht und genau mit geringen Kosten und unter Verwendung einer einfachen Schaltung in einem Flusssensor zu erhalten.
Die Erfindung dient zur Lösung der oben diskutierten Probleme und hat zur weiteren Aufgabe, ein Erfassungssignal, das in Abhängigkeit von einer Flussrichtung eines Fluids variiert, leicht und genau mit geringen Kosten und unter Verwendung einer einfachen Schaltung in einem Steuersystem einer Verbrennungskraftmaschine zu erhalten, die einen Flusssensor einsetzt.
Ein Flusssensor gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält: einen Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt, der eine Temperatur eines Fluids erfasst; ein erstes und zweites Heizelement, die oberhalb/stromaufwärts bzw. unterhalb/stromabwärts in einer Flussrichtung des Fluids angeordnet sind, um einer gegenseitigen thermischen Interferenz zu unterliegen; einen ersten Steuerabschnitt, der Heizströme steuert, die durch das erste bzw. zweite Heizelement fließen, sodass eine Durchschnitts-Temperatur des ersten und zweiten Heizelements auf einer Temperatur beibehalten wird, die vorbestimmte Grade höher ist als die Temperatur des Fluids, erfasst durch den Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt; und einen zweiten Steuerabschnitt, der die Heizströme steuert, die durch das erste bzw. zweite Heizelement fließen, sodass eines von einer Temperatur-Differenz zwischen dem ersten und zweiten Heizelement und einem Verhältnis zwischen Spannungen, die an dem ersten bzw. zweiten Heizelement anliegen, einen vorbestimmten Wert annimmt, wobei ein Erfassungssignal entsprechend der Flussrichtung des Fluids durch den zweiten Steuerabschnitt erhalten wird.
Ein Steuersystem einer Verbrennungskraftmaschine gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Steuersystem einer Verbrennungskraftmaschine, das für eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt ist und die Verbrennungskraftmaschine steuert, und der wie oben konfigurierte Flusssensor wird für eine Einlasssystemanordnung der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt und bestimmt, ob ein Fluss einer Einlassluft bzw. Ansaugluft in die Einlasssystemanordnung vorwärts oder rückwärts ist.
Gemäß dem wie oben konfigurierten Flusssensor wird es möglich, ein Erfassungssignal entsprechend einer Flussrichtung des Fluids leicht und genau bei geringen Kosten und unter Verwendung einer einfachen Schaltung in einem thermischen Flusssensor vom Heizstrom-Erfassungstyp zu erhalten.
Gemäß dem Steuersystem einer Verbrennungskraftmaschine, die wie oben konfiguriert ist, wird es durch den Einsatz des obigen Flusssensors möglich, ein Erfassungssignal entsprechend einer Flussrichtung des Fluids leicht und genau bei geringen Kosten unter Verwendung einer einfachen Schaltung zu erhalten.
Die oben stehenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung noch ersichtlicher, wenn diese im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Flussraten-Erfassungsschaltung in einem Flusssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Anordnung von Heizelementen, Temperatur-Erfassungsabschnitten und einem Fluidtemperatur-Erfassungsabschnitt der Erfindung;
3 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Konfiguration der Flussraten-Erfassungsschaltung des Flusssensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 ist eine Ansicht zur Darstellung eines weiteren Beispiels der Konfiguration der Flussraten-Erfassungsschaltung in dem Flusssensor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
5 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Konfiguration eines Spannungsteilerabschnitts der Erfindung;
6 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Beziehung einer Flussrate und eines Heizstroms, der durch ein Heizelement gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung fließt;
7 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Beziehung einer Flussrate und von Widerstandswerten eines Upstream-Heizelements und eines Downstream-Heizelements gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
8 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Beziehung einer Flussrate und von Heizströmen, die durch das Upstream-Heizelement und das Downstream-Heizelement gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung fließen;
9 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Beziehung einer Flussrate und eines Erfassungssignals gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
10 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Flussrate-Erfassungsschaltung in einem Flusssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
11 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Flussraten-Erfassungsschaltung in einem Flusssensor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
12 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Flussraten-Erfassungsschaltung in einem Schlusssensor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
13 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Flussraten-Erfassungsschaltung in einem Flusssensor gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
14 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Beziehung einer Flussrate und von Spannungen, die an Heizelementen angelegt werden, gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung; und
15 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Beziehung einer Flussrate und eines Verhältnisses zwischen Spannungen, die an einem Upstream-Heizelement und einem Downstream-Heizelement angelegt werden, gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
Im Folgenden wird ein Flusssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 1 bis 9 erläutert. Bei dem Flusssensor der Erfindung handelt es sich um einen thermischen Flusssensor vom Heizstrom-Erfassungstyp. 1 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Flussraten-Erfassungsschaltung in dem Flusssensor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, und die Konfiguration der Flussraten-Erfassungsschaltung wird unter Verwendung dieser Zeichnung erläutert.
Der Flusssensor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung enthält einen Fluidtemperatur-Erfassungsabschnitt 2, der eine Temperatur eines Fluids erfasst, Upstream- und Downstream-Heizelemente (erstes und zweites Heizelement) 12a und 12b, die upstream/stromaufwärts bzw. downstream/stromabwärts in einer Flussrichtung des Fluids angeordnet sind, um einer gegenseitigen thermischen Interferenz zu unterliegen, einen Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt (erster Temperatur-Erfassungsabschnitt) 6a, angeordnet an einer Position unter dem Einfluss von Wärme von dem Upstream-Heizelement 12a und dem Fluid, und einen Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt (zweiter Temperatur-Erfassungsabschnitt) 6b, angeordnet an einer Position unter dem Einfluss von Wärme von dem Downstream-Heizelement 12b und dem Fluid. Der Flusssensor enthält ferner einen Durchschnittstemperatur-Steuerabschnitt (erster Steuerabschnitt (erster Steuerabschnitt) 1a, der eine Durchschnittstemperatur der Upstream- und Downstream-Heizelemente 12a und 12b aus einer Durchschnittstemperatur des Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a und 6b erhält, und Heizströme Ihu bzw. Ihd steuert, die durch das Upstream- bzw. Downstream-Heizelement 12a und 12b fließt, sodass die Durchschnittstemperatur des Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a und 6b bei einer Temperatur beibehalten wird, die um vorbestimmte Gerade höher ist als die Temperatur des Fluids, das durch den Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt 2 erfasst wird. Der Flusssensor enthält ferner einen Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt (zweiter Steuerabschnitt) 8a, der eine Temperaturdifferenz zwischen dem Upstream- und Downstream-Heizelement 12a und 12b erhält, oder ein Verhältnis zwischen Spannungen, die an dem Upstream- und Downstream-Heizelementen 12a und 12b angelegt werden, aus einer Temperaturdifferenz zwischen dem Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und 6b, oder einem Verhältnis zwischen Spannungen, die an dem Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und 6b anliegen, und die Heizströme Ihu und Ihd steuert, die durch das Upstream- bzw. Downstream-Heizelement 12a und 12b fließt, sodass die Temperaturdifferenz zwischen dem Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und 6b oder das Spannungsverhältnis zwischen dem Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und 6b einen vorbestimmten Wert annimmt. Der Flusssensor der ersten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Erfassungssignal entsprechend einer Flussrichtung des Fluids durch den Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt 8a erhalten wird.
Wenn der Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt 2, ein Temperatur-Erfassungsabschnitt 6 und ein Heizelement 12 aus einem Temperatur-empfindlichen Widerstandsmaterial ausgebildet werden, das einen Widerstandswert aufweist, der mit Temperaturen variiert, wie z.B. Platin und Nickel, hängt ein Unterteilungsverhältnis durch den Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und 6b von einer Temperaturdifferenz zwischen dem Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und 6b ab.
Eine Flussraten-Erfassungsschaltung enthält das Heizelement 12, das aus einem hintereinander ausgebildeten Körper des Upstream-Heizelements 12a, angeordnet Upstream bzw. flussaufwärts in einer Flussrichtung des Fluids, und dem Downstream-Heizelement 12b ausgebildet ist, das Downstream bzw. flussabwärts angeordnet ist, wobei diese an Positionen ausgebildet sind, um einer gegenseitigen thermischen Interferenz zu unterliegen, und dem Durchschnittstemperatur-Steuerabschnitt 1a, der eine Durchschnittstemperatur des Heizelements 12 steuert. Die Flussraten-Erfassungsschaltung enthält ebenso, als eine Komponente, den Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt 8a, der eine Differenz zwischen Heizströmen, die durch das Upstream-Heizelement 12a fließen, und dem Downstream-Heizelement 12b steuert, sodass ein Verhältnis zwischen Spannungen, die an dem Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a anliegen, der an einer Position unter dem Einfluss von Wärme von dem Upstream-Heizelement 12a und dem Fluid angeordnet ist, und dem Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6b, der an einer Position unter dem Einfluss von Wärme von dem Downstream-Heizelement 12b und dem Fluid angeordnet ist, einen vorbestimmten Wert annimmt. Der Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und der Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6b bilden zusammen den Temperatur-Erfassungsabschnitt 6 aus.
Der Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitt 1a ist aus dem Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt 2 ausgebildet, der eine Temperatur eines Fluids misst, sowie Widerständen 3, 4 und 5, dem Temperatur-Erfassungsabschnitt 6 und einem Operationsverstärker 7. In Bezug auf den Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt 2, dem Temperatur-Erfassungsabschnitt 6 und dem Heizelement 12, wie z.B. in 2 gezeigt, sind der Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a, das Upstream-Heizelement 12a, das Downstream-Heizelement 12b und der Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6b sequenziell von Upstream nach Downstream in einem Fluss des Fluids an einem Oberflächenabschnitt des Flusssensors 20 angeordnet, auf dem das Fluid fließt, während der Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt 2 parallel zu einer Anordnung des Temperatur-Erfassungsabschnitts 6 und des Heizelements 12 in einer Flussrichtung des Fluids angeordnet ist.
Ein hintereinander verlaufender Körper (engl. Serial Body) des Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitts 2, des Widerstands 3 und des Widerstands 4 ist mit einer Konstant-Spannungsquelle an der Seite des Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitts 2 verbunden, und an der Seite des Widerstands 4 geerdet, während ein Verbindungspunkt des Widerstands 3 und des Widerstands 4 mit einem Invertierungseingabeanschluss des Operationsverstärkers 7 verbunden ist. Ein hintereinander verlaufender Körper des Temperatur-Erfassungsabschnitts 6 und des Widerstands 5 ist mit der Konstant-Spannungsquelle an der Seite des Temperatur-Erfassungsabschnitts 6 verbunden, und an der Seite des Widerstands 5 geerdet, während ein Verbindungspunkt des Temperatur-Erfassungsabschnitts 6 und des Widerstands 5 mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 7 verbunden ist. Eine erste Wheatstone-Brücke wird somit ausgebildet.
Sowohl die Seite des Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitts 2 des hintereinander verlaufenden Körpers des Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitts 2, des Widerstands 3 und des Widerstands 4 als auch die Seite des Temperatur-Erfassungsabschnitts 6 des hintereinander verlaufenden Körpers des Temperatur-Erfassungsabschnitts 6 und des Widerstands 5 sind mit der Konstant-Spannungsquelle verbunden. Es wird jedoch verstanden, dass die beiden Seiten mit einer Stromversorgung mit einer Spannungsfluktuation verbunden sein können, wie z.B. in 3 gezeigt.
Diese Betrachtungen in Bezug auf die Stromversorgung gelten auch für die folgenden Ausführungsformen.
Die Seite des Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitts 2 des hintereinander ausgebildeten Körpers des Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitts 2, des Widerstands 3 und des Widerstands 4 und die Seite des Temperatur-Erfassungsabschnitts 6 des hintereinander ausgebildeten Körpers des Temperatur-Erfassungsabschnitts 6 und des Widerstands 5 sind nicht notwendiger Weise auf dem gleichen Potenzial. Die Konfiguration kann derart ausgebildet sein, dass eine Spannung proportional zu der anderen Spannung ist. Wie z.B. in 4 gezeigt kann eine Spannung über dem hintereinander laufenden Körper des Temperatur-Erfassungsabschnitts 6 und des Widerstands 5 auf Widerstände 14a und 14b geteilt sein, und an der Seite des Temperatur-Erfassungsabschnitts 6 des hintereinander verlaufenden Körpers des Temperatur-Erfassungsabschnitts 6 und des Widerstands 5 über einen Puffer durch einen Operationsverstärker 14c angelegt werden. Das gleiche gilt für die im Folgenden erläuterten Ausführungsformen.
Ein Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 7 ist mit dem Heizelement 12 verbunden, und das andere Ende des Heizelements 12 ist geerdet. Es liegt daher eine derartige Konfiguration vor, dass ein Heizstrom Ih durch eine Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 7 und das Heizelement 12 geliefert wird.
Der Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt 8a ist aus einem Spannungsteilungsabschnitt 9, einem Operationsverstärker 10 und einem Widerstand 11 ausgebildet.
In dem Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt 8a ist ein Verbindungspunkt des Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a und des Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6b mit einem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 10 verbunden. Eine Spannung über dem Temperatur-Erfassungsabschnitt 6 wird an Eingangsanschlüsse 9a und 9b des Spannungsteilabschnitts 9 angelegt, und durch den Spannungsteilabschnitt 9 bei einem beliebigen Teilungsverhältnis (a1:a2) geteilt, und eine Ausgabe von einem Ausgangsanschluss 9c ist mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 10 verbunden. Eine zweite Wheatstone-Brücke wird somit ausgebildet.
Der Spannungsteilabschnitt 9 ist, wie z.B. in 5 gezeigt, aus Operationsverstärkern 90a und 90b und Widerständen 91a und 91b ausgebildet. Es wird jedoch verstanden, dass der Spannungsteilabschnitt 9 auf eine andere Art und Weise ausgebildet werden kann. Das gleiche gilt für die im Folgenden erläuterten Ausführungsformen.
Ein Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 10 ist mit einem Verbindungspunkt des Upstream-Heizelements 12a und des Downstream-Heizelements 12b über den Widerstand 11 verbunden. Es liegt daher eine derartige Konfiguration vor, dass eine Differenz ΔIh zwischen Heizströmen gesteuert wird, die an das Upstream-Heizelement 12a und das Downstream-Heizelement 12b geliefert werden.
Ein Betrieb des Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitts 1a wird nun beschrieben.
In der ersten Wheatstone-Brücke, die in dem Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitt 1a wie oben erläutert ausgebildet ist, ist R1 ein Widerstandswert des Widerstands 3, R2 ein Widerstandswert des Widerstands 4, R3 ein Widerstandswert des Widerstands 5 und Ra ein Widerstandswert des Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitts 2, sodass ein Widerstandswert Rs des Temperatur-Erfassungsabschnitts 6 in einem Gleichgewichtszustand durch die Folgende Gleichung (1) wiedergegeben wird: Rs = (Ra + R1)·R3/R2 (1)
Bei Anlegen einer Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 7 wird der Heizstrom Ih an das Heizelement 12 geliefert, sodass der Widerstandswert Rs des Temperaturerfassungsabschnitts 6 gesteuert wird, um einen Wert anzunehmen, der durch die obige Gleichung (1) wiedergegeben wird.
Wenn somit die erste Wheatstone-Brücke in einen Nicht-Gleichgewichtszustand geht, aufgrund einer Temperaturänderung des Temperatur-Erfassungsabschnitts 6 mit einer Fluktuation einer Flussrate des Fluids, arbeitet der Operationsverstärker 7 derart, um den ursprünglichen Gleichgewichtszustand wiederherzustellen, indem der Heizstrom Ih gesteuert wird, der durch das Heizelement 12 fließt.
Folglich wird eine Temperaturdifferenz zwischen dem Temperatur-Erfassungsabschnitts 6 und dem Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitts 2 konstant auf einem vorbestimmten Wert beibehalten. In diesem Fall wird die Durchschnittstemperatur des Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a und 6b, erfasst durch den Temperatur-Erfassungsabschnitt 6, bei einer Temperatur beibehalten, die um vorbestimmte Gerade höher als die Temperatur ist, die durch den Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt 2 erfasst wird.
Wenn hier H eine Wärmedissipationskonstante des Heizelements 12 ist, Rh ein Widerstandswert des Heizelements 12 ist, und ΔTh eine Temperaturdifferenz zwischen einer Heizelementtemperatur und einer Fluidtemperatur ist, dann wird der Heizstrom Ih durch die folgende Gleichung (2) wiedergegeben, und eine wie in 6 gezeigte Beziehung wird eingestellt, da die Wärmedissipationskonstante H von einer Flussrate des Fluids abhängt. Ih = (H·ΔTh/Rh)^1/2 (2)
Ein Betrieb des Spannungsverhältnis-Steuerabschnitts 9a wird nun erläutert.
In der zweiten Wheatstone-Brücke, die in dem oben beschriebenen Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt 8a ausgebildet ist, wird ein Verhältnis eines Widerstandswerts Rsu des Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a zu einem Widerstandswert Rsd des Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6b in einem Gleichgewichtszustand durch die folgende Gleichung (3) wiedergegeben, dass gleich dem Teilungsverhältnis des Spannungsteilerabschnitts 9 ist. Rsu:Rsd = a1:a2 (3)
Unter der Annahme, dass eine Charakteristik des Upstream-Heizelements 12a und des Downstream-Heizelements 12b ohne eine Abweichung gleich sind, und somit Charakteristiken des Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a und des Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6b sind, wird dann die Differenz ΔIh zwischen den Heizströmen durch den Operationsverstärker 10 gesteuert, indem eine Einstellung vorgenommen wird wie: A1 = A2, sodass ein Spannungsverhältnis zwischen dem Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und dem Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6b, d.h., einem Verhältnis zwischen den Widerstandswerten konstant gleich ist.
Mit anderen Worten wird der Heizstrom Ih an das Upstream-Heizelement 12a und das Downstream-Heizelement 12b geliefert, sodass sowohl der Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a als auch der Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6b eine Temperatur aufweisen, die um vorbestimmte Gerade höher ist als die Temperatur, die durch den Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt 2 erfasst wird.
Für den Fall, dass eine Flussrichtung des Fluids vorwärts ist wird der Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a durch das Fluid gekühlt und wird weniger wärmeempfindlich von dem Heizelement 12, wohingegen der Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6b durch einen Kontakt mit dem durch das Heizelement 12 erhitzten Fluid stärker wärmeempfindlich wird.
Wenn somit der Operationsverstärker 7 die Steuerung derart durchführt, dass eine Temperaturdifferenz zwischen dem Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und dem Downstream-Temperaturerfassungsabschnitt 6b zu 0 Grad wird, wird eine Temperatur, d.h., ein Widerstandswert des Upstream-Heizelements 12a gesteuert, um höher als der des Downstream-Heizelements 12b zu sein, für den Fall, dass eine Flussrichtung des Fluids vorwärts ist. Im Fall, dass eine Flussrichtung des Fluids rückwärts ist, wird ein Betrieb umgekehrt zu dem oben erläuterten Betrieb durchgeführt, und eine Beziehung wie in 7 gezeigt eingerichtet.
Für den Fall, dass eine Flussrichtung des Fluids vorwärts ist, erfordert der Heizstrom Ihu, der durch das Upstream-Heizelement 12a fließt, einen größeren Strom als der Heizstrom Ihd, der durch das Downstream-Heizelement 12b fließt. Für den Fall, dass eine Flussrichtung des Fluids rückwärts ist, wird ein Betrieb durchgeführt, der umgekehrt zu dem oben beschriebenen Betrieb ist, und eine Beziehung wie in 8 gezeigt wird eingerichtet.
Wenn hier Ih Einheitsstrom ist, der an das Heizelement 12 unter der Steuerung des Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitts 1a geliefert wird, und ΔIh ein Strom ist, der durch den Widerstand 11 fließt, unter der Steuerung des Spannungsverhältnis-Steuerabschnitts 8a, dann wird der Strom Ihu, der durch das Upstream-Heizelement 12a fließt, durch die folgende Gleichung (4) gegeben, und der Strom Ihd, der durch das Downstream-Heizelement 12b fließt, wird durch die folgende Gleichung (5) gegeben. Ihu = Ih (4) Ihd = Ih – ΔIh (5)
Wenn hier Rm ein Widerstandswert des Widerstands 11 ist, dann wird eine Spannung Vm, die durch die folgende Gleichung (6) gegeben ist, über dem Widerstand 11 erzeugt. Diese Spannung Vm ist proportional zu einer Differenz zwischen der obigen Gleichung (4) und der obigen Gleichung (5), d.h., eine Differenz ΔIh zwischen den Heizströmen, die an das Upstream-Heizelement 12a und an das Downstream-Heizelement 12b geliefert werden, und es wird eine Beziehung eingestellt, wie in 9 gezeigt. Es wird somit möglich, ein Fassungssignal zu erhalten, das in Abhängigkeit von einer Flussrichtung des Fluids variiert, und es kann daher bestimmt werden, ob eine Flussrichtung des Fluids vorwärts oder rückwärts ist. Vm = Rm·(Ihu – Ihd) = Rm · ΔIh (6)
Bei der tatsächlichen Verwendung weisen sowohl die Charakteristiken des Upstream-Heizelements 12a und des Downstream-Heizelements 12b und die Charakteristiken des Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a und des Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6b Abweichungen auf. Es muss nicht betont werden, dass ein Erfassungssignal jedoch beliebig korrigiert werden kann, indem ein Teilungsverhältnis (a1:a2) des Spannungsteilabschnitts 9 angepasst wird, sodass z.B. Vm = 0 erhalten wird, wenn die Flussrate gleich 0 ist.
Wie erläutert wird es gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung möglich, ein Erfassungssignal entsprechend einer Flussrichtung des Fluids leicht und genau bei geringen Kosten unter Verwendung einer einfachen Schaltung zu erhalten.
Durch den Einsatz des Flusssensors wie oben für eine Einlasssystemanordnung in einem Steuersystem einer Verbrennungskraftmaschine, die die Verbrennungskraftmaschine steuert, wird es ebenfalls möglich, ein Erfassungssignal entsprechend einer Flussrichtung des Fluids leicht und genau bei geringen Kosten unter Verwendung einer Schaltung zu erhalten, die einfacher ist als die im Stand der Technik.
Zweite Ausführungsform
10 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Flussraten-Erfassungsschaltung und einem Flusssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Bezugszeichen von 10, die gleich sind zu jenen der 1, bezeichnen gleiche oder äquivalente Abschnitte, und eine Beschreibung wird hier nicht wiederholt.
Die obiger erste Ausführungsform hat die Steuerung durch den Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitt 1a beispielhaft beschrieben, wonach die Heizströme Ihu und Ihd, die durch das Upstream- bzw. Downstream-Heizelement 12a bzw. 12b fließen, gesteuert werden, sodass eine Durchschnittstemperatur der Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitte 6a und 6b auf einer Temperatur beibehalten wird, die vorbestimmte Grade höher als eine Temperatur des Fluids ist, das durch den Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt 2 erfasst wird. Es wird vermerkt, dass die zweite Ausführungsform dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitt (erster Steuerabschnitt) 1b eine Steuerung unter Verwendung einer Durchschnittstemperatur der Upstream- und Downstream-Heizelemente 12a und 12b durchführt, anstelle einer Durchschnitts-Temperatur der Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitte 6a und 6b.
Ein Vergleich mit der in 1 gezeigten Flussraten-Erfassungsschaltung zeigt, dass eine in 10 gezeigte Flussraten-Erfassungsschaltung sich darin unterscheidet, dass der Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitt 1b aus dem Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt 2, den Widerständen 3, 4 und 5 und dem Operationsverstärker 7 ausgebildet und der Temperatur-Erfassungsabschnitt 6 nicht enthalten ist.
Zuerst wird eine Konfiguration des Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitts 1b beschrieben, wobei es sich um den Unterschied von der obigen ersten Ausführungsform handelt.
Ein Körper des in Reihe geschalteten Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitts 2, des Widerstands 3 und des Widerstands 4 ist mit einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 7 an der Seite des Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitts 2 verbunden und an der Seite des Widerstands 4 geerdet. Ein Verbindungspunkt des Widerstands 3 und des Widerstands 4 ist unterdessen mit einem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 7 verbunden, und ein Ende des Widerstands 5 ist geerdet und das andere Ende ist mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 7 verbunden.
Ein Ende des Heizelements 12 ist mit einem Verbindungspunkt eines Ausgangsanschlusses des Operationsverstärkers 7 und dem Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt 2 verbunden und das andere Ende ist mit einem Verbindungspunkt des Widerstands 5 und dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 7 verbunden. Eine erste Wheatstone-Brücke ist aus dem Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitt 1b und dem Heizelement 12 ausgebildet.
Der Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt 8a besteht aus einer Konfiguration, die gleich ist zu der der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, und eine Beschreibung wird hier nicht wiederholt.
Ein Betrieb des Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitts 1b wird nun erläutert.
Wenn die erste Wheatstone-Brücke, die aus dem Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitt 1b wie oben beschrieben ausgebildet ist, sich in einem Gleichgewichtszustand befindet, wird ein Widerstandswert Rh des Heizelements 12 durch Gleichung (7) wie folgt gegeben: Rh = (Ra + R1)·R3/R2 (7)
Bei Anlegen einer Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 7 wird ein Heizstrom Ih an das Heizelement 12 geliefert, und eine Temperatur des Heizelements 12 wird derart gesteuert, dass dessen Widerstandswert Rh einen Wert annimmt, der durch die obige Gleichung (7) gegeben ist.
Wenn somit die erste Wheatstone-Brücke in einen Nicht-Gleichgewichtszustand aufgrund einer Temperaturänderung des Heizelements 12 mit einer Fluktuation einer Flussrate des Fluids geändert wird, arbeitet der Operationsverstärker 7 derart, um den ursprünglichen Gleichgewichtszustand wiederherzustellen, indem der Heizstrom Ih gesteuert wird, der durch das Heizelement 12 fließt.
Als ein Ergebnis wird eine Temperaturdifferenz zwischen dem Heizelement 12 und dem Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt 2 konstant auf einem vorbestimmten Wert beibehalten, und der Heizstrom Ih wird durch die obige Gleichung (2) gegeben, und es wird eine Beziehung eingestellt, wie in 6 gezeigt.
Der Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt 8a arbeitet auf die gleiche Art und Weise wie in der obigen ersten Ausführungsform, und ein Verhältnis des Widerstandswerts Rsu des Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a zu dem Widerstandswert Rsd des Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6b wird durch die folgende Gleichung (8) gegeben, was gleich ist zu dem Teilungsverhältnis des Spannungsteilungsabschnitts 9. Rsu:Rsd = a1:a2 (8)
Unter der Annahme, dass die Charakteristiken des Upstream-Heizelements 12a und des Downstream-Heizelements 12b ohne eine Abweichung gleich sind, und somit die Charakteristiken des Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a und des Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6b sind. Die Differenz ΔIh zwischen den Heizströmen wird dann durch den Operationsverstärker 10 gesteuert, indem eine Einstellung vorgenommen wird wie: a1 = a2, sodass Temperaturen des Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a und des Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6b konstant gleich sind, und der durch das Upstream-Heizelement 12a fließende Strom Ihu und der durch das Downstream-Heizelement 12b fließende Strom Ihd Werte annimmt, die durch die Gleichungen (4) bzw. (5) gegeben sind, wie in der obigen ersten Ausführungsform.
Mit anderen Worten wird durch den Betrieb des Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitts 1b und des Spannungsverhältnis-Steuerabschnitts 8a der Heizstrom Ih an das Upstream-Heizelement 12a und das Downstream-Heizelement 12b geliefert, sodass sowohl der Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a als auch der Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6b Temperaturen aufweisen, die vorbestimmte Grade höher als die Temperatur sind, die durch den Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt 2 erfasst wird.
In diesem Fall wird eine durch die obige Gleichung (6) gegebene Spannung über den Widerstand 11 erzeugt. Diese Spannung ist proportional zu einer Differenz zwischen der obigen Gleichung (4) und der obigen Gleichung (5), d.h., die Differenz ΔIh zwischen den Heizströmen, die an das Upstream-Heizelement 12a und das Downstream-Heizelement 12b geliefert werden, und der in 9 gezeigten Beziehung wird eingerichtet. Es wird somit möglich, ein Erfassungssignal zu halten, das in Abhängigkeit von einer Flussrichtung des Fluids variiert, und es kann daher bestimmt werden, ob eine Flussrichtung des Fluids vorwärts oder rückwärts ist.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird es, wie erläutert, möglich, ein Erfassungssignal entsprechend einer Flussrichtung des Fluids leicht und genau bei geringen Kosten unter Verwendung einer einfachen Schaltung zu erhalten.
Dritte Ausführungsform
11 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Flussraten-Erfassungsschaltung in einem thermischen Flusssensor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die Bezugszeichen der 11, die gleich sind zu jenen der 1, bezeichnen gleiche oder äquivalente Abschnitte und der Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitt 1a ist der gleiche wie das Gegenstück der obigen ersten Ausführungsform, gezeigt in 1, und eine Beschreibung wird hier nicht wiederholt.
Die obige erste Ausführungsform hat die Steuerung durch den Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt 8a beispielhaft erläutert, wonach die Heizströme Ihu und Ihd, die durch das Upstream- bzw. Downstream-Heizelement 12a bzw. 12b fließen, derart gesteuert werden, dass eine Temperaturdifferenz zwischen dem Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und 6b oder ein Spannungsverhältnis zwischen dem Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und 6b einen vorbestimmten Wert annimmt. Es wird vermerkt, dass die dritte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet ist, das ein Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt (zweiter Steuerabschnitt) 8b eine Steuerung unter Verwendung einer Temperaturdifferenz oder eines Spannungsverhältnisses zwischen dem Upstream- und Downstream-Heizelement 12a und 12b anstelle einer Temperaturdifferenz oder eines Spannungsverhältnisses zwischen dem Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und 6b durchführt.
Ein Vergleich mit der in 1 gezeigten Flussraten-Erfassungsschaltung zeigt, dass eine Flussraten-Erfassungsschaltung, die in 11 gezeigt ist, sich darin unterscheidet, dass ein Eingangssignal in den Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt 8b eine Spannung an einem Verbindungspunkt des Upstream-Heizelements 12a und des Downstream-Heizelements 12b und einer angelegten Spannung an das Heizelement 12 ist.
Der Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt 8b arbeitet auf die gleiche Art und Weise wie in der obigen ersten Ausführungsform, und ein Verhältnis zwischen einer Spannung Vhu, angelegt an dem Upstream-Heizelement 12a, und einer Spannung Vht, angelegt an dem Downstream-Heizelement 12b, wird durch die folgende Gleichung (9) gegeben, was gleich zu dem Teilungsverhältnis des Spannungsteilungsabschnitts 9 ist. Hierbei ist Rhu ein Widerstandswert des Upstream-Heizelements 12a und Rhd ein Widerstandswert des Downstream-Heizelements 12b. Vhu:Vhd = Rhu·Ih:Rhd(Ih – ΔIh) = a1:a2 (9)
Es wird angenommen, dass die Charakteristiken des Upstream-Heizelements 12a und des Downstream-Heizelements 12b ohne eine Abweichung gleich sind. Für einen Fall, dass eine Flussrichtung des Fluids vorwärts ist, wenn eine Einstellung vorliegt wie: a1 = a2, wird dann das Upstream-Heizelement 12a durch das Fluid gekühlt, und wird von dem Heizelement 12 weniger wärmeempfindlich, wohingegen das Downstream-Heizelement 12b durch den Kontakt mit dem durch das Upstream-Heizelement 12a erhitzten Fluid stärker wärmeempfindlich wird.
Eine Spannung an dem Verbindungspunkt des Upstream-Heizelements 12a und des Downstream-Heizelements 12b fällt hier ab auf oder unter die halbe Spannung, die an das gesamte Heizelement 12 angelegt wird. Da jedoch eine Ausgabe des Operationsverstärkers 10 abfällt, nimmt eine Differenz aus ΔIh zwischen den Heizströmen, die durch das Upstream-Heizelement 12a und das Downstream-Heizelement 12b fließen, einen positiven Wert an. Diese Spannung wird daher auf die Hälfte der angelegten Spannung gesteuert.
Für den Fall, dass eine Flussrichtung des Fluids rückwärts ist, wird ein umgekehrter Betrieb zu dem obig erläuterten Betrieb durchgeführt, sodass eine Differenz ΔIh zwischen den Heizströmen, die durch das Upstream-Heizelement 12a und das Downstream-Heizelement 12b fließen, einen negativen Wert annimmt.
In diesem Fall wird eine Spannung Vm, die durch die obige Gleichung (6) gegeben ist, über dem Widerstand 11 erzeugt. Diese Spannung Vm ist proportional zu einer Differenz zwischen der obigen Gleichung (4) und der obigen Gleichung (5), d.h., die Differenz ΔIh zwischen den Heizströmen, die an das Upstream-Heizelement 12a und das Downstream-Heizelement 12b geliefert werden, und eine Beziehung wie in 9 gezeigt wird eingerichtet. Es wird daher möglich, ein Erfassungssignal entsprechend einer Flussrichtung des Fluids zu erhalten.
Es wird daher, mit anderen Worten, auch in der dritten Ausführungsform möglich, ein Erfassungssignal zu erhalten, das in Abhängigkeit von einer Flussrichtung des Fluids variiert, und es kann daher bestimmt werden, ob eine Flussrichtung des Fluids vorwärts oder rückwärts ist.
Gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung wird es, wie erläutert, möglich, ein Erfassungssignal, das in Abhängigkeit von einer Flussrichtung des Fluids variiert, leicht und genau bei geringen Kosten unter Verwendung einer einfachen Schaltung zu erhalten.
Vierte Ausführungsform
12 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Flussraten-Erfassungsschaltung in einem thermischen Flusssensor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Die Bezugszeichen von 12, die gleich sind zu jenen von 11, bezeichnen gleiche oder äquivalente Abschnitte, und eine diesbezügliche Beschreibung wird nicht wiederholt.
Die obige erste Ausführungsform hat die Steuerung durch den Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitt 1a beispielhaft beschrieben, wonach die Heizströme Ihu und Ihd, die durch das Upstream- bzw. Downstream-Heizelement 12a bzw. 12b fließen, derart gesteuert werden, dass eine Durchschnitts-Temperatur des Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a und 6b auf einer Temperatur beibehalten wird, die vorbestimmte Grade höher ist als eine Temperatur des Fluids ist, die durch den Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt 2 erfasst wird. Es wird vermerkt, dass die vierte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet ist, dass der Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitt (erster Steuerabschnitt) 1b eine Steuerung unter Verwendung einer Durchschnitts-Temperatur des Upstream- und Downstream-Heizelements 12a und 12b durchführt, anstelle einer Durchschnitts-Temperatur des Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a und 6b, auf die gleiche Art und Weise wie in der obigen zweiten Ausführungsform.
Die obige erste Ausführungsform hat ferner die Steuerung durch den Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt 8a beispielhaft beschrieben, wonach die Heizströme Ihu und Ihd, die durch das Upstream- bzw. Downstream-Heizelement 12a bzw. 12b fließen, derart gesteuert werden, dass eine Temperatur-Differenz zwischen dem Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und 6b oder ein Spannungsverhältnis zwischen dem Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und 6b einen vorbestimmten Wert annimmt. Es wird vermerkt, dass die vierte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt (zweiter Steuerabschnitt) 8b eine Steuerung unter Verwendung einer Temperatur-Differenz oder eines Spannungsverhältnisses zwischen dem Upstream- und Downstream-Heizelement 12a und 12b durchführt, anstelle einer Temperatur-Differenz oder eines Spannungsverhältnisses zwischen dem Upstream- und Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und 6b, auf die gleiche Art und Weise wie in der dritten Ausführungsform.
Eine Flussraten-Erfassungsschaltung, die in 12 gezeigt ist, ist durch den Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitt 1b, den Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt 8b und das Heizelement 12 ausgebildet. Der Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitt 1b ist gleich zu dem Gegenstück der obigen zweiten Ausführungsform, gezeigt in 10, und der Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt 8b ist gleich zu dem Gegenstück der obigen dritten Ausführungsform, gezeigt in 11, und eine Beschreibung wird hier nicht wiederholt.
Mit anderen Worten kann in der vierten Ausführungsform ebenfalls eine Differenz ΔIh zwischen den Heizströmen, geliefert an das Upstream-Heizelement 12a und das Downstream-Heizelement 12b, erfasst werden. Es wird somit möglich, ein Erfassungssignal zu erhalten, das in Abhängigkeit von einer Flussrate des Fluids variiert, und es kann daher bestimmt werden, ob eine Flussrichtung des Fluids vorwärts oder rückwärts ist.
Gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung wird es, wie erläutert, möglich, ein Erfassungssignal entsprechend einer Flussrichtung des Fluids leicht und genau bei geringen Kosten und unter Verwendung einer einfachen Schaltung zu erhalten.
Fünfte Ausführungsform
Ein Flusssensor gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Verwendung der 13 bis 15 beschrieben. 13 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Flussraten-Erfassungsschaltung in einem thermischen Flusssensor gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung. Die Bezugszeichen von 13, die gleich sind zu jenen von 1, bezeichnen gleiche oder äquivalente Abschnitte, und eine Beschreibung wird hier nicht wiederholt.
In der obigen fünften Ausführungsform wird eine Flussrichtung des Fluids unter Verwendung einer Differenz ΔIh zwischen den Heizströmen bestimmt, die erhalten werden durch die Steuerung des Spannungsverhältnis-Steuerabschnitts 8a als ein Erfassungssignal. Die fünfte Ausführungsform beschreibt einen Fall, wobei eine Bestimmung unter Verwendung eines Verhältnisses zwischen Spannungen erfolgt, die an dem Upstream-Heizelement 12a und dem Downstream-Heizelement 12b angelegt werden, die erhalten werden durch die Steuerung des Spannungsverhältnis-Steuerabschnitts 8c als ein Erfassungssignal.
Ein Vergleich mit der Flussraten-Erfassungsschaltung von 1 zeigt, dass die Flussraten-Erfassungsschaltung nach 13 sich darin unterscheidet, dass: der Widerstand 11 weggelassen ist und ein Kurzschluss erzeugt wird, eine Verbindungsposition des Upstream-Heizelements 12a und des Downstream-Heizelements 12b entgegengesetzt ist; und eine Verbindungsposition des Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a und des Downstream-Temperatur-Erfassungsschnitts 6b entgegengesetzt ist.
Ein Durchschnitts-Temperatur-Steuerabschnitt 1c liefert Heizströme an das Heizelement 12 mittels des Operationsverstärkers 7, sodass eine Temperaturdifferenz zwischen dem Temperatur-Erfassungsabschnitt 6 und dem Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt 2 konstant einen vorbestimmten Wert wie in der obigen Ausführungsform annimmt.
Es wird angenommen, dass die Charakteristiken des Upstream-Heizelements 12a und des Downstream-Heizelements 12b ohne eine Abweichung gleich sind, und dies auch für die Charakteristiken des Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a und des Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6b gilt. Durch eine Einstellung wie: a1 = a2 steuert der Spannungsverhältnis-Steuerabschnitt 8c dann die Heizströme mittels des Operationsverstärkers 10, sodass Temperaturen des Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6a und des Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitts 6b wie in der obigen ersten Ausführungsform konstant gleich sind.
Für den Fall, dass eine Flussrichtung des Fluids vorwärts ist, wird der Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a durch das Fluid gekühlt, und wird von dem Heizelement 12 weniger wärmeempfindlich, während der Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6b durch einen Kontakt mit dem durch das Heizelement 12 erhitzten Fluid stärker wärmeempfindlich wird.
Durch die Durchführung der Steuerung mittels des Operationsverstärkers 7, sodass eine Temperatur-Differenz zwischen dem Upstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und dem Downstream-Temperatur-Erfassungsabschnitt 6b zu 0 Grad wird, wird somit eine Temperatur, d.h., ein Widerstandswert des Upstream-Heizelements 12a gesteuert, um höher zu sein als eine Temperatur des Downstream-Heizelements 12b, für den Fall, dass die Flussrichtung des Fluids vorwärts ist und eine Beziehung wie in 7 gezeigt eingestellt wird.
Ein Heizstrom Ihu, der durch das Upstream-Heizelement 12a in diesem Fall fließt, erfordert ferner einen größeren Strom als ein Heizstrom Ihd, der durch Downstream-Heizelement 12b fließt, und eine Beziehung wie in 8 gezeigt eingestellt.
Wenn VR hier eine angelegte Spannung an dem Heizelement 12 ist, Vhu eine angelegte Spannung an dem Upstream-Heizelement 12a ist, und Vhd eine angelegte Spannung an dem Downstream-Heizelement 12b ist, wobei dies durch die folgende Gleichung (10) gegeben wird, wird eine Beziehung wie in 14 gezeigt eingestellt. VR = Vhu + Vhd Vhu = Rhu·Ihu Vhd = Rhd·Ihd (10)
Mit einem Spannungsverhältnis zwischen der angelegten Spannung Vhu zu dem Upstream-Heizelement 12a und der angelegten Spannung VR zu dem Heizelement 12 wird eine Beziehung wie in 15 gezeigt eingestellt.
Das Spannungsverhältnis zwischen der angelegten Spannung Vhu zu dem Upstream-Heizelement 12a und der angelegten Spannung VR zu dem Heizelement 12 wird z.B. durch einen A-zu-D-Wandler 13 berechnet.
Der A-zu-D-Wandler 13 wendet eine A-zu-D-Wandlung an der angelegten Spannung Vhu an dem Upstream-Heizelement 12a an, wobei es sich um ein Eingangssignal darin handelt, in Bezug auf die angelegte Spannung VR an das Heizelement 12, als eine Referenzspannung.
Für den Fall, dass der A-zu-D-Wandler 13 eine (n)-Bit-Auflösung aufweist, werden digitale Daten, die durch den A-zu-D-Wandler 13 quantisiert werden, durch die folgende Gleichung (11) gegeben, und als ein Flussraten-Signal erfassbar bzw. detektierbar. Vhu/VR × (2⁽ⁿ⁾ – 1) (11)
In der fünften Ausführungsform wird ein Spannungsverhältnis zwischen Vhu und VR als ein Erfassungssignal verwendet. Es wird jedoch vermerkt, dass das Spannungsverhältnis zwischen Vhu und Vhd genauso verwendet werden kann.
Gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung wird es, wie erläutert, möglich, ein Erfassungssignal, das in Abhängigkeit von einer Flussrichtung des Fluids variiert, leicht und Genau mit geringen Kosten unter Verwendung einer einfachen Schaltung zu erhalten.
Es wird verstanden, dass die jeweiligen Ausführungsformen der Erfindung ohne eine Beschränkung kombiniert werden können, und die jeweiligen Ausführungsformen bei Bedarf modifiziert und weggelassen werden können, im Umfang der Erfindung.
Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung sind dem Durchschnittsfachmann ersichtlich, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen, und es wird verstanden, dass diese nicht auf die hier dargestellten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 11-201793 A [0005]

Claims

Flusssensor, umfassend: einen Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt (2), der eine Temperatur eines Fluids erfasst; erstes und zweites Heizelement (12 und 12b), die oberhalb bzw. unterhalb in einer Flussrichtung des Fluids angeordnet sind, um einer gegenseitigen thermischen Interferenz zu unterliegen; einen ersten Steuerabschnitt (1a, 1b oder 1c), der Heizströme steuert, die durch das erste bzw. zweite Heizelement (12a und 12b) fließen, sodass eine Durchschnitts-Temperatur des ersten und zweiten Heizelements (12a und 12b) auf einer Temperatur beibehalten wird, die vorbestimmte Grade höher ist als die Temperatur des Fluids, erfasst durch den Fluid-Temperatur-Erfassungsabschnitt (2); und einen zweiten Steuerabschnitt (8a, 8b oder 8c), der die Heizströme steuert, die durch das erste bzw. zweite Heizelement (12a und 12b) fließen, sodass eines von einer Temperatur-Differenz zwischen dem ersten und zweiten Heizelement (12a und 12b) und einem Verhältnis zwischen Spannungen, die an dem ersten bzw. zweiten Heizelement (12a und 12b) anliegen, einen vorbestimmten Wert annimmt, wobei ein Erfassungssignal entsprechend der Flussrichtung des Fluids durch den zweiten Steuerabschnitt (8a, 8b oder 8c) erhalten wird.
Flusssensor nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen ersten Temperatur-Erfassungsabschnitt (6a), angeordnet an einer Position unter dem Einfluss von Wärme von dem ersten Heizelement (12a) und dem Fluid; und einen zweiten Temperatur-Erfassungsabschnitt (6b), angeordnet an einer Position unter dem Einfluss von Wärme von dem zweiten Heizelement (12b) und dem Fluid, wobei die Durchschnitts-Temperatur aus Temperaturen des ersten und zweiten Temperatur-Erfassungsabschnitts (6a und 6b) erhalten wird.
Flusssensor nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: einen ersten Temperatur-Erfassungsabschnitt (6a und 6b), angeordnet an einer Position unter dem Einfluss von Wärme von dem ersten Heizelement (12a) und dem Fluid; und einen zweiten Temperatur-Erfassungsabschnitt (6b), angeordnet einer Position unter dem Einfluss von Wärme von dem zweiten Heizelement (12b) und dem Fluid, wobei die Temperatur-Differenz durch eine Temperatur-Differenz zwischen dem ersten und zweiten Temperatur-Erfassungsabschnitt (6a und 6b) erhalten wird, und das Verhältnis zwischen den Spannungen durch ein Verhältnis zwischen Spannungen erhalten wird, die an dem ersten und zweiten Temperatur-Erfassungsabschnitt (6a und 6b) angelegt werden.
Flusssensor nach Anspruch 1, wobei: der zweite Steuerabschnitt (8b) die Heizströme steuert, die durch das erste bzw. zweite Heizelement (12a und 12b) fließen, sodass die Temperatur-Differenz zwischen dem ersten und zweiten Heizelement (12a und 12b) Null Grad ist.
Flusssensor nach Anspruch 3, wobei: der zweite Steuerabschnitt (8a oder 8c) die Heizströme steuert, die durch das erste bzw. zweite Heizelement (12a und 12b) fließen, sodass die Temperatur-Differenz zwischen dem ersten und zweiten Temperatur-Erfassungsabschnitt 6a und 6b 0 Grad ist.
Flusssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: das erste und zweite Heizelement (12a und 12b) in Reihe elektrisch verbunden sind.
Flusssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: das Erfassungssignal ein Strom ist, der durch den zweiten Steuerabschnitt (8a oder 8b) gesteuert wird.
Flusssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: das Erfassungssignal ein Verhältnis zwischen Spannungen ist, die an dem ersten Heizelement (12a) und dem zweiten Heizelement (12b) gesteuert durch den zweiten Steuerabschnitt (8c) angelegt werden.
Steuersystem einer Verbrennungskraftmaschine, das für eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt ist und die Verbrennungskraftmaschine steuert, wobei: der Flusssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für eine Einlasssystemanordnung der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt ist, und bestimmt, ob ein Fluss einer Einlassluft in die Einlasssystemanordnung vorwärts oder rückwärts ist.