DE102018210217A1

DE102018210217A1 - Durchflussraten-Detektor

Info

Publication number: DE102018210217A1
Application number: DE102018210217.1A
Authority: DE
Inventors: Naoki Morinaga; Yuji Ariyoshi; Masahiro Kawai; Shinichiro Hidaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2038-06-23
Also published as: US20190186400A1; DE102018210217B4; JP6556217B2; JP2019109190A; US10753300B2

Abstract

Ein Durchflussraten-Detektor umfasst einen Erfassungsschaltkreis, konfiguriert um eine Spannung in Übereinstimmung mit einer Durchflussrate von Luft, die durch ein Ansaugrohr strömt, als Analogsignal auszugeben und einen Umwandlungsschaltkreis, konfiguriert um das Analogsignal, das von dem Erfassungsschaltkreis eingegeben wurde in ein digitales Signal basierend auf eine Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik umzuwandeln, um das digitale Signal auszugeben. Das Analogsignal, das der Vorwärts-Fließrichtung entspricht und in den Umwandlungsschaltkreis eingegeben wird, wird so eingestellt, dass es einen größeren Wert hat als ein Eingangsspannungsbereich in dem ein fehlender Code in der Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik auftreten kann.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Durchflussraten-Detektor, der konfiguriert ist eine Durchflussrate der Luft zu ermitteln, die in einen Verbrennungsmotor gesaugt wird.
Beschreibung des Standes der Technik
In einem elektronisch gesteuerten Kraftstof feinspritzsystem, das z. B. in einem an einem Kraftfahrzeug befestigten Verbrennungsmotor verwendet wird, ist ein Durchflussraten-Detektor weit verbreitet, der konfiguriert ist eine Massendurchflussrate der Luft, die in den Verbrennungsmotor gesaugt wird, zu erfassen. Allgemeine Detektionsverfahren des Durchflussraten-Detektors umfassen z. B. ein thermisches Detektionsverfahren und ein Kármánsche-Wirbel-Detektionsverfahren.
Ein thermischer Durchflussraten-Detektor ist konfiguriert eine Durchflussrate der Luft basierend auf einer Strömung, die durch eine thermische Leitung fließen muss, um die Temperatur der thermischen Leitung, die durch umströmende Luft auf eine ursprüngliche Temperatur geändert wird, wiederherzustellen. Ein Kármánsche-Wirbel-Durchflussraten-Detektor ist konfiguriert eine Durchflussrate der Luft basierend auf der Erzeugungsfrequenz eines Kärmänschen Wirbels, der regelmäßig, abwechselnd auf den rechten und linken Seiten, einer stromabwärts Seite eines in einer Flüssigkeit angeordneten Objekts, erzeugt wird.
Zusätzlich wird ein Durchflussraten-Detektor vorgeschlagen, der konfiguriert ist eine Temperatur der Luft zu erfassen, die durch einen Fließkanal fließt, eine Spannung in Übereinstimmung mit der Temperatur in einen arithmetischen Verarbeitungsschaltkreis zu Laden, und eine Signalverarbeitung, z. B. digitale Umwandlung, durch einen A/D-Wandler (siehe z. B. Japanisches Patentnr. 5304766) durchzuführen.
Der im japanischen Patentnr. 5304766 beschriebene Stand der Technik hat eine Konfiguration in der lineare Korrektur der A/D-Umwandlung in einem Schaltkreis in einem nachfolgenden Stadium des A/D-Wandlers durchgeführt wird, um eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit durch nicht-lineare Fehler des A/D-Wandlers zu verhindern. Dadurch ist die Schaltkreiskonfiguration des Durchflussraten-Detektors komplex.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen um das vorher genannte Problem zu lösen und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Durchflussraten-Detektor zur Verfügung zu stellen, der in der Lage ist, die Erfassungsgenauigkeit einer Durchflussrate zu verbessern und eine Verkomplizierung von dessen Schaltkreiskonfiguration zu verhindern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Durchflussraten-Detektor zur Verfügung gestellt, der konfiguriert ist, eine Durchflussrate der Luft zu erfassen, die durch ein Ansaugrohr, durch das Luft in einen Verbrennungsmotor eingeleitet wird, fließt, wobei der Durchflussraten-Detektor umfasst: einen Umgehungskanal, der so konfiguriert ist, dass ein Teil der Luft hindurchströmen kann; einen Erfassungsschaltkreis, der konfiguriert ist, ein Analogsignal einer Spannung in Übereinstimmung mit einer Durchflussrate der Luft, die durch das Ansaugrohr fließt, auszugeben, durch Teilen einer Referenzspannung basierend auf einem Ausmaß der Durchflussrate und darauf, ob eine Fließrichtung der Luft eine Vorwärts- oder eine Rückwärts-Fließrichtung ist, wobei die Vorwärts-Fließrichtung eine Richtung von dem Durchflussraten-Detektor zum Verbrennungsmotor ist und die Rückwärts-Fließrichtung eine Richtung entgegengesetzt zur Vorwärts-Fließrichtung ist; und einen Umwandlungsschaltkreis, der konfiguriert ist das Analogsignal als Eingabe zu empfangen, das von dem Erfassungsschaltkreis ausgegeben wird, und um das eingegebene Eingabe-Analogsignal in digitalen Code, basierend auf einer Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik umzuwandeln, um den durch die Umwandlung erhaltenen digitalen Code als ein digitales Signal auszugeben, wobei die Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik eine Charakteristik ist, die durch Zuordnung einer Eingangsspannung, die in den Umwandlungsschaltkreis eingegeben wird, zu dem digitalen Code, der von dem Umwandlungsschaltkreis ausgegeben wird, erhalten wird, worin ein Vorwärtsfluss-Analogsignal, d. h. ein Analogsignal, das der Vorwärts-Fließrichtung entspricht und in den Umwandlungsschaltkreis eingegeben wird, so eingestellt wird, dass es einen größeren Wert hat als ein Fehlend-Eingangsspannungsbereich, d. h. ein Eingangsspannungsbereich, in dem ein fehlender Code in der Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik auftreten kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Durchflussraten-Detektor zur Verfügung zu stellen, der in der Lage ist, die Erfassungsgenauigkeit der Durchflussrate zu verbessern und eine Verkomplizierung seiner Schaltkreiskonfiguration zu verhindern.
Figurenliste

1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das einen Durchflussraten-Detektor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 zeigt einen Grundriss eines Durchflussraten-Erfassungselements in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Schnittansicht aus der durch die Pfeile A-A der 2 angedeuteten Richtung.
4 zeigt ein Schaltkreisdiagramm, das eine Konfiguration eines Erfassungsschaltkreises in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Erfassungsschaltkreises und eines Umwandlungsschaltkreises in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 zeigt einen schematischen Graphen, der ein Beispiel einer Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik des Umwandlungsschaltkreises in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 zeigt einen schematischen Graphen, der ein Beispiel eines Verhältnisses zwischen einer Durchflussrate und einem digitalen Code darstellt, in einem Fall in dem eine allgemeine Zuweisung der Durchflussrate und des digitalen Codes in dem Umwandlungsschaltkreis in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet werden.
8 zeigt einen schematischen Graphen, der ein Beispiel eines Verhältnisses zwischen einem von dem Erfassungsschaltkreis ausgegeben Analogsignal und einem von dem Umwandlungsschaltkreis ausgegebenen digitalen Signal in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
9 zeigt einen schematischen Graphen, der ein Beispiel eines Verhältnisses zwischen der Durchflussrate und dem Analogsignal in einem Fall, in dem ein Verhältnis zwischen Widerstandswerten eines ersten Widerstands zur Durchflussratenerfassung und eines zweiten Widerstands zur Durchflussratenerfassung des Erfassungsschaltkreises in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geändert werden, darstellt.
10 zeigt ein Blockdiagramm, dass eine Konfiguration eines Erfassungsschaltkreises, eines Umwandlungsschaltkreises und eines Abgleichschaltkreises in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 zeigt einen Grundriss eines Durchflussraten-Erfassungselements in einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt eine Schnittansicht aus der durch die Pfeile A-A der 11 angedeuteten Richtung.
13 zeigt ein Schaltkreisdiagramm, das eine Konfiguration eines Erfassungsschaltkreis in dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
14 zeigt ein Blockdiagramm, dass eine Konfiguration eines Erfassungsschaltkreises, eines Umwandlungsschaltkreises und eines Abgleichschaltkreises in einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
15 zeigt einen Grundriss eines Durchflussraten-Erfassungselements in einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
16 zeigt eine Schnittansicht aus der durch die Pfeile A-A der 15 angedeuteten Richtung.
17 zeigt ein Schaltkreisdiagramm, das eine Konfiguration des Erfassungsschaltkreises in dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
18 zeigt ein Blockdiagramm, dass eine Konfiguration eines Erfassungsschaltkreises, eines Umwandlungsschaltkreises und eines Abgleichschaltkreises in einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
19 zeigt einen Grundriss eines Durchflussraten-Erfassungselements in einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
20 zeigt eine Schnittansicht aus der durch die Pfeile A-A der 19 angedeuteten Richtung.
21 zeigt ein Schaltkreisdiagramm, das eine Konfiguration des Erfassungsschaltkreises in dem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
22 zeigt ein Blockdiagramm, dass eine Konfiguration eines Erfassungsschaltkreises, eines Umwandlungsschaltkreises und eines Abgleichschaltkreises in einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend wird ein Durchflussraten-Detektor gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der Darstellung der Zeichnungen sind dieselben oder entsprechende Komponenten mit denselben Referenzzeichen markiert und auf deren überlappende Beschreibung wird hierbei verzichtet.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das einen Durchflussraten-Detektor 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. In 1 ist ein Seitenquerschnitt dargestellt, der sich ergibt, wenn der an einem Ansaugrohr 2 zum Einleiten von Luft in einen Verbrennungsmotor befestigte Durchflussraten-Detektor 1 auf einer Ebene parallel zu einer Fließrichtung X der Luft geschnitten wird. Außerdem ist eine Richtung, in der die Luft in dem Ansaugrohr 2 von der Seite des Durchflussraten-Detektors 1 zur Verbrennungsmotorseite fließt, als eine Vorwärts-Fließrichtung X1 definiert und eine Richtung, in der die Luft in dem Ansaugrohr 2 von der Verbrennungsmotorseite zur Seite des Durchflussraten-Detektors 1 fließt, d. h. die der Vorwärts-Fließrichtung X1 entgegengesetzte Richtung, ist als eine Rückwärts-Fließrichtung X2 definiert.
Der Durchflussraten-Detektor 1 in 1 umfasst: ein Körperteil 3, das durch eine in dem Ansaugrohr 2 geformte Einführungsöffnung 4 in das Ansaugrohr 2 eingesetzt wird; ein Flanschteil 5, das an dem Ansaugrohr 2 befestigt wird; und ein Verbindungsteil 10, das in dem Flanschteil 5 geformt wird.
In dem Körperteil 3 sind ein Umgehungskanal 6, in dem ein Durchflussraten-Erfassungselement 7 angeordnet ist, eine Leiterplatte 8 und ein Schaltkreis-Unterbringungsteil 9, in dem die Leiterplatte 8 untergebracht ist, zur Verfügung gestellt.
Der Umgehungskanal 6 ist in dem Ansaugrohr 2 lokalisiert und ein Teil der Luft, die durch das Ansaugrohr 2 strömt, fließt durch den Umgehungskanal 6. Das heißt, der Umgehungskanal 6 nimmt durch eine Anströmungsöffnung 61 einen Teil der Luft auf, die durch das Ansaugrohr 2 strömt. Die Luft, die in den Umgehungskanal 6 eingeleitet wurde, fließt durch den Umgehungskanal 6 und wird Anschließend durch eine Abströmungsöffnung 62 in das Ansaugrohr 2 zurückgeführt.
Die Leiterplatte 8 ist in dem Schaltkreis-Unterbringungsteil 9 untergebracht. Auf der Leiterplatte 8 sind ein Erfassungsschaltkreis 15 und ein Umwandlungsschaltkreis 16, die später beschrieben werden, befestigt. Der Erfassungsschaltkreis 15 und der Umwandlungsschaltkreis 16, die auf der Leiterplatte 8 befestigt sind, sind über den Verbindungsteil 10 elektrisch mit einer externen Stromquelle und einer Steuervorrichtung (nicht dargestellt) verbunden. Mit dieser Konfiguration wird Strom, der zum Betrieb des Erfassungsschaltkreises 15 und des Umwandlungsschaltkreises 16 benötigt wird, von der externen Stromquelle zugeführt, und die Ausgabe des Umwandlungsschaltkreis 16 wird in die Steuervorrichtung eingegeben.
Als nächstes erfolgt die Beschreibung einer Konfiguration des Durchflussraten-Erfassungselements 7 mit Bezug auf 2 und 3. 2 zeigt einen Grundriss des Durchflussraten-Erfassungselements 7 in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt eine Schnittansicht aus der durch die Pfeile A-A der 2 angedeuteten Richtung.
Das Durchflussraten-Erfassungselement 7 in 2 und 3 umfasst einen Erfassungsteil 11, ein Silizium-Substrat 13 und ein Isolierfilm 14, der auf einer Oberfläche des Silizium-Substrats 13 geformt wird um den Erfassungsteil 11 abzudecken. Der Erfassungsteil 11 umfasst einen ersten Widerstand zur Durchflussratenerfassung (nachfolgend einfach als „Widerstand“ bezeichnet) 12a und einen zweiten Widerstand zur Durchflussratenerfassung (nachfolgend einfach als „Widerstand“ bezeichnet) 12b. Der Widerstand 12a und der Widerstand 12b sind in dem Isolierfilm 14 angeordnet.
Wie in 3 dargestellt, wird die Rückseitenoberfläche des Silizium-Substrats 13 z. B. durch Ätzen entfernt und dadurch hat die Schicht, in der Widerstand 12a und Widerstand 12b gebildet werden, eine dünne Filmstruktur.
Als nächstes erfolgt die Beschreibung der Konfigurationen des Erfassungsschaltkreises 15 und des Umwandlungsschaltkreises 16 mit Bezug auf 4 und 5. 4 zeigt ein Schaltkreisdiagramm, das eine Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15 in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 5 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15 und des Umwandlungsschaltkreises 16 in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Der Erfassungsschaltkreis 15 in 4 umfasst eine Konstantspannungsquelle E und eine Reihenschaltung einschließlich des Widerstands 12a und des Widerstands 12b. Die Konstantspannungsquelle E gibt eine Referenzspannung Vref aus. In der Konfiguration der Reihenschaltung sind der Widerstand 12a und der Widerstand 12b miteinander in Reihe geschaltet. In der Reihenschaltung ist ein Anschluss geerdet und ein anderer Anschluss ist mit der Konstantspannungsquelle E verbunden.
Ein Anschluss des Widerstands 12a und ein Anschluss des Widerstand 12b sind miteinander in Reihe geschaltet. Ein anderer Anschluss des Widerstands 12a ist geerdet und ein anderer Anschluss des Widerstands 12b ist mit der Konstantspannungsquelle E verbunden.
Zwischen dem Widerstand 12a, der auf der stromaufwärts Seite des Umgehungskanals 6 positioniert ist, und dem Widerstand 12b, der auf der stromabwärts Seite des Umgehungskanals 6 positioniert ist, wird eine Temperaturdifferenz in Übereinstimmung mit einer Durchflussrate Qm, der durch das Ansaugrohr 2 strömenden Luft, erzeugt. Mit einer derartig erzeugten Temperaturdifferenz wird ein Verhältnis zwischen den Widerstandswerten des Widerstands 12a und des Widerstands 12b verändert.
Dementsprechend ist der Erfassungsschaltkreis 15 in der Lage, eine Spannung in Übereinstimmung mit der Durchflussrate Qm als ein Analogsignal Vm auszugeben, durch Division der Referenzspannung Vref, basierend auf einer Magnitude der Durchflussrate Qm und ob die Fließrichtung der Luft die Vorwärts-Fließrichtung X1 oder die Rückwärts-Fließrichtung X2 ist. Konkret ist der Erfassungsschaltkreis 15 wie in 4 dargestellt konfiguriert eine Spannung basierend auf dem Widerstand 12a als das Analogsignal Vm auszugeben.
In 5 gibt der Erfassungsschaltkreis 15 das Analogsignal Vm in Übereinstimmung mit der Durchflussrate Qm aus. Das vom Erfassungsschaltkreis 15 ausgegebene Analogsignal Vm wird in den Umwandlungsschaltkreis 16 eingegeben.
Der Umwandlungsschaltkreis 16 empfängt als Eingabe das Analogsignal Vm, das von dem Erfassungsschaltkreis 15 ausgegeben wird, und wandelt das eingegebene Analogsignal Vm in digitalen Code um, basierend auf einer Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik, um den durch die Umwandlung erhaltenen digitalen Code Dm als ein digitales Signal auszugeben. Die Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik des Umwandlungsschaltkreises 16 ist eine Charakteristik, die durch Assoziation einer Eingangsspannung, die von dem Umwandlungsschaltkreis 16 eingegeben wird, mit dem digitalen Code, der von dem Umwandlungsschaltkreis 16 ausgegeben wird.
Nun erfolgt die Beschreibung der Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik des Umwandlungsschaltkreises 16 mit Bezug auf 6. 6 zeigt einen schematischen Graphen, der ein Beispiel der Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik des Umwandlungsschaltkreises 16 in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 6 stellt die horizontale Achse das Analogsignal Vm, das in den Umwandlungsschaltkreis 16 eingegeben wird, d. h. die Eingangsspannung, dar und die vertikale Achse stellt den digitalen Code dar, der als digitales Signal Dm von der Umwandlungsschaltkreis 16 entsprechend der Eingangsspannung ausgegeben wird. Außerdem wird in 6 ein Beispiel der Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik in einem Fall dargestellt, in dem ein allgemeiner Umwandlungsfehler in dem Umwandlungsschaltkreis 16 vorliegt.
Wie in 6 dargestellt, in Bezug auf das Verhältnis zwischen der Eingangsspannung und dem digitalen Code ist eine Eingangsspannungsbreite pro 1 LSB, das niedrigstwertige Bit, ideal konstant. Jedoch ist in Abhängigkeit des Umwandlungsschaltkreis-Typen 16, eine Eingangsspannungsbreite entsprechend eines spezifischen digitalen Codes größer als eine Eingangsspannungsbreite entsprechend eines anderen digitalen Codes.
Abhängig von der Eingangsspannungsbreite pro 1 LSB, kann ein Phänomen, in dem ein digitaler Code, der ursprünglich entsprechend einer Eingangsspannung ausgegeben werden sollte, nicht ausgegeben wird, d. h. ein fehlender Code, auftreten.
In einem Fall in dem ein derartiger Umwandlungsfehler in dem Umwandlungsschaltkreis 16 vorliegt, besteht Besorgnis, dass selbst wenn das Analogsignal Vm in Übereinstimmung mit der Durchflussrate Qm von dem Erfassungsschaltkreis 15 in den Umwandlungsschaltkreis 16 eingegeben wird, das Analogsignal Vm nicht korrekt in das digitale Signal Dm umgewandelt wird, mit dem Ergebnis, dass sich die Erfassungsgenauigkeit der Durchflussrate Qm verschlechtert.
Als nächstes erfolgt mit Bezug auf 7 die Beschreibung eines Verhältnisses zwischen der Durchflussrate Qm und dem digitalen Code, in einem Fall in dem eine allgemeine Zuweisung der Durchflussrate Qm und des digitalen Codes in dem Umwandlungsschaltkreis 16 angewendet wird. 7 zeigt einen schematischen Graphen, der ein Beispiel des Verhältnisses zwischen der Durchflussrate Qm und dem digitalen Code darstellt, in dem Fall in dem eine allgemeine Zuweisung der Durchflussrate Qm und des digitalen Codes in dem Umwandlungsschaltkreis 16 in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
In 7 die vertikale Achse zeigt die in den Umwandlungsschaltkreis 16 eingegebene Eingangsspannung entsprechend der Durchflussrate Qm und den von dem Umwandlungsschaltkreis 16 ausgegebenen digitalen Code entsprechend der Eingangsspannung, und die horizontale Achse zeigt die Durchflussrate Qm entsprechend des digitalen Codes.
Außerdem ist in 7 in einem Wertebereich, der durch den digitalen Code übernommen werden kann, eine dem Maximum entsprechende Eingangsspannung als die Referenzspannung Vref gesetzt, eine dem Minimum entsprechende Eingangsspannung ist als Null gesetzt und eine Eingangsspannung, entsprechend der Grenze zum Zeitpunkt des Übergangs von „0“ zu „1“ bei dem höchstwertigsten Bit des digitalen Codes, ist als eine Hälfte der Referenzspannung Vref gesetzt.
Außerdem zeigt in 7 die Durchflussrate Qm die Größe der Durchflussrate der Luft durch die Größe des Werts und die Fließrichtung der Luft wird durch das Vorzeichen des Werts dargestellt. Konkret nimmt die Durchflussrate Qm einen positiven Wert oder einen negativen Wert an, und Null dient als die Grenze. Wenn das Vorzeichen der Durchflussrate Qm positiv ist, bedeutet das, die Fließrichtung der Luft die Vorwärts-Fließrichtung X1 ist und wenn das Vorzeichen der Durchflussrate Qm negativ ist, bedeutet das, die Fließrichtung der Luft die Rückwärts-Fließrichtung X2 ist.
Wie in 7 dargestellt, werden denselben Gradienten der digitalen Codes jeweils in der Vorwärts-Fließrichtung und der Rückwärts-Fließrichtung zugeteilt, wobei das höchstwertigste Bit als das Vorzeichen der Durchflussrate dient. In diesem Fall sind die digitalen Codes um den Übergang von „0“ zu „1“ am höchstwertigsten Bit besonders anfällig, um von dem nicht-linearen Fehler beeinflusst zu werden. In dem Beispiel dargestellt in 7, ist ein für den nicht-linearen Fehler anfälliger Durchflussratenbereich ein Bereich in dem Luft kaum strömt, d. h. ein Durchflussratenbereich in dem die Durchflussrate fast null beträgt.
Als nächstes erfolgt mit Bezug auf 8 die Beschreibung eines Verhältnisses zwischen dem Analogsignal Vm und dem digitales Signal Dm, in einem Fall in dem ein fehlender Code in der Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik des Umwandlungsschaltkreis 16 auftritt. 8 zeigt einen schematischen Graphen, der ein Beispiel des Verhältnisses zwischen den von dem Erfassungsschaltkreis 15 ausgegeben Analogsignal Vm und dem von dem Umwandlungsschaltkreis 16 ausgegebenen digitalen Signal Dm in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in 8 dargestellt, gibt der Umwandlungsschaltkreis 16 den dem Analogsignal Vm entsprechenden digitalen Code als Digitalsignal Dm aus, wenn das Analogsignal Vm in Übereinstimmung mit einer kontinuierlichen zeitlichen Änderung der Durchflussrate von dem Erfassungsschaltkreis 15 in den Umwandlungsschaltkreis 16 eingegeben wird.
Außerdem wird, wie in 8 dargestellt, ein ursprünglich auszugebender dem Analogsignal Vm entsprechender digitaler Code nicht von dem Umwandlungsschaltkreis 16 ausgegeben, wenn der Wert des Analogsignals Vm in einem bestimmten Eingangsspannungsbereich enthalten ist. Das heißt, wenn der Wert des von dem Erfassungsschaltkreis 15 in den Umwandlungsschaltkreis 16 eingegebenen Analogsignals Vm in einem derartigen bestimmten Eingangsspannungsbereich enthalten ist, tritt ein fehlender Code auf.
Wenn ein fehlender Code auftritt, wird der ursprünglich auszugebende digitale Code, der dem Analogsignal Vm entspricht, nicht ausgegeben und dadurch wird die Erfassungsgenauigkeit der Durchflussrate Qm verschlechtert. Zusätzlich, wenn der Durchflussraten-Detektor 1 derart konfiguriert ist, dass eine Vorabkorrektur von einem Signalverarbeitungsschaltkreis (nicht dargestellt) in einem nachfolgenden Stadium durchgeführt wird, dann verschlechtert sich die Erfassungsgenauigkeit der Durchflussrate Qm weiter.
In Anbetracht der oben beschriebenen Überlegungen ist der Durchflussraten-Detektor 1 so ausgelegt, dass die erfasste Durchflussrate Qm nicht von einem Umwandlungsfehler aufgrund des Umwandlungsschaltkreis 16 in einem tatsächlich genutzten Durchflussratenbereichs, d. h. ein Bereich in dem die Fließrichtung der Luft die Vorwärts-Fließrichtung ist, beeinflusst ist, um Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit der Durchflussrate Qm zu unterdrücken. Konkret wird in dem Durchflussraten-Detektor 1 das Analogsignal Vm (nachfolgend als „Vorwärtsfluss-Analogsignal“ bezeichnet), das der Vorwärts-Fließrichtung entspricht und in den Umwandlungsschaltkreis 16 eingegeben wird, auf einen Wert gesetzt, der größer ist als ein Eingangsspannungsbereich (nachfolgend als „Fehlend-Eingangsspannungsbereich“ bezeichnet) in dem ein fehlender Code in der Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik auftreten kann.
Zum Beispiel wenn die Zuweisung dargestellt in 7 an dem Umwandlungsschaltkreis 16 angewendet wird, ist der Fehlend-Eingangsspannungsbereich ein Spannungsbereich, der durch erhöhen und absenken einer Marge in Bezug auf einen Wert, der eine Hälfte der Referenzspannung Vref ist.
Beispiele für Verfahren zur Einstellung des Vorwärtsfluss-Analogsignals auf einen Wert größer als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich sind z. B. ein Verfahren zur Anpassung eines Verhältnisses (nachfolgend „erstes Verhältnis“ genannt) zwischen den Widerstandswerten des Widerstands 12a und des in dem Erfassungsschaltkreis 15 enthaltenen Widerstands 12b.
9 zeigt einen schematischen Graphen, der ein Beispiel eines Verhältnisses zwischen der Durchflussrate Qm und dem Analogsignal Vm in einem Fall, in dem das Verhältnis zwischen den Widerstandswerten des Widerstands 12a und des Widerstands 12b des Erfassungsschaltkreises 15 in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geändert werden, darstellt.
In 9 wird der Zusammenhang zwischen der Durchflussrate Qm und dem Analogsignal Vm dargestellt, jeweils für einen Fall in dem das erste Verhältnis ein Verhältnis A ist und ein Fall in dem das erste Verhältnis ein Verhältnis B ist.
Wenn der Widerstandswert des Widerstands 12a durch Rhu repräsentiert wird, der Widerstandswert des Widerstands 12b durch Rhd repräsentiert wird und die durch die Konstantspannungsquelle E ausgegebene Referenzspannung durch Vref repräsentiert wird, dann wird das von dem Erfassungsschaltkreis 15 ausgegebene Analogsignal Vm durch den folgenden Ausdruck (1) repräsentiert. $Vm = Rhu/ (Rhu + Rhd) \cdot Vref$
Aus dem Ausdruck (1) geht hervor, dass das Analogsignal Vm ein Signal ist, dass von einem Verhältnis zwischen Rhu und Rhd abhängig ist, d. h. dem ersten Verhältnis.
Wie in 9 dargestellt entspricht das Analogsignal Vm, dessen Wert in dem Fehlend-Eingangsspannungsbereich enthalten ist, der Vorwärts-Fließrichtung, wenn das erste Verhältnis das Verhältnis A ist. Wenn das erste Verhältnis das Verhältnis B ist, entspricht das Analogsignal Vm, dessen Wert in dem Fehlend-Eingangsspannungsbereich enthalten ist, der Rückwärts-Fließrichtung.
Dementsprechend, wenn das erste Verhältnis das Verhältnis A ist, kann, in Abhängigkeit von der Magnitude der Durchflussrate Qm, der Wert des Vorwärtsfluss-Analogsignals in dem Fehlend-Eingangsspannungsbereich enthalten sein. Das heißt, wenn das erste Verhältnis das Verhältnis A ist, kann die Durchflussrate Qm, die in dem Durchflussratenbereich, in dem die Fließrichtung der Luft die Vorwärts-Fließrichtung ist, erfasst wurde, von einem Umwandlungsfehler aufgrund des Umwandlungsschaltkreis 16 betroffen sein.
Gleichzeitig, wenn das erste Verhältnis das Verhältnis B ist, kann, in Abhängigkeit von der Magnitude der Durchflussrate Qm, der Wert des der Rückwärts-Fließrichtung entsprechenden Analogsignals Vm in dem Fehlend-Eingangsspannungsbereich enthalten sein. Jedoch ist in diesem Fall der Wert des Vorwärtsfluss Analogsignals nicht in dem Fehlend-Eingangsspannungsbereich enthalten, ungeachtet der Magnitude der Durchflussrate Qm. Das heißt, wenn das erste Verhältnis das Verhältnis B ist, ist die Durchflussrate Qm, die in dem Durchflussratenbereich, in dem die Fließrichtung der Luft die Vorwärts-Fließrichtung ist, erfasst wurde, nicht von einem Umwandlungsfehler aufgrund des Umwandlungsschaltkreis 16 betroffen sein.
Daher ist der Erfassungsschaltkreis 15 so eingestellt, dass, durch Abgleichen des ersten Verhältnisses im Voraus, das Vorwärtsfluss-Analogsignal einen größeren Wert hat, als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich die digitalen Codes um den Übergang von „0“ zu „1“ an dem höchstwertigsten Bit nur einem Durchflussratenbereich zuzuteilen, der nicht dem tatsächlich genutzten Durchflussratenbereich entspricht, ohne dass diese digitalen Codes dem tatsächlich genutzten Durchflussratenbereich zugeteilt werden. Das heißt, in dem tatsächlich genutzten Durchflussratenbereich wird das Analogsignal Vm, dessen Wert nicht in dem Fehlend-Eingangsspannungsbereich enthalten ist, von dem Erfassungsschaltkreis 15 in den Umwandlungsschaltkreis 16 eingegeben, und dadurch kann das Auftreten eines fehlenden Codes in dem tatsächlich genutzten Durchflussratenbereich unterdrückt werden.
Folglich kann die Erfassungsgenauigkeit der Durchflussrate Qm durch Änderung des ersten Verhältnisses verbessert werden, ohne die Konfiguration des Umwandlungsschaltkreises 16 zu ändern.
Wie vorher beschrieben umfasst der Durchflussraten-Detektor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den Erfassungsschaltkreis, konfiguriert um eine Spannung in Übereinstimmung mit der Durchflussrate der Luft, die durch das Ansaugrohr strömt, als Analogsignal auszugeben und den Umwandlungsschaltkreis, konfiguriert um das Analogsignal, das von dem Erfassungsschaltkreis eingegeben wurde in ein digitales Signal basierend auf der Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik umzuwandeln, um das digitale Signal auszugeben. Außerdem das Vorwärtsfluss-Analogsignal, d. h. ein Analogsignal, das der Vorwärts-Fließrichtung entspricht und in den Umwandlungsschaltkreis eingegeben wird, so eingestellt wird, dass es einen größeren Wert hat als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, d. h. ein Eingangsspannungsbereich in dem ein fehlender Code in der Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik auftreten kann.
Im ersten Ausführungsbeispiel wird ein Fall erläutert, in dem das Verhältnis zwischen den Widerstandswerten des ersten Widerstands zur Durchflussratenerfassung und des zweiten Widerstands zur Durchflussratenerfassung des Erfassungsschaltkreises so angepasst wird, dass das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen Wert eingestellt ist, der größer ist als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich die Erfassungsgenauigkeit der Durchflussrate zu erhöhen, indem Einfluss durch die Umwandlungscharakteristik des Umwandlungsschaltkreises eliminiert wird. Außerdem ist es nicht notwendig die Schaltkreiskonfiguration des Durchflussraten-Detektors zu komplizieren, um die Erfassungsgenauigkeit der Durchflussrate zu verbessern, und dadurch ist es möglich Downsizing und Kostenreduzierung des Durchflussraten-Detektors zu erreichen. Wie vorher beschrieben ist es möglich den Durchflussraten-Detektor zu erhalten, der in der Lage ist die Erfassungsgenauigkeit der Durchflussrate zu verbessern und eine Verkomplizierung von dessen Schaltkreiskonfiguration zu verhindern.
Zweites Ausführungsbeispiel
Im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschreibung des Durchflussraten-Detektors 1, der zusätzlich zur Konfiguration des vorher genannten ersten Ausführungsbeispiels einen Abgleichschaltkreis 17 umfasst. Im zweiten Ausführungsbeispiel wird auf die Beschreibung derselben Punkte wie in dem vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel verzichtet und es werden hauptsächlich Unterschiede zum vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel erläutert.
Als ein Verfahren zur Einstellung des Vorwärtsfluss-Analogsignals auf einen Wert größer als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich wird in dem vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel das erste Verhältnis angepasst, wohingegen im zweiten Ausführungsbeispiel der Durchflussraten-Detektor 1 den Abgleichschaltkreis 17 umfasst.
10 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15, des Umwandlungsschaltkreises 16 und des Abgleichschaltkreises 17 in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 10 gibt der Erfassungsschaltkreis 15 das Analogsignal Vm an den Abgleichschaltkreis 17 aus. Der Abgleichschaltkreis 17 passt das vom Erfassungsschaltkreis 15 ausgegebene Analogsignal Vm an, so dass das vom Umwandlungsschaltkreis 16 eingegebene Vorwärtsfluss-Analogsignal einen größeren Wert hat als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich und gibt das abgeglichene Analogsignal Vm an den Umwandlungsschaltkreis 16 als Analogsignal Vm' aus. Der Umwandlungsschaltkreis 16 wandelt das von dem Abgleichschaltkreis 17 eingegebene Analogsignal Vm' in das digitale Signal Dm um.
Als nächstes erfolgt die Beschreibung eines Konfigurationsbeispiels des Abgleichschaltkreises 17. Der Abgleichschaltkreis 17 wird z. B. durch einen Addierer-Schaltkreis gebildet.
Der Addierer-Schaltkreis verschiebt das vom Erfassungsschaltkreis 15 eingegebene Analogsignal Vm auf die positive Seite, um das verschobene Analogsignal Vm als das Analogsignal Vm' auszugeben. Das heißt, der Addierer-Schaltkreis gibt das Analogsignal Vm' aus, das durch Addition eines bestimmten Offsetbetrags zum Analogsignal Vm erhalten wird.
Daher ist es durch Abgleichen eines Offsetbetrags des Addierer-Schaltkreis im Voraus möglich, das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen größeren Wert als den Fehlend-Eingangsspannungsbereich zu setzen, so dass das Vorwärtsfluss-Analogsignal, das von dem Umwandlungsschaltkreis 16 eingegeben wurde, einen größeren Wert hat als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich.
Es wurde beispielhaft ein Fall dargestellt, in dem die Abgleichschaltkreis 17 aus dem Addierer-Schaltkreis gebildet wird, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Der Abgleichschaltkreis 17 kann z. B. durch einen invertierenden Verstärker-Schaltkreis gebildet werden.
Wie vorher beschrieben, umfasst der Durchflussraten-Detektor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ferner den Abgleichschaltkreis, zusätzlich zur Konfiguration des vorher genannten ersten Ausführungsbeispiels. Der Umwandlungsschaltkreis ist konfiguriert, ein von dem Abgleichschaltkreis ausgegebenes Analogsignal als Eingabe zu empfangen, anstelle eines durch den Erfassungsschaltkreis ausgegebenen Analogsignals, um ein digitales Signal auszugeben.
Mit dieser Konfiguration ist es durch Verwendung des Abgleichschaltkreises möglich das Vorwärtsfluss-Analogsignal so einzustellen, dass es einen größeren Wert hat als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, ohne das erste Verhältnis im Voraus durch den Erfassungsschaltkreis abzugleichen. Außerdem soll das Analogsignal in einem nachfolgenden Stadium des Erfassungsschaltkreises angepasst werden und daher kann im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel das in den Umwandlungsschaltkreis eingegebene Analogsignal, als auch eine Variation des Erfassungsschaltkreises mit höherer Genauigkeit angepasst werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
Im dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschreibung des Durchflussraten-Detektors 1, in dem sich die Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15 von der Konfiguration in dem vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet. Im dritten Ausführungsbeispiel wird auf die Beschreibung derselben Punkte wie in dem vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel verzichtet und es werden hauptsächlich Unterschiede zum vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel erläutert.
11 zeigt einen Grundriss des Durchflussraten-Erfassungselements 7 in dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 12 zeigt eine Schnittansicht aus der durch die Pfeile A-A der 11 angedeuteten Richtung.
Das Durchflussraten-Erfassungselement 7 in 11 und 12 umfasst den Erfassungsteil 11, einen Widerstand zur Lufttemperaturerfassung (nachfolgend einfach als „Widerstand“ abgekürzt) 18, das Silizium-Substrat 13 und den Isolierfilm 14, der auf einer Oberfläche des Silizium-Substrats 13 geformt wird um den Erfassungsteil 11 und den Widerstand 18 abzudecken. Der Erfassungsteil 11 umfasst den Widerstand 12a und den Widerstand 12b.
Ähnlich wie der Widerstand 12a und der Widerstand 12b ist der Widerstand 18 ein wärmeempfindlicher Widerstand und ist auf einem anderen Teil der Oberfläche des Durchflussraten-Erfassungselements 7 angeordnet als der Erfassungsteil 11. Der Widerstand 18 wird zur Erkennung der Temperatur der Luft verwendet.
Ähnlich wie im vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel, wird die Rückseitenoberfläche des Silizium-Substrats 13 z. B. durch Ätzen entfernt und dadurch hat die Schicht, in der Widerstand 12a und Widerstand 12b gebildet werden, eine dünne Filmstruktur.
Nun erfolgt die Beschreibung der Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15 mit Bezug auf 13. 13 zeigt ein Schaltkreisdiagramm, das die Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15 in dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 13 umfasst der Erfassungsschaltkreis 15: die Konstantspannungsquelle E; eine erste Reihenschaltung, die einen Festwiderstand 19 und einen Festwiderstand 20 umfasst; eine zweite Reihenschaltung, die den Widerstand 12a und den Widerstand 12b umfasst; einen Operationsverstärker 23; und den Widerstand 18. In der Konfiguration der ersten Reihenschaltung sind der Festwiderstand 19 und der Festwiderstand 20 miteinander in Reihe geschaltet. In der Konfiguration der zweiten Reihenschaltung sind der Widerstand 12a und der Widerstand 12b miteinander in Reihe geschaltet.
Die erste und die zweite Reihenschaltung umfassen jeweils einen geerdeten Anschluss und einen anderen Anschluss, der mit der Konstantspannungsquelle E verbunden ist. Das heißt, der Widerstand 12a und der Festwiderstand 19 sind geerdet und ein Knoten des Widerstands 12b und des Festwiderstands 20 ist mit der Konstantspannungsquelle E verbunden.
Ein nicht-invertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 ist mit einem Knoten des Festwiderstands 19 und des Festwiderstands 20 verbunden und ein invertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 ist mit einem Knoten des Widerstands 12a und des Widerstand 12b verbunden. Ein Anschluss des Widerstands 18 ist mit der invertierenden Eingangsanschluss Seite des Operationsverstärkers 23 verbunden und ein anderer Anschluss des Widerstands 18 ist mit einer Ausgangsseite des Operationsverstärkers 23 verbunden. Der Erfassungsschaltkreis 15 ist konfiguriert, die Ausgabe des Operationsverstärkers 23 als das Analogsignal Vm auszugeben.
Mit dieser Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15, werden ein Zwischenpotential der ersten Reihenschaltung und ein Zwischenpotential der zweiten Reihenschaltung respektive in den nicht-invertierenden Eingangsanschluss und den invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 eingegeben. Außerdem wird die Ausgabe des Operationsverstärkers 23 zurück in den invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärker 23 über den Widerstand 18 geführt.
Ein Wärmestrom Ihu und ein Wärmestrom Ihd fließen respektive durch den Widerstand 12a und den Widerstand 12b, wodurch Joule Wärme erzeugt wird. Wenn Luft über den Erfassungsteil 11 strömt, wird der auf der stromaufwärts Seite positionierte Widerstand 12a mehr gekühlt im Vergleich zu dem auf der stromabwärts Seite positionierten Widerstand 12b. Aus diesem ändert sich in dem Erfassungsschaltkreis 15 die Ausgabe des Operationsverstärkers 23, das heiß das von dem Erfassungsschaltkreis 15 ausgegebene Analogsignal Vm, so dass ein Potenzial V_ an dem Knoten des Widerstands 12a und der Widerstand 12b ändert sich auf ein Potenzial V₊ an dem Knoten des Festwiderstands 19 und des Festwiderstands 20.
Dadurch kann die Durchflussrate Qm durch Bestätigung des Analogsignals Vm erfasst werden. Das vom Erfassungsschaltkreis 15 ausgegebene Analogsignal Vm wird durch den nachfolgenden Ausdruck (2) repräsentiert. In dem Ausdruck (2) wird ein Verstärkungsgrad des Operationsverstärkers 23 durch A repräsentiert, eine Spannung an dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 wird durch V₊ repräsentiert und eine Spannung an dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 wird durch V_ repräsentiert. $Vm = A \cdot (V_{+} - V_{-})$
Wie vorher beschrieben repräsentiert V_ das Potenzial an dem Knoten des Widerstands 12a und des Widerstands 12b und kann daher durch Anpassen des Verhältnisses der Widerstandswerte des Widerstands 12a und des Widerstands 12b, d. h. das erste Verhältnis geändert werden. Aus dem Ausdruck (2) geht hervor, dass das Analogsignal Vm durch Änderung von V_ geändert werden kann.
Das heißt, auch wenn der Erfassungsschaltkreis 15 die in 13 dargestellte Konfiguration hat, ähnlich wie in dem vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel, kann das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen größeren Wert als den Fehlend-Eingangsspannungsbereich, durch Abgleichen des ersten Verhältnisses im Voraus, eingestellt werden.
Folglich kann die Erfassungsgenauigkeit der Durchflussrate Qm nur durch Änderung des ersten Verhältnisses verbessert werden, selbst ohne die Konfiguration des Umwandlungsschaltkreises 16 zu ändern, ähnlich wie im vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich wird in dem in 13 dargestellten Erfassungsschaltkreis 15 eine Konfiguration eines Differenzialverstärker-Schaltkreises, der den Operationsverstärker 23 verwendet, eingesetzt und dadurch ist es möglich das Analogsignal Vm zu erhalten, das empfindlicher auf Änderungen der Durchflussrate Qm reagiert im Vergleich zum vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel.
Wie vorher beschrieben ist gemäß dem Durchflussraten-Detektor des dritten Ausführungsbeispiels, dargestellt im Erfassungsschaltkreis in 13, das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen Wert eingestellt, der durch Abgleichen des Verhältnisses zwischen den Widerstandswerten des ersten Widerstands zur Durchflussratenerfassung und des zweiten Widerstands zur Durchflussratenerfassung, größer ist als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich.
Außerdem lassen sich mit dieser Konfiguration die gleichen Effekte erzielen wie in dem vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel. Außerdem ist es möglich, den Durchflussraten-Detektor zu erreichen, der empfindlicher auf Veränderungen der Durchflussrate der Luft reagiert als das vorher genannte erste Ausführungsbeispiel.
Viertes Ausführungsbeispiel
Im vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschreibung des Durchflussraten-Detektors 1, der zusätzlich zur Konfiguration des vorher genannten dritten Ausführungsbeispiels den Abgleichschaltkreis 17 umfasst. Im vierten Ausführungsbeispiel wird auf die Beschreibung derselben Punkte wie in dem vorher genannten dritten Ausführungsbeispiel verzichtet und es werden hauptsächlich Unterschiede zum vorher genannten dritten Ausführungsbeispiel erläutert.
Als ein Verfahren zur Einstellung des Vorwärtsfluss-Analogsignals auf einen Wert größer als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich wird in dem vorher genannten dritten Ausführungsbeispiel das erste Verhältnis angepasst, wohingegen im vierten Ausführungsbeispiel der Durchflussraten-Detektor 1 den Abgleichschaltkreis 17 umfasst.
14 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15, des Umwandlungsschaltkreises 16 und des Abgleichschaltkreises 17 in dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 14 gibt der Erfassungsschaltkreis 15 das Analogsignal Vm an den Abgleichschaltkreis 17 aus. Der Abgleichschaltkreis 17 gibt das Analogsignal Vm' an den Umwandlungsschaltkreis 16 aus. Der Umwandlungsschaltkreis 16 wandelt das von dem Abgleichschaltkreis 17 eingegebene Analogsignal Vm' in das digitale Signal Dm um.
Die Konfiguration des Abgleichschaltkreises 17 dem vorher genannten zweiten Ausführungsbeispiel. Folglich kann wie in 14 dargestellt ähnlich wie im vorher genannten zweiten Ausführungsbeispiel das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen größeren Wert eingestellt werden als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, indem im in 13 dargestellten Konfiguration der Abgleichschaltkreis 17 bereitgestellt wird.
Wie vorher beschrieben, umfasst der Durchflussraten-Detektor gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ferner den Abgleichschaltkreis, zusätzlich zur Konfiguration des vorher genannten dritten Ausführungsbeispiels. Der Umwandlungsschaltkreis ist konfiguriert, ein von dem Abgleichschaltkreis ausgegebenes Analogsignal als Eingabe zu empfangen, anstelle eines durch den Erfassungsschaltkreis ausgegebenen Analogsignals, um ein digitales Signal auszugeben.
Mit dieser Konfiguration ist es durch Verwendung des Abgleichschaltkreises möglich das Vorwärtsfluss-Analogsignal so einzustellen, dass es einen größeren Wert hat als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, ohne das erste Verhältnis im Voraus durch den Erfassungsschaltkreis abzugleichen. Außerdem soll das Analogsignal in einem nachfolgenden Stadium des Erfassungsschaltkreises angepasst werden und daher kann im Vergleich zum dritten Ausführungsbeispiel das in den Umwandlungsschaltkreis eingegebene Analogsignal, als auch eine Variation des Erfassungsschaltkreises mit höherer Genauigkeit angepasst werden.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Im fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschreibung des Durchflussraten-Detektors 1, in dem sich die Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15 von den Konfigurationen in den vorher genannten ersten und dritten Ausführungsbeispielen unterscheidet. Im fünften Ausführungsbeispiel wird auf die Beschreibung derselben Punkte wie in den vorher genannten ersten und dritten Ausführungsbeispielen verzichtet und es werden hauptsächlich Unterschiede zu den vorher genannten ersten und dritten Ausführungsbeispielen erläutert.
15 zeigt einen Grundriss des Durchflussraten-Erfassungselements 7 in dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 16 zeigt eine Schnittansicht aus der durch die Pfeile A-A der 15 angedeuteten Richtung.
Das Durchflussraten-Erfassungselement 7 in 15 und 16 umfasst den Erfassungsteil 11, einen ersten Widerstand zur Lufttemperaturerfassung (nachfolgend einfach als „Widerstand“ bezeichnet) 18a, einen zweiten Widerstand zur Lufttemperaturerfassung (nachfolgend einfach als „Widerstand“ abgekürzt) 18b, das Silizium-Substrat 13 und den Isolierfilm 14, der auf einer Oberfläche des Silizium-Substrats 13 geformt wird um den Erfassungsteil 11, den ersten Widerstand 18a und den zweiten Widerstand 18b abzudecken. Der Erfassungsteil 11 umfasst einen Widerstand zur Durchflussratenerfassung (nachfolgend einfach als „Widerstand“ bezeichnet) 12, einen ersten Widerstand zur Temperaturerfassung (nachfolgend einfach als „Widerstand“ bezeichnet) 24a und einen zweiten Widerstand zur Temperaturerfassung (nachfolgend einfach als „Widerstand“ bezeichnet) 24b.
Der Widerstand 18a und der Widerstand 18b sind wärmeempfindliche Widerstände und sind auf einem anderen Teil der Oberfläche des Durchflussraten-Erfassungselements 7 angeordnet als der Erfassungsteil 11. Der Widerstand 18a und der Widerstand 18b werden zur Erkennung der Temperatur der Luft verwendet. Der Widerstand 24a und der Widerstand 24b werden zur Erkennung der Temperatur des Widerstands 12 verwendet.
In dem Isolierfilm 14 sind der Widerstand 24a, der Widerstand 12 und der Widerstand 24b entlang der Vorwärts-Fließrichtung gebildet. Ähnlich wie im vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel, wird die Rückseitenoberfläche des Silizium-Substrats 13 z. B. durch Ätzen entfernt und dadurch hat die Schicht, in der Widerstand 24a, Widerstand 12 und Widerstand 24b gebildet werden, eine dünne Filmstruktur.
Nun erfolgt die Beschreibung der Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15 mit Bezug auf 17. 17 zeigt ein Schaltkreisdiagramm, das die Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15 in dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Der Erfassungsschaltkreis 15 in 17 umfasst: die Konstantspannungsquelle E; eine erste Reihenschaltung, die den Festwiderstand 19, den Widerstand 18a, den Widerstand 18b und den Festwiderstand 20 umfasst; eine zweite Reihenschaltung, die den Festwiderstand 21, den Widerstand 24a und den Widerstand 24b umfasst; eine dritte Reihenschaltung, die den Festwiderstand 22 und den Widerstand 12 umfasst; den Operationsverstärker 23; und einen Transistor Tr.
In der Konfiguration der ersten Reihenschaltung sind der Festwiderstand 19, der Widerstand 18a, der Widerstand 18b und der Festwiderstand 20 miteinander in Reihe geschaltet. In der Konfiguration der zweiten Reihenschaltung sind der Festwiderstand 21, der Widerstand 24a und der Widerstand 24b miteinander in Reihe geschaltet. In der Konfiguration der dritten Reihenschaltung sind der Festwiderstand 22 und der Festwiderstand 12 miteinander in Reihe geschaltet. In der ersten Reihenschaltung, der zweiten Reihenschaltung und der dritten Reihenschaltung ist jeweils ein Anschluss geerdet und ein anderer Anschluss ist mit einer Senderseite des Transistors Tr verbunden.
Der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 ist mit einem Knoten des Widerstands 24a und des Widerstands 24b verbunden und der invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 ist mit einem Knoten des Widerstands 18a und des Widerstand 18b verbunden. Eine Basis-Seite des Transistors Tr ist mit der Ausgangsseite des Operationsverstärkers 23 verbunden und eine Kollektor-Seite des Transistors Tr ist mit der Konstantspannungsquelle E verbunden. Der Erfassungsschaltkreis 15 ist konfiguriert eine Spannung basierend auf dem Festwiderstand 22 als Analogsignal Vm auszugeben.
Mit dieser Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15, werden ein Zwischenpotential der ersten Reihenschaltung und ein Zwischenpotential der zweiten Reihenschaltung respektive in den nicht-invertierenden Eingangsanschluss und den invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 eingegeben. Außerdem wird eine, auf einer Differenz zwischen dem am invertierenden Eingangsanschluss eingegebenen Zwischenpotential und dem am invertierenden Eingangsanschluss eingegebenen Zwischenpotential, Spannung von dem Operationsverstärker 23 ausgegeben und zurück an obere Enden der ersten Reihenschaltung und der zweiten Reihenschaltung gespeist.
Zu diesem Zeitpunkt fließt ein Wärmestrom Ih durch den Widerstand 12, wodurch Joule Wärme erzeugt wird. Wie in 15 und 16 dargestellt, ist der Widerstand 12 in der Nähe des Widerstands 24a und des Widerstands 24b angeordnet, und dadurch wird die Temperatur des Widerstands 24a und des Widerstands 24b gleich der Temperatur des Widerstands 12. Zusätzlich hat der Erfassungsschaltkreis 15 eine Konfiguration in der die Temperatur des Widerstands 24a und des Widerstands 24b um eine festgelegte Temperatur höher gehalten wird als die Temperatur des Widerstands 18a und des Widerstands 18b.
Wenn die Durchflussrate der Luft über dem Erfassungsteil 11 zunimmt, erhöht sich eine Wärmetransfermenge vom Widerstand 12 zur Luft. Aus diesem Grund ist der Wärmestrom Ih in Abhängigkeit von der Durchflussrate Qm notwendig, um die Temperatur des Widerstands 12, des Widerstands 24a und des Widerstands 24b um eine festgelegte Temperatur höher zu halten, als die Temperatur des Widerstands 18a und des Widerstands 18b.
Daher kann die Durchflussrate Qm erfasst werden, in dem die Spannung, basierend auf dem Festwiderstand 22, der dem Wärmestrom Ih entspricht, als das Analogsignal Vm ausgegeben wird. In diesem Fall kann das von dem Erfassungsschaltkreis 15 ausgegebene Analogsignal Vm durch den vorher genannten Ausdruck (2) repräsentiert werden.
Es ist möglich V_ in Ausdruck (2) durch Abgleichen eines Verhältnisses (nachfolgend als „zweites Verhältnis“ bezeichnet) der Widerstandswerte des Widerstands 18a, des Widerstands 18b, des Festwiderstands 19 und des Festwiderstands 20, die in der ersten Reihenschaltung, die mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden ist, enthalten sind, zu ändern. Aus dem Ausdruck (2) geht hervor, dass das Analogsignal Vm durch Änderung von V_ geändert werden kann.
Das heißt, auch wenn der Erfassungsschaltkreis 15 die in 17 dargestellte Konfiguration hat, ähnlich wie in dem vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel, kann das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen größeren Wert als den Fehlend-Eingangsspannungsbereich, durch Abgleichen des zweiten Verhältnisses im Voraus, eingestellt werden. Folglich kann die Erfassungsgenauigkeit der Durchflussrate Qm nur durch Änderung des ersten Verhältnisses verbessert werden, selbst ohne die Konfiguration des Umwandlungsschaltkreises 16 zu ändern, ähnlich wie im vorher genannten zweiten Ausführungsbeispiel.
Wie vorher beschrieben ist gemäß dem Durchflussraten-Detektor des fünften Ausführungsbeispiels, dargestellt im Erfassungsschaltkreis in 17, das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen Wert eingestellt, der durch Abgleichen eines Verhältnisses der Widerstandswerte des ersten Widerstands zur Lufttemperaturerfassung, des zweiten Widerstands zur Lufttemperaturerfassung, des ersten Festwiderstands und des zweiten Festwiderstands, größer ist als der fehlende Eingangsspannungsbereich.
Außerdem lassen sich mit dieser Konfiguration die gleichen Effekte erzielen wie in dem vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel. Außerdem ist es möglich, den Durchflussraten-Detektor zu erreichen, der empfindlicher auf Veränderungen der Durchflussrate der Luft reagiert als das vorher genannte erste Ausführungsbeispiel.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Im sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschreibung des Durchflussraten-Detektors 1, der zusätzlich zur Konfiguration des vorher genannten fünften Ausführungsbeispiels den Abgleichschaltkreis 17 umfasst. Im sechsten Ausführungsbeispiel wird auf die Beschreibung derselben Punkte wie in dem vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel verzichtet und es werden hauptsächlich Unterschiede zum vorher genannten fünften Ausführungsbeispiel erläutert.
Als ein Verfahren zur Einstellung des Vorwärtsfluss-Analogsignals auf einen Wert größer als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich wird in dem vorher genannten fünften Ausführungsbeispiel das zweiten Verhältnis angepasst, wohingegen im sechsten Ausführungsbeispiel der Durchflussraten-Detektor 1 den Abgleichschaltkreis 17 umfasst.
18 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15, des Umwandlungsschaltkreises 16 und des Abgleichschaltkreises 17 in dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 18 gibt der Erfassungsschaltkreis 15 das Analogsignal Vm an den Abgleichschaltkreis 17 aus. Der Abgleichschaltkreis 17 gibt das Analogsignal Vm' an den Umwandlungsschaltkreis 16 aus. Der Umwandlungsschaltkreis 16 wandelt das von dem Abgleichschaltkreis 17 eingegebene Analogsignal Vm' in das digitale Signal Dm um.
Die Konfiguration des Abgleichschaltkreises 17 dem vorher genannten zweiten Ausführungsbeispiel. Folglich kann wie in 18 dargestellt ähnlich wie im vorher genannten zweiten Ausführungsbeispiel das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen größeren Wert eingestellt werden als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, indem im in 17 dargestellten Konfiguration der Abgleichschaltkreis 17 bereitgestellt wird.
Wie vorher beschrieben, umfasst der Durchflussraten-Detektor gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ferner den Abgleichschaltkreis, zusätzlich zur Konfiguration des vorher genannten fünften Ausführungsbeispiels. Der Umwandlungsschaltkreis ist konfiguriert, ein von dem Abgleichschaltkreis ausgegebenes Analogsignal als Eingabe zu empfangen, anstelle eines durch den Erfassungsschaltkreis ausgegebenen Analogsignals, um ein digitales Signal auszugeben.
Mit dieser Konfiguration ist es durch Verwendung des Abgleichschaltkreises möglich das Vorwärtsfluss-Analogsignal so einzustellen, dass es einen größeren Wert hat als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, ohne das zweite Verhältnis im Voraus durch den Erfassungsschaltkreis abzugleichen. Außerdem soll das Analogsignal in einem nachfolgenden Stadium des Erfassungsschaltkreises angepasst werden und daher kann im Vergleich zum fünften Ausführungsbeispiel das in den Umwandlungsschaltkreis eingegebene Analogsignal, als auch eine Variation des Erfassungsschaltkreises mit höherer Genauigkeit angepasst werden.
Siebtes Ausführungsbeispiel
Im siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschreibung des Durchflussraten-Detektors 1, in dem sich die Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15 von den Konfigurationen in den vorher genannten ersten, dritten und fünften Ausführungsbeispielen unterscheidet. Im siebten Ausführungsbeispiel wird auf die Beschreibung derselben Punkte wie in den vorher genannten ersten, dritten und fünften Ausführungsbeispielen verzichtet und es werden hauptsächlich Unterschiede zu den vorher genannten ersten, dritten und fünften Ausführungsbeispielen erläutert.
19 zeigt einen Grundriss des Durchflussraten-Erfassungselements 7 in dem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 20 zeigt eine Schnittansicht aus der durch die Pfeile A-A der 19 angedeuteten Richtung.
Das Durchflussraten-Erfassungselement 7 in 19 und 20 umfasst den Erfassungsteil 11, den Widerstand 18, das Silizium-Substrat 13 und den Isolierfilm 14, der auf einer Oberfläche des Silizium-Substrats 13 geformt wird um den Erfassungsteil 11 und den Widerstand 18 abzudecken. Der Erfassungsteil 11 umfasst den Widerstand 12a, den Widerstand 12b, einen dritten Widerstand zur Durchflussratenerfassung (nachfolgend einfach als „Widerstand“ bezeichnet) 12c und einen vierten Widerstand zur Durchflussratenerfassung (nachfolgend einfach als „Widerstand“ bezeichnet) 12d.
In dem Erfassungsteil 11 werden vier wärmeempfindliche Widerstände, nämlich der Widerstand 12a, der Widerstand 12b, der Widerstand 12c und der Widerstand 12d gebildet. Mit Bezug auf den Luftstrom sind der Widerstand 12a und der Widerstand 12c auf der stromaufwärts Seite angeordnet, und der Widerstand 12b und der Widerstand 12d sind auf der stromabwärts Seite angeordnet.
Außerdem sind der Widerstand 12a und der Widerstand 12b gegenüber liegend angeordnet, und der Widerstand 12c und der Widerstand 12d sind gegenüber liegend angeordnet. Die zwei gegenüberliegend angeordneten Widerstände sind so nahe wie möglich aneinander angeordnet, sodass wenn Luft strömt, die Luft, die erwärmt wird, in dem sie einem Widerstand ausgesetzt wird, einem anderen Widerstand ausgesetzt wird, bevor die Luft abgekühlt wird. Der Widerstand 18 ist auf einem anderen Teil der Oberfläche des Durchflussraten-Erfassungselements 7 angeordnet als der Erfassungsteil 11.
Ähnlich wie im vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel, wird die Rückseitenoberfläche des Silizium-Substrats 13 z. B. durch Ätzen entfernt und dadurch hat die Schicht, in der Widerstand 12a, der Widerstand 12b, der Widerstand 12c und Widerstand 12d gebildet werden, eine dünne Filmstruktur.
Nun erfolgt die Beschreibung der Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15 mit Bezug auf 21. 21 zeigt ein Schaltkreisdiagramm, das die Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15 in dem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Der Erfassungsschaltkreis 15 in 21 umfasst: die Konstantspannungsquelle E; eine erste Reihenschaltung, die den Festwiderstand 19 und eine Parallelschaltung mit dem Widerstand 12a, dem Widerstand 12b, dem Widerstand 12c und dem Widerstand 12d umfasst; eine zweite Reihenschaltung, die den Widerstand 18 und den Festwiderstand 20 umfasst; den Operationsverstärker 23, einen Operationsverstärker 27; und den Transistor Tr. In der Konfiguration der Parallelschaltung sind der Widerstand 12a und der Widerstand 12b, die miteinander in Reihe geschaltet sind, und der Widerstand 12c und der Widerstand 12d, die miteinander in Reihe geschaltet sind, miteinander in Reihe geschaltet. In der Konfiguration der ersten Reihenschaltung sind die Parallelschaltung und der Festwiderstand 19 miteinander in Reihe geschaltet. In der Konfiguration der zweiten Reihenschaltung sind die Widerstand 18 und der Festwiderstand 20 miteinander in Reihe geschaltet.
Der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 ist mit einem Knoten der Parallelschaltung und des Festwiderstands 19 verbunden und der invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 ist mit einem Knoten des Widerstands 18 und des Festwiderstands 20 verbunden. Ein nicht-invertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 27 ist mit einem Knoten des Widerstands 12c und des Widerstands 12d verbunden und ein invertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 27 ist mit einem Knoten des Widerstands 12a und des Widerstands 12b verbunden.
Die Basis-Seite des Transistors Tr ist mit der Ausgangsseite des Operationsverstärkers 23 verbunden und die Kollektor-Seite des Transistors Tr ist mit der Konstantspannungsquelle E verbunden. In der ersten Reihenschaltung und der zweiten Reihenschaltung ist jeweils ein Anschluss geerdet und ein anderer Anschluss ist mit der Senderseite des Transistors Tr verbunden.
Eine Brückenschaltung 25 entspricht der vorher genannten Parallelschaltung und umfasst die vier Widerstände 12a bis 12d. Eine Brückenschaltung 26 umfasst die Brückenschaltung 25, den Widerstand 18 den Festwiderstand 19 und den Festwiderstand 20.
Wie nachfolgend beschrieben, ein durch die Brückenschaltung 26 fließender Strom wird so gesteuert, dass die Brückenschaltung 26 in einem ausgeglichenem Zustand ist, das heißt eine Potenzialdifferenz zwischen einem Zwischenpunkt ca und einem Zwischenpunkt cb wird Null. Die Widerstandswerte des Festwiderstands 19 und des Festwiderstands 20 sind so eingestellt, dass die Temperatur der vier Widerstände 12a bis 12d eine vorbestimmte Temperatur erreichen, wenn die Brückenschaltung 26 ausgeglichen ist.
In dieser Konfiguration des Erfassungsteils 15, wird als erstes Wärme von dem Widerstand 12a und dem Widerstand 12c, die auf der stromaufwärts Seite angeordnet sind, der Widerstände 12a bis 12d durch die Luft entfernt, wodurch sich deren Widerstandswerte verringern, wenn die Luft in Vorwärts-Fließrichtung über den Erfassungsteil 11 fließt. Außerdem wenn die Durchflussrate der Luft zunimmt, wird mehr Wärme durch die Luft von dem Widerstand 12a und dem Widerstand 12c entfernt. Deshalb verringern sich die Widerstandswerte proportional zur Durchflussrate der Luft.
Gleichzeitig sind der Widerstand 12b und der Widerstand 12d auf der stromabwärts Seite angeordnet und deshalb Luft ausgesetzt, die durch den Widerstand 12a und den Widerstand 12c erwärmt wird. Daher verändern sich die Widerstandswerte des Widerstands 12b und des Widerstands 12d vor und nachdem die Luft strömt kaum. Dadurch entstehen Spannungsunterschiede zwischen den beiden Enden der Widerstände 12a bis 12d. Das heißt, wenn Spannungen an beiden Enden des Widerstands 12a und des Widerstands 12b, die miteinander in Reihe geschaltet sind, miteinander verglichen werden, ist die Spannung an beiden Enden des Widerstands 12a geringer. Ähnlich, wenn Spannungen an beiden Enden des Widerstands 12c und des Widerstands 12d miteinander verglichen werden, ist die Spannung an beiden Enden des Widerstands 12c geringer.
Daher kann die Durchflussrate Qm erfasst werden, indem eine Potenzialdifferenz, die zwischen dem Zwischenpunkt ca und dem Zwischenpunkt cb der Brückenschaltung 25 erzeugt wird, als das Analogsignal Vm über den Operationsverstärker 27 ausgegeben wird. In diesem Fall kann das von dem Erfassungsschaltkreis 15 ausgegebene Analogsignal Vm durch den vorher genannten Ausdruck (2) repräsentiert werden.
Es ist möglich Vm in Ausdruck (2) durch Abgleichen eines Verhältnisses (nachfolgend als „drittes Verhältnis“ bezeichnet) der Widerstandswerte des Widerstands 12a, des Widerstands 12b, des Widerstands 12c und des Widerstands 12d, die in der Brückenschaltung 25 enthalten sind, zu ändern.
Das heißt, auch wenn der Erfassungsschaltkreis 15 die in 21 dargestellte Konfiguration hat, ähnlich wie in dem vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel, kann das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen größeren Wert als den Fehlend-Eingangsspannungsbereich, durch Abgleichen des dritten Verhältnisses im Voraus, eingestellt werden. Folglich kann die Erfassungsgenauigkeit der Durchflussrate Qm nur durch Änderung des ersten Verhältnisses verbessert werden, selbst ohne die Konfiguration des Umwandlungsschaltkreises 16 zu ändern, ähnlich wie im vorher genannten dritten Ausführungsbeispiel.
Wie vorher beschrieben ist gemäß dem Durchflussraten-Detektor des siebten Ausführungsbeispiels, dargestellt im Erfassungsschaltkreis in 21, das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen Wert eingestellt, der durch Abgleichen des Verhältnisses der Widerstandswerte des ersten Widerstands zur Durchflussratenerfassung, des zweiten Widerstands zur Durchflussratenerfassung, des dritten Widerstands zur Durchflussratenerfassung und des vierten Widerstands zur Durchflussratenerfassung, größer ist als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich.
Außerdem lassen sich mit dieser Konfiguration die gleichen Effekte erzielen wie in dem vorher genannten ersten Ausführungsbeispiel. Außerdem ist es möglich, den Durchflussraten-Detektor zu erreichen, der empfindlicher auf Veränderungen der Durchflussrate der Luft reagiert als das vorher genannte erste Ausführungsbeispiel.
Achtes Ausführungsbeispiel
In einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschreibung des Durchflussraten-Detektors 1, der zusätzlich zur Konfiguration des vorher genannten siebten Ausführungsbeispiels den Abgleichschaltkreis 17 umfasst. Im achten Ausführungsbeispiel wird auf die Beschreibung derselben Punkte wie in dem vorher genannten siebten Ausführungsbeispiel verzichtet und es werden hauptsächlich Unterschiede zum vorher genannten siebten Ausführungsbeispiel erläutert.
Als ein Verfahren zur Einstellung des Vorwärtsfluss-Analogsignals auf einen Wert größer als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, umfasst der Durchflussraten-Detektor 1 in dem achten Ausführungsbeispiel den Abgleichschaltkreis 17, während das dritte Verhältnis in dem vorher genannten siebten Ausführungsbeispiel angepasst wird.
22 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Erfassungsschaltkreises 15, des Umwandlungsschaltkreises 16 und des Abgleichschaltkreises 17 in dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 22 gibt der Erfassungsschaltkreis 15 das Analogsignal Vm an den Abgleichschaltkreis 17 aus. Der Abgleichschaltkreis 17 gibt das Analogsignal Vm' an den Umwandlungsschaltkreis 16 aus. Der Umwandlungsschaltkreis 16 wandelt das von dem Abgleichschaltkreis 17 eingegebene Analogsignal Vm' in das digitale Signal Dm um.
Die Konfiguration des Abgleichschaltkreises 17 dem vorher genannten zweiten Ausführungsbeispiel. Folglich kann wie in 22 dargestellt ähnlich wie im vorher genannten zweiten Ausführungsbeispiel das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen größeren Wert eingestellt werden als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, indem im in 21 dargestellten Konfiguration der Abgleichschaltkreis 17 bereitgestellt wird.
Wie vorher beschrieben, umfasst der Durchflussraten-Detektor gemäß dem achten Ausführungsbeispiel ferner den Abgleichschaltkreis, zusätzlich zur Konfiguration des vorher genannten siebten Ausführungsbeispiels. Der Umwandlungsschaltkreis ist konfiguriert, ein von dem Abgleichschaltkreis ausgegebenes Analogsignal als Eingabe zu empfangen, anstelle eines durch den Erfassungsschaltkreis ausgegebenen Analogsignals, um ein digitales Signal auszugeben.
Mit dieser Konfiguration ist es durch Verwendung des Abgleichschaltkreises möglich das Vorwärtsfluss-Analogsignal so einzustellen, dass es einen größeren Wert hat als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, ohne das dritte Verhältnis im Voraus durch den Erfassungsschaltkreis abzugleichen. Außerdem soll das Analogsignal in einem nachfolgenden Stadium des Erfassungsschaltkreises angepasst werden und daher kann im Vergleich zum siebten Ausführungsbeispiel das in den Umwandlungsschaltkreis eingegebene Analogsignal, als auch eine Variation des Erfassungsschaltkreises mit höherer Genauigkeit angepasst werden.

Claims

Durchflussraten-Detektor, der konfiguriert ist, eine Durchflussrate von Luft zu erfassen, die durch ein Ansaugrohr zum Einleiten der Luft in einen Verbrennungsmotor fließt, wobei der Durchflussraten-Detektor umfasst: einen Umgehungskanal, der so konfiguriert ist, dass ein Teil der durch das Ansaugrohr fließenden Luft hindurch strömen kann; einen Erfassungsschaltkreis, der konfiguriert ist, als ein Analogsignal eine Spannung in Übereinstimmung mit einer Durchflussrate der Luft auszugeben, die durch das Ansaugrohr fließt, durch Teilen einer Referenzspannung basierend auf einer Größe der Durchflussrate und darauf, ob eine Fließrichtung der Luft eine Vorwärts-Fließrichtung oder eine Rückwärts-Fließrichtung ist, wobei die Vorwärts-Fließrichtung eine Richtung von dem Durchflussraten-Detektor zum Verbrennungsmotor ist und die Rückwärts-Fließrichtung eine Richtung entgegengesetzt zur Vorwärts-Fließrichtung ist; und einen Umwandlungsschaltkreis, der konfiguriert ist, das von dem Erfassungsschaltkreis ausgegebene Analogsignal als Eingabe zu empfangen und das eingegebene Analogsignal basierend auf einer Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik in digitalen Code umzuwandeln, um den durch die Umwandlung erhaltenen digitalen Code als ein digitales Signal auszugeben, wobei die Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik eine Charakteristik ist, die durch Zuordnen einer in den Umwandlungsschaltkreis eingegebenen Eingangsspannung zu dem von dem Umwandlungsschaltkreis ausgegebenen digitalen Code erhalten wird, wobei ein Vorwärtsfluss-Analogsignal, welches das Analogsignal ist, das der Vorwärts-Fließrichtung entspricht und in den Umwandlungsschaltkreis eingegeben wird, eingestellt wird, einen größeren Wert zu haben als ein Fehlend-Eingangsspannungsbereich, der ein Eingangsspannungsbereich ist, in dem ein fehlender Code in der Analog-zu-Digital-Umwandlungscharakteristik auftreten kann.
Durchflussraten-Detektor gemäß Anspruch 1, wobei der Erfassungsschaltkreis umfasst: eine Konstantspannungsquelle, die konfiguriert ist, die Referenzspannung auszugeben; und eine Reihenschaltung, in der ein erster Widerstand zur Durchflussratenerfassung und ein zweiter Widerstand zur Durchflussratenerfassung miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei die Reihenschaltung einen geerdeten Anschluss und einen anderen Anschluss umfasst, der mit der Konstantspannungsquelle verbunden ist, und der Erfassungsschaltkreis konfiguriert ist, als das Analogsignal eine Spannung basierend auf dem ersten Widerstand zur Durchflussratenerfassung auszugeben.
Durchflussraten-Detektor gemäß Anspruch 2, wobei das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen Wert eingestellt ist, der größer ist als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, durch Abgleichen eines Verhältnisses zwischen einem Widerstandswert des ersten Widerstands zur Durchflussratenerfassung und eines Widerstandswerts des zweiten Widerstand zur Durchflussratenerfassung.
Durchflussraten-Detektor gemäß Anspruch 2, ferner umfassend einen Abgleichschaltkreis, der konfiguriert ist, das von dem Erfassungsschaltkreis ausgegebene Analogsignal abzugleichen, so dass das Vorwärtsfluss-Analogsignal einen größeren Wert hat als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, um das abgeglichene Signal auszugeben, wobei der Umwandlungsschaltkreis konfiguriert ist, als Eingabe das von dem Abgleichschaltkreis ausgegebene Analogsignal zu empfangen, anstelle des von dem Erfassungsschaltkreis ausgegebenen Analogsignals, um das digitale Signal auszugeben.
Durchflussraten-Detektor gemäß Anspruch 1, wobei der Erfassungsschaltkreis umfasst: eine Konstantspannungsquelle, die konfiguriert ist, die Referenzspannung auszugeben; eine erste Reihenschaltung, in der ein erster Festwiderstand und ein zweiter Festwiderstand miteinander in Reihe geschaltet sind; eine zweite Reihenschaltung, in der ein erster Widerstand zur Durchflussratenerfassung und ein zweiter Widerstand zur Durchflussratenerfassung miteinander in Reihe geschaltet sind; einen Operationsverstärker, der einen nicht invertierenden Eingangsanschluss einschließt, der mit einem Knoten des ersten Festwiderstands und des zweiten Festwiderstands verbunden ist, und einen invertierenden Eingangsanschluss, der mit einem Knoten des ersten Widerstands zur Durchflussratenerfassung und des zweiten Widerstands zur Durchflussratenerfassung verbunden ist; und einen Widerstand zur Lufttemperaturerfassung, der einen Anschluss umfasst, der mit der invertierenden Eingangsanschlussseite des Operationsverstärkers verbunden ist und einen anderen Anschluss, der mit einer Ausgangsseite des Operationsverstärkers verbunden ist, wobei die erste und zweite Reihenschaltung jeweils einen geerdeten Anschluss und einen anderen Anschluss einschließt, der mit der Konstantspannungsquelle verbunden ist, und wobei der Erfassungsschaltkreis konfiguriert ist, eine Ausgabe des Operationsverstärkers als das Analogsignal auszugeben.
Durchflussraten-Detektor gemäß Anspruch 5, wobei das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen höheren Wert eingestellt ist als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, durch Abgleichen eines Verhältnisses zwischen einem Widerstandswert des ersten Widerstands zur Durchflussratenerfassung und eines Widerstandswerts des zweiten Widerstands zur Durchflussratenerfassung.
Durchflussraten-Detektor gemäß Anspruch 5, ferner umfassend einen Abgleichschaltkreis, der konfiguriert ist, das von dem Erfassungsschaltkreis ausgegebene Analogsignal so abzugleichen, dass das Vorwärtsfluss-Analogsignal einen größeren Wert hat als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, um das abgeglichene Signal auszugeben, wobei der Umwandlungsschaltkreis konfiguriert ist, als Eingabe das von dem Abgleichschaltkreis ausgegebene Analogsignal zu empfangen, anstelle des von dem Erfassungsschaltkreis ausgegebenen Analogsignals, um das digitale Signal auszugeben.
Durchflussraten-Detektor gemäß Anspruch 1, wobei der Erfassungsschaltkreis umfasst: eine Konstantspannungsquelle, die konfiguriert ist, die Referenzspannung auszugeben; eine erste Reihenschaltung, in der ein erster Festwiderstand, ein erster Widerstand zur Lufttemperaturerfassung, ein zweiter Widerstand zur Lufttemperaturerfassung und ein zweiter Festwiderstand miteinander in Reihe geschaltet sind; eine zweite Reihenschaltung, in der ein dritter Festwiderstand, ein erster Widerstand zur Temperaturerfassung und ein zweiter Widerstand zur Temperaturerfassung miteinander in Reihe geschaltet sind; eine dritte Reihenschaltung, in der ein vierter Festwiderstand und ein Widerstand zur Durchflussratenerfassung miteinander in Reihe geschaltet sind; einen Operationsverstärker, der einen nicht invertierenden Eingangsanschluss einschließt, der mit einem Knoten des ersten Widerstands zur Temperaturerfassung und des zweiten Widerstands zur Temperaturerfassung verbunden ist, und einen invertierender Eingangsanschluss, der mit einem Knoten des ersten Widerstands zur Lufttemperaturerfassung und des zweiten Widerstands zur Lufttemperaturerfassung verbunden ist; und einen Transistor, der eine Basis einschließt, die mit einer Ausgangsseite des Operationsverstärkers verbunden ist, und einen Kollektor, der mit der Konstantspannungsquelle verbunden ist, wobei die erste Reihenschaltung, die zweite Reihenschaltung und die dritte Reihenschaltung jeweils einen geerdeten Anschluss und einen anderen Anschluss umfassen, der mit einer Emitterseite des Transistors verbunden ist, und wobei der Erfassungsschaltkreis konfiguriert ist, eine Spannung basierend auf dem vierten Festwiderstand als das Analogsignal auszugeben.
Durchflussraten-Detektor gemäß Anspruch 8, wobei das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen größeren Wert als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich eingestellt ist, durch Abgleichen eines Verhältnisses eines Widerstandswerts des ersten Widerstands zur Lufttemperaturerfassung, eines Widerstandswerts des zweiten Widerstands zur Lufttemperaturerfassung, eines Widerstandswerts des ersten Festwiderstands und eines Widerstandswerts des zweiten Festwiderstands.
Durchflussraten-Detektor gemäß Anspruch 8, ferner umfassend einen Abgleichschaltkreis, der konfiguriert ist, das von dem Erfassungsschaltkreis ausgegebene Analogsignal abzugleichen, so dass das Vorwärtsfluss-Analogsignal einen größeren Wert hat als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, um das angepasste Analogsignal auszugeben, wobei der Umwandlungsschaltkreis konfiguriert ist, als Eingabe das von dem Abgleichschaltkreis ausgegebene Analogsignal zu empfangen, anstelle des von dem Erfassungsschaltkreis ausgegebenen Analogsignals, um das digitale Signal auszugeben.
Durchflussraten-Detektor gemäß Anspruch 1, wobei der Erfassungsschaltkreis umfasst: eine Konstantspannungsquelle, die konfiguriert ist, die Referenzspannung auszugeben; eine erste Reihenschaltung, in der ein erster Festwiderstand und eine Parallelschaltung miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei die Parallelschaltung eine Konfiguration aufweist, in der ein erster Widerstand zur Durchflussratenerfassung und ein zweiter Widerstand zur Durchflussratenerfassung, die miteinander in Reihe geschaltet sind, und ein dritter Widerstand zur Durchflussratenerfassung und ein vierter Widerstand zur Durchflussratenerfassung, die miteinander in Reihe geschaltet sind, parallel geschaltet sind; eine zweite Reihenschaltung, in der ein Widerstand zur Lufttemperaturerfassung und ein zweiter Festwiderstand miteinander in Reihe geschaltet sind; einen ersten Operationsverstärker, der einen nicht invertierenden Eingangsanschluss einschließt, der mit einem Knoten der Parallelschaltung und dem ersten Festwiderstand verbunden ist, und einen invertierender Eingangsanschluss, der mit einem Knoten des Widerstands zur Lufttemperaturerfassung und des zweiten Festwiderstand verbunden ist; einen zweiten Operationsverstärker, der einen nicht invertierenden Eingangsanschluss einschließt, der mit einem Knoten des dritten Widerstands zur Durchflussratenerfassung und des vierten Widerstands zur Durchflussratenerfassung verbunden ist, und einen invertierender Eingangsanschluss, der mit einem Knoten des ersten Widerstands zur Durchflussratenerfassung und des zweiten Widerstands zur Durchflussratenerfassung verbunden ist; und einen Transistor, der eine Basis einschließt, die mit einer Ausgangsseite des ersten Operationsverstärkers verbunden ist, und einen Kollektor, der mit der Konstantspannungsquelle verbunden ist, wobei die erste Reihenschaltung und die zweite Reihenschaltung jeweils einen geerdeten Anschluss und einen anderen Anschluss umfassen, der mit einer Emitterseite des Transistors verbunden ist, und wobei der Erfassungsschaltkreis konfiguriert ist, eine Ausgabe des zweiten Operationsverstärkers als das Analogsignal auszugeben.
Durchflussraten-Detektor gemäß Anspruch 11, wobei das Vorwärtsfluss-Analogsignal auf einen Wert größer als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich eingestellt ist, durch Abgleichen eines Verhältnisses eines Widerstandswerts des ersten Widerstands zur Durchflussratenerfassung, eines Widerstandswerts des zweiten Widerstands zur Durchflussratenerfassung, eines Widerstandswerts des dritten Widerstands zur Durchflussratenerfassung und eines Widerstandswerts des vierten Widerstands zur Durchflussratenerfassung.
Durchflussraten-Detektor gemäß Anspruch 11, ferner umfassend einen Abgleichschaltkreis, der konfiguriert ist, das von dem Erfassungsschaltkreis ausgegebene Analogsignal abzugleichen, so dass das Vorwärtsfluss-Analogsignal einen größeren Wert hat als der Fehlend-Eingangsspannungsbereich, um das abgeglichene Signal auszugeben, wobei der Umwandlungsschaltkreis konfiguriert ist, als Eingabe das von dem Abgleichschaltkreis ausgegebene Analogsignal zu empfangen, anstelle des von dem Erfassungsschaltkreis ausgegebenen Analogsignals, um das digitale Signal auszugeben.