DE19543236C2 - Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung für Verbrennungsmotoren - Google Patents
Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung für VerbrennungsmotorenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung
für Verbrennungsmotoren
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Hitzdraht-Luftströmungsmesser ist als Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung be
kannt, welche bei einem elektronischen Kraftstoffeinspritzsystem bei Verbren
nungsmotoren wie z. B. für ein Kraftfahrzeug vorgesehen ist, da es möglich ist, den
Luftmassenstrom zu erfassen. Der in den SAE-Veröffentlichungen 800468, 830615
beschriebene Luftströmungsmesser ist für einen kommerziellen Gebrauch entwickelt
worden. Wenn ein Motor mit weniger als vier Zylindern bei niedriger Motordreh
zahl unter starker Last arbeitet, tritt eine pulsierende Strömung auf, in welcher die
Amplitude des Pulsierens der Einlaßluftmenge groß ist, und es tritt während eines
Teils des Einströmens der Einlaßluft Rückströmung auf. In einem solchen Fall ist es
schwierig, den Einlaßluftmengenstrom mit hoher Genauigkeit unter Verwendung des
konventionellen Hitzdraht-Luftströmungsmessers, wie oben erwähnt, zu erfassen.
In der japanischen Patentanmeldung 62-73124 ist eine Einlaßluftmengen-
Meßvorrichtung für einen Verbrennungsmotor beschrieben, in der zwei erste.
Heizwiderstände derart angeordnet sind, daß sie sich quer zu der Strömungsrichtung
des Ansaugluftstromes mit ihren Längsseiten gegenüberliegen. Zwei weitere tempe
ratur-kompensierende Widerstände sind in Strömungsrichtung gesehen abwärts ge
genüber den beiden Heizwiderständen angeordnet. Die Heizwerte der beiden ersten
Heizwiderstände werden in einem Komparator verglichen und die Vorwärts- oder
Rückwärtsrichtung der Strömung beurteilt. Darüber hinaus werden die Heizwerte in
den ersten Heizwiderständen gemessen und es wird die Strömungsrate ermittelt.
In der DE 34 14 176 wird des weiteren ein als Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung
verwendbares Konstanttemperatur-Anemometer mit verbessertem Frequenzgang
offenbart, welches ein Fühlerelement in einem Zweig einer elektronischen Brücken
schaltung enthält, während an die Brückenschaltung eine Rückkopplungsschaltung
wirksam angeschlossen ist. Der Frequenzgang der Brückenschaltung wird durch
Impedanzelemente geformt, die in Parallelschaltung mit einem anderen Zweig der
Brückenschaltung verbunden sind.
In der Zeitschrift IEEE Trans. (IM-16, March 1967, Nr. 1, Seite 68-73) wird ein
mathematisches Rechenverfahren offenbart, dem eine Konstanttemperatur-Meßvor
richtung zugrunde liegt, bei der ein Aufnehmerwiderstand bzw. die Temperatur un
abhängig von den Fluidparametern konstant gehalten wird. Dies wird durch eine
geschlossene Rückkopplungsschleife erreicht, welche die Abweichungen in dem
Aufnehmerwiderstand erfaßt und den Aufnehmerstrom entsprechend regelt.
Auch der im Buch Meßtechnik, Strickert: Hitzdraht- und Hitzfilmanemometrie,
VEB, Verlag Technik Berlin, 1974, abgedruckte Abschnitt 6.2: Dynamisches Ver
halten, S. 147-151 stellt mathematische Berechnungsverfahren zur Beurteilung der
dynamischen Eigenschaften stabiler Konstanttemperatur-Meßvorrichtungen zur Ver
fügung.
Wenn das Rückströmphänomen mittels konventionellem Hitzdraht-Luftströmungs
messer gemessen wird, bei welchem die Luft von einer Abgasventilseite zu einem
Lufteinlaßventil zurückkehrt, wenn sich der Kolben nach oben bewegt, gibt der
Luftströmungsmesser ein positives Signal aus, welches dem Absolutwert einer
Strömungsrate entspricht, und zwar unabhängig von der Strömungsrichtung einer
Vorwärtsströmung oder einer Rückströmung. Deshalb zeigt ein Ausgangssignal
während der Rückströmung ein Signal an, das ähnlich einem während der Vorwärts
strömung ist. Im Ergebnis gibt der Luftströmungsmesser ein Signal mit einem Wert
aus, welcher größer ist als der der tatsächlichen durchschnittlichen Luftströmungs
menge. Zu diesem Zeitpunkt kann der Meßfehler 30% bis 100% werden. Wenn nun
die spezielle Hitzdrahtsonde verwendet wird, mittels welcher es möglich ist, schnell
und unabhängig die Vorwärtsströmung und die Rückströmung zu erfassen, ist es
möglich, den Fehlei der durchschnittlichen Luftströmungsmenge durch Erfassen der
Richtung aus der Differenz der Luftströmungsmenge zwischen der Vorwärtsströ
mung und der Rückströmung zu minimieren und die Luftströmungsmenge entspre
chend der erfaßten Richtung auszugeben. Es gibt jedoch einige Probleme dahinge
hend, daß die Herstellungskosten sich erhöhen und die Zuverlässigkeit sich verrin
gert, da es nötig ist, die oben erwähnte spezielle Hitzdrahtsonde zu verwenden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung
für Verbrennungsmotoren zu schaffen, mittels welcher es möglich ist, eine Rück
strömung mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Einlaßluftmengen-
Meßvorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
werden durch die in den Unteransprüchen (Ansprüche 2 bis 7) angegebenen Merkmale ermöglicht.
Zur Erläuterung wird noch ausgeführt:
Gemäß einem Aspekt weist die Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung für Verbren
nungsmotoren eine Erfassungseinheit einschließlich eines Heizwiderstandes und
eine Strömungsmengen-Arithmetikeinheit zum Berechnen der Luftströmungsmenge
auf der Basis der Ausgabe von der Erfassungseinheit auf. Des weiteren ist eine Ein
richtung zum Einstellen der Amplitude des Ausgangssignals der Erfassungseinheit
zwischen der Erfassungseinheit und der Strömungsmengen-Arithmetikeinheit vorge
sehen.
Die Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung für Verbrennungsmotoren weist zwei Erfas
sungseinheiten einschließlich einer Brückenschaltung mit einem Heizwiderstand und
eine Strömungsmengen-Arithmetikeinheit zum Berechnen einer Luftströmungsmen
ge auf der Basis einer Ausgabe der Erfassungseinheit auf. Des weiteren sind zwei
Einrichtungen jeweils zum Modulieren der Amplitude eines Ausgangssignals der
Erfassungseinheit, und zwar zwischen der einen der Erfassungseinheiten und der
Strömungsmengen-Arithmetikeinheit, und zwischen der anderen der Erfassungsein
heiten und der Strömungsmengen-Arithmetikeinheit vorgesehen.
Entsprechend dem oben beschriebenen Aufbau ist es möglich, das kor
rigierte Hitzdrahtsignal zu erhalten, welches nahe der tatsächlichen
Luftströmungsmenge ist, und den Fehler der durchschnittlichen Luftströ
mungsmenge durch elektrisches Erfassen bzw. Ermitteln der Antwortver
zögerung des Hitzdrahtsignals und durch Schalten zweier Hitzdrahtsignale
zu minimieren, wobei die Antwortverzögerungen auf der Basis des erfaß
ten Richtungssignals kompensiert werden. Des weiteren kann die Rück
strömung oder rückkehrende Strömung in der Luftströmung erfaßt wer
den, welche durch einen Kanal strömt, und wird vor einem Korrigieren
der Luftströmungsmenge bezüglich der Rückströmung das Rückströmungs
kennfeld korrigiert, welches eine Umwandlungsfunktion der Luftströmungs
menge auf der Rückströmungsseite zum Umwandeln eines Ausgabesignals
von dem Heizwiderstand in die Luftströmungsmenge darstellt. Daher ist
es möglich, die Genauigkeit der Messung durch Korrigieren der Luft
strömungsmenge zu verbessern, wenn die Rückströmung auftritt, und zwar
in einer zweistufigen Art unter Verwendung des Korrektur-Rückströ
mungskennfeldes.
Die Erfindung wird nun detailliert anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Hitzdraht-Treiberschaltung unter Verwendung von
Ausgleichsschaltungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt Wellenformen einer pulsierenden Strömung, bei welcher
Einlaßluftströmungen Rückströmungen aufweisen.
Fig. 3 zeigt Frequenzcharakteristiken der Ausgleichsschaltung sowie
einer Hitzdraht-Treiberschaltung.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Ausgleichsschaltung.
Fig. 5 zeigt eine Hitzdraht-Treiberschaltung unter Verwendung der
Ausgleichsschaltungen.
Fig. 6 zeigt eine weitere Hitzdraht-Treiberschaltung unter Verwendung
der Ausgleichsschaltungen.
Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer weiteren Ausgleichsschaltung.
Fig. 8 zeigt eine Hitzdraht-Treiberschaltung unter Verwendung der
zweiten Ausgleichsschaltung gemäß einem weiteren Ausführungs
beispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 zeigt Frequenzcharakteristiken der zweiten Ausgleichsschaltung
und einer Hitzdraht-Treiberschaltung.
Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der zweiten Ausgleichsschaltung.
Fig. 11 zeigt eine Hitzdraht-Treiberschaltung unter Verwendung der
zweiten Ausgleichsschaltung.
Fig. 12 zeigt eine Hitzdraht-Treiberschaltung unter Verwendung von nur
einem Temperaturkompensationswiderstand.
Fig. 13 zeigt eine Hitzdraht-Treiberschaltung unter Verwendung von nur
einem Temperaturkompensationswiderstand.
Fig. 14 zeigt eine Hitzdraht-Treiberschaltung unter Verwendung der
Ausgleichsschaltung.
Fig. 15 zeigt ein Luftströmungs-Mengenkennfeld mit einem Rückströ
mungs-Korrekturkennfeld.
Fig. 16 zeigt den Aufbau der Schaltung einer Hitzdraht-Strömungsmen
gen-Meßvorrichtung.
Fig. 17 zeigt die Wirkung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Die Hitzdraht Treiberschaltungen
1 und 2 sind unabhängig voneinander. Sie sind mit einer Energiever
sorgung 10 verbunden und erzeugen jeweils Ausgaben entsprechend der
Luftströmungsmenge. Die Hitzdraht Treiberschaltung 1 ist so aufgebaut,
daß ein Strom, welcher in einem Heizwiderstand 11 fließt, mittels eines
Differenzverstärkers 15 und eines Transistors 16, in einer solchen Art
und Weise eingestellt werden kann, daß die Potentialdifferenz an einem
neutralen Punkt der Wheatstone-Brücke Null wird, wobei die Wheatstone-
Brücke den Heizwiderstand 11, einen temperaturkompensierenden Wider
stand 12 und die Widerstände 13 und 14 aufweist. Dadurch wird der
Widerstandswert des Heizwiderstandes so gesteuert, daß er konstant ist,
d. h. wird so gesteuert, daß die Temperatur konstant sein kann.
In einem solchen Fall liegt ein Signal, welches der Luftströmungsrate
entspricht, welche von dem Heizwiderstand 11 erhalten wird, an dem
Punkt A des elektrischen Potentials gemäß Fig. 1 an. Genauso wie in
dem Fall bei dem Heizwiderstand 11 liegt ein Signal, welches der Luft
strömungsrate entspricht, welche von dem Heizwiderstand 21 erhalten
wurde, an dem Punkt B des elektrischen Potentials gemäß Fig. 1 an.
Die Heizwiderstände 11 und 21 sind durch Wickeln eines Weißgold- oder
Wolfram-Hitzdrahtes als Heizer auf der Oberfläche eines zylindrischen
oder röhrenförmigen Spulenkörpers, welcher aus Isoliermaterial mit guter
thermischer Leitfähigkeit, wie z. B. Keramik, und Überziehen von Glas
oder Keramiken als Beschichtungsmaterial hergestellt ist. Die Heizwi
derstände 11 und 21 können auch durch Formen eines dünnen oder
dicken Filmes aus Weißgold oder Wolfram auf dem Substrat eines
plattenartigen Glases oder einer plattenartigen Keramik als Beschichtungs
material hergestellt sein.
Der Heizwiderstand 11 und 21 ist innerhalb eines Einlaßluftkanals des
Verbrennungsmotors vorgesehen, detaillierter ausgedrückt ist der Heizwi
derstand 11 an der oberen Einströmseite bzw. stromaufwärtigen Seite der
Einlaßluft vorgesehen, während der Heizwiderstand 21 an der strom
abwärtigen Seite vorgesehen ist. Beide sind dicht parallel zueinander an
geordnet. Genauso wie im Fall eines normalen Hitzdraht-Strömungs
ratenmessers eines Konstanttemperaturtyps werden die Heizwiderstände 11
und 21 elektrisch durch die Hitzdraht-Treiberschaltungen 1 bzw. 2 er
wärmt bzw. erhitzt, so daß die Differenzen in der Temperatur zwischen
der Luftströmung und den Heizwiderständen 11, 12 unabhängig von der
Lufströmungsrate konstant wird. Da der Heizwiderstand 11 durch den
Luftstrom niedriger abgekühlt wird als der Heizwiderstand 21, wenn die
Luft in der Vorwärtsrichtung von der stromaufwärtigen Seite der Ein
laßluft zur stromabwärtigen Seite strömt, fließt mehr von der Hitzdraht-
Treiberschaltung 1 zugeführter Strom in den Heizwiderstand 11 als in
den Heizwiderstand 21.
Da der Heizwiderstand 21 durch den Luftstrom niedriger bzw. tiefer
abgekühlt wird als der Heizwiderstand 11, wenn die Luft in der umge
kehrten Richtung von der stromabwärtigen Seite der Einlaßluft zur
stromaufwärtigen Seite strömt, fließt mehr von der Hitzdraht Treiberschal
tung 1 zugeführter Strom in den Heizwiderstand 21 als in den Heizwi
derstand 11. Deshalb kann die Richtung der Lufströmung unter Ver
wendung der Differenz in der Größe des zugeführten Stromes erfaßt
werden. In der Einlaßluftleitung tritt jedoch das Pulsieren der Luft
sowie ein Verzögern des Ansprechens in den Hitzdraht Treiberschaltungen
1 und 2 wegen der thermischen Antwortcharakteristiken bzw. Ansprech
charakteristiken der Heizwiderstände 11 und 12 auf. Im Ergebnis wird
die Erfassung der Richtung der Luftströmung langsam, weshalb ein
Fehler bei der Erfassung der durchschnittlichen Strömungsmenge auftritt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Frequenzantwort
charakteristiken der Ausgaben der Heizwiderstände 11 bzw. 12 entspre
chend der Luftströmungsmenge elektrisch unter Verwendung von Aus
gleichsschaltungen 3 und 4 verbessert. Des weiteren wird die Differenz
der Größe der Ausgaben der Ausgleichsschaltungen 3 und 4 mittels eines
Spannungskomparators 5 erfaßt, wodurch die Richtung der Luftströmung
erfaßt wird. Außerdem kann ein Luftströmungssignal mit kleineren
Fehlern durch Schalten der Ausgänge der Ausgleichsschaltungen 3 und 4
mittels einer Umschalt-Schaltung 6 ausgegeben werden. Die Umschalt-
Schaltung schaltet die Ausgänge der Ausgleichsschaltungen 3 und 4,
indem bewirkt wird, daß das Ausgangssignal der Ausgleichsschaltung 4
auf der Rückströmungsseite durch eine Invertierschaltung 61 invertiert
wird. In diesem Fall ist es möglich, eine Schnittstelle bei einer Motor
steuereinheit unter Verwendung von nur dem Ausgangssignal zu bilden,
nämlich ohne ein Richtungssignal auszugeben. Ein Analogschalter,
welcher durch einen CMOS-Prozeß hergestellt wurde, ein weiterer Ana
logschalter, welcher die Transistoren verwendet, welche durch einen
Bipolar-Prozeß hergestellt wurden, usw. können als die Umschalt-Schal
tung verwendet werden.
Bezugnehmend nun auf Fig. 2 wird eine Vorrichtung unter Verwendung
der Ausgleichsschaltungen 3 und 4 detailliert erläutert. In Fig. 2 wird
ein Hitzdrahtsignal vollständig in die Lufströmungsmenge umgewandelt
und angezeigt. Wenn ein Motor mit weniger als vier Zylindern bei
niedriger Motordrehzahl und unter starker Last betrieben wird, ist die
pulsierende Amplitude der Einlaßluftmenge groß, und eine negative
Lufströmungsmenge, welche eine Rückströmung genannt wird, tritt für
einen Teil der Einlaßluft auf bzw. während eines Teils des Einströmens
der Luft. Daher ist die Lufströmungsmenge im allgemeinen fast sinus
wellenartig, wie in Fig. 2(1) gezeigt. Wenn die Motordrehzahl bei 1000
min-1 liegt, liegt die pulsierende Frequenz bei 33 Hz. Dieses Phänomen
zeigt unterschiedliche Formen entsprechend der Form der Brennkammer
des Motors, der Form der Einlaß- und Auslaßleitungen oder der Form
des Luftfilters.
Wenn die pulsierende Strömung bezüglich der Rückströmung unter
Verwendung der speziellen Hitzdrahtsonde gemessen wird, welche bei
schnellansprechenden Meßinstrumenten als Heizwiderstand verwendet
wird, wird ein positives Signal entsprechend dem Absolutwert der Strö
mungsrate unabhängig von den Richtungen der Vorwärtsströmung und
der Rückströmung ausgegeben, wie in Fig. 2(2) gezeigt. Da der Hitz
draht ein gutes Ansprechverhalten auf die Luftströmung aufweist, wird
der Wert seines Signals nahezu Null, wenn die Vorwärtsströmung und
die Rückströmung geschaltet werden. Es ist möglich, das Hitzdrahtsignal
zu erhalten, welches der tatsächlichen Luftströmungsmenge am nächsten
kommt, und zwar unter Verwendung zweier derartiger spezieller Hitz
drahtsonden, Erfassen der Richtungen der Vorwärtsströmung und der
Rückströmung und Kombinieren ihrer Wellenformen. Da jedoch eine
Spezial-Hitzdrahtsonde sehr teuer ist, ist es, auch vom Standpunkt der
Zuverlässigkeit her, schwierig, sie ständig in Maschinen bzw. Motoren zu
verwenden, welche großen Vibrationen, wie z. B. Motoren für Kraftfahr
zeuge, unterliegen.
Demgemäß werden zwei konventionelle Hitzdrahtsonden mit hoher
Zuverlässigkeit, welche den Mangel eines schnellen Ansprechverhaltens
aufweisen, parallel verbunden und als Heizwiderstände 11 und 21 ver
wendet. In einem solchen Fall wird ein positives Signal, welches dem
Absolutwert der Strömungsrate entspricht, unabhängig von den Richtun
gen der Vorwärtsströmung und der Rückströmung ausgegeben, wie in Fig.
2(3) gezeigt. Da die Antwortverzögerung in diesem Fall auftritt, wird
das Hitzdrahtsignal nicht Null, wenn die Vorwärtsströmung und die
Rückströmung umgeschaltet werden. Des weiteren weist ein Ausgang A
des Heizwiderstandes 21, welcher an der stromaufwärtigen Seite der
Einlaßluft angeordnet ist, einen großen Wert während der Vorwärts
strömung auf, jedoch einen kleinen Wert während der Rückströmung.
Auf der anderen Seite weist eine Ausgabe B des Heizwiderstandes 21,
welcher an der stromabwärtigen Seite der Einlaßluft angeordnet ist, einen
großen Wert während der Rückströmung auf, jedoch einen kleinen Wert
während der Vorwärtsströmung. Das Ergebnis des Vergleichs dieser zwei
Signale durch den Spannungskomparator 5 ist in Fig. 2(4) gezeigt, in
welcher hohe elektrische Potentialpegel (Hi), welche kennzeichnend für
die Vorwärtsströmung sind, und niedrige elektrische Potentialpegel (Low),
welche kennzeichnend für die Rückströmung sind, einander abwechseln.
Das Hitzdrahtsignal, welches zu einer Rückströmungskorrektur durch
Umschalten der Vorwärtsrichtung und der Gegenstromrichtung unter
Verwendung des Richtungssignals durch die Umschalt-Schaltung erzeugt
wird, zeigt eine zusammengesetzte Wellenform bezüglich der Rückströ
mung, wie es in Fig. 2(5) gezeigt ist. Dieses Signal ist jedoch außer
Phase zu dem Signal der tatsächlichen Luftströmungsmenge, und seine
Wellenform befindet sich in der Nähe von Null. Deshalb weist das
unter Verwendung von nur dem Richtungssignal kombinierte Signal im
Vergleich zu der durchschnittlichen Luftströmungsmenge der tatsächlichen
Luftströmung einen Fehler auf.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Hitzdrahtsignal mit der An
sprechverzögerung, welches in Fig. 2(3) gezeigt ist, den Ausgleichsschal
tungen 3 und 4 zugeführt, in welchen die Ansprechverzögerung elektrisch
kompensiert wird. Das Signal zu diesem Zeitpunkt ist in Fig. 2(6)
gezeigt. Ein Hitzdraht-Ausgangssignal A2 auf der Vorwärtsströmungsseite
und ein Ausgangssignal B2 auf der Rückströmungsseite sind bereits durch
die Ausgleichsschaltungen 3 und 4 abgestimmt, so daß ihre Phasen bzw.
Amplituden dicht zu jenen der tatsächlichen Luftströmungsmenge werden.
Ein neues Richtungssignal wird unter Verwendung dieser Signale A2 und
B2 erzeugt. Ein rückströmungs-korrigiertes Hitzdrahtsignal, dessen Wel
lenform nahe einem der tatsächlichen Luftströmungsmenge ist, wie in Fig.
2(7) gezeigt, kann durch Schalten der Ausgaben unter Verwendung des
neuen Richtungssignals und durch ihr Kombinieren erhalten werden.
Dadurch ist es möglich, den Fehler der durchschnittlichen Luftströmungs
menge zu minimieren.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel der Frequenzcharakteristiken der Ausgleichs
schaltungen 3 und 4. Spezifisch ausgedrückt, zeigt Fig. 3 eine elektrische
Frequenzcharakteristik der Hitzdraht-Treiberschaltungen 1 und 2 ein
schließlich der Heizwiderstände 11 und 12 bei einer konstanten Strö
mungsrate. Bezüglich des Ansprechverhaltens der Hitzdraht-Treiberschal
tung beträgt ihre Grenzfrequenz etwa mehrere 10 Hz und weniger als
100 Hz. Wenn die Motordrehzahl innerhalb des Bereiches von 1000
min-1 bis 2000 min-1 ist, liegt die pulsierende Frequenz der Luftströ
mungsmenge innerhalb des Bereiches von 33 Hz bis 66 Hz. Deshalb
wird die Grenzfrequenz durch sie beeinflußt, und der erfaßte Wert weist
die Antwortverzögerung auf. Durch Addieren der Charakteristik der
Ausgleicher, welche den Phasenvoreilfaktor aufweisen, wie es in Fig. 3
gezeigt ist, wird jedoch die zusammengesetzte Antwort bzw. das zusam
mengesetzte Ansprechverhalten mehrere 100 Hz. Diese Antwort kann
um eine Größenordnung schneller sein als im Vergleich zu einer ein
zigen Antwort der Hitzdraht Treiberschaltung. Es ist wünschenswert, daß
die Verstärkungscharakteristiken der zusammengesetzten Antwort flach
sind und sich in Richtung auf große Frequenzen ausdehnen, wie dies der
Fall ist. Dadurch ist es möglich, das Verlangsamen der Erfassung der
Luftströmungsmenge zu verringern.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in
welchem die Ausgleichsschaltungen 3 und 4 unter Verwendung einer
elektrischen Schaltung realisiert werden. In dieser Schaltung ist ein
Differentialverstärker vorgesehen, dessen Eingangs/Ausgangsverstärkung
durch die Widerstände 33, 34, 36 und 38 festgelegt sind. Die Charak
teristik des Phasenvoreilfaktors wird durch einen Widerstand 37 und
Kondensatoren 32, 35 bestimmt.
Entsprechend dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel bei Verwendung
der Ausgleichsschaltung ist es möglich, die Antwort ohne Verwendung
der Spezial-Hitzdrahtsonden als Heizwiderstand leicht zu verbessern und
die Genauigkeit der Messung der durchschnittlichen Luftströmungsmenge
relativ leicht zu verbessern. Da des weiteren die Antwort der Hitzdraht-
Treiberschaltung durch eine elektrische Schaltung verbessert werden kann,
besteht eine Wirkung darin, daß es möglich ist, die Hochfahrcharak
teristik zu beschleunigen, unmittelbar nachdem eine Energieversorgung
gestartet wird.
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 5 erklärt. Bei diesem Ausfüh
rungsbeispiel wird die Umwandlungsschaltung bzw. Inverterschaltung des
ersten Ausführungsbeispiels eliminiert, und eine Motorsteuereinheit be
stimmt, ob die Vorwärtsströmung auftritt, und zwar unter Verwendung
des Ausgangssignals und des Richtungssignals. Es ist deshalb möglich,
die tatsächliche Strömungsmenge zu messen, indem die Rückströmung
berücksichtigt wird. Entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird, da der dynamische Bereich der Vorwärtsströmung und der Rück
strömung in dem Ausgangssignal groß bzw. breit zugelassen werden kann,
die Genauigkeit der Erfassung wegen eines A/D Wandlers der Motor
steuereinheit verbessert.
Nun wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf Fig. 6 erklärt. In dem Fall, daß die Rückströ
mung auftritt, selbst wenn die Amplitude des Pulsierens der Einlaßluft
menge relativ klein ist, ist entsprechend der Form des Brennraumes
eines Motors, der Form der Einlaß/Auslaßleitungen oder der Form des
Luftfilters der Fehler wegen der Verlangsamung der Erfassung des
Richtungssignals der Vorwärtsströmung und der Rückströmung, was durch
das Verlangsamen der Antwort bzw. des Ansprechverhaltens bewirkt wird,
gravierend, nicht jedoch der Fehler der Amplitude der Lufströmungs
menge infolge des Verlangsamens der Antwort. Bei diesem Ausführungs
beispiel sind die Ausgänge der Hitzdraht-Treiberschaltungen 1 und 2 mit
den Ausgleichsschaltungen 3 bzw. 4 verbunden. Die Ausgänge der
Ausgleichsschaltungen 3 und 4 sind mit den Eingängen eines Spannungs
komparators 5 verbunden, denn die Ausgabe des Komparators 5 stellt
das Richtungssignal dar. Das rückströmungs-korrigierte Strömungsmen
gensignal wird durch Umschalten der Ausgangssignale A und B der Hitz
draht-Treiberschaltungen 1 und 2 durch die Umschalt-Schaltung 6 erhal
ten. Da die Ausgaben der Ausgleichsschaltungen 3 und 4 nicht direkt
als die Luftströmungsausgabesignale verwendet werden, wird die Erfassung
der Luftströmungsmenge nicht direkt beeinflußt, selbst wenn die Am
plitudencharakteristiken der Ausgleichsschaltungen 3 und 4 nicht strikt
kalibriert sind. Falls die Amplitudencharakteristik vernachlässigt werden
kann, können des weiteren die Ausgleichsschaltungen 3 und 4 aus passi
ven Bauteilen aufgebaut sein, wie z. B. Widerstände und Kondensatoren,
nicht jedoch aus aktiven Bauteilen, wie z. B. dem Differentialverstärker,
welcher in Fig. 4 gezeigt ist.
Als nächstes wird ein Beispiel der Ausgleichsschaltung unter Verwendung
der passiven Bauteile unter Bezugnahme auf Fig. 7 erklärt. Diese
Schaltung verbessert eine Wechselstrom-Amplitudencharakteristik durch
Verbinden eines Tiefpaßfilters, welcher aus einem Widerstand 41 und
einem Kondensator 42 besteht, mit einer Phasenvoreilschaltung, welche
aus Widerständen 43, 44 und einem Kondensator 45 besteht. Gemäß
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es, obwohl die Verstärkung
bezüglich eines Gleichstromes reduziert wird, möglich, diese Schaltung als
eine Ausgleichsschaltung zum Erfassen der Richtung durch Ändern der
Wechselstrom-Amplitudencharakteristik zu verwenden.
Da der durch das Verlangsamen der Erfassung der Richtungssignale der
Vorwärtsströmung und der Rückströmung bewirkte Fehler stärker ver
ringert wird, ist es möglich, die Empfindlichkeit des Richtungssignals
während der Rückströmung zu erhöhen, indem bewirkt wird, daß die
Amplitudencharakteristiken der Ausgleichsschaltungen 3 und 4 größer
werden als die Amplitude der tatsächlichen Luftströmungsmenge gemäß
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Insbesondere ist es möglich, die
Rückströmung bei hoher Empfindlichkeit zu erfassen, selbst wenn das
Pulsieren oder die Rückströmung der Luftströmungsmenge klein ist, und
es ist deshalb möglich, die Luftströmungsmenge genauer zu messen. Es
ist ebenfalls leicht, die Zeitkonstanten der Ausgleichsschaltungen 3 und
4 festzulegen bzw. einzustellen. Außerdem ist es möglich, die Genau
igkeit des Widerstandes und des Kondensators zur Bestimmung der
Zeitkonstante zu reduzieren, und somit ist es nicht erforderlich, diese
über das normale Maß hinaus einzustellen bzw. zu justieren.
Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun
unter Bezugnahme auf Fig. 8 erläutert. Wenn die Rückströmung gering
ist, die pulsierende Amplitude jedoch relativ groß ist, liegt ein solcher
Fall vor, bei dem der Fehler des durchschnittlichen Wertes der Ein
laßluftströmungsmenge infolge der pulsierenden Amplitude gravierend
bzw. relevant ist, nicht jedoch der Fehler der Luftströmungsmenge infolge
des Auftretens der Rückströmung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird
das Richtungssignal durch Eingeben der Ausgaben der Hitzdraht Treiber
schaltung 1 und 2 an den Spannungskomparator 5 erfaßt. Nach Kor
rigieren der Wirkung der Rückströmung durch Umschalten der Ausgangs
signale A, B der Hitzdraht-Treiberschaltungen 1, 2 durch die Umschalt-
Schaltung 6 wird das Luftströmungsmengen-Ausgangssignal neu durch
Korrigieren der pulsierenden Amplitude durch eine zweite Ausgleichs
schaltung 7 erzeugt. Da die pulsierende Amplitude willkürlich unter
Verwendung der zweiten Ausgleichsschaltung 7 bei diesem Ausführungs
beispiel festgelegt wird, ist es möglich, die durchschnittliche Luftströ
mungsmenge in positive und negative Richtungen zu korrigieren.
Fig. 9 zeigt ein Beispiel der Frequenzcharakteristiken der zweiten Aus
gleichsschaltung 7, welche ein elektrisches Ansprechverhalten bzw. eine
elektrische Antwort der Frequenz der Hitzdraht-Treiberschaltung 1 und
2 einschließlich der Heizwiderstände 11 und 21 bei einer bestimmten
konstanten Strömungsrate veranschaulicht. Die Frequenzcharakeristik der
zweiten Ausgleichsschaltung bezüglich der Antwort der Hitzdraht-Treiber
schaltung ist wie folgt. Wenn ein derartiger Phasenvoreilfaktor, wie in
Fig. 9 gezeigt, allmählich von dem Zeitpunkt an hinzugefügt bzw. addiert
wird, wenn die Antwort der Hitzdraht Treiberschaltung flach ist, wird die
zusammengesetzte Antwort allmählich erhöht. Deshalb ist es möglich,
eine solche Antwort zu erhalten, daß die Grenzfrequenz größer als 100
Hz ist. Die Reduzierung der Amplitude infolge des Verlangsamens der
Antwort, wenn das Pulsieren in der Luftströmungsmenge auftritt, wird
durch Ändern einer Verstärkungscharakteristik kompensiert bzw. wettge
macht. Deshalb ist es möglich, den Meßfehler der durchschnittlichen
Luftströmungsmenge zu reduzieren.
Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem die zweite Ausgleichs
schaltung 7 durch eine elektrische Schaltung realisiert wird. Die zweite
Ausgleichsschaltung 7 ist durch Verbinden von Netzwiderständen 91, 92,
93, 94 und Kondensatoren 95, 96 zum Ändern der Eingangs/Ausgangs
verstärkung auf die Ausgleichsschaltung 3 aufgebaut, wie in Fig. 4 ge
zeigt. Es ist möglich, die Verstärkungscharakteristik der zweiten Aus
gleichsschaltung 7 durch Einstellen des Wertes eines Widerstandes 93 zu
ändern. Bezüglich der Grundcharakteristik der Schaltung selbst wird die
Eingangs/Ausgangsverstärkung eines Differentialverstärkers 71 durch
Widerstände 73, 74, 76, 78 bestimmt, während die Frequenzcharakteristik
des Phasenvoreilfaktors durch Kondensatoren 72, 75 bestimmt wird.
Da die zweite Ausgleichsschaltung 7 bei diesem Ausführungsbeispiel
verwendet wird, ist es möglich, die Beziehung zwischen der Drosselklap
penöffnung und der Luftströmungsmenge unter Verwendung einer ein
fachen Schaltung monoton zu erhöhen und das Anpaßleistungsverhalten
an eine Motorsteuereinheit für Kraftfahrzeuge zu verbessern.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 11 ein fünftes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erläutert. In dem Fall, daß sowohl die
pulsierende Amplitude als auch die Rückströmung groß sind und die
pulsierende Amplitude eine Vielzahl von Komponenten von Wellen hoher
Harmonischer aufweist, kann der Fehler der Erfassung der Einlaßluft
strömungsmenge infolge des Verlangsamens der Antwort der Hitzdraht-
Treiberschaltungen 1 und 2 in einem bestimmten Fall groß werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Ausgaben der Hitzdraht-
Treiberschaltungen 1 und 2 dem Spannungskomparator 5 durch die
Ausgleichsschaltungen 3 bzw. 4 eingegeben. Eine Ausgabe des Kom
parators ist ein Richtungssignal. Nach Korrigieren der Wirkung der
Rückströmung durch Umschalten der Ausgangssignale A, B der Hitz
draht-Treiberschaltungen 1, 2 durch die Umschalt-Schaltung 6 wird das
Luftströmungsmengen-Ausgangssignal neu durch Korrigieren der pulsieren
den Amplitude durch die zweite Ausgleichsschaltung 7 erzeugt. Da das
Verlangsamen der Antwort für die Erfassung der Rückströmung durch
die Ausgleichsschaltungen 3 und 4 bei diesem Ausführungsbeispiel behan
delt wird, ist es möglich, die Empfindlichkeit der Erfassung zu erhöhen
und den Fehler der Erfassung der Einlaßluftströmung durch Kompensie
ren der Reduzierung der pulsierenden Amplitude infolge des Verlang
samens der Antwort insgesamt zu reduzieren, wenn das Pulsieren auftritt,
und zwar unter Verwendung der zweiten Ausgleichsschaltung 7. Ent
sprechend der vorliegenden Erfindung ist es, selbst wenn das Pulsieren
oder die Rückströmung der Luftströmungsmenge groß ist, möglich, die
Rückströmung mit guter Empfindlichkeit zu erfassen und somit die
Luftströmungsmenge präzise zu messen. Da die Empfindlichkeit des
Pulsierens und der Rückströmung unabhängig voneinander festgelegt
werden können, ist es deshalb leicht, diese in Kombination mit einem
Motor einzustellen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 12 wird nun ein sechstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind die Wärmewiderstände 11 und 21, welche eine Brückenschaltung in
den Hitzdraht Treiberschaltungen 1 und 2 bilden, auf der Masseseite
angeordnet. Des weiteren ist eine temperaturkompensierende Schaltung
8 vorgesehen, weshalb es möglich ist, zwei Brückenschaltungen unter
Verwendung von nur einem Temperaturkompensations-Widerstand auf
zubauen. Bei der temperaturkompensierenden Schaltung 8 wird die
Beziehung zwischen einem Temperaturkompensations-Widerstand 81,
einem Widerstand 82 und den Hitzdrah-Treiberschaltungen 1, 2 durch
Umschalt-Schaltungen 88, 84, 86 synchron mit einem Signal von einem
Oszillator 89 geschaltet. Um die Variation der Spannung zu reduzieren,
welche durch Umschalten eines elektrischen Potentials der Emitterseite
der Transistoren 16 und 26 in den Hitzdraht-Treiberschaltungen 1 und 2
durch die Umschalt-Schaltung 88 bewirkt wird, zu reduzieren, wird ein
Differentialverstärker 87 als Puffer verwendet. Somit wird der Strom,
welcher einem Widerstand 82, der mit dem Temperaturkompensations-
Widerstand 81 auf der Masseseite verbunden ist, zugeführt wird, durch
die Pufferschaltung bzw. den Differentialverstärker 87 zugeführt. Eine
Ausgabe des Temperaturkompensations Widerstandes 81 wird seriell dem
Differentialverstärker 15, 25 der Hitzdraht-Treiberschaltungen 1, 2 durch
eine Abtast-Halte-Schaltung eingegeben, welche Umschalt-Schaltungen 84,
86 und Kondensatoren 83, 85 aufweist. Deshalb bilden der temperatur
kompensierende Widerstand 81 und die Hitzdraht-Treiberschaltung 1
sowie der Widerstand 81 und die Schaltung 2 jeweils unabhängig eine
Brückenschaltung. Es ist wünschenswert, Kondensatoren 17, 27 parallel
zu den Heizwiderständen 11, 21 vorzusehen, um den Betrieb der Hitz
draht-Treiberschaltungen 1 und 2 zu stabilisieren.
Zusätzlich wird das Richtungssignal durch Eingeben der Ausgaben der
Hitzdraht-Treiberschaltungen 1 und 2 in den Spannungskomparator 5
erfaßt. Währenddessen wird das Strömungsmengen-Ausgangssignal durch
Umschalten der Ausgangssignale A und B der Hitzdraht-Treiberschaltung
durch die Umschalt-Schaltung 6 und durch Korrigieren der Wirkung der
Rückströmung erhalten. Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbei
spiel die Ausgleichsschaltung in der Ausgangsstufe der Hitzdraht-Treiber
schaltung nicht verwendet worden ist, kann eine Vielfalt von Ausgleichs
schaltungen in Kombination mit dem Umschalten der Richtungssignale,
der Strömungsmengen-Ausgangssignale usw. verwendet werden.
Da bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein relativ teurer tempera
turkompensierender Widerstand vorgesehen ist, welcher in dem Einlaßluft
kanal zusammen mit zwei Heizwiderständen vorgesehen ist, ist es daher
möglich, die Herstellungskosten zu reduzieren. Da der Abschnitt bzw.
der Bereich, in welchem die Temperatur in diesen zwei Brückenschaltun
gen eingestellt werden muß, nur ein Abschnitt bzw. ein Bereich ist,
nämlich der benötigte temperaturkompensierende Widerstand nur einer
ist, ist es möglich, den Herstellungsprozeß zu vereinfachen und somit die
Herstellungskosten zu reduzieren.
Unter Bezugnahme auf Fig. 13 wird nun ein siebtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel
werden die Ausgaben der Hitzdraht-Treiberschaltungen 1 und 2 durch die
Ausgleichsschaltungen 3 und 4 dem Spannungskomparator 5 eingegeben.
Die Ausgaben der Hitzdraht-Treiberschaltungen werden auch den zweiten
Ausgleichsschaltungen zugeführt, in welchen das Verlangsamen der Ant
wort ausgeglichen wird. Das Strömungsmengen-Ausgangssignal wird durch
Umschalten der Ausgänge der zweiten Ausgleichsschaltungen erhalten.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Genau
igkeit weiter zu verbessern, da die Differenz der Frequenzantwort zwi
schen den Sensoren individuell eingestellt werden kann.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 14 ein achtes Ausführungs
beispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel wird das Verlangsamen der Antwort des Ausgangs
signals der Hitzdraht-Treiberschaltung 1 durch die Ausgleichsschaltung 3
kompensiert. Die Ausgabe der Ausgleichsschaltung 3 wird einer Strö
mungsmengen-Arithmetikeinheit 99 zugeführt. Da die Ausgleichsschaltung
zwischen der Hitzdraht-Treiberschaltung und der Strömungsmengen-Arith
metikeinheit in diesem Fall vorgesehen ist, ist es möglich, die Genau
igkeit der Erfassung der Luftströmungsmenge relativ leicht zu erhöhen.
Unter Bezugnahme nun auf die Fig. 15 bis 17 wird ein weiteres Aus
führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hier nachfolgend erläutert,
bei welchem ein Korrektur-Rückströmungskermfeld vorgesehen ist. Das
Strömungskennfeld wird zum Umwandeln eines Ausgangssignals von dem
Heizwiderstand in eine Luftströmungsmenge verwendet. Bei dem Hitz
draht-Meßverfahren für die Luftströmungsmenge gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Luftströmungsmenge, welche während der Rückströ
mung auftritt, in einer zweistufigen Art unter Verwendung des Korrektur-
Rückströmungskennfeldes gemessen, und zwar so, daß die Korrektur in
dem Strömungskennfeld der Rückströmung ausgeführt worden ist.
Ein in Fig. 15 gezeigtes Strömungskennfeld ist in die Vorwärtsströmungs
seite und die Rückströmungsseite gemäß den Richtungen der Luftströme
unterteilt. Das auf der rechten Seite veranschaulichte Strömungskennfeld
ist nämlich ein Strömungskennfeld (welches hiernachfolgend als ein
Vorwärtsströmungskennfeld bezeichnet wird) für die Vorwärtsströmung,
welches durch eine dicke Linie entlang der Luftströmungsmengen-Um
wandlungsfunktion (Q = f(V)) auf der Vorwärtsströmungsseite gezeichnet
ist. Im Gegensatz dazu ist ein auf der linken Seite veranschaulichtes
Strömungskennfeld ein Strömungskennfeld (welches hiernachfolgend als
Rückströmungskennfeld bezeichnet ist) für die Rückströmung dargestellt,
welches durch eine dünne Linie entlang der Luftströmungsmengen-Um
wandlungsfunktion (-Q = f(-V)) der Rückströmungsseite gezeichnet ist,
während das andere ein Korrektur-Rückströmungskennfeld ist, welches
durch Korrigieren des Rückströmungskennfeldes erhalten wurde.
Unter dem Einfluß der Rückströmung wird eine Luftströmungsmenge
unter Verwendung des Rückströmungskennfeldes korrigiert. Das Rück
strömungskennfeld wird des weiteren korrigiert, bevor die Luftströmungs
menge korrigiert wird. Demgemäß wird die Korrektur eine Zweistufen
korrektur genannt. Das durch Korrigieren des Rückströmungskennfeldes
erhaltene Kennfeld wird als ein Rückströmungs-Korrekturkennfeld be
zeichnet, während eine Luftströmungs-Umwandlungsfunktion abgekürzt
wird als "eine Umwandlungsfunktion".
Bei einem Verfahren zum Korrigieren des Rückströmungskennfeldes
gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Umwandlungsfunktion (-Q =
f(-V)) der Rückströmseite unter Verwendung von zwei Parametern
korrigiert, nämlich ein Strömungsmengen-Zuwachs K1 und ein Offset K0,
welche zustandsbestimmende Faktoren sind, um einen dynamischen
Luftströmungszustand zu bestimmen. Mit anderen Worten, das Rück
strömungs-Korrekturkennfeld, wie es durch eine gestrichelte Linie in Fig.
15 dargestellt ist, wird durch Verwendung der folgenden Korrekturfunk
tion aufgestellt:
-Q' = K1(-Q) + K0,
-Q' = K1(-Q) + K0,
in welcher -Q = f(-V) und V ein Signal von dem Heizwiderstand (Aus
gangsspannung) sind.
Das Vorwärtsströmungskennfeld, das Rückströmungskennfeld und die
Korrekturfunktion oder das Rückströmungs-Korrekturkennfeld sind in
einem ROM gespeichert (ein internes ROM oder ein externes ROM).
Ein Microcomputer erhält das Kernfeld oder die Korrekturfunktion von
dem ROM, verwendet sie gemäß der Richtung des Luftstromes und
wandelt das Signal von dem Heizwiderstand in eine Luftströmungsmenge.
Wie aus dem oben Ausgeführten ersichtlich ist, ist die grundlegende Ein
richtung zum Umwandeln des Signals von dem Heizwiderstand in die
Luftströmungsmenge die Luftströmungsmengen-Umwandlungsfunktion. Das
Luftströmungskennfeld stellt eine Art Hilfswerkzeugeinrichtung bzw. ein
Hilfsmittel dar. Demgemäß ist es möglich, das Hilfsmittel, welches im
voraus korrigiert wurde, oder das Rückströmungs-Korrekturkennfeld zu
verwenden.
Fig. 16 zeigt den Aufbau einer Schaltung in der Hitzdraht-Meßvorrich
tung für die Luftströmungsmenge gemäß der vorliegenden Erfindung.
Diese Vorrichtung verwendet das Strömungskennfeld mit dem Rückströ
mungs-Korrekturkennfeld, welches in Fig. 15 dargestellt ist. Unter
Bezugnahme auf Fig. 16 wird nun die Funktion bzw. der Betrieb der
Luftströmungsmengen-Meßvorrichtung nachfolgend erläutert.
In der in Fig. 16 gezeigten Vorrichtung ist jede der Hitzdraht-Treiber
schaltungen 1 und 2 eine unabhängige Schaltung, welche mit der Ener
gieversorgung 10 verbunden ist, und jede gibt ein Signal aus, welches der
Luftströmungsmenge entspricht. Die Hitzdraht-Treiberschaltung 1 regu
liert den Strom, welcher durch den Heizwiderstand 11 fließt, unter
Verwendung des Differentialverstärkers 15 und des Transistors 16, so daß
die Potentialdifferenz im neutralen Punkt einer Brückenschaltung Null
wird. Dadurch wird der Wert des Widerstandes des Heizwiderstandes 11
auf einen konstanten Wert gesteuert, mit anderen Worten, die Tempera
tur des Heizwiderstandes 11 wird auf einen konstanten Wert gesteuert.
Zu diesem Zeitpunkt stellt das Signal von dem Heizwiderstand 11,
welches dem Luftstrom entspricht, ein elektrisches Signal dar, welches am
Punkt A gemäß Fig. 16 erhalten wurde. Genauso wie in dem Fall des
Heizwiderstandes 11 stellt ein Signal von dem Heizwiderstand 21 ein
elektrisches Signal dar, welches am Punkt B gemäß Fig. 16 erhalten
wurde.
Die als Hitzdrahtsonden verwendeten Heizwiderstände werden durch
Wickeln eines Weißgold- oder Wolfram-Hitzdrahtes als einen Heizer auf
der Oberfläche einer zylindrischen oder röhrenförmigen Spulenkörper,
welcher aus Isoliermaterial mit guter thermischer Leitfähigkeit, wie z. B.
Keramik, und Beschichten bzw. Überziehen von Glas oder Keramiken als
Beschichtungsmaterial hergestellt ist. Die Heizwiderstände können auch
durch Ausbilden eines dünnen oder dicken Filmes aus Weißgold oder
Wolfram auf dem Substrat eines plattenartigen Glases oder einer platten
artigen Keramik als Beschichtungsmaterial hergestellt sein.
Die Heizwiderstände 11 und 21 sind innerhalb eines Einlaßluftkanals für
den Verbrennungsmotor vorgesehen, und zwar detaillierter ausgedrückt ist
der Heizwiderstand 11 auf der stromaufwärtigen Seite der Einlaßluft und
der Heizwiderstand 21 auf der stromabwärtigen Seite davon vorgesehen.
Beide sind dicht parallel zueinander angeordnet. Genauso wie in dem
Fall bei einem normalen Konstanttemperatur-Hitzdraht-Strömungsmesser
werden die Heizwiderstände 11 und 21 elektrisch durch die Hitzdraht-
Treiberschaltung 1 bzw. 2 erwärmt, so daß die Differenzen in der Tem
peratur zwischen der Luftströmung und den Heizwiderständen 11, 12
unabhängig von der Luftströmungsrate konstant werden. Da der Heizwi
derstand 11 tiefer als der Heizwiderstand 21 durch den Luftstrom abge
kühlt wird, wenn die Luft in der Vorwärtsrichtung von der stromaufwärti
gen Seite der Einlaßluft zu der stromabwärtigen Seite strömt, fließt mehr
Strom, welcher von der Hitzdraht-Treiberschaltung 1 zugeführt wird, in
den Heizwiderstand 11 stärker als in den Heizwiderstand 21. Während
auf der anderen Seite, da der Heizwiderstand 21 durch die Luftströmung
langsamer gekühlt wird als der Heizwiderstand 11, wenn die Luft in der
entgegengesetzten bzw. Rückströmrichtung von der stromabwärtigen Seite
der Einlaßluft zu der stromaufwärtigen Seite fließt, fließt mehr Strom,
welcher von der Hitzdraht-Treiberschaltung 1 geliefert wird, in den
Heizwiderstand 21 als in den Heizwiderstand 11.
Daher kann die Richtung der Luftströmung unter Verwendung der
Differenz der Größe des zugeführten Stromes erfaßt werden. Das
Pulsieren der Luft tritt jedoch im Einlaßluftkanal auf, und das Verlang
samen oder Verzögern der Antwort tritt in den Hitzdraht-Treiberschaltun
gen 1 und 2 aufgrund der thermischen Antwortcharakteristik der Heizwi
derstände 11 und 12 auf. Im Ergebnis wird die Erfassung der Richtung
der Luftströmung langsam, und somit tritt ein Fehler in der Messung der
durchschnittlichen Strömungsmenge auf.
Der Spannungskomparator 5 erfaßt die Richtung der Luftströmung durch
Verwendung der Differenz der Größe zwischen den Signalen von den
Heizwiderständen 11 und 21 und gibt ein Richtungssignal C aus. Die
Umschalt-Schaltung 6 schaltet das Signal von dem Heizwiderstand 11 und
das Signal, was erhalten wird, indem das Signal von dem Heizwiderstand
21 durch eine Umwandlungsschaltung 61 bzw. Invertierschaltung durch
gelassen wird, entsprechend dem obigen Richtungssignal, und gibt ein
Ausgangssignal D an einen Microcomputer 107 als ein Vorwärtsströ
mungssignal oder ein Rückströmungssignal. Der Microcomputer ermittelt
die Richtung der Luftströmung unter Verwendung des Richtungssignales
C, greift auf eine Vielzahl von Strömungsmengenkennfeldern oder Kor
rekturfunktionen zu, welche in einem ROM gespeichert sind (nicht
gezeigt), und wandelt das Ausgangssignal D in die Luftströmungsmenge
um. Es kann möglich sein, daß das Richtungssignal C und das Aus
gangssignal D in dem Vorwärtsströmungssignal bzw. dem Rückströmungs
signal beinhaltet sein können.
Ein Analogschalter, welcher durch ein CMOS-Verfahren hergestellt ist,
ein anderer Analogschalter, welcher die Transistoren verwendet, welche
durch ein Bipolar-Verfahren hergestellt wurden, und ähnliches können als
die Umschalt-Schaltung 6 verwendet werden, welche hier angewendet
wird. Des weiteren kann man als eine Vielzahl von Strömungskennfeldern
durch Korrigieren lediglich ein Strömungskennfeld verwenden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Ausgabeeinrichtung
zum Ausgeben des Vorwärtsströmungssignals und des Rückströmungs
signals aus den Hitzdraht-Treiberschaltungen 1 und 2, dem Spannungs
komparator 5 und der Umschalt-Schaltung 6. Als Speichereinrichtung
zum Speichern des Vorwärtsströmungskennfeldes oder der Luftströmungs
mengen-Umwandlungsfunktion der Vorwärtsströmungsseite und des Rück
strömungskennfeldes oder der Luftströmungsmengen-Umwandlungsfunktion
der Rückströmungsseite wird ein ROM verwendet. Des weiteren wird
der Microcomputer 7a als die Arithmetikeinrichtung zum Ausführen der
Berechnung auf der Basis der Luftströmungsmenge der Vorwärtsströmung
und der Rückströmung verwendet. Des weiteren werden das ROM zum
Speichern der Korrekturfunktionen der oben erwähnten Gleichung und
der Microcomputer 107 zum Ausführen der Berechnung der Korrektur
unter Verwendung derselben Gleichung wie oben als die Korrekturein
richtung zum Korrigieren der Luftströmungsmengen-Umwandlungsfunktion
der Rückströmungsseite verwendet.
Es versteht sich, daß das Meßverfahren, welches das Rückströmungs-
Korrekturkennfeld, welches aus der Luftströmungsmengen-Umwandlungs
funktion der Rückströmungsseite aufgebaut ist, welche zuvor durch die
Korrekturfunktion berechnet wurde, ebenfalls innerhalb des Bereiches des
Verfahrens enthalten ist, in welchem die Luftströmungsmengen-Umwand
lungsfunktion der Rückströmungsseite korrigiert wird, bevor das Rück
strömungssignal in die Rückströmungs-Luftströmungsmenge umgewandelt
wird.
Die Fig. 17(a) bis 17(c) sind Diagramme zum Veranschaulichen der
Wirkung der vorliegenden Erfindung. Diese Figuren zeigen die Bezie
hung zwischen dem Ladedruck eines Motors und der Luftströmungs
menge. Die charakteristische Kurve, welche zweistufig Art korrigiert
wurde, nähert sich allmählich der tatsächlichen charakteristischen Kurve
in einer Linearität der Luftströmungsmenge in der Reihenfolge der Fig.
17(a), Fig. 17(b) und Fig. 17(c), so daß die Spitze reduziert wird und
der Meßfehler sich verringert.
Fig. 17(a) zeigt die Luftströmungsmenge Qaf der Vorwärtsströmung
bezüglich des Ladedruckes. Unter der Annahme, daß die Motordrehzahl
konstant ist, erhöht sich die Luftströmungsmenge monoton und linear,
wie es durch eine dünne Linie (die tatsächliche Luftströmungsmenge)
gezeigt ist, wenn der Ladedruck, welcher kennzeichnend für den Druck
in der Einlaßleitung ist, erhöht wird. Bezüglich einer Luftströmungs
mengen-Meßvorrichtung, welche bei dem elektronischen Kraftstoffein
spritzsystem verwendet wird, ist es wünschenswert, daß der Meßfehler der
tatsächlichen Luftströmungsmenge so klein wie möglich ist. Wenn das
Verlangsamen der Antwort des Heizwiderstandes auftritt, wird jedoch ein
großer Meßfehler durch die Wirkung der pulsierenden Strömung oder die
Rückströmung erzeugt.
Ein Faktor eines solchen Fehlers ist die pulsierende Strömung, wie oben
beschrieben. Dies ist das Phänomen, daß die Luftströmungsgröße, welche
durch Verwendung des Strömungskennfeldes umgewandelt wurde, ver
ringert wird, wenn die pulsierende Amplitude eines Ausgangssignals
infolge des Verlangsamens der Antwort verringert wird. Dieses Phäno
men wird im allgemeinen als "Binärwert" bezeichnet. Die Luftströmungs
menge ist, wenn die Pulsierung auf sie wirkt, durch eine strichpunktierte
Linie in Fig. 17(a) gezeigt. In Fig. 17(a) liegt der Meßfehler Gb in
nerhalb des Maximums von 10%. Die Pulsierung bezüglich der Rück
strömung wird im allgemeinen mit "Hochspringen" bezeichnet, in welcher
die Luftströmungsmenge, wenn die Rückströmung auf sie wirkt, durch
eine dicke Linie in Fig. 17(a) gezeigt ist. In Fig. 17(a) liegt der Meß
fehler Ga innerhalb des Bereiches von 30% bis 100%. Es ist aus der
Differenz zwischen der Luftströmungsmenge, wenn die Rückströmung
wirkt, und der tatsächlichen Luftströmung ersichtlich, daß der Meßfehler
wie eine Hyperbel erhöht wird.
Fig. 17(b) zeigt die Luftströmungsmenge Qab der Rückströmung be
züglich des Ladedruckes. Wenn die Rückströmung bei einem vorbe
stimmten Ladedruck auftritt, steigt die tatsächliche Luftströmungsmenge
der Rückströmung monoton. Die tatsächliche gemessene Luftströmungs
menge (durch eine strichpunktierte Linie dargestellt) der Rückströmung
ist jedoch, wenn die Pulsierung auf sie wirkt, kleiner als die tatsächliche
Luftströmungsmenge der Rückströmung (dünne Linie). Von diesem
Standpunkt wird das Rückströmungs-Korrekturkennfeld, welches kenn
zeichnend für die Charakteristik der Rückströmungs-Luftströmungsgröße
ist, erzeugt, wie es durch die gepunktete Linie in Fig. 17(b) gezeigt ist.
Fig. 17(c) zeigt die zu messenden Luftströmungsmenge Qa. Selbst wenn
die gemessene Luftströmungsmenge einfach durch Umschalten der Vor
wärtsströmung und der Rückströmung korrigiert wird und sie substrahiert
werden, kann die genaue Luftströmungsmenge nicht erhalten werden, wie
durch eine dicke Linie in Fig. 17(c) dargestellt. Der Fehler zu diesem
Zeitpunkt ist noch groß. Deshalb ist es erforderlich, die Luftströmungs
menge während der auftretenden Rückströmung zu korrigieren, und zwar
durch das Rückströmungs-Korrekturkennfeld. Im Ergebnis wird die
zweistufig korrigierte Luftströmungsmenge erhalten, wie durch eine ge
punktete Linie in Fig. 17(c) gezeigt. Da nämlich die Korrektur entlang
des dynamischen Luftströmungszustandes ausgeführt wird, kann der
Meßfehler (Gd) reduziert werden, wie in Fig. 17(c) gezeigt. Das vor
liegende Ausführungsbeispiel veranschaulicht ein Beispiel der Korrektur,
welche entlang des dynamischen Luftströmungszustandes ausgeführt wird,
in welchem die Korrektur unter Verwendung von zwei Parametern
ausgeführt wird, nämlich der Strömungszuwachs K1 und das Offset K0,
und wobei -Q' gleich Null ist, wenn -V gleich oder größer als Null ist.
Claims (7)
1. Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche
ein Paar Erfassungseinheiten (1, 2), die jeweils eine Brückenschaltung mit
einem Heizwiderstand (11, 21) aufweisen, einen Spannungskomparator
(5), der Ausgangssignale von den jeweiligen Brückenschaltungen ver
gleicht und eine Richtung eines Luftstromes bestimmt, um ein Richtungs
signal zu erzeugen, und eine Strömungsmengen-Arithmetikeinheit zum
Berechnen einer Luftströmungsmenge auf der Basis der Ausgangssignale
von den jeweiligen Brückenschaltungen und das Richtungssignal von dem
Spannungskomparator (5) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung weiter zwei Ausgleichsschal
tungen (3, 4), wobei die eine zwischen einer der beiden Brückenschaltun
gen und dem einen Eingang des Spannungskomparators (5) und die ande
re zwischen der anderen Brückenschaltung und dem anderen Eingang des
Spannungskomparators (5) angeordnet ist, wobei jede der Ausgleichs
schaltungen (3, 4) wenigstens eine der Größen Phase und Amplitude der
Ausgangssignale von den betroffenen Brückenschaltungen moduliert, um
die Frequenzcharakteristiken der Ausgangssignale von der betroffenen
Brückenschaltung geeignet anzupassen, und eine Umschalteinrichtung (6)
aufweist, die zwischen den beiden Erfassungseinheiten (1, 2) und der
Strömungsmengen-Arithmetikeinheit angeordnet ist, wobei die Umschalt
einrichtung (6) selektiv eines der Ausgangssignale von den jeweiligen
Brückenschaltungen auf der Basis des Richtungssignals von dem Span
nungskomparator (5) schaltet und dieselben an die Strömungsmengen-
Arithmetikeinheit ausgibt.
2. Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale von den jeweiligen Brüc
kenschaltungen über die jeweiligen betroffenen Ausgleichsschaltun
gen (3, 4) zu der Umschalteinrichtung (6) übertragen werden.
3. Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß diese eine zweite Ausgleichsschaltung (7)
aufweist, die an der Ausgangsseite der Umschalteinrichtung (6)
angeordnet ist, wobei die zweite Ausgleichsschaltung (7) wenigstens
eine der Größen Phase und Amplitude der Ausgangssignale von der
Umschalteinrichtung (6) moduliert, um so insbesondere die Am
plitudencharakteristiken der Ausgangssignale von der Umschalt
einrichtung (6) zu verbessern.
4. Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß diese zwei zweite Ausgleichsschaltungen (7,
70) aufweist, wobei die eine zwischen einer der Brückenschaltungen
und der Umschalteinrichtung (6) angeordnet ist, und die andere
zwischen der anderen Brückenschaltung und der Umschalteinrichtung
(6) angeordnet ist, wobei jede der zweiten Ausgleichsschaltungen
(7, 70) wenigstens eine der Größen Phase und Amplitude der Aus
gangssignale von den jeweils betroffenen Brückenschaltungen modu
liert, um somit insbesondere die Amplitudencharakteristiken der
Ausgangssignale von den betroffenen Brückenschaltungen zu verbes
sern.
5. Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ausgleichsschaltung (3, 4)
einen Differentialverstärker (31), Widerstandsnetze (33, 34, 36, 38),
die an den Differentialverstärker (31) für eine Bestimmung einer
Eingangs- und Ausgangsverstärkung der ersten Ausgleichsschaltung
(3, 4) angeschlossen sind, und eine Phasenvoreil-Schaltung mit
einem Widerstands- und Kondensatornetz (32, 35, 37) aufweist, das
an den Differentialverstärker (31) zur Bestimmung von Frequenz
charakteristiken der ersten Ausgleichsschaltung (3, 4) angeschlossen
ist.
6. Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ausgleichsschaltung (3, 4)
einen Tiefpaßfilter mit einem Widerstand (41) und einem Kondensa
tor (42), und eine Phasenvoreil-Schaltung mit einem Widerstands-
und Kondensatornetz (43, 44, 45, 46) aufweist, das an einen
Ausgang des Tiefpaßfilters angeschlossen ist, die in Kombination
eine Eingangs- und Ausgangsverstärkung und eine Frequenzcharak
teristik der ersten Ausgleichsschaltung (3, 4) bestimmen.
7. Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ausgleichsschaltung (7,
70) einen Differentialverstärker (71), Widerstandsnetze (73, 74, 76,
78), die an den Differentialverstärker (71) zum Bestimmen einer
Eingangs- und Ausgangsverstärkung der zweiten Ausgleichsschaltung
(7, 70) angeschlossen sind, und eine Phasenvoreil-Schaltung mit
ersten Widerstands- und Kondensatornetzen (72, 75, 77), die an
den Differentialverstärker (71) zum Bestimmen von Frequenzcharak
teristiken der zweiten Ausgleichsschaltung (7, 70) angeschlossen
sind, und zweite Widerstands- und Kondensatornetze (91, 92, 93,
94, 95, 96) aufweist, die an die Widerstandsnetze für eine Ände
rung der Eingangs- und Ausgangsverstärkung der zweiten Aus
gleichsschaltung (7, 70) angeschlossen sind.
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
JP6284778A JP3060861B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 内燃機関の吸入空気量測定装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19543236A Expired - Fee Related DE19543236C2 (de) | 1994-11-18 | 1995-11-20 | Einlaßluftmengen-Meßvorrichtung für Verbrennungsmotoren |
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