DE19751060A1

DE19751060A1 - Heizwiderstands-Luftmengenmesser mit Verhältnisausgabe und Motorsteuerungssystem mit dem Heizwiderstands-Luftmengenmesser

Info

Publication number: DE19751060A1
Application number: DE19751060A
Authority: DE
Inventors: Masuo Akamatsu
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2017-11-19
Also published as: KR100462179B1; US6032526A; JP3300615B2; CN1184249A; DE19751060C2; KR19980042520A; CN1125315C; JPH10148556A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Heizwider stands-Luftmengenmesser und ein Motorsteuerungssystem mit dem Heizwiderstands-Luftmengenmesser und insbesondere auf einen Heizwiderstands-Luftmengenmesser mit Verhältnisausga be und das Motorsteuerungssystem mit dem Heizwiderstands-Luft mengenmesser.

Ein Ausgangssignal von einem Heizwiderstands-Luftmengenmes ser wird an eine Motorsteuereinheit (im folgenden mit "ECU" bezeichnet) ausgegeben und in ein digitales Signal durch einen AD-Wandler (im folgenden als "ADC" bezeichnet) in der ECU gewandelt, und dann wird eine Luftmengenrate berechnet. Wenn eine Spannung einer elektrischen Leistungsquelle bei dem ADC zu der Zeit anliegt, wird ein Fehler in dem digita len Signal nach der Umwandlung angezeigt. Bei einem Verfah ren zur Reduzierung der Fehler wird eine Referenzspannung in der ECU in den Heizwiderstands-Luftmengenmesser als ex terne Referenzspannung eingegeben, und das Luftmengenraten signal wird an die externe Referenzspannung unter Verwen dung eines Verhältnisschaltkreises innerhalb des Durchfluß messers proportional angeglichen. Die Technologie wird z. B. beschrieben in der japanischen Patentanmeldungs-Offenle gungsschrift Nr. 2-85724 (1990).

Jedoch wird bei der obigen konventionellen Technologie die metrische Funktion einfach zu dem Heizwiderstands-Luftmen genmesser hinzugefügt, und eine Verbesserung der Genauig keit der Verhältnisfunktion spielt dabei keine Rolle.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Genau igkeit einer Verhältnisfunktion zu verbessern und einen hochgenauen Heizwiderstands-Luftmengenmesser mit Verhält nisausgabe und einen hochgenauen Heizwiderstands-Luftmen genmesser zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ei ne hochgenaue Motorsteuerungsvorrichtung zu schaffen.

Die obige Aufgabe wird gelöst durch einen Heizwiderstands-Luft mengenmesser mit Verhältnisausgang mit einem Verhält nisschaltkreis zum Ausgeben eines Ausgangssignals V_out, das eine Luftmengenrate ausdrückt, durch Verarbeitung eines Spannungssignals V_in, erfaßt über einen Strom, der einen Heizwiderstand aufheizt, unter Verwendung eines zweiten Re ferenzspannungssignals, eingegeben von einer externen Vor richtung, wobei der Verhältnisschaltkreis umfaßt einen in ternen Referenzleistungsquellenschaltkreis zum Erzeugen ei nes ersten Referenzsignals; einen Proportionalitätsschalt kreis zum Einlesen des Spannungssignals V_in und Ausgeben eines Proportionalitätssignals V_p, das proportional zu dem Spannungssignal V_in ist; einen Multipliziererschaltkreis zum Ausgeben eines multiplizierten Signals V_m, das propor tional zu einem Produkt eines "Differenzsignals zwischen erstem Referenzspannungssignal und zweiten Referenzspan nungssignal" und "Spannungssignal V_in" ist; und einen Ad diererschaltkreis zum Erzeugen des Ausgangssignals V_out durch Addieren des Proportionalitätssignals V_p und des mul tiplizierten Signals V_m.

Außerdem kann die obige Aufgabe gelöst werden durch Schaf fung eines Heizdrahtluftmengenmessers, der umfaßt: einen Erfassungsschaltkreis zum Ausgeben eines Signals V_in, er faßt über einen Strom, der einen Heizwiderstand in einem Luftstromdurchtritt aufheizt; eine Temperaturerfassungsvor richtung zum Erfassen eines Temperatursignals von der Luft, die durch den Luftstrom durchtritt fließt und gemessen wer den soll; eine Addierer-Subtrahierervorrichtung zum Ausge ben eines Korrektursignals durch Addieren oder Subtrahieren eines Spannungssignals, das proportional zu dem Temperatur signal ist, zu oder von einem zweiten Referenzspannungs signal, das von einer externen Vorrichtung eingegeben wur de; und einen Verhältnisschaltkreis mit einem internen Re ferenzleistungsquellenschaltkreis zum Erzeugen eines ersten Referenzsignals, einem Proportionalitätschaltkreis zum Ein lesen des Signals V_in und Ausgeben eines Proportionalitäts signals V_p proportional zu dem Signal V_in, einem Multipli ziererschaltkreis zum Ausgeben eines multiplizierten Si gnals V_m, das proportional zu einem Produkt aus einem Dif ferenzsignal zwischen dem ersten Referenzspannungssignal und dem korrigierten Signal und dem Signal V_in ist; und ei nem Addiererschaltkreis zum Ausgeben eines Ausgangssignals V_out, das eine Luftstromrate ausdrückt, die erzeugt wurde durch Addieren des Proportionalitätssignals V_p und des mul tiplizierten Signals V_m.

Außerdem kann die obige Aufgabe gelöst werden durch Schaf fung einer Motorsteuerungsvorrichtung, die umfaßt: einen Heizdrahtluftmengenmesser zum Ausgeben eines Signals V_in, das über einen Strom erfaßt wird, der einen Heizwiderstand aufheizt; einen internen Referenzleistungsquellenschalt kreis zum Erzeugen eines ersten Referenzspannungssignals; eine Motorsteuerungseinheit mit einem Referenzleistungs quellenschaltkreis zum Erzeugen eines zweiten Referenzsi gnals; einem Proportionalitätsschaltkreis zum Ausgeben ei nes Signals V_p, das proportional zu dem Signal V_in ist; ei nem Multipliziererschaltkreis zum Ausgeben eines Signals V_m, das proportional zu einem Produkt aus einer Differenz zwischen dem ersten Referenzspannungssignal und dem zweiten Referenzspannungssignal und zum Signal V_in ist; und einem Addiererschaltkreis zum Addieren des Signals V_p und des Signals V_in; wobei das addierte Signal verarbeitet wird, so daß sich ein Ausgangssignal V_out ergibt, das eine Luftstrom rate ausdrückt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da das Verhältnis ausgangssignal ein Signal ist, das durch Addieren des Aus gangssignals des Proportionalitätsschaltkreises und des Ausgangssignals des Multipliziererschaltkreises erzeugt wurde, ein Fehler des Verhältnisschaltkreises auf weniger als ein Zehntel herabgedrückt werden, wenn die Änderung in der externen Referenzspannung z. B. ± 5% gegenüber dem Mit telwert ist, und damit kann die Genauigkeit der Verhältnis funktion verbessert werden.

Da außerdem die Meßgenauigkeit des Heizwiderstands-Luftmen genmessers verbessert wird, ist es möglich, eine hochgenaue Motorsteuerungsvorrichtung zu schaffen.

Fig. 1 ist eine Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Heizwiderstands-Luftmengenmessers gemäß der vorlie genden Erfindung.

Fig. 2 ist eine Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Verhältnisschaltkreises gemäß der vorliegenden Erfin dung.

Fig. 3 ist eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Heizwiderstands-Luftmengenmessers gemäß der vorlie genden Erfindung.

Fig. 4 ist eine Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Heizwiderstands-Luftmengenmessers gemäß der vorlie genden Erfindung.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im fol genden beschrieben, wobei Bezug genommen wird auf die bei gefügten Zeichnungen.

Zunächst wird eine Ausführungsform eines Heizwiderstands-Luft mengenmesser mit Verhältnisausgang gemäß der vorliegen den Erfindung beschrieben.

Fig. 1 ist eine Darstellung, die eine erste Ausführungsform eines Heizwiderstands-Luftmengenmessers gemäß der vorlie genden Erfindung zeigt. In Fig. 1 ist ein Heizwiderstands-Luft mengenmesser 80 (im folgenden als "Luftmengenmesser 80" bezeichnet) zusammengesetzt aus einem Erfassungsschaltkreis 10 zum Erfassen eines Spannungssignals V_in eines Luftmen genratensignals, das einem Verhältnisschaltkreis eingegeben wird, und dem Verhältnisschaltkreis 4 zum Ausgeben eines Ausgangssignals V_out, eine Luftmengenrate ausdrückend, in dem das Spannungssignal V_in verarbeitet wird unter Verwen dung eines zweiten Referenzspannungssignals von einer ex ternen Vorrichtung.

Das bedeutet, daß die Temperatur eines Heizwiderstandes 2, der sich in einem Luftdurchtritt befindet, gesteuert wird durch einen Konstanttemperatursteuerungsschaltkreis 1, so daß sie konstant bleibt, und ein Heizstrom, der zum Aufhei zen des Heizwiderstandes 2 in Form eines Heizdrahtes nötig ist, wird durch einen Stromdetektorwiderstand erfaßt, um ein Spannungssignal V2 zu erhalten. Das erfaßte Signal V2 wird abgestimmt durch einen Ausgangseigenschaftenanpas sungsschaltkreis 3, und der abgestimmte Ausgang eines Span nungssignals V_in wird weiterverarbeitet, so daß er in ein Verhältnisausgangssignal umgewandelt wird, das sich ent sprechend dem Spannungssignal V_in verhält, und zwar in dem Verhältnisschaltkreis 4 unter Verwendung einer externen Re ferenzspannung VREF, eingegeben von einer externen Vorrich tung, um so ein Ausgangssignal V_out des Verhältnisschalt kreises 4 (oder eines später beschriebenen Luftmengenmes sers 80) zu ergeben.

In der Ausführungsform in Fig. 1 umfaßt der Verhältnis schaltkreis 4 einen internen Referenzleistungsquellen schaltkreis 5 zum Erzeugen einer internen Referenzspannung VINT eines ersten Referenzspannungssignals; einen Multipli ziererschaltkreis 6, bestehend aus einem Differenzverstär ker 6a zum Erfassen einer Spannung VD als Differenz zwi schen der externen Referenzspannung VREF eines zweiten Re ferenzspannungssignals, eingegeben von der externen Vor richtung, und der internen Referenzspannung VINT, und einen Multiplizierer 6b zum Ausgeben einer Spannung V_m als einem Produkt aus der Spannung VD des Differenzverstärkers 6a und der Ausgangsspannung V_in des Ausgangseigenschaftenanspan nungsschaltkreises 3; einem Proportionalitätsschaltkreis 8 zum Ausgeben einer Spannung V_p als einer Konstante (K2) mal der Ausgangsspannung V_in des Ausgangseigenschaftenanpas sungsschaltkreises 3; und einem Addiererschaltkreis 9 zum Addieren der Spannung V_m des Multiplizierers 6b und der Ausgangsspannung V_p des Professionalitätsschaltkreises 8, um die Ausgangsspannung V_out zu erzeugen, die eine Luftmen genrate des Durchflußmessers angibt.

Die obengenannten Beziehungen werden ausgedrückt durch die folgenden Gleichungen:

VD = K1.(VREF-VINT) (Gleichung 1)

V_m = VD.V_in (Gleichung 2)

= K1.(VREF-VINT).V_in (Gleichung 3)

V_p = K2.V_in (Gleichung 4)

V_out = Vm + V_p (Gleichung 5)

= K1.(VREF-VINT).V_in + K2.V_in (Gleichung 6)

= {K1.(VREF-VINT) + K2}.V_in (Gleichung 7).

Dabei ist der Wert K2 bei den Konstanten K1 und K2 wie folgt vorgegeben:

K2 = K1.VINT (Gleichung 8).

Dann kann die Ausgangsspannung V_out proportional zu der ex ternen Referenzspannung VREF wie folgt ausgedrückt werden:

V_out = K1.VREF.V_in (Gleichung 9).

Wenn das Fehlerverhältnis des Multipliziererschaltkreises 7 ε_m ist, dann gilt

V_out = ε_m.K1.(VREF-VINT).V_in (Gleichung 10)

und wenn das Fehlerverhältnis der Ausgangsspannung V_out ε_v ist, dann gilt

ε_v = d V_out/V_out = ε_m.K1.(VREF-VINT)/VREF (Gleichung 11)

Daher kann das Fehlerverhältnis ε_v des Verhältnisschalt kreises 4 zu dem Fehlerverhältnis ε_m des Multiplizierer schaltkreises 6 wie folgt reduziert werden:

ε_v/ε_m = (VREF-VINT)/VREF (Gleichung 12)

In der obigen Gleichung gilt unter der Annahme, daß der Mittelwert der externen Referenzspannung VREF 5(V) ist und der Schwankungsbereich (Änderungsratenbereich) ± 5% ist, VREF = 4,75-5,25 (V). Daher folgt für die notwendige Be dingung, damit im Bereich VREF < VINT gearbeitet werden kann, unter der Annahme, daß VINT = 5,75:

ε_v/ε_m = 0 ∼ 0,095 (Gleichung 13)

und man sieht, daß das Fehlerverhältnis ε_v des Verhältnis schaltkreises 4 kleiner als ein Zehntel des Fehlerverhält nisses ε_m des Multipliziererschaltkreises 6 ist. Das bedeu tet, daß bei der vorliegenden Erfindung das Fehlerverhält nis ε_v des Verhältnisschaltkreises 4 auf weniger als ein Zehntel des Fehlerverhältnisses bei dem konventionellen Fall hinuntergedrückt werden kann.

Das Verhältnis der Ausgangsspannung V_p des Proportionali tätsschaltkreises 8 zu der Ausgangsspannung V_in des Multi pliziererschaltkreises 6 ist aufgrund von (Gleichung 6) und (Gleichung 9):

V_p/V_m= VINT/(VREF-VINT) (Gleichung 14)

Wenn VREF = 5 und VINT = 4,75 gilt, wird das Verhältnis:

V_p/V_m= 4,75/(5-4,75) = 19/1 (Gleichung 15)

Wenn außerdem die Schwankungsbreite (Änderungsratenbereich) ±20% unter Berücksichtigung eines Betriebsrandbereiches ist und V = 4 V gilt, bedeutet dies:

V_p/V_m= 4/(5-4) = 4/1 (Gleichung 16)

und es ergibt sich die Reduktionsrate des Fehlerverhältnis ses wie folgt:

ε_v/ε_m = 0 ∼ 0,238 (Gleichung 17)

Aus dem obigen folgt, daß durch Setzen des Verhältnisses (V_p/V_m) der Ausgangsspannung V_p des Proportionalitätsschalt kreises 8 zu der Ausgangsspannung V_m des Multiplizierer schaltkreises 6 sich ein Wert von größer als 4 (4 und 19 in den obigen Fällen) ergibt und es möglich ist, einen prakti schen Verhältnisschaltkreis zu schaffen, bei dem der Be triebsrandbereich sicher ist und das Fehlerverhältnis ε_m des Multipliziererschaltkreises 7 reduziert ist. Mit ande ren Worten, es kann gesagt werden, daß der Änderungsraten bereich des zweiten Referenzspannungssignals (allgemein der externen Referenzspannung VREF) notwendigerweise auf 20 (%) des Mittelwerts des Änderungsratenbereich des zweiten Refe renzspannungssignals eingeschränkt werden muß (d. h. der ex ternen Referenzspannung VREF).

Im Fall der digitalen Berechnung des Verhältnisausgangs kann ausreichende Genauigkeit nur durch Multiplikationsbe rechnung erzielt werden, da dabei keine Differenz bei der Berechnungsgenauigkeit zwischen Multiplizieren und Addieren besteht. Um jedoch die digitale Berechnung durchführen zu können, müssen funktionale Elemente verwendet werden, deren thermisches Widerstandsverhalten (Umgebungswiderstand) schlechter ist, wie z. B. ein AD-Wandler, ein Mikroprozessor und dgl., wodurch sich das Problem ergibt, daß die Größe des Verhältnisschaltkreises zunimmt.

Es ist möglich, daß der Verhältnisschaltkreis aufgebaut wird aus einem analogen Multipliziererschaltkreis, der eine kleine Schaltkreisgröße hat, keine funktionalen Elemente erforderlich macht, die schlechter in bezug auf den Umge bungswiderstand sind, und der geeignet ist für die Umge bungsbedingungen eines Fahrzeugluftmengenmessers. Jedoch ist es schwierig, den analogen Multipliziererschaltkreis mit einer Genauigkeit zu versehen, die äquivalent zu der des analogen Differenzverstärkers ist. Da jedoch eine aus reichende Genauigkeit durch Verwendung der Idee der vorlie genden Erfindung erzielt werden kann, selbst bei einem ein gesetzten analogen Multipliziererschaltkreis, wird es mög lich, einen Heizwiderstands-Luftmengenmesser mit einer hochgenauen Verhältnisfunktion zu schaffen, indem ein ana loger Multipliziererschaltkreis verwendet wird, der besser in bezug auf Umgebungswiderstand ist und einfach in bezug auf den Schaltkreisaufbau ist.

Im folgenden wird eine Ausführungsform eines Verhältnis schaltkreises unter Verwendung des analogen Multiplizierer schaltkreises wie bei der zweiten Ausführungsform des Ver hältnisschaltkreises beschrieben. Der Verhältnisschalt kreis, der in der ersten Ausführungsform des Heizwider stands-Luftmengenmessers nach Fig. 1 dargestellt ist, ist eine erste Ausführungsform eines Verhältnisschaltkreises.

Fig. 2 ist eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Verhältnisschaltkreises nach der vorliegenden Erfin dung. Die Figur zeigt Einzelheiten eines elektronischen Schaltkreises, der ein Verhältnisschaltkreis ist.

Die zweite Ausführungsform des Verhältnisschaltkreises 4 umfaßt einen internen Referenzleistungsquellenschaltkreis 5, einen Multipliziererschaltkreis 6, zusammengesetzt aus einem LOG-Verstärker 6c zur Ausgabe einer Ausgangsspannung ΔVBE, proportional zu einem Logarithmus des Verhältnisses einer Differenz zwischen der externen Referenzspannung VREF und der internen Referenzspannung VINT zu der internen Re ferenzspannung VINT, und einen Differenzverstärker 6d zum Differenzverstärken von ΔVBE durch Anlegen eines Grund stroms, der proportional zu der Eingangsspannung V_in ist; einen Proportionalschaltkreis 8 und einen Addiererschalt kreis 9. Das bedeutet, daß Ströme von bipolaren Transisto ren 11, 12 durch die Transistoren 15, 16, 17, 18 fließen, die durch Operationsverstärker 30, 31 gesteuert werden, und durch Kopieren einer Differenz ΔVBE zwischen den Basis- Emitter-Spannungen VBE der Transistoren 11, 12 zum Emitter-Koppeln der Differenz-Transistoren 13, 14 wird ein Verhält nis des Stroms durch einen Widerstand 43, gesteuert durch einen Operationsverstärker 32, zu einem Strom durch den Transistor 13 einem Verhältnis der Spannung V_ex zur Span nung V_ei, eingegeben in die Operationsverstärker 30, 31, angeglichen. Wenn der Strom durch die Transistoren 11, 12 jeweils Ic1, Ic2 ist, so ergeben sich die folgenden Be ziehungen:

Ic1 = (V_ex-V_ei)/R1 (Gleichung 18)

Ic1 + Ic2 = V_ei/R2 (Gleichung 19)

Ic1/(Ic1 + Ic2) = (V_ex-V_ei).R2/R1 (Gleichung 20)

Die Basisemitterspannungen VBE des Transistors können wie folgt ausgedrückt werden:

VBE = (k.T/q).log(Ic/Is) (Gleichung 21)

wobei k die Boltzmann-Konstante ist, T die Temperatur [K] ist, q die Elektronenladung ist, Ic der Kollektorstrom des Transistors ist, Is der Kollektorsättigungsstrom ist. Daher kann die Differenz ΔVBE der Basisemitterspannungen VBE zwi schen den Transistoren 11 und 12 wie folgt ausgedrückt wer den:

ΔVBE = VBE1-VBE2 (Gleichung 22)

= (k.T/q).log(Ic1/Ic2) (Gleichung 23)

Ähnlich können die Ströme der Transistoren 13 und 14 wie folgt ausgedrückt werden:

ΔVBE = VBE3-VBE4 (Gleichung 24)

= (k.T/q).log(Ic3/Ic4) (Gleichung 25)

Aus der (Gleichung 23) und (Gleichung 25) ergeben sich die folgenden Beziehungen.

Ic1/Ic2 = Ic3/Ic4 (Gleichung 26)

Ic3 = (Ic3 + Ic4).Ic1.(Ic1 + Ic2) (Gleichung 27)

Der Strom IEE, der durch den Widerstand 43 fließt, ergibt sich aus:

IEE = {V_in.R48/(R47 + R48)}/R43 (Gleichung 28)

= Ic3 + Ic4 (Gleichung 29)

Aus (Gleichung 18, 19, 27, 28 und 29) ergibt sich die fol gende Beziehung:

Ic3 = V_in.R48/{(R47+R48).R43}.(V_ex/V_ei-1).R42/R41 (Gleichung 30)

Da ein Stromspiegelkreis aus den Transistoren 21, 22 Strom durch einen Widerstand 44 fließen läßt, indem die Polarität des Stroms Ic3 des Transistors 31 umgedreht wird, ergibt sich die Spannung V_m-V_p durch den Widerstand 44 wie folgt:

V_m-V_p = R44.Ic3 (Gleichung 31)

= R44.V_in.R48/{(R47-R48).R43}.(V_ex/V_ei-1).R42/R41 (Gleichung 32)

Da die Spannung V_p eine Teilspannung V_in, festgelegt durch die Widerstände 45, 46, ist, kann die Spannung V_p ausge drückt werden durch die folgende Gleichung:

V_p = V_in.R46/(R45 + R46) (Gleichung 33)

Daher

V_m = V_in.(R44/R43).{R48/(R47+R48)}.(V_ex/V_ei-1).R42/R41 + V_in.R46/(R45 + R46) (Gleichung 34)

= V_in.[(R44/R43).{R48/(R47+R48)}.(V_ex/V_ei).(R42/R41)
+ V_in.R46/(R45+R46)-(R44/R43).{R48/(R47+R48)}.(R42/R41)] (Gleichung 35)

Durch Setzen der Widerstandswerte nach der folgenden Glei chung wird die Spannung V_m ein Verhältnisausgangssignal, das proportional zu V_ex und V_in ist:

R46/(R45+R46) = (44/R43).{R48/(R47+R48)}.(R42/R41) (Gleichung 36)

Diese Spannung V_m wird eingegeben in den Verstärkerschalt kreis aus Operationsverstärker 34 und den Widerständen 53, 54, so daß sich ein Ausgangssignal V_out des Flußmessers er gibt:

V_out = (1+R54/R53).V_m (Gleichung 37)

= V_in.(V_ex/V_ei).(1+R54/R53).(R44/R43).{R48/(R47+R48)}.(R42/R41) (Gleichung 38)

Hierbei kann (Gleichung 20) geschrieben werden:

Ic2/Ic1 = (R2/R1).V_ei/(V_ex-V_ei)-1 (Gleichung 39)

Daher gilt

(R2/R1) = 2.(V_ex/V_ei-1) (Gleichung 40)

Unter der Bedingung, daß die Ströme der Transistoren 11 und 12 gleich sind, ergibt sich aus (Gleichung 23), daß die Ausgangsspannung ΔVBE des LOG-Verstärkers 6c 0 V (Null Volt) ergibt. Da das "Stromverhältnis des Differenz-Transistors" dem theoretischen Wert am nächsten kommt, wenn die Ströme einander gleichen, wird das "Stromverhältnis des Differenz-Transistors" so gesetzt, daß die obige Gleichung erfüllt wird, d. h., die Ausgangsspannung ΔVBE des LOG-Ver stärkers 6c wird 0 V (Null Volt), wenn die externe Refe renzspannung VREF des zweiten Referenzspannungssignals bei dem Mittelwert des Änderungsbereichs liegt. Auf diese Art kann der Fehler bei der Verhältnistransformation unter praktischen Umständen weiter reduziert werden.

V_ex und V_ei kann durch die folgende (Gleichung 41) und (Gleichung 42) aus Fig. 2 ausgedrückt werden, und durch Substitution dieser Gleichungen in (Gleichung 38) kommt man zu der folgenden (Gleichung 43):

V_ex = R52/(R51+R52).VINT (Gleichung 41)

V_ei = R50/(R49+R50).VREF (Gleichung 42)

V_out = V_in.(VREF/VINT).{R52/(R51+R52)}.{1+R50/R49}.(1-R54/R53)
.(R44/R43).{R48/(R47+R48)}.(R42/R41) (Gleichung 43)

Die Spannung VBE des Transistors ist eine Funktion der Tem peratur, wie durch (Gleichung 21) beschrieben. Wenn daher Temperaturen der jeweiligen Transistoren, die den LOG-Ver stärker 6c und den Differenzverstärker 6d bilden, unter schiedlich sind, so variiert der Wert in (Gleichung 21) in Abhängigkeit von den Temperaturen der jeweiligen Transisto ren. Um den Ausgang V_m der Multiplizierung zu stabilisieren und dieses Problem zu lösen, d. h. Widerstände gegen Wärme verlust zu eliminieren, stellt man den Multiplizierer schaltkreis 6 vorzugsweise auf einem einzigen Siliciumsub strat her, um eine gute thermische Kopplung zu erreichen. Mit anderen Worten, vorzugsweise werden der LOG-Verstärker 6c und der Differenzverstärker 6d auf einem einzigen Sili ciumsubstrat hergestellt, oder der Multipliziererschalt kreis 6 und der Addiererschaltkreis 8 wird auf einem einzi gen Siliciumsubstrat hergestellt.

Eine weitere Ausführungsform eines Heizwiderstands-Luft mengenmessers mit Verhältnisausgang gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beschrieben.

Fig. 3 ist eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Heizwiderstands-Luftmengenmessers gemäß der vorlie genden Erfindung. Die zweite Ausführungsform von Fig. 3 wird hergestellt durch Hinzufügen einer Lufttemperaturer fassungsvorrichtung 62 und einer Addierer-Subtrahierervor richtung 63 zu der ersten Ausführungsform des Luftmengen messers nach Fig. 1. Das heißt, der Heizwiderstands-Luft mengenmesser umfaßt die Lufttemperaturerfassungsvorrichtung 62 zum Erfassen der Temperatur der Luft, die gemessen wer den soll, zusammengesetzt aus einem Lufttemperatursensor 60 und einem Lufttemperaturerfassungsschaltkreis 61, und die Addierer-Subtrahierervorrichtung 63 zum Verarbeiten (Korri gieren) eines Temperatursignals VTMP, ausgegeben von der Lufttemperaturerfassungsvorrichtung 62, und das verarbeite te (korrigierte) Signal wird in den Verhältnisschaltkreis 4 als zweites Referenzspannungssignal eingegeben.

Mit anderen Worten, der Heizwiderstands-Luftmengenmesser gemäß der Erfindung umfaßt einen Heizwiderstand 2 in einem Luftstromdurchtritt; einen Temperaturkonstanthaltungs schaltkreis 1 zum Ausgeben eines Stroms, um die Temperatur des Heizwiderstands 2 auf einer konstanten Temperatur zu halten; einen Erfassungsschaltkreis 10 einschließlich eines Stromerfassungswiderstandes zum Erfassen des eingestellten Stroms für den Heizwiderstand und einen Ausgangseigenschaf tenanpassungsschaltkreis 3 zum Ausgeben eines Spannungs signals V_in, eine Lufttemperaturerfassungsvorrichtung 62 zum Erfassen eines Temperatursignals VTMP der Luft, die ge messen werden soll und durch den Luftstromdurchtritt fließt; eine Addierer-Subtrahierervorrichtung 63 zum Ausge ben eines Korrektursignals durch Addieren oder Subtrahieren eines Spannungssignals, das proportional zu der erfaßten Spannung VTMP des Temperatursignals ist, zu oder von einer externen Referenzspannung VREF eines zweiten Referenzspan nungssignals, eingegeben von einer externen Vorrichtung (z. B. einer ECU) von außerhalb; und einen Verhältnisschalt kreis einschließlich eines internen Referenzleistungsquel lenschaltkreises 5 zum Erzeugen einer internen Referenz spannung VINT eines ersten Referenzsignals, einen Propor tionalschaltkreis 8 zum Einlesen des Signals V_in und Ausge ben eines Proportionalsignals V_p, das proportional zu dem Signal V_in ist, einen Multipliziererschaltkreis 6 zum Aus geben eines multiplizierten Signals V_m, das proportional zu einem Produkt aus "einem Differenzsignal zwischen dem er sten Referenzspannungssignal und dem korrigierten Signal" und "dem Signal V_in" ist, und einen Addiererschaltkreis 9 zum Ausgeben eines Ausgangssignals V_out, der eine Luftmen genrate ausdrückt, die sich durch Addieren des proportiona len Signals V_p und des multiplizierten Signals V_m ergibt.

Die zweite Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Aus gangseigenschaft des Durchflußmessers temperaturkompensiert werden kann für den Fall, daß die Durchflußrateneigenschaft des Durchflußmessers temperaturabhängig ist. Selbstver ständlich wird derselbe Effekt erreicht, wenn die Lufttem peraturerfassungsvorrichtung 62 außerhalb des Flußmessers angeordnet wird und das Temperatursignal VTMP in den Fluß messer in der Ausführungsform nach Fig. 3 eingegeben wird.

In der ersten Ausführungsform "ist das zweite Referenzspan nungssignal des Verhältnisschaltkreises gleich der externen Referenzspannung VREF", aber bei der zweiten Ausführungs form "ist das zweite Referenzspannungssignal des Verhält nisschaltkreises gleich dem korrigierten Signal der exter nen Referenzspannung VREF". Mit anderen Worten, das zweite Referenzspannungssignal ist ein Spannungssignal für die Eingabe in den Verhältnisschaltkreis und die Verarbeitung des Eingangssignals V_in, und die externe Referenzspannung ist ein Spannungssignal, das für einen AD-Wandler 71 einer ECU 70, die später beschrieben wird, dient.

Eine weitere Ausführungsform eines Heizwiderstands-Luftmen genmessers mit Verhältnisausgang gemäß der Erfindung wird im folgenden beschrieben.

Fig. 4 ist eine Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Heizwiderstand-Luftmengenmessers gemäß der vorliegen den Erfindung. Die dritte Ausführungsform eines Heizwider stand-Luftmengenmessers nach Fig. 4 ist Tel einer Ausfüh rungsform einer Motorsteuerungsvorrichtung. Das bedeutet, diese Ausführungsform von dem Heizwiderstand-Luftmengen messer ist bekannt als ein Teil der Motorsteuerungsvorrich tung 90, die so aufgebaut ist, daß in dem Verhältnisschalt kreis 5 in der ersten Ausführungsform der interne Referenz leistungsquellenschaltkreis 5 von einer Komponente des Ver hältnisschaltkreises 4 in dem Luftmengenmesser 80 verbleibt und die anderen Komponenten des Verhältnisschaltkreises 4 außer dem internen Referenzleistungsquellenschaltkreis 5 innerhalb der ECU 70 angeordnet werden und die interne Re ferenzspannung VREF und das Luftmengenratensignal V_in über tragen werden von dem Luftmengenmesser 80 an die ECU 70. Mit anderen Worten, die Komponenten, die den Verhältnis schaltkreis bilden und verantwortlich für die Eigenschaften des Heizdrahtluftmengenmessers mit Verhältnisausgang gemäß der vorliegenden Erfindung sind, sind separat in unter schiedlichen Einheiten angeordnet (ECU 70, Motorsteuerungs vorrichtung 90 usw.).

In dieser Ausführungsform ist die Motorsteuerungsvorrich tung 90 zusammengesetzt aus dem Luftmengenmesser 80 zur Ausgabe eines Signals V_in, erfaßt von dem Strom, der den Heizwiderstand aufheizt, beinhaltet den internen Referenz leistungsquellenschaltkreis 5 zum Erzeugen des ersten Refe renzspannungssignals, und die ECU 70 umfaßt den Verhältnis schaltkreis 4a zur Verarbeitung eines addierten Signals als ein Ausgangssignal V_out, das eine Luftmengenrate ausdrückt. In der ECU 70 befindet sich der Verhältnisschaltkreis 4a außer dem internen Referenzleistungsquellenschaltkreis 5, der AD-Wandler 71, der Referenzleistungsquellenschaltkreis 72 zur Ausgabe der Referenzspannung VREF des zweiten Refe renzspannungssignals an den AD-Wandler 71 und der MPU (Mi kroprozessor 73) zum Verarbeiten digitaler Signale von dem AD-Wandler 71. Bei Durchführung der Berechnung von (Glei chung 9) unter Verwendung des Verhältnisschaltkreises 4a in der ECU 70 kann selbst bei Fluktuation der Referenzspannung VREF der ECU 70 der digitale Signalausgang von dem AD-Wand ler 71 unabhängig von Fluktuationen gemacht werden.

Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 4 liegt ein Vorteil darin, daß der Schaltkreisaufbau der ECU 80 klein gemacht werden kann. Außerdem ist bei einem Fahrzeug aufgrund Umge bungsstörungen wie Temperatur, Vibration, elektromagneti scher Wellen usw. weniger Platz vorhanden, um die ECU 70 zu installieren, als Platz zum Installieren des Luftmengenmes sers 80, wobei die Anforderung an die Umgebungsbedingungen durch den Verhältnisschaltkreis 4a abgemildert werden und dementsprechend das Korrektursystem, das auf die Verhält nisfunktion zurückgreift, ökonomisch ausgestaltet werden kann.

Die Motorsteuervorrichtung 90, die auf den Heizdrahtluft mengenmesser zurückgreift wie bei dieser Ausführungsform, kann eine hochgenaue Motorsteuerung bewirken, da die Meßge nauigkeit der Luftmengenrate verbessert ist. Der interne Referenzleistungsquellenschaltkreis 5 kann in der ECU 70 installiert werden.

Da ein Ausgang des Verhältnisschaltkreises gebildet wird durch Addieren eines Ausgangssignals des Proportionalitäts schaltkreises und eines Ausgangssignals des Multiplizierer schaltkreises, kann gemäß der Erfindung das Verhältnis des Fehlers des Multipliziererschaltkreises zu dem Gesamtfehler des Verhältnisschaltkreises reduziert werden, und dement sprechend kann der Verhältnisausgang, der charakteristisch ist für den Heizdrahtluftmengenmesser, genauer gemacht wer den. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung effizient beim Minimieren eines Ausgangsfehlers in der Nähe des Mit telwertes der externen Referenzspannung, die am häufigsten verwendet wird.

Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung ergibt sich der Effekt, daß die Genauigkeit einer Motorsteuerungsvorrich tung verbessert werden kann.

Durch Konstruktion des Verhältnisschaltkreises durch einen analogen Multipliziererschaltkreis kann außerdem der Heizdrahtluftmengenmesser mit Verhältnisausgang kostengün stig hergestellt werden.

Claims

1. Heizdrahtluftmengenmesser mit Verhältnisausgang mit ei nem Verhältnisschaltkreis (4) zum Ausgeben eines Aus gangssignals V_out, das eine Luftmengenrate ausdrückt, durch Verarbeitung eines Spannungssignals V_in, erfaßt über einen Strom, der einen Heizwiderstand aufheizt, un ter Verwendung eines zweiten Referenzspannungssignals, eingegeben von einer externen Vorrichtung, wobei der Verhältnisschaltkreis umfaßt:
einen internen Referenzleistungsquellenschaltkreis (5) zum Erzeugen eines ersten Referenzsignals;
einen Proportionalitätsschaltkreis (8) zum Einlesen des Spannungssignals V_in und Ausgeben eines Proportionali tätssignals V_p, das proportional zu dem Spannungssignal V_in ist;
einen Multipliziererschaltkreis (6) zum Ausgeben eines multiplizierten Signals V_m, das proportional zu einem Produkt eines "Differenzsignals zwischen erstem Refe renzspannungssignal und zweiten Referenzspannungssignal" und "Spannungssignal V_in" ist; und
einen Addiererschaltkreis (9) zum Erzeugen des Ausgangs signals V_out durch Addieren des Proportionalitätssignals V_p und des multiplizierten Signals V_m.

2. Heizdrahtluftmengenmesser mit Verhältnisausgang nach An spruch 1, bei dem ein Verhältnis (V_p/V_m) der Ausgangs spannung des Proportionalitätsschaltkreises (8) zu der Ausgangsspannung des Multipliziererschaltkreises (6) größer als 4 ist.

3. Heizdrahtluftmengenmesser mit Verhältnisausgang nach An spruch 1, bei dem der Multipliziererschaltkreis (6) als analoger Multipliziererschaltkreis aufgebaut ist.

4. Heizdrahtluftmengenmesser mit Verhältnisausgang nach An spruch 3, bei dem der analoge Multipliziererschaltkreis einen LOG-Verstärker mit Transistoren und einen Diffe renzverstärker aufweist, der eine Ausgangsspannung der LOG-Verstärkers empfängt, und wobei der LOG-Verstärker so eingestellt ist, daß eine Ausgangsspannung des LOG-Verstärkers 0 (Null) wird, wenn das zweite Referenzspan nungssignal ein Mittelwert in dem Änderungsbereich des Referenzspannungssignals ist.

5. Heizdrahtluftmengenmesser, der umfaßt:
einen Erfassungsschaltkreis (10) zum Ausgeben eines Si gnals V_in, erfaßt über einen Strom, der einen Heizwider stand (2) in einem Luftstromdurchtritt aufheizt;
eine Temperaturerfassungsvorrichtung (62) zum Erfassen eines Temperatursignals von der Luft, die durch den Luftstrom durchtritt, fließt und gemessen werden soll;
eine Addierer-Subtrahierervorrichtung (63) zum Ausgeben eines Korrektursignals durch Addieren oder Subtrahieren eines Spannungssignals, das proportional zu dem Tempera tursignal ist, zu oder von einem zweiten Referenzspan nungssignal, das von einer externen Vorrichtung eingege ben wurde; und
einen Verhältnisschaltkreis (4) mit einem internen Refe renzleistungsquellenschaltkreis (5) zum Erzeugen eines ersten Referenzsignals, einem Proportionalitätschalt kreis (8) zum Einlesen des Signals V_in und Ausgeben ei nes Proportionalitätssignals V_p proportional zu dem Si gnal V_in, einem Multipliziererschaltkreis (8) zum Ausge ben eines multiplizierten Signals V_m, das proportional zu einem Produkt aus einem Differenzsignal zwischen dem ersten Referenzspannungssignal und dem korrigierten Signal und dem Signal V_in ist; und einem Addiererschalt kreis (9) zum Ausgeben eines Ausgangssignals V_out, das eine Luftstromrate ausdrückt, die erzeugt wurde durch Addieren des Proportionalitätssignals V_p und des multi plizierten Signals V_m.

6. Motorsteuerungsvorrichtung, die umfaßt:
einen Heizdrahtluftmengenmesser zum Ausgeben eines Signals V_in, das über einen Strom erfaßt wird, der einen Heizwiderstand (2) aufheizt;
einen internen Referenzleistungsquellenschaltkreis (5) zum Erzeugen eines ersten Referenzspannungssignals;
eine Motorsteuerungseinheit mit einem Referenzleistungs quellenschaltkreis zum Erzeugen eines zweiten Referenz signals; einem Proportionalitätsschaltkreis zum Ausgeben eines Signals V_p, das proportional zu dem Signal V_in ist; einem Multipliziererschaltkreis zum Ausgeben eines Signals V_m, das proportional zu einem Produkt aus einer Differenz zwischen dem ersten Referenzspannungssignal und dem zweiten Referenzspannungssignal und zum Signal V_in ist; und einem Addiererschaltkreis zum Addieren des Signals V_p und des Signals V_in; wobei das addierte Signal verarbeitet wird, so daß sich ein Ausgangssignal V_out er gibt, das eine Luftstromrate ausdrückt.