DE19920961A1 - Luftdurchflußmengen-Meßvorrichtung - Google Patents
Luftdurchflußmengen-MeßvorrichtungInfo
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Abstract
Eine Luftdurchflußmengen-Meßvorrichtung (1) des Typs, bei dem digitale Werte (Vadc) mit nichtlinearer Charakteristik in einer Luftdurchflußmengen-Umsetzungsverarbeitung (42) in eine Luftdurchflußmenge (Qa) umgesetzt werden, enthält eine Spannungsausgangs-Umsetzungsverarbeitung (47), die ein in einem PROM (23) abgelegtes QV-Kennfeld (48) verwendet und so beschaffen ist, daß ein Ausgangsspannungssignal (Vout) mit einer Eigenschaft, die mit derjenigen des von einer Sensorschaltung (2) ausgegebenen Signals (Vin) äquivalent ist, erhalten wird, indem ein geglättetes Signal (Qaf) in einen Spannungswert mit nichtlinearer Charakteristik umgesetzt wird.
Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Messung von Luft
durchflußmengen und insbesondere eine Luftdurchflußmen
gen-Meßvorrichtung, mit der die Ansaugluftdurchflußmenge
einer Brennkraftmaschine für Fahrzeuge gemessen werden
kann.
Es ist eine Luftdurchflußmengen-Meßvorrichtung des Typs
mit wärmeerzeugendem Widerstand (Hitzdraht-Luftmassenmes
ser) bekannt. Diese Luftdurchflußmengen-Meßvorrichtung
hat die besondere Eigenschaft, daß sie die Luftmasse
eines zu messenden Fluids direkt messen kann, so daß sie
als Ansaugluftdurchflußmengen-Meßvorrichtung für Brenn
kraftmaschinen geeignet ist.
In allgemeinen Brennkraftmaschinen, beispielsweise in
einer Maschine mit vier oder weniger Zylindern, wird in
dem Fall, in dem die Maschine in einem Betriebszustand
mit niedriger Drehzahl und hoher Last läuft, die Pulsati
onsamplitude der Ansaugluftströmung groß, wobei in eini
gen Fällen die Ansaugluftströmung zu einer Pulsations
strömung wird, die von einer Rückwärtsströmung begleitet
wird, mit dem Ergebnis, daß in einem herkömmlichen Luft
mengenmesser die Meßgenauigkeit abgesenkt wird. Bei
spielsweise ist aus JP 62-821-A ein Korrekturverfahren
hierfür bekannt.
Weiterhin ist aus JP 59-17371-A ein Verfahren zur Korrek
tur von Fehlern, die durch eine solche Ansaugrückwärts
strömung hervorgerufen werden, bekannt, bei dem die
Richtung der Luftströmung nicht erfaßt wird. Bei diesem
Verfahren wird eine wechselnde Strömungskomponente der
Luftströmung erfaßt und wird eine Korrektur auf die
gesamte Welle ausgeübt, wodurch der Fehler beseitigt
wird.
Außerdem ist beispielsweise aus JP 9-88711-A eine Ein
richtung zur Korrektur mittels Software bekannt, in der
die Luftdurchflußmenge als Spannung erfaßt und lineali
siert (Einheitsumsetzung) wird, woraufhin eine Vor
eilungsverarbeitung ausgeführt wird, um einen Rückwärts
strömungszustand zu erfassen und einen Fehler zu korri
gieren.
Andererseits sind beispielsweise aus JP 6-265565-A eine
Vorrichtung, in der ein Strömungssensor als Strömungsge
schwindigkeitsmesser verwendet wird, dessen Ausgangs
signal durch einen A/D-Umsetzer in digitale Werte umge
setzt wird, dessen Eigenschaften durch eine funktionale
Gleichung von in einem Speicher aufgezeichneten vorge
schriebenen Faktoren eingestellt werden, die auf einer
Anzeige angezeigt werden, und eine Vorrichtung, in der
das Ausgangssignal durch einen D/A-Umsetzer in analoge
Werte umgesetzt und als Spannung ausgegeben wird, be
kannt.
Weiterhin ist beispielsweise aus JP 8-94406-A ein Verfah
ren zum Reduzieren des Einflusses von Durchflußmengen
schwankungen aufgrund von Druckschwankungen bekannt, das
eine ähnliche Technik wie oben verwendet. Bei diesem
Verfahren wird das Ausgangssignal des Strömungssensors
durch einen A/D-Umsetzer in digitale Werte umgesetzt, die
anschließend linearisiert werden und wovon danach der
Durchschnittswert berechnet wird, so daß eine fehlerfreie
Strömungsrate angezeigt werden kann.
Diese herkömmlichen Techniken sind jeweils Systeme, die
einen geschlossenen Durchflußmengenmesser bilden. Sie
berücksichtigen nicht den Fall, in dem in der zu messen
den Luftströmung eine Rückwärtsströmung auftritt, so daß
bei der Meßgenauigkeit ein Problem besteht.
Die Rückwärtsströmung ist eine Luftströmung in einer
Richtung, die zur Richtung der Ansaugluftströmung im
Ansaugluftrohr einer Brennkraftmaschine entgegengesetzt
ist; sie wird aus den folgenden Gründen erzeugt:
In einer allgemeinen Brennkraftmaschine überlappt die Ventilöffnungszeit zwischen einem Einlaßventil und einem Auslaßventil, so daß in dieser Überlappungszeitperiode eine Luftströmung vom Auslaßventil zum Einlaßventil auftritt, so daß im Ansaugrohr eine Luftströmung mit entgegengesetzter Richtung auftritt.
In einer allgemeinen Brennkraftmaschine überlappt die Ventilöffnungszeit zwischen einem Einlaßventil und einem Auslaßventil, so daß in dieser Überlappungszeitperiode eine Luftströmung vom Auslaßventil zum Einlaßventil auftritt, so daß im Ansaugrohr eine Luftströmung mit entgegengesetzter Richtung auftritt.
Beispielsweise hat ein allgemeiner Hitzdraht-Luftmassen
messer die Eigenschaft, ein dem Absolutwert der Strö
mungsgeschwindigkeit entsprechendes positives Signal
auszugeben, das von der Strömungsrichtung eines zu mes
senden Fluids unabhängig ist.
Wenn daher ein Luftmengenmesser die Durchflußmenge ein
schließlich einer Rückwärtsströmung mißt, wird eine
Durchflußmenge gemessen, die die Summe aus der Rückwärts
strömung und der Vorwärtsströmung bildet. Da hierbei auch
die Rückwärtsströmung als normale Strömung erfaßt wird,
gibt der Durchflußmengenmesser eine höhere Durchflußmenge
als die tatsächliche durchschnittliche Luftdurchflußmenge
aus. Der Meßfehler kann hierbei 30 bis 100% erreichen,
so daß eine ausreichende Meßgenauigkeit nicht erzielt
werden kann.
In der Luftdurchflußmengen-Meßvorrichtung des Hitzdraht
typs ist die Luftdurchflußmenge Q durch die folgende
Gleichung (1), die King-Gleichung genannt wird, gegeben:
Ih2 . Rh = (C1 + C2 . Q1/2) . (Th-Ta) (1)
wobei Ih ein Stromwert eines wärmeerzeugenden Widerstan
des ist, Rh der Widerstandswert des wärmeerzeugenden
Widerstands ist, Th die Oberflächentemperatur des wärme
erzeugenden Widerstands ist, Ta die Lufttemperatur ist, Q
die Luftdurchflußmenge ist und C1 und C2 Konstanten sind,
die durch die Spezifikation des wärmeerzeugenden Wider
standes bestimmt sind.
Was das Meßausgangssignal für die Durchflußmenge be
trifft, wird im allgemeinen der Stromfluß Ih durch den
wärmeerzeugenden Widerstand erfaßt, indem der Strom
anhand des Spannungsabfalls über dem Widerstand in einen
Spannungswert V umgesetzt wird. In einer Brennkraftma
schinen-Steuereinheit wird dieser Spannungswert V anhand
der Gleichung (1) in eine Durchflußmenge Q umgesetzt, die
für die Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet wird.
Hierbei muß für einen Erfassungsabschnitt des wärmeerzeu
genden Widerstandes, der zum Messen der Ansaugluftmenge
eines Fahrzeuges verwendet wird und für den beispiels
weise ein Widerstandsdraht verwendet wird, ein verhält
nismäßig dicker Draht verwendet werden, um die Zuverläs
sigkeit zu gewährleisten. Daher ist nicht zu vermeiden,
daß der Erfassungsabschnitt eine gewisse Wärmekapazität
aufweist. In diesem Fall tritt eine Ansprechverzögerung
auf dynamische Strömungsänderungen wie etwa Pulsationen
auf, wobei bei einem Auftreten von Pulsationen in der
Brennkraftmaschinen-Ansaugluftströmung präzise Pulsati
onswellen nicht gemessen werden können, so daß das Pro
blem entsteht, daß im Meßergebnis Fehler enthalten sind.
Wenn ferner im Fall von Fahrzeugen Sensorsignale an eine
Steuereinheit zum Steuern der Brennkraftmaschine ge
schickt werden, ist es im Hinblick auf das durch andere
Vorrichtungen bedingte Rauschen für den Rauschabstand
(Verhältnis zwischen Signal und Rauschen) als zweckmäßig
angesehen worden, Signale mit nichtlinearer Charakteri
stik zu verwenden, ohne sie in lineare Signale umzuset
zen.
Daher muß der Luftmengenmesser eine Luftdurchflußmenge
unter Verwendung eines wärmeerzeugenden Widerstandsdrahts
mit geringer Wärmekapazität wie etwa eines Halbleiterfüh
lers mit hoher Ansprechgeschwindigkeit erfassen können
und auf seiten der Brennkraftmaschinen-Steuereinheit eine
schnelle Abtastung der vom Luftdurchflußmengen-Meßab
schnitt eingegebenen Signale ausführen können.
Im allgemeinen können jedoch Brennkraftmaschinen-Steuer
einheiten eine derart schnelle Verarbeitung nicht ausfüh
ren, so daß die hohe Ansprechgeschwindigkeit nur schwer
erhalten werden kann und das Problem entsteht, daß die
Meßgenauigkeit durch Verzögern der Abtastung abgesenkt
wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftdurch
flußmengen-Meßvorrichtung zu schaffen, die Abtastzyklen
nur in geringem Maß einschränkt und bei der eine Absen
kung der Meßgenauigkeit aufgrund von Luftströmungspulsa
tionen und von Rauschen ausreichend unterdrückt ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Luftdurchflußmengen-
Meßvorrichtung nach Anspruch 1. Weiterbildungen der
Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Luftdurchflußmengen-Meßvorrichtung
des Typs mit wärmeerzeugendem Widerstand zum Messen von
Luftdurchflußmengen unter Verwendung eines in einer
Luftdurchflußleitung angeordneten wärmeerzeugenden Wider
standes enthält einen ersten Umsetzer, der Spannungs
werte, die vom wärmeerzeugenden Widerstand erfaßt werden,
in Durchflußmengenwerte anhand einer ersten Umsetzungs
gleichung (erste Berechnungsgleichung), die im voraus
definiert ist, umsetzt, ein Filter zum Glätten des Aus
gangssignals vom ersten Umsetzer sowie einen zweiten
Umsetzer, der das Ausgangssignal der Filtereinrichtung in
Spannungswerte, die den Durchflußmengenraten entsprechen,
mittels einer zweiten Umsetzungsgleichung (zweite Berech
nungsgleichung), die im voraus definiert ist, umsetzt,
wobei das Ausgangssignal des zweiten Umsetzers als Durch
flußmengen-Erfassungssignal verwendet wird.
Ferner kann eine Einrichtung vorgesehen sein, die die
Antwort eines Sensors aus einem Spannungswert gewinnt,
bevor die Spannungssignale des Sensors, der die Luft
durchflußmenge erfaßt hat, in eine Durchflußmenge umge
setzt wird.
Ferner kann eine Einrichtung vorgesehen sein, die ent
sprechend den Pulsationseigenschaften der Luftdurchfluß
menge zwischen mehreren Verarbeitungseinrichtungen zum
Glätten umschaltet.
Selbst wenn die Luftströmung pulsiert, kann erfindungsge
mäß die Meßgenauigkeit der durchschnittlichen Luftdurch
flußmenge ohne Verlust der Signalerfassungseigenschaften,
die dem Sensor eigentümlich sind, erhöht werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut
lich beim Lesen der folgenden Beschreibung zweckmäßiger
Ausführungen, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug
nimmt; es zeigen:
Fig. 1 einen Blockschaltplan einer Luftdurch
flußmengen-Meßvorrichtung gemäß einer er
sten Ausführung der Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der in der
Vorrichtung nach Fig. 1 ausgeführten Ver
arbeitung;
Fig. 3(1), 3(2) jeweils ein Kennliniendiagramm zur Erläu
terung des Wirkungsprinzips eines Umset
zungskennfeldes in der Vorrichtung nach
Fig. 1;
Fig. 4 eine Schaltung in der Vorrichtung nach
Fig. 1;
Fig. 5 einen Blockschaltplan zur Erläuterung der
Verarbeitung in einer Luftdurchflußmen
gen-Meßvorrichtung gemäß einer zweiten
Ausführung der Erfindung;
Fig. 6 einen Blockschaltplan zur Erläuterung des
Funktionsprinzips eines digitalen Filters
in der Vorrichtung nach Fig. 5;
Fig. 7 einen Blockschaltplan zur Erläuterung der
Verarbeitung in einer Luftdurchflußmen
gen-Meßvorrichtung gemäß einer dritten
Ausführung der Erfindung;
Fig. 8 ein Kennliniendiagramm zur Erläuterung
des Wirkungsprinzips eines Umsetzungs
kennfeldes in der Vorrichtung nach
Fig. 7; und
Fig. 9 eine Schaltung in der Vorrichtung nach
Fig. 7.
Fig. 1 zeigt eine Luftdurchflußmengen-Meßvorrichtung 1
des Typs mit wärmeerzeugendem Widerstand gemäß einer
ersten Ausführung der Erfindung. Wie in Fig. 1 gezeigt
ist, enthält die Luftdurchflußmengen-Meßvorrichtung 1
eine Sensorschaltung 2, einen Mikroprozessor 3 und eine
Leistungsschaltung 4. Die Meßergebnisse werden als Aus
gangssignale Vout an eine Steuereinheit 5 zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine geliefert.
Die Sensorschaltung 2 bildet einen Erfassungsabschnitt
der Luftdurchflußmengen-Meßvorrichtung 1 und umfaßt einen
wärmeerzeugenden Widerstand 11, der in einer Leitung für
die Luft, deren Menge gemessen werden soll, etwa einem
Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine, installiert ist,
sowie einen Temperaturkompensationswiderstand 12.
Der wärmeerzeugende Widerstand 11 wird mit Strom von
einer Stromquelle 10 wie etwa einer Batterie versorgt, um
auf eine bestimmte konstante Temperatur erwärmt zu wer
den. Da die Wärmemenge, die die Luft von dem wärmeerzeu
genden Widerstand 11 aufnimmt, in Abhängigkeit von der
Luftdurchflußmenge unterschiedlich ist, ergibt die Ände
rung des Stromwerts, die hervorgerufen wird, um die
Änderung der Temperatur des wärmeerzeugenden Widerstands
11 aufgrund der Änderung der Luftdurchflußmenge zu kom
pensieren, analoge Ausgangssignale Vin, die die Luft
durchflußmenge Q wiedergeben.
Der Mikroprozessor 3 führt verschiedene Arten von Verar
beitungen aus, die für die Verarbeitung der Ausgangs
signale Vin notwendig sind, empfängt die Ausgangssignale
Vin der Sensorschaltung 2, setzt sie durch einen Ana
log/Digital-Umsetzer 21 in digitale Werte um, korrigiert
Fehler unter Verwendung von Korrekturdaten, die in einem
programmierbaren Speicher (PROM) 23 enthalten sind, setzt
diese durch einen Digital/Analog-Umsetzer 24 in analoge
Ausgangssignale Vout um, deren Spannungswerte mit den
Ausgangssignalen Vin der Sensorschaltung 2 äquivalent
sind, und gibt die Ausgangssignale Vout an die Brenn
kraftmaschinen-Steuereinheit 5 aus.
Die Spannungsversorgungsschaltung 4 wird mit elektrischer
Leistung von einer Stromquelle 10 versorgt und erzeugt
eine Referenzspannung Vref, die für die Sensorschaltung 2
erforderlich ist, und eine Betriebsspannung Vcc, die für
den Mikroprozessor 3 erforderlich ist.
Fig. 2 zeigt die Verarbeitung 40 zur Fehlerkorrektur
mittels des Mikroprozessors 3, wobei die Fehlerkorrektur
verarbeitung gemäß dieser Ausführung mit Bezug auf Fig. 2
erläutert wird.
Bei Ausführung der Verarbeitung 40 werden zunächst im
A/D-Umsetzer 41 Ausgangssignale Vin der Sensorschaltung 2
in digitale Werte Vadc mit einer vorgeschriebenen Anzahl
von Bits umgesetzt. Dann werden in der Luftdurchflußmen
gen-Umsetzungsverarbeitung 42 die digitalen Werte Vadc
mit in bezug auf die Durchflußmengen nichtlinearer Cha
rakteristik unter Verwendung eines VQ-Kennfeldes 43, das
im PROM 23 (Fig. 1) abgelegt ist, in Luftdurchflußmengen
Qa umgesetzt. Hierbei ist das VQ-Kennfeld 43 ein Span
nungs-Durchflußmengen-Kennfeld (das als erste Umsetzungs
gleichung (Berechnungsgleichung) definiert ist), das
beispielsweise anhand der Ausgangscharakteristik eines
Referenzsensors erzeugt wird.
Dann werden in der Fehlerkorrekturverarbeitung 44 ver
schiedene Arten von Fehlerkorrekturen, die für die Luft
durchflußmengen Qa notwendig sind, unter Verwendung von
Korrekturwerten 45, die in dem wiederbeschreibbaren
Speicher 23 gespeichert sind, ausgeführt, wobei korri
gierte Durchflußmengensignale Qcm ausgegeben werden. Als
zu korrigierende Fehler treten beispielsweise Fehler, die
sich aus der Differenz zwischen dem Spannungs-Durchfluß
mengen-Kennfeld (erste Umsetzungsgleichung) und den
Charakteristiken der einzelnen Sensoren ergeben, Fehler
aufgrund der Rückwärtsströmung und dergleichen auf.
Die Rückwärtsströmungsfehler können auch durch Merkmals
extraktion von Pulsationswellen der eingegebenen Luft
durchflußmengen Qa erfaßt werden, um jedoch die Merkmale
der Signalformen zu kennen, muß eine A/D-Umsetzung mit
einer Geschwindigkeit (Frequenz) ausgeführt werden, die
ausreichend höher als die Pulsationsfrequenzen ist. Wenn
beispielsweise ein Änderungsbereich der Pulsationsfre
quenz ungefähr einige 10 Hz bis zu 100 Hz beträgt, muß
die A/D-Umsetzungsverarbeitung 41 eine Hochgeschwindig
keits-Analog/Digital-Umsetzungsverarbeitung, die eine
Umsetzung in ungefähr 1 ms vornehmen kann, ausgeführt
werden.
In der Digitalfilterverarbeitung 46 wird zur Reduzierung
der Unstetigkeit der Pulsationswellen aufgrund der Feh
lerkorrektur und der Pulsationsamplitudencharakteristik
eine Glättungsverarbeitung an den Durchflußmengensignalen
Qcm, in der Fehler korrigiert sind, ausgeführt, um ge
glättete Signale Qaf zu erhalten.
Die Spannungsausgangssignal-Umsetzungsverarbeitung 47
setzt die geglätteten Signale Qaf unter Verwendung eines
QV-Kennfeldes 48, das im PROM 23 in ähnlicher Weise
abgelegt ist, in einen Spannungswert Vqaf mit nichtlinea
rer Charakteristik um. Hierbei ist das QV-Kennfeld als
Durchflußmengen-Spannung-Umsetzungskennfeld (zweite
Umsetzungsgleichung (zweite Berechnungsgleichung)) defi
niert, die beispielsweise anhand der Ausgangscharakteri
stik des Referenzsensors gebildet ist.
Schließlich wird der Spannungswert Vqaf mit nichtlinearer
Charakteristik durch die D/A-Umsetzungsverarbeitung 49 in
analoge Werte umgesetzt, um Spannungsausgangssignale Vout
zu erhalten, die zu den von der Sensorschaltung 2 ausge
gebenen Signalen Vin äquivalent sind.
Wenn wie in dieser Ausführung Spannungsausgangssignale
Vout gebildet werden, die zum Ausgangssignal Vin der
Sensorschaltung 2 äquivalent sind, ist die Glättung durch
die Digitalfilterverarbeitung auch für die Reduzierung
von Fehlern durch die Nichtlinearität des Sensorausgangs
signals sehr wirksam.
Nun wird mit Bezug auf die Fig. 3(1) und 3(2) die Verbes
serung der Fehler-Nichtlinearitätscharakteristik des Sen
sorausgangssignals erläutert, die unter Verwendung der
ersten Gleichung und der zweiten Gleichung erhalten wird,
die in Form von Umsetzungskennfeldern gegeben sind.
Zunächst zeigt Fig. 3(1) den Fall, in dem die Kennlinie A
ein Spannungs-Durchflußmengen-Umsetzungskennfeld dar
stellt, das die Beziehung zwischen den Durchflußmengen
und dem Spannungsausgangssignal gemäß der ersten Umset
zungsgleichung verwendet.
Unter der Annahme, daß bei pulsierenden Luftströmungen
die Pulsationen eine ideale Sinuswelle darstellen, be
sitzt das Sensorausgangssignal Vin eine Signalform, bei
der die Sinusspannung auf der positiven Seite komprimiert
ist, wie in Fig. 3(1) gezeigt ist.
Daher werden diese Sensorausgangssignale Vin durch das
spannungs-Durchflußmengen-Umsetzungskennfeld mit der
Kennlinie A wie in Fig. 3(1) gezeigt in Luftdurchflußmen
gen Qa umgesetzt, wobei sie in die ursprüngliche ideale
Sinuswelle korrigiert werden und die Mitte der Sinuswelle
den Durchschnittswert Qave1 bildet.
Zu diesem Zeitpunkt tritt jedoch, wie in Fig. 3(1) ge
zeigt ist, eine Abweichung zwischen dem Spannungsdurch
schnittswert Vave1, der dem Durchschnittswert Qave1
dieser Luftdurchflußmenge Qa entspricht, und dem Span
nungsdurchschnittswert Vave2 der Sensorausgangssignale
Vin auf, die aufgrund der Nichtlinearität des Sensoraus
gangssignals einen Fehler bildet.
Die Fig. 3(2) zeigt den Fall, in dem die Beziehung zwi
schen dem Spannungsausgangssignal und der eingegebenen
Durchflußmenge als zweite Umsetzungsgleichung verwendet
wird, wobei die Kennlinie A-1, die eine zur Kennlinie A
invertierte Kennlinie ist, vorgesehen ist.
Zunächst sind unter der Annahme, daß die Luftdurchfluß
menge vor der Glättung durch Qa gegeben ist, wie durch
eine Strichlinie gezeigt ist, und die Amplitude der
Luftdurchflußmenge Qaf nach der Glättung auf eine ideale
Sinuswelle reduziert werden kann, die Durchschnittswerte
beider Wellen gleich, so daß sie denselben Durchschnitts
wert Qave1 besitzen.
In dem Fall, in dem eine Umsetzung in eine Spannung
mittels der zweiten Umsetzungsgleichung, d. h. mittels
des Kennfeldes mit der in Fig. 3(2) gezeigten Kennlinie
A-1 erfolgt, wird die Amplitude des Spannungsausgangs
signal Vout, das der Luftdurchflußmenge Qaf nach der
Glättung entspricht stark reduziert, so daß der Span
nungswert Vave1 der druchschnittlichen Luftdurchflußmenge
angenähert gleich dem Durchschnittswert Vave3 einer
Pulsationsspannung ist.
Im Vergleich zum Durchschnittsspannungswert Vave2 des
durch eine unterbrochene Linie gezeigten Spannungswerts
Vin, der durch Umsetzung unter Verwendung des Kennfeldes
mit der Kennlinie A-1, die Luftdurchflußmengen Qa mit
idealer Sinuswelle entspricht, erhalten wird, kann ein
Fehler stark reduziert werden.
In dieser Ausführung ist die zweite Umsetzungsgleichung
so beschaffen, daß sie einer zur ersten Umsetzungsglei
chung invertierten Kennlinie entspricht und somit im
Prinzip eine äquivalente Gleichung bildet, so daß der
Vorteil besteht, daß unterschiedliche Sensorcharakteri
stiken aufgrund der Umsetzungskennfelder nicht berück
sichtigt werden müssen.
Da in dieser Ausführung die Luftdurchflußmengen-Meßvor
richtung 1 vom Standpunkt der Brennkraftmaschinen-Steuer
einheit 5 ebenso wie in dem Fall behandelt werden kann,
in dem das Ausgangsspannungssignal Vin wie im herkömmli
chen Fall direkt von der Sensorschaltung 2 empfangen
wird, und da Änderungen der Amplitude aufgrund von Pulsa
tionen reduziert worden sind, hat das System den Vorteil,
daß die Abtastfrequenzen des A/D-Umsetzers 51 auf seiten
der Brennkraftmaschinen-Steuereinheit 5 nicht erhöht
werden müssen.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 4 eine konkrete Hardware-
Konstruktion einer Ausführung der Erfindung erläutert.
Die Sensorschaltung 2 ist so konstruiert, daß der Wärme
erzeugende Widerstand 11 und der Temperaturkompensations
widerstand 12 mit Widerständen 13 bzw. 14 verbunden sind,
um eine Wheatstonesche Brückenschaltung zu bilden, wobei
der in den wärmeerzeugenden Widerstand 11 fließende Strom
durch einen Operationsverstärker 15 und einen Transistor
16 so gesteuert wird, daß die Spannungsdifferenz in der
Mitte der Brücke null wird, und so gesteuert wird, daß
der Widerstandswert des wärmeerzeugenden Widerstands 11
stets konstant ist, d. h., daß die Temperatur unabhängig
von der Luftdurchflußmenge konstant ist.
Im Ergebnis ändern sich die Werte des in den wärmeerzeu
genden Widerstand 11 fließenden Stroms in Abhängigkeit
von der Luftdurchflußmenge, so daß Spannungssignale, die
die Luftdurchflußmenge angeben, anhand der Stromwerte als
Spannungsabfall über den Widerstand 13 erhalten werden.
Die der Luftdurchflußmenge entsprechende Spannung, die an
einem Verbindungspunkt des wärmeerzeugenden Widerstands
11 und des Widerstandes 13 abgegriffen wird, wird in eine
Nullwobbelungsschaltung eingegeben, die aus einem Opera
tionsverstärker 121 und aus Widerständen 122, 123, 124,
125, 126 und 127 gebildet ist, und vom Operationsverstär
ker 121 als Ausgangssignal Vin ausgegeben, das einem
Nullpunktabgleich und einer Empfindlichkeitseinstellung
unterworfen worden ist.
Hierbei ist der wärmeerzeugende Widerstand 11 ein Wider
stand, der durch Wickeln eines Widerstandsdrahts wie etwa
eines Platindrahts oder eines Wolframdrahts auf eine
zylindrische oder säulenförmige Haspel aus Isoliermate
rial wie etwa einem Keramikmaterial und durch Beschichten
mit einem Beschichtungsmaterial wie etwa Glas oder Kera
mikmaterial gebildet ist.
Wenn auf der Oberfläche eines Glassubstrats ein dünner
Film oder ein dicker Film aus Platin oder Wolfram gebil
det wird, können für den wärmeerzeugenden Widerstand 11
ein Keramikmaterial oder Silicium verwendet werden.
Der wärmeerzeugende Widerstand 11 ist im Ansaugluftrohr
einer Brennkraftmaschine für Fahrzeuge vorgesehen, wobei
die der Durchflußmenge der durch das Ansaugluftrohr
strömenden Luft entsprechende Spannung erfaßt wird, und
vom Operationsverstärker 121 ein Ausgangssignal Vin
erhalten wird.
Das Ausgangssignal Vin wird durch den A/D-Umsetzer 21,
der im Mikroprozessor 3 enthalten ist, in eine digitale
Größe umgesetzt und der Luftdurchflußmengen-Umsetzungs
verarbeitung 42 und der Fehlerkorrekturverarbeitung 44,
die mit Bezug auf Fig. 2 erläutert worden sind, sowie
einer digitalen Filterverarbeitung 46 und einer Span
nungsausgangssignal-Umsetzungsverarbeitung 47 mittels
einer CPU 221 im Mikroprozessor 3 unterworfen und dann
durch den D/A-Umsetzer 24 in eine analoge Größe umgesetzt
und schließlich als Ausgangssignal Vout mit nichtlinearer
Charakteristik ausgegeben.
Daher ist der Mikroprozessor 3 mit einem nicht flüchtigen
Speicher (ROM) 223, der verschiedene Arten von Durchfluß
mengen-Kennfeldern und Programme enthält, einem program
mierbaren Speicher (PROM) 23, der Informationen über
individuelle Unterschiede der Änderungen und dergleichen
des Widerstandswertes und dergleichen des wärmeerzeugen
den Widerstandes 11 enthält, einem Schreib-Lese-Speicher
(RAM) 222, der für einen Arithmetikoperationsbereich der
CPU 221 verwendet wird, mit einem Oszillator (OSC) 25,
der einen internen Takt erzeugt, und dergleichen verse
hen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Bei dem PROM 23 kann es
sich um einen nicht im Mikroprozessor 3 enthaltenen PROM
handeln, der ein Durchschmelz-ROM, ein elektrisch lösch
barer EEPROM, ein Flash-ROM, der auf einmal löschbar ist,
ein nichtflüchtiger Hochgeschwindigkeitsspeicher, der ein
Paralysierungsphänomen eines Films einer ferroelektri
schen Substanz verwendet, und dergleichen sein kann. Es
können irgendwelche dieser Speicher verwendet werden.
Die obenbeschriebene Ausführung hat die Vorteile, daß
Fehler aufgrund der Nichtlinearität ohne Verlust grundle
gender Eigenschaften, die dem Hitzdraht-Luftmassenmesser,
der einen weiten Durchflußmengen-Meßbereich besitzt,
eigentümlich sind, reduziert werden können, wobei in
einem Bereich mit niedriger Durchflußmenge eine hohe
Auflösung beibehalten wird. Ferner kann dieser Hitzdraht-
Luftmassenmesser unter den gleichen Bedingungen wie der
herkömmliche Luftmassenmesser verwendet werden, wenn er
auf ein eine Durchflußmengenmessung erforderndes System
angewendet wird.
Ferner wird in der obigen Ausführung die Glättungsverar
beitung nach der Korrektur verschiedener Fehler ausge
führt, mit dem Ergebnis, daß eine Unstetigkeit der Cha
rakteristiken aufgrund einer Ausführung oder Nichtausfüh
rung der Korrektur vermieden werden kann und ein dyna
misch stabiler Durchflußmengenmesser geschaffen werden
kann.
Außerdem ist es in der obigen Ausführung möglich, das
Ansprechverhalten des Sensors auf einen Spannungswert
wiederherzustellen, bevor die Ausgangssignale Vin, die
von der Sensorschaltung 2 geliefert werden, in Durchfluß
mengen umgesetzt werden. Hierdurch können präzisere
Durchflußmengenwerte erhalten werden.
Konkret wird dieser Vorteil erzielt, indem Luftdurchfluß
mengen-Wellen durch Kompensieren des Ansprechverhaltens
mittels numerischer Verarbeitung der vom wärmeerzeugenden
Widerstand 11 mit Ansprechverzögerung erhaltenen Ausgänge
erhalten werden. Als Einrichtung zum Kompensieren des
Ansprechverhaltens kann eine Schaltung verwendet werden,
die beispielsweise aus einem Operationsverstärker, einem
Kondensator und einem Widerstand gebildet ist.
Um das Ansprechverhalten durch numerische Verarbeitung zu
kompensieren, kann beispielsweise eine Operation gemäß
der folgenden Gleichung (2) ausgeführt werden:
Vc = 0.5 . (Vn + V(n+1)) +
(Kg . f(v)) . (Vn - (V(n+1)) (2)
wobei Vn die momentane Ausgangsspannung ist, V(n+1) die
Ausgangsspannung eine konstante Zeitperiode vorher ist,
Kg eine Änderungskonstante der Spannung ist, f(v) eine
Funktion ist, die die Eingangsabhängigkeit der Ausgangs
spannung angibt, und Vc die Ausgangsspannung ist, deren
Ansprechverhalten kompensiert wird.
Durch Verarbeiten der Luftdurchflußmengen-Umsetzung der
Ausgangsspannung Vc kann die Ausgangsspannung erhalten
werden, deren Ansprechverhalten kompensiert wird.
Falls hierbei verschiedene Faktorwerte für den Faktor Kg
der Änderung entsprechend der Tatsache, ob die Differenz
zwischen der momentanen Ausgangsspannung und der Aus
gangsspannung eine konstante Zeitperiode vorher positiv
oder negativ ist, verwendet werden, kann die Ansprechver
zögerung wirksamer kompensiert werden.
Der Durchflußmengensensor des Typs mit wärmeerzeugendem
Widerstand ist ein Sensor des Typs, bei dem ein wärmeer
zeugender Widerstand in einer im Ansaugluftrohr vorgese
henen Nebenleitung angeordnet ist. Hierbei ist es wirksa
mer, das Ansprechverhalten in der Nebenleitung gleichzei
tig zur obenerwähnten Kompensation zu kompensieren.
Wenn hierbei der Rückwärtsströmungsanteil einer Pulsati
onswelle beurteilt wird und hierfür das Luftdurchflußmen
gensignal verwendet wird, dessen Ansprechverhalten kom
pensiert ist, wird die Beurteilung einfach, ferner kann
die Präzision verschiedener Fehlerkorrekturen verbessert
werden.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 5 eine zweite Ausführung der
Erfindung beschrieben. Diese Ausführung ist so konstru
iert, daß bei ihrer Anwendung auf Brennkraftmaschinen für
Fahrzeuge zwischen den Durchflußmengen-Meßcharakteristi
ken entsprechend den Eigenschaften der Brennkraftmaschine
umgeschaltet wird. Daher sind mehrere digitale Filter
vorgesehen, wovon jedes ein digitales Filter 46 ist, das
in der Arithmetikoperationsverarbeitung 40 wie in Fig. 2
gezeigt zur Glättung wie in der ersten Ausführung verwen
det wird.
Der Aufbau von Fig. 5 ist mit Ausnahme der Tatsache, daß
eine erste digitale Filterverarbeitung und eine zweite
digitale Filterverarbeitung, die mit dem Bezugszeichen
46a bzw. 46b bezeichnet sind, und ein Software-Schalter
46c, der das Ausgangssignal einer der beiden Verarbeitun
gen 46a und 46b wählt, vorgesehen sind, gleich dem Aufbau
von Fig. 2.
Die Ausgangssignale Vin der Sensorschaltung 2 werden
durch den A/D-Umsetzer 41 in digitale Werte Vadc umge
setzt und einer Luftdurchflußmengen-Umsetzungsverarbei
tung 42 sowie einer Fehlerkorrekturverarbeitung 44 unter
worfen, um Signale Qcm zu bilden. Eines der Signale Qcm
wird in die erste digitale Filterverarbeitung 46a einge
geben, während ein weiteres in die zweite digitale Fil
terverarbeitung 46b eingegeben wird, woraufhin sie ein
zeln der Glättungsverarbeitung unterworfen werden.
Die Signale Qaf1 und Qaf2, die durch die erste bzw. die
zweite digitale Filterverarbeitung 46a bzw. 46b geglättet
sind, werden durch den Software-Schalter 46c gewählt, der
durch Filterauswahlsignale gesteuert wird, die von außen
geliefert werden, wobei das hiervon gewählte Signal einer
Ausgangsspannung-Umsetzungsverarbeitung 47 unterworfen
wird, durch eine D/A-Umsetzungsverarbeitung 49 wieder in
einen analogen Wert umgesetzt wird und dann als nichtli
neares Spannungsausgangssignal Vout, das mit dem Aus
gangssignal Vin der Sensorschaltung 2 äquivalent ist,
ausgegeben wird.
Daher ist es in dieser Ausführung möglich, selbst für
Brennkraftmaschinen mit unterschiedlichen Ansaugluft-
Pulsationseigenschaften die optimalen Eigenschaften zu
erzielen, indem je nach Brennkraftmaschine, auf die die
Verarbeitung angewendet wird, eine der beiden digitalen
Filterverarbeitungen 46a und 46b gewählt wird, und den
Fehler aufgrund einer Nichtlinearität des Sensorausgangs
ausreichend zu reduzieren.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 6 ein konkretes Konstrukti
onsbeispiel der digitalen Filterverarbeitung 46a, 46b
erläutert.
Zunächst ist die erste digitale Filterverarbeitung 46a so
konstruiert, daß eine Filterfunktion durch Mittelung von
Signalen für eine bestimmte konstante Zeitperiode, d. h.
durch Verzögern des Ausgangs, durch Addieren von Ein
gangssignalen bei jeder Abtastung und durch Multiplizie
ren mit einer konstanten Verstärkung erhalten wird.
Daher ist die erste digitale Filterverarbeitung 46a durch
die folgende Gleichung (3) gegeben:
Yn = (Xn + X(n-1) + X(n-2) + . . . + X(n-m))K1 (3)
wobei Xn ein Eingangssignal ist, X(n-1) ein Eingangs
signal eine Abtastung vorher ist und X(n-m) ein Eingangs
signal m Abtastungen vorher ist. Wenn die Verstärkungs
konstante K1 auf 1/(m+1) gesetzt ist, kann ein Durch
schnittswert Yn aus Eingangssignalen Qcm aus m Abtastwer
ten erhalten werden.
Mit diesem Filtertyp kann ein Durchschnittswert stabil
erhalten werden, er besitzt jedoch die Eigenschaft, daß
bei großer Filterwirkung der Verzögerungswert ansteigt.
Daher ist die erste digitale Filterverarbeitung 46a für
den Fall geeignet, in dem sie auf eine Brennkraftmaschine
mit verhältnismäßig kleiner Ansaugpulsationsamplitude
verwendet wird, indem die Filterwirkung klein gemacht
wird, d. h. indem das Verzögerungsausmaß klein gemacht
wird, wobei die Verarbeitung mit kleiner Rechenlast
ausgeführt werden kann, so daß sie für die Fehlerreduzie
rung wirksam ist.
Andererseits ist die zweite digitale Filterverarbeitung
46b durch ein Filter gebildet, das eine Differentialglei
chung verwendet, und so konstruiert, daß der Durch
schnittswert Yn der Eingangssignale Qcm aus m Abtastwer
ten durch Gewinnen einer Differenz zwischen dem Eingangs
signal und dem direkt vorangehenden Ausgangssignal und
durch Gewichten der Differenz erhalten wird, wie in
Fig. 6 gezeigt ist.
Daher ist die zweite digitale Filterverarbeitung 46b
durch die folgende Gleichung (4) gegeben:
Yn = Y(n-1) + (Xn - Y(n-1)) . K2 (4)
wobei Xn ein Eingangssignal ist und Y(n-1) ein Ausgangs
signal eine Abtastung vorher ist. Die Verstärkung K2 ist
auf 1 oder weniger gesetzt, wobei es möglich ist, die
Glättungswirkung in Abhängigkeit von Abtastfrequenzen
durch Ändern dieses Verstärkungswertes K2 zu ändern.
Die zweite digitale Filterverarbeitung 46b ist in dem
Fall wirksam, in dem sie auf eine Brennkraftmaschine mit
verhältnismäßig großer Ansaugluftpulsationsamplitude
angewendet wird, wobei es möglich ist, eine große Ampli
tudenreduzierung bei kleiner Rechenlast zu erhalten.
Somit kann die zweite Ausführung der Erfindung einfach
für eine Brennkraftmaschine mit unterschiedlichen Ansaug
luftpulsationseigenschaften optimiert werden, ferner ist
es möglich, einen Fehler aufgrund der Nichtlinearität des
Sensorausgangs durch eine arithmetische Operation bei
kleiner Rechenlast ausreichend zu reduzieren.
Die zweite Ausführung stellt ein Beispiel für den Fall
dar, in dem ein primäres digitales Filter verwendet wird,
woraus sich der Vorteil ergibt, daß sie mit minimaler
Rechenlast ausgeführt werden kann. Es ist jedoch möglich,
ein Filter hoher Ordnung eines Sekundärfilters oder eines
höheren Filters zu verwenden, um eine größere Glättungs
wirkung zu erhalten.
Ferner kann für die nicht gewählte digitale Filterverar
beitung die Arithmetikoperation angehalten werden.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 7 eine dritte Ausführung der
Erfindung beschrieben. Die dritte Ausführung umfaßt eine
Ausgangsdurchflußmengen-Umsetzungsverarbeitung 471 an
stelle der Spannungsausgangs-Umsetzungsverarbeitung 47
sowie eine PWM-Umsetzungsverarbeitung (Impulsbreiten
modulations-Umsetzungsverarbeitung) 473 anstelle der D/A-
Umsetzungsverarbeitung 49 in der Arithmetikverarbeitung
der ersten Ausführung und ist so konstruiert, daß eine
weitere Glättung durch Hinzufügung eines hardwaremäßig
konstruierten analogen Filters 474 erhalten werden kann.
Selbst in der Arithmetikverarbeitung 40 gemäß der dritten
Ausführung erfolgt die Verarbeitung bis zur Amplitudenre
duzierungsverarbeitung eines Durchflußmengenwerts durch
die digitale Filterverarbeitung 46, um ein Signal Qaf zu
erhalten, nachdem die Analog/Digital-Umsetzungsverarbei
tung 41 für das Ausgangssignal Vin, das von der Sensor
schaltung 2 geliefert wird, ausgeführt worden ist, die
mit derjenigen der in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführung
übereinstimmt.
Das geglättete Signal Qaf, das in der obenbeschriebenen
Weise erhalten wird, wird zunächst in einen linearen
Durchflußmengenwert Qao mit einem Offset durch die Aus
gangsdurchflußmengen-Umsetzungsverarbeitung 471 unter
Verwendung eines im wiederbeschreibbaren Speicher 23
abgelegten QQ-Kennfeldes 472 umgesetzt. Hierbei hat das
QQ-Kennfeld die Bedeutung eines Durchflußmengen-Durch
flußmengen-Umsetzungskennfeldes, das in dieser Ausführung
durch die zweite Umsetzungsgleichung gegeben ist.
Dann wird der lineare Durchflußmengenwert Qao mit Offset
in den Impulsausgang umgesetzt, indem der digitale Wert
mit der Impulsbreite moduliert wird (Impulsbreiten
modulation), d. h. in einen PWM-Umsetzungsausgang Qpwm
durch die PWM-Umsetzungsverarbeitung 473 umgesetzt,
woraufhin der Ausgang durch das analoge Filter 474
geglättet wird, um den analogen Ausgang Vqpwm zu
erhalten, der als Ausgangssignal Vout ausgegeben wird.
Da in dieser dritten Ausführung der Durchflußmengenwert
sowohl durch die digitale Filterverarbeitung 46 als auch
durch das analoge Filter 474 geglättet wird, kann die
Unstetigkeit der Pulsationswelle aufgrund der Fehler
korrektur und der Pulsationsamplitude reduziert werden.
Da ferner in dieser Ausführung das analoge Filter 474
zusätzlich zur digitalen Filterverarbeitung 46 verwendet
wird, ist die Auswirkung der Charakteristik der digitalen
Filterverarbeitung gering.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 8 die Charakteristik erläu
tert, die durch die Verwendung der Verarbeitung durch das
Durchflußmengen-Durchflußmengen-Kennfeld gemäß der zwei
ten Umsetzungsgleichung in der dritten Ausführung bedingt
ist.
Ein Merkmal dieser Ausführung besteht darin, daß für den
Sensorausgang ein Spannungssignal mit einem Offset Qoff
der Durchflußmenge unter Berücksichtigung von Rauschen
und dergleichen der Vorrichtungen verwendet wird, wenn
das Ausgangssignal Vout an die Brennkraftmaschinen-
Steuereinheit 5 geschickt wird, was einen günstigen
Rauschabstand ergibt.
Wenn die Durchflußmenge Qcm, die in Fig. 8 gezeigt ist,
als Durchflußmenge angesehen wird, die zum Zeitpunkt
einer Pulsation der Luftdurchflußmenge mit idealer Sinus
welle entspricht, nachdem die Spannung durch das Kennfeld
der ersten Umsetzung in der Luftdurchflußmengen-Umset
zungsverarbeitung 42 in eine Durchflußmenge umgesetzt
worden ist, ändert sich für das Signal Qaf, für das die
Amplitude des Durchflußmengenwerts durch die digitale
Filterverarbeitung 46 umgesetzt worden ist, die Verstär
kung um einen Offset Qoff, der zur Durchflußmenge hinzu
gefügt wird, woraus sich eine neue Durchflußmenge Qao
ergibt.
Durch die Filterverarbeitung der Durchflußmenge wird die
Amplitude reduziert, so daß schließlich das Signal Vqpwm
erhalten wird. Da sich jedoch zu diesem Zeitpunkt der
Durchschnittswert Qave1 der Durchflußmenge nicht ändert,
kann eine Reduzierung der Amplitude ohne Erzeugung eines
Nichtlinearitätsfehlers erhalten werden, was sich auf den
Rauschabstand vorteilhaft auswirkt.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 9 ein konkreter Hardwareauf
bau dieser Ausführung erläutert.
In Fig. 9 umfaßt ein der PWM-Umsetzungsverarbeitung 473
nach Fig. 8 entsprechender Abschnitt einen PWM-Zeitgeber
27, ein dem analogen Filter 474 entsprechender Abschnitt
umfaßt eine Glättungsschaltung, während der übrige Aufbau
so beschaffen ist, daß die Ausgangsdurchflußmengen-Umset
zungsverarbeitung 471 anstelle der Spannungsausgangs-
Umsetzungsverarbeitung 47 von der CPU 221 des Mikropro
zessors 3 ausgeführt wird. Daher besteht der Unterschied
lediglich darin, daß die als Kennfeld im PROM 23 abge
legte zweite Arithmetikoperationsgleichung zu dem QQ-
Kennfeld 472 wird, während die übrige Konstruktion mit
derjenigen der in Fig. 4 gezeigten Ausführung überein
stimmt.
Der PWM-Zeitgeber 27 gibt das Durchflußmengensignal Qao
ein, um es der Ausgangsdurchflußmengen-Umsetzungsverar
beitung 471 zu unterwerfen, woraufhin er es in einen
Impuls mit einer Impulsbreite umsetzt, die dem Spannungs
wert des Durchflußmengensignals entspricht.
Das Impulsbreitensignal, das vom PWM-Zeitgeber 27 ausge
geben wird, wird in einen Inverter 60 eingegeben, der mit
einer Spannung Vdd betrieben wird, die von einer externen
Spannungsquelle angelegt wird, wodurch ein Impuls ausge
geben wird, dessen Breite der Spannung Vdd entspricht.
Der Impuls wird in eine Glättungsschaltung 61 eingegeben,
die Widerstände 62 und 64 sowie Kondensatoren 63 und 65
enthält, durch Glättung in ein analoges Signal umgesetzt
und als Ausgangssignal Vout des Typs mit linearem Span
nungswert über einen Pufferverstärker 66 ausgegeben und
dann an die Brennkraftmaschinen-Steuereinheit 5 oder
dergleichen geliefert.
Da gemäß dieser Ausführung der PWM-Impuls verwendet wird,
dessen Amplitude durch die Spannung Vdd der externen
Spannungsquelle definiert ist, ergibt sich der Vorteil,
daß direkt das Ausgangssignal Vout mit metrischer Ver
hältnischarakteristik erhalten wird.
Da diese Ausführung ferner so konstruiert ist, daß das
analoge Signal unter Verwendung des PWM-Zeitgebers 27 und
der Glättungsschaltung 61 ausgegeben wird, wird ein D/A-
Umsetzer unnötig, so daß der Mikroprozessor 3 klein
ausgebildet werden kann und somit die Kosten reduziert
werden können.
Gemäß dieser Ausführung kann ein Fehler aufgrund von
Nichtlinearitäten sicher reduziert werden, ohne daß
grundlegende Eigenschaften, die dem Durchflußmengensensor
des Typs mit wärmeerzeugendem Widerstand eigentümlich
sind, geändert werden, so daß eine Einschränkung der
Abtastzeit reduziert werden kann, wenn sie auf die An
saugluftdurchflußmengen-Messung für Brennkraftmaschinen
angewendet wird.
Da ferner in dieser Ausführung die Glättungsverarbeitung
ausgeführt wird, nachdem verschiedene Fehlerkorrekturver
arbeitungen ausgeführt worden sind, kann eine Unstetig
keit der Charakteristik, die durch die Ausführung oder
Nichtausführung von Korrekturen verursacht wird, vermie
den werden, so daß ein dynamisch stabiles Sensorsystem
geschaffen werden kann.
Ferner kann in dieser Ausführung leicht eine Anpassung an
die Eigenschaften von Brennkraftmaschinen mit unter
schiedlicher Ansaugluft-Pulsationscharakteristik durch
eine Arithmetikoperation mit geringer Rechenlast vorge
nommen werden, wodurch Fehler aufgrund einer Nichtlinea
rität des Sensorausgangs ausreichend reduziert werden
können.
Claims (6)
1. Luftdurchflußmengen-Meßvorrichtung zum Messen
einer Luftdurchflußmenge, die einen wärmeerzeugenden
Widerstand (11) verwendet, der in einer Luftdurchflußlei
tung angeordnet ist,
gekennzeichnet durch,
einen ersten Umsetzer (42) zum Umsetzen eines vom wärmeerzeugenden Widerstand (11) erfaßten Spannungswerts (Vin) mittels einer im voraus festgelegten ersten Berech nungsgleichung,
ein erstes Filter (46) zum Glätten des Ausgangs (Qa) des ersten Umsetzers (42) und
einen zweiten Umsetzer (47) zum Umsetzen des Ausgangs (Qaf) des ersten Filters (46) in einen Span nungswert (Vout) mittels einer im voraus festgelegten zweiten Berechnungsgleichung,
wobei der Ausgang des zweiten Umsetzers (47) als Durchflußmengen-Erfassungssignal ausgegeben wird.
gekennzeichnet durch,
einen ersten Umsetzer (42) zum Umsetzen eines vom wärmeerzeugenden Widerstand (11) erfaßten Spannungswerts (Vin) mittels einer im voraus festgelegten ersten Berech nungsgleichung,
ein erstes Filter (46) zum Glätten des Ausgangs (Qa) des ersten Umsetzers (42) und
einen zweiten Umsetzer (47) zum Umsetzen des Ausgangs (Qaf) des ersten Filters (46) in einen Span nungswert (Vout) mittels einer im voraus festgelegten zweiten Berechnungsgleichung,
wobei der Ausgang des zweiten Umsetzers (47) als Durchflußmengen-Erfassungssignal ausgegeben wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß
zwischen dem ersten Umsetzer (42) und dem ersten
Filter (46) eine Einrichtung (44) zum Korrigieren eines
im erfaßten Spannungswert (Vin) vorhandenen Charakteri
stik-Fehlers vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß
die zweite Berechnungsgleichung als inverse
Funktion der ersten Berechnungsgleichung definiert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß
vor dem ersten Umsetzer (42) eine Einrichtung zum
Reduzieren der Ansprechverzögerung der Durchflußmengenän
derung des wärmeerzeugenden Widerstandes (11) vorgesehen
ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß
das Filter (46) mehrere Filter (46a, 46b) umfaßt,
wovon in Übereinstimmung mit einem Objekt, in dem die
Durchflußmenge gemessen werden soll, jeweils eines ge
wählt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß
hinter dem zweiten Umsetzer (47) ein zweites
Filter (474) vorgesehen ist, dessen Zeitkonstante größer
als diejenige des ersten Filters (46) ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12351398A JP3343509B2 (ja) | 1998-05-06 | 1998-05-06 | 空気流量計測装置 |
JP10-123513 | 1998-05-06 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19920961A1 true DE19920961A1 (de) | 1999-11-25 |
DE19920961B4 DE19920961B4 (de) | 2006-04-20 |
Family
ID=14862479
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19920961A Expired - Lifetime DE19920961B4 (de) | 1998-05-06 | 1999-05-06 | Luftdurchflußmengen-Meßvorrichtung |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6397673B1 (de) |
JP (1) | JP3343509B2 (de) |
DE (1) | DE19920961B4 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004030261A1 (de) * | 2004-06-23 | 2006-01-19 | Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) | Kleidungsstück mit integrierter Sensorik |
DE10245655B4 (de) * | 2002-06-19 | 2009-08-13 | Hitachi, Ltd. | Durchflußmesser und Durchflußmessersystem |
DE10337259B4 (de) * | 2003-08-13 | 2015-08-06 | Robert Bosch Gmbh | Auswerteeinheit für das Messsignal eines mikromechanischen Sensors |
DE112017004131B4 (de) | 2016-10-19 | 2023-05-04 | Hitachi Astemo, Ltd. | Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung |
Families Citing this family (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100405680B1 (ko) * | 2000-12-30 | 2003-11-14 | 현대자동차주식회사 | 가솔린 직접분사 엔진의 공기량 계산 방법 |
JP2003014520A (ja) * | 2001-07-04 | 2003-01-15 | Denso Corp | エアフロメータ組付け形エアクリーナの調整方法、およびエアフロメータ組付け形エアクリーナ |
JP4223915B2 (ja) * | 2003-10-01 | 2009-02-12 | 株式会社日立製作所 | 熱式流量計及び制御システム |
US7107835B2 (en) * | 2004-09-08 | 2006-09-19 | Honeywell International Inc. | Thermal mass flow sensor |
WO2006051589A1 (ja) * | 2004-11-11 | 2006-05-18 | Hitachi, Ltd. | 熱式流量測定装置 |
JP4376833B2 (ja) * | 2005-07-04 | 2009-12-02 | トヨタ自動車株式会社 | 車両制御装置および車両制振方法 |
US7177770B1 (en) * | 2005-08-25 | 2007-02-13 | Delphi Technologies, Inc. | Mass air flow metering device and method |
JP2007101315A (ja) * | 2005-10-03 | 2007-04-19 | Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp | 車両の燃費演算装置 |
JP5073949B2 (ja) | 2006-02-02 | 2012-11-14 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 流量測定装置 |
JP2007071889A (ja) * | 2006-11-27 | 2007-03-22 | Hitachi Ltd | 熱式空気流量計 |
JP2007139793A (ja) * | 2006-12-25 | 2007-06-07 | Hitachi Ltd | 気体流量計 |
US20080236273A1 (en) * | 2007-03-27 | 2008-10-02 | Honeywell International Inc. | Mass airflow sensing system including resistive temperature sensors and a heating element |
CN101281057B (zh) * | 2007-04-02 | 2011-06-22 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 气流检测装置 |
JP4993311B2 (ja) * | 2008-05-30 | 2012-08-08 | 株式会社デンソー | 空気流量測定装置、空気流量補正方法、および、プログラム |
JP4906815B2 (ja) * | 2008-08-21 | 2012-03-28 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
US9146172B2 (en) * | 2011-01-03 | 2015-09-29 | Sentinel Hydrosolutions, Llc | Non-invasive thermal dispersion flow meter with chronometric monitor for fluid leak detection |
US11814821B2 (en) | 2011-01-03 | 2023-11-14 | Sentinel Hydrosolutions, Llc | Non-invasive thermal dispersion flow meter with fluid leak detection and geo-fencing control |
US11608618B2 (en) | 2011-01-03 | 2023-03-21 | Sentinel Hydrosolutions, Llc | Thermal dispersion flow meter with fluid leak detection and freeze burst prevention |
US9759632B2 (en) | 2011-01-03 | 2017-09-12 | Sentinel Hydrosolutions, Llc | Non-invasive thermal dispersion flow meter with chronometric monitor for fluid leak detection and freeze burst prevention |
JP5663447B2 (ja) | 2011-09-30 | 2015-02-04 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 気体流量測定装置 |
DE102013215921A1 (de) * | 2013-08-12 | 2015-03-05 | Continental Automotive Gmbh | Luftmassenmesser |
JP6506681B2 (ja) * | 2015-11-13 | 2019-04-24 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 空気流量測定装置 |
JP6556217B2 (ja) * | 2017-12-20 | 2019-08-07 | 三菱電機株式会社 | 流量検出装置 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6018005B2 (ja) * | 1979-12-16 | 1985-05-08 | 株式会社荏原製作所 | 透過形測定モ−ドと反射形測定モ−ドとを自動切換可能な超音波流速流量計 |
JPS5917371A (ja) | 1982-07-20 | 1984-01-28 | 有限会社タ−モ | マ−カ−係合具 |
JPH0752124B2 (ja) | 1985-06-26 | 1995-06-05 | 松下電器産業株式会社 | 赤外線検出素子 |
AT393416B (de) * | 1989-04-27 | 1991-10-25 | Avl Verbrennungskraft Messtech | Messverfahren zur bestimmung bzw. ueberwachung von mechanischen und/oder physikalischen groessen |
JP3617847B2 (ja) * | 1993-01-08 | 2005-02-09 | 富士重工業株式会社 | ジョブの統合方法 |
JPH06265565A (ja) * | 1993-03-12 | 1994-09-22 | Yamatake Honeywell Co Ltd | 気体の流速検出装置 |
JPH0894406A (ja) | 1994-09-27 | 1996-04-12 | Tokyo Gas Co Ltd | 流速センサの出力補正装置および流量計 |
JP3407498B2 (ja) * | 1995-09-22 | 2003-05-19 | 日産自動車株式会社 | 内燃機関の吸入空気流量検出装置 |
JP3141762B2 (ja) * | 1995-12-13 | 2001-03-05 | 株式会社日立製作所 | 空気流量計測装置及び空気流量計測方法 |
US6073495A (en) * | 1997-03-21 | 2000-06-13 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Measuring and operating circuit of a coriolis-type mass flow meter |
-
1998
- 1998-05-06 JP JP12351398A patent/JP3343509B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-05-06 DE DE19920961A patent/DE19920961B4/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-05-06 US US09/306,294 patent/US6397673B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10245655B4 (de) * | 2002-06-19 | 2009-08-13 | Hitachi, Ltd. | Durchflußmesser und Durchflußmessersystem |
DE10337259B4 (de) * | 2003-08-13 | 2015-08-06 | Robert Bosch Gmbh | Auswerteeinheit für das Messsignal eines mikromechanischen Sensors |
DE102004030261A1 (de) * | 2004-06-23 | 2006-01-19 | Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) | Kleidungsstück mit integrierter Sensorik |
DE112017004131B4 (de) | 2016-10-19 | 2023-05-04 | Hitachi Astemo, Ltd. | Strömungsvolumen-Erfassungsvorrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19920961B4 (de) | 2006-04-20 |
JP3343509B2 (ja) | 2002-11-11 |
US6397673B1 (en) | 2002-06-04 |
JPH11316145A (ja) | 1999-11-16 |
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---|---|---|
DE19920961A1 (de) | Luftdurchflußmengen-Meßvorrichtung | |
DE10245655B4 (de) | Durchflußmesser und Durchflußmessersystem | |
DE3224615C2 (de) | ||
DE2549627C3 (de) | Schaltungsanordnung zur Messung von Abständen | |
DE3151743A1 (de) | Messgeraet mit vielelementenfuehler | |
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