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Die
Erfindung betrifft eine Luftdurchflußmengen-Meßvorrichtung, die für die Steuerung
einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine
verwendet wird.
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Ein
Luftdurchflußmengenmesser
mit einem wärmeerzeugenden
Widerstand ist eine der Vorrichtungen, die die Ansaugluftdurchflußmenge für eine Brennkraftmaschine
erfassen. Der Luftdurchflußmengenmesser
mit wärmeerzeugendem
Widerstand ist so beschaffen, daß der in einem Luftströmungsweg
angeordnete wärmeerzeugende
Widerstand auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt wird und die Ansaugluftdurchflußmenge anhand
eines Heizstroms erfaßt
wird, der an den wärmeerzeugenden Widerstand
geliefert wird.
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Ein
Beispiel eines solchen Luftdurchflußmengenmessers mit wärmeerzeugendem
Widerstand bildet die Ansaugluftdurchflußmengen-Erfassungsvorrichtung,
die aus JP 2-85724-A (1990) bekannt ist. Diese Ansaugluftdurchflußmengen-Erfassungsvorrichtung
ist mit einer Korrekturschaltung versehen, d. h. mit einer Verhältnismeßschaltung,
die ein Ausgangssignal von einer Ansaugluftdurchflußmengen-Erfassungsschaltung
in Abhängigkeit
von der Änderung
einer an eine A/D-Umsetzerschaltung angelegten Referenzspannung
korrigiert und das korrigierte Ausgangssignal an die A/D-Umsetzerschaltung
ausgibt, wobei anhand der Verhältnismeßschaltung
eine Ansaugluftdurchflußmengen-Erfassungsvorrichtung
verwirklicht wird, die eine genaue Erfassung der Ansaugluftdurchflußmenge unabhängig von
möglichen Änderungen
der an die A/D-Umsetzerschaltung angelegten Referenzspannung ermöglicht.
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Wenn
jedoch in der obenerläuterten
Ansaugluftdurchflußmengen-Erfassungsvorrichtung
der durch den wärmeerzeugenden
Widerstand fließende Strom
ansteigt, nimmt der Spannungsabfall am Referenzpotential (GND) aufgrund
des Verdrahtungswiderstandes zu, wobei ein Erdungspotential Vg,
das als Referenzpotential für
die Verhältnismeßschaltung dient,
höher als
ein Erdungspotential Vgnd wird, das als Referenzpotential für eine Brennkraftmaschinen-Steuereinheit (ECU)
dient, so daß die
Verstärkungsrate
der Verhältnismeßschaltung
abnimmt und das Problem entsteht, daß im Ausgangssignal der Ansaugluftdurchflußmengen-Erfassungsvorrichtung Fehler
erzeugt werden und die Genauigkeit verringert wird.
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5 zeigt einen Schaltplan
des obenerläuterten
herkömmlichen
Luftdurchflußmengenmessers 50 mit
wärmeerzeugendem
Widerstand, der eine Verhältnismeßschaltung
umfaßt.
In 5 ist der Kollektor
eines Transistors 60 mit einer nicht gezeigten Leistungsquelle
verbunden, während
der Emitter hiervon über
einen wärmeerzeugenden
Widerstand 2 und einen Stromerfassungswiderstand 1 geerdet
ist. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Verdrahtungswiderstand
zwischen dem Stromerfassungswiderstand 1 und Erde. Ferner
ist der Verbindungspunkt zwischen dem wärmeerzeugenden Widerstand 2 und
dem Stromerfassungswiderstand 1 mit einem nichtinvertierenden
Eingangsanschluß eines
Operationsverstärkers 61 verbunden,
während
ein invertierender Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 61 mit
dem Ausgangsanschluß des
Operationsverstärkers 61 verbunden
ist.
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Der
Ausgangsanschluß des
Operationsverstärkers 61 ist
ferner mit einem von zwei Eingangsanschlüssen einer Multipliziererschaltung 11 in
einer Verhältnismeßeinheit 10 verbunden.
Der andere Eingangsanschluß der
Multipliziererschaltung 11 ist mit dem Verbindungspunkt
zwischen festen Widerständen 3 und 4,
die miteinander in Serie geschaltet sind, verbunden. Der feste Widerstand 3 ist über den
festen Widerstand 4 und den Verdrahtungswiderstand 5 geerdet,
wobei der feste Widerstand 3 mit einer externen Referenzspannung
Vref für
eine Brennkraftmaschinen-Steuereinheit (ECU) 20 versorgt
wird. Ein Ausgangssignal Vout der Multipliziererschaltung 11 wird
an die ECU 20 geliefert.
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Obwohl
in 5 nicht gezeigt,
sind mehrere Widerstände
zum wärmeerzeugenden
Widerstand 2 und zum Stromerfassungswiderstand 1 parallelgeschaltet,
um eine Brücke
zu bilden. Wenn daher die Brückenschaltung
aufgrund einer Zunahme der Luftdurchflußmenge im Ungleichgewicht ist,
wird ein Ausgangssignal vom Operationsverstärker (nicht gezeigt) für die Brückenschaltung,
die so beschaffen ist, daß sie
eine solche Zunahme erfaßt,
an die Basis des Transistors 60 geliefert, so daß zum wärmeerzeugenden
Widerstand 2 ein Strom geliefert wird. Je stärker hierbei
die Durchflußmenge
zunimmt, um so stärker
muß der
gelieferte Strom erhöht
werden, so daß durch
Erfassen der Ausgangsspannung V0 am Operationsverstärker 61,
die dem gelieferten Strom entspricht, die Luftdurchflußmenge gemessen
werden kann.
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Wenn
das Erdungspotential Vgnd für
die ECU 20 in der in 5 gezeigten
Vorrichtung als Referenzpotential verwendet wird, wird das Referenzerdungspotential
Vg der Verhältnismeßschaltung 10 höher als
das Referenzerdungspotential Vgnd, da zwischen dem Luftdurchflußmengenmesser 50 mit wärmeerzeugendem
Widerstand des Typs mit Verhältnismeßschaltung
und der ECU 20 der Verdrahtungswiderstand 5 vorhanden
ist.
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Die
Ausgangsspannung Vout der Verhältnismeßschaltung 10 kann
folgendermaßen
ausgedrückt werden: Vout = A × V0 × (Vref – Vg) (1)wobei angenommen
wird, daß die
Spannung, die zu dem durch den wärmeerzeugenden
Widerstand 2 fließenden
Strom proportional ist, durch V0 gegeben ist, die Proportionalitätskonstante
durch A gegeben ist und die externe Referenzspannung der Schaltung durch
Vref gegeben ist.
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Wegen
der Differenz zwischen den Referenzerdungspotentialen wird in der
Ausgangsspannung Vout ein Fehler Err hervorgerufen, der durch die
folgende Gleichung (2) ausgedrückt
werden kann: Err
= –A × V0 × Vg (2)
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Da
das Referenzerdungspotential Vg einem Spannungsabfall Ia × R5 entspricht,
der verursacht wird, wenn der Heizwiderstand Ia für den Heizwiderstand 2 durch
den Verdrahtungswiderstand 5 fließt (dessen Widerstandswert
durch R5 gegeben ist) und der Heizstrom Ia zu einer Spannung V2
proportional ist, die vom Stromerfassungswiderstand 1 erfaßt wird,
ist das Referenzerdungspotential Vg zu V2 × R5 proportional.
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Da
ferner die Luftdurchflußmengen-Erfassungsspannung
VO ebenfalls zum Heizstrom Ia proportional ist und der Heizstrom
Ia zur Spannung V2 proportional ist, kann die Gleichung (2) durch
die folgende Gleichung (3) ausgedrückt werden: Err = –B × (V2)2 × R5 (3)wobei angenommen
wird, daß die
Proportionalitätskonstante
durch B gegeben ist. In Gleichung (3) ist der Fehler Err als quadratische
Funktion der Spannung V2 gegeben.
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Selbst
wenn der Fehler Err, der durch die quadratische Funktion der Spannung
V2 gegeben ist, durch eine charakteristische Einstelleinrichtung
eingestellt wird, die von einer Gleichstromverstärkerschaltung Gebrauch macht,
ist die Korrektur des Fehlers schwierig, wobei sich ebenfalls das
oben bereits erwähnte
Problem stellt, daß die
Genauigkeit des Ausgangssignals des Luftdurchflußmengenmessers reduziert ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftdurchflußmengenmesser
mit wärmeerzeugendem
Widerstand des Typs mit Verhältnismeßschaltung
zu schaffen, der eine hochgenaue Luftdurchflußmengenmessung unabhängig von
der Änderung
des Erdungspotentials, die durch den durch den wärmeerzeugenden Widerstand fließenden Strom
verursacht wird, ermöglicht.
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Die
US 4 534 218 beschreibt
einen thermischen Durchflußmesser
zum Messen eines Luftdurchflusses von Einlaßluft einer Brennkraftmaschine.
Um Änderungen
bzw. Meßungenauigkeiten
des Meßsignals
aufgrund des Heizstroms zu begegnen, wird eine getrennte Rückleitung
eines thermosensitiven Elements zu einer Stromversorgung vorgesehen,
wobei eine Erdungspotentialleitung eines Verstärkers mit dem thermosensitiven
Element verbunden ist und die Erdungspotentialleitung innerhalb
eines Signalverarbeitungsabschnitts geerdet ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Luftdurchflußmengenmesser
mit wärmeerzeugendem Widerstand
nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Luftdurchflußmengenmesser
mit wärmeerzeugendem
Widerstand geschaffen, wobei der wärmeerzeugende Widerstand in
einem Luftströmungsdurchlaß angeordnet ist
und mit einem Heizstrom versorgt wird, um ihn auf eine vorgegebene
Temperatur zu erwärmen,
wobei der Luftdurchflußmengenmesser
versehen ist mit einer Verhältnismeßschaltung,
die ein Luftdurchflußmengensignal,
das anhand des Heizstroms erfaßt wird,
in ein zu einer externen Referenzspannung proportionales Signal
umsetzt und dieses Signal ausgibt, und mit einer Korrekturschaltung,
die so beschaffen ist, daß sie
den Umsetzungsfehler durch die Verhältnismeßschaltung, der durch den durch
eine Erdungsverdrahtung fließenden
Heizstrom verursacht wird, korrigiert.
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Wenn
der durch den wärmeerzeugenden
Widerstand fließende
Strom ansteigt, nimmt der Spannungsabfall über dem Verdrahtungswiderstand
entsprechend zu, wodurch das als Referenzpotential für die Verhältnismeßschaltung
dienende Erdungspotential Vg höher
als das als Referenzpotential für
eine Brennkraftmaschinen-Steuereinheit (ECU) dienende Erdungspotential
Vgnd wird. Daher nimmt die Verstärkungsrate
der Verhältnismeßschaltung
ab, wodurch Fehler erzeugt werden und die Genauigkeit der Ausgangssignale
des betreffenden Luftdurchflußmengenmessers
abnimmt.
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Wenn
daher die Umsetzungsfehler in der Verhältnismeßschaltung durch die Korrekturschaltung
korrigiert werden, wird eine Abnahme der Genauigkeit in den Ausgangssignalen
des Luftdurchflußmengenmessers
verhindert.
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Zweckmäßig enthält in dem
Luftdurchflußmengenmesser
nach Anspruch 1 die Verhältnismeßschaltung
eine Teilerschaltung, die die externe Referenzspannung teilt, um
eine Eingangsspannung zu erhalten, sowie einen Multiplizierer, der
die Eingangsspannung und das Luftdurchflußmengensignal als Eingangssignale
empfängt
und ein Ausgangssignal als Ausgangssignal der Verhältnismeßschaltung ausgibt,
wobei die Korrekturschaltung einen Korrekturwi derstand enthält, der
zur Teilerschaltung auf seiten des Referenzpotentials in der Erdungsverdrahtung
des Luftdurchflußmengenmessers
in Serie geschaltet ist und einen Spannungsabfall aufgrund des durch
die Erdungsverdrahtung fließenden
Heizstroms korrigiert.
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Zweckmäßig enthält in dem
Luftdurchflußmengenmesser
nach Anspruch 1 die Verhältnismeßschaltung
eine Teilerschaltung, die die externe Referenzspannung teilt, um
eine Eingangsspannung zu erhalten, sowie einen Multiplizierer, der
die Eingangsspannung und das Luftdurchflußmengensignal als Eingangssignale
empfängt
und ein Ausgangssignal als Ausgangssignal der Verhältnismeßschaltung ausgibt,
wobei die Korrekturschaltung einen Korrekturwiderstand enthält, der
zwischen den Teilungspunkt in der Teilerschaltung, der die Spannung
erzeugt, und den Eingangsanschluß des Multiplizierers, in den
das Luftdurchflußmengensignal
eingegeben wird, geschaltet ist und einen Spannungsabfall aufgrund
des durch. die Erdungsverdrahtung fließenden Heizstroms korrigiert.
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Zweckmäßig enthält in dem
Luftdurchflußmengenmesser
nach Anspruch 1 die Verhältnismeßschaltung
eine Teilerschaltung, die die externe Referenzspannung teilt, um
eine Eingangsspannung zu erhalten, sowie einen Multiplizierer, der
die Eingangsspannung und das Luftdurchflußmengensignal als Eingangssignale
empfängt
und ein Ausgangssignal als Ausgangssignal der Verhältnismeßschaltung ausgibt,
wobei die Korrekturschaltung einen veränderlichen Korrekturwiderstand,
der zur Teilerschaltung auf seiten des Referenzpotentials in der
Erdungsverdrahtung des Luftdurchflußmengenmessers in Serie geschaltet
ist und die Einstellung der Linearität der Ausgangssignale des Luftdurchflußmengenmessers
durch Ändern
des Widerstandswerts ermöglicht,
sowie eine Ausgangscharakteristik-Einstellschaltung enthält, die
am Ausgangsanschluß der Verhältnismeßschaltung
angeordnet ist und ein Ausgangssignal nach Einstellung der Ausgangscharakteristik
des Luftdurchflußmengenmessers
ausgibt.
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Zweckmäßig enthält in dem
Luftdurchflußmengenmesser
nach Anspruch 1 die Verhältnismeßschaltung
eine Teilerschaltung, die die externe Referenzspannung teilt, um
eine Eingangsspannung zu erhalten, sowie einen Multiplizierer, der
die Eingangsspannung und das Luftdurchflußmengensignal als Eingangssignale
empfängt
und ein Ausgangssignal als Ausgangssignal der Verhältnismeßschaltung ausgibt,
wobei die Korrekturschaltung einen veränderlichen Korrekturwiderstand,
der zwischen den Teilungspunkt in der Teilerschaltung, der die Spannung erzeugt,
und einen Eingangsanschluß des
Multiplizierers, in den das Luftdurchflußmengensignal eingegeben wird,
geschaltet ist und die Einstellung der Linearität der Ausgangssignale des Luftdurchflußmessers
durch Ändern
des Widerstandswerts ermöglicht, sowie
eine Ausgangscharakteristik-Einstellschaltung enthält, die
am Ausgangsanschluß der
Verhältnismeßschaltung
angeordnet ist und ein Ausgangssignal nach der Einstellung der Ausgangscharakteristik des
Luftdurchflußmessers
ausgibt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der
folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen,
die auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
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1–4 Schaltpläne eines
Luftdurchflußmengenmessers
mit wärmeerzeugendem
Widerstand des Typs mit Verhältnismeßschaltung
gemäß erster
bis vierter Ausführungen
der Erfindung; und
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5 den
bereits erwähnten
Schaltplan eines herkömmlichen
Luftdurchflußmengenmessers mit wärmeerzeugendem
Widerstand des Typs mit Verhältnismeßschaltung.
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1 ist
ein schematischer Schaltplan eines Luftdurchflußmengenmessers 40 mit
wärmeerzeugendem
Widerstand des Typs der Verhältnismeßschaltung
gemäß einer
ersten Ausführung
der Erfindung. Der Unterschied dieses Luftdurchflußmengenmessers 40 zu
dem in 5 gezeigten herkömmlichen Luftdurchflußmengenmesser 50 besteht
im wesentlichen aus einer Korrekturschaltung, die einen Korrekturwiderstand 6 enthält, der
zwischen dem Verbindungspunkt eines Stromerfassungswiderstandes 1 mit
einem festen Widerstand 4 und einem Verdrahtungswiderstand 5 angeordnet
ist, während
der übrige
Schaltungsaufbau der Ausführung
von 1 mit demjenigen von 5 im wesentlichen übereinstimmt.
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Die
Verhältnismeßschaltung 10 in
den 1 und 5 enthält eine Teilerschaltung, die
durch die miteinander in Serie geschalteten festen Widerstände 3 und 4 gebildet
ist und die externe Referenzspannung Vref teilt, sowie die Multipliziererschaltung 11. Der
feste Widerstand 3 ist über
den festen Widerstand 4 und über die Erdungsverdrahtung
geerdet.
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In
einen der Eingangsanschlüsse
der Multipliziererschaltung 11 wird die Spannung V0, die
die Spannung am Verbindungspunkt des wärmeerzeugenden Widerstands 2 und
des Stromerfassungswiderstandes 1 repräsentiert und als Ausgangssignal des
Operationsverstärkers 61 auftritt,
eingegeben, während
in den anderen Eingangsanschluß der,
Multipliziererschaltung 11 die durch die festen Widerstände 3 und 4 geteilte
Spannung Vex, d. h. die am Verbindungspunkt der festen Widerstände 3 und 4 auftretende
Spannung eingegeben wird. Das Eingangssignal der Multi pliziererschaltung 11 wird
zur ECU 20 als Ausgangssignal Vout der Verhältnismeßschaltung 10 ausgegeben.
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Der
für die
Korrektur verwendete Widerstand 6 ist mit der Seite des
Referenzpotentials der Erdungsverdrahtung, d. h. mit dem Verbindungspunkt des
festen Widerstands 4 mit dem Stromerfassungswiderstand 1 verbunden
und über
den Erdungsverdrahtungswiderstand 5 geerdet. Daher wird
der durch die Erdungsverdrahtung verursachte Spannungsabfall durch
den für
die Korrektur verwendeten Widerstand 6 kompensiert.
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Daher
wird in der in 1 gezeigten ersten Ausführung der
Erfindung durch die Bereitstellung der Korrekturschaltung, die den
Korrekturwiderstand 6 enthält, die das Eingangssignal
in die Multipliziererschaltung 11 repräsentierende Spannung (Vex – Vg) unabhängig von
der Größe des durch
den wärmeerzeugenden
Widerstand 2 fließenden
Heizstroms Ia konstantgehalten, wie im folgenden erläutert wird.
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Unter
der Annahme, daß das
Potential zwischen dem Stromerfassungswiderstand 1 und
dem für
die Korrektur verwendeten Widerstand 6 durch Va gegeben
ist, ist der durch die festen Widerstände 3 und 4 fließende Strom
durch Ib gegeben, während die
Widerstandswerte der Widerstände 3, 4, 5 und 6 durch
R3, R4, R5 bzw. R6 gegeben sind, wobei der Strom Ib und das Potential
Va durch die beiden folgenden Gleichungen (4) bzw. (5) ausgedrückt werden: Ib = (Vref – Va)/(R3
+ R4) (4) Va = (R5 + R6)(Ia + Ib) (5)
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Aus
den obigen Gleichungen (4) und (5) können die beiden folgenden Gleichungen
(6) und (7) abgeleitet werden: Va = (R5 + R6){(Ia + (Vref – Va)/(R3 + R4)} (6) Va = (R5 + R6){(R3 + R4)Ia
+ Vref}/(R3 + R4 + R5 + R6) (7)
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Wenn
Va gemäß Gleichung
(7) in die Gleichung (4) eingesetzt wird, wird die folgende Gleichung
(8) erhalten: Ib
= Vref/(R3 + R4) – {1/(R3
+ R4)}(R5 + R6) × {(R3
+ R4) Ia + Vref}/(R3 + R4 + R5 + R6)
= Vref/(R3 + R4 + R5 +
R6) – Vref
(R5 + R6)/(R3 + R4 + R5 + R6) (8)
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Wenn
Vex – Vg
unter Verwendung des Stroms Ib berechnet wird, der durch die Gleichung
(8) bestimmt ist, wird die folgende Gleichung (9) erhalten: Vex – Vg = R4 × Ib + R6 (Ia + Ib) = R6 × Ia + (R4
+ R6) Ib = R6 × Ia
+ (R6 + R4){Vref/(R3 + R4 + R5 + R6) – (R5 + R6)Ia/(R3 + R4 + R5
+ R6)} = (R4 + R6) Vref/(R3 + R4 + R5 + R6) + {R6(R3 + R4 + R5 +
R6) – (R4
+ R6)(R5 + R6)}Ia/(R3 + R4 + R5 + R6) = (R4 + R6) Vref/(R3 + R4
+ R5 + R6) + (R6 × R3 – R4 × R5) Ia/(R3
+ R4 + R5 + R6) (9)
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Um
daher Vex – Vg
unabhängig
von der Größe des Heizstroms
Ia konstant zu halten, muß die
folgende Gleichung (10) erfüllt
sein: R6 × R3 – R4 × R5 = 0 (10)
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Falls
nämlich
der Widerstandswert R6 des Widerstandes 6 so gewählt ist,
daß die
folgende Gleichung (11) erfüllt
ist, ist die durch die obige Gleichung (10) ausgedrückte Bedingung
erfüllt: R6 = R4 × R5/R3 (11)
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Wie
bisher erläutert
worden ist, wird der Spannungswert (Vex – Vg), der einen der Eingänge der
Multipliziererschaltung 11 darstellt, unabhängig von
der Größe des Heizstroms
Ia konstantgehalten, da der Korrekturwiderstand 6 zwischen
den Verbindungspunkt des mit dem anderen Eingangsanschluß der Multipliziererschaltung 11 in
der Verhältnismeßschaltung 10 verbundenen
festen Widerstandes 4 mit dem mit dem wärmeerzeugenden Widerstand 2 verbundenen
Stromerfassungswiderstand 1 und den Verdrahtungswiderstand 5 geschaltet
ist und da der Widerstandswert R6 des für die Korrektur verwendeten
Widerstands 6 so gewählt
ist, daß er
gleich (R4 × R5/R3)
ist, so daß ein
Luftdurchflußmengenmesser mit
wärmeerzeugendem
Widerstand des Typs mit Verhältnismeßschaltung,
der eine hochgenaue Luftdurchflußmengenmessung ermöglicht,
verwirklicht wird, der nicht durch die Änderung des Erdungspotentials
aufgrund des durch den wärmeerzeugenden Widerstand 2 fließenden Stroms
beeinflußt
wird.
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In
der in 1 gezeigten Ausführung ist der für die Korrektur
verwendete diskrete Widerstand 6 mit der Erdungsverdrahtung
verbunden. Alternativ kann jedoch die Erdungsverdrahtung verlängert sein, um
den Widerstand des Erdungsverdrahtunges zu erhöhen und um den entsprechenden
Widerstandswert R6 zum ursprünglichen
Verdrahtungswiderstandswert zu addieren.
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2 ist
ein schematischer Schaltplan eines Luftdurchflußmengenmessers 40 mit
wärmeerzeugendem
Widerstand des Typs mit Verhältnismeßschaltung
gemäß einer
zweiten Ausführung
der Erfindung. Der Unterschied dieses Luftdurchflußmengenmessers 40 gegenüber dem
in 5 gezeigten herkömmlichen Luftdurchflußmengenmesser 50 besteht im
wesentlichen in der Bereitstellung einer Korrekturschaltung, die
einen Korrekturwiderstand 7 enthält, der zwischen dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 61 und
dem Verbindungspunkt der festen Widerstände 3 und 4 angeordnet
ist, während der übrige Schaltungsaufbau
der Ausführung
nach 2 im wesentlichen mit demjenigen von 5 übereinstimmt.
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Durch
die Bereitstellung des obenerwähnten Korrekturwiderstandes 7 wird
der das Eingangssignal für
die Multipliziererschaltung 11 repräsentierende Spannungswert Vex – Vg unabhängig von
der Größe des durch
den wärmeerzeugenden
Widerstand 2 fließenden
Stroms konstantgehalten, wie im folgenden erläutert wird.
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Unter
der Annahme, daß der
Widerstandswert des für
die Korrektur verwendeten Widerstandes 7 durch R7 gegeben
ist und die durch die festen Widerstände 3 und 4 und
durch den Korrekturwiderstand 7 fließenden Ströme durch IR3, IR4 bzw. IR7 gegeben
sind, ist der Strom IR4 durch die folgende Gleichung (12) gegeben: IR4 = IR3 + IR7 (12)
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Aus
der obigen Gleichung (12) wird die folgende Gleichung (13) erhalten:
(Vex – Vg)/R4
= (V0 – Vex)/R7
+ (Vref – Vex)/R3 (13)
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Aus
der obigen Gleichung (13) wird die folgende Gleichung (14) erhalten: (1/R4 + 1/R7 + 1/R3)Vex =
Vg/R4 + V0/R7 + Vref/R3 (14)
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Aus
der obigen Gleichung (14) und der Beziehung Vg = R5 × Ia wird
die folgende Gleichung (15) erhalten: Vex – Vg
= (R5 × Ia/R4
+ V0/R7 + Vref/R3)/(1/R4 + 1/R7 + 1/R3) – R5 × Ia (15)
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Da
V0 = (R1 + R5) × Ia
gilt, wird die folgende Gleichung (16) erhalten: Vex – Vg = {Vref/R3 + (R1 + R5)Ia/R7
+ R5 × Ia/R7
+ R5 × Ia/R4}/(1/R4
+ 1/R7 + 1/R3) – (1/R4
+ 1/R7 + 1/R3)R5 × Ia/(1/R4
+ 1/R7 + 1/R3)
= {Vref/R3 + (R1/R7 – R5/R3)Ia}/(1/R3 + 1/R4 +
1/R7} (16)
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Um
daher den durch die obige Gleichung (16) gegebenen Spannungswert
Vex – Vg
unabhängig
von der Größe des Heizstroms
Ia konstantzuhalten, muß die
folgende Gleichung (17) erfüllt
sein: R1/R7 – R5/R3
= 0 (17)
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Falls
der Widerstandswert R7 des Widerstandes 7 so gewählt ist,
daß die
folgende Gleichung (18) erfüllt
ist, ist die durch die Gleichung (17) ausgedrückte Bedingung erfüllt: R7 = R1 × R3/R5 (18)
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Wie
bisher erläutert
worden ist, wird der Spannungswert (Vex – Vg), der eines der Eingangssignale
für die
Multipliziererschaltung 11 repräsentiert, unabhängig von
der Größe des Heizstroms
Ia konstantgehalten, da gemäß der zweiten
Ausführung der
Erfindung der Korrekturwiderstand 7 zwischen den Verbindungspunkt
der festen Widerstände 3 und 4 in
der Verhältnismeßschaltung 10,
d. h. zwischen den Spannungsteilerpunkt der Referenzspannung Vref,
und den Ausgang des Operationsverstärkers 61 geschaltet
ist und da der Widerstandswert R7 für den Korrekturwiderstand 7 so
gewählt
ist, daß er
gleich (R1 × R3/R5)
ist, wodurch ein Luftdurchflußmengenmesser
mit wärmeerzeugendem
Widerstand des Typs mit Verhältnismeßschaltung,
der eine hochgenaue Luftdurchflußmengenmessung ermöglicht,
geschaffen wird, der nicht durch die Änderung des Erdungspotentials
aufgrund des durch den wärmeerzeugenden
Widerstand 2 fließenden
Stroms beeinflußt
wird.
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Da
ferner in der Ausführung
nach 2 der Widerstandswert des Korrekturwiderstandes 7 im Vergleich
zu demjenigen des Korrekturwiderstandes 6 in der Ausführung nach 1 groß ist, ist
die Einstellung einfach.
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3 ist
ein Schaltplan eines Luftdurchflußmengenmessers 4 mit
wärmeerzeugendem
Widerstand des Typs mit Verhältnismeßschaltung
gemäß einer
dritten Ausführung
der Erfindung. Der Unterschied dieses Luftdurchflußmengenmessers 4 gegenüber dem
in 5 gezeigten herkömmlichen Luftdurchflußmengenmesser 50 besteht
im wesentlichen in der Bereitstellung einer Korrekturschaltung, die
einen veränderlichen
Korrekturwiderstand 66 enthält, der zwischen den Verbindungspunkt
eines Stromerfassungswiderstandes 1 mit dem festen Widerstand 4 und
den Verdrahtungswiderstand 5 geschaltet ist, sowie in der
Bereitstellung einer Ausgangscharakteristik-Einstellschaltung, die
am Ausgangsanschluß der
Verhältnismeßschaltung 10 angeordnet ist,
während
der übrige
Schaltungsaufbau der Ausführung
nach 3 mit demjenigen von 5 im wesentlichen übereinstimmt.
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Die
Ausgangscharakteristik-Einstellschaltung 30 enthält einen
Operationsverstärker 12 und Einstellwiderstände 8 und 9,
wobei an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 12 ein
Ausgangssignal der Multipliziererschaltung 11 geliefert
wird. Ferner ist der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 12 mit dem
Verbindungspunkt zwischen dem veränderlichen Widerstand 66 und
dem Verdrahtungswiderstand 5 über den Einstellwiderstand 8 verbunden. Weiterhin
ist der Verbindungspunkt zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 12 und
dem Einstellwiderstand 8 mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 12 über den
Einstellwiderstand 9 verbunden.
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In
der dritten Ausführung
wird die Linearitätsstreuung
des Luftdurchflußmengenmessers 40 aufgrund
der Charakteristik des wärmeerzeugenden
Widerstandes 2 und des Verdrahtungswiderstandes 5 unter
Verwendung des veränderlichen
Widerstandes 66, der der Einstellung der Ausgangskomponente der
Multipliziererschaltung 11 dient, die durch den Ausdruck
zweiten Grades des Heizstroms Ia bestimmt ist, korrigiert, durch
die Einstellung des veränderlichen
Widerstandes 66 geht jedoch die konstante Verstärkungsrate
des Luftdurchflußmengenmessers als
Ganzes verloren, weshalb die Ausgangscharakteristik-Einstellschaltung 30 eingeführt wird,
um die Verstärkungsrate
des Luftdurchflußmengenmessers konstantzuhalten.
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Durch
den veränderlichen
Widerstand 66 wird die Ausgangslinearität eingestellt, so daß (Vex – Vg), das
das Eingangssignal in die Multipliziererschaltung 11 repräsentiert,
konstantgehalten wird, ohne durch die Größe des Heizstroms Ia beeinflußt zu werden,
wobei durch Einstellen der Widerstände 8 und 9 die
Ausgangssteigung eingestellt wird.
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Wie
bisher erläutert
worden ist, wird der Spannungswert (Vex – Vg), der eines der Eingangssignale
in die Multipliziererschaltung 11 repräsentiert, unabhängig von
der Größe des Heizstroms
Ia konstant gehalten und wird die Verstärkungsrate durch die Ausgangscharakteristik-Einstellschaltung 30 eingestellt,
da der für
die Korrektur verwendete veränderliche
Widerstand 66 zwischen den Verbindungspunkt des mit dem
anderen Eingangsanschluß der Multipliziererschaltung 11 in
der Verhältnismeßschaltung 10 verbundenen
festen Widerstandes 4 mit dem mit dem wärmeerzeugenden Widerstand 2 verbundenen
Stromerfassungswiderstand 1 und den Verdrahtungswiderstand 5 geschaltet
ist, da die Ausgangscharakteristik-Einstellschaltung 30 am
Ausgangsanschluß der
Verhältnismeßschaltung 10 angeordnet
ist und da der Widerstandswert des für die Korrektur verwendeten
veränderlichen
Widerstandes 66 geeignet gewählt wird: Dadurch wird ein
Luftdurchflußmengenmesser
mit wärmeerzeugendem Widerstand
des Typs mit Verhältnismeßschaltung, der
eine hochgenaue Luftdurchflußmengenmessung ermöglicht,
geschaffen, der nicht durch die Änderung des
Erdungspotentials aufgrund des durch den wärmeerzeugenden Widerstand 2 fließenden Stroms
beeinflußt
wird und bei dem ferner nicht die Gesamtausgangscharakteristik beeinträchtigt wird.
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Da
gemäß der dritten
Ausführung
der Erfindung ferner die Ausgangscharakteristik des Luftdurchflußmengenmessers
durch Einstellen der Ausgangskomponente, die durch den Ausdruck
zweiten Grades des Heizstroms Ia bestimmt ist, eingestellt werden
kann, kann der weitere Vorteil erhalten werden, daß selbst
dann, wenn die Durchlaßkonfiguration
des Luftdurchflußmengenmessers
und seine Kombination mit der ECU modifiziert werden, die Umsetzungscharakteristik
für die
Umsetzung der Ausgangsspannung vom Luftdurchflußmengenmesser 40 in
die Luftdurchflußmenge,
die in der ECU gespeichert ist, unverändert verwendet werden kann.
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4 ist
ein Schaltplan eines Luftdurchflußmengenmessers 40 mit
wärmeerzeugendem
Widerstand des Typs mit Verhältnismeßschaltung
gemäß einer
vierten Ausführung
der Erfindung. Der Unterschied dieses Luftdurchflußmengenmessers 40 gegenüber dem
in 5 gezeigten herkömmlichen Luftdurchflußmengenmesser 50 besteht
im wesentlichen in der Bereitstellung einer Korrekturschaltung, die
einen veränderlichen
Korrekturwiderstand 77 enthält, der zwischen den Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 61 und
den Verbindungspunkt der veränderlichen
Widerstände 3 und 4 geschaltet
ist, sowie in der Bereitstellung der Ausgangscharakteristik-Einstellschaltung 30,
die am Ausgangsanschluß der
Verhältnismeßschaltung 10 angeordnet
ist, während
der übrige
Schaltungsaufbau der Ausführung nach 4 mit
demjenigen nach 5 im wesentlichen übereinstimmt.
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Die
Ausgangscharakteristik-Einstellschaltung 30 ist im wesentlichen
in der gleichen Weise wie in 3 gezeigt
beschaffen, ferner ist der Einstellwiderstand über den Verdrahtungswiderstand 5 geerdet.
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In
der vierten Ausführung
der Erfindung wird mit dem veränderlichen
Widerstand 77 die Ausgangskennlinie eingestellt, so daß der das
Eingangssignal in die Multipliziererschaltung 11 repräsentierende
Spannungswert (Vex – Vg)
konstantgehalten wird, ohne durch die Größe des Heizstroms Ia beeinflußt zu werden,
ferner wird die Ausgangssteigung durch die Einstellwiderstände 8 und 9 in
der Ausgangscharakteristik-Einstellschaltung 30 eingestellt, wobei
die Ausgangssignale an den oberen und unteren Steuerpunkten unter
Verwendung des veränderlichen
Wider standes 77 und der Ausgangscharakteristik-Einstellschaltung 30 auf
konstante Werte gesetzt werden.
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Wie
bisher erläutert
worden ist, wird der Spannungswert (Vex – Vg), der eines der Eingangssignale
in die Multipliziererschaltung 11 repräsentiert, unabhängig von
der Größe des Heizstroms
Ia konstantgehalten und wird die Verstärkungsrate durch die Ausgangscharakteristik-Einstellschaltung 30 eingestellt,
da der veränderliche
Korrekturwiderstand 77 zwischen den Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 61 und
den Verbindungspunkt der festen Widerstände 3 und 4 geschaltet
ist, da die Ausgangscharakteristik-Einstellschaltung 30 am
Ausgangsanschluß der
Verhältnismeßschaltung 10 angeordnet ist
und da der Widerstandswert des veränderlichen Korrekturwiderstandes 77 geeignet
gewählt
wird. Dadurch wird ein Luftdurchflußmengenmesser mit wärmeerzeugendem
Widerstand des Typs mit Verhältnismeßschaltung,
der eine hochgenaue Luftdurchflußmengenmessung ermöglicht,
geschaffen, der nicht durch die Änderung
des Erdungspotentials aufgrund des durch den wärmeerzeugenden Widerstand 2 fließenden Stroms
beeinflußt
wird und dessen Gesamtausgangscharakteristik nicht beeinträchtigt wird.
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Wie
erläutert
worden ist, werden mit der Erfindung die folgenden Vorteile erzielt.
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Da
die Eingangssignale in die Multipliziererschaltung in der Verhältnismeßschaltung
konstantgehalten werden können,
ohne durch die Größe des Heizstroms
beeinflußt
zu werden, wird ein Luftdurchflußmengenmesser mit wärmeerzeugendem
Widerstands des Typs mit Verhältnismeßschaltung,
der eine hochgenaue Luftdurchflußmengenmessung ermöglicht,
geschaffen, der nicht durch die Änderung des
Erdungspotentials aufgrund des durch den wärmeerzeugenden Widerstand fließenden Stroms
beeinflußt
wird.
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Da
ferner die Eingangssignale in die Multipliziererschaltung in der
Verhältnismeßschaltung
konstantgehalten werden können,
ohne durch die Größe des Heizstroms
beeinflußt
zu werden, und da ferner die Ausgangscharakteristik-Einstellschaltung
am Ausgangsanschluß der
Verhältnismeßschaltung
angeordnet ist, wird ein Luftdurchflußmesser mit wärmeerzeugendem
Widerstand des Typs mit Verhältnismeßschaltung,
der eine hochgenaue Luftdurchflußmengenmessung ermöglicht,
geschaffen, der nicht durch die Änderung
des Erdungspotentials aufgrund des durch den wärmeerzeugenden Widerstand fließenden Stroms
beeinflußt
wird und dessen Gesamtausgangscharakteristik nicht beeinträchtigt wird.
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Außerdem kann
durch die Bereitstellung des für
die Korrektur verwendeten veränderlichen
Widerstandes die Ausgangscharakteristik des Luftdurchflußmengenmessers
eingestellt werden, indem die Ausgangskomponente der Multipliziererschaltung, die
durch den Ausdruck zweiten Grades des Heizstroms bestimmt ist, eingestellt
wird. Es kann der weitere Vorteil erzielt werden, daß selbst
dann, wenn etwa die Durchlaßkonfiguration
des Luftdurchflußmengenmessers
und seine Kombination mit der ECU modifiziert werden, die Umsetzungscharakteristik
für die
Umsetzung der Ausgangsspannung vom Luftdurchflußmengenmesser in die Luftdurchflußmenge, die
in der ECU gespeichert ist, unverändert verwendet werden kann.