DE4011950A1

DE4011950A1 - Thermisches ansaugluftstroemungsmessgeraet und dieses messgeraet verwendende verbrennungsmotorsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE4011950A1
Application number: DE4011950A
Authority: DE
Inventors: Yuusuke Takamoto; Junichi Makino; Yutaka Nishimura; Tomoji Inui; Seiji Suda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1990-10-25
Anticipated expiration: 2010-04-13
Also published as: JPH0820292B2; KR900016599A; DE4011950C2; US5107812A; JPH02276914A

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsmotorsteuervorrichtung, in die ein thermisches Ansaugluftströmungsmeßgerät eingebaut ist, und insbesondere die Kombination einer Treiberschaltung eines thermischen Ansaugluftströmungsmeßgerätes mit einer Steuerschaltung einer Verbrennungsmotorsteuervorrichtung.

Unter den wohlbekannten Ansaugluftströmungsmeßgeräten für Verbrennungsmotoren (die im folgenden kurz mit Luftströmungssensoren bezeichnet werden) gibt es eine Vorrichtung zur Ermittlung der Luftströmungsrate, die ein wärmeerzeugendes Widerstandselement und ein Lufttemperaturkompensations- Widerstandelement, die beide eine Temperaturabhängigkeit aufweisen, verwendet, die in die Ansaugluftströmung eingebracht ist und die den durch das wärmeerzeugende Widerstandelement fließenden Strom regelt, um den Temperaturunterschied zwischen jenen beiden Widerstandselementen auf einem konstanten Wert zu halten; dabei ermittelt die Vorrichtung die dem genannten Strom entsprechende Ladungsmenge, um die Luftströmungsrate festzustellen. Die Verwendung eines Mikroprozessors zur Steuerung des Verbrennungsmotors entsprechend einem durch ein wärmeerzeugendes Widerstandselement fließenden Strom ist wohlbekannt und beispielsweise in JP 61-1 37 017-A offenbart. In der Vorrichtung des Standes der Technik ist der Mikrocomputer zur Steuerung des Verbrennungsmotors vollständig unabhängig von der Treiberschaltung des Luftströmungssensors. Der Mikrocomputer zur Steuerung des Verbrennungsmotors steuert entsprechend den gemessenen und in Form von Signalen gegebenen Größen, etwa der Drehzahl N des Verbrennungsmotors, dem Luft/Kraftstoffverhältnis von einem O₂-Sensor und der Luftmenge Q _a von einem Luftströmungssensor, die Zündzeitpunkteinstellung, die Einspritzmenge usw. Bei einem gewöhnlichen thermischen Ansaugluftströmungssensor sind ein wärmeerzeugendes Widerstandselement und ein Widerstandselement zur Lufttemperaturkompensation im Inneren des Ansaugrohrs des Verbrennungsmotors vorgesehen, während eine Signalverarbeitungseinheit, die in der Nähe dieser Widerstandselemente eingebaut ist, die Signale in eine bestimmte analoge oder digitale Form umwandelt und an den Mikrocomputer liefert. Weiterhin ist für den Sensor eine Stromregelungseinheit vorgesehen, die den durch das wärmeerzeugende Widerstandselement fließenden Strom so regelt, daß ein Unterschied der elektrischen Widerstände, das heißt ein Temperaturunterschied zwischen dem wärmeerzeugenden erzeugenden Widerstandselement und dem Widerstandselement zur Lufttemperaturkompensation, einen vorgegebenen Wert annimmt.

Die herkömmliche Luftströmungsermittlungsvorrichtung muß daher Ermittlungssignale an den Mikrocomputer zur Steuerung des Verbrennungsmotors übertragen, wobei sich dieser Mikrocomputer ein bis zwei Meter entfernt befindet. Dabei ist es möglich, daß im Verlauf der Übertragung der Ermittlungssignale in der Signalleitung ein Rauschen auftritt. Was die Hardware anlangt, muß die Ermittlungsvorrichtung von einem großen und komplizierten Aufbau sein, was die Produktionskosten erhöht.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes und weniger teueres thermisches Ansaugluftströmungsmeßgerät und eine dieses Meßgerät verwendende Verbrennungsmotorsteuervorrichtung zu schaffen, wobei die Steuervorrichtung für Fehlfunktionen auch dann weniger anfällig ist, wenn die zwischen dem Luftströmungssensor und dem Mikrocomputer zur Steuerung des Verbrennungsmotors verlaufende Leitungen durch ein Rauschen beeinflußt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Treiberschaltung eines thermischen Ansaugluftströmungsmeßgerätes zusammen mit einem Mikrocomputer zur Steuerung eines Verbrennungsmotors auf derselben Leiterplatte oder demselben Halbleiterplättchen angeordnet wird.

Bei der genannten Anordnung sind das wärmeerzeugende Widerstandselement und das Widerstandselement zur Lufttemperaturkompensation im Inneren des Ansaugrohres des Verbrennungsmotors vorgesehen, während die zugehörigen Treiberschaltungen auf derselben Platte wie der Mikrocomputer zur Steuerung des Verbrennungsmotors vorgesehen sind. Daher ist die Verdrahtungsstrecke zwischen der Ermittlungsvorrichtung und dem Mikrocomputer kurz, wodurch die Wahrscheinlichkeit, daß die Signale mit einem Rauschen gemischt werden, gesenkt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A, 2D Flußdiagramme für die Justierung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung;

Fig. 2B, 2C Kennliniendiagramme;

Fig. 3 ein Flußdiagramm der Ansprechzeitjustierungsverarbeitung;

Fig. 4A, 4B Darstellungen von variablen Justierungswiderständen;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6A-6C Flußdiagramme für Justierungsverarbeitungen;

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8A, 8B Flußdiagramme für Justierungsverarbeitungen;

Fig. 9 eine Darstellung eines Softwaresystems des Mikrocomputers;

Fig. 10 eine Darstellung einer Verarbeitung im Mikrocomputer;

Fig. 11 eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Abnormalitätsfeststellung;

Fig. 12 ein Flußdiagramm für die Abnormalitätsfeststellung;

Fig. 13 ein Kennliniendiagramm zur Erläuterung der Phasennacheilungskompensation;

Fig. 14-17 Darstellungen von Einbauweisen der Verbrennungsmotorsteuervorrichtung;

Fig. 18 eine Darstellung der Anordnung eines Sensors bei einer angewandten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 19 eine Darstellung der im Speicherabschnitt gespeicherten Beziehung zwischen der Treiberausgabe und der Sensorausgabe;

Fig. 20 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der Steuereinheit;

Fig. 21 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines weiteren Beispiels des Betriebs der Steuereinheit;

Fig. 22 eine Darstellung der Anordnung zum Einschreiben von Daten in den Speicherabschnitt;

Fig. 23 den Querschnitt eines eingebauten Luftströmungssensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 24 eine Darstellung einer Schaltungsanordnung des Luftströmungssensors;

Fig. 25 ein Temperaturkennliniendiagramm, in dem die Änderung der Sensorausgabe in Beziehung zur Luftströmungsrate dargestellt ist, wenn sich die Wandtemperatur des Trägerbauteils ändert;

Fig. 26 eine Darstellung der Festlegungen des im Speicherabschnitt gespeicherten Korrekturfaktors K;

Fig. 27 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebs des Steuerabschnitts;

Fig. 28 eine Schaltungsanordnung einer weiteren Ausführungsform, in der die Erfindung in einem Luftströmungssensor angewandt wird;

Fig. 29 ein Temperaturkennliniendiagramm, in dem die Änderung der Sensorausgabe in Beziehung zur Luftströmungsrate dargestellt ist, wenn sich die Lufttemperatur ändert;

Fig. 30 eine Darstellung der Festlegungen des im Speicherabschnitt gespeicherten Korrekturfaktors K 1;

Fig. 31 eine Darstellung der Festlegungen des im Speicherabschnitt gespeicherten Korrekturfaktors K 2; und

Fig. 32 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebs des Steuerabschnitts.

In Fig. 1 ist die Schaltungsanordnung für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein wärmeerzeugendes Widerstandselement 2 und ein Widerstandselement 4 zur Lufttemperaturkompensation, die beide in der Ansaugluftströmung eines Verbrennungsmotors angeordnet sind, werden von Platindrähten, die jeweils um einen (nicht gezeigten) keramischen Wickelkern gewickelt sind, gebildet. Ihre jeweiligen Widerstandswerte ändern sich in Abhängigkeit von der Temperatur. Platin ist ein Material, das im allgemeinen als Temperaturnormale verwendet wird, eine lineare Widerstands/Temperaturkennlinie besitzt und chemisch stabil ist. Die Platindrähte sind an ihrer Oberfläche glasummantelt und daher in ihren Temperatureigenschaften den Widerstandselementen 2 und 4 nahezu gleich. Wenn die Widerstandswerte der Widerstandselemente 2 und 4 mit R₂₀ bzw. mit R₄₀ und der Temperaturkoeffizient mit α bezeichnet werden, sind die Widerstandswerte R₂ und R₄ dieser Elemente bei den Temperaturen T₂ und T₄ durch die folgenden Gleichungen gegeben:

R₂ = R₂₀ (1 + α T₂) (1)

R₄ = R₄₀ (1 + α T₄) (2)

wobei gilt:
T₂: Temperatur des wärmeerzeugenden Widerstandselementes 2,
T₄: Temperatur des Widerstandselementes 4 zur Lufttemperaturkompensation.

Das Widerstandselement 2 ist über den Kollektor und den Emitter eines Transistors 6 mit einer Leistungsquelle 8 verbunden, wobei die Größe des durch das Widerstandselement 2 fließenden Stroms durch die Steuerung des Basisstroms des Transistors 6 eingestellt wird. Die Widerstandselemente 2 und 4 sind über feste Widerstände 10 bzw. 12 geerdet.

Zum Festsetzen der Temperatur des Widerstandselementes 2 werden variable Widerstandselemente 14 und 16, die zum Widerstandelement 2 parallel geschaltet sind, verwendet und durch die Ausgabe eines Mikrocomputers 18, der später beschrieben wird, eingestellt. Das Widerstandselement 4 zur Lufttemperaturkompensation ist mit einem variablen Widerstand 20 in Reihe geschaltet. Durch Einstellung des Wertes dieses variablen Widerstandes 20 wird die Empfindlichkeit des Widerstandselementes 4 zur Lufttemperaturkompensation justiert.

Mit dem Verbindungspunkt des Widerstandselementes 2 und des festen Widerstands 10 ist der mitläufige Eingangsanschluß 24 des Verstärkers 22 verbunden, während mit dem Verbindungspunkt des festen Widerstands 12 und des Widerstandselementes 4 der gegenläufige Eingangsanschluß 26 des Verstärkers 22 verbunden ist. Andererseits ist mit dem Verbindungspunkt zwischen einem variablen Widerstandselement 34, das mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 22 verbunden ist, und dem variablen Widerstandselement 20 der mitläufige Eingangsanschluß 30 des Verstärkers 28 verbunden, während der Verbindungspunkt der variablen Widerstandselemente 14 und 16 mit dem gegenläufigen Eingangsanschluß 36 des Verstärkers 28 verbunden ist. Der mitläufige Eingangsanschluß 30 ist über einen variablen Widerstand 38 und einen variablen Kondensator 40, die beide direkt mit dem Eingangsanschluß 30 verbunden sind, geerdet. Der variable Widerstand 38 und der variable Kondensator 40 bilden eine Phasennacheilungskompensationsschaltung 42, die die Einschwingcharakteristik des Luftströmungsmeßgerätes verändert. Tatsächlich verändert die Phasennacheilungskompensationsschaltung 42 die Einschwingcharakteristik (Sprungantwort) des thermischen Luftströmungssensors so wie in Fig. 13 gezeigt, wodurch die Zeit zum Erreichen des Endwertes verkürzt wird. Daher wird verhindert, daß die statische Charakteristik des Strömungssensors verändert wird.

Über einen Widerstand 46 ist der Ausgangsanschluß 44 des Verstärkers 28 mit der Basis des Transistors 6 verbunden, um den Basisstrom des Transistors 6 so zu steuern, daß der Wert des durch das wärmeerzeugende Widerstandselement 2 fließenden Stroms derart eingestellt wird, daß der Temperaturunterschied zwischen dem wärmeerzeugenden Widerstandselement 2 und dem Widerstandselement 4 zur Lufttemperaturkompensation konstant gehalten wird. Der Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten variablen Widerständen 48 und 50 ist mit dem gegenläufigen Eingangsanschluß 26 des Verstärkers 22 verbunden. Diese Widerstände 48 und 50 sind mit der Leistungsquelle 8 verbunden. Durch Einstellung ihrer Widerstandswerte kann die Ansprechzeit des Sensors justiert werden Mit der Leistungsquelle 8 sind in Reihe geschaltete variable Widerstände 52 und 54 verbunden, der Verbindungspunkt zwischen diesen Widerständen 52 und 54 ist über einen variablen Widerstand 56 mit dem gegenläufigen Eingangsanschluß 60 eines Verstärkers 58 verbunden. Der mitläufige Eingangsanschluß 62 des Verstärkers 58 ist dem mitläufigen Eingangsanschluß 24 des Verstärkers 22 verbunden. Der gegenläufige Eingangsanschluß 60 ist über den variablen Widerstand 64 mit dem Ausgangsanschluß 66 des Verstärkers 58 verbunden. Die variablen Widerstände 52, 54, 56 und 64 werden durch Ausgaben O₁ bis O _n des Mikrocomputers 18 eingestellt, so daß, wie später beschrieben wird, die Ausgangscharakteristik des Sensors relativ zur Luftströmungsrate verändert wird.

Über eine Ausgangsleitung 66 wird ein der Luftströmungsrate entsprechendes Analogsignal, das am Ausgangsanschluß des Verstärkers 58 erzeugt wird, an einen A/D- Wandler 68 übertragen, der das Analogsignal in Digitalsignale umwandelt, die in den Mikrocomputer 18 eingegeben werden.

Der Abschnitt 70, der in Fig. 1 durch die Strichpunktlinie gekennzeichnet ist, ist entweder auf einer einzigen Leiterplatte angeordnet oder seine Bestandteile sind als ein Teil auf einem einzigen Halbleiterplättchen integriert. Daher ist der Transistor 6 entweder in der Nähe des wärmeerzeugenden Widerstandselementes 2 und des Lufttemperaturkompensations-Widerstandselementes 4, die beide im Luftansaugrohr des Verbrennungsmotors befestigt sind, oder in der Nähe des Teils 70 angeordnet. Da sich der Mikrocomputer 18 normalerweise ein bis zwei Meter vom wärmeerzeugenden Widerstandselement 2 und vom Widerstandselement 4 zur Lufttemperaturkompensation entfernt befindet, sind in der ersten Anordnung der Transistor 6 und das Teil 70 über eine Leitung verbunden, während in der zweiten Anordnung die Widerstandselemente 2 und 4 und der Transistor 6 über eine Leitung miteinander verbunden sind. In jedem Fall ist die Stärke der Signale so groß, daß die Signale kaum durch ein Rauschen beeinflußt werden.

Der Mikrocomputer 18 bildet einen Teil des Luftströmungssensors und gibt entsprechend einem Luftströmungsratensignal Q _a, der Drehzahl N des Verbrennungsmotors und dem Luft/Kraftstoffverhältnis λ ein Kraftstoffeinspritzratensignal T _i und ein Zündzeitpunktsignal T _a aus.

In der obigen Anordnung wird die Summe der Widerstandswerte der variablen Widerstände 14 und 16 gleich einem Wert gesetzt, der im Vergleich zum Widerstandwert des wärmeerzeugenden Widerstandselementes 2 ausreichend groß ist. Die Gleichgewichtsbedingung der Schaltung ist für diesen Zeitpunkt durch die folgende Gleichung gegeben:

R₁₀ · R₄ = K · R₁₂ · R₂, (3)

wobei gilt:

Einsetzen der Gleichungen (1) und (2) in die Gleichung (3) ergibt die folgende Beziehung:

wobei gilt:
R₁₀: Widerstandswert des Widerstands 10,
R₁₂: Widerstandswert des Widerstands 12,
R₁₄: Widerstandswert des Widerstands 14,
R₁₆: Widerstandswert des Widerstands 16.

Aus der Gleichgewichtsbedingung zwischen der durch das wärmeerzeugende Widerstandselement 2 erzeugten Wärmemenge und der durch die Luftströmung abgeführten Wärmemenge ergeben sich die folgenden Gleichungen:

wobei gilt:
I: der durch das wärmeerzeugende Widerstandselement 2 fließende Strom,
K′: Konstante, die durch die folgenden Gleichung gegeben ist:

Das bedeutet, daß die erzeugte Wärmemenge eine quadratische Funktion der Quadratwurzel der Strömungsgeschwindigkeit ist, wenn der Temperaturunterschied T zwischen dem wärmeerzeugenden Widerstandselement 2 und der Umgebungstemperatur konstant ist. Weiterhin ist der durch das wärmeerzeugende Widerstandselement 2 fließende Strom I eine nur von der Strömungsgeschwindigkeit u abhängige Funktion. Daher kann die Strömungsgeschwindigkeit u lediglich durch Messung der Klemmenspannung des Widerstandes 10 gemessen werden.

Durch Berechnung des Verhältnisses der Klemmenspannungen V₂ und V₄ der wärmeempfindlichen Widerstandselemente 2 bzw. 4 ergibt sich:

Wenn die Widerstandselemente 2 und 4 die gleiche Spezifikation besitzen, folgt:

Wenn daher der Widerstandswert R₁₂ des festen Widerstands 12 im Vergleich zum Widerstandswert R₁₀ des festen Widerstands 10 hinreichend groß ausgelegt ist, kann die an den Widerstand 4 angelegte Spannung hinreichend kleiner als die an das Widerstandselement 2 angelegte Spannung gemacht werden, so daß eine genaue Wärmekompensation ohne eigene Wärmeerzeugung möglich ist. Das Prinzip der oben erwähnten Messung ist im einzelnen aus JP 55-43 447-A bekannt.

In Fig. 2A ist ein Flußdiagramm zur Justierung des Luftströmungssensors von Fig. 1 gezeigt. Die Verarbeitungen I bis IV werden in dieser Reihenfolge ausgeführt, um die Widerstandswerte der variablen Widerstände 14, 16, 34, 38, 20, 48, 50, 52, 54, 56 und 64 in Fig. 1 zu bestimmen.

Im Schritt I wird die Verarbeitung zur Ansprechzeitjustierung ausgeführt, um die Werte der Widerstände 48 und 50 entsprechend dem in Fig. 3 gezeigten Flußdiagramm festzulegen. Im Schritt II wird die Verarbeitung zum Setzen der Temperatur des wärmeerzeugenden Widerstandselementes 2 ausgeführt, wobei die Justierung durch Variierung der Werte der Widerstände 14 und 16 bewerkstelligt wird. Der Schritt III stellt die Ansauglufttemperaturjustierverarbeitung dar, in der der Wert des Widerstandes 20 variiert wird, um die Empfindlichkeit des Widerstandselementes 4 zur Ansauglufttemperaturermittlung zu ändern.

Im Schritt IV wird die Eingangs-/Ausgangscharakteristik- Justierungsverarbeitung ausgeführt, um die analoge Ausgangscharakteristik des Luftströmungssensors relativ zur Strömungsrate zu justieren, so daß die Spannungen an zwei Bezugspunkten niedriger Strömungsrate (ungefähr 10 kg/h) und hoher Strömungsrate (ungefähr 200 kg/h) vorgegebene Werte annehmen. In dieser Verarbeitung werden die Widerstandswerte der Widerstände 52, 54, 56 und 64 variiert. Die Daten der Widerstandswerte, die durch die oben erwähnte Folge von Justierungen festgelegt werden, werden in den Speicher des Mikrocomputers 18 eingeschrieben. Wenn die Widerstandswerte der Widerstände 52, 54, 56 und 64 mit R₅₂, R₅₄, R₅₆ und R₆₄, die Versorgungsspannung mit V _e, die Ausgangsspannung des Verstärkers 58 mit V₅₈ und die mitläufige Eingangsanschlußspannung des Verstärkers 58 mit Vin⁺ bezeichnet werden, gilt die folgende Gleichung:

Durch Umformung von Gleichung (11) ergibt sich:

Der Spannungswert Vin⁺ stellt die Strömungsrate dar, so daß durch Justierung der Widerstandswerte R₅₂, R₅₄, R₅₆ und R₆₄ die Eingangs/Ausgangscharakteristik des thermischen Strömungssensors justiert wird.

In Fig. 4A ist eine detaillierte Anordnung einer Justierungsanordnung zur Justierung der Widerstandswerte der variablen Widerstände von Fig. 1 gezeigt. Die Justierungseinrichtung umfaßt feste Widerstände 84 bis 94, die zwischen den Ausgangsanschlüssen 80 und 82 in Reihe geschaltet sind, Halbleiterumschalter 96 bis 106, die mit den jeweiligen festen Widerständen in Reihe geschaltet sind, Halbleiterschalter 108 bis 118, die zu den jeweiligen Widerständen 84 bis 94 parallel geschaltet sind, und Halbleiterschalter 120 und 122, die in der Schaltung so angeordnet sind, daß sie die Verbindungspunkte zwischen den Widerständen in Leiterform verbinden. Wenn die Ausgangssignale O₁ bis O₁₄ des Mikrocomputers 18 an die entsprechenden Halbleiterschalter gegeben werden, werden die Schalter in den EIN- oder AUS-Zustand versetzt, wodurch die Änderung der Widerstandswerte ermöglicht wird. Wenn beispielsweise die Spannung des Ausgangssignals O₁ auf hohen Pegel gesetzt wird, wird der Schalter 108 eingeschaltet, wodurch der Widerstand 84 kurzgeschlossen wird. Auf diese Weise können unter Verwendung von Digitalsignalen des Mikrocomputers 18 die Widerstandswerte der variablen Widerstände justiert werden.

In Fig. 4B ist die Schaltungsanordnung des variablen Kondensators 40 gezeigt. Da sich der Aufbau dieser Schaltung von der in Fig. 4A gezeigten Schaltung nur dadurch unterscheidet, daß die festen Widerstände durch feste Kondensatoren ersetzt worden sind (wobei die entsprechenden Bezugszeichen mit einem ' versehen worden sind), wird die Beschreibung dieses Schaltungsaufbaus weggelassen.

Nun wird eine weitere Ausführungsform des Schrittes IV von Fig. 2A beschrieben. Wenn die Widerstände 52, 54, 56, 64 nicht justiert werden, weicht die Beziehung zwischen der Ausgabe 63 des Verstärkers 58 von Fig. 1 und der Luftströmungsrate wegen Veränderungen im Oberflächenbereich des wärmeerzeugenden Widerstandselementes 2 usw. von der Zielcharakteristik ab, wie in Fig. 2B gezeigt ist. Um dieses Phänomen zu verhindern, werden im voraus Konstanten K₁ und K₂ ermittelt, damit die Zielcharakteristik mit festgelegten Luftströmungsraten Qa₁ und Qa₂ übereinstimmen. Dadurch wird die oben erwähnte Beziehung zwischen der Verstärkerausgabe 63 und der Luftströmungsrate der Zielcharakteristik angeglichen, wenn die folgende Gleichung erfüllt wird:

V _aus = K₁ · V₅₈ + K₂,

wobei V₅₈ das Ausgangssignal des Verstärkers 58 ist.

In Fig. 2C ist die Beziehung zwischen dem Ergebnis der Berechnung gemäß der obigen Gleichung und der Luftströmungsrate dargestellt. Verglichen mit den in Fig. 2B gezeigten Kennlinien kann hier die Abweichung von der Zielcharakteristik verringert werden. In Fig. 2D ist das Flußdiagramm für die Ausführung der Berechnung der obigen Gleichung gezeigt. Um die Werte K₁ und K₂ zu erhalten, wird im voraus die Beziehung zwischen der Luftströmungsrate und der Ausgabe V₅₈ gemessen; die Werte K₁ und K₂ werden in ein ROM geschrieben. Im Schritt 101 werden die im ROM gespeicherten Werte K₁ und K₂ in die CPU eingelesen. Im Schritt 102 wird die Ausgabe V₅₈ des Verstärkers 58 in die CPU eingelesen. Im Schritt 103 wird die Rechenoperation gemäß der oben erwähnten Gleichung ausgeführt. Bei diesem Verfahren können die variablen Widerstände von Fig. 4A weggelassen werden.

Fig. ₅ ist ein Blockschaltbild für eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Ein wärmeerzeugendes Widerstandselement 150 zum Messen der Luftströmungsrate und ein dazu in Reihe geschalteter Widerstand 152 zur Stromermittlung sind mit einem Leistungsversorgungsabschnitt 154 verbunden. Mit dem Leistungsversorgungsabschnitt 154 sind ein Widerstand 156 zum Messen der Lufttemperatur und ein dazu in Reihe geschalteter Widerstand 158 zur Stromermittlung verbunden. Ein Mikrocomputer 160 wählt mittels eines Multiplexers 162 die Spannung V₂ des Widerstands 152 oder die Anschlußspannung V₃ des Widerstands 158; nach Umwandlung der Spannungen in Digitalsignale mittels eines A/D-Wandlers 164 empfängt der Mikrocomputer 160 diese Signale. Dann berechnet der Mikrocomputer 160 die Temperatur Th des wärmeerzeugenden Widerstandselementes 150 und die Lufttemperatur Ta und steuert die an das wärmeerzeugende Widerstandselement 150 gelieferte Spannung so, daß der Temperaturunterschied Th -Ta konstant gehalten wird. Der Mikrocomputer 160 berechnet die an das wärmeerzeugende Widerstandselement 150 rückgekoppelte Spannung V₁ und gibt über einen D/A-Wandler 166 ein Spannungssignal an den Leistungsversorgungsabschnitt 154 aus. Der Multiplexer 162, der A/D-Wandler 164, der Microcomputer 160 und der D/A-Wandler 166 sind auf der gleichen Leiterplatte oder dem gleichen Halbleiterplättchen angeordnet. Der Mikrocomputer 160 legt weiterhin den Zündzeitpunkt und die Einspritzrate entsprechend der Luftströmungsrate, der Drehzahl des Verbrennungsmotors und dem von einem O₂-Sensor gelieferten Luft/Kraftstoffverhältnissignal fest.

Die Beziehung zwischen dem wärmeerzeugenden Widerstandselement 150 und dem Widerstand 156 zur Lufttemperaturkompensation ist durch die folgenden Gleichungen gegeben:

Rh = Rh₀ (1 + α · Th), (13)

Rk = Rk₀ (1 + α · Ta), (14)

wobei gilt:
Rh: Widerstandswert des wärmeerzeugenden Widerstandselementes 150,
Rh₀: Wert von Rh bei Th = 0,
Rk: Widerstandswert des Lufttemperaturkompensations- Widerstands 156,
Rk₀: Wert von Rk bei Ta = 0,
α: Temperaturkoeffizient des Widerstands.

Ferner gelten die folgenden Beziehungen:

Rh = (V₁ - V₂)/(V₂/R₁), (15)

Rk = (V₄ - V₃)/(V₃/R₂), (16)

wobei gilt:
R₁: Wert des Widerstands 152,
R₂: Wert des Widerstnads 158.

Aus den Gleichungen (13) und (14) ergibt sich daher:

Die Ausgangsspannung V₁ wird durch eine PID-Steuerung wie folgt bestimmt (im Beispiel wird angenommen, daß die Steuerung bei einer Temperaturdifferenz Th -Ta von 200°C ausgeführt wird):

V₁n +1 = V₁n + K₁ (Δ Tn -200) + K₂ (Δ Tn -Δ Tn -1) + K₃Σ (Δ Tn -200), -(19)

wobei K₁, K₂ und K₃ Konstanten sind, Δ T = Th -Ta ist und n +1, n und n -1 die nächste, die momentane bzw. die vorhergehende Messung bezeichnen.

Die Luftströmungsrate kann durch die King-Formel erhalten werden. Die King-Formel zeigt die Beziehung zwischen der Leistung und der abgestrahlten Wärmemenge eines wärmeerzeugenden Widerstands und ist durch die folgende Gleichung gegeben:

wobei gilt:
Qa: Luftströmungsrate,
I: durch den wärmeerzeugenden Widerstand fließender Strom,
C₁, C₂: Funktion der Lufttemperatur.

Die Temperaturdifferenz Th -Ta wird durch die Mikrocomputersteuerung konstant gehalten, während die Werte C₁ und C₂ im voraus in den ROM geschrieben worden sind und entsprechend der Lufttemperatur Ta verwendet werden. I² ergibt sich aus der folgenden Gleichung:

I²Rh = V₂(V₁ -V₂)/R₁. (21)

Daher ergibt sich unter Verwendung von Gleichung (21) aus Gleichung (20) die Luftströmungsrate Qa.

In den Fig. 6A, 6B und 6C sind Flußdiagramme für die Justierungsverarbeitung des Luftströmungssensors von Fig. 5 gezeigt. Fig. 6A ist ein Flußdiagramm zur Bestimmung der Widerstandswerte Rh₀ und Rk₀. Fig. 6B ist ein Flußdiagramm zur Bestimmung der Konstanten C₁ und C₂. Fig. 6C ist ein Flußdiagramm zur Bestimmung der Ansprechmöglichkeit der Luftströmungsratenänderung.

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild für eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Konstantstrom-Leistungsquellen 169′ und 169 führen einen Strom an ein wärmeerzeugendes Widerstandselement 170 bzw. an ein Widerstandselement 172 zur Lufttemperaturkompensation. Durch einen Mikrocomputer 176 wird ein Schalter 174 in konstanten Intervallen T eingeschaltet. Falls der Schalter 174 ausgeschaltet wird, wenn die Klemmenspannung des wärmeerzeugenden Widerstandselementes 170 einen Schwellenwert übersteigt, ist die Stromleitungsrate D (D = Stromleitungszeit/ T) durch die folgende Gleichung gegeben:

Somit ist die Stromleitungsrate D eine Funktion der Luftströmungsrate Qa, während K₁ und K₂ Funktionen der Lufttemperatur sind; der Schwellenwert wird durch die Lufttemperatur variiert und so festgelegt, daß er die folgende Gleichung erfüllt:

(Klemmenspannung des wärmeerzeugenden Widerstandselementes)
=K (Klemmenspannung des Temperaturkompensations-Widerstandselementes) (23)

wobei K eine Konstante ist.

Die Anschlußspannungen des wärmeerzeugenden Widerstandselementes 170 und des Widerstandselementes 172 zur Lufttemperaturkompensation werden mittels eines Multiplexers 178 wahlweise empfangen und über einen A/D-Wandler 180 in einen Mikrocomputer 176 eingegeben. Der Mikrocomputer 176 führt ferner die Steuerung der Kraftstoffeinspritzrate und der Zündzeitpunkteinstellung des Verbrennungsmotors aus. Der Multiplexer 178, der A/D-Wandler 180 und der Mikrocomputer 176 sind wie in Fig. 1 auf derselben Leiterplatte oder demselben Halbleiterplättchen angeordnet.

In den Fig. 8A und 8B sind Justierungsverarbeitungen für den Luftströmungssensor von Fig. 7 gezeigt. Die in den Fig. 8A und 8B gezeigten Verarbeitungen werden mittels einer mit dem Mikrocomputer von Fig. 7 verbundenen ROM- Einschreibeinrichtung ausgeführt. In der Verarbeitung von Fig. 8A wird der Wert K von Gleichung (23) bestimmt, so daß die Beziehung zwischen den Temperaturen Th und Ta beim Schwellenwert konstant ist. Die Verarbeitung von Fig. 8B wird ausgeführt, um die Konstanten K₁ und K₂ festzulegen.

In Fig. 9 ist ein Softwaresystem für eine Verbrennungsmotorsteuervorrichtung für Fahrzeuge gezeigt. Das System enthält einen Startunterbrechungsprozeß PST, Unterbrechungsprozesse PIR₂ bis PIR _n für die Verbrennungsmotorsteuerung, eine Prozeßprioritätssteuerung TS und Steuerprozesse T₁ bis T _n. Weiterhin enthält das System eine Luftströmungssensor-Unterbrechung für den On-Line-Prozeß der Luftströmungsratenmessung IR _{a ein}, eine Unterbrechung der Off-Line-Justierung des Luftströmungssensors IR _{a aus}, einen On-Line-Unterbrechungsprozeß des Luftströmungssensors PIR _{a ein}, einen Off-Line-Unterbrechungsprozeß des Luftströmungssensors PIR _a aus, einen Justierungsprozeß des Luftströmungssensors T _aus/Luft und einen On-Line- Prozeß der Strömungsratenmessung des Luftströmungssensors T _ein/Luft. Bei der in Fig. 9 gezeigten Anordnung wird der Luftströmungssensor durch Ausführung einer Unterbrechung der Off-Line-Justierung IR _{a aus}, eines Off-Line- Unterbrechungsprozesses PIR _{a aus} und durch einen Justierungsprozeß T _aus/Luft ausgeführt. Für den Justierungsprozeß T _aus/Luft wird für den in Fig. 1 gezeigten Luftströmungssensor das Flußdiagramm von Fig. 2 verwendet, während für den in Fig. 5 gezeigten Sensor das Flußdiagramm von Fig. 6 und für den in Fig. 7 gezeigten Sensor das Flußdiagramm von Fig. 8 verwendet wird.

Wenn die Justierung beendet ist, werden im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors eine Luftströmungssensor-Unterbrechung für den On-Line-Prozeß IR _{a ein}, ein On-Line-Unterbrechungsprozeß PIR _{a ein} und ein On-Line-Prozeß für die Strömungsratenmessung T _ein/Luft verwendet. Im On-Line- Prozeß T _ein/Luft werden Prozesse wie etwa die Steuerung der Lufströmungsratenmessung ausgeführt. Es wird festgestellt, daß die Umschaltung zwischen der Off-Line-Justierungsunterbrechung IR _{a aus}, dem Off-Line-Unterbrechungsprozeß PIR _{a aus}, dem Justierungsprozeß T _aus/Luft und der Luftströmungssensor-Unterbrechung IR _{a ein}, dem On-Line-Unterbrechungsprozeß PIR _{a ein} und dem On-Line- Prozeß zur Strömungsratenmessung T _ein/Luft beispielsweise durch einen handbetätigten Schalter bewerkstelligt wird.

In Fig. 10 ist die Beziehung des Betriebssystems OS zu der Luftströmungssensor-Unterbrechung IR _{a ein} und zum Prozeß T _ein/Luft für die On-Line-Verarbeitung gezeigt. In Fig. 10 bezeichnet AD die Analog/Digital-Wandlung, PRO bezeichnet den Prozeß der Luftströmungsratenmessung und DO bezeichnet die Datenausgabe und das Schreiben der Daten in das Ausgaberegister. Wenn in der in Fig. 10 gezeigten Prozeßsteuerung aufgrund der Synchronisation in bezug auf die Zeit oder die Drehzahl eine Luftströmungssensor- Unterbrechung IR _{a ein} auftritt, führt der Mikrocomputer unter der Kontrolle des OS den Prozeß T _ein/Luft aus, der die Analog/Digital-Wandlung AD, den Prozeß zur Luftströmungsratenmessung PRO und die Datenausgabe und das Einschreiben der Daten in das Ausgaberegister DO umfaßt.

In Fig. 11 ist ein Verfahren zur Abnormalitätsfeststellung des Luftströmungssensors gezeigt. In dem in Fig. 5 gezeigten Luftströmungssensor ändert sich die Klemmenspannung des Stromermittlungswiderstandes 152 mit der Strömungsrate und der Temperatur; es werden jedoch im voraus Grenzen für den Änderungsbereich festgelegt. Die Klemmenspannung wird zunächst über den A/D-Wandler 164 in den Mikrocomputer 166 eingegeben, anschließend wird entschieden, ob die Anschlußspannung einen vorgegebenen Spannungswert übersteigt. Wenn der vorgegebene Spannungswert überstiegen wird, wird entschieden, daß eine Abnormalität vorliegt, ferner wird automatisch die Klemmenspannung so gesetzt, daß für das Fahrzeug wenigstens ein minimaler Fahrbetrieb aufrechterhalten wird; dies wird dem Fahrer angezeigt. Dieser Prozeß ist in dem Flußdiagramm von Fig. 12 gezeigt.

Wenn für den in Fig. 7 gezeigten Luftströmungssensor die Abnormalitätsfeststellung ausgeführt wird, wird bei eingeschaltetem Schalter 174 die Anschlußspannung des wärmeerzeugenden Widerstands 170 geprüft, anschließend wird, ebenfalls bei eingeschaltetem Schalter 174, die oben erwähnte Entscheidung getroffen. Die Abnormalitätsfeststellung für den Widerstand 172 zur Lufttemperaturkompensation kann unabhängig davon, ob der Schalter 174 ein- oder ausgeschaltet ist, ausgeführt werden.

In den Fig. 14 und 15 sind Beispiele von Anordnungen gezeigt, in denen der Mikrocomputer MC und die Treiberschaltung (Rückkopplungsschaltung) DC des thermischen Luftströmungssensors auf derselben Leiterplatte angebracht sind.

In den Fig. 14 und 15 bezeichnet TB ein Ansaugluftrohr, an dem ein Hitzdrahtwiderstand und Temperaturermittlungswiderstände 2 und 4 des thermischen Luftströmungssensors angeordnet sind.

Der Mikrocomputer 18, die Luftströmungssensor-Treiberschaltung usw. sind auf einer gemeinsamen Leiterplatte IB angebracht und sämtlich in einem metallischen Gehäuse CA enthalten.

In Fig. 14 sind das Gehäuse CA und das Ansaugluftrohr TB als getrennte Bauteile ausgebildet, während in Fig. 15 das Gehäuse CA und das Ansaugluftrohr TB zu einem einzigen Bauteil kombiniert sind.

In den Fig. 16 und 17 sind Beispiele von Anordnungen gezeigt, in denen der Mikrocomputer und die Treiberschaltung des thermischen Luftströmungssensors auf dem gleichen Halbleiterplättchen angebracht sind.

In den Fig. 16 und 17 ist auf einem gemeinsamen Halbleiterplättchen eine LSI-Schaltung, die den Mikrocomputer und die Treiberschaltung des Luftströmungssensors umfaßt, ausgebildet. Dieses Plättchen ist auf der Leiterplatte IB angebracht. Alle diese Teile sind in einem Metallgehäuse CA enthalten. Das oben erwähnte Halbleiterplättchen ist als Analog/Digital-Hybrid-LSI-Schaltung ausgebildet.

Auch in diesem Fall ist wie in den Fig. 14 und 15 das Gehäuse CA entweder getrennt vom Ansaugluftrohr TB ausgebildet oder mit diesem zu einem einzigen Bauteil kombiniert. Daher ist es möglich, zwischen zwei Anordnungstypen auszuwählen, um eine Anpassung an die gegebene Situation vorzunehmen.

Jetzt wird eine Ausführungsform beschrieben, in der die Idee der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt. Wie beispielsweise aus JP 62-23 732-B, wo ein thermischer Strömungssensor offenbart wird, bekannt ist, sind Sensoren des Standes der Technik, die eine physikalische Größe ermitteln und als elektrisches Signal ausgeben, so angeordnet, daß die Treiberausgabe, die aus einer physikalischen Größe, die durch ein Ermittlungselement wie etwa einen Hitzedraht ermittelt worden ist, in ein elektrisches Signal umgewandelt wurde, direkt als Sensorausgabe verwendet wird.

Wie aus JP 63-219 859-B bekannt, wird ein Luftströmungssensor so ausgebildet, daß er eine Funktion umfaßt, die ein spezifiziertes Identifikationssignal entsprechend dem Verfahren des Ermittlungselementes erzeugt, während in der Motorsteuervorrichtung eine festgelegte Umwandlungskennlinie ausgewählt wird, um so die Umwandlung an das Verfahren des Ermittlungselementes anzupassen. Die Sensoren des Standes der Technik, die direkt die Ausgabe der Treiberschaltung als Ausgabe des Sensors verwenden, haben jedoch aufgrund der ungleichmäßigen Qualität der Bestandteile einschließlich der Hitzedrahtabmessungen, der physikalischen Eigenschaften des den Hitzdraht bildenden Materials usw. unterschiedliche Ausgaben. Wenn daher ein System wie etwa eine Motorsteuervorrichtung mit einem solchen Sensor aufgebaut wird, entsteht das Problem, daß die Systemgenauigkeit niedrig ist. Wegen der ungleichmäßigen Ausgabe ist es unmöglich, einen weiteren Sensor, etwa einen solchen mit einem anderen Ermittlungselement, in dem Steuersystem zu verwenden, da die herkömmlichen Sensoren nicht miteinander kompatibel sind.

Der aus JP 63-219 859-B bekannte Sensor kann zwar Ermittlungselemente mit verschiedenen Verfahren aufnehmen, er kann jedoch nicht an ungleichmäßige Sensorausgaben angepaßt werden. Daher besteht bei ihm im Grunde das gleiche Problem wie bei den anderen erwähnten Sensoren des Standes der Technik.

Die vorliegende Ausführungsform hat daher zur Aufgabe, Unregelmäßigkeiten der Ausgabe von Sensoren aufgrund der unterschiedlichen Qualität ihrer Bestandteile zu verringern und einen Sensor mit ausgezeichneter Ermittlungsgenauigkeit zu schaffen.

Weiterhin hat die vorliegende Ausführungsform zur Aufgabe, einen Sensor und eine Motorsteuervorrichtung zu schaffen, die mit dem Steuersystem kompatibel sind und eine bessere Markttauglichkeit besitzen.

Nun wird der Aufbau des Sensors im einzelnen beschrieben. In Fig. 18 umfaßt ein Sensor 210 ein Ermittlungselement 211 zum Ermitteln einer physikalischen Größe Q als eines Ermittlungsobjekts, einen Treiber 212 zum Umwandeln der vom Ermittlungselement 211 ermittelten physikalischen Größe Q in ein elektrisches Signal V, einen Speicherabschnitt 214 zum Speichern der Beziehung zwischen dem vom Treiber 212 ausgegebenen elektrischen Signal V und einer Sensorausgabe Fo, die ein vom Sensor 210 ausgegebenes elektrisches Signal darstellt, einen Ausgabeabschnitt 215, der ein vom Sensor 210 ausgesandtes elektrisches Signal F erzeugt, und einen Steuerabschnitt 213, der aus der Ausgabe V des Treibers 212 und der im Speicherabschnitt 214 gespeicherten, oben erwähnten Beziehung einen Zielwert Fx gewinnt und den Ausgabebereich 215 gemäß diesem Zielwert Fx treibt.

In Fig. 19 ist die im Speicherabschnitt 214 gespeicherte Beziehung zwischen der Treiberausgabe V und dem Zielwert Fo der Sensorausgabe gezeigt. Dieser Graph wird dadurch gewonnen, daß die Beziehung zwischen der Treiberausgabe V und dem Zielwert Fo der Sensorausgabe bei der Herstellung des Sensors, die später beschrieben werden wird, bestimmt und aufgezeichnet wird.

Die Funktion des Steuerabschnitts 213 wird mit Bezug auf das in Fig. 20 gezeigte Flußdiagramm beschrieben. Zunächst wird die Ausgabe V des Treibers 212 eingelesen (Schritt S 1). Aus der erwähnten, im Speicherabschnitt 214 gespeicherten Beziehung wird eine Sensorausgabe Fo, die der Ausgabe V des Treibers 212 entspricht, erhalten und als Zielwert Fx verwendet (Schritt S 2). Dieser Zielwert Fx wird an den Ausgabeabschnitt 215 ausgegeben, der dadurch angetrieben wird (Schritt S 3). Dann wird die Ausgabe F des Ausgabeabschnitts 215 als Rückkopplungswert eingelesen (Schritt S 4). Es wird entschieden, ob die Abweichung zwischen dem Zielwert Fx und dem Rückkopplungswert F Null ist oder nicht (Schritt S 5). Der Zielwert Fx wird so lange ausgegeben, bis die Abweichung Null wird (Schritte S 3 bis S 5). Wenn die Abweichung Null geworden ist, wird die Ausgabe V des Treibers 212 wieder eingelesen (Schritt S 1). Dann wird die oben beschriebene Prozedur wiederholt. Bei Ausführung der obigen Prozedur wird der Ausgabeabschnitt 215 durch den Steuerabschnitt gesteuert, so daß das elektrische Signal F, das als Sensorausgabe ausgesandt wird, mit dem Zielwert Fx übereinstimmt.

In Fig. 22 ist eine Schaltungsanordnung des Sensors gezeigt, bei der Daten in den Speicherabschnitt 214 geschrieben werden. Es wird angenommen, daß das Ermittlungselement 211 ein Hitzdraht und der Sensor 210 ein Luftströmungssensor ist. Bei der Herstellung von Sensoren dieser Bauart neigen die Hitzdrähte 211 dazu, unterschiedliche Abmessungen, unterschiedliche physikalische Materialeigenschaften usw. anzunehmen, so daß die Treiber 212 wegen ihrer elektronischen Bauteile oft eine unregelmäßige Qualität besitzen. Als Gegenmaßnahme wird im Herstellungsprozeß des Sensors 210 die Beziehung zwischen der Ausgabe Q eines Luftströmungsratenbezugsmeßgeräts und der Ausgabe V des Treibers in einer erforderlichen Anzahl gemessen (z. B. 64 Punkte), dann wird ein Zielwert Fo der Sensorausgabe, der in einer festen Beziehung zur Ausgabe Q des Luftströmungsratenbezugsmeßgeräts steht, bestimmt. In der Folge wird die in Fig. 19 gezeigte V/Fo-Kennlinie erarbeitet und mittels eines Speicherabschnitt-Einschreibbauelements 216 in den Speicherabschnitt 214 eingeschrieben.

In der vorliegenden Ausführungsform, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, ist es auch dann möglich, die Eigenschaften der physikalischen Größe Q und der Sensorausgabe F in eine im wesentlichen feste Beziehung zu setzen, wenn die Ausgabe V des Treibers 212 bei verschiedenen Sensoren ungleichmäßig ist, da die Sensorausgabe Fo, die in einer festen Beziehung zur physikalischen Größe Q steht, aufgrund der im Speicherabschnitt 214 gespeicherten Beziehung und vermittelt durch die Treiberausgabe V als Zielwert Fx der Sensorausgabe verwendet wird, wodurch die Ermittlungsgenauigkeit in hohem Maß verbessert wird.

Die Kennlinie zwischen der physikalischen Größe Q und der Sensorausgabe F ist nahezu stabil. Wenn daher ein Sensor gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird, kann ein jeglicher Sensor gemäß dieser Ausführungsform als der gleiche Sensor behandelt werden, so daß Sensoren gemäß dieser Ausführungsform eine hohe Kompatibilität und eine hohe Markttauglichkeit besitzen.

In der obigen Ausführungsform wird die Ausgabe F des Ausgabebereichs 215 in einem geschlossenen Regelkreis durch Rückkopplung der Ausgabe an den Steuerabschnitt 213 gesteuert. Das Steuerverfahren des Ausgabeabschnitts 215 durch den Steuerabschnitt 213 ist jedoch nicht auf diese Steuerung in einem geschlossenen Regelkreis beschränkt. Wie in Fig. 21 gezeigt, kann der Ausgabeabschnitt 215 durch einen offenen Regelkreis gesteuert werden, indem die Schritte S 4 und S 5 von Fig. 20 weggelassen werden. Der Steuerabschnitt 213, der Speicherabschnitt 214 und der Ausgabeabschnitt 215 sind im allgemeinen auf einem einzigen Siliziumchip integriert. Diese Anordnung setzt der Verbesserung der Genauigkeit des Ausgabebereichs 215 eine Grenze. Wie in Fig. 20 gezeigt, ist es im Hinblick auf die Gewährleistung der Steuergenauigkeit wünschenswert, eine Rückkopplungssteuerung des Ausgabeabschnitts 215 auszuführen. Wenn die Genauigkeit des Ausgabeabschnitts 215 jedoch hoch ist, kann der Ausgabeabschnitt 215 durch eine Steuerung mit offenem Regelkreis gesteuert werden. In diesem Fall kann der Betrieb des Steuerabschnitts 213 vereinfacht werden.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 23 bis 27 eine Ausführungsform beschrieben, in der dieses Konzept auf einen Luftströmungssensor angewandt wird.

In Fig. 23 sind in einem Gehäuse 220, das einen zu einem Fahrzeugmotor führenden Luftweg bildet, ein Hauptweg 220 A und Nebenweg220 B vorgesehen. Eine in den gesamten Luftweg eingeführte Luftmenge Q wird oberhalb einer Teilungswand 221 aufgeteilt, so daß eine Menge q₁ durch den Hauptweg 220 A und eine Menge q₂ durch den Nebenweg 220 B strömt und sich die beiden Ströme am Auslaß des Nebenweges 220 B wieder vereinigen.

Der Luftströmungssensor 230 umfaßt ein Ermittlungselement 231 von Hitzdrahtbauart, das im Nebenweg 220 B vorgesehen ist und der Ermittlung der Luftströmungsrate Q dient (und das im folgenden erforderlichenfalls als Hitzdraht bezeichnet wird), einen Lufttemperaturdetektor 232, der im selben Nebenweg 220 B vorgesehen ist und der Ermittlung der Lufttemperatur dient (und im folgenden als Kaltdraht bezeichnet wird), und einen Trägerbauteil- Temperaturdetektor 234 zur Ermittlung der Temperatur des Trägerbauteils 233 (der im folgenden als Wandtemperatursensor bezeichnet wird), wobei der Trägerbauteil- Temperaturdetektor 234 in dem Teil des Ermittlungselement- Trägerbauteils 233 vorgesehen ist, der sich in der Nähe des Nebenweges 220 B befindet. Das Ermittlungselement 231, der Kaltdraht 232 und der Wandtemperatursensor 234 sind mit einer Leiterplatte 235 verbunden, auf der die in Fig. 18 gezeigten Teile angeordnet und mittels einer elektronischen Schaltung miteinander verbunden sind; über diese Leiterplatte 235 sind das Ermittlungselement 231, der Kaltdraht 232 und der Wandtemperatursensor 234 ferner mit einem Anschluß 236 verbunden, der der Verbindung mit einer externen Schaltung dient.

Als konkretes Beispiel ist in Fig. 24 eine Schaltungsanordnung gezeigt, die die Leiterplatte 235 des Luftströmungssensors 230 enthält. Der Luftströmungssensor 230 umfaßt einen Treiber 237, einen Speicherabschnitt 238 und einen Steuerabschnitt 240, die jeweils den entsprechenden Abschnitten von Fig. 18 entsprechen. Der Ausgabebereich 239 wird von einem Frequenzgenerator gebildet.

Der Treiber 237 umfaßt Widerstände 241 und 242, die mit dem Hitzedraht 231 und dem Kaltdraht 232 eine Brückenschaltung bilden, einen Differenzverstärker 243 und einen Transistor 244, der die an die Brückenschaltung angelegte Spannung steuert. Die an die Brückenschaltung angelegte Spannung wird so gesteuert, daß die Mittelabgriffsspannungen der Brückenschaltung abgeglichen werden, so daß der durch den Hitzdraht 231 fließende Strom zu einer Funktion der Luftströmungsrate wird. Dieser Hitzdrahtstrom wird am Widerstand 241 ermittelt, so daß die am Widerstand abfallende Spannung als Ausgabe V des Treibers 237 verwendet wird.

Der Speicherabschnitt 238 umfaßt erste und zweite Speicher 238 A und 238 B. Im ersten Speicher 238 A ist wie im Speicherabschnitt 214 von Fig. 18 die in Fig. 19 gezeigte Beziehung zwischen der Ausgabe V des Treibers 237 und der Ausgabe Fo des Sensors gespeichert. Im zweiten Speicher 238 B ist ein Korrekturkoeffizient K gespeichert, mit dem die Wirkung der vom Wandtemperatursensor 235 ermittelten Wandtemperatur Tw korrigiert wird.

Nun wird der Korrekturkoeffizient K beschrieben. In Fig. 25 ist die Änderung der ermittelten Strömungsrate relativ zur Luftströmungsrate Q, die durch einen nicht mit einem Wandtemperatursensor ausgerüsteten Luftströmungssensor ermittelt wird, gezeigt. Wenn die Wandtemperatur des Trägerbauteils 233 gleich der Lufttemperatur ist, ist die Ausgabe des Sensors relativ zur Änderung der Lufströmungsrate Q konstant, wie dies durch die gerade Linie M₀ angezeigt ist. Wenn das Trägerbauteil 233 durch die Wärme des Motors jedoch um beispielsweise 60°C gegenüber der Lufttemperatur von 20°C erwärmt wird, ändert sich die Sensorausgabe, wenn die Luftströmungsrate Q abnimmt, wie dies durch die Kurve M₁ gezeigt ist. Dies hat einen Fehler von maximal 10% zur Folge und hat den folgenden Grund: Wenn zwischen dem Trägerbauteil 233 und dem Hitzedraht 231 eine Temperaturdifferenz entsteht, wird die Temperatur des Trägerbauteils 233 an den Hitzdraht 231 übertragen, so daß die Temperatur des Hitzdrahtes 231 geändert wird. Der Korrekturkoeffizient K ist dazu vorgesehen, die Wirkung der Wandtemperatur auszugleichen. Beispielsweise wird der Korrekturkoeffizient K so gesetzt, wie in Fig. 26 gezeigt ist. Hier stellt die Ordinatenachse den Korrekturkoeffizienten dar, während eine Abszissenachse den Ausgabewert Tw des Wandtemperatursensors 234 und die andere Abszissenachse die Treiberausgabe V, die proportional zu Qa ist und als Luftströmungsrate Qa verwendet wird, darstellt. K bildet eine gekrümmte Fläche mit Tw und V als Parameter.

Der Betrieb des Steuerabschnitts 240 wird mit Bezug auf das Flußdiagramm von Fig. 27 beschrieben. Die Ausgabe V des Treibers 237 und die Ausgabe Tw des Wandtemperatursensors 234 werden eingelesen (Schritt S 10). Dann wird aus der Beziehung zwischen den oben erwähnten Größen V und Fo, die im ersten Speicher 238 A des Speicherabschnitts 238 gespeichert ist, die der Ausgabe V des Treibers 237 entsprechende Sensorausgabe Fo erhalten (Schritt S 11). Gleichzeitig wird aus der in Fig. 26 gezeigten und im zweiten Speicher 238 B gespeicherten Beziehung der Korrekturkoeffizient K, der der Ausgabe Tw des Wandtemperatursensors 234 und der Treiberausgabe V entspricht, erhalten (Schritt S 12). Dann wird Fx = K · Fo berechnet und somit der Zielwert Fx der Sensorausgabe, der an den Frequenzgenerator 239 ausgegeben werden soll, erhalten (Schritt S 13). Dann wird der Zielwert Fx an den Frequenzgenerator 239 ausgegeben, um diesen zu treiben (Schritt S 14), während die Ausgabe F des Frequenzgenerators 239 als Rückkopplungswert eingelesen wird (Schritt S 15) und entschieden wird, ob die Abweichung des Rückkopplungswertes F vom Zielwert Fx Null ist (Schritt S 16). Der Zielwert Fx wird fortgesetzt ausgegeben, bis die Abweichung Null wird (Schritte S 14 bis S 16). Durch Ausführung der obigen Prozedur wird der Frequenzgenerator 239 durch den Steuerabschnitt 240 so gesteuert, daß das als Sensorausgabe dienende elektrische Signal F mit dem Zielwert Fx übereinstimmt.

Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform aus der im ersten Speicher 238 A gespeicherten Beziehung die Sensorausgabe Fo, die in einer festen Beziehung zur Luftströmungsrate Q steht, über die Treiberausgabe V erhalten, wobei die Wirkung der Wandtemperatur des Trägerbauteils 233 durch Verwendung der Ausgabe Tw des Wandtemperatursensors 234 ausgeglichen wird. Folglich ist es möglich, die Kennlinien der Luftströmungsrate Q und der Sensorausgabe F mit höherer Genauigkeit in eine feste Beziehung zu setzen, wodurch die Ermittlungsgenauigkeit stark verbessert und die Kompatibilität des Sensors erhöht wird.

Wenn statt des Frequenzgenerators ein Spannungsgenerator für den Ausgangsabschnitt 239 verwendet wird, kann die gleiche Wirkung erzielt werden. Wie in der Ausführungsform von Fig. 18 kann der Ausgabeabschnitt 239 durch den Steuerabschnitt 240 mittels einer Steuerung mit offenem Regelkreis ohne Rückkopplungssteuerung gesteuert werden.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 28 bis 32 eine weitere Ausführungsform beschrieben. Diese Ausführungsform wird dadurch erhalten, daß bei der oben erwähnten und in Fig. 24 gezeigten Ausführungsform eine Funktion hinzugenommen wird, die mit hoher Genauigkeit eine Lufttemperaturkompensation ausführt.

Wie in Fig. 28 gezeigt, ist ein Luftströmungssensor 250 gemäß dieser Ausführungsform so aufgebaut, daß in der Brückenschaltung des Treibers 251 kein Kaltdraht 232 enthalten ist; statt dessen wird die Brückenschaltung von einem Hitzdraht 231, den Widerständen 241 und 242 und einem Widerstand 252 gebildet. Der Kaltdraht 232 wird hiervon unabhängig mit dem Steuerabschnitt verbunden. Ein Speicherabschnitt 254 umfaßt erste, zweite und dritte Speicher 254 A, 254 B bzw. 254 C. Im ersten Speicher 254 A ist wie im Speicherabschnitt 214 von Fig. 18 die Beziehung der Ausgabe V des Treibers 137 und der Sensorausgabe Fo gespeichert. Im zweiten Speicher 254 B ist ein Korrekturkoeffizient K 1 zur Korrektur der Temperaturkennlinie des Hitzdrahts 231 mittels der Lufttemperatur gespeichert. Im dritten Speicher 254 C ist ein Korrekturkoeffizient K 2 zur Korrektur der Wirkung der durch den Wandtemperatursensor 234 ermittelten Wandtemperatur Tw gespeichert.

Nun werden die Korrekturkoeffizienten K 1 und K 2 beschrieben. In Fig. 29 ist die Änderung der ermittelten Strömungsrate dQ relativ zur Luftströmungsrate Q für einen Fall gezeigt, in dem die Temperaturkennlinie des Hitzdrahts 231 durch die Lufttemperatur korrigiert wird, wobei in der Brückenschaltung des Treibers wie in der in Fig. 24 gezeigten Ausführungsform der Kaltdraht 232 enthalten ist. Die Sensorausgabe ist in bezug auf die Änderung der Luftströmungsrate Q konstant, wenn die Lufttemperatur 20°C beträgt, wie dies durch die gerade Linie N₀ angezeigt ist. Wenn jedoch die Lufttemperatur 80°C beträgt, ändert sich die Sensorausgabe mit der Änderung der Luftströmungsrate Q, wie dies durch die Kurve N₁ angezeigt ist. Der Korrekturkoeffizient K 1 wird dazu benutzt, die Änderung der Temperaturkennlinie des Hitzdrahts zu korrigieren. In Fig. 30 ist beispielsweise der Fall gezeigt, in dem der Korrekturkoeffizient K 1 in der erläuterten Weise festgesetzt worden ist. In Fig. 30 stellt die Ordinatenachse den Korrekturkoeffizienten K 1 dar, während eine Abszissenachse den Ausgabewert Ta des Kaltdrahts 232 und die andere Abszissenachse die Treiberausgabe, die proportional zur Luftströmungsrate Qa ist und als solche verwendet wird, darstellt. K 1 bildet eine gekrümmte Fläche mit Ta und V als Parameter.

Der Korrekturkoeffizient K 2 hat im wesentlichen die gleiche Bedeutung wie der Korrekturkoeffizient K, der weiter oben mit Bezug auf die in Fig. 24 gezeigte Ausführungsform beschrieben worden ist. Er wird dazu verwendet, den Fehler der Sensorausgabe zu korrigieren, der dann auftritt, wenn die Wärme des Trägerbauteils 233 (siehe Fig. 23) an den Hitzdraht 231 übertragen wird und die Temperatur dieses Hitzdrahtes ändert. In dieser Ausführungsform wird jedoch um einer genauen Korrektur willen die Wandtemperatur Tw nicht direkt verwendet, sondern eine Temperaturdifferenz zwischen der Wandtemperatur Tw und der Lufttemperatur Ta. Beispielsweise ist in Fig. 31 ein Fall gezeigt, in dem der Korrekturkoeffizient K 2 in der oben erwähnten Weise gesetzt worden ist. In Fig. 32 ist die Form der gekrümmten Fläche des Korrekturkoeffizienten K 2 gleich derjenigen des Korrekturkoeffizienten K in Fig. 26. Da jedoch die Temperaturdifferenz zwischen der Wandtemperatur und Lufttemperatur als Temperaturparameter verwendet wird, stellt folglich eine Abszissenachse die Differenz Tw -Ta dar.

Nun wird mit Bezug auf das in Fig. 32 gezeigte Flußdiagramm der Betrieb des Steuerabschnitts 253 beschrieben. Zunächst werden die Ausgabe V des Treibers 251, die Ausgabe Ta des Kaltdrahtes und die Ausgabe Tw des Wandtemperatursensors 234 eingelesen (Schritt S 20). Dann werden aus der Beziehung zwischen den früher erwähnten Größen V und Fo, die im ersten Speicher 254 A des Speicherabschnitts 254 gespeichert ist, die Sensorausgabe Fo, die der Ausgabe V des Treibers 251 entpsricht, erhalten (Schritt S 21). Gleichzeitig wird aus der Ausgabe Tw des Wandtemperatursensors 234 und der Ausgabe Ta des Kaltdrahts 232 eine Temperaturdifferenz zwischen der Wandtemperatur und der Lufttemperatur, Tw -Ta, ermittelt (Schritt S 22). Aus der Beziehung von Fig. 30, die im zweiten Speicher 254 B gespeichert ist, wird ein Korrekturkoeffizient K 1, der der Lufttemperatur Ta und der Treiberausgabe V entspricht, erhalten (Schritt S 23). Aus der Beziehung von Fig. 31, die im dritten Speicher 254 C gespeichert ist, wird ein Korrekturkoeffizient K 2, der der Temperaturdifferenz Tw -Ta und der Treiberausgabe V entspricht, erhalten (Schritt S 24).

Dann wird Fx = K 1 · K 2 · Fo berechnet, so daß der Zielwert Fx der Sensorausgabe, der an den Frequenzgenerator 239 geliefert werden soll, erhalten wird (Schritt S 25). Danach wird der Frequenzgenerator 239 in einem geschlossenen Regelkreis rückkopplungsgesteuert, so daß die Ausgabe F des Frequenzgenerators 239 mit dem Zielwert Fx übereinstimmt (Schritte S 26 bis S 28).

Mit dieser Ausführungsform, die wie oben beschrieben angeordnet ist, ist es möglich, die Abhängigkeit der Änderung der Temperaturkennlinie des Hitzdrahts von der Strömungsrate zu verringern, wodurch die Ermittlungsgenauigkeit und die Kompatibilität des Sensors weiter verbessert wird.

Wie oben beschrieben worden ist, ist es im Einklang mit der Grundidee dieser Erfindung möglich, ein kompaktes, weniger teueres Luftströmungsmeßgerät zu schaffen, das gegenüber Fehlfunktionen auch dann weniger anfällig ist, wenn ein Rauschen die Leitung zwischen dem Strömungssensor und dem den Verbrennungsmotor steuernden Mikrocomputer beeinflußt.

In den angeführten Beispielen dieser Erfindung können Sensoren mit hoher Ermittlungsgenauigkeit erhalten werden, während es bei Verwendung von Sensoren in einem System möglich ist, verschiedene Sensoren und Sensoren mit unterschiedlichen Ermittlungsverfahren zu verwenden, indem sie als die gleichen Eigenschaften besitzend angesehen werden. Das Ergebnis ist, daß die Systemgenauigkeit erhöht und die Markttauglichkeit des Systems verbessert werden kann.

Claims

1. Verbrennungsmotorsteuervorrichtung, die ein thermisches Ansaugluftströmungsmeßgerät verwendet, gekennzeichnet durch
ein wärmeerzeugendes Widerstandselement (2) und ein Lufttemperaturmessungs-Widerstandselement (4) zum Messen einer Luftströmungsrate der in den Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges strömenden Luft, wobei beide Widerstandselemente (2, 4) im Ansaugrohr vorgesehen sind und die Widerstandswerte der Widerstandselemente (2, 4) eine Temperaturabhängigkeit aufweisen;
eine Rückkopplungssteuereinheit (10 bis 66; 213; 240; 253) zur Regelung eines durch das wärmeerzeugende Widerstandselement (2) fließenden Stroms, so daß die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Widerstandselementen (2, 4) konstant wird; und
einen Mikrocomputer (18) zur Steuerung der Zündzeitpunkteinstellung und der Kraftstoffeinspritzrate des Verbrennungsmotors, wobei die Rückkopplungssteuereinheit (10 bis 66; 213; 240; 253) und der Mikrocomputer (18) auf derselben Leiterplatte (70; 235) oder demselben Halbleiterplättchen (70; 235) angeordnet sind.

2. Verbrennungsmotorsteuervorrichtung, die ein thermisches Ansaugluftströmungsmeßgerät verwendet, gekennzeichnet durch
ein wärmeerzeugendes Widerstandselement (2) und ein Lufttemperaturmessungswiderstandselement (4) zum Messen einer Luftströmungsrate der in den Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs strömenden Luft, wobei beide Widerstandselemente (2, 4) im Ansaugrohr vorgesehen sind und die Widerstandswerte der Widerstandselemente (2, 4) eine Temperaturabhängigkeit aufweisen;
eine Analogschaltung (10 bis 66) zur Rückkopplungssteuerung eines durch das wärmeerzeugende Widerstandselement (2) fließenden Stroms, so daß eine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Widerstandselementen (2, 4) konstant wird; und
einen Mikrocomputer (18) zur Steuerung der Zündzeitpunkteinstellung und der Kraftstoffeinspritzrate des Verbrennungsmotors, wobei die Analogschaltung (10 bis 66) und der Mikrocomputer (18) auf derselben Halbleiterplatte (70) angeordnet sind.

3. Verbrennungsmotorsteuervorrichtung, die ein thermisches Ansaugluftströmungsmeßgerät verwendet, gekennzeichnet durch
ein wärmeerzeugendes Widerstandselement (2) und ein Lufttemperaturkompensations-Widerstandselement (4), wobei beide Widerstandselemente (2, 4) in der Strömung der in einen Verbrennungsmotor angesaugten Luft angeordnet sind und deren Widerstandswerte durch die Temperatur veränderbar sind;
eine elektrische Leistungsversorgungseinheit (8) zum Liefern von Strömen an die Widerstandselemente (2, 4);
eine Stromsteuereinheit (14, 16, 20, 22, 28, 42; 213; 240; 253) zum Steuern der Größe des an das wärmeerzeugende Widerstandselement (2) gelieferten Stroms;
eine Leistungsversorgungssteuereinheit (52 bis 56, 64; 213; 240; 253) zur Ermittlung einer Größendifferenz des elektrischen Widerstands zwischen dem wärmeerzeugenden Widerstandselement (2) und dem Lufttemperaturkompensations- Widerstandselement (4), also zur Ermittlung einer Temperaturdifferenz und zum Justieren der Stromsteuereinheit, so daß die Differenz einen vorgegebenen Wert annimmt, wodurch der an das wärmeerzeugende Widerstandselement (2) gelieferte Strom eingestellt wird;
eine Luftströmungsratensignaleinheit (58; 215; 239) zur Ausgabe eines Signals, das der Größe des durch das wärmeerzeugende Widerstandselement (2) fließenden Stroms entspricht;
einen Analog/Digital-Wandler (68) zum Umwandeln des analogen Strömungsratensignals in ein digitales Signal; und
einen Mikroprozessor (18) zur Berechnung einer Spannung, mit der die Größendifferenz des elektrischen Widerstandes zwischen dem wärmeerzeugenden Widerstandselement (2) und dem Lufttemperaturkompensations- Widerstandselement (4), also eine Temperaturdifferenz, auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird, um die Leistungsversorgungssteuereinheit zu steuern, um digitale Signale, die proportional zur Luftströmungsrate sind, entsprechend einem Ausgangssignal vom Analog/Digital-Wandler (68) auszugeben und um eine Kraftstoffeinspritzrate und eine Zündzeitpunkteinstellung entsprechend der Drehzahl des Verbrennungsmotors und den digitalen Signalen zu bestimmen, wobei die Leistungsversorgungssteuereinheit, eine Luftströmungsratensignal- Verarbeitungseinheit, der Analog/Digital-Wandler (68) und der Mikrocomputer (18) als ein Bauteil auf derselben Leiterplatte oder demselben Halbleiterplättchen angeordnet sind.

4. Thermisches Ansaugluftströmungsmeßgerät (210) gekennzeichnet durch
erste Ermittlungseinrichtungen (211, 231) zur Ermittlung einer physikalischen Größe (Q);
eine Treibereinrichtung (212) zum Umwandeln der ermittelten Luftmenge in ein elektrisches Signal;
eine Speichereinrichtung (214) zum Speichern einer Beziehung zwischen der Ausgabe (V) der Treibereinrichtung (212) und der Ausgabe des thermischen Ansaugluftströmungsmeßgeräts (210);
eine Ausgabeeinrichtung (215) zum Erzeugen eines auszusendenden elektrischen Signals; und
eine Steuereinrichtung (213) zur Berechnung eines Ausgabezielwerts des thermischen Ansaugluftströmungsmeßgeräts (210), um dadurch die Ausgabeeinrichtung (215) so zu steuern, daß das auszusendende elektrische Signal mit dem Zielwert übereinstimmt.

5. Meßgerät (210) gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine zweite Ermittlungseinrichtung (232) zur Ermittlung einer Lufttemperatur, wobei die Steuereinrichtung (213) den Zielwert der Ausgabe des thermischen Ansaugluftströmungsmeßgeräts (210) entsprechend der ermittelten Lufttemperatur korrigiert.

6. Meßgerät (210) gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine dritte Ermittlungseinrichtung (234) zur Ermittlung einer Temperatur desjenigen Teils, an dem die erste Ermittlungseinrichtung (231) angebracht ist, wobei die Steuereinrichtung (213) den Zielwert der Ausgabe des thermischen Ansaugluftströmungsmeßgeräts (210) entsprechend der ermittelten Teiletemperatur korrigiert.

7. Meßgerät (210) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speichereinrichtung (214) die Beziehung zwischen der Ausgabe (V) der Treibereinrichtung (212) und der Ausgabe des thermischen Ansaugluftströmungsmeßgeräts (210) vor der Herstellung des thermischen Ansaugluftströmungsmeßgeräts (210) gespeichert worden ist.

8. Meßgerät (210) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung ein Frequenzgenerator (239) ist.

9. Meßgerät (210) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung ein Spannungsgenerator (239) ist.