DE60132263T2

DE60132263T2 - Luftdurchflussmesser

Info

Publication number: DE60132263T2
Application number: DE60132263T
Authority: DE
Inventors: Masuo Hitachinaka-shi Akamatsu
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2021-01-13
Also published as: US20010009109A1; US20030192378A1; EP1118842B1; DE60132263D1; JP2001201382A; JP3470073B2; EP1118842A1; US6691568B2; US7040159B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftdurchflussmesser, insbesondere einen Luftdurchflussmesser zum Messen des Luftdurchflusses, der für die Verwendung einer Motorsteuerung für ein Kraftfahrzeug geeignet ist.
Als Luftdurchflussmesser des Standes der Technik ist ein Luftdurchflussmesser vom Ratiometrieausgabetyp bekannt, der eine Ausgabekennlinien-Einstellschaltung und eine Ratiometrieumwandlungsschaltung aufweist, wie in JP 10148556 gezeigt ist. Auch ist in einem Luftdurchflussmesser vom Frequenzausgabetyp ein Luftdurchflussmesser vom Ratiometrieausgabetyp bekannt, der eine Ausgabekennlinien-Einstellschaltung und eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung aufweist.
Jedoch weisen in beiden von dem Luftdurchflussmesser vom Ratiometrieausgabetyp und dem Luftdurchflussmesser vom Frequenzausgabetyp zwei Schaltungen der jeweiligen Luftdurchflussmesser unabhängige interne Referenzleistungszufuhrschaltungen auf, und zur Sicherstellung ihrer Genauigkeit ist es notwendig, dass ein Widerstand mit dem Externen eines monolithischen ICs verbunden wird, und daher ist es notwendig, dass die IC Verbindungsanschlüsse in der Zahl hat, die proportional der Zahl der internen Referenzleistungszufuhrschaltungsausgaben ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Luftdurchflussmessers, bei dem es in dem Fall, in dem mehrere interne Referenzleistungszufuhrschaltungen benötigt werden, möglich ist, die Genauigkeit der internen Referenzspannung mit weniger IC-Anschlüssen zu verbessern.
Die oben angegebene und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung können durch einen Luftdurchflussmesser gemäß Anspruch 1 gelöst werden. Er enthält eine Charakteristikeinstellschaltung zum Einstellen der Kennlinie eines durch die Durchflussmengen-Erfassungseinrichtung erfassten Durchflussmengensignals unter Verwendung einer ersten internen Referenzspannung und Ausgeben des Durchflussmengen-Kennliniensignals, eine Umwandlungsschaltung, die das Durchflussmengen-Kennliniensignal, das diese Charakteristikeinstellschaltung ausgibt, in eine ratiometrische Ausgabe oder eine Frequenzausgabe auf der Grundlage einer zweiten internen Referenzspannung umwandelt, und eine Referenzleistungszufuhrspannung für die ersten und zweiten internen Referenzspannungen, wobei die interne Referenzleistungszufuhrschaltung Folgendes umfasst: eine Temperatur/Strom-Erzeugungsschaltung zum Erzeugen eines Stroms proportional zu einer Temperatur; eine Strom-Spiegelschaltung zum Duplizieren des Stroms dieser Temperatur/Strom-Erzeugungsschaltung, indem ein erster und ein zweiter Strom erzeugt werden; eine erste Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung, durch die der erste Strom fließt und die so angeordnet ist, dass sie die erste Referenzspannung erzeugt; und eine zweite Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung, durch die der zweite Strom fließt und die so angeordnet ist, dass sie die zweite Referenzspannung erzeugt.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Präzision der internen Referenzspannungen mit wenigen IC-Anschlüssen zu verbessern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet die Temperatur/Strom-Erzeugungsschaltung als Widerstand vor zugsweise einen Dickschichtwiderstand und die ersten und zweiten Referenzspannungs-Erzeugungsschaltungen verwenden einen monolithischen Widerstand bzw. einen Dickschichtwiderstand.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Temperaturkennlinien-Linearität der Referenzspannungen zu korrigieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltungsdiagramm eines Luftdurchflussmessers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Schaltungsdiagramm eines Luftdurchflussmessers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
3 ist ein Schaltungsdiagramm eines Luftdurchflussmessers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird die Anordnung eines Luftdurchflussmessers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von 1 erläutert. Die Erklärung erfolgt durch Verwendung eines Luftdurchflussmessers vom Ratiometrieausgabetyp als Beispiel.
Eine Durchflussmengen-Erfassungsschaltung 3 umfasst einen Wärme erzeugenden Widerstand 1, der in einem Luftdurchflussweg positioniert ist, und eine Konstanttemperatur-Steuerschaltung 2. Der Wärme erzeugende Widerstand 1 empfängt einen Strom von der Konstanttemperatur-Steuerschaltung 2 und wird durch Eigenwärmeer zeugung wärmegesteuert. Die Konstanttemperatur-Steuerschaltung 2 erfasst eine Luftdurchflussmenge aus der Größe des Wärmestroms durch Steuern des Wärmestroms so, dass der Widerstand des Wärme erzeugenden Widerstands 1 auf einem vorgegebenen Wert aufrechterhalten wird, und erzeugt ein Durchflussmengen-Erfassungssignal V2.
Eine Ausgabekennlinien-Erfassungsschaltung 4 stellt die Kennlinie des Durchflussmengen-Erfassungssignals V2 durch Einstellen eines Nullpunkts und eines Verstärkungsfaktors auf der Grundlage der Gleichung (1) ein, um dadurch ein Durchflussmengen-Kennliniensignal V4 durch Einstellen des Ausgabesignals des Luftdurchflussmessers auf eine vorgegebene Kennlinie zu erzeugen. Um den Nullpunkt der Ausgabekennlinien-Einstellschaltung 4 einzustellen, wird eine interne Referenzschaltung ES verwendet, die durch eine Bandlückenreferenzleistungszufuhrschaltung 6 erzeugt wird. V4 = K1 × V2 – K2 × ES (1)
In dieser Gleichung (1) ist K1 eine Konstante zum Einstellen des Verstärkungsfaktors und K2 ist eine Konstante zum Einstellen des Nullpunkts.
Eine Multiplikationsschaltung 5, die eine ratiometrische Umwandlungsschaltung bildet, vergleicht die interne Referenzspannung VINT, die durch die Bandlückenreferenzleistungszufuhrschaltung 6 erzeugt wurde, mit einer externen Referenzspannung VREF, die von einer mit dem Luftdurchflussmesser verbundenen Motorsteuerungseinheit zugeführt wurde, und wandelt das durch die Ausgabekennlinien-Einstellschaltung 4 erzeugte Durchflussmengen-Kennliniensignal V4 auf der Grundlage der Gleichung (2) in eine ratiometrische Kennlinie um, um dadurch ein Ausgabesignal VOUT aus dem Luftdurchflussmesser auszugeben. VOUT = K3 × V4 × (VREF/VINT) (2)
In dieser Gleichung (2) ist K3 eine Konstante.
Die in den Zeichnungen nicht gezeigte Motorsteuerungseinheit beinhaltet einen AD-Wandler zum Umwandeln des Signals des Luftdurchflussmessers in ein digitales Signal zum Steuern des Motors unter Verwendung des Signals des Luftdurchflussmessers.
Nun kann die Gleichung (2) unter Verwendung der Gleichung (1) als die folgende Gleichung (3) ausgedrückt werden. VOUT = (K1 × V2 – K2 × FS) × K3 × (VREF/VINT) (3)
Aus der Gleichung (3) ist klar, dass, da die interne Referenzleistungszufuhrspannung ES die Änderung des Nullpunkts bewirkt und die interne Referenzspannung VINT die Änderung des Verstärkungsfaktors bewirkt, die interne Referenzleistungszufuhrspannung ES und die interne Referenzspannung VNT dazu geeignet sind, die Temperaturkennlinie des Luftdurchflussmessers einzustellen, wenn sie von unabhängigen Kennlinien sind.
Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform eine halbleiterintegrierte Schaltung wirksam angeordnet, indem eine Bandlückenreferenzleistungszufuhrschaltung 6 als Einrichtung zum Erzeugen der internen Referenzspannungen ES und VINT verwendet wird.
Da irgendeine Verteilung der Bandlückenreferenzleistungszufuhrschaltung 6 von der Verteilung der sie bildenden Transistoren und Widerstände abhängt, ist die Verwendung externer Widerstände, wie etwa von Dickschichtwiderständen, die auf einem Schaltungssubstrat ausgebildet sind, auf dem eine IC angebracht ist, eher geeignet als die Verwendung monolithischer Widerstände, die in einer IC integriert sind, da die Verteilung von Widerstanden und Spannungen klein ist. Jedoch verursacht ersteres das Problem, dass die Zahl der Anschlüsse der IC zum Verbinden der Transistoren innerhalb der IC mit den externen Widerständen erhöht ist.
Dementsprechend wird in der Bandlückenreferenzleistungszufuhrschaltung 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Temperaturstrom IT, dessen Stromwert proportional zur absoluten Temperatur ist, durch eine Temperatur/Strom-Erzeugungsschaltung 21 erzeugt, und zwei interne Referenzspannungen ES und VINT werden erzeugt, indem einer Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 23 und einer Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 24 durch eine Stromduplizierungsschaltung 22 duplizierte Temperaturströme zugeführt werden.
Die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltungen 23 und 24 umfassen jede jeweilige Dioden oder Transistoren und einen jeweiligen Widerstand, wie in der Zeichnung gezeigt. In dieser Anordnung ist es möglich, irgendeine Temperaturänderung auszugleichen, da die Temperaturkennlinie der Vorwärts-Spannungsabfall-Spannung VF der Diodenverbindung bezüglich der Temperaturänderung negativ ist, wenn sie zu dem Spannungsabfall des Widerstands, durch den der zu einer Temperatur proportionale Strom fließt, addiert wird. Somit ist es möglich, eine Referenzspannung zu erzeugen, deren Wert sich nicht ändert, auch wenn es irgendeine Änderung der Temperatur gibt.
Wie vorstehend erläutert, ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, mehrere Hochpräzisions-Bandlückenreferenzleistungs zufuhrschaltungen bereitzustellen, deren Kennlinie mit wenigen IC-Anschlüssen anstelle von zwei integrierten Referenzleistungszufuhrschaltungen unabhängig eingestellt werden kann.
Als Nächstes wird die Anordnung eines Luftdurchflussmessers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Diese Ausführungsform wird unter Verwendung eines Luftdurchflussmessers vom Ratiometrieausgabetyp erklärt.
2 ist ein Schaltdiagramm, das die Anordnung des Luftdurchflussmessers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Übrigen geben die gleichen Bezugsziffern wie diejenigen in 1 die gleichen Teile oder Komponenten an.
In 2 sind eine Durchflussmengen-Erfassungsschaltung 3, eine Ausgabekennlinien-Einstellschaltung 4 und ein Vervielfacher 5 die gleichen wie die entsprechenden in 1.
Eine Bandlückenreferenzschaltung 6A umfasst eine Temperatur/Strom-Erzeugungsschaltung 21A, eine Stromduplizierungsschaltung 22, eine Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 23A und eine Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 24A.
Die Temperatur/Strom-Erzeugungsschaltung 21A besteht aus den Transistoren 25 und 26. Der Emitter des Transistors 25 ist mit einem Anschluss 50 verbunden und der Emitter des Transistors 26 ist mit einem Anschluss 37 verbunden. Diesen Anschlüssen werden Temperaturströme IT zugeführt, deren Werte proportional zu der absoluten Temperatur sind. Der Anschluss 37 ist mit einem externen Widerstand 27, wie etwa einem Dickschichtwiderstand, verbunden, und der Anschluss 50 ist mit dem externen Erdpotenzial verbunden. Die Stromduplizierungsschaltung 22 ist die gleiche wie die entsprechende der 1.
Die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 23A umfasst reihengeschaltete Transistoren 28 und 29 sowie Widerstände 30 und 31. Die Widerstände 30 und 31 sind mit einem Anschluss 39 verbunden, um damit einen externen Widerstand zu verbinden. Der Widerstand 30 ist ein monolithischer Widerstand und der Widerstand 31 ist ein Dickschichtwiderstand, der der externe Widerstand ist. Die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 23A weist die Ausgabe auf, die mit einem externen Verbindungsanschluss 40 durch einen Spannungsfolger 36 verbunden ist, um der Ausgabekennlinien-Einstellschaltung 4 die Referenzspannung ES zuzuführen. Auch umfasst die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 24A reihengeschaltete Transistoren 32 und 33 sowie Widerstände 34 und 35, deren Zusammenschaltungen als ein Anschluss 38 wirken, mit dem ein externer Widerstand verbunden ist. Der Widerstand 34 ist ein monolithischer Widerstand und der Widerstand 35 ist ein Dickschichtwiderstand, der der externe Widerstand ist.
Die Bandlückenreferenzschaltung 6A weist die in einer IC untergebrachten fast Komponenten auf und besitzt vier Anschlüsse 37, 38, 39 und 50, mit denen externe Widerstände, wie etwa Dickschichtwiderstände, verbunden sind. Daher ist es möglich, als die Widerstände, wie sie in den Referenzspannungs-Erzeugungsschaltungen 23A und 24A verwendet werden, die Kombination aus den externen Dickschicht- und den monolithischen Widerständen innerhalb der IC zu verwenden und die Temperaturkennlinien-Linearität der Referenzspannung zu korrigieren. In der Anordnung in 2 können, da es möglich ist, die Korrekturbeträge für die Linearität der Referenzspannungen ES und VINT mit dem Verhältnis des monolithischen Widerstands 30 und des externen Widerstands 31 und dem Verhältnis des monolithischen Widerstands 34 und des externen Widerstands 35 unabhängig einzustellen, der Nullpunkt des Luftdurchflussmessers und die Temperatur der Spanne ebenso wie die Temperaturkennlinien-Linearität des Nullpunkts bzw. die Temperaturkennlinien-Linearität der Spanne auf ihre jeweiligen optimalen Werte eingestellt werden.
Auch ist es bei dem in 2 gezeigten Beispiel möglich, die Anzahl der IC-Verbindungsanschlüsse zu senken und die Genauigkeit der Bandlückenreferenzleistungszufuhrschaltung sicherzustellen, da das Innere der IC und der Anschluss zum Vorsehen der Verbindung mit den externen Widerständen unter Verwendung einer geringen Anzahl von Anschlüssen, wie etwa vier Anschlüssen 37, 38, 39 und 50, verbunden sind.
Als Nächstes wird die Anordnung eines Luftdurchflussmessers gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von 3 erläutert. Diese Ausführungsform wird unter Verwendung eines Luftdurchflussmessers vom Frequenzausgabetyp erläutert.
3 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Anordnung des Luftdurchflussmessers gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die verwendeten Bezugsziffern, die die gleichen wie diejenigen in 1 sind, identifizieren die gleichen Teile oder Komponenten.
In 3 sind eine Durchflussmengen-Erfassungsschaltung 3 und eine Ausgabekennlinien-Einstellschaltung 4 die gleichen wie die entsprechenden der 1. Der Vervielfacher 5, wie in 1 verwendet, wird durch eine VCO (spannungsgesteuerter Oszillator)-Schaltung 7 ersetzt. Die VCO-Schaltung 7 wandelt das Ausgabespannungssignal V4 der Ausgabekennlinien-Einstellschaltung 4 in ein Frequenzsignal um und erzeugt das Ausgabesignal VOUT des Luftdurchflussmessers vom Frequenzausgabetyp.
Die Bandlückenreferenzleistungszufuhrschaltung 6 erzeugt eine interne Referenzspannung ES für die Ausgabecharakteristik-Einstellschaltung 4 und eine interne Referenzschaltung VINT für die VCO-Schaltung 7. Gerade wie im Fall der 1 umfasst die Bandlückenreferenzleistungszufuhrschaltung 6 eine Temperatur/Strom-Erzeugungsschaltung 21, eine Stromduplizierungsschaltung 22 und Referenzspannungs-Erzeugungsschaltungen 23 und 24. Die Temperatur/Strom-Erzeugungsschaltung 21 erzeugt einen Temperaturstrom IT, dessen Wert proportional zu der absoluten Temperatur ist, und erzeugt zwei interne Referenzspannungen ES und VINT, indem sie der Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 23 bzw. der Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung 24 Temperaturströme, die unter Verwendung der Stromduplizierungsschaltung 22 dupliziert wurden, zuführt.
Die Referenzspannungs-Erzeugungsschaltungen 23 und 24 sind jede aus zwei Dioden oder Transistoren und einem Widerstand hergestellt, wie in der Zeichnung gezeigt. Da die Temperaturkennlinie der Vorwärts-Spannungsabfall-Spannung der Diodenverbindung bezüglich irgendeiner Temperaturänderung negativ ist, wenn der Spannungsabfall aufgrund des Widerstands, durch den der zur Temperatur proportionale Strom fließt, hinzuaddiert wird, ist es möglich, unter Verwendung eines ausgewählten Widerstands irgendeine Temperaturänderung aufzuheben und eine Referenzspannung zu erzeugen, deren Wert sich nicht in Abhängigkeit von der Temperaturänderung ändert.
Wie vorstehend erläutert, ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, mehrere Hochpräzisions-Bandlückenreferenzleistungs zufuhrschaltungen bereitzustellen, deren Kennlinie mit wenigen IC-Anschlüssen anstelle von zwei integrierten Referenzleistungszufuhrschaltungen unabhängig eingestellt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es in einem Luftdurchflussmesser, in dem mehrere interne Referenzleistungszufuhrschaltungen benötigt werden, möglich, den Genauigkeitsgrad einer internen Referenzspannung mit wenigen IC-Anschlüssen zu verbessern.

Claims

Luftdurchflussmesser mit: einer Durchflussmengen-Erfassungseinrichtung (3), einer Charakteristikeinstellschaltung (4), die angeordnet ist, um die Kennlinie eines durch die Durchflussmengen-Erfassungseinrichtung (3) erfassten Durchflussmengensignals V2 einzustellen, indem ein Nullpunkt und ein Verstärkungsfaktor unter Verwendung einer ersten internen Referenzspannung ES eingestellt werden und ein Durchflussmengen-Kennliniensignal V4 ausgegeben wird, einer Umwandlungsschaltung (5), die zum Umwandeln des Durchflussmengen-Kennliniensignals V4 in eine ratiometrische Ausgabe oder eine Frequenzausgabe VOUT des Luftdurchflussmessers auf der Grundlage einer zweiten internen Referenzspannung VINT angeordnet ist, und einer Referenzleistungszufuhrspannung (6) zum Bereitstellen der ersten und zweiten internen Referenzspannungen, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Referenzleistungszufuhrschaltung (6) Folgendes umfasst: eine Temperatur/Strom-Erzeugungsschaltung (21) zum Erzeugen eines Stroms proportional zu einer Temperatur; eine Strom-Spiegelschaltung (22) zum Duplizieren des Stroms dieser Temperatur/Strom-Erzeugungsschaltung (21) durch Erzeugen eines ersten und eines zweiten Stroms; eine erste Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung (23), durch die der erste Strom fließt und die so angeordnet ist, dass sie die erste Referenzspannung ES erzeugt; und eine zweite Referenzspannungs-Erzeugungsschaltung (24), durch die der zweite Strom fließt und die so angeordnet ist, dass sie die zweite Referenzspannung VINT erzeugt.
Luftdurchflussmesser nach Anspruch 1, bei dem die Temperatur/Strom-Erzeugungsschaltung (21) einen Dickschichtwiderstand (27) als in der Temperatur/Strom-Erzeugungsschaltung (21) beinhalteten Widerstand verwendet und die ersten und zweiten Referenzspannungs-Erzeugungsschaltungen (23, 24) einen monolithischen Widerstand (30, 34) bzw. einen Dickschichtwiderstand (31, 35) beinhalten.