KR100462179B1

KR100462179B1 - 레시오매트릭출력형발열저항체식공기유량계및발열저항체식공기유량계및엔진제어장치

Info

Publication number: KR100462179B1
Application number: KR1019970060690A
Authority: KR
Inventors: 아카마츠마스오
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 2005-05-24
Also published as: DE19751060A1; CN1184249A; CN1125315C; JP3300615B2; KR19980042520A; DE19751060C2; JPH10148556A; US6032526A

Abstract

본 발명은 고정밀도인 발열저항체식 공기유량계를 제공한다.

본 발명의 발열저항체식 공기유량계(80)는 입력전압(Vin)에 비례한 신호(Vp)를 출력하는 비례회로(8)와, 「내부기준전압(VINT)과 외부기준전압(VREF)의 차이전압(VD)」과 「입력전압(Vin)」의 곱에 비례한 신호(Vm)를 출력하는 승산회로(6)와, 비례회로(8)의 출력신호(Vp)와 승산회로(6)의 출력신호(Vm)를 가산하는 가산회로(9)로 이루어지고, 상기 가산한 신호를 레시오메트릭 출력신호(Vout)로 하는 레시오메트릭회로(4)를 가지는 것이다.

Description

레시오메트릭 출력형 발열저항체식 공기유량계 및 발열저항체식 공기유량계 및 엔진제어장치

본 발명은 자동차용 발열저항체식 공기유량계에 관한 것이며, 특히 레시오메트릭(ratiometric) 출력형 발열저항체식 공기유량계에 관한 것이다.

발열저항체식 공기유량계로부터의 출력신호는, 엔진 콘트롤 유닛(이하, ECU라고 약칭)에 전달되고, ECU 내의 AD 변환기(이하, ADC라고 약칭)에서 디지탈 신호로 변환되고, 그리고, 공기유량의 연산이 실행된다. 이 때, ADC의 전원전압이 변화하면 변환후의 디지탈 신호에 오차가 생긴다. 이 오차를 저감하는 방법으로서, ECU 내의 기준전압을 외부기준전압으로 하여 가열저항체식 공기유량계에 입력하고, 유량계 내부의 레시오메트릭 회로에 의해 상기 외부기준전압에 따라 공기유량신호를 비례 조정하여 ECU에 송신하는 기술이 있고, 예를 들어, 특개평 2-85724호 공보에 개시되어 있다.

그러나 상기 종래 기술은, 발열저항체식 공기유량계에 레시오메트릭 기능을 부가했을 뿐이고, 레시오메트릭 기능의 정밀도를 향상하는 것에 대해서는 고려되어 있지 않았다.

따라서, 본 발명의 목적은, 레시오메트릭 기능의 정밀도를 개선하고, 보다 고정밀도인 레시오메트릭 출력형 발열저항체식 공기유량계 및 발열저항체식 공기유량계를 제공하는 것에 있다.

또, 다른 목적은, 정밀도가 좋은 엔진 제어장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하는 레시오메트릭 출력형 발열저항체식 공기유량계는, 발열저항체를 가열하는 전류로부터 검출한 전압신호(Vin)를, 외부수단으로부터 입력한 제 2 기준전압신호로 처리하여 공기유량을 나타내는 출력신호(Vout)를 출력하는 레시오메트릭 회로를, 제 1 기준전압신호를 발생하는 내부기준 전원회로와, 상기 전압신호(Vin)를 입력하여 당해 전압신호(Vin)에 비례한 비례신호(Vp)를 출력하는 비례회로와, 「상기 제 1 기준전압신호와 상기 제 2 기준전압신호의 차이신호」와 「상기 전압신호(Vin)」의 곱에 비례한 승산신호(Vm)을 출력하는 승산회로와, 상기 비례신호(Vp)와 상기 승산신호(Vm)를 가산하여 상기 출력신호(Vout)로 하는 가산회로로 구성하여 이루어지는 것이다.

또, 상기 목적을 달성하는 발열저항체식 공기유량계의 특징은, 공기통로 중에 마련된 발열저항체를 가열하는 전류로부터 검출한 신호(Vin)를 출력하는 검출회로와, 상기 공기통로 중에 흐르는 피측정 공기의 온도신호를 검출하는 공기온도 검출수단과, 외부수단으로부터 입력한 제 2 기준전압신호에 상기 온도신호에 비례한 전압신호를 가산 또는 감산하여 보정신호를 출력하는 가·감산수단과, 제 1 기준전압신호를 발생하는 내부기준 전원회로, 상기 신호(Vin)를 입력하여 당해 신호(Vin)에 비례한 비례신호(Vp)를 출력하는 비례회로, 「상기 제 1 기준전압신호와 상기 보정신호의 차이신호」 와 「상기 신호(Vin)」의 곱에 비례한 승산신호(Vm)를 출력하는 승산회로, 상기 비례신호(Vp)와 상기 승산신호(Vm)를 가산하여 공기유량을 나타내는 출력신호(Vout)를 출력하는 가산회로를 포함하는 레시오메트릭 회로로 구성되어 있는 점에 있다.

또한, 상기 목적을 달성하는 엔진 제어장치는, 발열저항체를 가열하는 전류로부터 검출한 신호(Vin)를 출력하는 발열저항체식 공기유량계와, 제 1 기준전압신호를 발생하는 내부기준 전원회로와, 제 2 기준전압신호를 발생하는 기준전원회로, 상기 신호(Vin)에 비례한 신호(Vp)를 출력하는 비례회로, 「상기 제 1 기준전압신호와 상기 제 2 기준전압신호의 차」와 「상기 신호(Vin)」의 곱에 비례한 신호(Vm)를 출력하는 승산회로, 상기 신호(Vp)와 상기 신호(Vm)를 가산하는 가산회로를 가지고 상기 가산신호를 공기유량을 나타내는 출력신호(Vout)로서 처리하는 엔진 콘트롤 유닛을 구비한 것이다.

본 발명에 의하면, 비례회로의 출력신호와 승산회로의 출력신호를 가산한 신호를 레시오메트릭 출력신호로 하기 때문에, 예를 들어, 외부기준전압의 변화가 중앙치에 대하여 ±5%인 경우라면, 레시오메트릭 회로의 오차가 10분의 1 이하로 억제되어, 레시오메트릭 기능의 정밀도가 개선된다.

그리고, 발열저항체식 공기유량계의 측정 정밀도가 향상하기 때문에 정밀도가 좋은 엔진 제어장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

먼저, 본 발명에 의한 일 실시예의 레시오메트릭 출력형 발열저항체식 공기 유량계에 대하여 설명한다.

도 1은, 본 발명에 의한 첫 번째 실시예의 발열저항체식 공기유량계를 나타내는 도면이다. 도 1에서, 발열저항체식 공기유량계(80)[이하, 공기유량계(80)라고 약칭한다]는, 레시오메트릭 회로에 입력되는 공기유량신호로서의 전압신호(Vin)를 검출하는 검출회로(10)와, 상기 전압신호(Vin)를 외부수단으로부터 입력한 제 2 기준전압신호로 처리하여 공기유량을 나타내는 출력신호(Vout)를 출력하는 레시오메트릭 회로(4)를 포함하여 구성된다.

즉, 공기 흐름 속에 설치된 발열저항체(2)의 온도를 일정하게 유지하도록 정(定)온도 제어회로(1)에 의해 제어하고, 열선으로서의 발열저항체(2)의 가열에 필요한 가열전류를 전류검출 저항을 개재해서 검출하여 전압신호(V2)로 한다. 검출한 전압(V2)을 출력특성 조정회로(3)에서 조정하고, 그 조정 출력한 전압신호(Vin)를, 레시오메트릭 회로(4)에서 외부로부터 입력되는 외부기준전압(VREF)을 사용하고, 상기 전압신호(Vin)에 비례하여 변화하는 레시오메트릭 출력신호를 변환처리하여, 레시오메트릭 회로(4)[또는, 후술할 공기유량계(80)]의 출력신호(Vout)로 한다.

도 1의 실시예에서, 레시오메트릭 회로(4)는, 제 1 기준전압신호로서의 내부 기준전압(VINT)을 발생하는 내부기준 전원회로(5), 외부수단으로부터 입력한 제 2 기준전압신호로서의 외부기준전압(VREF)과 내부기준전압(VINT)의 차로서의 전압(VD)을 검출하는 차동 증폭기(6a)와 차동 증폭기(6a)의 전압(VD)과 출력특성 조정회로(3)의 출력전압(Vin)의 곱으로서의 전압(Vm)을 출력하는 승산기(6b)로 이루어지는 승산회로(6), 출력특성 조정회로(3)의 출력전압(Vin)을 정수(K2)배한 전압(Vp)을 출력하는 비례회로(8), 승산기(6b)의 출력전압(Vm)과 비례회로(8)의 출력전압(Vp)을 가산하여 유량계의 공기유량을 나타내는 출력전압(Vout)으로 하는 가산회로(9)로 구성된다.

이들의 관계는, 이하의 수학식으로 나타내진다.

VD = K1*(VREF-VINT)

Vm = VD*Vin

= K1*(VREF-VINT)*Vin

Vp = K2*Vin

Vout = Vm+Vp

= K1*(VREF-VINT)*VIN+K2*Vin

= {K1*(VREF-VINT)+K2}*Vin

여기에서, 정수 K1, K2 중 K2 값을,

K2 = K1*KINT

가 되도록 설정하면,

Vout = K1*VREF*Vin

로 되고, 외부기준전압(VREF)에 비례한 출력전압(Vout)을 얻을 수 있다.

또, 승산회로(6)의 오차율을 εm으로 할 때,

dVout = εm*K1*(VREF-VINT)*Vin

이 되고, 출력전압(Vout)의 오차율을 εV로 하면,

εV = dVout/Vout = εm*(VREF-VINT)/(VREF)

가 된다. 따라서, 레시로메트릭 회로(4)의 오차율 εV는, 승산회로(6)의 오차율 εm에 대하여,

εV/εm = (VREF-VINT)/(VREF)

로 축소할 수 있다.

위 수학식에서, 예를 들어, 외부기준전압(VREF)의 중앙치가 5(V), 변화범위(변화율 범위)가 ±5%일 때는, VREF=4.75∼5.25(V)가 되기 때문에, VREF> VINT가 되는 범위에서 동작시키기 위해서는, 예를 들어, VINT=4.75로 하면,

εV/εm = 0∼0.095

로 구해지고, 레시오메트릭 회로(4)의 오차율 εV는, 승산회로(6)의 오차율 εm의 10분의 1 이하가 되는 것이 판명된다. 즉, 본 발명에 의하면, 종래기술에 비하여 레시오메트릭 회로의 오차가 10분의 1 이하로 억제된다.

비례회로(8)의 출력전압(Vp)과 승산회로(6)의 출력전압(Vm)의 비는 수학식 6, 수학식 9에 의해

Vp/Vm = VINT/(VREF-VINT)

이기 때문에, 이때, VREF=5, VINT=4.75인 경우라면,

Vp/Vm = 4.75/(5-4.75) = 19/1

이다.

또, 동작 마진을 고려하여 외부기준전압의 변화범위(변화율 범위)를 士20%로 한 경우에는, VINT=4V로 하면 좋기 때문에, 이 때,

Vp/Vm = 4/(5-4) = 4/1

이 되고, 오차율의 축소율은, 실사양(實仕樣) 범위 VREF=5±5%에 있어서,

εV/εm = 0∼0.238

로 된다. 이상에서, 비례회로(8)의 출력전압(Vp)과 승산회로(6)의 출력전압(Vm)의 비(Vp/Vm)는, 4배 이상(상기의 예에서는, 4배와 19배)으로 설정하면, 동작 마진을 확보하고, 또, 승산회로(7)의 오차율(εm)을 축소한 실용적인 레시오메트릭 회로를 얻을 수 있다는 것이 이해된다. 환언하면, 제 2 기준전압신호[일반적으로는 외부기준전압(VREF)]의 변화율 범위는, 그 제 2 기준전압신호[즉, 외부기준전압(VREF)] 중앙치의 20(%) 이내로 억제되는 것이 긴요하다고 말할 수 있다.

그런데, 레시오메트릭 출력을 얻기 위해 디지탈 연산을 행할 경우에, 승산과 가산에서는 그 연산정밀도에 차이가 없기 때문에, 승산만의 연산으로 충분한 정밀도를 얻을 수 있는 반면, 디지탈 연산을 행하기 위해서는, AD 변환기나 마이크로 프로세서(이하, MPU) 등의 대(對)온도 환경성능(내환경성)이 떨어지는 기능 소자를 필요로 하는 면이 있어, 회로규모가 커진다는 문제가 있다.

그래서, 레시오메트릭 회로를, 회로규모를 작게 할 수 있고, MPU 등의 내환경성이 떨어지는 기능 소자를 필요로 하지 않고 자동차용 공기유량계 등의 환경조건에 적합한 아날로그 승산회로로 구성하는 것을 생각할 수 있으나, 아날로그 승산 회로는, 아날로그 차동 증폭회로와 동등한 정밀도를 확보하기가 곤란하였다. 그러나, 본 발명의 사상을 채용함으로써, 아날로그 승산회로를 사용해도 정밀도가 보상되기 때문에, 내환경성이 우수하고 회로구성이 보다 간단해지는 아날로그 승산회로를 활용하여, 정밀도가 좋은 레시오메트릭 기능을 가지는 발열저항체식 공기유량계를 실현할 수 있게 된 것이다.

이 아날로그 승산회로를 사용한 레시오메트릭 회로의 실시예를, 두 번째 실시예의 레시오메트릭 회로로서 설명한다. 또한, 도 1에 나타낸 첫 번째 실시예의 발열저항체식 공기유량계에서 예시한 레시오메트릭 회로(4)는, 첫 번째 실시예로서의 레시오메트릭 회로이다.

도 2는, 본 발명에 의한 다른 실시예의 레시오메트릭 회로를 나타내는 도면이다. 레시오메트릭 회로의 구체적인 전자회로를 나타낸 것이다.

두 번째 실시예의 레시오메트릭 회로(4)는, 내부기준 전원회로(5)와, 외부기준전압(VREF) 및 내부기준전압(VINT)의 차와 내부기준전압(VINT)의 비의 대수에 비례한 출력전압(△VBE)을 출력하는 LOG 앰프(6c)와, 입력전압(Vin)에 비례한 바이어스 전류를 주어 △VBE를 차동 증폭하는 차동 증폭회로(6d)로 이루어지는 승산회로(6)와, 비례회로(8)와, 가산회로(9)로 구성된다. 즉, 바이폴라형의 트랜지스터(11, 12)의 전류를, 연산증폭기(30, 31)에 의해 제어되는 트랜지스터(15, 16, 17, 18)에 의해 공급하고, 트랜지스터(11, 12)의 베이스-에미터 전압(VBE)의 차(△VBE)를 에미터 결합 차동형 트랜지스터(13, 14)에 복사함으로써 연산증폭기(32)에 의해 제어되는 저항(43)의 전류와 트랜지스터(13)의 전류의 비를 연산증폭기(30, 31)에 입력되는 전압(Vex)과 전압(Vei)의 비와 같게 한다. 트랜지스터(11, 12)의 전류를 Ic1, Ic2로 하면,

Ic1 = (Vex-Vei)/R1

Ic1+Ic2 = Vei/R2

Ic1/(Ic1+Ic2) = (Vex/Vei-1)*R2/R1

로 된다. 트랜지스터의 VBE는,

VBE = (k*T/q)*log(Ic/Is)

(단, k : 볼츠만상수, T : 온도[k], q : 전자의 전하,

IC : 트랜지스터의 콜렉터전류, Is : 트랜지스터의 콜렉터 포화전류)로 나타낼 수 있기 때문에, 트랜지스터(11, 12)의 VBE의 차(△VBE)는,

△VBE = VBE1-VBE2

= (k*T/q)*log(Ic1/Ic2)

로 되고, 트랜지스터(13, 14)의 전류도 마찬가지로

△VBE = VBE3-VBE4

= (k*T/q)*log(Ic3/Ic4)

로 나타내진다. 이 수학식 23, 수학식 25로부터,

Ic1/Ic2 = Ic3/Ic4

로 되고,

Ic3 = (Ic3+Ic4)*Ic1*(Ic1+Ic2)

로 된다. 또, 저항(43)을 흐르는 전류(IEE)는,

IEE = {Vin*R48/(R47+R48)}/R43

＝ Ic3+Ic4

로 된다. 수학식 18, 수학식 19, 수학식 27, 수학식 28, 수학식 29로부터,

Ic3 = Vin*R48/{(R47+R48)*R43}*(Vex/Vei-1)*R42/R41

트랜지스터(21, 22)에 의한 커런트미러 회로는, 트랜지스터(13)의 전류(Ic3)의 극성을 반전하여 저항(44)에 통전하기 때문에, 저항(44)의 전압(Vm-Vp)은,

Vm-Vp = R44*Ic3

= R44*Vin*R48/{(R47+R48)*R43}*(Vex/Vei-1)*R42/R41

로 된다. Vp는, Vin을 저항(45, 46)에 의해 분압한 값이기 때문에,

Vp = Vin*R46/(R45+R46)

따라서,

Vm = Vin*(R44/R43)*{R48/(R47+R48)}*(Vex/Vei-1)*R42/R41

＋Vin*R46/(R45+R46)

= Vin*[(R44/R43)*{R48/(R47+R48)}*(Vex/Vei)*(R42/R41)

+R46/(R45+R46)-(R44/R43)*{R48/(R47+R48)}*(R42/R41)]

로 되기 때문에,

R46/(R45+R46) = (R44/R43)*{R48/(R47+R48)}*(R42/R41)]

로 되도록, 저항치를 설정함으로써, Vm은 Vex와 Vin에 비례한 레시오메트릭 출력신호가 된다. 이 Vm을 연산증폭기(34), 저항(53, 54)에 의한 증폭회로에 입력하여 유량계의 출력신호(Vout)로 한다.

Vout = (1+R54/R53)*Vm

= Vin*(Vex/Vei)*(1+R54/R53)*(R44/R43)*{R48/(R47+R48)}*(R42/R41)

여기에서, 수학식 21로부터,

Ic2/Ic1 = (R2/R1)*Vei/(Vex-Vei)-1

이기 때문에,

(R2/R1) = 2*(Vex/Vei-1)

로 된다.

이 때, 트랜지스터(11, 12)의 전류가 같고, 수학식 23으로부터 LOG 앰프(6c)의 출력전압 (△VBE)이 0V가 되면, 「차동 트랜지스터의 전류비」는, 각각의 전류가 같을 때 가장 논리치에 가까워지기 때문에, 제 2 기준전압신호로서의 외부기준전압(VREF)이 변화범위의 중앙치일 때, 위 식을 만족하도록, 즉, LOG 앰프(6c)의 출력전압(△VBE)이 0V가 되도록 설정함으로써, 실사용 상태에서의 레시오메트릭 변환 오차를 더욱 적게 할 수 있음이 이해된다.

그리고 또, 도 2에서 Vex, Vei는, 하기의 수학식 41, 수학식 42로 나타낼 수 있기 때문에, 수학식 38에 대입하면, 수학식 43과 같이 된다.

Vex = R52/(R51+R52)*VINT

Vei = R50/(R49+R50)*VREF

Vout = Vin*(VREF/VINT)*{R52/(R51+R52)}*{1+R50/R49}

*(1+R54/R53)*(R44/R43)*{R48/(R47+R48)}*(R42/R41)

그런데, 수학식 21에 기재한 바와 같이, 트랜지스터의 VBE는 온도(T)의 함수이기 때문에, LOG 앰프(6c) 및 차동 증폭기(6d)를 구성하는 각 트랜지스터의 온도가 다를 경우는, 수학식 25의 값이 각 트랜지스터의 온도에 의해 변화한다. 이 점을 개선하여, 승산출력(Vm)을 안정시키기 위해서는, 즉, 방열 장애가 되지 않게 하기 위해서는, 승산회로(6)를 열적으로 좋게 결합되는 단일의 실리콘 기판 위에 형성하는 것이 좋다고 말할 수 있다. 즉, LOG 앰프(6c) 및 차동 증폭기(6d)는 단일의 실리콘 기판 위에 형성하는 구성 또는 승산회로(6)와 가산회로(8)는 단일의 실리콘 기판 위에 형성하는 구성이 바람직하다고 말할 수 있다.

본 발명에 의한 다른 실시예의 레시오메트릭 출력형 발열저항체식 공기유량계에 대하여 설명한다.

도 3은, 본 발명에 의한 두 번째 실시예의 발열저항체식 공기유량계를 나타내는 도면이다. 도 3에 나타낸 두 번째 실시예는, 도 1에 나타낸 첫 번째 실시예의 공기유량계에, 공기온도 검출수단(62)과 가·감산수단(63)을 부가한 것이다.

즉, 공기온도 센서(60)와 공기온도 검지회로(61)로 이루어져 피측정 공기의 온도를 검출하는 공기온도 검출수단(62)을 구비하고, 상기 공기온도 검출수단(62)에서 출력되는 온도신호(VTMP)를, 외부기준전압(VREF)에 가산 또는 감산하는 가·감산수단(63)에 의해 처리(보정)한 신호를, 레시오메트릭 회로(4)의 제 2 기준 전압신호로서 입력하도록 한 예이다.

바꿔말하면, 본 발명에 의한 발열저항체식 공기유량계는 공기통로 중에 마련된 발열저항체(2), 발열저항체(2)를 일정 온도로 유지하도록 전류를 공급하는 정온도 제어회로(1), 발열저항체(2)에 공급된 제어전류를 검출하는 전류검출저항(12), 검출된 신호를 증폭하여 전압신호(Vin)를 출력하는 출력특성 조정회로(3)를 포함하는 검출회로(10)와, 공기통로 중에 흐르는 피측정 공기의 온도신호(VTMP)를 검출하는 공기온도 검출수단(62)과, 외부에 마련되어 있는 외부수단(예를 들면, ECU)으로부터 입력한 제 2 기준전압신호로서의 외부기준전압(VREF)에 온도신호로서의 검출전압(VTMP)에 비례한 전압을 가산 또는 감산하여 보정신호를 출력하는 가·감산수단(63)과, 제 1 기준전압신호로서의 내부기준전압(VINT)을 발생하는 내부기준 전원회로 (5), 전압신호(Vin)를 입력하여 당해 전압신호(Vin)에 비례한 비례신호(Vp)를 출력하는 비례회로(8), 「제 1 기준전압신호와 보정신호의 차이신호」와 「전압신호 (Vin)」의 곱에 비례한 승산신호(Vm)를 출력하는 승산회로(6), 비례신호(Vp)와 승산신호(Vm)를 가산하여 공기유량을 나타내는 출력신호(Vout)를 출력하는 가산회로(9)를 포함하는 레시오메트릭 회로(4)로 구성된다.

본 두 번째 실시예에 의하면, 유량계의 유량특성이 온도의존성을 나타내는 경우에, 유량계의 출력특성을 온도보정할 수 있는 이점이 있다. 또한, 도 3의 실시예에서, 공기온도 검출수단(62)이 유량계 외부에 마련되고, 온도신호(VTMP)를 유량계에 입력해도 같은 효과를 얻을 수 있는 것은 물론이다.

또한, 첫 번째 실시예는, 「레시오메트릭 회로의 제 2 기준전압신호 = 외부기준전압(VREF)」이나, 두 번째 실시예는, 「레시오메트릭 회로의 제 2 기준전압신호 = 외부기준전압(VREF)의 보정신호」라고 말할 수 있다. 또한, 다른 표현으로 하면, 제 2 기준전압신호는 레시오메트릭 회로에 입력하여 입력신호(Vin)를 처리하는 전압신호이고, 외부기준전압은 후술할 ECU(70)의 AD 변환기(71)가 사용하는 전압신호라고도 말할 수 있다.

또, 본 발명에 의한 다른 실시예의 레시오메트릭 출력형 발열저항체식 공기 유량계에 대하여 설명한다.

도 4는, 본 발명에 의한 세 번째 실시예의 발열저항체식 공기유량계를 나타내는 도면이다. 도 4에 나타낸 세 번째 실시예의 발열저항체식 공기유량계는, 일 실시예의 엔진 제어장치(90)의 일부가 되어 있는 것으로서 나타내고 있다. 즉, 본 실시예에서는, 도 1의 첫 번째 실시예에서의 레시오메트릭 회로(4)의, 레시오메트릭 회로(4)의 일 구성수단인 내부기준 전원회로(5)를 공기유량계(80) 쪽에 남겨두고, 레시오메트릭 회로(4)의 상기 내부기준 전원회로(5)를 제외한 구성수단을 ECU(70) 내부에 배치하여, 내부기준전압(VREF)과 공기유량신호(Vin)를 공기유량계(80)에서 ECU(70)에 전송하는 구성으로 한 엔진 제어장치(90)의 일부로서, 발열저항체식 공기유량계를 나타내고 있다. 바꿔말하면, 본 발명에 의한 레시오메트릭 출력형 발열저항체식 공기유량계의 특징인 레시오메트릭 회로의 구성수단이 분해되어, 다른 계기[ECU(70)나 엔진 제어장치(90) 등]에 배치되어 있는 것이다.

즉, 본 실시예에서는, 엔진 제어장치(90)는 제 1 기준전압신호를 발생하는 내부기준 전원회로(5)를 포함하고, 발열저항체를 가열하는 전류로부터 검출한 신호(Vin)를 출력하는 공기유량계(80)와, 가산신호를 공기유량을 나타내는 출력신호(Vout)로서 처리하는 레시오메트릭 회로(4a)를 포함하는 ECU(70)로 구성되어 있다. 그리고, ECU(70) 내부에는, 내부기준 전원회로(5)를 제외한 레시오메트릭 회로(4a)와 AD 변환기(71)와 AD 변환기(71)에 제 2 기준전압신호로서의 기준전압(VREF)을 공급하는 기준전원회로(72)와 AD 변환기(71)의 출력하는 디지털 신호를 처리하는 MPU(마이크로 프로세서)(73)가 배치되어 있다. 그리고, ECU(70) 내의 레시모메트릭 회로(4a)를 사용하여, 수학식 9의 연산을 행함으로써, ECU(70)의 기준전압(VREF)이 변동해도 AD 변환기(71)의 출력하는 디지탈 신호는, 상기 변동의 영향을 받지 않도록 할 수 있다.

도 4의 실시예에 의하면, 공기유량계(80)의 회로구성을 작게 한다는 이점이 있다. 또한, 자동차에서 ECU(70)가 배치되는 장소는 공기유량계(80)가 배치되는 장소보다도 온도, 진동, 전자파 등의 환경 외란이 적기 때문에, 레시오메트릭 회로(4a)의 내환경사양이 완화되고, 레시오메트릭 기능을 이용한 보정 시스템을 보다 싼 가격으로 구축할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 실시예와 같은 발열저항체식 공기유량계를 사용하고 있는 엔진 제어장치(90)는, 공기유량의 측정 정밀도가 향상하기 때문에, 정밀도가 좋은 엔진 제어가 행해진다고 말할 수 있다. 또한, 내부기준 전원회로(5)를 ECU(70)에 배치해도 좋다.

본 발명에 의하면, 비례회로의 출력신호와 승산회로의 출력신호를 가산하여 레시오메트릭 회로의 출력으로 하기 때문에, 레시오메트릭 회로 전체의 오차에 차지하는 승산회로의 오차(의 비율)를 작게 하고, 발열저항체식 공기유량계의 레시오메트릭 출력특성을 보다 고정밀도로 할 수 있다. 특히, 실사용 빈도가 가장 높은 외부기준전압의 중앙치 부근에서의 출력오차를 최소로 할 수 있기 때문에 유효하다.

이에 따라, 엔진 제어장치의 정밀도를 향상한다는 효과로 이어진다.

또, 레시오메트릭 회로를 아날로그 승산회로로 구성함으로써, 레시오메트릭 출력형 발열저항체식 공기유량계 등을 저렴한 가격으로 한다는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 첫 번째 실시예의 발열저항체식 공기유량계를 나타내는 도,

도 2는 본 발명에 의한 다른 실시예의 레시오메트릭 회로를 나타내는 도,

도 3은 본 발명에 의한 두 번째 실시예의 발열저항체식 공기유량계를 나타내는 도,

도 4는 본 발명에 의한 세 번째 실시예의 발열저항체식 공기유량계를 나타내는 도.

※ 부호의 설명

1 : 정(定)온도 제어회로 2 : 발열저항체

3 : 출력특성 조정회로 4, 4a : 레시오메트릭 회로,

5 : 내부기준 전원회로 6 : 승산회로

6a : 차동 증폭기 6b : 승산기

6c : LOG 앰프 6d : 차동 증폭회로

8 : 비례회로 9 : 가산회로

10 : 검출회로 12 : 전류검출저항

60 : 공기온도 센서 61 : 공기온도 검지회로

62 : 공기온도 검출수단 63 : 가·감산수단

71 : AD 변환기 72 : 기준전원회로

73 : MPU 70 : 엔진 콘트롤 유닛(ECU)

80 : 공기유량계 90 : 엔진 제어장치

VINT : 제 1 기준전압신호, 내부기준전압

VREF : 제 2 기준전압신호, 외부기준전압

Vei : VINT를 분압한 전압 Vex : VREF를 분압한 전압

Vin : 레시오메트릭 회로에 입력되는 공기유량신호

Vout : 공기유량을 나타내는 출력신호

V2 : 발열저항체의 가열전류를 검출한 전압신호

△VBE : LOG 앰프의 출력전압

Claims

발열저항체를 가열하는 전류로부터 검출한 전압신호(Vin)를, 외부수단으로부터 입력한 제 2 기준전압신호로 처리하여, 공기유량을 나타내는 출력신호(Vout)를 출력하는 레시오메트릭 회로를,

제 1 기준전압신호를 발생하는 내부기준 전원회로와,

상기 전압신호(Vin)를 입력하여 당해 전압신호(Vin)에 비례한 비례신호(Vp)를 출력하는 비례회로와,

「상기 제 1 기준전압신호와 상기 제 2 기준전압신호의 차이신호」와 「상기 전압신호(Vin)」의 곱에 비례한 승산신호(Vm)을 출력하는 승산회로와,

상기 비례신호(Vp)와 상기 승산신호(Vm)를 가산하여 상기 출력신호(Vout)로 하는 가산회로로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 레시오메트릭 출력형 발열저항체식 공기유량계.
제 1 항에 있어서,

상기 승산회로의 출력전압과 상기 비례회로의 출력전압의 비(Vp/Vm)는 4배 이상으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 레시오메트릭 출력형 발열저항체식 공기유량계.
제 1 항에 있어서,

상기 승산회로는 아날로그 승산회로로 구성한 것을 특징으로 하는 레시오메트릭 출력형 발열저항체식 공기유량계.
제 3 항에 있어서,

상기 아날로그 승산회로는, 트랜지스터를 사용한 LOG 앰프와 상기 LOG 앰프의 출력전압을 입력으로 하는 차동증폭회로로 구성하고,

상기 제 2 기준전압신호 변화범위의 중앙치일 때에, 상기 LOG 앰프의 출력전압이 0이 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 레시오메트릭 출력형 발열저항체식 공기유량계.
공기통로 중에 마련된 발열저항체를 가열하는 전류로부터 검출한 신호(Vin)를 출력하는 검출회로와,

상기 공기통로 중을 흐르는 피측정 공기의 온도신호를 검출하는 공기온도 검출수단과,

외부수단으로부터 입력한 제 2 기준전압신호에 상기 온도신호에 비례한 전압신호를 가산 또는 감산하여 보정신호를 출력하는 가·감산수단과,

제 1 기준전압신호를 발생하는 내부기준 전원회로, 상기 신호(Vin)를 입력하여 당해 신호(Vin)에 비례한 비례신호(Vp)를 출력하는 비례회로, 「상기 제 1 기준전압신호와 상기 보정신호의 차이신호」와 「상기 신호(Vin)」의 곱에 비례한 승산신호(Vm)를 출력하는 승산회로, 상기 비례신호(Vp)와 상기 승산신호(Vm)를 가산하여 공기유량을 나타내는 출력신호(Vout)를 출력하는 가산회로를 포함하는 레시오메트릭 회로로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발열저항체식 공기유량계.
발열저항체를 가열하는 전류로부터 검출한 신호(Vin)를 출력하는 가열저항체식 공기유량계와,

제 1 기준전압신호를 발생하는 내부기준 전원회로와,

제 2 기준전압신호를 발생하는 기준전원회로, 상기 신호(Vin)에 비례한 신호(Vp)를 출력하는 비례회로, 「상기 제 1 기준전압신호와 상기 제 2 기준전압신호의 차」와 「상기 신호(Vin)」의 곱에 비례한 신호(Vm)를 출력하는 승산회로, 상기 신호(Vp)와 상기 신호(Vm)를 가산하는 가산회로를 가지고 상기 가산신호를 공기 유량을 나타내는 출력신호(Vout)로서 처리하는 엔진 콘트롤 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 엔진 제어장치.