CN103748439B - 气体流量测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种将对流量信号进行修正时的修正精度提高的气体流量测定装置。气体流量测定装置具有：配置在气体流路中的一个或多个电阻器；气体流量检测电路，其通过检测在上述电阻器中流动的电流或与该电流相应地产生的电压，输出与在上述气体流路中流动的气体流量相应的气体流量检测信号；和用于检测上述气体流路中的气体温度的气体温度检测元件或者设置在集成电路内部的用于检测基板温度的基板温度检测元件，上述气体流量测定装置根据它们的温度检测信号进行流量信号的特性修正，上述气体流量测定装置具备信号转换单元，该信号转换单元对从上述气体流量检测信号的目标特性偏离一定量以上的特性畸变进行修正。

Description

气体流量测定装置

技术领域

本发明涉及气体流量测定装置，特别涉及发动机的吸入空气流量测定。

背景技术

在汽车用发动机中，为了控制燃料喷射量，需要对吸入空气流量进行测定。作为该测定吸入空气流量的装置的一种，存在热阻式气体流量测定装置。期望该热阻式气体流量测定装置的输出信号即使温度发生变化输出信号变化也小、即温度依赖误差小。

为了减小该温度依赖误差，需要从气体温度、基板温度检测信号修正气体流量检测信号的温度依赖误差。

为了提高必要最小限度的分辨率，存在利用不等间隔的修正表局部地提高分辨率（分辨能力）的日本特开2007-071889号公报中记载的技术。一般在热阻式气体流量测定装置中，具备运算电路，该运算电路具有与空气流量-输出特性相关的表数据，将该表数据的区域分割、在各个空气流量区域改变输出特性的修正式来计算空气流量，上述表数据的区域分割是将空气流量的低流量区域比高流量区域更微细地分割。由此，能够不极端地增加表的数据数地提高低流量精度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-071889号公报

发明内容

发明所要解决的问题

一般在数字修正中为了降低修正误差且在整个流量区域实现高精度化，需要提高表的分辨率，但是由于表的数据数增加，检索数据增加，运算处理变慢。

在专利文献1中，在气体流量信号的修正和气体温度依赖性的修正中，通过不利用函数进行插补而使用表进行修正，能够对气体流量信号和气体温度依赖性的非线性进行修正。但是，在使用表进行修正的情况下，因为根据数据数决定修正精度，所以虽然数据数越多越能够进行高精度的修正，但是当数据数少时，修正误差变大。

因此，虽然为了提高精度而考虑增加表的数据数，但是因为运算电路变大而成本上升。此外，作为不使表的数据数增加地提高精度的方法，考虑通过令表的数据间隔成为不等间隔而局部地提高分辨率。但是，使用不等间隔的表时存在运算负荷变大、运算处理变慢的问题。

进一步，为了在低流量以外局部地提高分辨率，需要预先决定表的数据间隔。

本发明的目的在于，提高对流量信号进行修正时的修正精度。

用于解决问题的方式

为了达到上述目的，本发明的气体流量测定装置具有：气体流量检测电路，其通过检测在配置于气体流路中的一个或多个电阻器中流动的电流或与该电流相应地产生的电压，输出与在上述气体流路中流动的气体流量相应的气体流量检测信号；和用于检测上述气体流路中的气体温度的气体温度检测元件或者设置在集成电路内部的用于检测基板温度的基板温度检测元件，该气体流量测定装置根据从上述气体温度检测元件或者上述基板温度检测元件得到的温度检测信号，进行上述气体流量检测信号的特性修正，该气体流量测定装置的特征在于：

具备信号转换单元，该信号转换单元对从上述气体流量检测信号的目标特性偏离一定量以上的特性畸变（特性弯曲）进行修正。

发明的效果

根据本发明，能够提高对流量信号进行修正时的修正精度。

附图说明

图1是空气流量测定装置安装至主体时的安装图。

图2是图1的A-A’截面图。

图3是第一实施方式的空气流量测定装置的电路图。

图4是空气流量检测信号的特性。

图5是第一实施方式的检测信号的转换图。

图6是流量信号的坐标转换图。

图7是第一实施方式中的空气流量检测信号的特性畸变。

图8是流量信号特性转换的图。

图9是使用表进行的修正的流程图。

图10是迂回副通路形状的空气流量测定装置安装至主体时的安装图。

图11是コ字形副通路形状的空气流量测定装置安装至主体时的安装图。

图12是α形副通路形状的空气流量测定装置安装至主体时的安装图。

图13是第二实施方式中的检测信号的转换图。

图14是第三实施方式中的检测信号的转换图。

图15是第三实施方式中的坐标转换组合图。

附图标记的说明

1气体温度检测元件

2空气流量测定装置

3主体

4气体流量检测元件

5基板

6主通路

7副通路

8空气的流动

9固定电阻

10数字信号处理DSP

11模拟-数字转换器AD1

12集成电路内的温度传感器

13模拟-数字转换器AD2

14模拟-数字转换器AD3

15PROM（可编程只读存储器：Programmableread-onlymemory）

16数字-模拟转换器DA1

17自激计数器FRC1

18数字-模拟转换器DA2

19自激计数器FRC2（freerunningcounter）

20振荡器

21集成电路

22气体温度检测电路

23调整器（regulator）

24多路调制器（multiplexer）MUX1

25多路调制器MUX2

26发动机控制单元ECU

27副通路入口

28副通路出口

具体实施方式

参照附图对本发明的空气流量测定装置的实施方式进行说明。以下，对空气流量测定装置进行说明。

首先，使用图1至图6说明本发明的第一实施方式。

在图1中，设置有吸气温度检测元件1的空气流量测定装置2被***到气体流路主体3中。

在图2中，空气流量测定装置2构成为，安装在形成内燃机的吸气流路的气体通路主体3中，暴露于在主通路6中流动的气体8。因此，以气体温度检测元件（还被称为热敏电阻（thermistor）或气体温度测定电阻器）1直接暴露于吸气流体的方式设置在空气流量测定装置2的上游一侧。此外，气体流量检测元件4安装在基板5上，仅安装有气体流量检测元件4的部分设置在副通路7内。在基板5上还设置有气体温度检测电路22，与副通路7隔离。

在图3中，由气体温度检测元件1检测出的气体温度通过基板5上的气体温度检测电路22被转换为电压信号，被输入模拟转换器AD314。此外，在集成电路21内，为了检测基板温度而设置有用于检测与基板5相当的温度的集成电路内的温度传感器12。由此，能够检测到气体温度和空气流量测定装置2各自的温度。

此外，气体温度检测电路22是将在吸气流路配置的气体温度检测元件1和固定电阻9串联连接而构成的，对气体温度检测电路22供给调整器23输出的定电压。

此外，在进行修正时，根据利用模拟-数字转换器AD111将来自气体流量检测元件4的气体流量检测信号Q进行转换而得到的数字值、利用模拟-数字转换器AD213将来自集成电路内的温度传感器12的基板温度信号进行转换而得到的数字值、利用模拟-数字转换器AD314将来自气体温度检测元件1的气体温度信号Ta进行转换而得到的数字值这些值的数字信号，利用表进行修正。所谓的表是指，将针对被标准化的气体流量信号和气体温度信号的修正常数呈栅格状进行排列而得到的表，将使用该表、按照流量信号和温度信号计算修正值的方法称为表修正。将被标准化的流量信号和温度信号的交点称为栅格点，赋予修正常数。表修正中使用的修正常数由数字信号处理DSP10根据预先保存在PROM15内的常数进行修正运算处理。这样被修正的气体流量信号和气体温度信号的数字值，被使用数字-模拟转换器DA116和数字-模拟转换器DA218进行模拟转换，作为电压信号被输出。另一方面，使用自激计数器(自运行计数器：freerunningcounter))FRC117对气体流量信号的数字值进行模拟转换时，气体流量信号的数字值作为频率信号被输出。同样，使用自激计数器FRC219对气体温度信号的数字值进行模拟转换时，气体温度信号的数字值作为频率信号被输出。数字-模拟转换器DA116和自激计数器FRC117的选择能够通过多路调制器(multiplexer)MUX124的设定进行选择实施，数字-模拟转换器DA218和自激计数器FRC219的选择能够通过多路调制器(multiplexer)MUX225的设定进行选择实施。此外，利用振荡器20对整个电路进行驱动。进而，空气流量测定装置与ECU26电连接。

图4表示气体流量检测信号和目标输出。在流体存在层流和紊流(湍流)，存在层流向紊流转变的点，在此影响下气体流量检测信号中产生特性畸变。该特性畸变根据空气流量测定装置的结构，特别是气体流量检测元件4附近的结构，特性畸变的大小和特性畸变的产生位置不同。此处所谓的特性畸变是指从图4所示的目标特性偏离一定量以上而形成的弯曲。

图5表示用于对特性畸变进行修正的方法。在每次使用将气体流量信号、基板温度信号、气体温度信号转换为数字值的信号进行修正时，关于温度信号，设置有能够对使用基板温度信号Tl和气体温度信号Ta中的哪一个进行选择的开关，该开关能够根据PROM15内的常数进行切换。根据第一坐标转换表将气体流量检测信号Q转换为Q1，根据第二坐标转换表将气体温度检测信号Ta转换为T1。此时，第一坐标转换表是用于对气体流量信号Q进行特性转换的表，是具有17个栅格点的表。与此相对，第二坐标转换表是用于对气体温度信号Tl进行特性转换的表，是具有5个栅格点的表。气体流量信号与气体温度信号的特性不同，因此坐标转换表也使用不同的坐标转换表。这样，对原来的特性进行坐标转换，使用进行了特性转换的信号Q1、T1，由此与使用Q和Ta利用修正表进行修正相比，利用Q1和T1进行修正更能够提高利用修正表进行的特性畸变附近的分辨率。在利用修正表进行了修正的输出Q2上加上原来的气体流量检测信号Q而进行输出。通过将这些Q1、T1作为输入信号来对利用修正表而得的气体流量信号和气体温度依赖误差进行修正，能够提高温度和流量的特性畸变附近的分辨率，高精度地进行修正。图6表示坐标转换前后的特性。通过利用坐标转换对特性畸变大的部分进行特性转换，被分配到特性畸变的部分的栅格数增加，分辨率得到提高。

另一方面，为了高精度地对局部的特性畸变部分进行修正，需要利用第一坐标转换表和第二坐标转换表使特性畸变部分的分辨率得到提高。因此，使用图7说明对局部的特性畸变的大小进行判断、根据弯曲的大小决定特性畸变的附近的分辨率的方法。图7是横轴表示气体流量信号Q、纵轴表示目标输出与利用气体流量检测元件4检测到的气体流量检测信号之差ΔY的图表。但是，该图表表示相对于目标输出在高流量和低流量这两个点对气体流量检测信号进行零距调整时的差。此处，在特性畸变的判断中使用（1）式的值进行判断。

[数1]

$\underset{q=a}{\overset{b}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\frac{d\left(\mathrm{\ΔY}\right)}{d\left(Q\right)}\right|}_q\left(1\right)$ 式

S是表示特性畸变的大小的值，通过该值的大小判断特性畸变的大小，在a-b的范围内判断哪里存在特性畸变。这样，通过将位置和大小特定，能够利用第一坐标转换表和第二坐标转换表决定特性畸变部附近的分割数。如图8所示，在S成为0.055以上的a和b分别为a＝60kg/h、b＝220kg/h时，利用坐标转换表进行特性转换使得60kg/h与220kg/h之间的栅格分辨率成为2倍以上。S为0.055在流量误差中相当于约2％。a和b以覆盖特性畸变的方式决定。这是因为，在特性畸变在a与b之间仅进入一半的情况下不能正确地计算S。因此，根据特性畸变的大小决定a与b的间隔。在特性畸变的大小大的情况下a与b的间隔大，当特性畸变小时a与b的间隔也小。

这样，在本实施例中，在令气体流量为Q、令对作为修正后的目标的气体流量检测信号的输出特性和上述电阻器的气体流量信号的输出进行了零距(zerospan)调整的值为ΔY、令上述特性畸变的搜索区域(范围)的最小值为a、令上述特性畸变的搜索区域的最大值为b、令a与b之间的分割数为n、令在a与b之间进行分割而得到的各个区间的ΔY与Q的梯度之和除以分割数而得到的值和在a与b之间ΔY最大时的值ΔY_max或者在a与b之间ΔY最小时的值ΔY_min的积为S时，利用a和b搜索特性畸变的位置，根据S的大小判断特性畸变的大小，在S的绝对值|S|的值为0.055以上时，根据a和b以及S的值对上述气体流量检测信号进行修正，使得|S|的值成为0.055以下。

此外，当在第一坐标转换和第二坐标转换中使用表时，使用图9所示的表。根据表示特性畸变的大小的S来决定转换量Y，表示输入X与转换量Y的关系的表由多个数据(输入为x1～xn的n个，转换量为y1～yn的n个)构成。转换后的输出ΔY通过在输入X上加上利用表计算出的转换量Y而进行计算。但是，虽然表的数据数n越多修正精度就越高，但是在PROM15内写入的数据容量增大，而成本上升。相反，因为数据数n越少在PROM15内写入的数据容量就越小，所以能够防止成本上升，虽然如此修正精度下降。因此，表中使用的数据数n需要根据气体流量检测信号的特性畸变的大小、数量设定最佳数据数。通过采用该使用表的方法，与使用函数的修正方法相比能够减小运算处理量。

以上，如所说明的那样，在本实施例中，通过对流量信号进行特性转换，不增加表的数据数且不令间隔为不等间隔(即以等间隔)就能够高精度地对局部的弯曲进行修正，因此能够提高流量计测的精度。

此外，本实施例不仅能够应用于如图2所示的副通路7那样与主通路6平行的形状的结构，还能够应用于如图10所示的副通路7那样呈螺旋状，从副通路入口27进入的气体沿着副通路7通过气体流量检测元件4从副通路出口28出去的结构。进而，除了螺旋状以外还能够利用图11所示那样的コ字形、图12所示那样的α形等副通路来实施。

另外，空气流量测定装置的实施例对测定空气的情况进行了说明，本发明还能够应用于对空气以外的气体的流量进行检测的情况。

接着，使用图13对第二实施方式进行说明。在第二实施方式中，如图13所示，与第一实施方式的使用气体温度的信号不同，而使用基板温度的信号。使用气体温度信号Ta对温度依赖误差进行修正。但是，气体温度检测元件1为了对气体温度进行检测而以直接暴露于吸气流体的方式设置在空气流量测定装置2的上游一侧。在气体温度检测元件1断线的情况下，不能检测气体温度，因此不能进行气体温度依赖误差修正。因此，在集成电路21内，为了检测基板温度而设置有用于检测与基板5相当的温度的集成电路内的温度传感器12，根据该温度信号Tl进行温度依赖误差修正。为了进行温度依赖误差修正而使用的温度信号使用来自气体温度检测元件1的温度信号Ta还是使用来自用于检测基板温度的集成电路内的温度传感器的温度信号Tl，能够根据在PROM15内预先设定的信息进行切换。这样，通过使用来自集成电路内的温度传感器的温度信号Tl，而不使用支持气体流量检测元件的终端，没有断线。此外，集成电路内的温度传感器不直接暴露于吸气流体，因此不像气体温度检测元件那样污损。因此，不会受到污损导致的电阻值的变化的影响，因此能够降低温度特性的耐久变化，精度得到提高。

接着，使用图14对第三实施方式进行说明。相对于第一实施方式和第二实施方式，坐标转换不使用表，而使用N次函数。通过第一坐标转换将气体流量检测信号Q转换为Q1。该坐标转换由N次函数进行转换。此外，通过第二坐标转换将气体温度信号T转换为T1。该坐标转换也使用N次函数进行转换。如图15所示，在该第一坐标转换和第二坐标转换中存在一些表与N次函数的转换的组合。能够通过以下方式的转换进行修正：第一坐标转换和第二坐标转换均利用表进行的转换、第一坐标转换利用表而第二坐标转换利用N次函数进行的转换、第一坐标转换利用N次函数而第二坐标转换利用表进行的转换、或者第一坐标转换和第二坐标转换均利用N次函数进行的转换。虽然既能够利用修正表也能够利用N次函数进行修正，但是在利用修正表进行修正时，难以利用函数对应气体流量检测信号的特性畸变，在表中特性畸变部的分辨率降低。与此相对，在第一坐标转换和第二坐标转换中，因为分别是用于缓和气体流量信号和气体温度信号的非线性的转换、用于利用修正表提高特性畸变部的分辨率的转换，所以也能够用N次函数对应。在第一坐标转换利用表、第二坐标转换利用N次函数的情况下，能够与实施例1同样地提高精度。第一坐标转换表和第二坐标转表也可以是任意分割数的等间隔表。

Claims (8)

1.一种气体流量测定装置，其特征在于，包括：

气体流量检测电路，其通过检测在配置于气体流路中的一个或多个电阻器中流动的电流或者与该电流相应地产生的电压，输出与在所述气体流路中流动的气体流量相应的气体流量检测信号；和

用于检测所述气体流路中的气体温度的气体温度检测元件或者设置在集成电路内部的用于检测基板温度的基板温度检测元件，

所述气体流量测定装置根据从所述气体温度检测元件或者所述基板温度检测元件得到的温度检测信号，进行所述气体流量检测信号的特性修正，

所述气体流量测定装置具备信号转换单元，所述信号转换单元在存在从所述气体流量检测信号的目标特性偏离一定量以上的特性畸变的情况下，在令所述特性畸变的搜索区域的最小值为a、令所述特性畸变的搜索区域的最大值为b、令a与b之间的分割数为n时，根据a与b之间的特性畸变的大小增大所述分割数n来修正目标特性。

2.如权利要求1所述的气体流量测定装置，其特征在于：

所述信号转换单元，

当令气体流量为Q、令对作为修正后的目标的气体流量检测信号的输出特性和所述电阻器的气体流量信号的输出进行了零距调整的值为ΔY、

令在所述a与所述b之间进行分割而得到的各个区间的ΔY与Q的梯度之和除以分割数而得到的值和在a与b之间ΔY最大时的值ΔY_max或者在a与b之间ΔY最小时的值ΔY_min的积为S时，

根据所述a和b搜索所述特性畸变的位置，根据所述S的大小判断所述特性畸变的大小，在所述S的绝对值|S|的值为0.055以上时，根据所述a和b以及S的值对所述气体流量检测信号进行修正，使得|S|的值成为0.055以下。

3.如权利要求2所述的气体流量测定装置，其特征在于：

所述信号转换单元具有修正表，所述修正表具有：

第一坐标转换表，其用于缓和所述气体流量检测信号的非线性；和

第二坐标转换表，其用于缓和所述温度检测信号的非线性，

所述修正表基于进行了坐标转换的信号进行修正。

4.如权利要求3所述的气体流量测定装置，其特征在于：

所述第一坐标转换表和所述第二坐标转换表是任意分割数的等间隔表。

5.如权利要求2所述的气体流量测定装置，其特征在于：

所述气体流量测定装置包括集成电路，所述集成电路将来自所述气体流量检测电路的输出和来自所述气体温度检测元件的输出信号转换为数字信号，将对各个信号进行了修正的输出信号转换为模拟信号而输出。

6.如权利要求3所述的气体流量测定装置，其特征在于：

所述修正表中使用的气体温度检测信号是来自所述气体温度检测元件的气体温度信号。

7.如权利要求3所述的气体流量测定装置，其特征在于：

所述修正表中使用的气体温度检测信号是来自设置在所述集成电路内的基板温度传感器的温度信号。

8.如权利要求2所述的气体流量测定装置，其特征在于：

输入已被转换为数字信号的所述气体温度检测信号、来自设置于所述集成电路内的基板温度传感器的基板温度检测信号和来自所述气体流量检测电路的气体流量检测信号，根据所输入的数字信号进行修正运算处理。