DE102017219851A1

DE102017219851A1 - Thermischer Luftstrommesser

Info

Publication number: DE102017219851A1
Application number: DE102017219851.6A
Authority: DE
Inventors: Naoki Morinaga; Yuji Ariyoshi; Shinichiro Hidaka; Masahiro Kawai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2037-11-09
Also published as: JP6312885B1; JP2018151339A; US10724881B2; DE102017219851B4; US20180266861A1

Abstract

Diese Signalverarbeitungseinheit 3 umfasst: eine Antwortkorrektureinheit 7, die ein erstes amplitudenerhöhtes Signal und ein zweites amplitudenerhöhtes Signal ausgibt, die erhalten werden, indem ein Ausgangssignal eines Sensors 25 einem Amplitudenerhöhungsprozess einer Wechselstromkomponente davon unterzogen wird; eine Vergleichssignal-Ausgabeeinheit 8, die das zweite amplitudenerhöhte Signal mit einem im Voraus eingestellten Vergleichsschwellenwert TH vergleicht und ein Vergleichssignal auf einer negativen Seite, die einem negativen Seitenabschnitt entspricht, des zweiten amplitudenerhöhten Signals ausgibt, das auf der negativen Seite in Bezug auf den Vergleichsschwellenwert ist; eine Mittelungsverarbeitungseinheit 9, die ein gemitteltes Signal ausgibt, das durch Mitteln des Vergleichssignals erhalten wird; eine Koeffizientenmultiplikations-Verarbeitungseinheit 10, die ein durch Multiplizieren des gemittelten Signals mit einem vorab eingestellten Anpassungskoeffizienten erhaltenes Koeffizienten-multipliziertes Signal ausgibt; und eine Signalkorrektur-Verarbeitungseinheit 11, die als ein Strömungsratensignal einen Wert ausgibt, der durch Korrigieren des ersten amplitudenerhöhten Signals erhalten wird, um unter Verwendung des Koeffizienten-multiplizierten Signals verringert zu werden, wobei der Vergleichsschwellenwert TH basierend auf einer Ausgangscharakteristik des Sensors 25 eingestellt wird, die im Voraus in Bezug auf zumindest eine Vorwärtsströmungsrichtung der Einlassluft gemessen wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermischen Luftstrommesser (engl. thermal air flow meter), der die Strömungs- bzw. Flussrate der Ansaugluft in einem Verbrennungsmotor detektiert.
Beschreibung des Standes der Technik
Thermische Luftstrommesser, die in der Lage sind, den Massendurchsatz bzw. die Massenstromrate der Ansaugluft zu messen, wurden in elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren, die in Fahrzeugen oder dergleichen montiert sind, weit verbreitet.
Bei einem derartigen thermischen Luftstrommesser wird jedoch unter einem Betriebszustand einer niedrigen Drehzahl und einer hohen Last eines Verbrennungsmotors ein Pulsationsstrom (engl. pulsation flow) mit einer umgekehrten Strömung durchgeführt.
Somit tritt bei einem herkömmlichen thermischen Luftstrommesser, der keine Rückströmung detektieren kann, ein großer Stromraten-Detektionsfehler auf.
Um einen solchen Stromraten-Detektionsfehler während der Messung eines Pulsationsstroms, der mit einer Rückströmung einhergeht, zu verringern, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem: eine Luftstromrichtung erfasst wird; und dann, wenn eine Rückströmung detektiert worden ist, ein Strömungsratensignal korrigiert wird.
Beispielsweise nimmt bei der Technik gemäß dem japanischen Patent Nr. 5558599 eine Differenzverstärkereinheit 2 bei einer Pulsation, die mit einer Rückströmung einhergeht, ein Strömungsratensignal in umgekehrter Strömungsrichtung bzw. Rückstromrichtung auf und das Strömungsratensignal wird in Pulssignal gewandelt. Dann wird dieses Pulssignal durch eine LPF-Einheit geglättet, und das resultierende Signal wird von dem ursprünglichen Strömungsratensignal subtrahiert, wodurch eine Pulsationskorrektur durchgeführt wird.
Es gibt jedoch keine Beschreibung eines Verfahrens zum Einstellen einer Referenzspannung, die verwendet wird, wenn die Differenzverstärkereinheit 2 ein Strömungsratensignal Vd1 in der Rückstromrichtung aufnimmt, und eine Veränderung in anderen elektronischen Komponenten beeinflusst die Referenzspannung zum Zeitpunkt der Aufnahme des Strömungsratensignals in der Rückstromrichtung.
Dies führt zu einem Problem der erhöhten Veränderung der Pulsationscharakteristik bei einzelnen Sensoren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung der oben beschriebenen Probleme bei herkömmlichen Technologien. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen thermischen Luftströmungsmesser bereitzustellen, der eine genaue Strömungsratenmessung mittels einer kostengünstigen Konfiguration realisieren kann, selbst wenn eine Pulsationsströmung, die von einer Rückströmung begleitet ist, aufgetreten ist.
Die vorliegende Erfindung ist ein thermischer Luftströmungsmesser, umfassend: einen Bypass-Strömungsweg, der in einem Ansaugrohr angeordnet ist, in das in einen Verbrennungsmotor einzuleitende Ansaugluft einströmt und das einen Teil der Ansaugluft aufnimmt und bewirkt, dass ein Teil der Ansaugluft durch dieses strömt; einen Sensor, der ein Strömungsraten-Erfassungselement aufweist, das in dem Bypass-Strömungsweg angeordnet ist und das ein Ausgabesignal ausgibt, das einer Strömungsrate der Ansaugluft entspricht, die in einer Vorwärtsströmungsrichtung und einer Rückwärtsströmungsrichtung in dem Ansaugrohr strömt; und eine Signalverarbeitungseinheit, die das Ausgangssignal des Sensors verarbeitet, wobei die Signalverarbeitungseinheit enthält: eine Antwortkorrektureinheit, die ein erstes amplitudenerhöhtes Signal und ein zweites amplitudenerhöhtes Signal ausgibt, die jeweils erhalten werden, indem das Ausgangssignal des Sensors einem Amplitudenerhöhungsprozess einer Wechselstromkomponente davon unterzogen wird; eine Vergleichssignal-Ausgabeeinheit, die das zweite amplitudenerhöhte Signal mit einem im Voraus eingestellten Vergleichsschwellenwert vergleicht und ein Vergleichssignal auf einer negativen Seite, die einem negativen Seitenteil entspricht, des zweiten amplitudenerhöhten Signals ausgibt, das an der negativen Seite in Bezug auf den Vergleichsschwellenwert ist; eine Mittelungsverarbeitungseinheit, die ein gemitteltes Signal ausgibt, das durch Mitteln des Vergleichssignals erhalten wird; eine Koeffizientenmultiplikations-Verarbeitungseinheit, die ein durch Multiplizieren des gemittelten Signals mit einem vorab eingestellten Anpassungskoeffizienten erhaltenes Koeffizienten-multipliziertes Signal ausgibt; und eine Signalkorrektur-Verarbeitungseinheit, die als ein Strömungsratensignal einen Wert ausgibt, der durch Korrigieren des ersten amplitudenerhöhten Signals erhalten wird, um unter Verwendung des Koeffizienten-multiplizierten Signals verringert zu werden, und wobei der Vergleichsschwellenwert auf der Grundlage einer Ausgangscharakteristik des Sensors eingestellt, die vorab gemessen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Vergleichsschwellenwert, der die Pulsationskorrektur beeinflussen könnte, in einzelnen Sensoren genau eingestellt werden. Zusätzlich kann, selbst wenn die Rückwärtsströmungscharakteristik nicht gemessen wird, ein Vergleichsschwellenwert genau eingestellt werden. Somit ist keine Investition zum Messen der Rückströmungscharakteristik erforderlich, und die Arbeitszeit zum Zeitpunkt des Zusammenbaus kann verringert werden.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen werden.
Figurenliste

1 eine Seitenquerschnittansicht eines thermischen Luftstrommessers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, entlang einer Ebene parallel zu einer Strömungsrichtung X der Ansaugluft.
2 eine Draufsicht auf ein Strömungsraten-Detektionselement des thermischen Luftstrommessers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittsansicht des Strömungsraten-Detektionselements, entlang der A-A-Linie in 2,
4 ein Schaltungsdiagramm eines Sensors und ein Blockdiagramm einer Signalverarbeitungseinheit des thermischen Luftstrommessers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 eine Ausgangscharakteristik des Sensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Betriebswellenformdiagramm, das einen Mechanismus beschreibt, wie ein Strömungsraten-Detektionsfehler auftritt, wenn ein Pulsationsfluss bzw. Pulsationsstrom, der mit einer Rückströmung einhergeht, aufgetreten ist.
7 ist ein Betriebswellenformdiagramm, das ein Vergleichsbeispiel beschreibt, bei dem eine Verarbeitung, die sich von der in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet, durchgeführt wird.
8A und 8B sind ein Erläuterungsdiagramm, das einen Pulsationsfehler in dem in 7 gezeigten Vergleichsbeispiel zeigt.
9A bis 9I zeigen Betriebswellenformen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen Pulsationsfehler in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist ein Diagramm, das die Einstellung von Vergleichsschwellenwerte für die Signalverarbeitungseinheit in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt.
12 zeigt einen Pulsationsfehler, wenn die Vergleichsschwellenwerte in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf den oberen Grenzwert, den Median und den unteren Grenzwert der Variation eingestellt sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Ein thermischer Luftstrommesser 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Der thermische Luftstrommesser 1 ist an einem Ansaugrohr 35 angebracht, in das Ansaugluft, die in einen Verbrennungsmotor angesaugt bzw. aufgenommen wird, einströmt bzw. einfliesst.
1 ist eine Seitenquerschnittansicht des an dem Ansaugrohr 35 angebrachten thermischen Luftstrommessers 1, geschnitten entlang einer Ebene parallel zu einer Strömungsrichtung X der Ansaugluft.
In einem Zustand, in dem eine Haupteinheit 26 des thermischen Luftstrommessers 1 in das Ansaugrohr 35 durch ein Einlassloch 36 eingeführt wird, das in dem Ansaugrohr 35 vorgesehen ist, ist ein Flanschabschnitt 30 des thermischen Luftstrommessers 1 an dem Ansaugrohr 35 befestigt.
Der thermische Luftstrommesser 1 umfasst: einen Bypass-Strömungsweg 29, der in dem Ansaugrohr 35 angeordnet ist und einen Teil der Ansaugluft, die in das Ansaugrohr 35 einströmt, einlässt und bewirkt, dass der Teil der Einlassluft hindurchströmt; einen Sensor 25 mit einem Strömungsraten-Detektionselement 24, das in dem Bypass-Strömungsweg 29 angeordnet ist; und eine Signalverarbeitungseinheit 3, die ein Ausgangssignal Vm des Sensors 25 verarbeitet.
In der Haupteinheit 26 sind ein Verbindungsabschnitt 33, ein Schaltungsgehäuseabschnitt 27 und der Bypass-Strömungsweg 29 entlang der Einführrichtung der Haupteinheit 26 in das Ansaugrohr 35 des thermischen Luftstrommessers 1 ausgebildet.
Der Schaltungsgehäuseabschnitt 27 nimmt eine Schaltungsplatine 28 auf, auf der eine Differenzstrom-Ausgangsschaltung 18 des Sensors 25 und eine Verarbeitungsschaltung der später beschriebenen Signalverarbeitungseinheit 3 angebracht sind.
Eine Treiberstromversorgung 22 für jede Schaltung und ein Strömungs- bzw. Flussratensignal Vout von der Signalverarbeitungseinheit 3 sind über den Verbindungsabschnitt 33 mit einer externen Stromversorgung und einer externen Steuereinrichtung verbunden.
Bypass-Strömungsweg 29
Ansaugluft in dem Ansaugrohr 35 fließt üblicherweise in einer Vorwärtsströmungsrichtung X1 während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine.
Die Vorwärtsströmungsrichtung X1 ist die Strömungsrichtung, die von dem Einlass des Ansaugrohres 35 zu der Verbrennungskraftmaschine hin verläuft.
Wenn jedoch ein Drosselventil geöffnet wird, das in dem Ansaugrohr 35 zur stromabwärtigen Seite in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 relativ zu dem thermischen Luftstrommesser 1 bereitgestellt ist, und der Differenzdruck zwischen der Stromaufwärtsseite und der Stromabwärtsseite des Drosselventils abnimmt, wird eine Druckpulsation (engl. pressure pulsation) von der Seite des Verbrennungsmotors zu dem thermischen Luftstrommesser 1 übertragen.
Durch diese Druckpulsation pulsiert die Durchflussrate bzw. Stromrate der in der Nähe des thermischen Luftstrommessers 1 strömenden Ansaugluft.
Wenn die Amplitude der übertragenen Druckpulsation zunimmt, tritt im Pulsationsstrom bzw. Pulstationsfluss ein Abschnitt auf, in dem die Ansaugluft in einer Rückströmungsrichtung X2 fließt.
Die Rückströmungsrichtung X2 ist die Richtung der Strömung, die von der Verbrennungskraftmaschine in Richtung Einlass des Ansaugrohres 35 verläuft.
Somit strömt die Ansaugluft in dem Ansaugrohr 35 nicht nur in der Vorwärtsströmungsrichtung X1, sondern unter dem Einfluss des Pulsierens auch in der Rückströmungsrichtung X2.
Unterdessen ist der Bypass-Strömungsweg 29 so konfiguriert, dass Luft in einer Richtung entsprechend der Vorwärtsströmungsrichtung X1 oder der Rückströmungsrichtung X2 der Einlassluft in dem Ansaugrohr 35 hindurchtreten kann.
Das heißt, wenn die Ansaugluft innerhalb des Ansaugrohrs 35 in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 fließt, strömt Luft in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 innerhalb des Bypass-Strömungsweges 29.
Wenn die Ansaugluft in der Rückströmungsrichtung X2 innerhalb des Ansaugrohrs 35 fließt, strömt Luft innerhalb des Bypass-Strömungsweges 29 unterdessen in der Rückströmungsrichtung X2.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Bypass-Strömungsweg 29: ein Einströmloch 31, das zu der stromaufwärtigen Seite der Vorwärtsströmungsrichtung X1 offen ist; und ein Ausströmloch 32, das zu einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung X (im vorliegenden Beispiel die Einführrichtung der Haupteinheit 26) offen ist.
Ein Teil der in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 strömenden Ansaugluft strömt in das Einströmloch 31, strömt in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 innerhalb des Bypass-Strömungsweges 29, durchläuft das Stromraten-Detektionselement 24, und fließt dann durch das Ausströmloch 32 in das Ansaugrohr 35.
Ein Teil der Ansaugluft, die in der Rückströmungsrichtung X2 fließt, fließt unterdessen in das Ausströmloch 32, strömt in der Rückströmungsrichtung X2 innerhalb des Bypass-Strömungsweges 29, durchläuft das Stromraten-Detektionselement 24, und fließt dann durch das Einströmloch 31 in das Ansaugrohr 35.
Das Ausströmloch 32 ist in der Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung X offen. Daher ist in einem Zustand, in dem die Strömungsraten der Ansaugluft in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 und in der Rückströmungsrichtung X2 gleich sind, die Stromrate der Ansaugluft in der Rückströmungsrichtung X2, die in das Ausströmloch 32 fließt, geringer als die Stromrate der Ansaugluft in der Vorwärtsströmungsrichtung X1, die in das Einströmloch 31 fließt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Bypass-Strömungsweg 29 mit einem Unter-Ausströmloch 37 versehen, muss das Unter-Ausströmloch 37 aber nicht aufweisen.
Sensoren 25
Der Sensor 25 weist das in dem Bypass-Strömungsweg 29 angeordnete Stromraten-Detektionselement 24 auf.
2 ist eine Draufsicht auf das Stromraten-Detektionselements 24.
3 ist eine Querschnittsansicht des Stromraten-Detektionselements 24, entlang der A-A-Linie in 2.
Der Sensor 25 enthält als das Stromraten-Detektionselement 24: einen stromaufwärtigen Heizwiderstand 181, der ein Heizwiderstand an der stromaufwärtigen Seite in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 ist; und einen stromabwärtigen Heizwiderstand 182, der ein Heizwiderstand ist, der an der stromabwärtigen Seite in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 relativ zu dem stromaufwärtigen Heizwiderstand 181 angeordnet ist.
Wenn Luft in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 strömt, wird die Temperatur des stromaufwärtigen Heizwiderstandes 181 relativ zu der des stromabwärtigen Heizwiderstandes 182 niedrig.
Wenn Luft in der Rückströmungsrichtung X2 strömt, wird die Temperatur des stromabwärtigen Heizwiderstandes 182 relativ zu dem des stromaufwärtigen Heizwiderstandes 181 niedrig.
Zusätzlich erhöht sich die relative Temperaturdifferenz in Übereinstimmung mit einer Erhöhung der Strömungsrate in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 oder in der Rückströmungsrichtung X2.
Der Widerstandswert des Heizwiderstandes 181, 182 nimmt entsprechend der Abnahme der Temperatur ab.
Obwohl Details später beschrieben werden, können unter Verwendung der Widerstandsdifferenz, die durch die relative Temperaturdifferenz verursacht wird, die Strömungsrichtung und die Größe der Strömungsrate erfasst werden.
Das Strömungsraten-Detektionselement 24 besteht aus einem Siliziumsubstrat 241 und einem Isolationsfilm 242, der auf einer Oberfläche davon ausgebildet ist. Der stromaufwärtige Heizwiderstand 181 und der stromabwärtige Heizwiderstand 182 sind in dem Isolationsfilm 242 ausgebildet.
Das Siliziumsubstrat 241 auf der Rückseite des Teils des Isolierfilms 242, wo die Heizwiderstände 181 und 182 ausgebildet sind, wurde durch Ätzen oder dergleichen entfernt. Als Ergebnis ist der Abschnitt, in dem die Heizwiderstände 181 und 182 ausgebildet sind, in der Form eines dünnen Films ausgebildet.
4 ist ein Schaltbild bzw. Schaltdiagramm des Sensors 25 und ein Blockschaltbild der Signalverarbeitungseinheit 3.
Der Sensor 25 enthält die Differenzstrom-Ausgangsschaltung 18. Die Differenzstrom-Ausgangsschaltung 18 erzeugt das Ausgangssignal Vm, das der Differenz entspricht zwischen: einem stromaufwärtigen Strom Ihu, der in dem stromaufwärtigen Heizwiderstand 181 fließt, um die Spannung über beide Enden zu des stromaufwärtigen Heizwiderstandes 181 bei einem vorab eingestellten stromaufwärtigen Spannungswert zu halten und einem stromabwärtigen Strom Ihd, der in dem stromabwärtigen Heizwiderstand 182 fließt, um die Spannung über beide Enden des stromabwärtigen Heizwiderstandes 182 bei einem vorab eingestellten stromabwärtigen Spannungswert zu halten.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Differenzstrom-Ausgangsschaltung 18 einen stromaufwärtigen festen Widerstand 20, einen stromabwärtigen festen Widerstand 19, einen Operationsverstärker 23 und einen Ausgangswiderstand 21.
Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 23 und der negativseitige Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 sind über den Ausgangswiderstand 21 miteinander verbunden.
Diese Verbindung bildet eine negative Feedback-Schaltung, bei der dann, wenn eine Potentialdifferenz zwischen dem negativseitigen Eingangsanschluss und dem positivseitigen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 aufgetreten ist, ein Strom in dem Ausgangswiderstand 21 fließt, um die Potentialdifferenz zu eliminieren.
Der stromabwärtige bzw. nachgeschaltete feste Widerstand 19 und der stromaufwärtige bzw. vorgeschaltete Festwiderstand 20 sind in dieser Reihenfolge zwischen der Stromversorgung 22 und der Masse in Reihe geschaltet.
Der Verbindungsabschnitt zwischen dem stromabwärtigen festen Widerstand 19 und dem stromaufwärtigen festen Widerstand 20 ist mit dem positivseitigen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 verbunden.
Somit wird eine Spannung, die durch eine Stromversorgungsspannung Vc erhalten wird, die zwischen dem stromabwärtigen festen Widerstand 19 und dem stromaufwärtigen festen Widerstand 20 aufgeteilt ist, in den positivseitigen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 eingegeben.
Die Spannung über beide Enden des stromaufwärtigen festen Widerstandes 20, die eine geteilte Stromversorgungsspannung Vc ist, entspricht dem stromaufwärtigen Spannungswert. Die Spannung über beide Enden des stromabwärtigen festen Widerstandes 19, die die andere geteilte Stromversorgungsspannung Vc ist, entspricht dem stromabwärtigen Spannungswert.
In der vorliegenden Ausführungsform haben der stromaufwärtige feste Widerstand 20 und der stromabwärtige feste Widerstand 19 den gleichen Widerstandswert R, sind der stromaufwärtige Spannungswert und der stromabwärtige Spannungswert jeweils 1/2 der Stromversorgungsspannung Vc,
und 1/2 der Stromversorgungsspannung Vc wird in den positivseitigen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 eingegeben.
Der nachgeschaltete Heizwiderstand 182 und der vorgeschaltete Heizwiderstand 181 sind in dieser Reihenfolge zwischen der Stromversorgung 22 und der Masse in Reihe geschaltet.
Der Verbindungsabschnitt zwischen dem nachgeschalteten Heizwiderstand 182 und dem vorgeschalteten Heizwiderstand 181 ist mit dem negativseitigen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 verbunden.
Somit wird eine Spannung Vh, die erhalten wird, dass die Stromversorgungsspannung Vc zwischen dem nachgeschalteten Heizwiderstand 182 und dem vorgeschaltete Heizwiderstand 181 aufgeteilt wird, in den negativseitigen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 eingegeben.
In der vorliegenden Ausführungsform haben der nachgeschaltete Heizwiderstand 182 und der vorgeschaltete Heizwiderstand 181 den gleichen Widerstandswert, wenn deren Temperaturen gleich sind.
Für den Fall, dass die Strömung in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 liegt, wird die Temperatur des vorgeschalteten Heizwiderstandes 181 relativ zu der des nachgeschalteten Heizwiderstandes 182 verringert. Somit wird der Widerstandswert des vorgeschalteten Heizwiderstandes 181 relativ zu dem des nachgeschalteten Heizwiderstandes 182 verringert.
Als Ergebnis wird die Spannung Vh an dem negativseitigen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23 niedriger als die Spannung (Vc/2) an dem positivseitigen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23.
Dementsprechend wird die Spannung Vm am Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 23 höher als die Spannung Vh an dem negativseitigen Eingangsanschluss davon, und ein Strom Im fließt in dem Ausgangswiderstand 21 von der Seite des Ausgangsanschlusses zu der Seite des negativseitigen Eingangsanschlusses.
Der stromaufwärtige bzw. vorgeschaltete Strom Ihu, der in dem vorgeschaltenen Heizwiderstand 181 fließt, wird größer als der stromabwärtige bzw. nachgeschaltete Strom Ihd, der in dem nachgeschalteten Heizwiderstand 182 fließt.
Der Strom Im, der in dem Ausgangswiderstand 21 fließt, wird durch die Gleichung (1) gegeben.
In Übereinstimmung mit einer Erhöhung der Strömungsrate in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 nimmt die relative Größe der Abnahme der Temperatur und die relative Größe der Abnahme des Widerstandes des vorgeschalteten Heizwiderstandes 181 zu. Somit steigt der Strom Im an. $\begin{array}{l} Ihu > Ihd \\ Im = Ihu - Ihd > 0 \end{array}$
Für den Fall, dass die Strömung in der Rückströmungsrichtung X2 ist, wird die Temperatur des nachgeschalteten Heizwiderstandes 182 relativ zu der des vorgeschalteten Heizwiderstandes 181 verringert. Somit wird der Widerstandswert des nachgeschalteten Heizwiderstandes 182 relativ zu dem des vorgeschalteten Heizwiderstandes 181 verringert.
Als Ergebnis wird die Spannung Vh an dem negativseitigen Eingangsanschuss des Operationsverstärkers 23 höher als die Spannung (Vc/2) an dem positivseitigen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 23.
Dementsprechend wird die Spannung Vm am Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 23 niedriger als die Spannung Vh an dem negativseitigem Eingangsanschluss davon, und der Strom Im fließt in dem Ausgangswiderstand 21 von der Seite des negativseitigen Eingangsanschlusses zur Seite des Ausgangsanschlusses.
Der stromabwärtige bzw. nachgeschaltete Strom Ihd, der in dem nachgeschalteten Heizwiderstand 182 fließt, wird größer als der stromaufwärtige bzw. vorgeschaltete Strom Ihu, der in dem vorgeschalteten Heizwiderstand 181 fließt.
Der Strom Im wird durch Gleichung (2) gegeben.
In Übereinstimmung mit einer Erhöhung der Strömungsrate in der Rückströmungsrichtung X2 nimmt die relative Größe der Abnahme der Temperatur und die relative Größe der Abnahme des Widerstandes des nachgeschalteten Heizwiderstandes 182 zu. Der Strom Im wird somit verringert. $\begin{array}{l} Ihu < Ihd \\ Im = Ihu - Ihd < 0 \end{array}$
Die Spannung Vm am Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 23, d.h. das Ausgangssignal Vm des Sensors 25, wird durch Gleichung (3) gegeben.
Hierbei ist Rm der Widerstandswert des Ausgangswiderstandes 21.
Somit weist, wie in 5 gezeigt, das Ausgangssignal Vm des Sensors 25 eine Charakteristik auf, bei der das Ausgangssignal Vm monoton in Übereinstimmung mit einer Erhöhung der Strömungsrate sowohl im Vorwärtsstrom als auch im Rückwärtsstrom zunimmt. $Vm = Vc/2 + Rm \times Im$
5 zeigt die Ausgangscharakteristik des Sensors 25 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Die Strömungsrate in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 wird durch positive Werte ausgedrückt, und die Strömungsrate in der Rückströmungsrichtung X2 wird durch negative Werte ausgedrückt.
Das heißt, dass in Übereinstimmung mit einer Erhöhung der Größe der Strömungsrate in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 die Strömungsrate von 0 (Null) zunimmt, und dass in Übereinstimmung mit einer Erhöhung der Größe der Strömungsrate in der Rückströmungsrichtung X2 die Strömungsrate sinkt von 0 abnimmt.
Die Ausgangscharakteristik des Sensors 25 ist eine nichtlineare monoton zunehmende Charakteristik.
Zusätzlich unterscheidet sich die Ausgangscharakteristik des Sensors 25 zwischen der Seite der Vorwärtsströmungsrichtung X1, an der die Strömungsrate größer als 0 ist, und der Rückwärtsströmungsrichtung X2, an der die Strömungsrate kleiner als 0 ist.
Insbesondere ist die Ausgangscharakteristik des Sensors 25 auf der Seite der Vorwärtsströmungsrichtung X1 wie folgt: Wenn die Strömungsrate von 0 ansteigt, nimmt die Steigung der Erhöhung des Ausgangssignals Vm gegenüber der Erhöhung der Strömungsrate entsprechend ab.
Auf der Seite der umgekehrten Rückströmungsrichtung X2 ist die Ausgangscharakteristik des Sensors 25 wie folgt: Wenn die Strömungsrate von 0 abnimmt, nimmt die Steigung der Abnahme des Ausgangssignals Vm gegenüber der Abnahme der Strömungsrate entsprechend ab.
Zusätzlich ist aufgrund der Differenz und dergleichen in den Richtungen, in denen das Einströmloch 31 und das Ausströmloch 32 des Bypass-Strömungsweges 29 offen sind, wenn die Größe der Strömungsrate der Ansaugluft in der Vorwärtsströmungsrichtung X1 und die Größe der Strömungsrate der Ansaugluft in der Rückströmungsrichtung X2 gleich sind, die Ausgangsempfindlichkeit gegenüber der Strömungsrate in der Rückströmungsrichtung X2 niedriger als die in der Vorwärtsströmungsrichtung X1.
Das heißt, dass die Steigung des Ausgangssignals Vm gegenüber der Strömungsrate in der Rückströmungsrichtung X2 kleiner ist als die in der Vorwärtsströmungsrichtung X1.
Wenn sich die Temperatur des Heizwiderstandes 181, 182 in Reaktion auf eine Änderung der Strömungsrate ändert, gibt es eine Ansprechverzögerung aufgrund der Wärmekapazität oder dergleichen des Heizwiderstandes.
Somit gibt es eine Ansprechverzögerung im Ausgangssignal Vm des Sensors 25, bezogen auf die tatsächliche Strömungsrate.
Wenn ein Pulsationsstrom aufgetreten ist, wird eine Amplitude des Pulsationsflusses, die dem Ausgangssignal Vm des Sensors 25 entspricht, relativ zu der tatsächlichen Amplitude des Pulsationsflusses verringert.
Signalverarbeitungseinheit 3
Die Signalverarbeitungseinheit 3 verarbeitet das Ausgangssignal Vm des Sensors 25 und gibt das Strömungsratensignal Vout aus. Wie in 4 gezeigt, enthält die Signalverarbeitungseinheit 3 eine Antwortkorrektureinheit 7, eine Vergleichssignal-Ausgabeeinheit 8, eine Mittelungsverarbeitungseinheit 9, eine Koeffizientenmultiplikations-Verarbeitungseinheit 10 und eine Signalkorrektur-Verarbeitungseinheit 11.
Jede Verarbeitungseinheit 7 bis 11 der Signalverarbeitungseinheit 3 wird durch eine Verarbeitungsschaltung realisiert.
In der vorliegenden Ausführungsform besteht die Signalverarbeitungseinheit 3 aus einer digitalen Verarbeitungsschaltung.
Insbesondere umfasst die Signalverarbeitungseinheit 3: eine arithmetische Verarbeitungseinheit, wie beispielsweise einen DSP (digitaler Signalprozessor); eine Speichervorrichtung, die Daten mit der arithmetischen Verarbeitungseinheit austauscht; einen A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler), der das Ausgangssignal Vm des Sensors 25 in die arithmetische Verarbeitungseinheit eingibt; einen D/A-Wandler (Digital-Analog-Wandler), der nach außen das von der arithmetischen Verarbeitungseinheit verarbeitete Strömungsratensignal Vout ausgibt; und dergleichen.
Jede Funktion der Verarbeitungseinheit 7 bis 11 der Signalverarbeitungseinheit 3 wird realisiert durch die arithmetische Verarbeitungseinheit, die Programme ausführt, die in der Speichereinrichtung gespeichert sind, und indem die arithmetische Verarbeitungseinheit mit der Speichervorrichtung, dem A/D-Wandler, dem D/A-Wandler und dergleichen zusammenwirkt.
Die Daten von Einstellungen, wie beispielsweise eine Vergleichsschwellenwert TH, die von jeder Verarbeitungseinheit 7 bis 11 oder dergleichen verwendet wird, wird in der Speichervorrichtung als ein Teil eines Programms gespeichert.
Der Mechanismus, wie ein Strömungsraten-Detektionsfehler auftritt, wenn ein Pulsationsfluss mit einer Rückströmung einhergeht, wir im Folgenden beschrieben.
Für den Fall, dass ein Sensor nach einem Vergleichsbeispiel keine Rückströmung erfassen kann, was sich von der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet, wie in dem oberen rechten Diagramm in 6 gezeigt, ist in einem Bereich des Auftretens einer Rückströmung das Ausgangssignal des Sensors höher als die Ausgabe zu einem Zeitpunkt ohne Luftströmung. Wenn somit das Ausgangssignal des Sensors direkt in eine Strömungsrate umgewandelt wird, hat die Wellenform eine Form, in der der Teil der Wellenform zum Zeitpunkt des Auftretens einer Rückströmung zu der Vorwärtsströmungsseite gefaltet wird.
Die detektierte mittlere Strömungsrate von 1 Zyklus der Pulsation, die für die Steuerung der Verbrennungskraftmaschine wichtig ist, wird größer als die tatsächliche mittlere Strömungsrate und somit tritt ein Detektionsfehler auf (der nachfolgend als Pulsationsfehler bezeichnet wird).
Im Fall eines Vergleichsbeispiels, bei dem eine Verarbeitung, die sich von der in der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet, auch dann durchgeführt wird, wenn der Sensor 25, der einen umgekehrten Fluss bzw. eine umgekehrt Strömung ermitteln kann, wie in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, tritt ein Pulsationsfehler auf, wie in 7 gezeigt, wobei die detektierte mittlere Strömungsrate, die auf der Basis des Ausgangssignals Vm des Sensors 25 erfasst wird, aufgrund der nichtlinearen Ausgangscharakteristik des Sensors 25 und der Antwortverzögerung des Ausgangssignals, wie oben beschrieben, in Bezug auf die tatsächliche mittlere Strömungsrate zur positiven Seite verschoben wird.
Der Grund dafür ist wie folgt. Wie oben beschrieben, nimmt in dem Bereich des Auftretens der Rückwärtsströmung in Übereinstimmung mit einer Erhöhung der Größe der Rückströmungsrate der Anstieg des Ausgangssignals Vm gegen die Strömungsrate ab und somit wird die Empfindlichkeit des Ausgangssignals Vm zum Anstieg in der Größe der Rückströmungsrate reduziert.
Zusätzlich wird aufgrund der Differenz in den Richtungen, in denen das Einströmloch 31 und das Ausströmloch 32 des Bypass-Strömungsweges 29 offen sind, die Empfindlichkeit des Ausgangssignals Vm zur Rückströmungsrate niedriger gemacht.
Wenn also angenommen wird, dass keine Ansprechverzögerung vorliegt, wird die Empfindlichkeit des Ausgangssignals Vm zur Erhöhung der Größe der Rückströmungsrate verringert, und wenn eine Ansprechverzögerung vorliegt, wird das Ausgangssignal Vm auf die Seite der Vorwärtsströmungsrate verschoben (positive Seite), wo die Empfindlichkeit hoch ist.
Somit wird die detektierte mittlere Strömungsrate, die auf der Basis des Ausgangssignals Vm mit einer Ansprechverzögerung erfasst wird, auf die positive Seite in Bezug auf die tatsächliche mittlere Strömungsrate verschoben.
Bei diesem Vergleichsbeispiel, wie in den 8A und 8B gezeigt, wobei die horizontale Achse das Amplitudenverhältnis anzeigt und die vertikale Achse einen Pulsationsfehler anzeigt, erhöht sich der Pulsationsfehler in einem Bereich mit umgekehrter Strömung, in dem das Amplitudenverhältnis größer als 1 ist, entsprechend zur positiven Seite, wenn das Amplitudenverhältnis größer als 1 wird.
Das Amplitudenverhältnis ist hier das Verhältnis der Amplitude Qamp des Pulsationsflusses bzw. Pulsationsstroms relativ zur mittleren Strömungsrate Qave des Pulsationsstroms (= Qamp / Qave). Der Pulsationsfehler ist das Verhältnis der delektierten mittleren Strömungsrate relativ zu der tatsächlichen mittleren Strömungsrate (= detektierte mittlere Strömungsrate/tatsächliche mittlere Strömungsrate-1).
Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform, wie nachstehend beschrieben, zur Reduzierung der Größe der Verschiebung auf der positiven Seite der detektierten mittleren Strömungsrate, wenn eine Pulsationsströmung auftritt, die mit einer umgekehrten Strömung einhergeht, eine Verringerung der Korrektur durchgeführt, wodurch das Strömungsratensignal Vout verringert wird.
Das heißt, dass die Antwortkorrektureinheit 7 ein Amplitudenerhöhungssignal ausgibt, das erhalten wird, indem das Ausgangssignal Vm des Sensors 25 einem Amplitudenerhöhungsprozess einer Wechselstromkomponente davon unterworfen wird.
Die Vergleichssignal-Ausgabeeinheit 8 vergleicht das Amplitudenerhöhungssignal mit einem vorab eingestellten Vergleichsschwellenwert TH und gibt ein Vergleichssignal Vfc auf der negativen Seite, die einem negativen Seitenabschnitt entspricht, des Amplitudenerhöhungssignals aus, das auf der negativen Seite in Bezug auf den Vergleichsschwellenwert TH.
Die Mittelungsverarbeitungseinheit 9 gibt ein gemitteltes Signal Vfca aus, das durch Mittelung des Vergleichssignals Vfc erhalten wird.
Die Koeffizientenmultiplikations-Verarbeitungseinheit 10 gibt ein Koeffizienten-multipliziertes Signal Vfk aus, das durch Multiplizieren des gemittelten Signals Vfca mit einem vorab eingestellten Anpassungskoeffizienten Kad erhalten wird.
Die Signalkorrektur-Verarbeitungseinheit 11 gibt als das Strömungsratensignal Vout einen Wert aus, der durch Korrigieren des Amplitudenerhöhungssignals erhalten wird, um unter Verwendung des Koeffizienten-multiplizierten Signals Vfk verringert zu werden.
Aufgrund der Ansprechverzögerung des Sensors 25 ist in Bezug auf das Ausgangssignal Vm die Amplitude der Wechselstromkomponente des Pulsationsflusses verringert worden.
Durch die Antwortkorrektureinheit 7 kann die Amplitude der Wechselstromkomponente des Ausgangssignals Vm erhöht werden, wodurch ein Einfluss der Ansprechverzögerung des Sensors 25 verringert werden kann.
Jedoch kann lediglich durch die Durchführung des Amplitudenerhöhungsprozesses der Wechselstromkomponente die Verschiebung auf der positiven Seite der detektierten mittleren Strömungsrate nicht eliminiert werden.
Somit kann durch Ausgeben des Vergleichssignals Vfc auf der negativen Seite, die einem negativen Seitenabschnitt entspricht, von dem Amplitudenerhöhungssignal, das auf der negativen Seite bezüglich des Vergleichsschwellenwerts TH liegt, eine Komponente extrahiert werden, die der Rückströmungsrate entspricht.
Durch Ausgeben des durch Mittelung des Vergleichssignals Vfc erhaltenen mittleren Signals Vfca kann ein Signal ausgegeben werden, das dem Mittelwert der Rückströmungsrate entspricht.
Durch Ausgeben des Koeffizienten-multiplizierten Signals Vfk, das durch Multiplizieren des mittleren Signals Vfca mit dem Anpassungskoeffizienten Kad erhalten wird, kann ein Signal ausgegeben werden, das der Größe der Verschiebung auf der positiven Seite der detektierten mittleren Strömungsrate entspricht und aufgrund der Rückströmungsrate aufgetreten ist.
Durch Ausgeben, als das Strömungsratensignal Vout, eines Wertes, der durch Korrigieren des Amplitudenerhöhungssignals erhalten wird, um durch Verwendung des Koeffizienten-multiplizierten Signals Vfk verringert zu werden, kann die Größe der Verschiebung auf der positiven Seite der detektierten mittleren Strömungsrate reduziert werden, die aufgrund der Rückströmungsrate aufgetreten ist.
In der vorliegenden Ausführungsform gibt die Antwortkorrektureinheit 7, wie in 4 gezeigt, ein erstes Amplitudenerhöhungssignal Vf1 aus, das erhalten wird, indem das Ausgangssignal Vm des Sensors 25 einem ersten Amplitudenerhöhungsprozess einer Wechselstromkomponente davon unterworfen wird, und gibt ein zweites Amplitudenerhöhungssignal Vf2 aus, das erhalten wird, indem das Ausgangssignal Vm des Sensors 25 einem zweiten Amplitudenerhöhungsprozess der Wechselstromkomponente unterworfen wird.
Dann vergleicht die Vergleichssignal-Ausgabeeinheit 8 das zweite Amplitudenerhöhungssignal Vf2 mit dem Vergleichsschwellenwert TH und gibt das Vergleichssignal Vfc auf der negativen Seite aus.
Die Signalkorrektur-Verarbeitungseinheit 11 gibt für das Strömungsratensignal Vout einen Wert aus, der durch Korrigieren des ersten Amplitudenerhöhungssignals Vf1 erhalten wird, um unter Verwendung des Koeffizienten-multiplizierten Signals Vfk verringert zu werden.
Gemäß dieser Konfiguration werden zwei Amplitudenerhöhungsprozesse durchgeführt. Somit ist es möglich, den ersten Amplitudenerhöhungsprozess durchzuführen, der geeignet ist, das erste Amplitudenerhöhungssignal Vf1 auszugeben, das als Basissignal für das Strömungsratensignal Vout dient, und den zweiten Amplitudenerhöhungsprozess durchzuführen, der für den Prozess der Verringerung der Größe der Verschiebung geeignet ist.
Das heißt, dass es ist möglich, Amplitudenerhöhungsprozesse durchzuführen, die für die jeweiligen Ziele der Antwortkorrektur und der Verschiebungskorrektur geeignet sind, und es möglich ist, die Verarbeitungsgenauigkeit des Strömungsratensignals Vout zu verbessern.
9A bis 9I zeigen Betriebswellenformen gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Für den Fall, dass eine Pulsationsströmung aufgetreten ist, die mit einer umgekehrten Strömung einhergeht, wie in 9A gezeigt, wird das Ausgangssignal Vm des Sensors 25, der einer A/D-Wandlung unterworfen worden ist, wie in 9B gezeigt.
In dem Ausgangssignal Vm des Sensors 25 ist die Amplitude der Wechselstromkomponente aufgrund der Ansprechverzögerung verringert.
In Bezug auf das in 9C gezeigte erste Amplitudenerhöhungssignal Vf1 ist die Amplitude der Wechselstromkomponente als Ergebnis des ersten Amplitudenerhöhungsprozesses, der durch die Antwortkorrektureinheit 7 durchgeführt wird, zu dem Ausgangssignal Vm erhöht worden.
In Bezug auf das in 9D gezeigte zweite Amplitudenerhöhungssignal Vf2 ist die Amplitude der Wechselstromkomponente als Ergebnis des zweiten Amplitudenerhöhungsprozesses, der durch die Antwortkorrektureinheit 7 durchgeführt wird, zu dem Ausgangssignal Vm erhöht worden.
Für jeden Amplitudenerhöhungsprozess wird ein Ansprechvorlaufprozess (engl. response advancing process) oder dergleichen verwendet, wobei es sich um eine umgekehrte Charakteristik der Ansprechverzögerungscharakteristik des Sensors 25 handelt.
Die eingestellten Konstanten der Ansprechvorlaufprozesse werden entsprechend den jeweiligen Zielen des ersten Amplitudenerhöhungsprozesses und des zweiten Amplitudenerhöhungsprozesses auf unterschiedliche Werte eingestellt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in den Figuren 9D, 9E und 9F, und Gleichung (4) gezeigt, vergleicht die Vergleichssignal-Ausgabeeinheit 8 das zweite Amplitudenerhöhungssignal Vf2 mit dem Vergleichsschwellenwert TH und extrahiert einen negativen Seitenabschnitt des zweiten Amplitudenerhöhungssignal Vf2, das auf der negativen Seite in Bezug auf den Vergleichsschwellenwert TH ist.
Wenn es einen negativen Seitenabschnitt des zweiten Amplitudenerhöhungssignals Vf2 gibt, das auf der negativen Seite bezüglich des Vergleichsschwellenwerts TH ist, gibt die Vergleichssignal-Ausgabeeinheit 8 dann den Absolutwert des negativen Seitenabschnitts des zweiten Amplitudenerhöhungssignals Vf2 als das Vergleichssignal Vfc auf der negativen Seite aus.
Wenn kein negativer Seitenabschnitt des zweiten Amplitudenerhöhungssignals Vf2 vorhanden ist, gibt die Vergleichssignal-Ausgabeeinheit 8 eine 0 als Vergleichssignal Vfc auf der negativen Seite aus.
In Übereinstimmung mit einer Erhöhung der Rückströmungsrate nimmt das Vergleichssignal Vfc auf der negativen Seite zu.

1) Wenn Vf2 <TH $Vfc = | Vf2 - TH |$
2) Wenn Vf2 ≥ TH $Vfc = 0$

Wie in 9G gezeigt, gibt die Mittelungsverarbeitungseinheit 9 das gemittelte Signal Vfca aus, das durch Mitteln des Vergleichssignals Vfc erhalten wird.
Der Mittelungsprozess wird unter Verwendung eines gleitenden Mittelungsprozesses, eines Tiefpassfilterprozesses oder dergleichen durchgeführt.
Wie in FIG. 9H und Gleichung (5) gezeigt, gibt die Koeffizientenmultiplikations-Verarbeitungseinheit 10 als das Koeffizienten-multiplizierte Signal Vfk einen Wert aus, der durch Multiplizieren des gemittelten Signals Vfca mit dem Anpassungskoeffizienten Kad erhalten wird. $Vfk = Kad \times Vfc$
Wie in den 9A bis 9I gezeigt, gibt die Signalkorrektur-Verarbeitungseinheit 11 als das Strömungsratensignal Vout einen Wert aus, der durch Subtrahieren des Koeffizienten-multiplizierten Signals Vfk, das einen positiven Wert aufweist, von dem ersten amplitudenerhöhten Signal Vf1 erhalten wird.
Die erfasste durchschnittliche bzw. gemittelte Strömungsrate, die aus dem Strömungsratensignal Vout berechnet wird, kann nahe zu der tatsächlichen durchschnittliche bzw. gemittelten Strömungsrate liegen.
Da das Koeffizienten-multiplizierte Signal Vfk in Übereinstimmung mit der Zunahme der Rückwärtsströmungsrate zunimmt, kann der Betrag der Verschiebung auf der positiven Seite, der in Übereinstimmung mit dem Anstieg der Rückwärtsströmungsrate zunimmt, geeignet reduziert werden.
Als Ergebnis kann, wie in 10 gezeigt, der Pulsationsfehler in einem Rückströmungs-Auftrittsbereich reduziert werden, in dem das Amplitudenverhältnis größer als 1 wird.
In Bezug auf die Vergleichsschwellenwert TH, der von der Vergleichssignal-Ausgabeeinheit 8 verwendet wird, die oben beschrieben ist, sind jedoch die Vergleichsschwellenwerte TH, die für die einzelnen Sensoren eingestellt sind, jeweils verschieden, da die Gegen- bzw. Rückströmungseigenschaften unter den einzelnen Sensoren unterschiedlich sind.
Um die Korrekturgenauigkeit in der Signalverarbeitungseinheit 3 zu verbessern, ist es daher wichtig, einen optimalen Vergleichsschwellenwert TH für jeden der einzelnen Sensoren einzustellen.
Bei einem Vergleichsschwellenwert-Einstellverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird dann, wenn die von stromaufwärts nach stromabwärts fortschreitende Strömung als Vorwärtsströmung definiert ist und die von stromabwärts nach stromaufwärts strömende Strömung als Rückwärtsströmung definiert wird, die Strömungsratencharakteristik auf der Rückströmungsseite des Sensors gemessen, und ein Strömungsratensignal, das einer Zielströmungsrate entspricht, wird als der Vergleichsschwellenwert TH eingestellt.
Obwohl zum Beispiel die Rückströmungscharakteristik eines einzelnen Sensors zwischen einem Sensor 1 und einem Sensor 2 aufgrund des Einflusses einer Variation in dem Anbringungszustand oder dergleichen unterschiedlich ist, wie in 11 gezeigt, kann dann, wenn die Rückwärtsströmungscharakteristik für jeden Sensor gemessen wird, ein Zielvergleichsschwellenwert genau erhalten werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein thermischer Luftströmungsmesser, wie oben beschrieben:

einen Bypass-Strömungsweg, der in einem Ansaugrohr angeordnet ist, in das die in einen Verbrennungsmotor einzusaugende Ansaugluft einströmt und das einen Teil der Ansaugluft aufnimmt und bewirkt, dass der Teil der Ansaugluft durchströmt;
einen Sensor, der ein Strömungsraten-Erfassungselement aufweist, das in dem Bypass-Strömungsweg angeordnet ist und das ein Ausgabesignal ausgibt, das einer Strömungsrate der Ansaugluft entspricht, die in einer Vorwärtsströmungsrichtung und einer Rückwärtsströmungsrichtung in dem Ansaugrohr strömt; und
eine Signalverarbeitungseinheit, die das Ausgangssignal des Sensors verarbeitet,
wobei die Signalverarbeitungseinheit enthält:
- eine Antwortkorrektureinheit, die ein erstes amplitudenerhöhtes Signal und ein zweites amplitudenerhöhtes Signal ausgibt, die jeweils erhalten werden, indem das Ausgangssignal des Sensors einem Amplitudenerhöhungsprozess einer Wechselstromkomponente davon unterzogen wird;
- eine Vergleichssignal-Ausgabeeinheit, die das zweite amplitudenerhöhte Signal mit einem im Voraus eingestellten Vergleichsschwellenwert vergleicht und ein Vergleichssignal auf einer negativen Seite, die einem negativen Seitenteil entspricht, des zweiten amplitudenerhöhten Signals ausgibt, das
- an der negativen Seite in Bezug auf den Vergleichsschwellenwert ist;
- eine Mittelungsverarbeitungseinheit, die ein gemitteltes Signal ausgibt, das durch Mitteln des Vergleichssignals erhalten wird;
- eine Koeffizientenmultiplikations-Verarbeitungseinheit, die ein durch Multiplizieren des gemittelten Signals mit einem vorab eingestellten Anpassungskoeffizienten erhaltenes Koeffizienten-multipliziertes Signal ausgibt; und
- eine Signalkorrektur-Verarbeitungseinheit, die als ein Strömungsratensignal einen Wert ausgibt, der durch Korrigieren des ersten amplitudenerhöhten Signals erhalten wird, um unter Verwendung des Koeffizienten-multiplizierten Signals verringert zu werden, und
- wobei der Vergleichsschwellenwert auf der Basis einer vorab gemessenen Strömungsratencharakteristik der Rückströmungsseite des Sensors eingestellt ist.

ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
In der ersten Ausführungsform wird der Vergleichsschwellenwert TH auf der Basis der Strömungsratencharakteristik auf der Rückstromseite eines Sensors, der gemessen wurde, berechnet. Als eine zweite Ausführungsform wird jedoch ein Beispiel beschrieben, bei dem ein Vergleichsschwellenwert unter Verwendung von Werten eines Einstellwerts und der Vorwärtsströmungscharakteristik, die gemessen wurden, berechnet wird.
Wenn ein Sensor zusammengebaut wird bei der Einstellung der Vorwärtsströmungscharakteristik, um eine gewünschte Charakteristik zu erreichen, eine unbearbeitete Ausgabe Dm des Sensors unter Verwendung einer Verstärkung G und eines Offsets Doff korrigiert, wie nachstehend in Gleichung (6) gezeigt.
Hier ist Dm ein Wert, der erhalten wird, indem eine unbearbeitete Ausgabe Vm des Sensors einer A/D-Umwandlung unterzogen wird. $Dout = G (Dm - Doff)$
Die Parameter, die von einer tatsächlichen Strömungsratencharakteristik-Testvorrichtung bestätigt werden können, sind eine Ausgabe Dout nach der Korrektur, die Verstärkung G und der Offset Doff. Somit wird Dm durch den Gleichung (6) zur Berechnung eines Vergleichsschwellenwerts TH erhalten. Wenn der erhaltene Wert Dm in Gleichung (7) unten eingesetzt wird, kann der Vergleichsschwellenwert TH berechnet werden. $TH = Dm (1) - K* (Dm (2) - Dm (1)) / (Qm (2) - Qm (1))$
Hier ist TH das Strömungsratensignal des Sensors, das einem Vergleichsschwellenwert entspricht, K* ist ein Koeffizient, Dm (1) und Dm (2) sind das Strömungsratensignal an zwei Punkten auf der Vorwärtsströmungsseite des Sensors, und Qm (1) und Qm (2) sind Strömungsratenwerte, die jeweils Dm (1) und Dm (2) entsprechen.
Die Variation des Vergleichsschwellenwerts TH jedes Sensors wird erhalten, wenn Gleichung (7) verwendet wird. 12 zeigt einen Pulsationsfehler unter den Bedingungen von Pulsationen 1, 2 begleitet von Rückströmungen, wenn der Vergleichsschwellenwert TH auf den oberen Grenzwert, den Medianwert und den unteren Grenzwert der Variation eingestellt ist.
In allen Fällen, in denen der Vergleichsschwellenwert TH der obere Grenzwert, der Medianwert und der untere Grenzwert ist, liegt der Pulsationsfehler auf Pegeln, die in tatsächlichen Anwendungsumgebungen harmlos sind.
Zusätzlich erfordert die zweite Ausführungsform keine Messung der umgekehrten Strömung bzw. Rückströmung und ist daher dahingehend vorteilhaft, dass keine Rückströmungs-Messvorrichtung erforderlich ist und dass die Arbeitszeit während des Zusammenbaus verringert werden kann.
Es muss nicht erwähnt werden, dass als das Strömungsratensignal des Sensors, das bei der Berechnung des Vergleichsschwellenwerts TH verwendet wird, der Wert vor der A/D-Umwandlung verwendet werden kann.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Selbst wenn ein Strömungsratensignal Dm (0) zu einem Zeitpunkt ohne Luftströmung des Sensors als Dm (2) in Gleichung (7) verwendet wird, die in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, kann der Vergleichsschwellenwert TH genau erhalten werden. $TH = Dm (0) - K* (Dm (1) - Dm (0)) /Qm (1)$
Hier ist TH das Strömungsratensignal des Sensors, das einem Vergleichsschwellenwert entspricht, K* ist ein Koeffizient, Dm (1) ist das Strömungsratensignal auf der Vorwärtsströmungsseite des Sensors, Dm (0) ist die Strömungsratensignal des Sensors zu einem Zeitpunkt ohne Luftströmung, und Qm (1) ist ein Strömungsgeschwindigkeitswert, der Dm (1) entspricht.
Auch wenn der Vergleichsschwellenwert TH gemäß der dritten Ausführungsform berechnet wird, ist die Schwankung bzw. Variation des Vergleichsschwellenwerts TH auf einem Niveau ähnlich demjenigen, das in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, und der Einfluss auf den Pulsationsfehler ist auf einem harmlosen Niveau.
Ferner kann die Anzahl der Punkte, an denen eine Strömungsratencharakteristik-Testvorrichtung die Strömungsrate misst, im Vergleich zu derjenigen in der zweiten Ausführungsform um eins verringert werden. Somit kann die Arbeitszeit während des Zusammenbaus reduziert werden.
Es ist anzumerken, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung die obigen Ausführungsformen frei miteinander kombiniert werden können oder dass jede der obigen Ausführungsformen wie geeignet modifiziert oder abgekürzt werden kann.
Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden für den Fachmann offensichtlich sein, ohne vom Umfang und Geist dieser Erfindung abzuweichen, und es sollte verstanden werden, dass dies nicht auf die veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt ist, die hier dargelegt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5558599 [0006]

Claims

Thermischer Luftströmungsmesser, umfassend: einen Bypass-Strömungsweg (29), der in einem Ansaugrohr (35) angeordnet ist, in das eine in einen Verbrennungsmotor einzuleitende Ansaugluft einströmt und das einen Teil der Ansaugluft aufnimmt und bewirkt, dass ein Teil der Ansaugluft durch dieses strömt; einen Sensor (25), der ein Strömungsraten-Erfassungselement (24) aufweist, das in dem Bypass-Strömungsweg (29) angeordnet ist und das ein Ausgabesignal (Vm) ausgibt, das einer Strömungsrate der Ansaugluft entspricht, die in einer Vorwärtsströmungsrichtung und einer Rückwärtsströmungsrichtung in dem Ansaugrohr (35) strömt; und eine Signalverarbeitungseinheit (3), die das Ausgangssignal (Vm) des Sensors (25) verarbeitet, wobei die Signalverarbeitungseinheit (3) enthält: eine Antwortkorrektureinheit (7), die ein erstes amplitudenerhöhtes Signal (Vf1) und ein zweites amplitudenerhöhtes Signal (Vf2) ausgibt, die jeweils erhalten werden, indem das Ausgangssignal (Vm) des Sensors (25) einem Amplitudenerhöhungsprozess einer Wechselstromkomponente davon unterzogen wird; eine Vergleichssignal-Ausgabeeinheit (8), die das zweite amplitudenerhöhte Signal (Vf2) mit einem im Voraus eingestellten Vergleichsschwellenwert (TH) vergleicht und ein Vergleichssignal (Vfc) auf einer negativen Seite, die einem negativen Seitenteil entspricht, des zweiten amplitudenerhöhten Signals (Vf2) ausgibt, das an der negativen Seite in Bezug auf den Vergleichsschwellenwert (TH) ist; eine Mittelungsverarbeitungseinheit (9), die ein gemitteltes Signal (Vfca) ausgibt, das durch Mitteln des Vergleichssignals (Vfc) erhalten wird; eine Koeffizientenmultiplikations-Verarbeitungseinheit (10), die ein durch Multiplizieren des gemittelten Signals (Vfca) mit einem vorab eingestellten Anpassungskoeffizienten (Kad) erhaltenes Koeffizienten-multipliziertes Signal (Vfk) ausgibt; und eine Signalkorrektur-Verarbeitungseinheit (11), die als ein Strömungsratensignal (Vout) einen Wert ausgibt, der durch Korrigieren des ersten amplitudenerhöhten Signals (Vf1) erhalten wird, um unter Verwendung des Koeffizienten-multiplizierten Signals (Vfk) verringert zu werden, und wobei der Vergleichsschwellenwert (TH) auf der Grundlage einer Ausgangscharakteristik des Sensors (25) eingestellt, die vorab gemessen wird.
Thermischer Luftströmungsmesser gemäß Anspruch 1, wobei der Vergleichsschwellenwert (TH) auf der Grundlage einer Strömungsratencharakteristik auf der Rückströmungsseite als die Ausgangscharakteristik des Sensors (25) eingestellt wird.
Thermische Luftströmungsmesser gemäß Anspruch 1, wobei der Vergleichsschwellenwert (TH) durch einen Näherungsausdruck eingestellt wird, der durch Berechnung des Strömungsratensignals (Vout) an mindestens zwei Strömungsratenpunkten auf der Vorwärtsströmungsseite in der Ausgangscharakteristik des Sensors (25) erhalten wird.
Thermische Luftströmungsmesser gemäß Anspruch 1, wobei der Vergleichsschwellenwert (TH) durch einen Näherungsausdruck eingestellt wird, der aus einer Ausgabe zu einer Zeit ohne Luftströmung und einer Ausgabe an einem Strömungsratenpunkt in einer Vorwärtsströmungs-Seitencharakteristik in der Ausgangscharakteristik des Sensors (25) berechnet wird.
Thermische Luftströmungsmesser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sensor (25) als das Strömungsraten-Erfassungselement (24) einen stromaufwärtsseitigen Heizwiderstand (181) enthält, der an einer stromaufwärtsseitigen Seite der Einlassluft angeordnet ist, und einen stromabwärtsseitigen Heizwiderstand, der an einer stromabwärtsseitigen Seite der Einlassluft in Bezug auf den stromaufwärtsseitigen Heizwiderstand angeordnet ist.