專利名稱：加熱電阻器型空氣流速測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于測量內燃機進氣流速的空氣流量計，尤其涉及一種加熱電阻器型空氣流速測量裝置，用于測量在脈動氣流中伴隨后向氣流狀態下的空氣流速。
由于進氣閥的連續閉開操作，使得內燃機中的氣流是脈動的。該脈動被進氣管中柱狀振動效應所放大，進氣管中的氣流在有關內燃機旋轉次數和節氣閥孔徑的特殊狀態下變成后向氣流。此后向氣流給加熱電阻器型空氣流速測量裝置帶來各種不良效果。作為用于解決該問題的裝置，已知第1-206223(1989)號日本公開專利中揭示的已有技術是一種具有字母I(或L)形狀補充進氣管的空氣通道結構，使用此結構來增加加熱電阻器型空氣流速測量裝置的測量準確性，該空氣流速測量裝置處于隨脈動氣流出現后向氣流的狀態中。在此已有技術中，如此構成空氣通道，從而通過形成面對后向氣流的壁使后向氣流直接吹向加熱電阻器。
作為用于減少后向氣流不良效果的另一種裝置，在第62-812(1987)號日本公開專利中揭示了一種已有技術。類似于本發明，在此已有技術中，通過使用一對加熱電阻器之間的熱干擾檢測氣流方向，可通過判斷氣流方向改變來自加熱電阻器的輸出電壓信號；當氣流是前向氣流時，從用于前向氣流的加熱電阻器的輸出電壓信號中選出將使用的輸出電壓；當氣流是后向氣流時，選擇來自用于后向氣流的加熱電阻器的輸出電壓信號。
一般，只通過選擇性地使用單個加熱電阻器，很難測量氣流的方向是向前或向后。為了解決此問題，例如，如
圖10所示，在通過使節氣閥逐步打開來改變升壓而把內燃機的旋轉次數保持恒定來觀察加熱電阻器型空氣流速測量裝置的平均輸出中，在特定閾值以下空氣流速的平均輸出隨進氣負壓線性增加，對于超出特定閾值的升壓，估計空氣流速的平均輸出將大于實際空氣流速(它是指定的過沖現象)。雖然當節氣閥打開很小的孔徑時，加熱電阻器型空氣流速測量裝置中空氣流速的脈動相對地小，但空氣流速的脈動幅度隨節氣閥逐步打開而增加，最后，在節氣閥的角度大于特定的角度處(大約30到50)(在圖10中A的右邊區域)，脈動幅度包含了后向氣流分量。于是，當出現后向氣流時，由于加熱電阻器不能如上述區別氣流方向是前向或后向，所以用前向氣流分量以及后向氣流分量估計空氣流速的平均輸出，于是取較大的值。
利用形成上述已有技術對著后向氣流方向的壁，并制成空氣通道結構從而后向氣流不可直接吹向加熱電阻器，可減少平均輸出的估計誤差。然而，用此裝置減少的誤差只有整個誤差的一半。這是因為前向氣流的量隨后向氣流的量的增加而增加。于是，為了減少后向氣流引起的估計誤差，需要減少后向氣流產生時前向氣流的輸出值，或從前向氣流分量以及前向氣流分量的測量值中分開后向氣流分量。有一種與此對策有關的已有技術，其中在通過使用上述已有技術中揭示的一對加熱電阻器，比較來自這兩個加熱電阻器的輸出信號，從而通過檢測氣流方向來觀察后向氣流的情況中，可從前向氣流分量中減去后向氣流分量。此方法還有另外的問題。該問題與對微機提供數據時分辨率的減少有關。被普通汽車應用所使用的許多微機處理的DC電壓在0和5.12(V)之間。然而，在此方法中，前向氣流和后向氣流在空氣流速和輸出電壓之間都具有相似的關系，所以減少了前向氣流的分辨率。在使用2.56(V)閾值電壓的極端情況下，把低于2.56(V)的范圍用于后向氣流輸出電壓的范圍，而把超過2.56(V)的范圍用于前向氣流輸出電壓的范圍。于是，在此情況中，用于前向氣流的輸出電壓的分辨率是0和2.56(V)之間所有的范圍都可用于前向氣流時的分辨率的一半。雖然此情況中的閾值電壓2.56(V)是較少的極端的情況，但由于為了精確地測量后向氣流應把閾值電壓確定在1(V)和2(V)之間，所以使前向氣流的分辨率減少。
如果加熱電阻器具有熱響應延遲，則在比較來自加熱電阻器的輸出信號時延遲了對后向氣流的檢測，此檢測延遲影響了檢測精確度。這可用圖11A和11B示出；當后向氣流在圖11A中點B開始上升時，后向氣流的輸出信號電平不超出前向氣流的輸出信號電平，因此不能證明后向氣流的存在，直到后向氣流的輸出信號電平到達點C；于是，如此延遲了后向氣流的檢測。
此外，如第62-812(1987)號日本公開專利中所揭示的，常規的裝置通過使用兩個加熱電阻器確定氣流方向，并使用任一個檢測信號產生輸出信號。通過衰減交變的電流分量來減低由兩個加熱電阻器的相互干擾產生并包含在輸出信號中的噪聲分量。
然而，因為在已有技術的裝置中衰減了輸出信號，所以產生的問題是當氣流反向時檢測的延遲變大，于是降低了測量的精確度。
因此，本發明的第一個目的是在實際的板上環境中增加對伴隨后向氣流的脈動氣流中空氣流速的測量精確度(這是上述加熱電阻器型空氣流速測量裝置中的一個主要問題)，還在于提供一種加熱電阻器型空氣流速測量裝置，該裝置在操作方便性、可靠性和成本上具有優勢。
本發明第二個目的是提供一種改進的加熱電阻器型空氣流速測量裝置，該裝置可減少上述噪聲，并保持測量精確度。
為了解決上述第一個問題，把一對加熱電阻器置于某一位置，在該位置上該對加熱電阻器相對于熱屬性與氣流發生干擾，如果氣流是前向氣流，則由電子電路校正來自傳感器的輸出信號，從而前向氣流的輸出信號可等于后向氣流的輸出信號，但如果氣流是后向氣流，則把前向氣流輸出信號與后向氣流輸出信號之差調節得更大。此外，調節來自這兩個加熱電阻器的輸出信號中較大的一個信號，使該信號等于較低的一個信號，如果氣流是后向氣流，則通過減少用于前向氣流加熱電阻器的輸出信號，把輸出信號的總平均值調節得更低。在此方法中，把前向氣流輸出信號和后向氣流輸出信號(它只在氣流是后向氣流時才產生)的差用作校正值。由此方法，通過使用切換電路可消除用于前向氣流和后向氣流的輸出信號的切換操作。此外，不需要分離前向氣流和后向氣流的閾值，可使加熱電阻器型空氣流速測量裝置所使用的輸出電壓在0到5.12(V)之間變化，因此，當氣流是前向氣流時可建立對于輸出信號的更高分辨率。當氣流是后向氣流時，即使加熱電阻器具有熱響應延遲，但由于必然產生來自前向氣流加熱電阻器的輸出信號與來自后向氣流加熱電阻器的輸出信號之差，所以可精確地檢測和判斷后向氣流。
此外，用于獲得上述第二個目的的較佳裝置如下所述。
一種加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其中檢測來自把安裝在空氣通道中的前向氣流加熱電阻器加熱到預定的溫度所需的加熱電流的前向氣流檢測信號，并檢測來自把安裝在空氣通道中的后向氣流加熱電阻器加熱到預定的溫度所需的加熱電流的后向氣流檢測信號，該裝置包括抵消裝置，通過把后向氣流檢測信號的交變電流分量加到前向氣流檢測信號中，并通過把前向電流檢測信號的交變電流分量加到后向氣流檢測信號中，來抵消包含在每個檢測信號中的差分模式的噪聲。
與第二個目的有關的另一個較佳裝置如下所述。
一種加熱電阻器型空氣流速測量裝置，該裝置設有一對空氣流速檢測部分，分別用于檢測把安裝在空氣通道中的前向氣流和反向氣流加熱電阻器加熱到預定的溫度所需的加熱電流，以作為前向氣流檢測信號和后向氣流檢測信號，為了通過使用每個檢測信號輸出包含空氣通道中氣流方向分量的空氣流速信號，該裝置還包括抵消裝置，通過把后向氣流檢測信號的交變電流分量加到前向氣流檢測信號中，并通過把前向電流檢測信號的交變電流分量加到后向氣流檢測信號中，來抵消包含在前向和后向檢測信號中的差分模式的噪聲，并輸出前向和后向氣流抵消信號；其中通過用前向和后向氣流抵消信號代替前向和后向氣流檢測信號來輸出空氣流速信號。
與第二個目的有關的又一個較佳裝置如下所述。
一種加熱電阻器型空氣流速測量裝置包括一對空氣流速檢測部分，分別用于檢測把安裝在空氣通道中的前向氣流和反向氣流加熱電阻器加熱到預定的溫度所需的加熱電流，以作為前向氣流檢測信號和后向氣流檢測信號，一個信號比較裝置，通過比較前向和后向氣流檢測信號的大小來確定空氣通道中氣流的方向，一個信號選擇裝置，用于根據確定結果從前向和后向氣流檢測信號中選出一個信號，以及一個差分放大電路，用于切換和輸入前向和后向氣流檢測信號，把后向氣流檢測信號的交變電流分量加到輸入的前向氣流檢測信號中，并切換和輸出以下兩個輸出信號中的任一個，其中一個輸出信號高于正比于所加信號的基準電壓，另一個輸出信號低于正比于輸入的后向氣流檢測信號的基準電壓；其中通過使用來自差分放大電路的輸出信號輸出包括氣流方向分量的空氣流速信號。
與第二個目的有關的再一個較佳裝置如下所述。
一種加熱電阻器型空氣流速測量裝置包括一對空氣流速檢測部分，分別用于檢測把安裝在空氣通道中的前向氣流和反向氣流加熱電阻器加熱到預定的溫度所需的加熱電流，以作為前向氣流檢測信號和后向氣流檢測信號，一個信號比較裝置，通過比較前向和后向氣流檢測信號的大小來確定空氣通道中氣流的方向，一個信號選擇裝置，用于根據確定結果從前向和后向氣流檢測信號中選出一個信號，以及一個差分放大電路，用于切換和輸入前向和后向氣流檢測信號，倒轉前向氣流檢測信號交變電流的相位并把獲得的信號加到輸入的后向氣流檢測信號中，并切換和輸出以下兩個輸出信號中的任一個，其中一個輸出信號高于正比于前向氣流檢測信號的基準電壓，另一個輸出信號低于正比于所加信號的基準電壓；其中通過使用來自差分放大電路的輸出信號輸出包括氣流方向分量的空氣流速信號。
圖1是依據與本發明第一個目的有關的實施例的加熱電阻器型空氣流速測量裝置的方框圖。
圖2示出在使用兩個加熱電阻器之間的熱干擾改變氣流方向的情況中各個加熱電阻器的輸出信號曲線。
圖3示出與本發明第一個目的有關的實施例在改變氣流方向的情況中各個加熱電阻器的輸出信號曲線。
圖4示出與本發明第一個目的有關的實施例加熱電阻器型空氣流速測量裝置中輸出校正部分的電路圖。
圖5示出在使用依據與本發明第一個目的有關的實施例的實驗中，存在于脈動氣流中的加熱電阻器輸出信號的脈動波形。
圖6是依據與本發明第一個目的有關的另一個實施例的加熱電阻器型空氣流速測量裝置的方框圖。
圖7示出與本發明第一個目的有關的另一個實施例的系統的方框圖，其中信號處理裝置具有加熱電阻器型空氣流速測量裝置的功能，圖8是與本發明第一個目的有關的加熱電阻器型空氣流速測量裝置的一個示例結構。
圖9是與本發明第一個目的有關的加熱電阻器型空氣流速測量裝置的另一個示例結構。
圖10示出在通過逐步打開節氣閥來改變進氣負壓，而把內燃機的旋轉次數保持恒定的情況下，加熱電阻器的過沖現象。
圖11示出在使用具有響應延遲特性的加熱電阻器時使用輸出信號改變方法的情況下，各個節氣閥角度處各個加熱電阻器的輸出信號。
圖12示出一系統控制器的圖，該控制器通過使用與本發明第一個目的有關的加熱電阻器型空氣流速測量裝置控制內燃機。
圖13是依據與本發明第二個目的有關的第一實施例示出加熱電阻器型空氣流速測量裝置的電路圖。
圖14是依據與本發明第二個目的有關的另一個實施例示出加熱電阻器型空氣流速測量裝置的電路圖。
圖15是依據與本發明第二個目的有關的第三實施例示出加熱電阻器型空氣流速測量裝置的電路圖。
圖16是依據與本發明第二個目的有關的第四實施例示出加熱電阻器型空氣流速測量裝置的電路圖。
圖17是依據與本發明第二個目的有關的第五實施例示出加熱電阻器型空氣流速測量裝置的電路圖。
圖18是依據與本發明第二個目的有關的第六實施例示出加熱電阻器型空氣流速測量裝置的電路圖。
以下將描述本發明的較佳實施例。首先，將參考圖1到12描述與可獲得第一目的有關的較佳實施例。
圖1是示出作為本發明一個實施例的加熱電阻器型空氣流速計結構的方框圖。用于空氣流速測量的一對加熱電阻器安裝于內燃機的進氣管中。在圖1中，進氣管的左側指向空氣凈化器，而右側指向內燃機。因此，在進氣管中從空氣凈化器流到內燃機的氣流被定義為前向流動的氣流4，而沿反向流動的氣流被定義為后向流動的氣流。
在進氣管中放置一對加熱電阻器，每個加熱電阻器分別由獨立的驅動電路驅動。理論上，雖然可用單個驅動電路驅動兩個加熱電阻器，但用該結構會發生熱響應延遲，其中在實際內燃機操作環境中對大約20到200Hz不能建立頻率響應，因此不能區別氣流的方向。通過給加熱電阻器提供加熱氣流，可以反饋模式控制此驅動電路，從而可把加熱電阻器和獨立安裝用于測量進氣溫度的熱敏電阻器之間的溫度差保持為恒定值。在某一位置處放置這兩個加熱電阻器，在該位置上被加熱的氣流分別與氣流上游或下游處的加熱電阻器發生熱干擾。當產生前向流動氣流時，由前向氣流加熱電阻器1產生的熱量試圖加熱位于下游的后向氣流加熱電阻器2，當產生后向流動氣流時，由后向氣流加熱電阻器2產生的熱量試圖加熱位于上游的前向氣流加熱電阻器1。例如，由此結構，當出現前向氣流時，用于保持后向氣流加熱電阻器2及其相應的熱敏電阻器之間恒定溫度差的加熱氣流可少于用于前向氣流加熱電阻器1的加熱氣流，因為后向氣流加熱電阻器2獲得前向氣流加熱電阻器1產生的熱量。于是，比較這兩個加熱電阻器之間的加熱氣流可表明氣流的方向是前向氣流或后向氣流，以及氣流速率。
圖2示出氣流測量特性，其中相對于來自沿水平軸延伸的輸出信號繪制氣流速率，每條曲線分別相應于前向氣流和后向氣流的情況。由于各個加熱電阻器的輸出信號基本上相應于加到各個加熱電阻器的加熱氣流，所以當發生前向氣流時，前向氣流加熱電阻器的輸出信號較大，而后向氣流加熱電阻器的輸出信號較小。雖然如上所示定義加熱氣流，但可通過與驅動電路一起構成的零跨度(zerospan)電路進行輸出控制，任意地調節以輸出信號來表示的關系。
圖3示出用于本發明加熱電阻器型空氣流速測量裝置中兩個加熱電阻器的輸出信號特性的一個例子。在本發明中，當發生前向氣流時，調節用于前向氣流的加熱電阻器的輸出信號特性以及用于后向氣流的加熱電阻器的輸出信號特性，從而使它們相等。于是，當出現前向氣流時，來自兩個加熱電阻器的輸出信號完全相等，但當出現后向氣流時，圖3所示輸出信號之差大于圖2所示輸出信號之差。這可如下來解釋；雖然在圖3所示情況中使用的加熱氣流與圖2所示情況中使用的加熱氣流相同，但在出現前向氣流時，后向氣流加熱電阻器獲得前向氣流加熱電阻器產生的熱量，且后向氣流加熱電阻器的輸出信號被零跨度電路放大，從而在后向氣流加熱電阻器的一般輸出信號時使后向氣流加熱電阻器對氣流速率的敏感度變大。依據此輸出信號特性，可在出現后向氣流時用以下公式1校正輸出信號。
Vout＝Vf-kx(Vr-Vf)+Voffset …(1)這里，Vout后向氣流校正后加熱電阻器型空氣速率測量裝置的的輸出信號，Vf前向氣流加熱電阻器的輸出信號，Vr后向氣流加熱電阻器的輸出信號，k任意的恒定值，Voffset輸出信號的偏移值(如果需要則定義)。
在上式中，項kx(Vr-Vf)代表出現后向氣流時的校正項。由于出現前向氣流時兩個加熱電阻器的輸出信號相同，所以該校正項為零，且使用前向氣流加熱電阻器的輸出信號。另一方面，由于出現后向氣流時后向氣流加熱電阻器的輸出信號較高，所以可校正后向氣流引起的分量。此外，通過把恒定值k加到前向氣流加熱電阻器和后向氣流加熱電阻器之差，可進行靈活校正。如果需要，則定義用于輸出信號的偏移值Voffset。
圖4示出基于公式1的電路結構的一個例子。此電路由3個運算放大器構成。這些運算放大器具有它們各自的功能。OP1的輸出V1用于提供前向氣流加熱電阻器和后向氣流加熱電阻器的輸出信號之差(公式1中項(Vr-Vf))。OP2的輸出V2代表OP1的輸出V1與R1和R2之比所定義的恒定值k的積(公式1中kx(Vr-Vf))。OP3的最終輸出Vout代表OP2的輸出、前向氣流加熱電阻器的輸出信號和用于公式1所定義輸出信號的偏移值的和。在圖4中，用虛線限定的矩形部分是RC濾波器，此濾波器旨在能消除輸出信號中的噪聲，并使輸出值接近輸出信號的平均值而不受取樣定時的影響，此輸出信號相應于要讀入控制單元中脈動流的幅度。RC濾波器可放入加熱電阻器型空氣流速測量裝置的電路中內燃機控制單元的信號輸入部分。雖然此電路基本上由三個運算放大器構成，但可通過改變公式1來建立由兩個運算放大器構成的等效電路，這里未示出此等效電路的詳細結構。
圖5是伴有安裝在實際內燃機上的本發明加熱電阻器型空氣流速測量裝置中的后向氣流的脈動操作區中脈動氣流波形的觀測結果，該裝置具有如圖1和4所示的電路結構，以及如圖3所示的輸出信號特性。位于圖下部的兩條曲線分別代表前向氣流加熱電阻器和后向氣流加熱電阻器的輸出信號，實線代表本發明加熱電阻器型空氣流速測量裝置的輸出信號。用公式1定義依據本發明的加熱電阻器型空氣流速測量裝置的輸出信號。作為參照，由虛線示出只把偏移值加到前向氣流加熱電阻器而產生的輸出信號。首先參看前向氣流加熱電阻器和后向氣流加熱電阻器的輸出信號，當出現前向氣流時，前向氣流加熱電阻器的輸出信號和后向氣流加熱電阻器的輸出信號幾乎相同，但當出現后向氣流時，后向氣流加熱電阻器的輸出信號大于前向氣流加熱電阻器的輸出信號。這些是依據圖3所示輸出信號特性的輸出信號特性。進而參看最終的輸出信號，并與虛線示出的只把偏移值加到前向氣流加熱電阻器而產生的輸出信號相比，用后向氣流分量校正的輸出信號在出現前向氣流時，幾乎與只把偏移值加到前向氣流加熱電阻器而產生的輸出信號相等，但在出現后向氣流時小于后者，這意味著可減小出現后向氣流時的平均輸出信號。于是，實驗證明本發明的空氣流速測量裝置可檢測后向氣流，并具有在出現后向氣流時可減小前向氣流加熱電阻器輸出信號的效果，它是本發明的主要目的。
圖6是本發明另一個實施例中加熱電阻器型空氣流速計的方框圖。圖6中方框圖的基本結構類似于圖1中的結構，與圖1的不同之處在于，加熱器位于一對加熱電阻器之間，從而可在加熱器和各個加熱電阻器之間建立熱干擾，以替代兩個加熱電阻器之間直接的熱交換。使用圖6所示結構的原因是，如果兩個加熱電阻器之間的距離太近，則由于單向氣流中加熱電阻器對之間的熱交換將最終地干擾加熱電阻器輸出信號，結果，導致加熱電阻器型空氣流速測量裝置輸出信號中的噪聲。顯然，如果兩個加熱電阻器相互離得太遠，則在加熱電阻器之間不能完全建立熱干擾，因此，則不能檢測氣流方向。
圖7是本發明另一個實施例中加熱電阻器型空氣流速計及其輸出信號處理裝置的方框圖。圖7中方框圖的基本結構類似于圖1，與圖1的不同之處在于此加熱電阻器型空氣流速測量裝置的電路只包括一對加熱電阻器和用于其輸出信號的零跨度電路，其中用于前向氣流和后向氣流的各個信號被提供給信號處理裝置，由信號處理裝置處理這些輸出信號，來進行信號校正和檢測氣流方向。在此實施例中，通過使一部分信號處理裝置具有加熱電阻器型空氣流速測量裝置的信號處理功能，其優點在于可簡化加熱電阻器型空氣流速測量裝置本身的電路結構。
圖8是本發明加熱電阻器型空氣流速測量裝置的示意結構。該結構包含電路板8，其上集成了零跨度電路和信號處理電路；用于保護電路板8的保護部件，包括殼體部件9和蓋部件10；包括加熱電阻器和感應電阻器的傳感器部件；用于傳感器部件和電路板之間電氣連接的導電部件11；用于支撐傳感器部件和連接部件的支撐部件；其中置有加熱電阻器的補充空氣通路；作為到裝置外部接口的接頭部分14，所有的這些部件構成一單個模塊。由模塊的傳感器部分和補充空氣通道，以及其它部件插入主體部件15的通孔16中，在主體部件15中安裝了蜂窩狀格子17以減少包括內燃機進氣通道中的主空氣通道氣流的擾動，通過用螺釘固定模塊和主體形成加熱電阻器型空氣流速測量裝置的的整體結構。
圖9是該裝置的結構，其中包括進氣通道中主空氣通道的主體部件不作為加熱電阻器型空氣流速測量裝置的一部分，但它用內燃機進氣通道組成管道構成。在此實施例中，用作主體部件的是空氣凈化器的組成部件，該空氣凈化器用于抵消進入內燃機的空氣中的灰塵。主體部件置于空氣凈化器單元22下游的氣流中。通過在空氣凈化器殼體通孔16，由管道23形成的該空氣凈化器殼體組成部件，作為具有用作加熱電阻器型空氣流速測量裝置的主空氣通道的單個部件，于是，用螺釘固定此包含加熱電阻器型空氣流速測量裝置以及空氣凈化器殼體組成部件的單個部件。依據此結構，通過使用現存的元件，而不需新建主體，可以低成本提供加熱電阻器型空氣流速測量裝置。
最后，參考圖12，把本發明的另一個實施例應用于使用電子燃料注入系統的內燃機。
通過空氣凈化器24的進氣37經過加熱電阻器型空氣流速測量裝置1的主體、進氣管25、節氣閥主體28，以及具有噴嘴30并用于注入燃料的進氣管29，到達內燃機氣缸32。通過排氣管34排出內燃機氣缸33中產生的氣體。
把加熱電阻器型空氣流速測量裝置的電路模塊提供的空氣流速信號、節氣閥角度傳感器27提供的節氣閥角度信號、由安裝在排氣管34中的氧氣含量傳感器提供的氧氣含量信號，以及由內燃機轉數計提供的內燃機轉數信號輸入控制單元36，其中使用這些信號計算和確定最佳燃料注入量和最佳節氣閥孔徑，并使用計算得到的最佳值控制噴嘴30和控制閥26。
接著，將參考圖13到18描述與可獲得本發明第二個目的的裝置有關的較佳實施例。
圖13是示出依據本發明一實施例的加熱電阻器型空氣流速測量裝置的電路圖。用空氣流速檢測部分48、58，特性調節電路61、62，抵消裝置90，切換裝置51，以及差分放大器71構成本發明的加熱電阻器型空氣流速測量裝置。
在圖13中，空氣流速檢測部分48、58設有Wheatstoe電橋電路和恒溫控制電路，前者包括加熱電阻器41、51，空氣溫度檢測電阻器42、52，以及電阻器43、44、45、53、54、55，后者包括運算放大器46、56，以及給Wheatstone電橋電路提供電流并依據空氣溫度檢測電阻器42、52的值校正加熱電阻器41、51的電阻器值恒定的晶體管47、57。這對空氣流速檢測部分48和58分別利用用于檢測電流的電阻器43和53檢測用于加熱電阻器41和51的加熱電流，并分別輸出前向氣流檢測信號V2F和后向氣流檢測信號V2R。每個加熱電阻器41和51相對于任一前向氣流和后向氣流具有較高的檢測敏感度。
換句話說，一個空氣流速檢測部分48檢測把位于空氣通道中的前向氣流加熱電阻器41加熱到預定溫度所需的加熱電流作為前向氣流檢測信號V2F，另一個空氣流速檢測部分58檢測把位于空氣通道中的后向氣流加熱電阻器51加熱到預定溫度所需的加熱電流作為后向氣流檢測信號V2R。
分別用特性調節電路61和62調節前向氣流檢測信號V2F和后向氣流檢測信號V2R的特性，這兩個信號被分別輸出為前向氣流調節信號VOF和后向氣流調節信號VOR。然后，用比較器69對這些調節信號VOF和VOR相互比較，并用切換電路70選出較大的信號。即，通過在比較器69或信號比較裝置中比較前向氣流調節信號VOF和后向氣流調節信號VOR的大小來確定氣流方向。
最后，差分放大器71在檢測到后向氣流時使電壓反向，放大前向氣流抵消信號VOUTF或后向氣流抵消信號VOUTR(它們是輸出信號VOUT)，并輸出“包括氣流方向分量的流速信號VG”。
如果用于檢測前向氣流的加熱電阻器1和用于檢測后向氣流的加熱電阻器11相互熱連接，則每個加熱電阻器中加熱電流的變化具有互補關系。此外，前向氣流調節信號VOF和后向氣流調節信號VOR具有差分模式的噪聲，這些噪聲的相位相反。類似于已有技術，如果選擇包括差分模式噪聲的這些調節信號作為氣流計的輸出信號VOUT，則輸出信號VOUT和流速信號VG也包括這些噪聲。而使用衰減方法，例如，平均前向和后向氣流調節信號的交變電流分量，可消除差分模式的噪聲分量，產生的問題是由于氣流反向時的衰減引起檢測延遲變大。
相應地，在本發明中，可消除噪聲，而在氣流反向時不產生檢測延遲。即，在圖13的實施例中，從使用一個抵消裝置90a(包括電阻器63、64和電容器65)進行特性調節的前向氣流調節信號VOF獲得前向氣流抵消輸出信號VOUTF，其中后向氣流信號的交變電流分量被加到前向氣流信號中。從使用另一個抵消裝置90b(包括電阻器66、67和電容器68)進行特性調節的后向氣流調節信號VOR獲得后向氣流抵消輸出信號VOUTR，其中前向氣流信號的交變電流分量被加到后向氣流信號中。雖然由一個抵消裝置90a和另一個抵消裝置90b構成本實施例中的抵消裝置90，但這兩個抵消裝置不一定都需要。
包括信號比較裝置或比較器69和信號選擇裝置或切換電路70的切換裝置91輸入分別表示氣流前向和后向的前向和后向氣流調節信號VOF和VOR，并控制切換電路70的切換操作。即，檢測前向和后向氣流的方向，進行切換電路70的切換，以及輸出其噪聲被抵消的輸出信號VOUT(VOUTF或VOUTR)。替代調節信號VOF和VOR有可能分別使用前向氣流檢測信號V2F和后向氣流檢測信號V2R。
如上所述，可衰減或抵消并消除氣流反向時差分模式的噪聲，而在檢測上沒有較大的延遲。
總之，在本發明中，把后向氣流檢測信號的交變電流分量加到前向氣流檢測信號中，前向氣流檢測信號的交變電流分量加到后向氣流檢測信號中。即，構成的電路通過把與前向氣流檢測信號V2F和后向氣流檢測信號V2R相反的各個檢測信號的交變電流分量加到另一個檢測信號上，可抵消包含在兩個檢測信號中的差分模式的噪聲。
換句話說，如果用兩個空氣流速檢測部分(每個都包括一加熱電阻器)構成可檢測后向氣流的氣流計，則這兩個加熱電阻器因相互熱接近而發生相互的熱干擾，因提供給一個加熱電阻器的加熱電流增加而過剩的熱量傳輸到另一個加熱電阻器，由遭受剩余熱量的加熱電阻器一側上的空氣流速檢測部分減少了該加熱電流。結果，這兩個加熱電流檢測信號(檢測信號V2F、V2R)包括相位相反的噪聲分量。相應地，構成的本發明通過把兩個加熱電流檢測信號的交變電流分量相互相加，可消除上述噪聲分量。
在第一實施例中，抵消裝置90還包括用于選擇前向氣流抵消輸出信號和后向氣流抵消輸出信號中任一個的信號選擇裝置。
圖14是示出依據與本發明第二個目的有關的另一個實施例的加熱電阻器型空氣流速測量裝置的電路圖。將說明第二實施例。
在圖14的實施例中，除了具有電阻器64和電容器65的電路(用于預先只疊加后向氣流調節信號VOR的交變電流分量)以外，差分放大電路95還包括一具有運算放大器76、電阻器63、74、75、77和基準電壓VCM的電路，該電路輸出表示前向氣流和后向氣流方向的流速信號VG，其中構成的電路可輸入由比較器69的輸出所切換的切換電路70所選擇的調節信號VOF或VOR，以及輸出表示前向和后向氣流方向、以及在流速為零(0)時表示基準電壓VCM的流速信號VG。
即，在此實施例中，為了抵消差分模式的噪聲，只有后向氣流調節信號VOR的交變電流分量被交變電流信號選取裝置加到前向氣流調節信號VOF，該交變電流分量選取裝置具有電阻器64和電容器65。換句話說，在依據本發明的裝置中整體形成抵消裝置、切換裝置和差分放大器。
依據圖14的實施例，可有效地減少前向氣流調節信號VOF的差分模式的噪聲。此外，因為具有電阻器64和電容器65的電路(用作噪聲濾波器)在所限定頻率范圍內截止了交變電流分量，所以也可減少后向氣流調節信號VOR的差分模式噪聲，該噪聲是在用于檢測前向氣流的加熱電阻器41與用于檢測后向氣流的加熱電阻器51熱連接時產生的。
此外，如果流速為零時圖14所示裝置的輸出電壓被設定為基準電壓VCM，則可由用于汽車的單個電源操作該裝置。
在此實施例中，采用設在比較器69前級的補償器72、73，并用于確定輸入的經特性調節的前向和后向氣流調節信號的氣流方向，通過校正加熱電阻器型空氣流速測量裝置中的初始延遲響應可改進后向氣流產生的檢測延遲。應理解可把補償器72、73提供給其他氣體實施例并可除去它們。
圖15是示出依據本發明第三實施例的加熱電阻器型空氣流速測量裝置的電路圖。將參考圖15描述第三實施例。
在圖15的實施例中，差分放大電路56包括具有運算放大器76、電阻器74、75、77、78和基準電壓VCM的電路，其中構成的電路可輸入被比較器69的輸出所切換的切換電路70所選擇的調節信號VOF或VOR，并在流速為零時輸出表示基準電壓VCM的輸出電壓；以及具有電阻器67和電容器68的電路。在此實施例中，由具有電阻器67和電容器68的電路翻轉前向氣流調節信號VOF的交變電流分量的相位，然后具有經翻轉相位的交變電流分量被輸入運算放大器76。在依據本實施例的裝置中整體形成抵消裝置、切換裝置和差分放大器。
依據圖15的實施例，因為具有電阻器67和電容器68的電路(用作噪聲濾波器)在所限定頻率范圍內截止了交變電流分量，所以可減少前向氣流調節信號VOF的差分模式噪聲，該噪聲是在加熱電阻器相互熱連接時產生的。也可減少后向氣流調節信號VOR的差分模式的噪聲。
圖16是示出依據本發明第四實施例的加熱電阻性空氣流速測量裝置的電路圖。將參考圖16描述第四實施例。
在圖16中，由空氣流速檢測部分48、58和特性調節電路61、62構成氣流計80或加熱電阻器型空氣流速測量裝置。前向和后向氣流調節信號VOF、VOR從氣流計80傳輸到用于內燃機的燃料注入量控制單元81。在廣義上，第四實施例中的這兩個調節信號VOF和VOR類似于前向和后向氣流檢測信號。
在用于內燃機的燃料注入量控制系統的燃料注入量控制單元81內設有信號比較裝置82、交變電流提取裝置83、84、信號疊加裝置85、86和信號選擇裝置87。燃料注入量控制單元81產生包括方向分量的輸出信號VOUT，并把該輸出信號VOUT作為控制燃料注入量所需的信息傳輸到信號處理裝置88。信號處理裝置88處理輸出信號VOUT并形成流速信號VG。
相應地，一個抵消裝置90a包括交變電流提取裝置84和信號疊加裝置85，另一個抵消裝置90b包括交變電流提取裝置83和信號疊加裝置86。切換裝置91包括信號比較裝置82和信號選擇裝置87。即，在此實施例中，在燃料注入量控制單元81(它是半導體電子電路)內設有切換裝置，用于選擇一個輸入信號或兩個調節信號；以及抵消裝置，用于把一個輸入信號的交變電流分量加到另一個輸入信號中，并把另一個輸入信號的交變電流分量加到前一個輸入信號中。
依據圖16的實施例，因為信號比較裝置82、交變電流提取裝置83、84、信號疊加裝置85、86、信號選擇裝置87等裝置可與燃料注入量控制單元81集成，所以可減少燃料注入量控制系統的成本，燃料注入量控制單元81和上述裝置可共享運算單元。
圖17是示出依據本發明第五實施例的加熱電阻器型空氣流速測量裝置的電路圖。此實施例與圖16所示實施例的不同之處在于，此加熱電阻器型空氣流速測量裝置不與燃料注入量控制單元81集成安裝。
圖17的抵消裝置90類似于圖16所示具有交變電流提取裝置83、84和信號疊加裝置85、86的電路。此外，圖17的切換裝置類似于圖16所示具有信號比較裝置82和信號選擇裝置87的電路。
此外，在圖17中，以方框示出圖13所示的加熱電阻器型空氣流速測量裝置。即，圖17的交變電流提取裝置83相當于圖13中具有電阻器67和電容器68的交變電流提取裝置。圖17的交變電流提取裝置84相當于圖13中具有電阻器64和電容器65的交變電流提取裝置。圖17的信號疊加裝置85相當于圖13中具有電阻器63和連接部分的信號疊加裝置。圖17的信號疊加裝置86相當于圖13中具有電阻器66和連接部分的信號疊加裝置。此外，圖17的信號比較裝置82相當于圖13的比較器69，圖17的信號選擇裝置87相應于圖13的切換電路70。
圖18是示出依據與本發明第二個目的有關的第六實施例的加熱電阻器型空氣流速測量裝置的電路圖。在圖13到18的實施例中，雖然把包括特性調節電路61、62、差分放大器71等的裝置描述為加熱電阻器型空氣流速測量裝置或氣流計80，但應理解加熱電阻器型空氣流速測量裝置在狹義上指與抵消裝置90集成的空氣流速檢測部分48、58。
即，此加熱電阻器型空氣流速裝置除了具有用于檢測來自加熱電流(用于把安裝在空氣通道中用于前向氣流的加熱電阻器加熱到預定的溫度)的前向氣流檢測信號V2F的裝置，以及具有用于檢測來自加熱電流(用于把安裝在空氣通道中用于后向氣流的加熱電阻器加熱到預定的溫度)的后向氣流檢測信號V2R的裝置以外，還具有抵消裝置，用于通過把后向氣流檢測信號的交變電流分量加到前向氣流檢測信號，并把前向氣流檢測信號的交變電流分量加到后向氣流檢測信號中來抵消包含在前向和后向氣流檢測信號中的差分模式噪聲分量。
這樣，通過使用從抵消裝置輸出的前向氣流抵消輸出信號VOUTF和后向氣流抵消輸出信號VOUTR，可獲得空氣流速信號VG。
在包括空氣流速檢測部分和特性調節電路的加熱電阻器型空氣流速測量裝置中，也可在空氣流速檢測部分48、58和特性調節電路61、62之間設置抵消裝置90。
權利要求
1.一種加熱電阻器型空氣流速測量裝置，以安裝在空氣通道中的加熱電阻器測量空氣流速，其特征在于在所述空氣通道中安裝了一對加熱電阻器；根據作為基準的一個加熱電阻器獲得的基準輸出信號校正一個加熱電阻器的輸出信號與另一個加熱電阻器的輸出信號之間的差值，來輸出空氣流速信號。
2.如權利要求1所述的加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其特征在于通過把一恒定值或響應于空氣流速確定的可變常數乘以所述兩個加熱電阻器輸出信號之間的差值，來進行對空氣流速信號的所述校正。
3.如權利要求1所述的加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其特征在于所述兩個加熱電阻器置于靠近的位置，在這些位置所述兩個加熱電阻器相對于氣流發生熱干擾。
4.如權利要求1所述的加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其特征在于把置于氣流上游的加熱電阻器的輸出信號作為用作基準的所述加熱電阻器的所述基準輸出信號。
5.如權利要求1所述的加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其特征在于所述兩個加熱電阻器包括兩個獨立的驅動電路。
6.如權利要求5所述的加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其特征在于用一電路調節所述兩個加熱電阻器獲得的輸出信號，從而所述兩個輸出信號相對于來自某一方向的氣流相等。
7.如權利要求1到6中任一所述的加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其特征在于一個加熱電阻器、一個與所述加熱電阻器相連的驅動電路、一個其中安裝了所述加熱電阻器的補充空氣通道，以及一個用作外部接口的接頭部分形成單個模塊；以及連在主空氣通道部分組成部件內部和外部之間的通孔至少包含所述主空氣通道中的所述補充空氣通道。
8.一種加熱電阻器型空氣流速測量裝置，具有相對于氣流互相熱干擾的一對加熱電阻器，每個加熱電阻器包括一獨立的驅動電路，其特征在于用由一電路調節所述兩個加熱電阻器所獲輸出信號的裝置提取所述每個加熱電阻器的輸出信號，從而所述兩個輸出信號相對于以限定方向流動的氣流相等。
9.如權利要求8所述的加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其特征在于根據由作為基準的一個加熱電阻器獲得的基準輸出信號校正一個加熱電阻器輸出信號與另一個加熱電阻器輸出信號之間的差值，來獲得進氣流速信號。
10.如權利要求1到6任一所述的加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其特征在于在用于測量空氣流速的一對加熱電阻器之間插入獨立地根據空氣流速產生熱量的加熱器；以及所述一對加熱電阻器置于占據相對于氣流的上游一側和下游一側的位置。
11.如權利要求1到10中任一所述的加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其特征在于用于燃料注入控制的控制單元中，在用于輸出信號的輸出部分和用于空氣流速信號的輸入部分之間安裝濾波器。
12.如權利要求1到11中任一所述的加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其特征在于響應于輸出信號執行燃料注入控制。
13.一種加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其中從把安裝在空氣通道中的前向氣流加熱電阻器加熱到預定溫度所需的加熱電流中檢測前向氣流檢測信號，從把安裝在空氣通道中的后向氣流加熱電阻器加熱到預定溫度所需的加熱電流中檢測后向氣流檢測信號，其特征在于包括抵消裝置，通過把后向氣流檢測信號的交變電流分量加到前向氣流檢測信號中，并把前向氣流檢測信號的交變電流分量加到后向氣流檢測信號中，來抵消包含在每個檢測信號中的差分模式噪聲。
14.一種加熱電阻器型空氣流速測量裝置，設有一對空氣流速檢測部分，這兩個部分分別用于測量把安裝在空氣通道中的前向和后向氣流加熱電阻器加熱到預定溫度所需的加熱電流，把它們分別作為前向氣流檢測信號和后向氣流檢測信號，以使用每個檢測信號輸出包括空氣通道中氣流方向分量的空氣流速信號，其特征在于還包括抵消裝置，通過把后向氣流檢測信號的交變電流分量加到前向氣流檢測信號中，并把前向氣流檢測信號的交變電流分量加到后向氣流檢測信號中，來抵消包含在每個檢測信號中的差分模式噪聲，以及輸出前向和后向氣流抵消信號；其中以前向和后向氣流抵消信號替代前向和后向氣流檢測信號來輸出空氣流速信號。
15.如權利要求13或14所述的加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其特征在于所述抵消裝置包括通過比較前向和后向氣流檢測信號的大小來確定氣流方向的信號比較裝置，以及根據確定結果從前向和后向氣流抵消輸出信號中選擇一個信號的信號選擇裝置。
16.如權利要求15所述的加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其特征在于構成的所述抵消裝置、所述信號比較裝置和所述信號選擇裝置包含在一燃料注入量控制單元的半導體電子電路中，所述燃料注入量控制單元使用空氣流速信號控制注入到內燃機的燃料的量。
17.一種加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其特征在于包括一對空氣流速檢測部分，分別用于檢測把安裝在空氣通道中的前向和后向氣流加熱電阻器加熱到預定溫度所需的加熱電流，把它們分別作為前向氣流檢測信號和后向氣流檢測信號，一個信號比較裝置，通過前向和后向氣流檢測信號的大小確定空氣通道中氣流的方向，一個信號選擇裝置，用于根據確定結果從前向和后向氣流檢測信號中選擇一個信號，以及一個差分放大電路，用于切換和輸入前向和后向氣流檢測信號，把后向氣流檢測信號的交變電流分量加到輸入的前向氣流檢測信號，并切換和輸出高于基準電壓并正比于所加信號的輸出信號，以及低于基準電壓并正比于輸入的后向氣流檢測信號的輸出信號中的任一個輸出信號；其中使用來自差分放大電路的輸出信號輸出包括氣流方向分量的空氣流速信號。
18.一種加熱電阻器型空氣流速測量裝置，其特征在于包括一對空氣流速檢測部分，分別用于檢測把安裝在空氣通道中的前向和后向氣流加熱電阻器加熱到預定溫度所需的加熱電流，把它們分別作為前向氣流檢測信號和后向氣流檢測信號，一個信號比較裝置，通過前向和后向氣流檢測信號的大小確定空氣通道中氣流的方向，一個信號選擇裝置，用于根據確定結果從前向和后向氣流檢測信號中選擇一個信號，以及一個差分放大電路，用于切換和輸入前向和后向氣流檢測信號，倒轉前向氣流檢測信號的交變電流分量的相位并把獲得的信號加到輸入的后向氣流檢測信號，并切換和輸出高于基準電壓并正比于前向氣流檢測信號的輸出信號，以及低于基準電壓并正比于所加信號的輸出信號中的任一個輸出信號；其中使用來自差分放大電路的輸出信號輸出包括氣流方向分量的空氣流速信號。
19.一種燃料注入量控制系統，其特征在于使用由如權利要求13到18任一所述的加熱電阻器型空氣流速測量裝置獲得的氣流信號控制注入內燃機的燃料的量。
全文摘要
一種加熱電阻器型空氣流速測量裝置設有一對加熱電阻器(置于這兩個電阻器可相對于氣流相互熱干擾的位置)，以及用于驅動這兩個加熱電阻器的一對驅動電路。通過利用受氣流影響的熱輻射速率計算一對加熱電阻器輸出信號之差，并通過把此差值加到一個加熱電阻器的輸出信號中，來獲得空氣流速信號。
文檔編號G01F1/69GK1163394SQ9710229
公開日1997年10月29日 申請日期1997年1月17日 優先權日1996年1月17日
發明者赤松培雄, 小林千尋, 渡辺泉, 五十嵐信彌, 內山薰, 磯野忠 申請人:株式會社日立制作所, 株式會社日立汽車工程