专利名称：加热电阻器型空气流速测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量内燃机进气流速的空气流量计，尤其涉及一种加热电阻器型空气流速测量装置，用于测量在脉动气流中伴随后向气流状态下的空气流速。
由于进气阀的连续闭开操作，使得内燃机中的气流是脉动的。该脉动被进气管中柱状振动效应所放大，进气管中的气流在有关内燃机旋转次数和节气阀孔径的特殊状态下变成后向气流。此后向气流给加热电阻器型空气流速测量装置带来各种不良效果。作为用于解决该问题的装置，已知第1-206223(1989)号日本公开专利中揭示的已有技术是一种具有字母I(或L)形状补充进气管的空气通道结构，使用此结构来增加加热电阻器型空气流速测量装置的测量准确性，该空气流速测量装置处于随脉动气流出现后向气流的状态中。在此已有技术中，如此构成空气通道，从而通过形成面对后向气流的壁使后向气流直接吹向加热电阻器。
作为用于减少后向气流不良效果的另一种装置，在第62-812(1987)号日本公开专利中揭示了一种已有技术。类似于本发明，在此已有技术中，通过使用一对加热电阻器之间的热干扰检测气流方向，可通过判断气流方向改变来自加热电阻器的输出电压信号；当气流是前向气流时，从用于前向气流的加热电阻器的输出电压信号中选出将使用的输出电压；当气流是后向气流时，选择来自用于后向气流的加热电阻器的输出电压信号。
一般，只通过选择性地使用单个加热电阻器，很难测量气流的方向是向前或向后。为了解决此问题，例如，如
图10所示，在通过使节气阀逐步打开来改变升压而把内燃机的旋转次数保持恒定来观察加热电阻器型空气流速测量装置的平均输出中，在特定阈值以下空气流速的平均输出随进气负压线性增加，对于超出特定阈值的升压，估计空气流速的平均输出将大于实际空气流速(它是指定的过冲现象)。虽然当节气阀打开很小的孔径时，加热电阻器型空气流速测量装置中空气流速的脉动相对地小，但空气流速的脉动幅度随节气阀逐步打开而增加，最后，在节气阀的角度大于特定的角度处(大约30到50)(在图10中A的右边区域)，脉动幅度包含了后向气流分量。于是，当出现后向气流时，由于加热电阻器不能如上述区别气流方向是前向或后向，所以用前向气流分量以及后向气流分量估计空气流速的平均输出，于是取较大的值。
利用形成上述已有技术对着后向气流方向的壁，并制成空气通道结构从而后向气流不可直接吹向加热电阻器，可减少平均输出的估计误差。然而，用此装置减少的误差只有整个误差的一半。这是因为前向气流的量随后向气流的量的增加而增加。于是，为了减少后向气流引起的估计误差，需要减少后向气流产生时前向气流的输出值，或从前向气流分量以及前向气流分量的测量值中分开后向气流分量。有一种与此对策有关的已有技术，其中在通过使用上述已有技术中揭示的一对加热电阻器，比较来自这两个加热电阻器的输出信号，从而通过检测气流方向来观察后向气流的情况中，可从前向气流分量中减去后向气流分量。此方法还有另外的问题。该问题与对微机提供数据时分辨率的减少有关。被普通汽车应用所使用的许多微机处理的DC电压在0和5.12(V)之间。然而，在此方法中，前向气流和后向气流在空气流速和输出电压之间都具有相似的关系，所以减少了前向气流的分辨率。在使用2.56(V)阈值电压的极端情况下，把低于2.56(V)的范围用于后向气流输出电压的范围，而把超过2.56(V)的范围用于前向气流输出电压的范围。于是，在此情况中，用于前向气流的输出电压的分辨率是0和2.56(V)之间所有的范围都可用于前向气流时的分辨率的一半。虽然此情况中的阈值电压2.56(V)是较少的极端的情况，但由于为了精确地测量后向气流应把阈值电压确定在1(V)和2(V)之间，所以使前向气流的分辨率减少。
如果加热电阻器具有热响应延迟，则在比较来自加热电阻器的输出信号时延迟了对后向气流的检测，此检测延迟影响了检测精确度。这可用图11A和11B示出；当后向气流在图11A中点B开始上升时，后向气流的输出信号电平不超出前向气流的输出信号电平，因此不能证明后向气流的存在，直到后向气流的输出信号电平到达点C；于是，如此延迟了后向气流的检测。
此外，如第62-812(1987)号日本公开专利中所揭示的，常规的装置通过使用两个加热电阻器确定气流方向，并使用任一个检测信号产生输出信号。通过衰减交变的电流分量来减低由两个加热电阻器的相互干扰产生并包含在输出信号中的噪声分量。
然而，因为在已有技术的装置中衰减了输出信号，所以产生的问题是当气流反向时检测的延迟变大，于是降低了测量的精确度。
因此，本发明的第一个目的是在实际的板上环境中增加对伴随后向气流的脉动气流中空气流速的测量精确度(这是上述加热电阻器型空气流速测量装置中的一个主要问题)，还在于提供一种加热电阻器型空气流速测量装置，该装置在操作方便性、可靠性和成本上具有优势。
本发明第二个目的是提供一种改进的加热电阻器型空气流速测量装置，该装置可减少上述噪声，并保持测量精确度。
为了解决上述第一个问题，把一对加热电阻器置于某一位置，在该位置上该对加热电阻器相对于热属性与气流发生干扰，如果气流是前向气流，则由电子电路校正来自传感器的输出信号，从而前向气流的输出信号可等于后向气流的输出信号，但如果气流是后向气流，则把前向气流输出信号与后向气流输出信号之差调节得更大。此外，调节来自这两个加热电阻器的输出信号中较大的一个信号，使该信号等于较低的一个信号，如果气流是后向气流，则通过减少用于前向气流加热电阻器的输出信号，把输出信号的总平均值调节得更低。在此方法中，把前向气流输出信号和后向气流输出信号(它只在气流是后向气流时才产生)的差用作校正值。由此方法，通过使用切换电路可消除用于前向气流和后向气流的输出信号的切换操作。此外，不需要分离前向气流和后向气流的阈值，可使加热电阻器型空气流速测量装置所使用的输出电压在0到5.12(V)之间变化，因此，当气流是前向气流时可建立对于输出信号的更高分辨率。当气流是后向气流时，即使加热电阻器具有热响应延迟，但由于必然产生来自前向气流加热电阻器的输出信号与来自后向气流加热电阻器的输出信号之差，所以可精确地检测和判断后向气流。
此外，用于获得上述第二个目的的较佳装置如下所述。
一种加热电阻器型空气流速测量装置，其中检测来自把安装在空气通道中的前向气流加热电阻器加热到预定的温度所需的加热电流的前向气流检测信号，并检测来自把安装在空气通道中的后向气流加热电阻器加热到预定的温度所需的加热电流的后向气流检测信号，该装置包括抵消装置，通过把后向气流检测信号的交变电流分量加到前向气流检测信号中，并通过把前向电流检测信号的交变电流分量加到后向气流检测信号中，来抵消包含在每个检测信号中的差分模式的噪声。
与第二个目的有关的另一个较佳装置如下所述。
一种加热电阻器型空气流速测量装置，该装置设有一对空气流速检测部分，分别用于检测把安装在空气通道中的前向气流和反向气流加热电阻器加热到预定的温度所需的加热电流，以作为前向气流检测信号和后向气流检测信号，为了通过使用每个检测信号输出包含空气通道中气流方向分量的空气流速信号，该装置还包括抵消装置，通过把后向气流检测信号的交变电流分量加到前向气流检测信号中，并通过把前向电流检测信号的交变电流分量加到后向气流检测信号中，来抵消包含在前向和后向检测信号中的差分模式的噪声，并输出前向和后向气流抵消信号；其中通过用前向和后向气流抵消信号代替前向和后向气流检测信号来输出空气流速信号。
与第二个目的有关的又一个较佳装置如下所述。
一种加热电阻器型空气流速测量装置包括一对空气流速检测部分，分别用于检测把安装在空气通道中的前向气流和反向气流加热电阻器加热到预定的温度所需的加热电流，以作为前向气流检测信号和后向气流检测信号，一个信号比较装置，通过比较前向和后向气流检测信号的大小来确定空气通道中气流的方向，一个信号选择装置，用于根据确定结果从前向和后向气流检测信号中选出一个信号，以及一个差分放大电路，用于切换和输入前向和后向气流检测信号，把后向气流检测信号的交变电流分量加到输入的前向气流检测信号中，并切换和输出以下两个输出信号中的任一个，其中一个输出信号高于正比于所加信号的基准电压，另一个输出信号低于正比于输入的后向气流检测信号的基准电压；其中通过使用来自差分放大电路的输出信号输出包括气流方向分量的空气流速信号。
与第二个目的有关的再一个较佳装置如下所述。
一种加热电阻器型空气流速测量装置包括一对空气流速检测部分，分别用于检测把安装在空气通道中的前向气流和反向气流加热电阻器加热到预定的温度所需的加热电流，以作为前向气流检测信号和后向气流检测信号，一个信号比较装置，通过比较前向和后向气流检测信号的大小来确定空气通道中气流的方向，一个信号选择装置，用于根据确定结果从前向和后向气流检测信号中选出一个信号，以及一个差分放大电路，用于切换和输入前向和后向气流检测信号，倒转前向气流检测信号交变电流的相位并把获得的信号加到输入的后向气流检测信号中，并切换和输出以下两个输出信号中的任一个，其中一个输出信号高于正比于前向气流检测信号的基准电压，另一个输出信号低于正比于所加信号的基准电压；其中通过使用来自差分放大电路的输出信号输出包括气流方向分量的空气流速信号。
图1是依据与本发明第一个目的有关的实施例的加热电阻器型空气流速测量装置的方框图。
图2示出在使用两个加热电阻器之间的热干扰改变气流方向的情况中各个加热电阻器的输出信号曲线。
图3示出与本发明第一个目的有关的实施例在改变气流方向的情况中各个加热电阻器的输出信号曲线。
图4示出与本发明第一个目的有关的实施例加热电阻器型空气流速测量装置中输出校正部分的电路图。
图5示出在使用依据与本发明第一个目的有关的实施例的实验中，存在于脉动气流中的加热电阻器输出信号的脉动波形。
图6是依据与本发明第一个目的有关的另一个实施例的加热电阻器型空气流速测量装置的方框图。
图7示出与本发明第一个目的有关的另一个实施例的系统的方框图，其中信号处理装置具有加热电阻器型空气流速测量装置的功能，图8是与本发明第一个目的有关的加热电阻器型空气流速测量装置的一个示例结构。
图9是与本发明第一个目的有关的加热电阻器型空气流速测量装置的另一个示例结构。
图10示出在通过逐步打开节气阀来改变进气负压，而把内燃机的旋转次数保持恒定的情况下，加热电阻器的过冲现象。
图11示出在使用具有响应延迟特性的加热电阻器时使用输出信号改变方法的情况下，各个节气阀角度处各个加热电阻器的输出信号。
图12示出一系统控制器的图，该控制器通过使用与本发明第一个目的有关的加热电阻器型空气流速测量装置控制内燃机。
图13是依据与本发明第二个目的有关的第一实施例示出加热电阻器型空气流速测量装置的电路图。
图14是依据与本发明第二个目的有关的另一个实施例示出加热电阻器型空气流速测量装置的电路图。
图15是依据与本发明第二个目的有关的第三实施例示出加热电阻器型空气流速测量装置的电路图。
图16是依据与本发明第二个目的有关的第四实施例示出加热电阻器型空气流速测量装置的电路图。
图17是依据与本发明第二个目的有关的第五实施例示出加热电阻器型空气流速测量装置的电路图。
图18是依据与本发明第二个目的有关的第六实施例示出加热电阻器型空气流速测量装置的电路图。
以下将描述本发明的较佳实施例。首先，将参考图1到12描述与可获得第一目的有关的较佳实施例。
图1是示出作为本发明一个实施例的加热电阻器型空气流速计结构的方框图。用于空气流速测量的一对加热电阻器安装于内燃机的进气管中。在图1中，进气管的左侧指向空气净化器，而右侧指向内燃机。因此，在进气管中从空气净化器流到内燃机的气流被定义为前向流动的气流4，而沿反向流动的气流被定义为后向流动的气流。
在进气管中放置一对加热电阻器，每个加热电阻器分别由独立的驱动电路驱动。理论上，虽然可用单个驱动电路驱动两个加热电阻器，但用该结构会发生热响应延迟，其中在实际内燃机操作环境中对大约20到200Hz不能建立频率响应，因此不能区别气流的方向。通过给加热电阻器提供加热气流，可以反馈模式控制此驱动电路，从而可把加热电阻器和独立安装用于测量进气温度的热敏电阻器之间的温度差保持为恒定值。在某一位置处放置这两个加热电阻器，在该位置上被加热的气流分别与气流上游或下游处的加热电阻器发生热干扰。当产生前向流动气流时，由前向气流加热电阻器1产生的热量试图加热位于下游的后向气流加热电阻器2，当产生后向流动气流时，由后向气流加热电阻器2产生的热量试图加热位于上游的前向气流加热电阻器1。例如，由此结构，当出现前向气流时，用于保持后向气流加热电阻器2及其相应的热敏电阻器之间恒定温度差的加热气流可少于用于前向气流加热电阻器1的加热气流，因为后向气流加热电阻器2获得前向气流加热电阻器1产生的热量。于是，比较这两个加热电阻器之间的加热气流可表明气流的方向是前向气流或后向气流，以及气流速率。
图2示出气流测量特性，其中相对于来自沿水平轴延伸的输出信号绘制气流速率，每条曲线分别相应于前向气流和后向气流的情况。由于各个加热电阻器的输出信号基本上相应于加到各个加热电阻器的加热气流，所以当发生前向气流时，前向气流加热电阻器的输出信号较大，而后向气流加热电阻器的输出信号较小。虽然如上所示定义加热气流，但可通过与驱动电路一起构成的零跨度(zerospan)电路进行输出控制，任意地调节以输出信号来表示的关系。
图3示出用于本发明加热电阻器型空气流速测量装置中两个加热电阻器的输出信号特性的一个例子。在本发明中，当发生前向气流时，调节用于前向气流的加热电阻器的输出信号特性以及用于后向气流的加热电阻器的输出信号特性，从而使它们相等。于是，当出现前向气流时，来自两个加热电阻器的输出信号完全相等，但当出现后向气流时，图3所示输出信号之差大于图2所示输出信号之差。这可如下来解释；虽然在图3所示情况中使用的加热气流与图2所示情况中使用的加热气流相同，但在出现前向气流时，后向气流加热电阻器获得前向气流加热电阻器产生的热量，且后向气流加热电阻器的输出信号被零跨度电路放大，从而在后向气流加热电阻器的一般输出信号时使后向气流加热电阻器对气流速率的敏感度变大。依据此输出信号特性，可在出现后向气流时用以下公式1校正输出信号。
Vout＝Vf-kx(Vr-Vf)+Voffset …(1)这里，Vout后向气流校正后加热电阻器型空气速率测量装置的的输出信号，Vf前向气流加热电阻器的输出信号，Vr后向气流加热电阻器的输出信号，k任意的恒定值，Voffset输出信号的偏移值(如果需要则定义)。
在上式中，项kx(Vr-Vf)代表出现后向气流时的校正项。由于出现前向气流时两个加热电阻器的输出信号相同，所以该校正项为零，且使用前向气流加热电阻器的输出信号。另一方面，由于出现后向气流时后向气流加热电阻器的输出信号较高，所以可校正后向气流引起的分量。此外，通过把恒定值k加到前向气流加热电阻器和后向气流加热电阻器之差，可进行灵活校正。如果需要，则定义用于输出信号的偏移值Voffset。
图4示出基于公式1的电路结构的一个例子。此电路由3个运算放大器构成。这些运算放大器具有它们各自的功能。OP1的输出V1用于提供前向气流加热电阻器和后向气流加热电阻器的输出信号之差(公式1中项(Vr-Vf))。OP2的输出V2代表OP1的输出V1与R1和R2之比所定义的恒定值k的积(公式1中kx(Vr-Vf))。OP3的最终输出Vout代表OP2的输出、前向气流加热电阻器的输出信号和用于公式1所定义输出信号的偏移值的和。在图4中，用虚线限定的矩形部分是RC滤波器，此滤波器旨在能消除输出信号中的噪声，并使输出值接近输出信号的平均值而不受取样定时的影响，此输出信号相应于要读入控制单元中脉动流的幅度。RC滤波器可放入加热电阻器型空气流速测量装置的电路中内燃机控制单元的信号输入部分。虽然此电路基本上由三个运算放大器构成，但可通过改变公式1来建立由两个运算放大器构成的等效电路，这里未示出此等效电路的详细结构。
图5是伴有安装在实际内燃机上的本发明加热电阻器型空气流速测量装置中的后向气流的脉动操作区中脉动气流波形的观测结果，该装置具有如图1和4所示的电路结构，以及如图3所示的输出信号特性。位于图下部的两条曲线分别代表前向气流加热电阻器和后向气流加热电阻器的输出信号，实线代表本发明加热电阻器型空气流速测量装置的输出信号。用公式1定义依据本发明的加热电阻器型空气流速测量装置的输出信号。作为参照，由虚线示出只把偏移值加到前向气流加热电阻器而产生的输出信号。首先参看前向气流加热电阻器和后向气流加热电阻器的输出信号，当出现前向气流时，前向气流加热电阻器的输出信号和后向气流加热电阻器的输出信号几乎相同，但当出现后向气流时，后向气流加热电阻器的输出信号大于前向气流加热电阻器的输出信号。这些是依据图3所示输出信号特性的输出信号特性。进而参看最终的输出信号，并与虚线示出的只把偏移值加到前向气流加热电阻器而产生的输出信号相比，用后向气流分量校正的输出信号在出现前向气流时，几乎与只把偏移值加到前向气流加热电阻器而产生的输出信号相等，但在出现后向气流时小于后者，这意味着可减小出现后向气流时的平均输出信号。于是，实验证明本发明的空气流速测量装置可检测后向气流，并具有在出现后向气流时可减小前向气流加热电阻器输出信号的效果，它是本发明的主要目的。
图6是本发明另一个实施例中加热电阻器型空气流速计的方框图。图6中方框图的基本结构类似于图1中的结构，与图1的不同之处在于，加热器位于一对加热电阻器之间，从而可在加热器和各个加热电阻器之间建立热干扰，以替代两个加热电阻器之间直接的热交换。使用图6所示结构的原因是，如果两个加热电阻器之间的距离太近，则由于单向气流中加热电阻器对之间的热交换将最终地干扰加热电阻器输出信号，结果，导致加热电阻器型空气流速测量装置输出信号中的噪声。显然，如果两个加热电阻器相互离得太远，则在加热电阻器之间不能完全建立热干扰，因此，则不能检测气流方向。
图7是本发明另一个实施例中加热电阻器型空气流速计及其输出信号处理装置的方框图。图7中方框图的基本结构类似于图1，与图1的不同之处在于此加热电阻器型空气流速测量装置的电路只包括一对加热电阻器和用于其输出信号的零跨度电路，其中用于前向气流和后向气流的各个信号被提供给信号处理装置，由信号处理装置处理这些输出信号，来进行信号校正和检测气流方向。在此实施例中，通过使一部分信号处理装置具有加热电阻器型空气流速测量装置的信号处理功能，其优点在于可简化加热电阻器型空气流速测量装置本身的电路结构。
图8是本发明加热电阻器型空气流速测量装置的示意结构。该结构包含电路板8，其上集成了零跨度电路和信号处理电路；用于保护电路板8的保护部件，包括壳体部件9和盖部件10；包括加热电阻器和感应电阻器的传感器部件；用于传感器部件和电路板之间电气连接的导电部件11；用于支撑传感器部件和连接部件的支撑部件；其中置有加热电阻器的补充空气通路；作为到装置外部接口的接头部分14，所有的这些部件构成一单个模块。由模块的传感器部分和补充空气通道，以及其它部件插入主体部件15的通孔16中，在主体部件15中安装了蜂窝状格子17以减少包括内燃机进气通道中的主空气通道气流的扰动，通过用螺钉固定模块和主体形成加热电阻器型空气流速测量装置的的整体结构。
图9是该装置的结构，其中包括进气通道中主空气通道的主体部件不作为加热电阻器型空气流速测量装置的一部分，但它用内燃机进气通道组成管道构成。在此实施例中，用作主体部件的是空气净化器的组成部件，该空气净化器用于抵消进入内燃机的空气中的灰尘。主体部件置于空气净化器单元22下游的气流中。通过在空气净化器壳体通孔16，由管道23形成的该空气净化器壳体组成部件，作为具有用作加热电阻器型空气流速测量装置的主空气通道的单个部件，于是，用螺钉固定此包含加热电阻器型空气流速测量装置以及空气净化器壳体组成部件的单个部件。依据此结构，通过使用现存的元件，而不需新建主体，可以低成本提供加热电阻器型空气流速测量装置。
最后，参考图12，把本发明的另一个实施例应用于使用电子燃料注入系统的内燃机。
通过空气净化器24的进气37经过加热电阻器型空气流速测量装置1的主体、进气管25、节气阀主体28，以及具有喷嘴30并用于注入燃料的进气管29，到达内燃机气缸32。通过排气管34排出内燃机气缸33中产生的气体。
把加热电阻器型空气流速测量装置的电路模块提供的空气流速信号、节气阀角度传感器27提供的节气阀角度信号、由安装在排气管34中的氧气含量传感器提供的氧气含量信号，以及由内燃机转数计提供的内燃机转数信号输入控制单元36，其中使用这些信号计算和确定最佳燃料注入量和最佳节气阀孔径，并使用计算得到的最佳值控制喷嘴30和控制阀26。
接着，将参考图13到18描述与可获得本发明第二个目的的装置有关的较佳实施例。
图13是示出依据本发明一实施例的加热电阻器型空气流速测量装置的电路图。用空气流速检测部分48、58，特性调节电路61、62，抵消装置90，切换装置51，以及差分放大器71构成本发明的加热电阻器型空气流速测量装置。
在图13中，空气流速检测部分48、58设有Wheatstoe电桥电路和恒温控制电路，前者包括加热电阻器41、51，空气温度检测电阻器42、52，以及电阻器43、44、45、53、54、55，后者包括运算放大器46、56，以及给Wheatstone电桥电路提供电流并依据空气温度检测电阻器42、52的值校正加热电阻器41、51的电阻器值恒定的晶体管47、57。这对空气流速检测部分48和58分别利用用于检测电流的电阻器43和53检测用于加热电阻器41和51的加热电流，并分别输出前向气流检测信号V2F和后向气流检测信号V2R。每个加热电阻器41和51相对于任一前向气流和后向气流具有较高的检测敏感度。
换句话说，一个空气流速检测部分48检测把位于空气通道中的前向气流加热电阻器41加热到预定温度所需的加热电流作为前向气流检测信号V2F，另一个空气流速检测部分58检测把位于空气通道中的后向气流加热电阻器51加热到预定温度所需的加热电流作为后向气流检测信号V2R。
分别用特性调节电路61和62调节前向气流检测信号V2F和后向气流检测信号V2R的特性，这两个信号被分别输出为前向气流调节信号VOF和后向气流调节信号VOR。然后，用比较器69对这些调节信号VOF和VOR相互比较，并用切换电路70选出较大的信号。即，通过在比较器69或信号比较装置中比较前向气流调节信号VOF和后向气流调节信号VOR的大小来确定气流方向。
最后，差分放大器71在检测到后向气流时使电压反向，放大前向气流抵消信号VOUTF或后向气流抵消信号VOUTR(它们是输出信号VOUT)，并输出“包括气流方向分量的流速信号VG”。
如果用于检测前向气流的加热电阻器1和用于检测后向气流的加热电阻器11相互热连接，则每个加热电阻器中加热电流的变化具有互补关系。此外，前向气流调节信号VOF和后向气流调节信号VOR具有差分模式的噪声，这些噪声的相位相反。类似于已有技术，如果选择包括差分模式噪声的这些调节信号作为气流计的输出信号VOUT，则输出信号VOUT和流速信号VG也包括这些噪声。而使用衰减方法，例如，平均前向和后向气流调节信号的交变电流分量，可消除差分模式的噪声分量，产生的问题是由于气流反向时的衰减引起检测延迟变大。
相应地，在本发明中，可消除噪声，而在气流反向时不产生检测延迟。即，在图13的实施例中，从使用一个抵消装置90a(包括电阻器63、64和电容器65)进行特性调节的前向气流调节信号VOF获得前向气流抵消输出信号VOUTF，其中后向气流信号的交变电流分量被加到前向气流信号中。从使用另一个抵消装置90b(包括电阻器66、67和电容器68)进行特性调节的后向气流调节信号VOR获得后向气流抵消输出信号VOUTR，其中前向气流信号的交变电流分量被加到后向气流信号中。虽然由一个抵消装置90a和另一个抵消装置90b构成本实施例中的抵消装置90，但这两个抵消装置不一定都需要。
包括信号比较装置或比较器69和信号选择装置或切换电路70的切换装置91输入分别表示气流前向和后向的前向和后向气流调节信号VOF和VOR，并控制切换电路70的切换操作。即，检测前向和后向气流的方向，进行切换电路70的切换，以及输出其噪声被抵消的输出信号VOUT(VOUTF或VOUTR)。替代调节信号VOF和VOR有可能分别使用前向气流检测信号V2F和后向气流检测信号V2R。
如上所述，可衰减或抵消并消除气流反向时差分模式的噪声，而在检测上没有较大的延迟。
总之，在本发明中，把后向气流检测信号的交变电流分量加到前向气流检测信号中，前向气流检测信号的交变电流分量加到后向气流检测信号中。即，构成的电路通过把与前向气流检测信号V2F和后向气流检测信号V2R相反的各个检测信号的交变电流分量加到另一个检测信号上，可抵消包含在两个检测信号中的差分模式的噪声。
换句话说，如果用两个空气流速检测部分(每个都包括一加热电阻器)构成可检测后向气流的气流计，则这两个加热电阻器因相互热接近而发生相互的热干扰，因提供给一个加热电阻器的加热电流增加而过剩的热量传输到另一个加热电阻器，由遭受剩余热量的加热电阻器一侧上的空气流速检测部分减少了该加热电流。结果，这两个加热电流检测信号(检测信号V2F、V2R)包括相位相反的噪声分量。相应地，构成的本发明通过把两个加热电流检测信号的交变电流分量相互相加，可消除上述噪声分量。
在第一实施例中，抵消装置90还包括用于选择前向气流抵消输出信号和后向气流抵消输出信号中任一个的信号选择装置。
图14是示出依据与本发明第二个目的有关的另一个实施例的加热电阻器型空气流速测量装置的电路图。将说明第二实施例。
在图14的实施例中，除了具有电阻器64和电容器65的电路(用于预先只叠加后向气流调节信号VOR的交变电流分量)以外，差分放大电路95还包括一具有运算放大器76、电阻器63、74、75、77和基准电压VCM的电路，该电路输出表示前向气流和后向气流方向的流速信号VG，其中构成的电路可输入由比较器69的输出所切换的切换电路70所选择的调节信号VOF或VOR，以及输出表示前向和后向气流方向、以及在流速为零(0)时表示基准电压VCM的流速信号VG。
即，在此实施例中，为了抵消差分模式的噪声，只有后向气流调节信号VOR的交变电流分量被交变电流信号选取装置加到前向气流调节信号VOF，该交变电流分量选取装置具有电阻器64和电容器65。换句话说，在依据本发明的装置中整体形成抵消装置、切换装置和差分放大器。
依据图14的实施例，可有效地减少前向气流调节信号VOF的差分模式的噪声。此外，因为具有电阻器64和电容器65的电路(用作噪声滤波器)在所限定频率范围内截止了交变电流分量，所以也可减少后向气流调节信号VOR的差分模式噪声，该噪声是在用于检测前向气流的加热电阻器41与用于检测后向气流的加热电阻器51热连接时产生的。
此外，如果流速为零时图14所示装置的输出电压被设定为基准电压VCM，则可由用于汽车的单个电源操作该装置。
在此实施例中，采用设在比较器69前级的补偿器72、73，并用于确定输入的经特性调节的前向和后向气流调节信号的气流方向，通过校正加热电阻器型空气流速测量装置中的初始延迟响应可改进后向气流产生的检测延迟。应理解可把补偿器72、73提供给其他气体实施例并可除去它们。
图15是示出依据本发明第三实施例的加热电阻器型空气流速测量装置的电路图。将参考图15描述第三实施例。
在图15的实施例中，差分放大电路56包括具有运算放大器76、电阻器74、75、77、78和基准电压VCM的电路，其中构成的电路可输入被比较器69的输出所切换的切换电路70所选择的调节信号VOF或VOR，并在流速为零时输出表示基准电压VCM的输出电压；以及具有电阻器67和电容器68的电路。在此实施例中，由具有电阻器67和电容器68的电路翻转前向气流调节信号VOF的交变电流分量的相位，然后具有经翻转相位的交变电流分量被输入运算放大器76。在依据本实施例的装置中整体形成抵消装置、切换装置和差分放大器。
依据图15的实施例，因为具有电阻器67和电容器68的电路(用作噪声滤波器)在所限定频率范围内截止了交变电流分量，所以可减少前向气流调节信号VOF的差分模式噪声，该噪声是在加热电阻器相互热连接时产生的。也可减少后向气流调节信号VOR的差分模式的噪声。
图16是示出依据本发明第四实施例的加热电阻性空气流速测量装置的电路图。将参考图16描述第四实施例。
在图16中，由空气流速检测部分48、58和特性调节电路61、62构成气流计80或加热电阻器型空气流速测量装置。前向和后向气流调节信号VOF、VOR从气流计80传输到用于内燃机的燃料注入量控制单元81。在广义上，第四实施例中的这两个调节信号VOF和VOR类似于前向和后向气流检测信号。
在用于内燃机的燃料注入量控制系统的燃料注入量控制单元81内设有信号比较装置82、交变电流提取装置83、84、信号叠加装置85、86和信号选择装置87。燃料注入量控制单元81产生包括方向分量的输出信号VOUT，并把该输出信号VOUT作为控制燃料注入量所需的信息传输到信号处理装置88。信号处理装置88处理输出信号VOUT并形成流速信号VG。
相应地，一个抵消装置90a包括交变电流提取装置84和信号叠加装置85，另一个抵消装置90b包括交变电流提取装置83和信号叠加装置86。切换装置91包括信号比较装置82和信号选择装置87。即，在此实施例中，在燃料注入量控制单元81(它是半导体电子电路)内设有切换装置，用于选择一个输入信号或两个调节信号；以及抵消装置，用于把一个输入信号的交变电流分量加到另一个输入信号中，并把另一个输入信号的交变电流分量加到前一个输入信号中。
依据图16的实施例，因为信号比较装置82、交变电流提取装置83、84、信号叠加装置85、86、信号选择装置87等装置可与燃料注入量控制单元81集成，所以可减少燃料注入量控制系统的成本，燃料注入量控制单元81和上述装置可共享运算单元。
图17是示出依据本发明第五实施例的加热电阻器型空气流速测量装置的电路图。此实施例与图16所示实施例的不同之处在于，此加热电阻器型空气流速测量装置不与燃料注入量控制单元81集成安装。
图17的抵消装置90类似于图16所示具有交变电流提取装置83、84和信号叠加装置85、86的电路。此外，图17的切换装置类似于图16所示具有信号比较装置82和信号选择装置87的电路。
此外，在图17中，以方框示出图13所示的加热电阻器型空气流速测量装置。即，图17的交变电流提取装置83相当于图13中具有电阻器67和电容器68的交变电流提取装置。图17的交变电流提取装置84相当于图13中具有电阻器64和电容器65的交变电流提取装置。图17的信号叠加装置85相当于图13中具有电阻器63和连接部分的信号叠加装置。图17的信号叠加装置86相当于图13中具有电阻器66和连接部分的信号叠加装置。此外，图17的信号比较装置82相当于图13的比较器69，图17的信号选择装置87相应于图13的切换电路70。
图18是示出依据与本发明第二个目的有关的第六实施例的加热电阻器型空气流速测量装置的电路图。在图13到18的实施例中，虽然把包括特性调节电路61、62、差分放大器71等的装置描述为加热电阻器型空气流速测量装置或气流计80，但应理解加热电阻器型空气流速测量装置在狭义上指与抵消装置90集成的空气流速检测部分48、58。
即，此加热电阻器型空气流速装置除了具有用于检测来自加热电流(用于把安装在空气通道中用于前向气流的加热电阻器加热到预定的温度)的前向气流检测信号V2F的装置，以及具有用于检测来自加热电流(用于把安装在空气通道中用于后向气流的加热电阻器加热到预定的温度)的后向气流检测信号V2R的装置以外，还具有抵消装置，用于通过把后向气流检测信号的交变电流分量加到前向气流检测信号，并把前向气流检测信号的交变电流分量加到后向气流检测信号中来抵消包含在前向和后向气流检测信号中的差分模式噪声分量。
这样，通过使用从抵消装置输出的前向气流抵消输出信号VOUTF和后向气流抵消输出信号VOUTR，可获得空气流速信号VG。
在包括空气流速检测部分和特性调节电路的加热电阻器型空气流速测量装置中，也可在空气流速检测部分48、58和特性调节电路61、62之间设置抵消装置90。
权利要求
1.一种加热电阻器型空气流速测量装置，以安装在空气通道中的加热电阻器测量空气流速，其特征在于在所述空气通道中安装了一对加热电阻器；根据作为基准的一个加热电阻器获得的基准输出信号校正一个加热电阻器的输出信号与另一个加热电阻器的输出信号之间的差值，来输出空气流速信号。
2.如权利要求1所述的加热电阻器型空气流速测量装置，其特征在于通过把一恒定值或响应于空气流速确定的可变常数乘以所述两个加热电阻器输出信号之间的差值，来进行对空气流速信号的所述校正。
3.如权利要求1所述的加热电阻器型空气流速测量装置，其特征在于所述两个加热电阻器置于靠近的位置，在这些位置所述两个加热电阻器相对于气流发生热干扰。
4.如权利要求1所述的加热电阻器型空气流速测量装置，其特征在于把置于气流上游的加热电阻器的输出信号作为用作基准的所述加热电阻器的所述基准输出信号。
5.如权利要求1所述的加热电阻器型空气流速测量装置，其特征在于所述两个加热电阻器包括两个独立的驱动电路。
6.如权利要求5所述的加热电阻器型空气流速测量装置，其特征在于用一电路调节所述两个加热电阻器获得的输出信号，从而所述两个输出信号相对于来自某一方向的气流相等。
7.如权利要求1到6中任一所述的加热电阻器型空气流速测量装置，其特征在于一个加热电阻器、一个与所述加热电阻器相连的驱动电路、一个其中安装了所述加热电阻器的补充空气通道，以及一个用作外部接口的接头部分形成单个模块；以及连在主空气通道部分组成部件内部和外部之间的通孔至少包含所述主空气通道中的所述补充空气通道。
8.一种加热电阻器型空气流速测量装置，具有相对于气流互相热干扰的一对加热电阻器，每个加热电阻器包括一独立的驱动电路，其特征在于用由一电路调节所述两个加热电阻器所获输出信号的装置提取所述每个加热电阻器的输出信号，从而所述两个输出信号相对于以限定方向流动的气流相等。
9.如权利要求8所述的加热电阻器型空气流速测量装置，其特征在于根据由作为基准的一个加热电阻器获得的基准输出信号校正一个加热电阻器输出信号与另一个加热电阻器输出信号之间的差值，来获得进气流速信号。
10.如权利要求1到6任一所述的加热电阻器型空气流速测量装置，其特征在于在用于测量空气流速的一对加热电阻器之间插入独立地根据空气流速产生热量的加热器；以及所述一对加热电阻器置于占据相对于气流的上游一侧和下游一侧的位置。
11.如权利要求1到10中任一所述的加热电阻器型空气流速测量装置，其特征在于用于燃料注入控制的控制单元中，在用于输出信号的输出部分和用于空气流速信号的输入部分之间安装滤波器。
12.如权利要求1到11中任一所述的加热电阻器型空气流速测量装置，其特征在于响应于输出信号执行燃料注入控制。
13.一种加热电阻器型空气流速测量装置，其中从把安装在空气通道中的前向气流加热电阻器加热到预定温度所需的加热电流中检测前向气流检测信号，从把安装在空气通道中的后向气流加热电阻器加热到预定温度所需的加热电流中检测后向气流检测信号，其特征在于包括抵消装置，通过把后向气流检测信号的交变电流分量加到前向气流检测信号中，并把前向气流检测信号的交变电流分量加到后向气流检测信号中，来抵消包含在每个检测信号中的差分模式噪声。
14.一种加热电阻器型空气流速测量装置，设有一对空气流速检测部分，这两个部分分别用于测量把安装在空气通道中的前向和后向气流加热电阻器加热到预定温度所需的加热电流，把它们分别作为前向气流检测信号和后向气流检测信号，以使用每个检测信号输出包括空气通道中气流方向分量的空气流速信号，其特征在于还包括抵消装置，通过把后向气流检测信号的交变电流分量加到前向气流检测信号中，并把前向气流检测信号的交变电流分量加到后向气流检测信号中，来抵消包含在每个检测信号中的差分模式噪声，以及输出前向和后向气流抵消信号；其中以前向和后向气流抵消信号替代前向和后向气流检测信号来输出空气流速信号。
15.如权利要求13或14所述的加热电阻器型空气流速测量装置，其特征在于所述抵消装置包括通过比较前向和后向气流检测信号的大小来确定气流方向的信号比较装置，以及根据确定结果从前向和后向气流抵消输出信号中选择一个信号的信号选择装置。
16.如权利要求15所述的加热电阻器型空气流速测量装置，其特征在于构成的所述抵消装置、所述信号比较装置和所述信号选择装置包含在一燃料注入量控制单元的半导体电子电路中，所述燃料注入量控制单元使用空气流速信号控制注入到内燃机的燃料的量。
17.一种加热电阻器型空气流速测量装置，其特征在于包括一对空气流速检测部分，分别用于检测把安装在空气通道中的前向和后向气流加热电阻器加热到预定温度所需的加热电流，把它们分别作为前向气流检测信号和后向气流检测信号，一个信号比较装置，通过前向和后向气流检测信号的大小确定空气通道中气流的方向，一个信号选择装置，用于根据确定结果从前向和后向气流检测信号中选择一个信号，以及一个差分放大电路，用于切换和输入前向和后向气流检测信号，把后向气流检测信号的交变电流分量加到输入的前向气流检测信号，并切换和输出高于基准电压并正比于所加信号的输出信号，以及低于基准电压并正比于输入的后向气流检测信号的输出信号中的任一个输出信号；其中使用来自差分放大电路的输出信号输出包括气流方向分量的空气流速信号。
18.一种加热电阻器型空气流速测量装置，其特征在于包括一对空气流速检测部分，分别用于检测把安装在空气通道中的前向和后向气流加热电阻器加热到预定温度所需的加热电流，把它们分别作为前向气流检测信号和后向气流检测信号，一个信号比较装置，通过前向和后向气流检测信号的大小确定空气通道中气流的方向，一个信号选择装置，用于根据确定结果从前向和后向气流检测信号中选择一个信号，以及一个差分放大电路，用于切换和输入前向和后向气流检测信号，倒转前向气流检测信号的交变电流分量的相位并把获得的信号加到输入的后向气流检测信号，并切换和输出高于基准电压并正比于前向气流检测信号的输出信号，以及低于基准电压并正比于所加信号的输出信号中的任一个输出信号；其中使用来自差分放大电路的输出信号输出包括气流方向分量的空气流速信号。
19.一种燃料注入量控制系统，其特征在于使用由如权利要求13到18任一所述的加热电阻器型空气流速测量装置获得的气流信号控制注入内燃机的燃料的量。
全文摘要
一种加热电阻器型空气流速测量装置设有一对加热电阻器(置于这两个电阻器可相对于气流相互热干扰的位置)，以及用于驱动这两个加热电阻器的一对驱动电路。通过利用受气流影响的热辐射速率计算一对加热电阻器输出信号之差，并通过把此差值加到一个加热电阻器的输出信号中，来获得空气流速信号。
文档编号G01F1/69GK1163394SQ9710229
公开日1997年10月29日 申请日期1997年1月17日 优先权日1996年1月17日
发明者赤松培雄, 小林千寻, 渡辺泉, 五十岚信弥, 内山薰, 矶野忠 申请人:株式会社日立制作所, 株式会社日立汽车工程