DE69332423T2

DE69332423T2 - Luftstromdetektor für eine Motorsteuereinheit

Info

Publication number: DE69332423T2
Application number: DE69332423T
Authority: DE
Inventors: Tadao Suzuki; Mitsukuni Tsutsui; Kaoru Uchiyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2013-03-17
Also published as: JPH05264314A; JP2846518B2; EP0561365A3; EP0561365A2; US5415029A; EP0561365B1; DE69332423D1

Description

Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung

Luftstromdetektoren werden auf verschiedenen Gebieten verwendet, die Prozesssteuerung bei chemischen Anlagen und Klimaanlagen für Gebäude umfassen. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen besteht der Bedarf, sowohl zu Umweltschutzzwecken als auch zur Rohstofferhaltung das Gemisch der Kraftstoffzufuhr genau zu steuern. Aus diesem Grund besteht ein steigender Bedarf an einem Luftstromdetektor, der die Motorluftansaugmenge ermittelt. Es wird erwartet, dass derartige Detektoren in der Zukunft breite Verwendung finden.
Ein bekannter Luftstromdetektor ist der Detektor vom Heizwiderstandstyp, der den Luftstrom aus dem Heizwert ermittelt, der von einem Heizwiderstand gewonnen wird. Bei einem Luftstromdetektor dieses Typs sind jedoch die mechanische Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Intrusionen, wie Staub (um die Ermittlungsgenauigkeit zu gewährleisten) wichtige Attribute. Aus diesem Grund wurde in der Vergangenheit ein Detektor vorgeschlagen, der ein laminares Substrat verwendet, auf dessen Oberfläche ein exothermischer Schichtwiderstand ausgebildet ist, und dessen Beispiel der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 63- 134919 entnommen werden kann.
Eine derartige konventionelle Technologie erfordert eine große Menge elektrischer Energie zur Erwärmung des exothermischen Widerstandes. Bislang wurden jedoch keine Überlegungen bezüglich der erheblichen Wärme angestellt, die in der Steuerschaltung erzeugt wird, die die Erwärmungsenergie steuert, so dass es notwendig war, in der Steuerschaltung eine grosse Kühlungsstruktur vorzusehen, die es erschwert hatte, ein kompaktes Design des Luftstromdetektors zu realisieren.
Das Dokument US-A-5 351 536 betrifft einen Luftstromdetektor mit einem Heizelement, das in der Luftströmung angeordnet ist. Die Steuerschaltung ist ausserhalb der Luftströmung angeordnet.
Das Dokument EP-A-0 119 327 zeigt die Anordnung eines Heizelementes und einer Schaltung in einer Luftströmung. Diese Schaltung ist jedoch keine Steuerschaltung und enthält keinen Transistor, wobei es nicht erforderlich ist, die Wärmeerzeugung zu berücksichtigen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Durchflussdetektor vorzuschlagen, bei dem keine besondere Wärmestrahlungsstruktur erforderlich ist und der problemlos kompakt gebaut werden kann.
Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche zeigen weitere Ausführungen der Erfindung.
Gemäß der Erfindung ist die Steuerschaltung in der Nähe des Substrats angeordnet, in dem ein exothermischer Widerstand ausgebildet ist, wobei der exothermische Widerstand mit der Steuerschaltung in dem zu ermittelnden Luftstrom angeordnet ist. Da die Steuerschaltung der Wirkung des Luftstroms ausgesetzt ist, wird die von ihr erzeugte Wärme durch den Luftstrom wirksam abgeführt, wodurch eine ausreichende Kühlung ohne Verwendung einer speziellen Strahlungsstruktur erreicht wird. Ausserdem kann ein ausreichend kompakter Aufbau realisiert werden, da durch die Integration der Steuerschaltung ein Schichtaufbau realisiert werden kann.
Weitere Ausführungen der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer Ausführung eines Luftstromdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine horizontale Querschnittsansicht einer Ausführung eines Luftstromdetektors gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Schaltbild eines Beispiels einer Steuerschaltung für den Luftstromdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist ein Schaltbild eines anderen Beispiels einer Steuerschaltung für den Luftstromdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist ein Schaltbild eines anderen Beispiels einer Umformungsschaltung für den Luftstromdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist ein Schaltbild eines anderen Beispiels einer Umformungsschaltung für den Luftstromdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer anderen Ausführung eines Luftstromdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist eine horizontale Querschnittsansicht einer anderen Ausführung eines Luftstromdetektors gemäß Fig. 1;
Fig. 9 ist eine Vorderansicht einer Ausführung eines isolierten Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ist ist eine hintere Ansicht einer Ausführung eines isolierten Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 zeigt Einzelheiten einer Durchgangsbohrung bei einer Ausführung eines isolierten Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 zeigt eine andere Ausführung eines isolierten Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 zeigt noch eine andere Ausführung eines isolierten Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 ist eine Querschnittsdarstellung einer Ausführung, bei der ein Luftstromdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Lufteinlaßventil eines Motors verwendet wird; und
Fig. 15 ist eine schematische Darstellung einer Ausführung einer Motorsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 und 2 zeigen Ausführungen der vorliegenden Erfindung, die bei einem Ansaugluftstromdetektor eines Kraftfahrzeugmotors verwendet werden. Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung in einer parallel zur Richtung der Luftströmung verlaufenden Ebene, während Fig. 2 eine Schnittdarstellung in einer senkrecht zur Richtung der Luftströmung verlaufenden Ebene ist. In diesen Darstellungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Ansaugluftstromdetektor gemäß der Erfindung, der in einem Luftansaugrohr 10 angeordnet ist, das einen Teil eines Motorluftansaugkanals bildet, der den zu ermittelnden Luftstrom führt.
Bei dieser Ausführung wird ein aus Aluminiumoxydkeramik hergestelltes isoliertes Substrat (ein isoliertes laminares Teil) 2 verwendet, das Elemente und Schaltungen umfasst, die für den Detektor notwendig sind. Ein aus formgepresstem Kunststoff hergestelltes Gehäuse 3 weist einen Grundteil 3A, einen Flanschteil 3B, einen Mantelteil 3C und einen Anschlussteil 3D auf. Das isolierte Substrat 2 ist in dem Mantelteil 3C angeordnet und an dem Grundteil 3A mittels eines Klebers 7 befestigt. Ein positiver elektrischer Anschluss T1, ein Ausgangsanschluss T2 und ein negativer elektrischer Anschluss T3 sind in dem Anschlussteil 3D enthalten.
Flache Erhebungen P1 bis P3 an der Kante des isolierten Substrats 2 sind mit einer auf dem Substrat ausgebildeten Schaltung verbunden und dienen deren Verbindung mit den Anschlüssen T1 bis T3 innerhalb des Anschlussteiles 3D über Leitungen L1 bis L3. Zusätzlich ist im Gehäuse 3 ein Fenster vorgesehen, das den Anschluss der Leitungen L1 bis L3 ermöglicht. Nach der Beendigung der Verbindung wird auf diesem Fenster mittels eines Klebers ein Deckel 5 befestigt.
In der Wand des Luftansaugrohrs 10 ist eine schmale Öffnung ausgebildet. Der Luftstromdetektor 1 wird in dem Luftansaugrohr 10 durch Einschieben in diese Öffnung von aussen montiert, wobei der Flanschteil 3b an der Wand des Luftansaugrohrs 10 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 9 mittels eines Schraubbolzens 6 befestigt ist.
Fig. 3 zeigt eine Detektorschaltung, die auf dem isolierten Substrat 2 angeordnet ist. Mit Rh ist ein exothermischer Widerstand (Heissfilm) bezeichnet, wobei der Rest der Schaltung der Steuerschaltung der gezeigten Ausführung entspricht. Mit Rc ist ein Widerstand zur Ermittlung der Lufttemperatur (Kaltfilm) bezeichnet, während mit R1, R7 und R8 Festschichtwiderstände, mit T ein Transistor und mit A ein Differentialverstärker bezeichnet sind.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind der exothermische Widerstand Rh und der Widerstand Rc auf dem isolierten Substrat 2 durch eine durch Verwendung von aufgedrucktem Platin oder Nickel gebildete dicke Schicht oder eine durch Aufdampfen gebildete dünne Schicht ausgebildet. Ebenfalls sind auf dem Substrat 2 durch Verwendung einer Nickel-Chrom-Legierung für dünne Schicht durch Aufdampfen und durch Verwendung des Rutheniumtetraoxyd für dicke Schicht durch Aufdrucken Festschichtwiderstände R1, R7 und R8 ausgebildet. Die Oberfläche dieser Schichten (sämtlicher Widerstände und Leiter) ist mit Glas beschichtet. Ausserdem, wie in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Oberflächen von aktiven Komponenten, nämlich vom Transistor T und vom Differentialverstärker A, mit einem Beschichtungsharz 8 abgedeckt.
Die Funktion des Luftstromdetektors gemäß Fig. 1 bis 3 wird nachfolgend mathematisch beschrieben. Der exothermische Widerstand Rh ist derart ausgeführt, dass er, (wie nachfolgend beschrieben ist) die folgenden Widerstandswerte aufweist:
RH = R1·(R8 + RC)/R7 Gleichung 1,
wobei mit
RH der Widerstandswert des Widerstands Rh und mit
RC der Widerstandswert eines Lufttemperaturermittlungswiderstandes bezeichnet sind.
Andererseits kann der Widerstandswert RC als:
RC = RC0(1 + αTa) Gleichung 2 ausgedrückt werden, wobei mit
RC0 der Widerstandswert des Widerstandes Rc bei einer Bezugstemperatur, mit α der Temperaturkoeffizient und mit
Ta die Temperatur der Umgebungsluft bezeichnet sind.
Ein elektrischer Heizstrom Ih wird dem exothermischen Widerstand Rh zugeführt, um ihn auf eine Temperatur von einer gewünschten Anzahl von Graden zu erwärmen, die höher ist als die Lufttemperatur Ta. Die Beziehung zwischen dem elektrischen Heizstrom Ich und dem Luftstrom Q ist wie folgt:
Ih²Rh = (A + B Q)(T - Ta) Gleichung 3,
wobei mit A, B Konstanten und mit T die Temperatur des exothermischen Widerstandes bezeichnet sind.
Da der elektrische Heizstrom Ih somit eine Funktion des Luftstroms Q ist, kann ein Spannungssignal Vo, das den Luftstrom darstellt, durch Ermittlung dieses elektrischen Stroms mittels eines Widerstands R1 am Anschluss T2 erhalten werden.
Der elektrische Heizstrom Ih wird durch mehrere Faktoren, wie die Struktur, das Material und die Größe des isolierten Substrats 2 und des exothermischen Widerstandes Rh bestimmt. Er kann eine Stärke von 10 mA bis 100 mA erreichen und steigt gelegentlich bei der Verwendung bei einer Ansaugluftstrom-ermittlung eines Kraftfahrzeug motors bis auf den Wert von mehreren Ampere. Daraus ergibt sich ein extrem grosser Verbrauch der elektrischen Energie, insbesondere im Widerstand R1 und im Transistor T, was bedeutet, dass bis zum Auftritt einer ausreichenden Strahlung ein erheblicher Temperaturanstieg stattfindet.
Deswegen ist bei dieser Ausführung die gesamte Steuerschaltung (einschliesslich des Widerstandes R1 und des Transistors T) auf einem isolierten Substrat 2 angeordnet. Infolgedessen ist die gesamte Schaltung der Wirkung des Ansaugluftstroms des Motors mit dem Vorteil einer wirksamen Kühlung durch den Luftstrom ausgesetzt und der Temperaturanstieg kann in einer kompakteren Steuerschaltung ausreichend begrenzt werden, ohne dass eine besondere Strahlungsstruktur, wie eine Kühlrippe, vorgesehen ist.
Bei der vorhergehenden Ausführung ist die in Fig. 3 dargestellte Luftstromermittlungsschaltung auf einem isolierten Substrat 2 angeordnet. Eine andere Ausführung ist in Fig. 4 gezeigt, bei der eine R-C-Schaltung 20 zusammen mit einem Differentialverstärker A die Ansprechzeit der Brückenschaltung verbessert, die aus dem exothermischen Widerstand Rh, dem Lufttemperaturermittlungs-widerstand Rc und den Widerständen R1, R7 und R8 besteht. Das bedeutet, dass ein exothermischer Widerstand Rh eine langsame thermische Reaktion aufweist, da er als eine Schicht auf einem isolierten Substrat 2 ausgeführt ist, das eine grosse Wärmekapazität aufweist. Andererseits kann als Ergebnis bei der R-C-Schaltung 20 ein günstiges Reaktionsausgangssignal am Widerstand R1 erhalten werden, da sie bei einer Änderung des Luftstroms als Verzögerung der Reaktion der Brückenschaltung wirkt.
Widerstände R29 bis R34 stellen die Offsetspannung für eine Brückenschaltung bereit, die einen Differentialverstärker A umfasst. Da die Rückkopplungsempfindlichkeit des Heizstroms Ih gegenüber der Ausgangsspannung (Ih · R1) geändert wird, nachdem die Offsetspannung durch diese Widerstände verändert wird, kann die Reaktion auf schnelle Änderungen der Luft (Inbetriebnahmeeigenschaften) in einem vorteilhaften Zustand gehalten werden.
Schliesslich sind eine Bezugsspannungsschaltung 21 und eine Verstärkungsschaltung 22 in der Lage, die Verstärkung und den Offset der Ermittlungsparameter zu verändern.
Deswegen bietet die Ausführung, bei der die in Fig. 4 dargestellte Schaltung auf einem isolierten Substrat 2 angeordnet ist, eine ausreichende Kühlwirkung und stellt einen kompakten Luftstromdetektor mit einem einfachen Aufbau dar.
Bei den vorhergehenden Ausführungen mit gemäß Fig. 3 und 4 angeordneten Schaltungen wird das Luftstromermittlungs- Ausgangssignal in Form eines Spannungssignals zur Verfügung gestellt. Ein Spannungssignal ist jedoch nicht immer das gewünschte Luftstromermittlungs-Ausgangssignal und es gibt Fälle, in denen in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen ein Frequenzsignal oder ein Digitalsignal, wie bei einer Motorsteuerungseinheit, erwünscht ist.
Fig. 5 zeigt eine Ausführung einer Umwandlungsschaltung, die für die Verwendung geeignet ist, bei der die Luftstromermittlungsschaltung ein Frequenzsignal ausgibt. Zu diesem Zweck ist an den Spannungsausgang Vo gemäß Fig. 1 und 3 eine Spannung- Frequenz-Umwandlungsschaltung V-F angeschlossen. Fig. 6 zeigt eine Umwandlungsschaltung, die durch Verwendung einer Analog-Digital-Umwandlungsschaltung A/D ein digitales Ausgangssignal zur Verfügung stellt. Beide Ausführungen sind zusammen mit der Schaltung gemäß Fig. 3 oder 4 auf einem isolierten Substrat 2 angeordnet und verwenden als Eingang ein Spannungssignal Vo (das den Luftstrom darstellt), während sie ein Frequenzsignal F oder ein Digitalsignal Do-Dn ausgeben. Bei der Ausführung gemäß Fig. 6 ist selbstverständlich ersichtlich, dass die Erhöhung der Anzahl der Ausgangsanschlüsse der Anzahl der benötigten Bits entspricht. Der Luftstrom kann somit bei den Ausführungen gemäß Fig. 5 und 6 als ein Frequenz- oder ein Digitalsignal ausgegeben werden, wobei die vorliegende Erfindung unabhängig von den Eigenschaften der Komponenten eingesetzt werden, bei denen dieses Luftstrom-Ausgangssignal verwendet wird.
Abweichungen des Ausgangssignals, die durch eine Verwirbelung des Luftstroms (d. h., durch den Auftritt von Geräuschen) verursacht werden, sind ein anderer Faktor, der bei einem Luftstromdetektor dieser Art berücksichtigt werden muss. Eine solche Verwirbelung tritt insbesondere dann verstärkt auf, wenn in der Nähe des exothermischen Widerstandes Rh ein Hindernis vorhanden ist, oder wenn im Luftkanal ein Driftluftstrom erzeugt wird (der hauptsächlich zum Aufbau des Luftkanals beiträgt), der bei der Kraftfahrzeugmotorsteuerung Motordrehzahlabweichungen im Leerlauf verursacht. Dieser zusätzliche Faktor wird bei den in Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungen berücksichtigt.
In Fig. 7 weist der Mittelpunkt des Kanals Pc den stabilsten Luftstrom innerhalb des Luftansaugrohrs 10, das als Luftkanal dient. Somit sind dort der exothermische Widerstand Rh und der Lufttemperaturermittlungswiderstand Rc (der keine notwendige Voraussetzung darstellt) angeordnet, während Steuerschaltungen mit einem Beschichtungsharz 8, wie ein Transistor T und ein Differentialverstärker A, bei dieser Ausführung getrennt von den genannten Widerständen auf beiden Seiten angeordnet sind. Dadurch wird ein Luftstromdetektor mit hervorrragenden Eigenschaften und niedrigem Geräuschpegel zur Verfügung gestellt, da der exothermische Widerstand Rh an einer Stelle angeordnet ist, an der der Luftstrom am stabilsten ist (d. h., in der Mitte des Kanals Pc) und der Einfluss der Verwirbelung im Luftstrom, die durch die herausragende Steuerschaltung mit dem Beschichtungsharz 8 verursacht wird, reduziert wird.
Fig. 9 und 10 zeigen ein isoliertes Substrat 2 bei einer weiteren Ausführung der Erfindung, die eine Reduzierung des Ausgangsgeräusches ermöglicht. Bei dieser Ausführung sind der exothermische Widerstand Rh und der Lufttemperaturermittlungswiderstand Rc auf einer Seite des isolierten Substrats 2 in der Mitte des Luftkanals Pc angeordnet, wie in Fig. 9 dargestellt ist, wobei auf der anderen Seite, wie in Fig. 10 dargestellt ist, eine Steuerschaltung ausgebildet ist, die aus einem Transistor T, einem Differentialverstärker A und Widerständen R1, R2 und R7 besteht. Die elektrische Verbindung der ersten mit der zweiten Seite des isolierten Substrats 2 erfolgt über Durchgangsbohrungen h1 und h2. Da die Luftstromverwirbelung auf der Seite, auf der sich die Steuerschaltung befindet, bei dieser Ausführung die andere Seite nicht erreicht, ist der Luftstrom an der Stelle, an der der exothermische Widerstand Rh angeordnet ist, ausreichend stabil, wodurch eine weitere Verbesserung des Rauschabstands erreicht wird.
Fig. 11 zeigt Einzelheiten eines Durchgangsbohrungsabschnitts bei der in Fig. 9 und 10 gezeigten Ausführung. Ein isoliertes Substrat 2, das aus Aluminiumoxydkeramik in Form einer unbehandelten Folie gefertigt wurde, trägt zum Beispiel unter Verwendung eines Metalls, wie Wolfram, eine leitfähige Metallschicht 21. Ausserdem trägt es eine Aluminiumoxydschicht 22 und kalziniert sie, um ein isoliertes Substrat 2 aus Aluminiumoxydkeramik herzustellen. Der Luftstromdetektor zeichnet sich bei dieser Ausführung dadurch aus, dass ein exothermischer Widerstand Rh und eine Steuerschaltung auf der vorderen und der hinteren Fläche des Substrats ausgebildet sind. Die Aluminiumoxydschicht 22 ist vorgesehen, um die Schaltung zu schützen, die auf dem Abschnitt mittels eines Klebers 7 befestigt ist, der in Fig. 1 dargestellt ist.
Zusätzlich zu dem bei dieser Ausführung verwendeten Verfahren kann die Ausbildung der Durchgangsbohrung auch durch Verwendung von chemischen Plattierungsverfahren bei einem isolierten Substrat 2 erreicht werden.
Während passive Komponenten, wie der exothermische Widerstand Rh sowie die Verbindungsschaltung und ein Widerstand der Steuerschaltung bei den vorhergehenden Ausführungen durch eine Dickschicht durch Verwendung eines "Press/Aufdruckverfahrens" hergestellt werden, kann auch eine durch Abdampfen oder durch eine Kombination der beiden Verfahren hergestellte Dünnschicht verwendet werden. Wie bereits erwähnt, sind jedoch aktive Komponenten wie der Transistor T und der Differentialverstärker A voneinander getrennte Teile, so dass sie ein Hindernis bilden, das Verwirbelungen im Luftstrom verursachen und ein Rauschen im Ausgangssignal erzeugen.
Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungen sind die aktiven Komponenten bei dem Detektor gemäß Fig. 12 als durch ein Eindampfverfahren hergestellte Dünnschichthalbleiter ausgeführt. Das bedeutet, dass sowohl der Leiter 23 als auch die Halbleiterschichten 24, 25 aus Ga und As durch Abdampfen ausgebildet und durch eine Isolierschicht 26 abgedeckt werden. Die Halbleiterschichten 24 und 25 bilden einen Transistor vom MOS-Typ, bei dem die Isolierschicht 26 als eine Gate-Isolierschicht verwendet wird, und stellen in der in Fig. 3 dargestellten Schaltung einen Differentialverstärker A dar. Eine Glasabdampfschicht 27 beschichtet und schützt die gesamte Schaltung. Da deswegen bei dieser Ausführung auch die aktiven Komponenten eine Dünnschichtstruktur aufweisen, existiert keine Ursache für Verwirbelungen im Luftstrom und das Rauschen kann auf einem ausreichend niedrigen Pegel gehalten werden.
Die Ausführung gemäß Fig. 13 verwendet das gleiche Substrat wie die Ausführung nach Fig. 12, fügt jedoch eine Isolierschicht 28 und einen oberen Schichtleiter 29 hinzu und ist als ein integrierter Mehrschichtschaltkreis ausgebildet. Durch diese Anordnung wird eine maximale Integration eines Dünnschicht-MOS- Transistors erleichtert.
Fig. 14 zeigt eine Ausführung der vorliegenden Erfindung, die bei einem Luftansaugsystem eines Kraftfahrzeugmotors verwendet wird, der ein Luftfiltergehäuse 101, einen Luftfilter 102, eine Drosselkammer 103, eine Drosselklappe 104, einen Kanal 105 und Strömungsleitplatten 106, 107 und 108 umfasst. Bei dieser Ausführung tritt die Luft in das Luftfiltergehäuse 101 in der Pfeilrichtung in der Zeichnung ein, strömt an der Drosselklappe 104 vorbei und wird in den Motor angesaugt.
Die Strömungsleitplatten 106, 107 und 108 sind vorgesehen, um Verwirbelungen zu eliminieren, die bei der Strömung der Luft durch das Ansaugsystem des Motors dieser Art entstehen und die wiederum Luftansauggeräusche erzeugen. Eine der Strömungsleitplatten 107 und das isolierte Substrat 2 stehen in direktem Kontakt. Auf dem isolierten Substrat 2 sind ein exothermischer Widerstand Rh und eine Steuerschaltung ausgebildet. Da das isolierte Substrat 2 im direkten Kontakt mit der Strömungsleitplatte 107 steht, wird die von der Steuerschaltung erzeugte Wärme nicht nur vom Luftstrom abgeleitet und verteilt, sondern auch zur Strömungsleitplatte 107 geführt, die als Kühler wirkt, wodurch eine wirksamere Kühlung erreicht wird. Somit wird auf einfache Art und Weise ein Luftstromdetektor realisiert, der den schwierigen Bedingungen bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen (hohe Temperaturen) gerecht werden kann.
Fig. 1 S zeigt eine Ausführung einer Motorsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Treibstoffzufuhrsteuerung für einen Kraftfahrzeugmotor durch Anordnung von vier Luftstromdetektoren 10 bei den Luftansaugventilen der Kraftfahrzeugmotorzylinder (in diesem Fall 4 Zylinder) durchgeführt wird. Eine Steuereinheit 203, die einen Mikroprozessor umfasst, berechnet das optimale Treibstoffvolumen, das in Abhängigkeit vom Luftstromsignal für jeden Zylinder, das von den einzelnen Luftstromdetektoren 10a, 10b, 10c und 10d erhalten wird, und vom Ausgangssignal eines Motordrehzahlsensors 202 jedem Zylinder zugeführt wird. Die Ergebnisse dieser Berechnung werden zur Ansteuerung je einer jedem Zylinder zugeordneten Einspritzdüse 204 verwendet. Da der Ansaugluftstrom unabhängig für jeden Zylinder ermittelt wird und das optimale Treibstoffvolumen bei dieser Ausführung entsprechend berechnet wird, kann das optimale Treibstoffvolumen immer unabhängig von den Ansaugluftstromabweichungen zwischen den Zylindern aufrecht erhalten werden, wodurch ein Motorsteuerungssystem mit sauberem Abgas realisiert wird.
Bei den Ansaugluftdetektoren gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kühlung der Steuerschaltung vereinfacht und der Luftstrom wird nicht gestört. Somit wird ein Kraftfahrzeugmotorsteuerungssystem realisiert, das einen einfachen Aufbau sowie einen niedrigen Ausgangsgeräuschpegel aufweist, einen kompakten Luftstromdetektor enthält und den schwierigen Temperaturbedingungen eines Automobils standhalten kann.

Claims

1. Fluidströmungsdetektor mit:

einem Heizelement, dessen Wärmeabgabe durch die Menge des ihm zugeführten elektrischen Stroms (Ih) gesteuert wird, und

einer Steuerschaltung zum Zuführen eines elektrischen Stroms (Ih) zum Heizelement und zum Erfassen einer vom Heizelement durch die Strömung (Q) übertragenen Wärmemenge,

dadurch gekennzeichnet, dass

sowohl die Steuerschaltung als auch das Heizelement auf einem gleichen Träger ausgebildet sind, der ein einziges gemeinsames Substrat (2) aufweist, und in die Strömung (Q) eingefügt sind.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Widerstände (Rc, R1, R7, R8) und aktive Komponenten (T, A) vorgesehen sind, wobei das Heizelement und die Widerstände (Rc, R1, R7, R8) Dünnschichtelemente sind, die durch Metallisieren ausgebildet sind, während die aktiven Komponenten (T, A) durch Verwendung von Metallisierverfahren als Dünnschichthalbleiter ausgeführt sind.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement ein exothermischer Widerstand (Rh) ist.

4. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der exothermische Widerstand (Rh) ein Schichtwiderstand ist, der auf einer Oberfläche des Substrats (2) ausgebildet ist.

5. Detektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung mindestens ein Widerstandselement aufweist, das als eine dünne Schicht auf einer Oberfläche des Substrats (2) ausgebildet ist.

6. Detektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung in einem Strömungseinlasskanal (10) mit einer Öffnung stattfindet, wobei die Steuerschaltung und der exothermische Widerstand (Rh) durch die Öffnung in den Einlasskanal (10) eingesetzt sind.

7. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungseinlasskanal (10) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

8. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung und der exothermische Widerstand (Rh) im wesentlichen im mittleren Teil des Strömungseinlasskanals (10) angeordnet sind.

9. Detektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der exothermische Widerstand (Rh) im wesentlichen im mittleren Teil des Strömungseinlasskanals (10) und die Steuerschaltung am Rand des Strömungseinlasskanals (10) angeordnet sind.

10. Detektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der exothermische Widerstand (Rh) auf einer ersten Oberfläche des Substrats (2) und die Steuerschaltung auf einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Substrats (2) ausgebildet ist.

11. Detektor nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungstemperaturerfassungswiderstand (Rc) vorgesehen ist, wobei die Steuerschaltung den dem exothermischen Widerstand (Rh) sowie dem Strömungstemperaturerfassungswiderstand (Rc) zugeführten elektrischen Strom (Ih) steuert, dass Mittel zum Messen des durch den exothermischen Widerstand (Rh) fliessenden Stroms vorgesehen sind und dass der exothermische Widerstand (Rh), der Strömungstemperaturerfassungswiderstand (Rc) und die Steuerschaltung im Strömungsweg angeordnet sind.

12. Detektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der exothermische Widerstand (Rh) und der Strömungstemperaturerfassungswiderstand (Rc) parallel geschaltet sind.

13. Detektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungstemperaturerfassungswiderstand (Rc) in der Nähe des exothermischen Widerstands (Rh) und von ihm stromaufwärts bezüglich der Richtung der Strömung (Q) angeordnet ist.

14. Detektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der exothermische Widerstand (Rh) und der Strömungstemperaturerfassungswiderstand (Rc) in gegenüberliegenden Zweigen einer Brückenschaltung geschaltet sind.

15. Detektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung einen Differentialverstärker (A), dessen Eingänge an die gegenüberliegenden Zweige der Brückenschaltung angeschlossen sind, sowie einen Transistor (T) aufweist, der zum Steuern eines der Brückenschaltung zugeführten Stromflusses (Ih) vorgesehen ist, wobei der Differentialverstärker (A) einen Ausgang aufweist, der an die Basiselektrode des Transistors (T) angeschlossen ist.

16. Detektor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungsdetektoren (10a-d) in den einzelnen Strömungseinlasskanälen (10) für jeden Zylinder eines Verbrennungsmotors angeordnet sind.