DE2845661C2

DE2845661C2 -

Info

Publication number: DE2845661C2
Application number: DE19782845661
Authority: DE
Inventors: Udo Hafner; Peter Romann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-10-20
Filing date: 1978-10-20
Publication date: 1987-06-04
Also published as: DE2845661A1; JPS5557112A; JPS6346369B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bereits eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömen den Mediums vorgeschlagen worden (nachveröffentlichte DE-OS 27 50 050), bei der als temperaturabhängiger Widerstand ein Hitz draht verwendet wird, der in einem Ansaugrohr einer Brennkraft maschine als Element einer Brückenschaltung ausgespannt ist. Zur Auswertung des Signals der Brückenschaltung wird ein Hybridschalt kreis verwendet, welcher eine bauliche Einheit mit den im Ansaug luftstrom angeordneten Elementen der Brückenschaltung bildet. Der Hybridschaltkreis kann sich dabei auch außerhalb des Ansaugrohres befinden. Es bleibt offen, in welcher Weise der Hybridschaltkreis mit den Elementen der Brückenschaltung verbunden ist, insbesondere im Hinblick auf eine Vermeidung von Wackelkontakten und Zuleitungs widerständen. Auch die Art und Weise des Meßwertabgriffs bleibt un klar.

Bei einer aus der US-PS 38 24 966 bekannten Vorrichtung ist der als Element der Brückenschaltung ausgebildete Hitzdraht über mehrere Einspannstellen in einem im Ansaugrohr befindlichen Sondenring straff ausgespannt. Der Hitzdraht und die weiteren Elemente der Brückenschaltung sind mit Kontakten eines Mehrfachsteckers verbun den, welcher außen am Ansaugrohr befestigt ist. Von Nachteil ist, daß die Auswertung des Signals der Brückenschaltung außerhalb der eigentlichen Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Me diums erfolgt. Dadurch erhöht sich der konstruktive Aufwand, außer dem können in den elektrischen Verbindungen Wackelkontakte auftreten und zusätzliche Widerstände entstehen.

Zum Stand der Technik gehört außerdem ein in der US-PS 39 56 928 be schriebener, nach dem Vortex-Prinzip arbeitender Luftmengenmesser. Bei diesem sind außerhalb des Ansaugrohres zwei die Auswerteschal tungen aufnehmende Leiterplatten angeordnet, welche über einen fle xiblen elektrischen Leiterstrang miteinander in Verbindung stehen. Der elektrische Anschluß dieser Vorrichtung erfolgt über ein Kabel und einen elektrischen Stecker. Die langen Verbindungswege zwischen den elektrischen Komponenten dieser Vorrichtung erhöhen die Wahr scheinlichkeit des Auftretens von Zuleitungsblindwiderständen sowie Störeinflüssen durch Einstreuungen anderer elektrischer Verbraucher.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Mes sung der Masse eines strömenden Mediums der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß Wackelkontakte verhindert werden, Zuleitungs widerstände zwischen der Brückenschaltung und der elektrischen Re geleinrichtung entfallen und bei einer Verwendung der Vorrichtung im Kraftfahrzeug Störeinflüsse durch Einstreuungen, beispielsweise von der Zündanlage, vermieden werden. Außerdem soll die Vorrichtung in einer kompakten Anordnung zu realisieren sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk male des Anspruches 1 gelöst. Von Vorteil ist insbesondere die hohe Betriebssicherheit der vorgeschlagenen Vorrichtung, da durch die kurzen Stromwege Zuleitungswiderstände vernachlässigbar klein sind und Wackelkontakte und Störeinflüsse durch Einstreuungen, beispiels weise von der Zündanlage, vermieden werden. Außerdem sind alle Löt stellen leicht zugänglich und damit kontrollierbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist die di rekte Kontaktierung über Leiterbahnen zwischen der Hybridschaltung und dem Mehrfachstecker einerseits und den Elementen der Brücken schaltung andererseits. Außerdem kann mit der Leiterplatte ein Ein stellpotentiometer verbunden werden, das bei einer Verwendung der Vorrichtung zur Luftmassenmessung der Ansaugluft von Brennkraft maschinen dazu dient, ein bestimmtes Kraftstoff-Luft-Verhältnis ein zustellen.

Von Vorteil ist es auch, die Leiterplatte über einen Rahmen auf ei ner Montageplatte zu montieren, wobei der Rahmen sich in Richtung auf die Leiterplatte hin verjüngende Durchführungen aufweist, die eine leichtere Einfädelung von Kontakten in die Leiterplatte ermög lichen.

Zur Erleichterung der Montage der Elemente der Brückenschaltung kann der Sondenring in wenigstens einer in Mediumströmungsrichtung ver laufenden Ebene teilbar ausgebildet sein.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei bung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild ei ner Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Me diums, insbesondere zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen,

Fig. 2 eine Vorrichtung in perspekti vischer Darstellung,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 eine Explosionsdarstellung der Vorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, insbesondere Messung der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen ist eine Brücken schaltung aus einem temperaturabhängigen Widerstand 10, einem temperaturabhängigen Widerstand 11, einem Widerstand 12 und aus Widerständen 13 und 14 vorgesehen. An die Brüc kendiagonale ist ein Regelverstärker 15 einer Regelein richtung 16 angeschlossen. Dabei ist der invertierende Eingang des Regelverstärkers 15 über einen Eingangswider stand 17 mit dem Kopplungspunkt der Widerstände 11 und 12 verbunden, während der nichtinvertierende Eingang des Regelverstärkers 15 über einen Eingangswiderstand 18 an den Kopplungspunkt der Widerstände 13 und 14 angeschlos sen ist. Der Regelverstärker 15 ist über zwei Versorgungs leitungen 19 und 20 mit einer Gleichspannungsquelle 21 ver bunden. Dieser Gleichspannungsquelle 21 ist ein Glättungs kondensator 22 parallelgeschaltet. Der Ausgang des Regel verstärkers 15 ist mit der Reihenschaltung von zwei Wider ständen 23 und 24 verbunden, wobei der Widerstand 24 an die gemeinsame Versorgungsleitung 19 angeschlossen ist. Diese beiden Widerstände 23 und 24 bilden einen Spannungs teiler für eine Darlingtonstufe 25, die zusammen mit ei nem Widerstand 26 eine spannungsgesteuerte Stromquelle zur Stromversorgung der Brückenschaltung aus den Wider ständen 10, 11, 12, 13 und 14 bildet. Zwischen die gemein samen Versorgungsleitungen 19 und 20 ist ein Spannungstei ler aus Widerständen 27 und 28 geschaltet. An den Kopp lungspunkt der Widerstände 27 und 28 ist die Anode einer Diode 37 angeschlossen, deren Kathode mit dem invertieren den Eingang des Regelverstärkers 15 verbunden ist. Zwi schen den invertierenden Eingang des Regelverstärkers 15 und die gemeinsame Versorgungsleitung 20 ist in Reihen schaltung eines Widerstandes 29 und eines Kondensators 30 geschaltet, wobei diese Widerstands-Kondensator-Kombina tion zur Frequenzabstimmung des Regelkreises auf das Zeit verhalten der temperaturabhängigen Widerstände dient.

Mit dem Kopplungspunkt der Widerstände 13 und 14 ist ein Widerstand 31 verbunden, der über die Schaltstrecke eines Schalttransistors 32 mit der gemeinsamen Versorgungslei tung 20 verbindbar ist. Die Basis des Schalttransistors 32 ist mit dem Ausgang einer monostabilen Kippstufe 33 verbunden, die über ein Differenzierglied 34 von einem bei 35 angedeuteten Zündschalter für die Zündanlage der Brennkraftmaschine auslösbar ist.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist fol gende. Über den temperaturabhängigen Widerstand 11 der Brückenschaltung fließt ein bestimmter Strom und heizt diesen Widerstand 11 auf seine normale Betriebstemperatur auf. In einem anderen Brückenzweig nimmt der temperatur abhängige Widerstand 10 einen Widerstandswert ein, der die Temperatur des strömenden Mediums beispielsweise die der eingesaugten Luft der Brennkraftmaschine charakteri siert. Dadurch wird erreicht, daß als Referenzsignal für die Heizstromregelung der Vorrichtung zur Luftmassenmes sung immer die Temperatur der Ansaugluft einer Brennkraft maschine verwendet wird. Je nach der Masse der vorbeiströ menden Ansaugluft wird der temperaturabhängige Widerstand 11 mehr oder weniger abgekühlt. Dies führt zu einer Ver stimmung der Brückenschaltung. Diese Verstimmung der Brüc kenschaltung wird dadurch ausgeregelt, daß der Regelver stärker über die spannungsgesteuerte Stromquelle 23, 24, 25 und 26 einen höheren Speisestrom für die Brückenschaltung liefert, so daß die Temperatur des temperaturabhängigen Widerstandes 11 und damit dessen Widerstandswert auf ei nem wenigstens annähernd konstanten Wert gehalten wird. Der durch die Brückenschaltung fließende Strom ist ein Maß für die an dem temperaturabhängigen Widerstand 11 vorbeiströmende Luftmasse. Ein entsprechendes elektrisches Signal kann zwischen einer Klemme 36 und einer Klemme 42 abgenommen werden.

Zur Erleichterung des Anlaufens der Regeleinrichtung dient der Spannungsteiler 27, 28 mit der Diode 37. Beim Einschalten der Regeleinrichtung wird am invertierenden Eingang des Regelverstärkers 15 eine Spannung von etwa 0,5 Volt erzwungen, die ein sicheres Anlaufen der Regel einrichtung erlaubt. Im normalen Betriebsfall wird dagegen die Spannung am invertierenden Eingang des Regelverstär kers 15 wesentlich über dieser Anfangsspannung liegen, so daß die Diode 37 gesperrt ist und damit über den Spannungsteiler 27, 28 kein Einfluß auf die Regelvor gänge genommen werden kann.

Damit der als Hitzdraht dienende temperaturabhängige Wi derstand 11 von Zeit zu Zeit von Ablagerungen auf seiner Oberfläche befreit wird, soll nach einem bestimmten Meß zyklus ein erhöhter Storm über diesen temperaturabhängi gen Widerstand 11 fließen. Als Meßzyklus kann dabei bei spielsweise jeweils eine bestimmte Betriebsdauer der Brennkraftmaschine gewählt werden. Als besonders zweck mäßig hat es sich erwiesen, den Ausglühvorgang mit jedem Abschalten der Zündanlage der Brennkraftmaschine auszu lösen. Dies geschieht beim Ausschalten des Zündschalters 35. Das entsprechende Signal wird differenziert und steu ert die monostabile Kippstufe 33 in ihren instabilen Schaltzustand. Während dieses instabilen Schaltzustandes der monostabilen Kippstufe 33 wird der Schalttransistor 32 leitend und schaltet den Widerstand 31 zu dem Wider stand 14 der Brückenschaltung parallel. Dadurch wird die Brückenschaltung aus den Widerständen 10, 11, 12, 13 und 14 stark verstimmt und zwar in dem Sinne, daß der Regel verstärker 15 zur Kompensation dieser Verstimmung einen erhöhten Strom für die Brückenschaltung liefert. Dieser höhere Strom heizt den temperaturabhängigen Widerstand 11 für die Dauer des instabilen Schaltzustandes der mono stabilen Kippstufe auf eine über der normalen Betriebs temperatur liegende Temperatur auf, so daß Rückstände an der Oberfläche des temperaturabhängigen Widerstandes ver brennen.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn das Material des temperaturabhängigen Widerstandes 11 aus strukturstabilisiertem Platindraht besteht, weil dieses Material besonders gut geeignet ist, auf hohe Tempera turen erhitzt zu werden. Dies ist für den Abbrennvorgang besonders wichtig.

Der Referenzwiderstand 12 ist zweckmäßigerweise ebenfalls in dem durch eine unterbrochene Linie 38 angedeuteten Strö mungsquerschnitt beispielsweise dem Ansaugrohr der Brenn kraftmaschine untergebracht, da dann die Verlustwärme des Referenzwiderstandes 12 durch die in Pfeilrichtung strö mende Luft abgeführt werden kann. Die Widerstände 13 und 14 sind zweckmäßigerweise als einstellbare Widerstände ausgebildet, damit das Temperaturverhalten des Regelkreises eingestellt werden kann.

In Fig. 2 ist mit 38 ein den Strömungsquerschnitt dar stellender Rohrkörper bezeichnet, der beispielsweise Teil des Ansaugrohres einer Brennkraftmaschine sein kann oder in ein Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine eingekoppelt ist. Am Umfang des Rohrkörpers 38 ist ein Anschlußkasten 40 vorgesehen, in dem eine Montageplatte 41 angeordnet ist. Der Anschlußkasten 40 dient zur Aufnahme der elektri schen Regeleinrichtung 16, die zweckmäßigerweise als Hybridschaltkreis 42 ausgebildet ist, der beispielsweise auf die Montageplatte 41 geklebt ist. Auf die Montageplatte 41 kann ebenfalls der als Darlingtonstufe 25 ausgebildete Leistungstransistor 25 geklebt sein, der durch Bonder 43 mit der Hybridschaltung 42 kontaktiert ist. Die Anordnung des Leistungstransistors 25 auf der Montageplatte erlaubt eine gute Wärmeabfuhr der am Leistungstransistor entste henden Wärme. In der Montageplatte 41 ist eine Öffnung 45 vorgesehen, durch die die Kontakte 46 der Brückenelemente 10, 11, 12, die wie weiter unten beschrieben wird in einem Sondenring im Strömungsquerschnitt 38 angeordnet sind, in das Innere des Anschlußkastens 40 ragen. Am Anschlußkasten 40 ist ein Mehrfachstecker 47 angeordnet, dessen Stecker zungen 48 (Fig. 4) mit ins Innere des Anschlußkastens 40 ragenden Kontaktdrähten 49 verbunden sind. Die Hybridschal tung 42 ist ebenfalls mit einer Kontaktleiste 50 versehen. In Explosionsdarstellung ist in Fig. 2 eine Leiterplatte 52 dargestellt, die Leiterbahnen 53 aufweist, und die im Bereich der Leiterbahnen 53 Öffnungen aufweist, durch die im montierten Zustand der Leiterplatte 52 die Kontakte 46, 49, 50 ragen und durch Löten, beispielsweise Tauch- oder Schwallöten mit den Leiterbahnen verbunden sind. Die Ver bindung von Hybridschaltung 42, Elementen der Brückenschal tung 10, 11, 12 und dem Mehrfachstecker 47 durch die Lei terplatte 52 gewährleistet kurze Stromwege, so daß Zuleitungs widerstände vernachlässigbar klein sind und Wackelkontakte und Störeinflüsse durch Einstreuungen, beispielsweise bei der Verwendung im Kraftfahrzeug durch die Zündanlage, ver mieden werden. Weiterhin sind alle Lötstellen leicht zu gänglich und damit kontrollierbar. Mit der Leiterplatte 52 kann ebenfalls ein Einstellpotentiometer 54 verbunden sein, das bei einer Verwendung der Vorrichtung zur Luft massenmessung in der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen dazu dient, ein bestimmtes Kraftstoff-Luft-Verhältnis ein zustellen.

Das Einstellpotentiometer 54 ist, wie in Fig. 1 darge stellt ist, mit der Brückenschaltung zwischen dem Referenz widerstand 12 und dem Widerstand 14 verbunden und liegt über einen Widerstand 55 an Plus. Vorteilhafterweise ist die Leiterplatte 52 über einen Rahmen 57 auf der Montage platte 41 montiert, der entsprechend der Darstellung in Fig. 4 sich in Richtung der Leiterplatte 52 hin verjün gende Durchführungen 58 aufweist, die eine leichtere Einfädelung der Kontakte 46, 49, 50 in die Leiterplatte 52 ermöglichen.

Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist im Rohr körper 38 durch einen Steg 60 ein Sondenring 61 gelagert, in dem über Stützpunkte 62 der Hitzdraht 11 geführt ist. Stromaufwärts des Hitzdrahtes 11 ist im Sondenring 61 der Kompensationswiderstand 10 in der Mediumströmung angeord net. Die Stromzuführungen der Brückenelemente 10, 11, 12 erfolgen im Innern des Steges 60. Das Einstellpotentiometer 54 ist durch eine Betätigungsschraube 63 einstellbar, die im Anschlußkasten 40 gelagert ist. Zwischen Betätigungs schraube 63 und Einstellpotentiometer 54 ist ein Verbin dungselement 64 angeordnet. Die Betätigungsschraube 63 wird von außen durch eine in die Wandung des Anschluß kastens 40 eingepreßte Sicherungskappe 65 abgedeckt, die ein unbefugtes Betätigen der Betätigungsschraube 63 da durch erkennen läßt, daß die Sicherungskappe nur nach Zerstörung entfernt werden kann. Der Anschlußkasten 40 ist nach außen durch einen Deckel 66 verschlossen.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 bis 4 gleich gebliebenen Elemente durch die gleichen Be zugszeichen gekennzeichnet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind in Dickschichttechnik die Leiterbahnen 53 auf der gleichen, beispielsweie als Keramikplatte 68 ausgebildeten Trägerplatte 68 aufgebracht, auf der auch die Hybridschaltung 42 aufgebracht ist, wobei eine direkte Kontaktierung zwischen den Leiterbahnen 53 und der Hybrid schaltung 42 erfolgen kann. Es ist also bei diesem Aus führungsbeispiel keine gesonderte Leiterplatte 52 erforder lich. Die Anzahl der Kontaktierungsstellen zwischen den Elementen der Brückenschaltung und dem Mehrfachstecker verringert sich, was eine Erhöhung der Zuverlässigkeit zur Folge hat.

Der Sondenring 61 kann in wenigstens einer in Mediumströ mungsrichtung verlaufenden Ebene teilbar ausgebildet sein, wodurch sich eine leichtere Montage der Elemente 10, 11, 12 der Brückenschaltung ergibt. Wie in Fig. 5 dargestellt, kann der Referenzwiderstand 12 als Drahtwicklung im Sonden ring 61, stromabwärts des Hitzdrahtes 11 angeordnet sein. Die Anordnung des Referenzwiderstandes 12 sollte dabei möglichst so sein, daß die Mediumströmung für eine gute Wärmeabfuhr der an diesem Widerstand entstehenden Wärme sorgt.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, insbe sondere zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen, mit mindestens einem in einem vom Medium durchströmten Rohrkörper ange ordneten, als Hitzdraht ausgebildeten temperaturabhängigen Wider stand, dessen Temperatur und/oder Widerstand durch eine als elektri sche Schaltung ausgebildete, außerhalb des Rohrkörpers befindliche Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der strömenden Masse geregelt wird, wobei die Stellgröße ein Maß für die Masse des strömenden Mediums ist, und der ebenso wie ein weiterer im Mediumstrom angeordneter temperaturabhängiger Widerstand ein Element einer mit der Regeleinrichtung elektrisch leitend verbundenden Brückenschaltung ist, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (11) von einem zum anderen Drahtende über Stützpunkte (62) in einem im Rohrkörper (38) gelagerten Sondenring (61) geführt wird und die Regeleinrichtung (16) innerhalb eines Anschlußkastens (40) auf einer Montageplatte (41) angeordnet und durch Leiterbahnen (53) auf einer Leiterplatte (52) einerseits mit einem außen am Anschlußkasten (40) angeordneten Mehrfachstecker (47) und andererseits mit den im Rohrkörper (38) angeordneten Elementen (10, 11, 12) der Brückenschaltung (10, 11, 12, 13, 14) elektrisch verbindbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung (16) als Hybridschaltkreis ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung (16) mit Ausnahme eines Leistungstransistors (25) als Hybridschaltkreis ausge bildet ist und Hybridschaltkreis und Leistungstransistor (25) auf der Montageplatte (41) befestigt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß auf der Montageplatte (41) eine Träger platte (68) befestigt ist, auf der die Hybridschaltung (16) aufgebracht ist und die gleichzeitig als Leiter platte (52) mit darauf aufgebrachten Leiterbahnen (53) dient.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen Montageplatte (41) und Leiter platte (52) ein Rahmen (57) angeordnet ist, der in Richtung zur Leiterplatte (52) hin sich verjüngende Durchführungen (58) aufweist, durch die mit den Leiter bahnen (53) kontaktierte Kontakte (46, 49, 50) der Brückenelemente (10, 11, 12), des Hybridschaltkreises (16) und des Mehrfachsteckers (47) ragen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß an der Leiterplatte (52) ein Einstell potentiometer (54) befestigt ist, dessen Kontakte über Leiterbahnen (53) mit dem Hybridschaltkreis (16) ver bunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenring (61) in we nigstens einer in Mediumströmungsrichtung verlaufenden Ebene teilbar ausgebildet ist.