DE2911631C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums nach der Gattung des Hauptanspruchs. In der DE-OS 28 45 662 wird eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums vorgeschlagen, bei der als temperaturabhängiger Widerstand ein Hitzdraht verwendet wird, der in einem innerhalb ei­ nes Rohrkörpers befestigten Sondenring als Element einer Brücken­ schaltung über mehrere Einspannstellen straff ausgespannt ist. Die Brückenschaltung steht mit einer auf einer Montageplatte in einem außen am Rohrkörper befestigten Anschlußkasten befestigten, als elektrische Schaltung ausgebildeten elektrischen Regeleinrichtung in Verbindung. Die Befestigung des Sondenringes erfolgt in einer Mon­ tageöffnung am Innenmantel des Rohrkörpers, wobei die elektrische Verbindung zu den Elementen der elektrischen Regeleinrichtung über in den Anschlußkasten führende Verbindungsdrähte erfolgt. Der Nach­ teil dieses Strömungsmessers besteht darin, daß die Montage des Son­ denringes innerhalb des Rohrkörpers sehr aufwendig und ein späterer Zugriff zu den Elementen der Brückenschaltung nur nach dem Ausbau der Vorrichtung als Ganzes möglich ist. Außerdem können, vor allem an den frei verlaufenden Verbindungsdrähten, Wackelkontakte auftre­ ten oder Zuleitungsblindwiderstände entstehen. Bei Verwendung der Vorrichtung im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine sind außerdem Meßungenauigkeiten aufgrund von Störeinflüssen durch Einstreuungen, beispielsweise von der Zündanlage, möglich.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vor­ richtung so zu verbessern, daß eine leichte Montierbarkeit und Zu­ gänglichkeit des Sondenringes, der Elemente der Brückenschaltung und der elektrischen Regeleinrichtung gewährleistet ist, insbesondere auch im Hinblick auf eventuelle Nacheichungen und Reparaturen. Dabei soll die Gefahr von Wackelkontakten weitgehend ausgeschlossen sein, Zuleitungswiderstände zwischen der Brückenschaltung und der elektri­ schen Regeleinrichtung sollen entfallen und, insbesondere bei Ver­ wendung der Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug, Störeinflüsse durch Einstreuungen, beispielsweise von der Zündanlage vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merk­ male des Hauptanspruches gelöst. Von Vorteil ist insbesondere die leichte Montierbarkeit der Vorrichtung, die Bauteile Sondenring, Brückenschaltung und elektrische Regeleinrichtung sind leicht zu­ gänglich, was insbesondere im Hinblick auf Nacheichungen und Repara­ turen günstig ist, da derartige Eingriffe keinen Ausbau der voll­ ständigen Vorrichtung erfordern. Wackelkontakte werden weitgehend vermieden, Zuleitungswiderstände zwischen der Brückenschaltung und der elektrischen Regeleinrichtung entfallen und Störeinflüsse durch Einstreuungen der Zündanlage werden vermieden. Weiterhin erlaubt die kompakte, leicht montierbare Anordnung eine wirtschaftliche Ferti­ gung der Vorrichtung.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist 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 im Längs­ schnitt,

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

Fig. 4 eine perspektivische Teildarstellung der Vorrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

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 Brückendiagonale 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 parallel geschaltet. 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 die 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 an, 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 Brückenschaltung 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 39 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 Strom 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 den Fig. 2 und 3 ist mit 38 ein den Strömungsquer­ schnitt darstellender Rohrkörper bezeichnet, der beispiels­ weise aus Kunststoff gefertigt Teil des Ansaugrohres einer Brennkraftmaschine sein kann oder in ein Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine eingekoppelt ist. Am Umfang des Rohr­ körpers 38 ist ein Anschlußkasten 40 vorgesehen, in dessen Bereich der Rohrkörper 38 eine Montageöffnung 44 aufweist, in die ein Einsatzkörper 51 einsteckbar und am Rohrkörper 38 befestigbar ist. Der Einsatzkörper 51 dient zur Aufnahme der elektrischen Regeleinrichtung 16, die zweckmäßigerweise als Hybridschaltkreis 42 ausgebildet ist, der beispielsweise auf eine mit dem Einsatzkörper 51 verbundene Montageplatte 41 geklebt ist. Auf die Montageplatte 41 kann ebenfalls der als Darlingtonstufe 25 ausgebildete Leistungstransistor 25 geklebt sein (Fig. 4), der durch Bonder 43 mit der Hybrid­ schaltung 42 kontaktiert ist. Die Anordnung des Leistungs­ transistors 25 auf der Montageplatte erlaubt eine gute Wärme­ abfuhr der am Leistungstransistor entstehenden Wärme, ins­ besondere bei aus Metall gefertigtem Einsatzkörper 51. 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 Strö­ mungsquerschnitt 38 angeordnet sind, in das Innere des Anschlußkastens 40 ragen. Am Anschlußkasten 40 ist ein Mehrfachstecker 47 angeordnet, dessen Steckerzungen 48 (Fig. 3) mit ins Innere des Anschlußkastens 40 ragenden Kontaktdrähten 49 verbunden sind.

Wie auch in Fig. 4 dargestellt, sind in Dickschicht­ technik Leiterbahnen 53 auf der gleichen, beispielsweise als Keramikplatte ausgebildeten Trägerplatte 68 aufge­ bracht, auf der auch die Hybridschaltung 42 aufgebracht ist, wobei eine direkte Kontaktierung zwischen Leiter­ bahnen 53 und der Hybridschaltung 42 erfolgen kann. Es ist also keine gesonderte Leiterplatte erforderlich. Die An­ zahl der Kontaktierungsstellen zwischen den Elementen der Brückenschaltung und dem Mehrfachstecker verringert sich, was eine Erhöhung der Zuverlässigkeit zur Folge hat.

An der Trägerplatte 68 sind ebenfalls Kontaktleisten 50 vorgesehen, die einerseits mit der Hybridschaltung 42 über die Leiterbahnen 53 und andererseits mit Kontaktdrähten 49 des Mehrfachsteckers 47, Kontakten 46 der Brückenelemente 10, 11, 12 und Kontaktdrähten 52 eines Einstellpotentio­ meters 54 verbunden sind. Das Einstellpotentiometer 54, das bei einer Verwendung der Vorrichtung zur Luftmassen­ messung in der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen dazu dient, ein bestimmtes Kraftstoff-Luft-Verhältnis einzu­ stellen, kann auf der Montageplatte 41 befestigt sein und ist, wie in Fig. 1 dargestellt, mit der Brückenschaltung zwischen dem Referenzwiderstand 12 und dem Widerstand 14 verbunden und liegt über einen Widerstand 55 am Plus.

Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist an dem Einsatzkörper 51 durch einen Steg 60 ein Sondenring 61 in den Rohrkörper 38 ragend gelagert, in dem über Stütz­ punkte 62 der Hitzdraht 11 geführt ist. Stromaufwärts des Hitzdrahtes 11 ist im Sondenring 61 der Kompensationswi­ derstand 10 in der Mediumströmung angeordnet. Die Strom­ zuführungen der Brückenelemente 10, 11, 12 erfolgen im Innern des Steges 60. Der Anschlußkasten 40 ist nach aus­ sen durch einen Deckel 66 verschlossen.

Durch die Ausgestaltung der Vorrichtung mit dem Einsatz­ körper 51, mit dem die Montageplatte 41 und der Sonden­ ring 61 über den Steg 60 verbunden sind, ergibt sich eine leichtere Montierbarkeit des Sondenringes 61, der Elemente der Brückenschaltung, der elektrischen Schal­ tung 16 der elektrischen Regeleinrichtung, des Einstell­ potentiometers 54 und eine leichtere Kontaktierung an den Kontaktleisten 50 durch Schweißen oder Löten, da nun nach der Montage der Einzelelemente an dem Einsatz­ körper 51 der Einsatzkörper 51 als für sich handhabbares Element in die Montageöffnung 44 des Rohrkörpers 38 ein­ steckbar und an dem Rohrkörper befestigbar ist. So läßt sich auch bei eventuell erforderlichen Nacheichungen oder Reparaturen der Einsatzkörper 51 als ganzes aus dem Rohrkörper 38 herausziehen, so daß eine leichte Zugänglichkeit gewährleistet ist.

Claims (3)

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 Me­ diums ist, und der ebenso wie ein weiterer im Mediumstrom angeordne­ ter temperaturabhängiger Widerstand ein Element einer mit der Regel­ einrichtung elektrisch leitend verbundenen Brückenschaltung ist, wo­ bei der temperaturabhängige Widerstand von einem zum anderen Draht­ ende über Stützpunkte in einem in einer Montageöffnung des Rohr­ körpers befestigten Sondenring geführt wird und die Regeleinrichtung innerhalb eines Anschlußkastens auf einer Montageplatte angeordnet und durch Leiterbahnen auf einer Leiterplatte einerseits mit einem außen am Anschlußkasten angeordneten Mehrfachstecker und anderer­ seits mit den im Rohrkörper angeordneten Elementen der Brückenschal­ tung elektrisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mon­ tageplatte (41) und der Sondenring (61) über einen Einsatzkörper (51) miteinander verbunden sind, der in die Montageöffnung (44) von außen steckbar und am Rohrkörper (38) befestigbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzkörper (51) aus Metall ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rohrkörper (38) aus Kunststoff ausgebildet ist.