DE3608538A1

DE3608538A1 - Schaltungsanordnung mit einer in brueckenschaltung betriebenen stroemungssonde

Info

Publication number: DE3608538A1
Application number: DE19863608538
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Kleinhans
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1987-09-17
Also published as: KR880701370A; US4807470A; JPS63502693A; WO1987005695A1

Description

Stand der Technik

Ein bekanntes Kraftstoffzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine arbeitet mit einer in Brückenschaltung betriebenen Strömungssonde zur Bestimmung der exakten Luftmasse. Die Strömungssonde ist als Hitzdraht-Luftmassenmesser ausgestaltet. die nach dem Konstanttemperatur-Prinzip arbeitet. Der Hitzdraht wird dabei von einem ihn durchfließenden Heizstrom aufgeheizt, wobei der Heizstrom durch einen elektronischen Regler auf eine solche Höhe eingestellt wird, daß die Betriebstemperatur des temperaturabhängigen Widerstandes des Hitzdrahtes praktisch konstant bleibt. Die Höhe des Heizstromes liefert dann eine sichere und genaue Information über den zeitlichen Mittelwert der Ansaugluftmenge. Die Ausgangsgröße einer derartigen Meßeinrichtung steht jedoch in einem nichtlinearen Zusammenhang zur angesaugten Luftmasse. Bei der bekannten Schaltungsanordnung wird das von der Strömungssonde gelieferte Ausgangssignal von einem Digitalsteuergerät ausgewertet. Dies ist jedoch erst nach einer zuvor durchgeführten Analog-Digital-Wandlung möglich. Bei dieser Umsetzung ist wiederum ein genaues Spannungsreferenzelement als Bezugsquelle der absoluten Spannung erforderlich. Diese bekannte Schaltungsanordnung, die auch jede Abhängigkeit des Ausgangssignals der Strömungssonde von der Versorgungsspannung weitgehend ausregelt, ist jedoch sehr komplex und aufwendig.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer in Brückenschaltung betriebenen Strömungssonde mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß sie besonders einfach und kostengünstig ausgelegt ist und daher insbesondere auch für Anwendungsfälle geeignet erscheint, die eine möglichst präzise Ermittlung der Luftmasse bei möglichst geringem Aufwand erfordern.

Die Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß das Ausgangssignal der Strömungssonde der angelegten Versorgungsspannung proportional ist. Eine hochpräzise Spannungsreferenzquelle in dem das Ausgangssignal auswertenden Steuergerät kann daher entfallen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Stromlaufplan der Schaltungsanordnung und Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung eines in der Schaltungsanordnung vorgesehenen Integrators.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt den Stromlaufplan der Schaltungsanordnung. Es ist eine aus den Widerständen R _K, R ₂, R _M und R _H bestehende Brückenschaltung vorgesehen, die nach Schließen eine Schalters S 1 vom Strom I _K einer Konstantstromquelle durchflossen wird. R _H ist dabei der Widerstand der als Hitzdraht ausgebildeten Strömungssonde, die im Strömungsquerschnitt des Ansaugkanals der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Eine Brückendiagonale ist mit Eingangsanschlüssen eines Komparators K 1 verbunden, dessen Ausgangsanschluß an den R-Eingang (Reset) einer bistabilen Kippstufe FF 1 geführt ist. Der S-Eingang der bistabilen Kippstufe FF 1 ist von einem Oszillator O mit der Ausgangsfrequenz f _o triggerbar. Der Q-Ausgang der bistabilen Kippstufe FF 1 betätigt den Schalter S 1 der die Brückenschaltung R _K, R ₂, R _H, R _M, an die Konstantstromquelle I _K legt, während der Q-Ausgang der bistabilen Kippstufe FF 1 an den Basisanschluß eines Transistors T 1 geführt ist, dessen Kollektoranschluß über den Lastwiderstand R _L mit dem Pluspol der Versorgungsspannung U _B verbunden ist. Der Eingangsanschluß des die Ausgangsspannung U _A liefernden Integrators I ist ebenfalls mit dem Kollektoranschluß des Transistors T ₁ verbunden.

Zum Zeitpunkt t 1 wird die bistabile Kippstufe FF 1 durch das Ausgangssignal des Oszillators O mit der Frequenz f _o gesetzt und über den Q-Ausgang der Schalter S 1 geschlossen, der die Brückenschaltung R _K, R ₂, R _H, R _M, mit der Konstantstromquelle I _K verbindet. Gleichzeitig wird über den Q-Ausgang der bistabilen Kippstufe FF 1 der Transistor T 1 gesperrt, so daß am Eingang des Integrators I die Betriebsspannung U _B liegt. Nach Schließen des Schalters S 1 fließt ein konstanter Strom I _K in die Brückenschaltung und heizt R _H, der einen relativ niedrigen Kaltwiderstand aufweist soweit auf bis die Brückenschaltung sich im Gleichgewicht befindet. Zu diesem Zeitpunkt T _E ändert der Komparator K 1 seinen Ausgangszustand und veranlasst das Zurücksetzen (Reset) der bistabilen Kippstufe FF 1 mit der Folge, daß über deren Q-Ausgang einerseits der Transitor T ₁ durchgeschaltet und andererseits über deren Q-Ausgang der Schalter S 1 wieder geöffnet wird.

Das Ausgangssignal U _A der Brückenschaltung hängt nach folgender Beziehung von der anströmenden Luftmasse ab:

U _A = k · √g( ) (1)

In dieser Formel ist k eine Konstante und g ( ) eine nichtlineare Kennlinienfunktion.

Mit der King'schen Formel

I _H ² · R _H = g ( ) Δ T, (2)

in der I _H den Heizstrom R _H den elektrischen Widerstand der Strömungssonde (Hitzdraht) und Δ T die Temperaturdifferenz zwischen der erhitzten Strömungssonde und der Ansaugluft bedeuten, erhält man für die Schaltungsanordnung nach Fig. 1:

T _i · f _o · I _K ² · R _H= g ( ) · Δ T (3)

Bei genügend hoher Frequenz f _o ist R _H und damit Δ T in etwa konstant.

Mit

T _o = 1/f _o (4)

ergibt sich als Tastverhältnis:

Für die Ausgangsspannung U _A des Integrators I gilt damit folgende Beziehung:

Das heißt also, daß die Ausgangsspannung U _A des Integrators I in der gewünschten Weise proportional zur Betriebsspannung U _B ist.

Die einzelnen Spannungsverläufe in Abhängigkeit von der Zeit sind in Fig. 2 dargestellt. Als gestrichelte Kurve gezeichnet ist die Betriebsspannung U _B, die zum Zeitpunkt t 1 zunächst etwa 12 V beträgt, zum Zeitpunkt t 2 aber auf etwa 16 V ansteigt. Die ausgezogenen Kurventeile stellen die Eingangsspannung U _E am Eingang des Integrators I dar, die taktweise Werte zwischen 0 V und 12 V bzw. 16 V annimmt.

Der strichpunktierte Kurvenverlauf repräsentiert schließlich die Ausgangsspannung U _A am Integrator I. Die Ausgangsfrequenz f _o des Oszillators O wird zweckmäßig derart bemessen, daß der Widerstand R _H der Strömungssonde im Betriebszustand einen im wesentlichen konstanten Wert annimmt. Die Ausgangsfrequenz f _o liegt zweckmäßig zwischen 1 kHz und 10 kHz, vorzugsweise zwischen 2 kHz und 8 kHz. Der Widerstand R _H der Strömungssonde liegt dabei etwa zwischen 1,5 und 3,5 Ohm.

Claims

1. Schaltungsanordnung mit einer in Brückenschaltung betriebenen Strömungssonde mit Mitteln zur Feststellung des Brückengleichgewichts, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die bei Erreichen des Brückengleichgewichts nach Anschluß der Brückenschaltung an die Betriebsspannung die Verbindung der Brückenschaltung zur Betriebsspannungsquelle unterbrechen, bzw. die Verbindung nach Erreichen eines vorgebbaren Ungleichgewichts der Brückenschaltung wieder herstellen und jeweils während der Dauer der Unterbrechung eine Integratorschaltung mit der Betriebsspannungsquelle verbinden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brückendiagonale an den Eingangsanschlüssen eines Komparators (K 1) liegt, dessen Ausgangsspannung an den R-Eingang einer bistabilen Kippstufe (FF 1) geführt ist und deren S-Eingang durch das Ausgangssignal eine Oszillators (O) triggerbar ist, das weiter der Q-Ausgang der Kippstufe (FF 1) mit einem Brückenschaltung und Betriebsspannungsquelle taktweise verbindenden, bzw. trennenden Schaltelement (S 1) verbunden ist, und daß der Q-Ausgang der bistabilen Kippstufe (FF 1) mit dem Basisanschluß eines Transistors (T 1) verbunden ist, der jeweils beim Schließen des Schaltelements (S 1) einen Integrator (I) an die Betriebsspannung legt.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsfrequenz (f _o) des Oszillators (O), derart bemessen ist, daß der Widerstand (R _H) der Strömungssonde im wesentlichen einen konstanten Wert annimmt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsfrequenz (f _o) des Oszillators (O) zwischen 1 kHz und 10 kHz, vorzugsweise zwischen 2 kHz und 8 kHz liegt.