DE3932304A1 - Verfahren und vorrichtung zur temperatursteuerung eines messwiderstands - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tempera­ tursteuerung eines eine strömende Fluidmasse erfas­ senden Meßwiderstands, insbesondere eines Hitz­ drahts oder Heißfilms eines Luftmassenmessers einer Brennkraftmaschine, der während des Meßbetriebs durch Stromfluß eine Betriebstemperatur aufweist.

In der Fahrzeugelektronik dienen z. B. sogenannte Hitzdraht-Luftmassenmesser zur Erfassung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse. Da­ bei wird der Ansaugluftstrom an einem einen Meßwi­ derstand darstellenden, beheizten Draht vorbeige­ leitet. Der Meßwiderstand ist Teil einer elektri­ schen Brückenschaltung und wird durch den ihn durchfließenden Strom auf eine konstante Betrieb­ stemperatur (Meßtemperatur) gehalten. Durch dieses Prinzip ist der benötigte Heizstrom ein Maß für die vom Motor angesaugte Luftmasse. Dem Luftmassen­ durchsatz entsprechende Daten werden einem Steuer­ gerät zur Einstellung optimaler Betriebspunkte der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs zugeleitet.

Es ist bekannt, den Hitzdraht eines Hitzdraht-Luft­ massenmessers nach jedem Abschaltvorgang der Brenn­ kraftmaschine von Schmutzpartikeln und dergleichen freizubrennen. Hierzu wird der Hitzdraht mit einem entsprechend großem Strom beaufschlagt, so daß er Temperaturen von etwa 1000°C annimmt. Das Wieder­ holungsintervall zum Freibrennen ist abhängig von der Geschwindigkeit des Schmutzaufbaues am Hitz­ draht. Es hat sich gezeigt, daß das beschriebene Freibrennen nicht immer ausreicht, um die Oberflä­ che des als Hitzdraht ausgebildeten Meßwiderstands zu reinigen. Verschmutzungen führen jedoch zu Fehl­ messungen; das heißt, der erfaßte Luftmassendurch­ satz ist fehlerbehaftet.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperatursteue­ rung eines eine strömende Fluidmasse erfassenden Meßwiderstands hat demgegenüber den Vorteil, daß unabhängig von den Abstellintervallen eine Reini­ gung des Meßwiderstands erfolgen kann. Diese Reini­ gung erfolgt während der Betriebsphase, in der die zu messende Fluidmasse nicht strömt, also kein Fluidmassendurchsatz vorliegt. Die Erhitzung des Widerstandes wird dabei auf eine Übertemperatur ge­ genüber der im Meßbetrieb vorliegenden Betriebstem­ peratur vorgenommen, so daß aufgebaute Verunreini­ gungen entfernt werden. Da während einer strömungs­ freien bzw. im wesentlichen strömungsfreien Be­ triebsphase eine Meßwiderstandserhitzung vorgenom­ men wird, läßt sich schon mit relativ geringen Strömen die notwendige Temperatur erzeugen, denn aufgrund der fehlenden Fluidbewegung wird dem Wi­ derstand nur wenig Energie entzogen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Erhitzung nur bis auf eine Übertemperatur erfolgt, die noch zu keinem Festigkeitsabfall des Meßwiderstands führt. Insbesondere im Falle eines als Hitzdraht ausgebil­ deten Meßwiderstands ist eine extreme Erhitzung mit einer mechanischen Schwächung verbunden. Um eine hohe Lebensdauer des Widerstands sicherzustellen, wird eine Übertemperatur von etwa 300 bis 400°C gewählt. Die Übertemperatur liegt daher wesentlich unter der sonst üblichen Freibrenntemperatur von ca. 1000°C. In dem Bereich der Übertemperatur be­ steht noch die volle mechanische Festigkeit des Meßwiderstands, da - bei einem Hitzdraht - erst ober­ halb etwa 500°C ein Festigkeitsabfall beginnt. Die selbstverständlich reduzierte Wirkung des Reini­ gungsvorganges im Bereich zwischen 300 und 400°C wird jedoch durch die Häufigkeit des Vorganges kom­ pensiert, da - wie bereits ausgeführt - stets während des Meßbetriebs immer dann eine Erhitzung erfolgen kann, wenn eine strömungsfreie Betriebsphase vor­ liegt. Durch die häufige Annahme der Übertemperatur wird bei einem Hitzdraht-Luftmassenmesser eines Kraftfahrzeugs zumindest der Ölnebel und andere or­ ganische Substanzen abgebrannt, so daß diese Verun­ reinigungen nicht als Haftvermittler für Staub und dergleichen wirken können.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Erhitzung auf die Übertemperatur bei einem Brennkraftmaschinen- Luftmassenmesser während der Schubphasen des Fahr­ betriebs erfolgt, in denen die Drosselklappe der Brennkraftmaschine geschlossen bzw. nahezu ge­ schlossen ist. In diesen Schubphasen, das heißt, wenn der Fahrer des Fahrzeugs kein "Gas" gibt, nimmt die Drosselklappe der Brennkraftmaschine ihre Schließstellung ein, so daß eine strömungsfreie Be­ triebsphase vorliegt (der für den Leerlaufbetrieb benötigte und auch während der Schubphasen vorlie­ gende Luftmassendurchsatz erfolgt über einen By­ pass, der die Drosselklappe umgeht).

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine in einem Freibrenn-Betrieb eine Meßwiderstandserhitzung auf eine Freibrenntemperatur, die größer als die Über­ temperatur ist. Es sind also verschiedene Be­ triebszustände zu unterscheiden: 1. der Meßbetrieb, in dem der Meßwiderstand auf einer konstanten Be­ triebstemperatur gehalten wird; 2. der Übertempera­ tur-Betrieb, der während einer strömungsfreien bzw. im wesentlichen strömungsfreien Betriebsphase eingenommen wird und zu einer Erhitzung des Meßwi­ derstands auf eine Übertemperatur (vorzugsweise 300 bis 400°C) führt, die größer als die Betriebstem­ peratur ist und 3. der Freibrenn-Betrieb, bei dem eine sehr starke Erhitzung des Meßwiderstands vor­ genommen wird, das heißt, die Freibrenntemperatur (ca. 1000°C) ist wesentlich größer als die Über­ temperatur. Wesentliches Unterscheidungsmerkmal des Übertemperatur-Betriebs zum Freibrenn-Betrieb ist einerseits die Temperatur des Meßwiderstands und andererseits der Betriebszustand in dem sich die Brennkraftmaschine befindet, da ein Freibrennen nur nach dem Ausschalten der Brennkraftmaschine er­ folgt, der Übertemperatur-Betrieb jedoch während einer speziellen Betriebsphase (Schubbetrieb) der Brennkraftmaschine vorgenommen wird.

Die Temperatureinstellung des Meßwiderstands er­ folgt vorzugsweise durch Einstellung des ihn durch­ setzenden Stroms.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Übertemperatur durch einen getakteten Freibrenn-Betrieb erzeugt wird. Dem Freibrenn-Betrieb liegt ein ganz bestimmter Meßwi­ derstandsstrom zugrunde, der eine Erhitzung auf etwa 1000°C bewirkt. Sofern dieser Stromfluß ge­ taktet, also zeitlich in einem bestimmten Rhythmus unterbrochen wird, stellt sich eine niedrigere Tem­ peratur, die Freibrenntemperatur, ein. Bei entspre­ chendem Taktverhältnis läßt sich daher eine Über­ temperatur von etwa 300 bis 400°C auf einfache Weise erzeugen. Um die während des Übertemperatur- Betriebs vorliegende Meßwiderstandstemperatur er­ fassen zu können, wird eine während dieses Betriebs an einem in Reihe zum Meßwiderstand liegenden Wi­ derstand abfallende Spannung als Maß für die Tempe­ raturerfassung herangezogen. Dieses ist insbeson­ dere deshalb möglich, weil erfindungsgemäß der Übertemperatur-Betrieb in einer strömungsfreien Be­ triebsphase erfolgt, mithin liegt keine Kühlung des Meßwiderstands durch das strömende Fluid vor.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Temperatursteuerung eines eine strömende Fluidmasse erfassenden Meßwiderstands, insbesondere eines Hitzdrahts oder Heißfilms eines Luftmassenmessers einer Brennkraftmaschine, der während des Meßbe­ triebs durch Stromfluß eine Betriebstemperatur auf­ weist, wobei eine Brückenschaltung mit mehreren Brückenzweigen vorgesehen ist und in einem der Brückenzweige der stromdurchflossene Meßwiderstand liegt sowie je nach durch die gewünschte Betriebs­ art vorgegebenes Auswerten der Daten bestimmter Brückenzweige ein Meßbetrieb oder ein der Reinigung der Meßwiderstandsoberfläche dienender Freibrenn- Betrieb erfolgt und wobei einer der Brückenzweige gegenüber dem den Meßwiderstand aufweisenden Brüc­ kenzweig derart abgestimmt ist, daß der Meßwider­ stand während einer von einer Steuereinrichtung er­ faßten strömungsfreien oder nahezu strömungsfreien Betriebsphase eine Übertemperatur annimmt, die zwi­ schen der Betriebstemperatur und der Freibrenntem­ peratur liegt. Die Anordnung ist insbesondere als Regelkreis aufgebaut. Dieses bedeutet, daß die Größe einer die Brückenschaltung versorgenden Be­ triebsspannung in Abhängigkeit vom Verstimmungsgrad der Brückenschaltung eingestellt wird. Sämtliche Brückenzweige sind jeweils als Spannungsteiler auf­ gebaut. Während des Meßbetriebs wird die Größe der Betriebsspannung durch Signale in einem Brücken­ querzweig bestimmt, der zwischen dem den Meßwider­ stand aufweisenden Brückenzweig und einem Referenz­ brückenzweig ausgebildet ist. Im Freibrenn-Betrieb hingegen wird die Betriebsspannung von den Verhält­ nissen eines Brückenquerzweigs bestimmt, der zwi­ schen dem den Meßwiderstand aufweisenden Zweig und einem Freibrenn-Brückenzweig liegt. Erfindungsgemäß ist ein weiterer Brückenzweig vorgesehen, dessen Spannungsteilerverhältnis während strömungsfreier Betriebsphasen die Übertemperatur am Meßwiderstand einstellt. Die Brückenabstimmung in dem Brücken­ querzweig, der zwischen dem den Meßwiderstand auf­ weisenden Brückenzweig und einem Übertemperatur­ brückenzweig vorliegt, bestimmt somit den Betriebs­ punkt des Meßwiderstands.

Bevorzugt erfolgt die aufgrund der gewünschten Be­ triebsart bestimmte Anwahl der Brückenzweige durch schwellenabhängige Ansteuerung der Steuer­ einrichtung. Beispielsweise sind drei verschieden große Ansteuerspannungen oder Ansteuerspannungsbe­ reiche vorgesehen, die jeweils einer Betriebsart zugeordnet sind. Erfolgt die Ansteuerung mit einer Spannung, die innerhalb eines der Ansteuerspan­ nungsbereiche liegt, so stellt sich die zugehörige Betriebsart ein.

Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Steuereinrichtung mehrere Eingänge aufweist, deren Ansteuerkombination die Auswahl der auszu­ wertenden Brückenzweige bestimmt. Die Einstellung der Betriebsart ist dann davon abhängig, ob und welche der Eingänge mit einem Ansteuersignal beauf­ schlagt sind.

Vorzugsweise sind jeder Betriebsart zwei, jeweils als Spannungsteiler aufgebaute Brückenzweige zuge­ ordnet, an deren Querzweig die Eingänge eines Ope­ rationsverstärkers anschließbar sind. Der Ausgang des Operationsverstärkers steuert - insbesondere un­ ter Zwischenschaltung eines Treibers - einen Lei­ stungshalbleiter an, der die Größe der Betriebs­ spannung (Brückenspannung) einstellt.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Tempe­ ratursteuerung eines Meßwiderstands,

Fig. 2 ein Flußdiagramm einer Vorrichtung zur Tem­ peratursteuerung eines Meßwiderstands, der in einer drei Brückenzweige aufweisenden Bückenschaltung an­ geordnet ist,

Fig. 3 ein Schaltbild gemäß dem Flußdiagramm der Fig. 2 und

Fig. 4a bis c verschiedene Zeitdiagramme der Schaltungen gemäß der Fig. 2 und 3.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Schaltung zur Temperatursteuerung eines eine strömende Fluidmasse erfassenden Meßwiderstands RH. Bei dem Meßwider­ stand RH handelt es sich um einen Hitzdraht eines Hitzdraht-Luftmassenmessers. Dieser wird zur Be­ stimmung des Luftmassendurchsatzes bei Brenn­ kraftmaschinen von Fahrzeugen eingesetzt. Der Hitz­ draht (Meßwiderstand RH) befindet sich im Ansaugka­ nal der Brennkraftmaschine, insbesondere im Bereich der Drosselklappe. Der Meßwiderstand RH bildet einen Teil einer Brückenschaltung 1, die einen Meßbrückenzweig 2, einen Referenzbrückenzweig 3, einen Freibrennbrückenzweig 4 und einen Übertempe­ raturbrückenzweig 5 aufweist.

Der Meßbrückenzweig 2 weist eine Reihenschaltung aus dem Meßwiderstand RH und einem Widerstand RM auf. Im Referenzbrückenzweig 3 liegt die Reihen­ schaltung eines Temperaturkompensationswiderstands RK, eines Widerstands R1 und eines Widerstands R2. Eine aus einem verstellbaren Widerstand R3 und ei­ nem Widerstand R4 gebildete Reihenschaltung befin­ det sich im Freibrennbrückenzweig 4. Der Übertemperaturbrückenzweig 5 wird von einer Reihen­ schaltung eines einstellbaren Widerstandes R5 mit einem Widerstand R6 gebildet. Jeweils ein Anschluß der Widerstände RM, R2, R4 und R6 liegt an Masse 6, an der auch eine Klemme 7 angeschlossen ist. Je­ weils ein Anschluß der Widerstände RH, RK, R3 und R5 ist an einen Summenpunkt 8 der Brückenschaltung 1 angeschlossen, der zum Emitter eines Transistors T1 führt. Der Kollektor des Transistors T1 ist an die Batteriespannung U_BAT des Fahrzeugs angeschlos­ sen. Die anderen, nicht zur Masse 6 führenden An­ schlüsse der Widerstände RM, R2, R4 und R6 stehen mit Verbindungspunkten 9, 10, 11 und 12 in Kontakt. An die Verbindungspunkte sind insgesamt drei Brückenquerzweige 13, 14 und 15 angeschlossen. Der Verbindungspunkt 9 steht mit einer Klemme 16 in Verbindung, die gegenüber der Klemme 7 eine Meß­ spannung U_M führt. Die Klemmen 16 und 7 liegen par­ allel zum Widerstand RM. Die Verbindungspunkte 9 und 10 (Brückenquerzweig 13) führen zu den beiden Eingängen eines Meß-Operationsverstärkers 17. Die Verbindungspunkte 9 und 11 (Brückenquerzweig 14) sind an die beiden Eingänge eines Freibrenn-Opera­ tionsverstärkers 18 angeschlossen. Bezüglich des Brückenquerzweigs 15 sind die beiden Verbindungs­ punkte 9 und 12 an einen Schubfreibrenn-Operations­ verstärker 19 angeschlossen. Dieser bildet zusammen mit den Widerständen R5 und R6 eine erfindungsge­ mäße Schubfreibrenneinheit 20, die in der Fig. 1 mit gestrichelter Linie umrahmt dargestellt ist.

Über einen steuerbaren Schalter S1 lassen sich die Ausgänge 21, 22 und 23 der Operationsverstärker 18, 19 und 20 auf den Eingang 24 eines Treibers 25 schalten, dessen Ausgang 26 zur Basis des Transi­ stors T1 führt.

Über eine lediglich gestrichelt angedeutete Wirk­ verbindung 27 läßt sich der steuerbare Schalter S1 von einem Operationsverstärker 28 betätigen. Der Operationsverstärker 28 weist einen Eingang 29 auf.

Es ergibt sich folgende Funktionsweise:
Im normalen Meßbetrieb ist der Ausgang 21 des Meß- Operationsverstärkers 17 mit dem Treiber 25 verbun­ den. Je nach den vorliegenden Verhältnissen im Brückenquerzweig 13 wird der Meß-Operationsverstär­ ker 17 ausgesteuert, der über den Schalter S1 und den Treiber 25 den Transistor T1 aussteuert, wo­ durch die zwischen dem Summenpunkt 8 und Masse 6 anstehende Brückenspannung eingestellt wird. Die Anordnung ist derart abgestimmt, daß der durch den Meßwiderstand RH fließende Strom stets so eingere­ gelt wird, daß die Temperatur am Meßwiderstand RH konstant ist. Dieses ist auch während des Meßbe­ triebs der Fall. Verändert sich diese Temperatur durch die am Meßwiderstand RH vorbeiströmende An­ saugluft der Brennkraftmaschine, so erfolgt eine entsprechende Nachregelung, das heißt, der durch den Meßbrückenzweig 2 fließende Strom wird entspre­ chend nachgestellt. Dieses führt zu einer Änderung des Spannungsabfalls am Widerstand RM, an dem eine Meßspannung U_M abgreifbar ist. Die Meßspannung U_M stellt somit ein Maß für die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmasse (Luftmassendurchsatz ) dar.

Im Zuge des Meßbetriebs wird die Oberfläche des Meßwiderstandes RH verschmutzt, was zu Fehlmessun­ gen führen kann. Aus diesem Grunde ist vorgesehen, daß nach Abschalten der Brennkraftmaschine der Aus­ gang 22 des Freibrenn-Operationsverstärkers 18 über den steuerbaren Schalter S1 mit dem Treiber 25 ver­ bunden wird. Aufgrund der vorliegenden Widerstands­ verhältnisse stellt sich im Brückenquerzweig 14 ein Zustand ein, der zum Durchsteuern des Transistors T1 führt, so daß sich die Brückenversorgungsspan­ nung zwischen dem Summenpunkt 8 und Masse 6 erheb­ lich vergrößert. Hierdurch vergrößert sich auch der durch den Meßwiderstand RH fließende Strom, so daß ein Freibrennen des Meßwiderstands RH (Hitzdraht) erfolgt. Dieser nimmt dabei Temperaturen um 1000°C an, wodurch alle Verunreinigungen entfernt werden.

Um auch während des laufenden Betriebes (ohne die Brennkraftmaschine abschalten zu müssen) eine Rei­ nigung der Oberfläche des Meßwiderstandes RH vor­ nehmen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in strömungsfreien bzw. in im wesentlichen strömungsfreien Betriebsphasen eine Erhitzung des Meßwiderstandes RH auf eine Übertemperatur Tü er­ folgt, die etwa zwischen 300 bis 400°C liegt.

Hierzu wird der Schalter S1 in eine Position gesteuert, in der er den Schubfreibrenn-Operati­ onverstärker 19 mit dem Treiber 25 verbindet, wo­ durch - aufgrund der Widerstandsverhältnisse in dem Meßbrückenzweig 2 und dem Übertemperaturbrücken­ zweig 5 - eine entsprechende Ansteuerung des Transi­ stors T1 erfolgt. Dieses führt zu einer Versor­ gungsspannung der Brückenschaltung 1, die durch den Meßwiderstand RH einen Strom treibt, der die ge­ nannte Erhitzung (Übertemperatur Tü) mit sich bringt. Die Übertemperatur Tü (300 bis 400°) ist größer als die Betriebstemperatur Tb des Meßwider­ stands RH während des Meßbetriebs.

Aus dem vorstehenden wird deutlich, daß für die verschiedenen Betriebsarten (Meßbetrieb, Übertempe­ ratur-Betrieb und Freibrenn-Betrieb) lediglich eine entsprechende Ansteuerung des Schalters S1 durch den Operationsverstärker 28 erfolgen muß. Insbeson­ dere ist eine schwellenabhängige Beaufschlagung des Eingangs 29 des Operationsverstärkers 28 für die Ansteuerung möglich. Wird an den Eingang 29 bei­ spielsweise eine Eingangsspannung zwischen 0 bis 2 Volt gelegt, so erfolgt ein Meßbetrieb. Bei Ein­ gangsspannungen zwischen 3 und 4 Volt wird der Übertemperatur-Betrieb eingenommen. Eingangsspan­ nung großer als 4,5 Volt führen zum Freibrenn-Be­ trieb.

Alternativ kann der Operationsverstärker 28 jedoch auch einen weiteren Eingang 30 (in der Fig. 1 ge­ strichelt eingezeichnet) aufweisen, so daß die Be­ triebsarten durch entsprechende Ansteuerkombinatio­ nen der Eingänge 29 und 30 anwählbar sind. Die An­ steuerung kann digitalisiert erfolgen, das heißt die Stellung des steuerbaren Schalters S1 ist davon abhängig, ob an den Eingängen 29 und 30 Signale liegen oder nicht.

Da die Schaltungsanordnung der Fig. 1 einen erfin­ dungsgemäßen, vierten Brückenzweig (Übertempe­ raturbrückenzweig 5) aufweist, läßt sich während strömungsfreier Betriebsphasen, das heißt, bei ge­ schlossener Drosselklappe der Brennkraftmaschine, eine Übertemperatur Tü zur Reinigung des Meßwider­ stands RH erzeugen. Um jedoch auch Brückenschaltun­ gen erfindungsgemäß einsetzen zu können, die keinen Übertemperaturbrückenzweig 5, sondern lediglich einen Meßbrückenzweig 2, einen Referenzbrückenzweig 3 und einen Freibrennbrückenzweig 4 aufweisen, soll auf das in den Fig. 2 bis 4 erläuterte, weitere Ausführungsbeispiel der Erfindung zurückgegriffen werden.

Die Fig. 2 zeigt einen Hitzdraht-Luftmassenmesser 31, dessen Meßspannung U_M einem Steuergerät 32 zu­ geführt wird. Das Steuergerät 32 kann andererseits dem Hitzdraht-Luftmassenmesser 31 einen Freibrenn­ befehl F zuleiten, das heißt der Hitzdraht-Luftmas­ senmesser 31 nimmt beim Zuführen dieses Befehls den Freibrenn-Betrieb auf. Ferner sind Hitzdraht-Luft­ massenmesser 31 und Steuergerät 32 an die Batterie­ spannung U_BAT des (nicht dargestellten) Fahrzeugs angeschlossen.

Die Fig. 3 zeigt einen detailierteren Aufbau der Anordnung gemäß Fig. 2. Die Brückenschaltung 1 weist - entsprechend der Darstellung in Fig. 1 - den Meßbrückenzweig 2, den Referenzbrückenzweig 3 und den Freibrennbrückenzweig 4 auf. Ein Übertempera­ turbrückenzweig ist nicht vorgesehen. Der Aufbau der einzelnen Brückenzweige entspricht dem der Fi­ gur 1, wobei im Referenzbrückenzweig 3 neben dem Widerstand RK auch noch ein Widerstand R1 vorgese­ hen sein kann (nicht dargestellt). Der Summenpunkt 8 ist wiederum an einen Transistor T1 angeschlos­ sen, dessen Kollektor zur Batteriespannung U_BAT führt. Zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors T1 liegt die Sättigungsspannung U_sat, die sich - je nach Durchschaltgrad des Transistors T1 - als Spannungsabfall einstellt.

Ferner ist ein Operationsverstärker 33 vorgesehen, dessen einer Eingang zum Verbindungspunkt 9 und dessen anderer Eingang zu einem steuerbaren Schal­ ter S2 führt, der - je nach Schalterstellung - mit dem Verbindungspunkt 10 oder 11 (Referenzbrücken­ zweig 3 oder Freibrennbrückenzweig 4) verbunden werden kann. Der Schalter S2 wird über eine nur ge­ strichelt dargestellte Wirkverbindung 34 von dem vom Steuergerät 32 kommenden Freibrennbefehl F (Fig. 2) angesteuert.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 33 ist mit der Basis des Transistors T1 verbunden.

Für den Meßbetrieb verbindet der Schalter S2 den Operationverstärker 33 mit dem Referenzbrückenzweig 3. Sofern nach Abstellen der Brennkraftmaschine ein Freibrennbetrieb erfolgen soll, wird der Schalter S2 umgeschaltet, das heißt der Freibrennbrücken­ zweig 4 wird mit dem Operationsverstärker 33 ver­ bunden. Durch die entsprechende Widerstandsabstim­ mung der Brückenschaltung 1 stellt sich dann im Meßwiderstand RH ein derartiger Strom ein, daß ein Erhitzen auf etwa 1000°C erfolgt.

Um jedoch erfindungsgemäß auch während strömungs­ freier Betriebsphasen eine Reinigung der Oberfläche des Meßwiderstands RH vornehmen zu können, was vor­ zugsweise bei einer Übertemperatur Tü von etwa 300 bis 400°C erfolgen soll, wird ein getakteter Be­ trieb des Schalters S2 vorgenommen. Dieser Betrieb wird in der Fig. 4a bis c verdeutlicht. Das Um­ schalten des Schalters S2 erfolgt mittels des be­ reits erwähnten Freibrennbefehls F in Abhängigkeit von der Meßspannung U_M, die im strömungsfreien Be­ trieb ein Maß für die am Meßwiderstand RH vorlie­ gende Übertemperatur Tü ist.

Gemäß Fig. 4a wird zum Zeitpunkt t₁ der Schalter S2 in die Freibrenn-Betriebsstellung verbracht, so daß die Temperatur des Meßwiderstands RH ansteigt. Der Anstieg erfolgt beispielsweise von 180°C bis auf 400°C. Ist zum Zeitpunkt t₂ die Übertemperatur Tü von 400°C erreicht, so schaltet der Schalter S2 auf den Meßbetrieb zurück (ohne daß jedoch eine Auswertung des Meßergebnis′ erfolgt), wodurch sich - entsprechend der thermischen Trägheit - eine Abküh­ lung des Meßwiderstands RH einstellt. Unterschrei­ tet die Temperatur am Meßwiderstand RH einen be­ stimmten Wert, so wird der Schalter S2 wiederum in den Freibrenn-Betrieb umgeschaltet (Zeitpunkt t₃) usw. Hierdurch kann die Temperatur am Meßwider­ stand RH etwa auf einen Wert um 400°C gehalten werden. Diese Übertemperatur Tü liegt zwischen der Betriebstemperatur Tb (Meßbetrieb) und der Tempera­ tur beim "echten" Freibrennen (1000°C). Stets dann, wenn die Übertemperatur Tü erreicht ist, wird - wie bereits ausgeführt - auf den Meßbetrieb zurück­ geschaltet, wobei diese Umschaltung für eine konstante Zeit erfolgt. Danach wird er­ neut der Freibrennbetrieb aufgenommen, bis die Übertemperatur Tü wieder erreicht ist. Dieser Vor­ gang wiederholt sich - wie bereits beschrieben so lange, wie der Schubbetrieb, das heißt, eine ge­ schlossene Drosselklappe an der Brennkraftmaschine, vorliegt.

Die Fig. 4b zeigt entsprechend zur Fig. 4a den Verlauf der Meßspannung U_M. Die Fig. 4c zeigt den dazugehörigen Freibrennbefehl F. Hieraus geht auch hervor, daß die Rückschaltung auf den Meßbetrieb stets für 4 ms erfolgt.

Zum Zeitpunkt t4 ist der Schubbetrieb beendet. Es muß zum Meßbetrieb zurückgegangen werden. Die Tem­ peratur sinkt auf die Betriebstemperatur Tb von 180°C zurück; die den Luftmassendurchsatz darstellende Meßspannung U_M nimmt ihren "normalen" Wertebereich ein.

Zusammenfassend soll nochmals auf den Übertempera­ tur-Betrieb eingegangen werden, in dem das Schub­ freibrennen erfolgt. Stellt das Steuergerät 32 fest, daß ein Übertemperatur-Betrieb erfolgen kann, da sich die Brennkraftmaschine in einer Schubphase befindet, so wird auf diese Betriebsart umgeschal­ tet, wodurch der Transistor T1 einen bestimmten Sättigungsgrad annimmt. Es gilt dann folgende Be­ ziehung:

Es sei davon ausgegangen, daß die Übertemperatur Tü von 400°C erreicht wird, wenn der Meßwiderstand RH einen Wert von 2,143 Ω aufweist.

Hieraus ergibt sich:

Mit Hilfe der vorstehenden Formel läßt sich bei be­ kannter Batteriespannung ermitteln, welche Größe die Meßspannung U_M während der strömungsfreien Be­ triebsphasen aufweist, wenn bei einer Schal­ tungsausführung gemäß Fig. 1 eine Übertemperatur Tü von 400°C an dem Meßwiderstand RH vorliegt. Die Meßspannung U_M stellt somit ein Maß für die Tempe­ ratur des Meßwiderstands RH dar.

Claims (12)

1. Verfahren zur Temperatursteuerung eines eine strömende Fluidmasse erfassenden Meßwiderstands, insbesondere eines Hitzdrahts oder Heißfilms eines Luftmassenmessers einer Brennkraftmaschine, der während des Meßbetriebs durch Stromfluß eine Be­ triebstemperatur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Reinigung der Meßwiderstandsoberfläche während strömungsfreier bzw. im wesentlichen strö­ mungsfreier Betriebsphasen eine Erhitzung des Meßwiderstands (RH) auf eine Übertemperatur (Tü) gegenüber der Betriebstemperatur (Tb) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Erhitzung nur bis auf eine Übertempe­ ratur (Tü) erfolgt, die noch zu keinem Festig­ keitsabfall des Meßwiderstands (RH) führt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertemperatur (Tü) im Bereich von ca. 300 bis 400°C liegt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung auf die Übertemperatur (Tü) bei einem Brennkraftmaschi­ nen-Luftmassenmesser während der Schubphasen des Fahrbetriebs erfolgt, in denen die Drosselklappe der Brennkraftmaschine geschlossen bzw. nahezu ge­ schlossen ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abschal­ ten der Brennkraftmaschine in einem Freibrenn-Be­ trieb eine Meßwiderstandserhitzung auf eine Freibrenntemperatur (T_f) erfolgt, die größer als die Übertemperatur (Tü) ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Freibrenntemperatur (T_f) etwa bei 1000°C liegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung auf Übertemperatur (Tü) bzw. Freibrenntemperatur (T_f) durch Vergrößerung des Stromflusses durch den Meßwiderstand (RH) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertemperatur (Tü) durch einen getakteten Freibrenn-Betrieb er­ zeugt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß während des Über­ temperatur-Betriebs die an einem in Reihe zum Meßwiderstand (RH) liegenden Widerstand (RM) ab­ fallende Spannung (U_M) als Maß für eine Tempera­ turerfassung herangezogen wird.

10. Vorrichtung zur Temperatursteuerung eines eine strömende Fluidmasse erfassenden Meßwiderstands, insbesondere eines Hitzdrahts oder Heißfilms eines Luftmassenmessers einer Brennkraftmaschine, der während des Meßbetriebs durch Stromfluß eine Be­ triebstemperatur aufweist, mit einer Brücken­ schaltung mit mehreren Brückenzweigen, wobei in ei­ nem der Brückenzweige der stromdurchflossene Meßwi­ derstand liegt sowie je nach durch die gewünschte Betriebsart vorgegebenes Auswerten der Daten be­ stimmter Brückenzweige ein Meßbetrieb oder ein der Reinigung der Meßwiderstandsoberfläche dienender Freibrenn-Betrieb erfolgt, vorzugsweise zur Durch­ führung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Brückenzweige (Übertemperaturbrücken­ zweig 5) gegenüber dem den Meßwiderstand (RH) auf­ weisenden Brückenzweig (Meßbrückenzweig 2) derart abgestimmt ist, daß der Meßwiderstand (RH) während einer von einer Steuereinrichtung (Operationsver­ stärker 28, Steuergerät 32) erfaßten strömungs­ freien oder nahezu strömungsfreien Betriebsphase eine Übertemperatur (Tü) annimmt, die zwischen der Betriebstemperatur (Meßtemperatur) und der Frei­ brenntemperatur (T_f) liegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswertung bestimmter Brücken­ zweige (Referenzbrückenzweig 3, Freibrennbrücken­ zweig 4, Übertemperaturbrückenzweig 5) durch ent­ sprechende schwellenabhängige Ansteuerung der Steuereinrichtung (Operationsverstärker 28, Steuer­ gerät 32) erfolgt.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein­ richtung (Operationsverstärker 28) mehrere Eingänge aufweist, deren Ansteuerkombination die Auswahl der auszuwertenden Brückenzweige (Referenzbrückenzweig 3, Freibrennbrückenzweig 4, Übertemperaturbrücken­ zweig 5) bestimmt.