DE3936333A1 - Vorrichtung zur messung einer angesaugten luftmenge in einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur messung einer angesaugten luftmenge in einer brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer angesaugten Luftmenge einer Brennkraft­ maschine und insbesondere betrifft sie eine Vor­ richtung mit einem Luftstromsensor zur Messung der angesaugten Luftmenge einer Brennkraftmaschine und einen Zwischenschaltkreis zum Empfangen des Ausgangssignals von diesem Sensor.
Wie allgemein bekannt ist, kann ein Luftmengenmesser zur Messung der angesaugten Luftmenge einer Brenn­ kraftmaschine einen Hitzdraht-Luftstromsensor umfassen. Der Hitzdraht-Luftstromsensor gibt ein Spannungssignal entsprechend der durch den Sensor fließende Luftmenge ab. Eine Eingangsverarbeitungs­ schaltung erhält das Spannungssignal vom Sensor und eine derartige Verarbeitungsschaltung ver­ arbeitet und überträgt nacheinander das erhaltene Signal zu einem Analog-Digital-Wandler IC.
Eine Kraftstoffeinspritzsteuereinheit, die in einer derartigen Eingangsverarbeitungsschaltung enthalten ist, bewertet die durch die Brenn­ kraftmaschine angesaugte Luftmenge und spritzt eine Kraftstoffmenge entsprechend der angesaugten Luftmenge ein.
Fig. 1 zeigt einen Hitzdraht-Luftmengenmesser 1 und Fig. 2 eine Kombination des Luftmengen­ messers 1 nach Fig. 1 und einer Kraftstoffeinspritz­ einheit 2 einschließlich einer Eingangsverarbeitungs­ schaltung 2 a entsprechend dem Stand der Technik.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen R H einen Hitzdraht (Heizwiderstand), R K einen Thermistor zum Abtasten der Temperatur des Luftstroms in der Brennkraftmaschine, R A und R B Referenzwider­ stände, 1 a einen Verstärker, 1 d einen Differenz­ verstärker und 1 e einen Transistor. Im Luftmengen­ messer nach dem Stand der Technikfließt ein Strom I H in dem Hitzdraht R H unter der Kontrolle eines Rückkopplungskreises, der den Differenzver­ stärker 1 d und den Transistor 1 e umfaßt, wobei der Strom I H der Luftmenge entspricht, um die Temperatur des HitzdrahtesR H konstant zu halten. Daher ist es möglich, die angesaugte Luftmenge aus dem Strom I H zu bestimmen und eine Ausgangs­ spannung V AFS (=A · I H · RB ; A: Verstärkungsfaktor des Verstärkers 1 a) entspricht der Luftmenge. Der Grundaufbau und die Betriebsweise eines solchen Luftmengenmessers nach dem Stand der Technik sind in dem Japanischen Patent No. 76182/79 veröffentlicht.
In Fig. 2 ist der Eingangsverarbeitungskreis 2 a in der Kraftstoffeinspritzeinheit 2 mit dem Luftmengenmesser 1 entsprechend Fig. 1 ver­ bunden und umfaßt einen Operationsverstärker 2a₁. Die Ausgangsspannung V AFS vom Verstärker 1 a wird dem nichtinvertierenden Eingang (positiver Eingang) des Operationsverstärkers 2 a₁ zugeführt.
Dieser Verstärker 2 a₁ dient zur Verstärkung einer Eingangsspannung V IN und zur Erzeugung einer Ausgangsspannung V o für einen Analog-Digital-Wandler, der in Fig. 2 nicht gezeigt ist. Der invertierende Eingang (negativer Eingang) des Verstärkers 2 a₁ ist über den Widerstand R₁₂ geerdet und ein Widerstand R₁₁ liegt zwischen seinem Eingang und seinem negativen Ausgang.
Die Eingangsverarbeitungsschaltung 2a verarbeitet das Ausgangssignal V AFS vom Verstärker 1 a und überträgt die bearbeitete Spannung auf den A/D-Wandler. Die bearbeitete oder ausgegebene Spannung V o der Schaltung 2 a kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:
V o=VIN×(R₁₁+R₁₂)/R₁₂.
Es sei bemerkt, daß das Bezugszeichen 3 in der Figur eine Batterie für die Spannungsversorgung der Kraftstoffeinspritzeinheit 2 und den Luft­ mengenmesser 1 bezeichnet.
In der Vorrichtung gemäß Fig. 2 gibt der in dem Luftmengenmesser enthaltene Verstärker 1 a die Spannung V AFS auf der Basis des Potentials an dem Referenzpukt A₁ in dem Luftmengenmesser ab.
Das Potential an dem Referenzpunkt A₁ ist ein positives Potential V₁ aber kein Erdpotential am Erdpunkt E₁, wenn der Luftmengenmesser 1 Spannung erhält. Das liegt daran, daß die zwischen den Punkten P₁ und E₁ vorhandene Leitung l₁ einen Widerstand aufweist, der zwar einen kleinen Wert hat, aber ein Spannungsabfall wird auf der Leitung l₁ bewirkt, wenn ein Strom I c vom Luftmengenmesser zum Endpunkt E₁ über die Leitung l₁ fließt.
In gleicher Weise hat in der Kraftstoffeinspritz­ einheit 2 ein Referenzpunkt A₂ ein positives Potential V₂ auf der Basis des Erdpunktes E₂, das gleich dem Spannungsabfall zwischen dem Referenzpunkt A₂ und dem Erdpunkt E₂ ist und das durch den Widerstand der Leitung l₂, die zwischen den Punkten A₂ und E₂ liegt, und eine durch sie fließenden Strom I₂ bewirkt wird.
Da weiterhin der Strom I₂ durch die Batterie 3 geht, wird eine Potentialdifferenz V₁₂ zwischen den Erdpunkten E₁ und E₂ bewirkt.
Daher kann die der Eingangsverarbeitungsschaltung 2 a zugeführte Spannung V IN, die auf dem Referenzpunkt A₂ basiert, ausgedrückt werden zu:
V IN=VAFS-(V₂+V₁₂-V₁).
Aus dieser Formel folgt, daß ein Eingangsfehler, der durch (V₂+V₁₂-V₁) gegeben ist, dem Operationsverstärker 2 a ₁ mitgegeben wird. Somit umfaßt die Ausgangsspannung V o diesen Fehler und der Fehler wird ebenfalls auf den A/D-Wandler übertragen, wodurch die Kraftstoffeinspritzeinheit ebenfalls einen Fehler bei der Messung der Kraftstoffeinspritzmenge macht, der dem Eingangs­ fehler (V₂+V₁₂-V₁) entspricht
Es ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung, die konstruiert worden ist, um den erwähnten Nachteil zu vermeiden, eine Vorrichtung zur Messung der angesaugten Luftmenge einer Brenn­ kraftmaschine vorzusehen, die einen Luftmengen­ messer und eine Eingangsverarbeitungsschaltung zum Empfangen und Verarbeiten eines Ausgangssignals vom Luftmengenmesser aufweist, die den Einfluß von Fehlern aufgrund der Stromentnahme durch den Luftmengenmesser und einer Stromentnahme durch eine die Eingangsverarbeitungsschaltung enthaltende Steuerschaltung und aufgrund einer Potential­ differenz zwischen den Endpunkten des Luftmengen­ messers und der Steuerschaltung verringert.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Messung der angesaugten Luftmenge einer Brenn­ kraftmaschine gelöst, die Mittel zur Umwandlung des Ausgangssignals des Luftmengenmessers in ein Stromsignal und zur Übertragung des Strom­ signals und Mittel zum Empfangen des Stromsignals und zum Umwandeln des Stromsignals in ein Spannungssignal und Mittel zur Umwandlung des Spannungssignals in ein digitales Signal aufweist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Signal entsprechend der angesaugten Luftmenge in Form eines Stromsignals übertragen und somit wird das Signal der angesaugten Luftmenge genau weitergegeben, selbst wenn Schwankungen in den elektrischen Erdpotentialen des Luftmengenmessers und der Steuereinheit vorhanden sind.
Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung eines Hitzdraht-Luftmengenmessers nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Messung der angesaugten Luft­ menge einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 3 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Messung einer angesaugten Luftmenge einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 4 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung gemäß einem weiteren Ausführungs­ beispiel der Erfindung.
In Fig. 3 ist die Schaltung einer Vorrichtung zur Messung der angesaugten Luftmenge einer Brenn­ kraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die gleichen Bauelemente wie die der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik nach Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 be­ zeichnet und die Beschreibung konzentriert sich daher auf die vom Stand der Technik unterschiedlichen Bauteile.
In diesem Ausführungsbeispiel umfaßt der Luft­ mengenmesser 1 einen Operationsverstärker 1 b, der an seinem nichtinvertierendem Eingang ein Spannungsausgangssignal V AFS vom Verstärker 1 a erhält, einen Transistor 1 c und einen Widerstand R e. Der Operationsverstärker 1 b, der Transistor 1 c und der Widerstand R e bilden eine Stromquelle. Zwischen einem Eingang V c und einer Referenz­ spannungsquelle V REF eines A/D-Wandlers 2 b einer Kraftstoffeinspritzsteuereinheit 2 ist ein Widerstand R c geschaltet, deren Verbindungs­ punkt mit dem Kollektor des Transistors 1 c ge­ koppelt ist.
Der Operationsverstärker 1 b erhält an seinem nicht­ invertierendem Eingang (+) das Spannungsausgangs­ signal V AFS des Verstärkers 1 a. Der Emitter des Transistors 1 c ist zu den invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers rückgekoppelt, so daß die Emitterspannung gleich V AFS ist. Wenn I b, I e und I c die Basis-Ermitter- und Kollektorströme des Transistors 1 c sind, dann ist I c=I e-I b. Wenn ein genügend großer Wert für den Stromver­ stärkungsfaktor des Transistors, nämlich I b«I e, gewählt wird, dann ist die Beziehung I c=Ie gültig.
Da I e=V e/Re=V AFS/Re ist, wird die folgende Formel erhalten:
I c=VAFS/Re.
Diese Formel impliziert, daß ein elektrischer Strom I c proportional zu V AFS unabhängig von der an den Kollektoren des Transistors 1 c liegenden Last erhalten wird. Der elektrische Strom I c wird von der Spannungsquelle V REF über den Widerstand R c geliefert und die Eingangsspannung V c des A/D-Wandlers 2 b daher ausgedrückt werden durch:
V c=VREF-Ic Rc.
Durch Eisetzen der vorhergehenden Formel I c=VAFS/Re stellt sich V c wie folgt dar:
Wenn R c=R e ist, kann die Eingangsspannung ausgedrückt werden durch:
V c = V REF - VAFS.
Daher kann der Wert für V AFS nach Durchführen der arithmetischen Operation wie:
V REF - Vc = V REF - (VREF - VAFS) = V AFS
erhalten werden.
Diese arithmetische Operation wird durch eine nicht dargestellte arithmetische Einheit unter Verwendung eines A/D-gewandelten Wertes von V c durchgeführt.
Wie aus der obigen Beschreibung zu entnehmen ist, wird V AFS in einen elektrischen Strom I c umge­ wandelt und ausgesandt, wodurch V AFS genau und sauber übertragen wird, ohne irgendwelchen Einflüssen unterworfen zu werden, selbst wenn ein Spannungsanstieg V₁ am Referenzpunkt des Luftstromsensors, ein Potentialanstieg V₂ am Referenzpunkt der Kraftstoffeinspritzeinheit 2 und ein Zwischen-Erdpotential V₁₂ zwischen den Erdpunkten auftreten.
Fig. 4 zeigt eine Schaltung entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel, die in Zusammenhang mit einem Hitzdraht-Luftstromsensor verwendet wird. In der Zeichnung bezeichnen die Bezugszeichen R H, RK, RA, RB, 1 d und 1 e die gleichen Bauteile wie in Fig. 1. Die Bezugszeichen 1 f und 1 g be­ zeichnen zwei Transistoren, die einen Stromspiegel­ kreis bilden. Dieses zweite Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromspiegel­ kreis zu einem konventionellen Hitzdraht-Luftstrom­ sensor hinzugefügt wird.
Die Transistoren 1 f und 1 g weisen die gleichen Parameter auf. Die Basis des Transistors 1 f ist mit seinem Kollektor und der Basis des Transistors 1 g verbunden. Da die Basis der zwei Transistoren auf die gleiche Spannung gesetzt ist und die Transistoren die gleichen Parameter haben, sind der Emitterstrom I eg des Transistors 1 g und der Emitterstrom I ef des Transistors 1 f die gleichen. Der Strom I ef wird durch I eg=I H-I bg (wobei I bg der Basisstrom des Transistors ist) und der KollektorstromI c des Transistors 1 g durch I c=I eg-Ibg dargestellt.
Daher ist
I H - Ibg = I ef = I eg = I c + Ibg.
Aus dieser Formel kann der Strom I c wie folgt berechnet werden:
I c = I H - 2I bg.
Wenn der Verstärkungsfaktor der Transistoren 1 f und 1 g auf einen genügend großen Wert gesetzt wird, nämlich I bg < < I c, dann kann die Beziehung I c=I H aufgestellt werden. Somit wird ein Strom I c gleich dem Strom I H erhalten. Der erhaltene Strom I c wird einem Strom/Spannungs-Wandlerkreis ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zugeführt.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden Hitzdraht-Luftstromsensoren angewandt. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung auf alle Sensoren anwendbar, wie der bekannte Typ, in dem ein Potentiometer den Öffnungs­ grad einer bewegbaren Klappe abtastet, der durch die Größe der angesaugten Luftmenge bestimmt wird, oder der Typ, bei dem mit einem analogen elektrischen Signal gearbeitet wird.
Der Verstärker 1 a in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 muß nicht notwendigerweise vorgesehen werden, sondern kann weggelassen werden. Weiterhin muß die Stromquelle nicht notwendigerweise durch die Kombination des Operationsverstärkers mit dem Transistor gebildet werden, sondern auch andere Stromquellen können angewandt werden.
In dem Aussführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Stromspiegelkreis aus bipolaren Transistoren hergestellt, aber er kann ebenso aus MOS-Transistoren gebildet werden. Der Stromspiegelkreis kann auch durch den Transistor 1 e und einen mit diesem Transistor 1 e zu einem Paar zusammengestellten anderen Transistor gebildet werden.
Wie oben beschrieben wurde, zeigt die vorliegende Erfindung eine hervorragende Wirkung dahingehend, daß ohne Veränderungen ein genaues Signal für die angesaugte Luftmenge übertragen wird, ohne dem Einfluß von Änderungen der Potentiale der jeweiligen Einheiten zu unterliegen, da das Ausgangssignal des Luftstromsensors übertragen wird, nachdem es in ein Stromsignal umgewandelt wurde.
Außerdem kann der Empfängerkreis auf der Seite der Kraftstoffeinspritzeinheit im Grunde aus einem einfachen Wiederstandsteil bestehen und der Strom­ umwandlungskreis des Luftstromsensors kann nur aus einer extrem einfachen Schaltung bestehen Diese Anordnungen sind in Hinsicht auf die Kosten vorteilhaft.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Messung einer angesaugten Luftmenge in einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch
erste Mittel (1 a) zur Abgabe eines elektrischen Signals entsprechend der angesaugten Luftmenge der Brennkraftmaschine;
zweite Mittel (1 b,1 c,R e) zur Abgabe eines Stromes entsprechend dem von den ersten Mitteln (1 a) abgegebenen Signals und
dritte Mittel (R c) zur Umwandlung des Stromaus­ gangssignals der zweiten Mittel in eine Spannung und zur Abgabe der Spannung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten Mittel einen Hitz­ draht-Luftstromsensor (R H) aufweisen.
3. Vorrichtungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen Operationsverstärker (1 b), dessen erster Eingang das von den ersten Mitteln abgegebene Signal erhält, einen Transistor (1 c), dessen Basis an den Ausgang des Operationsverstärkers (1 b) und dessen Emitter mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers (1 b) verbunden ist und einen mit dem Emitter des Transistors (1 c) verbundenen Widerstand (R e) aufweisen, wobei der Strom der zweiten Mittel als Kollektor­ strom des Transistors (1 c) erhalten wird.
4. Vorrichtungen nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten Mittel einen Stromspiegelkreis (1 f, 1 g) aufweisen, der in den Strom durch den Hitzdraht (R H) des Luftmengenmessers folgenden Pfad eingesetzt ist.
5. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Mittel einen Widerstand (R c) aufweisen, dessen erster Anschluß mit einer Referenzspannungs­ quelle(V REF) verbunden ist und dessen zweiter Anschluß die I/V gewandelte Spannung abgibt.
6. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin vierte Mittel (2 b) vorgesehen sind, die die Aus­ gangsspannung der dritten Mittel in ein Digitalsignal umwandeln.
DE3936333A 1988-11-09 1989-10-30 Vorrichtung zur Messung einer angesaugten Luftmenge in einer Brennkraftmaschine Expired - Lifetime DE3936333C2 (de)

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