DE3936333C2 - Vorrichtung zur Messung einer angesaugten Luftmenge in einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer angesaugten Luftmenge einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wie allgemein bekannt ist, kann ein Luftmengenmesser zur Messung der angesaugten Luftmenge einer Brennkraftmaschine einen Hitzdraht-Luftstromsensor umfassen. Der Hitzdraht-Luftstromsensor gibt ein Spannungssignal entsprechend der durch den Sensor fließenden Luftmenge ab. Eine Verarbeitungsschaltung erhält das z. B. als spannungvorliegende Signal vom Sensor und verarbeitet 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 Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge und spritzt eine Kraftstoffmenge entsprechend der angesaugten Luftmenge ein.

Fig. 1 zeigt einen Hitzdraht-Luftmengenmesser 1 und

Fig. 2 eine Kombination des Luftmengenmessers 1 nach Fig. 1 und einer Kraftstoffeinspritzeinheit 2 einschließlich einer Eingangsverarbeitungsschaltung 2a 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 Referenzwiderstände, 1a einen Verstärker, 1d einen Differenzverstärker und 1e einen Transistor. Im Luftmengenmesser nach dem Stand der Technik fließt ein Strom I_H in dem Hitz­ draht R_H unter Kontrolle eines Rückkopplungskreises, der den Differenzverstärker 1d und den Transistor 1e umfaßt, wobei der Strom I_H der Luftmenge entspricht, um die Temperatur des Hitzdrahtes R_H konstant zu halten. Daher ist es möglich, die angesaugte Luftmenge aus dem Strom I_H zu bestimmen und eine Ausgangsspannung V_AFS ( = A . I_H . R_B; A: Verstär­ kungsfaktor des Verstärkers 1a) entspricht der Luft­ menge. Der Grundaufbau und die Betriebsweise eines solchen Luftmengenmessers nach dem Stand der Technik sind in DE-OS 27 50 050 veröffentlicht.

In Fig. 2 ist der Eingangsverarbeitungskreis 2a in der Kraftstoffeinspritzeinheit 2 mit dem Luftmengenmesser 1 entsprechend Fig. 1 ver­ bunden und umfaßt einen Operationsverstärker 2a₁. Die Ausgangsspannung V_AFS vom Verstärker 1a wird dem nichtinvertierenden Eingang (positiver Eingang) des Operationsverstärkers 2a₁ zugeführt.

Dieser Verstärker 2a₁ 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 2a₁ 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 1a und überträgt die bearbeitete Spannung auf den A/D-Wandler. Die bearbeitete oder ausgegebene Spannung V_o der Schaltung 2a kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

V_o = V_IN × (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 1a die Spannung V_AFS auf der Basis des Potentials an dem Referenzpunkt 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 A₁ 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 Erdpunkt 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 2a zugeführte Spannung V_IN, die auf dem Referenzpunkt A₂ basiert, ausgedrückt werden zu:

V_IN = V_AFS - (V₂ + V₁₂ - V₁).

Aus dieser Formel folgt, daß ein Eingangsfehler, der durch (V₂ + V₁₂ - V₁) gegeben ist, dem Operationsverstärker 2 _a1 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 Kraft­ stoffeinspritzmenge macht, der dem Eingangsfehler (V₂ + V₁₂ - V₁) entspricht.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Vorrichtung zur Messung der angesaugten Luftmenge einer Brenn­ kraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorzusehen, die den Einfluß aufgrund der Stroment­ nahme durch den Luftmengenmesser und einer Stroment­ nahme durch die Verarbeitungsschaltung selbst und dabei entstehender fehlerhafter Potentialdifferenzen zwischen den Erdpunkten des Luftmengenmessers und der Verarbeitungsschaltung verringert.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeich­ nende Merkmale gelöst.

Entsprechend einem wesentlichen Merkmal der vorlie­ genden Erfindung wird also das Signal, das der angesaugten Luftmenge entspricht, in Form eines Stromsignals innerhalb der Auswerteschaltung weitergeleitet, selbst wenn Schwankungen in den elektrischen Erdpotentialen des Luftmengenmessers und der Auswerteschaltung vorhanden sind.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung eines Hitzdraht-Luftmengenmessers nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Messung der angesaugten Luftmenge 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 Ausführungsbeispiel 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 bezeichnet und die Beschreibung konzentriert sich daher auf die vom Stand der Technik unterschiedlichen Bauteile.

In diesem Ausführungsbeispiel umfaßt der Luft­ mengenmesser 1 einen Operationsverstärker 1b, der an seinem nichtinvertierenden Eingang ein Spannungsausgangssignal V_AFS vom Verstärker 1a erhält, einen Transistor 1c und einen Widerstand R_e. Der Operationsverstärker 1b, der Transistor 1c und der Widerstand R_e bilden eine Stromquelle. Zwischen einem Eingang V_c und einer Referenz­ spannungsquelle V_REF eines A/D-Wandlers 2b einer Kraftstoffeinspritzsteuereinheit 2 ist ein Widerstand R_c geschaltet, deren Verbindungs­ punkt mit dem Kollektor des Transistors 1c ge­ koppelt ist.

Der Operationsverstärker 1b erhält an seinem nicht­ invertierenden Eingang (+) das Spannungsausgangs­ signal V_AFS des Verstärkers 1a. Der Emitter des Transistors 1c ist zu dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers rückgekoppelt, so daß die Emitterspannung gleich V_AFS ist. Wenn I_b, I_e und I_c die Basis-Emitter- und Kollektorströme des Transistors 1c 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 = I_e gültig.

Da I_e = V_e/R_e = V_AFS/R_e ist, wird die folgende Formel erhalten:

I_c = V_AFS/R_e.

Diese Formel impliziert, daß ein elektrischer Strom I_c proportional zu V_AFS unabhängig von der an dem Kollektor 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 2b kann daher ausgedrückt werden durch:

V_c = V_REF - I_c R_c.

Durch Einsetzen der vorhergehenden Formel I_c = V_AFS/R_e stellt sich V_c wie folgt dar:

Wenn R_c = R_e ist, kann die Eingangsspannung ausgedrückt werden durch:

V_c = V_REF - V_AFS.

Daher kann der Wert für V_AFS nach Durchführen der arithmetischen Operation wie:

V_REF - V_c = V_REF - (V_REF - V_AFS) = 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, R_K, R_A, R_B, 1d und 1e die gleichen Bauteile wie in Fig. 1. Die Bezugszeichen 1f und 1g 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 1f und 1g weisen die gleichen Parameter auf. Die Basis des Transistors 1f ist mit seinem Kollektor und der Basis des Transistors 1g 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 1g und der Emitterstrom I_ef des Transistors 1f die gleichen. Der Strom I_ef wird durch I_eg = I_H - I_bg (wobei I_bg der Basisstrom des Transistors ist) und der Kollektorstrom I_c des Transistors 1g durch I_c = I_eg - I_bg dargestellt.

Daher ist

I_H - I_bg = I_ef = I_eg = I_c + I_bg.

Aus dieser Formel kann der Strom I_c wie folgt berechnet werden:

I_c = I_H - 2I_bg.

Wenn der Verstärkungsfaktor der Transistoren 1f und 1g 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 1a 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 Ausführungsbeispiel 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 1e und einen mit diesem Transistor 1e 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 Widerstandsteil 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 (5)

1. Vorrichtung zur Messung einer angesaugten Luftmenge in einer Brennkraftmaschine, mit einem ersten Mittel (1a) zur Abgabe eines elektrischen Signals entsprechend der angesaugten Luftmenge der Brennkraftmaschine und einer Verarbeitungs­ schaltung, die das abgegebene elektrische Signal in eine Spannung umformt, um daraus insbeson­ dere mit einem A/D Wandler (2b) ein digitales Signal bilden zu können, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verarbeitungsschaltung zweite Mittel (1b, 1c, R_e) aufweist zur Abgabe eines Stromes entsprechend dem von den ersten Mitteln (1a) abgegebenen Signals und
dritte Mittel (R_c) aufweist zur Umwandlung des Stromausgangssignals der zweiten Mittel in eine Spannung und zur Abgabe der Spannung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel einen Hitzdraht-Luftstromsensor (R_H) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel einen Operationsverstärker (1b), dessen erster Eingang das von den ersten Mitteln abgegebene Signal enthält, einen Transistor (1c), dessen Basis an den Ausgang des Operationsverstärkers (1b) und dessen Emitter mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers (1b) verbunden ist und einen mit dem Emitter des Transistors (1c) verbundenen Widerstand (R_e) aufweisen, wobei der Strom der zweiten Mittel als Kollektorstrom des Transisitors (1c) erhalten wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel einen Stromspiegelkreis (1f, 1g) aufweisen, der in den den Strom durch den Hitzdraht (R_H) des Luftmengenmessers folgenden Pfad eingesetzt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Mittel einen Widerstand (R_c) aufweisen, dessen erster Anschluß mit einer Referenzspannungsquelle (V_REF) verbunden ist und dessen zweiter Anschluß die I/V gewandelte Spannung abgibt.