DE3433368C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß der Gattung des Anspruchs 1 und eine Einrichtung gemäß der Gattung der Ansprüche 7 und 8. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Einrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 20 42 983, der US-PS 37 47 577 oder der US-PS 43 84 484 bekannt. Dort ist eine Einrichtung beschrieben, bei der ein temperaturabhängiger Widerstand in einem Zweig einer Meßbrücke angeordnet ist. Die Brücke ist so dimensio­ niert, daß der temperaturabhängige Widerstand aufgrund des großen, durch ihn fließenden Stromes auf einen hohen, oberhalb des Tempera­ turwertes der strömenden Luftmasse liegenden Temperaturwert aufge­ heizt wird. Das Meßprinzip dieser Einrichtung beruht auf der Tat­ sache, daß die an dem Widerstand vorbeiströmende Luftmasse dem Widerstand eine von der Strömungsgeschwindigkeit und der Dichte abhängige Wärmemenge entzieht. Hierdurch wird der Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstandes geändert, so daß aufgrund einer Widerstandsmessung ein Rückschluß auf den Durchsatz der strömenden Luftmasse möglich ist. Allerdings hat es sich als vorteilhaft erwiesen, nicht den Widerstand direkt zu bestimmen, sondern eine Regeleinrichtung zu verwenden, die den temperatur­ abhängigen Widerstand auf einer konstanten Temperatur bezüglich der strömenden Luftmasse hält. Um auch den Einfluß der Temperatur der strömenden Luftmasse zu berücksichtigen, ist im anderen Brücken­ zweig der Brückenschaltung ein weiterer temperaturabhängiger, der strömenden Luftmasse ausgesetzter Widerstand vorgesehen, der den Temperatureinfluß kompensiert. Als Maß für den Durchsatz kann beispielsweise der durch die Brücke fließende Strom oder der Spannungsabfall an einem temperaturunabhängigen Brückenwiderstand herangezogen werden. Diese Einrichtung hat sich bei der Messung der einer Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse gut bewährt und ist schon in vielen Kraftfahrzeugen im Einsatz.

Aus der DE-OS 21 45 402 ist eine Schaltungsanordnung zum Überwachen von Temperaturen und/oder Strömungszuständen flüssiger oder gasförmiger Medien bekannt, die dem Medium ausgesetzte Temperaturfühlerelemente aufweist. Werden diese Fühlerelemente nicht mehr ausreichend gekühlt, weil beispielsweise der Medienstrom unterbrochen sind, wird ein Überstromautomat angesteuert, der die Stromversorgung der Schaltungsanordnung unterbricht. Aus Sicherheitsgründen ist der Überstromautomat nur manuell rückstellbar.

Aus der DE-OS 14 98 315 ist weiter eine elektrische Anzeigevorrichtung zur Ermittlung der Durchflußgeschwindigkeit oder Durchflußmenge eines Strömungsmittels bekannt. Diese Anzeigevorrichtung weist ein elektrisches Element auf, welches von einer Stromquelle mit elektrischem Strom zum Erhitzen des Elements gespeist und erregt und im Strömungsmittel gestützt und durch dieses gekühlt wird, sowie eine Anzeigevorrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals in Abhängigkeit vom Stromfluß im Element und folglich der Durchfluß­ geschwindigkeit oder -menge des Strömungsmittels.

Weiter ist aus der DE 24 56 372 A1 eine Vorrichtung zur Messung und/oder Überwachung der Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums bekannt, in dessen Strömungsweg eine mit konstanter Leistung betriebene temperaturempfindliche Anordnung eingesetzt ist, die eine gegenüber der Umgebungstemperatur konstante Über­ temperatur erzeugt, so daß eine an ihr auftretende Temperaturver­ ringerung ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit ist. Die tem­ peraturempfindliche Anordnung umfaßt dabei zwei gleichartige, jeweils in einem wärmeleitfähigen Gehäuse angeordnete monolithische Halbleiterkristalle, die jeweils mehrere in Reihe geschaltete, Temperatursensoren bildende Diodenstrecken enthalten. Zusätzlich weist ein Halbleiterkristall ein Heizelement mit niedrigem Tempera­ turkoeffizienten auf, das mit konstanter Spannung gespeist ist. Die Diodenstrecken werden mit einem Stromfluß in Durchlaßrichtung beaufschlagt und sind mit einer Vergleichsschaltung verbunden.

Allerdings können Situationen auftreten, in denen diese Einrichtungen, sofern sie nach dem Konstanttemperaturprinzip arbeiten, Extrembedingungen unterworfen sind und die Gewährleistung der vollen Funktionstüchtigkeit sowie der vorgegebenen Meßgenauigkeit kritisch ist. So zum Beispiel in dem Spezialfall, daß die Brennkraftmaschine eines Kraftwagens mit heißem Motorraum zwar abgestellt wird, der Zündschlüssel jedoch in einer Stellung ver­ bleibt, in der die elektrischen Anlagen der Brennkraftmaschine weiterhin mit der Batteriespannung beaufschlagt werden. Trotz fehlender Kühlwirkung der strömenden Luftmasse beim Stillstand der Brennkraftmaschine ist die Einrichtung zur Durchsatzmessung dann noch funktionsfähig. Das Steuerorgan zur Steuerung des den temperaturabhängigen Meßwiderstand durchfließenden Stromes steuert diesen auf sehr kleine Werte, so daß am Steuerorgan selbst eine hohe Verlustleistung auftritt. Diese Verlustleistung kann unter Verwendung der üblichen Bauelemente zu Temperaturen des Steuer­ organs oder Teilen des Steuerorgans von über 200°C führen. Hierdurch kann sich eine Verringerung der Zuverlässigkeit der Aggregate der Einrichtung ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, durch die eine sichere und genaue Funktion der Luftmassenmessung bei einer Brennkraftmaschine auch unter extremen Betriebsbedingungen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 genannte Verfahren und durch eine Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dadurch, daß die vom Durchsatz abhängige Größe bei einem Durchsatz­ wert unterhalb eines vorgegebenen Durchsatz-Schwellwertes verringert wird, läßt sich eine extreme Beanspruchung bei niedrigen Durchsätzen vermeiden.

Weiterhin wird diese Ver­ ringerung für eine vorgebbare Zeitdauer durchgeführt, um nach deren Ablauf auf Nor­ malbetrieb überzugehen.

Als Kriterium für das Vorliegen eines geringen Durchsatzes hat es sich als sehr zweckmäßig erwiesen, eine der Größen: vom Durchsatz abhängige Größe, Drehzahl oder Steuersignale für die elektrische Kraftstoffpumpe zu verwenden. Bei Verwen­ dung der Erfindung im Kraftfahrzeug wird als Schwellwert dabei höchst vorteilhaft ein Wert der genannten Größen ge­ wählt, der einer Luftdurchsatzmenge entspricht, die unter­ halb der Leerlauf-Durchsatzmenge liegt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 das einzige Ausführungsbei­ spiel der Erfindung und Fig. 2 ein Spannungs-Zeit-Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Hitzdraht­ luftmassenmesser für eine Brennkraftmaschine zur Bestim­ mung der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse. Anstelle der speziellen hardwaremäßigen Ausgestaltung des Ausführungsbei­ spiels ist dabei jedoch ohne weiteres auch eine softwaremäßige Ausführung möglich. Ist für die Signalauswertung des Durchsatzmeßsignals sowieso schon ein Microcomputer vorge­ sehen, so liegt es auf der Hand, das offenbarte Verfahren oder die offenbarte Einrichtung softwaremäßig zu realisieren.

In Fig. 1 ist mit der Ziffer 10 ein Verstärker bezeich­ net, dessen invertierender und nichtinvertierender Ein­ gang jeweils mit einem Brückendiagonalpunkt einer Brücke 11 verbunden ist. Die Brücke an sich wird aus zwei Brücken­ zweigen bestehend aus den Widerständen 12 und 13 bzw. 14 und 15 gebildet, wobei insbesondere der Widerstand 14 als temperaturabhängiger, dem strömenden Medium ausgesetz­ ter Widerstand ausgebildet ist. Im vorliegenden Fall ist der invertierende Eingang des Verstärkers 10 an den Ver­ bindungspunkt zwischen Widerstand 12 und 13 und der nicht­ invertierende Eingang an den Verbindungspunkt der Wider­ stände 14 und 15 gelegt. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 13 und 15 ist auf festes Potential, insbeson­ dere auf Massepotential gelegt. Der Verbindungspunkt der Widerstände 12 und 14 ist mit dem Emitter eines Transi­ stors 16 verbunden, dessen Kollektor mit der Batteriespan­ nung bzw. einer zur Verfügung stehenden Versorgungsspan­ nung verbunden ist. Zwischen den Ausgang des Verstärkers 10 und die Versorgungsspannung (U_Bat) ist eine Spannungs­ teilerschaltung bestehend aus den Widerständen 17 und 18 geschaltet. Weiterhin ist der Verbindungspunkt 19 der bei­ den Widerstände 17, 18 mit der Basis des Transistors 16 verbunden. Die Funktionsweise dieser Schaltung ist aus der Literatur hinlänglich bekannt und kann beispielsweise den eingangs erwähnten Druckschriften entnommen werden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nun eine Zusatzeinheit 20 vorgesehen, die zwei Eingänge 21 und 22 sowie einen Ausgang 23 auf­ weist. Der Eingänge 21 ist über einen Schalter 24 in der durchgezogenen dargestellten Schaltstellung mit dem nicht­ invertierenden Eingang des Verstärkers 10 verbunden. Die Spannung U₁₅ am nichtinvertierenden Eingang ist dabei ein Maß für die Durchsatzmenge der strömenden Luftmasse. In der gestrichelt eingezeichneten Stellung des Schalters 24 ist der Eingang 21 dagegen mit Drehzahlsignalen oder mit Steuer­ signalen der elektrischen Kraftstoffpumpe beaufschlagt. Der Schalter 24 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel symbo­ lisiert zu verstehen, d. h. daß der Eingang 21 nicht von ver­ schiedenen Signalen wechselweise beaufschlagt wird, sondern daß nur verschiedene Möglichkeiten existieren, den Eingang 21 anzusteuern. Ganz allgemein sind alle Signale, die eine untere Durchsatzmenge, insbesondere eine Durchsatzmenge identisch Null anzeigen, verwendbar. Dies sind also auch solche Signale, die einen Stillstand der Brennkraftmaschine melden.

Der Eingang 21 der Zusatzeinheit 20 ist mit einer Ver­ gleichseinrichtung 25 verbunden, deren zweiter Eingang auf einer Referenzspannung U_Ref, die einem Durchsatz-Schwellwert entspricht, liegt. Der Ausgang der Vergleichseinrichtung 25 ist an ein Zeitglied 26 ange­ schlossen, das seinerseits über einen Widerstand 27 die Basis eines Transistors 28 ansteuert. Der Emitter dieses Transistors 28 liegt auf Massepotential, während der Kol­ lektor über den Ausgang 23 der Zusatzeinheit 20 an den Ver­ bindungspunkt 19 angeschlossen ist. Von der Basis des Transistors 28 führt eine gestrichelt eingezeichnete Lei­ tung zum Eingang 22. Es hat sich in verschiedenen Anwen­ dungsfällen als vorteilhaft erwiesen, zwischen Eingang 21 und die Vergleichseinrichtung 25 ein Glättungsglied zu schalten, daß im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Widerstand 29 und den Kondensator 30 realisiert ist.

Anhand der Diagramme der Fig. 2 soll die Funktionsweise der beschriebenen Schaltung erläutert werden. In Fig. 2a ist die zum Durchsatz der strömenden Luftmasse proportionale Spannung U₁₅ (bzw. ₁₅; die Filterung spielt für die vor­ liegende Prinzipdarstellung keine Rolle) aufgetragen in Abhängigkeit von der Zeit. Fig. 2b zeigt die Ausgangs­ spannung U₂₆ des Zeitgliedes 26 ebenfalls in Abhängigkeit von der Zeit. Bis zum Zeitpunkt T₁ weist der Durchsatz der strömenden Luftmasse durch das Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine Werte auf, die oberhalb einer unteren Grenzmenge, insbesondere der Leerlauf-Luftmenge liegen. Die Spannung U₁₅ mußt unter verschiedenen Umständen möglicherweise gefiltert werden, um den Einfluß von Pulsationen im Saugrohr auszuschließen. Zum Zeitpunkt T₁ stellt der Fahrer des Kraftfahrzeuges die Brennkraftmaschine ab, läßt jedoch die Zündung einge­ schaltet. Durch das Abschalten der Brennkraftmaschine sinkt der Luftmassendurchsatz auf Werte gegen Null ab, so daß auch die Spannung U₁₅ bzw. ₁₅ auf Werte unterhalb der Referenzspannung U_Ref abfällt. Die Referenzspannung U_Ref wird vorteilhafter Weise so gewählt, daß sie im Bereich zwischen der Leerlauf-Durchsatzmenge und der Durchsatzmenge Null angesiedelt ist. Unterschreitet nun ₁₅ den Wert der Referenzspannung U_Ref, so wird vom Ausgang der Vergleichs­ einrichtung 25 das Zeitglied 26, das insbesondere als flankengetriggerter Monoflop ausgebildet ist, gesetzt und verbleibt am Ausgang für die einstellbare Standzeitdauer T₂₆ auf einem derartigen Pegel, daß der Transistor 28 durch­ geschaltet wird. Infolgedessen wird der Transistor 16 ge­ sperrt, so daß durch den Widerstand 14 kein Heizstrom I₁₄ fließen und somit auch keine Verlustleistung am Transistor 16 auftreten kann. Nach Ablauf der Zeitdauer T₂₆ des Zeit­ gliedes, die im Spezialfall vorteilhaft auch betriebspara­ meterabhängig einstellbar ist, wird Transistor 28 wieder gesperrt und Transistor 16 geöffnet. Nach Ablauf einer Zeit­ dauer T_E, die durch die Einschwingvorräte der Schaltung gegeben ist, sinkt ₁₅ im vorgegebenen Ausführungsbeispiel erneut unter die durch U_Ref vorgegebene Durchsatz-Schwelle und startet den eben beschriebenen Vorgang erneut. Die mittlere Verlust­ leistung, die in diesem getakteten Betrieb am Transistor 16 anfällt, bestimmt sich im wesentlichen aus dem Verhält­ nis der Zeitdauer T₂₆ und der Einschwingzeitdauer T_E. Zum Zeitpunkt T₂ liegen beispielsweise durch das Starten der Brennkraftmaschine derartige Verhältnisse vor, daß der Luftdurchsatz auf große Werte ansteigt. Deshalb sinkt U₁₅ (₁₅) nach dem Einschaltvorgang nicht mehr unter den Durchsatz- Schwellwert U_Ref, so daß normaler Meßbetrieb vorliegt.

Der weitere Eingang 22 der Zusatzeinheit 20 dient nun da­ zu, in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern zusätz­ lich Eingriff zu nehmen. So ist es beispielsweise denkbar, den Transistor 28 über ein Startsignal abzuschalten, so daß der Startvorgang unverzüglich, ohne den Zeitverzug T₂₆ des Zeitgliedes 26 abzuwarten, eingeleitet werden kann.

Claims (12)

1. Verfahren zur Bestimmung des Durchsatzes der einer Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse mit wenigstens einem, als Bestandteil einer Brückenschaltung in dem Ansaugkanal angeordneten temperaturabhängigen Widerstand und mit einer Vorrichtung, die den wenigstens einen temperaturabhängigen Widerstand mit einer von dem Durchsatz der Luftmasse abhängigen Größe beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß die im Meßbetrieb vom Durchsatz der Luftmasse abhängige Größe bei Unterschreiten eines vorgegebenen Durchsatz-Schwellwertes (U_Ref) durch Funktionsmittel für eine vorgebbare Zeitdauer verringert und dadurch der Meßbetrieb unterbrochen, und daß nach deren Ablauf der Meßbetrieb wiederaufgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Durchsatz abhängige Größe auf einen minimalen Wert, vorzugsweise den Wert Null, verringert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der vorgebbaren Zeitdauer an die Einschwingzeitdauer der Vorrichtung angepaßt ist und vorzugsweise größer als diese gewählt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz-Schwellwert (U_Ref) zwischen dem Durchsatzwert Null und dem Leerlauf-Durchsatzwert liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorliegen eines Durchsatzwertes unterhalb des vorgegebenen Differenz-Schwellwertes (U_Ref) über wenigstens eine der folgenden Größen festgestellt wird: die vom Durchsatz abhängige Größe, die Drehzahl der Brennkraftmaschine oder das Steuersignal für eine mit der Brennkraftmaschine verbundene elektrische Kraftstoffpumpe.

6. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 über alle Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine mit Ausnahme des Startfalls.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer mindestens einen temperaturabhängigen Widerstand umfassenden Widerstandsmeßvorrichtung in Form einer Brückenschaltung, die ein elektrisches Ausgangssignal für den Durchsatz der strömenden Luftmasse liefert, mit einem Steuerorgan, das den Stromfluß durch den mindestens einen temperaturabhängigen Widerstand steuert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichseinrichtung (25) vorgesehen ist, deren Ausgangssignal dem Steuerorgan (16) zugeführt wird und die das an ihrem Eingang anliegende elektrische Ausgangssignal (U₁₅) der Brückenschaltung mit einem vorgegebenen Durchsatz-Schwellwert (U_Ref) vergleicht und für Werte des elektrischen Signals (U₁₅) unterhalb des Durchsatz-Schwellwertes (U_Ref) das Steuerorgan (16) derart beeinflußt, daß der Stromfluß (I₁₄) durch den temperaturabhängigen Widerstand (14) für eine vorgebbare Zeitdauer verringert wird.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer mindestens einen temperaturabhängigen Widerstand umfassenden Widerstandsmeßvorrichtung in Form einer Brückenschaltung, die ein elektrisches Ausgangssignal für den Durchsatz der Luftmasse liefert, mit einem Steuerorgan, das den Stromfluß durch den mindestens einen temperaturabhängigen Widerstand steuert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichseinrichtung (25) vorgesehen ist, deren Ausgangssignal dem Steuerorgan (16) zugeführt wird und die wenigstens zur Drehzahl proportionale Signale oder Steuersignale für die elektrische Kraftstoffpumpe mit einem vorgegebenen Durchsatz-Schwellwert (U_Ref) vergleicht und für Werte der drehzahlproportionalen Signale oder Pumpensteuersignale unterhalb des Durchsatz-Schwellwertes (U_Ref) das Steuerorgan (16) derart beeinflußt, daß der Stromfluß (I₁₄) durch den temperaturabhängigen Widerstand (14) für eine vorgebbare Zeitdauer verringert wird.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitfunktion vorgesehen ist, die die Zeitdauer der Verringerung des Stromflusses (I₁₄) bestimmt.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß (I₁₄) zumindestens näherungsweise auf den Wert Null verringert wird.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz-Schwellwert (U_Ref) der Vergleichseinrichtung (25) auf Werte unterhalb der Luftdurchsatzmenge der Brennkraftmaschine im Leerlauffall festgelegt wird.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (16) während des Startfalls der Brennkraftmaschine nicht durch das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (25) betätigbar ist.