DE2849467C2 - Regelkreis für ein Konstant-Temperatur-Anemometer, insbesondere für die Messung der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung geht aus von einem Regelkreis für ein Konstant-Temperatur-Anemometer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bekannt ist ein derartiger Regelkreis aus der DE-OS 24 48 304. Dort liegt in Reihe zu einer Brückenschaltung eine Stromsteuereinrichtung sowie ein Meßwiderstand. Die Diagonalspannung der Brückenschaltung gelangt zu einem Spannungs-Frequenzwandler, dessen Ausgangssignal sowohl als Meßsignal verwertet, als auch für Regelungszwecke zurückgeführt wird. Der Regelkreis umfaßt zu diesem Zweck neben einem Frequenzteiler einen Digital-Analog-Wandler mit u. a. einer monostabilen Kippstufe. Ein Verstärker erhält sowohl das rückgewandelte Signal vom Digital-Analog-Wandler, als auch ein Signal vom Meßwiderstand in Reihe zur Brückenschaltung und steuert seinerseits die Stromsteuereinrichtung für den Brückengesamtstrom.

Es hat sich nun gezeigt, daß Ungenauigkeiten im Digital-Analog-Wandlet unmittelbar die Genauigkeit des Meßsignals beeinflussen und somit ein fehlerhaftes Ausgangssignal verursachen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein möglichst störungsfreies und impulslängenmoduliertes Luftmassensignal zu erhalten.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 vorgesehene Maßnahmen gelöst.

Es hat sich gezeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Regelkreis mit den Merkmalen gemäß Hauptanspruch

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60 ein äußerst exaktes Meßergebnis erhalten werden kann, auch was die Situation bezüglich Alterungserscheinungen anbelangt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Einspritzaniage bei einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug und

F i g. 2 einen Regelkreis im Zusammenhang mit dem Luftmengenmesser, wie er beim Gegenstand von F i g. 1 Verwendung findet

In Fi g. 1 ist mit 10 ein Luftmassenmesser bezeichnet und mit 11 ein Drehzahlmesser. Ausgangsseitig sind beide Signalgeber zu einem Zeitglied 12 geführt, an dessen Ausgang 13 nichtkorrigierte Einspritzimpulse zur Verfügung stehen. Diese werden in einer nachfolgenden Korrekturstufe 14 z. B. betriebsspannungsabhängig korrigiert jnd letztlich als Einspritzsignale der Dauer f/den Einspritzventilen 15 zugeführt

Der Luftmassenmesser 10 dient dazu, die Ausgangssignale des Zeitgliedes 12 außer drehzahlabhängig auch lastabhängig zu steuern. Um einen guten Fahrtkomfort und gleichzeitig ein sauberes Abgas zu erhalten, ist erforderlich, den Lastzustand der Brennkraftmaschine möglichst exakt zu erfassen. Dazu eignen sich neben rein mechanischen Luftmengenmessern, die z. B. mit einer Stauklappe arbeiten, sogenannte Hitzdraht-Luftmassenrr-esser.

Der in F i g. 2 dargestellte Regelkreis besteht aus einer Widerstandsbrücke mit den Widerständen 20 bis 23, aus einem Verstärker 24, dessen Eingänge mit der Brückendiagonale gekoppelt sind, aus einer Zeitstufe 25, einer Amplitudenstabilisierungsstufe 26, einem Tiefpaß 27, einem Verstärker 28, dessen invertierender Eingang an der Verbindungsstelle der Widerstände 20 und 21 liegt, sowie einer Stromsteuerstufe 29 zwischen der Widerstandsbrücke mit den Widerständen 20 bis 23 und einer Plusleitung 30. Der im Saugrohr der Brennkraftmaschine angeordnete, temperaturabhängige Widerstand 20 stellt den zur Messung des Luftmassendurchflusses dienenden Hitzdraht dar. Er wird einerseits durch den die Brücke durchfließenden Heizstrom Ih geheizt, andererseits durch die durch das Saugrohr strömende Luft gekühlt. Der Regelkreis regelt den Heizstrom nun so, daß die Heizleistung des Stromes Ih die Kühlleistung der anströmenden Luft gerade kompensiert und der Widerstand des Hitzdrahtes 20 denjenigen Wert behält, der nötig ist, damit sich die Brücke im abgeglichenen Zustand befindet. Damit stellen sowohl der von der Stromsteuerstufe gelieferte Heizstrom als auch die den Verstärker 24 steuernde Größe ein Maß für die pro Zeit durchs Saugrohr strömende Luftmasse dar.

Die Widerstände 22 und 23 sind gegenüber den Widerständen 20 und 21 so hochohmig dimensioniert, daß in erster Näherung davon ausgegangen werden kann, daß der gesamte Heizstrom über die Widerstände 20 und 21 fließt und daß die Heizleistung in den beiden Widerständen 22 und 23 vernachlässigbar ist. Der ebenfalls im Saugrohr angeordnete Widerstand 22 hat eine auf die Brückendimensionierung und den Temperaturkoeffizienten des Widerstandes 20 abgestimmte Temperaturdrift und dient zur Kompensation von Änderungen der Außenlufttemperatur.

Der Verstärker 24 steuert ein Zeitglied 25, das von Impulsen einer konstanten, vorzugsweise vom Quarz eines Oszillators 33 abgeleiteten Frequenz getriggert, eine Impulsfolge erzeugt, bei der die Dauer der

einzelnen impulse vom Luftmassendurchfluß durch das Luftansaugrohr abhängt und die Impulsfolgefrequenz konstant ist. Als Beispiel sei für das Zeitglied 25 eine monostabile Kippstufe genannt Die Standzeit der Impuise des Zeitgliedes 25 kann anschließend von einem Rechner ausgezählt werden.

Die Genauigkeit der Luftmassenmessung wird in starkem Maße durch die Stabilität der Impulsamplitude bestimmt Deshalb enthält der Regelkreis eine Stabilisierungsstufe 26, die die Amplitude der Impulse unabhängig von Temperatur und Batteriespannung auf einem konsuaiten, von einer Referenzspannung Uref abgeleiteten Spannungswert hält. Die nunmehr spannungsstabilisierte Impulsfolge wird einem Tiefpaß 27 zugeführt, der daraus eine zum Tastverhältnis proportionale Gleichspannung erzeugt Diese liegt am nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 28 an, dessen invertierender Eingang mit der Verbindungsstelle der beiden Widerstände 20 und 21 gekoppelt ist und ausgangsseitig die Stromsteuerstufe 29 in der Weise beeinflußt, daß die vom Heizstrom am Wioerstand 20 erzeugte Spannung gerade den Wert der Spannung am Ausgang des Tiefpasses 27 einnimmt

Aufgrund der Tatsache, daß beim Gegenstand nach F i g. 2 die Analog-Digital-Wandlung noch innerhalb des Regelkreises liegt, ist das am Ausgang des Zeitgliedes 25 zur Verfügung stehende Luftmassen-Meßsignal äußerst genau.

In F i g. 2 ist parallel zum Tiefpaß 27 ein Schalter 32 gezeichnet. Die zwei Stellungen des Schalters 32 geben Alternativlösungen an. Bei geschlossenem Schalter 32 ist der Tiefpaß 27 wirkungslos bzw. kann entfallen, und der Ausgang der Amplitudenstabilisierungsstufe 26 ist dann direkt mit dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 28 verbunden. Die Sxromsteuerstufe 29 wird dann nicht mehr mit einer Gleichspannung, sondern mit einer Impulsfolge angesteuert Der Heizstrom ist daher kein Gleichstrom mehr, sondern eine Folgs von Stromimpulsen, wcbei die Impulsdauer sich mit der durch das Saugrohr strömenden Luftmasse ändert und die Impulsfolgefrequenz sowie die Amplitude der Stromimpulse konstant ist.

ίο Die Impulsfolgefrequenz des mit dem Zeitglied 25 gekoppelten Oszillators 33 ist bei dieser Betriebsart jedoch so hoch zu wählen, daß sich die Hitzdrahttemperatur infolge der thermischen Trägheit des Hitzdrahtes (gezeichnet als Widerstand 20) auf einen in erster Näherung konstanten Wert einstellt. Die für den jeweiligen Fall günstige Frequenz hängt von verschiedenen Faktoren, wie Eigenschaften der elektronischen Bauelemente (z. B. Schaltzeiten der Transistoren), wie Dicke, Länge und Material des Hitzdrahtes und von der Auswerteschaltung ab. Als günstig hat sich dabei eine Frequenz von etwa 10 Kilohertz (kHz) erwiesen, während die Frequenz beim Betrieb des Regelkreises mit Tiefpaß 27 von der gewünschten Meßhäüfigkeit des Luftmassendurchsatzes durch das Saugrohr abhängt.

Als zweckmäßig hat sich dabei eine Frequenz von etwa 1 kHz erwiesen.

Der vorstehend beschriebene Regelkreis ist in seiner Güte nicht vo.i der Art des Widerstandes 20 abhängig. So kann er außer als Hitzdraht auch als Heißfilm auf eir.em Trägersubstrat ausgebildet sein. Unabhängig vom Regelkreis ist auch die Möglichkeit, den Hitzdraht bzw. den Heißfilm 20 nach Ende einer jeden Betriebszeit zur Reinigung auszuglühen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Regelkreis für ein Konstant-Temperatur-Anemometer, insbesondere für die Messung der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine, mit einer Brückenschaltung, einer die Diagonalspannung der Brückenschaltung auswertenden Impulserzeugerstufe, deren Ausgangssignal zusammen mit einem weiteren von der Brückenschaltung abgeleiteten Signal einem Verstärker zugeführt wird, dessen Ausgang mit der Stromsteuereinrichtung für den Brückengesamtstrom gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulserzeugerstufe (25, 33) aus einem Zeitglied (25) besteht, das durch einen Oszillator (33) mit konstanter Frequenz getriggert ist und ein impulslängenmoduliertes, der Strömungsmenge entsprechendes Ausgangssignal abgibt.

2. Regelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zeitglied (25) und Verstärker (28) eine Amplitudenstabilisierungsstufe (26) geschaltet ist.

3. Regelkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenstabilisierungsstufe (26) ein Tiefpaß (27) nachgeschaltet ist.

4. Regelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (25) aus einer monostabilen Kippstufe besteht

5. Regelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Oszillators (33) vorzugsweise 1 bis 10 kHz beträgt.

6. Regelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere, von der Brückenschaltung abgeleitete Signal vom Widerstand (21) in Reihe zum temperaturabhängigen Widerstand (Hitzdraht 20) abgeleitet ist.