DE3931308A1 - Verfahren und vorrichtung zur temperatursteuerung eines erhitzten messwiderstandes - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tempera­ tursteuerung eines eine strömende Fluidmasse erfas­ senden Meßwiderstandes, insbesondere eines Hitz­ drahts oder dergleichen eines Luftmassenmessers ei­ ner Brennkraftmaschine, der während des Meßbetriebs durch Stromdurchfluß eine Betriebstemperatur auf­ weist, die größer als die Temperatur der Fluidmasse ist.

In der Kraftfahrzeugtechnik werden temperaturge­ steuerte, stromdurchflossene Meßwiderstände, insbe­ sondere Hitzdrähte oder Heißfilme, zur Erfassung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luft­ masse eingesetzt. Der Ansaugluftstrom wird an dem beheizten Hitzdraht vorbeigeleitet. Dieser Draht ist vorzugsweise Teil einer elektrischen Brücken­ schaltung und wird vorzugsweise durch den ihn durchfließenden Strom auf einer konstanten Be­ triebstemperatur gehalten, die größer als die An­ sauglufttemperatur ist. Durch dieses Prinzip ist der benötigte Heizstrom ein Maß für die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmasse. Der Heiz­ strom wird an einem Widerstand der Brücke in ein Spannungssignal umgewandelt, das von einem Steuer­ gerät der Brennkraftmaschine als Eingangsgröße zur Einstellung optimaler Betriebspunkte verwendet wird. Da ein Verschmutzen der Hitzdraht-Oberfläche das Meßergebnis verfälscht, wird der Hitzdraht nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine durch Strom­ erhöhung ausgeglüht und dabei von möglichen Ver­ schmutzungen gereinigt. Da eine Brennkraftmaschine eine optimale Leistung bei niedrigen Abgas- und Verbrauchswerten nur dann abgibt, wenn zum jeweili­ gen Betriebspunkt genauestens die zugehörigen Para­ meter eingehalten werden, gilt es, die Genauigkeit und die Auflösung des Meßergebnis′ eines derartigen Luftmassenmessers zu verbessern.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Haupt­ anspruch genannten Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, daß auch bei geringer Luftansaugung, ins­ besondere im Leerlauf- und Teillastbereich, eine hohe Auflösung des Meßergebnis′ vorliegt. Der Meßwiderstand weist also auch bei geringer Durch­ strömung im unteren Lastbereich der Brennkraft­ maschine eine brauchbare Kennlinie auf. Dieses ist besonders wichtig bei einer Bypass-Anordnung des Luftmassenmessers. Ferner steht ein großer Meßbe­ reich zur Erfassung der angesaugten Luftmasse zur Verfügung, so daß eine hohe Auflösung vorliegt. Diese Vorteile werden dadurch erzielt, daß in Ab­ hängigkeit von mindestens einer Bezugsgröße die Be­ triebstemperatur des Meßwiderstandes unterschied­ liche Werte annehmen kann und daß eine Änderung der Betriebstemperatur bei der Auswertung des Meßergeb­ nis′ entsprechend berücksichtigt wird. Mithin ver­ ändert sich die Betriebstemperatur selbsttätig wäh­ rend des Meßbetriebs, was vorzugsweise durch Verän­ derung des den Meßwiderstand durchfließenden Stro­ mes erfolgt. Die Veränderung ist von mindestens ei­ ner Bezugsgröße abhängig, wobei als Bezugsgröße eine vom jeweiligen Betriebszustand abhängige Größe herangezogen wird. Da eine Veränderung der Be­ triebstemperatur auch zur Veränderung des Meßergeb­ nis′ führt, wird erfindungsgemäß eine Anpassung bei der Auswertung des Meßergebnis′ durchgeführt.

Vorzugsweise wird die Betriebstemperatur stufen­ weise oder kontinuierlich verändert. Eine ent­ sprechende Anpassung muß dann bei der Auswertung des Meßergebnis′ erfolgen.

Bevorzugt wird als Bezugsgröße eine durch Messung ermittelte Größe verwendet. Mithin entscheidet der Wert einer durch Messung ermittelten Größe über die Betriebstemperatur des Meßwiderstandes.

Als Bezugsgröße kann vorzugsweise die Drehzahl der Brennkraftmaschine herangezogen werden. Die durch Messung ermittelte Drehzahl führt bei einer Ände­ rung entweder zu einer kontinuierlichen Betriebs­ temperaturverstellung des Meßwiderstandes oder aber - beim Überschreiten von Schwellenwerten - zu einer stufenweisen Anpassung. Entsprechendes gilt, wenn als Bezugsgröße der Drosselklappenwinkel der Brenn­ kraftmaschine herangezogen wird. Insbesondere kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Größe des Meßergebnis′ selbst die Betriebstemperatur des Meßwiderstandes bestimmt. Auch hier ist eine stu­ fenweise oder kontinuierliche Anpassung möglich.

Hohe Betriebstemperaturen des Meßwiderstandes füh­ ren dazu, daß sich als Meßergebnis ein hoher Span­ nungshub auch bei nur kleinen Luftmassenströmungs­ änderungen einstellt. Bei niedrigerer Betriebstem­ peratur des Meßwiderstandes steht ebenfalls ein großer Meßbereich zur Verfügung. Bevorzugt ist da­ her vorgesehen, daß zur Erzielung eines optimalen Meßergebnis′ stets eine entsprechende Betriebstem­ peratur gewählt wird. Sofern zur Erzielung präziser Meßergebnisse ein bestimmter Hub (insbesondere Spannungshub) des Meßergebnis′ gewünscht ist, kann nach diesem Kriterium die Betriebstemperatur ge­ wählt werden. Erfindungsgemäß läßt sich sowohl im Leerlauf- und Teillast- als auch im Vollastbereich stets eine hohe Auflösung erzielen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Temperatursteuerung eines eine strömende Fluidmasse erfassenden Meßwiderstandes, insbesondere eines Hitzdrahts oder dergleichen eines Luftmassenmessers einer Brennkraftmaschine, der während des Meßbe­ triebs durch Stromdurchfluß eine Betriebstemperatur aufweist, die größer als die Temperatur der Fluid­ masse ist, wobei die Betriebstemperatur in Abhän­ gigkeit von mindestens einer Bezugsgröße unter­ schiedliche Werte annehmen kann und eine Änderung der Betriebstemperatur bei der Auswertung des Meßergebnis′ entsprechend berücksichtigt wird. Ins­ besondere wird eine Brückenschaltung eingesetzt, die zwei als Spannungsteiler ausgebildete Brücken­ zweige besitzt, die den Meßwiderstand und einen im Widerstandswert variablen, der Einstellung der Be­ triebstemparatur dienenden Stellwiderstand aufwei­ sen. Die Einstellung des Stellwiderstandes erfolgt demgemäß in Abhängigkeit der genannten Bezugsgröße.

Zeichnung

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

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Hitzdraht-Luft­ massenmessers in Brückenschaltungs-Ausführung,

Fig. 2 ein Diagramm des Meßergebnis′ in Abhängig­ keit vom Luftmassendurchsatz.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Schaltungsauf­ bau eines Hitzdraht-Luftmassenmessers 1 zur Erfas­ sung des Luftmassendurchsatzes einer - nicht darge­ stellten - Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Der Hitzdraht-Luftmassenmesser 1 weist eine Brüc­ kenschaltung 2 auf, die zwei als Spannungsteiler ausgebildete Brückenzweige 3 und 4 besitzt. Der Spannungsteiler des Brückenzweigs 3 wird einerseits von der Reihenschaltung eines temperaturabhängigen Widerstandes RK mit einem Widerstand R1 und ande­ rerseits von einem variablen Stellwiderstand R2 ge­ bildet. Der Spannungsteiler des Brückenzweiges 4 setzt sich aus einem Meßwiderstand RH und einem Wi­ derstand R3 zusammen. Der Meßwiderstand RH stellt den Hitzdraht des Hitzdraht-Luftmassenmessers 1 dar. Die Spannungsabgriffe 5 und 6 der beiden Span­ nungsteiler sind an die beiden Eingänge eines Ope­ rationsverstärkers 7 angeschlossen. Der Ausgang 8 des Operationsverstärkers 7 führt zu einer Klemme 9 und ist ferner mit dem Meßwiderstand RH und dem Wi­ derstand RK verbunden (Leitung 10). Eine Klemme 11 führt nach Masse 12 und ist an die Widerstände R2 und R3 angeschlossen. Zwischen den Klemmen 9 und 11 ist ein Meßergebnis, und zwar die Meßspannung U, abgreifbar. Der Meßwiderstand RH (Hitzdraht) und der temperaturabhängige Widerstand RK befinden sich innerhalb eines Luftansaugrohres 13 der Brennkraft­ maschine. Das Luftansaugrohr 13 weist einen Luft­ massendurchsatz (kg/h) auf.

Es ergibt sich folgende Funktionsweise: Je nach Größe des Luftmassendurchsatzes wird der aufgrund Stromdurchflusses auf eine bestimmte Be­ triebstemperatur T_B erhitzte Meßwiderstand (RH) entsprechend gekühlt. Hierdurch verändert er seinen Widerstandswert, so daß eine Brückenverstimmung er­ folgt. Dieses führt zu einer ensprechenden Ansteue­ rung des Operationsverstärkers 7, der über seinen Ausgang 8 und die Leitung 10 eine Nachregelung der­ art vornimmt, daß der Meßwiderstand RH seine ur­ sprüngliche Betriebstemperatur T_B beibehält. Der temperaturabhängige Widerstand RK, der ebenfalls in der Luftströmung angeordnet ist, verhindert eine Einflußnahme auf das Meßergebnis, die sich aufgrund unterschiedlicher Temperaturen des angesaugten Luftmassenstroms ergeben könnte. Die Meßspannung U zwischen den Klemmen 9 und 11 stellt ein Maß für den Luftmassendurchsatz dar.

Durch die erfindungsgemäße Möglichkeit, den Wert des Stellwiderstandes R2 verändern zu können, läßt sich die Betriebstemperatur T_B des Meßwiderstandes RH verändern. Hierdurch ist es z. B. erfindungsgemäß möglich, eine hohe Betriebstemperatur T_B einzustel­ len, um bei der Meßspannung U einen möglichst hohen Spannungshub trotz kleiner Luftmassen-Durchsatzän­ derungen Δ. Der Meßbereich ist dann allerdings re­ lativ klein , was jedoch aufgrund der erfindungsge­ mäßen Maßnahme, daß während des Meßbetriebes die Betriebstemperatur T_B des Meßwiderstandes RH verän­ dert - im aufgeführten Beispiel verkleinert - werden kann dazu führt, daß eine individuelle Anpassung durchführbar ist. Wird im Meßbetrieb ein bestimmter Luftmassendurchsatz überschritten, so wird auto­ matisch auf eine niedrigere Betriebstemperatur T_B des Meßwiderstandes RH umgeschaltet, wodurch eine Vergrößerung des Meßbereichs erfolgt, so daß der zur Verfügung stehende Spannungshub ΔU sich auf den größeren Luftmassen-Durchsatzbereich Δ aufteilt, mithin also eine entsprechend hohe Auflösung vor­ liegt, die wesentlich größer als im Falle einer un­ veränderten Betriebstemperatur T_B des Meßwiderstan­ des RH ist.

Diese Umstände gehen aus der Fig. 2 hervor. Dort ist die Meßspannung U als Funktion des Luftmassen­ durchsatzes m dargestellt. Die Kennlinie a gilt für hohe Betriebstemperaturen T_B des Meßwiderstandes RH und die Kennlinie b gibt den funktionellen Zusam­ menhang bei niedrigerer Betriebstemperatur T_B wie­ der. Im Bereich I, in dem ein relativ kleiner Luft­ massendurchsatz vorliegt, wie dies insbesondere im Leerlauf- oder Teillastbetrieb der Brennkraftma­ schine der Fall ist, steht ein großer Hub der Meß­ spannung U zur Verfügung. Überschreitet der Luft­ massendurchsatz eine bestimmte Schwelle, was gleichbedeutend mit dem Überschreiten eines be­ stimmten Wertes der Meßspannung U ist, so erfolgt automatisch eine Umschaltung auf die Kennlinie b, die eine geringere Steigung als die Kennlinie a aufweist. Mithin steht im Bereich II, in dem rela­ tiv große Luftmassendurchsätze vorliegen, wie­ derum ein recht großer Hub der Meßspannung U zur Verfügung,so daß sowohl im Bereich I als auch im Bereich II eine hohe Auflösung gewährleistet ist. Wie erläutert, erfolgt die Umschaltung von der Kennlinie a auf die Kennlinie b in Abhängigkeit von der Größe der Meßspannung U selbst. Hierzu wird eine nicht näher beschriebene Auswerteschaltung eingesetzt, wie sie in vielerlei Varianten dem Fachmann geläufig ist.

Im Ausführungsbeispiel ist somit eine stufenweise erfolgende Änderung der Betriebstemperatur T_B dar­ gestellt. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Änderung der Betriebstemperatur T_B kontinuierlich erfolgt. Dieses führt zu einer ent­ sprechend anderen Kennlinie.

Wie erläutert, wird die Betriebstemperatur T_B des Meßwiderstandes RH in Abhängigkeit von dem Meßer­ gebnis eingestellt. Sie ist also von einer bestimm­ ten Bezugsgröße G abhängig, die - im Ausführungsbei­ spiel - durch Messung ermittelt wird. Als Bezugs­ größe G können nach verschiedenen Ausführungsbei­ spielen der Erfindung unterschiedliche Größen zum Einsatz gelangen. Zusätzlich oder alternativ zum Meßergebnis selbst ist es auch möglich, die Dreh­ zahl der Brennkraftmaschine als Bezugsgröße G heranzuziehen. Beispielsweise kann auch der Dros­ selklappenwinkel der Brennkraftmaschine die Bezugs­ größe G darstellen.

Auf welche Art und Weise die (z. B. mechanische) Verstellung des Stellwiderstandes R2 erfolgt ist hier nicht näher dargestellt. Es bieten sich unter­ schiedliche, dem Fachmann bekannte Lösungen an, wo­ bei stets eine Veränderung der Bezugsgröße zu einer entsprechenden Änderung des Widerstandswertes des Stellwiderstandes R2 führt. Diese Änderung kann - wie bereits erwähnt - entweder stufenweise beim Überschreiten bestimmter Grenzwerte oder aber auch kontinuierlich erfolgen.

Aufgrund der Erfindung ist also ein Hitzdraht-Luft­ mengenmesser 1 geschaffen, der eine variable Hitz­ drahttemperatur während des Meßbetriebs aufweist. Dieses setzt voraus, daß bei einer Veränderung der Betriebstemperatur T_B des Hitzdrahtes stets eine entsprechende Berücksichtigung bei der Auswertung des Meßergebnis′ erfolgt, da es sonst zu einer Ver­ fälschung der Meßgröße kommt. Eine Änderung der Be­ zugsgröße G führt insofern nicht nur zu einer Ände­ rung der Betriebstemperatur T_B des Meßwiderstandes RH, sondern gleichzeitig auch zu einer entsprechen­ den Änderung der Meßergebnis-Bewertung. Auch zu letzterem sind vielerlei hardwaremäßige Lösungen denkbar, die dem Fachmann ohne weiteres geläufig sind, so daß sich eine nähere Beschreibung erüb­ rigt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Temperatursteuerung eines eine strömende Fluidmasse erfassenden Meßwiderstandes, vorzugsweise eines Hitzdrahts oder dergleichen ei­ nes Luftmassenmessers einer Brennkraftmaschine, der während des Meßbetriebs insbesondere durch Strom­ durchfluß eine Betriebstemperatur aufweist, die größer als die Temperatur der Fluidmasse ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Betriebstemperatur (T_B) in Abhängigkeit von einer Bezugsgröße (G) un­ terschiedliche Werte annehmen kann und daß eine Än­ derung der Betriebstemperatur (T_B) bei der Auswer­ tung des Meßergebnis′ (Meßspannung U) entsprechend berücksichtigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Betriebstemperatur (T_B) stufenweise oder kontinuierlich verändert wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugs­ größe (G) eine durch Messung ermittelte Größe ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugs­ größe (G) die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder der Drosselklappenwinkel der Brennkraftma­ schine und/oder das Meßergebnis (Meßspannung U) selbst ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebs­ temperatur (T_B) in Abhängigkeit von einem gewünsch­ ten Meßbereich eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebs­ temperatur (T_B) in Abhängigkeit von einem gewünsch­ ten Hub, insbesondere Spannungshub, des Meßergeb­ nis′ eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebs­ temperatur (T_B) in Abhängigkeit einer gewünschten Auflösung der Meßergebnisse eingestellt wird.

8. Vorrichtung zur Temperatursteuerung eines eine strömende Fluidmasse erfassenden Meßwiderstandes, vorzugsweise eines Hitzdrahts oder dergleichen ei­ nes Luftmassenmessers einer Brennkraftmaschine, der während des Meßbetriebs insbesondere durch Strom­ durchfluß eine Betriebstemperatur aufweist, die größer als die Temperatur der Fluidmasse ist, vor­ zugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebstem­ peratur (T_B) in Abhängigkeit von mindestens einer Bezugsgröße (G) unterschiedliche Werte annehmen kann und daß eine Änderung der Betriebstemperatur (T_B) bei der Auswertung des Meßergebnis′ (Meßspan­ nung U) entsprechend berücksichtigt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Brückenschaltung (2), die zwei als Span­ nungsteiler ausgebildete Brückenzweige (3, 4) be­ sitzt, die den Meßwiderstand (RH) und einen im Wi­ derstandswert variablen, der Einstellung der Be­ triebstemperatur (T_B) dienenden Stellwiderstand (R2) aufweisen.