DE3905665C2

DE3905665C2 - Anordnung zur Messung des Massenstroms

Info

Publication number: DE3905665C2
Application number: DE19893905665
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Weibler; Wolfgang Porth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-02-24
Filing date: 1989-02-24
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2009-02-25
Also published as: DE3905665A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung des Massenstroms eines Mediums, insbesondere der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine, mit einem von einem elektrischen Strom beheizten Meßwiderstand, der mit dem strömenden Medium in Wärmekontakt steht, wobei der Strom mit Hilfe eines Regelkreises derart geregelt wird, daß die Übertemperatur des Meßwiderstandes gegenüber dem Medium im wesentlichen konstant ist.

Insbesondere zur Regelung von Brennkraftmaschinen werden Sensoren zur Messung der angesaugten Luftmasse benötigt. Bei bekannten Sensoren wird ein Meßwiderstand, dessen Widerstandswert temperaturabhängig ist, von einem Strom durchflossen, der seine Erwärmung gegenüber der Temperatur des strömenden Mediums bewirkt. Je nach Massenstrom wird dem Meßwiderstand mehr oder weniger Wärme entzogen. Mit Hilfe eines Regelkreises wird der Strom derart geregelt, daß der Meßwiderstand eine im wesentlichen konstante Übertemperatur gegenüber dem Medium aufweist. Der Strom ergibt somit ein Maß für den Massenstrom und bei bekanntem Querschnitt der Strömung ein Maß für die Luftmasse, die je Zeiteinheit angesaugt wird.

Durch Exemplarstreuungen des Meßwiderstandes wird jedoch das Meßergebnis verfälscht. Es ist deshalb bei einer Vorrichtung zur Erzeugung einer einheitlichen Kennlinie der Sensoren (DE 36 34 854 A1) vorgesehen, daß die vom jeweiligen Sensor bzw. von einer diesem nachgeschalteten Anordnung abgegebenen Signale zuerst in digitale Werte umgesetzt werden, die dann größenabhängig mit Korrekturwerten verknüpft werden, welche in analoge Signale umgewandelt werden, die anschließend den Signalen des Sensors bzw. der Anordnung vorzeichenrichtig hinzugefügt werden, wobei die Summe als korrigiertes Signal weiterverarbeitet wird.

Ein Hauptgrund für die Kennlinienstreuung, das heißt die Verfälschung der Meßwerte in Abhängigkeit von Exemplarstreuungen, sind Schwankungen in den Widerstandswerten der einzelnen Meßwiderstände und weniger Schwankungen in der Geometrie. Derartige Widerstandsfehler (beispielsweise durch auf verschiedenen Quadratwiderstand bei Dickschichtwiderständen zurückzuführende Fehler) führen sowohl zu einer Änderung der Übertemperatur des Meßwiderstandes wie auch zu einer Änderung der Abhängigkeit der Übertemperatur von der Temperatur des Mediums. Bei der bekannten Vorrichtung führen diese Änderungen zu einem Fehler im Temperaturgang. Diese Fehler sollen mit der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden werden.

Aus der DE-OS 37 17 331 ist eine Anordnung zur Messung des Massestromes eines Mediums mit einem beheizten Meßwiderstand und einem digital arbeitenden Regelkreis bekannt, der sicherstellt, daß der Meßwiderstand auf einem bestimmten Pegel betrieben wird. Eine vom Regelkreis getrennte Korrekturschaltung, die dem Regelkreis ein Korrektursignal zuführt ist jedoch nicht vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist gekennzeichnet durch Mittel, um dem Regelkreis ein Korrektursignal zuzuführen, das mit Hilfe einer digital arbeitenden Korrekturschaltung aus einer von der Strömungsgeschwindigkeit abhängigen Größe gewonnen wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß auch die obengenannten Fehler korrigiert werden. Außerdem können auch auch komplizierte, für jeden Sensor spezifische Korrekturfunktionen realisiert werden. Ferner kann die Korrekturschaltung mit einer relativ geringen Auflösung von beispielsweise 8 bit arbeiten.

Mit Hilfe einer Weiterbildung der Erfindung kann in einfacher Weise eine Temperaturkorrektur dadurch vorgenommen werden, daß ferner einer dem Strom durch den Meßwiderstand im wesentlichen proportionalen Spannung ein Temperaturkorrektursignal überlagert wird, das ebenfalls mit Hilfe der digitalen Korrekturschaltung gewonnen wird.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Meßwiderstand zusammen mit einem Widerstand einen ersten Zweig einer Brückenschaltung aus einem temperaturabhängigen Widerstand und einem weiteren Widerstand besteht und daß die Brückdiagonalanschlüsse der Zweige mit je einem Eingang eines Differenzverstärkers verbunden sind, der zusammen mit einem Stellglied für den Brückenstrom den Regelkreis bildet, und daß dem einen Eingang des Differenzverstärkers eine Addierschaltung vorgeschaltet ist, deren einer Eingang mit dem Brückendiagonalanschluß des den Meßwiderstand enthaltenen Zweiges und dessen anderer Eingang mit einem Ausgang der Korrekturschaltung verbunden ist.

Diese Weiterbildung der Erfindung ermöglicht in einfacher Weise die eingangs erwähnte Korrektur bei einer an sich bekannten Anordnung mit einer Brückenschaltung.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich. Insbesondere ist durch die Verwendung eines Mikrocomputers in der Korrekturschaltung die Realisierung von beliebigen Korrekturfunktionen möglich. Durch die Berücksichtigung der Änderungsgeschwindigkeit der Strömungsgeschwindigkeit bei der Bildung des Korrektursignals kann eine schnellere Ansprechzeit erreicht oder ein vorgehaltenes Sensorsignal erzeugt werden.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Mehrere davon sind schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 teilweise als Blockschaltbild ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer für die Verwendung in den Ausführungsbeispielen geeigneten Korrekturschaltung und

Fig. 5 in Form eines Flußdiagramms ein Programm für einen in der Korrekturschaltung nach Fig. 4 enthaltenen Mikrocomputer.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 bis 3 enthalten jeweils in an sich bekannter Weise eine Brückenschaltung, deren einer Zweig von dem temperaturabhängigen Meßwiderstand 2 und einem im wesentlichen temperaturunabhängigen Widerstand 4 gebildet wird. Der andere Brückenzweig besteht aus einem temperaturabhängigen Widerstand 1 und einem weiteren temperaturunabhängigen Widerstand 3. Die Brückenschaltung ist mit einem Strom beaufschlagt, der vom positiven Pol 8 einer Betriebsspannungsquelle U_B über einen als Stellglied dienenden Transistor 9 zugeführt wird. Zur Messung des Stroms durch die Brückenschaltung ist ein Strommeßwiderstand 10 vorgesehen, dessen einer Anschluß mit Masse verbunden ist und dessen anderer Anschluß den Ausgang 11 der Anordnung bildet.

Der eigentliche Meßvorgang findet mit Hilfe des den Meßwiderstand 2 und den Widerstand 4 enthaltenen Brückenzweiges statt, während der andere Zweig zur Erfassung der Lufttemperatur dient. Damit der Meßwiderstand 2 gegenüber der Luft aufgeheizt wird, weisen der Meßwiderstand 2 und der Widerstand 4 einen relativ geringen Widerstand auf. Demgegenüber sind die Widerstände 1 und 3 hochohmiger, damit der temperaturabhängige Widerstand 1 möglichst keine Übertemperatur annimmt. Er ist deshalb auch in Strömungsrichtung gesehen vor dem Meßwiderstand 2 angeordnet. Wegen der erläuterten Widerstandsverhältnisse kann somit auch der Strom durch den Strommeßwiderstand 10 dem Strom durch den Meßwiderstand 2 im wesentlichen gleichgesetzt werden.

Zur Regelung des Stroms sind bei der bekannten Anordnung die Brückendiagonalanschlüsse 5, 6 der Brückenschaltung mit Eingängen eines Differenzverstärkers 7 verbunden, dessen Ausgang an die Basis des Transistors 9 angeschlossen ist.

Zur Korrektur der eingangs genannten Exemplarstreuungen ist eine digitalarbeitende Korrekturschaltung 13 vorgesehen, deren Ausgangssignal dem Regelkreis zugeführt wird. Dieses geschieht bei den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen dadurch, daß dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 7 eine Addierschaltung 15 vorgeschaltet ist, deren Eingänge einerseits mit dem Ausgang 6 der Brückenschaltung und andererseits mit einem Ausgang 14 der Korrekturschaltung 13 verbunden sind.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 wird zur Erzeugung des über den Ausgang 14 abgegebenen Korrektursignals einem Eingang 12 der Korrekturschaltung 13 die Spannung am Ausgang 6 der Brückenschaltung zugeführt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird dem Eingang 12 der Korrekturschaltung 13 die dem Strom durch den Meßwiderstand 2 im wesentlichen proportionale Spannung am Strommeßwiderstand 10 zugeleitet. Um eine gleichwertige Korrektur gegenüber den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 zu erhalten, sind in der Korrekturschaltung 13 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 andere Korrekturfunktionen vorgesehen als bei den Korrekturschaltungen nach den Fig. 1 und 2. Bei einer Realisierung der Korrekturschaltung 13 mit Hilfe eines Mikrocomputers und eines nichtflüchtigen Speichers (Fig. 4) kann dieses in einfacher Weise vorgenommen werden.

Die Ausführungsbeispiele unterscheiden sich ferner bezüglich der Berücksichtigung der Temperatur bei der Korrektur. Durch die Zuführung der Ausgangsspannung des zweiten Brückenzweiges 1, 3 zum nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 7 wird die Lufttemperatur als solche zwar bereits berücksichtigt, es treten jedoch weitere temperaturabhängige Fehler auf, die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dadurch korrigiert werden, daß die an der Brückenschaltung anliegende Spannung einem weiteren Eingang 16 der Korrekturschaltung 13 zugeführt wird. Durch Division der Spannung am Eingang 12 durch die Spannung am Eingang 16 wird die Lufttemperatur ermittelt und bei der Bildung des Korrektursignals, welches der Addierschaltung 15 zugeführt wird, berücksichtigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird der Korrekturschaltung 13 ebenfalls die Spannung an der Brückenschaltung zugeleitet, sie wird jedoch nicht bei der Bildung des Korrektursignals berücksichtigt, sondern führt nach der obengenannten Division zur Bildung eines zusätzlichen Temperaturkorrektursignals, das über einen weiteren Ausgang 17 der Korrekturschaltung 13 an eine weitere Addierschaltung 18 gegeben wird, mit deren Hilfe es der Spannung am Strommeßwiderstand 10 überlagert wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird wie bei Fig. 2 ein Temperaturkorrektursignal über den Ausgang 17 der weiteren Addierschaltung 18 zugeführt. Es ist jedoch offengelassen, mit welcher temperaturabhängigen Spannung der Eingang 16 der Korrekturschaltung 13 dazu zu beaufschlagen ist. Dieses kann entweder die Ausgangsspannung eines der Brückenzweige dividiert durch die Spannung an der Brückenschaltung oder die Ausgangsspannung eines zusätzlich angeordneten Temperatursensors sein.

Fig. 4 zeigt eine Korrekturschaltung, die in vorteilhafter Weise bei den dargestellten Ausführungsbeispielen verwendet werden kann. Sie enthält im wesentlichen einen Mikrocomputer 23 einen nicht flüchtigen Speicher 24. Der Mikrocomputer 23 dient als digitalarbeitende Korrekturschaltung und enthält in an sich bekannter Weise einen Mikroprozessor sowie verschiedene Speicher für Programme und die jeweils beim Programmablauf anfallenden Daten. Im nichtflüchtigen Speicher sind Korrekturdaten für die individuelle Anordnung abgelegt, die bei einer Kalibrierung der Anordnung ermittelt werden.

An den Mikrocomputer 23 sind zwei Analog/Digital-Wandler 25, 26 und zwei Digital/Analog-Wandler 27, 28 angeschlossen. Mit Hilfe der Analog/Digital-Wandler 25, 26 werden die den Eingängen 12, 16 zugeführten Spannungen in digitale Signale umgewandelt und dem Mikrocomputer 23 zugeführt, während die Digital/Analog-Wandler vom Mikrocomputer bereitgestellte digitale Signale in Spannungen an den Ausgängen 14, 17 umwandeln. Die Analog/Digital-Wandler können von R-2R-Netzwerken gebildet sein.

Mit Hilfe eines geeigneten Programms werden vom Mikrocomputer Korrekturwerte in Abhängigkeit von den an den Eingängen 12, 16 anliegenden Spannungen aus dem nichtflüchtigen Speicher ausgelesen und den Ausgängen 14, 17 als Korrekturspannungen zugeführt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden beide Korrekturspannungen in geeigneter Weise zusammengefaßt und über den Ausgang 14 ausgegeben. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind der Digital/Analog-Wandler 27 und der Ausgang 14 für die Korrektur von Exemplarstreuungen und Nichtlinearitäten der Widerstände 1 bis 4 vorgesehen, während über den Digital/Analog-Wandler 28 und den Ausgang 17 die Spannung zur Korrektur des Temperatureinflusses ausgegeben wird.

Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms für den Mikrocomputer 23 (Fig. 4) für den Fall der Verwendung in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. In einem Programmschritt 31 werden die Ausgangssignale der Analog/Digital-Wandler 25, 26 (Fig. 3) eingelesen. In einem weiteren Programmschritt 32 werden unter von den eingelesenen Daten abhängigen Adressen Korrekturwerte aus dem nichtflüchtigen Speicher 24 ausgelesen und eine Korrekturspannung nach der Gleichung U_korr(n) = f(Signal - g(U_korr(n-1)), Temp.) gebildet. Dabei ist U_korr(n) der Wert der Korrekturspannung bei dem betrachteten Programmdurchlauf und f die jeweils durch die gespeicherten Daten dargestellte Funktion. Signal bedeutet das Signal am Ausgang 6 der Brückenschaltung. U_korr(n-1) ist die Korrekturspannung bei dem vorangegangenen Programmdurchlauf und Temp. die jeweils gemessene Temperatur. Der Wert U_korr(n) wird im Programmteil 33 an den Analog/Digital-Wandler 27 ausgegeben, worauf das Programm beginnend bei 31 erneut durchlaufen wird.

Claims

1. Anordnung zur Messung des Massenstroms eines Mediums, insbesondere der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine mit einem von einem elektrischen Strom beheizten Meßwiderstand, der mit dem strömenden Medium in Wärmekontakt steht, wobei der Strom mit Hilfe eines Regelkreises derart geregelt wird, daß die Übertemperatur des Meßwiderstandes (2) gegenüber dem Medium im wesentlichen konstant ist, gekennzeichnet durch Mittel, um dem Regelkreis ein Korrektursignal zuzuführen, das mit Hilfe einer digital arbeitenden Korrekturschaltung (13) aus einer von dem Massenstrom abhängigen Größe gewonnen wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel, um ferner einer dem Strom durch den Meßwiderstand (2) im wesentlichen proportionalen Spannung ein Temperaturkorrektursignal zu überlagern, das ebenfalls mit Hilfe der digital arbeitenden Korrekturschaltung gewonnen wird.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand (2) zusammen mit einem Widerstand (4) einen ersten Zweig einer Brückenschaltung bildet, daß ein zweiter Zweig der Brückenschaltung aus einem temperaturabhängigen Widerstand (1) und einem weiteren Widerstand (3) besteht und daß Brückendiagonalanschlüsse (5, 6) der Zweige mit je einem Eingang eines Differenzverstärkers (7) verbunden sind, der zusammen mit einem Stellglied (9) für den Brückenstrom den Regelkreis bildet, und daß dem einen Eingang des Differenzverstärkers (7) eine Addierschaltung (15) vorgeschaltet ist, deren einer Eingang mit dem Brückendiagonalanschluß (6) des den Meßwiderstand enthaltenden Zweiges und dessen anderer Eingang mit einem Ausgang (14) der Korrekturschaltung (13) verbunden ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang (12) der Korrekturschaltung (13) mit dem Brückendiagonalanschluß (6) des den Meßwiderstand (2) enthaltenden Zweiges verbunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang (12) der Korrekturschaltung (13) mit einer Spannung beaufschlagt ist, die im wesentlichen dem Strom durch den Meßwiderstand (2) proportional ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Eingang (16) der Korrekturschaltung (13) mit einer von der Temperatur des Mediums abhängigen Spannung beaufschlagt ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das der Addierschaltung (15) zugeführte Korrektursignal von der dem weiteren Eingang (16) der Korrekturschaltung (13) zugeführten Spannung abhängig ist.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltung (13) einen weiteren Ausgang (17) aufweist, der mit einem ersten Eingang einer weiteren Addierschaltung (18) verbunden ist, und daß einem zweiten Eingang der weiteren Addierschaltung (18) eine dem Strom durch den Meßwiderstand (2) im wesentlichen proportionale Spannung zuführbar ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt zwischen dem Stellglied und der Brückenschaltung mit dem weiteren Eingang (16) der Korrekturschaltung (13) verbunden ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den weiteren Eingang (16) der Korrekturschaltung (13) ein Temperatursensor angeschlossen ist.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltung mindestens einen Analog/Digital-Wandler (25, 26), einen Mikrocomputer (23), einen nichtflüchtigen Speicher (24) und mindestens einen Digital/Analog-Wandler (27, 28) enthält.

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung des Korrektursignals die Änderungsgeschwindigkeit des Massenstroms berücksichtigt wird.