DE3016923A1

DE3016923A1 - Vorrichtung zur messung der masse eine stroemenden mediums

Info

Publication number: DE3016923A1
Application number: DE19803016923
Authority: DE
Inventors: Peter Ing.(Grad.) 7000 Stuttgart Romann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-05-02
Filing date: 1980-05-02
Publication date: 1981-11-05
Also published as: DE3016923C2; JPS571916A; FR2481745B1; JPH0343564B2; GB2075200B; FR2481745A1; US4397179A; GB2075200A

Description

R- 628.4

16.4.1980 Kh/Wl

ROBERT BOSCH GMBH₃ 7000 Stuttgart 1

Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums vorgeschlagen worden, bei der als temperaturabhängiger Widerstand ein Hitzdraht oder ein Hitzband verwendet wird, der bzw. das jeweils in einem Sondenring über mehrere Einspannstellen straff ausgespannt ist. Dabei können in Extremfällen (Stoß, Schwingungen, Temperaturspannungen) Kräfte auftreten, die zu einer Überschreitung der zulässigen Spannung im Hitzdraht bzw. im Hitzband führen mit der Folge einer bleibenden Längung des Hitzdrahtes bzw. Hitzbandes, wodurch sich in unzulässiger Weise der Widerstandswert erhöht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine unerwünschte bleibende Streckung des Hitzdrahtes bzw. Hitzbandes vermieden und damit nicht nur eine unerwünschte Änderung der Meßkennlinie, sondern auch eine

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Zerstörung des Hitzdrahtes bzw. Hitzbandes verhindert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Zeichnung . ■ -.'"■·

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der"Zeichnung vereinfacht" dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Messung der Masse, eines strömenden Me-." diums, insbesondere zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen, Figur 2 eine schematische Darstellung eines V-förmig geführten Hitzbandes durch drei Stützpunkte, Pigu-r 3 eine schlaufenförmige Ausführung des Hitzbandes im Bereich eines mittleren Stützpunktes, Figur 4 einen Querschnitt des Hitzbandes, Figur 5' eine erfindungsgemäße Ausbildung eines mittleren Stützpunktes mit einem' Hitzband, Figur 6 eine' erfindungsgemäße Ausbildung eines mittleren Stützpunktes mit einem Hitzdraht, Figur 7 feine Seitenansicht mit einer Aufhängung eines Hitzdrahtes an einem erfindungsgemäß ausgebildeten mittleren Stützpunkt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, insbesondere zur Messung der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen ist eine Brükkenschaltung aus einem temperaturabhängigen Widerstand 10, einem temperaturabhängigen Widerstand 11 bzw. II¹, einem Widerstand 12 und aus Widerständen 13 und 14 vorgese-

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hen. An die Brückendiagonale ist ein Regelverstärker 15 einer Regeleinrichtung 16 angeschlossen. Dabei ist der invertierende Eingang des Regelverstärkers 15 über einen Eingangswiderstand 17 mit dem Kopplungspunkt der Widerstände 11 bzw. 11' und 12 verbunden, während der nichtinvertierende Eingang des Regelverstärkers 15 über einen Eingangswiderstand 18 an den Kopplungspunkt der Widerstände 13 und l4 angeschlossen ist. Der Regelverstärker 15 ist über zwei Versorgungsleitungen 19 und 20 mit einer Gleichspannungsquelle 21 verbunden. Dieser Gleichspannungsquelle 21 ist ein Glättungskondensator 22 parallelgeschaltet. Der Ausgang des Regelverstärkers 15 ist mit der Reihenschaltung von zwei Widerständen 23 und 24 verbunden, wobei der Widerstand 24 an die gemeinsame Versorgungsleitung 19 angeschlossen ist. Diese beiden Widerstände 23 und 24 bilden einen Spannungsteiler für eine Darlingtonstufe 25, die zusammen mit einem Widerstand 26 eine spannungsgesteuerte Stromquelle zur Stromversorgung der Brückenschaltung aus den Widerständen 10, 11, 11', 12, 13 und 14 bildet. Zwischen die gemeinsamen Versorgungsleitungen 19 und 20 ist ein Spannungsteiler aus Widerständen 27 und 28 geschaltet. An den Kopplungspunkt der Widerstände 27 und 28 ist die Anode einer Diode 37 angeschlossen, deren Kathode mit dem invertierenden Eingang des Regelverstärkers 15 verbunden ist. Zwischen den invertierenden Eingang des Regelvers'tärkers 15 und die gemeinsame Versorgungsleitung 20 ist die Reihenschaltung eines Widerstandes 29 und eines Kondensators 30 geschaltet, wobei diese Widerstands-Kondensator-Kombihation zur Frequenzabstimmung des Regelkreises auf das Zeitverhalten der temperaturabhängigen Widerstände dient.

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Mit dem Kopplungspunkt der Widerstände 13 und 14 ist ein Widerstand 31 verbunden, der über die Schaltstrecke eines Schalttransistors 32 mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 20 verbindbar ist. Die Basis des Schalttransistors 32 ist mit dem Ausgang einer monostabilen Kippstufe 33 verbunden, die über ein Differenzierglied 34 von einem bei 35 angedeuteten Zündschalter für die Zündanlage der Brennkraftmaschine oder einem von einem anderen- Mittel gelieferten Impuls auslösbar ist.·

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist fol·* gende: Über den temperaturabhängigen Widerstand 11, II¹, der Brückenschaltung fließt ein bestimmter Strom und heizt diesen Widerstand 11, 11' auf seine normale Betriebstempe- · ratur auf. In einem anderen Brückenzweig nimmt der temperaturabhängige Widerstand 10 einen Widerstandswert ein, der die Temperatur des strömenden Mediums beispielsweise die der eingesaugten Luft der Brennkraftmaschine charakterisiert. Dadurch wird erreicht, daß als Referenzsignal für die Heizstrpmregelung der Vorrichtung zur Luftmassenmessung immer die Temperatur der Ansaugluft der Brennkraftmaschine verwendet wird. Je nach der Masse der vorbeiströmenden Ansaugluft wird der temperaturabhängige Widerstand 11, 11' mehr oder weniger abgekühlt. Dies'führt zu einer Ver stimmung der Brückenschaltung. Diese Verstimmung der Brükkenschaltung wird dadurch ausgeregelt, daß der Regelverstärker über die spannungsgesteuerte Stromquelle 23, 24, und 26 einen höheren Speisestrom für die Brückenschaltung liefert, so daß die Temperatur des temperaturabhängigen Widerstandes 11, 11' und damit dessen Widerstandswert auf einen wenigstens annähernd konstanten Wert gehalten wird. Der durch die Brückenschaltung fließende Strom ist ein Maß

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. 7.

für die an dem temperaturabhängigen Widerstand 11, 11' in Pfeilrichtung 56 vorbeiströmende Luftmasse. Ein entsprechendes elektrisches Signal kann zwischen einer Klemme 36 und einer Klemme 39 abgenommen werden.

Zur Erleichterung des Anlaufens der Regeleinrichtung dient der Spannungsteiler 27/ 28 mit der Diode 37· Beim Einschalten der Regeleinrichtung wird am invertierenden Eingang des Regelverstärkers 15 eine Spannung von etwa 0,5 Volt erzwungen, die ein sicheres Anlaufen der Regeleinrichtung erlaubt. Im normalen Betriebsfall wird dagegen die Spannung am invertierenden Eingang des Regelverstärkers 15 wesentlich über dieser Anfangsspannung liegen, so daß die Diode 37 gesperrt ist und damit über den Spannungsteiler 27, 28 kein Einfluß auf die Regelvorgänge genommen werden kann.

Damit der, wie im folgenden beschrieben, als Hitzband 11 oder Hitzdraht 11' ausgebildete temperaturabhängige Widerstand von Zeit zu Zeit von Ablagerungen auf seiner Oberfläche befreit wird, soll nach einem bestimmten Meßzyklus ein erhöhter Strom über diesen temperaturabhängigen Widerstand 11, 11' fließen. Als Meßzyklus kann dabei beispielsweise jeweils eine bestimmte Betriebsdauer der Brennkraftmaschine gewählt werden. So kann auch der Ausglühvorgang mit jedem Abschalten der Zündanlage der Brennkraftmaschine ausgelöst werden. Dies geschieht beim Ausschalten des Zündschalters 35· Das entsprechende Signal wird differenziert und steuert die monostabile Kippstufe 33 in ihren instabilen Schaltzustand. Während dieses instabilen Schaltzustandes der monostabilen Kippstufe 33 wird der Schalttransistor 32 leitend und schaltet den Widerstand 31 zu dem Widerstand Ik der Brückenschaltung parallel. Dadurch wird die Brückenschaltung

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aus den Widerständen 1O₅ 11, 11', 12, 13 und l4 stark ver-. stimmt, und zwar im dem Sinne, daß der Regelverstärker 15 zur Kompensation dieser Verstimmung einen erhöhten Strom für die Brückenschaltung liefert. Dieser höhere Strom heizt den temperaturabhängigen Widerstand 11, 11' für die Dauer des instabilen Schaltzustandes der monostabilen Kippstufe auf eine über der normalen Betriebstemperatur-liegende Temperatur auf, so daß Rückstände an der Oberfläche des temperaturabhängigen Widerstandes verbrennen.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn das Material des temperaturabhängigen Widerstandes 11, 11' aus strukturstabilisiertem Platin besteht, weil dieses Material besonders gut geeignet ist, auf hohe- Temperatu- ' ren erhitzt zu werden. Dies ist für den Abbrennvorgang besonders wichtig.

Der Referenzwiderstand 12 ist zweckmäßigerweise ebenfalls in dem durch eine unterbrochene Linie 38 angedeuteten Strömungsquerschnitt, beispielsweise dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine untergebracht, da dann die Verlustwärme des Referenzwiderstandes 12 durch die in Pfeilrichtung 56 strömende Luft abgeführt werden kann. Die Widerstände 13 und 14 sind zweckmäßigerweise als einstellbare Widerstände ausgebildet, damit das Temperaturverhalten des Regelkreises ■eingestellt werden kann.

In Figur 2 ist schematisch ein Sondenring 40, der natürlich auch eine andere zweckmäßige Form haben kann, mit drei parallel zueinander verlaufenden Stützpunkten 4l, 42 und 43 dargestellt. Mit Hilfe der Stützpunkte 4l, 42 und 43 ist' der als sogenanntes Hitzband 11 ausgebildete temperaturab,-

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hängige Widerstand 11 oder der in den Figuren 6 und 7 dargestellte Hitzdraht 11' V-förmig ausgespannt. Dabei ist das Hitzband 11 (oder der Hitzdraht 11') mit seinen Enden nur an den beiden Endstützpunkten 41 und ^2 befestigt, beispielsweise gelötet oder geschweißt, während es (er) über den Stützpunkt ^3 nur lose geführt ist. Die Befestigung des Hitzbandes 11 an den Endstützpunkten Hl, *J2 erfolgt vorzugsweise linienförmig parallel zu den Stützpunkten, so daß sich das Hitzband 11 nicht verwinden kann, was eine Änderung des Wärmeüberganges und damit der Kennlinie zur Folge hätte.

Eine möglichst zug- und druckspannungsfreie Einspannung des Hitzbandes 11 bzw. des Hitzdrahtes 11' ist außerordentlich wichtig, wenn das Hitzband bzw. der Hitzdraht beispielsweise als Luftmassenmesser im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine verwendet werden soll. Der dabei zu berücksichtigende Temperaturgang liegt üblicherweise zwischen - 30° C und + 120° C. Hinzu kommt noch eine weitere Temperaturänderung, die durch die Betriebsweise des Hitzbandes 11 bzw. des Hitzdrahtes 11' bedingt ist. Außerdem wird das Hitzband bzw. der Hitzdraht noch, wie beschrieben, zum Freibrennen auf eine hohe Temperatur erhitzt, damit an seiner Oberfläche sich festsetzende Rückstände abgebrannt werden können. Auch diese kurzzeitige Temperatur führt zu Längenänderungen des Bandes bzw. des Drahtes, die bei einer starren Einspannung zu unerwünscht großen Zug- und Druckspannungen führen können, die zur Folge haben, daß das Hitzband 11 bzw. der Hitzdraht 11' bleibend gestreckt wird und der Widerstandswert unzulässig ansteigt.

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Wie in Figur 2 dargestellt ist, können die parallel zueinander verlaufenden Stützpunkte" 41, 42, *J3 hakenförmig abgebogen sein. Zumindest die Endstützpunkte 41, 42, die zur Stromzuführung dienen, sind gegenüber dem Sondenring 40 elektrisch isoliert in ihm befestigt. Der mittlere Abschnitt des Hitzbandes 11 bzw. des Hitzdrahtes II¹, der um den Stützpunkt 43 geführt ist,-bildet dabei eine Schlaufe 44, wobei die vom Stützpunkt 43 fortlaufenden Abschnitt des Hitzbandes 11 bzw. Hitzdrahtes 11' in einem Berührungsbereich bei 45 elektrisch leitend miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Verschweißen oder Verlöten. Dadurch wird die Schlaufe 44 stromlos und nicht durch Strom erwärmt. Probleme mit einer Undefinierten Wärmeabfuhr vom Hitzband bzw. Hitzdraht 11' zum Stützpunkt 43 werden dadurch vermieden. Gemäß Figur 3 ist der Umschlingungswinkel der Schlaufe 44 kleiner als l80°.

Im wesentlichen an der der Luftströmung entgegengerichteten Anströmfläche des temperaturabhängigen Widerstandes 11, 11' setzen sich während des Betriebes in der Luft schwebende · Partikel ab und bilden Ablagerungen, die nach kurzer Betriebszeit die Kennlinie der Meßsonde ändern mit der Folge von Falschmessungen oder sogar zu einer Zerströung des temperaturabhängigen Widerstandes führen. Der temperaturabhängige Widerstand 11 kann, wie auch in Figur 4 in anderem Maßstab dargestellt, bandförmig ausgebildet sein, beispielsweise mit einem langlochförmigen Querschnitt, dessen Schmalflächen 50, 51 halbkreisförmig verlaufen. Die Dicke d der Sehmalflächen 50, 51 ist dabei klein im Verhältnis zur Breite b der Breitflächen 52 des Hitzbandes 11. In einem speziellen Fall ist das Verhältnis von d : b wie 1 : 10 mit den- Maßen 0,02 mm : 0,2 mm. Um nun die Ver-

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schmutzungsempfindlichkeit des Hitzbandes so klein wie möglich zu halten, ist das Hitzband so in dem Sondenring 40 über die Stützpunkte 41, 42, 43 geführt, daß eine der Schmalflächen 50, 5I₃ nämlich im vorliegenden Fall die Schmalfläche 50 als Anströmfläche der Luftströmung 56 entgegengerichtet angeordnet ist, während der Breitflächen 52 im wesentlichen in'Strömungsrichtung verlaufen. Hierdurch wird die Möglichkeit der Verschmutzung der Sonde so stark vermindert, daß eine Konstanz des Meßsignales der Meßsonde über lange Zeit gewährleistet ist und auf Verschmutzung beruhende Zerstörungen des Hitzbandes vermieden werden können.

Wie bereits oben beschrieben, können durch Temperaturschwankungen Spannungen in dem Hitzband 11 bzw. Hitzdraht 11' auftreten, die zu einer bleibenden Streckung und damit zu einem unzulässigen Ansteigen des Widerstandswertes führen können. Außerdem können bei der Anwendung des Hitzbandes 11 bzw. Hitzdrahtes 11' als Luftmassenmesser im Kraftfahrzeug ebenfalls Kräfte, beispielsweise durch Stoß, Schwingungen oder Rückzündungen, auftreten, die zu einer Überschreitung der Streckgrenze des Hitzbandes 11 bzw. Hitzdrahtes 11' und damit zu einer bleibenden Streckung und einem unzulässigen Ansteigen des Widerstandswertes führen. Erfindungsgemäß ist. deshalb entsprechend den Figuren 5₅ β und 7 mindestens einer der sich zwischen den Endstützpunkten 41 und 42 befindlichen Stützpunkte, nämlich der mittlere Stützpunkt 43', 43" derart elastisch nach giebig ausgebildet, daß er bei an dem Hitzband 11 bzw. Hitz draht 11' angreifenden Kräften sich von der Wandung des Sondenringes 40 fortbewegend und die gestrichelt gezeichnete Stellung einnehmend verhindert, daß in dem Hitzband

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11 bzw. Hitzdraht'11' Spannungen auftreten, die zu einer bleibenden Streckung führen. Der Stützpunkt 43' bzw. 43" ist dabei vorteilhafterweise aus Federstahl gefertigt. Die Bewegung des Stützpunktes 43' bzw. 43" auf die Wandung des Sondenringes 40 zu ist in geeigneter Weise durch einen Anschlag 47 begrenzt. Liegt der Stützpunkt 43' bzw. 43" an dem Anschlag 47 an und dehnt sieh das Hitzband 11 bzw. der Hitzdraht 11' infolge starker Erwärmung, so kann sich die Schlaufe 44 leicht von dem Stützpunkt 43' bzw. 43" in Richtung zum Sondenring 40 hin abheben, ohne daß vom Stützpunkt 43' bzw. 43" eine weitere Spannkraft auf das Hitz- , band 11 bzw. den Hitzdraht 11' wirkt. Die Figuren 6 und 7 beziehen sich auf die Verwendung eines Hitzdrahtes 11' anstelle eines Hitzbandes 11 bei der beschriebenen Vorrichtung. ■■

Durch die elastisch nachgiebige Ausbildung des Stützpunktes 43' bzw. 43" wird eine mechanische überbeanspruchung des Hitzdrahtes 11' bzw. Hitzbandes 11, die zu einer bleibenden Verformung des Hitzdrahtes 11' bzw. Hitzbandes 11 führen könnte, vermieden, da vor Erreichen der Streckgrenze von Hitzdraht 11' bzw. Hitzband 11 ein elastisches Nachgeben des Stützpunktes 43' bzw. 43" erfolgt.

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Claims

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Ansprüche

/Γ 1.) Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, insbesondere zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen, mit mindestens einem in der Strömung des Mediums angeordneten temperaturabhängigen Widerstand, dessen Temperatur und/oder Widerstand in Abhängigkeit von der strömenden Masse geregelt wird und die Stellgröße ein Maß für die Masse des strömenden Mediums ist, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (11, 11') als Hitzdraht (H') oder bandförmig als sogenanntes Hitzband (11) ausgebildet und von einem zum anderen Ende über wenigstens drei Stützpunkte (4l, 42, 43', 43") in dem Strömungsquerschnitt geführt ist und mindestens ein Stützpunkt (43', 43") derart elastisch nachgiebig ausgebildet ist, daß angreifende Kräfte zu keiner bleibenden Verformung des Hitzdrahtes (H') bzw. Hitzbandes (11) führen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des elastisch nachgiebigen Stützpunktes (43'» 43") durch einen Anschlag (47) begrenzt wird.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch nachgiebige Stützpunkt (43', 43")" zwischen den· den Enden des Hitzdrahtes (H') bzw. Hitzbandes "(11) zugeordneten Endstützpunkten (¹Il, 42) angeordnet ist.

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