CN103003674A - 用于确定在废气物料流量传感器上得到的总物料流量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定在废气物料流量传感器上在所定义的流方向上得到的总物料流量的方法以及一种用于执行该方法的废气物料流量传感器（10）。用于执行该方法的废气物料流量传感器（10）优选由在流方向上先后布置的两个传感器元件（15，16）组成，其中所述第二传感器元件（16）又具有在流方向上先后布置的两个温度传感器（17，18），并且废气物料流量传感器（10）还具有分析单元（28），在该分析单元中存储了第一和第二特性曲线族（29，30）。

Description

用于确定在废气物料流量传感器上得到的总物料流量的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定在废气物料流量传感器上得到的总物料流量（Massenstrom）的方法以及一种用于执行该方法的废气物料流量传感器。

背景技术

为了适应在机动车领域内不断提高的新的废气标准的要求，一系列电动机内的措施、例如废气后处理系统变为当前和未来的电动机方案的固定组成部分。但是，如果进行引入的废气物料流量与各个电动机运行状态的相应精确的调谐，才能用尽这种措施的、例如冷却的废气再循环的全部潜力。由此，对电动机调节以及特别是对为此使用的传感器设置提高的要求。

为了确定流过热的废气的管中的物料流量，通常使用根据风力测定原理工作的废气物料流量传感器。

在此，主要挑战在于识别主要通过内燃机中的装料变换过程引起的废气物料流量的废气脉动（Abgaspulsation），和由此对废气物料流量正确地做出结论，其以正确地方向识别为前提条件。

根据现有技术公知废气物料流量传感器，借助其可以依据流方向或流方向变化来测量废气物料流量。

由DE102006030786A1公知了这样的废气物料流量传感器。在此公开的废气物料流量传感器具有按一行布置的两个传感器元件，其中第二传感器元件又由按一行布置的两个温度传感器组成。在流方向上布置的第一传感器元件是温度测量元件，其以铂薄膜电阻（Platin-Dünnfilm-Widerstand）的形式实现。借助电加热设备将该第二传感器元件加热到提高的温度，从而主要通过对流向废气物料流量输送热量。通过测量温度变化或测量所需的功率消耗来恒定地保持第二传感器元件的温度，可以借助合适的算法确定废气物料流量。由于在第二传感器元件上的两个分开的温度传感器的布置实现了废气物料流量的方向识别。

但是在现有技术中没有公开怎样借助这种废气物料流量传感器进行这种方向识别，特别是没有公开怎样执行确定，以便在发生废气脉动时获得产生的总物料流量。

废气物料流量传感器典型地是热惰性传感器，即由于使用的电阻元件的材料强度，废气温度的确定，特别是具有废气脉动的废气温度的确定比电动机的脉动频率更慢。由此在具有反流分量（Rückstromanteil）的废气脉动的情况下，第二传感器元件的平均热功率明显提高，而不会探测由于电动机废气脉动引起的废气物料流量的波动。因此由废气物料流量传感器输出错误的废气物料流量值。此外，按照反流分量区别在电阻元件上随着时间范围设定的温度。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，实现一种用于确定在废气物料流量传感器上得到的总物料流量的方法，通过该方法允许精确地确定在发生废气脉动的情况下的废气物料流量，以及实现一种用于执行这样的方法的废气物料流量传感器。

按照本发明，上述技术问题通过按照权利要求1所述的方法以及通过用于执行该方法的按照权利要求6所述的废气物料流量传感器来解决。

通过用于确定在废气物料流量传感器上得到的总物料流量的按照本发明的方法，在第一方法步骤中确定在根据风力测定原理工作的具有在流方向上先后布置的两个传感器元件的废气物料流量传感器上的特定热功率。由所存储的第一特性曲线族确定总计的物料流量的绝对值

其中

是在所定义的废气流方向上的物料流量，并且

是与所定义的废气流方向相反的物料流量。在该第一特性曲线族中特定热功率被定义为该绝对值的函数。在下一方法步骤中确定标准化的温度梯度，其中温度梯度被定义为第二传感器元件的第二和第一温度传感器的温度测量值之间的温度差与由第二传感器元件的温度测量值确定的温度值和第一传感器元件的温度测量值之间的温度差的比。由所存储的第二特性曲线族确定反流分量

反流分量是特定热功率的函数并且还取决于标准化的温度梯度。按照公式

在最后的方法步骤中可以确定废气物料流量传感器的得到的总物料流量。

该方法允许在发生废气脉动的情况下精确并可靠地确定废气物料流量。

上述技术问题还通过用于执行该方法的废气物料流量传感器来解决，该废气物料流量传感器由在流方向上先后布置的两个传感器元件组成，其中第二传感器元件又具有在流方向上先后布置的两个温度传感器，并且废气物料流量传感器还具有分析单元，在该分析单元中存储了第一和第二特性曲线族。

通过将温度传感器两次设置在第二传感器元件上，实现了温度分布的确定，从而能够探测由于电动机的废气脉动引起的废气物料流量的波动。通过存储在废气物料流量传感器的分析单元中的特性曲线族，可以依据废气物料流量值的反流分量进行测量值校正，从而可以确定更精确的废气物料流量值。还可以通过废气物料流量传感器的分析单元与电动机的状态参数（诸如空气系数Lambda或气压）一起使用所确定的参数，以确保最佳的电动机控制。

按照本方法的优选的实施方式，为了确定特定热功率，第一传感器元件确定了废气的温度，并且在其后布置的第二传感器元件相对于流过的废气的温度被加热到提高的温度，从而在该第二传感器元件旁流过的废气导致热量损失。在此，特定热功率被定义为由第二传感器元件输出的功率与在第二和第一传感器元件之间的温度差的比。利用该根据风力测定原理构造的废气物料流量传感器可以借助合适的算法来确定废气物料流量。

优选地，由第一和第二温度传感器的各自的温度测量值的算术平均值形成在第二传感器元件上的温度值。在第二传感器元件上的两个温度传感器对称地实施，这一点是物理上有意义的。

优选地，通过由所定义的总计的物料流量实验地确定特定热功率，确定第一特性曲线族。为此这样调节在装置中的废气物料流量，使得待测量的废气没有反流分量地流过装置，即存在纯的前流。通过在试验中预定的不同的废气物料流量然后可以确定特定热功率与总计的物料流量的依赖关系。由此，总计的废气物料流量是前流分量（Vorstromanteil）和反流分量的绝对值。

优选地，通过针对所定义的反流分量依据温度梯度实验地确定特定热功率，确定第二特性曲线族。在此成立，在纯脉动流的情况下，即在得到的总物料流量为零的情况下，在第二传感器元件上的两个温度传感器之间不存在温度梯度，即差为零，从而反流分量具有值1。相反，在纯前流的情况下，即反流分量近似为零，温度梯度为最大，即其大于零。通过调节在废气物料流量中的反流分量，可以通过相应的装置预定得到的总物料流量大于零的所有状态，从而通过所获得的在两个温度传感器之间的温度差和所获得的特定热功率可以确定上述依赖关系。

附图说明

下面结合附图描述了废气物料流量传感器的实施例，该废气物料流量传感器适用于执行按照本发明的方法。还示出了呈现出按照本发明的方法的主要函数的线图。

图1示出了废气物料流量传感器的示意图。

图2示出了具有反流分量的废气物料流量与时间的依赖关系的示图。

图3示出了第一特性曲线族的函数。

图4示出了第二特性曲线族的函数

具体实施方式

图1示出了用于执行按照本发明的方法的废气物料流量传感器10。废气物料流量传感器10在其布置于废气通道12中的传感器头14上具有两个在流方向上、即相应于箭头11的方向上先后布置的传感器元件15、16。

第一传感器元件15是纯温度测量元件，利用其确定废气的温度。第二传感器元件16主要由在流方向上先后布置的两个分开的温度传感器17、18组成，通过所述温度传感器测量温度变化或确定所需的功率消耗。

两个传感器元件15、16分别经由电连接线20、21与控制单元22相连，该控制单元22可以又经由电连接线24与（未示出的）车装电子器件相连。借助控制单元22经由电连接线20进行第一传感器元件15的温度测量。同时经由电连接线21进行第二传感器元件16或两个温度传感器17、18的加热。在此，由第一和第二温度传感器17、18的各自的温度测量值的算术平均值形成由第二传感器元件16输出的温度值。

分析单元28同样经由电连接线26与控制单元22相连，其中在分析单元28中存储了特性曲线族29、30。例如在图3中示出了第一特性曲线族29。

在此，依据单位为kg/h的总计的物料流量

示出了单位为mW/K的特定热功率。例如在图4中示出了在分析单元28中存储的第二特性曲线族30。在该第二特性曲线族30中，依据单位为mW/K的特定热功率依据标准化的温度梯度

示出了反流分量

图2示例性地示出了具有前流分量32和反流分量34的单位为kg/h的废气物料流量的按照ms的时间变化。

下面，以废气温度为95℃为例说明了按照本发明的方法。

废气相应于箭头11流过废气通道12。例如在是纯温度测量元件的第一传感器元件15上确定废气温度T_SE1＝95℃。在下一步骤中在其后布置的第二传感器元件16被加热到相对于流过废气温度T_SE1＝95℃提高的平均温度T_SE2＝240℃，从而在该第二传感器元件16旁流过的废气导致热量损失。由第二传感器元件16输出的功率例如是P＝2.616W。由此得出特定热功率

由所存储的第一特性曲线族29（参见图3）可以确定总计的物料流量的绝对值

其为

还确定了标准化的温度梯度，其中温度梯度被定义为第二传感器元件16的第二和第一温度传感器18、17的温度测量值之间的温度差与由第二传感器元件16的温度测量值确定的温度值和第一传感器元件15的温度测量值之间的温度差的比。即并且在图4中位于线36。由所存储的第二特性曲线族30（参见图4）确定反流分量

其为

在最后的步骤中由此可以按照公式确定得到的总物料流量。其为 ${\stackrel{\·}{M}}_{\mathrm{resGes}}=33\·\frac{(1-0)}{(1+0)}=33\mathrm{kg}/h.$

Claims (6)

1.一种用于确定在废气物料流量传感器（10）上得到的总物料流量的方法，所述方法具有如下步骤：

-确定在根据风力测定原理工作的具有在流方向上先后布置的两个传感器元件（15，16）的废气物料流量传感器（10）上的特定热功率，

-由所存储的第一特性曲线族（29）确定总计的物料流量的绝对值

其中

是在所定义的流方向上的物料流量，并且是与所定义的流方向相反的物料流量，其中所述特定热功率是该绝对值的函数，

-确定标准化的温度梯度，其中所述温度梯度被定义为所述第二传感器元件（16）的第二和第一温度传感器（18，17）的温度测量值之间的温度差与由所述第二传感器元件（16）的温度测量值确定的温度值和所述第一传感器元件（15）的温度测量值之间的温度差的比，

-由所存储的第二特性曲线族（30）确定反流分量

其中所述反流分量取决于所述标准化的温度梯度是所述特定热功率的函数，

-按照公式

${\stackrel{\·}{M}}_{\mathrm{resGes}}={\stackrel{\·}{M}}_{\mathrm{Sum}}\×\frac{(1-\mathrm{\γ})}{(1+\mathrm{\γ})}$

确定得到的总物料流量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了确定所述特定热功率，第一传感器元件（15）确定废气的温度，并且将在其后布置的第二传感器元件（16）加热到相对于流过的废气的温度提高的温度，从而在该第二传感器元件（16）旁流过的废气导致热量损失，其中所述特定热功率被定义为由第二传感器元件（16）输出的功率与在第二和第一传感器元件（16，15）之间的温度差的比。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，由第一和第二温度传感器（17，18）的各自的温度测量值的算术平均值形成在第二传感器元件（16）上的温度值。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过针对所定义的反流分量，依据所述温度梯度，实验地确定特定热功率，来确定第二特性曲线族（30）。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过由所定义的总计的物料流量实验地确定特定热功率来确定第一特性曲线族（29）。

6.一种用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法的废气物料流量传感器（10），该废气物料流量传感器由如下组成：

-两个传感器元件（15，16），其在流方向上先后布置，其中所述第二传感器元件具有在流方向上先后布置的至少两个温度传感器（17，18），和

-分析单元（28），在该分析单元中存储了第一和第二特性曲线族（29，30）。

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