CN104335017A - 用于重新校正废气流传感器的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于重新校正废气质量流量传感器的设备，所述设备被设计为气流计，其中，在装配之前在控制单元(52)内存储第一特征曲线族，在该第一特征曲线族内描述与第一传感器单元(20)的加热件(44)的热量输出相关的废气质量流量，在该第一特征曲线族内描述与第一传感器单元(20)的加热件(44)的热量输出相关的废气质量流量是已知的。为了即使在传感器单元(20、22)上形成脏物的情况下也能得到精确的测量值，建议，在所述控制单元(52)内存储第二特征曲线族，在该第二特征曲线族上根据在所述加热件(44)上产生的和通过加热件(44)在温度测量件(36)上要被测量的温度信号能够确定修正因数，借助所述修正因数能够将测得的加热件(44)的热量输出换算为已修正的废气质量流量。

Description

用于重新校正废气流传感器的设备和方法
本发明涉及一种用于重新校正废气质量流量传感器的设备，所述设备具有第一传感器单元、第二传感器单元和控制单元，所述第一传感器单元具有加热件和至少一个温度测量件，第二传感器单元具有温度测量件，借助控制单元能够在加热件上产生可控的温度信号，其中，在控制单元内存储第一特征曲线族，在该第一特征曲线族内描述与第一传感器单元的加热件的热量输出相关的废气质量流量，本发明还涉及一种用于重新校正废气质量流量传感器的方法，其中，在装配废气质量流量传感器之前形成第一特征曲线族，并且被存储在控制单元中，在该第一特征曲线族内描述与第一传感器单元的加热件的热量输出相关的废气质量流量。
尤其在内燃机内的进气质量测量领域内已知气体质量流量计。在此利用根据热膜气流计的理论来工作的空气质量测量器达到特别好的结果。这意味着，传感器的加热件被加热，其中，通过对流将这种加热件所产生的热量输出到流动介质上。加热件的由此形成的温度变化或者用于维持加热件温度而产生的额外的功率消耗是用于当前质量流量的参数。
改进的质量流量传感器近几年还被用于测量废气质量流量，例如在文献DE 10 2006 058 425 A1中所描述的。这种用于确定质量流量的设备具有两个相互间隔的传感器单元，其中，第一传感器单元用于通过确定消耗功率或热量输出计算质量流量，并且第二传感器单元用于废气流的温度确定。那么第一传感器单元的加热件不是被调节到与温度测量件具有恒定差值的过热温度，就是被调节到恒定的过热温度。根据为此所需的额外的功率消耗能够计算废气质量流量。
为了避免由于沉积而产生的错误测量，两个传感器都具有加热件，借助加热件能够燃尽在基底上的脏物。除了出现脏物的问题之外，在使用时在废气道内还存在这样的问题，在出现波动和湍流的情况下得到有代表性的测量结果，如它加强地在废气道内出现一样。为此，在文献DE 10 2006 058 425 A1中建议，依次安置两个温度测量件，由此，鉴于总是自上游区域至下游区域的热辐射而能够实现方向识别，这种方向识别可以在计算废气质量流量时被考虑在内。
尽管能够识别方向或识别波动和燃尽沉积物，在运行中还是会越来越多地出现错误测量。这种错误测量的原因可能在于具有加热件的第一传感器的传感器涂层，所述传感器涂层不会通过燃烧被去除，反而恰好会在不利的运行状态下在这种芯片上通过升高的温度而形成，由此在加热时在表面上构成无机的化合物。
出于这种原因，在实际运行中已知一种用于重新校正废气质量流量传感器的方法。因此，在文献WO 2007/075510A1已知用于重新校正传感器的方法，其中，首先测量加热件为了使自身保持在较之温度测量件的过热温度上所产生的功率消耗，然后在没有流体存在时测量加热件的功率消耗，并且在此计算在两种功率消耗之间的差值。因此，应该修正导热系数以便确定流动速率。然而在此只是关注通过在传感器上的对流所形成的热量传导。而且还没有注意由于在传感器单元上不同的涂层构成所产生的不正确的温度差测量。
因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于重新校正废气质量流量传感器的设备以及方法，借助这种设备和方法通过排除错误能够实现精确的废气质量流量测量。
所述技术问题通过具有权利要求1所述特征的用于重新校正废气质量流量传感器的设备、和通过具有权利要求3所述特征的用于重新校正废气质量流量传感器的方法所解决。
通过这种设计实现的是，在所述控制单元内存储第二特征曲线族，在该第二特征曲线族上，根据在加热件上产生的和借助第一传感器的温度测量件确定的温度信号和通过加热件在温度测量件上要被测量的温度信号能够确定修正因数，借助所述修正因数能够将测得的加热件的热量输出换算为已修正的废气质量流量，在确定时不仅考虑在对流方面的变化而且考虑热辐射。在测得的绝对温度发生变化和延滞时沉积了不同的涂层，因而在完整的特征曲线族中能够将每个产生的温度信号和测得的温度信号精确地与传感器的状态相匹配。相应地，对于传感器单元的不同污染程度，在加热件上形成的和借助第一传感器单元的温度测量件确定的温度曲线上测量在第二传感器单元的温度测量件上的反应温度曲线，其中，根据反应温度曲线产生修正因数，并且作为第二特征曲线族存储在所述控制单元中，所述第二特征曲线族用于在运行时修正利用第一特征曲线族计算的废气质量流量。这种重新校正还适用于当在传感器单元上具有不同的涂层构成的情况下确定尽量无错误的废气质量流量。
优选在第一和第二传感器单元上安置加热件，由此积碳能够通过自由燃烧(亦称“暴露性燃烧”或“自洁式燃烧”)被去除。以这种方式保证了始终能获得用于发动机控制的快速测量，因为避免了当在基质上有太厚的沉积层时最后会导致传感器失效的时间上的延滞。相应地，为了避免在重新校正时出现错误，在重新校正之前使两个传感器单元借助热阻丝进行自由燃烧。
在根据本发明的方法的改进方案中，在内燃机的可控的静止状态下，通过形成在加热件上的温度曲线和测量在温度测量件上的反应温度曲线来确定各个要在运行中被应用的修正因数。通过在可控的静止状态下的测量，避免了由于在重新校正时在传感器上出现的流动变化所造成的误差。
能够得到特别好的结果的是，可控的状态是在未启动的内燃机情况下的状态，也即不存在流动，并且反应温度曲线只与在传感器单元之间的热传递、辐射和自然对流相关。因此，能够为重新校正产生非常精确的特征曲线族，并且在运行中被使用。
特别优选使用这种方法，其中，对于两个传感器单元的不同的污染程度，在至少两个在加热件上形成的不同的温度曲线上测量在第二传感器单元的温度测量件上的至少两个反应温度曲线，其中，根据反应温度曲线的变化和反应温度曲线的不同产生修正因数，并且作为第二特征曲线族存储在控制单元中，所述第二特征曲线族用于在运行中修正利用第一特征曲线族计算的废气质量流量。因此保证了，在两个传感器单元上的完全不同的涂层构成也能被检测，因为能够一起处理时间上的延滞和不同的幅度或者甚至斜率，因而还能够根据这种涂层构成来实现对计算得到的废气质量流量的修正。
相应地有利的是，在装配废气质量流量传感器之前已经形成第一特征曲线族，并且存储在控制单元中，在第一特征曲线族中，根据第一传感器单元的加热件的热量输出和根据修正因数描述废气质量流量，并且所述修正因数分别根据上次测量的反应温度信号从第二特征曲线族中获得。
因此，提供一种用于重新校正废气质量流量传感器的设备和方法，借助这种设备和方法在传感器的整个使用寿命当中能够实现与产生的涂层无关的和由此非常精确的对废气质量流量的计算，这是通过这种设计实现的，即通过处理反应温度曲线来确定传感器的涂层对计算修正因数的影响，并且对第一传感器总是进行重新校正。
根据本发明的用于重新校正废气质量流量传感器的设备的实施例在附图中示出，并且下面同样还描述了根据本发明的用于重新校正的方法。
图1示出在通道中的废气质量流量传感器的示意性侧视图。
图2示出废气质量流量传感器的第一传感器的示意性俯视图。
图3示出废气质量流量传感器的第二传感器的示意性俯视图。
在图1中所示的废气质量流量传感器被安置在通道10内，所述通道内流过废气，并且所述通道被壁12限定边界。在壁12内设有垂直于通道轴线14延伸的开口16，废气质量流量传感器的壳体18通过所述开口延伸进通道10内。
第一传感器单元20和第二传感器单元22从壳体18中伸进通道10，所述传感器由至少多层式的陶瓷基质24、26构成，在所述陶瓷基质上以已知的方式安置铂薄膜电阻和导体电路28。
传感器单元20、22在此通常相互平行地沿着废气的主流动方向依次安置，其中，每个传感器单元20、22的主延伸方向同样平行于在通道内的主流动方向。通过传感器单元20、22的连接线与废气的主流动方向的平行性，使得传感器单元不是从正面迎向流体，而只是被流过，这明显地降低了在支承体上的沉积物。
所述设备以已知的方式按照热膜气流计的理论来工作，并且该设备除了两个传感器单元20、22之外在壳体18的与传感器单元20、22相对置的端部上还具有插塞件30，用于电能供应和向控制单元52传递数据的连接线32从该插塞件中伸出。所述控制单元也能够可选地安置在壳体18内或者集成在发动机控制装置中。壳体18的固定通过法兰连接34来实现。
在图3中所示的第二传感器单元22构成温度传感器，借助该温度传感器测量相应的废气温度。第二传感器被安置在第一传感器20的上游，因此测量基本上与第一传感器20的加热无关的废气温度，因为在相反布置的情况下就会通过废气流使在第一传感器单元20上产生的热量也流动到第二传感器单元22。废气温度的测量通过温度测量件36进行，该温度测量件例如能够由两个具有不同电阻的铂薄膜电阻组成。温度测量件36通过导体电路28、接触片(Kontaktfahnen)38和连接线32与控制单元52电连接。这种第二传感器单元22用于在正常运行时测量需要被测量的气体流的温度。此外，在基质24上安置加热件50，该加热件具有欧米伽的形状，以便能够为了烧掉脏物在基质24上形成均匀的温度分布。
在下游的第一传感器单元20在该实施例中在基质26上具有两个温度测量件40、42，这两个温度测量件相互无关地通过导体电路28和接触片38与控制单元52相连接。此外，在基质26上安置加热件44，该加热件在内燃机运行时要么加热到恒定的过热温度、要么加热到与温度测量件36具有恒定的温度差值的温度上。通过现有的流体实现对加热件44的冷却，因而这种加热件需要持续的功率消耗，以便维持可控的过热温度。这种功率消耗或散热在控制单元52中通过所存储的第一特征曲线族根据现有的和利用传感器单元22测得的在废气质量流中的废气温度被换算，所述被存储的第一的特征曲线族在传感器构造之前通过在发动机中对这种在要被测量传感器类型的实验来确定。
在基质26上的两个温度测量件40、42的使用被用于确定和考虑废气流暂时换向而形成的废气波动，如由于吸气运动和排气运动在活塞式发动机的废气区域内所会出现的。因此，相应下游的温度测量件42测得比上游的温度测量件40更高的温度，因为上游的温度测量件40的热量通过废气流朝向下游的温度测量件42传递。在换向时，相应地形成沿相反方形的热量传递，因而要么由此得出相应上游的温度测量件40代表沿着相应方向流动的废气流，要么存储特征曲线族，在该特征曲线族中，对于两个温度测量件40、42的不同的流动状态和温度，存储了受两种可供使用的温度和由此得到的功率消耗影响的废气质量流量。
第一传感器单元20的加热件44为了基质46的均匀加热被设计为欧米伽形。
尽管传感器单元20、22的表面能够尤其针对炭黑进行自由燃烧，但是，随着运行时间的增长还会在测量时出现错误。这种错误源于在第一传感器单元20上的增多的褐色涂层，它在持续不断的热负荷下产生，而这种热负荷对于通过加热第一传感器单元20从而达到过热温度来说是不可避免的。由不同的化合物构成几乎不可溶解的沉积层，这些化合物干扰了正常的测量工作。在那些不在较高温度下运行的温度传感器中就不存在这种沉积物。
因此，根据本发明在控制单元52中存储第二特征曲线族，借助该特征曲线族能够修正第一特征曲线族。这意味着，借助通过第二特征曲线族确定的修正因数根据测得的热量输出或功率消耗计算或读取修正的废气质量流量。
这通过尽可能在内燃机停止状态下(即在没有热量通过流体输出的静止状态下)在加热件44上产生温度信号来实现。这种温度信号形成在温度测量件36上的反应温度曲线。这种反应温度曲线通过在两个传感器单元20、22之间的对流和热辐射和在废气质量流量传感器的壳体38上的热传递产生。根据在传感器单元20、22上的涂层的类型，与发送的温度信号相比，反应温度曲线在的在温度曲线的幅度、反应时间还有斜率方面产生了与传感器涂层相关的不同大小的变化。相应地能够对于不同的反应温度曲线确定修正因数，并且作为第二特征曲线族存储在控制单元52中，其中，这种修正因数要么通过理论上的计算方法确定，要么在开始运行前通过对具体的传感器类型的试验和对在传感器单元20、22上的不同涂层情况下的测量来精确地确定。
在测量的精度上附加的改进能够这样实现，即不是仅发送一个温度信号而是两个不同的温度信号，并且测量所述温度信号的反应温度曲线，因为由此还能够实现这样的结论，在哪个传感器单元20、22上存在哪个类型的涂层，前提条件是，对于在两个传感器单元20、22上的具体的不同的涂层产生第二特征曲线族。
当然，之前所确定的修正因数总是被应用在运行中的后续测量中。
为了避免传感器单元20、22的故障或者在确定修正因数时由于过多的涂层构成而导致的太不精确的测量结果，在重新校正之前首先将两个传感器单元20、22借助加热件44、50进行自由燃烧。
借助所述的设备和所述的方法能够实现，即使在在传感器表面上具有不能燃尽的沉积物，也能在较长的运行时间中得到对于废气质量流量的正确的测量结果，这些测量结果对于控制发动机以便降低有害气体排放和减少消耗来说是必要的。
应该理解到，独立权利要求的保护范围不绝限于所述的实施例。废气质量流量传感器的控制单元的功能当然可以应用到发动机控制中。

Claims (8)

1.一种用于重新校正废气质量流量传感器的设备，所述设备具有第一传感器单元(20)、第二传感器单元(22)和控制单元(52)，所述第一传感器单元具有加热件(44)和至少一个温度测量件(40；42)，所述第二传感器单元(22)具有温度测量件(36)，借助所述控制单元能够在加热件(44)上产生可控的温度信号，其中，在控制单元(52)内存储第一特征曲线族，在该第一特征曲线族内描述与第一传感器单元(20)的加热件(44)的热量输出相关的废气质量流量，其特征在于，
在所述控制单元(52)内存储第二特征曲线族，在该第二特征曲线族上，根据在所述加热件(44)上产生的和借助第一传感器单元(20)的温度测量件(40；42)确定的温度信号和通过加热件(44)在温度测量件(36)上所被测量的温度信号能够确定修正因数，借助所述修正因数能够将测得的加热件(44)的热量输出换算为已修正的废气质量流量。
2.根据权利要求1所述的用于重新校正废气质量流量传感器的设备，其特征在于，
在所述第一和第二传感器单元(20、22)上安置加热件(44、50)。
3.一种用于重新校正废气质量流量传感器的方法，其中，在装配废气质量流量传感器之前形成第一特征曲线族，并且将所述第一特征曲线族存储在控制单元(52)中，在该第一特征曲线族内描述与第一传感器单元(20)的加热件(44)的热量输出相关的废气质量流量，其特征在于，
对于传感器单元(20、22)的不同污染程度，在加热件(44)上产生的和借助第一传感器单元(20)的温度测量件(40；42)确定的温度曲线上测量在第二传感器单元(22)的温度测量件(36)上的反应温度曲线，
其中，根据反应温度曲线产生修正因数，并且将所述修正因数作为第二特征曲线族存储在所述控制单元(52)中，所述第二特征曲线族用于在运行时修正利用第一特征曲线族计算得的废气质量流量。
4.根据权利要求3所述的重新校正废气质量流量传感器的方法，其特征在于，
在内燃机的可控的静止状态下通过在加热件(44)上形成的温度曲线和在温度测量件(36)上测量的反应温度曲线来确定分别要在运行中被应用的修正因数。
5.根据权利要求4所述的重新校正废气质量流量传感器的方法，其特征在于，
可控的状态是在没有启动的内燃机情况下的状态。
6.根据权利要求3至5之一所述的重新校正废气质量流量传感器的方法，其特征在于，
对于两个传感器单元(20、22)的不同的污染程度，在至少两个在加热件(44)上形成的不同的温度曲线上测量在第二传感器单元(22)的温度测量件(36)上的至少两个反应温度曲线，
其中，根据反应温度曲线的变化和反应温度曲线的不同形成修正因数，并且将所述修正因数作为第二特征曲线族存储在控制单元(52)中，所述第二特征曲线族用于在运行中修正利用第一特征曲线族计算得的废气质量流量。
7.根据权利要求3至6之一所述的重新校正废气质量流量传感器的方法，其特征在于，
在装配废气质量流量传感器之前形成第一特征曲线族，并且将所述第一特征曲线族存储在控制单元(52)中，在第一特征曲线族中，根据第一传感器单元(20)的加热件(44)的热量输出并根据修正因数描述废气质量流量，并且所述修正因数分别根据上次测量的反应温度信号从第二特征曲线族中获得。
8.根据权利要求3至6之一所述的用于重新校正确定废气质量流量的设备的方法，其特征在于，
在重新校正之前借助加热件(44、50)使两个传感器单元(20、22)进行自由燃烧。
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