CZ286984B6 - Correction method of air flow meter output signal - Google Patents

Description

Způsob korekce výstupního signálu měřidla průtoku vzduchu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu korekce výstupního signálu měřidla průtoku vzduchu, zejména pro zjišťování průtoku spalovacího vzduchu spalovacího motoru. Vynález se zejména týká korekce chyb výstupního signálu měřidla průtoku vzduchu způsobených pulzací, které umožňuje zjištění zpětného proudění.

Dosavadní stav techniky

Pro zjišťování průtoku vzduchu nasávaného spalovacími motory se používají měřidla průtoku vzduchu pracující zejména na principu měření teplotního rozdílu. Tato měřidla obvykle obsahují ohřívaný element, který je uspořádán v měřeném proudu vzduchu a je jím ochlazován. Protože při provozu spalovacího motoru může dojít ke vzniku podmínek, při nichž může docházet kpulzacím nasávaného vzduchu, jsou některá měřidla průtoku vzduchu opatřena teplotními čidly, pomocí nichž se zjišťuje teplotní rozdíl před a za vyhřívanou oblastí, čímž je umožněno rozeznání směru proudění. U takových měřidel průtoku vzduchu může být rovněž definována charakteristika s oblastí pro zpětně proudící vzduch. Touto charakteristikou se přitom rozumí souvislost mezi výstupním napětím měřidla průtoku vzduchu a průtokem vzduchu. Takové měřidlo průtoku vzduchuje známé například ze spisu DE-OS 43 24 040.

Přesto, že bylo rozpoznáno zpětné proudění, není údaj u tohoto měřidla průtoku vzduchu, když proud vzduchu pulzuje se zpětným prouděním, zcela správný. Obvykle čidlo, respektive měřidlo průtoku vzduchu, oznámí příliš malý průtok vzduchu. Příčinou je sice relativně malá, avšak existující tepelná setrvačnost tohoto principu měření.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob korekce výstupního signálu měřidla průtoku vzduchu, zejména pro zjišťování průtoku spalovacího vzduchu spalovacího motoru, podle vynálezu, jehož podstatou je, že charakteristika měřidla průtoku vzduchu, která představuje souvislost mezi výstupním napětím a průtokem vzduchu, se v oblasti zpětného proudění koriguje, přičemž tato korekce se provádí tak, že vzniklá chybná měření se v oblasti zpětného proudění minimalizují.

Způsobem podle vynálezu je dosaženo té výhody, že i při vzniku zpětných proudění je umožněno dosažení velmi vysoké přesnosti zjišťování průtoku vzduchu, a tím i zjišťování velikosti zatížení spalovacího motoru. Je to umožněno tím, že oblast charakteristiky měřidla průtoku vzduchu, která charakterizuje pulzační provoz spalovacího motoru, se změní tak, že střední zjištěný průtok měřidlem průtoku vzduchu při pulzaci se zpětným prouděním odpovídá motorem skutečně nasátého množství vzduchu.

Protože oblasti charakteristiky odpovídající zpětnému proudění se dosáhne výlučně při pulzačním provozu spalovacího motoru, provede se s výhodou korekce pouze tehdy, když bylo zjištěno zpětné proudění. Když provoz není pulzační, pracuje se s obvyklou charakteristikou, při níž není zapotřebí žádné korekce.

Další výhody způsobu podle vynálezu jsou dosaženy provedeními uvedenými ve vedlejších nárocích.

-1 CZ 286984 B6

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. la znázorňuje měřidlo průtoku vzduchu, které je známé například ze spisu DE-OS 43 24 040, obr. lb možné vyhodnocovací zapojení, obr. 2 charakteristiku tohoto měřidla průtoku vzduchu včetně ovlivňování charakteristiky podle vynálezu a obr. 3 časový průběh pulzujícího množství vzduchu.

Příklady provedení vynálezu

U měřidla průtoku vzduchu, znázorněného na obr. la, je uspořádáno čidlo 10 na nosiči 1_L Toto čidlo 10 je uspořádáno v proudu média, tedy například v proudu vzduchu v sacím potrubí spalovacího motoru, přičemž směr proudění je naznačen šipkou 12.

Čidlo 10 přitom sestává z rámu 13 z monokrystalu křemíku a z dielektrické membrány 14, na níž jsou uspořádány ohřívač 15 a dvě teplotní čidla 16. 17 a teplotní čidlo 18 ohřívače 15. Elementy, uspořádané na čidlu 10, jsou spojovacími ploškami 19 a spojovacími vodiči 20 spojeny s tlustovrstvými integrovanými obvody umístěnými na nosiči H, které sestávají z tlustovrstvých vývodů 21 a tlustovrstvých odporů 22, 23. Přesné provedení, jakož i možnosti variant, jsou uvedeny v uvedeném spisu DE-OS 43 24 040.

Obě teplotní čidla 16, 17 se ohřívačem 15 ohřejí na teplotu, která je vyšší než teplota nerušeně proudícího média. Mezi médiem a membránou 14 dochází k výměně tepla, která je závislá na teplotním rozdílu mezi příslušným místem membrány 14 a médiem. Protože jedno teplotní čidlo 17 je umístěno ve směru proudění za ohřívačem 15, je přechod tepla z tohoto teplotního čidla 17 do proudícího média menší, protože médium již bylo ohřáto ohřívačem 15 na vyšší teplotu. Takto vzniklý teplotní rozdíl mezi teplotním čidlem 16 a teplotním čidlem 17 je mírou průtoku proudícího média, proudícího kolem teplotních čidel 16, Γ7·

Obě teplotní čidla 16, 17 a tlustovrstvé odpory 22, 23 jsou zapojeny do můstkového obvodu, uspořádaného mezi napájecím napětím UV a kostrou. Střední odbočka obou větví můstku je obvykle spojena s diferenčním zesilovačem 24 se zpětnovazebním odporem 26. Diferenční zesilovač 24 vydává výstupní signál UA, který je přímo úměrný rozdílu napětí na diagonále můstku a je vyhodnocován způsobem podle vynálezu.

Tlustovrstvé odpory 22, 23, diferenční zesilovač 24 a popřípadě i další součásti mohou být uspořádány na nosiči 25, který je umístěn na nosiči H.

Měřidlem průtoku vzduchu, znázorněným na obr. 1, jehož zesílený výstupní signál UA se dále zpracovává, například řídicí jednotkou 27 nebo jinou vyhodnocovací jednotkou, je možno vyhodnocením teplotního rozdílu před a za teplotním čidlem 18 ohřívače 15 rozeznat směr proudění. Proto je možno i definovat charakteristiku s oblastí pro zpětně proudící vzduch. Na obr. 2 je znázorněna taková charakteristika, přičemž na svislé souřadnici je vyneseno napětí U ve voltech a na vodorovné souřadnici průtok m vzduchu v kg/h. Nulová čára odděluje oblast R zpětného proudění od ostatní oblasti. Plnou čarou vyznačená charakteristika K1 představuje změřenou charakteristiku, která je v oblasti R zpětného proudění zatížena chybami a má být vhodným způsobem korigována.

Jak ukázala srovnávací měření ve zkušební stolici, při nichž bylo zjišťováno skutečně spotřebované množství vzduchu, není, přes rozpoznání zpětného proudění, údaj čidla 10. popsaného podle obr. 1, při pulzujícím proudění vzduchu se zpětným prouděním, přesný. Čidlo 10 udává

-2CZ 286984 B6 příliš malý průtok. Příčinou toho je sice malá, avšak přesto existující, tepelná setrvačnost tohoto principu měření.

Oblasti charakteristiky pro zpětné proudění se, jak známo, dosáhne výlučně při pulzačním provozu spalovacího motoru. Změna charakteristicky v oblasti zpětného proudění se tedy obvykle provozu měřidla průtoku vzduchu při nepulzačním provozu netýká. Změní-li se charakteristika v oblasti R zpětného proudění tak, že střední, čidlem 10 udaný, průtok při pulzacích se zpětným prouděním odpovídá množství vzduchu skutečně nasátého motorem, vznikne čárkovaně vyznačená charakteristika K2. Extrémní modifikace charakteristiky je umožněna tím, že se použije čerchovaně vyznačená charakteristika K3, která zasahuje dokonce do normální oblasti.

Na obr. 3 je znázorněno, jak se jiným přiřazením průtoku vzduchu k napětí signálu měřidla průtoku vzduchu tento signál měřidla průtoku vzduchu v oblasti zpětného proudění změní, a jak se tím zvětší střední zjištěný průtok najeden sací zdvih. Tím je možno menší zjištěné hodnoty způsobené tepelnou setrvačností kompenzovat. Charakteristika zpětného proudění se přitom může měnit libovolně, přičemž musí pouze existovat jednoznačná souvislost mezi napětím a hodnotou průtoku vzduchu.

Na obr. 3 je znázorněna závislost velikosti průtoku m vzduchu v kg/h na čase t v sekundách. Plnou čarou vyznačená křivka ml přitom znázorňuje časový průběh průtoku vzduchu se změřenou charakteristikou. Čárkovaně je znázorněn průběh m2 s modifikovanou charakteristikou v oblasti zpětného proudění.

Korekce pulzace modifikovanou charakteristikou zpětného proudění vytvoří pouze vůzkem frekvenčním rozsahu průtoku vzduchu malou chybu ve zjištěných údajích měřidla průtoku vzduchu. U určitého typu spalovacího motoru dochází ke vzniku silných pulzací se zpětným prouděním obvykle pouze při určité frekvenci otáčení a při velkých úhlech otevření škrticí klapky, což znamená, že frekvence pulzací zůstává konstantní a střední průtok se mění jen velmi málo.

Charakteristika zpětného proudění, která má být modifikována, tedy musí být pouze přizpůsobena frekvenci a průtoku. Toto přizpůsobení se musí provádět individuálně pro různé spalovací motory a může být provedeno například empiricky porovnáním s daty získanými na zkušební stolici. U spalovacích motorů s velkými pulzačními chybami se způsobem podle vynálezu dosáhne výrazného snížení chyb.

Z průběhu m(t) průtoku vzduchu s modifikovanou charakteristikou se v řídicí jednotce 27 obvyklým způsobem zjistí střední hodnota průtoku neboli množství vzduchu najeden zdvih atd. Na základě takto zjištěných hodnot se provádí řízení a/nebo regulace spalovacího motoru. Za tím účelem se rovněž zohlední i další veličiny, jako frekvence n otáčení spalovacího motoru a/nebo úhel Odk sklonu škrticí klapky, které se měří příslušnými čidly 28, 29.

Claims (7)

1. Způsob korekce výstupního signálu měřidla průtoku vzduchu pro zjišťování průtoku spalovacího vzduchu spalovacího motoru, vyznačující se tím, že se stanoví charakteristika měřidla průtoku vzduchu, která představuje vztah mezi výstupním napětím měřidla průtoku vzduchu a průtokem vzduchu, načež se koriguje stanovená charakteristika v oblasti zpětného proudění, v níž proudící vzduch proudí zpět v předem stanovených funkčních podmínkách spalovacího motoru, načež se provede korekce tak, že chybná měření, vzniklá v oblasti zpětného proudění, se minimalizují a korigovaná charakteristika se ukládá v paměti počítacího zařízení, načež se počítacím zařízením počítá skutečně stanovený průtok, přičemž se bere v úvahu uložená korigovaná charakteristika.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále se používá řídicí zařízení spalovacího motoru jako výpočetní zařízení, takže korigovaná charakteristika a/nebo korekční hodnoty pro modifikovanou charakteristiku zpětného proudění se ukládají v řídicím zařízení spalovacího motoru a skutečný stanovený průtok vzduchu se počítá pomocí řídicího zařízení spalovacího motoru.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že průměrná hodnota změřeného průtoku se stanovuje řídicím zařízením.

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že charakteristika a korekční hodnoty jsou určovány pro specifický typ spalovacího motoru a ukládají se v řídicím zařízení spalovacího motoru specifického typu.

5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále se používá stanovená charakteristika měřidla průtoku vzduchu v oblasti zpětného proudění, která je modifikovaná, pro korekci pulzace pouze v úzkém frekvenčním rozsahu pulzací.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že korekce pulzace je prováděná pouze při předem stanovené frekvenci otáčení spalovacího motoru.

7. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že korekce pulzace je prováděná pouze při předem stanoveném rozsahu úhlů sklonu škrticí klapky.