DE10063752A1

DE10063752A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums

Info

Publication number: DE10063752A1
Application number: DE10063752A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kienzle; Josef Kleinhans; Hans Hecht; Manfred Strohrmann; Wolfgang-Michael Mueller; Axel-Werner Haag; Dieter Tank; Uwe Konzelmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2002-06-27
Also published as: CN1283917C; US20030177843A1; JP2004516465A; EP1356198A1; WO2002050412A1; US7096723B2; KR20020081337A; DE50109150D1; EP1356198B1; CN1411534A

Abstract

Es werden Verfahren und/oder Vorrichtungen zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums, insbesondere einer strömenden Luftmasse beschrieben, bei denen das strömende Medium mit zwei nach verschiedenen Prinzipien arbeitenden Auswerteverfahren bestimmt wird und die beiden erhaltenen Messsignale miteiner in Bezug gesetzt werden zur Ermittlung von Korrekturverfahren. Da beide Messverfahren unterschiedlich auf Störeffekte reagieren, kann aus dem Vergleich der beiden Ausgangssignale auf die Art und Größenordnung der Störeffekte geschlossen werden und ein korrigiertes Messsignal gewonnen werden, das von den Störeffekten unabhängig ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums, insbesonders zur Ermittlung der im Saugrohr einer Brennkraftmaschine herrschenden Luftströmung und damit zur Bestimmung der angesaugten Luftmasse.

Stand der Technik

Zur Erfassung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse werden üblicherweise Heißfilm-Luftmassenmesser eingesetzt. Diese weisen ein beheizbares Element auf, das dem zu messenden Luftstrom ausgesetzt wird und durch diesen gekühlt wird. Für die Ausgestaltung des Heißfilm- Luftmassenmessers gibt es verschiedene Möglichkeiten, ebenso für die Heizungsregelung und die Auswerteverfahren. Beide Arten von Luftmassenmessern, bzw. ein existierendes Verfahren zur Erfassung des Luftmassenstromes mit einem Heißfilm-Luftmassenmesser, beruht auf der Messung der Wärme, die an den vorbeiströmenden Luftmassenstrom abgegeben wird. Dazu wird bei einer Art von Luftmassenmessern die elektrische Energie, die zur Regelung des Heißfilmes auf eine konstante Temperatur benötigt wird, gemessen. Ein zweites Verfahren, bzw. eine zweite zugehörige Sensoranordnung, beruht darauf, daß der Heißfilm ebenfalls auf eine konstante Temperatur geregelt wird. Als Meßsignal wird jedoch nicht die dazu benötigte Heizleistung verwendet, sondern das Temperaturprofil am Rand des als Membran ausgebildeten Heißfilms. Dabei wird mit Hilfe eines stromaufwärts und eines stromabwärts vom Heizbereich liegenden Temperatursensors die Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden Stellen bestimmt. Beide Temperatursensoren, die als temperaturabhängige Widerstände ausgebildet sind, sind Bestandteil einer Brückenschaltung. Aus der sich einstellenden Brückenspannung wird ein Meßsignal gewonnen, das die Temperaturdifferenz zwischen dem stromaufwärts und dem stromabwärts vom Heizbereich liegenden temperaturabhängigen Widerstand repräsentiert.

Beide Arten von Sensoren, bzw. Auswerteverfahren, können durch Störeffekte, wie beispielsweise Luftfeuchtigkeit oder Verschmutzung, beeinträchtigt werden. Dies kann zu einer Fehlanzeige eines solchen Sensors führen, bzw. zu einem Fehler in der Signalauswertung.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die angesprochenen Fehlerquellen und die daraus resultierenden Fehlanzeigen zu minimieren. Die Lösung der Aufgabe wird mit einem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erzielt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums, insbesonders der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse, hat den Vorteil, daß Störeffekte bei der Messung kompensiert werden. In vorteilhafter Weise erfolgt dies, indem eine redundante Messung durchgeführt wird, die nach zwei verschiedenen Verfahren arbeitet, die bei einem einzigen Sensor durchgeführt werden oder es sind zwei verschiedenartige Sensoren zur Messung der Luftmasse vorhanden, wobei wesentlich ist, dass die beiden ausgewählten Verfahren bzw. die beiden Sensoren der beiden Meßergebnisse lassen sich dann Störeffekte, die bei einem Verfahren, bzw. dem zugehörigen Sensor, stärker auftreten als beim anderen Verfahren, bzw. beim anderen Sensor, kompensieren. Erzielt werden diese Vorteile dabei durch ein Verfahren und/oder eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Figur dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung

Bei der Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums besteht die Gefahr, daß die Genauigkeit durch Störeffekte beeinträchtigt wird. Insbesonders im Zusammenhang mit der Erfassung der im Saugrohr einer Brennkraftmaschine strömenden Luftmasse gibt es verschiedene Probleme, die beispielsweise dadurch verursacht werden, daß die Feuchtigkeit der strömenden Luft nicht genau bekannt ist oder daß die Sensorelemente bei andauerndem Gebrauch verschmutzt werden, wodurch sich Fehler in der Auswertung einstellen können. Eine weitere Problematik bei der Messung der im Saugrohr einer Brennkraftmaschine strömenden Luft wird verursacht durch die Tatsache, daß die Strömung nicht immer in eine Richtung erfolgt, sondern eine sogenannte Strömungsumkehr, bzw. eine Pulsation, auftreten kann. Zur Kompensation von Fehlern und insbesonders zur Kompensation der Störeffekte, die durch solche Saugrohrpulsationen verursacht werden, ist es bekannt, die Ermittlung der strömenden Luftmasse nach zwei unterschiedlichen Verfahren durchzuführen und die erhaltenen Meßergebnisse miteinander zu kombinieren, um damit Fehlmessungen zu minimieren.

Dazu wird beispielsweise in der DE-OS 39 25 377 ein Verfahren zur Meßfehlerkorrektur vorgeschlagen, bei dem der durch Rückströmung auftretende Meßfehler eines Heißfilm- Luftmassenmessers kompensiert wird. Dazu wird die Luftmasse mit dem Heißfilm-Luftmassenmesser als ein erster Wert erfaßt und als zweiter Wert wird nach einem davon unabhängig arbeitenden Verfahren die Luftmasse berechnet, indem der Drosselklappenwinkel und die Drehzahl der Brennkraftmaschine ausgewertet werden. Welcher Wert zur tatsächlichen Bestimmung der Luftmasse verwendet wird, hängt davon ab, in welchem Betriebsbereich sich die Brennkraftmaschine befindet. Da die beiden Werte in verschiedenen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine unterschiedliche Sicherheiten aufweisen, kann aus dem Vergleich der beiden Meßgrößen ein Korrektursignal gewonnen werden, das zur Erhöhung der Meßsicherheit berücksichtigt wird.

Bei diesem bekannten Verfahren wird jedoch nur der durch die Rückströmung verursachte Meßfehler kompensiert, andere Meßfehler werden dagegen nicht berücksichtigt. Beim bekannten Verfahren wird im übrigen auch nur ein Luftmassensensor eingesetzt, die zweiten Informationen, die zur Berechnung der Luftmasse benötigt werden, werden nicht direkt gemessen, sondern berechnet, sie lassen sich nicht zur erfindungsgemäßen Korrektur bzw. Kompensation von allgemeinen, verschiedenartigen Meßfehlern heranziehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bzw. der zugehörigen Vorrichtung, die in der Figur dargestellt ist, können verschiedene Meßfehler kompensiert werden und somit eine sehr zuverlässige und genaue Erfassung des Durchsatzes eines strömenden Mediums, beispielsweise der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse, erhalten werden. Dazu wird bei dem in Fig. 1 als Blockanordnung dargestellten Ausführungsbeispiel der zu messende Luftmassenstrom LS nach zwei unterschiedlichen Verfahren bestimmt, die beide mit dem selben Sensor 13, der einen beheizbaren Heißfilm umfaßt, arbeiten. Der Sensor 13 ist dabei so aufgebaut ist, dass er für beide Meßverfahren geeignet ist und dem strömenden Luftmassenstrom LS ausgesetzt wird, der ihn kühlt.

Das Auswerteverfahren, das in Block 10 abläuft, stellt eine erste Art von Auswerteverfahren dar und beruht auf der Messung der Wärme, die an den am Sensor vorbeiströmenden Luftmassenstrom abgegeben wird. Die Wärme, die an den vorbeiströmenden Luftmassenstrom abgegeben wird, wird ermittelt, indem die elektrische Energie, die zur Regelung des Heißfilms auf eine konstante Temperatur benötigt wird, gemessen wird. Es wird also letztendlich die Heizleistung gemessen und der Luftmassenstrom daraus bestimmt.

Die zweite Art der Erfassung des Luftmassenstromes bzw. das zweite Auswerteverfahren läuft im Block 12 ab und erfolgt durch Auswertung des Temperaturprofiles. Dabei wird der Heißfilm des Sensors 13 ebenfalls auf konstante Temperatur geregelt. Als Meßsignal wird jedoch nicht die benötigte Heizleistung verwendet, sondern das Temperaturprofil am Membranrand des Heißfilm-Luftmassenmessers wird ermittelt. Der Luftmassenmesser muß also neben dem Heißfilm und dem Heizwiderstand wenigstens noch zwei temperaturabhängige Widerstände aufweisen. Bei einem solchen Heißfilm- Luftmassenmesser wird beispielsweise die Temperaturdifferenz zwischen einem stromaufwärts und einem stromabwärts vom Heizbereich liegenden temperaturabhängigen Widerstand, der als Temperatursensor dient, ausgewertet.

Die beiden von den Blöcken 10 und 11 abgegebenen Ausgangssignale S1 und S2 werden einer gemeinsamen Auswerteeinrichtung 12 zugeführt. In dieser Auswerteeinrichtung 12 erfolgt die Auswertung der beiden nach unterschiedlichen Verfahren erhaltenen Signale S1 und S2 und dabei erfolgt eine Kompensation der Störeffekte. Das Ausgangssignal der Auswerteeinrichtung 12 wird dann als korrigiertes Meßsignal KM der weiteren Verarbeitung zugeführt. Diese weitere Verarbeitung kann beispielsweise im Steuergerät einer Brennkraftmaschine erfolgen, das aus dem Meßsignal, das dann die im Saugrohr einer Brennkraftmaschine tatsächlich strömende Luftmasse angibt, die die für die Regelung der Brennkraftmaschine erforderlichen Ansteuersignale berechnet.

Die in der Figur dargestellte Anordnung stellt einen Heißfilm-Luftmassenmesser dar, bei dem ein Sensor vorhanden ist, der in zwei unterschiedlichen Verfahren betreibbar ist, bzw. bei dem die Luftmasse nach zwei unterschiedlichen Verfahren bestimmt wird. Eine solche Anordnung ermöglicht es, den Luftmassenstrom redundant zu erfassen durch Messung der Heizleistung und durch Auswertung des Temperaturprofils. Da beide Meßverfahren unterschiedlich auf Störeffekte reagieren, kann aus dem Vergleich der beiden Sensorsignale auf die Art und die Größenordnung der betreffenden Störeffekte geschlossen werden, und die so ermittelten Störeffekte können bei der weiteren Signalauswertung berücksichtigt und damit kompensiert werden.

Anstelle eines einzigen Sensors können auch zwei verschiedene Sensoren eingesetzt werden, die als HFM2 bzw. HFM5 bekannt sind, wobei dann ein erster Sensor ein Heißfilmluftmassenmesser (HFM2) ist, bei dem die Erfassung des Luftmassenstromes durch Messung der Heizleistung erfolgt und ein zweiter Sensor ein Heißfilmluftmassenmesser (HFM5) ist, bei dem die Erfassung des Luftmassenstromes durch Auswertung des Temperaturprofiles auf der Sensormembran erfolgt. Es werden dann also auch wieder Auswerteverfahren einer ersten Art und Auswerteverfahren einer zweiten Art durchgeführt und die Meßergebnisse miteinander kombiniert, allerdings für zwei Sensoren bzw. Sensorelemente.

Die Erfindung wurde für die Bestimmung einer strömenden Luftmasse erläutert, sie ist aber grundsätzlich überall dort anwendbar, wo ein strömendes Medium ein beheizbares Meßelement beeinflußt.

Claims

1. Verfahren und/oder Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums, insbesonders der im Saugrohr einer Brennkraftmaschine strömenden Luftmasse, bei dem der Luftmassenstrom nach zwei unterschiedlichen Auswerteverfahren ermittelt wird und die beiden unterschiedlichen Meßergebnisse miteinander kombiniert werden, zur Ermittlung von Korrekturgrößen, dadurch gekennzeichnet, dass beide Auswerteverfahren auf die Ausgangssignale jeweils eines Durchsatzmeßelements zurückgreifen, und beide Verfahren unterschiedlich auf Störeffekte reagieren, so daß aus dem Vergleich der beiden Signale auf die Art und/oder die Größenordnung von auftretenden Störeffekten geschlossen wird.

2. Verfahren und/oder Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Heißfilm- Luftmassenmesser ist oder beide Sensoren Heißfilm- Luftmassenmesser sind, und beide Auswerteverfahren voraussetzen, dass der Heißfilm jeweils auf konstante Temperatur geregelt wird.

3. Verfahren und/oder Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß beim ersten Auswerteverfahren die benötigte Heizleistung gemessen wird.

4. Verfahren und/oder Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim zweiten Auswerteverfahren ein Temperaturprofil ermittelt wird.

5. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenz zwischen einem bezogen auf die Richtung des strömenden Mediums stromaufwärts und einem stromabwärts vom Heizbereich liegenden Temperatursensor ausgewertet wird.

6. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Temperatursensoren temperaturabhängige Widerstände sind, die in einer Brückenschaltung liegen und daß die sich in Folge der herrschenden Temperaturdifferenz einstellende Brückenspannung als Meßsignal ausgewertet wird.