DE10103240A1

DE10103240A1 - Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung

Info

Publication number: DE10103240A1
Application number: DE10103240A
Authority: DE
Inventors: Masaki Takamoto; Akira Yamasaki; Kenzo Hosoi; Satoshi Arai; Kazuyoshi Shimizu
Original assignee: AKIRA YAMASAKI C O NAT RES LAB; MASAKI TAKAMOTO C O NAT RES LA; MINISTRY OF ECONOMY TRADE AND; Kaijo Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Japan Automobile Research Institute Inc
Current assignee: Akira Yamasaki C/o National Research Laboratory Of; Kaijo Sonic Corp Tokyo Jp; Masaki Takamoto C/o National Research Laboratory O; Ministry Of Economy Trade And Industry Tsuku Jp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Japan Automobile Research Institute Inc
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2001-09-06
Also published as: JP2001208584A; JP3350501B2; US6782326B2; US20010010031A1

Abstract

Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung, die eine Strömungsgeschwindigkeit eines flukutierenden Fluids genau messen kann. Eine Moduseinstellschaltung (20) stellt selektiv eine von mehreren vorbestimmten Übertragungsmodi ein, die sich in der Übertragungszeit unterscheiden. Die Moduseinstellschaltung (20) stellt einen ersten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle zu einer vorbestimmten Zeit für jede Periode einer Strömungswellenform eines Auspuffgases erlaubt, einen zweiten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle zu einem um eine vorbestimmte Zeit verschobenen Zeitraum für jede Periode der Strömungswellenform des Auspuffgases erlaubt, und einen dritten Übertragungsmodus ein, der die Übertragung einer Ultraschallwelle zu vorbestimmten Intervallen erlaubt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft eine Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung und ins besondere eine Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung zum Messen einer Strö mungsgeschwindigkeit eines sich ändernden oder fluktuierenden Fluids wie eines Auspuffgases, das von einem Verbrennungsmotor wie einem Automobilmotor o. dgl. ausgestoßen wird.

Herkömmlich bekannt ist ein Ultraschall-Strömungsmessgerät oder -Strömungsge schwindigkeits-Messvorrichtung zum Messen einer Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids mit Hilfe einer Ultraschallwelle. Ein solches Ultraschall-Fließmessgerät ist kon struiert, um eine Strömungsgeschwindigkeit eines von einem Automobilmotor ausge stoßenen Auspuffgases durch Übertragung/Empfang einer Ultraschallwelle zu messen, und wird für eine Messung der Leistungsfähigkeit eines Automobilmotors, des Umwelt schutzes o. dgl. verwendet. Ein solches herkömmliches Ultraschall- Strömungsmessgerät ist dazu ausgelegt, eine Strömungsgeschwindigkeit in vorbestimmten Intervallen innerhalb jedes Messabschnittes zu messen.

Nachfolgend wird ein solches herkömmliches Ultraschall-Strömungsmessgerät oder -Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung anhand der Fig. 6 und 7 beschrieben, wobei Fig. 6 ein Blockschaltbild der Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung ist und Fig. 7 ein Diagramm ist, das Wellenverläufe der Strömungsgeschwindigkeit während einer periodischen Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit in der Strö mungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung zeigt.

Das in Fig. 6 gezeigte herkömmliche Strömungsmessgerät enthält eine Strömungsge schwindigkeits-Erfassungssektion 104, die aus einem thermischen Fließsensor o. dgl. besteht. Die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungssektion 104 ist auf einem Fluidrohr 110b befestigt und für die Erzeugung eines Ausgangssignales vorgesehen. Das Ausgangssignal der Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungssektion 104 wird an eine Signalverarbeitungssektion 103 übermittelt, die das Ausgangssignal digitalisiert. An die Signalverarbeitungssektion 103 ist eine Mittelwertbildungssektion 105 angeschlossen, die vorgesehen ist, das digitalisierte Ausgangssignal der Signalver arbeitungssektion 103 zu mitteln, wenn eine periodische Veränderung im Fluss des Fluids im Fluidrohr 110b stattfindet. An die Mittelwertbildungssektion 105 ist eine Strömungsgeschwindigkeitsverarbeitungssektion 106 angeschlossen, die vorgesehen ist, um eine Durchschnittsströmungsgeschwindigkeit des Fluids unter Verwendung des gemittelten Ausgangssignales zu berechnen. Die Strömungsgeschwindigkeits- Messvorrichtung, wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist zur Stichprobenkontrolle der Strömungsgeschwindigkeit in intermittierender Weise vorgesehen, so dass die Strömungsgeschwindigkeiten Q1, Q2 und Q3, die zu den Zeitpunkten t1, t2 und t3 gemessen werden, gemittelt werden können, was zur Berechnung der Strömun gsgeschwindigkeit führt.

Jedoch kann das herkömmliche Ultraschall-Strömungsmessgerät nicht genau eine Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids messen, das bei relativ hoher Frequenz pulsiert, wie beispielsweise von von einem Verbrennungsmotor o. dgl. ausgestoßenem Auspuffgas, so dass es erforderlich ist, eine Messung über einen langen Zeitraum durchzuführen, um einen Mittelwert der Strömungsgeschwindigkeit zu berechnen. Ebenfalls verursacht das herkömmliche Ultraschall-Strömungsmessgerät einen signifikanten Fehler während einer Messung eines Augenblickswertes der Strömungsgeschwindigkeit, wodurch eine Messung einer Strömungsgeschwindigkeit in einem transienten Zustand im wesentlichen schwierig oder bedeutungslos wird. Nichtsdestotrotz erfordert eine schärfere Kontrolle der Auspuffemission, dass eine augenblickliche Strömungsgeschwindigkeit und ein pulsierender Fluss per se gemessen oder analysiert werden, sowie eine Mittelwertbildung einer Strömungsgeschwindigkeit.

Somit ist es absolut wünschenswert, ein Ultraschall-Strömungsmessgerät zu entwickeln, das in der Lage ist, eine typische Strömungsgeschwindigkeit einer pulsierenden Strömung in einer kurzen Zeitperiode zu messen und die pulsierende Strömung zu reproduzieren.

ABRISS DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf den zuvor genannten Nachteil des Standes der Technik gemacht worden.

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strömungs geschwindigkeits-Messvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, eine Strömungs geschwindigkeit eines sich ändernden oder fluktuierenden Fluids genau zu messen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Strömungsgeschwindigkeits-Messvor richtung geschaffen. Die Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung weist eine Ul traschall-Übertragungssektion zur Übertragung einer Ultraschallwelle zu einem Fluid, das in einem Fließkanal fließt, und eine Ultraschall-Empfangssektion zum Empfang einer Ultraschallwelle auf, die durch das Fluid gewandert ist. Die Vorrichtung weist ferner eine Übertragungszeitsteuerungssektion, die so konstruiert ist, dass die Ultraschallübertragungssektion eine Ultraschallwelle in Abhängigkeit von einer Mehrzahl von Übermittlungsmodi übertragen kann, die sich im Übertragungszeitraum voneinander unterscheiden, und eine Strömungsgeschwindigkeits-Bearbeitungs sektion zur Berechnung einer Strömungsgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage eines Ausgangssignales der Ultraschall-Empfangssektion auf.

In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Strömungs geschwindigkeits-Messvorrichtung außerdem eine Übertragungsmodusauswahlsek tion auf, die eine Umschaltung zwischen den Übertragungsmodi in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die Strömungsgeschwindigkeits-Bearbeitungs sektion vornimmt.

In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfassen die Übertra gungsmodi einen ersten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschall welle während eines bestimmten Zeitraumes für jede Periode eines Strömungswel lenverlaufes des Fluids erlaubt, und einen zweiten Übertragungsmodus, der die Über tragung einer Ultraschallwelle während eines Zeitraumes erlaubt, der um eine vorbestimmte Zeit für jede Periode des Strömungswellenverlaufes des Fluids verschoben ist.

In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfassen die Übertra gungsmodi außerdem einen dritten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle in bestimmten Intervallen erlaubt.

In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Strömungs geschwindigkeits-Messvorrichtung außerdem eine Übertragungszeit-Einstellsektion zum Rücksetzen eines Übertragungszeitraumes des ersten Übertragungsmodus in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die Strömungsgeschwindig keits-Bearbeitungssektion auf. Die Übertragungsmodus-Auswahlsektion nimmt eine Umschaltung vom zweiten Übertragungsmodus auf den so rückgesetzten ersten Über tragungsmodus vor.

Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Strömungs geschwindigkeits-Messvorrichtung außerdem eine Strömungsgeschwindigkeits-Ände rungsbeurteilungssektion zur Beurteilung auf, ob eine Variation in der Strömun gsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die Strömungsgeschwindigkeits-Bearbeitungssektion reduziert ist oder nicht. Die Übertra gungsmodus-Auswahlsektion nimmt eine Umschaltung vom ersten oder zweiten Über tragungsmodus auf den dritten Übertragungsmodus vor, wenn eine Variation in der Strömungsgeschwindigkeit reduziert ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Aufgaben und viele der vorhandenen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlich, und zwar in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, wobei:

Fig. 1 ein Blockschaltbild ist, das eine Ausführung einer Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2A bis 2C jeweils ein Wellenverlaufsdiagramm darstellen, die einen Wellenverlauf aufgrund einer fluktuierenden Strömung von Auspuffgas zeigt;

Fig. 3A bis 3C jeweils ein Diagramm sind, das einen Betrieb einer Teilungs/Impuls-Erzeugungsschaltung zeigt, die in der Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung von Fig. 1 enthalten ist;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht ist, die eine Messung einer Strömungsgeschwindigkeit durch die Strömungsge schwindigkeits-Messvorrichtung von Fig. 1 zeigt;

Fig. 5 ein Flussdiagramm ist, das den Betrieb der Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung von Fig. 1 zeigt;

Fig. 6 ein Blockschaltbild ist, das eine herkömmliche Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung zeigt; und

Fig. 7 ein Wellenverlaufsdiagramm ist, das einen Wellenver lauf einer Strömungsgeschwindigkeit während einer periodischen Strömungsgeschwindigkeitsänderung in der herkömmlichen Strömungsgeschwindigkeits-Mess vorrichtung von Fig. 6 zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG

Nachfolgend wird eine Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung gemäß der vorlie genden Erfindung anhand der Fig. 1 bis 5 beschrieben. Die nachfolgende Beschrei bung erfolgt in Verbindung mit einer Messung einer Strömungsgeschwindigkeit von von einem Automobilmotor ausgestoßenem Auspuffgas.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Ausführung einer Strömungsgeschwindigkeits-Messvor richtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Eine Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung der in Fig. 1 gezeigten Ausführung weist hauptsächlich einen Encoder 1, eine Übertragungszeit-Steuerungssektion 2, eine Übertragungs/Empfangs-Schaltung 3, Ultraschallwandler 4a und 4b, eine Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 und eine Verarbeitungsschaltung 6 auf.

Der Encoder 1 ist an einer Kurbelwelle 10a eines Automobilmotors 10 befestigt und hat die Funktion, ein Winkelsignal von der Kurbelwelle 10a aufzunehmen und es zu einer Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21 der Übertragungszeit-Steue rungssektion 2 auszugeben. Wie in den Fig. 2A bis 2C gezeigt ist, ist der Encoder 1 so konstruiert, dass er einen ersten Kurbelimpuls bei jeder Umdrehung (Periode: 2π oder Winkel: 360°) der Kurbelwelle 10a und 720 Sekunden Kurbelimpulse in bestimmten Intervallen oder Winkelintervallen von 0,5° während jeder Umdrehung der Kurbelwelle 10a erzeugt.

Die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2 ist so aufgebaut, dass die Ultraschall wandler 4a und 4b eine Ultraschallwelle gemäß einer Mehrzahl von Übertragungs modi, die sich im Übertragungszeitraum voneinander unterscheiden, übertragen kön nen. Die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2 weist eine Moduseinstellschaltung 20, die Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21 und eine Modusauswahlschaltung 22 auf. Die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2 gibt einen Synchronimpuls (Trigger- Impuls) an die Übertragungs/Empfangs-Schaltung 3 ab.

Die Moduseinstellschaltung 2 setzt einen gewünschten Modus aus der Mehrzahl von vorbestimmten Übertragungsmodi. Insbesondere stellt die Moduseinstellschaltung 20 einen ersten Übertragungsmodus zur Übertragung einer Ultraschallwelle während eines vorbestimmten Zeitraumes in jeder Periode eines Strömungwellenverlaufes des von der Maschine 10 ausgestoßenen Auspuffgases, einen zweiten Über tragungsmodus zur Übertragung einer Ultraschallwelle während eines Zeitraumes, der um eine vorbestimmte Zeit in jeder Periode des Fließwellenverlaufes verschoben ist, oder einen dritten Übertragungsmodus zur Übertragung einer Ultraschallwelle in vorbestimmten Intervallen ein.

Die Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21 erzeugt ein Ultraschall-Synchronsignal in Abhängigkeit von einem von der Moduseinstellschaltung 20 gesetzten Übertra gungsmodus und einem Ausgangssignal vom Encoder 1. Die Teilungs-Impuls-Erzeu gungsschaltung 21 gibt einen Trigger-Impuls durch die Modusauswahlschaltung 22 an die Übertragungs/Empfangs-Schaltung 3 ab.

Nachfolgend wird der Betrieb der Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21 anhand der Fig. 3A bis 3C beschrieben, wobei Fig. 3A den Betrieb der Teilungs-Impuls- Erzeugungsschaltung 21 bei gesetztem erstem Übertragungsmodus, Fig. 3B den Be trieb bei gesetztem zweitem Übertragungsmodus und Fig. 3C bei gesetztem drittem Übertragungsmodus zeigt.

Wenn der erste Übertragungsmodus von der Moduseinstellschaltung 20 eingestellt ist, erzeugt die Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21, wie in Fig. 3A gezeigt ist, einen Trigger-Impuls bei einem N-ten zweiten Kurbelimpuls in Abhängigkeit von der Zeit, wenn ein erster Kurbelimpuls erzeugt ist. Dies führt dazu, dass die Teilungs-Impuls- Erzeugungsschaltung 21 einen Trigger-Impuls an jedem Punkt der fluktuierenden Strömung des Auspuffgases erzeugt.

Wenn der zweite Übertragungsmodus von der Moduseinstellschaltung 20 eingestellt ist, erzeugt die Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21, wie in Fig. 3B gezeigt ist, in Abhängigkeit von der Zeit, wenn ein erster Kurbelimpuls erzeugt ist, einen Trigger- Impuls bei jedem N-ten zweiten Kurbelimpuls in einer ersten Periode, (N+1)-ten zweiten Kurbelimpuls in einer zweiten Periode, . . . und (N + n - 1)-ten zweiten Kurbelimpuls in einer n-ten Periode. Dies führt dazu, dass die Teilungs-Impuls- Erzeugungsschaltung 21 einen Trigger-Impuls erzeugt, während er in jeder Periode variiert oder abgelenkt wird.

Wenn der dritte Übertragungsmodus eingestellt ist, erzeugt die Teilungs-Impuls- Erzeugungsschaltung 21, wie in Fig. 3C gezeigt ist, einen Trigger-Impuls bei jedem N- ten zweiten Kurbelimpuls oder in bestimmten Intervallen.

Die Modusauswahlschaltung 22 nimmt eine Umschaltung zwischen den Übertra gungsmodi in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die Verarbei tungsschaltung 6 vor. Die Modusauswahlschaltung 22 setzt eine Übertragungszeit des ersten Übertragungsmodus auf der Grundlage eines Ergebnisses der Berechnung der Verarbeitungsschaltung 6 zurück, um dadurch eine Umschaltung vom zweiten Übertragungsmodus auf den so rückgesetzten ersten Übertragungsmodus vorzunehmen. Alternativ führt die Modusauswahlschaltung 22, wenn eine Verände rung in der Strömungsgeschwindigkeit des Auspuffgases reduziert ist, eine Umschal tung vom ersten Übertragungsmodus oder zweiten Übertragungsmodus auf den drit ten Übertragungsmodus aus.

Die Übertragungs/Empfangs-Schaltung 3 ist so konfiguriert, dass jeder der Ultra schallwandler 4a und 4b angewiesen wird, um eine Ultraschallwelle auszusenden oder ein Ausgangssignal jedes der Wandler 4a und 4b einer bestimmten Verarbeitung zu unterwerfen, um es an die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 auszu geben.

Die Ultraschallwandler 4a und 4b senden eine Ultraschallwelle in das Auspuffgas, das in einer durch einen Pfeil in einem Rohr 10b in Fig. 1 angedeuteten Richtung fließt, und empfangen eine Ultraschallwelle, die durch das Auspuffgas gelaufen ist. Die Ultraschallwandler 4a und 4b sind so angeordnet, dass sie gegenüber dem Rohr 10b zueinander schräg ausgerichtet sind, und an der Außenfläche des Rohres 10b in einer Weise befestigt, dass sie zueinander geneigt angeordnet sind. Die Ultraschallwandler 4a und 4b sind auf einer stromabwärts gerichteten und einer stromaufwärts gerichteten Seite entsprechend angeordnet, um gegenseitig zwischen sich eine Übertragung und einen Empfang einer Ultraschallwelle vorzunehmen.

Nachfolgend wird die Messung einer Strömungsgeschwindigkeit von Auspuffgas durch die Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach der dargestellten, so kon struierten Ausführung anhand von Fig. 4 beschrieben.

Die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 berechnet eine Strömungs geschwindigkeit des im Rohr 10b strömenden Auspuffgases auf der Grundlage eines Ausgangssignales von jedem der Ultraschallwandler 4a und 4b. Zu diesem Zweck ist die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 so aufgebaut, um eine Strömungsgeschwindigkeit des Auspuffgases unter Verwendung einer sogenannten inversen Laufzeitdifferenzmethode zu berechnen. Die Strömungsgeschwindigkeits- Erfassungsschaltung 5 misst eine Laufzeit t1 und t2 einer Ultraschallwelle gemäß den nachfolgenden Gleichungen (1) und (2) unter Bezug auf den Doppler-Effekt:

t₁= L/(C + Vcosθ) (1)

t₂ = L/(C - Vcosθ) (2)

wobei t₁ eine Laufzeit für eine Ultraschallwelle, die der Ultraschallwandler 4a übertrug, um den Ultraschallwandler 4b zu erreichen, t₂ eine Laufzeit für eine Ultraschallwelle, die der Ultraschallwandler 4b übertrug, um den Ultraschallwandler 4a zu erreichen, L eine lineare Distanz zwischen den Ultraschallwandlern 4a und 4b, C eine Schallgeschwindigkeit im Auspuffgas, V eine Strömungsgeschwindigkeit des Auspuffgases und θ ein Neigungswinkel der Ultraschallwandler 4a und 4b gegenüber der Außenfläche des Rohres 10b ist.

Die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 berechnet die Strömungs geschwindigkeit V gemäss der nachfolgenden Gleichung (3) auf der Grundlage der zuvor angegebenen Gleichungen (1) und (2) und gibt ein Ergebnis der Berechnung an die Verarbeitungsschaltung 6 ab:

V = L(1/t₁ - 1/t₂)/2cosθ (3)

Die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 verwendet ein Ergebnis der Berechnung gemäss der Gleichung (3), um die Strömungsgeschwindigkeit im Hinblick auf eine Querschnittsfläche des Rohres 10b, einen korrigierten Wert einer bekannten Strömungsgeschwindigkeitsverteilung u. dgl. zu berechnen.

Die in Fig. 1 gezeigte Verarbeitungsschaltung 6 ist so aufgebaut, um einen Strö mungswellenverlauf des Auspuffgases in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 zu reproduzieren, um eine Analyse des Strömungswellenverlaufes, eine Berechnung eines Nullpunktes eines Wechselspannungssignales des Strömungswellenverlaufes oder eines Spitzenwertes von dessen oberen und unteren Grenzwerten oder eine Beurteilung vorzunehmen, ob eine Veränderung oder Fluktuation in der Strömungs geschwindigkeit des Auspuffgases reduziert ist. Die Verarbeitungsschaltung 6 gibt ein Ergebnis der Berechnung an die Modusauswahlschaltung 22 aus.

Nachfolgend wird der Betrieb der Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung der dargestellten Ausführung anhand von Fig. 5 erläutert, bei welcher es sich um ein Flussdiagramm handelt, das den Betrieb der Strömungsgeschwindigkeits-Messvor richtung zeigt.

In einem Schritt S1 beurteilt die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2, welcher der ersten, zweiten und dritten Übertragungsmodi ausgewählt wird. Wenn die Modus auswahlschaltung 20 den ersten Übertragungsmodus einstellt, wird der Betrieb bei einem Schritt S2 fortgesetzt. Wenn die Moduseinstellschaltung 20 den zweiten Übertragungsmodus einstellt, wird der Betrieb bei einem Schritt S3 fortgesetzt. Wenn die Moduseinstellschaltung 20 den dritten Übertragungsmodus setzt, wird der Betrieb bei einem Schritt S9 fortgesetzt.

Im Schritt S2 führt die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2 eine Verarbeitung im ersten Übertragungsmodus durch. Die Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21, wie sie in Fig. 3A gezeigt ist, erzeugt einen Trigger-Impuls bei einem N-ten zweiten Kurbelimpuls auf der Grundlage der Zeit, wenn ein erster Kurbelimpuls erzeugt wird. Dies führt dazu, dass die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 eine Strömungsgeschwindigkeit des Auspuffgases zu einem Zeitpunkt misst, an dem ein N- ter zweiter Kurbelimpuls erzeugt wird.

Im Schritt S3 führt die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2 eine Verarbeitung im zweiten Übertragungsmodus durch. Die Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21, wie in Fig. 3B gezeigt ist, erzeugt einen Trigger-Impuls bei einem (N + n - 1)-ten zweiten Kurbelimpuls in einer n-ten Periode. Dies führt dazu, dass die Strömungs geschwindigkeits-Erfassungschaltung 5 eine Strömungsgeschwindigkeit des Auspuffgases jeweils bei einem N-ten zweiten Kurbelimpuls in einer ersten Periode, einem (N + 1)-ten zweiten Kurbelimpuls in einer zweiten Periode, . . . und einem (N + n - 1)- ten zweiten Kurbelimpuls in einer n-ten Periode misst.

In einem Schritt S4 reproduziert die Verarbeitungsschaltung 6 eine fluktuierende Strömung des Auspuffgases auf der Grundlage eines Ergebnisses der Berechnung durch die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungschaltung 5. Die Verarbeitungs schaltung 6 fügt die Gasströmungsgeschwindigkeiten bei einem N-ten zweiten Kurbelimpuls in einer ersten Periode, einem (N + 1)-ten zweiten Kurbelimpuls in einer zweiten Periode, . . . und einem (N + n - 1)-ten zweiten Kurbelimpuls in einer n-ten Periode zusammen, um dadurch einen Strömungsgeschwindigkeitswellenverlauf zu reproduzieren.

In einem Schritt S5 beurteilt die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2, ob eine Übertragungszeit zurückgesetzt ist oder nicht. Ein Strömungsgeschwindigkeits wellenverlauf des Auspuffgases wird im Schritt S4 reproduziert, dadurch ermittelt die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2 einen Nullpunkt eines Wechselspan nungsignals des Strömungsgeschwindigkeitswellenverlaufes, einen Spitzenwert von jedem dessen oberer und unterer Grenzwerte u. dgl., so dass eine Übertragungszeit entsprechend jedem dieser Punkte zurückgesetzt werden kann. Die Übertragungszeit- Steuerungssektion 2 beurteilt, ob eine Übertragungszeit an jedem Punkt wie dem Nullpunkt, dem Spitzenwert o. dgl. zurückgesetzt wird oder nicht. Wenn die Übertragungszeit demnach zurückgesetzt wird, wird der Betrieb an einem Schritt S6 fortgesetzt; wenn die Übertragungszeit nicht zurückgesetzt wird, wird demgegenüber der Betrieb an einem Schritt S7 fortgesetzt.

Im Schritt S6 setzt die Modusauswahlschaltung 22 den ersten Übertragungsmodus zurück. Die Moduseinstellschaltung 20 setzt einen N-Wert des zweiten Kurbelimpulses auf irgendeinen Pegel zurück, was dazu führt, dass der Zeitverlauf, an dem der Trigger-Impuls erzeugt wird, variabel gestaltet wird.

Im Schritt S7 beurteilt die Verarbeitungsschaltung 6, ob die von der Strömungs geschwindigkeits-Erfassungschaltung 5 berechnete Auspuffgas-Strömungsge schwindigkeit unterhalb eines bestimmten Pegels liegt oder nicht. Wenn ermittelt wird, dass die Auspuffgas-Strömungsgeschwindigkeit unterhalb des vorbestimmten Pegels liegt, wird der Betrieb an einem Schritt S8 fortgesetzt.

Im Schritt S8 nimmt die Modusauswahlschaltung 22 eine Umschaltung vom zweiten Übertragungsmodus auf den dritten Übertragungsmodus vor. Wenn die Auspuffgas- Strömungsgeschwindigkeit unterhalb des vorbestimmten Pegels liegt, wird angenommen, dass eine Wirkung durch Pulsation reduziert wird, so dass die Modusauswahlschaltung 22 eine Umschaltung vom zweiten Übertragungsmodus auf den dritten Übertragungsmodus vornimmt, wodurch eine Auspuffgas-Strömungsge schwindigkeit unter Reduzierung eines Messintervalls gemessen werden kann.

Im Schritt S9, wie kurz zuvor erläutert wurde, führt die Übertragungszeit-Steue rungssektion 2 eine Verarbeitung im dritten Übertragungsmodus durch. Die Teilungs- Impuls-Erzeugungsschaltung 21, wie in Fig. 3C gezeigt ist, erzeugt einen Trigger- Impuls zu jeder Zeit, wenn N zweite Kurbelimpulse erzeugt werden. Auch erzeugt die Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21 einen Trigger-Impuls zu bestimmten Intervallen unabhängig von einem Drehwinkel der Kurbelwelle 10a. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungschaltung 5 eine Auspuffgas-Strömungsge schwindigkeit unter Reduzierung eines Messintervalls messen.

Die Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung der dargestellten Ausführung, die in der zuvor beschriebenen Weise konstruiert ist, zeigt eine Vielzahl von Vorteilen.

Insbesondere ist die Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung der dargestellten Ausführung so aufgebaut, dass es die mehreren oder ersten bis dritten Übertra gungsmodi, die sich im Übertragungszeitverlauf voneinander unterscheiden, den Ultraschallwandlern 4a und 4b erlauben, eine Übertragung und einen Empfang einer Ultraschallwelle durchzuführen. Durch einen solchen Aufbau kann eine Strömungs geschwindigkeit von Auspuffgas zu jeder gewünschten Zeit gemessen werden.

Ebenfalls nimmt in der Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung der dargestellten Ausführung die Modusauswahlschaltung 22 eine Umschaltung des Übertra gungsmodus auf der Grundlage eines Ergebnisses der Verarbeitung durch die Verarbeitungsschaltung 6 vor. Dies führt dazu, dass die Strömungsgeschwindigkeits- Messvorrichtung eine optimale Strömungsgeschwindigkeit eines fluktuierenden Fluids misst.

Außerdem ist die dargestellte Ausführung so aufgebaut, um eine Ultraschallwelle zu einer vorbestimmten Zeit (erster Übertragungsmodus) zu jeder Periode eines Strömungswellenverlaufes des Auspuffgases zu übertragen, so dass die Messung einer Strömungsgeschwindigkeit an jedem Punkt in einer fluktuierenden Auspuff gasströmung eine einfachere Analyse der fluktuierenden Strömung ermöglicht. Ebenfalls wird im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Ultraschallwelle in einem Zeitraum, der um eine vorbestimmte Zeit verschoben ist, zu jeder Periode eines Strömungswellenverlaufes von Auspuffgas oder im zweiten Übertragungsmodus übertragen. Somit erlaubt die Zusammenführung der Strömungsgeschwindigkeits daten zu den jeweiligen Zeiten eine vereinfachte Reproduktion und Analyse der fluktuierenden Strömung. Außerdem wird im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Übertragung einer Ultraschallwelle in vorbestimmten Intervallen (dritter Übertra gungsmodus) unabhängig von einem Drehwinkel der Kurbelwelle 10a durchgeführt, so dass eine Durchschnittsströmungsgeschwindigkeit unter erhöhter Zuverlässigkeit gemessen werden kann.

Außerdem ist die dargestellte Ausführung so aufgebaut, dass die Modusauswahl schaltung 22 eine Übertragungzeit N im ersten Übertragungsmodus auf der Grundlage eines Ergebnisses der Berechnung durch die Verarbeitungsschaltung 6 zurücksetzt. Ein solcher Aufbau erlaubt das Rücksetzen der Übertragungszeit N im Hinblick auf eine pulsierende Strömung, die von der Verarbeitungsschaltung 6 reproduziert wird. Insbesondere kann die Übertragungszeit N zu einer Zeit entsprechend einem Nullpunkt der pulsierenden Strömung oder einem Spitzenwert von jedem dessen oberer und unterer Grenzwerte zurückgesetzt werden. Dies führt dazu, dass ein Durchschnittswert der fluktuierenden Strömung oder deren Spitzenwert genau gemessen werden kann.

Außerdem ist die dargestellte Ausführung so aufgebaut, dass bei reduzierter Ver änderung der Strömungsgeschwindigkeit die Modusauswahlschaltung 22 den Übertra gungsmodus vom zweiten Übertragungsmodus auf den dritten Übertragungsmodus verändert. Dies führt dazu, dass eine durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit mit erhöhter Zuverlässigkeit unter Reduzierung des Messintervalls gemessen werden kann.

Die dargestellte Ausführung ist in Verbindung mit der Messung einer Auspuffgas- Strömungsgeschwindigkeit beschrieben worden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Messung von Gas beschränkt. Somit kann die vorliegende Erfindung in geeigneter Weise auch auf anderes Fluid als Gas wie beispielsweise eine Flüssigkeit o. dgl. angewandt werden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Umschalten des Übertragungsmodus manuell durchgeführt. Alternativ kann es aber auch automatisch vorgenommen werden.

Während ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnun gen beschrieben worden ist, sind offensichtliche Modifikationen und Variationen im Lichte der zuvor beschriebenen technischen Lehre möglich. Es ist deshalb zu verstehen, dass innerhalb des Umfanges der Ansprüche die Erfindung auf andere Weise als zuvor beschrieben umgesetzt werden kann.

Claims

1. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung, mit
einer Ultraschall-Sendesektion (3, 4a, 4b) zum Aussenden einer Ultraschallwelle zu einem Fluid, das in einem Fließkanal fließt; und
einer Ultraschall-Empfangssektion (3, 4a, 4b) zum Empfang einer Ultraschallwelle, die durch das Fluid gewandert ist;
gekennzeichnet durch
eine Übertragungszeit-Steuersektion (2), die so konstruiert ist, dass die Ultraschall- Sendesektion (3, 4a, 4b) eine Ultraschallwelle in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Sendemodi aussenden kann, welche sich in der Übertragungszeit voneinander unterscheiden; und
eine Strömungsgeschwindigkeits-Verarbeitungssektion (5, 6) zur Berechnung einer Strömungsgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage eines Ausgangssignales von der Ultraschall-Empfangssektion (3, 4a, 4b).

2. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungsmodus-Auswahlsektion (22) vorgesehen ist zur Durchführung einer Umschaltung unter den Übertragungsmodi in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die Strömungsgeschwin digkeits-Verarbeitungssektion (5, 6).

3. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmodi umfassen:
einen ersten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle während eines bestimmten Zeitraumes für jede Periode einer Strömungswellenform des Fluids erlaubt; und
einen zweiten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle während eines um eine vorbestimmte Zeit verschobenen Zeitraumes für jede Periode der Strömungswellenform des Fluids erlaubt.

4. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmodi umfassen:
einen ersten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle während eines bestimmten Zeitraumes für jede Periode einer Strömungswellenform des Fluids erlaubt; und
einen zweiten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle während eines um eine vorbestimmte Zeit verschobenen Zeitraumes für jede Periode der Fließwellenform des Fluids erlaubt.

5. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmodi außerdem einen dritten Übertragungsmodus umfassen, der die Übertragung einer Ultraschallwelle in bestimmten Intervallen erlaubt.

6. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmodi außerdem einen dritten Übertragungsmodus umfassen, der die Übertragung einer Ultraschallwelle in bestimmten Intervallen erlaubt.

7. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungszeit-Einstellsektion (20) vorgesehen ist zum Rücksetzen eines Übertragungszeitraumes des ersten Übertragungsmodus in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die Strömungs geschwindigkeits-Verarbeitungssektion (5, 6); und die Übertragungsmodus-Auswahlsektion (22) ein Umschalten vom zweiten Über tragungsmodus auf den dann rückgesetzten ersten Übertragungsmodus ausführt.

8. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungszeit-Einstellsektion (20) vorgesehen ist zum Rücksetzen eines Übertragungszeitraumes des ersten Übertragungsmodus in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die Strömungs geschwindigkeits-Verarbeitungssektion (5, 6); und die Übertragungsmodus-Auswahlsektion (22) ein Umschalten vom zweiten Über tragungsmodus auf den dann rückgesetzten ersten Übertragungsmodus ausführt.

9. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsgeschwindigkeitsvariationsbeur teilungssektion (6) vorgesehen ist zur Beurteilung, ob eine Veränderung der Strö mungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die Strömungsgeschwindigkeits-Verarbeitungssektion (5, 6) reduziert wird oder nicht; und die Übertragungsmodus-Auswahlsektion (22) ein Umschalten vom ersten oder zweiten Übertragungsmodus auf den dritten Übertragungsmodus durchführt, wenn eine Variation in der Strömungsgeschwindigkeit reduziert wird.