DE102004047786A1 - Verfahren zur Pulsationskorrektur innerhalb eines einen Medienmassenstrom messenden Messgeräts - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Pulsationskorrektur von Messwerten eines Strömungsgeräts, mit dem pulsierende Gasströmungen an Verbrennungskraftmaschinen gemessen werden. Ein Rohsignal (U¶A¶) des Strömungsmessgeräts wird einem Addierer (17) einer Kompensationsschaltung (40) aufgegeben. Das Rohsignal (U¶A¶) wird gleichzeitig einem Mehrfachfrequenzfilter (12), der mindestens einen Hochpass-Filter (14), mindestens einen Tiefpass-Filter (13) und mindestens einen Bandpass-Filter (15) aufweist, zugeführt. Die gefilterten Signale werden in Adressen eines Korrekturkennfelds (16) geschrieben. Die in den Adressen (1, 2...m; f¶1¶, f¶2¶...f¶n¶) gespeicherten Werte werden durch den Adressierer (17) im Rohsignal (U¶A¶) hinzugerechnet.

Description

• Technisches Gebiet
• Zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten, Volumenströmen oder Luftmassenströmen sind in der Technik Strömungssensoren oder Luftmassenmesser bekannt. Mittels dieser Geräte wird die entsprechende Größe als Signalwert, sei es als Spannung, als Frequenz, als Pulsweitenverhältnis etc. gemäß einer Kennlinie ausgegeben. Die Kennlinie entspricht dabei jedoch üblicherweise statischen Luftmassenströmen. Daher müssen bei pulsierenden Strömungen Korrekturverfahren eingesetzt werden.
• Um Fehlanzeigen bei pulsierenden Strömungen beispielsweise im Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine zu korrigieren, werden nachfolgende Verfahren eingesetzt.
• Im Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine wird ein Korrekturkennfeld abgelegt, welches über die Kenngrößen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (gemessen über einen Drehzahlgeber-Sensor) und Last (z.B. Drosselklappenöffnungsstellung) adressiert werden kann. Daneben werden nicht linear optimierte Kennlinien in Motorsteuergeräten eingesetzt.
• Es werden Rohsignale U_HFM einer Luftmassen-Erfassungseinrichtung aufgenommen, indem die Luftmassen-Erfassungseinrichtung bei verschiedenen Betriebspunkten auf einem Kraftmaschinen-Prüfstand einem Luftmassenstrom m ausgesetzt und das von der Luftmassen-Erfassungseinrichtung erzeugte Signal erfasst wird. Die Rohsignale U_HFM der Luftmassen-Erfassungseinrichtung werden in Luftmassenstromwerte durch Interpolation an einer Ausgangskennlinie umgerechnet. Anschließend werden Mittelwerte der Luftmassenstromwerte über ganzzahlige Vielfache einer Pulsationsperiode für die jeweiligen Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine, gegeben durch die Drehzahl und die spezifische Leistung, gebildet. Es wird eine Abweichung dm/m berechnet, welche der mittleren Abweichung des mittleren Luftmassenstroms von einem Vergleichs-Luftmassenstrom entspricht, jeweils für die Betriebspunkte (n, p_ME) der Verbrennungskraftmaschine. Danach erfolgt die Berechnung der quadratischen Norm (X²) über die Matrix der Abweichung. Es wird eine angepasste Kennlinie im Sinne einer Optimierung erzeugt, wobei diese bezüglich der Bedingung optimiert wird, dass die quadratische Norm (X²) minimal wird. Die Rohsignale U_HFM der Luftmassen-Erfassungseinrichtung werden in Luftmassenstromwerte durch Interpolation an die angepasste Kennlinie umgerechnet, wobei mehrere der oben genannten Verfahrensschritte durch Wiederholen iterativ durchlaufen werden.
• Aus DE 197 43 340 A1 ist ein Durchflussmesser bekannt. Der Durchflussmesser ist in Form eines von dem zu messenden Medium durchflossenen Messrohres ausgebildet, wobei das Medium mit mindestens einer Ultraschall-Sende/Empfangs-Einheit beschallt wird. Im Messrohr ist mindestens ein Reflektor zur Reflexion eines von einer Ultraschall-Sende/Empfangs-Einheit ausgesandten Ultraschallsignals auf direktem Wege oder unter Reflexion an einer Messrohrwand in Richtung auf die gleiche oder auf andere Ultraschall-Sende/Empfangs-Einheiten angeordnet. Zur Vermeidung von Oberflächenwellen bei der Reflexion ist ein Einfallswinkel des Ultraschallsignals an einem Reflektor, gemessen zwischen einer Flächennormalen und einem Reflektor und dem einfallenden Ultraschallsignal vorgegeben, der größer als ein Raleigh-Winkel ist oder die Materialeigenschaften der Reflektoren weisen eine entsprechend hohe Raleigh-Geschwindigkeit auf oder es liegt eine Kombination daraus vor.
• Darstellung der Erfindung
• Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren folgend kann eine genauere Messung von Luftmassenströmen auch unter pulsierenden, d.h. nicht statischen Luftmassenströmen, erreicht werden. Dadurch lässt sich beispielsweise bei Einsatz im Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine an diesem eine präzisere Füllungserfassung der einzelnen Zylinder erreichen, was wiederum eine deutliche Reduktion der Schadstoffemissionen der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
• Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein einen Luftmassenstrom repräsentierendes Luftmassensignal nicht linear zu verarbeiten, wobei die Nicht-Lineare-Verarbeitung vorzugsweise bereits innerhalb des Sensors erfolgt. Da im Luftmassensensor keine Informationen über den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich Drehzahl und Last vorliegen, kann im Luftmassensensor selbst kein Kennfeld abgelegt werden, welches über diese im Motorsteuergerät bekannten Größen adressiert werden könnte. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein sensorinternes Korrekturkennfeld einzusetzen, das über Größen adressiert wird, die nach entsprechender Frequenzfilterung aus dem Rohsignal des Sensors selbst gewonnen werden. Dabei können empirisch bekannte, nicht lineare Eigenschaften der Sensorgeometrie, insbesondere eines Bypasskanals, ausgenutzt werden. Diese Vorgehensweise erlaubt einen Verzicht auf aufwendige Transformationsverfahren wie z.B. eine Fourrier-Transformation.
• Ein entscheidender Vorteil gegenüber einer ausschließlichen Verwendung eines Korrekturkennfelds im Steuergerät liegt darin, dass alle relevanten Einflussgrößen berücksichtigt sind. Im Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine hingegen, kommen zum Teil außer Drehzahl und Last auch weitere pulsationsbestimmte Parameter hinzu, wie z.B. Nockenwelleneinstellungen, die nicht in die Kennfeldadressierung eines in einem Motorsteuergerät gelegten Kennfelds eingehen. Im Falle von starken Pulsationen führen diese Parameter zu nicht kompensierbaren Fehlern im Luftmassensignal.
• Es können in vorteilhafter, bisher nicht bekannter Weise, nicht kompensierbare Fehlanzeigen korrigiert werden, wodurch sich eine wesentlich genauere Füllungserfassung der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine mit der zur Verbrennung erforderlichen Luftmasse erreichen lässt. Im Vergleich zu bisher eingesetzten Kennlinien- und Kennfeldkonzepten werden beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren nicht nur der momentane Signalzustand des Strömungssensorelements eines Luftmassenmessers beispielsweise, sondern auch dessen zeitlich vorhergehende Werte berücksichtigt.
• Es kann eine nahezu vollständige Fehlerkorrektur erreicht werden, indem das Rohsignal einfach frequenzgefiltert wird. Nach der Frequenzfilterung des Rohsignals werden die erhaltenen Signale geglättet und zur Adressierung eines Kennfelds eingesetzt. Die Werte der jeweils adressierten Kennfelder werden dem Rohsignal hinzu gerechnet. Dadurch können Fehlanzeigen in der Abhängigkeit von der Pulsationsfrequenz, der Pulsationsamplitude und des mittleren Luftmassenstroms (der der Amplitude der Frequenz 0 entspricht) individuell korrigiert werden. Je nach vertretbarem Aufwand und benötigter Kompensationsfähigkeit, kann die Größe des Kennfelds und der eingesetzten Frequenzfilter reduziert werden. So kann eine effektive Pulsationskorrektur bereits durch Übertragungsfunktionen erreicht werden. Eine besonders einfache Möglichkeit der Frequenzfilterung ist durch einen Tiefpass- und eine Hochpassfilter gegeben.
• Zeichnung
• Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
• Es zeigt:
• 1 eine Pulsationskorrektur durch nicht lineare Kennlinienverzerrung,
• 2 eine Kompensationsschaltung zur Fehlerkorrektur durch Signalfilterungen,
• 3.1 bis 3.4 Pulsationsfehler eines Luftmassenmesser-Musters bei einer Frequenz von f = 58 Hz,
• 4.1 bis 4.4 Pulsationsfehler eines Luftmassenmesser-Musters bei einer Pulsationsfrequenz von f = 145 Hz,
• 5.1 Frequenzgänge eines Tiefpass- und eines Hochpassfilters,
• 5.2 Frequenzgänge eines Tiefpass-, eine Bandpass- und eines Hochpassfilters und
• 6 ein Blockschaltbild einer analogen Kompensationsschaltung mit Multiplizierern, Addierern sowie Filterstufen und
• 7 eine Darstellung eines in ein Messrohr hineinragenden Steckfühlers.
• Ausführungsvarianten
• 1 zeigt eine Pulsationskorrektur durch nicht lineare Kennlinienverzerrung.
• Bei der nicht linearen Kennlinienoptimierung wird die Kennlinie zur Umrechnung von Signalspannungen U_A in Luftmassenströme m so verzerrt, dass Pulsationsfehlanzeigen zumindest teilweise korrigiert werden und pulsationsfreie, statische Strömungen ebenfalls möglichst korrekt angezeigt werden. In der in 1 dargestellten Kennlinie ist deren ursprünglicher Kennlinienverlauf a durch einen modifizierten Kennlinienverlauf b geändert. Eine konstante Signalspannung U₁ wird in ein zugehöriges, korrektes Luftmassensignal m₁ umgesetzt. Treten Pulsationen der Signalspannung U_A auf, gegeben durch U_max (maximale Signalspannung) und U_min (minimale Signalspannung), so kann es je nach den speziellen Sensor-Eigenschaften z.B. zu einer Mehranzeige kommen. Im Falle von U_max wird auf einen maximalen Luftmassenstrom m_max geschlossen; im Falle des Minimums der Pulsation bei U_min der Signalspannung wird auf einen minimalen Luftmassenstrom m_min geschlossen. Das zur Signalspannung U_A für den Wert U_min erzeugte Luftmassenstromsignal kann nun sowohl auf der ursprünglichen Kennlinie a als auch auf der modifizierten Kennlinie b in einen Luftmassenstrom m umgerechnet werden. Im Falle der Korrelation über die ursprüngliche Kennlinie a wird bei U_min auf m_min (a) geschlossen; wird auf der modifizierten Kennlinie b abgelesen, so ergibt sich für die minimale Signalspannung U_min der Luftmassenstrom m_min (b). Bei Pulsationen mit Rückströmanteilen kann durch die Modifikation der Kennlinie eine relative Minderanzeige erzeugt werden und damit die Fehlanzeige – Korrelation über die ursprüngliche Kennlinie a – kompensiert werden. Durch diese in Zusammenhang mit 1 erläuterte Methode können allerdings Fehlanzeigen nur unvollständig kompensiert werden, da diese auch vom mittleren Luftmassenstrom, von der Pulsationsamplitude, d.h. der Differenz zwischen U_max und U_min, auch von der Pulsationsfrequenz abhängen.
• 2 zeigt eine Kompensationsschaltung zur Fehlerkorrektur durch Signalfilterung.
• Eine nahezu vollständige Fehlerkorrektur lässt sich durch die in 2 dargestellte Kompensationsschaltung erreichen. Mit Bezugszeichen 10 ist der Signaleingang bezeichnet, Bezugszeichen 11 markiert den Signalausgang. Das am Signaleingang 10 eingehende Signal wird einem Mehrfachfrequenzfilter 12 und parallel einem Addierer 17 zugeführt. Der Mehrfachfrequenzfilter 12 umfasst zum Beispiel einen Tiefpass-Filter 13, einen Hochpass-Filter 14 sowie einen Bandpass-Filter 15, dem optional eine Glättungsfunktion nachgeschaltet werden kann. Die durch den Mehrfachfrequenzfilter 12 gefilterten Signale werden geglättet und zur Adressierung eines Korrekturkennfelds 16 verwendet. Das Korrekturkennfeld 16 ist als m × n-Matrix aufgebaut. Die Frequenzanteile f₁, f₂, ......f_n werden in Adressen 1, 2, 3, ......m des Korrekturkennfelds 16 eingeschrieben und bei der Addition dem am Signaleingang 10 anliegenden Rohsignal zugerechnet. Dadurch können Fehlanzeigen in Abhängigkeit von der Pulsationsfrequenz, der Pulsationsamplitude und des mittleren Luftmassenstroms individuell korrigiert werden. Der mittlere Luftmassenstrom entspricht der Amplitude zur Frequenz 0, d.h. des Tiefpass-Ausgangs. In 2 ist die allgemeinste Realisierungsmöglichkeit einer Kompensationsschaltung zur Fehlerkorrektur durch Signalfilterung zu entnehmen. Je nach vertretbarem Kostenaufwand und benötigter Kompensationsfähigkeit, kann die Größe des Korrekturkennfelds 16 und die Größe des Mehrfachfrequenzfilters 12 reduziert werden. Eine effektive Pulsationskorrektur lässt sich beispielsweise schon durch die in den 5.1 und 5.2 dargestellten Übertragungsfunktionen realisieren. Der Darstellung der Figurensequenz 3.1, 3.2, 3.3 und 3.4 sind Pulsationsfehler eines Luftmassenmesser-Musters zu entnehmen, die bei einer Standardfrequenz von z.B. f = 58 Hz aufgenommen wurden. Mit Bezugszeichen 21 ist ein erster Luftmassenstrom von z.B. 10 kg/h, mit Bezugszeichen 22 ein zweiter Luftmassenstrom von z.B. 30 kg/h, mit Bezugszeichen 23 ein dritter Luftmassenstrom von z.B. 60 kg/h und mit Bezugszeichen 24 ein vierter Luftmassenstrom von z.B. 90 kg/h bezeichnet; Bezugszeichen 25 bezeichnet die Pulsationsamplitude.
• In den 3.1, 3.2, 3.3 und 3.4 sind jeweils der oberen Kurve der Verlauf eines ursprünglichen Luftmassenmessersignals sowie in der darunter liegenden Kurve ein korrigiertes Signal mit der in 3 dargestellten Kompensationsschaltung einander gegenübergestellt.
• Für den in 3.1 dargestellten ersten Luftmassenstrom 21 kann durch die Frequenzfilterung des Signals mit der Kompensationsschaltung gemäß 2 eine erhebliche Reduktion des Fehlers in der Größenordnung von 5 % erreicht werden, während das Sensorsignal bei steigender Pulsationsamplitude 25 mit bis zu 30 % fehlerbehaftet sein kann.
• In 3.2 ist das ursprüngliche Luftmassenmessersignal für den zweiten Luftmassenstrom 22 von 30 kg/h über der Pulsationsfrequenz 25 aufgetragen. Das Originalsignal nimmt bei zunehmender Pulsationsfrequenz einen stetig steigenden Verlauf, und ist bei größeren Pulsationsamplituden 25 mit Fehlern behaftet, die größer als 40 % sind und damit unbrauchbar. Darunter liegend im in 3.2 verlaufendem Kurvenzug ist ein durch die Auswerteschaltung gemäß 2 korrigiertes Signal eingegeben, welches noch mit einem Fehler von 7 % behaftet ist.
• 3.3 zeigt den Signalverlauf des ursprünglichen Sensorsignals für einen dritten Luftmassenstrom von 60 kg/h. Mit Steigen der Pulsationsamplitude 25 ist das ursprüngliche Luftmassenmessersignal mit Fehlern von jenseits von 25 % behaftet; das durch die Kompensationsschaltung gemäß 2 gefilterte Signal weist einen Fehler in der Größenordnung von 10 % auf.
• 3.4 ist das ursprüngliche Luftmassenmessersignal für den vierten Luftmassenstrom von ca. 90 kg/h zu entnehmen, welches mit steigender Pulsationsamplitude einen Fehler in der Größenordnung von 20 % aufweist. Demgegenüber weist das durch die Kompensationsschaltung gemäß 2 gefilterte und geglättete Signal erst ab einer Pulsationsamplitude von 0,6 einen nennenswerten Fehler zwischen 2 und 8 % auf.
• Den Darstellungen gemäß der 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 sind bei einer zweiten Frequenz 30 von f₂ = 145 Hz die Luftmassenströme 21, 22, 23 und 24 zu entnehmen, bzw. das aus diesen resultierende Signal aufgetragen über die Pulsationsamplitude 25.
• Wie aus einem Vergleich der beiden in 4.1 einander gegenübergestellten Kurvenverläufe hervorgeht, weist das in fetter Darstellung wiedergegebene ursprüngliche Signal des Luftmassenmessgeräts einen bei steigender Pulsationsamplitude 25 stark zunehmenden Fehler auf, der in der Größenordnung zwischen 20 und 30 % liegt. Demgegenüber weist das in dünnerer Strichstärke wiedergegebene, mittels der Kompensationsschaltung gemäß der Darstellung in 2 gefilterte und geglättete Signal bei zunehmender Pulsationsdauer lediglich einen etwa 10 % betragenden Fehler auf.
• Für den zweiten Luftmassenstrom 22 (30 kg/h) liegen die Verhältnisse ähnlich. Das ursprünglich, vom Luftmassenmessgerät produzierte Signal liegt bei steigender Pulsationsamplitude in der Größenordnung von jenseits 30 %, während das über die Kompensationsschaltung gemäß 2 gefilterte und geglättete Signal auch bei Pulsationsamplituden von > 2,5 einen Fehler in der Größenordnung zwischen 10 und 15 % aufweist.
• 4.3 zeigt die Fehler des ursprünglichen Signalverlaufs des Luftmassenmessgeräts sowie den Verlauf eines durch die Kompensationsschaltung gemäß der Darstellung in 2 gefilterten und geglätteten Signals für einen dritten Luftmassenstrom von etwa 60 kg/h. Das ursprüngliche, vom Luftmassenmessgerät generierte Signal ist bei Pulsationsamplituden 25, die > 1 betragen, mit Fehlern von mehr als 30 % behaftet und damit nicht mehr brauchbar. Demgegenüber ist das durch die Kompensationsschaltung gemäß der Darstellung in 2 gefilterte und geglättete Signal mit einem maximalen Fehler von 12 % behaftet, der bei einer Pulsationsamplitude 25 von 1,5 auf 5 % stetig abfällt.
• 4.4 zeigt eine Gegenüberstellung der Signalverläufe des vom Luftmassenmessgerät ursprünglich generierten Signals, welches für Pulsationsamplituden 25 ≥ 1 einen Fehler von mehr als 15 % aufweist. Demgegenüber ist das in dünner Strichlinienstärke aufgetragene durch die Kompensationsschaltung gemäß der Darstellung in 2 gefilterte und geglättete Signal der Pulsationsamplitude ≥ 1 mit einem Fehler in der Größenordnung von 5 % behaftet.
• 5.1 zeigt Frequenzgänge von Filterbausteinen, die innerhalb des Mehrfachfrequenzfilters 12 gemäß der Darstellung in 2 eingesetzt werden können. In der Darstellung gemäß 5.1 sind für den einfachsten Fall die Frequenzgänge eines Tiefpass-Filters ein Frequenzgang eines Hochpass-Filters 32 sowie der Frequenzgang eines Strömungs-Bypass dargestellt. Messelemente zur Erfassung des Luftmassenstroms werden üblicherweise in einen Strömungs-Bypass integriert. Dieser ist aus aerodynamischen Gründen vorgesehen und hält Verschmutzungen vom Messelement fern. Andererseits dient der Bypass auch zu einer Bedämpfung schnell variierender Strömungsanteile, zu denen hochfrequente Pulsationen und Turbulenzen gehören. Die Geometrie des Bypass 33 kann einerseits im Hinblick auf eine minimale Verschmutzung und andererseits im Hinblick auf eine Pulsationsdämpfung optimiert sein.
• In der Darstellung gemäß 5.3 sind die Frequenzgänge eines Tiefpass-Filters 31 des Hochpassfilters 32 des Strömungs-Bypasses 32 sowie ein Frequenzgang 34 eines Bandpass-Filters dargestellt. Die Frequenzgänge gemäß der Darstellung in 5.2 entsprechen einer Kennfelddimension von n = 3 (vgl. Darstellung gemäß 2 Korrekturkennfeld 16) und geben die Charakteristik der dort realisierten Beispielsschaltung wieder. Wird die zweite Kennfelddimension von m auf m = 2 reduziert, so entspricht dies einer Korrektur, die linear von den Amplituden der einzelnen Frequenzbereiche abhängt.
• Für diesen Fall kann die Funktion der Kompensationsschaltung mit einer 6 entnehmbaren Analogschaltung nachgebildet werden.
• 6 zeigt das Blockschaltbild der analogen Kompensationsschaltung. Die Multiplizier-, Addier- und Filterstufen werden durch Operationsverstärker realisiert.
• Analog zur Darstellung gemäß 2 ist der Signaleingang der Signalspannung U_A durch Bezugszeichen 10 gekennzeichnet, während der Signalausgang hinter dem Addierer 17 durch Bezugszeichen 11 kenntlich gemacht ist. Das Eingangssignal U_A wird einerseits dem Addierer 14 direkt zugeleitet, der durch eine Konstantspannung k beaufschlagt ist. Andererseits wird das Eingangssignal U_A dem Tiefpass-Filter 13, dem Hochpass-Filter 14 sowie dem Bandpass-Filter 15 aufgegeben. Dem Tiefpass-Filter 13 ist ein Multiplizierer 41 (Tiefpass) nachgeschaltet, der seinerseits durch eine Konstantspannung U₁ beaufschlagt ist. Dem Bandpass-Filter 15 ist ein weiterer Multiplizierer 42 (Bandpass) nachgeschaltet, der seinerseits durch eine Konstantspannung U₂ beaufschlagt ist. Dem Hochpass-Filter 14 ist eine Sperrdiode 44 nachgeschaltet sowie eine Glättungsstufe 45. Der Glättungsstufe 45 des Hochpass-Filters 14 ist ein weiterer, dritter Multiplizierer 43 (Hochpass), nachgeordnet, der seinerseits durch eine Konstantspannung U₃ beaufschlagt ist. Die Konstantspannungen U₁ U₂, U₃ und k können mittels eines Spannungsteilers zwischen GND und U_Ref = + 5 V eingestellt werden, k entspricht einem Offset, während die Spannungen U₁, U₂ und U₃ den Gradienten der Kennfeldeinträge des Korrekturkennfelds 16, welches als m × n-Matrix aufgebaut ist.
• Die in der Kompensationsschaltung 40 gemäß der Darstellung in 6 verwendeten Multiplizierer 41, 42 und 43 können als Operationsverstärker ausgebildet sein.
• Mit der in 6 dargestellten analog arbeitenden Kompensationsschaltung 40 sind die in den 3.1 bis 3.4 für die erste Frequenz f₁ (58 Hz) dargestellten, in dünnen Linienzügen wiedergegebenen kompensierten Signalverläufe erreichbar, die sich in Bezug auf die Pulsationsamplitude 25 durch einen im Vergleich zum ursprünglichen Signal des Luftmas senmessgeräts für die Luftmassenströme 21, 22, 23, 24 erheblich reduzierten Fehleranteil auszeichnen. Die mit wachsender Pulsationsamplitude 25 linear anwachsenden Anteile des Gesamtpulsationsfehlers werden durch die Kompensationsschaltung 40 wie in den Figurensequenzen 3.1 bis 3.4 für die erste Frequenz f₁ von 58 Hz sowie in der Darstellung gemäß der 4.1 bis 4.4 für die zweite Frequenz f₂ von 145 Hz erheblich reduziert.
• Wird die in 6 dargestellte Kompensationsschaltung 40 digital realisiert, bzw. eine dieser entsprechende digitale Schaltung in einen ASIC eines heißen Luftmassenmessers integriert, können die Multiplizierer 41, 42 und 43 komplett entfallen. In diesem Falle wird die Multiplikation durch Bestimmung der Amplituden einzelner Frequenzbereiche und die entsprechende Adressierung des Korrekturkennfelds 16 ersetzt. Dadurch wiederum besteht die Möglichkeit, die Dimension m des Korrekturkennfelds 16 weiter zu erhöhen, wodurch die auftretenden Pulsationsfehler weiter reduziert werden können.
• Die in den Figurensequenzen der 3.1 bis 3.4 bzw. 4.1 bis 4.4 dargestellten Grundmessungen liefern die Basis für die Spannungen U₁, U₂, U₃ und k. Die Messungen können an einem Pulsationsprüfstand durchgeführt werden. Ergänzende Messungen können an Motorprüfständen von Verbrennungsmotoren im Zuge der Applikationsarbeiten durchgeführt werden. Je mehr Grundmessungen bzw. ergänzende Messungen als Einzelmessungen vorliegen, einen desto größeren Einsatzbereich vermag die Kompensationsspaltung 40, sei sie analog aufgebaut, digital aufgebaut oder in einen ASIC integriert, abzudecken.
• Für Anwendungen, in denen keine spezifisch angepasste Pulsationskorrektur erforderlich oder gewünscht ist, kann die gesamte Korrekturfunktion dadurch ausgeschaltet werden, dass alle Korrekturgrößen im Korrekturkennfeld 16 auf den Wert 0 gesetzt werden. Der Darstellung gemäß 7 ist entnehmbar, dass in ein Messrohr 50, welches einen Strömungsquerschnitt 51 aufweist, ein Steckfühler 52 eingelassen ist. In den Körper des Steckfühlers 52 ist eine Elektronik 55 integriert. Ferner ist im Steckfühler 52 ein Bypass 53 aufgenommen, in welchem ein Messelement 54 integriert ist. Das in den Bypass 53 integrierte Messelement 54 steht in Verbindung mit der Elektronik 55. Die im Messrohr 50 strömende Luftmassenströmung ist mit m bezeichnet. Der Bypass 53 ist aus aerodynamischen Gründen vorgesehen und dient ferner zum Anhalten von Verschmutzungen vom Messelement 54. Mit dem Bypass 53 können andererseits auch schnell variierende Strömungsanteile, zu denen hochfrequente Pulsationen und Turbulenzen gehören, bedämpft werden.

a

ursprüngliche Kennlinie

b

modifizierte Kennlinie

m

Luftmassenstrom

m_max

maximaler Luftmassenstrom

U₁

konstante Signalspannung U_A

U

pulsierende Signalspannung

U_max

maximale Signalspannung U_A

U_min

minimale Signalspannung U_A

m₁

Luftmassenstrom bei u₁

m_min(b)

Luftmassenstrom bei U_min (Kennlinienbereich b)

m_max(a)

Luftmassenstrom bei U_max (Kennlinienbereich a)

10

Signaleingang U_A

11

Signalausgang

12

Mehrfachfrequenzfilter

13

Tiefpass-Filter

14

Hochpass-Filter

15

Bandpass-Filter

16

Korrektur-Kennfeld (m × n Matrix)

17

Addierer

20

1. Frequenz F₁ = 58 Hz

21

1. Luftmassenstrom 10 kg/h

22

2. Luftmassenstrom 30 kg/h

23

3. Luftmassenstrom 60 kg/h

24

4. Luftmassenstrom 90 kg/h

25

Pulsationsamplitude

30

2. Frequenz F₂ = 145 Hz

31

Frequenzgang Tiefpass-Filter

32

Frequenzgang Hochpass-Filter

33

Frequenzgang Strömungsbypass 53

34

Frequenzgang Bandpass-Filter

40

Blockschaltbild Kompensationsschaltung

u₁

1. Konstantspannung

u₂

2. Konstantspannung

u₃

3. Konstantspannung

k

4. Konstantspannung

41

Multiplizierer (Tiefpass)

42

Multiplizierer (Bandpass)

43

Multiplizierer (Hochpass)

44

Sperrdiode

45

Glättungsstufe

50

Messrohr

51

Strömungsquerschnitt

52

Steckfühler

53

Bypass

54

Messelement

55

Elektronik

Claims (13)

1. Verfahren zur Pulsationskorrektur von Messwerten eines Strömungsmessgeräts, mit dem pulsierende Gasströmungen an Verbrennungskraftmaschinen erfasst werden, mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) ein Rohsignal (U_A) wird einem Addierer (17) einer Kompensationsschaltung (40) aufgegeben, b) das Rohsignal (U_A) wird einem Mehrfachfrequenzfilter (12), der mindestens einen Hochpass-Filter (14), mindestens einen Tiefpass-Filter (13) und mindestens einen Bandpass-Filter (15) aufweist, zugeführt, c) die gefilterten Signale werden in Adressen eines Korrekturkennfelds (16) geschrieben und d) die in Adressen (1, 2, ... m; f₁, f₂, .....f_n) gespeicherten Werte werden durch den Addierer (17) dem Rohsignal (U_A) hinzugerechnet.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochpass-Filter (14), der Tiefpass-Filter (13) und der Bandpass-Filter (15) durch Übertragungsfunktionen dargestellt werden.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohsignal (U_A) nach dem Hochpass-Filter (14) in einer Glättungsstufe (45) geglättet wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturkennfeld (16) als m × n Matrix aufgebaut ist, wobei jedem Frequenzanteil (f₁, f₂.....f_n) des Rohsignals (U_A) einer Spalte zugeordnet ist, die Adressfelder (1, 2.....m) enthält.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter (13, 14, 25) des Mehrfachfrequenzfilters (12) über die Vorgabe von Konstant-Spannungen (u₁, u₂, u₃, k) für Komponenten (41, 42; 17) eine Kompensationsschaltung (40) mit Pulsationseigenschaften der pulsierenden Strömung abgeglichen werden.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungen (U₁, U₂, U₃) zur Gewichtung der Frequenzanteile des einen Hochpassfilter (14), einen Bandpassfilter (15) und einen Tiefpassfilter (13) aufweisenden Mehrfachfrequenzfilters (12) korrespondierend zu Gradienten von Kennfeldadressen im Korrekturkennfeld (16) variierbar sind.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine analoge Kompensationsschaltung (40) einem Mehrfachfrequenzfilter (12), ein diesem zugeordnetes Korrekturkennfeld (16) in Form einer m × n Matrix aufweist sowie einen Addierer (17), der die Kennfeldeinträge im Korrekturkennfeld (16) einem Rohsignal (U_A) hinzurechnet.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrfachfrequenzfilter (12) mindestens einen Tiefpass-Filter (13), einen Hochpass-Filter (14) und mindestens einen Bandpass-Filter (15) umfasst.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Hochpass-Filter (14) eine Glättungsstufe (45) nachgeschaltet ist.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Tiefpass-Filter (13), dem Hochpass-Filter (14) und dem Bandpass-Filter (15) jeweils Multiplizierer (41, 42, 43) nachgeordnet sind.
11. Vorrichtung gemäß der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass Filterstufen (13, 14, 15) des Mehrfachfrequenzfilters (12) mit Konstantspannungen (u₁, u₂, u₃, k) zum Abgleich mit Pulsationseigenschaften des Luftmassenmessgeräts beaufschlagt sind.
12. Vorrichtung gemäß der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschaltung (40) digital in ein ASIC integriert ist.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehrer der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschaltung (40) in digitaler Form in einen Mehrfachfrequenzfilter (5) sowie einen Addierer (17) umfasst, wobei Amplituden einzelner Frequenzbereiche des Rohsignals (U_A) bestimmt werden und diese in Adressfelder des Korrekturkennfelds (16) eingetragen werden.