DE19933665A1

DE19933665A1 - Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe

Info

Publication number: DE19933665A1
Application number: DE19933665A
Authority: DE
Inventors: Josef Kleinhans; Wolfgang Mueller; Uwe Konzelmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-07-17
Filing date: 1999-07-17
Publication date: 2001-01-18
Also published as: DE50008090D1; WO2001006107A1; EP1114244A1; US6556929B1; EP1114244B1; JP2003505673A

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe, beispielsweise der im Saugrohr eines Motors strömenden Luft angegeben, bei der die Signalaufbereitung und die Korrektur des Pulsationsfehlers in einer Auswerteeinrichtung, die Bestandteil des Sensors ist, erfolgt. Am Ausgang der Signalaufbereitung gibt der Sensor, beispielsweise ein Heißfilmluftmassenmesser ein korrigiertes Ausgangssignal ab, welches direkt ein Maß für die zu bestimmende Größe, beispielsweise die Masse der im Saugrohr einer Brennkraftmaschine strömende Luft ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach der Gattung des Hauptanspruchs und betrifft insbesonders eine Vorrichtung zur Erfassung der . von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse.

Zur Erfassung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse werden üblicherweise mikromechanische Luftmassen messer eingesetzt, deren Sensorelement der strömenden Luft ausgesetzt wird. Da die Luftmasse im Saugrohr der Brenn kraftmaschine unter bestimmten Bedingungen als pulsierende Strömung im Saugrohr vorliegt, wird das Sensorelement bei spielsweise nicht direkt im Saugrohr eingebaut, sondern in einem Strömungsbypass, in dem die Pulsationen geringer sind. Bei einigen Motoren, beispielsweise drosselfreien Motoren, sind die Saugrohrpulsationen jedoch besonders stark und kön nen nicht ohne weiteres kompensiert werden.

Physikalisch sind der aerodynamischen Kompensation der Pulsationsfehler Grenzen gesetzt. Außerdem ist bei der Fest legung der Bypass-Geometrie des Luftmassenmessers die Kom pensation durch die thermische Sensorträgheit begrenzt. Der Pulsationsfehler hängt von dem Parametern mittlere Luftma sse, Frequenz und Amplitude der Pulsationen ab. Für Parame terbereiche, bei denen die Bypass-Geometrie den thermischen Fehler des Sensors nicht ausgleichen kann, verbleiben letzt endlich Fehlanzeigen durch Saugrohrpulsationen. Um diese Fehlanzeigen zu verringern, wird beispielsweise in der DE-OS 44 08 243 vorgeschlagen, neben einer pneumatischen Pulsationsdämpfung zusätzliche elektronische Filter einzu setzen, die das Ausgangssignal des Sensorelements in geeig neter Weise beeinflussen bzw. dämpfen. Das elektronische Filter ist dabei Bestandteil des Sensors und einer Schaltung zur Kennlinienanpassung und Kennlinienbegrenzung vorgeschal tet, wobei diese Schaltung zur Kennlinienanpassung und Kenn linienbegrenzung ebenfalls noch Bestandteil des Sensorele ments ist. Das elektronische Filter ist dabei so an das zu erwartende Signal angepaßt, daß sowohl hochfrequente Eigen schwingungen als auch die Grundschwingung der Pulsation ge dämpft wird, so daß die Pulsationsamplitude am Ausgang des Filters nur noch gering ist. Aus dem so erhaltenen Signal werden in einem nachfolgenden Mikrocomputer, beispielsweise dem Steuergerät einer Brennkraftmaschine Mittelwerte der pulsierenden Größe, also Mittelwerte der angesaugten Luftma sse berechnet.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung einer pulsie renden Größe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vor teil, daß eine besonders zuverlässige Kompensation des Pulsationsfehlers erhalten wird, die in vorteilhafter Weise an unterschiedliche Motoren angepaßt werden kann und bei al len möglichen Bedingungen zuverlässig funktioniert. Beson ders vorteilhaft ist dabei, daß die Pulsationskompensation bereits im Sensor durchgeführt wird, so daß eine nachfolgen de Auswerteeinrichtung, beispielsweise der Mikroprozessor eines Motorsteuergerätes entlastet wird. In vorteilhafter Weise wird dabei ein Pulsationskennfeld, das bei der Kompen sation berücksichtigt wird, im Sensor selbst abgelegt. Die ses Pulsationskennfeld kann beispielsweise an einem geeigne ten Prüfstand ermittelt werden und vor der Inbetriebnahme des Motors in einen Speicher des einzusetzenden Sensors ein geschrieben werden. Das Pulsationskennfeld PK ist eine Funk tion von verschiedenen Größen, z. B. PK = f (Luftmasse, Fre quenz, Amplitude). Das Prinzip gilt ebenso, wenn im Steuer gerät ein entsprechendes Kennfeld abgelegt wird, ohne Kor rektur im HFM. Erzielt werden diese Vorteile durch eine Vor richtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die weiteren Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erhalten. Dabei kann unabhängig von diesen vorteilhaften Ausgestaltungen auch in der nachfolgenden Auswerteeinrichtung, also beispielsweise im Steuergerät zusätzlich noch ein Pulsationskennfeld vor handen sein und es können weitere bzw. zusätzliche Korrek turmaßnahmen im Steuergerät durchgeführt werden. Vorteilhaf terweise wird die Erfindung zur Ermittlung der von einem Mo tor bzw. einer Brennkraftmaschine durch das Saugrohr strö menden Luft eingesetzt, wobei als Sensor ein Heißfilmluft massenmesser im Saugrohr angeordnet wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert.

Beschreibung

In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein Ausführungsbei spiel der Erfindung dargestellt. Mit diesem Ausführungsbei spiel soll die Masse der im Saugrohr einer Brennkraftmaschi ne strömenden Luft ermittelt werden. Generell läßt sich die Erfindung jedoch auf alle Meßvorrichtungen übertragen, mit denen eine pulsierende Größe ermittelt werden soll.

Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit 10 das Sensorelement bezeichnet. Es handelt sich dabei beispielsweise um das Sensorelement eines Heißfilmluft massenmessers, das sich im nicht dargestellten Saugrohr der Brennkraftmaschine befindet. Der Sensor umfaßt nicht nur das Sensorelement sondern auch die im folgenden näher beschrie bene Vorrichtung zur Signalaufbereitung.

Das Ausgangssignal des Sensors US wird zunächst einer analo gen Signalaufbereitung 11 zugeführt. Das aufbereitete Signal wird in der A/D-Schnittstelle 12 digitalisiert und anschlie ßend einer Analyse 13 zugeführt. In der Analyse 13 wird das aufbereitete Signal hinsichtlich seiner Amplitude oder hin sichtlich der mittleren Luftmasse untersucht. Die Informati on der Pulsationsamplitude wird beispielsweise aus dem Si gnalmaximum bzw. dem Signalminimum bestimmt. Eine weitere Möglichkeit der Signalanalyse wäre eine gleitende Bestimmung des sogenannten rms-Wertes (Root-Mean-Square; Standardabwei chung) aus dem Sensorsignal. Die Pulsationsfreguenz des Si gnales kann beispielsweise aus der Drehzahl des Motors abge leitet werden oder aus einer Segmentinformation des Steuer gerätes. Der zugehörige Auswerteblock "Segmentinformation Frequenz" ist in der Figur mit 17 bezeichnet. Diese Informa tion wird ebenso dem Fehlerkennfeld 16 zugeführt, wie die in der Analyse 15 erhaltenen Informationen hinsichtlich der Am plitude oder der mittleren Luftmasse.

Mit Segment wird bei einem Motor ein Winkelbereich bezeich net, der sich über zwei Kurbelwellenumdrehungen geteilt durch die Anzahl der Zylinder des Motors erstreckt. Die zu gehörige Segmentinformation wird vom Steuergerät als Signal abgegeben, das für verschiedene im Steuergerät ablaufende Be rechnungen benötigt wird. Da die zu erwartende Frequenz der Pulsationen der Luft im Saugrohr von der Motordrehzahl bzw. umgekehrt von der Dauer, die die Kurbelwelle für die Drehung um einen Winkel, der einem Segment entspricht, abhängt, läßt sich aus der Segmentinformation die Pulsationsfrequenz be stimmen.

Dem Ausgangssignal US des Sensorelements wird also eine ent sprechende elektronische Korrektur nachgeschaltet, die den Pulsationsfehler, der bei konventionellen Motoren auftritt, zuverläßig ausschaltet. Durch Kenntnis des Pulsationsfeh lers, beispielsweise bei Motor-Vollast oder aus Prüfstands messungen kann somit mit einem im Sensor selbst abgelegten Kennfeld der Meßfehler korrigiert werden, in dem Informatio nen über die Frequenz der Saugrohrpulsation, deren Amplitude und der mittleren Luftmasse, die im Sensor abgelegt sind, ausgewertet werden.

Alternativ kann bei einem Sensor ohne Mikroprozessor das spezielle Kennfeld in einem Speicher des Steuergeräts 20 ab gelegt werden und die Pulsationskorrektur im Steuergerät 20 ablaufen.

Durch Summation des Sensorsignals über ein Segment wird im Block "Luftmasse Segment" 18 ein Mittelwert erhalten. Diese Luftmasse pro Segment wird einer Fehlerkorrektur 19 unter worfen, wobei diese Fehlerkorrektur anhand der dem Fehler kennfeld 16 entnommenen Daten erfolgt. Nach der Fehlerkor rektur steht ein korrigiertes Ausgangssignal SK zur Verfü gung, das dem Steuergerät 20 zugeführt wird. Die beschriebe ne Signalaufbereitung erfolgt im Sensor selbst, so daß dem Steuergerät 20 bereits ein korrigiertes Signal SK zur Verfü gung gestellt wird.

Die mittlere Luftmasse ist nach einer Pulsationsperiode bzw. einem Segment aus dem Sensorsignal bestimmt. Mit diesen In formationen wird aus dem a priori erarbeiteten Fehlerkenn feld 16 die entsprechende Korrektur ausgelesen. Die Luftma sse liegt dann gemittelt über eine Pulsationsperiode fertig ausgewertet am Ausgang des Sensors als korrigiertes Aus gangssignal SK vor. Da diese Sensorkorrektur bereits bei der nächsten Pulsationsperiode vorliegt, ist es möglich, auch bei schnellen Lastwechseln des Motors sofort einen neuen, korrigierten Wert zur Verfügung zu stellen.

Claims

1. Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe, ins besonders der im Saugrohr einer Brennkraftmaschine strö menden Luft, mit einem Sensor, der ein Meßelement und Mittel zur Signalaufbereitung umfaßt, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mittel zur Signalaufbereitung Mittel zur Pulsationskorrektur aufweisen, in denen wenigstens eine Analyse der Amplitude des aufbereiteten Sensorsi gnals und/oder eine Mittelwertbildung der zu messenden Größe durchführt wird und die Analyseergbenisse in einem Kennfeld ablegt werden, auf das bei der Pulsationskorrek tur zurückgegriffen wird.

2. Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Signalaufbereitung einen Analogteil und einen Digitalteil umfassen, wobei die Analyse und die Pulsationskorrektur Bestandteil der digitalen Signalaufbereitung sind.

3. Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Signalaufbereitungsmittel von außen Informationen zuführ bar sind, die Informationen über Betriebsbedingungen, die zur pulsierenden Größe enthalten.

4. Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, die pulsierende Größe die im Saugrohr einer Brennkraftmaschine strömende Luft ist, daß der Sensor ein Heißfilmluftmassenmesser ist, daß das korrigierte Ausgangssignal des Sensors dem Steuerge rät der Brennkraftmaschine zugeführt wird und die Infor mationen bezüglich der pulsierenden Größe vom Steuergerät an den Sensor abgegeben werden.

5. Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß im Kennfeld wenigstens die Informationen Pulsa tionsamplitude, Pulsationsfreguenz und Drehzahl enthält.

6. Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß das Kennfeld entweder in einem Speicher, der Be standteil des Sensors ist oder in einem Speicher des Steuergerätes abgelegt wird.

7. Vorrichtung zur Erfassung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß bei einem Sensor, der keinen Speicher umfaßt, das Kennfeld im Steuergerät abgelegt wird.