DE2843019A1 - Verfahren und einrichtung zur messung der einer brennkraftmaschine zugefuehrten luftmasse - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur messung der einer brennkraftmaschine zugefuehrten luftmasseInfo
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Description
R. B 0 29
22.9.1978 Mü/Kö
Verfahren und Einrichtung zur Messung der einer Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Messung
der einer Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse nach der Gattung des Sachanspruchs. Es ist schon eine Meßeinrichtung
bekannt, deren Grundstruktur einer Brückenschaltung entspricht und ein Hitzdraht einen .der Brükkenwiderstände
bildet. Ein in entsprechender Lage im anderen Brückenzweig angeordneter Widerstand besteht
aus zwei Teilwiderständen, von denen einer ebenfalls im Luftansaugrohr angeordnet ist, so daß der betreffende
Widerstand die Temperatur der Ansaugluft erfaßt. Der dazu in Reihe liegende zweite Widerstand ist außerhalb
030017/0026
Bö 2 9
des Luftansaugrohres angeordnet. Die Spannung über der Brückendiagonale wird einem Verstärker zugeführt und
dessen Ausgangssignal stellt sowohl ein Signal bezüglich der im Luftansaugrohr strömenden Luftmasse dar,
als auch das Steuersignal für die Brücke selbst. Aufgabe des Verstärkers bei der bekannten Anordnung ist es, die
Temperatur des Hitzdrahtes bzw. des Heißfilmes auf einem konstanten Wert zu halten. Aufgrund der Regelung auf
konstante Temperatur ergeben sich jedoch Meßfehler, weil die Eigenschaften des zu messenden Mediums, d.h. der Luft,
von der Temperatur abhängen.
Das erfindungsgemäße Verfahren nach dem Hauptanspruch hat demgegenüber den Vorteil, auch bei unterschiedlichen
Temperaturen der Ansaugluft korrekte Meßwerte zu liefern. Dies wird mittels einer an die jeweilige Lufttemperatur
angepaßte übertemperatur des Meßorgans erreicht, so daß
die speziellen Eigenschaften der Luft bei den unterschiedlichen Temperaturen berücksichtigt werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Grundstruktur der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
In der Figur ist mit 10 ein Ansaugrohr einer im übrigen
030017/0026
It «ι«
- < β S Π *? η
nicht dargestellten Brennkraftmaschine gezeigt, in welsches in Richtung der Pfeile 11 die von der Brennkraftmaschine
angesaugte Luft strömt. In dem Ansaugrohr 10 befinden sich örtlich hintereinander zwei temperaturabhängige
Widerstände 12 und 13, wobei der Widerstand 12 an einer Stelle mit relativ schwacher Luftströmung angebracht
ist3 damit er nicht den Massenfluß, sondern die Temperatur
der Ansaugluft erfaßt. Im Gegensatz dazu ist der als Hitzdraht oder Heißfilm ausgebildete Widerstand 13 zweckmäßigerweise
an einem Ort mit großer Luftströmung angeordnet, damit seine Abkühlung als Maß für die das Saugrohr durchströmende
Luftmasse auswertbar ist. Während zum Widerstand 13 ein einzelner Widerstand 14 in Reihe liegt, sind dem
Widerstand 12 zwei einzelne Widerstände 15 und 16 nachgeschaltet. Ein Regler 17 erhält als; Eingangssignal das
Differenzsignal zwischen dem Verbindungspunkt der beiden
Widerstände 15 und 16 und dem Verbindungspunkt de.r beiden Widerstände 13 und 14 zugeführt. Ausgangsseitig
steht der Regler 17 sowohl mit dem Ausgang 18 der· Meßeinrichtung
als auch mit der Verbindungsstelle der beiden Widerstände 12 und 13 in Verbindung. Die Anordnung
stellt somit eine Widerstandsmeßbrücke dar und die Brükkenverstimmung
ist als Maß für den Luftmassenstrom auswertbar.
Für ein korrektes Meßergebnis ist es nun erforderlich, die Temperatur des Widerstandes 13 abhängig von der Temperatur
der angesaugten Luft auf einer bestimmten übertemperatur
zu halten. Erreichen läßt sich dies über einen bestimmten Gesamttemperaturkoeffizienten der beiden Widerstände 12
und 15 bzw. über eine vorbestimmbare Wertekombination dieser beiden Widerstände.
-M-
030017/0026
- j - C
R. S 0 2 9
Im folgenden ist eine Dimensionierungsvorschrift für
die beiden Widerstände 12 und 15 angegeben, um für die
Temperatur des Widerstandes 13 bestimmte Werte zu erhalten. In der Hitzdrahtgleichung nach King
die beiden Widerstände 12 und 15 angegeben, um für die
Temperatur des Widerstandes 13 bestimmte Werte zu erhalten. In der Hitzdrahtgleichung nach King
K . IS . RH = 1 . (Λ6 + 2 \l 7Γ. d/2 . CV . § . TiG . V . T J (1)
IS = Sondenstrom, RH = Hitzdrahtwiderstand,
1 = Draht länge, 7i& - Wärmeleitfähigkeit der Luft,
d = Drahtdurchmesser, CV = spezifische Wärmekapazität der Luft, £ = Luftdichte, V = Luftgeschwindigkeit, T = Differenztemperatur Luft/Draht, K = Paktor
1 = Draht länge, 7i& - Wärmeleitfähigkeit der Luft,
d = Drahtdurchmesser, CV = spezifische Wärmekapazität der Luft, £ = Luftdichte, V = Luftgeschwindigkeit, T = Differenztemperatur Luft/Draht, K = Paktor
sind Größen enthalten, die von der Lufttemperatur abhängig sind: 7i G wird größer bei höherer Lufttemperatur, RH
wird sich bei anderer Lufttemperatur in der benutzten
Schaltungsanordnung auf einen anderen Wert einstellen.·
Schaltungsanordnung auf einen anderen Wert einstellen.·
Die Meßsonde soll bei gleichen Luftmengen mit verschiedenen Lufttemperaturen einen gleichen Heizstrom erfordern,
damit das Ansteuersignal der Meßbrücke als korrektes Luftmengenmeßsignal
verwertbar ist. Umgeschrieben lautet die Gleichung (1):
K . RH K . RH 2
Bei einer bestimmten Ausgangslufttemperatur To (z.B. 0° C) gilt somit
1 . TtGO TO 21
K ' RHO K * ' 2 » RHO
Mit Abkür iungssymbolen ergibt sich
ISO2 = AO' +BO' . Vy' wobei
030017/0026
AO' = A . 71 GO . — = A . Tl GO . a
RHO
BO' = B -Γ/ΓΟΟ1 .ΐψ . ^- = B .ίΓαο1 . ]fP. a
1 RHO
'Bei einer anderen, um -z/>
erhöhten Lufttemperatur gilt dann die Gleichung:
ISl2 = A ..7IG1* . ^- + B .IfTGhT- Ϊ1
RHI ' RHI = A . TL Gi2 . b + B . ^~λ Go^ . b .
Nach der Forderung soll bei gleichen Luftmengen die Anzeige gleich sein, d.h.
ISO2 = ISl2
daraus ergibt sich
daraus ergibt sich
^ . a . Ago + β .VAgo
b = a .
a . AgJU β .^ ^
Liegt demnach die Hitzdrahtkurve ISO = AO' +BO' .
vor, so läßt sich mit den bekannten Größen von 7\G0' einer bestimmten Luftgeschwindigkeit V und der gewählten Größen
TO und RHO die Größe b für die Lufttemperatur ausrechnen, wobei gilt
RHO = RO (1 + ot TO)
Bei der Lufttemperatur ·ν>hat der Hitzdraht die Übertemperatur
Ti, der Hitzdrahtwiderstand ist somit
RHI = RO Γΐ + oi (Tl + iß>
) J
030017/002« - 6 -
- / - i . κ. 5 Ö 1
Außerdem-ist
. Tl __ Tl
D = ~
D = ~
RHI RO + C< · RO (Tl
Tl = b . RO . (1
1 - b . /V . RO
Mit (3.) ist somit bekannt, welche Übertemperatur bei einer anderen Lufttemperatur t^ sich am Hitzdraht einstellen
muß, um bei der gleichen Luftmenge die gleiche Stromanzeige wie ISO zu bringen.
Dieser Wert von Tl wurde unter folgenden Annahmen berechnet:
Ausgangslufttemperatur: | 0° | C |
= 50° | C | |
TO | = 200° | C |
RO | = 100 | 0 |
öl - 3,9 . lO-3/grd = konstant
RHO =1,78 0hm
Λ GO = 0,0209 kcal/m . h . grd
TLG^ = 0,0239 kcal/m . h . grd
Es ergab sich
/ISof = 0,5626 + 0,3606 . \/v/ m
(TT v
Bei Stromgleichheit für V/m/sec = 30 (mittlere Teillast) ergab sich:
Tl = 207,3334° C
0300 17/00 26 ~T~
-Y-
Der Fehler von ISl war dann bei V/m/sec = 10: + 3,7 o/oo.
= 20: + 1,2 o/oo
30: + 0
• . 40: - 0,82 o/oo
50: - 1,4 o/oo
60: - 1,8 o/oo
Aus Tl und v9läßt sich die notwendige Widerstandskombination
der in der Zeichnung dargestellten Brücke ermitteln, wobei die· beiden Widerstände 12 und 15 zu einem Widerstand
RK zusammengefaßt sind.
Brückengleichgewicht ist vorhanden für RK/Rl = RH/R2
Gleichgewicht für die Widerstände bei einer Ausgangslufttemper ätur
RKO RHO
Rl R2
und für eine Lufttemperatur ■</>
RK^ _ RHI
Rl R2 Durch Umwandlung ergibt! sich
= 111 . RKO = C . RKO
RHO
Da der Widerstand RK aus dem Widerstand Rm mit dem Temperaturkoeffizienten
öd m und dem Widerstand Rx mit^x = 0
d.h. aus den Widerständen 12 und 15 zusammengesetzt sind
ergibt sieh RKO = Rx + Rmo
RKii = Rx + Rmo (1 + ^ m . -v/>
) Eingesetzt in (6)
Rx + Rmo + Rmo . «itrnv? = c . Rx + c . Rmo
Rmo (l+A^mv^ -c)=Rx(c-l)
03O017/002C
t·. b
Rmo = c-1
Rx 1 + ac m . τΛ - c
Für den vorliegenden Fall sei nun angenommen, daß Rm genauso wie RH aus Pt mit <*. = 3,9 » 10-3/grd gefertigt sei.
Damit ist bei Lufttemperaturtr= 50° und Tl = 208° C
RHI = ROi 1 + &(. (Tl +tX)J = 1 Ohm (1 + 3,9 · 10-3/grd
. 258 grd = 2,0062 0hm
c = RHI = 2,0062 0hm = 1,1271
RHO 1,78 0hm
und damit
Rmo = 0,1271 · = 1,871
Rx 1 + 3,9 . 10-3/grd . 50 grd - 1,1271
Damit ergibt sich Rx = RKO/(1 +
Rx
Wird somit für RKO = 100.S2. gewählt, dann müssen die beiden
Widerstände Rx = 34,831 Ohm und Rmo = 65,169 Ohm betragen.
Die vorstehend beschriebenen Dimensionierungsregeln sorgen
für eine variable übertemperatur des Hitzdrahtes als
dem Widerstand 13 der Figur. Die Berechnung macht ferner aas korrekte Ergebnis einer Luftmengenmessung bei einem
auf Variable übertemperatür gehaltenen Meßwiderstandes
deutlich, über die vorstehend beschriebene Dimensionierungsregel
läßt sich somit ein äußerst exakt arbeitender Luftmassenmesser für Brennkraftmaschinen erstellen.
030017/0026
Claims (1)
1.) Verfahren zur Messung der einer Brennkraftmaschine zugeführten
Luftmasse mittels einer in Brückenschaltung an- ^
t geordneten Meßsonde mit temperaturabhängigem Widerstand
(z.B. Hitzdraht oder Heißfilm) im Luftansaugrohr und einer Temperatur-Regelvorriehtung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur der Meßsonde abhängig von der Temperatur des zu messenden Mediums geregelt bzw. gesteuert wird.
2, Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1 mit einer Meßsonde in Brückenschaltung im Luftansaugrohr der Brennkraftmaschine, wobei im ersten Brückenzweig
die Meßsonde sowie ein Meßwiderstand angeordnet sind und im zweiten Brückenzweig drei Widerstände, von
denen einer.ebenfalls im Luftansaugrohr zur Erfassung der
Temperatur des zu messenden Mediums liegt, einer an der Brtickendiagonale angeschlossene Regelstufe für die Spannung
über bzw. den Strom durch die Brückenanordnung, dadurch
gekennzeichnet, daß die Widerstände im Brückenzweig-
- 2 -■ 0 30017/00 26
- 2 - R. S1O/. :
teilj der dem der Meßsonde parallel geschaltet ist, aus
zwei Widerständen (12 und 15) unterschiedlicher Temperaturkoeffizienten bestehen und so dimensioniert sind,
daß sich an der Meßsonde (13) eine steuerbare Übertemperatur über die Temperatur des zu messenden Mediums
hinaus ergibt.
030017/0026
Priority Applications (3)
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Family
ID=6051223
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