DE2843019A1

DE2843019A1 - Verfahren und einrichtung zur messung der einer brennkraftmaschine zugefuehrten luftmasse

Info

Publication number: DE2843019A1
Application number: DE19782843019
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Phys Dr Handtmann; Wolf Ing Grad Wessel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-10-03
Filing date: 1978-10-03
Publication date: 1980-04-24
Also published as: US4279146A; JPS5550121A

Description

R. B 0 29

22.9.1978 Mü/Kö

ROBERT BOSCR GMBH₃ 7000 Stuttgart 1

Verfahren und Einrichtung zur Messung der einer Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse

Stand der Technik

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

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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.

Vorteile der Erfindung

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.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur ist mit 10 ein Ansaugrohr einer im übrigen

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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-

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- 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

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

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.·

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):

IS² = ¹ -*^G · ^T ₊ I/ F. * . CV . g.fc?. T .

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

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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

^ . 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 ⁼ ~

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.

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Claims

22.9.1978 Mü/Kö ROBERT BOSCH GMBH, 7QOO Stuttgart 1 Ansprüche

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.

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