DE2948961C2 - Meßvorrichtung für den Massenstrom der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine mit einem Karman-Wirbelfühler - Google Patents

Meßvorrichtung für den Massenstrom der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine mit einem Karman-Wirbelfühler

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Eine solche, aus der US-PS 37 85 204 bekannte Meßvorrichtung wird Tür den Massenstrom von Brennstoffgas benutzt, das einem Ofen zugeführt wird, um die Verbrennung in ihm auf einem gewünschten konstanten Wert zu halten. Die elektronische Schaltung wird dabei von einem Rechner gebildet, der den Massenstrom als direkt proportional zum Differenzdruck und umgekehrt proportional zur Frequenz des Ausgangssignals des Karman-Wirbclfühlers bestimmt.
Bei einer in der DE-OS 29 35891 beschriebenen Meßvorrichtung ist die Erfassungseinrichtung, die (Mc Dichte der Ansaugluft mißt, relativ weit stromab vom Karman-Wirbelfühler in dem Ansaugsystem angeordnet, wobei sie einen von einer Membran abgeschlossenen Raum aufweist, der mit einem unter einem Bezugsdruck stehenden Gas gefüllt ist. Je nach der von der Dichte der Ansaugluft abhängigen Größe des dynamischen Druckes in dem Ansaugsystem gibt die Erfassungseinrichtung ein elektrisches Ausgangssignal ab, das in "üner elektronischen Schaltung zur Dichtekompensation des von dem Karman-Wirbelfühler gemessenen Wertes benutzt wird. Diese elektronische Schaltung kann bei einem in digitaler Form vorliegenden Ausgangssignal des Karman-Wirbelfühlers z.B. einen Digital-Analog-Wandler aufweisen, der dieses digitale Ausgangssignal in ein analoges Signal umformt und dieses unmittelbar mit dem Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung addiert, um ein dem Massenstrom der Ansaugluft entsprechendes Signal zu erhalten.
Aus der DE-Z »Regelungstechnische Praxis«, 1978, Heft 8, Seiten 229-232, ist eine Meßvorrichtung für den Massenstrom von strömenden Gasen bekannt, die ebenfalls einen Karman-Wirbelfühler und einen stromab von diesem angeordneten Dichtemesser für das Gas benutzt. Die Ausgangssignale beider werden in einem elektronischen Mengenumwerter verarbeitet, um kontinuierlich die R^chenfunktion pQ -\Q —»pQ auszu-. führen, wobei pQ* der mit dem Dichtemesser gemessene Differenzdruck und Q das vom Karman-Wirbelfühler gemessene Gasvolumen sind.
μ Dieser Stand tier Technik hat den Nachteil, daß die mit den bisherigen Meßvorrichtungen ermittelten Werte für den Massenstrom nur innerhalb eines relativ engen Bereiches unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten ausreichend genau sind, während der Wert insbesondere bei nur niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten mit einem erheblichen Fehler behaftet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß der Massensirom der Ansaugluft über den gesamten Bereich der bei einer Brennkraftmaschine auftretenden unterschiedlichen Strömungsgrößen genau ermittelt werden kann.
Bei einer Meßvorrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Meßvorrichlung zeichnet sich dadurch aus, daß die elektronische Schaltung so aufgebaut ist, daß sie feststellt, wenn das Ausgangssignal des Karman-Wirbelfühlers einen Bereich mittlerer Strömungsgrößen angibt, in dem die Dichte der Ansaugluft mit Hilfe der Erfassungseinrichtung sehr genau ermittelt werden kann. Das die Dichte der Ansaugluft in diesem Bereich angebende Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung wird dann abgetastet und gespeichert, um während der nachfolgenden Messungen des Ansaugvolumens durch den Karman-Wirbelfühler zur Dichtekompensation seines Ausgangssignals verwendet zu werden. Das bei sehr niedrigen und auch sehr hohen Strömungsgrößen von der Erfassungseinrichtung Tür die Dichte der Ansaugluft abgegebene Ausgangssignal wird dagegen zur Dichtekompensation nicht benutzt, da es weder abgetastet noch gespeichert wird. Bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung wird also unabhängig von der im Ansaugsystem augenblicklich herrschenb5 den Strömur-.gsgröße immer nur das von der Erfassungseinrichtung abgegebene Ausgangssignal für die Dichtekompensation benutzt, das beim jeweils zuletzt aufgetretenen optimalen mittleren Bereich der StrömungSr
größe abgetastet und gespeichert wurde. Da sich andererseits die Strömungsgröße in dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine sehr oft ändert, wird auch dieser optimale mittlere Bereich der Strömungsgröße relativ häufig durchlaufen, so daß das jeweils gespeicherte Ausgangssignal der Erfassungbeinrichtung immer sehr genau der augenblicklich herrschenden Dichte der Ansaugluft, die durch die Höhe, den Atmosphärendruck und die Temperatur bestimmt ist, entspricht. Zu der sehr genauen Ermittlung der jeweiligen Dichte trägt auch die besondere Ausbildung der Erfassungseinrichtung bei, die die in unmittelbarer Nähe des Karman-Wirbelfühlers auftretende Druckdifferenz erfaßt.
Allgemein kann die Dichte der Luft durch eine die Meßwerte der Temperatur und des Atmosphärendrucks benutzende Operation berechnet werden. Bei der Erfindung reicht es jedoch aus, den Differenzdruck so zu messen, daß die Massenströmungsgröße sehr leicht in Verbindung mit einem Karman-Wirbelfühler erfaßt werden kann.
Der dynamische Bereich der Erfassungseinrichlung für den Differenzdruck kann an einem Punkt der Siandard-Strömungsgröße sehr klein gemacht werden, so daß die Messung des Differenzdrucks sehr genau und leicht durchgeführt werden kann.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 teilweise als Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 2 Signalformen der bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erzeugten Signale.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist. ist im Ansaugrohr 1 einer Brennkraftmaschine ein Karman-Wirbelfühler 2 angeordnet, wobei die Ansaugluft in einer durch die Pfeile 3 und 4 angegebenen Richtung strömt.
Eine geschlossene Kammer 5 hat eine Trennmembran 6, die die Kammer 5 in zwei Teile oder Bereiche unterteilt. Die Kammer 5 ist durch zwei Rohre 7 und 8 mit dem Ansaugrohr 1 über druckhindurchlassende Bohrungen verbunden, die jeweils stromauf und stromab des Karman-Wirbelfuhlers 2 vorgesehen sind. Die Verformung der Membran 6, die durch einen Differenzdruck infolge der Gegenwart des Karman-Wirbelfühlers 2 bedingt ist, wird durch einen Dehnungsmesser 9 erfaßt, der auf der Membran 6 angeordnet ist.
Die Druckdifferenz Δ P. die zwischen stromauf und stromab des Karman-Wirbelfühlers 2 liegenden Punkten erzeugt wird, hat einen Wert von AP = pQ2v. Eine Meßschaltung 23 für die Druckdifferenz ist mit dem Ausgang des Dehnungsmessers 9 verbunden und erzeugt ein Ausgangssignal, das proportional der Druckdifferenz AP \st.
Andererseits erzeugt der Karman-Wirbelfühler 2 ein Signal S1 synchron mit der Erzeugung des Karman-Wirbels. Eine Meßschaltung 10, die mil dem Fühler 2 verbunden ist. erzeugt ein Impulssignal S2. das mit dem Signal S1 synchronisiert ist.
Ein monostabiler Multivibrator II ist mit der Schaltung 10 verbunden und wird von dem Impulssignal S2 angesteuert und erzeugt ein kurzes Signal S, konstanter Breite.
Das Signal S3 wird unmittelbar an eine Differenzierschaltung 13 und über einen Inverter 12 an eine Differenzierschaltung 14 gegeben. Von dieser Schallung werden zwei Impulsfolgen S1 und T5 erhalten, die eine Phasenverschiebung des Impulssignals S, haben. Dieses Impuissignal S5 wird als ein Rücksetzsignal für zwei Zähler 16 und 17 benutzt, während das Impulssignal S4 als ein Verriegelungssignal für zwei Verriegelungsschaltungen 18 und 19 benutzt wird.
Der Zähler 16 zählt Taktimpulse S6, die von einem Taktoszillator 15 abgegeben werden, und wird jedesmal dann zurückgesetzt, wenn er das Impulssignal S5 erhält. Die Verriegelungsschaltung 18 liest den Zählerstand des Zählers 16 jedesmal dann aus, wenn das Impulssignal S4. zugeführt wird, und sie hält den ausgelssenen Zählerstand bis zu einem Augenblick, bei dem das nächste Impulssignal S4 abgegeben wird und der Zählerstand dann wieder abgeleitet wird. Da das Impulssignal S4 unmittelbar vor dem Impulssignal S5 abgegeben wird, wie dieses zuvor erläutert wurde, wird das Ausgangssignal der Verriegelungsschaltung 18 gleich der Anzahl von Taktimpulsen, die an den Ausgang während einer Zeitdauer des Ausgangssignals S1 des Karman-Wirbelfuhlers 2 abgegeben werden. Dieses Signal hat daher einen Wert, der proportional r.-y Zeitdauer Tk des Signals S1 ist.
Die Beziehung zwischen der Zeitdauer Tk des Ausgangssignals S1 des Karman-Wirbelfuhlers 2 und der volumetrischen Strömungsgröße Qv wird durch die folgende Relation gegeben
Wenn angenommen wird, daß die gezählte Zahl der Taktimpulse S&. die während der zuvor erwähnten Zeitdauer gezählt werden, gleich W ist. ergibt sich die folgende Relation
Tc TcQv ■
wobei Tc die Dauer des Taktimpulses S6 ist. Der Kehrwert von W ist daher proportional zur volumetrischen Strömungsgröße Qv.
Außerdem sind ein NOR-Glied 20 und UND-Glieder 21 und 22 vorgesehen, die eine Schaltung bilden, mit der ein Zä'vierstand einer bestimmten Anzahl, nämlich einer bestimmten Strömungsgröße, festzustellen ist. Wenn das Ausgangssignal, der Verriegelungsschaltung 18 einen Wert annimmt, der der zuvor erwähnten Standard-Strömungsgröße entspricht, nimmt das Ausgangssignal S7 des UND-Gliedes einen Wert von »/« an. Dieses bedeutet, daß wenn die volumetrische Strömungsgröße, die durch den Karman-Wirbelfühler 2 erfaßt wird, einem Wert entspricht, der in einem Standard-Strömungsgrößenbereich liegt, um den Karman-Wirbel stabil und einen ausreichend großen Differenzdruck zu erzeugen, das Ausgangssignal S7 des UND-Gliedes 22 den Wert »/« annimmt, während er in den anderen Fällen gleich »O« wird.
Eine Abtast- und Halteschaltung 24 ist mit Jem Ausgang des UND-Gliedes 22 verbunden und liest das Ausgangssignal der Meßschaltung 23 Tür den Differenzdruck ab, wenn das Ausgangssignal S7 des UND-Gliedes 22 sich von >.<9« auf »/« ändert, und hält den Wert, bis das Ausgangssignal S7 sich erneut auf einen Wert von »/« das nächstemal ändert und diesen Wert an den Ausgang gibt. Das Ausgangssignal der Abtast- und Halteschaltung 24 nimmt daher einen zu AP = pQ2v proportionalen Wert an. Wie zuvor erwähnt wurde, nimmt die Abtast- uno Halteschaltung 24 eine Probe nur zu dem Zeitpunkt, wenn die volumetrische Strömungsgröße Qv innerhalb eines bestimmten Standard-Strömungsgrößenbereichs liegt. In der Praxis wird der
Wert Qv als ein konstanter Wert angesehen, so dall der Wert von P einen Wert proportional zur Dichte /> zu diesem Zeitpunkt annimmt. Insbesondere nimmt die Ausgangsspannung der Abtast- und Halteschaltung 24 einen Wert proportional zur Dichte /> an.
Ein .spannungsgesteuerter Oszillator 25 ist vorgesehen, um das Ausgangssignal der Abtast- und Halteschaltung 24 zu empfangen und gibt ein Impulssignal -V8 ab. dessen Periodendauer proportional zur Ausgangsspannung der Abtast- und Halteschaltung 24 ist. Insbesondere, wenn angenommen wird, daß die Zeitdauer des Impulssignals .V8 gleich Tc ist. kann diese ausgedrückt werden durch T1C = K1/), wobei A', eine Konstante ist.
Der Zähler 17 zählt das Impulssignal -V8 und wird durch das Signal .V5 zurückgesetzt. Die Verriegelungsschaltung 19 liest den Zählerstand des Zählers 17 jedesmal dann aus. wenn das Impulssignal .V4 auftritt, und hält diesen Wert bis zum nächsten Impulssignal .V4 lest und gibt diesen Wert dann ab. Das Ausgangssignal der Verriegelungsschaltung 19 hat daher einen Wert, der der Anzahl der Ausgangsimpulse S8 entspricht, die während einer Periode des Karman-Wirbelfühlers 2 abgegeben werden. Wenn angenommen wird, daß dieser Wert gleich W ist. gilt die folgende Gleichung:
Hs gelten die folgenden Beziehungen :
/"<·= A1,ι . . .
wobei Α', und A, Konstanten sind.
Damit kann abgeleitet werden:
K1
und
M"
wobei A' = T'
A ι
Daraus ist zu erkennen, daß die umgekehrte Zahl des Zählerstandes H" proportional der Massenströmungsgröße Qw ist.
Daher kann die Massenströmungsgröße Qwdurch Erhalten zuerst des umgekehrten Wertes des Ausgangssignals der Verriegelungsschaltung 19 erfaßt werden.
Fig. 1 zeigt eine Schaltung, die digital arbeitet, jedoch kann Qw in vergleichbarer Weise auch durch ein analoges Syste?·'. ermittelt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Meßvorrichtung für den Massenstrom der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine mit einem Karman-Wirbelfühler, der im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine angeordnet ist einer stromauf und stromab des Karman-Wirbelfühlers mit dem Ansaugsystem verbundenen Erfassungseinrichtung, die die Dichte der Ansaugluft mißt, indem sie den Differenzdruck zwischen zwei Punkten des Ansaugsystems erfaßt und ein entsprechendes Ausgangssignal abgibt, und einer elektronischen Schaltung zur Dichtekompensation des von dem Karman-Wirbelfühler gemessenen Wertes, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung eine erste elektronische Verarbeitungseinrichtung (10 bis 16, 18, 20 bis 22), die ein Ausgangssignal von dem Karman-Wirbelfühler (2) erhält und ein erstes Signal (S7) immer dann abgiät, wenn das Ausgangssignal des Karman-Wirbelfühlers (2) eine bestimmte Zeitdauer anhält bzw. in einen bestimmten Frequenzbereich fällt,
eine zweite Einrichtung (23, 24) zum Abtasten und Halten des Ausgangssignals der Erfassungseinrichtung (5, 6, 9) jedesmal dann, wenn das erste Signal (S7) abgegeben wird, und
eine dritte Einrichtung (17, 19, 25) aufweist, die auf Ausgangssignale des Karman-Wirbelfühlers (2) und der zweiten Einrichtung (23, 24) anspricht und ein Ausgangssignal abgibt, das den dem Ausgangssignal des Karman-Wirbelfühlers (2) nach der Dichtekompensation entspt ichend^/i Wert hat.
2. Meßvorrichtung oach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte- "rfassungseinrichtung (5, 6, 9) eine geschlossene Kammer (5), die in zwei Teile durch eine Membran (6) geteilt ist. Rohre (7, 8) zum Abgeben von Druck an zwei Punkten des Ansaugsystems (1) an jedes der Teile der geschlossenen Kammer und einen Dehnungsmesser (9) zum Erfassen der Dehnung der Membran aufweist.
3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (17, 19, 25) eine erste Schaltung (25) zum Abgeben eines Ausgangsimpulssignals, dessen Impulsdauer proportional dem Ausgangssignal der zweiten Einrichtung (23, 24) ist, und eine zweite Schaltung (17) aufweist, mit der ein Ausgangssignal durch Zählen einer Anzahl von Impulsen des Impulssignals während jeder Periodendauer des Ausgangssignals des Karman-Wirbelfühlers (2) zu erzeugen ist.
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