DE3135793A1

DE3135793A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der masse eines in einem stroemungsquerschnitt stroemenden pulsierenden mediums

Info

Publication number: DE3135793A1
Application number: DE19813135793
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Phys. 7800 Freiburg Schäuble
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-09-10
Filing date: 1981-09-10
Publication date: 1983-03-24
Also published as: JPH0432328B2; GB2105850A; GB2105850B; JPS5858417A; US4468963A; FR2512548A1; FR2512548B1; DE3135793C2

Description

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10.8.1981 Kh/Wi

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Masse eines in einem Strömungsquerschnitt strömenden pulsierenden Mediums

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Anspruches 1 und einer Vorrichtung nach der Gattung des Anspruches J. Es ist schon ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, "bei dem TdZ^-W. der das der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse entsprechende Meßsignal einen Fehler aufweist, der darauf "beruht, daß die Vorrichtung auch die Masse der infolge der Pulsation im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine zurückströmenden Luft ermittelt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Masse eines in einem Strömungsquerschnitt strömenden pulsierenden Mediums mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die in der. gewünschten Strömungsrichtung strömende Mediummasse korrekt ermittelt und Fehler des Meßsignales infolge Strömungsumkehr verhindert werden. ^;

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Die erfindiingsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Masse eines in einem Strömungsq.uerschnitt strömenden pulsierenden Mediums mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 8 hat den Vorteil, daß mit einfachen Mitteln ein Meßsignal ermittelt werden kann, daß keinen Fehler infolge einer Strömungsumkehr "beinhaltet .

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Verfahrens nach Anspruch 1 und der Vorrichtung nach Anspruch 8 möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, Figur 2 eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, Figur 3 ein Schaltbild zur Korrektur des Meßsignales bei pulsierender Strömung.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In der Figur 1 ist mit 1 ein Strömungsquerschnitt, beispielsweise ein Luftansaugrohr einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine, gezeigt, durch welchen in Richtung der Pfeile 2 ein Medium, beispielsweise die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luft strömt. In dem Strömungsq.uerschnitt 1 befindet sich ein temperaturabhängiger Meßwiderstand 3, z.B. ein Heißschicht- bzw. Heißfilmwiderstand oder ein Hitzdraht, der von der Ausgangsgröße

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eines Reglers durchflossen wird und gleichzeitig die Eingangsgröße für den Regler liefert. Die Temperatur des temperatura"bhängigen Meßwiderstandes 3 wird von dem Regler auf einen festen Wert, der über der mittleren Lufttemperatur liegt, eingeregelt. Nimmt nun die Strömungsgeschwindigkeit, d.h. die pro Zeiteinheit angesaugte Mediummasse zu, so kühlt sich der temperaturabhängige Meßwiderstand 3 stärker ab. Diese Abkühlung wird an den Eingang des Reglers zurückgemeldet, so daß dieser seine Ausgangsgröße so erhöht, daß sich wiederum der festgelegte Temperaturwert an dem temperaturabhängigen Meßwiderstand 3 einstellt. Die Ausgangsgröße des Reglers regelt die Temperatur des temperaturabhängigen Meßwiderstandes 3 bei Änderungen der angesaugten Mediummasse jeweils auf den "vorbestimmten Wert ein und stellt gleichzeitig ein Maß für die angesaugte Mediummasse dar, das als Meßsignal beispielsweise einem Zumeßkreis einer Brennkraftmaschine zur Anpassung der erforderlichen Kraftstoffmasse an die pro Zeiteinheit angesaugte Luftmasse zugeführt werden kann.

Der temperaturabhängige Meßwiderstand 3 ist in einer Widerstandsmeßschaltung, beispielsweise einer Brückenschaltung, angeordnet und bildet mit einem Widerstand k zusammen einen ersten Brückenzweig, dem ein aus den beiden festen Widerständen 5 und 6 aufgebauter zweiter Brückenzweig parallel geschaltet ist. Zwischen den Widerständen 3 und k befindet sich der Abgriffspunkt 7 und zwischen den Widerständen 5 und β der Abgriffspunkt 8. Die beiden Brückenzweige sind in den Punkten 9 und 10 parallel geschaltet. Die zwischen den Punkten 7 und 8 auftretende Diagonalspannung der Brücke ist dem Eingang eines Verstärkers 11 zugeleitet, an dessen Ausgangsklemmen die Punkte 9 und 10 angeschlossen sind, so daß seine Ausgangsgröße die Brücke mit Be-

tr ie"b s spannung bzw. mit Betriebsstrom versorgt. Die als Stellgröße U_c bezeichnete Ausgangsgröße ist zwischen den

Klemmen 12 und 13 abnehmbar, wie in der Figur 1 angedeutet

Der temperaturabhängige Meßwiderstand 3 wird durch den ihn durchfließenden Strom aufgeheizt, bis zu einem Wert, bei dem die Eingangs spannung des Verstärkers 11, die Brükkendiagonalspannung, Null wird oder einen vorgegebenen Wert annimmt. Aus dem Ausgang des Verstärkers fließt dabei ein bestimmter Strom in.die Brückenschaltung. Verändert sich infolge von Massenänderungen des strömenden Mediums die Temperatur des temperaturabhängigen Meßwiderstandes 3, so ändert sich die Spannung an der Brückendiagonale und der Verstärker 11 regelt die Brückenspeisespannung bzw. den Brückenstrom auf einen Wert, für den die Brücke wieder abgeglichen oder in vorgegebener Weise verstimmt ist. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 11, die St euer spannung U_ , stellt ebenso wie der Strom im temperaturabhängigen Meßwiderstand 3 ein Meßsignal für die strömende Mediummasse dar, beispielsweise der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse.

Zur Kompensation des Einflusses der Temperatur des Mediums auf das Meßergebnis kann es zweckmäßig sein, einen von dem Medium umströmten zweiten Widerstand 1U in den zweiten Brückenzweig zu schalten. Dabei ist die Größe der Widerstände 5, 6 und 1h so zu wählen, daß die Verlustleistung des temperaturabhängigen Widerstandes Ik, die durch den ihn durchfließenden Zweigstrom erzeugt wird, so gering ist, daß sich die Temperatur dieses Widerstandes 1h praktisch nicht mit den Änderungen der Brückenspannung verändert, sondern stets der Temperatur des vorbeiströmenden Mediums entspricht.

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Eine Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums ist in Figur 2 dargestellt, /wobei zur Erzielung einer möglichst stabilen Strömung in Form einer laminaren Spalt strömung ohne Ablösungen über einen Steg 22 in dem Strom.ungsq.uersch.nitt 1 ein Spaltkörper 23 mit möglichst geringem Strömungswiderstand angeordnet ist, der einen zur Strömung parallelen engen Spalt 2k aufweist, in dem eine laminare Spalt strömung ohne Ablösungen herrscht. In dem Spalt 2k ist ein plattenförmig ausgebildeter Träger 25 derart angeordnet, daß sich beiderseits des Trägers 25 Teilspalte 26 und 27 ergeben, in denen jeweils eine laminare Spaltströmung herrscht. Das der Strömungsrichtung 2 entgegengerichtete Ende 28 und das der Strömung abgewandte Ende 29 des Trägers 25 ist vorzugsweise abgerundet. Parallel zum Spalt 2^ ist auf dem Träger 25 der temperaturabhängige Meßwiderstand 3, beispielsweise als Schicht- oder Filmwiderstand, aufgebracht, wobei der Meßwiderstand 3 entweder beiderseits des Trägers 25 vorgesehen sein kann oder nur auf der einen Seite, beispielsweise dem Spalt 2J zugewandt, während auf der anderen Seite des Trägers 25 dem Spalt 26 zugewandt der Widerstand il· aufgebracht sein kann. Stromaufwärts des Meßwiderstandes 3 ist am der Strömung entgegengerichteten Ende 28 des Trägers elektrisch isoliert gegenüber dem Meßwiderstand 3 ein temperaturabhängiger erster Irtdikationswiderstand 31 angeordnet, während stromabwärts des Meßwiderstandes 3 und von diesem elektrisch isoliert an dem der Strömung abgewandten Ende 29 des Trägers 25 ein temperturabhängiger zweiter Indikationswiderstand 32 angeordnet ist. Die Indikationswiderstände 31, 32 .sind vorzugsweise als Widerstandsschicht bzw. als Widerstandsfilm ausgebildet und in Strömungsrichtung mit Abstand zueinander angeordnet. Zwischen den In&ikationswiderständen 31,

R.

32 und dem "Meßwiderstand 3 bzw. dem Widerstand 1U sind Isolier stücke 33 vorgesehen.

Wie der temperaturabhängige Meßwiderstand 3, so werden auch die temperaturabhängigen Indikationswider stände 31» 32 auf einen festgelegten Temperaturwert eingeregelt. Hierfür dient je eine Widerstandsmeß- und Regelschaltung, wie in Figur 3 dargestellt ist. Der erste Indikationswiderstand 31 ist Teil einer Widerstandsmeßschaltung 3^ und der zweite Indikationswiderstand 32 Teil einer Widerstandsmeßschaltung 35· Die Widerstandsmeßschaltungen 3U, 35 sind "beispielsweise als Brückenschaltungen ausgelegt und gleichwirkend, wie bereits zum Meßwiderstand 3 in Figur 1 beschrieben. Ficht nur die Indikationswider stände 31, 32, sondern auch die Widerstandsmeßschaltungen 3^, 35 sind gleich dimensioniert. So ist in jeder Widerstandsmeßschaltung 3h, 35 im gleichen Brückenzweig wie der Indikationswiderstand 31, 32 ein Widerstand 36 vorgesehen und im anderen Brückenzweig ein Widerstand 37 und ein Widerstand Die zwischen den Punkten 39» ^O auftretende Diagonalspannung jeder Brücke 3U, 35 ist dem Eingang je eines Verstärkers Ul zugeleitet, dessen Ausgangsgröße jede Brücke 3^, 35 bei k2 mit Betriebsspannung bzw. mit Betriebsstrom versorgt und zwar derart, daß die Indikationswider stände 31» 32 durch den sie durchfließenden Strom aufgeheizt werden bis zu einem Wert, bei dem die Eingangsspannung an den Verstärkern kl, die Brückendiagonalspannung, Null wird oder einen vorgegebenen Wert annimmt. Ändert sich die strömende Mediummasse, so ändert sich auch die Temperatur der temperaturabhängigen Indikationswider stände 31, 32, wodurch sich die Spannung an der Brückendiagonale ändert und der Verstärker kl die Brückenspeisespannung bzw. den Brückenstrom auf einen Wert ändert, für den die Brücke 3^, 35

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wieder abgeglichen oder in. vorgegebenen Weise -verstimmt ist.

Gemäß der physikalischen Gegebenheit, daß an einem q_uer angeströmten Körper bei laminarer Grenzschicht an dem der Strömung entgegengerichteten Ende des umströmten Körpers ein größerer Wärmeübergang in das strömende Medium stattfindet als an dem der Strömung abgewandten Ende des Körpers, weisen die erfindungsgemäßen mit Abstand in Strömungsrichtung angeordneten Indikationswider stände 31, unterschiedlicher Widerstands-werte x, y auf, die erfaßt und erfindungsgemäß einer Vergleichsstufe kk eingegeben werden, an deren Ausgang eine die Differenz der Widerstandswerte χ - y der Indikationswider stände 31, 32 abfragende Abfragestufe i-t- 5 liegt, der eine Korrektur stuf e k6, beispielsweise mit Schaltfunktion, nachgeschaltet ist. Die Korrektur stufe k6 liegt ebenfalls am Ausgang des Verstärkers 11, der das Meßsignal U entsprechend der Masse des strömenden Mediums liefert, und andererseits liegt die Korrekturstufe hG am Eingang eines elektronischen Steuergerätes ii-T, das z.B. Teil einer elektronischen Kraftstoffeinspritzanlage ist und elektromagnetische Kraftstoffeinspritzrentile W ansteuert. Ist nun die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums in einer pulsierenden Strömung angeordnet, beispielsweise im Luftansaugrohr einer Brennkraftmaschine, so ändert sich bei einer Strömungsumkehr auch die Differenz χ - y der Widerstandswerte der Indikationswider stände 31, 32, da nun an dem zweiten Indikationswiderstand ein höherer Wärmeübergang stattfindet als an dem ersten Indikationswiderstand 31. Diese Änderung der Differenz der Widerstandswerte χ - y der Indikationswider stände 31, 32 wird entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren dazu be-

nutzt, das "am Ausgang des Verstärkers 11 liegende Meßsignal "beispielsweise derart zu beeinflussen, daß "bei einer entgegen der gewünschten Strömungsrichtung 2 des Mediums verlaufenden Strömung das Meßsignal unterdrückt wird. Die Korrekturstufe k6 würde dann bei entgegengesetzter unerwünschter Strömungsrichtung kein Meßsignal zum elektronischen Steuergerät h'J gelangen lassen, während es "bei einer Strömung des Mediums in der gewünschten Strömungsrichtung 2 das Meßsignal unverändert zum elektronischen Steuergerät ^T durchläßt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht ausschließlich auf das dargestellte und beschriebene Verfahren bzw. die dargestellte Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums. Vielmehr kann z.B auch die Differenz der Widerstandswerte von Meßwiderstand 3 und erstem Indikationswiderstand 31 oder zweiten Indikationswider stand 32 dazu dienen in entsprechender Weise die Strömungsrichtung des Mediums bei einer pulsierenden Strömung zu erkennen und das Meßsignal in entsprechender Weise zu beeinflussen. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 'erlauben auch bei pulsierender Strömung die Ermittlung eines der strömenden Mediummasse entsprechenden korrekten Meßsignales ohne eines durch die Pulsation hervorgerufenen Fehleranteiles.

Claims

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10.8. 1981 KIi/Wl

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Ansprüche

λ J Verfahren zur Messung der Masse eines in einem. Strömungsquerschnitt strömenden pulsierenden Mediums, insbesondere zur Messung der Ansaugluftmasse "von Brennkraftmaschinen, mit mindestens einem in dem StrömungscLuer schnitt angeordneten temperaturabhängigen Meßwiderstand, dessen Temperatur und/oder Widerstand in Abhängigkeit von der strömenden Masse geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das die strömende Mediummasse darstellende Meßsignal (υ_σ) in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung mittels eines Strömungsrichtungsgebers (31, 32) beeinflußbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsrichtungsgeber mindestens einen ersten temperaturabhängigen Indikations-widerstand (31) aufweist, durch den das Meßergebnis (U ) beeinflußbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des Meßsignals (U₀) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Widerstandswert des ersten Indikationswiderstandes (31) und dem Widerstandswert eines

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in Strömungsrichtung mit Abstand zum ersten Indikationswiderstand (31) angeordneten temperaturabhängigen Widerstandes (3, 32) erfolgt.

h. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der erste Indikationswiderstand (31) an einem Träger (25) angeordnet ist und die Beeinflussung des Meßsignals (U_Q) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Widerstandswert des ersten Indikationswiderstandes (31) und dem Widerstandswert des Meßwiderstandes (3) erfolgt.

5· Verfahren nach Anspruch 3,- dadurch gekennzeichnet, daß der erste Indikationswiderstand (31) und ein zweiter Indikationswiderstand (32) in Strömungsrichtung des Mediums mit Abstand und elektrisch gegeneinander isoliert an einem Träger (25) angeordnet sind und die Beeinflussung des Meßsignales (U₀) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Widerstandswerten des ersten (31) und des zweiten Indikationswiderstandes (32) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des Meßsignals (U₀)

derart erfolgt, daß bei einer Differenz der Widerstandswerte, die einer entgegen der gewünschten Strömungsrichtung (2) des Mediums erfolgende Strömungsrichtung kennzeichnet, das Meßsignal (U₀) unterdrückt wird.

Τ· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Meßwiderstand (3) und Indikationswiderstände (31 ₉ 32) als Schichtwiderstände ausgebildet, sind.

8. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Messung der Masse eines in einem Strömungsquer-schnitt strömenden pulsierenden Mediums nach einem der Ansprüche 1 his T₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsrichtungsge"ber einen ersten temperaturabhängigen Indikationswiderstand (31) aufweist, der an einem Träger (25) angeordnet ist und dessen. Wider standswert durch eine Widerstandsmeßschaltung (3^) erfaßt und mit dem Widerstandswert eines in Strömungsrichtung mit Abstand zum ersten Indikationswiderstand (31) angeordneten temperaturabhängigen Widerstand (3, 32) verglichen wird und die Differenz der Widerstandswerte zur Beeinflussung des Meßsignales (U₀) dient.

9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des ersten Indikationswiderstandes (31) mit dem Widerstandswert des Meßwiderstandes (3) verglichen und das Meßsignal (U ) durch die Differenz zwisehen den beiden Widerstandswerten beeinflußbar ist.

7 Z 5

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit Abstand in Strömungsrichtung zum ersten Indikations-widerstand (31) und elektrisch gegenüber diesem isoliert am Träger (25) ein temperaturabhängiger zweiter Indikationswiderstand (32) angeordnet ist und der Widerstandswert jedes Indikationswiderstandes (31, 32) durch je eine Widerstandsmeßschaltung (3^, 35) erfaßt wird und die Differenz der Widerstandswerte zur Beeinflussung des Meßsignales (ϋ_σ) dient.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 "bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch isoliert -voneinander mit Abstand in Strömungsrichtung an dem Träger (25) ein Meßwiderstand (3) und ein erster (31) sowie ein zweiter Indikationswiderstand (32) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Indikationswiderstand (31) stromaufwärts des Widerstandes (3) am der Strömung entgegengericfhteten Ende (28) des Trägers (25) und der zweite Indikationswiderstand (32) stromabwärts des Meßwiderstandes (3) am der Strömung abgewandten Ende (29) des Trägers (25) angeordnet ist.

13· Vorrichtung nach. Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß erster (31 ) und zweiter Indikationswiderstand (32) gleich dimensioniert sind und die Widerstandswerte von erstem.(31) und zweitem Indikationswiderstand (32) durch je eine Widerstandsmeßschaltung (3^, 35) erfaßt und einer Vergleichsstufe (hk) zugeleitet werden und durch die ermittelte Differenz der Widerstandswerte das Meßsignal (U) beeinflußbar ist.

lh. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des Meßsignals (ϋ_σ) derart erfolgt, daß bei einer Differenz der Widerstandswerte, die eine entgegen der gewünschten Strömungsrichtung (2) des Mediums erfolgende Strömungsrichtung kennzeichnet, das Meßsignal (U) unterdrückt wird.

15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 1^, dadurch gekennzeichnet, daß Meßwiderstand (3) und Indikationswiderstände (31 j 32) als Schichtwiderstände ausgebildet sind.