DE3218930A1

DE3218930A1 - Verfahren zur messung des durchflusses eines mediums

Info

Publication number: DE3218930A1
Application number: DE3218930A
Authority: DE
Inventors: Jaihind Singh 7143 Vaihingen Sumal
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-05-19
Filing date: 1982-05-19
Publication date: 1983-11-24
Also published as: FR2527331A1; FR2527331B1; DE3218930C2; GB8312409D0; JPS58210520A; GB2121186A; GB2121186B; US4510795A; JPH0356411B2

Description

^R· 178 10

11.5.1982 Kh/Wl

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1

Verfahren zur Messung des Durchflusses eines Mediums Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Messung des Durchflusses eines Mediums, insbesondere der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luft, nach der Gattung des Hauptanspruches. Es sind bereits Durchflußmeßorgane "bekannt, bei deren Anwendung zur Messung der von Brennkraftmaschinen angesaugten Luft die in gewissen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschinen sehr stark auftretende Pulsation der Ansaugluft zu einer Verfälschung des Meßsignales führt. Derartige Verfälschungen des Meßsignales können einmal darauf beruhen, daß es zu Strö-' raung sumkehrungen während der Pulsation kommt, die vom Luftmeßorgan nicht als solche erkannt werden und andererseits kann die Ansprechzeit des Dur c h'flußmeßor gans auf Strömungsänderungen nicht unendlich schnell gemacht werden. Bei derartigen Durchflußmeßorganen wird deshalb die Durchflußmessung bei sehr hohen Pulsationsamplituden unterbrochen, was jedoch unbefriedigend ist, weil es nicht zu einer Korrektur oder einem Ausgleich des Pulsationsfehlers führt.

y r. 17 313":

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden ■Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein sich aus der Pulsation des Mediums ergebender Fehler des Durchflußmeßwertes U verringerbar

oder korrigierbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist es, zur Verringerung oder Korrektur des sich aus der Pulsation des Mediums ergebenden Fehlers des Durchflußmeßwertes U einen ausgewählten Bereich der Kennlinie des Durchflußmeßorganes zu modifizieren, insbesondere einen Bereich der Kennlinie unterhalb eines Minimumdurchflußmeßwertes U . Vorteilhaft ist es eben-

sm

falls, insbesondere zur Verringerung des sich aus Strömungsumkehrungen ergebenden Meßfehlers, unterhalb des den Minimumdurchflußwert Q kennzeichnenden Minimumdurchfluß-

Meßwertes U der Kennlinie des Durchflußmeßorganes einen sm

Korrekturdurchflußmeßwert U einzusteuern, der geringer

SK .

ist, als der Durchflußmeßwert U bei einem Durchfluß-So

wert Null.
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 und zur Korrektur des Durchflußmeßwertes bei pulsierender Strömung, Figur 2 ein Dia-

κ. 17 3 I Ο."

gramm, das den zeitlichen Verlauf des Durchflußwertes Q der Masse eines pulsierenden Mediums über der Zeit t zeigt, Figur 3 ein Diagramm, das die Kennlinie eines Durchflußmeßorganes mit dem Durchflußmeßwert U und dem Durchflußwert Q des Mediums zeigt und die Modifikation der Kennlinie zur Verringerung oder Korrektur eines Pul sat ionsfehlers.

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 Strömungsquerschnitt 1 befindet sich beispielsweise als Teil eines Durchflußmeßorganes ein temperaturabhängiger Meßwiderstand 3, z.B. ein Heißschicht- bzw. Heißfilmwiderstand oder ein Hitzdraht, der von der Ausgangsgröße eines Reglers durchflossen wird und gleichzeitig die Eingangsgröße für den Regler liefert. Die Temperatur des temperaturabhängigen Meßwiderstandes 3 wird von dem Regler auf einen festen Wert, der über der mittleren Mediumtemperatur liegt, eingeregelt. Nimmt nun die Strömungsgeschwindigkeit, d.h. die pro Zeiteinheit fließende Mediummasse mit einem Durchflußwert Q 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 des Durchflußwertes Q des

-χ-

. 17 3

Mediums jeweils auf den vorbestimmten Wert ein und stellt gleichzeitig ein Maß für die angesaugte Mediummasse dar, das als Durchflußmeßvert U "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 β aufgebauter zweiter Brückenzweig parallel geschaltet ist. Zwischen den Widerständen 3 und h befindet sich der Abgriffspunkt T 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 Betriebsspannung bzw. mit Betriebs strom versorgt. Der gleichzeitig als Stellgröße dienende Durchflußmeßwert ^:U„ ist zwischen den Klemmen 12 und 13 abnehmbar, wie 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 Q des strömenden Mediums die Temperatur des temperaturabhängigen Meßwider-

-/- R. 1

stand.es 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

Stellgröße U₀, stellt ebenso wie der Strom im tempe^b ■ ■ r,

raturabhängigen Meßwiderstand 3 einen Durchflußmeßwert für die strömende Mediummasse dar, beispielsweise der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse.

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

In der Figur 2 ist der Verlauf des Durchflußwertes Q einer pulsierenden Mediummasse über der Zeit t dargestellt, beispielsweise der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse. Dieser Verlauf einer pulsierenden Strömung ist im Idealfall sinusförmig. Bei nach dem Stauklappenmeßprinzip arbeitenden Durchflußmeßorganen tritt bei pulsierenden Strömungen dadurch ein Meßfehler auf, daß sich bei einer pulsierenden Strömung an der Stauklappe ein größerer Druckabfall einstellt als bei einer stetigen Strömung. Andere Durchflußmeßorgane, die nicht auf einen Druckabfall reagieren, beispielsweise nach dem thermischen Meßprinzip arbeitende Durchflußmeßorgane, können

- β - R.

"17 3 !.

zwar dem Verlauf des pulsierenden Durchflußwertes Q folgen, sie weisen jedoch trotzdem einen Meßfehler auf, der sich aus der begrenzten Ansprechempfindlichkeit des Durchflußmeßorgans ergibt, die nicht unendlich gut gemacht werden kann. In der Figur 2 ist mit a der Verlauf einer pulsierenden Strömung dargestellt, bei der keine Strömungs umkehr stattfindet. Mit b ist gestrichelt der Verlauf einer pulsierenden Strömung dargestellt, bei der Strömungsumkehr stattfindet, wie in Figur 1 durch die Pfeile Τβ bezeichnet. Durchflußmeßorgane, die nicht die Strömungsrichtung des strömenden Mediums erkennen, wie beispielsweise thermische Durchflußmeßorgane, weisen bei Strömungsumkehr einen zusätzlichen Meßfehler auf, da die rückströmende Mediummasse nicht vom Durchflußmeßwert abgezogen, sondern erneut zu diesem addiert wird. Der Fehler des Durchflußmeßwertes U ist besonders hoch bei pulsierenden Strömungen mit hoher Pulsationsfrequenz und kleinen Durchflußwerten Q.

In der Figur 3 ist die Kennlinie eines thermischen Durchflußmeßorgans nach Figur 1 dargestellt. Die Kennlinie weist im Bereich geringer Durchflußwerte Q starke Steigungen und damit große Änderungen des Durchflußmeßwertes U auf, während bei größeren Durchflußwerten Q die Steigung der Kennlinie flacher wird. Einem Durchflußwert Null ist dabei ein Durchflußmeßwert U zugeordnet, der beispielsweise einer Spannung von 1,5 V entspricht. Bei einer Verwendung des Durchflußmeßorgans zur Ermittlung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse, wird der Bereich der geeichten Kennlinie nicht benötigt, der unterhalb eines Minimumdurchflußwertes Q liest und dem

ein Durchflußmeßwert Q₁ zugeordnet ist. Der Minimum-

s tu

durchflußwert 2> liegt dabei' etwas unterhalb der sich bei m

Leerlauf der Brennkraftmaschine ergebenden Ansaugluftmasse

-■ir- s. -Π 8 1

Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, einen Bereich der Kennlinie unterhalt) des mit 20 "bezeichneten Kennlinienpunktes für den Minimumdurchflußwert Q derart zu modi-

fizieren, daß ein sich aus der Pulsation der Strömung ergebender Fehler des Durchflußmeßwertes U verringert oder korrigiert wird. Dieser modifizierte Bereich der Kennlinie kann sich von dem Punkt 20 bis zu dem Punkt 21 für einen Durchflußwert Null erstrecken. Wie gepunktet bei c dargestellt ist, könnte der modifizierte Bereich der Kennlinie beispielsweise einen linearen Verlauf haben oder wie bei d strichpunktiert dargestellt ist, einen derartigen Verlauf, daß bei wiederansteigendem Durchflußwert Q der ansteigende Durchflußmeßwert U verzögert wird. Durch diese Modifikation der Kennlinie des Durchflußmeßorganes unterhalb des Minimumdurchflußwertes Q ergibt sich ein

m .

erwünschter Meßfehler des Durchflußmeßwertes U , der dem

durch die Pulsation der Mediumströmung bewirkten Meßfehler entgegengerichtet ist und zu einer Verringerung oder zu einem Ausgleich des Pulsat ionsfehlers führt.

Insbesondere zur Verringerung oder zum Ausgleich des sich bei Rückströmungen ergebenden Pulsat ionsfehlers kann die Kennlinie des Durchflußmeßorgans auch so gestaltet werden, daß unterhalb des den Minimumdurchflußwert Q kennzeichnen-

den Minimumdurchflußmeßwertes U ein Korrekturdurchfluß-

sm

meßwert U , z.3. 0,6 V einsteuerbar ist, der geringer ist,

S i£

als der Durchflußmeßwert U der urSOrünglichen Kennlinie

so

bei einem Durchflußwert Null. Hierdurch kann eine Erfassung des Rückströmanteils der Mediummasse durch das Durchflußmeßorgan unterdrückt werden.

Zur Modikfikation des Durchflußmeßwertes U kann nach

der Darstellung in Figur 1 eine Korrektur stufe 28 dienen, die entweder als selbständiges Aggregat ausgebildet oder

/to

-/- R. -ΠΟΙΟ'

Teil eines elektronischen Steuergerätes 29 bekannter Bau art ist, das z.B. als Teil einer elektronischen Kraftstoff einspritzanlage mindestens ein elektromagnetisch be tätigbares Kraft stoffeinspritzventil 30 ansteuert. Durch die Korrektur stufe 28 werden beim Auftreten, von Durchflußmeßwerten U unterhalb des Minimumdurchflußmeßwertes

s · ■ .

U die oben aufgeführten Änderungen des Durchflußmeßwer sm

tes bewirkt, so daß der Pulationsfehler verringert oder
ganz, korrigiert wird.

Claims

11.5·1982 Kh/Wl

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1

Ansprüche

1 .)Verfahr en zur Messung des Durchflusses eines Mediums, insbesondere der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luft in einem Strömungsquerschnitt mittels eines Durchflußmeßorgans, das eine die Zuordnung eines Durchflußwertes Q des Mediums zu einem Durchflußmeßwert U des Durchflußmeßorganes bestimmende Kennnlinie hat und zur Korrektur des Durchflußmeßwertes U "bei pulsierender Strömung, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ausgewählten Bereich (20, 21) der Kennlinie des Durchflußmeßorganes der Durchflußmeßwert (U ) derart modifiziert wird, daß

ein sich aus der Pulsation des Mediums ergebender Fehler des Durchflußmeßwertes (U ) verringert oder korrigiert

S . ■ ■ '

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Modifikation des Durchflußmeßwertes (U^) ausgewählte Bereich (20, 21) der Kennlinie des Durchflußmeßorganes unterhalb eines einen Minimumdurchflußwert (Q ) kennzeichnenden Minimumdurchflußmeßwertes (U )

m sm

liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Modifikation des Durchflußmeßwertes (U ) ausge-

wählte Bereich (20, 21) der Kennlinie des Duchflußmeßorganes sich von einem Durchflußwert Null mit einem Durchflußmeßwert (U ) bis zum Minimumdurchflußwert (Q ) erso m

strec kt.

- 2 - R. .1/3

h. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modifikation des Durchflußmeßwertes (U ) unterhalb

des den Minimumdurchflußwert (Q ) kennzeichnenden Mini-

mumdurchflußmeßwertes (U ) der Kennlinie des Durch-

sm

flußmeßorganes ein Korrekturdurchflußmeßwert (U , ) ein-

s κ

steuerbar ist, der geringer ist, als der Durchflußmeßwert

(U ) bei einem Durchflußwert Null.
so

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ausgewählten Bereich (20, 21) der Kennlinie des Durchflußmeßorganes unterhalb des Minimumdurchflußmeßwertes (U ) der Durchflußmeßwert (U ) derart be-

sm s

einflußt wird, daß bei ansteigendem Durchflußwert (Q) der ansteigende Durchflußmeßwert (U ) verzögert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

der sich von dem Durchflußmeßwert (U ) bei einem Durch-

so ■ . .

flußwert Null bis zu dem Minimumdurchflußmeßwert (U )

sm

erstreckende Teil (20, 21) der Kennlinie des Durchflußmeßorganes einen derartigen Verlauf hat, daß der sich aus der Pulsation des Mediums ergebende Fehler des Durchflußmeßwertes (U ) verringert oder korrigiert wird.

T. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchflußmeßorgan mindestens einen im Strömungsquerschnitt (1) angeordneten temperaturabhängigen Meßwiderstand (3) aufweist, dessen Temperatur
und/oder Widerstand in Abhängigkeit von der strömenden
Mediummasse (Q) geregelt wird.,_/ :