DE3218931C2

DE3218931C2 -

Info

Publication number: DE3218931C2
Application number: DE3218931A
Authority: DE
Inventors: Jaihind Singh 7143 Vaihingen De Sumal
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-05-19
Filing date: 1982-05-19
Publication date: 1993-04-22
Also published as: JPS58214815A; FR2527330B1; US4457167A; GB2120390A; JPH0363688B2; FR2527330A1; GB8312413D0; DE3218931A1; GB2120390B

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Messung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten pulsierenden Luftmasse nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits ein Hitzdrahtluftmassen messer (WO 81/02 202) bekannt, bei dessen Anwendung zur Messung der von Brennkraftmaschinen angesaugten Luftmasse, die in gewissen Be triebsbereichen der Brennkraftmaschine, insbesondere ab nahezu ge öffneter Drosselklappe und ab nahe der maximalen mittleren angesaug ten Luftmasse für eine gegebene Drehzahl, sehr stark auftretende Pulsation der Ansaugluft zu einer Verfälschung des vom Durchflußmeß organ gelieferten Durchflußmeßwertes führen würde, wenn nicht der in einer Rückflußperiode ermittelte Durchflußmeßwert ermittelt und sub trahiert würde. Hierfür ist wenigstens ein Signalgeber zur Ermitt lung des Kurbelwellenwinkels oder ein Temperaturfühler oder es sind zwei Hitzdrahtfühler erforderlich. Nachteilig ist dabei, daß sich über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine Beginn und Ende des Rückflusses gegenüber der Kurbelwellenstellung ändern und Hitzdraht fühler und Temperaturfühler mit Verzögerung auf Strömungsänderungen reagieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem der sich bei Rückströmung der Luftmasse ergebende Fehler des Durchflußmeßwertes ohne zusätzlichen Sensor korrigierbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Hauptanspruch aufgeführten Merkmalen gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Beson ders vorteilhaft ist es, für die Zeitdauer der Rückströ mung die Polarität des Durchflußmeßwertes umzukehren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Messung der Masse der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luft und zur Korrektur des Durchflußmeßwertes bei Rückströmung,

Fig. 2 ein Diagramm, das den Verlauf des Durchflußwertes Q der pulsierenden Luftmasse über der Zeit t zeigt,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Kennlinie eines thermischen Durch flußmeßorganes mit dem Durchflußmeßwert U_s über dem Durchflußwert Q der Luftmasse zeigt,

Fig. 4 ein Diagramm, das die Zuordnung der angesaugten Luftmasse Q in Abhängig keit von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine zeigt,

Fig. 5 ein Diagramm, das den Verlauf des vom Durchfluß meßorgan ermittelten Durchflußmeßwertes U_s in Abhängig keit von der Zeit t zeigt.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein Strömungsquerschnitt, bei spielsweise ein Luftansaugrohr einer Brennkraftmaschine 18, 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 Durchfluß meßorganes ein temperaturabhängiger Meßwiderstand 3, z. B. ein Heißschicht- bzw. Heißfilmwiderstand oder ein Hitz draht, der von der Ausgangsgröße eines Reglers durchflos sen wird und gleichzeitig die Eingangsgröße für den Reg ler liefert. Die Temperatur des temperaturabhängigen Meß widerstandes 3 wird von dem Regler auf einen festen Wert, der über der mittleren Lufttemperatur liegt, eingeregelt. Nimmt nun die Strömungsgeschwindigkeit, d. h. die pro Zeit einheit fließende Luftmasse mit einem Durchflußwert Q zu, so kühlt sich der temperaturabhängige Meßwiderstand 3 stärker ab. Diese Abkühlung wird an den Eingang des Reg lers zurückgemeldet, so daß dieser seine Ausgangsgröße so erhöht, daß sich wiederum der festgelegte Temperatur wert an dem temperaturabhängigen Meßwiderstand 3 einstellt. Die Ausgangsgröße des Reglers regelt die Temperatur des temperaturabhängigen Meßwiderstandes 3 bei Änderungen des Durchflußwertes Q der Luft jeweils auf den vorbestimm ten Wert ein und stellt gleichzeitig ein Maß für die ange saugte Luftmasse dar, das als Durchflußmeßwert U_s bei spielsweise einem Zumeßkreis der Brennkraftmaschine 18 zur Anpassung der erforderlichen Kraftstoffmasse an die pro Zeiteinheit angesaugte Luftmasse zugeführt werden kann.

Der temperaturabhängige Meßwiderstand 3 ist in einer Wider standsmeßschaltung, beispielsweise einer Brückenschaltung, angeordnet und bildet mit einem Widerstand 4 zusammen einen ersten Brückenzweig, dem ein aus den beiden festen Wider ständen 5 und 6 aufgebauter zweiter Brückenzweig parallel geschaltet ist. Zwischen den Widerständen 3 und 4 befindet sich der Abgriffspunkt 7 und zwischen den Widerständen 5 und 6 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 angeschlos sen sind, so daß seine Ausgangsgröße die Brücke mit Be triebsspannung bzw. mit Betriebsstrom versorgt. Der gleichzeitig als Stellgröße dienende Durchflußmeßwert U_s ist zwischen den Klemmen 12 und 13 abnehmbar, wie ange deutet.

Der temperaturabhängige Meßwiderstand 3 wird durch den ihn durchfließenden Strom aufgeheizt bis zu einem Wert, bei dem die Eingangsspannung des Verstärkers 11, die Brücken diagonalspannung, Null wird oder einen vorgegebenen Wert annimmt. Aus dem Ausgang des Verstärkers fließt da bei ein bestimmter Strom in die Brückenschaltung. Verän dert sich infolge von Massenänderungen Q der strömenden Luft die Temperatur des temperaturabhängigen Meßwider standes 3, so ändert sich die Spannung an der Brückendia gonale und der Verstärker 11 regelt die Brückenspeisespan nung bzw. den Brückenstrom auf einen Wert, für den die Brücke wieder abgeglichen oder in vorgegebener Weise ver stimmt ist. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 11, die Stellgröße U_s, stellt ebenso wie der Strom im tempe raturabhängigen Meßwiderstand 3 einen Durchflußmeßwert für die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmasse dar.

Zur Kompensation des Einflusses der Temperatur der Luft auf den Durchflußmeßwert kann es zweckmäßig sein, einen von der Luft umströmten zweiten temperaturabhängigen Wider stand 14 in den zweiten Brückenzweig zu schalten. Dabei ist die Größe der Widerstände s, 6 und 14 so zu wählen, daß die Verlustleistung des temperaturabhängigen Wider standes 14, die durch den ihn durchfließenden Zweigstrom erzeugt wird, so gering ist, daß sich die Temperatur die ses Widerstandes 14 praktisch nicht mit den Änderungen der Brückenspannung verändert, sondern stets der Tempera tur der vorbeiströmenden Luft entspricht.

In der Fig. 2 ist der Verlauf des Durchflußwertes Q ei ner pulsierenden Mediummasse über der Zeit t dargestellt, beispielsweise der von der Brennkraftmaschine 18 angesaug ten Luftmasse. Dieser Verlauf der pulsierenden Strömung ist im Idealfall sinusförmig. In der Fig. 2 ist mit a der Verlauf einer pulsierenden Strömung dargestellt, bei der keine Strömungsumkehr stattfindet. Mit b ist gestri chelt der Verlauf einer pulsierenden Strömung dargestellt, bei der Strömungsumkehr stattfindet, wie in Fig. 1 durch die Pfeile 16 bezeichnet. Durchflußmeßorgane, die nicht die Strömungsrichtung des strömenden Mediums erkennen, wie beispielsweise thermische Durchflußmeßorgane, weisen bei Strömungsumkehr einen Meßfehler auf, da die rückströ mende Mediummasse nicht vom Durchflußmeßwert abgezogen, sondern erneut zu diesem addiert wird.

In der Fig. 3 ist die Kennlinie eines thermischen Durch flußmeßorgans nach Fig. 1 dargestellt. Die Kennlinie weist im Bereich geringer Durchflußwerte Q starke Steigungen und damit große Änderungen des Durchflußmeßwertes U_s auf, während bei größeren Durchflußwerten Q die Steigung der Kennlinie flacher wird. Einem Durchflußwert Null ist da bei ein Durchflußmeßwert U_so zugeordnet, der beispiels weise einer Spannung von 1,5 V entspricht.

Eine Umkehrung der Strömungsrichtung der von der Brenn kraftmaschine angesaugten Luft, mit anderen Worten eine Rückströmung, erfolgt im Saugrohr einer Brennkraftmaschine erst, wenn die Drosselklappe 19 (siehe Fig. 1) nahezu voll geöffnet ist, also bei Vollast oder mit anderen Wor ten gesagt, erst in der Nähe des maximalen mittleren Durch flußmeßwertes Q_mv für eine gegebene Drehzahl n der Brenn kraftmaschine. Entsprechend Fig. 4 besteht zwischen der maximalen mittleren Luftmasse und der Drehzahl n bei Voll last nach der Linie e ein linearer Zusammenhang, so daß für den maximalen mittleren Durchflußwert Q_mv bei Vollast gilt, Q_mv = k·n, wobei k ein konstanter Faktor ist, der sich aus der Steigung der Linie e ergibt. Da der tatsäch liche Durchflußmeßwert symmetrisch zu seinem Mittelwert verläuft, tritt immer dann eine Rückströmung der pulsie renden Luftmasse aus , wenn der vom Durchflußmeßorgan ge lieferte tatsächliche Durchflußmeßwert U_s einen oberen Referenzwert U_or (siehe Fig. 5) übersteigt, der dem doppelten maximalen mittleren Durchflußwert Q_mv also 2 Q_mv entspricht. In Fig. 4 ist mit f der Verlauf der Linie des doppelten Durchflußwertes 2 Q_mv in Abhängigkeit von der Drehzahl n dargestellt. Bei Durchflußwerten Q unterhalb der Linie f in Pfeilrichtung 20 findet somit bei einer pulsie renden Strömung keine Rückströmung statt, während bei Durchflußwerten Q oberhalb der Linie f in Pfeilrichtung 21 eine Strömungsumkehr stattfindet. Es wird deshalb erfin dungsgemäß für jede Brennkraftmaschine der Verlauf der Kennlinie e mit der Zuordnung des maximalen mittleren Durch flußwertes Q_mv zur Drehzahl n bei Vollast ermittelt und der Durchflußwert Q_mv verdoppelt. Der dem doppelten mitt leren maximalen Durchflußwert 2 Q_mv entsprechende obere Referenzwert U_or wird dann in ein elektronisches Steuer gerät 29 (siehe Fig. 1) eingespeichert, in das u. a. als elektrisches Signal auch die Drehzahl n der Brenn kraftmaschine 18 und der Durchflußmeßwert U_s des Durch flußmeßorgans eingegeben werden.

In der Fig. 5 ist der Verlauf des von dem Durchfluß meßorgan gelieferten tatsächlichen Durchflußmeßwertes U_s über der Zeit t beispielsweise dargestellt. Übersteigt der vom Durchflußmeßorgan gelieferte tatsächliche Durchfluß meßwert U_s wie oben ausgeführt den oberen Referenzwert U_or so liegt eine Pulsationsströmung mit Strömungsumkehr vor. Die Strömungsumkehr erfolgt dabei zwischen den Punkten A und B, die jeweils einen minimalen Durchflußmeßwert U_smin darstellen. Da das Durchflußmeßorgan ohne zusätzliche Hilfsmittel nicht erkennt, daß während des Kurvenverlaufs A-F-B eine Luftmasse entgegen der eigentlichen Ansaugrich tung 2 strömt, wird diese durch den Kurvenzug A-F-B gekenn zeichnete Luftmasse fälschlicherweise addiert statt subtra hiert. Das Luftmeßorgan zeigt also eine größere angesaugte Luftmasse an, als in Wirklichkeit von der Brennkraftma schine angesaugt wurde. Das bedeutet, daß die durch das elektronische Steuergerät 29 der zu groß gemessenen Luft masse zugeordnete Kraftstoffmenge zu einem zu fetten Kraft stoff-Luft-Gemisch führt. Durch das elektronische Steuer gerät 29 wird beispielsweise mindestens ein Kraftstoff einspritzventil 30 angesteuert. Zur Vermeidung dieses Feh lers ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß beispielsweise im elektronischen Steuergerät 29 eine Zeitdauer t_r zu lau fen beginnt, sobald der tatsächliche Durchflußmeßwert U_s im Punkt E den oberen Referenzwert U_or erreicht und diese Zeitdauer t_r endet, wenn der tatsächliche Durchflußmeß wert U_s über einen maximalen tatsächlichen Durchflußmeßwert im Punkt D wieder auf das Niveau des oberen Referenz wertes U_or im Punkt C abgesunken ist. Wie der Kurvenverlauf zeigt, läßt sich die Zeitdauer t_r, die der Zeitdauer für die Rückströmung entspricht sehr genau zwischen den Punkten E und C erfassen. Die Zeitdauer t_r kann im elektronischen Steuergerät 29 gespeichert werden. Diese ermittelte Zeit dauer t_r soll nun erfindungsgemäß zur Korrektur des Durch flußmeßwertes U_s bei Rückströmung dienen. Dies kann bei spielsweise derart erfolgen, daß die Polarität des tat sächlichen Durchflußmeßwertes U_s umgekehrt wird, wenn der tatsächliche Durchflußmeßwert U_s auf einen bestimmten unte ren Referenzwert U_ur im Punkt A′ abgesunken ist. Der untere Referenzwert U_ur ist so zu wählen, daß mit Sicherheit bei seinem Erreichen durch den tatsächlichen Durchflußmeßwert U_s eine Strömungsumkehr stattfindet. Als unterer Referenz wert U_ur kann auch der tatsächliche minimale Durchflußmeß wert U_smin dienen. Mit dem Erreichen des Punktes A′ bzw. A beginnt die gespeicherte Zeitdauer t_r zu laufen. Spätestens nach dem Ablauf der Zeitdauer t_r ab dem Punkt A oder A′ wird die Polaritätsumkehr beendet. Fällt der tatsächliche Durch flußmeßwert schon vor dem Ablauf der Zeitdauer t_r entsprechend den Punkten B′ oder B auf den unteren Referenzwert U_ur oder den tatsächlichen minimalen Durchflußmeßwert U_smin ab, so wird auch vor Ablauf der Zeitdauer t_r die Polaritätsumkehr des Durchflußmeßwertes U_s beendet, nämlich beim Erreichen des Punktes B′ bzw. B.

Die Beendigung der Polaritätsumkehr kann auch nach einer anderen Ausgestaltung dadurch bewirkt werden, daß aus der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 18 die Schwingungsdauer t_p der pulsierenden Luft ermittelt wird und die Polaritäts umkehr des tatsächlichen Durchflußmeßwertes U_s dann rück gängig gemacht wird, wenn seit dem Absinken des tatsächli chen Durchflußmeßwertes U_s auf den oberen Referenzwert U_or, also seit dem Erreichen des Punktes C, die halbe Schwin gungsdauer t_p/2 vergangen ist. Die Schwingungsdauer t_p der pulsierenden Luftmasse bestimmt sich aus der Drehzahl n für eine Vierzylinder/Viertakt-Brennkraftmaschine zu t_p = 1/2 n.

Eine Beendigung der Polaritätsumkehr des tatsächlichen Durchflußmeßwertes U_s vor dem Ablauf der ab dem Punkt A bzw. A′ zählenden Zeitdauer t_r kann auch bei einer ande ren Ausführung dann erfolgen, wenn seit dem maximalen tatsächlichen Durchflußmeßwert U_smax im Punkt D eine Zeit (t_r + t_p)/2 vergangen ist, die der Hälfte der Summe aus der Zeitdauer t_r für die Rückströmung und der Schwin gungsdauer t_p entspricht.

Nach einer weiteren Ausführungsform kann die Polaritäts umkehr des tatsächlichen Durchflußmeßwertes U_s, die in dem Punkt A bzw. A′ begann, dann beendet werden, wenn vor Erreichen der in diesen Punkten beginnenden Zeitdauer t_r seit dem Erreichen des oberen Referenzwertes U_or im Punkt E durch den tatsächlichen Durchflußmeßwert U_s eine Zeit (t_r + t_p/2) vergangen ist, die der Summe aus der Zeitdauer t_r für die Rückströmung und der halben Schwingungsdauer t_p/2 entspricht.

Die jeweiligen Schaltvorgänge werden im elektronischen Steuergerät in bekannter Weise vorgenommen.

Durch die erfindungsgemäße Polaritätsumkehr des tatsächli chen Durchflußmeßwertes U_s bei Strömungsumkehr wird ein Meßfehler des Durchflußmeßorgans verhindert.

Claims

1. Verfahren zur Messung der von einer Brennkraftmaschine angesaug ten pulsierenden Luftmasse in einem Strömungsquerschnitt mittels ei nes Durchflußmeßorganes, das einen einem Durchflußwert (Q) der Luft masse zugeordneten Durchflußmeßwert (U_s) liefert und zur Korrektur des Durchflußmeßwertes (U_s) bei Rückströmung, dadurch gekennzeich net, daß in Abhängigkeit von der Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine (18) ein oberer Referenzwert (U_or) bestimmt wird, oberhalb dessen eine Rückströmung der Luft stattfindet, wozu der maximale mittlere Durchflußwert (Q_mv) ermittelt und verdoppelt wird und der obere Referenzwert (U_or) dem doppelten maximalen mittleren Durchflußwert (2 Q_mv) entspricht, daß der vom Durchflußmeßorgan (3, 11) gelie ferte tatsächliche Durchflußmeßwert (U_s) mit dem oberen Referenz wert (U_or) verglichen wird und bei Erreichen des oberen Referenz wertes (U_or) durch den tatsächlichen Durchflußmeßwert (U_s) eine Zeitdauer (t_r) zu laufen beginnt, die endet, wenn der tatsächliche Durchflußmeßwert (U_s) wieder auf den oberen Referenzwert (U_or) abgesunken ist und daß die Zeitdauer (t_r) gespeichert und zur Kor rektur des Durchflußmeßwertes (U_s) bei Rückströmung (16) abgerufen wird, wobei die Polarität des tatsächlichen Durchflußmeßwertes (U_s) längstens für die gespeicherte Zeitdauer (t_r) umgekehrt wird, wenn der tatsächliche Durchflußmeßwert (U_s) einen bestimmten unteren Referenzwert (U_ur, U_smin) erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polaritätsumkehr des tatsächlichen Durchflußmeßwertes (U_s) beendet wird, wenn der tatsächliche Durchflußmeßwert (U_s) ein weiteres Mal den bestimmten unteren Referenzwert (U_ur, U_smin) erreicht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als unterer Referenzwert (U_ur) der tatsächliche minimale Durchflußmeßwert (U_smin) dient.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine (18) die Schwingungsdauer (t_p) der pulsierenden Luft ermittelt und die Polaritätsumkehr des tatsächlichen Durchflußmeßwertes (U_s) beendet wird, wenn seit dem Absinken des tatsächlichen Durchflußmeßwertes (U_s) auf den oberen Referenzwert (U_or) die halbe Schwingungsdauer (t_p/2) vergangen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine (18) die Schwingungsdauer (t_p) der pulsierenden Luft ermittelt und die Polaritätsumkehr des tatsächlichen Durchflußmeßwertes (U_s) beendet wird, wenn seit dem maximalen tatsächlichen Durchflußmeßwert (U_smax) eine Zeit ((t_r+t_p)/2) vergangen ist, die der Hälfte der Summe aus der Zeitdauer (t_r) für die Rückströmung (16) und der Schwingungsdauer (t_p) entspricht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine (18) die Schwingungsdauer (t_p) der pulsierenden Luft ermittelt und die Polaritätsumkehr des tatsächlichen Durchflußmeßwertes (U_s) beendet wird, wenn seit dem Erreichen des oberen Referenz wertes (U_or) durch den tatsächlichen Durchflußmeßwert (U_s) eine Zeit (t_r + t_p/2) vergangen ist, die der Summe aus der Zeitdauer (t_r) für die Rückströmung der halben Schwingungs dauer (t_p/2) entspricht.