DE3231928A1

DE3231928A1 - Verfahren und messvorrichtung zur messung der masse eines in einem stroemungsquerschnitt stroemenden pulsierenden mediums

Info

Publication number: DE3231928A1
Application number: DE19823231928
Authority: DE
Inventors: Heiko Dipl.-Phys. Dr. 5712 Beinwil am See Gruner; Thomas Dipl.-Ing.(FH) 7000 Stuttgart Mölkner; Günther Dipl.-Ing. 7024 Filderstadt Plapp; Peter Ing.(Grad.) 7000 Stuttgart Romann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-08-27
Filing date: 1982-08-27
Publication date: 1984-03-01

Description

Verfahren und Meßvorrichtung 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 Meßvorrichtung nach der Gattung des Anspruches 7. Es ist schon eine Meßvorrichtung bekannt, bei deren Anwendung zur Messung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse das Meßsignal einen Fehler aufweist, der darauf beruht, daß die Meßvorrichtung 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 Mediums masse korrekt ermittelt und Fehler des Meßsignales infolge Strömungsumkehr verhindert werden. Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung zur Messung der Masse eines in einem Strömungsquerschnitt strömenden pulsierenden Mediums mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 7 hat den Vorteil, daß mit einfachen Mitteln ein Meßsignal ermittelt werden kann, das 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-Meßvorrichtung nach Anspruch 7 möglich.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematisch dargestellte Meßvorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 1.
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 ein temperaturabhängiger Meßwiderstand 3, z.B. ein Heißschicht- bzw. Eeißfilmwiderstand oder ein Ritzdraht, der von der Ausgangsgröße eines Reglers durchflossen wird und gleichzeitig die Eingangsgröße für den Regler liefert. Die Temperatur des tempperaturabhangigen 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 siQh der temperaturabhängige Meßwiderstand 3 stärker ab. Dies Abkühlung wird an den Eingang des Reglers zurückgemeldet, so daß dieser seine Ausgangsgröße so erhöht, daß sich wiederum der festgelegte Temperaturwert an dem temperaturabhangigen 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 4 zusammen einen ersten Brückenzweig, dem ein aus den biiden festen Widerständen 5 und 6 aufgebauter zweiter Brückenzwelg 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 angeschlossen sind, so daß seine Ausgangsgroße die Brücke mit Betriebsspannung bzw. mit Betriebsstrom Versorgt. Die als Stellgröße US bezeichnete Ausgangsgröße iet 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 Eingangsspannung des Verstarkers 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 Bruckenspeisespannung bzw. den Bruckenstrom auf einen Wert, für den die Brücke wieder abgeglichen oder in vorgegebener Weise verstimmt ist. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 11, die Steuerspannung Us, 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 temperaturabhängigen Widerstand 14 in den zweiten Brückenzveig zu schalten. Dabei ist die Größe der Widerstände 5, 6 und 14 so zu wählen, daß die Verlustleistung des temperaturabhängigen Widerstandes 14, die durch den ihn durchfließenden Zweigstrom erzeugt wird, so gering ist, daß sich die Temperatur dieses Widerstandes 14 praktisch nicht mit den Änderungen der Brückenspannung verändert, sondern stets der Temperatur des vorbeiströmenden Mediums entspricht.
Die temperaturabhängigen Widerstande 3 und 14 können in einem Sondenring 17 gelagert sein, der eine Durchgangsöffnung 18 hat und konzentrisch zum Strömungsquerschnitt 1 in diesem angeordnet ist. Der Sondenring 17 kann durch einen Steg 19 mit der Wandung des Strömungsquerschnittes 1 in Verbindung stehen. Wie auch in Figur 2 dargestellt ist, kann in die Durchgangsöffnung 18 des Sondenrings 17 ein Federkörper 20 ragen und zwar stromabwärts der Widerstände 3, 14, der dreieckförmig ausgebildet entlang seiner einen Seitenlinie im Steg 19 gehäusefest eingespannt ist. An der in die Durchgangsöffnung 18 ragenden Spitze 22 des quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Federkörpers 20 ist ein Staukörper 23 befestigt, der beispielsweise entsprechend der kreisförmigen Durchgangsöffnung 18 ebenfalls kreisförmig ausgebildet ist und dessen Mittelpunkt mit der Spitze 22 des Federkörpers zusammenfällt. Der Steg 19 kann gleichzeitig als Anströmschutzkörper ausgebildet sein, der den Federkörper 20 soweit umgibt, daß nur der Staukörper 23 in die Durchgangsöffnung 18 ragt und von der Mediumströmung beaufschlag wird. Um sich in Strömungsrichtung durchbiegen zu- können, verläuft der Federkörper 20 dabei in einer Aussparung 24 des Steges 19. Auf dem Federkörper 20 ist eine Widerstandsmeßbrücke 25, vorzugsweise in Dünnschichttechnik aufgebracht, angeordnet, die mindestens einen, vorzugsweise zwei aktive Dehnungsmeßstreifen 26 aufweist, die symmetrisch zur Mittellinie des dreieckförmigen Federkörpers liegen.
Zwei inaktive Widerstände 27 vervollständigen die Meßbrücke 25. Die Meßbrücke 25 ist an einen elektrischen Stromkreis angeschlossen, der über eine Leitung 28 mit dem Eingang eines elektronischen Steuergerates 30 bekannter Bauart verbunden ist, das zum Beispiel Teil einer elektronischen Kraftstoffeinspritzanlage ist und elektromagnetische Kraftstoffeinspritzventile 31 ansteuert und an dem ebenfalls der Ausgang des Verstärkers 11, der das MeBsignal U5 entsprechend der Masse des strömenden Mediums liefert, liegt.
Der Federkörper 20 mit dem Staukörper 23 kann auch außerhalb des Sondenrings 17 in den Strömungsquerschnitt 1 ragen.
Bei einer Strömung in Richtung der Pfeile 2 kann nun infolge der Durchbiegung des Federkörpers 20 die Meßbrücke 25 derart verstimmt werden, daß das die stromende Mediummasse darstellende Meßsignal U5 im elektronischen Steuergerat 30 unbeeinflußt bleibt, während bei einer Strömungsumkehr des Mediums entgegen der Strömungsrichtung 2 die Durchbiegung des Federkörpers 20 ebenfalls in umgekehrter Richtung erfolgt und an der Meßbrücke 25 eine Spannung mit umgekehrter Polarität auftritt, durch die der gemessene Betrag des Meßsignales bei dieser Strömungsrichtung im elektronischen Steuergerät 30 von dem Meßsignal abgezogen wird, das bei erwünschter Strömungsrichtung 2 ermittelt wurde. Die errindungsgemäße Meßvorrrichtung erlaubt also auch bei pulsierender Strömung die Ermittlung eines der strömenden Mediummasse entsprechenden korrekten Meßsignales ohne eines durch die Pulsation hervorgerufenen Fehlerteiles.
L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Messung der Masse eines in einem Strömungsquerschnitt strömenden pulsierenden Mediums, insbesondere zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen mit einer Meßvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen im Strömungsquerschnitt (1, 18) angeordneten Strömungsrichtungsgeber (20, 23, 25) mit mindestens einem Dehnungsmeßstreifen (26) das Meßsignal (Us) der Meßvorrichtung derart beeinflußbar ist, daß das Meßsignal (U8) nur ein Maß der in einer bestimmten Strömungsrichtung fließenden Mediummasse darstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsrichtungsgeber (20, 23, 25) einen Federkörper (20) mit einer darauf angeordneten, mindestens einen Dehnungsmeßstreifen (26) enthaltenden Widerstandsmeßbrücke (25) auSweist und das eine Ende (21) des Federkörpers (20) gehausefest eingespannt ist, während das andere Ende (22) in Abhängigkeit von der Mediumströmung in Strömungsrichtung des Mediums eine Biegebewegung durchführen kann.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper (20) dreieckförmig ausgebildet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dreieckförmige Federkörper (20) entlang einer Seitenlinie gehäusefest eingespannt ist und quer zur Strömung mit einer Spitze (22) in den Strömungsquerschnitt (1, 18) ragt, an der ein Staukörper (23) befestigt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper (20) so weit von einem Anströmschutzkörper (19) umgeben ist, daß nur der Staukörper (23) und der durch den Staukörper (23) überdeckte Bereich des Federkörpers (20) von der Mediumströmung beaufschlagbar ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der strömenden Mediummasse mindestens ein temperaturabhangiger Widerstand (3) dient.
7. Meßvorrichtung zur Messung der Masse eines in einem Strömungsquerschnitt strömenden pulsierenden Mediums, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens zur Messung der Masse eines in einem Strömungsquerschnitt strömenden pulsierenden Mediums nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit mindestens einem Dehnungsmeßstreifen (26) versehener Strömungsrichtungsgeber (20, 23, 25) vorgesehen ist, der auf Biegung beanspruchbar in den Strömungsquerschnitt (1, 18) ragt und durch dessen Ausgangssignal das Meßsignal (Us) der 5 Meßvorrichtung derart beeinflußbar ist, daß es nur ein Maß der in einer bestimmten Strömungsrichtung (2) fliessenden Mediummasse darstellt.
8. Meßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsrichtungsgeber (20, 23, 25) einen Federkörper (20) mit einer darauf angeordneten, mindestens einen Dehnungsmeßstreifen (26) enthaltenden Widerstandsmeßbrücke (25) aufweist und das eine Ende (21) des Federkörpers (20) gehausefest eingespannt ist, während das andere Ende (22) in Abhangigkeit von der Mediumströmung in Strömungsrichtung des Mediums eine Biegebewegung durchführen kann.
9. Meßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper (20) dreieckförmig ausgebildet ist.
10. Meßvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dreieckförmige Federkörper (20) entlang einer Seitenlinie gehäusefest eingespannt ist und quer zur Strömung mit einer Spitze (22) in den Strömungsquerschnitt (1, 18) ragt, an der ein Staukörper (23) befestigt ist.
11. Meßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper (20) so weit von einem Anströmschutzkörper (19) umgeben ist, daß nur der Staukörper (23) und der durch den Staukörper (23) überdeckte Bereich des Federkörpers (20) von der Mediumströmung beaufschlagbar ist.
12. Meßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der strömenden Mediummasse mindestens ein temperaturabhängiger Widerstand (3) dient.