Die vorliegende Erfindung betrifft einen intelligenten Luft
mengenmesser, insbesondere zur Anwendung auf KFZ-Verbrennungs
motoren.The present invention relates to intelligent air
flow meter, in particular for use in automotive combustion
Engines.
In der Automobiltechnik werden derzeit zur Messung der von
Ottomotoren angesaugten Luftmenge überwiegend mechanische
Stauklappen-Luftmengenmesser verwendet. Andere bekannte Meß
einrichtungen, nämlich der Wirbelstraßen-Luftmengen-Messer und
"thermische" Luftmengen-Messer nach dem Hitzdraht- oder Heiß
filmverfahren, finden wegen der noch unzureichend gelösten
technischen Probleme nur zögernd Anwendung, obwohl für nicht-
mechanische Luftmengen-Messer im Prinzip ein großer Bedarf
bestünde.In automotive engineering are currently used to measure the
The amount of air sucked into gasoline engines is predominantly mechanical
Damper airflow meter used. Other known measuring
devices, namely the vortex street air flow meter and
"Thermal" airflow meter after hot wire or hot
film process, because of the still insufficiently resolved
technical problems reluctant to use, although for non-
mechanical air flow meter in principle a great need
exist.
Probleme bei dem HLM (= Hitzdraht- oder Heißfilm-Luftmengen-
Messer) ergeben sich durch seine Anfälligkeit gegen Verände
rungen der Kalibrationskonstanten bei Ablagerungen oder
Abrasion, seine Empfindlichkeit gegenüber Strömungsprofilein
flüssen und insbesondere die Tatsache, daß Strömungen unab
hängig von ihrer Richtung bewertet werden, was bei transienten
Rückströmungen zu starken Verfälschungen der Meßresultate
führen kann. Desweiteren erweist sich die stark nichtlineare
Kennlinie, die bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten sehr flach
verläuft und bei pulsierenden Strömungen zu Mittelungsfehlern
führt, als problematisch. Dem gegenüber stehen die Nachteile
des WLM (= Wirbelstraßen-Luftmengen-Messer), der nur auf
Strömungen in einer Richtung anspricht und der ohne besondere
Maßnahmen nur die Geschwindigkeit des Luft-Volumenflusses,
nicht aber die eigentlich interessante Geschwindigkeit des
Luft-Mengenflusses zu messen vermag.Problems with the HLM (= hot wire or hot film air volume -
Knife) result from its susceptibility to change
calibration constants for deposits or
Abrasion, its sensitivity to flow profiles
flow and especially the fact that currents
depending on their direction, what is transient
Backflows to falsify the measurement results
can lead. Furthermore, the strongly non-linear one turns out to be
Characteristic curve that is very flat at high flow velocities
runs and with pulsating flows to averaging errors
leads as problematic. This is offset by the disadvantages
of the WLM (= vortex street air volume meter), which only on
Currents appeal in one direction and that without any particular
Measures only the speed of the air volume flow,
but not the really interesting speed of the
Air volume flow is able to measure.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Luftmengenmesser der eingangs genannten Art zu schaffen, der
die unterschiedlichen Nachteile der bekannten Luftmengen-Meß
prinzipien auf relativ kostengünstige Weise zuverlässig und mit
einfachen Mitteln durch Zusammenwirken unterschiedlicher Meß
prinzipien aufhebt.The present invention is based on the object
To create air flow meter of the type mentioned, the
the different disadvantages of the known air volume measurement
principles reliable and with in a relatively inexpensive way
simple means by interaction of different measuring
principles abolishes.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch einen
intelligenten Luftmengenmesser gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 gelöst, der durch die in dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale charakterisiert
ist.The object underlying the invention is achieved by a
intelligent airflow meter according to the generic term of the
Claim 1 solved by the in the characterizing
Characterized part of claim 1 specified features
is.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in
den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are characterized by the in
the features specified in the subclaims.
Die vorliegende Erfindung besteht im Grunde genommen darin, die
beiden Prinzipien, "WLM" und "HLM", zu einem "Smart-Sensor"
(= "Intelligenter Sensor") zu kombinieren. Dabei wird von dem
Gedanken ausgegangen, daß die Probleme der einzelnen Prinzipien
unterschiedlicher Natur sind und daß außerdem die problemati
schen Betriebsbereiche, die aufwendige Präzision erfordern, bei
den Meßprinzipien unterschiedlich liegen. Somit ergibt sich
durch die Kombination der Meßprinzipien die Möglichkeit, die
Probleme der Einzelmeßprinzipien zu eliminieren und den Aufwand
für die notwendige Präzision erheblich zu vermindern. Ein er
findungsgemäß ausgeführter Luftmengenmesser könnte gegenüber
einem nach einem der Einzel-Verfahren ausgeführten neben ver
besserter Funktion u. U. sogar noch Preisvorteile bieten. Die
elektronische Schaltung des erfindungsgemäßen intelligenten
Luftmassenmessers ist z. B. mittels eines integrierten Mikro
kontrollers zu verwirklichen, z. B. mit einem des Typs SAB
80 535 der Siemens AG. Bei entsprechender Stückzahl könnte die
intelligente elektronische Auswertung auch als "ASIC"
(Application Specific IC) ausgeführt werden.The present invention basically consists in the
two principles, "WLM" and "HLM", to a "smart sensor"
(= "Intelligent sensor") to combine. Thereby from
Thought that the problems of each principle
are different in nature and that in addition the problemati
operating areas that require complex precision
the measuring principles are different. Hence it follows
by combining the measuring principles, the possibility of
Eliminate problems of single measurement principles and the effort
for the necessary precision. A he
Air flow meter designed according to the invention could be compared
one carried out according to one of the individual processes in addition to ver
better function u. May even offer price advantages. The
electronic circuit of the intelligent according to the invention
Air mass meter is e.g. B. by means of an integrated micro
to implement controllers, e.g. B. with one of the type SAB
80 535 from Siemens AG. With a corresponding number of pieces, the
intelligent electronic evaluation also as "ASIC"
(Application Specific IC) are executed.
Denkbare Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung
werden nachfolgend stichpunktartig beschrieben:Conceivable embodiments and refinements of the invention
are described briefly below:
-
a) Kalibration des HLM durch den WLM in einem gemeinsamen
guten Arbeitsbereich.a) Calibration of the HLM by the WLM in a common
good workspace.
-
b) Durch Kalibration an zwei oder mehreren Arbeitspunkten und
Berücksichtigung der Form der Kennlinien (WLM linear, HLM
gekrümmt) wird zusätzlich eine gegenseitige Kalibration nach
Luftmenge ermöglicht.b) By calibration at two or more working points and
Consideration of the shape of the characteristic curves (WLM linear, HLM
curved) is additionally a mutual calibration
Air volume allowed.
-
c) Kalibrationskonstanten werden in einem RAM oder EEPROM
gespeichert und bei Abweichung zu aus aktuellen Messungen
ermittelten Werten (evtl. adaptiv) erneuert.c) Calibration constants are stored in a RAM or EEPROM
saved and in the event of a deviation from current measurements
determined values (possibly adaptive) renewed.
-
d) Bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten wird mit hoher
Auflösung (steiler Kennlinie) mit dem HLM gemessen; dies
ermöglicht einfache Auswerteverfahren (z. B. FM-Demodula
tion) beim WLM.d) At low flow velocities with high
Resolution (steep characteristic curve) measured with the HLM; this
enables simple evaluation methods (e.g. FM demodula
tion) at the WLM.
-
e) Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten wird die Auswertung
vorwiegend auf den WLM wegen dessen linearer Kennlinie und
dessen hoher zeitlichen Auflösung gestützt. Die proble
matische präzise Auswertung der in diesem Bereich sehr
flachen Kennlinie des HLM wird dann normalerweise über
flüssig.e) At high flow rates, the evaluation
mainly on the WLM because of its linear characteristic and
supported its high temporal resolution. The problem
matic precise evaluation of the very in this area
flat characteristic of the HLM is then usually about
liquid.
-
f) Durch Vergleich mit WLM kann beim HLM die Richtung der
Strömung unterschieden werden.f) By comparison with WLM, the direction of the
Flow can be distinguished.
-
g) Während einer Rückströmung und evtl. während des "An
fahrens" der Wirbelstraße gilt der vom HLM gemessene Wert.g) During a backflow and possibly during the "On
driving "of the vortex street applies the value measured by the HLM.
-
h) Die Luftdichte ergibt sich als Quotient der Meßwerte von
HLM und WLM. Die Temperatur der Luft kann auch aus der
Schallgeschwindigkeit, die sich bei der Ultraschall-Ab
tastung der Wirbel als Laufzeit oder Phase äußert, ermittelt
werden. Aus Dichte und Temperatur folgt Luftdruck.
h) The air density is the quotient of the measured values of
HLM and WLM. The temperature of the air can also come from the
Speed of sound, which is the case of the ultrasound Ab
palpation of the vertebrae expressed as runtime or phase
will. Air pressure follows from density and temperature.
-
i) Auf Grund der fortwährenden Kalibrierung und Überwachung
kann beim HLM u. U. auf die analoge Differenzbildung einer
Brückenanordnung verzichtet werden. Es können einfache be
heizte Leiter - von einer Spannungs- oder Stromquelle ge
speist - oder in einer Spannungsteilerschaltung verwendet
werden. Die an bzw. in der Meßanordnung auftretenden
Spannungs- oder Stromwerte können nach Analog-Digital-Wand
lung in einen µC eingespeist werden und gegenseitig sowie
mit anderen Werten (Temperatur, WLM-Wert) verrechnet werden.i) Due to ongoing calibration and monitoring
can at the HLM u. U. on the analog difference formation of a
Bridge arrangement can be dispensed with. It can be simple
heated conductor - from a voltage or current source
feeds - or used in a voltage divider circuit
will. The occurring on or in the measuring arrangement
Voltage or current values can be after analog-digital wall
be fed into a µC and each other as well
can be offset against other values (temperature, WLM value).
-
j) Die Detektion der Wirbel könnte u. U. mit dem Hitzdraht
bzw. den Hitzdrähten (Heißfilm(en)) des HLM erfolgen; auf
der Ultraschall-Detektion der Wirbel könnte dann ver
zichtet werden.j) The detection of the vertebrae could u. U. with the hot wire
or the hot wires (hot film (s)) of the HLM; on
the ultrasound detection of the vertebrae could then ver
to be waived.
-
k) Der Hitzdraht (Heißfilm) und/oder auch die Anordnung der
elektronischen Auswerteschaltung ist mit dem Störkörper
mechanisch verbunden oder als gemeinsame mechanische Ein
heit, eventuell auch als in einen Luftansaugkanal einführ
bare Sonde ausführbar. Dabei kann bedarfsweise ein Tempera
tursensor in den Störkörper integriert werden.k) The hot wire (hot film) and / or the arrangement of the
electronic evaluation circuit is with the interference body
mechanically connected or as a common mechanical one
unit, possibly also as an air intake duct
bare probe executable. If necessary, a tempera
door sensor can be integrated into the interference body.
Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Durchflußmeßein
richtung nicht auf die Anwendung als Luftmengenmesser für
Ottomotoren beschränkt. Weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben
sich beispielsweise in der industriellen Durchflußmeßtechnik.Of course, the flow measurement according to the invention is
direction towards the application as an air flow meter for
Petrol engines limited. There are further possible uses
for example in industrial flow measurement technology.