DE3935778A1 - Vorrichtung zur messung der masse eines stroemenden mediums - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums nach den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Um die Masse eines strömenden Mediums zu messen, werden bekanntlich die zur Gruppe der thermischen Sensoren gehö­ renden Heißfilmluftmassenmesser verwendet, deren Meßprin­ zip darin besteht, einen beheizten Widerstand im Luftstrom vorzusehen und zusammen mit einem Lufttemperaturfühler in einer elektrischen Brückenschaltung anzuordnen. Dabei be­ stimmt die Brückenausgangsspannung den Heizstrom, welcher den Heizwiderstand auf konstanter Temperatur halten muß.

Aus der DE 29 00 210 C2 ist z.B. eine derartige Vorrich­ tung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums be­ kannt, bei der ein mit Heißfilmen versehenes plattenförmiges thermisches Meßelement in der Strömung der Ansaugluftmasse angeordnet ist.

Die Anwendung einer Ausführung dieser Art führt dazu, daß bei stark pulsierender Strömung mit Richtungsumkehr im Strömungsmeßrohr bzw. Ansaugrohr Meßfehler nicht zu ver­ meiden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums mit ein­ fachen Mitteln dahingehend zu verbessern, daß die bei rasch wechselnden Luftmassen auftretenden Meßungenauig­ keiten vermieden werden.

Zur Lösung der Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Durch die besondere Anordnung und Ausbildung des Meßele­ mentes mit jeweils einem in und entgegen der Strömungs­ richtung liegenden Heißfilm sowie durch die besondere Auswertung der Meßsignale beider Heißfilme ist auch eine bei Strömungspulsation aussagefähige Luftmassenmessung als Lasterfassung erreichbar. Die genaue Messung der ange­ saugten Luftmasse ergibt sich insbesondere dadurch, daß die jeweilige Strömungsrichtung im Strömungsmeßrohr er­ kannt und entsprechend ausgewertet wird.

Meßfehler, die seither bei stark pulsierender Strömung mit Strömungsrichtungsumkehr dazu führten, daß der Rückwärts­ strom zum Vorwärtsstrom addiert wurde, treten nicht mehr auf.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung veran­ schaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a im Ansaugrohr das erfindungsgemäße Meßelement als Plattensonde,

Fig. 1b den Strömungsablösungsbereich des Meßelementes bei Strömungsumkehr,

Fig. 2 das Meßelement als Konushülsensonde,

Fig. 3 das Meßelement als Zylindersonde und

Fig. 4 das Meßelement als Kugelsonde,

Fig. 5 in schematischer Darstellung eine Auswerteelektronik.

Im Ansaugrohr 1 einer für Kraftfahrzeuge vorgesehenen Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) ist im Wege der Luftmassenströmung ein thermisches Meßelement 2 in der Ausführung als Heißfilmluftmassenmesser angeordnet. Das Meßelement 2 ist plattenförmig ausgebildet und an seiner Oberseite und Unterseite mit Heißfilmen 2 a, 2 b als be­ heizte Heißschichtwiderstände versehen. Das plattenförmige Meßelement 2 ist im Luftmassenstrom nicht parallel, son­ dern schräg angeordnet, derart, daß gemäß Fig. 1a der obenliegende Heißfilm 2 a durch den Luftmassenstrom - die Richtung ist durch einen Pfeil gekennzeichnet - vollstän­ dig angeströmt wird, während der untenliegende Heißfilm 2 b im Totwasser liegt bzw. einen durch Winkel dargestellten Strömungsablösungsbereich 3 bildet.

In Fig. 1b verhält es sich durch die Rückwärtsströmung - siehe Pfeil - umgekehrt, d.h., der Strömungsablösungsbe­ reich 3 befindet sich am obenliegenden Heißfilm 2 a, wäh­ rend der untenliegende Heißfilm 2 b voll angeströmt wird.

Der jeweils im Totwasser liegende Heißfilm zeigt den ge­ ringeren Luftmassenstrom an. Die Auswerteelektronik ist so ausgelegt, daß von den Meßsignalen der beiden Heißfilme 2 a, 2 b nur das vom Betrag her den höheren Luftmassenstrom erfassende Meßsignal ausgewertet und dem das höhere Meß­ signal liefernden Heißfilm 2 a oder 2 b zur Erkennung der Strömungsrichtung zugeordnet wird.

In Fig. 5 sind die Heißfilme 2 a, 2 b als Stromquellen dar­ gestellt, deren Meßströme über Meßwiderstände 3, 4 in Spannungen umgewandelt und einerseits den die höhere Spannung auswählenden Dioden 5, 6 und andererseits einem Komparator 7 zugeführt werden, deren Ausgangssignale im Multiplizierer 8 so verknüpft werden, daß der einen Strömungsrichtung in Fig. 1a ein positives und der anderen Strömungsrichtung in Fig. 1b ein negatives Ausgangssignal zugeordnet wird. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 8 kann über einen Analog/Digitalumwandler 9 (A/D) einem Mi­ krocomputer 10 (MC) zugeführt werden.

In Fig. 2 ist das Meßelement 2 in einer anderen Gestal­ tungsform gezeigt, nämlich als Konushülsensonde, deren Heißfilme außen- und innenwandig angeordnet sind. Die ge­ genüber der Auslaßöffnung 4 größere Eintrittsöffnung 5 der Konushülse liegt stromauf der Strömungsrichtung.

In Fig. 3 ist das Meßelement 2 als Zylindersonde ausge­ bildet, deren Heißfilme vorzugsweise zentral im Ansaugrohr 1 plaziert sind und den Zylinderumfang jeweils nahezu halbseitig bedecken. Der Heißfilm 2 a ist dabei der Luft­ massenströmung voll ausgesetzt, während der Heißfilm 2 b im Strömungsablösungsbereich liegt.

In Fig. 4 ist das Meßelement 2 als Kugelsonde ausgebildet. Die Anordnung der Heißfilme entspricht derjenigen nach Fig. 3, abgesehen von der annähernden Halbkugelform beider Heißfilme 2 a, 2 b.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, bei der in einem Strömungsmeßrohr, insbesondere im Ansaugrohr einer für Kraftfahrzeuge vorgesehenen Brennkraftmaschine, ein in der Strömung des Mediums Heiß­ filme aufweisendes thermisches Meßelement mit einem Heiz­ widerstand und einem Lufttemperaturfühler angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei einander gegenüberliegenden Heißfilmen (2 a, 2 b) des Meßelementes (2) je nach Strömungsrichtung der eine Heißfilm vollständig anströmbar ist, während der an­ dere im Strömungsablösungsbereich (Totwasser) liegt, und daß von den Meßsignalen der beiden Heißfilme (2 a, 2 b) nur das vom Betrag her den höheren Luftmassenstrom erfassende Meßsignal ausgewertet und dem das höhere Meßsignal lie­ fernden Heißfilm (2 a; 2 b) zur Erkennung der Strömungsrich­ tung zugeordnet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Heißfilmen (2 a, 2 b) Meßwiderstände (3, 4) zugeordnet sind, über die Meßströme einerseits die höhere Spannung auswählenden Dioden (5, 6) und andererseits einem Kompara­ tor 7 zuführbar sind, wobei die Ausgangssignale in einen Multiplizierer (8) so verknüpfbar sind, daß der einen Richtung der Luftmassenströmung ein positives und der an­ deren Richtung der Luftmassenströmung ein negatives Aus­ gangssignal zugeordnet und schließlich über einen Ana­ log/Digitalumwandler (9) einem Mikrocomputer (10) zuge­ führt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (2) als Plattensonde ausgebildet und unter einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung angeord­ net ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (2) als Konushülsensonde ausgebildet ist, deren stromauf liegende Eintrittsöffnung (5) größer ist als die stromab liegende Austrittsöffnung (4).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (2) als Zylindersonde ausgebildet ist, deren beide Heißfilme (2 a, 2 b) tragender Abschnitt vor­ zugsweise zentral im Strömungsmeßrohr (1) liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (2) als Kugelsonde ausgebildet ist, deren beide Heißfilme (2 a, 2 b) tragender Abschnitt vor­ zugsweise zentral im Strömungsmeßrohr (1) liegt.