DE4410789A1 - Verfahren zur Korrektur des Ausgangssignales eines Luftmassenmessers - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur des Pulsationsfehlers im Ausgangssignal eines Luftmassenmessers, der Rückströmungserkennung ermöglicht, nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Zur Erfassung der von Brennkraftmaschinen angesaugten Luftmassen werden Luftmassenmesser, die beispielsweise nach dem Heißfilmprinzip arbeiten, verwendet. Diese weisen üblicherweise ein beheiztes Element auf, das in dem zu messenden Luftstrom liegt und durch diesen gekühlt wird. Da beim Betrieb der Brennkraftmaschine Bedingungen auftreten können, unter denen Pulsationen der Ansaugluft auftreten können, weisen einige Luftmassenmesser Temperatursensoren auf, mit deren Hilfe die Temperaturdifferenz stromauf und stromab von einem Heizbereich ermittelt werden kann, dadurch ist es möglich, die Strömungsrichtung zu erkennen. Es kann bei solchen Luftmassenmessern auch eine Kennlinie mit einem Bereich für rückströmende Luft definiert werden. Unter Kennlinie ist dabei der Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung des Luftmassenmessers und der Luftmasse zu verstehen. Ein solcher Luftmassenmesser ist beispielsweise aus der DE-OS 43 24 040 bekannt.

Trotz der Rückströmungserkennung ist die Anzeige bei einem solchen Luftmassenmesser bei pulsierender Luftströmung mit Rückströmung nicht ganz richtig. Es wird üblicherweise vom Sensor bzw. Luftmassenmesser zu wenig Luftmasse angezeigt. Die Ursache dafür liegt in der zwar relativ geringen, jedoch vorhandenen thermischen Trägheit des Meßprinzips.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch beim Auftreten von Rückströmungen eine sehr hohe Genauigkeit der Luftmassenerfassung und damit der Erfassung des Lastwertes der Brennkraftmaschine möglich ist. Ermöglicht wird dies, indem der Kennlinienbereich des Luftmassenmessers, der den pulsierenden Betrieb der Brennkraftmaschine charakterisiert, so geändert wird, daß die mittlere angezeigte Luftmasse des Luftmassenmessers bei Pulsation mit Rückströmung der tatsächlich vom Motor angesaugten Luftmasse entspricht.

Da der Kennlinienbereich der Rückströmung ausschließlich bei pulsierendem Betrieb der Brennkraftmaschine erreicht wird, wird in vorteilhafter Weise eine Korrektur nur bei erkannter Rückströmung durchgeführt. Bei nicht pulsierendem Betrieb wird mit der üblichen Kennlinie gearbeitet, es ist dann keine Korrektur erforderlich.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen Fig. 1a einen Luftmassenmesser, wie er beispielsweise aus der DE-OS 43 24 040 bekannt ist, Fig. 1b eine mögliche Auswerteschaltung, Fig. 2 die Kennlinie eines solchen Luftmassenmessers einschließlich der erfindungsgemäßen Kennlinienbeeinflussungen und Fig. 3 einen Zeitverlauf der pulsierenden Luftmasse.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem in Fig. 1a dargestellten bekannten Luftmassenmesser ist das Sensorelement 10 auf einem Träger 11 angeordnet. Es befindet sich in den durch den Pfeil 12 angedeuteten Medienstrom, also beispielsweise der strömenden Luft im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine.

Das Sensorelement 10 weist dabei einen Rahmen 13 aus einkristallinem Silizium sowie eine dielektrische Membran 14 auf, auf der ein Heizer 15 sowie zwei Temperaturmeßfühler 16, 17 und ein Heizertemperaturfühler 18 angeordnet sind. Über Bondpads 19 und Bonddrähte 20 sind die auf dem Sensorelement 10 angeordneten Elemente mit auf den Träger 11 gelegenen Dickschichtschaltungen, die aus Dickschichtleiterbahnen 21 sowie Dickschicht- bzw. Dickfilmwiderständen 22, 23 bestehen, verbunden. Die genauen Ausgestaltungen sowie Variationsmöglichkeiten sind dabei der DE-OS 43 24 040 zu entnehmen.

Die beiden Temperaturmeßfühler 16, 17 werden vom Heizer 15 auf eine Temperatur gebracht, die über der Temperatur des ungestörten strömenden Mediums liegt. Zwischen dem Medium und der Membran 14 findet ein Wärmeaustausch statt, der von der Temperaturdifferenz zwischen der jeweiligen Stelle der Membran und dem Medium abhängt. Da der Temperaturmeßfühler 17 in Strömungsrichtung nach dem Heizer 15 gelegen ist, ist somit der Wärmeübergang vom Temperaturmeßfühler 17 an das strömende Medium geringer, da das Medium durch den Heizer 15 bereits eine höhere Temperatur aufweist. Die so entstehende Temperaturdifferenz zwischen dem Temperaturmeßfühler 16 und dem Temperaturmeßfühler 17 ist ein Maß für den Massenstrom des vorbeiströmenden Mediums.

Die beiden Temperaturmeßfühler 16, 17 sowie die Dickschichtwiderstände 22, 23 sind in einer Brückenschaltung verschaltet, die zwischen Versorgungsspannung UV und Masse und liegt. Der Mittelabgriff der beiden Brückenzweige ist in üblicher Weise mit einem Differenzverstärker 24 mit Rückkoppelwiderstand 26 verbunden. Dieser gibt ein Signal UA aus, das proportional zur Spannungsdifferenz an der Brückendiagonale ist und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgewertet werden soll.

Die Dickschichtwiderstände 22, 23, der Verstärker 24 sowie ggf. weitere Bauelemente können auf einem eigenen Träger 25 angeordnet sein, der auf den Träger 11 aufgebracht wird.

Mit dem in Fig. 1 dargestellten Luftmassenmesser, dessen verstärktes Ausgangssignal UA beispielsweise vom Steuergerät 27 oder einer sonstigen Auswerteeinheit weiterverarbeitet wird, kann durch die Auswertung einer Temperaturdifferenz stromauf und stromab vom Heizbereich 18 die Strömungsrichtung erkannt werden. Es läßt sich damit auch eine Kennlinie mit einem Bereich für rückströmende Luft definieren. In Fig. 2 ist eine solche Kennlinie dargestellt, wobei auf der Ordinate die Spannung U in Volt und auf der Abszisse die Luftmasse m in kg/h aufgetragen ist. Die Nullinie trennt den Rückströmbereich R vom übrigen Bereich. Die durchgezogene Kennlinie K1 stellt eine gemessene Kennlinie dar, die im Rückströmbereich mit Fehlern behaftet ist und geeignet korrigiert werden soll.

Wie Vergleichsmessungen am Prüfstand, bei denen die tatsächlich verbrauchte Luft ermittelt wurde, gezeigt haben, ist trotz der Rückströmungserkennung die Anzeige des in Fig. 1 beschriebenen Sensors bei pulsierender Luftströmung mit Rückströmung nicht exakt. Der Sensor zeigt zu wenig Luftmasse an. Die Ursache hierfür liegt in der zwar geringen, jedoch vorhandenen thermischen Trägheit des Meßprinzips.

Bekanntermaßen wird der Kennlinienbereich der Rückströmung ausschließlich bei pulsierendem Betrieb der Brennkraftmaschine erreicht. Die Abwandlung der Kennlinie im Rückströmbereich betrifft also üblicherweise den Betrieb des Luftmassenmessers bei nicht pulsierendem Betrieb nicht. Wird die Kennlinie im Rückströmbereich R so geändert, daß die mittlere angezeigte Luftmasse des Sensors bei Pulsationen mit Rückströmung der tatsächlich vom Motor angesaugten Luftmasse entspricht, wird der gestrichelt eingezeichnete Kennlinienverlauf K2 erhalten. Eine extreme Modifizierung der Kennlinie ist möglich, indem der ebenfalls gestrichelt dargestellte Kennlinienverlauf K3, der sogar in den Normalbereich reicht, verwendet wird.

Fig. 3 zeigt wie durch eine andere Zuordnung von Luftmasse zur Signalspannung das Luftmassenmessersignal im Rückströmbereich geändert wird und wie dadurch die mittlere angezeigte Luftmasse je Saughub vergrößert wird. Dadurch kann die durch thermische Trägheit bewirkte Minderanzeige kompensiert werden. Die Rückströmkennlinie kann dabei beliebig geändert werden, es muß nur ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Spannung und Luftmassenwert bestehen.

In Fig. 3 ist die Luftmasse m in kg/h über der Zeit t in Sekunden aufgetragen. Dabei zeigt die durchgezogene Kurve m1 den Zeitverlauf der Luftmasse mit gemessener Kennlinie. Gestrichelt ist der Verlauf m2 mit modifizierter Kennlinie im Rückströmbereich dargestellt.

Die Pulsationskorrektur durch eine modifizierte Rückströmkennlinie erzeugt nur in einem engen Frequenz-Luftmassenbereich einen geringen Anzeigefehler des Luftmassenmessers. An einem bestimmten Brennkraftmaschinentyp treten starke Pulsationen mit Rückströmung normalerweise nur bei einer bestimmten Drehzahl und bei großen Öffnungswinkeln der Drosselklappe auf, d. h. die Pulsationsfrequenz bleibt konstant und die mittlere Luftmasse ändert sich nur wenig.

Die zu modifizierende Rückströmkennlinie muß also nur für eine Frequenz und eine Luftmasse angepaßt werden. Diese Anpassung muß individuell für verschiedene Brennkraftmaschinen durchgeführt werden und kann beispielsweise empirisch durch Vergleich mit am Prüfstand gewonnenen Daten erfolgen. Bei Brennkraftmaschinen mit großen Pulsationsfehlern wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine deutliche Reduzierung des Fehlers erreicht.

Aus dem mit modifizierter Kennlinie erhaltenen Luftmassenverlauf m(t) wird im Steuergerät 27 in üblicher Weise der Mittelwert der Luftmasse oder die Luftmasse pro Hub usw. ermittelt. Ausgehend von den so ermittelten Werten erfolgt die Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine. Dazu werden weitere Größen wie die Drehzahl n der Brennkraftmaschine und/oder der Drosselklappenwinkel α_DK, die über entsprechende Sensoren 28, 29 gemessen werden, mitberücksichtigt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Korrektur des Ausgangssignales eines Luftmassenmessers, insbesondere zur Luftmassenerfassung der Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kennlinie des Luftmassenmessers, die den Zusammenhang zwischen Ausgangsspannung und durchströmender Luftmasse darstellt, im Rückströmbereich korrigiert wird, wobei die Korrektur so erfolgt, daß die im Rückströmbereich auftretenden Fehlmessungen minimalisiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie und/oder die Korrekturwerte für die modifizierte Rückströmkennlinie im Speicher einer Recheneinrichtung insbesonders im Steuergerät der Brennkraftmaschine abgelegt ist oder wird und die erforderlichen Berechnungen im Steuergerät ablaufen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie oder die Kennlinien und die Korrekturwerte für einen bestimmten Brennkraftmaschinentyp ermittelt werden und jeweils im Steuergerät dieser Brennkraftmaschinen abgelegt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die modifizierte Rückströmkennlinie zur Pulsationskorrektur nur in einem engen Frequenzbereich der Pulsationen eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsationskorrektur nur in einen vorgebbaren Drehzahl- und/oder Winkelbereich der Drosselklappe vorgenommen wird.

6. Verfahren nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät den Mittelwert aus der gemessenen Luftmasse bestimmt.