DE4425644A1

DE4425644A1 - Air mass flow meter for suction duct of IC engine

Info

Publication number: DE4425644A1
Application number: DE19944425644
Authority: DE
Inventors: Ralf Schmitt
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1994-07-20
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 1996-01-25

Abstract

The mass flow meter includes a housing section (6) held by a carrier (3), which contains a temp. measurement sensor (4), and an electric heating element (10) which is arranged behind a mass flow sensor (5) in the flow direction (11) in a suction duct (2). The heating element is regulated to a fixed temp. value and is operated with a constant heating power output. The established temp value is altered, depending on the regulation of the temp of the mass flow sensor. A heating element with a positive temperature coefficient or PTC characteristic can be used to facilitate temp regulation in narrow temp range.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Luftmassenstromes in einem Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Ansaugkanalabschnitt gehäuse, in dem auf einem Träger in Strömungsrichtung hintereinander ein Temperatur meßelement und ein thermischer Durchflußsensor angeordnet sind.The invention relates to a device for determining the air mass flow in one Intake duct of an internal combustion engine, consisting of an intake duct section housing in which on a carrier in the flow direction one behind the other a temperature Measuring element and a thermal flow sensor are arranged.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-C2-31 35 793 bekannt, in der das Problem behandelt wird: Bei der Messung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse weist das Meßsignal einen Fehler auf, der darauf beruht, daß die Vorrichtung auch die Masse der infolge der Pulsation im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine zurück strömenden Luft ermittelt.Such a device is known for example from DE-C2-31 35 793, in which the Problem is dealt with: When measuring the intake of an internal combustion engine Air mass has an error in the measurement signal, which is due to the fact that the device also the mass due to the pulsation in the intake pipe of the internal combustion engine flowing air determined.

In dieser Schrift sind Mittel angegeben, mit denen das die strömende Mediummasse darstellende Meßsignal in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung mittels eines Strö mungsrichtungsgebers derart beeinflußbar ist, daß das Meßsignal während einer entgegen der gewünschten Strömungsrichtung des Mediums verlaufenden Strömung unterdrückt wird. Hierbei weist der Strömungsrichtungsgeber einen ersten temperaturabhängigen Indikationswiderstand auf, der an einem Träger angeordnet ist und dessen Widerstands wert durch eine Widerstandsmeßschaltung erfaßt und mit einem durch eine weitere Widerstandsmeßschaltung erfaßten Widerstandswert eines in Strömungsrichtung mit Abstand zum ersten Indikationswiderstand angeordneten zweiten temperaturabhängigen Indikationswiderstand verglichen wird, wobei die Differenz der Widerstandswerte zur Beein flussung des Meßsignals dient. Hierfür ist ein erheblicher Schaltungs- und Bauteileaufwand zu betreiben.In this document, means are given with which the flowing medium mass representative measuring signal depending on the direction of flow by means of a stream direction is so influenceable that the measurement signal during a counter suppressed the desired flow direction of the medium flowing flow becomes. Here, the flow direction sensor has a first temperature-dependent one Indication resistance, which is arranged on a carrier and its resistance value detected by a resistance measuring circuit and with one by another Resistance measuring circuit detects a resistance value in the direction of flow Distance to the first indication resistance arranged second temperature-dependent Indication resistance is compared, with the difference of the resistance values being the same flow of the measurement signal is used. This requires a considerable amount of circuitry and components to operate.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung derart zu gestalten, daß bei verringertem Bauteileaufwand automatisch eine Kompensation des durch Pulsation verursachten Meßsignalfehlers erreichbar wird.Proceeding from this, the invention is based on the object of the generic type To design the device in such a way that with reduced component expenditure automatically a Compensation of the measurement signal error caused by pulsation can be achieved.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst worden. Vorteilhafte Weiterbildungen sind mit den Unteransprüchen angegeben. This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1 been solved. Advantageous further developments are specified in the subclaims.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß der durch Rückströmung verursachte Signalfehler dann nicht mehr auftritt, wenn die durch Rückströmung verursachte Abkühlung des Massenstromsensors durch Beheizung des Massenstromsensors durch die rückströ mende Luft kompensiert wird.The invention is based on the knowledge that that caused by backflow Signal error then no longer occurs when the cooling caused by backflow of the mass flow sensor by heating the mass flow sensor through the reverse flows air is compensated.

Zu diesem Zweck wird das angegebene Heizelement vorteilhafterweise auf einen festge legten Temperaturwert eingestellt oder geregelt, der deutlich höher ist als die Temperatur der angesaugten Luft, so daß vom Heizelement erwärmte Luft den Wärmetransport vom Heizelement zum Massenstromsensor bewirken kann, wenn die Rückströmung erfolgt.For this purpose, the specified heating element is advantageously fixed to one set or controlled temperature value that is significantly higher than the temperature the sucked-in air, so that air heated by the heating element transfers the heat from Can cause heating element to the mass flow sensor when the backflow takes place.

Mit der Erfindung liegt ein sehr einfach auszuführender Vorschlag vor, der gegenüber dem Stand der Technik mit weniger Bauteilen realisiert werden kann und auch bezüglich des Schaltungsaufbaus sehr einfach ist.With the invention there is a very simple to implement proposal, which compared to the State of the art can be realized with fewer components and also in terms of Circuit construction is very simple.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfol gend beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and will follow described below.

Diese zeigt:This shows:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 1 shows a device according to the invention,

Fig. 2 und 3 eine Einzelheit gemäß Fig. 1, Fig. 2 and 3 a detail according to Fig. 1,

Fig. 4 bis 6 Schaltbilder. Fig. 4 to 6 circuit diagrams.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung des Luftmas senstroms einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Luft ansaugkanalabschnitt 2, in den ein Träger 3 hineinragt, auf dem sich in der Reihenfolge in Strömungsrichtung hintereinander ein Temperatursensor 4 und ein Massenstromsensor 5 in bekannter Anordnung und Funktion befinden. Der Träger 3 kann von einem Tubus 6 umgeben sein, der den Luftstrom richtet, die Vorrichtung 1 kann am Anfang und Ende des Kanalabschnitts 2 Strömungsgleichrichter 7 aufweisen. Temperatursensor 4 und Massen stromsensor 5 sind mit einer Meß- und Regelschaltung 8 verbunden, deren Ausgangssignal für den Luftmassenstrom signifikant ist. Fig. 1 shows a longitudinal section through a device 1 for determining the Luftmas senstroms an internal combustion engine, not shown, consisting of an air intake duct section 2 , into which a carrier 3 protrudes, on which in succession in the flow direction a temperature sensor 4 and a mass flow sensor 5 are in a known arrangement and function. The carrier 3 can be surrounded by a tube 6 that directs the air flow, the device 1 can have flow straighteners 7 at the beginning and end of the channel section 2 . Temperature sensor 4 and mass flow sensor 5 are connected to a measuring and control circuit 8 , the output signal of which is significant for the air mass flow.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß stromab des Massenstromsensors 5 mit vorgegebenem Abstand 9 zu diesem ein Heizelement 10 angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß das Heizelement 10 auf einen festgelegten Temperaturwert geregelt ist oder mit konstanter Heizleistung betrieben wird oder die Heizleistung in Abhängigkeit von der Regelung des Massenstromsensors 5 bzw. direkt vom Ausgangssignal der Meß- und Regelschaltung 8 gesteuert/geregelt wird.According to the invention it is now provided that a heating element 10 is arranged downstream of the mass flow sensor 5 at a predetermined distance 9 therefrom. It is advantageously provided that the heating element 10 is regulated to a fixed temperature value or is operated with constant heating power or that the heating power is controlled / regulated as a function of the regulation of the mass flow sensor 5 or directly from the output signal of the measuring and control circuit 8 .

Fig. 2 und 3 zeigen eine Einzelheit aus Fig. 1, nämlich den Massenstromsensor 5 und das Heizelement 10, wobei ein Pfeil 11 die Luftströmung andeutet, in Fig. 2 in Ansaugrichtung der Brennkraftmaschine und in Fig. 3 bei Rückströmung. Da sich jeweils am Antang des angeströmten Trägers 3 eine größere Abkühlung ergibt als am Ende, bedingt durch eine Ablösung der Luft-Grenzschicht 12 vom Träger 3 zum Ende des Trägers 3 hin, stellt sich am Massenstromsensor 5 eine größere Abkühlung als am Heizelement 9 ein (Fig. 2). Das Heizelement 10 wird mit geringster Heizleistung betrieben, da dieses nur geringfügig abgekühlt wird. Bei Rückströmung dagegen (Fig. 3) stellt sich am Heizelement 10 eine größere Abkühlung ein, d. h. die am Heizelement 10 vorbeiströmende Luft wird dabei erhitzt. Die erhitzte Luft strömt über den vorgesehenen Abstand 9 direkt auf den Massen stromsensor 5 zu und erwärmt diesen durch Wärmeabgabe bei dem entstehenden Berührungskontakt. Fig. 2 and 3 show a detail of Fig. 1, which is the mass flow rate sensor 5 and the heating element 10, wherein an arrow 11 indicates the flow of air in Fig. 2 in the intake of the internal combustion engine and in Fig. 3 at backflow. Since there is a greater cooling at the beginning of the flow onto the carrier 3 than at the end, due to a detachment of the air boundary layer 12 from the carrier 3 towards the end of the carrier 3 , a greater cooling occurs at the mass flow sensor 5 than at the heating element 9 ( Fig. 2). The heating element 10 is operated with the lowest heating power, since it is cooled only slightly. In contrast, reverse flow (Fig. 3) turns on the heating element 10, a larger cooling, a, that is, the flowing past the heating element 10, air is heated thereby. The heated air flows over the intended distance 9 directly to the mass flow sensor 5 and heats it by emitting heat in the contact that arises.

Diese Wärmezufuhr kompensiert die durch die Rückströmung insgesamt verursachte Abkühlung des Massenstromsensors, so daß quasi kein Massenstrom bei einer Rück strömung angezeigt wird.This supply of heat compensates for the total caused by the backflow Cooling of the mass flow sensor so that there is practically no mass flow in the event of a return flow is displayed.

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild für eine Temperaturregelung des Heizelementes 10, die in Abhängigkeit von der Temperaturregelung des Massenstromsensors 5 bzw. des Reg lerausgangssignals erfolgen soll. Fig. 4 shows a circuit diagram for a temperature control of the heating element 10 , which is to take place as a function of the temperature control of the mass flow sensor 5 or the controller output signal.

Hierbei sind der Massenstromsensor 5 und der Temperatursensor 4 sowie die Widerstände 13, 14, 15 in einer Brücke geschaltet, deren Diagonalabgriff als Eingangssignal einem Regler 16 der Meß- und Regelschaltung 8 zugeführt wird. Bei einer Brückenverstimmung gibt der Regler 16 ein entsprechendes Korrektursignal aus, das die Temperatur des Massenstromsensors 5 nachregelt und gleichzeitig als Ausgangssignal für den Massen strom gewertet und in der Meß- und Regelschaltung 8 weiterverarbeitet wird.Here, the mass flow sensor 5 and the temperature sensor 4 and the resistors 13 , 14 , 15 are connected in a bridge, the diagonal tap of which is fed as an input signal to a controller 16 of the measuring and control circuit 8 . In the event of a bridge detuning, the controller 16 outputs a corresponding correction signal which adjusts the temperature of the mass flow sensor 5 and at the same time is evaluated as an output signal for the mass flow and is further processed in the measuring and control circuit 8 .

Erfindungsgemäß ist nun das Heizelement 20 mit einem in Reihe geschalteten Widerstand 17 parallel zur Brückenschaltung geschaltet. Damit erfolgt die Temperaturregelung des Heizelementes 10 parallel zu der Temperaturregelung des Massenstromsensors 5. Diese Schaltung eignet sich für eine Vorrichtung, bei der angenommen wird, daß die Rück strömung mit einem Massenstrom erfolgt, der direkt abhängig vom Gesamtmassenstrom ist.According to the invention, the heating element 20 is now connected in parallel to the bridge circuit with a resistor 17 connected in series. The temperature control of the heating element 10 thus takes place parallel to the temperature control of the mass flow sensor 5 . This circuit is suitable for a device in which it is assumed that the return flow takes place with a mass flow that is directly dependent on the total mass flow.

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild für eine konstante Heizleistung des Heizelementes 10, bei der das Heizelement 10 über einen Anschluß 18 an eine Konstantspannung angeschlossen ist. Bei Verwendung eines Heizelementes 10 mit einer PTC-Charakteristik kann eine Tempera turregelung in einem, allerdings nur engem Temperaturbereich erreicht werden. Fig. 5 shows a circuit diagram for a constant heating power of the heating element 10 , in which the heating element 10 is connected via a connection 18 to a constant voltage. When using a heating element 10 with a PTC characteristic, temperature control can be achieved in a temperature range that is, however, only narrow.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Schaltbild für eine Heizelement-Temperaturregelung, die un abhängig von der Temperaturregelung des Massenstromsensors 5 ist, wobei hierfür ein zweiter Regler 19 vorzusehen ist. Diese Schaltung erlaubt es, daß das Heizelement 10 bei Rückströmung stärker beheizt wird. FIG. 6 shows a further circuit diagram for a heating element temperature control which is independent of the temperature control of the mass flow sensor 5 , a second controller 19 having to be provided for this. This circuit allows the heating element 10 to be heated more strongly when it flows back.

Claims

1. Device for determining the air mass flow in an intake duct of an internal combustion engine, consisting of an intake duct section housing, in which a temperature measuring element and a thermal flow sensor are arranged one behind the other in the flow direction in the flow direction, characterized in that an electrical flow in the flow direction behind the mass flow sensor ( 5 ) Heating element ( 10 ) is arranged.

2. Device according to claim 1, characterized in that the heating element ( 10 ) is regulated to a fixed temperature value.

3. Device according to claim 1, characterized in that the heating element ( 10 ) is operated with constant heating power.

4. The device according to claim 2, characterized in that the fixed temperature value is changed as a function of the regulation of the temperature of the mass flow sensor ( 5 ).