ITMI961985A1

ITMI961985A1 - DEVICE AND PROCEDURE FOR THE REGULATION OF THE TEMPERATURE OF A MEASURING RESISTANCE RELEVANT THE FLOW RATE OF A FLUID THAT

Info

Publication number: ITMI961985A1
Application number: IT96MI001985A
Authority: IT
Inventors: Josef Kleinhans
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1995-10-07
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-03-27
Also published as: KR970022232A; DE19537466A1; KR100442895B1; JPH09128064A; IT1284606B1

Description

Descrizione Description

Stato dell'arte State of the art

L'invenzione concerne un dispositivo ed un prò cedimento atti alla regolazione della temperatura di una resistenza di misurazione rilevante la portata di un fluido che passa, specialmente di una pellico la calda di un misuratore della massa d'aria di un motore endotermico, cui viene addotta una corrente riscaldante, regolata, per produrre una temperatura più alta rispetto al fluido che passa. The invention relates to a device and a method suitable for regulating the temperature of a measuring resistance relevant to the flow rate of a fluid that passes, especially of a hot film of an air mass meter of an internal combustion engine, to which the air mass of an internal combustion engine is it adds a regulated heating current to produce a higher temperature than the passing fluid.

Per determinare la portata di un fluido che pas sa, per esempio la massa d'aria aspirata da un moto re endotermico, vengono abitualmente utilizzate resi stenze di misurazione a temperatura regolata, che vengono raffreddate dal fluido che le lambisce, quin di per esempio dall'aria che le lambisce. La resistenza di misurazione è in proposito abitualmente parte di un circuito elettrico a ponte, venendo essa regolata su una temperatura di funzionamento costan te tramite una corrente elettrica. La corrente di ri scaldamento necessaria per mantenere costante la tem peratura è una grandezza per il fluido che passa, a titolo di esempio per la massa d'aria aspirata dal motore . To determine the flow rate of a passing fluid, for example the mass of air sucked in by an internal combustion engine, temperature-controlled measuring resistances are usually used, which are cooled by the fluid that laps them, for example by the air that laps them. The measuring resistor is in this regard usually part of an electrical bridge circuit, being adjusted to a constant operating temperature by means of an electric current. The heating current necessary to keep the temperature constant is a quantity for the fluid that passes, by way of example, for the mass of air sucked in by the engine.

In funzione della massa d'aria rilevata nell'ap parecchio che pilota il motore endotermico vengono determinati i segnali pilota necessari per la regola zione ottimale dell'accensione o dell'iniezione. The pilot signals necessary for optimum ignition or injection control are determined on the basis of the mass of air detected in the device driving the internal combustion engine.

Dal documento DE-OS 3938 286 sono noti procedi menti e dispositivi atti alla determinazione della portata di una massa fluida che passa, nei quali la regolazione della temperatura della resistenza di mi surazione ha luogo con l'ausilio di un microcontrol ler. A questo microcontroller vengono addotti una tensione di uscita del sensore, una tensione di rife rimento dipendente dalla temperatura, nonché la ten sione di alimentazione. Tenendo conto di queste ten sioni-, il microcontroller genera segnali di attivazione per un transistore di commutazione, che regola la corrente effettiva passante attraverso la resistenza riscaldante, inoltrando alla resistenza riscaldante la tensione di alimentazione in un rappor to di emissione variabile. Dai valori del rapporto di emissione il microcontroller determina il valore del fluido che passa, per esempio la massa d'aria aspirata da un motore endotermico. From DE-OS 3938 286 there are known processes and devices suitable for determining the flow rate of a passing fluid mass, in which the temperature regulation of the measuring resistance takes place with the aid of a microcontroller. A sensor output voltage, a temperature-dependent reference voltage and the supply voltage are fed into this microcontroller. Taking these voltages into account, the microcontroller generates activation signals for a switching transistor, which regulates the effective current flowing through the heating resistor, forwarding the supply voltage to the heating resistor in a variable emission ratio. From the values of the emission ratio, the microcontroller determines the value of the fluid that passes, for example the mass of air sucked in by an internal combustion engine.

Vantaggi dell'invenzione Advantages of the invention

Il dispositivo di cui all'invenzione ed il prò cedimento di cui all'invenzione, aventi le caratteri stiche citate nella rivendicazione principale, hanno il vantaggio, rispetto a quanto noto, che la regola zione della temperatura è molto flessibile e che può aver luogo in maniera semplice un adattamento dei pa rametri del circuito di regolazione, laddove è anche attuabile una regolazione di adattamento. In proposi to è particolarmente vantaggioso il fatto che eventuali imprecisioni del sensore possono essere corret te nel calcolatore stesso con l'ausilio di correzio ni del campo caratteristico. Per effetto dell'elabo razione di cui all'invenzione, in un proprio calcola tore, per esempio un microcomputer, delle tensioni rilevanti ai fini del sensore viene sgravato un appa recchio pilota che segue, il quale dai dati di porta ta rilevati estrapola parametri pilota per un motore endotermico . The device according to the invention and the process according to the invention, having the characteristics cited in the main claim, have the advantage, with respect to what is known, that the regulation of the temperature is very flexible and that it can take place in an adaptation of the parameters of the control loop in a simple manner, whereas an adaptation control is also feasible. In this regard, it is particularly advantageous that any inaccuracies of the sensor can be corrected in the computer itself with the aid of corrections of the characteristic field. As a result of the elaboration according to the invention, in its own calculator, for example a microcomputer, of the voltages relevant for the purposes of the sensor, a following pilot device is relieved, which extrapolates pilot parameters from the detected gate data. for an internal combustion engine.

Questi vantaggi vengono conseguiti per effetto di un dispositivo e di un procedimento atti alla re golazione della temperatura di una resistenza di mi surazione che rileva la portata di un fluido che pas sa, aventi le caratteristiche della rivendicazione 1. In proposito, la resistenza di misurazione riscal dabile è parte integrante di un circuito a ponte che costituisce il sensore propriamente detto. Questa re sistenza di misurazione viene riscaldata da una resi stenza di riscaldamento. A quest'ultima viene addot ta una corrente riscaldante, regolata, per produrre un surplus di temperatura. La regolazione di questa corrente riscaldante viene effettuata con l'ausilio di un calcolatore, cui vengono addotte tensioni rile vanti ai fini del sensore, a titolo di esempio una tensione di regolazione ricavata dalla tensione del sensore, una tensione della temperatura nonché una tensione caratterizzante la tensione di alimentazio ne. Sulla base di queste tensioni, il calcolatore as sociato al sensore forma uno scostamento di regolazione, in relazione al quale ha luogo la regolazione propriamente detta della corrente riscaldante. These advantages are achieved by means of a device and a method suitable for regulating the temperature of a measuring resistance which detects the flow rate of a passing fluid, having the characteristics of claim 1. In this regard, the measuring resistance heatable is an integral part of a bridge circuit which constitutes the sensor proper. This measuring resistor is heated by a heating resistor. A regulated heating current is fed to the latter to produce a surplus of temperature. The regulation of this heating current is carried out with the aid of a computer, to which are adduced voltages relevant for the purposes of the sensor, for example a regulation voltage obtained from the sensor voltage, a temperature voltage and a voltage characterizing the supply voltage. On the basis of these voltages, the computer associated with the sensor forms a regulation deviation, in relation to which the proper regulation of the heating current takes place.

Altri vantaggi dell'invenzione vengono consegui ti con l'ausilio dei provvedimenti indicati nelle ri vendicazioni subordinate. Other advantages of the invention are achieved with the aid of the measures indicated in the subordinate claims.

Disegno Drawing

Un esempio di realizzazione dell'invenzione è rappresentato nell'unica figura del disegno e viene illustrato più in dettaglio nella descrizione che se gue. An example of embodiment of the invention is shown in the single figure of the drawing and is illustrated in more detail in the description that follows.

Descrizione dell'esempio di realizzazione Description of the example of realization

Nella figura è rappresentato un misuratore di massa d'aria, nel quale l'elemento sensore propriamente detto comprende una combinazione di resistenze che nella maniera usuale è cablata sotto forma di ponte di wheatstone. In particolare queste sono le resistenze RI e R2 nonché la resistenza RS e la resi stenza RT, laddove la resistenza RS viene portata al la temperatura del filamento con l'ausilio della re sistenza riscaldante RH disposta nello spazio immediatamente vicino. La resistenza RT determina la tem peratura dell'aria aspirata rispettivamente del fluì do che passa, cui essa viene esposta. I valori di re sistenza delle due resistenze RS e RT sono dipenden ti dalla temperatura. The figure shows an air mass meter, in which the sensor element proper comprises a combination of resistors which in the usual way is wired in the form of a wheatstone bridge. In particular, these are the resistances R1 and R2 as well as the resistance RS and the resistance RT, the resistance RS being brought to the temperature of the filament with the aid of the heating resistor RH located in the immediately adjacent space. The resistance RT determines the temperature of the sucked air respectively of the passing fluid, to which it is exposed. The resistance values of the two resistors RS and RT depend on the temperature.

Il circuito a ponte delle resistenze RI, R2, RS, RT si trova tra una tensione di riferimento Uref e la massa. La tensione di riferimento viene stabilizzata con l'ausilio di un diodo Zener DI. La resi stenza riscaldante RH può essere collegata attraver so l'interruttore SI con la tensione della batteria UB, laddove l'apertura o chiusura dell'interruttore SI viene attuata dal microcomputer MC in una maniera che più oltre verrà ancora illustrata. L'altro lato della resistenza RH è a massa. The bridge circuit of the resistors RI, R2, RS, RT is located between a reference voltage Uref and ground. The reference voltage is stabilized with the aid of a Zener diode DI. The heating resistor RH can be connected through the switch S1 with the voltage of the battery UB, whereby the opening or closing of the switch S1 is effected by the microcomputer MC in a manner which will be further illustrated below. The other side of the RH resistor is grounded.

Il lato di alimentazione della resistenza riscaldante RH è collegato con la massa attraverso due resistenze R5, R6. Tra le resistenze R5 e R6 può es sere derivata una tensione UB' che, dimensionando op portunamente le resistenze R5, R6, corrisponderà am piamente alla tensione della batteria UB. Tenendo conto dei valori delle resistenze R5 e R6 si può eventualmente determinare l'esatta relazione tra UB e UB'. The supply side of the heating resistor RH is connected to the ground through two resistors R5, R6. A voltage UB 'can be derived between the resistances R5 and R6 which, by appropriately dimensioning the resistors R5, R6, will broadly correspond to the voltage of the battery UB. Taking into account the values of the resistances R5 and R6, the exact relationship between UB and UB 'can possibly be determined.

La tensione del sensore è contrassegnata con US. Essa viene derivata tra la resistenza RI e la re sistenza RS ed attraverso una resistenza R3 viene portata sull'ingresso invertitore di un amplificato re operativo OPV, la cui uscita è collegata parimen ti con l'ingresso invertitore attraverso un'altra re sistenza R4. All'ingresso non invertitore dell'ampli ficatore operativo OPV viene addotta una tensione UT che viene derivata tra la resistenza R2 e la resistenza RT. Questa tensione UT è dipendente dalla tem peratura dell'aria aspirata, dato che il valore del la resistenza RT varia in funzione della temperatura di quest'aria. The sensor voltage is marked with US. It is derived between the resistor R1 and the resistor RS and through a resistor R3 it is brought to the inverting input of an operational amplifier OPV, the output of which is also connected to the inverting input through another resistor R4. A voltage UT is added to the non-inverting input of the operational amplifier OPV and is derived between the resistance R2 and the resistance RT. This voltage UT is dependent on the temperature of the intake air, since the value of the resistance RT varies according to the temperature of this air.

All'uscita dell'amplificatore operativo OPV si ha una tensione UR che, allo stesso modo delle tensioni UT ed UB, viene addotta al microcomputer MC at traverso un convertitore analogico-digitale A/D. Dal le tensioni UR ed UT questo ricava lo scostamento di regolazione delta UR, che viene addotto al regolato re RE allo stesso modo della tensione UB, tensione di cui si tiene contemporaneamente conto nel regola tore per la correzione della tensione nella batteria Il regolatore RE può essere configurato in qua lità di regolatore P, PI, PID od altri. Esso fornisce da un lato un segnale di attivazione per l'inter ruttore SI e dall'altro lato fornisce valori per la massa d'aria LM aspirata. Dato che anche la tensione UT, che è una grandezza per la temperatura del fluì do che passa, viene fatta passare attraverso il microcomputer UC, su un'uscita del microcomputer MC è anche disponibile il valore della temperatura per esempio dell'aria aspirata. At the output of the operational amplifier OPV there is a voltage UR which, in the same way as the voltages UT and UB, is fed to the microcomputer MC through an analog-digital converter A / D. From the voltages UR and UT this derives the regulation deviation delta UR, which is adduced to the regulator RE in the same way as the voltage UB, a voltage which is simultaneously taken into account in the regulator for the correction of the voltage in the battery. be configured as a P, PI, PID or other regulator. It provides on the one hand an activation signal for the switch SI and on the other hand it provides values for the mass of air LM drawn in. Since the voltage UT, which is a quantity for the temperature of the passing fluid, is also passed through the microcomputer UC, the temperature value, for example of the intake air, is also available on an output of the microcomputer MC.

Con la disposizione circuitale rispettivamente di elaborazione rappresentata nella figura è attuabi le il procedimento di cui all'invenzione per la rego lazione della temperatura. La modalità di funzionamento viene spiegata in appresso: With the circuit arrangement or processing shown in the figure, the method according to the invention for regulating the temperature can be implemented. The operating mode is explained below:

la resistenza RS viene riscaldata in maniera preassegnabile attraverso la resistenza riscaldante RH. La resistenza RS viene riscaldata in funzione dell'aria che la lambisce. Si forma in ultima anali si la tensione del sensore RS che nel seguito deve essere elaborata. Se la tensione del sensore US vie ne inviata all'ingresso invertitore dell'amplifica tore HPV e la tensione UT, misurata con l'ausilio della resistenza RT e dipendente dalla temperatura dell'aria aspirata, viene inviata sull'altro ingres so dell'amplificatore operativo OPV, sull'uscita del l'amplificatore operativo OPV si forma la tensione UR = UT v x (UT - US), laddove il fattore v è ugua le al rapporto R4/R3 delle resistenze e corrisponde al guadagno dell'amplificatore operativo. the resistor RS is pre-assigned heated by the heating resistor RH. The resistance RS is heated according to the air that touches it. In the final analysis, the voltage of the sensor RS is formed which must be processed in the following. If the voltage of the sensor US is sent to the inverter input of the HPV amplifier and the voltage UT, measured with the aid of the resistance RT and dependent on the temperature of the intake air, is sent to the other input of the amplifier OPV, the voltage UR = UT v x (UT - US) is formed on the output of the OPV operational amplifier, where the factor v is equal to the ratio R4 / R3 of the resistors and corresponds to the gain of the operational amplifier.

Le tensioni UR, UT ed UB vengono convertite in valori digitali nel convertitore analogico/digitale A/D, i valori digitali ottenuti vengono elaborati nel microcomputer MC. Si svolgono in proposito opera zioni di calcolo che vengono effettuate con l'ausilio di idonei programmi di calcolo. Una prima opera zione di calcolo consiste nel fatto che dalla tensio ne UR viene sottratta la tensione UT. Nella figura ciò è rappresentato sotto forma di punto somma SUM. Si ottiene come risultato lo scostamento di regolazione delta UR, laddove vale UR - UT = delta UR = v x (UT - US). Questo scostamento di regolazione può essere influenzato variando la potenza riscaldante. The UR, UT and UB voltages are converted into digital values in the analog / digital converter A / D, the digital values obtained are processed in the microcomputer MC. In this regard, calculation operations are carried out with the aid of suitable calculation programs. A first calculation operation consists in the fact that the voltage UT is subtracted from the voltage UR. In the figure this is represented as a sum point SUM. The result is the regulation deviation delta UR, where UR - UT = delta UR = v x (UT - US). This control deviation can be influenced by varying the heating power.

Se si desidera una modesta precisione del convertitore analogico/digitale, ciò può essere compen sato adeguando corrispondentemente il guadagno dell' amplificatore operativo OPV. Lo scostamento di rego lazione delta UR ottenuto viene utilizzato in quali tà di grandezza di ingresso per il regolatore REG. Questo regolatore digitale REG può essere struttura to in maniera arbitraria. Può trattarsi, come già detto, di un regolatore P, PI, PID, eccetera. I para metri del regolatore possono fondamentalmente anche essere variati a seconda del punto di lavoro, così da ottenere una regolazione di adattamento. La gran dezza pilota che viene emessa dal regolatore REG e che aziona l'interruttore SI è di preferenza un segnale pulsante, modulato, in caso di riscaldamento indiretto, quindi nel caso del riscaldamento, rappre sentato nella figura, per mezzo di una resistenza di riscaldamento RH che riscalda la resistenza RS. L'in terruttore SI è a titolo di esempio un transistore, il cui ramo collettore-emettitore è situato tra la tensione della batteria e la resistenza di riscalda mento e la cui base viene attivata dal regolatore REG. If a modest accuracy of the analog / digital converter is desired, this can be compensated for by correspondingly adjusting the gain of the OPV operating amplifier. The obtained control deviation delta UR is used as the input quantity for the REG regulator. This digital REG regulator can be structured in an arbitrary manner. It can be, as already said, a P, PI, PID regulator, etc. The parameters of the regulator can basically also be varied according to the operating point, so as to obtain an adaptation regulation. The pilot quantity which is emitted by the regulator REG and which activates the switch SI is preferably a pulsed, modulated signal in the case of indirect heating, therefore in the case of heating, shown in the figure, by means of a heating resistor RH which heats the RS resistor. The switch S1 is by way of example a transistor whose collector-emitter branch is located between the battery voltage and the heating resistor and whose base is activated by the regulator REG.

Secondo il presente esempio di regolazione la resistenza di riscaldamento RH viene alimentata con una tensione cadenzata, il cui livello è dipendente dall'alimentazione. La tensione stessa è in proposi to contrassegnata con UB. L'informazione riguardo al livello della tensione di alimentazione UB arriva nel microcomputer MC attraverso il percorso R5, R6 nonché il relativo ingresso del convertitore A/D. Es sa può essere utilizzata per la correzione delle mas se d'aria rilevate. Il segnale corretto viene inoltrato dal microcomputer MC. Ulteriori correzioni eventualmente necessaria sono possibili nel microcom puter stesso a seconda delle necessità. Il segnale di uscita fornito dal microcomputer, che rappresenta la massa d'aria aspirata LM, viene a titolo di esem pio messo a disposizione dell'apparecchio pilota di un motore endotermico, che da ciò ricava segnali pi Iota necessari per pilotare il motore endotermico. According to the present regulation example, the heating resistor RH is supplied with a clocked voltage, the level of which is dependent on the power supply. The voltage itself is in proposal marked UB. The information regarding the level of the supply voltage UB arrives in the microcomputer MC through the paths R5, R6 as well as the relative input of the A / D converter. It can be used to correct the detected air masses. The correct signal is forwarded by the MC microcomputer. Further corrections that may be required are possible in the microcomputer itself as needed. The output signal supplied by the microcomputer, which represents the mass of aspirated air LM, is, by way of example, made available to the pilot device of an internal combustion engine, which from this derives the pilot signals necessary to drive the internal combustion engine.

Dalla tensione UT, che dopo la conversione ana logica/digitale nel microcomputer è presente sotto forma di segnale digitale, può essere estrapolato l' informazione riguardo alla temperatura dell'aria aspirata TL. Dal computer essa può essere inoltrata all'esterno e sarà allora parimenti a disposizione per il seguente apparecchio pilota. From the voltage UT, which after the analog / digital conversion in the microcomputer is present in the form of a digital signal, the information regarding the intake air temperature TL can be extrapolated. It can be forwarded from the computer to the outside and will then also be available for the following pilot device.

La regolazione dovrà lavorare in caso normale in modo che lo scostamento di regolazione delta UR diventi zero. Dalla relazione summenzionata per del ta UR si otterrà allora la condizione di equilibrio del ponte per anemometro a temperatura costante, per la quale vale: The regulation must work in the normal case so that the regulation deviation delta RH becomes zero. The equilibrium condition of the bridge for an anemometer at constant temperature will then be obtained from the above relation for the ta UR, for which the following applies:

delta UR = 0 - US = UT delta UR = 0 - US = UT

Utilizzando un convertitore analogico/digitale con risoluzione molto alta, il guadagno può essere reso corrispondentemente basso. Può allora essere realizzato un bilanciamento nel senso che delta UR non viene impostato su zero, bensì su uno scostamen to del circuito di regolazione selezionabile a secon da del caso. Ciò vale anche quando non viene utiliz zato un convertitore A/D con risoluzione molto alta, quando tuttavia può essere presupposto che i pararne tri dell'interruttore non si disperdono eccessivamen te. In entrambi i casi può essere impostato uno sco stamento del circuito di regolazione regolabile secondo necessità, per il quale vale: By using a very high resolution analog / digital converter, the gain can be made correspondingly low. A balancing can then be realized in the sense that delta UR is not set to zero, but to a deviation of the regulation circuit which can be selected according to the case. This is true even when an A / D converter with very high resolution is not used, when however it can be assumed that the switch parameters do not disperse excessively. In both cases, an adjustable control loop offset can be set as required, for which the following applies:

delta UR = costante - US = UT costante/v delta UR = constant - US = constant UT / v

In seguito a ciò è definito un bilanciamento del software, vale a dire che le tolleranze dei com ponenti del circuito rispettivamente del sensore pos sono essere eliminate nel bilanciamento finale mediante la programmazione di una cella di memoria. Questa cella di memoria è parte integrante del micro computer MC. As a result, a software balancing is defined, i.e. the tolerances of the components of the circuit or sensor can be eliminated in the final balancing by programming a memory cell. This memory cell is an integral part of the MC micro computer.

Claims

Claims 1.- Device and procedure for regulating the temperature of a measuring resistance relevant to the flow rate of a fluid that passes, especially a hot film of an air mass meter of an internal combustion engine, to which a heating current, adjusted, to produce a surplus of temperature, where the adjustment of the heating current is carried out by means of a computer, to which voltages relevant for the purposes of the sensor are fed, characterized by the fact that one of the voltages relevant for the purposes of the of the sensor is the voltage (UR) that is formed on the output of an operational amplifier (OPV), to one of which the sensor voltage (US) is added and to whose other input a voltage (UT) is added which depends on the temperature of the fluid passing through, and on the fact that the computer (MC) determines the regulation deviation (delta UR) from the voltages (UR and KT). 2.- Device and method according to claim 1, characterized in that the microcomputer (MC) comprises a digital regulator (REG), to which the regulation deviation (delta UR) is added and which, corresponding to the deviation of regulation (delta UR), influences the voltage supply for the heating resistor (RE) and supplies a signal corresponding to the detected mass of the sucked air. 3 .- Device and method according to claim 1 or 2, characterized in that the regulation of the heating current takes place in such a way that the regulation deviation (delta UR) becomes zero. 4.- Device and method according to claim 1 or 2, characterized in that the regulation takes place in such a way that the deviation of the regulation circuit (delta UR) assumes a constant, selectable value. 5.- Device and method according to one of the preceding claims, characterized in that the battery voltage (UB) is fed to the computer (MC) and by the fact that the regulator (REG) corrects the battery voltage. 6 .- Device and method according to one of the preceding claims, characterized in that the computer (MC) calculates the temperature from the voltage (UT), which depends on the temperature of the passing fluid, and forwards it to the outside.