JP3583136B2 - エアーフローメータの出力信号補正方法 - Google Patents

Description

従来の技術
本発明は、請求の範囲第１項の上位概念による、エアーフローメータの出力信号における脈動誤差の補正方法に関し、本発明の方法により逆流の識別が可能となる。
内燃機関により吸入される空気質量の検出のためにはエアーフローメータが使用される。エアーフローメータは例えばホットフィルムを使用して動作する。エアーフローメータは通常、加熱される素子を有し、この素子は測定すべき空気流中におかれて、これにより冷却される。内燃機関の動作時には、吸入空気の脈動が発生するような条件が発生するから、いくつかのエアーフローメータは温度センサを有し、これを用いて加熱領域の上流側と下流側との温度差を検出することができ、これによって通流方向を識別することができる。このようなエアーフローメータでは、逆流空気に対する領域との特性曲線を定義することができる。ここで特性曲線とは、エーフローメータの出力電圧と空気質量との関係と理解されたい。このようなエアーフローメータは例えば、ドイツ特許公開公報第4324040号公報から公知である。
逆流識別を行っても、このようなエアーフローメータでの指示は、逆流を伴う脈動空気流が生じた際には完全に正しいものではない。普通はセンサないしエアーフローメータによって過度に少ない空気質量が指示される。これの原因は測定原理上の、比較的小さくであるが存在する熱慣性によるものである。
発明の利点
これに対して請求の範囲第１項の構成を有する本発明の方法は、逆流の発生した際にも非常に正確な空気質量検出を行うことができ、ひいては内燃機関の負荷値の検出も可能である。このことは、内燃機関の脈動動作を表すエラーフローメータの特性曲線領域を次のように変化させることにより達成される。すなわち、逆流を伴う脈動の際のエアーフローメータの指示された平均空気質量が、機関により吸入された実際の空気質量に相当するように変化させることにより達成される。
逆流の特性曲線領域にはもっぱら内燃機関の脈動動作時に到達するから、有利には補正を逆流が識別されたときにだけ行う。被脈動動作時には通常の特性曲線により処理し、補正は必要ない。
本発明の別の利点は従属請求項に記載された手段により得られる。
図面
本発明を、以下図面に基づき詳細に説明する。
図1aは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第4324040号明細書から公知のエアーフローメータを示し、
図1bは、評価回路の実施例を示し、
図２は、本発明の特性曲線制御を含む、このようなエアーフローメータの特性曲線を示し、
図３は、脈動する空気質量の時間経過を示す。
実施例の説明
図1aに示された公知のエラーフローメータでは、センサ素子10が支持体11に配置されている。矢印12により示された媒体流、すなわち流動する空気は内燃機関の吸気管内にある。
ここでセンサ素子10は単結晶珪素からなるフレーム13と誘電ダイヤフラム14を有する。この誘電ダイヤフラムにはヒーター15ならびに２つの温度センサ16、17およびヒーター温度センサ18が配置されている。ボンドパッド19およびボンドワイヤ20を介してセンサ素子10に配置された素子は、支持体11に載せられた厚膜回路と接続されている。厚膜回路は厚膜導体路21と厚層抵抗ないし厚フィルム抵抗22、23からなる。詳細な構成並びに有利な構成はドイツ連邦共和国特許出願公開第4324040号明細書に記載されている。
２つの温度センサ16、17はヒーター15により、障害を受けずに流動する媒体の温度以上の温度にもたらされる。媒体とダイヤフラム14との間では熱交換が行われる。この熱交換は、ダイヤフラムの箇所のそれぞれの箇所と媒体との間の温度差に依存する。温度測定センサ17は流動方向で流通方向でヒーター15の下流側に配置されているから、温度測定センサ17から流動媒体への熱移動は比較的小さい。なぜなら、媒体はヒーター15によってすでに比較的高い温度を有しているからである。このようにして発生した、温度測定センサ16と温度測定センサ17との間の温度差は、通過する媒体の質量流に対する尺度である。
２つの温度センサ16、17並びに厚膜抵抗22、23はブリッジ回路を形成する。このブリッジ回路は、供給電圧UVとアースとの間に接続されている。２つのブリッジ分岐の中間タップは、通常のように、機関抵抗26を有する差動増幅器24と接続されている。この差動増幅器は信号UAを送出する。この信号はブリッジ対角点における電圧差に比例し、本発明の方法によって評価される。
圧膜抵抗22、23、増幅器24並びに別の構成素子は専用の支持体25に配置することができる。この支持体25は支持体11に取り付けられる。
図１に示したエアーフローメータでは、増幅された出力信号UAが例えば制御装置27またはその他の評価ユニットによりさらに処理される。このエアーフローメータでは、加熱領域18の上流側と下流側との温度差の評価によって流通方向を識別することができる。これにより、逆流空気に対する領域を備えた特性曲線を定義することができる。図２には、このような特性曲線が示されている。ここで、縦軸には電圧Ｕがボルトで、横軸には空気質量がkg/hでプロットされている。ゼロラインは逆流領域Ｒを通常の領域から分離する。実線の特性曲線K1は測定された特性曲線を表し、この特性曲線は誤差を伴う逆流領域では適切に補正される。
実際に消費される空気が検出された検査台での比較測定が示すように、逆流が識別されても、図１で説明したセンサの指示は、空気流が逆流を伴って脈動する際には正確でない。センサは過度に少ない空気質量を指示する。この原因は、わずかではあるが存在する測定方式の熱慣性である。
逆流の特性領域には内燃機関が脈動動作するときにのみ達することが公知である。したがって逆流領域において特性曲線を変更することは通常は、非脈動動作時のエアーフローメータの動作には関係しない。逆流領域における特性曲線を、センサの平均指示空気質量が逆流を伴う脈動の際に、機関によって実際に吸入される空気質量に相当するように変化すれば、破線で示した特性曲線K2が得られる。一点鎖線で示す、通常領域に入り込むように極端に変形した特性曲線も使用することができる。
図３は、空気質量を信号電圧に別の仕方が対応付けることにより、逆流領域の空気質量測定信号がどのように変更され、これにより吸気行程ごとの平均指示空気質量がどのように拡大されるかを示している。これによって熱慣性によって生じる過小指示が補償される。逆流特性曲線はここで任意に変更することができる。ただ、電圧と空気質量値との間に一義的な関係が存在しなければならないだけである。
図３には、空気質量ｔ（kg/h）が時間ｔ（秒）に関してプロットされている。ここで実線の曲線m1は測定された特性曲線による空気質量の時間経過を示す。破線は、逆流領域において変形された特性曲線による経過m2を示す。
変形された逆流特性曲線による脈動補正によって、狭い周波数−空気質量領域にしかエアーフローメータの過小の指示誤差が発生しなくなる。所定の内燃機関形式では、逆流を伴う強い脈動が所定の回転数およびスロットルバルブの開口角度が大きいときにしか発生しない。すなわち、脈動周波数は一定であり、平均空気質量はわずかしか変化しない。
したがって、変形すべき逆流特性曲線は周波数および空気質量に対してだけ適合しなければならない。適合は種々異なる内燃機関に対して個別に実行しなければならず、例えば検査台で得られたデータとの比較により経験的に行うことができる。脈動誤差の大きな内燃機関では、本発明の方法により誤差が明瞭に低減される。
変形された特性曲線により得られた空気質量経過ｍ（ｔ）から、制御装置27では通常のように、空気質量の平均値または行程ごとの空気質量等が求められる。このようにして求められた値に基づき、内燃機関の制御および／または調整が行われる。このためには別のパラメータ、例えば内燃機関の回転数ｎおよび／またはスロットルバルブ角度αDKを考慮する。スロットルバルブ角度は相応するセンサ28、29を介して測定される。

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気管に配置された、内燃機関 により吸気される空気質量を検出するためのエアーフローメータの出力信号の補正方法において、
   エラーフローメータの出力電圧と通流する空気質量との 関係を表すエラーフローメータの特性曲線を検出し、
   検出された特性曲線を逆流領域において、すなわち通流 する空気質量が内燃機関の所定の動作条件の下で逆流す ることのできる領域において補正し、
   当該補正は、逆流領域に発生する測定誤差を最小化する ように行い、
   補正された特性曲線および／または該特性曲線に対する 補正値を計算装置のメモリに記憶し、
   実際に吸気された空気質量を計算装置により、記憶され た補正特性曲線を考慮して計算する、
   ことを特徴とする補正方法。
2. 補正された特性曲線および／または補正さ れた特性曲線に対する補正値を内燃機関の制御装置にファイルし、所要の計算を同様に制御装置で行う、
   請求項１記載の方法。
3. 特性曲線は所定の内燃機関形式に対する補 正値を含んでおり、
   当該補正値を所定の内燃機関形式に対して求め、それぞれ該当する内燃機関の制御装置にファイルする請求項１または２記載の方法。
4. 脈動補正のために補正された逆流特性曲線を脈動の固有周波数領域でだけ使用する
   請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 脈動補正を、所定の回転数領域および／またはスロットルバルブの所定の角度領域でのみ行う
   請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 制御装置は平均値を測定された空気質量から検出する
   請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。

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