JP4072159B2 - 質量流センサーの校正のための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は質量流センサーの校正のための装置及び方法に関する。このような装置は流量台とも呼ばれる。

内燃機関の燃焼過程は、供給される空気の量に著しく依存している。従って質量流センサーを用いて、流過するガスの質量を検出するようになっている。電流及び電圧値若しくはクロック信号の場合の周期時間値の形で検出された測定信号に、質量流のための値が例えばキログラム／時で割り当てられる。検出された測定信号によって流れの質量を正確に再現するために、質量流センサーを校正する必要がある。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８５７３２９Ａ１号明細書により、質量流センサーの検査及び校正のための流量台及び方法を開示してある。該流量台においては、校正すべき質量流センサーと基準用質量流センサーとを流れ通路内に互いに前後に配置するようになっている。流れ通路内に空気質量流をポンプによって形成するようになっており、この場合に両方の質量流センサーは絞りフラップの上流側に位置決めされている。下流側への位置決めも可能である。流れ通路内の絞りフラップの位置を制御装置によって調節し、その結果、質量流を大きく変化させるようになっている。基準用質量流センサーの測定値から、校正すべき質量流センサーのための値を決定する。校正すべき質量流センサーのための値の決定に際して、上流側に位置するセンサーに対する圧力損失を考慮しなければならない。

未公開のドイツ連邦共和国特許出願第１０１４９２９２．８号明細書に、基準用質量流センサーなしの測定方法を記載してある。この場合には、流れ通路内の標準弁を介して質量流・時間特性線図を形成するようになっている。校正すべき質量流センサーは、標準弁によって規定された空気質量流内で所定の質量・時間特性線に基づき校正される。マスターなしの校正とも呼ばれる該方法においては欠点として、ポンプの吸引側の温度及び圧力特性を完全にコンスタントに保たなければならない。周囲温度及び／又は周囲圧力に起因する変化は、校正の値を歪曲させてしまうことになる。

本発明の課題は、質量流センサーの校正のための装置及び方法を改善して、該装置及び方法によって前述の欠点を避けて、質量流センサーの特に迅速かつ正確な校正を可能にすることである。

前記課題が、質量流センサーの校正のための、請求項１に記載の構成を有する装置によって解決される。本発明に基づく装置の有利な実施態様を従属請求項に記載してある。

本発明に基づく装置は、流れ通路及び該流れ通路内での質量流センサーの保持のためのホルダーを備えている。流れ通路は一方の端部でポンプに接続されており、ポンプによって気体、特に空気が流れ通路内を送られるようになっている。ホルダーとポンプとの間に調節可能な絞り装置を設けてある。該絞り装置は、ポンプの運転時に絞り装置の最も狭い横断面では流れが音速で生じるように形成されている。制御装置は校正過程中に絞り装置を所定の時間・距離特性線に沿って調節するようになっている。調節可能な絞り装置は超臨界運転で作動され、これによって入口圧力と吸引側圧力との間に所定の圧力比を達成している。絞り装置の超臨界運転では、吸引側圧力の変化に際してもノズルの最も狭い横断面における速度は変化せず、従って絞り装置を通る質量流は一定に保たれる。吸引側の圧力の測定は不要である。

有利な実施態様では、調節可能な絞り装置は可変のノズルである。利点として、超臨界状態で作動されるノズルにおいては質量流は圧力、温度及び空気湿度から極めて正確に算出可能である。

特に有利な実施態様では、可変のノズルは、円錐形に拡大する区分と該区分内に配置されたピン（スパイク）から成っており、前記区分内のピンの位置は、前記区分内の自由な横断面、即ち開放断面を変化させるために調節駆動部によって調節されるようになっている。ピンは有利には、円錐形に拡大する区分内に同軸的に配置された円錐体若しくは円錐台部材として形成されている。ピンはピンの縦軸線に沿って駆動部によって調節可能である。

有利には空気質量センサーと絞り装置との間に、空気流の状態量の検出のためのセンサーを設けてある。この場合にセンサーは温度、湿度並びに圧力の測定のためのセンサーである。これらの値は、流過する質量流を決定するために用いられる。

本発明の前記課題が、請求項８に記載の手段を有する方法によって解決される。本発明に基づく方法の有利な実施態様が請求項９に記載してある。

本発明に基づく方法の第１の段階（ステップ）では、校正すべき質量流センサーを流れ通路内に配置する。流れ通路内に質量流を形成し、該質量流の値は時間と共に変化する。有利にはキログラム／時の単位で表される質量流は、流れ通路内で変化される。流れ通路内に絞り装置を付加的に設けてあり、絞り装置の最も狭い横断面は音速で流過される。この場合には吸引側の圧力及び温度は従来の傾斜路形流量台に比べて問題にならず、その結果、校正は安定して、かつ迅速に行われる。さらに本発明に基づく方法は、ポンプ吸引出力の安定性にほとんど左右されない。

本発明に基づく方法の有利な実施態様では、調節可能な絞り装置として可変のノズルを設け、該ノズルは所定の時間に関連して、予め決められた値の質量流を質量流センサーの周囲に沿って流過させるようになっている。

前述の校正に加えて、本発明は質量流センサーの検査及び／又は診断のためにも用いられ得る。

図１は、流量台（フローベンチ[flow bench]）１０の概略的な平面図である。漏斗状の受容開口１２を介して空気は流れ方向Ａで流量台内に流入する。受容開口（入口開口）１２の下流側に、差し込み式空気質量センサーのヘッドを配置してあり、差し込み式空気質量センサーの測定領域は空気流によって流過されるようになっている。流量台は差し込み式空気質量センサーに限定されるものではなく、任意の空気質量センサーを流れ通路（流路）内で校正できるようになっている。この場合に、校正すべき空気質量センサーは管片１６と一緒に流れ通路内に位置決めされるようになっていてよい。

さらに下流側に温度のためのセンサー１８、空気湿度のためのセンサー２０及び圧力のためのセンサー２２を設けてある。これらのセンサーの下流側に調節可能なノズル２４を設けてある。図１に示すノズルはラバル管によって形成されており、ラバル管の流動状態は十分に分析されている。最も狭い断面で音速を達成すると、流過量は吸引側（ノズルの下流側）の圧力の降下に際しても影響されない。吸引側の圧力の上昇によっても、流過量は超臨界運転を維持している間は影響されない。ラバル管２４を超臨界領域で運転すると、校正すべき質量流センサーを経てラバル管を通る流過量は、臨界圧力比を超えない限り、ポンプ送出力の変動に左右されない。

ノズル２４を通る質量流はピン２６を用いて動的に調節されるようになっており、ピンは二重矢印Ｂの方向に移動可能である。ピン２６を駆動部２８によって調節するようになっており、駆動部は制御装置（図示省略）によって制御されるようになっている。吸引側で流れ通路内に圧力センサー３０を設けてある。圧力センサー３０は、圧力センサー２２と協働してノズル２４に所定の圧力比が生じ、これによって超臨界運転が行われているかどうかを決定できるようになっている。流れ通路内を流れる空気流はポンプ３２によって形成される。

空気質量センサー１４の校正のためにピン２６の位置は所定の時間・距離特性線に沿って変化される。該変化は連続的に行われる。超臨界領域ではノズル２４からの質量流は吸引側の圧力に影響されないので、校正すべき質量流センサー１４は極めて正確に校正及び／又は検査される。

図２は、本発明に基づく方法の経過順序を示している。段階３４で、校正すべきセンサーを流れ通路内に装着する。段階３６で、ノズルを介して流れが形成される。段階３８で、ピン２６は所定の距離・時間特性線に沿って連続的に引き出され、距離・時間特性線はノズルの質量流・時間特性線を規定している。同時に段階４０で、校正すべき質量流センサーの測定信号を検出する。

本発明に基づく流量台の概略的な平面図 本発明に基づく方法のフローチャート

符号の説明

１０ 流量台、 １２ 受容開口、 １４ 空気質量センサー、 １６ 管片、 １８，２０，２２ センサー、 ２４ ノズル、 ２６ ピン、 ２８ 駆動部、 ３０ 圧力センサー

Claims (7)

1. 質量流センサー（１４）の校正のための装置であって、流れ通路及び該流れ通路内での質量流センサーの保持のためのホルダー（１６）を備えており、流れ通路が一方の端部でポンプ（３２）に接続されていて、かつ他方の端部に、ポンプ（３２）によって流れ通路内に生ぜしめられる空気流のための受容開口（１２）を有しており、ホルダー（１６）とポンプ（３２）との間に可変のノズル（２４）を設けてあり、該可変のノズルが、円錐形に拡大する区分と該区分内に配置されたピン（２６）とから成っており、前記ピン（２６）が調節駆動部（２８）によって調節されて、前記区分内の自由な横断面を変化させるようになっていて、校正過程中に制御装置を介して所定の時間・距離特性線に沿って調節可能であり、ポンプ（３２）の運転時に超臨界の流れを形成するようになっており、該流れの媒体が前記可変のノズル（２４）の最も狭い横断面で音速を有していることを特徴とする、質量流センサーの校正のための装置。
2. ピン（２６）が、円錐形に拡大する区分内に同軸的に配置された円錐体若しくは円錐台部材として形成されている請求項１記載の装置。
3. ピンが縦軸線（Ｂ）に沿って調節可能である請求項２記載の装置。
4. 空気質量センサーと可変のノズルとの間に、空気流の状態量の検出のためのセンサー（１８，２０，２２）を設けてある請求項１から３のいずれか１項記載の装置。
5. 温度、空気湿度及び／又は圧力の測定のための装置を設けてある請求項１から４のいずれか１項記載の装置。
6. 空気質量センサー（１４）の校正のための方法であって、次の過程を有しており：
   校正すべき質量流センサー（１４）を流れ通路内に配置し、
   該流れ通路が一方の端部でポンプ（３２）に接続されていて、かつ他方の端部に、ポンプ（３２）によって流れ通路内に生ぜしめられる空気流のための受容開口（１２）を有しており、ホルダー（１６）とポンプ（３２）との間に可変のノズル（２４）を設けてあり、該可変のノズルが、円錐形に拡大する区分と該区分内に配置されたピン（２６）から成っており、前記ピン（２６）が調節駆動部（２８）によって調節されて、前記区分内の自由な横断面を変化させるようになっていて、校正過程中に制御装置を介して所定の時間・距離特性線に沿って調節可能であり、
   前記流れ通路内に質量流を、前記所定の時間・距離特性線によって規定された質量流・時間特性線に沿って形成し、
   前記可変のノズル（２４）のピン（２６）を、ポンプ（３２）の運転時に前記可変のノズル（２４，２６）の最も狭い横断面で音速の超臨界の流れが形成されるように調節することを特徴とする、質量流センサーの校正のための方法。
7. 可変のノズル（２４，２６）によって所定の時間特性線に沿って、校正すべき質量流センサーの周囲を流れる質量流を変化させる請求項６記載の方法。

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