WO2001006107A1 - Vorrichtung zur erfassung einer pulsierenden grösse - Google Patents

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Uwe Konzelmann
Josef Kleinhans
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Robert Bosch Gmbh
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Nelson, Hildegard
Kleinhans, Guido
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    • F02D2041/1432—Controller structures or design the system including a filter, e.g. a low pass or high pass filter

Definitions

  • the invention proceeds from a device for detecting a pulsating variable according to the preamble of the main claim and more particularly relates to a device 'for detecting the sucked in by an internal combustion engine air mass.
  • micromechanical air mass meters are usually used, the sensor element of which is exposed to the flowing air. Since the air mass in the intake manifold of the internal combustion engine is present as a pulsating flow in the intake manifold under certain conditions, the sensor element is not installed directly in the intake manifold, for example, but in a flow bypass in which the pulsations are lower. In some engines, such as throttle-free engines, however, the intake manifold pulsations are particularly strong and cannot be easily compensated for.
  • DE-OS 44 08 243 proposed to use, in addition to pneumatic pulsatlon vaporization, additional electronic filters which influence or dampen the output signal of the sensor element m in a suitable manner.
  • the electronic filter is a component of the sensor and a circuit for adapting the characteristic and limiting the characteristic upstream, this circuit for adapting the characteristic and limiting the characteristic is also still part of the sensor element.
  • the electronic filter is adapted to the signal to be expected so that both high-frequency natural oscillations and the fundamental oscillation of the pulsation are damped, so that the pulsation amplitude at the output of the filter is only low. From the signal thus obtained, a subsequent microcomputer, for example the control unit of an internal combustion engine, is used to calculate mean values of the pulsating variable, that is to say mean values of the intake air mass.
  • the device according to the invention for detecting a pulsating variable with the features of claim 1 has the advantage that a particularly reliable compensation of the pulsation error is obtained, which can advantageously be adapted to different motors and works reliably under all possible conditions.
  • the pulsation compensation is already carried out in the sensor, so that a subsequent evaluation device, for example the microprocessor of an engine control unit, is relieved.
  • a pulsation map, which is taken into account in the compensation, is stored in the sensor itself. This pulsation map can be determined, for example, on a suitable test bench and written into a memory of the sensor to be used before the engine is started up.
  • a pulsation map can also be present in the subsequent evaluation device, for example in the control unit, and further or additional correction measures can be carried out in the control unit.
  • the invention is advantageously used to determine the air flowing through the intake manifold from an engine or an internal combustion engine, a hot film air mass meter being arranged as a sensor in the intake manifold.
  • An exemplary embodiment of the invention is shown in the single figure of the drawing. With this example game is to determine the mass of air flowing in the intake manifold of an internal combustion engine. In general, however, the invention can be applied to all measuring devices with which a pulsating variable is to be determined.
  • 10 denotes the sensor element.
  • This is, for example, the sensor element of a hot fill air mass meter, which is located in the intake manifold, not shown, of the internal combustion engine.
  • the sensor includes not only the sensor element but also the device for signal processing described in more detail below.
  • the output signal of the sensor US is first fed to an analog signal processor 11.
  • the processed signal is digitized in the A / D interface 12 and then fed to an analysis 13.
  • the processed signal is examined with regard to its amplitude or with regard to the mean air mass.
  • the information about the pulsation amplitude is determined, for example, from the signal maximum or the signal minimum. Another possibility of the signal analysis would be a sliding determination of the so-called rms value (root mean square; standard deviation) from the sensor signal.
  • the pulsation frequency of the signal can be derived, for example, from the speed of the engine or from segment information from the control unit.
  • the associated evaluation block “segment information frequency” is designated 17 in the figure. This information is also fed to the error map 16, as is the information obtained in the analysis 15 with regard to the amplitude or the average air mass
  • segment In the case of an engine, segment is used to denote a winding area that extends over two crankshaft revolutions divided by the number of cylinders of the engine.
  • the relevant segment information is output by the control unit as a signal that is required for various calculations that take place in the control unit. Since the expected frequency of the pulsations of the air in the intake manifold depends on the engine speed or, conversely, on the duration that the crankshaft depends on for an angle that corresponds to a segment, the pulsation frequency can be determined from the segment information.
  • the output signal US of the sensor element is followed by a corresponding electronic correction, which reliably switches off the pulsation error that occurs in conventional motors.
  • the map of the measurement errors is corrected by evaluating information about the frequency of the intake manifold pulsation, its amplitude and the mean air mass that are stored in the sensor.
  • the special characteristic map can be stored in a memory of the control unit 20 and the pulsation correction can take place in the control unit 20.
  • air mass segment By summing the sensor signal over a segment, an average value is obtained in block "air mass segment" 18. This air mass per segment is subjected to an error correction 19, this error correction being carried out on the basis of the data taken from the error map 16. After the error correction, there is a corrected output signal SK available, which is supplied to the control unit 20.
  • the signal processing described takes place in the sensor itself, so that the corrected signal SK is already made available to the control unit 20.
  • the mean air mass is determined from the sensor signal after a pulsation period or a segment. With this information, the corresponding correction is read out from the error map 16 developed a priori. The air mass is then averaged over a pulsation period and is evaluated at the output of the sensor as a corrected output signal SK. Since this sensor correction is already available for the next pulsation period, it is possible to immediately provide a new, corrected value even when the engine changes quickly.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe, beispielsweise der im Saugrohr eines Motors strömenden Luft angegeben, bei der die Signalaufbereitung und die Korrektur des Pulsationsfehlers in einer Auswerteeinrichtung, die Bestandteil des Sensors ist, erfolgt. Am Ausgang der Signalaufbereitung gibt der Sensor, beispielsweise ein Heißfilmluftmassenmesser ein korrigiertes Ausgangssignal ab, welches direkt ein Maß für die zu bestimmende Größe, beispielsweise die Masse der im Saugrohr einer Brennkraftmaschine strömende Luft ist.

Description

Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach der Gattung des Hauptanspruchs und betrifft insbesonders eine Vorrichtung ' zur Erfassung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse.
Zur Erfassung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse werden üblicherweise mikromechanische Luftmassenmesser eingesetzt, deren Sensorelement der strömenden Luft ausgesetzt wird. Da die Luftmasse im Saugrohr der Brennkraftmaschine unter bestimmten Bedingungen als pulsierende Strömung im Saugrohr vorliegt, wird das Sensorelement bei- spielsweise nicht direkt im Saugrohr eingebaut, sondern in einem Stromungsbypass, in dem die Pulsationen geringer sind. Bei einigen Motoren, beispielsweise drosselfreien Motoren, sind die Saugrohrpulsationen jedoch besonders stark und können nicht ohne weiteres kompensiert werden.
Physikalisch sind der aerodynamischen Kompensation der Pulsationsfehler Grenzen gesetzt. Außerdem ist bei der Festlegung der Bypass -Geometrie des Luftmassenmessers die Kompensation durch die thermische Sensorträgheit begrenzt. Der Pulsationsfehler hängt von dem Parametern mittlere Luftma- sse, Frequenz und Amplitude der Pulsationen ab. Für Parameterbereiche, bei denen die Bypass-Geometrie den thermischen Fehler des Sensors nicht ausgleichen kann, verbleiben letzt- endlich Fehlanzeigen durch Saugrohrpulsationen. Um diese Fehlanzeigen zu verringern, wird beispielsweise m der
DE-OS 44 08 243 vorgeschlagen, neben einer pneumatischen Pulsatlonsdampfung zusätzliche elektronische Filter einzusetzen, die das Ausgangssignal des Sensorelements m geeigneter Weise beeinflussen bzw. dampfen. Das elektronische Filter ist dabei Bestandteil des Sensors und einer Schaltung zur Kennlimenanpassung und Kennlinienbegrenzung vorgeschaltet, wobei diese Schaltung zur Kennlimenanpassung und Kennlinienbegrenzung ebenfalls noch Bestandteil des Sensorelements ist. Das elektronische Filter ist dabei so an das zu erwartende Signal angepaßt, daß sowohl hochfrequente Eigenschwingungen als auch die Grundschwingung der Pulsation gedampft wird, so daß die Pulsationsamplitude am Ausgang des Filters nur noch gering ist. Aus dem so erhaltenen Signal werden m einem nachfolgenden Mikrocomputer, beispielsweise dem Steuergerat einer Brennkraftmaschine Mittelwerte der pulsierenden Große, also Mittelwerte der angesaugten Luftmasse berechnet.
Vorteile der Erfindung
Die erfmdungsgemaße Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Große mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß eine besonders zuverlässige Kompensation des Pulsationsfehlers erhalten wird, die m vorteilhafter Weise an unterschiedliche Motoren angepaßt werden kann und bei allen möglichen Bedingungen zuverlässig funktioniert Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die Pulsationskompensation bereits im Sensor durchgeführt wird, so daß eine nachfolgende Auswerteeinrichtung, beispielsweise der Mikroprozessor eines Motorsteuergerates entlastet wird In vorteilhafter Weise wird dabei ein Pulsationskennfeld, das bei der Kompensation berücksichtigt wird, im Sensor selbst abgelegt. Dieses Pulsationskennfeld kann beispielsweise an einem geeigneten Prüfstand ermittelt werden und vor der Inbetriebnahme des Motors in einen Speicher des einzusetzenden Sensors eingeschrieben werden. Das Pulsationskennfeld PK ist eine Funktion von verschiedenen Größen, z.B. PK = f (Luftmasse, Frequenz, Amplitude) . Das Prinzip gilt ebenso, wenn im Steuergerät ein entsprechendes Kennfeld abgelegt wird, ohne Kor- rektur im HFM. Erzielt werden diese Vorteile durch eine Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die weiteren Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erhalten. Dabei kann unabhängig von diesen vorteilhaften Ausgestaltungen auch in der nachfolgenden Auswerteeinrichtung, also beispielsweise im Steuergerät zusätzlich noch ein Pulsationskennfeld vorhanden sein und es können weitere bzw. zusätzliche Korrek- turmaßnahmen im Steuergerät durchgeführt werden. Vorteilhafterweise wird die Erfindung zur Ermittlung der von einem Motor bzw. einer Brennkraftmaschine durch das Saugrohr strömenden Luft eingesetzt, wobei als Sensor ein Heißfilmluft- massenmesser im Saugrohr angeordnet wird.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert.
Beschreibung
In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein Ausführungsbei- spiel der Erfindung dargestellt. Mit diesem Ausführungsbei- spiel soll die Masse der im Saugrohr einer Brennkraf maschine strömenden Luft ermittelt werden. Generell laßt sich die Erfindung jedoch auf alle Meßvorrichtungen übertragen, mit denen eine pulsierende Große ermittelt werden soll .
Bei dem m der Figur dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist mit 10 das Sensorelement bezeichnet. Es handelt sich dabei beispielsweise um das Sensorelement eines Heißfllmluft- massenmessers, das sich im nicht dargestellten Saugrohr der Brennkraftmaschine befindet. Der Sensor umfaßt nicht nur das Sensorelement sondern auch die im folgenden naher beschriebene Vorrichtung zur Signalauf ereitung .
Das AusgangsSignal des Sensors US wird zunächst einer analo- gen Signalaufbereitung 11 zugeführt Das aufbereitete Signal wird m der A/D-Schnittstelle 12 digitalisiert und anschließend einer Analyse 13 zugeführt. In der Analyse 13 wird das aufbereitete Signal hinsichtlich seiner Amplitude oder hinsichtlich der mittleren Luftmasse untersucht. Die Informati- on der Pulsationsamplitude wird beispielsweise aus dem Signalmaximum bzw. dem Signalminimum bestimmt. Eine weitere Möglichkeit der Signalanalyse wäre eine gleitende Bestimmung des sogenannten rms-Wertes (Root-Mean-Square; Standardabweichung) aus dem Sensorsignal. Die Pulsationsfrequenz des Si- gnales kann beispielsweise aus der Drehzahl des Motors abgeleitet werden oder aus einer Segmentinformation des Steuergerätes. Der zugehörige Auswerteblock „Segmentinformation Frequenz" ist m der Figur mit 17 bezeichnet Diese Information wird ebenso dem Fehlerkennfeld 16 zugeführt, wie die m der Analyse 15 erhaltenen Informationen hinsichtlich der Amplitude oder der mittleren Luftmasse
Mit Segment wird bei einem Motor ein Wmkelbereich bezeichnet, der sich über zwei Kurbelwellenumdrehungen geteilt durch die Anzahl der Zylinder des Motors erstreckt Die zu- gehörige Segmentinformation wird vom Steuergerät als Signal abgegeben, das für verschiedeneim Steuergerät ablaufende Berechnungen benötigt wird. Da die zu erwartende Frequenz der Pulsationen der Luft im Saugrohr von der Motordrehzahl bzw. umgekehrt von der Dauer, die die Kurbelwelle für die Drehung um einen Winkel, der einem Segment entspricht, abhängt, läßt sich aus der Segmentinformation die Pulsationsfrequenz bestimmen.
Dem AusgangsSignal US des Sensorelements wird also eine entsprechende elektronische Korrektur nachgeschaltet, die den Pulsationsfehler, der bei konventionellen Motoren auftritt, zuverläßig ausschaltet. Durch Kenntnis des Pulsationsfeh- lers, beispielsweise bei Motor-Vollast oder aus PrüfStands- messungen kann somit mit einem im Sensor selbst abgelegten
Kennfeld der Meßfehler korrigiert werden, in dem Informationen über die Frequenz der Saugrohrpulsation, deren Amplitude und der mittleren Luftmasse, die im Sensor abgelegt sind, ausgewertet werden.
Alternativ kann bei einem Sensor ohne Mikroprozessor das spezielle Kennfeld m einem Speicher des Steuergeräts 20 abgelegt werden und die Pulsationskorrektur im Steuergerät 20 ablaufen.
Durch Summation des Sensorsignals über ein Segment wird im Block „Luftmasse Segment" 18 e n Mittelwert erhalten. Diese Luftmasse pro Segment wird einer Fehlerkorrektur 19 unterworfen, wobei diese Fehlerkorrektur anhand der dem Fehler- kennfeld 16 entnommenen Daten erfolgt. Nach der Fehlerkorrektur steht ein korrigiertes Ausgangsssignal SK zur Verfügung, das dem Steuergerät 20 zugeführt wird. Die beschriebene Signalaufbereitung erfolgt im Sensor selbst, so daß dem Steuergerät 20 bereits ein korrigiertes Signal SK zur Verfü- gung gestellt wird. Die mittlere Luftmasse ist nach einer Pulsationsperiode bzw. einem Segment aus dem Sensorsignal bestimmt. Mit diesen Informationen wird aus dem a priori erarbeiteten Fehlerkenn- feld 16 die entsprechende Korrektur ausgelesen. Die Luftmasse liegt dann gemittelt über eine Pulsationsperiode fertig ausgewertet am Ausgang des Sensors als korrigiertes Aus- gangssignal SK vor. Da diese Sensorkorrektur bereits bei der nächsten Pulsationsperiode vorliegt, ist es möglich, auch bei schnellen Lastwechseln des Motors sofort einen neuen, korrigierten Wert zur Verfügung zu stellen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe, insbesonders der im Saugrohr einer Brennkraftmaschine strömenden Luft, mit einem Sensor, der ein Meßelement und Mittel zur Signalaufbereitung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Signalaufbereitung Mittel zur Pulsationskorrektur aufweisen, in denen wenigstens eine Analyse der Amplitude des aufbereiteten Sensorsi- gnals und/oder eine Mittelwertbildung der zu messenden Größe durchführt wird und die Analyseergbenisse m einem
Kennfeld ablegt werden, auf das bei der Pulsationskorrektur zurückgegriffen wird.
2. Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur
Signalaufbereitung einen Analogteil und einen Digitalteil umfassen, wobei die Analyse und die Pulsationskorrektur Bestandteil der digitalen Signalaufbereitung sind.
3. Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den S gnalaufbereitungsmittel von außen Informationen zuführbar sind, die Informationen über Betriebsbedingungen, die zur pulsierenden Größe enthalten.
4. Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, die pulsierende Größe die im Saugrohr einer Brennkraftmaschine strömende Luft ist, daß der Sensor ein Heißfilmluftmassenmesser ist, daß das korrigierte Ausgangssignal des Sensors dem Steuergerät der Brennkraftmaschine zugeführt wird und die Informationen bezüglich der pulsierenden Größe vom Steuergerät an den Sensor abgegeben werden.
5. Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kennfeld wenigstens die Informationen Pulsa- tionsamplitude, Pulsationsfrequenz und Drehzahl enthält.
6. Vorrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennfeld entweder in einem Speicher, der Bestandteil des Sensors ist oder in einem Speicher des Steuergerätes abgelegt wird.
Vorrichtung zur Erfassung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Sensor, der keinen Speicher umfaßt, das Kennfeld im Steuergerät abgelegt wird.
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