WO2003006931A2 - Verfahren zur kompensation der messabweichung eines luftmassensensors - Google Patents

Verfahren zur kompensation der messabweichung eines luftmassensensors Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for compensating the measurement deviation of an air mass sensor according to the preamble of patent claim 1.
  • Air mass sensors are used to determine the air mass flow in flow channels and are used, for example, in vehicle technology to regulate the metering of combustion air and to be able to set an optimal air / fuel ratio.
  • Air mass sensors include, for example, a measuring resistor that is heated up by a heating resistor and kept at a certain temperature or at a certain resistance value. In the operating state, the measuring resistor has an excess temperature that is far above the medium temperature. If the mass flow flowing through the flow channel changes, the temperature of the measuring resistor changes due to the changed convective heat transfer, which detunes a resistance measuring bridge. As a result, the heating power of the heating resistor changes. The heating power of the heating resistor or the voltage applied to the heating resistor are a measure of the flow mass of the flowing medium.
  • the dirt build-up on the sensor causes a not inconsiderable characteristic drift of the air mass meter over the course of the engine's life, since the convective heat transfer is impaired by the dirt layer. As a result, incorrect measurements occur, which lead to non-ideal operation of the motor when a maximum permissible tolerance limit is exceeded. Soiled air mass meters had to be replaced when this tolerance limit was reached.
  • the basic inventive idea is to apply a defined air blast to the air mass sensor and to evaluate the response time (impulse response). Since the response time from the thermal
  • both the shift in the sensor characteristic and the change in the characteristic gradient are preferably taken into account.
  • calculations are preferably carried out to compensate for the measurement deviation, for example predetermined mass flow values being assigned new measurement values (measurement voltages), or a The corresponding characteristic curve already stored in the system is selected.
  • the deviation of the sensor characteristic of a dirty or aged sensor from that of a new sensor can e.g. determined on the basis of laboratory measurements and the result used to correct the sensor error.
  • the response time is particularly the time that a temperature sensor of the air mass sensor needs to reach a certain temperature after being subjected to an air blast.
  • the response time can also be the time that the output signal of the air mass sensor needs to reach a certain percentage of the full measurement signal after being subjected to an air blast.
  • Air supply measured and used to compensate for the measurement error.
  • the response times of a plurality of sensors of an air mass meter are determined in order to take account of dirt deposits of different thicknesses on the surface of the air mass meter.
  • Results of the response time that differ greatly from one another can be calculated, for example, as an average.
  • the measurement error is preferably corrected using software.
  • a response time of the air mass meter is determined shortly after a motor vehicle is switched off.
  • the engine is briefly started up from a low speed, such as 500 rpm.
  • a correction calculation for the offset and the amplification of the characteristic curve is then carried out from the result of this measurement, or a characteristic curve already stored in the system is selected.
  • the correction is finally taken into account when evaluating the air mass sensor output signal after the vehicle is restarted.
  • Figure 1 shows an embodiment of an air mass sensor
  • Figure 2 shows the change in the sensor characteristic due to contamination or aging.
  • Figure 1 shows a possible implementation of a
  • Air mass sensor 1 which is arranged on a carrier plate 2.
  • the air mass sensor 1 consists of a me branch-like heating area 3, on which several resistors 5,6,7 are arranged, and a thicker edge area 4th
  • the resistors 5,6,7 are part of a measuring bridge circuit which is tuned in the normal state.
  • the resistor 6 is a measuring resistor that is heated by the heating area 3 underneath and is kept at a certain temperature or at a certain resistance value.
  • Air mass sensor 1 and cools the heating area of the sensor depending on the flow rate and the air temperature. If the flow rate now changes, the temperature of the changes due to the changed convective heat transfer
  • Measuring resistor 6 whereby the measuring bridge circuit is detuned. This leads to an increased heating of the measuring resistor 6.
  • the heating power or the voltage applied to the heating element is a measure of the mass flow of the flowing medium.
  • a temperature sensor 8 is provided on the outer edge region of the sensor 1.
  • the reference number 9 denotes a layer of dirt which has deposited on the surface of the air mass sensor during operation and which causes a not inconsiderable characteristic drift of the air mass meter 1. This layer of dirt affects the convective
  • FIG. 2 shows an output characteristic curve 10 of an air mass sensor 1 when new compared to a characteristic curve 11 of the sensor covered with a layer of dirt.
  • the dirt application on the sensor causes a characteristic drift, which can lead to incorrect measurements. More specifically, the pollution causes both a shift in the characteristic curve (offset) and a reduction the reinforcement, so that the characteristic curve 11 of the dirty air mass meter is generally below that of a new air mass meter.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation der Messabweichung eines Luftmassensensors aufgrund von Verschmutzung oder Alterung, der in einem Strömungskanal angeordnet ist. Zur Kompensation des Messfehlers wird vorgeschlagen, den Sensor mit einem Luftstoss zu beaufschlagen und die Ansprechzeit des Sensors auszuwerten. Der durch den Schmutzauftrag oder Alterung verursachte Sensorfehler wird schlisslich in Abhängigkeit von der Ansprechzeit korrigiert.

Description

Verfahren zur Kompensation der Messabweichung eines Luftmassensensors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation der Messabweichung eines Luftmassensensors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Luftmassensensoren dienen zur Ermittlung des Luftmassenstromes in Strömungskanälen und werden beispielsweise in der Fahrzeugtechnik eingesetzt, um die Zudosierung von Verbrennungsluft regeln und ein optimales Luft/KraftStoffVerhältnis einstellen zu können.
Luftmassensensoren umfassen beispielsweise einen Messwiderstand, der von einem Heizwiderstand aufgeheitzt und auf einer bestimmten Temperatur bzw. auf einem bestimmten Widerstandswert gehalten wird. Der Messwiderstand hat im Betriebszustand eine weit oberhalb der Mediumtemperatur liegende Übertemperatur. Ändert sich nun der den Strömungskanal durchfließende Massenstrom, so ändert sich auf Grund der veränderten konvektiven Wärmeübertragung die Temperatur des Messwiderstandes, wodurch eine WiderstandsMessbrücke verstimmt wird. Infolge dessen ändert sich die Heizleistung des Heizwiderstandes. Die Heizleistung des Heizwiderstandes bzw. die am Heizwiderstand anliegende Spannung sind ein Maß für die Durchflußmasse des strömenden Mediums .
Bei Verbrennungsmotoren und insbesondere bei größeren Dieselmotoren, kann es je nach Gestaltung des
Luftansaugtraktes des Motors zu einem Eintrag von Spritzwasser (gegebenenfalls mit gelösten Salzbestandteilen) , Öl und Staub kommen, die den im Ansaugtrakt des Motors befindlichen Luftmassenmesser verunreinigen können. Der sich auf dem Sensor einstellende Schmutzauftrag verursacht im Laufe der Lebensdauer des Motors eine nicht unbeachtliche Kennliniendrift des Luftmassenmessers, da die konvektive Wärmeübertragung durch die Schmutzschicht beeinträchtigt ist. Folglich kommt es zu Fehlmessungen, die bei Überschreiten einer maximal zulässigen Toleranzgrenze zu einem nicht idealen Betrieb des Motors führen. Verschmutze Luftmassenmesser mußten bislang bei Erreichen dieser Toleranzgrenze ersetzt werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Luftmassenmesser bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines Luftmassenmessers zu schaffen, mit dem ein Kennlinienfehler des Messers kompensiert werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von UnteranSprüchen.
Der grundlegende erfinderische Gedanke besteht darin, den Luftmassensensor mit einem definierten Luftstoß zu beaufschlagen und die Ansprechzeit (Impulsantwort) auszuwerten. Da die Ansprechzeit von der thermischen
Speicherfähigkeit und somit auch vom Verschmutzungsgrad des Sensors abhängig ist, kann der Fehler des Luftmassenmesser- Ausgangssignals kompensiert werden.
Zur Kompensation der Messabweichimg werden vorzugsweise sowohl die Verschiebung der Sensorkennlinie als auch die Veränderung des Kennliniengradienten berücksichtigt .
Im Messsystem werden vorzugsweise Berechnungen zur Kompensation der Messabweichung durchgeführt, wobei z.B. vorgegebenen Massendurchflusswerten neue Messwerte (MessSpannungen) zugeordnet werden, oder es wird eine entsprechende, bereits im System hinterlegte Kennlinie ausgewählt .
Zur Durchführung der Kompensation, d.h. zur Anpassung der Sensorkennlinie an verschiedene Versch utzungs- oder Alterungsgrade ist es erforderlich, die Korrelation zwischen der Ansprechzeit von Luftmassenmessern und dem Verschmutzungs- bzw. Alterungsgrad zu kennen. Diese Korrelation ergibt sich z.B. aus Messungen der Ansprechzeiten bei verschieden stark verschmutzten bzw. gealterten Sensorelementen.
Die Abweichung der Sensorkennlinie eines verschmutzten oder gealterten Sensors von derjenigen eines neuen Sensors kann z.B. anhand von Labormessungen ermittelt und das Ergebnis zur Korrektur des Sensorfehlers verwendet werden.
Als Ansprechzeit wird insbesondere diejenige Zeit bezeichnet, die ein Temperaturfühler des Luftmassensensors benötigt, um nach dem Beaufschlagen mit einem Luftstoß eine bestimmte Temperatur zu erreichen.
Wahlweise kann die Ansprechzeit auch diejenige Zeit sein, die das Ausgangssignal des Luftmassensensors benötigt, um nach dem Beaufschlagen mit einem Luftstoß einen bestimmten prozentualen Anteil des vollen Messsignals zu erreichen.
Andere Definitionen der Ansprechzeit sind ebenfalls denkbar.
Neben der Auswertung der Sprungantwort des Sensors kann auch dessen Kennlinienverschiebung (Offset) an einem bestimmten Betriebspunkt, vorzugsweise im Ruhezustand, d.h. ohne
Luftzufuhr, gemessen und zur Kompensation des Messfehlers genutzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Ansprechzeiten mehrerer Sensoren eines Luftmassenmessers ermittelt, um unterschiedlich dicke Schmutzaufträge auf der Oberfläche des Luftmassenmessers zu berücksichtigen. Bei stark voneinander abweichenden Ergebnissen der Ansprechzeit kann beispielsweise ein Mittelwert berechnet werden.
Die Korrektur des Messfehlers wird vorzugsweise mittels Software durchgeführt .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Ansprechzeit des Luftmassenmessers kurz nach dem Ausschalten eines Kfz-Motors ermittelt. Hierzu wird der Motor von einer niedrigen Drehzahl, wie beispielsweise 500 U/min kurzfristig hochgefahren.
Aus dem Ergebnis dieser Messung wird dann eine Korrekturberechnung für den Offset und die Verstärkung der Kennlinie durchgeführt oder eine bereits im System hinterlegte Kennlinie ausgewählt. Die Korrektur wird schließlich bei der Auswertung des Luftmassensensor- Ausgangssingnals nach einem Neustart des Fahrzeuges berücksichtigt .
Detaillierte Figurenbeschreibung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Luftmassensensors;
Figur 2 die Änderung der Sensorkennlinie auf Grund von Verschmutzung oder Alterung.
Figur 1 zeigt eine mögliche Realisierung eines
Luftmassensensors 1, der auf einem Trägerblech 2 angeordnet ist. Der Luftmassensensor 1 besteht aus einem me branartigen Heizbereich 3, auf dem mehrere Widerstände 5,6,7 angeordnet sind, und aus einem dickeren Randbereich 4.
Die Widerstände 5,6,7 sind Bestandteil einer Messbrückenschaltung, die im Normalzustand abgestimmt ist. Bei dem Widerstand 6 handelt es sich um einen Messwiderstand, der vom darunter liegenden Heizbereich 3 beheizt und auf einer bestimmten Temperatur bzw. auf einem bestimmten Widerstandswert gehalten wird.
Bei Betrieb strömt Luft über die Oberfläche des
Luftmassensensors 1 und kühlt den Heizbereich des Sensors in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit und der Lufttemperatur. Ändert sich nun die durchfließende Strömungsmenge, so ändert sich auf Grund der veränderten konvektiven Wärmeübertragung die Temperatur des
Messwiderstandes 6, wodurch die Messbrückenschaltung verstimmt wird. Dies führt zu einer verstärkten Beheizung des Messwiderstandes 6. Die Heizleistung bzw. die am Heizelement anliegende Spannung ist ein Maß für den Massendurchfluss des strömenden Mediums.
Zur Ermittlung der Temperatur der zuströmenden Luft ist ein Temperaturfühler 8 auf dem äußeren Randbereich des Sensors 1 vorgesehen .
Die Kennziffer 9 bezeichnet eine Schmutzschicht, die sich im Laufe des Betriebs auf der Oberfläche des Luftmassensensors abgelagert hat und die eine nicht unbeachtliche Kennliniendrift des Luftmassenmessers 1 hervorruft. Diese Schmutzschicht beeinträchtigt die konvektive
Wärmeübertragung, wodurch Fehlmessungen auftreten können, die zu einem nicht korrekten Motormanagement führen.
Figur 2 zeigt eine Ausgangskennlinie 10 eines Luftmassensensors 1 im Neuzustand gegenüber einer Kennlinie 11 des mit einer SchmutzSchicht bedeckten Sensors.
Es ist deutlich zu erkennen, dass der sich auf dem Sensor befindliche Schmutzauftrag eine Kennliniendrift verursacht, die zu Fehlmessungen führen kann. Genauer betrachtet verursacht die Verschmutzung sowohl eine Kennlinienverschiebung (Offset) als auch eine Verringerung der Verstärkung, so dass sich die Kennlinie 11 des verschmutzen Luftmassenmessers in der Regel unterhalb derjenigen eines neuen Luftmassenmessers befindet.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Kompensation von Messabweichungen eines in einem Strömungskanal angeordneten Luftmassensensors aufgrund von Verschmutzung oder Alterung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Impulsartiges Beaufschlagen des Luftmassensensors (1) mit
Luft;
Ermitteln der Ansprechzeit des Luftmassensensors (1) ; und - Korrigieren der Messabweichung in Abhängigkeit von der ermittelten Ansprechzeit.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Sensorfehlers durch Berechnung korrigierter Kennlinienwerte oder durch Auswählen einer entsprechenden, bereits in einem Register hinterlegten Kennlinie erfolgt .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur des Sensorfehlers Korrekturwerte für den Kennlinienoffset und die Steigung der Kennlinie ermittelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturwerte im Messsystem gespeichert sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelation zwischen einem Luftmassenmesser-Ausgangssignal und der Verschmutzungs- bzw. dem Alterungsgrad anhand von Labormessungen ermittelt und das Ergebnis zur Korrektur der Messabweichung verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kompensation des Messfehlers eine Nullpunktverschiebung der Sengprkennlinie berücksichtigt wird.
7. Verf hren nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kennlinienoffset an einem bestimmten Punkt der Kennlinie, insbesondere im Ruhezustand, gemessen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansprechzeit diejenige Zeit ist, bis ein Temperaturfühler nach dem Beaufschlagen mit Luft eine bestimmte Temperatur erreicht hat.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansprechzeit diejenige Zeit ist, bis das Messsignal des Sensors nach Beaufschlagen mit Luft einen bestimmten prozentualen Anteil seines vollen Messsignals erreicht hat.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,' dass die Kompensation des Messfehlers mittels einer Software durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung von Korrekturwerten für die Kompensation des Messfehlers beim Ausschalten eines Kfz-Motors durchgeführt wird, wobei der Motor nach dem Abschalten kurz hochgefahren wird, um einen Luftstoß zu erzeugen.
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