DE10063752A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden MediumsInfo
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Abstract
Es werden Verfahren und/oder Vorrichtungen zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums, insbesondere einer strömenden Luftmasse beschrieben, bei denen das strömende Medium mit zwei nach verschiedenen Prinzipien arbeitenden Auswerteverfahren bestimmt wird und die beiden erhaltenen Messsignale miteiner in Bezug gesetzt werden zur Ermittlung von Korrekturverfahren. Da beide Messverfahren unterschiedlich auf Störeffekte reagieren, kann aus dem Vergleich der beiden Ausgangssignale auf die Art und Größenordnung der Störeffekte geschlossen werden und ein korrigiertes Messsignal gewonnen werden, das von den Störeffekten unabhängig ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums,
insbesonders zur Ermittlung der im Saugrohr einer
Brennkraftmaschine herrschenden Luftströmung und damit zur
Bestimmung der angesaugten Luftmasse.
Zur Erfassung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten
Luftmasse werden üblicherweise Heißfilm-Luftmassenmesser
eingesetzt. Diese weisen ein beheizbares Element auf, das
dem zu messenden Luftstrom ausgesetzt wird und durch diesen
gekühlt wird. Für die Ausgestaltung des Heißfilm-
Luftmassenmessers gibt es verschiedene Möglichkeiten, ebenso
für die Heizungsregelung und die Auswerteverfahren. Beide
Arten von Luftmassenmessern, bzw. ein existierendes
Verfahren zur Erfassung des Luftmassenstromes mit einem
Heißfilm-Luftmassenmesser, beruht auf der Messung der Wärme,
die an den vorbeiströmenden Luftmassenstrom abgegeben wird.
Dazu wird bei einer Art von Luftmassenmessern die
elektrische Energie, die zur Regelung des Heißfilmes auf
eine konstante Temperatur benötigt wird, gemessen. Ein
zweites Verfahren, bzw. eine zweite zugehörige
Sensoranordnung, beruht darauf, daß der Heißfilm ebenfalls
auf eine konstante Temperatur geregelt wird. Als Meßsignal
wird jedoch nicht die dazu benötigte Heizleistung verwendet,
sondern das Temperaturprofil am Rand des als Membran
ausgebildeten Heißfilms. Dabei wird mit Hilfe eines
stromaufwärts und eines stromabwärts vom Heizbereich
liegenden Temperatursensors die Temperaturdifferenz zwischen
diesen beiden Stellen bestimmt. Beide Temperatursensoren,
die als temperaturabhängige Widerstände ausgebildet sind,
sind Bestandteil einer Brückenschaltung. Aus der sich
einstellenden Brückenspannung wird ein Meßsignal gewonnen,
das die Temperaturdifferenz zwischen dem stromaufwärts und
dem stromabwärts vom Heizbereich liegenden
temperaturabhängigen Widerstand repräsentiert.
Beide Arten von Sensoren, bzw. Auswerteverfahren, können
durch Störeffekte, wie beispielsweise Luftfeuchtigkeit oder
Verschmutzung, beeinträchtigt werden. Dies kann zu einer
Fehlanzeige eines solchen Sensors führen, bzw. zu einem
Fehler in der Signalauswertung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die angesprochenen
Fehlerquellen und die daraus resultierenden Fehlanzeigen zu
minimieren. Die Lösung der Aufgabe wird mit einem
erfindungsgemäßen Verfahren und/oder einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden
Mediums mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erzielt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden
Mediums, insbesonders der von einer Brennkraftmaschine
angesaugten Luftmasse, hat den Vorteil, daß Störeffekte bei
der Messung kompensiert werden. In vorteilhafter Weise
erfolgt dies, indem eine redundante Messung durchgeführt
wird, die nach zwei verschiedenen Verfahren arbeitet, die
bei einem einzigen Sensor durchgeführt werden oder es sind
zwei verschiedenartige Sensoren zur Messung der Luftmasse
vorhanden, wobei wesentlich ist, dass die beiden
ausgewählten Verfahren bzw. die beiden Sensoren
der beiden Meßergebnisse lassen sich dann Störeffekte, die
bei einem Verfahren, bzw. dem zugehörigen Sensor, stärker
auftreten als beim anderen Verfahren, bzw. beim anderen
Sensor, kompensieren. Erzielt werden diese Vorteile dabei
durch ein Verfahren und/oder eine Vorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den
Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen
Figur dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
Bei der Ermittlung des Durchsatzes eines strömenden Mediums
besteht die Gefahr, daß die Genauigkeit durch Störeffekte
beeinträchtigt wird. Insbesonders im Zusammenhang mit der
Erfassung der im Saugrohr einer Brennkraftmaschine
strömenden Luftmasse gibt es verschiedene Probleme, die
beispielsweise dadurch verursacht werden, daß die
Feuchtigkeit der strömenden Luft nicht genau bekannt ist
oder daß die Sensorelemente bei andauerndem Gebrauch
verschmutzt werden, wodurch sich Fehler in der Auswertung
einstellen können. Eine weitere Problematik bei der Messung
der im Saugrohr einer Brennkraftmaschine strömenden Luft
wird verursacht durch die Tatsache, daß die Strömung nicht
immer in eine Richtung erfolgt, sondern eine sogenannte
Strömungsumkehr, bzw. eine Pulsation, auftreten kann. Zur
Kompensation von Fehlern und insbesonders zur Kompensation
der Störeffekte, die durch solche Saugrohrpulsationen
verursacht werden, ist es bekannt, die Ermittlung der
strömenden Luftmasse nach zwei unterschiedlichen Verfahren
durchzuführen und die erhaltenen Meßergebnisse miteinander
zu kombinieren, um damit Fehlmessungen zu minimieren.
Dazu wird beispielsweise in der DE-OS 39 25 377 ein
Verfahren zur Meßfehlerkorrektur vorgeschlagen, bei dem der
durch Rückströmung auftretende Meßfehler eines Heißfilm-
Luftmassenmessers kompensiert wird. Dazu wird die Luftmasse
mit dem Heißfilm-Luftmassenmesser als ein erster Wert erfaßt
und als zweiter Wert wird nach einem davon unabhängig
arbeitenden Verfahren die Luftmasse berechnet, indem der
Drosselklappenwinkel und die Drehzahl der Brennkraftmaschine
ausgewertet werden. Welcher Wert zur tatsächlichen
Bestimmung der Luftmasse verwendet wird, hängt davon ab, in
welchem Betriebsbereich sich die Brennkraftmaschine
befindet. Da die beiden Werte in verschiedenen
Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine unterschiedliche
Sicherheiten aufweisen, kann aus dem Vergleich der beiden
Meßgrößen ein Korrektursignal gewonnen werden, das zur
Erhöhung der Meßsicherheit berücksichtigt wird.
Bei diesem bekannten Verfahren wird jedoch nur der durch die
Rückströmung verursachte Meßfehler kompensiert, andere
Meßfehler werden dagegen nicht berücksichtigt. Beim
bekannten Verfahren wird im übrigen auch nur ein
Luftmassensensor eingesetzt, die zweiten Informationen, die
zur Berechnung der Luftmasse benötigt werden, werden nicht
direkt gemessen, sondern berechnet, sie lassen sich nicht
zur erfindungsgemäßen Korrektur bzw. Kompensation von
allgemeinen, verschiedenartigen Meßfehlern heranziehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bzw. der zugehörigen
Vorrichtung, die in der Figur dargestellt ist, können
verschiedene Meßfehler kompensiert werden und somit eine
sehr zuverlässige und genaue Erfassung des Durchsatzes eines
strömenden Mediums, beispielsweise der von einer
Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse, erhalten werden.
Dazu wird bei dem in Fig. 1 als Blockanordnung
dargestellten Ausführungsbeispiel der zu messende
Luftmassenstrom LS nach zwei unterschiedlichen Verfahren
bestimmt, die beide mit dem selben Sensor 13, der einen
beheizbaren Heißfilm umfaßt, arbeiten. Der Sensor 13 ist
dabei so aufgebaut ist, dass er für beide Meßverfahren
geeignet ist und dem strömenden Luftmassenstrom LS
ausgesetzt wird, der ihn kühlt.
Das Auswerteverfahren, das in Block 10 abläuft, stellt eine
erste Art von Auswerteverfahren dar und beruht auf der
Messung der Wärme, die an den am Sensor vorbeiströmenden
Luftmassenstrom abgegeben wird. Die Wärme, die an den
vorbeiströmenden Luftmassenstrom abgegeben wird, wird
ermittelt, indem die elektrische Energie, die zur Regelung
des Heißfilms auf eine konstante Temperatur benötigt wird,
gemessen wird. Es wird also letztendlich die Heizleistung
gemessen und der Luftmassenstrom daraus bestimmt.
Die zweite Art der Erfassung des Luftmassenstromes bzw. das
zweite Auswerteverfahren läuft im Block 12 ab und erfolgt
durch Auswertung des Temperaturprofiles. Dabei wird der
Heißfilm des Sensors 13 ebenfalls auf konstante Temperatur
geregelt. Als Meßsignal wird jedoch nicht die benötigte
Heizleistung verwendet, sondern das Temperaturprofil am
Membranrand des Heißfilm-Luftmassenmessers wird ermittelt.
Der Luftmassenmesser muß also neben dem Heißfilm und dem
Heizwiderstand wenigstens noch zwei temperaturabhängige
Widerstände aufweisen. Bei einem solchen Heißfilm-
Luftmassenmesser wird beispielsweise die Temperaturdifferenz
zwischen einem stromaufwärts und einem stromabwärts vom
Heizbereich liegenden temperaturabhängigen Widerstand, der
als Temperatursensor dient, ausgewertet.
Die beiden von den Blöcken 10 und 11 abgegebenen
Ausgangssignale S1 und S2 werden einer gemeinsamen
Auswerteeinrichtung 12 zugeführt. In dieser
Auswerteeinrichtung 12 erfolgt die Auswertung der beiden
nach unterschiedlichen Verfahren erhaltenen Signale S1 und
S2 und dabei erfolgt eine Kompensation der Störeffekte. Das
Ausgangssignal der Auswerteeinrichtung 12 wird dann als
korrigiertes Meßsignal KM der weiteren Verarbeitung
zugeführt. Diese weitere Verarbeitung kann beispielsweise im
Steuergerät einer Brennkraftmaschine erfolgen, das aus dem
Meßsignal, das dann die im Saugrohr einer Brennkraftmaschine
tatsächlich strömende Luftmasse angibt, die die für die
Regelung der Brennkraftmaschine erforderlichen
Ansteuersignale berechnet.
Die in der Figur dargestellte Anordnung stellt einen
Heißfilm-Luftmassenmesser dar, bei dem ein Sensor vorhanden
ist, der in zwei unterschiedlichen Verfahren betreibbar ist,
bzw. bei dem die Luftmasse nach zwei unterschiedlichen
Verfahren bestimmt wird. Eine solche Anordnung ermöglicht
es, den Luftmassenstrom redundant zu erfassen durch Messung
der Heizleistung und durch Auswertung des Temperaturprofils.
Da beide Meßverfahren unterschiedlich auf Störeffekte
reagieren, kann aus dem Vergleich der beiden Sensorsignale
auf die Art und die Größenordnung der betreffenden
Störeffekte geschlossen werden, und die so ermittelten
Störeffekte können bei der weiteren Signalauswertung
berücksichtigt und damit kompensiert werden.
Anstelle eines einzigen Sensors können auch zwei
verschiedene Sensoren eingesetzt werden, die als HFM2 bzw.
HFM5 bekannt sind, wobei dann ein erster Sensor ein
Heißfilmluftmassenmesser (HFM2) ist, bei dem die Erfassung
des Luftmassenstromes durch Messung der Heizleistung erfolgt
und ein zweiter Sensor ein Heißfilmluftmassenmesser (HFM5)
ist, bei dem die Erfassung des Luftmassenstromes durch
Auswertung des Temperaturprofiles auf der Sensormembran
erfolgt. Es werden dann also auch wieder Auswerteverfahren
einer ersten Art und Auswerteverfahren einer zweiten Art
durchgeführt und die Meßergebnisse miteinander kombiniert,
allerdings für zwei Sensoren bzw. Sensorelemente.
Die Erfindung wurde für die Bestimmung einer strömenden
Luftmasse erläutert, sie ist aber grundsätzlich überall dort
anwendbar, wo ein strömendes Medium ein beheizbares
Meßelement beeinflußt.
Claims (6)
1. Verfahren und/oder Vorrichtung zur Ermittlung des
Durchsatzes eines strömenden Mediums, insbesonders der im
Saugrohr einer Brennkraftmaschine strömenden Luftmasse,
bei dem der Luftmassenstrom nach zwei unterschiedlichen
Auswerteverfahren ermittelt wird und die beiden
unterschiedlichen Meßergebnisse miteinander kombiniert
werden, zur Ermittlung von Korrekturgrößen, dadurch
gekennzeichnet, dass beide Auswerteverfahren auf die
Ausgangssignale jeweils eines Durchsatzmeßelements
zurückgreifen, und beide Verfahren unterschiedlich auf
Störeffekte reagieren, so daß aus dem Vergleich der
beiden Signale auf die Art und/oder die Größenordnung von
auftretenden Störeffekten geschlossen wird.
2. Verfahren und/oder Vorrichtung zur Ermittlung des
Durchsatzes eines strömenden Mediums nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Heißfilm-
Luftmassenmesser ist oder beide Sensoren Heißfilm-
Luftmassenmesser sind, und beide Auswerteverfahren
voraussetzen, dass der Heißfilm jeweils auf konstante
Temperatur geregelt wird.
3. Verfahren und/oder Vorrichtung zur Ermittlung des
Durchsatzes eines strömenden Mediums, dadurch
gekennzeichnet, daß beim ersten Auswerteverfahren die
benötigte Heizleistung gemessen wird.
4. Verfahren und/oder Vorrichtung zur Ermittlung des
Durchsatzes eines strömenden Mediums nach einem der
Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim
zweiten Auswerteverfahren ein Temperaturprofil ermittelt
wird.
5. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes
eines strömenden Mediums nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenz zwischen
einem bezogen auf die Richtung des strömenden Mediums
stromaufwärts und einem stromabwärts vom Heizbereich
liegenden Temperatursensor ausgewertet wird.
6. Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Durchsatzes
eines strömenden Mediums nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Temperatursensoren
temperaturabhängige Widerstände sind, die in einer
Brückenschaltung liegen und daß die sich in Folge der
herrschenden Temperaturdifferenz einstellende
Brückenspannung als Meßsignal ausgewertet wird.
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