DE3230829C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bestimmung des Durch
flusses eines pulsierenden Mediums mit Rückströmung, insbesondere
der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luft, nach der Gattung
des Anspruches.
Es ist schon ein derartiges Verfahren bekannt (WO
81/02 202), bei dem jedoch hierfür ein Signalgeber erforderlich ist,
der wenigstens einen zusätzlichen Sensor erfordert, z. B. zur Ermitt
lung des Kurbelwellenwinkels, in Form zweier Hitzdrahtfühler oder
eines Temperaturfühlers. Nachteilig dabei ist nicht nur, daß sich
über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine Beginn und Ende des
Rückflusses gegenüber der Kurbelwellenstellung ändern, sondern auch
die zusätzlichen Hitzdrahtfühler oder Temperaturfühler mit Verzöge
rungen auf Strömungsänderungen reagieren.
Der im Anspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde,
eine Vereinfachung des Verfahrens zur Bestimmung des Durchflusses
eines pulsierenden Mediums mit Rückströmung zu erreichen. Die mit
der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die Erkennung
der Rückströmung ohne zusätzlichen Sensor durch das Luftmeßorgan
selbst erfolgt und keinen Lebensdauereinflüssen unterworfen ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich
nung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Messung der Masse eines
pulsierenden Mediums und zur Korrektur des Durchflußmeß
signals bei Rückströmung,
Fig. 2 ein Diagramm, das den
zeitlichen Verlauf des Durchflußmeßsignals US über der
Zeit t zeigt,
Fig. 3 ein Diagramm, das den Verlauf eines
Integrationswertes Iw über der Zeit t zeigt,
Fig. 4 ein Diagramm, das den Verlauf des Durchflußwertes Q des Me
diums über der Zeit t zeigt.
In der Fig. 1 ist mit 1 ein Strömungsquerschnitt, bei
spielsweise ein Luftansaugrohr einer nicht dargestellten
Brennkraftmaschine, gezeigt, durch welchen in Richtung
der Pfeile 2 ein Medium, beispielsweise die von der Brenn
kraftmaschine angesaugte Luft, strömt. In dem Strömungs
querschnitt 1 befindet sich beispielsweise als Teil eines
Durchflußmeßorganes ein temperaturabhängiger Meßwider
stand 3, z. B. ein Heißschicht- bzw. Heißfilmwiderstand
oder ein Hitzdraht, der von der Ausgangsgröße eines Reg
lers durchflossen wird und gleichzeitig die Eingangsgröße
für den Regler liefert. Die Temperatur des temperaturab
hängigen Meßwiderstandes 3 wird von dem Regler auf einen
festen Wert, der über der mittleren Mediumtemperatur
liegt, eingeregelt. Nimmt nun die Strömungsgeschwindig
keit, d. h. die pro Zeiteinheit fließende Mediummasse, mit
einem Durchflußwert Q zu, so kühlt sich der temperaturab
hängige Meßwiderstand 3 stärker ab. Diese Abkühlung wird
an den Eingang des Reglers zurückgemeldet, so daß dieser
seine Ausgangsgröße so erhöht, daß sich wiederum der
festgelegte Temperaturwert an dem temperaturabhängigen
Meßwiderstand 3 einstellt. Die Ausgangsgröße des Reglers
regelt die Temperatur des temperaturabhängigen Meßwider
standes 3 bei Änderungen des Durchflußwertes Q des
Mediums jeweils auf den vorbestimmten Wert ein und stellt
gleichzeitig ein Maß für die strömende Mediummasse dar,
das als Durchflußmeßsignal US beispielsweise einem Zumeß
kreis einer Brennkraftmaschine zur Anpassung der erforder
lichen Kraftstoffmasse an die pro Zeiteinheit angesaugte
Luftmasse zugeführt werden kann.
Der temperaturabhängige Meßwiderstand 3 ist in einer Wider
standsmeßschaltung, beispielsweise einer Brückenschaltung,
angeordnet und bildet mit einem Widerstand 4 zusammen einen
ersten Brückenzweig, dem ein aus den beiden festen Wider
ständen 5 und 6 aufgebauter zweiter Brückenzweig parallel
geschaltet ist. Zwischen den Widerständen 3 und 4 befindet
sich der Abgriffspunkt 7 und zwischen den Widerständen 5
und 6 der Abgriffspunkt 8. Die beiden Brückenzweige sind
in den Punkten 9 und 10 parallel geschaltet. Die zwischen
den Punkten 7 und 8 auftretende Diagonalspannung der
Brücke ist dem Eingang eines Verstärkers 11 zugeleitet,
an dessen Ausgangsklemmen die Punkte 9 und 10 angeschlos
sen sind, so daß seine Ausgangsgröße die Brücke mit Be
triebsspannung bzw. mit Betriebsstrom versorgt. Das
gleichzeitig als Stellgröße dienende Durchflußmeßsignal US
ist zwischen den Klemmen 12 und 13 abnehmbar, wie ange
deutet.
Der temperaturabhängige Meßwiderstand 3 wird durch den
ihn durchfließenden Strom aufgeheizt bis zu einem Wert,
bei dem die Eingangsspannung des Verstärkers 11, die Brüc
kendiagonalspannung, Null wird oder einen vorgegebenen
Wert annimmt. Aus dem Ausgang des Verstärkers fließt da
bei ein bestimmter Strom in die Brückenschaltung. Verän
dert sich infolge von Massenänderungen Q des strömenden Me
diums die Temperatur des temperaturabhängigen Meßwider
standes 3, so ändert sich die Spannung an der Brückendia
gonale und der Verstärker 11 regelt die Brückenspeisespan
nung bzw. den Brückenstrom auf einen Wert, für den die
Brücke wieder abgeglichen oder in vorgegebener Weise ver
stimmt ist. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 11, die
Stellgröße US, stellt ebenso wie der Strom im tempe
raturabhängigen Meßwiderstand 3 ein Durchflußmeßsignal
für die strömende Mediummasse dar, beispielsweise der
von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse.
Zur Kompensation des Einflusses der Temperatur des Mediums
auf das Meßergebnis kann es zweckmäßig sein, einen von
dem Medium umströmten zweiten temperaturabhängigen Wider
stand 14 in den zweiten Brückenzweig zu schalten. Dabei
ist die Größe der Widerstände 5, 6 und 14 so zu wählen,
daß die Verlustleistung des temperaturabhängigen Wider
standes 14, die durch den ihn durchfließenden Zweigstrom
erzeugt wird, so gering ist, daß sich die Temperatur die
ses Widerstandes 14 praktisch nicht mit den Änderungen
der Brückenspannung verändert, sondern stets der Tempera
tur des vorbeiströmenden Mediums entspricht.
Durchflußmeßorgane, die nicht die Strömungsrichtung des
strömenden Mediums erkennen, wie beispielsweise thermi
sche Durchflußmeßorgane entsprechend der Ausführung nach
Fig. 1, weisen bei einer Strömungsumkehr des pulsierenden
Mediums, wie sie in Fig. 1 durch die Pfeile 16 gekenn
zeichnet ist, einen Meßfehler auf, da die rückströmende
Mediummasse 16 nicht vom Durchflußmeßsignal abgezogen,
sondern erneut zu diesem addiert wird. Dieser Fehler des
Durchflußmeßsignals US ist besonders hoch bei pulsierenden
Strömungen mit hoher Pulsationsfrequenz und kleinen Durch
flußwerten Q. Bei Brennkraftmaschinen erfolgt im Saug
rohr eine Umkehrung der Strömungsrichtung der angesaugten
Luft, mit anderen Worten eine Rückströmung, erst, wenn
die Drosselklappe nahezu voll geöffnet ist, also bei Vollast
oder mit anderen Worten gesagt erst in der Nähe des
maximalen mittleren Durchflußmeßsignals für eine gegebene
Drehzahl der Brennkraftmaschine.
In der Fig. 2 ist der Verlauf des von dem Durchfluß
meßorgan gelieferten tatsächlichen Durchflußmeßsignals US
über der Zeit t beispielsweise dargestellt. Dabei erfolgt
in dem Punkt A keine Mediumströmung, das Durchflußmeß
signal US ist Null. Setzt nun eine pulsierende Mediumströ
mung in Richtung der Pfeile 2 ein, beispielsweise wäh
rend des Ansaughubes der Brennkraftmaschine, so ergibt
sich ein Verlauf des Durchflußmeßsignals US entsprechend
der ausgezogenen Linie a, wobei das Durchflußmeßsignal im
Punkt B wieder auf Null abgesunken ist, da hier die Rück
strömung beginnt, die durch die gestrichelte Linie b ge
kennzeichnet ist und bis zum erneuten Nulldurchgang am
Ende C der Rückströmung verläuft. Anschließend an den
Nulldurchgang im Punkt C strömt das Medium wieder in
der gewünschten Richtung entsprechend der Pfeile 2, und
es ergibt sich ein Kurvenverlauf entsprechend der ausge
zogenen Linie a. Da thermische Durchflußmesser eine Rück
strömung des Mediums in Pfeilrichtung 16 nicht erkennen,
wird die zwischen den Punkten B und C strömende Medium
masse, die der durch x gekennzeichneten Fläche unterhalb
der Linie b entspricht, fälschlicherweise zum Durchfluß
wert addiert und führt somit zu einem Meßfehler. Bei ei
ner Anwendung eines derartigen Durchflußmeßorganes zur
Ermittlung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten
Luftmasse zeigt also das Durchflußmeßorgan eine größere
angesaugte Luftmasse an, als in Wirklichkeit von der
Brennkraftmaschine angesaugt wurde. Das bedeutet, daß
beispielsweise eine durch ein elektronisches Steuergerät
29 der zu groß gemessenen Luftmasse zugeordnete Kraftstoff
menge zu einem zu fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch führt.
Durch das elektronische Steuergerät 29 wird beispiels
weise mindestens ein Kraftstoffeinspritzventil 30 (Fig. 1)
angesteuert. Zur Vermeidung dieses Fehlers ist
vorgesehen, daß mit Beginn der Rückströmung 16 im
Punkt B ein Integrationsvorgang gestartet wird, der ent
sprechend Fig. 3, in der der Integrationswert Iw über
der Zeit t dargestellt ist, von einem Integrationsanfangs
wert E bis zu einem Integrationsendwert F am Ende C der
Rückströmung 16 in einer Richtung erfolgt. Ein derartiger
Integrationsvorgang kann beispielsweise in bekannter Weise
durch Laden eines Kondensators durchgeführt werden. Mit
dem Ende des Rückströmvorganges im Punkt C wird unmittel
bar anschließend an den Integrationsvorgang von E nach F
ein Integrationsvorgang in entgegengesetzter Richtung ge
startet, der vom Punkt F, in dem der Integrationsendwert
F vorliegt, zum Punkt G verläuft, in dem der Integrations
anfangswert wieder erreicht ist. Der Integrationsvorgang
von F nach G kann beispielsweise durch Entladen des vor
her aufgeladenen Kondensators erfolgen. Die Integrations
vorgänge von E nach F und F nach G können ebenfalls in
bekannter Weise digital durchgeführt werden. Zur Festle
gung der Punkte B und C, in denen die Rückströmung des
Mediums in Richtung der Pfeile 16 beginnt bzw. endet, sind
bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden. Hier
zu können beispielsweise die Nulldurchgänge der Kurven
a und b dienen, oder in der Strömung können Sensoren (Druck,
Temperatur) angeordnet sein, die auf die Strömungsrichtung
ansprechen.
In der Fig. 4 ist der Verlauf des Durchflußwertes Q des
Mediums über der Zeit t dargestellt. Dabei steigt der
Durchflußwert Q entsprechend der zwischen den Punkten A
und B unter der Kurve a dargestellten Fläche von dem
Wert im Punkt H auf einen Wert im Punkt K. Gleichzeitig
mit dem Nulldurchgang des Durchflußmeßsignals US im Punkt
B und dem Beginn des Integrationsvorganges von E nach F
wird das Durchflußmeßsignal US auf den
Wert Null gesetzt und erst in dem Punkt D wieder frei
gegeben, in dem der Integrationsvorgang von F nach G in
entgegengesetzter Richtung beendet ist. Der Durchflußwert
Q ändert sich somit zwischen den Punkten K und L in Fig.
4 nicht. Am Ende der Nullsetzung im Punkt D springt dann
das Durchflußmeßsignal US auf den Wert D′ des tatsäch
lichen Durchflußmeßsignals. Hierdurch wird die innerhalb
der strichpunktierten Linie c zwischen den Punkten C, D
und D′ eingeschlossene Fläche y, die den gleichen Flä
cheninhalt wie die Fläche x hat, von dem Durchflußmeßsignal
US subtrahiert, und es steht ein Durchflußmeßsignal US zur
Verfügung, das nur der in der gewünschten Strömungsrichtung
2 strömenden Mediummasse Q entspricht.
Durch die erfindungsgemäße Korrektur des tatsächlichen
Durchflußmeßsignals US bei Rückströmung wird ein Meßfeh
ler des Durchflußmeßorganes bei Strömungsumkehr verhin
dert.
Claims (1)
- Verfahren zur Bestimmung des Durchflusses eines pulsierenden Mediums mit Rückströmung, insbesondere der von einer Brennkraftmaschine an gesaugten Luft in einem Strömungsquerschnitt mittels eines Durch flußmeßorgans, das eine die Zuordnung eines Durchflußwertes (Q) des Mediums zu einem Durchflußmeßsignal (US) des Durchflußmeßorganes bestimmende Kennlinie hat und zur Korrektur des Durchflußmeßsignals (US) bei Rückströmung durch ein mit dem Durchflußmeßsignal beauf schlagtes Steuergerät, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Verfahrensschritt mit Beginn (B) der Rückströmung (16) des Mediums, der durch einen Nulldurchgang des Durchflußmeßsignals (US) festge legt wird, das dem Durchflußwert (Q) entsprechende und vom Steuerge rät (29) abgegebene Signal bis zu seiner Freigabe auf dem Wert Null gehalten sowie ein Integrationsvorgang (E-F) des Durchflußmeßsignals (US) gestartet und bis zum durch einen weiteren Nulldurchgang des Durchflußmeßsignals (US) festgelegten Ende (C) der Rückströmung (16) fortgeführt wird, bei dem ein der zurückgeflossenen Mediummasse entsprechender erster Integrationsendwert (X) vorliegt, in einem weiteren Verfahrensschritt unmittelbar anschließend an das Ende (C) der Rückströmung (16) ein Integrationsvorgang (F-G) des Durchfluß meßsignals (US) ausgelöst und bis zum Erreichen eines dem ersten Integrationsendwert (X) gleich großen zweiten Integrationsendwertes (Y) fortgeführt wird und in einem sich daran anschließenden Verfah rensschritt das dem Durchflußwert (Q) entsprechende, vom Steuergerät (29) abgegebene Signal wieder freigegeben wird.
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