DE3202818A1

DE3202818A1 - Verfahren und einrichtung zum aufbereiten eines luftdurchsatzsignals

Info

Publication number: DE3202818A1
Application number: DE19823202818
Authority: DE
Inventors: Rainer 4130 Moers Ballik; Heinrich Dipl.-Ing. 4044 Kaarst Hütten
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1982-01-29
Filing date: 1982-01-29
Publication date: 1983-08-11

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Aufbereiten eine*, insbesondere elektrischen, Luftdurchsatzsignals aus dem Luftansaugtrakt einer Brennkraftmaschine.

Es ist bekannt, bei Brennkraftmaschinen den jeweiligen Luftdurchsatz im Luftansaugtrakt zu bestimmen und für Steuerungs- sowie Regelungszwecke zu benutzen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß vor allem bei großer Last und offener Drosselklappe besonders starke, durch den Hotorbetrieb bedingte Pulsationen im Luftansaugtrakt auftreten, die bei Luftdurchsatzmessern mit sehr schnellem übergangsverhalten zu entsprechend großen unerwünschten Meßsignalschwankungen im stationären Betrieb führen. Diese periodischen Veränderungen des Meßsignals ergeben eine problematische und fehlerhafte Weiterverarbeitung.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der im Oberbegriff genannten Art unter Vermeidung der geschildetten Nachteile und mit einfachen Haßnahmen so auszubilden, daß trotz der unvermeidbar auftretenden Pulsationen im Luftansaugtrakt ein einwandfreies Luftdurchsatzsignal erzielt wird, das eine einfache und fehlerfreie Weiterverarbeitung ermöglicht«

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einem Verfahren der genanntenArt;erfindungegemäß vorgeschlagen, daß durch Auskoppeln aus dem Luftdurchsatzsignal ein dessen pulsationsbedingter periodischer Wechselkomponente entsprechendes Korrektursignal erzeugt und zu dem unbereinigten Luftdurchsatzsignal phaseninvertiert addiert wird. Durch diese einfache Maßnahme können die infolge der

a. 4 -

Motorpulsatlonen auftretenden MeBsignalSchwankungen und hiermit verbundene Fehler bei der Weiterverarbeitung wirksam unterdrückt werden. Während im stationären Betrieb keinerlei Änderungen des MeB- bzw. Luftdurchsatzsignals auftreten, werden im instationären Betrieb nur die pulsationsbedingten, periodischen Veränderungen, nicht jedoch die ebenfalls zu erfassenden, betriebsbedingt variablen, nicht periodischen Schwankungen des Meßsignals unterdrückt. Demnach werden nur unerwünschte Fehlereinflüsse durch Kompensation ausgeschaltet, um ein bereinigtes Luftäurchsatzslgnal zu erhalten, das dem exakten arithmetischen Mittelwert des Luftmassenstroms entspricht. Dieses Verfahren ist besonders schnell sowle^enau und insofern einer Mittelwertbildung durch Anwendung des Gleichrichtungsprinzips Überlegen. Die motorbedingten Pulsationen lassen sich sehr einfach und gezielt aus dem unbereinlgten Luftdurchsatzsignal auskoppeln, wobei eine genaue Trennung von den nicht periodischen und ebenfalls zu erfassenden Signalveränderungen möglich ist.

/pulsationsbedingten

Eine Einrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens mit einem elektrischen Hauptpfad für ein elektrisches Luftdurchsatzsignal zeichnet sich erfindungsgemäß durch einen vom Hauptpfad abzweigenden Nebenpfad mit einem Entkoppelglied zum Auskoppeln der^x/ elektrischen Wechselkomponente des Luftdurchsatz signals und durch ein die Haupt- sowie Nebenpfade verbindendes, die Wechselkomponente zum unbereinlgten Luftdurchsatzsignal phaseninvertiert addierendes Vereinigungsglied aus. Da im Nebenpfad ein der Wechselkomponente entsprechendes Korrektursignal erzeugt und dem unbereinigten Luftdurchsatzsignal zugefügt wird, entsteht ausgangsseitig ein bereinigtes Luftdurchsatzsignal, in dem die pulsa-

tionebedingte, periodische Wechselkomponente eliminiert ist. Die Auskoppel- sowie Hinzufügungsvorgänge bezüglich der Wechselkomponente bzw. de* diesen entsprechenden Korrektursignals sind ausgesprochen einfach und wirksam. Hierfür erforderliche Entkoppel- und Vereinigungsglieder können vielfältig aufgebaut sein und stellen keinerlei besonderen baulichen Aufwand dar.

Vorzugsweise wird bei einer einfachen praktischen Ausführungsform •in als Entkoppelkondensator ausgebildetes Entkoppelglied benutzt. ) Abgesehen davon, daS auch andere Entkoppelglieder, wie übertrager oder dergleichen, benutzt werden können, hat sich die Verwendung eines Entkoppelkondensators im vorliegenden Fall als besonders zweckmäßig, einfach und preiswert erwiesen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform enthält ein Phasenumkehrglied, wie einen Umkehrverstärker, im Nebenpfad und ein als Addierglied ausgebildetes Vereinigungsglied. Grundsätzlich wäre es auch möglich, das Phasenumkehrglied im Hauptpfad statt im Nebenpfad anzuordnen, wobei dann jedoch zu berücksichtigen ist, daß ψ das sich ergebende bereinigte Luftdurchsatzsignal um 180* phasenverschoben ist.

Es ist ohne weiteres möglich, das Phasenumkehrglied und das Vereinigungsglied zusammenzufassen, indem gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ein als Subtrahierglied ausgebildetes Vereinigungsglied benutzt wird. In diesem Fall kann ein gesondertes Phasenumkehrglied, wie ein Umkehrverstärker, entfallen, da die Phasenumkehr- und Vereinigungsvorgänge durch den Subtrahiervorgang gleichzeitig erfolgen.

Eine besondere bevorzugte Ausführungsforra enthält ein als Addier-

oder Differenzverstärker ausgebildetes Vereinigungeglied, während im erstgenannten Fall eine Phasenumkehrstufe im Nebenpfad, oder stattdessen im Hauptpfad, vorhanden sein muß, entfällt diese im zweiten Fall. Derartige, zweckmäßigerwelse integriert ausgebildete, Verstärker sind sehr zweckmäßig au handhaben, preiswert und genau. Im Falle der Anwendung eines Differenzverstärkers ist es dabei vorteilhaft, daß der nlchtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers mit dem Abgriff eines den Hauptpfad mit Masse verbindenden Spannungsteilers und der invertierende Eingang mit dem Abgriff eines den Nebenpfad mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbindenden übereinstimmenden Spannungsteilers verbunden sind. Hierbei ergibt sich in bekannter Weise ein definiertes und von der Auslegung der Spannungsteiler abhängiges Verstärkungsverhältnis, das somit der erwünschten Ausgangsgröße des bereinigten Luftdurchsatzsignals entsprechend angepaßt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführ ungsbeiepie lan näther:ar läutert. Es zeigen;

Figur 1 - das unbereinigte, pulsationsbehaftate elektrische Luftdurchsatzsignal für einen stationären Betriebsfall,

Figur 2 - in einem schematischen Blockschaltbild eine erste Ausführungsform einer Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Figur 3 - in einem schematischen Blockschaltbild eine zweite Ausführungsform zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ·

Zn Figur 1 ist die zeitliche Abhängigkeit eines dem unbereinigten Luftdurohsatzsignal entsprechenden, pulsationsbehafteten Span-

nungssignalβ α für einen stationären Betriebefall dargestellt, bei dem der arithmetische Mittelwert U_ffi, der das eigentliche bereinigte Luftdurchsatzsignal beinhaltet, konstant ist. Dem bereinigten Luftdurchsatzsignal U_n ist gemäß Figur 1 eine durch die Pulsationen des Verbrennungsmotors begründete periodische Wechselkomponente bzw. -spannung ΛU überlagert. Dieses gilt insbesondere für den Betriebszustand bei großer Last und offener Drosselklappe, da sich hierdurch die Motor-Pulsationen mehr oder weniger ungehindert im Luftansaugtrakt, also im Bereich des die Spannung U erzeugenden Luftdurchsatzrcessers, auswirken können*

Bisher wurde das aus dem arithmetischen Mittelwert bzw. dem bereinigten Luftdurchsatzsignal U_n und der Wechselkomponente AV bestehende Mischsignal als Luftdurchsatzsignal weiterverarbeitet, was wegen der überlagerten Pulsationen zu Fehlern und Problemen führt, die erfindungsgemäß ausgeschaltet werden.

Bei der Ausführungsform aus Figur 2 wird das auch im stationären Betriebsfall veränderliche Mischsignal bzw. unbereinigte Luftdurchsatzsignal ü_a - Λ ü der erfindungsgemäßen Einrichtung über eine Eingangsleitung 10 zugeführt, die sich an einem Verzweigungspunkt 14 in einen Hauptpfad 12 und einen Nebenpfad 16 teilt. Im letzteren befindet sich ein Entkoppelglied 18, das im vorliegenden Fall als Entkoppelkondensator ausgebildet ist und zum Eingang eines Phasenumkehrgliedee 20, wie eines Umkehrverstärkers, führt. Der Ausgang des letzteren ist an einen Eingang 26 eines Vereinigungegliedes 22 angeschlossen, das im vorliegenden Fall als Addierverstärker mit dem Verstärkungsfaktor 1 ausgebildet ist und dessen anderer Eingang 24 direkt mit dem Hauptpfad 12 verbunden

ist. An einer Ausgangsleitung 28 des Vereinigungsgliedes 22 steht das von der Wechselkomponente ZLU eliminierte bereinigte Luftdurchsatzsignal U an.

Bei der Ausfuhrungsform aus Figur 2 wird die Wechselkomponente Λ Ό mit Hilfe des Entkoppelgliedes 18 ausgekoppelt und im Phasenumkehr glied 20 zur invertierten Wechselkomponente - ΛΧ3 invertiert. Da am Eingang 24 des Vereinigungsgliedes 22 das unbereinigte Luftdurchsatz signal U-AU ansteht und hierzu die jeweils invertierte Wechselkomponente addiert wird, ergibt sich hierbei ausgangaseitig das bereinigte Luftdurchsatzsignal U ·

AusfUhrungsform aus Figur 3 wird das unbereinigte Luftdurchsatzsignal ebenfalls über eine Eingangsleitung 10 sowie einen Verzweigungspunkt 14 einem Hauptpfad 12 zugeführt. Ein Entkoppelglied 18 in Form eines Entkoppelkondensators befindet sich in einem mit dem Verzweigungspunkt 14 verbundenen Nebenpfad 16 und sorgt dafür/ daß in diesem nur die Wechselkomponente Δ U als Korrektursignal ansteht. Die Ausführungsform aus Figur 3 unterscheidet sich von derjenigen aus Figur 2 im wesentlichen dadurch, daß das als Addierverstärker ausgebildete Vereinigungsglied 22 aus Figur 2 durch ein als Differenzverstärker ausgebildetes Vereinigungsglied 30 ersetzt ist. Der nichtinvertierende Eingang 32 des Differenzverstärkers ist mit dem Abgriff eines Spannungsteilers R.|, R₂ verbunden, der den Hauptpfad 12 mit Masse verbindet. Der invertierende Eingang 34 des Differenzverstärkers ist mit dem Abgriff eines übereinstimmenden Spannungsteilers R-, R₂ verbunden, der den Nebenpfad 16 mit dem Ausgang des Differenzverstärker β verbindet. Der wirksame Verstärkungsfaktor dieser Schaltung

hängt in bekannter Weise von dem Widerstandsverhältnis R₂ZR₁ ab und beträgt 1, wenn diese Widerstände gleich grofl sind. Zn diesem Fall entsteht an der Auagangsleitung 28 des Vereinigungsgliedea 30 exakt der arithmetische Mittelwert bzw. das bereinigte Luftdurchsatzsignal U^. Bei anderen Widerstandsverhältnissen ergibt sich «ine entsprechende Verstärkung oder Verkleinerung dieses Signals. Oa der Differenzverstärker mit Hilfe des invertierenden Eingangs 34 die Phasenumkehrung selbst vornimmt, entfällt in dieser Schaltung ein besonderes Phasenumkehrglied.

Zn den einzelnen Figuren ist das bereinigte Luftdurchsatzsignal 0_a als konstante Größe dargestellt, was jedoch im praktischen Betrieb normalerweise nicht der Fall ist. Wenn sich der arithemtische Mittelwert des Luftdurchsatzes in einer gewollten Weise, also nicht pulsationsbedingt, ändert, werden diese Schwankungen im allgemeinen nichtperiodisch und in jedem Fall vergleichsweise niederfrequent sein und lediglich zu einer bestimmten Vergrößerung oder Verkleinerung von U führen.

üa in einfacher Weise zu erreichen, daß gewollte Veränderungen von U_m im Nebenpfad unberücksichtigt bleiben, d. h. nicht eliminiert werden, ist es zweckmäßig, den Nebenpfad stets nur dann freizugeben, wenn das willkürlich betätigbare Hauptdrosselorgan im Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine nicht verstellt wird. Bei einem Verstellen des Hauptdrosselorgans wird somit der eliminierende Nebenpfad außer Funktion gesetzt. Dieses kann z.b: durch •inen im Nebenpfad befindlichen und beim Verstellen des Hauptdrosselorgans selbsttätig zu öffnenden Schalter erreicht werden.

Wenn auch während einer Verstellung des Hauptdrosselorgans die

pulsationsbedingte Wechselkomponente eliminiert werden soll, ohne die gewollten Veränderungen von U zu eliminieren, ist dieses ebenfalls möglich, wenn die gewollten Veränderungen nichtperiodisch bzw. niederfrequent sind und wenn nur die periodischen bzw. höherfrequenten, pulsationsbedingten Anteile durch entsprechendes Auskoppeln und phaseninvertiert erfolgendes Addieren eliminiert werden. Dieses kann beispielsweise mit einem im Nebenpfad befindlichen Hochpaß erreicht werden, der nur die höherfrequente pulsationsbedingte Wechselkomponente durchläßt und die niederfrequenten gewollten Veränderungen von ü_m sperrt*

Wenn stattdessen auch während gewoliter periodischer Veränderungen von U nur die pulsationsbedingte Wechselkomponente eliminiert werden soll, ist dieses grundsätzlich ebenfalls möglich, beispielsweise mit dem erwähnten Hochpaß im Nebenpfad,* da die PulsatIonsfrequenz des Motors wesentlich größer als die Frequenz derartiger gewollter Luftdurchsatzveränderungen ist. Durch geeignete Maßnahmen zur unterschiedlichen Frequenzbewertung und -auswertung kann erreicht werden, daß nur die pulsationsbedingte Wechselkomponente im Nebenpfad weiterverarbeitet uÄd schließlich eliminiert wird.

Die dargestellten Auaführungsformen sind lediglich beispielhaft und können in vielfältiger Weise abgewandelt werden. Beispielswelse wäre es, möglich, die Wechselkomponente mit einem übertrager statt mit einem Entkoppelkondensator auszukoppeln* Auch in diesem Falle ergibt sich der große Vorteil, daß die Einrichtung sehr schnell und genau arbeitet, und zwar im Unterschied zu einer Anwendung des Gleichrichtungs- oder Filterungsprloizips, bei dem sich eine gewisse Trägheit des Systems ergäbe, was; im Hinblick auf eine schnelle Signalverarbeitung jedoch nicht zulässig ist.

Claims

Anwaltsakte 1573/4117

Pierburg GmbH ft Co KG, Leuschstraße 1, 4040 Neuss 1

Verfahren und Einrichtung zum Aufbereiten eines Luftdurchsatzsignals

Patentansprüche

M. Verfahren zum Aufbereiten eines, insbesondere elektrischen, Luftdurchsatzsignals aus dem Luftansaugtrakt einer Brennkraftmaschine/ dadurch gekennzeichnet, daß durch Auskoppeln aus dem Luftdurchsatzsignal ein dessen pulsationsbedingter periodischer Wechselkomponente entsprechendes Korrektursignal erzeugt und zu dem unbereinlgten Luftdurchsatzsignal phaseninvertiert addiert wird.
2. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem elektrischen Hauptpfad für ein elektrisches Luftdurchsatzsignal , gekennzeichnet durch einen vom Hauptpfad (12) abzweigenden Nebenpfad (16) mit einem Entkoppelglied (18) zum Auskoppeln der%lektr lachen Wechselkomponente des Luftdurchsatzsignals und durch ein die Haupt- sowie Nebenpfade (12, 16) verbindendes, die Wechselkomponente zum unbereinigten Luftdurchsatζsignal phaseninvertiert addierendes Vereinigungsglied (20, 22; 30). ^x/pulsationsbedingten
3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein als Entkoppelkondensator ausgebildetes Entkoppelglied (18).
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein Phasenumkehrglied (20), wie einen ümkehrverstärker, im Nebenpfad (16) und durch ein als Addierglied ausgebildetes Ver-

einigungsglied (22).
5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein als Subtrahierglied ausgebildetes Vereinigungsglied (30).
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch ein als Addier- oder Differenzverstärker ausgebildetes Vereinigungsglied (22, 30). -
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtinvertierende Eingang (32) des Differenzverstärkers (30) mit dem Abgriff eines den Hauptpfad (12) mit Masse verbindenden Spannungstellers (R^/ R₂) und der invertierende Eingang (34) mit dem Abgriff eines den Nebenpfad (16) mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (30) verbindenden übereinstimmenden Spannungsteilers (R.., R₂) verbunden sind.