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DE3732856A1 - INTELLIGENT AIR METER - Google Patents

INTELLIGENT AIR METER

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DE3732856A1
DE3732856A1 DE19873732856 DE3732856A DE3732856A1 DE 3732856 A1 DE3732856 A1 DE 3732856A1 DE 19873732856 DE19873732856 DE 19873732856 DE 3732856 A DE3732856 A DE 3732856A DE 3732856 A1 DE3732856 A1 DE 3732856A1
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Siemens Corp
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Abstract

An intelligent air quantity meter, especially for use in motor-vehicle internal combustion engines, in which it is provided that an eddy-path air volume meter (WLM), known per se, and a hot-wire or hot-film air volume meter (HLM), likewise known per se, are combined in one unit while being spatially so arranged in the air conduit used, and interact in such a way via an electronic circuit arrangement (C) provided in this unit, that the various disadvantages accompanying the measuring procedures to be carried out with the eddy-path air volume meter (WLM) and the hot-wire or hot-film air volume meter (HLM) cancel one another. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen intelligenten Luft­ mengenmesser, insbesondere zur Anwendung auf KFZ-Verbrennungs­ motoren.The present invention relates to intelligent air flow meter, in particular for use in automotive combustion Engines.

In der Automobiltechnik werden derzeit zur Messung der von Ottomotoren angesaugten Luftmenge überwiegend mechanische Stauklappen-Luftmengenmesser verwendet. Andere bekannte Meß­ einrichtungen, nämlich der Wirbelstraßen-Luftmengen-Messer und "thermische" Luftmengen-Messer nach dem Hitzdraht- oder Heiß­ filmverfahren, finden wegen der noch unzureichend gelösten technischen Probleme nur zögernd Anwendung, obwohl für nicht- mechanische Luftmengen-Messer im Prinzip ein großer Bedarf bestünde.In automotive engineering are currently used to measure the The amount of air sucked into gasoline engines is predominantly mechanical Damper airflow meter used. Other known measuring devices, namely the vortex street air flow meter and "Thermal" airflow meter after hot wire or hot film process, because of the still insufficiently resolved technical problems reluctant to use, although for non- mechanical air flow meter in principle a great need exist.

Probleme bei dem HLM (= Hitzdraht- oder Heißfilm-Luftmengen- Messer) ergeben sich durch seine Anfälligkeit gegen Verände­ rungen der Kalibrationskonstanten bei Ablagerungen oder Abrasion, seine Empfindlichkeit gegenüber Strömungsprofilein­ flüssen und insbesondere die Tatsache, daß Strömungen unab­ hängig von ihrer Richtung bewertet werden, was bei transienten Rückströmungen zu starken Verfälschungen der Meßresultate führen kann. Desweiteren erweist sich die stark nichtlineare Kennlinie, die bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten sehr flach verläuft und bei pulsierenden Strömungen zu Mittelungsfehlern führt, als problematisch. Dem gegenüber stehen die Nachteile des WLM (= Wirbelstraßen-Luftmengen-Messer), der nur auf Strömungen in einer Richtung anspricht und der ohne besondere Maßnahmen nur die Geschwindigkeit des Luft-Volumenflusses, nicht aber die eigentlich interessante Geschwindigkeit des Luft-Mengenflusses zu messen vermag.Problems with the HLM (= hot wire or hot film air volume - Knife) result from its susceptibility to change calibration constants for deposits or Abrasion, its sensitivity to flow profiles flow and especially the fact that currents depending on their direction, what is transient Backflows to falsify the measurement results can lead. Furthermore, the strongly non-linear one turns out to be Characteristic curve that is very flat at high flow velocities runs and with pulsating flows to averaging errors leads as problematic. This is offset by the disadvantages of the WLM (= vortex street air volume meter), which only on Currents appeal in one direction and that without any particular Measures only the speed of the air volume flow, but not the really interesting speed of the Air volume flow is able to measure.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftmengenmesser der eingangs genannten Art zu schaffen, der die unterschiedlichen Nachteile der bekannten Luftmengen-Meß­ prinzipien auf relativ kostengünstige Weise zuverlässig und mit einfachen Mitteln durch Zusammenwirken unterschiedlicher Meß­ prinzipien aufhebt.The present invention is based on the object To create air flow meter of the type mentioned, the the different disadvantages of the known air volume measurement principles reliable and with in a relatively inexpensive way simple means by interaction of different measuring principles abolishes.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch einen intelligenten Luftmengenmesser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst, der durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale charakterisiert ist.The object underlying the invention is achieved by a intelligent airflow meter according to the generic term of the Claim 1 solved by the in the characterizing Characterized part of claim 1 specified features is.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are characterized by the in the features specified in the subclaims.

Die vorliegende Erfindung besteht im Grunde genommen darin, die beiden Prinzipien, "WLM" und "HLM", zu einem "Smart-Sensor" (= "Intelligenter Sensor") zu kombinieren. Dabei wird von dem Gedanken ausgegangen, daß die Probleme der einzelnen Prinzipien unterschiedlicher Natur sind und daß außerdem die problemati­ schen Betriebsbereiche, die aufwendige Präzision erfordern, bei den Meßprinzipien unterschiedlich liegen. Somit ergibt sich durch die Kombination der Meßprinzipien die Möglichkeit, die Probleme der Einzelmeßprinzipien zu eliminieren und den Aufwand für die notwendige Präzision erheblich zu vermindern. Ein er­ findungsgemäß ausgeführter Luftmengenmesser könnte gegenüber einem nach einem der Einzel-Verfahren ausgeführten neben ver­ besserter Funktion u. U. sogar noch Preisvorteile bieten. Die elektronische Schaltung des erfindungsgemäßen intelligenten Luftmassenmessers ist z. B. mittels eines integrierten Mikro­ kontrollers zu verwirklichen, z. B. mit einem des Typs SAB 80 535 der Siemens AG. Bei entsprechender Stückzahl könnte die intelligente elektronische Auswertung auch als "ASIC" (Application Specific IC) ausgeführt werden.The present invention basically consists in the two principles, "WLM" and "HLM", to a "smart sensor" (= "Intelligent sensor") to combine. Thereby from Thought that the problems of each principle are different in nature and that in addition the problemati operating areas that require complex precision the measuring principles are different. Hence it follows by combining the measuring principles, the possibility of Eliminate problems of single measurement principles and the effort for the necessary precision. A he Air flow meter designed according to the invention could be compared one carried out according to one of the individual processes in addition to ver better function u. May even offer price advantages. The electronic circuit of the intelligent according to the invention Air mass meter is e.g. B. by means of an integrated micro to implement controllers, e.g. B. with one of the type SAB 80 535 from Siemens AG. With a corresponding number of pieces, the intelligent electronic evaluation also as "ASIC" (Application Specific IC) are executed.

Denkbare Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend stichpunktartig beschrieben:Conceivable embodiments and refinements of the invention  are described briefly below:

  • a) Kalibration des HLM durch den WLM in einem gemeinsamen guten Arbeitsbereich.a) Calibration of the HLM by the WLM in a common good workspace.
  • b) Durch Kalibration an zwei oder mehreren Arbeitspunkten und Berücksichtigung der Form der Kennlinien (WLM linear, HLM gekrümmt) wird zusätzlich eine gegenseitige Kalibration nach Luftmenge ermöglicht.b) By calibration at two or more working points and Consideration of the shape of the characteristic curves (WLM linear, HLM curved) is additionally a mutual calibration Air volume allowed.
  • c) Kalibrationskonstanten werden in einem RAM oder EEPROM gespeichert und bei Abweichung zu aus aktuellen Messungen ermittelten Werten (evtl. adaptiv) erneuert.c) Calibration constants are stored in a RAM or EEPROM saved and in the event of a deviation from current measurements determined values (possibly adaptive) renewed.
  • d) Bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten wird mit hoher Auflösung (steiler Kennlinie) mit dem HLM gemessen; dies ermöglicht einfache Auswerteverfahren (z. B. FM-Demodula­ tion) beim WLM.d) At low flow velocities with high Resolution (steep characteristic curve) measured with the HLM; this enables simple evaluation methods (e.g. FM demodula tion) at the WLM.
  • e) Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten wird die Auswertung vorwiegend auf den WLM wegen dessen linearer Kennlinie und dessen hoher zeitlichen Auflösung gestützt. Die proble­ matische präzise Auswertung der in diesem Bereich sehr flachen Kennlinie des HLM wird dann normalerweise über­ flüssig.e) At high flow rates, the evaluation mainly on the WLM because of its linear characteristic and supported its high temporal resolution. The problem matic precise evaluation of the very in this area flat characteristic of the HLM is then usually about liquid.
  • f) Durch Vergleich mit WLM kann beim HLM die Richtung der Strömung unterschieden werden.f) By comparison with WLM, the direction of the Flow can be distinguished.
  • g) Während einer Rückströmung und evtl. während des "An­ fahrens" der Wirbelstraße gilt der vom HLM gemessene Wert.g) During a backflow and possibly during the "On driving "of the vortex street applies the value measured by the HLM.
  • h) Die Luftdichte ergibt sich als Quotient der Meßwerte von HLM und WLM. Die Temperatur der Luft kann auch aus der Schallgeschwindigkeit, die sich bei der Ultraschall-Ab­ tastung der Wirbel als Laufzeit oder Phase äußert, ermittelt werden. Aus Dichte und Temperatur folgt Luftdruck. h) The air density is the quotient of the measured values of HLM and WLM. The temperature of the air can also come from the Speed of sound, which is the case of the ultrasound Ab palpation of the vertebrae expressed as runtime or phase will. Air pressure follows from density and temperature.  
  • i) Auf Grund der fortwährenden Kalibrierung und Überwachung kann beim HLM u. U. auf die analoge Differenzbildung einer Brückenanordnung verzichtet werden. Es können einfache be­ heizte Leiter - von einer Spannungs- oder Stromquelle ge­ speist - oder in einer Spannungsteilerschaltung verwendet werden. Die an bzw. in der Meßanordnung auftretenden Spannungs- oder Stromwerte können nach Analog-Digital-Wand­ lung in einen µC eingespeist werden und gegenseitig sowie mit anderen Werten (Temperatur, WLM-Wert) verrechnet werden.i) Due to ongoing calibration and monitoring can at the HLM u. U. on the analog difference formation of a Bridge arrangement can be dispensed with. It can be simple heated conductor - from a voltage or current source feeds - or used in a voltage divider circuit will. The occurring on or in the measuring arrangement Voltage or current values can be after analog-digital wall be fed into a µC and each other as well can be offset against other values (temperature, WLM value).
  • j) Die Detektion der Wirbel könnte u. U. mit dem Hitzdraht bzw. den Hitzdrähten (Heißfilm(en)) des HLM erfolgen; auf der Ultraschall-Detektion der Wirbel könnte dann ver­ zichtet werden.j) The detection of the vertebrae could u. U. with the hot wire or the hot wires (hot film (s)) of the HLM; on the ultrasound detection of the vertebrae could then ver to be waived.
  • k) Der Hitzdraht (Heißfilm) und/oder auch die Anordnung der elektronischen Auswerteschaltung ist mit dem Störkörper mechanisch verbunden oder als gemeinsame mechanische Ein­ heit, eventuell auch als in einen Luftansaugkanal einführ­ bare Sonde ausführbar. Dabei kann bedarfsweise ein Tempera­ tursensor in den Störkörper integriert werden.k) The hot wire (hot film) and / or the arrangement of the electronic evaluation circuit is with the interference body mechanically connected or as a common mechanical one unit, possibly also as an air intake duct bare probe executable. If necessary, a tempera door sensor can be integrated into the interference body.

Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Durchflußmeßein­ richtung nicht auf die Anwendung als Luftmengenmesser für Ottomotoren beschränkt. Weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich beispielsweise in der industriellen Durchflußmeßtechnik.Of course, the flow measurement according to the invention is direction towards the application as an air flow meter for Petrol engines limited. There are further possible uses for example in industrial flow measurement technology.

Claims (10)

1. Intelligenter Luftmengenmesser, insbesondere zur Anwendung auf KFZ-Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeich­ net, daß ein an sich bekannter Wirbelstraßen-Luftmengen- Messer (WLM) und ein ebenfalls an sich bekannter Hitzdraht- oder Heißfilm-Luftmengen-Messer (HLM) derart räumlich in dem verwendeten Luftströmungskanal angeordnet in einer Einheit zusammengefaßt sind und derart über eine in dieser Einheit vorgesehene elektronische Schaltungsanordnung (C) zusammen­ wirken, daß sich die den mit dem Wirbelstraßen-Luftmengen- Messer (WLM) und dem Hitzdraht- oder Heißfilm-Luftmengen-Messer (HLM) durchzuführenden Meßverfahren anhaftenden unterschied­ lichen Nachteile gegenseitig aufheben.1. Intelligent air flow meter, in particular for use on automotive internal combustion engines, characterized in that a known vortex street air flow meter (WLM) and also a known hot wire or hot film air flow meter (HLM) are spatially in such a way the air flow channel used are arranged in a unit and interact via an electronic circuit arrangement (C) provided in this unit in such a way that the with the vortex street air volume meter (WLM) and the hot wire or hot film air volume meter ( HLM) to be carried out mutually overcoming different disadvantages. 2. Intelligenter Luftmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schal­ tungsanordnung (C) ein Mikrokontroller, vorzugsweise des Typs SAB 80 535, ist.2. Intelligent air flow meter according to claim 1, characterized in that the electronic circuit arrangement (C) is a microcontroller, preferably of the SAB 80 535 type. 3. Intelligenter Luftmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Verwendung eines Hitzdraht-Luftmengen-Messers (HLM) ein Hitzdraht (W) und/oder die elektronische Schaltungsanordnung (C) in Form eines gekapselten Bausteins mit einem Störkörper (S) des Hitzdraht-Luftmengen-Messers (HLM) mechanisch verbunden ist.3. Intelligent air flow meter according to claim 1, characterized in that in the case of using a hot wire air flow meter (HLM) a hot wire (W) and / or the electronic circuit arrangement (C) in the form of an encapsulated component with a fault body (S) of the hot wire air flow meter (HLM) is mechanically connected. 4. Intelligenter Luftmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Verwendung eines Hitzdraht-Luftmengen-Messers (HLM) ein Hitzdraht (W) und/oder die elektronische Schaltungsanordnung (C) als gemeinsame mechanische Einheit als eine in einen Luftansaug­ trakt einführbare Sonde ausgeführt ist.4. Intelligent air flow meter according to claim 1, characterized in that in the case of using a hot wire air flow meter (HLM) a hot wire (W) and / or the electronic circuit arrangement (C) as a common mechanical unit as a tract insertable into an air intake Probe is running. 5. Intelligenter Luftmengenmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Störkörper (S) des Hitzdraht-Luftmengenmessers ein Temperatursensor integriert ist. 5. Intelligent air flow meter according to claim 4, characterized in that a temperature sensor is integrated in an interference body (S) of the hot-wire air flow meter. 6. Verfahren zum Betrieb des intelligenten Luftmengenmessers nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wirbelstraßen-Luftmengen-Messer (WLM) und der Hitzdraht- oder Heißfilm-Luftmengen-Messer (HLM) in einem gemeinsamen hinreichend bewertbaren Arbeitsbereich kalibriert werden, wozu Kalibrierungskonstanten in einem der elektroni­ schen Schaltungsanordnung zugeordneten RAM oder EEPROM abgelegt und bei Abweichungen von aus aktuellen Messungen ermittelten Werten vorzugsweise adaptiv aktualisiert werden.6. Procedure for operating the intelligent air flow meter according to one of claims 1-5, characterized in net that the vortex street airflow meter (WLM) and the Hot wire or hot film airflow meter (HLM) in one common, sufficiently assessable work area calibrated calibration constants in one of the electronic RAM or EEPROM assigned to the circuit arrangement and in the event of deviations from current measurements Values are preferably updated adaptively. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kalibrierung an zumindest zwei Arbeitspunkten und unter Berücksichtigung der Form der Kennlinien, nämlich der linearen Kennlinie des Wirbelstraßen-Luftmengen-Messers (WLM) und der gekrümmten Kennlinie des Hitzdraht- oder Heißfilm-Luft­ mengen-Messers (HLM) durchgeführt wird, wodurch eine zusätz­ liche gegenseitige Kalibrierung nach der Luftmenge ermöglicht ist.7. The method according to claim 6, characterized in net that the calibration at at least two working points and taking into account the shape of the characteristic curves, namely the linear characteristic of the vortex street air volume meter (WLM) and the curved characteristic of the hot wire or hot film air quantity meter (HLM) is carried out, whereby an additional mutual calibration according to the air volume is. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei niedrigen Strömungsge­ schwindigkeiten mit hoher Auflösung, nämlich bei steiler Kennlinie, mit dem Hitzdraht- oder Heißfilm-Luftmengen-Messer (HLM) gemessen wird, wodurch eine einfache Auswerteprozedur ermöglicht ist, und daß die Auswertung bei hohen Strömungsge­ schwindigkeiten vorwiegend auf den Wirbelstraßen-Luftmengen- Messer (WLM) wegen dessen linearer Kennlinie und dessen hoher zeitlicher Auflösung gestützt ist, wodurch sich eine proble­ matische präzise Auswertung der in diesem Bereich sehr flachen Kennlinie des Hitzdraht- oder Heißfilm-Luftmengen-Messers (HLM) erübrigt.8. The method according to claim 6 or claim 7, characterized ge indicates that at low flow rates high-resolution speeds, namely steep Characteristic curve with the hot wire or hot film air volume meter (HLM) is measured, resulting in a simple evaluation procedure is possible, and that the evaluation at high flow ge speeds predominantly on the whirlwind air volume Messer (WLM) because of its linear characteristic and its high temporal resolution is supported, which makes a problem matic precise evaluation of the very flat in this area Characteristic curve of the hot wire or hot film air volume meter (HLM) superfluous. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch Vergleich der Meßer­ gebnisse des Wirbelstraßen-Luftmengen-Messers (WLM) und des Hitzdraht- oder Heißfilm-Luftmengen-Messers (HLM) die Richtung der Strömung ermittelt wird. 9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized ge indicates that by comparing the knife Results of the Eddy Street Air Flow Meter (WLM) and the Hot wire or hot film airflow meter (HLM) the direction the flow is determined.   10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß während einer Rückströmung oder während des "Anfahrens" der Wirbelstraße nur der von dem Hitz­ draht- oder Heißfilm-Luftmengen-Messer (HLM) gemessene Wert bei der Bewertung berücksichtigt wird.10. The method according to any one of claims 6-8, characterized ge indicates that during a backflow or during the "start-up" of the vortex street only that of the heat wire or hot film airflow meter (HLM) the valuation is taken into account.
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